JPH11111656A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH11111656A JPH11111656A JP9265580A JP26558097A JPH11111656A JP H11111656 A JPH11111656 A JP H11111656A JP 9265580 A JP9265580 A JP 9265580A JP 26558097 A JP26558097 A JP 26558097A JP H11111656 A JPH11111656 A JP H11111656A
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- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
- B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P52/00—Grinding, lapping or polishing of wafers, substrates or parts of devices
- H10P52/40—Chemomechanical polishing [CMP]
- H10P52/403—Chemomechanical polishing [CMP] of conductive or resistive materials
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W20/00—Interconnections in chips, wafers or substrates
- H10W20/01—Manufacture or treatment
- H10W20/031—Manufacture or treatment of conductive parts of the interconnections
- H10W20/062—Manufacture or treatment of conductive parts of the interconnections by smoothing of conductive parts, e.g. by planarisation
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】配線パターンの密度に依存しない研磨方法を可
能にし、高い信頼性と微細な溝配線層を有する半導体装
置の製造方法を提供する。 【解決手段】半導体基板上に化学機械研磨法を用いて溝
配線層等を形成する場合に、半導体ウェーハ７の化学機
械研磨での研磨パッド２として硬質のポリウレタンの発
泡体が使用される。そして、研磨時の加重量が４２０ｇ
重／ｃｍ2 を越えては増大しないようにして、上記の溝
に埋め込む金属膜の研磨がなされる。ここで、研磨剤４
としては、コロイダルシリカ粒子を含有する溶液が使用
される。
能にし、高い信頼性と微細な溝配線層を有する半導体装
置の製造方法を提供する。 【解決手段】半導体基板上に化学機械研磨法を用いて溝
配線層等を形成する場合に、半導体ウェーハ７の化学機
械研磨での研磨パッド２として硬質のポリウレタンの発
泡体が使用される。そして、研磨時の加重量が４２０ｇ
重／ｃｍ2 を越えては増大しないようにして、上記の溝
に埋め込む金属膜の研磨がなされる。ここで、研磨剤４
としては、コロイダルシリカ粒子を含有する溶液が使用
される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に関し、特に、絶縁膜に配線パターンの溝を形成し、
そこに金属を埋め込んで形成する溝配線構造での配線層
用の金属膜の研磨方法に関する。
法に関し、特に、絶縁膜に配線パターンの溝を形成し、
そこに金属を埋め込んで形成する溝配線構造での配線層
用の金属膜の研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子の微細化に伴い、半導体装置
には微細な配線層の形成が特に重要になってきている。
現在では、このような微細な配線層の形成では、層間絶
縁膜等の絶縁膜に予め配線パターンの溝が形成される。
そして、アルミ合金等の配線用の金属膜が全面に堆積さ
れ、化学機械研磨（ＣＭＰ）法で不要の金属膜が除去さ
れる。このようにして、上記の溝内にアルミ合金等の金
属が埋め込まれて溝配線あるいはダマシン配線と呼ばれ
るような微細な配線層が形成される。
には微細な配線層の形成が特に重要になってきている。
現在では、このような微細な配線層の形成では、層間絶
縁膜等の絶縁膜に予め配線パターンの溝が形成される。
そして、アルミ合金等の配線用の金属膜が全面に堆積さ
れ、化学機械研磨（ＣＭＰ）法で不要の金属膜が除去さ
れる。このようにして、上記の溝内にアルミ合金等の金
属が埋め込まれて溝配線あるいはダマシン配線と呼ばれ
るような微細な配線層が形成される。
【０００３】以下、図６に基づいて、特開平６−３１３
１６４号公報に記載されている技術を従来の技術として
概略的に説明する。図６は、上記のような溝配線形成を
説明するための製造工程順の断面図である。
１６４号公報に記載されている技術を従来の技術として
概略的に説明する。図６は、上記のような溝配線形成を
説明するための製造工程順の断面図である。
【０００４】図６（ａ）に示すように、シリコン基板２
１の表面上に熱酸化あるいは化学気相成長（ＣＶＤ）法
でシリコン酸化膜から成る層間絶縁膜２２が形成され
