JP2006210921A - 半導体素子の金属配線の形成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体素子の金属配線の形成方法を提供する。
【解決手段】金属配線を形成するに当って、層間絶縁膜に形成されているデュアルダマシンパターンのような凹部内にバリアー膜及び金属膜を順次形成し、金属膜をCMPして凹部内にのみ残っている金属配線層を形成した後、バリアー膜をCMPする前に金属配線層をプラズマ処理するステップを含む半導体素子の金属配線の形成方法。金属配線層をプラズマ処理する間に金属配線層内で圧縮応力の増加でヒロックが発生し、微細パターンでは金属粒子の成長で金属配線の比抵抗が減少する。この時に発生したヒロックは、後続のバリアー膜及び層間絶縁膜CMPを通じて除去され、後続キャッピング絶縁膜の形成時には、ヒロックが発生する脆弱部分で前ステップのプラズマ処理により既にヒロックが発生した後に除去されたため、ヒロック発生が大きく低減する。
【選択図】図4H
【解決手段】金属配線を形成するに当って、層間絶縁膜に形成されているデュアルダマシンパターンのような凹部内にバリアー膜及び金属膜を順次形成し、金属膜をCMPして凹部内にのみ残っている金属配線層を形成した後、バリアー膜をCMPする前に金属配線層をプラズマ処理するステップを含む半導体素子の金属配線の形成方法。金属配線層をプラズマ処理する間に金属配線層内で圧縮応力の増加でヒロックが発生し、微細パターンでは金属粒子の成長で金属配線の比抵抗が減少する。この時に発生したヒロックは、後続のバリアー膜及び層間絶縁膜CMPを通じて除去され、後続キャッピング絶縁膜の形成時には、ヒロックが発生する脆弱部分で前ステップのプラズマ処理により既にヒロックが発生した後に除去されたため、ヒロック発生が大きく低減する。
【選択図】図4H
Description
本発明は、半導体素子の製造方法に係り、特に、ダマシン工程による半導体素子の金属配線の形成方法に関する。
高集積半導体素子の製造において、金属配線の形成に有効な材料として銅(Cu)が使われている。Cuの比抵抗は1.67μohm・cmであって、2.67μohm・cmのアルミニウム(Al)より小さいため、狭幅に形成しても信号伝達速度を高めることができ、EM(electromigration)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。また、Cuは、消費電力が小さくてアルミニウムに比べて低コストであるため、配線の形成材料として非常に有効なものとして知られている。
ところが、Cuはエッチングし難い物質であり、したがって、Cu膜を所望の配線状にパターニングし難い。したがって、Cu配線を形成するために、まず層間絶縁膜内に所望の形状に凹部をあらかじめ形成した後、前記凹部をCuで埋め込んで不要な部分をCMP(Chemical Mechanical Polishing)などの方法で除去して平坦化させるダマシン工程が主に利用される。特に、ビアトレンチとその上部に重畳される配線用トレンチとを形成した後、1回のCu膜の形成で前記2個のトレンチをいずれも埋め込んでから平坦化させる二重ダマシン工程が広く利用されている。
図1Aないし図1Gは、従来技術によってデュアルダマシン工程によってCu配線を形成する方法を説明するための断面図である。
図1Aを参照すれば、上部に導電層20が形成された半導体基板10上にデュアルダマシン構造の凹部26が形成された層間絶縁膜24を形成する。前記層間絶縁膜24に前記凹部26を形成するに当って、エッチング阻止層22を利用できる。
図1Bを参照すれば、前記凹部26の内壁及び前記層間絶縁膜24の上面上に導電性バリアー膜30を形成する。
図1Cを参照すれば、前記導電性バリアー膜30上にCuシード層42を形成する。
図1Dを参照すれば、前記シード層42を利用する電気メッキ方法によって前記凹部26を埋め込むのに十分な厚さでCu膜44を形成する。
