JP2009266984A

JP2009266984A - Method for manufacturing semiconductor device

Info

Publication number: JP2009266984A
Application number: JP2008113399A
Authority: JP
Inventors: Hisayuki Choboku; 久之樗木
Original assignee: Spansion LLC
Current assignee: Spansion LLC
Priority date: 2008-04-24
Filing date: 2008-04-24
Publication date: 2009-11-12
Anticipated expiration: 2028-04-24
Also published as: JP4967110B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a semiconductor device which can increase an throughput of CMP and suppress an increase in maintenance cost. <P>SOLUTION: The manufacturing method includes: a process for forming a contact hole 32 in an interlayer insulating film; a process for depositing a barrier metal layer 21 and a tungsten layer 22 on a cap SiO<SB>2</SB>film 16; a process for removing an upper layer portion of the tungsten layer 22 by wet etching so that a residual film value RT of the barrier metal layer 21 and the tungsten layer 22 becomes a predetermined value and more; and a process for removing the tungsten layer 22 remaining on the surface of the cap SiO<SB>2</SB>film 16 by tungsten CMP. When wet etching is performed prior to the CMP, required polishing quantity in the CMP can be reduced. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に、ＣＭＰのスループットを上昇させることや、メンテナンスコストの上昇を抑えることを可能とする発明に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to an invention capable of increasing the throughput of CMP and suppressing an increase in maintenance cost.

ビット線コンタクトプラグの形成工程では、層間絶縁膜にコンタクトホールが形成され、バリアメタル層とタングステン層が堆積された後に、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）が行われる。これによりコンタクトプラグが形成される。 In the step of forming the bit line contact plug, a contact hole is formed in the interlayer insulating film, a barrier metal layer and a tungsten layer are deposited, and then CMP (Chemical Mechanical Polishing) is performed. Thereby, a contact plug is formed.

尚、上記の関連技術として特許文献１ないし４が開示されている。
特開２０００−２０８７６６号公報特開平７−３０７３８５号公報特開平１０−２４２２７９号公報特開平１１−２２００２３号公報 Note that Patent Documents 1 to 4 are disclosed as the related art.
JP 2000-208766 A JP-A-7-307385 Japanese Patent Laid-Open No. 10-242279 Japanese Patent Laid-Open No. 11-220023

ＣＭＰでは、研磨ヘッドの交換部材や研磨パッドなどの消耗部材は、所定量消耗すると、所望の研磨特性を得るために交換する必要がある。この消耗部材の交換中はＣＭＰを行う事ができず、また交換には時間がかかる。よって、交換サイクルが短くなるとＣＭＰ工程のスループットが低下するため問題である。また交換サイクルが短くなると、消耗部材を多く必要とするため、メンテナンスコストが上昇するため問題である。 In CMP, when a predetermined amount of consumable members such as a polishing head replacement member and a polishing pad is consumed, it is necessary to replace them in order to obtain desired polishing characteristics. CMP cannot be performed during replacement of the consumable member, and replacement takes time. Therefore, if the replacement cycle becomes short, the throughput of the CMP process decreases, which is a problem. In addition, if the replacement cycle is shortened, a large number of consumable members are required, which increases the maintenance cost.

本発明は前記背景技術に鑑みなされたものであり、ＣＭＰのスループットを上昇させることや、メンテナンスコストの上昇を抑えることが可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described background art, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing method capable of increasing the throughput of CMP and suppressing an increase in maintenance cost.

前記目的を達成するためになされた本発明に係る半導体装置の製造方法は、絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、絶縁膜上にタングステン層を堆積する工程と、タングステン層の残膜値が所定値以上となるように該タングステン層の上層部をウェットエッチングにより除去する工程と、絶縁膜の表面に残存するタングステン層をＣＭＰにより除去する工程とを備えることを特徴とする。 A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention made to achieve the above object includes a step of forming a contact hole in an insulating film, a step of depositing a tungsten layer on the insulating film, and a remaining film value of the tungsten layer. The method includes a step of removing an upper layer portion of the tungsten layer by wet etching so as to have a predetermined value or more, and a step of removing a tungsten layer remaining on the surface of the insulating film by CMP.

タングステン層の上層部は、残膜値が所定値以上となるように、ウェットエッチングにより除去される。そして絶縁膜の表面に残存するタングステン層は、ＣＭＰにより除去される。このようにＣＭＰに先立ってウェットエッチングを行うことにより、ＣＭＰのみでタングステン層を除去する場合に比して、ＣＭＰでの必要研磨量を減少させることができる。これにより、消耗部材（研磨ヘッド、研磨パッドなど）の、ウェハー当たりの消耗量を減らすことができるため、消耗部材の交換サイクルを長くすることができる。その結果、ＣＭＰのスループットを上昇させることや、メンテナンスコストの上昇を抑えることが可能となる。 The upper layer portion of the tungsten layer is removed by wet etching so that the remaining film value becomes a predetermined value or more. Then, the tungsten layer remaining on the surface of the insulating film is removed by CMP. By performing wet etching prior to CMP in this way, the amount of polishing required for CMP can be reduced as compared with the case where the tungsten layer is removed only by CMP. As a result, the amount of consumption of the consumable members (polishing head, polishing pad, etc.) per wafer can be reduced, so that the consumable member replacement cycle can be lengthened. As a result, it is possible to increase the CMP throughput and to suppress an increase in maintenance cost.

本発明によれば、ＣＭＰのスループットを上昇させることや、メンテナンスコストの上昇を抑えることが可能な半導体装置の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of increasing the throughput of CMP and suppressing an increase in maintenance cost.

