JP2000068272A - 埋め込み金属配線の形成方法 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ディッシング、リセス等の形状欠陥を有しな
い埋め込み金属配線を形成する方法を提供する。 【解決手段】 本埋め込み金属配線の形成方法は、半導
体基板に設けた絶縁膜をパターニングして配線溝を形成
する工程と、配線溝の溝壁及び溝底を含め、基板上にバ
リアメタル膜を成膜する工程と、配線溝を埋め込みつつ
バリアメタル膜上に導電性金属膜を成膜する工程と、研
磨装置の回転する研磨パッド上に、研磨液と、研磨液に
対して第１の所定濃度になる量の酸化剤とを供給しつ
つ、基板を研磨パッドに押圧して、基板上の導電性金属
膜を研磨、除去し、配線溝以外の領域のバリアメタル膜
を露出させる工程と、研磨装置の回転する研磨パッド上
に、研磨液と、研磨液に対して第１の所定濃度より低い
第２の所定濃度になる量の酸化剤とを供給しつつ、基板
を研磨パッドに押圧して、露出したバリアメタル膜を研
磨、除去し、配線溝内にバリアメタル膜と導電性金属膜
からなる配線を形成する工程とを有する。
い埋め込み金属配線を形成する方法を提供する。 【解決手段】 本埋め込み金属配線の形成方法は、半導
体基板に設けた絶縁膜をパターニングして配線溝を形成
する工程と、配線溝の溝壁及び溝底を含め、基板上にバ
リアメタル膜を成膜する工程と、配線溝を埋め込みつつ
バリアメタル膜上に導電性金属膜を成膜する工程と、研
磨装置の回転する研磨パッド上に、研磨液と、研磨液に
対して第１の所定濃度になる量の酸化剤とを供給しつ
つ、基板を研磨パッドに押圧して、基板上の導電性金属
膜を研磨、除去し、配線溝以外の領域のバリアメタル膜
を露出させる工程と、研磨装置の回転する研磨パッド上
に、研磨液と、研磨液に対して第１の所定濃度より低い
第２の所定濃度になる量の酸化剤とを供給しつつ、基板
を研磨パッドに押圧して、露出したバリアメタル膜を研
磨、除去し、配線溝内にバリアメタル膜と導電性金属膜
からなる配線を形成する工程とを有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、埋め込み金属配線
の形成方法に関し、更に詳細には、ディッシング、リセ
ス等の形状欠陥を有しない良好な形状の埋め込み金属配
線を形成する方法に関するものである。
の形成方法に関し、更に詳細には、ディッシング、リセ
ス等の形状欠陥を有しない良好な形状の埋め込み金属配
線を形成する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の微細化、高集積化に伴い、
半導体装置の配線も微細化、多層化しているために、絶
縁膜上に配線層を成膜し、次いでパターニングして配線
を形成する方法では、断線、短絡等の配線不良が配線に
生じ易い。そこで、絶縁膜上に配線を形成する方法に代
えて、絶縁膜内に埋め込み金属配線を形成する、いわゆ
るダマシン法が実用化されている。
半導体装置の配線も微細化、多層化しているために、絶
縁膜上に配線層を成膜し、次いでパターニングして配線
を形成する方法では、断線、短絡等の配線不良が配線に
生じ易い。そこで、絶縁膜上に配線を形成する方法に代
えて、絶縁膜内に埋め込み金属配線を形成する、いわゆ
るダマシン法が実用化されている。
【０００３】ここで、図３を参照して、従来の埋め込み
金属配線の形成方法を説明する。図３は従来の方法によ
り埋め込み金属配線を形成する際の工程毎の基板断面を
示す模式的断面図である。先ず、図３（ａ）に示すよう
に、シリコン基板１１上に成膜されているＳｉＯ 2 膜１
２にフォトレジスト膜１３を成膜する。次いで、図３
（ｂ）に示すように、フォトレジスト膜１３をパターニ
ングして所望の配線パターンを有するエッチングマスク
１３を形成し、それを使ってＳｉＯ2 膜１２をエッチン
グして、図３（ｃ）に示すように、配線溝１４を形成す
る。
金属配線の形成方法を説明する。図３は従来の方法によ
り埋め込み金属配線を形成する際の工程毎の基板断面を
示す模式的断面図である。先ず、図３（ａ）に示すよう
に、シリコン基板１１上に成膜されているＳｉＯ 2 膜１
２にフォトレジスト膜１３を成膜する。次いで、図３
（ｂ）に示すように、フォトレジスト膜１３をパターニ
ングして所望の配線パターンを有するエッチングマスク
１３を形成し、それを使ってＳｉＯ2 膜１２をエッチン
グして、図３（ｃ）に示すように、配線溝１４を形成す
る。
【０００４】続いて、エッチングマスク１３を除去し
て、図３（ｃ）に示すように、配線溝１４の溝壁及び溝
底を含めて基板上にバリアメタル膜１５を成膜する。バ
