KR19990055770A - Method for manufacturing metal wiring of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
반도체 소자의 금속배선 제조방법에 관한 것으로, 구리막을 이용한 금속배선을 형성하기 위하여 금속배선 상/하부에 하드마스크와 식각장벽층을 형성하고 배선식각한 후 측벽보호를 위해 스페이서를 형성한 다음, 평탄화공정 및 후속 금속배선 공정을 실시함으로써 구리박막의 원자가 실리콘 기판이나 산화막으로 쉽게 확산하여 소자의 특성이 저하되는 현상을 방지하여 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a metal wiring of a semiconductor device, in order to form a metal wiring using a copper film, a hard mask and an etch barrier layer are formed on and under the metal wiring, and after etching the wiring, spacers are formed for sidewall protection, and then planarized. By performing the step and subsequent metallization step, the present invention relates to a technology that can improve the reliability of the device by preventing the atoms of the copper thin film easily diffused into the silicon substrate or the oxide film to reduce the characteristics of the device.
Description
본 발명은 반도체 소자의 금속배선 제조방법에 관한 것으로, 하부 금속배선으로 Cu막을 사용시 구리원자가 실리콘기판이나 산화막으로 침투하는 것을 방지하기 위해 금속배선 상하부에 하드마스크와 식각장벽층을 형성함으로서 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a metal wiring of a semiconductor device, and the reliability of the device by forming a hard mask and an etching barrier layer above and below the metal wiring to prevent the copper atoms penetrate into the silicon substrate or oxide when using the Cu film as the lower metal wiring It is about a technology that can improve.
일반적으로, 반도체 소자는 각각의 소자들을 형성한 후, 소자의 최상층에는 각각의 소자에 전압을 인가하는 금속배선이 형성된다.In general, after the semiconductor devices are formed with respective devices, metal wirings for applying a voltage to each device are formed on the uppermost layer of the device.
이러한 금속배선으로는 다른 재료들에 비해 증착 공정이 간단하고, 저저항의 특성을 갖는 Al 계열 금속이 주로 사용되는데, Al 계열 금속배선 콘택의 경우에는 금속층과 접촉되는 부분에서의 스파이크나 불순물의 확산을 방지하기 위하여 콘택면과 금속배선의 사이에 Ti/TiN/Al 적층 구조의 금속배선층을 형성하여 사용되어 왔다.As the metal wiring, an Al-based metal having a simple deposition process and a low resistance characteristic is used, compared to other materials. In the case of an Al-based metal wiring contact, the diffusion of spikes or impurities in a portion in contact with the metal layer is used. In order to prevent this problem, a metal wiring layer having a Ti / TiN / Al lamination structure has been used between the contact surface and the metal wiring.
또한, 최근에는 차세대 반도체 소자의 금속배선막 재료로 유력시 되고 있는 구리박막이 배선재료로써 적용되고 있는 실정이다.In recent years, a copper thin film, which is considered to be a metal wiring film material of a next-generation semiconductor device, has been applied as a wiring material.
그러나, 구리원자는 원자의 크기가 매우 작고 화학적인 친화도가 매우 크기 때문에 쉽게 산화되며, 실리콘 기판이나 산화막으로 쉽게 확산하여 들어감으로서 소자의 특성을 크게 저하시키는 문제점이 있다.However, copper atoms are easily oxidized because the atoms are very small in size and have a high chemical affinity, and thus have a problem in that the characteristics of the device are greatly deteriorated by being easily diffused into a silicon substrate or an oxide film.
