半導体素子及びその形成方法、半導体クラスタ装備
【課題】電気的な特性が向上される半導体素子の形成方法を提供する。
【解決手段】この方法は、導電パターン105を有する半導体基板100の上に絶縁膜110を形成する。絶縁膜をパターニングして導電パターンの一部を露出する開口部115を形成し、開口部の内壁及び絶縁膜の上部面に予備拡散防止膜120を形成する。予備拡散防止膜に酸素原子等を供給して第1拡散防止膜120aを形成する。第1拡散防止膜により囲まれている開口部を埋める金属膜152を形成する。この方法により製造された半導体素子及び半導体素子の製造に利用する半導体クラスタ装備を提供する。
【解決手段】この方法は、導電パターン105を有する半導体基板100の上に絶縁膜110を形成する。絶縁膜をパターニングして導電パターンの一部を露出する開口部115を形成し、開口部の内壁及び絶縁膜の上部面に予備拡散防止膜120を形成する。予備拡散防止膜に酸素原子等を供給して第1拡散防止膜120aを形成する。第1拡散防止膜により囲まれている開口部を埋める金属膜152を形成する。この方法により製造された半導体素子及び半導体素子の製造に利用する半導体クラスタ装備を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は半導体素子と、半導体素子を製造する方法及び装備に関するものである。
【背景技術】
【0002】
半導体素子の高集積化によって金属配線は細線になるが、逆に、その金属配線の抵抗は増加する。これによって、金属配線としてアルミニウム(Al)の代わりに、抵抗が低い銅(Cu)に替わっている。しかし、銅配線が接合パッド等の最終配線層に使われる場合、酸化し易い問題点がある。従って、アルミニウム配線が銅配線上の最終配線層に使われている。前記銅配線とアルミニウム配線の間に銅又はアルミニウムが拡散されると、銅とアルミニウムの合金が形成される。前記合金は比抵抗が高いので、半導体素子の電気的な特性を低下させる。
【0003】
一方、前記アルミニウム配線は開口部、例えばコンタクトホールに形成される。半導体素子の高集積化によって、コンタクトホールの縦横比は増加している。これによって、アルミニウム配線の形成過程で、前記コンタクトホールがアルミニウムによって完全に埋められないのでコンタクトホールの中に空孔が発生し易い。前記空孔によって、半導体素子の電気的な特性が低下する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の目的は、電気的な特性が向上される半導体素子及びその形成方法を提供するものである。
【0005】
本発明の他の目的は、電気的な特性が向上される半導体素子を製造するとき、利用する半導体クラスタ装備を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の課題を解決するための半導体素子は、導電パターンを有する半導体基板と、前記導電パターン及び半導体基板上に形成され、前記導電パターンの一部を露出する開口部を有する絶縁膜と、前記開口部を埋める金属配線と、前記金属配線と前記導電パターンとの間に介されると共に、酸素原子等を含む第1拡散防止パターンを備える。
【0007】
一実施形態によると、前記酸素原子等は、前記第1拡散防止パターンの結晶粒子の界面に位置する。
【0008】
一実施形態によると、前記導電パターンは、銅を含み、前記金属配線は、アルミニウムを含む。
【0009】
一実施形態によると、前記半導体素子は、前記第1拡散防止パターンと前記金属配線との間に介された第2拡散防止パターンをさらに備える。前記第1拡散防止パターン及び前記第2拡散防止パターンは、各々耐熱性金属を含む。前記耐熱性金属はチタン(Ti)、タンタル(Ta)、ニオブ(Nb)、バナジウム(V)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、モリブデン(Mo)、レニウム(Re)、タングステン(W)、チタン−ジルコニウムの中で少なくとも一つを含む。前記第1拡散防止パターン及び前記第2拡散防止パターンは、各々耐熱性金属窒化物から構成しても良い。前記耐熱性金属窒化物は、チタン窒化物、タンタル窒化物、ニオブ窒化物、バナジウム窒化物、ジルコニウム窒化物、ハフニウム窒化物、モリブデン窒化物、レニウム窒化物、タングステン窒化物、チタン−ジルコニウム窒化物の中で少なくとも一つを含む。
【0010】
一実施形態によると、前記第2拡散防止パターンは、前記開口部の側壁上に延長される。この場合、前記半導体素子は、前記開口部の上部側壁部の金属配線と前記開口部の上部側壁部の第2拡散防止パターンとの間に介される蒸着抑制パターンをさらに備える。結果的に、前記開口部の中の前記第2拡散防止パターンの下部側壁は、前記金属配線と接触される。前記第2拡散防止パターンは、第1金属窒化膜を含み、前記蒸着抑制パターンは、第2金属窒化膜を含む。前記第2金属窒化膜の窒素含有量は、前記第1金属窒化膜の窒素含有量に比べて多い。前記第1金属窒化膜と前記第2金属窒化膜は、同じ耐熱性金属を含む。前記第2拡散防止パターンは、耐熱性金属膜を含み、前記蒸着抑制パターンは、耐熱性金属窒化膜を含む。
【0011】
又、本発明は上述した課題を解決するための半導体クラスタ装備を提供する。半導体クラスタ装備は、開口部を有する基板上に予備拡散防止膜を形成すること、前記予備拡散防止膜に酸素原子等を供給して第1拡散防止膜を形成すること、前記第1拡散防止膜上に第2拡散防止膜を形成することの中で少なくとも一つを行う様に設定される第1工程チャンバと、前記開口部の中の第2拡散防止膜の下部側壁が露出する様に、前記開口部の中の第2拡散防止膜の上部側壁及び前記開口部の外の第2拡散防止膜の上部面に蒸着抑制層を形成する様に設定される第2工程チャンバと、前記蒸着抑制層を有する基板上に前記開口部を埋める金属膜を形成する様に設定される第3工程チャンバとを備える。
【0012】
一実施形態によると、前記半導体クラスタ装備は、第4工程チャンバと、第5工程チャンバをさらに備える。この場合、前記第1工程チャンバは、前記予備拡散防止膜を形成する様に設定され、前記第4工程チャンバは、前記酸素原子等を供給する様に設定され、前記第5工程チャンバは、前記第2拡散防止膜を形成する様に設定される。
【0013】
一実施形態によると、前記第4工程チャンバはクリーニングチャンバ、脱ガスチャンバ、冷却チャンバの中で少なくとも一つに設定される。前記クリーニングチャンバは、前記開口部を有する基板を洗浄するチャンバである。
【0014】
一実施形態によると、前記基板は導電パターンと、前記導電パターンを露出する前記開口部を有する絶縁膜を備える。
【0015】
又、本発明は上述した課題を解決するための半導体素子の製造方法を提供する。この方法は、導電パターンを有する半導体基板を備えること、前記導電パターン及び前記半導体基板上に絶縁膜を形成すること、前記絶縁膜をパターニングして前記導電パターンの一部を露出する開口部を形成すること、前記開口部の内壁及び前記絶縁膜の上部面に予備拡散防止膜を形成すること、前記予備拡散防止膜に酸素原子等を供給して第1拡散防止膜を形成すること、前記第1拡散防止膜上に金属膜を形成することを含む。前記金属膜は、前記第1拡散防止膜により囲まれている前記開口部を埋める様に形成される。
【0016】
一実施形態によると、前記酸素原子等は、前記予備拡散防止膜の結晶粒子の界面に供給される。
【0017】
一実施形態によると、前記酸素原子等は、酸素熱処理工程を利用して供給される。
【0018】
一実施形態によると、前記酸素原子等は、酸素プラズマ工程を利用して供給される。
【0019】
一実施形態によると、前記酸素原子等は、O2ガス、N2Oガス、H2Oガス、O2とH2の混合ガス、O3ガスの中で少なくとも何れか一つを利用して供給される。
【0020】
一実施形態によると、前記方法は、前記金属膜を形成する前に、前記第1拡散防止膜上に第2拡散防止膜を形成することをさらに含む。前記第1拡散防止膜及び前記第2拡散防止膜は、各々耐熱性金属膜から形成される。前記耐熱性金属膜は、チタン、タンタル、ニオブ、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、モリブデン、レニウム、タングステン、チタン−ジルコニウムの中で少なくとも一つを含む。前記第1拡散防止膜及び前記第2拡散防止膜は、各々耐熱性金属窒化膜から形成しても良い。前記耐熱性金属窒化膜は、チタン窒化膜、タンタル窒化膜、ニオブ窒化膜、バナジウム窒化膜、ジルコニウム窒化膜、ハフニウム窒化膜、モリブデン窒化膜、レニウム窒化膜、タングステン窒化膜、チタン−ジルコニウム窒化膜の中で少なくとも一つを含む。
【0021】
一実施形態によると、前記導電パターンは、銅から形成され、前記金属膜は、アルミニウムから形成される。
【0022】
一実施形態によると、前記方法は、前記金属膜と第2拡散防止膜と第1拡散防止膜をパターニングして順次に積層される第1拡散防止パターンと、第2拡散防止パターン及び金属配線を形成することをさらに含む。前記金属パターンは、前記第2拡散防止パターンにより囲まれている前記開口部を埋める様に形成される。前記方法は、前記金属膜を形成する前に前記第2拡散防止膜を有する半導体基板上に蒸着抑制層を形成することをさらに含む。前記蒸着抑制層は、前記開口部の中の前記第2拡散防止膜の下部側壁が露出する様に前記開口部の外の前記第2拡散防止膜の上部面及び前記開口部の中の前記第2拡散防止膜の上部側壁に形成される。前記金属配線が形成されるとき、前記蒸着抑制層は、パターニングされて前記金属配線の下に蒸着抑制パターンが形成される。前記金属配線は、化学気相蒸着方法から形成される。このとき、前記露出された第2拡散防止膜上の前記金属膜の蒸着率は、前記金属抑制層上の前記金属膜の蒸着率より高い。前記第2拡散防止膜は、第1金属窒化膜から形成され、前記蒸着抑制層は、第2金属窒化膜から形成される。このとき、前記第2金属窒化膜の窒素含有量は、前記第1金属窒化膜の窒素含有量に比べて多い。前記第2拡散防止膜と前記蒸着抑制層は、同じ耐熱性金属を含む。又、前記第2拡散防止膜は、耐熱性金属膜から形成され、前記蒸着抑制層は、耐熱性金属窒化膜から形成しても良い。前記第2拡散防止膜は、化学気相蒸着方法から形成され、前記蒸着抑制層は、物理気相蒸着方法から形成される。前記導電パターン、前記予備拡散防止膜、前記第1拡散防止膜、前記第2拡散防止膜、前記蒸着抑制層、前記金属配線は、一つのクラスタ装備から形成される。
【発明の効果】
【0023】
本発明の実施形態によると、拡散防止膜の結晶粒子の界面部に酸素が供給される。酸素が供給された拡散防止膜は、銅原子等及び/又はアルミニウム原子等の拡散を減少させる役割をする。又、拡散防止膜は複合層に形成される。これによって、銅原子等及び/又はアルミニウム原子等の拡散をさらに減少させることができる。これに加えて、蒸着抑制層を利用してコンタクトホールのアルミニウム配線に空孔が形成されない様にする。従って、半導体素子の電気的な特性が向上される。
【発明を実施するための最良の形態】
【0024】
以下に、本発明の実施形態に係る半導体素子及びその形成方法、半導体クラスタ装備を図面を参照して詳しく説明する。本発明は、ここに説明される実施形態に限定されるものではなく、他の形態に具現化できる。ここに開示される実施形態は開示された内容が完全になる様に、又は、この技術分野の人に本発明の技術思想を十分に伝達するために提供されるものである。
【0025】
図面等に於いて、層及び領域等の厚さは、明確にするために誇張されている。又、層が他の層又は基板上にあることと説明される場合、それは他の層又は基板上に直接形成されたり、それらの間に第3の層が介されたりすることを意味する。明細書の同じ符号等は同じ構成要素等を示す。
【0026】
図1から図8は本発明の半導体素子の形成方法及びその方法により製造された半導体素子等を説明するための断面図である。
【0027】
