JPH11512877A

JPH11512877A - 化学機械研磨のためのキャップされた中間層誘電体

Info

Publication number: JPH11512877A
Application number: JP9513527A
Authority: JP
Inventors: バイ，ペン; カディアン，ケネス・シイ; チェン，リー−イェ; プリンス，マシュー・ジェイ
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1996-09-23
Publication date: 1999-11-02
Also published as: AU7164596A; TW304297B; IL123749A0; EP1008175A1; WO1997012393A1; KR19990063743A; CN1203697A; EP1008175A4

Abstract

(57)【要約】新しい高密度相互接続構造を形成する方法である。本発明によれば、最初に半導体基板を覆って絶縁層（２０６）を形成する。次いで第１絶縁層を平坦化する。次に、平坦化した第１絶縁層の上に第２絶縁層（２１２）を形成する。次いで第１および第２絶縁層を通して開口をエッチングする。次いで、開口中および第２絶縁層の上部表面上に導電材料（２２６）を堆積させる。次に、第２絶縁層から導電材料をポリッシュバックして、第２絶縁層とほぼ平面になる導電性に充填した開口を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】化学機械研磨のためのキャップされた中間層誘電体発明の背景１．発明の分野本発明は半導体製造の分野に関し、さらに詳細には、集積回路における相互接続構造を形成する方法に関する。２．関連技術の考察今日、集積回路は、シリコン基板またはウェル中またはその上に形成された文字通り数百万個の能動素子から作成される。最初に互いに分離されて形成された能動素子は後に互いに接続され、マイクロプロセッサなどの機能回路および構成部品となる。各素子は、周知の多重レベル相互接続を使用して互いに相互接続される。理想的な多重レベル相互接続構造１００の断面図を第１図に示す。相互接続構造は通常、第１金属被覆層、相互接続層１０２（通常は３％以下の銅を含有するアルミニウム合金）、第２金属被覆層１０４、および時には第３またはさらに第４の金属被覆レベルを有する。二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）などの中間レベルの誘電体１０６（ＩＬＤ）を使用して、シリコン基板またはウェル１０８上の異なるレベルの金属被覆を電気的に分離する。異なる相互接続レベル間の電気的接続は、ＩＬＤ１０６中に形成した金属バイア１１０を使って行われる。同様にして、金属コンタクト１１２を使用して相互接続レベルとウェル１０８中に形成した素子との間の電気的接続を形成する。金属バイア１１０およびコンタクト１１２は、以下では総称して「バイアス」または「プラグ」と呼ぶが、これらは一般にタングステン１１４が充填され、一般にチタンなどの接着層１１６を利用する。ＵＬＳＩ回路の現在好ましい中間レベルの誘電体薄膜は、常圧気相成長（ＣＶＤ）により形成されるホウリンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）薄膜である。常圧ＣＶＤによるＢＰＳＧは非常に均一に形成することができ、それにより半導体基板上に能動素子を高密度に配置することにより生じるアスペクト比の高いギャップを充填することができるので好ましい。常圧ＢＰＳＧ層は、その中にボイドを生じさせることなくアスペクト比の高いギャップを充填することができる。さらに常圧ＢＰＳＧ層は、プラズマ気相成長（ＰＥＣＶＤ）の機器などその他のＩＬＤ機器と比較して、堆積用機械装置が比較的安価であるので好ましい。さらに、常圧ＢＰＳＧ層は比較的速く堆積させることができ、良好なウェハのスループットを見込むことができる。ＵＬＳＩ中にプラグまたはバイア１１０および１１２を形成する現在好ましい方法は、化学機械研磨を利用するタングステン・プラグ・プロセスである。通常のタングステン・プラグ・プロセスでは、バイア・ホールを、ＩＬＤを貫通してその下に形成される相互接続線または半導体基板までエッチングする。次に、窒化チタンのような薄い接着層でＩＬＤを覆うか、またはバイア・ホール中に窒化チタンの薄層を形成する。次に、均一なタングステン薄膜を、接着層を覆って、またバイア中にブランケット堆積させる。