JP2970255B2 - 金属配線の形成方法 - Google Patents
金属配線の形成方法Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は金属配線の形成方法に関
し、特にLSIの金属配線の形成方法に関する。
し、特にLSIの金属配線の形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】LSIの配線材料としてはこれまでAl
系合金が広く使われてきた。ところが、配線の微細化が
進むにつれ、エレクトロマイグレーションやストレスマ
イグレーション等に対するAl系合金の耐性が限界に近
付きつつあり、より信頼性の高い配線材料の検討が盛ん
になってきている。
系合金が広く使われてきた。ところが、配線の微細化が
進むにつれ、エレクトロマイグレーションやストレスマ
イグレーション等に対するAl系合金の耐性が限界に近
付きつつあり、より信頼性の高い配線材料の検討が盛ん
になってきている。
【0003】そうしたAl配線にとって代る材料の一つ
の候補としてCuがある。しかし、Cu配線を実用化す
る上で大きな問題が二つある。一つはCuの加工が困難
である事。これは、Cuのハロゲン化物の蒸気圧が低い
為に、Al系合金等で用いられている反応性イオンエッ
チングが困難である事によっている。もう一つの問題点
は、Cuは容易に酸化シリコン膜中を拡散する為、絶縁
耐圧や、トランジスター特性を劣化させる原因となるこ
とである。
の候補としてCuがある。しかし、Cu配線を実用化す
る上で大きな問題が二つある。一つはCuの加工が困難
である事。これは、Cuのハロゲン化物の蒸気圧が低い
為に、Al系合金等で用いられている反応性イオンエッ
チングが困難である事によっている。もう一つの問題点
は、Cuは容易に酸化シリコン膜中を拡散する為、絶縁
耐圧や、トランジスター特性を劣化させる原因となるこ
とである。
【0004】加工方法としては、(A)ウェットエッチ
ングによる方法、(B)リフトオフ法による方法、例え
ば、プロシーディング・オブ・ザ・インターナショナル
・VLSI・マルチレベル・インターコネクション・コ
ンファレンス(Proceeding of the
international VLSI multil
evel interconnection conf
erence)1991年,137〜143頁に記載さ
れた方法、(C)イオンミリングによる方法、例えば、
プロシーディング・オブ・ザ・インターナショナル・V
LSI・マルチレベル・インターコネクション・コンフ
ァレンス(Proceeding of the in
ternatinal VLSI multileve
l interconnection confere
nce)1991年,99〜108頁に記載されている
方法、が知られているが、ウェットエッチングによる方
法では微細化が困難で、高集積度のLSIには適用でき
ない。
ングによる方法、(B)リフトオフ法による方法、例え
ば、プロシーディング・オブ・ザ・インターナショナル
・VLSI・マルチレベル・インターコネクション・コ
ンファレンス(Proceeding of the
international VLSI multil
evel interconnection conf
erence)1991年,137〜143頁に記載さ
れた方法、(C)イオンミリングによる方法、例えば、
プロシーディング・オブ・ザ・インターナショナル・V
LSI・マルチレベル・インターコネクション・コンフ
ァレンス(Proceeding of the in
ternatinal VLSI multileve
l interconnection confere
nce)1991年,99〜108頁に記載されている
方法、が知られているが、ウェットエッチングによる方
法では微細化が困難で、高集積度のLSIには適用でき
ない。
【0005】図3(a)〜(c)及び図4(a),
(b)はリフトオフ法を用いた従来の金属配線の形成方
法の第1の例を説明するための工程順に示した半導体チ
ップの断面図である。
(b)はリフトオフ法を用いた従来の金属配線の形成方
法の第1の例を説明するための工程順に示した半導体チ
ップの断面図である。
【0006】まず、図3(a)に示すように、半導体基
板1の上に設けた酸化シリコン膜2の上にポリイミド膜
7を形成し、ポリイミド膜7の上に第1のフォトレジス
ト膜8,SOG膜9,第2のフォトレジスト膜10から
なる3層レジスト膜を形成する。次に、フォトレジスト
膜10を露光現像してパターニングし、これをマスクと
してSOG膜9をパターニングする。
板1の上に設けた酸化シリコン膜2の上にポリイミド膜
7を形成し、ポリイミド膜7の上に第1のフォトレジス
