KR19980033883A - Metal wiring formation method of semiconductor device - Google Patents
Metal wiring formation method of semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- KR19980033883A KR19980033883A KR1019960051697A KR19960051697A KR19980033883A KR 19980033883 A KR19980033883 A KR 19980033883A KR 1019960051697 A KR1019960051697 A KR 1019960051697A KR 19960051697 A KR19960051697 A KR 19960051697A KR 19980033883 A KR19980033883 A KR 19980033883A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- film
- metal
- titanium
- nitride film
- contact hole
- Prior art date
Links
Abstract
본 발명은 반도체 디바이스의 금속 배선 형성 방법에 관한 것으로, 종래의 티타늄/반응성 질화티타늄의 적층막 상에 티타늄막을 한층 더 적층한 후에 암모니아 가스 또는, 질소 분위기에서 급속열처리 장치를 이용하여 열처리함으로써, 상부에 적층된 티타늄막을 열질화티타늄막으로 만들어 기존 반응성 티타늄막의 구조적인 약점을 보완하여 이후에 알루미늄이 증착된 후 후속 열처리 공정 중에도 알루미늄이 접합 영역으로 확산하여 실리콘과 반응하는 것을 방지함으로써, 반도체 디바이스의 신뢰성을 향상시킨다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a metal wiring of a semiconductor device, wherein a further titanium film is laminated on a conventional titanium / reactive titanium nitride film, followed by heat treatment using a rapid heat treatment apparatus under ammonia gas or nitrogen atmosphere. Titanium film laminated on the layer is made of a titanium nitride film to compensate for the structural weakness of the existing reactive titanium film to prevent aluminum from diffusing into the junction region and reacting with silicon even during the subsequent heat treatment after the aluminum is deposited, Improve reliability
Description
본 발명은 반도체 디바이스의 금속 배선 형성 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 확산 방지막으로서 티타늄막, 반응성 질화티타늄막 및 열질화티타늄막의 적층 구조를 갖는 확산 방지막 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a metal wiring forming method of a semiconductor device, and more particularly, to a diffusion barrier film forming method having a laminated structure of a titanium film, a reactive titanium nitride film and a titanium nitride film as a diffusion barrier film.
일반적으로, 실리콘 기판의 접합 영역과 금속 배선막인 알루미늄막을 접합시키면, 통상적인 후속의 열공정으로 인하여, 알루미늄막이 접합 영역 상부의 실리콘과 반응하여 알루미늄 이온과 실리콘이 상호확산을 일으키게 되고, 심한 경우에는 접합파괴(Junction spiking) 현상이 발생된다.In general, when the joining region of the silicon substrate and the aluminum film, which is a metal wiring film, are bonded, the aluminum film reacts with the silicon on the joining region due to a conventional subsequent thermal process, causing the aluminum ions and silicon to interdiffusion. Junction spiking occurs.
따라서, 현재는 접합파괴 현상이 발생되는 것을 방지하도록 실리콘 기판의 접합 영역과 알루미늄막 사이에 확산 방지용 금속막을 형성하고 있다. 이러한, 확산 방지용 금속막은 알루미늄 및 실리콘과 반응성이 없어야 하며, 고온 안정성 및 확산 억제 능력이 우수해야 한다. 통상, 확산 방지용 금속막으로서 TiW와 TiN이 널리 사용된다.Therefore, at present, a diffusion preventing metal film is formed between the bonding region of the silicon substrate and the aluminum film so as to prevent the occurrence of the bonding failure phenomenon. Such a diffusion preventing metal film should not be reactive with aluminum and silicon, and should have excellent high temperature stability and diffusion suppression ability. Usually, TiW and TiN are widely used as a diffusion prevention metal film.
종래, 확산 방지 금속층을 이용한 반도체 디바이스의 금속 배선 방법은 실리콘 기판상에 형성된 층간 절연막상에 콘택홀을 형성하고, 층간 절연막 및 콘택홀의 상부에 티타늄막을 증착한 후, 질소 가스분위기에서 급속열처리 장치로 열처리하여 티타늄막의 상부 표면에 질화티타늄을 형성하는 방법이 제시되었다.Conventionally, in the metal wiring method of a semiconductor device using a diffusion preventing metal layer, a contact hole is formed on an interlayer insulating film formed on a silicon substrate, a titanium film is deposited on the interlayer insulating film and the contact hole, and then a nitrogen gas atmosphere is used as a rapid heat treatment apparatus. A method of forming a titanium nitride on the upper surface of a titanium film by heat treatment has been proposed.
