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技術 金属膜の研磨方法

出願人 日本電気株式会社
発明者 久保亨
出願日 1998年11月4日 (22年6ヶ月経過) 出願番号 1998-313324
公開日 2000年5月16日 (21年0ヶ月経過) 公開番号 2000-138222
状態 特許登録済
技術分野 半導体集積回路装置の内部配線 洗浄、機械加工
主要キーワード 島パターン 積層パッド 大面積パターン 通常法 硬質パッド スパッタ後 配線信頼性 SUB
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この項目の情報は公開日時点(2000年5月16日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

課題

半導体装置の製造工程において、溝を設けた絶縁膜上に成膜した金属膜CMP法により研磨してダマシン配線を形成するに当たり、上記金属膜の研磨時に発生する大面積パターンの過剰研磨(ディッシング)を防止する。

解決手段

絶縁膜2に設けられた溝の内の、幅1μm以上の幅広の溝3の部分のみに、下部が溝3内に埋め込まれ、上部が溝3から突出した金属膜5を形成した後、前記CMP法による研磨を行う。この場合、絶縁膜上に金属膜4を成膜した後、幅1μm以上の溝3の部分に形成された金属膜のみを残すように金属膜4のエッチングを行うことにより、幅1μm以上の溝の部分のみに前記金属膜5を形成することができる。

概要

背景

近年、半導体装置の製造工程において、溝を形成した絶縁膜上に金属膜を前記溝を埋め込む状態で成膜した後、該金属膜をCMP法により研磨してダマシン配線を形成することが行われている。また、この技術の改善の一つとして、特開平9−8039号公報に記載されたものがある。

特開平9−8039号の技術では、まず図4(1)に示すように、絶縁膜42に溝43を形成する際に、絶縁膜42と同じ成分の島パターン44を溝43内に形成する(図中41は基板を示す)。次いで、図4(2)に示すように、溝43内を埋め込む状態で、絶縁膜42上に金属膜45を成膜する。その後、図4(3)に示すように、絶縁膜42が露出するまで金属膜45をCMP法によって研磨し、溝43内に金属膜45からなる埋め込み配線(ダマシン配線)46を形成するものである。この技術によれば、溝43内に島パターン44が存在するので、大面積パターンに発生する過剰研磨(ディッシング)を防止することができる。

概要

半導体装置の製造工程において、溝を設けた絶縁膜上に成膜した金属膜をCMP法により研磨してダマシン配線を形成するに当たり、上記金属膜の研磨時に発生する大面積パターンの過剰研磨(ディッシング)を防止する。

絶縁膜2に設けられた溝の内の、幅1μm以上の幅広の溝3の部分のみに、下部が溝3内に埋め込まれ、上部が溝3から突出した金属膜5を形成した後、前記CMP法による研磨を行う。この場合、絶縁膜上に金属膜4を成膜した後、幅1μm以上の溝3の部分に形成された金属膜のみを残すように金属膜4のエッチングを行うことにより、幅1μm以上の溝の部分のみに前記金属膜5を形成することができる。

目的

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたもので、前記従来技術のように溝内に島パターンを形成することなく、また形成しようとするダマシン配線そのものの体積を減少させることなく、金属膜のCMP法による研磨時に発生する大面積パターンの過剰研磨(ディッシング)を防止することが可能な金属膜の研磨方法を提供することを目的としている。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

溝を設けた絶縁膜上に成膜した金属膜CMP法により研磨してダマシン配線を形成するための金属膜の研磨方法であって、前記絶縁膜に設けられた溝の内の幅1μm以上の溝の部分のみに、下部が溝内に埋め込まれ、上部が溝から突出した金属膜を形成した後、前記CMP法による研磨を行うことを特徴とする金属膜の研磨方法。

請求項2

前記絶縁膜上に金属膜を成膜した後、幅1μm以上の溝の部分に形成された金属膜のみを残すように該金属膜のエッチングを行うことにより、前記幅1μm以上の溝の部分のみに、下部が溝内に埋め込まれ、上部が溝から突出した金属膜を形成する請求項1に記載の金属膜の研磨方法。

請求項3

前記下部が溝内に埋め込まれ、上部が溝から突出した金属膜を形成した後、さらにこの金属膜及び絶縁膜上に別の金属膜を堆積させ、その後に前記CMP法による研磨を行う請求項1又は2に記載の金属膜の研磨方法。

請求項4

前記下部が溝内に埋め込まれ、上部が溝から突出した金属膜を形成した後、この金属膜に対して前記CMP法による研磨を行う請求項1又は2に記載の金属膜の研磨方法。

請求項5

金属膜が、リフロースパッタ法を使用したAl合金を含有する請求項1〜4のいずれか1項に記載の金属膜の研磨方法。

請求項6

金属膜がタングステン(W)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)及びチタン(Ti)合金のうち少なくとも1つを含む金属膜である請求項5に記載の金属膜の研磨方法。

