KR100268788B1 - Metal wiring formation method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체소자의 금속배선 형성방법에 관한 것으로, 특히 금속배선 물질인 알루미늄합금의 평탄화에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적으로, 소자간이나 소자와 외부회로 사이를 전기적으로 접속시키기 위한 반도체소자의 배선은, 배선을 위한 소정의 콘택홀 및 비아홀을 배선재료로 매립하여 배선층을 형성하고 후속공정을 거쳐 이루어지며, 낮은 저항을 필요로 하는 곳에는 금속배선을 사용한다.In general, the wiring of a semiconductor device for electrically connecting between devices or between an element and an external circuit is made through a subsequent process by filling a predetermined contact hole and via hole for wiring with a wiring material and forming a wiring layer. Metal wiring is used where resistance is required.
상기 금속배선은 알루미늄(Al)에 소량의 실리콘이나 구리가 포함되거나 실리콘과 구리가 모두 포함되어 비저항이 낮으면서 가공성이 우수한 알루미늄합금을 배선재료로 하여 PVD 방법의 스퍼터링으로 상기의 콘택홀 및 비아홀을 매립하는 방법이 가장 널리 이용되고 있다.The metal wiring includes a small amount of silicon or copper in aluminum (Al), or both silicon and copper, and has a low resistivity and excellent workability. Landfilling is the most widely used.
종래기술에서 널리 이용되는 물리기상증착방법은 그 과정이 화학적 반응없이 물리적 기구에 의하여 증착이 이루어진다. 그리고, 상기 물리기상증착방법의 일종인 스퍼터링방법은 외부인가전압에 의해 저압의 기체를 이온화, 즉 플라즈마화시켜 기체이온을 형성하며, 상기 기체이온은 전위차에 의해 가속되어 음극 타겟을 때린다. 이때, 상기 기체이온의 충돌에 의해 타겟의 원자가 튀어나와 모재 표면에서 응집, 성장하여 박막을 형성한다. 일반적으로, 상기 저압의 기체는 아르곤이 사용된다.In the physical vapor deposition method widely used in the prior art, the process is carried out by physical apparatus without chemical reaction. In addition, the sputtering method, which is a kind of physical vapor deposition method, ionizes, ie, plasmas, a gas of low pressure by an external applied voltage to form gas ions, and the gas ions are accelerated by a potential difference to hit the negative electrode target. At this time, the atoms of the target are protruded by the collision of the gas ions to aggregate and grow on the surface of the base material to form a thin film. In general, argon is used as the low pressure gas.
상기 스퍼터링방법은, 화학기상증착방법에 비하여 저온에서 실시되며 공정이 단순하다는 장점이 있다.The sputtering method has an advantage that the process is performed at a low temperature compared to the chemical vapor deposition method, and the process is simple.
그러나, 금속박막내에 결함의 증가로 금속박막의 비저항이 높아지는 문제가 있고, 디자인룰이 작아짐에 따라 금속배선의 저항값이 커지게 되어 금속박막에 일렉트로 마이그레이션(EM) 현상과 같은 신뢰성 측면과 알씨(RC) 딜레이 등과 같은 소자 특성 측면에 좋지않은 영향을 준다.However, there is a problem that the specific resistance of the metal thin film is increased due to the increase of defects in the metal thin film, and as the design rule becomes smaller, the resistance value of the metal wiring becomes large, and the reliability aspects such as the electromigration (EM) phenomenon to the metal thin film and RC) adversely affects device characteristics such as delay.
이를 해결하기 위하여 CVD 방법과 PVD 방법을 이용한 알루미늄합금 평탄화공정은 표면 거칠기가 문제로 대두되어 마스크를 이용한 식각공정을 어렵게 하는 문제점이 있다.In order to solve this problem, the aluminum alloy planarization process using the CVD method and the PVD method has a problem that the surface roughness becomes a problem, making the etching process using the mask difficult.
따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 평탄화된 금속배선을 형성하여 후속공정을 용이하게 함으로써 반도체소자의 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체소자의 금속배선 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention provides a method for forming a metal wiring of a semiconductor device that can improve the characteristics and reliability of the semiconductor device by forming a flattened metal wiring to facilitate the subsequent process in order to solve the above problems of the prior art. The purpose is.
