(57)【要約】      （修正有）【課題】メタルライン形成工程中にメタルラインに集積されたプラズマ誘導電荷がメタルラインと連結された下部素子に損傷を与えることを最小化する。【解決手段】下部素子を含む前記半導体基板２０上に層間絶縁膜２２を形成する段階と、下部素子の一部が露出されるメタルラインコンタクトホール２３Ｌを形成し、半導体基板の一部が露出されるメタルヒューズコンタクトホール２３Ｆを形成する段階と、メタルラインプラグ２４Ｌ及びメタルヒューズプラグ２４Ｆをそれぞれ形成する段階と、層間絶縁膜上にメタル層２５を形成する段階と、主エッチング工程及びオーバーエッチング工程でメタル層をエッチングして、メタルライン用のパターン及びメタルライン用のパターンに電気的に連結されるメタルヒューズ用のパターンを形成する段階と、メタルヒューズオーバーエッチング工程でメタルライン用のパターンとメタルヒューズ用のパターンを電気的に隔離させてメタルラインを形成する段階とを含む。【選択図】図３
2004311946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部素子が形成された半導体基板を設け、前記下部素子を含む前記半導体基板上に層間絶縁膜を形成する段階と、
前記層間絶縁膜の一部をエッチングして、前記下部素子の一部が露出されるメタルラインコンタクトホールを形成し、前記半導体基板の一部が露出されるメタルヒューズコンタクトホールを形成する段階と、
前記メタルラインコンタクトホール及び前記メタルヒューズコンタクトホールそれぞれの内部を伝導性物質で充填してメタルラインプラグ及びメタルヒューズプラグをそれぞれ形成する段階と、
前記メタルラインプラグ及び前記メタルヒューズプラグを含んだ前記層間絶縁膜上にメタル層を形成する段階と、
メタルラインを形成するための主エッチング工程及びオーバーエッチング工程で前記メタル層をエッチングし、メタルライン用パターン及び前記メタルライン用パターンに電気的に連結されるメタルヒューズ用パターンを形成する段階と、
メタルヒューズオーバーエッチング工程で前記メタルライン用パターンと前記メタルヒューズ用パターンを電気的に隔離させてメタルラインを形成する段階とを含んで構成されていることを特徴とする半導体素子のメタルライン形成方法。
【請求項２】
前記メタルライン用パターンは、前記メタルラインプラグを介して前記下部素子に連結されることを特徴とする請求項１記載の半導体素子のメタルライン形成方法。
【請求項３】
前記メタルヒューズ用パターンは、前記メタルヒューズプラグを介して前記半導体基板に連結されることを特徴とする請求項１記載の半導体素子のメタルライン形成方法。
【請求項４】
前記メタルライン用パターンと前記メタルヒューズ用パターンの間の空間は、前記メタルラインを形成するためのオーバーエッチング工程後にも、エッチングローディング効果によってその部分に前記メタル層が一定の厚さで残留する幅に設定されることを特徴とする請求項１記載の半導体素子のメタルライン形成方法。
【請求項５】
前記メタルヒューズ用パターンは多数の密集パターンからなり、前記密集パターンの間の空間は前記メタルラインを形成するためのオーバーエッチング工程後にも、エッチングローディング効果によってその部分に前記メタル層が一定の厚さで残留する幅に設定することを特徴とする請求項１記載の半導体素子のメタルライン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子のメタル形成方法に係り、特に、下部素子に連結されるメタルライン形成工程中のオーバーエッチング工程の際にプラズマによって誘導された電荷(plasma induced charging)がメタルラインに集積され、メタルラインに集積されたプラズマ誘導電荷による下部素子の損傷(damage)を最小化することが可能な半導体素子のメタルライン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、メタルラインは、メタル層を蒸着した後、プラズマエッチング方式で主エッチング工程及びオーバーエッチング工程を行い、下部素子と連結されるように形成される。メタルライン形成工程中、プラズマによって誘導された電荷はメタルラインに集積されるが、このメタルラインは、電荷のアンテナ(charging antenna)の役割を果たして、メタルラインに集積された電荷が下部素子に損傷を被らせる。