그러나, 질화티타늄막을 형성하기 위한 열처리 공정시, 접합 영역의 상부에 증착된 티타늄막의 상부는 질소와 반응하여 질화티타늄이 형성되고, 티타늄막의 하부는 접합 영역의 실리콘과 반응하여 실리사이드를 형성하게 된다. 이 때, 실리사이드화 반응이 질화티타늄막의 형성 속도보다 훨씬 빠르게 일어나기 때문에, 질화티타늄막의 두께를 제어하기 어려운 문제점이 있다.However, in the heat treatment process for forming the titanium nitride film, the upper part of the titanium film deposited on the junction region reacts with nitrogen to form titanium nitride, and the lower part of the titanium film reacts with silicon in the junction region to form silicide. At this time, since the silicide reaction occurs much faster than the formation rate of the titanium nitride film, there is a problem that it is difficult to control the thickness of the titanium nitride film.
상기의 문제점을 해결하기 위한, 종래의 반도체 디바이스의 확산 방지 금속막의 형성 방법을 도 1A 내지 도 1C 에 도시하였다.To solve the above problems, a method of forming a diffusion preventing metal film of a conventional semiconductor device is shown in Figs. 1A to 1C.
도 1A 을 참조하면, 실리콘 기판(1)에 불순물을 주입하여 접합 영역(2)을 형성한다. 실리콘 기판(1)에 층간 절연막(3)을 증착하고, 접합 영역(2)이 노출되도록 통상적인 방법으로 층간 절연막(3)을 식각하여 콘택홀(4)을 형성한다.Referring to FIG. 1A, an impurity is implanted into the silicon substrate 1 to form the junction region 2. The interlayer insulating film 3 is deposited on the silicon substrate 1, and the interlayer insulating film 3 is etched in a conventional manner so that the junction region 2 is exposed to form the contact hole 4.
도 1B 를 참조하면, 층간 절연막(3) 및 접합 영역(2)의 상부에 확산 방지 금속층으로 티타늄막(5)과 질화티타늄막(6)을 적층한다. 질화티타늄막(6)은 통상, 반응성 스퍼터링 증착방법에 의해 형성되는데, 이것은 Ti 타켓을 Ar+N2분위기에서 스퍼터 증착하여 질화티타늄막(6)을 형성시키는 방법이다. 이러한, 질화티타늄막(6)의 장벽 금속으로써의 특성은 Ti와 N간의 화학 당량비에 크게 의존되며, 1 : 1 일 경우가 장벽 금속의 역할을 가장 바람직하게 수행한다.Referring to FIG. 1B, a titanium film 5 and a titanium nitride film 6 are laminated with a diffusion preventing metal layer on the interlayer insulating film 3 and the junction region 2. The titanium nitride film 6 is usually formed by a reactive sputtering deposition method, which is a method of forming a titanium nitride film 6 by sputter deposition of a Ti target in an Ar + N 2 atmosphere. This characteristic of the titanium nitride film 6 as a barrier metal is greatly dependent on the chemical equivalent ratio between Ti and N, and the case of 1: 1 is most preferably performed as a barrier metal.
도 1C 를 참조하면, 질화티타늄막(6)의 상부에 금속 배선용 알루미늄막(7)을 증착한 후, 사진식각 공정으로 알루미늄막(7), 질화티타늄막(6) 그리고, 티타늄막(5)을 식각하여 금속 배선을 형성한다.Referring to FIG. 1C, an aluminum film 7 for metal wiring is deposited on the titanium nitride film 6, and then an aluminum film 7, a titanium nitride film 6, and a titanium film 5 are formed by a photolithography process. Etch to form metal wiring.
그러나, 상기와 같은 종래의 확산 방지 금속층으로 반응성 질화티타늄막을 이용한 금속 배선 방법은, 두께의 조절이 용이하고, 생산성이 높은 반면, 반응성 스퍼터 질화티타늄막의 구조가 침상 구조로 되어있기 때문에 알루미늄 이온이 질화티타늄막의 침상 구조 사이를 통과하여 접합 영역으로 확산됨으로써, 접합파괴 현상을 일으킬 수 있는 문제점이 있다.However, the metal wiring method using the reactive titanium nitride film as the conventional diffusion preventing metal layer is easy to control the thickness and high productivity, while aluminum ion is nitrided because the structure of the reactive sputtered titanium nitride film has a needle-like structure. By passing between the needle-like structures of the titanium film and diffusing to the junction region, there is a problem that can cause a junction failure phenomenon.