技術分野

0001

本発明は、溝を設けた絶縁膜上に成膜した金属膜をCMP(Chemical Mechanical Polishing)法により研磨してダマシン配線を形成する際に使用される金属膜の研磨方法に関し、さらに詳述すると、金属膜のCMP法による研磨時に発生する大面積パターンの過剰研磨(ディッシング)を防止する金属膜の研磨方法に関する。

背景技術

0002

近年、半導体装置の製造工程において、溝を形成した絶縁膜上に金属膜を前記溝を埋め込む状態で成膜した後、該金属膜をCMP法により研磨してダマシン配線を形成することが行われている。また、この技術の改善の一つとして、特開平9−8039号公報に記載されたものがある。

0003

特開平9−8039号の技術では、まず図4(1)に示すように、絶縁膜42に溝43を形成する際に、絶縁膜42と同じ成分の島パターン44を溝43内に形成する(図中41は基板を示す)。次いで、図4(2)に示すように、溝43内を埋め込む状態で、絶縁膜42上に金属膜45を成膜する。その後、図4(3)に示すように、絶縁膜42が露出するまで金属膜45をCMP法によって研磨し、溝43内に金属膜45からなる埋め込み配線(ダマシン配線)46を形成するものである。この技術によれば、溝43内に島パターン44が存在するので、大面積パターンに発生する過剰研磨(ディッシング)を防止することができる。

発明が解決しようとする課題

0004

しかし、前記特開平9−8039号の技術では、形成しようとするダマシン配線そのものの体積が減少するので、配線の電気的特性の向上を期待することができず、さらには島パターンの存在が配線の電気的特性の劣化につながることも考えられる。また、形成したダマシン配線をビア等で接続しようとすると、島パターンの配置及び大きさの影響を考慮する必要が生じるため、設計が複雑にならざるを得ない。これらの問題点は、溝内に島パターンを形成しているために生じるものである。

0005

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたもので、前記従来技術のように溝内に島パターンを形成することなく、また形成しようとするダマシン配線そのものの体積を減少させることなく、金属膜のCMP法による研磨時に発生する大面積パターンの過剰研磨(ディッシング)を防止することが可能な金属膜の研磨方法を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0006

本発明は、前記目的を達成するため、溝を設けた絶縁膜上に成膜した金属膜をCMP法により研磨してダマシン配線を形成するための金属膜の研磨方法であって、前記絶縁膜に設けられた溝の内の幅1μm以上の溝の部分のみに、下部が溝内に埋め込まれ、上部が溝から突出した金属膜を形成した後、前記CMP法による研磨を行うことを特徴とする金属膜の研磨方法を提供する。

0007

この場合、前記絶縁膜上に金属膜を成膜した後、幅1μm以上の溝の部分に形成された金属膜のみを残すように該金属膜のエッチングを行うことにより、前記幅1μm以上の溝の部分のみに、下部が溝内に埋め込まれ、上部が溝から突出した金属膜を形成することが好ましい。

0008

本発明において、金属膜の形成に用いる金属に特に制限はないが、埋め込み性に優れているリフロースパッタ法を使用したAl合金が特に望ましい。ただし、CVD法又はメッキ法を使用したW系合金、Cu系合金等でも差し支えない。また、CMP法による研磨に用いるパッド研磨剤にも何ら限定はないが、例えばパッドとしてはIC1000等の硬質パッドや、上記硬質パッドとSUBA400等との積層パッド、研磨剤としては研磨粒子アルミナ又はシリカであるものを好適に使用することができる。

発明を実施するための最良の形態

0009

図1は、本発明に係る金属膜の研磨方法の第1の実施例を示す説明図である。図1(a)に示すように、半導体基板1上にプラズマ酸化膜(絶縁膜)2を形成し、さらにプラズマ酸化膜2にRIE(Reactive Ion Etching)法によって溝3を形成する。

0010

次いで、リフロースパッタ法にて、プラズマ酸化膜2上に金属膜、例えばAlCu/Ti膜(8000/100Å)4を、溝3内に金属を埋め込んだ状態で成膜する。そして、図1(b)に示すように、幅1μm以上の溝3の部分に形成されたAlCu/Ti膜4のみを残すために、AlCu/Ti膜4にフォトレジスト(PR)を塗布してエッチング(ドライエッチング)を行う。

0011

以上の工程により、プラズマ酸化膜2に設けられた溝の内の、幅1μm以上の幅広の溝3の部分のみに、下部が溝3内に埋め込まれ、上部が溝3から突出したAlCu/Ti膜5が形成される。その後、図1(c)に示すように、再度リフロースパッタ法にて、AlCu/Ti膜(5000/100Å)6をウェハ全面堆積させる。

