JPH09213698A - Formation of wiring - Google Patents
Formation of wiringInfo
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- JPH09213698A JPH09213698A JP1490296A JP1490296A JPH09213698A JP H09213698 A JPH09213698 A JP H09213698A JP 1490296 A JP1490296 A JP 1490296A JP 1490296 A JP1490296 A JP 1490296A JP H09213698 A JPH09213698 A JP H09213698A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に於け
る埋め込み配線を研磨に依って作成する配線形成方法の
改良に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement in a wiring forming method for forming a buried wiring in a semiconductor device by polishing.
【0002】現在、絶縁膜上の配線形成予定部分をエッ
チングして溝を形成し、その溝内に金属を埋め込んで配
線を形成することが行われているが、未だ多くの問題が
あって、信頼性が高い配線を得るには至っていない。At present, a groove is formed by etching a portion of the insulating film where a wiring is to be formed, and a metal is embedded in the groove to form a wiring, but there are still many problems. It has not yet been possible to obtain highly reliable wiring.
【0003】従って、それらの問題を解消しなければな
らないが、本発明は、この種の配線に於ける信頼性を向
上させる一手段を提供するものである。Therefore, while these problems must be solved, the present invention provides one means for improving the reliability of this type of wiring.
【0004】[0004]
【従来の技術】近年、微細化されつつある半導体装置に
於いては、信号の処理時間のうち、半導体装置の動作時
間よりも配線に起因する遅延時間の割合が増加してい
る。従って、今後、半導体装置に於ける信号処理速度を
向上させる為には、配線の層間絶縁膜に依る容量及び配
線抵抗の低下を図ることが重要である。2. Description of the Related Art In recent years, in semiconductor devices that are becoming finer, the ratio of the delay time due to wiring to the signal processing time is larger than the operation time of the semiconductor device. Therefore, in the future, in order to improve the signal processing speed in the semiconductor device, it is important to reduce the capacitance and the wiring resistance due to the interlayer insulating film of the wiring.
【0005】配線抵抗を低下させる手段として、銅(C
u)を配線材料とすることが検討されているところであ
るが、Cuを微細な配線パターンにエッチングすること
を可能にする適切なエッチング・ガスがない点が問題で
あり、そこで、次に説明するような配線形成方法が有力
な技術として検討されている。尚、説明を容易に理解す
るには、本発明に於ける実施の形態を説明する為の図1
乃至図7を参考にすると良い。As a means for reducing the wiring resistance, copper (C
Although u) is being studied as a wiring material, the problem is that there is no suitable etching gas that enables Cu to be etched into a fine wiring pattern. Such a wiring forming method has been studied as a powerful technique. It should be noted that, for easy understanding of the explanation, FIG.
It is recommended to refer to FIG.
【0006】(1)所要の素子領域が作り込まれた基板
上に第一の層間絶縁膜を形成し、次に、第一の層間絶縁
膜のエッチングを行って、基板に形成された素子領域の
一部を表出する電極コンタクト・ホールを形成する。(1) A first interlayer insulating film is formed on a substrate in which a required element region is formed, and then the first interlayer insulating film is etched to form an element region formed on the substrate. An electrode contact hole that exposes a part of is formed.
【0007】(2)前記電極コンタクト・ホール内も含
めた全面にTiN膜及び第一のW膜を形成し、次に、第
一のW膜及びTiN膜の研磨を行って、前記電極コンタ
クト・ホール内に在るものを残して他は除去する。尚、
TiN膜はW膜と層間絶縁膜(酸化膜)との密着性を補
償する為のグルー・レイヤの働きをするものであって、
Cu膜の下地などにも用いられる。(2) A TiN film and a first W film are formed on the entire surface including the inside of the electrode contact hole, and then the first W film and the TiN film are polished to form the electrode contact. Remove the others, leaving the ones in the hole. still,
The TiN film functions as a glue layer for compensating the adhesion between the W film and the interlayer insulating film (oxide film),
It is also used as the base of a Cu film.
【0008】(3)素子領域にコンタクトしている第一
のW膜の頂面も含めた全面に第二の層間絶縁膜を形成
し、次に、第二の層間絶縁膜をエッチングし、第一のW
膜の頂面を通って表出させると共に横方向(基板表面に
沿う方向)に延在する配線パターン溝を形成する。(3) A second interlayer insulating film is formed on the entire surface including the top surface of the first W film contacting the element region, and then the second interlayer insulating film is etched to form a first interlayer insulating film. One W
A wiring pattern groove is formed which is exposed through the top surface of the film and extends in the lateral direction (direction along the substrate surface).
【0009】(4)全面に第一のCu膜を形成してか
ら、熱処理に依るリフローを行って、配線パターン溝内
にCuを埋め込み、次に、第一のCu膜をAl2 O3 を
砥粒とする研磨剤を用いて研磨し、前記配線パターン溝
内に在るものを残して他は除去することで第一のCu配
線を形成する。その後の洗浄は、スクラバにかけ、HF
+H2 O(1:199)に20〔秒〕浸漬する。(4) After the first Cu film is formed on the entire surface, reflow by heat treatment is performed to fill Cu in the wiring pattern groove, and then the first Cu film is covered with Al 2 O 3 . The first Cu wiring is formed by polishing with an abrasive used as abrasive grains and removing the remaining ones in the wiring pattern groove while the others are removed. Subsequent cleaning is applied to the scrubber and HF
Immerse in + H 2 O (1: 199) for 20 seconds.