リアメタル膜１５は、Ｃｕがシリコン基板内に拡散する
のを防止し、かつＣｕとＳｉＯ 2 膜との密着性を高める
ために設けてあって、バリアメタル膜１５の金属には、
例えばＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ、ＷＮ等の高融点金属又は
高融点金属窒化物を使用する。更に、図３（ｄ）に示す
ように、バリアメタル膜１５上に導電性金属膜１６、例
えばＣｕ膜を成膜する。続いて、図３（ｅ）に示すよう
に、研磨装置２０を使って、ＣＭＰ加工によりＣｕ膜１
６、次いでバリアメタル膜１５を研磨、除去して、配線
溝１４内に埋め込まれた、バリアメタル膜１５及びＣｕ
膜１６からなる埋め込みＣｕ配線１７を形成する。尚、
配線溝１４をエッチングする際のエッチングストッパを
設けるために、ＳｉＯ2 膜１１に代えて、下部ＳｉＯ2
膜、エッチングストッパ層、及び上部ＳｉＯ2 膜の３層
構造を形成することもある。
て、図３（ｃ）に示すように、配線溝１４の溝壁及び溝
底を含めて基板上にバリアメタル膜１５を成膜する。バ
リアメタル膜１５は、Ｃｕがシリコン基板内に拡散する
のを防止し、かつＣｕとＳｉＯ 2 膜との密着性を高める
ために設けてあって、バリアメタル膜１５の金属には、
例えばＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ、ＷＮ等の高融点金属又は
高融点金属窒化物を使用する。更に、図３（ｄ）に示す
ように、バリアメタル膜１５上に導電性金属膜１６、例
えばＣｕ膜を成膜する。続いて、図３（ｅ）に示すよう
に、研磨装置２０を使って、ＣＭＰ加工によりＣｕ膜１
６、次いでバリアメタル膜１５を研磨、除去して、配線
溝１４内に埋め込まれた、バリアメタル膜１５及びＣｕ
膜１６からなる埋め込みＣｕ配線１７を形成する。尚、
配線溝１４をエッチングする際のエッチングストッパを
設けるために、ＳｉＯ2 膜１１に代えて、下部ＳｉＯ2
膜、エッチングストッパ層、及び上部ＳｉＯ2 膜の３層
構造を形成することもある。
【０００５】ＣＭＰ加工は、研磨装置を使って行う。こ
こで、図４を参照して、研磨装置の構成を説明する。図
４は研磨装置の構成を示す模式図である。研磨装置２０
は、図４に示すように、研磨パッド２２を上に取り付け
て回転軸２４の周りに回転する研磨定盤２６と、研磨す
べきウエハＷを下面に保持して回転軸２８の周りに回転
するウエハ支持台３０と、研磨剤供給系３４から供給さ
れる研磨剤を研磨パッド２２上に供給する研磨剤ノズル
３２とを有する。研磨定盤２６及びウエハ支持台３０
は、電気モータ等の図示しない駆動装置により駆動され
る。ウエハ支持台３０は、ウエハＷをチャックするチャ
ック機構、例えば真空吸着機構、機械的チャック機構等
を下面に備えて、ウエハＷを保持する。研磨剤には、ア
ルミナやシリカ等の研磨砥粒を有するスラリー状研磨液
に過酸化水素水等の酸化剤を添加したものを使用する。
こで、図４を参照して、研磨装置の構成を説明する。図
４は研磨装置の構成を示す模式図である。研磨装置２０
は、図４に示すように、研磨パッド２２を上に取り付け
て回転軸２４の周りに回転する研磨定盤２６と、研磨す
べきウエハＷを下面に保持して回転軸２８の周りに回転
するウエハ支持台３０と、研磨剤供給系３４から供給さ
れる研磨剤を研磨パッド２２上に供給する研磨剤ノズル
３２とを有する。研磨定盤２６及びウエハ支持台３０
は、電気モータ等の図示しない駆動装置により駆動され
る。ウエハ支持台３０は、ウエハＷをチャックするチャ
ック機構、例えば真空吸着機構、機械的チャック機構等
を下面に備えて、ウエハＷを保持する。研磨剤には、ア
ルミナやシリカ等の研磨砥粒を有するスラリー状研磨液
に過酸化水素水等の酸化剤を添加したものを使用する。
【０００６】ＣＭＰ加工の際には、研磨定盤２６上に研
磨パッド２２を取り付け、研磨定盤２６を回転させつつ
研磨パッド２２上に研磨剤を研磨剤ノズル３２から滴下
する。一方、ウエハ支持台３０の下面にウエハＷを保持
し、ウエハＷを研磨パッド２２に押圧しつつウエハ支持
台３０を介してウエハＷを回転させる。これにより、ウ
エハＷの研磨面は、所望の厚さだけ研磨剤と研磨パッド
の協働作用により研磨される。
磨パッド２２を取り付け、研磨定盤２６を回転させつつ
研磨パッド２２上に研磨剤を研磨剤ノズル３２から滴下
する。一方、ウエハ支持台３０の下面にウエハＷを保持
し、ウエハＷを研磨パッド２２に押圧しつつウエハ支持
台３０を介してウエハＷを回転させる。これにより、ウ
エハＷの研磨面は、所望の厚さだけ研磨剤と研磨パッド
の協働作用により研磨される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の従来の
