KR20230140070A - Semiconductor devices - Google Patents

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KR20230140070A
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딩싸오펑
안정훈
최윤기
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Abstract

반도체 소자는 기판 상에 금속간 절연막들 및 금속 배선들을 포함하는 금속 배선 구조물이 구비된다. 상기 금속 배선 구조물의 상부면을 덮는 제1 상부 캡핑막이 구비된다. 상기 제1 상부 캡핑막 상에 연마 저지막이 구비된다. 상기 연마 저지막으로부터 수직 방향으로 연장되고, 상기 연마 저지막, 제1 상부 캡핑막, 금속 배선 구조물 및 기판을 관통하는 관통 비아 콘택이 구비된다. 상기 연마 저지막 및 관통 비아 콘택 상에 구비되는 상부 식각 저지막이 구비된다. 상기 상부 식각 저지막 상에 구비되고, 상부 금속간 절연막 및 상부 금속 배선을 포함하는 상부 금속 배선 구조물이 구비된다. 상기 상부 금속 배선은 상기 금속 배선과 전기적으로 연결되는 제1 상부 금속 배선 및 상기 관통 비아 콘택과 전기적으로 연결되는 제2 상부 금속 배선을 포함한다. A semiconductor device is provided with a metal interconnection structure including intermetallic insulating films and metal interconnections on a substrate. A first upper capping film is provided to cover the upper surface of the metal wiring structure. An abrasive-stopping film is provided on the first upper capping film. A through via contact is provided that extends in a vertical direction from the polishing stop layer and penetrates the polishing stop layer, the first upper capping layer, the metal wiring structure, and the substrate. An upper etch stop film is provided on the polishing stop film and the through via contact. An upper metal interconnection structure is provided on the upper etch stop layer and includes an upper intermetallic insulating layer and an upper metal interconnection. The upper metal interconnection includes a first upper metal interconnection electrically connected to the metal interconnection and a second upper metal interconnection electrically connected to the through via contact.

Description

반도체 소자{SEMICONDUCTOR DEVICES}Semiconductor devices {SEMICONDUCTOR DEVICES}

본 발명은 반도체 소자에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 관통 비아 콘택(through via contact)를 포함하는 반도체 소자에 관한 것이다.The present invention relates to semiconductor devices. More specifically, the present invention relates to a semiconductor device including a through via contact.

반도체 소자를 다른 반도체 소자 내지 인쇄회로기판와 전기적으로 연결시키기 위해 기판을 관통하는 관통 비아 콘택이 포함될 수 있다. 상기 관통 비아 콘택은 통상적으로 관통 실리콘 비아(Through Silicon Via: TSV)로 칭해진다. 상기 관통 비아 콘택은 저저항을 가지면서 금속간 절연막의 손상이 감소되도록 형성될 수 있다. A through via contact penetrating the substrate may be included to electrically connect the semiconductor device to another semiconductor device or a printed circuit board. The through via contact is typically referred to as a through silicon via (TSV). The through via contact may be formed to have low resistance and reduce damage to the intermetallic insulating layer.

본 발명의 과제는 개선된 특성을 갖는 반도체 소자를 제공하는데 있다.The object of the present invention is to provide a semiconductor device with improved characteristics.

상기한 일 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자는 기판 상에 금속간 절연막들 및 금속 배선들을 포함하는 금속 배선 구조물이 구비된다. 상기 금속 배선 구조물의 상부면을 덮는 제1 상부 캡핑막이 구비된다. 상기 제1 상부 캡핑막 상에 연마 저지막이 구비된다. 상기 연마 저지막으로부터 수직 방향으로 연장되고, 상기 연마 저지막, 제1 상부 캡핑막, 금속 배선 구조물 및 기판을 관통하는 관통 비아 콘택이 구비된다. 상기 연마 저지막 및 관통 비아 콘택 상에 구비되는 상부 식각 저지막이 구비된다. 상기 상부 식각 저지막 상에 구비되고, 상부 금속간 절연막 및 상부 금속 배선을 포함하는 상부 금속 배선 구조물이 구비된다. 상기 상부 금속 배선은 상기 금속 배선과 전기적으로 연결되는 제1 상부 금속 배선 및 상기 관통 비아 콘택과 전기적으로 연결되는 제2 상부 금속 배선을 포함한다. A semiconductor device according to embodiments of the present invention for achieving the above-described problem is provided with a metal interconnection structure including intermetallic insulating films and metal interconnections on a substrate. A first upper capping film is provided to cover the upper surface of the metal wiring structure. An abrasive-stopping film is provided on the first upper capping film. A through via contact is provided that extends in a vertical direction from the polishing stop layer and penetrates the polishing stop layer, the first upper capping layer, the metal wiring structure, and the substrate. An upper etch stop film is provided on the polishing stop film and the through via contact. An upper metal interconnection structure is provided on the upper etch stop layer and includes an upper intermetallic insulating layer and an upper metal interconnection. The upper metal interconnection includes a first upper metal interconnection electrically connected to the metal interconnection and a second upper metal interconnection electrically connected to the through via contact.

예시적인 실시예들에 따른 반도체 소자는 금속 배선 구조물 상에 제1 상부 캡핑막, 연마 저지막 및 상부 식각 저지막이 각각 구비될 수 있다. 이에 따라, 상기 금속 배선 구조물에 포함되는 금속 물질의 확산이 억제되고, 상기 관통 비아 콘택을 정확한 위치에 형성할 수 있다. Semiconductor devices according to example embodiments may include a first upper capping layer, a polishing stop layer, and an upper etch stop layer, respectively, on a metal wiring structure. Accordingly, diffusion of the metal material included in the metal wiring structure is suppressed, and the through via contact can be formed at an accurate location.

도 1 내지 도 10는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 11은 예시적인 실시예에 따른 반도체 소자의 관통 비아 콘택 상부를 확대한 단면도이다.
1 to 10 are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to example embodiments.
11 is an enlarged cross-sectional view of the upper part of a through-via contact of a semiconductor device according to an exemplary embodiment.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the attached drawings.

도 1 내지 도 9는 예시적인 실시예들에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.1 to 9 are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to example embodiments.

도 1을 참조하면, 기판(100) 상에 셸로우 트렌치 소자 분리 공정을 수행하여 소자 분리 패턴(102)을 형성한다. 상기 소자 분리 패턴(102) 및 기판(100) 상에 회로 패턴들(104)을 형성한다. 상기 회로 패턴들(104)은 메모리 회로 또는 로직 회로를 포함할 수 있다. 상기 회로 패턴들(104)은 예를들어, N형 MOS 트랜지스터 및 P형 MOS 트랜지스터들을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, a shallow trench device isolation process is performed on the substrate 100 to form a device isolation pattern 102. Circuit patterns 104 are formed on the device isolation pattern 102 and the substrate 100. The circuit patterns 104 may include a memory circuit or a logic circuit. The circuit patterns 104 may include, for example, N-type MOS transistors and P-type MOS transistors.

상기 회로 패턴들(104)을 덮는 제1 및 제2 층간 절연막(110, 112)을 형성하고, 상기 제1 및 제2 층간 절연막(110, 112) 내에는 콘택 플러그 및 도전 라인을 포함하는 하부 배선(114)을 형성한다. 상기 제1 및 제2 층간 절연막(110, 112)은 실리콘 산화물 및 실리콘 질화물을 포함할 수 있다. Forming first and second interlayer insulating films 110 and 112 covering the circuit patterns 104, and forming a lower wiring including a contact plug and a conductive line within the first and second interlayer insulating films 110 and 112. It forms (114). The first and second interlayer insulating films 110 and 112 may include silicon oxide and silicon nitride.

