KR20010056822A - Conductive line and interconnection thereof in semiconductor device and fabricating method thereof - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A wiring of semiconductor apparatus, wiring connecting unit and manufacturing method thereof is provided to improve the reliability of a device by reducing a resistance of a wiring connecting unit due to an outstanding increase of a plug and a connecting face of the upper part wiring, achieving a selective deposition of automatically aligned metal, and realizing a wiring and a wiring connecting unit with a uniform step coverage. CONSTITUTION: A dielectric layer(21) is formed on a substrate(20). A conductive plug interposes a first barrier layer(240), passes through the dielectric layer(21) and contacts to a predetermined part of the substrate(20). A trench has a predetermined wiring pattern as well as exposing the upper side of the first barrier layer(240) interposed on the conductive plug side and is formed by eliminating the predetermined part of the dielectric layer(21). A conductive layer is filled in the trench.

Description

반도체장치의 배선 및 배선연결부와 그 제조방법{Conductive line and interconnection thereof in semiconductor device and fabricating method thereof}Wiring and wiring connecting portion of semiconductor device and manufacturing method thereof

본 발명은 반도체장치의 배선 및 배선연결부와 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히, 서로 다른 층에 형성되는 배선들을 연결하는 배선연결부의 플러그를 형성하고 배선절연층(intermetal dielectric)의 소정부위를 제거하여 플러그 측면에 배리어금속층을 개재시킨 배선을 형성하므로서 배선과 플러그의 접촉면적을 증가시켜 낮은 배선저항과 단차피복도(step coverage)를 개선시킨 반도체장치의 플러그 및 금속배선과 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to wiring and wiring connection portions of a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and more particularly, by forming a plug of a wiring connection portion connecting wirings formed on different layers and removing a predetermined portion of an intermetal dielectric. The present invention relates to a plug and metal wiring of a semiconductor device having a low wiring resistance and step coverage by increasing the contact area between the wiring and the plug by forming a wiring with a barrier metal layer on the side of the plug, and a method of manufacturing the same.

반도체장치의 소자간 전기적 연결을 위한 배선연결부 및 배선과 그 형성기술은 층간절연층의 콘택홀 또는 비아홀(via hole) 내에 플러그를 형성한 다음 플러그 상에 배선을 패터닝하여 형성하므로 주변부위와 단차가 심화되고, 낮은 단차피복도(step coverage)를 가지며, 배선간의 단락이 유발되고, 따라서 제품의 수율이 좋지 않다.The wiring connection part and wiring for the electrical connection between the elements of the semiconductor device and the formation technology thereof are formed by forming a plug in a contact hole or a via hole of an interlayer insulating layer, and then patterning the wiring on the plug. Deeper, low step coverage, short circuit between wirings, and thus yield of product is poor.

이를 개선하기 위하여, 콘택플러그와 배선을 동시에 패터닝하여 형성하는 방법으로 듀알 다마신(dual damascene)구조가 제안되었으나, 이러한 구조 및 그 제조방법은 주변과의 단차(step difference)를 완화하는데는 우수하지만 단차피복도의 개선과 배선연결부에서의 저항감소가 더 필요하다.In order to improve this, a dual damascene structure has been proposed as a method of forming a contact plug and a wiring at the same time. However, such a structure and its manufacturing method are excellent in mitigating a step difference from the surroundings. Further improvements in step coverage and reduced resistance at the wiring connections are needed.

도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따른 반도체장치의 배선 및 그 연결부 형성방법을 도시하는 공정단면도이다.1A to 1D are process cross-sectional views showing a wiring of a semiconductor device and a method of forming a connection portion thereof according to the prior art.

도 1a를 참조하면, 실리콘으로 이루어진 반도체기판(10) 위에 절연층(11)을 화학기상증착법(chemical vapor deposition, 이하 CVD라 칭함)으로 증착한다. 상기에서, 기판(10)은 불순물 확산영역(도시되지 않음)이 형성된 반도체기판이거나, 또는, 하부의 배선일 수도 있다.Referring to FIG. 1A, an insulating layer 11 is deposited on a semiconductor substrate 10 made of silicon by chemical vapor deposition (hereinafter, referred to as CVD). In the above description, the substrate 10 may be a semiconductor substrate having an impurity diffusion region (not shown) or a lower wiring.

그리고, 제 1 배선을 형성하기 위하여 절연층(11) 위에 금속을 스퍼터링 등의 방법으로 형성하여 하부 금속층을 형성한 다음, 하부 금속층 위에 포토레지스트를 도포한 후 제 1 배선용 마스크를 이용한 노광 및 현상으로 식각마스크(도시안함)를 형성한 다음, 식각마스크를 이용하여 하부 금속층을 패터닝하여 제 1 배선(12)을 형성한다.In order to form the first wiring, a metal is formed on the insulating layer 11 by sputtering or the like to form a lower metal layer, and then a photoresist is applied on the lower metal layer, followed by exposure and development using a first wiring mask. After forming an etching mask (not shown), the first metal layer 12 is formed by patterning the lower metal layer using the etching mask.

