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JP2005072238A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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JP2005072238A
JP2005072238A JP2003299794A JP2003299794A JP2005072238A JP 2005072238 A JP2005072238 A JP 2005072238A JP 2003299794 A JP2003299794 A JP 2003299794A JP 2003299794 A JP2003299794 A JP 2003299794A JP 2005072238 A JP2005072238 A JP 2005072238A
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insulating film
polishing
semiconductor device
manufacturing
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JP2003299794A
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Japanese (ja)
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Mitsunari Satake
光成 佐竹
Hiroshi Kono
寛 河野
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

【課題】 CMP工程により生じるスクラッチの影響を従来よりも低減することが可能な半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】 半導体装置の製造方法は、トランジスタ等が形成された基板1上に堆積された絶縁膜3をCMPにより研磨して絶縁膜3aを形成する工程と、絶縁膜3aにスルーホール5を形成する工程と、スルーホール5を埋めるポリシリコン膜6を形成する工程と、ポリシリコン膜6をCMPにより研磨する工程と、ポリシリコン及び絶縁膜3aをCMPにより研磨する仕上げ研磨工程とを含む。仕上げ研磨工程では、ポリシリコンと絶縁膜の研磨レート差を小さくすることで、スクラッチ4に残存するポリシリコン8を除去することが可能となる。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of reducing the influence of scratches caused by a CMP process as compared with the conventional case.
A method of manufacturing a semiconductor device includes a step of polishing an insulating film 3 deposited on a substrate 1 on which a transistor or the like is formed by CMP to form an insulating film 3a, and forming a through hole 5 in the insulating film 3a. A step of forming, a step of forming a polysilicon film 6 filling the through hole 5, a step of polishing the polysilicon film 6 by CMP, and a final polishing step of polishing the polysilicon and the insulating film 3a by CMP. In the final polishing step, the polysilicon 8 remaining in the scratch 4 can be removed by reducing the difference in polishing rate between the polysilicon and the insulating film.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、CMP(Chemical Mechanical Polishing;化学機械研磨)を用いた半導体装置の製造方法に関し、特に、CMP工程においてスクラッチに起因する不良の発生を抑えるための対策を含む半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device using CMP (Chemical Mechanical Polishing), and more particularly, to a method for manufacturing a semiconductor device including measures for suppressing the occurrence of defects due to scratches in a CMP process.

多層の配線層を含む半導体集積回路の製造工程においては、層間絶縁膜の形成時や配線、プラグの形成時など種々の場面でCMPによる平坦化処理が施される。これによって各配線層内の高さが均等に保たれ、集積度の高い半導体集積回路を製造することができる。   In a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit including a multilayer wiring layer, planarization processing by CMP is performed in various situations such as when an interlayer insulating film is formed, when wirings and plugs are formed. Thereby, the height in each wiring layer is kept uniform, and a highly integrated semiconductor integrated circuit can be manufactured.

ところが、CMP工程においては、半導体ウェハに大きな圧力を加えながら研磨を行なうために、研磨液(スラリー)に含まれる研磨粒子が凝集した場合などに、「スクラッチ」と呼ばれる傷が半導体ウェハに入ることがある。   However, in the CMP process, since polishing is performed while applying a large pressure to the semiconductor wafer, scratches called “scratches” enter the semiconductor wafer when abrasive particles contained in the polishing liquid (slurry) aggregate. There is.

CMP工程で発生するスクラッチが及ぼす影響はいろいろあるが、その1つに、後の工程で、酸化膜を研磨ストッパーとして導電膜のCMPを行なう際に、前記スクラッチ上に導電膜が残存し、配線やプラグ間ショートを引き起こす、というものがある。従来のCMP工程を含む半導体装置の製造方法において、スクラッチが形成される様子を説明する。   There are various effects of scratches generated in the CMP process. One of them is that when conducting a CMP process using an oxide film as a polishing stopper in a later process, the conductive film remains on the scratch and wiring is formed. Or cause a short between plugs. A description will be given of how a scratch is formed in a semiconductor device manufacturing method including a conventional CMP process.

図4(a)〜(e)は、CMP工程を含む従来の半導体装置の製造方法を示す断面図である。   4A to 4E are cross-sectional views illustrating a conventional method for manufacturing a semiconductor device including a CMP process.

まず、図4(a)に示すように、シリコンなどからなる半導体基板141上に、例えばゲート電極142を有するトランジスタを形成する。次に、半導体基板141上に例えばBPSG(Boron Phosphate Silicade Glass)を堆積して厚さ800nmの絶縁膜143を形成する。   First, as shown in FIG. 4A, a transistor having, for example, a gate electrode 142 is formed on a semiconductor substrate 141 made of silicon or the like. Next, for example, BPSG (Boron Phosphate Silicon Glass) is deposited on the semiconductor substrate 141 to form an insulating film 143 having a thickness of 800 nm.

次に、図4(b)に示すように、絶縁膜143に対しCMPによる平坦化を行い、厚さ400nmの絶縁膜143aを形成する。ここで、平坦化処理後の絶縁膜を処理前の絶縁膜143と区別するために「絶縁膜143a」と呼ぶ。なお、本工程で絶縁膜143aの上面にスクラッチ144が発生したと仮定する。   Next, as shown in FIG. 4B, the insulating film 143 is planarized by CMP to form an insulating film 143a having a thickness of 400 nm. Here, in order to distinguish the insulating film after the planarization treatment from the insulating film 143 before the treatment, it is referred to as an “insulating film 143a”. Note that it is assumed that a scratch 144 is generated on the upper surface of the insulating film 143a in this step.

次に、図4(c)に示すように、半導体装置がMOSFETの場合、ゲート電極142やソース・ドレイン(図示せず)とコンタクトを取るためのスルーホール145を、リソグラフィー処理及び絶縁膜143aのドライエッチングにより形成する。ここで、スルーホール145の直径は例えば300nmとする。なお、ドライエッチング後のポリマー除去などの洗浄工程で、スクラッチ144が拡大する場合もある。   Next, as shown in FIG. 4C, when the semiconductor device is a MOSFET, a through hole 145 for making contact with the gate electrode 142 and the source / drain (not shown) is formed in the lithography process and the insulating film 143a. It is formed by dry etching. Here, the diameter of the through hole 145 is, for example, 300 nm. Note that the scratch 144 may expand in a cleaning process such as polymer removal after dry etching.

次に、図4(d)に示すように、基板の全面に例えばリンをドーピングしたポリシリコンを堆積し、スルーホール145を埋める、厚さ約300nmのポリシリコン膜146を形成する。   Next, as shown in FIG. 4D, polysilicon doped with, for example, phosphorus is deposited on the entire surface of the substrate, and a polysilicon film 146 having a thickness of about 300 nm is formed to fill the through hole 145.

次に、図4(e)に示すように、絶縁膜143aをストッパーとするCMPを行って絶縁膜143aが露出するまでポリシリコン膜146を研磨し、ポリシリコンプラグ147を形成する。本工程では、絶縁膜143aの研磨レートが非常に小さいので、絶縁膜143aの研磨は進行しない。このため、2つ以上のポリシリコンプラグ145間にスクラッチ144が生じている場合には、スクラッチ144中にポリシリコン148が残存し、これが電気的にショートを引き起こしてしまう。   Next, as shown in FIG. 4E, the polysilicon film 146 is polished by CMP using the insulating film 143a as a stopper until the insulating film 143a is exposed, and a polysilicon plug 147 is formed. In this step, since the polishing rate of the insulating film 143a is very small, the polishing of the insulating film 143a does not proceed. For this reason, when the scratch 144 is generated between two or more polysilicon plugs 145, the polysilicon 148 remains in the scratch 144, which causes an electrical short circuit.

以上のように、スクラッチ144が発生すると半導体装置の動作に不具合が生じて信頼性が低下する。このため、CMP条件の最適化やCMP装置の保全によってスクラッチの発生を防ぐ試みが多くなされている。それでも不十分な場合は、CMP後に絶縁膜を成膜したり、熱処理を施したりすることで、スクラッチの縮小化を行う方法が採られる。このような、スクラッチを低減するための従来の方法について簡単に説明する。   As described above, when the scratch 144 is generated, a malfunction occurs in the operation of the semiconductor device and the reliability is lowered. For this reason, many attempts have been made to prevent the occurrence of scratches by optimizing the CMP conditions and maintaining the CMP apparatus. If this is still insufficient, a method of reducing the scratch by forming an insulating film after CMP or performing heat treatment is employed. A conventional method for reducing such scratches will be briefly described.

まず、CMP条件の最適化によるスクラッチ低減化に関して述べる。   First, reduction of scratches by optimizing CMP conditions will be described.

スクラッチが生じる原因は種々存在するが、最も大きな原因は、上述のように、凝集した粗大研磨粒子が供給されることにある。そこで、従来から研磨液に含まれる研磨粒子について改良することが検討されている。   There are various causes for the occurrence of scratches, but the largest cause is the supply of aggregated coarse abrasive particles as described above. Therefore, it has been studied to improve the abrasive particles contained in the polishing liquid.

例えば、シリコン酸化膜のCMPでは研磨レートを上げるために研磨粒子としてヒュームドシリカが一般に用いられているが、この場合、研磨粒子が凝集しやすく、研磨粒子の粗大凝集体が酸化膜表面にスクラッチを引き起こすことが分かっている。よって、凝集しにくいタイプのヒュームドシリカ系粒子を含むスラリーを用いるか、研磨レートが低下するものの凝集の起きないコロイダルシリカ系粒子を含むスラリーを用いることが行われる。一方、プラグ材料としてタングステン(W)などの金属を用いる場合には該金属膜のCMPが行われる。この金属膜のCMPにおいては、下地酸化膜との選択比を上げるためにアルミナ系粒子を含むスラリーが用いられてきたが、導電膜表面、および、ストッパーとなる酸化膜表面にスクラッチが生じやすかった。これに対しては、研磨粒子自体や研磨液の組成を変更するなどの種々の改良が行われ、シリカ系粒子を含むスラリーでも下地酸化膜との選択比が向上し、スクラッチの低減が可能となった。   For example, in CMP of a silicon oxide film, fumed silica is generally used as an abrasive particle in order to increase the polishing rate. In this case, the abrasive particle is likely to aggregate, and a coarse aggregate of abrasive particles is scratched on the oxide film surface. Is known to cause Therefore, a slurry containing fumed silica-based particles that hardly aggregate is used, or a slurry containing colloidal silica-based particles that does not cause aggregation although the polishing rate decreases. On the other hand, when a metal such as tungsten (W) is used as the plug material, CMP of the metal film is performed. In the CMP of this metal film, a slurry containing alumina particles has been used to increase the selectivity with the base oxide film, but scratches were likely to occur on the conductive film surface and the oxide film surface serving as a stopper. . In response to this, various improvements such as changing the composition of the abrasive particles themselves and the polishing liquid have been made, and the selectivity to the base oxide film can be improved even in slurries containing silica-based particles, and scratches can be reduced. became.

