JPH11162930A - 半導体基板の平坦化方法並びにこの方法に使用されるエッチヤント - Google Patents
半導体基板の平坦化方法並びにこの方法に使用されるエッチヤントInfo
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- Weting (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
- ing And Chemical Polishing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】エッチング速度が遅くならず、簡単な工程で、
半導体基板に形成された溝並びに／もしくはコンタクト
ホールにののみコーティング材料を残すことが可能な半
導体基板の平坦化方法。 【解決手段】半導体基板１の表面のコーティング３を、
このコーティングが基板に形成された溝３ｂの領域内に
独占的に残るように、半導体基板を回転させて、エッチ
ャントにより、除去する。このエッチャントは、少くと
も０．４ ｌ／ｍｉｎ、好ましくは、１ ｌ／ｍｉｎの
流量で供給半導体基板の表面に表面に連続した体積流で
供給される。
半導体基板に形成された溝並びに／もしくはコンタクト
ホールにののみコーティング材料を残すことが可能な半
導体基板の平坦化方法。 【解決手段】半導体基板１の表面のコーティング３を、
このコーティングが基板に形成された溝３ｂの領域内に
独占的に残るように、半導体基板を回転させて、エッチ
ャントにより、除去する。このエッチャントは、少くと
も０．４ ｌ／ｍｉｎ、好ましくは、１ ｌ／ｍｉｎの
流量で供給半導体基板の表面に表面に連続した体積流で
供給される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板から、例え
ば、銅もしくはアルミニウムのような金属、または、多
結晶シリコン、多結晶シリカ、もしくは二酸化シリコン
（ＳｉＯ2 ）のような他の材料で形成され得る層を除去
することにより、半導体基板を平坦化するための方法並
びにこの方法に使用されるエッチャントに関する。特
に、本発明に係わる方法は、半導体基板の表面上の層を
除去するが、導電体ストリップ（トラック）もしくは絶
縁体ストリップ（トラック）が形成されるように、半導
体基板に形成された溝もしくはコンタクトホール内では
残すように、平坦化することにより、上記層（コーティ
ング）を除去することに関する。また、液体エッチャン
トを使用する１工程で従来の（機械的）ポリッシング行
程を使用しないで、本発明に係わる方法を果すことが可
能である。
ば、銅もしくはアルミニウムのような金属、または、多
結晶シリコン、多結晶シリカ、もしくは二酸化シリコン
（ＳｉＯ2 ）のような他の材料で形成され得る層を除去
することにより、半導体基板を平坦化するための方法並
びにこの方法に使用されるエッチャントに関する。特
に、本発明に係わる方法は、半導体基板の表面上の層を
除去するが、導電体ストリップ（トラック）もしくは絶
縁体ストリップ（トラック）が形成されるように、半導
体基板に形成された溝もしくはコンタクトホール内では
残すように、平坦化することにより、上記層（コーティ
ング）を除去することに関する。また、液体エッチャン
トを使用する１工程で従来の（機械的）ポリッシング行
程を使用しないで、本発明に係わる方法を果すことが可
能である。
【０００２】
【従来の技術】米国特許Ｎｏ．５ ４８６ ２３４ Ａ
により、基板の表面上と基板の溝もしくはコンタクトホ
ール内との金属を除去する方法が知られている。
により、基板の表面上と基板の溝もしくはコンタクトホ
ール内との金属を除去する方法が知られている。
【０００３】図１の（ａ）ないし（１ｄ）は、半導体基
板の概略的な断面を使用してこの米国特許Ｎｏ．５ ４
８６ ２３４ Ａから知られる方法を示している。図１
の（ａ）は、絶縁体層２（例えば、二酸化シリコン（Ｓ
ｉＯ2 ）の層）が上に形成された半導体基板１を示す。
この基板には、導電体ストリップを形成するための溝が
リソグラフィにより形成されている。例えば、チタニウ
ムでできた薄いバリア層（図示せず）が、絶縁体層２の
表面に形成されている。そして、金属層３が、このバリ
ア層上に形成されている。この金属層３（図１の（ｂ）
を参照）は、電気メッキ法により形成され得る。この金
属層３の表面４に溝（トレンチ）５が形成されている。
このような溝は、米国特許Ｎｏ．５ ４８６ ２３４
Ａには示されていないけれども、知られている。均一に
作用するエッチングがなされると、これら溝は、所望の
結果（図１の（ｄ））を達成することは不可能であり、
図１（ｂ）に示されている基板は均一なエッチング工程
にさらされるように、より深くなるであろう。既知の金
属エッチング工程（回転している半導体基板（ウエハ）
の表面上にエッチャントを噴霧もしくは滴下する）は、
バリア層上に形成された金属層３の金属のほとんどを除
去するために必要な中間工程である。これは、エッチン
グを始める前に、図１の（ｃ）に示されているように、
表面は６は平坦であることを確実にしている。このポリ
ッシング（レベリング）は、米国特許Ｎｏ．５ ４８６
２３４ Ａにより提案されているような電気的ポリッ
シングで良い。
板の概略的な断面を使用してこの米国特許Ｎｏ．５ ４
８６ ２３４ Ａから知られる方法を示している。図１
の（ａ）は、絶縁体層２（例えば、二酸化シリコン（Ｓ
ｉＯ2 ）の層）が上に形成された半導体基板１を示す。
この基板には、導電体ストリップを形成するための溝が
