JPH06208981A - 化学機械式研磨における平坦化の終点を決定する方法 - Google Patents

化学機械式研磨における平坦化の終点を決定する方法

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JPH06208981A JP5255579A JP25557993A JPH06208981A JP H06208981 A JPH06208981 A JP H06208981A JP 5255579 A JP5255579 A JP 5255579A JP 25557993 A JP25557993 A JP 25557993A JP H06208981 A JPH06208981 A JP H06208981A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、集積回路の製造中の化学機
械式研磨の終点を容易に検出する方法を提供することに
ある。 【構成】 ウェーハ上の絶縁層の、ウェーハを切断する
ときに破壊される領域にモートを形成する。集積回路は
能動領域に第１の金属パターンを有し、モート・アイラ
ンド上に第２の金属パターンを有する。絶縁層をコンフ
ォーマルに付着させ、その上で化学機械式研磨を行う。
第２の金属パターン上の研磨速度は、第１の金属パター
ン上の研磨速度より著しく速い。研磨を監視し、第２の
金属パターンが露出した時に終了すると、集積回路の能
動領域の上面が平坦化される。監視は目視または電気的
に行うことができる。目視の場合は、第２の金属パター
ンは視覚により絶縁層と区別できる金属であることが好
ましい。 【効果】 本発明によれば、化学機械式研磨の終点を容
易に検出することが可能となり、過度の研磨による無駄
を減少させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、集積回路の製造時にお
ける平坦化の方法に関するものである。詳細には、本発
明は、化学機械式研磨における平坦化の終点を決定する
ための、改良された方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】平坦化は、集積回路の製造で重要な工程
である。平坦性は次の段の処理に必要なことが多い。た
とえば、表面が平坦でなければフォトリソグラフィは行
い難くなり、表面が平坦であればスパッタリング技術で
の金属の被覆が良好になる。平坦化の方法のひとつに、
化学機械式研磨（ＣＭＰ）と呼ばれる方法がある。化学
機械式研磨では、研磨パッドおよびスラリを使用してウ
ェーハの表面を研磨する。ＣＭＰ用スラリは、粒子径が
コントロールされた微粒子、通常は二酸化シリコンの微
粒子を液体に分散させたものである。この液体は、潤滑
剤としても、粒子の移動媒体としても機能する。
【０００３】使用する平坦化の方法に関係なく、共通の
必要条件は、平坦化をいつ終了させるべきかを知ること
である。これは、平坦化の前に材料の厚みを測定し、平
坦化中に所期の厚みになるまで、すなわち平坦化の終点
に達するまで定期的に厚みを検査することにより行われ
る。この方法は必ずしも実際的ではなく、生産速度が遅
くなることがある。さらに、平坦化の方法が化学機械式
研磨である場合は、このような測定を行う前に毎回ウェ
ーハからてスラリを除去する必要がある。この余分な工
程により、化学機械式研磨を使用してウェーハを生産す
る際に大量の検査にコストがかかる。
【０００４】図４に、絶縁層１４で被覆した基板１２を
有する集積回路１０の断面図を示す。絶縁層１４上の金
属パターン１６は、第２の絶縁層１８でコンフォーマル
に被覆されている。
【０００５】絶縁層１８の平坦化を行う場合、平坦化を
いつ終了すべきかを知ることが不可欠である。平坦化を
早く終了しすぎると、表面は図４に破線２０で示すよう
に、完全に平坦にならない。反対に、平坦化が終点２４
を超えて進むと、破線２２で示すように金属が露出し、
薄くなることがある。
【０００６】図５は、反応性イオン・エッチングと称す
る従来技術による平坦化方法を使用する前後の、図４の
集積回路１０を示す図である。フォトレジスト層２６
が、絶縁層１８の上面に付着されている。図５に示すよ
うに、フォトレジスト層２６は平坦ではない。従来技術
の方法では、エッチングによりレジスト層２６および絶
