JP2003257977A - Forming method of wiring structure - Google Patents

Forming method of wiring structure

Info

Publication number
JP2003257977A
JP2003257977A JP2002372111A JP2002372111A JP2003257977A JP 2003257977 A JP2003257977 A JP 2003257977A JP 2002372111 A JP2002372111 A JP 2002372111A JP 2002372111 A JP2002372111 A JP 2002372111A JP 2003257977 A JP2003257977 A JP 2003257977A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
polishing
film
forming
wiring
groove
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2002372111A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3910140B2 (en
Inventor
Hideaki Yoshida
英朗 吉田
Tetsuya Ueda
哲也 上田
Masashi Hamanaka
雅司 濱中
Takashi Harada
剛史 原田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2002372111A priority Critical patent/JP3910140B2/en
Publication of JP2003257977A publication Critical patent/JP2003257977A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3910140B2 publication Critical patent/JP3910140B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent a short circuit between wirings embedded in an insulating film and an ARL film thereon. <P>SOLUTION: After a plurality of trenches 111 for wiring are formed in an FSG film 109 and an ARL film 110 formed on a substrate 100, a barrier metal film (tantalum nitride film 112) and conducting films for wiring (copper films 113 and 114) are deposited in sequence on the ARL film 110, in such a manner that each of the trenches 111 is completely filled. After that, the copper films 113 and 114 outside each of the trenches 111 are eliminated by polishing, and the tantalum nitride film 112 outside each of the trenches 111 is eliminated by polishing. After foreign matters stuck to the substrate 100 in the polishing are eliminated, the surface of the ARL film 110 is polished. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する分野】本発明は、半導体装置における配
線構造の形成方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a wiring structure in a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の配線構造の形成方法として、例え
ば特許文献1に記載された方法が用いられてきた。この
従来の配線構造の形成方法について、絶縁膜に形成され
たホールにプラグを形成する場合を例にとって、図面を
参照しながら説明する。
2. Description of the Related Art As a conventional method for forming a wiring structure, for example, the method described in Patent Document 1 has been used. This conventional method of forming a wiring structure will be described with reference to the drawings, taking as an example the case of forming a plug in a hole formed in an insulating film.

【0003】図9(a)〜(c)は、従来の配線構造の
形成方法の各工程を示す断面図である。
9A to 9C are cross-sectional views showing the steps of a conventional method for forming a wiring structure.

【0004】まず、図9(a)に示すように、シリコン
基板11の上に厚さ1μm程度のシリコン酸化膜12を
絶縁膜として堆積した後、リソグラフィー法及びドライ
エッチング法により、シリコン酸化膜12の所定領域に
該酸化膜12を貫通する径0.8μm程度のホール13
を形成する。
First, as shown in FIG. 9A, a silicon oxide film 12 having a thickness of about 1 μm is deposited as an insulating film on a silicon substrate 11, and then the silicon oxide film 12 is formed by a lithography method and a dry etching method. A hole 13 having a diameter of about 0.8 μm and penetrating the oxide film 12 in a predetermined area of
To form.

【0005】次に、ホール13を含むシリコン酸化膜1
2の上に全面に亘って、PVD(physical vapor depos
ition )法により、下層の導電膜である膜厚30nmの
チタン膜14、及び中間層の導電膜である膜厚100n
mの窒化チタン膜15を順次堆積する。その後、窒化チ
タン膜15の上に全面に亘って、CVD(chemical vap
or deposition )法により、上層の導電膜である膜厚1
μmのタングステン膜16を堆積する。これにより、3
層構造の導電膜が堆積される。ここで、チタン膜14及
び窒化チタン膜15はバリアメタルである。
Next, the silicon oxide film 1 including the holes 13 is formed.
PVD (physical vapor depos
ition) method, a titanium film 14 having a thickness of 30 nm, which is a lower conductive film, and a film having a thickness of 100 n, which is a conductive film of an intermediate layer.
m titanium nitride film 15 is sequentially deposited. Then, CVD (chemical vapor deposition) is performed over the entire surface of the titanium nitride film 15.
or deposition) method, the film thickness of the upper conductive film is 1
A μm tungsten film 16 is deposited. This makes 3
A layered conductive film is deposited. Here, the titanium film 14 and the titanium nitride film 15 are barrier metals.

【0006】次に、一の研磨剤を使用した化学機械研磨
(CMP)法により、図9(b)に示すように、ホール
13の外側の領域に堆積されているタングステン膜16
及び窒化チタン膜15を除去する。これにより、ホール
13の外側の領域に堆積されているチタン膜14が完全
に露出する。
Next, as shown in FIG. 9B, the tungsten film 16 deposited on the region outside the hole 13 by the chemical mechanical polishing (CMP) method using one abrasive.
And the titanium nitride film 15 is removed. As a result, the titanium film 14 deposited in the region outside the hole 13 is completely exposed.

【0007】次に、他の研磨剤を使用したCMP法によ
り、図9(c)に示すように、ホール13の外側の領域
に堆積されているチタン膜14を除去する。これによ
り、ホール13内にタングステンよりなるプラグ17が
形成されると共に、シリコン酸化膜12が露出する。
Next, as shown in FIG. 9C, the titanium film 14 deposited in the region outside the hole 13 is removed by the CMP method using another polishing agent. As a result, the plug 17 made of tungsten is formed in the hole 13 and the silicon oxide film 12 is exposed.

【0008】以上、タングステンプラグの形成を例とし
て説明を行なったが、同様の方法により、例えば、絶縁
膜に形成された配線用溝に銅配線を形成することができ
る。
Although the formation of the tungsten plug has been described above as an example, a copper wiring can be formed in the wiring groove formed in the insulating film by the same method.

【0009】また、配線パタ−ンの微細化に伴い、隣り
合う配線同士の間隔(配線間隔)がより狭くなってきて
いるため、配線用溝又はビアホール等を形成するための
リソグラフィー工程において反射防止膜(以下、ARL
(Anti reflection layer )膜と称する)が用いられる
ようになってきている。
Further, with the miniaturization of wiring patterns, the spacing between adjacent wirings (wiring spacing) is becoming narrower. Therefore, in the lithography process for forming wiring trenches or via holes, antireflection is prevented. Membrane (hereinafter ARL
(Anti reflection layer) film is being used).

【0010】[0010]

【特許文献1】特開平10−214834号公報[Patent Document 1] Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 10-214834

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
従来の配線構造の形成方法に基づくARL膜を利用した
配線の形成方法において、配線同士の間で短絡が生じる
という問題がある。
However, in the method of forming a wiring using the ARL film based on the above-mentioned conventional method of forming a wiring structure, there is a problem that a short circuit occurs between the wirings.

【0012】前記に鑑み、本発明は、絶縁膜及びその上
のARL膜に埋め込まれた配線同士の間における短絡を
防止できるようにすることを目的とする。
In view of the above, it is an object of the present invention to prevent a short circuit between wirings embedded in an insulating film and an ARL film on the insulating film.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本願発明者らが、前述の従来の配線構造の形成方
法において配線同士の間で短絡が生じる原因を検討した
結果、次のような知見を得た。
In order to achieve the above object, the inventors of the present invention have investigated the cause of a short circuit between wirings in the above-mentioned conventional method of forming a wiring structure, and as a result, I obtained such knowledge.

【0014】すなわち、従来の配線構造の形成方法に従
って配線を形成する際に、バリアメタルに対する研磨時
にバリアメタルが局所的に剥離して異物となる。この異
物は硬いため、配線間に存在する絶縁膜の上に該絶縁膜
と比べて脆弱な材料よりなるARL膜が形成されている
場合、ARL膜の表面に微小な亀裂を発生させる。この
亀裂が、一の配線から、該一の配線と隣り合う他の配線
まで延びている場合において配線形成時に該亀裂中に金
属(バリアメタル又は配線用導電膜の一部)が埋め込ま
れてしまうと、配線間に短絡が生じる。
That is, when the wiring is formed according to the conventional wiring structure forming method, the barrier metal is locally peeled off during polishing of the barrier metal to become a foreign substance. Since this foreign substance is hard, when an ARL film made of a material weaker than the insulating film is formed on the insulating film existing between the wirings, a minute crack is generated on the surface of the ARL film. When the crack extends from one wiring to another wiring adjacent to the one wiring, a metal (barrier metal or a part of the conductive film for wiring) is embedded in the crack when the wiring is formed. A short circuit occurs between the wiring.

【0015】尚、配線構造が微細化されるに従って、配
線同士の間の距離が小さくなるため、前述の亀裂が配線
間をまたがりやすくなるので、該亀裂中に埋め込まれた
金属によって、配線間に擬似的な架橋構造が形成されや
すくなる。すなわち、配線間に短絡が生じやすくなる。
As the wiring structure becomes finer, the distance between the wirings becomes smaller, so that the above-mentioned cracks easily extend between the wirings. Therefore, the metal embedded in the cracks causes a gap between the wirings. A pseudo crosslinked structure is easily formed. That is, a short circuit easily occurs between the wirings.

【0016】図10は、配線間のARL膜に生じた亀裂
に金属が埋め込まれた様子を示す平面図である。図10
に示すように、ARL膜21には複数の銅配線22が互
いに平行に延びるように埋め込まれている。銅配線22
同士の間のARL膜21には、配線間をまたがるように
亀裂23が生じている。この亀裂23には、銅配線22
の形成時に銅が埋め込まれ、その結果、銅配線22同士
の間で短絡が生じる。
FIG. 10 is a plan view showing a state in which a metal is embedded in a crack formed in an ARL film between wirings. Figure 10
As shown in FIG. 5, a plurality of copper wirings 22 are embedded in the ARL film 21 so as to extend parallel to each other. Copper wiring 22
A crack 23 is formed in the ARL film 21 between them so as to extend over the wiring. In this crack 23, the copper wiring 22
Copper is embedded during the formation of the copper wire, resulting in a short circuit between the copper wirings 22.

【0017】本発明は、以上の知見に基づきなされたも
のであって、具体的には、本発明に係る配線構造の形成
方法は、絶縁膜の上に反射防止膜を形成した後、反射防
止膜及び絶縁膜に、第1の溝、及び第1の溝と隣り合う
第2の溝を形成する溝形成工程と、第1の溝及び第2の
溝が埋まるように反射防止膜の上にバリアメタル膜及び
導電膜を堆積する膜堆積工程と、第1の溝の外側及び第
2の溝の外側の導電膜を研磨により除去する第1の研磨
工程と、第1の研磨工程よりも後に、第1の溝の外側及
び第2の溝の外側のバリアメタル膜を研磨により除去す
る第2の研磨工程と、第2の研磨工程よりも後に、被研
磨面に付着した異物を除去する異物除去工程と、異物除
去工程よりも後に、反射防止膜の表面を研磨する第3の
研磨工程とを備えている。
The present invention has been made on the basis of the above findings. Specifically, in the method for forming a wiring structure according to the present invention, after the antireflection film is formed on the insulating film, the antireflection film is formed. A groove forming step of forming a first groove and a second groove adjacent to the first groove in the film and the insulating film, and on the antireflection film so that the first groove and the second groove are filled. After the film deposition step of depositing the barrier metal film and the conductive film, the first polishing step of removing the conductive film outside the first groove and the outside the second groove by polishing, and after the first polishing step. A second polishing step of removing the barrier metal film outside the first groove and the outside of the second groove by polishing, and a foreign matter removing foreign matter attached to the surface to be polished after the second polishing step. And a third polishing step of polishing the surface of the antireflection film after the removal step and the foreign matter removal step. There.