따라서, 본 발명은 확산 방지 금속층으로 티타늄막, 반응성 질화티타늄막 및 티타늄막의 적층구조를 형성한 후, 급속열처리하여 접합 영역과의 콘택 부분에서는 티타늄실리사이드화하여 확산 방지 금속층의 단점을 보완함과 동시에 배선층 하부에는 열질화티타늄을 형성하여 이온의 확산을 방지할 수 있는 반도체 디바이스의 금속 배선 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Therefore, the present invention forms a laminated structure of a titanium film, a reactive titanium nitride film and a titanium film as a diffusion preventing metal layer, and then rapidly heat-treats to form a titanium silicide in the contact portion with the junction region to compensate for the disadvantage of the diffusion preventing metal layer. An object of the present invention is to provide a method for forming a metal wiring of a semiconductor device capable of forming titanium nitride under the wiring layer to prevent diffusion of ions.
도 1A 내지 도 1C 는 종래 기술에 따른 반도체 디바이스의 금속 배선 형성 방법을 설명하기 위한 도면.1A to 1C are diagrams for explaining a metal wiring formation method of a semiconductor device according to the prior art.
도 2A 내지 도 2C 는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 디바이스의 금속 배선 형성 방법을 설명하기 위한 도면.2A to 2C are diagrams for explaining a method for forming metal wirings in a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
11 : 실리콘 기판12 : 접합 영역11 silicon substrate 12 junction region
13 : 층간 절연막14 : 콘택홀13 interlayer insulating film 14 contact hole
15 : 제 1 티타늄막16 : 반응성 질화티타늄막15: first titanium film 16: reactive titanium nitride film
17 : 제 2 티타늄막17′: 열질화티타늄막17: second titanium film 17 ': titanium nitride film
18 : 티타늄 실리사이드19 : 알루미늄 금속막18: titanium silicide 19: aluminum metal film
상기와 같은 목적은, 실리콘 기판에 불순물을 주입하여 접합 영역을 형성하는 단계; 실리콘 기판 상부에 층간 절연막을 형성하는 단계; 사진식각 공정으로 층간 절연막을 식각하여 콘택홀을 형성하는 단계; 층간 절연막 및 콘택홀의 상부에 제 1 티타늄막, 반응성 질화티타늅막, 제 2 티타늄막을 적층하는 단계; 상기 적층막을 열처리하는 단계; 열질화티타늄막 상에 알루미늄 금속을 증착하는 단계; 및 사진 식각 공정으로 알루미늄막 및 적층막을 식각하여 금속 배선을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 본 발명에 따른 반도체 디바이스의 금속 배선 형성 방법에 의하여 달성된다.The above object is to form a junction region by implanting impurities into a silicon substrate; Forming an interlayer insulating film on the silicon substrate; Forming a contact hole by etching the interlayer insulating layer by a photolithography process; Stacking a first titanium film, a reactive titanium nitride film, and a second titanium film on the interlayer insulating film and the contact hole; Heat-treating the laminated film; Depositing an aluminum metal on the titanium nitride film; And forming a metal wiring by etching the aluminum film and the laminated film by a photolithography process.
본 발명에 따르면, 확산 방지 금속층으로서 티타늄막, 질화티타늄막 및 티타늄막의 적층구조를 형성한 후, 적층막을 소정 온도에서 급속열처리 장치로 가열하여 접합 영역 상에 형성된 티타늄막을 티타늄실리사이드화함으로써, 후속의 열공정에서도 알루미늄의 확산을 방지하기에 충분한 확산 방지 금속층을 확보할 수 있다.According to the present invention, after forming a laminated structure of a titanium film, a titanium nitride film and a titanium film as a diffusion preventing metal layer, the laminated film is heated with a rapid heat treatment apparatus at a predetermined temperature to titanium-silicide the titanium film formed on the junction region, thereby Even in the thermal process, it is possible to secure a diffusion preventing metal layer sufficient to prevent the diffusion of aluminum.
[실시예]EXAMPLE
이하, 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2A 를 참조하면, 실리콘 기판(11)에 접합 영역(12)을 형성하고, 실리콘 기판(11) 전면에 층간 절연막(13)을 증착한 후, 사진식각 공정을 통해 층간 절연막(13)을 식각하여 이후의 공정에서 형성될 금속 배선과 접합 영역(12)을 접속시키기 위한 콘택홀(14)을 형성한다.Referring to FIG. 2A, the junction region 12 is formed on the silicon substrate 11, the interlayer insulating layer 13 is deposited on the entire surface of the silicon substrate 11, and the interlayer insulating layer 13 is etched through a photolithography process. As a result, a contact hole 14 for connecting the metal wiring to be formed in the subsequent step and the junction region 12 is formed.
