JPH11345792A - 半導体装置および半導体基板の研磨方法 - Google Patents
半導体装置および半導体基板の研磨方法Info
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- JPH11345792A JPH11345792A JP15416398A JP15416398A JPH11345792A JP H11345792 A JPH11345792 A JP H11345792A JP 15416398 A JP15416398 A JP 15416398A JP 15416398 A JP15416398 A JP 15416398A JP H11345792 A JPH11345792 A JP H11345792A
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- polishing
- oxidizing agent
- semiconductor substrate
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- polishing liquid
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Abstract
(57)【要約】
【課題】半導体素子の高集積化に伴い、薄膜を形成した
ウエハ表面の平坦化が不可欠となり、化学機械研磨法が
用いられている。化学機械研磨法を銅、タングステン、
アルミ等メタルに用いて配線を形成した場合、形状が異
常となったり配線が消失するという問題点があった。 【解決手段】酸化剤を含む研磨液を用いる工程の後に酸
化剤を含まない研磨液を用いる工程を行うことで上記課
題が解決できる。
ウエハ表面の平坦化が不可欠となり、化学機械研磨法が
用いられている。化学機械研磨法を銅、タングステン、
アルミ等メタルに用いて配線を形成した場合、形状が異
常となったり配線が消失するという問題点があった。 【解決手段】酸化剤を含む研磨液を用いる工程の後に酸
化剤を含まない研磨液を用いる工程を行うことで上記課
題が解決できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，薄膜を形成した半
導体ウエハを化学機械研磨法により研磨する技術に関す
るものである。
導体ウエハを化学機械研磨法により研磨する技術に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子の高集積化に伴い、配線の多
層化やメモリＬＳＩにおけるキャパシタセルの立体化に
よるデバイス構造の３次元化が進みつつある。積層によ
る３次元化は結果として段差を生じるため、配線パター
ン切れやリソグラフィ工程における焦点深度マージン不
足の原因となる。これを防止するため、平坦化技術が不
可欠であるが、ミリメートルオーダの領域内を平坦化す
るためには化学機械研磨法（Chemical Mechanical Poli
shing、略してＣＭＰ）を用いる必要がある。この手法
については例えば特開平8-216023号公報等に記載があ
る。
層化やメモリＬＳＩにおけるキャパシタセルの立体化に
よるデバイス構造の３次元化が進みつつある。積層によ
る３次元化は結果として段差を生じるため、配線パター
ン切れやリソグラフィ工程における焦点深度マージン不
足の原因となる。これを防止するため、平坦化技術が不
可欠であるが、ミリメートルオーダの領域内を平坦化す
るためには化学機械研磨法（Chemical Mechanical Poli
shing、略してＣＭＰ）を用いる必要がある。この手法
については例えば特開平8-216023号公報等に記載があ
る。
【０００３】化学機械研磨法の対象薄膜としては、酸化
膜、メタル膜がある。メタル膜に化学機械研磨法を用い
るのは、コンタクトホールの埋め込みを行う場合で、
メタル成膜後研磨することでコンタクトホール内のみメ
タルが残るようにする。酸化膜上に配線パターンをド
ライエッチングにより形成した後配線層を形成する場合
で、メタル成膜後研磨することで配線パターンのみメタ
ルが残るようにする。いずれの場合も、研磨開始時はメ
タルのみを研磨しているが研磨終点では絶縁膜（通常シ
リコン酸化膜）が現れるため酸化膜とメタルを同時に研
磨していることになる。理想的には酸化膜が現れた瞬間
に研磨を終了し、酸化膜を研磨しないようにすることが
できれば良いが、実際には面内均一性が不十分であるこ
と等によりオーバー研磨が必要で、酸化膜とメタルを同
時に研磨することが不可避である。
膜、メタル膜がある。メタル膜に化学機械研磨法を用い
るのは、コンタクトホールの埋め込みを行う場合で、
メタル成膜後研磨することでコンタクトホール内のみメ
タルが残るようにする。酸化膜上に配線パターンをド
ライエッチングにより形成した後配線層を形成する場合
