JP2001135605A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP2001135605A JP31556099A JP31556099A JP2001135605A JP 2001135605 A JP2001135605 A JP 2001135605A JP 31556099 A JP31556099 A JP 31556099A JP 31556099 A JP31556099 A JP 31556099A JP 2001135605 A JP2001135605 A JP 2001135605A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ディッシング及びエロージョンに起因する配
線抵抗の変動を抑制する。 【解決手段】 1次研磨工程において、砥粒を含む硬質
な固定砥粒パッド11にウェハ21を密着させ、固定砥
粒パッド11上に砥粒を含まない溶液40を供給しなが
ら固定砥粒パッド11を回転させてウェハ21の表面を
研磨し、2次研磨工程において、砥粒を含まない軟質な
ウレタンパッド12にウェハ21を密着させ、ウレタン
パッド12上に砥粒を含むスラリー30を供給しながら
ウレタンパッド12を回転させてウェハ21の表面を研
磨することにより、1次研磨工程によって、ディッシン
グやエロージョンが非常に少なく平坦性の高い研磨を行
うとともに、2次研磨工程によって、1次研磨工程にて
発生したスクラッチを減少させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、特に、CMP(Chemical Mechanical Poli
shing)を用いた半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、ダマシン構造を有する半導体
装置においては、CMPを行うことにより配線及びビア
が形成されている。
【0003】図6は、ダマシン構造を有する半導体装置
の製造方法における一般的な配線形成工程を示す図であ
る。
【0004】まず、酸化膜層101において配線が形成
される部分に溝102を形成する(図6(a))。
【0005】次に、溝102が形成された酸化膜層10
1上全面にタンタルからなるバリア層103を成膜する
(図6(b))。
【0006】次に、バリア層103上全面にCuからな
る導電層104を成膜し、それにより、溝102にCu
を埋め込む(図6(c))。
【0007】次に、CMPによる1次研磨により導電層
104を研磨し、溝102以外の部分におけるバリア層
103を露出させ、それにより、溝102が形成された
部分に配線105を形成する(図6(c))。
【0008】その後、CMPによる2次研磨を行い、溝
102以外の部分におけるバリア層103を削除する
(図6(d))。
【0009】上述した一連の工程により、半導体装置に
おける配線105が形成される。
【0010】以下に、上述した工程のうち、CMPによ
る研磨工程について詳細に説明する。
【0011】図7は、従来のCMPによる半導体装置の
研磨方法の一例を説明するための図であり、CMP装置
の研磨部の構成を示している。
【0012】図7に示すように、上面にウレタンパッド
12が装着された定盤10上に、ウェハ21が装着され
た支持部材20をウレタンパッド12とウェハ21とが
互いに接するように密着させ、ウレタンパッド12上に
遊離砥粒を含むスラリー30を供給しながら定盤10を
回転させ、それにより、ウェハ21の表面を研磨する。
なお、この際、支持部材20も軸を中心として回転す
る。
【0013】ここで、一般的に、図6において説明した
1次研磨工程においてはアルミナが含まれたスラリーが
用いられ、また、2次研磨工程においてはシリカが含ま
れたスラリーが用いられる。これは、アルミナの方がシ
リカよりも研磨速度が速く、かつ、Cuを削るには優れ
ており、また、シリカの方がアルミナよりもウェハ表面
にスクラッチを発生させにくく、かつ、タンタルを削る
には優れているためである。
【0014】また、特開平10−296610号公報に
おいては、図7に示したものに対してウレタンパッド1
2の代わりに、砥粒が埋め込まれた固定砥粒パッドを用
いて固定砥粒パッド上に遊離砥粒を含むスラリーを供給
しながらウェハ表面を研磨する研磨方法が開示されてい
る。なお、固定砥粒パッド上に供給されるスラリーにお
いては、砥粒の含有量が1重量%以上のものである。
【0015】この研磨方法によれば、固定砥粒パッドを
用いることによりウェハの高い平坦性を実現できるとと
もに、砥粒が含まれたスラリーを供給することにより研
磨速度の高速化を図ることができる。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図7に
示したような研磨工程を用いた半導体装置の製造方法に
おいては、研磨工程においてウレタンパッドとウェハと