図1Eを参照すれば、CMP工程を利用して前記Cu膜44のうち前記層間絶縁膜24の上部の不要な部分を除去して、前記凹部26の内部を埋め込むCu配線層44aを形成する。
図1Fを参照すれば、CMP工程によって前記層間絶縁膜24の上面上にある導電性バリアー膜30を除去して前記層間絶縁膜24の上面を露出させる。
図1Gを参照すれば、前記Cu配線層44aの上面及び前記層間絶縁膜24の上面を覆うようにキャッピング絶縁膜50を形成する。
前述したように、従来技術による金属配線の形成方法では、図1Gのようにキャッピング絶縁膜50を形成するが、この時の工程は通常的に350〜400℃の温度範囲で進む。そして、キャッピング絶縁膜50の形成直前にCMP表面に生成されたCu酸化膜の除去のためにプラズマを処理する。この時の高い工程温度及びプラズマにより形成されたラジカルの作用でウェーハの温度が上昇し、これによって前記Cu配線層44aと半導体基板10との間の熱膨張係数(CTE:Coefficient of Thermal Expansion)値の差により、前記Cu配線層44aでは圧縮応力が発生する。その結果として、前記Cu配線層44aでは、Cuの一部が結晶粒界領域から突き出てヒロック(hillock)が形成される。
図2Aは、従来技術によってCu配線層を形成した後、その上にキャッピング絶縁膜を形成した時、前記キャッピング絶縁膜上にCuヒロックによる表面欠陥が発生した状態を示す写真である。
図2Bは、従来技術によってCu配線層を形成した後、その上にキャッピング絶縁膜を形成してCuヒロックが生成された後、再びキャッピング絶縁膜を除去した時のCuヒロックを示す写真である。
前記のようにCu配線層にヒロックが発生した状態でその上にキャッピング絶縁膜を形成する時、前記ヒロックの周辺でキャッピング絶縁膜が不均一な厚さで蒸着されうる。このように不均一な厚さを持つキャッピング絶縁膜部分は、ドライエッチングに対して脆弱な部分になりうる。例えば、前記Cu配線層上にビアコンタクトを形成するためのエッチングを進める時、キャッピング絶縁膜の脆弱な部分で優先的にエッチングが進んで、この部分を通じて洗浄液またはエッチング液などが侵入してCu配線を酸化させる現象が発生する恐れがある。このような現象が発生すれば、以後の洗浄工程時に酸化されたCu配線層が溶解されて除去されることによって、図3Aに示すようなブラックビア現象などが誘発できる。また、ヒロックが発生したCu配線層上にキャッピング絶縁膜を形成した以後に行なわれる工程ステップ毎に施行する欠陥検出時、このようなヒロックが欠陥として検出される。その結果、各ステップで施行される欠陥検査で実質的な欠陥検出能力が低下し、致命的な欠陥を分別し難くなる。
前記のようなCu配線層でのヒロック発生は、Cu配線の厚さが厚いか、パターンの面積が大きいほど、すなわち、全体的にCuの体積が増加するほど深刻化する。例えば、比較的大きい面積のCu配線層の上面上にMIM(Metal−Insulator−Metal)構造のキャパシタを形成する場合、下部Cu配線層でのヒロックによって前記MIMキャパシタの誘電膜が割れてしまう現象が発生することもある。このような現象が発生すれば、キャパシタでの漏れ電流が増加するなど、キャパシタの電気的性能が深刻に劣化する。また、Cu配線の厚さが約3〜5μmで高く形成されるインダクタの場合にも、Cuが形成されるパターンの体積が比較的大きくてCu配線に大きい圧縮応力が作用して、図3Bに示すようにヒロック発生が深刻化する。
