KR20000056852A - Method of fabricating a metal-interconnect structure in integrated circuit - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for manufacturing a metal interconnection structure in an integrated circuit is provided to eliminate a defect that an upper surface of a dual damascene structure is formed as a shape of a dish, and to avoid a short circuit or a bridging defect caused by a remaining material of a barrier layer on an insulation layer. CONSTITUTION: A method for manufacturing a metal interconnection structure in an integrated circuit comprises the steps of: forming an insulation layer on the entire surface of a semiconductor substrate; forming a trench in the insulation layer; forming a first barrier layer on an exposed entire surface of the insulation layer, not filling up the trench completely; forming a second barrier layer on an exposed entire surface of the first barrier layer, not filling up the trench completely; eliminating the first and second barrier layer covering the entire insulation layer excluding the trench; evaporating a metal on the entire surface of the insulation layer to form a metalization layer for filling up the trench completely; and performing a selective removal process for eliminating the metalization layer covering the insulation layer.

Description

집적회로 내의 금속 상호연결 구조의 제조 방법{METHOD OF FABRICATING A METAL-INTERCONNECT STRUCTURE IN INTEGRATED CIRCUIT}METHOD OF FABRICATING A METAL-INTERCONNECT STRUCTURE IN INTEGRATED CIRCUIT}

본 발명은 반도체 제조 방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 집적회로 내의 금속 상호연결(metal-interconnect) 구조를 제조하는 방법에 관한 것이다. 더욱 더 구체적으로는, 본 발명의 방법은 구리-베이스드 이중 다마신(copper-based dual damascene) 구조의 제조에 유용하고, 일반적으로 구리-화학적 기계적 연마(Cu-CMP ; copper-chemical mechanical polish)로 불리는 이중 다마신 구조를 형성하기 위해 구리-베이스드 금속화막(copper-based metallization layer)을 연마하기 위해 요구되는 화학적 기계적 연마 기술이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor, and more particularly, to a method of manufacturing a metal-interconnect structure in an integrated circuit. Even more specifically, the process of the present invention is useful for the production of copper-based dual damascene structures and is generally copper-chemical mechanical polish (Cu-CMP). It is a chemical mechanical polishing technique required to polish a copper-based metallization layer to form a double damascene structure called.

고집적 회로(VLSI ICs; Very Large Scale Integration ICs)와 같은 고밀도 집적 회로는 일반적으로 집적회로 내의 다양한 구성 요소를 전기적으로 연결하기 위한 배선 구조(wiring line)로 제공되는 두 개 이상의 금속 상호연결 구조를 포함하는 다층 상호연결 구조(multi-level interconnect structure)로 형성된다. 다층 상호연결 구조는 집적회로 내에 형성된 MOS 트랜지스터의 소오스/드레인 영역에 전기적으로 연결되는 금속 상호연결 구조의 제 1 막(베이스막; base layer)을 포함하고, 절연막에 의해 금속 상호연결 구조의 상기 베이스막과 분리된 금속 상호연결 구조의 적어도 하나의 제 2 막을 포함한다. 상기 금속 상호연결 구조의 제 2 막은 절연막 내에 형성된 금속 플러그(또는 비아라 함)를 경유한 금속 상호연결 구조의 베이스막과 전기적으로 연결되어 있다. 금속 상호연결 구조의 또 다른 막이 다층 상호연결 구조를 구성하는 금속 상호연결 구조의 제 2 막 전면에 형성될 수 있다.High density integrated circuits, such as Very Large Scale Integration ICs (VLSI ICs), typically include two or more metal interconnect structures provided as wiring lines for electrically connecting various components within the integrated circuit. It is formed of a multi-level interconnect structure. The multilayer interconnect structure includes a first layer (base layer) of a metal interconnect structure electrically connected to a source / drain region of a MOS transistor formed in an integrated circuit, wherein the base of the metal interconnect structure is formed by an insulating film. At least one second membrane of the metal interconnect structure separate from the membrane. The second film of the metal interconnect structure is electrically connected to the base film of the metal interconnect structure via a metal plug (or via) formed in the insulating film. Another film of the metal interconnect structure may be formed on the front surface of the second film of the metal interconnect structure that constitutes the multilayer interconnect structure.

그러나, 종래 다층 상호연결 구조의 하나의 결점은, 집적 회로 소자가 더 스케일다운(scaled down) 될 때 이웃한 금속 라인 사이의 커패시터적인 효과(capacitive effect)를 증가시키는 원인이 되고, 따라서 저항-커패시턴스(RC) 지연 및 금속 플러그 내의 크로스 토크(cross talk)를 증가시키게 된다. 결과적으로, 금속 상호연결 구조 내의 금속 라인을 통한 데이터(data)의 전송은 느려지게 되고, 따라서 집적 회로 소자의 성능이 저하된다.However, one drawback of the conventional multilayer interconnection structure is that it increases the capacitive effect between neighboring metal lines when the integrated circuit device is further scaled down, and thus resistance-capacitance (RC) This increases the delay and cross talk in the metal plug. As a result, the transmission of data through the metal lines in the metal interconnect structure becomes slow, thus degrading the performance of the integrated circuit device.

집적회로 내의 데이터 전송 라인의 전도도를 증가시키기 위해서, 구리가 현재 집적회로 내의 금속 상호연결 구조를 형성하기 위해 실험되고 있다. 공정을 단순화시키기 위해서, 금속 상호연결 구조는 금속 플러그 또는 소위 이중 다마신 공정에 의한 플러그와 연관되어 함께 형성될 수 있다. 종래 금속 플러그와 더불어 금속 상호연결 구조를 제조하기 위한 이중 다마신 공정은 도 1a 내지 도 1d를 참조하여 다음에 서술하고자 한다.To increase the conductivity of data transmission lines in integrated circuits, copper is currently being experimented to form metal interconnect structures in integrated circuits. To simplify the process, the metal interconnect structures can be formed together in conjunction with a metal plug or a plug by a so-called dual damascene process. A dual damascene process for producing metal interconnect structures in addition to conventional metal plugs is described next with reference to FIGS. 1A-1D.

도 1a를 참조하면, 초기 단계에서, 반도체 기판(10)이 준비된다. 다음, 실리콘 다이옥사이드(silicon dioxide)막과 같은 절연막(12)이 상기 기판(10)의 전체 상부 표면상에 증착 된다.Referring to FIG. 1A, in an initial step, the semiconductor substrate 10 is prepared. Next, an insulating film 12 such as a silicon dioxide film is deposited on the entire upper surface of the substrate 10.

도 1b에 있어서, 후속 단계로, 상기 절연막(12) 내에 미리 정의된 곳 즉, 금속 상호연결 구조가 형성되는 곳에 트렌치(14a)를 형성하기 위해 포토리소그라피 공정 및 등방성 식각(anisotropic etch) 공정이 차례로 수행된다. 이 트렌치(14a)는 상기 기판(10)의 표면을 노출시키지 않고 상기 절연막(12) 내에 소정의 깊이로 형성된다.In FIG. 1B, in a subsequent step, a photolithography process and an isotropic etch process in order to form the trench 14a in the predefined location in the insulating film 12, that is, where the metal interconnect structure is formed. Is performed. The trench 14a is formed in the insulating film 12 to a predetermined depth without exposing the surface of the substrate 10.

