KR0147598B1 - Method for forming wiring layer in semiconductor device - Google Patents

Method for forming wiring layer in semiconductor device

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KR0147598B1
KR0147598B1 KR1019940021082A KR19940021082A KR0147598B1 KR 0147598 B1 KR0147598 B1 KR 0147598B1 KR 1019940021082 A KR1019940021082 A KR 1019940021082A KR 19940021082 A KR19940021082 A KR 19940021082A KR 0147598 B1 KR0147598 B1 KR 0147598B1
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이수천
김영욱
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김광호
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Abstract

증착된 금속층의 단차 도포성 및/또는 접촉구의 매몰을 향상시키기 위한 반도체 장치의 배선층 형성 방법이 개시되어 있다. 본 발명은 반도체 기판상에 하지막(underlayer)을 형성하는 단계, 상기 하지막상에 접촉구를 갖는 절연막을 형성하는 단계, 상기 접촉구를 매립하는 금속물질을 형성하는 단계, 및 상기 금속물질을 플로우하고 패터닝하여 금속층을 형성하는 단계를 수행한후, 상기 금속층을 하지막으로 하여 다시 상기 단계가 반복적으로 수행되어, 수직으로 복수의 금속층들을 형성한다. 본 발명에 의하면 다층 배선구조의 적층형태의 콘택형성시 금속배선막의 피복불량을 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 플로우 공정으로 해결할 수 있다.A method of forming a wiring layer of a semiconductor device for improving the step coatability of a deposited metal layer and / or the investment of a contact hole is disclosed. The present invention provides a method of forming an underlayer on a semiconductor substrate, forming an insulating film having contact holes on the underlayer, forming a metal material to fill the contact holes, and flowing the metal material. After performing the step of forming a metal layer by patterning, the step is repeatedly performed again using the metal layer as a base film to form a plurality of metal layers vertically. According to the present invention, a coating failure of a metal wiring film can be solved by a flow process of aluminum or an aluminum alloy when forming a contact of a multilayer wiring structure.

Description

적층형태의 콘택을 갖는 반도체 장치의 배선층 형성방법A wiring layer forming method of a semiconductor device having a stacked contact

제1도 내지 제3도는 종래기술에 의한 금속배선층 형성방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들이다.1 to 3 are cross-sectional views illustrating a metal wiring layer forming method according to the prior art.

제4도 내지 제7도는 본 발명에 의한 적층 형태의 콘택 구조를 갖는 반도체 장치의 배선층 형성방법을 나타내기 위한 단면도들이다.4 to 7 are cross-sectional views illustrating a method of forming a wiring layer of a semiconductor device having a stacked contact structure according to the present invention.

본 발명은 반도체 장치의 콘택 형성 방법에 관한 것으로, 특히 배선층의 단차 도포성이나 매몰을 향상시키기 위한 반도체 장치의 적층형태의 비아콘택(stacked via contact)에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a contact of a semiconductor device, and more particularly, to a stacked via contact of a semiconductor device for improving step coverage of an interconnect layer or investment.