また、従来技術による金属配線の形成方法では、図1Dのように電気メッキ方法を利用してダマシン工程による金属配線を形成するに当って、前記凹部26をCuで埋め込む時、電気メッキ工程の特性上Cu膜のメッキ直後の状態のCu粒子(グレイン)の大きさは数十nm程度で小さい。Cu膜からなる配線層で比抵抗を低めるためには、Cu膜内でのCu粒子サイズをなるべく大きくすることが望ましい。このために、Cuメッキ後に前記Cu膜44内でのCu粒子成長のために、前記Cu膜44が形成された結果物をアニーリングするステップを経る。この時、アニーリング工程温度は、通常的に約100〜400℃の範囲内で選択される。ところが、前記Cu膜44は、前記凹部26を埋め込む部分のみならず、その上に過剰メッキされたCu膜を含んでおり、アニーリング進行時にこのような過剰メッキされたCu層で過度なストレスが誘発され、その結果、前記凹部26を埋め込んでいたCu膜部分が前記凹部26から抜け出る現象が発生する。このような現象は、特に微細なサイズのダマシンパターン形成工程で頻繁に発生し、アニーリング温度が高いほど発生頻度が高くなる。
前記のような問題発生を抑制するために、電気メッキ工程後のアニーリングは200℃以下の温度下で進めるのが一般的な傾向である。しかし、このように低いアニーリング温度下では、特にデザインルール程度の微細なサイズのパターンではCu粒子が十分に成長できなくなる。このような現象によってCuの比抵抗が高くなってしまう問題が発生する。
本発明は、前記した従来技術での問題点に鑑みてなされたものであり、電気メッキによって形成されたCu配線層でキャッピング絶縁膜の形成時、Cu配線の圧縮応力によるヒロック発生を低減させ、デザインルール程度の微細なパターンを形成する場合にもCuの比抵抗を低減させることができる半導体素子の金属配線の形成方法を提供するところにその目的がある。
前記目的を達成するために、本発明の第1形態による半導体素子の金属配線の形成方法では、基板上に金属膜を形成する。CMPを利用して前記金属膜をその上部から所定厚さほど除去して平坦化された金属膜を形成する。前記平坦化された金属膜をプラズマ処理して前記金属膜からヒロックを生成させる。CMPを利用して前記ヒロックが生成された前記金属膜をその上部から一部除去して平坦化された金属配線層を形成する。
また、前記目的を達成するために、本発明の第2形態による半導体素子の金属配線の形成方法では、半導体基板上に層間絶縁膜を形成する。前記層間絶縁膜の上面に凹部を形成する。前記凹部の内壁及び前記層間絶縁膜の上面にバリアー膜を形成する。前記凹部を完全に埋め込む金属膜を前記バリアー膜上に形成する。前記金属膜の上面から一部が除去されるように前記金属膜を研磨する。前記研磨された金属膜をプラズマ処理する。前記プラズマ処理された金属膜の周囲で前記層間絶縁膜の上面が露出されるように前記層間絶縁膜の上面の上にあるバリアー膜を研磨して除去する。前記凹部内にある前記金属膜の上面及び前記層間絶縁膜の上面上にキャッピング絶縁膜を形成する。
また、前記目的を達成するために、本発明の第3形態による半導体素子の金属配線の形成方法では、基板上に金属膜を形成する。CMPを利用して前記金属膜をその上部から所定厚さほど除去して平坦化された金属膜を形成する。前記平坦化された金属膜をプラズマ処理して前記金属膜を構成する金属粒子(グレイン)を成長させる。CMPを利用して前記金属粒子が成長した前記金属膜をその上部から一部除去して平坦化された金属配線層を形成する。
好ましくは、前記金属膜は、CuまたはCu合金からなる。
前記金属膜は、電気メッキ方法によって形成される。前記金属膜を電気メッキ方法によって形成した後、前記プラズマ処理前に、前記金属膜を100〜200℃の範囲内で選択される温度下でアニーリングするステップをさらに含む。
好ましくは、前記金属膜のプラズマ処理は、NH3、N2、H2、He、またはこれらの混合物雰囲気下で行なわれる。また、前記金属膜のプラズマ処理は、300〜450℃の温度下で5〜60秒間行なわれる。前記研磨された金属膜をプラズマ処理するステップは、前記キャッピング絶縁膜を形成するステップの工程温度またはそれ以上の温度下で行なわれる。
前記金属膜のプラズマ処理後に前記バリアー膜を研磨する前に、前記金属膜の表面を再び研磨する追加研磨ステップと、前記追加研磨された金属膜の露出表面を再びプラズマ処理する追加プラズマ処理ステップとをさらに含むことができる。