リソグラフィにより形成されている。例えば、チタニウ
ムでできた薄いバリア層（図示せず）が、絶縁体層２の
表面に形成されている。そして、金属層３が、このバリ
ア層上に形成されている。この金属層３（図１の（ｂ）
を参照）は、電気メッキ法により形成され得る。この金
属層３の表面４に溝（トレンチ）５が形成されている。
このような溝は、米国特許Ｎｏ．５ ４８６ ２３４
Ａには示されていないけれども、知られている。均一に
作用するエッチングがなされると、これら溝は、所望の
結果（図１の（ｄ））を達成することは不可能であり、
図１（ｂ）に示されている基板は均一なエッチング工程
にさらされるように、より深くなるであろう。既知の金
属エッチング工程（回転している半導体基板（ウエハ）
の表面上にエッチャントを噴霧もしくは滴下する）は、
バリア層上に形成された金属層３の金属のほとんどを除
去するために必要な中間工程である。これは、エッチン
グを始める前に、図１の（ｃ）に示されているように、
表面は６は平坦であることを確実にしている。このポリ
ッシング（レベリング）は、米国特許Ｎｏ．５ ４８６
２３４ Ａにより提案されているような電気的ポリッ
シングで良い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】既知の噴霧並びに滴下
エッチングの他の欠点は、遅いエッチング速度（０．０
２ないし１．３４μ／ｍｉｎ）によってのみ達成するこ
とができることである。道理に合う時間内で所望の結果
を得るようにするために、金属層３の金属の大部分は他
の工程（例えば、電気的ポリッシング）を使用して、除
去しなければならないことである。
エッチングの他の欠点は、遅いエッチング速度（０．０
２ないし１．３４μ／ｍｉｎ）によってのみ達成するこ
とができることである。道理に合う時間内で所望の結果
を得るようにするために、金属層３の金属の大部分は他
の工程（例えば、電気的ポリッシング）を使用して、除
去しなければならないことである。
【０００５】欧州特許ＥＰ ２２３ ９２０ Ｂ１は、
平坦化方法として、平坦化手段（例えば、ＳＯＧ：ｓｐ
ｉｎ ｏｎ ｇｌａｓｓ；ガラス板上でのスピン）を使
用したプラズマエッチングもしくはリアクティブイオン
エッチングを開示している。特に、この欧州特許ＥＰ
２２３ ９２０ Ｂ１は、この分野では平坦化のための
方法として知られている化学的・機械的ポリッシング法
（ＣＭＰ）を提案している。
平坦化方法として、平坦化手段（例えば、ＳＯＧ：ｓｐ
ｉｎ ｏｎ ｇｌａｓｓ；ガラス板上でのスピン）を使
用したプラズマエッチングもしくはリアクティブイオン
エッチングを開示している。特に、この欧州特許ＥＰ
２２３ ９２０ Ｂ１は、この分野では平坦化のための
方法として知られている化学的・機械的ポリッシング法
（ＣＭＰ）を提案している。
【０００６】
【課題を解決するための手段】半導体基板中に導電体ス
トリップもしくは絶縁体ストリップの形成のために本発
明に係わる方法において、形成された後に特に溝の領域
で平坦でない面もしくは凹みを形成する、例えば電気メ
ッキにより形成される金属層もしくは他の材料の層が、
金属もしくは他の材料が絶縁体層のフィールド上から完
全に除去されかつ、基本的な平坦に面が生じる程度にの
み溝もしくはコンタクトホール内で除去されるような単
一のウエットエッチング工程により除去されるような工
程が利用され得る。
トリップもしくは絶縁体ストリップの形成のために本発
明に係わる方法において、形成された後に特に溝の領域
で平坦でない面もしくは凹みを形成する、例えば電気メ
ッキにより形成される金属層もしくは他の材料の層が、
金属もしくは他の材料が絶縁体層のフィールド上から完
全に除去されかつ、基本的な平坦に面が生じる程度にの
み溝もしくはコンタクトホール内で除去されるような単
一のウエットエッチング工程により除去されるような工
程が利用され得る。
【０００７】本発明に係われば、この目的は、半導体基
板の表面のコーティングを、このコーティングが基板に
形成された少くとも１つの溝並びに／もしくはコンタク
トホールの領域内に独占的に残るように、半導体基板を
回転させて、エッチャントにより、除去する半導体基板
の平坦化方法体において、エッチャントは、平坦化され
る表面に連続した体積流で供給することを特徴とする方
法により達成される。
板の表面のコーティングを、このコーティングが基板に
形成された少くとも１つの溝並びに／もしくはコンタク
トホールの領域内に独占的に残るように、半導体基板を
回転させて、エッチャントにより、除去する半導体基板
の平坦化方法体において、エッチャントは、平坦化され
る表面に連続した体積流で供給することを特徴とする方
法により達成される。
【０００８】本発明に係わる方法の好ましくかつ効果的
な実施の形態は従属項の内容である。
な実施の形態は従属項の内容である。
【０００９】
【実施例】本発明において、平坦化に適した純粋なウエ
ット化学的方法が利用され得るように、絶縁体層２上の
材料層３に、溝上の部分３ｂと、溝間のフィールド（フ
ィールド）上の部分３ａとで速度の異なるエッチングを
することが可能である。
ット化学的方法が利用され得るように、絶縁体層２上の
材料層３に、溝上の部分３ｂと、溝間のフィールド（フ
ィールド）上の部分３ａとで速度の異なるエッチングを
することが可能である。
【００１０】本発明に係わる方法では、材料（金属もし
くは他の材料）に係わるエッチング速度は、溝もしくは
コンタクトホール間のフィールドの領域の方が、溝もし
くはコンタクトホール上よりも著しく早くさせることが
できる。