の間に供給されたスラリーによってウェハ表面が研磨さ
れるため、スラリーの砥粒によってウェハ表面に凹部が
発生し、該凹部に砥粒が入り込んで該凹部をさらに削っ
てしまう。
【0017】図8は、ウレタンパッドとウェハとの間に
スラリーを供給することによりウェハ表面を研磨する場
合の1次研磨工程におけるウェハの状態を説明するため
の図である。
【0018】図8に示すように、ウレタンパッド12と
ウェハ21との間に供給されたスラリーの砥粒31は、
ウェハ21表面に発生した凹部に入り込んで該凹部をさ
らに削ってしまう。さらに、ウレタンパッド12が軟質
なものであるため、スラリーの砥粒が多く集まる部分の
ウレタンパッド12が変形し、ウェハ21表面の凹部に
多くの砥粒が入り込んで該凹部をさらに削ってしまう。
【0019】その後、2次研磨工程において、1次研磨
工程にて発生した凹部が、上記同様にしてさらに削られ
てしまう。
【0020】それにより、ウェハ表面に発生するディッ
シングあるいはエロージョンが大きくなり、配線抵抗が
変動しまうという問題点がある。
【0021】また、特開平10−296610号公報に
開示された研磨方法においては、固定砥粒パッド上に、
砥粒が含まれたスラリーを供給するため、ウェハ表面に
発生した凹部に砥粒が入り込んで該凹部をさらに削って
しまい、上記同様の問題点が生じてしまう。
【0022】本発明は、上述したような従来の技術が有
する問題点に鑑みてなされたものであって、ディッシン
グ及びエロージョンに起因する配線抵抗の変動を抑制す
ることができる半導体装置の製造方法を提供することを
目的とする。
【0023】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、基板上に溝を形成し、該溝が形成された基
板上に導電層を成膜し、該導電層のうち前記溝以外に形
成された導電層を研磨により削除することにより前記溝
内に配線を形成する半導体装置の製造方法において、前
記基板を、砥粒を含む硬質な第1のパッドに密着させ、
前記第1のパッド上に砥粒を含まない第1の溶液を供給
しながら前記第1のパッドを回転させて前記基板の表面
を研磨する1次研磨工程と、前記基板を、砥粒を含まな
い軟質な第2のパッドに密着させ、前記第2のパッド上
に砥粒を含む第2の溶液を供給しながら前記第2のパッ
ドを回転させて前記基板の表面を研磨する2次研磨工程
とを順次行うことにより、前記溝内に配線を形成するこ
とを特徴とする。
【0024】また、前記1次研磨工程において前記導電
層のうち前記溝以外に形成された導電層を前記基板の少
なくとも一部が露出するまで削除することを特徴とす
る。
【0025】また、前記1次研磨工程において前記導電
層のうち前記溝以外に形成された導電層を削除すること
を特徴とする。
【0026】また、前記第1の溶液は、有機酸を含む液
体であることを特徴とする。
【0027】また、前記第2の溶液は、シリカを含むス
ラリーであることを特徴とする。
【0028】また、前記第2のパッドは、ウレタンパッ
ドであることを特徴とする。
【0029】また、基板上に溝を形成し、該溝が形成さ
れた基板上に導電層を成膜し、前記基板を、砥粒を含む
パッドに密着させ、前記パッド上に砥粒を含む溶液を供
給しながら前記パッドを回転させて前記基板の表面を研
磨することにより、前記導電層のうち前記溝以外に形成
された導電層を削除し、前記溝内に配線を形成する半導
体装置の製造方法において、前記溶液に含まれる砥粒の
割合は、0.8重量%以下であることを特徴とする。
【0030】また、前記溶液としてアルミナからなる砥
粒を含むスラリーを用いて前記基板の表面を研磨する1
次研磨工程と、前記溶液としてシリカからなる砥粒を含
むスラリーを用いて前記基板の表面を研磨する2次研磨
工程とを順次行うことにより、前記溝内に配線を形成す
ることを特徴とする。
【0031】また、前記1次研磨工程において前記導電
層のうち前記溝以外に形成された導電層を前記基板の少
なくとも一部が露出するまで削除することを特徴とす
る。
【0032】また、前記1次研磨工程において前記導電
層のうち前記溝以外に形成された導電層を削除すること
を特徴とする。
【0033】(作用)上記のように構成された本発明に
おいては、まず、1次研磨工程において、砥粒を含む硬
質な第1のパッドに基板を密着させ、第1のパッド上に
砥粒を含まない第1の溶液を供給しながら第1のパッド
を回転させて基板の表面を研磨する。1次研磨工程にお
いては、第1の溶液に砥粒が含まれておらず、また、第
1のパッドが硬質であるため、ディッシングやエロージ
ョンが非常に少なく平坦性の高い研磨が行われる。しか
しながら、第1の溶液に砥粒が含まれておらず、また、
第1のパッドが砥粒を含み硬質であるために、基板の研
磨面に多くのスクラッチが発生する。そこで、2次研磨
工程において、砥粒を含まない軟質な第2のパッドに基
板を密着させ、第2のパッド上に砥粒を含む第2の溶液
を供給しながら第2のパッドを回転させて基板の表面を
