JP5213316B2 - Semiconductor device having barrier metal spacer and method of manufacturing the same - Google Patents
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Description
本発明は、半導体素子に係り、特にダマシン構造の金属配線構造を有する半導体素子及びその製造方法に関する。例えば、本発明による半導体素子は、メモリ素子、例えばDRAM、SRAMまたはフラッシュメモリ、または多様な集積回路を有するロジック素子を含みうる。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device having a damascene metal wiring structure and a method for manufacturing the same. For example, the semiconductor device according to the present invention may include a memory device, such as a DRAM, SRAM or flash memory, or a logic device having various integrated circuits.
高速度の半導体素子に対する需要が増加するにつれて、さらに低い抵抗を有する金属配線構造が要求されている。特に、半導体素子の集積化が高くなるにつれて、金属配線構造はさらに複雑になっている。例えば、金属ラインが多層に配置された多層金属配線構造が利用されうる。これにより、金属ラインの抵抗の低下がさらに要求され、また、多層の金属ライン間のRC遅延を低下させるための層間絶縁膜の誘電率の低下が要求されている。 As the demand for high-speed semiconductor devices increases, a metal wiring structure having a lower resistance is required. In particular, as the integration of semiconductor elements increases, the metal wiring structure becomes more complicated. For example, a multilayer metal wiring structure in which metal lines are arranged in multiple layers can be used. This further requires a reduction in the resistance of the metal lines, and a reduction in the dielectric constant of the interlayer insulating film in order to reduce the RC delay between the multilayer metal lines.
例えば、比抵抗の低い銅(Cu)は、従来のアルミニウム(Al)を利用した金属配線を代替する代案として利用されている。しかし、Cuは、通常的なフォトリソグラフィ及びエッチングを利用したパターニングが容易でないという短所を有する。これにより、ビアホール及びトレンチにメッキ方式を利用してCuを埋め込み、それを平坦化してビアプラグ及び金属ラインを形成するダマシン工程が利用される。また、RC遅延を低下させるために、低誘電率の絶縁膜が層間絶縁膜として利用されている。しかし、低誘電率の絶縁膜を利用したダマシン工程には、次のような問題が発生しうる。 For example, copper (Cu) having a low specific resistance is used as an alternative to replacing metal wiring using conventional aluminum (Al). However, Cu has a disadvantage that patterning using ordinary photolithography and etching is not easy. Accordingly, a damascene process is used in which Cu is embedded in the via hole and the trench using a plating method, and the via hole and the trench are planarized to form a via plug and a metal line. In order to reduce the RC delay, an insulating film having a low dielectric constant is used as an interlayer insulating film. However, the following problems may occur in the damascene process using an insulating film having a low dielectric constant.
図1及び図2を利用して、従来の半導体素子の配線構造の問題点を説明する。図1及び図2に示すように、下部金属ライン115及び上部金属ライン140は、ビアプラグ135を利用して電気的に連結されうる。下部金属ライン115は、第1低誘電率の絶縁膜110に埋め込まれており、ビアプラグ135及び上部金属ライン140の連結構造は、第2低誘電率の絶縁膜130を貫通するように形成されうる。
A problem of a conventional wiring structure of a semiconductor device will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 1 and 2, the
第1低誘電率の絶縁膜110と第2低誘電率の絶縁膜130との間には、エッチング停止膜120及び酸化膜125が介在されうる。第1及び第2障壁金属膜145,150は、第2低誘電率の絶縁膜130とビアプラグ135との間、及び、第2低誘電率の絶縁膜130と第2金属ライン140との間に介在されうる。第1障壁金属膜145と第2障壁金属膜150との間に介在された再蒸着部分115´は、第1金属ライン115が再蒸着されて形成されうる。
An
酸化膜125は、第2低誘電率の絶縁膜130の形成ステップで初期に形成されうる。例えば、第2低誘電率の絶縁膜130は、SiCOHを含み、この場合、SiCOHの形成初期ステップには、C及びHが含有されていないか、または微量含有された酸化膜125が形成されうる。しかし、酸化膜125は、ビアプラグ135の形成前に、ビアホール(図示せず)内の下部金属ライン115の洗浄ステップでエッチングされうる。例えば、洗浄ステップは、下部金属ライン115の酸化膜を除去するために、酸化膜エッチング液を利用して行われうる。したがって、洗浄ステップで、露出された酸化膜125の側壁部分がエッチングされて半円状のアンダーカットが形成されうる。
The
これにより、エッジの塗布性が不良な物理気相蒸着(Physical Vapor Deposition:PVD)法により形成される第1障壁金属層145がアンダーカット部分に蒸着されないという問題がある。その結果、再蒸着部分115´の第1金属、例えばCuがアンダーカット部分を通じて、酸化膜125を通って(矢印方向)低誘電率の絶縁膜130に拡散により浸透しうる。
Accordingly, there is a problem that the first
これにより、隣接して配置された上部金属ライン140の間に漏れ電流が発生するか、または上部金属ライン140/第2低誘電率の絶縁膜130の配線信頼性が低下しうる。例えば、第2低誘電率の絶縁膜130でTDDB(Time Dependent Dielectric Breakdown)欠陥が発生しうる。
Accordingly, a leakage current may be generated between the adjacent
本発明が解決しようとする課題は、前述した問題点を克服するためのものであって、金属ラインの間の漏れ電流を減少させ、金属ラインと層間絶縁膜との間の配線信頼性を向上させる半導体素子を提供するところにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The problem to be solved by the present invention is to overcome the above-mentioned problems, reduce the leakage current between the metal lines, and improve the wiring reliability between the metal lines and the interlayer insulating film. The present invention provides a semiconductor device to be provided.