ト膜8,SOG膜9,第2のフォトレジスト膜10から
なる3層レジスト膜を形成する。次に、フォトレジスト
膜10を露光現像してパターニングし、これをマスクと
してSOG膜9をパターニングする。
【0007】次に、図3(b)に示すように、SOG膜
9をマスクとして酸素を含むドライエッチングによりフ
ォトレジスト膜8及びポリイミド膜7を順次エッチング
して配線形成用の溝を形成し、この際に含まれる酸素ラ
ジカルによる等方性エッチングにより、フォトレジスト
膜8,10及びポリイミド膜7をSOG膜9より後退さ
せる。
9をマスクとして酸素を含むドライエッチングによりフ
ォトレジスト膜8及びポリイミド膜7を順次エッチング
して配線形成用の溝を形成し、この際に含まれる酸素ラ
ジカルによる等方性エッチングにより、フォトレジスト
膜8,10及びポリイミド膜7をSOG膜9より後退さ
せる。
【0008】次に、図3(c)に示すように、溝を含む
表面にCr膜3,Cu膜4,Cr膜6を蒸着法により順
次堆積して溝内に配線を形成する。ここで、SOG膜9
がひさし状になっている為フォトレジスト膜8の側面に
はCr膜,Cu膜は付着しない。なお、Cr膜3,6は
ポリイミド膜7及び半導体基板1とCu膜4の反応を防
ぐためのバリアメタルである。
表面にCr膜3,Cu膜4,Cr膜6を蒸着法により順
次堆積して溝内に配線を形成する。ここで、SOG膜9
がひさし状になっている為フォトレジスト膜8の側面に
はCr膜,Cu膜は付着しない。なお、Cr膜3,6は
ポリイミド膜7及び半導体基板1とCu膜4の反応を防
ぐためのバリアメタルである。
【0009】次に、図4(a)に示すように、3層レジ
スト膜を剥離除去する事により、3層レジスト膜上に堆
積したCu膜4及びCr膜3,6が除去され、溝内の配
線が残る。このままでは配線側面とポリイミド膜の反応
が起きるので全面にプラズマCVD法により窒化シリコ
ン膜5を形成し、さらにその上にポリイミド膜11を堆
積して層間絶縁膜を形成する。
スト膜を剥離除去する事により、3層レジスト膜上に堆
積したCu膜4及びCr膜3,6が除去され、溝内の配
線が残る。このままでは配線側面とポリイミド膜の反応
が起きるので全面にプラズマCVD法により窒化シリコ
ン膜5を形成し、さらにその上にポリイミド膜11を堆
積して層間絶縁膜を形成する。
【0010】図5(a)〜(d)はイオンミリング法を
用いた従来の金属配線の形成方法の第2の例を説明する
ための工程順に示した半導体チップの断面図である。
用いた従来の金属配線の形成方法の第2の例を説明する
ための工程順に示した半導体チップの断面図である。
【0011】まず、図5(a)に示すように、半導体基
板1の上に設けた酸化シリコン膜2の上にMo膜12,
Cu膜4,Mo膜13を順次堆積し、Mo膜13の上に
フォトレジスト膜14を塗布してパターニングする。こ
こでMo膜12,13はバイアメタルである。
板1の上に設けた酸化シリコン膜2の上にMo膜12,
Cu膜4,Mo膜13を順次堆積し、Mo膜13の上に
フォトレジスト膜14を塗布してパターニングする。こ
こでMo膜12,13はバイアメタルである。
【0012】次に、図5(b)に示すように、イオンミ
リングによりフォトレジスト膜14をマスクとしてMo
膜13,Cu膜4,Mo膜12を順次エッチングし、配
線を形成する。
リングによりフォトレジスト膜14をマスクとしてMo
膜13,Cu膜4,Mo膜12を順次エッチングし、配
線を形成する。
【0013】次に、図5(c)に示すように、フォトレ
ジスト膜14を除去した後、全面にMo膜15を成膜す
る。
ジスト膜14を除去した後、全面にMo膜15を成膜す
る。
【0014】次に、図5(d)に示すように、異方性の
反応性イオンエッチングによりエッチバックして、配線
の側面以外のMo膜15を除去し、Mo膜12,13,
15で被覆されたCu配線が得られる。
反応性イオンエッチングによりエッチバックして、配線
の側面以外のMo膜15を除去し、Mo膜12,13,
15で被覆されたCu配線が得られる。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】以上説明した従来の金
属配線形成方法は、リフトオフ法を用いる第1の例では
微細な配線を形成しようとすると、溝の幅が狭くなっ
て、レジスト膜をマスクとする溝内部へのCu膜の付着
量が少なくなり、所望の精度の配線幅、配線形状を得る
事が困難になってくる。また、リフトオフ時にレジスト
膜上のCu膜がパーティクルの原因となりやすいという
問題点もある。更に、基板やポリイミド膜との反応を防
止する為のバリア膜を3回にわたって形成するので、工
程が長くなるという問題点を有する。
属配線形成方法は、リフトオフ法を用いる第1の例では
微細な配線を形成しようとすると、溝の幅が狭くなっ
