JP2004335998A - 半導体素子の金属配線形成方法 - Google Patents
半導体素子の金属配線形成方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004335998A JP2004335998A JP2003411984A JP2003411984A JP2004335998A JP 2004335998 A JP2004335998 A JP 2004335998A JP 2003411984 A JP2003411984 A JP 2003411984A JP 2003411984 A JP2003411984 A JP 2003411984A JP 2004335998 A JP2004335998 A JP 2004335998A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- metal wiring
- copper
- forming
- metal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 95
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 95
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 47
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 32
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 91
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 59
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 59
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 53
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims abstract description 36
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 31
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 26
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 8
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 8
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- ACVYVLVWPXVTIT-UHFFFAOYSA-N phosphinic acid Chemical compound O[PH2]=O ACVYVLVWPXVTIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- YBCAZPLXEGKKFM-UHFFFAOYSA-K ruthenium(iii) chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Cl-].[Ru+3] YBCAZPLXEGKKFM-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 6
- XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J titanium tetrachloride Chemical compound Cl[Ti](Cl)(Cl)Cl XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims description 6
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 5
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims 2
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 12
- 230000002265 prevention Effects 0.000 abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 7
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract 3
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 20
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 7
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 4
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 description 4
- 239000005368 silicate glass Substances 0.000 description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 3