本発明が解決しようとする他の課題は、経済性を有する前記半導体素子の製造方法を提供するところにある。 Another problem to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing the semiconductor device having economy.
前記課題を解決するための本発明の一態様によれば、半導体素子は、半導体基板に形成された第1金属ライン、及び、前記第1金属ラインの一部分と電気的に連結されたビアプラグを備える。前記半導体素子は、前記第1金属ライン上に形成され、少なくとも前記第1金属ラインの一部分を露出するウィンドウを含むエッチング停止膜、及び、前記エッチング停止膜上に形成され、前記第1金属ラインの一部分を露出するように、前記ウィンドウと連結されたビアホールを含む層間絶縁膜をさらに備える。前記半導体素子は、前記ビアホール内の前記露出された層間絶縁膜の側壁を覆っており、前記第1金属ラインの一部分を露出し、前記ウィンドウ内の前記露出されたエッチング停止膜の少なくとも側壁の下端を露出する第1障壁金属スペーサをさらに備える。前記ビアプラグは、少なくとも前記ビアホール及び前記ウィンドウを埋め込み、前記第1金属ラインの一部分と電気的に連結され、前記層間絶縁膜と接触しない。 According to an aspect of the present invention for solving the above-described problem, a semiconductor device includes a first metal line formed on a semiconductor substrate and a via plug electrically connected to a portion of the first metal line. . The semiconductor device is formed on the first metal line, and includes an etching stop film including a window exposing at least a portion of the first metal line, and the semiconductor element is formed on the etching stop film. An interlayer insulating film including a via hole connected to the window is further provided to expose a portion. The semiconductor element covers a side wall of the exposed interlayer insulating film in the via hole, exposes a part of the first metal line, and at least a lower end of the side wall of the exposed etching stop film in the window. A first barrier metal spacer that exposes the substrate. The via plug fills at least the via hole and the window, is electrically connected to a part of the first metal line, and does not contact the interlayer insulating film.
前記課題を解決するための本発明の他の態様によれば、半導体基板上に形成された第1金属ラインと、前記第1金属ライン上に形成され、少なくとも前記第1金属ラインの一部分を露出するウィンドウを含むエッチング停止膜と、前記エッチング停止膜上に形成され、前記第1金属ラインの一部分を露出するように前記ウィンドウと連結されたビアホール、及び、前記ビアホールの上部を横切って形成され、少なくとも一部分が前記ビアホールと連結されたトレンチを備える層間絶縁膜と、前記ビアホール及び前記トレンチ内の前記露出された前記層間絶縁膜の側壁を覆っており、前記第1金属ラインの一部分を露出し、前記ウィンドウ内の前記露出されたエッチング停止膜の少なくとも側壁の下端を露出する第1障壁金属スペーサと、前記ビアホール及び前記ウィンドウを埋め込み、前記第1金属ラインの一部分と電気的に連結され、前記層間絶縁膜と接触しないビアプラグと、少なくとも前記トレンチを埋め込み、前記ビアプラグと電気的に連結され、前記層間絶縁膜と接触しない第2金属ラインと、を備える半導体素子が提供される。 According to another aspect of the present invention for solving the above-mentioned problem, a first metal line formed on a semiconductor substrate, and formed on the first metal line, at least a part of the first metal line is exposed. An etch stop layer including a window, a via hole formed on the etch stop layer and connected to the window so as to expose a portion of the first metal line, and an upper portion of the via hole. Covering at least a portion of the interlayer insulating film including a trench connected to the via hole; and the sidewall of the exposed interlayer insulating film in the via hole and the trench; exposing a portion of the first metal line; A first barrier metal spacer exposing at least a lower end of a side wall of the exposed etch stop layer in the window; A via plug embedded in the hole and the window and electrically connected to a portion of the first metal line and not in contact with the interlayer insulating film; and at least the trench embedded and electrically connected to the via plug; and the interlayer insulating film And a second metal line not in contact with the semiconductor device.
