JPH10321568A - 研磨方法 - Google Patents

研磨方法

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JPH10321568A
JPH10321568A JP12959797A JP12959797A JPH10321568A JP H10321568 A JPH10321568 A JP H10321568A JP 12959797 A JP12959797 A JP 12959797A JP 12959797 A JP12959797 A JP 12959797A JP H10321568 A JPH10321568 A JP H10321568A
Authority
JP
Japan
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silicon nitride
nitride film
oxide film
silicon oxide
polishing
Prior art date
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Pending
Application number
JP12959797A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenro Nakamura
賢朗 中村
Hiroyuki Yano
博之 矢野
Fumito Shoji
史人 庄子
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP12959797A priority Critical patent/JPH10321568A/ja
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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリコン窒化膜をシリコン酸化膜に対して選
択的に研磨することを可能にする。 【解決手段】 シリコン酸化膜32及び凹部33が形成
された下地上に凹部33を埋め込むようにシリコン窒化
膜34を形成する工程と、鉄化合物又は鉄イオンを少な
くとも含むスラリーを用いた化学的機械的研磨法によ
り、シリコン酸化膜32をストッパーとしてシリコン窒
化膜34を選択的に研磨することにより、凹部33内に
選択的にシリコン窒化膜34を残置させる工程とを有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、化学的機械的研磨
(CMP)を用いた研磨方法、特に半導体装置の製造に
好適な研磨方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体装置の製造分野において、
半導体装置の高密度化・微細化に伴い、種々の微細加工
技術が研究開発されている。その中でCMP技術は、層
間絶縁膜の平坦化、プラグの形成、埋め込み金属配線の
形成、埋め込み素子分離などを行う際に、欠かすことの
できない必須の技術となっている。
【0003】このCMPにおける研磨粒子としては、通
常、シリカ、アルミナ、セリアが用いられる。そして、
これらの研磨粒子を水に分散させて(場合によっては化
学的研磨作用等の効果を目的とした添加剤を加えて)、
研磨液すなわちスラリーが作られる。現在まで、用途に
合わせて多様なスラリーが開発されいる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、シリコ
ン窒化膜をシリコン酸化膜に対して選択的に研磨するこ
とのできるスラリーは現在まで開発されていない。その
ため、シリコン酸化膜をストッパーとしてシリコン窒化
膜を研磨するプロセスを実現することができなかった。
本発明の目的は、シリコン窒化膜をシリコン酸化膜に対
して選択的に研磨することが可能な研磨方法を提供する
ことにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明における研磨方法
は、シリコン酸化膜上に形成されたシリコン窒化膜を鉄
化合物又は鉄イオンを少なくとも含むスラリーを用いた
化学的機械的研磨法により前記シリコン酸化膜に対して
選択的に研磨することを特徴とする(製造方法Aとす
る)。
【0006】また、本発明における研磨方法は、シリコ
ン酸化膜及び凹部が形成された下地上に該凹部を埋め込