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N hydridophosphorus(.) (triplet) Chemical compound [PH] BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 2
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- IUYOGGFTLHZHEG-UHFFFAOYSA-N copper titanium Chemical compound [Ti].[Cu] IUYOGGFTLHZHEG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000000454 electroless metal deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
- H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
- H01L21/76841—Barrier, adhesion or liner layers
- H01L21/76843—Barrier, adhesion or liner layers formed in openings in a dielectric
- H01L21/76849—Barrier, adhesion or liner layers formed in openings in a dielectric the layer being positioned on top of the main fill metal
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
- H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
- H01L21/288—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a liquid, e.g. electrolytic deposition
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
- H01L21/76838—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
- H01L21/76841—Barrier, adhesion or liner layers
- H01L21/76853—Barrier, adhesion or liner layers characterized by particular after-treatment steps
- H01L21/76861—Post-treatment or after-treatment not introducing additional chemical elements into the layer
- H01L21/76864—Thermal treatment
Abstract
【課題】エレクトロマイグレーションに弱い銅（Ｃｕ）金属配線とキャッピング膜との界面に選択的に銅の拡散を防止することが可能なチタニウム又はルテニウム金属を選択的に形成して金属配線の信頼性を確保することが可能な金属配線形成方法を提供する。
【解決手段】半導体基板上に層間絶縁膜を形成する段階と、前記層間絶縁膜をエッチングして金属配線形状のパターンを形成する段階と、前記金属配線形状のパターンが形成された結果物上に段差に沿って拡散防止膜を形成する段階と、前記拡散防止膜上に銅膜を形成する段階と、前記層間絶縁膜の上部の前記銅膜及び前記拡散防止膜を化学機械的研磨して銅金属配線を形成する段階と、前記銅金属配線上にのみ選択的にチタニウム又はルテニウム金属を吸着する段階と、前記吸着されたチタニウム又はルテニウム金属に対してアニーリングを行う段階とを含む。
【選択図】図４
【解決手段】半導体基板上に層間絶縁膜を形成する段階と、前記層間絶縁膜をエッチングして金属配線形状のパターンを形成する段階と、前記金属配線形状のパターンが形成された結果物上に段差に沿って拡散防止膜を形成する段階と、前記拡散防止膜上に銅膜を形成する段階と、前記層間絶縁膜の上部の前記銅膜及び前記拡散防止膜を化学機械的研磨して銅金属配線を形成する段階と、前記銅金属配線上にのみ選択的にチタニウム又はルテニウム金属を吸着する段階と、前記吸着されたチタニウム又はルテニウム金属に対してアニーリングを行う段階とを含む。
【選択図】図４
Description
本発明は、半導体素子の製造方法に係り、さらに詳しくは、半導体素子の金属配線形成方法に関する。
素子の集積度の増加及び配線構造の多層化に伴い、金属配線としてアルミニウム（Ａl）よりは銅（Ｃｕ）を多く使用しており、この金属配線はダマシン（damascene）工程を主に適用している。
ダマシン工程とは、絶縁膜に対して写真工程及びエッチング工程を行ってトレンチ（trench）を形成し、このトレンチに銅（Ｃｕ）などの導電物質を充填しかつ必要な配線以外の導電物質を化学機械的研磨（Chemical Mechanical Polishing）などの技術を用いて除去することにより、最初のトレンチ形状に配線を形成する技術である。
