(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に第１の絶縁層を形成する段階；
前記第１の絶縁層上に第２の絶縁層を形成する段階；
前記第２の絶縁層と前記第１の絶縁層とを順次に選択的にエッチングしてコンタクトホールを形成する段階；
前記第２の絶縁層をエッチングして複数のリセスを形成する段階；
前記第２の絶縁層の上と前記コンタクトホール及び前記リセスの内側に延長する第１の金属層を形成する段階；
前記第１の金属層をパターニングして前記第２の絶縁層を露出させる段階；
前記パターンが形成された第１の金属層をエッチングマスクとして用いて、前記リセスに対応する領域が残るように前記第２の絶縁層を選択的にエッチングして前記第１の絶縁層を露出させ、前記コンタクトホール内の金属プラグを露出させる開口部を形成する段階；
伝導性充填物質で前記露出した金属プラグ内のシームを充填する段階；及び
前記伝導性充填物質で充填された前記露出した金属プラグ上に、前記開口部を埋める第２の金属層を形成する段階を含むことを特徴とする金属配線構造を形成する方法。
【請求項２】
前記シームを充填する段階は、ＣｏＷＰで前記露出した金属プラグ内のシームを充填する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の金属配線構造を形成する方法。
【請求項３】
前記パターニングする段階は、
前記第１の金属層上に反射防止膜を形成する段階；
前記反射防止膜上にＰＲ層を形成する段階；
前記ＰＲ層をパターニングする段階；及び
前記パターンが形成されたＰＲ層をエッチングマスクとして用いて前記反射防止膜と前記第１の金属層を順次にエッチングする段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の金属配線構造を形成する方法。
【請求項４】
前記第２の金属層を形成する段階に次いで前記第２の金属層を平坦化して前記第２の絶縁層を露出させる段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の金属配線構造を形成する方法。
【請求項５】
前記第２の金属層を形成する段階は、前記露出した金属プラグ上に銅層を電気鍍金する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の金属配線構造を形成する方法。
【請求項６】
基板上に絶縁層を形成する段階；
前記絶縁層を選択的にエッチングしてコンタクトホールを形成する段階；
前記コンタクトホール内側に第１の金属層を形成してシームを有する金属プラグを形成する段階；
前記絶縁層をエッチバックして前記金属プラグを露出させる段階；
前記金属プラグをエッチバックしてシームの面積を拡張する段階；
伝導性充填物質で前記導出された金属プラグ内のシームを充填する段階；及び
前記露出した金属プラグ上に第２の金属層を形成する段階を含むことを特徴とする金属配線構造を形成する方法。
【請求項７】
前記第２の金属層を形成する段階に次いで前記第２の金属層を平坦化して前記金属プラグを含む金属配線構造を形成する段階を含むことを特徴とする請求項６に記載の金属配線構造を形成する方法。
【請求項８】
前記第１の金属層はタングステンであり、
前記第２の金属層は銅であることを特徴とする請求項６に記載の金属配線構造を形成する方法。
【請求項９】
前記伝導性充填物質はＣｏＷＰを含むことを特徴とする請求項６に記載の金属配線構造を形成する方法。
【請求項１０】
前記第２の金属層を形成する段階は、前記露出した金属プラグ上に前記第２の金属層を電気鍍金する段階を含むことを特徴とする請求項６に記載の金属配線構造を形成する方法。
【請求項１１】
前記第２の金属層を形成する段階の前に前記露出した金属プラグ上にタンタル及び／ 又はタンタルナイトライドを含んだバリヤ金属層を形成する段階を含むことを特徴とする請求項６に記載の金属配線構造を形成する方法。
【請求項１２】
半導体基板上に第１の絶縁層を形成する段階；
前記第１の絶縁層上に第２の絶縁層を形成する段階；
前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層を順次に選択的にエッチングして前記第２の絶縁層を貫通して前記第１の絶縁層の内側に延長するコンタクトホールを形成する段階；
前記第２の絶縁層の上と前記コンタクトホールの内側に延長するタングステン層を形成する段階；
前記タングステン層をパターニングしてハードマスクを形成する段階；
前記ハードマスクをエッチングマスクとして用いて前記第２の絶縁層を選択的にエッチングして前記コンタクトホール内のタングステンプラグを露出させる段階；
ＣｏＷＰで前記タングステンプラグ内のシームを充填する段階；及び
前記タングステンプラグとコンタクトする銅配線パターンを形成する段階を含むことを特徴とする金属配線構造を形成する方法。
【請求項１３】
前記銅配線パターンを形成する段階は、
前記タングステンプラグ上側に銅層を電気鍍金する段階；及び
前記銅層をＣＭＰする段階を含むことを特徴とする請求項１２に記載の金属配線構造を形成する方法。
【請求項１４】
前記タングステン層をパターニングする段階の前に前記タングステン層をＣＭＰする段階を含むことを特徴とする請求項１３に記載の金属配線構造を形成する方法。
【請求項１５】
前記タングステン層をパターニングする段階の前に前記タングステン層をＣＭＰする段階を含むことを特徴とする請求項１２に記載の金属配線構造を形成する方法。