반도체 장치의 기술이 초고집적(ULSI)화 되어 감에 따라서, 반도체 배선방법은 반도체 장치의 수율, 성능 (예: 동작속도) 및 신뢰성을 결정하는 요인이 되기 때문에 반도체 장치 제조기술에서 가장 중요한 것으로 평가된다. 어스펙트비(폭에 대한 깊이의 비율)가 낮은 접촉구나 깊이가 낮은 단차등과 같은 비교적 굴곡이 적은 외면적 형상 때문에 종래의 밀집도가 적은 반도체 장치에서 금속단차 도포성은 크게 문제가 되지 않았다. 그렇지만, 반도체 장치의 집적도가 증가하고 다층 배선공정이 실용화됨에 따라 접촉구의 횡방향 축소는 계속되지만 배선 금속막이나 층간 절연막의 두께축소는 제품의 고성능화를 위해 횡방향의 축소에 비해 거의 이루어지지 않았으며, 반도체 기판의 표면 부위에 형성된 불순물 영역은 훨씬 얕아졌다. 그 결과 반도체 장치에서의 접촉구에서는 어스펙트비가 증가하고 단차의 깊어지고 있다. 특히 칩면적을 축소시키고 집적도를 증가시키는 제품, 예컨데 게이트 어레이와 같은 로직 제품에서 현재 널리 사용되고 있는 다층 배선공정에서는 어스펙트비 및 깊은 단차가 더욱 심한 경향을 나타낸다. 따라서, 반도체 장치의 표준설계 목적인 고속성능, 고수율 및 양호한 신뢰성을 위하여 종래의 알루미늄 배선공정은 개선할 필요가 있다.As the technology of semiconductor devices is becoming highly integrated (ULSI), the semiconductor wiring method is considered to be the most important in semiconductor device manufacturing technology because it is a factor that determines the yield, performance (eg, operating speed) and reliability of semiconductor devices. do. Due to the relatively small curvature outer surface shape such as a low aspect ratio (a ratio of depth to width) and a low depth step, application of metal step coverage in a conventional low density semiconductor device has not been a problem. However, as the degree of integration of semiconductor devices increases and the multi-layer wiring process becomes practical, the horizontal reduction of the contact hole continues, but the reduction of the thickness of the wiring metal film or the interlayer insulating film is hardly achieved compared to the horizontal reduction for the high performance of the product. The impurity region formed in the surface portion of the semiconductor substrate became much shallower. As a result, the aspect ratio is increased at the contact hole in the semiconductor device and the step is deepened. Especially in multilayer wiring processes that are widely used in products that reduce chip area and increase integration, such as logic arrays such as gate arrays, aspect ratios and deep steps tend to be more severe. Therefore, the conventional aluminum wiring process needs to be improved for high speed performance, high yield, and good reliability, which are the purpose of the standard design of semiconductor devices.

제1도 내지 제3도는 종래기술에 의한 금속배선층 형성방법을 설명하기 위하여 도시한 단면도들이다.1 to 3 are cross-sectional views illustrating a metal wiring layer forming method according to the prior art.

제1도는 통상적인 콘택 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다. 구체척으로, 반도체 기판(1)에 분리절연막(3)이 형성되어 있고 상기 분리절연막(3)상에 게이트 전극(5) 및 제1 층간절연막(7)이 형성되어 있다. 상기 게이트 전극(5)의 개구부에 매몰되어 연결되거나 상기 제1 층간절연막(7)상에 형성되는 제1 금속배선층(9, 9a)이 마련되어 있다. 또한, 상기 제1 금속배선층(9a)의 개구부에 매몰되어 연결되거나 상기 제2 층간절연막(13)상에 형성되는 제2 금속배선층(11, 11a)이 마련되어 있다. 또한, 상기 제2 금속배선층(11a)에 연결되는 제3 금속배선층(15)과 제3 층간절연막(17)이 형성되어 있다.1 is a cross-sectional view schematically showing a conventional contact structure. Specifically, a separation insulating film 3 is formed on the semiconductor substrate 1, and a gate electrode 5 and a first interlayer insulating film 7 are formed on the separation insulating film 3. First metal wiring layers 9 and 9a are buried and connected to the openings of the gate electrode 5 or formed on the first interlayer insulating film 7. In addition, second metal wiring layers 11 and 11a are buried and connected to the openings of the first metal wiring layer 9a or formed on the second interlayer insulating film 13. In addition, a third metal wiring layer 15 and a third interlayer insulating film 17 connected to the second metal wiring layer 11a are formed.

이상 설명한 콘택 구조는 기판상에 병력적으로 콘택을 형성하도록 되어 있으며, 어스펙트 비가 지극히 높지 않을 경우는 통상적인 스퍼터링 방법으로 형성할 수 있다. 그러나 칩크기가 감소함에 따라서 콘택 구조를 수직으로 형성하는 적층형태의 콘택형성 방법이 제안되었다.The contact structure described above is formed to form a contact on the substrate in a forceful manner, and when the aspect ratio is not extremely high, it can be formed by a conventional sputtering method. However, as the chip size decreases, a stacked contact forming method of vertically forming a contact structure has been proposed.

