KR20030049586A - Method of making metal wiring in semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for forming a metal wiring in a semiconductor device is provided to prevent line edge shrinkage and misalignment, to reduce RC delay and to prevent corrosion of a tungsten plug by decreasing the thickness of a lower metal wiring and photoresist. CONSTITUTION: The first low-permittivity oxide layer(12) is formed on a lower metal wiring(11). A via hole is formed by selectively etching the first oxide layer(12). After forming a glue layer/diffusion barrier layer(15) on the via hole, a tungsten plug(16) is filled into the via hole. The first metal pattern(17) of triple structure including a glue layer/diffusion barrier layer(17a), a conductive layer(17b) and a glue layer/diffusion barrier layer(17c), is formed on the tungsten plug(16). The second low-permittivity oxide layer(19) is formed between the first metal patterns(17). Then, the second metal pattern(20) of triple structure including a glue layer/diffusion barrier layer(20a), a conductive layer(20b) and a glue layer/diffusion barrier layer(20c), is formed on the first metal pattern.

Description

반도체 소자의 금속 배선 형성 방법{METHOD OF MAKING METAL WIRING IN SEMICONDUCTOR DEVICE}METHODS OF MAKING METAL WIRING IN SEMICONDUCTOR DEVICE

본 발명은 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법에 관한 것으로, 특히 금속배선을 상하로 2단으로 증착하고 하부 금속배선과 감광물질의 두께를 반으로 낮추어 사용함으로써, 하부 금속배선과 텅스텐 플러그의 접촉면적을 넓혀 RC 딜레이를 줄이고, 하부 금속배선과 텅스텐 플러그 사이의 틀어짐(Misalignment) 현상과 하부 금속배선의 선 끝 축소(Line End Shortening) 현상을 방지하고, 또한 세정 공정시 텅스텐 플러그의 부식을 방지할 수 있는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming metal wirings in a semiconductor device. In particular, the contact area between the lower metal wiring and the tungsten plug is reduced by depositing the metal wiring in two stages up and down and using the lower metal wiring and the photosensitive material in half. It can reduce the RC delay, prevent misalignment between the lower metal wiring and the tungsten plug and line end shortening of the lower metal wiring, and also prevent corrosion of the tungsten plug during the cleaning process. A metal wiring formation method of a semiconductor element.

도 1a 내지 도 1f는 종래 기술에 따른 금속 배선 형성 방법을 설명하기 위한 제조 공정 단면도이다.1A to 1F are cross-sectional views of a manufacturing process for explaining a metal wiring forming method according to the prior art.

먼저, 도 1a에 도시된 공정은, 저유전상수 산화물(Low-K Oxide)(2)을 회전 도포(Spin Coating) 방식으로 하부금속배선(1) 위에 도포시킨다.First, in the process illustrated in FIG. 1A, a low-k oxide 2 is coated on the lower metal wiring 1 by a spin coating method.

여기서, 회전 도포 방식을 적용하면, 저유전상수 산화물(2)이 갖고 있는 점착성(Viscidity)으로 인해 하부의 각 금속 배선 위에 동일한 두께로 도포되지 않고 금속 배선의 넓이 또는 그 밀도에 따라 다르게 도포된다. 일반적으로, 금속 배선의 면적이 큰 경우는 면적이 작은 경우에 비해 두껍게 도포되고, 금속 배선의 밀도가 높은 지역이 낮은 지역에 비해 두껍게 도포된다.Here, when the rotary coating method is applied, the coating is applied differently according to the width or density of the metal wirings without applying the same thickness on the lower metal wirings because of the adhesion of the low dielectric constant oxide 2. In general, when the area of the metal wiring is large, it is applied thicker than when the area of the metal wiring is small, and the area where the density of the metal wiring is high is thicker than that of the low region.

다음, 화학적기계적연마(Chemical Mechanical Polishing: CMP) 공정을 실시하여 상기 산화물(2)의 상부를 평탄화 시킴과 동시에 금속 배선 위에 존재하는 전체 산화물의 두께(저유전상수 산화물의 두께)를 평탄화 한다.Next, a chemical mechanical polishing (CMP) process is performed to planarize the upper portion of the oxide 2 and to planarize the thickness of the entire oxide (thickness of low dielectric constant oxide) present on the metal wiring.

다음, 감광 물질(Photo Resist)을 도포시킨 후 비아홀(Via Hole)을 패터닝한다.Next, after the photoresist is applied, the via holes are patterned.

도 1b에 도시된 공정은, 플라즈마를 이용한 건식 식각(Dry Etching)을 실시하여 산화막(2)에 비아홀(4)을 만든다. 즉, 저유전상수 산화막(2)과 일반 산화막의 복합 구조로 되어 있는 금속층간절연막(Inter Metal Dielectric)에 비아홀(4)을 형성한 단계이다.In the process shown in FIG. 1B, dry etching using plasma is performed to form via holes 4 in the oxide film 2. In other words, the via hole 4 is formed in the intermetal dielectric having a complex structure of the low dielectric constant oxide film 2 and the general oxide film.