まず、タングステン層のウェットエッチングで用いられるエッチング溶液について説明する。本実施形態に係るエッチング溶液は、主要な構成成分として、酸化剤および有機酸を含む。 First, an etching solution used for wet etching of the tungsten layer will be described. The etching solution according to this embodiment includes an oxidizing agent and an organic acid as main components.

エッチング溶液に含まれる酸化剤としては、例えば、過酸化水素や硝酸鉄が挙げられる。これらは単独で用いることも可能であり、また混合して用いることも可能である。過酸化水素は、下式（１）に示す反応により、単独でタングステンを溶解することができる。
Ｗ＋３Ｈ_２Ｏ_２→ＷＯ_３
２ＷＯ_３＋５Ｈ_２Ｏ_２→Ｗ_２Ｏ_１１＋５Ｈ_２Ｏ …式（１） Examples of the oxidizing agent contained in the etching solution include hydrogen peroxide and iron nitrate. These can be used alone or in combination. Hydrogen peroxide can dissolve tungsten alone by the reaction shown in the following formula (1).
W + 3H ₂ O ₂ → WO ₃
2WO ₃ + 5H ₂ O ₂ → W ₂ O ₁₁ + 5H ₂ O Formula (1)

また硝酸鉄は溶液中では酸化性の酸としてふるまう。そして硝酸鉄水溶液は、下式（２）に示す反応により、タングステンを溶解することができる。
Ｗ→ＷＯ_３→ＷｘＯｙ …式（２）
例えば図１に示すタングステンのプールベ線図では、斜線で示す領域Ｒ１において、Ｗ_１２Ｏ_３９ ^６−が生成されることにより、タングステンは溶解する。 Iron nitrate behaves as an oxidizing acid in solution. The iron nitrate aqueous solution can dissolve tungsten by the reaction shown in the following formula (2).
W → WO ₃ → WxOy (2)
For example, in the Pourbaix diagram of tungsten shown in FIG. 1, tungsten is dissolved by generating W ₁₂ O ₃₉ ⁶⁻ in a region R1 indicated by oblique lines.

なおタングステン層の酸化剤としては、他に、硝酸、硝酸とフッ酸のような酸化剤を含む混酸、加熱した王水などが挙げられる。これらの酸化剤は１種類単独で用いても良いし、２種類以上混合して用いてもよいことは言うまでもない。 In addition, examples of the oxidizing agent for the tungsten layer include nitric acid, a mixed acid containing an oxidizing agent such as nitric acid and hydrofluoric acid, and heated aqua regia. It goes without saying that these oxidizing agents may be used alone or in combination of two or more.

またエッチング溶液に含まれる有機酸としては、マロン酸、りんご酸、ニコチン酸、グルコン酸、クエン酸、酒石酸、琥珀酸、酢酸、蓚酸、アジピン酸、酪酸、カプリン酸、カプロン酸、カプリル酸、グルタル酸、グリコール酸、蟻酸、フマル酸、マレイン酸、フタル酸、プロピオン酸、ピルビン酸などが挙げられる。これらの有機酸は１種類単独で用いても良いし、２種類以上混合して用いてもよいことは言うまでもない。 The organic acids contained in the etching solution include malonic acid, malic acid, nicotinic acid, gluconic acid, citric acid, tartaric acid, succinic acid, acetic acid, succinic acid, adipic acid, butyric acid, capric acid, caproic acid, caprylic acid, and glutaric acid. Examples include acids, glycolic acid, formic acid, fumaric acid, maleic acid, phthalic acid, propionic acid, and pyruvic acid. It goes without saying that these organic acids may be used alone or in combination of two or more.

酸化剤として用いられる過酸化水素は、自然分解する性質がある。そして、後述するようにエッチング溶液は加熱されるため、過酸化水素の分解が促進される。そこでエッチング溶液に有機酸を加えることにより、有機酸のカルボキシル基（ＣＯＯＨ）と過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）とが水素結合することで、過酸化水素の分解を抑制することができる。このように有機酸は、過酸化水素を安定させる分解抑制剤として使用される。 Hydrogen peroxide used as an oxidizing agent has a property of spontaneous decomposition. Since the etching solution is heated as will be described later, decomposition of hydrogen peroxide is promoted. Therefore, by adding an organic acid to the etching solution, the carboxyl group (COOH) of the organic acid and hydrogen peroxide (H ₂ O ₂ ) are hydrogen-bonded, whereby decomposition of hydrogen peroxide can be suppressed. Thus, the organic acid is used as a decomposition inhibitor that stabilizes hydrogen peroxide.

実施例を説明する。本実施例では、エッチング溶液として、過酸化水素と、タングステンＣＭＰ用のスラリー原液を純水で希釈した溶液との混合溶液を用いる場合を説明する。このエッチング溶液の組成は、タングステンＣＭＰで用いられる研磨液の組成と同じである。スラリー原液には、ＳＳ−Ｗ２０００（Ｃａｂｏｔ社）が用いられる。ＳＳ−Ｗ２０００の原液と純水との混合比は、１：１である。またエッチング溶液中における過酸化水素の濃度は２（体積％）である。ＳＳ−Ｗ２０００には、硝酸鉄およびマロン酸が含まれている。よってエッチング溶液には、エッチング用酸化剤として過酸化水素と硝酸鉄が含まれ、エッチング用有機酸としてマロン酸が含まれることになる。 Examples will be described. In this embodiment, a case where a mixed solution of hydrogen peroxide and a solution obtained by diluting a tungsten CMP slurry stock solution with pure water will be described as an etching solution. The composition of this etching solution is the same as the composition of the polishing liquid used in tungsten CMP. SS-W2000 (Cabot) is used as the slurry stock solution. The mixing ratio of the SS-W2000 stock solution and pure water is 1: 1. The concentration of hydrogen peroxide in the etching solution is 2 (volume%). SS-W2000 contains iron nitrate and malonic acid. Therefore, the etching solution contains hydrogen peroxide and iron nitrate as the etching oxidant, and malonic acid as the etching organic acid.

