JP3667113B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研磨装置、研磨方法および半導体装置の製造技術に関し、特に、半導体基板上に被着された導体膜を化学的かつ機械的に研磨する化学的機械的研磨技術に適用して有効な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
導体膜を化学的機械的研磨法によって研磨する場合には、一般的に研磨液に研磨砥粒と導体膜の酸化剤とが含まれている。その研磨メカニズムは、導体膜表面を酸化剤によって酸化させ除去され易い状態にした後、その酸化部分を含めて研磨砥粒によって研磨するというものである。そして、本発明者が検討した化学的機械的研磨技術においてはその開始から終了までの間、導体膜とその下層の下地絶縁膜との研磨選択比をほぼ同じにして研磨処理を行うようにしている。
【0003】
なお、化学的機械的研磨技術については、例えば株式会社工業調査会、1997年11月25日発行、「電子材料別冊 1998年版 超LSI製造・試験装置ガイドブック」P94〜P101に記載がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記したように導体膜の研磨に際して導体膜と下地絶縁膜との選択比を確保し導体膜が削られ易いような研磨選択比で研磨処理を行う技術においては、下地に段差が存在すると段差境界に位置する下地絶縁膜の段差肩部に導体膜が残る問題、研磨面に露出した下地絶縁膜において接続孔が隣接している領域等が局所的に削られ過ぎてしまう問題あるいは埋込配線における上面が削られ過ぎてしまう問題が生じることを本発明者は見い出した。
【0005】
本発明の目的は、導体膜を化学的機械的研磨法によって研磨する際に研磨面の平坦性を向上させることのできる技術を提供することにある。
【0006】
また、本発明の目的は、導体膜を化学的機械的研磨法によって研磨する際に、下地に段差が存在していたとしても導体膜残り等を生じることなく被研磨部を研磨することのできる技術を提供することにある。
【0007】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【0009】
本発明は、導体膜を化学的機械的研磨法によって研磨する際に、その開始から終了までの間に、前記導体膜とその下層の絶縁膜との研磨選択比を変えるものである。
【0010】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、所定の集積回路素子が形成された半導体基板上に被着された導体膜を化学的機械的研磨法によって研磨する際に、その開始から終了の間に、前記導体膜とその下層の絶縁膜との研磨選択比を相対的に大きくした状態での研磨処理を施した後、前記導体膜とその下層の絶縁膜との研磨選択比を相対的に小さくした状態または前記研磨選択比の無い状態での研磨処理を施す工程を有するものである。
【0011】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、所定の集積回路素子が形成された半導体基板上に被着された導体膜を化学的機械的研磨法によって研磨する際に、その開始から終了の間に、化学的要素および機械的要素の両方で研磨を行った後、前記機械的要素の方が化学的要素よりも強い状態または機械的要素のみで研磨を行う研磨工程を有するものである。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する(なお、実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する)。
【0013】
(実施の形態1)
図1および図2は本発明の一実施の形態である研磨装置の説明図、図3〜図6は本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【0014】
本発明の技術思想は、絶縁膜上に被着された導体膜を化学的機械的研磨処理によって研磨する際に、その導体膜とその絶縁膜との研磨選択比を制御しながら研磨処理を行うものである。
【0015】
