JP4049978B2 - メッキを用いた金属配線形成方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はメッキを用いた金属配線形成方法及びそれにより製造された半導体素子に係り、より詳細にはダマシン構造を有する半導体素子での金属配線形成方法及びそれにより製造された半導体素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、半導体素子中で高い動作速度が要求されるロジック素子を中心としてRC遅延時間を縮めるために、銅のように比抵抗が低い金属を配線金属層として利用する方法が研究されている。ところが、アルミニウムのように配線金属物質を基板の全面に形成した後、通常の写真蝕刻工程に従ってパタニングして金属配線層を形成することとは違って、銅はパタニング工程の難しさによって他の方法で金属配線層を形成する。即ち、基板上の絶縁層内にあらかじめ金属配線が形成される領域を形成した後、この領域に金属配線物質を埋立てて金属配線層を形成し、これを実現するために、いわゆる”ダマシン”工程が主に使われる。
【0003】
図1乃至図3は、従来のラインダマシン構造を有する半導体素子での金属配線形成方法を説明するための断面図である。ラインダマシン構造は絶縁層の表面から所定深度のトレンチがライン状で形成され、このトレンチ内に配線金属層が形成された構造をいい、以下図面を参照してラインダマシン構造の金属配線形成方法を調べる。
【0004】
図1を参照すれば、基板(図示せず)上に形成された絶縁層10に写真蝕刻工程を用いてライン状のトレンチ領域11を形成する。次いで、トレンチ領域11が形成された絶縁層10の全面に拡散防止層12を形成する。次に、前記拡散防止層12上にスパッタリングのような物理気相蒸着(Physical Vapor Deposition: PVD)法を用いて銅を蒸着してシード層14を形成する。
【0005】
図2を参照すれば、前記シード層14が形成された結果物上に電気メッキ方式を用いて銅よりなるメッキ層16を形成する。この際、前記メッキ層16はトレンチ領域11が完全に埋立てられる程に厚く形成する。
【0006】
図3を参照すれば、化学機械的研磨(Chemical Mechanical Polishing; 以下”CMP”という)工程でメッキ層16を前記絶縁層10が露出されるまで蝕刻する。従って、絶縁層10の表面近辺に形成されたトレンチ領域11内のみに拡散防止層12、シード層14及びメッキ層16が残留してなされる金属配線層16aを形成できる。
【0007】
図4乃至図7は、従来のデュアルダマシン構造を有する半導体素子での金属配線形成方法を説明するための平面図及び断面図である。デュアルダマシン構造は、トレンチ領域内にライン状で埋立てられて形成される金属配線と、下部の導電層との連結のためにコンタクトホールまたはビアホールを埋立てる形状のコンタクトとの結合された構造をいう。以下、デュアルダマシン構造の金属配線形成方法を説明する。
【0008】
図4を参照すれば、基板(図示せず)上に一定の間隔を隔てて下部導電層28が形成され、下部導電層28の上側には絶縁層を介在して金属配線層26aが一定の間隔を隔てて形成される。前記下部導電層28と金属配線層26aはコンタクトホール領域30を通じて相互電気的に連結される。図5乃至図7は、各工程段階別に図4のVII−VII’線を切った断面図を示す。
【0009】
図5を参照すれば、基板(図示せず)上に導電物質を蒸着した後パタニングして、一定の間隔を有する下部導電層28を形成する。次いで、全面に絶縁層20を形成した後通常の写真蝕刻工程によりコンタクトホール領域30と前記コンタクトホール領域30を含むように結合されたトレンチ形状のトレンチ領域を形成する。次いで、全面に拡散防止層22及びシード層24を順次に形成する。
【0010】
図6を参照すれば、前記シード層24が形成された基板を電気メッキ装置内にローディングした後、電気メッキにより銅よりなるメッキ層26を形成する。次いで、前記メッキ層26が形成された基板に対して化学機械的研磨工程を用いて表面平坦化工程を行う。前記表面平坦化工程は、絶縁層20の表面が露出されるまでメッキ層26、シード層24及び拡散防止層22に対して行い、図7に示されるように、表面が平坦化されたデュアルダマシン構造の金属配線層26aが形成される。
