(57)【要約】      （修正有）【課題】金属−絶縁体−金属キャパシタを含む二重ダマシン配線構造及びその製造方法を提供する。【解決手段】ビアレベル金属間絶縁膜１１５上に金属−絶縁体−金属キャパシタ１６０’を形成するが、ビアレベル金属間絶縁膜の形成後に金属−絶縁体−金属キャパシタパターニングのためのアラインキー１３０を形成する間に金属−絶縁体−金属キャパシタの下部電極１４０ａとビアレベル金属間絶縁膜の下部の配線１０５を連結させるためのビアホールを形成し、金属−絶縁体−金属キャパシタの上部電極１０５ａ’は、二重ダマシン工程の進行時に上部金属配線１９２と直接連結する。【選択図】図１０
2004312007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２下部金属配線が形成された基板上にビアレベル金属間絶縁膜を形成する段階と、
前記ビアレベル金属間絶縁膜をパターニングして金属−絶縁体−金属キャパシタの下部電極と前記第１下部金属配線とを連結するビアホールを形成する段階と、
前記基板全面にキャパシタ下部電極用金属膜とキャパシタ誘電膜と上部電極用金属膜とを順次に形成する段階と、
前記下部電極用金属膜とキャパシタ誘電膜と上部電極用金属膜とをパターニングして、前記ビアホールの上側に下部電極と誘電膜と上部電極とよりなる金属−絶縁体−金属キャパシタを形成する段階と、
前記金属−絶縁体−金属キャパシタを含むビアレベル金属間絶縁膜上にトレンチレベル金属間絶縁膜を形成する段階と、
前記ビアレベル金属間絶縁膜とトレンチレベル金属間絶縁膜とをエッチングして前記第２下部金属配線を露出させる二重ダマシン配線用溝を形成すると同時に前記上部電極を露出させるトレンチを形成する段階と、
前記二重ダマシン配線用溝とトレンチとに金属を埋め込んで前記第２下部金属配線に連結された二重ダマシン配線と前記上部電極に連結された上部金属配線とを形成する段階と、を含むことを特徴とする金属−絶縁体−金属キャパシタを含む二重ダマシン配線構造の製造方法。
【請求項２】
前記第１及び第２下部金属配線は、
前記基板上に絶縁膜を形成する段階と、
前記絶縁膜のうちダマシン方法で金属を充填して前記第１及び第２下部金属配線を形成する段階と、を経て形成することを特徴とする請求項１に記載の金属−絶縁体−金属キャパシタを含む二重ダマシン配線構造の製造方法。
【請求項３】
前記ビアホールは、ホール状に形成することを特徴とする請求項１に記載の金属−絶縁体−金属キャパシタを含む二重ダマシン配線構造の製造方法。
【請求項４】
前記ビアホールは、ライン状に形成することを特徴とする請求項１に記載の金属−絶縁体−金属キャパシタを含む二重ダマシン配線構造の製造方法。
【請求項５】
前記第１及び第２下部金属配線と前記ビアレベル金属間絶縁膜との間、前記ビアレベル金属間絶縁膜と前記トレンチレベル金属間絶縁膜との間にエッチング阻止膜を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の金属−絶縁体−金属キャパシタを含む二重ダマシン配線構造の製造方法。
【請求項６】
１回のマスク工程で前記金属−絶縁体−金属キャパシタを形成した後、前記上部電極のエッジ側をエッチングして前記上部電極の面積を縮小させる段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の金属−絶縁体−金属キャパシタを含む二重ダマシン配線構造の製造方法。
【請求項７】
前記下部電極が前記ビアホールを通じて前記第１下部金属配線と直接コンタクトするように形成することを特徴とする請求項１に記載の金属−絶縁体−金属キャパシタを含む二重ダマシン配線構造の製造方法。
【請求項８】
前記ビアホールを形成した後、前記ビアホールに導電物質を充填して平坦化させ、前記下部電極と前記第１下部金属配線とを連結するビアを形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の金属−絶縁体−金属キャパシタを含む二重ダマシン配線構造の製造方法。
【請求項９】
前記二重ダマシン配線用溝を形成する時にはビアホールを先に形成する二重ダマシン工程を利用してビアホールと導線トレンチとを形成することを特徴とする請求項１に記載の金属−絶縁体−金属キャパシタを含む二重ダマシン配線構造の製造方法。
【請求項１０】
前記導線トレンチを形成する間に前記上部電極を露出させるトレンチを形成することを特徴とする請求項９に記載の金属−絶縁体−金属キャパシタを含む二重ダマシン配線構造の製造方法。
【請求項１１】
前記二重ダマシン配線用溝を形成する時には導線トレンチを先に形成する二重ダマシン工程を利用してビアホールと導線トレンチとを形成することを特徴とする請求項１に記載の金属−絶縁体−金属キャパシタを含む二重ダマシン配線構造の製造方法。
【請求項１２】
前記二重ダマシン配線は、銅、金、銀、タングステンのうち何れか一つまたはこれらの合金で形成することを特徴とする請求項１に記載の金属−絶縁体−金属キャパシタを含む二重ダマシン配線構造の製造方法。
