JP2007201124A - Substrate for evaluation - Google Patents

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JP2007201124A JP2006017213A JP2006017213A JP2007201124A JP 2007201124 A JP2007201124 A JP 2007201124A JP 2006017213 A JP2006017213 A JP 2006017213A JP 2006017213 A JP2006017213 A JP 2006017213A JP 2007201124 A JP2007201124 A JP 2007201124A
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武憲 成田
Kenji Samejima
賢二 鮫島
Masaki Ito
雅樹 伊藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate for evaluation used for evaluating CMP conditions that is performed to form a plurality of wires in upper and lower directions in a semiconductor element. <P>SOLUTION: The substrate is manufactured, which has an evaluation pattern including a recess that is formed on the substrate and occupies 0.1-90% of a chip area while the depth ranges from 5 to 300 nm, a wiring groove formed on the recess, and a barrier film 6 and a Cu film 7 provided in the wiring groove. The CMP polishing of the substrate is made, the presence or absence of polishing remainder is evaluated electrically, and optimum polishing time is obtained. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、特に、ダマシン配線構造におけるCu膜のCMP(Chemical Mechanical Polishing)において、CMP条件の検討に用いる評価用基板に関する。   The present invention particularly relates to an evaluation substrate used for studying CMP conditions in CMP (Chemical Mechanical Polishing) of a Cu film in a damascene wiring structure.

LSIの多層配線形成に用いられるCu及びバリア膜のCMPプロセスでは、下層配線のディッシングやエロージョンが有る場合にも、配線間短絡の原因となる研磨残りを起こさず、しかもディッシングやエロージョンを低減し、Cu配線の膜厚を一定範囲内に制御することが求められている。又、微細配線部分のめっき膜厚がパターンの無い部分よりも厚くなるオーバープレーティングなどの場合も、研磨残りを起こす原因となるから、同じような制御が求められる。従って、多層配線のCMPにおいては、これらの変動要因に対して十分なマージンを有するCMP条件を設定する必要がある。   In the CMP process of Cu and barrier film used for LSI multilayer wiring formation, even if there is dishing or erosion of the lower layer wiring, polishing residue that causes a short circuit between wirings does not occur, and dishing and erosion are reduced. It is required to control the film thickness of the Cu wiring within a certain range. Also, in the case of overplating where the plating film thickness of the fine wiring portion becomes thicker than the portion without the pattern, it causes a polishing residue, and thus the same control is required. Therefore, in the CMP of the multilayer wiring, it is necessary to set a CMP condition having a sufficient margin for these fluctuation factors.

さて、Cu配線形成プロセスでは、配線溝を形成した基板の上にCu拡散バリア膜とCuシード膜とを順に成膜し、続いてめっき法によりCu膜を配線溝深さの1.5〜3倍程度の厚さ形成する。そして、CMP工程では、始めに、Cu用のスラリーを用いて配線となる部分以外のCu膜を研磨・除去し、そして下層のバリア膜が露出した時点で研磨を一旦停止し、次いでCu用とは異なるバリア膜用のスラリーを用いてバリア膜を研磨・除去する方法が一般的である。この技術では、Cu膜およびバリア膜のCMP後に配線以外の部分のCu膜およびバリア膜が完全に除去され、かつ、ディッシングやエロージョンが小さいことが要求される。すなわち、配線以外の部分のCu膜およびバリア膜が完全に除去されないと、配線間の短絡が起こり、歩留まりが低下する。又、ディッシングやエロージョンが大きい場合には、配線抵抗が増大し、LSIの性能が低下する。   In the Cu wiring formation process, a Cu diffusion barrier film and a Cu seed film are sequentially formed on a substrate on which a wiring groove is formed, and then the Cu film is formed by a plating method to a wiring groove depth of 1.5-3. About twice as thick. Then, in the CMP process, first, the Cu film other than the portion that becomes the wiring is polished and removed using the slurry for Cu, and when the lower barrier film is exposed, the polishing is temporarily stopped. Generally, a method of polishing and removing a barrier film using a slurry for different barrier films is used. This technique requires that the Cu film and barrier film other than the wiring are completely removed after CMP of the Cu film and barrier film, and that dishing and erosion are small. That is, if the Cu film and the barrier film other than the wiring are not completely removed, a short circuit between the wirings occurs and the yield decreases. If dishing or erosion is large, the wiring resistance increases and the performance of the LSI deteriorates.

ところで、平坦な基板の上に1層配線を形成し、Cu膜およびバリア膜のCMPを行った場合に、配線と配線との間のスペース部分にCu膜やバリア膜が残る原因として、CMP前のCu膜の膜厚のバラツキが考えられる。Cu膜をめっき法によって形成すると、微細なL&Sパターン部分のCuの膜厚がパターンが無い平坦部分の膜厚の1.1〜1.5倍程度の厚さになる。この現象はオーバープレーティングと謂われている。そして、めっき液の添加剤を検討することによりオーバープレーティングを低減することが試みられているが、オーバープレーティングを完全に無くすことは困難と考えられている。又、配線が微細化する程、オーバープレーティングは顕著になる。尚、オーバープレーティングが起きている場合には、その部分のCu膜を除去する為、CMPによるCu膜のオーバー研磨時間を長くする必要が有る。   By the way, when a single-layer wiring is formed on a flat substrate and the Cu film and the barrier film are subjected to CMP, the reason for the Cu film and the barrier film remaining in the space between the wiring is that before CMP. Variations in the film thickness of the Cu film can be considered. When the Cu film is formed by plating, the Cu film thickness of the fine L & S pattern part is about 1.1 to 1.5 times the film thickness of the flat part without the pattern. This phenomenon is so-called overplating. Although attempts have been made to reduce overplating by examining the additives of the plating solution, it is considered difficult to eliminate overplating completely. In addition, overplating becomes more prominent as the wiring becomes finer. If overplating has occurred, the Cu film overpolishing time by CMP must be lengthened in order to remove the Cu film at that portion.

多層配線を形成する場合には、下層配線のディッシングやエロージョンによって出来る凹部にCu膜やバリア膜が残り易い傾向が有る。特に、その凹部の上に微細なL&Sパターンが積層され、Cuめっき膜のオーバープレーティングが起きた場合には、Cu膜やバリア膜の残りが発生する可能性は更に高くなる。従って、配線間の短絡を防ぐ為には、下層配線による凹部の深さとCuめっき膜のオーバープレーティングの規模とに併せて、CMPによるCu膜のオーバー研磨時間を十分に長く取る必要がある。   In the case of forming a multilayer wiring, there is a tendency that a Cu film or a barrier film tends to remain in a recess formed by dishing or erosion of the lower layer wiring. In particular, when a fine L & S pattern is laminated on the concave portion and the overplating of the Cu plating film occurs, the possibility that the remainder of the Cu film or the barrier film occurs is further increased. Therefore, in order to prevent a short circuit between the wirings, it is necessary to take a sufficiently long overpolishing time for the Cu film by CMP in accordance with the depth of the recess by the lower layer wiring and the overplating scale of the Cu plating film.