【請求項１６】
半導体基板上に少なくとも一つ以上の絶縁層を形成する段階；
前記少なくとも一つ以上の絶縁層を選択的にエッチングしてコンタクトホールを形成する段階；
前記コンタクトホール内にシームを有するタングステンプラグを形成する段階；
前記少なくとも一つ以上の絶縁層を選択的にエッチングして前記コンタクトホール内の前記タングステンプラグの一部分を露出させる段階；
ＣｏＷＰで前記タングステンプラグ内の前記シームを充填する段階；及び
前記充填されるシームを含んだ前記タングステンプラグ上に銅配線パターンを形成する段階を含むことを特徴とする金属配線構造を形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は集積回路（ＩＣ）製造方法に係り、特に、その内に金属配線層を有する集積回路の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の集積回路製造方法は、半導体基板上に多層の金属配線層を作るため金属ダマシン工程を用いる。図１Ａ〜図１Ｃに示すように、従来方法はその内にトレンチ絶縁領域１２を有する半導体基板１０上に第１の絶縁層１４を形成する段階を含むことができる。前記第１の絶縁層１４は、下部デバイス構造（例えば、ゲート電極１３）に対するある程度のパッシベーションを提供するために基板１０の表面上に直接形成できる。前記第１の絶縁層１４は、写真エッチング工程を用いてパターンを形成してその内に複数のコンタクトホール１５を限定できる。示すように、コンタクトホール１５の密度は基板１０上の位置によって変わりうる。コンタクトホール１５を形成した後、第１の伝導性物質（例えば、タングステン（Ｗ））のブランケット層１６は第１の絶縁層１４上にコンフォーマルに形成できる。
【０００３】
図１Ｂに示すように、前記ブランケット層１６は十分な時間の間平坦化されて第１の絶縁層１４を露出させ、図面符号１６ａ、１６ｂ、１６ｃのような複数の第１の伝導性ビアを限定できる。このような平坦化段階は、研磨する間ブランケット層１６の上部表面に適用されるスラリー溶液と一緒に研磨装置を用いる従来の化学的機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ；以下、‘ＣＭＰ’という。）段階によって遂行できる。このような研磨過程で、ディッシング現象によって図面符号１６ｃのように相対的に高い密度の伝導性ビアを有する基板１０部分と対向する第１の絶縁層１４の過度な陥没が招来されうる。その後、図１Ｃに示すように第２の絶縁層１８が図１Ｂの構造上に形成された後パターニングされて、図面符号１６ａ、１６ｂ、１６ｃのような伝導性ビアと整列される開口部を限定できる。そして、第２の伝導性物質（例えば、銅（Ｃｕ）やタングステン（Ｗ））のブランケット層が第２の絶縁層１８上にコンフォーマルに形成できる。このようなブランケット層はＣＭＰを用いて平坦化されて図面符号２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄのような複数の第２の金属層を限定できる。しかしながら、従来技術によれば、第１の絶縁層１４の過度な陥没によって、第２の金属伝導性物質の平坦化は隣接した伝導性ビア１６ｃが電気的に短絡される相対的に広い金属線２０ｄの形成を招来されうる。このような相対的に広い金属線２０ｄはバックエンドプロセス工程が完了された後の装置の収率を深刻に減らす恐れがある金属欠陥（例えば、金属線短絡）を呈するようになる。
【特許文献１】韓国特許公開第2005-0002426号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする技術的課題は、絶縁層の過度な陥没によって、金属伝導性物質の平坦化による隣接した伝導性ビアが電気的に短絡される現象を防止でき、バックエンドプロセス工程が完了された後の装置の収率を減らす恐れのある金属欠陥を減少させることができる金属配線構造を形成する方法を提供することにある。
【０００５】
本発明の技術的課題は以上で言及した技術的課題で制限されないし、言及されなかったさらなる他の技術的課題は以下の記載から当業者に明確に理解することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記技術的課題を解決するための本発明の一実施形態は、金属ダマシン工程の段階を用いて集積回路装置を形成する方法を含んでいる。このような実施形態によれば、この方法は半導体基板上にその内にコンタクトホールを有する絶縁層を形成し、そのコンタクトホールに隣接した位置にある絶縁層内にリセス部を形成することによってなる。次に、コンタクトホールとリセス部は第１の伝導性物質（例えば、タングステン（Ｗ））で充填されるようになる。その次に、コンタクトホール内にある第１の伝導性物質の最小限一つの部分は露出する。このような露出は、コンタクトホールとリセス部内にある第１の伝導性物質をエッチングマスクとして用いて絶縁層の一部をエッチバックすることによって行われる。前記リセス部内にある第１の伝導性物質は除去されて絶縁層の他の部分を露出させる。以降、前記第１の伝導性物質の露出した部分は第２の伝導性物質（例えば、銅（Ｃｕ））で覆われ、これは第１の伝導性物質の露出した部分と直接的に接する。このようなカバーリング段階によって第１の伝導性物質と第２の伝導性物質とを含む配線パターンが限定される。特に、このカバーリング段階は、第１の伝導性物質の露出した部分上に直接金属層を形成し、十分な時間の間形成された金属層を平坦化して絶縁膜を露出させる段階を含むことができる。
