(57)【要約】くぼみ区域及び非くぼみ区域を有する誘電性層を半導体ウェーハ上に形成することを含む、半導体構造物上の導電性層を平面化し、電解研磨する方法。導電性層を誘電性層上に形成して、くぼみ区域及び非くぼみ区域を被覆する。次いで導電性層表面を平面化して、表面のトポロジーの変動を減少させる。次いで平面化された導電性層を電解研磨して、非くぼみ区域を露出させる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体構造物を形成する方法であって、
半導体ウェーハ上に誘電性層を形成すること、ここでこの誘電性層はくぼみ区域及び非くぼみ区域を含む、
誘電性層上に導電性層を形成してくぼみ区域及び非くぼみ区域を被覆すること、
導電性層の表面を平面化して導電性層の表面のトポロジーの変動を減少させること、及び
導電性層の表面を平面化した後、導電性層を電解研磨して非くぼみ区域を露出させること、
の工程を含む方法。
【請求項２】
導電性層の表面の平面化工程が導電性層の化学的機械的研磨（ＣＭＰ）を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ＣＭＰが導電性層の非くぼみ区域を露出させないで導電性層の表面を平面化する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ＣＭＰが研磨パッドを含み、そしてこの研磨パッドが導電性層の非くぼみ区域と接触しない、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
ＣＭＰが無スラリー研磨プロセスを包含する、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
導電性層の表面を平面化する工程が
導電性層の表面上に犠牲物質を形成すること、ここで前記犠牲物質は平面化される、及び
犠牲物質と導電性層の一部分とをエッチングすることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
エッチング工程が犠牲物質と導電性層との間の選択性をもたない、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
犠牲物質がスピン−オン−ガラス(spin−on−glass)である、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
導電性層の形成工程が導電性層の析出を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
導電性層の形成工程が導電性層の電気めっきを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
導電性層と誘電性層との間に配置されたシード層を形成する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
電解研磨工程が非くぼみ区域からシード層の一部分を除去する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
電解研磨工程が電解質流体の流れを導電性層表面に向けることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
電解研磨工程が電解質流体中に導電性層の少なくとも一部分を浸漬することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
導電性層と誘電性層との間に配置された遮壁層を形成する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
プラズマ乾式エッチングにより、遮壁層を誘電性層の非くぼみ区域から除去する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
湿式エッチングにより、遮壁層を誘電性層の非くぼみ区域から除去する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
導電性層が銅である、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
導電性層を第１高さに平面化し、第２高さに電解研磨し、ここで第２高さは第１高さより低い、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
第２高さは非くぼみ区域の高さと同一平面である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
第２高さが非くぼみ区域の高さより低い、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
半導体デバイスの製造方法であって
半導体構造物上に誘電性層を形成すること、ここでこの誘電性層はくぼみ区域及び非くぼみ区域を含む、
導電性層を形成して誘電性層を被覆し、かつ非くぼみ区域を充填すること、
導電性層表面を半導体構造物よりも上の第１高さに平面化すること、ここで第１高さは非くぼみ区域の高さより大きい、及び
導電性層表面を半導体構造物より上の第２高さに電解研磨すること、ここで第２高さは第1高さより低い、の工程を含む方法。
【請求項２３】
第２高さが非くぼみ区域の高さと同一平面である、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
第２高さが非くぼみ区域の高さより低い、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
