JP2001176872A - 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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JP2001176872A
JP2001176872A JP36169799A JP36169799A JP2001176872A JP 2001176872 A JP2001176872 A JP 2001176872A JP 36169799 A JP36169799 A JP 36169799A JP 36169799 A JP36169799 A JP 36169799A JP 2001176872 A JP2001176872 A JP 2001176872A
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film
semiconductor device
metal film
polishing
wiring
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Yoshihisa Okayama
芳央 岡山
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造コストの低減および生産性の向上が可能
な半導体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】 絶縁膜2に配線溝3を形成する工程と、
配線溝3内および絶縁膜2上に、バリヤ膜4を形成する
工程と、バリヤ膜4上に金属配線5を形成する工程と、
金属配線5の不要部分をCMP法により除去する工程
と、バリヤ膜4の不要部分をウエットエッチングにより
除去する工程とを備えている。

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、開口部を有する半導体装置の製造方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体集積回路の高速化への要求
に伴い、銅配線技術が益々重要になってきている。銅配
線の形成方法としては、ダマシン法(絶縁膜に配線溝な
どの開口部をエッチングにより刻み込み、その配線溝に
配線金属を充填して埋め込み配線を形成する方法)が主
流である。また、ダマシン法によって埋め込み金属配線
を形成する場合、埋め込み金属の絶縁膜中への拡散防
止、絶縁膜との密着性改善および配線溝への埋め込み特
性改善などの理由により、バリヤ膜を配線金属埋め込み
の前に成膜する必要がある。
【0003】その後、不要部分の金属をCMP(Chemic
al Mechanical Polishing: 化学機械研磨)法により除
去することにより、配線溝内に埋め込まれた配線構造が
完成される。
【0004】図6〜図10は、従来のダマシン法による
半導体装置の製造プロセスを説明するための断面図であ
る。次に、図6〜図10を参照して、従来のダマシン法
による製造プロセスについて詳細に説明する。
【0005】まず、図6に示すように、基板101上に
絶縁膜102を形成する。絶縁膜102に配線溝103
をドライエッチングにより形成する。
【0006】次に、図7に示すように、高融点金属など
からなるバリヤ膜104を形成する。
【0007】次に、図8に示すように、バリヤ膜104
の上層に、Cuなどからなる金属配線105を形成す
る。そして、CMP法によって金属配線105の不要部
分を除去する。これにより、図9に示すような形状が得
られる。
【0008】この後、再度CMP法を用いて、絶縁膜1
02の上面上に位置する不要なバリヤ膜104を除去す
る。これにより、図10に示すような形状が得られる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の製造プロセスでは、バリヤ膜104をCMP法
により除去する際に、バリヤ膜104と金属配線105
との研磨特性の違いに起因して、図10に示すように、
金属配線105の上面に皿状の窪みが発生する。そのた
め、金属配線5の平坦性および均一性が悪化するという
問題点があった。
【0010】また、従来の製造プロセスでは、金属配線
105とバリヤ膜104とをCMP法により除去する際
に、金属配線105とバリヤ膜104との研磨特性が異
なるために、金属配線105とバリヤ膜104とを別々
の研磨定盤や研磨剤を用いて研磨する2ステップ処理が
必要であった。そのため、複数の研磨定盤を有するCM
P装置や複数の研磨剤が必要となり、その結果、製造コ
ストが高くなるという不都合もあった。また、CMP法
による研磨が2ステップに分けて行われるため、スルー
プット(単位時間内に処理可能なウエハの数量)が低下
するという問題点もある。
【0011】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたものであり、この発明の一つの目的は、
製造コストの低減およびスループットの増加が可能な半
導体装置の製造方法を提供することである。
【0012】この発明のもう一つの目的は、平坦性およ
び均一性に優れた埋め込み金属配線を容易に製造するこ
とが可能な半導体装置の製造方法を提供することであ
る。
【0013】
【課題を解決するための手段】請求項1による半導体装
置の製造方法は、絶縁膜に開口部を形成する工程と、開
口部内および絶縁膜上に、第1埋込金属膜を形成する工
程と、第1埋込金属膜上に第2埋込金属膜を形成する工
程と、第2埋込金属膜の不要部分を第1の除去方法によ
り除去する工程と、第1埋込金属膜の不要部分を、第1
の除去方法とは異なる種類の第2の除去方法により除去