【０００３】
図１及び図２は従来の半導体素子のメタルライン形成方法を説明するための素子の断面図である。
【０００４】
図１（ａ）を参照すると、半導体基板10上に下部素子11を形成する。下部素子11は半導体素子に適用される全ての単位素子を含む。
【０００５】
図１（ｂ）を参照すると、下部素子11を含んだ半導体基板10上に層間絶縁膜12を形成する。層間絶縁膜12の一部をエッチングして、下部素子11の上面の一部が露出されるメタルラインコンタクトホール13を形成する。
【０００６】
図１（ｃ）を参照すると、メタルラインコンタクトホール13の内部を伝導性物質で充填して、下部素子11に連結されるメタルラインプラグ14を形成する。
【０００７】
図１（ｄ）を参照すると、メタルラインプラグ14を含んだ層間絶縁膜12上にメタル層15を形成する。メタルラインプラグ14の上部を含みながら、メタルラインが形成されるべき部分を覆うフォトレジストパターン16をメタル層15上に形成する。
【０００８】
図２（ａ）を参照すると、メタル層15の露出部分をエッチングするためにプラズマエッチング方式で主エッチング工程を行う。
【０００９】
図２（ｂ）を参照すると、主エッチング工程を完了した後、エッチングされないで残留するメタル層15を除去するためにオーバーエッチング工程を行い、これによりメタルラインプラグ14に連結されたメタルライン150を形成する。
【００１０】
上述した工程において、プラズマエッチング方式の主エッチング工程中、プラズマによって誘導された電荷がメタル層15に集積されるが、主エッチング工程ではウェーハ上のメタル層15が完全に隔離されず電気的に連結されている状態なので、プラズマ誘導電荷が下部素子11に損傷を被らせる現象が発生しない。ところが、オーバーエッチング工程で形成されたメタルライン150は、完全に隔離された構造なので、メタルライン150が電荷のアンテナの役割を果たし、主エッチング工程及びオーバーエッチング工程の間にメタルライン150に集積された電荷が下部素子11に電気的に損傷を被らせて素子の信頼性を低下させるという問題がある。電荷による下部素子11の損傷は、上述したプラズマ損傷過程が反復累積される多層メタルライン構造でより激しく現れる。
【００１１】
下部素子11のプラズマ誘導電荷の損傷は、メタルライン150のレイアウトとアンテナ構造に影響されるが、これに関連した内容が「Journal of the Korean Physical Society, Vol. 35, December 1999, pp. S742〜S746, Effect of Plasma Induced Charging in Interconnect Metal Etch on the Characteristics of a Ferroelectric Capacitor」に記載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、本発明の目的は、メタルライン形成工程中にメタルラインに集積されたプラズマ誘導電荷がメタルラインと連結された下部素子に損傷を与えることを最小化して素子の電気的特性及び信頼性を向上させることが可能な半導体素子のメタルライン形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するための本発明の実施例に係る半導体素子のメタルライン形成方法は、下部素子が形成された半導体基板を設け、前記下部素子を含む前記半導体基板上に層間絶縁膜を形成する段階と、前記層間絶縁膜の一部をエッチングして、前記下部素子の一部が露出されるメタルラインコンタクトホールを形成し、前記半導体基板の一部が露出されるメタルヒューズコンタクトホールを形成する段階と、前記メタルラインコンタクトホール及び前記メタルヒューズコンタクトホールそれぞれの内部を伝導性物質で充填してメタルラインプラグ及びメタルヒューズプラグをそれぞれ形成する段階と、前記メタルラインプラグ及び前記メタルヒューズプラグを含んだ前記層間絶縁膜上にメタル層を形成する段階と、メタルラインを形成するための主エッチング工程及びオーバーエッチング工程で前記メタル層をエッチングして、メタルライン用パターン及び前記メタルライン用パターンに電気的に連結されるメタルヒューズ用パターンを形成する段階と、メタルヒューズオーバーエッチング工程で前記メタルライン用パターンと前記メタルヒューズ用パターンを電気的に隔離させてメタルラインを形成する段階とを含んで構成されている。
