JPH09148431A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH09148431A
JPH09148431A JP7302752A JP30275295A JPH09148431A JP H09148431 A JPH09148431 A JP H09148431A JP 7302752 A JP7302752 A JP 7302752A JP 30275295 A JP30275295 A JP 30275295A JP H09148431 A JPH09148431 A JP H09148431A
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forming
interlayer insulating
insulating film
thickness
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Mieko Suzuki
三惠子 鈴木
Tetsuya Honma
哲哉 本間
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NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 導電性膜をアルミナ等の研磨性粒子及び過酸
化水素水等のエッチャントを含有する研磨剤を用いて研
磨する際に、導電性膜上に保護膜を形成し、化学的エッ
チングを抑制する。 【解決手段】 能動素子を有する半導体基板1上にCV
D法により第1の層間絶縁膜2を形成し、次に第1の金
属配線3を形成する。続いて第2の層間絶縁膜4を成膜
し、化学的機械的研磨法により平坦化を行った後、ビア
ホール5を開口する。次にバリア膜7としてチタン/窒
化チタン膜を各々スパッタし、続いてCVD法によりタ
ングステン膜8をビアホールの最小径の1/3の厚さで
成膜する。続いて、保護膜として窒化チタン膜10を成
膜する。次に、Al2 3 研磨粒子及び水とH2 2
の塩基性混合物からなる研磨剤を用いて化学的機械的研
磨を行う。これによりビアホール以外の部分の保護膜が
研磨され、ビアホール内にタングステン膜が充填され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、特に半導体集積回路における微細配線の形
成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体装置の製造方法として、特
開平4−167448号公報および特開平5−2753
66号公報の内容について図4を用いて説明する。
【0003】図4(a)に示すように、能動素子を有し
た半導体基板1に第1の層間絶縁膜2と第1の金属配線
3を形成し、次にプラズマ化学気相成長法(以下CVD
法と称す)により第2の層間絶縁膜4のシリコン酸化膜
を成長し、レジストを用いた公知の方法でコンタクトホ
ール22を開口する。その後、減圧CVD法により選択
的に選択CVD法ブランケットタングステン膜(以下
「タングステン膜」ということがある。)21でコンタ
クトホール22を埋める。続いて化学的機械的研磨によ
り膜表面の平坦化を図る。
【0004】タングステン膜を化学的機械的研磨する方
法は、アルミナ等の研磨性粒子、および過酸化水素水等
のエッチャントを含有する研磨剤を用いて研磨を行う。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】第1の問題は、研磨が
終了したときにコンタクトホール内には大きな穴23が
形成されることである。あるいは、配線形成用溝内のタ
ングステン膜厚が薄くなることである。
【0006】その理由は、前記タングステン膜の研磨に
過酸化水素水等のエッチャントを含有する研磨剤を用い
ることから、タングステン膜表面がエッチングされる。
コンタクトホール内のタングステン膜にボイドが生じる
と、過酸化水素水等のエッチャント成分によってコンタ
クトホール内あるいは配線形成用溝内のタングステン膜
がエッチングされるためである。(図4(b)) 第2の問題は、このタングステンの埋め込み方法を用い
た半導体集積回路の歩留まりや信頼性が著しく低下する
ことである。
【0007】本発明は、導電性膜(タングステン膜等)
をアルミナ等の研磨性粒子、および過酸化水素水等のエ
ッチャントを含有する研磨剤を用いて研磨する際に、導
電性膜上に保護膜を形成し、導電性膜の化学的エッチン
グを抑制することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、次の手段を採用する。 (1)能動素子を有する半導体基板上に第1の層間絶縁
