KR20090067365A - Fabrication method of a semiconductor device - Google Patents

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KR20090067365A
KR20090067365A KR1020070135004A KR20070135004A KR20090067365A KR 20090067365 A KR20090067365 A KR 20090067365A KR 1020070135004 A KR1020070135004 A KR 1020070135004A KR 20070135004 A KR20070135004 A KR 20070135004A KR 20090067365 A KR20090067365 A KR 20090067365A
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이민형
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Abstract

A manufacturing method of a semiconductor device is provided to improve the electrical characteristic of the MIM capacitor by preventing a production of voids in the bottom electrode and between diffusion barriers. A manufacturing method of the semiconductor device comprises a formation step(402) of a damascene patterns, a formation step(404) of filling patterns, a formation step(406) of the diffusion barrier, and a formation step(408, 410, 412) of the metal wiring structure. In a damascene pattern formation step, the damascene process is performed to in the inter-layer insulating film in order to form the damascene patterns on the inter-layer insulating film. The inter-layer insulating film is formed on the top of the substrate. The formation step of the filling patterns performed to form the bottom electrode and down metal wiring on damascene patterns. The bottom electrode and down metal wiring comprise copper and metallic ions. Metal is copper and other material. The formation step of the diffusion barrier is performed in order to form the diffusion barrier on the bottom electrode and down metal wiring. The diffusion barrier is formed on the inter-layer insulating film in order to cover the bottom electrode and down metal wiring. The formation step of the metal wiring structure is performed in order to form the metal wiring structure on the diffusion barrier. The metal wiring structure electrically connects through the diffusion barrier with the bottom electrode and down metal wiring.

Description

반도체 소자의 제조 방법{FABRICATION METHOD OF A SEMICONDUCTOR DEVICE}Manufacturing method of semiconductor device {FABRICATION METHOD OF A SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 CMOS 이미지 센서(CIS : Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor)와 같은 반도체 소자에서 MIM(Metal/Insulator/Metal) 커패시터를 제조하는데 적합한 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a semiconductor device suitable for manufacturing a MIM (Metal / Insulator / Metal) capacitor in a semiconductor device such as a CMOS image sensor (CIS). It relates to a manufacturing method.

잘 알려진 바와 같이, 이미지 센서(Image Sensor)는 1차원 또는 2차원 이상의 광학 정보를 전기신호로 변환하는 장치를 의미한다.As is well known, an image sensor refers to an apparatus for converting optical information of one or two or more dimensions into an electrical signal.

이러한 이미지 센서는 촬상관과 고체 촬상 소자로 분류되는데, 촬상관은 텔레비전을 중심으로 하여 화상 처리 기술을 구사한 계측, 제어, 인식 등에서 널리 상용되며 응용 기술이 발전되었고, 시판되는 고체 촬상 소자는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 형과 CCD(Charge Coupled Device) 형의 2종류가 있다.Such image sensors are classified into image capturing tubes and solid-state image capturing apparatuses. Image capturing tubes are widely used in measurement, control, and recognition using image processing technology centered on televisions, and application technologies have been developed. Commercially available solid-state image capturing devices are CMOS (Complementary). There are two types of metal oxide semiconductor (CCD) type and charge coupled device (CCD) type.

특히, CMOS 이미지 센서(CIS)는 CMOS 제조기술을 이용하여 광학적 이미지를 전기적 신호로 변화시키는 소자를 의미하며, 이러한 CMOS 이미지 소자는 디지털 스틸 카메라, 휴대폰의 카메라, 도어폰의 카메라 등 이미지 센서에 대한 수요가 폭발적으로 늘어나면서, CIS 장치에 대한 수요도 기하급수적으로 늘어나고 있고, 각종 응용 제품에서 고성능의 CIS 장치가 요구되고 있다. 이러한 요구에 부응하여 0.18미크론의 디자인 룰을 이용하여 CIS 장치를 개발하기 위하여 공정 개발을 진행하여 왔고, 차세대 이미지 센서는 0.13미크론 디자인 룰에 의한 공정 개발이 필요하다.In particular, a CMOS image sensor (CIS) refers to a device for converting an optical image into an electrical signal using a CMOS manufacturing technology, such a CMOS image device for image sensors such as digital still cameras, mobile phone cameras, door phone cameras As demand increases explosively, the demand for CIS devices is growing exponentially, and high performance CIS devices are required in various applications. In response to this demand, process development has been conducted to develop a CIS device using a 0.18 micron design rule. Next-generation image sensors require a process development based on a 0.13 micron design rule.