일반적으로, 건식 식각에 의해 비아홀(4)을 만들 때, 웨이퍼(Wafer)의 모든 부위에서 금속층간절연막의 두께 오차(Variation)에 상관없이 비아홀이 완전히 뚫리는 것을 보장하기 위해 일정한 정도의 과도 식각(Over Etch)을 실시한다.In general, when making the via holes 4 by dry etching, a certain degree of excessive etching is performed to ensure that the via holes are completely penetrated regardless of the thickness variation of the interlayer dielectric layer in all portions of the wafer. Etch).

도 1c에 도시된 공정은, 비아홀(4)을 텅스텐(W)으로 채우기 전에 접착막(Glue Layer)/확산 방지막(Barrier Layer)(5)을 플라즈마 촉발 화학적기상증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition: PECVD) 방식으로 증착시킨다. 일반적으로 접착막으로는 티타늄(Ti)을 사용하고, 확산 방지막으로는 티타늄나이트라이드(TiN)를 사용한다.The process shown in FIG. 1C is characterized by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) of a glue layer / barrier layer 5 before the via hole 4 is filled with tungsten (W). E). In general, titanium (Ti) is used as the adhesive film, and titanium nitride (TiN) is used as the diffusion barrier.

다음, 플라즈마 촉발 화학적기상증착(PECVD) 방식으로 텅스텐(W)(6)을 비아홀에 충진시킨 단계이다.Next, tungsten (W) 6 is filled in the via hole by plasma trigger chemical vapor deposition (PECVD).

이때, 화학적기상증착 방식을 이용하여 텅스텐(W)(6)을 충분히 두껍게 증착시키면, 그 증착 방식의 특성으로 인해 텅스텐(W) 층의 상부가 평탄화 된다.At this time, when the tungsten (W) 6 is deposited sufficiently thick by chemical vapor deposition, the top of the tungsten (W) layer is flattened due to the characteristics of the deposition method.

도 1d에 도시된 공정은, 화학적기계적연마(CMP) 공정을 이용하여 비아홀이 아닌 영역에 존재하는 텅스텐(W)과 티타늄(Ti)/티타늄나이트라이드(TiN)를 제거한 단계이다.The process shown in FIG. 1D is a step of removing tungsten (W) and titanium (Ti) / titanium nitride (TiN) present in a non-via hole region using a chemical mechanical polishing (CMP) process.

이와 같이 공정을 진행하면 비아홀 내부에만 텅스텐(6)이 채워지게 된다. 즉, 텅스텐 플러그(Tungsten Plug)가 형성된다.In this way, the tungsten 6 is filled only in the via hole. That is, a tungsten plug is formed.

도 1e에 도시된 공정은 도 1d의 구조물 위에 티타늄(Ti)/티타늄나이트라이드(TiN)(7a), 알루미늄(Al)(7b), 티타늄(Ti)/티타늄나이트라이드(TiN)(7c)의 구조로 금속층(7)을 증착시킨다.The process shown in FIG. 1E is performed on the structure of FIG. 1D of titanium (Ti) / titanium nitride (TiN) 7a, aluminum (Al) (7b), titanium (Ti) / titanium nitride (TiN) (7c). The metal layer 7 is deposited in the structure.

현재, 실리콘 디바이스 제조 공정에서는 금속층(7)으로 티타늄(Ti)/티타늄나이트라이드(TiN), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti)/티타늄나이트라이드(TiN)의 구조를 채용하는 것이 보편화 되어 있는데, 알루미늄(Al)층(7b) 하부의 티타늄(Ti)층은 접착막(Glue Layer)의 역할을 담당하고 티타늄나이트라이드(TiN)층은 확산방지막의 역할을 수행한다.Currently, in the silicon device manufacturing process, it is common to adopt a structure of titanium (Ti) / titanium nitride (TiN), aluminum (Al), titanium (Ti) / titanium nitride (TiN) as the metal layer 7. The titanium (Ti) layer under the aluminum (Al) layer 7b serves as a glue layer and the titanium nitride (TiN) layer serves as a diffusion barrier.

알루미늄(Al) 층(7b)은 전기 신호를 주로 전달하는 도전층(Conduction Layer)의 역할을 담당하며, 그 상부의 티타늄(Ti)층은 하부와 마찬가지로 접착막의 역할을 담당한다. 그리고, 그 위의 티타늄나이트라이드(TiN)층은 감광 물질의 패터닝시 빛의 반사를 줄여 주는 반사 방지막(Anti-Reflective Coating: ARC)의 역할을 한다.The aluminum (Al) layer 7b plays a role of a conduction layer that mainly transmits an electrical signal, and the upper titanium layer plays a role of an adhesive film as in the lower part. In addition, the titanium nitride (TiN) layer thereon serves as an anti-reflective coating (ARC) to reduce the reflection of light when the photosensitive material is patterned.

