JP2002009076A - 化学・機械的研磨（ｃｍｐ）中における銅のディッシングを防止するための局部領域合金化 - Google Patents
化学・機械的研磨（ｃｍｐ）中における銅のディッシングを防止するための局部領域合金化Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 金属を合金化することにより銅とともに一連
の均一な固溶体を形成する、電気めっきされた銅合金を
使用することにより、化学・機械的研磨（ＣＭＰ）中に
おける銅のディッシングを著しく低減し、場合によって
は除去する方法を提供する。 【解決手段】 銅とともに一連の均一な固溶体を形成す
る金属による電気めっきされた銅合金を形成することに
より、空乏金属層の表面上にあるかかる合金の堆積層に
より、合金に対してＣＭＰ処理を行っている間に使用さ
れるスラリー研磨の選択性を低めることが可能となる。
電気めっき処理において一連の均一な溶体を形成する金
属による銅合金は、銅の酸化特性、機械的特性、電気的
特性、剛性パラメータ、および硬質パラメータを変化さ
せる。これらの特性における変化により、空乏層全体が
研磨されるまで合金層および空乏層を等しい速度で研磨
することが可能となる。このようにして、空乏層と銅合
金との研磨速度が１：１に近づくため、ウェハのトレン
チにおけるＣＭＰ処理による銅のディッシングが回避さ
れる。
の均一な固溶体を形成する、電気めっきされた銅合金を
使用することにより、化学・機械的研磨（ＣＭＰ）中に
おける銅のディッシングを著しく低減し、場合によって
は除去する方法を提供する。 【解決手段】 銅とともに一連の均一な固溶体を形成す
る金属による電気めっきされた銅合金を形成することに
より、空乏金属層の表面上にあるかかる合金の堆積層に
より、合金に対してＣＭＰ処理を行っている間に使用さ
れるスラリー研磨の選択性を低めることが可能となる。
電気めっき処理において一連の均一な溶体を形成する金
属による銅合金は、銅の酸化特性、機械的特性、電気的
特性、剛性パラメータ、および硬質パラメータを変化さ
せる。これらの特性における変化により、空乏層全体が
研磨されるまで合金層および空乏層を等しい速度で研磨
することが可能となる。このようにして、空乏層と銅合
金との研磨速度が１：１に近づくため、ウェハのトレン
チにおけるＣＭＰ処理による銅のディッシングが回避さ
れる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】開示される本発明は、集積回
路半導体製造物の分野に関する。具体的には、銅の化学
・機械的研磨（ＣＭＰ）中に生じる銅のディッシング現
象の防止のための手順を開示する。
路半導体製造物の分野に関する。具体的には、銅の化学
・機械的研磨（ＣＭＰ）中に生じる銅のディッシング現
象の防止のための手順を開示する。
【０００２】
【従来の技術】金属膜が集積回路の製造における種々の
目的のために使用されている。例えば、金属膜を用い
て、半導体ウェハの表面の上に相互接続線（interconne
ctive lines）、接触部分、および他の導電機構を形成
してもよいことが知られている。
目的のために使用されている。例えば、金属膜を用い
て、半導体ウェハの表面の上に相互接続線（interconne
ctive lines）、接触部分、および他の導電機構を形成
してもよいことが知られている。
【０００３】最近では、集積回路における金属被覆に銅
および銅合金を使用することへの関心が高まっている。
銅は、金属特性に関して特に魅力的ないくつかの特性を
有している。特に、銅はアルミニウム合金よりも低い電
気固有抵抗を有し、アルミニウム合金ほど電気移動の影
響を受けない。
および銅合金を使用することへの関心が高まっている。
銅は、金属特性に関して特に魅力的ないくつかの特性を
有している。特に、銅はアルミニウム合金よりも低い電
気固有抵抗を有し、アルミニウム合金ほど電気移動の影
響を受けない。
【０００４】半導体製造は、通常、誘電酸化膜の離散層
において、タングステンまたは銅による配線すなわち、
メタライゼーションを施すことを含む。これらの膜層を
形成するために用いられる酸化物は、典型的に、ホスホ
シリケートガラス（ＰＳＧ）、ボロホスホシリケートガ
ラス（ＢＰＳＧ）、または二酸化珪素（ＳｉＯ２）を含
む。酸化層は従来の平坦化技術を用いて平坦化される。
その後、酸化層をエッチングするか、別のやり方では、
酸化層に一連のトレンチおよび孔をパターニングするた
めに処理する。次いで、薄空乏層を酸化層の上に堆積す
る。空乏層は通常、Ｔｉ／ＴｉＮスタックを形成するた
めに互いの上に堆積するチタン（Ｔｉ）および窒化チタ
ン（ＴｉＮ）の薄膜、または、Ｔａ／ＴａＮスタックを
形成するためのタンタル（Ｔａ）および窒化タンタル
（ＴａＮ）を含む。このような空乏層を、通常、物理気
相成長法、またはスパッター堆積法として知られる堆積
法により堆積するが、あるいは、より均一な被覆を行う