次に、CMP設備の保全によるスクラッチの低減化策に関して簡単に説明する。   Next, a method for reducing scratches by maintaining CMP equipment will be briefly described.

スラリーを長時間静置しておくと研磨粒子が沈殿して凝集してしまう。そのため、スラリー供給装置においては、スラリーを常に循環するとともに、スラリーが滞留しにくい配管構造を備えている必要がある。また、設備導入後は、定期的に、スラリー供給系と、CMP装置内を洗浄することで、スクラッチの発生を抑えることができる。   If the slurry is allowed to stand for a long time, the abrasive particles precipitate and aggregate. Therefore, in the slurry supply apparatus, it is necessary to provide a piping structure that constantly circulates the slurry and hardly retains the slurry. Further, after the introduction of the equipment, the occurrence of scratches can be suppressed by periodically cleaning the slurry supply system and the CMP apparatus.

次に、スクラッチに対するプロセス面からの取り組みについて簡単に説明する。   Next, the process approach to scratch will be briefly described.

まず、従来の製造方法において、例えば酸化膜のCMPを行った後に、新たに酸化膜を堆積する方法が試みられた。新たに堆積する膜としては、p−TEOS膜、BPSG膜、HDP−CVD膜などが挙げられる。この方法によれば、スクラッチに酸化膜が埋め込まれるため、スクラッチのサイズを多少は低減することができる。BPSG膜を堆積する場合には、その後に熱処理を加えることでBPSG膜を流動化させてスクラッチをさらに縮小させることができる。   First, in the conventional manufacturing method, for example, a method of newly depositing an oxide film after CMP of the oxide film has been attempted. Examples of the newly deposited film include a p-TEOS film, a BPSG film, and an HDP-CVD film. According to this method, since the oxide film is embedded in the scratch, the size of the scratch can be somewhat reduced. When depositing a BPSG film, the BPSG film can be fluidized by applying a heat treatment thereafter, and the scratch can be further reduced.

また、BPSG膜など熱流動性のある膜のCMPを行った後には、熱処理を行うことで、スクラッチを低減化することができる。
特開平9−191048号公報
In addition, after CMP of a film having heat fluidity such as a BPSG film, scratching can be reduced by performing heat treatment.
Japanese Patent Laid-Open No. 9-191048

しかしながら、上記従来の方法を用いても、スクラッチの発生を完全に防ぐことはできない。   However, even if the above conventional method is used, the generation of scratches cannot be completely prevented.

例えば、研磨条件の最適化を行っても、研磨粒子で研磨を行っている以上、スクラッチを低減することはできてもゼロにすることは困難である。CMP設備の保全も、スクラッチが多発する事態を未然に防ぐことはできても、ゼロにするだけの効果は期待できない。   For example, even if the polishing conditions are optimized, scratching can be reduced, but it is difficult to achieve zero as long as polishing is performed with abrasive particles. Even in the maintenance of the CMP facility, even if it is possible to prevent the occurrence of frequent scratches, it is not possible to expect the effect to make it zero.

また、プロセス面からの改良も、従来の方法ではスクラッチのサイズを小さくすることはできても、スクラッチの発生を抑えることは難しい。特に、CMP後に熱処理を入れる手法は、CMP前の焼きしめを不十分にする必要があり、膜が不安定となり、CMP時の研磨レート再現性が劣化するおそれもある。   Also, in terms of process improvement, it is difficult to suppress the generation of scratches even though the conventional method can reduce the size of the scratches. In particular, in the method of performing a heat treatment after CMP, baking before CMP needs to be insufficient, the film becomes unstable, and the polishing rate reproducibility at the time of CMP may deteriorate.

以上のように、半導体装置を製造する際のCMP工程において、スクラッチの発生をさらに低減する、という課題は依然として存在する。   As described above, there is still a problem of further reducing the generation of scratches in the CMP process when manufacturing a semiconductor device.

本発明の目的は、CMP工程により生じるスクラッチの影響を従来よりも低減することが可能な半導体装置の製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of reducing the influence of scratches caused by the CMP process as compared with the conventional one.

本願発明者らは、上記の課題を解決するために、基板上に設けられた絶縁膜上に導電膜を形成する工程の後に、導電膜をCMPにより研磨する工程と、導電膜と共に絶縁膜を除去する工程とを行なうことに想到した。絶縁膜の上面にCMPやその他工程によって傷(スクラッチを含む)が生じていても、この方法によれば、傷の上に残る導電膜を理論的には完全に除去することが可能となるのである。   In order to solve the above problems, the inventors of the present invention provide a process of polishing a conductive film by CMP after a process of forming a conductive film over an insulating film provided over a substrate, and an insulating film together with the conductive film. And the process of removing it. Even if scratches (including scratches) occur on the upper surface of the insulating film due to CMP or other processes, this method makes it possible to theoretically completely remove the conductive film remaining on the scratches. is there.

すなわち、本発明の半導体装置の製造方法は、基板上に設けられ、トレンチまたはスルーホールの少なくとも一方が形成された絶縁膜上に導電膜を形成する工程(a)と、上記工程(a)の後に、上記絶縁膜の除去レートよりも上記導電膜の除去レートが大きい条件で上記導電膜を化学機械研磨する工程(b)と、上記工程(b)の後に、上記絶縁膜に対する上記導電膜の除去レートの選択比が上記工程(b)よりも小さい条件で、上記絶縁膜の一部及び上記導電膜の一部を除去して上記トレンチを埋める配線または上記スルーホールを埋めるプラグを形成する工程(c)とを含んでいる。   That is, the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes a step (a) of forming a conductive film on an insulating film provided on a substrate and having at least one of a trench and a through hole formed thereon, and the step (a). A step (b) of chemically mechanically polishing the conductive film under a condition that the removal rate of the conductive film is higher than a removal rate of the insulating film; and after the step (b), the conductive film with respect to the insulating film A step of forming a wiring for filling the trench or a plug for filling the through hole by removing a part of the insulating film and a part of the conductive film under the condition that the selection ratio of the removal rate is smaller than that of the step (b). (C).

この方法により、工程(a)の時点で絶縁膜の上面にスクラッチ等の傷がある場合、工程(c)で絶縁膜上の傷に残る導電膜を除去することができるので、互いに隣接するプラグあるいは互いに隣接する配線間でのショートの発生等、絶縁膜の傷に起因する不具合を防ぐことができる。   By this method, when there is a scratch such as a scratch on the upper surface of the insulating film at the time of the step (a), the conductive film remaining on the scratch on the insulating film can be removed in the step (c). Alternatively, it is possible to prevent problems caused by scratches on the insulating film, such as occurrence of a short circuit between adjacent wirings.

上記工程(c)では、上記絶縁膜の一部及び上記導電膜の一部を化学機械研磨によって除去することにより、工程(b)の終了時点で基板面に多少の凹凸がある場合でも基板上面を平坦化でき、配線あるいはプラグの高さを揃えることができる。   In the step (c), a part of the insulating film and a part of the conductive film are removed by chemical mechanical polishing, so that even when the substrate surface has some unevenness at the end of the step (b), the upper surface of the substrate Can be flattened, and the height of the wiring or plug can be made uniform.

上記工程(c)では、上記絶縁膜の一部及び上記導電膜の一部をドライエッチングによって除去してもよい。この方法によれば、研磨を行なう場合に比べて絶縁膜と導電膜の除去レート比の調整を容易に行なうことができる。   In the step (c), part of the insulating film and part of the conductive film may be removed by dry etching. According to this method, the removal rate ratio between the insulating film and the conductive film can be easily adjusted as compared with the case of polishing.

上記導電膜がポリシリコンまたはアモルファスシリコンからなる場合には、本方法によってポリシリコンプラグを備えた従来よりも信頼性の高い半導体装置を製造することができる。   When the conductive film is made of polysilicon or amorphous silicon, it is possible to manufacture a semiconductor device having a polysilicon plug with higher reliability than the conventional one by this method.

上記工程(a)の前に、上記絶縁膜を化学機械研磨する工程と、研磨された上記絶縁膜にトレンチまたはスルーホールを形成する工程とをさらに含んでいてもよい。   Prior to the step (a), a step of chemically mechanically polishing the insulating film and a step of forming a trench or a through hole in the polished insulating film may be further included.

上記絶縁膜は、基板上に設けられた第1の絶縁膜と、上記第1の絶縁膜上に設けられ、第1の絶縁膜とは異なる材料からなる第2の絶縁膜とを有しており、上記絶縁膜を化学機械研磨する工程は、上記第1の絶縁膜を化学機械研磨する工程であることにより、例えば第2の絶縁膜をトレンチまたはスルーホール形成時のエッチングマスクとして利用することができ、且つ第1の絶縁膜の研磨時に生じるスクラッチのサイズを小さくすることができる。   The insulating film includes a first insulating film provided on the substrate, and a second insulating film provided on the first insulating film and made of a material different from that of the first insulating film. The chemical mechanical polishing step of the insulating film is a step of chemical mechanical polishing the first insulating film. For example, the second insulating film is used as an etching mask when forming a trench or a through hole. In addition, the size of the scratch generated during polishing of the first insulating film can be reduced.

上記工程(a)で形成される導電膜は、少なくとも上記トレンチまたは上記スルーホールを覆う第1の導電体膜と、上記第1の導電体膜上に設けられ、少なくとも上記トレンチまたは上記スルーホールを埋める第2の導電体膜とを有しており、上記工程(b)における研磨では上記絶縁膜の研磨レートよりも上記第1の導電体膜及び上記第2の導電体膜の研磨レートの方が大きくなっていることにより、銅やタングステンなどのようにトランジスタ等の部材上に直接形成することが好ましくない第2の導電体膜を用いて配線またはプラグを形成することができる。   The conductive film formed in the step (a) is provided on at least a first conductor film covering the trench or the through hole, and on the first conductor film, and at least the trench or the through hole is formed. A polishing rate of the first conductor film and the second conductor film than the polishing rate of the insulating film in the polishing in the step (b). Therefore, a wiring or a plug can be formed using a second conductor film that is not preferably formed directly on a member such as a transistor such as copper or tungsten.