도 1c를 참조하면, 상기 기판(10)의 상부 표면이 노출될 때까지 트렌치(14a) 하부에 놓여진 절연막(12)의 폭이 좁아진 부분을 더 제거하기 위해, 포토리소그라피 공정 및 등방성 식각 공정이 다시 수행된다. 뒤에 남겨진 보이드 부분(void portion)은 콘택 오프닝(contact opening)(또는 비아 오프닝이라 함)으로 제공되고, 여기서 참조 번호 14b로 가리키고 있다. 도 1c에 도시된 바와 같이, 콘택 오프닝(14b)은 상기 트렌치(14a) 보다 폭이 더 좁다. 모든 노출된 기판(10)의 표면 및 절연막(12) 상에 대체로 균일한 두께로 탄탈륨(Ta) 또는 탄탈륨 나이트라이드(TaN)와 같은 내열 금속으로 배리어막(16)이 증착 된다. 이 배리어막(16)은 상기 절연막(12)과 상기 트렌치(14a) 및 콘택 오프닝(14b) 내의 구리와 같은 후속 증착 금속간의 접착력(bonding strength)을 증가시킬 수 있고, 또한 트렌치(14a) 및 콘택 오프닝(14b) 내에 증착된 금속이 이웃한 구성 요소(components)로 확산되는 것을 방지할 수 있다.Referring to FIG. 1C, the photolithography process and the isotropic etching process are again performed to further remove the narrowed portion of the insulating layer 12 disposed under the trench 14a until the upper surface of the substrate 10 is exposed. Is performed. The void portion left behind is provided as a contact opening (or via opening), which is indicated by reference numeral 14b. As shown in FIG. 1C, the contact opening 14b is narrower than the trench 14a. The barrier film 16 is deposited on the surface of all exposed substrates 10 and the insulating film 12 with a heat resistant metal such as tantalum (Ta) or tantalum nitride (TaN) in a substantially uniform thickness. This barrier film 16 may increase the bonding strength between the insulating film 12 and subsequent trench metals such as copper in the trench 14a and the contact opening 14b, and may also increase the trench 14a and contact. Metal deposited in the opening 14b can be prevented from diffusing into neighboring components.

다음, 도 1d를 참조하면, 상기 콘택 오프닝(14b) 내에 금속 플러그(18b)를 형성하고, 트렌치(14a) 내에 금속 상호연결 구조를 형성하기 위해, 구리와 같은 금속이 상기 콘택 오프닝(14b) 및 트렌치(14a) 내로 증착 된다. 상기 금속 상호연결 구조(18a) 및 상기 금속 플러그(18b)의 조합은 이중 다마신 구조를 나타낸다. 상기 금속이 상기 트렌치(14a)의 상부 레벨(top level) 이상으로 증착 되고, 상기 절연막(12)의 최상부 표면에 놓여 있는 배리어막(16) 부분은 원하지 않는 것이므로, 금속 상호연결 구조(18a)의 과잉 상부 부분(excessive upper part) 및 상기 절연막(12)의 최상부 표면상의 배리어막(16)의 원하지 않는 부분을 연마하기 위해서 화학적 기계적 연마(CMP) 공정이 수행된다. 이로써 집적 회로 소자 내의 이중 다마신 구조의 제조가 완성된다. 이중 다마신 구조에 있어서, 금속 상호연결 구조(18a)는 집적 회로 소자 내의 금속 상호연결 구조의 한 레벨(one level)로 작용하고, 상기 금속 플러그(18b)를 경유하여 트랜지스터 소자(도면에 미도시) 또는 반도체 기판(10) 내에 형성된 후속의 금속 상호연결 구조(도면에 미도시)의 하부 레벨(lower level)과 전기적으로 연결된다.Next, referring to FIG. 1D, a metal, such as copper, is used to form the metal plug 18b in the contact opening 14b and the metal interconnect structure in the trench 14a. It is deposited into trench 14a. The combination of the metal interconnect structure 18a and the metal plug 18b represents a dual damascene structure. Since the metal is deposited above the top level of the trench 14a and the portion of the barrier film 16 lying on the top surface of the insulating film 12 is not desired, the metal interconnect structure 18a may be of interest. A chemical mechanical polishing (CMP) process is performed to polish the excess upper part and unwanted portions of the barrier film 16 on the top surface of the insulating film 12. This completes the fabrication of the dual damascene structure in the integrated circuit device. In the dual damascene structure, the metal interconnect structure 18a acts as one level of the metal interconnect structure in the integrated circuit device and via the metal plug 18b a transistor device (not shown in the figure). Or a lower level of a subsequent metal interconnect structure (not shown in the figure) formed in the semiconductor substrate 10.

그러나, 상술한 방법의 하나의 결점은, 상기 금속 상호연결 구조(18a)의 상부 표면이 도 1d에 도시된 바와 같이, 전체적으로 디시 모양(dish-like shape)으로 만들어지는 원인이 되는 금속 상호연결 구조(18a)에 대한 화학적 기계적 연마 공정이다. 이러한 원하지 않는 디싱 효과(dishing effect)는 다음의 사실 즉, 화학적 기계적 연마 공정 동안, 상기 금속 상호연결 구조(18a)에 작용하는 연마율(polish rate)이 상기 배리어막(16)에 작용하는 연마율과 매우 다르다는 것에 기인한다. 예를 들어, 상기 금속 상호연결 구조(18a)가 구리(Cu)로써 형성되고, 상기 배리어막(16)이 탄탈륨 나이트라이드(TaN)로써 형성되는 경우, 화학적 기계적 연마 공정시 Cu와 TaN의 선택비(selectivity)는 8 내지 16이 된다. 그리고, 배리어막(16)이 탄탈륨(Ta)으로 형성되는 경우, Cu와 Ta의 선택비는 12 내지 20이 된다. 이처럼 높은 선택비는 화학적 기계적 연마 공정이 상기 배리어막(16)보다 상기 구리-베이스드 금속 상호연결 구조(18a)에 더 빠르게 작용하는 원인이 되고, 따라서 결과적으로 상기 금속 상호연결 구조(18a)의 상부 표면에 원하지 않는 디시 모양(19)이 형성된다.However, one drawback of the method described above is that the metal interconnect structure causes the top surface of the metal interconnect structure 18a to be made entirely in a dish-like shape, as shown in FIG. 1D. A chemical mechanical polishing process for 18a. This undesired dishing effect is due to the following fact: during the chemical mechanical polishing process, the polishing rate at which the polishing rate acting on the metal interconnect structure 18a acts on the barrier film 16. Due to being very different. For example, when the metal interconnect structure 18a is formed of copper (Cu) and the barrier layer 16 is formed of tantalum nitride (TaN), the selectivity ratio of Cu and TaN in a chemical mechanical polishing process selectivity is 8 to 16. When the barrier film 16 is formed of tantalum (Ta), the selectivity between Cu and Ta is 12 to 20. This high selectivity causes the chemical mechanical polishing process to act on the copper-based metal interconnect structure 18a faster than the barrier film 16 and, consequently, the metal interconnect structure 18a. Undesired dish shapes 19 are formed on the top surface.

이러한 디시 모양(19)은 웨이퍼(wafer)의 상부 표면 전체가 매우 평탄하지 못하게 하고, 따라서 후속으로 증착 되는 절연 산화막을 평탄도(planarization)에 있어서 불량하게 만든다. 이것은 상기 산화막의 침식(erosion)의 원인이 되고, 결과적으로 금속 상호연결 구조(18a)의 저항을 증가시키고, 따라서 결과적인 집적 회로 소자의 성능을 저하시킨다.This dish shape 19 makes the entire upper surface of the wafer very uneven, thus making the subsequently deposited insulating oxide poor in planarization. This causes the erosion of the oxide film and consequently increases the resistance of the metal interconnect structure 18a, thus degrading the performance of the resulting integrated circuit device.

더구나, 상기 절연막(12)의 최상부 표면에 놓여 있는 상기 배리어막(16)의 원하지 않는 부분은 화학적 기계적 연마 공정에 의해 항상 완전히 연마되지는 않는다. 상기 화학적 기계적 연마 공정 후 상기 절연막(12) 상에 여전히 잔류물이 남게 되고, 이것은 원하지 않는 단락 회로(short-circuit) 및 브리지 효과(bridging effect)의 원인이 된다.Moreover, unwanted portions of the barrier film 16 lying on the top surface of the insulating film 12 are not always completely polished by a chemical mechanical polishing process. After the chemical mechanical polishing process, a residue still remains on the insulating film 12, which causes unwanted short-circuit and bridging effects.

상술한 문제에 대한 종래의 해결 방법은 구리-베이스드 금속 상호연결 구조(18a)와 탄탈륨(Ta) 또는 탄탈륨 나이트라이드(TaN) 베이스드 배리어막(16)간의 원하지 않는 높은 화학적 기계적 연마 선택비를 줄이기 위해서, 다양한 종류의 슬러리(slurry) 및 다른 연마 패드(polish pads)로써, 다층 연마 단계(multiple polish steps)를 사용하는 것이다. 그러나, 이러한 실시예는 전체 공정을 매우 복잡하게 하는 화학적 기계적 연마 공정의 재작업(rework) 수를 매우 증가시키게 되고, 따라서 구현에 비용이 많이 들게 된다.Conventional solutions to the above-mentioned problems provide an undesirably high chemical mechanical polishing selectivity between the copper-based metal interconnect structure 18a and the tantalum (Ta) or tantalum nitride (TaN) based barrier film 16. To reduce, it is to use multiple polish steps with various kinds of slurries and other polishing pads. However, this embodiment greatly increases the number of rework of the chemical mechanical polishing process, which greatly complicates the overall process, and therefore is expensive to implement.

