JP3494275B2 - 絶縁層内に導電性プラグを形成する方法および酸化物材料の化学的・機械的プレーナリゼーション方法 - Google Patents
絶縁層内に導電性プラグを形成する方法および酸化物材料の化学的・機械的プレーナリゼーション方法Info
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- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
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- H01L21/76801—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
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- C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
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- 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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Description
【０００１】 本発明は半導体製造における絶縁層内に
導電性プラグを形成する方法および酸化物材料の化学的
・機械的プレーナリゼーション方法に関する。さらに詳
しくは公知のタングステンプラグエッチバック技法によ
り形成した溝形プラグよりも一層改良された埋め込み形
および平らに突起したタングステンプラグが製造できる
化学的・機械的ウエハーポリッシング方法に関する。こ
れによりスパッタリング法により引続いて形成されるア
ルミニウム等の導電性材料層との連結が一層容易にな
る。
導電性プラグを形成する方法および酸化物材料の化学的
・機械的プレーナリゼーション方法に関する。さらに詳
しくは公知のタングステンプラグエッチバック技法によ
り形成した溝形プラグよりも一層改良された埋め込み形
および平らに突起したタングステンプラグが製造できる
化学的・機械的ウエハーポリッシング方法に関する。こ
れによりスパッタリング法により引続いて形成されるア
ルミニウム等の導電性材料層との連結が一層容易にな
る。
【０００２】
【従来の技術とその課題】集積回路はシリコンまたはヒ
化ガリウムウエハー等の基板中に化学的・機械的に一体
化されており、基板中に複数の領域をパターニングし、
かつ基板上に複数の層をパターニングして製造する。導
体および抵抗体製造の場合には、これらの領域および層
を導電性にすることができる。またこれらの領域および
層を異なった導電率のもので構成させてもよく、トラン
ジスタおよびダイオード製造の場合には必要条件にな
る。半導体材料の単一ウエハー面上には数千以上のデバ
イスが同時に形成される。
化ガリウムウエハー等の基板中に化学的・機械的に一体
化されており、基板中に複数の領域をパターニングし、
かつ基板上に複数の層をパターニングして製造する。導
体および抵抗体製造の場合には、これらの領域および層
を導電性にすることができる。またこれらの領域および
層を異なった導電率のもので構成させてもよく、トラン
ジスタおよびダイオード製造の場合には必要条件にな
る。半導体材料の単一ウエハー面上には数千以上のデバ
イスが同時に形成される。
【０００３】高収率でデバイスを生産するには、先ず平
坦な半導体ウエハーから出発する必要がある。表面が平
坦でないウエハーからデバイスの製造を行なうと、種々
の問題が起こり多数の欠陥デバイスが発生する。
坦な半導体ウエハーから出発する必要がある。表面が平
坦でないウエハーからデバイスの製造を行なうと、種々
の問題が起こり多数の欠陥デバイスが発生する。
【０００４】ウエハー面を平滑化（以後、プレーナリー
化とも呼称する）するための公知方法には、ウエハー面
上にホウリンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）等の酸化物を形
成させ、次いでこのウエハーを加熱してリフローさせ酸
化物層をプレーナリー化する方法が包含される。ウエハ
ー面をプレーナリー化するためのこの“リフロー”方法
はかなり大形のデバイスの製造には適するが、小形サイ
ズを特徴とするデバイスの製造では満足な結果を与えな
い。
化とも呼称する）するための公知方法には、ウエハー面
上にホウリンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）等の酸化物を形
成させ、次いでこのウエハーを加熱してリフローさせ酸
化物層をプレーナリー化する方法が包含される。ウエハ
ー面をプレーナリー化するためのこの“リフロー”方法
はかなり大形のデバイスの製造には適するが、小形サイ
ズを特徴とするデバイスの製造では満足な結果を与えな
い。
【０００５】プレーナーウエハー面を製造するために従
