JPH06295892A - ポリッシング方法及び金属配線の形成方法 - Google Patents
ポリッシング方法及び金属配線の形成方法Info
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- JPH06295892A JPH06295892A JP27686692A JP27686692A JPH06295892A JP H06295892 A JPH06295892 A JP H06295892A JP 27686692 A JP27686692 A JP 27686692A JP 27686692 A JP27686692 A JP 27686692A JP H06295892 A JPH06295892 A JP H06295892A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 溝を有する絶縁膜に形成された金属膜の表面
を傷つけることなく金属膜をポリッシングして、溝部に
金属を埋め込む。 【構成】 溝３の形成されているシリコン酸化膜２にバ
リアメタル層４を成膜し、リフロースパッタ法により半
溶融状態のアルミ５が溝３を埋め込むように成膜した
後、過酸化水素水とアミン水溶液からなる固体粒子を含
まない加工液を滴下しながら、シリコン酸化膜２をポリ
ッシングのストッパーとしてアルミ５およびバリアメタ
ル４を除去し、溝部にアルミを埋め込む。加工液に固体
粒子が存在しないため、得られた埋め込みアルミ配線表
面にはキズが生じることはない。 【効果】 ポリシング後のシリコン酸化膜表面は、ポリ
ッシング用固体粒子の存在しない清浄面が得られる。
を傷つけることなく金属膜をポリッシングして、溝部に
金属を埋め込む。 【構成】 溝３の形成されているシリコン酸化膜２にバ
リアメタル層４を成膜し、リフロースパッタ法により半
溶融状態のアルミ５が溝３を埋め込むように成膜した
後、過酸化水素水とアミン水溶液からなる固体粒子を含
まない加工液を滴下しながら、シリコン酸化膜２をポリ
ッシングのストッパーとしてアルミ５およびバリアメタ
ル４を除去し、溝部にアルミを埋め込む。加工液に固体
粒子が存在しないため、得られた埋め込みアルミ配線表
面にはキズが生じることはない。 【効果】 ポリシング後のシリコン酸化膜表面は、ポリ
ッシング用固体粒子の存在しない清浄面が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ポリッシング方法及び
その方法を用いた埋め込み金属配線の形成方法に関する
ものである。
その方法を用いた埋め込み金属配線の形成方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体集積回路を構成する半導体
素子の微細化により、それらを結ぶ金属配線の幅が０．
５μｍ以下になりつつある。従来一般的に行われてきた
金属配線の形成では、まずスパッタリング法あるいはＣ
ＶＤ法により絶縁膜表面に金属薄膜層を形成し、フォト
リソグラフィで形成したレジストパターンをマスクとし
て金属薄膜をドライエッチングする。しかる後、レジス
トマスクを除去する。
素子の微細化により、それらを結ぶ金属配線の幅が０．
５μｍ以下になりつつある。従来一般的に行われてきた
金属配線の形成では、まずスパッタリング法あるいはＣ
ＶＤ法により絶縁膜表面に金属薄膜層を形成し、フォト
リソグラフィで形成したレジストパターンをマスクとし
て金属薄膜をドライエッチングする。しかる後、レジス
トマスクを除去する。
【０００３】しかしながら、この従来の金属配線形成工
程の問題点が配線幅の微小化に伴い顕在化してきた。ま
ず、ドライエッチング後の金属腐食（コロージョン）の
問題がある。例えば、Ａｌ膜配線を形成する場合、塩素
系ガスを用いてドライエッチングを行うが、ドライエッ
チング後Ａｌ配線側壁に吸着している塩素が空気中の水
分と反応して形成される塩酸により、Ａｌの溶解および
再析出が生じる。この析出物を介して、微細ピッチで並
んでいるＡｌ配線間がショートしてしまう。また、レジ
ストマスクの除去方法にも課題がある。Ａｌのエッチン
グ後配線上に残るレジスト側面には、下地絶縁膜である
シリコン酸化膜表面の一部がスパッタリングされて飛ん
でくるシリコン酸化物とレジスト中の炭素等からなる側
壁堆積膜が存在する。配線上に残留するレジストが完全
に炭化水素化合物のみから構成される場合は、酸素プラ
ズマでＡｌ配線に損傷を与えることなく除去することが
できる。しかしながら、シリコンを含む側壁堆積膜を除
去するには、酸素に塩素系ガス（例えば、ＣＦ4 ）を加
えたプラズマガスで処理しなければならない。当然のこ
とながら、塩素を含むプラズマガスはＡｌおよびシリコ
ン酸化膜をもエッチングしてしまうため、Ａｌ配線の断
線や下地シリコン酸化膜厚の減少が生じてしまう。これ
らの課題は、配線幅がサブミクロン領域になるに従って
特に顕在化してきたものである。
程の問題点が配線幅の微小化に伴い顕在化してきた。ま
ず、ドライエッチング後の金属腐食（コロージョン）の
問題がある。例えば、Ａｌ膜配線を形成する場合、塩素
系ガスを用いてドライエッチングを行うが、ドライエッ
チング後Ａｌ配線側壁に吸着している塩素が空気中の水
分と反応して形成される塩酸により、Ａｌの溶解および
再析出が生じる。この析出物を介して、微細ピッチで並
んでいるＡｌ配線間がショートしてしまう。また、レジ
ストマスクの除去方法にも課題がある。Ａｌのエッチン