【0011】
しかし、前述したラインまたはデュアルダマシン構造を有する金属配線形成方法によれば、次のようないくつかの問題点が発生する。
【0012】
第一、トレンチ領域の深度と化学機械的研磨工程を考慮してトレンチ領域の内部を完全に満たし、絶縁層上にも一定厚さ以上になるように銅膜を蒸着すべきで、銅を厚く蒸着しなければならないために研磨量が増える。従って、生産性が減少し、工程コストが増加する。
【0013】
第二、研磨量が多くなるにつれて基板上で化学機械的研磨工程の均一度の悪化により最終的に形成される基板内金属配線層の厚さが位置によって変わる短所がある。これは素子の信頼性及び生産性に直接的に影響を与える要因になる。
【0014】
第三、化学機械的研磨工程で銅膜を除去する時、金属配線層パターンの密度差によって絶縁層の侵食現象が発生して基板内金属配線層間の厚さを変化させて製品の不良を誘発する。
【0015】
第四、シード層と拡散防止層の研磨速度が違う場合、シード層と拡散防止層を各々異なるスラリーを使用して研磨すべきであるが、これは化学機械的研磨工程を非常に複雑にし製造コストを増加させる。
【0016】
第五、特にデュアルダマシン構造において図6に示されるように、コンタクトホール領域ではアスペクト比が非常に大きいために電気メッキ時ボイド32が発生しやすく、このようなボイド32は図7に示されるように、表面平坦化工程を行った後に金属配線層26aの表面にそのままボイド欠陥32aに残って素子の信頼性を低める要因になる。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、前記問題点を解決するためになされたものであって、化学機械的研磨工程の研磨量を縮めて半導体素子の生産性及び信頼性を向上させうるメッキを用いた金属配線形成方法を提供することにある。
【0018】
本発明の他の目的は、同一基板内で金属配線層間の厚さ変化が減少しボイド欠陥が除去されて信頼性が向上した半導体素子を提供することにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明に係るメッキを用いた金属配線形成方法は、先ず、基板上に形成された絶縁層に金属配線層が形成される部分にリセス領域を形成する。次いで基板の全面に拡散防止層を形成した後、リセス領域内の拡散防止層上のみにメッキのためのシード層を形成する。次いで前記シード層が形成されたリセス領域内のみに所定の金属配線層を形成する。
【0020】
前記リセス領域は、前記絶縁層の表面から一定深度でリセスされたライン状のトレンチ領域を含んだり、前記ライン状のトレンチ領域と前記絶縁層を貫通するコンタクトホール領域が結合されたりする。
【0021】
前記リセス領域内の前記拡散防止層上のみに前記シード層を形成するために、前記拡散防止層上の全面に前記シード層を物理的気相蒸着(PVD)法または化学的気相蒸着(CVD)法により形成した後、前記リセス領域内のみに前記シード層が残留するように前記リセス領域外部の前記シード層を除去する。
【0022】
前記リセス領域内のみに前記シード層が残留するように前記リセス領域外部の前記シード層を除去するために、化学機械的研磨工程を行うことができ、この時用いられるスラリーは研磨砥粒が含まれないことが望ましい。
【0024】
一方、リセス領域のアスペクト比を低めるために、前記リセス領域内のみにシード層が残留するように前記リセス領域外部の前記シード層を除去する段階を行った後、前記リセス領域内に残留するシード層に対して、少なくとも一部が残留するように湿式蝕刻段階をさらに行う場合もある。前記湿式蝕刻段階は、リセス領域の底では少なくとも前記シード層が残留するように時間制御され、前記リセス領域の側壁に残留するシード層が一部または全部除去されるまで行われる。
【0027】
