JP2002016136A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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Abstract
縁膜上の導電膜を研磨除去する際におけるオーバー研磨
による絶縁膜の研磨量を正確に求める。 【解決手段】 基板10上に、酸化膜などの絶縁膜11
を1μm堆積し、リソグラフィーおよびドライエッチン
グにより、下部径が0.3μm、上部径が0.5μmの
ホール12を形成する。次に、CVD法にてタングステ
ン膜13を例えば400nm堆積する。この後、CMP
法にて研磨を行い、ホール12内以外のタングステン膜
13を完全に除去し、タングステンプラグ14を形成す
る。洗浄後、汎用の測長SEMなどを用いて、ホール1
2表面の直径D’を測定し、その測定値からタングステ
ンプラグ14領域における絶縁膜11の研磨量ΔT’を
算出する。
Description
製造工程等において、絶縁膜に設けられたホールまたは
溝に、タングステンや銅などの導電膜を埋め込み形成す
る半導体装置の製造方法に関する。
4を参照しながら説明する。
などの絶縁膜41を1μm堆積し(図4(a))、次に
絶縁膜41にリソグラフィーおよびドライエッチングを
施し、例えば直径0.3μmのホール42を形成する
(図4(b))。
示していないが、チタン、窒化チタンを堆積し、その
後、タングステン膜43をCVD法にて例えば250n
m堆積する(図4(c))。
42内以外のタングステン膜43を除去し、タングステ
ンプラグ44を形成する(図4(d))。化学機械研磨
にて用いられる研磨液は、研磨粒子として例えばシリ
カ、酸化剤として例えば過酸化水素から構成される。
出した時点で研磨を終了させることが理想であるが、タ
ングステン膜厚の基板面内ばらつきや、研磨速度の基板
面内ばらつきを考慮して、オーバー研磨を施すのが一般
的であり、その場合、タングステン下の絶縁膜41は、
研磨のストッパーとして十分ではなく、削られ薄くなっ
てしまう。
ては、図4(d)に示すように、タングステンプラグ4
4のない領域の絶縁膜41の膜厚T2を、光学式にて測
定する手法が採られている。
管理方法では、2つの大きな課題がある。
性がない場合、図4(d)のT2のみの管理では、タン
グステン研磨によって、どの程度削られているか不明で
あることである。図示していないが、普通、絶縁膜41
を堆積後、表面段差を緩和するために、絶縁膜41表面
の研磨が行われるが、その際のT1のウェハ間ばらつき
が300nm程度も発生する場合があるため、T2のみ
の管理では不十分である。
テン堆積前にあらかじめ測定しておいて、ΔT(=T1
−T2)を求めればよい。
いて行われる。研磨面が、最初はタングステン膜43で
あり、最後には絶縁膜41になるため、終点検出を行い
やすいからである。しかし、タングステン膜43の膜質
および膜厚のばらつきや、研磨のばらつきから、終点検
出の精度を100%にするのは困難で、相当量削り込ま
れてしまうウェハが発生する。タングステン研磨の管理
をΔTで行う場合、どのウェハが終点検出に失敗するか
わからないので、全ウェハのT1を測定しなければなら
ず、TATが増大してしまう。
量は、ΔTではなく、タングステンプラグ領域の絶縁膜
41の研磨量ΔT’であり、課題の2点目として、光学
式での残膜測定では、タングステンプラグ領域のオーバ
ー研磨による絶縁膜41の研磨量ΔT’を算出すること
が困難であることである。オーバー研磨時に、タングス
テン下の絶縁膜41が削れることは前に述べたが、その
削れ量(研磨量)は、タングステンプラグ44の密集し
ている領域が顕著となる。タングステンプラグ44の密
集率(パターン率)や、密集している面積によって図4
(d)に示すΔT’が変動するため、仮にΔTが求めら
れても、その数値からΔT’を正確に予測するのは困難
である。
発生する不具合を以下に示す。
膜を用いた場合、フッ素が酸化膜表面に集まり、その上
にアルミニウム配線を形成すると、アルミニウムの密着
強度が確保できずアルミニウムが剥離し、不良品になっ
てしまう。さらに、アルミニウムの剥離により装置汚染