て、レジスト膜をマスクとする溝内部へのCu膜の付着
量が少なくなり、所望の精度の配線幅、配線形状を得る
事が困難になってくる。また、リフトオフ時にレジスト
膜上のCu膜がパーティクルの原因となりやすいという
問題点もある。更に、基板やポリイミド膜との反応を防
止する為のバリア膜を3回にわたって形成するので、工
程が長くなるという問題点を有する。
【0016】また、イオンミリング法を用いる第2の例
では、レジスト膜の後退により台形状の断面形状となる
為、微細化が難しい。また、やはり3回にわたってバリ
ア膜を形成する必要が有り、工程が長くなるという問題
点を有する。
では、レジスト膜の後退により台形状の断面形状となる
為、微細化が難しい。また、やはり3回にわたってバリ
ア膜を形成する必要が有り、工程が長くなるという問題
点を有する。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明の金属配線の形成
方法は、半導体基板上に設けた絶縁膜の上面に配線形成
用パターンを有する溝を形成する工程と、前記溝を含む
表面にバリアメタル膜を形成して前記溝の底面及び側面
を被覆する工程と、前記溝を含むバリアメタル膜の表面
に銅膜又は銅合金膜を堆積して前記溝内に埋込む工程
と、化学−機械研磨法により前記溝内以外の銅膜又は銅
合金膜及びバリアメタル膜を除去して表面を平坦化する
工程と、前記平坦化する工程の後反応性イオンエッチン
グ又はイオンミリングにより前記銅膜又は銅合金膜の上
面を薄く除去して前記溝周囲の絶縁膜の上面よりも低く
する工程と、前記低くする工程の後に前記銅膜又は銅合
金膜を含む表面に新たなバリアメタル膜を堆積し、研磨
することにより前記溝部以外の前記新たなバリアメタル
を除去する工程とを含んで構成される。
方法は、半導体基板上に設けた絶縁膜の上面に配線形成
用パターンを有する溝を形成する工程と、前記溝を含む
表面にバリアメタル膜を形成して前記溝の底面及び側面
を被覆する工程と、前記溝を含むバリアメタル膜の表面
に銅膜又は銅合金膜を堆積して前記溝内に埋込む工程
と、化学−機械研磨法により前記溝内以外の銅膜又は銅
合金膜及びバリアメタル膜を除去して表面を平坦化する
工程と、前記平坦化する工程の後反応性イオンエッチン
グ又はイオンミリングにより前記銅膜又は銅合金膜の上
面を薄く除去して前記溝周囲の絶縁膜の上面よりも低く
する工程と、前記低くする工程の後に前記銅膜又は銅合
金膜を含む表面に新たなバリアメタル膜を堆積し、研磨
することにより前記溝部以外の前記新たなバリアメタル
を除去する工程とを含んで構成される。
【0018】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【0019】図1(a)〜(d)は本発明の参考例を説
明するための工程順に示した半導体チップの断面図であ
る。
明するための工程順に示した半導体チップの断面図であ
る。
【0020】まず、図1(a)に示すように、半導体基
板1の上に酸化シリコン膜2を形成した後、酸化シリコ
ン膜2の表面にリソグラフィー技術及びエッチング技術
を用いて、深さ0.5μmの配線形成用パターンを有す
る溝を形成する。
板1の上に酸化シリコン膜2を形成した後、酸化シリコ
ン膜2の表面にリソグラフィー技術及びエッチング技術
を用いて、深さ0.5μmの配線形成用パターンを有す
る溝を形成する。
【0021】次に、図1(b)に示すように、溝を含む
酸化シリコン膜2の上にスパッタ法により厚さ0.1μ
mのCr膜3及び厚さ0.7μmのCu膜4を順次堆積
して形成する。
酸化シリコン膜2の上にスパッタ法により厚さ0.1μ
mのCr膜3及び厚さ0.7μmのCu膜4を順次堆積
して形成する。
【0022】次に、図1(c)に示すように、Cu膜4
の表面を約1.5J/cm2 のエネルギーを持つエキシ
マレーザビームで照射し、Cu膜4を流動せしめ、溝の
内部に埋め込み表面を平坦化する。
の表面を約1.5J/cm2 のエネルギーを持つエキシ
マレーザビームで照射し、Cu膜4を流動せしめ、溝の
内部に埋め込み表面を平坦化する。
【0023】次に、図1(d)に示すように、Cu膜4
の上面を化学−機械研磨法により研磨し、溝部以外のC
u膜4及びCr膜3を順次除去して酸化シリコン膜2の
上面を露出させ、表面を平坦化する。次に、プラズマC
VD法により窒化シリコン膜5を0.3μmの厚さに成
膜する。
の上面を化学−機械研磨法により研磨し、溝部以外のC
u膜4及びCr膜3を順次除去して酸化シリコン膜2の
上面を露出させ、表面を平坦化する。次に、プラズマC
VD法により窒化シリコン膜5を0.3μmの厚さに成
膜する。
【0024】ここで、Cu膜4の代りにTiを含むCu
合金膜を用いても良い。
合金膜を用いても良い。
【0025】図2(a)〜(d)は本発明の実施例を説