しかしながら、従来の如く、平坦な基板に1層配線を形成した評価用基板では、実際に、どの程度のオーバー研磨時間が必要で有るかを評価することが出来なかった。
例えば、特開2001−7114号公報「半導体装置およびその製造方法」の実施例では、平坦な基板上に配線溝を形成し、その上に金属膜を成膜した基板が提案されている。しかしながら、この基板を用いた評価では、上述したような多層配線形成時の下層配線による凹凸の影響を評価することが出来ない。
However, it has not been possible to evaluate how much overpolishing time is actually required with an evaluation substrate in which a single-layer wiring is formed on a flat substrate as in the prior art.
For example, in an example of Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-7114 “Semiconductor Device and Manufacturing Method Thereof”, a substrate is proposed in which a wiring groove is formed on a flat substrate and a metal film is formed thereon. However, in the evaluation using this substrate, it is not possible to evaluate the influence of unevenness due to the lower layer wiring during the multilayer wiring formation as described above.

すなわち、CMP条件の検討に従来から用いられている評価用の配線パターン付ウェハは、平坦なシリコン基板の上に1層配線を形成したもので有り、下層配線のディッシングやエロージョンによる凹みの影響を評価することが出来ない。従って、下層配線による凹みの上に微細なL&Sパターンが積層され、めっき膜のオーバープレーティングが起きた場合の評価が出来なかった。   In other words, the wafer with an evaluation wiring pattern that has been used in the past for studying CMP conditions is a single-layer wiring formed on a flat silicon substrate, and is affected by dents due to dishing or erosion of the lower layer wiring. Cannot be evaluated. Therefore, it was not possible to evaluate when a fine L & S pattern was laminated on the depression formed by the lower layer wiring and overplating of the plating film occurred.

そこで、下層配線の凹みの影響を評価する為、多層配線を形成する方法が用いられているが、この方法では、1層目の配線のCMPを行った後、2層目の配線を形成しなければならず、再度、CMPを行う必要が有る。この為、CMP条件の最適化に長期間を要し、CMP条件やスラリーの開発効率を低下せしめている。更に、この方法では、ディッシングやエロージョンによる凹みの深さを自由に変えることが難しい為、下地の凹みがどの程度の大きさまで許容されるかと言ったマージンの確認も困難であった。
特開2001−7114
Therefore, in order to evaluate the influence of the depression of the lower layer wiring, a method of forming a multilayer wiring is used. In this method, after the CMP of the first layer wiring is performed, the second layer wiring is formed. It is necessary to perform CMP again. For this reason, it takes a long time to optimize the CMP conditions, and the development efficiency of the CMP conditions and slurry is lowered. Furthermore, in this method, since it is difficult to freely change the depth of the dent due to dishing or erosion, it is also difficult to confirm the margin of how large the dent of the base is allowed.
JP2001-7114

従って、本発明が解決しようとする課題は、半導体素子の配線形成の為のCMP工程において、下層配線による凹みと微細配線のオーバープレーティングによる影響を簡便に評価できるようになし、CMP条件やスラリーの開発効率を向上させることである。このことは、LSIの製造において、配線毎の平坦性のバラツキを小さく出来、LSIの性能や歩留まりの向上に繋がる。   Therefore, the problem to be solved by the present invention is to make it possible to easily evaluate the influence of the depression due to the lower layer wiring and the overplating of the fine wiring in the CMP process for forming the wiring of the semiconductor element. It is to improve the development efficiency. This makes it possible to reduce variations in flatness for each wiring in the manufacture of LSI, leading to improvement in LSI performance and yield.

前記の課題は、半導体素子における上下方向に複数の配線を形成する為に行われるCMPの条件を評価する為に用いられる評価用基板であって、
基板と、
前記基板に形成された凹部と、
前記凹部上に形成された配線溝と、
前記配線溝に設けられた配線材
とを具備してなることを特徴とする評価用基板によって解決される。
The above-described problem is an evaluation substrate used for evaluating the conditions of CMP performed to form a plurality of wirings in the vertical direction of a semiconductor element,
A substrate,
A recess formed in the substrate;
A wiring groove formed on the recess;
It solves by the board | substrate for evaluation characterized by comprising the wiring material provided in the said wiring groove | channel.

すなわち、平坦な基板に凹み領域を形成し、その上部に該凹み領域と少なくとも一部が重なるように配線溝を形成し、配線材を埋め込んで作製した評価用基板を用いることで、下層配線のディッシングやオーバープレーティングがCMP加工に及ぼす影響を一回のCMPにより評価できるようになる。   That is, by forming a recessed region on a flat substrate, forming a wiring groove on the upper portion so as to at least partially overlap the recessed region, and using an evaluation substrate fabricated by embedding a wiring material, The influence of dishing and overplating on CMP processing can be evaluated by a single CMP.

尚、上記本発明の評価用基板において、凹部は深さが5〜300nmの凹部であることが好ましい。更には、上層に形成される配線溝の深さの5〜60%の深さの凹部であることが好ましい。又、凹部はチップ面積の0.1〜90%の大きさの凹部であることが好ましい。   In the evaluation substrate of the present invention, the recess is preferably a recess having a depth of 5 to 300 nm. Furthermore, a recess having a depth of 5 to 60% of the depth of the wiring groove formed in the upper layer is preferable. Further, the recess is preferably a recess having a size of 0.1 to 90% of the chip area.

配線溝深さは、LSIの配線厚さと同程度にするのが望ましい。LSIの配線厚さは、100nm〜2μm程度であり、デザインルールや適用される配線(下層、中層、上層)によって異なる為、対象とするLSIに合わせて適宜選択することが好ましい。   It is desirable that the wiring groove depth be approximately the same as the LSI wiring thickness. The wiring thickness of the LSI is about 100 nm to 2 μm, and varies depending on the design rule and the applied wiring (lower layer, middle layer, upper layer). Therefore, it is preferable to select appropriately according to the target LSI.

本発明の如くに構成させた基板のCu膜およびバリア膜のCMPを行うことにより、多層配線を形成することなく、オーバープレーティングによる影響を簡便に評価できる。そして、CMP条件やスラリーの開発効率が向上する。又、従来の方法では出来なかった下層配線による凹み量の許容範囲を確認できることから、Cu残りに対するマージンが広い条件を選択することが出来る。従って、LSIの製造において、配線毎の平坦性のバラツキを小さくでき、LSIの性能や歩留まりの向上が得られるようになる。   By performing CMP of the Cu film and barrier film of the substrate configured as in the present invention, the influence of overplating can be easily evaluated without forming a multilayer wiring. Further, CMP conditions and slurry development efficiency are improved. In addition, since it is possible to confirm the allowable range of the dent amount due to the lower layer wiring, which cannot be achieved by the conventional method, it is possible to select a condition with a wide margin for the remaining Cu. Therefore, in manufacturing the LSI, the variation in flatness for each wiring can be reduced, and the performance and yield of the LSI can be improved.