ために化学気相成長法（ＣＤＶ）により堆積してもよ
い。したがって、空乏層は、トレンチおよび孔の表面、
および酸化層の上側面を被覆する役割を果たし、金属化
層と酸化層との間に良好な接着性をもたらすために使用
される。次いで、導電材料（例えば、タングステン
（Ｗ）、銅（Ｃu）からなる）層を空乏層上に堆積する
ことにより金属化をもたらす。ここで、ＷまたはＣuは
トレンチおよび孔を完全に満たしている。したがって、
満たされたトレンチは線、ダマスク、または「大域配線
層」を形成し、一方、満たされた孔は、「局部相互接
続」としても知られるスタッドまたはビアを含む。次い
で、酸化膜の表面から空乏層およびタングステン層また
は銅層を除去することにより、配線層の製造を達成す
る。これは、通常、平坦化技術を使用することにより達
成される。
において、タングステンまたは銅による配線すなわち、
メタライゼーションを施すことを含む。これらの膜層を
形成するために用いられる酸化物は、典型的に、ホスホ
シリケートガラス（ＰＳＧ）、ボロホスホシリケートガ
ラス（ＢＰＳＧ）、または二酸化珪素（ＳｉＯ２）を含
む。酸化層は従来の平坦化技術を用いて平坦化される。
その後、酸化層をエッチングするか、別のやり方では、
酸化層に一連のトレンチおよび孔をパターニングするた
めに処理する。次いで、薄空乏層を酸化層の上に堆積す
る。空乏層は通常、Ｔｉ／ＴｉＮスタックを形成するた
めに互いの上に堆積するチタン（Ｔｉ）および窒化チタ
ン（ＴｉＮ）の薄膜、または、Ｔａ／ＴａＮスタックを
形成するためのタンタル（Ｔａ）および窒化タンタル
（ＴａＮ）を含む。このような空乏層を、通常、物理気
相成長法、またはスパッター堆積法として知られる堆積
法により堆積するが、あるいは、より均一な被覆を行う
ために化学気相成長法（ＣＤＶ）により堆積してもよ
い。したがって、空乏層は、トレンチおよび孔の表面、
および酸化層の上側面を被覆する役割を果たし、金属化
層と酸化層との間に良好な接着性をもたらすために使用
される。次いで、導電材料（例えば、タングステン
（Ｗ）、銅（Ｃu）からなる）層を空乏層上に堆積する
ことにより金属化をもたらす。ここで、ＷまたはＣuは
トレンチおよび孔を完全に満たしている。したがって、
満たされたトレンチは線、ダマスク、または「大域配線
層」を形成し、一方、満たされた孔は、「局部相互接
続」としても知られるスタッドまたはビアを含む。次い
で、酸化膜の表面から空乏層およびタングステン層また
は銅層を除去することにより、配線層の製造を達成す
る。これは、通常、平坦化技術を使用することにより達
成される。
【０００５】集積回路の製造中にウェハを平坦化する多
数の知られている方法（例えば、ブロック抵抗および抵
抗エッチングバック、ブロック抵抗およびガラス上スピ
ンなど）がある。選択した方法は化学・機械的研磨（Ｃ
ＭＰ）である。ＣＭＰは、ウェハの完全な平坦化を与え
る。しかしながら、トレンチ平坦化のためにＣＭＰを用
いることで直面する困難の１つは、典型的な十分にへこ
んだフィールド構造のトレンチにおいて生じ、銅（Ｃ
ｕ）（弾性的かつ可塑的）の機械的研磨に関連する「デ
ィッシング」の影響である。「ディッシング」は、広域
のトレンチにおいて特に深刻であり、研磨中の「ディッ
シング」の影響により広域のトレンチにおいて誘電材料
が薄くなり、その結果、誘電体の浸食が起こる。
数の知られている方法（例えば、ブロック抵抗および抵
抗エッチングバック、ブロック抵抗およびガラス上スピ
ンなど）がある。選択した方法は化学・機械的研磨（Ｃ
ＭＰ）である。ＣＭＰは、ウェハの完全な平坦化を与え
る。しかしながら、トレンチ平坦化のためにＣＭＰを用
いることで直面する困難の１つは、典型的な十分にへこ
んだフィールド構造のトレンチにおいて生じ、銅（Ｃ
ｕ）（弾性的かつ可塑的）の機械的研磨に関連する「デ
ィッシング」の影響である。「ディッシング」は、広域
のトレンチにおいて特に深刻であり、研磨中の「ディッ
シング」の影響により広域のトレンチにおいて誘電材料
が薄くなり、その結果、誘電体の浸食が起こる。
【０００６】半導体／集積回路を形成する１つの方法
は、ダマスク工程として知られている工程を含む。ダマ
スク工程は、化学・機械的研磨により直接的に規定され
る導電性相互接続および他の機能を提供する。従来のダ
マスク工程は、例えば酸化物などの誘電体をウェハ基板
に形成することにより着手する。フォトレジスト層を形
成するために、誘電体を例えばリソグラフィを用いてパ
ターニングする。誘電体により２つの側の上に、かつ基
板または空乏層により下側に画定された誘電体にトラフ
が形成される。通常、空乏層はまた、トラフの２つの側
壁上に形成される。導電材料（例えば銅またはタングス
テン）の正角ブラケット層がウェハ基板上に堆積され
る。最後に、ウェハの表面を研磨し、それにより、導電
材料を平面誘電体面に残しながら、過剰に堆積された導
電材料を除去する。
は、ダマスク工程として知られている工程を含む。ダマ
スク工程は、化学・機械的研磨により直接的に規定され