くは他の材料）に係わるエッチング速度は、溝もしくは
コンタクトホール間のフィールドの領域の方が、溝もし
くはコンタクトホール上よりも著しく早くさせることが
できる。
【００１１】この場合、本発明に係わる方法は、エッチ
ング液が、回転されている半導体基板（ウエハ）の表面
上に連続的に流れる状態で単に注がれる必要があるの
で、非常に簡単に設定され得る。
ング液が、回転されている半導体基板（ウエハ）の表面
上に連続的に流れる状態で単に注がれる必要があるの
で、非常に簡単に設定され得る。
【００１２】この場合、エッチャントが０．４ ｌ／ｍ
以上の流量（体積速度）で与えられるならば、有効であ
る。
以上の流量（体積速度）で与えられるならば、有効であ
る。
【００１３】液玉（ドロップ）は好ましくない均一なエ
ッチングを生じ、また、半導体基板の表面の所望のレベ
リング（平坦化）が妨げられるので、液玉が半導体基板
の表面に形成されないことが重要である。
ッチングを生じ、また、半導体基板の表面の所望のレベ
リング（平坦化）が妨げられるので、液玉が半導体基板
の表面に形成されないことが重要である。
【００１４】本発明に係わる方法において、表面の平坦
化が果されるように、異なるエッチング速度が達成でき
ることは、以外である。この事実は、多分、次のような
理由によるであろう。連続した流れで与えられるエッチ
ャントの層が、基板に対しての摩擦や粘度によって、ほ
とんど基板の表面に残って、基板の表面全体に渡って形
成される。そして、一方では反応物（エッチャント）と
他方では不活性層によるエッチング生成物との交換が次
のようにしてゆっくりとなされる。即ち、低い領域（即
ち、溝もしくはコンタクトホールの領域内）において、
比較的長い拡散路、かくして遅いエッチング速度により
生じる長い拡散時間によって、エッチングはより浅い領
域におけるよりもゆっくりとなされる。これは、物質の
交換が非常に早くなり、短い時間でなされるからであ
る。このことは、銅を硝酸でエッチングする例において
は、媒体と銅とのエッチング界面で消費されるニトロ化
生成物（ＮＯ3 + ）が、界面に直接に近接するエッチャ
ントの層上で動かないか僅かしか動かない層を介する拡
散によって置換され得る、ことを意味する。さらに、銅
を硝酸でエッチングする例の場合、界面の直上のエッチ
ャント層の領域において、高濃度の水素と、銅イオンと
ＮＯx 化合物とが生じ、これらは、また、エッチング速
度を遅らせるように作用する。界面に直接隣接するエッ
チャントの層からの外へ拡散し、上移動領域により移動
されるのが反応生成物にとって長くなるのに従って、溝
間のストリップもしくはフィールドの領域におけるより
も溝の領域における方がエッチング速度は遅くなる。
化が果されるように、異なるエッチング速度が達成でき
ることは、以外である。この事実は、多分、次のような
理由によるであろう。連続した流れで与えられるエッチ
ャントの層が、基板に対しての摩擦や粘度によって、ほ
とんど基板の表面に残って、基板の表面全体に渡って形
成される。そして、一方では反応物（エッチャント）と
他方では不活性層によるエッチング生成物との交換が次
のようにしてゆっくりとなされる。即ち、低い領域（即
ち、溝もしくはコンタクトホールの領域内）において、
比較的長い拡散路、かくして遅いエッチング速度により
生じる長い拡散時間によって、エッチングはより浅い領
域におけるよりもゆっくりとなされる。これは、物質の
交換が非常に早くなり、短い時間でなされるからであ
る。このことは、銅を硝酸でエッチングする例において
は、媒体と銅とのエッチング界面で消費されるニトロ化
生成物（ＮＯ3 + ）が、界面に直接に近接するエッチャ
ントの層上で動かないか僅かしか動かない層を介する拡
散によって置換され得る、ことを意味する。さらに、銅
を硝酸でエッチングする例の場合、界面の直上のエッチ
ャント層の領域において、高濃度の水素と、銅イオンと
ＮＯx 化合物とが生じ、これらは、また、エッチング速
度を遅らせるように作用する。界面に直接隣接するエッ
チャントの層からの外へ拡散し、上移動領域により移動
されるのが反応生成物にとって長くなるのに従って、溝
間のストリップもしくはフィールドの領域におけるより
も溝の領域における方がエッチング速度は遅くなる。
【００１５】かくして、図２の（ａ）ないし（ｃ）に示
すように、上にバリア層（図示せず）が存在し得る絶縁
体層２の上に形成されたコーティング（材料層）３を備
えた半導体基板１から出発して、平坦化は、コーティン
グ３の材料が溝間のフィールドの領域においては完全に
除去されるが、溝の領域上の部分３ｂにおいては基本的
な平面で残り（ここではエッチング速度が遅く、拡散路
が長いため）、また、導電体ストリップもしくは絶縁体
ストリップを形成するように溝を埋めるように、単一の
工程でなされる。
すように、上にバリア層（図示せず）が存在し得る絶縁
体層２の上に形成されたコーティング（材料層）３を備
えた半導体基板１から出発して、平坦化は、コーティン
グ３の材料が溝間のフィールドの領域においては完全に
除去されるが、溝の領域上の部分３ｂにおいては基本的
な平面で残り（ここではエッチング速度が遅く、拡散路
が長いため）、また、導電体ストリップもしくは絶縁体
ストリップを形成するように溝を埋めるように、単一の
工程でなされる。
【００１６】本発明に係わる方法において、例えば、銅
もしくはアルミニウムのような金属に代えて、多結晶シ
リコンや多結晶シリサイド（例えば、タングステン・シ
リサイド）、もしくは、二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）が