【０００７】
前記技術的課題を解決するための本発明の他の実施形態によれば、絶縁層内にあるリセス部を形成する段階は、写真エッチング工程でパターンが形成された層をエッチングマスクとして用いて絶縁層内にリセス部をエッチングすることを含むことができる。この場合、リセス部をエッチングする段階の前にコンタクトホールの内側と絶縁層の上側にスピンオンガラス（Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ；以下、‘ＳＯＧ’という。）層を形成する段階を行うことができる。このようなＳＯＧ層を形成する段階に次いで、前記ＳＯＧ層上に反射防止膜を形成する段階と前記反射防止膜上にフォトレジスト（以下、‘ＰＲ’という。）を形成する段階を行う。また、前記ＰＲ形成段階に次いでＰＲ層をパターニングする段階と、パターンが形成されたＰＲ層をエッチングマスクとして用いてＳＯＧ層をエッチングする段階を行うことができる。
【０００８】
前記技術的課題を解決するための本発明のさらに他の実施形態によれば、金属ダマシン工程段階を用いて集積回路装置を形成する方法は、半導体基板上にその内にコンタクトホールを有する絶縁層を形成する段階とコンタクトホールに隣接した位置にある絶縁層内にリセス部を形成する段階を含む。コンタクトホールとリセス部は、第１の伝導性物質（例えば、タングステン（Ｗ））で充填されるようになる。コンタクトホール内の第１の伝導性物質の少なくとも一つの部分は露出するようになる。このような露出は、コンタクトホールとリセス部内にある第１の伝導性物質をエッチングマスクとして用いて絶縁層の一つの部分をエッチバックすることによって行われる。その次に、リセス部内にある第１の伝導性物質は除去されて絶縁層のさらに他の部分を露出させる。以降、第１の伝導性物質の露出した部分とリセス部内にある第１の伝導性物質は、第２の伝導性物質（例えば、銅（Ｃｕ））で覆われるが、これは第１の伝導性物質の露出した部分と直接接する。前記第２の伝導性物質は、十分な時間の間平坦化されてリセス部内にある第１の伝導性物質を除去し、第１の伝導性物質と第２の伝導性物質とを含む配線パターンを限定する。本実施形態のさらに他の面によれば、第１の伝導性物質を用いてコンタクトホールとリセス部とを充填する段階は、絶縁層上に第１のコンタクトホールの内側と第１のリセス部の内側に延長した第１の伝導性物質を形成する段階と、十分な時間の間第１の伝導性物質を平坦化して絶縁層を露出させ、コンタクトホール内の伝導性プラグとリセス部内のダミー金属パターンを限定する段階を含む。
【０００９】
前記技術的課題を解決するための本発明のさらに他の実施形態によれば、集積回路装置を形成する方法は、半導体基板上に第１の絶縁層を形成する段階と前記第１の絶縁層上に第２の絶縁層を形成する段階を含む。次に、第１のコンタクトホールが形成される。このような第１のコンタクトホールは、第１の絶縁層と第２の絶縁層を通じて延長する。その次に、第１のコンタクトホールに隣接した位置の第２の絶縁層内に第１のリセス部が形成される。その後、第１のコンタクトホールと第１のリセス部は、第１の伝導性物質（例えば、タングステン（Ｗ））によって充填されるようになる。第１のコンタクトホール内の第１の伝導性物質の少なくとも一つの部分は第１のコンタクトホールと第１のリセス部内の第１の伝導性物質をエッチングマスクとして用いて第２の絶縁層の一部分をエッチバックすることによって露出するようになる。第１の伝導性物質の露出した部分は、第２の伝導性物質（例えば、銅（Ｃｕ））で覆われ、これにより配線パターンが限定される。このような配線パターンは、第１の伝導性物質と第２の伝導性物質を含む。
【００１０】
前記技術的課題を解決するための本発明のさらに他の実施形態によれば、第１の伝導性物質を用いて第１のコンタクトホールと第１のリセス部を充填する段階は、第２の絶縁層上に第１のコンタクトホールの内側と第１のリセス部内側に延長した第１の伝導層を形成する段階を含む。その後、第１の伝導層は十分な時間の間平坦化されて第２の絶縁層を露出させる。このような平坦化段階は、十分な時間の間第１の伝導層を平坦化して第１のコンタクトホール内にある伝導性プラグと第１のリセス部内にあるダミー金属パターンを限定する段階を含む。
【００１１】
また、このようなカバーリング段階の前にダミー金属パターンを除去して第２の絶縁層のさらに他の部分を露出させる段階を行うことができる。特に、前記除去する段階は、第１のリセス部内にあるダミー金属パターンをエッチバックする段階と同時に第１のコンタクトホール内にある伝導性プラグの一部分をエッチバックする段階を含む。対案的に、前記カバーリング段階は伝導性プラグとダミー金属パターン上に金属層（例えば、銅金属層）を形成する段階と十分な時間の間金属層を平坦化してダミー金属パターンを除去し、第２の絶縁層のさらに他の部分を露出させる段階を含むことができる。
【００１２】
