KR100458295B1 - Contact plug formation method of semiconductor device - Google Patents
Contact plug formation method of semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- KR100458295B1 KR100458295B1 KR1019970079329A KR19970079329A KR100458295B1 KR 100458295 B1 KR100458295 B1 KR 100458295B1 KR 1019970079329 A KR1019970079329 A KR 1019970079329A KR 19970079329 A KR19970079329 A KR 19970079329A KR 100458295 B1 KR100458295 B1 KR 100458295B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- plug
- contact
- sccm
- forming
- semiconductor device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 72
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title abstract description 7
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 47
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 34
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims abstract description 34
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 29
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 27
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 31
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 claims description 22
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 claims description 22
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 claims description 13
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 10
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 claims description 9
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 claims description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 6
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 claims description 6
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 abstract description 7
- 238000005530 etching Methods 0.000 abstract description 3
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 abstract description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 44
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 44
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 44
- 239000010408 film Substances 0.000 description 23
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 3
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 2
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- -1 that is Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
- H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
- H01L21/76877—Filling of holes, grooves or trenches, e.g. vias, with conductive material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
- H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
- H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
- H01L21/28506—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
- H01L21/28512—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table
- H01L21/28556—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table by chemical means, e.g. CVD, LPCVD, PECVD, laser CVD
- H01L21/28562—Selective deposition
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
- H01L21/321—After treatment
- H01L21/3213—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer
- H01L21/32133—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only
- H01L21/32135—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only
- H01L21/32136—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only using plasmas
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
- H01L21/76801—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
- H01L21/76802—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing by forming openings in dielectrics
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야1. TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
본 발명은 반도체 소자의 콘택 플러그 형성 방법에 관한 것으로, 특히 금속 배선 형성 공정 중 콘택 플러그 형성시 콘택의 하부면 뿐만 아니라 콘택의 외부 및 콘택의 측벽에까지 증착되는 플러그용 금속을 NF3 플라즈마 식각을 이용하여 제거하면서 플러그를 형성시키는 방법에 관한 것임.The present invention relates to a method for forming a contact plug of a semiconductor device. In particular, during the formation of a metal wiring, a plug metal deposited not only on the bottom surface of the contact but also on the outside of the contact and the sidewall of the contact is formed using NF 3 plasma etching. To form a plug while removing the same.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제2. The technical problem to be solved by the invention
선택적 화학기상증착법을 이용한 콘택 플러그 형성 공정은 일정 증착 시간이 경과하면 증착의 선택성이 소실되어 콘택의 외부 및 콘택 측벽의 층간 절연막에도 플러그용 금속이 증착되는 문제점이 발생함.The process of forming a contact plug using a selective chemical vapor deposition method causes a problem that the selectivity of the deposition is lost after a certain deposition time, so that the metal for the plug is deposited on the outer layer of the contact and the interlayer insulating film on the contact sidewall.
3. 발명의 해결 방법의 요지3. Summary of the Solution of the Invention
선택적 화학기상증착법을 이용한 콘택 플러그 증착시 동일 반응기 내에서 NF3 플라즈마를 이용한 식각을 실시하여 불필요하게 증착된 플러그용 금속을 제거한 후, 다시 콘택 플러그 증착 공정을 진행하는 과정을 반복함.In the case of contact plug deposition using selective chemical vapor deposition, an etching process using NF 3 plasma was performed in the same reactor to remove unnecessary deposited plug metal, and then the contact plug deposition process was repeated.
4. 발명의 중요한 용도4. Important uses of the invention
반도체 소자의 금속 배선 형성 공정Metal wiring formation process of semiconductor device
Description
본 발명은 반도체 소자의 콘택 플러그 형성 방법에 관한 것으로, 특히 금속 배선 형성 공정 중 콘택 플러그 형성시 콘택의 하부면 뿐만 아니라 콘택의 외부 및 콘택의 측벽에까지 증착되는 플러그용 금속을 NF3 플라즈마 식각을 이용하여 제거하면서 플러그를 형성시키는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for forming a contact plug of a semiconductor device. In particular, during the formation of a metal wiring, a plug metal deposited not only on the bottom surface of the contact but also on the outside of the contact and the sidewall of the contact is formed using NF 3 plasma etching. The present invention relates to a method of forming a plug while removing.