제2도는 적층형태의 콘택을 갖는 반도체 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다. 제2도에서 참조번호는 제1도와 동일한 부재를 나타낸다. 분리절연막(3)이 형성된 반도체 기판(1)상에 전극(19), 예컨데 게이트 전극을 형성되어 있으며 상기 전극(19)을 절연시키는 역할을 하며, 제1 접촉구(a)를 갖는 제1 층간절연막(7)이 형성되어 있다. 상기 제1 접촉구(a)의 내면, 제1 층간절연막(7), 및 전극(19)의 표면상에 장벽금속층(21)이 형성되어 있으며, 상기 장벽금속층(21)상에 제1 금속층(23) 및 캡 금속층(25)이 형성되어 있다.2 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device having stacked contacts. In FIG. 2, reference numerals denote the same members as those in FIG. An electrode 19, for example a gate electrode, is formed on the semiconductor substrate 1 on which the isolation insulating film 3 is formed, and serves to insulate the electrode 19, and has a first contact hole a. The insulating film 7 is formed. A barrier metal layer 21 is formed on the inner surface of the first contact hole a, the first interlayer insulating film 7, and the surface of the electrode 19, and the barrier metal layer 21 is formed on the barrier metal layer 21. 23) and cap metal layer 25 are formed.

또한, 상기 캡 금속층(25) 및 제1 층간절연막(7)상에 제2 접촉구(b)를 갖는 제2 층간절연막(13)이 형성되어 있으며, 상기 캡 금속층(25)의 표면 및 제2 층간절연막(13)의 측벽에 제2 금속층(27)이 형성되어 접속되어 있다. 또한, 제2 층간절연막(13)상에 제3 접촉구(c)를 갖는 제3 층간절연막(13)이 형성되어 있으며, 상기 제2 금속층(27)의 표면 및 제3 층간절연막(17)의 측벽에 제3 금속층(29)이 형성되어 접속되어 있다.In addition, a second interlayer insulating film 13 having a second contact hole b is formed on the cap metal layer 25 and the first interlayer insulating film 7, and the surface and the second of the cap metal layer 25 are formed. A second metal layer 27 is formed and connected to the sidewall of the interlayer insulating film 13. In addition, a third interlayer insulating film 13 having a third contact hole c is formed on the second interlayer insulating film 13, and the surface of the second metal layer 27 and the third interlayer insulating film 17 are formed. The third metal layer 29 is formed and connected to the side wall.

상기 제2도와 같은 구조를 갖는 콘택 구조는 제1 접촉구(a), 제2 접촉구(b) 및 제3 접촉구(c)가 종방향(수직)으로 구성되어 있고, 이를 적층형태의 비아 콘택이라 부른다. 상기 적층형태의 비아 콘택구조는 종래의 알루미늄을 사용한 스퍼터링 방법을 사용할 경우, 접촉구의 높은 어스펙트비 및 스퍼터된 A1의 불량한 단차도포성에 기인한 알루미늄 상호 접촉의 실패, 및 신뢰성과 수율저하, Si침전에 기인한 접촉저항의 증가 및 알루미늄 스파이킹에 의해 얕은 접합특성의 열화등과 같은 문제점을 일으키게 된다.In the contact structure having the structure as shown in FIG. 2, the first contact hole (a), the second contact hole (b), and the third contact hole (c) are configured in the longitudinal direction (vertical), and the stacked vias It is called a contact. The laminated via contact structure is a failure of aluminum mutual contact due to the high aspect ratio of the contact hole and the poor step coverage of sputtered A1, and the reliability and yield decrease, when using the conventional sputtering method using aluminum. Increasing contact resistance due to precipitation and aluminum spiking cause problems such as deterioration of shallow bonding properties.

상기 문제점을 해결하기 위해 접촉구내에 선택적 텅스텐 또는 텅스텐 플러그를 형성시켜 주는 구조가 제안되었다.In order to solve the above problem, a structure for forming a selective tungsten or tungsten plug in a contact hole has been proposed.

제3도는 텅스텐 플러그를 사용한 적층형태의 콘택 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.3 is a cross-sectional view schematically showing a laminated contact structure using a tungsten plug.