【請求項１３】
前記金属−絶縁膜−金属キャパシタの下部電極と前記第１下部金属配線とを連結するビアホールを形成する間、前記ビアレベル金属間絶縁膜をパターニングして金属−絶縁体−金属キャパシタアラインのためのアラインキーを形成することを特徴とする請求項１に記載の金属−絶縁体−金属キャパシタを含む二重ダマシン配線構造の製造方法。
【請求項１４】
前記金属−絶縁体−金属キャパシタを形成する段階は、異方性全面エッチバックによって前記アラインキー内壁に前記下部電極用金属膜、キャパシタ誘電膜及び上部電極用金属膜を残すことを特徴とする請求項１３に記載の金属−絶縁体−金属キャパシタを含む二重ダマシン配線構造の製造方法。
【請求項１５】
前記二重ダマシン配線と上部金属配線とを形成する間に前記アラインキー上側にも金属を充填してダミー配線を形成することを特徴とする請求項１３に記載の金属−絶縁体−金属キャパシタを含む二重ダマシン配線構造の製造方法。
【請求項１６】
基板上に順次積層されたビアレベル金属間絶縁膜及びトレンチレベル金属間絶縁膜と、
前記ビアレベル金属間絶縁膜及びトレンチレベル金属間絶縁膜内に形成された二重ダマシン配線と、
前記ビアレベル金属間絶縁膜とトレンチレベル金属間絶縁膜間に形成され、下部電極、誘電膜及び上部電極よりなる金属−絶縁体−金属キャパシタと、を含むことを特徴とする金属−絶縁体−金属キャパシタを含む二重ダマシン配線構造。
【請求項１７】
前記基板と前記ビアレベル金属間絶縁膜間に形成された第１及び第２下部金属配線と、
前記下部電極と前記第１下部金属配線とを連結するために前記ビアレベル金属間絶縁膜内に備わったビアと、
前記上部電極上に連結された上部金属配線と、をさらに含み、
前記二重ダマシン配線は、前記第２下部金属配線に連結されたことを特徴とする請求項１６に記載の金属−絶縁体−金属キャパシタを含む二重ダマシン配線構造。
【請求項１８】
前記第１及び第２下部金属配線は、前記基板上に形成された絶縁膜内に埋め込まれたダマシン配線であることを特徴とする請求項１７に記載の金属−絶縁体−金属キャパシタを含む二重ダマシン配線構造。
【請求項１９】
前記ビアは、ホール内に充填されたことを特徴とする請求項１７に記載の金属−絶縁体−金属キャパシタを含む二重ダマシン配線構造。
【請求項２０】
前記ビアは、ライン内に充填されたことを特徴とする請求項１７に記載の金属−絶縁体−金属キャパシタを含む二重ダマシン配線構造。
【請求項２１】
前記下部電極、誘電膜及び上部電極は、同じ面積にパターニングされたことを特徴とする請求項１６に記載の金属−絶縁体−金属キャパシタを含む二重ダマシン配線構造。
【請求項２２】
前記上部電極は、前記下部電極及びキャパシタ誘電膜より狭い面積でパターニングされたことを特徴とする請求項１６に記載の金属−絶縁体−金属キャパシタを含む二重ダマシン配線構造。
【請求項２３】
前記ビアは、前記下部電極と一体に形成されたことを特徴とする請求項１７に記載の金属−絶縁体−金属キャパシタを含む二重ダマシン配線構造。
【請求項２４】
前記ビアレベル金属間絶縁膜内に金属−絶縁体−金属キャパシタアラインのために段差を利用したアラインキーをさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の金属−絶縁体−金属キャパシタを含む二重ダマシン配線構造。
【請求項２５】
前記アラインキーの内壁に前記下部電極用金属膜、前記誘電膜及び前記上部電極用金属膜をさらに含むことを特徴とする請求項２４に記載の金属−絶縁体−金属キャパシタを含む二重ダマシン配線構造。
【請求項２６】
前記アラインキーの上側にダミー配線をさらに含むことを特徴とする請求項２４に記載の金属−絶縁体−金属キャパシタを含む二重ダマシン配線構造。
【請求項２７】
前記二重ダマシン配線は、銅、金、銀、タングステンのうち何れか一つまたはこれらの合金で形成されていることを特徴とする請求項１６に記載の金属−絶縁体−金属キャパシタを含む二重ダマシン配線構造。
【請求項２８】
前記ビアと前記二重ダマシン配線とが相異なる物質よりなることを特徴とする請求項１７に記載の金属−絶縁体−金属キャパシタを含む二重ダマシン配線構造。
【請求項２９】
前記基板と前記ビアレベル金属間絶縁膜間に形成された第１及び第２下部金属配線と、
前記上部電極上に連結された上部金属配線と、をさらに含み、
