KR19990054910A

KR19990054910A - Metal wiring method for contact of semiconductor device

Info

Publication number: KR19990054910A
Application number: KR1019970074787A
Authority: KR
Inventors: 정창원
Original assignee: 김영환; 현대전자산업 주식회사
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 1999-07-15

Abstract

반도체 장치의 하부 구조물들과 상부 배선층들을 절연하기 위한 층간 절연막내의 콘택홀을 통해서 반도체 기판의 활성 영역과 접촉하는 금속막을 형성하는 제조 공정에 있어서, 층간 절연막을 선택 식각하여 기판의 활성 영역을 개방하는 콘택홀을 형성하며, 층간 절연막에 확산 방지막을 형성한 후에 저온에서 화학반응으로 알루미늄을 결과물 전면에 형성하며, 열공정을 실시하여 콘택홀에 알루미늄 플러그를 형성하도록 한다. 본 발명에 따르면 미세한 콘택홀을 가지는 디바이스의 경우에 하부 구조물과 접촉되는 금속 배선의 충분한 갭필을 이룰 수 있으며, 금속 배선의 전기적 특성을 높일 수 있다.A manufacturing process for forming a metal film in contact with an active region of a semiconductor substrate through a contact hole in an interlayer insulating film for insulating the lower structures of the semiconductor device and the upper wiring layers, wherein the interlayer insulating film is selectively etched to open the active region of the substrate. After forming a contact hole and forming a diffusion barrier in the interlayer insulating film, aluminum is formed on the entire surface of the resultant by chemical reaction at low temperature, and a thermal process is performed to form an aluminum plug in the contact hole. According to the present invention, in the case of a device having a fine contact hole, a sufficient gap fill of the metal wiring in contact with the lower structure can be achieved, and the electrical characteristics of the metal wiring can be improved.

Description

Metal wiring method for contact of semiconductor device

본 발명은 반도체 장치의 금속막 증착방법에 관한 것으로서, 특히 미세 콘택용 홀을 가지는 반도체 장치의 콘택용 금속 배선 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of depositing a metal film of a semiconductor device, and more particularly to a method of contact metal wiring of a semiconductor device having a hole for fine contact.

반도체 장치의 배선은 하부구조물과 상부 구조물을 연결하기 위한 수단으로서 반도체 장치의 속도, 수율 및 신뢰성을 결정하는 요인이 되기 때문에 반도체 제조 공정중 가장 중요한 위치를 점유하고 있다. 최근 반도체 장치는 디자인 룰이 점점 미세화됨에 따라 복잡한 다층 배선구조를 가지게 되었다.The wiring of the semiconductor device occupies the most important position in the semiconductor manufacturing process because it is a means for connecting the lower structure and the upper structure, which is a factor for determining the speed, yield and reliability of the semiconductor device. In recent years, semiconductor devices have complicated multilayer wiring structures as the design rules become more and more sophisticated.

종래 집적도가 낮은 반도체 장치에 있어서 배선을 위한 금속막의 매립 방법은 크게 문제되지 않았지만, 최근 집적도가 높은 반도체 장치에 있어서 개구부(콘택홀이나 비아)의 직경은 반도체 장치의 고집적화에 따라서 0.25㎛까지 작아진 동시에 어스펙트비도 커졌다.Conventionally, the method of embedding a metal film for wiring has not been a problem in the semiconductor device having a low integration density, but in recent years, the diameter of the opening (contact hole or via) in the semiconductor device having a high integration has been reduced to 0.25 μm due to the high integration of the semiconductor device. At the same time, the aspect ratio also increased.

그러나, 고집적 반도체 장치에 사용되는 콘택용 배선 공정은 약 500℃ 이상의 고온에서 스퍼터링 공정으로 알루미늄 및 텅스텐을 증착하기 때문에 열적 소자의 스트레스를 일으킨다. 더욱이 미세한 콘택홀 또는 비아 내에 매립되는 알루미늄 플러그에는 종종 빈공간(void)이 발생하며, 알루미늄의 매립시 갭필(gapfill)의 열화 등 반도체 장치의 배선 특성을 저하시키게 되는 문제점이 있었다.However, the contact wiring process used in the highly integrated semiconductor device causes thermal element stress because aluminum and tungsten are deposited by the sputtering process at a high temperature of about 500 ° C. or higher. Moreover, voids often occur in the aluminum plugs embedded in the fine contact holes or vias, and there is a problem in that wiring characteristics of the semiconductor device are degraded, such as deterioration of a gapfill when the aluminum is buried.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 미세한 콘택홀 또는 비아에의 금속막 형성시 저온 상태에서 알루미늄의 증착을 실시하여 콘택용 금속 플러그의 전기적 특성을 높일 수 있는 반도체 장치의 콘택용 금속 배선 방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of improving electrical characteristics of a metal plug for a contact by performing deposition of aluminum in a low temperature state when forming a metal film in a fine contact hole or via to solve the problems of the prior art as described above. A metal wiring method for a contact is provided.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 콘택용 금속막 제조 공정을 나타낸 공정 순서도.1 to 3 are process flowcharts illustrating a process for manufacturing a contact metal film of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