그러나, 설계 상으로는 패터닝되는 금속 배선(7)이 하부의 텅스텐 플러그(6)를 완전히 덮히게 되어 있지만, 실제적으로는 패터닝되는 금속 배선(7)이 하부의 텅스텐 플러그(6)를 완전히 덮히지 못하는 경우가 자주 발생한다.However, by design, although the patterned metal wire 7 completely covers the lower tungsten plug 6, in practice, the patterned metal wire 7 does not completely cover the lower tungsten plug 6. Happens frequently.

즉, 금속 배선의 집적도가 높아질수록 금속 배선(7)과 텅스텐 플러그(6) 사이의 겹침 여유(Overlap Margin)이 작아지는데, 이렇게 겹침 여유가 충분하지 못한 상태에서 감광 물질에 대한 패터닝 과정에서 발생하는 틀어짐(Misalignment) 현상과 라인 에지 축소(Line edge shrinkage) 현상으로 인해 금속 배선(7)이 하부의 텅스텐 플러그(6)를 완전히 덮지 못하는 경우가 발생한다.In other words, as the degree of integration of the metal wiring increases, the overlap margin between the metal wiring 7 and the tungsten plug 6 decreases. Thus, when the overlapping margin is insufficient, the patterning process for the photosensitive material occurs. Due to misalignment and line edge shrinkage, the metal wire 7 may not completely cover the lower tungsten plug 6.

도 1f에 도시된 공정은, Cl2 + BCl3 기체를 활성화시킨 플라즈마를 이용하여 건식 식각을 실시한 단계이다. 이때, 형성된 금속 배선(7)은 상기 도 1e의 공정에서 발생한 틀어짐(Misalignment) 현상과 라인 에지 축소(Line edge shrinkage) 현상의 영향을 받아 금속 배선(7)의 끝이 일부 축소된다.The process shown in FIG. 1F is a step of performing dry etching using a plasma activated with Cl2 + BCl3 gas. In this case, the end of the metal wire 7 is partially reduced due to misalignment and line edge shrinkage occurring in the process of FIG. 1E.

그러므로, 금속 배선(7)과 텅스텐 플러그(6) 사이의 접촉 면적이 작아지고, 그 결과 금속배선(7)과 텅스텐 플러그(6) 사이의 전기적인 접촉이 취약해질 뿐만 아니라, 고밀도 플라스마를 사용하므로 이들 이온이 축적(Charging)된다. 이로 인해, 텅스텐(W)의 전위가 증가되므로 후처리 세정공정에서 텅스텐 부식(corrosion)이 발생된다.Therefore, the contact area between the metal wiring 7 and the tungsten plug 6 becomes small, and as a result, the electrical contact between the metal wiring 7 and the tungsten plug 6 is not only weak, but also because high density plasma is used. These ions accumulate. As a result, the potential of tungsten (W) is increased so that tungsten corrosion occurs in the post-treatment cleaning process.

이와 같이, 텅스텐(W) 플러그(6)의 축적에 의해 텅스텐이 부식되는 현상은 모든 텅스텐 플러그(6)에서 발생되는 것이 아니라, 축적 데미지(Charging Damage)가 쉽게 일어나는 패턴에서만 국부적으로 발생된다. 그러나, 이러한 발생은 비아 프로파일 오픈(Via Profile Open) 및 RC 딜레이 증가를 가져옴으로 디바이스에 큰영향을 주기 때문에 수율이 저하되는 문제를 발생한다.As such, the phenomenon in which tungsten is corroded by the accumulation of the tungsten (W) plug 6 does not occur in all the tungsten plugs 6, but is locally generated only in a pattern in which accumulating damage occurs easily. However, this occurrence causes a problem in that the yield is lowered because it greatly affects the device by bringing the Via Profile Open and the RC delay increase.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 금속배선을 상하로 2단으로 증착하고 하부 금속배선과 감광물질의 두께를 반으로 낮추어 사용함으로써, 하부 금속배선과 텅스텐 플러그의 틀어짐(Misalignment) 현상과 라인 에지 축소(Line edge shrinkage) 현상을 방지할 수 있는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법을 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to deposit a metal wiring in two stages up and down and lower the thickness of the lower metal wiring and the photosensitive material by half, thereby using the lower metal wiring and the tungsten plug. The present invention provides a method of forming a metal wiring of a semiconductor device capable of preventing misalignment and line edge shrinkage.

또한, 본 발명의 다른 목적은 금속배선을 상하로 2단으로 증착하고 하부 금속배선과 감광물질의 두께를 반으로 낮추어 사용함으로써, 하부 금속배선과 텅스텐 플러그의 접촉면적을 넓이고 이로 인해 RC 딜레이를 줄일 수 있는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법을 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to deposit the metal wiring in two stages up and down, and use the lower metal wiring and the photosensitive material in half the thickness, thereby widening the contact area between the lower metal wiring and the tungsten plug, thereby reducing the RC delay The present invention provides a method for forming a metal wiring of a semiconductor device that can be reduced.

