KR970003717B1

KR970003717B1 - Method of forming the metal wiring on the semiconductor device

Info

Publication number: KR970003717B1
Application number: KR1019930013479A
Authority: KR
Inventors: 이경일; 주승기
Original assignee: 엘지반도체 주식회사; 문정환
Priority date: 1993-07-16
Filing date: 1993-07-16
Publication date: 1997-03-21
Also published as: KR950004499A

Abstract

The present invention relates to a metallization for semiconductor device which is suitable for contact plugging with high aspect ratio, thus forming an Al thin film with excellent surface topology and high electro-migration resistance. The inventive metallization includes the steps of forming a barrier layer (5) in a contact hole formed on an insulating film (2) over a substrate (1); forming a 1st CVD Al layer (10) on the barrier layer (5); depositing a Cu layer (11) on the 1st CVD Al layer (10); and forming a 2nd CVD Al layer (12) on the Cu layer (11) to bury the contact hole.

Description

Metal wiring formation method of semiconductor device

제1도 내지 제3도는 종래의 콘택플러그 형성방법을 설명하기 위한 도면,1 to 3 are views for explaining a conventional method for forming a contact plug,

제4도는 본 발명의 제1실시예에 따른 콘택플러스 형성방법을 나타낸 공정순서도,4 is a process flowchart showing a method of forming a contact plus according to a first embodiment of the present invention;

제5도는 본 발명의 제2실시예에 따른 콘택플러스 형성방법을 나타낸 공정순서도.5 is a process flowchart showing a method of forming a contact plus according to a second embodiment of the present invention.

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

1 : 기판2 : 절연막1 substrate 2 insulating film

5 : TiN층10 : CVD A15: TiN layer 10: CVD A1

11 : Cu12 : CVD A111: Cu12: CVD A1

14 : 스터핑 되지 않은 TiN층15 : CVD A114: unstuffed TiN layer 15: CVD A1

본 발명은 고집적 반도체 장치의 금속배선 형성방법에 관한 것으로, 특히 애스텍트비(Aspect ratio)가 큰 콘택플러깅(contact plugging)에 적당하도록 한 금속선 형성방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming metal wiring in a highly integrated semiconductor device, and more particularly, to a method for forming a metal wire suitable for contact plugging having a large aspect ratio.

종래 반도체 장치의 콘택플러그를 형성하는 방법으로는 A1을 스퍼터링(Sputtering)에 의해 증착하거나 CVD(Chemical Vapor Deposition)에 의해 형성하거나 또는 CVD 텅스텐을 이용하는 방법등이 있다.A method of forming a contact plug of a conventional semiconductor device includes a method of depositing A1 by sputtering, forming by chemical vapor deposition (CVD), or using CVD tungsten.

이중 스터퍼링 방법은 제1도에 도시한 바와 같이 기판(1)상의 절연막(2)에 형성된 콘택위에 A1등의 금속(3)을 스터퍼링에 의해 증착하는 것으로, 증착된 막의 특성이나 표면토폴로지는 우수하나 애스펙트비가 높은 경우, 즉 단차가 클경우에는 콘택의 기하학적 모양에 따라 두께의 불균일이 일어나 콘택을 채우는 것이 어려운 문제점이 있다.In the double stuffing method, as shown in FIG. 1, a metal 3 such as A1 is deposited on the contact formed on the insulating film 2 on the substrate 1 by stuffing. Although excellent in aspect ratio, that is, when the step is large, there is a problem that it is difficult to fill the contact due to the non-uniform thickness according to the geometric shape of the contact.

CVD 방법은 제2도에 도시한 바와 같이 콘택에 TiN등의 배리어층(5)을 형성한 후 A1(6)을 블랭킷(blanket)증착하는 것으로, 이는 핵생성속도에 비해 성장속도가 크고, 특정면으로의 성장속도가 다른면의 성장속도보다 2∼5배 빠르기 때문에 두께가 두꺼워질수록 표면이 거칠어져 연속적인 막의 형성이 어렵고, 합금증착이 어려워 일렉트로 마이그레이션(Electro-migration)에 강한 합금증착이 어려운 문제가 있다.In the CVD method, as shown in FIG. 2, the barrier layer 5 of TiN or the like is formed on the contact and then A1 (6) is blanket deposited. The growth rate is higher than that of the nucleation rate. As the growth rate to the surface is 2 to 5 times faster than the growth rate of other surface, the thicker the thickness, the rougher the surface, the more difficult it is to form a continuous film, and the difficult to deposit alloys. There is a difficult problem.

