JP2005032947A - 配線構造の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】研磨時における配線層のディッシングを増大させることなく、研磨残りの発生を防止する。
【解決手段】絶縁膜中に溝を形成し、溝を埋め込むように導電膜を堆積し、溝からはみ出した銅を除去し配線を形成する。ここで、導電膜の除去はＣＭＰにより行い、その際に研磨パッド１０２を用いて被研磨面に残留した異物を除去することにより、配線構造を形成する。その結果、研磨が行われている間、研磨パッド１０２は常にドレッサ１０３によりドレッシングされるので、常に研磨パッド１０２の表面の荒れを一定に保つことができ、ディッシングの拡大を防止することができる。また、研磨残りの発生を防ぐことにより、配線間ショート等の発生を低減できる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路の多層配線工程や素子分離工程において、化学的機械研磨方法を用いて配線構造を形成する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の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。
【０００３】
まず、図７（ａ）に示すように、絶縁膜１０上にレジストを塗布し、リソグラフィー法によりレジストパターン１１を形成する。
【０００４】
その後、図７（ｂ）に示すように、レジストパターン１１をマスクとして、溝１２を形成する。
【０００５】
続いて、図７（ｃ）に示すように、溝１２の内部に溝１２を完全に埋め込まないようにバリアメタル１３、溝１２を完全に埋め込むようにバリアメタル１３上に導電膜１４を順に堆積する。
【０００６】
次に、図７（ｄ）に示すように、ＣＭＰ法を用いて溝１２からはみ出した導電膜１４を研磨除去する。
【０００７】
最後に、図７（ｅ）に示すように、溝１２からはみ出したバリアメタル１３をＣＭＰにより研磨除去し、配線構造を完成する。ここで、溝１２からはみ出したバリアメタル１３と導電膜１４を研磨除去する際の研磨方法について、図８を参照しながら説明する。
【０００８】
従来の研磨方法では図８（ａ）に示すように、研磨を開始する前に、研磨定盤２１上の研磨パッド２２にドレッサー２３を押圧してドレッシングを行う。
【０００９】
ここで、図８（ｃ）に示すように、この研磨前に行うパッドのドレッシングを、間欠ドレッシングと呼ぶ。なお、研磨パッド２２のドレッシングとは、数十から百数十μｍのダイヤモンド粒子を固定させたドレッサ−２３と呼ばれる円盤で、研磨パッド２２の表面を毛羽立たせることによって、研磨能力を上げるとともに、その研磨能力がパッド内で均一になるように調整する工程のことである。
【００１０】
具体的には、ドレッシングは以下の方法で行う。
【００１１】
まず、図８（ａ）に示すように、研磨定盤２１上に取り付けられた研磨パッド２２上に、ドレッサ−２３に対して荷重をかけて下ろす。
【００１２】
その後、研磨パッド２２上に純水供給配管２４から純水２５を滴下しながら、研磨定盤２１とドレッサ−２３の両方を回転させることによってドレッシングを行い、研磨パッド２２の表面を毛羽立たせる。
【００１３】
続いて、ドレッシングの終了後、図８（ｂ）に示すように、化学的機械研磨を行う。ここでは、研磨定盤２１上に取り付けられた研磨パッド２２上に、ウェハ２７を保持した保持台２６に荷重をかけて降ろす。
【００１４】
その後、研磨パッド２２上に研磨液供給配管２８から研磨液２９を滴下しながら、研磨定盤２１と保持台２６の両方を回転させることにより、化学的機械研磨を行う。
【００１５】
その結果、ウェハ２７の表面を研磨により平坦化することができる。
【００１６】
なお、一般に通常研磨パッド２２は二層構造になっており、上層、即ちウェハ２７に接触する側には、硬質の発泡ポリウレタンが用いられる。一方、下層、即ち研磨定盤２１に接着する側には、軟質の不織布が用いられる。ここで、下層に軟質の布職布を備える研磨パッド２２を用いることによって、ドレッシングを行う際にウェハ２７が研磨パッド２２へ密着するのを防止し、ウェハの搬送が容易に進行するように搬送信頼性を向上させることができる。
【００１７】
更に、研磨パッド２２の表面が毛羽立つため、研磨液２９に含まれる砥粒を研磨パッド２２が保持する能力を向上させることができる。
【００１８】
その結果、研磨速度を速め、基板面内ばらつきを低減し、基板間での研磨時のばらつきを低減させることができる。
【００１９】
なお、研磨方法に関連する従来の技術として、特許文献１に示す方法もある。
【００２０】
【特許文献１】