반도체 소자의 금속 배선 형성 공정 중 선택적 화학기상증착법을 이용한 콘택 플러그 공정은 블랭킷(blanket) 플러그 공정에 비하여 플러그용 금속층 증착 동안에 발생하는 콘택 내부의 키 홀(key hole)의 발생이 없고 에치 백(etchback) 공정이 요구되지 않기 때문에 공정 단순화가 가능한 장점을 가지고 있다. 일반적인 선택적 화학기상증착법을 이용한 콘택 플러그 증착 공정의 기본 원리는 층간 절연막 위에서 플러그용 금속층의 핵 생성에 요구되는 활성화 에너지가 실리콘층 위에서의 핵 생성에 요구되는 활성화 에너지에 비하여 크기 때문에, 동일 증착 조건 하에서 플러그용 금속층 핵 생성층이 형성되기까지 필요한 시간이 상태적으로 길어져 실리콘층에서는 플러그용 금속층 박막이 형성되어도 층간 절연막에서는 층이 형성되지 않는 증착 선택성이 발생하는 것으로 알려져 있다.The contact plug process using selective chemical vapor deposition (CVD) during the metallization process of semiconductor devices has no key hole inside the contact and does not generate etchback during the deposition of the metal layer for the plug as compared to the blanket plug process. Since the process is not required, the process can be simplified. The basic principle of the contact plug deposition process using the general selective chemical vapor deposition method is that the activation energy required for nucleation of the plug metal layer on the interlayer insulating film is larger than the activation energy required for nucleation on the silicon layer. It is known that the time required for the formation of the plug metal layer nucleation layer is long, so that the deposition selectivity in which the layer is not formed in the interlayer insulating film occurs even when the plug metal layer thin film is formed in the silicon layer.
선택적 화학기상증착법을 이용한 콘택 플러그 공정은 층간절연막 내로 형성된 콘택 홀에 대하여 플러그용 금속층, 예를 들어 텅스텐(W)층 증착 반응 가스인 WF5 가스를 환원가스 없이 콘택 바닥에 노출된 실리콘층과 함께 환원 반응시켜 텅스텐의 핵 생성층을 형성시키는 단계와, 이후 WF6/H2 반응계에 의한 H2 환원 공정 또는 WF6/SiH4 반응계를 이용한 SiH4 환원 공정을 적용하여 벌크(bulk) 텅스텐을 증착하는 단계로 구성되어 있다. 즉, 초기의 핵 생성 반응은 2WF6 + 3Si → 2W + 3SiF4의 실리콘 환원 반응으로 이루어진다. 그리고, 벌크 텅스텐 증착 반응으로는 WF6 + 6H2 → W + 12HF의 WF6/H2 반응계에 의한 H2 환원 반응 및 2WF6 + 3SiH4 → 2W + 3SiF4 + 6H2의 WF6/SiH4 반응계를 이용한 SiH4 환원 반응으로 이루어진다.Contact plug process using a selective chemical vapor deposition process is for the plug with respect to the contact hole formed into the interlayer insulating film metal layer, such as tungsten (W) layer deposition reaction gas, with a silicon layer exposed to contact the floor, WF 5 gas without reduction gas Forming a nucleation layer of tungsten by reduction reaction, and then depositing bulk tungsten by applying a H 2 reduction process using a WF 6 / H 2 reaction system or a SiH 4 reduction process using a WF 6 / SiH 4 reaction system. It is composed of steps. That is, the initial nucleation reaction consists of a silicon reduction reaction of 2WF 6 + 3Si → 2W + 3SiF 4 . In addition, as a bulk tungsten deposition reaction, H 2 reduction reaction by WF 6 / H 2 reaction system of WF 6 + 6H 2 → W + 12HF and WF 6 / SiH 4 of 2WF 6 + 3SiH 4 → 2W + 3SiF 4 + 6H 2 SiH 4 reduction reaction using a reaction system.