を発生させ、他の正常なウェハの歩留まりをも低下させ
てしまう。当然、汚染装置のメンテナンスを行わなけれ
ばならないため、TATを増大させてしまう。
止膜を、フッ素ドープの酸化膜上に堆積し、それからホ
ール形成、タングステン堆積、研磨が順次行われる。Δ
T’を厳密に管理しないと、フッ素拡散防止膜が薄くな
ってしまい、拡散防止効果が薄れ、上記トラブルを発生
させてしまう。
ら第1アルミニウム配線(最下層のアルミニウム配線)
までの高さが大きいため、基板と第1アルミニウム配線
を繋ぐタングステンプラグの形成時にΔT’を十分に管
理しないと、メモリーセルプレートの表面が露出してし
まい、第1アルミニウム配線とショートし、歩留まり低
下を引き起こしてしまう。
を埋め込んだ後、絶縁膜上の導電膜を研磨除去する際に
おけるオーバー研磨による絶縁膜の研磨量(ΔT’)を
正確に求めることができる半導体装置の製造方法を提供
することである。
半導体装置の製造方法は、基板上に絶縁膜を堆積する工
程と、絶縁膜に下部より上部の面積が大きい開口部を形
成する工程と、開口部を埋め込むように開口部および絶
縁膜上に導電膜を堆積する工程と、全面を研磨すること
により開口部以外の導電膜を除去する工程と、研磨後の
絶縁膜表面の開口部のサイズを測定し、その測定値から
研磨による絶縁膜の研磨量を算出する工程とを含むもの
である。
部の面積が大きくなるように形成しておき、開口部を埋
め込むように開口部および絶縁膜上に堆積した導電膜を
研磨した後、絶縁膜表面の開口部のサイズを測定し、そ
の測定値から研磨による絶縁膜の研磨量を算出すること
により、開口部におけるオーバー研磨による絶縁膜の研
磨量を正確に算出することができる。
方法は、基板上に絶縁膜を堆積する工程と、絶縁膜に下
部より上部の面積が大きい開口部を形成する工程と、開
口部の底部を埋め込み、かつ開口部内の上部の中央に凹
部が発生するように開口部および絶縁膜上に導電膜を堆
積する工程と、全面を研磨することにより開口部以外の
導電膜を除去する工程と、研磨後の導電膜表面の凹部の
サイズを測定し、その測定値から研磨による絶縁膜の研
磨量を算出する工程とを含むものである。
部の面積が大きくなるように形成しておき、開口部の底
部を埋め込み、かつ開口部内の上部の中央に凹部が発生
するように開口部および絶縁膜上に堆積した導電膜を研
磨した後、導電膜表面の凹部のサイズを測定し、その測
定値から研磨による絶縁膜の研磨量を算出することによ
り、開口部におけるオーバー研磨による絶縁膜の研磨量
を正確に算出することができる。
方法は、基板上に絶縁膜を堆積する工程と、絶縁膜に開
口部を形成する工程と、開口部内の上部の中央に空洞が
発生するように開口部および絶縁膜上に導電膜を堆積す
る工程と、全面を研磨することにより開口部以外の導電
膜を除去する工程と、研磨後の導電膜の空洞の表面のサ
イズを測定し、その測定値から研磨による絶縁膜の研磨
量を算出する工程とを含むものである。
央に空洞が発生するように開口部および絶縁膜上に堆積
した導電膜を研磨した後、導電膜の空洞の表面のサイズ
を測定し、その測定値から研磨による絶縁膜の研磨量を
算出することにより、開口部におけるオーバー研磨によ
る絶縁膜の研磨量を正確に算出することができる。
明の第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法につ
いて図1(a)〜(d)を参照しながら説明する。
膜などの絶縁膜11を1μm堆積し(図1(a))、リ
ソグラフィーおよびドライエッチングにより、下部径が
0.3μm、上部径が0.5μmのホール12を形成す
る(図1(b))。
イエッチングの時間を所定より長くする方法や、図示し
ていないが、絶縁膜11を2層膜とし、広がりやすい第
2の絶縁膜を第1の絶縁膜上に堆積する方法が挙げられ
る。例えば、フッ素ドープの酸化膜上に、フッ素拡散防
止膜として、通常のプラズマTEOS膜に窒素を添加し
たオキシナイトライド(SiON)膜が用いられている
場合、この膜はドライエッチングによって広がりやすい
性質(膜厚方向に対し垂直方向にもエッチングされやす
い性質)がある。
例えば400nm堆積する(図1(c))。図示してい