【0010】(5)水素雰囲気で熱処理してから、全面
にSiN膜を形成する。尚、SiN膜はCu膜からCu
が拡散することを防止する働きをする。(5) After heat treatment in a hydrogen atmosphere, a SiN film is formed on the entire surface. The SiN film is changed from the Cu film to the Cu film.
Acts to prevent the spread of.
【0011】(6)拡散防止膜として作用するSiN膜
上の全面に第三の層間絶縁膜を形成し、次に、第三の層
間絶縁膜をエッチングし、縦方向(基板表面に交わる方
向)に形成されるプラグ(配線層間を結ぶ導電体)のパ
ターンをもつ貫通孔を形成する。尚、この貫通孔内に
は、第一のCu配線の一部が表出される。(6) A third interlayer insulating film is formed on the entire surface of the SiN film which acts as a diffusion preventing film, and then the third interlayer insulating film is etched to form a vertical direction (direction intersecting with the substrate surface). A through hole having a pattern of a plug (a conductor connecting wiring layers) formed in the above is formed. A part of the first Cu wiring is exposed in this through hole.
【0012】(7)前記貫通孔内も含めた全面にTiN
膜及び第二のW膜を形成し、次に、第二のW膜及びTi
N膜の研磨を行って、前記貫通孔内に在るものを残して
他を除去することでプラグを形成する。(7) TiN is formed on the entire surface including the inside of the through hole.
A film and a second W film, and then a second W film and Ti
Polishing of the N film is performed, and the plugs are formed by removing the remaining ones in the through holes.
【0013】(8)第一のCu配線とコンタクトしてい
る第一のプラグの頂面も含めた全面に第四の層間絶縁膜
を形成し、この後、Cu配線の形成、層間絶縁膜の形
成、プラグの形成を繰り返して多層配線を形成する。(8) A fourth interlayer insulating film is formed on the entire surface including the top surface of the first plug which is in contact with the first Cu wiring, and thereafter, the Cu wiring is formed and the interlayer insulating film is formed. The formation and the formation of the plug are repeated to form the multilayer wiring.
【0014】[0014]
【発明が解決しようとする課題】前記従来の技術に於い
ては、Cu膜を研磨してCu配線を形成する際、研磨剤
として、砥粒がAl2 O3 で、酸化剤にH2 O2 を混合
したものを用い、それに絶縁膜である酸化膜の研磨速度
を低下させる為、フタル酸カリウムを添加してある。In the above-mentioned conventional technique, when the Cu film is polished to form the Cu wiring, the abrasive grains are Al 2 O 3 and the oxidant is H 2 O. A mixture of 2 was used, and potassium phthalate was added to it in order to reduce the polishing rate of the oxide film which is an insulating film.
【0015】実験に依ると、前記したような研磨剤を用
いた場合、種々な問題が発生して信頼性が高い配線を形
成できないことが判った。Experiments have revealed that when the above-mentioned abrasive is used, various problems occur and a highly reliable wiring cannot be formed.
【0016】即ち、Cu膜の研磨を行った後、前記従来
の技術で説明したような洗浄を行っても、Al2 O3 を
充分に除去することができず、また、H2 O2 がグルー
・レイヤであるTiNをエッチングしてしまい、更にま
た、酸化膜の研磨速度を低下させる為に添加してあるフ
タル酸カリウムに於けるカリウムがTiN膜と酸化膜と
の間、或いは、Cu膜とTiN膜との間に滲み込んでし
まって、デバイスの信頼性を低下させている。That is, after polishing the Cu film, even if the cleaning as described in the above-mentioned conventional technique is performed, Al 2 O 3 cannot be sufficiently removed, and H 2 O 2 is not removed. The TiN that is the glue layer is etched, and the potassium in the potassium phthalate added to reduce the polishing rate of the oxide film is between the TiN film and the oxide film, or the Cu film. It penetrates between the TiN film and the TiN film, which lowers the reliability of the device.
【0017】また、CVD法を適用して例えば溝が存在
する領域にCu或いはWを堆積した場合、溝内の堆積
は、溝のエッジから中心に向かって進行する為、中心近
傍で堆積膜が衝合してシーム(seam)が生成される
ことが知られ、また、スパッタ・リフローを用いてもシ
ームが生成される場合がある。When the CVD method is applied to deposit Cu or W, for example, in the region where the groove exists, the deposition in the groove progresses from the edge of the groove toward the center, so that the deposited film is formed near the center. It is known that seams are created by abutting, and seams may also be created using sputter reflow.
【0018】このようなシームの部分は、酸化剤に依っ
てエッチングされ易く、特に、酸化剤が液体の場合に
は、エッチングが速やかに進行し、シームが拡大、即
ち、開いてしまう。Such a seam portion is easily etched by the oxidizing agent, and particularly when the oxidizing agent is a liquid, the etching proceeds rapidly and the seam expands, that is, opens.
