JPH07105360B2 - 半導体ウエハ上のタングステン層をエッチングバックする方法 - Google Patents
半導体ウエハ上のタングステン層をエッチングバックする方法Info
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- JPH07105360B2 JPH07105360B2 JP3184827A JP18482791A JPH07105360B2 JP H07105360 B2 JPH07105360 B2 JP H07105360B2 JP 3184827 A JP3184827 A JP 3184827A JP 18482791 A JP18482791 A JP 18482791A JP H07105360 B2 JPH07105360 B2 JP H07105360B2
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- 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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-
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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
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- 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
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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
- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
- H01L21/321—After treatment
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- H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に半導体ウエハ上
のタングステン層のエッチングバックに関する。
のタングステン層のエッチングバックに関する。
【０００２】
【従来の技術】集積回路は、基板中の領域をパターニン
グし且つ基板上の層をパターニングすることによって化
学的且つ物理的に集積されてシリコンウエハのような基
板となる。これらの領域及び層は、導電体及び抵抗体の
製造用に導電性でありうる。それらは、同様に、種々の
導電性タイプからなりうる。これは、トランジスター及
びダイオードの製造に必須である。
グし且つ基板上の層をパターニングすることによって化
学的且つ物理的に集積されてシリコンウエハのような基
板となる。これらの領域及び層は、導電体及び抵抗体の
製造用に導電性でありうる。それらは、同様に、種々の
導電性タイプからなりうる。これは、トランジスター及
びダイオードの製造に必須である。
【０００３】堆積した導電体は全ての集積回路の集積部
分であり、電流を流すための表面配線の役割を与えられ
ている。特に、堆積した導電体を使用して、ウエハの表
面に形成される種々の構成部分を共に結び付ける。ウエ
ハ内に形成される電子装置は、金属のような導電性ラン
ナーと接触しなければならない活性領域を含む。通常、
絶縁材料の層をウエハの頂上に施し選択的にマスキング
してコンタクトオープニングパターンを与える。層をそ
の後にエッチングして絶縁層の上面から下にウエハ中へ
コンタクトオープニングを与え、所定の活性領域との電
気的接触を得る。
分であり、電流を流すための表面配線の役割を与えられ
ている。特に、堆積した導電体を使用して、ウエハの表