前記他の課題を解決するための本発明の一態様によれば、半導体基板上に第1金属ラインを形成するステップと、前記第1金属ライン上にエッチング停止層を形成するステップと、前記エッチング停止層上に電気的絶縁層を形成するステップと、前記電気的絶縁層上に層間絶縁層を形成するステップと、前記エッチング停止層の第1部分を露出する開口を形成するように、前記層間絶縁層及び前記電気的絶縁層を順次に選択的にエッチングするステップと、前記開口の側壁上及び前記エッチング停止層の第1部分の真上に第1障壁金属層を形成するステップと、前記エッチング停止層の第1部分から前記第1金属障壁層の一部分を選択的に除去するステップと、前記第1障壁金属層をエッチングマスクとして利用して、前記第1金属ラインの一部分の露出に十分な時間、前記エッチング停止層の第1部分を選択的にエッチングするステップと、前記開口内に第2金属ラインを形成するステップと、を含む半導体素子の製造方法が提供される。 According to one aspect of the present invention for solving the other problems, a step of forming a first metal line on a semiconductor substrate, a step of forming an etching stop layer on the first metal line, and the etching Forming an electrical insulation layer on the stop layer; forming an interlayer insulation layer on the electrical insulation layer; and forming an opening exposing the first portion of the etch stop layer. Selectively and sequentially etching an insulating layer and the electrically insulating layer; forming a first barrier metal layer on a sidewall of the opening and directly over a first portion of the etching stop layer; and Selectively removing a portion of the first metal barrier layer from the first portion of the stop layer; and using the first barrier metal layer as an etch mask. A method of manufacturing a semiconductor device is provided that includes selectively etching a first portion of the etch stop layer for a time sufficient to expose the portion, and forming a second metal line in the opening. .
前記他の課題を解決するための本発明の他の態様によれば、半導体基板上に第1金属ラインを形成するステップと、前記第1金属ライン上に異なる物質からなる第1及び第2電気的絶縁層を形成するステップと、前記第1電気的絶縁層の一部分を露出する開口を画定するように十分な時間、前記第2電気的絶縁層を選択的にエッチングするステップと、前記開口の側壁上及び前記第1電気的絶縁層の一部分の真上に第1障壁金属層を形成するステップと、前記第1電気的絶縁層の一部分から前記第1障壁金属層の一部分を選択的に除去するステップと、前記第1障壁金属層をエッチングマスクとして利用して、前記第1金属ラインの一部分の露出に十分な時間、前記第1電気的絶縁層の一部分を選択的にエッチングするステップと、前記開口内に第2金属ラインを形成するステップと、を含む半導体素子の製造方法が提供される。 According to another aspect of the present invention for solving the other problems, a step of forming a first metal line on a semiconductor substrate, and first and second electric materials made of different materials on the first metal line. Forming a conductive insulating layer; selectively etching the second electrically insulating layer for a time sufficient to define an opening exposing a portion of the first electrically insulating layer; and Forming a first barrier metal layer on a sidewall and directly over a portion of the first electrically insulating layer; and selectively removing a portion of the first barrier metal layer from a portion of the first electrically insulating layer. Selectively etching a portion of the first electrically insulating layer for a time sufficient to expose a portion of the first metal line using the first barrier metal layer as an etch mask; The opening The method of manufacturing a semiconductor device comprising forming a second metal line, there is provided a.
本発明による半導体素子によれば、第1絶縁膜には、従来のようなアンダーカットがなく、第1障壁金属スペーサは、第1絶縁膜の側壁を覆っている。これにより、ビアプラグ及び上部金属ラインの金属、例えばCuの第1絶縁膜及び第2絶縁膜への拡散浸透を防止できる。 According to the semiconductor device of the present invention, the first insulating film does not have a conventional undercut, and the first barrier metal spacer covers the side wall of the first insulating film. Thereby, diffusion penetration of the metal of the via plug and the upper metal line, for example, Cu into the first insulating film and the second insulating film can be prevented.
したがって、上部金属ラインの間の漏れ電流が減少しうる。さらに、第2層間絶縁膜の絶縁信頼性を保証できてTDDB特性が向上し、その結果、第2層間絶縁膜/上部金属ラインの配線信頼性が向上する。 Therefore, the leakage current between the upper metal lines can be reduced. Furthermore, the insulation reliability of the second interlayer insulating film can be guaranteed and the TDDB characteristics are improved. As a result, the wiring reliability of the second interlayer insulating film / upper metal line is improved.
さらに、該半導体素子によれば、ビアプラグ及び金属ラインの金属成分、例えばCuの層間絶縁膜への浸透をさらに効果的に防止できる。 Furthermore, according to the semiconductor element, it is possible to more effectively prevent the penetration of metal components of via plugs and metal lines, such as Cu, into the interlayer insulating film.
本発明による半導体素子の製造方法によれば、第1障壁金属スペーサ及びウィンドウは、連続的なエッチングにより一つの装置で一回にインシチュで形成されうる。かかる方法は、ウィンドウを先に形成し、別途に第1障壁金属スペーサを形成することに比べて経済性である。 According to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the first barrier metal spacer and the window may be formed in-situ at one time by one apparatus by continuous etching. This method is more economical than forming the window first and separately forming the first barrier metal spacer.