제3도에서 참조번호는 제2도와 동일한 부재를 나타낸다. 분리절연막(3)이 형성된 반도체 기판(1)상에 전극(19), 예컨데 게이트 전극이 형성되어 있으며 상기 전극(19)을 절연시키는 역할을 하며, 제1 접촉구(a)를 갖는 제1 층간절연막(7)이 형성되어 있다. 상기 제1 접촉구(a)의 내면, 제1 층간절연막(7), 및 전극(19)의 표면상에 장벽금속층(21)이 형성되어 있으며, 상기 장벽금속층(21)상에 선택적 텅스텐 또는 텅스텐 플러그(31)가 형성되어 있다. 상기 텅스텐 플러그(31)의 형성방법은 전면에 텅스텐을 증착한후 에치백하여 제1 접촉구(a)내에 형성한다. 상기 텅스텐 플러그(31)상에 제1 금속층(23) 및 캡 금속층(25)이 형성되어 잇다.Reference numerals in FIG. 3 denote the same members as those in FIG. An electrode 19, for example, a gate electrode, is formed on the semiconductor substrate 1 on which the isolation insulating film 3 is formed, and serves to insulate the electrode 19 and has a first interlayer having a first contact hole a. The insulating film 7 is formed. A barrier metal layer 21 is formed on the inner surface of the first contact hole a, the first interlayer insulating film 7, and the surface of the electrode 19, and selectively tungsten or tungsten on the barrier metal layer 21. The plug 31 is formed. In the method of forming the tungsten plug 31, tungsten is deposited on the entire surface and then etched back to form the first contact hole a. The first metal layer 23 and the cap metal layer 25 are formed on the tungsten plug 31.

또한, 상기 제1 금속층(23) 및 제1 층간절연막(7)상에 제2 접촉구(b)를 갖는 제2 층간절연막(13)이 형성되어 있으며, 상기 제1 금속층의 표면 및 제2 층간절연막(13)의 측벽에 제2 금속층(27)이 형성되어 접속되어 있다. 또한, 제2 층간절연막(13)상에 제3 접촉구(c)를 갖는 제3 층간절연막(13)이 형성되어 있으며, 상기 제2 금속층(27)의 표면 및 제3 층간절연막(17)의 측벽에 제3 금속층(29)이 형성되어 접속되어 있다.In addition, a second interlayer insulating film 13 having a second contact hole b is formed on the first metal layer 23 and the first interlayer insulating film 7, and the surface and the second interlayer of the first metal layer are formed. The second metal layer 27 is formed and connected to the sidewall of the insulating film 13. In addition, a third interlayer insulating film 13 having a third contact hole c is formed on the second interlayer insulating film 13, and the surface of the second metal layer 27 and the third interlayer insulating film 17 are formed. The third metal layer 29 is formed and connected to the side wall.

상기 제3도의 텅스텐 플러그를 사용한 적층형태의 비아콘택은 공정처리시간이 길고 이에 따른 공정제조 원가가 증가하는 단점이 있다.The stacked via contact using the tungsten plug shown in FIG. 3 has a long process processing time and thus a process manufacturing cost.

따라서 본 발명의 목적은, 적층형태의 콘택을 갖는 반도체 장치에서 금속층의 단차 도포성을 향상시켜 개구부의 매몰특성을 향상시키는 반도체 장치의 배선층 형성방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for forming a wiring layer of a semiconductor device, in which a stepped coating property of a metal layer is improved in a semiconductor device having a stacked contact, thereby improving the buried property of the opening.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 반도체 기판상에 하지막(underlayer)을 형성하는 단계;In order to achieve the object of the present invention, forming an underlayer on a semiconductor substrate;

상기 하지막상에 접촉구를 갖는 절연막을 형성하는 단계;Forming an insulating film having a contact hole on the base film;

상기 접촉구를 매립하는 금속물질을 형성하는 단계; 및Forming a metal material to fill the contact hole; And

상기 금속물질을 플로우하고 패터닝하여 금속층을 형성하는 단계를 수행한후, 상기 금속층을 하지막으로 하여 다시 상기 단계가 반복적으로 수행되어, 수직으로 복수의 금속층들을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 배선층의 형성방법을 제공한다.After the step of flowing and patterning the metal material to form a metal layer, the step is repeatedly performed again using the metal layer as an underlying layer, thereby forming a plurality of metal layers vertically. It provides a method of forming.

상기 금속물질은 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 예컨데 A1CuSi계 물질로 형성하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 A1-1% Si-0.5% Cu 또는 A1-0.2% Si-0.5% Cu 로 형성한다. 상기 금속물질의 플로우 온도는 560℃의 고온으로 수행하고, 그 이후 반복적으로 수행되는 금속물질의 플로우 온도는 520℃~530℃ 의 온도로 수행한다.The metal material is preferably formed of aluminum or an aluminum alloy, for example, A1CuSi-based material, more preferably A1-1% Si-0.5% Cu or A1-0.2% Si-0.5% Cu. The flow temperature of the metal material is performed at a high temperature of 560 ℃, after which the flow temperature of the metal material is repeatedly performed at a temperature of 520 ℃ ~ 530 ℃.

