KR100186509B1 - Method of forming metal interconnector in semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체장치의 금속배선에 관한 것으로서, 공정을 단순화하고 배선의 저항과 신뢰성을 개선시키는데 적당하도록 한 반도체장치의 배선형성방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to metallization of semiconductor devices, and more particularly, to a method of forming a semiconductor device suitable for simplifying the process and improving resistance and reliability of the wiring.
이를위한 본 발명의 반도체장치의 배선 형성방법은 하부 전도층이 형성된 기판상에 제 1 절연층을 형성하는 공정과, 상기 제 1 절연층을 선택적으로 제거하여 접속홀을 형성하고 그 접속홀을 포함하는 전면에 제 1 도전성 물질층을 형성하는 공정과, 상기 제 1 도전성 물질층상에 제 2 절연층을 선택적으로 제거하는 공정과, 노출된 제 1 도전성 물질층상에 제 2 절연층을 형성한 후 상기 접속홀을 포함하여 그를 중심으로 그보다 확장된 너비에 제 2 절연층을 선택적으로 제기하는 공정과, 노출된 제 1 도전성 물질층상에 제 2 절연층과 동일 높이로 제 2 도전성 물질층을 형성하는 공정과, 상기 제 2 절연층을 제거하고 노출된 제 1 도전성 물질층을 제거하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The wiring forming method of the semiconductor device of the present invention for this purpose is a step of forming a first insulating layer on the substrate on which the lower conductive layer is formed, and selectively removing the first insulating layer to form a connection hole and includes the connection hole Forming a first conductive material layer on the entire surface, selectively removing a second insulating layer on the first conductive material layer, and forming a second insulating layer on the exposed first conductive material layer, Selectively raising the second insulating layer in a width that is extended to the center thereof, including the connection hole, and forming a second conductive material layer at the same height as the second insulating layer on the exposed first conductive material layer And removing the second insulating layer and removing the exposed first conductive material layer.
Description
제 1 도 (a)내지 (e)는 종래 반도체장치의 배선 형성방법을 나타낸 공정단면도1 (a) to (e) are process cross-sectional views showing a wiring forming method of a conventional semiconductor device.
제 2 도 (a)내지 (e)는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체장치의 배선 형성방법을 나타낸 공정단면도2A to 2E are cross-sectional views illustrating a method of forming wirings in a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
제 2 도 (a)내지 (d)는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체장치의 배선 형성방법을 나타낸 공정 단면도2 (a) to 2 (d) are cross sectional views showing a wiring forming method of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
20 : 기판 21: 하부도전선20: substrate 21: lower conductive line
22 : 제 1 절연층 23 : 접속홀22: first insulating layer 23: connection hole
24 : 제 1 도전성 물질층 25 : 제 2 절연층24: first conductive material layer 25: second insulating layer
26 : 제 2 도전성 물질층 27 : 상부도전선26: second conductive material layer 27: upper conductive line
본 발명은 반도체 집적회로의 배선형성 방법에 관한 것으로, 특히, 공정을 단순화하고 배선의 저항과 신뢰성을 개선시키는데 적당하도록 한 반도체장치의 배선형성방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wiring forming method of a semiconductor integrated circuit, and more particularly, to a wiring forming method of a semiconductor device that is suitable for simplifying the process and improving the resistance and reliability of the wiring.
일반적으로 알룸미늄과 그 합금박막은 전기 전도도가 높고 건식식각에 의한 패턴 형성이 우수하다. 그리고 실리콘산화막과의 접착성이 우수한 동시에 비교적 가격이 저렴하여 반도체 회로의 배선재료료서 널리 사용되어 왔다.In general, aluminum and its alloy thin films have high electrical conductivity and excellent pattern formation by dry etching. In addition, it has been widely used as a wiring material for semiconductor circuits because of its excellent adhesion with a silicon oxide film and relatively low cost.