以下、添付した図面を参照して本発明による望ましい実施形態を説明することによって、本発明を詳細に説明する。しかし、本発明は、以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、異なる多様な形態に具現され、単に本実施形態は、本発明の開示を完全にし、当業者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。図面で、構成要素は、説明の便宜のためにその大きさが誇張されている。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be embodied in various different forms. The embodiments merely complete the disclosure of the present invention and make the scope of the invention to those skilled in the art. It is provided for complete notification. In the drawings, the size of components is exaggerated for convenience of explanation.
本発明の実施形態において、開口は、ビアホール及び/またはトレンチを含みうる。また、本発明の実施形態において、電気的絶縁層は、エッチング停止層及び層間絶縁層を含むと理解されうる。 In an embodiment of the present invention, the opening may include a via hole and / or a trench. In the embodiments of the present invention, the electrical insulation layer may be understood to include an etch stop layer and an interlayer insulation layer.
図3を参照して、本発明の第1実施形態による半導体素子300を説明する。例えば、半導体素子300は、多様な集積回路を備えるロジック素子でありうる。この場合、半導体素子300は、半導体基板203内またはその上にソース(図示せず)、ドレイン(図示せず)及びゲート電極(図示せず)を有する複数のトランジスタ(図示せず)を備えうる。ソース、ドレイン及びゲート電極の構造は、本発明が属する技術分野で通常的に知られた構造であり、したがって、その詳細な説明は省略する。
A
他の例として、半導体素子300は、揮発性メモリ素子、例えばDRAMまたはSRAM、または不揮発性メモリ素子、例えばフラッシュメモリ、強誘電体メモリまたは相転移メモリでありうる。この場合、半導体素子300は、半導体基板203内またはその上に複数のトランジスタ及びストレージノード(図示せず)を備えうる。ストレージノードの構造は、本発明が属する技術分野で通常的に知られた構造であり、したがって、その詳細な説明は省略する。
As another example, the
図3に示すように、半導体基板203上の下部金属ライン210は、前述したトランジスタまたはストレージノードと電気的に連結されうる。下部金属ライン210は、ビアプラグ255aを通じて上部金属ライン255bと電気的に連結されうる。すなわち、下部金属ライン210及び上部金属ライン255bは、前述したトランジスタ及びストレージノードに対する配線構造となりうる。金属ライン210,255bは、例示的なものであって、半導体素子300は、複数の金属ライン210,255bをさらに備えることもできる。
As shown in FIG. 3, the
エッチング停止膜212は、下部金属ライン210上に形成され、少なくとも下部金属ライン210の一部分を露出するウィンドウ(図9の218)を含みうる。第2層間絶縁膜220は、エッチング停止膜212上に形成され、ビアホール(図7の230)及びトレンチ(図7の235)を含みうる。トレンチ(図7の235)は、ビアホール230の上部を横切って形成され、少なくとも一部分がビアホール(図7の230)と連結される。第1障壁金属スペーサ240は、ビアホール(図7の230)内の露出された第2層間絶縁膜220の側壁を覆っており、下部金属ライン210の一部分及びウィンドウ(図9の218)内の露出されたエッチング停止膜212の少なくとも側壁の下端を露出できる。ビアプラグ255aは、少なくともビアホール(図7の230)及びウィンドウ(図9の218)を埋め込み、下部金属ライン210の一部分と電気的に連結されうる。
The
上部金属ライン255bは、トレンチ(図7の235)を埋め込み、ビアプラグ255aと電気的に連結されうる。ビアプラグ255a及び上部金属ライン255bは、第1障壁金属スペーサ240により第2層間絶縁膜220と分離され、下部金属ライン210は、下部障壁金属層207により第1層間絶縁膜205と分離されうる。
The
さらに具体的に説明すれば、第2層間絶縁膜220は、第1絶縁膜214及び第2絶縁膜216を備えうる。例えば、第1絶縁膜214は、酸化膜を備え、第2絶縁膜216は、低誘電率の絶縁膜を備えうる。低誘電率の絶縁膜は、シリコン酸化膜より低い誘電率を有する絶縁膜を指しうる。例えば、低誘電率の絶縁膜は、SiCOHであり、酸化膜は、CまたはHが含有されないか、またはそれらが微量含有されたSiO2でありうる。第1絶縁膜214の厚さは、100ないし500Åでありうる。第1層間絶縁膜205は、第2層間絶縁膜220と同一または類似した物質で形成されうる。
More specifically, the second
エッチング停止膜212は、第2層間絶縁膜220に対してエッチング選択比のある絶縁膜であることが望ましい。例えば、エッチング停止膜212は、SiCNであり、その厚さは、200ないし1000Åでありうる。
The