明するための工程順に示した半導体チップの断面図であ
る。
明するための工程順に示した半導体チップの断面図であ
る。
【0026】図2(a)に示すように、参考例と同様の
工程で半導体基板1の上に設けた酸化シリコン膜2の上
面に、深さ0.5μmの配線形成用パターンを有する溝
を設けた後スパッタ法によりCr膜3及びCu膜4を順
次堆積して形成する。次に、Cu膜4の上面をエキシマ
レーザビームで照射し、Cu膜を流動せしめて溝内部に
埋め込んだ後、化学−機械研磨法により研磨し、溝部以
外のCu膜4及びCr膜3を除去して表面を平坦化す
る。
工程で半導体基板1の上に設けた酸化シリコン膜2の上
面に、深さ0.5μmの配線形成用パターンを有する溝
を設けた後スパッタ法によりCr膜3及びCu膜4を順
次堆積して形成する。次に、Cu膜4の上面をエキシマ
レーザビームで照射し、Cu膜を流動せしめて溝内部に
埋め込んだ後、化学−機械研磨法により研磨し、溝部以
外のCu膜4及びCr膜3を除去して表面を平坦化す
る。
【0027】次に、図2(b)に示すように、イオンミ
リングにより溝内部のCu膜4及びCr膜3の表面が酸
化シリコン膜2の表面より0.1μm低くなるようにエ
ッチングする。
リングにより溝内部のCu膜4及びCr膜3の表面が酸
化シリコン膜2の表面より0.1μm低くなるようにエ
ッチングする。
【0028】次に、図2(c)に示すように、全面に厚
さ0.1μmのCr膜6をスパッタ法により成膜する。
さ0.1μmのCr膜6をスパッタ法により成膜する。
【0029】次に、図2(d)に示すように、再び上面
を化学−機械研磨法により研磨して溝部以外のCr膜6
を除去する。
を化学−機械研磨法により研磨して溝部以外のCr膜6
を除去する。
【0030】本実施例では層間絶縁膜に誘電率の高い窒
化シリコン膜を用いる事無く銅配線をバリア膜で覆う事
が出来るので、層間容量に起因するデバイスの動作速度
の低下が問題とならない。
化シリコン膜を用いる事無く銅配線をバリア膜で覆う事
が出来るので、層間容量に起因するデバイスの動作速度
の低下が問題とならない。
【0031】ここで、銅の成膜、埋め込み方法として、
スパッタ法とレーザー熱処理による方法を用いて説明し
たが、ブランケットCVD法や鍍金法を用いても、同様
な工程を経る事によりバリア膜で覆われた加工精度の良
い銅配線を得る事が出来る。
スパッタ法とレーザー熱処理による方法を用いて説明し
たが、ブランケットCVD法や鍍金法を用いても、同様
な工程を経る事によりバリア膜で覆われた加工精度の良
い銅配線を得る事が出来る。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、絶縁膜
に形成した溝を含む表面にCu膜を堆積した後溝内以外
のCu膜を化学−機械研磨により除去し、溝内にCu膜
を埋め込む事により配線を形成している為、ドライエッ
チングの困難なCu膜自身をエッチングする工程を無く
して、加工精度良く銅配線を形成する事が出来、配線の
微細化にも対応できるという効果を有する。また、これ
までは、下層、上層、側面と少なくとも3回必要であっ
たバリア膜の形成が2回で済むので工程が短縮され、製
造コストが下がるという利点がある他、層間絶縁膜に誘
電率の高い窒化シリコン膜を用いる事無く銅配線をバリ
ア膜で覆う事が出来るので、層間容量に起因するデバイ
スの動作速度の低下が問題とならないという利点もあ
る。
に形成した溝を含む表面にCu膜を堆積した後溝内以外
のCu膜を化学−機械研磨により除去し、溝内にCu膜
を埋め込む事により配線を形成している為、ドライエッ
チングの困難なCu膜自身をエッチングする工程を無く
して、加工精度良く銅配線を形成する事が出来、配線の
微細化にも対応できるという効果を有する。また、これ
までは、下層、上層、側面と少なくとも3回必要であっ
たバリア膜の形成が2回で済むので工程が短縮され、製
造コストが下がるという利点がある他、層間絶縁膜に誘
電率の高い窒化シリコン膜を用いる事無く銅配線をバリ
ア膜で覆う事が出来るので、層間容量に起因するデバイ
スの動作速度の低下が問題とならないという利点もあ
る。
【図1】本発明の参考例を説明するための工程順に示し
た断面図。
た断面図。
【図2】本発明の実施例を説明するための工程順に示し
た断面図。
た断面図。
【図3】従来の金属配線の形成方法の第1の例を説明す
るための工程順に示した断面図。
るための工程順に示した断面図。
【図4】従来の金属配線の形成方法の第1の例を説明す
るための工程順に示した断面図。
るための工程順に示した断面図。
【図5】従来の金属配線の形成方法の第2の例を説明す
るための工程順に示した断面図。
るための工程順に示した断面図。