그러나 집적회로의 집적도가 증가함에 따라 소자의 크기가 감소하고 배선이 미세하 다층화 되므로 토폴로지(topology)를 갖는 부분이나 콘택홀(contact hole) 또는 비아홀(via hole)등의 내부에서 단차피복성(stepcoverge)이 중요한 문제로 대두되었다.However, as the degree of integration of integrated circuits increases, the size of the device decreases and the wiring becomes fine and multi-layered, so that the stepcoverge inside a portion having a topology, a contact hole or a via hole, etc. ) Has emerged as an important issue.
즉, 기존의 금속배선막 형성방법인 스퍼터링 방법을 이용하면 이와 같이 굴곡을 갖는 부분에서는 쉐도우 효과(shadow effect)에 의해 국부적으로 배선막의 두께가 얇게 형성된다.That is, when the sputtering method, which is a conventional metal wiring film forming method, is used, the thickness of the wiring film is locally thinned by the shadow effect in the curved portion.
특히 종횡비(aspect ratio)가 1 이상인 접속홀에서 더욱 심하게 나타난다.In particular, it is more severe in connection holes having an aspect ratio of 1 or more.
따라서 이러한 물리적 증착방법 대신에 균일한 두께로 증착할 수 있는 화학기상증착법이 도입되어 텅스텐막을 저압화학기상증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)법으로 형성함으로써 단차피복성을 개선하는 연구가 진행 되었다.Therefore, instead of the physical vapor deposition method, a chemical vapor deposition method that can be deposited with a uniform thickness was introduced, and a study to improve the step coverage by forming a tungsten film by a low pressure chemical vapor deposition method was performed.
하지만 텅스텐 배선막은 알루미늄 배선막에 비하여 비저항이 2배 이상되므로 배선막으로서의 적용이 어려운 현실이다. 따라서 접속홀에 매몰층(plug)을 형성하는 방법으로서의 개발이 진행되고 있다.However, since the tungsten wiring film has a resistivity twice or more than that of the aluminum wiring film, it is difficult to apply it as a wiring film. Therefore, development as a method of forming a buried layer (plug) in the connection hole is in progress.
매몰층은 선택적 화학기상증착 방법을 적용하여 접속홀안에 노출된 기판을 통하여 선택적으로 텅스텐막을 성장시켜서 형성하거나 베리어 금속막이나 접착층을 형성한 다음 전면에 텅스텐막을 증착하고 증착 두께 이상으로 에치백 하여 형성하는 방법이 있다.The buried layer is formed by selectively growing a tungsten film through a substrate exposed in a connection hole by applying a selective chemical vapor deposition method, or by forming a barrier metal film or an adhesive layer, and then depositing a tungsten film on the entire surface and etching it back to a deposition thickness or more. There is a way.
그러나 이와 같은 선택성장방법에 있어서는 절연층위에는 성장이 일어나지 않도록 유지하는 것이 쉽지 않다.However, in such a selective growth method, it is not easy to maintain the growth on the insulating layer.
또한 전면 증착 후 에치백 하는 경우에 있어서는 높은 종횡비(aspect ratio)를 갖는 접속홀내에 신뢰성 있는 배리어층이나 접착층을 형성하는 것이 필요하다.In the case of etching back after full deposition, it is necessary to form a reliable barrier layer or adhesive layer in a connection hole having a high aspect ratio.
이를 위해서는 콜리메이터(collimator)나 화학기상증착(CVD)법을 이용하여 접속홀의 밑면이나 측벽에 텅스텐의 핵생성이 일어날 수 있는 최소한의 두께를 확보하여야 한다.To this end, a collimator or chemical vapor deposition (CVD) method should be used to ensure the minimum thickness of tungsten nucleation on the bottom or sidewall of the connection hole.
