JP2003273045A - Ｃｍｐスラリー及びこれを利用する半導体素子の金属配線コンタクトプラグの形成方法 - Google Patents
Ｃｍｐスラリー及びこれを利用する半導体素子の金属配線コンタクトプラグの形成方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 金属膜、窒化膜及び酸化膜の中から選択され
る２以上で構成される複合膜において、金属配線コンタ
クトプラグの分離を容易にする。 【解決手段】 金属膜、窒化膜及び酸化膜の中から選択
される２以上で構成される複合膜に対して酸化剤を含ま
ないＣＭＰスラリーで研磨を行なう。ＣＭＰスラリーが
酸化剤を含まないことで、金属膜と窒化膜、酸化膜の研
磨を同じ速度で進行させることができる。このことで、
半導体素子の表面の研磨を効率良く行なえるので、金属
配線コンタクトプラグの分離が容易となる。
る２以上で構成される複合膜において、金属配線コンタ
クトプラグの分離を容易にする。 【解決手段】 金属膜、窒化膜及び酸化膜の中から選択
される２以上で構成される複合膜に対して酸化剤を含ま
ないＣＭＰスラリーで研磨を行なう。ＣＭＰスラリーが
酸化剤を含まないことで、金属膜と窒化膜、酸化膜の研
磨を同じ速度で進行させることができる。このことで、
半導体素子の表面の研磨を効率良く行なえるので、金属
配線コンタクトプラグの分離が容易となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属膜、窒化膜及
び酸化膜の中から選択される２以上で構成される複合膜
用のＣＭＰスラリー及びこれを利用した半導体素子の金
属配線コンタクトプラグの形成方法に関し、より詳しく
は金属配線コンタクトプラグの形成時に金属膜、酸化膜
及び窒化膜の研磨速度が類似する酸性の化学的機械的研
磨（Chemical Mechanical Polishing:以下、「ＣＭＰ」
と記す）スラリーを用いてＣＭＰ工程を行うことによ
り、金属の研磨速度を増加させる役割を果たす酸化剤の
添加がなくとも、金属配線コンタクトプラグの分離を容
易に行うことができる半導体素子の金属配線コンタクト
プラグの形成方法に関する。
び酸化膜の中から選択される２以上で構成される複合膜
用のＣＭＰスラリー及びこれを利用した半導体素子の金
属配線コンタクトプラグの形成方法に関し、より詳しく
は金属配線コンタクトプラグの形成時に金属膜、酸化膜
及び窒化膜の研磨速度が類似する酸性の化学的機械的研
磨（Chemical Mechanical Polishing:以下、「ＣＭＰ」
と記す）スラリーを用いてＣＭＰ工程を行うことによ
り、金属の研磨速度を増加させる役割を果たす酸化剤の
添加がなくとも、金属配線コンタクトプラグの分離を容
易に行うことができる半導体素子の金属配線コンタクト
プラグの形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】集積回路の発達に伴い、単位面積（ｃｍ
2）当り約８百万個のトランジスタを含むことができる
程度に素子密度が増加され、このような高集積化のため
素子間の連結を可能にする高水準の金属配線は必須のも
のになった。このような多層配線の実現は、金属配線の
間に挿入される誘電体をどれほど効果的に平坦化させる
のかに係っていると言える。
2）当り約８百万個のトランジスタを含むことができる
程度に素子密度が増加され、このような高集積化のため
素子間の連結を可能にする高水準の金属配線は必須のも
のになった。このような多層配線の実現は、金属配線の
間に挿入される誘電体をどれほど効果的に平坦化させる
のかに係っていると言える。
【０００３】このような理由で精密なウェーハ平坦化工
程が必要であり、機械的工程と化学的な除去を１つの方
法に混合したＣＭＰ工程が開発された。前記ＣＭＰ工程
はＣＭＰスラリー中の反応性の良好な化学物質を利用し
て化学的に除去しようとする物質を除去すると共に超微
粒研磨剤がウェーハの表面を機械的に除去加工するもの
であり、ウェーハの前面と回転する弾性パッドとの間に
液状のスラリーを投入する方法で研磨する。従来の金属
ＣＭＰに用いられるスラリーの場合、酸化膜を形成させ
るＨ2Ｏ2、Ｈ5ＩＯ6又はＦｅＮＯ3等の酸化剤（oxidize
r）；ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3又はＭｎＯ 2等の研磨剤；分散
剤；錯化剤（complexing agent）；又は緩衝剤等で構成
されている。金属を前記のようなスラリーを利用してＣ
ＭＰ工程で除去する場合、酸化剤により金属表面が酸化
し、酸化した部分がスラリー内に含まれた研磨剤の研磨
