KR0154355B1 - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

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KR0154355B1
KR0154355B1 KR1019940014727A KR19940014727A KR0154355B1 KR 0154355 B1 KR0154355 B1 KR 0154355B1 KR 1019940014727 A KR1019940014727 A KR 1019940014727A KR 19940014727 A KR19940014727 A KR 19940014727A KR 0154355 B1 KR0154355 B1 KR 0154355B1
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KR
South Korea
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film
semiconductor device
manufacturing
titanium nitride
nitrogen
Prior art date
Application number
KR1019940014727A
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Korean (ko)
Inventor
요시아끼 야마다
노부까즈 이또
Original Assignee
세끼모또 다다히로
니뽄 덴끼 가부시끼 가이샤
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Abstract

표면에 확산층이 형성된 실리콘 기판상에 층간 절연막을 퇴적하고 상기 층간 절연막에 확산층에 도달하는 접촉 구멍을 형성하는 공정과, 상기 접촉 구멍 표면을 포함하는 상기 층간 절연막 표면에 티탄막과 제1 질화 티탄막을 차례로 퇴적하는 공정과, 질소 처리를 행하는 공정과, 진공실 내에서 상기 제1 질화 티탄막의 표면에 제2 질화 티탄막을 퇴적하는 공정과, 상기 진공실내에서 상기 제2 질화 티탄막 표면에 적어도 실리콘을 포함한 알루미늄 합금막을 퇴적하는 공정과, 고온 가열에 의해 상기 알루미늄 합금막을 유동화시키고 상기 접촉 구멍을 상기 알루미늄 합금막에 매설하는 공정 및, 상기 알루미늄 합금막, 상기 제2 질화 티탄막, 상기 제1 질화 티탄막, 상기 티탄막을 차례로 패터닝하여 배선을 형성하는 공정을 포함하는 반도체 장치 제조 방법.Depositing an interlayer insulating film on a silicon substrate having a diffusion layer formed on a surface thereof, and forming a contact hole reaching the diffusion layer in the interlayer insulating film; and forming a titanium film and a first titanium nitride film on the interlayer insulating film surface including the contact hole surface. A step of sequentially depositing, a step of performing nitrogen treatment, a step of depositing a second titanium nitride film on the surface of the first titanium nitride film in a vacuum chamber, and at least silicon on the surface of the second titanium nitride film in the vacuum chamber Depositing an aluminum alloy film, fluidizing the aluminum alloy film by high temperature heating, and embedding the contact hole in the aluminum alloy film; and the aluminum alloy film, the second titanium nitride film, and the first titanium nitride film. And forming a wiring by sequentially patterning the titanium film. .

Description

반도체 장치 제조 방법Semiconductor device manufacturing method

제1a도와 제1b도는 종래 실시예 중 하나에 따른 반도체 장치 제조에서의 주요 공정들을 도시하는 단면도.1A and 1B are cross-sectional views showing main processes in the manufacture of a semiconductor device according to one of the prior art embodiments.

제2도는 다른 종래의 실시예에 따른 반도체 장치 제조에서의 주요 공정들을 도시하는 단면도.2 is a cross-sectional view showing main processes in semiconductor device fabrication in accordance with another conventional embodiment.

제3a도 내지 제3d도는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치 제조에서의 공정들을 도시하는 단면도.3A to 3D are cross-sectional views showing processes in manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 실리콘 기판 2 : 확산층1 silicon substrate 2 diffusion layer

3 : 층간 절연막 4 : 접촉 구멍3: interlayer insulating film 4: contact hole

5 : Ti막 6, 6a, 7 : TiN 막5: Ti film 6, 6a, 7: TiN film

8a, 8b, 8c, 8d, 8e : A1 합금막 9 : 배리어 메탈막8a, 8b, 8c, 8d, 8e: A1 alloy film 9: barrier metal film

10 : 보이드 11, 11a : 스파이크10: void 11, 11a: spike

18 : 배선18: wiring

[발명의 배경][Background of invention]

[발명의 분야][Field of Invention]

본 발명은 반도체 장치 제조 방법에 관한 것으로, 특히 층간 절연막상에 설치된 배선을 접축 구멍을 거쳐 확산층에 전기적으로 접속하기 위한 반도체 장치 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a semiconductor device for electrically connecting a wiring provided on an interlayer insulating film to a diffusion layer through a folding hole.

