JP3206654B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
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- H01L21/321—After treatment
- H01L21/32115—Planarisation
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、特に半導体ウエハー表面に形成された金属
膜を研磨する際の研磨開始直後の潜伏時間を短縮する事
のできる半導体装置の製造方法に関するものである。
方法に関し、特に半導体ウエハー表面に形成された金属
膜を研磨する際の研磨開始直後の潜伏時間を短縮する事
のできる半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、配線ピッチの縮小化に伴い金属配
線のドライエッチング法による直接的なパターン加工が
困難となってきており、金属配線を形成する上で、ダマ
シン法が採用されてきている。この方法は絶縁膜に溝加
工を行い、その溝に金属膜をＣＶＤ（Chemical Vapour
Deposition）法やスパッタ法、メッキ法などで埋め込
み、絶縁膜上部の不要な金属膜を化学機械研磨法（以下
ＣＭＰと略す）により研磨して、溝内に金属膜が埋め込
まれた状態とするものである。この際、絶縁膜の研磨レ
ートが金属膜のレートよりも低い条件にて研磨を行うこ
とで、絶縁膜が研磨のストッパーとして作用し、溝内の
金属膜の研磨を抑制する作用をもたらす。しかしなが
ら、この金属膜を研磨する上で種々の問題があった。こ
れを研磨装置構成、研磨手順とともに説明する。
線のドライエッチング法による直接的なパターン加工が
困難となってきており、金属配線を形成する上で、ダマ
シン法が採用されてきている。この方法は絶縁膜に溝加
工を行い、その溝に金属膜をＣＶＤ（Chemical Vapour
Deposition）法やスパッタ法、メッキ法などで埋め込
み、絶縁膜上部の不要な金属膜を化学機械研磨法（以下
ＣＭＰと略す）により研磨して、溝内に金属膜が埋め込
まれた状態とするものである。この際、絶縁膜の研磨レ
ートが金属膜のレートよりも低い条件にて研磨を行うこ
とで、絶縁膜が研磨のストッパーとして作用し、溝内の
金属膜の研磨を抑制する作用をもたらす。しかしなが
ら、この金属膜を研磨する上で種々の問題があった。こ
れを研磨装置構成、研磨手順とともに説明する。
【０００３】図４に従来の研磨装置の基本的な構成の縦
断面図を示す。回転体であるプラテン１の上面には研磨
パッド２が添付されている。また、プラテン１上方には
半導体ウェハを保持加圧するためのキャリア３が配設さ
れると共に、このキャリア３はスピンドル４に直結され
ており回転可能である。また、スピンドル４は、研磨ア
ーム５に上下動可能に支持されている。従って研磨は半
導体ウェハの研磨面を研磨パッド２側に向けてキャリア
３に装着し、回転させたプラテン１上にキャリア３を下
降させて荷重を加え、研磨剤を研磨パッド２上に供給し
ながらプラテン１と同一回転方向にキャリア３を回転さ
せることで研磨を行う。図示しないが研磨パッド側方に
は、ドレッシング機構を有し、研磨中もしくは研磨と研
磨の合間にドレッシングを行う工程を持つ。研磨剤には
一般的に酸化剤とアルミナ粒子もしくはシリカ粒子とが
含まれている。半導体製造工程での被研磨対象の金属膜
としては、タングステン（Ｗ）、アルミニュウム（Ａ
ｌ）、銅（Ｃｕ）などがある。また配線のＥＭ耐性や密
着性を考慮して、金属の下地にはＴｉ、ＴｉＮ、ＴｉＷ
などが用いられている。
断面図を示す。回転体であるプラテン１の上面には研磨
パッド２が添付されている。また、プラテン１上方には
半導体ウェハを保持加圧するためのキャリア３が配設さ
れると共に、このキャリア３はスピンドル４に直結され
ており回転可能である。また、スピンドル４は、研磨ア
ーム５に上下動可能に支持されている。従って研磨は半
導体ウェハの研磨面を研磨パッド２側に向けてキャリア
３に装着し、回転させたプラテン１上にキャリア３を下
降させて荷重を加え、研磨剤を研磨パッド２上に供給し
ながらプラテン１と同一回転方向にキャリア３を回転さ
せることで研磨を行う。図示しないが研磨パッド側方に
は、ドレッシング機構を有し、研磨中もしくは研磨と研
磨の合間にドレッシングを行う工程を持つ。研磨剤には
一般的に酸化剤とアルミナ粒子もしくはシリカ粒子とが
含まれている。半導体製造工程での被研磨対象の金属膜
としては、タングステン（Ｗ）、アルミニュウム（Ａ
ｌ）、銅（Ｃｕ）などがある。また配線のＥＭ耐性や密
着性を考慮して、金属の下地にはＴｉ、ＴｉＮ、ＴｉＷ
などが用いられている。
【０００４】図５は、１枚のウェハを研磨する過程での
研磨量の経時変化を示したものである。曲線が２本ある
が、ウェハ位置による差異の一例を示すもので、タング
ステン（Ｗ）を研磨した際の挙動を示している。図から
明らかなように研磨開始直後１０〜３０秒では研磨速度