研磨する。2次研磨工程においては、第2の溶液に砥粒
が含まれており、また、第2のパッドが軟質であるた
め、1次研磨工程にて発生したスクラッチが減少する。
【0034】これにより、基板表面に発生するスクラッ
チが減少するとともに、基板表面に発生するディッシン
グあるいはエロージョンが抑制され、基板表面の平坦性
が向上する。
【0035】また、砥粒を含むパッドに基板を密着さ
せ、該パッド上に砥粒の含有量が0.8重量%以下とな
る溶液を供給しながらパッドを回転させて基板の表面を
研磨する場合は、砥粒の含有量が0.8%以下であるた
め、基板表面の凹部に入り込む砥粒の量が減少し、該凹
部がさらに削られることが抑制される。
【0036】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。
【0037】(第1の実施の形態)図1は、本発明の半
導体装置の製造方法の第1の実施の形態を示す図であ
り、(a)は1次研磨工程を説明するための図、(b)
は2次研磨工程を説明するための図である。
【0038】まず、図1(a)に示すように、砥粒が埋
め込まれた第1のパッドである固定砥粒パッド11が上
面に装着された定盤10上に、ウェハ21が装着された
支持部材20を固定砥粒パッド11とウェハ21とが互
いに接するように密着させ、固定砥粒パッド11上に遊
離砥粒を含まない第1の溶液40を供給しながら定盤1
0を回転させ、ウェハ21の表面をバリア層が露出する
まで研磨する(1次研磨工程)。なお、この際、支持部
材20も軸を中心として回転する。
【0039】本形態における溶液40においては、カル
ボン酸やスルホン酸の有機酸と水とを主成分とするエッ
チレートの少ないものを用いる。また、1次研磨工程に
おける終点検出においては、光学式やトルク式の検出方
法を用いる。
【0040】次に、図1(b)に示すように、上面に第
2のパッドであるウレタンパッド12が装着された定盤
10上に、ウェハ21が装着された支持部材20をウレ
タンパッド12とウェハ21とが互いに接するように密
着させ、ウレタンパッド12上に遊離砥粒を含む第2の
溶液であるスラリー30を供給しながら定盤10を回転
させ、それにより、ウェハ21の表面を研磨する(2次
研磨工程)。なお、この2次研磨工程は、上述した従来
の2次研磨工程と同様である。
【0041】図2は、図1に示した研磨工程に用いられ
る研磨装置の一例を示す図である。
【0042】本形態に用いられる研磨装置は図2に示す
ように、固定砥粒パッド11やウレタンパッド12が装
着される複数の定盤10a〜10dと、ウェハ21が装
着され、装着されたウェハ21を定盤10a〜10d上
面に密着させる支持部材20となるヘッド部60a〜6
0dと、定盤10a〜10d上面に溶液40やスラリー
30を供給する供給管50a〜50dとから構成されて
いる。
【0043】上記のように構成された研磨装置において
は、固定砥粒パッド11やウレタンパッド12が装着さ
れた定盤10a〜10d上面に、ヘッド部60a〜60
dに装着されたウェハ21が密着させられ、供給管50
a〜50dから溶液40やスラリー30が定盤10a〜
10d上面に供給される。定盤10a〜10dは所定の
速度で回転し、それにより、ウェハ21の表面が研磨さ
れる。
【0044】以下に、上述した研磨工程におけるウェハ
の状態について説明する。
【0045】図3は、図1に示した半導体装置の研磨工
程におけるウェハ21の状態を示す図であり、(a)は
1次研磨工程におけるウェハ21の状態を示す図であ
り、(b)は2次研磨工程におけるウェハ21の状態を
示す図である。
【0046】図3(a)に示すように1次研磨工程にお
いては、溶液40に遊離砥粒が含まれておらず、また、
固定砥粒パッド11が硬質であるため、ディッシングや
エロージョンが非常に少なく平坦性の高い研磨が行われ
る。しかしながら、溶液40に遊離砥粒が含まれておら
ず、また、固定砥粒パッド11が硬質であることによ
り、ウェハ21の研磨面に多くのスクラッチが発生して
しまう。
【0047】そのため、図1(a)に示す方法にて1次
研磨工程及び2次研磨工程を行った場合、ウェハ21表
面に多くのスクラッチが残存してしまい、また、研磨速
度が低いため、研磨工程に多くの時間が費やされてしま
うことになる。また、ウェハ21と固定砥粒パッド11
との摩擦力が大きいため、研磨中にウェハ21が支持部
材20から飛び出してしまう虞れがある。
【0048】そこで、図1(b)に示すように、ウレタ
ンパッド12とスラリー30を用いて2次研磨を行う。
【0049】図3(b)に示すように2次研磨工程にお
いては、スラリー30に遊離砥粒31が含まれており、
また、ウレタンパッド12が軟質であるため、1次研磨
工程にて発生したスクラッチを減少させることができ
る。
【0050】図4は、ダマシン配線のシート抵抗分布を
示す図であり、(a)は図1に示した研磨工程にて研磨
されたウェハのシート抵抗分布を示すグラフ、(b)は
