KR19980019642A - Metal wiring structure and forming method - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속배선 구조 및, 제조방법에 관한 것으로서, 특히, 배선의 저항과 신뢰성을 개선한 금속배선 구조 및, 형성방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a metal wiring structure and a manufacturing method, and more particularly, to a metal wiring structure with improved resistance and reliability of wiring and a forming method.

이와 같은 본 발명에 따른 금속배선 구조는, 도전성 물질로 형성된 접속플러그와 이에 전기적으로 연결된 전도층으로 이루어진 배선구조에 있어서, 상기 전도층은 단층 이상의 도전성 물질로 이루어진 것을 특징으로 한다.Such a metal wiring structure according to the present invention is a wiring structure consisting of a connection plug formed of a conductive material and a conductive layer electrically connected thereto, wherein the conductive layer is formed of a conductive material of at least one layer.

이상 상술한 본 발명에 의하면 콘택(contact)이나 비아 홀(via hole)에 플라즈마 화학기상 증착법으로 도전성 물질을 형성하여 접속플러그를 형성하고 그 위에 전도선을 직접 또는 배리어층을 개재시켜서 형성하므로서 배선의 접촉저항을 감소시키는 동시에 전도선의 저항을 개선할 수 있다. 또한 접속 구멍안에 접속플러그만을 형성하고 전도선을 직접 접속하여 형성하면 기존의 공정보다 배선 형성단계를 획기적으로 감축할 수 있는 효고가 있다.According to the present invention described above, a conductive material is formed in a contact or via hole by plasma chemical vapor deposition to form a connection plug, and a conductive wire is formed thereon by directly or through a barrier layer. It is possible to reduce the contact resistance and at the same time improve the resistance of the conductor. In addition, if only the connection plug is formed in the connection hole and the conductive wire is directly connected, the wiring forming step can be significantly reduced compared to the existing process.

Description

금속 배선 구조 및 형성방법Metal wiring structure and forming method

본 발명은 금속배선 구조 및, 형성방법에 관한 것으로서, 특히, 배선의 저항과 신뢰성을 개선한 금속배선 구조 및, 형성방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a metal wiring structure and a forming method, and more particularly, to a metal wiring structure and a method for forming a wire that have improved resistance and reliability of wiring.

일반적으로 알루미늄과 그 합금박막은 전기전도도가 높고 건식식각에 의한 패턴 형성이 용이하며 실리콘 산화막과의 접착성이 우수한 동시에 비교적 가격이 저렴하므로 반도체 회로의 배선재료로서 널리 사용되어 왔다. 그러나 집적회로의 집적도가 증가함에 따라 소자의 크기가 감소하고 배선이 미세화, 다층화되므로 토폴로지(topolohy)를 갖는 부분이나 콘택이나 비아 등의 접속구멍 내부에서 단차피복성(stepcoverage)이 중요하게 되었다.In general, aluminum and its alloy thin films have been widely used as wiring materials for semiconductor circuits because of their high electrical conductivity, easy pattern formation by dry etching, good adhesion with silicon oxide films, and relatively low cost. However, as the degree of integration of integrated circuits increases, the size of devices decreases and wiring becomes finer and multi-layered, so step coverage is important in parts having topologies or in connection holes such as contacts or vias.

즉, 기존의 금속배선막 형성방법인 스퍼터링을 적용하면 이와 같이 굴국을 갖는 부분에서는 쉐도우 이펙트(shadow effect)에 의하여 국부적으로 배선막의 두께가 얇게 형성되며, 특히 종횡비가 1 이상인 접속구멍에서 더욱 심각하에 나타난다. 따라서 이러한 물리적 증착방법 대신에 균일한 두께로 증착할 수 있는 화학기상증착법이 도입되어 텅스텐막을 저압화학기상증착법으로 형성함으로써 단차피복성을 개선하는 연구가 진행되었으나 텅스텐 배선막은 알루미늄 배선막에 비하여 비저항(resistivity)이 2배 이상 되므로 배선막으로서의 적용이 어려운 현실이다. 따라서 접속구멍에 매몰층(plug)을 형성하는 방법으로서 개발이 진행되고 있다. 매몰층은 선택적 화학 기상 증착을 이용하여 접속 구멍안에 노출된 기판을 통하여 선택적으로 텅스텐막을 성장시킴으로써 형성하거나 배리어 금속층이나 접착층(Glue Layer)을 설치한 다음 전면에 텅스텐막을 증착하고 증착두께 이상으로 에치백하므로서 형성하는 방법을 적용한다. 그러나 선택성장법에 있어서는 절연막위에는 성장이 일어나지 않도록 유지하는 것이 쉽지않고 전면 증착 후 에치백하는 방법에서는 높은 종횡비를 갖는 접속구멍에 신뢰성 있는 배리어층이나 접착층을 형성하는 것이 필요하다. 이를 위하여 콜리메이터(collimator)나 CVD법을 적용하여 접속구멍 밑면이나 측벽에 텅스텐의 핵생성이 일어날 수 있는 최소 두께 이상을 확보하는 것이 중요하다. 한편 접속구멍의 깊이는 절연막의 평탄화 정도에 따라 달라지므로 접속구멍의 표면과 매몰층의 표면은 실질적으로 같지 않게 되고 일반적으로 매몰층의 표면이 더 낮게 된다.That is, when the sputtering method, which is a conventional metal wiring film forming method, is applied, the thickness of the wiring film is locally thinned due to the shadow effect in the part having the burrow, especially in connection holes having an aspect ratio of 1 or more. appear. Therefore, instead of the physical vapor deposition method, a chemical vapor deposition method that can be deposited with a uniform thickness is introduced to form a tungsten film by a low pressure chemical vapor deposition method to improve the step coverage. However, the tungsten wiring film has a specific resistance compared to the aluminum wiring film. Since resistivity is more than doubled, application as a wiring film is difficult. Therefore, development is progressing as a method of forming a buried layer (plug) in the connection hole. The buried layer is formed by selectively growing a tungsten film through a substrate exposed in the connection hole by using selective chemical vapor deposition, or by installing a barrier metal layer or a glue layer, depositing a tungsten film on the entire surface and etching back over the deposition thickness. Therefore, the forming method is applied. However, in the selective growth method, it is not easy to maintain growth on the insulating film, and in the method of etching back after full deposition, it is necessary to form a reliable barrier layer or adhesive layer in the connection hole having a high aspect ratio. To this end, it is important to apply a collimator or CVD method to secure a minimum thickness above which tungsten nucleation can occur at the bottom or sidewall of the connection hole. On the other hand, since the depth of the connection hole depends on the degree of planarization of the insulating film, the surface of the connection hole and the surface of the investment layer are not substantially the same, and the surface of the investment layer is generally lower.