粒子により機械的に研磨されて除去される作用が繰り返
される。
程が必要であり、機械的工程と化学的な除去を１つの方
法に混合したＣＭＰ工程が開発された。前記ＣＭＰ工程
はＣＭＰスラリー中の反応性の良好な化学物質を利用し
て化学的に除去しようとする物質を除去すると共に超微
粒研磨剤がウェーハの表面を機械的に除去加工するもの
であり、ウェーハの前面と回転する弾性パッドとの間に
液状のスラリーを投入する方法で研磨する。従来の金属
ＣＭＰに用いられるスラリーの場合、酸化膜を形成させ
るＨ2Ｏ2、Ｈ5ＩＯ6又はＦｅＮＯ3等の酸化剤（oxidize
r）；ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3又はＭｎＯ 2等の研磨剤；分散
剤；錯化剤（complexing agent）；又は緩衝剤等で構成
されている。金属を前記のようなスラリーを利用してＣ
ＭＰ工程で除去する場合、酸化剤により金属表面が酸化
し、酸化した部分がスラリー内に含まれた研磨剤の研磨
粒子により機械的に研磨されて除去される作用が繰り返
される。
【０００４】以下、図面に基づき従来の技術に対し説明
する。図１はビットラインパターン形成後の平面図で、
図２は金属配線コンタクトプラグコンタクトエッチング
後の平面図であり、図３〜図６は従来の技術に係る金属
配線コンタクトプラグの形成方法を示す工程断面図であ
る。図３は、図１のＡ−Ａ'断面上に層間絶縁膜を蒸着
した状態を示す断面図である。先ず、半導体基板１１上
部にマスク絶縁膜１５が積層されているビットライン１
３を形成する。このとき、前記マスク絶縁膜１５は窒化
膜で形成され、厚さはｔ１である。次に、全体表面の上
部に層間絶縁膜１７を形成する。このとき、前記層間絶
縁膜１７は酸化膜で形成される（図３参照）。
する。図１はビットラインパターン形成後の平面図で、
図２は金属配線コンタクトプラグコンタクトエッチング
後の平面図であり、図３〜図６は従来の技術に係る金属
配線コンタクトプラグの形成方法を示す工程断面図であ
る。図３は、図１のＡ−Ａ'断面上に層間絶縁膜を蒸着
した状態を示す断面図である。先ず、半導体基板１１上
部にマスク絶縁膜１５が積層されているビットライン１
３を形成する。このとき、前記マスク絶縁膜１５は窒化
膜で形成され、厚さはｔ１である。次に、全体表面の上
部に層間絶縁膜１７を形成する。このとき、前記層間絶
縁膜１７は酸化膜で形成される（図３参照）。
【０００５】図４は、図２のＢ−Ｂ'断面を示す。金属
配線コンタクトマスクをエッチングマスクに前記層間絶
縁膜１７をエッチングして金属配線コンタクトホール１
９を形成する。ここで、図２に示す「Ｃ」部分は層間絶
縁膜１７がエッチングされることにより金属配線コンタ
クトホール１９が形成された領域を表し、「Ｄ」部分は
金属配線コンタクトホール１９が形成されない領域を表
す。
配線コンタクトマスクをエッチングマスクに前記層間絶
縁膜１７をエッチングして金属配線コンタクトホール１
９を形成する。ここで、図２に示す「Ｃ」部分は層間絶
縁膜１７がエッチングされることにより金属配線コンタ
クトホール１９が形成された領域を表し、「Ｄ」部分は
金属配線コンタクトホール１９が形成されない領域を表
す。
【０００６】次に、全体表面の上部に所定厚さの酸化膜
を蒸着したあと全面エッチングし、前記金属配線コンタ
クトホール１９及びビットライン１３の側壁に酸化膜ス
ペーサ２１を形成する。このとき、前記金属配線コンタ
クトホール１９内に形成されているビットライン１３上
のマスク絶縁膜１５は、金属配線コンタクトホール１９
のエッチング工程及び酸化膜スペーサ２１を形成するた
めのエッチング工程で厚さがｔ２に減少する（図４参
照）。
を蒸着したあと全面エッチングし、前記金属配線コンタ
クトホール１９及びビットライン１３の側壁に酸化膜ス
ペーサ２１を形成する。このとき、前記金属配線コンタ
クトホール１９内に形成されているビットライン１３上
のマスク絶縁膜１５は、金属配線コンタクトホール１９
のエッチング工程及び酸化膜スペーサ２１を形成するた
めのエッチング工程で厚さがｔ２に減少する（図４参
照）。
【０００７】その次に、全体表面の上部に金属膜２３を
蒸着する。このとき、前記金属膜２３は金属配線コンタ
クトホール１９内でｔ３程度の段差が形成され、前記マ
スク絶縁膜１５からｔ４の段差を有する（図５参照）。
次に、前記金属膜２３、層間絶縁膜１７及び所定厚さの
マスク絶縁膜１５をＣＭＰ工程で除去して金属配線コン
タクトプラグ２５を形成する。このとき、前記ＣＭＰ工
程で金属配線コンタクトプラグ２５をＰ１とＰ２に分離
させるためには、金属を除去するためのスラリーを利用
して少なくともｔ４程度の研磨工程を行わなければなら