そして、エッチング溶液と研磨液との組成が同一であることから、エッチングからＣＭＰへ工程を移行する際に、エッチング溶液によりＣＭＰ装置が汚染されるおそれがない。よって、エッチング後の洗浄工程を簡略化することができる。また、ＣＭＰ装置内でエッチング溶液を取り扱うことができるため、ＣＭＰ装置内でエッチングとＣＭＰとの連続処理を行う事も可能となる。 Since the composition of the etching solution and that of the polishing liquid are the same, there is no possibility that the CMP apparatus is contaminated by the etching solution when the process is transferred from etching to CMP. Therefore, the cleaning process after etching can be simplified. Further, since the etching solution can be handled in the CMP apparatus, it is possible to perform continuous processing of etching and CMP in the CMP apparatus.

なお、ウェットエッチングを行う装置は、バッチ単位でのウェット処理が可能な一般的な装置でよいため、ここでは詳細な説明は省略する。 The apparatus for performing the wet etching may be a general apparatus capable of performing wet processing in batch units, and thus detailed description thereof is omitted here.

また、エッチング溶液の温度について説明する。図２に、エッチング溶液温度とタングステンのエッチング量との相関図を示す。エッチング量は、タングステン膜を５分間エッチング溶液中に浸した時の値である。図２から、エッチング溶液の温度上昇に従って、タングステンのエッチングレートも上昇することが分かる。よってエッチングレートを上昇させるには、エッチング溶液を高温にすることがよい。しかし、エッチング溶液が１００（℃）を越えると、水の沸点を超えるため純水を希釈液として用いることができなくなるため、エッチング溶液の温度は１００（℃）以下が好ましい。また、エッチング溶液を高温にするに従い、過酸化水素の分解やエッチング溶液の蒸発が促進され、酸化剤の濃度が変動しやすくなる結果、エッチングレートが変動しやすくなる。よってエッチングレートの安定性の観点から、エッチング溶液の温度は８０（℃）以下がより好ましい。 Further, the temperature of the etching solution will be described. FIG. 2 shows a correlation diagram between the etching solution temperature and the etching amount of tungsten. The etching amount is a value when the tungsten film is immersed in an etching solution for 5 minutes. FIG. 2 shows that the etching rate of tungsten increases as the temperature of the etching solution increases. Therefore, in order to increase the etching rate, the etching solution is preferably heated to a high temperature. However, when the etching solution exceeds 100 (° C.), the boiling point of water is exceeded, so that pure water cannot be used as a diluent. Therefore, the temperature of the etching solution is preferably 100 (° C.) or less. Further, as the etching solution is raised in temperature, the decomposition of hydrogen peroxide and the evaporation of the etching solution are promoted, and the concentration of the oxidant is likely to fluctuate. Therefore, the temperature of the etching solution is more preferably 80 (° C.) or less from the viewpoint of the stability of the etching rate.

また、エッチング溶液のｐＨについて説明する。エッチング溶液のｐＨは酸性領域内である必要がある。これは、アルカリのエッチング溶液にウェハーを浸けることにより、ウェハーエッジ部分やウェハー裏面に存在する酸化膜がエッチングされてしまうことを防止するためである。またｐＨは５以下であることがより好ましい。これはｐＨが５より大きいと、金属の腐食作用が少なく、十分な溶解速度が得られないためである。またｐＨは２以上であることがより好ましい。これはｐＨが２より小さいと、タングステンの溶解速度が大きくなり過ぎるおそれがあり、ピットが発生するなどの問題を生じるためである。 The pH of the etching solution will be described. The pH of the etching solution needs to be in the acidic region. This is to prevent the oxide film present on the wafer edge portion or the wafer back surface from being etched by immersing the wafer in an alkaline etching solution. The pH is more preferably 5 or less. This is because if the pH is greater than 5, the metal corrosive action is small and a sufficient dissolution rate cannot be obtained. The pH is more preferably 2 or more. This is because if the pH is less than 2, there is a possibility that the dissolution rate of tungsten becomes too high, causing problems such as generation of pits.

また、さらに好ましくは、ｐＨは２近傍であることがよい。これは、図１に示すプールベ線図より、ｐＨ＝２近傍において、タングステンからＷ_１２Ｏ_３９ ^６−が生成されるためである。 More preferably, the pH is in the vicinity of 2. This is because W ₁₂ O ₃₉ ⁶⁻ is generated from tungsten in the vicinity of pH = 2 from the Pourbaix diagram shown in FIG.