【0019】そのように、シームがエッチングに依って
開いてしまった場合、その中に不純物や砥粒が侵入し
て、洗浄は困難になり、延いては、半導体装置の信頼性
が低下してしまう。As described above, when the seam is opened due to etching, impurities and abrasive grains penetrate into the seam, which makes cleaning difficult, which in turn lowers the reliability of the semiconductor device. I will end up.
【0020】本発明では、配線パターン溝内に金属を埋
め込んで配線を形成する場合、研磨剤の材料と洗浄剤の
材料を適切に選択することで、砥粒が残ったり、配線の
密着性が損なわれたり、溝内を埋める配線のシームが開
いたりすることがないようにする。According to the present invention, when the wiring is formed by embedding a metal in the wiring pattern groove, the abrasive grains are left and the adhesion of the wiring is improved by properly selecting the material of the polishing agent and the material of the cleaning agent. Do not damage or open the seam of the wiring that fills the groove.
【0021】[0021]
【課題を解決するための手段】本発明では、Cu、W、
Al或いはAlの合金である例えばAl−SiTiやA
l−Cu−Siなどの研磨剤として、CuOからなる砥
粒を含むものを用い、従って、その洗浄を行う場合、C
uOを溶かす作用がある酸或いはアルカリ、具体的に
は、HCl、HNO3 、H2 SO4 、HFなどを用いる
か、或いは、それらの液にH2 O2 を混合して用いるこ
とが基本になっている。尚、H2 O2 を添加すると作用
が強力になることは勿論である。In the present invention, Cu, W,
Al or an alloy of Al, such as Al-SiTi or A
As a polishing agent such as l-Cu-Si, one containing abrasive grains made of CuO is used.
Basically, an acid or alkali having a function of dissolving uO, specifically, HCl, HNO 3 , H 2 SO 4 , HF or the like is used, or H 2 O 2 is mixed with these solutions. Has become. Needless to say, the action becomes stronger when H 2 O 2 is added.
【0022】本発明を例えば堆積したCuに対して実施
した場合、次のような反応が進行するものと考えられ
る。When the present invention is applied to deposited Cu, for example, the following reaction is considered to proceed.
【0023】研磨時 Cu(堆積)+CuO→Cux Oy +Cu2 ODuring polishing Cu (deposition) + CuO → Cu x O y + Cu 2 O
【0024】洗浄時 HClを用いた場合:CuO+2HCl→CuCl2 +
H2 O HNO3 を用いた場合:CuO+2HNO3 →Cu(N
O3 )2 +H2 O H2 SO4 を用いた場合:CuO+H2 SO4 →Cu
(SO4 )+H2 O HFを用いた場合:CuO+2HF→CuF2 +H2 OAt the time of cleaning When using HCl: CuO + 2HCl → CuCl 2 +
When H 2 O HNO 3 is used: CuO + 2HNO 3 → Cu (N
When O 3 ) 2 + H 2 OH 2 SO 4 is used: CuO + H 2 SO 4 → Cu
When (SO 4 ) + H 2 O HF is used: CuO + 2HF → CuF 2 + H 2 O
【0025】尚、CuCl2 、Cu(NO3 )2 、Cu
F2 などは全て水に易溶である。CuCl 2 , Cu (NO 3 ) 2 and Cu
F 2 etc. are all easily soluble in water.
【0026】前記したところから、本発明に依る配線形
成方法に於いては、(1)配線パターン溝(例えば配線
パターン溝10A)が形成された絶縁膜(例えば層間絶
縁膜10)上にCu、W、Alなどの酸化可能な金属膜
(例えばCu膜)を形成する工程と、CuOを砥粒とす
る研磨剤を用いて前記金属膜を研磨して前記配線パター
ン溝内に金属配線(例えばCu配線11)を形成する工
程とが含まれてなることを特徴とするか、或いは、From the above, in the wiring forming method according to the present invention, (1) Cu is formed on the insulating film (for example, the interlayer insulating film 10) in which the wiring pattern groove (for example, the wiring pattern groove 10A) is formed. A step of forming an oxidizable metal film (eg, Cu film) of W, Al, etc., and polishing the metal film with an abrasive having CuO as abrasive grains to form a metal wiring (eg, Cu film) in the wiring pattern groove. Or a step of forming a wiring 11), or
【0027】(2)前記(1)に於いて、研磨が完了し
たウエハを酸或いはアルカリ(例えばHCl+H
2 O2 、HNO3 +H2 O2 、H2 SO4 +H2 O2 、
HF+H2 O2 など)で洗浄する工程が含まれてなるこ
とを特徴とする。(2) In the above (1), the polished wafer is treated with an acid or an alkali (for example, HCl + H).
2 O 2 , HNO 3 + H 2 O 2 , H 2 SO 4 + H 2 O 2 ,
HF + H 2 O 2 etc.) is included.