一般に、ダマシン工程は次のような過程からなる。まず、半導体基板上に第１層間絶縁膜を形成し、前記第１層間絶縁膜に、下部の導電領域を開口するコンタクトホールを形成した後、タングステンＷを蒸着し、その後、化学機械的研磨して前記コンタクトホール内にタングステンＷが埋め込まれた形態のコンタクトプラグを形成する。次に、コンタクトプラグが形成された結果物上に第２層間絶縁膜を形成し、金属配線を形成するために前記コンタクトプラグを開口するトレンチを形成する。その後、拡散防止膜としてＴａＮ膜を蒸着した後、銅シード層を形成する。次に、電気メッキ法で銅（Ｃｕ）膜をトレンチ内に埋め込んだ後、化学機械的研磨して第２層間絶縁膜の上部のバリア膜及び銅膜を除去して金属配線を形成する。その次に、金属配線上にキャッピング膜としてシリコン窒化膜を形成する。
ところが、銅とキャッピング膜との界面がエレクトロマイグレーション（electromigration）に弱いものと知られている。銅とキャッピング膜との界面は、銅と拡散防止膜からなる界面より接着力などが良くなく、よって銅（Ｃｕ）の拡散度（diffusivity）が上部の表面、すなわちキャッピング膜側が速いものと知られている。
本発明の目的は、エレクトロマイグレーションに弱い銅（Ｃｕ）金属配線とキャッピング膜との界面に選択的に銅の拡散を防止することが可能なチタニウム又はルテニウム金属を選択的に形成して金属配線の信頼性を確保することが可能な金属配線形成方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、半導体基板上に層間絶縁膜を形成する段階と、前記層間絶縁膜をエッチングして金属配線形状のパターンを形成する段階と、前記金属配線形状のパターンが形成された結果物上に段差に沿って拡散防止膜を形成する段階と、前記拡散防止膜上に銅膜を形成する段階と、前記層間絶縁膜の上部の前記銅膜及び前記拡散防止膜を化学機械的研磨して銅金属配線を形成する段階と、前記銅金属配線上にのみ選択的にチタニウム又はルテニウム金属を吸着する段階と、前記吸着されたチタニウム又はルテニウム金属に対してアニーリングを行う段階とを含む、半導体素子の金属配線形成方法を提供する。
本発明に係る半導体素子の金属配線形成方法によれば、化学機械的研磨の後、露出した銅金属配線の表面にのみチタニウム（Ｔｉ）又はルテニウム（Ｒｕ）金属を選択的に形成することにより、銅の拡散を防止することができるので、銅金属配線の信頼性を確保することができる。
以下、添付図面を参照して本発明に係る好適な実施例を詳細に説明する。ところが、本発明の実施例は、様々な変形実施が可能であるが、本発明は、下記の実施例に限定されるものと解釈されてはならない。これらの実施例は当技術分野で通常の知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。以下の説明において、ある層が他の層の上に存在すると記述される場合、これは他の層の真上に存在することもでき、あるいはその間に第３の層が介在されることもできる。また、図面において各層の厚さ又は大きさは説明の便宜及び明確性のために誇張された。図面上において、同一の符号は同一の要素を指す。
次に、チタニウム（Ｔｉ）又はルテニウム（Ｒｕ）を、層間絶縁膜上には吸着されず、露出した銅（Ｃｕ）の表面にのみ吸着されるようにしてエレクトロマイグレーションを減少させることが可能な方法を説明する。
まず、無電解金属蒸着（electroless metal deposition）を用いて銅の表面上にのみ選択的にルテニウム金属を形成する方法を説明する。ルテニウムクロライド（ＲｕＣｌ３）溶液に銅（Ｃｕ）金属膜を浸漬すると、下記の反応式１の如く銅（Ｃｕ）の表面にルテニウム（Ｒｕ）の金属が選択的に形成される。
〔反応式１〕
Ｃｕ＋Ｒｕ２＋ → Ｃｕ２＋＋Ｒｕ
Ｃｕ＋Ｒｕ２＋ → Ｃｕ２＋＋Ｒｕ
ルテニウム（Ｒｕ）クラスター又はルテニウム（Ｒｕ）ナノ金属粒子（nanometallic particle）が銅（Ｃｕ）の表面にのみ積もり、層間絶縁膜上には吸着されない。
以下、無電解還元（electroless reduction）法を用いてチタニウム（Ｔｉ）金属を選択的に銅の表面に形成する方法を説明する。チタニウムクロライド（ＴｉＣｌ４）及び次亜リン酸（Ｈ３ＰＯ２）（hypo-phosphorous acid）が含まれた溶液に銅（Ｃｕ）金属膜を浸漬すると、反応式２のように銅（Ｃｕ）の表面にチタニウム（Ｔｉ）金属が選択的に形成される。
〔反応式２〕
４Ｈ３ＰＯ２ −＋Ｔｉ４＋＋Ｈ２Ｏ → Ｔｉ＋２ＨＰＯ３ ２−＋３Ｈ２＋４Ｈ＋
４Ｈ３ＰＯ２ −＋Ｔｉ４＋＋Ｈ２Ｏ → Ｔｉ＋２ＨＰＯ３ ２−＋３Ｈ２＋４Ｈ＋
ここで、次亜リン酸（Ｈ３ＰＯ２）はチタニウム（Ｔｉ）を還元させる還元剤として作用する。
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施例をさらに詳細に説明する。
図１ないし図４は本発明の好適な第１実施例に係る半導体素子の金属配線形成方法を説明するために示した断面図である。
図１を参照すると、所定の導電層（図示せず）が形成された半導体基板100上に第１層間絶縁膜102を形成する。前記導電層は、半導体基板100に形成された不純物ドーピング領域或いは金属配線層とすることができる。第１層間絶縁膜102は例えば、ＳｉＯＣ（carbon doped silicon oxide）膜、ＰＳＧ（phosphorous silicate glass）膜、ＢＰＳＧ（boron phosphorous silicate glass）膜、ＵＳＧ（undoped silicate glass）膜、ＦＳＧ（fluorine doped silicate glass）膜、ＨＤＰ（high density plasma）膜、ＰＥ−ＴＥＯＳ（plasma enhanced-tetra ethyl ortho silicate）膜又はＳＯＧ（spin on glass）膜のような低誘電率を有する物質膜で形成することが好ましい。
