JPH11204474A - Polishing of fluorine-containing film - Google Patents

Polishing of fluorine-containing film

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JPH11204474A
JPH11204474A JP271098A JP271098A JPH11204474A JP H11204474 A JPH11204474 A JP H11204474A JP 271098 A JP271098 A JP 271098A JP 271098 A JP271098 A JP 271098A JP H11204474 A JPH11204474 A JP H11204474A
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JP
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film
fluorine
polishing
silicon oxide
containing fluorine
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JP271098A
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Japanese (ja)
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Masakazu Muroyama
雅和 室山
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Sony Corp
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Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make it possible to form stably an interlayer insulating film using a low-dielectric constant film consisting of a fluorine-containing film as the result that as polishing of the fluorine-containing film becomes possible, by a simple method without causing elosion of fluorine and a change in the skeleton construction of a silicon oxide film, an increase in the dielectric constant of the interlayer insulating film is inhibited and at the same time, the good flatness of the insulating film can be realized. SOLUTION: A polishing method is provided with a process for forming a fluorine-containing film (such as a fluorine-containing silicon oxide film or a fluorine-containing silicon nitrooxide film) 14 on a base body 10, and a process for polishing the surface of the film 14 while an abrasive slurry is fed to the surface of the film 14. In the polishing method, an ammonia aqueous solution, an organic amine aqueous solution, an organic fatty acid aqueous solution or an inorganic acid aqueous solution, for example, is used to a dispersion medium to disperse abrasive particles in the slurry, and at least one kind of an oxide out of a silicon oxide and a metallic oxide is used to abrasive grains.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、フッ素を含む膜の
研磨方法に関し、詳しくは半導体装置のフッ素を含む膜
からなる層間絶縁膜を研磨により平坦化するフッ素を含
む膜の研磨方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for polishing a film containing fluorine, and more particularly to a method for polishing a film containing fluorine for polishing an interlayer insulating film made of a film containing fluorine in a semiconductor device by polishing.

【0002】[0002]

【従来の技術】デバイスルールの微細化が進行する中で
層間絶縁膜の層間容量に起因する遅延の問題が指摘さ
れ、層間絶縁膜の低誘電率化が必要になっている。低誘
電率膜は、これまで、テトラエトキシシラン(TEO
S)〔Si(OC2 5 4 〕にフッ素源としてヘキサ
フルオロエタン(C2 6 )または三フッ化窒素(NF
3 )を添加してフッ化酸化シリコン(SiOF)膜を形
成する方法が提案されている。ヘキサフルオロエタンを
添加する方法に関しては、Solid State Devices andMat
erials,25 (1993) Usami,Simokawa,Yoshimaru,p.161-16
3に記載されており、三フッ化窒素を添加する方法に関
しては、第40回応用物理学会関係連合講演会予稿集1
a−ZV−9に記載されている。
2. Description of the Related Art As device rules have become finer, a problem of delay caused by interlayer capacitance of an interlayer insulating film has been pointed out, and it is necessary to lower the dielectric constant of the interlayer insulating film. Until now, low dielectric constant films have been used as tetraethoxysilane (TEO).
S) [Si (OC 2 H 5 ) 4 ] with hexafluoroethane (C 2 F 6 ) or nitrogen trifluoride (NF
There has been proposed a method of forming a silicon fluorinated oxide (SiOF) film by adding 3 ). For information on how to add hexafluoroethane, see Solid State Devices and Mat
erials, 25 (1993) Usami, Simokawa, Yoshimaru, p. 161-16
3 and the method of adding nitrogen trifluoride is described in the 40th Annual Meeting of the Japan Society of Applied Physics.
a-ZV-9.

【0003】これらの層間絶縁膜の低誘電率化と並行し
て、デバイスの高密度化にともなって配線技術は、微細
化、多層化の方向に進んでいる。しかし、高集積化によ
り信頼性を低下させる要因になる場合がある。それは配
線の微細化と多層化の進展にともなって、層間絶縁膜の
段差は大きくかつ急峻となり、その上に形成される配線
の加工精度や信頼性が低下させるためである。そのた
め、アルミニウム配線の段差被覆性の大幅な改善ができ
ない現在においては、層間絶縁膜の平坦性を向上させる
必要がある。
[0003] In parallel with the lowering of the dielectric constant of these interlayer insulating films, the wiring technology is progressing in the direction of miniaturization and multi-layering as the density of devices increases. However, higher integration may cause a reduction in reliability. This is because the step of the interlayer insulating film becomes large and steep with the progress of miniaturization and multilayering of the wiring, and the processing accuracy and reliability of the wiring formed thereon are reduced. Therefore, it is necessary to improve the flatness of the interlayer insulating film at the present time when the step coverage of the aluminum wiring cannot be significantly improved.