【0028】本発明では、前記したように、研磨剤の材
料及び洗浄剤の材料を適切に選択したことに依り、配線
パターン溝内に金属を埋め込んで配線を形成する場合、
研磨剤に於ける砥粒が残ったり、配線と下地の密着性が
損なわれたり、溝内を埋める配線のシームが開いて、そ
の中に不純物や砥粒が侵入し、洗浄が困難になるなどの
問題は起こらず、従って、信頼性が高い半導体装置を製
造することができる。In the present invention, as described above, when the material of the polishing agent and the material of the cleaning agent are properly selected, when the metal is embedded in the wiring pattern groove to form the wiring,
Abrasive particles in the polishing agent may remain, the adhesion between the wiring and the base may be impaired, or the wiring seams that fill the groove may open, causing impurities and abrasive particles to enter, making cleaning difficult. Therefore, the semiconductor device having high reliability can be manufactured.
【0029】[0029]
【発明の実施の形態】図1乃至図7は本発明の実施の形
態を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要
部切断側面図であり、以下、これ等の図を参照しつつ解
説する。1 to 7 are side sectional views showing essential parts of a semiconductor device in a process step for explaining an embodiment of the present invention. Refer to these drawings hereinafter. I will explain while doing it.
【0030】図1(A)参照 1−(1) Si3 N4 膜などを耐酸化性マスクとする選択酸化(l
ocal oxidation of silico
n:LOCOS)法を適用することに依り、Si半導体
基板1に於けるフィールド領域にSiO2 からなる素子
間分離絶縁膜2を形成する。See FIG. 1A. 1- (1) Selective oxidation (1) using a Si 3 N 4 film or the like as an oxidation resistant mask.
ocal oxidation of silico
n: depending on the applying the LOCOS) method, an element isolation insulating film 2 of SiO 2 is in the field region in the Si semiconductor substrate 1.
【0031】1−(2) 耐酸化性マスクとして用いたSi3 N4 膜などを剥離し
てSi半導体基板1の能動領域を表出させてから、熱酸
化法と化学気相堆積(chemicalvapor d
eposition:CVD)法をそれぞれ適用するこ
とに依り、SiO2 からなるゲート絶縁膜3と多結晶S
i膜を形成する。1- (2) After removing the Si 3 N 4 film used as the oxidation resistant mask to expose the active region of the Si semiconductor substrate 1, the thermal oxidation method and the chemical vapor deposition (chemical vapor deposition) are performed.
Emission (CVD) method is applied to the gate insulating film 3 made of SiO 2 and the polycrystalline S
An i film is formed.
【0032】1−(3) リソグラフィ技術に於けるレジスト・プロセス、及び、
反応性イオン・エッチング(reactive ion
etching:RIE)法を適用することに依り、
工程1−(2)で形成した多結晶Si膜及びゲート絶縁
膜3のエッチングを行って、ゲート電極4を形成すると
共にゲート絶縁膜3をゲート電極4と同形状にパターニ
ングする。1- (3) Resist process in lithography technology, and
Reactive ion etching
By applying the etching (RIE) method,
The polycrystalline Si film and the gate insulating film 3 formed in step 1- (2) are etched to form the gate electrode 4 and the gate insulating film 3 is patterned into the same shape as the gate electrode 4.
【0033】1−(4) イオン注入法を適用することに依り、LDD構造のn-
ソース領域5並びにn- ドレイン領域6を形成する。1- (4) By applying the ion implantation method, n − of the LDD structure is obtained.
The source region 5 and the n − drain region 6 are formed.
【0034】1−(5) CVD法を適用することに依って、SiO2 からなる絶
縁膜を形成し、次いで、RIE法を適用することに依
り、該SiO2 からなる絶縁膜の異方性エッチングを行
って、ゲート電極4及びゲート絶縁膜3の側面にあるも
ののみをサイド・ウォール7として残し、他を除去す
る。1- (5) An insulating film made of SiO 2 is formed by applying the CVD method, and then anisotropy of the insulating film made of SiO 2 is obtained by applying the RIE method. Etching is performed to leave only those on the side surfaces of the gate electrode 4 and the gate insulating film 3 as the side walls 7, and remove the others.
【0035】1−(6) イオン注入法を適用することに依り、LDD構造のn+
ソース領域5A並びにn+ ドレイン領域6Aを形成す
る。1- (6) By applying the ion implantation method, n + of the LDD structure is obtained .
A source region 5A and an n + drain region 6A are formed.
【0036】図1(B)参照 1−(7) CVD法を適用することに依って、全面に厚さ例えば8
00〔nm〕のSiO2 からなる層間絶縁膜8を形成す
る。See FIG. 1B. 1- (7) By applying the CVD method, a thickness of, for example, 8 is formed on the entire surface.
An interlayer insulating film 8 made of SiO 2 of 00 [nm] is formed.
【0037】図2(A)参照 2−(1) リソグラフィ技術に於けるレジスト・プロセス、及び、
エッチング・ガスをCF4 +CHF3 混合ガスとするR
IE法を適用することに依り、層間絶縁膜8のエッチン
グを行って電極コンタクト・ホール8Aを形成する。See FIG. 2A. 2- (1) Resist process in lithography technology, and
Etching gas is CF 4 + CHF 3 mixed gas R
By applying the IE method, the interlayer insulating film 8 is etched to form the electrode contact hole 8A.