埋め込み金属配線の形成方法では、Ｃｕ膜を研磨し、次
いで露出したバリアメタル膜を研磨して、配線溝内にバ
リアメタル膜とＣｕ膜とからなるＣｕ配線を形成する際
に、良好な形状のＣｕ配線を形成することが難しいとい
う問題があった。即ち、配線幅の大きい場合には、配線
溝内のＣｕ膜は、図５（ａ）に示すように、中央部が過
剰に研磨されて凹み、いわゆるディッシング状態にな
る。また、配線幅が小さい場合には、配線溝内のＣｕ膜
が、図５（ｂ）に示すように、全面的に過剰に研磨され
て凹み、リセス状態になる。このために、研磨工程での
研磨具合により、Ｃｕ配線の抵抗が配線断面積に見合う
設計値より大幅に高くなることがあって、配線抵抗がバ
ラツキ、製品歩留りを向上させることが難しかった。
埋め込み金属配線の形成方法では、Ｃｕ膜を研磨し、次
いで露出したバリアメタル膜を研磨して、配線溝内にバ
リアメタル膜とＣｕ膜とからなるＣｕ配線を形成する際
に、良好な形状のＣｕ配線を形成することが難しいとい
う問題があった。即ち、配線幅の大きい場合には、配線
溝内のＣｕ膜は、図５（ａ）に示すように、中央部が過
剰に研磨されて凹み、いわゆるディッシング状態にな
る。また、配線幅が小さい場合には、配線溝内のＣｕ膜
が、図５（ｂ）に示すように、全面的に過剰に研磨され
て凹み、リセス状態になる。このために、研磨工程での
研磨具合により、Ｃｕ配線の抵抗が配線断面積に見合う
設計値より大幅に高くなることがあって、配線抵抗がバ
ラツキ、製品歩留りを向上させることが難しかった。
【０００８】そこで、本発明の目的は、ディッシング、
リセス等の形状欠陥を有しない埋め込み金属配線を形成
する方法を提供することである。
リセス等の形状欠陥を有しない埋め込み金属配線を形成
する方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者は、従来の埋め
込み金属配線の形成方法に従って埋め込みＣｕ配線を形
成する際に、ディッシング、リセス等の形状欠陥が生じ
る原因を研究し、次のことを見い出した。即ち、Ｃｕ膜
の研磨速度がバリアメタル膜の研磨速度に比べて著しく
速いために、バリアメタル膜を露出させ、続いてバリア
メタル膜を研磨、除去して、配線溝内に配線を形成する
過程で、Ｃｕの研磨、除去がバリアメタル膜の研磨、除
去より一層速く進行するために、配線溝内のＣｕが過剰
に研磨、除去され、ディッシング、リセスが生じること
が判った。そして、Ｃｕの過剰研磨には、研磨液に添加
している酸化剤、例えばＨ2 Ｏ2が大きく寄与している
こと、酸化剤はＣｕを酸化することにより研磨され易く
していることを実験により見い出した。
込み金属配線の形成方法に従って埋め込みＣｕ配線を形
成する際に、ディッシング、リセス等の形状欠陥が生じ
る原因を研究し、次のことを見い出した。即ち、Ｃｕ膜
の研磨速度がバリアメタル膜の研磨速度に比べて著しく
速いために、バリアメタル膜を露出させ、続いてバリア
メタル膜を研磨、除去して、配線溝内に配線を形成する
過程で、Ｃｕの研磨、除去がバリアメタル膜の研磨、除
去より一層速く進行するために、配線溝内のＣｕが過剰
に研磨、除去され、ディッシング、リセスが生じること
が判った。そして、Ｃｕの過剰研磨には、研磨液に添加
している酸化剤、例えばＨ2 Ｏ2が大きく寄与している
こと、酸化剤はＣｕを酸化することにより研磨され易く
していることを実験により見い出した。
【００１０】図６は、横軸に研磨液中のＨ2 Ｏ2 容積％
を、縦軸にＣｕ、ＴａＮ及びＴａの研磨、除去速度（Å
／ｍｉｎ）を取って、研磨液中のＨ2 Ｏ2 濃度と金属研
磨速度との関係を示したグラフである。黒丸はＣｕ、黒
四角はＴａＮ、黒菱形はＴａのデータを示している。図
６から判る通り、バリアメタル膜を構成するＴａＮ及び
Ｔａは、研磨液中のＨ2 Ｏ2 濃度の大小に依存すること
なく、ほぼ同じ研磨速度傾向を有する一方、Ｃｕは、研
磨液中のＨ2 Ｏ2 濃度が１．４容積％以上では、ＴａＮ
及びＴａに比べて著しく高い研磨速度を示し、０．６容
積％以下では、ＴａＮ及びＴａに比べてほぼ同程度又は
多少低い研磨速度を示している。
を、縦軸にＣｕ、ＴａＮ及びＴａの研磨、除去速度（Å
／ｍｉｎ）を取って、研磨液中のＨ2 Ｏ2 濃度と金属研
磨速度との関係を示したグラフである。黒丸はＣｕ、黒
四角はＴａＮ、黒菱形はＴａのデータを示している。図
６から判る通り、バリアメタル膜を構成するＴａＮ及び
Ｔａは、研磨液中のＨ2 Ｏ2 濃度の大小に依存すること
なく、ほぼ同じ研磨速度傾向を有する一方、Ｃｕは、研
磨液中のＨ2 Ｏ2 濃度が１．４容積％以上では、ＴａＮ