する工程とを備えている。
【0014】請求項1では、上記のように、第1および
第2埋込金属膜をそれぞれ別々の第1および第2の除去
方法で除去することによって、たとえば、第1の除去方
法が第2の除去方法よりも時間およびコストのかかる方
法である場合には、第1の除去方法で第1および第2埋
込金属膜の両方を除去する場合に比べて、製造時間およ
び製造コストを削減することができる。
【0015】請求項2による半導体装置の製造方法は、
請求項1の構成において、第1埋込金属膜および第2埋
込金属膜は、互いに異なる研磨特性を有する。また、第
1の除去方法は、研磨法を含み、第2の除去方法は、研
磨法以外の方法を含む。請求項2では、このように構成
することによって、研磨工程による金属膜除去が第2埋
込金属膜の1種類のみとなるため、従来のように複数の
研磨定盤を有する研磨装置や複数の研磨剤が必要でなく
なる。これにより、製造コストを低減することができ
る。また、研磨特性の異なる材料からなる第1および第
2埋込金属膜のうち、第2埋込金属膜のみを研磨法によ
り除去し、第1埋込金属膜は、研磨法以外の方法で除去
するので、第1埋込金属膜を研磨法により除去する場合
に生じる第2埋込金属膜の上面の窪みを有効に防止する
ことができる。これにより、第2埋込金属膜の平坦性お
よび均一性を改善することができる。
【0016】請求項3による半導体装置の製造方法は、
請求項2の構成において、第2の除去方法は、ウエット
エッチング法およびドライエッチング法のうちのいずれ
かを含む。このように構成することにより、第2の除去
方法として、たとえば、ウエットエッチング法を用いれ
ば、エッチング液に複数枚の基板を同時に浸すバッチ処
理が可能となるので、1枚ずつ基板を処理する研磨法に
比べて、生産性(スループット)を著しく向上させるこ
とができる。また、ウエットエッチング装置は、研磨装
置(CMP装置)に比べて、ランニングコストが安価で
あるので、製造コストも低減することができる。
【0017】請求項4による半導体装置の製造方法は、
請求項1〜3のいずれかの構成において、第1埋込金属
膜は、高融点金属および高融点金属化合物からなるグル
ープより選択された少なくとも1つを含むバリヤ膜であ
る。また、第2埋込金属膜は、Cu、A1、Cuおよび
Alを含有する合金膜、金、銀、シリサイド、高融点金
属、TiN、TiW、および、ドープトポリシリコンか
らなるグループより選択された少なくとも1つを含む金
属配線である。請求項4では、このようにバリヤ膜が金
属配線とは異なる研磨特性を有する材料からなる場合
に、バリヤ膜の研磨工程を行わないようにすれば、バリ
ヤ膜を研磨法により研磨する場合に生じる金属配線の上
面の窪みを有効に防止することができる。これにより、
金属配線の平坦性および均一性を改善することができ
る。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施形
態を図面に基づいて説明する。
【0019】図1〜図5は、本発明の一実施形態による
ダマシン法を用いた半導体装置の製造プロセスを説明す
るための断面図である。図1〜図5を参照して、一実施
形態による半導体装置の製造プロセスについて説明す
る。
【0020】まず、図1に示すように、半導体素子を形
成した基板1上に絶縁膜2を形成する。絶縁膜2に配線
溝3をドライエッチングにより形成する。配線溝3の深
さは、配線抵抗や許容電流密度などの要求される特性に
応じて、約200nm〜約2μmの範囲内で選択する。
なお、この配線溝3は、本発明の「開口部」を構成す
る。
【0021】次に、図2に示すように、配線溝3内およ
び絶縁膜2の上面上に、Taからなるバリヤ膜4を約1
0nm〜約100nmの厚みで形成する。このバリヤ膜
4は、埋め込み金属の拡散防止および密着性改善ならび
に埋め込み特性改善などの機能を有する。なお、このバ
リヤ膜4は、本発明の「第1埋込金属膜」を構成する。
【0022】次に、図3に示すように、バリヤ膜4の上
に、Cuからなる金属配線5を配線溝3の深さ以上の厚
みで形成する。なお、金属配線5は、本発明の「第2埋
込金属膜」を構成する。そして、CMP法によって金属
配線5の不要部分を除去する。これにより、図4に示す
ような形状が得られる。なお、CMP法は、本発明の
「研磨法」に相当する。
【0023】最後に、フッ酸水溶液を用いたウエットエ
ッチング法によりTaからなるバリヤ膜4を除去するこ
とにより、図5に示すような平坦な埋め込み金属配線5
が形成される。なお、ウエットエッチングによりバリヤ
膜4をエッチングすると、配線溝3内のバリヤ膜4の上
部も若干除去され、バリヤ膜4の上部が絶縁膜2の上面
より若干低くなったような形状になる。
【0024】本実施形態では、上記のように、金属配線
の不要部分の除去はCMP法により行うとともに、バリ
ヤ膜4の除去はウエットエッチング法により行うことに
よって、CMP工程による金属膜除去が金属配線5の1
種類のみとなるので、従来のように複数の研磨定盤を有
するCMP装置や複数の研磨剤が必要でなくなる。これ
により、製造コストを低減することができる。また、バ
リヤ膜4をウエットエッチング法により除去するので、
バリヤ膜4をCMP法により除去する場合に生じる金属
配線5の上面の窪みを有効に防止することができる。こ
れにより、金属配線5の平坦性および均一性を改善する
ことができる。
【0025】また、本実施形態では、バリヤ膜4の除去
方法として、ウエットエッチング法を用いることによっ
て、エッチング液に複数枚の基板を同時に浸すバッチ処
理が可能となるので、1枚ずつ基板を処理するCMP法
に比べて、生産性(スループット)を著しく向上させる
ことができる。また、ウエットエッチング装置は、CM