図1を参照すると、導電パターン105を有する半導体基板100を備える。前記導電パターン105は銅膜から形成される。前記導電パターン105及び半導体基板100の上に絶縁膜110が形成される。前記絶縁膜110は化学気相蒸着方法から形成されるシリコン酸化膜を含む。前記絶縁膜110をパターニングして前記導電パターン105を露出する開口部115が形成される。前記開口部115は孔形態又は溝形態に形成される。
【0028】
図2を参照すると、前記開口部115の内壁及び前記絶縁膜110の上部面に予備拡散防止膜120が形成される。前記開口部115の内壁は、前記開口部115の側壁及び前記導電パターン105の露出された面からなる。前記予備拡散防止膜120は化学気相蒸着方法から形成される。これによって、図2に図示された様に、前記予備拡散防止膜120は前記開口部115を有する半導体基板100の上に実質的に均一に形成される。前記予備拡散防止膜120は耐熱性金属膜から形成される。前記耐熱性金属膜はチタン、タンタル、ニオブ、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、モリブデン、レニウム、タングステンの中で少なくとも一つを含む。前記耐熱性金属はチタン−ジルコニウムから形成しても良い。又、前記予備拡散防止膜120は、耐熱性金属窒化膜から形成しても良い。前記耐熱性金属窒化膜は、チタン窒化膜、タンタル窒化膜、ニオブ窒化膜、バナジウム窒化膜、ジルコニウム窒化膜、ハフニウム窒化膜、モリブデン窒化膜、レニウム窒化膜、タングステン窒化膜の中で何れか一つを含む。前記耐熱性金属窒化膜はチタン−ジルコニウム窒化膜から形成しても良い。
【0029】
図3を参照すると、前記予備拡散防止膜120に酸素原子等を供給して第1拡散防止膜120aが形成される。前記酸素原子等は前記予備拡散防止膜120の結晶粒子の界面に提供される。言い換えれば、前記酸素原子等が供給されて前記予備拡散防止膜120が酸化されたり、前記予備拡散防止膜120の結晶粒子の界面に酸素原子が浸透されたりすることを意味する。前記酸素原子等は酸素を主とするガス(oxygen−based gas)を利用して供給される。前記酸素を主とするガスはO2ガス、N2Oガス、H2Oガス、O2とH2の混合ガス、O3ガスの中で少なくとも何れか一つを利用する。
【0030】
前記酸素原子等は、酸素熱処理工程を利用して供給される。前記酸素熱処理工程は、高温で酸素を主とするガスを供給する。例えば、前記酸素熱処理工程は、20〜600℃の温度、1〜10000sccm以下の酸素流量及び1000torr以下の圧力条件で行われる。この他に、前記酸素原子等は、酸素プラズマ工程を利用して供給しても良い。例えば、前記酸素プラズマ工程は20〜600℃の温度、1〜10000sccmの酸素流量、1〜10000sccmの不活性ガス流量及び0torrより大きく、1000torr以下の圧力条件で酸素ラジカル等及び酸素イオン等を利用して行われる。
【0031】
図4を参照すると、前記第1拡散防止膜120aの上に第2拡散防止膜130が形成される。前記第2拡散防止膜130は、化学気相蒸着方法から実質的に均一に形成される。前記第2拡散防止膜130は、耐熱性金属膜から形成される。例えば、前記耐熱性金属膜はチタン、タンタル、ニオブ、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、モリブデン、レニウム、タングステンの中で何れか一つを含む。又は、前記耐熱性金属膜はチタン−ジルコニウムを含む。この他に、前記第2拡散防止膜130は、耐熱性金属窒化膜から形成しても良い。前記耐熱性金属窒化膜は、チタン窒化膜、タンタル窒化膜、ニオブ窒化膜、バナジウム窒化膜、ジルコニウム窒化膜、ハフニウム窒化膜、モリブデン窒化膜、レニウム窒化膜、タングステン窒化膜の中で何れか一つを含む。又、前記耐熱性金属窒化膜はチタンジルコニウム窒化膜を含む。
【0032】
図5を参照すると、前記第2拡散防止膜130の上に蒸着抑制層140aが形成される。本発明の一実施形態によると、前記蒸着抑制層140aは劣悪なステップカバレージを形成する蒸着工程から形成される。従って、前記蒸着抑制層140aは前記開口部115の中の第2拡散防止膜130の上部側壁及び前記開口部115の第2拡散防止膜130の上部面に形成される。これに加えて、前記蒸着抑制層140aは前記開口部115の底面上の前記第2拡散防止膜130の上に形成される。結果的に、前記蒸着抑制層140aは図示された様に、前記開口部の上部角を覆うオーバハング(overhang)型に形成される。これに加えて、前記蒸着抑制層140aは図示された様に開口部115の中の第2拡散防止膜130の下部側壁が露出する様に形成される。前記蒸着抑制層140aは物理気相蒸着方法、例えばスパッタリング方法から形成される。このとき、窒素ガスが前記蒸着抑制層140aを形成するとき使用される。
【0033】
前記第2拡散防止膜130は第1金属窒化膜から形成され、前記蒸着抑制層140aは第2金属窒化膜から形成される。この場合、前記第2金属窒化膜の窒素含有量は、前記第1金属窒化膜の窒素含有量に比べて多い。前記第2拡散防止膜130と前記蒸着抑制層140aは、同じ耐熱性金属を含む。本発明の一実施形態によると、前記第2拡散防止膜130は耐熱性金属膜から形成され、前記蒸着抑制層140aは耐熱性金属窒化膜から形成される。
【0034】
図6を参照すると、第1金属膜152が前記蒸着抑制層140aを含む半導体基板100の上に形成される。前記第1金属膜152は前記開口部115を埋める。前記第1金属膜152は化学気相蒸着方法から形成される。前記第1金属膜152はアルミニウム(Al)を含む。前記第1金属膜152を前記化学気相蒸着方法から形成するとき、前記第1金属膜152は、前記開口部115の中露出された第2拡散防止膜130の上から第1蒸着率で形成され、前記蒸着抑制層140aの上から第2蒸着率で形成される。この場合、前記第1蒸着率は前記第2蒸着率に比べて高い。これは、前記第2拡散防止膜130の窒素含有量が、前記蒸着抑制層140aの窒素含有量に比べて少ないためである。例えば、アルミニウムは下部導電体の窒素含有量により選択的に蒸着される。従って、前記第1金属膜152は、前記開口部115を空孔が発生しない様に埋めることができる。
【0035】
図7を参照すると、前記第1金属膜152の上に第2金属膜154が形成される。前記第2金属膜154は工程時間を節約するために物理気相蒸着方法から形成される。前記第2金属膜154が低温の物理気相蒸着方法から形成される場合、前記第2金属膜154の蒸着後に、リフロー工程が行われる。しかし、前記第2金属膜154が高温の物理気相蒸着方法から形成される場合、リフロー工程は省略される。前記第1及び第2金属膜等152、154は金属膜150を構成する。
【0036】
前記導電パターン105、前記予備拡散防止膜120、前記第1拡散防止膜120a、前記第2拡散防止膜130、前記蒸着抑制層140a及び前記金属膜150は、一つのクラスタ装備から形成される。
【0037】
本発明の実施形態によると、前記第1拡散防止膜120a及び前記第2拡散防止膜130によって前記導電パターン105の銅原子等及び/又は前記金属膜150のアルミニウム原子等が拡散されることを防止する。即ち、前記第1及び第2拡散防止膜等120a、130によって前記導電パターン105の銅原子等が前記金属膜150に拡散されること及び/又は前記金属膜150のアルミニウム原子等が前記導電パターン105に拡散されることを防止する。第1拡散防止膜120a及び第2拡散防止膜130の何れか一つは銅拡散を防止し、他の一つはアルミニウム拡散を防止する。
【0038】
詳しくは、前記第1拡散防止膜120aの結晶粒子の界面に酸素原子等があるので、アルミニウムが結晶粒子の界面に沿って拡散するうちにアルミニウム酸化物が形成される。前記アルミニウム酸化物はアルミニウムの拡散経路を遮断する役割をする。
【0039】
図8を参照すると、前記金属膜150、前記蒸着抑制層140a、前記第2拡散防止膜130及び第1拡散防止膜120aを連続にパターニングして順次に積層される第1拡散防止パターン120a’、第2拡散防止パターン130’、蒸着抑制パターン140a’及び金属配線150’が形成される。前記金属配線150’は順次に積層される第1金属パターン152’及び第2金属配線154’を含む。前記金属配線150’は前記開口部115を覆う様に形成される。
【0040】
以下、本発明の実施形態等に係る半導体素子等を図8を参照して説明する。
【0041】
図8を参照すると、導電パターン105を有する半導体基板100が提供される。前記導電パターン105は銅からなる。絶縁膜110が導電パターン105及び半導体基板100の上に設けられる。前記導電パターン105の一部は前記絶縁膜110を貫通する開口部115により露出される。金属配線150’が前記開口部115の中及び前記絶縁膜110の上に設けられる。前記金属配線150’は順次に積層される第1金属パターン152’及び第2金属パターン154’を含む。前記第1金属パターン152’は化学気相蒸着方法によって形成され前記開口部115を埋める。前記第2金属パターン154’は物理気相蒸着方法によって形成される。前記金属配線150’はアルミニウムを含む。前記金属配線150’は円柱形態又はライン形態に構成できる。
【0042】
前記金属配線150’と前記導電パターン105との間に第1拡散防止パターン120a’が設けられる。前記第1拡散防止パターン120a’は前記開口部115の側壁及び前記絶縁膜110の上部面に延長される。即ち、前記第1拡散防止パターン120a’は前記金属配線150’及び絶縁膜110との間に設けられる。前記第1拡散防止パターン120a’は酸素を含む。例えば、前記第1拡散防止パターン120a’は酸素原子等に露出又は浸透された結晶粒子の界面等を含む。前記第1拡散防止パターン120a’と前記金属配線150’との間に第2拡散防止パターン130’が介される。
【0043】
前記第1拡散防止パターン120a’と前記第2拡散防止パターン130’は、各々耐熱性金属を含む。例えば、前記第1及び第2拡散防止パターン等120a’、130’の各々は、チタン、タンタル、ニオブ、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、モリブデン、レニウム、タングステンの中で少なくとも一つを含む。又は、前記第1及び第2拡散防止パターン等120a’、130’の中で少なくとも一つはチタン−ジルコニウムを含む。この他に、前記第1拡散防止パターン120a’及び前記第2拡散防止パターン130’は、各々耐熱性金属窒化物から形成しても良い。例えば、前記第1及び第2拡散防止パターン等120a’、130’の各々は、チタン窒化物、タンタル窒化物、ニオブ窒化物、バナジウム窒化物、ジルコニウム窒化物、ハフニウム窒化物、モリブデン窒化物、レニウム窒化物及びタングステン窒化物の中で少なくとも一つを含む。又は、前記第1及び第2拡散防止パターン等120a’、130’の中で少なくとも一つはチタン−ジルコニウム窒化物を含む。
【0044】
前記第1拡散防止パターン120a’と前記第2拡散防止パターン130’が設けられることによって、前記導電パターン105の銅及び前記金属配線150’のアルミニウムの拡散が防止される。さらに、前記第1拡散防止パターン120a’は、結晶粒子の界面に酸素を含むので、前記第1拡散防止パターン120a’の結晶粒子の界面に拡散されるアルミニウムがアルミニウム酸化物になる。従って、第1拡散防止パターン120a’は拡散経路を遮断する役割をする。
【0045】