本発明による金属配線の形成方法によれば、金属膜上にキャッピング絶縁膜を形成する前に前記金属膜をプラズマ処理して、前記金属膜の一部の結晶粒界で圧縮応力によりヒロックを発生させる。この時、デザインルール程度の微細なパターン、例えば、数μmないし数十μm程度の微細なパターンでは追加で粒子成長がなされる。このようにヒロックまたは粒子成長がなされた状態で層間絶縁膜が露出されるようにCMPを進めれば、ヒロックまたは粒子成長による金属膜の表面粗度は除去される。したがって、後続工程でキャッピング絶縁膜の形成時にヒロックの発生を低減でき、前記金属膜からなる金属配線での抵抗を低減できる。
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施形態について詳細に説明する。
図4Aないし図4Hは、本発明の望ましい実施形態による半導体素子の金属配線の形成方法を説明するために工程順序によって示す断面図である。
図4Aを参照すれば、上部に導電層120が形成された半導体基板100上にデュアルダマシン構造の凹部126が形成された層間絶縁膜124を形成する。前記層間絶縁膜124に前記凹部126を形成するためにエッチング阻止層122を利用できる。前記凹部126は、図4Aに例示するように、前記層間絶縁膜124を貫通するホールを構成できる。または、図示されていないが、前記凹部126は、前記層間絶縁膜124の厚さより薄い深さを持つトレンチ形態を持つように形成されることもある。
図4Bを参照すれば、前記凹部126の内壁及び前記層間絶縁膜124の上面上に導電性バリアー膜130を形成する。前記導電性バリアー膜130は、例えばTi、Ta、W、及びこれらの窒化物からなる群から選択される1つまたは2つ以上の物質からなることができる。
図4Cを参照すれば、前記導電性バリアー膜130の上に金属シード層142を形成する。例えば、CuまたはCu合金配線を形成するために、前記金属シード層142としてCuシード層を形成できる。
図4Dを参照すれば、前記金属シード層142を利用して電気メッキを行なって前記金属シード層142上に金属膜144を形成する。前記金属膜144は、例えば、Cu膜またはCu合金膜からなる。前記金属膜144は、前記凹部126を埋め込むのに十分な厚さで形成される。
前記金属膜144内での金属粒子成長のために、前記金属膜144が形成された結果物を所定の温度でアニーリングする。望ましくは、前記アニーリングは約100〜200℃の温度で行なう。
図4Eを参照すれば、1次CMP工程を利用して前記金属膜144の一部を研磨により除去し、前記凹部126の内部にのみ前記金属膜144を残す。
図4Eには、前記1次CMP後に前記半導体基板100上の層間絶縁膜124上に前記導電性バリアー膜130が残っている結果物が図示されている。しかし、場合によって、前記凹部126周囲の前記層間絶縁膜124の上面上で、前記導電性バリアー膜130上に前記金属膜144が所定厚さほど残っている状態まで前記CMPを進めることもある。
図4Fを参照すれば、図4Eに示すように前記層間絶縁膜124の上面上に前記バリアー膜130が残っている状態で、前記凹部126に残っている金属膜144を所定の工程温度下で所定の時間プラズマ処理146する。その結果、前記凹部126内にあるプラズマ処理された金属膜144aには、前記プラズマ処理146によって前記金属膜144の一部の結晶粒界で圧縮応力により発生したヒロックが存在する。特に、デザインルール程度の微細なパターン、例えば、数μmないし数十μm程度の微細なパターンを構成する前記金属膜144では、ヒロックのみならず粒子成長までなされることもできる。または、図示されていないが、前記層間絶縁膜124の上面上に前記バリアー膜130及び所定厚さの金属膜144の一部が残っている状態で前記金属膜144をプラズマ処理146して、前記プラズマ処理された金属膜144aを形成してもよい。