次に、写真エッチング工程及びエッチング工程を用いて第１層間絶縁膜102をエッチングしてコンタクトホールを形成した後、導電物質で埋め込んでコンタクトプラグ104を形成する。前記導電物質はアルミニウム（Ａｌ）膜、タングステン（Ｗ）膜、銅（Ｃｕ）膜とすることができる。
コンタクトプラグ104が形成された結果物上にエッチング停止膜106を形成する。エッチング停止膜106はその上部に形成される第２層間絶縁膜108とのエッチング選択比が大きい物質、例えばシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）又はシリコンカーバイド膜（ＳｉＣ）で形成することが好ましい。
次に、エッチング停止膜106上に第２層間絶縁膜108を形成する。第２層間絶縁膜108は例えばＳｉＯＣ膜、ＰＳＧ膜、ＢＰＳＧ膜、ＵＳＧ膜、ＦＳＧ膜、ＨＤＰ膜、ＰＥ−ＴＥＯＳ膜又はＳＯＧ膜のような低誘電率を有する物質膜で形成することが好ましい。
その後、写真エッチング工程及びエッチング工程を用いて第２層間絶縁膜108及びエッチング停止膜106をエッチングし、金属配線が形成されるべき領域の金属配線形状のパターンとなるトレンチ110を形成する。
図２を参照すると、トレンチ110が形成された結果物上に段差に沿って拡散防止膜112を蒸着する。拡散防止膜112は第１層間絶縁膜102及び金属膜114に対して接着性がよく、金属膜114の拡散を防止することが可能な物質膜、例えばＴｉ膜、ＴｉＮ膜などで形成することができる。拡散防止膜112はＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法で１００Å〜３００Å程度の厚さに蒸着することが好ましい。
拡散防止膜112上に金属シード層（図示せず）を形成した後、電気メッキ法を用いて金属膜114を形成する。前記金属膜114は銅（Ｃｕ）膜などとすることができる。
図３を参照すると、金属膜114を化学機械的研磨して金属配線114aを形成する。前記化学機械的研磨工程は第２層間絶縁膜108が露出されるまで行うことが好ましく、前記化学機械的研磨工程によって第２層間絶縁膜108上の拡散防止膜112及び金属膜114が除去される。
次に、前述したようにチタニウムクロライド（ＴｉＣｌ４）溶液又はルテニウムクロライド（ＲｕＣｌ３）溶液を用いて無電解電気メッキ116を行う。すなわち、ルテニウムクロライド（ＲｕＣｌ３）溶液に銅（Ｃｕ）金属配線を浸漬し、あるいはチタニウムクロライド（ＴｉＣｌ４）及び次亜リン酸（Ｈ３ＰＯ２）が含まれた溶液に銅（Ｃｕ）金属配線114aを浸漬して銅（Ｃｕ）金属配線114aの表面にルテニウム（Ｒｕ）金属又はチタニウム（Ｔｉ）金属を選択的に形成する。
図４を参照すると、前記無電解電気メッキ116によってチタニウム（Ｔｉ）又はルテニウム（Ｒｕ）金属が選択的に金属膜、例えば銅（Ｃｕ）の表面にのみ選択的に蒸着される。このように化学機械液研磨後、露出された銅（Ｃｕ）の表面にのみチタニウム（Ｔｉ）又はルテニウム（Ｒｕ）を選択的に吸着させてエレクトロマイグレーションを減らして銅配線の信頼性を向上させることができる。銅（Ｃｕ）の表面をチタニウム（Ｔｉ）又はルテニウム（Ｒｕ）などでコートすることによりチタニウム（Ｔｉ）／銅（Ｃｕ）又はルテニウム（Ｒｕ）／銅（Ｃｕ）層が形成され、エレクトロマイグレーションの耐性を増加させることができる。
チタニウム（Ｔｉ）又はルテニウム（Ｒｕ）金属118を金属膜114ａ上にのみ選択的に吸着した後、窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ2）又はアルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気中で温度２００℃以上、且つ４００℃以下程度の範囲で１時間以上、且つ３時間以下程度アニーリングを行う。
チタニウム（Ｔｉ）又はルテニウム（Ｒｕ）金属が選択的に形成された結果物上にキャッピング膜120を形成する。キャッピング膜120はシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ4）又はシリコンカーバイド膜（ＳｉＣ）で形成する。
図５ないし図８は本発明の好適な第２実施例に係る半導体素子の金属配線形成方法を説明するために示した断面図である。
図５を参照すると、半導体基板200に導電層202を形成する。導電層202は半導体基板200上に形成された金属配線であることもでき、半導体基板200内に形成されたソース／ドレインのような活性領域であることもできる。
導電層202が形成された半導体基板200上に層間絶縁膜204を形成する。層間絶縁膜204は例えば、ＳｉＯＣ膜、ＰＳＧ膜、ＢＰＳＧ膜、ＵＳＧ膜、ＦＳＧ膜、ＨＤＰ膜、ＰＥ−ＴＥＯＳ膜又はＳＯＧ膜のような低誘電率を有する物質膜で形成することが好ましい。
層間絶縁膜204上にビアホール205を定義する第１感光膜パターン（図示せず）を形成する。前記第１感光膜パターンをエッチングマスクとして層間絶縁膜204をエッチングしてビアホール205を形成する。次に、回転塗布方式を用いて有機反射防止膜（図示せず）を塗布してビアホール205を埋め込む。その後、半導体基板200上に、トレンチ210を定義する第２感光膜パターン（図示せず）を形成する。前記第２感光膜パターンをエッチングマスクとして層間絶縁膜204の一部をエッチングしてトレンチ210を形成する。次に、前記第２感光膜パターンと残留する前記反射防止膜を除去してデュアルダマシンパターンを形成する。