が非常に低く、その後急激に研磨速度が上昇し始める。
このように研磨開始直後に研磨が進行しにくい潜伏時間
Ｔ0 があることが特徴である。
研磨量の経時変化を示したものである。曲線が２本ある
が、ウェハ位置による差異の一例を示すもので、タング
ステン（Ｗ）を研磨した際の挙動を示している。図から
明らかなように研磨開始直後１０〜３０秒では研磨速度
が非常に低く、その後急激に研磨速度が上昇し始める。
このように研磨開始直後に研磨が進行しにくい潜伏時間
Ｔ0 があることが特徴である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】研磨量と時間とは、以
上の様な関係を有することより、上述のような従来の半
導体装置の製造方法では、それぞれ以下の問題点を有し
ている。即ち、第１の問題点は、第１に面内均一性を悪
化させる要因になることである。図５に示したように、
潜伏時間が面内で異なると潜伏時間以降は急激に研磨速
度が立ち上がるので面内の研磨量の差異が顕在化する。
例えば研磨開始後５０秒で研磨量が１５０ｎｍも異なる
のである。研磨量が面内で極度に異なると、研磨速度の
速い部分では必要以上に研磨が進行しディッシングやエ
ロージョンと呼ばれる形状的な問題が生じ、製品での規
格を満たせない、また、以降のプロセスでの平坦性が不
十分となり、煩雑な工程が増加するなどの弊害が生じて
いた。
上の様な関係を有することより、上述のような従来の半
導体装置の製造方法では、それぞれ以下の問題点を有し
ている。即ち、第１の問題点は、第１に面内均一性を悪
化させる要因になることである。図５に示したように、
潜伏時間が面内で異なると潜伏時間以降は急激に研磨速
度が立ち上がるので面内の研磨量の差異が顕在化する。
例えば研磨開始後５０秒で研磨量が１５０ｎｍも異なる
のである。研磨量が面内で極度に異なると、研磨速度の
速い部分では必要以上に研磨が進行しディッシングやエ
ロージョンと呼ばれる形状的な問題が生じ、製品での規
格を満たせない、また、以降のプロセスでの平坦性が不
十分となり、煩雑な工程が増加するなどの弊害が生じて
いた。
【０００６】第２の問題点は研磨レートが安定しないと
いう現象が生じる。その原因は潜伏時間が数秒変化した
だけで研磨開始直後からの特定時間、例えば１分での研
磨量が顕著に異なってくる。全体の研磨時間は１、２分
程度と短いため、安定した研磨を行う上では、研磨初期
の潜伏時間Ｔ0 のばらつきは非常に大きな影響となる。
いう現象が生じる。その原因は潜伏時間が数秒変化した
だけで研磨開始直後からの特定時間、例えば１分での研
磨量が顕著に異なってくる。全体の研磨時間は１、２分
程度と短いため、安定した研磨を行う上では、研磨初期
の潜伏時間Ｔ0 のばらつきは非常に大きな影響となる。
【０００７】また、特開平８−３３９９８２号公報に開
示された半導体装置の製造方法は、赤外線の反射光を利
用して、適度のポリッシング終点を検出するものであ
る。したがって、ここに開示された発明は、本発明の様
に研磨開始直後に研磨が進行しにくい潜伏時間を解決し
ようとする技術思想はない。更に、特開平９−５５３６
１号公報に開示された半導体装置の製造方法は、温度調
節素子により半導体基板を介して研磨布表面の温度を制
御してスラリーの化学的研磨作用を制御するものであ
る。しかし、ここに開示された発明は、単に温度を制御
するのみであり、本発明のように温度のみならず、被研
磨物表面の酸化物を除去する除去工程や平坦化工程を使
用してディシング現象等の抑制図ると云う技術思想は存
在しない。
示された半導体装置の製造方法は、赤外線の反射光を利
用して、適度のポリッシング終点を検出するものであ
る。したがって、ここに開示された発明は、本発明の様
に研磨開始直後に研磨が進行しにくい潜伏時間を解決し
ようとする技術思想はない。更に、特開平９−５５３６
１号公報に開示された半導体装置の製造方法は、温度調
節素子により半導体基板を介して研磨布表面の温度を制
御してスラリーの化学的研磨作用を制御するものであ
る。しかし、ここに開示された発明は、単に温度を制御
するのみであり、本発明のように温度のみならず、被研
磨物表面の酸化物を除去する除去工程や平坦化工程を使
用してディシング現象等の抑制図ると云う技術思想は存
在しない。
【０００８】また、特開平８−３３９９８２号公報に開
示された半導体装置の製造方法等は、絶縁層を効果的に
研磨する為に、砥粒と溶剤よりなる研磨剤においてＭｎ
2 Ｏ 3 或いはＭｎ3 Ｏ4 を砥粒として使用するものであ
る。したがって、本発明のように研磨開始直後に研磨が
進行しにくい潜伏時間を解決しようとする技術思想はな
い。
示された半導体装置の製造方法等は、絶縁層を効果的に
研磨する為に、砥粒と溶剤よりなる研磨剤においてＭｎ
2 Ｏ 3 或いはＭｎ3 Ｏ4 を砥粒として使用するものであ
る。したがって、本発明のように研磨開始直後に研磨が
進行しにくい潜伏時間を解決しようとする技術思想はな
い。
【０００９】本発明の目的は、上記した従来技術の欠点