[종래 기술][Prior art]

고집적화, 다층화가 진행되는 반도체 장치에 있어서 소자의 미세화, 평탄화에 대한 요구는 심해지고 있다. 접촉 구멍을 거쳐 층간 절연막 아래의 확산층에 배선을 접속하는 것도 기존의 기술로는 요구 성능을 만족시키기가 곤란하다. 이에 대처하기 위해, 접촉 구멍 상에서의 배선의 평탄화를 목적으로 한 접촉 구멍 매설 방법으로서, 예를들면 프로시딩 오브 1991 VMIC 컨퍼런스(Proceeding of 1991 VMIC Conference) 326 ∼ 328 페이지에 보고된 A1의 재유동 스퍼터링 기술이 개발되었다. 이 방법은 A1 막을 진공챔버에서 실온으로 증착한 후, 동일 진공챔버에서 고온 가열하여 이 A1 막을 유동화 시키고 있다.BACKGROUND ART In semiconductor devices in which high integration and multilayering proceed, demands for miniaturization and planarization of devices are increasing. Connecting the wiring to the diffusion layer under the interlayer insulating film via the contact hole also makes it difficult to satisfy the required performance with the existing technology. To cope with this, a reflow sputtering technique of A1 as reported in the Proceedings of 1991 VMIC Conference, pages 326-328, as a contact hole embedding method for the purpose of flattening the wiring on the contact holes. This was developed. In this method, the A1 film is deposited at room temperature in a vacuum chamber, and then heated at a high temperature in the same vacuum chamber to fluidize the A1 film.

종래 반도체 장치의 주요 제조 공정의 단면도인 제1a도 및 제1b도를 참조하면, 상기 보고된 제조 방법(종래의 제 1 제조방법)은 이하와 같이 되어 있다. 우선, 확산층(2)이 형성된 실리콘 기판(1) 표면에 층간 절연막(3)이 형성된다. 이어서, 확산층(2)에 도달하도록 층간 절연막(3)에 접촉 구멍(4)이 형성된다. (접촉 구멍(4)을 포함하는) 층간 절연막(3)의 표면을 덮는 A1-Si-Cu로 이루어지는 A1 합금막(8a)이 진공실 내에서 실온에서의 스퍼터링에 의해 형성된다 (제1a도). 다음에 동일 진공실 내에서 A1의 융점 주변 온도 (400℃∼550℃)로 가열되고, A1 합금막(8a)이 재유동하여 A1 합금막(8b)으로 된다(제1b도 참조).Referring to FIGS. 1A and 1B, which are cross-sectional views of a main manufacturing process of a conventional semiconductor device, the reported manufacturing method (formerly first manufacturing method) is as follows. First, the interlayer insulating film 3 is formed on the surface of the silicon substrate 1 on which the diffusion layer 2 is formed. Subsequently, contact holes 4 are formed in the interlayer insulating film 3 so as to reach the diffusion layer 2. An A1 alloy film 8a made of A1-Si-Cu covering the surface of the interlayer insulating film 3 (including the contact hole 4) is formed by sputtering at room temperature in a vacuum chamber (FIG. 1a). Next, in the same vacuum chamber, it is heated to the melting point ambient temperature (400 ° C to 550 ° C) of A1, and the A1 alloy film 8a is reflowed to obtain the A1 alloy film 8b (see also the first b).

또한, A1 합금막의 재유동성을 높여 접촉 구멍을 매설하는 다른 방법의, 예로서 프로시딩 오브 1992 VMIC 컨퍼런스 219 ∼ 225 페이지에 보고되어 있다.In addition, an example of another method of embedding contact holes by increasing the reflowability of an A1 alloy film is reported, for example, in Procedures of 1992 VMIC Conference, pages 219-225.

다른 종래 기술에 따른 반도체 장치의 주요 제조 공정의 단면도인 제2도를 참조하면, 상기 보고된 제조 방법(종래의 제2 제조 방법)은, 이하와 같이 되어 있다. 우선, 접촉 구멍(4)을 예를들어 PSG 막으로 이루어지는 층간 절연막(3)에 형성하기 까지의 공정은 상기 종래의 제1 제조 방법과 동일하게 이루어진다. 다음에, (접촉 구멍(4)을 포함하는) 층간 절연막(3) 표면이, 진공실 내에서의 스퍼터링에 의해 증착된 배리어 메탈막(9)에 의해 덮인다. 다음에 500℃정도로 가열된 동일 진공실 내에서 A1-Si로 이루어지는 A1 합금이 스퍼터링 되고, 상기 배리어 메탈막(9) 표면이 (A1-Si로 이루어지는) A1 합금막(8c)에 의해 덮인다. 이 방법에 의하면 배리어 메탈막(9)에 대한 A1 합금막(8c)의 습윤성(wettability)이 높으므로, 접촉 구멍(4)의 매설에 관해서는, 이 방법 쪽이 상기 제1 제조 방법보다 우수하다.Referring to FIG. 2, which is a cross-sectional view of a main manufacturing process of a semiconductor device according to another prior art, the reported manufacturing method (previous second manufacturing method) is as follows. First, the process until the contact hole 4 is formed in the interlayer insulating film 3 made of, for example, a PSG film is performed in the same manner as in the conventional first manufacturing method. Next, the surface of the interlayer insulating film 3 (including the contact hole 4) is covered by the barrier metal film 9 deposited by sputtering in the vacuum chamber. Next, an A1 alloy made of A1-Si is sputtered in the same vacuum chamber heated to about 500 ° C, and the barrier metal film 9 surface is covered by the A1 alloy film 8c (made of A1-Si). According to this method, since the wettability of the A1 alloy film 8c with respect to the barrier metal film 9 is high, this method is superior to the said 1st manufacturing method regarding the embedding of the contact hole 4. .