金属ライン210,255b及び金属プラグ255aは、比抵抗の低い金属、例えばCuを含みうる。下部障壁金属層207及び第1障壁金属スペーサ240は、Cuのような金属の拡散を防止できる物質で形成されることが望ましい。例えば、下部障壁金属層207及び第1障壁金属スペーサ240は、TaまたはTaNを含み、望ましくは、下部障壁金属層207はTaを含み、第1障壁金属スペーサ240はTaNを含みうる。下部障壁金属層207及び第1障壁金属スペーサ240の厚さは、500Å以内、例えば30ないし100Åの範囲でありうる。
The
半導体素子300によれば、第1絶縁膜214には、従来のようなアンダーカットがなく、第1障壁金属スペーサ240は、第1絶縁膜214の側壁を覆っている。これにより、ビアプラグ255a及び上部金属ライン255bの金属、例えばCuの第1絶縁膜214及び第2絶縁膜216への拡散浸透が防止されうる。したがって、上部金属ライン255bの間の漏れ電流が減少しうる。さらに、第2層間絶縁膜220の絶縁信頼性を保証できてTDDB特性が向上し、その結果、第2層間絶縁膜220/上部金属ライン255bの配線信頼性が向上しうる。
According to the
図4を参照して、本発明の第2実施形態による半導体素子400を説明する。半導体素子400は、第1実施形態による半導体素子300に付加して、第2障壁金属スペーサ245をさらに備えうる。さらに、第1障壁金属スペーサ240の構造面で、二つの実施形態は差を有しうる。したがって、半導体素子400は、図3及びその説明を参照できる。同じ参照符号は同一または類似した構成要素を表す。
A
第2障壁金属スペーサ245は、第1障壁金属スペーサ240とビアプラグ255aとの間、及び、エッチング停止膜212の側壁とビアプラグ255aとの間に介在されうる。さらに、第1障壁金属スペーサ240は、トレンチ(図7の235)の底部の第2層間絶縁膜220上には形成されず、この場合、第2障壁金属スペーサ245の一部分は、第2層間絶縁膜220とビアプラグ255aとの間に介在されうる。第2障壁金属スペーサ245は、TaNまたはTaを含み、望ましくは、TaNを含みうる。
The second
半導体素子400は、前述した第1実施形態による半導体素子(図3の300)の長所をいずれも有しうる。さらに、半導体素子400によれば、ビアプラグ255a及び金属ライン210,255bの金属成分、例えばCuの層間絶縁膜205,220への浸透をさらに効果的に防止できる。例えば、ビアプラグ255aとトレンチ(図7の235)の底部の第2層間絶縁膜220との間には、第1実施形態における第1障壁金属スペーサ240より厚い第2障壁金属スペーサ245が介在されうる。さらに、エッチング停止膜212の側壁とビアプラグ255aとの間にも、第1実施形態とは異なり、第2障壁金属スペーサ245が介在されうる。
The
図5を参照して、本発明の第3実施形態による半導体素子500を説明する。半導体素子500は、第2実施形態による半導体素子400に付加して、上部障壁金属層250をさらに備えうる。さらに、下部金属ライン210の構造において、第2実施形態と第3実施形態は差を有しうる。したがって、半導体素子500は、図3、図4及び該当説明を参照できる。同じ参照符号は同一または類似した構成要素を表す。
A
下部金属ライン210は、第2側壁金属スペーサ245の下端部に再蒸着による再蒸着部分210aを備えうる。例えば、再蒸着部分210aは、ウィンドウ(図9の218)の下部の下部金属ライン210の部分がスパッタリングされた後、第2側壁金属スペーサ245上に蒸着されて形成されうる。これにより、ウィンドウ(図9の218)の下部の下部金属ライン210の部分は、へこんでいる凹状になりうる。
The
上部障壁金属層250は、ビアプラグ255aと第2障壁金属スペーサ245との間、上部金属ライン255bと第2障壁金属スペーサ245との間、及び、下部金属ライン210とビアプラグ255aとの間に介在されうる。例えば、上部障壁金属層250は、TaまたはTaNを含み、望ましくは、ビアプラグ255aと下部金属ライン210との間にさらに優秀な接着力を提供できるTaを含みうる。
The upper
半導体素子500は、第1及び第2実施形態による半導体素子(図3の300、図4の400)の長所を有しうる。さらに、ビアプラグ255aと下部金属ライン210との接着力が向上する。金属ライン210,255bと層間絶縁膜205,220との間、及び、ビアプラグ255aと第2層間絶縁膜220との間の金属、例えばCuの拡散をさらに効果的に防止できる。
The
図3ないし図5に示すように、本発明の実施形態による半導体素子300,400,500は、当業者により修正されうる。例えば、第3実施形態による半導体素子500は、第2側壁金属スペーサ245を備えないこともある。他の例として、第1及び第2実施形態による半導体素子300,400において、下部金属ライン210は、再蒸着部分210aを含むこともできる。
As shown in FIGS. 3 to 5, the
以下では、図6ないし図13を参照して、本発明の実施形態による半導体素子の製造方法を説明する。半導体素子の構造は、前述した第1ないし第3実施形態による半導体素子(図3の300、図4の400、図5の500)の説明を参照できる。同じ参照符号は同一または類似した構成要素を表す。 Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. For the structure of the semiconductor element, reference can be made to the description of the semiconductor elements (300 in FIG. 3, 400 in FIG. 4, 500 in FIG. 5) according to the first to third embodiments described above. The same reference signs represent the same or similar components.