도 2를 참조하면, 상기 제2 층간 절연막(112) 및 하부 배선(114) 상에 금속간 절연막들(120), 금속 배선들(130), 및 하부 캡핑막들(122)을 포함하는 금속 배선 구조물(140)을 형성한다. 상기 금속 배선들(130)은 상기 하부 배선들(114)과 전기적으로 연결될 수 있다. Referring to FIG. 2, a metal interconnection including intermetallic insulating films 120, metal interconnections 130, and lower capping films 122 on the second interlayer insulating film 112 and the lower interconnection 114. Form the structure 140. The metal wires 130 may be electrically connected to the lower wires 114 .

상기 금속간 절연막(120)은 다층으로 형성될 수 있다. 상기 하부 캡핑막(122)은 각 층의 금속간 절연막(120)의 사이에 형성될 수 있다.The intermetallic insulating film 120 may be formed in multiple layers. The lower capping film 122 may be formed between the intermetallic insulating films 120 of each layer.

상기 금속간 절연막(120)은 실리콘 산화물(SiO2)에 비해 낮은 유전상수를 갖는 저유전상수 혹은 초저유전상수 절연체(Low-k or Ultra low-k dielectric)를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 상기 금속간 절연막(120)은 불소 도핑 SiO2(fluorine-doped silicon dioxide), 탄소 도핑 SiO2(carbon-doped silicon dioxide), 다공성 SiO2(porous silicon dioxide), HSG(hydrogen silsesquioxane)이나 MSG(methylsilsesquioxane)과 같은 실리콘계열의 폴리머절연체(silicone based polymeric dielectric), 폴리이미드와 같은 유기 폴리머 절연체(organic polymeric dielectric), SiCOH, Dow Chemical 사(社)로부터 입수 가능한 SiLKTM, ASM 사(社)로부터 입수 가능한 AURORATM 등을 포함할 수 있다. 상기 금속간 절연막(120)의 유전 상수가 낮아서, 상기 금속 배선들(130) 사이에 발생되는 기생 커패시턴스가 감소될 수 있다. The intermetallic insulating film 120 may include a low-k or ultra-low-k dielectric that has a lower dielectric constant than silicon oxide (SiO2). In an exemplary embodiment, the intermetallic insulating film 120 is made of fluorine-doped silicon dioxide (SiO2), carbon-doped silicon dioxide (SiO2), porous silicon dioxide (SiO2), hydrogen silsesquioxane (HSG), or Silicone based polymeric dielectric such as MSG (methylsilsesquioxane), organic polymeric dielectric such as polyimide, SiCOH, SiLKTM available from Dow Chemical, ASM. It may include available AURORATM and the like. Since the dielectric constant of the intermetallic insulating film 120 is low, parasitic capacitance generated between the metal wires 130 can be reduced.

상기 금속 배선(130)은 각 층의 금속간 절연막(120) 내에 배치될 수 있다. 따라서, 상기 금속 배선(130)은 다층으로 형성될 수 있다. 각 층에 형성되는 금속 배선(130)은 하부 층에 위치하는 하부 캡핑막(122)을 관통하여 하부 층에 위치한 금속 배선(130)과 접촉할 수 있다. 이에따라, 각 층의 금속 배선들(130)은 서로 전기적으로 연결될 수 있다. The metal wiring 130 may be disposed within the intermetallic insulating film 120 of each layer. Accordingly, the metal wiring 130 may be formed in multiple layers. The metal wiring 130 formed in each layer may penetrate the lower capping film 122 located in the lower layer and contact the metal wiring 130 located in the lower layer. Accordingly, the metal wires 130 of each layer may be electrically connected to each other.

일 예로, 상기 금속 배선(130)은 회로 패턴들과 전기적 연결되는 제1 내지 제8 금속 배선들(130a, 130b, 130c, 130d, 130e, 130f, 130g, 130h)이 수직 적층된 복층 구조를 가질 수 있다. 각 층의 금속 배선(130)은 비아 콘택 및 라인 패턴을 포함할 수 있다. 이하에서는, 상기 금속 배선(130)이 8개의 층으로 적층된 것으로 설명하지만, 상기 금속 배선(130)의 적층 수는 이에 한정되지 않는다. As an example, the metal wiring 130 may have a multi-layer structure in which first to eighth metal wirings 130a, 130b, 130c, 130d, 130e, 130f, 130g, and 130h electrically connected to circuit patterns are vertically stacked. You can. The metal wiring 130 of each layer may include via contacts and line patterns. Hereinafter, the metal wiring 130 will be described as being stacked in eight layers, but the number of stacks of the metal wiring 130 is not limited to this.

예시적인 실시예에서, 상기 비아 콘택 및 배선 라인은 제1 베리어 금속 패턴(132) 및 제1 금속 패턴(134)을 포함할 수 있다. 상기 제1 베리어 금속 패턴(132)은 예를들어, 티타늄, 티타늄 질화물, 탄탈륨 또는 탄탄륨 질화물을 포함할 수 있다. 상기 제1 금속 패턴(134)은 구리를 포함할 수 있다. In an exemplary embodiment, the via contact and wiring line may include a first barrier metal pattern 132 and a first metal pattern 134. The first barrier metal pattern 132 may include, for example, titanium, titanium nitride, tantalum, or tantalum nitride. The first metal pattern 134 may include copper.

상기 하부 캡핑막(122)은 상, 하부의 금속 배선들(130) 간의 접촉 부위를 제외하고, 각 층의 상기 금속 배선(130)의 상부면을 덮을 수 있다 The lower capping film 122 may cover the upper surface of the metal wiring 130 of each layer, excluding the contact area between the upper and lower metal wirings 130.

상기 하부 캡핑막(122)은 상기 금속 배선(130)을 구성하는 금속 성분(예를들어, 구리)이 상기 금속간 절연막(120)으로 확산되는 것을 저지하기 위하여 제공될 수 있다. 상기 하부 캡핑막(122)은 절연 물질일 수 있다. 또한, 상기 하부 캡핑막은 상기 금속 배선(130)을 형성하기 위한 공정에서 식각 저지막으로도 사용될 수 있다. The lower capping film 122 may be provided to prevent metal components (eg, copper) constituting the metal wiring 130 from diffusing into the intermetallic insulating film 120 . The lower capping film 122 may be an insulating material. Additionally, the lower capping layer may be used as an etch stop layer in the process for forming the metal wire 130.

한편, 상기 하부 캡핑막(122)은 금속 배선들(130) 사이에 위치하므로, 상기 금속 배선들(130) 간의 기생 커패시턴스를 감소시키기 위해서는 낮은 유전 상수를 가지는 것이 바람직하다. 상기 하부 캡핑막(122)은 실리콘 질화물보다 낮은 유전 상수를 가질 수 있다. 예시적인 실시예에서, 상기 하부 캡핑막(122)은 SiCN을 포함할 수 있다. Meanwhile, since the lower capping film 122 is located between the metal wires 130, it is desirable to have a low dielectric constant in order to reduce parasitic capacitance between the metal wires 130. The lower capping film 122 may have a lower dielectric constant than silicon nitride. In an exemplary embodiment, the lower capping film 122 may include SiCN.