コーティング３として溝内に形成され得る。コーティン
グがＳｉＯ2 の場合、溝が形成される層２は、シリコン
で形成されることが好ましく、また主である。
もしくはアルミニウムのような金属に代えて、多結晶シ
リコンや多結晶シリサイド（例えば、タングステン・シ
リサイド）、もしくは、二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）が
コーティング３として溝内に形成され得る。コーティン
グがＳｉＯ2 の場合、溝が形成される層２は、シリコン
で形成されることが好ましく、また主である。
【００１７】本発明に係わる方法において、エッチャン
トは、コーティング３を形成する金属に対してエッチン
グ作用を及ぼすことは理解される。
トは、コーティング３を形成する金属に対してエッチン
グ作用を及ぼすことは理解される。
【００１８】本発明に係わる方法において、エッチャン
ト）が処理される半導体基板の全面を覆いかつ流れる連
続した体積流で与えられるのと同じ方法であり、これ
は、半導体基板が回転されているときになされる。
ト）が処理される半導体基板の全面を覆いかつ流れる連
続した体積流で与えられるのと同じ方法であり、これ
は、半導体基板が回転されているときになされる。
【００１９】本発明に係わる方法において、この方法
は、噴霧もしくは滴下されるエッチング液を使用する従
来のようにはなされず、エッチング流体は連続した体積
流で、好ましくは、０．４ないし１．０ ｌ／ｍの流量
で基板に供給される。流量は、１．０ ｌ／ｍ以上でも
良い。エッチングが使用された後に、付加的（オプショ
ン的）に、これを補足並びに再使することは、エッチン
グ液が再生されて１サイクルを通して流されるときに、
より大きい体積で取り扱いのために利用され得る。
は、噴霧もしくは滴下されるエッチング液を使用する従
来のようにはなされず、エッチング流体は連続した体積
流で、好ましくは、０．４ないし１．０ ｌ／ｍの流量
で基板に供給される。流量は、１．０ ｌ／ｍ以上でも
良い。エッチングが使用された後に、付加的（オプショ
ン的）に、これを補足並びに再使することは、エッチン
グ液が再生されて１サイクルを通して流されるときに、
より大きい体積で取り扱いのために利用され得る。
【００２０】ノズルが回転する基板の回転軸に対して静
止されておらず、基板上を移動されるのであれば、本発
明に係わる方法において特に有効である。この場合、基
板の見地から割り線もしくは直径に沿って動き、エッチ
ング液の体積流を供給するノズルの移動路は、特に、好
ましい。実際の試験において、平坦化される基板の回天
中心から短い距離を過ぎて動く、即ち、割り線に沿って
基板の外周端に対してエッチング液の体積流を動かすノ
ズルの道は、特に好ましい結果となる。この場合、ノズ
ルの移動、かくして、ノズルから供給されるエッチング
液の体積流の移動が、回天している基板に対してより高
速度でなされるならば、効果的である。
止されておらず、基板上を移動されるのであれば、本発
明に係わる方法において特に有効である。この場合、基
板の見地から割り線もしくは直径に沿って動き、エッチ
ング液の体積流を供給するノズルの移動路は、特に、好
ましい。実際の試験において、平坦化される基板の回天
中心から短い距離を過ぎて動く、即ち、割り線に沿って
基板の外周端に対してエッチング液の体積流を動かすノ
ズルの道は、特に好ましい結果となる。この場合、ノズ
ルの移動、かくして、ノズルから供給されるエッチング
液の体積流の移動が、回天している基板に対してより高
速度でなされるならば、効果的である。
【００２１】体積流が、回天している基板に対して道、
即ち、回天している基板にエッチング液を供給し、割り
線に基本的に対応した領域、に沿って動かされると、回
天中心では静止した液体が存在せず、むしろ、エッチン
グ液でできた層もしくはフイルムは、全表面に渡って均
一に動き、表面上をこれに沿って流れる。
即ち、回天している基板にエッチング液を供給し、割り
線に基本的に対応した領域、に沿って動かされると、回
天中心では静止した液体が存在せず、むしろ、エッチン
グ液でできた層もしくはフイルムは、全表面に渡って均
一に動き、表面上をこれに沿って流れる。
【００２２】金属（例えば、銅）のエッチングのため
に、１つのエッチング工程のみで、フイールド上の部分
３ａの材料と、溝内の部分３ｂの材料の上部と、フィー
ルド上のバリアー層の部分７ａ（図３の（ａ）ないし図
４の（ｄ））とを除去することができる特別なエッチン
グ混合物を使用することは、特に有効である。このエッ
チング混合物は、溶媒（水）に加えて、２つの成分Ａ並
びにＢからなる。
に、１つのエッチング工程のみで、フイールド上の部分
３ａの材料と、溝内の部分３ｂの材料の上部と、フィー
ルド上のバリアー層の部分７ａ（図３の（ａ）ないし図
４の（ｄ））とを除去することができる特別なエッチン
グ混合物を使用することは、特に有効である。このエッ
チング混合物は、溶媒（水）に加えて、２つの成分Ａ並
びにＢからなる。
【００２３】成分Ａは、酸化剤（例えば、硝酸、重クロ
ム酸カリウム、クロム酸−硫酸、過硫酸アンモニウム、
過硫酸ナトリウム）である。そして、過硫酸アンモニウ
ム、過硫酸ナトリウムが特に適している。
ム酸カリウム、クロム酸−硫酸、過硫酸アンモニウム、
過硫酸ナトリウム）である。そして、過硫酸アンモニウ
ム、過硫酸ナトリウムが特に適している。
【００２４】成分Ｂは、バリアー層の酸化材料が（容易
に）溶解可能な、即ち、（易）溶性塩もしくは易溶性複
合体、即ち、錯体を一緒になって形成するように酸もし