【0004】その平坦化技術としては、近年、塩基性溶
液中でシリコン酸化物の微粒子を用いた化学的機械研磨
技術が報告されている。この研磨方法では、回転定盤に
張着された研磨布上にスラリーを供給しながら、上記研
磨布に層間絶縁膜が形成されたウエハの被研磨面を摺接
させてウエハの平坦化を行う。なお、スラリーとしては
通常、粒径が10nm程度のシリコン酸化物微粒子また
は金属酸化物微粒子を水酸化カリウム水溶液に分散させ
たものが用いられている。
As a planarization technique, a chemical mechanical polishing technique using fine particles of silicon oxide in a basic solution has recently been reported. In this polishing method, while the slurry is supplied onto a polishing cloth adhered to a rotating platen, the surface to be polished of the wafer on which the interlayer insulating film is formed is brought into sliding contact with the polishing cloth to flatten the wafer. . Note that, as the slurry, a dispersion of silicon oxide fine particles or metal oxide fine particles having a particle size of about 10 nm in an aqueous potassium hydroxide solution is usually used.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
フッ素を含むシリコン酸化膜等を通常のシリコン酸化物
微粒子を水酸化カリウム水溶液に分散させたスラリーを
用いて化学的機械研磨(以下CMPという、CMPはCh
emical Mechanical Polishing の略)を行った場合に
は、CMP工程で用いる研磨スラリーに含まれている水
酸化カリウム等の水酸化アルカリ金属とフッ素を含むシ
リコン酸化膜中のフッ素やシリコン酸化膜の骨格とが反
応することで、膜中のフッ素濃度が低下したり、シリコ
ン酸化膜構造が変化して、誘電率の上昇を招く。
However, the above-mentioned silicon oxide film containing fluorine is chemically and mechanically polished (hereinafter referred to as CMP) using a slurry in which ordinary silicon oxide fine particles are dispersed in an aqueous potassium hydroxide solution. Is Ch
When mechanical mechanical polishing is performed, the skeleton of the fluorine or silicon oxide film in the silicon oxide film containing fluorine and an alkali metal hydroxide such as potassium hydroxide contained in the polishing slurry used in the CMP process. Reacts to lower the fluorine concentration in the film, change the structure of the silicon oxide film, and increase the dielectric constant.

【0006】水酸化カリウム水溶液は、強塩基の水溶液
であるため、シリコン酸化膜等の層間絶縁膜中に含まれ
ているフッ素、または加水分解により生成したフッ化水
素との中和反応(酸塩基反応)が発生し、絶縁膜中から
フッ素を溶出させる。また、強塩基の溶液中ではシリコ
ン(ケイ素)と酸素との結合はアルカリ加水分解反応に
より分解することが一般的に知られている。そのため、
水酸化カリウム水溶液中ではこの反応が進行し、シリコ
ン酸化膜構造が変化し、シラノール基の生成や前述のフ
ッ素の引き抜き反応を促進することになる。このため、
CMP後では、フッ素を含むシリコン酸化膜等の膜の比
誘電率を上昇させることになる。
Since the aqueous potassium hydroxide solution is an aqueous solution of a strong base, it is subjected to a neutralization reaction (acid-base) with fluorine contained in an interlayer insulating film such as a silicon oxide film or hydrogen fluoride generated by hydrolysis. Reaction) occurs, and fluorine is eluted from the insulating film. It is generally known that in a solution of a strong base, the bond between silicon (silicon) and oxygen is decomposed by an alkali hydrolysis reaction. for that reason,
In an aqueous solution of potassium hydroxide, this reaction proceeds, the structure of the silicon oxide film changes, and the formation of silanol groups and the above-described fluorine extraction reaction are promoted. For this reason,
After the CMP, the relative dielectric constant of a film such as a silicon oxide film containing fluorine is increased.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされたフッ素を含む膜の研磨方法であ
り、基体上にフッ素を含む膜を形成する工程と、そのフ
ッ素を含む膜の表面に研磨スラリーを供給しながらその
表面を研磨する工程とを備えたフッ素を含む膜の研磨方
法において、上記研磨スラリーにおける研磨粒子を分散
させる分散媒にアンモニア溶液、有機アミン溶液、有機
脂肪酸溶液、および無機酸溶液のうちのいずれかを用い
ることを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a method for polishing a fluorine-containing film, which has been made to solve the above-mentioned problems, comprising the steps of: forming a fluorine-containing film on a substrate; A step of polishing the surface while supplying a polishing slurry to the surface of the surface, wherein an ammonia solution, an organic amine solution, and an organic fatty acid solution are dispersed in a dispersion medium for dispersing abrasive particles in the polishing slurry. , And an inorganic acid solution.

【0008】上記フッ素を含む膜の研磨方法では、研磨
スラリーの分散媒にアンモニア溶液、有機アミン溶液、
有機脂肪酸溶液、および無機酸溶液のうちのいずれかを
用いることから、例えばシリコン酸化膜等の膜中に含ま
れているフッ素、加水分解により生成したフッ化水素と
の中和反応(酸塩基反応)は抑制される。そのため、上
記絶縁膜中からフッ素が溶出することはない。またシリ
コンと酸素との結合が切れることもないので、シリコン
酸化膜の骨格の構造変化は起きない。したがって、研磨
中にフッ素を含む膜中からフッ素の脱離および膜構造の
劣化は抑制される。
In the above method for polishing a film containing fluorine, an ammonia solution, an organic amine solution,
Since one of the organic fatty acid solution and the inorganic acid solution is used, for example, a neutralization reaction with fluorine contained in a film such as a silicon oxide film and hydrogen fluoride generated by hydrolysis (acid-base reaction) ) Is suppressed. Therefore, fluorine does not elute from the insulating film. Further, since the bond between silicon and oxygen is not broken, there is no change in the structure of the skeleton of the silicon oxide film. Therefore, desorption of fluorine from the film containing fluorine and deterioration of the film structure during polishing are suppressed.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】本発明のフッ素を含む膜の研磨方
法に係わる第1実施形態を、図1の製造工程図によって
説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment relating to a method for polishing a fluorine-containing film of the present invention will be described with reference to the manufacturing process diagram of FIG.