【発明の効果】
【００１４】
上述したように、本発明は、メタルラインを形成する際、メタルラインに連結されると共に半導体基板にも連結されるメタルヒューズを同時に形成し、メタルライン形成工程中にメタルラインに集積されたプラズマ誘導電荷がメタルヒューズを介して半導体基板に放出されるようにすることにより、メタルラインに連結された下部素子に損傷を与えることを最小化して素子の電気的特性及び信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付する図面を参照して本発明の好ましい実施例を説明することにより、本発明を詳細に説明する。ところが、本発明は、下記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形実施が可能である。これらの実施例は本発明の開示を完全にし、当技術分野で通常の知識を有する者に本発明の範疇を知らせるために提供されるものである。
【００１６】
図３〜図５は本発明の実施例に係る半導体素子のメタルライン形成方法を説明するための素子の断面図である。
【００１７】
図３（ａ）を参照すると、半導体基板20上に下部素子21を形成する。下部素子21は半導体素子に適用される全ての単位素子を含む。
【００１８】
図３（ｂ）を参照すると、下部素子21を含んだ半導体基板20上に層間絶縁膜22を形成する。層間絶縁膜22の一部をエッチングして下部素子21の上面の一部が露出されるメタルラインコンタクトホール23Ｌ、及び半導体基板20の一部が露出されるメタルヒューズコンタクトホール23Ｆを形成する。
【００１９】
図３（ｃ）を参照すると、メタルラインコンタクトホール23Ｌ及びメタルヒューズコンタクトホール23Ｆそれぞれの内部を伝導性物質で充填して、下部素子21に連結されるメタルラインプラグ24Ｌ、及び半導体基板20に連結されるメタルヒューズプラグ24Ｆをそれぞれ形成する。
【００２０】
図３（ｄ）を参照すると、メタルラインプラグ24Ｌ及びメタルヒューズプラグ24Ｆを含んだ層間絶縁膜22上にメタル層25を形成する。メタル層25上にフォトレジストパターン26を形成する。フォトレジストパターン26は、メタルラインプラグ24Ｌを含んだメタルライン領域と、メタルヒューズプラグ24Ｆを含んだメタルヒューズ領域が覆われるように形成するが、メタルライン領域とメタルヒューズ領域との間はメタルライン形成のための主エッチング工程及びオーバーエッチング工程の際にエッチングローディング効果(etch loading effect)が現れ得る狭い空間を持つように形成しなければならない。一方、メタルヒューズ領域に形成されるフォトレジストパターン26は多数のパターンで形成してもよいが、この際、多数のパターンの間の空間は必ずエッチングローディング効果が現れ得る狭い空間でなければならない。
【００２１】
図４（ａ）を参照すると、メタル層25の露出した部分をエッチングするためにプラズマエッチング方式で主エッチング工程を行う。
【００２２】
図４（ｂ）を参照すると、主エッチング工程を完了した後、エッチングされずに残留するメタル層25を除去するためにオーバーエッチング工程を行い、これによりメタルラインプラグ24Ｌに連結されたメタルライン用のパターン25Ｌが形成され、メタルヒューズプラグ24Ｆに連結される少なくとも一つのメタルヒューズ用のパターン25Ｆが形成される。メタルライン用のパターン25Ｌとメタルヒューズ用のパターン25Ｆの間の空間は、エッチングローディング効果によってオーバーエッチング工程の後にもメタル層25がその部分に一定の厚さで残留する幅に設定され、これによりメタルライン用のパターン25Ｌとメタルヒューズ用のパターン25Ｆとは電気的に連結された状態になる。メタルヒューズ用のパターン25Ｆが多数の場合にも密集するように形成されるため、パターンの間にメタル層25が一定の厚さで残留して電気的に連結された状態になる。結果的に、下部素子21、メタルラインプラグ24Ｌ、メタルライン用のパターン25Ｌ、メタルヒューズ用のパターン25Ｆ、メタルヒューズプラグ24Ｆ及び半導体基板20の次第に電気的な連結状態を持つ構造になる。ここで、メタルヒューズプラグ24Ｆと少なくとも一つのメタルヒューズ用のパターン25Ｆからなるメタル構造が前記オーバーエッチング工程中のプラズマ誘導電荷を下部基板へ放出するメタルヒューズ245の役割を果たす。