이 때, 콘택홀(14) 내의 접합 영역(12)의 상부에는 콘택홀의 형성 공정시 자연산화막이 형성되는데, 이러한, 자연산화막을 제거하기 위하여 NF3로 건식 세정을 실시한다.At this time, a natural oxide film is formed on the contact region 12 in the contact hole 14 during the formation of the contact hole, and dry cleaning is performed with NF 3 to remove the natural oxide film.
도 2B 를 참조하면, 층간 절연막(13) 및 콘택홀(14)에 스퍼터 장비를 이용하여 제 1 티타늄막(15), 반응성 질화티타늄막(16) 및 제 2 티타늄막(17)을 순차로 적층한다.Referring to FIG. 2B, the first titanium film 15, the reactive titanium nitride film 16, and the second titanium film 17 are sequentially stacked on the interlayer insulating film 13 and the contact hole 14 using sputtering equipment. do.
도 2C 를 참조하면, 전술된 공정으로 형성된 반도체 소자를 암모니아 가스분위기 또는, 질소 가스분위기의 급속열처리 장치로 600℃ 내지 700℃에서 열처리하거나, 암모니아 분위기에서 플라즈마 장치로 플라즈마 처리한다. 이 때, 반응성 질화티타늄막(16) 하부의 제 1 티타늄막(15)중 접합 영역(12)과 접속되는 부분은 접합 영역(12)의 실리콘과 반응하여 티타늄실리사이드(19)으로 변형되어 접촉저항을 감소시키게 되고, 콘택홀의 측벽과 층간 절연막(13) 상부의 제 1 티타늄막(15)은 변형되지 않고 티타늄막으로 존재한다.Referring to FIG. 2C, the semiconductor device formed by the above-described process may be heat treated at 600 ° C. to 700 ° C. with ammonia gas atmosphere or a rapid heat treatment apparatus of nitrogen gas atmosphere, or plasma treated with a plasma apparatus in an ammonia atmosphere. At this time, the portion of the first titanium film 15 under the reactive titanium nitride film 16 that is connected to the junction region 12 reacts with silicon in the junction region 12 to be deformed into titanium silicide 19 so as to have a contact resistance. The first titanium film 15 on the sidewall of the contact hole and the interlayer insulating film 13 is not deformed and is present as a titanium film.
그리고, 반응성 질화티타늄막(16) 상부의 제 2 티타늄막(17)은 암모니아 가스와 반응하여 열질화티타늄막(17′)으로 변형되어 확산 방지 금속층이 더욱 두껍게 형성된다. 열질화티타늄막(17′)은 침상 구조를 갖는 반응성 질화티타늄막(16)을 통해 알루미늄이 질화티타늄막(16)을 접합 영역(12)으로 확산되는 것을 방지하는 역할을 한다.The second titanium film 17 on the reactive titanium nitride film 16 is deformed into a thermal titanium nitride film 17 'by reacting with ammonia gas to form a thicker diffusion preventing metal layer. The thermal titanium nitride film 17 'serves to prevent aluminum from diffusing the titanium nitride film 16 into the bonding region 12 through the reactive titanium nitride film 16 having a needle-like structure.
다음으로, 열질화티타늄막(17′) 상에 알루미늄 금속막(19)을 증착하고, 사진식각 공정으로 알루미늄 금속막(19), 열질화티타늄막(17′), 질화티타늄막(16) 및 티타늄실리사이드막(18)을 식각하여 반도체 디바이스의 금속 배선을 형성한다.Next, an aluminum metal film 19 is deposited on the titanium nitride film 17 ', and the aluminum metal film 19, the thermal titanium nitride film 17', the titanium nitride film 16, and the like are subjected to a photolithography process. The titanium silicide film 18 is etched to form metal wiring of the semiconductor device.
