JP2003092300A - 半導体装置の製造方法及び半導体製造装置 - Google Patents

半導体装置の製造方法及び半導体製造装置

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JP2003092300A
JP2003092300A JP2001281432A JP2001281432A JP2003092300A JP 2003092300 A JP2003092300 A JP 2003092300A JP 2001281432 A JP2001281432 A JP 2001281432A JP 2001281432 A JP2001281432 A JP 2001281432A JP 2003092300 A JP2003092300 A JP 2003092300A
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insulating film
film
manufacturing
semiconductor device
repair material
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JP2001281432A
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Yutaka Ito
伊藤  豊
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Weting (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 CMP処理で発生する研磨傷等による凹部や
エロージョンによる窪みの影響を取り除き、配線形成歩
留まりの向上を図る。 【解決手段】 半導体基板1上に下地絶縁膜2を形成し
た後、下地絶縁膜2上に第1の配線層3を形成する。そ
の後、第1の配線層3及び下地絶縁膜2上にノンドープ
のCVDSiO2膜からなる第1の絶縁膜4を形成す
る。次に、第1の絶縁膜4上に、BPSG膜からなるバ
ッファ膜15を形成する。その後、バッファ膜15及び
第1の絶縁膜4のドライエッチングを行い、第1の配線
層3に到達する開口部6を形成する。次に、基板上の全
面に、第1の金属膜7を形成する。その後、CMP処理
により第1の絶縁膜4上に形成されている第1の金属膜
7を研磨除去して、開口部6内のみに層間接続プラグ7
aを形成する。その後、バッファ膜15のみを選択的に
除去する。

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
方法及び半導体製造装置に関し、特に化学機械研磨(C
MP:Chemical Mechanical Polishing)処理によっ
て生じる研磨傷等による凹部やエロージョンによる窪み
の影響を取り除くことができる半導体装置の製造方法及
び半導体製造装置を提供するものである。
【0002】
【従来の技術】現在、CMP処理は、横方向寸法として
0.25μm以下の微細な構造を有する半導体装置(V
LSI、ULSI)の製造には、不可欠な工程となって
きており、コンタクトや金属配線を形成するためにコン
タクトホールや配線用溝部への金属膜の埋め込みや、多
層配線の層間絶縁膜等の平坦化に用いられている。この
CMP処理について若干説明しておくと、金属膜や絶縁
膜を研磨パッドとスラリーと呼ばれる研磨剤を用いて化
学的な反応によるエッチングと機械的な圧力の両方の作
用で研磨するものあり、このどちらかが欠けると研磨が
進まなくなる。
【0003】近年、銅配線が実用化されているが、この
銅配線の形成は、絶縁膜に設けた配線用溝部内に銅膜を
埋め込んで形成する、いわゆるダマシン法と呼ばれる形
成方法が用いられており、このとき銅膜を埋め込むため
にCMP処理が使われている。このダマシン法では、C
MP処理によって半導体基板上に形成されている絶縁膜
の表面に研磨傷による凹部やエロージョンによる窪みが
生じやすく、多層配線した場合、下層の絶縁膜等に発生
したこれらの欠陥が上層配線となる銅配線のショート欠
陥につながることがある。
【0004】以下、従来のCMP処理を用いた半導体装
置の製造方法について説明する。図8(a)〜(d)、
図9(a)〜(c)は、従来のCMP処理を用いた第1
の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【0005】まず、図8(a)に示す工程で、半導体基
板101上に形成された下地絶縁膜102上に、フォト
リソグラフィー及びドライエッチングにより第1の配線
層103を形成する。その後、第1の配線層103及び
下地絶縁膜102上に第1の絶縁膜104を形成した
後、第1の絶縁膜104上にコンタクトホール形成用の
開口を有するレジスト105を形成する。その後、レジ
スト105をマスクとして、第1の絶縁膜104のドラ
イエッチングを行い、第1の配線層103に到達するコ
ンタクトホールとなる開口部106を形成する。
【0006】次に、図8(b)に示す工程で、レジスト
105を除去した後、スパッタ法あるいはCVD法等に
よって第1の金属膜107、例えばTi、TiN、Wか
らなる積層膜を全面に堆積する。