前記技術的課題を解決するための本発明のさらに他の実施形態によれば、集積回路装置を形成する方法は、半導体基板上に第１の絶縁層を形成する段階と第１の絶縁層上に絶縁性乾式エッチストッパー層を形成する段階を含むことができる。このような絶縁性乾式エッチストッパー層は、第１の絶縁層に比べて相対的に高い誘電定数を有することができる。また、第２の絶縁層は前記乾式エッチストッパー層上に形成され、コンタクトホールは第２の絶縁層を通じて第１の絶縁層の内側に延長するように形成される。第２の絶縁層は、乾式エッチストッパー層に比べて相対的に低い誘電定数を有することができる。続いて、金属層（例えば、タングステン金属）はコンタクトホールの内側と第２の絶縁層の上側に形成される。このような金属層は十分な時間の間平坦化されて第２の絶縁層の表面を露出し、コンタクトホール内に金属プラグを限定する。次に、第２の絶縁層の露出した表面は十分な時間の間乾式エッチされて乾式エッチストッパー層の表面と乾式エッチストッパー層から延長した金属プラグの側壁を露出させる。その次に、金属プラグは乾式エッチストッパー層を平坦化ストッパー層として用いて平坦化される。以降、第３の絶縁層が平坦化された金属プラグと乾式エッチストッパー層の上に形成できる。追加的に第２のコンタクトホールが、第３の絶縁層を通じて延長し、平坦化された金属プラグを露出するように形成できる。
【００１３】
本実施形態において、金属層の平坦化段階は、第１の研磨パッド圧力で金属層をＣＭＰする段階を含むことができる。だが、乾式エッチストッパー層内の‘ディッシング現象’の可能性を減らすために、金属プラグを平坦化する段階は、第１の研磨パッド圧力より低い第２の研磨パッド圧力で金属プラグをＣＭＰする段階を含むことができる。また、このような平坦化工程は乾式エッチストッパー層と第３の絶縁層の全体の誘電定数を減少させ、金属プラグと電気的に結合されうる重なった金属領域に関わる寄生電気容量をできるだけ減少させることができるように、乾式エッチストッパー層を十分に薄く作るようになる。
【００１４】
前記技術的課題を解決するための本発明のさらに他の実施形態によれば、第１の絶縁層上に絶縁性乾式エッチストッパー層を形成する段階は、第１の絶縁層上に約２００Å〜３００Åの厚さを有する絶縁性乾式エッチストッパー層を形成する段階を含む。このような場合、金属プラグを平坦化する段階は、約１００Å〜２００Åの最終厚さになるように乾式エッチストッパー層を平坦化する段階を含むこともできる。この乾式エッチストッパー層は、シリコンナイトライド、アモルファスシリコンカーバイド又はＳｉＣＮ、又はこれらの組み合せで形成できる。
【００１５】
前記技術的課題を解決するための本発明のさらに他の実施形態によれば、半導体基板上に第１の絶縁層を形成する段階と第１の絶縁層上に第２の絶縁層を形成する段階によって金属配線構造を形成する方法を含む。第２の絶縁層と第１の絶縁層は順次に選択的にエッチングされてその内にコンタクトホールを限定される。そして、第１の金属層（例えば、タングステン（Ｗ））が形成される。第１の金属層は、第２の絶縁層の上とコンタクトホールの内側に延長する。次に、第１の金属層はパターニングされて第２の絶縁層を露出させる。第２の絶縁層は、十分な時間の間選択的にエッチングされて第１の絶縁層を露出させ、コンタクトホール内の金属プラグを露出させる。このような選択的エッチング段階は、パターンが形成された第１の金属層をエッチングマスクとして用いて行われる。その次に、露出した金属プラグ内にあるシームが伝導性充填物質で充填されるようになる。第２の金属層が、伝導性充填物質を含む露出した金属プラグ上に形成される。
【００１６】
前記技術的課題を解決するための本発明のさらに他の実施形態によれば、このような充填段階はＣｏＷＰ（Ｃｏｂａｌｔ  ｔｕｎｇｓｔｅｎ  ｐｈｏｓｐｈｏｒ）を用いて露出した金属プラグ内のシームを充填する段階を含む。パターン形成段階は、第１の金属層上に反射防止膜を形成する段階と前記反射防止膜上にＰＲ層を形成する段階を含むこともできる。その次に、ＰＲ層はパターニングされる。反射防止膜と第１の金属層は、パターニングされたＰＲ層をエッチングマスクとして用いて順次にエッチングされる。
【００１７】
金属配線構造を形成するさらに他の方法は、基板上に絶縁層を形成する段階と絶縁層を選択的にエッチングしてその内にコンタクトホールを限定する段階を含むことができる。第１の金属層は、コンタクトホール内側に形成されてその内に金属プラグを限定する。その次に、絶縁層はエッチバックされて金属プラグを露出させる。露出した金属プラグ内のシームは伝導性充填物質で充填されるようになり、第２の金属層（例えば、銅層）が露出した金属プラグ上に形成される。このような第２の金属層は、平坦化されて金属プラグを含む金属配線を限定できる。第２の金属層を形成する段階の前に、露出した金属プラグ上にバリヤ金属層を形成する段階が遂行できる。このようなバリヤ金属層は、タンタル（Ｔａ）及び／又はタンタルナイトライド（ＴａＮ）からなることができる。
【発明の効果】
【００１８】
上述したように、本発明は、絶縁層の過度な陥没によって、金属伝導性物質の平坦化による隣接した伝導性ビアが電気的に短絡される現象を防止でき、バックエンドプロセス工程が完了された後の装置の収率を減らす恐れのある金属欠陥（例えば、金属線短絡）を減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施形態を示す図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。しかしながら、本発明は、以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、相異なる多様な形態で具現されるものであり、本実施形態は、本発明の開示が完全となり、当業者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、特許請求の範囲の記載に基づいて決められなければならない。図面において、各層の厚さと領域は明確にするため誇張されている。ある層が他の層や基板上にあることになっている場合はそれが他の層や基板上に直接あってもよく、その間に中間層が存在してもよい。なお、明細書全体にかけて同一参照符号は同一構成要素を示すものとする。