상기 각 층의 금속 배선(130)을 형성하기 위한 공정은 듀얼 다마신 공정 또는 싱글 다마신 공정을 포함할 수 있다. 듀얼 다마신 공정을 통해 각 층의 금속 배선을 형성하는 공정을 간단하게 설명하면, 상기 금속간 절연막 및 그 하부의 하부 캡핑막을 식각하여 비아 콘택 및 배선 라인이 형성되어야 할 부위에 개구부를 형성한다. 이 후, 상기 개구부의 표면 및 금속간 절연막 상부면 상에 컨포멀하게 제1 베리어 금속막을 형성하고, 상기 제1 베리어 금속막 상에 상기 개구부를 채우도록 제1 금속막을 형성한다. 이 후, 상기 금속간 절연막의 상부면이 노출되도록 평탄화 공정을 수행한다. 상기 평탄화 공정은 화학 기계적 연마 공정을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 제1 베리어 금속 패턴(132) 및 제1 금속 패턴(134)을 포함하는 금속 배선(130)이 형성될 수 있다. 상기 평탄화 공정이 수행됨에 따라, 각 층의 금속 배선 및 금속간 절연막은 평탄하고, 서로 동일한 평면에 위치할 수 있다. The process for forming the metal wiring 130 of each layer may include a dual damascene process or a single damascene process. To briefly explain the process of forming the metal wiring of each layer through the dual damascene process, the intermetallic insulating film and the lower capping film below it are etched to form an opening in the area where the via contact and wiring line are to be formed. Afterwards, a first barrier metal film is conformally formed on the surface of the opening and the upper surface of the intermetallic insulating film, and a first metal film is formed on the first barrier metal film to fill the opening. Afterwards, a planarization process is performed to expose the upper surface of the intermetallic insulating film. The planarization process may include a chemical mechanical polishing process. Accordingly, the metal wiring 130 including the first barrier metal pattern 132 and the first metal pattern 134 may be formed. As the planarization process is performed, the metal wiring and intermetallic insulating film of each layer are flat and can be positioned on the same plane.

상기 금속 배선 구조물(140)의 상부면은 평탄할 수 있다. 상기 금속 배선 구조물(140)의 상부면에는 최상부에 배치된 금속간 절연막(120) 및 금속 배선(130)의 상부면이 노출될 수 있다. 상기 금속 배선 구조물(140)의 최상부에 배치된 금속간 절연막(120) 및 금속 배선(130)의 상부면은 서로 동일한 평면에 위치할 수 있다. The upper surface of the metal wiring structure 140 may be flat. The upper surfaces of the intermetallic insulating film 120 and the metal wiring 130 disposed at the top may be exposed on the upper surface of the metal wiring structure 140. The upper surfaces of the intermetallic insulating film 120 and the metal wiring 130 disposed on the top of the metal wiring structure 140 may be located on the same plane.

도 3을 참조하면, 상기 금속 배선 구조물(140) 상에 상기 금속 배선 구조물(140)을 상부면을 덮는 제1 상부 캡핑막(142)을 형성한다. 상기 제1 상부 캡핑막(142) 상에 연마 저지막(144)을 형성한다. Referring to FIG. 3 , a first upper capping layer 142 is formed on the metal wiring structure 140 to cover the upper surface of the metal wiring structure 140 . A polishing prevention layer 144 is formed on the first upper capping layer 142.

상기 제1 상부 캡핑막(142)은 상기 금속 배선 구조물(140)의 최상부에 배치된 금속 배선(130)을 구성하는 금속 성분이 확산되는 것을 억제하기 위하여 제공될 수 있다. 상기 제1 상부 캡핑막(142)은 절연 물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 상부 캡핑막(142)은 실리콘 질화물보다 낮은 유전 상수를 가질 수 있다. 예시적인 실시예에서, 상기 제1 상부 캡핑막(142)은 SiCN을 포함할 수 있다. The first upper capping film 142 may be provided to suppress diffusion of metal components constituting the metal wiring 130 disposed at the top of the metal wiring structure 140. The first upper capping layer 142 may include an insulating material. The first upper capping layer 142 may have a lower dielectric constant than silicon nitride. In an exemplary embodiment, the first upper capping layer 142 may include SiCN.

상기 제1 상부 캡핑막(142)이 100Å보다 얇게 형성되면, 상기 금속 배선의 금속 성분의 확산을 억제하기가 어렵다. 상기 제1 상부 캡핑막(142)이 300Å보다 두껍게 형성되면, 금속 배선 구조물(140)의 전체 두께가 증가될 수 있고 기생 커패시턴스가 증가될 수 있다. 따라서, 예시적인 실시예에서, 상기 제1 상부 캡핑막(142)은 100Å 내지 300Å의 두께로 형성될 수 있다. If the first upper capping layer 142 is formed thinner than 100 Å, it is difficult to suppress diffusion of metal components in the metal wiring. If the first upper capping film 142 is formed thicker than 300 Å, the overall thickness of the metal interconnection structure 140 may increase and parasitic capacitance may increase. Accordingly, in an exemplary embodiment, the first upper capping layer 142 may be formed to have a thickness of 100Å to 300Å.

상기 연마 저지막(144)은 후속에 진행되는 금속 물질의 평탄화 공정에서 연마 저지막으로 사용될 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 상기 연마 저지막(144)은 상기 제1 상부 캡핑막(142)과 다른 절연 물질을 포함할 수 있다. 상기 연마 저지막(144)은 예를들어, SiN을 포함할 수 있다.The polishing-stop film 144 may include a material that can be used as a polishing-stop film in a subsequent planarization process of a metal material. The polishing-stop film 144 may include an insulating material different from that of the first upper capping film 142. The polishing prevention film 144 may include SiN, for example.

상기 연마 저지막(144)이 300Å보다 얇게 형성되면, 연마 공정 시 소모에 의해 연마 공정의 중지가 어려울 수 있다. 상기 연마 저지막이 800Å보다 두껍게 형성되면, 기생 커패시턴스가 증가될 수 있다. 따라서, 예시적인 실시예에서, 상기 연마 저지막(144)은 300Å 내지 800Å의 두께로 형성될 수 있다. 즉, 상기 연마 저지막(144)은 상기 제1 상부 캡핑막(142)보다 두껍게 형성될 수 있다. If the polishing-stop film 144 is formed thinner than 300Å, it may be difficult to stop the polishing process due to wear during the polishing process. If the polishing stop film is formed thicker than 800 Å, parasitic capacitance may increase. Accordingly, in an exemplary embodiment, the polishing-stop film 144 may be formed to have a thickness of 300Å to 800Å. That is, the polishing prevention film 144 may be formed thicker than the first upper capping film 142.

도 4를 참조하면, 상기 연마 저지막(144) 상에 마스크 패턴(도시안됨)을 형성하고, 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 연마 저지막(144), 제1 상부 캡핑막(142), 금속 배선 구조물(140), 제1 및 제2 층간 절연막(110, 112) 및 기판(100) 상부를 식각하여 관통 비아홀(150)을 형성할 수 있다. Referring to FIG. 4, a mask pattern (not shown) is formed on the polishing stop layer 144, and the mask pattern is used as an etch mask to form the polishing stop layer 144 and the first upper capping layer 142. , the metal wiring structure 140, the first and second interlayer insulating films 110 and 112, and the upper part of the substrate 100 may be etched to form a through-via hole 150.

상기 식각 공정은 건식 식각 공정을 포함할 수 있다. 상기 식각 공정에 의해 형성되는 관통 비아홀(150)의 측벽은 수직 경사를 가지는 것이 바람직하다. 그러나, 실재 식각 공정을 수행하면 상기 관통 비아홀(150)의 측벽은 수직 경사를 가지기가 어려우며, 하부로 갈수록 폭이 좁아지도록 측벽 경사를 가질 수 있다. The etching process may include a dry etching process. The sidewall of the through via hole 150 formed through the etching process preferably has a vertical slope. However, when an actual etching process is performed, it is difficult for the sidewall of the through via hole 150 to have a vertical inclination, and the sidewall may be inclined so that the width becomes narrower toward the bottom.