또한, 본 발명의 또다른 목적은 금속배선을 상하로 2단으로 증착하고 하부 금속배선과 감광물질의 두께를 반으로 낮추어 사용함으로써, 하부 금속배선과 텅스텐 플러그의 접촉면적을 넓이고 이로 인해 RC 딜레이를 줄임으로써, 텅스텐 플러그에 전하 축적을 방지시켜, 후처리 세정공정시 텅스텐 플러그의 부식을 방지시킬 수 있는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법을 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to deposit the metal wiring in two stages up and down, and use the lower metal wiring and the photosensitive material in half the thickness, thereby widening the contact area between the lower metal wiring and the tungsten plug, resulting in RC delay The present invention provides a method for forming a metal wiring of a semiconductor device that can reduce charge accumulation in the tungsten plug and prevent corrosion of the tungsten plug during the post-treatment cleaning process.

도 1a 내지 도 1f는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법을 설명하기 위한 제조 공정 단면도1A to 1F are cross-sectional views of a manufacturing process for explaining a method for forming metal wirings of a semiconductor device according to the prior art.

도 2a 내지 도 2g는 본 발명에 의한 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법을 설명하기 위한 제조 공정 단면도2A to 2G are cross-sectional views of a manufacturing process for explaining a method for forming metal wirings of a semiconductor device according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

11 : 하부 금속배선12 : 산화막 또는 산화물11: lower metal wiring 12: oxide film or oxide

13, 21 : 감광막15 : 접착막/확산방지막13, 21: photosensitive film 15: adhesive film / diffusion barrier film

16 : 텅스텐 또는 텅스텐 플러그16: tungsten or tungsten plug

17a, 17c : 티타늄/티타늄나이트라이드17a, 17c: titanium / titanium nitride

17b : 알루미늄 또는 알루미늄층17 : 금속층 또는 제 1 금속층17b: aluminum or aluminum layer 17: metal layer or first metal layer

19 : 산화막 또는 산화물19: oxide film or oxide

20a, 20c : 티타늄/티타늄나이트라이드20a, 20c: titanium / titanium nitride

20b : 알루미늄 또는 알루미늄층20 : 금속층 또는 제 2 금속층20b: aluminum or aluminum layer 20: metal layer or second metal layer

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 반도체 소자의 제조 방법은,In order to achieve the above object, the semiconductor device manufacturing method according to the present invention,

하부금속배선 위에 제 1 저유전상수 산화막을 형성하는 단계와,Forming a first low dielectric constant oxide film on the lower metal wiring;

상기 제 1 저유전상수 산화막을 화학적기계적연마(CMP) 공정으로 평탄화한 후 감광막 패턴을 형성하는 단계와,Forming a photoresist pattern after planarizing the first low dielectric constant oxide film by a chemical mechanical polishing (CMP) process;

상기 제 1 저유전상수 산화막을 건식 식각하여 비아홀을 형성하는 단계와,Dry etching the first low dielectric constant oxide layer to form a via hole;

상기 상기 구조물 위에 접착막/확산방지막을 소정의 두께로 형성하는 단계와,Forming an adhesive film / diffusion film on the structure to a predetermined thickness;

상기 구조물 위에 텅스텐(W)을 두껍게 증착하여 상기 비아홀에 충진시킨 후 평탄화하는 단계와,Depositing a thick tungsten (W) on the structure and filling the via hole to planarize the same;

상기 비아홀이 아닌 영역에 존재하는 상기 텅스텐(W)과 상기 접착막/확산방지막을 화학적기계적연마(CMP) 공정으로 제거하는 단계와,Removing the tungsten (W) and the adhesive film / diffusion film in a region other than the via hole by a chemical mechanical polishing (CMP) process;

상기 구조물 위에 접착막/반사방지막, 도전층, 접착막/반사방지막의 3중 구조의 제 1 금속층을 형성하는 단계와,Forming a first metal layer having a triple structure of an adhesive film / antireflection film, a conductive layer, and an adhesive film / antireflection film on the structure;

상기 제 1 금속층을 플라즈마를 이용한 건식 식각으로 패터닝하는 단계와,Patterning the first metal layer by dry etching using plasma;

상기 구조물 위에 제 2 저유전상수 산화막을 형성한 후 상기 제 1 금속층의 접착막/반사방지막이 일부 식각되도록 화학적기계적연마(CMP) 공정으로 평탄화하는 단계와,Forming a second low dielectric constant oxide film on the structure, and then planarizing it by a chemical mechanical polishing (CMP) process to partially etch the adhesive film / antireflection film of the first metal layer;

상기 구조물 위에 접착막/반사방지막, 도전층, 접착막/반사방지막의 3중 구조의 제 2 금속층을 형성하는 단계와,Forming a second metal layer having a triple structure of an adhesive film / antireflection film, a conductive layer, and an adhesive film / antireflection film on the structure;

상기 제 2 금속층을 플라즈마를 이용한 건식 식각으로 패터닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.And patterning the second metal layer by dry etching using a plasma.