来採用されてきた他の方法は、上記酸化物リフロー方法
を採用し、次いでウエハーをフォトレジストでスピンコ
ートする方法である。ウエハー面に該材料をスピンコー
トすると、低い箇所が充填されてプレーナー面が生成す
る。次いでドライエッチによりフォトレジストと酸化物
を、できるだけ１対１に近い比率で除去してフォトレジ
ストとウエハーの高い箇所を取り除いてウエハー面に平
坦なプレーナー酸化物層を形成させる。
来採用されてきた他の方法は、上記酸化物リフロー方法
を採用し、次いでウエハーをフォトレジストでスピンコ
ートする方法である。ウエハー面に該材料をスピンコー
トすると、低い箇所が充填されてプレーナー面が生成す
る。次いでドライエッチによりフォトレジストと酸化物
を、できるだけ１対１に近い比率で除去してフォトレジ
ストとウエハーの高い箇所を取り除いてウエハー面に平
坦なプレーナー酸化物層を形成させる。
【０００６】極く最近、化学的・機械的プレーナリー化
（ＣＭＰ）方法がデバイス製造工程においてウエハー面
をプレーナリー化するのに採用されている。このＣＭＰ
方法には、半導体材料から成る平坦な薄層ウエハーを湿
った回転ポリッシングパッドの表面に対して下方に一定
の圧力を掛けながら保持する方法が包含される。化学的
エッチ成分としての塩基性もしくは酸性溶液の何れか
を、研磨性エッチ成分としてのアルミナまたはシリカ粒
子と組合わせた混合物等のポリッシングスラリーを使用
する。通常、回転ポリッシングプラテンに対して一定圧
力下でウエハーを保持するために回転ポリッシングヘッ
ドまたはウエハーキャリャを使用する。通常、このポリ
ッシングプラテンは中空ポリウレタン等の比較的軟質で
湿ったパッド材料でカバーする。
（ＣＭＰ）方法がデバイス製造工程においてウエハー面
をプレーナリー化するのに採用されている。このＣＭＰ
方法には、半導体材料から成る平坦な薄層ウエハーを湿
った回転ポリッシングパッドの表面に対して下方に一定
の圧力を掛けながら保持する方法が包含される。化学的
エッチ成分としての塩基性もしくは酸性溶液の何れか
を、研磨性エッチ成分としてのアルミナまたはシリカ粒
子と組合わせた混合物等のポリッシングスラリーを使用
する。通常、回転ポリッシングプラテンに対して一定圧
力下でウエハーを保持するために回転ポリッシングヘッ
ドまたはウエハーキャリャを使用する。通常、このポリ
ッシングプラテンは中空ポリウレタン等の比較的軟質で
湿ったパッド材料でカバーする。
【０００７】平坦な薄層半導体ウエハーをポリッシング
するための装置は公知であり、例えば米国特許第４，１
９３，２２６号，同第４，８１１，５２２号および同第
３，８４１，０３１号公報に装置の開示がある。
するための装置は公知であり、例えば米国特許第４，１
９３，２２６号，同第４，８１１，５２２号および同第
３，８４１，０３１号公報に装置の開示がある。
【０００８】形成された複数の導体は集積回路全体を構
成する一部分を成し、かつ電流の通路を形成する表面配
線の役割をする。特に、形成された導体はウエハー面に
形成される各種のコンポネント類を一緒に電気的に接続
するのに用いる。ウエハー内に形成した複数の電子デバ
イスは、金属等の導電性ランナーと接触させなければな
らないアクチブ領域を有している。通常、絶縁材料層を
ウエハー頂部に重ねて選択的にマスクしてコンタクト開
孔パターンを形成させる。次いでこの層を例えば反応性
イオンエッチ（ＲＩＥ）法によりエッチングして、絶縁
層の上部表面からウエハー中に下向きにコンタクト開孔
を作り特定アクチブ領域との電気的接触を行なわせる。
成する一部分を成し、かつ電流の通路を形成する表面配
線の役割をする。特に、形成された導体はウエハー面に
形成される各種のコンポネント類を一緒に電気的に接続
するのに用いる。ウエハー内に形成した複数の電子デバ
イスは、金属等の導電性ランナーと接触させなければな
らないアクチブ領域を有している。通常、絶縁材料層を
ウエハー頂部に重ねて選択的にマスクしてコンタクト開
孔パターンを形成させる。次いでこの層を例えば反応性
イオンエッチ（ＲＩＥ）法によりエッチングして、絶縁
層の上部表面からウエハー中に下向きにコンタクト開孔
を作り特定アクチブ領域との電気的接触を行なわせる。
【０００９】真空蒸発法およびスパッタリング技法で形
成されたある種の金属および合金は、ウエハー面に重ね
た場合、コンタクト開孔内部でのカバレージが不十分で
ある。不充分なカバレージを与える典型的金属の例は、
スパッタリングによるアルミニウム、またはアルミニウ
ムとシリコンおよび／または銅との合金である。コンタ
クトバイアス中に優れたカバレージを与える金属の例
は、化学蒸着法（ＣＶＤ）により形成したタングステン
である。しかしタングステンはアルミニウム程導電性で
はない。したがって、タングステン層はエッチングまた
はポリッシドバックして平坦な上部面を有するプラグを
絶縁層中に形成させ、この上部面の高さを絶縁体表面と
同じにする。次いでアルミニウムの一層をウエハー面の
頂部に重ねてプラグと接触させる。このアルミニウム層
をさらに選択的にエッチングして所望の相互連絡ランナ