상기 식각 공정을 수행할 때, 상기 금속 배선 구조물(140)의 금속간 절연막들(120) 및 하부 캡핑막들(122)이 식각될 수 있고, 상기 금속 배선들(130)은 식각되지 않을 수 있다. 또한, 상기 식각 공정을 수행할 때, 상기 기판(100)의 소자 분리 패턴(102)이 식각될 수도 있다. When performing the etching process, the intermetallic insulating films 120 and lower capping films 122 of the metal interconnection structure 140 may be etched, and the metal interconnections 130 may not be etched. . Additionally, when performing the etching process, the device isolation pattern 102 of the substrate 100 may be etched.

도 5를 참조하면, 상기 연마 저지막(144)의 상부면 및 상기 관통 비아홀(150)의 내부 표면 상에 컨포멀하게 비아 절연막(152)을 형성한다. 상기 비아 절연막(152)은 상기 연마 절연막(144)과는 다른 물질일 수 있다. 상기 비아 절연막(152)은 예를들어, 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 5, a via insulating film 152 is conformally formed on the upper surface of the polishing stop film 144 and the inner surface of the through via hole 150. The via insulating film 152 may be made of a different material from the polishing insulating film 144. The via insulating film 152 may include, for example, silicon oxide.

상기 비아 절연막(152) 상에 컨포멀하게 제2 베리어 금속막(154)을 형성한다. 상기 제2 베리어 금속막(154)은 이후에 형성되는 금속의 확산을 방지하기 위하여 제공될 수 있다. 상기 제2 베리어 금속막(154)은 예를들어, 티타늄, 티타늄 질화물, 탄탈륨 또는 탄탄륨 질화물을 포함할 수 있다.A second barrier metal film 154 is conformally formed on the via insulating film 152. The second barrier metal film 154 may be provided to prevent diffusion of metal formed later. The second barrier metal film 154 may include, for example, titanium, titanium nitride, tantalum, or tantalum nitride.

상기 제2 베리어 금속막(154) 상에 상기 관통 비아홀(150) 내부를 완전하게 채우도록 제2 금속막(156)을 형성한다. 상기 제2 금속막(156)은 구리로 형성할 수 있고, 상기 구리는 도금 공정을 통해 형성할 수 있다. 예를들어, 상기 제2 금속막(156)은 구리 또는 구리 망간을 포함하는 시드막을 물리기상증착 또는 화학 기상 증착 공정을 통해 형성한 이 후에, 상기 시드막 상에 구리막을 전기 도금하여 형성할 수 있다. A second metal film 156 is formed on the second barrier metal film 154 to completely fill the inside of the through-via hole 150. The second metal film 156 may be formed of copper, and the copper may be formed through a plating process. For example, the second metal film 156 can be formed by forming a seed film containing copper or copper manganese through a physical vapor deposition or chemical vapor deposition process and then electroplating a copper film on the seed film. there is.

도 6을 참조하면, 상기 연마 저지막(144)의 상부면이 노출되도록 상기 제2 금속막(156), 제2 베리어 금속막(154), 비아 절연막(152)의 상부를 평탄화 공정을 통해 제거한다. 상기 평탄화 공정은 화학 기계적 연마 공정을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 6, the upper portions of the second metal film 156, the second barrier metal film 154, and the via insulating film 152 are removed through a planarization process so that the upper surface of the polishing stop film 144 is exposed. do. The planarization process may include a chemical mechanical polishing process.

상기 평탄화 공정을 수행하면, 상기 연마 저지막(144)의 상부면 상에 형성된 막들이 모두 제거될 수 있다. 또한, 상기 연마 저지막(144)의 상부도 일부 소모되어 상기 연마 저지막(144)의 두께가 감소될 수 있다. When the planarization process is performed, all films formed on the upper surface of the polishing prevention film 144 can be removed. In addition, a portion of the upper portion of the polishing stop film 144 may be consumed, thereby reducing the thickness of the polishing stop film 144.

따라서, 상기 관통 비아홀(150) 내부에는 비아 절연막 패턴(152a), 제2 베리어 금속 패턴(154a) 및 제2 금속 패턴(156a)을 포함하는 관통 비아 콘택(158)이 형성될 수 있다. 상기 관통 비아 콘택(158)의 상부면은 상기 연마 저지막(144)의 상부면과 동일한 평면에 위치할 수 있다. 상기 관통 비아 콘택(158)의 상부면 및 상기 연마 저지막(144)의 상부면은 평탄할 수 있다. Accordingly, a through via contact 158 including a via insulating film pattern 152a, a second barrier metal pattern 154a, and a second metal pattern 156a may be formed inside the through via hole 150. The top surface of the through via contact 158 may be located on the same plane as the top surface of the polishing stop film 144. The top surface of the through via contact 158 and the top surface of the polishing stop film 144 may be flat.

도 7을 참조하면, 상기 연마 저지막(144) 및 관통 비아 콘택(158) 상에 상기 연마 저지막(144) 및 관통 비아 콘택(158)을 덮는 상부 식각 저지막(146)을 형성한다. 상기 상부 식각 저지막(146)은 상기 연마 저지막(144)과 식각 선택비를 가지는 절연 물질을 포함할 수 있다. 상기 상부 식각 저지막(146)은 예를들어, 실리콘 산화물을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7 , an upper etch stop layer 146 is formed on the polishing stop layer 144 and the through via contact 158 to cover the polishing stop layer 144 and the through via contact 158. The upper etch stop layer 146 may include an insulating material having an etch selectivity with the polishing stop layer 144. The upper etch stop layer 146 may include, for example, silicon oxide.

도시된 것과 같이, 상기 금속 배선 구조물(140)의 최상부에 배치된 금속 배선(130) 및 금속간 절연막(120) 상에는 제1 상부 캡핑막(142), 연마 저지막(144) 및 상부 식각 저지막(146)이 덮혀있을 수 있다. 또한, 상기 관통 비아 콘택(158) 상에는 상기 상부 식각 저지막(146)만 덮혀 있을 수 있다. As shown, a first upper capping layer 142, a polishing stop layer 144, and an upper etch stop layer are formed on the metal interconnection 130 and the intermetallic insulating layer 120 disposed at the top of the metal interconnection structure 140. (146) may be covered. Additionally, only the upper etch stop layer 146 may be covered on the through via contact 158.

도시하지는 않았지만, 상기 상부 식각 저지막(146) 상에 상기 금속 배선 구조물(140)의 최상부에 배치된 금속 배선(130) 및 관통 비아 콘택(158) 부위를 덮는 마스크 패턴을 형성하고, 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 상부 식각 저지막(146), 연마 저지막(144) 및 제1 상부 캡핑막(142)을 순차적으로 제거한다. 따라서, 상기 상부 식각 저지막(146)이 구비됨에 따라, 상기 식각 공정에서 상기 금속 배선 구조물(140)의 최상부에 배치된 금속 배선(130) 및 관통 비아 콘택(158)을 덮는 제1 상부 캡핑막(142) 및 연마 저지막(144)이 식각되는 것을 방지할 수 있다. Although not shown, a mask pattern is formed on the upper etch stop layer 146 to cover the metal wiring 130 and the through via contact 158 disposed at the top of the metal wiring structure 140, and the mask pattern The upper etch stop layer 146, the polishing stop layer 144, and the first upper capping layer 142 are sequentially removed using as an etch mask. Therefore, as the upper etch stop layer 146 is provided, a first upper capping layer covers the metal interconnection 130 and the through via contact 158 disposed on the uppermost part of the metal interconnection structure 140 during the etching process. (142) and the polishing prevention film 144 can be prevented from being etched.