で、メタル成膜後研磨することで配線パターンのみメタ
ルが残るようにする。いずれの場合も、研磨開始時はメ
タルのみを研磨しているが研磨終点では絶縁膜（通常シ
リコン酸化膜）が現れるため酸化膜とメタルを同時に研
磨していることになる。理想的には酸化膜が現れた瞬間
に研磨を終了し、酸化膜を研磨しないようにすることが
できれば良いが、実際には面内均一性が不十分であるこ
と等によりオーバー研磨が必要で、酸化膜とメタルを同
時に研磨することが不可避である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来技術では、上記い
ずれの場合にも以下に示す問題点があった。酸化膜とメ
タルを同時に研磨する際、（１）酸化膜部分に比べメタ
ル部分の研磨レートが大きいため配線の上面が削れ上に
凹の形状となる。（２）研磨中にメタル配線の特定部分
が急激に腐食し液中に溶出してしまう。（（１）は上記
の場合に生じ、（２）は上記，いずれの場合にも
生じる。）前者は配線抵抗増大の原因となり、後者は配
線抵抗増大や配線・コンタクトホール消失の原因とな
り、いずれも半導体装置の製造歩留まりを著しく低下さ
せるものである。
ずれの場合にも以下に示す問題点があった。酸化膜とメ
タルを同時に研磨する際、（１）酸化膜部分に比べメタ
ル部分の研磨レートが大きいため配線の上面が削れ上に
凹の形状となる。（２）研磨中にメタル配線の特定部分
が急激に腐食し液中に溶出してしまう。（（１）は上記
の場合に生じ、（２）は上記，いずれの場合にも
生じる。）前者は配線抵抗増大の原因となり、後者は配
線抵抗増大や配線・コンタクトホール消失の原因とな
り、いずれも半導体装置の製造歩留まりを著しく低下さ
せるものである。
【０００５】本発明の目的は，上記従来技術の問題点を
解決するものであり、配線形状の異常や配線・コンタク
トホール中のメタルの消失を防止する化学機械研磨方法
を提供することにある。
解決するものであり、配線形状の異常や配線・コンタク
トホール中のメタルの消失を防止する化学機械研磨方法
を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記従来技術の問題点
は、酸化剤を含む研磨液を用いる工程の後に酸化剤を含
まない研磨液を用いる工程を行うことにより解決でき
る。あるいは酸化剤を含む研磨液を用いる工程の後に還
元剤を含む研磨液を用いる工程を行うことにより解決で
きる。上記についてはいずれもスラリ（砥粒）を併用し
ても良い。本発明を適用した結果、配線形状はその上面
が平面か上に凸の曲面になるとともに腐食が発生せず、
配線形状の異常や配線・コンタクトホールの消失を防止
することができる。
は、酸化剤を含む研磨液を用いる工程の後に酸化剤を含
まない研磨液を用いる工程を行うことにより解決でき
る。あるいは酸化剤を含む研磨液を用いる工程の後に還
元剤を含む研磨液を用いる工程を行うことにより解決で
きる。上記についてはいずれもスラリ（砥粒）を併用し
ても良い。本発明を適用した結果、配線形状はその上面
が平面か上に凸の曲面になるとともに腐食が発生せず、
配線形状の異常や配線・コンタクトホールの消失を防止
することができる。
【０００７】図１に従来技術および本発明で形成した配
線パターンの断面形状を示す。
線パターンの断面形状を示す。
【０００８】酸化剤を常に用いる従来技術では、メタル
と酸化膜を同時に研磨する際、酸化膜に比べメタルの研
磨レートが大きいため上に凹の形状となるが、本発明で
は平面ないしは図１に示すように上に凸の形状となる。
そのため配線部分の断面積が十分に確保できるため抵抗
の増大は見られない。本発明によれば、配線幅をa、凸
部の高さをbとした時、0≦b/a＜0.2の範囲となる形状が
形成される。また、本発明の有効なメタルとしては、
銅、タングステン、チタン、アルミニウム、白金、イリ
ジウム、ルテニウム、窒化チタン、窒化タングステン、
酸化ルテニウムの内少なくとも一つ以上を用いたものが
あげられる。
と酸化膜を同時に研磨する際、酸化膜に比べメタルの研
磨レートが大きいため上に凹の形状となるが、本発明で
は平面ないしは図１に示すように上に凸の形状となる。
そのため配線部分の断面積が十分に確保できるため抵抗
の増大は見られない。本発明によれば、配線幅をa、凸
部の高さをbとした時、0≦b/a＜0.2の範囲となる形状が
形成される。また、本発明の有効なメタルとしては、
銅、タングステン、チタン、アルミニウム、白金、イリ
ジウム、ルテニウム、窒化チタン、窒化タングステン、
酸化ルテニウムの内少なくとも一つ以上を用いたものが
あげられる。
【０００９】本発明で腐食が生じないのは以下の理由に
よるものと推察される。図２に示すように、メタル研磨
時配線は研磨液のある側でつながっているためメタル表
面に電位差はないが、メタルと酸化膜が同時に研磨され
る段階になると研磨液に対して各配線が孤立して存在す
ることになる。