본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 구리-베이스드 이중 다마신 구조를 내성(resistance) 및 평탄도(planarization)에 있어서 높게 만들기 위해서, 구리-베이스드 금속화막과 탄탈륨 또는 탄탈륨 나이트라이드-베이스드 배리어막 사이의 높은 화학적 기계적 연마 선택비에 의한 구리-베이스드 이중 다마신 구조의 원하지 않는 디싱을 방지하기 위한 구리-베이스드 이중 다마신 구조의 제조에 사용될 수 있는 집적 회로 내의 금속 상호연결 구조를 제조하는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above-mentioned problems, and in order to make the copper-based double damascene structure high in resistance and planarization, a copper-based metallization film and tantalum or tantalum Within integrated circuits that can be used to fabricate copper-based double damascene structures to prevent unwanted dishing of copper-based double damascene structures by high chemical mechanical polishing selectivity between nitride-based barrier films. Its purpose is to provide a method of manufacturing a metal interconnect structure.

본 발명의 다른 목적은 화학적 기계적 연마 공정 후 절연막 전면에 남아 있는 배리어막의 잔류물의 존재로 인한 단락 회로 및 브리지를 방지하기 위한 구리-베이스드 이중 다마신 구조의 제조 방법에 사용될 수 있는 집적 회로 내의 금속 상호연결 구조를 제조하는 방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is a metal in an integrated circuit that can be used in a method of manufacturing a copper-based double damascene structure to prevent short circuits and bridges due to the presence of residues of the barrier film remaining on the front surface of the insulating film after a chemical mechanical polishing process. It is to provide a method for manufacturing the interconnect structure.

도 1a 내지 도 1d는 금속 상호연결 구조 및 금속 플러그를 포함하는 이중 다마신 구조(dual damascene structure)를 제조하기 위한 종래의 이중 다마신 공정에 포함된 공정들을 설명하는데 사용되는 도면;1A-1D are views used to describe the processes involved in a conventional dual damascene process for producing a dual damascene structure comprising a metal interconnect structure and a metal plug;

도 2a 내지 도 2f 그리고 도 3은 구리-베이스드 이중 다마신 구조를 제조하는데 본 발명의 방법을 사용하는 반도체 제조 공정에 포함된 단계들을 설명하는데 사용되는 도면; 및2A-2F and 3 are used to illustrate the steps involved in a semiconductor fabrication process using the method of the invention to fabricate a copper-based dual damascene structure; And

도 4a 내지 도 4f는 구리-베이스드 이중 다마신 구조를 제조하는데 본 발의 방법을 사용하는 반도체 제조 공정에 포함된 단계들을 설명하는데 사용되는 도면이다.4A-4F are diagrams used to illustrate the steps involved in a semiconductor fabrication process using the method of the present invention to fabricate a copper-based dual damascene structure.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

10, 20, 40 : 반도체 기판 12, 22, 42 : 절연막10, 20, 40: semiconductor substrate 12, 22, 42: insulating film

14a, 26, 46 : 트렌치 14b, 24, 44 : 콘택 오프닝14a, 26, 46: trench 14b, 24, 44: contact opening

16, 48 : 배리어막 18a, 34a, 50a : 금속 상호연결 구조16, 48: barrier film 18a, 34a, 50a: metal interconnect structure

18b, 34b, 50b : 금속 플러그 19 : 디시 모양18b, 34b, 50b: metal plug 19: dish shape

28 : 제 1 배리어막 30 : 제 2 배리어막28: first barrier film 30: second barrier film

32 : 포토레지스트막 34, 50 : 금속화막32: photoresist film 34, 50: metallization film

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면, 집적회로 내의 금속 상호연결 구조를 제조하는 방법이 제공된다. 본 발명의 방법은 특히 두 개의 통합된 금속화 부분 즉, 금속 상호연결 구조 및 금속 플러그를 포함하는 구리-베이스드 이중 다마신 구조의 제조에 유용하다. 그러나, 대체로 말하면, 본 발명은 집적회로 내의 금속 상호연결 구조를 제조하는 방법으로 제한된다.According to the present invention for achieving the above object, a method for manufacturing a metal interconnect structure in an integrated circuit is provided. The process of the invention is particularly useful for the production of copper-based dual damascene structures comprising two integrated metallized parts, namely metal interconnect structures and metal plugs. Generally speaking, however, the present invention is limited to methods of fabricating metal interconnect structures in integrated circuits.

본 발명의 방법은 금속 상호연결 구조를 제조하는 방법으로서 넓게 정의되었을 때, 다음의 단계를 포함한다. 즉, 반도체 기판 전면에 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막 내에 트렌치를 형성하는 단계; 상기 트렌치를 완전히 채우지 않으면서 상기 기판 및 절연막의 모든 노출된 표면 전체에 제 1 배리어막을 형성하는 단계; 상기 트렌치를 완전히 채우지 않으면서 상기 제 1 배리어막의 모든 노출된 표면 전체에 제 2 배리어막을 형성하는 단계; 상기 트렌치 상부의 절연막 상에 직접 덮인 제 1 및 제 2 배리어막을 제거하는 단계; 상기 트렌치를 완전히 채우는 금속화막을 형성하도록 상기 절연막 전면에 금속을 증착 하는 단계; 및 상기 절연막의 표면상에 덮인 금속화막의 일부를 제거하여 남아 있는 부분인 트렌치 내에 증착된 금속화막이 원하는 금속 상호연결 구조로 제공되도록 하는 단계를 포함한다.The method of the present invention, when broadly defined as a method of manufacturing a metal interconnect structure, includes the following steps. That is, forming an insulating film on the entire surface of the semiconductor substrate; Forming a trench in the insulating film; Forming a first barrier film over all of the exposed surfaces of the substrate and insulating film without completely filling the trench; Forming a second barrier film over all of the exposed surface of the first barrier film without completely filling the trench; Removing the first and second barrier layers directly covered on the insulating layer over the trench; Depositing a metal on the entire surface of the insulating film to form a metallization film completely filling the trench; And removing a portion of the metallization film covered on the surface of the insulating film so that the metallization film deposited in the remaining portion of the trench is provided in a desired metal interconnect structure.

상술한 바와 같이, 본 발명은 집적회로 내의 금속 상호연결 구조를 제조하는 방법으로써 넓게 정의된다. 그러나, 실제로, 본 발명의 방법은 본 발명의 배경 기술에서 언급된 종래 기술의 결점을 제거하기 위한 목적으로, 특히 두 개의 통합된 금속화 부분 즉, 금속 상호연결 구조 및 금속 플러그를 포함하는 구리-베이스드 이중 다마신 구조의 제조 방법에 유용하다.As mentioned above, the present invention is broadly defined as a method of manufacturing metal interconnect structures in integrated circuits. In practice, however, the method of the present invention aims at eliminating the drawbacks of the prior art mentioned in the background of the present invention, in particular copper- comprising two integrated metallized parts, namely metal interconnect structures and metal plugs. It is useful in the process for producing a based double damascene structure.

(실시예 1)(Example 1)

도 2a 내지 도 2f 그리고 도 3은 집적회로 내의 구리-베이스드 이중 다마신 구조를 제조하는데 본 발명의 방법을 사용하는 반도체 제조 공정에 포함된 단계들을 설명하는데 사용되는 도면이다.2A-2F and 3 are diagrams used to illustrate the steps involved in a semiconductor fabrication process using the method of the present invention to fabricate a copper-based dual damascene structure in an integrated circuit.