그 다음, 제 1 배선(12)을 포함하는 절연층(11) 위에 산화막 등으로 금속배선 층간절연층(inter-metal dielectric,13)을 증착한다. 이때, 층간절연층(13)은 TEOS(tetra ethyl ortho silicate) 및 SOG(spin on glass)를 조합하여 형성할 수 있으며, 그 주성분은 SiO2이다.Next, an inter-metal dielectric 13 is deposited on the insulating layer 11 including the first wiring 12 with an oxide film or the like. In this case, the interlayer insulating layer 13 may be formed by combining tetra ethyl ortho silicate (TEOS) and spin on glass (SOG), and a main component thereof is SiO 2 .

그리고, 층간절연층(13)의 소정 부분을 포토리쏘그래피 방법으로 패터닝하여 제 1 배선층(12)을 노출시키는 접촉홀 내지는 비아홀 및 상부배선인 제 2 배선의 패턴이 음각된 트렌치를 형성한다. 즉, 후속공정에서 비아홀에는 상부배선과 하부배선인 제 1 배선(12)을 연결하는 플러그가 형성되고, 트렌치에는 상부배선이 형성된다.A predetermined portion of the interlayer insulating layer 13 is patterned by a photolithography method to form a trench in which a contact hole or via hole exposing the first wiring layer 12 and a pattern of the second wiring, which is the upper wiring, are engraved. That is, in a subsequent process, a plug for connecting the first wiring 12, which is the upper wiring and the lower wiring, is formed in the via hole, and the upper wiring is formed in the trench.

이때, 접촉홀과 트렌치는 동시에 패터닝되는데 그 방법은 다음과 같다.At this time, the contact hole and the trench are simultaneously patterned. The method is as follows.

먼저, 비아홀 형성부위를 정의하는 제 1 홀을 소정의 깊이로 층간절연층을 제거하여 형성한다. 이때, 제 1 홀에 의하여 제 1 배선(12)의 표면이 노출되지 않도록 한다.First, a first hole defining a via hole forming portion is formed by removing an interlayer insulating layer to a predetermined depth. At this time, the surface of the first wiring 12 is not exposed by the first hole.

그리고, 트렌치 패턴이 정의된 식각마스크를 제 1 홀을 포함하는 부위 상부의 층간절연층(13) 위에 형성한 다음, 식각마스크를 이용하여 층간절연층(13)을 건식식각으로 제거하여 트렌치를 형성한다. 따라서, 트렌치 형성용 식각시 제 1 홀 하부의 층간절연층이 동시에 식각되어 상부가 확장된 비아홀이 형성된다.An etch mask having a trench pattern defined is formed on the interlayer insulating layer 13 above the portion including the first hole, and then the interlayer insulating layer 13 is removed by dry etching using an etch mask to form a trench. do. Therefore, during the trench forming etching, the interlayer insulating layer under the first hole is simultaneously etched to form a via hole having an extended upper portion.

도 1b를 참조하면, 잔류한 층간절연층(13) 상에 트렌치 및 비아홀을 통해 제 1 배선(12)과 접촉되도록 배리어층(14)을 PVD(physical vapor deposition)법으로 형성한다. 이때, 배리어층(14)은 Ti 또는 TiN 등을 증착하여 형성한다.Referring to FIG. 1B, the barrier layer 14 is formed on the remaining interlayer insulating layer 13 by the physical vapor deposition (PVD) method so as to contact the first wiring 12 through the trench and the via hole. At this time, the barrier layer 14 is formed by depositing Ti or TiN.

도 1c를 참조하면, 배리어층(14) 상에 상부배선인 제 2 배선을 형성하기 위하여 금속 등의 상부 도전층(15)을 CVD 또는 스퍼터링 등의 방법으로 증착하여 형성한다.이때, 상부 도전층은 Al, Cu 등을 사용하여 형성할 수 있다. 구리를 사용할 경우, 배리어층(14) 표면에 구리 벌크층(Cu bulk layer)을 형성하기 위한 구리 씨드층(Cu seed layer, 도시안함)을 역시 PVD법으로 증착하여 형성한 다음, 구리 씨드층을 이용하는 전기도금법(elecroplating)으로 콘택홀과 트렌치를 충분히 매립하는 두께로 구리 벌크층(15)을 상에 형성한다. 따라서, 배선간의 연결부와 상부배선 형성층이 동시에 형성되었다.Referring to FIG. 1C, an upper conductive layer 15, such as a metal, is deposited by a method such as CVD or sputtering to form a second wiring, which is an upper wiring, on the barrier layer 14. Silver can be formed using Al, Cu, or the like. When copper is used, a copper seed layer (not shown) for forming a copper bulk layer (Cu bulk layer) on the surface of the barrier layer 14 is also formed by PVD deposition, and then a copper seed layer is formed. The copper bulk layer 15 is formed on the thickness by which the contact hole and trench are fully filled by the electroplating method used. Therefore, the connection part between wirings and the upper wiring formation layer were formed simultaneously.