る。例えば、この層間絶縁膜２２の膜厚は１μｍ程度に
設定される。そして、この層間絶縁膜２２に溝２３が配
線パターンを有するように形成される。
１の表面上に熱酸化あるいは化学気相成長（ＣＶＤ）法
でシリコン酸化膜から成る層間絶縁膜２２が形成され
る。例えば、この層間絶縁膜２２の膜厚は１μｍ程度に
設定される。そして、この層間絶縁膜２２に溝２３が配
線パターンを有するように形成される。
【０００５】更に、全面に配線用の金属膜２４がスパッ
タ法で堆積される。ここで、配線用の金属膜２４は溝２
３内に充填されるように形成される。次に、図６（ａ）
のようなシリコン基板２１を有する半導体ウェーハにＣ
ＭＰが施される。このＣＭＰ法では、研磨剤としては、
通常のコロイダルシリカスラリーが純水で希釈され、こ
の水性スラリーに過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウ
ムあるいは過硫酸カリウムと過酸化水素から成る研磨促
進剤が添加されて使用される。また、研磨パッドとして
は、不織布タイプポリシングパッドが用いられる。
タ法で堆積される。ここで、配線用の金属膜２４は溝２
３内に充填されるように形成される。次に、図６（ａ）
のようなシリコン基板２１を有する半導体ウェーハにＣ
ＭＰが施される。このＣＭＰ法では、研磨剤としては、
通常のコロイダルシリカスラリーが純水で希釈され、こ
の水性スラリーに過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウ
ムあるいは過硫酸カリウムと過酸化水素から成る研磨促
進剤が添加されて使用される。また、研磨パッドとして
は、不織布タイプポリシングパッドが用いられる。
【０００６】このようにして、図６（ｂ）に示すよう
に、層間絶縁膜２２表面上の配線用の金属膜２４が研磨
除去されるようになる。そして、溝２３に金属膜が埋め
込まれるようにして形成され、溝配線層２６，２６ａ，
２６ｂ等が形成されるようになる。
に、層間絶縁膜２２表面上の配線用の金属膜２４が研磨
除去されるようになる。そして、溝２３に金属膜が埋め
込まれるようにして形成され、溝配線層２６，２６ａ，
２６ｂ等が形成されるようになる。
【０００７】このような方法であると、研磨効率は向上
し、スクラッチ等の表面欠陥の発生は無くなる。しか
し、図６（ｂ）に示しているように、溝配線層が密に形
成される領域、例えば半導体チップの中心部で窪み２５
が形成されるようになる。ここで、溝配線層２６ａおよ
び２６ｂは半導体チップの周辺部に形成される配線層で
ある。
し、スクラッチ等の表面欠陥の発生は無くなる。しか
し、図６（ｂ）に示しているように、溝配線層が密に形
成される領域、例えば半導体チップの中心部で窪み２５
が形成されるようになる。ここで、溝配線層２６ａおよ
び２６ｂは半導体チップの周辺部に形成される配線層で
ある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、以上に説明し
たような従来の技術では、上述したように半導体チップ
上で配線パターンが密集する領域で層間絶縁膜の表面が
研磨され易くなる。このように層間絶縁膜表面の研磨が
進む領域では溝配線層も研磨され、半導体チップの中心
部で窪み２５が形成される。そして、この領域の溝配線
層２６の膜厚が半導体チップの周辺部にある溝配線層２
６ａあるいは２６ｂの膜厚より小さくなる。すなわち、
半導体チップ上で溝配線層の膜厚が半導体チップ位置で
異なるようになる。
たような従来の技術では、上述したように半導体チップ
上で配線パターンが密集する領域で層間絶縁膜の表面が
研磨され易くなる。このように層間絶縁膜表面の研磨が
進む領域では溝配線層も研磨され、半導体チップの中心
部で窪み２５が形成される。そして、この領域の溝配線
層２６の膜厚が半導体チップの周辺部にある溝配線層２
６ａあるいは２６ｂの膜厚より小さくなる。すなわち、
半導体チップ上で溝配線層の膜厚が半導体チップ位置で
異なるようになる。
【０００９】また、従来の技術では、上述したようにＣ
ＭＰによる研磨の程度が、配線パターンの密度に強く依
存するために、配線幅により溝配線層の膜厚が異なるよ
うになる。このために、半導体チップ上で配線幅により
異なる膜厚の溝配線層が形成される。
ＭＰによる研磨の程度が、配線パターンの密度に強く依
存するために、配線幅により溝配線層の膜厚が異なるよ
うになる。このために、半導体チップ上で配線幅により
異なる膜厚の溝配線層が形成される。
【００１０】本発明の目的は、上記のような問題を解決
し、微細な配線パターンの密度に依存しない研磨方法を
可能にし、高い信頼性と微細な溝配線層を有する半導体
装置の製造方法を提供することにある。
し、微細な配線パターンの密度に依存しない研磨方法を
可能にし、高い信頼性と微細な溝配線層を有する半導体
装置の製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】このために本発明の半導
体装置の製造方法は、半導体基板上の絶縁膜に電極ある
いは配線を埋め込むための溝を形成する工程と、前記溝
を埋め且つ覆う金属膜を形成する工程と、ポリウレタン
の発泡体を研磨パッドにしシリカ粒子を含む溶液を研磨
剤とする前記半導体基板表面の化学機械研磨で前記金属
膜を研磨して溝内にのみ前記金属膜を残す工程とを含
む。
体装置の製造方法は、半導体基板上の絶縁膜に電極ある
いは配線を埋め込むための溝を形成する工程と、前記溝
を埋め且つ覆う金属膜を形成する工程と、ポリウレタン
の発泡体を研磨パッドにしシリカ粒子を含む溶液を研磨