面に形成される種々の構成部分を共に結び付ける。ウエ
ハ内に形成される電子装置は、金属のような導電性ラン
ナーと接触しなければならない活性領域を含む。通常、
絶縁材料の層をウエハの頂上に施し選択的にマスキング
してコンタクトオープニングパターンを与える。層をそ
の後にエッチングして絶縁層の上面から下にウエハ中へ
コンタクトオープニングを与え、所定の活性領域との電
気的接触を得る。
【０００４】ある種の金属及び合金は、ウエハの表面に
施したときにコンタクトオープニングにおいて最大限の
望ましい被覆量を与えない。これを、図１を引用して示
す。この図は、中に形成された１組のコンタクトオープ
ニング１２、１４を備えたウエハ基板１０の概略的な断
面図である。金属層１６が基板１０に施されている。示
されているように、層１６は、オープニング１２及び１
４内に不十分で不完全な適用範囲を与えている。通常こ
のような不十分な被覆量を与える金属の例としては、ア
ルミニウム、又は珪素及び／若しくは銅とアルミニウム
との合金がある。
施したときにコンタクトオープニングにおいて最大限の
望ましい被覆量を与えない。これを、図１を引用して示
す。この図は、中に形成された１組のコンタクトオープ
ニング１２、１４を備えたウエハ基板１０の概略的な断
面図である。金属層１６が基板１０に施されている。示
されているように、層１６は、オープニング１２及び１
４内に不十分で不完全な適用範囲を与えている。通常こ
のような不十分な被覆量を与える金属の例としては、ア
ルミニウム、又は珪素及び／若しくは銅とアルミニウム
との合金がある。
【０００５】接触バイアス内に良好な被覆量を与える金
属の１つにタングステンがある。図２は、ウエハ１０の
頂上に施されたタングステン層１８を示す。示されてい
るように、完全な被覆量がコンタクトオープニング１２
及び１４内にある。しかしながら、タングステンはアル
ミニウムほど導電性ではない。従って、タングステンオ
ープニングは通常研磨するか又はエッチングして、図３
において示されているように、新らしい上面層を基板の
上面を与える。アルミニウム層をその後に（ここでは示
されていないが）ウエハ１０の頂上に施すことができ、
その後に、選択的にエッチングして望ましい連続通路
（ｒｕｎｓ）を得ることができる。
属の１つにタングステンがある。図２は、ウエハ１０の
頂上に施されたタングステン層１８を示す。示されてい
るように、完全な被覆量がコンタクトオープニング１２
及び１４内にある。しかしながら、タングステンはアル
ミニウムほど導電性ではない。従って、タングステンオ
ープニングは通常研磨するか又はエッチングして、図３
において示されているように、新らしい上面層を基板の
上面を与える。アルミニウム層をその後に（ここでは示
されていないが）ウエハ１０の頂上に施すことができ、
その後に、選択的にエッチングして望ましい連続通路
（ｒｕｎｓ）を得ることができる。
【０００６】図４は、タングステンのエッチングバック
（ｅｔｃｈｉｎｇ ｂａｃｋ）、すなわち、周囲のウエ
ハに対して選択的ではあるがオープニングにおいてオー
バーエッチングであるようなエッチに関する１つの問題
を示す。これは、後に施しうるアルミニウム又はアルミ
ニウム合金の層のオープニング内に不十分な被覆量しか
備えていない可能性がある。
（ｅｔｃｈｉｎｇ ｂａｃｋ）、すなわち、周囲のウエ
ハに対して選択的ではあるがオープニングにおいてオー
バーエッチングであるようなエッチに関する１つの問題
を示す。これは、後に施しうるアルミニウム又はアルミ
ニウム合金の層のオープニング内に不十分な被覆量しか
備えていない可能性がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】半導体ウエハ上のタン
グステン層をエッチングバックするような改善された方
法の開発の必要性がある。
グステン層をエッチングバックするような改善された方