또한, 상기 절연막상에 장벽금속막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 장벽금속막은 상기 절연막, 상기 접촉구의 내면 및 상기 개구부에 의해 노출된 하부 구조물의 표면상에 형성한다. 상기 장벽금속막은 천이금속, 천이금속합금 및 천이금속화합물로 구성된 군에서 선택된 어느 하나이상으로 형성할 수 있으며, 천이금속으로 구성된 제1 장벽금속막과 상기 제1 장벽금속막상에 형성된 천이금속화합물 또는 천이금속합금으로 구성된 제2 장벽금속막으로 구성할 수 도 있다.The method may further include forming a barrier metal film on the insulating film, wherein the barrier metal film is formed on the surface of the lower structure exposed by the insulating film, an inner surface of the contact hole, and the opening. The barrier metal film may be formed of any one or more selected from the group consisting of transition metals, transition metal alloys and transition metal compounds, the first barrier metal film composed of transition metals, and the transition metal compound formed on the first barrier metal film or It may also be composed of a second barrier metal film composed of a transition metal alloy.

또한, 상기 하지막이 하부 배선층이고, 상기 접촉구는 상부도전층과 상기 하부 배선층을 전기적으로 접속시키기 위한 비아홀(via hole)일 수 있으며, 상기 금속층상에 TiN으로 구성되는 캡 금속층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The base layer may be a lower wiring layer, and the contact hole may be a via hole for electrically connecting the upper conductive layer and the lower wiring layer, and further comprising forming a cap metal layer formed of TiN on the metal layer. It may include.

본 발명에 의하면 다층 배선구조의 적층형태의 콘택형성시 금속배선막의 피복불량을 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 플로우 공정으로 해결할 수 있다.According to the present invention, a coating failure of a metal wiring film can be solved by a flow process of aluminum or an aluminum alloy when forming a contact of a multilayer wiring structure.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.

제4도 내지 제7도는 본 발명에 의한 적층 형태의 콘택 구조를 갖는 반도체 장치의 배선층 형성방법을 나타내기 위한 단면도들이다.4 to 7 are cross-sectional views illustrating a method of forming a wiring layer of a semiconductor device having a stacked contact structure according to the present invention.

제4도는 반도체 기판(41)상에 필드 절연막(43), 제1 층간절연막(45) 및 전극(47)을 형성하는 단계를 나타낸다.4 shows forming the field insulating film 43, the first interlayer insulating film 45, and the electrode 47 on the semiconductor substrate 41. As shown in FIG.

구체적으로, 반도체 기판(1)상에 LOCOS방법등의 소자분리방법을 사용하여 분리절연막(43)을 형성한다. 이어서, 상기 분리절연막(43)이 형성된 기판(43)상에 폴리실리콘 또는 알루미늄을 사용하여 증착한후 패터닝하여 전극(47)을 형성한다. 다음에, 상기 전극(47)이 형성되어 있는 기판(41)의 전면에 산화물과 같은 절연 물질을 증착한후 패터닝하여, 상기 전극(47)이 노출되는 제1 접촉구(49)를 갖는 절연막(45)을 형성한다.Specifically, the isolation insulating film 43 is formed on the semiconductor substrate 1 by using an element isolation method such as a LOCOS method. Subsequently, the electrode 47 is formed by depositing the polysilicon or aluminum on the substrate 43 on which the isolation insulating layer 43 is formed and then patterning the same. Next, an insulating material such as an oxide is deposited on the entire surface of the substrate 41 on which the electrode 47 is formed, and then patterned to form an insulating film having a first contact hole 49 through which the electrode 47 is exposed. 45).

제5도는 장벽 금속막(51) 및 제1 금속막(53)을 형성하는 단계를 나타낸다. 구체적으로, 제1 접촉구 (49)가 형성되어 있는 기판(41)의 전면에 후공정의 제1 금속막(53) 형성시 알루미늄 스파이킹 현상을 방지하기 위한 장벽금속, 예컨데 Ti 또는 Ti/TiN을 증착한후 패터닝하여 장벽 금속막(51)을 형성한다. 상기 장벽 금속막(51)은 천이금속, 천이금속합금 및 천이금속화합물로 구성된 군에서 선택된 어느 하나이상으로 형성할 수 있으며, 천이금속으로 구성된 제1 장벽금속막과 상기 제1 장벽금속막상에 형성된 천이금속화합물 또는 천이금속합금으로 구성된 제2 장벽금속막으로 구성할 수 있다.5 shows forming the barrier metal film 51 and the first metal film 53. Specifically, a barrier metal, for example, Ti or Ti / TiN, for preventing aluminum spikes when the first metal film 53 is formed on the entire surface of the substrate 41 on which the first contact hole 49 is formed. After the deposition, the barrier metal film 51 is formed by patterning. The barrier metal film 51 may be formed of any one or more selected from the group consisting of a transition metal, a transition metal alloy, and a transition metal compound, and formed on the first barrier metal film and the first barrier metal film. The second barrier metal film may be composed of a transition metal compound or a transition metal alloy.

