(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に第１金属層を形成する工程、
前記第１金属層をパターニングして所定の隙間をもって離隔される複数の第１メタル配線を形成する工程、
前記第１メタル配線の間の隙間を充填する第１誘電体層を形成する工程、
前記第１メタル配線の上面が露出されるように前記第１誘電体層をＣＭＰ（chemical mechanical polishing）を用いて平坦化する工程、
前記第１メタル配線をＣＭＰを用いて平坦化する工程、
前記第１メタル配線及び前記第１誘電体層上に第２金属層を形成する工程、
前記第２金属層をパターニングして、前記複数の第１メタル配線上に各々位置する複数の第２メタル配線を形成することにより、前記各々の第１メタル配線が該当する第２メタル配線と共に一体型メタル配線を形成する工程、
前記第２メタル配線の間の隙間を充填する第２誘電体層を形成することにより、前記第１誘電体層と前記第２誘電体層が前記一体型メタル配線の間の隙間を充填させる一体型誘電体層を形成する工程、の順序で行われ、
前記第１誘電体層を平坦化するＣＭＰにはシリカ含有スラリーが用いられ、前記スラリーのｐＨが１０より高いことを特徴とする半導体のメタル配線形成方法。
【請求項２】
前記第１誘電体層を平坦化する工程と、前記第１メタル配線を平坦化する工程とにより、前記第２金属層を形成する工程前に前記第１メタル配線及び前記第１誘電体層の上面が平面にされることを特徴とする請求項１に記載のメタル配線形成方法。
【請求項３】
前記第１誘電体層を形成する工程は、ＨＤＰＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ及びＳＯＧのうち少なくとも１つを用いて行われることを特徴とする請求項１に記載のメタル配線形成方法。
【請求項４】
前記第２誘電体層を形成する工程は、ＨＤＰＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ及びＳＯＧのうち少なくとも１つを用いて行われることを特徴とする請求項１に記載のメタル配線形成方法。
【請求項５】
前記第１金属層は、順次に積層された障壁金属層及びアルミニウム層を含むことを特徴とする請求項１に記載のメタル配線形成方法。
【請求項６】
前記第１金属層は、順次に積層された障壁金属層及びアルミニウム−銅層を含むことを特徴とする請求項１に記載のメタル配線形成方法。
【請求項７】
前記第２金属層は、順次に積層されたアルミニウム層及び反射防止用金属層を含むことを特徴とする請求項１に記載のメタル配線形成方法。
【請求項８】
前記第２金属層は、順次に積層されたアルミニウム−銅層及び反射防止用金属層を含むことを特徴とする請求項１に記載のメタル配線形成方法。
【請求項９】
前記反射防止用金属層は、Ｔｉ／Ｎ及びＴｉからなることを特徴とする請求項７又は８に記載のメタル配線形成方法。
【請求項１０】
前記第１メタル配線及び前記第２メタル配線は、同じ厚さを有することを特徴とする請求項１に記載のメタル配線形成方法。
【請求項１１】
前記第１メタル配線を平坦化するＣＭＰにはアルミナ含有スラリーが用いられ、前記スラリーのｐＨが３より低いことを特徴とする請求項１に記載のメタル配線形成方法。
【請求項１２】
前記第１メタル配線を平坦化するＣＭＰにはセリア（ceria）含有スラリーが用いられ、前記スラリーのｐＨが３より低いことを特徴とする請求項１に記載のメタル配線形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体の高アスペクト比メタル配線形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の高密度化によりメタル配線（metal line）の高さが高くなる（高アスペクト比）のはいうまでもなく、メタル配線の間のピッチも漸次減少している。従って、メタル配線の間に誘電体を充填する方法が漸次困難になり、また、絶縁物質または層間（gap-fill）物質にボイド（void、隙間）や切れ目が生じ、これを解決するために種々の方法が提案されている。
【０００３】
図１〜図３は、このような半導体素子の高アスペクト比メタル配線の形成のための従来技術による方法を順次に示す断面図である。図１では、半導体基板１０上に金属層１を備えた後、フォトリソグラフィ工程を行い、金属層１上にフォトレジストパターン２を形成する。金属層１はフォトレジストパターン２を通じて部分的に露出される。次いで、フォトレジストパターン２をマスクとして金属層１に反応性イオンエッチング（RIE：Reactive Ion Etching）を加えて、図１のフォトレジストパターン２を除去し、図２に示す複数のメタル配線１１を形成する。隣接したメタル配線１１の間にギャップ（gap、隙間）が介在する。図３では、ＨＤＰ（High Density Plasma）を用いて金属間誘電体１２（IMD：Inter Metal Dielectric）を形成することで、隣接したメタル配線１１の間の隙間を充填する。
【０００４】
しかし、このような従来のメタル配線１１形成方法は、メタル配線１１の高さが大きいので、前記各メタル配線１１の間に金属間誘電体１２がブリッジ（bridged）を形成したり、噛んだりして（pindhes off）完全に充填されず、図３に示すようなボイド（void）１３が形成されやすいという問題点を有する。ボイド１３は半導体素子の特性を低下させる。