図7に示した研磨工程にて研磨されたウェハのシート抵
抗分布を示すグラフである。
【0051】図4(a)と図4(b)とを比較してわか
るように、図7に示した研磨工程にて研磨されたウェハ
においては配線抵抗のばらつきが大きいのに対して、図
1に示した研磨工程にて研磨されたウェハにおいては配
線抵抗のばらつきが極めて小さくなっている。
【0052】これは、図7に示した研磨工程にて研磨さ
れたウェハに比べて図1に示した研磨工程にて研磨され
たウェハにおいてエロージョンやディッシングが小さく
なっていることに起因するものである。
【0053】(第2の実施の形態)上述した半導体装置
の製造方法における1次研磨工程と2次研磨工程とを同
一のパッドを用いて行うこともできる。
【0054】図5は、本発明の半導体装置の製造方法の
第2の実施の形態を示す図である。
【0055】図5に示すように、まず、砥粒が埋め込ま
れた固定砥粒パッド11が上面に装着された定盤10上
に、ウェハ21が装着された支持部材20を固定砥粒パ
ッド11とウェハ21とが互いに接するように密着さ
せ、固定砥粒パッド11上に遊離砥粒を含むスラリー3
5を供給しながら定盤10を回転させ、ウェハ21の表
面をバリア層が露出するまで研磨する(1次研磨工
程)。なお、この際、支持部材20も軸を中心として回
転する。
【0056】ここで、本形態の特徴として、1次研磨工
程にて固定砥粒パッド11上に供給されるスラリーは、
アルミナからなる遊離砥粒の含有量が0.8重量%以下
のものである。
【0057】次に、固定砥粒パッド11上に、シリカか
らなる遊離砥粒の含有量が0.8重量%以下のスラリー
35を供給しながら定盤10を回転させ、それにより、
ウェハ21の表面を研磨する(2次研磨工程)。なお、
この際、支持部材20も軸を中心として回転する。
【0058】上述した研磨工程においては、砥粒が埋め
込まれた固定砥粒パッド11上に、遊離砥粒を含むスラ
リー35を供給してウェハの研磨が行われるが、スラリ
ー35に含まれる遊離砥粒の含有量を0.8%以下とし
ているため、ウェハ21の表面の凹部に入り込む遊離砥
粒の量が減少し、該凹部がさらに削られることを抑制す
ることができる。
【0059】
【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
1次研磨工程において、砥粒を含む硬質な第1のパッド
に基板を密着させ、第1のパッド上に砥粒を含まない第
1の溶液を供給しながら第1のパッドを回転させて基板
の表面を研磨し、2次研磨工程において、砥粒を含まな
い軟質な第2のパッドに基板を密着させ、第2のパッド
上に砥粒を含む第2の溶液を供給しながら第2のパッド
を回転させて基板の表面を研磨するため、1次研磨工程
によって、ディッシングやエロージョンが非常に少なく
平坦性の高い研磨を行うことができるとともに、2次研
磨工程によって、1次研磨工程にて発生したスクラッチ
を減少させることができる。
【0060】これにより、基板表面に発生するスクラッ
チに起因するエレクトロマイグレーション特性の劣化を
防ぐことができ、また、基板表面に発生するディッシン
グあるいはエロージョンが抑制され、基板表面の平坦性
が向上し、ディッシング及びエロージョンに起因する配
線抵抗の変動を抑制することができる。
【0061】また、砥粒を含むパッドに基板を密着さ
せ、該パッド上に砥粒の含有量が0.8重量%以下とな
る溶液を供給しながらパッドを回転させて基板の表面を
研磨するものにおいては、砥粒の含有量が0.8%以下
であるため、基板表面の凹部に入り込む砥粒の量が減少
し、該凹部がさらに削られることが抑制され、上記同様
の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の製造方法の第1の実施の
形態を示す図であり、(a)は1次研磨工程を説明する
ための図、(b)は2次研磨工程を説明するための図で
ある。
【図2】図1に示した研磨工程に用いられる研磨装置の
一例を示す図である。
【図3】図1に示した半導体装置の研磨工程におけるウ
ェハの状態を示す図であり、(a)は1次研磨工程にお
けるウェハの状態を示す図であり、(b)は2次研磨工
程におけるウェハの状態を示す図である。
【図4】ダマシン配線のシート抵抗分布を示す図であ
り、(a)は図1に示した研磨工程にて研磨されたウェ
ハのシート抵抗分布を示すグラフ、(b)は図7に示し
た研磨工程にて研磨されたウェハのシート抵抗分布を示
すグラフである。
【図5】本発明の半導体装置の製造方法の第2の実施の
形態を示す図である。
【図6】ダマシン構造を有する半導体装置の製造方法に
おける一般的な配線形成工程を示す図である。
【図7】従来のCMPによる半導体装置の研磨方法の一
例を説明するための図であり、CMP装置の研磨部の構
成を示している。
【図8】ウレタンパッドとウェハとの間にスラリーを供
給することによりウェハ表面を研磨する場合の1次研磨
工程におけるウェハの状態を説明するための図である。
【符号の説明】