한편 접속홀의 깊이는 절연층의 평탄화 정도에 따라 달라지므로 접속홀의 표면과 매몰층의 표면은 실직적으로는 같지 않게 된다 (일반적으로 매몰층의 표면이 더 낮다)On the other hand, since the depth of the connection hole depends on the degree of flattening of the insulating layer, the surface of the connection hole and the surface of the investment layer are not substantially the same (generally, the surface of the investment layer is lower).
이에 대하여 화학기상증착법으로 알루미늄을 위주로 하는 배선막을 형성하게 되면 단차피복성이 개선되는 동시에 사진식각공정(photolithography and etching)등 기존의 스퍼터링에 의한 알루미늄배선막 기술의 주변관련 공정과의 연속성을 유지할 수 있으므로 유리하다.On the other hand, if aluminum-based wiring films are formed by chemical vapor deposition, step coverage can be improved and continuity with the surrounding processes of aluminum wiring film technology by conventional sputtering such as photolithography and etching can be maintained. So it is advantageous.
한편 구리(copper)는 알루미늄에 비하여 비저항이 낮고 전기적물질이동(Electromigration)이나 스트레스마이그레이션(stressmigration)특성이 우수하므로 신뢰성을 더욱 개선할 수 있다.On the other hand, copper (copper) has a lower specific resistance than aluminum, and excellent electrical conductivity or stress migration (stress migration) characteristics can further improve the reliability.
따라서 구리를 스퍼터링이나 화학기상증착법으로 형성하는 방법이 연구되고 있다.Therefore, a method of forming copper by sputtering or chemical vapor deposition has been studied.
그러나 알루미늄을 식각할 때 유용한 할로겐 화합물을 구리식각에 적용할 경우에는 상기 할로겐 화합물의 증기압이 낮으므로 적용성 있는 식각비(Etch Rate)를 얻기 위해서는 조업온도를 500℃정도로 상승시켜야 한다. 따라서 구리 배선의 경우에는 식각에 의한 직접패터닝 대신에 배선 패턴의 모양으로 기판에 트랜치를 형성한다.However, when a halogen compound useful for etching aluminum is applied to copper etching, since the vapor pressure of the halogen compound is low, the operating temperature must be raised to about 500 ° C. in order to obtain an applicable etching rate. Thus, in the case of copper wiring, instead of direct patterning by etching, trenches are formed in the substrate in the form of wiring patterns.
그리고 구리를 증착한다음 화학기계만이(Chemical Mechanical Polishing: CMP)법으로 에치백하여 매몰형 전도선을 형성하거나 콘택홀 또는 비아홀의 하부전도층을 결정인자(Seed)로 하여 수직성장(Vertical Growth)를 통해 선택적으로 플러그를 형성하는 방법이 시도되고 있다.After the copper is deposited, it is etched back by Chemical Mechanical Polishing (CMP) method to form a buried conductive line or vertical growth by using a lower conductive layer of a contact hole or a via hole as a seed. Has been attempted to selectively form a plug.
구리를 선택적으로 증착하여 배선을 형성하는 방법으로서는 배선형성을 위한 희생막으로서 TEOS산화막의 패턴을 이용하여 구리를 씨드층 위에 선택적으로 증착한 후 TEOS산화막을 제거하고 씨드층을 선택적으로 식각하므로서 구리패턴을 형성하였다.As a method of forming a wiring by selectively depositing copper, a copper pattern is formed by selectively depositing copper on a seed layer using a TEOS oxide film pattern as a sacrificial film for wiring formation, removing the TEOS oxide film, and selectively etching the seed layer. Formed.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 반도체장치의 배선형성방법을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a wiring forming method of a conventional semiconductor device will be described with reference to the accompanying drawings.
제 1 도 (a)내지 (e)는 종래 기술에 따른 금속 배선의 공정 단면도이다.(Thin Solid Films 262 (1995년) p. 52-59)1 (a) to (e) are cross-sectional views of a conventional metal wiring process (Thin Solid Films 262 (1995) p. 52-59).
