JPH10214809A - 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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JPH10214809A JP1799397A JP1799397A JPH10214809A JP H10214809 A JPH10214809 A JP H10214809A JP 1799397 A JP1799397 A JP 1799397A JP 1799397 A JP1799397 A JP 1799397A JP H10214809 A JPH10214809 A JP H10214809A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 層間絶縁膜にコンタクトホールを開設し、こ
れにコンタクト金属を埋設して化学機械研磨(CMP)
法により平坦化を実現する技術では、層間絶縁膜とコン
タクト金属とを別のCMP法により研磨しているため、
製造が煩雑なものとなる。 【解決手段】 ゲート電極4やソース・ドレイン拡散層
7等による素子が形成された半導体基板1の一主面上
に、層間絶縁膜8を形成し、この層間絶縁膜8に開設さ
れたコンタクトホール9内にバリアメタル10とコンタ
クト金属(タングステン膜)11を埋設し、前記コンタ
クト金属11と前記層間酸化膜8とを研磨速度およびエ
ッチング速度がほぼ等しい条件のCMP法により研磨し
て平坦化する。1回のCMP法でもコンタクト金属11
と層間絶縁膜8とを等しいレートで研磨(エッチング)
でき、その平坦化を実現し、かつ製造工程数の削減が可
能となる。

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、特に層間絶縁膜の平坦化を図った多層配線構
造の半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】多層配線構造の半導体装置を製造する工
程では、上下の配線層を絶縁するための層間絶縁膜の表
面の平坦化を図ることが好ましい、この平坦化の技術と
して、従来からCMP法(化学機械研磨法)が提案され
ている。このCMP法を用いた従来の半導体装置の製造
方法を図4を参照して説明する。まず、図4(a)のよ
うに、常法によってシリコン半導体基板21に素子分離
絶縁膜22、ゲート絶縁膜23、ゲート電極24、ゲー
ト電極上絶縁膜25、サイドウォール26、ソース・ド
レイン拡散層27を形成してMOSトランジスタを形成
した後、全面に層間絶縁膜28を形成する。
【0003】次いで、図4(b)のように、前記層間絶
縁膜28をCMP法により研磨してその表面を平坦化
し、さらにこの層間絶縁膜28を選択エッチングして所
要箇所、ここではソース・ドレイン拡散層27上にコン
タクトホール29を開設する。ついで、図4(c)のよ
うに、バリアメタルとなる金属膜30をスパッタ法等に
より形成し、さらにその上からCVD法により素子と導
通をとるためのコンタクト金属31をコンタクトホール
29内に埋め込む。次いで、後工程において、このコン
タクトホール上にビアホールを配置する場合には、良好
な導通をとるためにコンタクトホールのいわゆるプラグ
ロスを解消する必要があるため、図4(d)のように、
再度CMP法により前記コンタクト金属31とバリアメ
タル30を前記層間絶縁膜28に達するまで研磨する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の半
導体装置の製造方法では、層間絶縁膜28に設けたコン
タクトのプラグロスを解消するために、層間絶縁膜28
およびコンタクト金属31の平坦化を図るためには、層
間絶縁膜28の表面のCMP工程と、コンタクト金属3
1の表面のCMP工程とを別工程で行っており、そのた
めに2回のCMP工程が必要であり、製造工程が煩雑化
するという問題がある。この場合、1回のCMP工程で
コンタクト金属と層間絶縁膜の研磨を同時に行うことが
考えられるが、CMP工程中におけるウェットエッチン
グが同時に進行されたときに、コンタクト金属31と層
間絶縁膜28のCMP研磨レートとウェットエッチング
レートに違いが生じ、両者を均一に研磨することが困難
となり、この技術を実現することは現実には不可能であ
る。
【0005】本発明の目的は、1回のCMP工程によっ
て層間絶縁膜およびコンタクト金属の平坦化を可能にし
た半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の製造方法は、素
子が形成された半導体基板の一主面上に、層間絶縁膜を
形成する工程と、この層間絶縁膜に開設されたコンタク
トホール内にコンタクト金属を埋設する工程と、前記コ
ンタクト金属と前記層間絶縁膜とを研磨速度およびエッ
チング速度がほぼ等しい条件のCMP法により研磨して
平坦化する工程を含むことを特徴とする。この場合、コ