まず、本実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法で用いる研磨装置の一例を図1および図2により説明する。この研磨装置1は、化学的機械的研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)により、被研磨物を研磨するための研磨装置であって、その研磨定盤(研磨基台)2は、半導体ウエハ(被研磨物)3に対して研磨処理を行うための基台を成すもので、平面円形状に形成され、その下面中心には回転軸2aが接合されており、その回転軸2aを軸として回転可能な状態で設置されている。この研磨定盤2の上面には、研磨パッド(研磨部)4が着脱自在の状態で張り付けられている。この研磨パッド4は、その構造から、例えば独立発泡系、連続発泡系またはその各々の系の下層に弾性体を設ける2層複合体構造に分類できるが、いずれのものを使用しても良い。また、その硬度の違いから軟質、中軟質、硬質および高硬質等があるが、本実施の形態では、上述のように導体膜を研磨する観点等から硬質または高硬質のものが好ましい。
【0016】
また、研磨定盤2上には、研磨ヘッド(被研磨物保持部)5が研磨定盤2の上面に対して水平に回転可能な状態で設置されている。この研磨ヘッド5は、研磨処理に際して半導体ウエハ3を保持する部材である。すなわち、研磨処理に際して、半導体ウエハ3はその主面(被研磨面)を研磨パッド4に向け、かつ、その裏面を研磨ヘッド5のチャック面に向けた状態で研磨ヘッド5に保持されるようになっている。その保持方法としては、例えば真空チャック方式または軟質フィルムによる水貼り方式が採用されている。研磨処理時における研磨ヘッド5の回転方向および回転数は研磨精度の確保等の観点から研磨定盤2の回転方向および回転数と同一となるように設定されている。
【0017】
さらに、研磨定盤2の上方には、研磨液供給アーム(研磨液供給部)6が研磨定盤2の上面に平行に移動可能な状態で設置されている。この研磨液供給アーム6は、配管7a〜7cを通じてタンク8a〜8cと機械的に接続されている。タンク8aには砥粒が充填され、タンク8bには酸化剤が充填され、タンク8cには純水が充填されている。砥粒には、例えばシリカ粒子、アルミナ粒子あるいは酸化セリウム等が使用されている。酸化剤には、例えば過酸化水素水(H2 2 )、ヨウ素酸カリウム(KIO3 )または硝酸第II鉄(Fe(NO3 3 )が使用されている。タンク8a〜8cの砥粒、酸化剤および純水は、配管7a〜7cを通じて研磨液供給アーム6に流入され所定の割合で混合されて研磨液Sとなり、研磨液供給アーム6の先端のノズル部6aを通じて研磨定盤2上に単位時間当たり所定量供給されるようになっている。研磨液Sは研磨処理時間中に連続的に一定量供給しても良いし、断続的に一定量供給しても良い。この研磨液Sの流入制御は配管7a〜7cの途中に設けられたバルブ9a〜9cによって行われる。すなわち、配管7a〜7cの途中に設けられたバルブ9a〜9cの開閉によって砥粒、酸化剤および純水の流量および濃度が調節されるようになっている。このバルブ9a〜9cの開閉動作は制御部10によって制御されるようになっている。なお、研磨液中の酸化剤は、被研磨対象の導体膜の表面を酸化させ研磨し易くするためのもので、絶縁膜との研磨選択比を設定する上で重要な要素となっている。なお、複数種の酸化剤を使用する場合には、その種類毎にタンクを用意し、各タンクと研磨液供給アームとを各々の配管を介して機械的に接続し、その各々の配管途中に設けられたバルブによってどの種の酸化剤を供給するかを適宜変更可能な構造とすれば良い。
【0018】
このような研磨装置1では、半導体ウエハ3の主面が研磨パッド4に押し当てた状態で半導体ウエハ3を研磨ヘッド5で保持し、かつ、研磨液供給アーム6の先端のノズル部6aから研磨液Sを研磨パッド上に一定量滴下した状態で、研磨ヘッド5および研磨定盤2を同一の方向および回転数で水平回転させることで研磨処理を行う。この際、本実施の形態では、バルブ9a〜9cの開閉制御によって研磨液中の構成要素の濃度や単位時間当たりの流量等を調節することで、後述のように、導体膜と絶縁膜との研磨選択比を制御しながら研磨処理を行う。
【0019】
次に、本実施の形態を説明する前に、本発明者が検討した技術課題について説明する。図12は製造工程中における半導体基板50の要部断面を示している。符号51は分離用のフィールド絶縁膜、符号52はMIS・FET、符号53はMIS・FET52のソース・ドレイン用の半導体領域、符号54はMIS・FET52のゲート絶縁膜、符号55はMIS・FETのゲート電極、符号56はキャップ絶縁膜、符号57はサイドウォール、符号58は絶縁膜、符号59は接続孔および符号60は導体膜を示している。ここではフィールド絶縁膜51上にもゲート電極55の引き出し部が設けられている。このため、このゲート電極55は他のゲート電極55よりもその上面が高くなっており、これを被覆する絶縁膜58の上面高さも絶縁膜58の他の領域の上面よりも高くなっており段差が形成されている。