本発明によれば、金属配線層が形成されるリセス領域内のみにメッキ層が形成されるので、メッキ層を必要以上に厚く形成しなくてもよいので、後続の化学機械的研磨工程時研磨量を大きく減らしうる。従って、生産性を高め、製造コストを大きく縮められる。
【0028】
また、少量のメッキ層を研磨するために化学機械的研磨工程の均一度に優れ、同一基板内で金属配線層間の厚さ変化量を減らすことが可能で、過度な研磨工程を進行しなくてもよいのでディッシングや絶縁層の侵食のような現象を防止できる。
【0029】
また、リセス領域内のみにメッキ層を形成するためにメッキ層と拡散防止層を研磨する時、メッキ層と拡散防止層に対してほとんど同じ研磨速度を有するスラリーを使用して工程を単純化できる。
【0030】
さらに、リセス領域内の側壁のシード層を湿式蝕刻して除去することによって、リセス領域のアスペクト比を縮めてギャップフィル能力が向上しボイド欠陥が防止されて素子の信頼性が向上できる。
【0031】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して本発明の実施例をより詳細に説明する。本発明は以下で開示される実施例に限られることではなく相異なる多様な形態で具現でき、単に本実施例は本発明の開示を完全にし、通常の知識を有する者に発明の範疇をより完全に知らせるために提供されるものである。
【0032】
<第1実施例>
図8乃至図10は、本発明の第1実施例に係る金属配線形成方法を説明するための断面図である。第1実施例は、図1乃至図3で説明した従来のラインダマシン構造での金属配線形成方法に関することであって、図1の工程段階までは同じ工程により形成され、図面で同一部材は同一参照番号を使用する。
【0033】
図8を参照すれば、図1に示したように基板(図示せず)上に形成された絶縁層10にリセス領域としてトレンチ領域11を形成し、トレンチ領域11が形成された基板の全面に拡散防止層12及びシード層14を順次に形成した後、トレンチ領域11を除外した部分のシード層14を除去したことを示す。
【0034】
図面には示さなかったが、前記絶縁層10は基板上に直接形成でき、半導体素子を構成する導電性または絶縁性を有する所定の下地層上に形成される場合もある。
【0035】
より具体的に調べれば、基板(図示せず)上に絶縁層10、例えばシリコン酸化膜を形成した後、通常の写真蝕刻工程を用いてリセス領域としてトレンチ領域11を形成する。トレンチ領域11を形成する方法は、前記絶縁層10上のシリコン酸化膜上に蝕刻マスク層としてシリコン酸化膜に対して蝕刻選択性があるシリコン窒化膜を蒸着した後、フォトレジスト層をコーティングして写真蝕刻工程によりフォトレジストパターン及びシリコン窒化膜パターンを形成した後、これを用いてトレンチ領域11を形成でき、他の方法として絶縁層10上に直接フォトレジスト層を形成した後写真蝕刻工程によりトレンチ領域11を形成する場合もある。この時前記トレンチ領域11の深度は1,000乃至30,000Åの範囲にする。
【0036】
次いで、トレンチ領域11が形成された絶縁層10上に後続する配線金属との接着力を向上させると同時に、金属の拡散を防止する拡散防止層12を形成する。前記拡散防止層12の材質は、タンタル(Ta)、タンタル窒化膜(TaN)、タンタルアルミニウム窒化膜(TaAlN)、タンタルシリコン窒化膜(TaSiN)、タンタルシリサイド(TaSi2)、チタン(Ti)、チタン窒化膜(TiN)、チタンシリコン窒化膜(TiSiN)、タングステン窒化膜(WN)、コバルト(Co)及びコバルトシリサイド(CoSi2)などが単一膜で、またはこれら中で二つ以上の複合膜で形成できる。前記拡散防止層12の厚さは100乃至1000Åの範囲になるように形成する。
【0037】