前記下部電極は、前記第１下部金属配線に直接連結されており、前記二重ダマシン配線は、前記第２金属配線に連結されたことを特徴とする請求項１６に記載の金属−絶縁体−金属キャパシタを含む二重ダマシン配線構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体素子及びその製造方法に係り、特に、金属−絶縁体−金属（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ：ＭＩＭ）キャパシタを含む二重ダマシン配線構造及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の動作速度を向上させるために、抵抗が小さな配線と誘電率が小さな金属間絶縁膜（Ｉｎｔｅｒ Ｍｅｔａｌ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ：ＩＭＤ）とを使用してＲＣ遅延を減少させるための努力が持続されている。銅よりなる配線は、従来のアルミニウム配線に比べて抵抗が小さく、電気移動に対する抵抗が大きくて半導体素子の信頼性を向上させることができるだけでなく、消費電力が小さく、かつ低コストであって配線材料として脚光を浴びている。
【０００３】
しかし、銅は、エッチングがよくできない物質であるので、所望の配線形状にパターニングするのが非常に難しい。したがって、ＩＭＤをパターニングして配線形状の溝をあらかじめ形成した後、溝中に銅を充填した後に化学機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）でＩＭＤと同じ平面になるように平坦化させるダマシン方法が利用される。特に、ビアホールと、その上部に重畳される導線トレンチとを形成しておいた状態で、一回の銅蒸着でビアホールと導線トレンチとを一度に充填した後に平坦化させることによってビアと導線とを一度に形成する二重ダマシン方法が広く利用されている。これと比較して、ダマシン方法によるが、ビアを形成した上に導線を別々に形成する場合にそのそれぞれの工程を単一ダマシンという。
【０００４】
一方、従来キャパシタの上下部電極として使用したポリシリコンと違って電極自体に空乏がなく、抵抗値が低い金属を使用するＭＩＭキャパシタが多く研究されている。しかし、二重ダマシン配線を形成しつつ配線構造内にＭＩＭキャパシタを形成する従来の方法及び構造では、二重ダマシン工程の変形が不可避であり、製造工程が複雑になる問題がある。
【０００５】
図１と図２とは、ビアを利用してＭＩＭキャパシタの電極と配線とを連結する従来の構造である。例えば、非特許文献１と非特許文献２を参照されたい。このような構造の特徴は、ビアレベルＩＭＤを形成する前にＭＩＭキャパシタを形成し、ＭＩＭキャパシタの電極と配線とをビアを通じて連結することである。しかし、このようにビアを通じて電極と配線とを連結する場合には、図面に示したようにＭＩＭキャパシタ上に形成されるビアと上下部金属配線を連結するビアとが相異なる環境で形成されるようになって二重ダマシン工程時に選択比が非常に高いエッチング工程が要求される問題がある。
【０００６】
まず、図１の構造を形成するためには、絶縁膜２内に下部金属配線４とＭＩＭキャパシタの下部電極６とが同一レベルで銅ダマシン方法によって形成される。その上にキャパシタ誘電膜８を塗布した後、上部電極１０を形成し、この上部電極１０上にキャッピング膜１２を蒸着する。ＩＭＤ １４を形成した後に二重ダマシン方法を利用して下部金属配線４と連結されるビア１６ａ、下部電極６と連結されるビア１８ａ、上部電極１０と連結されるビア２０ａ及び、その上の上部金属配線１６ｂ，１８ｂ，２０ｂを形成する。
【０００７】
図１の構造では、使用できる誘電膜８の種類が制限される。キャパシタの誘電膜であると同時に下部電極６として使われる銅の拡散防止膜の機能を兼ねなければならないため、実際的にはシリコンナイトライドなどのみが使用できる。そして、下部電極６は、ダマシン段階でＣＭＰが進められたものであるので、表面モルホロジーが不良である。したがって、ＭＩＭキャパシタ特性がこの界面の固結性によって左右される。下部電極６をなす物質（材料）である銅が誘電膜８内へ拡散する問題もある。最も大きい問題は、形態が異なる２種のビアが存在するということである。すなわち、上下部金属配線を連結するビア１６ａ，１８ａと、ＭＩＭキャパシタ上に形成されるビア２０ａとが相異なる環境で形成されるようになって二重ダマシン工程時に選択比が非常に高いエッチング工程が要求される。選択比の問題を考慮してビア１６ａ，１８ａとビア２０ａとを別々に形成しようとすれば、追加的なマスクが必要になるので、二重ダマシン工程の変形が不可避である。
【０００８】
次いで、図２では、絶縁膜２２内に下部金属配線２４だけ銅ダマシン方法によって形成する。絶縁膜２２上に拡散防止膜２５を形成した後、ＴａＮのような物質でＭＩＭキャパシタの下部電極２６を形成し、その上にキャパシタ誘電膜２８を塗布した後に上部電極３０を形成し、この上部電極３０上にキャッピング膜３２を蒸着する。ＩＭＤ ３４を形成した後、二重ダマシン方法で下部金属配線２４と連結されるビア３６ａ、下部電極２６と連結されるビア３８ａ、上部電極３０と連結されるビア４０ａ及び、その上の上部金属配線３６ｂ，３８ｂ，４０ｂを形成する。
【０００９】
図２の構造では、下部電極２６の物質として銅を使用しないため、図１の構造と比較して誘電膜２８の種類に制限を受けない。したがって、これから誘電膜２８として高誘電物質の使用時に有力な構造である。しかし、この構造では形態が異なる３種のビア３６ａ，３８ａ，４０ａが存在するようになって高選択比を有するエッチング工程または追加的な写真工程が必要になる問題がある。したがって、二重ダマシン工程の変形も不可避である。
