JP2000232106A - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置および半導体装置の製造方法Info
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- JP2000232106A JP2000232106A JP11032470A JP3247099A JP2000232106A JP 2000232106 A JP2000232106 A JP 2000232106A JP 11032470 A JP11032470 A JP 11032470A JP 3247099 A JP3247099 A JP 3247099A JP 2000232106 A JP2000232106 A JP 2000232106A
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Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【課題】 デュアルダマシン法により溝配線を形成する
ことが可能であり、エッチングストッパ膜の電気容量が
低減された、或いはエッチングストッパ膜に起因する絶
縁膜の密着性の低下が防止された半導体装置および半導
体装置の製造方法を提供すること。 【解決手段】半導体装置1は、半導体基板2と、この半
導体基板2の一方の主面上に形成された第1の絶縁膜4
と、この第1の絶縁膜4上に形成されパターニングされ
た低誘電率膜と、これら第1の絶縁膜4および低誘電率
膜上に形成され、底面がこの低誘電率膜で構成された複
数の溝部を有する第2の絶縁膜6と、これら複数の溝部
のそれぞれを導電性材料で埋め込んでなる複数の導電部
9,10とを具備する。
ことが可能であり、エッチングストッパ膜の電気容量が
低減された、或いはエッチングストッパ膜に起因する絶
縁膜の密着性の低下が防止された半導体装置および半導
体装置の製造方法を提供すること。 【解決手段】半導体装置1は、半導体基板2と、この半
導体基板2の一方の主面上に形成された第1の絶縁膜4
と、この第1の絶縁膜4上に形成されパターニングされ
た低誘電率膜と、これら第1の絶縁膜4および低誘電率
膜上に形成され、底面がこの低誘電率膜で構成された複
数の溝部を有する第2の絶縁膜6と、これら複数の溝部
のそれぞれを導電性材料で埋め込んでなる複数の導電部
9,10とを具備する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、溝配線を有する半
導体装置および半導体装置の製造方法に関する。
導体装置および半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体デバイスの製造プロセスにおいて
は、溝配線の形成にデュアルダマシン法が多用されてい
る。デュアルダマシン法による配線の形成は、例えば、
以下に示す方法により行われる。
は、溝配線の形成にデュアルダマシン法が多用されてい
る。デュアルダマシン法による配線の形成は、例えば、
以下に示す方法により行われる。
【0003】まず、シリコンウエハ2上に、下層配線3
を形成する。次に、シリコンウエハ2上に、下層配線3
を覆うように、第1の絶縁膜として酸化シリコン(Si
O2)膜4を形成する。その後、SiO2膜4上に、窒
化シリコン(SiN)膜15を形成する。さらに、この
SiN膜15をパターニングして、下層配線3と後で形
成する溝配線との接続が行われる領域に、下層配線3の
幅よりも小さな幅の開口部を設ける(図4(a))。
を形成する。次に、シリコンウエハ2上に、下層配線3
を覆うように、第1の絶縁膜として酸化シリコン(Si
O2)膜4を形成する。その後、SiO2膜4上に、窒
化シリコン(SiN)膜15を形成する。さらに、この
SiN膜15をパターニングして、下層配線3と後で形
成する溝配線との接続が行われる領域に、下層配線3の
幅よりも小さな幅の開口部を設ける(図4(a))。
【0004】次に、SiO2膜4およびSiN膜15上
に、SiO2膜6を形成する(図4(b))。その後、
SiO2膜6上にエッチングマスクとしてのSiN膜1
7を形成する。さらに、SiN膜17上にフォトレジス
ト層8を形成し、フォトリソグラフィー技術等を用いて
フォトレジスト層8に開口部を形成する。このフォトレ
ジスト層8をマスクとして用いてSiN膜17をエッチ
ングすることにより、SiN膜17に開口部を形成する
(図4(c))。
に、SiO2膜6を形成する(図4(b))。その後、
SiO2膜6上にエッチングマスクとしてのSiN膜1
7を形成する。さらに、SiN膜17上にフォトレジス
ト層8を形成し、フォトリソグラフィー技術等を用いて
フォトレジスト層8に開口部を形成する。このフォトレ
ジスト層8をマスクとして用いてSiN膜17をエッチ
ングすることにより、SiN膜17に開口部を形成する
(図4(c))。
【0005】以上のようにしてパターニングしたSiN
膜17をエッチングマスクとし、SiN膜15をエッチ
ングストッパ膜として用いて、SiO2膜4,6をエッ
チングする(図4(d))。それにより、SiO2膜
4,6のそれぞれに溝部が形成される。
膜17をエッチングマスクとし、SiN膜15をエッチ
ングストッパ膜として用いて、SiO2膜4,6をエッ
チングする(図4(d))。それにより、SiO2膜
4,6のそれぞれに溝部が形成される。
【0006】これら溝部の内壁にCVD(Chemical Vap
or Deposition)法等によりバリアメタル層(図示せ
ず)を形成した後、CVD法等を用いて、これら溝部が
埋め込まれるように、導電性材料からなる薄膜を形成す
る。さらに、CMP(ChemicalMechanical Polishing)
法を用いて、この導電性材料からなる薄膜の表面を平坦
化することにより、上記溝部の外側の導電性材料を除去
し、溝部内の導電性材料のみを選択的に残置させる(図
4(e))。以上のようにして、溝配線9およびプラグ
10を有する導電部が形成される。
or Deposition)法等によりバリアメタル層(図示せ
ず)を形成した後、CVD法等を用いて、これら溝部が
埋め込まれるように、導電性材料からなる薄膜を形成す
る。さらに、CMP(ChemicalMechanical Polishing)
法を用いて、この導電性材料からなる薄膜の表面を平坦
