(57)【要約】【課題】本発明は、ＮＯＲフラッシュデバイス及びその製造方法を提供する。【解決手段】バックエンドオブライン（ＢＥＯＬ）構造を有するＮＯＲフラッシュデバイスにおいて、ＢＥＯＬ構造は導電領域を有する基板と、基板上に形成された第１層間絶縁膜と、導電領域に形成される第１金属ラインと、該第１金属ラインと第１層間絶縁膜を覆う第２層間絶縁膜と、第２層間絶縁膜を貫通する第１コンタクト及び第１コンタクトを通じて第１金属ラインと連結される第２金属ラインを具備して、第１コンタクト、第１及び第２金属ラインのうちで少なくとも一つは銅であり、第１及び第２層間絶縁膜のうちで少なくとも一つは、低誘電物質を含む。【選択図】図２
2009010386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バックエンドオブライン（ＢＥＯＬ）構造を有するＮＯＲフラッシュデバイスにおいて、
前記ＢＥＯＬ構造は、
導電領域を有する基板と、
前記基板上に形成された第１層間絶縁膜と、
前記導電領域に形成される第１金属ラインと、
前記第１金属ラインと前記第１層間絶縁膜を覆う第２層間絶縁膜と、
前記第２層間絶縁膜を貫通する第１コンタクトと、及び、
前記第１コンタクトを通じて前記第１金属ラインと連結される第２金属ラインを具備して、
前記第１コンタクト、前記第１及び前記第２金属ラインのうちで少なくとも一つは銅であり、前記第１及び前記第２層間絶縁膜のうち少なくとも一つは低誘電物質を含むことを特徴とするＮＯＲフラッシュデバイス。
【請求項２】
前記ＮＯＲフラッシュデバイスは、
前記第２金属ラインと前記第２層間絶縁膜を覆う第３層間絶縁膜と、
前記第３層間絶縁膜を貫通する第２コンタクトと、及び、
前記第２コンタクトを通じて前記第２金属ラインと連結される第３金属ラインをさらに具備して、
前記第２コンタクトは前記銅であり、前記第３層間絶縁膜は低誘電物質を含むことを特徴とする請求項１に記載のＮＯＲフラッシュデバイス。
【請求項３】
前記第３金属ラインは、銅またはアルミニウムであることを特徴とする請求項２に記載のＮＯＲフラッシュデバイス。
【請求項４】
前記ＮＯＲフラッシュデバイスは、
前記第１金属ラインと前記第２層間絶縁膜との間に形成される第１拡散防止膜と、及び、
前記第２金属ラインと前記第３層間絶縁膜との間に形成される第２拡散防止膜と、をさらに具備することを特徴とする請求項２に記載のＮＯＲフラッシュデバイス。
【請求項５】
前記第３拡散防止膜は、２Ｘ１５Å〜４Ｘ１００Åの厚さを有するTiSiNであることを特徴とする請求項４に記載のＮＯＲフラッシュデバイス。
【請求項６】
前記第１ないし前記第２層間絶縁膜のうちで少なくとも一つは、
低誘電物質層と、及び
前記低誘電物質層の上部に形成されるＴＥＯＳ酸化膜と、を具備することを特徴とする請求項１に記載のＮＯＲフラッシュデバイス。
【請求項７】
前記第３層間絶縁膜は、
低誘電物質層と、及び
前記低誘電物質層の上部に形成されるＴＥＯＳ酸化膜を具備することを特徴とする請求項２に記載のＮＯＲフラッシュデバイス。
【請求項８】
バックエンドオブライン（ＢＥＯＬ）構造を有するＮＯＲフラッシュデバイスの製造方法において、
基板の内部に導電領域を形成する段階と、
前記基板上に前記導電領域が露出するトレンチを有する第１層間絶縁膜を形成する段階と、
前記トレンチの内部に第１金属ラインを形成する段階と、
前記第１金属ライン及び前記第１層間絶縁膜の上部に前記第１金属ラインが露出するホールを有する第２層間絶縁膜を形成する段階と、及び、
前記ホールの内部に第１コンタクト及び第２金属ラインを形成する段階と、を具備して、
前記第１コンタクト、前記第１及び前記第２金属ラインのうちで少なくとも一つは銅であり、前記第１及び前記第２層間絶縁膜のうち少なくとも一つは低誘電物質を含むことを特徴とするＮＯＲフラッシュデバイスの製造方法。
【請求項９】
前記第１コンタクト及び前記第２金属ラインはダマシン工程によって形成されることを特徴とする請求項８に記載のＮＯＲフラッシュデバイスの製造方法。
【請求項１０】
前記ＮＯＲフラッシュデバイスの製造方法は、
前記第２金属ラインと前記第２層間絶縁膜の上部に前記第２金属ラインが露出するビアを有する第３層間絶縁膜を形成する段階と、
前記ビアの内部に第２コンタクトを形成する段階と、及び、
前記第２コンタクトと連結される第３金属ラインを形成する段階と、をさらに具備して、
前記第２コンタクトは前記銅であり、前記第３層間絶縁膜は低誘電物質を含むことを特徴とする請求項８に記載のＮＯＲフラッシュデバイスの製造方法。
【請求項１１】
前記ＮＯＲフラッシュデバイスの製造方法は、
前記第１金属ラインと前記第１層間絶縁膜の上部に第１拡散防止膜を形成する段階と、
前記第２金属ラインと前記第２層間絶縁膜の上部に第２拡散防止膜を形成する段階と、及び、
前記第２コンタクトの上部に第３拡散防止膜を形成する段階をさらに具備して、
前記第２層間絶縁膜は前記第１拡散防止膜の上部に形成されて、前記第３層間絶縁膜は前記第２拡散防止膜の上部に形成されて、前記第３金属ラインは前記第３拡散防止膜の上部に形成されることを特徴とする請求項１０に記載のＮＯＲフラッシュデバイスの製造方法。
【請求項１２】
前記第３拡散防止膜は、２Ｘ１５Å〜４Ｘ１００Åの厚さを有するTiSiNであることを特徴とする請求項１１に記載のＮＯＲフラッシュデバイスの製造方法。