0012

最後に、CMP法によりAlCu/Ti膜5,6を研磨して平坦化し、図1(d)に示すようにダマシン配線であるAlCu/Ti溝配線7を形成する。この場合、上記CMP法による研磨において、パッドとしてはIC1000等の硬質パッドとSUBA400等との積層パッド、研磨剤としては研磨粒子がアルミナ又はシリカであるものを好適に使用することができる。

0013

本実施例により、大面積パターンの過剰研磨(ディッシング)を防止することができ、配線信頼性及び平坦性の両方を向上させることができる。図3は、本発明方法及び通常法をそれぞれ使用した場合における配線幅ディッシング量との関係の一例を示すグラフである。なお、ここで用いた通常法は、溝を形成した絶縁膜上にスパッタ法で金属膜を成膜した後、この金属膜をCMP法により研磨してダマシン配線を形成する方法であり、特開平9−8039号の技術のように溝内に島パターンは形成していない。図3から明らかなように、スパッタ後にそのままCMPを施す通常法に比べて、本発明方法では大面積パターンのディッシング量は1/4〜1/3以下に低減している。その理由は、予め幅1μm以上の幅広の溝の部分のみに金属を埋設させることで、この溝上の研磨前における金属膜の膜厚を厚くするからである。すなわち、上記溝上の金属膜の膜厚を厚くすることで、過剰に研磨される部分を平坦にしようとする部分の上部に設定することができるからである。

0014

図2は、本発明に係る金属膜の研磨方法の第2の実施例を示す説明図である。この実施例は、セル部と周辺部との間に段差が存在する場合などに有効であり、第1の実施例と同様のドライエッチング法とCMP法との組み合わせを用いている。図2(a)に示すように、半導体基板11上に段差の存在するプラズマ酸化膜(絶縁膜)12を形成し、さらにプラズマ酸化膜12の酸化膜凸部(セル部)13及び段差下部(周辺部)14にRIE法によって溝15,16をそれぞれ形成する。

0015

次いで、リフロースパッタ法にて、プラズマ酸化膜12上に金属膜、例えばAlCu/Ti膜(8000/100Å)17を、溝15,16内に金属を埋め込んだ状態で成膜する。そして、図2(b)に示すように、幅1μm以上の溝である酸化膜凸部13の溝15の部分に形成されたAlCu/Ti膜17のみを残すために、AlCu/Ti膜17にフォトレジストを塗布してエッチング(ドライエッチング)を行う。

0016

以上の工程により、プラズマ酸化膜12に設けられた溝の内の、幅1μm以上の幅広の溝15の部分のみに、下部が溝15内に埋め込まれ、上部が溝15から突出したAlCu/Ti膜18が形成される。最後に、CMP法によりAlCu/Ti膜18を研磨して平坦化する。このCMP法による研磨では、凸状になっている酸化膜凸部13のみ、好ましくはAlCu/Ti膜18のみを研磨する。研磨条件としては、5.0psi以下の低研磨荷重を使用し、段差下部14のプラズマ酸化膜12及びドライエッチング後のAlCu/Ti膜19を研磨しないようにする。また、この実施例では凸部分を研磨するので、研磨パッドとしては最表面がIC1000クラスの硬質パッドを使用する。これにより、図2(c)に示すように、ダマシン配線であるAlCu/Ti溝配線20が形成される。

発明の効果

0017

以上のように、本発明によれば、溝内に島パターンを形成したり、また形成しようとするダマシン配線そのものの体積を減少させたりすることなく、金属膜のCMP法による研磨時に発生する大面積パターンの過剰研磨(ディッシング)を防止することができ、これにより配線信頼性及び平坦性の両方を向上させることが可能である。

図面の簡単な説明

0018

図1本発明に係る金属膜の研磨方法の第1の実施例を示す説明図である。
図2本発明に係る金属膜の研磨方法の第2の実施例を示す説明図である。
図3本発明方法及び通常法をそれぞれ使用した場合における配線幅とディッシング量との関係の一例を示すグラフである。
図4溝内に島パターンを形成するダマシン配線の形成方法を示す説明図である。

--

0019

1半導体基板
2プラズマ酸化膜
3 溝
4 AlCu/Ti膜
5 AlCu/Ti膜
6 AlCu/Ti膜
7 AlCu/Ti溝配線
11 半導体基板
12 プラズマ酸化膜
13酸化膜凸部
14段差下部
15 溝
16 溝
17 AlCu/Ti膜
18 AlCu/Ti膜
19 AlCu/Ti膜
20 AlCu/Ti溝配線

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