KR19980029717A - Method for manufacturing metal wiring contact of semiconductor device - Google Patents

Abstract

반도체소자의 금속배선 콘택 제조방법에 관한것으로, 콘택홀에서 베리어 금속으로 티타늄 나이트라이드막을 증착한다음, 그 상부에 텅스텐막을 증착하고, 열처리하는 공정에서 상기 티타늄 나이트라이드막의 상부면으로 산소이온이 주입되어 산화 티타늄 나이트라이드막이 형성된다. 그로인하여 티타늄 나이트라이드막의 강도가 증대되어 후속 공정으로 상부 금속층을 증착할때 티타늄 나이트라이드막이 깨지는 문제를 해결하여 상부 금속층과 하부층과의 접합 스파이킹이 발생되는 것을 방지할 수 있다.A method for manufacturing a metal interconnection contact of a semiconductor device, comprising depositing a titanium nitride film with a barrier metal in a contact hole, depositing a tungsten film thereon, and injecting oxygen ions into the upper surface of the titanium nitride film in a heat treatment process. Thus, a titanium oxide nitride film is formed. As a result, the strength of the titanium nitride film is increased to solve the problem that the titanium nitride film is broken when the upper metal layer is deposited in a subsequent process, thereby preventing the occurrence of junction spiking between the upper metal layer and the lower layer.

Description

반도체소자의 금속배선 콘택 제조방법.Method for manufacturing a metal wiring contact of a semiconductor device.

반도체소자 금속 배선 콘택 제조방법에 관한것으로, 특히 콘택홀에서 베리어 금속으로 형성되는 티타늄 나이트라이드막의 강도를 증대시켜 후속 공정으로 형성되는 금속층 증착시 금속층과 하부층과의 접합 스파이킹이 발생되는 것을 방지하도록 하는 반도체소자의 금속 배선 콘택 제조방법에 관한것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device metal wiring contact, and in particular, to increase the strength of a titanium nitride film formed of a barrier metal in a contact hole so as to prevent the occurrence of junction spiking between the metal layer and the lower layer during deposition of a metal layer formed in a subsequent process. The present invention relates to a method for manufacturing a metal wiring contact of a semiconductor device.

반도체소자에서 하부층에 상부의 금속층을 콘택하는 공정이 자주 이용되고 있다. 그러나, 절연층 상부에 금속층이 용이하게 증착되지 않고, 금속층의 접착력이 저하되기 때문에 글루층으로 티타늄막을 주로 이용한다. 또한, 콘택홀에서 실리콘 기판과 금속층이 콘택되는 경우 실리콘이 금속층으로 확산되는 접합 스파이킹 현상이 발생하는데 이러한 현상을 방지하기 위해 베리어 금속으로 티타늄 나이트라이드막을 이용한다. 그러나, 상기 티타늄막과 티타늄 나이트라이드막은 각각 300Å과 700Å정도로 증착하는 경우 0.6μm이하의 콘택홀에서는 후속 공정으로 금속층을 충분하게 채울수가 없으며, 특히 아르곤과 질소의 혼합비가 1 : 1.5의 비율에서 증착되는 티타늄 나이트라이드막의 비저항은 100-120μΩ.cm 정도를 갖는데 이러한 티타늄 나이트라이드막은 이후의 금속층 예를들어 알루미늄을 증착하는 경우 알루미늄에서 발생되는 스트레스에 의해 티타늄 나이트라이드막이 깨지는 문제가 발생되고, 이로인하여 금속층과 하부층과의 확산이 일어나는 접합 스파이킹이 발생하여 소자의 전기적 특성을 저하시키고 있다.In a semiconductor device, a process of contacting an upper metal layer to a lower layer is frequently used. However, since the metal layer is not easily deposited on the insulating layer and the adhesion of the metal layer is lowered, a titanium film is mainly used as the glue layer. In addition, when the silicon substrate and the metal layer are contacted in the contact hole, a junction spiking phenomenon occurs in which silicon is diffused into the metal layer. In order to prevent such a phenomenon, a titanium nitride film is used as the barrier metal. However, when the titanium film and the titanium nitride film are deposited at about 300Å and 700Å, respectively, the contact hole of 0.6 μm or less cannot sufficiently fill the metal layer by a subsequent process, and in particular, a mixture ratio of argon and nitrogen is deposited at a ratio of 1: 1.5. The titanium nitride film has a specific resistance of about 100-120 μΩ.cm. The titanium nitride film has a problem that the titanium nitride film is cracked due to the stress generated in the aluminum when the aluminum layer is deposited, for example. Junction spiking occurs, in which diffusion between the metal layer and the underlying layer occurs, degrading the electrical properties of the device.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 베리어 금속인 티타늄 나이트라이드막을 증착할때 질소의 비율을 증대시켜 다공성을 갖는 티타늄 나이트라이드막으로 형성하고, 후속 공정에서 티타늄 나이트라이드막의 표면에 산화 티타늄 나이트라이드막을 형성함으로써 티타늄 나이트라이드막의 강도를 증대시켜서 후속 공정으로 금속층을 증착할때 스트레스에 의해 티타늄 나이트라이드막이 깨지는 현상을 억제하는 반도체소자의 금속배선 콘택 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention provides a titanium nitride film having a porosity by increasing the proportion of nitrogen when the titanium nitride film, which is a barrier metal, is deposited, and titanium oxide nitride is formed on the surface of the titanium nitride film in a subsequent process. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a metal wiring contact of a semiconductor device which increases the strength of the titanium nitride film by forming a film and suppresses the phenomenon that the titanium nitride film is broken by stress when the metal layer is deposited in a subsequent process.