10: 활성 영역10: active area

12: 층간 절연막12: interlayer insulating film

14: 콘택홀14: contact hole

16: 확산 방지막16: diffusion barrier

18: 알루미늄막18: aluminum film

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 반도체 장치의 하부 구조물들과 상부 배선층들을 절연하기 위한 층간 절연막내의 콘택홀을 통해서 반도체 기판의 활성 영역과 접촉하는 금속막을 형성하는 제조 공정에 있어서, 상기 층간 절연막을 선택 식각하여 상기 기판의 활성 영역을 개방하는 콘택홀을 형성하는 단계; 상기 층간 절연막에 확산 방지막을 형성하는 단계; 저온에서 화학반응으로 알루미늄을 상기 결과물 전면에 형성하는 단계; 및 상기 온도보다 높은 온도에서 열공정을 실시하여 콘택홀에 알루미늄 플러그를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for forming a metal film in contact with an active region of a semiconductor substrate through a contact hole in an interlayer insulating film for insulating lower structures and upper wiring layers of the semiconductor device. Selectively etching to form a contact hole for opening an active region of the substrate; Forming a diffusion barrier on the interlayer insulating film; Forming aluminum on the entire surface of the resultant by chemical reaction at low temperature; And forming an aluminum plug in the contact hole by performing a thermal process at a temperature higher than the temperature.

본 발명에 있어서, 상기 금속막은 Ti을 400∼500Å 두께로 형성하며, 상기 알루미늄은 400sccm∼500sccm을 250∼260℃에서 DMAH(Demethyle Aluminum Hydride)과의 화학 반응으로 형성하는 것이 바람직하며, 상기 알루미늄 플러그의 형성 온도는 320∼330℃로 하는 것이 바람직하다.In the present invention, the metal film is formed to form a Ti 400 ~ 500Å thickness, the aluminum is preferably formed 400sccm ~ 500sccm by chemical reaction with DMAH (Demethyle Aluminum Hydride) at 250 ~ 260 ℃, the aluminum plug It is preferable to make the formation temperature of 320-330 degreeC.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장치의 콘택용 금속막 제조 공정을 나타낸 공정 순서도이다.1 to 3 are process flowcharts illustrating a process for manufacturing a contact metal film of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

우선, 실리콘 기판에 일련의 반도체 소자 제조 공정을 실시하여 이루고자하는 반도체 소자(도시하지 않음)를 형성한다. 반도체 소자를 가지는 기판(10) 전면에 USG(Undoped Silicate Glass), BPSG(Boro Phospho Silicate Glass)및 SiON 중에서 선택한 물질을 증착하여 층간 절연막(12)을 형성하고, CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 실시하여 층간 절연막(12)의 표면을 평탄화시킨다.First, a semiconductor device (not shown) to be formed is formed on a silicon substrate by performing a series of semiconductor device manufacturing steps. An interlayer insulating film 12 is formed by depositing a material selected from USG (Undoped Silicate Glass), BPSG (Boro Phospho Silicate Glass), and SiON on the entire surface of the substrate 10 having a semiconductor device, and performing a chemical mechanical polishing (CMP) process. Thus, the surface of the interlayer insulating film 12 is planarized.

그 다음 도 1에 나타난 바와 같이 사진 및 식각 공정으로 층간 절연막(12)을 선택 식각하여 상기 기판(10)의 활성영역이 소정 부분 개방되는 콘택홀(14)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 1, the interlayer insulating layer 12 is selectively etched by a photolithography and etching process to form a contact hole 14 in which an active region of the substrate 10 is partially opened.