【請求項１３】
前記第１層間絶縁膜を形成する段階は、
前記基板上に低誘電物質層を形成する段階と、及び、
前記低誘電物質層の上部にＴＥＯＳ酸化膜を形成する段階と、を具備することを特徴とする請求項８に記載のＮＯＲフラッシュデバイスの製造方法。
【請求項１４】
前記第２層間絶縁膜を形成する段階は、
前記第１金属ライン及び前記第１層間絶縁膜の上部に低誘電物質層を形成する段階と、及び、
前記低誘電物質層の上部にＴＥＯＳ酸化膜を形成する段階と、を具備することを特徴とする請求項８に記載のＮＯＲフラッシュデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば９０nm級などのようなＮＯＲフラッシュ（Flash）デバイスに関するものであり、特に、ＮＯＲフラッシュデバイスでバックエンドオブライン（ＢＥＯＬ：Back End Of Line）に対する構造及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超大規模集積回路（ＵＬＳＩ：Ultra Large Scale Integration）の微細化、高集積化及び高速化要求に対応するためにフラッシュ素子でも新技術が要求されている。ＮＯＲフラッシュ素子でも金属層間絶縁膜（ＩＭＤ：Inter Ｍetal Dielectric）の材料とその形成技術が素子の特性を向上させてくれる重要な要素として指摘される。
【０００３】
まず、一般的に物質の種類による遅延時間を下記のように説明する。
【０００４】
図１は、物質の種類による遅延時間（Delay time）の関係を示すグラフとして、横軸は配線幅を示して、縦軸は遅延時間をそれぞれ示す。
【０００５】
図１を参照すると、配線幅が０．１３μｍ以下である配線に低誘電薄膜が適用された場合、Al/SiO2であるときには遅延時間が急激に増加する。しかし、Cu/Low-kを適用する場合にはAl/SiO2より遅延時間を５０％程度減少させることができる。さらに、金属配線層数を１２から６層に減少させることができる。その結果、複雑な金属配線工程を簡単にすることができ、素子の消費電力で３０％程度の利得を有して工程単価を３０％減らすことができるから、次世代半導体素子開発において、層間絶縁物質が核心要素技術として増加している。
【０００６】
ＮＯＲフラッシュデバイスの場合にも、その大きさが縮小されながら時定数（ＲＣ）、遅延（delay）、混線（cross talk）、雑音（noise）及び電力消散（power dissipation）のためにＢＥＯＬに高伝導物質と低誘電物質を層間絶縁物の物質で使用する必要が切実になっている実情がある。
【非特許文献１】The International Technology Roadmap for Semiconductor Industry Association, San Jose, CA, ２００４
【非特許文献２】W．W． Lee and P.S. Ho, MRS Bull., ２２, １９ （１９９７）
【非特許文献３】R. H. Haveman and J. A. Hutchby, Proc, IEEE, ８９, ５８６ （２２０１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、一般的なＮＯＲフラッシュデバイスのＢＥＯＬの構造で、現在使用されている金属配線の層間物質（ＩＭＤ）であるSiO2薄膜は、誘電率が３．９ないし４．２ととても高く、０．１８μｍ級以上の半導体素子の高集積化、高速化などに深刻な問題を引き起こす。また、高集積化及び高速化のために、０．１３μｍの最小線幅（ＣＤ：Critical Dimension）とおおよそ２０００MHzの駆動速度が要求されるが、従来のＮＯＲフラッシュデバイスの配線物質自体もアルミニウム（Al）になっていて電気抵抗がとても高い問題点がある。
【０００８】
本発明が解決しようとする技術的課題は、ＢＥＯＬで銅と低誘電物質を使用するＮＯＲフラッシュデバイス及びその製造方法を提供することにある。
【０００９】
また、本発明が解決しようとする技術的課題は、ＢＥＯＬで銅と低誘電物質を適用して発生することができる銅の拡散を防止することができるＮＯＲフラッシュデバイス及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を達成するために、バックエンドオブライン（ＢＥＯＬ）構造を有するＮＯＲフラッシュデバイスにおいて、本発明による前記ＢＥＯＬ構造は導電領域を有する基板と、前記基板上に形成された第１層間絶縁膜と、前記導電領域に形成される第１金属ラインと、該第１金属ラインと前記第１層間絶縁膜を覆う第２層間絶縁膜と、前記第２層間絶縁膜を貫通する第１コンタクト及び前記第１コンタクトを通じて前記第１金属ラインと連結される第２金属ラインを含んで、前記第１コンタクト、前記第１及び前記第２金属ラインのうちで少なくとも一つは銅であり、前記第１及び前記第２層間絶縁膜のうちで少なくとも一つは低誘電物質を含むことが望ましい。
【００１１】