ないが、通常、タングステン膜13を堆積する前に、逆
スパッタ、チタン堆積、窒化チタン堆積を行う。逆スパ
ッタは、Arイオン等を衝突させることによりホール1
2下の導電層の表面酸化物を除去するのが目的である
が、同時にホール12の上部の角がArイオン等でたた
かれ、かなり広がってしまう。ホール12の上部を広が
らせるのに、本方法を用いてもよい。逆スパッタの量を
調整することで、任意のホール広がりを実現することが
できる。
き、研磨粒子としてシリカ、酸化剤として過酸化水素か
らなる研磨液を用い、ホール12内以外のチタン、窒化
チタン、タングステン膜13を完全に除去するまで研磨
を行い、タングステンプラグ14を形成する(図1
(d))。
測長SEMなどを用いて、図1(d)のタングステンプ
ラグ14の表面(チタン、窒化チタンを含む表面)の直
径、すなわち研磨後のホール12表面の直径D’を測定
し、その測定値からタングステンプラグ14領域におけ
る絶縁膜11の研磨量ΔT’を算出する。
にタングステンを埋め込むホール12上部をテーパー形
状(断面形状が斜面状)にしているため、オーバー研磨
が進むほど(絶縁膜11の研磨量ΔT’が大きくなるほ
ど)、研磨後のホール12表面の直径D’が小さくな
る。すなわち、研磨後のホール12表面の直径D’は、
そのテーパーの傾きによりオーバー研磨量にほぼ比例し
て小さくなる関係があり、測定した直径D’から絶縁膜
11の研磨量ΔT’を正確に算出できる。
ー形状を、まっすぐな断面形状として図示しているが、
実際には、ややふくらんだなめらかなカーブを描いたよ
うな断面形状となる。予め、実験等により断面形状を観
察し、D’とΔT’との相関関係を求めておき、その関
係に基づいて、測定値のD’に対応したΔT’を求める
ことができる。
現性については、逆スパッタによる方法が最も高い。ド
ライエッチングの場合、ホール12を形成する絶縁膜1
1の厚さが変わると、ホール12上部の広がりが変わる
ため、絶縁膜11の厚さを考慮してエッチング時間を管
理することにより、再現性は高くなる。絶縁膜11を2
層にする場合も同様である。
を埋め込む導電膜としてタングステン膜13を例にとっ
たが、アルミニウムや銅、またはシリコンなどの膜であ
ってもかまわない。
タクトホール等のホール以外に、溝であってもかまわな
い。溝の場合、埋め込まれる導電膜は配線(埋め込み配
線)として用いられる。
の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について図2
(a)〜(d)を参照しながら説明する。
膜などの絶縁膜21を1μm堆積し(図2(a))、リ
ソグラフィーおよびドライエッチングにより、下部径が
0.3μm、上部径が0.5μmのホール22を形成す
る(図2(b))。
イエッチングの時間を所定より長くする方法や、図示し
ていないが、絶縁膜21を2層膜とし、広がりやすい第
2の絶縁膜を第1の絶縁膜上に堆積する方法が挙げられ
る。例えば、フッ素ドープの酸化膜上に、フッ素拡散防
止膜として、通常のプラズマTEOS膜に窒素を添加し
たオキシナイトライド(SiON)膜が用いられている
場合、この膜はドライエッチングによって広がりやすい
性質(膜厚方向に対し垂直方向にもエッチングされやす
い性質)がある。
堆積し、ホール22下部を完全に埋めこみ、ホール22
上部のタングステン膜23の表面中央に凹部24を形成
する。(図2(c))。図示していないが、通常、タン
グステン膜23を堆積する前に、逆スパッタ、チタン堆
積、窒化チタン堆積を行う。逆スパッタは、Arイオン
等を衝突させることによりホール22下の導電層の表面
酸化物を除去するのが目的であるが、同時にホール22
の上部の角がArイオン等でたたかれ、かなり広がって
しまう。ホール22の上部を広がらせるのに、本方法を
用いてもよい。逆スパッタの量を調整することで、任意
のホール広がりを実現することができる。
積するタングステン膜23は、異方性に成長していくの
で、ここでは、150nm程度の堆積により、ホール2
2下部が完全に埋めこまれ、上部の表面中央に凹部24
を形成できる。このとき、凹部24のテーパーの傾き
は、ホール22上部に形成されたテーパーの傾きとほぼ
同じになる。
