JPH10321624A - 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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JPH10321624A
JPH10321624A JP9129596A JP12959697A JPH10321624A JP H10321624 A JPH10321624 A JP H10321624A JP 9129596 A JP9129596 A JP 9129596A JP 12959697 A JP12959697 A JP 12959697A JP H10321624 A JPH10321624 A JP H10321624A
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recess
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JP9129596A
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Kenro Nakamura
賢朗 中村
Renpei Nakada
錬平 中田
Hirosuke Koyama
裕亮 幸山
Nobuo Hayasaka
伸夫 早坂
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Toshiba Corp
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    • H01L21/76838Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the conductors
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    • H01L21/32115Planarisation
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 CMPにより生じるダストがパターンの凹部
に付着することを防止する。 【解決手段】 絶縁膜13及び凹部14が形成された下
地上に金属膜15を形成する工程と、この金属膜15上
に凹部14を埋め込むように埋込み用材料膜16を形成
する工程と、化学的機械的研磨法により絶縁膜13をス
トッパーとして埋込み用材料膜16及び金属膜15を研
磨して凹部14内に金属膜15及び埋込み用材料膜16
を選択的に残置させる工程と、凹部14内の埋込み用材
料膜16を除去する工程とを有する。

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、特に化学的機械的研磨(CMP)を用いた半導体装
置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体装置の高密度化・微細化に
伴い、種々の微細加工技術が研究開発されている。その
中でCMP技術は、層間絶縁膜の平坦化、プラグの形
成、埋め込み金属配線の形成、埋め込み素子分離などを
行う際に、欠かすことのできない必須の技術になってい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、CMPの工
程では、パターンが形成された半導体ウエハを研磨する
際、CMPにより派生するダスト(主として研磨剤)が
パターンの凹部に付着してしまうという問題がある。C
MP後に後洗浄を施しても、サブミクロンオーダー以下
の溝部に詰まった研磨剤等のダストの完全除去は困難で
ある。このようなダストは、当然のことながら、信頼性
低下や歩留り低下の要因になる。
【0004】本発明の目的は、CMPにより生じるダス
トがパターンの凹部に付着することを防止し、信頼性や
歩留りを向上させることが可能な半導体装置の製造方法
を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明における半導体装
置の製造方法は、凹部を有する金属膜上に該凹部を埋め
込むように埋込み用材料膜を形成する工程と、化学的機
械的研磨法により前記埋込み用材料膜を研磨して前記凹
部内に選択的に前記埋込み用材料膜を残置させる工程と
を有することを特徴とする。
【0006】また、本発明における半導体装置の製造方
法は、絶縁膜及び第1の凹部が形成された下地上に該第
1の凹部に対応した第2の凹部が構成されるように金属
膜を形成する工程と、この金属膜上に前記第2の凹部を
埋め込むように埋込み用材料膜を形成する工程と、化学
的機械的研磨法により前記絶縁膜をストッパーとして前
記埋込み用材料膜及び前記金属膜を研磨して前記第1の
凹部内に前記第2の凹部を構成する金属膜及び該第2の
凹部内の埋込み用材料膜を選択的に残置させる工程とを
有することを特徴とする。
【0007】前記金属膜及び第2の凹部内の埋込み用材
料膜を選択的に残置させる工程の後、前記第2の凹部内
の埋込み用材料膜を除去する工程をさらに設けるように
してもよい。
【0008】埋込み用材料膜としては、凹部への埋め込
み性能に優れた塗布膜(絶縁材料からなる塗布膜)を用
いることが有効である。第2の凹部としては、前記第1
の凹部の内面に沿って形成されるもの(例えば後述する
図1に示した例)の他、金属膜を形成する際に生じるシ
ーム等(例えば後述する図2に示した例)も含まれる。
【0009】前記製造方法によれば、埋込み用材料膜を