剤とする前記半導体基板表面の化学機械研磨で前記金属
膜を研磨して溝内にのみ前記金属膜を残す工程とを含
む。
【００１２】あるいは、半導体基板上の絶縁膜に電極あ
るいは配線を埋め込むための溝を形成する工程と、前記
溝を埋め且つ覆う金属膜を形成する工程と、軟質の不織
布型ポリシングパッド上に取り付けたポリウレタンの発
泡体を研磨パッドにしシリカ粒子を含む溶液を研磨剤と
する前記半導体基板表面の化学機械研磨で前記金属膜を
研磨して溝内にのみ前記金属膜を残す工程とを含む。こ
こで、前記研磨パッドは硬質のポリウレタンの発泡体で
形成されている。
るいは配線を埋め込むための溝を形成する工程と、前記
溝を埋め且つ覆う金属膜を形成する工程と、軟質の不織
布型ポリシングパッド上に取り付けたポリウレタンの発
泡体を研磨パッドにしシリカ粒子を含む溶液を研磨剤と
する前記半導体基板表面の化学機械研磨で前記金属膜を
研磨して溝内にのみ前記金属膜を残す工程とを含む。こ
こで、前記研磨パッドは硬質のポリウレタンの発泡体で
形成されている。
【００１３】そして、前記化学機械研磨の工程で前記半
導体基板表面と前記研磨パッド間に加わる加重は４２０
ｇ重／ｃｍ2 以下に設定される。また、前記研磨剤に用
いられるシリカ粒子はコロイダルシリカ粒子である。
導体基板表面と前記研磨パッド間に加わる加重は４２０
ｇ重／ｃｍ2 以下に設定される。また、前記研磨剤に用
いられるシリカ粒子はコロイダルシリカ粒子である。
【００１４】ここで、前記金属膜はアルミニウム、アル
ミニウム銅の合金、銅、タングステン、チタンあるいは
不純物を含有する多結晶シリコンで構成される。
ミニウム銅の合金、銅、タングステン、チタンあるいは
不純物を含有する多結晶シリコンで構成される。
【００１５】また、本発明では、前記半導体基板表面の
化学機械研磨の後に、前記研磨パッドの表面をダイヤモ
ンド素材で研磨し再生して、再度、別の半導体基板表面
を化学機械研磨する。
化学機械研磨の後に、前記研磨パッドの表面をダイヤモ
ンド素材で研磨し再生して、再度、別の半導体基板表面
を化学機械研磨する。
【００１６】このように本発明では、半導体基板上に化
学機械研磨法を用いて溝配線層等を形成する場合に、上
記の化学機械研磨で研磨パッドとしてポリウレタンの発
泡体を用いる。ここで、ポリウレタンの発泡体としては
硬質のものがよい。そして、研磨時の加重量を上記のよ
うに増大させないで金属膜の研磨を行う。このような方
法で半導体基板上の金属膜を研磨すると、半導体基板上
の配線パターンの密度が高くなっても、この領域の研磨
速度が増大するようなことは無くなる。
学機械研磨法を用いて溝配線層等を形成する場合に、上
記の化学機械研磨で研磨パッドとしてポリウレタンの発
泡体を用いる。ここで、ポリウレタンの発泡体としては
硬質のものがよい。そして、研磨時の加重量を上記のよ
うに増大させないで金属膜の研磨を行う。このような方
法で半導体基板上の金属膜を研磨すると、半導体基板上
の配線パターンの密度が高くなっても、この領域の研磨
速度が増大するようなことは無くなる。
【００１７】これに対して、これまでの研磨方法では、
このように半導体基板表面に柔らかい金属膜と堅い絶縁
膜とが混在するようになると、柔らかい金属膜が研磨さ
れ易いためこの領域がへこんでしまう。そして、研磨パ
ッドがこのへこんだ領域に接しなくなり、その近くの絶
縁膜に平均値以上の加重が集中してかかるようになる。
そして、この領域の絶縁膜が金属膜の少ない他の領域の
絶縁膜に比べて研磨されやすくなる。このために、配線
パターンの密度が高くなり、金属膜が多く存在する領域
では研磨速度が増大するようになっていた。本発明では
このような現象が全て解決されるようになる。
このように半導体基板表面に柔らかい金属膜と堅い絶縁
膜とが混在するようになると、柔らかい金属膜が研磨さ
れ易いためこの領域がへこんでしまう。そして、研磨パ
ッドがこのへこんだ領域に接しなくなり、その近くの絶
縁膜に平均値以上の加重が集中してかかるようになる。
そして、この領域の絶縁膜が金属膜の少ない他の領域の
絶縁膜に比べて研磨されやすくなる。このために、配線
パターンの密度が高くなり、金属膜が多く存在する領域
では研磨速度が増大するようになっていた。本発明では
このような現象が全て解決されるようになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】次に、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は、本発明でのＣＭＰ法によ
る金属膜の研磨方法を説明するための模式的な断面図で
ある。そして、図２は、本発明のＣＭＰ法で溝配線層を
形成する場合の製造工程順の断面図である。
施の形態を説明する。図１は、本発明でのＣＭＰ法によ
る金属膜の研磨方法を説明するための模式的な断面図で
ある。そして、図２は、本発明のＣＭＰ法で溝配線層を
形成する場合の製造工程順の断面図である。
【００１９】図１に示すように、回転機構を有する定盤
１表面に研磨パッド２が取り付けられている。ここで、
研磨パッド２はポリウレタンの発泡体で形成されてい
る。なお、このポリウレタンは樹脂状に形成されていて
もよいし、繊維状に形成されていてもよい。
１表面に研磨パッド２が取り付けられている。ここで、
研磨パッド２はポリウレタンの発泡体で形成されてい
る。なお、このポリウレタンは樹脂状に形成されていて
もよいし、繊維状に形成されていてもよい。
【００２０】あるいは、この研磨パッド２は軟質の不織
布ポリシングパッドと上記のポリウレタンの発泡体との