【0010】図1の(1)に示すように、半導体基板1
1上には、層間絶縁膜12が形成され、さらに配線層1
3が形成されている。一例として、このような基体10
を用意した。上記半導体基板11は、例えばシリコン基
板からなり、上記層間絶縁膜12は、例えばシリコン酸
化膜、シリコン酸フッ化膜等の絶縁膜からなり、上記配
線層13は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金等
の導電体からなる。
As shown in FIG. 1A, a semiconductor substrate 1
1, an interlayer insulating film 12 is formed on the wiring layer 1.
3 are formed. As an example, such a substrate 10
Was prepared. The semiconductor substrate 11 is made of, for example, a silicon substrate, the interlayer insulating film 12 is made of an insulating film such as a silicon oxide film or a silicon oxyfluoride film, and the wiring layer 13 is made of a conductive material such as aluminum or an aluminum alloy. Consists of a body.

【0011】次いで図1の(2)に示すように、例えば
平行平板型プラズマCVD装置を用いて、上記基体10
上にフッ素を含む膜14として、例えばフッ素を含むシ
リコン酸化膜を形成する。このCVD条件としては、原
料ガスにテトラエトキシシラン(TEOS)〔Si(O
2 5 4 〕〔800sccm〕と、フッ素源となる
ヘキサフルオロエタン(C2 6 )〔800sccm〕
を用い、テトラエトキシシランの搬送ガスとしてヘリウ
ム(He)を用いた。上記sccmは標準状態における
体積流量(cm3 /分)を表し、以下、sccmと記
す。また、成膜雰囲気の圧力を1.4kPa、基板温度
を400℃、RFパワーを700Wに設定し、次の工程
でフッ素を含む膜14を研磨したときに配線層13上の
フッ素を含む膜14としてフッ素を含むシリコン酸化膜
を、例えば所定の膜厚となるように形成する。
Next, as shown in FIG. 1 (2), for example, using a parallel plate type plasma CVD apparatus,
As the film 14 containing fluorine, for example, a silicon oxide film containing fluorine is formed. The conditions for the CVD are as follows: tetraethoxysilane (TEOS) [Si (O
C 2 H 5 ) 4 ] [800 sccm] and hexafluoroethane (C 2 F 6 ) [800 sccm] as a fluorine source
And helium (He) as a carrier gas for tetraethoxysilane. The above sccm indicates a volume flow rate (cm 3 / min) in a standard state, and is hereinafter referred to as sccm. Also, when the pressure of the film formation atmosphere is set to 1.4 kPa, the substrate temperature is set to 400 ° C., and the RF power is set to 700 W, the fluorine-containing film 14 on the wiring layer 13 is polished when the fluorine-containing film 14 is polished in the next step. For example, a silicon oxide film containing fluorine is formed to have a predetermined thickness, for example.

【0012】その後図1の(3)に示すように、上記フ
ッ素を含む膜14に対してCMPを行い、その表面を平
坦化する。このCMPでは、研磨粒子に、例えばシリコ
ン酸化物の微粒子を用い、その研磨粒子を分散する分散
媒に、アンモニア溶液、有機アミン溶液、有機脂肪酸溶
液、または無機酸溶液のうち、例えばアンモニア水溶液
を用いる。このような条件で、フッ素を含む膜14から
なる低誘電率を有する層間絶縁膜15が形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 1C, CMP is performed on the fluorine-containing film 14 to flatten its surface. In this CMP, for example, fine particles of silicon oxide are used as abrasive particles, and an ammonia solution, an organic amine solution, an organic fatty acid solution, or an inorganic acid solution, for example, an aqueous ammonia solution is used as a dispersion medium for dispersing the abrasive particles. . Under such conditions, an interlayer insulating film 15 having a low dielectric constant and made of the film 14 containing fluorine is formed.

【0013】その後、上記CMPを行った後のフッ素を
含むシリコン酸化膜の比誘電率およびフッ素含有量を測
定した。その結果、CMP前後の比誘電率は、3.8で
変化はなく、フッ素の含有量も5atoms%と変わら
なかった。よって、研磨粒子にシリコン酸化物、分散媒
にアンモニア水溶液を用いることにより、研磨工程にお
けるフッ素の脱離および膜構造の劣化を抑制できること
が確認された。
Thereafter, the relative dielectric constant and the fluorine content of the silicon oxide film containing fluorine after the above-mentioned CMP were measured. As a result, the relative dielectric constant before and after the CMP was 3.8, which was not changed, and the content of fluorine was not changed to 5 atoms%. Therefore, it was confirmed that desorption of fluorine and deterioration of the film structure in the polishing step can be suppressed by using silicon oxide for the abrasive particles and an aqueous ammonia solution for the dispersion medium.