ンタクトホールを開設した後にバリアメタルを薄く成膜
し、その上にコンタクト金属を埋設してもよい。あるい
は、層間絶縁膜は、コンタクトホールを開設する前に、
リフロー処理を行ってもよい。また、本発明において、
層間絶縁膜がシリコン酸化膜であり、コンタクト金属が
タングステンの場合に、CMP法に用いる研磨剤が、平
均一次粒子径40〜110nmのシリカを含有するアル
カリ性コロイダルシリカ溶液、0.01〜0.03ol
/lのNH4 OH、および有機系酸化剤を含有するスラ
リーである。この場合、スラリーのpH値は、8.0〜
8.5であり、またスラリーの酸化還元電位は、+55
0〜650mV(液温23℃)であるとする。
【0007】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図1は本発明の第1の実施形態を製
造工程順に示す断面図である。先ず、図1(a)のよう
に、常法によってシリコン半導体基板1に素子分離用の
シリコン酸化膜2、ゲート酸化膜3、ポリシリコンから
なるゲート電極4、ゲート電極上酸化膜5、CVD法に
よるシリコン酸化膜からなるサイドウォール6、ソース
・ドレイン拡散層7を形成してMOSトランジスタを形
成した後、全面にCVD法によるシリコン酸化膜からな
る層間絶縁膜8を形成する。しかる上で、図1(b)の
ように、前記ソース・ドレイン拡散層7上の層間絶縁膜
8をドライエッチング法により選択エッチングしてコン
タクトホール9を開設する。
【0008】ついで、図1(c)のように、前記コンタ
クトホール9を含む層間絶縁膜8上にバリアメタルとな
る金属膜10を薄く形成し、さらにコンタクト金属とし
てタングステン膜11を成膜して前記コンタクトホール
を埋設する。しかる上で、図1(d)のように、前記タ
ングステン膜11、バリアメタル10、および層間絶縁
膜8の一部にわたってCMP法による研磨を施し、前記
層間絶縁膜8の表面が露呈されてその表面を平坦化す
る。これにより、タングステン膜11およびバリアメタ
ル10はコンタクトホール9内にのみ存在し、かつその
表面が層間絶縁膜8に対しても平坦化される。なお、図
示は省略するが、その後の工程において上層配線を形成
し、多層配線構造が形成される。
【0009】このように、この第1の実施形態では、層
間絶縁膜8にコンタクトホール9を開設し、バリアメタ
ル10とコンタクト金属としてのタングステン膜11を
形成した後に層間絶縁膜8を含めてCMP法による平坦
化を行っているので、1回のCMP工程で表面が平坦化
されたコンタクトホール9を含む層間絶縁膜8ないし多
層配線構造の形成が可能となる。
【0010】図2は本発明の第2の実施形態を製造工程
順に示す断面図である。先ず、図2(a)のように、常
法によってシリコン半導体基板1に素子分離用のシリコ
ン酸化膜2、ゲート酸化膜3、ポリシリコンからなるゲ
ート電極4、ゲート電極上酸化膜5、CVD法によるシ
リコン酸化膜からなるサイドウォール6、ソース・ドレ
イン拡散層7を形成してMOSトランジスタを形成した
後、全面にCVD法によるシリコン酸化膜からなる層間
絶縁膜8を形成する。しかる上で、図2(b)のよう
に、前記ソース・ドレイン拡散層7上の層間絶縁膜8を
ドライエッチング法により選択エッチングしてコンタク
トホール9を開設する。
【0011】ついで、図2(c)のように、前記コンタ
クトホール9を含む層間絶縁膜8上にコンタクト金属と
してタングステン膜11を成膜して前記コンタクトホー
ル9を埋設した後、このタングステン膜11、および層
間絶縁膜8の一部にわたってCMP法による研磨を施
し、図2(d)のように、前記層間絶縁膜8の表面が露
呈されてその表面を平坦化する。これにより、タングス
テン膜11はコンタクトホール9内にのみ存在し、かつ
その表面が層間絶縁膜8に対しても平坦化される。な
お、図示は省略するが、その後の工程において上層配線
を形成し、多層配線構造が形成される。
【0012】このように、この第2の実施形態において
も、層間絶縁膜8にコンタクトホール9を開設し、コン
タクト金属としてのタングステン膜11を形成した後に
層間絶縁膜8に達するまでCMP法による平坦化を行っ
ているので、1回のCMP工程で表面が平坦化されたコ
ンタクトホールを含む層間絶縁膜ないし多層配線構造の
形成が可能となる。
【0013】なお、前記第1及び第2の実施形態のいず
れにおいても、層間絶縁膜を形成した後に、リフロー工
程を施して表面の凹凸を緩和する工程を設けることも可
能である。
【0014】
【実施例】図1に示した第1の実施形態において、CM
P工程の条件を示す。 スラリー滴下陵=50cc/min 研磨パッド回転数=35rpm ウェハ保持ヘッド回転数=35rpm ウェハ加圧=0.44kg/cm2 このときに、タングステン膜11の研磨レートと層間絶
縁膜8の研磨レートが等しいスラリーを用いると、平坦
化が実現される。このスラリーとしては、平均一次粒子