積層体で形成される。すなわち、定盤１表面に不織布ポ
リシングパッドが形成され、更に、この不織布ポリシン
グパッド表面にポリウレタンの発泡体が積層するように
形成されてもよい。ここで、上記のポリウレタンの発泡
体は硬質のものがよい。
布ポリシングパッドと上記のポリウレタンの発泡体との
積層体で形成される。すなわち、定盤１表面に不織布ポ
リシングパッドが形成され、更に、この不織布ポリシン
グパッド表面にポリウレタンの発泡体が積層するように
形成されてもよい。ここで、上記のポリウレタンの発泡
体は硬質のものがよい。
【００２１】そして、この研磨パッド２上に供給管３を
通して研磨剤４が供給されるようになる。ここで、研磨
剤４はコロイダルシリカ粒子を含有する溶液である。
通して研磨剤４が供給されるようになる。ここで、研磨
剤４はコロイダルシリカ粒子を含有する溶液である。
【００２２】そして、研磨パッド２の上部に取り付けら
れたウェーハキャリア５表面に、裏面パッド６が取り付
けられ、この裏面パッド６に付着するように半導体ウェ
ーハ７が取り付けられる。ここで、半導体ウェーハ７は
裏面パッド６を通してウェーハキャリア５に吸着される
ことになる。また、このウェーハキャリア５は回転機構
を有している。
れたウェーハキャリア５表面に、裏面パッド６が取り付
けられ、この裏面パッド６に付着するように半導体ウェ
ーハ７が取り付けられる。ここで、半導体ウェーハ７は
裏面パッド６を通してウェーハキャリア５に吸着される
ことになる。また、このウェーハキャリア５は回転機構
を有している。
【００２３】研磨時には、この半導体ウェーハ７は所定
の加重でもって研磨パッド２に接着される。ここで、溝
配線層の形成工程で詳細に説明されるが、この加重の設
定値が重要になる。そして、研磨剤４が供給され、定盤
１およびウェーハキャリア５が所定の速度で回転され
る。このようにして、半導体ウェーハ７の表面が研磨さ
れるようになる。
の加重でもって研磨パッド２に接着される。ここで、溝
配線層の形成工程で詳細に説明されるが、この加重の設
定値が重要になる。そして、研磨剤４が供給され、定盤
１およびウェーハキャリア５が所定の速度で回転され
る。このようにして、半導体ウェーハ７の表面が研磨さ
れるようになる。
【００２４】次に、図２において本発明のＣＭＰ法で溝
配線層を形成する場合を製造工程順に説明する。
配線層を形成する場合を製造工程順に説明する。
【００２５】先ず、従来の技術で説明したのと同様にし
て、図２（ａ）に示すように、シリコン基板８の表面が
熱酸化され、更にＣＶＤ法でシリコン酸化膜が堆積され
る。このようにして、膜厚が１μｍ程度の層間絶縁膜９
が形成される。そして、図２（ｂ）に示すように、この
層間絶縁膜９に溝１０が配線パターン状に形成される。
ここで、溝１０は反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）で
行われ、上記のＣＶＤ法で堆積されるシリコン酸化膜領
域に形成される。
て、図２（ａ）に示すように、シリコン基板８の表面が
熱酸化され、更にＣＶＤ法でシリコン酸化膜が堆積され
る。このようにして、膜厚が１μｍ程度の層間絶縁膜９
が形成される。そして、図２（ｂ）に示すように、この
層間絶縁膜９に溝１０が配線パターン状に形成される。
ここで、溝１０は反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）で
行われ、上記のＣＶＤ法で堆積されるシリコン酸化膜領
域に形成される。
【００２６】更に、図２（ｃ）に示すように、全面に配
線用の金属膜１１が高温のスパッタ法で堆積される。こ
こで、配線用の金属膜１１はアルミ銅の合金である。そ
して、層間絶縁膜９に設けられた溝１０内に充填され
る。
線用の金属膜１１が高温のスパッタ法で堆積される。こ
こで、配線用の金属膜１１はアルミ銅の合金である。そ
して、層間絶縁膜９に設けられた溝１０内に充填され
る。
【００２７】次に、図２（ｃ）のようなシリコン基板８
となっている半導体ウェーハに上述したようなＣＭＰが
施される。ここで、このＣＭＰ法は上述したような方法
である。すなわち、研磨パッド２に硬質のポリウレタン
の発泡体が用いられ、適切な加重が設定される。そし
て、ＣＭＰでの研磨剤として、粒子径が５０ｎｍ以下の
コロイダルシリカ粒子を含有する溶液が用いられる。
となっている半導体ウェーハに上述したようなＣＭＰが
施される。ここで、このＣＭＰ法は上述したような方法
である。すなわち、研磨パッド２に硬質のポリウレタン
の発泡体が用いられ、適切な加重が設定される。そし
て、ＣＭＰでの研磨剤として、粒子径が５０ｎｍ以下の
コロイダルシリカ粒子を含有する溶液が用いられる。
【００２８】このようにして、図２（ｄ）に示すよう
に、層間絶縁膜９表面上の配線用の金属膜１１が研磨除
去されるようになる。そして、シリコン基板８上部に形
成された溝１０にアルミ銅の合金が埋め込まれるように
して形成され、溝配線層１２，１２ａ，１２ｂ等が形成
されるようになる。
に、層間絶縁膜９表面上の配線用の金属膜１１が研磨除
去されるようになる。そして、シリコン基板８上部に形
成された溝１０にアルミ銅の合金が埋め込まれるように
して形成され、溝配線層１２，１２ａ，１２ｂ等が形成
されるようになる。
【００２９】このような本発明の溝配線層の形成方法で
は、配線パターンの密度が高くなっても、半導体チップ
上で配線層の厚さは均一になる。これについて図３に基
づいて説明する。
は、配線パターンの密度が高くなっても、半導体チップ
上で配線層の厚さは均一になる。これについて図３に基