전도선으로서의 화학기상 증착법으로 구리(Cu)나 알루미늄막을 적용하는 경우에 있어서 접속구멍안에 텅스텐을 주성분으로 하는 매립층을 형성하는 경우에 불순물의 확산 방지를 위한 배리어층과 핵생성층으로서의 역할을 위하여 접속구멍을 형성한 후에 전도성의 배리어 물질을 반드시 적용하게 되는데 접속구멍 밑면과 측면에서의 단차 피복성(stepcoverage)를 확보하기 위하여 콜리메이터 스퍼터링이나 CVD법을 적용해야만 하므로 공정이 복잡하고 재현성 및, 가공성이 불리하게 된다. 또한, 접속 구멍의 깊이가 서로 다른 경우에는 매립층에 리세스(recess)가 발생한다.In the case of applying a copper (Cu) or aluminum film by a chemical vapor deposition method as a conductive line, in order to form a buried layer containing tungsten as a main component in the connection hole, it serves as a barrier layer and a nucleation layer for preventing diffusion of impurities. The conductive barrier material must be applied after the hole is formed, but the process is complicated and the reproducibility and processability are disadvantageous because the collimator sputtering or the CVD method must be applied to secure the step coverage at the bottom and side of the connection hole. Done. In addition, when the depths of the connection holes are different, recesses occur in the buried layer.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 공정을 보다 간소화하고 접촉저항을 줄여 신뢰성을 개선한 금속 배선 구조 및, 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a metal wiring structure and a method of forming a metal wire structure, which improves reliability by simplifying a process and reducing contact resistance.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 금속 배선 구조는, 도전성 물질로 형성된 접속 플러그와 이에 전기적으로 연결된 전도층으로 이루어진 배선구조에 있어서, 상기 전도층은 단층 이상의 도전성 물질로 이루어짐을 특징으로 한다.Metal wiring structure according to the present invention for achieving the above object, in the wiring structure consisting of a connection plug and a conductive layer electrically connected to the conductive plug formed of a conductive material, characterized in that the conductive layer is made of a conductive material of at least one layer. .

도 1a~도 1d는 본 발명의 제1실시예에 따른 금속 배선 형성방법을 나타낸 공정 단면도1A to 1D are cross-sectional views illustrating a method of forming a metal wiring according to a first embodiment of the present invention.

도 2a~도 2d는 본 발명의 제2실시예에 따른 금속 배선 형성방법을 나타낸 공정 단면도2A to 2D are cross-sectional views illustrating a method for forming metal wirings according to a second embodiment of the present invention.

도 3a~도 3d는 본 발명의 제3실시예에 따른 금속 배선 형성방법을 나타낸 공정 단면도3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method of forming a metal wiring according to a third embodiment of the present invention.

도 4a~도 4d는 본 발명의 제4실시예에 따른 금속 배선 형성방법을 나타낸 공정 단면도4A to 4D are cross-sectional views illustrating a method for forming metal wirings according to a fourth embodiment of the present invention.

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

10,20,30,40:실리콘 기판11,21:도전성 영역10, 20, 30, 40: silicon substrate 11, 21: conductive region

12,22,32,42:절연막13,23,33,43:접속구멍12, 22, 32, 42: insulating film 13, 23, 33, 43: connection hole

14,24,34,44:금속층15,25,35,45:접속플러그14, 24, 34, 44: Metal layer 15, 25, 35, 45: Connection plug

16,27:전도층26,46:배리어층16, 27: conductive layer 26, 46: barrier layer

31,41:하층 전도선36,47:상층 전도선31, 41: lower conductive line 36, 47: upper conductive line

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 또다른 본 발명에 따른 금속배선 형성방법은, 배선 형성 방법에 있어서, 기판에 도전성 영역을 형성하는 단계; 상기 기판 전면에 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막을 선택적으로 식각하여 접속구멍을 형성하는 단계; 상기 기판 전면에 도전성 물질을 증착한 후, 선택적으로 식각하여 접속 플러그를 형성하는 단계; 및, 상기 접속 플러그 및, 절연막 상에 도전성 물질을 증착하여 전도층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for forming a metal wiring, the method comprising: forming a conductive region on a substrate; Forming an insulating film on the entire surface of the substrate; Selectively etching the insulating film to form a connection hole; Depositing a conductive material on the entire surface of the substrate and then selectively etching to form a connection plug; And forming a conductive layer by depositing a conductive material on the connection plug and the insulating film.