上記第2の導電体膜は銅膜であり、上記工程(a)では、上記第1の導電体膜及び上記銅膜が上記トレンチを埋めることにより、ショートなどの不具合がなく、且つ高さが揃えられた銅配線を形成することができる。   The second conductor film is a copper film, and in the step (a), the first conductor film and the copper film fill the trench so that there is no inconvenience such as a short circuit and the height is high. Aligned copper wiring can be formed.

上記工程(b)の後で且つ上記工程(c)の前に、上記絶縁膜をストッパーとして上記第1の導電体膜を化学機械研磨する工程(b2)をさらに含み、上記工程(b)では、上記第1の導電体膜をストッパーとして上記銅膜を研磨することにより、工程(b2)で基板面内での高さのばらつきをより小さくすることができる。   After the step (b) and before the step (c), the method further includes a step (b2) of chemically mechanically polishing the first conductive film using the insulating film as a stopper. In the step (b) By polishing the copper film using the first conductor film as a stopper, the height variation in the substrate plane can be further reduced in the step (b2).

上記工程(b)では上記第1の導電体膜をストッパーとして上記銅膜を研磨し、上記工程(c)では上記第1の導電体膜、上記絶縁膜、及び上記銅膜の一部を除去することにより、第1の導電体膜を除去するための研磨を別に行なう場合に比べて工程数を減らすことができるので、製造コストを下げることができる。   In the step (b), the copper film is polished using the first conductor film as a stopper, and in the step (c), the first conductor film, the insulating film, and a part of the copper film are removed. By doing so, the number of steps can be reduced as compared with the case where polishing for removing the first conductor film is performed separately, and thus the manufacturing cost can be reduced.

上記工程(b)の研磨では、上記絶縁膜の研磨レートaに対する上記導電膜の研磨レートbの比b/aが3以上であると好ましい。   In the polishing in the step (b), the ratio b / a of the polishing rate b of the conductive film to the polishing rate a of the insulating film is preferably 3 or more.

上記工程(c)では、上記絶縁膜の除去レートcに対する上記導電膜の除去レートdの比d/cが0.3以上3以下であると好ましい。   In the step (c), a ratio d / c of the conductive film removal rate d to the insulating film removal rate c is preferably 0.3 or more and 3 or less.

上記工程(c)では、上記絶縁膜を除去する厚さが30nm以上200nm以下であると好ましい。   In the step (c), the thickness for removing the insulating film is preferably 30 nm to 200 nm.

本発明の半導体装置の製造方法によれば、CMPなどにより絶縁膜に傷が生じた場合であってもショートなどの不具合を抑えつつ高さの揃った配線あるいはプラグを形成することができる。   According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, even when an insulating film is damaged by CMP or the like, it is possible to form wirings or plugs having a uniform height while suppressing problems such as a short circuit.

スクラッチの発生を防ぐためには、スラリー供給装置やCMP装置の改良、スラリーの改良、製造工程の改良など、異なる面からの対策を組み合わせることが必要となる。本願発明者らは、上記の対策のうち、スクラッチの低減に最も効果が高いと予想される、製造工程の改良を行うこととした。   In order to prevent the occurrence of scratches, it is necessary to combine measures from different aspects such as improvement of the slurry supply device and CMP device, improvement of the slurry, and improvement of the manufacturing process. The inventors of the present application decided to improve the manufacturing process, which is expected to be most effective in reducing scratches among the above measures.

製造工程を見直すため、CMP工程でのウェハに対する圧力条件を変更したり、定盤の回転数を変更するなどの検討を行った。しかしながら、ウェハへの圧力を小さくするとスクラッチが入りにくくなる反面研磨レートが落ちるなどの問題が生じ、また、回転数を変更するなどしても大きな効果は見られなかった。そこで、本願発明者らはさらに種々の要素を検討してみたが、CMP工程でスクラッチの発生を完全に防ぐことは不可能であった。   In order to review the manufacturing process, the pressure conditions for the wafer in the CMP process were changed, and the rotation speed of the surface plate was changed. However, when the pressure on the wafer is reduced, scratches are difficult to enter, but on the other hand, there is a problem that the polishing rate is lowered, and even if the rotational speed is changed, a great effect is not seen. Therefore, the inventors of the present application further examined various factors, but it was impossible to completely prevent the occurrence of scratches in the CMP process.

ある時、本願発明者らは、見方を変えて「スクラッチは必ず発生する」という前提に立ち、CMPの後工程の改良を行うことを検討してみた。そこで、発生したスクラッチに埋め込まれた導電膜を絶縁膜ごと研磨等により除去することに想到した。   At one time, the inventors of the present application have changed the way of thinking and have considered the improvement of the post-CMP process based on the premise that “scratches always occur”. Accordingly, the inventors have come up with the idea of removing the conductive film embedded in the generated scratch by polishing or the like together with the insulating film.

プラグや配線を形成する場合、スクラッチは絶縁膜上に生じることから、本願発明者らは、図4(e)に示すCMPを、絶縁膜143aとポリシリコン膜146を同等に研磨できる条件で行なうことをまず考えた。しかしながら、この方法では以下のような不具合が生じることが分かった。   When a plug or wiring is formed, since scratches are generated on the insulating film, the inventors of the present application perform the CMP shown in FIG. 4E under conditions that allow the insulating film 143a and the polysilicon film 146 to be polished equally. I thought about that first. However, it has been found that this method has the following problems.

図4(d)に示す工程において、ポリシリコン膜146の膜厚が300nmの場合、研磨レートの基板面内ばらつきに起因する研磨残りを抑制するため、最も研磨レートが小さい箇所でポリシリコン換算で400nm程度の研磨を行う必要がある。基板面内の研磨レートばらつきが±20%の場合、最も研磨レートが大きい箇所はポリシリコン換算で約600nmの研磨が進行する。ポリシリコン膜146と絶縁膜143a(下地酸化膜)の研磨レート選択比が1の場合、絶縁膜143aが300nmも減少する領域が発生することになる。ゲート電極142が露出しないように、絶縁膜143aを相当厚くする必要があるが、その場合、スルーホール145を形成するためのドライエッチングや、ポリシリコンの埋め込みが困難となる。   In the step shown in FIG. 4D, when the thickness of the polysilicon film 146 is 300 nm, in order to suppress the polishing residue caused by the in-plane variation of the polishing rate, it is converted into polysilicon at the position where the polishing rate is the lowest. It is necessary to perform polishing of about 400 nm. When the variation in the polishing rate within the substrate surface is ± 20%, polishing at about 600 nm in terms of polysilicon proceeds at the portion where the polishing rate is the highest. When the polishing rate selection ratio between the polysilicon film 146 and the insulating film 143a (base oxide film) is 1, a region where the insulating film 143a decreases by 300 nm is generated. The insulating film 143a needs to be considerably thick so that the gate electrode 142 is not exposed. In this case, however, dry etching for forming the through hole 145 and polysilicon filling are difficult.

また、基板面内でポリシリコンプラグ147の高さがばらつく点も問題になる。ここで説明した例の場合、ポリシリコン膜146を研磨する際の基板面内のばらつきが200nmとなり、また、絶縁膜143を絶縁膜143aの状態になるまで研磨する際の基板面内のばらつきが例えば150nmであった場合、ポリシリコンプラグ高さのばらつきは、最大350nmにもなる。   Another problem is that the height of the polysilicon plug 147 varies within the substrate surface. In the example described here, the variation in the substrate surface when the polysilicon film 146 is polished is 200 nm, and the variation in the substrate surface when the insulating film 143 is polished until it is in the state of the insulating film 143a. For example, when the thickness is 150 nm, the variation in the height of the polysilicon plug is 350 nm at the maximum.

以上のようなばらつきの発生を抑えるために、ポリシリコン膜146の研磨は、絶縁膜143aがストッパーとなるような条件で行なうことが望ましいことが分かった。   In order to suppress the occurrence of such variations, it has been found that the polishing of the polysilicon film 146 is preferably performed under the condition that the insulating film 143a serves as a stopper.

このことから、本願発明者らは、絶縁膜上に堆積した導電膜(ポリシリコン膜)を研磨する工程において、最初にポリシリコン膜を選択的に研磨し、次いで条件を変更して絶縁膜及びポリシリコンを研磨できる条件で研磨することに想到した。   From this, the inventors of the present application first polished the polysilicon film selectively in the step of polishing the conductive film (polysilicon film) deposited on the insulating film, and then changed the conditions to change the insulating film and I came up with the idea of polishing polysilicon under conditions where it can be polished.

この方法を試験的に行った結果、スクラッチを消失させることが可能であることが分かった。本方法では、一度目のCMPと二度目のCMPでの研磨条件を変更する必要があるが、これは研磨液の組成や研磨粒子の種類あるいは粒径を変更することによって調整可能である。   As a result of conducting this method on a trial basis, it was found that scratches can be eliminated. In this method, it is necessary to change the polishing conditions in the first CMP and the second CMP, but this can be adjusted by changing the composition of the polishing liquid, the type or particle size of the polishing particles.

続いて、プラグを金属で形成する場合や銅配線の形成時にもこれと同じ方法を適用できるかどうかを検討したところ、これらの場合にもスクラッチの上方に残る導電膜を除去することが可能であった。以上のことから、絶縁膜に凹部を形成した後、該凹部を埋める導電部材を形成する際に上述の方法が有効であることが分かった。   Subsequently, we examined whether the same method can be applied when the plug is formed of metal or when forming the copper wiring. In these cases, the conductive film remaining above the scratch can be removed. there were. From the above, it was found that the above-described method is effective when forming a conductive member that fills the concave portion after forming the concave portion in the insulating film.

ただし、本方法が可能になったのは、スラリーの改良に負うところも大きい。例えば、タングステンプラグを形成する場合、二度目のCMPでは、タングステンと酸化膜の選択比がほぼ1:1の研磨液が好ましく用いられる。このような研磨液はこの数年内に供給可能となったものである。   However, the fact that this method has become possible depends largely on the improvement of the slurry. For example, when a tungsten plug is formed, a polishing liquid having a selection ratio of tungsten to oxide film of approximately 1: 1 is preferably used in the second CMP. Such a polishing liquid can be supplied within the past few years.