먼저, 제 1 도 (a)에 도시한 바와 같이, 기판(1)위에 하부 전도선(2)을 형성하고 그를 포함하는 전면에 산화막등을 이용하여 층간 절연층(3)을 형성한다.First, as shown in FIG. 1A, the lower conductive line 2 is formed on the substrate 1, and the interlayer insulating layer 3 is formed on the entire surface including the oxide film by using an oxide film or the like.
이어, 상기 층간 절연층(3)을 선택적으로 식각하여 후공정에서 형성되는 상부 전도선과의 전기적인 접속을 위한 접속홀(4)을 형성하고, 상기 접속홀(4)에 W등의 도전성 물질을 증착하고 에치백하거나 선택 성장시켜 매립 플러그(5)를 형성한다.Subsequently, the interlayer insulating layer 3 is selectively etched to form a connection hole 4 for electrical connection with an upper conductive line formed in a later process, and conductive material such as W is formed in the connection hole 4. Deposit and etch back or selectively grow to form a buried plug 5.
그리고 상기 매립 플러그(5)를 포함하는 층간 절연층(3)상에 상부 전도선을 형성하기 위한 Cu의 증착을 위한 핵생성층(Nucleartion Layer)(6)을 형성한다.Then, a nucleation layer 6 for depositing Cu for forming an upper conductive line is formed on the interlayer insulating layer 3 including the buried plug 5.
상기의 핵생성층(6)은 접착력 및 Cu의 확산 베리어로서 적합하도록 W과 TiN의 적층막으로 형성한 것이다.The nucleation layer 6 is formed of a laminated film of W and TiN so as to be suitable as an adhesive force and a diffusion barrier of Cu.
이어, 상기 핵생성층(6)상에 희생 절연막으로서 TEOS(Tetraethyleorthosilicate)층(7)을 형성한다.Next, a tetraethyleorthosilicate (TEOS) layer 7 is formed on the nucleation layer 6 as a sacrificial insulating film.
그리고 제 1 도(b)에서와 같이, 상부 전도선의 형태로 상기 TEOS층(7)을 선택적으로 식각하여 트렌치(8)를 형성하여 상기 핵생성층(6)의 일부를 노출시킨다.As shown in FIG. 1B, the TEOS layer 7 is selectively etched in the form of an upper conductive line to form a trench 8 to expose a portion of the nucleation layer 6.
이어, 제 1 도(c)에서와 같이, (hfac)Cu(VTMS) : (heafluoroacetylacetonate) Cu(vinyltrimethylsilane)와 같은 Metal Orgarnic 소오스를 이용하여 노출된 핵생성층(6)상에 Cu막을 선택성장시키므로서 상기의 트렌치(8)을 매립한다.Then, as shown in FIG. 1 (c), the Cu film is selectively grown on the exposed nucleation layer 6 using a metal orgarnic source such as (hfac) Cu (VTMS): (heafluoroacetylacetonate) Cu (vinyltrimethylsilane). The trench 8 is then buried.
그리고 제 1 도(d)에서와 같이, 상기 TEOS층(7)을 제거하여 Cu막을 제외한 부분의 핵생성층(6)을 노출시킨다.As shown in FIG. 1D, the TEOS layer 7 is removed to expose the nucleation layer 6 except for the Cu film.
이어, 상기 Cu막을 마스크로 하여 노출된 핵생성층(6)을 선택적으로 제거하여 핵생성층(6)과 Cu막으로 이루어진 상부전도선 (9)을 형성한다.Subsequently, the exposed nucleation layer 6 is selectively removed using the Cu film as a mask to form an upper conductive line 9 composed of the nucleation layer 6 and the Cu film.
그러나 상기와 같은 종래 기술의 평탄화된 배선 기술에 있어서는 접속홀안에 매립 플러그를 형성한다음 핵생성층 및 상부 전도선을 형성하므로 매립 플러그와 상부 전도선을 형성하는 공정이 별개로 이루어지므로 다음과 같은 문제점이 있다.However, in the above-described flattened wiring technology, since the buried plug is formed in the connection hole and the nucleation layer and the upper conductive line are formed, the process of forming the buried plug and the upper conductive line is performed separately. There is a problem.