상기 상부 식각 저지막(146)이 100Å보다 얇게 형성되면, 식각 공정 시 소모에 의해 식각 저지막으로 제공되기 어렵고, 상기 상부 식각 저지막이 800Å보다 두껍게 형성되면, 기생 커패시턴스가 증가될 수 있다. 따라서, 예시적인 실시예에서, 상기 상부 식각 저지막(146)은 100Å 내지 300Å의 두께로 형성될 수 있다. If the upper etch stop layer 146 is formed thinner than 100 Å, it is difficult to serve as an etch stop layer due to consumption during the etching process, and if the upper etch stop layer 146 is formed thicker than 800 Å, parasitic capacitance may increase. Accordingly, in an exemplary embodiment, the upper etch stop layer 146 may be formed to have a thickness of 100Å to 300Å.

도 8을 참조하면, 상기 상부 식각 저지막(146) 상에 상부 금속간 절연막(160)을 형성한다. 상기 상부 금속간 절연막(160)은 실리콘 산화물(SiO2)에 비해 낮은 유전상수를 갖는 저유전상수 혹은 초저유전상수 절연체(Low-k or Ultra low-k dielectric)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 8, an upper intermetallic insulating layer 160 is formed on the upper etch stop layer 146. The upper intermetallic insulating film 160 may include a low-k or ultra low-k dielectric that has a lower dielectric constant than silicon oxide (SiO2).

상기 상부 금속간 절연막(160) 내에 상기 금속 배선 구조물(140)의 최상부에 배치된 금속 배선(130) 및 관통 비아 콘택(158)과 각각 전기적으로 연결되는 상부 금속 배선(162)을 형성한다.An upper metal interconnection 162 is formed in the upper intermetallic insulating layer 160, which is electrically connected to the metal interconnection 130 and the through via contact 158 disposed at the top of the metal interconnection structure 140, respectively.

구체적으로, 상기 상부 금속간 절연막(160) 상에 상부 마스크 패턴(도시안됨)을 형성하고, 이를 식각 마스크로 사용하여 상기 상부 금속간 절연막(160), 상부 식각 저지막(146), 연마 저지막(144) 및 제1 상부 캡핑막(142)을 식각하여 상부 금속 배선을 형성하기 위한 트렌치 및 상부 비아홀 포함하는 개구부들의 형성한다. 상기 개구부들의 저면에는 상기 금속 배선 구조물(140)의 최상부에 배치된 금속 배선(130) 또는 관통 비아 콘택(158)이 노출될 수 있다. Specifically, an upper mask pattern (not shown) is formed on the upper intermetallic insulating layer 160, and this is used as an etch mask to form the upper intermetallic insulating layer 160, the upper etch stop layer 146, and the polishing stop layer. 144 and the first upper capping film 142 are etched to form openings including a trench and an upper via hole for forming the upper metal wiring. The metal wiring 130 or the through via contact 158 disposed at the top of the metal wiring structure 140 may be exposed on the bottom of the openings.

상기 개구부 내부에 상부 금속 배선(162)을 형성한다. An upper metal wire 162 is formed inside the opening.

상기 상부 금속 패턴(162)을 형성하기 위하여, 상기 개구부 내부 표면 및 상부 금속간 절연막 상에 컨포멀하게 제3 베리어 금속막을 형성한다. 상기 제3 베리어 금속막 상에 상기 개구부 완전하게 채우도록 제3 금속막을 형성한다. 상기 제3 베리어 금속막은 예를들어, 티타늄, 티타늄 질화물, 탄탈륨 또는 탄탄륨 질화물을 포함할 수 있다. 상기 제3 금속막은 구리로 형성할 수 있고, 상기 구리는 도금 공정을 통해 형성할 수 있다. To form the upper metal pattern 162, a third barrier metal film is conformally formed on the inner surface of the opening and the upper intermetallic insulating film. A third metal film is formed on the third barrier metal film to completely fill the opening. The third barrier metal film may include, for example, titanium, titanium nitride, tantalum, or tantalum nitride. The third metal film may be formed of copper, and the copper may be formed through a plating process.

이 후, 상기 상부 금속간 절연막(160)이 노출되도록 상기 제3 금속막 및 제3 베리어 금속막의 상부를 평탄화 공정을 통해 제거한다. 상기 평탄화 공정은 화학 기계적 연마 공정을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 개구부 내부에 제3 베리어 금속 패턴(164) 및 제3 금속 패턴(166)을 포함하는 상부 금속 배선(162)을 형성할 수 있다. Afterwards, the upper portions of the third metal film and the third barrier metal film are removed through a planarization process to expose the upper intermetallic insulating film 160. The planarization process may include a chemical mechanical polishing process. Accordingly, the upper metal wiring 162 including the third barrier metal pattern 164 and the third metal pattern 166 can be formed inside the opening.

상기 상부 금속간 절연막(160) 및 상부 금속 패턴(162)의 상부면은 평탄하며, 상기 상부 금속간 절연막(160) 및 상부 금속 패턴(162)의 상부면은 동일한 평면에 위치할 수 있다. The upper surfaces of the upper intermetallic insulating film 160 and the upper metal pattern 162 are flat, and the upper surfaces of the upper intermetallic insulating film 160 and the upper metal pattern 162 may be located on the same plane.

상기 상부 금속 배선(162)은 금속 배선 구조물(140)의 최상부에 배치된 금속 배선들(130)과 접촉하는 제1 상부 금속 배선(162a)과 상기 관통 비아 콘택(158)과 접촉하는 제2 상부 금속 배선(162b)을 포함할 수 있다. The upper metal wire 162 includes a first upper metal wire 162a in contact with the metal wires 130 disposed at the top of the metal wire structure 140 and a second upper metal wire 162a in contact with the through via contact 158. It may include a metal wiring 162b.

상기 제1 상부 금속 배선(162a)은 상기 상부 금속간 절연막(160), 상부 식각 저지막(146), 연마 저지막(144) 및 제1 상부 캡핑막(142)을 관통하여 상기 금속 배선 구조물(140)의 최상부에 배치된 금속 배선(130)과 접할 수 있다. 상기 제2 상부 금속 배선(162b)은 상기 상부 금속간 절연막(160) 및 상부 식각 저지막(146)을 관통하여 상기 관통 비아 콘택(158)과 접할 수 있다. The first upper metal interconnection 162a penetrates the upper intermetallic insulating layer 160, the upper etch stop layer 146, the polishing stop layer 144, and the first upper capping layer 142 to form the metal interconnection structure ( It may be in contact with the metal wiring 130 disposed at the top of 140). The second upper metal wire 162b may penetrate the upper intermetallic insulating layer 160 and the upper etch stop layer 146 and contact the through via contact 158.

따라서, 상기 제1 상부 금속 배선(162a) 및 제2 상부 금속 배선 (162b)의 하부면의 수직 레벨이 서로 다를 수 있다. 상기 제1 상부 금속 배선(162a)의 하부면은 상기 제2 상부 금속 배선(162b)의 하부면보다 더 낮게 위치할 수 있다. 또한, 상기 제1 상부 금속 배선(162a) 및 제2 상부 금속 배선(162b)의 수직 높이가 서로 다를 수 있다. 상기 제1 상부 금속 배선(162a)의 수직 높이는 상기 제2 상부 금속 배선(162b)의 수직 높이보다 더 높을 수 있다. Accordingly, the vertical levels of the lower surfaces of the first upper metal wire 162a and the second upper metal wire 162b may be different from each other. The lower surface of the first upper metal wire 162a may be located lower than the lower surface of the second upper metal wire 162b. Additionally, the vertical heights of the first upper metal wire 162a and the second upper metal wire 162b may be different from each other. The vertical height of the first upper metal wire 162a may be higher than the vertical height of the second upper metal wire 162b.