また、酸化剤について、硝酸鉄と過酸化水素とを比較して説明する。図３に、エッチング溶液１とエッチング溶液２との、タングステンのエッチング量の比較を示す。エッチング溶液１は、酸化剤として硝酸鉄を用いた溶液である。また、エッチング溶液２は、酸化剤として硝酸鉄と２（体積％）の過酸化水素を用いた溶液である。またエッチング量は、タングステン膜を５（分）エッチング溶液中に浸した時の値である。またエッチング溶液の温度は常温（２２（℃））である。タングステン膜には、成膜条件１から成膜条件３までの異なる３種類の条件で堆積された膜を使用している。 Further, the oxidizing agent will be described by comparing iron nitrate and hydrogen peroxide. FIG. 3 shows a comparison of the etching amount of tungsten between the etching solution 1 and the etching solution 2. The etching solution 1 is a solution using iron nitrate as an oxidizing agent. The etching solution 2 is a solution using iron nitrate and 2 (volume%) hydrogen peroxide as an oxidizing agent. The etching amount is a value when the tungsten film is immersed in an etching solution of 5 (minutes). The temperature of the etching solution is normal temperature (22 (° C.)). As the tungsten film, a film deposited under three different conditions from film formation condition 1 to film formation condition 3 is used.

図３から、成膜条件１ないし成膜条件３の何れの条件で堆積されたタングステン膜においても、エッチング溶液１でのエッチング量に対して、エッチング溶液２でのエッチング量が２０倍以上に上昇する事が分かる。すなわち、硝酸鉄に比べて過酸化水素の方が、タングステンの酸化力が強いことが分かる。よって、タングステンのエッチングレートを高くするためには、酸化剤に過酸化水素を用いることが好ましいことが分かる。また、過酸化水素は金属分を含有せず、洗浄用薬液などとして使用実績がある点からも、酸化剤に過酸化水素を用いることがより好ましい。 From FIG. 3, the etching amount in the etching solution 2 increased more than 20 times with respect to the etching amount in the etching solution 1 in the tungsten film deposited under any of the deposition conditions 1 to 3. I understand that. That is, it can be seen that hydrogen peroxide is stronger in oxidizing power than iron nitrate. Therefore, it can be seen that hydrogen peroxide is preferably used as the oxidizing agent in order to increase the etching rate of tungsten. In addition, hydrogen peroxide is more preferably used as an oxidizing agent from the viewpoint that it does not contain a metal component and has been used as a cleaning chemical.

コンタクトホールの製造方法を説明する。図４にプロセスステップを示す。また図５ないし図７に、コンタクトホールでの断面図を示す。図５において、シリコン基板９に埋め込み型のビット線１０が形成されている。またビット線１０上には、ＯＮＯ膜１１が堆積される。ＯＮＯ膜１１は、電荷トラップ誘電体層であり、一般に、第１の絶縁層（二酸化シリコン等の酸化物誘電体）、電荷トラップ層（窒化珪素等の窒化物誘電体）、第２の絶縁層（二酸化シリコン等の酸化物誘電体）の３つの層が順に堆積されることで構成される。 A method for manufacturing a contact hole will be described. FIG. 4 shows the process steps. 5 to 7 show cross-sectional views at the contact holes. In FIG. 5, a buried bit line 10 is formed on a silicon substrate 9. An ONO film 11 is deposited on the bit line 10. The ONO film 11 is a charge trap dielectric layer, and is generally a first insulating layer (oxide dielectric such as silicon dioxide), a charge trap layer (nitride dielectric such as silicon nitride), and a second insulating layer. It is configured by sequentially depositing three layers (oxide dielectric such as silicon dioxide).

図４のＳ１において、層間絶縁膜が形成される。具体的には図５に示すように、ワード線１２上に、ＢＰＳＧ（boron phosphorus silicate glass）膜１３、ＳｉＲＯ膜１４、ＢＡＲＣ(Bottom Anti-Reflection Coating)膜１５、キャップＳｉＯ_２膜１６がＣＶＤ法により順に成膜される。ここで、ＳｉＲＯ膜１４はＵＶブロック層である。 In S1 of FIG. 4, an interlayer insulating film is formed. Specifically, as shown in FIG. 5, a BPSG (boron phosphorus silicate glass) film 13, a SiRO film 14, a BARC (Bottom Anti-Reflection Coating) film 15, and a cap SiO ₂ film 16 are formed on the word line 12 by a CVD method. Are sequentially formed. Here, the SiRO film 14 is a UV block layer.

Ｓ２において、コンタクトホール３２が層間絶縁膜に形成される。具体的には、周知のフォトリソグラフィ技術により、コンタクト形状の開口部を有するレジストマスクが形成され、異方性エッチングが行われる。これにより図５に示すように、コンタクトホール３２が形成される。 In S2, a contact hole 32 is formed in the interlayer insulating film. Specifically, a resist mask having a contact-shaped opening is formed by a well-known photolithography technique, and anisotropic etching is performed. As a result, a contact hole 32 is formed as shown in FIG.

Ｓ３においてＣＶＤ法によりバリアメタル層２１が堆積される。引き続きＳ４において、タングステン層２２が堆積される。バリアメタル層２１とタングステン層２２との合計膜厚値は４０００（オングストローム）とされる。これにより図５に示すように、コンタクトホール３２内に、バリアメタル層２１およびタングステン層２２が埋め込まれる。タングステン層２２の埋め込み工程では、コンタクトホール３２の底面および側面からタングステン膜は等方的に成長し、側壁から成長した膜がコンタクトホール３２の中央部で接合することで埋め込みが終了する。このため、コンタクトホール３２の中央部に、線状のシーム３３が形成される。 In S3, the barrier metal layer 21 is deposited by the CVD method. Subsequently, in S4, a tungsten layer 22 is deposited. The total film thickness of the barrier metal layer 21 and the tungsten layer 22 is 4000 (angstrom). Thereby, as shown in FIG. 5, the barrier metal layer 21 and the tungsten layer 22 are buried in the contact hole 32. In the step of filling the tungsten layer 22, the tungsten film isotropically grows from the bottom and side surfaces of the contact hole 32, and the film grown from the side wall is joined at the center of the contact hole 32, thereby completing the filling. Therefore, a linear seam 33 is formed at the center of the contact hole 32.