상기한 목적을 달성하기 위한 또다른 본 발명에 따른 금속배선 형성방법은, 배선 형성 방법에 있어서, 기판에 도전성 영역을 형성하는 단계; 상기 기판 전면에 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막을 선택적으로 식각하여 접속구멍을 형성하는 단계; 상기 기판 전면에 도전성 물질을 증착한 후, 선택적으로 식각하여 접속 플러그를 형성하는 단계; 상기 접속 플러그 및, 절연막 상에 배리어층을 형성하는 단계; 및, 상기 배리어층 상부에 도전성 물질을 증착하여 전도층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of forming a metal wiring, the method including: forming a conductive region on a substrate; Forming an insulating film on the entire surface of the substrate; Selectively etching the insulating film to form a connection hole; Depositing a conductive material on the entire surface of the substrate and then selectively etching to form a connection plug; Forming a barrier layer on the connection plug and the insulating film; And forming a conductive layer by depositing a conductive material on the barrier layer.

상기한 목적을 달성하기 위한 또다른 본 발명에 따른 금속배선 형성방법은, 기판에 제1전도층을 형성하는 단계; 상기 기판 전면에 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막을 선택적으로 식각하여 접속구멍을 형성하는 단계; 상기 기판 전면에 도전성 물질을 증착한 후, 선택적으로 식각하여 접속 플러그를 형성하는 단계; 상기 접속 플러그 및, 절연막 상에 도전성 물질을 증착하여 제2도전층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.Another method for forming a metal wiring according to the present invention for achieving the above object is the step of forming a first conductive layer on the substrate; Forming an insulating film on the entire surface of the substrate; Selectively etching the insulating film to form a connection hole; Depositing a conductive material on the entire surface of the substrate and then selectively etching to form a connection plug; And forming a second conductive layer by depositing a conductive material on the connection plug and the insulating film.

상기한 목적을 달성하기 위한 또다른 본 발명에 따른 금속배선 형성방법은, 기판에 제1도전층을 형성하는 단계; 상기 기판 전면에 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막을 선택적으로 식각하여 접속구멍을 형성하는 단계; 상기 기판 전면에 도전성 물질을 증착한 후, 선택적으로 식각하여 접속 플러그를 형성하는 단계; 상기 접속 플러그 및, 절연막 상에 배리어층을 형성하는 단계; 상기 배리어층 상부에 도전성 물질을 증착하여 제2전도층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.Another method for forming a metal wiring according to the present invention for achieving the above object is, forming a first conductive layer on the substrate; Forming an insulating film on the entire surface of the substrate; Selectively etching the insulating film to form a connection hole; Depositing a conductive material on the entire surface of the substrate and then selectively etching to form a connection plug; Forming a barrier layer on the connection plug and the insulating film; And forming a second conductive layer by depositing a conductive material on the barrier layer.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1a 내지 도 1d 및, 도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 제1 및, 제2실시예로서, 반도체 기판의 도전성 영역에 전기적으로 연결되는 배선을 형성하는 금속배선 제조방법을 나타낸 공정 단면도이다.1A to 1D and FIGS. 2A to 2D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a metal wiring for forming a wire electrically connected to a conductive region of a semiconductor substrate as a first and second embodiment of the present invention.

도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 제1실시예로서, 접속플러그를 구성하는 주성분과 전도선을 구성하는 주성분이 일치하는 경우에 따른 금속배선 형성방법을 나타낸 공정 단면도이다.1A to 1D are cross-sectional views illustrating a method of forming metal wirings in a case where a main component constituting a connection plug and a main component constituting a conductive line coincide with each other according to a first embodiment of the present invention.

우선, 도 1a는 실리콘 기판(10) 표면에 소오스와 드레인 등의 불순물 확산층(11)이 형성된 상태에서 실리콘 산화막 등의 절연막(12)을 형성하고 선택적으로 상기 절연막(12)을 식각하여 접속구멍(13)을 형성한다. 이어서 플라즈마 화학기상증착(PECVD) 법으로 알루미늄을 전면에 증착하여 금속층(14)을 형성한다. 이때, 알루미늄 소오스로는 DMAH(di-methyl-aluminum-hydride) 또는 DMEAA(di-methyl-ethyl-amine-alane) 등의 유기금속화합물 소오스를 사용하고 증착압력은 300~800mTorr와 증착오는 100~200℃에서 증착두께 1000~2000Å을 타겟으로 실시한다. 특히, 알루미늄 소오스로 DMEAA를 사용하는 경우에는 캐리어 가스로서 수소(H)를 사용한다. 이때, 플라즈마 전압은 5~15W를 유지하는 것이 바람직하다.First, FIG. 1A shows an insulating film 12 such as a silicon oxide film formed in the state where an impurity diffusion layer 11 such as a source and a drain is formed on the surface of a silicon substrate 10, and selectively etches the insulating film 12 to form a connection hole ( 13). Subsequently, aluminum is deposited on the entire surface by plasma chemical vapor deposition (PECVD) to form the metal layer 14. At this time, as the aluminum source, an organometallic compound source such as DMAH (di-methyl-aluminum-hydride) or DMEAA (di-methyl-ethyl-amine-alane) is used, and the deposition pressure is 300 to 800 mTorr and the deposition temperature is 100 to 200. A deposition thickness of 1000 to 2000 kPa is carried out at the target. In particular, when DMEAA is used as the aluminum source, hydrogen (H) is used as the carrier gas. At this time, the plasma voltage is preferably maintained at 5 ~ 15W.

또한, 상기 금속층(14)을 형성하는 도전물질로서, Al 외에도 Cu나 Ag 및, 이들의 화합물중 어느 하나를 이용한 유기금속화합물을 소오스 가스로 이용할 수 있다.In addition, as the conductive material for forming the metal layer 14, an organometallic compound using any one of Cu, Ag, and these compounds in addition to Al may be used as the source gas.