그리고, 도 2에 나타난 바와 같이 층간 절연막(12) 전면에 Ti 내지 TiN 등의 금속 중에서 선택한 금속을 스퍼터링 공정으로 확산 방지막(16)을 형성한다. 이때, 확산 방지막(16)은 콘택홀(14) 내측벽 및 층간 절연막(12)의 표면에 500Å 의 두께로 증착되며, 이후 실시될 알루미늄의 증착이 콘택홀(14) 내에서 유동성을 가질 수 있는 역할을 한다.As shown in FIG. 2, the diffusion barrier layer 16 is formed on the entire surface of the interlayer insulating layer 12 by sputtering a metal selected from metals such as Ti to TiN. At this time, the diffusion barrier 16 is deposited on the inner wall of the contact hole 14 and the surface of the interlayer insulating film 12 with a thickness of 500 μs, and the deposition of aluminum to be performed later may have fluidity in the contact hole 14. Play a role.

이어서 상기 결과물에 DMAH와 알루미늄을 반응시키는 공정을 실시한다. 이때, 공정은 약 260℃의 온도에서 알루미늄을 500sc㎝로 흘려 DMAH와의 화학 반응이 이루어지도록 하며, 알루미늄의 증착율은 60Å/sec로 한다. 이 반응에 관계된 화학식은 다음과 같다.Subsequently, DMAH and aluminum are reacted with the resultant. At this time, the process flows aluminum at 500 sccm at a temperature of about 260 ° C. to perform a chemical reaction with DMAH, and the deposition rate of aluminum is 60 μs / sec. The chemical formula involved in this reaction is as follows.

상기와 같이 결과물에 알루미늄을 증착한 후에 열공정을 약 330℃의 온도에서 실시하도록 한다. 그러면, 확산 방지막(16) 표면을 따라서 콘택홀(14)의 내측벽을 타고 알루미늄 원자가 확산되고 콘택홀(14) 내에 매립되어 알루미늄 플러그(18)를 형성한다.After the aluminum is deposited on the resultant as described above, the thermal process is performed at a temperature of about 330 ° C. Then, aluminum atoms diffuse through the inner wall of the contact hole 14 along the surface of the diffusion barrier 16 and are embedded in the contact hole 14 to form the aluminum plug 18.

상기와 같은 제조 공정 순서에 따른 본 발명은 기판의 활성 영역과 콘택되는 금속 배선을 형성함에 있어서, 알루미늄을 DMAH와 저온 상태에서 화학 반응시킨 후에 열공정을 실시하여 층간 절연막 내의 콘택홀에 알루미늄의 매립이 균일하게 이루어지게 한다.According to the present invention according to the manufacturing process sequence as described above, in forming a metal wiring contacting the active region of the substrate, the aluminum is chemically reacted with DMAH at a low temperature state, and then thermal processing is performed to bury the aluminum in the contact hole in the interlayer insulating film. This is done uniformly.

이상, 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식으로 그 변형이나 개량이 가능하다.As mentioned above, although this invention was demonstrated concretely through the Example, this invention is not limited to this, A deformation | transformation and improvement are possible with the conventional knowledge in the art within the technical idea of this invention.

따라서, 상기한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체 장치의 콘택용 금속 배선 방법을 이용하게 되면, 콘택홀의 크기가 0.25㎛급 디바이스의 경우에 알루미늄 플러그의 충분한 갭필을 이룰 수 있으며, 이와 동시에 콘택홀의 알루미늄 매립시 발생하는 빈공간을 제거할 수 있어 금속 배선의 전기적 특성을 높일 수 있는 효과가 있다.Therefore, as described above, when the contact metal wiring method of the semiconductor device according to the present invention is used, a sufficient gap fill of the aluminum plug can be achieved in the case of a device having a contact hole size of 0.25 μm, and at the same time, the aluminum filling of the contact hole is performed. It can remove the empty space generated at the time to increase the electrical properties of the metal wiring.

Claims

In the manufacturing process of forming a metal film in contact with the active region of the semiconductor substrate through a contact hole in the interlayer insulating film for insulating the lower structures and the upper wiring layers of the semiconductor device, by selectively etching the interlayer insulating film to form an active region of the substrate Forming a contact hole to open;

Forming a diffusion barrier on the interlayer insulating film;

Forming aluminum on the entire surface of the resultant by chemical reaction at low temperature; And

And forming an aluminum plug in the contact hole by performing a thermal process at a temperature higher than the temperature.

The metal wiring method for contacting a semiconductor device according to claim 1, wherein the metal film is formed to have a thickness of 400 to 500 GPa.

The method of claim 1, wherein the aluminum is formed from 400 sccm to 500 sccm by a chemical reaction with DMAH at 250 to 260 ° C.

The metal wiring method for contacting a semiconductor device according to claim 1, wherein the forming temperature of said aluminum plug is 320 to 330 캜.