도1 내지 도4는 본 발명의 실시예에 의해 콘택홀에 티타늄막과 티타늄 나이트라이드막을 적층하고 그상부에 텅스텐막을 증착하고 열처리한후 알루미늄막을 증착한 것을 도시한 단면도이다.1 to 4 are cross-sectional views showing the deposition of an aluminum film after depositing a titanium film and a titanium nitride film in a contact hole and depositing a tungsten film and heat treatment thereon according to an embodiment of the present invention.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings

l : 반도체 기판 또는 도전층 2 : 절연층l: semiconductor substrate or conductive layer 2: insulating layer

3 : 콘택홀 4 : 티타늄막3: contact hole 4: titanium film

5 : 티타늄 나이트라이드막 6 : 텅스텐막5: titanium nitride film 6: tungsten film

7 : 알루미늄막7: aluminum film

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 반도체소자 제조방법에 있어서, 반도체 기판 또는 도전층 상부에 절연막을 형성하고, 콘택 마스크를 이용한 식각공정으로 콘택홀을 형성하는 단계와, 티타늄막을 증착하는 단계와, 상기 티타늄막 상부에 다공성의 티타늄 나이트라이드막을 증착하는 단계와, 상기 티타늄 나이트라이드막 상부에 텅스텐막을 증착하는 단계와, 상기 텅스텐막을 열처리하는 공정에서 텅스텐막 저부에 티타늄 나이트라이드막의 상부면에 산화 티타늄 나이트라이드막을 형성하는 단계와, 상기 텅스텐막 상부에 알루미늄막을 증착하는 단계를 포함하여 반도체소자의 금속배선 콘택을 제조하는 것이다.In accordance with another aspect of the present invention, a method of manufacturing a semiconductor device includes forming an insulating film on a semiconductor substrate or a conductive layer, forming a contact hole by an etching process using a contact mask, and depositing a titanium film; Depositing a porous titanium nitride film on the titanium film; depositing a tungsten film on the titanium nitride film; Forming a titanium nitride film, and depositing an aluminum film on the tungsten film to produce a metal wiring contact of the semiconductor device.