以上のように、スルーホールを埋める導電膜をCMPによって研磨した後に絶縁膜と導電膜の選択比の差が小さい第2のCMPを行なうことで、スクラッチに埋め込まれた導電膜を除去し、電気的短絡などの不具合のない半導体装置を提供することが可能になる。   As described above, the conductive film embedded in the scratch is removed by performing the second CMP with a small difference in the selection ratio between the insulating film and the conductive film after polishing the conductive film filling the through hole by CMP. It is possible to provide a semiconductor device free from defects such as a mechanical short circuit.

なお、発明者らの検討から、第2のCMPでの絶縁膜の研磨レートをa、導電膜の研磨レートをbとした時の研磨レート比b/aは、0.3以上3以下であると好ましく、1以上3以下であるとより好ましく、1であると最も好ましいことが分かった。   From the inventors' investigation, the polishing rate ratio b / a is 0.3 or more and 3 or less when the polishing rate of the insulating film in the second CMP is a and the polishing rate of the conductive film is b. It was found that 1 or more and 3 or less is more preferable, and 1 is most preferable.

以下、本発明の各実施形態について図を用いて説明する。   Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
図1(a)〜(f)は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。本実施形態では、CMPを用いてポリシリコンプラグを形成する工程について説明する。
(First embodiment)
1A to 1F are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. In the present embodiment, a process of forming a polysilicon plug using CMP will be described.

まず、図1(a)に示すように、半導体または絶縁性材料からなる基板1上に例えばゲート電極2を有するトランジスタを形成する。次に、基板1上に例えばBPSGを堆積して厚さ約800nmの絶縁膜3を形成する。なお、この絶縁膜3は、2層以上の絶縁膜で構成されていてもよい。   First, as shown in FIG. 1A, a transistor having, for example, a gate electrode 2 is formed on a substrate 1 made of a semiconductor or an insulating material. Next, for example, BPSG is deposited on the substrate 1 to form the insulating film 3 having a thickness of about 800 nm. The insulating film 3 may be composed of two or more insulating films.

次に、図1(b)に示すように、絶縁膜3に対しCMPによる平坦化を行い、厚さ400nmの絶縁膜3aを形成する。ここで、平坦化処理後の絶縁膜を処理前の絶縁膜3と区別するために「絶縁膜3a」と呼ぶ。なお、本工程で絶縁膜3aの上面にスクラッチ4が発生すると仮定する。なお、BPSGなどの酸化膜のCMPで用いられるスラリーとしては、研磨粒子として例えばヒュームドシリカを含み、pH調整剤として水酸化アンモニウムまたは水酸化カリウムを含むものが挙げられる。   Next, as shown in FIG. 1B, the insulating film 3 is flattened by CMP to form an insulating film 3a having a thickness of 400 nm. Here, in order to distinguish the insulating film after the planarization from the insulating film 3 before the processing, it is referred to as “insulating film 3a”. In this step, it is assumed that the scratch 4 is generated on the upper surface of the insulating film 3a. Examples of the slurry used in CMP of an oxide film such as BPSG include those containing, for example, fumed silica as abrasive particles and ammonium hydroxide or potassium hydroxide as a pH adjuster.

次に、図1(c)に示すように、半導体装置がMOSFETの場合、ゲート電極2やソース・ドレイン(図示せず)とコンタクトを取るためのスルーホール5を、リソグラフィー処理及び絶縁膜3aのドライエッチングにより形成する。ここで、スルーホール5の直径は例えば300nmとする。また、従来のスルーホール5の深さは、後工程で研磨してもよいように、プラグ形成後の設計値よりも30nm以上200nm以下程度深くしておく。なお、ドライエッチング後のポリマー除去などの洗浄工程で、スクラッチ4が拡大する場合もある。   Next, as shown in FIG. 1C, when the semiconductor device is a MOSFET, a through hole 5 for making contact with the gate electrode 2 and the source / drain (not shown) is formed in the lithography process and the insulating film 3a. It is formed by dry etching. Here, the diameter of the through hole 5 is, for example, 300 nm. Further, the depth of the conventional through hole 5 is set to be 30 nm or more and 200 nm or less deeper than the design value after the plug is formed so that it can be polished in a subsequent process. Note that the scratch 4 may expand in a cleaning process such as polymer removal after dry etching.

なお、本工程の前、図1(b)に示す工程の後に、スクラッチが生じた絶縁膜3a上にHDP−CVD膜やp−TEOS膜などのドライエッチング耐性を有する膜を堆積してもよい。これは、ドライエッチング時のハードマスクとして機能する。この場合、スクラッチ4のサイズを多少小さくできる。   Before this step and after the step shown in FIG. 1B, a film having dry etching resistance such as an HDP-CVD film or a p-TEOS film may be deposited on the scratched insulating film 3a. . This functions as a hard mask during dry etching. In this case, the size of the scratch 4 can be somewhat reduced.

次に、図1(d)に示すように、基板の全面に例えばリンをドーピングしたポリシリコンを堆積し、スルーホール5を埋める、厚さ約300nmのポリシリコン膜6を形成する。   Next, as shown in FIG. 1D, polysilicon doped with, for example, phosphorus is deposited on the entire surface of the substrate, and a polysilicon film 6 having a thickness of about 300 nm is formed to fill the through hole 5.

次に、図1(e)に示すように、絶縁膜3aをストッパーとするCMPを行って絶縁膜3aが露出するまでポリシリコン膜6を研磨し、ポリシリコンプラグ7を形成する。本工程において、絶縁膜の研磨レートをa、導電膜の研磨レートをbとした時の研磨レートの選択比b/aは、3以上とする。本CMP工程では絶縁膜3aの研磨が進行しないため、スクラッチ4上にポリシリコン8が残存する。   Next, as shown in FIG. 1E, the polysilicon film 6 is polished by CMP using the insulating film 3a as a stopper until the insulating film 3a is exposed, and a polysilicon plug 7 is formed. In this step, the polishing rate selection ratio b / a is 3 or more when the polishing rate of the insulating film is a and the polishing rate of the conductive film is b. In this CMP step, the polishing of the insulating film 3 a does not proceed, so that the polysilicon 8 remains on the scratch 4.

なお、本工程におけるポリシリコンのCMPで用いられるスラリーとしては、例えば研磨粒子としてコロイダルシリカや、下地酸化膜との研磨レート選択比を上げるための添加剤などを含んでいるものが挙げられる。酸化膜に対するポリシリコンの研磨レート選択比は50以上とすることが可能である。   Examples of the slurry used in the CMP of polysilicon in this step include those containing, as abrasive particles, colloidal silica, an additive for increasing the polishing rate selection ratio with the base oxide film, and the like. The polishing rate selection ratio of polysilicon to the oxide film can be 50 or more.

続いて、図1(f)に示すように、導電膜(ここではポリシリコン)と絶縁膜の研磨レート差が小さい条件下で再度CMPを行なう。このCMPのことを、以後の本明細書では「仕上げ研磨」と呼ぶこととする。この仕上げ研磨における絶縁膜3aの研磨レートをa、導電膜の研磨レートをbとした時の研磨レートの選択比b/aは、0.3以上3以下であると好ましく、1以上3以下であるとより好ましく、1であると最も好ましい。従って本工程では、スクラッチ4上に残るポリシリコン8と、絶縁膜3aとを同時に研磨することになる。絶縁膜3aの研磨量は、30nm以上200nm以下程度が適当であるが、50nm以上150nm以下とするのが最も好ましい。   Subsequently, as shown in FIG. 1F, CMP is performed again under the condition that the polishing rate difference between the conductive film (here, polysilicon) and the insulating film is small. This CMP is hereinafter referred to as “finish polishing” in the present specification. When the polishing rate of the insulating film 3a in this final polishing is a and the polishing rate of the conductive film is b, the selection ratio b / a of the polishing rate is preferably 0.3 or more and 3 or less, and is 1 or more and 3 or less. More preferably, it is 1 and most preferably. Therefore, in this step, the polysilicon 8 remaining on the scratch 4 and the insulating film 3a are polished simultaneously. The polishing amount of the insulating film 3a is suitably about 30 nm to 200 nm, but most preferably 50 nm to 150 nm.

なお、本工程におけるCMPで用いられるスラリーとしては、例えば研磨粒子としてヒュームドシリカを含み、pH調整剤として水酸化アンモニウムまたは水酸化カリウムを含んでいるものが挙げられる。   Examples of the slurry used in CMP in this step include those containing fumed silica as abrasive particles and ammonium hydroxide or potassium hydroxide as a pH adjuster.

以上の製造方法によれば、図1(f)に示す仕上げ研磨工程により、プラグ間の残存ポリシリコンが除去されるので、プラグ間のショートを防ぐことができる。本方法によれば、仕上げ研磨での研磨量を大きくすればスクラッチに埋め込まれたポリシリコンを完全に除去することが可能である。ただし、研磨量を大きくし過ぎると図1(c)に示す工程で形成するスルーホールを深くする必要があり、ドライエッチングによるスルーホールの形成が困難になるおそれや、その後のポリシリコンの埋め込みが不良になるおそれが出てくる。また、仕上げ研磨自体の研磨ばらつきも大きくなるので、仕上げ研磨における研磨量は少なくとも200nm以下が好ましく、150nm以下であればより好ましい。   According to the above manufacturing method, the remaining polysilicon between the plugs is removed by the finish polishing step shown in FIG. 1F, so that a short circuit between the plugs can be prevented. According to this method, it is possible to completely remove the polysilicon embedded in the scratch by increasing the polishing amount in the final polishing. However, if the polishing amount is excessively large, it is necessary to deepen the through-hole formed in the step shown in FIG. 1C, which may make it difficult to form a through-hole by dry etching, and subsequent polysilicon embedding. There is a risk of failure. In addition, since the polishing variation of the finish polishing itself becomes large, the polishing amount in the finish polishing is preferably at least 200 nm, more preferably 150 nm or less.

また、スクラッチの多くは深さが30〜100nmであるので、仕上げ研磨における研磨量の下限は30nm以上が好ましく、50nm以下であればより好ましい。   Further, since most scratches have a depth of 30 to 100 nm, the lower limit of the polishing amount in finish polishing is preferably 30 nm or more, and more preferably 50 nm or less.