일반적으로, 0.13미크론 이하의 작은 패턴을 갖는 반도체 장치는 알루미늄(Al)을 이용한 금속배선을 형성하기가 어렵다. 따라서, 알루미늄 대신에 구리(Cu)를 이용한 금속배선을 적용하는 것이 바람직하다. 그렇지만, 구리를 이용하여 금속배선을 형성하는 경우에는, 층간절연막(IMD : Inter Metal Dilectric)에서의 Cu 확산을 방지하고 식각 정지막(etch stopper layer)으로 기능하기 위해 SiN, SiC 등을 이용하여 확산 방지막을 형성할 필요가 있었다.In general, a semiconductor device having a small pattern of 0.13 microns or less is difficult to form a metal wiring using aluminum (Al). Therefore, it is preferable to apply metal wiring using copper (Cu) instead of aluminum. However, in the case of forming the metal wiring using copper, diffusion using SiN, SiC, or the like to prevent the diffusion of Cu in the intermetal dielectric (IMD) and function as an etch stopper layer It was necessary to form a protective film.

한편, 일반적으로 CIS 장치에서 사용되는 MIM(Metal/Insulator/Metal) 커패시터의 구조는 T자형, U자형 및 대칭적(Asymmetric) MIM 구조 등이 있다. 이들 중 대칭적 MIM 커패시터는 T자형 또는 U자형 커패시터의 형성 공정보다 공정이 단순해 현재 다양하게 사용되고 있으며, 특히, 근래에 들어서는 구리 금속배선을 MIM 커패시터의 하부전극으로 이용하고 구리의 확산 방지막을 유전막으로 사용하는 이미지 센서의 MIM 커패시터 형성방법이 주목받고 있다.On the other hand, the structure of the MIM (Metal / Insulator / Metal) capacitors generally used in CIS devices include T-shaped, U-shaped, and symmetric (Asymmetric) MIM structures. Among them, symmetrical MIM capacitors have a simpler process than the formation of T-shaped or U-shaped capacitors and are currently used in various ways. In particular, recently, copper metal wiring is used as the lower electrode of the MIM capacitor, and a copper diffusion barrier is used as a dielectric film. Attention has been paid to the formation of the MIM capacitor of the image sensor.

도 1은 종래에 따른 MIM 커패시터를 구비한 이미지 센서를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing an image sensor having a conventional MIM capacitor.

도 1을 참조하면, 먼저 소정의 하부층이 형성된 반도체 기판(100) 상에 제 1 층간 절연막(102)을 증착한 후, 다마신 공정을 통해 제 1 층간 절연막(102) 내에 구리(Cu)를 이용하여 하부 금속 배선(104a, 104b)을 형성하고, 구리의 확산을 방지 하기 위한 확산 방지막(106)으로 SiN막 또는, SiC막을 증착하며, 커패시터 영역에 대응되는 확산 방지막(106) 상에 타이타늄(Ti)과 같은 금속을 증착 및 식각함으로써 패터닝된 커패시터의 상부 전극(108)을 형성한다.Referring to FIG. 1, first, a first interlayer insulating film 102 is deposited on a semiconductor substrate 100 on which a predetermined lower layer is formed, and then copper (Cu) is used in the first interlayer insulating film 102 through a damascene process. To form lower metal interconnections 104a and 104b, and to deposit a SiN film or a SiC film with a diffusion barrier film 106 to prevent diffusion of copper, and to form titanium (Ti) on the diffusion barrier film 106 corresponding to the capacitor region. The upper electrode 108 of the patterned capacitor is formed by depositing and etching a metal such as).