이어서, 도 1b와 같이 Cl₂을 포함하는 반응성 가스를 이용하여 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching:RIE)법으로 상기 증착 두께 이상으로 에치백(etch-back) 하여 접속구멍(13) 안에만 도전성 물질이 남도록 하여 접속플러그(15)를 형성한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 1B, the conductive material is etched back using the reactive gas containing Cl ₂ to be more than the deposition thickness by using a reactive ion etching (RIE) method, and only a conductive material is formed in the connection hole 13. The connection plug 15 is formed so as to remain.

한편, 도 1c에 도시된 바와 같이 상기 반응성 이온 식각법 대신에 화학적 기계 연마(Chemical Mechanical Polishing:CMP)법을 이용하여 접속구멍(13)의 표면과 접속 플러그(15)의 표면이 평탄화되어 실질적으로 일치하도록 에치백하는 방법을 적용할 수 있다. 이때 연마제로는 실리카, 알루미나 등의 연마입자와 H₃PO₄, H₂SO₄, AgNO₃등과 같은 산 그리고 H₂O₂, HOCl 등과 같은 산화제가 포함된 슬러리(slurry)를 이용한다.Meanwhile, as shown in FIG. 1C, the surface of the connection hole 13 and the surface of the connection plug 15 are planarized by using chemical mechanical polishing (CMP) instead of the reactive ion etching method. You can apply the method of etch back to match. In this case, as the abrasive, a slurry including abrasive particles such as silica and alumina, an acid such as H ₃ PO ₄ , H ₂ SO ₄ , AgNO ₃ , and an oxidizing agent such as H ₂ O ₂ , HOCl, or the like is used.

도 1d와 같이 상기 절연막(12) 및, 접속플러그(15) 상에 도전성 물질을 스퍼터링과 같은 기존의 물리적 증착법 또는 저압 화학 기상 증착(LPCVD)법 등으로 증착하여 전도층(16)을 형성한다. 도전성 물질로서는 알루미늄이나 알루미늄에 실리콘(Si)이나 구리(Cu) 등의 합금원소가 첨가된 합금막을 적용할 수 있다. 합금막을 적용하는 경우에는 접속 플러그 물질이 합금원소가 첨가되지 않는 순 물질일때는 후속공정의 열처리에 의하여 합금막으로부터 합금원소를 접속 플러그 안으로 도우핑 시킬 수 있다.As illustrated in FIG. 1D, the conductive material is deposited on the insulating layer 12 and the connection plug 15 by conventional physical vapor deposition such as sputtering or low pressure chemical vapor deposition (LPCVD). As the conductive material, an alloy film containing an alloy element such as silicon (Si) or copper (Cu) added to aluminum or aluminum can be used. In the case of applying the alloy film, when the connection plug material is a pure material to which no alloying element is added, the alloy element can be doped into the connection plug from the alloy film by heat treatment in a subsequent process.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 제2실시예로서, 접속플러그를 구성하는 주성분과 전도선을 구성하는 주성분이 일치하지 않는 경우를 나타낸 금속배선 형성방법을 나타낸 공정 단면도이다.2A to 2D are cross-sectional views illustrating a method of forming metal wirings in a case where the main components constituting the connection plug and the main components constituting the conductive line do not coincide with each other according to the second embodiment of the present invention.

먼저, 도 2a는 실리콘 기판(20) 표면에 소오스와 드레인 등의 불순물 확산층(21)이 형성된 상태에서 실리콘 질환막 등의 절연막(22)을 형성하고 선택적으로 상기 절연막(22)을 식각하여 접속구멍(23)을 형성한다. 이어서 플라즈마 화학기상증착(PECVD) 법으로 알루미늄을 전면에 증착하여 금속층(24)을 형성한다. 이때 알루미늄 소오스로는 DMAH 또는 DMEAA 등이 유기금속화합물 소오스를 사용하고 증착압력은 300~800mTorr와 증착온도는 100~200℃에서 증착두께 1000~2000Å을 타겟으로 실시한다. 특히, 알루미늄 소오스로 DMEAA를 사용하는 경우에는 캐리어 가스로서 수소(H)를 사용한다. 이때, 플라즈마 전압은 5~15W를 유지하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 금속층(24)을 형성하는 도전물질로서, Al 외에도 Cu나 Ag 및, 이들의 화합물중 어느 하나를 이용한 유기금속화합물을 소오스 가스로 이용할 수 있다.First, FIG. 2A illustrates that an insulating film 22 such as a silicon disease film is formed in a state where an impurity diffusion layer 21 such as a source and a drain is formed on a surface of a silicon substrate 20, and optionally, the insulating film 22 is etched to form a connection hole. (23) is formed. Subsequently, aluminum is deposited on the entire surface by plasma chemical vapor deposition (PECVD) to form a metal layer 24. At this time, as the aluminum source, DMAH or DMEAA is used as the organometallic compound source, and the deposition pressure is performed at 300-800 mTorr and the deposition temperature is 100-200 ° C. with a thickness of 1000-2000 kPa. In particular, when DMEAA is used as the aluminum source, hydrogen (H) is used as the carrier gas. At this time, the plasma voltage is preferably maintained at 5 ~ 15W. As the conductive material for forming the metal layer 24, an organic metal compound using Cu, Ag, or any one of these compounds, in addition to Al, may be used as the source gas.

이어서, 도 2b와 같이 Cl₂을 포함하는 반응성 가스를 이용하여 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching:RIE)법으로 상기 증착 두께 이상으로 에치백(etch-back)하여 접속구멍(23) 안에만 도전성 물질이 남도록 하여 접속플러그(25)를 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 2B, the conductive material is etched back using the reactive gas containing Cl ₂ to the deposition thickness or more by the reactive ion etching (RIE) method, and the conductive material is only in the connection hole 23. The connection plug 25 is formed so as to remain.

