(57)【要約】【課題】本発明は前記のような従来技術の諸般の短所と問題点を解決するために、銅の配線が大気中に開放された後、銅の金属の表面のダングリングボンドとN２またはH２が結合するようにして、銅の金属の表面が酸素と結合して酸化されることを防止するデュアルダマシン工程の中で銅の酸化防止方法を提供する。【解決手段】本発明の前記目的は所定の構造物と銅の配線が平坦化された基板が形成される段階と；前記銅の配線の上部に窒化膜を形成する段階と；前記窒化膜の上部に第１層間絶縁膜、蝕刻止まり膜及び第２層間絶縁膜を形成する段階と；前記第１層間絶縁膜、蝕刻止まり膜及び第２層間絶縁膜にデュアルダマシン工程でトレンチを形成する段階と；前記窒化膜を蝕刻する段階と；及び前記窒化膜が蝕刻されて現われた銅の配線に銅との結合ガスを投入する段階とを含むことを特徴とするデュアルダマシン工程の中で銅の酸化防止方法によって逹成される。【選択図】図１
2005197742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の構造物と銅の配線が平坦化された基板が形成される段階と；
前記銅の配線の上部に窒化膜を形成する段階と；
前記窒化膜の上部に第１層間絶縁膜、蝕刻止まり膜及び第２層間絶縁膜を形成する段階と；
前記第１層間絶縁膜、蝕刻止まり膜及び第２層間絶縁膜にデュアルダマシン工程でトレンチを形成する段階と；
前記窒化膜を蝕刻する段階と；及び
前記窒化膜が蝕刻されて現われた銅の配線に銅との結合ガスを投入する段階と；
を含むことを特徴とするデュアルダマシン工程の中で銅の酸化防止方法。
【請求項２】
前記窒化膜は前記埋め立てされた銅の配線が大気中に現われるまで蝕刻することを特徴とする請求項１に記載のデュアルダマシン工程の中で銅の酸化防止方法。
【請求項３】
前記結合ガスは窒素ガスまたは水素ガスであることを特徴とする請求項１に記載のデュアルダマシン工程の中で銅の酸化防止方法。
【請求項４】
前記結合ガスを投入する条件は「Time ２０sec / Gap ３０mm/ N２ ２４０sccm / Upper Power ７００W / Bottom Power ７０W / Bottom Temp. ２０℃/ Cooling He Edge ２５T / Center １５T」のような条件で誤差範囲の１０%の内外であることを特徴とする請求項１に記載のデュアルダマシン工程の中で銅の酸化防止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はデュアルダマシン工程の中で銅の酸化防止方法に関し、より詳しくは銅の配線が大気中に開放された後、銅の金属の表面のダングリングボンドと酸素が結合して銅が酸化されることを防止するデュアルダマシン工程の中で銅の酸化防止方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の縮小と関連して配線でも断面積の減少によって電流密度が上昇するようになってEM(Electromigration)による金属配線の信頼性が深刻な問題を誘発する。したがって一般的な金属配線の物質にアルミニウム(Al)より比抵抗が低いのに同時に信頼性(Reliability)が優秀な銅(Cu)を金属配線の材料で使うための多い研究及び開発が成り立った。
【０００３】
しかし銅は揮発性が強い化合物の形成が難しくて微細パターンを形成するための乾式蝕刻工程に難しさがある。このような銅の配線のパターニング問題を解決するためにダマシン(Damascene)工程が導入されている。CMP(Chemical Mechanical Polishing)を利用したダマシン工程は先に層間絶縁膜を蒸着して、フォトリソグラフィ工程を通じて層間絶縁膜をパターニングして、配線領域であるトレンチを形成して、トレンチに銅をゲブピル（充填）してこれを CMPで平坦化して銅の配線を形成するのである。
【０００４】
現在多層金属配線で主に使われるデュアルダマシン工程は、一度のCMP工程でビア(Via)と金属配線(Metal Line)を同時に成すことができる長所がある。
【０００５】
前記デュアルダマシン工程をよりつぶさによく見れば次のようである。半導体基板の下部構造物に第１層間絶縁膜を蒸着して、その上に蝕刻止まり膜を形成してその上に第２層間絶縁膜を積層する。この後写真（フォトリソグラフィー）工程を行ってビア(Via)領域を定義するフォトレジストパターンを形成する。
【０００６】
前記フォトレジストパターンによって現われる第２層間絶縁膜を乾式蝕刻する。そしてこの時蝕刻止まり膜は第２層間絶縁膜の蝕刻止まりの役目をする。この後前記フォトレジストパターンをとり除いて、写真工程を行って配線領域を定義するフォトレジストパターンを形成する。
【０００７】
前記フォトレジストパターンによって現われる第２層間絶縁膜を蝕刻して配線領域用トレンチを形成することと同時に蝕刻止まり膜及び第１層間絶縁膜を乾式蝕刻してビアホールを形成する。この後前記フォトレジストパターンをとり除く。デュアルダマシンの銅の製造工程を実施してビアホールとトレンチに銅のを埋め立ててこれを平坦化して銅の配線を形成する。
【０００８】
この時、前記形成された銅の配線は大気中に開放されている状態であるようになって銅の表面のダングリングボンド(dangling bond)の部分が大気中の酸素と結合するようになって結局銅が酸化される問題点が発生する。