及びＴａに比べて著しく高い研磨速度を示し、０．６容
積％以下では、ＴａＮ及びＴａに比べてほぼ同程度又は
多少低い研磨速度を示している。
【００１１】そこで、上記目的を達成するために、以上
の知見に基づいて、本発明に係る埋め込み金属配線の形
成方法は、半導体基板に設けた絶縁膜をパターニングし
て配線溝を形成する工程と、配線溝の溝壁及び溝底を含
め、基板上にバリアメタル膜を成膜する工程と、配線溝
を埋め込みつつバリアメタル膜上に導電性金属膜を成膜
する工程と、研磨装置の回転する研磨パッド上に、研磨
液と、研磨液に対して第１の所定濃度になる量の酸化剤
とを供給しつつ、基板を研磨パッドに押圧して、基板上
の導電性金属膜を研磨、除去し、配線溝以外の領域のバ
リアメタル膜を露出させる工程と、研磨装置の回転する
研磨パッド上に、研磨液と、研磨液に対して第１の所定
濃度より低い第２の所定濃度になる量の酸化剤とを供給
しつつ、基板を研磨パッドに押圧して、露出したバリア
メタル膜を研磨、除去し、配線溝内にバリアメタル膜と
導電性金属膜からなる配線を形成する工程とを有するこ
とを特徴としている。
の知見に基づいて、本発明に係る埋め込み金属配線の形
成方法は、半導体基板に設けた絶縁膜をパターニングし
て配線溝を形成する工程と、配線溝の溝壁及び溝底を含
め、基板上にバリアメタル膜を成膜する工程と、配線溝
を埋め込みつつバリアメタル膜上に導電性金属膜を成膜
する工程と、研磨装置の回転する研磨パッド上に、研磨
液と、研磨液に対して第１の所定濃度になる量の酸化剤
とを供給しつつ、基板を研磨パッドに押圧して、基板上
の導電性金属膜を研磨、除去し、配線溝以外の領域のバ
リアメタル膜を露出させる工程と、研磨装置の回転する
研磨パッド上に、研磨液と、研磨液に対して第１の所定
濃度より低い第２の所定濃度になる量の酸化剤とを供給
しつつ、基板を研磨パッドに押圧して、露出したバリア
メタル膜を研磨、除去し、配線溝内にバリアメタル膜と
導電性金属膜からなる配線を形成する工程とを有するこ
とを特徴としている。
【００１２】研磨液に対する酸化剤の濃度が所定濃度以
上の場合には、例えばＨ0 Ｏ0 が１．４容量％以上の場
合には、図６から判る通り、Ｃｕの研磨速度はＴａ、Ｔ
ａＮの研磨速度より著しく高い。従って、本発明では、
配線溝以外の領域のバリアメタル膜を露出させ、次いで
バリアメタル膜の研磨に移行した時点で、研磨装置の研
磨定盤を回転させるトルク、又はウエハ支持台を回転さ
せるトルクが大きくなり、研磨定盤又はウエハ支持台を
回転させる電気モータの供給電源側に設けた電流計の電
流値が増大する。よって、電気モータに供給する電流の
電流値の増大を検出することにより、配線溝以外の領域
のバリアメタル膜を露出させる工程が終了したことを検
知することができる。また、配線溝以外の領域のバリア
メタル膜を露出させ、次いでバリアメタル膜の研磨に移
行した時点で、研磨定盤の上に取り付けた研磨パッドの
温度が基板と研磨パッドとの回転摩擦の増大により急激
に上昇するので、研磨パッドの温度を測定し、温度の上
昇を検出することにより、配線溝以外の領域のバリアメ
タル膜を露出させる工程が終了したことを検知すること
ができる。第２の所定濃度は、導電性金属膜の研磨速度
が低下するような酸化剤の濃度であって、第１の所定濃
度に比べて低ければ低いほど良く、濃度０でも良い。
上の場合には、例えばＨ0 Ｏ0 が１．４容量％以上の場
合には、図６から判る通り、Ｃｕの研磨速度はＴａ、Ｔ
ａＮの研磨速度より著しく高い。従って、本発明では、
配線溝以外の領域のバリアメタル膜を露出させ、次いで
バリアメタル膜の研磨に移行した時点で、研磨装置の研
磨定盤を回転させるトルク、又はウエハ支持台を回転さ
せるトルクが大きくなり、研磨定盤又はウエハ支持台を
回転させる電気モータの供給電源側に設けた電流計の電
流値が増大する。よって、電気モータに供給する電流の
電流値の増大を検出することにより、配線溝以外の領域
のバリアメタル膜を露出させる工程が終了したことを検
知することができる。また、配線溝以外の領域のバリア
メタル膜を露出させ、次いでバリアメタル膜の研磨に移
行した時点で、研磨定盤の上に取り付けた研磨パッドの
温度が基板と研磨パッドとの回転摩擦の増大により急激
に上昇するので、研磨パッドの温度を測定し、温度の上
昇を検出することにより、配線溝以外の領域のバリアメ
タル膜を露出させる工程が終了したことを検知すること
ができる。第２の所定濃度は、導電性金属膜の研磨速度
が低下するような酸化剤の濃度であって、第１の所定濃
度に比べて低ければ低いほど良く、濃度０でも良い。
【００１３】研磨液と酸化剤との供給形式には制約無
