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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-12-02
(45)【発行日】2024-12-10
(54)【発明の名称】半導体素子
(51)【国際特許分類】
H01L 21/768 20060101AFI20241203BHJP
H01L 23/532 20060101ALI20241203BHJP
【ＦＩ】
H01L21/90 M
H01L21/90 N
【請求項の数】
23
(21)【出願番号】P 2019129364
(22)【出願日】2019-07-11
(65)【公開番号】P2020017722
(43)【公開日】2020-01-30
【審査請求日】2022-01-27
【審判番号】
【審判請求日】2024-01-04
(31)【優先権主張番号】10-2018-0085690
(32)【優先日】2018-07-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】390019839
【氏名又は名称】三星電子株式会社
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】１２９，Ｓａｍｓｕｎｇ－ｒｏ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ－ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(74)【代理人】
【識別番号】100135079
【弁理士】
【氏名又は名称】宮崎 修
(72)【発明者】
【氏名】金 ▲じゅん▼寛
(72)【発明者】
【氏名】朴 在花
(72)【発明者】
【氏名】安 商燻
【合議体】
【審判長】恩田 春香
【審判官】大橋 達也
【審判官】緑川 隆
(56)【参考文献】
【文献】特開２００３－３３２４２６号公報
【文献】特開２０１１－２３３７４６号公報
【文献】特開２００４－８００１７号公報
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
H01L 21/768, 21/3205
H01L 23/532
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板上に設けられ、シリコン酸化物(SiO2)よりも低い誘電率を有する低誘電物質を含む第１の金属間絶縁膜であり、当該第１の金属間絶縁膜は、炭素及び水素を含むシリコン酸化物(SiCOH)を含み、且つ１０～５０％の炭素成分を含む、第１の金属間絶縁膜と、前記第１の金属間絶縁膜上に設けられ、前記第１の金属間絶縁膜よりも高い誘電率を有する酸化物を含む第１のブロッキング膜であり、当該第１のブロッキング膜は、前記第１の金属間絶縁膜からの水素のアウトガシングを抑制するように構成され、当該第１のブロッキング膜は炭素を含まない、第１のブロッキング膜と、
前記第１の金属間絶縁膜及び前記第１のブロッキング膜を貫通する金属配線と、
前記金属配線及び前記第１のブロッキング膜の上に設けられた第２のブロッキング膜であり、当該第２のブロッキング膜は、前記第１のブロッキング膜より、前記第１の金属間絶縁膜からの水素のアウトガシングを遮断する特性に優れ、当該第２のブロッキング膜は、炭素を含まない窒化物を含む、第２のブロッキング膜と、
を含む半導体素子。
【請求項2】
前記第１の金属間絶縁膜の厚さは、前記第１のブロッキング膜の厚さよりも厚い請求項１に記載の半導体素子。
【請求項3】
前記第１のブロッキング膜は、シリコン酸化物(SiO2)を含む請求項１に記載の半導体素子。
【請求項4】
前記第１のブロッキング膜は、ＴＥＯＳをソースとして用いて形成されたシリコン酸化物(SiO2)を含む請求項３に記載の半導体素子。
【請求項5】
前記第１のブロッキング膜は、誘電率が３.９～４.５の絶縁物質を含む請求項１に記載の半導体素子。
【請求項6】
前記第２のブロッキング膜は、前記第１のブロッキング膜よりも高い誘電率を有する絶縁物質を含む請求項１に記載の半導体素子。
【請求項7】
前記第２のブロッキング膜は、炭素を含まないシリコン窒化物を含む請求項１に記載の半導体素子。
【請求項8】
前記金属配線は、銅を含む請求項１に記載の半導体素子。
【請求項9】
前記金属配線は、コンタクトプラグと、前記コンタクトプラグの上面に設けられる金属パターンとを含み、前記第１のブロッキング膜は、前記金属パターンの上部側壁と接する請求項１に記載の半導体素子。
【請求項10】
更に、前記第２のブロッキング膜上に設けられ、前記第１の金属間絶縁膜よりも高い誘電率を有する第２の金属間絶縁膜と、前記第２の金属間絶縁膜及び前記第２のブロッキング膜を貫通して、前記金属配線と接触するビアコンタクトとを含む請求項１に記載の半導体素子。
【請求項11】
前記ビアコンタクトは、前記金属配線と異なる金属物質を含む請求項１０に記載の半導体素子。
【請求項12】
更に、前記ビアコンタクト上の、前記金属配線と異なる金属物質を含む上部金属パターンと、前記上部金属パターンを覆う上部層間絶縁膜とを含む請求項１０に記載の半導体素子。
【請求項13】
更に、前記基板及び前記第１の金属間絶縁膜の間に、シリコン酸化物(SiO2)よりも低い誘電率を有する低誘電物質を含む下部金属間絶縁膜と、
前記下部金属間絶縁膜を貫通する下部金属配線を含む下部配線構造物とが含められ、
前記基板上において、前記下部配線構造物は、１層から構成されるか、複数の下部配線構造物が多層に積層される請求項１に記載の半導体素子。
【請求項14】
前記下部配線構造物の間に介在するように、前記下部金属間絶縁膜及び前記下部金属配線上に、シリコン炭素窒化物を含むエッチング阻止膜が設けられる請求項１３に記載の半導体素子。
【請求項15】
前記下部配線構造物の間の部位のうち、少なくとも１つの部位において、前記下部金属間絶縁膜上に、前記第１の金属間絶縁膜よりも高い誘電率を有する酸化物を含む下部第１のブロッキング膜と、
前記下部金属配線及び前記下部第１のブロッキング膜の上面と直接接触し、窒化物を含む下部第２のブロッキング膜とが設けられる請求項１３に記載の半導体素子。
【請求項16】
基板上に、シリコン酸化物(SiO2)よりも低い誘電率を有する低誘電物質を含む下部金属間絶縁膜、及び前記下部金属間絶縁膜を貫通し、金属を含む下部金属配線を含む下部配線構造物と、前記下部配線構造物上に設けられ、シリコン酸化物よりも低い誘電率を有する低誘電物質を含む第１の金属間絶縁膜と、
前記第１の金属間絶縁膜を貫通する金属配線と、
前記第１の金属間絶縁膜及び前記金属配線上に設けられ、前記第１の金属間絶縁膜よりも高い誘電率を有する第１のブロッキング膜、及び前記第１のブロッキング膜よりも高い誘電率を有する第２のブロッキング膜を含むブロッキング膜構造物と、
前記第２のブロッキング膜上に設けられ、前記第１の金属間絶縁膜よりも高い誘電率を有する第２の金属間絶縁膜と、
前記第２の金属間絶縁膜及び前記第２のブロッキング膜を貫通して、前記金属配線と接触するビアコンタクトとを含み、
前記第１の金属間絶縁膜は、炭素及び水素を含むシリコン酸化物(SiCOH)を含み、且つ１０～５０％の炭素成分を含み、
前記第１のブロッキング膜は、前記第１の金属間絶縁膜からの水素のアウトガシングを抑制するように構成され、前記第１のブロッキング膜は、炭素を含まない酸化物を含み、
前記第２のブロッキング膜は、前記第１のブロッキング膜より、前記第１の金属間絶縁膜からの水素のアウトガシングを遮断する特性に優れ、前記第２のブロッキング膜は、炭素を含まない窒化物を含む、
半導体素子。
【請求項17】
前記第１のブロッキング膜は、シリコン酸化物を含む請求項１６に記載の半導体素子。
【請求項18】