그러나 이러한 종래의 선택적 화학기상증착법을 이용한 콘택 플러그 공정은 초기 핵 생성 단계 이후의 H2 환원 공정 또는 SiH4 환원 공정 단계에서 증착 공정이 어느 정도 진행되어 층간절연막 위에서의 핵 생성층이 형성될때까지 요구되는 시간 이상이 지나면 콘택 바닥의 실리콘층에서 뿐만 아니라 콘택 측벽과 콘택 외부의 층간 절연막 위에서도 핵 생성이 가능하게 된다. 그러므로 콘택 바닥의 실리콘층에서 뿐만 아니라 층간 절연막 내에서도 증착이 일어나게 되는 문제점을 가지고 있다. 이러한 선택적 손실(selectivity loss) 발생에 의한 층간 절연막 위에서의 플러그용 금속층의 증착은 최종의 증착 공정 후 콘택 내에 증착된 플러그에 보이드가 존재하게 되는 구조로 형성되며, 층간 절연막에 대한 불량한 접착력 특성으로 인하여 층간 절연막에서의 리프팅(lifting) 현상을 발생시킬 수 있으며, 무엇보다도 선택적 화학기상증착법을 이용한 콘택 플러그 공정의 정점인 에치 백 공정의 생략이 불가능하게 된다.However, the contact plug process using the conventional selective chemical vapor deposition method is required until the deposition process is somewhat progressed in the H 2 reduction process or the SiH 4 reduction process after the initial nucleation step until the nucleation layer is formed on the interlayer insulating film. After this time has elapsed, nucleation is possible not only on the silicon layer at the bottom of the contact but also on the contact sidewall and the interlayer insulating film outside the contact. Therefore, there is a problem that deposition occurs not only in the silicon layer of the contact bottom but also in the interlayer insulating film. The deposition of the metal layer for the plug on the interlayer insulating layer caused by the selective loss is formed in a structure in which voids are present in the plug deposited in the contact after the final deposition process, and due to the poor adhesion property to the interlayer insulating layer. Lifting phenomenon in the interlayer insulating film may occur, and above all, the etch back process, which is the vertex of the contact plug process using selective chemical vapor deposition, cannot be omitted.
도면을 통하여 상세히 설명하자면, 도 1(a)은 선택적 화학기상증착법을 이용한 텅스텐 플러그 공정의 초기 핵 생성 단계를 도시한 단면도이다. 반도체 소자를 형성하기 위한 여러 요소가 형성된 기판(11) 상부에 층간 절연막(12)을 증착하고 선택된 영역에 콘택 홀을 형성한다. 이후 공정으로 금속 배선을 형성하기 위한 선택적 화학기상증착법을 이용한 텅스텐 플러그 공정을 실시한다. 이 공정은 위에서 설명한 것과 같이 콘택 바닥에 노출된 기판(11)에 의한 실리콘 환원 반응에 의하여 텅스텐 핵 생성층(13A)을 50 Å 내지 800 Å의 두께로 형성시키는 것이다. 이 때 조건으로는 250 ℃ 내지 500 ℃의 온도 및 0.1 Torr 내지 10 Torr의 압력 조건하에서 WF6 반응 가스의 유량을 65 sccm 내지 100 sccm로 제어한다.1 (a) is a cross-sectional view showing the initial nucleation step of the tungsten plug process using a selective chemical vapor deposition method. An