よるものと推察される。図２に示すように、メタル研磨
時配線は研磨液のある側でつながっているためメタル表
面に電位差はないが、メタルと酸化膜が同時に研磨され
る段階になると研磨液に対して各配線が孤立して存在す
ることになる。
【００１０】各配線が下層で導通している場合には、研
磨液に接する配線間に電位差の生ずる場合がありうる。
このとき下層でつながっている部分をとおして電流が流
れ、電池効果と呼ばれる現象で配線の腐食が急激に進行
すると考えられる。本発明では各配線が孤立する前に腐
食の原因となる酸化剤を研磨液中より除くことで腐食が
防止できる。また、さらには還元剤を加えることにより
腐食を積極的に防止することができる。
磨液に接する配線間に電位差の生ずる場合がありうる。
このとき下層でつながっている部分をとおして電流が流
れ、電池効果と呼ばれる現象で配線の腐食が急激に進行
すると考えられる。本発明では各配線が孤立する前に腐
食の原因となる酸化剤を研磨液中より除くことで腐食が
防止できる。また、さらには還元剤を加えることにより
腐食を積極的に防止することができる。
【００１１】本発明は従来用いられている装置あるいは
それの簡単な改良により実現できる。すなわち、図３に
示すようにスラリ供給系１５と酸化剤供給系１４が独立
しておりそれらの混合を制御できるものであれば本発明
を実現するのは容易である。
それの簡単な改良により実現できる。すなわち、図３に
示すようにスラリ供給系１５と酸化剤供給系１４が独立
しておりそれらの混合を制御できるものであれば本発明
を実現するのは容易である。
【００１２】すなわち、まずスラリ供給系１５と酸化剤
供給系１４を共に開として酸化剤を含む研磨液を供給
し、その後１４を閉として酸化剤を含まない研磨液を供
給する。あるいは、まずスラリ供給系１５と酸化剤供給
系１４を共に開として酸化剤を含む研磨液を供給し、そ
の後１４を閉とし還元剤供給系１３を開として還元剤を
含む研磨液を供給する。スラリ供給系１５にスラリなし
の薬液あるいは純水を準備すればスラリなしでの本発明
が実施できる本発明を実現するにあたって、酸化剤を含
む研磨液を用いての研磨時間をどのように定めるかが重
要である。その方法として研磨レートより終了時間を
決める。研磨終点モニターにより終了時間を決める。
研磨終点モニターにより当該ウエハの前少なくとも１
枚の半導体基板の研磨処理をモニターしそれらのデータ
より終了時間を決める。というものである。ここでいう
研磨終点モニターは特に限定されたものではないが、研
磨抵抗感知タイプのものが一般に知られている。もちろ
ん、光学的に終点を検出するものでも良い。，，
いずれにおいても、各配線が孤立する前に酸化剤を含む
研磨液を用いての研磨が終了するようにする。具体的時
間は装置や研磨対象によって異なるが、はあらかじめ
計算することにより、は研磨終点モニターの出力よ
り、はデータより求めることができる。
供給系１４を共に開として酸化剤を含む研磨液を供給
し、その後１４を閉として酸化剤を含まない研磨液を供
給する。あるいは、まずスラリ供給系１５と酸化剤供給
系１４を共に開として酸化剤を含む研磨液を供給し、そ
の後１４を閉とし還元剤供給系１３を開として還元剤を
含む研磨液を供給する。スラリ供給系１５にスラリなし
の薬液あるいは純水を準備すればスラリなしでの本発明
が実施できる本発明を実現するにあたって、酸化剤を含
む研磨液を用いての研磨時間をどのように定めるかが重
要である。その方法として研磨レートより終了時間を
決める。研磨終点モニターにより終了時間を決める。
研磨終点モニターにより当該ウエハの前少なくとも１
枚の半導体基板の研磨処理をモニターしそれらのデータ
より終了時間を決める。というものである。ここでいう
研磨終点モニターは特に限定されたものではないが、研
磨抵抗感知タイプのものが一般に知られている。もちろ
ん、光学的に終点を検出するものでも良い。，，
いずれにおいても、各配線が孤立する前に酸化剤を含む
研磨液を用いての研磨が終了するようにする。具体的時
間は装置や研磨対象によって異なるが、はあらかじめ
計算することにより、は研磨終点モニターの出力よ
り、はデータより求めることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施例を図を用いて
説明する。図４に本発明に係わるプロセスフローを示
す。
説明する。図４に本発明に係わるプロセスフローを示
す。
【００１４】基板上に酸化膜３を形成した後、リソフラ
フィおよびドライエッチングによりコンタクトホール１
６を形成する。コンタクトホール埋め込みメタルとして
タングステンを用い、成膜後ＣＭＰにより研磨する。コ
ントクトホール内のみタングステンが残る程度に研磨し
た後、酸化膜３を成膜し、リソグラフィおよびドライエ
ッチングにより配線パターンの溝を形成する。配線材料
として銅を用い、成膜後ＣＭＰにより研磨する。配線パ
ターン内のみ銅が残る程度に研磨する。本発明は、タン