化することにより、上記溝部の外側の導電性材料を除去
し、溝部内の導電性材料のみを選択的に残置させる(図
4(e))。以上のようにして、溝配線9およびプラグ
10を有する導電部が形成される。
【0007】このような溝配線の形成工程においては、
溝配線と下層配線との接続は、エッチングストッパ層で
ある窒化シリコン膜の有無により制御される。すなわ
ち、エッチングストッパ層である窒化シリコン膜の開口
部周囲の領域においては、エッチングは窒化シリコン膜
の表面で停止される。そのため、溝と下層配線との間に
は層間絶縁膜および窒化シリコン膜が介在し、溝配線と
下層配線とは電気的に絶縁される。それに対し、開口部
の内側の領域においては、エッチングは、窒化シリコン
膜に妨げられることなく進行する。そのため、この領域
においては、より深い溝が形成される。したがって、エ
ッチングストッパ層である窒化シリコン膜に、この溝の
底面が下層配線の表面となるように開口部を形成するこ
とにより、溝配線と下層配線とを電気的に接続すること
が可能となる。
溝配線と下層配線との接続は、エッチングストッパ層で
ある窒化シリコン膜の有無により制御される。すなわ
ち、エッチングストッパ層である窒化シリコン膜の開口
部周囲の領域においては、エッチングは窒化シリコン膜
の表面で停止される。そのため、溝と下層配線との間に
は層間絶縁膜および窒化シリコン膜が介在し、溝配線と
下層配線とは電気的に絶縁される。それに対し、開口部
の内側の領域においては、エッチングは、窒化シリコン
膜に妨げられることなく進行する。そのため、この領域
においては、より深い溝が形成される。したがって、エ
ッチングストッパ層である窒化シリコン膜に、この溝の
底面が下層配線の表面となるように開口部を形成するこ
とにより、溝配線と下層配線とを電気的に接続すること
が可能となる。
【0008】このように、デュアルダマシン法による
と、配線を3次元的に形成することが可能であるが、そ
の反面で、従来のデュアルダマシン法は、様々な問題を
有している。
と、配線を3次元的に形成することが可能であるが、そ
の反面で、従来のデュアルダマシン法は、様々な問題を
有している。
【0009】例えば、エッチングストッパ層に使用され
る窒化シリコンは、層間絶縁膜として通常用いられる酸
化シリコンに対するエッチング選択比がそれほど低くな
い(窒化シリコンのエッチングレート/酸化シリコンの
エッチングレートは、1/10程度)。そのため、上述
したプロセスにおいて良好な形状のパターンを形成する
ためには、エッチングストッパ層を厚く形成する必要が
ある。しかしながら、シリコン窒化物の誘電率は、7.
5程度と非常に高いため、エッチングストッパ層の電気
容量が過剰に高くなり、最終的に形成される半導体デバ
イスの動作に悪影響を与える場合がある。また、層間絶
縁膜の材料によっては、このようなエッチングストップ
層として酸化シリコンを用いる場合もあるが、酸化シリ
コンの誘電率も3.9〜4.1と高く同様の問題が生じ
る。特に、層間絶縁膜として誘電率が2.5〜3程度の
低誘電率膜を用いる場合には、このような悪影響が大き
い。
る窒化シリコンは、層間絶縁膜として通常用いられる酸
化シリコンに対するエッチング選択比がそれほど低くな
い(窒化シリコンのエッチングレート/酸化シリコンの
エッチングレートは、1/10程度)。そのため、上述
したプロセスにおいて良好な形状のパターンを形成する
ためには、エッチングストッパ層を厚く形成する必要が
ある。しかしながら、シリコン窒化物の誘電率は、7.
5程度と非常に高いため、エッチングストッパ層の電気
容量が過剰に高くなり、最終的に形成される半導体デバ
イスの動作に悪影響を与える場合がある。また、層間絶
縁膜の材料によっては、このようなエッチングストップ
層として酸化シリコンを用いる場合もあるが、酸化シリ
コンの誘電率も3.9〜4.1と高く同様の問題が生じ
る。特に、層間絶縁膜として誘電率が2.5〜3程度の
低誘電率膜を用いる場合には、このような悪影響が大き
い。
【0010】また、このように、上層の層間絶縁膜と下
層の層間絶縁膜との間にエッチングストッパ層が介在さ
れている場合には、上層の層間絶縁膜とエッチングスト
ッパ層との間の密着性が不十分となることがある。
層の層間絶縁膜との間にエッチングストッパ層が介在さ
れている場合には、上層の層間絶縁膜とエッチングスト
ッパ層との間の密着性が不十分となることがある。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる事情に
鑑みてなされたものであって、溝配線構造を有し、エッ
チングストッパ膜の電気容量が低減された半導体装置お
よびその製造方法を提供することを目的とする。また、
本発明は、溝配線構造を有し、エッチングストッパ膜に
起因する絶縁膜の密着性の低下が生じない半導体装置お
よびその製造方法を提供することを目的とする。
鑑みてなされたものであって、溝配線構造を有し、エッ
チングストッパ膜の電気容量が低減された半導体装置お
よびその製造方法を提供することを目的とする。また、
本発明は、溝配線構造を有し、エッチングストッパ膜に
起因する絶縁膜の密着性の低下が生じない半導体装置お
よびその製造方法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、半導体基板と、この半導体基板の一方の
主面上に形成された第1の絶縁膜と、この第1の絶縁膜
上に形成されパターニングされた導電性膜と、これら第
1の絶縁膜および導電性膜上に形成され、底面がこの導
電性膜で構成された複数の溝部を有する第2の絶縁膜
と、これら複数の溝部のそれぞれを導電性材料で埋め込
んでなる複数の導電部とを具備することを特徴とする半
導体装置を提供する。
に、本発明は、半導体基板と、この半導体基板の一方の
主面上に形成された第1の絶縁膜と、この第1の絶縁膜
上に形成されパターニングされた導電性膜と、これら第
1の絶縁膜および導電性膜上に形成され、底面がこの導
電性膜で構成された複数の溝部を有する第2の絶縁膜
と、これら複数の溝部のそれぞれを導電性材料で埋め込
んでなる複数の導電部とを具備することを特徴とする半
導体装置を提供する。
【0013】また、本発明は、半導体基板の一方の主面
上に第1の絶縁膜を形成する工程と、この第1の絶縁膜
上にパターニングされた低誘電率膜を形成する工程と、