상기한 본 발명에 의해 베리어 금속으로 이용되는 티타늄 나이트라이드막 상부에 텅스텐막을 증착하여 비저항을 더욱 향상시킨 다음 열처리 공정시 산소를 주입하여 산화 티타늄 나이트라이드막을 형성하여 강도가 높은 티타늄 나이트라이드막을 형성함으로써 이후 공정시 스트레스에 의한 접합 스파이킹을 방지하여 소자의 전기적 특성을 향상 시킬 수가 있다.According to the present invention, by depositing a tungsten film on the titanium nitride film used as a barrier metal to further improve the resistivity, and then injecting oxygen during the heat treatment process, a titanium oxide film is formed to form a titanium nitride film having high strength. Afterwards, it is possible to prevent junction spiking due to stress in the process to improve the electrical characteristics of the device.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명 하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도1 내지 도4는 본 발명의 실시예에 의해 콘택홀에 금속 배선을 형성하는 단계를 도시한 단면도이다.1 to 4 are cross-sectional views illustrating a step of forming a metal wiring in a contact hole according to an embodiment of the present invention.

도1은 반도체 기판(1) 또는 도전층 상부에 절연막(2)을 형성하고, 콘택 마스크를 이용한 식각공정으로 상기 절연막(2)의 일정 부분을 식각하여 반도체 기판(1)이 노출되는 콘택홀(3)을 형성한다음, 금속층의 접착력을 증대시키기 위해 티타늄막(4)을 약 300Å의 두께로 증착한 단면도이다.1 illustrates a contact hole in which an insulating film 2 is formed on a semiconductor substrate 1 or a conductive layer, and a portion of the insulating film 2 is etched by an etching process using a contact mask to expose the semiconductor substrate 1. 3) is a cross-sectional view of the titanium film 4 deposited to a thickness of about 300 kPa to increase the adhesion of the metal layer.

도2는 상기 티타늄막(4)을 증착한다음, 동일 챔버에서 연속공정으로 티타늄 나이트라이드막(5)을 스퍼터링한 것을 도시한 단면도로서, 상기 티타늄 나이트라이드막(5)은 PVD(plazma vapor deposition) 챔버에서 6-7mTorr 의 압력과 아르곤과 질소의 혼합비를 1 : 2.5 의 조건에서 스퍼터링한 것으로, 질소의 비율이 높아짐에 의해 다공성 티타늄 나이트라이드막(5)으로 형성되어 비저항이 400-450μΩ.cm으로 증대된다.FIG. 2 is a cross-sectional view showing the sputtering of the titanium nitride film 5 in the same chamber after deposition of the titanium film 4, wherein the titanium nitride film 5 is a plasma vapor deposition (PVD). ) The sputtering of the pressure of 6-7mTorr and the mixing ratio of argon and nitrogen in the condition of 1: 2.5 in the chamber. As the ratio of nitrogen is increased, it is formed into the porous titanium nitride film 5 and the specific resistance is 400-450μΩ.cm Is increased.

도3은 상기 티타늄 나이트라이드막(5)의 강도를 높이기 위해 CVD법으로 텅스텐막(6)을 1000-1500Å의 두께로 증착한 다음 약 450℃의 온도와 질소 분위기에서 약 20분 동안 열처리를 실시한 단면도이다.FIG. 3 shows that a tungsten film 6 is deposited to a thickness of 1000-1500 kPa by CVD to increase the strength of the titanium nitride film 5, and then heat-treated for about 20 minutes at a temperature of about 450 ° C. and a nitrogen atmosphere. It is a cross section.

참고로, 상기 텅스텐막(6)을 증착한다음, 약 450℃의 온도를 갖는 챔버에 웨이퍼를 로딩하는데 소요되는 시간이 약 10-15분이 소요되는데 이때 대기중에 있는 산소가 상기 텅스텐막(6)과 티타늄 실리사이드막(5)의 계면으로 주입되어 이계면에 산화 티타늄 나이트라이드막(TiON)(도시안됨)이 형성된다. 상기 산화 티타늄 나이트라이드막은 티타늄 실리사이드막의 다공에 산소 이온이 주입되는 것으로 막의 강도가 현저하게 향상된다.For reference, after depositing the tungsten film 6, it takes about 10-15 minutes to load the wafer into a chamber having a temperature of about 450 ℃, the oxygen in the atmosphere is the tungsten film (6) The titanium oxide nitride film TiON (not shown) is formed at the interface between the titanium silicide film 5 and the titanium silicide film 5. In the titanium oxide film, oxygen ions are injected into the pores of the titanium silicide film, thereby significantly improving the strength of the film.