この堆積段階は、バイア・ホールにタングステンが完全に充填されるまで続く。次に、ＩＬＤの表面の上部に形成された金属薄膜を化学機械研磨によって除去し、それにより金属のバイアまたはプラグを形成する。このようなプロセスは、その下に形成した高密度に詰めた能動素子への電気的接続を作成するために必要なアスペクト比の高いバイアを充填することができるので好ましい。タングステン・プラグ・プロセスおよび常圧ＢＰＳＧのＩＬＤ層についての問題点は、これらが互いに両立しないことである。問題は、タングステンの研磨プロセスの選択性が、常圧ＢＰＳＧのＩＬＤ層に対して不十分であることである。したがって、タングステン層を研磨するときに、最初にタングステンを取り除く領域から相当量のＩＬＤ層が除去される可能性がある。タングステン・プラグ・プロセス中にＩＬＤが失われ過ぎると、能動素子と第１レベルの金属被覆の間、または金属被覆のレベル間で短絡が生じる可能性がある。したがって、常圧ＢＰＳＧ層および化学機械タングステン・プラグ・プロセスを両方とも利用するこのプロセスは、信頼性が低く製造することはできない。したがって、常圧ＢＰＳＧ層およびタングステン・プラグ・プロセスを併せて利用することができる相互接続方式が必要とされている。発明の概要本発明は、集積回路のための新しい相互接続構造を形成する方法を記述するものである。本発明によれば、常圧ＣＶＤにより形成したホウ素およびリンを含む第１酸化物層を、半導体基板を覆うように堆積させる。次いで第１酸化物層を化学機械研磨（ＣＭＰ）し、平坦化した表面を形成する。次に、プラズマＣＶＤによって形成した未ドープの第２酸化物層を、平坦化した第１酸化物層に堆積させる。次いで第１および第２酸化物層を通して開口をエッチングする。次いでタングステンを含む伝導層を、開口中に、また第２酸化物層の上に堆積させる。最後に、第２酸化物層から伝導層を研磨して除去し、第２酸化物層とほぼ平坦になる充填済みの開口を形成する。図面の簡単な説明第１図は、従来技術の相互接続構造を示す断面図である。第２ａ図は、その上に複数の素子が形成された半導体基板を示す断面図である。第２ｂ図は、第２ａ図の基板上に第１中間層誘電体を形成する段階を示す、半導体基板の断面図である。第２ｃ図は、第２ｂ図の基板上の第１中間層誘電体を平坦化する段階を示す断面図である。第２ｄ図は、第２ｃ図の基板上に第２中間層誘電体を形成する段階を示す断面図である。第２ｅ図は、第２ｄ図の基板中に開口を形成する段階を示す断面図である。第２ｆ図は、第２ｅ図の基板上にバイア充填材料を形成する段階を示す断面図である。第２ｇ図は、第２ｆ図の基板上のバイア充填材料を研磨して、充填済みのコンタクト開口を形成する段階を示す断面図である。第２ｈ図は、第２ｇ図の基板上に金属被覆のレベルを形成する段階を示す断面図である。発明の詳細な説明本発明は、集積回路中の相互接続構造を製作する新しい方法を開示するものである。以下の記述では、本発明が完全に理解されるように、特定のプロセス段階、材料、寸法など多数の特定の詳細を記載する。ただし、これらの特定の詳細の範囲外で本発明を実施することができることは、当業者には明らかであろう。その他、不必要に本発明を分かりにくくしないように、周知の集積回路製造段階および機器については詳細には記載しない。本発明は、集積回路の相互接続構造を形成する新しい方法である。本発明の好ましい実施形態によって、化学機械式研磨（ＣＭＰ）を利用するタングステン・プラグ・プロセスとともに常圧気相成長によるＢＰＳＧ層を利用して、製造可能な高密度相互接続構造を提供することができる。本発明の好ましい実施形態によれば、半導体基板２００を用意する。金属酸化膜半導体（ＭＯＳ）トランジスタなどの素子２０２を半導体基板２００中に形成する。ＭＯＳ素子のソース、ドレイン、およびポリゲート上にセルフアライン・プロセスによってシリサイドを形成し、コンタクト抵抗および素子の性能を改善することが好ましい。能動素子は、最初はフィールド酸化物領域２０４によって互いに分離されている。ＭＯＳトランジスタのみを示すが、基板２００は完成したまたは部分的に完成したその他の能動および受動素子を含むことができる。その例としてはバイポーラ・トランジスタ、薄膜トランジスタ、コンデンサ、抵抗器などがあるが、これらに限定されるわけではない。さらに、半導体基板２００は単結晶シリコン基板であることが好ましいが、基板２００は、ヒ化ガリウムやゲルマニウムなどを含むがこれらに限定されないその他の半導体材料を含むこともでき、またエピタキシャル・シリコン層などの追加して堆積させた半導体材料を含むこともできる。