本発明になる評価用基板は、半導体素子における上下方向に複数の配線を形成する為に行われるCMPの条件を評価する為に用いられる評価用基板である。そして、基板と、前記基板に形成された凹部と、前記凹部上に形成された配線溝と、前記配線溝に設けられた配線材とを具備する。前記凹部は深さが5〜300nm(特に、10nm以上。200nm以下。)である。更には、上層に形成される配線溝の深さの5〜60%(特に、10%以上。50%以下。)である。又、その大きさ(拡がり)はチップ面積(基板面積)の0.1〜90%(特に、1%以上、更には10%以上。そして、60%以下。)である。配線溝深さは、LSIの配線厚さと同程度である。例えば、LSIの配線厚さは100nm〜2μm程度である。配線幅としては1〜1000μm程度である。   The evaluation substrate according to the present invention is an evaluation substrate used for evaluating the conditions of CMP performed for forming a plurality of wirings in the vertical direction of a semiconductor element. And it comprises a board | substrate, the recessed part formed in the said board | substrate, the wiring groove | channel formed on the said recessed part, and the wiring material provided in the said wiring groove | channel. The recess has a depth of 5 to 300 nm (particularly 10 nm or more and 200 nm or less). Furthermore, it is 5 to 60% (especially 10% or more and 50% or less) of the depth of the wiring groove formed in the upper layer. The size (expansion) is 0.1 to 90% of the chip area (substrate area) (particularly 1% or more, further 10% or more, and 60% or less). The wiring groove depth is approximately the same as the LSI wiring thickness. For example, the wiring thickness of the LSI is about 100 nm to 2 μm. The wiring width is about 1 to 1000 μm.

更に詳しく説明すると次の通りである。
尚、ここでは、ウェハ(基板)上に評価用の配線パターンを設けた評価用基板(TEG)の一単位をチップと称する。チップに如何なる凹部と評価用配線パターンを形成するかは評価を左右する。
This will be described in more detail as follows.
Here, one unit of an evaluation substrate (TEG) in which an evaluation wiring pattern is provided on a wafer (substrate) is referred to as a chip. The evaluation depends on which concave portion and wiring pattern for evaluation are formed on the chip.

図1(a)(b)は本発明になる評価用基板の一部断面図および平面図である。
ここでは、実際の配線構造に出来るだけ近い構造のものとする為、配線を想定した溝の絶縁膜としてLow k膜(低誘電率絶縁膜)にキャップ膜を積層した構造を用いる。尚、Low k膜の材料には格別な制約は無く、如何なるものでも良い。又、必ずしもLow k材が用いられなくても良い。更には、キャップ膜を積層しないものであっても良い。すなわち、凹部を構成する為の下地段差用絶縁膜1を基板上に設けた後、該下地段差用絶縁膜1をエッチングして凹部を形成する。この後、絶縁膜2、エッチングストッパ膜3、Low k膜4、キャップ膜5の順に積層する。そして、キャップ膜5上にフォトレジスト膜を設け、露光・現像して配線のパターンを形成し、次いでエッチング・アッシングにより溝(配線溝)を形成する。尚、Low k膜4としては、必要に応じて、塗布型絶縁膜、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)膜のどちらを用いても良い。塗布型絶縁膜を用いた場合には、塗布型絶縁膜による下層配線による凹凸の平坦化の効果を評価できる。配線における絶縁膜の種類に格別な制限は無く、図1に示すようなLow k膜4にキャップ膜5を積層した構造にする必要は無い。尚、図1中、6はCu拡散バリア膜、7はCu膜である。
1A and 1B are a partial cross-sectional view and a plan view of an evaluation substrate according to the present invention.
Here, in order to make the structure as close as possible to the actual wiring structure, a structure in which a cap film is laminated on a low k film (low dielectric constant insulating film) is used as the insulating film of the trench assuming wiring. The material for the low k film is not particularly limited, and any material may be used. Further, the low k material is not necessarily used. Furthermore, the cap film may not be laminated. That is, after the base step insulating film 1 for forming the recess is provided on the substrate, the base step insulating film 1 is etched to form the recess. Thereafter, the insulating film 2, the etching stopper film 3, the low k film 4, and the cap film 5 are laminated in this order. Then, a photoresist film is provided on the cap film 5, exposed and developed to form a wiring pattern, and then a groove (wiring groove) is formed by etching and ashing. As the low-k film 4, either a coating type insulating film or a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) film may be used as necessary. When the coating type insulating film is used, the effect of flattening the unevenness by the lower layer wiring by the coating type insulating film can be evaluated. There is no particular limitation on the type of insulating film in the wiring, and it is not necessary to have a structure in which the cap film 5 is laminated on the low k film 4 as shown in FIG. In FIG. 1, 6 is a Cu diffusion barrier film, and 7 is a Cu film.

図2は評価用基板の形成工程を示すものである。
先ず、図2(a)に示される如く、Si基板11上に、作製する凹部の中で最も浅い凹部の深さと同じ厚さの絶縁膜12を形成する。続いて、図2(b)に示される如く、フォトレジスト膜13を塗布によって設け、そして露光・現像して所定パターンのものを形成する。この後、図2(c)に示される如く、プラズマエッチングにより凹部14を形成する。エッチング条件としては、Si基板11に対して、エッチング選択比が大きい条件を用いる。これによって、凹部14の深さを絶縁膜12とほぼ同じに出来、基板面内の溝深さのバラツキを小さく出来る。この後、図2(d)に示される如く、残ったフォトレジスト膜13をアッシングにより除去し、残渣除去の為の洗浄を行う。
FIG. 2 shows a process for forming an evaluation substrate.
First, as shown in FIG. 2A, an insulating film 12 having the same thickness as the depth of the shallowest recess among the recesses to be formed is formed on the Si substrate 11. Subsequently, as shown in FIG. 2B, a photoresist film 13 is provided by coating, and is exposed and developed to form a predetermined pattern. Thereafter, as shown in FIG. 2C, the recess 14 is formed by plasma etching. As an etching condition, a condition with a high etching selectivity with respect to the Si substrate 11 is used. As a result, the depth of the recess 14 can be made substantially the same as that of the insulating film 12, and variations in the groove depth in the substrate surface can be reduced. After that, as shown in FIG. 2D, the remaining photoresist film 13 is removed by ashing, and cleaning for removing the residue is performed.

次に、図2(e)に示される如く、2番目に浅い凹部の深さと絶縁膜12の厚さの差分の厚さの絶縁膜15を形成する。絶縁膜12と絶縁膜15とは同じ種類のものを用いる。その後、図2(f)に示される如く、フォトレジスト膜16を塗布によって設け、そして最初のエッチングで凹部が形成されて無い領域に凹部が形成されるように露光・現像し、所定のフォトレジストパターンを形成する。次いで、図2(g)(h)に示される如く、エッチング・アッシングにより凹部を形成し、そしてフォトレジスト膜16を除去する。   Next, as shown in FIG. 2E, an insulating film 15 having a difference between the depth of the second shallowest recess and the thickness of the insulating film 12 is formed. The insulating film 12 and the insulating film 15 are of the same type. Thereafter, as shown in FIG. 2 (f), a photoresist film 16 is provided by coating, and exposure and development are performed so that a concave portion is formed in a region where the concave portion is not formed by the first etching, and a predetermined photoresist is formed. Form a pattern. Next, as shown in FIGS. 2G and 2H, recesses are formed by etching and ashing, and the photoresist film 16 is removed.