グステンのＣＭＰおよび銅のＣＭＰいずれを行う際にも
適用される。また、タングステン、銅以外のメタルにつ
いても同様の効果が期待できる。
フィおよびドライエッチングによりコンタクトホール１
６を形成する。コンタクトホール埋め込みメタルとして
タングステンを用い、成膜後ＣＭＰにより研磨する。コ
ントクトホール内のみタングステンが残る程度に研磨し
た後、酸化膜３を成膜し、リソグラフィおよびドライエ
ッチングにより配線パターンの溝を形成する。配線材料
として銅を用い、成膜後ＣＭＰにより研磨する。配線パ
ターン内のみ銅が残る程度に研磨する。本発明は、タン
グステンのＣＭＰおよび銅のＣＭＰいずれを行う際にも
適用される。また、タングステン、銅以外のメタルにつ
いても同様の効果が期待できる。
【００１５】本発明の効果を検証する装置としては図３
に示すものを用いた。定盤５を回転させ研磨液１０を供
給しながら、ウエハ８をキャリア９に取り付け、パッド
６上を回転させることでウエハ表面を研磨できるもので
ある。
に示すものを用いた。定盤５を回転させ研磨液１０を供
給しながら、ウエハ８をキャリア９に取り付け、パッド
６上を回転させることでウエハ表面を研磨できるもので
ある。
【００１６】（実施例１）タングステンによるコンタク
トホール埋め込み工程での実施例を示す。図４に示した
プロセスフローの内、タングステン(埋め込みメタル)１
７を成膜した後、化学機械研磨法により研磨する工程で
ある。研磨スラリは酸化シリコン(SiO2)製、酸化剤は過酸化
水素(H2O2)を用いた。従来技術(比較例)はSiO2スラリ+H
2O2の混合液を用いて研磨するが、本発明はある時間SiO
2スラリ+H2O2の混合液を用いて研磨（前段）した後、Si
O2スラリのみあるいはSiO2スラリ+還元剤(ヒドラキノン
OHC6H4OH)を用いて研磨(後段)する。（ここで用いてい
る還元剤は一例であり限定されるものではない。）
トホール埋め込み工程での実施例を示す。図４に示した
プロセスフローの内、タングステン(埋め込みメタル)１
７を成膜した後、化学機械研磨法により研磨する工程で
ある。研磨スラリは酸化シリコン(SiO2)製、酸化剤は過酸化
水素(H2O2)を用いた。従来技術(比較例)はSiO2スラリ+H
2O2の混合液を用いて研磨するが、本発明はある時間SiO
2スラリ+H2O2の混合液を用いて研磨（前段）した後、Si
O2スラリのみあるいはSiO2スラリ+還元剤(ヒドラキノン
OHC6H4OH)を用いて研磨(後段)する。（ここで用いてい
る還元剤は一例であり限定されるものではない。）
【００１７】
【表１】
【００１８】表１に示したNo.1〜10は研磨レートより終
了時間を決定する場合を示す。実験に用いた系では、研
磨レートの値より研磨は120秒で終了すれば良いと計算
できたが、オーバ研磨５％を加え、従来技術での研磨時
間は126秒とした。本発明の前段の研磨時間を100，11
0，120秒として実験を行った。後段の研磨は、研磨と残
膜量観察を繰り返しながらタングステンの残膜が完全に
除去されるまで行った。所要時間(後段研磨の時間)を表
１に示す。
了時間を決定する場合を示す。実験に用いた系では、研
磨レートの値より研磨は120秒で終了すれば良いと計算
できたが、オーバ研磨５％を加え、従来技術での研磨時
間は126秒とした。本発明の前段の研磨時間を100，11
0，120秒として実験を行った。後段の研磨は、研磨と残
膜量観察を繰り返しながらタングステンの残膜が完全に
除去されるまで行った。所要時間(後段研磨の時間)を表
１に示す。
【００１９】タングステンの腐食評価はコンタクトホー
ル埋め込み層の形状を走査型電子顕微鏡で観察すること
で行った。腐食により穴があく等形状が不良であるもの
を腐食ありと判断した。得られた結果を表１に示す。従
来技術では腐食が見られたが、前段研磨100秒と110秒で
腐食は観察されなかった。従って、後段の研磨時間を11
0秒程度に設定することで本発明が実現できることがわ
かった。
ル埋め込み層の形状を走査型電子顕微鏡で観察すること
で行った。腐食により穴があく等形状が不良であるもの
を腐食ありと判断した。得られた結果を表１に示す。従
来技術では腐食が見られたが、前段研磨100秒と110秒で
腐食は観察されなかった。従って、後段の研磨時間を11
0秒程度に設定することで本発明が実現できることがわ
かった。
【００２０】しかし、前段研磨時間が必要以上に短いと
後段研磨時間が急激に長くなり、スループットを低下さ
せるという問題のあることがわかった。これを防ぐため
には腐食の発生しない範囲でできるだけ前段の研磨時間
を長くする必要があるが、研磨レートから終了時間を決
定する手法で最適化することは困難である。
後段研磨時間が急激に長くなり、スループットを低下さ
せるという問題のあることがわかった。これを防ぐため
には腐食の発生しない範囲でできるだけ前段の研磨時間
を長くする必要があるが、研磨レートから終了時間を決