한편, 도 2c에 도시된 바와 같이 상기 반응성 이온 식각법 대신에 화학적 기계 연마(Chemical Mechanical Polishing:CMP)법을 이용하여 접속구멍(23)의 표면과 접속 플러그(25)의 표면이 평탄화되어 실질적으로 일치하도록 에치백하는 방법을 적용할 수 있다. 이때 연마제로는 실리카, 알루미나 등의 연마입자가 H₃PO₄, H₂SO₄, AgNO₃등과 같은 산 그리고 H₂O₂, HOCl 등과 같은 산화제가 포함된 슬러리(slurry)를 이용한다.Meanwhile, as shown in FIG. 2C, the surface of the connection hole 23 and the surface of the connection plug 25 are flattened by using chemical mechanical polishing (CMP) instead of the reactive ion etching method. You can apply the method of etch back to match. In this case, as the abrasive, a slurry including silica, alumina, and the like, including an acid such as H ₃ PO ₄ , H ₂ SO ₄ , AgNO ₃ , and an oxidizing agent such as H ₂ O ₂ , HOCl, or the like, is used.

그 다음 도 2d에 나타난 바와 같이 상기 접속플러그(25) 및, 절연막(22) 상에 접촉저항을 줄일 수 있는 배리어층(26)을 형성한다. 이어 상기 배리어층 상에 구리(Cu)나 은(Ag) 등의 저저항 물질을 이용하여 전도층(27)을 형성한다. 화학기상증착법에 의해 구리를 증착할 경우에는 (hafc)Cu(TMVS) 등의 소오스를 이용하는 것이 바람직하다.Next, as shown in FIG. 2D, a barrier layer 26 can be formed on the connection plug 25 and the insulating film 22 to reduce contact resistance. Subsequently, the conductive layer 27 is formed on the barrier layer using a low resistance material such as copper (Cu) or silver (Ag). When depositing copper by chemical vapor deposition, it is preferable to use a source such as (hafc) Cu (TMVS).

도 3a 내지 도 3d 및, 도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 제3 및, 제4실시예로서, 반도체 기판의 하층 배선에 전기적으로 연결되는 상층 배선을 형성하는 금속배선 형성방법을 나타낸 공정 단면도이다.3A to 3D and FIGS. 4A to 4D are cross-sectional views illustrating a method of forming metal wirings for forming upper wirings electrically connected to lower wirings of a semiconductor substrate as a third and fourth embodiment of the present invention. .

도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 따른 제3실시예로서, 접속플러그를 구성하는 주성분과 전도선을 구성하는 주성분이 일치하는 경우를 나타낸 공정 단면도이다.3A to 3D are cross-sectional views illustrating a case where the main component constituting the connection plug and the main component constituting the conductive line coincide as the third embodiment according to the present invention.

도 3a에 도시된 바와 같이 실리콘 기판(30) 표면에 소오스와 드레인 등의 불순물 확산층에 선택적으로 연결된 하층 전도선(31)이 형성된 상태에서 실리콘 산화막 등의 층간 절연막(32)을 형성하고 선택적으로 이 층간 절연막(32)을 식각하여 하층 전도선과 상층 전도선을 상호 연결시키기 위한 접속구멍(33)을 형성한다. 이어서 플라즈마 화학기상증착(PECVD) 법으로 알루미늄을 전면에 증착하여 금속층(34)을 형성한다. 이때 알루미늄 소오스로는 DMAH 또는 DMEAA 등의 유기금속화합물 소오스를 사용하고 증착압력은 300~800mTorr와 증착온도는 100~200℃에서 증착두께 1000~2000Å을 타겟으로 실시한다. 특히, 알루미늄 소오스로 DMEAA를 사용하는 경우에는 캐리어 가스로서 수소(H)를 사용한다. 이때 플라즈마 전압은 5~15W를 유지하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 금속층(34)을 형성하는 도전물질로서, Al 외에도 Cu나 Ag 및, 이들의 화합물중 어느 하나를 이용한 유기금속화합물을 소오스 가스로 이용할 수 있다.As shown in FIG. 3A, an interlayer insulating film 32, such as a silicon oxide film, is formed on the surface of the silicon substrate 30 with a lower conductive line 31 selectively connected to an impurity diffusion layer such as a source and a drain. The interlayer insulating film 32 is etched to form connection holes 33 for interconnecting the lower conductive line and the upper conductive line. Subsequently, aluminum is deposited on the entire surface by plasma chemical vapor deposition (PECVD) to form a metal layer 34. At this time, an organometallic compound source such as DMAH or DMEAA is used as the aluminum source, and a deposition pressure of 300 to 800 mTorr and a deposition temperature of 100 to 200 ° C. are performed with a deposition thickness of 1000 to 2000 kPa. In particular, when DMEAA is used as the aluminum source, hydrogen (H) is used as the carrier gas. At this time, the plasma voltage is preferably maintained at 5 ~ 15W. As the conductive material for forming the metal layer 34, in addition to Al, an organic metal compound using any one of Cu, Ag, and a compound thereof may be used as the source gas.

도 3b와 같이 Cl₂을 포함하는 반응성 가스를 이용하여 반응성 이온 식각법(RIE)으로 상기 증착 두께 이상으로 에치백하여 접속구멍(33)안에만 도전성 물질이 남도록 하여 접속플러그(35)를 형성한다.Using a reactive gas containing Cl ₂ as shown in FIG. 3b, the connection plug 35 is formed by etching back to the deposition thickness or more by using reactive ion etching (RIE) so that a conductive material remains only in the connection hole 33. .