次いで、前記拡散防止層12上の全面にメッキのためのシード層14を形成する。前記シード層14は銅以外にも白金、パラジウム、ルビジウム、ストロンチウム、ロジウム及びコバルトの転移または遷移(transition)金属を利用でき、その厚さは500乃至5,000Åの範囲になるように形成する。前記シード層14を形成する方法は、スパッタリングなどの物理的気相蒸着(Physical Vapor Deposition; PVD)法、または化学的気相蒸着(Chemical Vapor Deposition; CVD)法などがある。一般に前記化学的気相蒸着法によれば、物理的気相蒸着法に比べて蒸着物質が被蒸着層の表面、即ち垂直面及び水平面に相対的に均一に蒸着されるに比べて、物理的気相蒸着法によれば、蒸着物質の方向性によって蒸着物質の移動方向に平行した垂直面より水平面にさらに厚く形成される特性がある。
【0038】
次いで、図8に示されるように、トレンチ領域11のみに残留するようにトレンチ領域11外側のシード層14を選択的に除去して拡散防止層12を露出させる。前記シード層14を選択的に除去するための方法として次の2つの方法が使われうる。
【0039】
第一、化学機械的研磨(Chemical Mechanical Polishing;CMP)工程によることである。化学機械的研磨工程は、研磨装置内に作業しようとする基板をローディングさせた後、基板の被研磨面と研磨装置内に設けられたパッドを接触させた後、これらの間にスラリーを供給しながらお互い相対的に回転させながら研磨工程を行うことであって、被研磨面の表面からほとんど同じ高さを維持しながら研磨されるようにすることである。従って、化学機械的研磨工程を本実施例に適用する場合、研磨装置内のパッドとトレンチ領域11外側のシード層14がお互い接触しながら研磨されるために、トレンチ領域11内のシード層14だけ選択的に残留する。一方、前記化学機械的研磨工程に用いられるスラリーは、研磨工程後スラリーのカスがトレンチ領域11内に残留することを防止するために、研磨砥粒が含まれないスラリーを使用することが望ましく、前記化学機械的研磨工程は、前記シード層14と前記拡散防止層12の研磨選択比が10:1〜1000:1のスラリーを使用して行う。
【0040】
第二、エッチバック工程によることである。エッチバック工程は、基板の全面に対して蝕刻雰囲気に露出された被蝕刻層の表面からほとんど一定の蝕刻速度で除去されるため、選択的にシード層14を除去するために本実施例では媒介物質層を利用できる。即ち、トレンチ領域11を含む基板の全面にリフロー特性に優れた媒介物質層、例えばフォトレジスト層を厚く形成した後エッチバック工程を行う。エッチバック工程により基板の表面に形成されたフォトレジスト層及び前記トレンチ領域11外側のシード層14が順次蝕刻され、前記トレンチ領域11外側の拡散防止層12が露出されるまで行う。次いで、トレンチ領域11内に残留するフォトレジスト層をアッシングなどの方法で除去すれば、図8のようにトレンチ領域11内のみにシード層14が残留する。
【0041】
次いで図9を参照すれば、メッキ液を入れられるメッキ装置(図示せず)内に図8に示した基板をローディングした後、メッキ工程を行って前記シード層14が存在するトレンチ領域11内にメッキ層18を形成する。前記メッキ層18の材質は、本発明のメッキ工程によりメッキされうる導電性の金属物質であればよく、本実施例では代表的に銅を使用した。本発明でのメッキ工程は、電解メッキ法及び無電解メッキ法を全て使用できる。例えば、銅に対する電解メッキは、銅イオンが含まれた電解溶液内にシード層14が形成された基板を入れた後これを陰極として電圧を印加すれば、銅メッキ層18がシード層14上のみに選択的に形成されることである。一方、無電解メッキは、シード層14が形成された基板に対して前処理、例えばパラジウム処理を行った後銅イオンを含むメッキ液に入れれば、銅メッキ層18がシード層14上のみに選択的に形成されることである。前記メッキ層18は、トレンチ領域11が十分に埋立てられる程に十分に行う。
【0042】
次いで図10を参照すれば、基板の全面に対して表面平坦化工程を行って、トレンチ領域11内のみに表面が平坦化された金属配線層18aを形成する。表面平坦化工程は、前述したように化学機械的研磨工程またはエッチバック工程を通じて行われる。この時化学機械的研磨工程を行う場合、前記メッキ層18と拡散防止層12に対する研磨選択比がほとんど同じスラリーを使用して同時に表面平坦化を行う場合もあり、メッキ層18と拡散防止層12に対して別個の工程を適用する場合もある。