제1(a)도 내지 제1(d)도는 본 발명의 실시예에 반도체소자의 금속배선 형성방법을 도시한 단면도.1 (a) to 1 (d) are cross-sectional views showing a metal wiring formation method of a semiconductor device in an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 반도체기판 2 : 평탄화절연막1
3 : 확산방지막 4 : 젖음층3: diffusion barrier 4: wet layer
5 : CVD 알루미늄합금층 6 : 저온 PVD 알루미늄합금층5: CVD aluminum alloy layer 6: low temperature PVD aluminum alloy layer
7 : 고온 PVD 알루미늄합금층 8 : 평탄화된 알루미늄합금층7: high temperature PVD aluminum alloy layer 8: flattened aluminum alloy layer
9 : 반사방지막9: antireflection film
이상의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 반도체소자의 금속배선 형성방법은,In order to achieve the above object, a metal wiring forming method of a semiconductor device according to the present invention,
콘택홀이 형성된 평탄화 절연막 상부에 확산방지막을 형성하는 공정과,Forming a diffusion barrier over the planarization insulating film on which the contact hole is formed;
상기 확산방지막 상부에 젖음층과 CVD 알루미늄합금층을 순차적으로 적층하는 공정과,Sequentially depositing a wet layer and a CVD aluminum alloy layer on the diffusion barrier;
상기 CVD 알루미늄합금층 상부에 진공파괴없이 저온 PVD 알루미늄합금층과 고온 PVD 알루미늄합금층을 순차적으로 형성하는 공정과,Forming a low-temperature PVD aluminum alloy layer and a high-temperature PVD aluminum alloy layer sequentially on the CVD aluminum alloy layer without vacuum destruction;
상기 고온 PVD 알루미늄합금층 상부에 반사방지막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.It characterized in that it comprises a step of forming an anti-reflection film on the high temperature PVD aluminum alloy layer.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제1(a)도 내지 제1(d)도는 본 발명의 실시예에 따른 반도체소자의 금속배선 형성방법을 도시한 단면도이다.1 (a) to 1 (d) are cross-sectional views illustrating a method for forming metal wirings of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
먼저, 반도체기판(1) 상부에 콘택홀이 형성된 평탄화절연막(2)을 형성하고, 전처리공정을 실시한 다음, 전체표면 상부에 확산방지막(3)을 형성한다.First, a
이때, 상기 평탄화절연막(2)은 소자분리막, 워드라인, 비트라인 및 캐패시터를 형성한 다음, 유동성이 우수한 절연물질로 형성한다.At this time, the
그리고, 상기 확산방지막(3)은 TiN, WN, TaN과 같은 질화막 계열의 화합물이나 TiSiN, WSiN 등과 같은 실리콘질화막 계통의 화합물로 형성한다.(제1(a)도)The
그 다음에, 상기 확산방지막(3) 상부에 젖음층(4)과 CVD 알루미늄합금층(5)을 순차적으로 형성한다.Then, the wet layer 4 and the CVD
이때, 상기 젖음층(4)은 Ti 등과 같은 물질로 형성한다. 그리고, 상기 CVD 알루미늄합금층(5)은 CVD 방법을 이용하여 100~250℃ 정도의 온도에서 400~1000Å 정도의 두께로 형성한다.(제1(b)도)At this time, the wet layer 4 is formed of a material such as Ti. Then, the CVD
그 다음에, 상기 CVD 알루미늄합금층(5) 상부에 저온 PVD 알루미늄합금층(6)과 고온 PVD 알루미늄합금층(7)을 순차적으로 적층한다.Next, the low-temperature PVD
이때, 상기 저온 PVD 알루미늄합금층(5) 상부에 저온 PVD 알루미늄합금층(6)과 고온 PVD 알루미늄합금층(7)을 순차적으로 적층한다.At this time, the low-temperature PVD
이때, 상기 저온 PVD 알루미늄합금층(6)과 고온 PVD 알루미늄합금층(7) 형성공정은, 상기 CVD 알루미늄합금층(5)의 증착후 진공 파괴없이 고온 고진공으로 유지된 스퍼터링 챔버로 이동하여 반도체기판(1), 즉 웨이퍼의 가열없이 5~25kW 정도의 높은 파워(power)로 짧은 시간에 증착한 다음, 상기 웨이퍼를 충분히 가열하고 고온에서 0.1~5kW 이하의 낮은 증착 파워로 알루미늄합금을 증착하여 평탄화된 알루미늄합금층(8)의 형성을 가능하게 한다.At this time, the process of forming the low-temperature PVD
그리고, 상기 저온 PVD 알루미늄합금층(6)과 고온 PVD 알루미늄합금층(7)의 증착공정은, 하나의 챔버에서 형성할 수도 있고, 온도가 조절된 두 개의 챔버를 이용하여 형성할 수도 있다.In addition, the deposition process of the low-temperature PVD
그리고, 상기 저온 PVD 알루미늄합금층(6)과 고온 PVD 알루미늄합금층(7) 형성공정은, 각각 실온~100℃ 정도와 400~550℃ 정도의 온도에서 실시한다. 이때, 상기 400~550℃ 정도의 온도는 콘택의 단차비에 따라 조절 가능한 것이다.(제1(c)도)The low-temperature PVD
그 다음에, 상기 평탄화된 알루미늄합금층(8) 상부에 패터닝공정을 위한 반사방지막(9)을 형성한다.(제1(d)도)Next, an
본 발명의 다른 실시예로 다층의 금속배선을 형성하는 방법은, 웨이퍼 디가싱(degassing)/콘택 하부 산화막제거/젖음층이나 아웃가싱(out-gassing) 방지막증착/CVD 알루미늄합금층 증착/저온 PVD 알루미늄합금층 증착/고온 PVD 알루미늄합금층 증착/반사방지막 증착 등으로 이루어진다.In another embodiment of the present invention, a method of forming a multi-layered metal wiring includes: wafer degassing / contact oxide removal / wet layer or outgassing prevention film deposition / CVD aluminum alloy layer deposition / low temperature. PVD aluminum alloy layer deposition / high temperature PVD aluminum alloy layer deposition / antireflection film deposition and the like.
이상에서 설명한 바와같이 본 발명에 따른 반도체소자의 금속배선 형성방법은, CVD와 PVD 방법으로 알루미늄합금층을 증착하여 보이드의 유발을 방지하고, 고온과 저온에서 알루미늄합금층을 증착하여 표면 거칠기를 감소시킴으로써 후속공정을 용이하게 하여 반도체소자의 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, in the method of forming a metal wiring of the semiconductor device according to the present invention, deposition of an aluminum alloy layer by CVD and PVD method prevents induction of voids, and deposition of an aluminum alloy layer at high and low temperatures reduces surface roughness. This facilitates the subsequent process, thereby improving the characteristics and reliability of the semiconductor device.
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