グ後配線上に残るレジスト側面には、下地絶縁膜である
シリコン酸化膜表面の一部がスパッタリングされて飛ん
でくるシリコン酸化物とレジスト中の炭素等からなる側
壁堆積膜が存在する。配線上に残留するレジストが完全
に炭化水素化合物のみから構成される場合は、酸素プラ
ズマでＡｌ配線に損傷を与えることなく除去することが
できる。しかしながら、シリコンを含む側壁堆積膜を除
去するには、酸素に塩素系ガス（例えば、ＣＦ4 ）を加
えたプラズマガスで処理しなければならない。当然のこ
とながら、塩素を含むプラズマガスはＡｌおよびシリコ
ン酸化膜をもエッチングしてしまうため、Ａｌ配線の断
線や下地シリコン酸化膜厚の減少が生じてしまう。これ
らの課題は、配線幅がサブミクロン領域になるに従って
特に顕在化してきたものである。
【０００４】そこで、金属膜のドライエッチングを用い
ない、すなわちポリッシング技術を利用した配線形成方
法が提案されている。たとえば、ベイヤーらは（Ｋ．
Ｄ．Ｂｅｙｅｒ，ｅｔ．ａｌ．），米国特許第４９４４
８３６号において、溝パターン３の形成された絶縁膜２
に蒸着あるいはスパッタリング法により少なくとも溝パ
ターンよりも厚いＡｌ膜５を形成し（図７（ａ））、溝
領域以外に形成されたＡｌ膜をポリッシングにより除去
し、溝３がＡｌで埋め込まれた構造の配線層６を得たと
している（図７（ｂ））。ここでは、通常の蒸着あるい
はスパッター法によりＡｌ膜を形成しているため、ポリ
ッシング前のＡｌ膜の表面形状は下地絶縁膜の形状を反
映して溝領域がくぼんでいる。にもかかわらず、アルミ
ナ粒子を添加した酸性水溶液（Ｈ2 ＳＯ4 ，ＨＮＯ3 ま
たはＣＨ3 ＣＯＯＨの水溶液）を加工液としたポリッシ
ングで、溝領域にのみＡｌを残すことができるとしてい
る。同特許のなかでは、ＫＯＨからなるアルカリ水溶液
にコロイダルシリカ粒子を分散させたスラリーを加工液
として用いると、アルミよりも絶縁膜の加工速度が逆に
大きくなり、アルミ配線上に絶縁膜を選択的に除去でき
ると述べられている。すなわち、絶縁膜を加工のストッ
パーとしてＡｌ膜を選択的に除去するには、固体粒子を
含む酸性水溶液である必要が述べられている。
ない、すなわちポリッシング技術を利用した配線形成方
法が提案されている。たとえば、ベイヤーらは（Ｋ．
Ｄ．Ｂｅｙｅｒ，ｅｔ．ａｌ．），米国特許第４９４４
８３６号において、溝パターン３の形成された絶縁膜２
に蒸着あるいはスパッタリング法により少なくとも溝パ
ターンよりも厚いＡｌ膜５を形成し（図７（ａ））、溝
領域以外に形成されたＡｌ膜をポリッシングにより除去
し、溝３がＡｌで埋め込まれた構造の配線層６を得たと
している（図７（ｂ））。ここでは、通常の蒸着あるい
はスパッター法によりＡｌ膜を形成しているため、ポリ
ッシング前のＡｌ膜の表面形状は下地絶縁膜の形状を反
映して溝領域がくぼんでいる。にもかかわらず、アルミ
ナ粒子を添加した酸性水溶液（Ｈ2 ＳＯ4 ，ＨＮＯ3 ま
たはＣＨ3 ＣＯＯＨの水溶液）を加工液としたポリッシ
ングで、溝領域にのみＡｌを残すことができるとしてい
る。同特許のなかでは、ＫＯＨからなるアルカリ水溶液
にコロイダルシリカ粒子を分散させたスラリーを加工液
として用いると、アルミよりも絶縁膜の加工速度が逆に
大きくなり、アルミ配線上に絶縁膜を選択的に除去でき
ると述べられている。すなわち、絶縁膜を加工のストッ
パーとしてＡｌ膜を選択的に除去するには、固体粒子を
含む酸性水溶液である必要が述べられている。
【０００５】ロエールらはブイ・エム・アイ・シー・コ
ンファレンス・プロシーディング（Ｓ．Ｒｏｅｈｌ，ｅ
ｔ．ａｌ．，１９９２ ＶＭＩＣ Ｃｏｎｆ．，Ｐｒｏ
ｃ．ｐ２２）において、微細溝パターンの埋め込みが可
能なコリメータスパッタ法によりアルミ５を埋め込み、
さらにブランケットＣＶＤ法によりタングステン１５で
アルミ膜表面をカバーした後（図８（ａ））、ポリッシ
ングを行っている（図８（ｂ））。コリメータスパッタ
法では、スパッタレートが著しく遅いため（約１０分の
１程度）厚くＡｌ膜を形成するには不向きであるが、ス
パッタリングされてくるＡｌ粒子の直進性がよい。従っ
て溝パターンの側壁にはＡｌはほとんど堆積されず、
０．５μｍ以下の微細な溝埋め込みが達成されている。
この場合、溝内部のアルミ膜厚とその外部のアルミ膜厚
はほぼ等しくなり、この状態のままポリッシングすると
溝内アルミ表面に傷や腐食が発生するため、タングステ
ンの保護膜をアルミ上に形成したとしている。
ンファレンス・プロシーディング（Ｓ．Ｒｏｅｈｌ，ｅ
ｔ．ａｌ．，１９９２ ＶＭＩＣ Ｃｏｎｆ．，Ｐｒｏ
ｃ．ｐ２２）において、微細溝パターンの埋め込みが可
能なコリメータスパッタ法によりアルミ５を埋め込み、
さらにブランケットＣＶＤ法によりタングステン１５で
アルミ膜表面をカバーした後（図８（ａ））、ポリッシ
ングを行っている（図８（ｂ））。コリメータスパッタ
法では、スパッタレートが著しく遅いため（約１０分の
１程度）厚くＡｌ膜を形成するには不向きであるが、ス
パッタリングされてくるＡｌ粒子の直進性がよい。従っ
て溝パターンの側壁にはＡｌはほとんど堆積されず、
０．５μｍ以下の微細な溝埋め込みが達成されている。
この場合、溝内部のアルミ膜厚とその外部のアルミ膜厚
はほぼ等しくなり、この状態のままポリッシングすると
溝内アルミ表面に傷や腐食が発生するため、タングステ
ンの保護膜をアルミ上に形成したとしている。
【０００６】このように公知であるポリッシングを利用