【００１０】
一方、従来の他の構造である図３では、ＡｌＣｕで下部配線４２ａ，４２ｂを形成した後に絶縁膜４４を覆い、Ｗよりなる単一ダマシンビア４６ａ，４６ｂ，４６ｃを形成した後、ビア４６ａ，４６ｂの上部に下部電極４８、誘電膜５０及び上部電極５２よりなるＭＩＭキャパシタを形成し、ビア４６ａ，４６ｂを通じて下部電極４８と下部配線４２ａとを連結する。１次ＩＭＤ ５４の蒸着後に単一ダマシン方法でＡｌＣｕ配線５５を形成し、その上に２次ＩＭＤ ５６を蒸着する。単一ダマシン方法によって２次ＩＭＤ ５６内に上部電極５２と連結されたＷスタッド５８ａと、ＡｌＣｕ配線５５に連結されるＷスタッド５８ｂとを形成する。例えば、特許文献１を参照されたい。
【００１１】
このようにする場合、図１及び図２を参照して説明したような相異なる形態のビアの存在によるエッチング工程の問題点は除去できる。しかし、単一ダマシン工程を数回適用しなければならないので、銅二重ダマシン工程の変形が不可避であり、ＭＩＭキャパシタ製造工程でビア４６ｃがエッチング雰囲気にあらわれるようになるので、収率及びビア４６ｃの信頼性に問題をもたらすこともある。このような問題を解決するためにはＭＩＭキャパシタの下部に形成されるビア４６ａ，４６ｂと上下部配線４２ｂ，５５を連結するビア４６ｃとを別々に形成しなければならないが、このようにする場合に写真工程が追加される負担がある。
【特許文献１】米国特許ＵＳＰ第６０６９０５１号公報
【非特許文献１】Ｒ．Ｌｉｕ ｅｔ ａｌ ，Ｐｒｏｃ．ＩＩＴＣ，１１１（２０００）
【非特許文献２】Ｍ．Ａｒｍａｃｏｓｔ ｅｔ ａｌ.，Ｐｒｏｃ．ＩＥＤＭ，１５７（２０００）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明では二重ダマシン工程をそのまま維持しつつマスクの追加使用なしにＭＩＭキャパシタを製造してＭＩＭキャパシタを含む二重ダマシン配線構造を製造する方法を提供する。
本発明ではまた、信頼性に優れたＭＩＭキャパシタを含む二重ダマシン配線構造を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によるＭＩＭキャパシタを含む二重ダマシン配線構造の製造方法では、第１及び第２下部金属配線が形成された基板上にビアレベルＩＭＤを形成した後、前記ビアレベルＩＭＤをパターニングしてＭＩＭキャパシタの下部電極と前記第１下部金属配線とを連結するビアホールを形成する。前記基板全面にキャパシタ下部電極用金属膜、キャパシタ誘電膜及び上部電極用金属膜を順次に形成した後、前記ビアホールの上側の前記下部電極用金属膜、キャパシタ誘電膜及び上部電極用金属膜をパターニングして下部電極、誘電膜及び上部電極よりなるＭＩＭキャパシタを形成する。前記ＭＩＭキャパシタを含むビアレベルＩＭＤ上にトレンチレベルＩＭＤを形成した後、前記ビアレベルＩＭＤとトレンチレベルＩＭＤとをエッチングして前記第２下部金属配線を露出させる二重ダマシン配線用溝を形成すると同時に前記上部電極を露出させるトレンチを形成する。前記二重ダマシン配線用溝とトレンチとに金属を埋め込んで前記第２下部金属配線に連結された二重ダマシン配線と前記上部電極に連結された上部金属配線とを形成する。
【００１４】
本発明によるＭＩＭキャパシタを含む二重ダマシン配線構造は、基板上に順次積層されたビアレベルＩＭＤ及びトレンチレベルＩＭＤと、前記ビアレベルＩＭＤ及びトレンチレベルＩＭＤ内に形成された二重ダマシン配線と、前記ビアレベルＩＭＤとトレンチレベルＩＭＤ間に形成され、下部電極、誘電膜及び上部電極よりなるＭＩＭキャパシタと、を含む。
【００１５】
本発明によれば、二重ダマシン工程の変形なしにＭＩＭキャパシタを製造でき、収率及び信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明ではＭＩＭキャパシタをビアレベルＩＭＤ上に形成してＭＩＭキャパシタアラインのためのキー写真工程を利用してＭＩＭの下部電極と下部金属配線とを連結させうる。これにより、写真工程の追加なしにＭＩＭキャパシタの形成による二重ダマシン工程の変更を除去でき、理想的なＭＩＭキャパシタの製作が可能になる。また、銅二重ダマシン工程の安全性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施例を説明する。本発明の目的及び利点は、下記説明によってさらに明確になる。しかし、本発明の実施例は、色々な他の形態に変形でき、本発明の範囲が後述する実施例によって限定されるものと解釈されてはならない。本発明の実施例は、当業者に本発明をよりいっそう完全に説明するために提供されるものである。同じ符号は、終始一貫して同じ要素を意味する。さらに、図面での多様な要素と領域とは概略的に示されたものである。したがって、本発明は添付した図面に示された相対的なサイズや間隔によって制限されない。