P装置に比べて、ランニングコストが安価であるので、
製造コストも低減することができる。
【0026】なお、今回開示された実施形態は、すべて
の点で例示であって制限的なものではないと考えられる
べきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明
ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請
求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が
含まれる。
【0027】たとえば、上記実施形態では、金属配線5
を除去するための研磨法の一例として、CMP法を用い
たが、本発明はこれに限らず、CMP法以外の研磨法を
用いてもよい。
【0028】また、上記実施形態では、バリヤ膜4をウ
エットエッチング法により除去したが、本発明はこれに
限らず、PFC(パーフルオロカーボン)などのフッ素
系ガスを用いたドライエッチング法により除去してもよ
い。この場合にも、金属配線の平坦性および均一性を向
上させることができる。さらに、CMP法以外の方法で
あれば、エッチング法以外の方法でバリヤ膜4を除去す
るようにしてもよい。
【0029】また、上記実施形態では、バリヤ膜4をT
aにより形成したが、本発明はこれに限らず、Ta以外
のTiなどの高融点金属やTaN、TiN、WNなどの
高融点金属化合物によってバリヤ膜4を形成してもよ
い。
【0030】また、上記実施形態では、金属配線5をC
uによって形成したが、本発明はこれに限らず、A1、
CuおよびAlを含有する合金膜、金、銀、シリサイ
ド、高融点金属、TiN、TiW、または、ドープトポ
リシリコンなどにより金属配線5を形成してもよい。
【0031】また、上記実施形態では、金属配線5とバ
リヤ膜4を除去する場合に本発明を適用した例を示した
が、本発明はこれに限らず、金属配線5がたとえば複数
の層からなる場合に、各層を除去する場合にも適用可能
である。すなわち、複数の層からなる金属配線の一方の
層をCMP法により除去し、他方の層をCMP法以外の
たとえばエッチング法などの方法で除去するするように
しても同様の効果を得ることができる。
【0032】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、製造コ
ストの低減およびスループット(生産性)の向上が可能
な半導体装置の製造方法を提供することができる。ま
た、平坦性および均一性に優れた埋め込み金属配線を容
易に製造することが可能な半導体装置の製造方法を提供
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態による半導体装置の製造プ
ロセスの第1工程を説明するための断面図である。
【図2】本発明の一実施形態による半導体装置の製造プ
ロセスの第2工程を説明するための断面図である。
【図3】本発明の一実施形態による半導体装置の製造プ
ロセスの第3工程を説明するための断面図である。
【図4】本発明の一実施形態による半導体装置の製造プ
ロセスの第4工程を説明するための断面図である。
【図5】本発明の一実施形態による半導体装置の製造プ
ロセスの第5工程を説明するための断面図である。
【図6】従来の半導体装置の製造プロセスの第1工程を
説明するための断面図である。
【図7】従来の半導体装置の製造プロセスの第2工程を
説明するための断面図である。
【図8】従来の半導体装置の製造プロセスの第3工程を
説明するための断面図である。
【図9】従来の半導体装置の製造プロセスの第4工程を
説明するための断面図である。
【図10】従来の半導体装置の製造プロセスの第5工程
を説明するための断面図である。
【符号の説明】
1 基板 2 絶縁膜 3 配線溝(開口部) 4 バリヤ膜(第1埋込金属膜) 5 金属配線(第2埋込金属膜)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁膜に開口部を形成する工程と、 前記開口部内および前記絶縁膜上に、第1埋込金属膜を
    形成する工程と、 前記第1埋込金属膜上に、第2埋込金属膜を形成する工
    程と、 前記第2埋込金属膜の不要部分を第1の除去方法により
    除去する工程と、 前記第1埋込金属膜の不要部分を、前記第1の除去方法
    とは異なる種類の第2の除去方法により除去する工程と
    を備えた、半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記第1埋込金属膜および前記第2埋込
    金属膜は、互いに異なる研磨特性を有し、 前記第1の除去方法は、研磨法を含み、 前記第2の除去方法は、前記研磨法以外の方法を含む、
    請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記第2の除去方法は、ウエットエッチ
    ング法およびドライエッチング法のうちのいずれかを含
    む、請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記第1埋込金属膜は、高融点金属およ
    び高融点金属化合物からなるグループより選択された少
    なくとも1つを含むバリヤ膜であり、 前記第2埋込金属膜は、Cu、A1、CuおよびAlを
    含有する合金膜、金、銀、シリサイド、高融点金属、T
    iN、TiW、および、ドープトポリシリコンからなる
    グループより選択された少なくとも1つを含む金属配線
    である、請求項1〜請求項3のいずれかに記載の半導体
    装置の製造方法。
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