法の開発の必要性がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】改善された研磨作業によ
って半導体ウエハ上のタングステン層を奥にエッチング
する方法を説明する。その方法は、磨くべきウエハを予
選択した温度で研磨液に暴露することを含む。研磨液
は、ウエハ上のタングステンを酸化させて酸化タングス
テンとするような酸化剤を含む。ウエハを機械的に研磨
して、ウエハから酸化タングステンを取り除いて研磨液
中に移す。研磨液は、同様に、ＫＯＨ及びＮＨ４ＯＨか
らなる群又はそれらの混合物からなる選択した溶解成分
を含む。ウエハから取り除かれた酸化タングステンは、
溶液中の溶解成分によって大体において溶解する。
って半導体ウエハ上のタングステン層を奥にエッチング
する方法を説明する。その方法は、磨くべきウエハを予
選択した温度で研磨液に暴露することを含む。研磨液
は、ウエハ上のタングステンを酸化させて酸化タングス
テンとするような酸化剤を含む。ウエハを機械的に研磨
して、ウエハから酸化タングステンを取り除いて研磨液
中に移す。研磨液は、同様に、ＫＯＨ及びＮＨ４ＯＨか
らなる群又はそれらの混合物からなる選択した溶解成分
を含む。ウエハから取り除かれた酸化タングステンは、
溶液中の溶解成分によって大体において溶解する。
【０００９】最も好適な酸化成分はＨ2Ｏ2からなる。Ｋ
ＯＨ、ＮＨ4ＯＨ及びＨ2Ｏ2は、ウエハ上のＳｉＯ2又は
Ｓｉ3Ｏ4に関して非反応性である。これは、通常、エッ
チングされるタングステン層の下層材料の組成である。
Ｈ2Ｏ2はタングステンを容易に酸化させて、ＷＯ3形態
の酸化タングステンにする。ＷＯ3はＫＯＨと反応し
て、Ｋ2ＷＯ4（タングステン酸カリウム）を形成する。
これは、水に容易に溶解する。ＷＯ3は、ＮＨ4ＯＨと反
応して、（ＮＨ4）2ＷＯ4（タングステン酸アンモニウ
ム）を形成する。これは、同様に、水に容易に溶解す
る。
ＯＨ、ＮＨ4ＯＨ及びＨ2Ｏ2は、ウエハ上のＳｉＯ2又は
Ｓｉ3Ｏ4に関して非反応性である。これは、通常、エッ
チングされるタングステン層の下層材料の組成である。
Ｈ2Ｏ2はタングステンを容易に酸化させて、ＷＯ3形態
の酸化タングステンにする。ＷＯ3はＫＯＨと反応し
て、Ｋ2ＷＯ4（タングステン酸カリウム）を形成する。
これは、水に容易に溶解する。ＷＯ3は、ＮＨ4ＯＨと反
応して、（ＮＨ4）2ＷＯ4（タングステン酸アンモニウ
ム）を形成する。これは、同様に、水に容易に溶解す
る。
【００１０】Ｈ2Ｏ2は優れた酸化剤である。Ｈ2Ｏ2中の
タングステンの酸化速度は、反応温度によって制御す
る。温度が高い程、酸化速度が速くなる。本発明の方法
においては、反応温度は、機械的な研磨速度更には研磨
機内のプラテン（ｐｌａｔｅｎ）の温度の両方によって
制御する。このような研磨に好適な温度範囲は約３８〜
９３℃（約１００°〜２００°Ｆ）、最も好適な範囲は
６６〜８２℃（１５０〜１８０°Ｆ）である。
タングステンの酸化速度は、反応温度によって制御す
る。温度が高い程、酸化速度が速くなる。本発明の方法
においては、反応温度は、機械的な研磨速度更には研磨
機内のプラテン（ｐｌａｔｅｎ）の温度の両方によって
制御する。このような研磨に好適な温度範囲は約３８〜
９３℃（約１００°〜２００°Ｆ）、最も好適な範囲は
６６〜８２℃（１５０〜１８０°Ｆ）である。
【００１１】本発明に従って研磨を実施するのに好適な
方法は、最初に、プラナー化装置（ｐｌａｎａｒｉｚｉ
ｎｇ ａｐｐａｒａｔｕｓ）内に水溶液として溶解成分
を与えることからなる。研磨の間中、選択した供給速度
で、Ｈ2Ｏ2を含む溶液の流れをプラナー化装置に供給す
る。混合研磨液は、大体において選択した速度でプラナ
ー化装置から回収する。好適な供給及び回収速度は、約
７５〜３００ｍｌ／ｍｉｎである。好適な供給溶液は、
３０容量％のＨ2Ｏ2水溶液である。溶解成分又はコンパ
ウンドの好適な濃度は、４５容量％の水溶液である。
方法は、最初に、プラナー化装置（ｐｌａｎａｒｉｚｉ
ｎｇ ａｐｐａｒａｔｕｓ）内に水溶液として溶解成分