導電性層の平面化工程が導電性層の化学的機械的研磨（ＣＭＰ）を包含する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
ＣＭＰが導電性層の下に横たわる構造物を露出しない、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
ＣＭＰが研磨パッドを含み、そして研磨パッドが導電性層の下に横たわる構造物と接触しない、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
ＣＭＰが無スラリー研磨プロセスを包含する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
導電性層表面を平面化する工程が
導電性層表面上に犠牲物質を形成すること、ここで前記犠牲物質は平面化される、及び
犠牲物質及び導電性層をエッチングすること、ここで犠牲物質と導電性層との間に選択性が存在しない、の工程を含む、請求項２２記載の方法。
【請求項３０】
犠牲物質がスピン−オン−ガラスである、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
導電性層の形成工程が導電性層の析出を包含する、請求項２２に記載の方法。
【請求項３２】
導電性層の形成工程が導電性層の電気めっきを包含する、請求項２２に記載の方法。
【請求項３３】
導電性層と誘電性層との間に配置されたシード層を形成する工程をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３４】
電解研磨工程が非くぼみ区域からシード層の一部分を除去する、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
電解研磨工程が電解質流体の流れを導電性層表面に向けることを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３６】
電解研磨工程が電解質流体の中に導電性層の少なくとも一部分を浸漬することを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３７】
導電性層と誘電性層との間に配置された遮壁層を形成する工程をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項３８】
プラズマ乾式エッチングにより、遮壁層を誘電性層の非くぼみ区域から除去する、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
湿式エッチングにより、遮壁層を誘電性層の非くぼみ区域から除去する、請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】
導電性層が銅である、請求項２２に記載の方法。
【請求項４１】
相互接続構造物を作る方法であって、
半導体構造物を形成すること、ここで半導体構造物は開口でパターン化され相互接続を形成する、
半導体構造物の上にかつ開口内に導電性層を形成すること、
導電性層表面を平面化して非平面変動を減少させること、及び
平面化された導電性層を電解研磨して、開口内の導電性層を隔離すること、の工程を含む方法。
【請求項４２】
半導体構造物がその中に形成された開口を有する誘電性層を含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
半導体構造物が誘電性層と導電性層との間に形成された遮壁層をさらに含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
プラズマ乾式エッチングにより、遮壁層を誘電性層の一部分から除去する、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
湿式エッチングにより、遮壁層を誘電性層の一部分から除去する、請求項４３に記載の方法。
【請求項４６】
導電性層と誘電性層との間に配置されたシード層を形成することをさらに含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４７】
電解研磨工程がシード層の一部分を除去する、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
導電性層表面を平面化する工程が導電性層の化学的機械的研磨（ＣＭＰ）を含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４９】
ＣＭＰが導電性層の下に横たわる構造物を露出しない、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
ＣＭＰが研磨パッドを含み、そして研磨パッドが導電性層の下に横たわる構造物と接触しない、請求項４８に記載の方法。
【請求項５１】
ＣＭＰが無スラリー研磨プロセスを包含する、請求項４８に記載の方法。
【請求項５２】
導電性層表面を平面化する工程が、
導電性層表面上に犠牲物質を形成すること、ここで前記犠牲物質は平面化される、及び
犠牲物質と導電性層の一部分とをエッチングすること、ここで犠牲物質と導電性層との間に選択性が存在しないの工程を含む、請求項４１記載の方法。
【請求項５３】
犠牲物質がスピン−オン−ガラスである、請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
導電性層の形成工程が導電性層の析出を包含する、請求項４１に記載の方法。
【請求項５５】
導電性層の形成工程が導電性層の電気めっきを包含する、請求項４１に記載の方法。
【請求項５６】
電解研磨工程が電解質流体の流れを導電性層表面に向けることを含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項５７】