도 1(b)는 WF6/H2 반응계 또는 WF6/SiH4 반응계에 의한 H2 환원 반응 또는 SiH4 환원 반응에 의한 벌크 텅스텐의 증착 단계를 도시한 단면도로써, 콘택 내부의 바닥에 텅스텐층(13B)이 3,000 Å 내지 7,000 Å의 두께로 증착된다. 이 때 250 ℃ 내지 500 ℃의 온도, 0.1 Torr 내지 100 Torr의 압력 조건 하에서, WF6/H2 반응계의 경우에는 WF6의 유량이 5 sccm 내지 500 sccm, H2의 유량이 10 sccm 내지 8,000 sccm이 되도록 제어하고, WF6/SiH4 반응계의 경우에는 SiH4의 유량이 10 sccm 내지 2,000 sccm이 되도록 제어한다.Figure 1 (b) is a cross-sectional view showing the deposition of bulk tungsten by the H 2 reduction reaction or SiH 4 reduction reaction by the WF 6 / H 2 reaction system or WF 6 / SiH 4 reaction system, a tungsten layer on the bottom inside the
도 1(c)는 층간 절연막(12) 상부에서 텅스텐의 핵 생성층이 형성되기까지 요구되는 시간 이후의 단계로써, 층간 절연막(12) 상부에서 텅스텐 증착 선택적 손실이 발생하여 콘택 내부 뿐만 아니라 콘택의 측벽 및 층간 절연막(12) 위에서도 어느정도 텅스텐층(13C)이 형성된 단면도이다.FIG. 1C is a step after a time required for the formation of a tungsten nucleation layer on the
선택적 손실을 발생시키는 원인은, 증착 공정 이전 표면의 청결(cleanliness) 정도와, 증착 반응에서 발생하는 반응 부산물, 플러그용 텅스텐의 콘택 측벽에서의 국부적 증착에 의한 영향 그리고 유전체막의 종류에 따른 영향등이 있다. 이러한 인자 중에서도 증착 공정 이전의 표면의 청결 정도에 따른 선택적 손실 현상을 막기 위하여 반도체 기판 표면을 전처리(pre-treatment)하므로써 선택적 증착이 가능한 증착 시간을 증가시킬 수 있다. 그러나, 증착 반응 동안에 생성되는 반응 부산물에 의한 영향은 다른 영향에 비하여 제어하기 어렵다. 선택적 손실을 발생시키는 반응 부산물로서는 WF6/H2 반응계의 경우 HF, WFx 등이 있으며, WF6/SiH4 반응계의 경우에는 SiFx, WFx 등이 있다. 특히, SiFx 와 같은 반응 부산물은 텅스텐 증착 반응이 진행되는 동안 생성된 후, 층간 절연막 위로의 흡착 정도가 매우 높아 WF6 + 3SiF → W + 3SiF4와 같은 반응을 통하여 층간 절연막 위에서 텅스텐 증착 선택적 손실에 의한 텅스텐의 핵 생성층을 형성시킨다. 형성된 텅스텐 핵 생성층 위로는 이후의 추가적인 텅스텐의 증착 및 성장이 급격히 일어나게 된다.The causes of selective losses include the degree of cleanliness of the surface prior to the deposition process, reaction by-products from the deposition reaction, the effects of local deposition on the contact sidewalls of tungsten plugs, and the type of dielectric film. have. Among these factors, the deposition time capable of selective deposition may be increased by pre-treating the surface of the semiconductor substrate to prevent selective loss due to the cleanliness of the surface before the deposition process. However, the effects of reaction by-products generated during the deposition reaction are difficult to control compared to other effects. Reaction by-products that cause selective loss include HF and WF x in the WF 6 / H 2 reaction system, and SiF x and WF x in the WF 6 / SiH 4 reaction system. In particular, reaction by-products such as SiF x are produced during the tungsten deposition reaction, and then the adsorption onto the interlayer insulating film is very high, thus the selective loss of tungsten deposition on the interlayer insulating film through a reaction such as WF 6 + 3SiF → W + 3SiF 4. By forming a tungsten nucleation layer. Above the formed tungsten nucleation layer, further deposition and growth of further tungsten occurs.