이 보고에 의하면 배리어 메탈막(9)으로서 Ti 막, TiN 막 또는 TiON막이 시험되었으나, TiON 막에서는 보이드의 발생이 있었다. 이는 A1 합금막(8c)에 대한 습윤성이 낮기 때문이다. 습윤성에 관해서는 Ti 막이 가장 우수하다. 층간 절연막의 산소가 Ti 막과 반응하여 Ti 막 표면이 산화되므로, 접촉 구멍(4)의 애스펙트비가 1.3 이상으로 되면, 접촉 구멍(4)내에 보이드가 발생한다. 이 보고에서는 이를 회피하기 위해, 접촉 구멍(4)의 측벽에 질화 실리콘 막으로 이루어지는 스페이서(도시되지 않음)를 설치하고 있다.According to this report, a Ti film, a TiN film or a TiON film was tested as the barrier metal film 9, but there was voiding in the TiON film. This is because the wettability to the A1 alloy film 8c is low. As for the wettability, the Ti film is the best. Since the oxygen of the interlayer insulating film reacts with the Ti film and the Ti film surface is oxidized, when the aspect ratio of the contact hole 4 is 1.3 or more, voids are generated in the contact hole 4. In this report, in order to avoid this, a spacer (not shown) made of a silicon nitride film is provided on the sidewall of the contact hole 4.

제1a도와 제1b도를 참조하면, 상기 종래의 제1제조 방법에서는 이하의 문제점이 있다. 보이드 형성이 접촉 구멍(4)의 애스펙트비에도 의존하지만, A1합금막(8a)의 증착 단계에서 접촉 구멍(4)내에 보이드(10)가 형성된다(제1a도 참조). 고온 가열에 의해 A1 합금막(8a)을 재유동하여 A1 합금막(8b)을 형성했을 때, 예로서 보이드(10)가 소멸했다고 해도 이 A1 합금막(8b)의 확산층(2)으로의 이상(abnormal)확산에 의해 스파이크(11)가 형성된다(제1b도 참조). 보이드(10)의 존재는 접촉 저항의 상승을 일으키고, 스파이크(11)의 존재는 접합 리크를 일으키게 된다.Referring to FIGS. 1A and 1B, the conventional first manufacturing method has the following problems. Although void formation depends also on the aspect ratio of the contact hole 4, the void 10 is formed in the contact hole 4 in the deposition step of the Al alloy film 8a (see also FIG. 1a). When the A1 alloy film 8b is reflowed by high temperature heating to form the A1 alloy film 8b, even if the void 10 is extinguished, the abnormality to the diffusion layer 2 of the A1 alloy film 8b, for example. The spike 11 is formed by (abnormal) diffusion (see also FIG. 1b). The presence of the void 10 causes an increase in contact resistance, and the presence of the spike 11 causes a junction leak.

이에 비해 상기 종래의 제2 제조 방법에서는, 보이드의 발생이 억제된다. 그러나 반도체 장치의 주요 제조 공정의 단면도인 제2도를 참조하면 상기 종래의 제2 제조 방법에서는 다음의 문제점이 남아 있다. 배리어 메탈막(9)이 Ti 막, TiN막 및, Ti와 TiN의 적층막중의 어느 하나 이더라도, 500℃정도의 A1 합금막(8c) 중의 Si와 배리어 메탈막(9)중의 Ti의 합금화 반응이 현저하다. 그 결과 배리어 메탈막(9)이 배리어로서 기능하지 않게 되고, 상기 종래의 제1 제조 방법과 마찬가지로 스파이크(11a)의 발생을 억제하는 것이 불가능하며, 접합 리크(leakage)의 회피는 곤란하게 된다.On the other hand, in the said conventional 2nd manufacturing method, generation | occurrence | production of a void is suppressed. However, referring to FIG. 2, which is a cross-sectional view of the main manufacturing process of the semiconductor device, the following problem remains in the conventional second manufacturing method. Even if the barrier metal film 9 is any one of a Ti film, a TiN film, and a laminated film of Ti and TiN, an alloying reaction of Si in the A1 alloy film 8c at about 500 ° C. and Ti in the barrier metal film 9 is performed. Remarkable As a result, the barrier metal film 9 does not function as a barrier, and as in the conventional first manufacturing method, it is impossible to suppress the occurrence of the spike 11a, and it is difficult to avoid the junction leakage.