る導電性相互接続および他の機能を提供する。従来のダ
マスク工程は、例えば酸化物などの誘電体をウェハ基板
に形成することにより着手する。フォトレジスト層を形
成するために、誘電体を例えばリソグラフィを用いてパ
ターニングする。誘電体により２つの側の上に、かつ基
板または空乏層により下側に画定された誘電体にトラフ
が形成される。通常、空乏層はまた、トラフの２つの側
壁上に形成される。導電材料（例えば銅またはタングス
テン）の正角ブラケット層がウェハ基板上に堆積され
る。最後に、ウェハの表面を研磨し、それにより、導電
材料を平面誘電体面に残しながら、過剰に堆積された導
電材料を除去する。
【０００７】典型的な単一のまたは二重のダマスク構造
において、基板にわたるパターン密度変化により、銅の
ディッシングは、ＣＭＰ中の研磨速度が異なることから
生じる。これにより、銅が完全に除去されたチップ上の
ある領域では、下にある空乏層が研磨スラリーに対して
露出するが、その一方、他の領域では依然として基板表
面上に銅が残っているままである。銅および空乏層の双
方を完全に研磨仕上げる試みにおいて、トレンチ領域上
に晒された銅が過度の研磨を受ける。この過度の研磨に
より銅のディッシングが引き起こされる。
において、基板にわたるパターン密度変化により、銅の
ディッシングは、ＣＭＰ中の研磨速度が異なることから
生じる。これにより、銅が完全に除去されたチップ上の
ある領域では、下にある空乏層が研磨スラリーに対して
露出するが、その一方、他の領域では依然として基板表
面上に銅が残っているままである。銅および空乏層の双
方を完全に研磨仕上げる試みにおいて、トレンチ領域上
に晒された銅が過度の研磨を受ける。この過度の研磨に
より銅のディッシングが引き起こされる。
【０００８】空乏層を完全に除去する試みにおいて、Ｃ
ＭＰ中における過度の研磨により誘電体膜（空乏層の
下）の過度の損失がある場合に、「浸食」に関連した問
題が生じる。ディッシングおよび浸食の双方は、今日、
ＣＭＰが直面している深刻な問題である。ディッシング
の影響を低減し抑制する試みにおいて、研磨方法、器
具、材料を改変させるよう一層の努力が向けられてい
る。
ＭＰ中における過度の研磨により誘電体膜（空乏層の
下）の過度の損失がある場合に、「浸食」に関連した問
題が生じる。ディッシングおよび浸食の双方は、今日、
ＣＭＰが直面している深刻な問題である。ディッシング
の影響を低減し抑制する試みにおいて、研磨方法、器
具、材料を改変させるよう一層の努力が向けられてい
る。
【０００９】上記の方法を、図２（ａ）ないし図２
（ｃ）においてより明確に記載する。トレンチ領域２２
を例えば、光食刻、異方性エッチング、またはその他の
エッチングおよび食刻技術などの従来の方法により基板
に画定する。例えばチタン、窒化チタン、タングステ
ン、窒化タングステン、またはその複合物（complex）
などの耐火金属（あるいは耐火金属合成物）の空乏層２
４を、通常、基板の表面上に形成して、そこに堆積され
た層２６に示されるように、導電銅材料に接着層を提供
する。任意選択的に、導電体材料（例えば銅）のシード
層（図示せず）を空乏層上に堆積して導電体材料の接着
を拡張する。
（ｃ）においてより明確に記載する。トレンチ領域２２
を例えば、光食刻、異方性エッチング、またはその他の
エッチングおよび食刻技術などの従来の方法により基板
に画定する。例えばチタン、窒化チタン、タングステ
ン、窒化タングステン、またはその複合物（complex）
などの耐火金属（あるいは耐火金属合成物）の空乏層２
４を、通常、基板の表面上に形成して、そこに堆積され
た層２６に示されるように、導電銅材料に接着層を提供
する。任意選択的に、導電体材料（例えば銅）のシード
層（図示せず）を空乏層上に堆積して導電体材料の接着
を拡張する。
【００１０】最終的な仕上げの製造物を製造するため
に、基板の頂部面上に堆積された空乏層に加えて、トレ
ンチまたはビア上に延在する過度の銅は、トレンチが導
電体材料で満たされている状態のままである間に、ウェ
ハ基板上に平坦面を残して除去する必要がある。平坦化
技術（例えば化学・機械的研磨（ＣＭＰ））方法が過度
の銅および空乏層を除去するために用いられる。
に、基板の頂部面上に堆積された空乏層に加えて、トレ
ンチまたはビア上に延在する過度の銅は、トレンチが導
電体材料で満たされている状態のままである間に、ウェ
ハ基板上に平坦面を残して除去する必要がある。平坦化
技術（例えば化学・機械的研磨（ＣＭＰ））方法が過度
の銅および空乏層を除去するために用いられる。
【００１１】化学・機械的研磨は、ある工程中にある半
導体ウェハの表面に沿って、不連続面を「平坦化」また
は除去するために、研磨パッドとともに化学的スラリー
を用いる半導体平坦化技術である。化学・機械的研磨に
おいて、研磨材のあるウェハに対しての研磨パッドの機
械的な動きは、ウェハの表面の晒された部分を選択的に
除去するために化学的方法と組み合わされる機械応力を