따라서 도 1(d)에 도시된 것과 같이, 콘택 내부 뿐만 아니라 콘택의 측벽 및 층간 절연막(12) 상부에 과도한 텅스텐층 증착되어 콘택 내부에 보이드(A)를 형성시키게 된다. 이렇게 형성된 텅스텐층(13C)은 불량한 접착력에 의해서 이후의 공정에서 텅스텐 리프팅 현상을 유발시킬 수 있다.Therefore, as shown in FIG. 1D, excessive tungsten layers are deposited not only inside the contact but also on the sidewalls of the contact and the
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하여 반도체 소자의 콘택 플러그를 형성하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to form a contact plug of a semiconductor device to solve the above problems.
상술한 목적을 달성하기 위한 반도체 소자의 반도체 소자의 콘택 플러그 형성 방법은, 반도체 소자를 형성하기 위한 여러 요소가 형성된 기판 상부에 층간 절연막을 형성하고 선택된 영역에 콘택 홀을 형성하는 단계와, 선택적 화학기상증착법을 이용하여 콘택 플러그를 형성하되, 콘택 홀 하부에 노출된 기판의 실리콘 성분과 제 1 반응 가스의 환원 반응으로 콘택 홀 하부면에 플러그를 형성시킬 초기 핵이 생성되도록 한 후, 제 2 반응 가스의 환원 공정을 적용하여 상기 초기 핵 상부에 플러그용 벌크 금속층이 형성되도록 하는 단계와, 상기 층간 절연막 상부에 플러그용 금속이 증착될 수 있는 핵 생성이 이루어지면 공정을 중지하고, NF3 플라즈마 건식 식각 방법으로 상기 층간 절연막 상부에 핵 생성으로 인해 형성된 플러그용 금속을 제거하는 단계와, 상기 선택적 화학기상증착법을 이용한 콘택 플러그의 증착 및 상기 건식 식각 공정을 반복하여 상기 콘택 홀 내부에만 플러그가 채워지도록 하는 단계를 포함하여 이루어 지는 것을 특징으로 한다.A method of forming a contact plug of a semiconductor device of a semiconductor device for achieving the above object includes forming an interlayer insulating film on a substrate on which various elements for forming the semiconductor device are formed and forming a contact hole in a selected region; The contact plug is formed by vapor deposition, and the second reaction is performed after the initial nucleus for forming the plug is formed on the bottom surface of the contact hole by a reduction reaction between the silicon component of the substrate exposed under the contact hole and the first reaction gas. Applying a gas reduction process to form a bulk metal layer for the plug on the initial nucleus; and stopping the process when nucleation is formed in which the plug metal may be deposited on the interlayer insulating layer, and stopping the NF 3 plasma dry Removing the plug metal formed by nucleation on the interlayer insulating layer by an etching method; And repeating the deposition of the contact plug using the selective chemical vapor deposition method and the dry etching process so that the plug is filled only inside the contact hole.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
도 2(a) 내지 도 2(d)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 소자의 콘택 플러그 형성 방법을 설명하기 위해 도시한 단면도이다.2 (a) to 2 (d) are cross-sectional views illustrating a method for forming a contact plug of a semiconductor device according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2(a)는 종래의 기술에서와 같이, 반도체 소자를 형성하기 위한 기판(21) 상부에 층간 절연막(22)을 증착하고 콘택 홀을 형성한 후, 선택적 화학기상증착법으로 콘택 플러그를 형성하는 단계를 도시한 단면도이다. 콘택 플러그 형성공정은 초기 핵 생성단계와 벌크 금속층 증착단계로 이루어진다. 먼저 초기 핵 생성단계에서는 콘택 바닥에 노출된 기판(21)에 의한 실리콘 환원 반응에 의하여 텅스텐 핵 생성층을 50 Å 내지 800 Å의 두께로 형성시킨다. 이때, 공정조건으로는 250 ℃ 내지 500 ℃의 온도 및 0.1 Torr 내지 10 Torr의 압력 조건하에서 WF6 반응 가스의 유량을 65 sccm 내지 100 sccm로 제어한다. 벌크 금속층 증착단계는 초기 텅스텐 핵 생성층 상부에 WF6/H2 반응계 또는 WF6/SiH4 반응계에 의한 H2 환원 반응 또는 SiH4 환원 반응에 의한 플러그용 벌크 텅스텐을 증착하는 공정으로 이루어지며, 벌크 텅스텐층이 3,000 Å 내지 7,000 Å의 두께로 증착된다. 이 때 250 ℃ 내지 500 ℃의 온도, 0.1 Torr 내지 100 Torr의 압력 조건 하에서, WF6/H2 반응계의 경우에는 WF6의 유량이 5 sccm 내지 500 sccm, H2의 유량이 10 sccm 내지 8,000 sccm이 되도록 제어하고, WF6/SiH4 반응계의 경우에는 SiH4의 유량이 10 sccm 내지 2,000 sccm이 되도록 제어한다. 이러한 과정을 통해, 층간 절연막(22) 상부에서 텅스텐 증착 선택적 손실이 발생하여 콘택 내부 뿐만 아니라, 콘택의 측벽 및 층간 절연막(22) 위에서도 어느 정도 텅스텐층(23A)이 형성되게 된다.2 (a) shows a method of forming a contact plug by depositing an