前記第２のブロッキング膜は、炭素を含まないシリコン窒化物を含む請求項１６に記載の半導体素子。
【請求項19】
前記下部配線構造物は、１層から構成されるか、複数の下部配線構造物が多層に積層される請求項１６に記載の半導体素子。
【請求項20】
前記下部配線構造物の間に介在するように、前記下部金属間絶縁膜及び前記下部金属配線上に、シリコン炭素窒化物を含むエッチング阻止膜が設けられる請求項１９に記載の半導体素子。
【請求項21】
基板上の、トランジスタを含む下部構造物と、前記下部構造物上に設けられ、シリコン酸化物(SiO2)よりも低い誘電率を有する低誘電物質を含む第１の金属間絶縁膜と、
前記第１の金属間絶縁膜を貫通する金属配線と、
前記第１の金属間絶縁膜及び前記金属配線上に設けられ、前記第１の金属間絶縁膜よりも高い誘電率を有する第１のブロッキング膜、及び前記第１のブロッキング膜よりも高い誘電率を有する第２のブロッキング膜を含むブロッキング膜構造物と、
前記ブロッキング膜構造物上に設けられる第２の金属間絶縁膜と、
前記第２の金属間絶縁膜及び前記第２のブロッキング膜を貫通して、前記金属配線と接触するビアコンタクトと、
前記ビアコンタクト上に設けられる上部金属パターンと、
前記上部金属パターンを覆う上部層間絶縁膜とを含み、
前記第１の金属間絶縁膜は、炭素及び水素を含むシリコン酸化物(SiCOH)を含み、且つ１０～５０％の炭素成分を含み、
前記第１のブロッキング膜は、前記第１の金属間絶縁膜からの水素のアウトガシングを抑制するように構成され、前記第１のブロッキング膜は、炭素を含まない酸化物を含み、
前記第２のブロッキング膜は、前記第１のブロッキング膜より、前記第１の金属間絶縁膜からの水素のアウトガシングを遮断する特性に優れ、前記第２のブロッキング膜は、炭素を含まない窒化物を含む、
半導体素子。
【請求項22】
前記上部金属パターンは、前記金属配線と異なる金属物質を含む請求項２１に記載の半導体素子。
【請求項23】
前記上部層間絶縁膜は、水素を含むシリコン酸化物を含み、前記基板の表面へ水素を供給するための膜として設けられる請求項２１に記載の半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体素子に関する。より詳しくは、本発明は、配線構造を有する半導体素子に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体素子の金属配線間の層間絶縁膜は、寄生キャパシタンスを減らすために、低誘電膜からなる。前記低誘電膜に含まれる一部の物質は、高温工程の実行中にアウトガシング(outgassing)されることがあり、このために半導体素子に不良が生じることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
本発明の課題は、優れた特性を有する半導体素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明の上記課題を達成するための実施形態例による半導体素子は、基板上に設けられ、シリコン酸化物(SiO2)よりも低い誘電率を有する低誘電物質を含む第１の金属間絶縁膜が設けられる。前記第１の金属間絶縁膜上に、前記第１の金属間絶縁膜よりも高い誘電率を有する酸化物を含む第１のブロッキング膜が設けられる。前記第１の金属間絶縁膜及び前記第１のブロッキング膜を貫通する金属配線が設けられる。そして、前記金属配線及び前記第１のブロッキング膜の上面上に、窒化物を含む第２のブロッキング膜が設けられる。
【0005】
また、本発明の上記課題を達成するための実施形態例による半導体素子は、基板上に、シリコン酸化物(SiO2)よりも低い誘電率を有する低誘電物質を含む下部金属間絶縁膜、及び前記下部金属間絶縁膜を貫通し、金属を含む下部金属配線を含む下部配線構造物が設けられる。前記下部配線構造物上に、シリコン酸化物よりも低い誘電率を有する低誘電物質を含む第１の金属間絶縁膜が設けられる。前記第１の金属間絶縁膜を貫通する金属配線が設けられる。前記第１の金属間絶縁膜及び前記金属配線上に設けられ、前記第１の金属間絶縁膜よりも高い誘電率を有する第１のブロッキング膜、及び前記第１のブロッキング膜よりも高い誘電率を有する第２のブロッキング膜を含むブロッキング膜構造物が設けられる。前記第２のブロッキング膜上に設けられ、前記第１の金属間絶縁膜よりも高い誘電率を有する第２の金属間絶縁膜が設けられる。そして、前記第２の金属間絶縁膜及び前記第２のブロッキング膜を貫通して、前記金属配線と接触するビアコンタクトが設けられる。
【0006】
更に、本発明の上記課題を達成するための実施形態例による半導体素子は、基板上にトランジスタを含む下部構造物が設けられる。前記下部構造物上に、シリコン酸化物(SiO2)よりも低い誘電率を有する低誘電物質を含む第１の金属間絶縁膜が設けられる。前記第１の金属間絶縁膜を貫通する金属配線が設けられる。前記第１の金属間絶縁膜及び前記金属配線上に、前記第１の金属間絶縁膜よりも高い誘電率を有する第１のブロッキング膜、及び前記第１のブロッキング膜よりも高い誘電率を有する第２のブロッキング膜を含むブロッキング膜構造物が設けられる。前記ブロッキング膜構造物上に第２の金属間絶縁膜が設けられる。前記第２の金属間絶縁膜及び前記第２のブロッキング膜を貫通して、前記金属配線と接触するビアコンタクトが設けられる。前記ビアコンタクト上に上部金属パターンが設けられる。前記上部金属パターンを覆う上部層間絶縁膜が設けられる。
【発明の効果】
【0007】
本発明による半導体素子は、前記第１及び第２のブロッキング膜が設けられることによって、低誘電膜に含まれる物質のアウトガシングが抑制される。故に、当該半導体素子は、優れた特性を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、添付の図面を参照して、本発明の好適な実施形態例について、詳述することにする。
【0010】
図１は、本発明による半導体素子を説明するための断面図である。図１に示しているように、当該半導体素子は、基板１００上に形成された下部構造物１０５と、前記下部構造物１０５上に設けられる第１の金属間絶縁膜１０８と、第１の配線１２３と、第１のブロッキング膜１１０ａと、第２のブロッキング膜１２４と、第２の金属間絶縁膜１２６と、ビアコンタクト１３０と、第２の配線１３２とを含む。
【0011】
基板１００は、シリコン、ゲルマニウム、シリコン-ゲルマニウム、または、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂなどのようなＩＩＩ-Ｖ族化合物を含む。また、基板１００は、ＳＯＩ(Silicon-On-Insulator)基板、又はＧＯＩ(Germanium-On-Insulator)基板であってもよい。
【0012】
下部構造物１０５は、基板１００上に形成され、例えば、トランジスタ、キャパシタ、抵抗、下部配線１０４、及び下部層間絶縁膜１０２などを含む。
【0013】
下部構造物１０５上には、ＢＥＯＬの配線構造が設けられる。
【0014】
第１の金属間絶縁膜１０８は、下部構造物１０５上に形成され、シリコン酸化物(SiO2)よりも低い誘電率を有する低誘電物質を含む。シリコン酸化物は、３.９～４.５の誘電率を有する。第１の金属間絶縁膜１０８は、３.５以下の誘電率を有し、例えば、２.０～３.５の誘電率を有する。また、第１の金属間絶縁膜１０８は、炭素及び水素を含むシリコン酸化物(SiCOH)である。更に、第１の金属間絶縁膜１０８には、１０～５０％の炭素を含む。また、他の例として、第１の金属間絶縁膜１０８は、フッ素がドープされたシリコン酸化物(F-SiO2)、多孔性シリコン酸化物である。
【0015】
下部構造物１０５と第１の金属間絶縁膜１０８の間には、下部絶縁膜(図示せず)が更に含まれ得る。前記下部絶縁膜は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、又は、ＳｉＣＮである。