【0014】上記第1実施形態のフッ素を含む膜の研磨
方法では、研磨スラリーの分散媒にアンモニア水溶液を
用いることから、例えば低誘電率な層間絶縁膜15中に
含まれているフッ素、または加水分解により生成したフ
ッ化水素との中和反応(酸塩基反応)は抑制される。そ
のため、上記層間絶縁膜15中からフッ素が溶出するこ
とはない。またケイ素と酸素との結合が切れることもな
いので、シリコン酸化膜の骨格の構造変化は起きない。
したがって、研磨中にフッ素を含む層間絶縁膜15中か
らフッ素の脱離および膜構造の劣化は抑制される。
In the method of polishing a film containing fluorine according to the first embodiment, since an aqueous ammonia solution is used as a dispersion medium of the polishing slurry, for example, fluorine contained in the interlayer insulating film 15 having a low dielectric constant, Neutralization reaction (acid-base reaction) with hydrogen fluoride generated by decomposition is suppressed. Therefore, fluorine does not elute from the interlayer insulating film 15. Also, since the bond between silicon and oxygen is not broken, no change in the structure of the skeleton of the silicon oxide film occurs.
Therefore, elimination of fluorine from the interlayer insulating film 15 containing fluorine during polishing and deterioration of the film structure are suppressed.

【0015】次にフッ素を含む膜の研磨方法に係わる第
2実施形態を説明する。この第2実施形態では、前記第
1実施形態において、フッ素を含む膜を、電子サイクロ
トロン共鳴(ECR:Electron Cycrotron Resonance)
プラズマCVD装置を用いてフッ素を含むシリコン酸化
膜で形成し、CMPでは研磨粒子にセリウム酸化物を用
い、分散媒にアンモニア水溶液を用いる。
Next, a second embodiment relating to a method of polishing a film containing fluorine will be described. In the second embodiment, in the first embodiment, the film containing fluorine is replaced by electron cyclotron resonance (ECR).
A silicon oxide film containing fluorine is formed using a plasma CVD apparatus. In CMP, cerium oxide is used as abrasive particles, and an aqueous ammonia solution is used as a dispersion medium.

【0016】まず、ECRプラズマCVD装置を図2の
概略構成図によって説明する。図2に示すように、反応
室21の上部にはこの反応室21に連通するプラズマ発
生室22が設置されている。このプラズマ発生室22の
外周にはECR条件を満足させるための磁石23が設置
されている。また上記プラズマ発生室22の上部には、
このプラズマ発生室22内にマイクロ波を導入するため
のマイクロ波導波管24が設置されている。
First, the ECR plasma CVD apparatus will be described with reference to the schematic diagram of FIG. As shown in FIG. 2, a plasma generation chamber 22 communicating with the reaction chamber 21 is provided above the reaction chamber 21. A magnet 23 for satisfying the ECR condition is provided on the outer periphery of the plasma generation chamber 22. In addition, in the upper part of the plasma generation chamber 22,
A microwave waveguide 24 for introducing microwaves is provided in the plasma generation chamber 22.

【0017】また上記反応室21には、成膜ガス(原料
ガス)が導入されるガス導入管(図示省略)が設けられ
ているとともに、反応室21内を所定の圧力に保持する
ために反応室21内のガスが排出される排気管25が設
けられている。
The reaction chamber 21 is provided with a gas introduction pipe (not shown) through which a film forming gas (source gas) is introduced, and a reaction is performed to maintain the inside of the reaction chamber 21 at a predetermined pressure. An exhaust pipe 25 from which the gas in the chamber 21 is exhausted is provided.

【0018】さらに上記反応室21の内部には成膜され
る基体10を載置するための下部電極26が設置されて
いる。上記下部電極26の内部には、この下部電極26
を加温するためのヒーター27が設置されている。また
この下部電極26にはコンデンサ28を介して電源29
が接続されている。上記のようにECRプラズマCVD
装置20は構成されている。
Further, a lower electrode 26 for mounting the substrate 10 on which a film is to be formed is provided inside the reaction chamber 21. The lower electrode 26 is provided inside the lower electrode 26.
A heater 27 for heating the heater is provided. A power supply 29 is connected to the lower electrode 26 via a capacitor 28.
Is connected. ECR plasma CVD as described above
The device 20 is configured.

【0019】次に第2の実施形態を、前記図1に基づい
て説明する。この第2の実施形態では、前記第1の実施
形態において、フッ素を含む膜14をECRプラズマC
VD装置を用いて形成し、CMPでは研磨粒子にセリウ
ム酸化物を用い、分散媒にアンモニア水溶液を用いる。
その際、前記第1の実施形態と同様の構成部品には同一
符号を付与して説明する。。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. In the second embodiment, in the first embodiment, the fluorine-containing film 14 is replaced with the ECR plasma C.
It is formed using a VD apparatus. In CMP, cerium oxide is used as abrasive particles, and an aqueous ammonia solution is used as a dispersion medium.
At this time, the same components as those in the first embodiment will be described with the same reference numerals. .