이 후 공정으로 선택적 손실 발생에 의해 형성된 층간 절연막(22) 상부 텅스텐층(23A)을 동일 반응기 내에서 인-시투 공정으로 건식 식각하되, NF3 플라즈마를 사용하여 식각한다. 고주파(RF) 전력에 의해 형성된 플로린(F)기는 텅스텐을 가스 상의 WF6 형태로 성장시켜 제거하게 된다. 이 단계에서는 콘택 바닥에서부터 형성된 선택적 텅스텐(23B)도 어느 정도 식각되지만, 이러한 선택적 텅스텐의 식각 정도는 매우 미미한 양이다. 따라서 층간 절연막(22) 위에서 선택적 손실에 의해 형성된 텅스텐(23A)이 완전히 제거될때까지 NF3 플라즈마에 의한 건식 식각 공정을 적용한다. NF3 플라즈마 건식 식각은 100 W 내지 300 W의 고주파를 인가하고, 0.1 Torr 내지 10 Torr의 압력, 250 ℃ 내지 600 ℃의 온도 범위에서 NF3 가스를 10 sccm 내지 200 sccm의 유량으로 제어하여 실시한다.Subsequently, the
도 2(b)는 NF3 플라즈마에 의한 건식 식각 공정을 통하여 콘택의 측벽 및 층간 절연막(22) 상부에 형성된 텅스텐층(23A)을 완전히 제거한 후, WF6/H2 반응계 또는 WF6/SiH4 반응계에 의하여 벌크 텅스텐의 재 증착한 단면도이다. 이 공정은 층간 절연막(22) 위에서의 텅스텐 증착 선택적 손실이 재 발생하기 전까지 계속 진행한다.FIG. 2 (b) shows a WF 6 / H 2 reaction system or WF 6 / SiH 4 after completely removing the
도 2(c)는 도 2(a)와 같이 마찬가지로 층간 절연막(22) 위에 텅스텐 증착 선택적 손실이 또다시 발생하여 텅스텐 핵 생성층이 콘택의 측벽과 층간 절연막(22) 위에서 형성된 단면도이다. 이러한 형태에서는 더 이상의 증착을 진행하지 않고 NF3 플라즈마에 의한 건식 식각 공정을 반복하여 진행한다.2 (c) is a cross-sectional view in which a tungsten nucleation layer is formed on the sidewalls of the contact and the
도 2(d)는 위와 같은 선택적 플러그의 증착 및 NF3 플라즈마에 의한 건식 식각을 동일 반응기 내에서 반복적으로 진행하여 콘택 플러그(23B)를 형성한 단면도이다. 따라서, 층간 절연막(22) 위로의 텅스텐의 증착이 없고 콘택 내부로도 보이드가 형성되지 않은 구조로써, 일반적인 블랭킷 텅스텐 공정을 통한 플러그 형성 공정에서 텅스텐의 증착 이후에 진행하는 에치 백 공정이 요구되지 않으며, 콘택 내에 보이드가 형성되지 않으므로, 종래의 텅스텐 플러그 공정에 비하여 공정 단순화를 이룰 뿐만 아니라 보다 신뢰성 있는 금속 배선 구조를 형성할 수 있다.2 (d) is a cross-sectional view of forming the
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 선택적 손실에 의한 층간 절연막 위로의 플러그용 금속층 즉, 텅스텐의 증착 문제를 해결할 수 있으므로, 텅스텐의 선택적 증착 공정의 가능성을 높일 수 있다. 또한 본 발명은 종래의 플러그 형성 공정에서 요구하던 에치백 공정을 실시하지 않으므로 공정 단순화를 통한 경비 절감을 이룰 수 있을 뿐만 아니라, 콘택 내의 텅스텐에 보이드 형성이 없는 보다 신뢰성 있는 금속 배선 구조의 형성이 가능한 탁월한 효과가 있다.As described above, according to the present invention, since the problem of depositing the plug metal layer, that is, tungsten, over the interlayer insulating film due to the selective loss can be solved, the possibility of the selective deposition process of tungsten can be enhanced. In addition, since the present invention does not perform the etch back process required in the conventional plug forming process, not only can reduce the cost by simplifying the process, but also form a more reliable metal wiring structure without void formation in tungsten in the contact. Excellent effect
도 1(a) 내지 도 1(d)는 종래의 기술에 의한 반도체 소자의 콘택 플러그 형성 방법을 설명하기 위해 도시한 단면도.1 (a) to 1 (d) are cross-sectional views for explaining a method for forming a contact plug of a semiconductor device according to the prior art.
도 2(a) 내지 도 2(d)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 소자의 콘택 플러그 형성 방법을 설명하기 위해 도시한 단면도.2 (a) to 2 (d) are cross-sectional views illustrating a method for forming a contact plug of a semiconductor device according to a preferred embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