する配線形成法では、まず研磨剤であるコロイダルシリ
カ粒子やアルミナ粒子等の固体成分が含まれている加工
液を用いていることが特徴である。
する配線形成法では、まず研磨剤であるコロイダルシリ
カ粒子やアルミナ粒子等の固体成分が含まれている加工
液を用いていることが特徴である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、集積回路で
は配線層の多層化が進行し、第１層目の配線層形成後第
２あるいは第３の配線層を形成しなければならない。例
えば、Ａｌ配線形成のため埋め込みポリッシングを行っ
た後、少なくとも層間絶縁膜形成工程、フォトリソグラ
フィ工程およびドライエッチング工程等を行う必要があ
る。このため、金属埋め込みポリッシング後の表面に固
体粒子等が存在してはならない。たとえば、コロイダル
シリカ粒子等はアンモニア水と過酸化水素水からなる混
合液を用いた洗浄により除去できるが、アルミはこの混
合液に溶解するため金属埋め込みポリッシング後の洗浄
に用いることはできない。特に、従来のポリッシングの
加工液に添加されている粒径が０．１μｍ以下の固体粒
子は吸着力が強く、除去するのは容易ではない。
は配線層の多層化が進行し、第１層目の配線層形成後第
２あるいは第３の配線層を形成しなければならない。例
えば、Ａｌ配線形成のため埋め込みポリッシングを行っ
た後、少なくとも層間絶縁膜形成工程、フォトリソグラ
フィ工程およびドライエッチング工程等を行う必要があ
る。このため、金属埋め込みポリッシング後の表面に固
体粒子等が存在してはならない。たとえば、コロイダル
シリカ粒子等はアンモニア水と過酸化水素水からなる混
合液を用いた洗浄により除去できるが、アルミはこの混
合液に溶解するため金属埋め込みポリッシング後の洗浄
に用いることはできない。特に、従来のポリッシングの
加工液に添加されている粒径が０．１μｍ以下の固体粒
子は吸着力が強く、除去するのは容易ではない。
【０００８】ポリッシング時における埋め込み金属配線
表面の傷等のダメージを避けるために、ＣＶＤ法による
タングステンカバー膜を形成する方法は、金属膜形成工
程の増加による製造コストの上昇はさけられない。
表面の傷等のダメージを避けるために、ＣＶＤ法による
タングステンカバー膜を形成する方法は、金属膜形成工
程の増加による製造コストの上昇はさけられない。
【０００９】本発明の目的は、埋め込みポリッシング法
を用いる金属配線形成に関するものであり、ポリッシン
グ後の洗浄を容易にし、得られる埋め込み金属配線層の
膜厚低減を回避する方法を与えることにある。
を用いる金属配線形成に関するものであり、ポリッシン
グ後の洗浄を容易にし、得られる埋め込み金属配線層の
膜厚低減を回避する方法を与えることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、固体成分を含
まず、過酸化水素水等の酸化剤水溶液と、アミン水溶液
等のアルカリ性水溶液を用いて金属をポリッシングする
方法である。この方法を溝の存在する絶縁膜上に形成さ
れた金属薄膜に利用することで、絶縁膜への埋め込み金
属配線形成する。
まず、過酸化水素水等の酸化剤水溶液と、アミン水溶液
等のアルカリ性水溶液を用いて金属をポリッシングする
方法である。この方法を溝の存在する絶縁膜上に形成さ
れた金属薄膜に利用することで、絶縁膜への埋め込み金
属配線形成する。
【００１１】
（実施例１）まず、本発明が実施されている、酸化剤水
溶液とアルカリ水溶液とを用いたアルミ膜のポリッシン
グ特性について述べる。
溶液とアルカリ水溶液とを用いたアルミ膜のポリッシン
グ特性について述べる。
【００１２】ここでは、酸化剤水溶液として過酸化水素
水を用い、またアルカリ水溶液としてアミン類であるピ
ペラジン水溶液を用いた場合の実施例を示す。図９に実
験装置の概略図を示す。シリコン酸化膜上に１μｍのＡ
ｌ膜の形成されているシリコン基板１６を、高純度溶融
シリカ製の回転する真空チャック１７に保持し、回転研
磨定盤１８に張られている研磨布（研磨パッド）１９に
押し当て、第１の滴下チューブ２０からアミン水溶液２
１として０．５ｗｔ％のピペラジン水溶液２０ｍｌ／ｍ
ｉｎを滴下し、さらに第２の滴下チューブ２２から酸化
剤水溶液２３として０〜１．２ｗｔ％の過酸化水素水を
１０ｍｌ／ｍｉｎ滴下しながら１０分間ポリッシングし
た。加工圧力は０．２８ｋｇ／ｃｍ2 とした。アルミの
シート抵抗の変化から加工量を求めたところ、過酸化水
素水を用いない場合、アルミの加工速度は約５０オング
ストローム（以下Ａとする）／ｍｉｎ程度と小さかった
が、過酸化水素水の添加により増大することが確認され
た。例えば、０．６ｗｔ％の過酸化水素水が添加される
と、アルミの加工速度は２５０Ａ／ｍｉｎに増加した。
なお、過酸化水素水のみではアルミは加工されなかっ
た。
水を用い、またアルカリ水溶液としてアミン類であるピ
ペラジン水溶液を用いた場合の実施例を示す。図９に実
験装置の概略図を示す。シリコン酸化膜上に１μｍのＡ
ｌ膜の形成されているシリコン基板１６を、高純度溶融
シリカ製の回転する真空チャック１７に保持し、回転研
磨定盤１８に張られている研磨布（研磨パッド）１９に
押し当て、第１の滴下チューブ２０からアミン水溶液２
１として０．５ｗｔ％のピペラジン水溶液２０ｍｌ／ｍ
ｉｎを滴下し、さらに第２の滴下チューブ２２から酸化
剤水溶液２３として０〜１．２ｗｔ％の過酸化水素水を