電解研磨工程が電解質流体の中に導電性層の少なくとも一部分を浸漬することを含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項５８】
導電性層が銅である、請求項４１に記載の方法。
【請求項５９】
導電性層、及び
くぼみ区域及び非くぼみ区域を有する誘電性層、を含み、
ここで導電性層は非くぼみ区域を充填して相互接続ラインを形成し、そして
導電性層表面を平面化し、次いで導電性層表面を電解研磨することによって、非くぼみ区域が露出されている、半導体構造物。
【請求項６０】
導電性層が化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により平面化されている、請求項５９に記載の構造物。
【請求項６１】
ＣＭＰが誘電性層の非くぼみ区域を露出しない、請求項６０に記載の構造物。
【請求項６２】
導電性層が、
導電性層表面上に平面の犠牲物質を形成すること、及び
犠牲物質と導電性層の一部分とをエッチンすること、によって平面化されている、請求項６０に記載の構造物。
【請求項６３】
エッチング工程が犠牲物質と導電性層との間の選択性をもたない、請求項６２に記載の構造物。
【請求項６４】
犠牲物質がスピン−オン−ガラスを包含する、請求項６２に記載の構造物。
【請求項６５】
犠牲物質がフォトレジストを包含する、請求項６２に記載の構造物。
【請求項６６】
犠牲物質が金属を包含する、請求項６２に記載の構造物。
【請求項６７】
請求項１に記載の方法により形成された半導体構造物。
【請求項６８】
請求項２２に記載の方法に従い形成された半導体デバイス。
【請求項６９】
請求項４１に記載の方法により半導体ウェーハ上に形成された半導体構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に半導体デバイス、さらに詳しくは、平面化法と電解研磨との組み合わせを使用する金属のダマスカス構造物を平面化する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスは、トランジスタ及び相互接続素子をつくるために、多数の異なる加工工程を使用して半導体ウェーハ上に製造又は製作される。半導体ウェーハに関連するトランジスタ端子を電気的に接続するために、導電性(例えば、金属の)トレンチ、バイアス(vias)、及びその他が誘電物質の中に半導体デバイスの一部分として形成される。トレンチ及びバイアスは、トランジスタ、半導体デバイスの内部回路、及び半導体デバイスに対して外部の回路間の電気信号及び電力を結合する。
【０００３】
相互接続素子の形成において、半導体ウェーハを、例えばマスクし、エッチングし、析出させて、半導体デバイスの必要な電子回路を形成する。特に、多数のマスキング及びエッチング工程を実施して、相互接続ラインのためのトレンチ及びバイアスとして働く誘電性層を半導体ウェーハ上に形成することができる。次いで、析出プロセスを実施して金属層を半導体ウェーハ上に析出させて、トレンチ及びバイアスの両方の中に、また誘電性層の非くぼみ区域上に金属を析出させる。くぼみ区域のパターンを隔離しかつ相互接続素子を形成するために、半導体ウェーハの非くぼみ区域上に析出した金属を除去する。
【０００４】
半導体ウェーハ上の誘電性層の非くぼみ区域上に析出された金属を除去する慣用法は、例えば、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）を包含する。ＣＭＰ法は、誘電性層の非くぼみ区域を有するトレンチ及びバイアス内の金属層を研磨及び平面化して相互接続ラインを形成するために、半導体産業において広く使用されている。
【０００５】
ＣＭＰプロセスにおいて、ウェーハアセンブリを定盤又はウェブ上に位置するＣＭＰパッド上に位置決定する。ウェーハアセンブリは、１又は２以上の層及び／又は形状物、例えば、誘電性層の中に形成された相互接続素子を有する支持体を包含する。次いで力を加えてＣＭＰパッドに対してウェーハアセンブリをプレスする。ＣＭＰパッド及び支持体アセンブリを互いに対してかつ互いに関して動かすと同時に、力を加えてウェーハ表面を研磨しかつ平面化する。研磨溶液（しばしば研磨スラリーと呼ばれる）をＣＭＰパッド上に小出しする。典型的には、研磨スラリーは研磨剤を含有し、化学的に反応性であってウェーハから不必要な物質、例えば、金属層を他の物質、例えば、誘電物質よりも急速に除去する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、ＣＭＰを使用してウェーハ上の表面の全体的及び局所的平面化を達成することができる。さらに、物質層を除去して下に横たわる構造物又は層を露出させるために、ＣＭＰを使用することができる。しかしながら、ＣＭＰ法は、関係する比較的強い機械的力のために、下に横たわる半導体構造物に対していくつかの有害作用を有することがある。例えば、相互接続の位置関係が13ミクロン以下に動くとき、導電性物質、例えば、銅及び典型的なダマスカスプロセスにおいて使用するｋの低い薄層の機械的性質間に大きい差が存在することがある。例えば、ｋの低い誘電体薄層のヤング率は銅のそれよりも10倍よりも大きいことがある。結局、なかでも、ＣＭＰプロセスにおいて誘電体薄層及び銅に加えられる比較的強い機械的力は、層剥離、中低そり、浸蝕、薄層の浮き、引掻き又はその他を包含する応力に関係する欠陥を半導体構造物について引き起こすことがある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１つの例において、半導体構造物を形成する方法が提供される。この方法は、半導体ウェーハ上に誘電性層を形成し、ここで誘電性層はくぼみ区域及び非くぼみ区域を含み、誘電性層上に導電性層を形成してくぼみ区域及び非くぼみ区域を被覆し、導電性層表面を平面化して導電性層表面のトポロジーの変動を減少させ、次いで導電性層を電解研磨して非くぼみ区域を露出させることを包含する。