くは塩（例えば、ハロゲン化水素酸（例えば、フッ
酸）、シュウ酸）である。そして、フッ酸が特に適して
いる。
に）溶解可能な、即ち、（易）溶性塩もしくは易溶性複
合体、即ち、錯体を一緒になって形成するように酸もし
くは塩（例えば、ハロゲン化水素酸（例えば、フッ
酸）、シュウ酸）である。そして、フッ酸が特に適して
いる。
【００２５】さらに、成分Ｃの添加はエッチングの結果
をより均一にする。この添加物（成分Ｖ）はエッチング
速度を遅くし（他の方法では、成分Ａ，Ｂの同じ濃度
と、同じ温度）、かくして、より均一な結果となる。成
分Ｃは、エッチング液の誘電特性（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉ
ｃｉｔｙ）を減じる。一価または多価アルコール、もし
くはその誘導体（例えば、メタノール、エタノール、イ
ソプロパノール、グリコール、グリセリン、さく酸エチ
ルエステル、ポリエチレングリコール）が、この目的の
ために特に適している。そして、多価アルコール、もし
くはその誘導体（グリコール、ポリエチレングリコー
ル）は、この目的のために特に適している。
をより均一にする。この添加物（成分Ｖ）はエッチング
速度を遅くし（他の方法では、成分Ａ，Ｂの同じ濃度
と、同じ温度）、かくして、より均一な結果となる。成
分Ｃは、エッチング液の誘電特性（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉ
ｃｉｔｙ）を減じる。一価または多価アルコール、もし
くはその誘導体（例えば、メタノール、エタノール、イ
ソプロパノール、グリコール、グリセリン、さく酸エチ
ルエステル、ポリエチレングリコール）が、この目的の
ために特に適している。そして、多価アルコール、もし
くはその誘導体（グリコール、ポリエチレングリコー
ル）は、この目的のために特に適している。
【００２６】これらエッチング混合物の作用は、半導体
基板の断面を示す、導電性ストリップ（トラック）を形
成するための図３の（ａ）ないし（ｄ）、もしくは図４
の（ａ）ないし（ｄ）を参照して説明される。
基板の断面を示す、導電性ストリップ（トラック）を形
成するための図３の（ａ）ないし（ｄ）、もしくは図４
の（ａ）ないし（ｄ）を参照して説明される。
【００２７】ＳｉＯ2 により形成された絶縁層２におい
て、凹所（溝もしくはコンタクトホール）中と、フィー
ルド上とに、まず、約１０ｎｍの厚さのバリアー層７
ａ，７ｂ（例えば、チタン、タンタル、窒化チタン、窒
化タンタル、もしくはクロムにより形成される）が形成
され、また、この上に、良導電性の金属（例えば、銅）
のコーティングの部分３ａ，３ｂが形成される（図３の
（ａ），図４の（ａ））。図４の（ａ）において、良導
電性の金属の部分３ａは、幾分厚い。この理由は、例え
ば、半導体基板（ウエハ）上への不規則な金属層（コー
ティング）のためである。
て、凹所（溝もしくはコンタクトホール）中と、フィー
ルド上とに、まず、約１０ｎｍの厚さのバリアー層７
ａ，７ｂ（例えば、チタン、タンタル、窒化チタン、窒
化タンタル、もしくはクロムにより形成される）が形成
され、また、この上に、良導電性の金属（例えば、銅）
のコーティングの部分３ａ，３ｂが形成される（図３の
（ａ），図４の（ａ））。図４の（ａ）において、良導
電性の金属の部分３ａは、幾分厚い。この理由は、例え
ば、半導体基板（ウエハ）上への不規則な金属層（コー
ティング）のためである。
【００２８】半導体基板の所定の領域でのエッチングの
後に（図３の（ｂ），図４の（ｂ））、フィールド上の
バリアー層７ａは、露出されるが、他の領域に対して
は、金属層の部分３ａと部分３ｂの上部とが残っている
（図３の（ｂ））。
後に（図３の（ｂ），図４の（ｂ））、フィールド上の
バリアー層７ａは、露出されるが、他の領域に対して
は、金属層の部分３ａと部分３ｂの上部とが残っている
（図３の（ｂ））。
【００２９】驚くべきことに、バリアー層７ａが作用を
受け始めるるとすぐに、金属層の部分３ｂは、これ以上
ほとんど作用を受けなくなるということが判った。
受け始めるるとすぐに、金属層の部分３ｂは、これ以上
ほとんど作用を受けなくなるということが判った。
【００３０】半導体基板（ウエハ）の所定の領域でのエ
ッチャントのさらなる作用により、フィールド上に位置
するバリアー層は除去されて、フィールドは露出する
（図３の（ｃ））。一方、他の領域に対しては、フィー
ルド上に位置するバリアー層の部分７ａは露出される
（図４の（ｃ））。
ッチャントのさらなる作用により、フィールド上に位置
するバリアー層は除去されて、フィールドは露出する
（図３の（ｃ））。一方、他の領域に対しては、フィー
ルド上に位置するバリアー層の部分７ａは露出される
（図４の（ｃ））。
【００３１】本発明で請求したエッチャントは、ウエッ
トエッチング方法で使用され得る。即ち、回転エッチン
グ方法のみならず、例えば、エッチング浴内でのエッチ
ングでも使用され得る。
トエッチング方法で使用され得る。即ち、回転エッチン
グ方法のみならず、例えば、エッチング浴内でのエッチ
ングでも使用され得る。
【００３２】以下に、本発明に係わる方法の幾つかの実
施例を示す。
施例を示す。