１０ｍｌ／ｍｉｎ滴下しながら１０分間ポリッシングし
た。加工圧力は０．２８ｋｇ／ｃｍ2 とした。アルミの
シート抵抗の変化から加工量を求めたところ、過酸化水
素水を用いない場合、アルミの加工速度は約５０オング
ストローム（以下Ａとする）／ｍｉｎ程度と小さかった
が、過酸化水素水の添加により増大することが確認され
た。例えば、０．６ｗｔ％の過酸化水素水が添加される
と、アルミの加工速度は２５０Ａ／ｍｉｎに増加した。
なお、過酸化水素水のみではアルミは加工されなかっ
た。
【００１３】そこで、過酸化水素水の添加量を一定とし
て、アルミの加工速度に及ぼすピペラジンの滴下濃度お
よびポリッシング圧力の影響を調べた（図１）。ここで
は、第１の滴下チューブ２０から０〜２．０ｗｔ％のピ
ペラジン水溶液を２０ｍｌ／ｍｉｎで滴下し、第２の滴
下チューブ２２からは過酸化水素水濃度は０．６ｗｔ％
一定とし１０ｍｌ／ｍｉｎで滴下した。また、図１には
アルミのウェットエッチング速度も比較のために示され
ている。アルミの加工速度はピペラジン濃度および加工
圧力の増加にともなって増加していることがわかる。な
お、いずれの加工条件においてもアルミの加工速度はウ
ェットエッチング速度よりも大きいことが確認された。
図２に、アルミのエッチング速度（Ｖｅ）に対するポリ
ッシング速度（Ｖｐ）の比（Ｖｐ／Ｖｅ）に及ぼす加工
圧力の影響を示す。加工圧力が増加するに従って、（Ｖ
ｐ／Ｖｅ）が大きくなっていることがわかる。
て、アルミの加工速度に及ぼすピペラジンの滴下濃度お
よびポリッシング圧力の影響を調べた（図１）。ここで
は、第１の滴下チューブ２０から０〜２．０ｗｔ％のピ
ペラジン水溶液を２０ｍｌ／ｍｉｎで滴下し、第２の滴
下チューブ２２からは過酸化水素水濃度は０．６ｗｔ％
一定とし１０ｍｌ／ｍｉｎで滴下した。また、図１には
アルミのウェットエッチング速度も比較のために示され
ている。アルミの加工速度はピペラジン濃度および加工
圧力の増加にともなって増加していることがわかる。な
お、いずれの加工条件においてもアルミの加工速度はウ
ェットエッチング速度よりも大きいことが確認された。
図２に、アルミのエッチング速度（Ｖｅ）に対するポリ
ッシング速度（Ｖｐ）の比（Ｖｐ／Ｖｅ）に及ぼす加工
圧力の影響を示す。加工圧力が増加するに従って、（Ｖ
ｐ／Ｖｅ）が大きくなっていることがわかる。
【００１４】以上述べた実験結果から、ピペラジンと過
酸化水素水溶液を用いるアルミのポリッシングは、水溶
液によるエッチング作用（化学的作用）とポリッシング
パッドによる機械的作用との複合作用で進行しているこ
とが示唆される。すなわち、まず酸化剤水溶液の作用に
よりアルミ表面に水酸化物あるいは酸化物が形成され、
この表面皮膜がパッドとの接触により機械的に除去され
ることにより、アルミのポリッシングが進行するものと
推定される。
酸化水素水溶液を用いるアルミのポリッシングは、水溶
液によるエッチング作用（化学的作用）とポリッシング
パッドによる機械的作用との複合作用で進行しているこ
とが示唆される。すなわち、まず酸化剤水溶液の作用に
よりアルミ表面に水酸化物あるいは酸化物が形成され、
この表面皮膜がパッドとの接触により機械的に除去され
ることにより、アルミのポリッシングが進行するものと
推定される。
【００１５】なお、図３に示すがごとく、酸化剤水溶液
とアミン水溶液を用いた場合、シリコン酸化膜のポリッ
シング速度は著しく遅く、アルミ：シリコン酸化膜の加
工速度比は１００：１以上である。図４に、コンタクト
ホール（直径０．７μｍ）の形成されているシリコン酸
化膜上にリフロースパッタ法によりコンタクトホールを
埋め込みながら厚さ１μｍのアルミを成膜し、酸化剤水
溶液とアミン水溶液からなる加工液でポリッシングする
ことにより得られたアルミプラグの表面および断面ＳＥ
Ｍ写真を示す。なお、リフロースパッタ法とは、基板温
度を４００〜４５０°Ｃとして半溶融状態のアルミをコ
ンタクトホールに埋め込みながら成膜する方法である。
本発明によるアルミのポリッシングにより、表面に傷の
存在しないアルミプラグが得られていることがわかる。
また、酸化膜表面には、固体粒子の存在は認められな
い。ここに示したアルミプラグの形成方法は、下地第１
層目Ｃｕ配線と上層第２層目Ｃｕ配線の接続縦配線プラ
グにも利用される。
とアミン水溶液を用いた場合、シリコン酸化膜のポリッ
シング速度は著しく遅く、アルミ：シリコン酸化膜の加
工速度比は１００：１以上である。図４に、コンタクト
ホール（直径０．７μｍ）の形成されているシリコン酸
化膜上にリフロースパッタ法によりコンタクトホールを
埋め込みながら厚さ１μｍのアルミを成膜し、酸化剤水
溶液とアミン水溶液からなる加工液でポリッシングする
ことにより得られたアルミプラグの表面および断面ＳＥ
Ｍ写真を示す。なお、リフロースパッタ法とは、基板温
度を４００〜４５０°Ｃとして半溶融状態のアルミをコ
ンタクトホールに埋め込みながら成膜する方法である。
本発明によるアルミのポリッシングにより、表面に傷の
存在しないアルミプラグが得られていることがわかる。
また、酸化膜表面には、固体粒子の存在は認められな
い。ここに示したアルミプラグの形成方法は、下地第１
層目Ｃｕ配線と上層第２層目Ｃｕ配線の接続縦配線プラ
グにも利用される。
【００１６】なお、本実施例では、アミン類に属するピ
ペラジン水溶液をアルカリ性水溶液として用いたが、ｐ
Ｈが１０以上であればピペラジン以外のアミン類を利用
してもよい。また、アンモニア水溶液を利用することも