Ｓ５において、タングステン層２２がウェットエッチングされる。ウェットエッチングは、バッチ式の処理装置を用いることで、ウェハーをバッチ単位でエッチング溶液に浸けることで行われる。また、エッチング溶液の温度は７４（℃）とされる。これにより図６に示すように、タングステン層２２の上層部がエッチングされ、タングステン層２２とバリアメタル層２１の残膜値ＲＴが２０００（オングストローム）とされる。 In S5, the tungsten layer 22 is wet etched. Wet etching is performed by immersing wafers in an etching solution in batch units by using a batch type processing apparatus. The temperature of the etching solution is 74 (° C.). As a result, as shown in FIG. 6, the upper layer portion of the tungsten layer 22 is etched, and the remaining film value RT of the tungsten layer 22 and the barrier metal layer 21 is 2000 (angstrom).

ここで、残膜値ＲＴの決め方について説明する。キャップＳｉＯ_２膜１６の表面の上方に位置するシーム３３の上端部３３ａと、キャップＳｉＯ_２膜１６の表面との距離を距離Ｄとする。エッチングは、残膜値ＲＴの値が、距離Ｄの値以上となるように行われる。これにより、上端部３３ａがウェットエッチング後のタングステン層２２の表面に露出することが防止される。よって酸化剤がシーム３３に侵入し、シームが酸化されることでキーホールが発生する事態を防止することができる。 Here, how to determine the remaining film value RT will be described. The distance between the upper end portion 33a of the seam 33 located above the surface of the cap SiO ₂ film 16 and the surface of the cap SiO ₂ film 16 is a distance D. Etching is performed so that the remaining film value RT is equal to or greater than the distance D. This prevents the upper end portion 33a from being exposed on the surface of the tungsten layer 22 after wet etching. Therefore, it is possible to prevent a situation in which a keyhole is generated when the oxidant enters the seam 33 and the seam is oxidized.

また、残膜値ＲＴの制御方法について説明する。本実施例では、エッチング溶液の温度は７４（℃）とされるため、エッチングレートは約５００（オングストローム／分）となる。また、バリアメタル層２１とタングステン層２２の合計膜厚値の初期値は４０００（オングストローム）とされている。よって、エッチングレートと初期膜厚値からエッチング時間を算出することにより、残膜値ＲＴを制御することができる。 A method for controlling the remaining film value RT will be described. In this embodiment, since the temperature of the etching solution is 74 (° C.), the etching rate is about 500 (angstrom / min). The initial value of the total film thickness of the barrier metal layer 21 and the tungsten layer 22 is 4000 (angstrom). Therefore, the remaining film value RT can be controlled by calculating the etching time from the etching rate and the initial film thickness value.

なお、シーム３３の上端部３３ａの位置は、コンタクトホール３２のアスペクト比、成膜プロセスによるカバレッジなどにより相対的に決まるため、距離Ｄは様々な値をとる。よって残膜値ＲＴは２０００（オングストローム）に限られないことは言うまでもない。 Since the position of the upper end portion 33a of the seam 33 is relatively determined by the aspect ratio of the contact hole 32, the coverage by the film forming process, etc., the distance D takes various values. Therefore, it goes without saying that the remaining film value RT is not limited to 2000 (angstrom).

また、シーム３３の上端部３３ａがキャップＳｉＯ_２膜１６の表面より下方にある場合には、残膜値ＲＴを決めるに際して、上端部３３ａの位置を考慮する必要はない。この場合、残膜値ＲＴは、ウェットエッチング後にキャップＳｉＯ_２膜１６が露出する部分がないように、ウェットエッチングの面内均一性などを考慮して決める必要がある。そして、残膜値ＲＴを小さくすることに応じてＣＭＰ時間が短くなるため、残膜値ＲＴは可能な限り小さくすることが好ましい。 Further, when the upper end portion 33a of the seam 33 is below the surface of the cap SiO ₂ film 16, it is not necessary to consider the position of the upper end portion 33a when determining the remaining film value RT. In this case, the residual film value RT needs to be determined in consideration of in-plane uniformity of wet etching so that there is no portion where the cap SiO ₂ film 16 is exposed after wet etching. Then, since the CMP time is shortened as the remaining film value RT is reduced, it is preferable to reduce the remaining film value RT as much as possible.

なお、タングステン層２２の残膜値ＲＴの制御は、タングステン層２２の膜厚をｉｎ−ｓｉｔｕでモニタすることで行っても良い。膜厚のモニタ方法には、例えば、タングステン層２２の抵抗値から膜厚を算出する方法が挙げられる。 The remaining film value RT of the tungsten layer 22 may be controlled by monitoring the film thickness of the tungsten layer 22 in-situ. Examples of the film thickness monitoring method include a method of calculating the film thickness from the resistance value of the tungsten layer 22.