【００３３】 実施例 １ 溝内の材料３： 銅 溝がエッチングされた材料２： ＳｉＯ2 溝の幅： １μｍ以下（１．０μｍ） 溝の深さ： ０．１ないし１．０μｍ（０．３μｍ） フィールド上の層３ａの厚さ： ＜１μｍ（０．５μｍ） エッチャント： ２０体積部の濃Ｈ3 ＰＯ4 １体積部の濃ＨＮＯ3 所定量の湿潤剤に加えて１体積部の水 回転速度： ３００ないし３０００ｒｐｍ エッチャントの体積流： １ リットル／分 温度： 室温ないし５０℃ エッチング速度： １ないし１０μｍ／分 実施例 ２ 溝内の材料３： アルミニウム 溝がエッチングされた材料２： ＳｉＯ2 溝の幅： ２μｍ以下（１．０μｍ） 溝の深さ： ０．１ないし１．０μｍ（０．５μｍ） フィールド上の材料層３ａの厚さ： ＜１μｍ（０．５μｍ） エッチャント： ２０体積部の濃Ｈ3 ＰＯ4 １体積部の濃ＨＮＯ3 １体積部の濃Ｈ2 Ｏ ０．５体積部の濃ＨＣＬ ０．５体積部の有機酸、 好ましくは、短鎖脂肪酸、例えば、酢酸 ０．５体積部のアルコール （好ましくは、短鎖アルコール、例えば、エタノール）、 並びに、湿潤剤 回転速度： １００ないし３０００ｒｐｍ エッチャントの体積流： １ リットル／分 温度： 室温ないし５０℃ エッチング速度： １ないし１０μｍ／分 実施例 ３ 溝内の材料３： 多結晶シリコン、もしくはタングステン、チタニウム、プラ チナもしくは金の多結晶シリサイド 溝がエッチングされた材料： シリコン 溝の幅： １μｍ 溝の深さ： ０．１ないし１．０μｍ フィールド上の材料層３ａの厚さ： １μｍ エッチャント： 主成分として、濃フッ化水素酸と濃硝酸、さらに、 実施例２と同様の有機酸、そして、 添加物として、濃リン酸と濃硫酸 回転速度： １００ないし３０００ｒｐｍ エッチャントの体積流： １ リットル／分 温度： 室温ないし５０℃ エッチング速度： １ないし４μｍ／分 実施例 ４ 溝内の材料３ｂ： ＳｉＯ2 溝がエッチングされた材料： シリコン 溝の幅： １μｍ 溝の深さ： ０．１ないし１．０μｍ フィールド上の材料層３ａの厚さ： １μｍ エッチャント： 主成分として、濃フッ化水素酸もしくはフッ化アンモニウ ム（ＮＨ2 Ｆ）溶液、そして、 粘性を高める添加物として、濃リン酸並びに／もしくは ポリエチレングリコール 回転速度： １００ないし３０００ｒｐｍ エッチャントの体積流： １ リットル／分 温度： 室温ないし５０℃ エッチング速度： １ないし１０μｍ／分 実施例 ５ 溝内の材料３； 銅 バリアー層７： 窒化タンタル 溝がエッチングされた材料２： ＳｉＯ2 溝の幅： １μｍ以下（０．５μｍ） 溝の深さ： ０．１ないし１．０μｍ（０．２μｍ） フィールド上の層３ａの厚さ： ＜１μｍ（０．５μｍ） エッチャント： ２体積部のＮａ4 ＳＯ5 （５０％） （成分Ａ） ０．５体積部の濃ＨＦ （成分Ｂ） ８体積部の水 回転速度： ３００ないし３０００ｒｐｍ エッチャントの体積流： １ リットル／分 温度： 室温 エッチング速度： １μｍ／分 実施例 ６ 溝内の材料３； 銅 バリアー層７： 窒化タンタル 溝がエッチングされた材料２： ＳｉＯ2 溝の幅： １μｍ以下（０．５μｍ） 溝の深さ： ０．１ないし１．０μｍ（０．２μｍ） フィールド上の層３ａの厚さ： ＜１μｍ（０．５μｍ） エッチャント： ２体積部のＮａ4 ＳＯ5 （５０％） （成分Ａ） ０．５体積部の濃ＨＦ （成分Ｂ） １．５体積部のグリセリン （成分Ｃ） ８体積部の水 回転速度： ３００ないし３０００ｒｐｍ エッチャントの体積流： １ リットル／分 温度： 室温 エッチング速度： ０．５μｍ／分 実施例は、平坦化のために、即ち、図２の（ｂ）に示さ
れる状態から、コーティングが溝中にのみ独占的に存在
する図２の（ｃ）に示す状態に変化させるために、純粋
なウエット化学方法が適切であることを示す。図２の
（ｃ）に示すような平坦化は、層２の溝内に材料３は僅
かに凹んだ表面を有するので、本発明に係わる方法が適
用され後では、完結していない。しかし、平坦化は、半
導体技術の所望の目的のために、即ち、導電体もしくは
絶縁体ストリップ（溝内の材料による）として機能する
のには全く適切である。
れる状態から、コーティングが溝中にのみ独占的に存在
する図２の（ｃ）に示す状態に変化させるために、純粋
なウエット化学方法が適切であることを示す。図２の
（ｃ）に示すような平坦化は、層２の溝内に材料３は僅
かに凹んだ表面を有するので、本発明に係わる方法が適
用され後では、完結していない。しかし、平坦化は、半
導体技術の所望の目的のために、即ち、導電体もしくは
絶縁体ストリップ（溝内の材料による）として機能する
のには全く適切である。
【００３４】即ち、本発明の実施の形態は以下のように
説明され得る。
説明され得る。
【００３５】溝並びに／もしくはコンタクトホールを有
し、半導体基板に形成された層が、溝並びに／もしくは
コンタクトホールの領域内に独占的に残るように除去さ
れる半導体基板の平坦化のための方法において、従来の
技術でエッチャントが順次滴下される代わりに、平坦化
される半導体基板の全表面をエッチャントが覆うよう
に、エッチャントが少くとも０．４ ｌ／ｍｉｎの流速
の連続した流れで供給される。このような作用技術は、
異なるエッチング速度を生じさせ、溝もしくはコンタク
トホール間のフィールドの領域においてはエッチング速
度が溝の領域内のエッチング速度よりも早くなる。この
結果、半導体基板に形成されたコーティングは、溝の領
域内よりも早くエッチングされ、最終的に、材料は、溝
もしくはコンタクトホールの領域内でのみ残る。
し、半導体基板に形成された層が、溝並びに／もしくは
コンタクトホールの領域内に独占的に残るように除去さ
れる半導体基板の平坦化のための方法において、従来の
技術でエッチャントが順次滴下される代わりに、平坦化
される半導体基板の全表面をエッチャントが覆うよう
に、エッチャントが少くとも０．４ ｌ／ｍｉｎの流速
の連続した流れで供給される。このような作用技術は、
