JPH1140526A - 配線形成方法及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
配線形成方法及び半導体装置の製造方法Info
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Abstract
い研磨速度で化学機械研磨を行う配線形成方法を提供す
ること。 【解決手段】表面に凹凸を有するウエハ14上に、銅等
の導体膜を形成し、この凸部上の導体膜を化学機械研磨
法で除去して凹部に導体膜を残すときに、第1の供給口
15から研磨液を適下して研磨し、研磨終了段階に防食
性物質を含む水溶液又はアルコール類等の非水性液体を
第2の供給口16から適下して研磨液を置換するように
した配線形成方法。
Description
造の際の微細加工に適した化学機械研磨法を用いた配線
形成方法及びその方法を用いた半導体装置の製造方法に
関する。
記す)の高集積化、高性能化に伴って新たな微細加工技
術が開発されている。化学機械研磨法(ケミカルメカニ
カルポリッシング、以下、CMPと略する)もその一つ
であり、LSI製造工程、特に多層配線形成工程におけ
る層間絶縁膜の平坦化、金属プラグ形成、埋め込み配線
形成において利用される技術である。この方法は、例え
ば、U.S.P.4944836において報告されてい
るように、特定の研磨液に対して異なる研磨速度を持つ
2つの部材を有する基板を研磨布に接触させ、さらに基
板を研磨液と研磨剤粒子を含むスラリーに接触させ化学
的、機械的に研磨するものである。
に、配線材料を従来のアルミニウムから低抵抗の銅合金
を利用しようとすることが試みられている。しかし、銅
合金はアルミニウム配線の形成で頻繁に用いられるドラ
イエッチング法による微細加工が困難であるため、絶縁
膜の溝加工後に銅合金薄膜を形成し、溝内に埋め込まれ
た部分以外を上記のCMPにより除去する埋め込み配線
形成法が主に採用されている。なお、この技術に関連す
るものとして、例えば、特開平2−278822号公報
等が挙げられる。
食性の研磨液を用いるために、CMP処理を施したウエ
ハ上に研磨液や研磨砥粒が残存すると研磨面の銅が腐食
したり、凹み(ディシングとも呼ばれる)が発生する。
これを防止するために、研磨液中に銅の防食剤であるB
TA(ベンゾトリアゾール)を添加する方法が特開平8
−64594号公報に公開されている。
94号公報に記載の従来技術は、銅の腐食を抑制するこ
とができるが、防食剤による強固な保護膜が銅表面に形
成されるために、研磨速度がBTAの添加に依存して大
きく低下するという問題があった。
料の腐食を抑制し、かつ、高い研磨速度でCMPを行う
配線形成方法を提供することにある。本発明の第2の目
的は、そのような配線形成方法を用いた半導体装置の製
造方法を提供することにある。
るために、本発明の配線形成方法は、表面に凹凸を有す
る基体上に、銅、銅合金等からなる導体膜を形成し、基
体の凸部上の導体膜をCMPを用いて除去して導体膜を
所望の形状とし、防食性物質を含む水溶液又は非水性液
体を導体膜に接触させるようにしたものである。
導体膜への接触は、CMP装置が稼働して基体が回転し
ている研磨布に接触している状態で開始してもよく、或
は基体をCMP装置から取り外した後の洗浄前の段階
で、防食性物質を含む水溶液又は非水性液体中に浸して
もよい。後者の場合は超音波振動又はメガソニック振動
を伴う方が望ましい。CMP終了時又はその後の洗浄時
に研磨液が水で希釈されると研磨液の腐食性が非常に強
くなるが、防食液と置換することによってこれを防ぐこ
とができる。
ル、イソプロピルアルコール(IPA)等のアルコール
類が好ましく、また、非水性液体に防食性物質を含んで
いてもよい。
有効であるが、その他導体膜の材質として、タングステ
ン、アルミニウム、チタン、タングステン合金、アルミ
ニウム合金又はチタン合金等が用いられる。
TTA(トリルトリアゾール)、BTA−COOH(B
TAカルボン酸)等のBTAの誘導体、シスチン、ハロ
酢酸、グルコース、ドデシルメルカプタン等でも同様の
効果があり、特に銅、銅合金に対して有効である。
対しては、N−ベンゾイル−N−フェニルヒドロキシル
アミンやその誘導体が有効である。これらについては、
前述の従来技術を記載した公報に説明されている。
%の範囲であることが好ましい。これは非水性液体に防
食性物質を含むときも同様である。0.001重量%未
満では防食効果が顕著ではない。
本発明の半導体装置の製造方法は、複数の半導体素子が
形成された半導体基板上に絶縁膜を形成し、さらにその
上に凹凸を有する第2の絶縁膜を形成し、この凹凸を有
する第2の絶縁膜を上記の基体として、上記の配線形成
方法を行うようにしたものである。この方法は、半導体