凹部内に埋め込んだ状態でCMPを行うことにより、C
MP工程において生じるダスト(主として研磨剤)が凹
部に付着することを防止することができるため、信頼性
や歩留りを向上させることが可能となる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
好適な実施形態の説明をする。図1は、第1の実施形態
を示した製造工程断面図であり、本発明をDRAMのキ
ャパシタ形成に適用したものである。以下、図1(a)
〜(c)にしたがって製造工程を説明する。
【0011】11はシリコン基板の主面側に形成された
絶縁膜であり、この絶縁膜11中にはプラグ12が埋め
込まれている。このプラグ12が埋め込まれた絶縁膜1
1上に、TEOSを用いたプラズマCVD法によりプラ
ズマSiO2 膜13を厚さ300nm程度成膜する。続
いて、プラグ12の真上に穴14を開口する。穴14
は、直径200nm程度の丸穴であり、側面には垂直方
向から10度程度傾くようにテーパーをつけることが望
ましい。続いて、キャパシタの下部電極としてRu膜1
5をスパッタ法或いはCVD法により60nm程度成膜
する。続いて、CMPにおいて派生するダストが穴14
内に付着するのを防ぐために、SOG(Spin On
Glass)、レジスト等のキャッピング膜16をス
ピンコート法等により成膜し、穴14を埋め込む。キャ
ッピング膜16には、微小な隙間を埋めるという目的
上、塗布膜を用いることが望ましい(図1(a))。
【0012】次に、CMPによりプラズマSiO2 膜1
3をストッパーとしてキャッピング膜16及びRu膜1
5を研磨し、穴14内にキャッピング膜16及びRu膜
15を選択的に残置させ、下部電極をセルごとに絶縁さ
せる。この際のCMPのスラリーとしては、例えばアル
ミナ粒子を水に分散させたものを用いることができる。
キャッピング膜16とRu膜15は、同一の条件で研磨
してもよいし、別々の条件で研磨してもよい(図1
(b))。
【0013】次に、穴14に残存するキャッピング膜1
6を除去する。キャッピング膜16がSOGの場合は、
HF蒸気にさらす方法が有効である。キャッピング膜1
6がレジストの場合は、レジスト剥離液に浸すかアッシ
ングを行えばよい。続いて、キャパシタの誘電体膜とし
て、BaSrTiO3 膜17をスパッタ法或いはCVD
法により60nm程度成膜する。さらに、必要に応じて
アニール処理を施し、BaSrTiO3 膜17をペロブ
スカイト結晶化させる。続いて、キャパシタの上部電極
として、Ru膜18をスパッタ法或いはCVD法により
60nm程度成膜する。その後、Ru膜18上に層間絶
縁膜(図示せず)を成膜し、この層間絶縁膜の一部を開
口し、Ru膜18と電気的接続をとるプラグ(図示せ
ず)を形成して、DRAMのキャパシタ部が完成する
(図1(c))。
【0014】キャッピング膜16を成膜しないでCMP
を行う従来の手法では、CMP工程において派生するダ
スト(主に研磨粒子)が穴14に付着したり詰まったり
するという問題が発生する。このダストは、後洗浄を施
しても穴14のサイズが小さいため、完全除去は困難で
ある。そして、このダストが残ったままでBaSrTi
3 膜17を成膜すると、密着不良や部分的薄膜化を起
こすことになり、形成されたキャパシタはリーク電流が
大きく不安定なものになってしまう。本実施形態のよう
に、キャッピング膜16を穴14内に形成した状態でC
MPを行うことにより、このような問題は解決され、信
頼性の高い埋め込みキャパシタを得ることができる。
【0015】なお、下部電極15には上記Ru以外にR
uO2 、Pt、SrRuO3 等も用いることも可能であ
り、上部電極にはこれらの材料に加えてW、WN等を用
いることが可能である。
【0016】また、キャッピング膜16としては、SO
G、レジスト以外にポリイミド等も用いることが可能で
ある。埋め込み性能に優れること、研磨速度が小さすぎ
ないこと、研磨中に穴から剥がれないこと、CMP後に
穴に残存したキャッピング膜を周囲に悪影響を与えるこ
となく簡単に除去できること等を満足するものであれば
よい。また、凝縮CVD法によるキャッピング膜の形成
も有効である。
【0017】図2は、第2の実施形態を示した製造工程
断面図であり、本発明をDRAMのビット線の埋め込み
形成に適用したものである。以下、図2(a)〜(b)
にしたがって製造工程を説明する。
【0018】21はSi基板であり、このSi基板21
の表面にはMOSトランジスタの拡散層22が形成され
ている。このSi基板21上に絶縁膜23を厚さ50n
m程度成膜した後、拡散層22上に電気的コンタクトを
とるための溝24を開口する。そして、この溝の底部お
よび側壁と溝以外の平坦部にTi膜25を20nm程度
成膜し、その上にTiN膜26を70nm程度成膜す
る。Ti膜25及びTiN膜26は、バリアメタルとし
ての役目を果たす。
【0019】次に、W膜27をブランケットCVD法に
より成膜して溝を埋め込む。W膜27の膜厚は、溝以外
の平坦部において30nm程度になるようにする。この
とき、W膜27には溝24に対応してオーバーハングに
よる隙間、すなわちシーム28が生じる。そこで、SO
G(Spin On Glass)等のキャッピング膜
29をスピンコート法等により成膜し、シーム28を埋
め込む。キャッピング膜29には、微小な隙間を埋める
という目的上、埋込み性に優れた塗布膜を用いることが
望ましい(図2(a))。
【0020】次に、絶縁膜23をストッパーとしてCM