매립 플러그의 표면과 상부 전도선사이에 핵생성층과 같은 이종 물질에 의한 계면이 발생하게 되어 접촉 저항의 증가나 일렉트로마이그레이션등의 신뢰성 악화가 초래된다.An interface caused by a heterogeneous material such as a nucleation layer is generated between the surface of the buried plug and the upper conductive line, resulting in an increase in contact resistance or deterioration in reliability such as electromigration.
또한, TEOS층 등으로 희생 절연막을 사용하는데 이를 층간 절연막으로 이용하지 못하므로 효과적이지 못한 문제점이 있다.In addition, a sacrificial insulating film is used as the TEOS layer, but it is not effective because it is not used as an interlayer insulating film.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 금속 배선의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 매립 플러그와 상부 전도선을 동일 물질을 사용하여 동시에 형성하여 공정을 단순화하고 배선의 저항 특성 및 신뢰성을 향상시킨 반도체 장치의 금속 배선 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems of the metal wiring of the prior art, a buried plug and the upper conductive wire is formed by using the same material at the same time to simplify the process and improve the resistance characteristics and reliability of the wiring It is an object of the present invention to provide a method for forming metal wiring in an apparatus.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 장치의 금속 배선 형성 방법은 하부 전도층이 형성된 기판상에 제 1 절연충을 형성하는 공정과, 상기 제 1 절연층을 선택적을 제거하여 접속홀을 형성하고 그 접속홀을 포함하는 전면에 제 1 도전성 물질층을 형성하는 공정과, 상기 제 1도전성 물질층상에 제 2 절연층을 형성한후 상기 접속홀을 포함하여 그를 중심으로 그보다 확장된 너비의 제 2 절연층을 선택적으로 제거하는 공정과, 노출된 제 1 도전성 물질층상에 제 2 절연층과 동일 높이로 제 2 도전성 물질층을 형성하는 공정과, 상기 제 2 절연층을 제거하고 노출된 제 1 도전성 물질층을 제거하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The metal wiring forming method of the semiconductor device of the present invention for achieving the above object is a step of forming a first insulating worm on the substrate on which the lower conductive layer is formed, and selectively removing the first insulating layer to form a connection hole And forming a first conductive material layer on the front surface including the connection hole, and forming a second insulating layer on the first conductive material layer, and including the connection hole to extend the width of the first conductive material layer. Selectively removing the second insulating layer, forming a second conductive material layer on the exposed first conductive material layer at the same height as the second insulating layer, and removing the second insulating layer and exposing the first layer. And removing the conductive material layer.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 반도체장치의 배선 형성방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a wiring forming method of a semiconductor device of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제 2 도 (a)내지 (e)는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체장치의 배선형성 방법을 나타낸 공정단면도이다.2A to 2E are process cross-sectional views showing a wiring forming method of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체장치의 배선형성방법은 핵생성층위에 Cu등의 도전성 물질을 선택적으로 성장시켜서 전도선의 패턴을 형성하는 방법에 있어서 접속홀을 매립하는 매립 플러그와 전도선을 같은 물질로 동시에 형성하는 것이다.In the method for forming a wiring of a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, in the method for forming a pattern of the conductive line by selectively growing a conductive material such as Cu on the nucleation layer, the buried plug and the conductive line filling the connection hole are formed. It is formed simultaneously with the same material.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체장치의 배선형성 방법은 먼저, 제 2 도 (a)에서와 같이, 반도체 기판(20)상에 하층 배선 또는 하부 전도층(21)을 형성하고 이를 전기적으로 절연시키기 위해 산화막등을 이용하여 제 1 절연막(22)을 형성한다.In the wiring forming method of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, first, as shown in FIG. 2 (a), the lower wiring or the lower conductive layer 21 is formed on the semiconductor substrate 20 and electrically connected thereto. In order to insulate, the first insulating film 22 is formed using an oxide film or the like.