【0038】図2(B)参照 2−(2) スパッタリング法を適用することに依り、厚さが例えば
20〔nm〕〜50〔nm〕のTiN膜及び厚さが例え
ば300〔nm〕〜400〔nm〕のW膜を形成する。
尚、簡明にする為、図では、TiN膜とW膜とを纏めて
表してある。また、W膜の厚さを前記した程度にすると
電極コンタクト・ホール8Aは充分に埋め込むことがで
きる。See FIG. 2B. 2- (2) By applying the sputtering method, a TiN film having a thickness of 20 nm to 50 nm and a thickness of 300 nm to 400, for example. A W film of [nm] is formed.
For simplicity, the TiN film and the W film are collectively shown in the figure. Further, if the thickness of the W film is set to the above range, the electrode contact hole 8A can be sufficiently filled.
【0039】図3(A)参照 3−(1) アルミナ或いはMnO2 からなる研磨剤を用いる研磨法
を適用することに依り、工程2−(2)で形成したW膜
及びTiN膜を層間絶縁膜8が表出されるまで研磨し、
電極コンタクト・ホール8A内に在るもののみを残して
引き出し電極9を形成する。See FIG. 3A. 3- (1) By applying a polishing method using an abrasive made of alumina or MnO 2, the W film and the TiN film formed in the step 2- (2) are insulated from each other by interlayer insulation. Polish until the membrane 8 is exposed,
The extraction electrode 9 is formed by leaving only those existing in the electrode contact hole 8A.
【0040】図3(B)参照 3−(2) CVD法を適用することに依って、全面に厚さが例えば
500〔nm〕乃至600〔nm〕のSiO2 からなる
層間絶縁膜10を形成する。See FIG. 3B. 3- (2) By applying the CVD method, the interlayer insulating film 10 made of SiO 2 having a thickness of, for example, 500 [nm] to 600 [nm] is formed on the entire surface. To do.
【0041】図4(A)参照 4−(1) リソグラフィ技術に於けるレジスト・プロセス、及び、
エッチング・ガスをCF4 +CHF3 混合ガスとするR
IE法を適用することに依り、層間絶縁膜10のエッチ
ングを行って配線パターン溝10Aを形成する。See FIG. 4A. 4- (1) Resist process in lithography technology, and
Etching gas is CF 4 + CHF 3 mixed gas R
By applying the IE method, the interlayer insulating film 10 is etched to form the wiring pattern groove 10A.
【0042】図4(B)参照 4−(2) スパッタリング法を適用することに依り、厚さが例えば
400〔nm〕乃至700〔nm〕のCu膜を全面に堆
積する。4 (B). 4- (2) By applying the sputtering method, a Cu film having a thickness of 400 nm to 700 nm is deposited on the entire surface.
【0043】4−(3) 温度を例えば350〔℃〕、時間を例えば4〔分〕とす
る熱処理を行って、工程4−(2)で形成したCu膜の
リフローを行って配線パターン溝10Aを埋める。4- (3) Heat treatment is performed at a temperature of, for example, 350 [° C.] and a time of, for example, 4 [minutes], and the Cu film formed in step 4- (2) is reflowed to form the wiring pattern groove 10A. Fill in.
【0044】図5(A)参照 5−(1) CuOを砥粒として含む研磨剤を用いる研磨法を適用す
ることに依り、工程4−(2)で形成し、且つ、工程4
−(3)でリフローしたCu膜を層間絶縁膜10が表出
されるまで研磨し、配線パターン溝10A内に在るもの
のみを残してCu配線11を形成する。See FIG. 5A. 5- (1) Formed in step 4- (2) by applying a polishing method using an abrasive containing CuO as abrasive grains, and step 4
The Cu film reflowed in (3) is polished until the inter-layer insulating film 10 is exposed, and the Cu wiring 11 is formed while leaving only the wiring pattern groove 10A.
【0045】5−(2) HCl+H2 O2 +H2 O(1:1:48)からなる洗
浄液中に1〔分〕間浸漬した後、スクラバにかけ、最後
に、HF+H2 O2 +H2 O(1:1:198)からな
る洗浄液中に20〔秒〕間浸漬する。5- (2) After being immersed in a cleaning solution consisting of HCl + H 2 O 2 + H 2 O (1: 1: 48) for 1 [minute], it was dipped in a scrubber, and finally HF + H 2 O 2 + H 2 O ( It is dipped in a cleaning solution consisting of 1: 1: 198) for 20 seconds.
【0046】図5(B)参照 5−(3) 水素雰囲気中で熱処理を行ってから、スパッタリング法
を適用することに依って、厚さが例えば50〔nm〕で
あるSiN膜12を形成する。See FIG. 5B. 5- (3) By performing a heat treatment in a hydrogen atmosphere and then applying a sputtering method, a SiN film 12 having a thickness of, for example, 50 nm is formed. .
【0047】5−(4) CVD法を適用することに依って、厚さが例えば500
〔nm〕であるSiO2 からなる層間絶縁膜13を形成
する。5- (4) By applying the CVD method, the thickness is, for example, 500.
An interlayer insulating film 13 made of SiO 2 having a thickness of [nm] is formed.