【0020】
このような半導体集積回路装置に対して本発明者が検討した化学的機械的研磨方法では、研磨砥粒と酸化剤とを含む研磨液を用いた導体膜60の研磨処理に際して処理開始から終了までの間、導体膜60と絶縁膜58との研磨選択比を一定にしたまま研磨処理を行う。図12の破線は研磨終了時点での研磨断面を示している。この破線で示す状態では、下地の段差に起因して絶縁膜58の肩部(図12の左側)に導体膜60が残り、その残された導体膜60と接続孔59中の導体膜60とが電気的に接続された状態となってしまう。ここで、導体膜60が絶縁膜58上に残らないように、上述の研磨処理をさらに続けると、図13の破線に示すように、相対的に高い領域(図13の左側)では導体膜60が上手く削れ良好となるが、相対的に低い領域(図13の右側)ではゲート電極55も削れてしまい素子破壊となってしまう。
【0021】
次に、上述のような課題を解決するための本実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法の一例を説明する。
【0022】
図3に示すように、上記半導体ウエハ3(図1, 2参照)を構成する半導体基板3Sは、例えばp型のシリコン単結晶からなり、その主面には分離部11が形成されている。この分離部11は、ロコス酸化法等で形成されたフィールド絶縁膜で構成され、例えばシリコン酸化膜からなる。分離部11は、フィールド絶縁膜によるものに限定されるものではなく、例えば半導体基板3Sの深さ方向に溝を形成した後、その溝内に絶縁膜を埋め込むことで構成される、いわゆる溝型の埋込分離構造としても良い。この分離部11に囲まれた活性領域には、例えばnチャネル型のMIS・FETQnが形成されている。このMIS・FETQnは、半導体領域12と、半導体基板3Sの主面上に形成されたゲート絶縁膜13と、その上に形成されたゲート電極14とを有している。
【0023】
半導体領域12は、MIS・FETQnのソース・ドレイン領域を形成する領域であり、低不純物濃度領域と高不純物濃度領域とで構成されている。低不純物濃度領域はホットエレクトロンの発生を抑制するための領域であり、MIS・FETQnのチャネル側に設けられている。また、高不純物濃度領域はチャネルから低不純物濃度領域分だけ離間した領域に設けられている。いずれの領域も、例えばリンまたはヒ素(As)が半導体基板3Sに導入されて形成されている。
【0024】
ゲート絶縁膜13は、例えばシリコン酸化膜からなる。ただし、特に限定されないが、上記ゲート絶縁膜13を形成した後に、半導体基板3SをNO(酸化窒素)あるいはN2 O(亜酸化窒素)雰囲気中で熱処理することによって、ゲート絶縁膜13と半導体基板3Sとの界面に窒素を偏析させても良い(酸窒化処理)。この処理を行う理由は、ゲート絶縁膜13が薄くなると、半導体基板3Sとの熱膨張係数差に起因してゲート絶縁膜13と半導体基板3Sとの接触界面に生じる歪みが顕在化し、ホットキャリアの発生を誘発することが知られているが、半導体基板3Sとの界面に偏析した窒素はこの歪みを緩和するからである。
【0025】
ゲート電極14は、例えばn型の低抵抗ポリシリコンの単体膜からなる。ただし、ゲート電極14の構造はこれに限定されるものではなく種々変更可能であり、例えばn型の低抵抗ポリシリコン膜上にタングステンシリサイド等のようなシリサイド膜を設けたポリサイド構造やn型の低抵抗ポリシリコン膜上に窒化タングステン膜または窒化チタン膜等のようなバリア膜を介してタングステン等のような金属膜を設けて成るポリメタル構造でも良い。上記バリア膜は、低抵抗ポリシリコン膜上にタングステン膜を直接積み重ねた場合に、その接触部に製造プロセス中の熱処理によりシリサイドが形成されてしまう等を防止する機能を有している。また、上記ゲート電極14の金属膜は、配線抵抗を下げる機能を有している。このゲート電極14の上面には、例えばシリコン酸化膜からなるキャップ絶縁膜15が形成されている。また、このキャップ絶縁膜15およびゲート電極14の側面には、例えばシリコン酸化膜等からなるサイドウォール16が形成されている。なお、このサイドウォール16は、上記MIS・FETQnの低不純物濃度領域と高不純物濃度領域とを半導体基板に形成するためのイオン注入用のマスクとして用いられている。なお、図3の最も右のゲート電極14の引き出し部は分離部11上に形成されているため、その上面が他のゲート電極14の上面よりも高くなっている。