【０００５】
また、高アスペクト比のメタル配線１１を充填するためには、ギャップにメタルブリッジが形成されるのを防ぐためギャップをより長く開口させ、ＨＤＰ工程時のエッチ速度（etch rate）を大きくする必要があるが、これによりメタル配線１１の上部に図３のコーナークリッピング（corner clipping）１４が形成されることもあり、半導体素子の特性が低下する可能性がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、半導体素子の高アスペクト比メタル配線の形成において、ボイド及びコーナークリッピングの発生が防止できるメタル配線の形成方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記のような目的を達成するため、本発明の一実施例は、基板上に第１金属層を形成する工程、前記第１金属層をパターニングして所定の隙間をもって離隔される複数の第１メタル配線を形成する工程、前記第１メタル配線の間の隙間を充填する第１誘電体層を形成する工程、前記第１メタル配線の上面が露出されるように前記第１誘電体層をＣＭＰ（chemical mechanical polishing）を用いて平坦化する工程、前記第１メタル配線をＣＭＰを用いて平坦化する工程、前記第１メタル配線及び前記第１誘電体層上に第２金属層を形成する工程、前記第２金属層をパターニングして、前記複数の第１メタル配線上に各々位置する複数の第２メタル配線を形成することにより、前記各々の第１メタル配線が該当する第２メタル配線と共に一体型メタル配線を形成する工程、前記第２メタル配線の間の隙間を充填する第２誘電体層を形成することにより、前記第１誘電体層と前記第２誘電体層が前記一体型メタル配線の間の隙間を充填させる一体型誘電体層を形成する工程、の順序で行われ、前記第１誘電体層を平坦化するＣＭＰにはシリカ含有スラリーが用いられ、前記スラリーのｐＨが１０より高いことを特徴とする半導体のメタル配線形成方法を提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図４〜図１２を参照して、本発明の好適な実施の形態によるメタル配線形成方法を詳説する。図面において、同一部品には同一参照番号を付与し説明する。
図４では、半導体基板１００上に第１金属層１１１を形成した後、フォトリソグラフィ工程を行い、第１フォトレジストパターン１０２を第１金属層１１１上に形成する。第１金属層１１１は、第１フォトレジストパターン１０２を通じて部分的に露出される。第１金属層１１１は、好ましくは順次に積層された第１金属と第２金属とを含む。第１金属は障壁金属（barrier metal）であり、ＴｉまたはＴｉ／Ｎから選ばれ、第二金属と基板の間の相互拡散（inter-diffusion）を防止する。第２金属はＡｌまたはＡｌ−Ｃｕから選ばれる。
【０００９】
第１フォトレジストパターン１０２をマスクとして用い、第１金属層１１１をエッチングすることにより、図５に示すように第１厚さを有する多数の第１メタル配線１１３ａを形成する。隣接した第１メタル配線１１３ａの間には、所定の隙間（gap）が介在する。このエッチング工程では反応性イオンエッチング（RIE）を用いることができる。次の誘電体充填工程時に発生するコーナークリッピングとメタルブリッジの問題点を避けるために、第１メタル配線１１３ａは好適には普通のアスペクト比を有する。第１メタル配線１１３ａの高さは好適には目的とするメタル配線の約５０％である。
【００１０】
図６では、第１誘電体層１２０を蒸着することにより、第１メタル配線１１３ａの間に介在する隙間を充填させる。第１誘電体層１２０の形成には、ＨＤＰＣＶＤ（high density plasma chemical vapor deposition）、ＰＥＣＶＤ（plasma enhanced CVD）或いはＳＯＧ（spin on glass）技術を用いることができる。第１誘電体層１２０でのボイドの形成を避けるため、隙間は好ましくは普通のアスペクト比を有する。また、第１メタル配線１１３ａは好適には普通のアスペクト比を有するために、この誘電体充填工程でのコーナークリッピングとメタルブリッジの問題点を回避することができる。
【００１１】
図７では、第１メタル配線１１３ａの上部が露出されるまで、第１誘電体層１２０を平坦化させる。この時、第１誘電体層１２０の一部は第１金属間誘電体１０３ａとして隙間内に残る。この工程では、主にシリカ（silica）が含有された高いｐＨ（＞１０）を有するスラリー（slurry）を用いたＣＭＰ（chemical mechanical polishing）を用いることができる（このエッチング工程でエッチングされる大部分は誘電体であるため）。平坦化工程の後、第１金属間誘電体１０３ａが第１メタル配線１１３ａより低くなり、第１メタル配線１１３ａが第１金属間誘電体１０３ａ上に少し突出する。
【００１２】
図８では、第１メタル配線１１３ａの間のメタルブリッジ（metal bridge）を防止するため、第１メタル配線１１３ａの突出部分を除去して、メタル平坦化を行う。結果的に、第１金属間誘電体１０３ａの上面と第１メタル配線１１３ａの上面が平面になる。この工程では、アルミナ（alumina）或いはセリア（ceria）が含有された低いｐＨ（＜３）のスラリーを用いたＣＭＰを用いることができる（この工程でエッチングされる物質の大部分は金属であるため）。