また、バックエンドオブライン（ＢＥＯＬ）構造を有する本発明によるＮＯＲフラッシュデバイスの製造方法は、基板の内部に導電領域を形成する段階と、前記基板上に前記導電領域が露出するトレンチを有する第１層間絶縁膜を形成する段階と、前記トレンチの内部に第１金属ラインを形成する段階と、前記第１金属ライン及び前記第１層間絶縁膜の上部に前記第１金属ラインが露出するホールを有する第２層間絶縁膜を形成する段階及び前記ホールの内部に第１コンタクト及び第２金属ラインを形成する段階を具備して、前記第１コンタクト、前記第１及び前記第２金属ラインのうちで少なくとも一つは銅であり、前記第１及び前記第２層間絶縁膜のうちで少なくとも一つは低誘電物質を含む。
【発明の効果】
【００１２】
以上で説明したところのように、本発明によるＮＯＲフラッシュデバイス及びその製造方法は、ＢＥＯＬに銅配線と低誘電（ｋ＝３．０）物質を使用するので、時定数（ＲＣ）遅延がＵＳＧとアルミニウムを適用した従来より４０％以上改善することができるだけではなく、低誘電物質を使いながら発生するトレンチのオキシジェンプラズマ損傷や湿式ストリップによる低誘電物質の縮小や反り現象が発生しないし、TiSiN（４Ｘ５０）を第３金属ラインであるアルミニウムの下部に第３拡散防止膜として適用するので、アルミニウムパッドの銅拡散現象を事前に除去することができる効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例によるＮＯＲフラッシュデバイスの構造及びその製造方法を添付した図面らを参照して次のように説明する。
【００１４】
図２は、本実施例によるＮＯＲフラッシュデバイスでバックエンドオブライン（ＢＥＯＬ：Back End Of Line）構造を示す図面である。
【００１５】
図２を参照すると、バックエンドオブライン（ＢＥＯＬ）構造を有する本発明によるＮＯＲフラッシュデバイスで、ＢＥＯＬ構造は基板１０、第１層間絶縁膜１４、第１金属ライン１６、第２層間絶縁膜１８、第１コンタクト２０及び第２金属ライン２２を含む。
【００１６】
具体的に説明すると、基板１０は導電領域１２を有する。第１層間絶縁膜１４は、基板１０上に形成されていて、第１金属ライン１６は基板１０と導電領域１２上に形成されている。第２層間絶縁膜１８は、第１金属ライン１６と第１層間絶縁膜１４を覆うように形成されている。第１コンタクト２０は、第２層間絶縁膜１８を貫通するように形成されていて、第２金属ライン２２は、第１コンタクト２０を通じて第１金属ライン１６と連結されている。ここで、第１コンタクト２０、第１及び第２金属ライン１６及び２２のうちで少なくとも一つは銅であり、第１及び第２層間絶縁膜１４及び１８のうちで少なくとも一つは低誘電物質を含むことができる。
【００１７】
また、本実施例によると、ＢＥＯＬ構造は第３層間絶縁膜２４、第２コンタクト２６及び第３金属ライン２８をさらに含むことができる。第３層間絶縁膜２４は、第２金属ライン２２と第２層間絶縁膜１８を覆うように形成されていて、第２コンタクト２６は第３層間絶縁膜２４を貫通して形成されている。第３金属ライン２８は、第２コンタクト２６を通じて第２金属ライン２２と連結されている。ここで、第２コンタクト２６は銅であり、第３層間絶縁膜２４は低誘電物質を含むことができる。
【００１８】
また、本実施例によると、ＢＥＯＬ構造は第１、第２及び第３拡散防止膜ら３２、３４及び３６をさらに含むことができる。第１拡散防止膜３２は、第１金属ライン１６と第２層間絶縁膜１８との間に形成されていて、第２拡散防止膜３４は、第２金属ライン２２と第３層間絶縁膜２４との間に形成されていて、第３拡散防止膜３６は、第２コンタクト２６と第４層間絶縁膜３０との間に形成されている。
【００１９】
第１ないし第３層間絶縁膜１４、１８及び２４のうちで少なくとも一つは低誘電物質層４０、４４及び４８及び低誘電物質層４０、４４及び４８の上部に形成されるＴＥＯＳ（TetraEthylOrtho Silicate Glass）酸化膜４２、４６及び５０を含むことができる。付け加えて、ＢＥＯＬ構造は、第３拡散防止膜３６の上部に形成される第４層間絶縁膜３０をさらに含むこともできる。
【００２０】
図３は、本実施例によるＮＯＲフラッシュデバイスの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【００２１】
図２及び図３を参照すると、半導体基板１０の内部に導電領域１２を形成する（第６０段階）。導電領域１２が形成された半導体基板１０上には所定の半導体構造物が形成されることができる。第６０段階後に、導電領域１２が露出するトレンチを有する第１層間絶縁膜１４を基板１０上に形成する（第６２段階）。第１層間絶縁膜１４のトレンチの内部に第１金属ライン１６を形成する（第６４段階）。
【００２２】
第６４段階後に、第１金属ライン１６と第１層間絶縁膜１４の上部に第１拡散防止膜３２を形成する（第６６段階）。第６６段階後に、第１拡散防止膜３２の上部に第１金属ライン１６が露出するホールを有する第２層間絶縁膜１８を形成する（第６８段階）。
【００２３】
第６８段階後に、ホールの内部に第１コンタクト２０及び第２金属ライン２２を形成する（第７０段階）。第１コンタクト２０は第２層間絶縁膜１８を貫通して第１金属ライン１６と第２金属ライン２２を連結する。
【００２４】