縁層１８をレベル２８まで除去する。周知のように、レ
ベル２８はレジスト層２６と実質的に同じ形状を有す
る。したがって従来技術によれば、ほとんど平坦化され
ても、フォトレジストの流動特性のため最適な平坦化は
行えない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、平坦
化の終点に達したかどうか調べるためにウェーハを速や
かに検査することができ、容易に製造工程に組み込める
化学機械式研磨工程を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、改良さ
れた基板の化学機械式研磨方法により、生産品質の平坦
化工程の必要性が満たされ、従来技術における上記の欠
陥が解決される。本発明の原理によれば、まず基板上に
絶縁層を付着させる。次に、第１の絶縁領域上に、メタ
ライゼーション・パターンを形成させる。第２の絶縁領
域には、アイランドの周囲にモートを形成させる。次
に、アイランド上に第２のメタライゼーション・パター
ンを形成させる。次に、基板、モート、および金属パタ
ーンの幾何形状に対してコンフォーマルに第２の絶縁層
を付着させる。従来の化学機械式研磨を行って、第２の
絶縁層を平坦化させる。モートが存在するため、研磨は
第１の領域より第２の領域で速く進行する。研磨工程を
監視して、第２のメタライゼーション・パターンが露出
するのを検出し、平坦化を終了させる。これにより、第
１の領域中の金属パターンの上に、平坦化された絶縁層
が形成される。
【０００９】本発明の第２の実施例では、基板の化学機
械式研磨中に絶縁層の平坦化の終点を電気的に決定する
方法を使用する。この第２の実施例では、パッドと接触
する導電性表面と電気的に接続することのできる研磨パ
ッドを使用する。アイランド上に第２のメタライゼーシ
ョン・パターンを形成するまでは、第１の実施例と同様
である。この後、第２の金属パターンを接地し、第２の
絶縁層をコンフォーマルに付着させる。次に、監視によ
って研磨パッドと第２の金属パターンの電気的接続が検
出されるまで、化学機械式研磨を行う。
【００１０】
【実施例】図１に、本発明の第１の実施例による製造工
程で平坦化を行う前後の集積回路３０の断面図を示す。
図１には、製造中のウェーハ上の集積回路の代表的な２
つの領域が示されている。領域３２はチップ領域で、集
積回路または集積回路デバイスが形成される領域であ
る。領域３４はカーフ領域で、ウェーハを切断して別々
の集積回路にするときに破壊される。本発明によれば、
基板３６全体を第１の絶縁層３８で被覆する。絶縁層３
８中に、アイランド５０を囲んでモート４４を形成す
る。次に、絶縁層３８上に金属パターン４０および４２
を形成する。第２の絶縁層５２で、第１の絶縁層３８と
同様に、金属パターン４０および４２をコンフォーマル
に被覆する。
【００１１】モート４４は、たとえば反応性イオン・エ
ッチングにより、金属パターン４０および４２より前に
形成することが好ましい。次に、２つの金属パターンを
同時に形成する。このための１つの方法は、モート４４
を形成してから、絶縁層３８上に金属層を付着させた
後、不要の金属を除去して金属パターン４０および４２
を形成するものである。この方法は当技術分野で周知で
あるので、本明細書では金属パターンの形成の詳細につ
いては説明を省略する。金属パターン４０は、どんな集
積回路や集積回路デバイスでもよい。たとえば、金属パ
ターン４０は、ＡＮＤゲートまたは単一のトランジスタ
でもよい。金属パターン４２は、製造中の集積回路３０
のカーフ領域３４中に形成することが好ましい。これ
は、ウェーハを切断して別々の部品またはチップにする
工程中にチリとなる領域である。金属パターン４２は、
試験回路または診断回路を備えることができる。たとえ
ば、金属パターン４２は、電流サージによりチップが破
損する点を試験するのに使用する、ウェーハのチップ領
域におけるチップの複製とすることができる。
【００１２】集積回路３０を形成した後、絶縁層５２に
従来の化学機械式研磨を行って、次の処理段、たとえば
他の金属パターンの形成に備えて、製造中のチップ領域
３２の上面を平坦化する。モート４４の目的は、絶縁層
５２の、金属パターン４２の上方にある部分の周囲にあ
る研磨パッド（図示せず）を変形させることである。実
際の使用では、研磨パッドは通常完全に剛性ではないの