以下、同様にして、必要な深さの凹部が形成されるように同様の工程を繰り返す。尚、同一チップ内に複数の深さの凹部を形成する場合には、複数のマスクを準備する必要がある。マスクの数に制限がある場合は、ウェハ毎に凹部の深さを変えることで、必要な深さのパターンを形成しても良い。パターンの段差形成方法に格別な制限は無く、必要とする深さが異なる凹部のパターンが形成できれば、上記以外の方法を用いても良い。   In the same manner, the same process is repeated so that a recess having a required depth is formed. In addition, when forming the recessed part of several depth in the same chip | tip, it is necessary to prepare several masks. When the number of masks is limited, a pattern having a required depth may be formed by changing the depth of the recess for each wafer. There is no particular limitation on the pattern step formation method, and methods other than those described above may be used as long as a pattern of recesses having different required depths can be formed.

ところで、本発明にあっては、作製された凹部の1チップ内に占める割合は、チップ面積に対して、90%以下が好ましい。すなわち、凹部の面積が90%を越えると、CMPにおける凹部の影響が小さくなり、評価に適さなくなったからである。凹部の領域の大きさは、縦横の長さが0.001〜5mmであるのが望ましい。すなわち、一つの凹部が大きくなりすぎると、CMPにおける凹部の影響が小さくなり、評価に適さなくなったからである。逆に、縦横の長さが0.001mmより小さいパターンでは、通常、ディッシングやエロージョンは小さい為、そのような凹部では評価パターンとして相応しくなかった。又、凹部の深さは、配線のディッシングやエロージョンによる凹みの深さと同程度が好ましく、配線溝の深さの5%〜60%の範囲が好ましい。   By the way, in the present invention, the proportion of the manufactured recesses in one chip is preferably 90% or less with respect to the chip area. That is, if the area of the recess exceeds 90%, the influence of the recess in CMP becomes small and is not suitable for evaluation. As for the size of the region of the recess, the length and width are preferably 0.001 to 5 mm. That is, if one concave portion becomes too large, the influence of the concave portion in CMP becomes small and it is not suitable for evaluation. On the other hand, in a pattern whose length and width are smaller than 0.001 mm, since dishing and erosion are usually small, such a recess is not suitable as an evaluation pattern. Further, the depth of the recess is preferably about the same as the depth of the recess by wiring dishing or erosion, and is preferably in the range of 5% to 60% of the depth of the wiring groove.

必要な凹部を形成した後、絶縁膜、エッチングストッパ膜、絶縁膜の順で成膜し、フォトレジストにより配線パターンを形成し、エッチング、アッシングによって、配線溝を形成する。そして、洗浄工程に続いて、Cu拡散防止のバリア膜、Cuシード膜をスパッタ法で形成した後、めっき法によってCu膜を形成し、水素アニールを行う。尚、Cu膜厚は、通常、配線を想定した溝の深さの1.5〜3倍程度である。   After forming necessary concave portions, an insulating film, an etching stopper film, and an insulating film are formed in this order, a wiring pattern is formed with a photoresist, and a wiring groove is formed by etching and ashing. Then, following the cleaning step, a barrier film for preventing Cu diffusion and a Cu seed film are formed by a sputtering method, and then a Cu film is formed by a plating method and hydrogen annealing is performed. In addition, Cu film thickness is about 1.5 to 3 times the depth of the groove | channel which normally assumed wiring.

評価用配線パターンは、一定の配線幅(L)と配線間スペース(S)を有するブロックに分けて作製する。ブロックの大きさは1辺の大きさが3mm以下が望ましい。すなわち、ブロックの面積が大きすぎると、電気特性評価をする場合、CMPによるCu膜やバリア膜の残り以外のプロセスの影響を受け易く、評価に適し難くなるからである。又、チップ面積に対するL&Sパターンの面積は90%以下が適当である。すなわち、L&Sパターンの面積が広すぎると、オーバープレーティングの影響が緩和され、評価に適し難くなる。凹部とL&Sパターンのブロックを重ねる場合の配置は、凹部の領域にL&Sパターンのブロックの少なくとも一部が重なっていれば良い。   The evaluation wiring pattern is produced by dividing it into blocks having a constant wiring width (L) and a space between wirings (S). As for the size of the block, the size of one side is desirably 3 mm or less. That is, if the area of the block is too large, when the electrical characteristics are evaluated, it is easily affected by processes other than the remaining Cu film and barrier film by CMP, and is difficult to be evaluated. The area of the L & S pattern with respect to the chip area is suitably 90% or less. That is, if the area of the L & S pattern is too large, the influence of overplating is mitigated, making it difficult to be suitable for evaluation. In the case where the concave portion and the block of the L & S pattern are overlapped, it is sufficient that at least a part of the block of the L & S pattern overlaps the region of the concave portion.

一般に、Cuめっき膜のオーバープレーティングの弊害が大きくなるのは、配線幅(L)と配線間スペース(S)が共に0.5μm以下の場合である。そして、将来実現の可能性がある微細配線の幅は0.02μm程度である。従って、凹部の上に重ねるL&Sパターンの配線幅と配線間スペースは、一般的には、0.02〜0.5μmである。   In general, the adverse effect of overplating of the Cu plating film increases when both the wiring width (L) and the inter-wiring space (S) are 0.5 μm or less. The width of the fine wiring that may be realized in the future is about 0.02 μm. Accordingly, the wiring width and inter-wiring space of the L & S pattern superimposed on the recess is generally 0.02 to 0.5 μm.