異なるエッチング速度を生じさせ、溝もしくはコンタク
トホール間のフィールドの領域においてはエッチング速
度が溝の領域内のエッチング速度よりも早くなる。この
結果、半導体基板に形成されたコーティングは、溝の領
域内よりも早くエッチングされ、最終的に、材料は、溝
もしくはコンタクトホールの領域内でのみ残る。
【図１】図１は、従来の平坦化方法を説明するための工
程図であり、（ａ）は、絶縁体層が形成された半導体基
板を示し、（ｂ）は、絶縁体層上に金属層を形成した
（ａ）に示す基板を示し、（ｃ）は、エッチングを始め
る前の（ｂ）の基板を示し、（ｄ）は、絶縁体層に形成
された溝の中にのみ金属層がある絶縁体層と半導体基板
とを示す。
程図であり、（ａ）は、絶縁体層が形成された半導体基
板を示し、（ｂ）は、絶縁体層上に金属層を形成した
（ａ）に示す基板を示し、（ｃ）は、エッチングを始め
る前の（ｂ）の基板を示し、（ｄ）は、絶縁体層に形成
された溝の中にのみ金属層がある絶縁体層と半導体基板
とを示す。
【図２】図２は本発明の実施の形態に係わる平坦化方法
を説明するための工程図であり、（ａ）は、図１ａと同
様の半導体基板を示し、（ｂ）は、図１の（ｂ）と同様
に、絶縁体層上に金属層が形成されている半導体基板を
示し、（ｃ）は、本発明のエッチング工程により得られ
るような絶縁体層に形成された溝の中にのみ金属層があ
る半導体基板を示す。
を説明するための工程図であり、（ａ）は、図１ａと同
様の半導体基板を示し、（ｂ）は、図１の（ｂ）と同様
に、絶縁体層上に金属層が形成されている半導体基板を
示し、（ｃ）は、本発明のエッチング工程により得られ
るような絶縁体層に形成された溝の中にのみ金属層があ
る半導体基板を示す。
【図３】図３は、本発明の他の実施の形態に係わる平坦
化方法を説明するための工程図であり、（ａ）は、絶縁
体層上にバリアー層と、導電体層とが順次形成されてい
る状態を示し、（ｂ）は、エッチングによりフィールド
上のバリアー層が露出された状態を示し、（ｃ）は、エ
ッチングによりフィールド上のバリアー層が除去された
状態を示し、（ｄ）は、露出したバリアー層の上部がエ
ッチングされた状態を示す。
化方法を説明するための工程図であり、（ａ）は、絶縁
体層上にバリアー層と、導電体層とが順次形成されてい
る状態を示し、（ｂ）は、エッチングによりフィールド
上のバリアー層が露出された状態を示し、（ｃ）は、エ
ッチングによりフィールド上のバリアー層が除去された
状態を示し、（ｄ）は、露出したバリアー層の上部がエ
ッチングされた状態を示す。
【図４】図４は、本発明のさらなる他の実施の形態に係
わる平坦化方法を説明するための工程図であり、（ａ）
は、絶縁体層上にバリアー層と、導電体層とが順次形成
されている状態を示し、（ｂ）は、エッチングにより導
電体層の上部がエッチングされた状態を示し、（ｃ）
は、エッチングによりフィールド上のバリアー層が露出
された状態を示し、（ｄ）は、エッチングによりフィー
ルド上のバリアー層が除去された状態を示す。
わる平坦化方法を説明するための工程図であり、（ａ）
は、絶縁体層上にバリアー層と、導電体層とが順次形成
されている状態を示し、（ｂ）は、エッチングにより導
電体層の上部がエッチングされた状態を示し、（ｃ）
は、エッチングによりフィールド上のバリアー層が露出
された状態を示し、（ｄ）は、エッチングによりフィー
ルド上のバリアー層が除去された状態を示す。
１…半導体基板、２…絶縁体層、３…材料層（導電体層
もしくは絶縁体層）、７…バリアー層。
もしくは絶縁体層）、７…バリアー層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラインハート・セルマー オーストリア国、アー9500 フィラッハ、 ツェーンテ・オクトーバーシュトラーセ 23
Claims (30)
- 【請求項１】 半導体基板の表面のコーティングを、こ
のコーティングが基板に形成された少くとも１つの溝並
びに／もしくはコンタクトホールの領域内に独占的に残
るように、半導体基板を回転させて、エッチャントによ
り、除去する半導体基板の平坦化方法体において、エッ
チャントは、平坦化される表面に連続した体積流で供給
されることを特徴とする方法。 - 【請求項２】 前記エッチャントは、少くとも０．４
ｌ／ｍｉｎ、好ましくは、１ ｌ／ｍｉｎの流量で供給
されることを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記エッチャントは、粘度を高くする添
加物を含んで使用されることを特徴とする請求項１又は
２に記載の方法。 - 【請求項４】 金属層が平坦化により除去されることを
特徴とする請求項１ないし３のいずれか１に記載の方
法。 - 【請求項５】 多結晶シリコンで形成された層が平坦化
により除去されることを特徴とする請求項１ないし３の
いずれか１に記載の方法。 - 【請求項６】 多結晶シリサイド、好ましくは、タング
ステン、チタニウム、プラチナもしくは金のシリサイド
で形成された層が平坦化により除去されることを特徴と
する請求項１ないし３のいずれか１に記載の方法。 - 【請求項７】 二酸化シリコンで形成された層が平坦化
により除去されることを特徴とする請求項１ないし３の
いずれか１に記載の方法。 - 【請求項８】 硝酸を含むエッチャントが使用されるこ
とを特徴とする請求項４に記載の方法。 - 【請求項９】 別の酸を含むエッチャントが使用される
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。 - 【請求項１０】 フッ化水素酸もしくはフッ化アンモニ