次に、ビアホール205とトレンチ210からなるデュアルダマシンパターンが形成された半導体基板200上に段差に沿って銅の拡散を防止するための拡散防止膜212を蒸着する。拡散防止膜212は、層間絶縁膜204及び金属膜214に対して接着性がよく、金属膜214の拡散を防止することが可能な物質膜、例えばＴｉ膜、ＴｉＮ膜などで形成することができる。拡散防止膜212はＣＶＤ法で１００Å〜３００Å程度の厚さに蒸着することが好ましい。
拡散防止膜212上に金属シード層（図示せず）を形成した後、電気メッキ法を用いて金属膜214を形成する。前記金属膜214は銅（Ｃｕ）膜などとすることができる。
図６を参照すると、金属膜214を化学機械的研磨して金属配線214aを形成する。前記化学機械的研磨工程は層間絶縁膜204が露出されるまで行うことが好ましく、前記化学機械的研磨工程によって層間絶縁膜204上の拡散防止膜212及び金属膜214が除去される。
次に、前述したように、チタニウムクロライド（ＴｉＣｌ４）溶液又はルテニウムクロライド（ＲｕＣｌ３）溶液を用いて無電解電気メッキ216を行う。すなわち、ルテニウムクロライド（ＲｕＣｌ３）溶液に銅（Ｃｕ）金属配線を浸漬し、あるいはチタニウムクロライド（ＴｉＣｌ４）及び次亜リン酸（Ｈ３ＰＯ２）が含まれた溶液に銅（Ｃｕ）金属配線214aを浸漬して銅（Ｃｕ）金属配線214aの表面にルテニウム（Ｒｕ）金属又はチタニウム（Ｔｉ）金属を選択的に形成する。
図７を参照すると、前記無電解電気メッキによってチタニウム（Ｔｉ）又はルテニウム（Ｒｕ）金属218が選択的に金属膜、例えば銅（Ｃｕ）の表面にのみ選択的に蒸着される。このように化学機械的研磨後、露出された銅（Ｃｕ）の表面にのみチタニウム（Ｔｉ）又はルテニウム（Ｒｕ）を選択的に吸着させてエレクトロマイグレーションを減らすことにより、銅配線の信頼性を向上させることができる。銅（Ｃｕ）の表面をチタニウム（Ｔｉ）又はルテニウム（Ｒｕ）などでコートすることによりチタニウム（Ｔｉ）／銅（Ｃｕ）、或いはルテニウム（Ｒｕ）／銅（Ｃｕ）層が形成され、エレクトロマイグレーションの耐性を増加させることができる。
次に、チタニウム（Ｔｉ）又はルテニウム（Ｒｕ）の金属218を金属膜214ａ上にのみ選択的に吸着した後、窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）又はアルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気中で温度２００℃以上、且つ４００℃以下程度の範囲で１時間以上、且つ３時間以下程度アニーリングを行う。
図８を参照すると、チタニウム（Ｔｉ）又はルテニウム（Ｒｕ）金属が選択的に形成された結果物上にキャッピング膜220を形成する。キャッピング膜220はシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）又はシリコンカーバイド膜（ＳｉＣ）で形成する。
上述した第２実施例の場合、デュアルダマシンパターンを形成する方法の一例を挙げて説明したものに過ぎず、本発明はかかる実施例にのみ限定されるものではなく、デュアルダマシンパターンを形成してトレンチ形状の金属配線を形成した後、金属配線上に選択的にチタニウム（Ｔｉ）又はルテニウム（Ｒｕ）の金属を形成する様々な方法に適用可能である。
以上、本発明の好適な実施例を挙げて詳細に説明したが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではなく、当分野で通常の知識を有する者であれば、様々な変形及び変更が可能である。
１００、２００ 半導体基板
１０２ 第１層間絶縁膜
１０４ コンタクトプラグ
１０６ エッチング停止膜
１０８ 第２層間絶縁膜
１１０、２１０ トレンチ
１１２、２１２ 拡散防止膜
１１４、２１４ 金属膜
１１４ａ、２１４ａ 金属配線
１１６、２１６ 無電解電気メッキ
１１８、２１８ チタニウム又はルテニウム金属
１２０、２２０ キャッピング膜
２０４ 層間絶縁膜
２０５ ビアホール
１０２ 第１層間絶縁膜
１０４ コンタクトプラグ
１０６ エッチング停止膜
１０８ 第２層間絶縁膜
１１０、２１０ トレンチ
１１２、２１２ 拡散防止膜
１１４、２１４ 金属膜
１１４ａ、２１４ａ 金属配線
１１６、２１６ 無電解電気メッキ
１１８、２１８ チタニウム又はルテニウム金属
１２０、２２０ キャッピング膜
２０４ 層間絶縁膜
２０５ ビアホール
Claims (6)
- 半導体基板上に層間絶縁膜を形成する段階と、
前記層間絶縁膜をエッチングして金属配線形状のパターンを形成する段階と、
前記金属配線形状のパターンが形成された結果物上に段差に沿って拡散防止膜を形成する段階と、
前記拡散防止膜上に銅膜を形成する段階と、
前記層間絶縁膜の上部の前記銅膜及び前記拡散防止膜を化学機械的研磨して銅金属配線を形成する段階と、
前記銅金属配線上にのみ選択的にチタニウム又はルテニウム金属を吸着する段階と、
前記吸着されたチタニウム又はルテニウム金属に対してアニーリングを行う段階とを含むことを特徴とする半導体素子の金属配線形成方法。 - 前記ルテニウム金属の吸着段階は、ルテニウムクロライド（ＲｕＣｌ３）の溶液に前記銅金属配線を浸漬して行うことを特徴とする請求項１記載の半導体素子の金属配線形成方法。