ーを形成させてタングステンを他の回路素子と連結す
る。
成されたある種の金属および合金は、ウエハー面に重ね
た場合、コンタクト開孔内部でのカバレージが不十分で
ある。不充分なカバレージを与える典型的金属の例は、
スパッタリングによるアルミニウム、またはアルミニウ
ムとシリコンおよび／または銅との合金である。コンタ
クトバイアス中に優れたカバレージを与える金属の例
は、化学蒸着法（ＣＶＤ）により形成したタングステン
である。しかしタングステンはアルミニウム程導電性で
はない。したがって、タングステン層はエッチングまた
はポリッシドバックして平坦な上部面を有するプラグを
絶縁層中に形成させ、この上部面の高さを絶縁体表面と
同じにする。次いでアルミニウムの一層をウエハー面の
頂部に重ねてプラグと接触させる。このアルミニウム層
をさらに選択的にエッチングして所望の相互連絡ランナ
ーを形成させてタングステンを他の回路素子と連結す
る。
【００１０】図１はタングステンプラグを形成させる方
法の好ましい一実施結果を示す。ウエハー製作技法に従
って、酸化物材料（１０）等の絶縁層をウエハー基板
（１２）に重ね合わす。酸化物材料（１０）中のコンタ
クト開孔（１６）中に充填されたタングステン（１４）
の高さを酸化物層の面と同じにする。図２はタングステ
ンエッチバック現行法の問題点の一つであるオーバーエ
ッチングの説明図であり、ウエハー面（１０）のコンタ
クト開孔（１６）内のタングステン（１４）の凹みを示
している。このため、スパッタリングにより引続いて形
成されるアルミニウムまたはアルミニウム合金層（図示
せず）とタングステンプラグ（１４）との接触が不完全
になる。反応性イオン エッチング（ＲＩＥ）等の公知
タングステンエッチバック技術を採用して得られる凹部
のあるタングステンプラグとアルミニウム間の接触に関
しては、その信頼性を高めることは困難である。
法の好ましい一実施結果を示す。ウエハー製作技法に従
って、酸化物材料（１０）等の絶縁層をウエハー基板
（１２）に重ね合わす。酸化物材料（１０）中のコンタ
クト開孔（１６）中に充填されたタングステン（１４）
の高さを酸化物層の面と同じにする。図２はタングステ
ンエッチバック現行法の問題点の一つであるオーバーエ
ッチングの説明図であり、ウエハー面（１０）のコンタ
クト開孔（１６）内のタングステン（１４）の凹みを示
している。このため、スパッタリングにより引続いて形
成されるアルミニウムまたはアルミニウム合金層（図示
せず）とタングステンプラグ（１４）との接触が不完全
になる。反応性イオン エッチング（ＲＩＥ）等の公知
タングステンエッチバック技術を採用して得られる凹部
のあるタングステンプラグとアルミニウム間の接触に関
しては、その信頼性を高めることは困難である。
【００１１】ＲＩＥ以外のタングステンエッチバック技
法も公知であり、例えばポリッシングスラリーおよびポ
リッシングパッドを用いる１工程ＣＭＰエッチバック法
がある。この方法は、ウエハー面上にＣＶＤまたは他の
手法でタングステン層を形成させ、これにより絶縁体層
中のコンタクト開孔をタングステンで充填する。ウエハ
ー面を磨いてウエハー面上に亙って重なっているタング
ステンを取り除き、タングステンで充填されたコンタク
ト開孔を残す。スラリーの化学的作用とポリッシングパ
ッドの圧縮作用により、ある程度の量のタングステン材
料がコンタクト開孔から取り除かれて図２に示すような
溝形タングステン構造が出来上がる。
法も公知であり、例えばポリッシングスラリーおよびポ
リッシングパッドを用いる１工程ＣＭＰエッチバック法
がある。この方法は、ウエハー面上にＣＶＤまたは他の
手法でタングステン層を形成させ、これにより絶縁体層
中のコンタクト開孔をタングステンで充填する。ウエハ
ー面を磨いてウエハー面上に亙って重なっているタング
ステンを取り除き、タングステンで充填されたコンタク
ト開孔を残す。スラリーの化学的作用とポリッシングパ
ッドの圧縮作用により、ある程度の量のタングステン材
料がコンタクト開孔から取り除かれて図２に示すような
溝形タングステン構造が出来上がる。
【００１２】米国特許第４，９９２，１３５号公報には
タングステン層のエッチバック方法が開示されており、
ここに引用する。
タングステン層のエッチバック方法が開示されており、
ここに引用する。
【００１３】以上のように、半導体ウエハー上のタング
ステン層をエッチバックするための改良方法であって、
引続いて形成される金属層または他の導電性材料との優
れた接触を可能ならしめるような方法の出現が要望され
ている。
ステン層をエッチバックするための改良方法であって、
引続いて形成される金属層または他の導電性材料との優
れた接触を可能ならしめるような方法の出現が要望され
ている。
【００１４】 本発明の目的は、タングステンもしくは
他の導電性材料から成るコンタクト（プラグ）を形成す
るための絶縁層内に導電性プラグを形成する方法および
酸化物材料の化学的・機械的プレーナリゼーション方法
において、従来よりも一層均一で凹みがないプラグを製
造する方法の提供にある。