装置の埋め込み配線や層間絶縁膜のホール中の金属プラ
グの形成等に用いることができる。
を参照して説明する。 実施例1〜3 本実施例では銅のCMPの方法について説明する。図1
は本実施例において使用するCMP装置を示す概略図で
ある。研磨布が貼り付けられた定盤11の上をウエハ1
4を支持したキャリア12が回転してCMPを行う構造
になっている。CMP中にウエハ14がはずれないよう
にリテーナリング13が設けられている。CMP中にお
ける研磨荷重は150g/cm2、定盤とキャリアの回
転数はともに30rpmである。
研磨液という)が定盤上に設けられた第1の供給口15
から研磨布上に約30cc/minの速度で滴下されて
CMPを行う。CMPが終了した段階で第1の供給口1
5を閉じて研磨液の供給を停止し、定盤11とキャリア
12の回転を持続したまま、すぐに第2の供給口16か
ら防食液(防食性物質の水溶液又はアルコール類等の非
水性液体)を約500cc/minの速度で供給する
(第1フラッシングと称する)。第1フラッシングを1
5〜30秒間行って研磨液を防食液で置換した後、第2
の供給口16を閉じて第3の供給口17から純水を約3
000cc/minの速度で供給(第2フラッシングと
称する)を15〜30秒間行う。その後ウエハを乾燥し
ないように純水中に保管した状態で洗浄工程に移る。
をなくし、工程時間を短くする等のために、CMPを行
う定盤とフラッシングを行う定盤は別であってもよい。
その場合はそれら2つの定盤間をキャリアが数秒で移動
できることが望ましい。また、CMP工程後にウエハを
防食液を入れた洗浄槽に浸して研磨液を除去しても同様
の腐食抑制効果がある。
面構造の例を図2(a)に示す。シリコン基板24上に
シリコン窒化膜23aを厚さ500nm、シリコン酸化
膜23bを厚さ500nm成膜し、リソグラフィ工程及
びドライエッチ工程によって深さ500nmの配線溝パ
ターンを形成した。その上に接着層として厚さ50nm
の窒化チタン層22を成膜した後に、厚さ800nmの
銅の薄膜21をスパッタリング法により真空中で連続し
て成膜した。さらに段差被覆性をよくするためにスパッ
タ装置内で450度で30分の熱処理を行った。CMP
を行った後、試料は図2(b)に示すような断面構造に
加工される。本実施例においては、埋め込み配線の形成
方法について説明したが、それ以外の用途の銅合金の研
磨方法に関しても同じ原理で行う。
の供給口15から供給される研磨液と第2の供給口16
から供給される防食液の種類を変えた場合について、図
2(b)に示した銅の薄膜21の研磨面の腐食状態を比
較して表1に示した。研磨液はアルミナ系研磨液(ロデ
ールニッタ社製QCTT1010)に濃度9%の過酸化
水素(H2O2)を混合したもの(市販の30%過酸化水
素水を30%混合したもの)を用いた。防食液は、イソ
プロピルアルコール、BTA水を用いた。また、比較例
として防食液の代わりに第1のフラッシングの液に純水
を用いた場合を表1に示した。さらに従来例として、研
磨液自体にBTAを添加した液を用いてCMPを行い、
純水で第1のフラッシングをした例を加えた。
CMPを行った後、純水で第1のフラッシングを行うと
腐食が発生した。これに対してIPA(実施例1)や高
濃度(0.1%)のBTA水(実施例3)を第1のフラ
ッシングの液として用いると腐食は起こらなかった。ま
た、低濃度(0.01%)のBTA水(実施例2)を第
1のフラッシングの液として用いたときは、わずかに腐
食が生じた。一方、従来例のように研磨液にBTAを添
加したものを用いると、第1のフラッシングの液に純水
を用いても腐食は起こらなかったが、研磨速度はかなり
低下した。
は、銅を研磨液に浸したときの腐食速度の研磨液濃度依
存性である。研磨液の濃度は純水による希釈で調整し
た。その結果、研磨液濃度30%未満では、非常に速い
速度で腐食が進行し、例えば、研磨液濃度20%では腐
食速度が50nm/min程度にもなることが分かる。
従って、研磨後に純水を用いて洗浄しようとすると研磨
液が純水によって希釈されるために、強い腐食作用が現
れて銅表面が腐食される。これに対して、防食剤を加え
た純水やIPAのような液体で一度研磨液をフラッシン
グした後に純水で洗浄すれば、希釈研磨液による腐食を
抑制することができる。
ラッシングを行う場合、研磨液中の酸化剤と水の組成が
変化せずにアルコールと置換されるので、腐食性が増加
しない状態のまま研磨液を除去できる。アルコールにB
TAを加えると、研磨面にBTA被膜が形成されるので
防食性がさらに向上した。
TAを添加した場合は研磨速度が低下する。図4に研磨
速度と腐食速度のBTA添加濃度依存性を示した。BT
Aのわずか0.01%の添加で腐食速度が10nm/m
inから1nm/minまで抑制できるが、研磨速度が