이때, 커패시터 영역에 대응되는 제 1 층간 절연막(102) 내에 형성된 하부 금속 배선(104a)은 커패시터의 하부 전극을 의미한다(이하에서는 도면부호 104a를 하부 전극이라 함). 또한, 104b는 로직 소자 영역에서의 일반적인 금속 배선으로 기능하는 하부 금속 배선이다. 이에 따라, 하부 전극(104a)/확산 방지막(106)/상부 전극(108)으로 이루어진 MIM 커패시터가 완성된다. 여기서, 상부 전극(108) 상부에는 상부 전극(108) 표면을 보호하는 식각 정지막(110)이 형성될 수 있다.In this case, the lower metal wire 104a formed in the first interlayer insulating layer 102 corresponding to the capacitor region means a lower electrode of the capacitor (hereinafter, reference numeral 104a is referred to as a lower electrode). In addition, 104b is a lower metal wiring which functions as a general metal wiring in a logic element area | region. Thereby, the MIM capacitor consisting of the lower electrode 104a / diffusion prevention film 106 / upper electrode 108 is completed. Here, an etch stop layer 110 may be formed on the upper electrode 108 to protect the surface of the upper electrode 108.

이어서, MIM 커패시터가 완성된 확산 방지막(106) 상에 제 2 층간 절연막(112)을 형성하고, 제 2 층간 절연막(112) 상에 식각 정지막(114)을 형성하며, 식각 정지막(114) 상에 다시 제 3 층간 절연막(116)을 증착한 후, 듀얼 다마신 공정을 통해 하부 전극(104a) 및 상부 전극(108)을 외부 회로와 연결하기 위한 커패시터용 제1 및 제2 금속 배선(118a, 118b)을 형성하고 하부 금속 배선(104b)을 외부 회로와 연결하는 상부 금속 배선(118c)을 형성한다.Subsequently, a second interlayer insulating layer 112 is formed on the diffusion barrier layer 106 on which the MIM capacitor is completed, an etch stop layer 114 is formed on the second interlayer insulating layer 112, and the etch stop layer 114 is formed. After the third interlayer insulating film 116 is deposited on the first and second metal wirings 118a for capacitors for connecting the lower electrode 104a and the upper electrode 108 to an external circuit through a dual damascene process. 118b and an upper metal wiring 118c for connecting the lower metal wiring 104b with an external circuit.

하지만, 종래에서와 같이 구리(Cu)로 이루어진 금속배선을 하부 전극(104a)으로 사용하는 경우에는 구리의 물성상 하부 전극(104a)과 확산 방지막(106)인 SiN으로 이루어진 유전막 간의 계면에 보이드(void)가 발생하기 때문에, 후속공정을 통해 SiN을 화학적 기상 증착 공정(CVD : Chemical Vapor Deposition)으로 증착하게 되면 SiN 증착시 발생하는 스트레스(stress)에 의해 하부 전극(104a) 내부에 존재하던 베이컨시(vacancy)가 하부 전극(104a)/확산 방지막(106)의 계면으로 이동하게 된다. 이에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이, 하부 전극(104a)/확산 방지막(106)의 계면(즉, Cu/SiN의 계면)에는 보이드(void)가 발생하는 문제점이 있었으며, 이러한 보이드는 커패시터의 동작 특성을 저하시키는 요인으로 작용하고 있는 실정이다.However, when a metal wiring made of copper (Cu) is used as the lower electrode 104a as in the related art, voids (interfaces) between the lower electrode 104a of the physical properties of copper and the dielectric film made of SiN, which is the diffusion barrier film 106, are used. void is generated, and when SiN is deposited by a chemical vapor deposition process (CVD) through a subsequent process, bacon seams that existed in the lower electrode 104a are caused by stress generated during SiN deposition. Vacancy moves to the interface of the lower electrode 104a / diffusion prevention film 106. Accordingly, as shown in FIG. 2, there is a problem in that voids are generated at the interface of the lower electrode 104a / diffusion barrier 106 (that is, the interface of Cu / SiN). It is a situation that acts as a factor to lower the operating characteristics.