他の導電性材料から成るコンタクト（プラグ）を形成す
るための絶縁層内に導電性プラグを形成する方法および
酸化物材料の化学的・機械的プレーナリゼーション方法
において、従来よりも一層均一で凹みがないプラグを製
造する方法の提供にある。
【００１５】 他の目的は、タングステンまたは他の導
電性材料から成るプラグを形成するための絶縁層内に導
電性プラグを形成する方法および酸化物材料の化学的・
機械的プレーナリゼーション方法において、従来よりも
均一で凹みがないためにアルミニウム等の他の材料との
接触が優れた表面を有するプラグの形成方法の提供にあ
る。
電性材料から成るプラグを形成するための絶縁層内に導
電性プラグを形成する方法および酸化物材料の化学的・
機械的プレーナリゼーション方法において、従来よりも
均一で凹みがないためにアルミニウム等の他の材料との
接触が優れた表面を有するプラグの形成方法の提供にあ
る。
【００１６】 本発明のさらに他の目的は、均一で突出
した球形プラグをタングステンまたは他の導電性材料か
ら形成するための絶縁層内に導電性プラグを形成する方
法および酸化物材料の化学的・機械的プレーナリゼーシ
ョン方法を提供することであり、引き続いて重ねる導電
性層との連結が、公知方法により製造した溝形プラグよ
りも容易であるようなプラグを製造できる方法の提供に
ある。
した球形プラグをタングステンまたは他の導電性材料か
ら形成するための絶縁層内に導電性プラグを形成する方
法および酸化物材料の化学的・機械的プレーナリゼーシ
ョン方法を提供することであり、引き続いて重ねる導電
性層との連結が、公知方法により製造した溝形プラグよ
りも容易であるようなプラグを製造できる方法の提供に
ある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】これらの目的は、本発明
が提案する化学的・機械的プレーナリー化（ＣＭＰ）技
術を採用した２工程プラグ形成方法により達成できる。
酸化物層（ＢＰＳＧ）を有するるシリコン等の材料から
成る基板は、その中にコンタクト開孔を包含させて製造
し、基板上にタングステン等の金属層を形成してコンタ
クト開孔中にタングステンを充填する。プラグ材料に関
して選択的に作用する第１ＣＭＰ工程では、ウエハー面
から酸化物を殆ど、または全く除去することなく酸化物
面上に重なるタングステン層を除去する。この工程の最
終段階ではウエハー面に亙って存在するチタン窒化物お
よびチタン層等のバリヤーを包含する金属残留物は完全
に取り除かれるが、この際酸化物表面の高さ以下のタン
グステンの一部も除去されるので、タングステンプラグ
に凹みができる。この溝形プラグは公知プラグ形成方法
では普通に見られる現象であるが、これにより引続いて
重ねる金属または他の材料との連結が困難になる。
が提案する化学的・機械的プレーナリー化（ＣＭＰ）技
術を採用した２工程プラグ形成方法により達成できる。
酸化物層（ＢＰＳＧ）を有するるシリコン等の材料から
成る基板は、その中にコンタクト開孔を包含させて製造
し、基板上にタングステン等の金属層を形成してコンタ
クト開孔中にタングステンを充填する。プラグ材料に関
して選択的に作用する第１ＣＭＰ工程では、ウエハー面
から酸化物を殆ど、または全く除去することなく酸化物
面上に重なるタングステン層を除去する。この工程の最
終段階ではウエハー面に亙って存在するチタン窒化物お
よびチタン層等のバリヤーを包含する金属残留物は完全
に取り除かれるが、この際酸化物表面の高さ以下のタン
グステンの一部も除去されるので、タングステンプラグ
に凹みができる。この溝形プラグは公知プラグ形成方法
では普通に見られる現象であるが、これにより引続いて
重ねる金属または他の材料との連結が困難になる。
【００１８】したがって、ウエハー面の酸化物材料に関
して選択的に働く第２ＣＭＰ工程において、絶縁材料の
一部を取り除いて高さがタングステンプラグと同じか、
または若干低めにする。表面上に伸長したタングステン
を整形してプラグの凹みに起因する凹形を取り除くため
には、所望量のタングステンが除去できるように調製し
た酸化物ＣＭＰのスラリーを使用する。すなわち、プラ
グ材料に関して選択性を有するエッチャントの量を増加
すればよい。絶縁材料の一部は０．５ＫÅ乃至２ＫÅの
範囲で除去することが好ましい。タングステンプラグの
上部の除去および絶縁材料の一部の除去は、研磨剤と、
Ｈ2 Ｏ2 と、水と、ＫＯＨおよびＮＨ4ＯＨからなるグ
ループから選択されたベースとを含むスラリーを用いて
化学的・機械的なプレーナリゼーションにより行われる
ようにする。
して選択的に働く第２ＣＭＰ工程において、絶縁材料の
一部を取り除いて高さがタングステンプラグと同じか、
または若干低めにする。表面上に伸長したタングステン
を整形してプラグの凹みに起因する凹形を取り除くため
には、所望量のタングステンが除去できるように調製し
た酸化物ＣＭＰのスラリーを使用する。すなわち、プラ
グ材料に関して選択性を有するエッチャントの量を増加
すればよい。絶縁材料の一部は０．５ＫÅ乃至２ＫÅの
範囲で除去することが好ましい。タングステンプラグの