즉, 상기 종래의 제1 제조 방법에 상기 종래의 제2 제조 방법을 적용하므로써, 접촉 구멍(4)을 형성한 후에 Ti를 포함하는 배리어 메탈막을 형성해도 스파이크는 발생한다.That is, by applying the said conventional 2nd manufacturing method to the said 1st conventional manufacturing method, even if it forms the barrier metal film containing Ti after forming the contact hole 4, a spike will generate | occur | produce.

[발명의 개요][Overview of invention]

본 발명은 상기의 상황을 고려하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 층간 절연 막상에 설치된 배선을 접촉 구멍을 거쳐 확산층에 전기적으로 접속하기 위한 반도체 장치의 제조 방법에 있어서, 접촉 저항의 상승을 억제하고, 접합 리크의 발생을 회피하는 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.This invention is made | formed in view of said situation, The objective is the manufacturing method of the semiconductor device for electrically connecting the wiring provided on the interlayer insulation film via a contact hole to a diffusion layer, suppressing the raise of a contact resistance, It is to provide a method for manufacturing a semiconductor device that avoids the occurrence of junction leaks.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 주요 특징에 따르면, 표면에 확산층이 형성된 실리콘 기판상에 층간 절연막을 증착하고 이 층간 절연막에 상기 확산층에 도달하는 접촉 구멍을 형성하는 공정과, 상기 접촉 구멍 표면을 포함하는 상기 층간 절연막 표면에 티탄막과 제1 질화 티탄막을 차례로 증착하는 공정과, 질소 처리를 행하는 공정과, 진공실 내에서 상기 제1 질화 티탄막의 표면에 제2 질화 티탄막을 증착하는 공정과, 상기 진공실 내에서 상기 제2 질화 티탄막 표면에 적어도 실리콘을 함유하는 알루미늄 합금막을 증착하는 공정과, 고온 가열에 의해 상기 알루미늄 합금막을 유동화시키고 상기 접촉 구멍을 이 알루미늄 합금막에 매설하는 공정과, 상기 알루미늄 합금막, 상기 제2 질화 티탄막, 상기 제1 질화 티탄막 및, 상기 티탄막을 차례로 패터닝하여 배선을 형성하는 공정을 포함하는 반도체 제조 방법이 제공된다.In order to achieve the above object, according to a main feature of the present invention, a step of depositing an interlayer insulating film on a silicon substrate having a diffusion layer formed on the surface and forming a contact hole reaching the diffusion layer in the interlayer insulating film, and the contact hole surface Depositing a titanium film and a first titanium nitride film on a surface of the interlayer insulating film including a step; performing a nitrogen treatment; depositing a second titanium nitride film on a surface of the first titanium nitride film in a vacuum chamber; Depositing an aluminum alloy film containing at least silicon on the surface of the second titanium nitride film in the vacuum chamber, fluidizing the aluminum alloy film by high temperature heating, and embedding the contact hole in the aluminum alloy film; An aluminum alloy film, the second titanium nitride film, the first titanium nitride film, and the titanium film are sequentially lost. There is provided a semiconductor manufacturing method comprising a step of turning to form a wiring.

본 발명의 한 특징에 따른 반도체 장치 제조 방법에서는, 통상 상기 제2 질화 티탄막의 증착과, 상기 알루미늄 합금막의 증착 및, 상기 알루미늄 합금막의 유동화가, 동일 진공실내에서 연속하여 이루어진다.In the semiconductor device manufacturing method according to one aspect of the present invention, deposition of the second titanium nitride film, deposition of the aluminum alloy film, and fluidization of the aluminum alloy film are continuously performed in the same vacuum chamber.

또한, 상기 제2 질화 티탄막의 두께는 통상 0.02 ㎛ ∼ 0.1㎛ 이다.In addition, the thickness of the said second titanium nitride film is 0.02 micrometer-0.1 micrometer normally.