도 1d를 참조하면, 형성된 구리 벌크층에 평탄화공정을 실시하여 잔류한 층간절연층(13) 표면을 노출시켜 별도의 패터닝공정 없이 제 1 배선(12)과 전기적으로 연결된 상부배선인 제 2 배선(150)을 형성한다. 이때, 평탄화공정은 화학기계적 연마법으로 한다.Referring to FIG. 1D, a planarization process is performed on the formed copper bulk layer to expose a surface of the remaining interlayer insulating layer 13 to form a second wiring, which is an upper wiring electrically connected to the first wiring 12 without a separate patterning process. 150). At this time, the planarization step is a chemical mechanical polishing method.

그러나, 종래 기술에 따른 반도체장치의 배선연결부 및 배선 형성방법은 단차피복도의 개선과 배선연결부에서 제 2 배선과 비어홀에 형성된 도전층이 만나는 부위가 좁아지므로 병목현상이 일어나 저항이 증가하는 문제점이 있다.However, in the semiconductor device according to the related art, the wiring connection part and the wiring forming method of the semiconductor device have problems such as improvement in the step coverage and narrowing of the area where the conductive layer formed in the second wiring and the via hole meet in the wiring connection part, resulting in a bottleneck and an increase in resistance. .

따라서, 본 발명의 목적은 서로 다른 층에 형성되는 배선들을 연결하는 배선연결부의 플러그를 형성하고 배선절연층(intermetal dielectric)의 소정부위를 제거하여 플러그 측면에 배리어금속층을 개재시킨 배선을 형성하므로서 배선과 플러그의 접촉면적을 증가시켜 낮은 배선저항과 단차피복도(step coverage)를 개선시킨 반도체장치의 플러그 및 금속배선과 그 제조방법을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to form a wire by forming a plug of a wiring connection part connecting the wires formed on different layers and removing a predetermined portion of an intermetal dielectric to form a wire having a barrier metal layer on the plug side. The present invention provides a plug and a metal wiring of a semiconductor device having a low wiring resistance and a step coverage by increasing the contact area between the plug and the plug, and a method of manufacturing the same.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체장치의 배선 및 배선연결부는 반도체기판상에 형성된 절연층과, 제 1 배리어층을 개재하고 상기 절연층을 관통하며 상기 반도체기판의 소정부위와 접촉하는 도전성 플러그와, 소정의 배선패턴을 가지며 동시에 상기 도전성 플러그의 측면에 개재된 상기 제 1 배리어층의 상측면을 노출시키며 상기 절연층의 소정 부위가 제거되어 형성된 트렌치와, 상기 트렌치를 매립하고 있는 도전층을 포함하여 이루어진다.The wiring and wiring connection part of the semiconductor device according to the present invention for achieving the above object is a conductive layer penetrating the insulating layer through the insulating layer formed on the semiconductor substrate, the first barrier layer and in contact with a predetermined portion of the semiconductor substrate A trench formed with a plug, a predetermined wiring pattern, and at the same time exposing an upper surface of the first barrier layer interposed on a side surface of the conductive plug and removing a predetermined portion of the insulating layer; and a conductive layer filling the trench. It is made, including.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체장치의 배선 및 배선연결부 제조방법은 반도체 기판상에 배선절연층을 형성하는 단계와, 상기 배선절연층의 소정 부위를 제거하여 상기 반도체기판의 일부를 노출시키는 홀을 형성하는 단계와, 상기 홀에 제 1 배리어층을 개재시키며 도전성을 갖는 재료로 플러그를 형성하는 단계와, 상기 배선절연층의 소정 부위를 제거하여 상기 플러그를 감싸는 상기 제 1 배리어층의 측면을 노출시키는 동시에 소정의 배선패턴을 갖는 트렌치를 형성하는 단계와, 상기 트렌치에 제 2 배리어층을 개재시킨 도전층으로 상부배선을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.According to the present invention, there is provided a method of manufacturing a wiring and wiring connection part of a semiconductor device according to the present invention, forming a wiring insulating layer on a semiconductor substrate, and removing a predetermined portion of the wiring insulating layer to expose a portion of the semiconductor substrate. Forming a hole to form a hole; interposing the first barrier layer in the hole; forming a plug of a conductive material; and removing a predetermined portion of the wiring insulation layer to surround the plug. Forming a trench having a predetermined wiring pattern while exposing side surfaces, and forming an upper wiring with a conductive layer having a second barrier layer interposed therebetween.