【００２０】
図２Ａを参照すれば、本発明の一実施形態による金属配線層を形成する方法は、半導体基板１１０上に第１の絶縁層１１４を形成する段階を含む。示すように、半導体基板１１０は、その内に複数のトレンチ絶縁領域１１２とその上に複数のデバイス構造１１３（例えば、ゲート電極）を有する集積回路基板でありうる。このような第１の絶縁層１１４は約２，０００Å〜４，０００Åの厚さを有するシリコンジオキシド（二酸化ケイ素）からなることができるが、この絶縁層１１４は２，０００Å以下又は４，０００Å以上の厚さを有することも可能である。次に、第１の絶縁層１１４は第２の絶縁層１１８に覆われるようになる。このような第２の絶縁層１１８は相対的に低い誘電定数を有する電気絶縁物質、例えば約２．６５の誘電定数を有する芳香族炭化水素重合体であるＳｉＣＯＨ又はＳｉＬＫ（登録商標）のような物質を蒸着することによって形成できる。第２の絶縁層１１８は、約１，５００Å〜２，０００Åの厚さを有することができるが、他の厚さを有することもやはり可能である。その次に、第１の絶縁層１１４と第２の絶縁層１１８はそれぞれパターニングされてその内に複数のコンタクトホール１１７を限定する。写真エッチング工程用に作られたマスク（図示せず）を用いてエッチングされたこのようなコンタクトホール１１７は、第１の絶縁層１１４を通じて完全に延長し、半導体基板１１０の上部表面及び／又は、一つ又はそれ以上のデバイス構造１１３を露出させることができる。
【００２１】
図２Ｂを参照すれば、ＳＯＧ層１２０がコンフォーマルに塗布されて複数のコンタクトホール１１７を充填し、第２の絶縁層１１８の上部表面を均一にコーティングする。当業者が理解できるように、ＳＯＧ層１２０は高精密写真エッチング工程段階が順次に遂行できるようにするため高い表面平坦度を得るのに使用できる。このような高精密写真エッチング工程段階は、低温オキシド（Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｏｘｉｄｅ；以下、‘ＬＴＯ’という。）層１２２と反射防止コーティング１２４を順次に形成する段階を含むことができる。その次に、ＰＲ（フォトレジスト）層を形成し、パターニングして反対形状のＰＲマスク１２６を限定できる。このようなマスク１２６は第２の絶縁層１１８の上部表面の一部に対向するように延長する開口部を有するように形成できるが、これらはコンタクトホール１１７に接近するように隣接する。
【００２２】
図２Ｃに示すように、エッチング段階（例えば、活性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ；以下、‘ＲＩＥ’という。））を遂行して、反射防止膜１２４、ＬＴＯ層１２２、ＳＯＧ層１２０と第２の絶縁層１１８の上部表面を通じて順次に選択的にエッチングし、第２の絶縁層１１８の上部表面内に複数のリセス部１２８を限定できる。このようなリセス部１２８は、約５００Å〜１，０００Åの深さを有することができる。図２Ｄ〜図２Ｅを参照すれば、コンタクトホール１１７とリセス部１２８は第１の伝導性物質で充填されるようになる。特に、金属ブランケット層１３０（例えば、タングステン（Ｗ））は第２の絶縁層１１８の上側とコンタクトホール１１７の内側にコンフォーマルに形成できる。このような金属ブランケット層１３０は、約１，０００Å〜５，０００Åの厚さを有することができる。その次に、十分な時間の間金属ブランケット層１３０をＣＭＰすることによって金属ブランケット層１３０は平坦化されて、第２の絶縁層１１８の上部表面を露出させ、従ってコンタクトホール１１７内に複数の伝導性プラグ１３２ａを、また複数のリセス部１２８内に複数のダミー金属パターン１３２ｂを、それぞれ限定できる。
【００２３】
図２Ｆを参照すれば、活性イオンエッチング（ＲＩＥ）段階を遂行して伝導性プラグ１３２ａとダミー金属パターン１３２ｂをエッチングマスクとして用いて第２の絶縁層１１８の露出した部分を方向性があるようにエッチバックする。示すように、このようなＲＩＥ段階は、十分な時間の間遂行されて第１の絶縁層１１４の上部表面を露出（そして可能であればエッチバック）させることができる。その後、図２Ｇに示すように、第２の金属ブランケット層（例えば、銅（Ｃｕ））が図２Ｆに示す構造上に形成され、続いて十分な時間の間平坦化（例えば、ＣＭＰを用いて）されてダミー金属パターン１３２ｂを除去し、その下にある第２の絶縁層１１８の部分を露出させる。第２の金属ブランケット層は約４，０００Å〜９，０００Åの厚さを有することができる。隣接した金属プラグ１３２ａの間に延長した第２の絶縁層１１８の部分は互いに隣接した金属配線パターンを電気的に絶縁する役割を果たす。このようなそれぞれの配線パターンは、第２の金属層から作られたカバーリング金属パターン１３４（例えば、銅キャップ）を有するそれぞれの伝導性プラグ１３２ａを包含する。以降、工程とパッケージング段階（図示せず）を遂行して本明細書で説明した工程段階から形成された一つ又はそれ以上の金属化層を有する集積回路装置を完成できる。
【００２４】