【0016】
第１の金属間絶縁膜１０８上には、第１のブロッキング膜１１０ａが設けられる。第１のブロッキング膜１１０ａは、第１の金属間絶縁膜１０８よりも高い誘電率を有する酸化物を含む。第１のブロッキング膜１１０ａは、誘電率が３.９～４.５のシリコン酸化物を含む。また、第１のブロッキング膜１１０ａは、ＴＥＯＳ(Tetraethyl orthosilicate)をソースとして用いて形成されるシリコン酸化物を含む。
【0017】
第１のブロッキング膜１１０ａは、第１の金属間絶縁膜１０８よりも膜の密度及び強度が高い。故に、第１のブロッキング膜１１０ａは、第１の金属間絶縁膜１０８から一部のガスが出るか、又は、第１の金属間絶縁膜１０８内へガスが流入されることを遮断することができる。すなわち、第１のブロッキング膜１１０ａは、第１の金属間絶縁膜１０８から、ガス、例えば、水素(H2)、水蒸気(H2O)、フッ素、塩素などがアウトガシングされることを抑制することができる。また、第１のブロッキング膜１１０ａは、第１の金属間絶縁膜１０８に水素又は水蒸気などが流入されることを防止するために設けられる。
【0018】
また、第１のブロッキング膜１１０ａは、第１の金属間絶縁膜１０８と第２のブロッキング膜１２４を容易に接着させる接着膜として働く。
【0019】
第１のブロッキング膜１１０ａは、炭素(Ｃ)を含まない。炭素を含有する炭化膜は、シリコン窒化物(SiN)に比べて、誘電率(k)が低く、炭素含量が高い。炭化膜は、シリコン窒化膜に比べて密度が低いため、前記第１の金属間絶縁膜からアウトガシングされる物質を通過させることになる。例えば、ＳｉＣＮ、ＳｉＣＯの場合、前記第１の金属間絶縁膜からの水素のアウトガシングを遮断し難いので、第１のブロッキング膜１１０ａとして不適合である。
【0020】
第１の配線１２３は、第１の金属間絶縁膜１０８及び第１のブロッキング膜１１０ａを貫通して、下部構造物１０５の一部と接触する。
【0021】
また、第１の配線１２３は、コンタクトプラグ１２０及び導電ライン１２２を含む。コンタクトプラグ１２０は、下部構造物１０５の一部と接触し、導電ライン１２２は、コンタクトプラグ１２０の上面と接し、且つ、一方向に延在する。図示してはいないが、コンタクトプラグ１２０は、複数個設けられ、導電ライン１２２は、複数のコンタクトプラグ１２０と接し、且つ、基板１００の上面に平行な一方向に延在する形状を有する。
【0022】
コンタクトプラグ１２０及び導電ライン１２２は、第１の抵抗を有する第１の金属を含む。前記第１の金属は、銅を含む。また、コンタクトプラグ１２０及び導電ライン１２２は、第１のバリアパターン１１６ａ及び金属パターン１１８ａを含む。第１のバリアパターン１１６ａは、金属パターン１１８ａの表面上に形成され、チタン、チタン窒化物、タンタル、タンタル窒化物を含む。
【0023】
このように、第１の金属を含む第１の配線１２３の間には、低誘電物質を含む第１の金属間絶縁膜１０８が設けられる。故に、第１の配線１２３によって発生する寄生キャパシタンスが減少することになる。
【0024】
第１の配線１２３及び第１のブロッキング膜１１０ａの上面は、同一の平面上に位置する。故に、第１の配線１２３の上部側壁には、第１のブロッキング膜１１０ａが設けられる。第１のブロッキング膜１１０ａは、導電ライン１２２の上部側壁と接触する。
【0025】
第１の金属間絶縁膜１０８及び第１のブロッキング膜１１０ａを貫通して、第１の配線１２３が設けられるので、第１の配線１２３の高さは、第１の金属間絶縁膜１０８及び第１のブロッキング膜１１０ａの厚さの和と同一である。そのため、第１のブロッキング膜１１０ａが厚いと、第１の金属間絶縁膜１０８の厚さが相対的に薄くなって、第１の配線１２３間の寄生キャパシタンスが増加する。第１の金属間絶縁膜１０８の厚さは、第１のブロッキング膜１１０ａの厚さよりも厚い。第１のブロッキング膜１１０ａの厚さは、第１の金属間絶縁膜１０８及び第１のブロッキング膜１１０ａの厚さの和の２０％より小さい。また、第１のブロッキング膜１１０ａは、第１の金属間絶縁膜１０８からのアウトガシングを遮断するために、１００Åより厚いことが望ましい。
【0026】
第２のブロッキング膜１２４は、第１の配線１２３及び第１のブロッキング膜１１０ａの上面を覆う。
【0027】
第２のブロッキング膜１２４は、第１の金属間絶縁膜１０８から、ガス、例えば、水素(H2)、水蒸気(H2O)、フッ素、塩素などがアウトガシングされることを抑制するためのメインブロッキング膜として働く。すなわち、第２のブロッキング膜１２４は、第１のブロッキング膜１１０ａより、水素又は水蒸気のアウトガシングを遮断する特性がより優れている。また、第２のブロッキング膜１２４は、エッチング阻止膜、及び第１の配線１２３の拡散防止膜として働く。
【0028】
第２のブロッキング膜１２４は、第１のブロッキング膜１１０ａよりも高い誘電率を有する窒化物を含む。具体的に、第２のブロッキング膜１２４は、誘電率が６以上の物質を含む。例えば、第２のブロッキング膜１２４は、シリコン窒化物(SiN)を含む。
【0029】
また、第２のブロッキング膜１２４は、炭素(Ｃ)を含まない。炭化膜は、シリコン窒化膜に比べて密度が低いため、第１の金属間絶縁膜１０８からアウトガシングされる物質を容易に通過させる。故に、第２のブロッキング膜１２４として不適合である。
【0030】
第２の金属間絶縁膜１２６は、ＢＥＯＬの配線構造の最上部に位置するビアコンタクト１３０の間に設けられる層間絶縁膜である。また、第２の金属間絶縁膜１２６は、その下部に位置する金属間絶縁膜１０８よりも高い誘電率を有する。第２の金属間絶縁膜１２６は、第２のブロッキング膜１２４よりも低い誘電率を有する。
【0031】
すなわち、第２の金属間絶縁膜１２６は、第１の金属間絶縁膜１０８よりも高い誘電率を有する酸化物を含む。第２の金属間絶縁膜１２６は、誘電率が３.９～４.５のシリコン酸化物を含む。一例として、第２の金属間絶縁膜１２６は、ＴＥＯＳをソースで用いて形成されるシリコン酸化物を含む。故に、第２の金属間絶縁膜１２６は、第１の金属間絶縁膜１０８よりも高いエッチング耐性、密度、及び結合強度を有することができる。
【0032】
ビアコンタクト１３０は、第２の金属間絶縁膜１２６及び第２のブロッキング膜１２４を貫通して、第１の配線１２３の上面と接触する。
【0033】
ビアコンタクト１３０は、ＢＥＯＬの配線構造において、最上部に位置するコンタクトプラグである。ビアコンタクト１３０は、第１の金属と異なる第２の金属を含む。前記第２の金属は、前記第１の抵抗よりも高い第２の抵抗を有する。前記第２の金属は、前記第１の金属よりも高い温度で形成される物質を含む。例えば、前記第２の金属は、３００℃よりも高い温度で形成される物質を含むことができる。前記第２の金属は、タングステンを含む。
【0034】
また、ビアコンタクト１３０は、第２のバリア膜１３０ａ及び金属プラグ１３０ｂを含む。金属プラグ１３０ｂは、タングステンを含み、第２のバリア膜１３０ａは、タングステン窒化物を含む。
【0035】
第２の配線１３２は、ビアコンタクト１３０及び第２の金属間絶縁膜１２６上に設けられる。第２の配線１３２は、ビアコンタクト１３０の上面と接触し、且つ、一方向に延在する形状を有する。第２の配線１３２は、ＢＥＯＬの配線構造の最上部に位置する。
【0036】
また、第２の配線１３２は、前記第２の抵抗よりも低い第３抵抗を有する第３金属を含む。最上部に形成される第２の配線１３２は、酸化による腐食を抑制する金属物質を含むことが望ましい。
【0037】
前記第３金属は、アルミニウムを含む。アルミニウムの場合、表面が酸化すると、酸化アルミニウムが下部のアルミニウムの酸化皮膜剤として働く。しかし、銅の場合、酸化し易くなるので、最上部に形成される配線としては、不適合である。