定する手法で最適化することは困難である。
【００２１】
【表２】
【００２２】
【表３】
【００２３】そこで、表２、３に示したNo.11〜20では
研磨抵抗を感知するタイプの研磨終点モニターを用い
た。Luxtron社のモデル２３５０を用いた。本モニター
により得られるデータの一例を図５に示す。
研磨抵抗を感知するタイプの研磨終点モニターを用い
た。Luxtron社のモデル２３５０を用いた。本モニター
により得られるデータの一例を図５に示す。
【００２４】タングステンのみを研磨している時と酸化
膜、タングステンを研磨している時で研磨抵抗が異なる
ため、研磨時間と共に信号が変化する。研磨は面内で均
一に起きているわけではないので、図５のA点でウエハ
の一部で酸化膜が現れはじめ、C点でウエハ全面で酸化
膜が出現すると考えることができる。本実施例ではA点
が観測された１秒後をB点とする。表２にＢ点が観測さ
れた時点で前段の研磨を終了し後段の研磨に移った場合
の結果を示す。３回検討しいずれにおいても腐食は観察
されなかった。また、本モニターを用いれば後段の研磨
時間は図５のC点に達する時間から把握することができ
るため、研磨終点の把握が極めて容易になる。研磨終点
モニターを用いることで、No.1〜10に比べ本発明がより
精度良く実現できることがわかった。
膜、タングステンを研磨している時で研磨抵抗が異なる
ため、研磨時間と共に信号が変化する。研磨は面内で均
一に起きているわけではないので、図５のA点でウエハ
の一部で酸化膜が現れはじめ、C点でウエハ全面で酸化
膜が出現すると考えることができる。本実施例ではA点
が観測された１秒後をB点とする。表２にＢ点が観測さ
れた時点で前段の研磨を終了し後段の研磨に移った場合
の結果を示す。３回検討しいずれにおいても腐食は観察
されなかった。また、本モニターを用いれば後段の研磨
時間は図５のC点に達する時間から把握することができ
るため、研磨終点の把握が極めて容易になる。研磨終点
モニターを用いることで、No.1〜10に比べ本発明がより
精度良く実現できることがわかった。
【００２５】表３に示したNo.14〜20では前段の研磨時
間を当該ウエハの前に処理したウエハでの研磨時間より
算出する方法の一例を示す。No.14より20まで連続処理
を行った。まず、最初のウエハNo.14は前に処理したウ
エハがないため110秒処理とした。それ以降のウエハの
処理時間は以下に示す方法により決定した。
間を当該ウエハの前に処理したウエハでの研磨時間より
算出する方法の一例を示す。No.14より20まで連続処理
を行った。まず、最初のウエハNo.14は前に処理したウ
エハがないため110秒処理とした。それ以降のウエハの
処理時間は以下に示す方法により決定した。
【００２６】前段研磨時間：以下に示す方法で当該ウエ
ハ以前に処理したロット内全ウエハの換算研磨時間を計
算し、それらの平均値を求めさらにm％とした値。
ハ以前に処理したロット内全ウエハの換算研磨時間を計
算し、それらの平均値を求めさらにm％とした値。
【００２７】換算研磨時間＝前段研磨時間＋後段研磨時
間／n 後段研磨時間：前段研磨終了時から研磨終点モニターで
C点に達した時点までに要した時間。
間／n 後段研磨時間：前段研磨終了時から研磨終点モニターで
C点に達した時点までに要した時間。
【００２８】本実施例ではn=3.0，m=90としたが、研磨
装置、被研磨材料等によりこの値は変化するため、本実
施例に示した値に限定されるものではない。
装置、被研磨材料等によりこの値は変化するため、本実
施例に示した値に限定されるものではない。
【００２９】以下計算例を示す。No.15はNo.14の前段研
磨時間110秒と後段研磨時間52秒の1/3を加えた127秒の
９０％である118秒を前段研磨時間とした。No.16はNo.1
4での127秒とNo.15での118＋43/3=132秒の平均の９０％
である117秒を前段研磨時間とした。No.17以降も同様で
ある。No.14〜20ではいずれも腐食は観察されなかっ
た。本手法を用いても本発明が精度良く実現できること
がわかった。
磨時間110秒と後段研磨時間52秒の1/3を加えた127秒の
９０％である118秒を前段研磨時間とした。No.16はNo.1
4での127秒とNo.15での118＋43/3=132秒の平均の９０％
である117秒を前段研磨時間とした。No.17以降も同様で
ある。No.14〜20ではいずれも腐食は観察されなかっ
た。本手法を用いても本発明が精度良く実現できること
がわかった。
【００３０】（実施例２）
【００３１】
【表４】
【００３２】
【表５】
【００３３】
【表６】
【００３４】銅による配線形成工程での実施例を示す。
図４に示したプロセスフローの内、銅(配線層メタル)２
を成膜した後、化学機械研磨法により研磨する工程であ
る。実施例１と全く同様な検討を行った。得られた結果
を表４〜６に示す。