이하, 본 발명의 실시예에 관하여 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

또, 실시예를 설명하기 위한 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 것은 동일한 부호를 사용하고 그 반복적인 설명은 생략한다.In addition, in all the drawings for demonstrating an embodiment, the thing with the same function uses the same code | symbol, and the repeated description is abbreviate | omitted.

도 2a 내지 도 2g는 본 발명에 의한 금속 배선 형성 방법을 설명하기 위한 제조 공정 단면도이다.2A to 2G are sectional views of the manufacturing process for explaining the metal wiring forming method according to the present invention.

먼저, 도 2a에 도시된 공정은, 저유전상수 산화물(Low-K Oxide)(12)을 회전 도포(Spin Coating) 방식으로 하부금속배선(11) 위에 도포시킨다.First, in the process illustrated in FIG. 2A, a low-k oxide 12 is coated on the lower metal wiring 11 by a spin coating method.

여기서, 회전 도포 방식을 적용하면, 저유전상수 산화물(12)이 갖고 있는 점착성(Viscidity)으로 인해 하부의 각 금속 배선 위에 동일한 두께로 도포되지 않고 금속 배선의 넓이 또는 그 밀도에 따라 다르게 도포된다. 일반적으로, 금속 배선의 면적이 큰 경우는 면적이 작은 경우에 비해 두껍게 도포되고, 금속 배선의 밀도가 높은 지역이 낮은 지역에 비해 두껍게 도포된다.In this case, when the rotary coating method is applied, due to the adhesion (Viscidity) of the low dielectric constant oxide (12) is not applied to the same thickness on each lower metal wiring, it is applied differently depending on the width or density of the metal wiring. In general, when the area of the metal wiring is large, it is applied thicker than when the area of the metal wiring is small, and the area where the density of the metal wiring is high is thicker than that of the low region.

다음, 화학적기계적연마(Chemical Mechanical Polishing: CMP) 공정을 실시하여 상기 산화물(12)의 상부를 평탄화 시킴과 동시에 금속 배선 위에 존재하는 전체 산화물의 두께(저유전상수 산화물의 두께)를 평탄화 한다.Next, a chemical mechanical polishing (CMP) process is performed to planarize the top of the oxide 12 and to planarize the thickness of the entire oxide (thickness of the low dielectric constant oxide) present on the metal wiring.

다음, 감광 물질(Photo Resist)을 도포시킨 후 비아홀(Via Hole)을 패터닝한다.Next, after the photoresist is applied, the via holes are patterned.

도 2b에 도시된 공정은, 플라즈마를 이용한 건식 식각(Dry Etching)을 실시하여 산화막(12)에 비아홀을 만든다. 즉, 저유전상수 산화막과 일반 산화막의 복합 구조로 되어 있는 금속층간절연막(Inter Metal Dielectric)(12)에 비아홀을 형성한다.In the process illustrated in FIG. 2B, dry etching using plasma is performed to form via holes in the oxide layer 12. That is, via holes are formed in the intermetal dielectric 12 having a complex structure of a low dielectric constant oxide film and a general oxide film.

이때, 건식 식각에 의해 비아홀을 만들 때, 웨이퍼(Wafer)의 모든 부위에서 금속층간절연막의 두께 오차(Variation)에 상관없이 비아홀이 완전히 뚫리는 것을보장하기 위해 일정한 정도의 과도 식각(Over Etch)을 실시한다.At this time, when the via hole is formed by dry etching, a certain degree of over etching is performed to ensure that the via hole is completely penetrated regardless of the thickness variation of the interlayer dielectric layer in all parts of the wafer. do.

다음, 비아홀을 텅스텐(W)으로 채우기 전에 접착막/확산 방지막(15)을 플라즈마 촉발 화학적기상증착(PECVD) 방식으로 증착시킨다. 이때, 접착막으로는 티타늄(Ti)을 사용하고, 확산 방지막으로는 티타늄나이트라이드(TiN)를 사용한다.Next, before filling the via hole with tungsten (W), the adhesive film / diffusion preventing film 15 is deposited by plasma trigger chemical vapor deposition (PECVD). In this case, titanium (Ti) is used as the adhesive film, and titanium nitride (TiN) is used as the diffusion barrier.

다음, 플라즈마 촉발 화학적기상증착(PECVD) 방식으로 텅스텐(W)(16)을 비아홀에 충진시킨다.Next, tungsten (W) 16 is filled in the via hole by plasma trigger chemical vapor deposition (PECVD).

이때, 화학적기상증착 방식을 이용하여 텅스텐(W)(16)을 충분히 두껍게 증착시키면, 그 증착 방식의 특성으로 인해 텅스텐(W) 층의 상부가 평탄화 된다.At this time, when the tungsten (W) 16 is sufficiently thick deposited using chemical vapor deposition, the top of the tungsten (W) layer is flattened due to the characteristics of the deposition method.