이어서, 상기 장벽금속막(51)이 형성되어 있는 기판(41)의 전면에 금속, 예컨데 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 약 6000Å의 두께로 증착한다. 상기 알루미늄 합금은, 예컨데, A1-1% si-0.5% Cu로 구성되는 AlCuSi계 합금을 사용한다.Subsequently, a metal, such as aluminum or an aluminum alloy, is deposited on the entire surface of the substrate 41 on which the barrier metal film 51 is formed to a thickness of about 6000 kPa. As the aluminum alloy, for example, an AlCuSi-based alloy composed of A1-1% si-0.5% Cu is used.

특히 본 발명은 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 증착한 후 챔버에서 노출시키지 않고 다른 챔버로 이동시켜 약 560℃정도의 고온에서 90초 동안 열처리를 실시한다. 다음에, 상기 열처리된 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 패터닝하여 상기 장벽금속막과 대응되는 제1 금속막(53)을 형성한다.In particular, the present invention after the deposition of the aluminum or aluminum alloy is moved to another chamber without exposure in the chamber is subjected to a heat treatment for 90 seconds at a high temperature of about 560 ℃. Next, the heat treated aluminum or aluminum alloy is patterned to form a first metal film 53 corresponding to the barrier metal film.

제6도는 제1 금속막(55), 제2 층간절연막(57), 제2 금속막(59) 및 제2 캡금속막(61)을 형성하는 단계를 나타낸다.FIG. 6 shows a step of forming the first metal film 55, the second interlayer insulating film 57, the second metal film 59, and the second cap metal film 61.

구체적으로, 제1 금속막(53) 및 절연막(45)이 형성되어 있는 기판의 전면에 금속, 예컨데 Ti 또는 TiN을 증착한후 금속막 사이의 절연을 위해 절연물질, 예컨데 산화막을 형성한다. 이어서, 상기 형성된 알루미늄 또는 알루미늄 합금 및 산화막을 패터닝하여 제1 금속막(53)상에 형성되는 제2 접촉구(63)를 갖는 제2 캡금속막(55) 및 제2 층간절연막(57)을 형성한다.Specifically, a metal, for example Ti or TiN, is deposited on the entire surface of the substrate on which the first metal film 53 and the insulating film 45 are formed, and then an insulating material, for example, an oxide film is formed to insulate the metal film. Subsequently, the formed aluminum or aluminum alloy and the oxide film are patterned to form the second cap metal film 55 and the second interlayer insulating film 57 having the second contact hole 63 formed on the first metal film 53. Form.

이어서, 상기 제2 접촉구(63)를 매립하면서 기판(41)의 전면에 금속, 예컨데 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 약 6000Å의 두께로 형성한 후 Ti 또는 TiN을 증착한다. 상기 알루미늄 합금은, 예컨대, A1-1% si-0.5% Cu로 구성되는 A1CuSi계 합금을 사용한다.Subsequently, while filling the second contact hole 63, a metal, for example, aluminum or an aluminum alloy, is formed on the entire surface of the substrate 41 to a thickness of about 6000 μm, and then Ti or TiN is deposited. As the aluminum alloy, for example, an A1CuSi-based alloy composed of A1-1% si-0.5% Cu is used.