ウムを含むエッチャントが使用されることを特徴とする
請求項６もしくは７に記載の方法。 - 【請求項１１】 リン酸、好ましくはオルトリン酸並び
に／もしくはポリエチレングリコールを粘度を高くする
添加物として含むエッチャントが使用されることを特徴
とする請求項３ないし１０のいずれか１に記載の方法。 - 【請求項１２】 湿潤剤を含むエッチャントが使用され
ることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１に
記載の方法。 - 【請求項１３】 前記湿潤剤は、好ましくは、短鎖脂肪
族カルボン酸、例えば、酢酸であることを特徴とする請
求項１２に記載の方法。 - 【請求項１４】 アルコール、好ましくは、低級脂肪
族、例えば、エタノールを含むエッチャントが使用され
ることを特徴とする請求項１３に記載の方法。 - 【請求項１５】 平坦化の間に、エッチャントの連続し
た体積流は、回転する基板に対して動かされることを特
徴とする請求項１ないし１４のいずれか１に記載の方
法。 - 【請求項１６】 回転する基板に対して、体積流は、回
転の中心点を通る道に沿って動かされることを特徴とす
る請求項１５に記載の方法。 - 【請求項１７】 平坦化の間に、体積流は、基板の回転
の中心点から所定距離隔たった道に沿って動かされるこ
とを特徴とする請求項１５に記載の方法。 - 【請求項１８】 前記体積流の道は、真っ直ぐな道であ
ることを特徴とする請求項１５ないし１７のいずれか１
に記載の方法。 - 【請求項１９】 前記体積流の道は、湾曲した道である
ことを特徴とする請求項１５ないし１７のいずれか１に
記載の方法。 - 【請求項２０】 基板から流れ出たエッチング液は、集
められ、必要に応じて再生された後に再び平坦化のため
に再使用されることを特徴とする請求項１もしくは１９
のいずれか１に記載の方法。 - 【請求項２１】 半導体基板の表面上に形成され、バリ
アー層と、この上の金属層とから構成されたコーティン
グを、このコーティングが基板に形成された少くとも１
つの溝並びに／もしくはコンタクトホールの領域内に独
占的に残るように、請求項１ないし２０のいずれか１の
方法を用いて、除去するエッチャントであり、このエッ
チャントは、少なくとも２つの成分Ａ，Ｂを含み、成分
Ａは、金属層とバリアー層との両方を酸化できる酸化剤
であり、成分Ｂは、酸化されたバリアー層の酸化生成物
と一緒になって易溶性塩もしくは易溶性複合体を形成す
ることが可能なものであるエッチャント。 - 【請求項２２】 前記成分Ａは、硝酸、重クロム酸アル
カリ、クロム酸−硫酸、過硫酸アンモニウム、過硫酸ア
ルカリ、ペルオキソ二硫酸アンモニウム、ペルオキソ二
硫酸アルカリからなる群から選ばれる請求項２１に記載
のエッチャント。 - 【請求項２３】 前記成分Ａは、過硫酸アンモニウム、
もしくは過硫酸ナトリウムである請求項２２に記載のエ
ッチャント。 - 【請求項２４】 前記成分Ｂは、ハロゲン化水素酸もし
くは複合体形成剤である請求項２１ないし２３のいずれ
か１に記載のエッチャント。 - 【請求項２５】 前記成分Ｂは、フッ酸である請求項２
４に記載のエッチャント。 - 【請求項２６】 エッチング速度を遅くする成分Ｃをさ
らに含んでいる請求項２１ないし２５のいずれか１に記
載のエッチャント。 - 【請求項２７】 前記成分Ｃは、エッチング液の誘電特
性を減じる成分である請求項２５に記載のエッチャン
ト。 - 【請求項２８】 前記成分Ｃは、アルコール、もしくは
その誘導体である請求項２７に記載のエッチャント。 - 【請求項２９】 前記成分Ｃは、多価アルコール、もし
くはその誘導体である請求項２８に記載のエッチャン
ト。 - 【請求項３０】 前記成分Ｃは、グリコール、グリセリ
ン、もしくはその誘導体である請求項２７に記載のエッ
チャント。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| AT0165897A AT410043B (de) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | Verfahren zum planarisieren von halbleitersubstraten |
| AT1658/97 | 1997-09-30 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11162930A true JPH11162930A (ja) | 1999-06-18 |
Family
ID=3518188
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10276271A Pending JPH11162930A (ja) | 1997-09-30 | 1998-09-30 | 半導体基板の平坦化方法並びにこの方法に使用されるエッチヤント |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7179753B2 (ja) |
| EP (1) | EP0905754B1 (ja) |
| JP (1) | JPH11162930A (ja) |
| KR (1) | KR100618458B1 (ja) |
| AT (2) | AT410043B (ja) |
| DE (1) | DE59814371D1 (ja) |
| TW (1) | TW373258B (ja) |
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