다음, 화학적기계적연마(CMP) 공정을 이용하여 비아홀이 아닌 영역에 존재하는 텅스텐(W)과 티타늄(Ti)/티타늄나이트라이드(TiN)를 제거한 단계이다.Next, tungsten (W) and titanium (Ti) / titanium nitride (TiN) present in a non-via hole region are removed using a chemical mechanical polishing (CMP) process.

이와 같이 공정을 진행하면, 비아홀 내부에만 텅스텐(16)이 채워지게 된다. 즉, 텅스텐 플러그(Tungsten Plug)가 형성된다.In this way, the tungsten 16 is filled only in the via hole. That is, a tungsten plug is formed.

도 2c에 도시된 공정은, 도 2b의 구조물 위에 티타늄(Ti)/티타늄나이트라이드(TiN)(17a), 알루미늄(Al)(17b), 티타늄(Ti)/티타늄나이트라이드(TiN)(17c)의 구조로 금속층(17)을 증착시킨다.The process shown in FIG. 2C is based on the structure of FIG. 2B, including titanium (Ti) / titanium nitride (TiN) 17a, aluminum (Al) 17b, titanium (Ti) / titanium nitride (TiN) 17c. The metal layer 17 is deposited in the structure of.

이때, 금속층(17)의 증착 공정은 종래의 실리콘 디바이스 제조 공정과 동일하나, 알루미늄층(17b)의 두께는 절반(1/2)으로 낮추어 형성한다. 그러므로, 이후에 형성될 감광 물질의 도포도 반으로 줄일 수 있다.At this time, the deposition process of the metal layer 17 is the same as the conventional silicon device manufacturing process, but the thickness of the aluminum layer 17b is formed by lowering to half (1/2). Therefore, the application of the photosensitive material to be formed later can be reduced by half.

상기 알루미늄(Al)층(7b) 하부의 상기 티타늄(Ti)층은 접착막의 역할을 하고, 상기 티타늄나이트라이드(TiN)층은 확산방지막의 역할을 수행한다.The titanium (Ti) layer under the aluminum (Al) layer 7b serves as an adhesive film, and the titanium nitride (TiN) layer serves as a diffusion barrier.

상기 알루미늄(Al) 층(7b)은 전기 신호를 주로 전달하는 도전층(Conduction Layer)의 역할을 담당하며, 그 상부의 티타늄(Ti)층은 하부와 마찬가지로 접착막의 역할을 담당한다. 그리고, 그 위의 티타늄나이트라이드(TiN)층은 감광 물질의 패터닝시 빛의 반사를 줄여 주는 반사 방지막(ARC)의 역할을 한다.The aluminum (Al) layer 7b plays a role of a conduction layer that mainly transmits an electrical signal, and a titanium layer of the upper part plays a role of an adhesive film like the lower part. In addition, the titanium nitride (TiN) layer thereon serves as an anti-reflection film (ARC) to reduce the reflection of light when the photosensitive material is patterned.

도 2d에 도시된 공정은, Cl2 + BCl3 기체를 활성화시킨 플라즈마를 이용하여 건식 식각을 실시한 단계이다. 이때, 형성된 금속 배선(17)은 상기 도 2c의 공정에서 발생한 틀어짐(Misalignment) 현상과 라인 에지 축소(Line edge shrinkage) 현상이 현저히 감소된다.In the process illustrated in FIG. 2D, dry etching is performed by using a plasma activated with Cl 2 + BCl 3 gas. In this case, misalignment and line edge shrinkage occurring in the process of FIG. 2C are significantly reduced.

그러므로, 금속 배선(17)과 텅스텐 플러그(16) 사이의 접촉 면적이 넓어지고, 그 결과 금속배선(17)과 텅스텐 플러그(16) 사이의 전기적인 접촉이 좋아질 뿐만 아니라, 고밀도 플라스마를 사용하므로 이들 이온이 축적(Charging)되지 않는다. 따라서, 후세정 공정에서 텅스텐 부식(corrosion)이 발생되지 않으며, 양호한 비아 프로파일(Via Profile) 및 RC 딜레이 감소를 가져옴으로써, 반도체 제조공정에 있어 수율의 향상을 가져온다.Therefore, the contact area between the metal wiring 17 and the tungsten plug 16 becomes wider, and as a result, the electrical contact between the metal wiring 17 and the tungsten plug 16 is not only improved, but also because high density plasma is used. Ions do not accumulate. Therefore, tungsten corrosion does not occur in the post-cleaning process, and a good via profile and a reduction in the RC delay are brought, thereby improving the yield in the semiconductor manufacturing process.

도 2e에 도시된 공정은, 산화물(19)을 회전 도포 또는 플라스마 촉발(Plasma Enhanced) 방식으로 하부 금속 배선(17) 및 산화막(12) 위에 도포시킨다.In the process shown in FIG. 2E, the oxide 19 is applied over the lower metal wiring 17 and the oxide film 12 in a spin coating or plasma enhanced manner.