膜を形成する工程と、前記第1の層間絶縁膜上に第1の
金属配線を形成する工程と、前記第1の層間絶縁膜及び
前記第1の金属配線上に第2の層間絶縁膜を形成する工
程と、前記第2の層間絶縁膜にスルーホール又は配線形
成用溝を形成する工程と、続いて前記第2の層間絶縁膜
上に導電性膜を形成する工程と、前記導電性膜上に保護
膜を形成する工程と、化学的機械的研磨法によって前記
保護膜及び前記導電性膜を同時に研磨し、前記スルーホ
ール又は前記配線形成用溝内に導電性膜を充填させる工
程とを含む半導体装置の製造方法。 (2)能動素子を有する半導体基板上に第1の層間絶縁
膜を形成する工程と、前記第1の層間絶縁膜上に第1の
金属配線を形成する工程と、前記第1の層間絶縁膜及び
前記第1の金属配線上に第2の層間絶縁膜を形成する工
程と、前記第2の層間絶縁膜にスルーホールを形成する
工程と、続いて前記第2の層間絶縁膜上に導電性膜を形
成する工程と、前記導電性膜上に保護膜を形成する工程
と、化学的機械的研磨法によって前記保護膜及び前記導
電性膜を同時に研磨し、前記スルーホール内に導電性膜
を充填させる工程と、前記スルーホール上に第2の金属
配線を形成する工程とを含む半導体装置の製造方法。 (3)前記導電性膜は、タングステン膜、アルミニウム
膜、アルミ合金膜、銅膜のうち1つ以上からなり、前記
導電性膜の成膜法は、化学気相成長法、化学蒸着法、ス
パッタ法のうち1つ以上からなる前記(1)又は(2)
記載の半導体装置の製造方法。 (4)前記保護膜は、窒化チタン膜、チタン膜、シリコ
ン膜、プラズマ化学気相成長法シリコン酸化膜、プラズ
マ化学気相成長法シリコン窒化膜、プラズマ化学気相成
長法シリコンオキシナイトライド膜のうち1つ以上から
なる前記(1)又は(2)記載の半導体装置の製造方
法。 (5)前記化学的機械的研磨法は、研磨性材料と酸化剤
成分を含有する研磨剤を用い、前記研磨性材料は、シリ
カ系粒子、アルミナ系粒子、セリウム系粒子のうち1つ
以上からなる前記(1)又は(2)記載の半導体装置の
製造方法。
【0009】
【作用】導電性膜(タングステン膜等)をアルミナ等の
研磨性粒子、および過酸化水素水等のエッチャントを含
有する研磨剤を用いて研磨する際に、導電性膜上に保護
膜を形成することにより、導電性膜の化学的エッチング
を抑制することが可能で、ビアホール内の導電性膜がエ
ッチングされることがない。そのためこの導電性膜の埋
め込み方法を用いた半導体集積回路の歩留まりや信頼性
が著しく向上する。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図1
〜図3を参照して説明する。詳細は、実施例の項で述べ
ることとする。
【0011】
【実施例】
(実施例1)本発明の実施例1について図1(a)〜
(d)を参照して説明する。
【0012】はじめに図1(a)に示すように、能動素
子を有する半導体基板1上にCVD法により第1の層間
絶縁膜2を形成し、次に厚さ0.5μmの第1の金属配
線3を形成する。続いてCVD法により厚さ0.8μm
の第2の層間絶縁膜4を成膜し、化学的機械的研磨法に
より平坦化を行った後、レジストを用いた公知の方法に
よりビアホール5を開口する。次にバリア膜7としてチ
タン/窒化チタン膜を各々0.1μm/0.06μmの
膜厚でスパッタし、続いてCVD法により第1のCVD
法ブランケットタングステン膜(以下「タングステン
膜」ということがある。)8をビアホールの最小径の1
/3の厚さで成膜する。続いて、保護膜として厚さ0.
1μmの第1の窒化チタン膜10を成膜する(図1
(b))。次に、Al2 3 研磨粒子および水とH2
2 との塩基性混合物からなる研磨剤を用いて化学的機械
的研磨を行う。Al2 3 研磨粒子の固形分濃度は12
%、水とH2 2 の割合は1:1である。化学的機械的
研磨を行うことによりビアホール以外の部分の保護膜の
窒化チタン膜、タングステン膜、バリア膜の窒化チタン
膜/チタン膜が研磨され、ビアホール内のみにタングス
テン膜が残る。ビアホール内のタングステン膜は保護膜
の窒化チタン膜によって保護され、ボイドの発生は見ら
れない(図1(c))。次に、厚さ0.8μmのAl−
Si−Cu膜をスパッタ、パターニングし、第2の金属
配線16を形成する(図1(d))。この方法を繰り返
すことにより多層配線が形成することが出来る。
【0013】本実施例では、保護膜として窒化チタン膜
を用いたが、チタン膜、シリコン膜、プラズマ酸化膜、
プラズマ窒化膜、プラズマオキシナイトライド膜のうち
少なくとも1つ以上の膜を用いても同様の結果を得るこ