【0048】図6(A)参照 6−(1) リソグラフィ技術に於けるレジスト・プロセス、及び、
エッチング・ガスをCF4 +CHF3 混合ガスとするR
IE法を適用することに依り、層間絶縁膜13のエッチ
ングを行ってプラグ用ホール13Aを形成する。See FIG. 6A. 6- (1) A resist process in the lithography technique, and
Etching gas is CF 4 + CHF 3 mixed gas R
By applying the IE method, the interlayer insulating film 13 is etched to form the plug hole 13A.
【0049】図6(B)参照 6−(2) スパッタリング法を適用することに依り、厚さが例えば
20〔nm〕〜50〔nm〕のTiN膜及び厚さが例え
ば300〔nm〕〜400〔nm〕のW膜を形成する。
尚、簡明にする為、図では、TiN膜とW膜とを纏めて
表してある。See FIG. 6B. 6- (2) By applying the sputtering method, a TiN film having a thickness of 20 nm to 50 nm and a thickness of 300 nm to 400, for example. A W film of [nm] is formed.
For simplicity, the TiN film and the W film are collectively shown in the figure.
【0050】図7参照 7−(1) アルミナ或いはMnO2 からなる研磨剤を用いる研磨法
を適用することに依り、工程6−(2)で形成したW膜
及びTiN膜を層間絶縁膜13が表出されるまで研磨
し、プラグ用ホール13A内に在るもののみを残してプ
ラグ14を形成する。See FIG. 7 7- (1) By applying a polishing method using an abrasive made of alumina or MnO 2, the W film and the TiN film formed in step 6- (2) are formed into the interlayer insulating film 13. Polishing is performed until it is exposed, and only the plug hole 13A is left to form the plug 14.
【0051】7−(2) この後、層間絶縁膜の形成など前記工程を繰り返すこと
で多層配線を形成することができる。7- (2) After that, by repeating the above steps such as formation of an interlayer insulating film, a multi-layer wiring can be formed.
【0052】前記説明した工程中或いは工程終了後、配
線について種々実験を行っているので、次に、得られた
実験結果の主なものについて記述する。Since various experiments have been conducted on wiring during or after the steps described above, the main experimental results obtained will be described below.
【0053】○ シームに於けるエッチングの抑制につ
いて 本発明に於いて、砥粒として用いているCuOは、Cu
やWを酸化して除去する作用を行うものであるから、酸
化剤とみて良いのであるが、水に難溶性であることか
ら、配線パターン溝内に埋め込んだ配線に発生するシー
ムのエッチングは進み難いことを確認した。Regarding the suppression of etching in the seam In the present invention, CuO used as the abrasive grains is Cu
Since it acts to oxidize and remove W and W, it can be considered as an oxidizer, but since it is poorly soluble in water, the seam that occurs in the wiring embedded in the wiring pattern groove progresses in etching. I confirmed that it was difficult.
【0054】即ち、オーバ研磨した場合のシームのエッ
チング状況を調べたところ、砥粒としてAl2 O3 を含
んでいる研磨剤MSW1000(米国 RODEL社
製)を用いた場合、0.4〔μm〕に相当するオーバ研
磨を行うとシームの部分がエッチングされて生じた多数
の穴が視認されたが、CuOを砥粒とする研磨剤を用い
た場合、0.6〔μm〕に相当するオーバ研磨を行って
も、シームを視認することはできなかった。That is, the state of seam etching after over-polishing was examined and found to be 0.4 [μm] when the abrasive MSW1000 (manufactured by RODEL, USA) containing Al 2 O 3 as abrasive grains was used. When over-polishing corresponding to No. 1 was performed, a number of holes produced by etching the seam portion were visually recognized. However, when using an abrasive containing CuO as abrasive grains, over-polishing equivalent to 0.6 [μm] I couldn't see the seam.
【0055】一般に、シームがエッチングに依って拡
大、即ち、開いてしまった場合、その中に不純物や砥粒
が侵入して、洗浄は困難になり、延いては、半導体装置
の信頼性が低下してしまうことは前記した通りである。In general, when the seam expands, that is, opens due to etching, impurities and abrasive grains penetrate into the seam, making cleaning difficult, which in turn reduces the reliability of the semiconductor device. What happens is as described above.
【0056】○ 洗浄の効果について 洗浄の効果を調べる為、図8に見られるサンプルを作成
した。サンプルA1、A2、A3は、市販されている研
磨剤MSW1000(米国 RODEL社製)にH2 O
2 を添加して研磨した場合を示し、又、、サンプルB
1、B2、B3、B4はCuOで研磨した場合を示して
いる。○ Effect of Cleaning In order to examine the effect of cleaning, the sample shown in FIG. 8 was prepared. Samples A1, A2, A3 are the abrasives are commercially available MSW1000 (manufactured by U.S. RODEL Co.) H 2 O
2 shows the case of polishing by adding,
Nos. 1, B2, B3, and B4 indicate the cases of polishing with CuO.