먼저, 도 2a를 참조하면, 초기 단계에 있어서, 반도체 기판(20)이 준비된다. 이 기판(20)에는 이미 트랜지스터 소자(transistor element)(도면에 미도시) 또는 금속 상호연결 구조의 하부 레벨(도면에 미도시)이 형성되어 있다. 본 발명에 따른 제조 방법에 의한 금속 상호연결 구조는 전자의 경우에 있어서, 금속 상호연결 구조의 베이스 레벨로서 사용되고 후자의 경우에 있어서, 금속 상호연결 구조의 후속의 더 높은 레벨로 사용된다. 대체로 말하면, 본 발명의 방법은 다층 상호연결 구조를 위한 금속 상호연결 구조의 어떤 레벨을 형성하는데도 사용 가능하다.First, referring to FIG. 2A, in an initial step, the semiconductor substrate 20 is prepared. The substrate 20 is already formed with a transistor element (not shown) or a lower level (not shown) of a metal interconnect structure. The metal interconnect structure by the manufacturing method according to the invention is used as the base level of the metal interconnect structure in the former case and at the subsequent higher level of the metal interconnect structure in the latter case. Generally speaking, the method of the present invention can be used to form any level of metal interconnect structure for a multilayer interconnect structure.

다음, 상기 기판(20)의 전체 상부 표면상에 화학기상증착(chemical-vapor deposition; CVD)을 통해 실리콘 다이옥사이드(SiO2), BPSG(borophophosilicate glass), 또는 PSG(phosphosilicate glass) 등과 같은 절연 물질을 사용하여 절연막(22)이 7000Å 내지 10000Å의 두께를 갖도록 형성된다. 다음, 이 절연막(22)이 예를 들어, 에치 백 공정(etch-back process) 또는 화학적 기계적 연마를 통해 평탄화 된다.Next, an insulating material such as silicon dioxide (SiO 2), borophophosilicate glass (BPSG), or phosphosilicate glass (PSG) is used through chemical vapor deposition (CVD) on the entire upper surface of the substrate 20. Thus, the insulating film 22 is formed to have a thickness of 7000 kPa to 10000 kPa. This insulating film 22 is then planarized, for example, by an etch-back process or chemical mechanical polishing.

이어서, 상기 절연막(22) 내에 트렌치(26) 및 콘택 오프닝(또는 비아 오프닝이라 함)(24)이 차례로 형성된다. 이때, 상기 콘택 오프닝(24)은 상기 트렌치(26) 보다 더 작은 폭을 갖도록 형성된다. 상기 트렌치(26)는 예를 들어, 먼저 상기 트렌치(26)가 형성된 곳 이외의 모든 절연막을 마스크 하기 위한 포토리소그라피 공정이 수행되고, 이어서 상기 절연막의 마스크 되지 않은 부분에 대해 등방성 식각 공정이 수행되는데, 상기 절연막(22) 내의 소정의 엔드 포인트(end point)에 도달할 때까지 수행되거나, 상기 절연막(22) 내의 소정의 깊이에 도달하도록 소정의 시간 주기(time period) 동안 수행된다. 상기 콘택 오프닝(24)은 하부의 트랜지스터 소자(도면에 미도시)의 콘택 영역 또는 기판(20) 내의 금속 상호연결 구조(도면에 미도시)의 후속의 하부 레벨이 노출될 때까지 동일한 포토리소그라피 공정 및 등방성 식각 공정을 수행함으로써 형성될 수 있다.Subsequently, a trench 26 and a contact opening (or via opening) 24 are sequentially formed in the insulating film 22. In this case, the contact opening 24 is formed to have a smaller width than the trench 26. For example, the trench 26 is first subjected to a photolithography process for masking all insulating films except where the trench 26 is formed, and then an isotropic etching process is performed on the unmasked portions of the insulating film. It is performed until a predetermined end point in the insulating film 22 is reached, or for a predetermined time period to reach a predetermined depth in the insulating film 22. The contact opening 24 is subjected to the same photolithography process until the underlying region of the transistor device (not shown) or the subsequent lower level of the metal interconnect structure (not shown) is exposed in the substrate 20. And isotropic etching processes.

도 2b를 참조하면, 후속 단계에 있어서, 모든 노출된 기판(20)의 표면 및 절연막(22) 상에 CVD 공정을 통해 300Å 내지 500Å의 대체로 균일한 두께로 탄탈륨(Ta) 또는 탄탈륨 나이트라이드(TaN)와 같은 내열 금속으로 제 1 배리어막(28)이 증착 된다. 다음, 유사한 방법으로 상기 제 1 배리어막(28)의 노출된 표면 전체에 제 2 배리어막(30)이 형성되고, 이때 상기 제 1 배리어막(28)을 형성하기 위해 사용된 내열 금속 중 나이트라이드를 제외한 금속을 사용하여 형성된다. 예를 들어, 상기 제 1 배리어막(28)이 탄탈륨(Ta)으로 형성된 경우, 상기 제 2 배리어막(30)은 탄탈륨 나이트라이드(TaN)로 형성된다. 반면, 상기 제 1 배리어막(28)이 티타늄(Ti)으로 형성된 경우, 상기 제 2 배리어막(30)은 티타늄 나이트라이드(TiN)로 형성된다. 배리어막으로서 Ta/TaN의 조합막은 상기 절연막(22)과 후속 공정으로 콘택 오프닝(24)과 트렌치(26) 내에 증착 되는 구리 사이의 접착력을 증가시킬 수 있고, 또한 증착된 구리가 이웃한 구성 요소로 확산되는 것을 방지할 수 있다.Referring to FIG. 2B, in a subsequent step, tantalum (Ta) or tantalum nitride (TaN) in a substantially uniform thickness of 300 kPa to 500 kPa through a CVD process on the surface of all exposed substrates 20 and the insulating film 22. The first barrier layer 28 is deposited using a heat resistant metal such as). Next, a second barrier film 30 is formed over the entire exposed surface of the first barrier film 28 in a similar manner, wherein nitride of the heat resistant metal used to form the first barrier film 28 is formed. It is formed using a metal except for. For example, when the first barrier layer 28 is formed of tantalum (Ta), the second barrier layer 30 is formed of tantalum nitride (TaN). On the other hand, when the first barrier layer 28 is formed of titanium (Ti), the second barrier layer 30 is formed of titanium nitride (TiN). The combination film of Ta / TaN as a barrier film can increase the adhesion between the insulating film 22 and the copper deposited in the contact opening 24 and the trench 26 in a subsequent process, and the deposited copper is a component adjacent thereto. Can be prevented from spreading.

도 2c 또는 도 3에 있어서, 상기 트렌치를 제외한 절연막 상에 직접 덮인 제 1 및 제 2 배리어막(26, 28)이 제거된다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 트렌치(26)를 제외한 절연막(22)의 최상부 표면 전체에 덮인 제 2 배리어막(30)이 노출되도록 상기 트렌치(26)가 형성된 곳에 포토레지스트막(32)이 선택적으로 도포 된다. 다음, 상기 포토레지스트막(32)을 마스크로 사용하여 웨이퍼 상에서 식각 공정 바람직하게, 등방성 식각 공정이 수행되는데, 상기 절연막(22)의 상부 표면이 노출될 때까지 상기 트렌치(26)를 제외한 제 2 배리어막(30) 및 제 1 배리어막(28)의 마스크 되지 않은 부분을 모두 식각 하도록 수행된다. 또는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 트렌치(26)를 제외한 절연막(22)의 최상부 표면 전면에 덮인 제 1 및 제 2 배리어막(28, 30)에 대해 화학적 기계적 연마 공정이 수행된다.2C or 3, the first and second barrier films 26 and 28 directly covered on the insulating film except for the trench are removed. As shown in FIG. 2C, the photoresist layer 32 is formed where the trench 26 is formed such that the second barrier layer 30 covered over the entire top surface of the insulating layer 22 except for the trench 26 is exposed. It is applied selectively. Next, an etching process, preferably an isotropic etching process, is performed on the wafer using the photoresist film 32 as a mask, wherein the second except the trench 26 is exposed until the upper surface of the insulating film 22 is exposed. The unmasked portions of the barrier layer 30 and the first barrier layer 28 are both etched. Alternatively, as shown in FIG. 3, a chemical mechanical polishing process is performed on the first and second barrier films 28 and 30 covered on the entire top surface of the insulating film 22 except for the trench 26.