- 前記チタニウム金属の吸着段階は、チタニウムクロライド（ＴｉＣｌ４）又は次亜リン酸（Ｈ３ＰＯ２）が含まれた溶液に前記銅金属配線を浸漬して行うことを特徴とする請求項１記載の半導体素子の金属配線形成方法。
- 前記アニーリングは、窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ2）又はアルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気中で温度２００℃以上、且つ４００℃以下の範囲で１時間以上、且つ３時間以下行うことを特徴とする請求項１記載の半導体素子の金属配線形成方法。
- 前記アニーリング段階後、キャッピング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記載の半導体素子の金属配線形成方法。
- 前記キャッピング膜は、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）又はシリコンカーバイド膜（ＳｉＣ）で形成することを特徴とする請求項１記載の半導体素子の金属配線形成方法。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-2003-0029258A KR100519169B1 (ko) | 2003-05-09 | 2003-05-09 | 반도체 소자의 금속배선 형성방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004335998A true JP2004335998A (ja) | 2004-11-25 |
Family
ID=33411658
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003411984A Pending JP2004335998A (ja) | 2003-05-09 | 2003-12-10 | 半導体素子の金属配線形成方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20040224500A1 (ja) |
| JP (1) | JP2004335998A (ja) |
| KR (1) | KR100519169B1 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011033920A1 (ja) * | 2009-09-18 | 2011-03-24 | 東京エレクトロン株式会社 | Ｃｕ配線の形成方法 |
| JP2011511439A (ja) * | 2008-01-29 | 2011-04-07 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション | 相互接続構造のための貴金属キャップおよびこれを形成する方法（相互接続構造のための貴金属キャップ） |
| KR20150142146A (ko) * | 2014-06-10 | 2015-12-22 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 배선 사이에 형성된 중공을 포함하는 반도체 소자 및 그 제조 방법 |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4041785B2 (ja) * | 2003-09-26 | 2008-01-30 | 松下電器産業株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| US7265048B2 (en) | 2005-03-01 | 2007-09-04 | Applied Materials, Inc. | Reduction of copper dewetting by transition metal deposition |
| KR100652317B1 (ko) * | 2005-08-11 | 2006-11-29 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 반도체 소자의 금속 패드 제조 방법 |
| KR20070071020A (ko) * | 2005-12-29 | 2007-07-04 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 캐핑 금속층에 의해 보호된 구리 금속 배선 및 그 제조방법 |
| KR100778855B1 (ko) * | 2005-12-29 | 2007-11-22 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 구리 금속 배선의 힐락 방지 방법 |
| KR100850076B1 (ko) * | 2006-12-21 | 2008-08-04 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 부식 방지를 위한 구리배선 구조 |
| KR100832704B1 (ko) * | 2006-12-21 | 2008-05-28 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 반도체 소자 및 그 제조 방법 |
| KR100853798B1 (ko) * | 2007-07-23 | 2008-08-25 | 주식회사 동부하이텍 | 반도체 소자의 금속배선 형성방법 |