또한 CVD 텅스텐을 이용하는 방법은 제3도에 도시한 바와 같이 콘택에 배리어층(5)으로 TiN을 증착하고, CVD 텅스텐(7)을 블랭킷 증착한후 에치백하여 콘택을 매몰시키는 것으로, 이는 파티클(Particle) 발생 및 높은 저항등의 문제가 있으며, 높은 비용으로 인한 양산성에도 문제가 있다.In addition, in the method using CVD tungsten, as shown in FIG. 3, TiN is deposited as a barrier layer 5 on the contact, a blanket is deposited on the CVD tungsten 7, and then etched back to bury the contact. There are problems such as particle generation and high resistance, and there is also a problem in mass productivity due to high cost.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고집적 반도체 장치에 적용이 가능하도록 높은 애스펙트비의 콘택에서도 플러깅이 가능하고 일렉트로 마이그레이션 저항성이 뛰어난 콘택플러그 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 반도체장치의 금속배선 형성방법은 기판상의 절연막에 형성된 콘텍개구부내에 배리어층을 형성하는 공정과, 상기 배리어층상에 제1CVA A1층을 소정두께로 형성하는 공정, 상기 제1CVD A1층 상에 Cu를 증착하는 공정, 및 상기 Cu 층상에 제2CVD A1층을 형성하여 콘택개구부를 매몰시키는 공정을 구비하여 구성되며, 또한 기판상의 절연막에 형성된 콘택개구부내에 제1 TiN층을 형성하는 공정과, 상기 제1 TiN층 상에 제2TiN층을 형성하고 연속적으로 CVD A1층을 형성하는 공정을 구비하여 구성된다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a method for manufacturing a contact plug which can be plugged even in a high aspect ratio contact and has excellent electromigration resistance so that it can be applied to a highly integrated semiconductor device. In order to achieve the above object, the method for forming a metal wiring of the semiconductor device of the present invention includes the steps of forming a barrier layer in a contact opening formed in an insulating film on a substrate, and forming a first CVA A1 layer on the barrier layer to a predetermined thickness. Depositing Cu on the first CVD A1 layer, and forming a second CVD A1 layer on the Cu layer to bury the contact openings; and further, forming a first TiN layer in the contact openings formed in the insulating film on the substrate. And a step of forming a second TiN layer on the first TiN layer and subsequently forming a CVD A1 layer.

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

제3도에 본 발명의 제1실시예에 의한 반도체 장치의 콘텍플러그 형성방법을 나타내었다.3 shows a method for forming a contact plug of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

먼저, 제4도(a)와 같이 기판(1)상의 콘택개구부가 형성된 절연막(2)상부를 포함한 콘택상부에 A1의 스파이크(spike)를 방지하기 위한 배리어층(5)으로서, 예컨대 TiN을 증착하고 (b)와 같이 상기 배리어층(5)상에 CVD A1(10)을 콘텍개구부 직경의 1/2정도에 해당하는 두께, 예컨대 3000Å 정도의 두께로 증착한다.First, for example, TiN is deposited as a barrier layer 5 for preventing spikes of A1 on the contact portion including the upper portion of the insulating film 2 on which the contact opening on the substrate 1 is formed as shown in FIG. As shown in (b), the CVD A1 10 is deposited on the barrier layer 5 in a thickness corresponding to about 1/2 of the diameter of the contact opening, for example, about 3000 mm.

이어서 (c)와 같이 상기 CVD A1(10)상에 Cu를 PVD법에 의해 20∼50Å 정도의 두께로 얇게 증착한 후, (d)와 같이 다시 CVD A1(12)을 3000Å 정도 증착하여 콘택개구부를 매몰시킨다.Subsequently, Cu is thinly deposited on the CVD A1 (10) to a thickness of about 20 to 50 mV by the PVD method as shown in (c), and then CVD A1 (12) is deposited to about 3000 mV as shown in (d). Bury them.

이상과 같이 우선 CVD A1(10)을 전체두께의 반정도만 증착함으로써 표면거칠기를 반정도로 감소시킬 수 있으며, 이어서 Cu를 중간에 형성함으로써 새로 핵생성이 일어나도록 하고 다시 CVD A1(12)을 증착함으로써 표면거칠기를 감소시킬수 있다.As described above, the surface roughness can be reduced to about half by first depositing CVD A1 (10) only about half of the total thickness, and then, by forming Cu in the middle, new nucleation occurs, and again by depositing CVD A1 (12). It can reduce the surface roughness.

또한, 유전체막 증착등과 같은 후공정시의 열처리에 의해 상기 A1과 중간에 형성된 Cu가 합금층을 형성하게 되어 A1의 결정립계(Grain Boundary)에 Cu가 석출되어 A1의 이동을 물리적으로 막게 되므로 일렉트로 마이크레이션에 강한 막이 얻어지게 된다.In addition, Cu formed in the middle of the A1 forms an alloy layer by a heat treatment during a post-process such as dielectric film deposition, and thus Cu is precipitated at the grain boundary of A1 to physically prevent the movement of A1. Membrane resistant film is obtained.