상기 트렌치(26)를 제외한 절연막(22)의 최상부 표면에 덮인 제 1 및 제 2 배리어막(28, 30)의 마스크 되지 않은 부분을 제거하는 것이 후속의 트렌치(26) 내에 증착된 구리의 디싱 결함을 제거할 수 있다는 것이 본 발명의 특징이다. 이것은 후속 화학적 기계적 연마 공정이 다만 트렌치(26) 내의 구리에만 작용할 뿐 종래 기술에서와 같이, 현재 제거된 제 1 및 제 2 배리어막(28, 30)의 부분에 대해서는 작용하지 않기 때문이다.Removal of the unmasked portions of the first and second barrier films 28, 30 covered on the top surface of the insulating film 22 except for the trench 26 is a dishing defect of copper deposited in the subsequent trench 26. It is a feature of the invention that it can be removed. This is because the subsequent chemical mechanical polishing process only acts on the copper in the trench 26 but not on the portions of the first and second barrier films 28 and 30 that are currently removed, as in the prior art.

도 2d를 참조하면, 상기 트렌치(26) 및 콘택 오프닝(24) 내에 남아 있는 제 1 배리어막(28)이 여기서 참조 번호 28a로 표시되어 있고, 한편 제 2 배리어막(30)의 남아 있는 부분은 참조 번호 30a로 표시되어 있다. 후속 단계로서, 상기 포토레지스트막(32)이 예를 들어, 산소 플라즈마(oxygen plasma) 공정을 통해 완전히 제거된다.Referring to FIG. 2D, the first barrier film 28 remaining in the trench 26 and the contact opening 24 is indicated here by reference numeral 28a, while the remaining portion of the second barrier film 30 is It is indicated by reference numeral 30a. As a subsequent step, the photoresist film 32 is completely removed through, for example, an oxygen plasma process.

도 2e에 있어서, 상기 콘택 오프닝(24) 및 트렌치(26)를 완전히 채우는 금속화막(34)을 형성하기 위해서, 상기 절연막(22)의 최상부 표면상에 소정 두께가 될 때까지 웨이퍼의 상부 표면 전체에 금속 바람직하게 구리가 증착 된다. 상기 금속화막(34)은 예를 들어, CVD 공정 또는 PVD(physical vapor deposition) 공정, 또는 ECD(electro-chemical deposition) 공정을 통해 형성될 수 있다. 만일 ECD가 사용된다면, 상기 웨이퍼 전면에 PVD 씨드막(도면에 미도시)이 먼저 형성되는 것이 요구된다.In FIG. 2E, the entire upper surface of the wafer until a predetermined thickness is formed on the top surface of the insulating film 22 to form a metallization film 34 which completely fills the contact opening 24 and the trench 26. On metal is preferably copper deposited. The metallization layer 34 may be formed through, for example, a CVD process, a physical vapor deposition (PVD) process, or an electro-chemical deposition (ECD) process. If ECD is used, it is required to first form a PVD seed film (not shown) on the entire surface of the wafer.

도 2f를 참조하면, 상기 절연막(22)의 상부 표면이 노출될 때까지 상기 금속화막(34)에 대해 화학적 기계적 연마 공정과 같은 선택적인 제거 공정(selective removal process)이 수행된다. 상기 콘택 오프닝(24) 내의 금속화막(34)의 잔류물은 금속 플러그(34b)로 제공되고, 한편 상기 트렌치(26) 내의 금속화막(34)의 잔류물은 금속 상호연결 구조(34a)로 제공된다. 상기 금속 상호연결 구조(34a) 및 금속 플러그(34b)의 조합은 이중 다마신 구조를 구성하고, 상기 금속 상호연결 구조(34a)는 상기 금속 플러그(34b)를 통해 하부의 트랜지스터 소자(도면에 미도시) 또는 반도체 기판 내에 형성된 후속의 금속 상호연결 구조(도면에 미도시)의 하부 레벨과 전기적으로 연결된다.Referring to FIG. 2F, a selective removal process, such as a chemical mechanical polishing process, is performed on the metallization film 34 until the upper surface of the insulating film 22 is exposed. Residues of metallization film 34 in contact opening 24 are provided as metal plugs 34b, while residues of metallization film 34 in trenches 26 are provided as metal interconnect structures 34a. do. The combination of the metal interconnect structure 34a and the metal plug 34b constitutes a dual damascene structure, and the metal interconnect structure 34a passes through the metal plug 34b to the lower transistor element (not shown in the figure). Or lower level of a subsequent metal interconnect structure (not shown in the figure) formed in the semiconductor substrate.

(실시예 2)(Example 2)

도 4a 내지 도 4f는 집적 회로 내에서 구리-베이스드 이중 다마신 구조를 제조하는데 본 발명의 방법을 사용하는 반도체 제조 공정에 포함된 단계들을 설명하는데 사용되는 도면이다.4A-4F are diagrams used to illustrate the steps involved in a semiconductor fabrication process using the method of the present invention to fabricate a copper-based dual damascene structure in an integrated circuit.

도 4a를 참조하면, 초기 단계에 있어서, 반도체 기판(40)이 준비된다. 이 기판(40)에는 이미 트랜지스터 소자(transistor element)(도면에 미도시) 또는 금속 상호연결 구조의 하부 레벨(도면에 미도시)이 형성되어 있다. 본 발명에 따른 제조 방법에 의한 금속 상호연결 구조는 전자의 경우에 있어서, 금속 상호연결 구조의 베이스 레벨로서 작용하고 후자의 경우에 있어서는, 금속 상호연결 구조의 후속의 더 높은 레벨로 작용한다. 대체로 말하면, 본 발명의 방법은 다층 상호연결 구조를 위한 금속 상호연결 구조의 어떤 레벨을 형성하는데도 사용 가능하다.Referring to FIG. 4A, in an initial step, the semiconductor substrate 40 is prepared. The substrate 40 is already formed with a transistor element (not shown) or a lower level (not shown) of a metal interconnect structure. The metal interconnect structure by the manufacturing method according to the invention acts as the base level of the metal interconnect structure in the former case and at the subsequent higher level of the metal interconnect structure in the latter case. Generally speaking, the method of the present invention can be used to form any level of metal interconnect structure for a multilayer interconnect structure.

다음, 상기 기판(40)의 전체 상부 표면상에 7000Å 내지 10000Å의 두께를 갖도록 화학기상증착(chemical-vapor deposition; CVD)을 통해 실리콘 다이옥사이드(SiO2), BPSG(borophophosilicate glass), 또는 PSG(phosphosilicate glass) 등과 같은 절연 물질을 사용한 절연막(42)이 형성된다. 다음, 이 절연막(42)이 예를 들어, 에치 백 공정(etch-back process) 또는 화학적 기계적 연마를 통해 평탄화 된다.Next, silicon dioxide (SiO 2), borophophosilicate glass (BPSG), or phosphosilicate glass (PSG) through chemical vapor deposition (CVD) to have a thickness of 7000 kPa to 10000 kPa on the entire upper surface of the substrate 40. An insulating film 42 using an insulating material such as) is formed. Next, this insulating film 42 is planarized, for example, by an etch-back process or chemical mechanical polishing.

이어서, 상기 절연막(42) 내에 트렌치(46) 및 콘택 오프닝(또는 비아 오프닝이라 함)(44)이 차례로 형성된다. 이때, 상기 콘택 오프닝(44)은 상기 트렌치(46) 보다 더 작은 폭을 갖도록 형성된다. 상기 트렌치(46)는 예를 들어, 먼저 상기 트렌치(46)가 형성된 곳 이외의 모든 절연막(42)을 마스크 하기 위한 포토리소그라피 공정이 수행된 후, 상기 절연막의 마스크 되지 않은 부분에 대해 등방성 식각 공정이 수행되는데, 상기 절연막(42) 내의 소정의 엔드 포인트(end point)에 도달할 때까지 수행되거나, 상기 절연막(42) 내의 소정의 깊이에 도달하도록 소정의 시간 주기(time period) 동안 수행된다.Subsequently, a trench 46 and a contact opening (or via opening) 44 are sequentially formed in the insulating film 42. In this case, the contact opening 44 is formed to have a smaller width than the trench 46. The trench 46 may be, for example, first subjected to a photolithography process for masking all the insulating films 42 except where the trench 46 is formed, and then an isotropic etching process on the unmasked portion of the insulating film. This is performed until it reaches a predetermined end point in the insulating film 42 or for a predetermined time period to reach a predetermined depth in the insulating film 42.