前記第2拡散防止パターン130’は前記開口部115の側壁及び絶縁膜110の上部面に延長される。蒸着抑制パターン140a’が前記金属配線150’と第2拡散防止パターン130’との間の一部に設けられる。例えば、前記蒸着抑制パターン140a’は、前記絶縁膜110の上部面の第2拡散防止パターン130’と前記金属配線150’の縁部との間に設けられる。これに加えて、前記蒸着抑制パターン140a’は前記開口部115の中の第2拡散防止パターン130’の上部側壁を覆う。又、前記蒸着抑制パターン140a’は、前記開口部115の底面上の第2拡散防止パターン130’の上にも介される。結果的に、前記金属配線150’は前記開口部115の中の前記第2拡散防止パターン130’の下部側壁と接触される。
【0046】
前記第2拡散防止パターン130’は第1金属窒化物を含み、前記蒸着抑制パターン140a’は第2金属窒化物を含む。前記第2金属窒化物の窒素含有量は前記第1金属窒化物の窒素含有量より多い。前記第1金属窒化物と前記第2金属窒化物は同じ耐熱性金属を含む。又、前記第2拡散防止パターン130’は耐熱性金属を含み、前記蒸着抑制パターン140a’は耐熱性金属窒化物を含む様に形成しても良い。
【0047】
図9は様々な金属膜等のシート抵抗の変化を比較して示すグラフ図である。図9に於いて、横軸は従来技術による金属膜及び本発明により製造された金属膜を示し、縦軸はアニール工程前の金属膜の第1シート抵抗RS1とアニール工程後の金属膜の第2シート抵抗RS2との間のシート抵抗の変化率RVを示す。横軸のTa1、Ta2、TaN1及びTaN2は従来の金属膜等であり、横軸のTa1(酸素処理)、Ta2(酸素処理)、TaN1(酸素処理)及びTaN2(酸素処理)は本発明による金属膜等である。金属膜等の各々は基板上に銅膜を形成すること、銅膜上に拡散防止膜を形成すること、拡散防止膜上にアルミニウム膜を形成すること、銅膜、拡散防止膜及びアルミニウム膜をアニールすることを含む半導体工程から製造される。このとき、前記第1シート抵抗RS1は前記アニール工程前に測定し、前記第2シート抵抗RS2は前記アニール工程後に測定した。従って、前記シート抵抗の変化率RVは次の方程式を利用して計算することができる。
【0048】
RV={(RS2−RS1)}×100÷RS1
【0049】
従来技術による拡散防止膜等は50Åの厚さを有する第1タンタル膜Ta1、100Åの厚さを有する第2タンタル膜Ta2、50Åの厚さを有する第1タンタル窒化膜TaN1及び100Åの厚さを有する第2タンタル窒化膜TaN2を形成した。又、本発明による拡散防止膜等は予備拡散防止膜を形成した後に酸素を供給する工程を経て形成した。図9のTa1(酸素処理)、Ta2(酸素処理)、TaN1(酸素処理)及びTaN2(酸素処理)参照。このとき、前記予備拡散防止膜は従来技術による拡散防止膜等の中の一つに対応する。
【0050】
図9を参照すると、従来の金属膜等Ta1、Ta2、TaN1、TaN2は約80%から120%のシート抵抗の変化率RVを示した。逆に、本発明による金属膜等は約5%から25%のシート抵抗の変化率RVを示した。この結果を見ると、前記アニール工程を行ううちに、アルミニウム及び銅の合金が形成されるが、面抵抗が極めて増加されたことが分かる。又、本発明による金属膜等のシート抵抗の変化率RVは従来の金属膜等のシート抵抗の変化率RVに比べて著しく小さいことが分かる。従って、本発明の酸素を含む拡散防止膜により、銅原子等及び/又はアルミニウム原子等の拡散が最小化されて銅及びアルミニウムの合金の形成が最小化されることが分かる。
【0051】
図10は互いに異なる窒素含有量を有するタンタル窒化膜等による金属膜等の物理的なパラメータ及び電気的なパラメータ等を示す図面である。図10に於いて、横軸は互いに異なる窒素含有量を有する様々なタンタル窒化膜等TaN1からTaN8を示し、左側の縦軸はタンタル窒化膜等上に蒸着されたアルミニウム膜等の厚さを示し、右側の縦軸は各タンタル窒化膜等の比抵抗を示す。前記タンタル窒化膜等TaN1からTaN8は窒素反応スパッタリング技術(nitrogen reactive sputtering technique)から形成され、CVDアルミニウム膜等が前記タンタル窒化膜等上に各々形成されている。前記CVDアルミニウム膜等は蒸着時間を同じにした。タンタル窒化膜等の窒素含有量は右側の縦軸の方に行くほど段々蒸着量が多くなる。即ち、8番目のタンタル窒化膜TaN8が一番多い窒素含有量を有する様に形成され、1番目のタンタル窒化膜TaN1が一番少ない窒素含有量を有する様に形成した。
【0052】
図10の様に、タンタル窒化膜の窒素含有量が高くなるほどタンタル窒化膜上の前記CVDアルミニウム膜の蒸着率が低くなる。従って、タンタル窒化膜が図4及び図5に開示された第2拡散防止膜130及び蒸着抑制層140aからなるとき、第2拡散防止膜130の窒素含有量が前記蒸着抑制層140aの窒素含有量より低いので、空孔が発生しない様に前記開口部115を完全に埋めることができる。
【0053】
図11は互いに異なる窒素含有量を有する様々なチタン窒化膜等上に蒸着されたCVDアルミニウム膜等のシート抵抗を示すグラフ図である。図11に於いて、横軸は互いに異なる窒素含有量を有するチタン窒化膜等TiN1、TiN2、TiN3、TiN4を示し、縦軸は前記チタン窒化膜等TiN1、TiN2、TiN3、TiN4の上に蒸着されたCVDアルミニウム膜等のシート抵抗を示す。前記チタン窒化膜等TiN1、TiN2、TiN3、TiN4は窒素反応スパッタリング技術から形成される。前記CVDアルミニウム膜等は蒸着時間を同じにした。チタン窒化膜等の窒素濃度は右側の方に行くほど段々増加する。即ち、4番目のチタン窒化膜TiN4が一番多い窒素含有量を有する様に形成され、1番目のチタン窒化膜TiN1が一番少ない窒素含有量を有する様に形成した。
【0054】
図11から分かる様に、チタン窒化膜の窒素含有量が高くなるほどチタン窒化膜上のCVDアルミニウム膜のシート抵抗は高くなる。この結果から、チタン窒化膜上に蒸着されたCVDアルミニウム膜の厚さは、チタン窒化膜の窒素含有量に反比例することが分かる。これは、図10のタンタル窒化膜等のグラフ図と実質的に同じ結果を得る。
【0055】
図12は本発明の実施形態に係る半導体素子を製造するとき、利用する半導体クラスタ装備を説明するための図面である。
【0056】
図12を参照すると、半導体クラスタ装備10は、第1及び第2ロードロックチャンバ等20、第1及び第2移送チャンバ等30、第1及び第2冷却チャンバ等44、複数の工程チャンバ等を含む。前記第1及び第2ロードロックチャンバ等20は前記第1移送チャンバ30に取り付けられる。前記第1及び第2冷却チャンバ等44は前記第1及び第2移送チャンバ等30の間に配置される。前記工程チャンバ等はクリーニングチャンバ42、脱ガスチャンバ46、第1から第7チャンバ等52、54、56、58、62、64、70を含む。前記クリーニングチャンバ42、脱ガスチャンバ46、第3チャンバ56及び第4チャンバ58は、前記第1移送チャンバ30に取り付けられ、第1チャンバ52、第2チャンバ54、第5チャンバ62、第6チャンバ64及び第7チャンバ70は前記第2移送チャンバ30に取り付けられる。
【0057】
前記各移送チャンバ等30はウェハの移送のためのウェハ移送装置を備える。前記ウェハ移送装置はロボットアーム35を備え、前記ロボットアーム35は、工程チャンバ等とロードロックチャンバ20との間からウェハを搬入及び搬出する。
【0058】
続いて、前記半導体クラスタ装備10を利用して半導体素子を製造する方法を説明する。
【0059】
図1乃至図7及び図12を参照すると、コンタクトホール又はライン形態の溝の様な開口部115を有するウェハを備える。前記開口部115を有するウェハは前記ロードロックチャンバ等20の中の一つにローディングされる。前記ロードロックチャンバ20の中のウェハは、前記第1移送チャンバ30を通じて前記クリーニングチャンバ42に移送される。前記クリーニングチャンバ42で、開口部を有するウェハはアルゴン(Ar)ガス及び/又はヘリウム(He)ガス等を利用して洗浄される。前記洗浄されたウェハは、前記第1及び第2移送チャンバ30を通じて前記第1チャンバ52に移送される。前記第1チャンバ52で、前記開口部を有する半導体基板上に予備拡散防止膜120が形成される。続いて、前記第1工程チャンバ52で、前記予備拡散防止膜120の結晶粒子の界面部に酸素原子等を供給して第1拡散防止膜120aが形成される。又、前記予備拡散防止膜120を有するウェハが前記第2チャンバ54に移送された後、前記酸素原子等は前記第2チャンバ54で供給されても良い。即ち、前記半導体クラスタ装備10は、前記酸素原子等を供給するためのチャンバを別途に設置する。しかし、前記酸素の供給は、前記クリーニングチャンバ42で行っても良い。前記第1拡散防止膜120aは前記第1チャンバ52、第2チャンバ54又はクリーニングチャンバ42で形成される。
【0060】
前記第1拡散防止膜120aを有するウェハは、第1及び第2移送チャンバ等30を通じて第3チャンバ56に移送される。前記第3チャンバ56で前記第1拡散防止膜120aの上に第2拡散防止膜130が形成される。前記第2拡散防止膜130は前記第1チャンバ52で形成しても良い。即ち、前記予備拡散防止膜120、前記第1拡散防止膜120a及び前記第2拡散防止膜130は、酸素原子等を供給することができる同じチャンバで形成しても良い。
【0061】
前記第2拡散防止膜130を有するウェハは、第4チャンバ58に移送される。前記第4チャンバ58で前記第2拡散防止膜130を有するウェハ上に蒸着抑制層140aを形成する。この場合、前記第4チャンバ58は、劣悪なステップカバレージを形成する物理気相蒸着チャンバである。前記蒸着抑制層140aは、前記開口部115の中の第2拡散防止膜130の上部側壁及び前記開口部115の外の第2拡散防止膜130の上部面に形成される。従って、前記開口部115の中の第2拡散防止膜130の下部側壁は、前記蒸着抑制層140aを形成した後にも露出されている。
【0062】
前記蒸着抑制層140aを有するウェハは、第5チャンバ62に移送される。前記第5チャンバ62で前記蒸着抑制層140aを覆う様にウェハ上に第1金属膜152、例えば、アルミニウム膜が形成される。前記第5チャンバ62は、化学気相蒸着チャンバである。前記第1金属膜152を有するウェハが第6チャンバ64に移送される。前記第6チャンバ64で前記第1金属膜152の上に第2金属膜154が形成される。前記第6チャンバ64は、物理気相蒸着チャンバである。
【0063】
前記ウェハは導電パターン105を有し、前記導電パターン105は、前記開口部115を形成する前に第7チャンバ70で形成される。本発明の一実施形態によると、前記第1拡散防止膜120aを形成するための酸素原子等を供給することは、ウェハ表面の汚染を除去する脱ガスチャンバ46、又は、蒸着工程により高くなった温度を下げる冷却チャンバ44で行われる。
【図面の簡単な説明】
【0064】
【図1】本発明の半導体素子の形成方法及びその方法により製造される半導体素子等を説明するための断面図である。
【図2】本発明の他の半導体素子の形成方法及びその方法により製造される半導体素子等を説明するための断面図である。
【図3】本発明の他の半導体素子の形成方法及びその方法により製造される半導体素子等を説明するための断面図である。
【図4】本発明の他の半導体素子の形成方法及びその方法により製造される半導体素子等を説明するための断面図である。
【図5】本発明の他の半導体素子の形成方法及びその方法により製造される半導体素子等を説明するための断面図である。
【図6】本発明の他の半導体素子の形成方法及びその方法により製造される半導体素子等を説明するための断面図である。
【図7】本発明の他の半導体素子の形成方法及びその方法により製造される半導体素子等を説明するための断面図である。
【図8】本発明の他の半導体素子の形成方法及びその方法により製造される半導体素子等を説明するための断面図である。
【図9】本発明の半導体素子の特性を説明するためのグラフ図である。
【図10】本発明の他の半導体素子の特性を説明するためのグラフ図である。
【図11】本発明の他の半導体素子の特性を説明するためのグラフ図である。