10,10a〜10d 定盤 11 固定砥粒パッド 12 ウレタンパッド 20 支持部材 21 ウェハ 30,35 スラリー 31 遊離砥粒 40 溶液 50a〜50d 供給管 60a〜60d ヘッド部 101 酸化膜層 103 バリア層 105 配線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/3205 H01L 21/88 K Fターム(参考) 3C058 AA04 AA07 AA09 AA18 AC04 CB02 CB10 DA02 DA12 DA17 5F033 HH11 HH32 MM01 MM12 MM13 QQ48 QQ50 XX01 XX10

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に溝を形成し、該溝が形成された
    基板上に導電層を成膜し、該導電層のうち前記溝以外に
    形成された導電層を研磨により削除することにより前記
    溝内に配線を形成する半導体装置の製造方法において、 前記基板を、砥粒を含む硬質な第1のパッドに密着さ
    せ、前記第1のパッド上に砥粒を含まない第1の溶液を
    供給しながら前記第1のパッドを回転させて前記基板の
    表面を研磨する1次研磨工程と、 前記基板を、砥粒を含まない軟質な第2のパッドに密着
    させ、前記第2のパッド上に砥粒を含む第2の溶液を供
    給しながら前記第2のパッドを回転させて前記基板の表
    面を研磨する2次研磨工程とを順次行うことにより、前
    記溝内に配線を形成することを特徴とする半導体装置の
    製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の半導体装置の製造方法
    において、 前記1次研磨工程において前記導電層のうち前記溝以外
    に形成された導電層を前記基板の少なくとも一部が露出
    するまで削除することを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の半導体装置の製造方法
    において、 前記1次研磨工程において前記導電層のうち前記溝以外
    に形成された導電層を削除することを特徴とする半導体
    装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の
    半導体装置の製造方法において、 前記第1の溶液は、有機酸を含む液体であることを特徴
    とする半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の
    半導体装置の製造方法において、 前記第2の溶液は、シリカを含むスラリーであることを
    特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の
    半導体装置の製造方法において、 前記第2のパッドは、ウレタンパッドであることを特徴
    とする半導体装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 基板上に溝を形成し、該溝が形成された
    基板上に導電層を成膜し、前記基板を、砥粒を含むパッ
    ドに密着させ、前記パッド上に砥粒を含む溶液を供給し
    ながら前記パッドを回転させて前記基板の表面を研磨す
    ることにより、前記導電層のうち前記溝以外に形成され
    た導電層を削除し、前記溝内に配線を形成する半導体装
    置の製造方法において、 前記溶液に含まれる砥粒の割合は、0.8重量%以下で
    あることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  8. 【請求項8】 請求項7に記載の半導体装置の製造方法
    において、 前記溶液としてアルミナからなる砥粒を含むスラリーを
    用いて前記基板の表面を研磨する1次研磨工程と、 前記溶液としてシリカからなる砥粒を含むスラリーを用
    いて前記基板の表面を研磨する2次研磨工程とを順次行
    うことにより、前記溝内に配線を形成することを特徴と
    する半導体装置の製造方法。
  9. 【請求項9】 請求項8に記載の半導体装置の製造方法
    において、 前記1次研磨工程において前記導電層のうち前記溝以外
    に形成された導電層を前記基板の少なくとも一部が露出
    するまで削除することを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  10. 【請求項10】 請求項8に記載の半導体装置の製造方
    法において、 前記1次研磨工程において前記導電層のうち前記溝以外
    に形成された導電層を削除することを特徴とする半導体
    装置の製造方法。
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