이에 따라, 본 발명은 하부 전극으로 사용되는 구리의 전기 도금 시에 구리 도금막 내에 금속 이온을 첨가하여 하부 전극을 형성함으로써, 하부 전극과 확산 방지막 계면의 보이드 발생을 방지할 수 있는 반도체 소자의 제조 방법을 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention forms a lower electrode by adding metal ions into the copper plating film during the electroplating of copper used as the lower electrode, thereby manufacturing a semiconductor device capable of preventing the generation of voids between the lower electrode and the diffusion barrier layer. To provide a method.

본 발명은, 이미지 센서 관련 소자가 포함된 반도체 기판 상에 제 1 층간 절연막을 형성한 후 이를 다마신 공정을 통해 패터닝하는 단계; 상기 패터닝된 제 1 층간 절연막을 포함하는 상기 반도체 기판에 대해 금속 이온을 첨가한 구리 전기 도금을 통해 하부 전극과 하부 금속 배선을 형성하는 단계; 상기 하부 전극과 상기 하부 금속 배선 상부에 확산 방지막을 형성하는 단계 및 상기 하부 전극이 형성된 상기 반도체 기판 상부에 상기 하부 전극과 상기 하부 금속 배선과 연결되는 금속 배선 구조물을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법을 제공한다.The present invention includes forming a first interlayer insulating film on a semiconductor substrate including an image sensor-related device and then patterning it through a damascene process; Forming a lower electrode and a lower metal interconnection through copper electroplating in which metal ions are added to the semiconductor substrate including the patterned first interlayer insulating layer; Forming a diffusion barrier over the lower electrode and the lower metal wiring; and forming a metal wiring structure connected to the lower electrode and the lower metal wiring on the semiconductor substrate on which the lower electrode is formed. It provides a method for producing.

본 발명은, 이미지 센서와 같은 반도체 소자의 MIM 커패시터를 제조하는 과정에서 구리만을 이용하여 하부 전극을 형성하는 종래 방법과는 달리, 이미지 센서와 같은 반도체 소자에서 MIM 커패시터를 형성하기 위한 하부 전극을 금속 이온을 첨가한 구리 전기 도금을 수행하여 형성한 후에 확산 방지막을 형성하고, 이후 그 상부 구조물을 형성함으로써, 하부 전극과 확산 방지막 계면에 발생하는 보이드 현상을 방지하여 반도체 소자의 MIM 커패시터 특성을 향상시킬 수 있으며, 이로 인해 반도체 소자의 수율을 향상시킬 수 있다.The present invention, unlike the conventional method of forming the lower electrode using only copper in the process of manufacturing the MIM capacitor of the semiconductor device, such as an image sensor, the lower electrode for forming the MIM capacitor in the semiconductor device, such as an image sensor The diffusion barrier layer is formed after the copper electroplating with ions, and then the upper structure is formed to prevent voids occurring at the interface between the lower electrode and the diffusion barrier layer, thereby improving the MIM capacitor characteristics of the semiconductor device. This can improve the yield of the semiconductor device.

본 발명의 기술요지는, 이미지 센서와 같은 반도체 소자에서 MIM 커패시터를 형성하기 위한 하부 전극을 금속 이온을 첨가한 구리 전기 도금을 수행하여 형성한 후에 확산 방지막을 형성하고, 이후 그 상부에 상부 전극을 형성하며, 그 상부에 이와 각각 연결되는 제 1 및 제 2 금속 배선과 상부 금속 배선을 형성한다는 것이며, 이러한 기술적 수단을 통해 종래 기술에서의 문제점을 해결할 수 있다.SUMMARY OF THE INVENTION In accordance with an aspect of the present invention, after forming a lower electrode for forming a MIM capacitor in a semiconductor device such as an image sensor by performing copper electroplating with metal ions, a diffusion barrier is formed, and then an upper electrode is formed thereon. And the first and second metal wires and the upper metal wires connected to the upper and second metal wires, respectively. The technical problems can be solved through the technical means.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 MIM 커패시터의 하부 전극을 전기도금을 이용하여 형성하는 것을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 MIM 커패시터를 제조하는 과정을 나타낸 플로우차트이다. 이러한 도면들을 통해 본 발명에 따른 MIM 커패시터 제조 방법에 대해 설명한다. 이하에서는 도 1에 도시된 MIM 커패시터를 구비한 이미지 센서의 도면 부호를 이용하여 설명한다.3 is a view showing the formation of the lower electrode of the MIM capacitor by electroplating according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 4 is a flowchart showing a process of manufacturing a MIM capacitor according to a preferred embodiment of the present invention to be. Through these drawings will be described for the MIM capacitor manufacturing method according to the present invention. Hereinafter, the reference numerals of the image sensor including the MIM capacitor illustrated in FIG. 1 will be described.