한편, 도 3c에 도시된 바와 같이 상기 반응성 이온 식각(RIE)법 대신에 화학적 기계연마(CMP)법을 이용하여 접속구멍(33)의 표면과 접속 플러그(35)의 표면이 평탄화되어 실질적으로 일치하도록 에치백하는 방법을 적용할 수 있다. 이때, 연마제로는 실리카, 알루미나 등의 연마입자와 H₃PO₄, H₂SO₄, AgNO₃등과 같은 산 그리고 H₂O₂, HOCl 등과 같은 산화제가 포함된 슬러리(slurry)를 이용한다.Meanwhile, as shown in FIG. 3C, the surface of the connection hole 33 and the surface of the connection plug 35 are planarized to substantially coincide with the chemical mechanical polishing (CMP) method instead of the reactive ion etching (RIE) method. You can apply the method of etching back. In this case, as the abrasive, a slurry including abrasive particles such as silica and alumina, an acid such as H ₃ PO ₄ , H ₂ SO ₄ , AgNO ₃ , and an oxidizing agent such as H ₂ O ₂ , HOCl, or the like is used.

도 3d와 같이 상기 접속플러그(35) 및, 층간 절연막(32) 상에 도전성 물질을 스퍼터링과 같은 기존의 물리적 증착법 또는 저압 화학 기상 증착(LPCVD)법 등으로 상층 전도선(36)을 형성한다. 도전성 물질로서는 알루미늄이나 알루미늄에 실리콘(Si)이나 구리(Cu) 등의 합금원소가 첨가된 합금막을 적용할 수 있다. 합금막을 적용하는 경우에는 접속플러그 물질이 합금원소가 첨가되지 않는 순물질일때는 후속공정의 열처리에 의하여 합금막으로부터 합금원소를 접속 플러그 안으로 도우핑 시킬 수 있다.As shown in FIG. 3D, the upper conductive line 36 is formed on the connection plug 35 and the interlayer insulating layer 32 by conventional physical vapor deposition such as sputtering or low pressure chemical vapor deposition (LPCVD). As the conductive material, an alloy film containing an alloy element such as silicon (Si) or copper (Cu) added to aluminum or aluminum can be used. In the case of applying the alloy film, when the connection plug material is a pure material to which no alloying element is added, the alloy element can be doped into the connection plug from the alloy film by heat treatment in a subsequent process.

도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 제4실시예로서, 접속플러그를 구성하는 주성분과 전도선을 구성하는 주성분이 일치하지 않는 경우를 나타낸 공정 단면도이다.4A to 4D are cross-sectional views illustrating a case where the main component constituting the connection plug and the main component constituting the conductive line do not coincide with each other according to the fourth embodiment of the present invention.

우선 도 4a와 같이 실리콘 기판(40) 표면에 소오스와 드레인 등의 불순물 확산층에 선택적으로 연결된 하층 전도선(41)이 형성된 상태에서 실리콘 산화막 등의 층간 절연막(42)을 형성하고 선택적으로 이 층간 절연막(42)을 식각하여 하층 전도선과 상층 전도선을 상호 연결시키기 위한 접속구멍(43)을 형성한다. 이어서 플라즈마 화학기상증착(PECVD) 법으로 알루미늄을 전면에 증착하여 금속층(44)을 형성한다. 이때 알루미늄 소오스로는 DMAH 또는 DMEAA 등의 유기금속화합물 소오스를 사용하고 증착압력은 300~800mTorr와 증착온도는 100~200℃에서 증착두께 1000~2000Å을 타겟으로 실시한다. 특히, 알루미늄 소오스로 DMEAA를 사용하는 경우에는 캐리어 가스로서 수소(H)를 사용한다. 이때 플라즈마 전압은 5~15W를 유지하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 금속층(44)을 형성하는 도전물질로서, Al 외에도 Cu나 Ag 및, 이들의 화합물중 어느 하나를 이용한 유기금속화합물을 소오스 가스로 이용할 수 있다.First, as shown in FIG. 4A, an interlayer insulating film 42 such as a silicon oxide film is formed on the surface of the silicon substrate 40 with a lower conductive line 41 selectively connected to an impurity diffusion layer such as a source and a drain. (42) is etched to form connection holes 43 for interconnecting the lower conductive line and the upper conductive line. Subsequently, aluminum is deposited on the entire surface by plasma chemical vapor deposition (PECVD) to form a metal layer 44. At this time, an organometallic compound source such as DMAH or DMEAA is used as the aluminum source, and a deposition pressure of 300 to 800 mTorr and a deposition temperature of 100 to 200 ° C. are performed with a deposition thickness of 1000 to 2000 kPa. In particular, when DMEAA is used as the aluminum source, hydrogen (H) is used as the carrier gas. At this time, the plasma voltage is preferably maintained at 5 ~ 15W. As the conductive material for forming the metal layer 44, an organic metal compound using Cu, Ag, and any one of these compounds, in addition to Al, may be used as the source gas.

이어 도 4b에 도시된 바와 같이, Cl₂을 포함하는 반응성 가스를 이용하여 반응성 이온 식각법(RIE)으로 상기 증착 두께 이상으로 에치백하여 접속구멍(43) 안에만 도전성 물질이 남도록 하여 접속플러그(45)를 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 4B, the reactive gas containing Cl ₂ is etched back using the reactive ion etching method (RIE) to the thickness above the deposition thickness so that the conductive material remains only in the connection hole 43. 45).

한편, 도 4c와 같이 상기 반응성 이온 식각(RIE)법 대신에 화학적 기계 연마(CMP)법을 이용하여 접속구멍(43)의 표면과 접속플러그(45)의 표면이 평탄화되어 실질적으로 일치하도록 에치백하는 방법을 적용할 수 있다. 이때, 연마제로는 실리카, 알루미나 등의 연마입자와 H₃PO₄, H₂SO₄, AgNO₃등과 같은 산 그리고 H₂O₂, HOCl 등과 같은 산화제가 포함된 슬러리(slurry)를 이용한다.Meanwhile, as shown in FIG. 4C, the surface of the connection hole 43 and the surface of the connection plug 45 are flattened and substantially matched using chemical mechanical polishing (CMP) instead of the reactive ion etching (RIE) method. Can be applied. In this case, as the abrasive, a slurry including abrasive particles such as silica and alumina, an acid such as H ₃ PO ₄ , H ₂ SO ₄ , AgNO ₃ , and an oxidizing agent such as H ₂ O ₂ , HOCl, or the like is used.