き、研磨粒子としてシリカ、酸化剤として過酸化水素か
らなる研磨液を用い、ホール22内以外のチタン、窒化
チタン、タングステン膜23を完全に除去するまで研磨
を行い、タングステンプラグ25を形成する(図2
(d))。
測長SEMなどを用いて、図2(d)のタングステンプ
ラグ25の表面中央の凹部24の直径D’を測定し、そ
の測定値からタングステンプラグ25領域における絶縁
膜21の研磨量ΔT’を算出する。
にタングステンを埋め込むホール22上部をテーパー形
状(断面形状が斜面状)とし、そこに形成されるタング
ステン膜23の膜厚を図1の場合より薄くして、表面に
テーパー形状の凹部24を形成しているため、オーバー
研磨が進むほど(絶縁膜11の研磨量ΔT’が大きくな
るほど)、研磨後の凹部24の直径D’が小さくなる。
すなわち、凹部24の直径D’は、凹部24のテーパー
の傾き(≒ホール22上部のテーパーの傾き)により研
磨量にほぼ比例して小さくなる関係があり、測定した直
径D’から絶縁膜11の研磨量ΔT’を正確に算出でき
る。
ー形状を、まっすぐな断面形状として図示しているが、
実際には、ややふくらんだなめらかな断面形状となる。
予め、実験等により断面形状を観察し、D’とΔT’と
の相関関係を求めておき、その関係に基づいて、測定値
のD’に対応したΔT’を求めることができる。
の実施の形態と同様の効果が得られる。また、第1の実
施の形態と比較して、タングステン膜23の堆積膜厚を
薄くしているので、タングステン膜23の使用量が少な
くてすむ。また、タングステン膜23の研磨量も当然に
少なくなるので、ウェハ面内における研磨後の表面の均
一性が向上し、ウェハ面内でD’の測定位置におけるば
らつきも少なくなる。したがって、測定精度の向上を図
るために複数箇所を測定してD’の平均値を求める場合
には、測定箇所を少なくできる。
を埋め込む導電膜としてタングステン膜23を例にとっ
たが、アルミニウムや銅、またはシリコンなどの膜であ
ってもかまわない。
タクトホール等のホール以外に、溝であってもかまわな
い。溝の場合、埋め込まれる導電膜は配線(埋め込み配
線)として用いられる。
の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について図3
(a)〜(d)を参照しながら説明する。
膜などの絶縁膜31を1μm堆積し(図3(a))、リ
ソグラフィーおよびドライエッチングにより、直径が
0.3μmのホール32を形成する(図3(b))。
例えば250nm堆積し、かつホール32内に空洞34
を設ける(図3(c))。図示していないが、普通、タ
ングステン膜33を堆積する前に、チタン堆積、窒化チ
タン堆積を行う。
方法は問わないが、例えば、チタン、窒化チタンの少な
くともいづれかをスパッタにて厚く堆積することによ
り、そのホール32上部の堆積物をオーバーハング形状
とし、その開口面積を小さくする方法、ホール32の上
部の径を下部より小さくする方法、タングステン堆積時
のWF6 とSiH4 のガス流量比を変える方法、などが
挙げられる。
き、研磨粒子としてシリカ、酸化剤として過酸化水素か
らなる研磨液を用い、ホール32内以外のチタン、窒化
チタン、タングステン膜33を完全に除去するまで研磨
を行い、タングステンプラグ35を形成する(図3
(d))。
測長SEMなどを用いて、図3(d)のタングステンプ
ラグ35の表面中央の空洞径D’を測定し、その測定値
からタングステンプラグ35領域における絶縁膜31の
研磨量ΔT’を算出する。
にタングステン膜33を埋め込んだときホール32内に
空洞34を形成し、この空洞34上部がテーパー形状で
あり、オーバー研磨が進むほど(絶縁膜31の研磨量Δ
T’が大きくなるほど)、研磨後の表面の空洞径D’が
大きくなる。すなわち、研磨後の表面の空洞径D’は、
そのテーパーの傾きによりオーバー研磨量にほぼ比例し
て大きくなる関係があり、測定した空洞径D’から絶縁
膜11の研磨量ΔT’を正確に算出できる。
形状を、まっすぐな断面形状として図示しているが、実
際には、まっすぐではないなめらかな断面形状となる。
例えば、チタン、窒化チタンのオーバーハング形状は再
現性よく制御可能であり、この後にタングステンをCV