【０００９】
また、前記銅の配線の酸化を防止するために前記銅の配線が大気中に開放された後の９時間の以内にバリアーメタル(barrier metal)及び銅のシード層(Cu seed layer)を蒸着しなければならない不便さが隋伴された。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は前記のような従来技術の諸般の短所と問題点を解決する事を目的として、銅の配線が大気中に開放された後、銅の金属の表面のダングリングボンドとN２またはH２が結合するようにして、銅の金属の表面が酸素と結合して酸化されることを防止するデュアルダマシン工程の中で銅の酸化防止方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の前記目的は所定の構造物と銅の配線が平坦化された基板が形成される段階と；前記銅の配線の上部に窒化膜を形成する段階と；前記窒化膜の上部に第１層間絶縁膜、蝕刻止まり膜及び第２層間絶縁膜を形成する段階と；前記第１層間絶縁膜、蝕刻止まり膜及び第２層間絶縁膜にデュアルダマシン工程でトレンチを形成する段階と；前記窒化膜を蝕刻する段階と；及び前記窒化膜が蝕刻されて現われた銅の配線に銅との結合ガスを投入する段階とを含むことを特徴とするデュアルダマシン工程の中で銅の酸化防止方法によって逹成される。
【発明の效果】
【００１２】
本発明のデュアルダマシン工程の中で銅の酸化防止方法はデュアルダマシン工程の中で窒化膜が除去されて銅の金属の表面が大気中に開放される前に、結合ガスであるN２ガス、H２ガスなどを吹き入れる工程を行うことで、大気中に開放された銅の金属の表面に酸素と結合されることを防止することができて、銅の金属の表面が酸化される前まで決まった時間の以内に後続工程を実施しなければならなかった従来の問題点を解決することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る好ましい実施形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１４】
図１はデュアルダマシン工程の中で窒化膜が除去されて銅の金属の表面が大気中に開放された断面図である。前記銅の金属の表面が大気中に開放されるまでの工程は次のようである。
【００１５】
所定の構造物が形成された基板のビアホールとトレンチに銅のを埋め立ててこれを平坦化して銅の配線を形成する。前記銅の配線の上部に窒化膜を形成して、前記窒化膜の上部に第１層間絶縁膜、蝕刻止まり膜及び第２層間絶縁膜を形成する。以後デュアルダマシン工程で前記窒化膜の上部に形成された第１層間絶縁膜、蝕刻止まり膜及び第２層間絶縁膜にトレンチを形成する。前記形成されたトレンチの下部の窒化膜を埋め立てされた銅の金属が現われるまで蝕刻する。
【００１６】
前記銅の金属の表面にはダングリングボンド(dangling bond)の部分が形成されていて、この部分はできる限り他の物質と結合をしようとする性質を持っているから、銅の金属の表面が大気中に開放された時には大気中の酸素と結合する。酸素と結合した銅の金属は酸化されて電気的な特性が低下される。
【００１７】
よって、大気中に開放された銅の金属の表面が酸素と結合されることを防止しようと本発明では結合ガスに窒素ガス(N２)などを吹き入れて銅の金属の表面にN２等が結合するようにする。望ましくは銅のが大気中に開放される前にN２ガスを吹き入れる。前記結合ガスは窒素ガス(N２)、水素ガス(H２)等が使われることができる。
【００１８】
以後、前記第１層間絶縁膜、第２層間絶縁膜及び大気中に現われた銅の配線の上部にバリアーメタルを形成した後、前記バリアーメタルの上部に銅のシード層(Cu seed layer)を形成する。
【００１９】
図２は前記バリアーメタル及び銅のシード層が形成されたことを現わした断面図である。前記結合ガスに窒素を使う場合、銅と結合した窒素はバリアーメタルの蒸着のためのスパッタリング工程の過程で除去される。
【００２０】
本発明で前記窒化膜を蝕刻した後と前記バリアーメタルを形成するまでの時間差はこれ以上重要な事項ではない。従来の前記時間差をおおよそ９時間以内に設定してバリアーメタルを形成したこととは違い、本発明では銅の金属の表面の酸化を防止する工程を行うことで、前記時間差とかかわらず後続工程を進行することができるのである。
【００２１】
前記N２ガスで銅の酸化を防止する方法は使う装備毎に違うがその一例として、「Time ２０sec / Gap ３０mm/ N２ ２４０sccm / Upper Power ７００W / Bottom Power ７０W / Bottom Temp ２０℃/ Cooling He Edge ２５T / Center １５T」のような条件で誤差範囲の約１０%の内外に運転されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、デュアルダマシン工程の中で窒化膜が除去されて銅の金属の表面が大気中に開放された断面図である。
【図２】図２は、バリアーメタル及び銅のシード層が形成された断面図である。
【図１】
2005197742.tif 000003
【図２】
2005197742.tif 000004