ない。
蒸着する。このとき、前記金属膜２３は金属配線コンタ
クトホール１９内でｔ３程度の段差が形成され、前記マ
スク絶縁膜１５からｔ４の段差を有する（図５参照）。
次に、前記金属膜２３、層間絶縁膜１７及び所定厚さの
マスク絶縁膜１５をＣＭＰ工程で除去して金属配線コン
タクトプラグ２５を形成する。このとき、前記ＣＭＰ工
程で金属配線コンタクトプラグ２５をＰ１とＰ２に分離
させるためには、金属を除去するためのスラリーを利用
して少なくともｔ４程度の研磨工程を行わなければなら
ない。
【０００８】前記のような複合膜を除去するためには膜
の種類間に研磨速度が類似しなければならないが、一般
に金属を除去するためのスラリーを利用してＣＭＰ工程
を行う場合、金属膜に対する研磨速度が酸化膜に比べて
２０倍以上高いため酸化膜や窒化膜の研磨速度が遅く、
段差が低い部分の金属膜が十分除去されないので金属配
線コンタクトプラグが分離されず、装備の振動現象が発
生し工程の安定性が低下するという問題点がある（図６
参照）。従来は本発明でのように、金属膜、窒化膜又は
酸化膜を類似する研磨速度で同時に研磨することができ
るスラリーがなかったので、２以上のスラリーを用いて
多段階のＣＭＰ工程で前記複合膜を除去しなければなら
なかった。したがって、工程が複雑で工程コストが上昇
するという問題点がある。
の種類間に研磨速度が類似しなければならないが、一般
に金属を除去するためのスラリーを利用してＣＭＰ工程
を行う場合、金属膜に対する研磨速度が酸化膜に比べて
２０倍以上高いため酸化膜や窒化膜の研磨速度が遅く、
段差が低い部分の金属膜が十分除去されないので金属配
線コンタクトプラグが分離されず、装備の振動現象が発
生し工程の安定性が低下するという問題点がある（図６
参照）。従来は本発明でのように、金属膜、窒化膜又は
酸化膜を類似する研磨速度で同時に研磨することができ
るスラリーがなかったので、２以上のスラリーを用いて
多段階のＣＭＰ工程で前記複合膜を除去しなければなら
なかった。したがって、工程が複雑で工程コストが上昇
するという問題点がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、金属
配線コンタクトプラグの分離を容易にすることにより、
工程の安定性を向上させるため金属膜、窒化膜及び酸化
膜の中から選択される２以上で構成される複合膜用ＣＭ
Ｐスラリー及びこれを利用した半導体素子の金属配線コ
ンタクトプラグの形成方法を提供することにある。
配線コンタクトプラグの分離を容易にすることにより、
工程の安定性を向上させるため金属膜、窒化膜及び酸化
膜の中から選択される２以上で構成される複合膜用ＣＭ
Ｐスラリー及びこれを利用した半導体素子の金属配線コ
ンタクトプラグの形成方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、金属膜、窒化膜及び酸化膜の中から選択される２以
上で構成される複合膜用のＣＭＰスラリーであって、水
と研磨剤を含み、ｐＨは２〜４であり、酸化剤は含まれ
ていないことを特徴とする。
は、金属膜、窒化膜及び酸化膜の中から選択される２以
上で構成される複合膜用のＣＭＰスラリーであって、水
と研磨剤を含み、ｐＨは２〜４であり、酸化剤は含まれ
ていないことを特徴とする。
【００１１】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
のＣＭＰスラリーであって、前記研磨剤の含量は、総重
量に対し１０〜３０％であることを特徴とする。
のＣＭＰスラリーであって、前記研磨剤の含量は、総重
量に対し１０〜３０％であることを特徴とする。
【００１２】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
のＣＭＰスラリーであって、前記金属膜：窒化膜：酸化
膜の研磨選択比は１：１〜２：１〜３であることを特徴
とする。
のＣＭＰスラリーであって、前記金属膜：窒化膜：酸化
膜の研磨選択比は１：１〜２：１〜３であることを特徴
とする。
【００１３】請求項４に記載の発明は、請求項１に記載
のＣＭＰスラリーであって、前記金属膜：窒化膜：酸化
膜の研磨選択比は実質的に１：１：１であることを特徴
とする。
のＣＭＰスラリーであって、前記金属膜：窒化膜：酸化
膜の研磨選択比は実質的に１：１：１であることを特徴
とする。
【００１４】請求項５に記載の発明は、請求項４に記載
のＣＭＰスラリーであって、ｐＨが２〜３であることを
特徴とする。
のＣＭＰスラリーであって、ｐＨが２〜３であることを
特徴とする。
【００１５】請求項６に記載の発明は、請求項１に記載
のＣＭＰスラリーであって、前記スラリーは硝酸、硫