【0018】本発明の配線構造の形成方法によると、絶
縁膜及びその上の反射防止膜に設けられた溝にバリアメ
タル膜及び導電膜を順次埋め込んだ後、溝の外側の導電
膜及びバリアメタル膜を研磨により除去する。その後、
研磨時に被研磨面に付着した異物を除去した後、反射防
止膜の表面を研磨する。このため、バリアメタル膜の研
磨時に、溝間(つまり配線間)に存在する反射防止膜の
表面に微小な亀裂が発生し、該亀裂中に金属が埋め込ま
れた場合に、次のような効果が得られる。すなわち、バ
リアメタル膜の研磨時等に被研磨面に付着した異物を除
去した後に反射防止膜の表面に対して仕上げ研磨を行な
うので、異物によって反射防止膜表面が新たに損傷を受
けることを防止しながら、亀裂中に埋め込まれた金属を
除去することができる。従って、亀裂中に埋め込まれた
金属によって配線間が架橋される事態を回避できるた
め、配線間におけるショート発生頻度を低減できるの
で、高性能配線を形成することができる。
According to the method for forming a wiring structure of the present invention, after the barrier metal film and the conductive film are sequentially embedded in the groove provided in the insulating film and the antireflection film thereon, the conductive film and the barrier metal outside the groove are formed. The film is removed by polishing. afterwards,
After removing foreign matters adhering to the surface to be polished during polishing, the surface of the antireflection film is polished. Therefore, when polishing the barrier metal film, a minute crack is generated on the surface of the antireflection film existing between the grooves (that is, between the wirings), and when the metal is embedded in the crack, the following effects are obtained. Is obtained. That is, since the foreign substances adhering to the surface to be polished are removed after the barrier metal film is polished, the surface of the antireflection film is subjected to final polishing, so that the foreign substances are prevented from newly damaging the surface of the antireflection film. However, the metal embedded in the crack can be removed. Therefore, it is possible to avoid a situation in which the wirings are bridged by the metal embedded in the cracks, and it is possible to reduce the frequency of occurrence of a short circuit between the wirings, so that high-performance wirings can be formed.

【0019】本発明の配線構造の形成方法において、第
2の研磨工程と第3の研磨工程との間に、第2の研磨工
程で用いた研磨パッドに付着した異物を除去する工程を
備えていることが好ましい。
In the method for forming a wiring structure of the present invention, a step of removing foreign matters attached to the polishing pad used in the second polishing step is provided between the second polishing step and the third polishing step. Is preferred.

【0020】このようにすると、第2の研磨工程(バリ
アメタル膜の研磨)で用いた研磨パッドを第3の研磨工
程(反射防止膜の研磨)でも用いる場合に、反射防止膜
表面が損傷することをより確実に防止できる。この場
合、研磨パッドに付着した異物を除去する工程が研磨パ
ッドを洗浄する工程を含むと、反射防止膜表面が損傷す
ることをより確実に防止できる。同様の効果は、研磨パ
ッドに付着した異物を除去する工程が研磨パッドの表面
を砥石によりブラッシングする工程を含む場合にも得ら
れる。
In this way, when the polishing pad used in the second polishing step (polishing the barrier metal film) is also used in the third polishing step (polishing the antireflection film), the surface of the antireflection film is damaged. This can be prevented more reliably. In this case, if the step of removing the foreign matter attached to the polishing pad includes the step of cleaning the polishing pad, it is possible to more reliably prevent the surface of the antireflection film from being damaged. The same effect can be obtained when the step of removing foreign matter attached to the polishing pad includes the step of brushing the surface of the polishing pad with a grindstone.

【0021】本発明の配線構造の形成方法において、第
2の研磨工程及び第3の研磨工程は同じ研磨装置及び研
磨パッドを用いて行なわれることが好ましい。
In the method for forming a wiring structure of the present invention, it is preferable that the second polishing step and the third polishing step are performed using the same polishing apparatus and polishing pad.

【0022】このようにすると、配線形成における作業
効率を向上させることができる。
In this way, the work efficiency in wiring formation can be improved.

【0023】本発明の配線構造の形成方法において、第
3の研磨工程における基板を研磨パッドに押し当てる圧
力及び該研磨パッドの回転速度は第2の研磨工程と同じ
であることが好ましい。
In the method for forming a wiring structure of the present invention, it is preferable that the pressure for pressing the substrate against the polishing pad and the rotation speed of the polishing pad in the third polishing step are the same as those in the second polishing step.

【0024】このようにすると、第2の研磨工程から第
3の研磨工程に移行する際に研磨条件の複雑な変更を行
なう必要がないので、配線形成における作業性を向上さ
せることができ、それによりプロセスのスループットの
低下を防止できる。このとき、第3の研磨工程の研磨時
間が第2の研磨工程よりも短いと、反射防止膜表面が大
きく削られることを防止できる。また、このとき、第3
の研磨工程における前述の圧力及び回転速度がそれぞれ
第1の研磨工程と比べて小さいと、反射防止膜表面が大
きく削られることをより確実に防止できる。
In this way, since it is not necessary to make complicated changes in the polishing conditions when shifting from the second polishing step to the third polishing step, workability in wiring formation can be improved, and This can prevent a decrease in process throughput. At this time, if the polishing time of the third polishing step is shorter than that of the second polishing step, it is possible to prevent the surface of the antireflection film from being largely scraped. Also, at this time, the third
If the above-mentioned pressure and rotation speed in the polishing step are smaller than those in the first polishing step, it is possible to more reliably prevent the antireflection film surface from being largely scraped.

【0025】本発明の配線構造の形成方法において、第
3の研磨工程で用いられる研磨剤は第2の研磨工程と同
じであることが好ましい。
In the method for forming a wiring structure of the present invention, it is preferable that the polishing agent used in the third polishing step is the same as that used in the second polishing step.

【0026】このようにすると、第3の研磨工程で、溝
に埋め込まれた導電膜が大きく研磨されることがないの
で、配線抵抗の増大を防止できる。
In this way, since the conductive film embedded in the groove is not largely polished in the third polishing step, it is possible to prevent an increase in wiring resistance.

【0027】本発明の配線構造の形成方法において、第
3の研磨工程は、研磨条件の異なる2段階の研磨工程を
含んでいてもよい。この場合、2段階の研磨工程のうち
の一の段階で用いられる研磨剤は第2の研磨工程と同じ
であると共に、2段階の研磨工程のうちの他の段階で用
いられる研磨剤は第1の研磨工程と同じであることが好
ましい。このようにすると、配線形成における歩留まり
を向上させることができる。
In the wiring structure forming method of the present invention, the third polishing step may include a two-step polishing step under different polishing conditions. In this case, the polishing agent used in one stage of the two-step polishing process is the same as the second polishing process, and the polishing agent used in the other stage of the two-step polishing process is the first polishing process. It is preferable that the polishing step is the same as the polishing step. In this way, the yield in wiring formation can be improved.

【0028】本発明の配線構造の形成方法において、異
物除去工程は、有機酸又は有機アルカリを用いて被研磨
面に対して洗浄を行なう工程を含むことが好ましい。
In the wiring structure forming method of the present invention, the foreign matter removing step preferably includes a step of cleaning the surface to be polished with an organic acid or an organic alkali.

【0029】このようにすると、被研磨面に付着した異
物を確実に除去することができる。
By doing so, the foreign matter attached to the surface to be polished can be surely removed.

【0030】本発明の配線構造の形成方法において、第
1の溝と第2の溝との間隔が0.25μm以下である
と、従来技術と比べて、前述の本発明の効果がより顕著
に得られる。
In the method for forming a wiring structure of the present invention, when the distance between the first groove and the second groove is 0.25 μm or less, the above-mentioned effects of the present invention are more remarkable than those of the prior art. can get.

【0031】本発明の配線構造の形成方法において、第
1の溝と第2の溝とは互いに平行に配置されていてもよ
い。
In the method for forming a wiring structure of the present invention, the first groove and the second groove may be arranged in parallel with each other.

【0032】本発明の配線構造の形成方法において、第
1の溝及び第2の溝における配線形成はデュアルダマシ
ン法を用いて行なわれてもよい。
In the method of forming the wiring structure of the present invention, the wiring formation in the first groove and the second groove may be performed by using the dual damascene method.

【0033】本発明の配線構造の形成方法において、反
射防止膜はシリコン含有材料よりなることが好ましい。
In the wiring structure forming method of the present invention, the antireflection film is preferably made of a silicon-containing material.

【0034】このようにすると、溝形成のためのリソグ
ラフィー工程におけるパターン形成精度が確実に向上す
る。例えばリソグラフィ工程でKrFエキシマレーザ光
(波長248nm)を光源として用いる場合、下層とな
る厚さ75nmのSiON膜と上層となる厚さ8nmの
SiO2 膜との積層膜は、KrFエキシマレーザ光に対
して高い吸収効率を持つので、反射防止膜として優れた
性能を示す。また、反射防止膜の材料としてシリコン化
合物を用いる場合、反射防止膜を開口させる装置を、シ
リコン酸化膜にホールを形成する装置と共用することが
でき、それによって半導体装置の製造コストを低減させ
ることができる。
By doing so, the pattern forming accuracy in the lithography process for forming the groove is surely improved. For example, when KrF excimer laser light (wavelength 248 nm) is used as a light source in a lithography process, a stacked film of a lower layer 75 nm thick SiON film and an upper layer 8 nm thick SiO 2 film is used for KrF excimer laser light. Since it has a high absorption efficiency, it exhibits excellent performance as an antireflection film. Further, when a silicon compound is used as the material of the antireflection film, the device for opening the antireflection film can be shared with the device for forming holes in the silicon oxide film, thereby reducing the manufacturing cost of the semiconductor device. You can

【0035】本発明の配線構造の形成方法において、導
電膜は銅膜であり、バリアメタル膜はタンタル膜、窒化
タンタル膜、又はタンタル膜と窒化タンタル膜との積層
膜であることが好ましい。
In the wiring structure forming method of the present invention, it is preferable that the conductive film is a copper film and the barrier metal film is a tantalum film, a tantalum nitride film, or a laminated film of a tantalum film and a tantalum nitride film.

【0036】このようにすると、低抵抗の配線を形成す
ることができる。また、この場合、第1の溝又は第2の
溝に形成される配線は、該配線の下側に形成されている
プラグと電気的に接続されてもよい。
By doing so, a low resistance wiring can be formed. In this case, the wiring formed in the first groove or the second groove may be electrically connected to the plug formed on the lower side of the wiring.

【0037】[0037]

【発明の実施の形態】(第1の実施形態)以下、本発明
の第1の実施形態に係る配線構造の形成方法について図
面を参照しながら説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION (First Embodiment) A method for forming a wiring structure according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0038】図1(a)〜(c)、図2(a)、
(b)、図3(a)、(b)及び図4は、第1の実施形
態に係る配線構造の形成方法の各工程を示す断面図であ
る。
1 (a) to 1 (c), FIG. 2 (a),
FIG. 3B, FIG. 3A, FIG. 3B and FIG. 4 are cross-sectional views showing each step of the method for forming the wiring structure according to the first embodiment.

【0039】まず、図1(a)に示すように、例えばシ
リコンよりなる基板100上に第1のシリコン酸化膜1
01を形成した後、第1のシリコン酸化膜101の上
に、例えばタングステン膜よりなる下層配線102を形
成する。その後、下層配線102の上を含む第1のシリ
コン酸化膜101の上に、例えばCVD法により第2の
シリコン酸化膜103を堆積する。
First, as shown in FIG. 1A, a first silicon oxide film 1 is formed on a substrate 100 made of, for example, silicon.
After forming 01, the lower wiring 102 made of, for example, a tungsten film is formed on the first silicon oxide film 101. After that, a second silicon oxide film 103 is deposited on the first silicon oxide film 101 including the lower wiring 102 by, for example, the CVD method.