11 및 21 : 반도체 기판 12 및 22 : 층간 절연막11 and 21:
13A, 13B, 13C, 23A, 23B, 23C : 플러그용 텅스텐13A, 13B, 13C, 23A, 23B, 23C: Tungsten for Plug
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1019970079329A KR100458295B1 (en) | 1997-12-30 | 1997-12-30 | Contact plug formation method of semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1019970079329A KR100458295B1 (en) | 1997-12-30 | 1997-12-30 | Contact plug formation method of semiconductor device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR19990059132A KR19990059132A (en) | 1999-07-26 |
KR100458295B1 true KR100458295B1 (en) | 2005-04-06 |
Family
ID=37301855
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1019970079329A Expired - Fee Related KR100458295B1 (en) | 1997-12-30 | 1997-12-30 | Contact plug formation method of semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100458295B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013003676A3 (en) * | 2011-06-30 | 2013-04-25 | Novellus Systems, Inc. | Systems and methods for controlling etch selectivity of various materials |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04186827A (en) * | 1990-11-21 | 1992-07-03 | Fujitsu Ltd | Manufacturing method of semiconductor device |
JPH06224150A (en) * | 1993-01-25 | 1994-08-12 | Kawasaki Steel Corp | Method for forming multilayer wiring structure |
KR970030327A (en) * | 1995-11-01 | 1997-06-26 | 김주용 | Method for manufacturing metal wiring of semiconductor device |
KR970030654A (en) * | 1995-11-03 | 1997-06-26 | 김주용 | Metal wire manufacturing method of semiconductor device |
-
1997
- 1997-12-30 KR KR1019970079329A patent/KR100458295B1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04186827A (en) * | 1990-11-21 | 1992-07-03 | Fujitsu Ltd | Manufacturing method of semiconductor device |
JPH06224150A (en) * | 1993-01-25 | 1994-08-12 | Kawasaki Steel Corp | Method for forming multilayer wiring structure |
KR970030327A (en) * | 1995-11-01 | 1997-06-26 | 김주용 | Method for manufacturing metal wiring of semiconductor device |
KR970030654A (en) * | 1995-11-03 | 1997-06-26 | 김주용 | Metal wire manufacturing method of semiconductor device |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013003676A3 (en) * | 2011-06-30 | 2013-04-25 | Novellus Systems, Inc. | Systems and methods for controlling etch selectivity of various materials |
US8883637B2 (en) | 2011-06-30 | 2014-11-11 | Novellus Systems, Inc. | Systems and methods for controlling etch selectivity of various materials |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR19990059132A (en) | 1999-07-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5665635A (en) | Method for forming field oxide film in semiconductor device | |
US20090104774A1 (en) | Method of manufacturing a semiconductor device | |
US20030008492A1 (en) | Method for fabricating semiconductor device and forming interlayer dielectric film using high-density plasma | |
US4963511A (en) | Method of reducing tungsten selectivity to a contact sidewall | |