【0026】
この半導体基板3S上には、例えばシリコン酸化膜等からなる絶縁膜17が被着されており、これによりMIS・FETQnが被覆されている。上述のように分離部11上のゲート電極14の上面は他のゲート電極14の上面よりも高くなっているために、これを被覆する絶縁膜17の上面も、分離部11上の上面の方が活性領域上の上面よりも高くなっている。この絶縁膜17の一部には平面略円形状の接続孔18aが穿孔されており、そこから半導体基板3Sの上面が露出されている。
【0027】
まず、このような半導体基板3S上に、図4に示すように、例えばタングステンからなる導体膜19をCVD法またはスパッタリング法等によって被着した後、この半導体基板3S(半導体ウエハ3)を上記研磨装置1にセットし、導体膜19を研磨する。一般的に導体膜の研磨処理では、酸化剤を含む研磨液が用いられる。これは、研磨処理に際して導体膜の表面を酸化剤により酸化し酸化メタルにしてから研磨砥粒により研磨するためである。この酸化作用は金属でない絶縁膜には関係しないので、酸化剤により導体膜と絶縁膜との研磨選択比を調節できる。
【0028】
ここで、本実施の形態においては、その研磨処理に際して、導体膜19と絶縁膜17との研磨選択比を研磨処理途中で変えるようにする。すなわち、最初は、導体膜19の方が除去され易いように上記研磨選択比を大きくした状態で研磨処理を行い(第1段階)、途中から上記研磨選択比を小さくした状態または選択比のない状態で研磨処理を行う(第2段階)。言い換えると、第1段階では化学的要素の方が機械的要素よりも強い状態で研磨処理を行い、第2段階では機械的要素の方が化学的要素よりも強い状態または機械的要素のみで研磨処理を行う。これにより、第1段階では導体膜を選択的に容易に速く除去でき、第2段階では被研磨膜の種類に依存することなく平等に研磨することができるので、上記した課題の導体膜残りや過剰研磨を防ぐことができ、半導体集積回路装置の歩留まりおよび信頼性を向上させることが可能となる。
【0029】
上記研磨選択比を変えるには、例えば次の方法がある。第1の方法は、研磨中に一定流量で供給する研磨砥粒および酸化剤の少なくとも一方の濃度を制御するものである。第2の方法は、研磨中に一定流量で供給する研磨砥粒と酸化剤との流量比を制御するものである。第3の方法は、研磨中に一定流量で供給する研磨砥粒および酸化剤の少なくとも一方の種類を変えるものである。
【0030】
具体的には、例えば次の通りである。研磨液の流入量は、例えば100〜300ml程度である。供給時の酸化剤は、例えば酸化剤としてH2 2 を用いた場合は10〜30%程度、例えば酸化剤としてFe(NO3 3 を用いた場合は4〜20%程度とする。また、上記酸化剤の濃度を制御する第1の方法の一例として、例えばH2 2 を酸化剤として用いた場合、その量を、第1段階では、例えば2〜4重量%程度とし、第2段階では、例えば0〜0.5重量%程度とする。また、その酸化剤として、例えばFe(NO3 3 を用いた場合、その量を、第1段階では、例えば5重量%程度、第2段階では、例えば0〜2重量%程度とする。
【0031】
また、上記酸化剤と研磨砥粒との流量比を制御する第2の方法の一例として、例えば研磨砥粒としてアルミナ(Al2 3 )粒子を用い、例えば酸化剤としてFe(NO3 3 を用いた場合、第1段階では、Al2 3 およびFe(NO3 3 の流量を、例えば75ml/min程度と同一とし、第2段階では、Al2 3 の流量を、例えば75ml/min程度とし、Fe(NO3 3 の流量を、例えば25ml/min程度とする。
【0032】
第1段階から第2段階への切り換えは、例えば絶縁膜17の上面が導体膜19から露出するあたりで行う。その第1段階の研磨処理終了点を検出するには、例えば研磨処理中における振動、研磨トルクまたは研磨パッドの表面温度の変化を検出する方式、静電容量検出方式、光学的検出方式、非製品製造用の半導体ウエハを何枚か研磨しその研磨量を確認して研磨時間を設定しその研磨時間で終点を設定する方式あるいはこれら方式の組合せがある。
【0033】