【0040】次に、図1(b)に示すように、リソグラ
フィー法及びドライエッチング法を用いて、第2のシリ
コン酸化膜103中に、下層配線102に達するビアホ
ール104を形成する。
Next, as shown in FIG. 1B, a via hole 104 reaching the lower wiring 102 is formed in the second silicon oxide film 103 by using the lithography method and the dry etching method.

【0041】次に、図1(c)に示すように、例えばP
VD法又はCVD法を用いて、ビアホール104が途中
まで埋まるように第2のシリコン酸化膜103の上にチ
タン(Ti)膜105及び窒化チタン(TiN)膜10
6を順次堆積する。その後、例えばCVD法を用いて、
ビアホール104が完全に埋まるように窒化チタン膜1
06の上にタングステン膜107を形成する。ここで、
チタン膜105及び窒化チタン膜106はバリアメタル
である。
Next, as shown in FIG. 1C, for example, P
By using the VD method or the CVD method, the titanium (Ti) film 105 and the titanium nitride (TiN) film 10 are formed on the second silicon oxide film 103 so that the via hole 104 is partially filled.
6 are sequentially deposited. After that, for example, using the CVD method,
Titanium nitride film 1 so that the via hole 104 is completely filled
A tungsten film 107 is formed on 06. here,
The titanium film 105 and the titanium nitride film 106 are barrier metals.

【0042】次に、図2(a)に示すように、例えばC
MP法を用いて、ビアホール104の外側の領域に堆積
されているチタン膜105、窒化チタン膜106及びタ
ングステン膜107を除去する。これにより、第2のシ
リコン酸化膜103中のビアホール104に、バリアメ
タルによって確実に保護され且つタングステンよりなる
プラグ108が形成される。
Next, as shown in FIG. 2A, for example, C
Using the MP method, the titanium film 105, the titanium nitride film 106, and the tungsten film 107 deposited in the region outside the via hole 104 are removed. As a result, the plug 108 made of tungsten is formed in the via hole 104 in the second silicon oxide film 103 without fail by being protected by the barrier metal.

【0043】次に、図2(b)に示すように、例えばC
VD法を用いて、第2のシリコン酸化膜103の上に、
フッ素が添加されたシリコン酸化膜(以下、FSG(Fl
uorine Doped Silicate Glass )膜と称する)109及
びARL膜110を順次堆積する。ここで、ARL膜1
10は、例えば上層のSiON膜と下層のSiO2 膜と
の2層構造を有すると共に、後続のリソグラフィー工程
における露光時の解像度を向上させる機能を有する。そ
の後、リソグラフィー法及びドライエッチング法を用い
て、ARL膜110及びFSG膜109(及び第2のシ
リコン酸化膜103の表面部)中に、複数の配線用溝
(トレンチ)111を形成する。ここで、複数の配線用
溝111は、プラグ108に達する配線用溝を含んでい
る。また、各配線用溝111は、例えば互いに平行に配
置されており、配線用溝111同士の間の距離は0.2
5μm程度である。
Next, as shown in FIG. 2B, for example, C
Using the VD method, on the second silicon oxide film 103,
Fluorine-added silicon oxide film (hereinafter referred to as FSG (Fl
uorine Doped Silicate Glass) film) 109 and ARL film 110 are sequentially deposited. Where ARL film 1
Reference numeral 10 has a two-layer structure of, for example, an upper SiON film and a lower SiO 2 film, and has a function of improving the resolution at the time of exposure in the subsequent lithography process. After that, a plurality of wiring trenches (trench) 111 are formed in the ARL film 110 and the FSG film 109 (and the surface portion of the second silicon oxide film 103) by using the lithography method and the dry etching method. Here, the plurality of wiring grooves 111 include wiring grooves reaching the plug 108. The wiring grooves 111 are arranged, for example, in parallel with each other, and the distance between the wiring grooves 111 is 0.2.
It is about 5 μm.

【0044】次に、図3(a)に示すように、例えばP
VD法を用いて、各配線用溝111が途中まで埋まるよ
うにARL膜110の上に窒化タンタル(TaN)膜1
12及び第1の銅(Cu)膜113を順次堆積する。こ
こで、第1の銅膜113は、後続のメッキ工程における
シード層として機能する。また、窒化タンタル膜112
はバリア層として機能する。続いて、例えばメッキ法を
用いて、各配線用溝111が完全に埋まるように第1の
銅膜113上に第2の銅膜114を堆積する。
Next, as shown in FIG. 3A, for example, P
Using the VD method, the tantalum nitride (TaN) film 1 is formed on the ARL film 110 so that each wiring groove 111 is filled in halfway.
12 and the first copper (Cu) film 113 are sequentially deposited. Here, the first copper film 113 functions as a seed layer in the subsequent plating process. In addition, the tantalum nitride film 112
Acts as a barrier layer. Then, a second copper film 114 is deposited on the first copper film 113 by plating, for example, so that each wiring groove 111 is completely filled.

【0045】次に、図3(b)に示すように、Cu研磨
用研磨剤(スラリー)を用いたCMP法により、各配線
用溝111の外側の領域に堆積された第1の銅膜113
及び第2の銅膜114を除去する(第1の研磨工程)。
これにより、各配線用溝111の外側の窒化タンタル膜
112が露出する。続いて、バリア層(TaN)研磨用
スラリーを用いたCMP法により、各配線用溝111の
外側の領域に堆積された窒化タンタル膜112を除去す
る(第2の研磨工程)。これにより、各配線用溝111
内に、FSG膜109との間にバリア層を持つ銅配線
(上層配線)115が形成されると共に、ARL膜11
0の表面が露出する。ここで、銅配線115は、その下
側に形成されているプラグ108と電気的に接続する。
Next, as shown in FIG. 3B, the first copper film 113 deposited on the region outside each wiring groove 111 by the CMP method using a polishing agent (slurry) for Cu polishing.
Then, the second copper film 114 is removed (first polishing step).
As a result, the tantalum nitride film 112 outside the wiring trenches 111 is exposed. Then, the tantalum nitride film 112 deposited on the region outside each wiring groove 111 is removed by a CMP method using a slurry for polishing a barrier layer (TaN) (second polishing step). As a result, each wiring groove 111
A copper wiring (upper layer wiring) 115 having a barrier layer is formed inside the FSG film 109, and the ARL film 11 is formed.
The surface of 0 is exposed. Here, the copper wiring 115 is electrically connected to the plug 108 formed on the lower side thereof.

【0046】ここで、第1及び第2の研磨工程について
詳しく説明する。本実施形態では第1及び第2の研磨工
程を同一のCMP装置を用いて行なう。
Here, the first and second polishing steps will be described in detail. In this embodiment, the first and second polishing steps are performed using the same CMP apparatus.

【0047】図5は第1及び第2の研磨工程で用いられ
るCMP装置の概略構成図である。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a CMP apparatus used in the first and second polishing steps.

【0048】図5に示すように、被研磨基板(基板10
0)であるウェハ151は、回転可能で且つ上下動可能
に設けられたホルダー152に保持されている。また、
ウェハ151の表面を研磨する研磨パッド153は、回
転運動を行なう研磨定盤154の表面に取り付けられて
いる。スラリー155はスラリー供給管156から研磨
パッド153の上に滴下される。この状態で、研磨定盤
154を回転させて研磨パッド153を回転させると共
にホルダー152を回転させながら降下させると、ホル
ダー152に保持されているウェハ151と研磨パッド
153とが互いに擦れ合うことによって、ウェハ151
の表面が研磨される。
As shown in FIG. 5, the substrate to be polished (the substrate 10
The wafer 151 of 0) is held by a holder 152 which is rotatable and vertically movable. Also,
The polishing pad 153 for polishing the surface of the wafer 151 is attached to the surface of the polishing surface plate 154 that makes a rotary motion. The slurry 155 is dropped onto the polishing pad 153 from the slurry supply pipe 156. In this state, when the polishing platen 154 is rotated to rotate the polishing pad 153 and the holder 152 is rotated and lowered, the wafer 151 held by the holder 152 and the polishing pad 153 rub against each other, so that the wafer 151
Surface is polished.

【0049】尚、本実施形態において、第1の研磨工程
から第2の研磨工程に移行する際に、スラリーの種類等
の研磨条件を変更する。具体的には、第2の研磨工程に
おけるウェハ151を研磨パッド153に押し当てる圧
力及び研磨パッド153の回転速度はそれぞれ第1の研
磨工程と比べて小さい。但し、本明細書において、ウェ
ハ151がホルダー152と共に回転する場合、研磨パ
ッド153の回転速度とは、ウェハ151に対する研磨
パッド153の相対速度を意味する。
In the present embodiment, the polishing conditions such as the type of slurry are changed when shifting from the first polishing step to the second polishing step. Specifically, the pressure for pressing the wafer 151 against the polishing pad 153 and the rotation speed of the polishing pad 153 in the second polishing step are smaller than those in the first polishing step. However, in the present specification, when the wafer 151 rotates together with the holder 152, the rotation speed of the polishing pad 153 means the relative speed of the polishing pad 153 with respect to the wafer 151.

【0050】ところで、以上に説明したようなCMP法
を用いた第2の研磨工程の終了時点において、図3
(b)に示すように、銅配線115の間のARL膜11
0の表面に生じた亀裂に銅等の金属116が埋め込まれ
てしまう。ここで、亀裂中に埋め込まれた金属116
が、銅配線115同士の間に擬似的な架橋構造を形成す
る場合、銅配線115同士の間でショートが発生してし
まう。
By the way, at the end of the second polishing step using the CMP method as described above, FIG.
As shown in (b), the ARL film 11 between the copper wirings 115 is formed.
The metal 116 such as copper is embedded in the crack generated on the surface of 0. Where the metal 116 embedded in the crack
However, when a pseudo bridge structure is formed between the copper wirings 115, a short circuit occurs between the copper wirings 115.

【0051】そこで、本実施形態においては、銅配線1
15を構成する銅膜の膜厚の減少を最小限に抑えなが
ら、銅配線115間におけるショートの発生頻度を低減
するために、以下に説明するような方法を用いて、亀裂
中に埋め込まれた金属116の除去を行なう。
Therefore, in the present embodiment, the copper wiring 1
In order to reduce the frequency of occurrence of short circuits between the copper wirings 115 while minimizing the reduction in the thickness of the copper film forming the film 15, the method described below was used to fill in the cracks. The metal 116 is removed.

【0052】まず、第2の研磨工程の終了後、基板10
0(ウェハ151)をCMP装置から取り出して基板1
00の表面を洗浄する。これにより、第1の研磨工程又
は第2の研磨工程で発生した削りくず(異物)を基板1
00の表面から洗い流すことができる。基板100の洗
浄には、例えば、有機酸溶液又は有機アルカリ溶液を用
いる。ここで、異物となる削りくずを除去することが重
要である。すなわち、基板100上に削りくずを残した
まま、ARL膜110の表面の亀裂中に埋め込まれた金
属116を除去しようとすると、その削りくずによって
ARL膜110又は銅配線115に新たな損傷が生じて
しまう可能性があるからである。具体的には、当初の亀
裂中に埋め込まれていた金属116を除去できたとして
も、銅配線115が損傷したり(つまり銅配線115を
構成する銅膜が薄くなったり)、又はARL膜110に
新たな亀裂が生じて該亀裂中に金属が埋め込まれたりす
る可能性がある。
First, after the completion of the second polishing step, the substrate 10
0 (wafer 151) is taken out from the CMP apparatus and substrate 1
The surface of 00 is washed. As a result, shavings (foreign matter) generated in the first polishing step or the second polishing step are removed from the substrate 1
Can be washed from the surface of 00. For cleaning the substrate 100, for example, an organic acid solution or an organic alkali solution is used. Here, it is important to remove shavings that become foreign matter. That is, when the metal 116 embedded in the crack on the surface of the ARL film 110 is removed while leaving the shavings on the substrate 100, the shavings cause new damage to the ARL film 110 or the copper wiring 115. This is because there is a possibility that Specifically, even if the metal 116 embedded in the original crack can be removed, the copper wiring 115 is damaged (that is, the copper film forming the copper wiring 115 becomes thin) or the ARL film 110. There is a possibility that a new crack will occur in the crack and the metal will be embedded in the crack.