【００１８】
[実施例１]
図４ないし図１０は、本発明の実施例１によるＭＩＭキャパシタを含む二重ダマシン配線構造及びその製造方法を説明するための工程断面図である。説明の便宜のために、後述する実施例での配線材料は、銅に限定して説明するが、銅の代りにアルミニウム、金、銀、タングステンのような他の金属を使用してもよい。
【００１９】
図４を参照して、基板（図示せず）上に絶縁膜１００を形成した後、絶縁膜１００内にダマシン方法で金属を充填して第１及び第２下部金属配線１０５ａ，１０５ｂを形成する。第１及び第２下部金属配線１０５ａ，１０５ｂが銅配線である場合、絶縁膜１００と第１及び第２下部金属配線１０５ａ，１０５ｂとの界面にＴａ、ＴａＮ、ＴａＳｉＮ、ＴｉＮ、ＴｉＳｉＮ、ＷＮ、ＷＳｉＮなどよりなる拡散防止膜をスパッタリング法でさらに形成して銅の拡散及び酸化を防止することが良い。
【００２０】
次いで、ＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ ＣＶＤ）方法でシリコンナイトライドを蒸着して拡散防止兼エッチング阻止膜１１０を形成した後、ビアレベルＩＭＤ １１５を蒸着する。ビアレベルＩＭＤ １１５は、ＲＣ遅延を減少させうるように低誘電物質で形成する。例えば、ブラックダイアモンド、ＦＳＧ（Ｆｌｕｏｒｉｎｅ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）、ＳｉＯＣ、ポリイミドまたはＳｉＬＫ（登録商標）で形成する。ここで、エッチング阻止膜１１０の厚さは５００〜１０００Åであり、例えば７００Å程度に形成する。ビアレベルＩＭＤ １１５の厚さは４０００〜８０００Åであり、望ましくは６０００Å程度にできるが、ゲートに近い下端に使われるか、ゲートから遠い上端に使われるかによって厚さを調節できる。
【００２１】
その上にキャパシタパターニング段階のアラインを調節するために設けるアラインキーが形成される領域を露出する開口部Ａと、ＭＩＭキャパシタの下部電極と第１下部金属配線１０５ａとを連結するビアが形成される領域を露出する開口部Ｂとが定義されるように感光膜１２０をパターニングする。この時、ビア領域の開口部Ｂは、ホールやラインタイプの何れも可能であるが、望ましくは後続で金属を充填する観点ではラインタイプが有利である。当業者に知られているように、ここでのアラインキーとは、ビアレベルＩＭＤ １１５に段差を付与して後続写真工程でパターンのアラインを容易に制御できるように形成するものである。
【００２２】
図５を参照して、感光膜１２０をマスクとしたエッチング過程でビアレベルＩＭＤ １１５をパターニングし、コンタクト領域の露出のために各開口部の下側のエッチング阻止膜１１０も除去する。このように、キャパシタアラインのためのアラインキー１３０を形成する間に第１下部金属配線１０５ａを連結するビアホール１３５を同時に形成する。その次に感光膜１２０を除去する。
【００２３】
図６を参照して、ビアレベルＩＭＤ １１５の全面にキャパシタ下部電極用金属膜１４０、キャパシタ誘電膜１４５及び上部電極用金属膜１５０を順次に形成する。この時、下部電極がビアホール１３５を通じて第１下部金属配線１０５ａと直接コンタクトできるように、下部電極用金属膜１４０は、ビアホール１３５を充填するように形成される。狭い間隙を良好に充填できるようにするためにはＣＶＤ法が適切である。下部電極用金属膜１４０および上部電極用金属膜１５０としては、例えば、Ｔａ膜、ＴａＮ膜、ＴａＳｉＮ膜、ＴｉＮ膜、ＴｉＳｉＮ膜、ＷＮ膜またはＷＳｉＮ膜を形成できる。キャパシタ誘電膜１４５としては、シリコンナイトライド膜またはシリコンカーバイド膜を形成できる。ここで、シリコンナイトライド膜またはシリコンカーバイド膜は、単独で形成されることもあり、所定の酸化膜と組み合わせて二重膜としても形成されうる。もちろん、これより誘電率が高いハフニウム酸化膜、アルミニウム酸化膜などで形成することもできる。
【００２４】
図７を参照して、上部電極用金属膜１５０上にＭＩＭキャパシタを形成するための感光膜パターン１５５を形成し、これをエッチングマスクとして全面エッチバックを実施する。感光膜パターン１５５を形成するにおいて、アラインキー１３０の段差が利用されることは当然である。感光膜パターン１５５で被覆されていない部分の下部電極用金属膜１４０、キャパシタ誘電膜１４５及び上部電極用金属膜１５０がエッチングされて除去されるので、感光膜パターン１５５の下部にだけ下部電極１４０ａ、誘電膜１４５ａ及び上部電極１５０ａよりなるＭＩＭキャパシタ１６０が形成される。全面にわたるエッチバックの異方性エッチング特性によって段差領域のアラインキー１３０の内壁にも下部電極用金属膜１４０ｂ、キャパシタ誘電膜１４５ｂ、上部電極用金属膜１５０ｂが一部残留し得る。しかし、ここに連結される配線はないので、図面のように残してもよい。この時、ＭＩＭキャパシタ１６０の下部を除外した他の地域ではビアがないので、従来問題になったＭＩＭキャパシタパターニング時のビア損傷は発生しない。
