JPH10189728A - 層間配線の形成方法 - Google Patents

層間配線の形成方法

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JPH10189728A
JPH10189728A JP35055796A JP35055796A JPH10189728A JP H10189728 A JPH10189728 A JP H10189728A JP 35055796 A JP35055796 A JP 35055796A JP 35055796 A JP35055796 A JP 35055796A JP H10189728 A JPH10189728 A JP H10189728A
Authority
JP
Japan
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polishing
mechanical polishing
chemical mechanical
insulating layer
interlayer insulating
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Pending
Application number
JP35055796A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroko Nakamura
寛子 中村
Yuji Takaoka
裕二 高岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP35055796A priority Critical patent/JPH10189728A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 良好な層間配線を得ることを目的とする。 【解決手段】 層間絶縁層に接続孔を穿設した後、この
層間絶縁層上より接続金属膜を堆積し、その後この接続
金属膜を研磨する第1の化学的機械研磨を行い、次にこ
の層間絶縁層を研磨する第2の化学的機械研磨を行うよ
うにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は例えば半導体装置の
多層配線の層間配線を行うのに適用して好適な層間配線
の形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体装置においては大容量化を
図るため多層配線技術が用いられている。従来、この半
導体装置の多層配線の層間配線を行うのに、SiO2
の層間絶縁層に接続孔を穿設し、この層間絶縁層上の全
面及び接続孔内に下地金属層をスパッタ法又はCVD法
により被着する。
【0003】次にこの下地金属層上にチタン、窒化チタ
ン、タングステン等の金属例えばタングステンをスパッ
タ法又はCVD法により堆積してタングステン膜(接続
金属膜)を形成し、その後ドライエッチングである反応
性イオンエッチング(RIE)によるエッチバックをこ
の層間絶縁層まで行い、このときこの層間絶縁層の接続
孔内に残ったタングステン膜(接続金属膜(金属プラ
グ))により層間の接続を行う如くしていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のエッチ
バックプロセスでは、この接続金属膜例えばタングステ
ン膜と下地金属層との界面付近にて、タングステン膜に
対する反応種がタングステン膜の減少に伴いプラズマ中
に過剰に存在するようになる。
【0005】この反応種が接続孔内のタングステン膜
(接続金属膜)をエッチングし、このタングステン膜の
フラグロス及び下地金属層のトレンチングが発生する。
このプラグロス及びトレンチングの発生した接続孔に上
層配線を形成すると、このタングステン膜より成るタン
グステンプラグ上の上層配線部であるアルミ膜に凹みが
発生する。
【0006】この接続孔の開口径の微細化が進むに連れ
開口径にこのプラグロスの量の比(アスペクト比)は増
大し、この配線を構成するアルミ膜の凹みが進行し、こ
の上層配線の更に上層を構成する層間絶縁膜の平坦性に
支障をきたすことになり、従来のエッチバック技術では
信頼性が取れなくなる問題が生じている。
【0007】最近、上述問題を解決する手段としてこの
接続金属膜の化学的機械研磨(Chemical Mechanical Po
lishing(CMP))技術が注目されている。従来のこの
金属膜のCMP法は1つの研磨板(プラテン)で研磨粉
(スラリー)を用いて研磨した後に洗浄する方法である
が、このCMP法を使用したときは以下のような問題が
発生する。
【0008】この問題点の1つ目は、半導体ウェーハの
全面にスラリーが起因とみられる多量のダストが発生す
ること及びこの半導体ウェーハ上の傷(スクラッチ)が
発生することである。
【0009】この問題点の2つ目は、アライメントマー
ク等の大面積の部分にスラリーの残留物が堆積されてい
たり、大面積部分の周辺部において、この金属膜が過剰
に研磨されて(ディッシング)、段差がなくなってしま
い、これにより上層配線のパターン形成においての合わ
せが困難となる。
【0010】更にスラリーが起因とみられる重金属汚染
が懸念される。
【0011】本発明は斯る点に鑑み良好な層間配線を得