上部の除去および絶縁材料の一部の除去は、研磨剤と、
Ｈ2 Ｏ2 と、水と、ＫＯＨおよびＮＨ4ＯＨからなるグ
ループから選択されたベースとを含むスラリーを用いて
化学的・機械的なプレーナリゼーションにより行われる
ようにする。
【００１９】本発明の方法では導電性材料（ここではタ
ングステン）からプラグが形成され、この場合のプラグ
の高さは酸化物（この場合ＢＰＳＧまたはＳｉＯ2 等の
他の材料）等の絶縁層の面と同じであるか、またはこれ
より若干突出している（第２実施態様）。突出プラグの
形状は制御しながら凸形に丸く突起するようにし、引続
いて施工するアルミニウム等の導電性材料との連結が一
層改良された表面を提供させる。
ングステン）からプラグが形成され、この場合のプラグ
の高さは酸化物（この場合ＢＰＳＧまたはＳｉＯ2 等の
他の材料）等の絶縁層の面と同じであるか、またはこれ
より若干突出している（第２実施態様）。突出プラグの
形状は制御しながら凸形に丸く突起するようにし、引続
いて施工するアルミニウム等の導電性材料との連結が一
層改良された表面を提供させる。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明の方法に従って、先ず酸化
物（ＢＰＳＧ）等から成る約２乃至３μｍ厚さの絶縁材
料（１０）層を有するウエハーを公知方法により製作し
た（図３）。材料（１０）中にはコンタクト開孔（１
６）を公知方法により形成した。金属（３０）層（この
場合タングステン）でコンタクト開孔（１６）を充填
し、かつ絶縁層（１０）面上に亙ってタングステンを張
り渡した。このタングステン層（３０）は化学蒸着法
（ＣＶＤ）で形成させればコンタクト開孔を充分に充填
できるが、他の有効な方法を採用してもよい。この場合
の酸化物（１０）面上に亘るタングステン（３０）層の
厚さは約１０ＫÅであるが、この層は引続くウエハー処
理工程で除去されるので他の厚さでも構わない。
物（ＢＰＳＧ）等から成る約２乃至３μｍ厚さの絶縁材
料（１０）層を有するウエハーを公知方法により製作し
た（図３）。材料（１０）中にはコンタクト開孔（１
６）を公知方法により形成した。金属（３０）層（この
場合タングステン）でコンタクト開孔（１６）を充填
し、かつ絶縁層（１０）面上に亙ってタングステンを張
り渡した。このタングステン層（３０）は化学蒸着法
（ＣＶＤ）で形成させればコンタクト開孔を充分に充填
できるが、他の有効な方法を採用してもよい。この場合
の酸化物（１０）面上に亘るタングステン（３０）層の
厚さは約１０ＫÅであるが、この層は引続くウエハー処
理工程で除去されるので他の厚さでも構わない。
【００２１】次いで、このウエハーをタングステンに関
して選択的に作用する化学的・機械的ポリッシング（Ｃ
ＭＰ）方法で処理した。この方法では回転プラテン上に
載せたポリッシングパッドを使した。Ａｌ2 Ｏ3 等の研
磨性粒子、およびＨ2 Ｏ2 およびＫＯＨまたはＮＨ4 Ｏ
Ｈのいずれか、または他の酸もしくは塩基等のエッチャ
ントを含有するスラリーを用いて、予め決められた速度
でタングステンを除去したが、この間の絶縁層の除去量
は僅少であった。この方法は米国特許第４，９９２，１
３５号公報に開示されている。ポリッシングパッドは約
５乃至１０分間、７乃至９ｐｓｉの圧力下でウエハー面
と接触させた。この方法により、酸化物（１０）中のコ
ンタクト開孔（１６）内にタングステンプラグ（１４）
が充填された図２の構造のプラグが得られた。この段階
ではポリッシングパッド中の繊維質による機械的タング
ステンエロージョンに起因してタングステン（１４）は
僅かに凹んでいた。通常、凹みの程度は酸化物（１０）
の面の高さ以下約０．５ＫÅ乃至３ＫÅの範囲内で変動
した。選択的にタングステンを取り除くために、スラリ
ー中の化学成分がタングステンを酸化し、生成タングス
テン酸化物はスラリー中の研磨性材料により機械的に除
去された。少量ではあるがタングステン自体も研磨材に
より追加的に除かれた。何れの場合でも、このＣＭＰ方
法はタングステンに関して選択的に働き、絶縁層は殆ど
そのまま残る。
して選択的に作用する化学的・機械的ポリッシング（Ｃ
ＭＰ）方法で処理した。この方法では回転プラテン上に
載せたポリッシングパッドを使した。Ａｌ2 Ｏ3 等の研
磨性粒子、およびＨ2 Ｏ2 およびＫＯＨまたはＮＨ4 Ｏ
Ｈのいずれか、または他の酸もしくは塩基等のエッチャ
ントを含有するスラリーを用いて、予め決められた速度
でタングステンを除去したが、この間の絶縁層の除去量
は僅少であった。この方法は米国特許第４，９９２，１
３５号公報に開示されている。ポリッシングパッドは約
５乃至１０分間、７乃至９ｐｓｉの圧力下でウエハー面
と接触させた。この方法により、酸化物（１０）中のコ
ンタクト開孔（１６）内にタングステンプラグ（１４）
が充填された図２の構造のプラグが得られた。この段階
ではポリッシングパッド中の繊維質による機械的タング
ステンエロージョンに起因してタングステン（１４）は
僅かに凹んでいた。通常、凹みの程度は酸化物（１０）