KR20050017585A (en) | Method of gap-fill using a high density plasma deposision | |
KR100259692B1 (en) | Manufacturing method of semiconductor device with buried contact structure | |
KR100523618B1 (en) | Method for forming a contact hole in a semiconductor device | |
US7125809B1 (en) | Method and material for removing etch residue from high aspect ratio contact surfaces | |
KR100458295B1 (en) | Contact plug formation method of semiconductor device | |
KR100412195B1 (en) | Method of forming a dual damascene pattern in a semiconductor device | |
US6174795B1 (en) | Method for preventing tungsten contact plug loss after a backside pressure fault | |
JP2008305921A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
KR19990055155A (en) | Method of forming barrier metal film in semiconductor device | |
JPH06349774A (en) | Method of forming buried plug | |
JPS6362238A (en) | Depositing method of thin film | |
KR100440260B1 (en) | Method of forming a bitline in a semiconductor device | |
JP3129251B2 (en) | Contact plug formation method | |
JP4423021B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
JPH053170A (en) | Forming method of blanket tungsten plug | |
KR940011732B1 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
KR100641501B1 (en) | Metal line formation method of semiconductor device | |
US7217660B1 (en) | Method for manufacturing a semiconductor component that inhibits formation of wormholes | |
KR100414564B1 (en) | Method of forming a contact plug in a semiconductor device | |
KR100256240B1 (en) | Method of forming contact plug using selective tungsten growth | |
KR100571677B1 (en) | Tungsten Deposition Method for Keyhole Suppression |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 19971230 |
|
PG1501 | Laying open of application | ||
A201 | Request for examination | ||
PA0201 | Request for examination |
Patent event code: PA02012R01D Patent event date: 20021008 Comment text: Request for Examination of Application Patent event code: PA02011R01I Patent event date: 19971230 Comment text: Patent Application |
|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20040614 Patent event code: PE09021S01D |
|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20041105 |
|
GRNT | Written decision to grant | ||
PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20041112 Patent event code: PR07011E01D |
|
PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20041115 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
PG1601 | Publication of registration | ||
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20071025 Start annual number: 4 End annual number: 4 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20081027 Start annual number: 5 End annual number: 5 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20091028 Start annual number: 6 End annual number: 6 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20101025 Year of fee payment: 7 |
|
PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20101025 Start annual number: 7 End annual number: 7 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee | ||
PC1903 | Unpaid annual fee |