【００１３】
図９では、第１メタル配線１１３ａ及び第１金属間誘電体１０３ａにより形成された平面に第２金属層１１２を形成する。第２金属層１１２は、好ましくは順次に積層された第１金属と第２金属とを含む。第１金属は、ＡｌまたはＡｌ−Ｃｕから選ばれ、第２金属はＴｉ／Ｎ及びＴｉのような反射防止用金属である。
【００１４】
図１０では、フォトリソグラフィ工程を行い、第２フォトレジストパターン１２２を第２金属層１１２上に形成する。第２金属層１１２は第２フォトレジストパターン１２２を通じて部分的に露出される。第２フォトレジストパターン１２２をマスクとして用いて、第２金属層１１２をエッチングすることで、図１１に示すように、好ましくは第１メタル配線１１３ａの第１厚さと同じ第２厚さを有する多数の第２メタル配線１１３ｂを形成する。隣接した第２メタル配線１１３ｂの間には所定の隙間が介在する。次の誘電体充填工程時に発生するメタルブリッジ及びコーナークリッピングの問題点を避けるため、第２メタル配線１１３ｂは好ましくは、第１メタル配線１１３ａのように、普通のアスペクト比を有する。各々の第２メタル配線１１３ｂは該当する第１メタル配線１１３ａと垂直線方向に整列され、高アスペクト比を有する一体型メタル配線１１３を構成する。この工程では反応性イオンエッチング（RIE）を用いることができる。
【００１５】
図１２では、一体型メタル配線１１３の間の隙間を完全に充填するために、第２誘電体層１２３を蒸着させる。即ち、第２誘電体層１２３は第２金属間誘電体１０３ｂを含み、第２金属間誘電体１０３ｂは図１１の第２メタル配線１１３ｂの間に形成される隙間を充填する。第２メタル配線１１３ｂにより形成される隙間も、好ましくは一般的なアスペクト比を有するので、ボイドの発生を防止することができる。第１金属間誘電体１０３ａと第２金属間誘電体１０３ｂは一体型金属間誘電体１０３を構成し、一体型金属間誘電体１０３は一体型メタル配線１１３の間に介在する隙間をボイドなく完全に充填することができる。第２誘電体層１２３の形成にはＨＤＰＣＶＤ（high density plasma chemical vapor deposition）、ＰＥＣＶＤ（plasma enhanced CVD）或いはＳＯＧ（spin on glass）技術を用いることができる。
【００１６】
以後、図６及び図７に示す平坦化工程と同じように、第１誘電体層１２０の平坦化に用いられたものと同じＣＭＰを用い、第２誘電体層１２３を平坦化する。上述した工程を繰返し、第２メタル配線１１３ｂ及び第２金属間誘電体１０３ｂ上に追加してメタル配線及び金属間誘電体を形成することができる。
【００１７】
本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
【００１８】
【発明の効果】
第１メタル配線の上面を平坦化し、第２メタル配線を第１メタル配線の上面に積層することにより、高アスペクト比のメタル配線形成時に発生するボイドまたはコーナークリッピングを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術による高アスペクト比メタル配線の形成方法を示す断面図である
【図２】従来技術による高アスペクト比メタル配線の形成方法を示す断面図である
【図３】従来技術による高アスペクト比メタル配線の形成方法を示す断面図である
【図４】本発明による高アスペクト比メタル配線の形成方法を示す断面図である
【図５】本発明による高アスペクト比メタル配線の形成方法を示す断面図である
【図６】本発明による高アスペクト比メタル配線の形成方法を示す断面図である
【図７】本発明による高アスペクト比メタル配線の形成方法を示す断面図である
【図８】本発明による高アスペクト比メタル配線の形成方法を示す断面図である
【図９】本発明による高アスペクト比メタル配線の形成方法を示す断面図である
【図１０】本発明による高アスペクト比メタル配線の形成方法を示す断面図である
【図１１】本発明による高アスペクト比メタル配線の形成方法を示す断面図である
【図１２】本発明による高アスペクト比メタル配線の形成方法を示す断面図である
【符号の説明】
１    金属層
２    フォトレジストパターン
１０、１００  基板
１１  メタル配線
１２  金属間誘電体
１３  ボイド
１４  コーナークリッピング
１０２    第１フォトレジストパターン
１０３ａ  第１金属間誘電体
１０３ｂ  第２金属間誘電体
１１１    第１金属層
１１２    第２金属層
１１３    メタル配線
１１３ａ  第１メタル配線
１１３ｂ  第２メタル配線
１２０    第１誘電体層
１２２    第２フォトレジストパターン
１２３    第２誘電体層
【図１】
0004160826.tif 000002
【図２】
0004160826.tif 000003
【図３】
0004160826.tif 000004
【図４】
0004160826.tif 000005
【図５】
0004160826.tif 000006
【図６】
0004160826.tif 000007
【図７】
0004160826.tif 000008
【図８】
0004160826.tif 000009
【図９】
0004160826.tif 000010
【図１０】
0004160826.tif 000011
【図１１】
0004160826.tif 000012
【図１２】
0004160826.tif 000013