또한, 통상적으로 상기 질소처리는 400℃ ∼ 1000℃의 질소 분위기에서의 램프(lamp) 어니일링, 400℃ ∼ 600℃의 질소 분위기에서의 노(furnace) 어니일링 또는 400℃∼800℃에서의 질소 플라즈마 처리이다.In general, the nitrogen treatment is performed by lamp annealing in a nitrogen atmosphere of 400 ° C. to 1000 ° C., furnace annealing in a nitrogen atmosphere of 400 ° C. to 600 ° C., or nitrogen at 400 ° C. to 800 ° C. Plasma treatment.

본 발명의 반도체 장치 제조 방법에 따르면, 적어도 Si를 포함하고 층간 절연막상에 놓여진 A1 합금막으로 이루어지는 배선을 접촉 구멍을 거쳐 확산층에 전기적으로 접속하기 위한 반도체 장치 제조 방법에 있어서, 접촉 구멍내에 보이드를 발생시키거나 확산층에 스파이크를 발생시키지 않으면서 상기 A1 합금막을 재유동시켜 접촉 구멍을 매설할 수 있다. 따라서 접촉 저항의 상승을 억제하고 접합 리크의 발생을 회피하는 것이 용이해 진다.According to the semiconductor device manufacturing method of the present invention, in the semiconductor device manufacturing method for electrically connecting a wiring made of an A1 alloy film containing at least Si and placed on an interlayer insulating film to a diffusion layer via a contact hole, voids are formed in the contact hole. Contact holes may be buried by reflowing the Al alloy film without generating or generating spikes in the diffusion layer. Therefore, it is easy to suppress the increase in contact resistance and to avoid the occurrence of junction leaks.

본 발명의 상기 및 기타 여러가지 장점, 특징 및, 다른 목적들은 본 발명의 원리가 구현된 양호한 구조적 실시예가 예시된 후술되는 상세한 설명 및 첨부도면을 참조할때 당업자에게 명백해질 것이다.These and other various advantages, features, and other objects of the present invention will become apparent to those skilled in the art upon reference to the following detailed description and accompanying drawings, in which preferred structural embodiments in which the principles of the invention are implemented are illustrated.

다음으로 본 발명에 대해 도면을 참조하여 설명한다(제3a도 내지 제3d도).Next, the present invention will be described with reference to the drawings (FIGS. 3A to 3D).

반도체 장치의 제조 공정의 단면도인 제3a도 내지 제3d도를 참조하면, 본 발명의 일 실시예는 이하와 같이 되어 있다. 우선, 표면에 확산층(2)이 형성된 실리콘 기판(1)상에 막 두께 1.0㎛정도의 층간 절연막(3)이 형성된다. 공지의 리쏘그래피(lithography) 기술, 드라이 에칭 기술에 의해, 확산층(2)에 도달하는 접촉 구멍(4)이 층간 절연막(3)에 형성된다(제3a도 참조).Referring to FIGS. 3A to 3D which are sectional views of the manufacturing process of a semiconductor device, an embodiment of the present invention is as follows. First, an interlayer insulating film 3 having a film thickness of about 1.0 μm is formed on the silicon substrate 1 on which the diffusion layer 2 is formed on the surface. By known lithography techniques and dry etching techniques, contact holes 4 that reach the diffusion layer 2 are formed in the interlayer insulating film 3 (see also FIG. 3A).

계속해서, 예를 들어 스퍼터링에 의해 전체면에 막두께 0.03㎛정도의 Ti막(5) 및 0.1㎛정도의 제1 Tin막(6)이 차례로 증착된다(제3b도 참조). 즉 Ti(5)와 TiN 막(6)의 막 형성 방법은, 스퍼터링에 한정되지 않으며 예를 들어 CVD법에 의해도 좋다.Subsequently, the Ti film 5 having a film thickness of about 0.03 μm and the first Tin film 6 having a thickness of about 0.1 μm are sequentially deposited on the entire surface, for example, by sputtering (see also FIG. 3b). That is, the film formation method of Ti (5) and TiN film 6 is not limited to sputtering, For example, you may use CVD method.