【図12】本発明の半導体素子を製造するとき、利用する半導体クラスタ装備を説明するための図面である。
【符号の説明】
【0065】
105 導電パターン
120a 第1拡散防止膜
130 第2拡散防止膜
140a 蒸着抑制層
150 金属配線
【技術分野】
【0001】
本発明は半導体素子と、半導体素子を製造する方法及び装備に関するものである。
【背景技術】
【0002】
半導体素子の高集積化によって金属配線は細線になるが、逆に、その金属配線の抵抗は増加する。これによって、金属配線としてアルミニウム(Al)の代わりに、抵抗が低い銅(Cu)に替わっている。しかし、銅配線が接合パッド等の最終配線層に使われる場合、酸化し易い問題点がある。従って、アルミニウム配線が銅配線上の最終配線層に使われている。前記銅配線とアルミニウム配線の間に銅又はアルミニウムが拡散されると、銅とアルミニウムの合金が形成される。前記合金は比抵抗が高いので、半導体素子の電気的な特性を低下させる。
【0003】
一方、前記アルミニウム配線は開口部、例えばコンタクトホールに形成される。半導体素子の高集積化によって、コンタクトホールの縦横比は増加している。これによって、アルミニウム配線の形成過程で、前記コンタクトホールがアルミニウムによって完全に埋められないのでコンタクトホールの中に空孔が発生し易い。前記空孔によって、半導体素子の電気的な特性が低下する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の目的は、電気的な特性が向上される半導体素子及びその形成方法を提供するものである。
【0005】
本発明の他の目的は、電気的な特性が向上される半導体素子を製造するとき、利用する半導体クラスタ装備を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の課題を解決するための半導体素子は、導電パターンを有する半導体基板と、前記導電パターン及び半導体基板上に形成され、前記導電パターンの一部を露出する開口部を有する絶縁膜と、前記開口部を埋める金属配線と、前記金属配線と前記導電パターンとの間に介されると共に、酸素原子等を含む第1拡散防止パターンを備える。
【0007】
一実施形態によると、前記酸素原子等は、前記第1拡散防止パターンの結晶粒子の界面に位置する。
【0008】
一実施形態によると、前記導電パターンは、銅を含み、前記金属配線は、アルミニウムを含む。
【0009】
一実施形態によると、前記半導体素子は、前記第1拡散防止パターンと前記金属配線との間に介された第2拡散防止パターンをさらに備える。前記第1拡散防止パターン及び前記第2拡散防止パターンは、各々耐熱性金属を含む。前記耐熱性金属はチタン(Ti)、タンタル(Ta)、ニオブ(Nb)、バナジウム(V)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、モリブデン(Mo)、レニウム(Re)、タングステン(W)、チタン−ジルコニウムの中で少なくとも一つを含む。前記第1拡散防止パターン及び前記第2拡散防止パターンは、各々耐熱性金属窒化物から構成しても良い。前記耐熱性金属窒化物は、チタン窒化物、タンタル窒化物、ニオブ窒化物、バナジウム窒化物、ジルコニウム窒化物、ハフニウム窒化物、モリブデン窒化物、レニウム窒化物、タングステン窒化物、チタン−ジルコニウム窒化物の中で少なくとも一つを含む。
【0010】
一実施形態によると、前記第2拡散防止パターンは、前記開口部の側壁上に延長される。この場合、前記半導体素子は、前記開口部の上部側壁部の金属配線と前記開口部の上部側壁部の第2拡散防止パターンとの間に介される蒸着抑制パターンをさらに備える。結果的に、前記開口部の中の前記第2拡散防止パターンの下部側壁は、前記金属配線と接触される。前記第2拡散防止パターンは、第1金属窒化膜を含み、前記蒸着抑制パターンは、第2金属窒化膜を含む。前記第2金属窒化膜の窒素含有量は、前記第1金属窒化膜の窒素含有量に比べて多い。前記第1金属窒化膜と前記第2金属窒化膜は、同じ耐熱性金属を含む。前記第2拡散防止パターンは、耐熱性金属膜を含み、前記蒸着抑制パターンは、耐熱性金属窒化膜を含む。
【0011】
又、本発明は上述した課題を解決するための半導体クラスタ装備を提供する。半導体クラスタ装備は、開口部を有する基板上に予備拡散防止膜を形成すること、前記予備拡散防止膜に酸素原子等を供給して第1拡散防止膜を形成すること、前記第1拡散防止膜上に第2拡散防止膜を形成することの中で少なくとも一つを行う様に設定される第1工程チャンバと、前記開口部の中の第2拡散防止膜の下部側壁が露出する様に、前記開口部の中の第2拡散防止膜の上部側壁及び前記開口部の外の第2拡散防止膜の上部面に蒸着抑制層を形成する様に設定される第2工程チャンバと、前記蒸着抑制層を有する基板上に前記開口部を埋める金属膜を形成する様に設定される第3工程チャンバとを備える。
【0012】
一実施形態によると、前記半導体クラスタ装備は、第4工程チャンバと、第5工程チャンバをさらに備える。この場合、前記第1工程チャンバは、前記予備拡散防止膜を形成する様に設定され、前記第4工程チャンバは、前記酸素原子等を供給する様に設定され、前記第5工程チャンバは、前記第2拡散防止膜を形成する様に設定される。
【0013】
一実施形態によると、前記第4工程チャンバはクリーニングチャンバ、脱ガスチャンバ、冷却チャンバの中で少なくとも一つに設定される。前記クリーニングチャンバは、前記開口部を有する基板を洗浄するチャンバである。
【0014】
一実施形態によると、前記基板は導電パターンと、前記導電パターンを露出する前記開口部を有する絶縁膜を備える。
【0015】
又、本発明は上述した課題を解決するための半導体素子の製造方法を提供する。この方法は、導電パターンを有する半導体基板を備えること、前記導電パターン及び前記半導体基板上に絶縁膜を形成すること、前記絶縁膜をパターニングして前記導電パターンの一部を露出する開口部を形成すること、前記開口部の内壁及び前記絶縁膜の上部面に予備拡散防止膜を形成すること、前記予備拡散防止膜に酸素原子等を供給して第1拡散防止膜を形成すること、前記第1拡散防止膜上に金属膜を形成することを含む。前記金属膜は、前記第1拡散防止膜により囲まれている前記開口部を埋める様に形成される。
【0016】
一実施形態によると、前記酸素原子等は、前記予備拡散防止膜の結晶粒子の界面に供給される。
【0017】
一実施形態によると、前記酸素原子等は、酸素熱処理工程を利用して供給される。
【0018】
一実施形態によると、前記酸素原子等は、酸素プラズマ工程を利用して供給される。
【0019】
一実施形態によると、前記酸素原子等は、O2ガス、N2Oガス、H2Oガス、O2とH2の混合ガス、O3ガスの中で少なくとも何れか一つを利用して供給される。
【0020】
一実施形態によると、前記方法は、前記金属膜を形成する前に、前記第1拡散防止膜上に第2拡散防止膜を形成することをさらに含む。前記第1拡散防止膜及び前記第2拡散防止膜は、各々耐熱性金属膜から形成される。前記耐熱性金属膜は、チタン、タンタル、ニオブ、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、モリブデン、レニウム、タングステン、チタン−ジルコニウムの中で少なくとも一つを含む。前記第1拡散防止膜及び前記第2拡散防止膜は、各々耐熱性金属窒化膜から形成しても良い。前記耐熱性金属窒化膜は、チタン窒化膜、タンタル窒化膜、ニオブ窒化膜、バナジウム窒化膜、ジルコニウム窒化膜、ハフニウム窒化膜、モリブデン窒化膜、レニウム窒化膜、タングステン窒化膜、チタン−ジルコニウム窒化膜の中で少なくとも一つを含む。
【0021】
一実施形態によると、前記導電パターンは、銅から形成され、前記金属膜は、アルミニウムから形成される。
【0022】
一実施形態によると、前記方法は、前記金属膜と第2拡散防止膜と第1拡散防止膜をパターニングして順次に積層される第1拡散防止パターンと、第2拡散防止パターン及び金属配線を形成することをさらに含む。前記金属パターンは、前記第2拡散防止パターンにより囲まれている前記開口部を埋める様に形成される。前記方法は、前記金属膜を形成する前に前記第2拡散防止膜を有する半導体基板上に蒸着抑制層を形成することをさらに含む。前記蒸着抑制層は、前記開口部の中の前記第2拡散防止膜の下部側壁が露出する様に前記開口部の外の前記第2拡散防止膜の上部面及び前記開口部の中の前記第2拡散防止膜の上部側壁に形成される。前記金属配線が形成されるとき、前記蒸着抑制層は、パターニングされて前記金属配線の下に蒸着抑制パターンが形成される。前記金属配線は、化学気相蒸着方法から形成される。このとき、前記露出された第2拡散防止膜上の前記金属膜の蒸着率は、前記金属抑制層上の前記金属膜の蒸着率より高い。前記第2拡散防止膜は、第1金属窒化膜から形成され、前記蒸着抑制層は、第2金属窒化膜から形成される。このとき、前記第2金属窒化膜の窒素含有量は、前記第1金属窒化膜の窒素含有量に比べて多い。前記第2拡散防止膜と前記蒸着抑制層は、同じ耐熱性金属を含む。又、前記第2拡散防止膜は、耐熱性金属膜から形成され、前記蒸着抑制層は、耐熱性金属窒化膜から形成しても良い。前記第2拡散防止膜は、化学気相蒸着方法から形成され、前記蒸着抑制層は、物理気相蒸着方法から形成される。前記導電パターン、前記予備拡散防止膜、前記第1拡散防止膜、前記第2拡散防止膜、前記蒸着抑制層、前記金属配線は、一つのクラスタ装備から形成される。
【発明の効果】
【0023】
本発明の実施形態によると、拡散防止膜の結晶粒子の界面部に酸素が供給される。酸素が供給された拡散防止膜は、銅原子等及び/又はアルミニウム原子等の拡散を減少させる役割をする。又、拡散防止膜は複合層に形成される。これによって、銅原子等及び/又はアルミニウム原子等の拡散をさらに減少させることができる。これに加えて、蒸着抑制層を利用してコンタクトホールのアルミニウム配線に空孔が形成されない様にする。従って、半導体素子の電気的な特性が向上される。
【発明を実施するための最良の形態】
【0024】
以下に、本発明の実施形態に係る半導体素子及びその形成方法、半導体クラスタ装備を図面を参照して詳しく説明する。本発明は、ここに説明される実施形態に限定されるものではなく、他の形態に具現化できる。ここに開示される実施形態は開示された内容が完全になる様に、又は、この技術分野の人に本発明の技術思想を十分に伝達するために提供されるものである。
【0025】
図面等に於いて、層及び領域等の厚さは、明確にするために誇張されている。又、層が他の層又は基板上にあることと説明される場合、それは他の層又は基板上に直接形成されたり、それらの間に第3の層が介されたりすることを意味する。明細書の同じ符号等は同じ構成要素等を示す。
【0026】
図1から図8は本発明の半導体素子の形成方法及びその方法により製造された半導体素子等を説明するための断面図である。
【0027】
図1を参照すると、導電パターン105を有する半導体基板100を備える。前記導電パターン105は銅膜から形成される。前記導電パターン105及び半導体基板100の上に絶縁膜110が形成される。前記絶縁膜110は化学気相蒸着方法から形成されるシリコン酸化膜を含む。前記絶縁膜110をパターニングして前記導電パターン105を露出する開口部115が形成される。前記開口部115は孔形態又は溝形態に形成される。
【0028】