【0057】A系統及びB系統の全てのサンプルに於い
て、In all the samples of the lines A and B,
【0058】1はHCl+H2 O2 +H2 O(1:1:
48)に1〔分〕間浸漬→スクラビング→HF+H2 O
2 +H2 O(1:1:198)に20〔秒〕間浸漬の処
理をした。1 is HCl + H 2 O 2 + H 2 O (1: 1:
48) soak for 1 [min] → scrubbing → HF + H 2 O
It was immersed in 2 + H 2 O (1: 1: 198) for 20 [seconds].
【0059】2はH2 SO4 +H2 O2 +H2 O(1:
1:48)に1〔分〕間浸漬→スクラビング→HF+H
2 O2 +H2 O(1::1:198)に20〔秒〕間浸
漬の処理をした。2 is H 2 SO 4 + H 2 O 2 + H 2 O (1:
1:48) dipping for 1 [minute] → scrubbing → HF + H
It was immersed in 2 O 2 + H 2 O (1 :: 1: 198) for 20 [seconds].
【0060】3はHNO3 +H2 O2 +H2 O(1:
1:48)に1〔分〕間浸漬→スクラビング→HF+H
2 O2 +H2 O(1:1:198)に20〔秒〕間浸漬
の処理をした。3 is HNO 3 + H 2 O 2 + H 2 O (1:
1:48) dipping for 1 [minute] → scrubbing → HF + H
It was immersed in 2 O 2 + H 2 O (1: 1: 198) for 20 [seconds].
【0061】4はHF+H2 O2 +H2 O(1:1:4
8)に1〔分〕間浸漬→スクラビング→HF+H2 O2
+H2 O(1:1:198)に20〔秒〕間浸漬の処理
をした。4 is HF + H 2 O 2 + H 2 O (1: 1: 4)
8) Immerse for 1 [minute] → scrubbing → HF + H 2 O 2
It was immersed in + H 2 O (1: 1: 198) for 20 seconds.
【0062】各サンプルは、前記処理を行った後、ウエ
ハ表面をICP−MS(inductively co
upled plasma mass spectro
metry)で評価した。Each sample was subjected to the above-mentioned treatment, and then the wafer surface was subjected to ICP-MS (inductively co
upped plasma mass spectro
Evaluation)
【0063】その結果、A系統のサンプル(MSW10
00で研磨)には、全てAlが残っていて、その量は1
00×1010〔原子/cm2 〕程度であり、これは、砥
粒であるAl2 O3 がウエハ表面に残っていることを示
している。As a result, a sample of system A (MSW10
(Although it is polished with 00), Al remains, and the amount is 1
It is about 00 × 10 10 [atoms / cm 2 ], which indicates that the abrasive grains Al 2 O 3 remain on the wafer surface.
【0064】これに対し、B系統のサンプル(CuOで
研磨)に残っているCuの量は、僅か3×1010〔原子
/cm2 〕程度であって、これは残っていないと判断し
てよい状態である。On the other hand, the amount of Cu remaining in the B system sample (polished with CuO) was only about 3 × 10 10 [atoms / cm 2 ], and it was judged that this did not remain. It is in good condition.
【0065】前記したように、Cuが残らないのは、C
uOが酸に溶け易く、HCl、H2SO4 、HNO3 、
HFなどの溶液、或いは、それらとH2 Oとの溶液に溶
けてしまったものと考えられる。As described above, the reason why Cu does not remain is that C
uO is easily soluble in acid, and HCl, H 2 SO 4 , HNO 3 ,
It is considered that it has dissolved in a solution such as HF or a solution of them and H 2 O.
【0066】[0066]
【発明の効果】本発明に依る配線形成方法に於いては、
配線パターン溝が形成された絶縁膜上にCu、W、Al
などの酸化可能な金属膜を形成し、CuOを砥粒とする
研磨剤を用いて前記金属膜を研磨して前記配線パターン
溝内に金属配線を形成するようにしている。According to the wiring forming method of the present invention,
Cu, W, Al on the insulating film where the wiring pattern groove is formed
Is formed, and the metal film is polished with an abrasive containing CuO as abrasive grains to form a metal wiring in the wiring pattern groove.
【0067】本発明では、研磨剤の材料及び洗浄剤の材
料を適切に選択したことに依って、配線パターン溝内に
金属を埋め込んで配線を形成する場合、研磨剤に於ける
砥粒が残ったり、配線と下地の密着性が損なわれたり、
溝内を埋める配線のシームが開いて、その中に不純物や
砥粒が侵入し、洗浄が困難になるなどの問題は起こら
ず、従って、信頼性が高い半導体装置を製造することが
できる。According to the present invention, the material of the polishing agent and the material of the cleaning agent are properly selected. Therefore, when the wiring is formed by embedding the metal in the wiring pattern groove, the abrasive grains in the polishing agent remain. Or the adhesion between the wiring and the base is impaired,
There is no problem that the seam of the wiring that fills the groove is opened and impurities and abrasive grains penetrate into the seam to make cleaning difficult. Therefore, a highly reliable semiconductor device can be manufactured.
【図1】本発明の実施の形態を説明する為の工程要所に
於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。FIG. 1 is a cutaway side view of a main part of a semiconductor device in a process main part for explaining an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の実施の形態を説明する為の工程要所に
於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。FIG. 2 is a side sectional view showing a main part of a semiconductor device in a process main part for explaining an embodiment of the present invention.