【0020】図1の(1)に示すように、半導体基板1
1上に層間絶縁膜12が形成され、さらに配線層13が
形成されている。一例として、このような基体10を用
意した。上記半導体基板11は、例えばシリコン基板か
らなり、上記層間絶縁膜12は、例えばシリコン酸化
膜、シリコン酸フッ化膜等の絶縁膜からなり、上記配線
層13は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金等の
導電体からなる。
As shown in FIG. 1A, a semiconductor substrate 1
1, an interlayer insulating film 12 is formed, and a wiring layer 13 is further formed. As an example, such a substrate 10 was prepared. The semiconductor substrate 11 is made of, for example, a silicon substrate, the interlayer insulating film 12 is made of an insulating film such as a silicon oxide film or a silicon oxyfluoride film, and the wiring layer 13 is made of a conductive material such as aluminum or an aluminum alloy. Consists of a body.

【0021】次いで図1の(2)に示すように、例えば
上記図2によって説明したECRプラズマCVD装置を
用いて、フッ素を含む膜14として、例えばフッ素を含
むシリコン酸化膜を形成する。このCVD条件として
は、成膜ガス(原料ガス)に、テトラフルオロシラン
(SiF4 )〔80sccm〕、モノシラン(Si
4 )〔40sccm〕、酸素(O2 )〔100scc
m〕を用い、搬送ガスにアルゴン(Ar)〔50scc
m〕を用いた。また、成膜雰囲気の圧力を1Pa、基板
温度を200℃、マイクロ波パワーを2.0kW、RF
パワーを2.0kWに設定し、次の工程でフッ素を含む
膜14を研磨したときに配線層13上のフッ素を含む膜
14の膜厚が所定の膜厚となるように、このフッ素を含
む膜14を形成する。
Next, as shown in FIG. 1B, for example, a fluorine-containing silicon oxide film is formed as the fluorine-containing film 14 using, for example, the ECR plasma CVD apparatus described with reference to FIG. As the CVD conditions, tetrafluorosilane (SiF 4 ) [80 sccm], monosilane (Si
H 4 ) [40 sccm], oxygen (O 2 ) [100 scc]
m] and argon (Ar) [50 scc] as a carrier gas
m] was used. In addition, the pressure of the film formation atmosphere is 1 Pa, the substrate temperature is 200 ° C., the microwave power is 2.0 kW, the RF power is
The power is set to 2.0 kW, and the fluorine-containing film 14 on the wiring layer 13 is polished so as to have a predetermined film thickness when the film 14 is polished in the next step. The film 14 is formed.

【0022】その後図1の(3)に示すように、上記フ
ッ素を含む膜14に対してCMPを行い、その表面を平
坦化する。このCMPでは、研磨粒子に、例えばセリウ
ム酸化物の微粒子を用い、その研磨粒子を分散する分散
媒に、アンモニア溶液、有機アミン溶液、有機脂肪酸溶
液、または無機酸溶液のうち、例えばアンモニア水溶液
を用いる。このような条件で、フッ素を含むシリコン酸
化膜からなる低誘電率な層間絶縁膜15が形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 1C, the film 14 containing fluorine is subjected to CMP to flatten its surface. In this CMP, for example, fine particles of cerium oxide are used as abrasive particles, and an ammonia solution, an organic amine solution, an organic fatty acid solution, or an inorganic acid solution, for example, an aqueous ammonia solution is used as a dispersion medium for dispersing the abrasive particles. . Under such conditions, a low dielectric constant interlayer insulating film 15 made of a silicon oxide film containing fluorine is formed.

【0023】次いで上記CMP前後のフッ素を含むシリ
コン酸化膜の比誘電率およびフッ素含有量を測定した。
その結果、CMP前後の比誘電率は、3.5で変化はな
く、フッ素の含有量も9atoms%と変わらなかっ
た。よって、研磨粒子にシリコン酸化物、分散媒にアン
モニア水溶液を用いることにより、研磨工程におけるフ
ッ素の脱離および膜構造の劣化を抑制されることが確認
された。
Next, the relative dielectric constant and the fluorine content of the silicon oxide film containing fluorine before and after the CMP were measured.
As a result, the relative dielectric constant before and after CMP was 3.5 and remained unchanged, and the fluorine content was unchanged at 9 atoms%. Therefore, it was confirmed that the desorption of fluorine and the deterioration of the film structure in the polishing step were suppressed by using silicon oxide as the abrasive particles and an aqueous ammonia solution as the dispersion medium.

