JP2006080559A - 半導体装置の製造方法、半導体製造装置及び半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 半導体基板上の絶縁膜に形成された配線溝又はコンタクト孔に配線金属を堆積して前記配線溝又はコンタクト孔に充填する工程と、前記配線金属を研磨して前記絶縁膜を露出する工程と、前記半導体基板を洗浄する工程と、前記配線溝又はコンタクト孔に埋め込まれた前記配線金属表面をリセスエッチングする工程を有している。前記研磨工程、前記洗浄工程及び前記リセスエッチング工程の少なくとも2工程で用いる薬液の主たる成分が同一である。
【選択図】 図11
Description
また、本発明の半導体装置の製造方法の一態様は、半導体基板上に銅又は銅化合物をメッキする工程と、前記銅又は銅化合物の不要部分をエッチング除去する工程とを具備し、前記メッキ工程で用いるメッキ液は、メッキ対象成分と塩もしくは錯体を形成する成分が前記エッチング除去工程で用いる薬液の主たる成分と同一であり、前記薬液に用いる酸化剤をエッチング後に除去し、前記薬液中の銅イオン濃度を実質的に前記メッキ液中の銅イオン濃度と等しくし、前記酸化剤を除去した薬液をメッキ液として用い、前記メッキ液及び前記薬液は硫酸を主たる成分とすることを特徴としている。
また、本発明の半導体装置の製造方法の一態様は、半導体基板上に銅又は銅化合物をメッキする工程と、前記銅又は銅化合物の不要部分をエッチング除去する工程とを具備し、前記エッチング除去に用いる薬液が硫酸を主たる成分として含む場合において、メッキ液が硫酸銅を主たる酸成分として含み、前記薬液に含まれる酸化剤が過酸化水素あるいはオゾンであることを特徴としている。
また、本発明の半導体装置の製造方法の一態様は、半導体基板上に銅又は銅化合物をメッキする工程と、前記銅又は銅化合物の不要部分をエッチング除去する工程とを具備し、前記エッチングで用いる薬液は、メッキ液が硫酸銅溶液を主たる成分として含む時に、硫酸を主たる成分として含んでおり、薬液に含まれている酸化剤を前記エッチング後に除去し、前記薬液中の銅イオン濃度を実質的に前記メッキ液中の銅イオン濃度と等しくし、前記酸化剤を除去した薬液をメッキ液として用いることを特徴としている。
また、本発明の半導体装置の製造方法一態様は、半導体基板上に銅又は銅化合物をメッキする工程と、前記銅又は銅化合物の不要部分をエッチング除去する工程とを具備し、前記エッチング除去に用いる薬液が青酸を主たる成分として含む場合において、メッキ液がシアン化銅を主たる酸成分として含むことを特徴としている。また、本発明の半導体装置の製造方法の一態様は、半導体基板上にシード銅及びメッキ銅乃至銅化合物を堆積させる工程と、前記シード銅及びメッキ銅及び銅乃至銅化合物の不要部分をエッチング除去する工程とを具備し、前記メッキで用いるメッキ液は、メッキ対象成分と塩もしくは錯体を形成する成分が前記エッチング除去工程で用いる薬液の主たる成分と同一であり、前記メッキ液及び前記薬液は硫酸を主たる成分とすることを特徴としている。
また、本発明の半導体装置の製造方法の一態様は、半導体基板上にシード銅及びメッキ銅乃至銅化合物を堆積させる工程と、前記シード銅及びメッキ銅及び銅乃至銅化合物の不要部分を電流を供給しないでエッチング除去する工程とを具備し、前記エッチングで用いられる薬液は、メッキ液が主たる成分として硫酸銅の溶液を含んでいる場合において、硫酸を主たる酸成分として含んでいることを特徴としている。
また、本発明の半導体装置の製造方法の一態様は、半導体基板上の絶縁膜に形成された溝の中にバリアメタル層を形成する工程と、前記バリアメタル層上にシード銅を形成する工程と、前記シード銅上に硫酸銅を主たる成分として含むメッキ液を用いてメッキを行って銅又は銅化合物を形成する工程と、前記シード銅及びメッキ銅及び銅乃至銅化合物の不要部分を硫酸を主たる酸成分として含むエッチング液を用いてエッチング除去する工程とを具備していることを特徴としている。
したがって、その上に形成されているバリアメタル層は、配線溝の側壁に近いほど膜が厚くなっている。このような形状は、本発明を実施する場合にはメリットになることが多い。例えば、コンタクト配線を形成するためにコンタクト孔をバリアメタル層上に形成すると、コンタクト孔を形成するエッチング領域が合わせズレによって層間絶縁膜に一部入り込むことがある。このような状態で下層配線のバリアメタル層を被覆する層間絶縁膜をエッチングすると、シリコン酸化膜などの層間絶縁膜のエッチングレートは、銅膜などの金属膜のエッチングレートより大きいので、層間絶縁膜のエッチングが進んで、この部分が大きくエッチングされる。配線の肩が落ちている場合は、深い部分の径が表面の平坦な場合の径より大きくなっている。したがって、この部分のアスペクト比は低く、バリアメタル層を堆積させ、シード銅膜を堆積させることが容易になし得るようになる。なおコンタクト孔を形成するのはバリアメタル層を埋め込む場合に限らない。
(1) ピラープロセスについて