막형성 단계에서, 제1 TiN막(6)의 질소량은 화학량론적으로 ( stoichiometric ally) 너무 부족하고, TiN 막(6)의 표면에는 산소가 흡착되어 산화되기 쉽게 되어있다. 그래서 특히 TiN막(6)의 배리어 특성의 향상(및 Ti막(5)의 접촉 저항의 안정화)을 위해 질소처리를 한다. 이 질소 처리에 의해 제1 TiN막(6)이 질화되고, 이 TiN막(6)의 질소량이 화학량론적인 양에 가깝게 되며, 이 TiN막(6)은 TiN막(6a)으로 된다. 또한 이 처리에 의해; Ti막(5)과 확산층(2)의 접촉성도 안정하다. 그러나, 이 질소처리에 의해서도, TiN막(6)의 표면을 산화하고 있던 산소를 이 TiN막(6a)으로 부터 분리하는 것은 곤란하다. 이 질소 처리에 의해 TiN막(6a)표면에서의 산화의 진행은 정지하게 된다.In the film forming step, the nitrogen content of the first TiN film 6 is too stoichiometrically insufficient, and oxygen is adsorbed on the surface of the TiN film 6 to be easily oxidized. Therefore, in particular, nitrogen treatment is performed to improve the barrier properties of the TiN film 6 (and to stabilize the contact resistance of the Ti film 5). By this nitrogen treatment, the first TiN film 6 is nitrided, and the nitrogen content of the TiN film 6 is close to the stoichiometric amount, and the TiN film 6 becomes the TiN film 6a. Also by this treatment; The contact between the Ti film 5 and the diffusion layer 2 is also stable. However, even with this nitrogen treatment, it is difficult to separate the oxygen oxidizing the surface of the TiN film 6 from the TiN film 6a. By this nitrogen treatment, the progress of oxidation on the surface of the TiN film 6a is stopped.

이 질소 처리로서는, 예로서 질소 분위기에서의 램프 어니일링이 있다. 이 경우의 램프 어니일링은 400℃∼1000℃의 온도 범위에서 행해지는 것이 적당하다. 질소 처리가 400℃보다 낮은 온도에서 행해지면 스퍼터링등에 의해 막형성된 TiN막의 질화가 불완전하며, A1 합금막으로 이루어지는 배선과 확산층(2)의 배리어 특성 확보가 곤란해지고, 확산층(2)과 실리콘 기판(1) 사이의 접합 리크가 증대한다. 또한, 램프 어니일링의 경우, 1000℃보다 고온에서 행해지면, 불순물 (예로서, Si, Ti 또는 산소등의 층간 절연막 구성 성분)의 재확산, 재분포가 발생하고, 접촉 저항은 불안정해지며, 반도체 장치의 전기 특성의 변화가 초래된다. 질소 처리로서의 다른 방법은 400℃∼600℃의 질소 플라즈마 처리등이 있다. 이들 다른 질소처리에서의 온도 범위의 하한선은 완전한 배리어 특성의 확보를 위한 조건으로부터 결정된다. 또한, 이들 다른 질소 처리의 온도 범위의 상한선은 상기 램프 어니일링과 마찬가지로 각각 불순물의 재확산, 재분포의 회피라는 점에서 결정된다.As this nitrogen treatment, there is a lamp annealing in a nitrogen atmosphere as an example. In this case, the lamp annealing is suitably performed at a temperature range of 400 ° C to 1000 ° C. When the nitrogen treatment is performed at a temperature lower than 400 ° C, the nitride of the TiN film formed by sputtering or the like is incomplete, and it is difficult to secure the barrier properties of the wiring and the diffusion layer 2 made of an A1 alloy film, and the diffusion layer 2 and the silicon substrate ( The junction leak between 1) increases. In addition, in the case of lamp annealing, if it is performed at a temperature higher than 1000 ° C, redispersion and redistribution of impurities (for example, interlayer insulating film components such as Si, Ti or oxygen) occur, and the contact resistance becomes unstable, A change in the electrical characteristics of the semiconductor device is brought about. Another method as the nitrogen treatment includes a nitrogen plasma treatment at 400 ° C to 600 ° C. The lower limit of the temperature range in these other nitrogenous treatments is determined from the conditions for ensuring complete barrier properties. In addition, the upper limit of the temperature range of these other nitrogen treatments is determined in the same manner as in the lamp annealing described above, in terms of re-diffusion and redistribution of impurities, respectively.

다음에 동일 진공실 내에서 막 두께 0.05㎛정도의 제2 TiN막(7)과, 예로서 A1-1%Si-0.5% Cu로 이루어지는 막두께 0.5㎛정도의 A1 합금(8d)이, 스퍼터링에 의해 차례로 전체면에 증착된다(제3c도 참조).Next, in the same vacuum chamber, the second TiN film 7 having a thickness of about 0.05 μm and the A1 alloy 8d having a thickness of about 0.5 μm made of, for example, A1-1% Si-0.5% Cu are sputtered. It is in turn deposited on the entire surface (see also 3c).