【００２５】
次いで、図８を参照して、感光膜パターン１５５を除去した後、ＭＩＭキャパシタ１６０パターニング時にＭＩＭキャパシタ１６０の側壁に金属性カスがたまったものがあれば、除去するために上部電極１５０ａのエッジ側をエッチングしてその面積を縮小させる段階をさらに含むことが望ましい。これにより、ＭＩＭキャパシタ１６０′は、下部電極１４０ａ及び誘電膜１４５ａより面積が縮小された上部電極１５０ａ′よりなる。その次、ＭＩＭキャパシタ１６０′上にシリコンナイトライドあるいはシリコンカーバイドを蒸着して、二重ダマシン工程のためのエッチング阻止膜１６５を形成する。しかし、エッチング阻止膜１６５は省略される場合もある。次いで、エッチング阻止膜１６５上にトレンチレベルＩＭＤ １７０を形成する。トレンチレベルＩＭＤ １７０もブラックダイアモンド、ＦＳＧ、ＳｉＯＣ、ポリイミドまたはＳｉＬＫ（登録商標）のようにＲＣ遅延を減少させうるように低誘電物質で形成する。トレンチレベルＩＭＤ １７０の厚さは４０００〜７０００Åであり、望ましくは５５００Å程度に形成できるが、これも位置によって調節できる。
【００２６】
次いで、図９のように、銅二重ダマシンの一般的な工程の通りにビアレベルＩＭＤ １１５とトレンチレベルＩＭＤ １７０とをエッチングして第２金属配線１０５ｂを露出させる二重ダマシン配線用ビアホール１７５と導線トレンチ１８０とを形成する。この時、二重ダマシン配線用ビアホール１７５を先に形成した後、導線トレンチ１８０を形成できる。導線トレンチ１８０を形成する間にＭＩＭキャパシタ１６０′の上部電極１５０ａ′を露出させるトレンチ１８２も形成する。ただし、導線トレンチ１８０を先に形成した後に二重ダマシン配線用ビアホール１７５を形成してもよい。
【００２７】
図９の結果物に対して銅充填とＣＭＰとを実施した後の図面は、図１０の通りである。図面の１９０は、銅二重ダマシン配線、１９２は上部金属配線、１９４はアラインキー１３０部分の段差領域に埋め込まれた銅よりなるダミー配線である。
【００２８】
詳細な工程は、例えば次のようでありうる。二重ダマシン配線用ビアホール１７５と導線トレンチ１８０、そしてトレンチ１８２が形成された結果物を洗浄した後、その上にバリヤメタル膜（図示せず）を形成する。バリヤメタル膜は、二重ダマシン配線用ビアホール１７５、導線トレンチ１８０及びトレンチ１８２を充填する銅が周辺に拡散することを防止する膜である。その厚さは２００Åないし１０００Å程度に形成できるが、望ましくは４５０Å程度に形成する。蒸着できる膜質としては、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＷＮがある。これら膜は、ＣＶＤまたはスパッタリングで蒸着できる。次いで、二重ダマシン配線用ビアホール１７５と導線トレンチ１８０及びトレンチ１８２内を銅で充填する。銅を充填するのにはスパッタリングやＣＶＤがしばしば使われ、メッキ法（電気メッキ法と無電解メッキ法とを含む）も使用できる。メッキで形成する時にはシード金属膜（図示せず）を先にバリヤメタル膜上に形成することが良好な結果をもたらす。シード金属膜は、メッキ層の均一性を向上させ、初期核生成地の役割をする。このようなシード金属膜の厚さは５００Åないし２５００Å程度に形成でき、望ましくは１５００Å程度に形成する。シード金属膜の蒸着は、主にスパッタリングによるが、ＣＶＤで蒸着することもある。スパッタリング条件は、例えば、基板温度０℃、スパッタパワー２ｋＷ、圧力２ｍＴｏｒｒにし、ターゲットと基板間の距離を６０ｍｍにする。シード金属としては、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄが使われる。メッキで形成しようとする金属膜の種類とメッキ法によって適切な種類のシード金属とを選択して蒸着させる。メッキしたばかりの銅層は非常に小さなサイズの粒子で構成されており、粒子のまばらな構造であるため、再結晶を通じて成長させて比抵抗を減少させるためのアニーリング工程を進めることが良い。次いで、トレンチレベルＩＭＤ １７０の上面が露出されるまで結果物の上面をＣＭＰで平坦化させて、二重ダマシン配線１９０、上部金属配線１９２及びダミー配線１９４を形成する。
【００２９】
このように、ビアレベルＩＭＤ １１５の形成後、ＭＩＭキャパシタアラインのためのアラインキー１３０を形成する間にＭＩＭキャパシタの下部電極１４０ａとビアレベルＩＭＤ１１５の下部の第１下部金属配線１０５ａとを連結し、ＭＩＭキャパシタの上部電極１５０ａ′は、銅二重ダマシン工程の進行時に上部金属配線１９２と直接連結する。したがって、別途の写真工程の追加なしにＭＩＭキャパシタパターニング時にビアに対する攻撃を防止し、銅二重ダマシン工程に対する変形なしに信頼性に優れるＭＩＭキャパシタを含む銅配線構造を製造できる。
【００３０】