酸、塩酸、リン酸及びこれらの混合物でなる群から選択
されるｐＨ調節剤をさらに含むことを特徴とする。
のＣＭＰスラリーであって、前記スラリーは硝酸、硫
酸、塩酸、リン酸及びこれらの混合物でなる群から選択
されるｐＨ調節剤をさらに含むことを特徴とする。
【００１６】請求項７に記載の発明は、請求項１に記載
のＣＭＰスラリーであって、前記研磨剤はＳｉＯ2、Ｃ
ｅＯ2、Ｍｎ2Ｏ3、ＺｒＯ2及びＡｌ2Ｏ3でなる群から選
択されたものを単独に又は混合して用いることを特徴と
する。
のＣＭＰスラリーであって、前記研磨剤はＳｉＯ2、Ｃ
ｅＯ2、Ｍｎ2Ｏ3、ＺｒＯ2及びＡｌ2Ｏ3でなる群から選
択されたものを単独に又は混合して用いることを特徴と
する。
【００１７】請求項８に記載の発明は、半導体素子の金
属配線コンタクトプラグの形成方法であって、（ａ）半
導体基板上に２以上の物質でなる複合膜を形成する段
階、及び（ｂ）前記複合膜に請求項１〜請求項７のいず
れか一項に記載のＣＭＰスラリーでＣＭＰ工程を行う段
階を含むことを特徴とする。
属配線コンタクトプラグの形成方法であって、（ａ）半
導体基板上に２以上の物質でなる複合膜を形成する段
階、及び（ｂ）前記複合膜に請求項１〜請求項７のいず
れか一項に記載のＣＭＰスラリーでＣＭＰ工程を行う段
階を含むことを特徴とする。
【００１８】請求項９に記載の発明は、請求項８に記載
の半導体素子の金属配線コンタクトプラグの形成方法で
あって、前記複合膜は金属膜、窒化膜及び酸化膜の中か
ら選択される２以上で構成されることを特徴とする。
の半導体素子の金属配線コンタクトプラグの形成方法で
あって、前記複合膜は金属膜、窒化膜及び酸化膜の中か
ら選択される２以上で構成されることを特徴とする。
【００１９】請求項１０に記載の発明は、請求項８に記
載の半導体素子の金属配線コンタクトプラグの形成方法
であって、前記複合膜は金属膜、窒化膜及び酸化膜の３
重複合膜であることを特徴とする。
載の半導体素子の金属配線コンタクトプラグの形成方法
であって、前記複合膜は金属膜、窒化膜及び酸化膜の３
重複合膜であることを特徴とする。
【００２０】請求項１１に記載の発明は、半導体素子の
金属配線コンタクトプラグの形成方法であって、（ａ）
半導体基板上部にビットラインとマスク絶縁膜の積層パ
ターンを形成する工程、（ｂ）全体表面の上部に層間絶
縁膜を形成する工程、（ｃ）前記層間絶縁膜を、選択的
にエッチングして金属配線コンタクトホール領域を定義
する金属配線コンタクトホールを形成するが、金属配線
コンタクトホール領域に前記積層パターンが存在するよ
うにする工程、（ｄ）前記構造の全体表面の上部に金属
膜を蒸着する工程、及び（ｅ）請求項１〜請求項７のい
ずれか一項に記載のＣＭＰスラリーを用いて前記結果物
の全面にＣＭＰ工程を前記マスク絶縁膜が露出するまで
行い、金属配線コンタクトプラグを形成する工程を含む
ことを特徴とする。
金属配線コンタクトプラグの形成方法であって、（ａ）
半導体基板上部にビットラインとマスク絶縁膜の積層パ
ターンを形成する工程、（ｂ）全体表面の上部に層間絶
縁膜を形成する工程、（ｃ）前記層間絶縁膜を、選択的
にエッチングして金属配線コンタクトホール領域を定義
する金属配線コンタクトホールを形成するが、金属配線
コンタクトホール領域に前記積層パターンが存在するよ
うにする工程、（ｄ）前記構造の全体表面の上部に金属
膜を蒸着する工程、及び（ｅ）請求項１〜請求項７のい
ずれか一項に記載のＣＭＰスラリーを用いて前記結果物
の全面にＣＭＰ工程を前記マスク絶縁膜が露出するまで
行い、金属配線コンタクトプラグを形成する工程を含む
ことを特徴とする。
【００２１】請求項１２に記載の発明は、請求項１１に
記載の半導体素子の金属配線コンタクトプラグの形成方
法であって、前記金属配線コンタクトホール及び前記金
属配線コンタクトホール内部のビットラインの側壁に酸
化膜スペーサを形成する工程をさらに含むことを特徴と
する。
記載の半導体素子の金属配線コンタクトプラグの形成方
法であって、前記金属配線コンタクトホール及び前記金
属配線コンタクトホール内部のビットラインの側壁に酸
化膜スペーサを形成する工程をさらに含むことを特徴と
する。
【００２２】請求項１３に記載の発明は、請求項１１に
記載の半導体素子の金属配線コンタクトプラグの形成方
法であって、前記マスク絶縁膜は、窒化膜であることを
特徴とする。
記載の半導体素子の金属配線コンタクトプラグの形成方
法であって、前記マスク絶縁膜は、窒化膜であることを
特徴とする。
【００２３】請求項１４に記載の発明は、請求項１１に
記載の半導体素子の金属配線コンタクトプラグの形成方
法であって、前記層間絶縁膜は、酸化膜であることを特
徴とする。