このような研磨処理により、図5に示すように、接続孔18内に導体膜19で構成されるプラグ19aを形成する。本実施の形態では、上記研磨処理の第2段階で機械的要素が強いまたは機械的要素のみの状態で研磨処理を行うので、下地の段差の影響が少なくなり研磨面がほぼ平坦となる。その後、半導体基板3S上に、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる導体膜をスパッタリング法等によって被着した後、これをフォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術によってパターニングすることにより、図6に示すように、第1層配線20L1を形成する。この際、下地が平坦なので露光がし易く配線パターンの転写精度を向上させることが可能である。これ以降は、通常の製造工程により半導体集積回路装置を製造すれば良いので説明を省略する。
【0034】
このように、本実施の形態1によれば、以下の効果を得ることが可能となる。
【0035】
(1).上面に段差のある絶縁膜17上に被着された導体膜19を化学的機械的研磨処理によって研磨することにより、その導体膜19を絶縁膜17に穿孔された接続孔18a内に埋め込みプラグ19aを形成する際に、余分な導体膜残りや素子破壊を生じることなく、プラグ19aを形成することが可能となる。
【0036】
(2).導体膜19研磨後の研磨面の平坦性に優れるので、その上に形成される配線のパターン転写精度を向上させることが可能となる。
【0037】
(3).導体膜19研磨後の研磨面の平坦性に優れるので、その上に形成される配線のマイグレーション不良発生率を低減させることが可能となる。
【0038】
(4).上記(1) 、(2) または(3) により、半導体集積回路装置の歩留まりおよび信頼性を向上させることが可能となる。
【0039】
(実施の形態2)
図7〜図11は本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造工程中における説明図である。
【0040】
まず、本実施の形態を説明する前に、本発明者が検討した技術課題について説明する。図14は本発明者が検討した半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面を示している。符号70a, 70bは絶縁膜、符号71は配線溝、符号72は接続孔、符号73は埋込配線を示している。この段階では絶縁膜70bに配線溝71および接続孔72を形成した後、埋込配線形成用のバリア導体膜74および主導体膜75が被着されている。ここでは接続孔72が密集して形成されている。このような場合に主導体膜75およびバリア導体膜74と絶縁膜70bとの研磨選択比を一定に確保して研磨処理を行うと、その研磨処理終了後には図14の破線で示すような研磨断面が得られる。この破線で示す状態では、接続孔72の密集領域において絶縁膜70bの上面が過剰に除去され窪んでしまう現象や配線溝内における主導体膜75の上面が過剰に削れ窪んでしまう現象(ディッシング)が生じる。
【0041】
次に、上述のような課題を解決するための本実施の形態の半導体集積回路装置の製造方法の一例を説明する。
【0042】
図7は半導体集積回路装置の配線層の要部断面図を示し、図8はその埋込配線層の要部上面図を示し、図9は配線溝および接続孔の要部上面図を示している。なお、配線層の下層には図3等に示したMIS・FET等のような素子が形成されているが、説明を簡単にするため、ここでは省略してある。
【0043】
絶縁膜21aは、例えばシリコン酸化膜からなり、その一部には配線溝22aおよび接続孔18bが形成されている。配線溝22aは絶縁膜21aの厚さ方向の途中の深さ位置まで掘られた溝であり、平面的には矩形状または帯状に形成されている。接続孔18bは配線溝22aの底部から下層の接続部まで延びる孔であり、平面的には略円形状に形成され、その底部から接続部が露出されている。このような配線溝22aおよび接続孔18b内には埋込配線23Lが形成されている。埋込配線23Lは、薄いバリア導体膜23aと厚い主導体膜23bとが下層から順に被着されてなり、その上面は絶縁膜21aの上面とほぼ一致するように平坦に形成されている。バリア導体膜23aは、例えばチタン(Ti)または窒化チタン(TiN)からなる。主導体膜23bは、例えば銅(Cu)またはCu合金からなる。絶縁膜21a上には、例えばシリコン酸化膜からなる絶縁膜21bが被着されている。この絶縁膜21bには配線溝22bおよび接続孔18c, 18dが穿孔されている。配線溝22bは絶縁膜21bの途中深さ位置まで掘られた溝であり、その平面形状は矩形状に形成されている。また、接続孔18cは、絶縁膜21bの上面から下面まで貫通するように掘られた溝であり、その平面形状は略円形状に形成されその底面からは埋込配線23Lの上面が露出されている。接続孔18dは、配線溝22bの底面から埋込配線23Lの上面が露出する程度に延びた孔であり、その平面形状は略円形状に形成されている。なお、配線溝22bおよび接続孔18c, 18dはそれぞれ別々のフォトレジストパターンをマスクとしてエッチング形成されている。