【００２３】
即ち、メタルライン用のパターン25Ｌはメタルラインプラグ24Ｌを介して下部素子21に連結され、メタルヒューズ用のパターン25Ｆはメタルヒューズプラグ24Ｆを介して半導体基板20に連結される。
【００２４】
図５を参照すると、メタルヒューズオーバーエッチング工程を行って、メタルヒューズ用のパターン25Ｆの周辺に残留したメタル層25を除去し、これによりメタルヒューズ245と電気的に隔離されたメタルライン250が形成される。
【００２５】
上述した工程において、メタルライン250を形成するためのプラズマエッチング方式の主エッチング工程中にプラズマによって誘導された電荷がメタル層25に集積されるが、主エッチング工程ではウェーハ上のメタル層25が完全に隔離されず電気的に連結されている状態なので、プラズマ誘導電荷が下部素子21に損傷を被らせる現象が発生しない（図４（ａ）参照 ）。主エッチング工程の後行われるオーバーエッチング工程で形成されたメタルライン用のパターン25Ｌは、隣り合うメタルライン用のパターン（図示せず）とは隔離された構造であるが、図４（ｂ）に示すように、一側部がメタルヒューズ245に連結されているため、主エッチング工程及びオーバーエッチング工程中にメタルライン用のパターン25Ｌに集積された電荷がメタルヒューズ245を介して半導体基板20へ放出される。これにより、下部素子21にはプラズマ誘導電荷の損傷が発生しない。ところで、メタルヒューズオーバーエッチング工程中、図５に示すように、プラズマによって誘導された電荷がメタルライン250及びメタルヒューズ245に集積され、この集積されたプラズマ誘導電荷が下部素子21に損傷を与えるが、前述した従来の方法に比べ損傷程度が微弱である。すなわち、従来の方法ではメタルラインを形成するための主エッチング工程及びオーバーエッチング工程中に集積された電荷によって下部素子が損傷を被るが、本発明の方法ではメタルヒューズオーバーエッチング工程中にのみ集積された電荷によって下部素子が損傷を被るため、電荷による損傷が微弱である。
【００２６】
上述した本発明は、単層メタルライン構造を実施例として説明したが、多層メタルライン構造も、前記の方法と同一の方法によって形成する場合、プラズマ誘導電荷による下部素子の損傷を最小化することができる。多層メタルライン構造に本発明の原理を適用する場合、図５のメタルライン250上に他のメタルラインが形成され、図５のメタルヒューズの上部に他のメタルヒューズが形成されるなど、構成の要素において多少の差異はあるが、通常の知識を有する者であれば十分実施可能である。したがって、本発明は、添付する図面を参照して説明した本発明の実施例に限定されるものではなく、本発明の原理を適用することが可能な全ての半導体素子のメタルライン形成方法を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来の半導体素子のメタルライン形成方法を説明するための素子の断面図である。
【図２】従来の半導体素子のメタルライン形成方法を説明するための素子の断面図である。
【図３】本発明の実施例に係る半導体素子のメタルライン形成方法を説明するための素子の断面図である。
【図４】本発明の実施例に係る半導体素子のメタルライン形成方法を説明するための素子の断面図である。
【図５】本発明の実施例に係る半導体素子のメタルライン形成方法を説明するための素子の断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０、２０    半導体基板
１１、２１    下部素子
１２、２２    層間絶縁膜
１３、２３Ｌ    メタルラインコンタクトホール
２３Ｆ    メタルヒューズコンタクトホール
１４、２４Ｌ    メタルラインプラグ
２４Ｆ    メタルヒューズプラグ
１５、２５    メタル層
２５Ｌ    メタルライン用パターン
２５Ｆ    メタルヒューズ用パターン
１６、２６    フォトレジストパターン
１５０、２５０    メタルライン
２４５    メタルヒューズ
【図１】
2004311946.tif 000003
【図２】
2004311946.tif 000004
【図３】
2004311946.tif 000005
【図４】
2004311946.tif 000006
【図５】
2004311946.tif 000007