図2を参照すると、前記開口部115の内壁及び前記絶縁膜110の上部面に予備拡散防止膜120が形成される。前記開口部115の内壁は、前記開口部115の側壁及び前記導電パターン105の露出された面からなる。前記予備拡散防止膜120は化学気相蒸着方法から形成される。これによって、図2に図示された様に、前記予備拡散防止膜120は前記開口部115を有する半導体基板100の上に実質的に均一に形成される。前記予備拡散防止膜120は耐熱性金属膜から形成される。前記耐熱性金属膜はチタン、タンタル、ニオブ、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、モリブデン、レニウム、タングステンの中で少なくとも一つを含む。前記耐熱性金属はチタン−ジルコニウムから形成しても良い。又、前記予備拡散防止膜120は、耐熱性金属窒化膜から形成しても良い。前記耐熱性金属窒化膜は、チタン窒化膜、タンタル窒化膜、ニオブ窒化膜、バナジウム窒化膜、ジルコニウム窒化膜、ハフニウム窒化膜、モリブデン窒化膜、レニウム窒化膜、タングステン窒化膜の中で何れか一つを含む。前記耐熱性金属窒化膜はチタン−ジルコニウム窒化膜から形成しても良い。
【0029】
図3を参照すると、前記予備拡散防止膜120に酸素原子等を供給して第1拡散防止膜120aが形成される。前記酸素原子等は前記予備拡散防止膜120の結晶粒子の界面に提供される。言い換えれば、前記酸素原子等が供給されて前記予備拡散防止膜120が酸化されたり、前記予備拡散防止膜120の結晶粒子の界面に酸素原子が浸透されたりすることを意味する。前記酸素原子等は酸素を主とするガス(oxygen−based gas)を利用して供給される。前記酸素を主とするガスはO2ガス、N2Oガス、H2Oガス、O2とH2の混合ガス、O3ガスの中で少なくとも何れか一つを利用する。
【0030】
前記酸素原子等は、酸素熱処理工程を利用して供給される。前記酸素熱処理工程は、高温で酸素を主とするガスを供給する。例えば、前記酸素熱処理工程は、20〜600℃の温度、1〜10000sccm以下の酸素流量及び1000torr以下の圧力条件で行われる。この他に、前記酸素原子等は、酸素プラズマ工程を利用して供給しても良い。例えば、前記酸素プラズマ工程は20〜600℃の温度、1〜10000sccmの酸素流量、1〜10000sccmの不活性ガス流量及び0torrより大きく、1000torr以下の圧力条件で酸素ラジカル等及び酸素イオン等を利用して行われる。
【0031】
図4を参照すると、前記第1拡散防止膜120aの上に第2拡散防止膜130が形成される。前記第2拡散防止膜130は、化学気相蒸着方法から実質的に均一に形成される。前記第2拡散防止膜130は、耐熱性金属膜から形成される。例えば、前記耐熱性金属膜はチタン、タンタル、ニオブ、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、モリブデン、レニウム、タングステンの中で何れか一つを含む。又は、前記耐熱性金属膜はチタン−ジルコニウムを含む。この他に、前記第2拡散防止膜130は、耐熱性金属窒化膜から形成しても良い。前記耐熱性金属窒化膜は、チタン窒化膜、タンタル窒化膜、ニオブ窒化膜、バナジウム窒化膜、ジルコニウム窒化膜、ハフニウム窒化膜、モリブデン窒化膜、レニウム窒化膜、タングステン窒化膜の中で何れか一つを含む。又、前記耐熱性金属窒化膜はチタンジルコニウム窒化膜を含む。
【0032】
図5を参照すると、前記第2拡散防止膜130の上に蒸着抑制層140aが形成される。本発明の一実施形態によると、前記蒸着抑制層140aは劣悪なステップカバレージを形成する蒸着工程から形成される。従って、前記蒸着抑制層140aは前記開口部115の中の第2拡散防止膜130の上部側壁及び前記開口部115の第2拡散防止膜130の上部面に形成される。これに加えて、前記蒸着抑制層140aは前記開口部115の底面上の前記第2拡散防止膜130の上に形成される。結果的に、前記蒸着抑制層140aは図示された様に、前記開口部の上部角を覆うオーバハング(overhang)型に形成される。これに加えて、前記蒸着抑制層140aは図示された様に開口部115の中の第2拡散防止膜130の下部側壁が露出する様に形成される。前記蒸着抑制層140aは物理気相蒸着方法、例えばスパッタリング方法から形成される。このとき、窒素ガスが前記蒸着抑制層140aを形成するとき使用される。
【0033】
前記第2拡散防止膜130は第1金属窒化膜から形成され、前記蒸着抑制層140aは第2金属窒化膜から形成される。この場合、前記第2金属窒化膜の窒素含有量は、前記第1金属窒化膜の窒素含有量に比べて多い。前記第2拡散防止膜130と前記蒸着抑制層140aは、同じ耐熱性金属を含む。本発明の一実施形態によると、前記第2拡散防止膜130は耐熱性金属膜から形成され、前記蒸着抑制層140aは耐熱性金属窒化膜から形成される。
【0034】
図6を参照すると、第1金属膜152が前記蒸着抑制層140aを含む半導体基板100の上に形成される。前記第1金属膜152は前記開口部115を埋める。前記第1金属膜152は化学気相蒸着方法から形成される。前記第1金属膜152はアルミニウム(Al)を含む。前記第1金属膜152を前記化学気相蒸着方法から形成するとき、前記第1金属膜152は、前記開口部115の中露出された第2拡散防止膜130の上から第1蒸着率で形成され、前記蒸着抑制層140aの上から第2蒸着率で形成される。この場合、前記第1蒸着率は前記第2蒸着率に比べて高い。これは、前記第2拡散防止膜130の窒素含有量が、前記蒸着抑制層140aの窒素含有量に比べて少ないためである。例えば、アルミニウムは下部導電体の窒素含有量により選択的に蒸着される。従って、前記第1金属膜152は、前記開口部115を空孔が発生しない様に埋めることができる。
【0035】
図7を参照すると、前記第1金属膜152の上に第2金属膜154が形成される。前記第2金属膜154は工程時間を節約するために物理気相蒸着方法から形成される。前記第2金属膜154が低温の物理気相蒸着方法から形成される場合、前記第2金属膜154の蒸着後に、リフロー工程が行われる。しかし、前記第2金属膜154が高温の物理気相蒸着方法から形成される場合、リフロー工程は省略される。前記第1及び第2金属膜等152、154は金属膜150を構成する。
【0036】
前記導電パターン105、前記予備拡散防止膜120、前記第1拡散防止膜120a、前記第2拡散防止膜130、前記蒸着抑制層140a及び前記金属膜150は、一つのクラスタ装備から形成される。
【0037】
本発明の実施形態によると、前記第1拡散防止膜120a及び前記第2拡散防止膜130によって前記導電パターン105の銅原子等及び/又は前記金属膜150のアルミニウム原子等が拡散されることを防止する。即ち、前記第1及び第2拡散防止膜等120a、130によって前記導電パターン105の銅原子等が前記金属膜150に拡散されること及び/又は前記金属膜150のアルミニウム原子等が前記導電パターン105に拡散されることを防止する。第1拡散防止膜120a及び第2拡散防止膜130の何れか一つは銅拡散を防止し、他の一つはアルミニウム拡散を防止する。
【0038】
詳しくは、前記第1拡散防止膜120aの結晶粒子の界面に酸素原子等があるので、アルミニウムが結晶粒子の界面に沿って拡散するうちにアルミニウム酸化物が形成される。前記アルミニウム酸化物はアルミニウムの拡散経路を遮断する役割をする。
【0039】
図8を参照すると、前記金属膜150、前記蒸着抑制層140a、前記第2拡散防止膜130及び第1拡散防止膜120aを連続にパターニングして順次に積層される第1拡散防止パターン120a’、第2拡散防止パターン130’、蒸着抑制パターン140a’及び金属配線150’が形成される。前記金属配線150’は順次に積層される第1金属パターン152’及び第2金属配線154’を含む。前記金属配線150’は前記開口部115を覆う様に形成される。
【0040】
以下、本発明の実施形態等に係る半導体素子等を図8を参照して説明する。
【0041】
図8を参照すると、導電パターン105を有する半導体基板100が提供される。前記導電パターン105は銅からなる。絶縁膜110が導電パターン105及び半導体基板100の上に設けられる。前記導電パターン105の一部は前記絶縁膜110を貫通する開口部115により露出される。金属配線150’が前記開口部115の中及び前記絶縁膜110の上に設けられる。前記金属配線150’は順次に積層される第1金属パターン152’及び第2金属パターン154’を含む。前記第1金属パターン152’は化学気相蒸着方法によって形成され前記開口部115を埋める。前記第2金属パターン154’は物理気相蒸着方法によって形成される。前記金属配線150’はアルミニウムを含む。前記金属配線150’は円柱形態又はライン形態に構成できる。
【0042】
前記金属配線150’と前記導電パターン105との間に第1拡散防止パターン120a’が設けられる。前記第1拡散防止パターン120a’は前記開口部115の側壁及び前記絶縁膜110の上部面に延長される。即ち、前記第1拡散防止パターン120a’は前記金属配線150’及び絶縁膜110との間に設けられる。前記第1拡散防止パターン120a’は酸素を含む。例えば、前記第1拡散防止パターン120a’は酸素原子等に露出又は浸透された結晶粒子の界面等を含む。前記第1拡散防止パターン120a’と前記金属配線150’との間に第2拡散防止パターン130’が介される。
【0043】
前記第1拡散防止パターン120a’と前記第2拡散防止パターン130’は、各々耐熱性金属を含む。例えば、前記第1及び第2拡散防止パターン等120a’、130’の各々は、チタン、タンタル、ニオブ、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、モリブデン、レニウム、タングステンの中で少なくとも一つを含む。又は、前記第1及び第2拡散防止パターン等120a’、130’の中で少なくとも一つはチタン−ジルコニウムを含む。この他に、前記第1拡散防止パターン120a’及び前記第2拡散防止パターン130’は、各々耐熱性金属窒化物から形成しても良い。例えば、前記第1及び第2拡散防止パターン等120a’、130’の各々は、チタン窒化物、タンタル窒化物、ニオブ窒化物、バナジウム窒化物、ジルコニウム窒化物、ハフニウム窒化物、モリブデン窒化物、レニウム窒化物及びタングステン窒化物の中で少なくとも一つを含む。又は、前記第1及び第2拡散防止パターン等120a’、130’の中で少なくとも一つはチタン−ジルコニウム窒化物を含む。
【0044】
前記第1拡散防止パターン120a’と前記第2拡散防止パターン130’が設けられることによって、前記導電パターン105の銅及び前記金属配線150’のアルミニウムの拡散が防止される。さらに、前記第1拡散防止パターン120a’は、結晶粒子の界面に酸素を含むので、前記第1拡散防止パターン120a’の結晶粒子の界面に拡散されるアルミニウムがアルミニウム酸化物になる。従って、第1拡散防止パターン120a’は拡散経路を遮断する役割をする。
【0045】
前記第2拡散防止パターン130’は前記開口部115の側壁及び絶縁膜110の上部面に延長される。蒸着抑制パターン140a’が前記金属配線150’と第2拡散防止パターン130’との間の一部に設けられる。例えば、前記蒸着抑制パターン140a’は、前記絶縁膜110の上部面の第2拡散防止パターン130’と前記金属配線150’の縁部との間に設けられる。これに加えて、前記蒸着抑制パターン140a’は前記開口部115の中の第2拡散防止パターン130’の上部側壁を覆う。又、前記蒸着抑制パターン140a’は、前記開口部115の底面上の第2拡散防止パターン130’の上にも介される。結果的に、前記金属配線150’は前記開口部115の中の前記第2拡散防止パターン130’の下部側壁と接触される。
【0046】
前記第2拡散防止パターン130’は第1金属窒化物を含み、前記蒸着抑制パターン140a’は第2金属窒化物を含む。前記第2金属窒化物の窒素含有量は前記第1金属窒化物の窒素含有量より多い。前記第1金属窒化物と前記第2金属窒化物は同じ耐熱性金属を含む。又、前記第2拡散防止パターン130’は耐熱性金属を含み、前記蒸着抑制パターン140a’は耐熱性金属窒化物を含む様に形成しても良い。
【0047】