1 半導体基板 2 酸化シリコン膜 3,6 Cr膜 4 Cu膜 5 窒化シリコン膜 7,11 ポリイミド膜 8,10,14 フォトレジスト膜 9 SOG膜 12,13,15 Mo膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−76455(JP,A) 特開 平2−114639(JP,A) 特開 平4−229638(JP,A) 特開 平1−106435(JP,A) 特開 平4−242960(JP,A) 特開 平4−163941(JP,A) 特開 昭63−124447(JP,A) 特開 平6−69353(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/3205 - 21/3213 H01L 21/768
Claims (3)
- 【請求項1】 半導体基板上に設けた絶縁膜の上面に配
線形成用パターンを有する溝を形成する工程と、前記溝
を含む表面にバリアメタル膜を形成して前記溝の底面及
び側面を被覆する工程と、前記溝を含むバリアメタル膜
の表面に銅膜又は銅合金膜を堆積して前記溝内に埋込む
工程と、化学−機械研磨法により前記溝内以外の銅膜又
は銅合金膜及びバリアメタル膜を除去して表面を平坦化
する工程と、前記平坦化する工程の後反応性イオンエッ
チング又はイオンミリングにより前記銅膜又は銅合金膜
の上面を薄く除去して前記溝周囲の絶縁膜の上面よりも
低くする工程と、前記低くする工程の後に前記銅膜又は
銅合金膜を含む表面に新たなバリアメタル膜を堆積し、
研磨することにより前記溝部以外の前記新たなバリアメ
タルを除去する工程とを含むことを特徴とする金属配線
の形成方法。 - 【請求項2】 溝を含むバリアメタル膜の表面に堆積し
た銅膜又は銅合金にレーザビームを照射して流動化し前
記溝内に埋込む工程を含む請求項1記載の金属配線の形
成方法。 - 【請求項3】 前記バリアメタル膜がCr膜である請求
項1又は請求項2記載の金属配線の形成方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26696692A JP2970255B2 (ja) | 1992-10-06 | 1992-10-06 | 金属配線の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP26696692A JP2970255B2 (ja) | 1992-10-06 | 1992-10-06 | 金属配線の形成方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06120219A JPH06120219A (ja) | 1994-04-28 |
JP2970255B2 true JP2970255B2 (ja) | 1999-11-02 |
Family
ID=17438185
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP26696692A Expired - Fee Related JP2970255B2 (ja) | 1992-10-06 | 1992-10-06 | 金属配線の形成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2970255B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3304754B2 (ja) * | 1996-04-11 | 2002-07-22 | 三菱電機株式会社 | 集積回路の多段埋め込み配線構造 |
JPH10154709A (ja) * | 1996-09-25 | 1998-06-09 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法 |
KR19990003485A (ko) * | 1997-06-25 | 1999-01-15 | 김영환 | 반도체 소자의 금속 배선 형성 방법 |
KR100471404B1 (ko) * | 1998-10-28 | 2005-05-27 | 주식회사 하이닉스반도체 | 화학적 기계적 연마 공정을 이용한 반도체 소자의 금속배선 형성 방법 |
JP4064595B2 (ja) * | 2000-03-28 | 2008-03-19 | 株式会社東芝 | 半導体装置の製造方法 |
-
1992
- 1992-10-06 JP JP26696692A patent/JP2970255B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06120219A (ja) | 1994-04-28 |
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