이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로 하부 금속배선으로 형성되는 Cu막 상하부에 하드마스크로 Al2O3막과 식각장벽층으로 TiN막을 형성하고 그 측벽에 PESiN막이나 Si3N4막으로 스페이서를 형성함으로서 구리원자가 실리콘 기판이나 산화막으로 침투하는 것을 방지하여 소자의 신뢰성을 향상시키는 반도체 소자의 금속배선 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to solve the above problems and to form a TiN film with an Al 2 O 3 film and an etch barrier layer as a hard mask on the upper and lower Cu film formed by the lower metal wiring, PESiN film or Si 3 N 4 on the side wall It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a metal wiring of a semiconductor device in which a copper atom is prevented from penetrating into a silicon substrate or an oxide film to improve the reliability of the device by forming a spacer as a film.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명에 따른 반도체 소자의 금속배선 제조공정도1a to 1d is a manufacturing process diagram of the metal wiring of the semiconductor device according to the present invention
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>
10 : 반도체 기판 12 : 제 1절연막10 semiconductor substrate 12 first insulating film
14 : 제 1식각장벽층 16 : Cu막14: first etching barrier layer 16: Cu film
18 : Al2O3막 20 : 스페이서18: Al 2 O 3 film 20: spacer
22 : 층간절연막22: interlayer insulating film
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따르면,According to the present invention to achieve the above object,
소정의 하부구조물을 구비하는 반도체 기판 상부에 제 1절연막과 제 1식각장벽층, 금속배선 및 Al2O3막을 순차적으로 형성하는 공정과,Sequentially forming a first insulating film, a first etching barrier layer, a metal wiring, and an Al 2 O 3 film on the semiconductor substrate having a predetermined substructure;
상기 Al2O3막에서 식각마스크로 제 1식각장벽층까지 순차적으로 건식식각하여 Al2O3막패턴과 금속배선패턴, 제 1식각장벽층패턴을 형성하는 공정과,And a step of forming a first etch barrier layer to the dry etching in order Al 2 O 3 film pattern and a metal wiring pattern, a first etch barrier layer pattern as an etch mask in the Al 2 O 3 film,
상기 구조의 전표면에 제 2식각장벽층을 형성하고 에치백 식각하여 상기 Al2O3막패턴과 배선용 금속배선패턴, 제 1식각장벽층패턴 측벽을 감싸는 스페이서를 형성하는 공정과,Forming a second etching barrier layer on the entire surface of the structure and etching back to form spacers surrounding sidewalls of the Al 2 O 3 film pattern, the wiring metal wiring pattern, and the first etching barrier layer pattern;
상기 구조의 전표면에 층간절연막을 형성하여 평탄화하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.And forming an interlayer insulating film on the entire surface of the structure to planarize it.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반도체 소자의 금속배선 제조방법에 대하여 상세히 설명을 하기로 한다.Hereinafter, a metal wire manufacturing method of a semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1a 내지 도 1d 는 본 발명에 따른 반도체 소자의 금속배선 제조공정도이다.1A to 1D are diagrams illustrating a process for manufacturing metallization of a semiconductor device according to the present invention.
먼저, 반도체 기판(10) 상부에 소정의 하부 구조물들, 예컨대 소자분리 산화막과, 모스 전계효과 트랜지스터, 비트선, 캐패시터등을 형성하고, 상기 구조의 전표면에 산화막으로 이루어진 제 1절연막(12)을 형성한다.First, predetermined lower structures such as a device isolation oxide film, a MOS field effect transistor, a bit line, a capacitor, and the like are formed on the semiconductor substrate 10, and the first insulating film 12 made of an oxide film on the entire surface of the structure. To form.
이 때, 상기 제 1절연막(12)은 CVD-산화막, BPSG(Boro phosphor silicate Glass)막, SOG(Spin On Glass)막으로 이루어진 군에서 하나의 막으로 형성한다.In this case, the first insulating layer 12 is formed of one film from the group consisting of a CVD-oxide film, a Boro phosphor silicate glass (BPSG) film, and a spin on glass (SOG) film.
다음, 상기 제 1절연막(12) 상부에 제 1식각장벽층(14)과, 하부 금속배선으로 Cu막(16), 하드마스크(hard mask)으로 Al2O3막(18)을 순차적으로 형성한다.Next, a first etching barrier layer 14 is formed on the first insulating layer 12, a Cu layer 16 is formed by a lower metal wiring, and an Al 2 O 3 layer 18 is formed by a hard mask. do.
이 때, 상기 제 1식각장벽층(14)은 TiN막, SiON막, CrN막, CoN막, WN막으로 이루어진 군에서 하나의 막으로 형성한다.In this case, the first etching barrier layer 14 is formed of one film from the group consisting of a TiN film, a SiON film, a CrN film, a CoN film, and a WN film.
여기서, 상기 Cu막(16)과 Al2O3막(18)은 화학기상증착(chemical vapor deposition 이하, CVD)법 또는 물리기상증착(physical vapor deposition 이하, PVD)법으로 형성한다.Here, the Cu film 16 and the Al 2 O 3 film 18 are formed by chemical vapor deposition (CVD) or physical vapor deposition (PVD).