を改良し面内均一性を向上させ、研磨の安定性を達成す
る半導体装置の製造方法を提供するものである。
を改良し面内均一性を向上させ、研磨の安定性を達成す
る半導体装置の製造方法を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成する為、以下に示す様な基本的な技術構成を採用す
るものである。即ち、本発明に係る第１の態様として
は、金属膜を研磨する際、研磨開始直後に生じる研磨速
度が極度に低い潜伏時間を短縮するため被研磨物の研磨
工程の前に被研磨物表面の酸化物を除去する除去工程を
含む半導体装置の製造方法である。また、第２の態様と
しては、金属膜を研磨する際、研磨開始直後に生じる研
磨速度が極度に低い潜伏時間を短縮するため被研磨物の
研磨工程の前に被研磨物の研磨の前に被研磨物表面の凹
凸を平坦化する平坦化工程を含む半導体装置の製造方法
である。
達成する為、以下に示す様な基本的な技術構成を採用す
るものである。即ち、本発明に係る第１の態様として
は、金属膜を研磨する際、研磨開始直後に生じる研磨速
度が極度に低い潜伏時間を短縮するため被研磨物の研磨
工程の前に被研磨物表面の酸化物を除去する除去工程を
含む半導体装置の製造方法である。また、第２の態様と
しては、金属膜を研磨する際、研磨開始直後に生じる研
磨速度が極度に低い潜伏時間を短縮するため被研磨物の
研磨工程の前に被研磨物の研磨の前に被研磨物表面の凹
凸を平坦化する平坦化工程を含む半導体装置の製造方法
である。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の半導体装置の製造方法
は、上記した従来技術に於ける問題点を解決する為、金
属膜を研磨する際、研磨開始直後に生じる研磨速度が極
度に低い潜伏時間を短縮するため被研磨物の研磨工程の
前に被研磨物表面の酸化物を除去する除去工程を含むの
で、研磨開始直後の潜伏時間を短縮する事が出来る。ま
た、他の形態として、研磨開始直後に生じる研磨速度が
極度に低い潜伏時間を短縮するため被研磨物の研磨工程
の前に被研磨物の研磨の前に被研磨物表面の凹凸を平坦
化する平坦化工程を含むので、研磨量の安定化を図る事
ができる。
は、上記した従来技術に於ける問題点を解決する為、金
属膜を研磨する際、研磨開始直後に生じる研磨速度が極
度に低い潜伏時間を短縮するため被研磨物の研磨工程の
前に被研磨物表面の酸化物を除去する除去工程を含むの
で、研磨開始直後の潜伏時間を短縮する事が出来る。ま
た、他の形態として、研磨開始直後に生じる研磨速度が
極度に低い潜伏時間を短縮するため被研磨物の研磨工程
の前に被研磨物の研磨の前に被研磨物表面の凹凸を平坦
化する平坦化工程を含むので、研磨量の安定化を図る事
ができる。
【００１２】
【実施例】以下に、本発明に係る半導体装置の製造方法
の具体的構成を図面を用いながら説明する。図１は、本
発明の一実施例を示す半導体装置の製造方法の工程フロ
ーを説明する説明図である。先ず、パターンニング１５
によって半導体ウエハー上にパターンを形成し、次に金
属膜生成工程１６により金属膜を生成する。ここで、本
発明の第１の実施例では、表面層除去工程１７として、
特殊な研磨を行うことを特徴とする。具体的には研磨を
少なくとも２段階に分けて行い、研磨の第１段階はアル
カリ性または中性のスラリ−を用いて、研磨の第２段階
では酸性のスラリーを用いることを特徴とする。研磨ウ
ェハ表面には例えば、ＣＶＤ法によりタングステン膜が
４００ｎｍから８００ｎｍ程度の厚さで形成されてい
る。第１段階のスラリーとしては、例えばアンモニア等
によりｐＨを１０〜１２程度に調合し、砥粒としてシリ
カを１０％程度含むものを用いる。但しｐＨは中性領域
でも適用はできる。研磨条件の一例を示すと、ウェハに
加える圧力は５００ｇ／ｃｍ2 、プラテンの回転数は２
５ｒｐｍ、キャリアの回転数は２５ｒｐｍとする。研磨
時間は１０秒〜２０秒程度でよい。尚、研磨パッドとし
ては発泡ポリウレタンにより構成されたものを用いれば
よい。表面のラフネスが大きく凹部の酸化物の除去を効
果的に行えないのであれば、研磨パッドの硬度を下げて
凹凸に追従できるようにすればよい。この第１の研磨に
よってバルクのＷが露出するがＷの研磨はあまり進行し
ない。
の具体的構成を図面を用いながら説明する。図１は、本
発明の一実施例を示す半導体装置の製造方法の工程フロ
ーを説明する説明図である。先ず、パターンニング１５
によって半導体ウエハー上にパターンを形成し、次に金
属膜生成工程１６により金属膜を生成する。ここで、本
発明の第１の実施例では、表面層除去工程１７として、
特殊な研磨を行うことを特徴とする。具体的には研磨を
少なくとも２段階に分けて行い、研磨の第１段階はアル
カリ性または中性のスラリ−を用いて、研磨の第２段階
では酸性のスラリーを用いることを特徴とする。研磨ウ
ェハ表面には例えば、ＣＶＤ法によりタングステン膜が
４００ｎｍから８００ｎｍ程度の厚さで形成されてい
る。第１段階のスラリーとしては、例えばアンモニア等
によりｐＨを１０〜１２程度に調合し、砥粒としてシリ