그 다음 도 4d에 나타난 바와 같이 상기 접속 플러그(45) 및, 층간 절연막 상에 접촉저항을 줄일 수 있는 배리어층(46)을 형성한다. 이어 상기 배리어층(46) 상에 구리(Cu)나 은(Ag) 등의 저저항 물질을 이용하여 상층 전도선(47)을 형성한다. 화학기상증착법에 의해 구리를 증착할 경우에는 (hafc)Cu(TMVS) 등의 소오스를 이용하는 것이 바람직하다.Next, as shown in FIG. 4D, a barrier layer 46 capable of reducing contact resistance is formed on the connection plug 45 and the interlayer insulating film. Subsequently, an upper conductive line 47 is formed on the barrier layer 46 using a low resistance material such as copper (Cu) or silver (Ag). When depositing copper by chemical vapor deposition, it is preferable to use a source such as (hafc) Cu (TMVS).

이상 상술한 본 발명에 의하면 콘택(contact)이나 비아 홀(via hole)에 플라즈마 화학기상 증착법으로 도전성 물질을 형성하여 접속플러그를 형성하고 그 위에 전도선을 직접 또는 배리어층을 개재시켜서 형성하므로서 배선의 접촉저항을 감소시키는 동시에 전도선의 저항을 개선할 수 있다. 또한 접속 구멍안에 접속플러그만을 형성하고 전도선을 직접 접속하여 형성하면 기존의 공정보다 배선 형성단계를 획기적으로 감축할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention described above, a conductive material is formed in a contact or via hole by plasma chemical vapor deposition to form a connection plug, and a conductive wire is formed thereon by directly or through a barrier layer. It is possible to reduce the contact resistance and at the same time improve the resistance of the conductor. In addition, if only the connection plug is formed in the connection hole and the conductive wire is directly connected to the connection hole, the wiring formation step can be significantly reduced than the conventional process.

본 발명이 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.The present invention is not limited to the above embodiments, and it is apparent that many modifications are possible by those skilled in the art within the technical idea of the present invention.

Claims (21)