第７０段階後に、第２金属ライン２２と第２層間絶縁膜１８の上部に第２拡散防止膜３４を形成する（第７２段階）。第７２段階後に、第２拡散防止膜３４の上部に第２金属ライン２２が露出するビアを有する第３層間絶縁膜２４を形成する（第７４段階）。第７４段階後に、ビアの内部に第２コンタクト２６を形成する（第７６段階）。第７６段階後に、第２コンタクト２６の上部に第３拡散防止膜３６を形成する（第７８段階）。
【００２５】
第７８段階後に、第３拡散防止膜３６の上部に第３金属ライン２８と第４層間絶縁膜３０を形成する（第８０段階）。第３層間絶縁膜２４を貫通する第２コンタクト２６を通じて第２金属ライン２２と連結される第３金属ライン２８が連結されている。
【００２６】
本実施例の場合、図２に図示されたＮＯＲフラッシュデバイスのＢＥＯＬで、第１金属ライン１６、第１コンタクト２０、第２金属ライン２２及び第２コンタクト２６のうちで少なくとも一つは銅（Cu）で具現されることができる。例えば、電気メッキ法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）またはＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）などの金属蒸着法を通じて銅膜を形成して、形成された銅膜を化学機械的研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）工程などで研磨して該当する部分１６、２０、２２、２６が得られる。前述したように、金属ライン１６及び２２とコンタクト２０及び２６が銅である場合、これらはシングル（single）ダマシン（Damascene）またはデュアル（dual）ダマシン工程を通じて形成されることができる。この場合、第６８段階で形成される第２層間絶縁膜１８のホールはダマシンホールを意味する。
【００２７】
例えば、第１コンタクト２０及び第２金属ライン２２は、ダマシン工程特に、デュアルダマシン工程によって形成されることができる。すなわち、第１拡散防止膜３２の上部に第２層間絶縁膜１８のための物質層を配置した後、感光膜パターンを利用したパターニングによって物質層を蝕刻してダマシンホールを生成して、生成されたダマシンホールの内壁に拡散防止膜（図示せず）などを形成した後、内壁の拡散防止膜の上部及びダマシンホールの前面に銅を蒸着した後ＣＭＰ工程によって第２コンタクト２０及び第２金属ライン２２を形成することができる。図２の場合、低誘電物質と銅を利用して３層の金属ラインをダマシン工程によって製作したＢＥＯＬ構造である。
【００２８】
図２に図示された各コンタクト２０及び２６と金属ラインら１６及び２２が銅で具現される場合、隣接した層間絶縁膜に銅が拡散することを防止するために拡散防止膜が設けられることができる。図２に図示された第１、第２及び第３拡散防止膜ら３２、３４及び３６を含めて、図２に詳細に図示されなかったが、銅と層間絶縁膜の間には銅の拡散を防止するための多数の拡散防止膜（図示せず）らが設けられることができる。拡散防止膜はＰＶＤ法、ＣＶＤ法またはＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法によって蒸着されることができるし、その物質としてTaN、Ta、TaN/Ta、TiSiN、WN、TiZrN、TiNまたはTi/TiNなどがある。
【００２９】
もしも、第１金属ライン１６が銅である場合、第１拡散防止膜３２は第１金属ライン１６の銅が第２層間絶縁膜１８で拡散することを防止する役割をする。また、第２金属ライン２２が銅である場合、第２拡散防止膜３４は第２金属ライン２２の銅が第３層間絶縁膜２４で拡散することを防止する役割をする。第３金属ライン２８は銅だけでなく、アルミニウム（Al）に具現されることができる。しかし、第２コンタクト２６が銅であるので、第３拡散防止膜３６は第２コンタクト２６の銅が第３金属ライン２８で拡散することを防止する役割をする。
【００３０】
ＮＯＲフラッシュデバイスは、後続のアニーリング（annealing）時間が長いから、後続の熱工程が進められた場合、第３拡散防止膜３６の厚さが薄いとき、アルミニウムの第３金属ライン２８に銅が拡散することがある。このように銅が拡散する場合、後続するポンディング（bonding）やパッケージ（Package）で問題が発生することがある。これを防止するために、TiSiNで具現されることができる第３拡散防止膜３６の厚さを厚く形成することができる。第３拡散防止膜３６の厚さは２Ｘ１５Å〜４Ｘ１００Åで具現することができるし、望ましくは４Ｘ５０Åで形成することができる。厚さの表現で、Ｘの前部分は層数を示して、Ｘの後部分は各層の厚さを示す。例えば、４Ｘ５０Åは４層構造であり、各層の厚さは５０Åであることを意味する。
【００３１】
一方、第１ないし第４層絶縁膜ら１４、１８、２４及び３０は、低誘電（low-k dielectric）物質を含むことができる。例えば、第１、第２または第３層間絶縁膜１４、１８または２４は低誘電物質層４０、４４または４８及び低誘電物質層４０、４４または４８の上部に形成されるＴＥＯＳ酸化膜４２、４６または５０が積層された構造を有することができる。付け加えると、第１層間絶縁膜１４を形成するために、基板１０上に低誘電物質層４０を形成する。低誘電物質層４０を形成した後、低誘電物質層４０の上部にＴＥＯＳ酸化膜４２を形成する。これと類似に、第２層間絶縁膜１８を形成するために、第１拡散防止膜３２の上部に低誘電物質層４４を形成する。低誘電物質層４４の上部にＴＥＯＳ酸化膜４６を形成する。また、第３層間絶縁膜２４を形成するために、第２拡散防止膜３４の上部に低誘電物質層４８を形成する。低誘電物質層４８の上部にＴＥＯＳ酸化膜５０を形成する。第４層間絶縁膜を形成するために、第３拡散防止膜３６の上部に低誘電物質層３０が形成されることができる。