도4는 상기 텅스텐막(6) 상부에 알루미늄막(7)을 증착한 단면도이다.4 is a cross-sectional view in which an aluminum film 7 is deposited on the tungsten film 6.

이후의 공정은 금속 배선 패턴닝 공정을 실시한다.Subsequent processes perform a metal wiring patterning process.

상기한 본 발명에 의해 베리어 금속으로 이용되는 티타늄 나이트라이드막을 다공성의 티타늄 나이트라이드막으로 형성하고, 그 상부에 텅스텐막을 증착한 다음, 열처리 공정시 산소가 상기 티타늄 나이트타이드막으로 주입되어 산화 티타늄 나이트라이드막을 형성하게 된다. 그로인하여 티타늄 나이트라이드막의 강도가 증대되어 상부에 알루미늄막을 형성하더라도 스트레스에 의한 상기 티타늄 나이트라이드막이 깨어져서 하부의 반도체 기판과 접합 스파이킹이 발생되는 것을 방지하여 소자의 전기적 특성을 향상 시킬 수가 있다.According to the present invention, a titanium nitride film used as a barrier metal is formed of a porous titanium nitride film, a tungsten film is deposited thereon, and oxygen is injected into the titanium nitide film during the heat treatment process, thereby making titanium oxide A ride film is formed. As a result, even if the titanium nitride film is increased in strength to form an aluminum film thereon, the titanium nitride film may be cracked due to stress, thereby preventing the occurrence of junction spiking with the lower semiconductor substrate, thereby improving the electrical characteristics of the device.

Claims (5)

반도체소자 제조방법에 있어서, 반도체 기판 또는 도전층 상부에 절연막을 형성하고, 콘택 마스크를 이용한 식각공정으로 콘택홀을 형성하는 단계와, 티타늄막을 증착하는 단계와, 상기 티타늄막 상부에 다공성의 티타늄 나이트라이드막을 증착하는 단계와, 상기 티타늄 나이트라이드막 상부에 텅스텐막을 증착하는 단계와, 상기 텅스텐막을 열처리하는 공정에서 텅스텐막 저부에 티타늄 나이트라이드막의 상부면에 산화 티타늄 나이트라이드막을 형성하는 단계와, 상기 텅스텐막 상부에 알루미늄막을 증착하는 단계를 포함하는 반도체소자의 금속배선 콘택 제조방법.In the method of manufacturing a semiconductor device, forming an insulating film on a semiconductor substrate or a conductive layer, forming a contact hole by an etching process using a contact mask, depositing a titanium film, porous titanium nitride on the titanium film Depositing a nitride film, depositing a tungsten film on the titanium nitride film; Method of manufacturing a metal wiring contact of a semiconductor device comprising the step of depositing an aluminum film on the tungsten film. 상기 제1항에 있어서, 상기 티타늄막은 약300Å의 두께로 증착하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 금속배선 콘택 제조방법.The method of claim 1, wherein the titanium film is deposited to a thickness of about 300 GPa. 상기 제1항에 있어서, 상기 티타늄 나이트라이드막은 아르곤과 질소의 비는 1 : 2.5 이며, 챔버 압력이 6-7mTorr의 조건에서 형성하는 것을 특징으로 하는 반도제소자의 금속배선 콘택 제조방법.The method of claim 1, wherein the titanium nitride film has a ratio of argon to nitrogen of 1: 2.5 and a chamber pressure of 6-7 mTorr. 상기 제1항에 있어서, 상기 산화 티타늄 나이트라이드막은 약 450℃의 온도의 챔버에 웨이퍼를 로딩할때 대기에 포함된 산소가 티타늄 나이트라이드막으로 주입되어 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 금속배선 콘택 제조방법.The metal wiring of claim 1, wherein the titanium oxide nitride film is formed by injecting oxygen contained in the atmosphere into the titanium nitride film when loading the wafer into a chamber at a temperature of about 450 ° C. 3. Contact manufacturing method. 상기 제1항에 있어서, 상기 열처리 공정은 질소 분위기에서 약 20분 동안 열처리하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 금속배선 콘택 제조방법.The method of claim 1, wherein the heat treatment is performed for about 20 minutes in a nitrogen atmosphere.