これら第1の絶縁膜および低誘電率膜上に第2の絶縁膜
を形成する工程と、この第2の絶縁膜上にエッチングマ
スクを形成し、上記低誘電率膜をストッパ膜として用い
て上記第1および第2の絶縁膜をエッチングすることに
より、この第2の絶縁膜に溝部を形成する工程と、この
溝部を導電性材料で埋め込む工程とを有することを特徴
とする半導体装置の製造方法を提供する。
上に第1の絶縁膜を形成する工程と、この第1の絶縁膜
上にパターニングされた低誘電率膜を形成する工程と、
これら第1の絶縁膜および低誘電率膜上に第2の絶縁膜
を形成する工程と、この第2の絶縁膜上にエッチングマ
スクを形成し、上記低誘電率膜をストッパ膜として用い
て上記第1および第2の絶縁膜をエッチングすることに
より、この第2の絶縁膜に溝部を形成する工程と、この
溝部を導電性材料で埋め込む工程とを有することを特徴
とする半導体装置の製造方法を提供する。
【0014】従来は、エッチングストッパ膜として、高
耐エッチング性を有する絶縁材料である窒化シリコン膜
を用いていた。しかしながら、上述したように、窒化シ
リコン膜は酸化シリコン膜に対するエッチング選択性が
比較的低いため、エッチングストッパ膜をより厚く形成
する必要がある。そのため、エッチングストッパ膜の電
気容量が過剰に高くなり、最終的に形成される半導体デ
バイスの動作に悪影響を与える場合があった。
耐エッチング性を有する絶縁材料である窒化シリコン膜
を用いていた。しかしながら、上述したように、窒化シ
リコン膜は酸化シリコン膜に対するエッチング選択性が
比較的低いため、エッチングストッパ膜をより厚く形成
する必要がある。そのため、エッチングストッパ膜の電
気容量が過剰に高くなり、最終的に形成される半導体デ
バイスの動作に悪影響を与える場合があった。
【0015】これに対し、本発明においては、エッチン
グストッパ層として第1の絶縁膜と第2の絶縁膜との間
に設けられたパターニングされた導電性膜を用いる。こ
の導電性膜は、通常、配線層として用いられるものであ
り、耐エッチング性が高くエッチングストッパ層として
適している。また、導電性であるため誘電性がない。さ
らに、絶縁膜として通常用いられる酸化シリコンに対し
て十分なエッチング選択性を有しているため、比較的薄
くすることが可能である。したがって、エッチングスト
ッパ層の電気容量を低減することが可能となり、最終的
に形成される半導体デバイスの動作に与える悪影響を低
減することができる。
グストッパ層として第1の絶縁膜と第2の絶縁膜との間
に設けられたパターニングされた導電性膜を用いる。こ
の導電性膜は、通常、配線層として用いられるものであ
り、耐エッチング性が高くエッチングストッパ層として
適している。また、導電性であるため誘電性がない。さ
らに、絶縁膜として通常用いられる酸化シリコンに対し
て十分なエッチング選択性を有しているため、比較的薄
くすることが可能である。したがって、エッチングスト
ッパ層の電気容量を低減することが可能となり、最終的
に形成される半導体デバイスの動作に与える悪影響を低
減することができる。
【0016】また、このような導電性膜は、通常、配線
層として形成されるため、第1の絶縁膜と第2の絶縁膜
との間の全てに導電性膜が介在している訳ではなく、導
電性膜が存在している部分以外は第1の絶縁膜と第2の
絶縁膜とが接触しているから、上層の第2の絶縁膜とエ
ッチングストッパ膜との密着性は問題とならない。
層として形成されるため、第1の絶縁膜と第2の絶縁膜
との間の全てに導電性膜が介在している訳ではなく、導
電性膜が存在している部分以外は第1の絶縁膜と第2の
絶縁膜とが接触しているから、上層の第2の絶縁膜とエ
ッチングストッパ膜との密着性は問題とならない。
【0017】このような導電性膜に用いられる材料とし
ては、通常、配線層として用いられている材料、例え
ば、Ti,TiN,WN,Ta,TaN,Al,および
Al−Cuのような金属,金属化合物,および合金等を
挙げることができる。これら材料は、導電性材料である
から誘電率が高いという問題が生じず、かつシリコン酸
化物に対して十分に高いエッチング選択性を有してい
る。したがって、上述した効果を得ることができる。
ては、通常、配線層として用いられている材料、例え
ば、Ti,TiN,WN,Ta,TaN,Al,および
Al−Cuのような金属,金属化合物,および合金等を
挙げることができる。これら材料は、導電性材料である
から誘電率が高いという問題が生じず、かつシリコン酸
化物に対して十分に高いエッチング選択性を有してい
る。したがって、上述した効果を得ることができる。
【0018】本発明が対象としている溝配線を有する半
導体装置は、通常、半導体基板と第1の絶縁膜との間
に、パターニングされた配線層が設けられ、また、上述
した導電性膜の溝部の底面を構成する領域の少なくとも
一部には、通常、開口部が形成される。このような場
合、開口部に対応する部分では、エッチングは導電性膜
の表面の位置で停止されず、配線層の表面まで進行す
る。その結果、第1の絶縁膜の上記開口部に対応する領
域に溝部が形成され、結局、第2の絶縁膜の表面から配
線層の上面にまで達する溝部を形成することができる。
導体装置は、通常、半導体基板と第1の絶縁膜との間
に、パターニングされた配線層が設けられ、また、上述
した導電性膜の溝部の底面を構成する領域の少なくとも
一部には、通常、開口部が形成される。このような場
合、開口部に対応する部分では、エッチングは導電性膜
の表面の位置で停止されず、配線層の表面まで進行す
る。その結果、第1の絶縁膜の上記開口部に対応する領
域に溝部が形成され、結局、第2の絶縁膜の表面から配
線層の上面にまで達する溝部を形成することができる。
【0019】したがって、第2の絶縁膜の溝部を導電性
材料で埋め込む際に、第2の絶縁膜の表面から配線層の
上面にまで達する溝部も導電性材料で埋め込むことがで
きる。すなわち、エッチングストッパ層である導電性膜
に開口部を設けることにより、溝部を導電性材料で埋め
込んでなる導電部と、半導体基板と第1の絶縁膜との間
に設けられた配線層との間の接続/非接続を制御するこ
とが可能となる。
材料で埋め込む際に、第2の絶縁膜の表面から配線層の
上面にまで達する溝部も導電性材料で埋め込むことがで
きる。すなわち、エッチングストッパ層である導電性膜
に開口部を設けることにより、溝部を導電性材料で埋め
込んでなる導電部と、半導体基板と第1の絶縁膜との間