ることを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明層間配線の形成方
法は層間絶縁層に接続孔を穿設した後、この層間絶縁層
上より接続金属膜を堆積し、その後この接続金属膜を研
磨する第1の化学的機械研磨を行い、次にこの層間絶縁
層を研磨する第2の化学的機械研磨を行うようにしたも
のである。
【0013】本発明によれば接続金属膜を研磨する第1
の化学的機械研磨を行い、次にこの層間絶縁層を研磨す
る第2の化学的機械研磨を行うようにしているので、半
導体ウェーハ表面にみられる多量のダスト及びスクラッ
チの発生を抑制でき良好な層間配線を得ることができ
る。
【0014】本発明によれば、層間絶縁層を研磨する第
2の化学的機械研磨を行っているので、これによりアラ
イメントマーク等の大面積部分に堆積されるスラリーの
残留物が除去され、更にこの層間絶縁層が研磨されるこ
とにより、接続孔内の接続金属膜(金属プラグ)が凸状
段差となって残り、上層配線パターン形成時の合わせが
容易に行うことができる。
【0015】また本発明によれば、層間絶縁層を研磨す
る第2の化学的機械研磨を行っているので、この層間絶
縁層上のスラリーの付着及び重金属汚染されている最表
面が研磨され、この研磨後に汚染除去のために行う洗浄
を容易にする。
【0016】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明層間配
線の形成方法の一実施例につき説明しよう。
【0017】本例においては、図1に示す如く、例えば
トランジスタ等が集積形成されたシリコン基板1上に所
定厚の例えばSiO2 等より成る層間絶縁層2を形成す
る。この層間絶縁層2の所定位置にこの上層の配線と下
層の配線とを接続するための接続孔3を穿設する。
【0018】その後、この層間絶縁層2上の全面及び接
続孔3内に下地金属層4をスパッタ法又はCVD法によ
り被着する。次にこの下地金属層4上及び接続孔3内に
接続金属例えばタングステンをスパッタ法又はCVD法
により堆積してタングステン膜(接続金属膜)を形成す
る。
【0019】次に例えば図4に示す如き化学的機械研磨
装置を使用して、このタングステン膜5及び下地金属層
4を研磨する第1の化学的機械研磨を行う。
【0020】ここで、図4の化学的機械研磨装置につき
説明する。この化学的機械研磨装置は研磨布11が張設
されたプラテン12と、この研磨布11上にスラリー
(研磨剤)13を供給するスラリー供給手段14と、半
導体ウェーハ15を密着保持するキャリア16とより構
成されるものである。
【0021】このプラテン12はその中心に設けられた
軸12sを介して図示しないモータに接続され、矢印A
方向に回転するようになされている。またキャリア16
は、その中心に設けられた軸16sを介して図示しない
駆動機構に接続され、矢印B方向に回転可能となされる
と共に、矢印C方向にも移動可能となされ、半導体ウェ
ーハ15を研磨布11に摺接、離間させることができる
ようになされている。
【0022】この化学的機械研磨装置によって研磨を行
うときは、先ずキャリア16に半導体ウェーハ15を保
持させた状態にて回転させる。またプラテン12を回転
させながらスラリー供給手段14よりスラリー13を研
磨布11上に供給する。そして、このスラリー13を介
して半導体ウェーハ15の被研磨面と研磨布11とを摺
動させることによって、この半導体ウェーハ15を研磨
する。
【0023】このとき、半導体ウェーハ15は、キャリ
ア16の回転により自転しながら、プラテン12の回転
により公転するため、この半導体ウェーハ15の被研磨
面のある点が研磨布11上に描く軌跡は自公転軌跡とな
り、高度に均一な研磨が可能である。
【0024】本例においては上述の如き化学的機械研磨
装置を使用して、半導体ウェーハ15即ちシリコン基板
1上のタングステン膜5及び下地金属層4を研磨する第
1の化学的機械研磨を行う。このタングステン膜5及び
下地金属層4を研磨する第1の化学的機械研磨には主に
過水系又は硝酸鉄系のどちらかのスラリー13を用い。
この各スラリーを用いたときの第1の化学的機械研磨の
条件例は以下の通りである。
【0025】スラリー13として過水系を用いたときの
条件例は以下の通りである。 プラテン12の回転速度 50rpm/min キャリア16の回転速度 40rpm/min 下方圧力 7.0psi バック圧力 1.0psi プラテン温度 約25℃ 振動 150−140mm,2
mm/sec スラリー流レート 200cc/min
【0026】スラリー13として硝酸鉄系を用いたとき
の条件例は以下の通りである。 プラテン12の回転速度 50rpm/min キャリア16の回転速度 40rpm/min 下方圧力 5.0psi バック圧力 3.5psi プラテン温度 約25℃ 振動 150−140mm,2
mm/sec スラリー流レート 280cc/min
【0027】この第1の化学的機械研磨を図2に示す如
くタングステン膜5及び下地金属4が研磨され、この層
間絶縁層2が露呈するまで行う。
【0028】この第1の化学的機械研磨の終了時は図2
に示す如く、その表面に多量のダスト7が発生すると共
にスクラッチが発生する。またこの表面にスラリー13
が起因する重金属汚染が生じる。
【0029】本例においては、次に連続して、例えばS
iO2 等より成る層間絶縁層2を研磨する第2の化学的
機械研磨を図4に示す如き、化学的機械研磨装置により