もたらす。スラリーは、多数の役割を果たす。すなわ
ち、スラリーはそこにおいて研磨材粒子が拡散される媒
体であり、化学的方法を促進する化学薬品を供給する。
化学・機械的研磨における最適な結果を得るためには、
通常、化学的方法と機械的方法との間に相乗関係が存在
する。
導体ウェハの表面に沿って、不連続面を「平坦化」また
は除去するために、研磨パッドとともに化学的スラリー
を用いる半導体平坦化技術である。化学・機械的研磨に
おいて、研磨材のあるウェハに対しての研磨パッドの機
械的な動きは、ウェハの表面の晒された部分を選択的に
除去するために化学的方法と組み合わされる機械応力を
もたらす。スラリーは、多数の役割を果たす。すなわ
ち、スラリーはそこにおいて研磨材粒子が拡散される媒
体であり、化学的方法を促進する化学薬品を供給する。
化学・機械的研磨における最適な結果を得るためには、
通常、化学的方法と機械的方法との間に相乗関係が存在
する。
【００１２】従来の技術において、図２（ｂ）に示され
るように、化学・機械的研磨方法を用いて、基板２０の
頂部面上に空乏層２４および一部分の銅層２６を残した
まま銅層２６の上側部分の除去を達成する。基板２０の
平坦面を形成する試みにおいて、トレンチ２２の頂部端
上に残っている空乏層および一部分の銅をＣＭＰにより
研磨する。図２（ｃ）に示されるように、トレンチに残
っている銅のディッシング（２７に示される）（２７表
記なし）が生じ、その結果非平坦面がもたらされるの
は、この研磨の段階中においてである。これは、銅と比
べて比較的硬質である空乏層の間の硬さの違いによるた
めであり、空乏層に銅よりも低い速度で研磨を行わせ
る。ＣＭＰ研磨パッドにより研磨される表面が押し下げ
られるため、銅は空乏層に比べてより速く研磨され、そ
れにより、空乏層が除去される際に不均一な面を形成す
る。
るように、化学・機械的研磨方法を用いて、基板２０の
頂部面上に空乏層２４および一部分の銅層２６を残した
まま銅層２６の上側部分の除去を達成する。基板２０の
平坦面を形成する試みにおいて、トレンチ２２の頂部端
上に残っている空乏層および一部分の銅をＣＭＰにより
研磨する。図２（ｃ）に示されるように、トレンチに残
っている銅のディッシング（２７に示される）（２７表
記なし）が生じ、その結果非平坦面がもたらされるの
は、この研磨の段階中においてである。これは、銅と比
べて比較的硬質である空乏層の間の硬さの違いによるた
めであり、空乏層に銅よりも低い速度で研磨を行わせ
る。ＣＭＰ研磨パッドにより研磨される表面が押し下げ
られるため、銅は空乏層に比べてより速く研磨され、そ
れにより、空乏層が除去される際に不均一な面を形成す
る。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】上記のようなディッシ
ングの従来の問題に取り組むために、図３（ａ）ないし
図３（ｆ）に示されるように、本発明による方法を用い
ることによりディッシング現象を低減、あるいは除去す
る。
ングの従来の問題に取り組むために、図３（ａ）ないし
図３（ｆ）に示されるように、本発明による方法を用い
ることによりディッシング現象を低減、あるいは除去す
る。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、集積回路／半
導体の製造において平坦面を提供するために、化学・機
械的研磨（ＣＭＰ）中における銅のディッシングの問題
を解決することに関する。
導体の製造において平坦面を提供するために、化学・機
械的研磨（ＣＭＰ）中における銅のディッシングの問題
を解決することに関する。
【００１５】本発明によれば、銅合金の局部領域堆積に
よって化学・機械的研磨（ＣＭＰ）中における銅のディ
ッシングが著しく低減し、場合によっては除去される。
銅合金を、銅と、銅とともに一連の均一の固溶体を形成
する金属とから形成する。一連の均一の固溶体をともに
形成する金属を用いて銅合金を形成することにより、導
電材料で満たされた凹領域上にある空乏金属領域層の表
面上のかかる合金からなる局部領域堆積層により、導電
材料に対してＣＭＰ処理を行っている間に用いられるス
ラリー研磨の選択性を低めることが可能となる。一連の
均一の固溶体をともに形成する金属による銅合金は、銅
の酸化特性、機械的特性、電気的特性、剛性パラメー
タ、および硬質パラメータを変化させると考えられる。
これらの特性における変化により、合金層を非合金銅層
よりも空乏層に対して一層等しい速度で研磨することが
可能となる。このようにして、空乏層と銅合金との研磨
速度が１：１に近づくため、半導体または集積回路（あ
るいは同様の装置）の凹領域（トレンチ）におけるＣＭ
Ｐ処理による銅のディッシングが回避される。
よって化学・機械的研磨（ＣＭＰ）中における銅のディ
ッシングが著しく低減し、場合によっては除去される。
銅合金を、銅と、銅とともに一連の均一の固溶体を形成
する金属とから形成する。一連の均一の固溶体をともに
形成する金属を用いて銅合金を形成することにより、導