むようにシリコン窒化膜を形成する工程と、鉄化合物又
は鉄イオンを少なくとも含むスラリーを用いた化学的機
械的研磨法により前記シリコン酸化膜をストッパーとし
て前記シリコン窒化膜を前記シリコン酸化膜に対して選
択的に研磨することにより前記凹部内に選択的に前記シ
リコン窒化膜を残置させる工程とを有することを特徴と
する(製造方法Bとする)。
【0007】前記鉄化合物は酸化鉄(特にFe34
はFeOが有効)であることが好ましい。また、前記鉄
イオンは2価の鉄イオンであることが好ましい。鉄化合
物を用いる場合には、鉄化合物を研磨粒子として水等の
適当な液体に分散させたものをスラリーとして用いれば
よい。鉄イオンを用いる場合には、水等の適当な液体に
鉄イオンを溶かすとともに研磨粒子を分散させたものを
スラリーとして用いればよい。
【0008】シリコン窒化膜のシリコン酸化膜に対する
選択的な研磨に対して鉄化合物(特にFe34 又はF
eO等の酸化鉄)又は鉄イオン(特に2価の鉄イオン)
が有効なのは、鉄化合物又は鉄イオンの還元作用に大き
な要因があるものと考えられる。
【0009】したがって、前記製造方法A及びBにおい
て、鉄化合物や鉄イオン以外の還元作用のある物質を用
いることも可能である。前記製造方法によれば、シリコ
ン窒化膜をシリコン酸化膜に対して選択的に研磨するこ
とができるため、シリコン酸化膜をストッパーとしてシ
リコン窒化膜を研磨するプロセス等を容易に実現するこ
とができ、半導体装置の製造に適用した場合に大きな効
果を発揮することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施形態について説明する。図1は、第1の実施形
態を示した工程図であり、埋め込み配線に隣接してコン
タクトを設ける工程に本発明の研磨方法を適用したもの
である。以下、図1(a)〜(f)に示した工程にした
がって説明する。
【0011】まず、シリコン等の半導体基板(図示せ
ず)の主面側に形成されたシリコン酸化膜11上に、リ
ソグラフィ法及びリアクティブイオンエッチング法を用
いて溝12を形成する。続いて、溝12を完全に埋め込
まない程度の厚みに、TiN又はWN等のバリアメタル
13をスパッタリング法を用いて全面に堆積する。続い
て、高融点金属膜、例えばタングステン膜14をCVD
法を用いて全面に堆積し、溝12を完全に充填する。そ
の後、従来から用いられているスラリーを用いたCMP
法により、シリコン酸化膜11が露出するまでタングス
テン膜14及びバリアメタル13を研磨し、表面を平坦
化するとともにタングステン膜14からなる配線層を形
成する。続いて、リアクティブイオンエッチング法を用
いてタングステン膜14及びバリアメタル13を選択的
にエッチングし、段差が形成された溝15を形成する
(図1(a))。
【0012】次に、シリコン窒化膜16をCVD法を用
いて全面に堆積し、溝15を充填する(図1(b))。
次に、シリコン酸化膜11をストッパーとして、シリコ
ン窒化膜16を化学的機械的研磨し、表面を平坦化す
る。このとき用いるスラリーは、シリコン窒化膜をシリ
コン酸化膜に対して選択的に研磨するものであり、研磨
粒子として鉄の化合物を用いたもの、或いは研磨粒子を
分散させたスラリー中に鉄イオンが含まれるものである
(図1(c))。
【0013】鉄の化合物としては、酸化鉄が硬度の観点
から適当であり、特にFe34 、FeOが良好な特性
を示す。一例として、粒径1μmレベルのFe34
研磨粒子として10wt%水に分散させたスラリーを用
いた場合、シリコン窒化膜のシリコン酸化膜に対する研
磨速度の比は3以上であった。また、鉄イオンとして
は、+2価のものが最も有効である。
【0014】Fe34 、FeO、+2価の鉄イオンが
有効であるのは、これらが有する還元作用によるものと
考えられる。つまり、シリコン窒化膜はシリコン酸化膜
よりも還元され易いため、シリコン酸化膜に比べてシリ
コン窒化膜の研磨が促進されるということである。した
がって、この還元反応が促進されるようにスラリーのp
Hを調整すれば、シリコン窒化膜のシリコン酸化膜に対
する研磨レートはより大きくなることが期待される。
【0015】なお、鉄の化合物以外でも、適当な硬度
(モース硬度:5〜7程度)で還元作用を有する金属化
合物等を研磨粒子として用いた場合にも、同様の効果を
得ることが可能であると考えられる。また、鉄イオン以
外でも、還元作用を有する物質を添加物としてスラリー