本発明のさらに他の実施形態によれば、図２Ｆ〜図２Ｇに関して示し、説明した段階は図３Ａ〜図３Ｂで代替できる。特に、図３Ａには伝導性プラグ１３２ａとダミー金属パターン１３２ｂをエッチングマスクとして用いて第２の絶縁層１１８の露出した部分を方向性があるようにエッチバックするＲＩＥ段階を遂行することを示している。その後、追加的なエッチング段階（乾式又は湿式エッチング）が遂行されて伝導性プラグ１３２ａをエッチバック（すなわち、短く）し、ダミー金属パターン１３２ｂを除去する。図３Ｂに示すように第２の金属ブランケット層（例えば、銅（Ｃｕ））が図３Ａに示す構造上に形成された後、十分な時間の間平坦化（例えば、ＣＭＰを用いて）されて、その下にある第２の絶縁層１１８の部分を露出させる。隣接した伝導性プラグ１３２ａの間に延長した第２の絶縁層１１８の部分はそれぞれの隣接した金属配線パターンを電気的に絶縁する役割を果たす。このようなそれぞれの配線パターンは、第２の金属層に起因するカバーリング金属パターン１３４（例えば、銅キャップ）を有するそれぞれの伝導性プラグ１３２ａを含む。
【００２５】
本発明のさらに他の実施形態は、半導体基板上に金属配線構造を形成する方法を含む。このような金属配線構造は図４Ａ〜図４Ｅによって示す金属プラグを含む。特に、図４Ａには第１の絶縁層２１４を形成した後、第１の絶縁層上に絶縁性乾式エッチストッパー層２１６を形成する段階が示されている。また、第２の絶縁層２１８は前記乾式エッチストッパー層２１６上に形成される。同一な物質又は他の物質を含むことができる第１の絶縁層２１４と第２の絶縁層２１８は、例えば、ＵＳＧ（Ｕｎｄｏｐｅｄ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）又はＢＰＳＧ（ｂｏｒｏｐｈｏｓｐｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ  ｇｌａｓｓ）層で形成できる。このような絶縁層はＨＤＰ（Ｈｉｇｈ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｐｌａｓｍａ）、ＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  ＣＶＤ）、又はＳＡＣＶＤ（Ｓｅｍｉ−Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  ＣＶＤ）などの技術を用いて形成できる。さらに第１の絶縁層２１４は、図２Ａ〜図２Ｇに示す基板１１０のような半導体基板上に形成できる。そして、複数のコンタクトホール２１７が形成される。このようなコンタクトホール２１７は、示すように、第２の絶縁層２１８を通じて第１の絶縁層２１４の内側に延長する。その後、金属化ブランケット層２２０（例えば、タングステン金属）が、第２の絶縁層２１８の上側とコンタクトホール２１７の内側にコンフォーマルに形成される。
【００２６】
図４Ｂを参照すれば、このような金属層２２０は十分な時間の間平坦化されて第２の絶縁層２１８の上部表面を露出させ、コンタクトホール２１７の内側に複数の金属プラグ２２０ａ、２２０ｂを限定する。示すように、もし金属プラグの密度が十分に高ければ、金属層２２０の平坦化は第２の絶縁層２１８内にディッシング（Ｄ）を起こしうる。その後、図４Ｃに示すように、第２の絶縁層２１８の露出した表面が十分な時間の間乾式エッチングされて乾式エッチストッパー層２１６の表面と乾式エッチストッパー層２１６から延長した金属プラグ２２０ａ、２２０ｂの側壁を露出させる。
【００２７】
その次に、図４Ｄに示すように、金属プラグ２２０ａ、２２０ｂは平坦化され、乾式エッチストッパー層２１６は平坦化ストッパー層として使用される。その後、図４Ｅに示すように、第３の絶縁層２３０が、平坦化された金属プラグ２２０ａ、２２０ｂと乾式エッチストッパー層２１６上に形成される。このような第３の絶縁層２３０は写真エッチング工程を用いてパターニングされ、対応する下部金属プラグ２２０ａ、２２０ｂを露出させる複数のコンタクトホール２３２を限定する。
【００２８】
図４Ａ〜図４Ｅに示す実施形態のさらに他の面によれば、金属層２２０を平坦化する段階は、第１の研磨パッド圧力で金属層２２０をＣＭＰする段階を含み、金属プラグ２２０ａ、２２０ｂを平坦化する段階は第１の研磨パッド圧力より低い第２の研磨パッド圧力で金属プラグ２２０ａ、２２０ｂをＣＭＰする段階を含む。特に、第１の研磨パッド圧力で金属層２２０をＣＭＰする段階は約３ｐｓｉのパッド圧力と約２０ｒｐｍ〜１００ｒｐｍのパッド回転速度でＳｉＯ２を含む研磨用スラリーを用いて金属層２２０を研磨する段階を含むことができる。追加的に、第２の研磨パッド圧力で金属プラグをＣＭＰする段階は約１ｐｓｉのパッド圧力と約２０ｒｐｍ〜１００ｒｐｍのパッド回転速度でＳｉＯ２を含む研磨用スラリーを用いて金属プラグを研磨する段階を含むことができる。
【００２９】
後述する金属プラグの柔らかい平坦化も、乾式エッチストッパー層２１６を十分に薄く（実質的なディッシングなしに）できて、これにより乾式エッチストッパー層２１６と第３の絶縁層２３０の全体誘電定数を減少させ、金属プラグ２２０ａ、２２０ｂと電気的に結合されうる重なった金属領域に関わる寄生電気容量を減少させることができる。
【００３０】