図9は様々な金属膜等のシート抵抗の変化を比較して示すグラフ図である。図9に於いて、横軸は従来技術による金属膜及び本発明により製造された金属膜を示し、縦軸はアニール工程前の金属膜の第1シート抵抗RS1とアニール工程後の金属膜の第2シート抵抗RS2との間のシート抵抗の変化率RVを示す。横軸のTa1、Ta2、TaN1及びTaN2は従来の金属膜等であり、横軸のTa1(酸素処理)、Ta2(酸素処理)、TaN1(酸素処理)及びTaN2(酸素処理)は本発明による金属膜等である。金属膜等の各々は基板上に銅膜を形成すること、銅膜上に拡散防止膜を形成すること、拡散防止膜上にアルミニウム膜を形成すること、銅膜、拡散防止膜及びアルミニウム膜をアニールすることを含む半導体工程から製造される。このとき、前記第1シート抵抗RS1は前記アニール工程前に測定し、前記第2シート抵抗RS2は前記アニール工程後に測定した。従って、前記シート抵抗の変化率RVは次の方程式を利用して計算することができる。
【0048】
RV={(RS2−RS1)}×100÷RS1
【0049】
従来技術による拡散防止膜等は50Åの厚さを有する第1タンタル膜Ta1、100Åの厚さを有する第2タンタル膜Ta2、50Åの厚さを有する第1タンタル窒化膜TaN1及び100Åの厚さを有する第2タンタル窒化膜TaN2を形成した。又、本発明による拡散防止膜等は予備拡散防止膜を形成した後に酸素を供給する工程を経て形成した。図9のTa1(酸素処理)、Ta2(酸素処理)、TaN1(酸素処理)及びTaN2(酸素処理)参照。このとき、前記予備拡散防止膜は従来技術による拡散防止膜等の中の一つに対応する。
【0050】
図9を参照すると、従来の金属膜等Ta1、Ta2、TaN1、TaN2は約80%から120%のシート抵抗の変化率RVを示した。逆に、本発明による金属膜等は約5%から25%のシート抵抗の変化率RVを示した。この結果を見ると、前記アニール工程を行ううちに、アルミニウム及び銅の合金が形成されるが、面抵抗が極めて増加されたことが分かる。又、本発明による金属膜等のシート抵抗の変化率RVは従来の金属膜等のシート抵抗の変化率RVに比べて著しく小さいことが分かる。従って、本発明の酸素を含む拡散防止膜により、銅原子等及び/又はアルミニウム原子等の拡散が最小化されて銅及びアルミニウムの合金の形成が最小化されることが分かる。
【0051】
図10は互いに異なる窒素含有量を有するタンタル窒化膜等による金属膜等の物理的なパラメータ及び電気的なパラメータ等を示す図面である。図10に於いて、横軸は互いに異なる窒素含有量を有する様々なタンタル窒化膜等TaN1からTaN8を示し、左側の縦軸はタンタル窒化膜等上に蒸着されたアルミニウム膜等の厚さを示し、右側の縦軸は各タンタル窒化膜等の比抵抗を示す。前記タンタル窒化膜等TaN1からTaN8は窒素反応スパッタリング技術(nitrogen reactive sputtering technique)から形成され、CVDアルミニウム膜等が前記タンタル窒化膜等上に各々形成されている。前記CVDアルミニウム膜等は蒸着時間を同じにした。タンタル窒化膜等の窒素含有量は右側の縦軸の方に行くほど段々蒸着量が多くなる。即ち、8番目のタンタル窒化膜TaN8が一番多い窒素含有量を有する様に形成され、1番目のタンタル窒化膜TaN1が一番少ない窒素含有量を有する様に形成した。
【0052】
図10の様に、タンタル窒化膜の窒素含有量が高くなるほどタンタル窒化膜上の前記CVDアルミニウム膜の蒸着率が低くなる。従って、タンタル窒化膜が図4及び図5に開示された第2拡散防止膜130及び蒸着抑制層140aからなるとき、第2拡散防止膜130の窒素含有量が前記蒸着抑制層140aの窒素含有量より低いので、空孔が発生しない様に前記開口部115を完全に埋めることができる。
【0053】
図11は互いに異なる窒素含有量を有する様々なチタン窒化膜等上に蒸着されたCVDアルミニウム膜等のシート抵抗を示すグラフ図である。図11に於いて、横軸は互いに異なる窒素含有量を有するチタン窒化膜等TiN1、TiN2、TiN3、TiN4を示し、縦軸は前記チタン窒化膜等TiN1、TiN2、TiN3、TiN4の上に蒸着されたCVDアルミニウム膜等のシート抵抗を示す。前記チタン窒化膜等TiN1、TiN2、TiN3、TiN4は窒素反応スパッタリング技術から形成される。前記CVDアルミニウム膜等は蒸着時間を同じにした。チタン窒化膜等の窒素濃度は右側の方に行くほど段々増加する。即ち、4番目のチタン窒化膜TiN4が一番多い窒素含有量を有する様に形成され、1番目のチタン窒化膜TiN1が一番少ない窒素含有量を有する様に形成した。
【0054】
図11から分かる様に、チタン窒化膜の窒素含有量が高くなるほどチタン窒化膜上のCVDアルミニウム膜のシート抵抗は高くなる。この結果から、チタン窒化膜上に蒸着されたCVDアルミニウム膜の厚さは、チタン窒化膜の窒素含有量に反比例することが分かる。これは、図10のタンタル窒化膜等のグラフ図と実質的に同じ結果を得る。
【0055】
図12は本発明の実施形態に係る半導体素子を製造するとき、利用する半導体クラスタ装備を説明するための図面である。
【0056】
図12を参照すると、半導体クラスタ装備10は、第1及び第2ロードロックチャンバ等20、第1及び第2移送チャンバ等30、第1及び第2冷却チャンバ等44、複数の工程チャンバ等を含む。前記第1及び第2ロードロックチャンバ等20は前記第1移送チャンバ30に取り付けられる。前記第1及び第2冷却チャンバ等44は前記第1及び第2移送チャンバ等30の間に配置される。前記工程チャンバ等はクリーニングチャンバ42、脱ガスチャンバ46、第1から第7チャンバ等52、54、56、58、62、64、70を含む。前記クリーニングチャンバ42、脱ガスチャンバ46、第3チャンバ56及び第4チャンバ58は、前記第1移送チャンバ30に取り付けられ、第1チャンバ52、第2チャンバ54、第5チャンバ62、第6チャンバ64及び第7チャンバ70は前記第2移送チャンバ30に取り付けられる。
【0057】
前記各移送チャンバ等30はウェハの移送のためのウェハ移送装置を備える。前記ウェハ移送装置はロボットアーム35を備え、前記ロボットアーム35は、工程チャンバ等とロードロックチャンバ20との間からウェハを搬入及び搬出する。
【0058】
続いて、前記半導体クラスタ装備10を利用して半導体素子を製造する方法を説明する。
【0059】
図1乃至図7及び図12を参照すると、コンタクトホール又はライン形態の溝の様な開口部115を有するウェハを備える。前記開口部115を有するウェハは前記ロードロックチャンバ等20の中の一つにローディングされる。前記ロードロックチャンバ20の中のウェハは、前記第1移送チャンバ30を通じて前記クリーニングチャンバ42に移送される。前記クリーニングチャンバ42で、開口部を有するウェハはアルゴン(Ar)ガス及び/又はヘリウム(He)ガス等を利用して洗浄される。前記洗浄されたウェハは、前記第1及び第2移送チャンバ30を通じて前記第1チャンバ52に移送される。前記第1チャンバ52で、前記開口部を有する半導体基板上に予備拡散防止膜120が形成される。続いて、前記第1工程チャンバ52で、前記予備拡散防止膜120の結晶粒子の界面部に酸素原子等を供給して第1拡散防止膜120aが形成される。又、前記予備拡散防止膜120を有するウェハが前記第2チャンバ54に移送された後、前記酸素原子等は前記第2チャンバ54で供給されても良い。即ち、前記半導体クラスタ装備10は、前記酸素原子等を供給するためのチャンバを別途に設置する。しかし、前記酸素の供給は、前記クリーニングチャンバ42で行っても良い。前記第1拡散防止膜120aは前記第1チャンバ52、第2チャンバ54又はクリーニングチャンバ42で形成される。
【0060】
前記第1拡散防止膜120aを有するウェハは、第1及び第2移送チャンバ等30を通じて第3チャンバ56に移送される。前記第3チャンバ56で前記第1拡散防止膜120aの上に第2拡散防止膜130が形成される。前記第2拡散防止膜130は前記第1チャンバ52で形成しても良い。即ち、前記予備拡散防止膜120、前記第1拡散防止膜120a及び前記第2拡散防止膜130は、酸素原子等を供給することができる同じチャンバで形成しても良い。
【0061】
前記第2拡散防止膜130を有するウェハは、第4チャンバ58に移送される。前記第4チャンバ58で前記第2拡散防止膜130を有するウェハ上に蒸着抑制層140aを形成する。この場合、前記第4チャンバ58は、劣悪なステップカバレージを形成する物理気相蒸着チャンバである。前記蒸着抑制層140aは、前記開口部115の中の第2拡散防止膜130の上部側壁及び前記開口部115の外の第2拡散防止膜130の上部面に形成される。従って、前記開口部115の中の第2拡散防止膜130の下部側壁は、前記蒸着抑制層140aを形成した後にも露出されている。
【0062】
前記蒸着抑制層140aを有するウェハは、第5チャンバ62に移送される。前記第5チャンバ62で前記蒸着抑制層140aを覆う様にウェハ上に第1金属膜152、例えば、アルミニウム膜が形成される。前記第5チャンバ62は、化学気相蒸着チャンバである。前記第1金属膜152を有するウェハが第6チャンバ64に移送される。前記第6チャンバ64で前記第1金属膜152の上に第2金属膜154が形成される。前記第6チャンバ64は、物理気相蒸着チャンバである。
【0063】
前記ウェハは導電パターン105を有し、前記導電パターン105は、前記開口部115を形成する前に第7チャンバ70で形成される。本発明の一実施形態によると、前記第1拡散防止膜120aを形成するための酸素原子等を供給することは、ウェハ表面の汚染を除去する脱ガスチャンバ46、又は、蒸着工程により高くなった温度を下げる冷却チャンバ44で行われる。
【図面の簡単な説明】
【0064】
【図1】本発明の半導体素子の形成方法及びその方法により製造される半導体素子等を説明するための断面図である。
【図2】本発明の他の半導体素子の形成方法及びその方法により製造される半導体素子等を説明するための断面図である。
【図3】本発明の他の半導体素子の形成方法及びその方法により製造される半導体素子等を説明するための断面図である。
【図4】本発明の他の半導体素子の形成方法及びその方法により製造される半導体素子等を説明するための断面図である。
【図5】本発明の他の半導体素子の形成方法及びその方法により製造される半導体素子等を説明するための断面図である。
【図6】本発明の他の半導体素子の形成方法及びその方法により製造される半導体素子等を説明するための断面図である。
【図7】本発明の他の半導体素子の形成方法及びその方法により製造される半導体素子等を説明するための断面図である。
【図8】本発明の他の半導体素子の形成方法及びその方法により製造される半導体素子等を説明するための断面図である。
【図9】本発明の半導体素子の特性を説明するためのグラフ図である。
【図10】本発明の他の半導体素子の特性を説明するためのグラフ図である。
【図11】本発明の他の半導体素子の特性を説明するためのグラフ図である。
【図12】本発明の半導体素子を製造するとき、利用する半導体クラスタ装備を説明するための図面である。
【符号の説明】
【0065】
105 導電パターン
120a 第1拡散防止膜
130 第2拡散防止膜
140a 蒸着抑制層
150 金属配線
【特許請求の範囲】
【請求項1】
導電パターンを有する半導体基板を備えること、
前記導電パターン及び前記半導体基板上に絶縁膜を形成すること、
前記絶縁膜をパターニングして前記導電パターンの一部を露出する開口部を形成すること、
前記開口部の内壁及び前記絶縁膜の上部面に予備拡散防止膜を形成すること、
前記予備拡散防止膜に酸素原子等を供給して第1拡散防止膜を形成すること、
前記第1拡散防止膜上に金属膜を形成することを含むと共に、前記金属膜は、前記第1拡散防止膜により囲まれている前記開口部を埋める様に形成されることを特徴とする半導体素子の形成方法。
【請求項2】