望ましくは、前記金属膜144のプラズマ処理146は、NH3、N2、H2、He、またはこれらの混合物雰囲気下で約300〜450℃の温度で約5〜60秒間行なわれることができる。前記プラズマ処理146時の温度が後続の他の膜質、例えば、キャッピング絶縁膜の形成時の工程温度より低ければ、前記キャッピング絶縁膜の形成時に前記プラズマ処理された金属膜144a内で追加的にヒロックが発生することもある。したがって、前記プラズマ処理146時の温度及びプラズマ処理時間は、後続のキャッピング絶縁膜の形成前に実施するプラズマ処理の温度及び時間と同一またはさらに大きく設定することが望ましい。
前記のように、前記金属膜144をプラズマ処理146することによって前記金属膜144にヒロックが生成される。
図示されていないが、図4Fでのプラズマ処理146過程で粒子成長が進みつつ、前記プラズマ処理された金属膜144aの表面が再び粗い表面に変わる恐れがある。したがって、前記プラズマ処理された金属膜144aの上面で滑らかな表面を得るために、必要に応じて前記プラズマ処理された金属膜144aの粗くなった表面を、図4Eを参照して説明したような1次CMP工程と同じ工程条件で追加CMP工程を進めることができる。また、前記追加CMP工程を経た前記プラズマ処理された金属膜144aの露出表面を、再び図4Fの説明と同じ方法でプラズマ処理する追加プラズマ処理工程をさらに含んでもよい。しかし、これは必須なステップではない。すなわち、前記追加CMP及び追加プラズマ処理工程を行なわず、図4Gを参照して後述するバリアー膜130の研磨ステップで、前記プラズマ処理された金属膜144aの粗くなった表面を再び滑らかにしてもよい。
図4Gを参照すれば、前記層間絶縁膜124の上面上にある導電性バリアー膜130を除去するための2次CMP工程を行なって、前記層間絶縁膜124の上面を露出させる。
前記2次CMP工程後、前記層間絶縁膜124の上面上に残っている導電性バリアー膜130の残留物を完全に除去するために、3次CMP工程をさらに行なってもよい。この時、前記2次CMP工程では、前記導電性バリアー膜130の材料に対する選択的除去率の高いスラリーを使用し、前記3次CMP工程時には前記層間絶縁膜124の材料に対する選択的除去率の高いスラリーを使用できる。前記3次CMP工程を行なう場合、前記層間絶縁膜124の上面の高さが前記2次CMP工程直後よりさらに低くなる。そして、前記凹部126内には、前記2次CMPまたは3次CMP工程を経た最終結果物である金属配線層144bが残る。
図4Hを参照すれば、前記金属配線層144bの上面及び前記層間絶縁膜124の上面を覆うように、その上にキャッピング絶縁膜150を形成する。前記キャッピング絶縁膜150は、例えば、シリコン窒化膜、SiCN、SiC、またはこれらの組み合わせからなる。
前記キャッピング絶縁膜150を形成する前に、前記金属配線層144bの露出表面で大気との接触によって形成される金属酸化膜を還元反応により除去するために、前記金属配線層144bの表面に対しプラズマ前処理工程を行なってもよい。前記金属配線層144bでは、ヒロックが発生する恐れがある脆弱な部分では、図4Fを参照して説明したようなプラズマ処理146によって既にヒロックが発生した後に再び除去されたため、前記金属配線層144bの酸化された表面の還元のためのプラズマ前処理工程中には、前記金属配線層144bの表面でのヒロックの発生可能性が大きく減少する。前記金属配線層144bの酸化された表面を還元させるためのプラズマ前処理工程は、例えば、NH3、N2、H2、He、またはこれらの混合物雰囲気下で行なわれる。
図5A及び図5Bは、本発明による金属配線の形成方法によってCu配線層を形成するに当って、電気メッキ方法によって形成されたCu膜を1次CMPした後、400℃でNH3雰囲気でプラズマ処理した結果得られたCu膜表面を示す写真である。
図5Aで、プラズマ処理の影響によって前記Cu膜の表面でCu粒子が成長し、これによってCu膜の表面粗度が増加したことが分かる。図5Bでは、プラズマ処理の影響でCuヒロックが発生したことが分かる。