상기 Ti 또는 TiN을 증착한후 챔버에서 노출시키지 않고 다른 챔버로 이동시켜 상기 제1 금속막(53)의 플로우에 사용한 약 560℃정도의 온도보다 약 30℃~40℃ 낮은 온도, 즉 520℃~530℃에서 약 90초 동안 열처리를 실시한다. 상기 제1 금속막(53)의 플로우시보다 낮은 온도를 사용하는 이유는 과도한 열처리를 할 경우 제1 금속막(53)이 손상받을 열려가 있기 때문이다.After depositing the Ti or TiN and moving to another chamber without being exposed in the chamber, the temperature is about 30 ° C. to 40 ° C. lower than the temperature of about 560 ° C. used for the flow of the first metal film 53, that is, 520 ° C. Heat treatment is performed at 530 ° C. for about 90 seconds. The reason for using a lower temperature than the flow of the first metal film 53 is that the first metal film 53 is opened to be damaged when excessive heat treatment is performed.

다음에, 상기 열처리된 알루미늄 또는 알루미늄 합금 및 Ti 또는 TiN을 패터닝하여 제2 금속막(59) 및 제2 캡금속막(61)을 형성한다.Next, the heat treated aluminum or aluminum alloy and Ti or TiN are patterned to form a second metal film 59 and a second cap metal film 61.

제7도는 제3 층간절연막(67), 제3 금속막(63)및 제3 캡금속막(65)을 형성하는 단계를 나타낸다.FIG. 7 shows the steps of forming the third interlayer insulating film 67, the third metal film 63, and the third cap metal film 65. As shown in FIG.

구체적으로, 제2 캡금속막(61) 및 제1 층간절연막(57)이 형성되어 있는 기판의 전면에 절연물질, 예컨데 산화막을 형성한후 패터닝하여 제3 접촉구를 갖는 제3 층간절연막(67)을 형성한다. 이어서, 상기 제3 접촉구(69)를 매립하면서 기판(41)의 전면에 금속, 예컨데 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 약 8000Å의 두께로 증착한후 Ti 또는 TiN을 형성한다. 상기 알루미늄 합금은, 예컨데, A1-1% si-0.5% Cu로 구성되는 A1CuSi계 합금을 사용한다.Specifically, an insulating material, for example, an oxide film is formed on the entire surface of the substrate on which the second cap metal film 61 and the first interlayer insulating film 57 are formed, and then patterned to form a third interlayer insulating film 67 having a third contact hole. ). Subsequently, a metal, such as aluminum or an aluminum alloy, is deposited on the entire surface of the substrate 41 while the third contact hole 69 is embedded, and then Ti or TiN is formed. As the aluminum alloy, for example, an A1CuSi-based alloy composed of A1-1% si-0.5% Cu is used.

이어서, 상기 Ti 또는 TiN을 증착하는 공정후에 챔버에서 노출시키지 않고 다른 챔버로 이동시켜 상기 제2 금속막의 열처리온도인 약 520~530℃정도의 온도에서 약 90초 동안 열처리를 실시한다. 다음에, 상기 열처리된 알루미늄 또는 알루미늄 합금 및 Ti 또는 TiN을 패터닝하여 제3 금속막(63) 및 제3 캡금속막(65)을 형성한다.Subsequently, after the process of depositing Ti or TiN, the substrate is moved to another chamber without being exposed in the chamber and heat-treated for about 90 seconds at a temperature of about 520 to 530 ° C., which is a heat treatment temperature of the second metal film. Next, the heat treated aluminum or aluminum alloy and Ti or TiN are patterned to form a third metal film 63 and a third cap metal film 65.

상기 실시예는 3층의 금속막을 사용하는 경우를 설명하였으나 추가의 금속막이 형성되더라도 상기 설명한 방법을 그대로 사용할 수 있으며, 본 발명에 의한 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 피복도는 80%이상을 얻을 수 있고, 차세대 ASIC, LOGIC등의 다층 배선소자에 활용할 수 있다.Although the above embodiment has been described in the case of using a three-layer metal film, even if additional metal film is formed, the above-described method can be used as it is, and the coating degree of aluminum or aluminum alloy according to the present invention can obtain 80% or more, It can be used for multilayer wiring devices such as ASIC and LOGIC.

본 발명에 의하면 다층 배선구조의 적층형태의 콘택형성시 금속배선막의 피복불량을 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 플로우 공정으로 해결하여, 금속막의 상호 접촉의 실패, 및 신뢰성과 수율저하, Si침전에 기인한 접촉저항의 증가 및 알루미늄 스파이킹에 의해 얕은 접합특성의 열화등과 같은 문제점을 개선할 수 있다.According to the present invention, the coating failure of a metal wiring film is solved by a flow process of aluminum or aluminum alloy in forming a multilayer contact structure, and the contact due to failure of mutual contact of metal films, reliability and yield reduction, and precipitation of Si Problems such as deterioration of shallow bonding properties can be improved by increasing resistance and aluminum spiking.