図3はCMP装置を示す。被研磨基板を保持したヘッドを、研磨パッドを貼り付けたプラテンに押し付け、パッド表面にスラリーを供給しながら、ヘッドとプラテンを同方向に回転させながら研磨を行う。パッドは市販のポリウレタン発泡体パッドを用いることが出来る。スラリーの供給系は2系統あり、2種類のスラリーを供給することが可能である。表面にダイヤモンドの粒が埋め込まれたディスクを研磨パッドに押し当て、ディスクとプラテンとを回転させてパッドの表面を削り取ることにより、研磨による反応物やスラリーの砥粒によるパッド表面の目詰まりを防止できる。これは、必要に応じて、研磨中、又は研磨の合間に実施できる。研磨中のCu膜の膜厚変化をプラテンに設置された渦電流式終点検出器で検出することが出来る。これにより、第1の条件で一定膜厚まで研磨し、そこで一旦研磨を停止し、続いて第2の研磨条件で研磨を行うことが出来る。又、Cu膜が除去されてCu拡散バリアが露出した時の終点の検出も可能で、続いて行うオーバー研磨の時間を一定に制御することが可能である。   FIG. 3 shows a CMP apparatus. The head holding the substrate to be polished is pressed against the platen to which the polishing pad is attached, and polishing is performed while rotating the head and the platen in the same direction while supplying slurry to the pad surface. A commercially available polyurethane foam pad can be used as the pad. There are two slurry supply systems, and two types of slurry can be supplied. Pressing a disk with diamond grains embedded on the surface against the polishing pad and rotating the disk and platen to scrape off the pad surface prevents clogging of the pad surface due to abrasives from reactants and slurry from polishing. it can. This can be done during polishing or between polishings as required. The film thickness change of the Cu film during polishing can be detected by an eddy current type end point detector installed on the platen. As a result, it is possible to polish to a certain film thickness under the first condition, stop the polishing once, and then perform polishing under the second polishing condition. Further, it is possible to detect the end point when the Cu film is removed and the Cu diffusion barrier is exposed, and it is possible to control the time of the subsequent over polishing to be constant.

本研磨装置は、Cu研磨に続いてCu拡散バリア研磨を行う為、Cu研磨用とは別のプラテンとヘッドとを有している。これを用いて、バリア用スラリーによってバリア研磨を実施することが出来る。必要に応じて、Cu研磨とバリア研磨とを自動搬送により、連続処理することも、Cu研磨のみ、又はバリア研磨のみを単独で実施することも出来る。又、研磨後は、自動搬送により、薬液洗浄、超音波洗浄などを必要に応じて実施した後、基板をスピン乾燥させて処理を終了する。   Since this polishing apparatus performs Cu diffusion barrier polishing following Cu polishing, it has a platen and a head different from those for Cu polishing. Using this, barrier polishing can be carried out with a slurry for barrier. If necessary, Cu polishing and barrier polishing can be continuously processed by automatic conveyance, or only Cu polishing or only barrier polishing can be performed alone. In addition, after polishing, chemical cleaning, ultrasonic cleaning, and the like are performed as necessary by automatic conveyance, and then the substrate is spin-dried to complete the processing.

CMP後は、Cu拡散バリア膜、保護膜を成膜し、電気測定の為の電極部分を開口する為、フォトレジスト膜を設け、エッチング、アッシングを行う。次に、残渣除去の為の洗浄を行い、Ti,Alを成膜する。その後、電極を加工する為のフォトレジストパターンを形成し、Ti,Alのエッチングを行う。最後に、アッシングによって不要なレジスト膜が除去され、Al電極が形成される。
所定のCMPが行われた後、配線以外の部分のCu膜やバリア膜が除去されているか否かを判断するには、L&Sパターンによって図1(b)に示される如くの櫛パターンを形成し、配線間のリーク電流または絶縁耐圧を測定する方法が正確で、かつ、有効である。光学顕微鏡による観察では色の違いなどを検出しなければならず、その判断が難しい。
After the CMP, a Cu diffusion barrier film and a protective film are formed, and a photoresist film is provided for etching and ashing in order to open an electrode portion for electrical measurement. Next, cleaning for removing the residue is performed to form a film of Ti and Al. Thereafter, a photoresist pattern for processing the electrode is formed, and Ti and Al are etched. Finally, an unnecessary resist film is removed by ashing, and an Al electrode is formed.
In order to determine whether or not the Cu film and the barrier film other than the wiring are removed after the predetermined CMP is performed, a comb pattern as shown in FIG. 1B is formed by the L & S pattern. The method for measuring the leakage current or dielectric strength between wirings is accurate and effective. In observation with an optical microscope, it is necessary to detect a color difference or the like, which is difficult to judge.

電気特性の測定にはオートプローバーを用いる。ウェハ全面について測定を行い、配線間の短絡が無いパターンの割合(以下では歩留まりと呼ぶ)を評価することで、CMP条件のCu残りに対するマージンを評価することが出来る。   An auto prober is used to measure electrical characteristics. By measuring the entire surface of the wafer and evaluating the ratio of patterns without short-circuiting between wirings (hereinafter referred to as yield), it is possible to evaluate the margin for the remaining Cu under CMP conditions.

以下、具体的な実施例を挙げて本発明を説明する。
基板として、300mmφのSiウェハを使用し、図1に示す如きの評価用基板を作製した。パターン形成のマスクとして、配線溝形成用として1枚、下層凹部形成用として2枚のマスクを使用し、1チップ内に二つの異なる深さの凹部を有する評価用基板を作製した。
Hereinafter, the present invention will be described with specific examples.
As a substrate, a 300 mmφ Si wafer was used, and an evaluation substrate as shown in FIG. 1 was produced. As a mask for pattern formation, one mask for forming a wiring groove and two masks for forming a lower layer recess were used, and an evaluation substrate having recesses of two different depths in one chip was produced.