図6に示すように、半導体基板203上に少なくとも一部分が第1金属絶縁層205内に埋め込まれた下部金属ライン210を形成する。下部金属ライン210と第1層間絶縁層205との間には、下部障壁金属層207が介在されうる。下部金属ライン210は、以後に形成される上部金属ライン(図13の255b)と同様に形成できる。したがって、下部金属ライン210の形成方法については、その詳細な説明を省略する。
As shown in FIG. 6, a
下部金属ライン210を形成する前に、半導体基板203内またはその上には、トランジスタ(図示せず)またはストレージノード(図示せず)がさらに形成されうる。下部金属ライン210は、トランジスタまたはストレージノードと連結されうる。さらに、下部金属ライン210の下部の半導体基板203上には、他の下部金属ライン(図示せず)がさらに形成されうる。この場合、下部金属ライン210は、他の下部金属ラインと連結されることもある。
Prior to forming the
次いで、下部金属ライン210及び第1層間絶縁膜205上にエッチング停止層212´を形成する。エッチング停止層212´上には、第2層間絶縁層220´を形成し、第2層間絶縁層220´上には、ハードマスク層225´を形成する。例えば、エッチング停止層212´は、SiCNを含み、化学気相蒸着(Chemical Vapor Deposition:CVD)法を利用して形成できる。エッチング停止層212´の厚さは、200ないし1000Åでありうる。ハードマスク層225´は、CVD法により形成でき、例えばシリコン酸化膜を備えうる。ハードマスク層225´の厚さは、200ないし1500Åでありうる。
Next, an
第2層間絶縁層220´は、第1絶縁層214´及び第2絶縁層216´を備えうる。例えば、第1絶縁層214´は、酸化膜を含み、第2絶縁層216´は、低誘電率の絶縁膜、例えばSiCOHを含みうる。SiCOHを含む第2層間絶縁層220´は、CVD法により形成でき、この場合、初期には、CまたはHがほとんどない第1絶縁層214´が自然に形成され、次いで、連続的に第2絶縁層216´が形成されうる。第1絶縁層214´の厚さは、100ないし500Åでありうる。第2絶縁層216´は、2,000ないし10,000Åでありうる。ただし、第2絶縁層216´の厚さは、必要に応じて適切に変形されうる。
The second
図7に示すように、第2層間絶縁層(図6の220´)の所定部分をエッチングして、ビアホール230及びトレンチ235を含む第2層間絶縁膜220を形成する。例えば、フォトリソグラフィ及びエッチング技術を利用してハードマスク層(図6の225´)をパターニングして、第1ハードマスクパターン(図示せず)を形成する。次いで、第1ハードマスクパターン(図示せず)をエッチング保護膜として第2層間絶縁層220´をエッチングして、エッチング停止層212´を露出するビアホール230を形成する。次いで、第1ハードマスクパターンをパターニングして、第2ハードマスクパターン225を形成する。第2ハードマスクパターン225をエッチング保護膜として第2層間絶縁層220´を所定深さほどエッチングして、ビアホール230の上部を横切るトレンチ235を形成する。変形された実施形態において、ビアホール230及びトレンチ235の形成順序が変わることもある。
As shown in FIG. 7, a predetermined portion of the second interlayer insulating layer (220 ′ in FIG. 6) is etched to form a second
エッチング停止層212´は、第2層間絶縁層220´に対して高いエッチング選択比を有しうる。したがって、エッチング選択比によって、エッチング停止層212´の上端部分が小幅にエッチングされることも可能である。ビアホール230から第1絶縁膜214の側壁2141が露出されうる。ビアホール230及びトレンチ235から、第2絶縁膜216の側壁2161,2162及びトレンチ235の底部の第2絶縁膜216の部分2163が露出されうる。
The
図8に示すように、ビアホール230及びトレンチ235が形成された結果物上に第1障壁金属層240´を形成する。第1障壁金属層240´は、PVD法、例えばイオン金属スパッタリング法を利用して形成できる。例えば、第1障壁金属層240´は、TaまたはTaNを含み、望ましくは、TaNで形成でき、その厚さは、500Å以内となる。
As shown in FIG. 8, a first barrier metal layer 240 'is formed on the resultant structure in which the via
図9に示すように、第1障壁金属層(図8の240´)を異方性エッチングして、第1障壁金属スペーサ240を形成する。次いで、第1障壁金属スペーサ240をエッチング保護膜としてエッチング停止層(図8の212´)をエッチングして、ウィンドウ218を含むエッチング停止膜212を形成する。異方性エッチングは、例えばドライエッチングを利用して行える。第1障壁金属スペーサ240及びウィンドウ218は、連続的なエッチングにより一つの装置で一回にインシチュで形成されうる。かかる方法は、ウィンドウ218を先に形成し、別途に第1障壁金属スペーサ240を形成することに比べて、その工程ステップが単純であって経済性面で長所を有する。
As shown in FIG. 9, the first barrier metal layer 240 (240 ′ of FIG. 8) is anisotropically etched to form a first