を与えることからなる。研磨の間中、選択した供給速度
で、Ｈ2Ｏ2を含む溶液の流れをプラナー化装置に供給す
る。混合研磨液は、大体において選択した速度でプラナ
ー化装置から回収する。好適な供給及び回収速度は、約
７５〜３００ｍｌ／ｍｉｎである。好適な供給溶液は、
３０容量％のＨ2Ｏ2水溶液である。溶解成分又はコンパ
ウンドの好適な濃度は、４５容量％の水溶液である。
【００１２】
【実施例】１ミクロンの厚さのタングステン層を含むウ
エハを、Ｗｅｓｔｅｃｈ型Ｎｏ．３７２（Ｐｈｏｅｎｉ
ｘ，Ａｒｉｚｏｎａ）プラナー化装置を使用してエッチ
ングした。４５％ＫＯＨ水溶液１リットルを型Ｎｏ．３
７２プラナー化装置内内においた。研磨の間、Ｈ2Ｏ2を
７５ｍｌ／ｍｉｎの速度で供給し、作業の間プラナー化
装置から研磨液を約７５ｍｌ／ｍｉｎの速度で回収し
た。プラテンの温度は６６℃（１５０°Ｆ）に保持し
た。プラテンの回転速度は１００ｒｐｍであり、ウエハ
の速度は反対方向に向かって３０ｒｐｍであった。この
ような化学的且つ機械的な研磨を２分間実施してタング
ステン層を取り除いて、図３に示されるような平坦で均
一な構造を与える。
エハを、Ｗｅｓｔｅｃｈ型Ｎｏ．３７２（Ｐｈｏｅｎｉ
ｘ，Ａｒｉｚｏｎａ）プラナー化装置を使用してエッチ
ングした。４５％ＫＯＨ水溶液１リットルを型Ｎｏ．３
７２プラナー化装置内内においた。研磨の間、Ｈ2Ｏ2を
７５ｍｌ／ｍｉｎの速度で供給し、作業の間プラナー化
装置から研磨液を約７５ｍｌ／ｍｉｎの速度で回収し
た。プラテンの温度は６６℃（１５０°Ｆ）に保持し
た。プラテンの回転速度は１００ｒｐｍであり、ウエハ
の速度は反対方向に向かって３０ｒｐｍであった。この
ような化学的且つ機械的な研磨を２分間実施してタング
ステン層を取り除いて、図３に示されるような平坦で均
一な構造を与える。
【００１３】上述のタングステンの研磨作業及び溶液
は、半導体ウエハからのタングステン層のより速く且つ
高制御可能な除去を可能とする。
は、半導体ウエハからのタングステン層のより速く且つ
高制御可能な除去を可能とする。
【００１４】規則に従って、本発明は構造的及び方法的
な特徴に関して言い回しの点で多少明確に詳述してい
る。しかしながら、本発明は示され且つ詳述された明確
な特徴に限定されない。ここで詳述した手段及び構成
は、本発明を実施するのに好適な態様からなる。それ
故、本発明は、添付した特許請求の範囲の均等論に従っ
て適切に解釈される適切な範囲内においてはいずれの形
態又は改変でもその範囲に含む。
な特徴に関して言い回しの点で多少明確に詳述してい
る。しかしながら、本発明は示され且つ詳述された明確
な特徴に限定されない。ここで詳述した手段及び構成
は、本発明を実施するのに好適な態様からなる。それ
故、本発明は、添付した特許請求の範囲の均等論に従っ
て適切に解釈される適切な範囲内においてはいずれの形
態又は改変でもその範囲に含む。
【図１】 半導体ウエハの概略的な断面図であり、前の
「従来の技術」欄において詳述されている。
「従来の技術」欄において詳述されている。
【図２】 半導体ウエハの概略的な断面図であり、前の
「従来の技術」欄において詳述されている。
「従来の技術」欄において詳述されている。
【図３】 半導体ウエハの概略的な断面図であり、前の
「従来の技術」欄において詳述されている。
「従来の技術」欄において詳述されている。
【図４】 半導体ウエハの概略的な断面図であり、前の
「従来の技術」欄において詳述されている。
「従来の技術」欄において詳述されている。
１０ ウエハ １２ コンタクトオープニング １４ コンタクトオープニング １６ 金属層 １８ タングステン層
Claims (16)
- 【請求項１】 研磨すべきウエハを予選択した温度で研
磨液に暴露し、機械的に酸化タングステンを研磨してウ
エハから取り除いて研磨液中に移すことを含む、研磨材
料によって半導体ウエハ上のタングステン層をエッチン
グバックする方法であって： 該研磨液はウエハ上のタングステンを酸化して酸化タン