【図3】本発明の実施の形態を説明する為の工程要所に
於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。FIG. 3 is a cutaway side view of a main part showing a semiconductor device in a process main part for explaining an embodiment of the present invention.
【図4】本発明の実施の形態を説明する為の工程要所に
於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。FIG. 4 is a side sectional view showing a main part of a semiconductor device in process steps for explaining the embodiment of the invention.
【図5】本発明の実施の形態を説明する為の工程要所に
於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。FIG. 5 is a side sectional view showing an essential part of a semiconductor device in a process essential part for explaining an embodiment of the present invention.
【図6】本発明の実施の形態を説明する為の工程要所に
於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。FIG. 6 is a side sectional view showing a main part of a semiconductor device in a process main part for explaining an embodiment of the present invention.
【図7】本発明の実施の形態を説明する為の工程要所に
於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。FIG. 7 is a fragmentary side view showing a semiconductor device in a process essential part for explaining the embodiment of the invention.
【図8】本発明の効果を調べる為のサンプルに関するデ
ータを表に纏めて表した図である。FIG. 8 is a table in which data regarding samples for examining the effect of the present invention is summarized in a table.
1 Si半導体基板 2 素子間分離絶縁膜 3 ゲート絶縁膜 4 ゲート電極 5 n- ソース領域 5A n+ ソース領域 6 n- ドレイン領域 6A n+ ドレイン領域 7 サイド・ウォール 8 層間絶縁膜 8A 電極コンタクト・ホール 9 引き出し電極 10 層間絶縁膜 10A 配線パターン溝 11 Cu配線 12 SiN膜 13 層間絶縁膜 13A プラグ用ホール 14 プラグ1 Si semiconductor substrate 2 element isolation insulating film 3 gate insulating film 4 gate electrode 5 n - source region 5A n + source region 6 n - drain region 6A n + drain region 7 side wall 8 interlayer insulating film 8A electrode contact hole 9 Lead Electrode 10 Interlayer Insulation Film 10A Wiring Pattern Groove 11 Cu Wiring 12 SiN Film 13 Interlayer Insulation Film 13A Plug Hole 14 Plug
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大石 明良 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 鈴木 隣太郎 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 有本 由弘 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 植田 成生 埼玉県北足立群吹上町富士見4−12−25 (72)発明者 塙 健三 埼玉県上尾市原市1380−1 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Akira Oishi, Akira Oishi, 1015 Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa, Fujitsu Limited (72) Inventor Rentaro Taro, 1015, Uedanaka, Nakahara-ku, Kawasaki, Kanagawa, Fujitsu Limited (72) Inventor Yoshihiro Arimoto 1015 Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Within Fujitsu Limited (72) Inventor Shigeo Ueda 4-12-25 Fujimi, Kitadachi-gun Fukiage-cho, Saitama Prefecture (72) Inventor Kenzo Hanawa 1380-1 Hara City, Ageo City, Saitama Prefecture
Claims (2)
u、W、Alなどの酸化可能な金属膜を形成する工程
と、 CuOを砥粒とする研磨剤を用いて前記金属膜を研磨し
て前記配線パターン溝内に金属配線を形成する工程とが
含まれてなることを特徴とする配線形成方法。1. C is formed on an insulating film having a wiring pattern groove formed therein.
a step of forming an oxidizable metal film of u, W, Al, etc .; and a step of polishing the metal film with an abrasive having CuO as abrasive grains to form a metal wiring in the wiring pattern groove. A wiring forming method characterized by being included.
で洗浄する工程が含まれてなることを特徴とする請求項
1記載の配線形成方法。2. The wiring forming method according to claim 1, further comprising a step of washing the polished wafer with an acid or an alkali.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1490296A JPH09213698A (en) | 1996-01-31 | 1996-01-31 | Formation of wiring |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1490296A JPH09213698A (en) | 1996-01-31 | 1996-01-31 | Formation of wiring |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09213698A true JPH09213698A (en) | 1997-08-15 |
Family
ID=11873931
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1490296A Pending JPH09213698A (en) | 1996-01-31 | 1996-01-31 | Formation of wiring |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09213698A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6278187B1 (en) | 1998-02-16 | 2001-08-21 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor device having an improved interlayer conductor connections and a manufacturing method thereof |
US6596551B1 (en) | 1998-12-01 | 2003-07-22 | Hitachi, Ltd. | Etching end point judging method, etching end point judging device, and insulating film etching method using these methods |
US6727170B2 (en) | 1998-02-16 | 2004-04-27 | Renesas Technology Corp. | Semiconductor device having an improved interlayer conductor connections and a manufacturing method thereof |
KR100847921B1 (en) * | 1997-08-29 | 2008-11-11 | 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼 | Semiconductor integrated circuit device and its manufacturing method |
JP2009016828A (en) * | 2007-07-02 | 2009-01-22 | Samsung Electronics Co Ltd | Method of manufacturing semiconductor device |
-
1996
- 1996-01-31 JP JP1490296A patent/JPH09213698A/en active Pending
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