中に溶かせば、同様の効果を得ることが可能であると考
えられる。
【0016】次に、溝12に直交するライン/スペース
パターンを用いてフォトレジスト17を形成する。そし
て、フォトレジスト17及びシリコン窒化膜16に対し
て選択比の高い条件を用いて、シリコン酸化膜11をリ
アクティブイオンエッチング法によりエッチングし、コ
ンタクトホール18を自己整合的に形成する(図1
(d))。
【0017】次に、フォトレジスト17を除去した後、
全面にシリコン窒化膜を堆積する。そして、全面をリア
クティブイオンエッチング法を用いてエッチバックし、
コンタクトホール18の側壁にシリコン窒化膜からなる
サイドウォール19を形成する(図1(e))。
【0018】次に、バリアメタル20及びタングステン
膜21を順次堆積し、コンタクトホール18を充填す
る。続いて、従来から用いられているスラリーを用いた
CMP法により、シリコン酸化膜11及びシリコン窒化
膜16が露出するまでタングステン膜21及びバリアメ
タル20を研磨し、表面を平坦化する(図1(f))。
【0019】以上のようにして製造された半導体装置に
おいて、タングステン膜14からなる配線層はメモリセ
ルのビット線として使用することができ、このビット線
に隣接して形成されたコンタクトはメモリセルのストレ
ージノードコンタクトとして使用することができる。自
己整合的にコンタクトを形成するので、余分な位置合わ
せ余裕を設ける必要がなく、チップサイズの縮小化を図
ることができ、半導体装置の高密度化につながる。
【0020】従来から用いられている通常のスラリーを
用いてシリコン窒化膜16を研磨した場合には、シリコ
ン酸化膜の研磨速度がシリコン窒化膜の研磨速度より大
きいため、シリコン酸化膜11はストッパーとして作用
しない。よって、図1(c)における埋め込み部のシリ
コン窒化膜16の厚さを制御することが難しくなる。こ
の厚さが薄くなり過ぎれば、コンタクトホール18を形
成するためのリアクティブイオンエッチングを行う際
に、タングステン膜14にダメージを与える危険性があ
る。上記のように、シリコン窒化膜をシリコン酸化膜に
対して選択的に研磨するスラリーを用いることにより、
シリコン酸化膜11をストッパーとしてシリコン窒化膜
16を選択的に研磨することができ、埋め込み部のシリ
コン窒化膜16の膜厚を所望の厚さに確実に制御するこ
とが可能になる。
【0021】図2は、第2の実施形態を示した工程図で
あり、半導体装置の素子分離工程に本発明の研磨方法を
適用したものである。以下、図2(a)〜(d)に示し
た工程にしたがって説明する。
【0022】まず、シリコン基板31上に、シリコン酸
化膜32をCVD法或いは熱酸化法により厚さ400n
m成膜する(図2(a))。続いて、シリコン酸化膜3
2を所定の形状にパターニングする(図2(b))。そ
の後、リアクティブイオンエッチングにより、シリコン
酸化膜32をマスクとして、シリコン基板31に深さ7
00nmの素子分離用の溝33を形成する(図2
(c))。次に、素子分離用の溝33の埋め込み材とし
て、シリコン窒化膜34をCVD法により800nm成
膜する(図2(d))。その後、シリコン酸化膜32を
ストッパーとして、シリコン窒化膜34をCMP法によ
り研磨する(図2(e))。
【0023】工程(e)のCMPで用いるスラリーは、
シリコン窒化膜をシリコン酸化膜に対して選択的に研磨
するものであり、研磨粒子として鉄の化合物を用いたも
の、或いは研磨粒子を分散させたスラリー中に鉄イオン
が含まれるものである。鉄の化合物としては酸化鉄が硬
度の観点から適当であり、特にFe34 、FeOが良
好な特性を示す。粒径1μmレベルのFe34 を研磨
粒子として10wt%水に分散させたスラリーを用いた
場合、シリコン窒化膜のシリコン酸化膜に対する研磨速
度の比は3以上であった。また、鉄イオンとしては、+
2価のものが最も有効である。
【0024】なお、第1の実施形態と同様、還元作用を
有する金属化合物等を研磨粒子としたスラリーを用いる
こと、或いは、還元作用を有する物質を添加物としてス
ラリー中に溶かしたものを用いることも可能である。
【0025】従来から用いられている通常のスラリーを
用いてシリコン窒化膜34を研磨した場合には、シリコ
ン窒化膜の研磨速度がシリコン酸化膜の研磨速度の3分
の1程度しかないため、シリコン酸化膜32はシリコン
窒化膜34のストッパーとして作用しない。一方、研磨