カを１０％程度含むものを用いる。但しｐＨは中性領域
でも適用はできる。研磨条件の一例を示すと、ウェハに
加える圧力は５００ｇ／ｃｍ2 、プラテンの回転数は２
５ｒｐｍ、キャリアの回転数は２５ｒｐｍとする。研磨
時間は１０秒〜２０秒程度でよい。尚、研磨パッドとし
ては発泡ポリウレタンにより構成されたものを用いれば
よい。表面のラフネスが大きく凹部の酸化物の除去を効
果的に行えないのであれば、研磨パッドの硬度を下げて
凹凸に追従できるようにすればよい。この第１の研磨に
よってバルクのＷが露出するがＷの研磨はあまり進行し
ない。
【００１３】第２段階のスラリーとしては例えば過酸化
水素水等の酸化剤を含みｐＨを２〜４に調合し、砥粒と
してシリカを５％程度含む物を用いる。研磨条件の一例
を示すと、ウェハに加える圧力は３００ｇ／ｃｍ2 、プ
ラテンの回転数は１００ｒｐｍ、キャリアの回転数は１
００ｒｐｍとする。研磨時間は成膜したタングステンＷ
の不要部が十分に除去されまでとするが、およそ１分〜
３分程度である。研磨パッドとしては発泡ポリウレタン
により構成されたものを用いればよい。なお、本発明の
実施例で用いる研磨装置の基本構成は、従来の方法で示
した図４の構成と同様である。モータ等に接続され回転
運動が可能なプラテン１を有する。その上面には、研磨
パッド２が添付されている。プラテン１上方には半導体
ウェハを保持加圧するためのキャリア３を有し、このキ
ャリア３はスピンドル４に接続されている。このスピン
ドル４はモータ等に接続されており回転可能である。こ
れらのユニットは研磨アーム５に接続され回転移動や荷
重を加えることが可能である。また、図示しないが駆動
アームによる回転可能なドレッシング機構を有する。
水素水等の酸化剤を含みｐＨを２〜４に調合し、砥粒と
してシリカを５％程度含む物を用いる。研磨条件の一例
を示すと、ウェハに加える圧力は３００ｇ／ｃｍ2 、プ
ラテンの回転数は１００ｒｐｍ、キャリアの回転数は１
００ｒｐｍとする。研磨時間は成膜したタングステンＷ
の不要部が十分に除去されまでとするが、およそ１分〜
３分程度である。研磨パッドとしては発泡ポリウレタン
により構成されたものを用いればよい。なお、本発明の
実施例で用いる研磨装置の基本構成は、従来の方法で示
した図４の構成と同様である。モータ等に接続され回転
運動が可能なプラテン１を有する。その上面には、研磨
パッド２が添付されている。プラテン１上方には半導体
ウェハを保持加圧するためのキャリア３を有し、このキ
ャリア３はスピンドル４に接続されている。このスピン
ドル４はモータ等に接続されており回転可能である。こ
れらのユニットは研磨アーム５に接続され回転移動や荷
重を加えることが可能である。また、図示しないが駆動
アームによる回転可能なドレッシング機構を有する。
【００１４】以上のような工程を有する半導体装置の製
造方法は、表面層の除去工程として、特殊な研磨を行い
少なくとも２段階に分かれており、研磨の第１段階はア
ルカリ性または中性のスラリ−を用いて、研磨の第２段
階では酸性のスラリーを用いる。この様にして、本実施
例では表面層を除去するので、面内均一性が向上する。
つまり、最表面の酸化物を除去した以降は研磨開始直後
から反応が開始するので、従来のような潜伏時間は顕在
化しなくなる。その結果、従来生じていた潜伏時間の面
内ばらつきによる面内均一性の劣化を抑制することが可
能となった。最後に、研磨工程１８によって研磨する。
造方法は、表面層の除去工程として、特殊な研磨を行い
少なくとも２段階に分かれており、研磨の第１段階はア
ルカリ性または中性のスラリ−を用いて、研磨の第２段
階では酸性のスラリーを用いる。この様にして、本実施
例では表面層を除去するので、面内均一性が向上する。
つまり、最表面の酸化物を除去した以降は研磨開始直後
から反応が開始するので、従来のような潜伏時間は顕在
化しなくなる。その結果、従来生じていた潜伏時間の面
内ばらつきによる面内均一性の劣化を抑制することが可
能となった。最後に、研磨工程１８によって研磨する。
【００１５】また、本発明の他の実施例として、研磨を
少なくとも２段階に分けて行い、研磨の第１段階は酸化
剤を含まない研磨剤を用いて研磨し、研磨の第２段階で
は酸化剤を含む研磨剤を用いて研磨する。研磨の第１段
階では、酸化剤を含まない研磨剤で研磨するので、酸化
物が除去されてもバルクのタングステンの研磨速度が立
ち上がることはない。従って、酸化剤を含まない状態で
十分な研磨を行えば、最表面の酸化物を除去した状態が
得られる。酸化剤を含まないので、タングステンのバル
クが露出した状態が維持される。次に酸化剤を含む研磨
剤を供給して研磨を実施する。研磨条件は前述の実施例
と同様とする。
少なくとも２段階に分けて行い、研磨の第１段階は酸化
剤を含まない研磨剤を用いて研磨し、研磨の第２段階で
は酸化剤を含む研磨剤を用いて研磨する。研磨の第１段
階では、酸化剤を含まない研磨剤で研磨するので、酸化
物が除去されてもバルクのタングステンの研磨速度が立
ち上がることはない。従って、酸化剤を含まない状態で