図1は、多層配線が形成された半導体基板の断面図である。このプロセスにより形成されたピラー配線(コンタクト配線ともいう)は、下層配線と上層配線を接続する配線である。図1に示すように、層間絶縁膜に埋め込まれた下層配線を形成する。集積回路などの半導体素子が形成されたシリコンなどの半導体基板10にシリコン酸化膜などからなる層間絶縁膜1が形成されており、この表面に配線溝が形成されている。この配線溝の側壁には、TaN、WN、TiNなどの導電性窒化物などのバリアメタル層2が形成され、銅膜3もしくは銅を主成分とする合金膜がその中に埋め込まれる。このとき、バリアメタル層2は、配線溝の中にのみ存在し、層間絶縁膜1の表面上には形成されていない(図1(a))。バリアメタル層を層間絶縁膜の配線溝を越えてその表面上にまで形成させておくことも可能である。次に、銅膜3の表面をエッチングにより層間絶縁膜1の表面より後退させる(図1(c))。
そして、配線溝の上部には、スパッタリングやCVDなどの方法によりバリアメタルを堆積させ、これをCMP法により研磨して配線溝の上部にバリアメタル層4を埋め込む。バリアメタル層4の材料は、バリアメタル層2と同じでも良く、異なっていても良い(図1R>1(d))。次に、タングステンなどのバリアメタル層6、アルミニウム膜7及び必要に応じて導電性のエッチングストッパー8を順次積層し(図2(a))、これらをパターニングしてピラー配線9を形成する(図2(b))。次に、層間絶縁膜1の上にピラー配線9を被覆するようにシリコン酸化膜などの層間絶縁膜11を形成する(図3(a))。この層間絶縁膜11表面をCMP法により研磨してピラー配線9を露出させる。次に、層間絶縁膜11の上に上層の層間絶縁膜12を堆積させてこれに上層配線を埋め込む。上層配線は、配線溝に形成されたバリアメタル層13と、配線溝に埋め込まれた銅膜14と、この銅膜14の表面を被覆するバリアメタル層15から構成されている(図3(b))。このピラー配線9は、下層配線と上層配線を電気的に接続する。この様なピラープロセスにおいて、本発明は、バリアメタル層4、15の形成に適用される。即ち、例えば、バリアメタル層4を形成する方法(図1参照)において、絶縁膜1に埋め込み形成された銅膜3の露出した表面を酸化して銅酸化膜5を形成する(図1(b))。そして、形成された銅酸化膜5をエッチング除去して荒れのない(白濁していない)表面を形成し、この表面にバリアメタル層4を形成する(図1(c))。
図4は、多層配線が形成された半導体基板の断面図である。半導体基板20の上にはシリコン酸化膜などの層間絶縁膜21、25、29が順次積層形成されている。各層間絶縁膜21、25、29には、配線溝、コンタクト孔が形成され、その中に下層配線、コンタクト配線、上層配線がそれぞれ形成されている。いずれも、層間絶縁膜に配線溝もしくはコンタクト孔を形成してから、これらの内部及び層間絶縁膜表面にバリアメタル層を形成し、その上に銅もしくは銅を主成分とする合金膜を堆積させ、これをCMP方法などにより研磨して表面を平坦化し、配線溝もしくはコンタクト孔にバリアメタル層に包まれた銅膜を埋め込む。その後、本発明の方法に従って、銅膜の表面を酸化し、形成された銅酸化膜をエッチング除去して荒れのない(白濁していない)表面を形成し、この表面にバリアメタル層を形成する。すなわち、本発明は、半導体装置の多層配線構造において、バリアメタル層24、28、32の形成に適用される。
Claims (5)
- 半導体基板上の絶縁膜に形成された配線溝又はコンタクト孔に配線金属を堆積して前記配線溝又はコンタクト孔に充填する工程と、前記配線金属を研磨して前記絶縁膜を露出する工程と、前記半導体基板を洗浄する工程と、前記配線溝又はコンタクト孔に埋め込まれた前記配線金属表面をリセスエッチングする工程を具備し、前記研磨工程、前記洗浄工程及び前記リセスエッチング工程の少なくとも2工程で用いる薬液の主たる成分が同一であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 半導体基板上に金属乃至金属化合物を堆積させる工程と、前記金属乃至金属化合物の不要部分をエッチング除去する工程とを具備し、前記金属乃至金属化合物を堆積させる工程は、メッキ工程を含み、前記メッキ工程で用いるメッキ液は、メッキ対象成分と塩もしくは錯体を形成する成分が前記エッチング除去工程で用いる薬液の主たる成分と同一であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 不要部分をエッチング除去する工程後の前記薬液中に含まれる酸化剤を除去する工程と、前記薬液中の金属イオン濃度を前記メッキ液中の金属イオン濃度とほぼ同一にする工程と、前記酸化剤を除去した薬液をメッキ液として用いる工程とをさらに具備したことを特徴とする請求項2乃至請求項4のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
- 請求項2乃至請求項5のいずれかに記載の半導体装置の製造方法に用いる半導体製造装置において、前記薬液中に含まれる酸化剤を除去する手段と、前記薬液中の金属イオン濃度を前記メッキ液中の金属イオン濃度とほぼ同一にする手段と、前記酸化剤を除去した薬液をメッキ液として用いる手段とを具備したことを特徴とする半導体製造装置。
- 半導体基板と、前記半導体基板上の絶縁膜に形成された配線溝もしくはコンタクト孔に埋め込まれた金属膜と、前記配線溝もしくはコンタクト孔に前記金属膜表面を被覆するように形成されたバリアメタル層とを備え、前記金属膜表面は、前記配線溝もしくはコンタクト孔の中央部で最も高く前記配線溝もしくはコンタクト孔周辺にかけて低くなっていることを特徴とする半導体装置。
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