径40〜110nmのシリカを含有するアルカり性コロ
イダルシリカ溶液、0.01〜0.03mol/lのN
4 OH、およぴ有機系酸化剤を含有する。また、この
とき、PHは8.0〜8.5であり、かつその酸化還元
電位(ORP)は+550〜650mV(液温23℃)
で有る。
【0015】因みに、従来では、アルカリ性溶液+シリ
カ粒子からなるスラリー(平均一次粒子径30nm、p
H=9.6)を用いると、コンタクト金属であるタング
ステンの研磨速度が進みすぎ、コンタクトホール内のタ
ングステンが溶解されてしまう。また、アルミナ等を主
成分として酸性の研磨剤(平均一次粒子径230nm、
pH=3.2)を用いてCMPを行うと、タングステン
除去後に露出されるシリコン酸化膜からなる層間酸化膜
の研磨が進みすぎ、この層間絶縁膜の表面にマイクロス
クラッチ等が多発されることになる。さらに、シリカの
みの中和スラリー(平均一次粒子径40〜110nm、
pH=7.2)ではタングステンは殆ど研磨されず、非
常にスループットが悪くなる。
【0016】なお、図3はスラリーのpH値と、研磨レ
ートおよびにウェットエッチレートとを比較して示す特
性図であり、この特性図のみでは詳細には理解できない
が、この特性図と詳細な説明を省略した本発明の別の実
験により、ある程度の研磨レートが得られる一方で両レ
ートが略近似する範囲として、pH値が8.0〜8.5
が好ましいことが判明している。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、絶縁膜に
コンタクトホールを開設し、かつこのコンタクトホール
内にコンタクト金属を埋設した後に、これらコンタクト
金属と絶縁膜とを研磨速度およびエッチング速度がほぼ
等しい条件の化学機械研磨法により研磨して平坦化する
工程を含むことにより、絶縁膜とコンタクト金属とを同
時に1回のCMP法により研磨して、表面が平坦な配線
構造を製造することができ、製造の簡易化を実現するこ
とができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態を工程順に示す断面図
である。
【図2】本発明の第2の実施形態を工程順に示す断面図
である。
【図3】スラリーのpH値と研磨レートおよびウェット
エッチレートとの関係を示す特性図である。
【図4】従来の製造方法を工程順に示す断面図である。
【符号の説明】
1 シリコン半導体基板 2 素子分離酸化膜 3 ゲート酸化膜 4 ゲート電極 5 絶縁膜 6 サイドウォール 7 ソース・ドレイン拡散層 8 層間絶縁膜 9 コンタクトホール 10 バリアメタル 11 コンタクト金属
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 29/78 H01L 29/78 301Y 21/336

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 素子が形成された半導体基板の一主面上
    に、層間絶縁膜を形成する工程と、この層間絶縁膜に開
    設されたコンタクトホール内にコンタクト金属を埋設す
    る工程と、前記コンタクト金属と前記層間絶縁膜とを研
    磨速度およびエッチング速度がほぼ等しい条件の化学機
    械研磨法により研磨して平坦化する工程を含むことを特
    徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 コンタクトホールを開設した後にバリア
    メタルを薄く成膜し、その上にコンタクト金属を埋設し
    てなる請求項2の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 層間絶縁膜は、コンタクトホールを開設
    する前に、リフロー処理を行っている請求項1または2
    の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 層間絶縁膜がシリコン酸化膜であり、コ
    ンタクト金属がタングステンの場合に、化学機械研磨法
    に用いる研磨剤が、平均一次粒子径40〜110nmの
    シリカを含有するアルカリ性コロイダルシリカ溶液、
    0.01〜0.03ol/lのNH4 OH、および有機
    系酸化剤を含有するスラリーである請求項1ないし3の
    いずれかの半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 スラリーのpH値が、8.0〜8.5で
    ある請求項4の半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 スラリーの酸化還元電位が、+550〜
    650mV(液温23℃)である請求項5の半導体装置
    の製造方法。
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