添付図面及び特許請求の範囲と組み合わせて詳細な説明を考慮すると、本発明はいっそう十分に理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明をいっそう完全に理解できるようにするために、多数の特定の詳細、例えば、特定の物質、パラメーター、及びその他を後述する。しかしながら、説明は本発明の範囲を限定することを意図せず、その代わりに典型的な態様のよりすぐれた説明を提供することを認識すべきである。
【０００９】
化学的機械的研磨(ＣＭＰ)は半導体表面を平面化し、研磨する既知の方法であるが、ＣＭＰは下に横たわる構造物に対して応力に関係する欠陥、例えば、中低そり、腐蝕、薄層の浮き、引掻き又はその他を引き起こすことがある。対照的に、電解研磨は比較的応力を含まない研磨法を提供する金属(例えば、銅)を研磨する方法である。しかしながら、後述するように、電解研磨は高さの差にかかわらずほぼ同一の速度で金属層をエッチングすることにおいて、等方的エッチングプロセスである。こうして、電解研磨前に金属層のトポロジーの構造又は一般的形状が非平面である場合、金属層のトポロジーの非平面構造又は一般的形状は典型的には電解研磨後に残留する。
【００１０】
図1A及び図1Bは、非平面のトポロジーを有する半導体構造物を研磨する電解研磨法の典型的なプロセスフローを図解する。図1Aは、支持体100上に形成されたくぼみ区域及び非くぼみ区域でパターン化された誘電性層102を図解する。遮壁／シード層105は、誘電性層102及び支持体100上に形成されている。最後に、金属層106が、例えば、電気めっきにより、遮壁／シード層105上に析出されており、誘電性層102のくぼみ区域及び非くぼみ区域を被覆している。金属層106は、誘電性層中の種々の構造物上に位置するハンプ108及びくぼみ112を含む非平面のトポロジーを有する。金属層106の非平面のトポロジーは、例えば、電気めっきプロセスにおけるめっき化学により引き起こされることがある。
【００１１】
次に図1Bを参照すると、くぼみ区域内の金属層106、すなわち、トレンチが隔離されて金属の相互接続ラインを形成するように、金属層106は典型的には非くぼみ区域の表面に研磨し戻される。一般に、くぼみ区域内の金属層106の上表面は、くぼみ区域内に形成された金属層106を取り囲む非くぼみ区域の上表面と同一平面であることが望ましい。
【００１２】
平面に対する言及は、金属層106の上表面が非くぼみ区域の上表面と絶対的に同一平面であることを必要とするか、あるいは示唆することを意図せず、むしろ金属層106の上表面のレベルがくぼみ区域の上表面のレベルといっそう同一高さであることを知らせることを意図することを認識すべきである。こうして、金属層106の上表面のレベルとくぼみ区域の上表面のレベルとの間の変動を減少させることが一般に好都合である。
【００１３】
この例において、金属層106を電解研磨することを仮定する。さらに、図1Aに描写されているように、金属層106のトポロジーの構造又は一般的形状は電解研磨前に非平面であることを仮定する。前述したように、電解研磨は等方的エッチングプロセスである。それ自体、図1Bに描写されているように、金属層106のトポロジーの非平面構造又は一般的形状は電解研磨後に残留することができる。
【００１４】
さらに詳しくは、この例において、図1Aに描写されているように、電解研磨前に、金属層106のトポロジーはハンプ108及びくぼんだ部分112を含むことを仮定する。図1Bに描写されているように、電解研磨後に、ハンプ108及びくぼんだ部分112（図1A）は残留物110及びくぼみ114として残留することを仮定する。残留物110は誘電性層102より上の高さＨである金属層106の領域である。残留物110は、残留物110より下のトレンチ領域中に形成した相互接続ライン間の電気短絡を引き起こすことがある。くぼみ114は金属層106中のくぼみ又はトレンチであり、ここでトレンチ内の金属層106の表面は誘電性層102の表面より下において深さＲに存在する。くぼみ114はトレンチ内において金属及び銅を減少させ、これにより形成した相互接続ラインのコンダクタンスを低下させることができる。こうして、前述したように、非くぼみ区域の表面の上下における金属層106の表面高さの変動を減少させることが好都合である。
【００１５】
したがって、１つの典型的な態様において、パターン化された誘電性層の上に形成された金属層を平面化した後、金属層を電解研磨して相互接続ラインを隔離する。電解研磨し戻す前に金属層を平面化する1つの利点は、慣用の平面化技術に比較して、金属層の下に横たわる構造物に対する損傷をより少なくし、こうして相互接続素子の信頼性を増加させて、金属の相互接続ラインを誘電性層中に形成することができることである。なぜなら、構造物に対する大部分の損傷は、くぼみが形成された金属がＣＭＰパッドに対して暴露されるとき、起こるからである。
【００１６】