すなわち、先ず、プラズマCVD法により、300mmφのSi基板上に20nm厚の凹部形成用絶縁膜(SiCN膜)1を形成した。そして、凹部形成用マスクXを用いて所定パターンのレジスト膜を形成した後、該レジスト膜をマスクとしたエッチングによって、深さ20nmの凹部Mを形成した。尚、エッチングはCFを主としたガス系で行った。この時のSiとSiCNとのエッチング速度比は1:5程度であり、十分な選択比が得られている。エッチング後は、残ったレジスト膜をアッシングによって除去し、残渣除去の洗浄を行った。この後、更に20nm厚のSiCN膜を形成し、前記凹部Mの位置とは異なる位置に、凹部形成用マスクYを用いて所定パターンのレジスト膜を形成した後、該レジスト膜をマスクとしたエッチングによって、深さ40nmの凹部Nを形成した。尚、エッチング後は、残ったレジスト膜をアッシングによって除去し、残渣除去の洗浄を行った。従って、深さ20nmの凹部と深さ40nmの凹部とが形成されていることになる。この後、凹部M,Nの上に500nm厚のSiO膜(絶縁膜)2を設け、更に50nm厚のSiCN膜(エッチングストッパ膜)3を設け、そして150nm厚のSiOC膜(Low k膜)4、更に50nm厚のSiO膜(キャップ膜)5を積層した。尚、これ等の膜はプラズマCVD法によって成膜された。次に、配線形成用のマスクを用いて所定パターンのレジスト膜を形成し、該レジスト膜をマスクとしたエッチングにより所定パターン(図1(b))の配線溝を前記凹部M,Nの領域内に形成した。この後、アッシング及び洗浄を行った。そして、スパッタ法によって、10nm厚のTaN膜および10nm厚のTa膜を設けてCu拡散バリア膜6とした。Cu拡散バリア膜6の成膜後は真空中でウェハを搬送し、連続してCuシード膜を60nm厚スパッタ法で設けた。この後、めっき法により540nm厚のCu膜7を設けた。そして、220℃で60秒間の水素アニール処理を行った。これによって、凹部M,Nの領域内の上部に図1(b)の櫛歯パターンの配線が形成された評価用基板Aが作製された。尚、この評価用基板Aにおける配線幅およびスペース幅は共に90nmであり、オーバープレーティング量は200nmも有った。 That is, first, a recess forming insulating film (SiCN film) 1 having a thickness of 20 nm was formed on a 300 mmφ Si substrate by plasma CVD. Then, after forming a resist film having a predetermined pattern using the mask for forming recesses X, recesses M having a depth of 20 nm were formed by etching using the resist film as a mask. Etching was performed in a gas system mainly composed of CF 4 . The etching rate ratio between Si and SiCN at this time is about 1: 5, and a sufficient selection ratio is obtained. After the etching, the remaining resist film was removed by ashing, and residue removal was washed. Thereafter, a SiCN film having a thickness of 20 nm is further formed, a resist film having a predetermined pattern is formed at a position different from the position of the concave portion M using the concave portion forming mask Y, and etching using the resist film as a mask is performed. Thus, a recess N having a depth of 40 nm was formed. After the etching, the remaining resist film was removed by ashing and cleaning for removing the residue was performed. Accordingly, a recess having a depth of 20 nm and a recess having a depth of 40 nm are formed. After this, a 500 nm thick SiO film (insulating film) 2 is provided on the recesses M and N, a 50 nm thick SiCN film (etching stopper film) 3 is provided, and a 150 nm thick SiOC film (Low k film) 4 is provided. Further, a 50 nm thick SiO film (cap film) 5 was laminated. These films were formed by the plasma CVD method. Next, a resist film having a predetermined pattern is formed using a wiring formation mask, and a wiring groove having a predetermined pattern (FIG. 1B) is formed in the regions of the recesses M and N by etching using the resist film as a mask. Formed. Thereafter, ashing and washing were performed. Then, a Cu diffusion barrier film 6 was formed by providing a 10 nm thick TaN film and a 10 nm thick Ta film by sputtering. After the formation of the Cu diffusion barrier film 6, the wafer was conveyed in vacuum, and a Cu seed film was continuously provided by a 60 nm thick sputtering method. Thereafter, a Cu film 7 having a thickness of 540 nm was provided by a plating method. Then, a hydrogen annealing treatment was performed at 220 ° C. for 60 seconds. As a result, the evaluation substrate A in which the wiring of the comb-teeth pattern shown in FIG. The wiring width and space width in this evaluation substrate A were both 90 nm and the overplating amount was 200 nm.

そして、次のようにしてCMPが行われた。尚、スラリーは、シリカ系砥粒を用いた市販のCu用スラリーを用いた。Cu研磨を行う際には、濃度30wt%の過酸化水素水を予めスラリーと混合して使用した。研磨条件は以下の通りである。研磨圧力:7kPa、プラテン回転数:60rpm、ヘッド回転数:61rpm、スラリー流量:300cc/minである。研磨開始からCu残り膜厚が300nm(半分)になるまで、スラリーと過酸化水素水の混合比率を重量比で8:2としたスラリーを用いて研磨を行った。Cu残り膜厚が300nm(半分)になった段階でスラリーの供給を停止し、パッド上のスラリーを、一旦、純水で洗い流した後、スラリーと過酸化水素水との混合比率を重量比で4:6にしたスラリーを供給して研磨を行った。スラリーと過酸化水素水との混合比が8:2の条件は、研磨速度のパターン依存性が小さく、研磨速度のウェハ面内均一性が良い条件となっている。これに対して、混合比が4:6の条件は、研磨速度のパターン依存性は大きいが、段差解消性が良く、オーバー研磨時のディッシングの増加が小さい条件となっている。これにより、良好な平坦性とCu残り解消性との両立が可能になる。混合比8:2におけるCuブランケット膜の研磨速度は400nm/minであり、混合比が4:6におけるCuブランケット膜の研磨速度は300nm/min程度である。   Then, CMP was performed as follows. As the slurry, a commercially available slurry for Cu using silica-based abrasive grains was used. When performing Cu polishing, a hydrogen peroxide solution having a concentration of 30 wt% was previously mixed with the slurry. The polishing conditions are as follows. Polishing pressure: 7 kPa, platen rotation speed: 60 rpm, head rotation speed: 61 rpm, slurry flow rate: 300 cc / min. Polishing was performed using a slurry in which the mixing ratio of the slurry and the hydrogen peroxide solution was 8: 2 from the start of polishing until the Cu remaining film thickness became 300 nm (half). The supply of slurry was stopped when the Cu remaining film thickness reached 300 nm (half), and the slurry on the pad was once washed with pure water, and then the mixing ratio of the slurry and the hydrogen peroxide solution in terms of weight ratio. Polishing was performed by supplying a slurry of 4: 6. When the mixing ratio of the slurry and the hydrogen peroxide solution is 8: 2, the pattern dependency of the polishing rate is small, and the uniformity of the polishing rate within the wafer surface is good. On the other hand, when the mixing ratio is 4: 6, the pattern dependency of the polishing rate is large, but the step resolution is good and the dishing increase during over-polishing is small. Thereby, it becomes possible to achieve both good flatness and Cu remaining elimination. The polishing rate of the Cu blanket film at a mixing ratio of 8: 2 is 400 nm / min, and the polishing rate of the Cu blanket film at a mixing ratio of 4: 6 is about 300 nm / min.

Cu膜の研磨中は、渦電流終点検出器によってCu残り膜厚をモニターした。終点検出器からの出力により、Cu残り膜厚が300nmになった時と、Cu膜が除去され、下地バリア膜がほぼ露出した時とが判る。尚、図4に研磨中の終点検出器の出力を示す。不要なCu膜がほぼ除去された後は、終点検出器からの出力がほぼ一定になる。従って、第2の研磨条件で研磨中、終点検出器からの出力の傾き、即ち、微分値が0になった時を終点とし、その後の研磨時間をオーバー研磨時間とする。第2の研磨条件で連続してオーバー研磨を行い、研磨後は、パッド上と基板表面のスラリーを純水によって洗い流した。続いて、基板をバリア研磨用のプラテンに自動搬送し、市販のバリア用スラリーを使用して、バリア膜研磨を実施した。研磨条件は、以下の条件を用いた。研磨圧力:14kPa、プラテン回転数:60rpm、ヘッド回転数:61rpm、スラリー流量:200cc/minである。この条件におけるバリア膜の研磨速度はTa及びTaN共に80nm/minで、研磨速度比は、バリア膜:SiO膜:Cu膜=2:1:0.2である。研磨後は、パッドと基板表面のスラリーを純水によって洗い流した後、基板を洗浄装置に自動搬送し、市販の薬液を使用したブラシ洗浄、超音波洗浄を行った後、水洗し、スピン乾燥した。   During polishing of the Cu film, the remaining Cu film thickness was monitored by an eddy current end point detector. From the output from the end point detector, it can be seen when the Cu remaining film thickness is 300 nm and when the Cu film is removed and the underlying barrier film is almost exposed. FIG. 4 shows the output of the end point detector during polishing. After the unnecessary Cu film is almost removed, the output from the end point detector becomes almost constant. Accordingly, during the polishing under the second polishing condition, the slope of the output from the end point detector, that is, when the differential value becomes 0, is set as the end point, and the subsequent polishing time is set as the over polishing time. Over-polishing was continuously performed under the second polishing conditions. After polishing, the slurry on the pad and the substrate surface was washed away with pure water. Subsequently, the substrate was automatically conveyed to a platen for barrier polishing, and barrier film polishing was performed using a commercially available barrier slurry. The following conditions were used for the polishing conditions. Polishing pressure: 14 kPa, platen rotation speed: 60 rpm, head rotation speed: 61 rpm, slurry flow rate: 200 cc / min. Under these conditions, the polishing rate of the barrier film is 80 nm / min for both Ta and TaN, and the polishing rate ratio is barrier film: SiO film: Cu film = 2: 1: 0.2. After polishing, the pad and the substrate surface slurry are washed away with pure water, then the substrate is automatically transported to a cleaning device, brush cleaning using a commercially available chemical solution, ultrasonic cleaning is performed, followed by water cleaning and spin drying. .