D法にて成長させると、空洞34上部はなめらかな(ま
っすぐでない)テーパー形状となり、そのテーパー形状
の再現性は高い。予め、実験等により断面形状を観察
し、D’とΔT’との相関関係を求めておき、その関係
に基づいて、測定値のD’に対応したΔT’を求めるこ
とができる。
アルミニウム配線(最下層のアルミニウム配線)までの
高さが大きいため、基板に達するコンタクトホールのア
スペクト比が大きい。このようにアスペクト比の大きい
コンタクトホールの場合には、通常、コンタクトホール
内のプラグに空洞(ボイド)が形成されるので、本実施
の形態を適用することは容易であり、特に有効である。
を埋め込む導電膜としてタングステン膜33を例にとっ
たが、アルミニウムや銅、またはシリコンなどの膜であ
ってもかまわない。
タクトホール等のホール以外に、溝であってもかまわな
い。溝の場合、埋め込まれる導電膜は配線(埋め込み配
線)として用いられる。
予め、実験等により断面形状を観察し、D’とΔT’と
の相関関係を求めておき、その関係に基づいて、測定値
のD’に対応したΔT’を求めるようにしている。この
ようにして求めたΔT’は、研磨後の工程管理に用いら
れる。例えば、「ALのはがれが起きない」、「メモリ
ーセルプレートが出ない」という実証に用いられる。
造方法によれば、絶縁膜の開口部を下部より上部の面積
が大きくなるように形成しておき、開口部を埋め込むよ
うに開口部および絶縁膜上に堆積した導電膜を研磨した
後、絶縁膜表面の開口部のサイズを測定し、その測定値
から研磨による絶縁膜の研磨量を算出することにより、
開口部におけるオーバー研磨による絶縁膜の研磨量を正
確に算出することができる。
方法によれば、絶縁膜の開口部を下部より上部の面積が
大きくなるように形成しておき、開口部の底部を埋め込
み、かつ開口部内の上部の中央に凹部が発生するように
開口部および絶縁膜上に堆積した導電膜を研磨した後、
導電膜表面の凹部のサイズを測定し、その測定値から研
磨による絶縁膜の研磨量を算出することにより、開口部
におけるオーバー研磨による絶縁膜の研磨量を正確に算
出することができる。
方法によれば、絶縁膜の開口部内の上部の中央に空洞が
発生するように開口部および絶縁膜上に堆積した導電膜
を研磨した後、導電膜の空洞の表面のサイズを測定し、
その測定値から研磨による絶縁膜の研磨量を算出するこ
とにより、開口部におけるオーバー研磨による絶縁膜の
研磨量を正確に算出することができる。
製造方法を示す工程断面図である。
製造方法を示す工程断面図である。
製造方法を示す工程断面図である。
である。
Claims (3)
- 【請求項1】 基板上に絶縁膜を堆積する工程と、前記
絶縁膜に下部より上部の面積が大きい開口部を形成する
工程と、前記開口部を埋め込むように前記開口部および
絶縁膜上に導電膜を堆積する工程と、全面を研磨するこ
とにより前記開口部以外の前記導電膜を除去する工程
と、研磨後の前記絶縁膜表面の開口部のサイズを測定
し、その測定値から研磨による前記絶縁膜の研磨量を算
出する工程とを含む半導体装置の製造方法。 - 【請求項2】 基板上に絶縁膜を堆積する工程と、前記
絶縁膜に下部より上部の面積が大きい開口部を形成する
工程と、前記開口部の底部を埋め込み、かつ前記開口部
内の上部の中央に凹部が発生するように前記開口部およ
び絶縁膜上に導電膜を堆積する工程と、全面を研磨する
ことにより前記開口部以外の前記導電膜を除去する工程
と、研磨後の前記導電膜表面の凹部のサイズを測定し、
その測定値から研磨による前記絶縁膜の研磨量を算出す
る工程とを含む半導体装置の製造方法。 - 【請求項3】 基板上に絶縁膜を堆積する工程と、前記
絶縁膜に開口部を形成する工程と、前記開口部内の上部
の中央に空洞が発生するように前記開口部および絶縁膜
上に導電膜を堆積する工程と、全面を研磨することによ
り前記開口部以外の前記導電膜を除去する工程と、研磨
後の前記導電膜の空洞の表面のサイズを測定し、その測
定値から研磨による前記絶縁膜の研磨量を算出する工程
とを含む半導体装置の製造方法。
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