なお、本実施形態の説明では、プラグの材料をポリシリコンとしたが、アモルファスシリコンであってもかまわない。   In the description of the present embodiment, the plug material is polysilicon, but it may be amorphous silicon.

また、図1(b)に示すCMPの条件は、酸化膜を研磨するCMPとしたが、どのような条件のCMPであってもかまわない。   Further, although the CMP condition shown in FIG. 1B is the CMP for polishing the oxide film, the CMP may be performed under any conditions.

また、図1(f)に示す工程において、絶縁膜3aに対するポリシリコン膜6の除去選択比(除去レート比)が仕上げ研磨と同様に0.3以上3以下であれば、仕上げ研磨の代わりに、ドライエッチングを施してもかまわない。ドライエッチングの場合、CMPよりも除去レート比の調節が容易であるので、導体膜や絶縁膜の種類によらず容易にスクラッチを除去することが可能となる。ただし、CMPの方がエッチングよりも高い平坦性を実現できるので、多層の配線層を形成する場合にはCMPが好ましく用いられる。また、CMPを用いる場合、ドライエッチングとは異なり、多少の段差が残る場合にも基板上面を平坦化することができる。   In the step shown in FIG. 1 (f), if the removal selection ratio (removal rate ratio) of the polysilicon film 6 to the insulating film 3a is not less than 0.3 and not more than 3 as in the finish polishing, instead of the finish polishing. Alternatively, dry etching may be performed. In the case of dry etching, the removal rate ratio can be adjusted more easily than in CMP, so that scratches can be easily removed regardless of the type of conductor film or insulating film. However, since CMP can achieve higher flatness than etching, CMP is preferably used when forming a multilayer wiring layer. In the case of using CMP, unlike the dry etching, the upper surface of the substrate can be planarized even when some level difference remains.

なお、本実施形態では、図1(b)に示す絶縁膜3aの形成時にCMPによるスクラッチが入るものと仮定したが、CMP以外の工程やその他何らかの理由により絶縁膜3a上に傷が入った場合にも、本実施形態の製造方法を用いて傷に埋め込まれた導電膜を除去することが可能である。   In this embodiment, it is assumed that scratches are caused by CMP when the insulating film 3a shown in FIG. 1B is formed. However, when the insulating film 3a is damaged due to a process other than CMP or for some other reason. In addition, the conductive film embedded in the scratch can be removed by using the manufacturing method of the present embodiment.

(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態として、CMPを用いて金属プラグを形成するための工程を説明する。
(Second Embodiment)
As a second embodiment of the present invention, a process for forming a metal plug using CMP will be described.

図2(a)〜(f)は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。   2A to 2F are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

まず、図2(a)に示すように、半導体または絶縁性材料からなる基板11上に例えばゲート電極12を有するトランジスタを形成する。次に、基板11上に例えばBPSGを堆積してから熱処理を行い、厚さ約800nmの絶縁膜13を形成する。   First, as shown in FIG. 2A, a transistor having, for example, a gate electrode 12 is formed on a substrate 11 made of a semiconductor or an insulating material. Next, for example, BPSG is deposited on the substrate 11 and then heat treatment is performed to form an insulating film 13 having a thickness of about 800 nm.

次いで、図2(b)に示すように、絶縁膜13に対しCMPによる平坦化を行い、厚さ400nmの絶縁膜13aを形成する。ここで、平坦化処理後の絶縁膜を処理前の絶縁膜13と区別するために「絶縁膜13a」と呼ぶ。なお、本工程で絶縁膜13aの上面にスクラッチ14が発生すると仮定する。なお、BPSGなどの酸化膜のCMPで用いられるスラリーとしては、研磨粒子として例えばヒュームドシリカを含み、pH調整剤として水酸化アンモニウムまたは水酸化カリウムを含むものが挙げられる。   Next, as shown in FIG. 2B, the insulating film 13 is flattened by CMP to form an insulating film 13a having a thickness of 400 nm. Here, in order to distinguish the insulating film after the planarization treatment from the insulating film 13 before the treatment, it is referred to as an “insulating film 13a”. It is assumed that the scratch 14 is generated on the upper surface of the insulating film 13a in this step. Examples of the slurry used in CMP of an oxide film such as BPSG include those containing, for example, fumed silica as abrasive particles and ammonium hydroxide or potassium hydroxide as a pH adjuster.

次に、図2(c)に示すように、半導体装置がMOSFETの場合、ゲート電極12やソース・ドレイン(図示せず)とコンタクトを取るためのスルーホール15を、リソグラフィー処理及び絶縁膜13aのドライエッチングにより形成する。ここで、スルーホール15の直径は例えば300nmとする。また、従来のスルーホール15の深さは、後工程で研磨してもよいように、あらかじめプラグ形成後の設計値よりも30nm以上200nm以下程度深くしておく。なお、ドライエッチング後のポリマー除去などの洗浄工程で、スクラッチ14が拡大する場合もある。   Next, as shown in FIG. 2C, when the semiconductor device is a MOSFET, a through hole 15 for making contact with the gate electrode 12 and the source / drain (not shown) is formed in the lithography process and the insulating film 13a. It is formed by dry etching. Here, the diameter of the through hole 15 is, for example, 300 nm. In addition, the depth of the conventional through hole 15 is set to be 30 nm or more and 200 nm or less deeper than the design value after the plug formation in advance so that it may be polished in a subsequent process. Note that the scratch 14 may expand in a cleaning process such as polymer removal after dry etching.

なお、本工程の前、図2(b)に示す工程の後に、スクラッチが生じた絶縁膜13a上にHDP−CVD膜やp−TEOS膜などのドライエッチング耐性を有する膜を堆積してもよい。これは、ドライエッチング時のハードマスクとして機能する。この場合、スクラッチ14のサイズを多少小さくできる。   Before this step and after the step shown in FIG. 2B, a film having dry etching resistance such as an HDP-CVD film or a p-TEOS film may be deposited on the scratched insulating film 13a. . This functions as a hard mask during dry etching. In this case, the size of the scratch 14 can be somewhat reduced.

続いて、図2(d)に示すように、基板の全面に導電体として例えばタングステンを堆積し、スルーホール15を埋める、厚さ300nmのタングステン膜16を形成する。なお、図示していないが、通常、タングステンを堆積する前に、チタン及び窒化チタンを順次堆積しておく。これは、タングステンとのコンタクト抵抗を下げたり、また、タングステンを堆積する工程で用いられるガスがゲート電極等の部材に影響を与えるのを防ぐためである。   Subsequently, as shown in FIG. 2D, for example, tungsten is deposited as a conductor on the entire surface of the substrate, and a tungsten film 16 having a thickness of 300 nm is formed to fill the through hole 15. Although not shown, usually, titanium and titanium nitride are sequentially deposited before depositing tungsten. This is to reduce the contact resistance with tungsten or prevent the gas used in the process of depositing tungsten from affecting the members such as the gate electrode.

次に、図2(e)に示すように、絶縁膜13aをストッパーとするCMPを行って絶縁膜13aが露出するまでタングステン膜16を研磨し、タングステンプラグ17を形成する。本工程において、絶縁膜の研磨レートをa、導電膜の研磨レートをbとした時の研磨レートの選択比b/aは、3以上とする。本CMP工程では絶縁膜13aの研磨がほとんど進行しないため、スクラッチ14上にタングステン18が残存する。   Next, as shown in FIG. 2E, the tungsten film 16 is polished by CMP using the insulating film 13a as a stopper until the insulating film 13a is exposed, thereby forming a tungsten plug 17. In this step, the polishing rate selection ratio b / a is 3 or more when the polishing rate of the insulating film is a and the polishing rate of the conductive film is b. In this CMP process, the polishing of the insulating film 13a hardly proceeds, so that the tungsten 18 remains on the scratch 14.

なお、本工程におけるタングステンのCMPで用いられるスラリーとしては、例えば研磨粒子としてヒュームドシリカや、酸化剤として例えば過酸化水素や、絶縁膜13a(下地酸化膜)との研磨レート選択比を上げるための添加剤などを含んでいるものが挙げられる。酸化膜(絶縁膜13a)に対するタングステンの研磨レート選択比は10以上とすることが可能である。   The slurry used in tungsten CMP in this step is, for example, fumed silica as polishing particles, hydrogen peroxide as an oxidizing agent, or the insulating film 13a (underlying oxide film) in order to increase the polishing rate selection ratio. The thing containing the additive of these etc. is mentioned. The tungsten polishing rate selection ratio with respect to the oxide film (insulating film 13a) can be 10 or more.

続いて、図2(f)に示すように、タングステンと絶縁膜の研磨レート差が小さい条件下で仕上げ研磨を行なう。   Subsequently, as shown in FIG. 2F, finish polishing is performed under a condition where the polishing rate difference between tungsten and the insulating film is small.

この仕上げ研磨における絶縁膜13aの研磨レートをa、導電膜の研磨レートをbとした時の研磨レートの選択比b/aは、0.3以上3以下であると好ましく、1以上3以下であるとより好ましく、1であると最も好ましい。従って本工程では、スクラッチ14上に残るタングステン18と、絶縁膜13aとを同時に研磨することになる。絶縁膜13aの研磨量は、30nm以上200nm以下程度が適当であるが、50nm以上100nm以下とするのが最も好ましい。本工程によって、スクラッチ14上に残存するタングステン18は除去される。   In this final polishing, the polishing rate selection ratio b / a, where a is the polishing rate of the insulating film 13a and b is the polishing rate of the conductive film, is preferably 0.3 or more and 3 or less, and is 1 or more and 3 or less. More preferably, it is 1 and most preferably. Therefore, in this step, the tungsten 18 remaining on the scratch 14 and the insulating film 13a are polished simultaneously. The polishing amount of the insulating film 13a is suitably about 30 nm to 200 nm, but is most preferably 50 nm to 100 nm. By this step, the tungsten 18 remaining on the scratch 14 is removed.

なお、仕上げ研磨におけるCMPで用いられるスラリーとしては、例えば研磨粒子としてヒュームドシリカを含み、酸化剤として例えばヨウ素酸などを含んでいるものが挙げられる。   In addition, as a slurry used by CMP in final polishing, the thing containing fumed silica as an abrasive | polishing particle, for example, and containing an iodic acid etc. as an oxidizing agent is mentioned, for example.