く、例えば研磨液に対して第１の所定濃度及び第２の所
定濃度になるように研磨液に酸化剤を添加した研磨剤を
基板上に供給しても良く、また、研磨液と、研磨液に対
して第１の所定濃度及び第２の所定濃度になるように酸
化剤とをそれぞれ別個にかつ同時に基板上に供給するよ
うにしても良い。
く、例えば研磨液に対して第１の所定濃度及び第２の所
定濃度になるように研磨液に酸化剤を添加した研磨剤を
基板上に供給しても良く、また、研磨液と、研磨液に対
して第１の所定濃度及び第２の所定濃度になるように酸
化剤とをそれぞれ別個にかつ同時に基板上に供給するよ
うにしても良い。
【００１４】導電性金属膜を構成する金属は、酸化剤に
より酸化される金属であって、それにより研磨性が高ま
る性質を有する金属であれば、換言すれば、酸化剤によ
り酸化されないと、バリアメタル膜に比べて研磨性が同
等ないし低い性質を有する金属であれば良い。
より酸化される金属であって、それにより研磨性が高ま
る性質を有する金属であれば、換言すれば、酸化剤によ
り酸化されないと、バリアメタル膜に比べて研磨性が同
等ないし低い性質を有する金属であれば良い。
【００１５】本発明方法は、導電性金属膜がＣｕで形成
されているときに好適であり、更には、バリアメタル膜
が、高融点金属及び高融点金属の窒化物のいずれかで形
成されているときに好適である。研磨液の種類、研磨液
に含まれる研磨砥粒の寸法には制約は無く、例えば研磨
液は、アルミナ粒子を研磨砥粒とするスラリーである。
酸化剤は、Ｈ2 Ｏ2 及びＫＩＯ3 のいずれかである。
されているときに好適であり、更には、バリアメタル膜
が、高融点金属及び高融点金属の窒化物のいずれかで形
成されているときに好適である。研磨液の種類、研磨液
に含まれる研磨砥粒の寸法には制約は無く、例えば研磨
液は、アルミナ粒子を研磨砥粒とするスラリーである。
酸化剤は、Ｈ2 Ｏ2 及びＫＩＯ3 のいずれかである。
【００１６】本発明の好適な実施態様では、酸化剤がＨ
2 Ｏ2 であって、第１の所定濃度が１．４容積％以上
で、第２の所定濃度が０．６容積％以下である。
2 Ｏ2 であって、第１の所定濃度が１．４容積％以上
で、第２の所定濃度が０．６容積％以下である。
【００１７】また、本発明方法は、埋め込み金属配線の
形成にのみ適用されるものでは無く、例えばコンタクト
プラグの形成に適用することができる。その際には、配
線溝がコンタクトホールであり、配線溝の溝壁及び溝底
がコンタクトホールの孔壁及び孔底であり、配線がコン
タクトプラグである。
形成にのみ適用されるものでは無く、例えばコンタクト
プラグの形成に適用することができる。その際には、配
線溝がコンタクトホールであり、配線溝の溝壁及び溝底
がコンタクトホールの孔壁及び孔底であり、配線がコン
タクトプラグである。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照し、実施
形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に
説明する。実施形態例 本実施形態例は、本発明に係る埋め込み金属配線の形成
方法の実施形態の一例であって、導電性金属にＣｕ、バ
リアメタル膜にＴａをそれぞれ使用した例である。以下
に、図１及び図２を参照して、本実施形態例の埋め込み
金属配線の形成方法を説明する。図１及び図２は本実施
形態例の埋め込み金属配線の形成方法を実施する際の基
板断面を示す模式的断面図である。先ず、図１（ａ）に
示すように、シリコン基板４１上に、順次、下部ＳｉＯ
2膜４２、ＳｉＮ等のエッチングストッパ層４３、及び
上部ＳｉＯ2 膜４４を成膜する。次いで、上部ＳｉＯ2
膜４４上にフォトレジスト膜を成膜し、図１（ｂ）に示
すように、フォトレジスト膜をパターニングして配線パ
ターンを有するエッチングマスク４５を形成する。
形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に
説明する。実施形態例 本実施形態例は、本発明に係る埋め込み金属配線の形成
方法の実施形態の一例であって、導電性金属にＣｕ、バ
リアメタル膜にＴａをそれぞれ使用した例である。以下
に、図１及び図２を参照して、本実施形態例の埋め込み
金属配線の形成方法を説明する。図１及び図２は本実施
形態例の埋め込み金属配線の形成方法を実施する際の基
板断面を示す模式的断面図である。先ず、図１（ａ）に
示すように、シリコン基板４１上に、順次、下部ＳｉＯ
2膜４２、ＳｉＮ等のエッチングストッパ層４３、及び
上部ＳｉＯ2 膜４４を成膜する。次いで、上部ＳｉＯ2
膜４４上にフォトレジスト膜を成膜し、図１（ｂ）に示