【００３２】
低誘電物質層４０、４４、４８及び３０として、Low-k（k=３．０）を有するブラックダイヤモンド（ＢＤ：Black Diamond）フィルムが使用されることができるし、拡散防止膜（３２、３４及び３６）として、ブロック（Block）フィルムが使用されることができる。図２に図示されたＢＥＯＬでパッド（PAD）部分にアルミニウムを使用することができる。
【００３３】
図２に図示された各層間絶縁膜１４、１８、２４の場合、低誘電物質層４０、４４及び４８とＴＥＯＳ酸化膜４２、４６及び５０が二重で積層された構造を見せている。しかし、本発明はこれに限らないで各層間絶縁膜１４、１８、２４は単一層の構造または三つ以上の層らが積層された構造を有することもできる。
【００３４】
以下、ＮＯＲフラッシュデバイスで、従来のＢＥＯＬの構造に備えて本発明によるＢＥＯＬ構造が有する効果及び本発明によるＢＥＯＬ構造で各領域の特性を添付された図面らを参照して次のように説明する。
【００３５】
図４は、シミュレーションの概略図を示す図面である。
【００３６】
まず、アルミニウムとＦＳＧ（Fluorinated Silicate Glass）を利用したスタック（stack）と銅と低誘電物質（以下、'Low-k'と称する。）を使用したスタックの時定数の遅延をＨＳＰＩＣＥ（Ｙ−２００６．０９）とRaphael（Ｚ−２００６．１２−ＳＰ１）装置を利用して図４に図示されたところのように概略的にシミュレーションする。また、９０nmのＢＥＯＬ工程のパターニング工程のうち、基板１０の導電領域１２と第１金属ライン１６のためのパターニング工程は、既存の２４８nm波長のKrF（Krypton Fluoride）よりさらに短い１９３nm波長を有するArF（Argon Fluoride）を光源（light source）にするNikon会社の３０６Ｃ ArFフォトリソグラフィー装置を使用してセットアップされる。本実施例のＢＥＯＬ構造で、層間絶縁膜のための低誘電物質を蒸着するために、ＡＭＡＴ会社から得られる生産装置を利用して、low-k ＩＭＤとしてＢＤフィルムを使用して、拡散防止膜としてはブロック（Block）フィルムを使用する。付け加えて、本実施例の層間絶縁膜は多孔性（Porous）低誘電物質によって蒸着されて、ＣＭＰ工程によって研磨されて、アッシングされる。また、金属抵抗（ＭＥＴＡＬ resistance）、接触抵抗（contact resistance）、オープン及び短絡（open and short）のような電気的特徴は、オート（auto）電気的データ測定装置を利用して測定する。また、ＴＥＭ（Transmission Electro Microscope）とＳＥＭ（Scanning Electro Microscope）を利用して銅とLow-kの集積プロファイルを分析する。
【００３７】
さらに、前述した銅拡散及びその解決のための様子を見せるために次のような条件を付与する。拡散防止膜の役割をするTiSiN膜は、ウェハーの基板温度が約３５０℃の状態でTetrakis-dimethyl-amino-titaniume（ＴＤＭＡＴ）のようなプリカーサー（precursor）の熱的分解によって蒸着される。
【００３８】
まず、ブランケット（Blanket）ウェハーテストのために、Ｐ型ウェハーの上に熱的に形成されたオキサイド（Ox）を１０００Åまで積層した後、TiSiNの拡散防止膜の特性を比較判断するために、TaN（１５０Å）/Ta（１５０Å）/Seed Cu（３０００Å）/TiSiN（２Ｘ５０）/Al（７０００Å）まで積層して形成する。以後、ＡＭＡＴ会社の生産装置のアニーリングシステムを利用して温度による銅拡散をＡＥＳ（Auge Electro Microscope）と光学映像装置を利用して測定する。
【００３９】
次に、パターンを有するウェハーのテストのために、実際の９０nmＮＯＲフラッシュの第２コンタクト２６から最後のＵＶ消去まで進行してパターンを生成する。最適な第３金属ライン２８のために、TiSiN（２Ｘ５０Ｘ２）/Ti（４０Å）/Al（７０００Å）/In-situ Ti/TiN（４６０Å）を蒸着する。銅拡散の様子を検査するために光学映像装置でパッドを確認して、断面映像を確認するためにＳＥＭで第２コンタクト２６のビア（via）ボイド（void）を確認する。後続のオート電気的データ測定装置を通じて第２コンタクト２６の接触抵抗を測定する。
【００４０】
従来と本実施例を比較し、前述した条件下における本実施例の各特性を詳細に説明する。
【００４１】
図５は、従来の一般的なＮＯＲフラッシュデバイスのＢＥＯＬ構造図である。
【００４２】