グステンとするような酸化成分を含み、かつ、ＫＯＨ及
びＮＨ4ＯＨからなる群又はそれらの混合物から選択し
た溶解成分を含むものであり、該酸化タングステンは溶
液中の溶解成分によって大体において溶解するものであ
る； 前記方法。 - 【請求項２】 予選択した温度は約３８〜９３℃（約１
００〜２００°Ｆ）である、請求項１に記載のタングス
テン層をエッチングバックする方法。 - 【請求項３】 予選択した温度は約６６〜８２℃（約１
５０〜１８０°Ｆ）である、請求項２に記載のタングス
テン層をエッチングバックする方法。 - 【請求項４】 酸化成分はＨ2Ｏ2からなる、請求項１に
記載のタングステン層をエッチングバックする方法。 - 【請求項５】 予選択した温度は約３８〜９３℃（約１
００〜２００°Ｆ）である、請求項４に記載のタングス
テン層をエッチングバックする方法。 - 【請求項６】 予選択した温度は約６６〜８２℃（約１
５０〜１８０°Ｆ）である、請求項５に記載のタングス
テン層をエッチングバックする方法。 - 【請求項７】 プラナー化装置内に溶解成分を含む水溶
液を与え； 選択した速度で酸化成分を含む溶液の流れをプラナー化
装置に供給し；そして、 大体において選択した速度で研磨の間中プラナー化装置
から研磨液を回収する；工程を更に含む、請求項１に記
載のタングステン層をエッチングバックする方法。 - 【請求項８】 選択した供給速度と回収速度は約７５〜
３００ｍｌ／ｍｉｎである、請求項７に記載のタングス
テン層をエッチングバックする方法。 - 【請求項９】 酸化成分はＨ２Ｏ２を含むものである、
請求項７に記載のタングステン層をエッチングバックす
る方法。 - 【請求項１０】 酸化成分はＨ２Ｏ２を含むものであ
り、且つ、選択した供給速度は約７５〜３００ｍｌ／ｍ
ｉｎである、請求項７に記載のタングステン層をエッチ
ングバックする方法。 - 【請求項１１】 予選択した温度は約３８〜９３℃（約
１００〜２００°Ｆ）であり：且つ、 プラナー化装置に溶解成分を含む水溶液を与え； 選択した速度で酸化成分の溶液の流れをプラナー化装置
に供給し；そして、 大体において選択した速度で研磨の間中プラナー化装置
から研磨液を回収する； 工程を更に含む、請求項１に記載のタングステン層をエ
ッチングバックする方法。 - 【請求項１２】 選択した供給速度と回収速度は約７５
〜３００ｍｌ／ｍｉｎである、請求項１１に記載のタン
グステン層をエッチングバックする方法。 - 【請求項１３】 酸化成分はＨ2Ｏ2からなり、且つ、 プラナー化装置内に溶解成分を含む水溶液を与え； 選択した速度で酸化成分を含む溶液の流れをプラナー化
装置に供給し；そして、 大体において選択した速度で研磨の間中研磨液をプラナ
ー化装置から回収する； 工程を更に含む、請求項１に記載のタングステン層をエ
ッチングバックする方法。 - 【請求項１４】 選択した供給速度と回収速度は約７５
〜３００ｍｌ／ｍｉｎである、請求項１３に記載のタン
グステン層をエッチングバックする方法。 - 【請求項１５】 酸化成分はＨ２Ｏ２を含み；予選択し
た温度は約３８〜９３℃（約１００〜２００°Ｆ）であ
り：かつ、 プラナー化装置に溶解成分を含む水溶液をプラナー化装
置内に与え； 選択した速度で酸化成分を含む溶液の流れをプラナー化
装置に提供し；そして、 大体において選択した速度で研磨の間中プラナー化装置
から研磨液を回収する； 工程を更に含む、請求項１に記載のタングステン層をエ
ッチングバックする方法。 - 【請求項１６】 選択した供給速度及び回収は約７５〜
３００ｍｌ／ｍｉｎである、請求項１５に記載のタング
ステン層をエッチングバックする方法。
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| JP2001345324A (ja) | 半導体装置の製造方法 |
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