【0007】次に、図8(c)に示す工程で、CMP処
理により第1の絶縁膜104上に形成されている第1の
金属膜107を研磨除去して、開口部106内のみに第
1の金属膜107を残存させて、層間接続プラグ107
aを形成する。このとき、CMP処理において、第1の
金属膜107の研磨速度は大きく、下地の第1の絶縁膜
104の研磨速度は非常に小さくなる条件で行われる。
しかしながら、開口部106の密度が高い領域では、開
口部が少ない領域に比べて、第1の絶縁膜104の膜減
り量が大きく(この現象はエロージョンと呼ばれる)、
高密度に層間接続プラグ107aが存在する領域全体に
亘って緩やかな窪み120が形成される。また、第1の
絶縁膜104表面にもスクラッチと呼ばれる研磨傷によ
る凹部108が発生する。
【0008】次に、図8(d)に示す工程で、基板上
に、第2の絶縁膜109を堆積した後、第2の絶縁膜1
09上に第2の配線層を形成するための配線用溝部形成
領域に開口を有するレジスト110を形成する。
【0009】次に、図9(a)に示す工程で、レジスト
110(図示せず)をマスクにして、ドライエッチング
により第2の絶縁膜109及び第1の絶縁膜104の一
部を所定の深さまでをエッチングして、配線用溝部11
1a〜111dを形成する。このとき、配線用溝部11
1c、111d内には、層間接続プラグ107aが露出
するように形成する。その後、レジスト110を除去す
る。
【0010】次に、図9(b)に示す工程で、基板上
に、スパッタ法あるいはめっき法等で、第2の金属膜1
12として例えば、TaN膜とCu膜からなる積層膜を
堆積する。
【0011】次に、図9(c)に示す工程で、CMP処
理により第2の絶縁膜109上に形成されている第2の
金属膜112を研磨除去して、配線用溝部111a〜1
11d内に第2の金属膜112を残存させて、第2の配
線層112a〜112dを形成する。
【0012】この構成により、第2の配線層112c、
112dは、層間接続プラグ107aを通じて第1の配
線層103に電気的に接続された構成を得ることができ
る。
【0013】図10(a)〜(c)、図11(a)〜
(c)は、従来のCMP処理を用いた第2の半導体装置
の製造工程を示す断面図である。
【0014】まず、図10(a)に示す工程で、半導体
基板101上に形成された下地絶縁膜102上に、フォ
トリソグラフィー及びドライエッチングにより第1の配
線層103を形成する。その後、第1の配線層103及
び下地絶縁膜102上に第1の絶縁膜104を形成す
る。このとき、第1の絶縁膜104の表面には、第1の
配線層103の上に、第1の配線層103の膜厚分に相
当する段差が生じる。
【0015】次に、図10(b)に示す工程で、第1の
絶縁膜104の表面段差をなくするために、CMP処理
により第1の絶縁膜104の表面研磨を行って平坦化す
る。このとき、第1の絶縁膜104の表面には、CMP
処理による研磨傷等による凹部108が発生する。
【0016】次に、図10(c)に示す工程で、第1の
絶縁膜104上に、第2の絶縁膜109を形成する。
【0017】次に、図11(a)に示す工程で、第2の
絶縁膜109上に第2の配線層を形成するための配線用
溝部形成領域に開口を有するレジスト(図示せず)を形
成した後、レジストをマスクにして、ドライエッチング
により第2の絶縁膜109を所定の深さまでエッチング
して、配線用溝部111e、111fを形成する。この
とき、配線用溝部111eと配線用溝部111fとの間
の領域下に凹部108が位置している。その後、レジス
トを除去する。
【0018】次に、図11(b)に示す工程で、第2の
絶縁膜109上に、スパッタ法あるいはめっき法等で、
第2の金属膜112として例えば、TaN膜とCu膜か
らなる積層膜を堆積する。
【0019】次に、図11(c)に示す工程で、CMP
処理により第2の絶縁膜109上に形成されている不要
な第2の金属膜112を研磨除去して、配線用溝部11
1e、111f内に第2の金属膜112を残存させて、
第2の配線層112e、112fを形成する。
【0020】この構成によれば、第1の配線層103に
よって生じた第1の絶縁膜104の表面段差部をCMP
処理によって平坦化することができる。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来技術によ
ると、CMP処理により発生した研磨傷による凹部やエ
ロージョンによる窪みによって上層配線である第2の配
線層において、配線ショート欠陥が発生するという不具
合があった。
【0022】従来の第1の半導体装置の製造方法では、
第2の配線層112a〜112dは、本来、第2の絶縁
膜109によってそれぞれ分離されなければならないも
のである。しかしながら、図9(c)に示すように、C
MP処理によって形成された凹部108やエロージョン
による窪み120の影響によって、第2の配線層112
aと第2の配線層112bは、凹部108上で配線ショ
ート欠陥113aが発生しており、第2の配線層112
cと第2の配線層112dは、窪み120上で配線ショ
ート欠陥113bが発生している。
【0023】また、従来の第2の半導体装置の製造方法
では、第2の配線層112eと第2の配線層112f
は、本来、第2の絶縁膜109によって分離されなけれ