に設けられた配線層との間の接続/非接続を制御するこ
とが可能となる。
【0020】このように、本発明によれば、十分なエッ
チング選択比を維持し、エッチングストッパ層の電気容
量を低減しつつ、デュアルダマシン法により溝配線を形
成することが可能となる。また、層間の密着性を低下さ
せることなく、デュアルダマシン法により溝配線を形成
することが可能となる。
チング選択比を維持し、エッチングストッパ層の電気容
量を低減しつつ、デュアルダマシン法により溝配線を形
成することが可能となる。また、層間の密着性を低下さ
せることなく、デュアルダマシン法により溝配線を形成
することが可能となる。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明
の第1の実施形態に係る半導体装置の製造プロセスを概
略的に示す断面図である。
て図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明
の第1の実施形態に係る半導体装置の製造プロセスを概
略的に示す断面図である。
【0022】まず、図1の(a)に示すように、半導体
基板、例えばシリコンウエハ2上に、下層配線3を形成
する。次に、例えばCVD法により、シリコンウエハ2
上に、下層配線3を覆うように、第1の絶縁膜として酸
化シリコン(SiO2)膜4を形成する。なお、下層配
線層3に用いる材料は、導電性を有し、かつ第1の絶縁
膜4に比べてエッチングレートが十分に低いものであれ
ば特に制限はなく、下層配線に一般的に使用されるどの
ような材料も使用することができる。
基板、例えばシリコンウエハ2上に、下層配線3を形成
する。次に、例えばCVD法により、シリコンウエハ2
上に、下層配線3を覆うように、第1の絶縁膜として酸
化シリコン(SiO2)膜4を形成する。なお、下層配
線層3に用いる材料は、導電性を有し、かつ第1の絶縁
膜4に比べてエッチングレートが十分に低いものであれ
ば特に制限はなく、下層配線に一般的に使用されるどの
ような材料も使用することができる。
【0023】次に、SiO2膜4上に、導電性材料、例
えばTiNからなる薄膜を形成し、これをパターニング
して、導電性膜であるTiN膜5-1,5-2を形成する。
このTiN膜5-1,5-2は後述するようにエッチングス
トッパ層としての機能を有するとともに配線層として使
用される。また、TiN膜5-1,5-2は高い耐エッチン
グ性を有しており、SiO2膜4に比べてエッチングレ
ートが十分に低い(TiNのエッチングレート/SiO
2のエッチングレート<1/15)。TiN膜5-1,5
-2は、下層配線3に対応する位置に、下層配線3の幅よ
りも広い幅を有するように形成される。また、下層配線
層3と後で形成する溝配線との接続が行われる位置に形
成されるTiN膜5-1には、開口部5aを設ける。
えばTiNからなる薄膜を形成し、これをパターニング
して、導電性膜であるTiN膜5-1,5-2を形成する。
このTiN膜5-1,5-2は後述するようにエッチングス
トッパ層としての機能を有するとともに配線層として使
用される。また、TiN膜5-1,5-2は高い耐エッチン
グ性を有しており、SiO2膜4に比べてエッチングレ
ートが十分に低い(TiNのエッチングレート/SiO
2のエッチングレート<1/15)。TiN膜5-1,5
-2は、下層配線3に対応する位置に、下層配線3の幅よ
りも広い幅を有するように形成される。また、下層配線
層3と後で形成する溝配線との接続が行われる位置に形
成されるTiN膜5-1には、開口部5aを設ける。
【0024】次に、図1の(b)に示すように、SiO
2膜4およびTiN膜5-1,5-2上に、例えばCVD法
により、第2の絶縁膜としてSiO2膜6を形成する。
その後、図1の(c)に示すように、SiO2膜6上に
エッチングマスクとして金属層7を形成する。さらに、
金属層7上にフォトレジスト層8を形成し、フォトリソ
グラフィー技術等を用いてフォトレジスト層8に開口部
を形成する。さらに、このフォトレジスト層8をマスク
として用いて、金属層7をエッチングする。なお、フォ
トレジスト層8に形成する開口部は、TiN膜5-1,5
-2の幅よりも狭く形成する。
2膜4およびTiN膜5-1,5-2上に、例えばCVD法
により、第2の絶縁膜としてSiO2膜6を形成する。
その後、図1の(c)に示すように、SiO2膜6上に
エッチングマスクとして金属層7を形成する。さらに、
金属層7上にフォトレジスト層8を形成し、フォトリソ
グラフィー技術等を用いてフォトレジスト層8に開口部
を形成する。さらに、このフォトレジスト層8をマスク
として用いて、金属層7をエッチングする。なお、フォ
トレジスト層8に形成する開口部は、TiN膜5-1,5
-2の幅よりも狭く形成する。
【0025】以上のようにしてパターニングした金属層
7をエッチングマスクとし、TiN膜5-1,5-2をエッ
チングストッパ層として用いて、SiO2膜4,6をエ
ッチングする。それにより、図1(d)に示すように、
SiO2膜4のTiN膜5-1の開口部5aに対応する位
置とSiO2膜6のそれぞれに溝部が形成される。
7をエッチングマスクとし、TiN膜5-1,5-2をエッ
チングストッパ層として用いて、SiO2膜4,6をエ
ッチングする。それにより、図1(d)に示すように、
SiO2膜4のTiN膜5-1の開口部5aに対応する位
置とSiO2膜6のそれぞれに溝部が形成される。
【0026】これら溝部の内壁にCVD法等によりバリ
アメタル層(図示せず)を形成した後、CVD法等を用
いて、これら溝部が埋め込まれるように、導電性材料か
らなる薄膜を形成する。なお、この導電性材料として
は、例えば、一般に溝配線に使用されるAl等の金属を
用いることができる。さらに、CMP法を用いて、この
導電性材料からなる薄膜の表面を平坦化することによ
り、上記溝部の外側の導電性材料を除去し、溝部内の導
電性材料のみを選択的に残置させる。以上のようにし
て、溝配線9およびプラグ10からなる導電部を有する
半導体デバイス1が形成される。
アメタル層(図示せず)を形成した後、CVD法等を用
いて、これら溝部が埋め込まれるように、導電性材料か
らなる薄膜を形成する。なお、この導電性材料として
は、例えば、一般に溝配線に使用されるAl等の金属を
用いることができる。さらに、CMP法を用いて、この