できる。アルカリ金属の水酸化物、たとえばＫＯＨやＮ
ａＯＨを利用することもできるが、ポリッシング後酸化
膜がアルカリ金属イオンで汚染されるため推奨できな
い。酸化剤水溶液としては本実施例では過酸化水素水を
用いたが、Ｋ3 Ｆｅ（ＣＮ）6 等のシアン化物も用いる
ことができる。
ペラジン水溶液をアルカリ性水溶液として用いたが、ｐ
Ｈが１０以上であればピペラジン以外のアミン類を利用
してもよい。また、アンモニア水溶液を利用することも
できる。アルカリ金属の水酸化物、たとえばＫＯＨやＮ
ａＯＨを利用することもできるが、ポリッシング後酸化
膜がアルカリ金属イオンで汚染されるため推奨できな
い。酸化剤水溶液としては本実施例では過酸化水素水を
用いたが、Ｋ3 Ｆｅ（ＣＮ）6 等のシアン化物も用いる
ことができる。
【００１７】また、本発明による金属のポリッシング方
法では、アルカリ性水溶液中の酸化剤により金属表面が
酸化あるいは水酸化されれば、金属の加工が進行する。
したがって、Ａｌ、Ａｌ−Ｃｕ合金、銅、チタンおよび
タングステン等の配線材料も加工できることは自明であ
る。また、アルカリ性水溶液に溶解するＴｉＮポリッシ
ングも可能である。また、本実施例では、酸化剤水溶液
とアルカリ性水溶液とを別々の滴下チューブで加えた
が、予め両者を混ぜ合わせた加工液を滴下しても同様の
結果が得られることも自明である。
法では、アルカリ性水溶液中の酸化剤により金属表面が
酸化あるいは水酸化されれば、金属の加工が進行する。
したがって、Ａｌ、Ａｌ−Ｃｕ合金、銅、チタンおよび
タングステン等の配線材料も加工できることは自明であ
る。また、アルカリ性水溶液に溶解するＴｉＮポリッシ
ングも可能である。また、本実施例では、酸化剤水溶液
とアルカリ性水溶液とを別々の滴下チューブで加えた
が、予め両者を混ぜ合わせた加工液を滴下しても同様の
結果が得られることも自明である。
【００１８】以上、本発明による固体成分を含ます、酸
化剤水溶液とアルカリ性水溶液を用いるポリッシングで
は、表面に機械的ダメージを与えることなくシリコン酸
化膜層への金属の埋め込みができ、またポリッシング後
の固体成分による基板表面汚染が回避されることが実証
された。
化剤水溶液とアルカリ性水溶液を用いるポリッシングで
は、表面に機械的ダメージを与えることなくシリコン酸
化膜層への金属の埋め込みができ、またポリッシング後
の固体成分による基板表面汚染が回避されることが実証
された。
【００１９】（実施例２）本発明の方法は、特に低抵抗
金属であるアルミ（２．６ｘ１０- 6 Ωｃｍ）配線形成
に適用される。ここでは、まずトランジスタ（図示せ
ず）等の形成されているシリコン基板１上のシリコン酸
化膜２を成膜する。フォトリソグラフィーとドライエッ
チングとによりシリコン酸化膜２に溝３を形成し、コリ
メータスパッタ法によりバリアメタル層４としてＴｉ／
ＴｉＮあるいはＴｉ／ＴｉＮ／Ｔｉを、溝領域３を含む
シリコン酸化膜２全面に成膜する。さらに、必要に応じ
てＣＶＤ法により０．００５〜０．０５μｍのシリコン
層（図示せず）を形成した後、基板温度を４００〜４５
０°Ｃとしたリフロースパッタ法により半溶融状態のア
ルミ５が溝３を埋め込むように成膜される。
金属であるアルミ（２．６ｘ１０- 6 Ωｃｍ）配線形成
に適用される。ここでは、まずトランジスタ（図示せ
ず）等の形成されているシリコン基板１上のシリコン酸
化膜２を成膜する。フォトリソグラフィーとドライエッ
チングとによりシリコン酸化膜２に溝３を形成し、コリ
メータスパッタ法によりバリアメタル層４としてＴｉ／
ＴｉＮあるいはＴｉ／ＴｉＮ／Ｔｉを、溝領域３を含む
シリコン酸化膜２全面に成膜する。さらに、必要に応じ
てＣＶＤ法により０．００５〜０．０５μｍのシリコン
層（図示せず）を形成した後、基板温度を４００〜４５
０°Ｃとしたリフロースパッタ法により半溶融状態のア
ルミ５が溝３を埋め込むように成膜される。
【００２０】このようなアルミ膜５の形成されたシリコ
ン基板１を、過酸化水素水とアミン水溶液からなる加工
液を滴下しながらポリッシングする。この加工液を用い
るとシリコン酸化膜２をポリッシングのストッパーとし
てアルミ５およびバリアメタル４を除去することができ
る。すなわち、シリコン酸化膜表面上７のアルミおよび
バリアメタル４が完全に除去された時点でポリッシング
を終了すると、側面および底面がバリアメタル４で覆わ
れたアルミの埋め込み配線６が得られる。ここで用いた
加工液には、コロイダルシリカやアルミナ等の粒子が含
まれていないため、ポリッシング後の加工面に固体粒子
の吸着による汚染がない。また、アルミ表面と固体粒子
との接触により生じるキズが生じることはない。
ン基板１を、過酸化水素水とアミン水溶液からなる加工
液を滴下しながらポリッシングする。この加工液を用い
るとシリコン酸化膜２をポリッシングのストッパーとし
てアルミ５およびバリアメタル４を除去することができ
る。すなわち、シリコン酸化膜表面上７のアルミおよび
バリアメタル４が完全に除去された時点でポリッシング
を終了すると、側面および底面がバリアメタル４で覆わ
れたアルミの埋め込み配線６が得られる。ここで用いた
加工液には、コロイダルシリカやアルミナ等の粒子が含
まれていないため、ポリッシング後の加工面に固体粒子
の吸着による汚染がない。また、アルミ表面と固体粒子
との接触により生じるキズが生じることはない。
【００２１】（実施例３）図６に、本発明によるコンタ
クトホール埋め込みと溝配線埋め込みとを同時に行う場