CuのCMPにおいて、渦電流検出器の出力の微分値が0となる終点では、バリア膜上に極薄いCu膜が残っている可能性が有る。特に、オーバープレーティングや下地に凹部が有る場合には、Cuが残り易く、オーバー研磨によって、それを除去する必要がある。この時、オーバー研磨時間が短すぎると、Cu残りが除去し切れない可能性が有り、逆に、長すぎると、ディッシングやエロージョンが増大する。   In Cu CMP, at the end point where the differential value of the output of the eddy current detector becomes 0, there is a possibility that an extremely thin Cu film remains on the barrier film. In particular, when there is a recess in the overplating or the base, Cu tends to remain, and it is necessary to remove it by overpolishing. At this time, if the over-polishing time is too short, there is a possibility that the Cu residue cannot be completely removed. Conversely, if it is too long, dishing and erosion increase.

次に、凹部に微細配線のL&Sパターンが設けられ、Cuめっき膜のオーバープレーティングが発生した場合の最適な研磨時間を検討する為、評価基板Aを用いて検討を行った。   Next, an evaluation substrate A was used to examine the optimum polishing time when a fine wiring L & S pattern was provided in the recess and overplating of the Cu plating film occurred.

上記において、Cu膜のオーバー研磨時間を40秒、60秒、80秒として基板Aの研磨を行った。バリア研磨時間は30秒と40秒にした。CMP後、以下のようにして、電気特性測定の為のAl電極を形成した。始めに、Cu拡散バリア膜としてSiCN膜30nm、保護膜としてSiO膜500nmを成膜した。次に、電極部分を開口する為、フォトレジストパターンを形成し、プラズマエッチングにより開口した。続いて、不要なフォトレジストをアッシングによって除去した。その後、残渣除去の為の洗浄を行い、スパッタにより70nm厚のTi膜および1000nm厚のAl膜を成膜した。Al電極を形成する為、フォトレジストパターンを形成し、薬液によってAl膜とTi膜とのエッチングを行った。エッチング後は不要なレジストをアッシングによって除去した。   In the above, the substrate A was polished by setting the over polishing time of the Cu film to 40 seconds, 60 seconds, and 80 seconds. The barrier polishing time was 30 seconds and 40 seconds. After CMP, an Al electrode for measuring electrical characteristics was formed as follows. First, a SiCN film 30 nm was formed as a Cu diffusion barrier film, and a SiO film 500 nm was formed as a protective film. Next, in order to open the electrode portion, a photoresist pattern was formed and opened by plasma etching. Subsequently, unnecessary photoresist was removed by ashing. Thereafter, cleaning for removing the residue was performed, and a Ti film having a thickness of 70 nm and an Al film having a thickness of 1000 nm were formed by sputtering. In order to form an Al electrode, a photoresist pattern was formed, and the Al film and the Ti film were etched with a chemical solution. After the etching, unnecessary resist was removed by ashing.

そして、Al電極を形成したウェハについて、オートプローバーを用いて、L&Sパターンの配線間のリーク電流を測定した。図5に配線間リーク電流を測定したパターンの概観を示す。尚、凹部領域の幅Wが異なる複数のパターン形成し、それらについて測定を行った。L&Sパターンの配線幅やスペース幅は90nmである。図6にウェハ上のチップ配列と電気特性を測定したチップを示す。各L&Sパターンごとに、配線間の電界強度が0〜3.5MV/cmの範囲でリーク電流を測定した。その測定結果を、対向長と配線溝深さで割り算することで、リーク電流密度に換算する。電界強度が3MV/cmにおけるリーク電流密度が1E−4A/cmを越えた場合は、配線間の短絡が起きていると判定する。 And about the wafer in which Al electrode was formed, the leak current between the wiring of L & S pattern was measured using the auto prober. FIG. 5 shows an overview of a pattern in which the inter-wiring leakage current is measured. A plurality of patterns having different widths W of the recessed regions were formed, and measurements were performed on them. The wiring width and space width of the L & S pattern are 90 nm. FIG. 6 shows the chip arrangement on the wafer and the chip whose electrical characteristics were measured. For each L & S pattern, the leakage current was measured in the range where the electric field strength between the wirings was 0 to 3.5 MV / cm. By dividing the measurement result by the facing length and the wiring groove depth, it is converted into a leakage current density. If the leakage current density at an electric field strength of 3 MV / cm exceeds 1E-4 A / cm 2 , it is determined that a short circuit between the wirings has occurred.

上記6種類のCMP条件でCu膜とバリア膜とのCMPを行い、電気特性を測定した結果を表−1〜表−4に示す。表−1〜表−4には、各CMP条件について、配線間の短絡が起きていないチップの割合(歩留まり)を示す。尚、表−1は凹部の深さが20nmで幅が3μm、表−2は凹部の深さが20nmで幅が10μm、表−3は凹部の深さが20nmで幅が100μm、表−4は凹部の深さが20nmで幅が1000μmのものである。   Tables 1 to 4 show the results obtained by performing CMP of the Cu film and the barrier film under the above six types of CMP conditions and measuring the electrical characteristics. Tables 1 to 4 show the ratio (yield) of chips in which a short circuit between wirings does not occur for each CMP condition. Table 1 has a recess depth of 20 nm and a width of 3 μm, Table 2 has a recess depth of 20 nm and a width of 10 μm, and Table 3 has a recess depth of 20 nm and a width of 100 μm. Has a recess depth of 20 nm and a width of 1000 μm.