導電性材料からなる薄膜の表面を平坦化することによ
り、上記溝部の外側の導電性材料を除去し、溝部内の導
電性材料のみを選択的に残置させる。以上のようにし
て、溝配線9およびプラグ10からなる導電部を有する
半導体デバイス1が形成される。
【0027】このような方法において、導電性膜として
用いたTiN膜5-1,5-2は、高い耐エッチング性を有
しており、第1および第2の絶縁膜として用いたSiO
2膜4,6に対するエッチング選択比が小さい(TiN
のエッチングレート/SiO 2のエッチングレート<1
/15)。したがって、TiN膜5-1,5-2はエッチン
グストッパ層として適しているとともに、より薄い膜と
することが可能である。また、導電性膜は本質的に誘電
性がない。したがって、エッチングストッパ層の電気容
量を小さくすることができ、最終的に形成される半導体
デバイスの動作への悪影響を低減することができる。
用いたTiN膜5-1,5-2は、高い耐エッチング性を有
しており、第1および第2の絶縁膜として用いたSiO
2膜4,6に対するエッチング選択比が小さい(TiN
のエッチングレート/SiO 2のエッチングレート<1
/15)。したがって、TiN膜5-1,5-2はエッチン
グストッパ層として適しているとともに、より薄い膜と
することが可能である。また、導電性膜は本質的に誘電
性がない。したがって、エッチングストッパ層の電気容
量を小さくすることができ、最終的に形成される半導体
デバイスの動作への悪影響を低減することができる。
【0028】また、SiO2膜4,6の代わりに低誘電
率膜を用いる場合には、エッチングストッパ層の電気容
量が大きいことに伴う悪影響がより大きくなるため、導
電性膜をエッチングストップ層として用いる効果がより
大きい。
率膜を用いる場合には、エッチングストッパ層の電気容
量が大きいことに伴う悪影響がより大きくなるため、導
電性膜をエッチングストップ層として用いる効果がより
大きい。
【0029】さらに、上述した方法によると、SiO2
膜4,6の全てにTiN膜5-1,5-2が介在している訳
ではなく、SiO2膜4とSiO2膜6とは一部の領域
で直に接触している。したがって、上述した方法による
と、SiO2膜6に関して、十分な密着性を得ることが
できる。
膜4,6の全てにTiN膜5-1,5-2が介在している訳
ではなく、SiO2膜4とSiO2膜6とは一部の領域
で直に接触している。したがって、上述した方法による
と、SiO2膜6に関して、十分な密着性を得ることが
できる。
【0030】さらにまた、エッチングストッパ層とし
て、配線層として用いられるパターンニングされた導電
性膜であるTiN膜5-1,5-2を用いるので、予めパタ
ーンを設計しておけば、従来のようにエッチングストッ
パ層を新たに付加する必要はない。
て、配線層として用いられるパターンニングされた導電
性膜であるTiN膜5-1,5-2を用いるので、予めパタ
ーンを設計しておけば、従来のようにエッチングストッ
パ層を新たに付加する必要はない。
【0031】これに対して、図4に示す従来の方法にお
いては、エッチングストッパ膜として用いられるSiN
膜15のSiO2膜に対するエッチング選択比はそれほ
ど低くない(SiNのエッチングレート/SiO2のエ
ッチングレートは1/10程度)ため、エッチングスト
ッパ層の機能を十分に果たすためには、エッチングスト
ッパ層を厚く形成する必要がある。一方、SiNの誘電
率は非常に高い。したがって、第1の態様とは異なり、
エッチングストッパ膜の電気容量が高くなり、最終的に
形成される半導体デバイスの動作に悪影響を与えるおそ
れがある。また、SiO2膜4とSiO2膜6との間の
全面にはSiN膜15が介在するため、エッチングスト
ッパ層であるSiN膜15とSiO2膜6との密着性が
不十分となるおそれがある。さらに、配線層以外にエッ
チングストッパ層を新たに設ける必要がある。上述した
ように、上記第1の実施形態では、このような不都合が
全て解消される。
いては、エッチングストッパ膜として用いられるSiN
膜15のSiO2膜に対するエッチング選択比はそれほ
ど低くない(SiNのエッチングレート/SiO2のエ
ッチングレートは1/10程度)ため、エッチングスト
ッパ層の機能を十分に果たすためには、エッチングスト
ッパ層を厚く形成する必要がある。一方、SiNの誘電
率は非常に高い。したがって、第1の態様とは異なり、
エッチングストッパ膜の電気容量が高くなり、最終的に
形成される半導体デバイスの動作に悪影響を与えるおそ
れがある。また、SiO2膜4とSiO2膜6との間の
全面にはSiN膜15が介在するため、エッチングスト
ッパ層であるSiN膜15とSiO2膜6との密着性が
不十分となるおそれがある。さらに、配線層以外にエッ
チングストッパ層を新たに設ける必要がある。上述した
ように、上記第1の実施形態では、このような不都合が
全て解消される。
【0032】次に、図2を参照しながら本発明の第2の
実施形態について説明する。図2は、本発明の第2の実
施形態に係る半導体装置の製造プロセスを概略的に示す
断面図である
実施形態について説明する。図2は、本発明の第2の実
施形態に係る半導体装置の製造プロセスを概略的に示す
断面図である
【0033】まず、第1の実施形態で説明した図1の
(a)および図1の(b)と同様のプロセスを実施す
る。なお、本実施形態においては、TiN膜5は、第1
の実施形態と同様に、下層配線3に対応する位置に下層
配線3の幅よりも広い幅を有するように形成されるが、
第1の実施形態とは異なり、予めそれらに開口部を形成
しておく必要はない。
(a)および図1の(b)と同様のプロセスを実施す
る。なお、本実施形態においては、TiN膜5は、第1
の実施形態と同様に、下層配線3に対応する位置に下層
配線3の幅よりも広い幅を有するように形成されるが、
第1の実施形態とは異なり、予めそれらに開口部を形成
しておく必要はない。
【0034】次に、図2の(a)に示すように、SiO
2膜6上に金属層7を形成し、さらにその上にフォトレ
ジスト層8を形成する。さらに、このフォトレジスト層
8に、フォトリソグラフィー技術等を用いて開口部を形
成する。この開口部は、TiN膜5および下層配線3の
幅よりも狭く形成する。
2膜6上に金属層7を形成し、さらにその上にフォトレ
ジスト層8を形成する。さらに、このフォトレジスト層
8に、フォトリソグラフィー技術等を用いて開口部を形