이와 같이, 회전 도포 또는 플라스마 촉발 방식을 적용하면 같은 산화막이라 하여도 산화물이 갖고 있는 점착성으로 인해 하부 위에 동일한 두께로 도포되지 않고 금속 배선의 넓이 또는 그 밀도에 따라 다르게 도포된다. 일반적으로, 금속 배선의 면적이 큰 경우는 면적이 작은 경우에 비해 두껍게 도포되고, 금속 배선의 밀도가 높은 지역이 낮은 지역에 비해 두껍게 도포된다.As described above, when the rotary coating or the plasma triggering method is applied, the same oxide film is applied differently according to the width or density of the metal wirings without applying the same thickness on the lower part due to the adhesiveness of the oxide. In general, when the area of the metal wiring is large, it is applied thicker than when the area of the metal wiring is small, and the area where the density of the metal wiring is high is thicker than that of the low region.

다음, 화학적기계적연마(CMP) 공정을 실시하여 산화물(19) 상부를 평탄화 시킴과 동시에 금속 배선(17) 위의 반사 방지막(ARC)인 티타늄나이트라이드(TiN)(17c)의 일부까지 평탄화를 실시한 단계이다.Next, the chemical mechanical polishing (CMP) process was performed to planarize the upper portion of the oxide 19 and to planarize to a part of the titanium nitride (TiN) 17c, which is an antireflection film ARC on the metal wiring 17. Step.

도 2f에 도시된 공정은, 도 2e의 구조물 위에 티타늄(Ti)/티타늄나이트라이드(TiN)(20a), 알루미늄(Al)(20b), 티타늄(Ti)/티타늄나이트라이드(TiN)(20c)의 구조로 금속층(20)을 증착시킨다.The process illustrated in FIG. 2F is based on the structure of FIG. 2E, including titanium (Ti) / titanium nitride (TiN) 20a, aluminum (Al) 20b, titanium (Ti) / titanium nitride (TiN) 20c. The metal layer 20 is deposited in the structure of.

이때, 금속층(20)의 증착 공정은 종래의 실리콘 디바이스 제조 공정과 동일하나, 알루미늄층(20b)의 두께는 절반(1/2)으로 낮추어 형성한다. 그러므로, 이후에 형성될 감광 물질의 도포도 반으로 줄일 수 있다.At this time, the deposition process of the metal layer 20 is the same as the conventional silicon device manufacturing process, but the thickness of the aluminum layer 20b is formed by lowering to half (1/2). Therefore, the application of the photosensitive material to be formed later can be reduced by half.

마찬가지로, 상기 알루미늄(Al)층(20b) 하부의 상기 티타늄(Ti)층은 접착막의 역할을 하고, 상기 티타늄나이트라이드(TiN)층은 확산방지막의 역할을 수행한다.Similarly, the titanium (Ti) layer under the aluminum (Al) layer 20b serves as an adhesive film, and the titanium nitride (TiN) layer serves as a diffusion barrier.

상기 알루미늄(Al) 층(20b)은 전기 신호를 주로 전달하는 도전층의 역할을 담당하며, 그 상부의 티타늄(Ti)층은 하부와 마찬가지로 접착막의 역할을 담당한다. 그리고, 그 위의 티타늄나이트라이드(TiN)층은 감광 물질의 패터닝시 빛의 반사를 줄여 주는 반사 방지막(ARC)의 역할을 한다.The aluminum (Al) layer 20b plays a role of a conductive layer that mainly transmits an electrical signal, and a titanium layer of the upper part plays a role of an adhesive film as in the lower part. In addition, the titanium nitride (TiN) layer thereon serves as an anti-reflection film (ARC) to reduce the reflection of light when the photosensitive material is patterned.

도 2g에 도시된 공정은, Cl2 + BCl3 기체를 활성화시킨 플라즈마를 이용하여 건식 식각을 실시한 단계이다. 이때, 형성된 금속 배선(20)은 하부의 금속 배선(17)위에 패터닝되어 있기 때문에 텅스텐 플러그(6)와는 상관없이 없다. 그러므로, 후처리 세정공정에서 텅스텐 부식(corrosion)이 발생되지 않아 양호한 비아 프로파일(Via Profile) 및 RC 딜레이 감소를 가져옴으로써, 반도체 제조공정에 있어 수율의 향상을 가져온다.The process shown in FIG. 2g is a step of performing dry etching using a plasma activated with Cl2 + BCl3 gas. At this time, since the formed metal wiring 20 is patterned on the lower metal wiring 17, it is irrespective of the tungsten plug 6. Therefore, tungsten corrosion does not occur in the post-treatment cleaning process, resulting in a good via profile and a reduction in RC delay, resulting in an improvement in yield in the semiconductor manufacturing process.