【0044】
まず、図10に示すように、このような絶縁膜21b上に、バリア導体膜24aおよび主導体膜24bを被着する。バリア導体膜24aは、例えばTiまたはTiNからなり、スパッタリングリン法またはCVD法等によって被着されている。主導体膜24bは、例えばCuまたはCu合金からなり、例えばスパッタリング法、CVD法またはメッキ法等によって被着されている。続いて、この半導体ウエハを図1の研磨装置1にセットし、前記実施の形態1と同様に化学的機械的研磨処理を施す。
【0045】
この研磨処理の際の酸化剤はH2 2 を使用する。研磨液のトータル流量は100〜300ml/min程度である。研磨液中のスラリ(例えばシリカまたはアルミナ等)とH2 2 (30%程度)との比は11対1とする。スラリの流量は、前記第1段階および第2段階において、例えば220ml/min程度である。また、H2 2 の流量は、前記第1段階において、例えば20ml/min程度、第2段階において、例えば2ml/min(〜0.2重量%)程度である。
【0046】
このような研磨処理により、図11に示すように、接続導体部24Cおよび埋込配線24Lを形成する。この際、本実施の形態2では、接続孔18cの密集する領域において絶縁膜21bの上面が過剰に削れてしまうこともないし、また、埋込配線24Lの上面が過剰に削れてしまうこともない。これ以降は絶縁膜の被着、接続孔や配線溝の形成、導体膜の被着および本実施の形態の研磨を必要回数繰り返し埋込配線を有する半導体集積回路装置を製造する。
【0047】
このような本実施の形態2によれば、以下の効果を得ることが可能となる。
【0048】
(1).接続孔18cの密集領域において絶縁膜21b上面が過剰に削れ窪みが形成されてしまうのを防止することが可能となる。
【0049】
(2).埋込配線24Lのディッシングを防止することが可能となる。
【0050】
(3).上記(1) 、(2) により、埋込配線24L等の形成後の絶縁膜21b上面の平坦性を向上させることが可能となる。
【0051】
(4).上記(1) 〜(3) により、半導体集積回路装置の歩留まりおよび信頼性を向上させることが可能となる。
【0052】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【0053】
例えば研磨処理の上記第2段階においてPH調整剤の調整によりアルカリ性を強めて積極的に下地の絶縁膜を削るようにしても良い。
【0054】
また、前記実施の形態1では半導体基板にMIS・FETが形成されている場合について説明したが、これに限定されるものではなく種々適用可能であり、バイポーラトランジスタやダイオード等のような他の能動素子が形成される場合にも本発明を適用可能である。
【0055】
また、前記実施の形態1, 2では半導体ウエハ(半導体基板)がシリコン単結晶の単体構造の場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えばシリコン単結晶の表面にエピタキシャル法で形成された薄い(1μm程度厚の)シリコン単結晶層を有する、いわゆるエピタキシャルウエハや絶縁層上に半導体層を設けた、いわゆるSOI(Silicon On Insulator)ウエハを用いても良い。
【0056】
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野である半導体集積回路装置技術に適用した場合について説明したが、それに限定されるものではなく、例えば液晶基板や磁気ディスクヘッドの製造技術(平坦化技術)等に適用できる。
【0057】
【発明の効果】
本願によって開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下の通りである。