ウィンドウ218から、エッチング停止膜212の側壁及び下部金属ライン210の一部分が露出されうる。第1障壁金属スペーサ240は、第2絶縁膜216の側壁2161,2162(図7)及び第1絶縁膜214の側壁2141を覆っており、エッチング停止膜212の側壁の少なくとも下端部は露出している。さらに、第1障壁金属スペーサ240は、トレンチ235の底部の第2層間絶縁膜220の部分2163(図7)上には形成されないこともある。
From the
次いで、選択によって、ウィンドウ218により露出された下部金属ライン210の一部分に形成された自然酸化膜及びエッチング残留物を除去するための洗浄を行える。洗浄は、酸化膜を除去できる洗浄液、例えば希釈されたHF溶液を利用したウェットエッチングを利用して行える。この場合、酸化膜で形成された第1絶縁膜214は、第1障壁金属スペーサ240によりHF溶液から保護されうる。これにより、第2絶縁膜214のアンダーカットの発生を防止できる。他の例として、洗浄は、スパッタエッチを利用して行われることもある。
Next, cleaning may be performed to remove a natural oxide film and an etching residue formed on a part of the
図10に示すように、第1障壁金属スペーサ240及びエッチング停止膜212の側壁を覆う第2障壁金属スペーサ245を形成する。さらに、第2障壁金属スペーサ245の一部分は、第2ハードマスクパターン225及びトレンチ235の底部の第2絶縁膜216の部分2163(図7)を覆うこともでき、その一部分の厚さは、第1障壁金属スペーサ240を覆っている他の部分より薄いことがある。
As shown in FIG. 10, a second
例えば、第2障壁金属スペーサ245は、第2障壁金属層(図示せず)を形成した後、それを異方性エッチングして形成できる。ただし、下部金属ライン210上の第2障壁金属層の部分が、エッチング速度が速くて最も先に除去されうる。これにより、下部金属ライン210上の第2障壁金属層の部分は除去され、トレンチ235の底部の第2絶縁膜216上の第2障壁金属層の部分、及び、第2ハードマスクパターン225上の第2障壁金属層の部分は残留することが可能である。
For example, the second
さらに、下部金属ライン210はオーバーエッチングされうる。オーバーエッチングされた下部金属ライン210は、第2障壁金属スペーサ245の下端側壁に付着されて再蒸着部分210aを形成できる。オーバーエッチング量は、例えば10ないし300Åでありうる。
Further, the
図11に示すように、第2障壁金属スペーサ245が形成された結果物上に上部障壁金属層250を形成する。上部障壁金属層250は、例えばTaまたはTaN、望ましくは、Taを含み、その厚さは、500Å以下でありうる。上部障壁金属層250は、PVD法、例えばイオン金属スパッタリング法を利用して形成できる。
Referring to FIG. 11, an upper
図12に示すように、上部障壁金属層250が形成された結果物上に第2金属層255を形成する。例えば、第2金属層255は、PVD法を利用してCuシード層(図示せず)を形成した後、シード層上にCuメッキ層(図示せず)を形成することによって形成できる。Cuメッキ層は、電解メッキまたは無電解メッキ法を利用して形成できる。
Referring to FIG. 12, a
図13に示すように、第2層間絶縁膜220が露出されるまで第2金属層255を平坦化して、ビアプラグ255a及び上部金属ライン255bを形成できる。例えば、平坦化は、化学的機械的研磨(Chemical Mechanical Polishing:CMP)法を利用して行える。このように、埋め込みと平坦化とを利用して、ビアプラグ255a及び上部金属ライン255bを形成する方法をダマシン法と呼び、さらに具体的には、ビアプラグ255a及び上部金属ライン255bを同時に形成するという点でデュアルダマシン法と呼ぶ。
As shown in FIG. 13, the
しかし、本発明による半導体素子の製造方法は、デュアルダマシン法に制限されず、ビアプラグ255aまたは上部金属ライン255bのうち一つのみをダマシン法で形成するシングルダマシン法にも適用できるということは、当業者に自明である。
However, the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is not limited to the dual damascene method, and can be applied to a single damascene method in which only one of the via plug 255a or the
発明の特定の実施形態についての以上の説明は、例示及び説明を目的として提供された。したがって、本発明は、前記実施形態に限定されず、当業者により前記実施形態を組み合わせて実施するなど色々な多くの修正及び変更が可能であるということは明白である。 The foregoing descriptions of specific embodiments of the invention have been provided for purposes of illustration and description. Therefore, it is apparent that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and changes can be made by those skilled in the art by combining the above-described embodiments.
本発明は、半導体素子関連の技術分野に適用可能である。 The present invention is applicable to a technical field related to semiconductor elements.