図6は、図5Bでのプラズマ処理結果物に対して2次CMPを進め、Cuヒロックを除去して表面粗度を改善し、その上にキャッピング絶縁膜を形成した後に表面を観察した写真である。図2Aと比較する時、Cuヒロックによる表面欠陥が大きく減少したことを示す写真である。
図7は、本発明による金属配線の形成方法によってCu配線層を形成するに当って、プラズマ処理によってCu膜で抵抗が減少した度合いを示すグラフである。
図7の評価のために、ウェーハ上にCu膜メッキ後に100℃でアニーリングを進め、前記Cu膜のCMP後に0.12μmのトレンチパターンで抵抗を測定した。そして、前記測定に使われたウェーハをそのまま使用して400℃でNH3雰囲気でプラズマ処理を行なった後に再測定された抵抗と比較して、その減少率(Delta Rs)を図7に示した。図7に示すように、プラズマ処理によって抵抗が約5%減少したことが確認できる。
本発明による金属配線の形成方法では、デュアルダマシン工程によって金属配線を形成するに当って、上面に凹部がある層間絶縁膜上に形成された金属膜を研磨するための1次CMPステップと、前記金属膜の下部にある導電性バリアー膜を研磨するための2次CMPステップとの間に、前記金属膜をプラズマ処理するステップを含む。前記プラズマ処理ステップでは、金属膜の圧縮応力の増加でヒロックが生成し、デザインルール程度の微細パターンの金属膜内で十分に成長できなかった粒子を十分に成長させて前記金属膜の比抵抗を低めることができる。また、プラズマ処理過程で発生するヒロック及び金属膜での増加した表面粗度を、後続の導電性バリアー膜研磨のための2次CMP工程または別途の他のCMP工程を利用して除去することによって、滑らかな表面を持つ金属配線層を形成することができる。また、後続のキャッピング絶縁膜の形成時には、ヒロックに対して脆弱な部分では既にヒロックが生成されてから除去された後であるため、ヒロック発生を大きく低減できる。したがって、本発明による金属配線の形成方法によれば、金属配線でのヒロック発生を減らすことができ、粒子サイズが十分に成長し、かつ滑らかな表面を持つ金属配線層を形成することによって、金属配線層の信頼性を向上させることができる。
以上、本発明を望ましい実施形態を例として詳細に説明したが、本発明は、前記実施形態に限定されず、本発明の技術的思想及び範囲内で当業者によっていろいろな変形及び変更が可能である。
本発明は、金属配線を採用する半導体素子の製造分野に適用できる。
100 半導体基板
120 導電層
122 エッチング阻止層
124 層間絶縁膜
130 導電性バリアー膜
144b 金属配線層
150 キャッピング絶縁膜
120 導電層
122 エッチング阻止層
124 層間絶縁膜
130 導電性バリアー膜
144b 金属配線層
150 キャッピング絶縁膜
Claims (37)
- 基板上に金属膜を形成するステップと、
CMPを利用して前記金属膜をその上部から所定厚さほど除去して平坦化された金属膜を形成するステップと、
前記平坦化された金属膜をプラズマ処理して前記金属膜にヒロックを生成させるステップと、
CMPを利用して前記ヒッロクが生成された前記金属膜をその上部から一部除去して平坦化された金属配線層を形成するステップと、を含むことを特徴とする半導体素子の金属配線の形成方法。 - 前記金属膜は、CuまたはCu合金からなることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の金属配線の形成方法。
- 前記金属膜は、電気メッキ方法によって形成されることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の金属配線の形成方法。
- 前記金属膜を電気メッキ方法によって形成した後であって前記プラズマ処理前に、前記金属膜を100〜200℃の範囲内で選択される温度下でアニーリングするステップをさらに含むことを特徴とする請求項3に記載の半導体素子の金属配線の形成方法。