前記酸素原子等は、前記予備拡散防止膜の結晶粒子の界面に供給されることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項3】
前記酸素原子等は、酸素熱処理工程を利用して供給されることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項4】
前記酸素原子等は、酸素プラズマ工程を利用して供給されることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項5】
前記酸素原子等は、O2ガス、N2Oガス、H2Oガス、O2とH2の混合ガス、O3ガスの中で少なくとも何れか一つを利用して供給されることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項6】
前記金属膜を形成する前に、前記第1拡散防止膜上に第2拡散防止膜を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項7】
前記第1拡散防止膜及び前記第2拡散防止膜は、各々耐熱性金属膜から形成されることを特徴とする請求項6に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項8】
前記耐熱性金属膜は、チタン、タンタル、ニオブ、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、モリブデン、レニウム、タングステンの中で少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項7に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項9】
前記耐熱性金属膜は、チタン−ジルコニウムを含むことを特徴とする請求項7に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項10】
前記第1拡散防止膜及び前記第2拡散防止膜は、各々耐熱性金属窒化膜から形成されることを特徴とする請求項6に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項11】
前記耐熱性金属窒化膜は、チタン窒化膜、タンタル窒化膜、ニオブ窒化膜、バナジウム窒化膜、ジルコニウム窒化膜、ハフニウム窒化膜、モリブデン窒化膜、レニウム窒化膜、タングステン窒化膜の中で少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項10に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項12】
前記耐熱性金属窒化膜は、チタン−ジルコニウム窒化膜を含むことを特徴とする請求項9に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項13】
前記導電パターンは、銅から形成され、前記金属膜は、アルミニウムから形成されることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項14】
前記金属膜、第2拡散防止膜及び第1拡散防止膜をパターニングして順次に積層される第1拡散防止パターン、第2拡散防止パターン及び金属配線を形成することをさらに含むと共に、前記金属パターンは、前記第2拡散防止パターンにより囲まれている前記開口部を埋める様に形成されることを特徴とする請求項6に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項15】
前記金属膜を形成する前に、前記第2拡散防止膜を有する半導体基板上に蒸着抑制層を形成することをさらに含むと共に、
前記蒸着抑制層は、前記開口部の中の前記第2拡散防止膜の下部側壁が露出する様に前記開口部の外の前記第2拡散防止膜の上部面及び前記開口部の中の前記第2拡散防止膜の上部側壁に形成され、
前記金属配線が形成されるとき、前記蒸着抑制層はパターニングされて前記金属配線の下に蒸着抑制パターンが介されることを特徴とする請求項14に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項16】
前記金属配線は、化学気相蒸着方法から形成され、
前記露出された第2拡散防止膜上の金属膜の蒸着率は、前記金属抑制層上の金属膜の蒸着率より高いことを特徴とする請求項15に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項17】
前記第2拡散防止膜は、第1金属窒化膜から形成され、前記蒸着抑制層は、第2金属窒化膜から形成され、
前記第2金属窒化膜の窒素含有量は、前記第1金属窒化膜の窒素含有量に比べて多いことを特徴とする請求項16に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項18】
前記第2拡散防止膜と前記蒸着抑制層は、同じ耐熱性金属を含むことを特徴とする請求項17に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項19】
前記第2拡散防止膜は、耐熱性金属膜から形成され、前記蒸着抑制層は、耐熱性金属窒化膜から形成されることを特徴とする請求項16に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項20】
前記第2拡散防止膜は、化学気相蒸着方法から形成され、前記蒸着抑制層は、物理気相蒸着方法から形成されることを特徴とする請求項15に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項21】
前記導電パターン、前記予備拡散防止膜、前記第1拡散防止膜、前記第2拡散防止膜、前記蒸着抑制層、前記金属配線は一つのクラスタ装備から形成されることを特徴とする請求項15に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項22】
導電パターンを有する半導体基板と、
前記導電パターン及び半導体基板上に形成され、前記導電パターンの一部を露出する開口部を有する絶縁膜と、
前記開口部を埋める金属配線と、
前記金属配線と前記導電パターンとの間に介されると共に、酸素原子等を含む第1拡散防止パターンを備えることを特徴とする半導体素子。
【請求項23】
前記酸素原子等は、前記第1拡散防止パターンの結晶粒子の界面に位置することを特徴とする請求項22に記載の半導体素子。
【請求項24】
前記導電パターンは、銅を含み、前記金属配線は、アルミニウムを含むことを特徴とする請求項22に記載の半導体素子。
【請求項25】
前記第1拡散防止パターンと前記金属配線との間に介される第2拡散防止パターンをさらに備えることを特徴とする請求項22に記載の半導体素子。
【請求項26】
前記第1拡散防止パターン及び前記第2拡散防止パターンは、各々耐熱性金属を含むことを特徴とする請求項25に記載の半導体素子。
【請求項27】
前記耐熱性金属は、チタン、タンタル、ニオブ、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、モリブデン、レニウム、タングステンの中で少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項26に記載の半導体素子。
【請求項28】
前記耐熱性金属は、チタン−ジルコニウムを含むことを特徴とする請求項26に記載の半導体素子。
【請求項29】
前記第1拡散防止パターン及び前記第2拡散防止パターンは、各々耐熱性金属窒化物を含むことを特徴とする請求項25に記載の半導体素子。
【請求項30】
前記耐熱性金属窒化物は、チタン窒化物、タンタル窒化物、ニオブ窒化物、バナジウム窒化物、ジルコニウム窒化物、ハフニウム窒化物、モリブデン窒化物、レニウム窒化物、タングステン窒化物の中で少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項29に記載の半導体素子。
【請求項31】
前記耐熱性金属窒化物は、チタン−ジルコニウム窒化物を含むことを特徴とする請求項29に記載の半導体素子。
【請求項32】
前記第2拡散防止パターンは、前記開口部の側壁上に延長されていることを特徴とする請求項25に記載の半導体素子。
【請求項33】
前記開口部の中の上部側壁部の金属配線と前記開口部の中の上部側壁部の第2拡散防止パターンとの間に形成される蒸着抑制パターンをさらに含むと共に、
前記開口部の中の下部側壁部の第2拡散防止パターンは、前記金属配線と接触されることを特徴とする請求項32に記載の半導体素子。
【請求項34】
前記第2拡散防止パターンは、第1金属窒化膜を含み、
前記蒸着抑制パターンは、第2金属窒化膜を含み、
前記第2金属窒化膜の窒素含有量は、前記第1金属窒化膜の窒素含有量に比べて多いことを特徴とする請求項33に記載の半導体素子。
【請求項35】
前記第1金属窒化膜と前記第2金属窒化膜は、同じ耐熱性金属を含むことを特徴とする請求項34に記載の半導体素子。
【請求項36】
前記第2拡散防止パターンは、耐熱性金属膜を含み、前記蒸着抑制パターンは、耐熱性金属窒化膜を含むことを特徴とする請求項33に記載の半導体素子。
【請求項37】
開口部を有する基板上に予備拡散防止膜を形成すること、前記予備拡散防止膜に酸素原子等を供給して第1拡散防止膜を形成すること、前記第1拡散防止膜上に第2拡散防止膜を形成することの中で少なくとも一つを行う様に設定される第1工程チャンバと、
前記開口部の中の第2拡散防止膜の下部側壁が露出する様に、前記開口部の中の第2拡散防止膜の上部側壁及び前記開口部の外の第2拡散防止膜の上部面に蒸着抑制層を形成する様に設定される第2工程チャンバと、
前記蒸着抑制層を有する基板上に前記開口部を埋める金属膜を形成する様に設定される第3工程チャンバとを備えることを特徴とする半導体クラスタ装備。
【請求項38】
第4工程チャンバと、
第5工程チャンバをさらに含むと共に、
前記第1工程チャンバは、前記予備拡散防止膜を形成する様に設定され、前記第4工程チャンバは、前記酸素原子等を供給する様に設定され、前記第5工程チャンバは、前記第2拡散防止膜を形成する様に設定されることを特徴とする請求項37に記載の半導体クラスタ装備。
【請求項39】
前記第4工程チャンバは、クリーニングチャンバ、脱ガスチャンバ、冷却チャンバの中で少なくとも一つに設定されることを特徴とする請求項38に記載の半導体クラスタ装備。
【請求項40】
前記クリーニングチャンバは、前記開口部を有する基板を洗浄するチャンバであることを特徴とする請求項39に記載の半導体クラスタ装備。
【請求項41】
前記基板は、導電パターンと、前記導電パターンを露出する前記開口部を有する絶縁膜を備えることを特徴とする請求項37に記載の半導体クラスタ装備。
【請求項1】
導電パターンを有する半導体基板を備えること、
前記導電パターン及び前記半導体基板上に絶縁膜を形成すること、
前記絶縁膜をパターニングして前記導電パターンの一部を露出する開口部を形成すること、
前記開口部の内壁及び前記絶縁膜の上部面に予備拡散防止膜を形成すること、
前記予備拡散防止膜に酸素原子等を供給して第1拡散防止膜を形成すること、
前記第1拡散防止膜上に金属膜を形成することを含むと共に、前記金属膜は、前記第1拡散防止膜により囲まれている前記開口部を埋める様に形成されることを特徴とする半導体素子の形成方法。
【請求項2】
前記酸素原子等は、前記予備拡散防止膜の結晶粒子の界面に供給されることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項3】
前記酸素原子等は、酸素熱処理工程を利用して供給されることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項4】
前記酸素原子等は、酸素プラズマ工程を利用して供給されることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項5】