以上の製造方法によれば、図2(f)に示す仕上げ研磨工程により、プラグ間の残存タングステンが除去されるので、プラグ間のショートを防ぐことができる。本方法によれば、仕上げ研磨での研磨量を大きくすればスクラッチを完全に除去することが可能である。ただし、研磨量を大きくし過ぎると図2(c)に示す工程で形成するスルーホールを深くする必要があり、ドライエッチングによるスルーホールの形成が困難になることや、その後のタングステンの埋め込みが不良になるおそれが出てくる。また、仕上げ研磨自体の研磨ばらつきも大きくなるので、仕上げ研磨における研磨量は第1の実施形態と同じく少なくとも200nm以下が好ましく、150nm以下であればより好ましい。   According to the above manufacturing method, since the remaining tungsten between the plugs is removed by the finish polishing step shown in FIG. 2F, a short circuit between the plugs can be prevented. According to this method, the scratch can be completely removed by increasing the polishing amount in the finish polishing. However, if the polishing amount is excessively large, it is necessary to deepen the through hole formed in the step shown in FIG. 2C, which makes it difficult to form the through hole by dry etching, and the subsequent filling of tungsten is poor. There is a risk of becoming. In addition, since polishing variation in the finish polishing itself increases, the polishing amount in the finish polishing is preferably at least 200 nm or less, and more preferably 150 nm or less, as in the first embodiment.

また、スクラッチの多くは深さが30〜100nmであるので、仕上げ研磨における研磨量の下限は30nm以上が好ましく、100nm以下であればより好ましい。   Further, since most scratches have a depth of 30 to 100 nm, the lower limit of the polishing amount in finish polishing is preferably 30 nm or more, and more preferably 100 nm or less.

なお、本実施形態の説明では、プラグの材料をタングステンとしたが、プラグの深さが浅く、埋め込みが可能であるならば、他の金属であってもかまわない。   In the description of the present embodiment, the plug material is tungsten, but other metal may be used as long as the plug is shallow and can be embedded.

また、図2(b)に示すCMPの条件は、酸化膜を研磨するCMPとしたが、どのような条件のCMPであってもかまわない。   Further, the CMP condition shown in FIG. 2B is the CMP for polishing the oxide film, but the CMP may be performed under any conditions.

また、図2(f)に示す工程において、絶縁膜13aに対するタングステン膜16の除去レート比が仕上げ研磨と同様に0.3以上3以下であれば、仕上げ研磨の代わりに、ドライエッチングを施してもかまわない。ただし、CMPの方がエッチングよりも高い平坦性を実現できるので、多層の配線層を形成する場合にはCMPが好ましく用いられる。   In the step shown in FIG. 2F, if the removal rate ratio of the tungsten film 16 to the insulating film 13a is not less than 0.3 and not more than 3 as in the finish polishing, dry etching is performed instead of finish polishing. It doesn't matter. However, since CMP can achieve higher flatness than etching, CMP is preferably used when forming a multilayer wiring layer.

(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態として、CMPを用いて銅(Cu)配線を形成するための工程を説明する。
(Third embodiment)
As a third embodiment of the present invention, a process for forming a copper (Cu) wiring using CMP will be described.

図3(a)〜(f)は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。   3A to 3F are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

まず、図3(a)に示すように、半導体または絶縁体材料からなる基板21上にトランジスタなどの半導体装置を形成した後、基板全面に例えばHDP−FSGからなる厚さ800nmの絶縁膜22を形成する。次に、リソグラフィー処理及び絶縁膜22のドライエッチングにより、例えば深さ400nmのトレンチ23を形成する。その後、トレンチ23を含む基板全面に厚さ50nmのタンタルあるいは窒化タンタルを堆積して金属膜(第1の導電体膜)24を形成する。次いで、物理気相成長法(PVD法)、メッキ法などで例えばトータルの厚さが700nmの銅膜25を金属膜24の上に形成する。   First, as shown in FIG. 3A, after a semiconductor device such as a transistor is formed on a substrate 21 made of a semiconductor or an insulating material, an insulating film 22 made of, for example, HDP-FSG is formed on the entire surface of the substrate. Form. Next, a trench 23 having a depth of, for example, 400 nm is formed by lithography and dry etching of the insulating film 22. Thereafter, tantalum or tantalum nitride having a thickness of 50 nm is deposited on the entire surface of the substrate including the trench 23 to form a metal film (first conductor film) 24. Next, a copper film 25 having a total thickness of 700 nm, for example, is formed on the metal film 24 by physical vapor deposition (PVD), plating, or the like.

次に、図3(b)に示すように、銅膜25に対し、金属膜24がストッパーになる条件でCMPを行なう。これに続いて、銅膜25及び金属膜24に対し、下地絶縁膜(絶縁膜22)がストッパーになる条件でCMPを行ない、トレンチ23を覆うバリアメタル24aと、バリアメタル24a上に設けられ、トレンチ23を埋める銅配線26とをそれぞれ形成する。この工程において絶縁膜22の上面にスクラッチ27が生じると仮定する。   Next, as shown in FIG. 3B, CMP is performed on the copper film 25 under the condition that the metal film 24 serves as a stopper. Subsequently, CMP is performed on the copper film 25 and the metal film 24 under the condition that the base insulating film (insulating film 22) serves as a stopper, and is provided on the barrier metal 24a and the barrier metal 24a covering the trench 23. Copper wirings 26 filling the trenches 23 are formed. It is assumed that a scratch 27 is generated on the upper surface of the insulating film 22 in this step.

なお、本工程において、金属膜24をストッパーとする銅膜25のCMPで用いられるスラリーとしては、研磨粒子として例えばコロイダルシリカ、銅の酸化剤として例えば過酸化水素、銅のエッチング促進剤として例えばグリシン、銅の保護剤としてキナルジン酸やBTA(ベンゾトリアゾール)、バリア膜(金属膜24)とのレート選択比増大剤として例えばポリアルキレンイミン、などを含むものが挙げられる。   In this step, the slurry used in the CMP of the copper film 25 using the metal film 24 as a stopper includes, for example, colloidal silica as the polishing particles, hydrogen peroxide as the copper oxidizer, and glycine as the copper etching accelerator. Examples of the protective agent for copper include quinaldic acid and BTA (benzotriazole), and examples of a rate selective ratio increasing agent for the barrier film (metal film 24) include polyalkyleneimine.

また、絶縁膜22をストッパーとする銅膜25及び金属膜24のCMPで用いられるスラリーとしては、研磨粒子として例えばコロイダルシリカ、金属膜24の酸化剤として例えば過酸化水素、還元剤として例えばシュウ酸、銅の保護剤として例えばキナルジン酸、絶縁膜とのレート選択比増大剤として例えば界面活性剤、などを含むものが挙げられる。このスラリーでは、研磨中に銅の保護膜として作用するキナルジン酸などの添加量を調整することで、銅の研磨レートを調整することができる。一般に、金属膜24より銅膜25の研磨レートを小さくするようにする。   The slurry used in the CMP of the copper film 25 and the metal film 24 using the insulating film 22 as a stopper includes, for example, colloidal silica as an abrasive particle, hydrogen peroxide as an oxidizing agent of the metal film 24, and oxalic acid as a reducing agent, for example. Examples of the copper protective agent include quinaldic acid, and examples of the rate selective ratio increasing agent for the insulating film include a surfactant. In this slurry, the polishing rate of copper can be adjusted by adjusting the amount of quinaldic acid or the like that acts as a copper protective film during polishing. In general, the polishing rate of the copper film 25 is made smaller than that of the metal film 24.

次に、図3(c)に示すように、シリコン窒化膜(Si34)またはシリコン炭化膜(SiC)などを例えば100nm堆積し、その後、HDP−FSGを例えば900nm堆積することで絶縁膜28を形成する。この後、必要に応じてCMP等による平坦化を行ってもよい。次いで、リソグラフィー処理と絶縁膜28のドライエッチングにより、例えば深さ500nmのトレンチ29と、図示していないが、銅配線26とをつなぐスルーホールとを形成する。次に、トレンチ29及びスルーホールが形成された絶縁膜28上に厚さ50nmのタンタルあるいは窒化タンタルを堆積して金属膜(バリア膜)30を形成する。次いで、PVD法、メッキ法などで例えばトータルの厚さが700nmの銅膜31を金属膜30の上に形成する。 Next, as shown in FIG. 3C, a silicon nitride film (Si 3 N 4 ), a silicon carbide film (SiC), or the like is deposited, for example, 100 nm, and then HDP-FSG is deposited, for example, 900 nm. 28 is formed. Thereafter, planarization by CMP or the like may be performed as necessary. Next, a lithography process and dry etching of the insulating film 28 form, for example, a trench 29 having a depth of 500 nm and a through hole that connects the copper wiring 26 (not shown). Next, a metal film (barrier film) 30 is formed by depositing tantalum or tantalum nitride having a thickness of 50 nm on the insulating film 28 in which the trench 29 and the through hole are formed. Next, a copper film 31 having a total thickness of 700 nm, for example, is formed on the metal film 30 by a PVD method, a plating method, or the like.

次に、図3(d)に示すように、銅膜31に対し、金属膜30がストッパーになる条件でCMPを行なう。本工程のCMPによって金属膜30が露出するまで銅膜31が研磨されるが、スクラッチ27の上方の絶縁膜28上では窪みが形成されたままとなっているので、この部分に銅が残存する。なお、図3(d)では、互いにショートしている状態の銅膜を便宜的に銅膜31aとして示している。本CMP工程において、金属膜30に対する銅膜31の除去レート比は、例えば10以上とする。   Next, as shown in FIG. 3D, CMP is performed on the copper film 31 under the condition that the metal film 30 serves as a stopper. The copper film 31 is polished until the metal film 30 is exposed by CMP in this step. However, since the depression remains on the insulating film 28 above the scratch 27, copper remains in this portion. . In FIG. 3D, a copper film in a short-circuit state is shown as a copper film 31a for convenience. In this CMP step, the removal rate ratio of the copper film 31 to the metal film 30 is, for example, 10 or more.