도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따른 반도체장치의 배선 및 배선연결부 제조방법을 도시하는 공정단면도1A to 1D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing wirings and wiring connectors of a semiconductor device according to the related art.

도 2는 본 발명에 따른 반도체장치의 배선 및 배선연결부의 단면도Figure 2 is a cross-sectional view of the wiring and wiring connection of the semiconductor device according to the present invention

도 3a 내지 도 3e는 본 발명에 따른 반도체장치의 배선 및 배선연결부 제조방법을 도시하는 공정단면도3A to 3E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing wirings and wiring connectors of a semiconductor device according to the present invention.

본 발명은 다마신구조를 갖는 배선 및 배선연결부를 종래에 일회의 공정으로 비어홀과 상부 트렌치를 도전물질로 매립하는 대신, 층간절연층에 비어홀을 형성한 다음 이를 충전시키는 도전성 플러그를 형성하고 플러그의 상측면을 노출시키며 상붑배선의 패턴을 갖는 트렌치를 음각으로 형성한 다음 이를 배리어금속층이 개재된 구조로 금속 등의 도전물질로 매립하여 상부배선과 그 연결부를 형성한다. 따라서, 플러그와 상부배선의 접촉면이 종래 보다 월등하게 증가하여 배선연결부의 저항을감소시키며 자동얼라인된 금속의 선택적인 증착이 이루어져 다마신 구조를 완성하게 된다.According to the present invention, instead of filling the via hole and the upper trench with a conductive material in a single process, a via hole and a wiring connection part having a damascene structure are formed in the interlayer insulating layer, and then a conductive plug for filling the via hole is formed. A trench having a pattern of upper and lower wirings is formed in an intaglio pattern by exposing the upper side surface, and then embedded in a conductive material such as a metal with a barrier metal layer interposed therebetween to form the upper wiring and its connection portion. Therefore, the contact surface of the plug and the upper wiring is significantly increased than in the prior art to reduce the resistance of the wiring connection portion, and the selective deposition of the auto-aligned metal is completed to complete the damascene structure.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 반도체장치의 배선 및 배선연결부의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a wiring and a wiring connection unit of a semiconductor device according to the present invention.

도 2를 참조하면, 트랜지스터와 캐패시터 등의 소자가 형성된 실리콘 등으로 이루어진 반도체기판(20)상에 층간절연층(21)이 형성되어 있고, 층간절연층(21) 상에는 전기한 소자들을 전기적으로 연결하는 알루미늄 등으로 이루어진 하부배선인 제 1 배선(22)이 패터닝되어 있다.Referring to FIG. 2, an interlayer insulating layer 21 is formed on a semiconductor substrate 20 made of silicon or the like on which elements such as transistors and capacitors are formed, and electrically connected elements are electrically connected on the interlayer insulating layer 21. The first wiring 22, which is a lower wiring made of aluminum or the like, is patterned.

제 1 배선(22) 및 층간절연층(21)상에는 하부배선인 제 1 배선(22)과 상부배선간의 전기적 절연을 위한 배선절연층(intermetal dielectric, 23)이 형성되어 있다.An intermetal dielectric 23 is formed on the first wiring 22 and the interlayer insulating layer 21 to electrically insulate the lower wiring from the first wiring 22 and the upper wiring.

배선절연층(23)의 소정 부위가 제거되어 제 1 배선(22)의 일부 표면을 노출시키는 비어홀 내지는 콘택홀이 형성되어 있고, 이러한 비어홀의 하부면과 측면에는 배선간의 저항을 감소시키는 제 1 배리어층(240)이 제 1 배선(22)과 접촉하며 형성되어 있다. 이때, 제 1 배리어층(240)은 Ti 또는 TiN 등의 금속으로 이루어진다.A via hole or a contact hole is formed to remove a predetermined portion of the wiring insulation layer 23 to expose a part of the surface of the first wiring 22. A first barrier for reducing resistance between the wirings is formed on the bottom and side surfaces of the via hole. The layer 240 is formed in contact with the first wiring 22. In this case, the first barrier layer 240 is made of metal such as Ti or TiN.

제 1 배리어층(240) 표면에는 도전성 물질로 비어홀을 충전시키는 플러그(250)가 형성되어 있다. 텅스텐 등으로 이루어진 플러그(250)는 상부배선과 하부배선(22)인 제 1 배선(22)을 전기적으로 연결한다.A plug 250 for filling the via hole with a conductive material is formed on the surface of the first barrier layer 240. The plug 250 made of tungsten or the like electrically connects the first wiring 22 that is the upper wiring and the lower wiring 22.

배선절연층(23)에 형성된 제 1 배리어층(240)의 상측면을 노출시키는 트렌치가 상부배선인 제 2 배선(270)의 패턴을 가지며 배선절연층(23)에 음각되어 있다.A trench for exposing the upper surface of the first barrier layer 240 formed on the wiring insulation layer 23 has a pattern of the second wiring 270 as the upper wiring and is engraved in the wiring insulation layer 23.