で変形する。
【００１３】研磨パッドが、絶縁体５２の、モート４４
の上方でアイランド５０の周囲にある部分とコンフォー
マルになるため、金属パターン４２の上の絶縁体は、絶
縁層５２の、金属パターン４０の上方にある部分に比べ
て速く除去される。図２に示すように、モート４４はア
イランド５０を取り囲んでいる。モート４４は正方形
で、その中心にアイランド５０がある。たとえば、（図
２の５３に示すように）幅１５０μｍのモートと、一辺
が２５μｍの正方形からなるアイランド上の金属パター
ンにより、モートがない同じ金属パターンに比べて、絶
縁の除去が約４０％増大する。モートの幅が大きいほ
ど、アイランド５０の上の絶縁の除去が速くなる。
【００１４】本発明の方法で最適の結果を得るために
は、モート４４の深さと金属層パターン４２の層の高さ
の和が、絶縁層５２の厚みより大きいことが好ましい。
さらに、モート４４の深さは、所期の終点におけるチッ
プ領域３２とカーフ領域３４の絶縁層５２の厚みの差よ
り大きいことが好ましい。一例として、モートの幅約１
５０μｍ、深さ約１μｍ、チップ領域およびカーフ領域
の金属パターンの厚み約７０００Å、第２の絶縁層の厚
み約１．４５μｍであると仮定する。終点に達したと
き、チップ領域の金属パターンの上では絶縁体が約３５
００Å残り、カーフ領域のモート・アイランド金属パタ
ーンの上には何も残らない。
【００１５】化学機械式研磨は、図１の破線５４で示す
ように、絶縁層５２の、金属パターン４２の上方にある
部分が完全に除去されるまで続ける。金属パターン４２
は、目視により絶縁層５２と容易に区別できる金属であ
ることが好ましい。たとえば、タングステンを金属パタ
ーン４２に含めることができる。線５４で示すように、
金属パターン４２は露出するが、金属パターン４０は露
出しない。次に、絶縁層５２の、チップ領域３２にある
部分を平坦化すると、次の処理の準備ができる。
【００１６】金属パターン４２が露出した時に研磨を終
了するために化学機械式研磨の監視が必要である。この
監視は目視で行うことができる。平坦化の終点を検査す
るために、ウェーハを洗浄する必要はなく、オペレータ
が取り上げて目視で検査するだけでよい。
【００１７】基板には、１つまたは複数のカーフ領域に
異なる幅の複数のモートを含めることが好ましい。アイ
ランドは、各モートの中心にあることが好ましい。モー
トの幅が異なるため、絶縁体の除去速度を変えることが
できる。モートの幅が大きいほど、モートのない領域に
比べてモート・アイランド上の絶縁体の除去速度が速く
なる。中間の幅のモートで囲まれたアイランド上の金属
パターンが露出すると、終点に達する。比較的大きいモ
ートで囲まれたアイランド上の金属が露出すると、絶縁
体の除去がまだ最適ではないことを示す。比較的小さい
モートで囲まれたアイランド上の金属が露出すると、終
点を既に過ぎていることを示す。研磨を続けると、平坦
性が失われ、チップ領域の金属パターンが露出すること
がある。異なるモート幅を使用することにより、監視を
頻繁に行わずに、平坦化の終点を知ることができる。
【００１８】第２の実施例では、監視を電気的に行う。
ＣＭＰ研磨パッドは、アイランド上の金属パターンまた
は他の導電性表面と監視装置を電気的に接続できるよう
なものである。この種の研磨パッドは当技術分野で周知
であるので、詳細についての説明は省略する。米国特許
第４７９３８９５号明細書を参照されたい。上記の特許
では、化学機械式研磨中にウェーハのチップ領域を通る
電流を監視する。上述のように、チップ領域は、集積回
路または集積回路デバイスをそこに形成する、ウェーハ
のカーフではない領域である。
【００１９】図３は、本発明の第２の実施例による集積
回路５６の、製造工程中の化学機械式研磨の前後の断面
図である。拡散領域５８は、基板６０の高度にドーピン
グした領域である。絶縁層６４中に、モート６２を、拡
散領域５８が露出するように形成する。基板６０のチッ
プ領域の上に金属パターン７０を形成し、基板６０のカ
ーフ領域７１の上のアイランド６９上に金属パターン６
８を形成する。第１の実施例と同様に、金属パターンの
形成は、金属の層を付着させ、不要部分を除去すること
により行う。金属パターン６８は、拡散層５８と物理的
に接続していることが好ましい。この接続により、基板
６０が金属パターン６８のアースとして機能する。次