【0053】本実施形態において、前述の基板100
(ウェハ151)に対する洗浄工程(異物除去工程)
は、基板100をCMP装置から洗浄装置に移動させて
行なわれる。このとき、基板100を洗浄している間
に、別途、研磨パッド153に付着した削りくず(異
物)を除去しておくことが好ましい。その理由は、前述
の基板100の洗浄の場合と同様である。すなわち、研
磨パッド153上に残存する削りくずを除去しておくこ
とによって、基板100上のARL膜110の表面の亀
裂中に埋め込まれた金属116を研磨パッド153を引
き続き用いて除去した際に、ARL膜110の表面等に
新たな損傷が生じることをより確実に防止できる。ここ
で、研磨パッド153上に残存する削りくずの除去は、
例えば、CMP装置において研磨パッド153を回転さ
せながらスラリーに代えて純水を供給して研磨パッド1
53を洗浄することにより行なわれる。或いは、研磨パ
ッド153の表面を砥石を用いてブラッシングすること
により、削りくずの除去を行なってもよい。これらによ
り、研磨パッド153の表面に付着した削りくずを確実
に除去することができる。
In this embodiment, the substrate 100 described above is used.
Cleaning process (foreign matter removal process) for (wafer 151)
Is performed by moving the substrate 100 from the CMP apparatus to the cleaning apparatus. At this time, it is preferable to separately remove the shavings (foreign matter) attached to the polishing pad 153 while cleaning the substrate 100. The reason is the same as in the case of cleaning the substrate 100 described above. That is, by removing the shavings remaining on the polishing pad 153, when the metal 116 embedded in the crack on the surface of the ARL film 110 on the substrate 100 is removed by using the polishing pad 153 continuously, It is possible to more reliably prevent new damage from occurring on the surface or the like of the ARL film 110. Here, the removal of the shavings remaining on the polishing pad 153 is
For example, in the CMP apparatus, while rotating the polishing pad 153, pure water is supplied instead of the slurry to supply the polishing pad 1
This is done by washing 53. Alternatively, the surface of the polishing pad 153 may be brushed with a grindstone to remove the shavings. By these, the shavings adhering to the surface of the polishing pad 153 can be reliably removed.

【0054】次に、異物除去工程の後、ARL膜110
の表面の微小な亀裂中に埋め込まれた金属116を除去
するために、CMP法によりARL膜110の表面を研
磨する(第3の研磨工程)。これにより、図4に示すよ
うに、配線間ショートの原因となる、亀裂中の金属11
6を亀裂と共に除去することができる。
Next, after the foreign matter removing step, the ARL film 110 is formed.
The surface of the ARL film 110 is polished by the CMP method in order to remove the metal 116 embedded in the minute cracks on the surface of (3) (third polishing step). As a result, as shown in FIG. 4, the metal 11 in the crack, which causes a short circuit between the wirings, is generated.
6 can be removed with cracks.

【0055】尚、本実施形態においては、第3の研磨工
程を、第1及び第2の研磨工程と同一のCMP装置(図
5参照)を用いて行なう。また、研磨時間を除く第3の
研磨工程の研磨条件は、第2の研磨工程(つまり窒化タ
ンタル膜112(バリアメタル膜)に対する研磨工程)
の研磨条件と同じである。具体的には、第3の研磨工程
における基板100(ウェハ151)を研磨パッド15
3に押し当てる圧力及び研磨パッド153の回転速度は
それぞれ第2の研磨工程と同じである。すなわち、第3
の研磨工程における前述の圧力及び回転速度はそれぞれ
第1の研磨工程(銅膜113及び114の研磨工程)と
比べて小さい。また、第3の研磨工程で用いられるスラ
リーは、第2の研磨工程と同様に、バリア層(TaN)
研磨用スラリーである。一方、第3の研磨工程の研磨時
間は、第2の研磨工程におけるバリアメタル膜の研磨時
間よりも短い時間(例えば20秒程度)に設定される。
その理由は、第3の研磨工程は、脆弱なARL膜110
の亀裂中に埋め込まれた不要な金属116の除去を目的
とするものであって、ARL膜110以外の膜、例えば
銅配線115を構成する銅膜については、その膜減りを
最小限に押さえたいからである。また、研磨時間を除く
第3の研磨工程の研磨条件を第2の研磨工程と同じにし
ているので、ARL膜110に対しては研磨が適度に行
なわれ、それによりARL膜110の表面に埋め込まれ
た金属116が除去される。また、第3の研磨工程の研
磨条件(基板を研磨パッドに押し当てる圧力、研磨パッ
ドの回転速度、スラリー、研磨時間等)は銅が研磨され
にくい条件であるため、第3の研磨工程によって、銅配
線115を構成する銅膜が大きく研磨されることもな
い。
In this embodiment, the third polishing step is performed using the same CMP apparatus (see FIG. 5) used in the first and second polishing steps. Further, the polishing conditions of the third polishing step except the polishing time are the second polishing step (that is, the polishing step for the tantalum nitride film 112 (barrier metal film)).
The polishing conditions are the same. Specifically, the substrate 100 (wafer 151) in the third polishing process is polished by the polishing pad 15
The pressure applied to 3 and the rotation speed of the polishing pad 153 are the same as in the second polishing step. That is, the third
The above-mentioned pressure and rotation speed in the polishing step are smaller than those in the first polishing step (the polishing steps for the copper films 113 and 114), respectively. Further, the slurry used in the third polishing step is similar to the second polishing step in that the slurry is a barrier layer (TaN).
It is a polishing slurry. On the other hand, the polishing time of the third polishing step is set to be shorter than the polishing time of the barrier metal film in the second polishing step (for example, about 20 seconds).
The reason is that the fragile ARL film 110 is used in the third polishing process.
The purpose is to remove the unnecessary metal 116 embedded in the cracks of the film. For films other than the ARL film 110, for example, a copper film forming the copper wiring 115, it is desired to minimize the film loss. Because. Further, since the polishing conditions of the third polishing step except the polishing time are the same as those of the second polishing step, the ARL film 110 is appropriately polished, and thereby the surface of the ARL film 110 is filled. The removed metal 116 is removed. Further, since the polishing conditions of the third polishing step (pressure for pressing the substrate against the polishing pad, rotation speed of the polishing pad, slurry, polishing time, etc.) are such that copper is hard to be polished, The copper film forming the copper wiring 115 is not greatly polished.

【0056】以上に説明したように、第1の実施形態に
よると、基板100上のFSG膜109及びその上のA
RL膜110に設けられた配線用溝111に、バリアメ
タル膜(窒化タンタル膜112)及び配線用導電膜(銅
膜113及び114)を順次埋め込んだ後、配線用溝1
11の外側の配線用導電膜及びバリアメタル膜を研磨に
より除去する。その後、研磨時に基板100に付着した
異物(削りくず)を除去した後、ARL膜110の表面
を研磨する。このため、バリアメタル膜の研磨時に、配
線用溝111間(つまり銅配線115間)に存在するA
RL膜110の表面に微小な亀裂が発生し、該亀裂中に
金属116が埋め込まれた場合に、次のような効果が得
られる。すなわち、バリアメタル膜の研磨時等に基板1
00に付着した異物を除去した後にARL膜110の表
面に対して仕上げ研磨を行なうので、異物によってAR
L膜110の表面が新たに損傷を受けることを防止しな
がら、亀裂中に埋め込まれた金属116を除去すること
ができる。従って、亀裂中に埋め込まれた金属116に
よって銅配線115間が架橋される事態を回避できるの
で、配線間におけるショート発生が抑制された配線構
造、つまり高性能配線を形成することができる。
As described above, according to the first embodiment, the FSG film 109 on the substrate 100 and the A on the FSG film 109 are formed.
After the barrier metal film (tantalum nitride film 112) and the conductive film for wiring (copper films 113 and 114) are sequentially embedded in the wiring groove 111 provided in the RL film 110, the wiring groove 1 is formed.
The wiring conductive film and the barrier metal film outside 11 are removed by polishing. Then, after removing foreign matters (shavings) attached to the substrate 100 during polishing, the surface of the ARL film 110 is polished. Therefore, when the barrier metal film is polished, A existing between the wiring trenches 111 (that is, between the copper wirings 115).
When a minute crack is generated on the surface of the RL film 110 and the metal 116 is embedded in the crack, the following effects are obtained. That is, when polishing the barrier metal film, etc., the substrate 1
After the foreign matter adhering to 00 is removed, the surface of the ARL film 110 is subjected to final polishing.
The metal 116 embedded in the crack can be removed while preventing the surface of the L film 110 from being newly damaged. Therefore, it is possible to avoid a situation in which the copper wirings 115 are bridged by the metal 116 embedded in the cracks, so that it is possible to form a wiring structure in which the occurrence of shorts between the wirings is suppressed, that is, a high-performance wiring.

【0057】図6(a)は、本実施形態の配線構造の形
成方法によって形成された銅配線同士の間におけるショ
ート発生頻度を、従来技術の場合と比較した結果を示し
ている。また、図6(b)は、本実施形態の配線構造の
形成方法によって形成された配線構造における配線間距
離及び配線幅を模式的に示している。尚、図6(a)の
縦軸は、単位面積(1cm2 )当たりの欠陥数(ショー
ト発生の原因となる、ARL膜表面の傷(亀裂)の数)
である。また、図6(b)に示すように、本実施形態の
配線構造の形成方法によってFSG膜109及びARL
膜110に形成された銅配線115同士の間の距離は
0.25μmであり、銅配線115の幅も0.25μm
である。図6(a)に示すように、本実施形態では、バ
リアメタル膜(窒化タンタル膜112)の研磨後に、基
板100の表面の洗浄(削りくずの除去)及びARL膜
110の表面の研磨を順次行なうことにより、ショート
発生の原因となる欠陥数を、従来技術の場合の50分の
1程度である0.2程度まで低減できる。すなわち、本
実施形態による欠陥数は、実用上十分な歩留まりが達成
される欠陥数である0.5を大きく下回っている。
FIG. 6A shows the result of comparing the frequency of occurrence of a short circuit between copper wirings formed by the wiring structure forming method of the present embodiment with that of the prior art. Also, FIG. 6B schematically shows the inter-wiring distance and the wiring width in the wiring structure formed by the wiring structure forming method of the present embodiment. The vertical axis of FIG. 6 (a) represents the number of defects per unit area (1 cm 2 ) (the number of scratches (cracks) on the surface of the ARL film, which causes a short circuit).
Is. Further, as shown in FIG. 6B, the FSG film 109 and the ARL are formed by the method of forming the wiring structure of the present embodiment.
The distance between the copper wirings 115 formed on the film 110 is 0.25 μm, and the width of the copper wirings 115 is 0.25 μm.
Is. As shown in FIG. 6A, in this embodiment, after the barrier metal film (tantalum nitride film 112) is polished, the surface of the substrate 100 is cleaned (removal of shavings) and the surface of the ARL film 110 is sequentially polished. By doing so, the number of defects that cause a short circuit can be reduced to about 0.2, which is about 1/50 of that in the conventional technique. That is, the number of defects according to the present embodiment is much lower than 0.5, which is the number of defects that achieves a practically sufficient yield.