도 3 및 도 4를 참조하면, 먼저 소정의 하부층(예를 들면, 이미지 센서 관련 소자)이 형성된 반도체 기판(100) 상에 제 1 층간 절연막(102)을 증착한 후, 콘택 퍼스트 방식 또는 트렌치 퍼스트 방식의 다마신 공정을 통해 제 1 층간 절연막(102)을 패터닝한 한다(단계402).Referring to FIGS. 3 and 4, first, a first interlayer insulating layer 102 is deposited on a semiconductor substrate 100 on which a predetermined lower layer (eg, an image sensor related device) is formed, and then a contact first method or a trench first method. The first interlayer insulating film 102 is patterned through a damascene process of the method (step 402).

그리고, 패터닝된 제 1 층간 절연막(102) 내에 구리(Cu) 전기 도금을 이용하여 하부 금속 배선(104a, 104b)을 형성한다(단계404).Subsequently, lower metal interconnections 104a and 104b are formed in the patterned first interlayer insulating layer 102 by using copper (Cu) electroplating (step 404).

여기에서, 구리 전기 도금은, 구리 도금막 내에 Pb, Ti, Co 등의 금속 이온을 첨가하는 방식으로 수행되는데, 이러한 Pb, Ti, Co 등의 금속 원소 첨가는 도 3에 도시한 바와 같이 구리 전극(Cu Anode)과 반도체 기판 전극(w/f Cathode)을 배선을 통해 연결시키고, 이를 Pb2+, Ti+, Co2+ 중 어느 하나의 금속 이온을 첨가한 도금액(electrolyte)에 제 1 층간 절연막(102)이 패터닝된 반도체 기판(100)을 담가 전기 도금을 수행한다. 여기에서, Pb, Ti, Co 등의 금속 원소는 그 농도가 대략 95 ppm - 100 ppm의 범위 조건을 갖는다.Here, copper electroplating is performed by adding metal ions such as Pb, Ti, Co, etc. in the copper plating film, and the addition of metal elements such as Pb, Ti, Co, etc. is performed in the copper electrode as shown in FIG. 3. (Cu Anode) and the semiconductor substrate electrode (w / f Cathode) are connected through a wiring, and the first interlayer insulating film 102 is patterned on an electrolyte to which metal ions of Pb2 +, Ti +, or Co2 + are added. The semiconductor substrate 100 is immersed to perform electroplating. Here, metal elements such as Pb, Ti, Co, and the like have conditions in the range of approximately 95 ppm-100 ppm.