すように、フォトレジスト膜をパターニングして配線パ
ターンを有するエッチングマスク４５を形成する。
【００１９】次いで、エッチングマスク４５を使って上
部ＳｉＯ2 膜４４をエッチングストッパ層４３までエッ
チングして、図１（ｃ）に示すように、配線溝４６を形
成する。続いて、エッチングマスク４５を除去して、図
１（ｄ）に示すように、配線溝４６の溝壁及び溝底を含
めて基板上にバリアメタル膜としてＴａ膜４７を成膜す
る。
部ＳｉＯ2 膜４４をエッチングストッパ層４３までエッ
チングして、図１（ｃ）に示すように、配線溝４６を形
成する。続いて、エッチングマスク４５を除去して、図
１（ｄ）に示すように、配線溝４６の溝壁及び溝底を含
めて基板上にバリアメタル膜としてＴａ膜４７を成膜す
る。
【００２０】更に、図２（ｅ）に示すように、Ｔａ膜４
７上にＣｕ膜４８を成膜する。次いで、前述した研磨装
置２０（図４参照）を使って、図２（ｆ）に示すよう
に、ＣＭＰ加工によりＣｕ膜４８を研磨、除去して、配
線溝４６以外の領域のＴａ膜４７を露出させる。この
際、研磨剤には、研磨砥粒として平均粒径０．０１〜
０．１μm のアルミナ粒子を１〜１０重量％含有した純
水からなる研磨液にＨ2 Ｏ2 濃度が１．４容積％になる
ように過酸化水素水を添加した研磨剤を使用する。配線
溝４６以外の領域のＴａ膜４７を露出させる工程の終了
は、研磨装置２０の研磨定盤２６を回転させる電気モー
タに供給する電流の電流値の急激な増大を検出すること
により、検知することができる。
７上にＣｕ膜４８を成膜する。次いで、前述した研磨装
置２０（図４参照）を使って、図２（ｆ）に示すよう
に、ＣＭＰ加工によりＣｕ膜４８を研磨、除去して、配
線溝４６以外の領域のＴａ膜４７を露出させる。この
際、研磨剤には、研磨砥粒として平均粒径０．０１〜
０．１μm のアルミナ粒子を１〜１０重量％含有した純
水からなる研磨液にＨ2 Ｏ2 濃度が１．４容積％になる
ように過酸化水素水を添加した研磨剤を使用する。配線
溝４６以外の領域のＴａ膜４７を露出させる工程の終了
は、研磨装置２０の研磨定盤２６を回転させる電気モー
タに供給する電流の電流値の急激な増大を検出すること
により、検知することができる。
【００２１】次いで、同じ研磨装置を使って、図２
（ｇ）に示すように、露出したＴａ膜４７をＣＭＰ加工
により研磨、除去して、配線溝４６以外の領域の上部Ｓ
ｉＯ2 膜４４を露出させると共に、配線溝４６内にＴａ
膜４７及びＣｕ膜４８からなるＣｕ埋め込み配線４９を
形成する。Ｔａ膜４７の研磨、除去工程の研磨剤には、
Ｃｕ膜４８の研磨に使った研磨液と同じ種類であって、
過酸化水素水を添加していない研磨液か、又は過酸化水
素水を添加したとしても、Ｈ2 Ｏ2 濃度が０．４容積％
以下になるように過酸化水素水を研磨液に添加した研磨
剤を使用する。
（ｇ）に示すように、露出したＴａ膜４７をＣＭＰ加工
により研磨、除去して、配線溝４６以外の領域の上部Ｓ
ｉＯ2 膜４４を露出させると共に、配線溝４６内にＴａ
膜４７及びＣｕ膜４８からなるＣｕ埋め込み配線４９を
形成する。Ｔａ膜４７の研磨、除去工程の研磨剤には、
Ｃｕ膜４８の研磨に使った研磨液と同じ種類であって、
過酸化水素水を添加していない研磨液か、又は過酸化水
素水を添加したとしても、Ｈ2 Ｏ2 濃度が０．４容積％
以下になるように過酸化水素水を研磨液に添加した研磨
剤を使用する。
【００２２】本実施形態例の埋め込み金属配線の形成方
法によれば、一つの研磨装置を使って、ディッシング及
びリセス等の形状欠陥を有しない良好な断面形状のＣｕ
配線を形成することができる。尚、本実施形態例では、
配線を例にして本発明方法を説明したが、配線のみなら
ずコンタクトプラグの形成にも本発明方法を適用するこ
とができる。その場合には、本実施形態例で、配線溝を
コンタクトホール、配線溝の溝壁及び溝底をコンタクト
ホールの孔壁及び孔底、及び配線をコンタクトプラグと
読み替える。また、コンタクトホールはＳｉＯ2 膜を貫
通してシリコン基板又は下部配線にまで到達するので、
エッチングストッパ層の成膜は必要ではない。
法によれば、一つの研磨装置を使って、ディッシング及
びリセス等の形状欠陥を有しない良好な断面形状のＣｕ
配線を形成することができる。尚、本実施形態例では、
配線を例にして本発明方法を説明したが、配線のみなら
ずコンタクトプラグの形成にも本発明方法を適用するこ
とができる。その場合には、本実施形態例で、配線溝を
コンタクトホール、配線溝の溝壁及び溝底をコンタクト
ホールの孔壁及び孔底、及び配線をコンタクトプラグと
読み替える。また、コンタクトホールはＳｉＯ2 膜を貫
通してシリコン基板又は下部配線にまで到達するので、