도전성 물질로 형성된 접속 플러그와 이에 전기적으로 연결된 전도층으로 이루어진 배선구조에 있어서,In the wiring structure consisting of a connection plug formed of a conductive material and a conductive layer electrically connected thereto, 상기 전도층은 단층 이상의 도전성 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 금속 배선 구조.The conductive layer is a metal wiring structure, characterized in that consisting of at least one conductive material. 배선 형성방법에 있어서,In the wiring formation method, 기판에 도전성 영역을 형성하는 단계;Forming a conductive region in the substrate; 상기 기판 전면에 절연막을 형성하는 단계;Forming an insulating film on the entire surface of the substrate; 상기 절연막을 선택적으로 식각하여 접속구멍을 형성하는 단계;Selectively etching the insulating film to form a connection hole; 상기 기판 전면에 도전성 물질을 증착한 후, 선택적으로 식각하여 접속 플러그를 형성하는 단계; 및Depositing a conductive material on the entire surface of the substrate and then selectively etching to form a connection plug; And 상기 접속 플러그 및, 절연막 상에 도전성 물질을 증착하여 전도층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속배선 형성방법.And forming a conductive layer by depositing a conductive material on the connection plug and the insulating film. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 도전성 영역은 불순물 확산층인 것을 특징으로 하는 금속배선 형성방법.And the conductive region is an impurity diffusion layer. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 접속 플러그 형성 단계시, Al, Cu, Ag 및, 이들의 화합물 중 어느 하나를 이용한 유기금속화합물을 소오스가스로 하여 300~800mTorr의 압력과 100~200℃의 온도 및, 5~15W 전력 조건으로 플라즈마 CVD법을 이용하는 것을 특징으로 하는 금속배선 형성방법.In the connecting plug forming step, Al, Cu, Ag, and an organometallic compound using any one of these compounds as a source gas under a pressure of 300 to 800 mTorr, a temperature of 100 to 200 ° C, and a 5 to 15 W power condition. A metal wiring forming method using plasma CVD. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 전도층 형성 단계시 저저항 물질을 이용하는 것을 특징으로 하는 금속배선 형성방법.The metal wiring forming method, characterized in that to use a low resistance material in the conductive layer forming step. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 저저항 물질은 Al, Cu, Ag 및, 이들의 화합물 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 금속배선 형성방법.The low resistance material is Al, Cu, Ag and metal wiring forming method, characterized in that any one of these compounds. 배선 형성방법에 있어서,In the wiring formation method, 기판에 도전성 영역을 형성하는 단계;Forming a conductive region in the substrate; 상기 기판 전면에 절연막을 형성하는 단계;Forming an insulating film on the entire surface of the substrate; 상기 절연막을 선택적으로 식각하여 접속구멍을 형성하는 단계;Selectively etching the insulating film to form a connection hole; 상기 기판 전면에 도전성 물질을 증착한 후, 선택적으로 식각하여 접속 플러그를 형성하는 단계;Depositing a conductive material on the entire surface of the substrate and then selectively etching to form a connection plug; 상기 접속 플러그 및, 절연막 상에 배리어층을 형성하는 단계; 및Forming a barrier layer on the connection plug and the insulating film; And 상기 배리어층 상부에 도전성 물질을 증착하여 전도층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속배선 형성방법.Forming a conductive layer by depositing a conductive material on the barrier layer. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 도전성 영역은 불순물 확산층인 것을 특징으로 하는 금속배선 형성방법.And the conductive region is an impurity diffusion layer. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 접속 플러그 형성 단계시, Al, Cu, Ag 및, 이들의 화합물 중 어느 하나를 이용한 유기금속화합물을 소오스가스로 하여 300~800mTorr의 압력과 100~200℃의 온도 및, 5~15W 전력 조건으로 플라즈마 CVD법을 이용하는 것을 특징으로 하는 금속배선 형성방법.In the connecting plug forming step, Al, Cu, Ag, and an organometallic compound using any one of these compounds as a source gas under a pressure of 300 to 800 mTorr, a temperature of 100 to 200 ° C, and a 5 to 15 W power condition. A metal wiring forming method using plasma CVD. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 배리어층은 상기 접속플러그와 전도층 사이의 반응은 조절하기 위한 물질인 것을 특징으로 하는 금속배선 형성방법.And the barrier layer is a material for controlling a reaction between the connection plug and the conductive layer. 제7항에 있어서, 상기 전도층 형성 단계시 저저항 물질을 이용하는 것을 특징으로 하는 금속배선 형성방법.The method of claim 7, wherein a low resistance material is used in the conductive layer forming step. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 저저항 물질은 Al, Cu, Ag 및, 이들의 화합물 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 금속배선 형성방법.The low resistance material is Al, Cu, Ag and metal wiring forming method, characterized in that any one of these compounds. 배선 형성방법에 있어서,In the wiring formation method, 기판에 제1전도층을 형성하는 단계;Forming a first conductive layer on the substrate; 상기 기판 전면에 절연막을 형성하는 단계;Forming an insulating film on the entire surface of the substrate; 상기 절연막을 선택적으로 식각하여 접속구멍을 형성하는 단계;Selectively etching the insulating film to form a connection hole; 상기 기판 전면에 도전성 물질을 증착한 후, 선택적으로 식각하여 접속 플러그를 형성하는 단계;Depositing a conductive material on the entire surface of the substrate and then selectively etching to form a connection plug; 상기 접속 플러그 및, 절연막 상에 도전성 물질을 증착하여 제2전도층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속배선 형성방법.And forming a second conductive layer by depositing a conductive material on the connection plug and the insulating film. 제13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 접속 플러그 형성 단계시, Al, Cu, Ag 및, 이들의 화합물 중 어느 하나를 이용한 유기금속화합물을 소오스가스로 하여 300~800mTorr의 압력과 100~200℃의 온도 및, 5~15W 전력 조건으로 플라즈마 CVD법을 이용하는 것을 특징으로 하는 금속배선 형성방법.In the connecting plug forming step, Al, Cu, Ag, and an organometallic compound using any one of these compounds as a source gas under a pressure of 300 to 800 mTorr, a temperature of 100 to 200 ° C, and a 5 to 15 W power condition. A metal wiring forming method using plasma CVD. 제13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 제2전도층 형성 단계시 저저항 물질을 이용하는 것을 특징으로 하는 금속배선 형성방법.And forming a low resistance material during the second conductive layer forming step. 제15항에 있어서,The method of claim 15, 상기 저저항 물질은 Al, Cu, Ag 및, 이들의 화합물 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 금속배선 형성방법.The low resistance material is Al, Cu, Ag and metal wiring forming method, characterized in that any one of these compounds. 배선 형성방법에 있어서,In the wiring formation method, 기판에 제1전도층을 형성하는 단계;Forming a first conductive layer on the substrate; 상기 기판 전면에 절연막을 형성하는 단계;Forming an insulating film on the entire surface of the substrate; 상기 절연막을 선택적으로 식각하여 접속구멍을 형성하는 단계;Selectively etching the insulating film to form a connection hole; 상기 기판 전면에 도전성 물질을 증착한 후, 선택적으로 식각하여 접속 플러그를 형성하는 단계;Depositing a conductive material on the entire surface of the substrate and then selectively etching to form a connection plug; 상기 접속 플러그 및, 절연막 상에 배리어층을 형성하는 단계;Forming a barrier layer on the connection plug and the insulating film; 상기 배리어층 상부에 도전성 물질을 증착하여 제2도전층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속배선 형성방법.And depositing a conductive material on the barrier layer to form a second conductive layer. 제17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 접속 플러그 형성 단계시, Al, Cu, Ag 및, 이들의 화합물 중 어느 하나를 이용한 유기금속화합물을 소오스가스로 하여 300~800mTorr의 압력과 100~200℃의 온도 및, 5~15W 전력 조건으로 플라즈마 CVD법을 이용하는 것을 특징으로 하는 금속배선 형성방법.In the connecting plug forming step, Al, Cu, Ag, and an organometallic compound using any one of these compounds as a source gas under a pressure of 300 to 800 mTorr, a temperature of 100 to 200 ° C, and a 5 to 15 W power condition. A metal wiring forming method using plasma CVD. 제17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 베리어층은 상기 접속플러그와 제2전도층 사이의 반응을 조절하기 위한 물질인 것을 특징으로 하는 금속배선 형성방법.The barrier layer is a metal wiring forming method, characterized in that the material for controlling the reaction between the plug and the second conductive layer. 제17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 제2전도층 형성 단계시 저저항 물질을 이용하는 것을 특징으로 하는 금속배선 형성방법.And forming a low resistance material during the second conductive layer forming step. 제20항에 있어서,The method of claim 20, 상기 저저항 물질은 Al, Cu, Ag 및, 이들의 화합물 중에서 어느 하나인 것을 특징으로 하는 금속배선 형성방법.The low resistance material is Al, Cu, Ag and metal wiring forming method, characterized in that any one of these compounds.