【0043】
<第2実施例>
図11乃至図13は、本発明の第2実施例に係る金属配線形成方法を説明するための断面図である。第2実施例も、第1実施例のように図1乃至図3で説明したラインダマシン構造での金属配線形成方法に関することであって、第1実施例で参照した図8の工程段階までは同じ工程により形成され、図面で同一部材は同一参照番号を使用する。
【0044】
図11を参照すれば、基板(図示せず)上に形成された絶縁層10にリセス領域としてトレンチ領域11を形成し、トレンチ領域11が形成された基板の全面に拡散防止層12及びシード層14を順次に形成した後、トレンチ領域11の底部分を除外した部分のシード層14を除去したことを示す。
【0045】
本実施例では、シード層14がトレンチ領域11の底部分のみに残留するということを除いては、基本的に第1実施例と同じ工程が適用される。特に、本実施例では前記シード層14を形成する方法として、前述したスパッタリングなどの物理的化学気相蒸着(PVD)法を使用することが望ましい。これは物理的気相蒸着法によれば、蒸着物質の方向性によって蒸着物質の移動方向に平行した垂直面より水平面にさらに厚く形成される特性を利用できるからである。
【0046】
より具体的には、図8に示されるように、トレンチ領域11の底及び側壁のみにシード層14が残留する基板に対して湿式蝕刻工程を行えば、一定の時間が経過した後、相対的にシード層14が薄く形成されたトレンチ領域11の側壁ではシード層14が全て除去され、相対的に厚くシード層14が形成された底部分では相変らずシード層14が残る。前記湿式蝕刻工程はシード層14の材質に適した蝕刻液を選択して使用でき、例えば銅をシード層14として使用した場合、硫酸と過水(過酸化水素水)が超純水に希釈された蝕刻液を使用する。前記湿式蝕刻工程は時間制御的に行われ、少なくともトレンチ領域11の底部分にはシード層14が残っているように制御され、トレンチ領域11の側壁に存在するシード層14が一部または全部除去されるまで行われる。
【0047】
図12を参照すれば、第1実施例のようにメッキ液を入れられるメッキ装置(図示せず)内に図11に示した基板をローディングした後、メッキ工程を行って前記シード層14が存在するトレンチ領域11内にメッキ層19を形成する。本実施例では第1実施例とは違ってトレンチ領域11の側壁にシード層14が存在しないために、トレンチ領域11のアスペクト比が低くてボイドの形成なしにメッキ層19が非常に良好に形成される。前記メッキ層19は、トレンチ領域11が十分に埋立てられる程に十分に行われる。
【0048】
次いで図13を参照すれば、基板の全面に対して表面平坦化工程を行って、トレンチ領域11内のみに表面が平坦化された金属配線層19aを形成する。表面平坦化工程は、前述したように化学機械的研磨工程またはエッチバック工程を通じて行われる。この時化学機械的研磨工程を遂行する場合、前記メッキ層19と拡散防止層12に対する研磨選択比がほとんど同じスラリーを使用して同時に表面平坦化を行うことが望ましい。
【0049】
<第3実施例>
図14乃至図16は、本発明の第3実施例に係る金属配線形成方法を説明するための断面図である。第3実施例は、図4乃至図7で説明した従来のデュアルダマシン構造での金属配線形成方法に関することであって、図5の工程段階までは同じ工程により形成され、図面で同一部材は同一参照番号を使用する。
【0050】
図14を参照すれば、図5に示したように基板(図示せず)上に形成された絶縁層20に、リセス領域としてコンタクトホール領域30とトレンチ領域が結合されたデュアルダマシン構造を有する。前記コンタクトホール領域30は、基板上に形成された下部導電層28の表面を露出させる形態で形成され、トレンチ領域は前記コンタクトホール領域30と結合され、同時に前記絶縁層20の表面から一定深度でライン状で形成される。前記リセス領域が形成された基板の全面に拡散防止層22及びシード層24が順次形成され、リセス領域を除外した絶縁層20上のシード層24は全て除去される。
【0051】