エッチングストッパ層の成膜は必要ではない。
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば、埋め込み金属配線の形
成方法により、いわゆるダマシン法により配線を形成す
るに当たり、配線溝以外の領域に露出したバリアメタル
膜を研磨、除去する際、酸化剤の濃度の極めて薄い研磨
剤を使用して配線溝を埋めている導電性金属膜の研磨性
を低下させることにより、一つの研磨装置を使って、デ
ィッシング及びリセス等の形状欠陥を有しない良好な断
面形状の金属配線を形成することができる。
成方法により、いわゆるダマシン法により配線を形成す
るに当たり、配線溝以外の領域に露出したバリアメタル
膜を研磨、除去する際、酸化剤の濃度の極めて薄い研磨
剤を使用して配線溝を埋めている導電性金属膜の研磨性
を低下させることにより、一つの研磨装置を使って、デ
ィッシング及びリセス等の形状欠陥を有しない良好な断
面形状の金属配線を形成することができる。
【図１】図１（ａ）から（ｄ）は、それぞれ、実施形態
例の埋め込み金属配線の形成方法を実施した際の基板断
面を示す模式的断面図である。
例の埋め込み金属配線の形成方法を実施した際の基板断
面を示す模式的断面図である。
【図２】図２（ｅ）から（ｇ）は、それぞれ、図１
（ｄ）に続く、実施形態例の埋め込み金属配線の形成方
法を実施した際の基板断面を示す模式的断面図である。
（ｄ）に続く、実施形態例の埋め込み金属配線の形成方
法を実施した際の基板断面を示す模式的断面図である。
【図３】図３（ａ）から（ｄ）は、それぞれ、従来の埋
め込み金属配線の形成方法を実施した際の基板断面を示
す模式的断面図である。
め込み金属配線の形成方法を実施した際の基板断面を示
す模式的断面図である。
【図４】研磨装置の構成を示す模式図である。
【図５】図５（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、埋め込み
金属配線の形状欠陥を示す断面拡大図である。
金属配線の形状欠陥を示す断面拡大図である。
【図６】Ｈ2 Ｏ2 濃度と金属研磨速度との関係を示すグ
ラフである。
ラフである。
１１ シリコン基板 １２ ＳｉＯ2 膜 １３ エッチングマスク １４ 配線溝 １５ バリアメタル膜 １６ 導電性金属膜 １７ 埋め込みＣｕ配線 ２０ 研磨装置 ２２ 研磨パッド ２４ 回転軸 ２６ 研磨定盤 ２８ 回転軸 ３０ ウエハ支持台 ３２ 研磨剤ノズル ３４ 研磨剤供給系 ４１ シリコン基板 ４２ 下部ＳｉＯ2 膜 ４３ エッチングストッパ層 ４４ 上部ＳｉＯ2 膜 ４５ エッチングマスク ４６ 配線溝 ４７ Ｔａ膜 ４８ Ｃｕ膜 ４９ 配線
Claims (9)
- 【請求項１】 半導体基板に設けた絶縁膜をパターニン
グして配線溝を形成する工程と、 配線溝の溝壁及び溝底を含め、基板上にバリアメタル膜
を成膜する工程と、 配線溝を埋め込みつつバリアメタル膜上に導電性金属膜
を成膜する工程と、 研磨装置の回転する研磨パッド上に、研磨液と、研磨液
に対して第１の所定濃度になる量の酸化剤とを供給しつ
つ、基板を研磨パッドに押圧して、基板上の導電性金属
膜を研磨、除去し、配線溝以外の領域のバリアメタル膜
を露出させる工程と、 研磨装置の回転する研磨パッド上に、研磨液と、研磨液
に対して第１の所定濃度より低い第２の所定濃度になる
量の酸化剤とを供給しつつ、基板を研磨パッドに押圧し
て、露出したバリアメタル膜を研磨、除去し、配線溝内
にバリアメタル膜と導電性金属膜からなる配線を形成す
る工程とを有することを特徴とする、埋め込み金属配線
の形成方法。 - 【請求項２】 研磨液に対して第１の所定濃度及び第２
の所定濃度になるように酸化剤を研磨液に添加した研磨
剤を研磨パッド上に供給することを特徴とする請求項１
に記載の埋め込み金属配線の形成方法。 - 【請求項３】 研磨液と、研磨液に対してそれぞれ第１
の所定濃度及び第２の所定濃度になる量の酸化剤とを別
個にかつ同時に研磨パッド上に供給することを特徴とす
る請求項１に記載の埋め込み金属配線の形成方法。 - 【請求項４】 導電性金属膜が、Ｃｕで形成されている
ことを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか１項
に記載の埋め込み金属配線の形成方法。 - 【請求項５】 バリアメタル膜が、高融点金属及び高融
点金属の窒化物のいずれかで形成されていることを特徴
とする請求項１から４のうちのいずれか１項に記載の埋
め込み金属配線の形成方法。 - 【請求項６】 研磨液が、アルミナ粒子を研磨砥粒とす
るスラリーであることを特徴とする請求項１から５のう