十分な研磨を行えば、最表面の酸化物を除去した状態が
得られる。酸化剤を含まないので、タングステンのバル
クが露出した状態が維持される。次に酸化剤を含む研磨
剤を供給して研磨を実施する。研磨条件は前述の実施例
と同様とする。
【００１６】以上のように構成した場合、潜伏時間Ｔ0
は生じるが、均一性や安定性の向上効果が得られる。ま
た、研磨剤の種類を簡略化できる利点がある。
は生じるが、均一性や安定性の向上効果が得られる。ま
た、研磨剤の種類を簡略化できる利点がある。
【００１７】本発明の他の実施例では、ウェットエッチ
ング法により、最表面を処理した後にタングステン
（Ｗ）の研磨を行う。ここで、酸化タングステンはアル
カリに溶けるので、アルカリ性の水溶液、例えば水酸化
ナトリウムや水酸化カリウムの水溶液に１０分程度浸漬
する。その後、研磨をおこなう。一旦、タングステンの
バルク結晶を露出させることで、タングステンと酸化剤
との反応を促進する事ができる。
ング法により、最表面を処理した後にタングステン
（Ｗ）の研磨を行う。ここで、酸化タングステンはアル
カリに溶けるので、アルカリ性の水溶液、例えば水酸化
ナトリウムや水酸化カリウムの水溶液に１０分程度浸漬
する。その後、研磨をおこなう。一旦、タングステンの
バルク結晶を露出させることで、タングステンと酸化剤
との反応を促進する事ができる。
【００１８】本発明の他の実施例では、スパッタエッチ
ングにより、最表面の酸化物を処理した後にタングステ
ン（Ｗ）の研磨を行う。スパッタエッチングの具体的例
としては、例えば、Ａｒの流量を２００ｓｃｃｍ、ＲＦ
出力４００Ｗ、圧力０．１５Ｐａ、３０秒とする。
ングにより、最表面の酸化物を処理した後にタングステ
ン（Ｗ）の研磨を行う。スパッタエッチングの具体的例
としては、例えば、Ａｒの流量を２００ｓｃｃｍ、ＲＦ
出力４００Ｗ、圧力０．１５Ｐａ、３０秒とする。
【００１９】本発明の他の実施例では、半導体装置の製
造方法において、半導体表面の平坦化を行う平坦化工程
を備えている。図２は、本発明の第二の実施例を示す半
導体装置の製造方法の説明図である。ここに、工程フロ
ー図、第一の実施例と同一工程の説明については省略す
る。本実施例では、平坦化処理１９によりスパッタエッ
チングを使用し、最表面の金属膜のエッチング処理を行
うことで、例えばタングステン表面の凹凸を平滑化す
る。本実施例では、研磨開始直後からの温度上昇が生じ
易く、潜伏時間を短縮する効果が得られる。スパッタエ
ッチングの具体例としては、例えば、Ａｒの流量を２０
０ｓｃｃｍ、ＲＦ出力８００Ｗ、圧力０．１５Ｐａ、１
２０秒とする。
造方法において、半導体表面の平坦化を行う平坦化工程
を備えている。図２は、本発明の第二の実施例を示す半
導体装置の製造方法の説明図である。ここに、工程フロ
ー図、第一の実施例と同一工程の説明については省略す
る。本実施例では、平坦化処理１９によりスパッタエッ
チングを使用し、最表面の金属膜のエッチング処理を行
うことで、例えばタングステン表面の凹凸を平滑化す
る。本実施例では、研磨開始直後からの温度上昇が生じ
易く、潜伏時間を短縮する効果が得られる。スパッタエ
ッチングの具体例としては、例えば、Ａｒの流量を２０
０ｓｃｃｍ、ＲＦ出力８００Ｗ、圧力０．１５Ｐａ、１
２０秒とする。
【００２０】本発明の他の実施例では、研磨を少なくと
も２段階に分けて行うことを特徴とし、研磨の第１段階
はタングステンと酸化物の研磨の速度比が少ない研磨条
件、或いは研磨剤を用いる。研磨の第２段階は従来と同
様である。研磨の第１段階の具体例を示すと、上記と同
様にタングステン膜での研磨の一例である、コロイダル
シリカを１０％程度含み、過酸化水素水等によりｐＨを
２〜４程度に調合された研磨剤を用いて研磨を行う。研
磨条件としては、例えば荷重３００ｇ／ｃｍ2 、プラテ
ン回転数、キャリア回転数を夫々１００ｒｐｍとする。
研磨時間は１０〜６０秒程度とする。以上のように構成
した場合タングステンと酸化物の研磨の速度比が少ない
ため、研磨開始直後から研磨レートが立ち上がる。
も２段階に分けて行うことを特徴とし、研磨の第１段階
はタングステンと酸化物の研磨の速度比が少ない研磨条
件、或いは研磨剤を用いる。研磨の第２段階は従来と同
様である。研磨の第１段階の具体例を示すと、上記と同
様にタングステン膜での研磨の一例である、コロイダル
シリカを１０％程度含み、過酸化水素水等によりｐＨを
２〜４程度に調合された研磨剤を用いて研磨を行う。研
磨条件としては、例えば荷重３００ｇ／ｃｍ2 、プラテ
ン回転数、キャリア回転数を夫々１００ｒｐｍとする。
研磨時間は１０〜６０秒程度とする。以上のように構成
した場合タングステンと酸化物の研磨の速度比が少ない
ため、研磨開始直後から研磨レートが立ち上がる。
【００２１】本発明の他の実施例では、研磨の初期に加
熱する調温工程を備えている。本実施例では、研磨の開
始直後１０〜３０秒に渡り研磨パッド表面をする調温工
程を備え、加熱しながら研磨を行う。加熱手段として
は、例えば４０℃程度に加熱した研磨剤を研磨の初期段