前記酸素原子等は、O2ガス、N2Oガス、H2Oガス、O2とH2の混合ガス、O3ガスの中で少なくとも何れか一つを利用して供給されることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項6】
前記金属膜を形成する前に、前記第1拡散防止膜上に第2拡散防止膜を形成することをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項7】
前記第1拡散防止膜及び前記第2拡散防止膜は、各々耐熱性金属膜から形成されることを特徴とする請求項6に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項8】
前記耐熱性金属膜は、チタン、タンタル、ニオブ、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、モリブデン、レニウム、タングステンの中で少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項7に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項9】
前記耐熱性金属膜は、チタン−ジルコニウムを含むことを特徴とする請求項7に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項10】
前記第1拡散防止膜及び前記第2拡散防止膜は、各々耐熱性金属窒化膜から形成されることを特徴とする請求項6に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項11】
前記耐熱性金属窒化膜は、チタン窒化膜、タンタル窒化膜、ニオブ窒化膜、バナジウム窒化膜、ジルコニウム窒化膜、ハフニウム窒化膜、モリブデン窒化膜、レニウム窒化膜、タングステン窒化膜の中で少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項10に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項12】
前記耐熱性金属窒化膜は、チタン−ジルコニウム窒化膜を含むことを特徴とする請求項9に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項13】
前記導電パターンは、銅から形成され、前記金属膜は、アルミニウムから形成されることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項14】
前記金属膜、第2拡散防止膜及び第1拡散防止膜をパターニングして順次に積層される第1拡散防止パターン、第2拡散防止パターン及び金属配線を形成することをさらに含むと共に、前記金属パターンは、前記第2拡散防止パターンにより囲まれている前記開口部を埋める様に形成されることを特徴とする請求項6に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項15】
前記金属膜を形成する前に、前記第2拡散防止膜を有する半導体基板上に蒸着抑制層を形成することをさらに含むと共に、
前記蒸着抑制層は、前記開口部の中の前記第2拡散防止膜の下部側壁が露出する様に前記開口部の外の前記第2拡散防止膜の上部面及び前記開口部の中の前記第2拡散防止膜の上部側壁に形成され、
前記金属配線が形成されるとき、前記蒸着抑制層はパターニングされて前記金属配線の下に蒸着抑制パターンが介されることを特徴とする請求項14に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項16】
前記金属配線は、化学気相蒸着方法から形成され、
前記露出された第2拡散防止膜上の金属膜の蒸着率は、前記金属抑制層上の金属膜の蒸着率より高いことを特徴とする請求項15に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項17】
前記第2拡散防止膜は、第1金属窒化膜から形成され、前記蒸着抑制層は、第2金属窒化膜から形成され、
前記第2金属窒化膜の窒素含有量は、前記第1金属窒化膜の窒素含有量に比べて多いことを特徴とする請求項16に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項18】
前記第2拡散防止膜と前記蒸着抑制層は、同じ耐熱性金属を含むことを特徴とする請求項17に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項19】
前記第2拡散防止膜は、耐熱性金属膜から形成され、前記蒸着抑制層は、耐熱性金属窒化膜から形成されることを特徴とする請求項16に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項20】
前記第2拡散防止膜は、化学気相蒸着方法から形成され、前記蒸着抑制層は、物理気相蒸着方法から形成されることを特徴とする請求項15に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項21】
前記導電パターン、前記予備拡散防止膜、前記第1拡散防止膜、前記第2拡散防止膜、前記蒸着抑制層、前記金属配線は一つのクラスタ装備から形成されることを特徴とする請求項15に記載の半導体素子の形成方法。
【請求項22】
導電パターンを有する半導体基板と、
前記導電パターン及び半導体基板上に形成され、前記導電パターンの一部を露出する開口部を有する絶縁膜と、
前記開口部を埋める金属配線と、
前記金属配線と前記導電パターンとの間に介されると共に、酸素原子等を含む第1拡散防止パターンを備えることを特徴とする半導体素子。
【請求項23】
前記酸素原子等は、前記第1拡散防止パターンの結晶粒子の界面に位置することを特徴とする請求項22に記載の半導体素子。
【請求項24】
前記導電パターンは、銅を含み、前記金属配線は、アルミニウムを含むことを特徴とする請求項22に記載の半導体素子。
【請求項25】
前記第1拡散防止パターンと前記金属配線との間に介される第2拡散防止パターンをさらに備えることを特徴とする請求項22に記載の半導体素子。
【請求項26】
前記第1拡散防止パターン及び前記第2拡散防止パターンは、各々耐熱性金属を含むことを特徴とする請求項25に記載の半導体素子。
【請求項27】
前記耐熱性金属は、チタン、タンタル、ニオブ、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム、モリブデン、レニウム、タングステンの中で少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項26に記載の半導体素子。
【請求項28】
前記耐熱性金属は、チタン−ジルコニウムを含むことを特徴とする請求項26に記載の半導体素子。
【請求項29】
前記第1拡散防止パターン及び前記第2拡散防止パターンは、各々耐熱性金属窒化物を含むことを特徴とする請求項25に記載の半導体素子。
【請求項30】
前記耐熱性金属窒化物は、チタン窒化物、タンタル窒化物、ニオブ窒化物、バナジウム窒化物、ジルコニウム窒化物、ハフニウム窒化物、モリブデン窒化物、レニウム窒化物、タングステン窒化物の中で少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項29に記載の半導体素子。
【請求項31】
前記耐熱性金属窒化物は、チタン−ジルコニウム窒化物を含むことを特徴とする請求項29に記載の半導体素子。
【請求項32】
前記第2拡散防止パターンは、前記開口部の側壁上に延長されていることを特徴とする請求項25に記載の半導体素子。
【請求項33】
前記開口部の中の上部側壁部の金属配線と前記開口部の中の上部側壁部の第2拡散防止パターンとの間に形成される蒸着抑制パターンをさらに含むと共に、
前記開口部の中の下部側壁部の第2拡散防止パターンは、前記金属配線と接触されることを特徴とする請求項32に記載の半導体素子。
【請求項34】
前記第2拡散防止パターンは、第1金属窒化膜を含み、
前記蒸着抑制パターンは、第2金属窒化膜を含み、
前記第2金属窒化膜の窒素含有量は、前記第1金属窒化膜の窒素含有量に比べて多いことを特徴とする請求項33に記載の半導体素子。
【請求項35】
前記第1金属窒化膜と前記第2金属窒化膜は、同じ耐熱性金属を含むことを特徴とする請求項34に記載の半導体素子。
【請求項36】
前記第2拡散防止パターンは、耐熱性金属膜を含み、前記蒸着抑制パターンは、耐熱性金属窒化膜を含むことを特徴とする請求項33に記載の半導体素子。
【請求項37】
開口部を有する基板上に予備拡散防止膜を形成すること、前記予備拡散防止膜に酸素原子等を供給して第1拡散防止膜を形成すること、前記第1拡散防止膜上に第2拡散防止膜を形成することの中で少なくとも一つを行う様に設定される第1工程チャンバと、
前記開口部の中の第2拡散防止膜の下部側壁が露出する様に、前記開口部の中の第2拡散防止膜の上部側壁及び前記開口部の外の第2拡散防止膜の上部面に蒸着抑制層を形成する様に設定される第2工程チャンバと、
前記蒸着抑制層を有する基板上に前記開口部を埋める金属膜を形成する様に設定される第3工程チャンバとを備えることを特徴とする半導体クラスタ装備。
【請求項38】
第4工程チャンバと、
第5工程チャンバをさらに含むと共に、
前記第1工程チャンバは、前記予備拡散防止膜を形成する様に設定され、前記第4工程チャンバは、前記酸素原子等を供給する様に設定され、前記第5工程チャンバは、前記第2拡散防止膜を形成する様に設定されることを特徴とする請求項37に記載の半導体クラスタ装備。
【請求項39】
前記第4工程チャンバは、クリーニングチャンバ、脱ガスチャンバ、冷却チャンバの中で少なくとも一つに設定されることを特徴とする請求項38に記載の半導体クラスタ装備。
【請求項40】
前記クリーニングチャンバは、前記開口部を有する基板を洗浄するチャンバであることを特徴とする請求項39に記載の半導体クラスタ装備。
【請求項41】
前記基板は、導電パターンと、前記導電パターンを露出する前記開口部を有する絶縁膜を備えることを特徴とする請求項37に記載の半導体クラスタ装備。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【公開番号】特開2008−177577(P2008−177577A)
【公開日】平成20年7月31日(2008.7.31)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−9582(P2008−9582)
【出願日】平成20年1月18日(2008.1.18)
【出願人】(390019839)三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】SAMSUNG ELECTRONICS CO.,LTD.
【住所又は居所原語表記】416,Maetan−dong,Yeongtong−gu,Suwon−si,Gyeonggi−do 442−742(KR)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成20年7月31日(2008.7.31)
【国際特許分類】
【出願日】平成20年1月18日(2008.1.18)
【出願人】(390019839)三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】SAMSUNG ELECTRONICS CO.,LTD.
【住所又は居所原語表記】416,Maetan−dong,Yeongtong−gu,Suwon−si,Gyeonggi−do 442−742(KR)
【Fターム(参考)】
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