特開平１１−１６８７７号公報
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし従来方法によると、凹部に埋め込まれたバリアメタルなどの導電性材料を除去しにくいため、研磨残りが発生する。
【００２２】
具体的には、図９（ａ）に示すように、絶縁膜３０内に形成された、バリアメタル３１に囲まれた導電性材料３２からなる下層配線３３上にディッシング段差３４が形成される。ここでディッシング段差３４とは、同層に絶縁膜と配線層が形成されている場合に、図９（ａ）の３４に示すように配線表面が絶縁膜表面より低い位置になり発生してしまう段差のことである。
【００２３】
その後、下層配線３３上にキャップ膜３５、絶縁膜３６が順に堆積され、この絶縁膜３６内に再びバリアメタル３７で囲まれた導電性材料３８からなる上層配線３９が形成される。この際に、下層配線３３を形成する際にできたディッシング段差３４が順に転写され、上層配線３９の表面に研磨残り４０として現れる。つまり、上層配線３９の絶縁膜表面での平坦性が悪くなるため、予期せぬところに導電性物質、例えばバリアメタル３７が埋め込まれ、絶縁膜中に導電性物質が部分的に残留する研磨残り４０が発生する。
【００２４】
また、図９（ｂ）に示すように、隣り合う配線３８ａと３８ｂの間に研磨残り、凸型の架橋構造４０ａが形成される、もしくは研磨時に発生したスクラッチ４１に導電膜が埋め込まれてできる研磨残り、凹型に埋め込まれた架橋構造４０ｂが形成され、配線間ショートが発生する。
【００２５】
上記のように、研磨残り４０や、それが原因となって配線間ショート不良が発生すると、製品の歩留り低下を引き起こす。
【００２６】
そこで本発明は、配線構造形成時に発生する研磨残りを防ぎ、配線間ショート等の不良の発生を抑えた、配線構造の形成方法を提供することを目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、絶縁膜中に溝または絶縁膜を貫通するような孔を形成する工程と、溝または孔を埋め込むように導電膜を堆積する工程と、溝または孔からはみ出した導電膜を除去し配線を形成する工程とを備え、導電膜の除去はＣＭＰにより行い、その際に研磨パッドを用いて被研磨面に残留した異物を除去することを特徴とする、配線構造の形成方法を提供する。
【００２８】
その結果、溝もしくは孔からはみ出した導電膜を研磨する際に、パッドのドレスを行うことによって、被研磨面上にある研磨残渣を除去できるため、被研磨面のディッシングを増大させることなく研磨残りの発生を防止し、配線間ショート等の不良を抑制することできる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
まず、図１０〜１２を用いて、本発明の原理、つまり課題発生のメカニズムについて説明する。
【００３０】
（発明の原理）
化学的機械研磨法（ＣＭＰ法）を用いて導電膜を研磨する際に、研磨残りが発生し、それが原因で配線間ショート等の不良が発生する。この研磨残りが発生する原因は大きく２つある。
【００３１】
まず１つ目は、下地となる膜の状態によって研磨残りが発生することである。以下、研磨残りが発生するメカニズムについて、図面を参照しながら説明する。
【００３２】
まず、図１０（ａ）に示すように、絶縁膜３０内に形成された配線溝４２中に配線溝４２を完全に埋め込まないようにバリアメタル３１（窒化タンタル）を、配線溝４２を完全に埋め込むように導電膜３２（銅）を順に堆積する。ここで、バリアメタル３１は、膜の拡散を防止するための役割を果たしている。
【００３３】
次に、図１０（ｂ）に示すように、配線溝４２からはみ出した導電膜３２を化学的機械研磨法により除去する。
【００３４】
その後、図１０（ｃ）に示すように、配線溝４２からはみ出したバリアメタル３１を研磨し、絶縁膜３０表面上の配線間にある余分な導電材料であるバリアメタル３１を除去する。その結果、配線溝４２内に導電膜が埋め込まれた下層配線３３を形成できる。
【００３５】
このように、化学的機械研磨を用いて銅配線を形成すると、銅は軟らかい金属であるため、配線の高さが減少し、ディッシング段差３４と呼ばれる表面段差が発生する。ディッシング段差３４の発生原因は、配線溝４２からはみ出した導電膜３２を除去していく際に、被研磨面に異なる材質からなる膜が露出し、ウェハ面内の研磨状態の均一性を維持できないことにある。具体的には、ウェハ面内のバリアメタル３１が露出した部分と配線の銅３２が露出した部分とでは研磨速度に差があり、堅いバリアメタル３１は研磨されにくく、軟らかい金属である銅はより研磨されやすくなっている。よって、バリアメタル３１が除去される間に、銅膜も少し削られて、段差が発生する。また、ディッシング段差３４の大きさは、研磨液のケミカルエッチング、研磨パッドの弾性変形、オーバー研磨、研磨パッドの毛羽立ち度合い、等にも影響を受けて程度が変化する。このディッシング段差３４が大きいと、上層配線に転写される段差の大きさも大きくなり、より配線欠陥が発生しやすくなる。以下、上層配線への転写について説明する。