ばならないものである。しかしながら、図11(c)に
示すように、CMP処理によって形成された凹部108
の影響によって、第2の配線層112eと第2の配線層
112fとは、凹部108上で配線ショート欠陥113
cが発生している。
【0024】この配線ショート欠陥が発生する原理につ
いて、図12を用いて説明する。図12は、図9(c)
に示す工程におけるCMP処理を説明するための断面図
である。
【0025】このCMP処理工程では、第2の絶縁膜1
09上の第2の金属膜112を研磨除去する。このと
き、CMP処理により第2の金属膜112の研磨が進ん
でいくと、第2の金属膜112が削れていき、CMPの
研磨パッド114と第2の絶縁膜109とが接触する。
このとき、最初に半導体基板101からの表面高さの高
い第2の絶縁膜109aの表面に研磨パッド接触部11
5が接触する。この時点で、第2の絶縁膜109aは研
磨速度が遅くほとんど研磨されず、また、研磨パッド1
14はディッシング防止のためにある程度の剛性を有し
ているため、第2の絶縁膜109aによって研磨の進行
が邪魔される。そのため、第2の絶縁膜109aと研磨
パッド114との接触部の境界面より下の部分にある第
2の金属膜112は、研磨パッド114の圧力の大幅な
低下によって研磨されずに残ってしまう。これは、CM
P処理において必要な化学的要素と機械的要素の2つの
要素のうち、機械的要素が欠落したためである。
【0026】すなわち、高密度に開口部106が存在す
る領域の緩やかな窪み120の中心付近や凹部108上
の第2の絶縁膜109bは、第2の絶縁膜109aに比
べて表面の高さが低くなってしまう。そのため、第2の
絶縁膜109b上に存在する第2の金属膜112は、第
2の絶縁膜109aによって研磨速度が極端に低下し、
最終的に本来残ってはいけないこれらの領域上に第2の
金属膜112が残ってしまい配線ショート欠陥113
a、113bが発生する。
【0027】本発明の目的は、CMP処理で発生する研
磨傷等による凹部やエロージョンによる窪みの影響を取
り除き、配線形成歩留まりの向上が図れる半導体装置の
製造方法及び半導体製造装置を提供することにある。
【0028】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の半導体装
置の製造方法は、半導体基板の上に第1の絶縁膜を形成
する工程(a)と、第1の絶縁膜上にバッファ膜を形成
する工程(b)と、第1の絶縁膜及びバッファ膜に開口
部を形成する工程(c)と、開口部を含むバッファ膜上
に第1の金属膜を形成する工程(d)と、バッファ膜上
に形成された第1の金属膜をCMP処理により研磨除去
して、開口部内のみに第1の金属膜を残存させる工程
(e)と、工程(e)の後に、バッファ膜を選択的に除
去する工程(f)とを備えている。
【0029】この構成によれば、第1の絶縁膜上にバッ
ファ膜を形成した後に、バッファ膜上に形成された第1
の金属膜をCMP処理により研磨除去して、開口部内の
みに第1の金属膜を残存させるため、CMP処理による
エロージョン現象による緩やかな窪みや研磨傷による凹
部はバッファ膜に形成される。従って、第1の金属膜を
CMP処理により研磨除去した後に、バッファ膜を選択
的に除去することによって、バッファ膜に存在する緩や
かな窪みや研磨傷による凹部も同時になくなるので、こ
れらの影響によって発生していた配線ショート欠陥を防
止することができる。
【0030】上記第1の半導体装置の製造方法におい
て、工程(f)の後に、半導体基板の上に第2の絶縁膜
を形成する工程(g)と、少なくとも第2の絶縁膜をエ
ッチングして、配線用溝部を形成する工程(h)と、配
線用溝部を含む第2の絶縁膜上に第2の金属膜を形成す
る工程(i)と、第2の絶縁膜上に形成された第2の金
属膜をCMP処理により研磨除去して、配線用溝部内の
みに第2の金属膜を残存させる工程(j)とを有してい
る。
【0031】また、上記第1の半導体装置の製造方法に
おいて、工程(h)では、第2の絶縁膜をエッチングし
た後、露出した第1の絶縁膜を所定の深さまでエッチン
グして配線用溝部を形成し、配線用溝部内に第1の金属
膜の上面を露出させることを含む。
【0032】また、上記第1の半導体装置の製造方法に
おいて、工程(a)の前に、半導体基板上に下地絶縁膜
を形成した後、下地絶縁膜上に配線層を形成する工程を
有し、工程(a)では、下地絶縁膜及び配線層の上に第
1の絶縁膜を形成し、工程(c)では、配線層に到達す
るように開口部を形成し、工程(e)では、開口部内の
みに第1の金属膜からなる層間接続プラグを形成する。
【0033】さらに、上記第1の半導体装置の製造方法
において、第1の絶縁膜は、ノンドープのSiO2膜か
らなり、バッファ膜は、BPSG膜からなり、工程
(f)では、気相の無水弗酸を用いて、BPSG膜を選
択的に除去する。
【0034】本発明の第2の半導体装置の製造方法は、
半導体基板の上に第1の絶縁膜を形成する工程(a)
と、第1の絶縁膜の表面をCMP処理により研磨除去す
る工程(b)と、工程(b)の後に、第1の絶縁膜上に
絶縁体を主体とする補修材を滴下する工程(c)と、第
1の絶縁膜上の補修材を除去し、第1の絶縁膜に形成さ
れている凹部内のみに補修材を残存させる工程(d)