第1実施例のように、図面には示さなかったが、前記絶縁層20は基板上に直接形成でき、半導体素子を構成する導電性または絶縁性を有する所定の下地層上に形成される場合もあり、前記トレンチ領域の深度は1,000乃至30,000Åの範囲にし、前記拡散防止層22の材質は、タンタル(Ta)、タンタル窒化膜(TaN)、タンタルアルミニウム窒化膜(TaAlN)、タンタルシリコン窒化膜(TaSiN)、タンタルシリサイド(TaSi2)、チタン(Ti)、チタン窒化膜(TiN)、チタンシリコン窒化膜(TiSiN)、タングステン窒化膜(WN)、コバルト(Co)、及びコバルトシリサイド(CoSi2)などが単一膜で、またはこれら中で二つ以上の複合膜で形成でき、前記拡散防止層22の厚さは100乃至1000Åの範囲になるように形成する。
【0052】
また、前記シード層24は、銅以外にも白金、パラジウム、ルビジウム、ストロンチウム、ロジウム及びコバルトなどの転移金属を利用でき、その厚さは500乃至5,000Åの範囲になるように形成し、前記シード層24を形成する方法は、スパッタリングなどの物理的化学気相蒸着法または化学的気相蒸着法を使用できる。
【0053】
また、図14に示したように、リセス領域のみに残留するようにリセス領域外側のシード層24を選択的に除去して拡散防止層22を露出させるために、前述したように化学機械的研磨工程またはエッチバック工程を利用できる。この時化学機械的研磨工程に用いられるスラリーは、第1実施例のように研磨砥粒が含まれないスラリーを使用することが望ましい。
【0054】
図15を参照すれば、メッキ液を入れられるメッキ装置(図示せず)内に図14に示した基板をローディングした後、メッキ工程を行って前記シード層24が存在するリセス領域内のみにメッキ層27を形成する。本実施例でのメッキ工程は、電解メッキ法及び無電解メッキ法を全て使用できる。前記メッキ層27は、リセス領域が十分に埋立てられる程に十分に行われる。
【0055】
図16を参照すれば、基板の全面に対して表面平坦化工程を行って、リセス領域内のみに表面が平坦化された金属配線層27aを形成する。表面平坦化工程は、前述したように化学機械的研磨工程またはエッチバック工程を通じて行われる。この時化学機械的研磨工程を行う場合、前記メッキ層27と拡散防止層22に対する研磨選択比がほとんど同じスラリーを使用して同時に表面平坦化を行うことができる。
【0056】
<第4実施例>
図17乃至図19は、本発明の第4実施例に係る金属配線形成方法を説明するための断面図である。第4実施例も、第3実施例のようにデュアルダマシン構造での金属配線形成方法に関することであって、第3実施例で参照した図14の工程段階までは同じ工程により形成され、図面で同一部材は同一参照番号を使用する。
【0057】
図17を参照すれば、図14に示したようにリセス領域内のみにシード層24が存在する基板に対して湿式蝕刻工程を行った結果の断面図を示す。本実施例では、シード層24がリセス領域の底部分、より具体的には水平面上のみに残留するということを除いては基本的に第3実施例と同じ工程が適用される。特に、本実施例では、前記シード層24を形成する方法として、前述したスパッタリングなどの物理的化学気相蒸着(PVD)法を使用することが望ましい。これは物理的気相蒸着法によれば、蒸着物質の方向性によって蒸着物質の移動方向に平行した垂直面より水平面にさらに厚く形成される特性を利用できるからである。
【0058】
より具体的には、図14に示されるように、コンタクトホール領域30及びトレンチ領域を含むリセス領域の底及び側壁のみにシード層24が残留する基板に対して湿式蝕刻工程を行えば、一定の時間が経過した後、相対的にシード層24が薄く形成されたコンタクトホール領域30及びトレンチ領域の側壁ではシード層24が全て除去され、相対的に厚くシード層24が形成されたコンタクトホール領域30及びトレンチ領域の底部分(即ち、リセス領域内の水平面部分)では相変らずシード層24が残る。前記湿式蝕刻工程は時間制御的に行われ、少なくともリセス領域の底部分にはシード層24が残るように制御され、リセス領域の側壁に存在するシード層24が全部除去されるまで行うことが望ましい。しかし、湿式蝕刻工程の時間を制御して前記リセス領域の側壁で前記シード層24の一部だけ除去されるようにする場合もある。