【0058】従来技術においては、互いに隣り合う配線
同士の間の距離が小さくなるに従って、特に、配線間距
離が0.25μm以下になると、配線間ショートが顕著
に生じてきた。それに対して、本実施形態によると、配
線間距離が0.25μm以下の場合に、配線間ショート
を防止する効果がより顕著に得られる。
In the prior art, as the distance between the wirings adjacent to each other becomes smaller, especially when the distance between the wirings becomes 0.25 μm or less, the short circuit between the wirings becomes remarkable. On the other hand, according to the present embodiment, when the distance between the wirings is 0.25 μm or less, the effect of preventing the short circuit between the wirings can be more significantly obtained.

【0059】また、第1の実施形態によると、第3の研
磨工程(ARL膜110の研磨工程)における基板10
0を研磨パッド153に押し当てる圧力及び研磨パッド
153の回転速度はそれぞれ第2の研磨工程(窒化タン
タル膜112の研磨工程)と同じである。言い換える
と、研磨時間を除く第3の研磨工程の研磨条件は、第2
の研磨工程と同じである。このため、第2の研磨工程か
ら第3の研磨工程に移行する際に研磨条件の複雑な変更
を行なう必要がないので、配線形成における作業性を向
上させることができ、それによりプロセスのスループッ
トの低下を防止できる。また、第3の研磨工程の研磨時
間が第2の研磨工程よりも短いので、ARL膜110の
表面が大きく削られることを防止できる。このとき、第
3の研磨工程における前述の圧力及び回転速度がそれぞ
れ第1の研磨工程(銅膜113及び114の研磨工程)
と比べて小さいと、ARL膜110の表面が大きく削ら
れることをより確実に防止できる。
Further, according to the first embodiment, the substrate 10 in the third polishing step (polishing step of the ARL film 110) is performed.
The pressure for pressing 0 to the polishing pad 153 and the rotation speed of the polishing pad 153 are the same as those in the second polishing step (polishing step of the tantalum nitride film 112). In other words, the polishing conditions for the third polishing step except the polishing time are the second
It is the same as the polishing process of. For this reason, it is not necessary to make a complicated change in the polishing conditions when the second polishing process shifts to the third polishing process, so that the workability in wiring formation can be improved, thereby increasing the process throughput. It can prevent the deterioration. Further, since the polishing time of the third polishing step is shorter than that of the second polishing step, it is possible to prevent the surface of the ARL film 110 from being largely scraped. At this time, the above-mentioned pressure and rotation speed in the third polishing step are respectively the first polishing step (polishing step of the copper films 113 and 114).
When it is smaller than that, it is possible to more reliably prevent the surface of the ARL film 110 from being greatly scraped.

【0060】(第2の実施形態)以下、本発明の第2の
実施形態に係る配線構造の形成方法について図面を参照
しながら説明する。尚、第2の実施形態が第1の実施形
態と異なっている点は、銅配線の形成にデュアルダマシ
ン法を用いていることである。
(Second Embodiment) A method of forming a wiring structure according to a second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The second embodiment differs from the first embodiment in that the dual damascene method is used for forming the copper wiring.

【0061】図7(a)〜(c)及び図8(a)、
(b)は、第2の実施形態に係る配線構造の形成方法の
各工程を示す断面図である。
FIGS. 7A to 7C and FIG. 8A,
(B) is sectional drawing which shows each process of the formation method of the wiring structure which concerns on 2nd Embodiment.

【0062】まず、図7(a)に示すように、例えばシ
リコンよりなる基板200上の第1のシリコン酸化膜2
01を形成した後、第1のシリコン酸化膜201の上
に、例えばタングステン膜よりなる下層配線202を形
成する。その後、下層配線202の上を含む第1のシリ
コン酸化膜201の上に、例えばCVD法により第2の
シリコン酸化膜203及びARL膜204を順次堆積す
る。ここで、ARL膜204は、例えば上層のSiON
膜と下層のSiO2 膜との2層構造を有すると共に、後
続のリソグラフィー工程における露光時の解像度を向上
させる機能を有する。その後、リソグラフィー法及びド
ライエッチング法を用いて、ARL膜204及び第2の
シリコン酸化膜203に、下層配線202に達するビア
ホール205を形成する。
First, as shown in FIG. 7A, the first silicon oxide film 2 on the substrate 200 made of, for example, silicon.
After forming 01, the lower wiring 202 made of, for example, a tungsten film is formed on the first silicon oxide film 201. After that, the second silicon oxide film 203 and the ARL film 204 are sequentially deposited on the first silicon oxide film 201 including the lower wiring 202 by, for example, the CVD method. Here, the ARL film 204 is, for example, an upper layer of SiON.
It has a two-layer structure of a film and a lower SiO 2 film, and also has a function of improving the resolution at the time of exposure in the subsequent lithography process. After that, a via hole 205 reaching the lower layer wiring 202 is formed in the ARL film 204 and the second silicon oxide film 203 by using the lithography method and the dry etching method.

【0063】次に、図7(b)に示すように、基板20
0の上に全面に亘ってレジストを塗布した後、リソグラ
フィー法を用いて、配線用溝形成領域に開口部を持つレ
ジストパターン206を形成する。
Next, as shown in FIG. 7B, the substrate 20
After a resist is applied over the entire surface of 0, a resist pattern 206 having an opening in a wiring groove forming region is formed by using a lithography method.

【0064】次に、図7(c)に示すように、レジスト
パターン206をマスクとして、ARL膜204及び第
2のシリコン酸化膜203に対してドライエッチングを
行なって複数の配線用溝207を形成した後、レジスト
パターン206をアッシングにより除去する。ここで、
複数の配線用溝207は、ビアホール205に達する配
線用溝(元のビアホール205の上部を含む領域に形成
される)を含んでいる。また、各配線用溝207は、例
えば互いに平行に配置されており、配線用溝207同士
の間の距離は0.25μm程度である。
Next, as shown in FIG. 7C, the ARL film 204 and the second silicon oxide film 203 are dry-etched using the resist pattern 206 as a mask to form a plurality of wiring trenches 207. After that, the resist pattern 206 is removed by ashing. here,
The plurality of wiring grooves 207 include wiring grooves reaching the via holes 205 (formed in a region including the upper portion of the original via holes 205). The wiring grooves 207 are arranged, for example, in parallel with each other, and the distance between the wiring grooves 207 is about 0.25 μm.

【0065】次に、図8(a)に示すように、各配線用
溝207及びビアホール205が途中まで埋まるように
ARL膜204の上に窒化タンタル(TaN)膜208
を堆積する。ここで、窒化タンタル膜208はバリア層
として機能する。続いて、各配線用溝207及びビアホ
ール205が完全に埋まるように窒化タンタル膜208
上に銅膜209を堆積する。
Next, as shown in FIG. 8A, a tantalum nitride (TaN) film 208 is formed on the ARL film 204 so that the wiring trenches 207 and the via holes 205 are partially filled.
Deposit. Here, the tantalum nitride film 208 functions as a barrier layer. Then, the tantalum nitride film 208 is formed so that the wiring trenches 207 and the via holes 205 are completely filled.
A copper film 209 is deposited on top.

【0066】次に、図8(b)に示すように、Cu研磨
用スラリーを用いたCMP法により、各配線用溝207
及びビアホール205の外側の領域に堆積された銅膜2
09を除去する(第1の研磨工程)。これにより、各配
線用溝207及びビアホール205の外側の窒化タンタ
ル膜208が露出する。続いて、バリア層(TaN)研
磨用スラリーを用いたCMP法により、各配線用溝20
7及びビアホール205の外側の領域に堆積された窒化
タンタル膜208を除去する(第2の研磨工程)。これ
により、各配線用溝207及びビアホール205に、第
2のシリコン酸化膜203等の絶縁膜との間にバリア層
を持つ銅配線(上層配線)210が形成されると共に、
ARL膜204の表面が露出する。ここで、銅配線21
0は、ビアホール205内に形成され且つ下層配線20
2と電気的に接続されたプラグ部分を有する。
Next, as shown in FIG. 8B, each wiring groove 207 is formed by a CMP method using a Cu polishing slurry.
And the copper film 2 deposited on the region outside the via hole 205
09 is removed (first polishing step). As a result, the tantalum nitride film 208 outside the wiring grooves 207 and the via holes 205 is exposed. Then, each wiring groove 20 is formed by a CMP method using a slurry for polishing a barrier layer (TaN).
7 and the tantalum nitride film 208 deposited on the region outside the via hole 205 is removed (second polishing step). As a result, a copper wiring (upper layer wiring) 210 having a barrier layer between the wiring groove 207 and the via hole 205 and an insulating film such as the second silicon oxide film 203 is formed.
The surface of the ARL film 204 is exposed. Here, the copper wiring 21
0 is formed in the via hole 205 and the lower layer wiring 20
2 has a plug portion electrically connected to the terminal 2.

【0067】尚、本実施形態においても、第1の実施形
態と同様に、第1及び第2の研磨工程を同一のCMP装
置(図5参照)を用いて行なう。また、第1の研磨工程
から第2の研磨工程に移行する際に、スラリーの種類等
の研磨条件を変更する。具体的には、第2の研磨工程に
おける基板200を研磨パッドに押し当てる圧力及び該
研磨パッドの回転速度はそれぞれ第1の研磨工程と比べ
て小さい。
Also in this embodiment, as in the first embodiment, the first and second polishing steps are performed using the same CMP apparatus (see FIG. 5). Further, when shifting from the first polishing step to the second polishing step, polishing conditions such as the type of slurry are changed. Specifically, the pressure for pressing the substrate 200 against the polishing pad and the rotation speed of the polishing pad in the second polishing step are smaller than those in the first polishing step.

【0068】ところで、以上に説明したようなCMP法
を用いた第2の研磨工程の終了時点において、銅配線2
10の間のARL膜204の表面に生じた亀裂に銅等の
金属(図示省略)が埋め込まれてしまう。ここで、亀裂
中に埋め込まれた金属が、銅配線210同士の間に擬似
的な架橋構造を形成する場合、銅配線210同士の間で
ショートが発生してしまう。
By the way, at the end of the second polishing step using the CMP method as described above, the copper wiring 2
A metal (not shown) such as copper is embedded in the cracks generated on the surface of the ARL film 204 between 10. Here, when the metal embedded in the crack forms a pseudo bridge structure between the copper wirings 210, a short circuit occurs between the copper wirings 210.

【0069】そこで、本実施形態においては、銅配線2
10を構成する銅膜の膜厚の減少を最小限に抑えなが
ら、銅配線210間におけるショートの発生頻度を低減
するために、以下に説明するような方法を用いて、亀裂
中に埋め込まれた金属の除去を行なう。
Therefore, in the present embodiment, the copper wiring 2
In order to reduce the occurrence frequency of short circuits between the copper wirings 210 while minimizing the reduction in the film thickness of the copper film forming 10, the method described below was used to fill in the cracks. Remove metal.