그리고 후공정에서 형성되는 상층 배선 또는 상부 전도층과의 접속을 위하여 상기 제 1 절연막(22)을 선택적으로 식각하여 접속홀(23)을 형성한다.The first insulating film 22 is selectively etched to form a connection hole 23 in order to be connected to the upper wiring or the upper conductive layer formed in a later step.
이어, 제 2 도 (b)에서와 같이, 후공정에서 형성되는 상층배선 또는 상부 전도층을 구성하는 주물질의 확산을 방지하고 상부전도층을 성장시키기 위한 씨드(seed)층으로서 제 1 도전성물질(24)을 접속홀(23)을 포함한 제 1 절연막(22)위에 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 2 (b), the first conductive material as a seed layer for preventing the diffusion of the main material constituting the upper wiring layer or the upper conductive layer formed in a later process and growing the upper conductive layer. 24 is formed on the first insulating film 22 including the connection holes 23.
이때 제 1 도전성물질(2)은 TiN 이나 TiW, W 등의 금속화합물이나 금속물질을 스퍼터링(Sputtering) 또는 화학기상증착법(CVD)으로 형성한다.At this time, the first conductive material 2 is formed of metal compounds such as TiN, TiW, W, or the like by sputtering or chemical vapor deposition (CVD).
이어 제 2 도 (c)에 도시한 바와 같이 제 1 도전성물질(24)을 포함한 전면에 희생절연막으로서 TEOS(Tetraethyleorthosilicate)산화막과 같은 제 2 절연막(25)을 형성하고 이를 전도선 형태로 트랜치를 형성하여 트랜치 하부면의 제 1 도전성물질(24)을 선택적으로 노출시킨다.Subsequently, as shown in FIG. 2 (c), a second insulating film 25, such as a tetraethyleorthosilicate (TEOS) oxide film, is formed on the entire surface including the first conductive material 24 as a sacrificial insulating film, and a trench is formed in the form of a conductive line. Thereby selectively exposing the first conductive material 24 of the trench bottom surface.
이어서, 제 2 도 (d)에 도시한 바와같이 노출된 제 1 도전성물질(24)위에 제 2 도전성물질(26)을 성장시켜 접속홀(23)과 트렌치내에 채우므로서 매립플러그와 상부전도층(27)을 동시에 형성한다.Subsequently, the buried plug and the upper conductive layer are formed by growing the second conductive material 26 on the exposed first conductive material 24 and filling it in the connection hole 23 and the trench as shown in FIG. (27) is formed simultaneously.
이때 상부전도층(27)물질로서는 알루미늄이나 Ag, Cu 등의 금속 또는 이들의 금속합금을 적용한다.In this case, as the upper conductive layer 27, a metal such as aluminum, Ag, Cu, or a metal alloy thereof is used.
그리고 제 2 도전성물질(26)로서 알루미늄(Al)을 적용할 경우에는 알루미늄을 적용할 경우에는 유기금속 CVD(MOCVD : Metal Organic CVD)장치를 이용한다.In the case where aluminum (Al) is applied as the second conductive material 26, when the aluminum is applied, an organic metal CVD (MOCVD) device is used.
이때 유기금속 소스로서는 DMEAA(Dimethylethylamine alane) 즉 [(CH3)2(CH3 In this case, as an organometallic source, DMEAA (Dimethylethylamine alane), that is, [(CH 3 ) 2 (CH 3)
CH2)N] AlH3를 버블러(Bubbler)를 이용하여 캐리어가스를 통해 혼입시킨다.CH 2 ) N] AlH 3 is incorporated through a carrier gas using a bubbler.