半分まで低下している。0.1%の添加では腐食速度が
ほとんど0nm/minであるが、研磨速度も約10分
の1に低下する。すなわち防食性を高めるためにBTA
を多量に研磨液に添加することはできない。これに対し
て実施例3のように、第1のフラッシング液に0.1%
のBTAを添加すれば、研磨速度を低下させることな
く、従来例と同等か又はそれ以上に防食性を高めること
が可能である。
と同様な効果が得られた。また、BTAの代わりにTT
AやBTA−COOH等のBTA誘導体を用いても略同
様の結果が得られた。
ルコール等の非水系の液体を用いて研磨液と置換するこ
とにより、高い研磨速度が得られ、かつ、防食性を高め
ることができる。
アルミニウム、チタン又はこれらの合金を用いて、上記
と同様な検討を行った。金属の種類により研磨速度や腐
食速度は異なるが、いずれも高い研磨速度が得られ、か
つ、防食性を高めることができる。
ジスタ等の半導体素子を形成し、これらの半導体素子上
に層間絶縁膜を形成した。この層間絶縁膜の所望の位
置、例えば、ソース及びドレインの各電極上にホールを
形成し、タングステンの化学気相成長法によりホールに
タングステンプラグを埋込み、表面を研磨して平坦化し
た。
行ったところ、高い研磨速度で、防食性の高い銅の配線
が形成された。銅の他に銅合金やタングステン、アルミ
ニウム、チタン又はこれらの合金を用いても同様に高い
研磨速度で、防食性の高い配線が形成された。
類のような非水性液体を用いて研磨液を除去する方法
は、優れた腐食抑制効果があり、かつ、研磨液に防食剤
を添加する方法よりも高い研磨速度が得られる。
式図。
面図。
す図。
Claims (9)
- 【請求項1】表面に凹凸を有する基体上に、銅、タング
ステン、アルミニウム、チタン又はこれらを含む合金か
らなる導体膜を形成し、上記基体の凸部上の上記導体膜
を化学機械研磨法を用いて除去して上記導体膜を所望の
形状とし、防食性物質を含む水溶液又は非水性液体を上
記所望の形状の導体膜に接触させることを特徴とする配
線形成方法。 - 【請求項2】上記防食性物質を含む水溶液又は非水性液
体の上記導体膜への接触は、上記基体が研磨布に接触し
て化学機械研磨されている状態で開始されることを特徴
とする請求項1記載の配線形成方法。 - 【請求項3】上記防食性物質を含む水溶液又は非水性液
体の上記導体膜への接触は、上記化学機械研磨が終了し
た後に、上記基体を上記防食性物質を含む水溶液又は非
水性液体中に浸すことにより行われることを特徴とする
請求項1記載の配線形成方法。 - 【請求項4】上記防食性物質は、ベンゾトリアゾール及
びその誘導体からなる群から選ばれた少なくとも1種の
物質であることを特徴とする請求項1から3のいずれか
一に記載の配線形成方法。 - 【請求項5】上記防食性物質の濃度は、0.001〜1
重量%の範囲であることを特徴とする請求項1から4の
いずれか一に記載の配線形成方法。 - 【請求項6】上記非水性液体は、アルコール類であるこ
とを特徴とする請求項1から3のいずれか一に記載の配
線形成方法。 - 【請求項7】上記アルコール類は、イソプロピルアルコ
ールであることを特徴とする請求項6記載の配線形成方
法。 - 【請求項8】上記非水性液体は、防食性物質を含むこと
を特徴とする請求項6又は7記載の配線形成方法。 - 【請求項9】半導体基板上に、複数の半導体素子を形成
し、該半導体素子上に絶縁膜を形成し、該絶縁膜上に凹
凸を有する第2の絶縁膜を形成し、該凹凸を有する第2
の絶縁膜を上記基体として、請求項1から8のいずれか
一に記載の配線形成方法を行うことを特徴とする半導体
装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19619897A JPH1140526A (ja) | 1997-07-22 | 1997-07-22 | 配線形成方法及び半導体装置の製造方法 |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1140526A true JPH1140526A (ja) | 1999-02-12 |
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JP19619897A Pending JPH1140526A (ja) | 1997-07-22 | 1997-07-22 | 配線形成方法及び半導体装置の製造方法 |
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A912 | Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
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