図2A〜図2Dは、非平面のトポロジーを有する金属層106を含む典型的な半導体構造物を平面化し、電解研磨する方法の典型的なプロセスフローを図解する。図2Aは、誘電性層102中に形成されたくぼみ区域102r及び非くぼみ区域102nを有する典型的な半導体構造物の断面図を図解する。くぼみ区域102r及び非くぼみ区域102nは、誘電性層102中の相互接続ラインのパターンを形成する。任意の慣用の析出法、例えば、熱的又はプラズマ化学的気相成長法、スピン−オン(spin−on)、スパッタリング、又はその他を使用して、誘電性層102を支持体層100の上に好都合に析出し、形成することができる。さらに、既知のパターン化法、例えば、フォトマスキング、フォトリソグラフィー、マイクロリソグラフィー、又はその他により、誘電性層102をパターン化することができる。誘電物質は、例えば、二酸化ケイ素(SiO2)であることができる。多数の用途のために、低い誘電率を有する誘電性層物質(しばしば低“k”値物質と呼ばれる)を選択することが望ましい。低ｋ値物質(すなわち、ほぼ3.0より低い)は、隣接ライン間のキャパシタンス結合及び「漏話」を減少させることによって、よりすぐれた相互接続ライン間の電気的隔離を提供する。このような低ｋ値物質は、フッ化ケイ酸塩ガラス、ポリイミド、フッ化ポリイミド、ハイブリッド／複合体、シロキサン、有機ポリマー、[α]−C：F、Si−O−C、パリレン／フッ化パリレン、ポリテトラフルオロエチレン、ナノ多孔質シリカ、ナノ多孔質有機物質、又はその他を包含する。
【００１７】
誘電性層102を支持体層100上に形成する。支持体層100は、例えば、下に横たわる半導体ウェーハ、前もって形成された誘電性層、又は他の半導体構造物であることができる。支持体層100は、特定の用途に依存して、例えば、ケイ素及び／又は他の種々の半導体物質、例えば、ヒ化ガリウム、又はその他を包含することができる。
【００１８】
また、遮壁層がくぼみ区域102r内の誘電性層102の壁を含むパターン化された誘電性層102を被覆するように、遮壁及び／又はシード層105を、種々の方法、例えば、化学的気相成長法(CVD)、物理的気相成長法(PVD)、原子層析出(ALD)、又はその他により析出させることができる。引き続いて金属層106が析出した後、遮壁層は金属(例えば、銅)が誘電性層102中に拡散するのを防止する働きをする（図2B）。誘電性層102の中への銅のいかなる拡散も、誘電性層102の誘電率を悪い方向に増加させる。遮壁／シード層105を、銅の拡散に対して抵抗性である適当な物質、例えば、チタン、タンタル、タングステン、窒化チタン、窒化タンタル、窒化タングステン、又は他の適当な物質から形成することができる。いくつかの用途において、遮壁層を省略することができる。例えば、誘電物質は金属層106の拡散に対して十分に抵抗性である場合、又は金属層106の拡散が半導体デバイスの性能に悪影響を及ぼさない場合、遮壁層を省略することができる。
【００１９】
例えば、金属層106が引き続いて誘電性層102上に電気めっきする場合、シード層が典型的には析出される。典型的には、シード層は金属層106をその上に電気めっきすることができる銅又は他の導電性物質の薄層である。さらに、遮壁／シード層105の単一層又は物質は遮壁層及びシード層の両方として働くことができる。
【００２０】
図2Bを次に参照すると、金属層106を遮壁／シード層105の表面上に、又は遮壁／シード層105を省略する場合、誘電性層102上に析出させる。金属層106はトレンチ又はくぼみ区域102rを充填し、また非くぼみ区域102nを被覆する。金属層106はPVD、CVD、ALD、電気めっき、無電解めっき、又は他の好都合な方法により析出させることができる。金属層106は、例えば、銅又は他の適当な導電性物質、例えば、アルミニウム、ニッケル、クロム、亜鉛、カドミウム、銀、金、ロジウム、パラジウム、白金、錫、鉛、鉄、インジウム、又はその他である。
【００２１】
図2Bに示すように、金属層106のトポロジーはそのトポロジーの変動と同一平面ではないことができる。例えば、金属層106の析出は誘電性層102の種々の形より上にハンプ108及び／又はくぼんだ部分112を生ずることがある。特に、金属層106を誘電性層102の上に電気めっきする場合、ハンプ108は誘電性層102の狭い高密度のトレンチ領域より上に形成することができ、そしてくぼんだ部分112は広い低密度のトレンチ領域より上に形成することができる。めっき化学のために、誘電性層102の上に金属層106を電気めっきする場合、この効果は特に支配的であることがある。しかしながら、ハンプ108及びくぼんだ部分112の形状及び位置は例示のみを目的とすること、及び金属層106の他の非平面トポロジーの特徴は第4A図及び第4B図に関して後述するように可能であることを認識すべきである。
【００２２】
次に図2Cを参照すると、金属層106を平滑に平面化するか、あるいはトポロジーの特徴を減少させる。例えば、化学的機械的研磨(ＣＭＰ)プロセスを構造物に適用して、金属層106を研磨し、平面化することができる。ＣＭＰ金属層106は、金属層106の電解研磨前に、金属層106のトポロジー、すなわち、ハンプ108、くぼみ112、及び他の非平面トポロジーの特徴を減少させて金属層106を平滑化する。例えば、ＣＭＰプロセスを実施して金属層106を下に横たわる支持体100より上の第1高さ“a”に研磨し、ここで“a”は誘電性層102の高さに等しい高さ“b”より高い。したがって、ＣＭＰプロセスは誘電性層102の非くぼみ区域102nからある距離を置いて金属層106を除去し、可能ならば誘電性層102との接触を防止する。むしろ、ＣＭＰプロセスは金属層106を研磨して金属層106を平面化し、そのトポロジーの変動を減少させる。
【００２３】
特別に金属層106を参照して、平面及び平面化に対する言及は、金属層106の表面が絶対的に平面であることを必要とするか、あるいは示唆することを意図せず、むしろ金属層106の表面がいっそう平滑又は平面であることを知らせることを意図することを認識すべきである。本質的に、金属層106の表面の平面化は、電解研磨前における金属層106のトポロジーの変動を減少させる。
【００２４】