도 9를 참조하면, 상기 상부 금속 배선(162) 및 상부 금속간 절연막(160) 상에 제2 상부 캡핑막(170)을 형성한다. Referring to FIG. 9, a second upper capping layer 170 is formed on the upper metal wiring 162 and the upper intermetallic insulating layer 160.

상기 제2 상부 캡핑막(170)은 상부 금속 배선(162)을 구성하는 금속 성분이 확산되는 것을 억제하기 위하여 제공될 수 있다. 상기 제2 상부 캡핑막(170)은 절연 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 상부 캡핑막(170)은 예를들어, SiCN을 포함할 수 있다. The second upper capping film 170 may be provided to suppress diffusion of metal components constituting the upper metal wiring 162. The second upper capping layer 170 may include an insulating material. The second upper capping film 170 may include, for example, SiCN.

도 10을 참조하면, 상기 제2 상부 캡핑막(170) 상에 보호막(172) 및 케리어(180)를 형성한다. 상기 관통 비아 콘택(158)의 제2 금속 패턴(156a)의 저면을 노출시키기 위하여, 상기 기판(100)의 저면을 백 그라인딩(back grinding)하는 공정을 수행한다. 상기 공정에서, 상기 비아 절연막 패턴(152a) 및 제3 베리어 금속 패턴(164)의 하부면이 제거되어, 상기 비아 절연막 패턴(152a) 및 제3 베리어 금속 패턴(164)은 관통 비아홀(150)의 측벽을 둘러싸는 원통 형상을 가질 수 있다. Referring to FIG. 10, a protective film 172 and a carrier 180 are formed on the second upper capping film 170. In order to expose the bottom of the second metal pattern 156a of the through via contact 158, a back grinding process is performed on the bottom of the substrate 100. In the process, the lower surfaces of the via insulation film pattern 152a and the third barrier metal pattern 164 are removed, so that the via insulation film pattern 152a and the third barrier metal pattern 164 are formed in the through via hole 150. It may have a cylindrical shape surrounding the side walls.

따라서, 상기 기판(100)의 두께가 얇아질 수 있다. 추가적으로, 상기 관통 비아 콘택(158)의 하부가 일부 돌출되도록 기판(100)의 저면을 리세스 할 수 있다. Accordingly, the thickness of the substrate 100 may become thinner. Additionally, the bottom of the substrate 100 may be recessed so that the lower portion of the through via contact 158 partially protrudes.

상기 기판(100)의 저면 상에 하부 절연막(190)을 형성할 수 있다. 상기 하부 절연막(190)을 평탄화하여 상기 관통 비아 콘택(158)의 저면을 노출시킬 수 있다. 또한, 상기 하부 절연막(190) 및 관통 비아 콘택(158)의 저면 상에 상기 관통 비아 콘택(158)과 전기적으로 연결되는 하부 단자(192)를 형성한다. A lower insulating film 190 may be formed on the bottom of the substrate 100. The lower insulating layer 190 may be planarized to expose the bottom surface of the through via contact 158. Additionally, a lower terminal 192 electrically connected to the through via contact 158 is formed on the bottom of the lower insulating film 190 and the through via contact 158.

상기 공정에 의하면, 금속 배선 구조물(140)을 덮는 제1 상부 캡핑막(142)이 구비됨에 따라, 상기 금속 배선 구조물(140)에 포함되는 금속 물질의 확산을 억제할 수 있다. 상기 제1 상부 캡핑막(142) 상에 연마 저지막(144)이 구비됨에 따라, 정확한 위치까지 연마하여 상기 관통 비아 콘택(158)을 형성할 수 있다. 또한, 상기 상부 식각 저지막(146)은 상기 연마 저지막(144) 및 관통 비아 콘택(158)을 덮도록 형성함으로써, 상기 상부 식각 저지막(146) 아래의 연마 저지막(144) 및 제1 상부 캡핑막(142)이 제거되는 것을 억제할 수 있다. According to the above process, the first upper capping film 142 covering the metal wiring structure 140 is provided, thereby suppressing diffusion of the metal material included in the metal wiring structure 140. Since the polishing stop layer 144 is provided on the first upper capping layer 142, the through via contact 158 can be formed by polishing to an accurate position. In addition, the upper etch stop layer 146 is formed to cover the polishing stop layer 144 and the through via contact 158, so that the polishing stop layer 144 below the upper etch stop layer 146 and the first Removal of the upper capping film 142 can be prevented.

전술한 공정들을 통해 제조된 상기 반도체 소자는 다음과 같은 구조적 특징을 가질 수 있다. The semiconductor device manufactured through the above-described processes may have the following structural characteristics.

도 11은 예시적인 실시예에 따른 반도체 소자의 관통 비아 콘택 상부를 확대한 단면도이다. 이하에서, 상기 반도체 소자의 구조적 특징은 도 10 및 도 11을 함께 참조로 설명하며, 제조 방법의 설명에서 이미 기재한 내용은 간단히 기재하거나 생략한다. 11 is an enlarged cross-sectional view of the upper part of a through-via contact of a semiconductor device according to an exemplary embodiment. Hereinafter, the structural features of the semiconductor device will be described with reference to FIGS. 10 and 11, and content already described in the description of the manufacturing method will be briefly described or omitted.

도 10 및 도 11을 참조하면, 기판(100)에 회로 패턴(104)이 구비된다. 상기 회로 패턴(104)을 덮는 제1 및 제2 층간 절연막(110, 112)이 구비되고, 상기 제1 및 제2 층간 절연막(110, 112) 내에는 콘택 플러그 및 도전 라인을 포함하는 하부 배선(114)이 구비된다. Referring to FIGS. 10 and 11 , a circuit pattern 104 is provided on the substrate 100. First and second interlayer insulating films 110 and 112 are provided covering the circuit pattern 104, and a lower wiring including a contact plug and a conductive line is provided within the first and second interlayer insulating films 110 and 112. 114) is provided.

상기 제2 층간 절연막(112) 상에는 금속간 절연막들(120), 금속간 절연막 내에 구비되는 금속 배선들(130), 및 하부 캡핑막들(122)을 포함하는 금속 배선 구조물(140)이 구비된다. A metal interconnection structure 140 including intermetallic insulating films 120, metal interconnections 130 provided in the intermetallic insulating film, and lower capping films 122 is provided on the second interlayer insulating film 112. .

상기 금속 배선(130)은 회로 패턴(104)과 전기적 연결될 수 있고, 복수의 층으로 적층될 수 있다. 상기 금속 배선(130)은 제1 베리어 금속 패턴(132) 및 제1 금속 패턴(134)을 포함할 수 있다. 상기 하부 캡핑막(122)은 각 층의 금속간 절연막들(120) 사이에 배치될 수 있다.The metal wiring 130 may be electrically connected to the circuit pattern 104 and may be stacked in multiple layers. The metal wiring 130 may include a first barrier metal pattern 132 and a first metal pattern 134. The lower capping film 122 may be disposed between the intermetallic insulating films 120 of each layer.

상기 금속 배선 구조물(140) 상에는 상기 금속 배선 구조물(140)을 덮는 제1 상부 캡핑막(142)이 구비된다. 상기 제1 상부 캡핑막(142) 상에는 연마 저지막(144)이 구비된다. A first upper capping film 142 is provided on the metal wiring structure 140 to cover the metal wiring structure 140. A polishing-stop film 144 is provided on the first upper capping film 142.

상기 제1 상부 캡핑막(142)은 예를들어, SiCN을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 상기 제1 상부 캡핑막은 100Å 내지 300Å의 두께를 가질 수 있다. The first upper capping film 142 may include, for example, SiCN. In an exemplary embodiment, the first upper capping film may have a thickness of 100Å to 300Å.