【0059】
図18を参照すれば、第3実施例と同じように、メッキ液を入れられるメッキ装置(図示せず)内に図17に示した基板をローディングした後、メッキ工程を行って前記シード層24が存在するリセス領域内にメッキ層29を形成する。本実施例では第3実施例とは違って、リセス領域の側壁にシード層24が存在しないために、リセス領域のアスペクト比が低くてボイドの形成なしにメッキ層29が非常に良好に形成される。
【0060】
図19を参照すれば、基板の全面に対して表面平坦化工程を行って、リセス領域内のみに表面が平坦化された金属配線層29aを形成する。表面平坦化工程は、前述したように化学機械的研磨工程またはエッチバック工程を通じて行われる。この時化学機械的研磨工程を行う場合、前記メッキ層29と拡散防止層22に対する研磨選択比がほとんど同じスラリーを使用して同時に表面平坦化を行うことが望ましい。
【0061】
以上本発明を詳細に説明したが、本発明は前記実施例に限られずに当業者により多くの変形及び改良が可能である。特に、本発明は前記ライン及びデュアルダマシン構造に適用される以外にも、コンタクトホールまたはビアホールを埋立てる単一形状のプラグの形成にも適用でき、メッキ工程を利用できるかぎり多様な材質のメッキ層を形成できることはもちろんである。
【0062】
【発明の効果】
本発明によれば、第一、金属配線層が形成されるリセス領域内のみにメッキ層が形成されるので、メッキ層を必要以上に厚く形成しなくてもよく、後続する化学機械的研磨工程やエッチバック工程時研磨量を大きく減らすことができる。従って、生産性を高め、製造コストを大きく縮められる。
【0063】
第二、少量のメッキ層を研磨するために同一基板内で研磨工程の均一度に優れ、同一基板内金属配線層の厚さ変化量を減らすことができる。また、過度な研磨工程を進行しなくてもよいので、ディッシングや絶縁膜の侵食のような現象を防止できて半導体素子の信頼性が向上する。
【0064】
第三、リセス領域外側にシード層が残留しないために、化学機械的研磨工程時メッキ層と拡散防止層に対して同じスラリーだけを使用すればよいので工程を単純化できる。
【0065】
第四、リセス領域の側壁に残留するシード層を除去しても十分にメッキ層が形成されうり、それによりリセス領域のアスペクト比が低くなりメッキ層のギャップフィル能力が向上して、ボイドなどの欠陥が防止されて半導体素子の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のラインダマシン構造を有する半導体素子での金属配線形成方法を説明するための断面図である。
【図2】従来のラインダマシン構造を有する半導体素子での金属配線形成方法を説明するための断面図である。
【図3】従来のラインダマシン構造を有する半導体素子での金属配線形成方法を説明するための断面図である。
【図4】従来のデュアルダマシン構造を有する半導体素子での金属配線形成方法を説明するための平面図である。
【図5】従来のデュアルダマシン構造を有する半導体素子での金属配線形成方法を説明するための断面図である。
【図6】従来のデュアルダマシン構造を有する半導体素子での金属配線形成方法を説明するための断面図である。
【図7】従来のデュアルダマシン構造を有する半導体素子での金属配線形成方法を説明するための断面図である。
【図8】本発明の第1実施例に係るラインダマシン構造を有する半導体素子での金属配線形成方法を説明するための断面図である。
【図9】本発明の第1実施例に係るラインダマシン構造を有する半導体素子での金属配線形成方法を説明するための断面図である。
【図10】本発明の第1実施例に係るラインダマシン構造を有する半導体素子での金属配線形成方法を説明するための断面図である。
【図11】本発明の第2実施例に係るラインダマシン構造を有する半導体素子での金属配線形成方法を説明するための断面図である。
【図12】本発明の第2実施例に係るラインダマシン構造を有する半導体素子での金属配線形成方法を説明するための断面図である。