合の実施例を示す。まず、素子分離酸化膜８で分離され
たｎ+ 領域の存在するｐ- 基板１上に、シリコン酸化膜
を形成し（図示せず）、さらにＢＰＳＧ膜９を形成す
る。再びシリコン酸化膜２を形成した後、マスクアルミ
層１０を成長する（図６（ａ））。フォトリソグラフィ
ーおよびドライエッチングにより、配線層埋め込み用の
溝３をシリコン酸化膜２に形成する（図６（ｂ））。こ
こで、シリコン酸化膜２のドライエッチングの際に、エ
ッチングガス中のリン成分をモニタして下地ＢＰＳＧ層
９が現れた時点でエッチングを終了させることもでき
る。しかる後、レジスト１１に前記した溝３の幅よりも
径の大きいコンタクトホールパターン１２を形成する。
肝要なことは、フッ素系ガスを用いて下地ＢＰＳＧ膜９
をエッチングすることである。アルミはフッ素系ガスに
エッチングされないため、レジストパターンは溝３より
も大きいにもかかわらず、溝配線と同じ径のコンタクト
ホール１３が形成される（図６（ｃ））。Ｔｉ／ＴｉＮ
／Ｔｉのバリアメタル４をスパッタリング法により形成
した後、溝配線形成領域とコンタクトホール形成領域と
を同時にリフロースパッタ法でアルミ５を埋め込む（図
６（ｄ））。しかる後、酸化剤水溶液とアルカリ性水溶
液を用いて、シリコン酸化膜２上のリフロースパッタア
ルミ５、バリアメタル４およびマスクアルミ１０をポリ
ッシングにより除去する（図６（ｅ））。この一連の工
程により、ｎ+ シリコン領域とのコンタクト部を有する
埋め込み配線１４が形成される。
クトホール埋め込みと溝配線埋め込みとを同時に行う場
合の実施例を示す。まず、素子分離酸化膜８で分離され
たｎ+ 領域の存在するｐ- 基板１上に、シリコン酸化膜
を形成し（図示せず）、さらにＢＰＳＧ膜９を形成す
る。再びシリコン酸化膜２を形成した後、マスクアルミ
層１０を成長する（図６（ａ））。フォトリソグラフィ
ーおよびドライエッチングにより、配線層埋め込み用の
溝３をシリコン酸化膜２に形成する（図６（ｂ））。こ
こで、シリコン酸化膜２のドライエッチングの際に、エ
ッチングガス中のリン成分をモニタして下地ＢＰＳＧ層
９が現れた時点でエッチングを終了させることもでき
る。しかる後、レジスト１１に前記した溝３の幅よりも
径の大きいコンタクトホールパターン１２を形成する。
肝要なことは、フッ素系ガスを用いて下地ＢＰＳＧ膜９
をエッチングすることである。アルミはフッ素系ガスに
エッチングされないため、レジストパターンは溝３より
も大きいにもかかわらず、溝配線と同じ径のコンタクト
ホール１３が形成される（図６（ｃ））。Ｔｉ／ＴｉＮ
／Ｔｉのバリアメタル４をスパッタリング法により形成
した後、溝配線形成領域とコンタクトホール形成領域と
を同時にリフロースパッタ法でアルミ５を埋め込む（図
６（ｄ））。しかる後、酸化剤水溶液とアルカリ性水溶
液を用いて、シリコン酸化膜２上のリフロースパッタア
ルミ５、バリアメタル４およびマスクアルミ１０をポリ
ッシングにより除去する（図６（ｅ））。この一連の工
程により、ｎ+ シリコン領域とのコンタクト部を有する
埋め込み配線１４が形成される。
【００２２】ここでは、ｎ+ シリコン領域との接続を含
む埋め込み配線形成について示したが、ｐ+ シリコン領
域との接続を含む埋め込み配線形成に用いれることは自
明である。また、上述下ｎ+ シリコン領域を第１アルミ
配線形成領域と考え、コンタクトホールをビアホールと
置き換えれば、容易に第１アルミ配線層との接続を含む
第２層目埋め込みアルミ配線形成に用いれることも自明
である。
む埋め込み配線形成について示したが、ｐ+ シリコン領
域との接続を含む埋め込み配線形成に用いれることは自
明である。また、上述下ｎ+ シリコン領域を第１アルミ
配線形成領域と考え、コンタクトホールをビアホールと
置き換えれば、容易に第１アルミ配線層との接続を含む
第２層目埋め込みアルミ配線形成に用いれることも自明
である。
【００２３】また、本実施例では、酸化膜２に溝を形成
するためのマスクとしてアルミを用いたが（図６
（ｂ））、シリコン酸化膜との選択性があれば良く、例
えばポリシリコン膜でもよい。さらに、ここでは層間絶
縁膜ＢＰＳＧ膜９とシリコン酸化膜２から構成される多
層膜としたが、溝３形成時のドライエッチングに終点検
出を必要としない場合は、シリコン酸化膜２単層であっ
ても構わないことも自明である。
するためのマスクとしてアルミを用いたが（図６
（ｂ））、シリコン酸化膜との選択性があれば良く、例
えばポリシリコン膜でもよい。さらに、ここでは層間絶
縁膜ＢＰＳＧ膜９とシリコン酸化膜２から構成される多
層膜としたが、溝３形成時のドライエッチングに終点検
出を必要としない場合は、シリコン酸化膜２単層であっ
ても構わないことも自明である。
【００２４】
【発明の効果】以上示したように、本発明による半導体
装置の製造方法では、溝の存在する酸化膜上に形成され
た金属薄膜を、固体成分を含まず、酸化剤水溶液とアル
カリ性水溶液を用いてポリッシングし、溝内に金属が埋
め込まれた構造の配線を得ている。加工液に固体粒子が
含まれていないため、ポリッシング中に金属表面に傷等
のダメージが生じることはない。このため、埋め込み金
属配線層表面にタングステン等の高硬度キャップ膜を形
成する工程を必要としない。また、ポリッシング後基板
が固体粒子で汚染されることはない。このため、ポリッ
シング後の基板洗浄工程を簡略化することができる。
装置の製造方法では、溝の存在する酸化膜上に形成され