図５を参照すると、基板９０のコンタクト９２の上部に第１金属ライン９４が連結されて、第１金属ライン９４は、コンタクト１００を通じて第２金属ライン１０２と連結されて、第２金属ライン１０２は、コンタクト１０４を通じて第３金属ライン１１２と連結される。各金属ラインらの間には層間絶縁膜９６、９８、１０６、１０８及び１１０が設けられている。図５に図示されたＢＥＯＬで、各配線９４、１０２及び１１２の物質はアルミニウムであり、層間絶縁膜９６及び１０６はＵＳＧ（Un-doped Silicate Glass）であり、層間絶縁膜９８及び１０８はoxide-ＴＥＯＳである。図５の場合、パッド部分にはアルミニウムを使用する。
【００４３】
９０nmＮＯＲフラッシュデバイスで、図５に図示されたようにAlとＵＳＧを利用する場合のＲＣ遅延値をシミュレーションした結果と、図２に図示されたように銅とLow-kを利用した場合のＲＣ遅延値をシミュレーションした結果は次の表１のようである。
【００４４】
【表１】
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【００４５】
ここで、ＭＥＴＡＬ１は第１金属ライン１６及び９４を意味して、ＭＥＴＡＬ２は第２金属ライン２２及び１０２を意味する。表１から分かるように、ＭＥＴＡＬ１ではlow-kとCuを利用しながら約１０％のＲＣ遅延の利得を得ることができるし、ＭＥＴＡＬ２では約４０％程度の利得を得ることができる。
【００４６】
図６（a）及び（b）は、ＳＥＭ及びＴＥＭによってそれぞれ得られた導電領域１２と第１金属ライン１６の断面映像を示す。
【００４７】
エッチング、アッシング、クリーニングされたトレンチが明示されており、ＣＭＰまで終わった第１金属ライン１６のプロファイルの横断面をＳＥＭとＴＥＭでそれぞれ撮影された図６（a）及び（b）に図示された映像を見ると、low-kを使うことで発生するトレンチのオキシジェンプラズマ損傷（Oxygen plasma damage）や、湿式ストリップ（wet strip）によるLow-k物質の縮小（shrinkage）や反り（bowing）現象が発生しないことが分かる。また、実際の第１金属ライン１６の深さは２２０nmになることができる。
【００４８】
図７（a）及び（b）は、導電領域１２と第１金属ライン１６の間の抵抗と確率の関係を示すグラフである。
【００４９】
具体的に、図７（a）は活性領域（ＡＡ：Active Area）上で導電領域１２の線幅が０．１１８μｍ及び０．１３０μｍである場合にチェーン（Chain）接触抵抗（Ｒｃ：Contact resistance）を示すグラフであり、横軸はChain接触抵抗（Chain Ｒｃ）を示して、縦軸は確率を示す。図７（b）は、第１金属ライン１６の線幅が０．１０７μｍ、０．１２０μｍ及び０．１３２μｍである場合に、第１金属ライン１６の面抵抗（Ｒｓ：sheet resistance）を累積確率（cumulative probability）として示したグラフである。ここで、横軸は面抵抗（Ｒｓ）を示し、縦軸は確率を示す。
【００５０】
図７（a）で導電領域１２の線幅が０．１３０μｍである時に導電領域１２の接触抵抗は２０ohm/ＣＣよりすこし低いが、何の問題も起こさない。図７（b）で、第１金属ライン１６も０．１２０μｍの線幅で何の問題も起こさない。
【００５１】
図８（a）及び（b）は、第１金属ライン１６のオープン特性と短絡特性をそれぞれ示すグラフであり、横軸は第１金属ライン１６の幅（width）/スペース（space）の割合を示す。
【００５２】
図８（a）及び（b）を通じて９０nmで最も脆弱な０．２００μｍピッチ（pitch）に対する第１金属ライン１６のオープンと短絡特性が分かる。第１金属ライン１６の線幅を０．０９４μｍまで減らしても、オープンに異常がないことを図８（a）から確認することができる。ここで、オープンに異常がないということは、線幅が小さくて線幅がはっきり（define）していないか、または破断（breaking）現象がないということを意味する。短絡に対する観点でも、０．１０６μｍまで第１金属ライン１６の線幅を増加させても漏洩電流（leakage current）が２pA以下であるので、短絡が発生しないことが分かる。
【００５３】
図９はＳＥＭによって得られた第１コンタクト２０と第２金属ライン２２の断面を示す映像である。
【００５４】
図９は、第１層間絶縁膜１４としてLow-k（k=３）物質層４０とキャッピング（capping）ＴＥＯＳ４２を蒸着した後、ダマシンパターンを作って、第１拡散防止膜３２と銅を蒸着してＥＣＰ（Electro Chemical Plating）でギャップフィル（gap fill）し、ＣＭＰを行うことで得られた第１コンタクト２０と第２金属配線２２の形状を示している。図９からlow-k物質の使用に起因する縮小と反り現象が発生しないことが分かる。第２金属ライン２２の実際の深さ（depth）は２５４nmであり、第１コンタクト２０の深さはおおよそ３０９nm程度である。
【００５５】
図１０（a）及び（b）は、第１コンタクト２０及び第２金属ライン２２の間の抵抗と確率の関係を示すグラフである。より具体的に、図１０（a）は、第２金属ライン２２の線幅が０．１６μｍ、０．１７０μｍ及び０．１８０μｍである場合の接触抵抗と確率との関係を示している。ここで、横軸はチェーンＲｃを示し、縦軸は確率を示す。図１０（b）は、第２金属ライン２２の線幅が０．１５５μｍ、０．１７０μｍ及び０．１９０μｍである場合に、第２金属ライン２２の面抵抗（Ｒｓ）と累積確率を示すグラフである。ここで、横軸は面抵抗を示し、縦軸は確率をそれぞれ示す。