図４に示したプロセスフローの内、銅(配線層メタル)２
を成膜した後、化学機械研磨法により研磨する工程であ
る。実施例１と全く同様な検討を行った。得られた結果
を表４〜６に示す。
【００３５】研磨スラリは酸化アルミニウム(Al2O3)製、酸化
剤は過酸化水素(H2O2)を用いた。また、研磨後の腐食を
防止するため、銅の防食剤として知られたベンゾトリア
ゾールC6H4N3H(以下BTAと略す）を微量添加した。従来
技術(比較例)はAl2O3スラリ+BTA+H2O2の混合液を用いて
研磨するが、本発明はある時間Al2O3スラリ+BTA+H2O2の
混合液を用いて研磨（前段）した後、Al2O3スラリ＋BTA
あるいはAl2O3スラリ+還元剤(ジメチルアミンボラン(CH
3)2NH・BH3)を用いて研磨(後段)する。（ここで用いてい
る還元剤は一例であり限定されるものではない。）No.2
1〜30は研磨レートより終了時間を決定する場合を示
す。実験に用いた系では、研磨レートの値より研磨は15
0秒で終了すれば良いと計算できたが、オーバ研磨５％
を加え、従来技術での研磨時間は158秒とした。本発明
の前段の研磨時間を130,140,150秒として実験を行っ
た。後段の研磨は、研磨と残膜量観察を繰り返しながら
銅の残膜が完全に除去されるまで行った。所要時間(後
段研磨の時間)を表４に示す。
剤は過酸化水素(H2O2)を用いた。また、研磨後の腐食を
防止するため、銅の防食剤として知られたベンゾトリア
ゾールC6H4N3H(以下BTAと略す）を微量添加した。従来
技術(比較例)はAl2O3スラリ+BTA+H2O2の混合液を用いて
研磨するが、本発明はある時間Al2O3スラリ+BTA+H2O2の
混合液を用いて研磨（前段）した後、Al2O3スラリ＋BTA
あるいはAl2O3スラリ+還元剤(ジメチルアミンボラン(CH
3)2NH・BH3)を用いて研磨(後段)する。（ここで用いてい
る還元剤は一例であり限定されるものではない。）No.2
1〜30は研磨レートより終了時間を決定する場合を示
す。実験に用いた系では、研磨レートの値より研磨は15
0秒で終了すれば良いと計算できたが、オーバ研磨５％
を加え、従来技術での研磨時間は158秒とした。本発明
の前段の研磨時間を130,140,150秒として実験を行っ
た。後段の研磨は、研磨と残膜量観察を繰り返しながら
銅の残膜が完全に除去されるまで行った。所要時間(後
段研磨の時間)を表４に示す。
【００３６】銅の腐食評価は配線層の形状を走査型電子
顕微鏡で観察することで行った。腐食による消失等形状
不良のあるものを腐食ありと判断した。得られた結果を
表４に示す。従来技術では腐食が見られたが、前段研磨
130秒と140秒で腐食は観察されなかった。従って、後段
の研磨時間を140秒程度に設定することで本発明が実現
できることがわかった。しかし、本実施例においても前
段研磨時間が必要以上に短いと後段研磨時間が急激に長
くなり、スループットを低下させるという問題のあるこ
とがわかった。
顕微鏡で観察することで行った。腐食による消失等形状
不良のあるものを腐食ありと判断した。得られた結果を
表４に示す。従来技術では腐食が見られたが、前段研磨
130秒と140秒で腐食は観察されなかった。従って、後段
の研磨時間を140秒程度に設定することで本発明が実現
できることがわかった。しかし、本実施例においても前
段研磨時間が必要以上に短いと後段研磨時間が急激に長
くなり、スループットを低下させるという問題のあるこ
とがわかった。
【００３７】そこで、表5、6に示したNo.31〜40では研
磨抵抗を感知するタイプの研磨終点モニターLuxtron社
のモデル２３５０を用いた。銅を研磨する場合もタング
ステンと同様の信号が得られ、同様にA点、B点、C点を
定義した。表５にＢ点が観測された時点で前段の研磨を
終了し後段の研磨に移った場合の結果を示す。３回検討
しいずれにおいても腐食は観察されなかった。また、配
線断面形状を走査型電子顕微鏡で評価したところ、図６
に示すような上に凸の曲面となっていることがわかっ
た。
磨抵抗を感知するタイプの研磨終点モニターLuxtron社
のモデル２３５０を用いた。銅を研磨する場合もタング
ステンと同様の信号が得られ、同様にA点、B点、C点を
定義した。表５にＢ点が観測された時点で前段の研磨を
終了し後段の研磨に移った場合の結果を示す。３回検討
しいずれにおいても腐食は観察されなかった。また、配
線断面形状を走査型電子顕微鏡で評価したところ、図６
に示すような上に凸の曲面となっていることがわかっ
た。
【００３８】図６に示すように配線の幅をa、凸部の高
さをbとした時のb/aを求めたところ表５に示す値が得ら
れた。比較例では上に凹の形状となっており、b/a=-0.1
と表記したが、本実施例ではb/a=0〜0.１であった。
さをbとした時のb/aを求めたところ表５に示す値が得ら
れた。比較例では上に凹の形状となっており、b/a=-0.1