ちのいずれか１項に記載の埋め込み金属配線の形成方
法。 - 【請求項７】 酸化剤がＨ2 Ｏ2 及びＫＩＯ3 のいずれ
かであることを特徴とする請求項６に記載の埋め込み金
属配線の形成方法。 - 【請求項８】 酸化剤がＨ2 Ｏ2 であって、第１の所定
濃度が１．４容積％以上で、第２の所定濃度が０．６容
積％以下であることを特徴とする請求項７に記載の埋め
込み金属配線の形成方法。 - 【請求項９】 請求項１から８のうちのいずれか１項に
記載の埋め込み金属配線の形成方法において、 配線の一部として導電性金属製のコンタクトプラグを形
成する際には、配線溝がコンタクトホールであり、配線
溝の溝壁及び溝底がコンタクトホールの孔壁及び孔底で
あり、配線がコンタクトプラグであることを特徴とする
埋め込み金属配線の形成方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23403098A JP3164213B2 (ja) | 1998-08-20 | 1998-08-20 | 埋め込み金属配線の形成方法 |
| TW088114166A TW546749B (en) | 1998-08-20 | 1999-08-19 | Method of forming embedded metal wiring |
| US09/378,010 US6403468B1 (en) | 1998-08-20 | 1999-08-19 | Method for forming embedded metal wiring |
| KR1019990034589A KR100338272B1 (ko) | 1998-08-20 | 1999-08-20 | 매립 금속배선의 형성방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23403098A JP3164213B2 (ja) | 1998-08-20 | 1998-08-20 | 埋め込み金属配線の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000068272A true JP2000068272A (ja) | 2000-03-03 |
| JP3164213B2 JP3164213B2 (ja) | 2001-05-08 |
Family
ID=16964471
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23403098A Expired - Fee Related JP3164213B2 (ja) | 1998-08-20 | 1998-08-20 | 埋め込み金属配線の形成方法 |
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| Country | Link |
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| TW (1) | TW546749B (ja) |
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| CN103930564A (zh) * | 2011-06-27 | 2014-07-16 | 通用工厂公司 | 食品中乳酸产生细菌的检测和定量 |
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| JP3192968B2 (ja) | 1995-06-08 | 2001-07-30 | 株式会社東芝 | 銅系金属用研磨液および半導体装置の製造方法 |
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-
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- 1998-08-20 JP JP23403098A patent/JP3164213B2/ja not_active Expired - Fee Related
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1999
- 1999-08-19 TW TW088114166A patent/TW546749B/zh active
- 1999-08-19 US US09/378,010 patent/US6403468B1/en not_active Expired - Fee Related
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