【0024】上記第2実施形態のフッ素を含む膜の研磨
方法では、研磨スラリーの分散媒にアンモニア水溶液を
用いることから、前記第1実施形態で説明したのと同様
に、層間絶縁膜15中に含まれているフッ素、または加
水分解により生成したフッ化水素との中和反応(酸塩基
反応)が抑制されるため、層間絶縁膜15中からフッ素
が溶出することはない。またケイ素と酸素との結合が切
れることもないので、シリコン酸化膜の骨格の構造変化
は起きない。したがって、研磨中にフッ素を含む層間絶
縁膜15中からフッ素の脱離およびその膜構造の劣化は
抑制される。
In the method for polishing a fluorine-containing film according to the second embodiment, an aqueous ammonia solution is used as a dispersion medium for the polishing slurry. Therefore, as described in the first embodiment, the interlayer insulating film 15 Since the neutralization reaction (acid-base reaction) with the contained fluorine or hydrogen fluoride generated by hydrolysis is suppressed, fluorine does not elute from the interlayer insulating film 15. Also, since the bond between silicon and oxygen is not broken, no change in the structure of the skeleton of the silicon oxide film occurs. Therefore, desorption of fluorine from the interlayer insulating film 15 containing fluorine during polishing and deterioration of the film structure are suppressed.

【0025】次に第3の実施形態を、前記図1に基づい
て説明する。この第3の実施形態では、前記第1の実施
形態において、フッ素を含む膜14を誘導結合プラズマ
(ICP:Inductive Coupled Plasma)CVD装置を用
いて形成し、CMPでは研磨粒子にアルミニウム酸化物
を用い、分散媒に酢酸水溶液を用いる。その際、前記第
1の実施形態と同様の構成部品には同一符号を付与して
説明する。。
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. In the third embodiment, in the first embodiment, the film 14 containing fluorine is formed using an inductively coupled plasma (ICP) CVD apparatus, and aluminum oxide is used for polishing particles in CMP. An acetic acid aqueous solution is used as a dispersion medium. At this time, the same components as those in the first embodiment will be described with the same reference numerals. .

【0026】図1の(1)に示すように、半導体基板1
1上に層間絶縁膜12が形成され、さらに配線層13が
形成されている。一例として、このような基体10を用
意した。上記半導体基板11は、例えばシリコン基板か
らなり、上記層間絶縁膜12は、例えばシリコン酸化
膜、フッ素シリコン酸化膜等の絶縁膜からなり、上記配
線層13は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金等
の導電体からなる。
As shown in FIG. 1A, the semiconductor substrate 1
1, an interlayer insulating film 12 is formed, and a wiring layer 13 is further formed. As an example, such a substrate 10 was prepared. The semiconductor substrate 11 is made of, for example, a silicon substrate, the interlayer insulating film 12 is made of an insulating film such as a silicon oxide film or a fluorine silicon oxide film, and the wiring layer 13 is made of a conductor such as aluminum or an aluminum alloy. Consists of

【0027】次いで図1の(2)に示すように、例えば
ICP−CVD装置を用いて、フッ素を含む膜14とし
て、例えばフッ素を含むシリコン酸窒化膜を形成する。
このCVD条件としては、成膜ガス(原料ガス)に、モ
ノシラン(SiH4 )〔80sccm〕、テトラフルオ
ロシラン(SiF4 )〔40sccm〕、一酸化二窒素
(N2 O)〔100sccm〕を用い、搬送ガスにアル
ゴン(Ar)〔100sccm〕を用いた。また、成膜
雰囲気の圧力を1Pa、基板温度を400℃、ICPパ
ワーを2.0kW、RFパワーを1.8kWに設定し、
次の工程でフッ素を含む膜14を研磨したときに配線層
13上のフッ素を含む膜14の膜厚が所定の膜厚となる
ように、このフッ素を含むシリコン酸窒化膜で形成す
る。
Next, as shown in FIG. 1B, for example, a silicon oxynitride film containing fluorine is formed as the film 14 containing fluorine by using, for example, an ICP-CVD apparatus.
As the CVD conditions, monosilane (SiH 4 ) [80 sccm], tetrafluorosilane (SiF 4 ) [40 sccm], and dinitrogen monoxide (N 2 O) [100 sccm] were used as a film forming gas (source gas). Argon (Ar) [100 sccm] was used as a carrier gas. Further, the pressure of the film formation atmosphere was set to 1 Pa, the substrate temperature was set to 400 ° C., the ICP power was set to 2.0 kW, and the RF power was set to 1.8 kW.
A silicon oxynitride film containing fluorine is formed such that the film containing fluorine on the wiring layer 13 has a predetermined thickness when the film containing fluorine 14 is polished in the next step.

【0028】その後図1の(3)に示すように、上記フ
ッ素を含む膜14に対してCMPを行い、その表面を平
坦化する。このCMPでは、研磨粒子に、例えばアルミ
ニウム酸化物の微粒子を用い、その研磨粒子を分散する
分散媒に、アンモニア溶液、有機アミン溶液、有機脂肪
酸溶液、または無機酸溶液のうち、例えば酢酸水溶液を
用いる。このような条件で、フッ素を含む膜14からな
る低誘電率な層間絶縁膜15が形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 1C, the film 14 containing fluorine is subjected to CMP to flatten its surface. In this CMP, for example, fine particles of aluminum oxide are used as abrasive particles, and an ammonia solution, an organic amine solution, an organic fatty acid solution, or an inorganic acid solution, for example, an acetic acid aqueous solution is used as a dispersion medium for dispersing the abrasive particles. . Under such conditions, a low dielectric constant interlayer insulating film 15 made of the film 14 containing fluorine is formed.