また、本発明のさらに他の実施形態によれば、絶縁性乾式エッチストッパー層２１６を形成する段階は、第１の絶縁層２１４上に約２００Å〜３００Åの厚さを有する絶縁性乾式エッチストッパー層２１６を形成する段階を含む。この場合、金属プラグ２２０ａ、２２０ｂを平坦化する段階は約１００Å〜２００Åの厚さを有する乾式エッチストッパー層２１６を平坦化する段階を含むことができて、これにより寄生電気容量を減少させることができる。本発明のさらに他の実施形態によれば、絶縁性乾式エッチストッパー層２１６を形成する段階は第１の絶縁層２１４上にシリコンナイトライド、アモルファスシリコンカーバイド又はＳｉＣＮ、又はこれらの組み合せを形成する段階を含む。
【００３１】
図５Ａ〜図５Ｊを参照すれば、金属配線構造を形成するさらに他の方法は半導体基板に示される基板３００の主表面上に第１の絶縁層３１０と第２の絶縁層３１２を形成する段階を含む。第１の絶縁層３１０は、約６，０００Åの初期厚さを有するシリコンジオキシド（ＳｉＯ２）で形成でき、約３，５００Åの厚さになるように研磨して平坦でない表面を除去できる。例えば、第２の絶縁層３１２は、約１，３５０Åの厚さを有するＳｉＯＣ（ｃａｒｂｏｎ−ｄｏｐｅｄ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｘｉｄｅ）層で形成できる。さらに他の実施形態で、第１の絶縁層３１０はＨＤＰ、ＰＥＣＶＤ、又はＳＡＣＶＤなどの技術を用いたＵＳＧ又はＢＰＳＧ層で形成できる。また、第２の絶縁層３１２はＦＳＧ（Ｆｌｕｏｒｉｎｅ  ｄｏｐｅｄ  Ｓｉｌｉｃａ  Ｇｌａｓｓ）層で形成できる。さらに他の実施形態によれば、第１の絶縁層と第２の絶縁層は同じ物質で形成されてもよい。
【００３２】
図５Ｂに示すように、第１の絶縁層３１０と第２の絶縁層３１２は写真エッチング工程を用いてパターニングされて、その内にコンタクトホール３１４を限定できる。本発明の一実施形態で、コンタクトホール３１４は基板３００の主表面を露出してもよい。さらに他の実施形態においてコンタクトホールは第１の絶縁層３１０を通じて部分的にのみ延長してもよい。図５Ｃに示すように、その後に第１の金属層３１６は第２の絶縁層３１２の上側とコンタクトホール３１４の内側に配置される。このような第１の金属層３１６は約２，５００Åの厚さを有するタングステン（Ｗ）層からなることができる。一部場合において、コンフォーマルに形成された第１の金属層３１６はコンタクトホール３１４の内側に垂直に延長した金属シーム３１７を形成しうる。
【００３３】
図５Ｄを参照すれば、第１の金属層３１６は平坦化されてすんなりとした主表面を有する第１の金属層３１６ａを限定する。このような第１の金属層３１６の平坦化段階は、例えばＲＩＥ技術を用いて第１の金属層３１６をエッチバックするか、或いは第１の金属層３１６をＣＭＰする段階を含むことができる。その後に反射防止膜３１８が金属層３１６ａ上に形成できる。反射防止膜３１８は、約１，０００Åの厚さを有するＳｉＯＮ層で形成できる。図５Ｅに示すように、選択的に使用される反射防止膜３１８は、写真エッチング工程を用いてパターンが形成されたＰＲ層３２０を精密に作ることができるようにする。図５Ｆに示すように、反射防止膜３１８と金属層３１６ａの選択的なエッチングによってパターンが形成された反射防止膜３１８ａとパターンが形成された金属層が形成される。このようなパターンが形成された金属層は金属領域３１６ｂと金属プラグ３１６ｃを含む。また、金属層３１６ａに関する選択的なエッチングによって拡張されたシーム３１７が作られる。
【００３４】
図５Ｇを参照すれば、第２の絶縁層３１２（そしてパターンが形成された反射防止膜３１８ａ）は十分な時間の間選択的にエッチバックされて第１の絶縁層３１０を露出させ、パターンが形成された第２の絶縁層３１２ａを限定する。このようなエッチング段階の間、パターンが形成された金属領域３１６ｂは一緒にハードエッチングマスクを形成するようになる。図５Ｈに示すように、残っている金属ハードマスク３１６ｂはエッチバックされて第２の絶縁層３１２ａを露出させることができる。金属プラグ３１６ｃは、さらにエッチングされてその内に露出したシーム３１７を有する金属プラグ３１６ｄを限定できる。続いて、このような露出したシーム３１７は伝導性充填物質３２２で充填されるようになる。このような充填物質３２２は、ＣｏＷＰ層を選択的に形成することによって露出したシーム３１７に追加できる。露出したシーム３１７を伝導性充填物質３２２で充填した後、ブランケット金属バリヤ層（図示せず）が図５Ｈに示す構造上に形成できる。このような金属バリヤ層は例えば、タンタル（Ｔａ）層やタンタルナイトライド（ＴａＮ）層、又はタンタル及びタンタルナイトライドを含んだ二重層で形成できる。図５Ｉを参照すれば、第２の金属層３２４が金属プラグ３１６ｄとパターンが形成された第２の絶縁層３１２ａ上に形成される。このような第２の金属層３２４は電気鍍金によって約６，０００Åの厚さを有する銅（Ｃｕ）層で形成できる。図５Ｊを参照すれば、第２の金属層３２４が十分な時間の間平坦化されてパターンが形成された第２の絶縁層３１２ａを露出させ、複数の配線パターン３２４ａ、３２４ｂを限定する。このような配線パターン３２４ａは金属プラグ３１６ｄ及び伝導性充填物質３２２と直接接するように形成される。
【００３５】
図面と明細書で本発明の代表的で好適な実施形態を記述してきた。そして、特定の用語を使用したが、これらは特許請求の範囲で説明される本発明の権利範囲を専ら包括的かつ記述的な意味で使用するものであって、限定的な目的で使用するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１Ａ】ダマシン工程段階を用いた金属配線層を形成する従来の方法を示す中間構造の断面図である。