【００３６】
銅配線３２を有する下層配線３３の形成後、図１０（ｄ）に示すように、下層配線３３上にプラズマＣＶＤ法で窒化シリコン膜３５を形成し、さらに窒化シリコン膜３５上に絶縁膜３６を形成する。ここで、下層配線３３中の配線３２上に相当する絶縁膜３６の表面には、下層配線３３中のディッシング段差３４に起因する表面段差４３が現われる。
【００３７】
その後、図１１（ａ）に示すように、下層配線３３形成の場合と同様に、絶縁膜内に配線溝を形成し、バリアメタル３７（窒化タンタル）、導電膜３８（銅）を順に、配線溝を埋め込むように形成する。
【００３８】
続いて、図１１（ｂ）に示すように、配線溝４４からはみ出した導電膜３８をＣＭＰ法を用いて除去し、バリアメタル３７（窒化タンタル）の表面で研磨を停止させる。
【００３９】
最後に、図１１（ｃ）に示すように、配線溝４４からはみ出したバリアメタル３７（窒化タンタル）をＣＭＰによって除去し、上層配線３９を形成する。ここで、先の下層配線３３形成時にできたディッシング段差３４が、上層配線３９においては表面段差４６として転写されている。この表面段差４６は、浅い溝のようなものであって、配線形成時にバリアメタル３７や導電膜３８等が埋めこまれて、本来配線や導電性物質が存在すべきでないところに導電性物質が残留し、研磨残りが発生する。
【００４０】
次に、研磨残りが発生する２つ目の理由は、バリアメタルに対する研磨力が強いために、配線間に架橋構造ができ、配線間ショートが発生するためである。
【００４１】
一般に銅配線を形成する場合には、図１２（ａ）に示すように、絶縁膜３６中に形成された配線溝４４内の銅３８が、絶縁膜３６へ拡散するのを防止するために、バリアメタル３７、例えばタンタル、窒化タンタル、またはそれらの積層膜が配線溝４４の側壁に形成される。
【００４２】
しかし、バリアメタル３７として用いられる材料は、銅３８と比較して極めて安定であるため、銅３８を研磨除去することと比較すると、バリアメタル３７の研磨除去は困難である。従って、銅配線３８形成の際には、配線溝４４からはみ出した銅膜３８とバリアメタル３７の除去は、一般的には異なる研磨液を用いて行う。
【００４３】
具体的には、図１２（ｂ）に示すように、まず銅３８の研磨を高選択比の研磨液を使って行い、バリアメタル３７表面で研磨を停止させる。
【００４４】
次に、図１２（ｃ）に示すように、バリアメタル３７（窒化タンタル）除去用の研磨液に切り換えて、配線溝４４からはみ出したバリアメタル３７を研磨により除去する。
【００４５】
このバリアメタル３７の除去工程は、銅３８膜用の研磨条件と比較して被研磨面にかかる研磨力が高いため、被研磨面にスクラッチ４１が発生しやすい。発生したスクラッチ４１のうちのいくつかは、配線間に跨って形成され、スクラッチ４１の内部に研磨屑や銅が埋め込まれ研磨残り、具体的には凹型に埋め込まれた架橋構造４０ｂが形成される。
【００４６】
また、バリアメタル３７の研磨条件は、銅３８の研磨条件と比べて被研磨面にかかる力が強いために、研磨時に配線の銅膜３８表面が削れる。その結果、配線間が狭いところ、もしくは配線とそれに隣り合う孔の間が狭いところでは、配線間に銅がはみ出し研磨残りを形成し、凸型の架橋構造４０ａが発生する。
【００４７】
以上のように、配線間距離が狭いところ、もしくは配線とそれに隣り合う孔の距離が近いところでは、研磨残りが配線間に跨りやすく、また研磨残りが配線間に跨ると、配線間に架橋構造が形成される。具体的には、図１１（ｃ）に示すスクラッチの埋め込みに由来する研磨残り４０ｂ、銅のはみ出しに由来する研磨残り４０ａが、配線間に、もしくは配線とそれに隣り合う孔、もしくは孔と孔の間の予期せぬ導通部分となって配線間ショートが発生する。
【００４８】
そこで本発明では、特に被研磨面に材質の異なる膜が存在する場合の研磨工程に特徴を持たせることによって、上層配線形成時に研磨残りが発生しないような配線構造の形成方法を提供する。その結果、下層配線表面の平坦度が充分でなくても、つまりディッシング段差がある程度残存したままでもあっても、研磨残りを除去し、配線間ショートの発生を抑制することができる。
【００４９】
ここで、被研磨面に材質の異なる膜が存在する場合の研磨工程に着目する理由について、図７〜図９を用いて説明する。
【００５０】