記載の半導体素子の金属配線コンタクトプラグの形成方
法であって、前記層間絶縁膜は、酸化膜であることを特
徴とする。
【００２４】請求項１５に記載の発明は、請求項１１に
記載の半導体素子の金属配線コンタクトプラグの形成方
法であって、前記金属膜は、原子層蒸着方法により蒸着
されたＴｉＮ膜であることを特徴とする。
記載の半導体素子の金属配線コンタクトプラグの形成方
法であって、前記金属膜は、原子層蒸着方法により蒸着
されたＴｉＮ膜であることを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】本発明では、金属膜、窒化膜及び
酸化膜の中から選択される２以上で構成される複合膜に
ＣＭＰ工程時に用いる金属膜、酸化膜及び窒化膜に対し
研磨速度が類似し、酸化剤を含まないＣＭＰスラリー、
及びこれを利用した半導体素子の金属配線コンタクトプ
ラグの形成方法を提供する。
酸化膜の中から選択される２以上で構成される複合膜に
ＣＭＰ工程時に用いる金属膜、酸化膜及び窒化膜に対し
研磨速度が類似し、酸化剤を含まないＣＭＰスラリー、
及びこれを利用した半導体素子の金属配線コンタクトプ
ラグの形成方法を提供する。
【００２６】本発明のＣＭＰスラリーは、水及び研磨剤
等を含むｐＨ２〜４のスラリー溶液であり、酸化剤は含
まれていないことを特徴とする。このとき、前記研磨剤
にはＳｉＯ2、ＣｅＯ2、Ｍｎ2Ｏ3、ＺｒＯ2又はＡｌ2Ｏ
3等を用いることができ、研磨剤の含量はＣＭＰスラリ
ー内で１０〜３０重量％であるのが好ましい。
等を含むｐＨ２〜４のスラリー溶液であり、酸化剤は含
まれていないことを特徴とする。このとき、前記研磨剤
にはＳｉＯ2、ＣｅＯ2、Ｍｎ2Ｏ3、ＺｒＯ2又はＡｌ2Ｏ
3等を用いることができ、研磨剤の含量はＣＭＰスラリ
ー内で１０〜３０重量％であるのが好ましい。
【００２７】前記ＣＭＰスラリーのｐＨは硝酸、硫酸、
塩酸、リン酸又はこれらの混合物により調節される。前
記ＣＭＰスラリーは、金属膜：窒化膜：酸化膜の研磨選
択比が１：１〜２：１〜３、好ましくはこれらの選択比
がおおよそ１：１：１であり、金属膜、窒化膜及び酸化
膜の研磨選択比が類似する。前記金属膜：窒化膜：酸化
膜の研磨選択比が１：１：１の場合、前記スラリーのｐ
Ｈは２〜３である。
塩酸、リン酸又はこれらの混合物により調節される。前
記ＣＭＰスラリーは、金属膜：窒化膜：酸化膜の研磨選
択比が１：１〜２：１〜３、好ましくはこれらの選択比
がおおよそ１：１：１であり、金属膜、窒化膜及び酸化
膜の研磨選択比が類似する。前記金属膜：窒化膜：酸化
膜の研磨選択比が１：１：１の場合、前記スラリーのｐ
Ｈは２〜３である。
【００２８】さらに、前記ＣＭＰスラリーは分散剤又は
緩衝剤等をさらに含むことができる。前述のように、本
発明に係るＣＭＰスラリーは酸化剤を含まなくとも金属
を効果的に研磨させることができるが、その理由はスラ
リーのｐＨが２〜４であるのでスラリー内に存在する多
数の水素イオン（Ｈ+）が金属の結合力を弱化させ、結
合力が弱化した金属をスラリー内に含まれている研磨剤
を利用して除去するものである。
緩衝剤等をさらに含むことができる。前述のように、本
発明に係るＣＭＰスラリーは酸化剤を含まなくとも金属
を効果的に研磨させることができるが、その理由はスラ
リーのｐＨが２〜４であるのでスラリー内に存在する多
数の水素イオン（Ｈ+）が金属の結合力を弱化させ、結
合力が弱化した金属をスラリー内に含まれている研磨剤
を利用して除去するものである。
【００２９】本発明に係るＣＭＰスラリーは金属膜、窒
化膜及び酸化膜の中から選択される２以上で構成される
複合膜に対するＣＭＰ工程に有効である。たとえば、本
発明の半導体素子金属配線コンタクトプラグの形成方法
は、所定の下部構造物が備えられる半導体基板上部にビ
ットラインとマスク絶縁膜の積層パターンを形成する工
程、全体表面の上部に層間絶縁膜を形成する工程、前記
層間絶縁膜を選択的にエッチングして金属配線コンタク
トホール領域を定義する金属配線コンタクトホールを形
成するが、金属配線コンタクトホール領域に前記積層パ
ターンが存在するようにする工程、前記構造の全体表面
の上部に酸化膜を形成する工程、前記酸化膜を全面エッ
チングして前記金属配線コンタクトホール及びビットラ
イン側壁に酸化膜スペーサを形成する工程、前記構造の
全体表面の上部に金属膜を蒸着する工程、及び前述のＣ
ＭＰスラリーを用いて前記結果物の全面にＣＭＰ工程を
前記マスク絶縁膜が露出するまで行い、金属配線コンタ
クトプラグを形成する工程を含む。
化膜及び酸化膜の中から選択される２以上で構成される
複合膜に対するＣＭＰ工程に有効である。たとえば、本
発明の半導体素子金属配線コンタクトプラグの形成方法