成する。この開口部は、TiN膜5および下層配線3の
幅よりも狭く形成する。
【0035】その後、図2の(b)に示すように、この
フォトレジスト層8をマスクとして用いて、金属層7お
よびSiO2膜6をエッチングする。引き続き、図2の
(b)に示すように、TiN層5およびSiO2膜4を
エッチングすることによりプラグ用の溝部を形成する。
さらに、エッチングを続けることにより、図2の(c)
に示すように、フォトレジスト層8を除去する。
フォトレジスト層8をマスクとして用いて、金属層7お
よびSiO2膜6をエッチングする。引き続き、図2の
(b)に示すように、TiN層5およびSiO2膜4を
エッチングすることによりプラグ用の溝部を形成する。
さらに、エッチングを続けることにより、図2の(c)
に示すように、フォトレジスト層8を除去する。
【0036】以上のようにしてプラグ用の溝部を形成し
た後、第1の実施形態における図1の(e)と同様のプ
ロセスを実施することにより、この溝部が埋め込まれる
ように、導電性材料からなる薄膜を形成する。なお、第
1の実施形態においては、CMP法を用いて、この導電
性材料からなる薄膜の表面を平坦化したが、本態様にお
いては必ずしも平坦化を行う必要はない。
た後、第1の実施形態における図1の(e)と同様のプ
ロセスを実施することにより、この溝部が埋め込まれる
ように、導電性材料からなる薄膜を形成する。なお、第
1の実施形態においては、CMP法を用いて、この導電
性材料からなる薄膜の表面を平坦化したが、本態様にお
いては必ずしも平坦化を行う必要はない。
【0037】プラグを形成した後、上述したプロセスを
繰り返すことにより溝配線を形成する。すなわち、上記
導電性材料からなる薄膜上に、或いはこの薄膜の平坦化
を行った場合には金属層7上に、フォトレジスト層8を
再度形成する。次に、このフォトレジスト層8の溝配線
を形成する領域に、フォトリソグラフィー技術等を用い
て開口部を形成する。さらに、このフォトレジスト層8
をマスクとし、TiN層5をエッチングストッパ膜とし
て用いて、金属層7およびSiO2膜6をエッチングす
る。
繰り返すことにより溝配線を形成する。すなわち、上記
導電性材料からなる薄膜上に、或いはこの薄膜の平坦化
を行った場合には金属層7上に、フォトレジスト層8を
再度形成する。次に、このフォトレジスト層8の溝配線
を形成する領域に、フォトリソグラフィー技術等を用い
て開口部を形成する。さらに、このフォトレジスト層8
をマスクとし、TiN層5をエッチングストッパ膜とし
て用いて、金属層7およびSiO2膜6をエッチングす
る。
【0038】以上のようにして配線用の溝部を形成した
後、第1の実施形態における図1の(e)と同様のプロ
セスを実施することにより、この溝部が埋め込まれるよ
うに、導電性材料からなる薄膜を形成する。さらに、C
MP法を用いて、この導電性材料からなる薄膜の表面を
平坦化することにより、上記溝部の外側の導電性材料を
除去し、溝部内の導電性材料のみを選択的に残置させ
る。以上のようにして、溝配線およびプラグを有する導
電部が形成される。
後、第1の実施形態における図1の(e)と同様のプロ
セスを実施することにより、この溝部が埋め込まれるよ
うに、導電性材料からなる薄膜を形成する。さらに、C
MP法を用いて、この導電性材料からなる薄膜の表面を
平坦化することにより、上記溝部の外側の導電性材料を
除去し、溝部内の導電性材料のみを選択的に残置させ
る。以上のようにして、溝配線およびプラグを有する導
電部が形成される。
【0039】上述したように、第2の態様においては、
プラグ用の溝部は、1回のエッチングで、金属層7、S
iO2膜6、TiN層5、およびSiO2膜4の全てを
パターニングすることにより形成される。また、フォト
レジスト層8も、このエッチングにより除去される。
プラグ用の溝部は、1回のエッチングで、金属層7、S
iO2膜6、TiN層5、およびSiO2膜4の全てを
パターニングすることにより形成される。また、フォト
レジスト層8も、このエッチングにより除去される。
【0040】通常、SiO2膜4,6やフォトレジスト
層8のエッチングの際には、金属層7およびTiN層5
も開口部の内側からエッチングされる。しかしながら、
上述したように、酸化シリコンやフォトレジストのエッ
チングレートに比べ、TiNのエッチングレートは十分
に低い。また、一般に、金属層7を構成する材料のエッ
チングレートも、シリコン酸化物やフォトレジストのエ
ッチングレートに比べて十分に低い。したがって、金属
層7およびTiN層5の開口径が過剰に拡大されるのを
防止することができ、それにより、径の小さなプラグを
形成することが可能となる。
層8のエッチングの際には、金属層7およびTiN層5
も開口部の内側からエッチングされる。しかしながら、
上述したように、酸化シリコンやフォトレジストのエッ
チングレートに比べ、TiNのエッチングレートは十分
に低い。また、一般に、金属層7を構成する材料のエッ
チングレートも、シリコン酸化物やフォトレジストのエ
ッチングレートに比べて十分に低い。したがって、金属
層7およびTiN層5の開口径が過剰に拡大されるのを
防止することができ、それにより、径の小さなプラグを
形成することが可能となる。
【0041】それに対し、図3の(a)〜(c)に示す
ように、エッチングマスクおよびエッチングストッパ膜
として、SiN膜15,17を形成した場合には、Ti
N層5および金属層7を形成した場合に比べ、SiO2
膜4,6やフォトレジスト層8との間のエッチングレー
トの差が不十分となる。そのため、SiO2膜4,6や
フォトレジスト層8のエッチングに伴って生ずるエッチ
ングマスクおよびエッチングストッパ膜の開口径の拡大
は、これらをシリコン窒化物で構成した場合においてよ
り顕著となる。その結果、図3(c)に示すように、径
の大きなプラグが形成されることとなる。
ように、エッチングマスクおよびエッチングストッパ膜
として、SiN膜15,17を形成した場合には、Ti
N層5および金属層7を形成した場合に比べ、SiO2
膜4,6やフォトレジスト層8との間のエッチングレー
トの差が不十分となる。そのため、SiO2膜4,6や
フォトレジスト層8のエッチングに伴って生ずるエッチ
ングマスクおよびエッチングストッパ膜の開口径の拡大
は、これらをシリコン窒化物で構成した場合においてよ
り顕著となる。その結果、図3(c)に示すように、径