203 半導体基板
205,220 層間絶縁膜
207,250 障壁金属層
210,255b 金属ライン
212 エッチング停止膜
214 第1絶縁膜
216 第2絶縁膜
240,245 障壁金属スペーサ
255a ビアプラグ
203
Claims (11)
前記第1金属ライン上に形成され、少なくとも前記第1金属ラインの一部分を露出するウィンドウを含むエッチング停止膜と、
前記エッチング停止膜上に形成され、前記第1金属ラインの一部分を露出するように前記ウィンドウと連結されたビアホールを含む層間絶縁膜と、
前記ビアホール内の前記露出された層間絶縁膜の側壁を覆っており、前記第1金属ラインの一部分を露出し、前記ウィンドウ内の前記露出されたエッチング停止膜の少なくとも側壁の下端を露出する第1障壁金属スペーサと、
少なくとも前記ビアホール及び前記ウィンドウを埋め込み、前記第1金属ラインの一部分と電気的に連結され、前記層間絶縁膜と接触しないビアプラグと、
前記第1障壁金属スペーサと前記ビアプラグとの間、前記第1金属ラインの一部分と前記ビアプラグとの間、及び、前記エッチング停止膜の側壁と前記ビアプラグとの間に介在された第3障壁金属層と、
を備え、
前記第1金属ラインは、前記ビアプラグに対応した位置に形成された凸部を有しており、
前記凸部は、前記第3障壁金属層と前記エッチング停止膜の側壁との間に伸張していることを特徴とする半導体素子。 A first metal line formed on the semiconductor substrate;
An etch stop layer formed on the first metal line and including a window exposing at least a portion of the first metal line;
An interlayer insulating layer including a via hole formed on the etch stop layer and connected to the window to expose a portion of the first metal line;
Covering the sidewall of the exposed interlayer insulating film in the via hole, exposing a portion of the first metal line, and exposing at least a lower end of the exposed etching stop film in the window. A barrier metal spacer;
A via plug filling at least the via hole and the window, electrically connected to a portion of the first metal line, and not in contact with the interlayer insulating film;
A third barrier metal layer interposed between the first barrier metal spacer and the via plug, between a portion of the first metal line and the via plug, and between a sidewall of the etch stop layer and the via plug; When,
Equipped with a,
The first metal line has a convex portion formed at a position corresponding to the via plug,
The convex portion is a semiconductor element characterized that you have to stretch between a sidewall of the etch stop layer and the third barrier metal layer.
前記第1金属ライン上に形成され、少なくとも前記第1金属ラインの一部分を露出するウィンドウを含むエッチング停止膜と、
前記エッチング停止膜上に形成され、前記第1金属ラインの一部分を露出するように前記ウィンドウと連結されたビアホール、及び、前記ビアホールの上部を横切って形成され、少なくとも一部分が前記ビアホールと連結されたトレンチを含む層間絶縁膜と、
前記ビアホール及び前記トレンチ内の前記露出された前記層間絶縁膜の側壁を覆っており、前記第1金属ラインの一部分を露出し、前記ウィンドウ内の前記露出されたエッチング停止膜の少なくとも側壁の下端を露出する第1障壁金属スペーサと、
前記ビアホール及び前記ウィンドウを埋め込み、前記第1金属ラインの一部分と電気的に連結され、前記層間絶縁膜と接触しないビアプラグと、
少なくとも前記トレンチを埋め込み、前記ビアプラグと電気的に連結され、前記層間絶縁膜と接触しない第2金属ラインと、
前記第1障壁金属スペーサと前記ビアプラグとの間、前記第1金属ラインの一部分と前記ビアプラグとの間、及び、前記エッチング停止膜の側壁と前記ビアプラグとの間に介在された第3障壁金属層と、
を備え、
前記第1金属ラインは、前記ビアプラグに対応した位置に形成された凸部を有しており、
前記凸部は、前記第3障壁金属層と前記エッチング停止膜の側壁との間に伸張していることを特徴とする半導体素子。 A first metal line formed on the semiconductor substrate;
An etch stop layer formed on the first metal line and including a window exposing at least a portion of the first metal line;
A via hole formed on the etch stop layer and connected to the window so as to expose a part of the first metal line, and a top part of the via hole, and at least a part of the via hole is connected to the via hole. An interlayer insulating film including a trench;
The sidewall of the exposed interlayer insulating film in the via hole and the trench is covered, a part of the first metal line is exposed, and at least a lower end of the exposed etching stopper film in the window An exposed first barrier metal spacer;
A via plug filling the via hole and the window, electrically connected to a portion of the first metal line, and not in contact with the interlayer insulating film;
A second metal line that fills at least the trench, is electrically connected to the via plug, and does not contact the interlayer insulating film;
A third barrier metal layer interposed between the first barrier metal spacer and the via plug, between a portion of the first metal line and the via plug, and between a sidewall of the etch stop layer and the via plug; When,
Equipped with a,
The first metal line has a convex portion formed at a position corresponding to the via plug,
The convex portion is a semiconductor element characterized that you have to stretch between a sidewall of the etch stop layer and the third barrier metal layer.
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