先にも説明したように，図７（ａ）〜（ｃ）の工程を経て、絶縁膜１０内にレジストパターン１１を用いて溝１２を形成し、溝１２内に順にバリアメタル１３、導電膜１４を推積する。
【００５１】
その後、図７（ｄ）の工程においてバリアメタル１３が露出するまで、研磨を行う。実際には、研磨残りを除去するために、バリアメタル１３が露出すると同時に研磨を終了せず、少し余分に研磨を行う。これをオーバー研磨という。この余分な研磨によって、銅膜の研磨残りは解消されるが、配線のディッシングが拡大するので過剰に行うことは好ましくない。また、余分に研磨する分処理時間が長くなり、スループットの低下や研磨液の消費量増大に伴うコスト増を引き起こすので、好ましくない。
【００５２】
続いて、図７（ｅ）に示す工程において、溝１２からはみ出したバリアメタル１３の研磨を行う。
【００５３】
このとき、図８（ａ）に示すように、従来方法に従って、研磨が開始する前に研磨パッドのドレスを行う、間欠ドレッシングを行う。その後、図８（ｂ）に示すように研磨を開始すると、バリアメタル（窒化タンタル）の化学的機械研磨が進行するにつれて、徐々に研磨パッド表面が平滑化される。
【００５４】
その結果、ある一定時間が経過すると、研磨パッドの表面が平滑になってしまい、研磨力が大きく低下する。つまり、通常の平坦な絶縁膜上でも研磨速度が低く、被研磨膜を除去しにくくなる。
【００５５】
よって、特にバリアメタルのような堅い膜はより研磨しにくいため、研磨残りが発生する。具体的には、図９（ａ）に示すような、下層配線３３のディッシング段差３４が転写されて、上層配線層３９に形成された段差に埋め込まれたバリアメタル（窒化タンタル）４０は、除去することが難しく、研磨残りが発生しやすくなる。
【００５６】
そこで、本発明では、研磨と同時、つまり研磨を行う際にあわせて研磨パッドのドレスを行うことによって、研磨残りの影響を低減することができる方法を提供する。以下、本発明の３つの実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００５７】
（第１の実施形態）
以下本発明の第一の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００５８】
図１は本発明の第１の実施形態における配線構造の形成方法を示すものである。本実施形態は、研磨と同時に研磨パッドをドレッシングして表面に残留した異物を除去することが特徴である。
【００５９】
本実施形態では、非研磨面に材質の異なる膜が混在する膜を有する研磨工程として、バリアメタルの研磨工程をとり上げる。
【００６０】
まず、図１（ａ）に示すように、研磨定盤１０１に取り付けられた研磨パッド１０２の表面に、基板１０７を保持した保持台１０６とドレッサ１０３を、それぞれ荷重を印加して下ろす。その後、研磨パッド上に研磨液供給配管１０８を通じて研磨液１０９を滴下しながら、保持台１０６とドレッサ１０３を回転させる。
【００６１】
図１（ｂ）には、ドレッシングと研磨の時間に対する動作領域の棒グラフを示している。このグラフより、研磨が行われている間、研磨パッドは常にドレッシングされていることが分かる。このように、ウェハの研磨と同時に研磨パッドのドレッシングを行えば、研磨の間、常に研磨パッドの表面の荒れを一定に保つことができる。
【００６２】
図２は、研磨パッドの表面荒さと研磨時間の関係について、従来の間欠ドレッシングと本発明の同時ドレッシングを比較した図であり、縦軸は研磨パッドの表面荒さを、横軸は研磨時間を示している。この図より、従来の間欠ドレッシングでは、研磨時間が経過するにつれ、研磨パッドの表面荒さは低下し、研磨能力が低下する。よって、被研磨面に絶縁膜が露出する、終点検出の状態では、研磨能力も当初と比較して低下した状態になっている。
【００６３】
一方、本発明のように同時ドレスを行うと、研磨時間が経過しても、研磨パッドの表面荒さは殆ど変化しない。よって、被研磨面に絶縁膜が露出しても、研磨能力に大きな変化はなく、被研磨面の状態によらず比較的均一な条件で研磨を行うことができる。
【００６４】
次に図３は、研磨パッド表面状態と表面段差に埋め込まれた不要なバリアメタルの除去との関係を示している。この図より、従来方法と本実施形態において、研磨開始直後と研磨終了直前でどのような違いがあるか、読み取ることができる。
【００６５】
従来方法で行う間欠ドレッシングは、研磨開始前に一気にドレッシングを行うため、図３（ａ）に示すように、研磨開始直後の研磨パッド表面の荒れは大きく、研磨能力も高い。しかし研磨が進行するにつれて、図３（ｂ）に示すように、毛羽立った研磨パッド表面が研磨によって徐々に平滑化していき、研磨終了直前には、かなり平滑化されてしまう。その結果、表面段差に埋め込まれたバリアメタルが除去できずに残留し、研磨残りが発生する。