상기 연마 저지막(144)은 상기 제1 상부 캡핑막(142)과 다른 절연 물질을 포함할 수 있다. 상기 연마 저지막(144)은 예를들어, SiN을 포함할 수 있다. The polishing-stop film 144 may include an insulating material different from that of the first upper capping film 142. The polishing prevention film 144 may include SiN, for example.

상기 연마 저지막(144), 제1 상부 캡핑막(142), 금속 배선 구조물(140), 제1 및 제2 층간 절연막(110, 112) 및 기판(100)을 관통하는 관통 비아홀(150)이 구비될 수 있다. A through via hole 150 penetrating the polishing stop film 144, the first upper capping film 142, the metal wiring structure 140, the first and second interlayer insulating films 110 and 112, and the substrate 100 is provided. It can be provided.

상기 관통 비아홀(150)의 내부에는 비아 절연막 패턴(152a), 제2 베리어 금속 패턴(154a) 및 제2 금속 패턴(156a)을 포함하는 관통 비아 콘택(158)이 구비될 수 있다. 상기 관통 비아 콘택(158)은 상기 연마 저지막의 상부면으로부터 수직 방향으로 하방으로 연장될 수 있다.A through via contact 158 including a via insulating film pattern 152a, a second barrier metal pattern 154a, and a second metal pattern 156a may be provided inside the through via hole 150. The through via contact 158 may extend downward in a vertical direction from the upper surface of the polishing stop film.

상기 비아 절연막 패턴(152a) 및 제2 베리어 금속 패턴(154a)은 상기 관통 비아홀(150)의 측벽을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 상기 제2 금속 패턴(156a)은 상기 제2 베리어 금속 패턴(154a)과 접하면서 상기 관통 비아홀(150) 내부를 채울 수 있다. 상기 비아 절연막 패턴(152a), 제2 베리어 금속 패턴(154a) 및 제2 금속 패턴(156a)의 저면은 상기 기판(100)의 저면에 의해 노출될 수 있다. The via insulating film pattern 152a and the second barrier metal pattern 154a may be formed to surround the sidewall of the through via hole 150. The second metal pattern 156a may fill the inside of the through-via hole 150 while contacting the second barrier metal pattern 154a. Bottom surfaces of the via insulation film pattern 152a, the second barrier metal pattern 154a, and the second metal pattern 156a may be exposed by the bottom surface of the substrate 100.

상기 관통 비아 콘택(158)의 상부면은 상기 연마 저지막(144)의 상부면과 동일한 평면에 위치할 수 있다. 상기 관통 비아 콘택(158)의 상부면은 상기 연마 저지막(144)의 상부면은 평탄할 수 있다. 따라서, 상기 금속 배선 구조물(140)의 상부면은 상기 관통 비아 콘택(158)의 상부면보다 낮을 수 있다. 즉, 상기 금속 배선 구조물(140)에서 최상부에 위치하는 금속 배선(130)의 상부면은 상기 관통 비아 콘택(158)의 상부면보다 상기 제1 상부 캡핑막(142) 및 연마 저지막(144)의 두께의 합 만큼 낮게 위치할 수 있다. The top surface of the through via contact 158 may be located on the same plane as the top surface of the polishing stop film 144. The top surface of the through via contact 158 and the top surface of the polishing stop film 144 may be flat. Accordingly, the top surface of the metal wiring structure 140 may be lower than the top surface of the through via contact 158. That is, the upper surface of the metal wiring 130 located at the uppermost part of the metal wiring structure 140 is more exposed to the first upper capping film 142 and the polishing stop film 144 than the upper surface of the through via contact 158. It can be positioned as low as the sum of its thickness.

상기 관통 비아 콘택(158) 및 연마 저지막(144)의 상부면 상에 상부 식각 저지막(146)이 구비될 수 있다. 상기 상부 식각 저지막(146)은 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 상기 상부 식각 저지막(146)은 100Å 내지 300Å의 두께를 가질 수 있다.An upper etch stop layer 146 may be provided on the upper surface of the through via contact 158 and the polishing stop layer 144. The upper etch stop layer 146 may include silicon oxide. The upper etch stop layer 146 may have a thickness of 100Å to 300Å.

예시적인 실시예에서, 상기 제1 상부 캡핑막(142), 연마 저지막(144) 및 상부 식각 저지막(146)은 서로 다른 절연 물질을 포함할 수 있다. In an exemplary embodiment, the first upper capping layer 142, the polishing stop layer 144, and the upper etch stop layer 146 may include different insulating materials.

상기 상부 식각 저지막(146) 상에 상부 금속간 절연막(160)이 구비될 수 있다. 상기 상부 금속간 절연막(160) 내에는 금속 배선들(130) 및 관통 비아 콘택(158)과 전기적으로 연결되는 상부 금속 배선(162)이 구비될 수 있다. 상기 상부 금속 패턴(162)은 제3 베리어 금속 패턴(164) 및 제3 금속 패턴(166)을 포함할 수 있다. 상기 상부 금속간 절연막(160) 및 상부 금속 배선(162)의 상부면은 평탄하며, 상기 상부 금속간 절연막(160) 및 상부 금속 배선(162)의 상부면은 동일한 평면에 위치할 수 있다. An upper intermetallic insulating layer 160 may be provided on the upper etch stop layer 146. An upper metal interconnection 162 electrically connected to the metal interconnections 130 and the through via contact 158 may be provided within the upper intermetallic insulating layer 160 . The upper metal pattern 162 may include a third barrier metal pattern 164 and a third metal pattern 166. The upper surfaces of the upper intermetallic insulating film 160 and the upper metal wiring 162 are flat, and the upper surfaces of the upper intermetallic insulating film 160 and the upper metal wiring 162 may be located on the same plane.

상기 상부 금속 배선(162)은 그 하부에 위치하는 금속 배선들(130)과 전기적으로 연결되는 제1 상부 금속 배선(162a)과 상기 관통 비아 콘택(158)과 전기적으로 연결되는 제2 상부 금속 배선(162b)을 포함할 수 있다. The upper metal wire 162 includes a first upper metal wire 162a electrically connected to the metal wires 130 located below it, and a second upper metal wire electrically connected to the through via contact 158. (162b).

상기 제1 상부 금속 배선(162a)은 상기 상부 금속간 절연막(160), 상부 식각 저지막(146), 연마 저지막(144) 및 제1 상부 캡핑막(142)을 관통하여 금속 배선 구조물(140)의 최상부에 배치된 금속 배선(130)과 접할 수 있다. 상기 제2 상부 금속 배선(162b)은 상기 상부 금속간 절연막(160) 및 상부 식각 저지막(146)을 관통하여 상기 관통 비아 콘택(158)과 접할 수 있다. The first upper metal interconnection 162a penetrates the upper intermetallic insulating layer 160, the upper etch stop layer 146, the polishing stop layer 144, and the first upper capping layer 142 to form a metal interconnection structure 140. ) may be in contact with the metal wiring 130 disposed at the top. The second upper metal wire 162b may penetrate the upper intermetallic insulating layer 160 and the upper etch stop layer 146 and contact the through via contact 158.

따라서, 상기 제1 상부 금속 패턴(162a) 및 제2 상부 금속 패턴(162b)의 하부면의 수직 레벨이 서로 다를 수 있다. 상기 제1 상부 금속 패턴(162a)의 하부면은 상기 제2 상부 금속 패턴(162b)의 하부면보다 더 낮게 위치할 수 있다. 또한, 상기 제1 상부 금속 패턴(162a) 및 제2 상부 금속 패턴(162b)의 수직 높이가 서로 다를 수 있다. 상기 제1 상부 금속 패턴(162a)의 수직 높이는 상기 제2 상부 금속 패턴(162b)의 수직 높이보다 더 높을 수 있다. Accordingly, the vertical levels of the lower surfaces of the first upper metal pattern 162a and the second upper metal pattern 162b may be different from each other. The lower surface of the first upper metal pattern 162a may be located lower than the lower surface of the second upper metal pattern 162b. Additionally, the vertical heights of the first upper metal pattern 162a and the second upper metal pattern 162b may be different from each other. The vertical height of the first upper metal pattern 162a may be higher than the vertical height of the second upper metal pattern 162b.