제2 TiN막(7)의 두께는 산화된 표면을 갖는 TiN막(6a)의 표면을 완전히 피복하기 위해서는 0.02m이상 필요하고, 접촉 형상을 열화시키지 않고, A1합금막(8a)을 재유동 했을 때의 매입특성(burying properties)에 영향을 주지 않기 위해서는 0.1㎛이하일 필요가 있다.The thickness of the second TiN film 7 is 0.02 m or more in order to completely cover the surface of the TiN film 6a having the oxidized surface, and the A1 alloy film 8a is reflowed without deteriorating the contact shape. In order not to affect the burying properties at the time, it needs to be 0.1 micrometer or less.

다음에 예를들면 상기 TiN막(7), A1 합금막(8d)을 형성한 것과 동일한 진공 실내에서, 450℃정도의 온도에서 약 180 초간 가열한다. 이 처리를 동일한 진공실 내에서 행하는 주된 이유는 경제성에 있다. 이 처리에 의해 A1 합금막(8d)은 재유동되어 A1 합금막 (8e)으로 되며, 보이드나 스파이크가 발생하지 않고 접촉 구멍(4)이 A1 합금막(8e)에 의해 매설된다. 진공실로부터 취출한 후, 공지의 리쏘그래피 기술, 드라이 에칭 기술에 의해 A1 합금막(8e), TiN 막(7), TiN 막(6a) 및 Ti 막(5)이 차례로 패터닝되고, Ti 막(5), TiN 막(6a), TiN 막(7) 및 A1 합금막(8e)이 적층되어 있는 배선(18)이 형성되어 있다(제3d도 참조).Next, for example, heating is performed for about 180 seconds at a temperature of about 450 DEG C in the same vacuum room in which the TiN film 7 and the A1 alloy film 8d are formed. The main reason for carrying out this treatment in the same vacuum chamber is economical. By this treatment, the A1 alloy film 8d is reflowed to become the A1 alloy film 8e, and the contact hole 4 is buried by the A1 alloy film 8e without voids or spikes. After taking out from the vacuum chamber, the A1 alloy film 8e, the TiN film 7, the TiN film 6a, and the Ti film 5 were sequentially patterned by a known lithography technique and a dry etching technique, and the Ti film 5 ), A wiring 18 in which the TiN film 6a, the TiN film 7 and the A1 alloy film 8e are laminated is formed (see also 3d).

A1 합금막(8d)과 TiN 막(6a) 사이에 상기 제2 TiN 막(7)을 개재시키는 이유에 대해 기술한다. 상기 TiN 막(7)은, 상기 재유동에 있어서 A1 합금막(8d)과의 습윤성을 확보하기 위해 설치되어 있다. 이 TiN 막(7)이 개재하지 않게되면, A1 막(8d)은 산화된 표면을 갖는 TiN 막(6a)에 직접 접촉하게 되고, 재유동 공정에서의 습윤성 확보는 곤란해진다. 또한, TiN 막(7)과 A1 합금막(8d)을 동일 진공실내에 형성하는 것은 TiN 막(7) 표면에 산화에 의해 A1 막 (8d)의 습윤성이 저하하는 것을 방지하기 위해서다. TiN 막(7) 대신에, A1 합금막과의 사이의 습윤성이 우수한 Ti 막을 사용하는 것은 바람직하지 않다. 이것은 TiN 막(6a) 표면의 산소에 의해 Ti 막이 산화되지 않으면 습윤성은 극단적으로 저하하고, 배리어특성 확보도 곤란해지며, 스파이크가 발생하기 쉽게 되기 때문이다.The reason why the second TiN film 7 is interposed between the A1 alloy film 8d and the TiN film 6a will be described. The TiN film 7 is provided to ensure wettability with the A1 alloy film 8d in the reflow. When the TiN film 7 is not interposed, the A1 film 8d comes in direct contact with the TiN film 6a having the oxidized surface, making it difficult to secure wettability in the reflow process. The TiN film 7 and the A1 alloy film 8d are formed in the same vacuum chamber in order to prevent the wettability of the A1 film 8d from deteriorating due to oxidation on the surface of the TiN film 7. Instead of the TiN film 7, it is not preferable to use a Ti film having excellent wettability with the A1 alloy film. This is because if the Ti film is not oxidized by oxygen on the surface of the TiN film 6a, the wettability is extremely reduced, the barrier property is difficult to be secured, and spikes are likely to occur.