づいて説明する。
【００３０】図３では、横軸に半導体チップの位置がと
られ、縦軸に溝配線層の膜厚の厚さがとられている。こ
こで、配線パターンの幅と間隔すなわちＬ（ライン）／
Ｓ（スペース）は０．５μｍ／０．５μｍに設定されて
いる。そして、ＣＭＰ法で形成された後の溝配線層の半
導体チップ位置での膜厚が示されている。なお、参考と
して、従来の技術で説明した場合についても比較のため
に示されている。
られ、縦軸に溝配線層の膜厚の厚さがとられている。こ
こで、配線パターンの幅と間隔すなわちＬ（ライン）／
Ｓ（スペース）は０．５μｍ／０．５μｍに設定されて
いる。そして、ＣＭＰ法で形成された後の溝配線層の半
導体チップ位置での膜厚が示されている。なお、参考と
して、従来の技術で説明した場合についても比較のため
に示されている。
【００３１】従来の技術の場合では、半導体チップの中
心部で膜厚が２８０ｎｍであるのに対し、半導体チップ
の周辺ではその膜厚は４００ｎｍ程度になる。このよう
に半導体チップ上で大きな膜厚のバラツキが生じる。こ
れに対し、図に示すように本発明の場合には、ＣＭＰ工
程後の溝配線層の厚さは半導体チップ上でほとんど変化
せず一定の値となる。このように、本発明は半導体チッ
プ内での溝配線層の膜厚のバラツキを大幅に低減するよ
うになる。
心部で膜厚が２８０ｎｍであるのに対し、半導体チップ
の周辺ではその膜厚は４００ｎｍ程度になる。このよう
に半導体チップ上で大きな膜厚のバラツキが生じる。こ
れに対し、図に示すように本発明の場合には、ＣＭＰ工
程後の溝配線層の厚さは半導体チップ上でほとんど変化
せず一定の値となる。このように、本発明は半導体チッ
プ内での溝配線層の膜厚のバラツキを大幅に低減するよ
うになる。
【００３２】上述したように、溝配線層形成工程でのＣ
ＭＰの研磨時では、半導体ウェーハにかけられる加重の
設定値が重要である。これについて、図４に基づいて説
明する。図４の実験結果は、図２で説明した方法と同一
の方法で溝配線層を形成した場合のものである。
ＭＰの研磨時では、半導体ウェーハにかけられる加重の
設定値が重要である。これについて、図４に基づいて説
明する。図４の実験結果は、図２で説明した方法と同一
の方法で溝配線層を形成した場合のものである。
【００３３】図４では、横軸に研磨時の半導体ウェーハ
にかけられる加重量がとられ、縦軸に出来上がった溝配
線層の層抵抗値がとられている。ここで、配線パターン
幅は０．５μｍ、１μｍ、２μｍのものが測定された。
そして、溝配線層のＬ（ライン）／Ｓ（スペース）はそ
れぞれ同一となっている。すなわち、０．５μｍ／０．
５μｍ、１μｍ／１μｍ、２μｍ／２μｍに設定されて
いる。
にかけられる加重量がとられ、縦軸に出来上がった溝配
線層の層抵抗値がとられている。ここで、配線パターン
幅は０．５μｍ、１μｍ、２μｍのものが測定された。
そして、溝配線層のＬ（ライン）／Ｓ（スペース）はそ
れぞれ同一となっている。すなわち、０．５μｍ／０．
５μｍ、１μｍ／１μｍ、２μｍ／２μｍに設定されて
いる。
【００３４】図４から判るように、研磨時に４２０ｇ重
／ｃｍ２ の値を超える加重が半導体ウェーハにかけら
れると、溝配線層の層抵抗値が急激に増加するようにな
る。そして、この場合には、配線パターン密度の依存性
が非常に大きくなる。すなわち、上記の溝配線層のスペ
ースが小さくなると溝に埋め込まれた金属膜の研磨量が
増加し、溝配線層の層抵抗が上昇するようになる。これ
に対し、スペースが大きくなると、上記の金属膜の研磨
量は減少するようになる。このために、半導体チップ内
で配線幅により異なる膜厚の溝配線層が形成される。こ
のような現象は、配線パターン幅に依存せず一様に生じ
る。
／ｃｍ２ の値を超える加重が半導体ウェーハにかけら
れると、溝配線層の層抵抗値が急激に増加するようにな
る。そして、この場合には、配線パターン密度の依存性
が非常に大きくなる。すなわち、上記の溝配線層のスペ
ースが小さくなると溝に埋め込まれた金属膜の研磨量が
増加し、溝配線層の層抵抗が上昇するようになる。これ
に対し、スペースが大きくなると、上記の金属膜の研磨
量は減少するようになる。このために、半導体チップ内
で配線幅により異なる膜厚の溝配線層が形成される。こ
のような現象は、配線パターン幅に依存せず一様に生じ
る。
【００３５】しかし、研磨時の加重が４２０重／ｃｍ2
以下では、出来上がった溝配線層の層抵抗値はほぼ一定
になる。そして、この場合には、配線パターン密度の依
存性が非常に小さくなる。
以下では、出来上がった溝配線層の層抵抗値はほぼ一定
になる。そして、この場合には、配線パターン密度の依
存性が非常に小さくなる。
【００３６】このように、本発明者の試行実験では、半
導体チップ上で配線パターンに粗密を有する溝配線層が
形成される場合には、ＣＭＰの研磨時の加重が４２０ｇ
重／ｃｍ2 以下になるように設定されると有効になるこ
とが判った。
導体チップ上で配線パターンに粗密を有する溝配線層が
形成される場合には、ＣＭＰの研磨時の加重が４２０ｇ
重／ｃｍ2 以下になるように設定されると有効になるこ
とが判った。
【００３７】また、溝配線層形成工程でのＣＭＰの研磨
時で、半導体ウェーハにかけられる加重の設定値の重要
性について図５で説明する。図５の実験結果も、図２で
説明した方法と同一の方法で溝配線層を形成した場合の
ものである。
時で、半導体ウェーハにかけられる加重の設定値の重要
性について図５で説明する。図５の実験結果も、図２で
説明した方法と同一の方法で溝配線層を形成した場合の