行う。この場合層間絶縁層2を約50〜100nm研磨
する如くする。
【0030】この第2の化学的機械研磨には主にシリカ
系のスラリー13を用いる。この第2の化学的機械研磨
の層間絶縁層2を研磨する条件例は以下の通りである。
【0031】 プラテン12の回転速度 20rpm/min キャリア16の回転速度 20rpm/min 下方圧力 3.0psi バック圧力 0psi プラテン温度 室温 振動 140−145mm,2
mm/sec スラリー流レート 150cc/min
【0032】この第2の化学的機械研磨は層間絶縁層2
は研磨されるが比較的固いタングステン膜5は研磨され
にくく、この研磨後は図3に示す如くであった。
【0033】即ち本例によれば、タングステン膜5及び
下地金属層4を研磨する第1の化学的機械研磨を行った
後に連続して、層間絶縁層2を研磨する第2の化学的機
械研磨を行うようにしているので表面にみられる多量の
ダスト及びスクラッチの発生を抑制でき良好な層間配線
ができる利益がある。
【0034】また本例によれば層間絶縁層2を研磨する
第2の化学的機械研磨を行っているので、これによりア
ライメントマーク等の大面積部分に堆積されるスラリー
13の残留物が除去され、更にこの層間絶縁層2が研磨
されることにより接続孔3内のタングステン膜(タング
ステンプラグ)5が図3に示す如く凸状段差となって残
り、上層配線パターン形成時の合わせが容易に行うこと
ができる利益がある。
【0035】また本例によれば、層間絶縁層2を研磨す
る第2の化学的機械研磨を行っているので、この層間絶
縁層2上のスラリーの付着及び重金属汚染されている最
表面が研磨され、この研磨後の汚染除去のために行う洗
浄を容易にできる利益がある。
【0036】尚、上述実施例においては、接続金属とし
てタングステンを使用した例につきのへたが、この代わ
りにチタン、窒化チタン等の金属が使用できることは勿
論である。
【0037】本発明は上述実施例に限ることなく本発明
の要旨を逸脱することなく、その他種々の構成が採り得
ることは勿論である。
【0038】
【発明の効果】本発明によれば接続金属膜を研磨する第
1の化学的機械研磨を行い、次にこの層間絶縁層を研磨
する第2の化学的機械研磨を行うようにしているので半
導体ウェーハ表面にみられる多量のダスト及びスクラッ
チ発生を抑制でき良好な層間配線ができる利益がある。
【0039】本発明によれば、層間絶縁層を研磨する第
2の化学的機械研磨を行っているので、これによりアラ
イメントマーク等の大面積部分に堆積されるスラリーの
残留物が除去され、更にこの層間絶縁層が研磨されるこ
とにより、接続孔内の接続金属膜(金属プラグ)が凸状
段差となって残り、上層配線パターン形成時の合わせが
容易に行うことができる利益がある。
【0040】また本発明によれば、層間絶縁層を研磨す
る第2の化学的機械研磨を行っているので、この層間絶
縁層上のスラリーの付着及び重金属汚染されている最表
面が研磨され、この研磨後に汚染除去のために行う洗浄
を容易にする。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明層間配線の形成方法の一実施例の説明に
供する断面図である。
【図2】図1を第1の化学的機械研磨した状態を示す断
面図である。
【図3】図2を第2の化学的機械研磨した状態を示す断
面図である。
【図4】化学的機械研磨装置の例を示す側面図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板、2 層間絶縁層、3 接続孔、4
下地金属層、5 タングステン膜、11 研磨布、12
プラテン、13 スラリー、14 スラリー供給手
段、15 半導体ウェーハ、16 キャリア

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 層間絶縁層に接続孔を穿設した後、前記
    層間絶縁層上より接続金属膜を堆積し、その後前記接続
    金属膜を研磨する第1の化学的機械研磨を行い、次に前
    記層間絶縁層を研磨する第2の化学的機械研磨を行うよ
    うにしたことを特徴とする層間配線の形成方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の層間配線の形成方法にお
    いて、前記第2の化学的機械研磨により前記層間絶縁層
    を研磨して前記接続金属膜が凸状となる段差をつけたこ
    とを特徴とする層間配線の形成方法。
JP35055796A 1996-12-27 1996-12-27 層間配線の形成方法 Pending JPH10189728A (ja)

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JP35055796A JPH10189728A (ja) 1996-12-27 1996-12-27 層間配線の形成方法

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100595141B1 (ko) 2004-12-31 2006-06-30 동부일렉트로닉스 주식회사 화학적 기계적 연마 공정에서 유발된 표면 긁힘을제거하기 위한 반도체 소자의 제조 방법

Cited By (1)

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