に、金属パターン６８、７０ならびに絶縁層６４および
拡散層５８の上に絶縁層７２をコンフォーマルに付着さ
せる。
【００２０】金属パターン６８と研磨パッド（図示せ
ず）の電気的接続が監視装置７３によって検出されるま
で、絶縁層７２上で化学機械式研磨を行う。平坦化の終
点を、図３に破線７４で示す。監視装置は、たとえば、
オシロスコープでもＬＥＤでもよい。オペレータは、オ
シロスコープの読み、またはＬＥＤの点灯に従ってＣＭ
Ｐを停止する。さらに、この工程は自動化することもで
き、研磨パッドと金属パターン６８の電気的接続に応答
して、監視装置自体に化学機械式研磨を停止させること
もできる。
【００２１】
【発明の効果】上に金属パターンを有するアイランドを
取り囲むモートを使用すると、集積回路のモート領域の
研磨速度が、チップ領域に比べて増大する。金属の露出
を（たとえば目視によって）検出すると、終点に達す
る。幅の異なるいくつかのモートを用いると、過剰研磨
の可能性が大幅に減少する。この方法により、生産時間
と、過度の研磨による無駄を減少させることができる。
第２の実施例では、監視はアイランドの金属と研磨パッ
ドの電気的接続を利用して行う。この接続により、終点
に達したことを知ることができる。以上述べたように、
本発明によれば、製造工程中の集積回路の、化学機械式
研磨の方法が改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に従って形成した集積回
路のチップ領域とカーフ領域の平坦化前後の断面図であ
る。
【図２】図１の集積回路の、カーフ領域の上面図であ
る。
【図３】本発明の第２の実施例に従って形成した集積回
路のチップ領域とカーフ領域との平坦化前後の断面図で
ある。
【図４】基板を被覆する絶縁層上の金属パターンを含む
集積回路の、平坦化３段のレベルを示す断面図である。
【図５】図４の集積回路の、従来技術によるフォトレジ
ストを使用したエッチバックの前後の断面図である。
【符号の説明】
３０ 集積回路 ３２ チップ領域 ３４ カーフ領域 ３６ 基板 ３８ 絶縁層 ４０ 金属パターン ４２ 金属パターン ４４ モート ５０ アイランド ５２ 絶縁層

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基板上に集積回路を製造する工程中に、化
    学機械式研磨による平坦化の終点を決定する方法におい
    て、 上記基板上に第１の絶縁層を付着させる工程と、 上記第１の絶縁層の第１の領域上に第１のメタライゼー
    ション・パターンを形成する工程と、 上記第１の絶縁層の第２の領域中のアイランドの周囲に
    モートを形成する工程と、 上記モート上に第２のメタライゼーション・パターンを
    形成する工程と、 上記第１の絶縁層と上記第１および第２のメタライゼー
    ション・パターンの上に第２の絶縁層をコンフォーマル
    に付着させる工程と、 上記第２の絶縁層の化学機械式研磨を行う工程と、 上記第２のメタライゼーション・パターンが露出するか
    どうか上記研磨を監視する工程と、 上記第２のメタライゼーション・パターンが露出した時
    に上記研磨を終了し、これにより上記第１の領域上の第
    ２の絶縁層の平坦化を達成する工程とを含むことを特徴
    とする方法。
  2. 【請求項２】上記第１の絶縁層の上記第１の領域が、さ
    らに上記基板のチップ領域として画定されることを特徴
    とする、請求項１の方法。
  3. 【請求項３】上記第２のメタライゼーション・パターン
    の上での絶縁除去が、上記第１のメタライゼーション・
    パターンの上での絶縁除去より速い所望の速度で行われ
    るように、モートの寸法を選択することを特徴とする、
    請求項１の方法。
  4. 【請求項４】上記第１の絶縁層の上記第２の領域が、さ
    らに上記基板のカーフ領域として画定されることを特徴
    とする、請求項１の方法。
  5. 【請求項５】上記第２のメタライゼーション・パターン
    が、性能試験の目的に使用されることを特徴とする、請
    求項１の方法。
  6. 【請求項６】上記第２のメタライゼーション・パターン
    が、診断の目的に使用されることを特徴とする、請求項
    １の方法。