と、工程(d)の後に、補修材に含まれる溶剤を蒸発さ
せるための熱処理を行う工程(e)とを備えている。
【0035】この構成によれば、CMP処理で生じた第
1の絶縁膜の研磨傷による凹部には、補修材が選択的に
埋め込まれて補修されるので、第1の絶縁膜の表面は平
坦化され、研磨傷等による凹部の影響によって発生して
いた配線ショート欠陥を防止することができる。
【0036】上記第2の半導体装置の製造方法におい
て、工程(e)の後に、半導体基板の上に第2の絶縁膜
を形成する工程(f)と、第2の絶縁膜を所定の深さま
でエッチングして、配線用溝部を形成する工程(g)
と、配線用溝部を含む第2の絶縁膜上に金属膜を形成す
る工程(h)と、第2の絶縁膜上に形成された金属膜を
CMP処理により研磨除去して、配線用溝部内のみに金
属膜を残存させる工程(i)とを有している。
【0037】また、上記第2の半導体装置の製造方法に
おいて、工程(d)では、半導体基板の表面にパッドを
押し付け、半導体基板の表面とパッドとを摩擦すること
によって、第1の絶縁膜上の補修材を基板上から外部に
押し出し、第1の絶縁膜に形成されている凹部内のみに
補修材を埋め込んで残存させる。
【0038】上記第2の半導体装置の製造方法におい
て、補修材として、テトラエトキシシランとエタノール
と水とポリエチレングリコールからなる混合溶液、ある
いは、微粒子シリカ粉末とエタノールとポリエチレング
リコールとからなる混合溶液を用いる。
【0039】本発明の半導体製造装置は、半導体基板を
保持するためのウェハホルダと、半導体基板上に絶縁体
を主体とする補修材を供給するための補修材供給ライン
と、半導体基板の表面を摩擦するためのパッドとを備
え、パッドの中心部に補修材供給ラインが設けられてお
り、パッドと半導体基板の表面との摩擦によって、半導
体基板の表面上に滴下された補修材を半導体基板上から
外部に押し出すように構成されている。
【0040】この構成によれば、補修材の滴下機能、及
び、パッドによる摩擦機能により、CMP処理によって
生じた絶縁膜の研磨傷等による凹部のみに選択的に補修
部材を埋め込むことができ、絶縁膜の表面を平坦に補修
することができる。
【0041】
【発明の実施の形態】(第1の実施形態)本発明の第1
の実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明す
る。図1(a)〜(c)、図2(a)〜(c)、図3
(a)〜(c)、図4(a)、(b)は、第1の実施形
態に係るCMP処理を用いた半導体装置の製造工程を示
す断面図である。
【0042】まず、図1(a)に示す工程で、半導体基
板1上にシリコン酸化膜からなる下地絶縁膜2を形成し
た後、下地絶縁膜2上にタングステン(W)膜からなる
第1の配線用金属膜を形成し、フォトリソグラフィー及
びドライエッチングにより第1の配線用金属膜のパター
ニングを行い、第1の配線層3を形成する。その後、第
1の配線層3及び下地絶縁膜2上にノンドープのCVD
SiO2膜からなる第1の絶縁膜4を形成する。
【0043】次に、図1(b)に示す工程で、第1の絶
縁膜4上に、厚みが約200nmのBPSG膜からなる
バッファ膜15を形成した後、約300℃〜600℃程
度の熱処理温度で、10分以上2時間以下の熱処理を行
う。
【0044】次に、図1(c)に示す工程で、バッファ
膜15上にコンタクトホール形成用の開口を有するレジ
スト5を形成する。その後、レジスト5をマスクとし
て、バッファ膜15及び第1の絶縁膜4のドライエッチ
ングを行い、第1の配線層3に到達するコンタクトホー
ルとなる開口部6を形成する。
【0045】次に、図2(a)に示す工程で、レジスト
5を除去した後、スパッタ法あるいはCVD法等によっ
て基板上の全面に、密着層の下層膜となる厚み約10n
mのTi膜と密着層の上層膜となる厚み約10nmのT
iN膜と金属プラグとなる厚み150nmのW膜とを順
次形成し、これらの積層膜からなる第1の金属膜7を形
成する。
【0046】次に、図2(b)に示す工程で、CMP処
理により第1の絶縁膜4上に形成されている第1の金属
膜7を研磨除去して、開口部6内のみに第1の金属膜7
を残存させて、層間接続プラグ7aを形成する。このと
き、CMP処理において、第1の金属膜7の研磨速度は
大きく、下地のバッファ膜15の研磨速度は非常に小さ
くなる条件で行われる。しかしながら、開口部6の高密
度領域には、エロージョンによる緩やかな窪み16が形
成され、また、バッファ膜15の表面にもスクラッチと
呼ばれる研磨傷による凹部8が発生する。
【0047】次に、図2(c)に示す工程で、気相の無
水弗酸(HF)を用いて、ノンドープのCVDSiO2
膜からなる第1の絶縁膜4はほとんどエッチングせず
に、BPSG膜からなるバッファ膜15のみを選択的に
除去する。これは、気相の弗酸を用いることによって、
第1の絶縁膜4を構成するノンドープのCVDSiO2
膜のエッチレートをバッファ膜15の構成材料であるB
PSG膜の1%以下に抑えられることにより実現され
る。この結果、凹部8や緩やかな窪み16が形成されて
いたバッファ膜15のみが選択的に除去されることによ
り、平坦な第1の絶縁膜4の表面が露出する。
【0048】次に、図3(a)に示す工程で、基板上
に、CVD法によりフッ素(F)を含んだSiO2(F