이상 본 발명을 실시예로써 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 당업자의 통상의 지식의 범위내에서, 그 변형이나 개량이 가능하다.As mentioned above, although this invention was concretely demonstrated as an Example, this invention is not limited to this, A deformation | transformation and improvement are possible within the range of the common knowledge of a person skilled in the art.

Claims (10)

반도체 기판상에 하지막(undelayer)을 형성하는 단계; 상기 하지막상에 접촉구를 갖는 절연막을 형성하는 단계; 상기 접촉구를 매립하는 금속물질을 형성하는 단계; 및 상기 금속물질을 플로우하고 패터닝하여 금속층을 형성하는 단계를 수행한후, 상기 금속층을 하지막으로 하여 다시 상기 단계가 반복적으로 수행되어, 수직으로 복수의 금속층들을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 배선층의 형성방법.Forming an undelayer on the semiconductor substrate; Forming an insulating film having a contact hole on the base film; Forming a metal material to fill the contact hole; And after forming the metal layer by flowing and patterning the metal material, the step is repeatedly performed again using the metal layer as an underlying film to form a plurality of metal layers vertically. Method of forming a wiring layer. 제1항에 있어서, 상기 금속물질은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 배선층 형성방법.The method of claim 1, wherein the metal material is formed of aluminum or an aluminum alloy. 제1항에 있어서, 상기 금속물질의 플로우 온도는 560℃의 고온으로 수행하고, 그 이후 반복적으로 수행되는 금속물질의 플로우 온도는 520℃~530℃의 온도로 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 배선층 형성방법.The semiconductor device of claim 1, wherein the flow temperature of the metal material is performed at a high temperature of 560 ° C., and the flow temperature of the metal material repeatedly performed thereafter is performed at a temperature of 520 ° C. to 530 ° C. 6. Wiring layer formation method. 제1항에 있어서, 상기 절연막상에 장벽금속막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 배선층 형성 방법.The method of forming a wiring layer of a semiconductor device according to claim 1, further comprising forming a barrier metal film on said insulating film. 제3항에 있어서, 상기 장벽금속막은 상기 절연막, 상기 접촉구의 내면 및 상기 개구부에 의해 노출된 하부 구조물의 표면상에 형성함을 특징으로 하는 반도체 장치의 배선층 형성 방법.4. The method of claim 3, wherein the barrier metal film is formed on a surface of the lower structure exposed by the insulating film, an inner surface of the contact hole, and the opening. 제1항에 있어서, 상기 하지막이 하부 배선층이고, 상기 접촉구는 상부도전층과 상기 하부 배선층을 전기적으로 접속시키기 위한 비아홀(via hole)임을 특징으로 하는 반도체 장치의 배선층 형성 방법.The method of claim 1, wherein the base layer is a lower wiring layer, and the contact hole is a via hole for electrically connecting the upper conductive layer and the lower wiring layer. 제1항에 있어서, 상기 금속층상에 캡 금속층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 배선층 형성방법.The method of forming a wiring layer of a semiconductor device according to claim 1, further comprising forming a cap metal layer on the metal layer. 제6항에 있어서, 상기 캡 금속층은 TiN으로 구성됨을 특징으로 하는 반도체 장치의 배선층 형성방법.7. The method of claim 6, wherein the cap metal layer is made of TiN. 제4항에 있어서, 상기 장벽금속막은 천이금속, 천이금속합금 및 천이금속화합물로 구성된 군에서 선택된 어느 하나이상으로 이루어짐을 특징으로 하는 반도체 장치의 배선층 형성 방법.The method of claim 4, wherein the barrier metal film is formed of at least one selected from the group consisting of a transition metal, a transition metal alloy, and a transition metal compound. 제3항에 있어서, 상기 장벽금속막은 천이금속으로 구성된 제1 장벽금속막과 상기 제1 장벽금속막상에 형성된 천이금속화합물 또는 천이금속합금으로 구성된 제2 장벽금속막으로 구성됨을 특징으로 하는 반도체 장치의 배선층 형성 방법.4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the barrier metal film comprises a first barrier metal film composed of a transition metal and a second barrier metal film composed of a transition metal compound or a transition metal alloy formed on the first barrier metal film. Wiring layer formation method.
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