- 前記アニーリングは、N2またはH2雰囲気下で行なわれることを特徴とする請求項4に記載の半導体素子の金属配線の形成方法。
- 前記金属膜のプラズマ処理は、NH3、N2、H2、He、またはこれらの混合物雰囲気下で行なわれることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の金属配線の形成方法。
- 前記金属膜のプラズマ処理は、300〜450℃の温度下で行なわれることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の金属配線の形成方法。
- 前記金属膜のプラズマ処理は、5〜60秒間行なわれることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の金属配線の形成方法。
- 前記平坦化された金属配線層上にキャッピング絶縁膜を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の金属配線の形成方法。
- 前記キャッピング絶縁膜を形成する前に前記平坦化された金属配線層の酸化された表面を還元させるステップをさらに含み、
前記平坦化された金属配線層の酸化された表面を還元させるために、前記酸化された表面をプラズマ処理することを特徴とする請求項9に記載の半導体素子の金属配線の形成方法。 - 前記ヒロックを生成させるために前記平坦化された金属膜をプラズマ処理する間、前記キャッピング絶縁膜の形成ステップの工程温度またはそれ以上の温度に維持されることを特徴とする請求項9に記載の半導体素子の金属配線の形成方法。
- 半導体基板上に層間絶縁膜を形成するステップと、
前記層間絶縁膜の上面に凹部を形成するステップと、
前記凹部の内壁及び前記層間絶縁膜の上面にバリアー膜を形成するステップと、
前記凹部を完全に埋め込む金属膜を前記バリアー膜上に形成するステップと、
前記金属膜の上面から一部が除去されるように前記金属膜を研磨するステップと、
前記研磨された金属膜をプラズマ処理するステップと、
前記プラズマ処理された金属膜の周囲で前記層間絶縁膜の上面が露出されるように前記層間絶縁膜の上面の上にあるバリアー膜を研磨して除去するステップと、
前記凹部内にある前記金属膜の上面及び前記層間絶縁膜の上面上にキャッピング絶縁膜を形成するステップと、を含むことを特徴とする半導体素子の金属配線の形成方法。 - 前記金属膜は、CuまたはCu合金からなることを特徴とする請求項12に記載の半導体素子の金属配線の形成方法。
- 前記金属膜を形成するステップは、
前記バリアー膜上に金属シード層を形成するステップと、
前記金属シード層上に電気メッキ方法により前記金属膜を形成するステップと、を含むことを特徴とする請求項12に記載の半導体素子の金属配線の形成方法。 - 前記金属膜を電気メッキ方法によって形成した後、前記金属膜を100〜200℃の範囲内で選択される温度下でアニーリングするステップをさらに含むことを特徴とする請求項14に記載の半導体素子の金属配線の形成方法。
- 前記アニーリングは、N2またはH2雰囲気下で行なわれることを特徴とする請求項15に記載の半導体素子の金属配線の形成方法。
- 前記金属膜のプラズマ処理は、NH3、N2、H2、He、またはこれらの混合物雰囲気下で行なわれることを特徴とする請求項12に記載の半導体素子の金属配線の形成方法。
- 前記金属膜のプラズマ処理は、300〜450℃の温度下で行なわれることを特徴とする請求項12に記載の半導体素子の金属配線の形成方法。
- 前記金属膜のプラズマ処理は、5〜60秒間行なわれることを特徴とする請求項12に記載の半導体素子の金属配線の形成方法。
- 前記研磨された金属膜をプラズマ処理するステップは、前記キャッピング絶縁膜を形成するステップの工程温度またはそれ以上の温度下で行なわれることを特徴とする請求項12に記載の半導体素子の金属配線の形成方法。