た金属薄膜を、固体成分を含まず、酸化剤水溶液とアル
カリ性水溶液を用いてポリッシングし、溝内に金属が埋
め込まれた構造の配線を得ている。加工液に固体粒子が
含まれていないため、ポリッシング中に金属表面に傷等
のダメージが生じることはない。このため、埋め込み金
属配線層表面にタングステン等の高硬度キャップ膜を形
成する工程を必要としない。また、ポリッシング後基板
が固体粒子で汚染されることはない。このため、ポリッ
シング後の基板洗浄工程を簡略化することができる。
【００２５】以上、本発明による製造方法を用いること
により、極微細の金属配線形成に有利なポリッシングに
よる埋め込み金属配線構造を、低コストで容易に得るこ
とが可能となる。
により、極微細の金属配線形成に有利なポリッシングに
よる埋め込み金属配線構造を、低コストで容易に得るこ
とが可能となる。
【図１】本発明によるポリッシングにおいて、アルミの
加工速度に及ぼすピペラジン濃度と加工圧力の関係を示
す図である。
加工速度に及ぼすピペラジン濃度と加工圧力の関係を示
す図である。
【図２】本発明によるポリッシングにおいて、アルミの
ポリッシング速度とウェットエッチング速度との比（Ｖ
ｐ／Ｖｅ）に及ぼす加工圧力の影響を示す図である。
ポリッシング速度とウェットエッチング速度との比（Ｖ
ｐ／Ｖｅ）に及ぼす加工圧力の影響を示す図である。
【図３】本発明によるポリッシングにおいて、アルミと
シリコン酸化膜の加工速度の比較を示す図である。
シリコン酸化膜の加工速度の比較を示す図である。
【図４】本発明によるアルミのポリッシングを施した後
基板上に形成された微細パターンを表している表面及び
断面電子顕微鏡写真である。
基板上に形成された微細パターンを表している表面及び
断面電子顕微鏡写真である。
【図５】本発明による埋め込み配線形成工程を説明する
断面工程図である。
断面工程図である。
【図６】本発明による埋め込みコンタクトおよび埋め込
み配線同時形成工程を説明する断面工程図である。
み配線同時形成工程を説明する断面工程図である。
【図７】従来のポリッシング方法による埋め込み配線形
成を説明する断面工程図である。
成を説明する断面工程図である。
【図８】従来のポリッシング方法による埋め込み配線形
成を説明する断面工程図である。
成を説明する断面工程図である。
１ シリコン基板 ２ シリコン酸化膜 ３ 溝領域 ４ バリアメタル ５ アルミ ６ 埋め込みアルミ配線 ７ シリコン酸化膜表面 ８ 素子分離酸化膜 ９ ボロン燐ガラス １０ マスクアルミ １１ レジスト １２ レジストのコンタクトホールパターン １３ ボロン燐ガラス層に形成されたコンタクトホール １４ コンタクトホールを有する埋め込みアルミ配線 １５ ブランケットＣＶＤ法によるタングステン膜 １６ アルミ膜形成６インチシリコン基板 １７ 石英製真空チャック １８ 研磨定盤 １９ 研磨パッド ２０ 第１の滴下チューブ ２１ アルカリ性水溶液 ２２ 第２の滴下チューブ ２３ 酸化剤水溶液
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年１月１４日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるポリッシングにおいて、アルミの
加工速度に及ぼすピペラジン濃度と加工圧力の関係を示
す図である。
加工速度に及ぼすピペラジン濃度と加工圧力の関係を示
す図である。
【図２】本発明によるポリッシングにおいて、アルミの
ポリッシング速度とウェットエッチング速度との比（Ｖ
ｐ／Ｖｅ）に及ぼす加工圧力の影響を示す図である。
ポリッシング速度とウェットエッチング速度との比（Ｖ
ｐ／Ｖｅ）に及ぼす加工圧力の影響を示す図である。
【図３】本発明によるポリッシングにおいて、アルミと
シリコン酸化膜の加工速度の比較を示す図である。
シリコン酸化膜の加工速度の比較を示す図である。
【図４】本発明によるアルミのポリッシングを施した後
基板上に形成された微細パターンを表している表面及び
断面電子顕微鏡写真である。
基板上に形成された微細パターンを表している表面及び
断面電子顕微鏡写真である。
【図５】本発明による埋め込み配線形成工程を説明する
断面工程図である。
断面工程図である。
【図６】本発明による埋め込みコンタクトおよび埋め込
み配線同時形成工程を説明する断面工程図である。
み配線同時形成工程を説明する断面工程図である。
【図７】従来のポリッシング方法による埋め込み配線形
成を説明する断面工程図である。
成を説明する断面工程図である。
【図８】従来のポリッシング方法による埋め込み配線形
成を説明する断面工程図である。
成を説明する断面工程図である。
【図９】本発明で用いるポリッシング装置を示す図であ
る。
る。
【符号の説明】 １ シリコン基板 ２ シリコン酸化膜 ３ 溝領域 ４ バリアメタル ５ アルミ ６ 埋め込みアルミ配線 ７ シリコン酸化膜表面 ８ 素子分離酸化膜 ９ ボロン燐ガラス １０ マスクアルミ １１ レジスト １２ レジストのコンタクトホールパターン １３ ボロン燐ガラス層に形成されたコンタクトホール １４ コンタクトホールを有する埋め込みアルミ配線 １５ ブランケットＣＶＤ法によるタングステン膜 １６ アルミ膜形成６インチシリコン基板 １７ 石英製真空チャック １８ 研磨定盤 １９ 研磨パッド ２０ 第１の滴下チューブ ２１ アルカリ性水溶液 ２２ 第２の滴下チューブ ２３ 酸化剤水溶液
Claims (2)