とが出来る。
【0014】本実施例ではCVD法タングステン膜をビ
アホール最小径の1/3の厚さで成膜を行ったが、1/
5〜2/5の範囲であれば良い。
【0015】本実施例では保護膜として厚さ0.1μm
の窒化チタン膜を用いたが、0.05μm〜0.2μm
の範囲であれば良い。
【0016】本実施例では研磨剤のAl2 3 研磨粒子
の固形分濃度は12%を用いたが、5%〜33%の範囲
であれば良く、水とH2 2 の割合は1:1を用いた
が、1:0.1〜1:2の範囲であれば良い。
【0017】本実施例では保護膜として厚さ0.1μm
の窒化チタン膜を用いたが、0.05μm〜0.2μm
の範囲であれば良い。
【0018】本実施例では研磨剤のAl2 3 研磨粒子
の固形分濃度は12%を用いたが、5%〜33%の範囲
であれば良く、水とH2 2 の割合は1:1を用いた
が、1:0.1〜1:2の範囲であれば良い。
【0019】本実施例では研磨剤の酸化剤成分としてH
2 2 を用いたが、K3 Fe(CN)6 等のシアン化物
を用いても同様な結果を得ることが出来る。
【0020】本実施例では第1の金属配線として厚さ
0.5μmを用いたが、0.3μm〜1.0μmの範囲
であれば良い。
【0021】本実施例では第2の層間絶縁膜として厚さ
0.8μmを用いたが、0.5μm〜1.0μmの範囲
であれば良い。
【0022】本実施例ではバリア膜として厚さ0.1μ
m・0.06μmの窒化チタン膜・チタン膜を用いた
が、窒化チタン膜は0.05μm〜0.15μmの範囲
であれば良く、チタン膜は0.02μm〜0.08μm
の範囲であれば良い。
【0023】本実施例では第2の金属配線として厚さ
0.8μmのAl−Si−Cu配線を形成したが、0.
5μm〜1.0μmの範囲であれば良い。
【0024】(実施例2)本発明の実施例2について図
2(a)〜(e)を参照して説明する。
【0025】本実施例は、ビアホール径の最小径と最大
径が2倍以上差がある場合について記載する。
【0026】はじめに図2(a)に示すように、能動素
子を有する半導体基板1上にCVD法により第1の層間
絶縁膜2を形成し、次に厚さ0.5μmの第1の金属配
線3を形成する。続いてCVD法により厚さ0.8μm
の第2の層間絶縁膜4を成膜し、レジストを用いた公知
の方法によりビアホール5を開口する。次にバリア膜7
としてチタン/窒化チタン膜を各々0.1μm/0.0
6μmの膜厚でスパッタし、続いて第1のCVD法ブラ
ンケットタングステン膜8をビアホールの最小径の1/
3の厚さで成膜する。続いて、第1の保護膜として厚さ
0.1μmの第1の窒化チタン膜10を成膜する(図2
(b))。次に、ビアホール最大径の2/5の厚さにな
るまで再び第2のCVD法ブランケットタングステン膜
12を成膜し、続いて、第2の保護膜として厚さ0.1
μmの第2の窒化チタン膜14を形成する(図2
(c))。次に、Al2 3 研磨粒子および水とH2
2 との塩基性混合物からなる研磨剤を用いて化学的機械
的研磨を行う。Al2 3 研磨粒子の固形分濃度は12
%、水とH2 2 の割合は1:1である。化学的機械的
研磨を行うことによりビアホール以外の部分の保護膜の
窒化チタン膜、タングステン膜、バリア膜の窒化チタン
膜・チタン膜が研磨され、ビアホール内にタングステン
膜が充填される。ビアホール内のタングステン膜は、第
1および2の保護膜の窒化チタン膜によって保護され、
ボイドの発生は見られない。次に、厚さ0.8μmのA
l−Si−Cu膜をスパッタ、パターニングし、第2の
金属配線16を形成する。この方法を繰り返すことによ
り多層配線が形成することが出来る。
【0027】本実施例では第1の保護膜として窒化チタ
ン膜を用いたが、チタン膜を用いても同様の結果を得る
ことが出来る。
【0028】本実施例では第2の保護膜として窒化チタ
ン膜を用いたが、チタン膜、シリコン膜、プラズマ窒化
膜、プラズマ窒化酸化膜、プラズマ酸化膜、のうち少な
くとも1つ以上の膜を用いても同様の結果を得ることが
出来る。
【0029】本実施例では第1のCVD法ブランケット
タングステン膜をビアホール最小径の1/3の厚さで成
膜を行ったが、1/5〜2/5の範囲であれば良い。
【0030】本実施例では第1の保護膜として厚さ0.
1μmの窒化チタン膜を用いたが、0.05μm〜0.
2μmの範囲であれば良い。
【0031】本実施例では第2のCVD法ブランケット
タングステン膜をビアホール最大径の2/5の厚さで成
膜を行ったが、1/5〜9/20の範囲であれば良い。
【0032】本実施例では第2の保護膜として厚さ0.
1μmの窒化チタン膜を用いたが、0.05μm〜0.