  7. 【請求項７】上記第２のメタライゼーション・パターン
    が、上記絶縁の第２の層に対して視覚的に識別できるこ
    とを特徴とする、請求項１の方法。
  8. 【請求項８】基板上に集積回路を製造する工程中に、パ
    ッドと接触する導電性表面への電気的接続が可能な研磨
    パッドを使用する化学機械式研磨による平坦化の終点を
    電気的に決定する方法において、 上記基板上に第１の絶縁層を付着させる工程と、 上記第１の絶縁層の第１の領域上に第１のメタライゼー
    ション・パターンを形成する工程と、 上記第１の絶縁層の第２の領域中のアイランドの周囲に
    モートを形成する工程と、 上記モート上に第２のメタライゼーション・パターンを
    形成する工程と、 上記第２のメタライゼーション・パターンを電気的に接
    地する工程と、 上記第１の絶縁層と上記第１および第２のメタライゼー
    ション・パターンの上に第２の絶縁層をコンフォーマル
    に付着させる工程と、 上記第２の絶縁層の化学機械式研磨を行う工程と、 上記研磨パッドと上記第２のメタライゼーション・パタ
    ーンが電気的に接続されるかどうか上記研磨を監視する
    工程と、 上記研磨パッドと上記第２のメタライゼーション・パタ
    ーンが電気的に接続された時に上記研磨を終了し、これ
    により上記第１の領域上の第２の絶縁層の平坦化を達成
    する工程とを含むことを特徴とする方法。
  9. 【請求項９】上記第２のメタライゼーション・パターン
    を電気的に接地する上記工程が、 上記基板と上記第１の絶縁層の上記第２の領域との間に
    拡散層を形成する工程と、 上記第２のメタライゼーション・パターンを上記拡散層
    に電気的に接続する工程とを含むことを特徴とする、請
    求項８の方法。
  10. 【請求項１０】上記監視工程が、上記研磨パッドと上記
    第２のメタライゼーション・パターンの電気的接続を操
    作員に知らせるための監視装置を使用することを特徴と
    する、請求項８の方法。
  11. 【請求項１１】さらに、上記研磨パッドと上記第２のメ
    タライゼーション・パターンの電気的接続に応答して信
    号を発生する工程を含むことを特徴とする、請求項８の
    方法。
  12. 【請求項１２】基板上に集積回路を製造する工程中に、
    化学機械式研磨による平坦化の終点を決定する方法にお
    いて、 上記基板上に第１の絶縁層を付着させる工程と、 上記集積回路の非カーフ領域中の上記第１の絶縁層の上
    にメタライゼーション・パターンを形成する工程と、 上記集積回路の１つまたは複数のカーフ領域中の上記第
    １の絶縁層中のアイランドの周囲に、幅の異なる複数の
    モートを形成する工程と、 上記複数のアイランドのそれぞれ上にメタライゼーショ
    ン・パターンを形成する工程と、 上記複数のアイランド・メタライゼーション・パターン
    の１つを監視用に選択する工程と、 上記第１の絶縁層と上記非カーフ領域中の上記メタライ
    ゼーション・パターンと上記複数のアイランド・メタラ
    イゼーション・パターンの上に第２の絶縁層をコンフォ
    ーマルに付着させる工程と、 上記第２の絶縁層の化学機械式研磨を行う工程と、 上記選択したアイランド・メタライゼーション・パター
    ンが露出するかどうか上記研磨を監視する工程と、 上記選択したアイランド・メタライゼーション・パター
    ンが露出した時に上記研磨を終了する工程とを含むこと
    を特徴とする方法。
  13. 【請求項１３】上記複数のモートが、第１のモートと、
    上記第１のモートより幅の広い第２のモートと、上記第
    ２のモートより幅の広い第３のモートとを含み、監視用
    に選択した上記メタライゼーション・パターンが、上記
    第２のモート・アイランド上にあり、上記第３のモート
    ・アイランドのメタライゼーション・パターンの露出が
    平坦化の終点前の段階を示し、上記第１のモート・アイ
    ランドのメタライゼーション・パターンの露出が平坦化
    の終点を超えたこと示すことを特徴とする、請求項１２
    の方法。
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