【0038】
図示していないが、第２の配線１３２を覆う上部層間絶縁膜が設けられる。前記上部層間絶縁膜は、シリコン酸化物を含む。前記上部層間絶縁膜は、水素を含むシリコン酸化物を含み得る。
【0039】
当該半導体素子において、ＢＥＯＬの配線構造の最上部に位置する低誘電膜、すなわち、第１の金属間絶縁膜１０８上には、第１及び第２のブロッキング膜１１０ａ、１２４が設けられる。すなわち、ＢＥＯＬの配線構造の最上部に位置する銅配線、すなわち、第１の配線１２３の上部側壁には、第１のブロッキング膜１１０ａが設けられ、前記銅配線の上面及び第１のブロッキング膜１１０ａ上には、第２のブロッキング膜１２４が設けられる。故に、第１及び第２のブロッキング膜１１０ａ、１２４によって、前記低誘電膜から発生するアウトガシングを防止することができる。
【0040】
【0041】
図２に示しているように、基板１００上に、下部構造物１０５を形成する。下部構造物１０５上に、第１の金属間絶縁膜１０８を形成する。第１の金属間絶縁膜１０８上に、仮の第１のブロッキング膜１１０を形成する。
【0042】
下部構造物１０５は、例えば、トランジスタ、キャパシタ、抵抗、下部配線１０４、及び下部層間絶縁膜１０２などを含む。
【0043】
図示してはいないが、前記下部構造物上に、下部絶縁膜を形成してもよい。前記下部絶縁膜は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、又は、ＳｉＣＮを含む。
【0044】
第１の金属間絶縁膜１０８は、シリコン酸化物(SiO2)よりも低い誘電率を有する低誘電物質を堆積させて形成する。また、第１の金属間絶縁膜１０８は、炭素及び水素を含むシリコン酸化物(SiCOH)とし得る。例えば、第１の金属間絶縁膜１０８には、１０～５０％の炭素を含む。他の例として、第１の金属間絶縁膜１０８は、フッ素がドープされたシリコン酸化物(F-SiO2)、多孔性シリコン酸化物である。
【0045】
仮の第１のブロッキング膜１１０は、第１の金属間絶縁膜１０８よりも高い誘電率を有する酸化物を用いて形成することができる。仮の第１のブロッキング膜１１０は、誘電率が３.９～４.５のシリコン酸化物で形成される。仮の第１のブロッキング膜１１０は、目標の第１のブロッキング膜よりも厚く形成することができる。また、仮の第１のブロッキング膜１１０は、ＴＥＯＳを蒸着ソースとして用いる化学気相成長法で形成することができる。
【0046】
仮の第１のブロッキング膜１１０は、水素又は水蒸気のようなガスが、第１の金属間絶縁膜１０８に出入することを防ぐために設けられる。仮の第１のブロッキング膜１１０は、炭素(Ｃ)を含まない。
【0047】
図３に示しているように、仮の第１のブロッキング膜１１０上に、第１のエッチングマスク(図示せず)を形成した後、仮の第１のブロッキング膜１１０及び第１の金属間絶縁膜１０８を順にエッチングする。それにより、仮の第１のブロッキング膜１１０及び第１の金属間絶縁膜１０８を貫通する第１のコンタクトホール１１２が形成される。第１のコンタクトホール１１２は、前記下部構造物に含まれる導電性膜、例えば、下部配線１０４の上面を露出するように形成される。この後、第１のコンタクトホール１１２を満たす犠牲膜(図示せず)を形成する。
【0048】
仮の第１のブロッキング膜１１０及び犠牲膜上に、第２のエッチングマスク(図示せず)を形成した後、仮の第１のブロッキング膜１１０及び第１の金属間絶縁膜１０８の上部をエッチングして、第１のトレンチ１１４を形成する。第１のトレンチ１１４は、基板１００上面に平行な一方向に延在するように形成される。第１のトレンチ１１４と第１のコンタクトホール１１２は、互いに連通している。図示してはいないが、第１のコンタクトホール１１２は、複数個形成され、第１のトレンチ１１４は、それら複数の第１のコンタクトホール１１２と連通して延在している。
【0049】
第１のトレンチ１１４及び第１のコンタクトホール１１２を形成する手順は、互い逆でもよい。
【0050】
前記エッチング工程を行うことにおいて、前記エッチング工程で用いられるフッ素又は塩素のようなエッチングガスが、第１の金属間絶縁膜１０８内に流入されることがある。
【0051】
図４に示しているように、仮の第１のブロッキング膜１１０、第１のトレンチ１１４、及び第１のコンタクトホール１１２の側壁及び底面に沿って、第１のバリア膜１１６を形成する。第１のバリア膜１１６上に、第１のトレンチ１１４及び第１のコンタクトホール１１２を完全に満たす第１の金属膜１１８を形成する。
【0052】
第１のバリア膜１１６は、チタン、チタン窒化物、タンタル、タンタル窒化物を含む。 第１の金属膜１１８は、第１の抵抗を有する金属を含む。第１の金属膜１１８は、３００℃よりも低い温度で形成される。例えば、第１の金属膜１１８は、銅を含む。前記銅は、シード膜(図示せず)を形成した後、電気めっき工程により形成される。また、前記電気めっき工程後に、別の熱処理工程をさらに行うことができる。
【0053】
第１のバリア膜１１６及び第１の金属膜１１８は、３００℃よりも低い温度で形成されるので、第１のバリア膜１１６及び第１の金属膜１１８を形成する工程では、第１の金属間絶縁膜１０８からのアウトガシングがほとんど発生しない。故に、第１のバリア膜１１６及び第１の金属膜１１８は、第１のトレンチ１１４及び第１のコンタクトホール１１２内に、ボイドの発生なく形成される。
【0054】
図５に示しているように、第１の金属膜１１８及び第１のバリア膜１１６を平坦化することで、第１のバリアパターン１１６ａ及び金属パターン１１８ａを形成する。それにより、第１のコンタクトホール１１２及び第１のトレンチ１１４内に、コンタクトプラグ１２０及び導電ライン１２２を含む第１の配線１２３が形成される。前記平坦化工程は、化学機械的研磨(Chemical Mechanical Polishing: CMP)工程、及び/又はエッチバック工程によって行われる。
【0055】
前記平坦化工程により、仮の第１のブロッキング膜１１０の上部が所定の厚さだけ除去されることで、第１のブロッキング膜１１０ａを形成することができる。前記平坦化工程において、第１の金属間絶縁膜１０８の上面は、露出していない。故に、第１の配線１２３の上部側壁には、第１のブロッキング膜１１０ａが形成される。第１のブロッキング膜１１０ａ及び第１の配線１２３の上面は、互いに同一平面に位置する。
【0056】
第１のブロッキング膜１１０ａの厚さは、第１の金属間絶縁膜１０８及び第１のブロッキング膜１１０ａの厚さの和の２０％よりも小さい。また、第１のブロッキング膜１１０ａは、第１の金属間絶縁膜１０８からの水素のアウトガシングを遮断するために、１００Åよりも厚いことが望ましい。第１のブロッキング膜１１０ａは、この後に形成される第２のブロッキング膜と第１の金属間絶縁膜１０８の間に介在して、前記第２のブロッキング膜と第１の金属間絶縁膜１０８を接着させる接着膜として働く。
【0057】
図６に示しているように、第１のブロッキング膜１１０ａ及び第１の配線１２３上に、第２のブロッキング膜１２４を形成する。第２のブロッキング膜１２４上に、第２の金属間絶縁膜１２６を形成する。
【0058】
第２のブロッキング膜１２４は、水素又は水蒸気のようなガスが、第１の金属間絶縁膜１０８に出入することを防ぐためのメインブロッキング膜として働く。第２のブロッキング膜１２４は、第１のブロッキング膜１１０ａよりも高い誘電率を有するシリコン窒化物からなる。一方、第２のブロッキング膜１２４は、炭素(Ｃ)を含まない。
【0059】
第２の金属間絶縁膜１２６は、第１の金属間絶縁膜１０８よりも高い誘電率を有する酸化物を用いて形成される。また、第２の金属間絶縁膜１２６は、誘電率が３.９～４.５のシリコン酸化物を堆積させて形成される。例えば、第２の金属間絶縁膜１２６は、ＴＥＯＳを蒸着ソースとして用いる化学気相成長法で形成する。