階に供給するか、或いはランプを研磨パッド上部に有
し、研磨開始直後に照射することで研磨パッド表面を加
熱する。また、別の手段としては研磨テーブル内部に加
熱部１０を内蔵させて加熱する事も可能である。
熱する調温工程を備えている。本実施例では、研磨の開
始直後１０〜３０秒に渡り研磨パッド表面をする調温工
程を備え、加熱しながら研磨を行う。加熱手段として
は、例えば４０℃程度に加熱した研磨剤を研磨の初期段
階に供給するか、或いはランプを研磨パッド上部に有
し、研磨開始直後に照射することで研磨パッド表面を加
熱する。また、別の手段としては研磨テーブル内部に加
熱部１０を内蔵させて加熱する事も可能である。
【００２２】本発明の他の実施例として、表面層除去工
程１７において、研磨を少なくとも２段階に分けて行
い、研磨の第１段階は高荷重で研磨を行い、第２段階は
それより低荷重で行うものである。研磨条件の具体例と
しては、例えば、第１段階は、圧力５００ｇ／ｃｍ2 、
研磨テーブル回転数１００ｒｐｍ、研磨剤流量２００ｃ
ｃ／ｍｉｎ、研磨時間２０ｓｅｃとし、第２段階は、圧
力３００ｇ／ｃｍ2 、研磨テーブル回転数１００ｒｐ
ｍ、研磨剤流量２００ｃｃ／ｍｉｎとし、研磨時間は任
意とする。
程１７において、研磨を少なくとも２段階に分けて行
い、研磨の第１段階は高荷重で研磨を行い、第２段階は
それより低荷重で行うものである。研磨条件の具体例と
しては、例えば、第１段階は、圧力５００ｇ／ｃｍ2 、
研磨テーブル回転数１００ｒｐｍ、研磨剤流量２００ｃ
ｃ／ｍｉｎ、研磨時間２０ｓｅｃとし、第２段階は、圧
力３００ｇ／ｃｍ2 、研磨テーブル回転数１００ｒｐ
ｍ、研磨剤流量２００ｃｃ／ｍｉｎとし、研磨時間は任
意とする。
【００２３】本発明の他の実施例では、酸化物を除去す
る表面層除去工程１７で研磨を少なくとも２段階に分け
て行い、研磨の第１段階はウェハのガイドリングを高荷
重で押しつけた状態で研磨を行い、第２段階はそれより
低荷重で行う。図３にキャリア部の側面図（ａ）と底面
図（ｂ）を示ように、キャリア３には研磨中に半導体ウ
ェハ８が外れないようにするためにガイドリング９が配
設されている。このガイドリング９を接触させると研磨
中の研磨パッドの表面温度が上昇しやすい性質がある。
このガイドリングの圧力や接触面積に正の相関がある。
この傾向を利用して、研磨開始初期に研磨パッド表面温
度の立ち上がりを加速させる。
る表面層除去工程１７で研磨を少なくとも２段階に分け
て行い、研磨の第１段階はウェハのガイドリングを高荷
重で押しつけた状態で研磨を行い、第２段階はそれより
低荷重で行う。図３にキャリア部の側面図（ａ）と底面
図（ｂ）を示ように、キャリア３には研磨中に半導体ウ
ェハ８が外れないようにするためにガイドリング９が配
設されている。このガイドリング９を接触させると研磨
中の研磨パッドの表面温度が上昇しやすい性質がある。
このガイドリングの圧力や接触面積に正の相関がある。
この傾向を利用して、研磨開始初期に研磨パッド表面温
度の立ち上がりを加速させる。
【００２４】研磨条件の具体例としては、例えば、第１
段階は、ガイドリング圧力５００ｇ／ｃｍ2 、ウェハ圧
力３００／ｃｍ2 、研磨テーブル回転数１００ｒｐｍ、
研磨剤流量２００ｃｃ／ｍｉｎ、研磨時間２０ｓｅｃと
し、第２段階は、ガイドリング圧力３００ｇ／ｃｍ2 、
ウェハ圧力３００ｇ／ｃｍ2 、研磨テーブル回転数１０
０ｒｐｍ、研磨剤流量２００ｃｃ／ｍｉｎ、研磨時間は
任意とする。なお、ガイドリング外形−内径は１０〜３
０ｍｍ程度とする。
段階は、ガイドリング圧力５００ｇ／ｃｍ2 、ウェハ圧
力３００／ｃｍ2 、研磨テーブル回転数１００ｒｐｍ、
研磨剤流量２００ｃｃ／ｍｉｎ、研磨時間２０ｓｅｃと
し、第２段階は、ガイドリング圧力３００ｇ／ｃｍ2 、
ウェハ圧力３００ｇ／ｃｍ2 、研磨テーブル回転数１０
０ｒｐｍ、研磨剤流量２００ｃｃ／ｍｉｎ、研磨時間は
任意とする。なお、ガイドリング外形−内径は１０〜３
０ｍｍ程度とする。
【００２５】以上のように研磨開始直後の潜伏時間によ
る影響が大きいので、本発明ではこの影響をなくすこと
を目的としたものである。図６に研磨前のタングステン
膜表面の状態を示した。この潜伏時間の生じる原因とし
ては、金属膜表面に酸化物６が存在し、その膜のパッシ
ベーション性が強いために研磨初期の化学反応が抑制さ
れることや、研磨初期は金属膜表面には凹凸があり、接
触面積が小さいために摩擦熱の発生量が少なく、研磨パ
ッド表面温度の上昇が生じにくく、間接的に化学反応が
抑制されることにある。
る影響が大きいので、本発明ではこの影響をなくすこと
を目的としたものである。図６に研磨前のタングステン
膜表面の状態を示した。この潜伏時間の生じる原因とし
ては、金属膜表面に酸化物６が存在し、その膜のパッシ
ベーション性が強いために研磨初期の化学反応が抑制さ
れることや、研磨初期は金属膜表面には凹凸があり、接
触面積が小さいために摩擦熱の発生量が少なく、研磨パ
ッド表面温度の上昇が生じにくく、間接的に化学反応が
抑制されることにある。
【００２６】尚、本発明は以上の実施例に限ることなく