電材料で満たされた凹領域上にある空乏金属領域層の表
面上のかかる合金からなる局部領域堆積層により、導電
材料に対してＣＭＰ処理を行っている間に用いられるス
ラリー研磨の選択性を低めることが可能となる。一連の
均一の固溶体をともに形成する金属による銅合金は、銅
の酸化特性、機械的特性、電気的特性、剛性パラメー
タ、および硬質パラメータを変化させると考えられる。
これらの特性における変化により、合金層を非合金銅層
よりも空乏層に対して一層等しい速度で研磨することが
可能となる。このようにして、空乏層と銅合金との研磨
速度が１：１に近づくため、半導体または集積回路（あ
るいは同様の装置）の凹領域（トレンチ）におけるＣＭ
Ｐ処理による銅のディッシングが回避される。
【００１６】本発明のさらなる利点および目的は、本明
細書に包含される図面とともに以下の詳細な説明を読む
ことで理解されよう。
細書に包含される図面とともに以下の詳細な説明を読む
ことで理解されよう。
【００１７】次に本発明の実施形態を添付の図面を参照
により説明する。
により説明する。
【００１８】例示的用途の図面は、一定の基準で縮尺さ
れておらず単に概略図として表されたものであり、本出
願の全体を読むことで当業者が判断することのできる本
発明の特定のパラメータまたは構造を詳細に描くことを
意図していないことを強調しておく。
れておらず単に概略図として表されたものであり、本出
願の全体を読むことで当業者が判断することのできる本
発明の特定のパラメータまたは構造を詳細に描くことを
意図していないことを強調しておく。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明による、集積回路／半導体
のウェハ上に平坦面を形成する方法において、図１に示
されるように、層化ウェハ（層状ウェハ）に化学・機械
的研磨（ＣＭＰ）処理を施して平坦面を形成する。図１
に示されるように、基板ウェハ１０は、空乏層１４によ
り被覆されており、かつ導電材料（すなわち銅）１６で
満たされている凹部分（すなわちトレンチ）１２を備
え、その上に局部的に堆積された銅合金層１８を有す
る。任意選択的に、銅層２０をさらに銅合金層上に堆積
して、合金の局部堆積（もしあれば）に晒されていない
ウェハの残存領域を覆う。
のウェハ上に平坦面を形成する方法において、図１に示
されるように、層化ウェハ（層状ウェハ）に化学・機械
的研磨（ＣＭＰ）処理を施して平坦面を形成する。図１
に示されるように、基板ウェハ１０は、空乏層１４によ
り被覆されており、かつ導電材料（すなわち銅）１６で
満たされている凹部分（すなわちトレンチ）１２を備
え、その上に局部的に堆積された銅合金層１８を有す
る。任意選択的に、銅層２０をさらに銅合金層上に堆積
して、合金の局部堆積（もしあれば）に晒されていない
ウェハの残存領域を覆う。
【００２０】本発明による方法において、図３（ａ）な
いし図３（ｆ）に示すように、基板ウェハ３０を提供す
る。凹部分３２を従来の方法（例えば光食刻、異方性エ
ッチング、または他の従来の手段など）により基板に形
成する。例えばチタン、窒化チタン、タンタル、または
窒化タンタルなどの耐火金属またはその合成物からなる
空乏層３６を基板３０の表面３４上に形成する。典型的
に５０Ａ〜５００Ａの厚さであり、より典型的には１０
０Ａ〜２５０Ａの厚さである空乏層３６はまた、空乏層
３６に被覆されるトレンチ領域３２内に堆積する導電銅
材料（図３（ｂ）において３８で示す）に接着層をもた
らす。図３（ｂ）に示すように、銅層３８を、その下に
あるウェハの頂部面に近づく高さにまでトレンチを満た
すように堆積する。任意選択的に、半導体材料の薄シー
ド層（図示せず）を空乏層３６上に形成して、導電材料
の接着を拡張することができる。
いし図３（ｆ）に示すように、基板ウェハ３０を提供す
る。凹部分３２を従来の方法（例えば光食刻、異方性エ
ッチング、または他の従来の手段など）により基板に形
成する。例えばチタン、窒化チタン、タンタル、または
窒化タンタルなどの耐火金属またはその合成物からなる
空乏層３６を基板３０の表面３４上に形成する。典型的
に５０Ａ〜５００Ａの厚さであり、より典型的には１０
０Ａ〜２５０Ａの厚さである空乏層３６はまた、空乏層
３６に被覆されるトレンチ領域３２内に堆積する導電銅
材料（図３（ｂ）において３８で示す）に接着層をもた
らす。図３（ｂ）に示すように、銅層３８を、その下に
あるウェハの頂部面に近づく高さにまでトレンチを満た
すように堆積する。任意選択的に、半導体材料の薄シー
ド層（図示せず）を空乏層３６上に形成して、導電材料
の接着を拡張することができる。
【００２１】この点において、本発明の方法は、図３
（ｃ）に示す構造の頂部面上に銅合金層４０を堆積する
ことにより銅合金層４０を形成する新たな（novel）ス
テップを含む。電気めっき、気相成長法（物理または化
学）、またはその他の従来の堆積技術により銅合金層を
堆積することができる。銅合金は式Ｃｕ−Ｍからなり、