다음에 제5도를 참조하여 본 발명의 제2실시예에 따른 콘택플러그 형성방법을 설명한다. (a)와 같이 콘택개구부를 포함한 절연막(2)상에 A1의 스파이크를 방지하기 위한 배리어층(5)으로서 TiN을 300∼500Å 정도로 증착한 후, 스터핑(stuffing)한 다음 (b)와 같이 CVD A1의 핵생성을 촉진하기 위해 TiN층(14)을 50∼100Å 정도의 두께로 상기 배리어층(5)표면에 증착한 후, 증착장치의 진공(vaccum)상태를 그래고 유지한채로(c)와 같이 CVD A1(15)을 블랭킷 증착함으로써 콘택플러그를 형성한다.Next, a method of forming a contact plug according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As a barrier layer 5 for preventing spikes of A1 on the insulating film 2 including the contact openings as shown in (a), TiN was deposited at about 300 to 500 kPa, then stuffed, followed by CVD as shown in (b). In order to promote the nucleation of A1, the TiN layer 14 is deposited on the surface of the barrier layer 5 with a thickness of about 50 to 100 GPa, and the vacuum apparatus of the deposition apparatus is maintained as it is (c). Contact plugs are formed by blanket depositing CVD A1 15.

상기와 같이 TiN층을 2층으로 형성하되 제1TiN(5)을 A1의 스파이크를 방지하기위한 배리어층으로 사용하기 위해 증착한 후 스터핑(stuffing)하고, 제2TiN(14)은 상기 스터핑된 TiN상에는 스터핑공정시 막 표면에 형성되는 산화물로 인해 A1증착시 핵생성이 잘 이루어지지 않은 점을 해결하기 위한 A1핵생성 촉진을 위한층으로 사용하기 위해 증착후 스터핑하지 않고, 즉 장비의 진공상태를 유지한 채 연속해서 A1을 증착한다.As described above, the TiN layer is formed in two layers, but the first TiN 5 is deposited to be used as a barrier layer for preventing spikes of A1, followed by stuffing, and the second TiN 14 is formed on the stuffed TiN. To prevent the nucleation during A1 deposition due to the oxide formed on the surface of the film during the stuffing process, it is not stuffed after deposition to maintain the vacuum of the equipment. Deposit A1 continuously.

이와같이 함으로써 A1의 스파이크가 일어나지 않으면서도 표면 토폴로지가 좋은 A1 콘택플러그를 형성할 수 있다.In this way, an A1 contact plug having a good surface topology can be formed without causing spikes of A1.

이상 상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 에스펙트비가 높은 콘택에서도 A1으로 콘텍플러그를 형성할 수 있으며, 또한 표면 토폴로지가 우수하며 일렉트로 마이그레이션 저항성이 강한 A1박막을 형성할 수 있다.As described above, according to the present invention, a contact plug can be formed of A1 even in a contact having a high aspect ratio, and an A1 thin film having excellent surface topology and strong electromigration resistance can be formed.

Claims

Forming a barrier layer 5 in a contact opening formed in the insulating film 2 on the substrate 1, forming a first CVD A1 layer 10 on the barrier layer 5 to a predetermined thickness, and And depositing Cu (11) on the first CVD A1 layer (10), and forming a second CVD A1 layer (12) on the Cu layer (11) to bury the contact openings. A metal wiring forming method of a semiconductor device.

The method of claim 1, wherein the barrier layer (5) is formed by depositing TiN.

2. The method of claim 1, wherein the first CVD A1 layer (10) is formed to a thickness corresponding to about 1/2 of the diameter of the contact opening.

The method of claim 1, wherein the Cu layer (11) is formed to a thickness of 20 to 50 GPa.

The method of claim 1, further comprising a step of heat treatment after the step of forming the second CVD A1 layer (12).

Forming a first TiN layer 5 in a contact opening formed on the insulating film 2 on the substrate 1, and forming a second TiN 14 on the first TiN layer 5 and continuously And forming a VD A1 layer (15) by maintaining a vacuum of the metal.

7. The method of claim 6, wherein the first TiN layer (5) is formed by stuffing after TiN deposition.

8. The method of claim 7, wherein the first TiN layer (5) is formed to a thickness of 300 to 500 kHz.

7. The method of claim 6, wherein the second TiN layer (14) is formed to a thickness of about 50 to 100 GPa.

7. The method of claim 6, wherein the CVD A1 layer (15) is formed to bury the contact openings.