그리고, 구리 전기 도금 시 'Cu2++2e→Cu'의 표준 환원 포텐셜(potential)은 대략 0.3402 V(표준 수산화 전극, SHE : Standard Hydration Electrode)이고, 'Pb2++2e→Pb'의 표준 환원 포텐셜은 대략 -0.13V(SHE)이며, Ti의 표준 환원 포텐셜은 대략 -0.28V이고, Co의 표준 환원 포텐셜은 대략 -0.34V로서, 구리가 도금되기 위한 환원 포텐셜은 Pb2+, Ti+, Co2+의 각 포텐셜보다 상대적으로 높기 때문에 전기 도금 시 첨가하고자 하는 금속 원소(즉, Pb, Ti, Co 중 어느 하나)의 환원 포텐셜보다 낮은 전압을 인가하면 Cu-Pb(또는 Cu-Ti 또는 Cu-Co)의 도금을 수행할 수 있다.In addition, the standard reduction potential of Cu2 ++ 2e → Cu is about 0.3402 V (Standard Hydration Electrode (SHE), and the standard reduction potential of Pb2 ++ 2e → Pb) during copper electroplating. Is approximately -0.13V (SHE), the standard reduction potential of Ti is approximately -0.28V, the standard reduction potential of Co is approximately -0.34V, and the reduction potential for copper plating is each of Pb2 +, Ti +, and Co2 + potentials. Since it is relatively higher, when a voltage lower than the reduction potential of the metal element (ie, Pb, Ti, or Co) to be added during electroplating is applied, the plating of Cu-Pb (or Cu-Ti or Cu-Co) is performed. Can be done.

또한, 구리 전기 도금 시 H+ 이온이 첨가된 수용액을 사용하기 때문에, 전기 도금 시 '2H++2e→H2'의 반응이 발생하지 않도록 도금 전압을 조정해야만 하는데, H2 방출(evolution) 반응이 발생하게 될 경우 이러한 H2 방출 반응에 의한 버블(bobble)로 인해 도금막 표면에 결함이 발생하며, 전체 환원 반응에서 H2 방출 반응만큼 도금 효율이 떨어지게 되며, 표준 상태에서는 첨가물(즉, Pb, Ti, Co 중 어느 하나)에 대한 환원 포텐셜이 모두 H2 방출 포텐셜보다 낮기 때문에 Cu-Pb(또는 Cu-Ti 또는 Cu-Co) 도금 시 H2 방출 반응이 나타나고, 이를 방지하기 위해 전해질(즉, 도금액) 내 pH를 조절하여 H2 방출 포텐셜을 Pb2+, Ti+, Co2+의 각 포텐셜보다 상대적으로 낮게 조절함으로써, H2 방출 반응을 방지할 수 있으며, 이는 전기 화학적으로 볼 때, H2 방출에 대한 환원 포텐셜이 'E=-0.0592pH'이므로 'pH>6.0'의 조건으로 조절하면 Cu-Pb(또는 Cu-Ti 또는 Cu-Co) 도금 시 H2 방출 반응을 방지할 수 있다.In addition, since an electrolytic solution containing H + ions is used during copper electroplating, the plating voltage must be adjusted so that a reaction of '2H ++ 2e → H2' does not occur during electroplating, so that an H2 evolution reaction occurs. In this case, defects on the surface of the plating film are generated due to the bubble caused by the H 2 emission reaction, and the plating efficiency decreases as much as the H 2 emission reaction in the entire reduction reaction. Since the reduction potential for either one is lower than the H2 emission potential, H2 emission reaction occurs during Cu-Pb (or Cu-Ti or Cu-Co) plating, and the pH in the electrolyte (i.e. plating solution) is adjusted to prevent this. By controlling the H2 emission potential to be relatively lower than the respective potentials of Pb2 +, Ti + and Co2 +, it is possible to prevent the H2 emission reaction, which, in electrochemical view, shows that the reduction potential for H2 emission is 'E = -0.0592pH' Since it is possible to prevent the 'pH> 6.0' by controlling the conditions of Cu-Pb (or Cu-Ti or Cu-Co) plating during H2-emitting reaction.

이러한 구리 도금막에 첨가된 불순물(Pb, Ti, Co 중 어느 하나의 금속 원소)은 추후 구리 도금막의 조직 경계(grain boundary)에 피닝(pinning)됨으로써, 이후 도금막 내에 존재하는 베이컨시들의 확산을 방지하게 되어 구리 도금막으로 형성된 하부 금속 배선(104a)과 SiN막 또는, SiC막의 확산 방지막(106)의 계면에서 보이드 발생을 방지할 수 있다.Impurities (metal elements of any one of Pb, Ti, and Co) added to the copper plating film are pinned at a grain boundary of the copper plating film later, thereby preventing diffusion of baconcies existing in the plating film. This prevents the generation of voids at the interface between the lower metal wiring 104a formed of the copper plating film and the SiN film or the diffusion barrier film 106 of the SiC film.