Ｍは典型的に、銅とともに一連の均一な固溶体を形成す
る金属である。金属Ｍは、例えばＮｉ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ａ
ｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｐｄ、Ｐｂ、Ｓｎ、また
はそれらの合成物の金属から選択される。金属Ｍは、合
金の約７０重量％までの量で存在してもよく、典型的に
は、合金の約１０重量％〜約４０重量％の量、より典型
的には、合金の約３０重量％の量で存在してもよい。合
金中の金属Ｍの量は、合金の硬さが空乏層の硬さに近づ
くか、あるいは一致するように調製される。合金の典型
的な厚さは約２００Ａ〜約１，０００Ａの間であり、よ
り典型的には約５００Ａ〜約８００Ａの間である。合金
の厚さは、ＣＭＰによる研磨の際、下にある誘電体層が
晒されると、研磨を停止することができるように設計さ
れる。
（ｃ）に示す構造の頂部面上に銅合金層４０を堆積する
ことにより銅合金層４０を形成する新たな（novel）ス
テップを含む。電気めっき、気相成長法（物理または化
学）、またはその他の従来の堆積技術により銅合金層を
堆積することができる。銅合金は式Ｃｕ−Ｍからなり、
Ｍは典型的に、銅とともに一連の均一な固溶体を形成す
る金属である。金属Ｍは、例えばＮｉ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ａ
ｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｐｄ、Ｐｂ、Ｓｎ、また
はそれらの合成物の金属から選択される。金属Ｍは、合
金の約７０重量％までの量で存在してもよく、典型的に
は、合金の約１０重量％〜約４０重量％の量、より典型
的には、合金の約３０重量％の量で存在してもよい。合
金中の金属Ｍの量は、合金の硬さが空乏層の硬さに近づ
くか、あるいは一致するように調製される。合金の典型
的な厚さは約２００Ａ〜約１，０００Ａの間であり、よ
り典型的には約５００Ａ〜約８００Ａの間である。合金
の厚さは、ＣＭＰによる研磨の際、下にある誘電体層が
晒されると、研磨を停止することができるように設計さ
れる。
【００２２】任意選択的に、最終の層化するステップに
おいて、次に銅層４４を図３（ｄ）に示すように銅合金
層４０の頂部に堆積する。この任意選択的なステップ
は、凹部分上の合金の局部堆積が合金層４０の高さより
も下にウェハの他の部分を残す場合に存在する。
おいて、次に銅層４４を図３（ｄ）に示すように銅合金
層４０の頂部に堆積する。この任意選択的なステップ
は、凹部分上の合金の局部堆積が合金層４０の高さより
も下にウェハの他の部分を残す場合に存在する。
【００２３】従来の技術の方法におけるように、図３
（ｅ）（銅層４４が除去されている）に示すようにＣＭ
Ｐ処理を用いて銅層４４の除去を行う。次に、銅合金層
４０および空乏層３６を研磨することにより、図３
（ｆ）に示すように基板３０上に平坦面３４を形成す
る。本発明にしたがって、Ｃｕ−Ｍ合金層４０および空
乏層３６の研磨を、双方の層がほぼ同じの速度で（また
は、理想的にできるだけ同じ速度に近い速度で）研磨さ
れるよう調整する。ＣＭＰにおいて使用されるスラリー
は、ＣＭＰ処理において従来用いられているものであ
る。例として、Ｋｌｅｂｏｓａｌ １５０１、Ｃａｂｏ
ｔ ５５１２などが挙げられるが、これらに限定されな
い。残留合金要素（元素）が、銅導電材料３８の基板４
６上に残存しうる。銅中にすばやく拡散する合金元素
（例えば金）は、銅導電材料３８の表面４６上の面にフ
ィンガープリントを残しやすい。
（ｅ）（銅層４４が除去されている）に示すようにＣＭ
Ｐ処理を用いて銅層４４の除去を行う。次に、銅合金層
４０および空乏層３６を研磨することにより、図３
（ｆ）に示すように基板３０上に平坦面３４を形成す
る。本発明にしたがって、Ｃｕ−Ｍ合金層４０および空
乏層３６の研磨を、双方の層がほぼ同じの速度で（また
は、理想的にできるだけ同じ速度に近い速度で）研磨さ
れるよう調整する。ＣＭＰにおいて使用されるスラリー
は、ＣＭＰ処理において従来用いられているものであ
る。例として、Ｋｌｅｂｏｓａｌ １５０１、Ｃａｂｏ
ｔ ５５１２などが挙げられるが、これらに限定されな
い。残留合金要素（元素）が、銅導電材料３８の基板４
６上に残存しうる。銅中にすばやく拡散する合金元素
（例えば金）は、銅導電材料３８の表面４６上の面にフ
ィンガープリントを残しやすい。
【００２４】表１における以下の記載は本発明による多
数のＣｕ−Ｍ合金である。
数のＣｕ−Ｍ合金である。
【表１】
【００２５】他の金属合金Ｃｕ−Ａｕ、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｐ
ｂ、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐｂ、および銅と
ともに一連の均一な固溶体を形成する他の銅／金属合金