と表記したが、本実施例ではb/a=0〜0.１であった。
【００３９】表６に示したNo.34〜40では前段の研磨時
間を当該ウエハの前に処理したウエハでの研磨時間より
算出する方法の一例を示す。実施例１と同様の方法で行
ったが、本実施例ではn=4.0，m=92とした点が異なる 。
No.34〜40ではいずれも腐食は観察されなかった。ま
た、配線断面形状を観察したところ、上に凸の形状であ
り、b/a=0.14〜0.19であった。表５での結果と合わせ、
本発明を用いることで0≦b/a＜0.2で規定される形状と
なることがわかった。
間を当該ウエハの前に処理したウエハでの研磨時間より
算出する方法の一例を示す。実施例１と同様の方法で行
ったが、本実施例ではn=4.0，m=92とした点が異なる 。
No.34〜40ではいずれも腐食は観察されなかった。ま
た、配線断面形状を観察したところ、上に凸の形状であ
り、b/a=0.14〜0.19であった。表５での結果と合わせ、
本発明を用いることで0≦b/a＜0.2で規定される形状と
なることがわかった。
【００４０】本実施例においても研磨終点モニターを用
いることで本発明が精度良く実現できることがわかっ
た。
いることで本発明が精度良く実現できることがわかっ
た。
【００４１】
【発明の効果】本発明によれば、化学機械研磨を用いる
工程で形成される配線の形状異常や消失を防止すること
ができ、製造歩留まりが大幅に向上するため、半導体製
品を低コストで生産できるという効果がある。
工程で形成される配線の形状異常や消失を防止すること
ができ、製造歩留まりが大幅に向上するため、半導体製
品を低コストで生産できるという効果がある。
【図１】本発明および従来技術で得られる配線の断面を
示す断面図。
示す断面図。
【図２】本発明に係わる腐食現象の起きる原因をし示す
断面図。
断面図。
【図３】本発明の実施例に用いた装置の概略断面図。
【図４】本発明の実施例に係わる配線工程のプロセスフ
ローを示すフローチャート。
ローを示すフローチャート。
【図５】本発明の実施例で得られた研磨終点モニターの
データを示す特性図。
データを示す特性図。
【図６】本発明で得られる配線の断面を示す断面図。
１…配線、 ２…成膜された配線層メ
タル、３…層間絶縁膜、 ４…コンタクトホ
ール埋め込み層、５…定盤、 ６…パ
ッド、７…リテーナリング、 ８…ウエハ（被研
磨基板）、９…キャリア、 １０…研磨液、
１１…研磨液導入系、 １２…開閉器、１３…還
元剤供給系、 １４…酸化剤供給系、１５…スラ
リ供給系、 １６…コンタクトホール、１７…タ
ングステン埋め込みメタル。
タル、３…層間絶縁膜、 ４…コンタクトホ
ール埋め込み層、５…定盤、 ６…パ
ッド、７…リテーナリング、 ８…ウエハ（被研
磨基板）、９…キャリア、 １０…研磨液、
１１…研磨液導入系、 １２…開閉器、１３…還
元剤供給系、 １４…酸化剤供給系、１５…スラ
リ供給系、 １６…コンタクトホール、１７…タ
ングステン埋め込みメタル。
Claims (11)
- 【請求項１】化学機械研磨法を含む製造工程により製造
された半導体装置において、化学機械研磨法により形成
された金属配線部分の上面形状が平面か上に凸の曲面で
あることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】上記請求項１記載の金属配線部分の配線幅
をa、上面の凸部の高さをbとした時、0≦b/a＜0.2であ
ることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項３】上記請求項１又は２記載の金属配線部分の
材料が銅，タングステン，チタン，アルミニウム，白
金，イリジウム，ルテニウム，窒化チタン，窒化タング
ステン，酸化ルテニウムの内少なくとも一つ以上である
ことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項４】半導体基板を化学機械研磨法により研磨す
る際、酸化剤を含む研磨液を用いる工程の後に酸化剤を
含まない研磨液を用いる工程を行うことを特徴とする半
導体基板の研磨方法。 - 【請求項５】半導体基板を化学機械研磨法により研磨す
る際、酸化剤を含む研磨液を用いる工程の後に還元剤を
含む研磨液を用いる工程を行うことを特徴とする半導体
基板の研磨方法。 - 【請求項６】半導体基板を化学機械研磨法により研磨す
る際、酸化剤およびスラリを含む研磨液を用いる工程の
後に酸化剤を含まないでスラリを含む研磨液を用いる工
程を行うことを特徴とする半導体基板の研磨方法。 - 【請求項７】半導体基板を化学機械研磨法により研磨す
る際、酸化剤およびスラリを含む研磨液を用いる工程の
後に還元剤およびスラリを含む研磨液を用いる工程を行
うことを特徴とする半導体基板の研磨方法。 - 【請求項８】酸化剤とスラリ液を使用直前に混合して研
磨する機能を有する装置を用いて半導体基板を化学機械
研磨法により研磨する際、酸化剤を含む研磨液を用いて