ＣＭＰ装置（図５）の研磨パッドは下に横たわる構造物、例えば、誘電性層102に直接接触しないので、誘電性層102及び下に横たわる構造物の保存についてそれほど強調しないで、この典型的な方法のＣＭＰプロセスは平面化効率について最適化可能である。例えば、下に横たわる誘電性層102を保存するように、研磨パッドの剛性又は硬度を調節することができる。この方法の例のＣＭＰ部分において、埋め込まれたダイヤモンド先端を有する剛性パッド又はその他を使用することができる。さらに、スラリー又は研磨剤を使用しない研磨プロセスを使用して、金属層106における引掻きを減少させることができる。
【００２５】
研磨パッドの圧力は、特に銅及び低ｋ誘電体膜を使用する統合スキームについて、パターン化された誘電性層102及び相互接続構造物に対する損傷の防除及び防止における１因子であることがある。典型的には、研磨パッドの圧力は0.1ポンド−力／平方インチ(PSI)〜10PSIの範囲、例えば、５PSIである。ＣＭＰプロセス間に除去される金属層106の厚さは、少なくとも一部分、誘電性層102の上に形成された金属層106のトポロジー、及び使用するＣＭＰプロセスの平面化効率に依存する。典型的には、除去される厚さは、金属層トポロジーの高い点と低い点との間の差より大きいか、あるいはそれに等しい。
【００２６】
ＣＭＰプロセスは例示のみを目的としてここにおいて記載されることを認識すべきである。金属層106を平面化する別法を前述の典型的なＣＭＰプロセスの代わりに、又はそれとともに使用することができる。例えば、犠牲物質を金属層106の上に添加して、金属層106より上の表面を平面化する。犠牲物質は導電性又は非導電性物質、例えば、スピン−オン−ガラス(spin−on−glass)、フォトレジスト、金属合金、金属化合物、又はその他であることができる。次いで、例えば、犠牲物質と金属層106の一部分とをエッチング除去することによって、金属層106を平面化することができる。エッチングプロセスが犠牲層及び金属層106を同様な速度で除去するように、犠牲物質及び金属層106は同一又は同様なエッチング速度を有するべきである。平面化された金属層106及び犠牲層を同様な速度でエッチングして、犠牲層と金属層106の一部分とを除去すると、平面化された金属層106が生ずる。このプロセスの１例を図4Aに描写し、後述する。
【００２７】
エッチングプロセスは、乾式エッチングプロセス又は湿式エッチングプロセスであることができる。乾式エッチングプロセスは、プラズマエッチング、化学的蒸気エッチング、及びその他を包含する。プラズマエッチング源は、高密度プラズマ源、例えば、ヘリコンプラズマ源、誘導結合プラズマ源(ICP)、及びその他を包含することができる。エッチングガスは、ハロゲングループ、例えば、塩素をベースとするガスを包含することができる。プラズマエッチングプロセスの条件の２例を下記表に詳述する：
【００２８】
【表１】
2005500687.tif 000003
【００２９】
【表２】
2005500687.tif 000004
【００３０】
工程１後、銅及び銅化合物の上部部分は塩化銅(CuClx)に変換されるであろう。
工程２：
希薄HCl溶液を使用することによって、CuClx化合物を湿式エッチングする。HCl濃度は１〜６wt％の範囲、好ましくは３wt％であることができる。
【００３１】
選択的に、金属層106をめっきした後、アモルファスSi(a−Si)をガラス上でポリ−Siにアニールするために平坦なパネルディスプレイ産業において使用されている技術に類似する平面化技術に従い、レーザーを使用して銅を再流動化して、金属層106を緩和して平面化された表面を生じさせることができる。他の別法は、支持体100に対して平行な方向から放射して、金属層106のより高い部分を蒸発により除去することができる、高い周波数の短いパルスのレーザーを包含する。レーザーの短いパルスを使用して、大部分の銅及び取り囲む誘電物質をレーザーにより発生した高温の作用から保護する、すなわち、熱電費を減少させる。レーザーは、固体レーザー、例えば、ルビーレーザー、Nd−ガラスレーザー、Nd：YAG(イットリウムアルミニウムガーネット、Y3Al5O12)レーザー、気体レーザー、例えば、He−Neレーザー、CO2レーザー、HFレーザー、又はその他であることができる。レーザービームで支持体100の全表面上を走査して、金属層106を平面化する。さらに、このようなプロセスにおいて、非接触型表面トポロジーセンサーを終点検出器として使用することができる。この平面化プロセスの典型的な条件を下記表において詳述する：
【００３２】
【表３】
2005500687.tif 000005
【００３３】
次に図2Dを参照すると、金属層106を平面化した後、金属層106を電解研磨する。詳しくは、金属層106がくぼみ区域102r又はトレンチ内に隔離されて相互接続ラインを形成するように、金属層106を誘電性層102の非くぼみ区域102nから電解研磨する。金属層106を非くぼみ区域と同一高さに研磨することができる。選択的に、金属層106を非くぼみ区域より下の高さに研磨することができる。電解質流体の流れ(図示せず)を金属層106に向ける電解研磨装置により、金属層106を電解研磨することができる（図６）。電解質流体は、例えば、任意の好都合な電解質流体、例えば、リン酸、オルトリン酸(H3PO4)、又はその他である。
【００３４】
さらに、誘電性層102の非くぼみ区域102nの露出された領域から、遮壁／シード層105を除去する。層105がシード層であるか、あるいはそれを含む場合、例えば、金属層106を研磨する電解研磨プロセスはそれを除去することができる。層105が遮壁層であるか、あるいはそれを含む場合、例えば、プラズマ乾式エッチング、湿式エッチング又はその他はそれを除去することができる。さらに、金属層106を非くぼみ区域よりも低い高さに電解研磨した場合、非くぼみ区域をこの時においてエッチングして、表面を平面化することもできる。下記の表、表４は遮壁層を除去するプラズマ乾式エッチングプロセスにおいて使用できるパラメーターの典型的な範囲を提供する：