本発明の技術思想に基づいて種々の設計変更が可能であ
る。
本発明の技術思想に基づいて種々の設計変更が可能であ
る。
【００２７】
【発明の効果】第１の効果は、金属膜を研磨する際、研
磨開始直後に生じる研磨速度が極度に低い潜伏時間を短
縮するため被研磨物の研磨工程の前に被研磨物表面の酸
化物を除去する除去工程を備えたので、研磨開始直後の
潜伏時間Ｔ０を短縮する事ができ、面内均一性が向上
し、また研磨の安定性が向上する効果が得られた。その
結果メタルＣＭＰ後の金属膜の厚さの均一性、平坦性が
改善され、製品の良品率が向上する。
磨開始直後に生じる研磨速度が極度に低い潜伏時間を短
縮するため被研磨物の研磨工程の前に被研磨物表面の酸
化物を除去する除去工程を備えたので、研磨開始直後の
潜伏時間Ｔ０を短縮する事ができ、面内均一性が向上
し、また研磨の安定性が向上する効果が得られた。その
結果メタルＣＭＰ後の金属膜の厚さの均一性、平坦性が
改善され、製品の良品率が向上する。
【図１】図１は、本発明の一実施例を示す半導体装置の
製造方法の工程フローを説明する説明図である。
製造方法の工程フローを説明する説明図である。
【図２】図２は、本発明の第二の実施例を示す半導体装
置の製造方法の説明図である。
置の製造方法の説明図である。
【図３】図３（Ａ）は、本発明の半導体装置の製造方法
に使用されるキャリア部を示す要部側面図、図３（Ｂ）
は、その底面図である。
に使用されるキャリア部を示す要部側面図、図３（Ｂ）
は、その底面図である。
【図４】図４は、従来の研磨装置の基本的な構成を示す
縦断面図である。
縦断面図である。
【図５】図５は、１枚のウエハを研磨する過程での研磨
量の経時変化を示す説明図である。
量の経時変化を示す説明図である。
【図６】図６は、研磨前のタングステン膜表面の状態を
示す拡大断面図である。
示す拡大断面図である。
１ プラテン ２ 研磨パッド ３ キャリア ４ スピンドル ５ 研磨アーム ６ 酸化物 ７ タングステン ８ 半導体ウェハ ９ ガイドリング １０ 加熱部 １５ パターンニング １６ 金属膜生成工程 １７ 表面層除去工程 １８ 研磨工程 １９ 平坦化処理
Claims (6)
- 【請求項１】 金属膜を研磨する際、被研磨物の研磨工
程の前に被研磨物表面の酸化物を除去する除去工程を備
えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】 前記除去工程において、被研磨物表面の
酸化物をウェットエッチング法によって除去することを
特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】 前記除去工程において、被研磨物表面の
酸化物をドライエッチング法によって除去することを特
徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】 被研磨物表面の酸化物を除去する除去工
程は、研磨を少なくとも２段階に分けて行い、研磨の第
１段階はアルカリ性または中性のスラリ−を用いると共
に、研磨の第２段階では酸性のスラリーを用いることを
特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項５】 金属膜を研磨する際、被研磨物の研磨工
程の前に被研磨物表面をスパッタエッチング法により平
坦化する工程を備えたことを特徴とする半導体装置の製
造方法。 - 【請求項６】 金属膜を研磨する際、金属膜を研磨する
際に最表面の酸化物を除去する除去工程と、金属膜の研
磨を少なくとも２段階に分けて、第１段階でタングステ
ンと酸化物の選択比が低い研磨を行い、第２段階でタン
グステンと酸化物との選択比が高い研磨を行う研磨工程
と、金属膜を研磨する前に被研磨物の表面の凹凸を平滑
化する平坦化工程と、金属膜を研磨する際に、研磨開始
後に研磨パッド表面温度を強制的に立ち上げる調温工程
とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34388598A JP3206654B2 (ja) | 1998-12-03 | 1998-12-03 | 半導体装置の製造方法 |
| GB9927693A GB2344459A (en) | 1998-12-03 | 1999-11-23 | Polishing semiconductor devices |
| US09/447,216 US6432825B1 (en) | 1998-12-03 | 1999-11-23 | Semiconductor device production method |
| KR1019990053389A KR100356125B1 (ko) | 1998-12-03 | 1999-11-29 | 반도체 장치의 제조 방법 |