상기 콘택 오프닝(44)은 하부의 트랜지스터 소자(도면에 미도시)의 콘택 영역 또는 상기 기판(40) 내의 금속 상호연결 구조(도면에 미도시)의 후속의 하부 레벨이 노출될 때까지 동일한 포토리소그라피 공정 및 등방성 식각 공정을 수행함으로써 형성될 수 있다.The contact opening 44 is the same photolithography until the contact region of the underlying transistor element (not shown) or the subsequent lower level of the metal interconnect structure (not shown) in the substrate 40 is exposed. It can be formed by performing a process and an isotropic etching process.

도 4b를 참조하면, 후속 단계에 있어서, 모든 노출된 기판(40)의 표면 및 절연막(42) 상에 CVD 공정을 통해 300Å 내지 500Å의 대체로 균일한 두께로 탄탈륨(Ta) 또는 탄탈륨 나이트라이드(TaN)와 같은 내열 금속을 사용하여 배리어막(48)이 증착 된다. 배리어막으로서 Ta/TaN의 조합막은 상기 절연막(42)과 후속 공정으로 콘택 오프닝(44)과 트렌치(46) 내에 증착 되는 구리 사이의 접착력을 증가시킬 수 있고, 또한 증착된 구리가 이웃한 구성 요소로 확산되는 것을 방지할 수 있다.Referring to FIG. 4B, in a subsequent step, tantalum (Ta) or tantalum nitride (TaN) has a substantially uniform thickness of 300 kPa to 500 kPa through a CVD process on the surfaces of all exposed substrates 40 and the insulating film 42. The barrier film 48 is deposited using a heat resistant metal such as). The combination film of Ta / TaN as a barrier film can increase the adhesion between the insulating film 42 and the copper deposited in the contact opening 44 and the trench 46 in a subsequent process, and the deposited copper is a component adjacent thereto. Can be prevented from spreading.

도 4c에 있어서, 상기 콘택 오프닝(44) 및 트렌치(46)를 완전히 채우는 금속화막(34)을 형성하기 위해서 상기 절연막(42)의 최상부 표면상에 소정 두께가 될 때까지 웨이퍼의 상부 표면 전체에 금속 바람직하게 구리가 증착 된다. 상기 금속화막(50)은 예를 들어, CVD 공정 또는 스퍼터링(sputtering)과 같은 PVD(physical vapor deposition) 공정, 또는 ECD(electro-chemical deposition) 공정을 통해 형성될 수 있다. 만일 ECD가 사용된다면, 상기 웨이퍼 전면에 PVD 씨드막(도면에 미도시)이 먼저 형성되는 것이 요구된다.In FIG. 4C, the entire upper surface of the wafer is formed to a predetermined thickness on the top surface of the insulating film 42 to form a metallization film 34 that completely fills the contact opening 44 and the trench 46. Metal is preferably copper deposited. The metallization layer 50 may be formed through, for example, a physical vapor deposition (PVD) process such as a CVD process or sputtering, or an electro-chemical deposition (ECD) process. If ECD is used, it is required to first form a PVD seed film (not shown) on the entire surface of the wafer.

도 4d를 참조하면, 상기 절연막(42)의 상부 표면이 노출될 때까지 상기 금속화막(50)에 대해 화학적 기계적 연마 공정과 같은 선택적인 제거 공정(selective removal process)이 수행된다. 상기 콘택 오프닝(44) 내의 금속화막(50)의 잔류물은 금속 플러그(34b)로 제공되고, 한편 상기 트렌치(46) 내의 금속화막(50)의 잔류물은 금속 상호연결 구조(50a)로 제공된다. 상기 금속 상호연결 구조(50a) 및 금속 플러그(50b)의 조합은 이중 다마신 구조를 구성하고, 상기 금속 상호연결 구조(50a)는 상기 금속 플러그(50b)를 통해 하부의 트랜지스터 소자(도면에 미도시) 또는 반도체 기판(40) 내에 형성된 후속의 금속 상호연결 구조(도면에 미도시)의 하부 레벨과 전기적으로 연결된다.Referring to FIG. 4D, a selective removal process, such as a chemical mechanical polishing process, is performed on the metallization film 50 until the upper surface of the insulating film 42 is exposed. Residue of metallization 50 in contact opening 44 is provided as metal plug 34b, while residue of metallization 50 in trench 46 is provided as metal interconnect structure 50a. do. The combination of the metal interconnect structure 50a and the metal plug 50b constitutes a dual damascene structure, and the metal interconnect structure 50a passes through the metal plug 50b to the lower transistor element (not shown in the figure). Or lower level of a subsequent metal interconnect structure (not shown in the figure) formed in the semiconductor substrate 40.

도 4e에 있어서, 상기 트렌치를 제외한 절연막 상에 직접 덮인 배리어막(48)이 제거된다. 먼저, 상기 트렌치(46)를 제외한 절연막(42)의 최상부 표면 전체에 덮인 배리어막(48)이 노출되도록 상기 트렌치(46)가 형성된 곳에 포토레지스트막(52)이 선택적으로 도포 된다.In FIG. 4E, the barrier film 48 directly covered on the insulating film except for the trench is removed. First, a photoresist film 52 is selectively applied where the trench 46 is formed so that the barrier film 48 covered over the entire top surface of the insulating film 42 except for the trench 46 is exposed.

도 4f를 참조하면, 상기 포토레지스트막(52)을 마스크로 사용하여, 웨이퍼 상에서 식각 공정 바람직하게, 등방성 식각 공정이 수행되는데, 상기 절연막(42)의 상부 표면이 노출될 때까지 상기 트렌치(46)를 제외한 배리어막(48)의 마스크 되지 않은 부분을 모두 식각 하도록 수행된다. 상기 트렌치(46)를 제외한 배리어막(48)의 마스크 되지 않은 부분은 다른 공정들 예를 들어, 전자빔(electric beam ; E. B.) 공정, 스트립 공정(strip process) 또는 세정 공정(clean process ; CLN)을 사용하여 제거될 수 있다. 상기 트렌치(46) 및 상기 콘택 오프닝(44) 내의 배리어막(48)의 잔류물은 여기서 참조 번호 48a로 나타나 있다. 후속 단계에 있어서, 포토레지스트막(52)이 예를 들어, 산소 플라즈마 공정에 의해 완전히 제거된다.Referring to FIG. 4F, using the photoresist film 52 as a mask, an etching process, preferably an isotropic etching process, is performed on a wafer, and the trench 46 is exposed until the upper surface of the insulating film 42 is exposed. Is performed to etch all the unmasked portions of the barrier layer 48 except for. The unmasked portion of the barrier film 48 except for the trench 46 may be subjected to other processes, such as an electric beam (EB) process, a strip process or a clean process (CLN). Can be removed using. Residues of barrier film 48 in trench 46 and contact opening 44 are indicated here by reference numeral 48a. In a subsequent step, the photoresist film 52 is completely removed by, for example, an oxygen plasma process.

상기 트렌치(46)를 제외한 절연막(42)의 최상부 표면에 덮인 배리어막(48)의 마스크 되지 않은 부분을 제거하는 것이 후속의 트렌치(46) 내에 증착된 구리의 디싱 결함을 제거할 수 있다는 것이 본 발명의 특징이다. 이것은 후속 화학적 기계적 연마 공정이 다만 트렌치(46) 내의 구리에만 작용할 뿐 종래 기술에서와 같이, 현재 제거된 배리어막(48)에 대해서는 작용하지 않기 때문이다.It is seen that removing the unmasked portion of the barrier film 48 covered on the top surface of the insulating film 42 except for the trench 46 can eliminate dishing defects of copper deposited in the subsequent trench 46. It is a feature of the invention. This is because the subsequent chemical mechanical polishing process only acts on the copper in the trench 46 but not on the barrier film 48 currently removed, as in the prior art.

먼저, 본 발명의 방법은 (1) 종래 기술에 의해 제조된 이중 다마신 구조에서 발생되었던 이중 다마신 구조의 상부 표면이 디시 모양으로 형성되는 결함을 제거할 수 있다.First, the method of the present invention can (1) eliminate defects in which the upper surface of the dual damascene structure, which has been generated in the prior art dual damascene structure, is formed in a dish shape.