SG)膜からなる第2の絶縁膜9を形成する。
【0049】次に、図3(b)に示す工程で、第2の絶
縁膜9上に第2の配線層を形成するための配線用溝部形
成領域に開口を有するレジスト10を形成する。
【0050】次に、図3(c)に示す工程で、レジスト
10をマスクにして、ドライエッチングにより第2の絶
縁膜9をエッチングした後、露出した第1の絶縁膜4を
所定の深さまでエッチングして、配線用溝部11a〜1
1dを形成する。このとき、配線用溝部11c,11d
内には、層間接続プラグ7aの上面が露出するように形
成する。
【0051】次に、図4(a)に示す工程で、レジスト
10を除去した後、基板上に、スパッタ法あるいはめっ
き法等で、厚みの薄いTaN膜と厚みの厚いCu膜の積
層膜からなる第2の金属膜12を形成する。
【0052】次に、図4(b)に示す工程で、CMP処
理により第2の絶縁膜9上に形成されている第2の金属
膜12を研磨除去して、配線用溝部11a〜11d内の
みに第2の金属膜12を残存させて、第2の配線層12
a〜12dを形成する。
【0053】この構成によれば、第1の絶縁膜4上にバ
ッファ膜15を形成した後に、CMP処理により層間接
続プラグ7aを形成するため、層間接続プラグ7a形成
時のCMP処理によるエロージョン現象による緩やかな
窪み16や研磨傷等による凹部8はバッファ膜15に形
成される。このバッファ膜15を層間接続プラグ7a形
成後に選択的に除去することによって、バッファ膜15
に存在する窪み16や凹部8も同時になくなるので、こ
れらの影響によって発生していた配線ショート欠陥を防
止することができる。従って、バッファ膜15を除去し
た後に、第2の絶縁膜9を形成し、CMP処理を用いた
ダマシン法によりに上層配線となる第2の配線層12a
〜12dを形成しても配線ショート欠陥の発生がなく、
配線形成歩留まりを向上することができる。
【0054】なお、上記第1の実施形態では、第1の絶
縁膜としてCVDSiO2膜を用い、バッファ膜として
BPSG膜を用いて説明したが、第1の絶縁膜に比べて
第2の絶縁膜のエッチレートが速く、第2の絶縁膜のみ
を選択的に除去できる第1及び第2の絶縁膜を用いれば
良い。
【0055】(第2の実施形態)本発明の第2の実施形
態に係る半導体装置の製造方法について説明する。図5
(a)〜(d)、図6(a)〜(d)は、第2の実施形
態に係るCMP処理を用いた半導体装置の製造工程を示
す断面図である。
【0056】まず、図5(a)に示す工程で、半導体基
板1上にシリコン酸化膜からなる下地絶縁膜2を形成し
た後、下地絶縁膜2上にタングステン(W)膜からなる
第1の配線用金属膜を形成し、フォトリソグラフィー及
びドライエッチングにより第1の配線用金属膜のパター
ニングを行い、第1の配線層3を形成する。その後、第
1の配線層3及び下地絶縁膜2上にノンドープのCVD
SiO2膜からなる第1の絶縁膜4を形成する。このと
き、第1の絶縁膜4の表面には、第1の配線層3の上
に、第1の配線層3の膜厚分に相当する段差が生じる。
【0057】次に、図5(b)に示す工程で、第1の絶
縁膜4の表面段差をなくするために、CMP処理により
第1の絶縁膜4の表面研磨を行って平坦化する。このと
き、第1の絶縁膜4の表面には、CMP処理による研磨
傷等による凹部8が発生する。
【0058】次に、図5(c)に示す工程で、第1の絶
縁膜4の表面上に凹部8を補修するための補修材17を
滴下する。この補修材17としては、例えばテトラエト
キシシラン、エタノール、水、ポリエチレングリコール
の混合溶液、あるいは、径が10nm程度の微粒子シリ
カ粉末にエタノールとポリエチレングリコールの両方を
混ぜた混合溶液を用いる。
【0059】次に、図5(d)に示す工程で、基板表面
にパッド18を押し付け、パッド18あるいはウェハホ
ルダ等を回転させてパッド18と基板表面とを摩擦する
ことで、第1の絶縁膜4上の不要な補修材17を基板上
から外部に押し出して、凹部8内のみに補修材17aを
埋め込み残存させる。この工程では、CMP処理と同様
に基板表面をパッド18で擦るためスクラッチが懸念さ
れるが、ここでは絶縁膜の研磨を目的としていないた
め、例えばポリエチレングリコール等の溶剤を多く混ぜ
ることで補修材17の粘性を調整するとともに摩擦を減
らしたり、またパッド18の圧力もスクラッチが起きな
い程度まで下げることでスクラッチの発生を防止するこ
とができる。
【0060】次に、図6(a)に示す工程で、パッド1
8を取り外した後、凹部8内のみに補修材17aが残存
する状態で、補修材17a中に含まれる溶剤成分等を蒸
発させるために200℃〜500℃程度の熱処理を行
う。このとき、残存している補修材17aは、状態によ
っては若干体積収縮を起こし、表面が少しへこむことが
あるが、補修材17の滴下、パッド18による摩擦処
理、熱処理の工程を繰り返し行うことで、最終的なへこ
み量は最小限に抑えられる。
【0061】次に、図6(b)に示す工程で、補修部材
17aが埋め込まれた第1の絶縁膜4上に、CVD法に
よりフッ素(F)を含んだSiO2(FSG)膜からな
る第2の絶縁膜9を形成する。その後、第2の絶縁膜9
上に第2の配線層を形成するための配線用溝部形成領域
に開口を有するレジスト(図示せず)を形成した後、レ