【図１Ｂ】ダマシン工程段階を用いた金属配線層を形成する従来の方法を示す中間構造の断面図である。
【図１Ｃ】ダマシン工程段階を用いた金属配線層を形成する従来の方法を示す中間構造の断面図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態によって、金属配線層を形成する方法を示す中間構造の断面図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態によって、金属配線層を形成する方法を示す中間構造の断面図である。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態によって、金属配線層を形成する方法を示す中間構造の断面図である。
【図２Ｄ】本発明の一実施形態によって、金属配線層を形成する方法を示す中間構造の断面図である。
【図２Ｅ】本発明の一実施形態によって、金属配線層を形成する方法を示す中間構造の断面図である。
【図２Ｆ】本発明の一実施形態によって、金属配線層を形成する方法を示す中間構造の断面図である。
【図２Ｇ】本発明の一実施形態によって、金属配線層を形成する方法を示す中間構造の断面図である。
【図３Ａ】本発明の他の実施形態によって、図２Ｆ〜図２Ｇに示すことを代替する工程段階を示す中間構造の断面図である。
【図３Ｂ】本発明の他の実施形態によって、図２Ｆ〜図２Ｇに示すことを代替する工程段階を示す中間構造の断面図である。
【図４Ａ】本発明のさらに他の実施形態によって、金属配線構造を形成する方法を示す中間構造の断面図である。
【図４Ｂ】本発明のさらに他の実施形態によって、金属配線構造を形成する方法を示す中間構造の断面図である。
【図４Ｃ】本発明のさらに他の実施形態によって、金属配線構造を形成する方法を示す中間構造の断面図である。
【図４Ｄ】本発明のさらに他の実施形態によって、金属配線構造を形成する方法を示す中間構造の断面図である。
【図４Ｅ】本発明のさらに他の実施形態によって、金属配線構造を形成する方法を示す中間構造の断面図である。
【図５Ａ】本発明のさらに他の実施形態によって、金属配線構造を形成する方法を示す中間構造の断面図である。
【図５Ｂ】本発明のさらに他の実施形態によって、金属配線構造を形成する方法を示す中間構造の断面図である。
【図５Ｃ】本発明のさらに他の実施形態によって、金属配線構造を形成する方法を示す中間構造の断面図である。
【図５Ｄ】本発明のさらに他の実施形態によって、金属配線構造を形成する方法を示す中間構造の断面図である。
【図５Ｅ】本発明のさらに他の実施形態によって、金属配線構造を形成する方法を示す中間構造の断面図である。
【図５Ｆ】本発明のさらに他の実施形態によって、金属配線構造を形成する方法を示す中間構造の断面図である。
【図５Ｇ】本発明のさらに他の実施形態によって、金属配線構造を形成する方法を示す中間構造の断面図である。
【図５Ｈ】本発明のさらに他の実施形態によって、金属配線構造を形成する方法を示す中間構造の断面図である。
【図５Ｉ】本発明のさらに他の実施形態によって、金属配線構造を形成する方法を示す中間構造の断面図である。
【図５Ｊ】本発明のさらに他の実施形態によって、金属配線構造を形成する方法を示す中間構造の断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
３００  基板
３１０  第１の絶縁層
３１２、３１２ａ  第２の絶縁層
３１４  コンタクトホール
３１６、３１６ａ  第１の金属層
３１６ｂ  金属領域・金属ハードマスク
３１６ｃ、３１６ｄ  金属プラグ
３１７  シーム
３１８、３１８ａ  反射防止膜
３２０  ＰＲ層
３２２  伝導性充填物質
３２４  第２の金属層
３２４ａ、３２４ｂ  配線パターン
【図１Ａ】
0005382988.tif 000002
【図１Ｂ】
0005382988.tif 000003
【図１Ｃ】
0005382988.tif 000004
【図２Ａ】
0005382988.tif 000005
【図２Ｂ】
0005382988.tif 000006
【図２Ｃ】
0005382988.tif 000007
【図２Ｄ】
0005382988.tif 000008
【図２Ｅ】
0005382988.tif 000009
【図２Ｆ】
0005382988.tif 000010
【図２Ｇ】
0005382988.tif 000011
【図３Ａ】
0005382988.tif 000012
【図３Ｂ】
0005382988.tif 000013
【図４Ａ】
0005382988.tif 000014
【図４Ｂ】
0005382988.tif 000015
【図４Ｃ】
0005382988.tif 000016
【図４Ｄ】
0005382988.tif 000017
【図４Ｅ】
0005382988.tif 000018
【図５Ａ】
0005382988.tif 000019
【図５Ｂ】
0005382988.tif 000020
【図５Ｃ】
0005382988.tif 000021
【図５Ｄ】
0005382988.tif 000022
【図５Ｅ】
0005382988.tif 000023
【図５Ｆ】
0005382988.tif 000024
【図５Ｇ】
0005382988.tif 000025
【図５Ｈ】
0005382988.tif 000026
【図５Ｉ】
0005382988.tif 000027
【図５Ｊ】
0005382988.tif 000028