の大きなプラグが形成されることとなる。
【0042】このように、エッチングストッパ膜および
エッチングマスクを上述した材料で構成することによ
り、これらのSiO2膜に対するエッチング選択性を十
分に低くすることができる。したがって、より微細なビ
アホールを形成することが可能となる。
エッチングマスクを上述した材料で構成することによ
り、これらのSiO2膜に対するエッチング選択性を十
分に低くすることができる。したがって、より微細なビ
アホールを形成することが可能となる。
【0043】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
ることなく種々変形が可能である。例えば上記実施の形
態では導電性膜をTiNで構成した場合ついて示した
が、これに限らず、Ti,WN,Ta,TaN,Al,
およびAl−Cuのような、導電性であるため誘電性が
なく、かつ酸化シリコン等の絶縁膜に対して十分なエッ
チング選択性を有するもの(つまり絶縁膜に比べて十分
にエッチングされにくいもの)であれば、導電性膜とし
て用いることが可能である。また、絶縁膜として酸化シ
リコンを用いた場合について示したが、これに限定する
ことなく、低誘電率膜として知られている有機絶縁膜
等、他の材料を用いることができる。
ることなく種々変形が可能である。例えば上記実施の形
態では導電性膜をTiNで構成した場合ついて示した
が、これに限らず、Ti,WN,Ta,TaN,Al,
およびAl−Cuのような、導電性であるため誘電性が
なく、かつ酸化シリコン等の絶縁膜に対して十分なエッ
チング選択性を有するもの(つまり絶縁膜に比べて十分
にエッチングされにくいもの)であれば、導電性膜とし
て用いることが可能である。また、絶縁膜として酸化シ
リコンを用いた場合について示したが、これに限定する
ことなく、低誘電率膜として知られている有機絶縁膜
等、他の材料を用いることができる。
【0044】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
デュアルダマシン法により埋め込み配線を形成する際
に、エッチングストッパ層としてパターニングされた導
電性膜が用いられるため、エッチングストッパ層の電気
容量を低減することが可能となり、最終的に形成される
半導体デバイスの動作に与える悪影響を低減することが
可能となる。
デュアルダマシン法により埋め込み配線を形成する際
に、エッチングストッパ層としてパターニングされた導
電性膜が用いられるため、エッチングストッパ層の電気
容量を低減することが可能となり、最終的に形成される
半導体デバイスの動作に与える悪影響を低減することが
可能となる。
【0045】また、この導電性膜は、第1の絶縁膜と第
2の絶縁膜との間の全てに導電性膜が介在している訳で
はなく、導電性膜が存在している部分以外は第1の絶縁
膜と第2の絶縁膜とが接触しているから、上層の第2の
絶縁膜とエッチングストッパ膜との密着性の問題が生じ
ない。
2の絶縁膜との間の全てに導電性膜が介在している訳で
はなく、導電性膜が存在している部分以外は第1の絶縁
膜と第2の絶縁膜とが接触しているから、上層の第2の
絶縁膜とエッチングストッパ膜との密着性の問題が生じ
ない。
【0046】したがって、本発明によれば、溝配線構造
を有し、エッチングストッパ膜の電気容量が低減された
半導体装置およびその製造方法が提供される。また、本
発明によれば、溝配線構造を有し、エッチングストッパ
膜に起因する絶縁膜の密着性の低下が生じない半導体装
置およびその製造方法が提供される。
を有し、エッチングストッパ膜の電気容量が低減された
半導体装置およびその製造方法が提供される。また、本
発明によれば、溝配線構造を有し、エッチングストッパ
膜に起因する絶縁膜の密着性の低下が生じない半導体装
置およびその製造方法が提供される。
【図1】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製
造プロセスを概略的に示す断面図。
造プロセスを概略的に示す断面図。
【図2】本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製
造プロセスを概略的に示す断面図。
造プロセスを概略的に示す断面図。
【図3】図2のプロセスに対応する従来の半導体装置の
製造プロセスを概略的に示す断面図。
製造プロセスを概略的に示す断面図。
【図4】従来の溝配線を含む半導体装置の製造プロセス
を概略的に示す断面図。
を概略的に示す断面図。
1;半導体デバイス 2;シリコンウエハ 3;下層配線 4,6;酸化シリコン(SiO2)膜 5,5-1,5-2;TiN膜 7;金属層 8;フォトレジスト層 9;溝配線 10;プラグ
フロントページの続き Fターム(参考) 4M104 BB02 BB03 BB14 BB17 BB30 BB32 BB33 DD07 DD16 DD43 DD63 DD72 EE14 HH09 5F033 HH01 HH08 HH09 HH18 HH21 HH32 HH33 HH34 JJ01 MM02 MM12 MM13 NN06 NN07 PP06 QQ08 QQ09 QQ24 QQ27 QQ28 RR04 SS11 XX14
Claims (11)
- 【請求項1】 半導体基板と、 この半導体基板の一方の主面上に形成された第1の絶縁
膜と、 この第1の絶縁膜上に形成されパターニングされた導電
性膜と、 これら第1の絶縁膜および導電性膜上に形成され、底面
がこの導電性膜で構成された複数の溝部を有する第2の
絶縁膜と、 これら複数の溝部のそれぞれを導電性材料で埋め込んで
なる複数の導電部とを具備することを特徴とする半導体
装置。 - 【請求項2】 前記半導体基板と前記第1の絶縁膜との
間に、パターニングされた配線層をさらに具備し、前記
導電性膜は、前記複数の溝部の底面を構成する領域の少
なくとも一部に開口部を有し、前記第1の絶縁膜は、前
記導電性膜の開口部に対応する位置に、底面が前記配線
層で構成された溝部を有し、これら導電性膜の開口部お
よび第1の絶縁膜の溝部は、前記導電性材料で埋め込ま
れたことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 【請求項3】 前記第1および第2の絶縁膜は、シリコ
ン酸化物からなることを特徴とする請求項1または請求