ジストをマスクにして、ドライエッチングにより第2の
絶縁膜9を所定の深さまでエッチングを行い、配線用溝
部11e、11fを形成する。
【0062】次に、図6(c)に示す工程で、レジスト
を除去した後、基板上に、スパッタ法あるいはめっき法
等で、厚みの薄いTaN膜と厚みの厚いCu膜の積層膜
からなる第2の金属膜12を形成する。
【0063】次に、図6(d)に示す工程で、CMP処
理により第2の絶縁膜9上に形成されている第2の金属
膜12を研磨除去して、配線用溝部11e、11f内の
みに第2の金属膜12を残存させて、第2の配線層12
e、12fを形成する。
【0064】この構成によれば、CMP処理で生じた第
1の絶縁膜4の研磨傷等による凹部8には、補修材17
aが選択的に埋め込まれて補修されるので、第1の絶縁
膜4の表面は平坦化され、凹部8の影響によって発生し
ていた配線ショート欠陥を防止することができる。従っ
て、第1の絶縁膜4の凹部8を補修部材17aで補修し
た後に、第2の絶縁膜9を形成し、CMP処理を用いた
ダマシン法により上層配線となる第2の配線層12e、
12fを形成しても配線ショート欠陥の発生がなく、配
線形成歩留まりを向上することができる。また、パッド
18により余分な補修材17を除去する方法のため、単
純にスピンオン法で補修材を塗布したのみで余分な補修
材の除去工程がない場合と比較し補修材17の粘度を高
くすることができ、且つ、深い傷でも埋め込むことがで
きるとともに、正常な領域上には補修材は残らないた
め、将来的に微細化に伴う縦方向のスケーリングに影響
を与えることなく補修することができる。
【0065】(第3の実施形態)本発明の第3の実施形
態に係る半導体製造装置について説明する。図7は、第
3の実施形態に係るCMP処理に用いる半導体製造装置
を模式的に示す断面図である。この製造装置は、第2の
実施形態の半導体装置の製造方法における研磨傷への補
修材を埋め込む工程に使用するものである。
【0066】この半導体製造装置は、主要な構成部材と
しては、半導体基板1を保持するためのウェハホルダ1
9と、半導体基板1の表面上を摩擦するためのパッド1
8と、半導体基板1上に補修材17を供給するための補
修材供給ライン20とを備え、前記パッドの中心部に前
記補修材供給ライン20が設けられており、補修材17
は、補修材供給ライン20を通じて半導体基板(ウェ
ハ)1の表面上の中心付近に供給されるように構成され
ている。
【0067】そして、パッド18は、例えばポリウレタ
ン等の素材からなり、回転機構を有することで半導体基
板1上の表面を擦る機能を有する。また、ウェハホルダ
19は、例えば回転させる機構を有することで半導体基
板1とパッド18との摩擦の均一性の向上が図れる構成
になっている。また、補修材17としては、第2の実施
形態でも述べたが、例えばテトラエトキシシラン、エタ
ノール、水、ポリエチレングリコールの混合溶液、ある
いは、径が10nm程度の微粒子シリカ粉末とエタノー
ル、ポリエチレングリコールとを混ぜた混合溶液を用い
る。
【0068】以下、この半導体製造装置の動作について
説明する。
【0069】まず、CMP処理工程が終わった半導体基
板1をウェハホルダ19にセットした後、補修材供給ラ
イン20から補修材17を半導体基板1の表面上に供給
する。
【0070】次に、補修材17を供給した後、あるい
は、補修材17を供給するのとほぼ並行してパッド18
を回転させることにより、半導体基板1の表面上をパッ
ド18で擦り、不要な補修材17を半導体基板1の周囲
から外部に押し出す。このとき、補修材17を供給する
のと並行してパッド18を擦る場合には、途中で補修材
17の供給を中止する。
【0071】次に、補修材17の供給を中止した後、し
ばらくパッド18を半導体基板1の表面上で回転させ
て、研磨傷等による凹部(へこみ部)以外の不要な補修
材17を半導体基板1上から外部に完全に押し出してし
まったら処理を終了する。なお、補修材17の供給を中
止した後、場合によりエタノール等の液体を若干量供給
することでパッド18のすべりの円滑化を図ってもよ
い。
【0072】その後、半導体基板1に熱処理を施して、
へこみ部に残存している補修材17中の液体成分を蒸発
させる。場合によっては熱処理後、この半導体製造装置
による補修材17の埋め込み処理、及び、液体成分を蒸
発させる熱処理を、繰り返すことで凹部への補修材17
の埋め込み量が増加し、さらに平坦性が向上することが
できる。
【0073】この構成によれば、補修材の滴下機能、及
び、パッドによる摩擦機能により、CMP処理によって
生じた絶縁膜の研磨傷等による凹部のみに選択的に補修
部材を埋め込むことができ、絶縁膜の表面を平坦に補修
することができる。
【0074】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の第1の半
導体装置の製造によれば、バッファ膜を用いてCMP処
理によるエロージョン現象による緩やかな窪みや研磨傷
等による凹部を選択的に除去するため、CMP処理を用
いたダマシン法により上層配線を形成しても配線ショー
ト欠陥の発生がなく、配線形成歩留まりを向上すること
ができる。
【0075】また、本発明の第2の半導体装置の製造方
法によれば、CMP処理で生じた絶縁膜の研磨傷等によ