【0060】
【0061】
図７に示しているように、ビアホール１２８の下部側壁には、第２のブロッキング膜１２４が露出し、ビアホール１２８の底面には、第１の配線１２３の上面が露出する。
【0062】
図８に示しているように、ビアホール１２８は、ミスアラインされて、第１の配線１２３の縁から一部ずれて形成されることがある。この場合、ビアホール１２８の下部側壁には、第２のブロッキング膜１２４が露出し、ビアホール１２８の底面には、第１のブロッキング膜１１０ａ及び第１の配線１２３の上面が露出する。
【0063】
しかし、ビアホール１２８の下部には、第１の金属間絶縁膜１０８が露出していない。故に、後工程において、第１の金属間絶縁膜１０８に含まれる物質が、第１及び第２のブロッキング膜１１０ａ、１２４によって遮断されて、アウトガシングされない。
【0064】
図９に示しているように、ビアホール１２８の表面及び第２の金属間絶縁膜１２６上に、第２のバリア膜１２９ａを形成する。第２のバリア膜１２９ａ上に、ビアホール１２８の内部を満たす第２の金属膜１２９ｂを形成する。第２の金属膜１２９ｂは、金属パターン１１８ａと異なる金属物質を含む。
【0065】
第２のバリア膜１２９ａ及び第２の金属膜１２９ｂは、第１の配線１２３を形成するための温度よりも高い温度で形成することができる。具体的に、第２のバリア膜１２９ａ及び第２の金属膜１２９ｂは、３００℃よりも高い温度で形成される。第２の金属膜１２９ｂは、前記第１の抵抗よりも高い第２の抵抗を有する。例えば、第２のバリア膜１２９ａは、タングステン窒化物を含み、第２の金属膜１２９ｂは、タングステンを含む。前記タングステン窒化物及びタングステンは、化学気相成長法、原子層成長法、物理気相成長法などで形成する。
【0066】
第２のバリア膜１２９ａ及び第２の金属膜１２９ｂが、３００℃よりも高い温度で形成されるので、第２のバリア膜１２９ａ及び第２の金属膜１２９ｂを形成するに際して、第１の金属間絶縁膜１０８の物質の結合が切れて、アウトガシングされることがある。例えば、第１の金属間絶縁膜１０８から、水素のアウトガシングが発生し得る。
【0067】
ビアホール１２８を介してアウトガシングされる場合、第２のバリア膜１２９ａ及び第２の金属膜１２９ｂを形成するための蒸着ソースガスが、ビアホール１２８内へ達することを妨げて、第２のバリア膜１２９ａ及び第２の金属膜１２９ｂが正常に形成され難くなる。
【0068】
しかし、第１の金属間絶縁膜１０８の上部には、第１及び第２のブロッキング膜１１０ａ、１２４が設けられ、ビアホール１２８の下部に第１の金属間絶縁膜１０８が露出しない。故に、第１の金属間絶縁膜１０８内の物質(例えば、水素、水蒸気(H2O)、フッ素、塩素など)が、ビアホール１２８を介してアウトガシングされることを抑制することができる。そのため、第２のバリア膜１２９ａ及び第２の金属膜１２９ｂは、ビアホール１２８内を、ボイドの発生なく、満たすことができる。
【0069】
図１０に示しているように、第２の金属間絶縁膜１２６の上面が露出するように、第２の金属膜１２９ｂ及び第２のバリア膜１２９ａを平坦化する。それにより、ビアホール１２８内に、第２のバリアパターン１３０ａ及び金属プラグ１３０ｂを含むビアコンタクト１３０が形成される。前記平坦化工程は、化学機械的研磨工程及び/又はエッチバック工程を含む。
【0070】
ビアコンタクト１３０及び第２の金属間絶縁膜１３６上に、第３金属膜を形成し、前記第３金属膜をパターニングして、第２の配線１３２を形成する。前記第３金属膜は、アルミニウム膜を含む。第２の配線１３２は、ＢＥＯＬの配線構造において、最上部に位置する。
【0071】
図示していないが、第２の配線１３２を覆う上部層間絶縁膜が設けられる。前記上部層間絶縁膜は、シリコン酸化物を含む。前記上部層間絶縁膜内には、水素を含み、水素を供給するための膜として働く。
【0072】
【0073】
図１１に示しているように、当該半導体素子は、基板２００上に設けられる下部構造物２０２、２０４ａ、２０４ｂ、２０５ａ、２０５ｂと、前記下部構造物上に設けられる第１の金属間絶縁膜２０８と、第１の金属配線２１０と、第１のエッチング阻止膜２１２と、第２の金属間絶縁膜２１４と、第２の金属配線２２０と、第２のエッチング阻止膜２２２と、第３の金属間絶縁膜２２４と、第３の金属配線２３０と、第１のブロッキング膜２３２ａと、第２のブロッキング膜２３４と、第４の金属間絶縁膜２３６と、ビアコンタクト２４０と、上部配線２４２とを含む。また、前記下部構造物と第１の金属間絶縁膜２０８の間には、下部絶縁膜２０６が設けられる。上部配線２４２を覆う上部層間絶縁膜２４４及び保護膜２４６が更に設けられる。
【0074】
下部構造物２０２、２０４ａ、２０４ｂ、２０５ａ、２０５ｂは、メモリ素子のセルを形成するためのfront-end-of-line(ＦＥＯＬ)工程により、基板２００上に形成される。前記下部構造物は、ＤＲＡＭを構成するメモリセル及び周辺回路を含む。例えば、前記下部構造物は、トランジスタ２０２、キャパシタ、抵抗、下部配線２０５ａ、２０５ｂ、及び下部層間絶縁膜２０４ａ、２０４ｂなどを含む。前記下部構造物の最上部面には、下部層間絶縁膜２０４ｂ及び下部配線２０５ｂが露出している。下部層間絶縁膜２０４ｂは、誘電率が３.９～４.５のシリコン酸化物を含む。
【0075】
前記下部構造物上に、ＢＥＯＬの配線構造が設けられる。
【0076】
前記下部構造物上に、下部絶縁膜２０６が設けられる。下部絶縁膜２０６は、ＢＥＯＬの最下部配線の下部側壁に位置する。下部絶縁膜２０６は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、又は、ＳｉＣＮを含む。
【0077】
下部絶縁膜２０６上に、第１の金属間絶縁膜２０８が設けられる。また、第１の金属間絶縁膜２０８及び下部絶縁膜２０６を貫通する第１の金属配線２１０が設けられる。
【0078】
第１の金属間絶縁膜２０８は、シリコン酸化物(SiO2)よりも低い誘電率を有する低誘電物質を含む。また、第１の金属間絶縁膜２０８は、炭素及び水素を含むシリコン酸化物(SiCOH)である。他の例として、第１の金属間絶縁膜２０８は、フッ素がドープされたシリコン酸化物(F-SiO2)、多孔性シリコン酸化物である。
【0079】
第１の金属間絶縁膜２０８及び下部絶縁膜２０６には、トレンチが含まれる。第１の金属配線２１０は、前記トレンチ内に位置する。前記トレンチは、一方向に延在する形状を有する。
【0080】
第１の金属配線２１０は、第１のバリアパターン２１０ａ及び第１の金属パターン２１０ｂを含む。第１の金属配線２１０は、前記下部構造物の下部配線２０５ｂと接触する。第１のバリアパターン２１０ａは、チタン、チタン窒化物、タンタル、タンタル窒化物を含む。第１の金属パターン２１０ｂは、銅を含む。
【0081】
第１の金属配線２１０及び第１の金属間絶縁膜２０８上に、第１のエッチング阻止膜２１２及び第２の金属間絶縁膜２１４が設けられる。
【0082】
第１のエッチング阻止膜２１２は、第１の金属間絶縁膜２０８と直接接触するので、第１の金属間絶縁膜２０８と容易に接着する物質からなる。第１のエッチング阻止膜２１２は、ＳｉＣＮ膜を含む。しかし、シリコン窒化物は、第１の金属間絶縁膜２０８との接着性が良くないため、これらを直接接着し難い。そのため、第１のエッチング阻止膜２１２の物質として、シリコン窒化物は不適合である。
【0083】
第２の金属間絶縁膜２１４は、シリコン酸化物(SiO2)よりも低い誘電率を有する低誘電物質を含む。また、第２の金属間絶縁膜２１４は、第１の金属間絶縁膜２０８と同一の物質を含む。
【0084】
第２の金属間絶縁膜２１４及び第１のエッチング阻止膜２１２を貫通する第２の金属配線２２０が設けられる。第２の金属配線２２０は、第１の金属配線２１０と電気的に連結されている。