速度に関してウエハ全面を完全に均一化することは困難
である。したがって、例えば図3に示すように、研磨速
度の遅い位置においてシリコン酸化膜32まで研磨が到
達したときには、研磨速度の速い位置においてはシリコ
ン酸化膜32が全て研磨され、シリコン基板31及び埋
め込み領域のシリコン窒化膜34が大幅に研磨されてし
まうことになる。
【0026】上記のように、シリコン窒化膜をシリコン
酸化膜に対して選択的に研磨するスラリーを用いること
により、シリコン窒化膜の研磨速度をシリコン酸化膜の
研磨速度に比べて十分大きくすることができるため、図
2(e)に示すように、シリコン酸化膜32をわずかに
研磨したレベルで研磨を終了させることができ、所望の
埋め込み形状を得ることができる。
【0027】以上、第1及び第2の実施形態について説
明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるもの
ではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変
形して実施可能である。
【0028】
【発明の効果】本発明によれば、シリコン窒化膜をシリ
コン酸化膜に対して選択的に研磨することができるた
め、半導体装置の製造に適用した場合に大きな効果を発
揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態を示した工程図であ
り、埋め込み配線に隣接してコンタクトを設ける工程に
本発明の研磨方法を適用した場合の図。
【図2】本発明の第2の実施形態を示した工程図であ
り、素子分離工程に本発明の研磨方法を適用した場合の
図。
【図3】図2(e)の工程において従来から用いられて
いる通常のスラリーを用いてシリコン窒化膜を研磨した
場合の問題点について示した図。
【符号の説明】
11、32…シリコン酸化膜 15、33…溝(凹部) 16、34…シリコン窒化膜

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコン酸化膜上に形成されたシリコン
    窒化膜を鉄化合物又は鉄イオンを少なくとも含むスラリ
    ーを用いた化学的機械的研磨法により前記シリコン酸化
    膜に対して選択的に研磨することを特徴とする研磨方
    法。
  2. 【請求項2】 シリコン酸化膜及び凹部が形成された下
    地上に該凹部を埋め込むようにシリコン窒化膜を形成す
    る工程と、鉄化合物又は鉄イオンを少なくとも含むスラ
    リーを用いた化学的機械的研磨法により前記シリコン酸
    化膜をストッパーとして前記シリコン窒化膜を前記シリ
    コン酸化膜に対して選択的に研磨することにより前記凹
    部内に選択的に前記シリコン窒化膜を残置させる工程と
    を有することを特徴とする研磨方法。
  3. 【請求項3】 前記鉄化合物は酸化鉄であることを特徴
    とする請求項1又は2に記載の研磨方法。
  4. 【請求項4】 前記酸化鉄はFe34 又はFeOであ
    ることを特徴とする請求項3に記載の研磨方法。
  5. 【請求項5】 前記鉄イオンは2価の鉄イオンであるこ
    とを特徴とする請求項1又は2に記載の研磨方法。
  6. 【請求項6】 シリコン酸化膜上に形成されたシリコン
    窒化膜を還元作用のある物質を少なくとも含むスラリー
    を用いた化学的機械的研磨法により前記シリコン酸化膜
    に対して選択的に研磨することを特徴とする研磨方法。
  7. 【請求項7】 シリコン酸化膜及び凹部が形成された下
    地上に該凹部を埋め込むようにシリコン窒化膜を形成す
    る工程と、還元作用のある物質を少なくとも含むスラリ
    ーを用いた化学的機械的研磨法により前記シリコン酸化
    膜をストッパーとして前記シリコン窒化膜を前記シリコ
    ン酸化膜に対して選択的に研磨することにより前記凹部
    内に選択的に前記シリコン窒化膜を残置させる工程とを
    有することを特徴とする研磨方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004214667A (ja) * 2002-12-30 2004-07-29 Hynix Semiconductor Inc ナイトライド用cmpスラリー及びこれを利用したcmp方法

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