상기 상부 금속 배선(162) 및 상부 금속간 절연막(160) 상에 제2 상부 캡핑막(170)이 구비된다. 상기 제2 상부 캡핑막(170)은 예를들어 SiCN을 포함할 수 있다.A second upper capping layer 170 is provided on the upper metal wiring 162 and the upper intermetallic insulating layer 160. The second upper capping film 170 may include SiCN, for example.

상기 기판(100)의 저면 상에는 하부 절연막(190)이 구비되고, 상기 하부 절연막(190) 사이에 상기 관통 비아 콘택(158)의 비아 절연막 패턴(152a), 제2 베리어 금속 패턴(154a) 및 제2 금속 패턴(156a)의 저면이 노출될 수 있다. 상기 하부 절연막(190) 및 관통 비아 콘택(158)의 저면 상에 상기 관통 비아 콘택(158)과 전기적으로 연결되는 하부 단자(192)가 구비될 수 있다. A lower insulating film 190 is provided on the bottom of the substrate 100, and a via insulating film pattern 152a, a second barrier metal pattern 154a, and a second barrier metal pattern 154a of the through via contact 158 are formed between the lower insulating film 190. 2 The bottom of the metal pattern 156a may be exposed. A lower terminal 192 electrically connected to the through via contact 158 may be provided on the bottom of the lower insulating film 190 and the through via contact 158.

이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the present invention has been described above with reference to embodiments, those skilled in the art can make various modifications and changes to the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. You will understand that it is possible.

100 : 기판 104 : 회로 패턴
110 , 112 : 제1 및 제2 층간 절연막
114 : 하부 배선 120 : 금속간 절연막
130 : 금속 배선 122 : 하부 캡핑막
132 : 제1 베리어 금속 패턴 134 : 제1 금속 패턴
140 : 금속 배선 구조물 142 : 제1 상부 캡핑막
144 : 연마 저지막 150 : 관통 비아홀
152a : 비아 절연막 패턴 154a : 제2 베리어 금속 패턴
156a : 제2 금속 패턴 158 : 관통 비아 콘택
146 : 상부 식각 저지막 160 : 상부 금속간 절연막
164 : 제3 베리어 금속 패턴 166 : 제3 금속 패턴
162 : 상부 금속 배선 170 : 제2 상부 캡핑막
100: substrate 104: circuit pattern
110, 112: first and second interlayer insulating films
114: lower wiring 120: intermetallic insulating film
130: metal wiring 122: lower capping film
132: first barrier metal pattern 134: first metal pattern
140: metal wiring structure 142: first upper capping film
144: polishing film 150: through via hole
152a: Via insulation film pattern 154a: Second barrier metal pattern
156a: Second metal pattern 158: Through via contact
146: upper etch stop layer 160: upper intermetallic insulating layer
164: Third barrier metal pattern 166: Third metal pattern
162: upper metal wiring 170: second upper capping film

Claims (10)

기판;
상기 기판 상에 구비되고, 금속간 절연막들 및 금속 배선들을 포함하는 금속 배선 구조물;
상기 금속 배선 구조물의 상부면을 덮는 제1 상부 캡핑막;
상기 제1 상부 캡핑막 상에 구비되는 연마 저지막;
상기 연마 저지막으로부터 수직 방향으로 연장되고, 상기 연마 저지막, 제1 상부 캡핑막, 금속 배선 구조물 및 기판을 관통하는 관통 비아 콘택;
상기 연마 저지막 및 관통 비아 콘택 상에 구비되는 상부 식각 저지막;
상기 상부 식각 저지막 상에 구비되고, 상부 금속간 절연막 및 상부 금속 배선을 포함하는 상부 금속 배선 구조물을 포함하고,
상기 상부 금속 배선은 상기 금속 배선과 전기적으로 연결되는 제1 상부 금속 배선 및 상기 관통 비아 콘택과 전기적으로 연결되는 제2 상부 금속 배선을 포함하는 반도체 소자.
Board;
a metal interconnection structure provided on the substrate and including intermetallic insulating films and metal interconnections;
a first upper capping film covering the upper surface of the metal wiring structure;
a polishing-stop film provided on the first upper capping film;
a through via contact extending vertically from the polishing stop layer and penetrating the polishing stop layer, the first upper capping layer, the metal interconnection structure, and the substrate;
an upper etch stop layer provided on the polishing stop layer and the through via contact;
An upper metal interconnection structure provided on the upper etch stop layer and including an upper intermetallic insulating layer and an upper metal interconnection,
The upper metal interconnection includes a first upper metal interconnection electrically connected to the metal interconnection and a second upper metal interconnection electrically connected to the through via contact.
제1항에 있어서, 상기 관통 비아 콘택의 상부면은 상기 연마 저지막의 상부면과 동일한 평면에 위치하는 반도체 소자.The semiconductor device of claim 1, wherein a top surface of the through via contact is located on the same plane as a top surface of the polishing stop film. 제1항에 있어서, 상기 금속 배선 구조물의 상부면은 상기 관통 비아 콘택의 상부면보다 낮은 반도체 소자. The semiconductor device of claim 1, wherein a top surface of the metal interconnection structure is lower than a top surface of the through via contact. 제1항에 있어서, 상기 제1 상부 금속 배선의 수직 높이는 상기 제2 상부 금속 배선의 수직 높이보다 높은 반도체 소자.The semiconductor device of claim 1, wherein the vertical height of the first upper metal wiring is higher than the vertical height of the second upper metal wiring. 제1항에 있어서, 상기 제1 상부 캡핑막, 연마 저지막 및 상부 식각 저지막은 서로 다른 절연 물질을 포함하는 반도체 소자. The semiconductor device of claim 1, wherein the first upper capping layer, the polishing stop layer, and the upper etch stop layer include different insulating materials. 제1항에 있어서, 상기 제1 상부 캡핑막은 SiCN을 포함하는 반도체 소자. The semiconductor device of claim 1, wherein the first upper capping layer includes SiCN. 제1항에 있어서, 상기 제1 상부 캡핑막은 100Å 내지 300Å의 두께를 가지는 반도체 소자. The semiconductor device of claim 1, wherein the first upper capping layer has a thickness of 100Å to 300Å. 제1항에 있어서, 상기 연마 저지막은 SiN을 포함하는 반도체 소자. The semiconductor device of claim 1, wherein the polishing-stop film includes SiN. 제1항에 있어서, 상기 상부 식각 저지막은 실리콘 산화물을 포함하는 반도체 소자. The semiconductor device of claim 1, wherein the upper etch stop layer includes silicon oxide. 제1항에 있어서, 상기 관통 비아 콘택은 비아 절연막 패턴, 베리어 금속 패턴 및 금속 패턴을 포함하고, 상기 비아 절연막 패턴, 베리어 금속 패턴 및 금속 패턴의 저면은 상기 기판 저면에 의해 노출되는 반도체 소자.The semiconductor device of claim 1, wherein the through via contact includes a via insulating layer pattern, a barrier metal pattern, and a metal pattern, and bottom surfaces of the via insulating layer pattern, barrier metal pattern, and metal pattern are exposed by the bottom of the substrate.
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