（すなわち、Ｐｄが７０重量％の量で存在するＣｕ−Ｐ
ｄ合金）も含まれるが、これらに限定されない。合金中
の金属の量を、空乏層との研磨の速度が１：１であるよ
うに調整することができる。
ｂ、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐｂ、および銅と
ともに一連の均一な固溶体を形成する他の銅／金属合金
（すなわち、Ｐｄが７０重量％の量で存在するＣｕ−Ｐ
ｄ合金）も含まれるが、これらに限定されない。合金中
の金属の量を、空乏層との研磨の速度が１：１であるよ
うに調整することができる。
【００２６】好適な実施形態において、約３０重量％の
Ｎｉを有するＣｕ−Ｎｉ合金層を電気めっき方法によ
り、空乏層（例えば、ＴｉまたはＴａを含む空乏層）の
頂部に形成する。このＣｕ−Ｎｉ合金層は、空乏層と
１：１の速度でＣＭＰにより研磨された場合に、本明細
書中に上記したようにトレンチにおける銅のディッシン
グを低減する。
Ｎｉを有するＣｕ−Ｎｉ合金層を電気めっき方法によ
り、空乏層（例えば、ＴｉまたはＴａを含む空乏層）の
頂部に形成する。このＣｕ−Ｎｉ合金層は、空乏層と
１：１の速度でＣＭＰにより研磨された場合に、本明細
書中に上記したようにトレンチにおける銅のディッシン
グを低減する。
【００２７】本発明の特定の実施形態を詳細に説明して
きたが、特許請求の範囲に規定された本発明の範囲から
逸脱することなく、多数の改変、変更および修正を行っ
てもよいことを理解されたい。
きたが、特許請求の範囲に規定された本発明の範囲から
逸脱することなく、多数の改変、変更および修正を行っ
てもよいことを理解されたい。
【図１】ＣＭＰ前の本発明によるウェハの断面を示す図
である。
である。
【図２】ａはＣＭＰ前の従来の技術のウェハを示し、ｂ
およびｃは結果としてディッシングをもたらすＣＭＰ中
およびＣＭＰ後における、従来の技術のウェハを示す図
である。
およびｃは結果としてディッシングをもたらすＣＭＰ中
およびＣＭＰ後における、従来の技術のウェハを示す図
である。
【図３】ａないしｆは本発明による方法を用いた、ウェ
ハ上の平坦面の形成を示す図である。
ハ上の平坦面の形成を示す図である。
１０ 基板ウエハ １２ 凹部分（トレンチ） １４ 空乏層 １６ 導電材料 １８ 銅合金層 ２０ 銅層 ３０ 基板ウエハ ３２ 凹部分 ３４ 表面 ３６ 空乏層 ３８ 銅層 ４０ 合金層 ４４ 銅層 ４６ 基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 プラディップ クマー ロイ アメリカ合衆国 32819 フロリダ，オー ランド，ヒデン アイビー コート 7706 Ｆターム(参考） 5F033 HH03 HH11 HH12 HH18 HH21 HH32 HH33 LL02 MM01 MM12 MM13 PP06 PP27 QQ48 QQ49 WW02 WW04 XX00 XX01 5F043 DD16 GG02
Claims (30)
- 【請求項１】 集積回路を製造する方法であって、 表面を有する基板を供給するステップであって、該基板
は該表面に画定された凹部分を有する、該ステップと、 前記基板に画定された前記凹部分に銅を堆積するステッ
プと、 前記銅の表面上に銅合金層を供給するステップと、 結果としてもたらされる構造を平坦化するステップと、
を含む方法。 - 【請求項２】 空乏層は、前記銅を堆積するステップの
前に前記表面の前記凹部分の上に形成され、さらに前記
銅を堆積するステップにおいて、前記銅は、前記基板の
前記表面の高さにまで堆積される請求項１に記載の方
法。 - 【請求項３】 前記空乏層は、耐火金属のみ、あるいは
窒素と結合された耐火金属の少なくとも１つの耐火金属
から形成される請求項２に記載の方法。 - 【請求項４】 前記空乏層は、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｔａ、ま
たはＴａＮのうちの少なくとも１つから形成される請求
項３に記載の方法。 - 【請求項５】 前記平坦化するステップは、化学・機械
的研磨により行われる請求項１に記載の方法。 - 【請求項６】 銅合金の量は、前記基板の前記凹部分に
堆積された銅のディッシングを防止するのに十分な量で
ある請求項１に記載の方法。 - 【請求項７】 前記銅合金層は、前記空乏層の上に延在
している請求項２に記載の方法。 - 【請求項８】 前記銅合金層は、約２００〜約１，００
０オングストロームの厚さで形成される請求項６に記載
の方法。 - 【請求項９】 前記銅合金層は、約５００〜約８００オ
ングストロームの厚さで形成される請求項６に記載の方
法。 - 【請求項１０】 前記銅合金は式Ｃｕ−Ｍからなり、Ｍ
は、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍ
ｎ、Ｐｄ、Ｐｂ、Ｓｎ、またはそれらの合成物からなる
群から選択される請求項１に記載の方法。 - 【請求項１１】 前記金属Ｍは、前記合金の７０重量％