또한, 금속배선을 2단계로 증착하였기에 종래의 금속배선과 동일하여 저항의 변화도 없다.In addition, since the metal wiring is deposited in two stages, there is no change in resistance as in the conventional metal wiring.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 반도체 소자의 제조 방법에 의하면, 금속배선을 상하로 2단으로 증착하고 하부 금속배선과 감광물질의 두께를 반으로 낮추어 사용함으로써, 하부 금속배선과 텅스텐 플러그의 틀어짐 현상과 하부 금속배선의 라인 에지 축소 현상을 방지하였다. 또한, 하부 금속배선이 텅스텐 플러그를 완전히 덮음으로써 접촉면적을 넓이고 이로 인해 RC 딜레이를 줄였다.As described above, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the metal wiring is deposited in two stages up and down, and the thickness of the lower metal wiring and the photosensitive material is lowered by half, thereby reducing the thickness of the lower metal wiring and the tungsten plug. This prevents warping and shrinking of the line edges of the lower metal lines. In addition, the bottom metallization completely covers the tungsten plug, thus widening the contact area and thereby reducing the RC delay.

또한, 하부 금속배선과 텅스텐 플러그 사이의 접촉면적이 넓어서 RC 딜레이가 작기 때문에 텅스텐 플러그에서의 전하 축적이 없다. 따라서, 후처리 세정공정에서 전하 축적에 의한 텅스텐의 부식을 방지할 수 있어 소자의 수율을 향상시킬 수 있다. 그리고, 하부 금속배선의 패터닝시 두께가 낮아 식각 공정에서 바이어스 파워(Bias Power) 및 소오스 파워의 적용 범위를 확장할 수 있는 효과가 있다.In addition, there is no charge accumulation in the tungsten plug because the contact area between the lower metal wiring and the tungsten plug is large and the RC delay is small. Therefore, corrosion of tungsten due to charge accumulation in the post-treatment cleaning step can be prevented, and the yield of the device can be improved. In addition, the thickness of the lower metal interconnection is low, so that the application range of the bias power and the source power in the etching process may be extended.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.In addition, preferred embodiments of the present invention are disclosed for the purpose of illustration, those skilled in the art will be able to various modifications, changes, additions, etc. within the spirit and scope of the present invention, these modifications and changes should be seen as belonging to the following claims. something to do.

Claims (1)

하부금속배선 위에 제 1 저유전상수 산화막을 형성하는 단계와,Forming a first low dielectric constant oxide film on the lower metal wiring; 상기 제 1 저유전상수 산화막을 화학적기계적연마(CMP) 공정으로 평탄화한 후 감광막 패턴을 형성하는 단계와,Forming a photoresist pattern after planarizing the first low dielectric constant oxide film by a chemical mechanical polishing (CMP) process; 상기 제 1 저유전상수 산화막을 건식 식각하여 비아홀을 형성하는 단계와,Dry etching the first low dielectric constant oxide layer to form a via hole; 상기 상기 구조물 위에 접착막/확산방지막을 소정의 두께로 형성하는 단계와,Forming an adhesive film / diffusion film on the structure to a predetermined thickness; 상기 구조물 위에 텅스텐(W)을 두껍게 증착하여 상기 비아홀에 충진시킨 후 평탄화하는 단계와,Depositing a thick tungsten (W) on the structure and filling the via hole to planarize the same; 상기 비아홀이 아닌 영역에 존재하는 상기 텅스텐(W)과 상기 접착막/확산방지막을 화학적기계적연마(CMP) 공정으로 제거하는 단계와,Removing the tungsten (W) and the adhesive film / diffusion film in a region other than the via hole by a chemical mechanical polishing (CMP) process; 상기 구조물 위에 접착막/반사방지막, 도전층, 접착막/반사방지막의 3중 구조의 제 1 금속층을 형성하는 단계와,Forming a first metal layer having a triple structure of an adhesive film / antireflection film, a conductive layer, and an adhesive film / antireflection film on the structure; 상기 제 1 금속층을 플라즈마를 이용한 건식 식각으로 패터닝하는 단계와,Patterning the first metal layer by dry etching using plasma; 상기 구조물 위에 제 2 저유전상수 산화막을 형성한 후 상기 제 1 금속층의 접착막/반사방지막이 일부 식각되도록 화학적기계적연마(CMP) 공정으로 평탄화하는 단계와,Forming a second low dielectric constant oxide film on the structure, and then planarizing it by a chemical mechanical polishing (CMP) process to partially etch the adhesive film / antireflection film of the first metal layer; 상기 구조물 위에 접착막/반사방지막, 도전층, 접착막/반사방지막의 3중 구조의 제 2 금속층을 형성하는 단계와,Forming a second metal layer having a triple structure of an adhesive film / antireflection film, a conductive layer, and an adhesive film / antireflection film on the structure; 상기 제 2 금속층을 플라즈마를 이용한 건식 식각으로 패터닝하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법.And patterning the second metal layer by dry etching using a plasma.
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