最後にＳ６において、キャップＳｉＯ_２膜１６の表面に残存するタングステン層２２およびバリアメタル層２１がＣＭＰにより除去される。ＣＭＰは枚葉処理で行われる。研磨液には、純水で希釈されたＳＳ−Ｗ２０００と、過酸化水素との混合溶液が用いられる。またここでのＣＭＰ条件は、一般に用いられる条件でよいため、ここでは詳細な説明は省略する。これにより図７に示すように、キャップＳｉＯ_２膜１６の表面に残存するバリアメタル層２１およびタングステン層２２が除去されることで、タングステンプラグ３４が形成される。 Finally, in S6, the tungsten layer 22 and the barrier metal layer 21 remaining on the surface of the cap SiO ₂ film 16 are removed by CMP. CMP is performed by single wafer processing. As a polishing liquid, a mixed solution of SS-W2000 diluted with pure water and hydrogen peroxide is used. The CMP conditions here may be those generally used, and thus detailed description thereof is omitted here. Thereby, as shown in FIG. 7, the barrier metal layer 21 and the tungsten layer 22 remaining on the surface of the cap SiO ₂ film 16 are removed, whereby a tungsten plug 34 is formed.

本発明の効果を図８の表に示す。図８は、本発明（ウェットエッチングとＣＭＰとを使用）における、タングステンプラグを形成するための工程時間、消耗部材の交換サイクル、ＣＭＰ装置の工程能力を示す表である。表の値は、従来手法（ＣＭＰのみを使用）での値を１００（％）とした場合における比較値である。またウェットエッチング条件は、エッチング処理時間を５（分）に固定し、エッチング溶液の温度を５０、６０、７０、７４（℃）に変化させている。 The effect of the present invention is shown in the table of FIG. FIG. 8 is a table showing the process time for forming the tungsten plug, the replacement cycle of the consumable member, and the process capability of the CMP apparatus in the present invention (using wet etching and CMP). The values in the table are comparative values when the value in the conventional method (using only CMP) is 100 (%). The wet etching conditions are such that the etching process time is fixed at 5 (minutes) and the temperature of the etching solution is changed to 50, 60, 70, and 74 (° C.).

例として、エッチング溶液の温度が７４（℃）の場合を説明する。まず工程時間について説明する。従来手法によってタングステンプラグを形成する場合には、１バッチ（２５枚）のウェハーのＣＭＰ研磨時間は、５８（分）であった。一方、本発明において、７４（℃）のエッチング溶液でエッチングを５（分）行った後の１バッチのウェハーのＣＭＰ研磨時間は、２３（分）であった。よって本発明では、タングステンプラグを形成するための工程時間は合計２８（分）となるため、従来手法の４８（％）まで工程時間を短縮できることが分かる。 As an example, the case where the temperature of the etching solution is 74 (° C.) will be described. First, the process time will be described. When a tungsten plug was formed by a conventional method, the CMP polishing time for one batch (25 sheets) of wafers was 58 (min). On the other hand, in the present invention, the CMP polishing time for one batch of wafers after etching with an etching solution of 74 (° C.) for 5 (minutes) was 23 (minutes). Therefore, in the present invention, since the total process time for forming the tungsten plug is 28 (minutes), it can be seen that the process time can be shortened to 48 (%) of the conventional method.

作用を説明する。ウェットエッチングは、バッチ処理であるためタングステンの除去効率が高い。しかし、ウェットエッチングはタングステンの酸化力が強いため、キーホール発生防止のため、処理中にシームをタングステン表面に露出させることはできない。また、ウェットエッチングは等方性エッチングであるため、タングステンプラグの消失を防止するため、キャップＳｉＯ_２膜１６が露出するまでタングステン層をエッチングすることはできない。よってウェットエッチングのみによっては、キャップＳｉＯ_２膜１６上のタングステン層を完全に除去することはできない。 The operation will be described. Since wet etching is a batch process, the removal efficiency of tungsten is high. However, since wet etching has a strong oxidizing power of tungsten, the seam cannot be exposed to the tungsten surface during processing in order to prevent generation of keyholes. In addition, since wet etching is isotropic etching, the tungsten layer cannot be etched until the cap SiO ₂ film 16 is exposed in order to prevent disappearance of the tungsten plug. Therefore, the tungsten layer on the cap SiO ₂ film 16 cannot be completely removed only by wet etching.

一方、ＣＭＰは、枚葉処理であるためタングステンの除去効率が低い。しかし、ＣＭＰは機械的研磨を行うことから、ウェットエッチングほどタングステンの酸化力を強くする必要がないため、処理中にシームをタングステン表面に露出させることができる。また、ＣＭＰはウェハー表面を加工基準面とする異方性エッチングであるため、キャップＳｉＯ_２膜１６が露出するまでタングステン層およびバリアメタル層を研磨することができる。 On the other hand, since CMP is a single wafer process, the removal efficiency of tungsten is low. However, since CMP performs mechanical polishing, it is not necessary to increase the oxidizing power of tungsten as much as wet etching, so that the seam can be exposed to the tungsten surface during processing. Further, since CMP is anisotropic etching using the wafer surface as a processing reference plane, the tungsten layer and the barrier metal layer can be polished until the cap SiO ₂ film 16 is exposed.

よって本発明では、第１のステップとして、ウェットエッチングにより、シームが露出しない程度までタングステン層の上層部を除去する。これによりタングステン層の上層部を高効率で除去することができる。そして第２のステップとして、ＣＭＰにより、キャップＳｉＯ_２膜１６の表面に残存するタングステン層およびバリアメタル層を除去する。これによりタングステンプラグを形成することができる。以上より、２つのステップを用いてタングステン層およびバリアメタル層を除去することにより、タングステンプラグ形成工程の全体としての時間を短縮化することができる。 Therefore, in the present invention, as a first step, the upper layer portion of the tungsten layer is removed by wet etching to such an extent that the seam is not exposed. Thereby, the upper layer part of the tungsten layer can be removed with high efficiency. As a second step, the tungsten layer and the barrier metal layer remaining on the surface of the cap SiO ₂ film 16 are removed by CMP. Thereby, a tungsten plug can be formed. As described above, by removing the tungsten layer and the barrier metal layer using two steps, the overall time of the tungsten plug forming process can be shortened.