| KR100875656B1 (ko) * | 2007-08-14 | 2008-12-26 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자 및 그 제조 방법 |
| KR101006522B1 (ko) | 2008-08-08 | 2011-01-07 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 금속배선 및 그의 형성방법 |
| US8823176B2 (en) | 2008-10-08 | 2014-09-02 | International Business Machines Corporation | Discontinuous/non-uniform metal cap structure and process for interconnect integration |
| US20110045171A1 (en) * | 2009-08-19 | 2011-02-24 | International Business Machines Corporation | Multi-Step Method to Selectively Deposit Ruthenium Layers of Arbitrary Thickness on Copper |
| JP2011216867A (ja) * | 2010-03-17 | 2011-10-27 | Tokyo Electron Ltd | 薄膜の形成方法 |
| US10157781B2 (en) * | 2016-12-14 | 2018-12-18 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Method for forming semiconductor structure using polishing process |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100459332B1 (ko) * | 1997-12-30 | 2005-04-06 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체소자의금속배선형성방법 |
| KR20000027291A (ko) * | 1998-10-27 | 2000-05-15 | 김영환 | 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법 |
| KR20020034373A (ko) * | 2000-11-01 | 2002-05-09 | 박종섭 | 반도체소자의 금속배선 형성방법 |
| US20020197402A1 (en) * | 2000-12-06 | 2002-12-26 | Chiang Tony P. | System for depositing a film by modulated ion-induced atomic layer deposition (MII-ALD) |
| US6428859B1 (en) * | 2000-12-06 | 2002-08-06 | Angstron Systems, Inc. | Sequential method for depositing a film by modulated ion-induced atomic layer deposition (MII-ALD) |
| US6416822B1 (en) * | 2000-12-06 | 2002-07-09 | Angstrom Systems, Inc. | Continuous method for depositing a film by modulated ion-induced atomic layer deposition (MII-ALD) |
| KR100399910B1 (ko) * | 2000-12-28 | 2003-09-29 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 구리 배선 형성 방법 |
| US7348042B2 (en) * | 2001-03-19 | 2008-03-25 | Novellus Systems, Inc. | Continuous method for depositing a film by modulated ion-induced atomic layer deposition (MII-ALD) |
| KR20030003331A (ko) * | 2001-06-30 | 2003-01-10 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 구리 배선 형성 방법 |
| US7279423B2 (en) * | 2002-10-31 | 2007-10-09 | Intel Corporation | Forming a copper diffusion barrier |
| KR100603311B1 (ko) * | 2003-11-22 | 2006-07-20 | 삼성에스디아이 주식회사 | 패널구동방법 및 장치 |
-
2003
- 2003-05-09 KR KR10-2003-0029258A patent/KR100519169B1/ko active IP Right Grant
- 2003-12-10 JP JP2003411984A patent/JP2004335998A/ja active Pending