【0058】
(1).本発明によれば、導体膜を化学的機械的研磨法によって研磨する際に、例えば開始段階では研磨選択比を相対的に大きくした状態で研磨処理を行い、途中から研磨選択比を相対的に小さくして被研磨膜の種類に依存することなく平等に研磨することにより、下地絶縁膜の局所的な削れすぎや埋込配線上面の削れを防止でき、研磨面の平坦性を向上させることが可能となる。
【0059】
(2).本発明によれば、導体膜を化学的機械的研磨法によって研磨する際に、例えば開始段階では研磨選択比を相対的に大きくした状態で研磨処理を行い、途中から研磨選択比を相対的に小さくして被研磨膜の種類に依存することなく平等に研磨することにより、下地に段差が存在していたとしても導体膜残り等を生じることなく被研磨部を研磨することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態である研磨装置の説明図である。
【図2】図1の研磨装置の要部斜視図である。
【図3】本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図4】図3に続く半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図5】図4に続く半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図6】図5に続く半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図7】本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図8】図7の埋込配線の要部平面図である。
【図9】図7の絶縁膜における接続孔および配線溝を示す要部平面図である。
【図10】図7に続く半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図11】図10に続く半導体集積回路装置の製造工程中における要部断面図である。
【図12】本発明者が検討した技術であって半導体集積回路装置の製造工程中における課題を説明するための説明図である。
【図13】本発明者が検討した技術であって半導体集積回路装置の製造工程中における課題を説明するための説明図である。
【図14】本発明者が検討した技術であって半導体集積回路装置の製造工程中における課題を説明するための説明図である。
【符号の説明】
1 研磨装置
2 研磨定盤(研磨基台)
3 半導体ウエハ(被研磨物)
4 研磨パッド(研磨部)
5 研磨ヘッド(被研磨物保持部)
6 研磨液供給アーム(研磨液供給部)
7a〜7c 配管
8a〜8c タンク
9a〜9c バルブ
10 制御部
11 分離部
12 半導体領域
13 ゲート絶縁膜
14 ゲート電極
15 キャップ絶縁膜
16 サイドウォール
17 絶縁膜
18a〜18d 接続孔
19 導体膜
19a プラグ
20L1 第1層配線
21a, 21b 絶縁膜
22a, 22b 配線溝
23L 埋込配線
23a バリア導体膜
23b 主導体膜
24L 埋込配線
24C 接続導体部
24a バリア導体膜
24b 主導体膜
Qn MIS・FET
S 研磨液

Claims (7)

  1. 半導体基板上にMISFETを形成する工程と、前記MISFET上に絶縁膜を形成して前記MISFETのソースまたはドレイン領域を露出する開口部を前記絶縁膜に形成する工程と、前記開口部および前記絶縁膜上に導体膜を形成する工程と、前記導体膜および前記絶縁膜を研磨することにより前記絶縁膜上の導体膜を除去し、前記導体膜を前記開口部に埋め込むと同時に前記絶縁膜上面を平坦化する半導体装置の製造方法において、
    前記導体膜および前記絶縁膜の研磨処理を、研磨初期から研磨途中までは、化学的要素の方が機械的要素よりも強い状態とすることにより前記絶縁膜に対する前記導体膜の研磨選択比が大きい選択比R1にて研磨を行い、
    研磨途中から研磨終了までは、機械的要素の方が化学的要素よりも強い状態とすることにより前記研磨選択比をR1より小さい選択比R2にて行い、