【0085】
第２の金属配線２２０は、コンタクトプラグ及び金属パターンを含む。前記コンタクトプラグは、第１の金属配線２１０と接触し、前記金属パターンは、前記コンタクトプラグの上面と接して延在される。第２の金属配線２２０は、第２のバリアパターン２２０ａ及び第２の金属パターン２２０ｂを含む。第２のバリアパターン２２０ａは、チタン、チタン窒化物、タンタル、タンタル窒化物を含む。第２の金属パターン２２０ｂは、銅を含む。
【0086】
また、第２の金属配線２２０は、図１における第１の配線と実質的に同一の構成を有する。但し、第２の金属配線２２０の下部の両側壁は、第１のエッチング阻止膜２１２と接触する。また、第２の金属配線２２０の上部の両側には、第１のブロッキング膜が設けられていない。
【0087】
このように、第１及び第２の金属配線２１０、２２０間に形成される第１のエッチング阻止膜２１２は、ＳｉＣＮ膜を含む。第１のエッチング阻止膜２１２を貫通して形成される第２の金属配線２２０が、３００℃よりも低い温度で形成される銅を含むので、第２の金属配線２２０を形成する工程において、第１及び第２の金属間絶縁膜２０８、２１４からのアウトガシングが殆ど発生しない。故に、第１のエッチング阻止膜２１２を、シリコン窒化物よりも低い誘電率を有するＳｉＣＮ膜として用いることが可能である。
【0088】
第２の金属配線２２０及び第２の金属間絶縁膜２１４上に、第２のエッチング阻止膜２２２及び第３の金属間絶縁膜２２４が設けられる。第３の金属間絶縁膜２２４上には、第１のブロッキング膜２３２ａが設けられる。
【0089】
第２のエッチング阻止膜２２２は、ＳｉＣＮを含む。
【0090】
第３の金属間絶縁膜２２４は、シリコン酸化物(SiO2)よりも低い誘電率を有する低誘電物質を含む。第１のブロッキング膜２３２ａは、誘電率が３.９～４.５のシリコン酸化物を含む。第１のブロッキング膜２３２ａは、炭素を含まない。第１のブロッキング膜２３２ａは、図１で説明した第１のブロッキング膜と同一である。
【0091】
第１のブロッキング膜２３２ａ、第３の金属間絶縁膜２２４、及び第２のエッチング阻止膜２２２を貫通する第３の金属配線２３０が設けられる。第３の金属配線２３０は、コンタクトプラグ及び金属パターンを含む。第３の金属配線２３０は、第３のバリア膜２３０ａ及び第３の金属パターン２３０ｂ含む。第３のバリア膜２３０ａは、チタン、チタン窒化物、タンタル、タンタル窒化物を含む。第３の金属パターン２３０ｂは、銅を含む。すなわち、第３の金属配線２３０は、第２の金属配線２２０と実質的に同一の構造を有する。但し、第３の金属配線２３０の上部の両側には、第１のブロッキング膜２３２ａが設けられる。
【0092】
第３の金属配線２３０は、銅を含む配線のうち、最上部に位置する配線であり、第３の金属間絶縁膜２２４は、ＢＥＯＬの配線構造において、最上部に位置する低誘電膜である。すなわち、第１のブロッキング膜２３２ａは、ＢＥＯＬの配線構造において最上部に位置する低誘電膜の上面に設けられる。
【0093】
前記において、ＢＥＯＬの配線構造は３層に積層された銅配線を含むことと説明したが、前記銅配線の積層数は、これに限定されるものではない。例えば、第３の金属配線２３０及び第３の金属間絶縁膜２２４上に、エッチング阻止膜、低誘電物質を含む金属間絶縁膜、及び銅を含む金属配線を更に積層することができる。この場合、第１のブロッキング膜２３２ａは、前記第３の金属間絶縁膜上に形成されず、最上部の低誘電膜の上面上に形成される。
【0094】
第２のブロッキング膜２３４は、第３の金属配線２３０及び第１のブロッキング膜２３２ａの上面を覆う。第２のブロッキング膜２３４は、シリコン窒化物を含む。第２のブロッキング膜２３４は、炭素を含まない。第２のブロッキング膜２３４は、図１で説明した第２のブロッキング膜と同一である。
【0095】
当該半導体素子において、第３の金属配線２３０の上部側壁は、第１のブロッキング膜２３２ａによって覆われており、第３の金属配線２３０の上面は、第２のブロッキング膜２３４によって覆われている。第１及び第２のブロッキング膜２３２ａ、２３４は、第３の金属間絶縁膜２２４からのアウトガシングを防止することができる。
【0096】
第４の金属間絶縁膜２３６は、第２のブロッキング膜２３４上に設けられる。第４の金属間絶縁膜２３６は、第３の金属間絶縁膜２２４よりも高く、第２のブロッキング膜２３４よりも低い誘電率を有する。第４の金属間絶縁膜２３６は、第３の金属間絶縁膜２２４よりも高いエッチング耐性及び結合強度を有する。第４の金属間絶縁膜２３６は、第３の金属間絶縁膜２２４よりも高い誘電率を有する酸化物を含む。 具体的に、第４の金属間絶縁膜２３６は、誘電率が３.９～４.５のシリコン酸化物を含む。第４の金属間絶縁膜２３６は、ＴＥＯＳをソースとして用いて形成されるシリコン酸化物を含む。
【0097】
ビアコンタクト２４０は、ＢＥＯＬの配線構造において、最上部に位置するコンタクトプラグである。ビアコンタクト２４０は、第４の金属間絶縁膜２３６及び第２のブロッキング膜２３４を貫通して、第３の金属配線２３０の上面と接触する。ビアコンタクト２４０は、図１で説明したことと同一である。
【0098】
このように、ＢＥＯＬの配線構造の最上部に位置するビアコンタクト２４０の間には、下部の低誘電膜よりも高い誘電率を有する第４の金属間絶縁膜２３６が設けられる。故に、半導体素子の信頼性を高めることができる。
【0099】
上部配線２４２は、ビアコンタクト２４０及び第４の金属間絶縁膜２３６上に設けられる。上部配線２４２は、ビアコンタクト２４０と電気的に連結される金属パターンである。上部配線２４２は、図１の第２の配線と同一である。
【0100】
上部配線２４２を覆う上部層間絶縁膜２４４が設けられる。上部層間絶縁膜２４４は、シリコン酸化物を含む。上部層間絶縁膜２４４内には、水素を含む。例えば、上部層間絶縁膜２４４は、ＨＤＰ－ＣＶＤ工程により形成されるシリコン酸化物を含む。上部層間絶縁膜２４４は、基板１００の表面に水素を供給するための膜として働く。
【0101】
上部層間絶縁膜２４４上には、保護膜２４６が設けられる。保護膜２４６は、シリコン窒化物を含む。
【0102】
第１及び第２のブロッキング膜２３２ａ、２３４は、前記第１～第３の金属配線及び前記上部配線を介して、基板１００の表面に水素を供給する工程を行うことに当たり、第３の金属間絶縁膜２２４内に水蒸気又は水素が流入されることを防止することができる。故に、水蒸気又は水素の流入による第３の金属間絶縁膜２２４の損傷が抑制されて、当該半導体素子は、優れた特性を有することができる。
【0103】
【0104】
【0105】
図１２に示しているように、基板１００上に、下部構造物２０２、２０４ａ、２０４ｂ、２０５ａ、２０５ｂを形成する。例えば、前記下部構造物は、トランジスタ２０２、キャパシタ、抵抗、下部配線２０５ａ、２０５ｂ、及び下部層間絶縁膜２０４ａ、２０４ｂなどを含む。前記下部構造物は、メモリ素子のセルを形成するためのfront-end-of-line(FEOL)工程により形成する。
【0106】
前記下部構造物上に、下部絶縁膜２０６を形成する。下部絶縁膜２０６は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、又は、ＳｉＣＮを含む。
【0107】
下部絶縁膜２０６上に、第１の金属間絶縁膜２０８を形成する。第１の金属間絶縁膜２０８は、シリコン酸化物(SiO2)よりも低い誘電率を有する低誘電物質からなる。
【0108】
第１の金属間絶縁膜２０８及び下部絶縁膜２０６の一部をエッチングして、第１のトレンチを形成する。前記第１のトレンチの底面には、前記下部構造物に含まれる下部配線２０５ｂが露出する。
【0109】