【００５６】
図１０（a）を通じて第１コンタクト２０の接触抵抗の分布が良好であることが分かり、図１０（b）を通じて第２金属ライン２２の抵抗特性が良好であることが分かる。
【００５７】
図１１（a）及び（b）は、ＴＥＭとＳＥＭによってそれぞれ得られた第２コンタクト２６と第３金属ライン２８の断面映像である。
【００５８】
図１１（a）を通じて分かるように、low-kによる縮小と反り現象は発生していない。しかし、図１１（b）に図示されたように第２コンタクト２６の上部の一部にボイドが観察されることが分かる。
【００５９】
図１２（a）は、アルミニウムパッドの映像を示し、図１２（b）は、第３金属ライン２８に対するＳＥＭ映像を示し、図１２（c）は、第３金属ライン２８に対するＡＥＳ映像を示す。
【００６０】
第２コンタクト２６にビアボイドが発生する場合、パッドの上部に銅が拡散して汚くなっていることが図１２（a）に図示された光学映像で確認することができる。また、このような銅拡散が発生した部分をＳＥＭ及びＡＥＳで分析すると、実際に第３金属ライン２８に銅成分が検出されることが図１２（b）及び（c）を通じて分かる。このようなパッドへの銅拡散は後続のポンディングとパッケージに問題を起こすことがある。
【００６１】
図１３（a）及び（b）は、第２コンタクト２６と第３金属ライン２８の抵抗特性を説明するためのグラフである。
【００６２】
図１３（a）を通じて、第２コンタクト２６の線幅が０．２００μｍ、０．２１０μｍ及び０．２２０μｍである場合に、第２コンタクト２６の接触抵抗と確率との関係が分かる。図１３（b）を通じて、第３金属ライン２８の線幅が０．４００μｍ、０．４４０μｍ及び０．４８０μｍである場合に、第３金属ライン２８の面抵抗と累積確率との関係が分かる。
【００６３】
もしも、第３金属ライン２８の下部にTi（１１０Å）/Al（７０００Å）/in-sitTi/TiN（５０Å/３６０Å）が積層された構造で、拡散防止膜として用いられるTiSiNの厚さが２Ｘ５０Å程度に薄い場合、銅拡散を防止する役割が十分に果たされず、図１１及び図１２に図示されたように第３金属ライン２８に銅が拡散することがある。
【００６４】
図１４（a）、（b）及び（c）は、アニーリング条件による銅拡散の様子を光学装置とＳＥＭを通じて得た映像である。
【００６５】
３５０℃、４００℃、４５０℃のＮ２雰囲気でアニーリング処理が３０分間行われた場合、図１４（a）、（b）及び（c）に図示されたような映像が得られる。３５０℃アニーリング処理をした場合、図１４（a）に図示されたようにパッド部分（左側映像）もきれいであるだけでなく、フォーカスイオンビーム（ＦＩＢ：Focused Ion Beam）映像でパッドの断面（右側映像）を確認した結果、銅拡散が発生しないことが分かる。しかし、４５０℃でアニーリング処理した結果、図１４（c）に図示されたように、パッドがかなり汚くて、アルミニウムパッド全体が銅に変わったことをＦＩＢで確認することができる。したがって、アルミニウムパッドの銅拡散は後続の工程の熱処理に起因することが分かる。
【００６６】
図１５（a）及び（b）は、第３拡散防止膜３６としてTiSiN（２Ｘ１００）及びTiSiN（４Ｘ５０）をそれぞれ使用する場合に得られたパッド（左側映像）と第３金属ライン２８の断面映像（右側映像）である。
【００６７】
第３拡散防止膜３６として、TiSiN（２Ｘ１００）とTiSiN（４Ｘ５０）を使用して４５０℃で３０分アニーリングした後、光学装置とＦＩＢで確認した場合に、図１５（a）及び（b）に図示された映像が得られる。TiSiN（２Ｘ１００）を第３拡散防止膜３６で使用する場合、図１５（a）から分かるように、局所的に銅拡散する部分があることが分かる。しかし、TiSiN（４Ｘ５０）を第３拡散防止膜３６で使用する場合、図１５（b）に図示されたように銅が拡散しないことが分かる。
【００６８】
図１６（a）及び（b）は、TiSiN（４Ｘ５０）を第３拡散防止膜３６として９０nmＮＯＲフラッシュデバイスに実際に適用した場合における中央とエッジのＦＩＢ映像である。
【００６９】
図１６（a）及び（b）を通じて分かるように、第３拡散防止膜３６としてTiSiN（２Ｘ５０）を適用した時には見えた銅拡散が、TiSiN（４Ｘ５０）を第３拡散防止膜３６として適用したときにはどこにも見られないことが分かる。
【００７０】
図１７（a）及び（b）は、第３拡散防止膜３６としてTiSiN（２Ｘ５０）とTiSiN（４Ｘ５０）を適用する時、単位ウェハーでフルポイント（full point）の接触抵抗（Ｒｃ）と面抵抗（Ｒｓ）のターゲットサイズ（target size）で電気的にデータを測定した結果である。
【００７１】
図１７（a）は、第２コンタクト２６の線幅が０．２１０μｍである場合に各拡散防止膜の種類別抵抗特性を示す図であり、図１７（b）は、第３金属ライン２８の線幅が０．４４μｍである場合に各拡散防止膜の種類別抵抗特性を示す図である。
【００７２】
図１７（a）を参照すると、Ｒｃの観点でTiSiNの厚さが上がって接触抵抗は増加するが、問題にならない程度であることが分かる。図１７（b）を参照すると、面抵抗の観点でもTiSiN（２Ｘ５０）とTiSiN（４Ｘ５０）に大きな差がないことが分かる。