の面の高さ以下約０．５ＫÅ乃至３ＫÅの範囲内で変動
した。選択的にタングステンを取り除くために、スラリ
ー中の化学成分がタングステンを酸化し、生成タングス
テン酸化物はスラリー中の研磨性材料により機械的に除
去された。少量ではあるがタングステン自体も研磨材に
より追加的に除かれた。何れの場合でも、このＣＭＰ方
法はタングステンに関して選択的に働き、絶縁層は殆ど
そのまま残る。
【００２２】磨くため、または凸面をなす突起状タング
ステンプラグを作るためのいずれの目的でも少量のタン
グステンを取り除くことの方が好ましいのではあるが、
この第２工程中には、絶縁層材料に関して選択的に作用
するＣＭＰプロセスも包含させた。この段階でタングス
テンを除去する場合は、絶縁材料を除去する場合の速度
よりも遥かに遅い速度で行なう。酸化物に関して選択的
なエッチャントを含有するスラリーを回転ポリッシング
パッドとウエハー面の間に供給した。この場合に使用し
たコロイド性シリカスラリー中には上記のように研磨材
が含ませてあり、またＨ2 Ｏ2 およびＫＯＨの塩基性混
合物等の、酸化物に対して選択的に作用するエッチャン
トも含ませた。他の非酸化物絶縁材料を使用した場合に
は、殆どの場合で他の化学エッチャントの使用が要求さ
れる。絶縁材料１０をタングステンプラグ（１４）周辺
から取り除いたが（図１）、その結果高さは絶縁材料
（１０）の面と同じになった。パッドの作用によりタン
グステンおよび酸化物材料の表面が充分に研磨されて表
面の不規則性が消失した。タングステンのポリッシング
速度は５０Å／分以下の低速であったが、その下の酸化
物層は２５００Å／分以上の高速で磨いた。通常、０．
５ＫÅ乃至３ＫÅの絶縁材料層を第２ＣＭＰ工程で取り
除くが、コンタクト開孔中でタングステンが凹む程度と
してはこの程度が限度である。
ステンプラグを作るためのいずれの目的でも少量のタン
グステンを取り除くことの方が好ましいのではあるが、
この第２工程中には、絶縁層材料に関して選択的に作用
するＣＭＰプロセスも包含させた。この段階でタングス
テンを除去する場合は、絶縁材料を除去する場合の速度
よりも遥かに遅い速度で行なう。酸化物に関して選択的
なエッチャントを含有するスラリーを回転ポリッシング
パッドとウエハー面の間に供給した。この場合に使用し
たコロイド性シリカスラリー中には上記のように研磨材
が含ませてあり、またＨ2 Ｏ2 およびＫＯＨの塩基性混
合物等の、酸化物に対して選択的に作用するエッチャン
トも含ませた。他の非酸化物絶縁材料を使用した場合に
は、殆どの場合で他の化学エッチャントの使用が要求さ
れる。絶縁材料１０をタングステンプラグ（１４）周辺
から取り除いたが（図１）、その結果高さは絶縁材料
（１０）の面と同じになった。パッドの作用によりタン
グステンおよび酸化物材料の表面が充分に研磨されて表
面の不規則性が消失した。タングステンのポリッシング
速度は５０Å／分以下の低速であったが、その下の酸化
物層は２５００Å／分以上の高速で磨いた。通常、０．
５ＫÅ乃至３ＫÅの絶縁材料層を第２ＣＭＰ工程で取り
除くが、コンタクト開孔中でタングステンが凹む程度と
してはこの程度が限度である。
【００２３】第１工程の第２実施態様も、かかるタング
ステンプラグの形成に用いて同様に有効である。この方
法ではＡｌ2 Ｏ3 研磨材粒子および水とＨ2 Ｏ2 との塩
基性混合物から成る新規ポリッシングスラリーを使用し
た。上記の混合物中の第二塩基であるＫＯＨまたはＮＨ
4 ＯＨはエッチング速度またはエッチングの良否には殆
ど影響を与えない。この新規スラリーでは、Ｈ2 Ｏ2 は
タングステン面を酸化してタングステン酸化物にするた
めに用い、生成タングステン酸化物は引続くポリッシン
グ方法で取り除き、新鮮なタングステン表面を露出させ
てＨ2 Ｏ2 とタングステン面との反応を継続させる。こ
れに対して、第１工程の第１実施態様ではＨ2 Ｏ2 と、
タングステン酸化物を化学的に除去するのに有効なＫＯ
ＨまたはＮＨ4 ＯＨ等の第２化学成分との使用について
記載した。タングステン酸化物はスラリー中の研磨材に
よる機械的ポリッシング効果によっても充分に取り除く
ことができることが判明した。この新規スラリーの場
合、ポリッシング速度は１ＫÅ乃至３ＫÅであることが
分かり、この速度はＨ2 Ｏ2 対Ｈ2 Ｏの比によって変動
する。１００％Ｈ2 Ｏ2 溶液では約３ＫÅ／分の速度で
タングステン酸化物が除去されるが、Ｈ2 Ｏ2 対Ｈ2 Ｏ
の容積比が１対１では約０．５ＫÅ／分の速度である。
この新規スラリーを使用すると、絶縁体（例えばＢＰＳ
Ｇ）に対するタングステンの優れたポリッシング選択性
が得られ、選択性は約２０対１であると算定された。
ステンプラグの形成に用いて同様に有効である。この方
法ではＡｌ2 Ｏ3 研磨材粒子および水とＨ2 Ｏ2 との塩
基性混合物から成る新規ポリッシングスラリーを使用し
た。上記の混合物中の第二塩基であるＫＯＨまたはＮＨ
4 ＯＨはエッチング速度またはエッチングの良否には殆
ど影響を与えない。この新規スラリーでは、Ｈ2 Ｏ2 は
タングステン面を酸化してタングステン酸化物にするた