一方、図１０に示されたように、本発明によるＭＩＭキャパシタを含む二重ダマシン配線構造は、基板上に順次積層されたビアレベルＩＭＤ １１５とトレンチレベルＩＭＤ １７０、その内部に形成された二重ダマシン配線１９０、ビアレベルＩＭＤ １１５とトレンチレベルＩＭＤ １７０間に形成され、下部電極１４０ａ、誘電膜１４５ａ及び上部電極１５０ａ′よりなるＭＩＭキャパシタ１６０′を含む。
【００３１】
このような構造の特徴は、第一に、ビアレベルＩＭＤ １１５を形成した上にＭＩＭキャパシタ１６０′が形成されているが、特に下部電極１４０ａが第１下部金属配線１０５ａに直接コンタクトされている。すなわち、下部電極１４０ａとビアとが一体に形成される。第二に、本発明の製造方法の特徴上、ビアレベルＩＭＤ １１５内にＭＩＭキャパシタアラインのためのアラインキー１３０がさらに含まれており、その内壁に下部電極用金属膜１４０ｂ、誘電膜１４５ｂ及び上部電極用金属膜１５０ｂをさらに含むこともあり、その上側にダミー配線１９４をさらに含むこともある。第三に、上部電極１５０ａ′をビアなしで上部金属配線１９２に直接連結できる。第四に、ビア１４０ａと二重ダマシン配線１９０とを相異なる物質で形成できる。すなわち、ビア１４０ａをダマシン工程対比で単純でコストが安いＣＶＤ、スパッタリングなどで作ることができる利点がある。
【００３２】
このような構造によれば、ＭＩＭキャパシタの形成による二重ダマシン工程の変更を除去でき、理想的なＭＩＭキャパシタの製作が可能になる。また、上部電極に連結される上部金属配線を形成するためのトレンチと銅二重ダマシン配線の導線トレンチとを形成する時のエッチング条件がトレンチレベルＩＭＤ １７０とエッチング阻止膜１６５とで同じであり、キャパシタ形成時に損傷されるビアがないので、銅二重ダマシン工程の安全性を高めることができる。
【００３３】
[実施例２]
図１１ないし図１３は、本発明の実施例２によるＭＩＭキャパシタを含む二重ダマシン配線構造及びその製造方法を説明するための工程断面図である。実施例２は、実施例１の変形工程に関する。
まず、図５を参照して説明した段階まで進む。次いで、図１１に示されたように、ビアレベルＩＭＤ １１５の全面に金属膜１３７をＣＶＤなどの方法で蒸着してビアホール１３５を完全に充填する。
【００３４】
その次、図１２のようにエッチバックやＣＭＰ工程を通じて第１下部金属配線１０５ａに連結されたビア１３７ａを完成する。図面のように、アラインキー１３０の内壁に金属膜１３７ｂが残ることもあるが、これに連結される配線が別途にないので、残してもよい。その次、下部電極用金属膜、キャパシタ誘電膜、上部電極用金属膜を順次に積層した後にパターニングして、ビア１３７ａと連結される下部電極１４０ａ、誘電膜１４５ａ及び上部電極１５０ａ′よりなるＭＩＭキャパシタ１６０′を形成する。このように本実施例は、別途の工程で形成したビア１３７ａ上にＭＩＭキャパシタ１６０′を形成することを主要内容とする。後続工程は、図８ないし図１０を参照して説明したものと同様に進められ、図１３の結果物を得る。
【００３５】
[実施例３]
図１４ないし図１６は、本発明のさらに他の実施例によるＭＩＭキャパシタを含む二重ダマシン配線構造を示す断面図である。本実施例では、ＭＩＭキャパシタ電極形態の多様な変形構造について説明する。図１４ないし図１６に示された構造は、実施例２で説明した工程に基づいたものである。しかし、この構造は、実施例１で説明した工程に基づいてもよく、いかなる工程を利用しても同一に形成できる。
【００３６】
まず、図１４は、下部電極用金属膜１４０、キャパシタ誘電膜１４５、上部電極用金属膜１５０を一つのマスクを使用した工程でパターニングして面積が互いに同じ下部電極１４０ａ、誘電膜１４５ａ及び上部電極１５０ａよりなるＭＩＭキャパシタ１６０を形成した構造を示す。図１４に表した構造は、上部電極１５０ａのエッジをエッチングする過程が不要であるので、残りの構造に比べてマスクを一つ減らせる長所がある。
【００３７】
次いで、図１５は、下部電極用金属膜を先に形成した後にパターニングして作った下部電極１４０ａ上にキャパシタ誘電膜１４５と上部電極用金属膜１５０とを積層した後、一度にパターニングして下部電極１４０ａ、誘電膜１４５ａ′及び上部電極１５０ａ″よりなるＭＩＭキャパシタ１６０″を形成した構造を示す。
【００３８】
そして、図１６は、ＭＩＭキャパシタ１６０上にビアレベルＩＭＤ １１５の全面にエッチング阻止膜を形成する代わりに、ＭＩＭキャパシタ１６０だけを被覆するように拡散防止膜１６７を形成した状態を示す。図１６の構造も、上部電極１５０ａのエッジをエッチングする過程が不要であるので、残りの構造に比べてマスクを一つ減らせる長所がある。
【００３９】
[実施例４]
図１７は、本発明のさらに他の実施例によるＭＩＭキャパシタを含む二重ダマシン配線構造を示す断面図である。