【００７３】
以上のように、図２に図示されたようにCu/low-kを使用したほうが、図５に図示されたようにAl/ＵＳＧを使用した時よりも、約４０％以上ＲＣ遅延が良好であることが分かる。また、導電領域１２から第２コンタクト２６までの接触抵抗と、第１金属ライン１６から第３金属ライン２８までの面抵抗特性も優秀であることが分かる。９０nm工程の最も脆弱な部分である第１金属ライン１６でのオープンと短絡も問題がないことが分かる。low-kを使用する場合に発生するトレンチ上のオキシジェンプラズマ損傷や湿式ストリップによるlow-k物質の縮小や反り現象が発生しないことがＳＥＭとＴＥＭによって得られた映像から分かる。
【００７４】
しかし、Cu/Low-kＢＥＯＬ工程でAlとＵＳＧを使いながら発生しなかったパッド側への銅の拡散が、後続の工程の熱処理によって発生することがあることが分かる。しかし、TiSiN（４Ｘ５０）を第３拡散防止膜３６で使用するので、第３金属ライン２８への銅拡散が防止できることがＳＥＭ映像から分かる。
【００７５】
以上、前述した本発明の望ましい実施例は、例示の目的のために開示されたものである。よって、当業者なら特許請求範囲に開示された本発明の技術的思想とその技術的範囲内で、開示された実施例の改良、変更、代替または付加などで多様な他の実施例を作ることができるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】物質の種類による遅延時間の関係を示すグラフである。
【図２】本発明の実施例によるＮＯＲフラッシュデバイスでバックエンドオブライン構造を示す図面である。
【図３】本発明の実施例によるＮＯＲフラッシュデバイスの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図４】シミュレーションの概略図を示す図面である。
【図５】従来の一般的なＮＯＲフラッシュデバイスのＢＥＯＬ構造図である。
【図６】（a）及び（b）は、ＳＥＭ及びＴＥＭによってそれぞれ得られた導電領域と第１金属ラインの断面映像をそれぞれ示す。
【図７】（a）及び（b）は、導電領域と第１金属ラインの抵抗と確率との関係を示すグラフである。
【図８】（a）及び（b）は、第１金属ラインのオープン特性と短絡特性をそれぞれ示すグラフである。
【図９】ＳＥＭによって得られた第１コンタクトと第２金属ラインの断面を示す映像である。
【図１０】（a）及び（b）は、第１コンタクト及び第２金属ラインの間の抵抗と確率との関係を示すグラフである。
【図１１】（a）及び（b）は、ＴＥＭとＳＥＭによってそれぞれ得られた第２コンタクトと第３金属ラインの断面映像である。
【図１２】（a）は、アルミニウムパッドの映像を示し、（b）は第３金属ラインに対するＳＥＭ映像を示し、（c）は第３金属ラインに対するＡＥＳ映像を示す。
【図１３】（a）及び（b）は、第２コンタクトと第３金属ラインの抵抗特性を説明するためのグラフである。
【図１４】（a）、（b）及び（c）は、アニーリング条件による銅拡散の様子を光学装置とＳＥＭを通じて得られた映像である。
【図１５】（a）及び（b）は、第３拡散防止膜としてTiSiN（２Ｘ１００）及びTiSiN（４Ｘ５０）をそれぞれ使用する場合に、得られたパッドと第３金属ラインの断面映像である。
【図１６】（a）及び（b）は、TiSiN（４Ｘ５０）を第３拡散防止膜として９０nmＮＯＲフラッシュデバイスに実際に適用した場合における中央とエッジのＦＩＢ映像である。
【図１７】（a）及び（b）は、第３拡散防止膜としてTiSiN（２Ｘ５０）とTiSiN（４Ｘ５０）を適用する時、単位ウェハーでフルポイントの接触抵抗と面抵抗のターゲットサイズで電気的にデータを測定した結果である。
【符号の説明】
【００７７】
１０  基板、  １２  導電領域、  １４  第１層間絶縁膜、  １６  第１金属ライン、  １８  第２層間絶縁膜、  ２０  第１コンタクト、  ２２  第２金属ライン、  ２４  第３層間絶縁膜、  ２６  第２コンタクト、  ２８  第３金属ライン、  ３０  第４層間絶縁膜、  ３２  第１拡散防止膜、  ３４  第２拡散防止膜、  ３６  第３拡散防止膜、  ９０  基板、  ９２  コンタクト、  ９４  第１金属ライン、  ９６  層間絶縁膜、  ９８  層間絶縁膜、  １０２  第２金属ライン。  
【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７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１３】
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【図１７】
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【図６】
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【図９】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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