【0029】CMP前後のフッ素を含むシリコン酸窒化
膜の比誘電率およびフッ素含有量を測定した。その結
果、CMP前後の比誘電率は、5.0で変化はなく、フ
ッ素の含有量も4atom%と変わらず、研磨粒子にア
ルミニウム酸化物、分散媒に酢酸水溶液を用いることに
より、研磨工程におけるフッ素の脱離および膜構造の劣
化を抑制できることを確認した。
The relative dielectric constant and the fluorine content of the silicon oxynitride film containing fluorine before and after the CMP were measured. As a result, the relative dielectric constant before and after the CMP was unchanged at 5.0 and the fluorine content was not changed to 4 atom%. By using aluminum oxide for the abrasive particles and acetic acid aqueous solution for the dispersion medium, the polishing process was improved. It was confirmed that desorption of fluorine and deterioration of the film structure could be suppressed.

【0030】上記第3実施形態のフッ素を含む膜の研磨
方法では、研磨スラリーの分散媒に酢酸水溶液を用いる
ことから、層間絶縁膜15中に含まれているフッ素、ま
たは加水分解により生成したフッ化水素との中和反応
(酸塩基反応)が起こらないため、層間絶縁膜15中か
らフッ素が溶出することはない。またケイ素と酸素との
結合が切れることもないので、シリコン酸化膜の骨格の
構造変化は起きない。したがって、研磨中にフッ素を含
む層間絶縁膜15中からフッ素の脱離およびその膜構造
の劣化は抑制される。
In the method for polishing a fluorine-containing film according to the third embodiment, since an aqueous acetic acid solution is used as a dispersion medium of the polishing slurry, fluorine contained in the interlayer insulating film 15 or fluorine generated by hydrolysis is used. Since a neutralization reaction (acid-base reaction) with hydrogen chloride does not occur, fluorine does not elute from the interlayer insulating film 15. Also, since the bond between silicon and oxygen is not broken, no change in the structure of the skeleton of the silicon oxide film occurs. Therefore, desorption of fluorine from the interlayer insulating film 15 containing fluorine during polishing and deterioration of the film structure are suppressed.

【0031】上記各実施形態で用いる研磨砥粒には、上
記説明したシリコンの酸化物、セリウムの酸化物、アル
ミニウムの酸化物の他に金属の酸化物として、チタンの
酸化物、マンガンの酸化物、バナジウムの酸化物、モリ
ブデンの酸化物、タングステンの酸化物、銅の酸化物、
およびコバルトの酸化物を用いることができ、これらの
酸化物を複数組み合わせて用いることも可能である。
In the abrasive grains used in each of the above embodiments, in addition to the above-described silicon oxide, cerium oxide, and aluminum oxide, metal oxides such as titanium oxide and manganese oxide , Vanadium oxide, molybdenum oxide, tungsten oxide, copper oxide,
And cobalt oxides, and a plurality of these oxides can be used in combination.

【0032】また上記各実施形態で用いる分散媒には、
上記説明したようにアンモニア水溶液、酢酸水溶液の他
に、有機アミン溶液として例えば有機アミン水溶液、有
機脂肪酸溶液として例えば有機脂肪酸水溶液、無機酸溶
液として例えば無機酸水溶液等を用いることができる。
上記有機アミンとしては、例えば、メチルアミン(CH
3 NH2 )、エチルアミン(C2 5 NH2 )、イソプ
ロピルアミン〔(CH 3 2 CHNH2 〕、ジメチルア
ミン〔(CH3 2 NH〕、ジエチルアミン〔(C2
5 2 NH〕、ジイソプロピルアミン[〔(CH3 2
CH〕2 NH]、トリメチルアミン〔(CH3
3 N〕、トリエチルアミン〔(C2 5 3 N〕、トリ
イソプロピルアミン[〔(CH3 2 CH〕3 N]、ア
ニリン(C6 5 NH2 )等がある。また上記有機脂肪
酸としては、例えば、ギ酸(HCOOH)、酢酸(CH
3 COOH)、プロピオン酸(C2 5 COOH)、酪
酸(C45 2 )、コハク酸(HOOC(CH2 2
COOH)等がある。さらに上記無機酸としては、硝酸
(NH3 )、硫酸(H2 SO4 )等を用いることが可能
である。なお、アニリンのように水に難溶なものに関し
ては塩基性を示すような有機溶媒に溶かすことが望まし
い。その有機溶媒として、例えば、トリエチルアミン、
キシレン、トルエン等を用いることが可能である。
The dispersion medium used in each of the above embodiments includes:
As described above, other than the aqueous ammonia solution and the aqueous acetic acid solution
In addition, as an organic amine solution, for example, an organic amine aqueous solution,
For example, organic fatty acid aqueous solution, inorganic acid solution
As the liquid, for example, an aqueous solution of an inorganic acid can be used.
Examples of the organic amine include, for example, methylamine (CH
ThreeNHTwo), Ethylamine (CTwoHFiveNHTwo), Isop
Ropylamine [(CH Three)TwoCHNHTwo], Dimethyla
Min [(CHThree)TwoNH], diethylamine [(CTwoH
Five)TwoNH], diisopropylamine [[(CHThree)Two
CH]TwoNH], trimethylamine [(CHThree)
ThreeN], triethylamine [(CTwoHFive)ThreeN], bird
Isopropylamine [[(CHThree)TwoCH]ThreeN]
Nirin (C6H FiveNHTwo). Also the above organic fat
Examples of the acid include formic acid (HCOOH), acetic acid (CH
ThreeCOOH), propionic acid (CTwoHFiveCOOH), dairy
Acid (CFourHFiveOTwo), Succinic acid (HOOC (CHTwo)Two
COOH). Further, as the inorganic acid, nitric acid
(NHThree), Sulfuric acid (HTwoSOFour) Etc. can be used
It is. It should be noted that water-insoluble substances such as aniline
It is desirable to dissolve in basic organic solvent
No. As the organic solvent, for example, triethylamine,
Xylene, toluene and the like can be used.