【0070】まず、第2の研磨工程の終了後、基板20
0をCMP装置から取り出して基板200の表面を洗浄
する。これにより、第1の研磨工程又は第2の研磨工程
で発生した削りくず(異物)を基板200の表面から洗
い流すことができる。基板200の洗浄には、例えば、
有機酸溶液又は有機アルカリ溶液を用いる。ここで、異
物となる削りくずを除去することが重要である。すなわ
ち、基板200上に削りくずを残したまま、ARL膜2
04の表面の亀裂中に埋め込まれた金属を除去しようと
すると、その削りくずによってARL膜204又は銅配
線210に新たな損傷が生じてしまう可能性があるから
である。具体的には、当初の亀裂中に埋め込まれていた
金属を除去できたとしても、銅配線210が損傷したり
(つまり銅配線210を構成する銅膜が薄くなった
り)、又はARL膜204に新たな亀裂が生じて該亀裂
中に金属が埋め込まれたりする可能性がある。
First, after the completion of the second polishing step, the substrate 20
0 is taken out from the CMP apparatus and the surface of the substrate 200 is cleaned. Thereby, the shavings (foreign matter) generated in the first polishing step or the second polishing step can be washed away from the surface of the substrate 200. For cleaning the substrate 200, for example,
An organic acid solution or an organic alkali solution is used. Here, it is important to remove shavings that become foreign matter. That is, while leaving the shavings on the substrate 200, the ARL film 2
This is because if the metal embedded in the crack on the surface of 04 is to be removed, the shavings may cause new damage to the ARL film 204 or the copper wiring 210. Specifically, even if the metal embedded in the original crack can be removed, the copper wiring 210 is damaged (that is, the copper film forming the copper wiring 210 becomes thin), or the ARL film 204 is removed. There is a possibility that a new crack will be generated and the metal will be embedded in the crack.

【0071】本実施形態において、前述の基板200に
対する洗浄工程(異物除去工程)は、基板200をCM
P装置から洗浄装置に移動させて行なわれる。このと
き、基板200を洗浄している間に、研磨パッドに付着
した削りくず(異物)を除去しておくことが好ましい。
その理由は、前述の基板200の洗浄の場合と同様であ
る。すなわち、研磨パッド上に残存する削りくずを除去
しておくことによって、基板200上のARL膜204
の表面の亀裂中に埋め込まれた金属を該研磨パッドを引
き続き用いて除去した際に、ARL膜204の表面等に
新たな損傷が生じることをより確実に防止できる。ここ
で、研磨パッド上に残存する削りくずの除去は、例え
ば、CMP装置において研磨パッドを回転させながらス
ラリーに代えて純水を供給して研磨パッドを洗浄するこ
とにより行なわれる。或いは、研磨パッドの表面を砥石
を用いてブラッシングすることにより、削りくずの除去
を行なってもよい。これらにより、研磨パッドの表面に
付着した削りくずを確実に除去することができる。
In the present embodiment, the above-mentioned cleaning process (foreign matter removing process) for the substrate 200 is performed by CM of the substrate 200.
It is performed by moving from the P device to the cleaning device. At this time, it is preferable to remove the shavings (foreign matter) attached to the polishing pad while cleaning the substrate 200.
The reason is the same as in the case of cleaning the substrate 200 described above. That is, by removing the shavings remaining on the polishing pad, the ARL film 204 on the substrate 200 is removed.
It is possible to more reliably prevent new damage from occurring on the surface or the like of the ARL film 204 when the metal embedded in the cracks on the surface of is removed by using the polishing pad continuously. Here, the removal of the shavings remaining on the polishing pad is performed, for example, by rotating the polishing pad in a CMP apparatus and supplying pure water instead of slurry to clean the polishing pad. Alternatively, the shavings may be removed by brushing the surface of the polishing pad with a grindstone. By these, the shavings adhering to the surface of the polishing pad can be reliably removed.

【0072】次に、異物除去工程の後、ARL膜204
の表面の微小な亀裂中に埋め込まれた金属を除去するた
めに、CMP法によりARL膜204の表面を研磨する
(第3の研磨工程)。これにより、配線間ショートの原
因となる、亀裂中の金属を亀裂と共に除去することがで
きる。
Next, after the foreign matter removing step, the ARL film 204
The surface of the ARL film 204 is polished by the CMP method in order to remove the metal embedded in the minute cracks on the surface of (3) (third polishing step). As a result, the metal in the crack, which causes the short circuit between the wirings, can be removed together with the crack.

【0073】尚、本実施形態においても、第1の実施形
態と同様に、第3の研磨工程を、第1及び第2の研磨工
程と同一のCMP装置(図5参照)を用いて行なう。ま
た、研磨時間を除く第3の研磨工程の研磨条件は、第2
の研磨工程(つまり窒化タンタル膜208(バリアメタ
ル膜)に対する研磨工程)の研磨条件と同じである。具
体的には、第3の研磨工程における基板200を研磨パ
ッドに押し当てる圧力及び該研磨パッドの回転速度はそ
れぞれ第2の研磨工程と同じである。すなわち、第3の
研磨工程における前述の圧力及び回転速度はそれぞれ第
1の研磨工程(銅膜209の研磨工程)と比べて小さ
い。また、第3の研磨工程で用いられるスラリーは、第
2の研磨工程と同様に、バリア層(TaN)研磨用スラ
リーである。一方、第3の研磨工程の研磨時間は、第2
の研磨工程におけるバリアメタル膜の研磨時間よりも短
い時間(例えば20秒程度)に設定される。その理由
は、第3の研磨工程は、脆弱なARL膜204の亀裂中
に埋め込まれた不要な金属の除去を目的とするものであ
って、ARL膜204以外の膜、例えば銅配線210を
構成する銅膜については、その膜減りを最小限に押さえ
たいからである。また、研磨時間を除く第3の研磨工程
の研磨条件を第2の研磨工程と同じにしているので、A
RL膜204に対しては研磨が適度に行なわれ、それに
よりARL膜204の表面に埋め込まれた金属が除去さ
れる。また、第3の研磨工程の研磨条件(基板を研磨パ
ッドに押し当てる圧力、研磨パッドの回転速度、スラリ
ー、研磨時間等)は銅が研磨されにくい条件であるた
め、第3の研磨工程によって、銅配線210を構成する
銅膜が大きく研磨されることもない。
In the present embodiment as well, similar to the first embodiment, the third polishing step is performed using the same CMP apparatus (see FIG. 5) used in the first and second polishing steps. The polishing conditions of the third polishing step except the polishing time are the second
The polishing conditions are the same as those in the polishing step (that is, the polishing step for the tantalum nitride film 208 (barrier metal film)). Specifically, the pressure at which the substrate 200 is pressed against the polishing pad and the rotation speed of the polishing pad in the third polishing step are the same as those in the second polishing step. That is, the above-mentioned pressure and rotation speed in the third polishing step are smaller than those in the first polishing step (polishing step of the copper film 209), respectively. The slurry used in the third polishing step is a barrier layer (TaN) polishing slurry, as in the second polishing step. On the other hand, the polishing time of the third polishing step is
It is set to a time shorter than the polishing time of the barrier metal film in the polishing step (for example, about 20 seconds). The reason is that the third polishing step aims at removing unnecessary metal embedded in the cracks of the fragile ARL film 204, and forms a film other than the ARL film 204, for example, the copper wiring 210. This is because the reduction of the thickness of the copper film is desired to be minimized. In addition, since the polishing conditions of the third polishing step except the polishing time are the same as those of the second polishing step, A
The RL film 204 is appropriately polished so that the metal embedded on the surface of the ARL film 204 is removed. Further, since the polishing conditions of the third polishing step (pressure for pressing the substrate against the polishing pad, rotation speed of the polishing pad, slurry, polishing time, etc.) are such that copper is hard to be polished, The copper film forming the copper wiring 210 is not greatly polished.

【0074】以上に説明したように、第2の実施形態に
よると、基板200上のARL膜204及び第2のシリ
コン酸化膜203に設けられた配線用溝207及びビア
ホール205に、バリアメタル膜(窒化タンタル20
8)及び配線用導電膜(銅膜209)を順次埋め込んだ
後、配線用溝207及びビアホール205の外側の配線
用導電膜及びバリアメタル膜を研磨により除去する。そ
の後、研磨時に基板200に付着した異物(削りくず)
を除去した後、ARL膜204の表面を研磨する。この
ため、バリアメタル膜の研磨時に、配線用溝207間
(つまり銅配線210間)に存在するARL膜204の
表面に微小な亀裂が発生し、該亀裂中に金属が埋め込ま
れた場合に、次のような効果が得られる。すなわち、バ
リアメタル膜の研磨時等に基板200に付着した異物を
除去した後にARL膜204の表面に対して仕上げ研磨
を行なうので、異物によってARL膜204の表面が新
たに損傷を受けることを防止しながら、亀裂中に埋め込
まれた金属を除去することができる。従って、亀裂中に
埋め込まれた金属によって銅配線210間が架橋される
事態を回避できるので、配線間におけるショート発生が
抑制された配線構造、つまり高性能配線を形成すること
ができる。
As described above, according to the second embodiment, the barrier metal film (in the wiring groove 207 and the via hole 205 provided in the ARL film 204 and the second silicon oxide film 203 on the substrate 200) is formed. Tantalum nitride 20
8) and the conductive film for wiring (copper film 209) are sequentially buried, and then the conductive film for wiring and the barrier metal film outside the wiring groove 207 and the via hole 205 are removed by polishing. Then, foreign matter (shavings) attached to the substrate 200 during polishing
Then, the surface of the ARL film 204 is polished. Therefore, when the barrier metal film is polished, a minute crack is generated on the surface of the ARL film 204 existing between the wiring grooves 207 (that is, between the copper wirings 210), and the metal is embedded in the crack, The following effects can be obtained. That is, since the foreign substances adhering to the substrate 200 are removed during polishing of the barrier metal film and the like, the surface of the ARL film 204 is subjected to final polishing, so that the foreign substances are prevented from newly damaging the surface of the ARL film 204. However, the metal embedded in the crack can be removed. Therefore, it is possible to avoid a situation in which the copper wirings 210 are bridged by the metal embedded in the cracks, and thus it is possible to form a wiring structure in which the occurrence of a short circuit between the wirings is suppressed, that is, a high-performance wiring.

【0075】また、従来技術においては、互いに隣り合
う配線同士の間の距離が小さくなるに従って、特に、配
線間距離が0.25μm以下になると、配線間ショート
が顕著に生じてきた。それに対して、本実施形態による
と、配線間距離が0.25μm以下の場合に、配線間シ
ョートを防止する効果がより顕著に得られる。
Further, in the prior art, as the distance between the wirings adjacent to each other becomes smaller, especially when the distance between the wirings becomes 0.25 μm or less, the short circuit between the wirings remarkably occurs. On the other hand, according to the present embodiment, when the distance between the wirings is 0.25 μm or less, the effect of preventing the short circuit between the wirings can be more significantly obtained.

【0076】また、第2の実施形態によると、第3の研
磨工程(ARL膜204の研磨工程)における基板20
0を研磨パッドに押し当てる圧力及び該研磨パッドの回
転速度はそれぞれ第2の研磨工程(窒化タンタル膜20
8の研磨工程)と同じである。言い換えると、研磨時間
を除く第3の研磨工程の研磨条件は、第2の研磨工程と
同じである。このため、第2の研磨工程から第3の研磨
工程に移行する際に研磨条件の複雑な変更を行なう必要
がないので、配線形成における作業性を向上させること
ができ、それによりプロセスのスループットの低下を防
止できる。また、第3の研磨工程の研磨時間が第2の研
磨工程よりも短いので、ARL膜204の表面が大きく
削られることを防止できる。このとき、第3の研磨工程
における前述の圧力及び回転速度がそれぞれ第1の研磨
工程(銅膜209の研磨工程)と比べて小さいと、AR
L膜204の表面が大きく削られることをより確実に防
止できる。
Further, according to the second embodiment, the substrate 20 in the third polishing step (polishing step of the ARL film 204) is performed.
The pressure at which 0 is pressed against the polishing pad and the rotation speed of the polishing pad are respectively set in the second polishing step (the tantalum nitride film 20).
8 polishing step). In other words, the polishing conditions of the third polishing step except the polishing time are the same as those of the second polishing step. For this reason, it is not necessary to make a complicated change in the polishing conditions when the second polishing process shifts to the third polishing process, so that the workability in wiring formation can be improved, thereby increasing the process throughput. It can prevent the deterioration. Further, since the polishing time of the third polishing step is shorter than that of the second polishing step, it is possible to prevent the surface of the ARL film 204 from being largely scraped. At this time, if the above-mentioned pressure and rotation speed in the third polishing step are smaller than those in the first polishing step (polishing step of the copper film 209), respectively, AR
It is possible to more reliably prevent the surface of the L film 204 from being greatly scraped.