【００６６】
一方、本実施形態の同時ドレッシングでは、図３（ｃ）、（ｄ）に示すように、研磨開始から研磨終了まで常に研磨パッドをドレッシングしているため、研磨パッドの表面荒さは、研磨の間、常に一定に保つことができる。
【００６７】
よって、図３（ｄ）に示すように、研磨終了直前でも研磨パッドの表面が荒れているため、この表面荒さが、表面段差に埋め込まれたバリアメタルに効率的に接触し、除去することができる。その結果、研磨残りのない良好な層間絶縁膜表面を得ることができる。つまり、研磨残りを除去するための余分なオーバー研磨を行う必要がなく、ディッシングの拡大も防止することができる。
【００６８】
以上のように本実施形態によれば、被研磨面である配線層表面のディッシングを増大させることなく、研磨残りの発生を防止できる。
【００６９】
尚、本実施形態ではバリアメタルの研磨残りについて説明したが、銅の研磨残りについても同様に、研磨と同時に研磨パッドのドレスを行うことによって、研磨面に発生する異物を除去することができる。また、研磨面に埋め込まれた不要な導電性物質を除去し、特に隣り合う配線間に架橋構造が形成されるのを防ぐことができる。
【００７０】
加えて本実施形態では、研磨時間に対するドレッシング時間のデューティー比（ドレス時間／ＣＭＰ時間）を１００％としたが、少なくとも研磨終了直前に、研磨と同時に研磨パッドのドレッシングが行われていればよい。よって、デューティー比は１００％以下でも良い。
【００７１】
なお、本実施形態は隣り合う配線間の距離、もしくは配線に隣り合う孔との距離が狭い場合、具体的には配線間もしくは配線と孔の距離が０．２５μｍ以下である場合に、特に配線間ショートに対して有効である。
【００７２】
（第２の実施形態）
以下本発明の第２の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００７３】
図４は本発明の第２の実施形態における、研磨工程を示すものである。
【００７４】
本実施形態の研磨方法は、研磨前の研磨パッドに対してドレッシングを実施することに加えて、研磨と同時に研磨パッドをドレッシングして表面に残留した異物を除去することに特徴がある。本実施形態では、非研磨面に材質の異なる膜が混在する膜を有する研磨工程として、バリアメタルの研磨工程をとり上げる。ここで、図４（ａ）、（ｂ）は研磨装置の部分的な断面図を、図４（ｃ）は横軸に時間を取り、研磨工程におけるドレスと研磨の関係を示している。
【００７５】
まず、研磨が開始される前に間欠ドレッシングによって、研磨パッドをドレッシングする。
【００７６】
具体的には、図４（ａ）に示すように、研磨定盤１０１上に取り付けられた研磨パッド１０２上に、ドレッサ１０３を荷重をかけて下ろす。その後、研磨パッド１０２上に純水供給配管１０４から純水１０５を滴下しながら、研磨定盤１０１とドレッサ１０３の両方を回転させることによって、ドレッシングを行う。
【００７７】
続いて、図４（ｂ）に示すように、研磨定盤１０１に取り付けられた研磨パッド１０２の表面に、基板１０７を保持した保持台１０６と、ドレッサ１０３をそれぞれ荷重を印加して下ろす。その後、研磨パッド上に研磨液供給配管１０８を通じて研磨液１０９を滴下しながら、保持台１０６とドレッサ１０３を回転させる。この同時ドレッシングの方法は、第１の実施形態と同様なものである。
【００７８】
図４（ｃ）には、ドレッシングと研磨の時間に対する動作領域を示している。この図では、研磨開始前と研磨が行なわれている間に、研磨パッドがドレッシングされていることを示している。
【００７９】
本実施形態では、研磨開始前にもドレッシングを行うことによって、研磨の開始段階から研磨パッドの表面を調整しておくことができる。よって、研磨開始時最初から、高い能力で研磨を行うことができる。
【００８０】
以上のように本実施形態によれば、ディッシングを拡大することなく研磨残りの発生を防止することができる化学的機械研磨方法を得ることができる。
【００８１】
尚、本実施形態ではバリアメタルの研磨残りについて説明したが、銅の研磨残りについても同様に、研磨と同時に研磨パッドのドレスを行うことによって、研磨面に発生する異物を除去することができる。また、研磨面に埋め込まれた不要な導電性物質を除去し、特に隣り合う配線間に架橋構造が形成されるのを防ぐことができる。加えて本実施形態では、研磨時間に対するドレッシング時間のデューティー比（ドレス時間／ＣＭＰ時間）を１００％としたが、少なくとも研磨終了直前に、研磨と同時に研磨パッドのドレッシングが行われていればよい。よって、デューティー比は１００％以下でも良い。