続いて、図3(e)に示すように、銅膜31a及び金属膜30に対し、絶縁膜28がストッパーになる条件でCMPを行ない、トレンチ29を覆うバリアメタル30aと、バリアメタル30a上に設けられ、トレンチ29を埋める銅配線32とをそれぞれ形成する。本工程においては、絶縁膜28の研磨が進行しないため、スクラッチ27上には少なくともタンタルや窒化タンタルなどの金属膜の他、スクラッチが深いときには銅膜33が残存する。絶縁膜の研磨レートcに対する金属膜の研磨レートdの選択比d/cは3以上とする。一般に、絶縁膜28をストッパーとし、金属膜30を研磨するためのCMPにおいては、銅配線32内の銅のリセスを低減するために、金属膜30より銅膜31aの研磨レートを小さくする。よって、銅膜の残存は、スクラッチ深さにのみ依存して生じるのではなく、研磨レートが低いという理由からも生じる。   Subsequently, as shown in FIG. 3E, the copper film 31a and the metal film 30 are subjected to CMP under the condition that the insulating film 28 serves as a stopper, and the barrier metal 30a covering the trench 29 and the barrier metal 30a are formed. Copper wirings 32 that are provided and fill the trenches 29 are respectively formed. In this step, since the polishing of the insulating film 28 does not proceed, at least a metal film such as tantalum or tantalum nitride or the copper film 33 remains on the scratch 27 when the scratch is deep. The selection ratio d / c of the polishing rate d of the metal film to the polishing rate c of the insulating film is 3 or more. In general, in the CMP for polishing the metal film 30 using the insulating film 28 as a stopper, the polishing rate of the copper film 31 a is made smaller than that of the metal film 30 in order to reduce the copper recess in the copper wiring 32. Therefore, the copper film remains not only depending on the scratch depth but also because the polishing rate is low.

次に、図3(f)に示すように、銅膜、金属膜、及び絶縁膜の各研磨レートの差が小さい条件下でCMPを行うことにより、絶縁膜28上に残存する銅膜33および残存金属膜が除去される。このCMP工程を、第1及び第2の実施形態と同様に以下「仕上げ研磨」と呼ぶ。   Next, as shown in FIG. 3F, by performing CMP under a condition where the polishing rate difference between the copper film, the metal film, and the insulating film is small, the copper film 33 remaining on the insulating film 28 and The remaining metal film is removed. This CMP process is hereinafter referred to as “finish polishing” as in the first and second embodiments.

この仕上げ研磨における絶縁膜28の研磨レートをe、銅膜または金属膜(バリア膜)の研磨レートをfとした時の研磨レートの選択比f/eは、0.3以上3以下であると好ましく、1以上3以下であるとより好ましく、1であると最も好ましい。従って本工程では、絶縁膜28上に残存する金属膜及び銅膜33と絶縁膜28とを同時に研磨することになる。絶縁膜28の研磨量は、30nm以上200nm以下程度が適当であるが、50nm以上150nm以下とするのが最も好ましい。   The polishing rate selection ratio f / e is 0.3 or more and 3 or less, where e is the polishing rate of the insulating film 28 in this final polishing and f is the polishing rate of the copper film or metal film (barrier film). It is preferably 1 or more and 3 or less, more preferably 1, most preferably. Therefore, in this step, the metal film remaining on the insulating film 28 and the copper film 33 and the insulating film 28 are simultaneously polished. The polishing amount of the insulating film 28 is suitably about 30 nm to 200 nm, but is most preferably 50 nm to 150 nm.

なお、仕上げ研磨におけるCMPで用いられるスラリーとしては、研磨粒子として例えばコロイダルシリカ、バリア膜の酸化剤として例えば過酸化水素、還元剤として例えばシュウ酸、銅の保護剤として例えばキナルジン酸、などを含むものが挙げられる。このスラリーに含まれるキナルジン酸などの添加量を調整することで、銅の研磨レートを調整することができる。また、絶縁膜28の研磨レートは、大きすぎる場合には例えば界面活性剤の添加、小さすぎる場合には、研磨粒子濃度の増大または研磨粒子サイズの増大によって調整することができる。   The slurry used in CMP in finish polishing includes, for example, colloidal silica as polishing particles, hydrogen peroxide as a barrier film oxidizing agent, oxalic acid as a reducing agent, quinaldic acid as a copper protective agent, and the like. Things. The polishing rate of copper can be adjusted by adjusting the addition amount of quinaldic acid and the like contained in the slurry. The polishing rate of the insulating film 28 can be adjusted by adding a surfactant, for example, when it is too large, or by increasing the abrasive particle concentration or the abrasive particle size when it is too small.

以上の製造方法によれば、図3(f)に示す仕上げ研磨工程により、下層の絶縁膜22上に形成されたスクラッチ27に追随して生じた窪みを除去することができるので、銅配線間のショートを従来よりも確実に防ぐことができる。なお、スクラッチ27は銅配線上に存在していても構わない。また、本実施形態では1層目の銅配線26の形成時には仕上げ研磨を行わない例を説明したが、各層の銅配線を形成する毎に仕上げ研磨を行なうことで、半導体装置の信頼性をより向上させることが可能となる。   According to the above manufacturing method, the recesses generated following the scratch 27 formed on the lower insulating film 22 can be removed by the finish polishing step shown in FIG. Can be prevented more reliably than before. Note that the scratch 27 may exist on the copper wiring. In the present embodiment, the example in which the finish polishing is not performed when the first-layer copper wiring 26 is formed has been described. However, the finish polishing is performed every time the copper wiring of each layer is formed, thereby further improving the reliability of the semiconductor device. It becomes possible to improve.

本方法によれば、仕上げ研磨での研磨量を大きくすればスクラッチの上方に生じる残存導電膜をほぼ完全に除去することが可能である。ただし、研磨量を大きくし過ぎるとトレンチやスルーホールを深くしなければならなくなるので、トレンチやスルーホールの形成不良や銅の埋め込み不良などの不具合が生じるおそれが出てくる。また、仕上げ研磨自体の研磨ばらつきも大きくなるので、仕上げ研磨における研磨量は少なくとも200nm以下が好ましく、150nm以下であればより好ましい。   According to this method, if the polishing amount in the final polishing is increased, the remaining conductive film generated above the scratch can be almost completely removed. However, if the amount of polishing is excessively large, the trenches and through holes must be deepened, which may cause problems such as defective formation of trenches and through holes and poor copper filling. In addition, since the polishing variation of the finish polishing itself becomes large, the polishing amount in the finish polishing is preferably at least 200 nm, more preferably 150 nm or less.

また、スクラッチにより生じる絶縁膜の窪みの多くは、深さが30〜100nmであるので、仕上げ研磨における研磨量の下限は30nm以上が好ましく、100nm以下であればより好ましい。   Further, since most of the depressions in the insulating film caused by scratch have a depth of 30 to 100 nm, the lower limit of the polishing amount in finish polishing is preferably 30 nm or more, and more preferably 100 nm or less.

なお、図3(e)に示す金属膜30のCMPでは、一般に金属膜30の研磨レートより銅膜31aの研磨レートを小さくするため、研磨の途中で銅配線は凸形状となる。このため、従来の方法では、銅の凸部が、研磨粒子や研磨パッドによって引きずられ、隣の銅配線まで到達し、研磨終了時にそのまま残存する場合があった。また、隣接する銅配線同士が研磨終了時に接続していなくても、後工程の熱処理などで銅が移動し、ショートを起こす場合があることも分かっている。本実施形態の配線形成方法を用いれば、仕上げ研磨で凸状の銅を研磨することもできるので、このような不具合を防ぐこともできる。   In the CMP of the metal film 30 shown in FIG. 3E, the copper wiring 31 has a convex shape during polishing in order to make the polishing rate of the copper film 31a smaller than the polishing rate of the metal film 30 in general. For this reason, in the conventional method, the copper convex portion is dragged by the abrasive particles or the polishing pad, reaches the adjacent copper wiring, and may remain as it is at the end of polishing. Further, it has been found that even if adjacent copper wirings are not connected at the end of polishing, copper may move due to heat treatment or the like in a later process and cause a short circuit. If the wiring forming method of the present embodiment is used, convex copper can be polished by finish polishing, and such a problem can be prevented.

なお、本実施形態では、図3(d)、(e)に示す銅膜および金属膜のCMPの前に銅膜および金属膜のCMPを行なう例を示したが、仕上げ研磨を含む銅配線の形成工程の前にいかなる種類のCMPを行っていても上述の効果は変わらない。銅配線を形成する前のCMPとしては、例えば、タングステンのCMP、タングステンのCMP後の仕上げ研磨、銅膜および金属膜のCMP後の仕上げ研磨、1層目の銅配線形成後に絶縁膜28を堆積した後のCMPなどが挙げられる。   In this embodiment, the example of performing the CMP of the copper film and the metal film before the CMP of the copper film and the metal film shown in FIGS. 3D and 3E is shown. Even if any kind of CMP is performed before the forming process, the above-described effects are not changed. As CMP before forming the copper wiring, for example, tungsten CMP, tungsten final polishing after CMP, copper film and metal film final polishing after CMP, and after the formation of the first copper wiring, the insulating film 28 is deposited. And CMP after the above.

また、図3(f)に示す工程において、絶縁膜28に対する銅膜31aまたは金属膜30の除去選択比が仕上げ研磨と同様に0.3以上3以下であれば、仕上げ研磨の代わりに、ドライエッチングを施してもかまわない。ただし、CMPの方がエッチングよりも高い平坦性を実現できるので、多層の配線層を形成する場合にはCMPが好ましく用いられる。   Further, in the step shown in FIG. 3F, if the removal selection ratio of the copper film 31a or the metal film 30 to the insulating film 28 is 0.3 or more and 3 or less as in the final polishing, the dry polishing is performed instead of the final polishing. Etching may be performed. However, since CMP can achieve higher flatness than etching, CMP is preferably used when forming a multilayer wiring layer.

また、本実施形態では、シングルダマシンにおけるCu配線の形成方法について説明したが、これと同様の方法でCuプラグの形成を行なうこともできる。   In the present embodiment, the Cu wiring forming method in single damascene has been described. However, Cu plugs can be formed by the same method.