- 前記金属膜のプラズマ処理後であって前記バリアー膜を研磨する前に、前記金属膜表面を再び研磨する追加研磨ステップと、
前記追加研磨された金属膜の露出表面を再びプラズマ処理する追加プラズマ処理ステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項12に記載の半導体素子の金属配線の形成方法。 - 前記追加プラズマ処理は、NH3、N2、H2、Heまたはこれらの混合物雰囲気下で行なわれることを特徴とする請求項21に記載の半導体素子の金属配線の形成方法。
- 前記追加プラズマ処理は、300〜450℃の温度下で行なわれることを特徴とする請求項21に記載の半導体素子の金属配線の形成方法。
- 前記金属膜のプラズマ処理は、前記金属膜及びバリアー膜が同時に露出された状態で行なわれることを特徴とする請求項12に記載の半導体素子の金属配線の形成方法。
- 前記バリアー膜は、Ti、Ta、W、及びこれらの窒化物からなる群から選択される1つまたは2つ以上の物質からなることを特徴とする請求項12に記載の半導体素子の金属配線の形成方法。
- 前記層間絶縁膜の上面に形成される凹部は、前記層間絶縁膜を貫通するホール、または前記層間絶縁膜の厚さより薄い深さを持つトレンチ形態を持つことを特徴とする請求項12に記載の半導体素子の金属配線の形成方法。
- 基板上に金属膜を形成するステップと、
CMPを利用して前記金属膜をその上部から所定厚さほど除去して平坦化された金属膜を形成するステップと、
前記平坦化された金属膜をプラズマ処理して前記金属膜を構成する金属粒子を成長させるステップと、
CMPを利用して前記金属粒子が成長した前記金属膜をその上部から一部除去して平坦化された金属配線層を形成するステップと、を含むことを特徴とする半導体素子の金属配線の形成方法。 - 前記金属膜は、CuまたはCu合金からなることを特徴とする請求項27に記載の半導体素子の金属配線の形成方法。
- 前記金属膜は、電気メッキ方法によって形成されることを特徴とする請求項27に記載の半導体素子の金属配線の形成方法。
- 前記金属膜を電気メッキ方法によって形成した後であって前記プラズマ処理前に、前記金属膜を100〜200℃の範囲内で選択される温度下でアニーリングするステップをさらに含むことを特徴とする請求項29に記載の半導体素子の金属配線の形成方法。
- 前記アニーリングは、N2またはH2雰囲気下で行なわれることを特徴とする請求項30に記載の半導体素子の金属配線の形成方法。
- 前記金属膜のプラズマ処理は、NH3、N2、H2、He、またはこれらの混合物雰囲気下で行なわれることを特徴とする請求項27に記載の半導体素子の金属配線の形成方法。
- 前記金属膜のプラズマ処理は、300〜450℃の温度下で行なわれることを特徴とする請求項27に記載の半導体素子の金属配線の形成方法。
- 前記金属膜のプラズマ処理は、5〜60秒間行なわれることを特徴とする請求項27に記載の半導体素子の金属配線の形成方法。
- 前記平坦化された金属配線層上にキャッピング絶縁膜を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項27に記載の半導体素子の金属配線の形成方法。
- 前記キャッピング絶縁膜を形成する前に前記平坦化された金属配線層の酸化された表面を還元させるステップをさらに含み、
前記平坦化された金属配線層の酸化された表面を還元させるために前記酸化された表面をプラズマ処理することを特徴とする請求項35に記載の半導体素子の金属配線の形成方法。 - 前記金属粒子を成長させるために前記平坦化された金属膜をプラズマ処理する間、前記キャッピング絶縁膜の形成ステップの工程温度またはそれ以上の温度に維持されることを特徴とする請求項35に記載の半導体素子の金属配線の形成方法。
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