表−1(深さ20nm幅3μmでの電気特性歩留まり)

Figure 2007201124
表−2(深さ20nm幅10μmでの電気特性歩留まり)
Figure 2007201124
表−3(深さ20nm幅100μmでの電気特性歩留まり)
Figure 2007201124
表−4(深さ20nm幅1000μmでの電気特性歩留まり)
Figure 2007201124
Table 1 (Electrical property yield at 20 nm depth and 3 μm width)
Figure 2007201124
Table 2 (Electrical property yield at 20 nm depth and 10 μm width)
Figure 2007201124
Table 3 (Electrical property yield at a depth of 20 nm and a width of 100 μm)
Figure 2007201124
Table 4 (Electrical property yield at 20 nm depth and 1000 μm width)
Figure 2007201124

これ等の結果を基にすると、Cuオーバー研磨時間80秒、バリア研磨時間40秒の場合には、W=3〜1000μmの全てのパターンで、電気特性歩留まりが90%以上となり、研磨残りに対して十分なマージンがあると判断できる。   Based on these results, when the Cu over polishing time is 80 seconds and the barrier polishing time is 40 seconds, the electrical property yield is 90% or more for all the patterns with W = 3 to 1000 μm, and the remaining polishing amount is less than the remaining polishing amount. It can be judged that there is a sufficient margin.

又、Cuオーバー研磨時間80秒、バリア研磨時間30秒の条件と、Cuオーバー研磨時間60秒、バリア研磨時間40秒の条件は、W=100,1000μmのパターンでは、80%以上の歩留まりが得られており、研磨残りに対するマージンは比較的良好と考えられる。実験に用いた基板Aでは、Cuめっきのオーバープレーティングが200nm程度も有るが、オーバープレーティングが低減されれば、これらの条件でも十分なマージンが得られると判断できる。   Also, with the conditions of Cu over polishing time of 80 seconds and barrier polishing time of 30 seconds, and the conditions of Cu over polishing time of 60 seconds and barrier polishing time of 40 seconds, a yield of 80% or more is obtained in the pattern of W = 100, 1000 μm. Therefore, it is considered that the margin for the polishing residue is relatively good. The substrate A used in the experiment has an overplating of Cu plating of about 200 nm. However, if the overplating is reduced, it can be determined that a sufficient margin can be obtained even under these conditions.

凹部の深さが40nnのパターンについても同様の測定を行った結果、殆どの条件で歩留まりは70%未満であった。Cuオーバー研磨時間、バリア研磨時間を長くし過ぎると、配線抵抗の増大が顕著になることから、研磨時間をこれ以上長くするのは好ましくない。従って、下層配線のディッシングエロージョンによる凹部の深さとしては、20〜30nm程度が許容範囲と判断できる。   As a result of performing the same measurement on a pattern having a recess depth of 40 nn, the yield was less than 70% under most conditions. If the Cu over polishing time and the barrier polishing time are excessively increased, the wiring resistance is remarkably increased. Therefore, it is not preferable to increase the polishing time further. Therefore, it can be determined that the depth of the concave portion due to dishing erosion of the lower layer wiring is within a range of about 20 to 30 nm.

又、比較の為、凹み領域が無い部分に同じ電気特性測定用のパターンを形成し、同様の測定を行った。すなわち、図7に示される如きの評価用基板Bを作製し、上記と同様に行った。その結果、6種類の全てのCMP条件、全てのL&Sパターンにおいて略100%の歩留まりが得られ、下層配線の凹凸の影響の評価は出来なかった。又、従来の2層配線を形成する方法で、同様の検討を行う為には、下層配線のCMPを行った後、上層配線を形成し、再度、CMPを行う必要が有り、迅速な評価が出来ない。更に、従来の方法では、CMP条件によって、ディッシングやエロージョンの深さを任意に制御することが困難である為、本発明の如き、下層配線のエロージョンやディッシングによる凹部量がどの程度まで許容されるかと言うようなマージン確認をすることが出来ず、適切な研磨条件を設定することが出来なかった。   For comparison, the same pattern for measuring electrical characteristics was formed in a portion having no recessed area, and the same measurement was performed. That is, an evaluation substrate B as shown in FIG. 7 was prepared and performed in the same manner as described above. As a result, a yield of about 100% was obtained in all the six types of CMP conditions and in all the L & S patterns, and the influence of the unevenness of the lower layer wiring could not be evaluated. In addition, in order to perform the same examination by the conventional method of forming the two-layer wiring, it is necessary to form the upper layer wiring after performing the CMP of the lower layer wiring, and perform the CMP again. I can't. Further, in the conventional method, since it is difficult to arbitrarily control the depth of dishing and erosion depending on the CMP conditions, to what extent the recess amount due to erosion and dishing of the lower layer wiring is allowed as in the present invention. However, it was not possible to confirm the margin and to set appropriate polishing conditions.

本発明になる評価パターンの説明図Illustration of evaluation pattern according to the present invention 評価パターンの形成手順図Evaluation pattern formation procedure CMP装置の概略図Schematic diagram of CMP equipment 渦電流終点検出器の出力の説明図Illustration of output of eddy current end point detector 配線間リーク電流測定パターン図Wiring leakage current measurement pattern ウェハ上のチップ配列と電気特性測定チップの説明図Explanation of chip layout and electrical characteristic measurement chip on wafer 比較になる評価パターンの説明図Illustration of evaluation pattern to be compared

符号の説明Explanation of symbols

1 凹部形成用絶縁膜
2 絶縁膜
3 エッチングストッパ膜
4 Low k膜
5 キャップ膜
6 Cu拡散バリア膜
7 Cu膜

代 理 人 宇 高 克 己
1 Insulating film 2 for forming recesses Insulating film 3 Etching stopper film 4 Low k film 5 Cap film 6 Cu diffusion barrier film 7 Cu film

Representative Katsumi Udaka

Claims (4)

半導体素子における上下方向に複数の配線を形成する為に行われるCMPの条件を評価する為に用いられる評価用基板であって、
基板と、
前記基板に形成された凹部と、
前記凹部上に形成された配線溝と、
前記配線溝に設けられた配線材
とを具備してなることを特徴とする評価用基板。
An evaluation substrate used for evaluating conditions for CMP performed to form a plurality of wirings in a vertical direction in a semiconductor element,
A substrate,
A recess formed in the substrate;
A wiring groove formed on the recess;
An evaluation board comprising: a wiring material provided in the wiring groove.
凹部は深さが5〜300nmの凹部であることを特徴とする請求項1の評価用基板。   The evaluation substrate according to claim 1, wherein the recess is a recess having a depth of 5 to 300 nm. 凹部は配線溝の深さの5〜60%の深さの凹部であることを特徴とする請求項1又は請求項2の評価用基板。   3. The evaluation substrate according to claim 1, wherein the recess is a recess having a depth of 5 to 60% of the depth of the wiring groove. 凹部は、チップ面積の0.1〜90%の大きさの凹部であることを特徴とする請求項1〜請求項3いずれかの評価用基板。
4. The evaluation substrate according to claim 1, wherein the recess is a recess having a size of 0.1 to 90% of a chip area.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009206190A (en) * 2008-02-26 2009-09-10 Fujitsu Microelectronics Ltd Electronic device and method of analyzing the same

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