- 2003-12-30 US US10/748,721 patent/US20040224500A1/en not_active Abandoned
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011511439A (ja) * | 2008-01-29 | 2011-04-07 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション | 相互接続構造のための貴金属キャップおよびこれを形成する方法（相互接続構造のための貴金属キャップ） |
| WO2011033920A1 (ja) * | 2009-09-18 | 2011-03-24 | 東京エレクトロン株式会社 | Ｃｕ配線の形成方法 |
| JP2011066274A (ja) * | 2009-09-18 | 2011-03-31 | Tokyo Electron Ltd | Ｃｕ配線の形成方法 |
| KR20150142146A (ko) * | 2014-06-10 | 2015-12-22 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 배선 사이에 형성된 중공을 포함하는 반도체 소자 및 그 제조 방법 |
| KR101588524B1 (ko) | 2014-06-10 | 2016-01-26 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 배선 사이에 형성된 중공을 포함하는 반도체 소자 및 그 제조 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR100519169B1 (ko) | 2005-10-06 |
| KR20040096322A (ko) | 2004-11-16 |
| US20040224500A1 (en) | 2004-11-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8629560B2 (en) | Self aligned air-gap in interconnect structures | |
| JP4350337B2 (ja) | 半導体装置 | |
| US6503830B2 (en) | Method of manufacturing a semiconductor device | |
| US20070059919A1 (en) | Method of manufacturing semiconductor device | |
| JP2004335998A (ja) | 半導体素子の金属配線形成方法 | |
| JP2008300652A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| US7056826B2 (en) | Method of forming copper interconnects | |
| US6495448B1 (en) | Dual damascene process | |
| JP2000323479A (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
| KR100703968B1 (ko) | 반도체 소자의 배선 형성 방법 | |
| US20080290515A1 (en) | Properties of metallic copper diffusion barriers through silicon surface treatments | |
| JP2005033164A (ja) | 半導体素子の銅配線形成方法 | |
| US8390135B2 (en) | Semiconductor device | |
| JP2004014828A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP2009283569A (ja) | 半導体装置 | |
| KR100476710B1 (ko) | 반도체 소자의 금속배선 형성방법 | |
| JP2006196642A (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
| KR100652317B1 (ko) | 반도체 소자의 금속 패드 제조 방법 | |
| KR100399909B1 (ko) | 반도체 소자의 층간 절연막 형성 방법 | |
| KR100945503B1 (ko) | 반도체 소자의 금속배선 형성방법 | |
| KR100909176B1 (ko) | 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법 | |
| JP2009188101A (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
| JP2007027177A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP2003243393A (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
| JP5917603B2 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20060201 |