이때 압력은 0.5~5torr 이고 유량은 100~1000sccm 이며 온도는 130~170℃로 한다. 또한 구리(Cu)를 적용할 경우 그 소스로서는 (hfac)Cu(TMVS) : (heafluroacetylacetonate Cu trimethylvinylsilane)와 같은 액체소스나 Cu(hfac)2 At this time, the pressure is 0.5 ~ 5torr, the flow rate is 100 ~ 1000sccm, and the temperature is 130 ~ 170 ℃. In addition, when copper (Cu) is applied, a liquid source such as (hfac) Cu (TMVS): (heafluroacetylacetonate Cu trimethylvinylsilane) or Cu (hfac) 2
등과 같은 고체소스를 이용하여 MOCVD법으로 형성한다.It is formed by the MOCVD method using a solid source such as.
이어 제 2 도 (e)에 도시한 바와같이 희생절연막으로 사용된 제 2 절연막(25)을 제거한 후 상부전도층(27)을 마스크로 이용하여 제 1 도전성물질(24)을 선택적으로 제거하면 본 발명의 제 1 실시예에 따른 반도체장치의 배선형성 공정을 완료한다.Subsequently, as shown in FIG. 2E, after removing the second insulating film 25 used as the sacrificial insulating film, the first conductive material 24 is selectively removed using the upper conductive layer 27 as a mask. The wiring forming process of the semiconductor device according to the first embodiment of the invention is completed.
한편 제 3 도 (a)내지 (d)는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체장치의 배선형성 방법을 나타낸 공정단면도이다.3 (a) to 3 (d) are process cross-sectional views showing a wiring forming method of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
본 발명의 제 2 실시예는 상부배선을 형성한 후에도 희생절연막을 제거하지 않고 층간절연막으로 사용하는 방법이다.The second embodiment of the present invention is a method of using the interlayer insulating film without removing the sacrificial insulating film even after the upper wiring is formed.
먼저, 제 3 도 (a)에 도시한 바와같이 기판(31)상에 하부전도층(32)을 형성하고 상기 하부 전도층(32)을 포함한 전며에 제 1 절연층(33)을 형성한다.First, as shown in FIG. 3A, the lower conductive layer 32 is formed on the substrate 31, and the first insulating layer 33 is formed on the whole including the lower conductive layer 32.
이어서 제 1 포토레지스트(도면에 도시하지 않음)를 도포한 후 패터닝한다.Subsequently, a first photoresist (not shown) is applied and then patterned.
상기 패터닝된 제 1 포토레지스트를 마스크로 이용하여 하부전도층(32)표면의 일부분이 노출되도록 상기 절연층(33)을 선택적으로 제거하여 후공정에서 형성될 상부전도층과의 전기적연결을 위한 접속홀(34)을 형성한다.By using the patterned first photoresist as a mask, the insulating layer 33 is selectively removed so that a portion of the surface of the lower conductive layer 32 is exposed, thereby connecting for electrical connection with the upper conductive layer to be formed in a later process. The hole 34 is formed.
이어 제 3 도 (b)에 도시한 바와같이 노출된 하부전도층(32)을 포함한 전면에 제 1 도전성물질층(35)을 형성한 후 선택적으로 식각한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 3B, the first conductive material layer 35 is formed on the entire surface including the exposed lower conductive layer 32 and then selectively etched.
이때 제 1 도전성물질층(35)은 후공정에서 형성될 상부전도층을 구성하는 주물질의 확산을 방지하고 또한 상부전도층을 성장시키기 위한 씨드층으로 사용한다.At this time, the first conductive material layer 35 is used as a seed layer for preventing the diffusion of the main material constituting the upper conductive layer to be formed in a later process and growing the upper conductive layer.
그리고 그 물질로서는 TiN 이나 TiW, W 등의 금속화합물이나 금속물질을 사용하며 스퍼터링 이나 화학기상증착법으로 형성한다.As the material, metal compounds such as TiN, TiW, W, or metal materials are used, and are formed by sputtering or chemical vapor deposition.