    前記研磨途中とは、前記絶縁膜が前記導体膜から露出するあたりであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 前記導体膜はタングステンであり前記研磨選択比をR1からR2に変える方法は前記導体膜に対する酸化剤の濃度をR1では大きくR2ではR1より小さい濃度にて行うことにより選択比を変えることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記導体膜はタングステンであり前記研磨選択比をR1からR2に変える方法は前記導体膜に対する酸化剤の濃度を変えずに、R1では酸化剤の供給流量を大きくし、R2ではR1より小さい供給流量にて行うことにより選択比を変えることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 半導体基板上にMISFETを形成する工程と、前記MISFET上に絶縁膜を形成して前記MISFETのソースまたはドレイン領域を露出する開口部を前記絶縁膜に形成する工程と、前記開口部および前記絶縁膜上に導体膜を形成する工程と、前記導体膜および前記絶縁膜を研磨することにより前記絶縁膜上の導体膜を除去し、前記導体膜を前記開口部に埋め込むと同時に前記絶縁膜上面を平坦化する半導体装置の製造方法において、
    前記導体膜および前記絶縁膜の研磨処理を、研磨初期から研磨途中までは、化学的要素の方が機械的要素よりも強い状態とすることにより前記絶縁膜に対する前記導体膜の研磨選択比が大きい選択比R1にて研磨を行い、
    研磨途中から研磨終了までは、機械的要素の方が化学的要素よりも強い状態とすることにより前記研磨選択比をR1より小さいかまたは選択比が1になるような選択比R2にて行い、
    前記研磨途中とは、前記絶縁膜が前記導体膜から露出するあたりであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 半導体基板上にMISFETを形成する工程と、前記MISFET上に絶縁膜を形成して前記MISFETのソースまたはドレイン領域を露出する開口部を前記絶縁膜に形成する工程と、前記開口部および前記絶縁膜上に導体膜を形成する工程と、前記導体膜および前記絶縁膜を研磨することにより前記絶縁膜上の導体膜を除去し、前記導体膜を前記開口部に埋め込むと同時に前記絶縁膜上面を化学機械研磨法によって平坦化する半導体装置の製造方法において、
    前記導体膜および前記絶縁膜の研磨処理を、研磨初期から研磨途中までは化学的要素および機械的要素の両方の作用で研磨を行い、
    研磨途中から研磨終了までは前記化学的要素よりも機械的要素の方が強いまたは機械的要素のみで研磨を行い、
    前記研磨途中とは、前記絶縁膜が前記導体膜から露出するあたりであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 半導体基板上の第1絶縁膜上に形成された第1配線溝に第1バリア導体膜と第1主導体膜を埋め込んで形成された平坦な上面を有する第1配線を形成する工程と、前記第1配線上に第2絶縁膜を形成して前記第1配線に接続する接続孔と第2配線溝を前記第2絶縁膜に形成する工程と、前記接続孔および第2配線溝内と前記第2絶縁膜上に第2バリア導体膜を形成し、前記バリア導体膜上に第2主導体膜を形成する工程と、前記第2主導体膜・第2バリア導体膜を研磨することにより前記第2絶縁膜上の前記第2主導体膜・第2バリア導体膜を除去し前記第2主導体膜を前記接続孔および第2配線溝に埋め込む半導体装置の製造方法において、
    前記第2主導体膜および第2バリア導体膜の研磨処理を、研磨初期から研磨途中までは、化学的要素の方が機械的要素よりも強い状態とすることにより前記絶縁膜に対する前記第2主導体膜および第2バリア導体膜の研磨選択比が大きい選択比R1にて研磨を行い、
    研磨途中から研磨終了までは、機械的要素の方が化学的要素よりも強い状態とすることにより前記研磨選択比をR1より小さい選択比R2にて行い、
    前記研磨途中とは、前記絶縁膜が前記第2主導体膜および第2バリア導体膜から露出するあたりであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  7. 前記第2主導体膜は銅であり前記研磨選択比をR1からR2に変える方法は前記第2主導体膜の銅膜に対する酸化剤の濃度を変えずに、R1では酸化剤の供給流量を大きくし、R2ではR1より小さい供給流量にて行うことにより選択比を変えることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
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