Pを行い、キャッピング膜29、W膜27、TiN膜2
6及びTi膜25を研磨して溝24内部以外に形成され
ているこれらの膜を除去する。この際のCMPのスラリ
ーとしては、例えばアルミナ粒子を水に分散させ酸化剤
を添加したものを用いることができる。なお、シーム2
8内のキャッピング膜29はそのまま残置させておいて
もよいが、その後の工程で除去するようにしてもよい。
このようにして、埋め込みビット線が形成される(図2
(b))。
【0021】キャッピング膜29を成膜しないでCMP
を行う従来の手法では、CMP工程において派生するダ
スト、主に研磨粒子がシーム28に詰まるという問題が
発生する。このようなダストが残ったシーム28の上に
プラグを接続すると、プラグ成膜時にガスが発生して接
続面での密着が弱まる等のため、信頼性が大幅に低下し
てしまう。本実施形態によれば、上層との接続において
コンタクト抵抗の増大を招くことのない信頼性の高い埋
め込みビット線を得ることができる。
【0022】上記第2の実施形態において、W膜27の
代わりにAl膜を用いることも可能であり、キャッピン
グ膜29には、SOGの代わりにレジストやポリイミド
等を用いることも可能である。また、凝縮CVD法によ
るキャッピング膜の形成も有効である。また、ビット線
以外にも、埋め込み配線全般への適用が可能である。さ
らに、ビアホールの埋め込みにも適用することができ
る。
【0023】以上、第1及び第2の実施形態について説
明したが、本発明はこれらの実施形態以外にも、その趣
旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施するこ
とが可能である。
【0024】
【発明の効果】本発明によれば、予め凹部内に埋込み用
材料膜を埋め込んだ状態でCMPを行うことにより、C
MPにおいて生じるダストが凹部に付着することを防止
することができ、信頼性や歩留りを向上させることが可
能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態を示した製造工程断面
図。
【図2】本発明の第2の実施形態を示した製造工程断面
図。
【符号の説明】
11…絶縁膜 12…プラグ 13…プラズマSiO2 膜(絶縁膜) 14…穴(第1の凹部、第2の凹部) 15…Ru膜(金属膜) 16…キャッピング膜(埋込み用材料膜) 17…BaSrTiO3 膜 18…Ru膜(上部電極) 21…Si基板 22…拡散層 23…絶縁膜 24…溝(第1の凹部) 25…Ti膜(金属膜) 26…TiN膜(金属膜) 27…W膜(金属膜) 28…シーム(第2の凹部) 29…キャッピング膜(埋込み用材料膜)
フロントページの続き (72)発明者 早坂 伸夫 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 凹部を有する金属膜上に該凹部を埋め込
    むように埋込み用材料膜を形成する工程と、化学的機械
    的研磨法により前記埋込み用材料膜を研磨して前記凹部
    内に選択的に前記埋込み用材料膜を残置させる工程とを
    有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 絶縁膜及び第1の凹部が形成された下地
    上に該第1の凹部に対応した第2の凹部が構成されるよ
    うに金属膜を形成する工程と、この金属膜上に前記第2
    の凹部を埋め込むように埋込み用材料膜を形成する工程
    と、化学的機械的研磨法により前記絶縁膜をストッパー
    として前記埋込み用材料膜及び前記金属膜を研磨して前
    記第1の凹部内に前記第2の凹部を構成する金属膜及び
    該第2の凹部内の埋込み用材料膜を選択的に残置させる
    工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  3. 【請求項3】 絶縁膜及び第1の凹部が形成された下地
    上に該第1の凹部に対応した第2の凹部が構成されるよ
    うに金属膜を形成する工程と、この金属膜上に前記第2
    の凹部を埋め込むように埋込み用材料膜を形成する工程
    と、化学的機械的研磨法により前記絶縁膜をストッパー
    として前記埋込み用材料膜及び前記金属膜を研磨して前
    記第1の凹部内に前記第2の凹部を構成する金属膜及び
    該第2の凹部内の埋込み用材料膜を選択的に残置させる
    工程と、前記第2の凹部内の埋込み用材料膜を除去する
    工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  4. 【請求項4】 前記埋込み用材料膜は絶縁材料からなる
    塗布膜であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれ
    かに記載の半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記金属膜の膜厚は前記第1の凹部の段
    差厚よりも薄いことを特徴とする請求項2又は3に記載
    の半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記第2の凹部は前記金属膜を形成する
    際に生じるシームであることを特徴とする請求項2又は
    3に記載の半導体装置の製造方法。
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