第１のトレンチの内に、第１の金属配線２１０を形成する。具体的に、前記第１のトレンチ及び第１の金属間絶縁膜２０８の上面に、第１のバリア膜を形成し、前記第１のバリア膜上に、前記第１のトレンチを満たすように、第１の金属膜を形成する。この後、第１の金属間絶縁膜２０８の上面が露出するように、前記第１のバリア膜及び第１の金属膜を平坦化することで、第１の金属配線２１０が形成される。故に、第１の金属配線２１０は、第１のバリアパターン２１０ａ及び第１の金属パターン２１０ｂを含む。
【0110】
図１３に示しているように、第１の金属配線２１０及び第１の金属間絶縁膜２０８上に、第１のエッチング阻止膜２１２及び第２の金属間絶縁膜２１４を形成する。第１のエッチング阻止膜２１２は、ＳｉＣＮを含む。第１のエッチング阻止膜２１２は、化学気相成長法又は原子層成長法により形成する。第２の金属間絶縁膜２１４は、シリコン酸化物よりも低い誘電率を有する低誘電物質を含む。
【0111】
第２の金属間絶縁膜２１４及び第１のエッチング阻止膜２１２を貫通して、第１の金属配線２１０と電気的に連結される第２の金属配線２２０を形成する。
【0112】
具体的に、第２の金属間絶縁膜２１４の一部をエッチングして、第２のコンタクトホール及び第２のトレンチを形成することができる。第２のコンタクトホール及び第２のトレンチの内部を満たす第２の金属配線２２０を形成する。第２の金属配線２２０は、第２のバリアパターン２２０ａ及び第２の金属パターン２２０ｂを含む。第２の金属配線２２０を形成する工程は、図３～５で説明した第１の配線を形成することと実質的に同一である。但し、第２の金属間絶縁膜２１４上には、第１のブロッキング膜が設けられていない。
【0113】
図１４に示しているように、第２の金属配線２２０及び第２の金属間絶縁膜２１４上に、第２のエッチング阻止膜２２２、第３の金属間絶縁膜２２４、及び仮の第１のブロッキング膜２３２を形成する。第２のエッチング阻止膜２２２は、ＳｉＣＮを含む。第３の金属間絶縁膜２２４は、シリコン酸化物よりも低い誘電率を有する低誘電物質を含む。仮の第１のブロッキング膜２３２は、第３の金属間絶縁膜２２４よりも高い誘電率を有するシリコン酸化物からなる。第３の金属間絶縁膜２２４を形成する工程は、図２で説明した第１の金属間絶縁膜を形成することと同一である。仮の第１のブロッキング膜２３２を形成する工程は、図２で説明した仮の第１のブロッキング膜を形成することと同一である。
【0114】
図１５に示しているように、仮の第１のブロッキング膜２３２、第３の金属間絶縁膜２２４、及び第２のエッチング阻止膜２２２を貫通する第３の金属配線２３０を形成する。第３の金属配線２３０は、第３のバリアパターン２３０ａ及び第３の金属パターン２３０ｂを含む。第３の金属配線２３０を形成する工程は、図３～図５で説明した第１の配線を形成することと実質的に同一である。前記工程を行うと、仮の第１のブロッキング膜２３２の厚さが更に減少して、第１のブロッキング膜２３２ａが形成される。
【0115】
図１６に示しているように、第１のブロッキング膜２３２ａ及び第３の金属配線２３０上に、第２のブロッキング膜２３４を形成する。第２のブロッキング膜２３４上に、第４の金属間絶縁膜２３６を形成する。第２のブロッキング膜２３４は、シリコン窒化物を含む。第４の金属間絶縁膜２３６は、第３の金属間絶縁膜２２４よりも高い誘電率を有するシリコン酸化物からなる。
【0116】
第４の金属間絶縁膜２３６及び第２のブロッキング膜２３４を貫通して、第３の金属配線２３０と電気的に連結されるビアコンタクト２４０を形成する。ビアコンタクト２４０は、第４のバリアパターン２４０ａ及び第４の金属パターン２４０ｂを含む。ビアコンタクト２４０及び第４の金属間絶縁膜２３６上に、上部配線２４２を形成する。
【0117】
【0118】
図１７に示しているように、上部配線２４２を覆う上部層間絶縁膜２４４を形成する。 上部層間絶縁膜２４４は、水素を含むシリコン酸化物を含む。上部層間絶縁膜２４４は、ＨＤＰ(high density plasma)-ＣＶＤ工程により形成されるシリコン酸化膜である。
【0119】
上部層間絶縁膜２４４上には、保護膜２４６を形成する。保護膜２４６は、シリコン窒化物を含む。
【0120】
保護膜２４６が形成された基板２００を熱処理する。熱処理工程を行うと、上部層間絶縁膜２４４内に含まれる水素が、第１～第３の金属配線２１０、２２０、２３０、及び上部配線２４２を介して、基板２００の表面部位まで流入される。基板２００の表面部位に流入される水素は、基板１００の表面又はゲート絶縁膜内のトラップサイト又はダングリングボンドを除去することができる。故に、基板２００上に形成されるトランジスタ２０２の電気的特性を向上させる。
【0121】
ところが、前記熱処理工程を行うに際して、低誘電物質を含む第３の金属間絶縁膜２２４に、水素又は水蒸気が容易に流入されることがある。特に、第３の金属間絶縁膜２２４は、前記上部層間絶縁膜を形成する工程において、プラズマによるダメージが発生し易くなる。これにより、第３の金属間絶縁膜２２４は、容易に吸湿される。
【0122】
しかし、第１及び第２のブロッキング膜２３２ａ、２３４が、第３の金属間絶縁膜２２４内に水素又は水蒸気が流入されることを実効的に防止することができる。そのため、第３の金属間絶縁膜２２４内への水素又は水蒸気の流入による不良を抑制することができる。
【0123】
図１８は、本発明による半導体素子を説明するための断面図である。図１８における半導体素子は、ＢＥＯＬの配線構造において、最上部の低誘電膜の上部だけでなく、その下に位置する低誘電膜の少なくとも１つの上部に、前記第１及び第２のブロッキング膜と同一構造の下部ブロッキング膜が設けられる。前記下部ブロッキング膜は、エッチング阻止膜の役割も果たすので、別のエッチング阻止膜は形成されない。図１８における当該半導体素子は、ブロッキング膜を除くと、図１１における半導体素子と同一である。
【0124】
図１８に示しているように、当該半導体素子は、基板１００上に形成された下部構造物と、第１の金属間絶縁膜２０８と、第１の金属配線２１０と、第１の下部ブロッキング膜２１６と、第２の下部ブロッキング膜２１８と、第２の金属間絶縁膜２１４と、第２の金属配線２２０と、第１のエッチング阻止膜２２２と、第３の金属間絶縁膜２２４と、第３の金属配線２３０と、第１のブロッキング膜２３２ａと、第２のブロッキング膜２３４と、第４の金属間絶縁膜２３６と、ビアコンタクト２４０と、上部配線２４２とを含む。また、前記下部構造物上には、下部絶縁膜２０６が設けられる。上部配線２４２を覆う上部層間絶縁膜２４４及び保護膜２４６が更に設けられる。
【0125】
第１の下部ブロッキング膜２１６及び第２の下部ブロッキング膜２１８は、最上部の銅配線よりも下に位置する銅配線の少なくとも１つの銅配線上に設けられる。
【0126】
第１の下部ブロッキング膜２１６は、第１の金属間絶縁膜２０８上に設けられる。第１の下部ブロッキング膜２１６は、第１の金属配線２１０の上部側壁に設けられる。第１の下部ブロッキング膜２１６は、図１で説明した第１のブロッキング膜と同一の物質を含む。第１の下部ブロッキング膜２１６は、誘電率が３.９～４.５のシリコン酸化物を含む。
【0127】
第１の金属配線２１０は、第１の下部ブロッキング膜２１６、第１の金属間絶縁膜２０９、下部絶縁膜２０６を貫通して、前記下部構造物の一部と接触する。
【0128】
第２の下部ブロッキング膜２１８は、第１の金属配線２１０、及び第１の下部ブロッキング膜２１６上に形成される。第２の下部ブロッキング膜２１８は、図１で説明した第２のブロッキング膜と同一の物質を含む。第２の下部ブロッキング膜２１８は、第１の下部ブロッキング膜２１６よりも高い誘電率を有するシリコン窒化物からなる。
【0129】
図１８に示しているように、第１の下部ブロッキング膜２１６及び第２の下部ブロッキング膜２１８は、第１の金属配線２１０の上部に設けられる。しかし、これとは他の例として、第１の下部ブロッキング膜２１６及び第２の下部ブロッキング膜２１８は、第２の金属配線２２０の上部に設けられる。