(2) 본 발명의 방법은 종래 기술에 의해 제조된 이중 다마신 구조에서 발생되었던 절연막 상에 남아 있는 배리어막의 잔류물로 인한 단락 회로 및 브리징 결함을 제거할 수 있다.(2) The method of the present invention can eliminate short circuit and bridging defects due to the residue of the barrier film remaining on the insulating film which has been generated in the dual damascene structure manufactured by the prior art.

(3) 본 발명의 방법은 종래 기술과 비교하여 화학적 기계적 연마 공정의 반복되는 재작업을 수행하지 않음으로써 공정의 복잡성을 더 단순화시킬 수 있고, 따라서 종래 기술 보다 더 쉽고, 구현에 있어서 더 가격 효율적일 수 있다.(3) The method of the present invention can further simplify the complexity of the process by not performing repeated reworking of the chemical mechanical polishing process as compared to the prior art, and therefore easier and more cost effective to implement than the prior art. Can be.

본 발명이 바람직한 실시예로써 서술되었으나, 본 발명은 이에 국한되지 않는다. 반대로, 다양한 변형 및 유사한 배열, 절차를 포괄하고자 하므로, 첨부된 클레임들의 범위는 모든 그러한 변형예, 유사한 배열 및 절차를 포함하도록 가장 넓은 해석에 부합되어져야 한다.Although the present invention has been described as a preferred embodiment, the present invention is not limited thereto. On the contrary, it is intended to cover various modifications and similar arrangements, procedures, and the scope of the appended claims should be accorded the widest interpretation so as to encompass all such modifications, similar arrangements and procedures.

Claims (34)