2μmの範囲であれば良い。
【0033】本実施例では研磨剤のAl2 3 研磨粒子
の固形分濃度は12%を用いたが、5%〜33%の範囲
であれば良く、水とH2 2 の割合は1:1を用いた
が、1:0.1〜1:2の範囲であれば良い。
【0034】本実施例では研磨剤の酸化剤成分としてH
2 2 を用いたが、K3 Fe(CN)6 等のシアン化物
を用いても同様な結果を得ることが出来る。
【0035】本実施例では第1の金属配線として厚さ
0.5μmを用いたが、0.3μm〜1.0μmの範囲
であれば良い。
【0036】本実施例では第2の層間絶縁膜として厚さ
0.8μmを用いたが、0.5μm〜1.0μmの範囲
であれば良い。
【0037】本実施例ではバリア膜として厚さ0.1μ
m・0.06μmの窒化チタン膜・チタン膜を用いた
が、窒化チタン膜は0.05μm〜0.15μmの範囲
であれば良く、チタン膜は0.02μm〜0.08μm
の範囲であれば良い。
【0038】本実施例では第2の金属配線として厚さ
0.8μmのAl−Si−Cu配線を形成したが、0.
5μm〜1.0μmの範囲であれば良い。
【0039】(実施例3)本発明の実施例3について図
3(a)〜(d)を参照して説明する。
【0040】はじめに図3(a)に示すように、能動素
子を有する半導体基板1上にCVD法により第1の層間
絶縁膜2を形成し、次に厚さ0.5μmの第1の金属配
線3を形成する。続いてCVD法により厚さ0.8μm
の第2の層間絶縁膜4を成膜し、レジストを用いた公知
の方法によりビアホール5と配線形成用溝6を開口す
る。次にバリア膜7としてチタン/窒化チタン膜を各々
0.1μm/0.06μmの膜厚でスパッタし、続いて
CVD法により第1の銅配線9をビアホールの最小径の
1/3の厚さで成膜する。続いて、第1の保護膜として
厚さ0.1μmの第1のチタン膜11を成膜する(図3
(c))。次に、配線形成用溝の最大幅の1/3の厚さ
になるまで再びCVD法で第2の銅配線13を成膜し、
続いて、第2の保護膜として厚さ0.1μmの第2のチ
タン膜15を形成する。次に、Al2 3 研磨粒子およ
び水とH2 2 との塩基性混合物からなる研磨剤を用い
て化学的機械的研磨を行う。Al2 3 研磨粒子の固形
分濃度は、12%、水とH22 の割合は1:1であ
る。化学的機械的研磨を行うことにより、ビアホール・
配線形成用溝以外の部分の第2の保護膜のチタン膜、銅
膜、第1の保護膜のチタン膜、銅膜、バリア膜の窒化チ
タン膜・チタン膜が研磨され、ビアホール・配線形成用
溝内に銅膜が充填される。ビアホール・配線形成用溝内
の銅膜は、保護膜の窒化チタン膜によって保護され、ボ
イドの発生は見られない。この方法を繰り返すことによ
り多層配線が形成することが出来る。
【0041】本実施例では埋め込み配線材料として銅膜
を用いたが、アルミニウム膜、アルミニウム合金、タン
グステン膜のうちいずれか1つを用いれば良く、その成
膜法もCVD法、スパッタ法、蒸着法のいずれかのうち
1つを用いれば良い。
【0042】本実施例では第1の保護膜としてチタン膜
を用いたが、窒化チタン膜を用いても同様の結果を得る
ことが出来る。
【0043】本実施例では第2の保護膜としてチタン膜
を用いたが、窒化チタン膜を用いても同様の結果を得る
ことが出来る。
【0044】本実施例では第1のCVD法銅配線をビア
ホール最小径の1/3の厚さで成膜を行ったが、1/5
〜2/5の範囲であれば良い。
【0045】本実施例では第1の保護膜として厚さ0.
1μmのチタンを用いたが、0.05μm〜0.2μm
の範囲であれば良い。
【0046】本実施例では第2のCVD法銅配線を溝配
線の最大幅の1/3の厚さで成膜を行ったが、1/5〜
9/20の範囲であれば良い。
【0047】本実施例では第2の保護膜として厚さ0.