る凹部には、補修材が選択的に埋め込まれて補修され、
絶縁膜の表面は平坦化されるため、CMP処理を用いた
ダマシン法により上層配線を形成しても配線ショート欠
陥の発生がなく、配線形成歩留まりを向上することがで
きる。
【0076】本発明の半導体製造装置によれば、補修材
の滴下機能、及び、パッドによる摩擦機能により、CM
P処理によって生じた絶縁膜の研磨傷等による凹部のみ
に選択的に補修部材を埋め込むことができ、絶縁膜の表
面を平坦に補修することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(c)は、本発明の第1の実施形態に
係る第1の半導体装置の製造工程のうち開口部を形成す
る工程までの断面図
【図2】(a)〜(c)は、本発明の第1の実施形態に
係る第1の半導体装置の製造工程のうちバッファ膜を除
去する工程までの断面図
【図3】(a)〜(c)は、本発明の第1の実施形態に
係る第1の半導体装置の製造工程のうち配線用溝部を形
成する工程までの断面図
【図4】(a)、(b)は、本発明の第1の実施形態に
係る第1の半導体装置の製造工程のうち第2の配線層を
形成する工程までの断面図
【図5】(a)〜(d)は、本発明の第2の実施形態に
係る第2の半導体装置の製造工程のうち補修材をパッド
で擦る工程までの断面図
【図6】(a)〜(d)は、本発明の第2の実施形態に
係る第2の半導体装置の製造工程のうち第2の配線層を
形成する工程までの断面図
【図7】本発明の第3の実施形態に係る半導体製造装置
を模式的に示す断面図
【図8】(a)〜(d)は、従来の第1の半導体装置の
製造工程のうち配線用溝部領域に開口を有するレジスト
を形成する工程までの断面図
【図9】(a)〜(c)は、従来の第1の半導体装置の
製造工程のうち第2の配線層を形成する工程までの断面
【図10】(a)〜(c)は、従来の第2の半導体装置
の製造工程のうち第1の絶縁膜を形成する工程までの断
面図
【図11】(a)〜(c)は、従来の第2の半導体装置
の製造工程のうち第2の配線層を形成する工程までの断
面図
【図12】図10(c)におけるCMP処理において配
線ショート欠陥が発生する原理について説明するための
断面図
【符号の説明】
1 半導体基板 2 下地絶縁膜 3 第1の配線層 4 第1の絶縁膜 5 レジスト 6 開口部 7 第1の金属膜 7a 層間接続プラグ 8 凹部 9 第2の絶縁膜 10 レジスト 11a,11b,11c,11d 配線用溝部 11e,11f 配線用溝部 12 第2の金属膜 12a,12b,12c,12d 第2の配線層 12e,12f 第2の配線層 15 バッファ膜 16 窪み 17 補修材 17a 残存している補修材 18 パッド 19 ウェハホルダ 20 補修材供給ライン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3C058 AA07 AC01 BA02 CA01 CB02 DA12 DA17 5F033 HH11 HH21 HH32 JJ18 JJ19 JJ33 KK19 MM01 MM12 MM13 NN06 NN07 NN15 NN19 PP06 PP15 PP27 PP28 QQ08 QQ09 QQ11 QQ35 QQ37 QQ48 QQ49 QQ74 RR04 RR11 RR15 SS11 TT02 XX01 XX31 5F043 AA33 DD12 DD16 DD30 FF07 GG03

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の上に第1の絶縁膜を形成す
    る工程(a)と、 前記第1の絶縁膜上にバッファ膜を形成する工程(b)
    と、 前記第1の絶縁膜及び前記バッファ膜に開口部を形成す
    る工程(c)と、 前記開口部を含む前記バッファ膜上に第1の金属膜を形
    成する工程(d)と、 前記バッファ膜上に形成された前記第1の金属膜をCM
    P処理により研磨除去して、前記開口部内のみに前記第
    1の金属膜を残存させる工程(e)と、 前記工程(e)の後に、前記バッファ膜を選択的に除去
    する工程(f)とを備えてい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記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、 前記工程(f)の後に、半導体基板の上に第2の絶縁膜
    を形成する工程(g)と、 少なくとも前記第2の絶縁膜をエッチングして、配線用
    溝部を形成する工程(h)と、 前記配線用溝部を含む前記第2の絶縁膜上に第2の金属
    膜を形成する工程(i)と、 前記第2の絶縁膜上に形成された前記第2の金属膜をC
    MP処理により研磨除去して、前記配線用溝部内のみに
    前記第2の金属膜を残存させる工程(j)とを有してい
    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2記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、 前記工程(h)では、前記第2の絶縁膜をエッチングし
    た後、露出した第1の絶縁膜を所定の深さまでエッチン