めに用い、生成タングステン酸化物は引続くポリッシン
グ方法で取り除き、新鮮なタングステン表面を露出させ
てＨ2 Ｏ2 とタングステン面との反応を継続させる。こ
れに対して、第１工程の第１実施態様ではＨ2 Ｏ2 と、
タングステン酸化物を化学的に除去するのに有効なＫＯ
ＨまたはＮＨ4 ＯＨ等の第２化学成分との使用について
記載した。タングステン酸化物はスラリー中の研磨材に
よる機械的ポリッシング効果によっても充分に取り除く
ことができることが判明した。この新規スラリーの場
合、ポリッシング速度は１ＫÅ乃至３ＫÅであることが
分かり、この速度はＨ2 Ｏ2 対Ｈ2 Ｏの比によって変動
する。１００％Ｈ2 Ｏ2 溶液では約３ＫÅ／分の速度で
タングステン酸化物が除去されるが、Ｈ2 Ｏ2 対Ｈ2 Ｏ
の容積比が１対１では約０．５ＫÅ／分の速度である。
この新規スラリーを使用すると、絶縁体（例えばＢＰＳ
Ｇ）に対するタングステンの優れたポリッシング選択性
が得られ、選択性は約２０対１であると算定された。
【００２４】本発明の他の実施態様によると、酸化物
（１０）を除去するウエハー第２ポリッシング工程を、
絶縁材料（１０）が除去され、なおかつ図４にみられる
凸形で丸く突起したタングステンプラグが得られる迄継
続した。しかしこの工程は必ずしも本発明の必須要件で
はない。タングステンプラグ（４０）の丸い面は、引続
くウエハー処理工程間中にスパッタリングもしくは他の
手段で形成させたアルミニウム層（図示せず）との連結
を容易にする丸い凸形面を備えている。タングステンプ
ラグの直径は１ミクロン以下のものが形成された。
（１０）を除去するウエハー第２ポリッシング工程を、
絶縁材料（１０）が除去され、なおかつ図４にみられる
凸形で丸く突起したタングステンプラグが得られる迄継
続した。しかしこの工程は必ずしも本発明の必須要件で
はない。タングステンプラグ（４０）の丸い面は、引続
くウエハー処理工程間中にスパッタリングもしくは他の
手段で形成させたアルミニウム層（図示せず）との連結
を容易にする丸い凸形面を備えている。タングステンプ
ラグの直径は１ミクロン以下のものが形成された。
【００２５】絶縁層内で溝形を呈しない均一なプラグが
形成できるのみでなく、本発明の２工程方法によれば、
第２工程における酸化物ポリッシングによって一層平坦
なウエハー面が得られた。
形成できるのみでなく、本発明の２工程方法によれば、
第２工程における酸化物ポリッシングによって一層平坦
なウエハー面が得られた。
【００２６】酸化物以外の絶縁材料、例えばＳｉ3 Ｎ4
等を使用する方法、および材料の修正もまた本発明に包
含される。しかし非酸化物絶縁材料では、ＫＯＨおよび
水溶液以外の化学エッチャントを使用する必要が生ず
る。また他の各種の酸類、塩基類および研磨性材料もＣ
ＭＰスラリー中に使用できる。
等を使用する方法、および材料の修正もまた本発明に包
含される。しかし非酸化物絶縁材料では、ＫＯＨおよび
水溶液以外の化学エッチャントを使用する必要が生ず
る。また他の各種の酸類、塩基類および研磨性材料もＣ
ＭＰスラリー中に使用できる。
【００２７】
【発明の効果】公知のタングステンプラグ・エッチバッ
ク技法により形成した溝形プラグよりも一層改良された
埋め込み形および丸く突起したタングステンプラグを製
造する方法が提供できる。したがってスパッタリング法
によるアルミニウム等の導電性材料から成る隣接層との
連結が一層容易になる。
ク技法により形成した溝形プラグよりも一層改良された
埋め込み形および丸く突起したタングステンプラグを製
造する方法が提供できる。したがってスパッタリング法
によるアルミニウム等の導電性材料から成る隣接層との
連結が一層容易になる。
【図１】好ましいプラグの断面図である。
【図２】公知ＣＭＰ方法により形成した典型的な溝形プ
ラグの一断面図である。
ラグの一断面図である。
【図３】本発明方法の第１工程において基板上に形成し
た導電性材料（タングステン等の）層を示す一断面図で
ある。
た導電性材料（タングステン等の）層を示す一断面図で
ある。
【図４】本発明の２工程方法により形成した丸く突起し
たプラグの一断面図である。
たプラグの一断面図である。
１０ 絶縁材料層
１４，３０ 導電性材料
１６ コンタクト開孔
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 クリス・シー・ユウ
アメリカ合衆国、83706 アイダホ州、
ボイーズ、グロスター・ストリート
2528
(72)発明者 トラング・ティー・ドーン
アメリカ合衆国、83712 アイダホ州、
ボイーズ、シェナンドア・ドライブ
1574
(56)参考文献 特開 平２−42728（ＪＰ，Ａ)
Claims (21)
- 【請求項１】 ａ）絶縁層内にコンタクト開孔を形成す
るため、前記絶縁層の一部を除去する工程と、 ｂ）前記絶縁層の表面に導電性材料の層を適用し、この
導電性材料で前記コンタクト開孔を充填し、かつ前記絶
縁層の表面を覆って前記導電性材料の層を形成する工程
と、 ｃ）前記絶縁層の表面から前記導電性材料の少なくとも