이어 제 3 도 (c)에 도시한 바와같이 제 1 절연층(33)을 포함한 제 1 도저성물질층(35)위에 제 2 절연층(36)을 형성한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 3C, a second insulating layer 36 is formed on the first doped material layer 35 including the first insulating layer 33.
그리고 제 1 도전성물질층(35)의 표면이 노출되도록 TEOS산화막과 같은 제 2 절연층(36)을 선택적으로 식각하여 상부도전층 패턴을 위한 트렌치(37)를 형성한다.The second insulating layer 36, such as the TEOS oxide layer, is selectively etched to expose the surface of the first conductive material layer 35 to form the trench 37 for the upper conductive layer pattern.
이어 제 3 도 (d)에 도시한 바와 같이 제 1 도전성물질층(35)위에 제 2 도전성물질층을 선택적으로 성장시켜 접속홀(34)과 트랜치(37)내에 채우므로서 매립플러그와 상부전도층(38)을 동시에 형성하면 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체장치의 배선형성공정을 완료한다.Subsequently, as shown in FIG. 3 (d), the buried plug and the top conduction are selectively grown by filling the second conductive material layer on the first conductive material layer 35 and filling it in the connection hole 34 and the trench 37. Forming the layer 38 simultaneously completes the wiring forming process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
이때 제 2 도전성물질(38)로서는 알루미늄이나 Ag, Cu 등의 금속 또는 이들의 금속합금을 적용한다. 그리고 제 2 도전성물질(38)로서 알루미늄(Al)을 적용할 경우에는 유기금속 CVD(MOCVD : Metal Organic CVD)장치를 이용한다.At this time, as the second conductive material 38, a metal such as aluminum, Ag, Cu or the like or a metal alloy thereof is applied. When aluminum (Al) is applied as the second conductive material 38, an organic metal CVD (MOCVD) device is used.
이때 유기금속 소스로서는 DEMEAA(Dimethylethylamine alane) 즉 [(CH3)2(CHIn this case, as the organometallic source, DEMEAA (Dimethylethylamine alane), that is, [(CH 3 ) 2 (CH
3CH2)N] AlH3를 버블러(Bubbler)를 이용하여 캐리어가스를 통해 혼입시킨다. 3 CH 2 ) N] AlH 3 is mixed through a carrier gas using a bubbler.
이때 압력은 0.5~5torr 이고 유량은 100~1000sccm 이며 온도는 130~170℃로한다. 또한 구리(Cu)를 적용할 경우에는 그 소스로서는 (hfac)Cu(TMVS) : (heafluroacetylacetonate Cu trimethylvinysilane)와 같은 액체소스나 Cu(hfac)2 At this time, the pressure is 0.5 ~ 5torr, the flow rate is 100 ~ 1000sccm, and the temperature is 130 ~ 170 ℃. In addition, when copper (Cu) is applied, a liquid source such as (hfac) Cu (TMVS): (heafluroacetylacetonate Cu trimethylvinysilane) or Cu (hfac) 2 is used.
등과 같은 고체소스를 이용하여 MOCVD법으로 형성한다.It is formed by the MOCVD method using a solid source such as.
이상 상술한 바와같이 본 발명의 반도체장치의 배선형성방법은 다음과 같은 효과가 있다.As described above, the wiring forming method of the semiconductor device of the present invention has the following effects.
첫째, 매립플러그와 상부전도층을 동시에 형성하므로 공정을 간략화한다.First, the landfill plug and the upper conductive layer are formed at the same time to simplify the process.
둘째, 매립플러그와 상부전도층 사이에 이종물질이 형성되지 않아 배선의 접촉저항과 신뢰성을 개선시킨다.Second, no heterogeneous material is formed between the buried plug and the upper conductive layer, thereby improving the contact resistance and reliability of the wiring.
세째, 별도의 층간절연막을 사용하지 않아 공정의 효율성을 향상시킨다.Third, it does not use a separate interlayer insulating film to improve the efficiency of the process.
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