    グして前記配線用溝部を形成し、前記配線用溝部内に前
    記第1の金属膜の上面を露出させ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1〜3のうちのいずれか1項に記
    載の半導体装置の製造方法において、 前記工程(a)の前に、半導体基板上に下地絶縁膜を形
    成した後、下地絶縁膜上に配線層を形成する工程を有
    し、 前記工程(a)では、前記下地絶縁膜及び前記配線層の
    上に前記第1の絶縁膜を形成し、 前記工程(c)では、前記配線層に到達するように前記
    開口部を形成し、 前記工程(e)では、前記開口部内のみに前記第1の金
    属膜からなる層間接続プラグを形成することを特徴とす
    る半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 請求項1〜4のうちのいずれか1項に記
    載の半導体装置の製造方法において、 前記第1の絶縁膜は、ノンドープのSiO2膜からな
    り、 前記バッファ膜は、BPSG膜からなり、 前記工程(f)では、気相の無水弗酸を用いて、前記B
    PSG膜を選択的に除去することを特徴とする半導体装
    置の製造方法。
  6. 【請求項6】 半導体基板の上に第1の絶縁膜を形成す
    る工程(a)と、 前記第1の絶縁膜の表面をCMP処理により研磨除去す
    る工程(b)と、 前記工程(b)の後に、前記第1の絶縁膜上に絶縁体を
    主体とする補修材を滴下する工程(c)と、 前記第1の絶縁膜上の前記補修材を除去し、前記第1の
    絶縁膜に形成されている凹部内のみに前記補修材を残存
    させる工程(d)と、 前記工程(d)の後に、前記補修材に含まれる液体成分
    を蒸発させるための熱処理を行う工程(e)とを備えて
    いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  7. 【請求項7】 請求項6記載の半導体装置の製造方法に
    おいて、 前記工程(e)の後に、半導体基板の上に第2の絶縁膜
    を形成する工程(f)と、 前記第2の絶縁膜を所定の深さまでエッチングして、配
    線用溝部を形成する工程(g)と、 前記配線用溝部を含む前記第2の絶縁膜上に金属膜を形
    成する工程(h)と、 前記第2の絶縁膜上に形成された前記金属膜をCMP処
    理により研磨除去して、前記配線用溝部内のみに前記金
    属膜を残存させる工程(i)とを有していることを特徴
    とする半導体装置の製造方法。
  8. 【請求項8】 請求項6又は7記載の半導体装置の製造
    方法において、 前記工程(d)では、前記半導体基板の表面にパッドを
    押し付け、前記半導体基板の表面と前記パッドとを摩擦
    することによって、前記第1の絶縁膜上の前記補修材を
    基板上から外部に押し出し、前記第1の絶縁膜に形成さ
    れている凹部内のみに前記補修材を埋め込んで残存させ
    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6〜8のうちのいずれか1項に記
    載の半導体装置の製造方法において、 前記補修材は、テトラエトキシシランとエタノールと水
    とポリエチレングリコールからなる混合溶液、あるい
    は、微粒子シリカ粉末とエタノールとポリエチレングリ
    コールとからなる混合溶液であることを特徴とする半導
    体装置の製造方法。
  10. 【請求項10】 半導体基板を保持するためのウェハホ
    ルダと、 前記半導体基板上に絶縁体を主体とする補修材を供給す
    るための補修材供給ラインと、 前記半導体基板の表面を摩擦するためのパッドとを備
    え、 前記パッドの中心部に前記補修材供給ラインが設けられ
    ており、 前記パッドと前記半導体基板の表面との摩擦によって、
    前記半導体基板の表面上に滴下された前記補修材を前記
    半導体基板上から外部に押し出すように構成されている
    ことを特徴とする半導体製造装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007096324A (ja) * 2005-09-28 2007-04-12 Samsung Electronics Co Ltd 金属配線構造を形成する方法
US7282451B2 (en) 2005-08-31 2007-10-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Methods of forming integrated circuit devices having metal interconnect layers therein
WO2010084538A1 (ja) * 2009-01-20 2010-07-29 パナソニック株式会社 半導体装置及びその製造方法
JP2016513200A (ja) * 2013-01-31 2016-05-12 シーメンス エナジー インコーポレイテッド 超合金部品の局所修理

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