【００８２】
なお、本実施形態は隣り合う配線間の距離、もしくは配線に隣り合う孔との距離が狭い場合、具体的には配線間もしくは配線と孔の距離が０．２５μｍ以下である場合に、特に配線間ショートに対して有効である。
【００８３】
（第３の実施形態）
以下本発明の第３の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本実施形態では、研磨の終点を検出してから研磨パッドをドレッシングすることが特徴である。その結果、ドレッシングを過不足なく適正に研磨パッドに対して行うことができる。本実施形態では、非研磨面に材質の異なる膜が混在する膜を有する研磨工程として、バリアメタルの研磨工程をとり上げる。
【００８４】
まず、研磨が開始される前に間欠ドレッシングによって、研磨パッドをドレッシングする。ここで、図５（ａ）〜（ｃ）は研磨装置の部分的な断面図を、図５（ｄ）は横軸に時間を取り、研磨工程におけるドレスと研磨の関係を示している。具体的には図５（ａ）、（ｄ）に示すように、研磨定盤１０１上に取り付けられた研磨パッド１０２上に、ドレッサ１０３を荷重をかけて下ろす。その後、研磨パッド１０２上に純水供給配管１０４から純水１０５を滴下しながら、研磨定盤１０１とドレッサ１０３の両方を回転させることによって、ドレッシングを行う。この間欠ドレッシングは、第２の実施形態と同様である。
【００８５】
続いて、図５（ｂ）、（ｄ）に示すように、ドレッシングが終了したら、バリアメタルの研磨を行う。具体的には、図５（ｂ）に示すように、研磨定盤１０１上に取り付けられた研磨パッド１０２上に、基板１０７を保持した保持台１０６を荷重をかけて降ろす。その後、研磨パッド１０２上に研磨液供給配管１０８から研磨液１０９を滴下しながら、研磨定盤１０１と保持台１０６の両方を回転させることにより、バリアメタルの研磨を行う。ここでは同時に研磨パッドのドレスは行わない。
【００８６】
ここで、研磨により除去を進行し、バリアメタルと層間絶縁膜との界面が現われた時点を終点という。終点の検出には、光学式方法を用いる。光学式方法とは、光の反射強度がバリアメタルからのものから層間絶縁膜からのものに変化することを利用して、バリアメタルと層間絶縁膜の界面、すなわち終点を検出するものである。 通常の場合、終点を検出しても被研磨面内には被研磨膜が部分的に残留している場合が多いため、残留膜を全て除去するためにオーバー研磨を実施する。本実施形態では、このオーバー研磨の間、研磨パッドのドレッシングを実施する。
【００８７】
具体的には、図５（ｃ）に示すように、ウェハ面の研磨をそのまま継続しつつ、ドレッサを研磨パッド上に荷重を印加して下ろし、ドレッサを回転させる。これによって、研磨パッドの表面は再び活性化され、配線層の表面段差に埋め込まれたバリアメタルを除去することができる。本実施形態では、研磨前と絶縁膜が露出した際に研磨と同時にドレッシングを行うため、研磨が過剰になるのを抑制することができる。なお、研磨パッド表面の荒さでディッシングが拡大することはない。本実施形態で行うディッシングは、研磨開始前の間欠ドレッシングと研磨直前のオーバー研磨時の同時ドレッシングであるため、間欠ドレッシングに加えて研磨を行う間、連続してドレッシングを行うよりも、研磨パッドの表面荒さの程度を抑制できるためである。
【００８８】
以上のように本実施形態によると、ディッシングを拡大させることなく配線表面段差に埋め込まれた余分な導電材料、例えばバリアメタルを除去することができるため、研磨残りの発生を抑制することができる。
【００８９】
なお、本実施形態によると、研磨時間に対するドレッシング時間のデューティー比が５０％以下になった場合であっても、研磨の終了直前に研磨能力を上げることができるため、研磨レートの低下や研磨残りを防ぐことができる。また、同時ドレッシング時間が短いのでドレッシング過剰になることがなく、ドレス量を特に調整することなくディッシングの増加を防ぐことができる。
【００９０】
その結果、配線間ショート等の発生しにくい、配線構造の形成方法を提供することができる。
【００９１】
なお本実施形態では、ドレッシングの再開のタイミングを終点検出時としたが、予め時間を設定しておいてもよい。また本実施形態では、終点検出の方法を光学式としたが、トルク方式やうず電流方式でもよい。ここでトルク方式とは、研磨時にかかる摩擦をトルクにかかる圧力値として測定し、被研磨面の状態が変化した場合に研磨時の摩擦力が変化するので、その変化を検知することにより終点を検出する方法である。また、うず電流方式とは、磁束の時間的な変化が起こると導電体に電流が流れるというファラデーの電磁誘導の法則を利用して終点を検出する方法である。具体的には、高周波コイルから成るうず電流プローブを用いて、導電体内の導電率の変化をモニタリングし、終点を検出する。