트렌치는 Ti 또는 TiN 등으로 이루어진 제 2 배리어층(260)으로 덮여 있으며, 제 2배리어층(260) 표면에는 상기 트렌치를 매립하는 제 2 배선(270)이 알루미늄 또는 구리 등의 금속으로 형성되어 있다.The trench is covered with a second barrier layer 260 made of Ti, TiN, or the like, and the second wiring 270 filling the trench is formed of metal such as aluminum or copper on the surface of the second barrier layer 260. .

따라서, 제 2 배리어층(260)으로 감싸진 형태의 제 2 배선(270)과 하부배선인 제 1 배선(22)은 역시 제 1 배리어층(240)으로 감싸진 플러그(250)에 의하여 상호 전기적으로 연결된 구조를 갖고 있다.Accordingly, the second wiring 270 enclosed by the second barrier layer 260 and the first wiring 22 as the lower interconnection are electrically connected to each other by the plug 250 enclosed by the first barrier layer 240. It has a structure connected to it.

이때, 플러그(250)는 제 1 및 제 2 배리어층(240,260)을 개재시킨 형태로 제 2 배선(270)과 측방향으로 접촉하고 있으므로, 종래 기술에서 플러그의 상부면과 접촉하는 형태 보다, 상호 접촉면적이 증가하여 전기적 저항이 감소되고 얼라인 마진이 증가하며 배선절연층(23)의 평탄화에도 유리하다.In this case, since the plug 250 is in contact with the second wiring 270 in the form of the first and second barrier layers 240 and 260, the plug 250 is in contact with the upper surface of the plug in the prior art. The contact area is increased, the electrical resistance is reduced, the alignment margin is increased, and the planarization of the wiring insulation layer 23 is also advantageous.

도 3a 내지 도 3e는 본 발명에 따른 반도체장치의 배선 및 배선연결부 제조방법을 도시하는 공정단면도이다.3A to 3E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing wirings and wiring connectors of a semiconductor device according to the present invention.

도 3a를 참조하면, 실리콘으로 이루어진 반도체기판(20) 위에 산화막 등으로 이루어진 층간절연층(interlayer dielectric,21)을 화학기상증착법(chemical vapor deposition, 이하 CVD라 칭함)으로 증착한다. 상기에서, 기판(20)은 불순물 확산영역(도시되지 않음)이 형성된 반도체기판이거나, 또는, 하부의 배선일 수도 있다.Referring to FIG. 3A, an interlayer dielectric 21 made of an oxide film or the like is deposited on a semiconductor substrate 20 made of silicon by chemical vapor deposition (hereinafter, referred to as CVD). In the above description, the substrate 20 may be a semiconductor substrate having an impurity diffusion region (not shown) or a lower wiring.

그리고, 제 1 배선을 형성하기 위하여 층간절연층(21) 위에 알루미늄 등의 금속을 CVD 또는 스퍼터링 등의 방법으로 증착하여 하부 금속층을 형성한 다음, 하부 금속층 위에 포토레지스트를 도포한 후 제 1 배선형성용 노광마스크를 이용한 노광 및 현상으로 식각마스크(도시안함)를 형성한 다음, 식각마스크를 이용하여 하부 금속층을 패터닝하여 제 1 배선(22)을 형성한다.In order to form the first wiring, a metal such as aluminum is deposited on the interlayer insulating layer 21 by CVD or sputtering to form a lower metal layer, and then a photoresist is applied on the lower metal layer to form a first wiring. An etch mask (not shown) is formed by exposure and development using an exposure mask for light, and then the lower metal layer is patterned using the etch mask to form the first wiring 22.

그 다음, 제 1 배선(22)을 포함하는 층간절연층(21) 위에 산화막 등으로 금속배선절연층(inter-metal dielectric,23)을 소정 두께로 증착한다. 이때, 금속배선절연층(23)은 TEOS(tetra ethyl ortho silicate) 및 흐름성이 우수한 SOG(spin on glass)를 조합하여 형성할 수 있으며, 그 주성분은 SiO2이다.Next, an inter-metal dielectric 23 is deposited to a predetermined thickness on the interlayer insulating layer 21 including the first wiring 22 by an oxide film or the like. In this case, the metal wiring insulation layer 23 may be formed by combining tetra ethyl ortho silicate (TEOS) and spin on glass (SOG) having excellent flowability, and a main component thereof is SiO 2 .