【００３５】
【表４】
2005500687.tif 000006
【００３６】
これらのパラメーターは、可能な誘電性層102物質であるSiO2の除去速度よりも大きい、２つの可能な遮壁層105であるTaN及びTiNの除去速度を生ずる。遮壁層105の除去の間、下に横たわる誘電性層102のエッチング又は損傷を減少させるように、この方法において選択性を選択することができる。しかしながら、パラメーターを変化させることによって、他の選択性を得ることができることに注意すべきである。
【００３７】
図３は、平面化プロセス及び電気めっきプロセスを包含する、典型的なダマスカスプロセス300を図解するフローチャートである。くぼみ区域及び非くぼみ区域を有するウェーハをブロック302において準備する。ウェーハ上に準備されたパターン化誘電性層は、くぼみ区域及び非くぼみ区域を定めることができる。他の前に形成された誘電性層、ウェーハ、又はその他を包含する、下に横たわる半導体構造物上に、パターン化誘電性層を形成することができる。さらに、加工の後の状態において個々の半導体デバイスに分離されるであろう、くぼみ区域及び非くぼみ区域を含む個々のダイスにウェーハを分割することができる。次いで、金属層が誘電性層内のくぼみ区域を充填し、ならびに誘電性層の非くぼみ区域を被覆するように、金属層をブロック304において析出させる。次いで、ブロック306において金属層を平面化する。例えば、金属層をＣＭＰプロセスに付して、金属層のトポロジーを平面化し、平滑化する。次いで、平面化された金属層をブロック308において電解研磨して、誘電性層の非くぼみ区域を露出させ、くぼみ区域内で金属層を隔離して金属の相互接続ラインを形成する。
【００３８】
フローチャートに描写されている典型的なプロセス300に、多数の変更を加えることができることを認識すべきである。例えば、遮壁／シード層を必要に応じて加えた後、ブロック304において金属層を析出させ、この場合において、非くぼみ区域を露出させた後、遮壁／シード層を誘電性層からエッチングする。さらに、図３における各ブロックは本明細書に明白に記載しなかった多数のプロセス、例えば、くぼみ区域を形成するマスキング及びエッチング、又は表面の平面化の前及び／又は後における金属層のクレンジングを包含することができる。さらに、典型的なダマスカスプロセス300を単一及び二重のはめ込んだプロセスの両方に適用可能である。
【００３９】
図4A及び図4Bは、平面化し、次いで電解研磨して相互接続構造物を形成することができる、金属層106の追加の典型的なトポロジーを図解する。図4Aを参照すると、金属層106は下に横たわる誘電性層102の形状に大よそ対応するトポロジーを有する。このようなトポロジーは、例えば、誘電性層102の上に金属層106をスパッタリングすることによってつくることができるであろう。次いで、犠牲物質107を添加し、次いで金属層106が破線“P”に平面化されるように、犠牲物質107と金属層106の一部分とをエッチングすることによって金属層106を平面化する。前述したように、犠牲物質107は金属、金属と溶媒との複合体、銅と溶媒との複合体、スピン−オン−ガラス、フォトレジスト、又はその他であることができる。犠牲物質107は下に横たわる金属層106と同様なエッチング速度を有する任意の物質であることができ、そしてエッチングプロセスは犠牲物質107と金属層106との間の選択性をもたない、慣用の乾式又は湿式エッチングであることができる。
【００４０】
ライン“P”の位置は例示のみを目的とし、用途及び平面化法に依存して上下に調節することができる。金属層106のトポロジーの特徴が平面化された後、図2Cと同様に、次いで図2Dに関して前述したように金属層106を電解研磨する。
【００４１】
図4Bは、不規則の表面トポロジーを有する他の典型的な金属層106を図解する。金属層106の不規則な表面トポロジーは、析出法から下に横たわる構造物までの範囲の多数の原因のためであることがある。金属層106を図4Aと同様にまずライン“P”に表面を平面化し、犠牲物質を添加し、エッチングし戻し、金属層106をレーザー又はその他でしばらく加熱することによって研磨する。次いで金属層106を電解研磨する。図4A及び図4Bから、この方法により下に横たわる誘電性層102を不適当に損傷しないで多数の金属層を平面化し、電解研磨することができることを認識すべきである。
【００４２】
次に図５を参照すると、典型的なＣＭＰ装置400及びプロセスが記載されている。ＣＭＰ装置400を使用して金属層106を平面化することができる。典型的なＣＭＰプロセスは、ウェーハ表面を湿潤した研磨する表面に対してプレスし、回転することによって進行する。このプロセスはＣＭＰ装置400の化学的、圧力、及び温度の条件により制御される。典型的なＣＭＰ装置400は、回転可能な研磨定盤411と、研磨定盤411上に取り付けられた研磨パッド412とを含む。また、ＣＭＰ装置400は回転可能なウェーハ担体413を含む。ウェーハ担体413はウェーハ401を位置決定し、矢印414で示す方向にウェーハ401に力を加える。ノズル417を通して化学的スラリーをＣＭＰ装置400に適用し、研磨パッド412上に小出しする。化学的スラリーを、例えば、温度制御した貯蔵器(図示せず)からノズル417を通して供給する。さらに、化学的スラリーは研磨剤、例えば、アルミナ、シリカ、又はその他を含有し、これらは他の選択した化学物質とともに研磨剤として使用してウェーハ401の表面を研磨する。
【００４３】