は、所定の下部構造物が備えられる半導体基板上部にビ
ットラインとマスク絶縁膜の積層パターンを形成する工
程、全体表面の上部に層間絶縁膜を形成する工程、前記
層間絶縁膜を選択的にエッチングして金属配線コンタク
トホール領域を定義する金属配線コンタクトホールを形
成するが、金属配線コンタクトホール領域に前記積層パ
ターンが存在するようにする工程、前記構造の全体表面
の上部に酸化膜を形成する工程、前記酸化膜を全面エッ
チングして前記金属配線コンタクトホール及びビットラ
イン側壁に酸化膜スペーサを形成する工程、前記構造の
全体表面の上部に金属膜を蒸着する工程、及び前述のＣ
ＭＰスラリーを用いて前記結果物の全面にＣＭＰ工程を
前記マスク絶縁膜が露出するまで行い、金属配線コンタ
クトプラグを形成する工程を含む。
【００３０】以下、図面を参照し、本発明に係る詳細な
説明をする。図７〜図１０は、本発明に係る半導体素子
の金属配線コンタクトプラグの形成方法を示す工程断面
図である。図７は、図１のＡ−Ａ(断面上に層間絶縁膜
を蒸着した状態を示す断面図である。先ず、半導体基板
１０１上部にマスク絶縁膜１０５が積層されているビッ
トライン１０３を形成する。このとき、前記ビットライ
ン１０３はタングステンで形成され、その下部に拡散防
止膜のＴｉ／ＴｉＮ膜が備えられる（図示省略）。前記
Ｔｉ／ＴｉＮ膜は、ＴｉＣｌ4をソースに利用する化学
気相蒸着方法により形成される。
説明をする。図７〜図１０は、本発明に係る半導体素子
の金属配線コンタクトプラグの形成方法を示す工程断面
図である。図７は、図１のＡ−Ａ(断面上に層間絶縁膜
を蒸着した状態を示す断面図である。先ず、半導体基板
１０１上部にマスク絶縁膜１０５が積層されているビッ
トライン１０３を形成する。このとき、前記ビットライ
ン１０３はタングステンで形成され、その下部に拡散防
止膜のＴｉ／ＴｉＮ膜が備えられる（図示省略）。前記
Ｔｉ／ＴｉＮ膜は、ＴｉＣｌ4をソースに利用する化学
気相蒸着方法により形成される。
【００３１】そして、前記マスク絶縁膜１０５は５００
〜６００℃でプラズマ化学蒸着方法により窒化膜で形成
され、ｔ１の厚さに形成される。次に、全体表面の上部
に層間絶縁膜１０７を形成するが、このとき前記層間絶
縁膜１０７は酸化膜で形成される（図７参照）。図８
は、図２のＢ−Ｂ'断面を示す図である。金属配線コン
タクトマスクをエッチングマスクに前記層間絶縁膜１０
７をエッチングして金属配線コンタクトホール１０９を
形成する。
〜６００℃でプラズマ化学蒸着方法により窒化膜で形成
され、ｔ１の厚さに形成される。次に、全体表面の上部
に層間絶縁膜１０７を形成するが、このとき前記層間絶
縁膜１０７は酸化膜で形成される（図７参照）。図８
は、図２のＢ−Ｂ'断面を示す図である。金属配線コン
タクトマスクをエッチングマスクに前記層間絶縁膜１０
７をエッチングして金属配線コンタクトホール１０９を
形成する。
【００３２】次に、全体表面の上部に所定厚さの酸化膜
を蒸着したあと全面エッチングし、前記金属配線コンタ
クトホール１０９及びビットライン１０３の側壁に酸化
膜スペーサ１１１を形成する。このとき、前記金属配線
コンタクトホール１０９内に形成されているビットライ
ン１０３上のマスク絶縁膜１０５は、金属配線コンタク
トホール１０９エッチング工程及び酸化膜スペーサ１１
１を形成するためのエッチング工程で厚さがｔ２に減少
する（図８参照）。
を蒸着したあと全面エッチングし、前記金属配線コンタ
クトホール１０９及びビットライン１０３の側壁に酸化
膜スペーサ１１１を形成する。このとき、前記金属配線
コンタクトホール１０９内に形成されているビットライ
ン１０３上のマスク絶縁膜１０５は、金属配線コンタク
トホール１０９エッチング工程及び酸化膜スペーサ１１
１を形成するためのエッチング工程で厚さがｔ２に減少
する（図８参照）。
【００３３】その次に、全体表面の上部に金属膜１１３
を蒸着する。このとき、前記金属膜１１３はＴｉＮを原
子層蒸着（Atomic Layer Deposition：ＡＬＤ）方法で
形成したものであり、金属配線コンタクトホール１０９
内でｔ３程度の段差が形成され、前記マスク絶縁膜１０
５からｔ４の段差を有する（図９参照）。ＴｉＮは非常
に活性に優れた金属であり、本発明に係るスラリーによ
り容易に研磨することができる。一方、本発明に係るス
ラリーは前記ＴｉＮ以外にもＷ又はＡｌ等を利用した金
属配線工程にも用いることができる。
を蒸着する。このとき、前記金属膜１１３はＴｉＮを原
子層蒸着（Atomic Layer Deposition：ＡＬＤ）方法で
形成したものであり、金属配線コンタクトホール１０９
内でｔ３程度の段差が形成され、前記マスク絶縁膜１０