다음에, 구리의 확산을 방지하기 위한 확산 방지막(106)으로 SiN막 또는, SiC막을 형성하며(단계406), 커패시터 영역에 대응되는 확산 방지막(106) 상에 타이타늄(Ti)과 같은 금속을 증착 및 식각함으로써 패터닝된 커패시터의 상부 전극(108)을 형성한다(단계408).Next, a SiN film or a SiC film is formed as a diffusion barrier film 106 for preventing the diffusion of copper (step 406), and a metal such as titanium (Ti) is deposited on the diffusion barrier film 106 corresponding to the capacitor region. And forming the upper electrode 108 of the patterned capacitor by etching (step 408).

이때, 커패시터 영역에 대응되는 제 1 층간 절연막(102) 내에 형성된 하부 금속배선(104a)은 커패시터의 하부 전극을 의미한다(이하에서는 도면부호 104a를 하부 전극이라 함). 또한, 104b는 로직 소자 영역에서의 일반적인 금속배선으로 기능하는 하부 금속배선이다. 이에 따라, 하부 전극(104a)/확산 방지막(106)/상부 전극(108)으로 이루어진 MIM 커패시터가 완성된다. 여기서, 상부 전극(108) 상부에는 상부 전극(108) 표면을 보호하는 식각 정지막(110)이 형성될 수 있다.In this case, the lower metal interconnection 104a formed in the first interlayer insulating layer 102 corresponding to the capacitor region means a lower electrode of the capacitor (hereinafter, reference numeral 104a is referred to as a lower electrode). Further, 104b is a lower metallization that functions as a general metallization in the logic element region. Thereby, the MIM capacitor consisting of the lower electrode 104a / diffusion prevention film 106 / upper electrode 108 is completed. Here, an etch stop layer 110 may be formed on the upper electrode 108 to protect the surface of the upper electrode 108.

이어서, MIM 커패시터가 완성된 확산 방지막(106) 상에 제 2 층간 절연막(112)을 형성하고, 제 2 층간 절연막(112) 상에 식각 정지막(114)을 형성하며, 식각 정지막(114) 상에 다시 제 3 층간 절연막(116)을 증착한 후(단계410), 듀얼 다마신 공정을 통해 하부 전극(104a) 및 상부 전극(108)을 외부 회로와 연결하기 위한 커패시터용 제1 및 제2 금속배선(118a, 118b)을 형성하고 하부 금속배 선(104b)을 외부 회로와 연결하는 상부 금속배선(118c)을 형성한다(단계412).Subsequently, a second interlayer insulating layer 112 is formed on the diffusion barrier layer 106 on which the MIM capacitor is completed, an etch stop layer 114 is formed on the second interlayer insulating layer 112, and the etch stop layer 114 is formed. After the third interlayer insulating film 116 is deposited on the substrate (step 410), the first and second capacitors for connecting the lower electrode 104a and the upper electrode 108 to an external circuit through a dual damascene process. The metal wires 118a and 118b are formed, and the upper metal wires 118c are formed to connect the lower metal wires 104b with an external circuit (step 412).

따라서, 이미지 센서와 같은 반도체 소자에서 MIM 커패시터를 형성하기 위한 하부 전극을 금속 이온을 첨가한 구리 전기 도금을 수행하여 형성한 후에 확산 방지막을 형성하고, 이후 그 상부에 하부 전극과 하부 금속 배선과 연결되는 금속 배선 구조물을 형성함으로써, 하부 전극과 확산 방지막 계면에 발생하는 보이드 현상을 방지하여 반도체 소자의 MIM 커패시터를 효과적으로 제조할 수 있다.Therefore, in a semiconductor device such as an image sensor, a lower electrode for forming a MIM capacitor is formed by performing copper electroplating with metal ions, and thereafter, a diffusion barrier is formed, and then connected to the lower electrode and the lower metal wiring thereon. By forming a metal wiring structure, a void phenomenon occurring at the interface between the lower electrode and the diffusion barrier layer can be prevented, thereby effectively manufacturing the MIM capacitor of the semiconductor device.