【0033】また、有機、無機塩基の添加量は、スラリ
ーのpHが7より大きく14以下で効果があり、好適に
はpHが8〜11であることが望ましい。また有機、無
機酸の添加量は、スラリーのpHが1以上7より小さい
ときに効果があり、好適にはpHが3〜6であることが
望ましい。
The addition amount of the organic or inorganic base is effective when the pH of the slurry is greater than 7 and 14 or less, and preferably the pH is 8 to 11. The amount of the organic or inorganic acid added is effective when the pH of the slurry is 1 or more and less than 7, and preferably the pH is 3 to 6.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
フッ素の溶出やシリコン酸化膜の骨格構造の変化を起こ
すことなく、フッ素を含む膜の研磨が簡便な方法により
可能になるので、誘電率の上昇を抑えるとともに、良好
なる平坦性が実現できる。その結果、フッ素を含む膜か
らなる低誘電率膜で層間絶縁膜を安定的に形成すること
が可能になる。よって、層間絶縁膜の誘電率の低下に起
因する層間容量の増大を抑え、半導体装置の遅延時間の
低減および消費電力の低減を図ることが可能になる。
As described above, according to the present invention,
Polishing of a film containing fluorine can be performed by a simple method without causing elution of fluorine or a change in the skeletal structure of the silicon oxide film, so that an increase in the dielectric constant can be suppressed and good flatness can be realized. As a result, it is possible to stably form the interlayer insulating film with a low dielectric constant film made of a film containing fluorine. Therefore, an increase in interlayer capacitance due to a decrease in the dielectric constant of the interlayer insulating film can be suppressed, and a delay time and power consumption of the semiconductor device can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の各実施形態を説明する製造工程図であ
る。
FIG. 1 is a manufacturing process diagram illustrating each embodiment of the present invention.

【図2】ECR−CVD装置の概略構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an ECR-CVD apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…基体、14…フッ素を含む膜 10: substrate, 14: film containing fluorine

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基体上にフッ素を含む膜を形成する工程
と、前記フッ素を含む膜表面に研磨スラリーを供給しな
がら前記フッ素を含む膜表面を研磨する工程とを備えた
フッ素を含む膜の研磨方法において、 前記研磨スラリーにおける研磨粒子を分散させる分散媒
に、アンモニア溶液、有機アミン溶液、有機脂肪酸溶液
および無機酸溶液のうちのいずれかを用いることを特徴
とするフッ素を含む膜の研磨方法。
1. A fluorine-containing film comprising: a step of forming a film containing fluorine on a substrate; and a step of polishing the surface of the film containing fluorine while supplying a polishing slurry to the surface of the film containing fluorine. In the polishing method, a method of polishing a fluorine-containing film, characterized in that any one of an ammonia solution, an organic amine solution, an organic fatty acid solution and an inorganic acid solution is used as a dispersion medium for dispersing abrasive particles in the polishing slurry. .
【請求項2】 請求項1記載のフッ素を含む膜の研磨方
法において、 前記研磨砥粒は、シリコンの酸化物および金属の酸化物
のうちの少なくとも1種を用いることを特徴とするフッ
素を含む膜の研磨方法。
2. The method for polishing a fluorine-containing film according to claim 1, wherein said polishing abrasive grains use at least one of silicon oxide and metal oxide. Polishing method of the film.
【請求項3】 請求項1記載のフッ素を含む膜の研磨方
法において、 前記フッ素を含む膜は、フッ素を含むシリコン酸化膜ま
たはフッ素を含むシリコン酸窒化膜からなることを特徴
とするフッ素を含む膜の研磨方法。
3. The method for polishing a film containing fluorine according to claim 1, wherein the film containing fluorine is made of a silicon oxide film containing fluorine or a silicon oxynitride film containing fluorine. Polishing method of the film.
【請求項4】 請求項2記載のフッ素を含む膜の研磨方
法において、 前記フッ素を含む膜は、フッ素を含むシリコン酸化膜ま
たはフッ素を含むシリコン酸窒化膜からなることを特徴
とするフッ素を含む膜の研磨方法。
4. The method for polishing a film containing fluorine according to claim 2, wherein the film containing fluorine is made of a silicon oxide film containing fluorine or a silicon oxynitride film containing fluorine. Polishing method of the film.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6478834B2 (en) 2000-11-24 2002-11-12 Nec Corp. Slurry for chemical mechanical polishing
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