Claims (13)

표면에 확산층이 형성된 실리콘 기판상에 층간 절연막을 증착하고, 상기 층간 절연막에 확산층에 도달하는 접촉 구멍을 형성하는 공정과, 상기 접촉 구멍 표면을 포함하는 층간 절연막 표면에 티탄막과 제1 질화 티탄막을 차례로 증착하는 공정과, 질소처리를 행하는 공정과, 진공실 내에서 상기 제1 질화 티탄막의 표면에 제2 질화 티탄막을 증착하는 공정과, 진공실내에서 상기 제2 질화 티탄막 표면에 적어도 실리콘을 포함한 알루미늄 합금막을 증착하는 공정과, 고온 가열에 의해 상기 알루미늄 합금막을 유동화시키고 접촉 구멍을 상기 알루미늄 합금막에 매설하는 공정 및, 상기 알루미늄 합금막, 제2 질화 티탄막, 제1 질화 티탄막, 티탄막을 차례로 패터닝하여 배선을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 방법.Depositing an interlayer insulating film on a silicon substrate having a diffusion layer formed on the surface, and forming a contact hole reaching the diffusion layer in the interlayer insulating film; and forming a titanium film and a first titanium nitride film on the interlayer insulating film surface including the contact hole surface. A step of sequentially depositing, a step of performing nitrogen treatment, a step of depositing a second titanium nitride film on the surface of the first titanium nitride film in a vacuum chamber, and aluminum containing at least silicon on the surface of the second titanium nitride film in a vacuum chamber Depositing an alloy film, fluidizing the aluminum alloy film by high temperature heating, embedding a contact hole in the aluminum alloy film, and then the aluminum alloy film, the second titanium nitride film, the first titanium nitride film, and the titanium film. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising the step of forming a wiring by patterning. 제1항에 있어서, 상기 제2 질화 티탄막의 증착과, 알루미늄 합금막의 증착 및, 알루미늄 합금막의 유동화는 상기 진공실 내에서 연속하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 방법.The semiconductor device manufacturing method according to claim 1, wherein the deposition of the second titanium nitride film, the deposition of the aluminum alloy film, and the fluidization of the aluminum alloy film are continuously performed in the vacuum chamber. 제1항에 있어서, 상기 제2 질화 티탄막의 두께는 0.02㎛ ∼ 0.1㎛인 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 방법.The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the second titanium nitride film has a thickness of 0.02 µm to 0.1 µm. 제2항에 있어서, 상기 제2 질화 티탄막의 두께는 0.02㎛ ∼ 0.1㎛인 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 방법.The method of claim 2, wherein the second titanium nitride film has a thickness of 0.02 μm to 0.1 μm. 제1항에 있어서, 상기 질소처리는 400℃∼1000℃의 질소 분위기에서의 램프 어니일링인 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 방법.The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the nitrogen treatment is lamp annealing in a nitrogen atmosphere at 400 占 폚 to 1000 占 폚. 제1항에 있어서, 상기 질소처리는 400℃∼600℃의 질소 분위기에서의 노 어니일링인 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 방법.The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the nitrogen treatment is furnace annealing in a nitrogen atmosphere at 400 ° C to 600 ° C. 제1항에 있어서, 상기 질소처리는 400℃∼800℃의 질소 플라즈마 처리인 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 방법.The semiconductor device manufacturing method according to claim 1, wherein the nitrogen treatment is a nitrogen plasma treatment at 400 占 폚 to 800 占 폚. 제2항에 있어서, 상기 질소처리는 400℃∼1000℃의 질소 분위기에서의 램프 어니일링인 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 방법.The semiconductor device manufacturing method according to claim 2, wherein the nitrogen treatment is lamp annealing in a nitrogen atmosphere at 400 占 폚 to 1000 占 폚. 제2항에 있어서, 상기 질소처리는 400℃∼600℃의 질소 분위기에서의 노 어니일링인 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 방법.3. The semiconductor device manufacturing method according to claim 2, wherein the nitrogen treatment is furnace annealing in a nitrogen atmosphere at 400 deg. C to 600 deg. 제2항에 있어서, 상기 질소처리는 400℃∼800℃의 질소 플라즈마 처리인 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 방법.The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the nitrogen treatment is a nitrogen plasma treatment at 400 占 폚 to 800 占 폚. 제3항에 있어서, 상기 질소처리는 400℃∼1000℃의 질소 분위기에서의 램프 어니일링인 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 방법.The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the nitrogen treatment is lamp annealing in a nitrogen atmosphere at 400 占 폚 to 1000 占 폚. 제3항에 있어서, 상기 질소처리는 400℃∼600℃의 질소 분위기에서의 노 어니일링인 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 방법.4. The semiconductor device manufacturing method according to claim 3, wherein the nitrogen treatment is furnace annealing in a nitrogen atmosphere at 400 deg. C to 600 deg. 제3항에 있어서, 상기 질소처리는 400℃∼800℃의 질소 플라즈마 처리인 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조 방법.The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the nitrogen treatment is a nitrogen plasma treatment at 400 占 폚 to 800 占 폚.
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