이상의 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.In the foregoing description, the present invention has been described with reference to preferred embodiments, but the present invention is not necessarily limited thereto. Those skilled in the art will appreciate that the present invention may be modified without departing from the spirit of the present invention. It will be readily appreciated that branch substitutions, modifications and variations are possible.

도 1은 종래에 따른 MIM 커패시터를 구비한 이미지 센서를 도시한 단면도,1 is a cross-sectional view showing an image sensor having a conventional MIM capacitor;

도 2는 종래에 구리 도금막 상에 SiN막을 증착한 후 Cu/SiN 계면에서 보이드가 발생하는 것을 나타낸 도면,2 is a view showing that voids are generated at a Cu / SiN interface after a SiN film is deposited on a copper plating film according to the related art.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 MIM 커패시터의 하부 전극을 전기도금을 이용하여 형성하는 것을 나타낸 도면,3 is a view showing the formation of the lower electrode of the MIM capacitor by electroplating according to a preferred embodiment of the present invention;

도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 MIM 커패시터를 제조하는 과정을 나타낸 플로우차트.4 is a flowchart illustrating a process of manufacturing a MIM capacitor according to a preferred embodiment of the present invention.

Claims (6)

이미지 센서 관련 소자가 포함된 반도체 기판 상에 제 1 층간 절연막을 형성한 후 이를 다마신 공정을 통해 패터닝하는 단계;Forming a first interlayer insulating film on a semiconductor substrate including an image sensor-related device and patterning the first interlayer insulating film through a damascene process; 상기 패터닝된 제 1 층간 절연막을 포함하는 상기 반도체 기판에 대해 금속 이온을 첨가한 구리 전기 도금을 통해 하부 전극과 하부 금속 배선을 형성하는 단계;Forming a lower electrode and a lower metal interconnection through copper electroplating in which metal ions are added to the semiconductor substrate including the patterned first interlayer insulating layer; 상기 하부 전극과 상기 하부 금속 배선 상부에 확산 방지막을 형성하는 단계 및Forming a diffusion barrier over the lower electrode and the lower metal wire; 상기 하부 전극이 형성된 상기 반도체 기판 상부에 상기 하부 전극과 상기 하부 금속 배선과 연결되는 금속 배선 구조물을 형성하는 단계Forming a metal wiring structure connected to the lower electrode and the lower metal wiring on the semiconductor substrate on which the lower electrode is formed; 를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.Method for manufacturing a semiconductor device comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제조 방법은, 상기 금속 이온으로 Pb, Ti 또는 Co를 첨가한 상기 구리 전기 도금을 이용하여 Cu-Pb, Cu-Ti 또는 Cu-Co의 상기 하부 전극과 상기 하부 금속 배선을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.The manufacturing method is characterized in that the lower electrode and the lower metal wiring of Cu-Pb, Cu-Ti or Cu-Co are formed using the copper electroplating in which Pb, Ti or Co is added as the metal ions. The manufacturing method of the semiconductor element. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 제조 방법은, 상기 금속 이온의 농도가 95 ppm - 100 ppm의 범위 조건 을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.The said manufacturing method is a manufacturing method of the semiconductor element characterized by the density | concentration of the said metal ion having the range of 95 ppm-100 ppm. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 제조 방법은, 상기 구리 전기 도금 시 발생하는 H2 방출 현상을 억제하기 위한 전해질의 pH 조절을 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.The manufacturing method is a method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that for adjusting the pH of the electrolyte for suppressing the H2 emission phenomenon generated during the copper electroplating. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 pH 조절은, 'pH>6.0'의 조건으로 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.The pH control method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that carried out under the condition of 'pH> 6.0'. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 상기 확산 방지막은, SiN막 또는 SiC막인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.The diffusion barrier is a SiN film or a SiC film, the manufacturing method of a semiconductor device.
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