次に、消耗部材の交換サイクルについて説明する。ここで消耗部材の例としては、研磨ヘッドの交換部材（リテーナリング、バッキング材）や、研磨パッド、ドレッサー（コンディショナー）などが挙げられる。消耗部材の交換サイクルは、ウェハー１枚当たりのＣＭＰ時間が短くなることに応じて長くなる。よって、本発明を適用することによる交換サイクルの延長割合は、下式（３）より求められる。
１００＋（１−０．４８）×１００＝１５２（％） …式（３）
よって従来手法の１５２（％）まで交換サイクルを延長することができることが分かる。 Next, the replacement cycle of the consumable member will be described. Here, examples of the consumable member include a polishing head replacement member (retainer ring, backing material), a polishing pad, a dresser (conditioner), and the like. The consumable member replacement cycle becomes longer as the CMP time per wafer becomes shorter. Therefore, the extension ratio of the exchange cycle by applying the present invention is obtained from the following equation (3).
100+ (1−0.48) × 100 = 152 (%) Equation (3)
Therefore, it can be seen that the replacement cycle can be extended to 152 (%) of the conventional method.

また、工程能力について説明する。上述したように、エッチング溶液の温度が７４（℃）のときは、工程時間が４８（％）に短縮され、交換サイクルが１５２（％）まで延長される。そしてこれらの値から工程能力を計算すると、従来の２００（％）増しとなった。よって工程能力を大幅に上昇させることができることが分かる。 The process capability will be described. As described above, when the temperature of the etching solution is 74 (° C.), the process time is shortened to 48 (%), and the replacement cycle is extended to 152 (%). When the process capability is calculated from these values, it is increased by 200 (%) from the conventional value. Therefore, it turns out that process capability can be raised significantly.

また同様の計算により、エッチング溶液の温度を７０（℃）、６０（℃）、５０（℃）と低下させていくと、工程時間が従来手法の５８（％）、７１（％）、８３（％）と長くなっていくことが分かる。これはエッチング溶液の温度の低下に従い、タングステンのエッチングレートが低下するため、タングステン層の残膜値が大きくなっていくためである。そして残膜値が大きくなっていくことに従って、交換サイクルの時間の延長割合および工程能力の増加割合も低下していくことが分かる。よって工程時間の短縮化の観点から、エッチング溶液の温度は７０（℃）以上が好ましく、７４（℃）近傍がさらに好ましいことが分かる。 Further, according to the same calculation, when the temperature of the etching solution is decreased to 70 (° C.), 60 (° C.), 50 (° C.), the process time is 58 (%), 71 (%), 83 ( %). This is because the remaining etching value of the tungsten layer increases as the etching rate of tungsten decreases as the temperature of the etching solution decreases. As the remaining film value increases, it can be seen that the rate of extension of the exchange cycle and the rate of increase in process capability also decrease. Therefore, from the viewpoint of shortening the process time, it is understood that the temperature of the etching solution is preferably 70 (° C.) or higher, and more preferably in the vicinity of 74 (° C.).

以上の説明から明らかなように本実施形態によれば、ＣＭＰに先立ってウェットエッチングを行うことにより、タングステン層の上層部を高効率で除去することができる。よって、ＣＭＰでの必要研磨量を減少させることができるため、消耗部材（研磨ヘッド、研磨パッドなど）のウェハー当たりの消耗量を減らすことができる結果、消耗部材の交換サイクルを長くすることができる。これにより、ＣＭＰのスループットを上昇させることや、メンテナンスコストの上昇を抑えることが可能となる。 As is clear from the above description, according to the present embodiment, the upper layer portion of the tungsten layer can be removed with high efficiency by performing wet etching prior to CMP. Therefore, since the amount of polishing required in CMP can be reduced, the amount of consumption of a consumable member (polishing head, polishing pad, etc.) per wafer can be reduced. As a result, the replacement cycle of the consumable member can be lengthened. . As a result, it is possible to increase the throughput of CMP and suppress an increase in maintenance cost.

尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは言うまでもない。本発明の特徴の１つの側面は、ウェットエッチングを行う第１のステップと、ＣＭＰを行う第２のステップとによって絶縁膜上の導電層を除去することより、工程の全体としての時間を短縮化する点にある。よって本発明は、ＣＭＰによる配線形成を含む工程であれば何れの工程にも適用可能であることは言うまでもなく、例えばダマシンプロセスによる多層配線工程にも適用できる。また、本実施例では、タングステンを導電層に用いる場合を説明したが、この形態に限られず、銅、アルミ等の各種の導電性の材料が使用可能であることは言うまでもない。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various improvements and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. One aspect of the feature of the present invention is that the conductive layer on the insulating film is removed by the first step of performing wet etching and the second step of performing CMP, thereby shortening the overall time of the process. There is in point to do. Therefore, it goes without saying that the present invention can be applied to any process as long as the process includes wiring formation by CMP. For example, the present invention can also be applied to a multilayer wiring process by a damascene process. In this embodiment, the case where tungsten is used for the conductive layer has been described. However, the present invention is not limited to this mode, and it is needless to say that various conductive materials such as copper and aluminum can be used.