그리고, 금속배선절연층(23)의 소정 부분을 포토리쏘그래피 방법으로 패터닝하여 제 1 배선(22)의 소정부위를 노출시키는 접촉홀(contact hole) 내지는 비아홀(via hole)을 형성한다. 즉, 후속공정에서 비아홀에는 상부배선과 하부배선인 제 1 배선(22)을 연결하는 금속 플러그가 형성된다. 이때, 비아홀은 건식식각 등의 비등방성 식각을 사용하는 포토리쏘그래피로 금속배선절연층(23)의 일부를 제거하여 형성한다.Then, a predetermined portion of the metal wiring insulating layer 23 is patterned by a photolithography method to form contact holes or via holes that expose predetermined portions of the first wiring 22. That is, in a subsequent process, a metal plug is formed in the via hole to connect the first wiring 22, which is the upper wiring and the lower wiring. In this case, the via hole is formed by removing a part of the metal wiring insulating layer 23 by photolithography using anisotropic etching such as dry etching.

잔류한 금속배선절연층(23) 상에 비아홀을 통해 제 1 배선(22)과 접촉되도록 제 1 배리어층(24)을 스퍼터링 또는 PVD(physical vapor deposition)법으로 형성한다. 이때, 제 1 배리어층(24)은 Ti 또는 TiN 등을 증착하여 형성한다.The first barrier layer 24 is formed by sputtering or physical vapor deposition (PVD) on the remaining metal wiring insulating layer 23 to be in contact with the first wiring 22 through the via hole. In this case, the first barrier layer 24 is formed by depositing Ti or TiN.

그 다음, 제 1 배리어층(24) 상에 텅스텐 등의 플러그 형성용 도전물질을 증착하여 금속층(25)을 형성한다. 이때, 금속층(25)은 비어홀을 충분히 맬비하는 두께로 형성한다.Next, a conductive material for forming a plug such as tungsten is deposited on the first barrier layer 24 to form the metal layer 25. At this time, the metal layer 25 is formed to a thickness sufficient to sufficiently fill the via hole.

도 3b를 참조하면, 금속층과 제 1 배리어층에 에치백을 실시하여 금속배선절연층(23)의 상부 표면을 노출시킨다. 그 결과, 잔류한 제 1 배리어층(240)을 금속배선절연층(23)과의 사이에 개재시킨 잔류한 금속층(250)으로 이루어진 플러그(250)가 형성된다.Referring to FIG. 3B, the upper surface of the metallization insulating layer 23 is exposed by etching back the metal layer and the first barrier layer. As a result, a plug 250 made of the remaining metal layer 250 having the remaining first barrier layer 240 interposed between the metal wiring insulating layer 23 is formed.

도 3c를 참조하면, 플러그(250)와 제 1 배리어층(240)의 표면을 포함하는 금속배선절연층 상에 포토레지스트를 도포한다.Referring to FIG. 3C, a photoresist is applied onto the metallization insulating layer including the surface of the plug 250 and the first barrier layer 240.

그리고, 플러그(250)와 제 1 배리어층(240)의 측면을 노출시키는 동시에 제 2 배선패턴을 정의하는 노광마스크를 이용한 노광 및 현상을 실시하여 포토레지스트패턴(도시안함)을 형성한다.The photoresist pattern (not shown) is formed by exposing and developing sidewalls of the plug 250 and the first barrier layer 240, and performing exposure and development using an exposure mask defining a second wiring pattern.

그 다음, 포토레지스트패턴으로 보호되지 않는 부위의 금속배선절연층(23)을 소정 깊이로 제거하여 배선연결부가 되는 플러그 측면을 노출시키는 동시에 제 2 배선이 형성될 부위를 정의하는 트렌치(G)를 음각형태로 형성한다. 이때, 트렌치는 건식식각 등의 이방성식각으로 형성하며, 제 1 배리어층(240)과 플러그(250) 형성물질과 금속배선절연층(23) 형성물질간에 식각선택비가 큰 식각제를 사용한다.Next, the metal wiring insulating layer 23 of the portion not protected by the photoresist pattern is removed to a predetermined depth to expose the plug side to be the wiring connection portion, and the trench G defining the portion where the second wiring is to be formed. Form in intaglio form. In this case, the trench is formed by anisotropic etching, such as dry etching, and an etchant having a high etching selectivity is used between the first barrier layer 240, the plug 250, and the metallization insulating layer 23.

따라서, 제 1 배리어층(240)의 상측 측면이 노출되어 이후 형성되는 제 2 배선과의 접촉면적이 증가하므로 배선연결부의 저항을 감소시킬 수 있다.Therefore, since the upper side surface of the first barrier layer 240 is exposed and the contact area with the second wiring formed thereafter is increased, the resistance of the wiring connection portion can be reduced.

그리고, 포토레지스트패턴을 산소 애슁(O2ashing) 등의 방법으로 제거한다.Then, the photoresist pattern is removed by a method such as oxygen ashing (O 2 ashing).