ある時間研磨を行った後、酸化剤の導入を停止し研磨を
行うことを特徴とする半導体基板の研磨方法。 - 【請求項９】酸化剤、還元剤の導入切り替え機能および
酸化剤または還元剤とスラリ液を使用直前に混合して研
磨する機能を有する装置を用いて半導体基板を化学機械
研磨法により研磨する際、酸化剤を含む研磨液を用いて
ある時間研磨を行った後、酸化剤の導入を停止し還元剤
の導入を開始して研磨を行うことを特徴とする半導体基
板の研磨方法。 - 【請求項１０】研磨終点モニターを用いて、請求項４な
いし９のいずれか１項記載の酸化剤を含む研磨液での研
磨時間を決定することを特徴とする半導体基板の研磨方
法。 - 【請求項１１】研磨終点モニターを用いて、当該基板の
前少なくとも１枚の半導体基板の研磨処理をモニター
し、それらのデータより酸化剤を含む研磨液での研磨時
間を決定することを特徴とする請求項４ないし９のいず
れか１項記載の半導体基板の研磨方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15416398A JP3440826B2 (ja) | 1998-06-03 | 1998-06-03 | 半導体装置および半導体基板の研磨方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15416398A JP3440826B2 (ja) | 1998-06-03 | 1998-06-03 | 半導体装置および半導体基板の研磨方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11345792A true JPH11345792A (ja) | 1999-12-14 |
| JP3440826B2 JP3440826B2 (ja) | 2003-08-25 |
Family
ID=15578218
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15416398A Expired - Fee Related JP3440826B2 (ja) | 1998-06-03 | 1998-06-03 | 半導体装置および半導体基板の研磨方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3440826B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002313759A (ja) * | 2001-04-18 | 2002-10-25 | Fujimi Inc | 研磨用組成物およびそれを用いた研磨方法 |
| JP2005518667A (ja) * | 2002-02-26 | 2005-06-23 | アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレイテッド | 超過研磨時間および／または最終研磨工程の研磨時間を計算することによって、基板の化学機械研磨（ｃｍｐ）を制御する方法およびシステム |
| JP2007194464A (ja) * | 2006-01-20 | 2007-08-02 | Renesas Technology Corp | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4469737B2 (ja) | 2005-02-10 | 2010-05-26 | 株式会社東芝 | 半導体装置の製造方法 |
-
1998
- 1998-06-03 JP JP15416398A patent/JP3440826B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
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| JP4707864B2 (ja) * | 2001-04-18 | 2011-06-22 | 株式会社フジミインコーポレーテッド | 研磨用組成物およびそれを用いた研磨方法 |
| JP2005518667A (ja) * | 2002-02-26 | 2005-06-23 | アドバンスト・マイクロ・ディバイシズ・インコーポレイテッド | 超過研磨時間および／または最終研磨工程の研磨時間を計算することによって、基板の化学機械研磨（ｃｍｐ）を制御する方法およびシステム |
| JP2007194464A (ja) * | 2006-01-20 | 2007-08-02 | Renesas Technology Corp | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3440826B2 (ja) | 2003-08-25 |
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