【００９２】
さらに、本実施形態では、バリアメタルの研磨残りについて説明したが、銅の研磨残りについても同様に、研磨前と研磨の終点検出後にドレスを行うことによって、研磨残りの発生を低減し、配線間ショートの発生を抑制することができる。
【００９３】
なお、本実施形態は隣り合う配線間の距離、もしくは配線に隣り合う孔との距離が狭い場合、具体的には配線間もしくは配線と孔の距離が０．２５μｍ以下である場合に、特に配線間ショートに対して有効である。
【００９４】
（第４の実施形態）
以下本発明の第４の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本実施形態は、ドレッシングによる研磨パッドの表面荒さによって、配線間ショート不良の原因となる導電性異物を除去できることに特徴がある。本実施形態では、被研磨面に材質の異なる膜が混在する膜を有する研磨工程として、バリアメタルの研磨工程をとり上げる。
【００９５】
まず、図６（ａ）に示すように、絶縁膜１１０中に形成された、隣り合う配線溝１１１に、配線溝１１１を完全に埋め込まないようにバリアメタル１１２を、配線溝１１１を完全に埋め込むように銅１１３を順に堆積する。
【００９６】
その後、図６（ｂ）に示すように、配線溝１１１からはみ出した銅１１３を研磨により除去し、バリアメタル１１２が露出した時点で研磨を終了する。
【００９７】
続いて、図６（ｃ）に示すように、配線溝１１１からはみ出したバリアメタル１１２を研磨により除去し、配線表面に絶縁膜１１０表面を露出させる。
【００９８】
配線間ショート不良の原因となる導電性異物は、図６（ｂ）に示す、銅１１３の研磨後ではなく、図６（ｃ）に示す、バリアメタル１１２の研磨後に現われる。それは、銅１１３の研磨に用いる研磨液には、銅を溶解しやすい薬品が含まれているため、銅の表面にはスクラッチが形成されても、消えやすい、もしくは形成されたスクラッチに銅は埋め込まれにくいためである。つまり、たとえ銅１１３の表面にスクラッチが形成されたとしても、研磨液は銅１１３を溶解しやすい薬品であるため、スクラッチが形成された銅膜ごと溶解されてしまう。また、そのスクラッチに銅１１３が埋め込まれたとしても、すぐに研磨液によって銅１１３が溶解される。よって、銅膜に形成されたスクラッチは目立ちにくい、もしくは形成されても銅１１３が埋め込まれにくいため、研磨残りとはなりにくい。
【００９９】
一方、バリアメタル１１２の研磨に用いる研磨液には、安定な窒化タンタルを溶解するための薬液、例えば酸が添加されているが、銅１１３や絶縁膜１１０の除去にはあまり適さない組成になっている。このため、バリアメタル１１２の研磨中に、銅１１３の表面に摩擦が加わり、銅１１３は柔らかいため、銅配線１１４表面にスクラッチが発生しやすい。また、銅配線上以外の場所に形成されたスクラッチに、研磨時の摩擦によって発生した銅１１３の削りくずが埋めこまれてしまう場合がある。
【０１００】
つまり、配線間ショート不良の原因となる導電性異物は、図１２（ｃ）に示すように、大きく２種類に分類される。１つは、研磨時の摩擦によって銅３８が伸び、配線間の絶縁膜３６上に銅３８が渡って架橋構造４０ａを形成してしまう場合である。もう１つは、配線間に発生したスクラッチに導電性異物が埋め込まれた場合である。この導電性異物は、主に銅３８またはバリアメタル３７からなる。
【０１０１】
そこで、本発明における第１〜第３の実施形態のいずれかを用いて、バリアメタルの研磨を行う。これらの方法によると、少なくとも、研磨終了前に研磨パッドのドレッシングをすることによって、研磨パッドの表面が荒らされて活性化するので、この荒さを利用して配線ショート不良の原因となる導電性異物を効率的に除去することができる。
【０１０２】
本発明では、バリアメタルの研磨工程に特徴をもたせることにより、配線間ショートを防ぐことができるため、特に工程を増加させることなく、高スループットで製品の高歩留りを得ることができる。
【０１０３】
なお、本実施形態は隣り合う配線間の距離、もしくは配線に隣り合う孔との距離が狭い場合、具体的には配線間もしくは配線と孔の距離が０．２５μｍ以下である場合に、特に配線間ショートに対して有効である。
【０１０４】
以上のように本実施形態によれば、少なくとも研磨終了直前の工程において、研磨とパッドのドレスを同時に行うことにより、配線ショート不良の原因となる導電性異物の除去を行うことができる。
【０１０５】