도 3d를 참조하면, 금속배선절연층(23)에 음각된 트렌치 표면 및 플러그(250) 상부 표면을 포함하는 금속배선절연층(23) 표면에 소정 두께로 제 2 배리어층(26)을 형성한다. 이때, 제 2 배리어층(26)은 Ti 또는 TiN 등을 스퍼터링으로 증착하여 형성한다. 따라서, 배리어금속이 형성되지 않은 플러그(250)의 상부 표면도 배리어금속으로 덮히게 된다.Referring to FIG. 3D, a second barrier layer 26 is formed on the surface of the metal wiring insulation layer 23 including the trench surface engraved in the metal wiring insulation layer 23 and the upper surface of the plug 250. . In this case, the second barrier layer 26 is formed by depositing Ti or TiN by sputtering. Therefore, the upper surface of the plug 250 in which the barrier metal is not formed is also covered with the barrier metal.

그리고, 상부배선인 제 2 배선을 형성하기 위하여 금속 등의 도전체로 이루어진 상부 도전층(27)을 CVD, 스퍼터링, 또는 전기도금법 등의 방법으로 제 2배리어층(26)상에 형성한다. 이때, 상부 도전층은 Al, Cu 등을 사용하여 형성할 수 있다. 구리를 사용할 경우, 제 2 배리어층(26) 표면에 구리 벌크층(Cu bulk layer)을 형성하기 위한 구리 씨드층(Cu seed layer, 도시안함)을 역시 PVD법으로 증착하여 형성한 다음, 구리 씨드층을 이용하는 전기도금법(elecroplating)으로 콘택홀과 트렌치를 충분히 매립하는 두께로 상부 도전층인 구리 벌크층(27)을 상에 형성한다. 따라서, 배선간의 연결부와 상부배선 형성층이 동시에 형성되었다.In order to form the second wiring, which is the upper wiring, an upper conductive layer 27 made of a conductor such as metal is formed on the second barrier layer 26 by a method such as CVD, sputtering, or electroplating. In this case, the upper conductive layer may be formed using Al, Cu, or the like. When copper is used, a copper seed layer (not shown) for forming a copper bulk layer (Cu bulk layer) on the surface of the second barrier layer 26 is also formed by depositing by PVD method, and then copper seed A copper bulk layer 27, which is an upper conductive layer, is formed on the thickness to sufficiently fill the contact holes and trenches by elecroplating using a layer. Therefore, the connection part between wirings and the upper wiring formation layer were formed simultaneously.

도 3e를 참조하면, 형성된 상부 금속층(구리 벌크층)에 평탄화공정을 실시하여 잔류한 층간절연층(23) 표면을 노출시켜 별도의 패터닝공정 없이 배리어금속층을 개재시킨 플러그(250)에 의하여 트렌치를 매립하며 제 1 배선(22)과 전기적으로 연결된 상부배선인 제 2 배선(270)을 형성한다. 이때, 상부 금속층 뿐만 아니라 층간절연층(23) 표면에 위치한 제 2 배리어층도 함께 제거되고, 상부금속층과 제 2 배리어금속층은 에치백 또는 화학기계적 연마법으로 제거한다.Referring to FIG. 3E, a trench is formed by a plug 250 having a barrier metal layer interposed therebetween by performing a planarization process on the formed upper metal layer (copper bulk layer) to expose the remaining interlayer insulating layer 23 surface. A second wiring 270 is formed to be buried and an upper wiring electrically connected to the first wiring 22. At this time, not only the upper metal layer but also the second barrier layer located on the surface of the interlayer insulating layer 23 is removed together, and the upper metal layer and the second barrier metal layer are removed by etch back or chemical mechanical polishing.

따라서, 플러그(250)의 상부 측면에 위치한 제 1 배리어층(240)과 제 2 배선(270)의 제 2 배리어층(260)이 서로 접촉하여 제 2 배선(270)과 제 1 배선(22)을 전기적으로 연결하며, 이때, 상호 접촉면적이 증가하여 층간배선간의 전기적 저항을 감소시킨다.Therefore, the first barrier layer 240 and the second barrier layer 260 of the second wiring 270, which are disposed on the upper side of the plug 250, contact each other to allow the second wiring 270 and the first wiring 22 to contact each other. Are electrically connected, and the mutual contact area is increased to reduce the electrical resistance between the interlayer wirings.

따라서, 본 발명은 플러그와 상부배선의 접촉면이 종래 보다 월등하게 증가하여 배선연결부의 저항을 감소시키며 자동얼라인된 금속의 선택적인 증착이 이루어져 균일한 단차피복도를 갖는 배선 및 배선연결부를 구현하여 소자의 신뢰성을 향상시키는 장점이 있다.Accordingly, the present invention is to increase the contact surface of the plug and the upper wiring is significantly higher than the conventional one to reduce the resistance of the wiring connection portion, and the selective deposition of the auto-aligned metal is made to implement the wiring and wiring connection portion having a uniform step coverage It has the advantage of improving the reliability.