- 【請求項１】 固体成分を含まず、酸化剤水溶液とアル
カリ性水溶液を用いてポリッシングすることを特徴とす
る金属のポリッシング方法。 - 【請求項２】 溝の存在する絶縁膜上に形成された表面
の平坦な金属薄膜のうち、溝領域以外の前記金属薄膜を
請求項１記載の方法で除去することを特徴とする埋め込
み金属配線の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4276866A JP2580939B2 (ja) | 1992-10-15 | 1992-10-15 | 埋め込み金属配線の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4276866A JP2580939B2 (ja) | 1992-10-15 | 1992-10-15 | 埋め込み金属配線の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06295892A true JPH06295892A (ja) | 1994-10-21 |
| JP2580939B2 JP2580939B2 (ja) | 1997-02-12 |
Family
ID=17575509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4276866A Expired - Lifetime JP2580939B2 (ja) | 1992-10-15 | 1992-10-15 | 埋め込み金属配線の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2580939B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998037576A1 (fr) * | 1997-02-19 | 1998-08-27 | Hitachi, Ltd. | Procede de production d'un dispositif a semi-conducteur et son systeme |
| US7279425B2 (en) | 1997-10-31 | 2007-10-09 | Hitachi, Ltd. | Polishing method |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6285445A (ja) * | 1985-10-09 | 1987-04-18 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JPH02275629A (ja) * | 1989-04-17 | 1990-11-09 | Kyushu Electron Metal Co Ltd | 半導体ウェーハの研摩方法 |
| JPH03131025A (ja) * | 1989-10-17 | 1991-06-04 | Nippon Mining Co Ltd | ＣｄＴｅウエハーの鏡面研磨液及びそれを用いる鏡面研磨方法 |
| JPH04259221A (ja) * | 1991-02-14 | 1992-09-14 | Toshiba Corp | 半導体ウェーハ用洗浄液 |
-
1992
- 1992-10-15 JP JP4276866A patent/JP2580939B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6285445A (ja) * | 1985-10-09 | 1987-04-18 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JPH02275629A (ja) * | 1989-04-17 | 1990-11-09 | Kyushu Electron Metal Co Ltd | 半導体ウェーハの研摩方法 |
| JPH03131025A (ja) * | 1989-10-17 | 1991-06-04 | Nippon Mining Co Ltd | ＣｄＴｅウエハーの鏡面研磨液及びそれを用いる鏡面研磨方法 |
| JPH04259221A (ja) * | 1991-02-14 | 1992-09-14 | Toshiba Corp | 半導体ウェーハ用洗浄液 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998037576A1 (fr) * | 1997-02-19 | 1998-08-27 | Hitachi, Ltd. | Procede de production d'un dispositif a semi-conducteur et son systeme |
| US7279425B2 (en) | 1997-10-31 | 2007-10-09 | Hitachi, Ltd. | Polishing method |
| US7563716B2 (en) | 1997-10-31 | 2009-07-21 | Renesas Technology Corp. | Polishing method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2580939B2 (ja) | 1997-02-12 |
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