한편, 알루미늄 금속막(19)을 증착하기 전에 콘택홀(14)에 텅스텐 플러그를 형성할 수도 있다. 즉, 텅스텐막을 기판 전면에 증착하여 콘택홀을 매립한 후에, 열질화티타늄막(17′)이 노출될 때까지 에치백 공정 또는, 화학기계적 연마 공정을 수행하여 텅스텐 플러그를 형성시키고, 상기 공정을 실시하여 금속 배선을 형성할 수도 있다.Meanwhile, a tungsten plug may be formed in the contact hole 14 before the aluminum metal film 19 is deposited. That is, after the tungsten film is deposited on the entire surface of the substrate to fill the contact hole, an etch back process or a chemical mechanical polishing process is performed until the titanium nitride film 17 'is exposed to form a tungsten plug, and the process is performed. It may also be carried out to form a metal wiring.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 디바이스의 금속 배선 형성 방법은 확산 방지 금속층으로서 티타늄막, 질화티타늄막 및 티타늄막의 적층구조를 형성한 후, 암모니아 가스분위기의 급속열처리하여 접합 영역 상에 형성된 티타늄막을 티타늄실리사이드화하여 접촉 저항을 감소시키고, 제 2 티타늄막을 열질화티타늄막으로 변형시켜 반응성 질화티타늄막을 통한 알루미늄의 확산을 방지함으로써, 반도체 디바이스의 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.As described above, the metal wiring forming method of the semiconductor device according to the present invention is formed on the junction region by rapid thermal treatment of ammonia gas atmosphere after forming a laminated structure of a titanium film, a titanium nitride film and a titanium film as a diffusion preventing metal layer. The titanium film is titanium silicided to reduce contact resistance, and the second titanium film is transformed into a titanium nitride film to prevent diffusion of aluminum through the reactive titanium nitride film, thereby improving the characteristics and reliability of the semiconductor device.
Claims (14)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1019960051697A KR19980033883A (en) | 1996-11-02 | 1996-11-02 | Metal wiring formation method of semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1019960051697A KR19980033883A (en) | 1996-11-02 | 1996-11-02 | Metal wiring formation method of semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR19980033883A true KR19980033883A (en) | 1998-08-05 |
Family
ID=66519339
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1019960051697A KR19980033883A (en) | 1996-11-02 | 1996-11-02 | Metal wiring formation method of semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR19980033883A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100480582B1 (en) * | 1998-03-10 | 2005-05-16 | 삼성전자주식회사 | Fabricating method of barrier film of semiconductor device and fabricating method of metal wiring using the same |
KR100910444B1 (en) | 2007-11-06 | 2009-08-04 | 주식회사 동부하이텍 | Method for fabricating the same of cmos image sensor in metal layer |
-
1996
- 1996-11-02 KR KR1019960051697A patent/KR19980033883A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100480582B1 (en) * | 1998-03-10 | 2005-05-16 | 삼성전자주식회사 | Fabricating method of barrier film of semiconductor device and fabricating method of metal wiring using the same |
KR100910444B1 (en) | 2007-11-06 | 2009-08-04 | 주식회사 동부하이텍 | Method for fabricating the same of cmos image sensor in metal layer |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2978748B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
US5670432A (en) | Thermal treatment to form a void free aluminum metal layer for a semiconductor device | |
US5760475A (en) | Refractory metal-titanium nitride conductive structures | |
JP2997328B2 (en) | Method of forming conductive layer of titanium silicide on silicon semiconductor wafer | |
US6372301B1 (en) | Method of improving adhesion of diffusion layers on fluorinated silicon dioxide | |
JPH05190493A (en) | Method of forming tin barrier layer selectively having (111) crystal orientation | |
US6146996A (en) | Semiconductor device with conductive via and method of making same | |
JPH0936228A (en) | Formation of wiring | |
KR100707656B1 (en) | Method for forming metal line and semiconductor device including the same | |
US20030003721A1 (en) | Thin titanium nitride layers used in conjunction with tungsten | |
JP3057435B2 (en) | Method of forming electrode protection film for semiconductor device | |
US6136691A (en) | In situ plasma clean for tungsten etching back | |
JP3252397B2 (en) | Wiring formation method | |
JP2002026021A (en) | Method of forming metal pattern of semiconductor device | |
KR19980033883A (en) | Metal wiring formation method of semiconductor device | |
JP3109091B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
US6004877A (en) | Method of forming a tungsten layer with N2 plasma treatment | |
JP2871943B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
JPH11288923A (en) | Trench forming method and manufacture thereof | |
JP3239460B2 (en) | Forming connection holes | |
KR100220936B1 (en) | Process for forming metal interconnector of semicondctor device | |
KR920008842B1 (en) | Application method for metal layer of semiconductor | |
JP3067433B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
JPH11233517A (en) | Copper wiring in semiconductor devices | |
KR100575332B1 (en) | Metal contact formation method of semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
WITN | Withdrawal due to no request for examination |