５からｔ４の段差を有する（図９参照）。ＴｉＮは非常
に活性に優れた金属であり、本発明に係るスラリーによ
り容易に研磨することができる。一方、本発明に係るス
ラリーは前記ＴｉＮ以外にもＷ又はＡｌ等を利用した金
属配線工程にも用いることができる。
【００３４】次に、前記金属膜１１３、層間絶縁膜１０
７及び所定厚さのマスク絶縁膜１０５を、本発明に係る
スラリーを利用してＣＭＰ工程を行う。その結果、Ｐ１
とＰ２領域が完全に分離された金属配線コンタクトプラ
グ１１５を形成する（図１０参照）。すなわち、前記Ｃ
ＭＰ工程によりｔ４以上の厚さにマスク絶縁膜１０５、
層間絶縁膜１０７及び金属膜１１３が研磨され、ビット
ライン１０３上のマスク絶縁膜１０５の厚さはｔ２より
小さいｔ５に減少される。前記ＣＭＰ工程で用いられる
本発明に係るスラリーを利用してＣＭＰ工程を行えば、
スラリーに酸化剤が含まれていなくても段差の低い部分
の金属膜が充分除去されて金属配線コンタクトプラグが
完全に分離される。
７及び所定厚さのマスク絶縁膜１０５を、本発明に係る
スラリーを利用してＣＭＰ工程を行う。その結果、Ｐ１
とＰ２領域が完全に分離された金属配線コンタクトプラ
グ１１５を形成する（図１０参照）。すなわち、前記Ｃ
ＭＰ工程によりｔ４以上の厚さにマスク絶縁膜１０５、
層間絶縁膜１０７及び金属膜１１３が研磨され、ビット
ライン１０３上のマスク絶縁膜１０５の厚さはｔ２より
小さいｔ５に減少される。前記ＣＭＰ工程で用いられる
本発明に係るスラリーを利用してＣＭＰ工程を行えば、
スラリーに酸化剤が含まれていなくても段差の低い部分
の金属膜が充分除去されて金属配線コンタクトプラグが
完全に分離される。
【００３５】
【発明の効果】上述のように、本発明では酸化剤を含ま
ないＣＭＰスラリーを用いることにより複合膜をＣＭＰ
工程で平坦化することができる。さらに、金属膜を含む
複合膜にＣＭＰ工程を行う場合、一般的な金属用ＣＭＰ
スラリーを用いると既存の酸化膜用ＣＭＰスラリーに比
べて価格が１０倍以上の高価である反面、本発明に係る
スラリーは酸化膜用ＣＭＰスラリーと価格が近似するの
で、経済的な費用減少の効果もまた大きい。さらに、互
いに異なる種類のスラリーを利用して多段階でＣＭＰを
行わず、１段階のＣＭＰだけで金属膜、窒化膜及び酸化
膜の除去が可能であるため工程費用が節減されて信頼性
が向上する。
ないＣＭＰスラリーを用いることにより複合膜をＣＭＰ
工程で平坦化することができる。さらに、金属膜を含む
複合膜にＣＭＰ工程を行う場合、一般的な金属用ＣＭＰ
スラリーを用いると既存の酸化膜用ＣＭＰスラリーに比
べて価格が１０倍以上の高価である反面、本発明に係る
スラリーは酸化膜用ＣＭＰスラリーと価格が近似するの
で、経済的な費用減少の効果もまた大きい。さらに、互
いに異なる種類のスラリーを利用して多段階でＣＭＰを
行わず、１段階のＣＭＰだけで金属膜、窒化膜及び酸化
膜の除去が可能であるため工程費用が節減されて信頼性
が向上する。
【図１】本発明及び従来の技術に係る半導体素子の金属
配線コンタクトプラグの形成方法におけるビットライン
パターン形成後の平面図である。
配線コンタクトプラグの形成方法におけるビットライン
パターン形成後の平面図である。
【図２】本発明及び従来の技術に係る半導体素子の金属
配線コンタクトプラグの形成方法における金属配線コン
タクトプラグコンタクトエッチング後の平面図である。
配線コンタクトプラグの形成方法における金属配線コン
タクトプラグコンタクトエッチング後の平面図である。
【図３】従来の技術に係る半導体素子の金属配線コンタ
クトプラグの形成方法を示す工程断面図である。
クトプラグの形成方法を示す工程断面図である。
【図４】従来の技術に係る半導体素子の金属配線コンタ
クトプラグの形成方法を示す工程断面図である。
クトプラグの形成方法を示す工程断面図である。
【図５】従来の技術に係る半導体素子の金属配線コンタ
クトプラグの形成方法を示す工程断面図である。
クトプラグの形成方法を示す工程断面図である。
【図６】従来の技術に係る半導体素子の金属配線コンタ
クトプラグの形成方法を示す工程断面図である。
クトプラグの形成方法を示す工程断面図である。
【図７】本発明に係る半導体素子の金属配線コンタクト
プラグの形成方法を示す工程断面図である。
プラグの形成方法を示す工程断面図である。
【図８】本発明に係る半導体素子の金属配線コンタクト
プラグの形成方法を示す工程断面図である。
プラグの形成方法を示す工程断面図である。
【図９】本発明に係る半導体素子の金属配線コンタクト
プラグの形成方法を示す工程断面図である。
プラグの形成方法を示す工程断面図である。
【図１０】本発明に係る半導体素子の金属配線コンタク