반도체 기판 전면에 절연막을 형성하는 단계;Forming an insulating film on the entire surface of the semiconductor substrate; 상기 절연막 내에 트렌치를 형성하는 단계;Forming a trench in the insulating film; 상기 트렌치를 완전히 채우지 않으면서 절연막의 노출된 표면 전체에 제 1 배리어막을 형성하는 단계;Forming a first barrier film over the entire exposed surface of the insulating film without completely filling the trench; 상기 트렌치를 완전히 채우지 않으면서 상기 제 1 배리어막의 노출된 표면 전체에 제 2 배리어막을 형성하는 단계;Forming a second barrier film over the entire exposed surface of the first barrier film without completely filling the trench; 상기 트렌치를 제외한 절연막 전체에 덮인 제 1 및 제 2 배리어막을 제거하는 단계;Removing the first and second barrier films covered over the entire insulating film except for the trench; 상기 트렌치를 완전히 채우는 금속화막을 형성하기 위해 상기 절연막 전면에 금속을 증착 하는 단계; 및Depositing a metal on the entire surface of the insulating film to form a metallization film completely filling the trench; And 상기 절연막의 표면상에 덮인 금속화막을 제거하기 위한 선택적인 제거 공정을 수행하는 단계를 포함하고, 상기 트렌치 내에 증착 되어 남아 있는 부분이 원하는 금속 상호연결 구조로 작용하는 금속 상호연결 구조의 제조 방법.And performing a selective removal process to remove the metallization film covered on the surface of the insulating film, wherein the remaining portion deposited in the trench serves as a desired metal interconnect structure. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 절연막은 실리콘 다이옥사이드(silicon dioxide)막인 금속 상호연결 구조의 제조 방법.And the insulating film is a silicon dioxide film. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 절연막은 BPSG막인 금속 상호연결 구조의 제조 방법.And the insulating film is a BPSG film. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 절연막은 PSG막인 금속 상호연결 구조의 제조 방법.And the insulating film is a PSG film. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 트렌치를 형성하는 단계는, 상기 트렌치가 형성되는 곳을 제외한 절연막 모두를 마스크 하기 위한 포토리소그라피 공정(photolithographic process)을 수행하는 단계; 및The forming of the trench may include performing a photolithographic process for masking all of the insulating layers except where the trench is formed; And 상기 절연막의 마스크 되지 않은 부분에 대해 상기 절연막 내의 소정의 엔드 포인트(end point)에 도달할 때까지 등방성 식각 공정을 수행하는 단계를 포함하는 금속 상호연결 구조의 제조 방법.Performing an isotropic etching process on the unmasked portion of the insulating film until a predetermined end point in the insulating film is reached. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 트렌치를 형성하는 단계는, 상기 트렌치가 형성되는 곳을 제외한 절연막 모두를 마스크 하기 위해 포토리소그라피 공정을 수행하는 단계; 및The forming of the trench may include performing a photolithography process to mask all of the insulating layers except where the trench is formed; And 상기 절연막의 마스크 되지 않은 부분에 대해 상기 절연막 내의 소정의 깊이에 도달하는 식각이 수행되도록 소정의 시간 주기(time period) 동안 등방성 식각 공정을 수행하는 단계를 포함하는 금속 상호연결 구조의 제조 방법.Performing an isotropic etching process for a predetermined time period such that etching to reach a predetermined depth in the insulating film is performed on the unmasked portion of the insulating film. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 트렌치 하부에 콘택 오프닝을 형성하는 단계를 더 포함하고,Forming a contact opening under the trench; 이 단계는 트렌치가 형성된 곳을 제외한 절연막의 모든 부분이 마스크 되도록 포토리소그라피 공정을 수행하는 단계; 및This step includes performing a photolithography process to mask all portions of the insulating film except where the trench is formed; And 상기 절연막의 마스크 되지 않은 부분에 대해 상기 반도체 기판의 표면이 노출될 때까지 등방성 식각 공정을 수행하는 단계를 포함하는 금속 상호연결 구조의 제조 방법.And performing an isotropic etch process on the unmasked portion of the insulating film until the surface of the semiconductor substrate is exposed. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 배리어막은 내열 금속으로 형성되는 금속 상호연결 구조의 제조 방법.And the first barrier film is formed of a heat resistant metal. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 배리어막은 탄탈륨(Ta)으로 형성되는 금속 상호연결 구조의 제조 방법.And the first barrier film is formed of tantalum (Ta). 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 배리어막은 티타늄(Ti)으로 형성되는 금속 상호연결 구조의 제조 방법.And the first barrier film is formed of titanium (Ti). 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 2 배리어막은 내열 금속으로 형성되는 금속 상호연결 구조의 제조 방법.And the second barrier film is formed of a heat resistant metal. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 2 배리어막은 탄탈륨 나이트라이드(TaN)로 형성되는 금속 상호연결 구조의 제조 방법.And the second barrier film is formed of tantalum nitride (TaN). 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 2 배리어막은 티타늄 나이트라이드(TiN)로 형성되는 금속 상호연결 구조의 제조 방법.And wherein said second barrier film is formed of titanium nitride (TiN). 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 트렌치 내에 증착된 금속은 구리(Cu)인 금속 상호연결 구조의 제조 방법.And the metal deposited in the trench is copper (Cu). 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 트렌치 내에 증착된 금속이 구리(Cu)이고, 상기 제 1 배리어막이 탄탈륨(Ta)으로 형성된 경우, 상기 제 2 배리어막은 탄탈륨 나이트라이드(TaN)로 형성되는 금속 상호연결 구조의 제조 방법.And wherein if the metal deposited in the trench is copper (Cu) and the first barrier film is formed of tantalum (Ta), the second barrier film is formed of tantalum nitride (TaN). 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 선택적인 제거 공정은 화학적 기계적 연마(CMP) 공정인 금속 상호연결 구조의 제조 방법.Wherein said selective removal process is a chemical mechanical polishing (CMP) process. 반도체 기판 전면에 절연막을 형성하는 단계;Forming an insulating film on the entire surface of the semiconductor substrate; 상기 절연막 내에 트렌치를 형성하는 단계;Forming a trench in the insulating film; 상기 절연막 하부의 기판의 선택된 영역(selected area)이 노출되도록 상기 트렌치 하부에 콘택 오프닝을 형성하는 단계;Forming a contact opening in the lower portion of the trench to expose a selected area of the substrate below the insulating layer; 상기 콘택 오프닝 및 상기 트렌치를 완전히 채우지 않으면서 상기 기판 및 절연막의 노출된 표면 전체에 제 1 배리어막을 형성하는 단계;Forming a first barrier film over the exposed surfaces of the substrate and the insulating film without completely filling the contact openings and the trenches; 상기 콘택 오프닝 및 트렌치를 완전히 채우지 않으면서 상기 제 1 배리어막의 노출된 표면 전체에 제 2 배리어막을 형성하는 단계;Forming a second barrier film over the entire exposed surface of the first barrier film without completely filling the contact openings and trenches; 상기 트렌치를 제외한 절연막 전체에 덮인 제 1 및 제 2 배리어막을 제거하는 단계;Removing the first and second barrier films covered over the entire insulating film except for the trench; 상기 콘택 오프닝 및 트렌치를 완전히 채우는 구리-베이스드 금속화막을 형성하기 위해 상기 절연막 전면에 구리를 증착 하는 단계; 및Depositing copper over the entire surface of the insulating film to form a copper-based metallization film that completely fills the contact openings and trenches; And 상기 절연막의 표면상에 덮인 구리-베이스드 금속화막을 제거하기 위해 선택적인 제거 공정을 수행하는 단계를 포함하고, 이로써 상기 콘택 오프닝 내에 증착 되어 남아 있는 부분이 금속 플러그로 작용하고, 상기 트렌치 내에 증착 되어 남아 있는 부분이 원하는 금속 상호연결 구조로 작용하도록 하는 집적 회로 내에 구리-베이스드 금속 상호연결 구조를 제조하는 방법.Performing a selective removal process to remove the copper-based metallization film covered on the surface of the insulating film, whereby the remaining portions deposited in the contact opening act as metal plugs and are deposited in the trenches. To produce a copper-based metal interconnect structure in an integrated circuit such that the remaining portion acts as a desired metal interconnect structure. 제 17 항에 있어서,The method of claim 17, 상기 절연막은 실리콘 다이옥사이드(silicon dioxide)막인 집적 회로 내에 구리-베이스드 금속 상호연결 구조를 제조하는 방법.And wherein the insulating film is a silicon dioxide film and fabricates a copper-based metal interconnect structure in an integrated circuit. 제 17 항에 있어서,The method of claim 17, 상기 절연막은 BPSG막인 집적 회로 내에 구리-베이스드 금속 상호연결 구조를 제조하는 방법.Wherein the insulating film is a BPSG film and fabricates a copper-based metal interconnect structure in an integrated circuit. 제 17 항에 있어서,The method of claim 17, 상기 절연막은 PSG막인 집적 회로 내에 구리-베이스드 금속 상호연결 구조를 제조하는 방법.Wherein the insulating film is a PSG film and fabricates a copper-based metal interconnect structure. 제 17 항에 있어서,The method of claim 17, 상기 트렌치를 형성하는 단계는, 상기 트렌치가 형성된 곳을 제외한 절연막 모두를 마스크 하기 위한 포토리소그라피 공정(photolithographic process)을 수행하는 단계; 및The forming of the trench may include performing a photolithographic process for masking all of the insulating layer except where the trench is formed; And 상기 절연막 내의 소정의 깊이에 도달할 때까지 상기 절연막의 마스크 되지 않은 부분에 대해 등방성 식각 공정을 수행하는 단계를 포함하는 집적 회로 내에 구리-베이스드 금속 상호연결 구조를 제조하는 방법.Performing an isotropic etch process on the unmasked portion of the insulating film until a predetermined depth in the insulating film is reached. 제 17 항에 있어서,The method of claim 17, 상기 제 1 배리어막은 내열 금속으로 형성되는 집적 회로 내에 구리-베이스드 금속 상호연결 구조를 제조하는 방법.And the first barrier film is formed of a heat resistant metal. 제 17 항에 있어서,The method of claim 17, 상기 제 1 배리어막은 탄탈륨(Ta)으로 형성되는 집적 회로 내에 구리-베이스드 금속 상호연결 구조를 제조하는 방법.And wherein said first barrier film is formed of tantalum (Ta). 제 17 항에 있어서,The method of claim 17, 상기 제 2 배리어막은 내열 금속으로 형성되는 집적 회로 내에 구리-베이스드 금속 상호연결 구조를 제조하는 방법.And the second barrier film is formed of a heat resistant metal. 제 17 항에 있어서,The method of claim 17, 상기 제 2 배리어막은 탄탈륨 나이트라이드(TaN)로 형성되는 집적 회로 내에 구리-베이스드 금속 상호연결 구조를 제조하는 방법.And wherein said second barrier film is formed of tantalum nitride (TaN). 제 17 항에 있어서,The method of claim 17, 상기 선택적인 제거 공정은 화학적 기계적 연마(CMP) 공정인 집적 회로 내에 구리-베이스드 금속 상호연결 구조를 제조하는 방법.Wherein said selective removal process is a chemical mechanical polishing (CMP) process. 반도체 기판 전면에 절연막을 형성하는 단계;Forming an insulating film on the entire surface of the semiconductor substrate; 상기 절연막 내에 트렌치를 형성하는 단계;Forming a trench in the insulating film; 상기 트렌치를 완전히 채우지 않으면서 절연막의 노출된 표면 전체에 배리어막을 형성하는 단계;Forming a barrier film over the entire exposed surface of the insulating film without completely filling the trench; 상기 트렌치를 완전히 채우는 금속화막을 형성하기 위해 상기 절연막 및 배리어막 전체에 금속을 증착 하는 단계;Depositing a metal over the insulating film and the barrier film to form a metallization film completely filling the trench; 상기 배리어막의 표면상에 덮인 금속화막을 제거하기 위해 선택적인 제거 공정을 수행하여 상기 트렌치 내에 증착 되어 남아 있는 부분이 원하는 금속 상호연결 구조로 작용하도록 하는 단계; 및Performing a selective removal process to remove the metallization layer covered on the surface of the barrier layer such that the remaining portions deposited in the trench serve as a desired metal interconnect structure; And 상기 절연막 전체에 덮인 배리어막을 제거하는 단계를 포함하는 금속 상호연결 구조의 제조 방법.Removing the barrier film covered over the entire insulating film. 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 상기 선택적인 제거 공정은 CMP공정인 금속 상호연결 구조의 제조 방법.And wherein said optional removal process is a CMP process. 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 상기 배리어막은 Ta/TaN으로 형성되는 금속 상호연결 구조의 제조 방법.And the barrier film is formed of Ta / TaN. 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 상기 배리어막은 Ti/TiN으로 형성되는 금속 상호연결 구조의 제조 방법.And the barrier film is formed of Ti / TiN. 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 상기 절연막 전면에 덮인 배리어막을 제거하는 방법은,The method for removing the barrier film covered on the entire surface of the insulating film, 상기 트렌치를 제외한 절연막의 최상부 표면에 덮인 배리어막 전체를 노출시키면서 상기 트렌치가 형성된 곳에 포토레지스트막을 선택적으로 도포 하는 단계;Selectively applying a photoresist film where the trench is formed while exposing the entire barrier film covered on the top surface of the insulating film except for the trench; 상기 포토레지스트막을 마스크로 사용하여 상기 절연막 전면에 덮인 배리어막을 제거하는 단계; 및Removing the barrier film covering the entire surface of the insulating film by using the photoresist film as a mask; And 상기 포토레지스트막을 제거하는 단계를 포함하는 금속 상호연결 구조의 제조 방법.Removing the photoresist film. 제 31 항에 있어서,The method of claim 31, wherein 상기 제거 공정은 식각 공정(etching process), 스트립 공정(strip process) 또는 세정 공정(clean process)을 포함하는 금속 상호연결 구조의 제조 방법.The removal process may comprise an etching process, a strip process or a clean process. 제 31 항에 있어서,The method of claim 31, wherein 상기 제거 공정은 전자빔 공정(electric beam process)을 포함하는 금속 상호연결 구조의 제조 방법.Wherein said removing process comprises an electric beam process. 제 31 항에 있어서,The method of claim 31, wherein 상기 제거 공정은 스트립 공정과 세정 공정 또는 세정 공정을 포함하는 금속 상호연결 구조의 제조 방법.Wherein said removing process comprises a stripping process and a cleaning process or cleaning process.
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KR101136139B1 (en) * 2003-04-28 2012-04-20 글로벌파운드리즈 인크. Method of electroplating copper over a patterned dielectric layer to enhance process uniformity of a subsequent cmp process

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