−第3の実施形態の変形例−
先に説明した図3(e)の金属膜30を研磨するためのCMP工程において、絶縁膜28に対する金属膜30の除去レート比が3を超えるスラリーを用いる代わりに、絶縁膜28に対する金属膜30及び銅膜31aの除去レート比が0.3以上3以下であるスラリーを用いてもよい。すなわち、図3(f)に示す仕上げ研磨で用いるスラリーを図3(e)に示す工程で用いることができる。
-Modification of the third embodiment-
In the CMP step for polishing the metal film 30 of FIG. 3E described above, instead of using a slurry having a removal rate ratio of the metal film 30 to the insulating film 28 exceeding 3, the metal film 30 to the insulating film 28 is used. And the slurry whose removal rate ratio of the copper film 31a is 0.3 or more and 3 or less may be used. That is, the slurry used in the finish polishing shown in FIG. 3F can be used in the step shown in FIG.

これにより、トレンチ部分以外の金属膜30を除去すると共に、そのまま絶縁膜28、残存銅膜、残存金属膜の除去も行なうことができるので、スクラッチ27の影響を排除できる上、第3の実施形態の方法に比べて研磨工程を1つ省略することが可能になる。   Thus, the metal film 30 other than the trench portion can be removed, and the insulating film 28, the remaining copper film, and the remaining metal film can be removed as they are, so that the influence of the scratch 27 can be eliminated, and the third embodiment. One polishing step can be omitted as compared with this method.

ただし、金属膜30を除去する際に絶縁膜28をストッパーとして機能させることができないので、第3の実施形態の方法に比べて基板面内の銅配線高さのばらつきはやや大きくなる。従って、銅配線の高さの規制が厳しくない半導体装置などにおいては製造コストを低減できる本変形例が有利であり、銅配線の高さの規格が厳しい半導体装置においては第3の実施形態の方法が好ましく用いられる。   However, since the insulating film 28 cannot function as a stopper when the metal film 30 is removed, the variation in the copper wiring height in the substrate surface is slightly larger than that of the method of the third embodiment. Therefore, the present modification that can reduce the manufacturing cost is advantageous in a semiconductor device or the like where the height regulation of the copper wiring is not strict. Is preferably used.

なお、本変形例において、絶縁膜28に対する銅膜31aまたは金属膜30の除去選択比が仕上げ研磨と同様に0.3以上3以下であれば、仕上げ研磨の代わりに、ドライエッチングを施してもかまわない。   In this modification, if the removal selection ratio of the copper film 31a or the metal film 30 to the insulating film 28 is not less than 0.3 and not more than 3 as in the finish polishing, dry etching may be performed instead of finish polishing. It doesn't matter.

以上説明したように、本発明は、種々の機器に利用される半導体集積回路の信頼性を向上させるために有用である。   As described above, the present invention is useful for improving the reliability of a semiconductor integrated circuit used in various devices.

(a)〜(f)は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。(A)-(f) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. (a)〜(f)は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。(A)-(f) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. (a)〜(f)は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。(A)-(f) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. (a)〜(e)は、CMP工程を含む従来の半導体装置の製造方法を示す断面図である。(A)-(e) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the conventional semiconductor device containing a CMP process.

符号の説明Explanation of symbols

1,11,21 基板
2,12 ゲート電極
3,3a,13,13a,22,28 絶縁膜
4,14,27 スクラッチ
5,15 スルーホール
6 ポリシリコン膜
7 ポリシリコンプラグ
8 ポリシリコン
16 タングステン膜
17 タングステンプラグ
18 タングステン
22,29 トレンチ
24,30 金属膜
24a,30a バリアメタル
25,31,31a,33 銅膜
26,32 銅配線
1, 11, 21 Substrate 2, 12 Gate electrode 3, 3 a, 13, 13 a, 22, 28 Insulating film 4, 14, 27 Scratch 5, 15 Through hole 6 Polysilicon film 7 Polysilicon plug 8 Polysilicon 16 Tungsten film 17 Tungsten plug 18 Tungsten 22, 29 Trench 24, 30 Metal film 24a, 30a Barrier metal 25, 31, 31a, 33 Copper film 26, 32 Copper wiring

Claims (16)

基板上に設けられ、トレンチまたはスルーホールの少なくとも一方が形成された絶縁膜上に導電膜を形成する工程(a)と、
上記工程(a)の後に、上記絶縁膜の除去レートよりも上記導電膜の除去レートが大きい条件で上記導電膜を化学機械研磨する工程(b)と、
上記工程(b)の後に、上記絶縁膜に対する上記導電膜の除去レートの選択比が上記工程(b)よりも小さい条件で、上記絶縁膜の一部及び上記導電膜の一部を除去して上記トレンチを埋める配線または上記スルーホールを埋めるプラグを形成する工程(c)と
を含んでいる半導体装置の製造方法。
A step (a) of forming a conductive film on an insulating film provided on the substrate and having at least one of a trench or a through hole formed thereon;
After the step (a), a step (b) of chemically mechanically polishing the conductive film under a condition that the removal rate of the conductive film is larger than the removal rate of the insulating film;
After the step (b), a part of the insulating film and a part of the conductive film are removed under a condition that the selection ratio of the removal rate of the conductive film to the insulating film is smaller than that of the step (b). (C) forming a wiring for filling the trench or a plug for filling the through hole.
請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
上記工程(c)では、上記絶縁膜の一部及び上記導電膜の一部を化学機械研磨によって除去する、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
In the step (c), a part of the insulating film and a part of the conductive film are removed by chemical mechanical polishing.
請求項1に記載の半導体装置の製造方法において、
上記工程(c)では、上記絶縁膜の一部及び上記導電膜の一部をドライエッチングによって除去する、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
In the step (c), a part of the insulating film and a part of the conductive film are removed by dry etching.
請求項1〜3のうちいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法において、
上記工程(a)の前に、上記絶縁膜を化学機械研磨する工程と、
研磨された上記絶縁膜にトレンチまたはスルーホールを形成する工程と
をさらに含んでいる、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of Claims 1-3,
Before the step (a), chemical mechanical polishing the insulating film;
And a step of forming a trench or a through hole in the polished insulating film.
請求項4に記載の半導体装置の製造方法において、
上記絶縁膜は、基板上に設けられた第1の絶縁膜と、上記第1の絶縁膜上に設けられ、第1の絶縁膜とは異なる材料からなる第2の絶縁膜とを有しており、
上記絶縁膜を化学機械研磨する工程は、上記第1の絶縁膜を化学機械研磨する工程である、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 4,
The insulating film includes a first insulating film provided on the substrate, and a second insulating film provided on the first insulating film and made of a material different from that of the first insulating film. And
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the step of chemically mechanically polishing the insulating film is a step of chemically mechanically polishing the first insulating film.
請求項1〜5のうちいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法において、
上記導電膜はポリシリコンまたはアモルファスシリコンからなる、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to any one of claims 1 to 5,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the conductive film is made of polysilicon or amorphous silicon.
請求項1〜5のうちいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法において、
上記工程(a)で形成される導電膜は、少なくとも上記トレンチまたは上記スルーホールを覆う第1の導電体膜と、上記第1の導電体膜上に設けられ、少なくとも上記トレンチまたは上記スルーホールを埋める第2の導電体膜とを有しており、
上記工程(b)における研磨では上記絶縁膜の研磨レートよりも上記第1の導電体膜及び上記第2の導電体膜の研磨レートの方が大きくなっている、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to any one of claims 1 to 5,
The conductive film formed in the step (a) is provided on at least a first conductor film covering the trench or the through hole, and on the first conductor film, and at least the trench or the through hole is formed. A second conductor film to be buried,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the polishing rate of the first conductive film and the second conductive film is larger than the polishing rate of the insulating film in the polishing in the step (b).
請求項7に記載の半導体装置の製造方法において、
上記第2の導電体膜はタングステン膜である、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 7,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the second conductor film is a tungsten film.
請求項8に記載の半導体装置の製造方法において、
上記第1の導電体膜は、窒化チタン膜またはチタン膜のいずれか、または両膜を1組以上積層した膜である、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 8,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first conductor film is a titanium nitride film or a titanium film, or a film in which one or more sets of both films are stacked.
請求項7に記載の半導体装置の製造方法において、
上記第2の導電体膜は銅膜であり、
上記工程(a)では、上記第1の導電体膜及び銅膜が上記トレンチを埋める、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 7,
The second conductor film is a copper film;
In the step (a), the semiconductor device manufacturing method, wherein the first conductor film and the copper film fill the trench.
請求項10に記載の半導体装置の製造方法において、
上記工程(b)の後で且つ上記工程(c)の前に、上記絶縁膜をストッパーとして上記第1の導電体膜を化学機械研磨する工程(b2)をさらに含み、
上記工程(b)では、上記第1の導電体膜をストッパーとして上記銅膜を研磨する、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 10,
After the step (b) and before the step (c), the method further includes a step (b2) of chemically mechanically polishing the first conductor film using the insulating film as a stopper,
In the step (b), the copper film is polished using the first conductor film as a stopper.
請求項10に記載の半導体装置の製造方法において、
上記工程(b)では上記第1の導電体膜をストッパーとして上記銅膜を研磨し、
上記工程(c)では上記第1の導電体膜、上記絶縁膜、及び銅膜の一部を除去する、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 10,
In the step (b), the copper film is polished using the first conductor film as a stopper,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein in the step (c), a part of the first conductor film, the insulating film, and the copper film is removed.
請求項10〜12のうちいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法において、
上記第1の導電体膜は、窒化タンタル膜またはタンタル膜のいずれか、または両膜を1組以上積層した膜である、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to any one of claims 10 to 12,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the first conductor film is a tantalum nitride film or a tantalum film, or a film in which one or more sets of both films are stacked.
請求項1〜13のうちいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法において、
上記工程(b)の研磨では、上記絶縁膜の研磨レートaに対する上記導電膜の研磨レートbの比b/aが3以上である、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to any one of claims 1 to 13,
In the polishing in the step (b), the ratio b / a of the polishing rate b of the conductive film to the polishing rate a of the insulating film is 3 or more.
請求項1〜14のうちいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法において、
上記工程(c)では、上記絶縁膜の除去レートcに対する上記導電膜の除去レートdの比d/cが0.3以上3以下である、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of Claims 1-14,
In the step (c), a ratio d / c of the conductive film removal rate d to the insulating film removal rate c is 0.3 or more and 3 or less.
請求項1〜15のうちいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法において、
上記工程(c)では、上記絶縁膜を除去する厚さが30nm以上200nm以下である、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to any one of claims 1 to 15,
In the step (c), a method for manufacturing a semiconductor device, wherein the thickness for removing the insulating film is 30 nm to 200 nm.
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