までの量で存在する請求項１０に記載の方法。 - 【請求項１２】 前記金属Ｍは、前記合金の約１０重量
％〜約４０重量％の量で存在する請求項１０に記載の方
法。 - 【請求項１３】 前記金属ＭはＮｉである請求項１０に
記載の方法。 - 【請求項１４】 前記Ｎｉは、前記合金の約１０重量％
〜約４０重量％の量で存在する請求項１３に記載の方
法。 - 【請求項１５】 前記Ｎｉは、前記合金の約３０重量％
の量で存在する請求項１３に記載の方法。 - 【請求項１６】 前記金属Ｍは、Ｎｉ、Ｚｎの合成物で
ある請求項１０に記載の方法。 - 【請求項１７】 前記Ｎｉは、前記合金の約１５重量％
〜約２５重量％の量で存在し、前記Ｚｎは、前記合金の
約１５重量％〜約３０重量％の量で存在する請求項１６
に記載の方法。 - 【請求項１８】 前記合金は、６５Ｃｕ１８Ｎｉ１７Ｚ
ｎおよび５５Ｃｕ１８Ｎｉ２７Ｚｎからなる群から選択
される請求項１６に記載の方法。 - 【請求項１９】 前記合金は、Ｃｕ−Ｎｉ、Ｃｕ−Ｚ
ｎ、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｐｂ、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ｓｎ
−Ｐｂ、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ、Ｃｕ−Ａｌ、Ｃｕ−Ａｕ、
Ｃｕ−Ｍｎ、およびＣｕ−Ｐｄからなる群から選択され
る請求項１０に記載の方法。 - 【請求項２０】 請求項１に記載の方法により形成され
る半導体。 - 【請求項２１】 銅のディッシングを最小化するための
化学・機械的研磨方法であって、 表面を有する基板を供給するステップであって、該基板
は該表面に画定された凹部分を有する、該ステップと、 前記表面と、該表面内に画定された前記凹部分とを有す
る前記基板上に空乏材料により空乏層を形成するステッ
プであって、該空乏材料はチタンまたはタンタルを含
む、該ステップと、 前記基板の表面上の前記空乏層の部分の上に銅膜を堆積
し、かつ前記基板の表面の高さまで前記基板に画定され
た前記凹部分を銅で満たすステップと、 前記基板の表面上の前記空乏層の上に前記合金を延在さ
せる厚さになるように、前記銅の表面に、式Ｃｕ−Ｍの
銅合金層を供給するステップであって、Ｍは、Ｎｉ、Ｚ
ｎ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｍｎ、Ａｕ、またはそれらの合
成物から選択される、該ステップと、 化学・機械的に研磨して前記基板の表面の上に延在する
前記層のそれぞれの全ての部分を除去するステップによ
って、その結果もたらされる構造を平坦化するステップ
であって、それにより前記基板上に平坦面をもたらす、
該ステップと、を含む方法。 - 【請求項２２】 前記Ｃｕ−Ｍ合金はＣｕ−Ｎｉであ
り、さらにＮｉは、前記合金の約３０重量％で存在する
請求項２１に記載の方法。 - 【請求項２３】 請求項２１に記載の方法により形成さ
れる半導体装置。 - 【請求項２４】 表面を有する基板を供給することであ
って、該基板は該表面に画定された凹部分を有すること
を含み、 前記表面に画定された前記凹部分に堆積される銅と、 前記銅の表面上の銅合金層と、を備える集積回路。 - 【請求項２５】 空乏層は、前記銅を前記凹部分に堆積
するステップの前に前記表面の前記凹部分の上に形成さ
れ、さらに前記銅は、前記基板の前記表面の高さにまで
堆積される請求項２４に記載の集積回路。 - 【請求項２６】 前記空乏層は、耐火金属のみ、あるい
は窒素と結合された少なくとも１つの耐火金属から形成
される請求項２５に記載の集積回路。 - 【請求項２７】 前記空乏層は、Ｔｉ、Ｔｉｎ、Ｔａ、
またはＴａＮのうちの少なくとも１つから形成される請
求項２６に記載の集積回路。 - 【請求項２８】 前記銅合金は式Ｃｕ−Ｍからなり、Ｍ
は、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍ
ｎ、Ｐｄ、Ｐｂ、Ｓｎ、またはそれらの合成物からなる
群から選択される請求項２４に記載の集積回路。 - 【請求項２９】 前記合金は、Ｃｕ−Ｎｉ、Ｃｕ−Ｚ
ｎ、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｐｂ、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ｓｎ
−Ｐｂ、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ、Ｃｕ−Ａｌ、Ｃｕ−Ａｕ、
Ｃｕ−Ｍｎ、およびＣｕ−Ｐｄからなる群から選択され
る請求項２８に記載の集積回路。 - 【請求項３０】 前記金属Ｍは、前記合金の７０重量％
までの量で存在する請求項２８に記載の集積回路。
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