【0077】尚、第1又は第2の実施形態において、A
RL膜を利用して第1層目の銅配線を形成する場合を対
象としたが、ARL膜を利用して多層の銅配線の形成を
行なう場合、第2層目以降の上層の銅配線の形成に本実
施形態の方法を適用してもよい。また、配線用溝に銅以
外の導電膜を埋め込んで配線を形成する場合に本実施形
態の方法を適用してもよい。
In the first or second embodiment, A
The case where the first layer copper wiring is formed by using the RL film is targeted. However, when the multilayer copper wiring is formed by using the ARL film, the copper wiring of the upper layer of the second layer and thereafter is formed. The method of this embodiment may be applied to the formation. Further, the method of the present embodiment may be applied when a wiring is formed by embedding a conductive film other than copper in the wiring groove.

【0078】また、第1又は第2の実施形態において、
バリアメタル膜の種類は特に限定されるものではない
が、配線用導電膜として銅膜を用いる場合には、バリア
メタル膜として、例えばタンタル膜、窒化タンタル膜、
又はタンタル膜と窒化タンタル膜との積層膜を用いるこ
とが好ましい。また、配線が埋め込まれる絶縁膜の種類
及びARL膜の種類も特に限定されるものではない。
In the first or second embodiment,
The type of the barrier metal film is not particularly limited, but when a copper film is used as the conductive film for wiring, examples of the barrier metal film include a tantalum film, a tantalum nitride film,
Alternatively, it is preferable to use a laminated film of a tantalum film and a tantalum nitride film. Further, the type of insulating film in which the wiring is embedded and the type of ARL film are not particularly limited.

【0079】また、第1又は第2の実施形態において、
第2の研磨工程(バリアメタル膜の研磨)後に行なわれ
る異物除去工程(基板洗浄工程)では、有機酸溶液又は
有機アルカリ溶液を用いて基板洗浄を行なうことが好ま
しい。このようにすると、基板表面に付着した異物(削
りかす)を確実に除去することができる。このとき、有
機アルカリとしては、例えばTMAH(テトラメチルア
ンモニウムハイドライド)等のヒドロキシルアミンを用
いてもよい。また、有機酸としては、例えばシュウ酸、
クエン酸又はリンゴ酸等の、カルボキシル基(−COO
H基)を2つ以上持つカルボン酸を用いてもよい。
In the first or second embodiment,
In the foreign matter removing step (substrate cleaning step) performed after the second polishing step (polishing the barrier metal film), it is preferable to perform substrate cleaning using an organic acid solution or an organic alkali solution. In this way, foreign matter (shavings) attached to the substrate surface can be reliably removed. At this time, as the organic alkali, for example, hydroxylamine such as TMAH (tetramethylammonium hydride) may be used. Further, as the organic acid, for example, oxalic acid,
Carboxyl group (-COO such as citric acid or malic acid)
A carboxylic acid having two or more H groups) may be used.

【0080】また、第1又は第2の実施形態において、
Cu研磨用スラリーの種類及びバリア層(TaN)研磨
用スラリーの種類はそれぞれ特に限定されるものではな
いが、例えば過酸化水素水が酸化剤として含有されたC
u研磨用スラリー、及び例えば硝酸(若しくはその派生
化合物)が酸化剤として含有されたTaN研磨用スラリ
ー等を用いてもよい。また、互いに粒子サイズが異なる
Cu研磨用スラリー及びTaN研磨用スラリーを用いて
もよい。また、第3の研磨工程で用いられるスラリーの
種類は特に限定されるものではないが、第2の研磨工程
と同様に、バリア層研磨用スラリーを用いることが好ま
しい。このようにすると、第3の研磨工程で、配線用導
電膜が大きく研磨されることを防止できるので、配線抵
抗の増大を防止できる。また、第2の研磨工程から第3
の研磨工程に移行する際の研磨条件の変更がより簡単に
なる。さらに、第3の研磨工程を2段階に分けて行なう
と共に、第3の研磨工程の第1段階で第1の研磨工程と
同じ条件で研磨を実施し、引き続いて、第3の研磨工程
の第2段階で第2の研磨工程と同じ条件で研磨を実施し
てもよい。このようにすると、配線形成における歩留ま
りをさらに向上させることができる。
In the first or second embodiment,
The type of Cu polishing slurry and the type of barrier layer (TaN) polishing slurry are not particularly limited. For example, C containing hydrogen peroxide solution as an oxidant is used.
A u polishing slurry and, for example, a TaN polishing slurry containing nitric acid (or a derivative thereof) as an oxidizing agent may be used. Alternatively, Cu polishing slurry and TaN polishing slurry having different particle sizes may be used. The type of slurry used in the third polishing step is not particularly limited, but it is preferable to use the barrier layer polishing slurry as in the second polishing step. By doing so, it is possible to prevent the conductive film for wiring from being greatly polished in the third polishing step, and thus it is possible to prevent an increase in wiring resistance. Also, from the second polishing step to the third
It becomes easier to change the polishing conditions when shifting to the polishing step. Further, the third polishing step is performed in two steps, the first polishing step is performed under the same conditions as the first polishing step, and then the third polishing step is performed. Polishing may be performed in two steps under the same conditions as in the second polishing step. By doing so, the yield in wiring formation can be further improved.

【0081】また、第1又は第2の実施形態において、
第1〜第3の研磨工程を同一のCMP装置を用いて行な
ったが、これに代えて、全ての研磨工程を別々のCMP
装置を用いて行なってもよいし、又はいずれか1つの研
磨工程のみを別のCMP装置を用いて行なってもよい。
但し、第2の研磨工程及び第3の研磨工程は同じ研磨装
置及び研磨パッドを用いて行なわれることが好ましい。
このようにすると、研磨装置の効率的な運用が可能とな
る。また、第1〜第3の研磨工程で使用可能なCMP装
置は、1個の基板ホルダーを有し且つ1度の研磨工程で
1枚の基板を研磨する方式のものに限られない。すなわ
ち、複数の基板ホルダーを有し且つ1度の研磨工程で複
数枚の基板を研磨する方式のCMP装置を用いてもよ
い。
In the first or second embodiment,
Although the first to third polishing steps were performed using the same CMP apparatus, instead of this, all polishing steps were performed by separate CMP apparatuses.
The apparatus may be used, or only one polishing step may be performed using another CMP apparatus.
However, it is preferable that the second polishing step and the third polishing step be performed using the same polishing apparatus and polishing pad.
This makes it possible to operate the polishing apparatus efficiently. The CMP apparatus usable in the first to third polishing steps is not limited to the one having one substrate holder and polishing one substrate in one polishing step. That is, a CMP apparatus having a plurality of substrate holders and polishing a plurality of substrates in one polishing process may be used.

【0082】[0082]

【発明の効果】本発明によると、絶縁膜及びその上の反
射防止膜に設けられた配線用溝にバリアメタル膜及び配
線用導電膜を順次埋め込んで配線を形成する際に、バリ
アメタル膜の研磨時等に基板に付着した異物を除去して
から反射防止膜の表面に対して仕上げ研磨を行なう。こ
のため、異物によって反射防止膜表面が新たに損傷を受
けることを防止しながら、反射防止膜表面の亀裂中に埋
め込まれた金属を除去できるので、該金属によって配線
間が架橋される事態を回避できる。従って、配線間にお
けるショート発生頻度を低減できるので、高性能配線を
形成できる。
According to the present invention, when a barrier metal film and a conductive film for wiring are sequentially buried in a wiring groove formed in an insulating film and an antireflection film on the insulating film, a barrier metal film After removing foreign matter adhering to the substrate during polishing or the like, finish polishing is performed on the surface of the antireflection film. Therefore, it is possible to remove the metal embedded in the crack on the surface of the antireflection film while preventing the foreign matter from newly damaging the surface of the antireflection film, thus avoiding the situation where the wiring bridges the metal. it can. Therefore, the frequency of occurrence of short circuit between the wirings can be reduced, and high-performance wiring can be formed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】(a)〜(c)は本発明の第1の実施形態に係
る配線構造の形成方法の各工程を示す断面図である。
1A to 1C are cross-sectional views showing respective steps of a method for forming a wiring structure according to a first embodiment of the present invention.

【図2】(a)及び(b)は本発明の第1の実施形態に
係る配線構造の形成方法の各工程を示す断面図である。
2A and 2B are cross-sectional views showing each step of the method for forming the wiring structure according to the first embodiment of the present invention.

【図3】(a)及び(b)は本発明の第1の実施形態に
係る配線構造の形成方法の各工程を示す断面図である。
3A and 3B are cross-sectional views showing each step of the method for forming the wiring structure according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施形態に係る配線構造の形成
方法の一工程を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a step of the method for forming the wiring structure according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第1又は第2の実施形態に係る配線構
造の形成方法において用いられるCMP装置の概略構成
図である。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a CMP apparatus used in the method for forming a wiring structure according to the first or second embodiment of the present invention.

【図6】(a)は本発明の第1の実施形態に係る配線構
造の形成方法によって形成された銅配線同士の間におけ
るショート発生頻度を、従来技術の場合と比較した結果
を示す図であり、(b)は本発明の第1の実施形態に係
る配線構造の形成方法によって形成された配線構造にお
ける配線間距離及び配線幅を模式的に示す図である。
FIG. 6A is a diagram showing a result of comparing a short circuit occurrence frequency between copper wirings formed by the method for forming a wiring structure according to the first embodiment of the present invention with that of a conventional technique. FIG. 3B is a diagram schematically showing the inter-wiring distance and the wiring width in the wiring structure formed by the wiring structure forming method according to the first embodiment of the present invention.

【図7】(a)〜(c)は本発明の第2の実施形態に係
る配線構造の形成方法の各工程を示す断面図である。
7A to 7C are cross-sectional views showing respective steps of a method for forming a wiring structure according to a second embodiment of the present invention.

【図8】(a)及び(b)は本発明の第2の実施形態に
係る配線構造の形成方法の各工程を示す断面図である。
8A and 8B are cross-sectional views showing each step of the method for forming a wiring structure according to the second embodiment of the present invention.

【図9】(a)〜(c)は従来の配線構造の形成方法の
各工程を示す断面図である。
9A to 9C are cross-sectional views showing respective steps of a conventional method for forming a wiring structure.