ものである。
【００３８】図５では、横軸に配線パターン幅がとら
れ、縦軸に出来上がった溝配線層の層抵抗値がとられて
いる。ここで、配線パターンのＬ（ライン）／Ｓ（スペ
ース）はそれぞれ同一となっている。
れ、縦軸に出来上がった溝配線層の層抵抗値がとられて
いる。ここで、配線パターンのＬ（ライン）／Ｓ（スペ
ース）はそれぞれ同一となっている。
【００３９】この場合も、加重が５６０ｇ重／ｃｍ2 で
示されているように、加重量が増加してくると、配線パ
ターン幅が小さくなるに従って溝配線層の層抵抗が増大
してくる。すなわち、配線幅により溝配線層の膜厚が異
なるようになる。このために、半導体チップ上で配線幅
により異なる膜厚の溝配線層が形成される。
示されているように、加重量が増加してくると、配線パ
ターン幅が小さくなるに従って溝配線層の層抵抗が増大
してくる。すなわち、配線幅により溝配線層の膜厚が異
なるようになる。このために、半導体チップ上で配線幅
により異なる膜厚の溝配線層が形成される。
【００４０】これに対し、加重が３５０ｇ重／ｃｍ2 で
示されているように、加重量が減少してくると、配線パ
ターン幅に依存せず溝配線層の層抵抗値はほぼ一定とな
る。このように、ＣＭＰ研磨時の加重量は適切な値に設
定することが重要である。
示されているように、加重量が減少してくると、配線パ
ターン幅に依存せず溝配線層の層抵抗値はほぼ一定とな
る。このように、ＣＭＰ研磨時の加重量は適切な値に設
定することが重要である。
【００４１】また、本発明のＣＭＰ法による溝配線層の
形成工程で、半導体ウェーハ表面の研磨処理後には研磨
パッドの再生すなわちドレッシングがなされる。ここ
で、研磨パッドがポリウレタンの発泡体で構成されてい
るために、ダイヤモンド素材がドレッシングに用いられ
る。ここで、ダイヤモンド素材はダイヤモンドを含む材
料であり、プレートあるいは棒等を構成する。この場合
には、図１で示したウェーハキャリアの代わりに上記の
プレートあるいは棒が２０ｇ重／ｃｍ2 程度の加重で研
磨パッドにあてられる。そして、研磨パッド上の研磨く
ずが除去されると共に、研磨パッドの表面層も削られ新
しい表面が露出されるようになる。
形成工程で、半導体ウェーハ表面の研磨処理後には研磨
パッドの再生すなわちドレッシングがなされる。ここ
で、研磨パッドがポリウレタンの発泡体で構成されてい
るために、ダイヤモンド素材がドレッシングに用いられ
る。ここで、ダイヤモンド素材はダイヤモンドを含む材
料であり、プレートあるいは棒等を構成する。この場合
には、図１で示したウェーハキャリアの代わりに上記の
プレートあるいは棒が２０ｇ重／ｃｍ2 程度の加重で研
磨パッドにあてられる。そして、研磨パッド上の研磨く
ずが除去されると共に、研磨パッドの表面層も削られ新
しい表面が露出されるようになる。
【００４２】以上の実施の形態での説明は、配線用の金
属膜がアルミ銅の合金の場合について行われた。しか
し、本発明はこのような金属膜に限定されない。この
他、アルミニウム、銅、タングステン、チタン等の金属
膜でも本発明は適用できる。あるいは、溝配線用の材料
に高濃度不純物を含有する多結晶シリコンが用いられて
もよい。
属膜がアルミ銅の合金の場合について行われた。しか
し、本発明はこのような金属膜に限定されない。この
他、アルミニウム、銅、タングステン、チタン等の金属
膜でも本発明は適用できる。あるいは、溝配線用の材料
に高濃度不純物を含有する多結晶シリコンが用いられて
もよい。
【００４３】また、上記の実施の形態の説明は、１層の
溝配線層の構造の場合について行われているが、本発明
は、２層の溝配線層あるいは３層以上の溝配線層の場合
でも同様に適用できることに言及しておく。
溝配線層の構造の場合について行われているが、本発明
は、２層の溝配線層あるいは３層以上の溝配線層の場合
でも同様に適用できることに言及しておく。
【００４４】また、本発明の実施の形態では配線層の形
成の場合について説明されているが、多層の配線層間を
接続するようなスルーホールあるいはコンタクト孔に金
属膜を埋め込む場合でも本発明は同様に適用できるもの
である。
成の場合について説明されているが、多層の配線層間を
接続するようなスルーホールあるいはコンタクト孔に金
属膜を埋め込む場合でも本発明は同様に適用できるもの
である。
【００４５】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の半導体
装置の製造方法では、半導体基板上に化学機械研磨法を
用いて溝配線層等を形成する場合に、上記の化学機械研
磨での研磨パッドとして硬質のポリウレタンの発泡体が
使用される。そして、研磨時の加重量がある値以上に増
大しないようにして溝に埋め込む金属膜の研磨がなされ
る。ここで、研磨剤としては、コロイダルシリカ粒子を
含有する溶液が使用される。
装置の製造方法では、半導体基板上に化学機械研磨法を
用いて溝配線層等を形成する場合に、上記の化学機械研
磨での研磨パッドとして硬質のポリウレタンの発泡体が
使用される。そして、研磨時の加重量がある値以上に増
大しないようにして溝に埋め込む金属膜の研磨がなされ
る。ここで、研磨剤としては、コロイダルシリカ粒子を
含有する溶液が使用される。
【００４６】このために、半導体基板上の絶縁膜に設け
られた溝に金属膜が埋め込まれる溝配線層等の形成にお
いて、溝に埋め込まれる金属膜の膜厚は、半導体チップ
上でほぼ均一になるように形成できる。
られた溝に金属膜が埋め込まれる溝配線層等の形成にお
いて、溝に埋め込まれる金属膜の膜厚は、半導体チップ