トプラグの形成方法を示す工程断面図である。
トプラグの形成方法を示す工程断面図である。
１１、１０１ 半導体基板
１３、１０３ ビットライン
１５、１０５ マスク絶縁膜
１７、１０７ 層間絶縁膜
１９、１０９ 金属配線コンタクトホール
２１、１１１ 酸化膜スペーサ
２３、１１３ 金属膜
２５、１１５ 金属配線コンタクトプラグ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｃ０９Ｋ 13/04 Ｃ０９Ｋ 13/04
１０１ １０１
１０２ １０２
Ｈ０１Ｌ 21/3205 Ｈ０１Ｌ 21/88 Ｋ
Ｆターム(参考） 3C058 AA07 CB03 CB05 DA02 DA13
DA17
5F033 HH08 HH18 HH19 HH33 MM08
PP06 QQ08 QQ09 QQ31 QQ37
QQ48 QQ49 QQ50 RR04 RR06
SS11 SS15 TT07 TT08 WW00
WW04 XX01 XX28
Claims (15)
- 【請求項１】金属膜、窒化膜及び酸化膜の中から選択さ
れる２以上で構成される複合膜用のＣＭＰスラリーであ
って、 水と研磨剤を含み、ｐＨは２〜４であり、酸化剤は含ま
れていないことを特徴とするＣＭＰスラリー。 - 【請求項２】前記研磨剤の含量は、総重量に対し１０〜
３０％であることを特徴とする請求項１に記載のＣＭＰ
スラリー。 - 【請求項３】前記金属膜：窒化膜：酸化膜の研磨選択比
は１：１〜２：１〜３であることを特徴とする請求項１
に記載のＣＭＰスラリー。 - 【請求項４】前記金属膜：窒化膜：酸化膜の研磨選択比
は実質的に１：１：１であることを特徴とする請求項１
に記載のＣＭＰスラリー。 - 【請求項５】ｐＨが２〜３であることを特徴とする請求
項４に記載のＣＭＰスラリー。 - 【請求項６】前記スラリーは硝酸、硫酸、塩酸、リン酸
及びこれらの混合物でなる群から選択されるｐＨ調節剤
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のＣＭＰ
スラリー。 - 【請求項７】前記研磨剤はＳｉＯ2、ＣｅＯ2、Ｍｎ
2Ｏ3、ＺｒＯ2及びＡｌ2Ｏ3でなる群から選択されたも
のを単独に又は混合して用いることを特徴とする請求項
１に記載のＣＭＰスラリー。 - 【請求項８】（ａ）半導体基板上に２以上の物質でなる
複合膜を形成する段階、及び（ｂ）前記複合膜に請求項
１〜請求項７のいずれか一項に記載のＣＭＰスラリーで
ＣＭＰ工程を行う段階を含むことを特徴とする半導体素
子の金属配線コンタクトプラグの形成方法。 - 【請求項９】前記複合膜は金属膜、窒化膜及び酸化膜の
中から選択される２以上で構成されることを特徴とする
請求項８に記載の半導体素子の金属配線コンタクトプラ
グの形成方法。 - 【請求項１０】前記複合膜は金属膜、窒化膜及び酸化膜
の３重複合膜であることを特徴とする請求項８に記載の
半導体素子の金属配線コンタクトプラグの形成方法。 - 【請求項１１】（ａ）半導体基板上部にビットラインと
マスク絶縁膜の積層パターンを形成する工程、 （ｂ）全体表面の上部に層間絶縁膜を形成する工程、 （ｃ）前記層間絶縁膜を、選択的にエッチングして金属
配線コンタクトホール領域を定義する金属配線コンタク
トホールを形成するが、金属配線コンタクトホール領域
に前記積層パターンが存在するようにする工程、 （ｄ）前記構造の全体表面の上部に金属膜を蒸着する工
程、及び （ｅ）請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載のＣＭ
Ｐスラリーを用いて前記結果物の全面にＣＭＰ工程を前
記マスク絶縁膜が露出するまで行い、金属配線コンタク
トプラグを形成する工程を含むことを特徴とする半導体
素子の金属配線コンタクトプラグの形成方法。 - 【請求項１２】前記金属配線コンタクトホール及び前記
金属配線コンタクトホール内部のビットラインの側壁に
酸化膜スペーサを形成する工程をさらに含むことを特徴
とする請求項１１に記載の半導体素子の金属配線コンタ
クトプラグの形成方法。 - 【請求項１３】前記マスク絶縁膜は、窒化膜であること
を特徴とする請求項１１に記載の半導体素子の金属配線
コンタクトプラグの形成方法。 - 【請求項１４】前記層間絶縁膜は、酸化膜であることを
特徴とする請求項１１に記載の半導体素子の金属配線コ
ンタクトプラグの形成方法。 - 【請求項１５】前記金属膜は、原子層蒸着方法により蒸
着されたＴｉＮ膜であることを特徴とする請求項１１に
記載の半導体素子の金属配線コンタクトプラグの形成方
法。
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