Claims (9)

반도체기판상에 형성된 절연층과,An insulating layer formed on the semiconductor substrate, 제 1 배리어층을 개재하고 상기 절연층을 관통하며 상기 반도체기판의 소정부위와 접촉하는 도전성 플러그와,A conductive plug passing through the insulating layer and contacting a predetermined portion of the semiconductor substrate via a first barrier layer; 소정의 배선패턴을 가지며 동시에 상기 도전성 플러그의 측면에 개재된 상기 제 1 배리어층의 상측면을 노출시키며 상기 절연층의 소정 부위가 제거되어 형성된 트렌치와,A trench having a predetermined wiring pattern and simultaneously exposing an upper surface of the first barrier layer interposed on a side surface of the conductive plug and removing a predetermined portion of the insulating layer; 상기 트렌치를 매립하고 있는 도전층으로 이루어진 반도체장치의 배선 및 배선연결부.Wiring and wiring connection portions of a semiconductor device comprising a conductive layer filling the trench. 청구항 1에 있어서, 상기 반도체기판은 상기 소정부위에 불순물 확산영역이나 하부배선이 형성된 것이 특징인 반도체장치의 배선 및 배선연결부.The semiconductor device wiring and wiring connection unit of claim 1, wherein an impurity diffusion region or a lower wiring is formed in the predetermined portion. 청구항 1에 있어서, 상기 트렌치 내부 표면과 상기 도전층 사이에 제 2 배리어층이 개재된 것이 특징인 반도체장치의 배선 및 배선연결부.The wiring and wiring connection part of a semiconductor device according to claim 1, wherein a second barrier layer is interposed between the trench inner surface and the conductive layer. 청구항 1에 있어서, 상기 트렌치 형성 깊이는 상기 제 1 배리어층의 상기 도전층과의 접촉면적이 상기 플러그의 상부 표면 면적보다 넓도록 형성하는 것이 특징인 반도체장치의 배선 및 배선연결부.The semiconductor device wiring and wiring connection unit according to claim 1, wherein the trench formation depth is formed such that a contact area with the conductive layer of the first barrier layer is larger than an upper surface area of the plug. 반도체 기판상에 배선절연층을 형성하는 단계와,Forming a wiring insulation layer on the semiconductor substrate; 상기 배선절연층의 소정 부위를 제거하여 상기 반도체기판의 일부를 노출시키는 홀을 형성하는 단계와,Removing a predetermined portion of the wiring insulation layer to form a hole exposing a portion of the semiconductor substrate; 상기 홀에 제 1 배리어층을 개재시키며 도전성을 갖는 재료로 플러그를 형성하는 단계와,Forming a plug having a first barrier layer in the hole and having a conductive material; 상기 배선절연층의 소정 부위를 제거하여 상기 플러그를 감싸는 상기 제 1 배리어층의 측면을 노출시키는 동시에 소정의 배선패턴을 갖는 트렌치를 형성하는 단계와,Removing a predetermined portion of the wiring insulation layer to expose a side surface of the first barrier layer surrounding the plug and to form a trench having a predetermined wiring pattern; 상기 트렌치에 제 2 배리어층을 개재시킨 도전층으로 상부배선을 형성하는 단계로 이루어진 반도체장치의 배선연결부 및 배선 제조방법.And forming a top wiring with a conductive layer having a second barrier layer in the trench. 청구항 5에 있어서, 상기 제 1 배리어층과 제 2 배리어층은 Ti 또는 TiN으로 형성하고 상기 상부배선은 금속으로 형성하는 것이 특징인 반도체장치의 배선 및 배선연결부 제조방법.The method of claim 5, wherein the first barrier layer and the second barrier layer are formed of Ti or TiN, and the upper wiring is formed of metal. 청구항 5에 있어서, 상기 배선패턴은 상기 플러그의 상측면에 위치한 상기 제 1 배리어층의 측면을 노출시키는 동시에 상기 상부배선을 정의하도록 형성하는 것이 특징인 반도체장치의 배선 및 배선연결부 제조방법.The method of claim 5, wherein the wiring pattern is formed to expose the side surface of the first barrier layer positioned on the upper surface of the plug and to define the upper wiring. 청구항 5에 있어서, 상기 상부 배선은 구리로 형성하는 것이 특징인 반도체장치의 배선 및 연결부 제조방법.The method of claim 5, wherein the upper wiring is made of copper. 청구항 5에 있어서, 상기 반도체기판의 상부에 하부배선을 형성하거나 상기 반도체기판의 소정 부위에 불순물 확산영역을 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어진 것이 특징인 반도체장치의 배선 및 배선연결부 형성방법.The method of claim 5, further comprising forming a lower wiring on an upper portion of the semiconductor substrate or forming an impurity diffusion region on a predetermined portion of the semiconductor substrate.
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