바람직하게, 상기 금속배선으로 Cu막(16)과 유사한 특성을 갖는 Au막, Ag막, Co막, Cr막, Pt막으로 이루어진 군에서 하나의 막으로 형성하여도 무방하다..(도 1a 참조)Preferably, the metal wiring may be formed as one film from the group consisting of Au film, Ag film, Co film, Cr film, and Pt film having similar characteristics to the Cu film 16. (See Fig. 1A. )
그 다음, 상기 Al2O3막(18)에서 식각마스크를 사용하여 25 ∼ 300℃ 온도의 건식식각(플라즈마 식각)공정으로 제 1식각장벽층(14)까지 순차적으로 식각하여 Al2O3막(18)패턴과 Cu막(16)패턴, 제 1식각장벽층(14)패턴을 형성한다.Then, the Al 2 O as a dry etching (plasma etching) process of the third membrane (18) 25 ~ 300 ℃ temperature using an etch mask in a first etch barrier layer 14 by etching in order Al 2 O 3 film (18) A pattern, a Cu film 16 pattern, and a first etching barrier layer 14 pattern are formed.
이 때, 상기 제 1식각장벽층(14)은 하부 금속배선으로 형성된 Cu막(16)의 구리원자가 반도체 기판(10)이나 제 1절연막(12)으로 침투하는 것을 방지하기 위함이다.(도 1b 참조)At this time, the first etching barrier layer 14 is to prevent the copper atoms of the Cu film 16 formed by the lower metal wiring from penetrating into the semiconductor substrate 10 or the first insulating film 12 (Fig. 1B). Reference)
다음, 상기 구조의 전표면에 제 2식각장벽층을 형성하고 에치백(etch-back) 식각하여 상기 Al2O3막(18)패턴과 Cu막(16)패턴, 제 1식각장벽층(14)패턴 측벽을 감싸는 스페이서(20)를 형성한다.Next, a second etching barrier layer is formed on the entire surface of the structure and etch-back etched to form the Al 2 O 3 film 18 pattern, the Cu film 16 pattern, and the first etching barrier layer 14. The spacer 20 surrounding the pattern sidewall is formed.
이 때, 상기 제 2식각장벽층은 PESiN막이나 Si3N4막으로 형성되어 있으며 측벽보호 역활을 하게 된다.(도 1c 참조)In this case, the second etching barrier layer is formed of a PESiN film or Si 3 N 4 film and serves as a sidewall protection (see FIG. 1C).
그 다음, 상기 구조의 전표면에 층간절연막(22)을 형성하여 평탄화한 다음, 후속 공정의 금속배선 공정을 진행함으로써 원활한 배선을 형성할 수 있게 된다.Then, the interlayer insulating film 22 is formed and planarized on the entire surface of the structure, and then a smooth wiring can be formed by performing a metal wiring process of a subsequent process.
이 때, 상기 층간절연막(22)으로는 SOG(Spin On Glass)막이나 BPSG(Boro phosphor silicate Glass)막으로 형성된다. (도 1d 참조)In this case, the interlayer insulating layer 22 is formed of a spin on glass (SOG) film or a boro phosphor silicate glass (BPSG) film. (See FIG. 1D)
상기한 바와같이 본 발명에 따르면, 식각장벽층과 하드마스크 사이에 금속배선으로 Cu막을 사용함으로서 구리원자가 실리콘 기판이나 산화막으로 침투하는 것을 방지할 수 있고, 전기전도도, 일렉트로 미그레이션, 스트레스 미그레이션을 개선하고, 원활한 배선을 형성할 수 있어 소자의 전기적 특성 및 신뢰성을 향상시키는 이점이 있다.As described above, according to the present invention, by using a Cu film as a metal wiring between the etch barrier layer and the hard mask, copper atoms can be prevented from penetrating into the silicon substrate or the oxide film, and electrical conductivity, electromigration, and stress migration can be prevented. It is possible to form a smooth wiring and improve the electrical characteristics and reliability of the device.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1019970075725A KR19990055770A (en) | 1997-12-27 | 1997-12-27 | Method for manufacturing metal wiring of semiconductor device |
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KR1019970075725A KR19990055770A (en) | 1997-12-27 | 1997-12-27 | Method for manufacturing metal wiring of semiconductor device |
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KR1019970075725A KR19990055770A (en) | 1997-12-27 | 1997-12-27 | Method for manufacturing metal wiring of semiconductor device |
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KR (1) | KR19990055770A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100562985B1 (en) * | 2003-12-30 | 2006-03-23 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method of forming metal wiring in flash memory device |
-
1997
- 1997-12-27 KR KR1019970075725A patent/KR19990055770A/en not_active Application Discontinuation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100562985B1 (en) * | 2003-12-30 | 2006-03-23 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method of forming metal wiring in flash memory device |
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