【0130】
第１及び第２のブロッキング膜２３２ａ、２３４は、最上部の低誘電膜上に形成される。すなわち、第１及び第２のブロッキング膜２３２ａ、２３４は、最上部の銅配線の上部に形成される。第１及び第２のブロッキング膜２３２ａ、２３４は、図１及び図１１で説明した第１及び第２のブロッキング膜とそれぞれ同一である。
【0131】
図１９は、本発明による半導体素子を説明するための断面図である。図１９における半導体素子は、ＢＥＯＬの配線構造において、全ての低誘電膜上に、前記第１及び第２のブロッキング膜と同一構造のブロッキング膜が設けられる。すなわち、全ての銅配線の上部に、第１及び第２のブロッキング膜が積層されたブロッキング構造物が設けられる。前記ブロッキング膜は、エッチング阻止膜の役割も果たすので、別のエッチング阻止膜は形成されない。図１９における当該半導体素子は、前記ブロッキング膜を除くと、図１１における半導体素子と同一である。
【0132】
図１９に示しているように、当該半導体素子は、基板１００上に形成された下部構造物と、第１の金属間絶縁膜２０８と、第１の金属配線２１０と、第１の下部ブロッキング膜２１６と、第２の下部ブロッキング膜２１８と、第２の金属間絶縁膜２１４と、第２の金属配線２２０と、第３の下部ブロッキング膜２２６と、第４の下部ブロッキング膜２２８と、第３の金属間絶縁膜２２４と、第３の金属配線２３０と、第１のブロッキング膜２３２ａと、第２のブロッキング膜２３４と、第４の金属間絶縁膜２３６と、ビアコンタクト２４０と、上部配線２４２とを含む。また、前記下部構造物上には、下部絶縁膜２０６が設けられる。上部配線２４２を覆う上部層間絶縁膜２４４及び保護膜２４６が設けられる。
【0133】
第１及び第３の下部ブロッキング膜２１６、２２６及び第１のブロッキング膜は、図１で説明した第１のブロッキング膜と同一の物質を含む。
【0134】
第２及び第４の下部ブロッキング膜２１８、２２８及び第２のブロッキング膜は、図１で説明した第２のブロッキング膜と同一の物質を含む。
【0135】
図２０は、本発明による半導体素子を説明するための断面図である。図２０における半導体素子は、ＢＥＯＬの配線構造において、第１及び第２のブロッキング膜の位置を除くと、図１１における半導体素子と同一である。
【0136】
図２０に示しているように、当該半導体素子は、基板２００上に設けられる下部構造物と、前記下部構造物上に設けられる第１の金属間絶縁膜２０８と、第１の金属配線２１０と、第１のエッチング阻止膜２１２と、第２の金属間絶縁膜２１４と、第２の金属配線２２０と、第２のエッチング阻止膜２２２と、第３の金属間絶縁膜２２４と、第３の金属配線２３０と、第１のブロッキング膜２３３と、第２のブロッキング膜２３５と、第４の金属間絶縁膜２３６と、ビアコンタクト２４０と、上部配線２４２とを含む。また、前記下部構造物と第１の金属間絶縁膜２０８の間には、下部絶縁膜２０６が設けられる。上部配線２４２を覆う上部層間絶縁膜２４４及び保護膜２４６が設けられる。
【0137】
第１のブロッキング膜２３３は、第３の金属間絶縁膜２２４及び第３の金属配線２３０の上面を覆うように設けられる。第２のブロッキング膜２３５は、第１のブロッキング膜２３３上に設けられる。すなわち、第１のブロッキング膜２３３は、第３の金属配線の上部側壁には位置しない。
【0138】
第１のブロッキング膜２３３は、図１で説明した第１のブロッキング膜と同一の物質を含む。第２のブロッキング膜２３５は、図１で説明した第２のブロッキング膜と同一の物質を含む。このように、最上部の低誘電膜、すなわち、第３の金属間絶縁膜２２４上には、少なくとも２層のブロッキング膜が積層される。
【0139】
図２１は、本発明による半導体素子を説明するための断面図である。図２１における半導体素子は、ＢＥＯＬの配線構造において、第１の下部ブロッキング膜及び第２の下部ブロッキング膜を更に含むことを除くと、図２０における半導体素子と同一である。
【0140】
当該半導体素子は、ＢＥＯＬの配線構造において、最上部の低誘電膜の上部だけでなく、その下に位置する低誘電膜の少なくとも１つの上部に、前記第１及び第２のブロッキング膜と同一構造の下部ブロッキング膜が設けられる。前記下部ブロッキング膜は、エッチング阻止膜の役割も果たすので、別のエッチング阻止膜は、形成されない。
【0141】
図２１に示しているように、当該半導体素子は、基板１００上に形成された下部構造物と、第１の金属間絶縁膜２０８と、第１の金属配線２１０と、第１のエッチング阻止膜２１２と、第２の金属間絶縁膜２１４と、第２の金属配線２２０と、第１の下部ブロッキング膜２２５と、第２の下部ブロッキング膜２２７と、第３の金属間絶縁膜２２４と、第３の金属配線２３０と、第１のブロッキング膜２３３と、第２のブロッキング膜２３５と、第４の金属間絶縁膜２３６と、ビアコンタクト２４０と、上部配線２４２とを含む。また、前記下部構造物上には、下部絶縁膜２０６が設けられる。上部配線２４２を覆う上部層間絶縁膜２４４及び保護膜２４６が設けられる。
【0142】
第１及び第２の下部ブロッキング膜２２５、２２７は、最上部の銅配線の下に位置する銅配線の少なくとも１つの銅配線上部に設けられる。
【0143】
第１の下部ブロッキング膜２２５は、第２の金属間絶縁膜２１４及び第２の金属配線２２０の上面を覆うように設けられる。第２の下部ブロッキング膜２２７は、第１の下部ブロッキング膜２２５上に設けられる。
【0144】
【0145】
図２１に示しているように、第１の下部ブロッキング膜２２５及び第２の下部ブロッキング膜２２７は、第２の金属配線２２０上に設けられる。しかし、これとは他の例として、第１の下部ブロッキング膜２２５及び第２の下部ブロッキング膜２２７は、第１の金属配線２１０の上部に設けられる。
【0146】
当該半導体素子は、ＤＲＡＭ装置、ＳＲＡＭ装置などのような揮発性メモリ装置や、フラッシュメモリ装置、ＰＲＡＭ装置、ＭＲＡＭ装置、ＲＲＡＭ（登録商標）装置などのような不揮発性メモリ装置のメモリ周辺回路領域、又は、セル領域に用いられる配線構造にも適用可能である。
【0147】
以上では、本発明の実施形態例を参照して説明したが、該当技術の分野における熟練した当業者は、下記の特許請求の範囲に記載の本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更できることを理解されるだろう。
【符号の説明】
【0148】
１００ 基板
１０５ 下部構造物
１０８ 第１の金属間絶縁膜
１２３ 第１の配線
１１０a、２３２a 第１のブロッキング膜
１２４、２３４ 第２のブロッキング膜
１２６ 第２の金属間絶縁膜
１３０、２４０ ビアコンタクト
１３２ 第２の配線
１２０ コンタクトプラグ
１２２ 導電ライン
２０８ 第１の金属間絶縁膜
２１０ 第１の金属配線
２１２ 第１のエッチング阻止膜
２１４ 第２の金属間絶縁膜
２２０ 第２の金属配線
２２２ 第２のエッチング阻止膜
２２４ 第３の金属間絶縁膜
２３０ 第３の金属配線
２３６ 第４の金属間絶縁膜
２４２ 上部配線
１０５ 下部構造物
１０８ 第１の金属間絶縁膜
１２３ 第１の配線
１１０a、２３２a 第１のブロッキング膜
１２４、２３４ 第２のブロッキング膜
１２６ 第２の金属間絶縁膜
１３０、２４０ ビアコンタクト
１３２ 第２の配線
１２０ コンタクトプラグ
１２２ 導電ライン
２０８ 第１の金属間絶縁膜
２１０ 第１の金属配線
２１２ 第１のエッチング阻止膜
２１４ 第２の金属間絶縁膜
２２０ 第２の金属配線
２２２ 第２のエッチング阻止膜
２２４ 第３の金属間絶縁膜
２３０ 第３の金属配線
２３６ 第４の金属間絶縁膜
２４２ 上部配線
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】