上でほぼ均一になるように形成できる。
【００４７】また、従来の技術では、上述したようにＣ
ＭＰによる研磨の程度が、配線パターンの密度に強く依
存し、配線幅により溝配線層の膜厚が異なるようになっ
ていた。そして、半導体チップ上で配線幅により異なる
膜厚の溝配線層が形成されていた。これに対し、本発明
では、半導体基板上の配線パターンの密度が高くなって
も、この領域の研磨速度が増大するようなことは全く無
くなる。また、配線パターン幅に依存しないように金属
膜の研磨ができるようになるために、高精度で信頼性の
高い溝配線層が形成できるようになる。
ＭＰによる研磨の程度が、配線パターンの密度に強く依
存し、配線幅により溝配線層の膜厚が異なるようになっ
ていた。そして、半導体チップ上で配線幅により異なる
膜厚の溝配線層が形成されていた。これに対し、本発明
では、半導体基板上の配線パターンの密度が高くなって
も、この領域の研磨速度が増大するようなことは全く無
くなる。また、配線パターン幅に依存しないように金属
膜の研磨ができるようになるために、高精度で信頼性の
高い溝配線層が形成できるようになる。
【００４８】このようにして、本発明は、半導体装置の
溝配線配線パターンの密度に依存しない研磨方法を可能
にし、高い信頼性と微細な溝配線層を有する半導体装置
の製造を容易にする。
溝配線配線パターンの密度に依存しない研磨方法を可能
にし、高い信頼性と微細な溝配線層を有する半導体装置
の製造を容易にする。
【図１】本発明の実施の形態を説明するＣＭＰ法の模式
的な断面図である。
的な断面図である。
【図２】本発明の実施の形態を説明する溝配線層の製造
工程順の断面図である。
工程順の断面図である。
【図３】本発明の効果を説明するためのグラフである。
【図４】本発明の実施の形態で研磨条件を説明するため
のグラフである。
のグラフである。
【図５】上記の研磨条件を詳細に説明するためのグラフ
である。
である。
【図６】従来の技術を説明するための溝配線層の製造工
程順の断面図である。
程順の断面図である。
１ 定盤 ２ 研磨パッド ３ 供給管 ４ 研磨剤 ５ ウェーハキャリア ６ 裏面パッド ７ 半導体ウェーハ ８，２１ シリコン基板 ９，２２ 層間絶縁膜 ９ａ バリア配線 １０，２３ 溝 １１，２４ 配線用の金属膜 １２，１２ａ，１２ｂ，２６，２６ａ，２６ｂ 溝配
線層 ２５ 窪み
線層 ２５ 窪み
Claims (7)
- 【請求項１】 半導体基板上の絶縁膜に電極あるいは配
線を埋め込むための溝を形成する工程と、前記溝を埋め
且つ覆う金属膜を形成する工程と、ポリウレタンの発泡
体を研磨パッドにしシリカ粒子を含む溶液を研磨剤とす
る前記半導体基板表面の化学機械研磨で前記金属膜を研
磨して溝内にのみ前記金属膜を残す工程と、を含むこと
を特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】 半導体基板上の絶縁膜に電極あるいは配
線を埋め込むための溝を形成する工程と、前記溝を埋め
且つ覆う金属膜を形成する工程と、軟質の不織布型ポリ
シングパッド上に取り付けたポリウレタンの発泡体を研
磨パッドにしシリカ粒子を含む溶液を研磨剤とする前記
半導体基板表面の化学機械研磨で前記金属膜を研磨して
溝内にのみ前記金属膜を残す工程と、を含むことを特徴
とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】 前記研磨パッドが硬質のポリウレタンの
発泡体で形成されていることを特徴とする請求項１また
は請求項２記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】 前記化学機械研磨の工程で前記半導体基
板表面と前記研磨パッド間に加わる加重が４２０ｇ重／
ｃｍ2 以下に設定されていることを特徴とする請求項
１、請求項２または請求項３記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項５】 前記研磨剤に用いられるシリカ粒子がコ
ロイダルシリカ粒子であることを特徴とする請求項１、
請求項２、請求項３または請求項４記載の半導体装置の
製造方法。 - 【請求項６】 前記金属膜がアルミニウム、アルミニウ
ム銅の合金、銅、タングステン、チタンあるいは不純物
を含有する多結晶シリコンで構成されることを特徴とす
る請求項１から請求項５のうち１つの請求項に記載の半
導体装置の製造方法。 - 【請求項７】 前記半導体基板表面の化学機械研磨の後
に、前記研磨パッドの表面をダイヤモンド素材で研磨し
再生して、再度、別の半導体基板表面を化学機械研磨す
ることを特徴とする請求項１から請求項６のうち１つの
請求項に記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9265580A JPH11111656A (ja) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | 半導体装置の製造方法 |
| US09/161,218 US6132292A (en) | 1997-09-30 | 1998-09-28 | Chemical mechanical polishing method suitable for highly accurate planarization |