図１７を参照すれば、基板２００上に素子分離膜（ＳＴＩ）２０２が形成されており、ゲート電極２０４が形成されている。このような基本構造上には、各種配線を含む層間絶縁膜Ｌ０，Ｌ１，．．．，Ｌ７とＩＭＤ Ｌ８，Ｌ９とが形成されている。層間絶縁膜Ｌ０の厚さは２０００Å〜５０００Å程度であり、層間絶縁膜Ｌ１，．．．，Ｌ７の厚さはそれぞれ６０００Å〜１００００Å程度である。ＩＭＤ Ｌ８，Ｌ９の厚さはそれぞれ８０００Å〜１５０００Å程度である。
【００４０】
層間絶縁膜Ｌ７内に形成された第１下部金属配線２０５ａにはビアと一体にＩＭＤＬ８上に形成された下部電極２４０ａが連結されており、これは誘電膜２４５ａ及び上部電極２５０ａ′と共にＭＩＭキャパシタ２６０′を構成する。また、層間絶縁膜Ｌ７内に形成された第２下部金属配線２０５ｂにはＩＭＤ Ｌ８内に形成された二重ダマシン配線２９０が連結されている。下部電極２４０ａ、誘電膜２４５ａ及び上部電極２５０ａ′それぞれの厚さはそれぞれ３００Å〜１０００Å程度でありうる。
【００４１】
ＩＭＤ Ｌ９内には最終的な金属配線が形成されており、二層のパシべーション膜Ｐ１，Ｐ２で被覆された上に外部端子に連結するためのＡｌパッド３０２，３０４が形成されている。
【００４２】
以上、特定実施例について説明したが、本発明は前記実施例に限定されず、本発明の技術的思想内で当業者によって色々な修正及び変形が可能である。したがって、本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその等価物によって決まらなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明によれば、二重ダマシン工程の変形なしにＭＩＭキャパシタを製造できると共に、収率及び信頼性を向上させることができ、本発明は速度を向上させる半導体素子の製造に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】ビアを利用してＭＩＭキャパシタの電極と配線とを連結する従来の構造を示す断面図である。
【図２】ビアを利用してＭＩＭキャパシタの電極と配線とを連結する従来の構造を示す断面図である。
【図３】従来のＭＩＭキャパシタ及びＡｌＣｕ配線構造を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施例によるＭＩＭキャパシタを含む二重ダマシン配線構造及びその製造方法を説明するための工程断面図である。
【図５】本発明の一実施例によるＭＩＭキャパシタを含む二重ダマシン配線構造及びその製造方法を説明するための工程断面図である。
【図６】本発明の一実施例によるＭＩＭキャパシタを含む二重ダマシン配線構造及びその製造方法を説明するための工程断面図である。
【図７】本発明の一実施例によるＭＩＭキャパシタを含む二重ダマシン配線構造及びその製造方法を説明するための工程断面図である。
【図８】本発明の一実施例によるＭＩＭキャパシタを含む二重ダマシン配線構造及びその製造方法を説明するための工程断面図である。
【図９】本発明の一実施例によるＭＩＭキャパシタを含む二重ダマシン配線構造及びその製造方法を説明するための工程断面図である。
【図１０】本発明の一実施例によるＭＩＭキャパシタを含む二重ダマシン配線構造及びその製造方法を説明するための工程断面図である。
【図１１】本発明の他の実施例によるＭＩＭキャパシタを含む二重ダマシン配線構造及びその製造方法を説明するための工程断面図である。
【図１２】本発明の他の実施例によるＭＩＭキャパシタを含む二重ダマシン配線構造及びその製造方法を説明するための工程断面図である。
【図１３】本発明の他の実施例によるＭＩＭキャパシタを含む二重ダマシン配線構造及びその製造方法を説明するための工程断面図である。
【図１４】本発明のさらに他の実施例によるＭＩＭキャパシタを含む二重ダマシン配線構造を示す断面図である。
【図１５】本発明のさらに他の実施例によるＭＩＭキャパシタを含む二重ダマシン配線構造を示す断面図である。
【図１６】本発明のさらに他の実施例によるＭＩＭキャパシタを含む二重ダマシン配線構造を示す断面図である。
【図１７】本発明のさらに他の実施例によるＭＩＭキャパシタを含む二重ダマシン配線構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１００    絶縁膜
１０５ａ    第１下部金属配線
１０５ｂ    第２下部金属配線
１１０    エッチング阻止膜
１１５    ビアレベルＩＭＤ
１３０    アラインキー
１４０ａ    下部電極
１４０ｂ    金属膜
１４５ａ，１４５ｂ    誘電膜
１５０ａ′    上部電極
１５０ｂ    上部電極用金属膜
１６０′    ＭＩＭキャパシタ
１６５    エッチング阻止膜
１７０    トレンチレベルＩＭＤ
１９０    二重ダマシン配線
１９２    上部金属配線
１９４    ダミー配線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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