また、本実施例形態では、バリアメタルの研磨について説明したが、銅や導電性シリコンの研磨についても、少なくとも研磨終了直前の工程において、研磨とパッドのドレスを同時に行うことにより、配線ショート不良の原因となる導電性異物の除去を行うことができる。
【０１０６】
【発明の効果】
以上本発明によると、絶縁膜上に堆積された導電膜を研磨により除去する際に、少なくとも研磨終了直前の工程において、研磨とパッドのドレスを同時に行うことにより、配線ショート不良の原因となる導電性異物の除去を行うことができる。
【０１０７】
その結果、研磨配線層のディッシングを拡大させることなく研磨残りの発生を防止することができる。また、スループットの低下を防止し、配線間ショート不良低減による製品歩留りを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す図
【図２】研磨パッドの表面荒さと研磨時間の関係を示す図
【図３】研磨開始直後と研磨終了直前における研磨パッド表面と研磨残りの関係を示す図
【図４】本発明の第２の実施形態を示す図
【図５】本発明の第３の実施形態を示す図
【図６】本発明の第４の実施形態を示す図
【図７】配線形成方法を示す図
【図８】従来技術を示す図
【図９】従来技術の問題点を示す図
【図１０】従来方法における課題発生メカニズムを示す工程断面図
【図１１】従来方法における課題発生メカニズムを示す工程断面図
【図１２】課題の発生メカニズムを示す図
【符号の説明】
１０１ 研磨定盤
１０２ 研磨パッド
１０３ ドレッサ
１０４ 純水供給配管
１０５ 純水
１０６ 保持台
１０７ 基板
１０８ 研磨液供給配管
１０９ 研磨液
１１０ 層間絶縁膜
１１１ 配線溝
１１２ バリアメタル
１１３ 銅
１１４ 銅配線

Claims (13)

1. 絶縁膜中に溝を形成する工程と、
   前記溝を埋め込むように導電膜を堆積する工程と、
   前記溝からはみ出した導電膜を除去し配線を形成する工程とを備え、
   前記導電膜の除去はＣＭＰにより行い、研磨時に研磨パッドとドレッサーを用いて被研磨面に残留した異物を除去することを特徴とする、配線構造の形成方法。
2. 絶縁膜中に溝を形成する工程と、
   前記溝または孔を完全に埋め込まないようにバリアメタルを形成する工程と、
   前記バリアメタル上に前記溝または孔を埋め込むように導電膜を堆積する工程と、
   前記溝からはみ出した導電膜及びバリアメタル膜を順に除去し配線を形成する工程とを備え、
   前記バリアメタル膜を除去する際に、研磨パッドとドレッサーを用いて被研磨面に残留した異物を除去することを特徴とする、配線構造の形成方法。
3. 前記絶縁膜中において、前記溝は、隣り合う位置に溝もしくは孔を備えていることを特徴とする、請求項１又は２記載の配線構造の形成方法。
4. 前記溝とそれに隣り合う位置にある溝、又は孔の距離は、０．２５μｍ以下であることを特徴とする、請求項１又は２記載の配線構造の形成方法。
5. 前記研磨パッドとドレッサーを用いて被研磨面に残留した異物を除去する工程は、ドレッシングで毛羽立たせた研磨パッドの表面の荒さを利用して、配線間の導電性異物を除去することを特徴とする、請求項１又は２記載の配線構造の形成方法。
6. 前記導電膜は、銅、タングステン、もしくは導電性シリコンであることを特徴とする、請求項１記載の配線構造の形成方法。
7. 前記溝中の導電膜が銅、前記溝中のバリアメタルがタンタル、窒化タンタルまたはそれらの積層膜であることを特徴とする、請求項２記載の配線構造の形成方法。
8. 前記孔中の導電膜がタングステン、前記孔中のバリアメタルがチタン、窒化チタンまたはそれらの積層膜であることを特徴とする、請求項２記載の配線構造の形成方法。
9. 前記導電膜の除去工程において、少なくとも除去工程の後半に研磨と同時に研磨パッドのドレッシングを行い、被研磨面に残留した異物を除去することを特徴とする、請求項１記載の配線構造の形成方法。
10. 前記バリアメタルの除去工程において、少なくとも除去工程の後半に研磨と同時に研磨パッドのドレッシングを行い、被研磨面に残留した異物を除去することを特徴とする、請求項２記載の配線構造の形成方法。
11. 前記研磨パッドのドレッシングの条件が、前記除去工程の途中で切り替わることを特徴とする請求項９、又は１０記載の配線構造の形成方法。
12. 前記ドレッシング条件の切り替わりが、研磨の終点検出と連動することを特徴とする、請求項１１記載の化学的機械研磨方法。
13. 前記ドレッシング条件が、前記除去工程において一定時間毎に切り替わることを特徴とする、請求項１１記載の化学的機械研磨方法。

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