| CN98120209A CN1073909C (zh) | 1997-09-30 | 1998-09-30 | 适于高精度平面化的化学机械抛光方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9265580A JPH11111656A (ja) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11111656A true JPH11111656A (ja) | 1999-04-23 |
Family
ID=17419105
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9265580A Pending JPH11111656A (ja) | 1997-09-30 | 1997-09-30 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6132292A (ja) |
| JP (1) | JPH11111656A (ja) |
| CN (1) | CN1073909C (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112935994A (zh) * | 2021-01-29 | 2021-06-11 | 中国建筑材料科学研究总院有限公司 | 异型表面抛光装置及抛光方法 |
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| US6848970B2 (en) | 2002-09-16 | 2005-02-01 | Applied Materials, Inc. | Process control in electrochemically assisted planarization |
| US7125477B2 (en) | 2000-02-17 | 2006-10-24 | Applied Materials, Inc. | Contacts for electrochemical processing |
| US7670468B2 (en) | 2000-02-17 | 2010-03-02 | Applied Materials, Inc. | Contact assembly and method for electrochemical mechanical processing |
| US7029365B2 (en) | 2000-02-17 | 2006-04-18 | Applied Materials Inc. | Pad assembly for electrochemical mechanical processing |
| US7303662B2 (en) | 2000-02-17 | 2007-12-04 | Applied Materials, Inc. | Contacts for electrochemical processing |
| US7374644B2 (en) | 2000-02-17 | 2008-05-20 | Applied Materials, Inc. | Conductive polishing article for electrochemical mechanical polishing |
| US6979248B2 (en) | 2002-05-07 | 2005-12-27 | Applied Materials, Inc. | Conductive polishing article for electrochemical mechanical polishing |
| US6962524B2 (en) | 2000-02-17 | 2005-11-08 | Applied Materials, Inc. | Conductive polishing article for electrochemical mechanical polishing |
| US7303462B2 (en) | 2000-02-17 | 2007-12-04 | Applied Materials, Inc. | Edge bead removal by an electro polishing process |
| US7077721B2 (en) | 2000-02-17 | 2006-07-18 | Applied Materials, Inc. | Pad assembly for electrochemical mechanical processing |
| US7059948B2 (en) * | 2000-12-22 | 2006-06-13 | Applied Materials | Articles for polishing semiconductor substrates |
| US7678245B2 (en) | 2000-02-17 | 2010-03-16 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for electrochemical mechanical processing |
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- 1998-09-28 US US09/161,218 patent/US6132292A/en not_active Expired - Lifetime
- 1998-09-30 CN CN98120209A patent/CN1073909C/zh not_active Expired - Lifetime
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20000201 |