【図13】本発明の第2実施例に係るラインダマシン構造を有する半導体素子での金属配線形成方法を説明するための断面図である。
【図14】本発明の第3実施例に係るデュアルダマシン構造を有する半導体素子での金属配線形成方法を説明するための断面図である。
【図15】本発明の第3実施例に係るデュアルダマシン構造を有する半導体素子での金属配線形成方法を説明するための断面図である。
【図16】本発明の第3実施例に係るデュアルダマシン構造を有する半導体素子での金属配線形成方法を説明するための断面図である。
【図17】本発明の第4実施例に係るデュアルダマシン構造を有する半導体素子での金属配線形成方法を説明するための断面図である。
【図18】本発明の第4実施例に係るデュアルダマシン構造を有する半導体素子での金属配線形成方法を説明するための断面図である。
【図19】本発明の第4実施例に係るデュアルダマシン構造を有する半導体素子での金属配線形成方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
10、20 絶縁層
11 トレンチ領域
12、22 拡散防止層
14、24 シード層
28 下部導電層
16、18、19、26、27 メッキ層
30 コンタクトホール領域
32 ボイド
16a、18a、19a、26a、27a 金属配線層
Claims (10)
- 基板上に形成された絶縁層にリセス領域を形成する段階と、
リセス領域が形成された前記結果物の全面に拡散防止層を形成する段階と、
前記拡散防止層上の全面に前記シード層を形成する段階と、
前記リセス領域内のみに前記シード層が残留するように前記リセス領域外部の前記シード層を化学機械的研磨(CMP)工程により除去する段階と
前記リセス領域内に残留するシード層に対して少なくとも一部が残留するように湿式蝕刻段階と、
メッキにより前記シード層上に導電性のメッキ層を形成する段階とを含むことを特徴とするメッキを用いた金属配線形成方法。 - 前記リセス領域は、前記絶縁層の表面から一定深度でリセスされたライン状のトレンチ領域を含むことを特徴とする請求項1に記載のメッキを用いた金属配線形成方法。
- 前記リセス領域は、前記絶縁層の表面から一定深度でリセスされたライン状のトレンチ領域と、前記絶縁層を貫通するコンタクトホール領域が結合されたことを含むことを特徴とする請求項1に記載のメッキを用いた金属配線形成方法。
- 前記拡散防止層上の全面に前記シード層を形成する段階は、物理的気相蒸着(PVD)法または化学的気相蒸着(CVD)法により行うことを特徴とする請求項1に記載のメッキを用いた金属配線形成方法。
- 前記化学機械的研磨工程に用いられるスラリーは、研磨砥粒が含まれないスラリーを使用することを特徴とする請求項1に記載のメッキを用いた金属配線形成方法。
- 前記化学機械的研磨工程は、前記シード層と前記拡散防止層の研磨選択比が10:1〜1000:1のスラリーを使用してなされることを特徴とする請求項1に記載のメッキを用いた金属配線形成方法。
- 前記リセス領域内に残留するシード層に対する湿式蝕刻段階は、前記リセス領域の底では少なくとも前記シード層が残留するように時間制御されることを特徴とする請求項1に記載のメッキを用いた金属配線形成方法。
- 前記リセス領域内に残留するシード層に対する湿式蝕刻段階は、前記リセス領域の側壁に残留するシード層が全部除去されるように行うことを特徴とする請求項7に記載のメッキを用いた金属配線形成方法。
- 前記メッキにより前記シード層上にメッキ層を形成する段階を行った後、前記絶縁層の表面が露出されるよう表面平坦化工程を行って前記リセス領域内に金属配線層を形成する段階をさらに含む請求項1に記載のメッキを用いた金属配線形成方法。
- 前記表面平坦化工程は、前記拡散防止層とメッキ層に対して研磨速度がほとんど同じスラリーを使用して、化学機械的研磨工程により行うことを特徴とする請求項9に記載のメッキを用いた金属配線形成方法。
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