研磨速度に影響を与える主要なパラメーターは、研磨パッド414に対するウェーハ401上の下方向の圧力414、研磨定盤411及びウェーハ担体413の回転速度、化学的スラリーの組成及び温度、及び研磨パッド412の組成である。これらのパラメーターの調節は、研磨速度及びＣＭＰ装置400の平面化効率のコントロールを可能とする。
【００４４】
図５を参照して記載したＣＭＰ装置400及びプロセスは例示のみを目的とする。他のＣＭＰ装置の立体配置及び構成を使用できることを認識すべきである。例えば、回転可能な研磨定盤411及び研磨パッド412の代わりに、ウェーハ担体413に関して研磨パッド412を動かすベルトを使用することができる。また、認識されるように、研磨パッド412に関するウェーハ401の動きは、多数の方法で達成することができる。したがって、図５に描写されているＣＭＰ装置400は、使用できるＣＭＰ装置又は方法の限定を意図しない。
【００４５】
図６は、半導体ウェーハ501上に形成された金属層506を電解研磨するために使用できる電解研磨装置500の典型的な断面図である。半導体ウェーハ501は、例えば、支持体層100、誘電性層102、及び遮壁／シード層105をさらに含むことができる（図2A〜図2D)。さらに、金属層506のトポロジーは、電解研磨前に、例えば、ＣＭＰ装置400（図５）により平面化されているであろう。
【００４６】
電解研磨装置500のノズル540は、電解質流体520の流れを金属層506の表面に向ける。他の例において、ウェーハ501を電解質流体520中に完全に又は部分的に浸漬することができる。電解質流体520は、任意の慣用の電解研磨流体、例えば、リン酸、オルトリン酸(H3PO4)、又はその他を包含する。例えば、1つの例において、電解質流体は約60wt％〜約85wt％の濃度のオルトリン酸である。さらに、電解質流体520は、例えば、10〜40％(酸の質量に対して)のグリコールを含むことができる。しかしながら、電解質流体の濃度及び組成は特定の用途に依存して変化させることができることを認識すべきである。
【００４７】
電解研磨装置500が電解質流体520の流れを金属層506に向けるとき、電力供給装置550はノズル540中に位置決定された電極530(カソード)及び金属層506に結合された電極(アノード)に対抗する電荷を供給する。電力供給装置550は、例えば、一定電流又は一定電圧のモードで作動することができる。金属層506に関して電解質流体520を正に帯電させるように構成された電力供給装置550を使用して、金属層506の金属イオンを表面から除去する。この方法において、電解質流体520の流れはそれと接触する金属層506の部分を電解研磨する。
【００４８】
さらに、図６に描写されているように、ウェーハ501を回転しかつ軸Xに沿って並進させて、電解質流体520の流れ中に金属層506の表面を位置決定し、その表面を均一に電解研磨する。例えば、ウェーハ501を回転させると同時にX方向にウェーハ501を並進させることによって、電解質流体520は金属層506の表面に沿った螺旋状通路をたどることができる。選択的に、ウェーハ501を静止させて保持すると同時にノズル540を動かして、金属層506の必要な部分に電解質流体520の流れを適用する。さらに、ウェーハ501及びノズル540の両方を動かして、金属層506の必要な部分に電解質流体520の流れを適用することができる。電解研磨の方法及び装置の典型的な記載は下記の米国特許出願及び特許明細書に記載されている：米国特許出願No.09／497,894、発明の名称「半導体デバイス上の金属相互接続を電解研磨する方法及び装置」、2000年2月4日提出、及び米国特許No.6,395,152、発明の名称「半導体素子上の金属相互接続を電解研磨する方法及び装置」、1999年7月2日提出、それらの両方は引用することによって本明細書の一部とされる。
【００４９】
さらに、他の電解研磨の方法及び装置を使用して金属層106を電解研磨できることを認識すべきである。例えば、金属層506を含む、ウェーハ501を電解質流体の浴内に部分的又は完全に浸漬することができる。
【００５０】
上記説明は典型的な態様を例示するために提供され、限定を意図しない。当業者は理解するように、本発明の範囲内で多数の変更及び変形が可能である。例えば、単一又は二重のはめ込まれたダマスカス道具の中に形成された、多数の相互接続された構造物、例えば、誘電性層、遮壁層、シード層、及びマスク層の組み合わせを記載された方法に従い平面化し、電解研磨することができる。さらに、多数の平面化及び電解研磨の方法を組み合わせて、相互接続構造物を平面化及び電解研磨することができる。また、当業者にとって明らかなように、本明細書に記載する理由以外の理由でつくられた、非平面のトポロジーを有する金属層を、本明細書に記載した方法及び装置に従い、好都合に平面化及び電解研磨することができる。したがって、本発明は添付された特許請求の範囲により規定され、本明細書における記載により限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１Ａ−１Ｂ】半導体デバイスの典型的な電解研磨プロセスを図解する。
【図２Ａ−２Ｄ】半導体デバイスの典型的な平面化及び電解研磨プロセスを図解する。
【図３】典型的なダマスカスプロセスのフローチャートを図解する。
【図４Ａ−４Ｂ】平面化し、研磨することができる半導体構造物上に形成された金属層の典型的なトポロジーを図解する。
【図５】典型的な化学的機械的研磨装置の断面図を示す。
【図６】電解研磨装置の断面図を示す。
【図３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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