【図10】従来の配線構造の形成方法における問題点を
説明するための図である。
FIG. 10 is a diagram for explaining a problem in a conventional method of forming a wiring structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100 基板 101 第1のシリコン酸化膜 102 下層配線 103 第2のシリコン酸化膜 104 ビアホール 105 チタン膜 106 窒化チタン膜 107 タングステン膜 108 プラグ 109 FSG膜 110 ARL膜 111 配線用溝 112 窒化タンタル膜 113 第1の銅膜 114 第2の銅膜 115 銅配線(上層配線) 116 亀裂中に埋め込まれた金属 151 ウェハ 152 ホルダー 153 研磨パッド 154 研磨定盤 155 スラリー 156 スラリー供給管 200 基板 201 第1のシリコン酸化膜 202 下層配線 203 第2のシリコン酸化膜 204 ARL膜 205 ビアホール 206 レジストパターン 207 配線用溝 208 窒化タンタル膜 209 銅膜 210 銅配線(上層配線) 100 substrates 101 first silicon oxide film 102 Lower layer wiring 103 Second silicon oxide film 104 beer hall 105 titanium film 106 titanium nitride film 107 Tungsten film 108 plug 109 FSG film 110 ARL membrane 111 Wiring groove 112 tantalum nitride film 113 First copper film 114 second copper film 115 Copper wiring (upper layer wiring) 116 Metals embedded in cracks 151 wafers 152 holder 153 polishing pad 154 Polishing surface plate 155 slurry 156 Slurry supply pipe 200 substrates 201 First silicon oxide film 202 Lower layer wiring 203 second silicon oxide film 204 ARL membrane 205 beer hall 206 resist pattern 207 Wiring groove 208 tantalum nitride film 209 copper film 210 Copper wiring (upper layer wiring)

フロントページの続き (72)発明者 濱中 雅司 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 原田 剛史 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5F033 HH11 HH21 HH32 JJ01 JJ11 JJ18 JJ19 JJ21 JJ32 JJ33 KK19 MM01 MM02 MM12 MM13 NN06 NN07 PP06 PP14 PP26 QQ04 QQ11 QQ37 QQ48 QQ50 RR04 RR08 RR11 SS11 TT02 WW01 XX31 Continued front page    (72) Inventor Masashi Hamanaka             1006 Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Matsushita Electric             Sangyo Co., Ltd. (72) Inventor Takeshi Harada             1006 Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Matsushita Electric             Sangyo Co., Ltd. F term (reference) 5F033 HH11 HH21 HH32 JJ01 JJ11                       JJ18 JJ19 JJ21 JJ32 JJ33                       KK19 MM01 MM02 MM12 MM13                       NN06 NN07 PP06 PP14 PP26                       QQ04 QQ11 QQ37 QQ48 QQ50                       RR04 RR08 RR11 SS11 TT02                       WW01 XX31

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁膜の上に反射防止膜を形成した後、
前記反射防止膜及び前記絶縁膜に、第1の溝、及び前記
第1の溝と隣り合う第2の溝を形成する溝形成工程と、 前記第1の溝及び前記第2の溝が埋まるように前記反射
防止膜の上にバリアメタル膜及び導電膜を堆積する膜堆
積工程と、 前記第1の溝の外側及び前記第2の溝の外側の前記導電
膜を研磨により除去する第1の研磨工程と、 前記第1の研磨工程よりも後に、前記第1の溝の外側及
び前記第2の溝の外側の前記バリアメタル膜を研磨によ
り除去する第2の研磨工程と、 前記第2の研磨工程よりも後に、被研磨面に付着した異
物を除去する異物除去工程と、 前記異物除去工程よりも後に、前記反射防止膜の表面を
研磨する第3の研磨工程とを備えていることを特徴とす
る配線構造の形成方法。
1. After forming an antireflection film on the insulating film,
A groove forming step of forming a first groove and a second groove adjacent to the first groove in the antireflection film and the insulating film; and so that the first groove and the second groove are filled. A film deposition step of depositing a barrier metal film and a conductive film on the antireflection film, and a first polishing for removing the conductive film outside the first groove and outside the second groove by polishing. And a second polishing step of removing the barrier metal film outside the first groove and outside the second groove by polishing after the first polishing step, After the step, a foreign matter removing step of removing foreign matter adhering to the surface to be polished and a third polishing step of polishing the surface of the antireflection film after the foreign matter removing step are provided. And a method for forming a wiring structure.
【請求項2】 前記第2の研磨工程と前記第3の研磨工
程との間に、前記第2の研磨工程で用いた研磨パッドに
付着した異物を除去する工程を備えていることを特徴と
する請求項1に記載の配線構造の形成方法。
2. A step of removing foreign matter adhering to the polishing pad used in the second polishing step is provided between the second polishing step and the third polishing step. The method for forming a wiring structure according to claim 1.
【請求項3】 前記研磨パッドに付着した異物を除去す
る工程は、前記研磨パッドを洗浄する工程を含むことを
特徴とする請求項2に記載の配線構造の形成方法。
3. The method of forming a wiring structure according to claim 2, wherein the step of removing foreign matter attached to the polishing pad includes a step of cleaning the polishing pad.
【請求項4】 前記研磨パッドに付着した異物を除去す
る工程は、前記研磨パッドの表面を砥石によりブラッシ
ングする工程を含むことを特徴とする請求項2に記載の
配線構造の形成方法。
4. The method of forming a wiring structure according to claim 2, wherein the step of removing foreign matter attached to the polishing pad includes a step of brushing the surface of the polishing pad with a grindstone.
【請求項5】 前記第2の研磨工程及び前記第3の研磨
工程は同じ研磨装置及び研磨パッドを用いて行なわれる
ことを特徴とする請求項1に記載の配線構造の形成方
法。
5. The method of forming a wiring structure according to claim 1, wherein the second polishing step and the third polishing step are performed using the same polishing apparatus and polishing pad.
【請求項6】 前記第3の研磨工程における前記被研磨
面を研磨パッドに押し当てる圧力及び該研磨パッドの回
転速度は前記第2の研磨工程と同じであることを特徴と
する請求項1に記載の配線構造の形成方法。
6. The pressure for pressing the surface to be polished against a polishing pad and the rotation speed of the polishing pad in the third polishing step are the same as those in the second polishing step. A method for forming the described wiring structure.
【請求項7】 前記第3の研磨工程の研磨時間は前記第
2の研磨工程と比べて短いことを特徴とする請求項6に
記載の配線構造の形成方法。
7. The method for forming a wiring structure according to claim 6, wherein the polishing time of the third polishing step is shorter than that of the second polishing step.
【請求項8】 前記第3の研磨工程における前記圧力及
び前記回転速度はそれぞれ前記第1の研磨工程と比べて
小さいことを特徴とする請求項6に記載の配線構造の形
成方法。
8. The method of forming a wiring structure according to claim 6, wherein the pressure and the rotation speed in the third polishing step are smaller than those in the first polishing step.
【請求項9】 前記第3の研磨工程で用いられる研磨剤
は前記第2の研磨工程と同じであることを特徴とする請
求項1に記載の配線構造の形成方法。
9. The method for forming a wiring structure according to claim 1, wherein the polishing agent used in the third polishing step is the same as that used in the second polishing step.
【請求項10】 前記第3の研磨工程は、研磨条件の異
なる2段階の研磨工程を含むことを特徴とする請求項1
に記載の配線構造の形成方法。
10. The third polishing process includes a two-step polishing process under different polishing conditions.
A method for forming a wiring structure as described in 1.
【請求項11】 前記2段階の研磨工程のうちの一の段
階で用いられる研磨剤は前記第2の研磨工程と同じであ
ると共に、前記2段階の研磨工程のうちの他の段階で用
いられる研磨剤は前記第1の研磨工程と同じであること
を特徴とする請求項10に記載の配線構造の形成方法。
11. The polishing agent used in one stage of the two-stage polishing process is the same as that used in the second polishing process, and is used in the other stages of the two-stage polishing process. The method for forming a wiring structure according to claim 10, wherein the polishing agent is the same as that used in the first polishing step.
【請求項12】 前記異物除去工程は、有機酸又は有機
アルカリを用いて前記被研磨面に対して洗浄を行なう工
程を含むことを特徴とする請求項1に記載の配線構造の
形成方法。
12. The method of forming a wiring structure according to claim 1, wherein the foreign matter removing step includes a step of cleaning the surface to be polished with an organic acid or an organic alkali.
【請求項13】 前記第1の溝と前記第2の溝との間隔
は0.25μm以下であることを特徴とする請求項1に
記載の配線構造の形成方法。
13. The method for forming a wiring structure according to claim 1, wherein the distance between the first groove and the second groove is 0.25 μm or less.
【請求項14】 前記第1の溝と前記第2の溝とは互い
に平行に配置されていることを特徴とする請求項1に記
載の配線構造の形成方法。
14. The method for forming a wiring structure according to claim 1, wherein the first groove and the second groove are arranged in parallel with each other.
【請求項15】 前記第1の溝及び前記第2の溝におけ
る配線形成はデュアルダマシン法を用いて行なわれるこ
とを特徴とする請求項1に記載の配線構造の形成方法。
15. The method of forming a wiring structure according to claim 1, wherein the wiring is formed in the first groove and the second groove by using a dual damascene method.
【請求項16】 前記反射防止膜はシリコン含有材料よ
りなることを特徴とする請求項1に記載の配線構造の形
成方法。
16. The method for forming a wiring structure according to claim 1, wherein the antireflection film is made of a silicon-containing material.
【請求項17】 前記導電膜は銅膜であり、 前記バリアメタル膜はタンタル膜、窒化タンタル膜、又
はタンタル膜と窒化タンタル膜との積層膜であることを
特徴とする請求項1に記載の配線構造の形成方法。
17. The conductive film is a copper film, and the barrier metal film is a tantalum film, a tantalum nitride film, or a laminated film of a tantalum film and a tantalum nitride film. Method of forming wiring structure.
【請求項18】 前記第1の溝又は前記第2の溝に形成
される配線は、該配線の下側に形成されているプラグと
電気的に接続されることを特徴とする請求項17に記載
の配線構造の形成方法。
18. The wiring according to claim 17, wherein the wiring formed in the first groove or the second groove is electrically connected to a plug formed under the wiring. A method for forming the described wiring structure.
JP2002372111A 2001-12-27 2002-12-24 Method for forming wiring structure Expired - Lifetime JP3910140B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002372111A JP3910140B2 (en) 2001-12-27 2002-12-24 Method for forming wiring structure

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001396419 2001-12-27
JP2001-396419 2001-12-27
JP2002372111A JP3910140B2 (en) 2001-12-27 2002-12-24 Method for forming wiring structure

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003257977A true JP2003257977A (en) 2003-09-12
JP3910140B2 JP3910140B2 (en) 2007-04-25

Family

ID=28677238

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002372111A Expired - Lifetime JP3910140B2 (en) 2001-12-27 2002-12-24 Method for forming wiring structure

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3910140B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JP3910140B2 (en) 2007-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6350694B1 (en) Reducing CMP scratch, dishing and erosion by post CMP etch back method for low-k materials
US6946397B2 (en) Chemical mechanical polishing process with reduced defects in a copper process
TW463266B (en) Method for manufacturing semiconductor device capable of avoiding flaws and erosion caused by metal CMP process
JP4987254B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
US6919267B2 (en) Method for forming wiring structure
JP2004179588A (en) Manufacturing method for semiconductor device
JP2003077921A (en) Method for manufacturing semiconductor device
US6867142B2 (en) Method to prevent electrical shorts between tungsten interconnects
US6759322B2 (en) Method for forming wiring structure
JP3910140B2 (en) Method for forming wiring structure
JP3888967B2 (en) Method for forming wiring structure
US6858549B2 (en) Method for forming wiring structure
JP2003257978A (en) Forming method of wiring structure
JP3654884B2 (en) Method for forming wiring structure
US6881660B2 (en) Method for forming wiring structure
KR20090024854A (en) Metal line and method for fabricating metal line of semiconductor device
KR100560307B1 (en) Fabricating method of semiconductor device
JP5125743B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP2003092300A (en) Manufacturing method for semiconductor device, and semiconductor device
KR100641992B1 (en) Method for fabricating copper wiring
CN106611743A (en) Method of manufacturing air gap/copper interconnection structure
KR100243334B1 (en) Process for forming tungsten plug
JP2005019802A (en) Semiconductor device manufacturing method and wafer structure
KR100642921B1 (en) Method of forming metal wiring in semiconductor device
KR100840475B1 (en) Metallization method of semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20040625

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060627

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060823

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20060919

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20061120

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20061218

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070109

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070123

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 3910140

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100202

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110202

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120202

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130202

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130202

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140202

Year of fee payment: 7

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

EXPY Cancellation because of completion of term