一部を除去し、かつ前記コンタクト開孔は前記導電性材
料で実質的に充填された状態に保つ工程であって、 前記一部の導電性材料の除去は研磨剤と酸化剤とを含む
スラリーを用いた化学的・機械的プレーナリゼーション
により行われ、 前記酸化剤は必須なる過酸化水素と任意選択の水とから
成るもので、過酸化水素に対する水の容積比は１：１ま
でとする工程と、 ｄ）前記絶縁層表面の高さを前記導電性材料の上面の高
さより低くするため、前記絶縁層の一部を除去する工程
を含む絶縁層内に導電性プラグを形成する方法。 - 【請求項２】 前記コンタクト開孔は、エッチングで形
成する請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 前記導電層は化学蒸着法で形成する請求
項１記載の方法。 - 【請求項４】 前記研磨剤は酸化アルミニウムを含む請
求項１記載の方法。 - 【請求項５】 前記工程ｄ）は化学的・機械的プレーナ
リゼーションによって行う請求項１記載の方法。 - 【請求項６】 前記工程ｄ）は前記絶縁層の一部を選択
的に除去する化合物と第２の研磨剤を含むスラリーを用
いる工程を含む請求項５記載の方法。 - 【請求項７】 前記第２の研磨剤はシリカを含む請求項
６記載の方法。 - 【請求項８】 前記化合物は水酸化カリウムを含む請求
項６記載の方法。 - 【請求項９】 ０．５ＫÅ乃至３ＫÅの絶縁層は前記工
程ｄ）の最中に除去される請求項１記載の方法。 - 【請求項１０】 前記工程ｄ）は、前記絶縁層表面の高
さが前記導電性材料の上面の高さと実質的に等しくなる
まで行う請求項１記載の方法。 - 【請求項１１】 前記工程ｄ）は、前記絶縁層表面の高
さが前記導電性材料の上面の高さより低くなるまで行
い、前記導電性材料を前記絶縁層表面から突出させる請
求項１記載の方法。 - 【請求項１２】 前記プラグはタングステンを含む請求
項１記載の方法。 - 【請求項１３】 前記工程ｃ）の間には、前記タングス
テンの一部は、前記過酸化水素と反応して酸化タングス
テンを生成する請求項１２記載の方法。 - 【請求項１４】 前記絶縁層は、絶縁性の誘電体層を含
む請求項１記載の方法。 - 【請求項１５】 ０．５ＫÅ乃至３ＫÅの絶縁層は前記
工程ｄ）の最中に除去される請求項１４記載の方法。 - 【請求項１６】 ａ）酸化物材料の一部をエッチングし
て、前記酸化物材料内にコンタクト開孔を形成する工程
と、 ｂ）前記酸化物材料の表面にタングステン層を適用し、
このタングステンで前記コンタクト開孔を充填し、かつ
前記酸化物材料を覆って前記タングステン材料の層を形
成する工程と、 ｃ）前記酸化物材料の表面から前記タングステンの少な
くとも一部を、必須なる過酸化水素と任意選択の水を含
む溶液と研磨剤から成る第１のスラリーを使って化学的
・機械的に除去しながら、前記コンタクト開孔は前記タ
ングステンで実質的に充填された状態に保つ工程であっ
て、前記溶液は、過酸化水素に対する水の容積比は１：
１までとする工程と、 ｄ）前記酸化物材料表面の高さを前記タングステン上面
の高さより低くするため、水酸化カリウムを含む溶液と
研磨剤から成る第２のスラリーを使って前記酸化物材料
の一部を化学的・機械的に除去する工程を含み、これに
よりタングステンプラグを前記コンタクト開孔に形成す
る酸化物材料の化学的・機械的プレーナリゼーション方
法。 - 【請求項１７】 前記工程ｄ）は、前記酸化物材料表面
の高さが前記タングステンの上面の高さと実質的に等し
くなるまで行う請求項１６記載の方法。 - 【請求項１８】 前記工程ｄ）は、前記酸化物材料表面
の高さが前記導電性材料の上面の高さより低くなるまで
行い、前記タングステンを前記酸化物材料表面から突出
させる請求項１６記載の方法。 - 【請求項１９】 ａ）絶縁層内にコンタクト開孔を形成
するため、前記絶縁層の一部を除去する工程と、 ｂ）前記絶縁層の表面に導電性材料の層を適用し、この
導電性材料で前記コンタクト開孔を充填し、かつ前記絶
縁層の表面を覆って前記導電性材料の層を形成する工程
と、 ｃ）前記絶縁層の表面から前記導電性材料の少なくとも
一部を除去し、かつ前記コンタクト開孔は前記導電性材
料で実質的に充填された状態に保つ工程であって、 前記一部の導電性材料の除去は研磨剤と溶液とを含むス
ラリーを用いた化学的・機械的プレーナリゼーションに
より行われ、 前記溶液は必須なる酸化剤と任意選択の担体とから成る
もので、酸化剤に対する担体の容積比は１：１までとす
る工程と、 ｄ）スラリーを用いた化学的・機械的プレーナリゼーシ
ョンによって前記絶縁層の高さを低くするために前記絶
縁層の一部を除去する工程であって、 前記スラリーは、研磨剤と、前記導電性材料の上面に関
して前記絶縁層表面の一部を選択的に除去する化合物と
を含むこととを含む絶縁層内に導電性プラグを形成する
方法。 - 【請求項２０】 前記研磨剤はシリカを含む請求項１９
記載の方法。 - 【請求項２１】 前記化合物は水酸化カリウムを含む請
求項１９記載の方法。
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