また本実施例では、エッチング用酸化剤として過酸化水素と硝酸鉄が含まれる場合を説明したが、この形態に限られず、過酸化水素と硝酸鉄との何れか一方のみを含むとしてもよい。この場合、過酸化水素の方が酸化力が大きいため、過酸化水素のみを含む方がより好ましい。 In this embodiment, the case where hydrogen peroxide and iron nitrate are included as the oxidizing agent for etching has been described. However, the present invention is not limited to this embodiment, and only one of hydrogen peroxide and iron nitrate may be included. In this case, since hydrogen peroxide has a higher oxidizing power, it is more preferable to include only hydrogen peroxide.

また本実施例では、エッチング溶液はタングステンＣＭＰ用のスラリー原液を用いて作成されるとしたが、この形態に限られない。エッチング溶液は酸化剤を含んでいればよいため、エッチング溶液の作成に際しスラリー原液を用いなくてもよいことは言うまでもない。 In the present embodiment, the etching solution is prepared using a slurry stock solution for tungsten CMP, but is not limited to this form. Since the etching solution only needs to contain an oxidizing agent, it goes without saying that the slurry stock solution does not have to be used in the preparation of the etching solution.

タングステンのプールベ線図Pourbaix diagram of tungsten エッチング溶液温度とタングステンのエッチング量との相関図Correlation diagram between etching solution temperature and tungsten etching amount タングステンのエッチング量の比較図Comparison of etching amount of tungsten プロセスステップを示すフロー図Flow diagram showing process steps コンタクトホールでの断面図（その１）Sectional view through contact hole (Part 1) コンタクトホールでの断面図（その２）Sectional view at the contact hole (Part 2) コンタクトホールでの断面図（その３）Sectional view at the contact hole (Part 3) 工程時間、交換サイクルおよび工程能力の対比表Comparison table of process time, exchange cycle and process capability

符号の説明Explanation of symbols

１６キャップＳｉＯ_２膜
２２タングステン層
３２コンタクトホール
３３シーム
３３ａ上端部
ＲＴ残膜値
Ｄ距離 16 Cap SiO ₂ film 22 Tungsten layer 32 Contact hole 33 Seam 33a Upper end RT Remaining film value D Distance

Claims

絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、
前記絶縁膜上にタングステン層を堆積する工程と、
前記タングステン層の残膜値が所定値以上となるように該タングステン層の上層部をウェットエッチングにより除去する工程と、
前記絶縁膜の表面に残存する前記タングステン層をＣＭＰにより除去する工程と
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a contact hole in the insulating film;
Depositing a tungsten layer on the insulating film;
Removing the upper layer portion of the tungsten layer by wet etching so that the residual film value of the tungsten layer is a predetermined value or more;
And a step of removing the tungsten layer remaining on the surface of the insulating film by CMP.

前記所定値は、
前記コンタクトホールに埋め込まれた前記タングステン層に形成されるシームの上端部が前記絶縁膜の表面の上方に位置する場合には、前記上端部と前記絶縁膜の表面との距離よりも大きくされる
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。 The predetermined value is
When the upper end portion of the seam formed in the tungsten layer embedded in the contact hole is located above the surface of the insulating film, the distance is made larger than the distance between the upper end portion and the surface of the insulating film. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1.

前記ウェットエッチングで用いられるエッチング溶液は、
エッチング用酸化剤およびエッチング用有機酸を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。 The etching solution used in the wet etching is
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising an etching oxidant and an etching organic acid.

前記エッチング用酸化剤は、前記ＣＭＰで用いられるスラリーに含まれる酸化剤の少なくとも何れか１つと同一成分とされ、
前記エッチング用有機酸は、前記スラリーに含まれる有機酸の少なくとも何れか１つと同一成分とされることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。 The etching oxidizing agent is the same component as at least one of the oxidizing agents contained in the slurry used in the CMP,
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the etching organic acid has the same component as at least one of the organic acids contained in the slurry. 5.

前記酸化剤は過酸化水素を含むことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the oxidizing agent includes hydrogen peroxide.

前記有機酸はマロン酸を含むことを特徴とする請求項３ないし請求項５に記載の半導体装置の製造方法。 6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the organic acid includes malonic acid.

前記酸化剤は硝酸鉄を含むことを特徴とする請求項３ないし請求項６に記載の半導体装置の製造方法。 7. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein the oxidizing agent includes iron nitrate.

前記ウェットエッチングで用いられるエッチング溶液の温度は、７０℃から８０℃の範囲内とされることを特徴とする請求項１ないし請求項７に記載の半導体装置の製造方法。 8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a temperature of an etching solution used in the wet etching is in a range of 70 to 80.degree.

前記所定値は、２０００オングストローム以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項８に記載の半導体装置の製造方法。 9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the predetermined value is 2000 angstroms or less.

前記ウェットエッチングで用いられるエッチング溶液のｐＨは、２から６の範囲内であることを特徴とする請求項１ないし請求項９に記載の半導体装置の製造方法。 10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the pH of the etching solution used in the wet etching is in the range of 2 to 6.

前記エッチング溶液のｐＨは、２近傍の値とされることを特徴とする請求項１ないし請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。 11. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the pH of the etching solution is a value in the vicinity of 2.

前記ウェットエッチングは、バッチ処理により行われることを特徴とする請求項１ないし請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the wet etching is performed by batch processing.