| CN99125528A CN1256508A (zh) | 1998-12-03 | 1999-12-02 | 半导体器件的制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34388598A JP3206654B2 (ja) | 1998-12-03 | 1998-12-03 | 半導体装置の製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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ID=18364999
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34388598A Expired - Fee Related JP3206654B2 (ja) | 1998-12-03 | 1998-12-03 | 半導体装置の製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP3206654B2 (ja) |
| KR (1) | KR100356125B1 (ja) |
| CN (1) | CN1256508A (ja) |
| GB (1) | GB2344459A (ja) |
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| KR100443084B1 (ko) | 2001-09-21 | 2004-08-04 | 삼성전자주식회사 | 구리 금속막의 연마 방법, 연마장치 및 구리 금속 배선형성 방법 |
| KR100437455B1 (ko) * | 2001-12-10 | 2004-06-23 | 삼성전자주식회사 | 반도체 장치 형성 방법 |
| US20040077295A1 (en) * | 2002-08-05 | 2004-04-22 | Hellring Stuart D. | Process for reducing dishing and erosion during chemical mechanical planarization |
| US20060089095A1 (en) | 2004-10-27 | 2006-04-27 | Swisher Robert G | Polyurethane urea polishing pad |
| JP2006286766A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Nec Electronics Corp | 化学的機械的研磨方法及び化学的機械的研磨システム |
| KR100781079B1 (ko) * | 2006-05-18 | 2007-11-30 | (주)이씨테크 | 알루미늄 금속판의 에칭방법 |
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| JP5343008B2 (ja) * | 2007-01-29 | 2013-11-13 | トーソー エスエムディー，インク． | 超平滑面スパッターターゲットとそれを製造する方法 |
| KR100873235B1 (ko) * | 2007-07-12 | 2008-12-10 | 주식회사 실트론 | 웨이퍼 연마 방법 |
| TWI371481B (en) | 2009-04-02 | 2012-09-01 | Uwiz Technology Co Ltd | Slurry composition and method of fabricating damascene structure using the same |
| US8518817B2 (en) | 2010-09-22 | 2013-08-27 | International Business Machines Corporation | Method of electrolytic plating and semiconductor device fabrication |
| CN102544360B (zh) * | 2010-12-30 | 2014-03-12 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 相变存储器形成方法 |
| CN102672598A (zh) * | 2012-05-22 | 2012-09-19 | 上海宏力半导体制造有限公司 | 研磨垫的使用方法和晶圆的研磨方法 |
| KR101409889B1 (ko) * | 2013-12-27 | 2014-06-19 | 유비머트리얼즈주식회사 | 연마 슬러리 및 이를 이용한 기판 연마 방법 |
| CN105983898A (zh) * | 2015-02-13 | 2016-10-05 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 晶圆表面氧化层的研磨方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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