1μmのチタン膜を用いたが、0.05μm〜0.2μ
mの範囲であれば良い。
【0048】本実施例では研磨剤のAl2 3 研磨粒子
の固形分濃度は12%を用いたが、5%〜33%の範囲
であれば良く、水とH2 2 の割合は1:1を用いた
が、1:0.1〜1:2の範囲であれば良い。
【0049】本実施例では研磨剤の酸化剤成分としてH
2 2 を用いたが、K3 Fe(CN)6 等のシアン化物
を用いても同様な結果を得ることが出来る。
【0050】本実施例では第1の金属配線として厚さ
0.5μmを用いたが、0.3μm〜1.0μmの範囲
であれば良い。
【0051】本実施例では第2の層間絶縁膜として厚さ
0.8μmを用いたが、0.5μm〜1.0μmの範囲
であれば良い。
【0052】本実施例ではバリア膜として厚さ0.1μ
m・0.06μmの窒化チタン膜・チタン膜を用いた
が、窒化チタン膜は0.05μm〜0.15μmの範囲
であれば良く、チタン膜は0.02μm〜0.08μm
の範囲であれば良い。
【0053】
【発明の効果】ビアホール・配線形成用溝上にタングス
テン膜を成膜し、続いてタングステン膜上に保護膜とし
て窒化チタン膜を成膜する。次に、Al2 3 研磨粒子
および水とH2 2 との塩基性混合物からなる研磨剤を
用いて化学的機械的研磨を行う。その結果、ビアホール
・配線形成用溝内部にボイドが発生されずタングステン
膜を充填することができ、半導体集積回路の歩留まりや
信頼性が著しく向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1の工程断面図である。
【図2】本発明の実施例2の工程断面図である。
【図3】本発明の実施例3の工程断面図である。
【図4】従来の半導体装置の製造方法の工程断面図であ
る。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 第1の層間絶縁膜 3 第1の金属配線 4 第2の層間絶縁膜 5 ビアホール 6 配線形成用溝 7 バリア膜 8 第1のCVD法ブランケットタングステン膜 9 第1の銅配線 10 第1の窒化チタン膜 11 第1のチタン膜 12 第2のCVD法ブランケットタングステン膜 13 第2の銅配線 14 第2の窒化チタン膜 15 第2のチタン膜 16 第2の金属配線 21 選択CVD法ブランケットタングステン膜 22 コンタクトホール 23 大きな穴

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 能動素子を有する半導体基板上に第1の
    層間絶縁膜を形成する工程と、前記第1の層間絶縁膜上
    に第1の金属配線を形成する工程と、前記第1の層間絶
    縁膜及び前記第1の金属配線上に第2の層間絶縁膜を形
    成する工程と、前記第2の層間絶縁膜にスルーホール又
    は配線形成用溝を形成する工程と、続いて前記第2の層
    間絶縁膜上に導電性膜を形成する工程と、前記導電性膜
    上に保護膜を形成する工程と、化学的機械的研磨法によ
    って前記保護膜及び前記導電性膜を同時に研磨し、前記
    スルーホール又は前記配線形成用溝内に導電性膜を充填
    させる工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造
    方法。
  2. 【請求項2】 能動素子を有する半導体基板上に第1の
    層間絶縁膜を形成する工程と、前記第1の層間絶縁膜上
    に第1の金属配線を形成する工程と、前記第1の層間絶
    縁膜及び前記第1の金属配線上に第2の層間絶縁膜を形
    成する工程と、前記第2の層間絶縁膜にスルーホールを
    形成する工程と、続いて前記第2の層間絶縁膜上に導電
    性膜を形成する工程と、前記導電性膜上に保護膜を形成
    する工程と、化学的機械的研磨法によって前記保護膜及
    び前記導電性膜を同時に研磨し、前記スルーホール内に
    導電性膜を充填させる工程と、前記スルーホール上に第
    2の金属配線を形成する工程とを含むことを特徴とする
    半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記導電性膜は、タングステン膜、アル
    ミニウム膜、アルミ合金膜、銅膜のうち1つ以上からな
    り、前記導電性膜の成膜法は、化学気相成長法、化学蒸
    着法、スパッタ法のうち1つ以上からなる請求項1又は
    2記載の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記保護膜は、窒化チタン膜、チタン
    膜、シリコン膜、プラズマ化学気相成長法シリコン酸化
    膜、プラズマ化学気相成長法シリコン窒化膜、プラズマ
    化学気相成長法シリコンオキシナイトライド膜のうち1
    つ以上からなる請求項1又は2記載の半導体装置の製造
    方法。
  5. 【請求項5】 前記化学的機械的研磨法は、研磨性材料
    と酸化剤成分を含有する研磨剤を用い、前記研磨性材料
    は、シリカ系粒子、アルミナ系粒子、セリウム系粒子の
    うち1つ以上からなる請求項1又は2記載の半導体装置
    の製造方法。
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