項2に記載の半導体装置。 - 【請求項4】 前記導電性膜は、金属、金属化合物、ま
たは合金で構成されることを特徴とする請求項1ないし
請求項3のいずれか1項に記載の半導体装置。 - 【請求項5】 前記導電性膜は、Ti,TiN,WN,
Ta,TaN,Al,およびAl−Cuからなる群から
選択された材料から実質的になることを特徴とする請求
項4に記載の半導体装置。 - 【請求項6】 半導体基板の一方の主面上に第1の絶縁
膜を形成する工程と、 この第1の絶縁膜上にパターニングされた導電性膜を形
成する工程と、 これら第1の絶縁膜および導電性膜上に第2の絶縁膜を
形成する工程と、 この第2の絶縁膜上にエッチングマスクを形成し、前記
導電性膜をストッパ層として用いて前記第1および第2
の絶縁膜をエッチングすることにより、この第2の絶縁
膜に溝部を形成する工程と、 この溝部を導電性材料で埋め込む工程とを具備すること
を特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項7】 前記第1の絶縁膜を形成する工程の前
に、前記半導体基板上にパターニングされた配線層を形
成する工程をさらに具備し、 前記導電性膜は、前記複数の溝部の底面を構成する領域
の少なくとも一部に開口部を有し、 前記第1の絶縁膜は、前記導電性膜の開口部に対応する
位置に、底面が前記配線層で構成された溝部を有し、 前記溝部を導電性材料で埋め込む工程は、これら導電性
膜の開口部および第1の絶縁膜の溝部を前記導電性材料
で埋め込むことを含むことを特徴とする請求項6に記載
の半導体装置の製造方法。 - 【請求項8】 前記溝部を導電性材料で埋め込む工程の
後に、この導電性材料が埋め込まれた面を平坦化する工
程をさらに具備することを特徴とする請求項6または請
求項7に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項9】 前記第1および第2の絶縁膜は、シリコ
ン酸化物からなることを特徴とする請求項6ないし請求
項8のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項10】 前記導電性膜は、金属、金属化合物、
または合金で構成されることを特徴とする請求項6ない
し請求項9のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項11】 前記導電性膜は、Ti,TiN,W
N,Ta,TaN,Al,およびAl−Cuからなる群
から選択された材料から実質的になることを特徴とする
請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11032470A JP2000232106A (ja) | 1999-02-10 | 1999-02-10 | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11032470A JP2000232106A (ja) | 1999-02-10 | 1999-02-10 | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000232106A true JP2000232106A (ja) | 2000-08-22 |
Family
ID=12359870
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11032470A Pending JP2000232106A (ja) | 1999-02-10 | 1999-02-10 | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000232106A (ja) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6294315B2 (en) * | 1998-07-09 | 2001-09-25 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of forming a metal wiring by a dual damascene process using a photosensitive polymer |
JP2002208633A (ja) * | 2001-01-10 | 2002-07-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
KR100364811B1 (ko) * | 2000-12-29 | 2002-12-16 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 이중 다마신 형성방법 |
KR100368320B1 (ko) * | 2000-12-28 | 2003-01-24 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법 |
KR100387254B1 (ko) * | 2000-12-28 | 2003-06-12 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법 |
KR100460771B1 (ko) * | 2001-06-30 | 2004-12-09 | 주식회사 하이닉스반도체 | 듀얼다마신 공정에 의한 다층 배선의 형성 방법 |
KR100772249B1 (ko) * | 2006-07-24 | 2007-11-01 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 듀얼 다마신을 이용한 금속 배선의 제조 방법 |
US10461027B2 (en) | 2018-02-07 | 2019-10-29 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor device including via plug and method of forming the same |
-
1999
- 1999-02-10 JP JP11032470A patent/JP2000232106A/ja active Pending
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