本発明による最初の段階は、第２ｂ図に示すように、基板２００およびその上に形成した素子２０２を覆うように中間層誘電体（ＩＬＤ）２０６を形成する段階である。ＩＬＤ２０６は、素子２０２を機能回路に相互接続するために使用されるその後に形成する金属被覆から、これらの素子を電気的に分離するためのものである。ＩＬＤ２０６は、常圧気相成長（ＣＶＤ）によって形成したホウ素・リンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）であることが好ましい。常圧ＢＰＳＧ層が好ましいのは、その下の形状に合わせて形成することができ、それにより隣接する素子２０２間の小さいギャップを内部にボイドを生じさせることなく充填することができるためである。ＩＬＤ２０６は、テトラエチルオルトケイ酸塩（ＴＥＯＳ）、酸素（Ｏ₂）、ホスフィン（ＰＨ₃）およびジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）の化学作用を使用して、濃度にして約３％のホウ素および約６．３％のリンを含有する二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）を生成する、ＷＪ９９９ＴＥＯＳマシンでの常圧ＣＶＤによって形成することが好ましい。約１８０００Åの酸化物層が形成される。次に、急速熱処理（ＲＴＰ）を使用してＩＬＤ２０６を高密度化することが好ましい。ＩＬＤ２０６を高密度化する目的の１つは、酸化物へのドーパントの混合を加速して酸化物を安定させることである。ＲＴＰプロセスを使用することにより、スチーム・フロー処理を省略することができる。スチーム・フロー処理の使用が望ましくないのは、それによってＢＰＳＧ／シリサイドの界面に薄い酸化物が成長し、これが成長する間に相当部分のシリサイドが消費されるためである。Ｎ₂雰囲気でＲＴＰプロセスを利用して高密度化することにより、ＢＰＳＧ／シリサイドの界面で酸化物が成長せず、ソース・ドレインの接合深さのスケーリングがソース・ドレイン領域に形成されたシリサイドの厚さのスケーリングをともなうようにすることができる。高密度化にＲＴＰを使用することにより熱バジェットが改善され、トランジスタの性能がスチーム炉ガラス・フロー・サイクルに勝るように改善される。さらに、ＲＴＰプロセスは、シリサイドのアグロメレーション（agglomeration）を防止するために８７５℃未満の温度で実施することが好ましい。すなわち、シリサイド２０３はそれより高い高密度化温度に耐えることができない。第２ｂ図に示すように、ＩＬＤ２０６の上部表面２０８は、素子２０２および分離領域２０４が生み出すその下の形状により非平面的である。この非平面的な形状は、ＢＰＳＧ層２０６の均一に堆積される性質によるものである。さらに、非平面的な形状は、本発明ではスチーム・フロー処理を使用しないことが好ましいことによるものでもある。スチーム・フロー段階は一般に、ＢＰＳＧ層の表面形状を滑らかにする、すなわち平坦化する助けとなる。ＩＤＬ２０６の上部表面は非平面であるので、これを第２ｃ図に示すように平坦化する。ＩＤＬ２０６は化学機械式研磨によって平坦化することが好ましいが、これは化学機械式研磨が、リフローおよびエッチバック・プロセスにともなう局所のみの平坦化とは異なり全体的な平坦化を生じさせるためである。ＩＤＬ２０６は、１８０００Åから素子２０２を覆う約４５００Å±１５００Åまで研磨して、平面の表面２１０を形成することが好ましい。最初にＩＬＤ２０６を非常に厚く形成することで、化学機械式研磨プロセスのための十分な量のマージンが形成される。本発明の好ましい実施形態によれば、ＩＤＬ２０６は、Ｗｅｓｔｅｃｈ３７２Ｍポリッシャを使用して、水酸化カリウムおよび水の溶液（ＫＯＨ＋Ｈ₂Ｏ）中にシリカを含むスラリを使用して化学機械式研磨を行う。ただし、任意の周知のＣＭＰプロセスを使用してＩＤＬ２０６を平坦化することができることは理解されるであろう。ＩＬＤ２０６を全体的に平坦化することが望ましいのは、それにより、金属線の収縮およびプロセスで使用できる金属被覆層数の増加を可能にする、非常に平面的なＩＬＤ表面２１０が形成されるためである。それぞれの上部に追加の相互接続層を積み重ねることにより、さらに凹凸のある形状が生じることは理解されるであろう。ＩＬＤ２０６を平坦化するので、コンタクト／バイア開口および／または素地面の解像度が不十分である、金属のステップ・カバレッジが不十分である、エレクトロマイグレーション、金属スティンガなど製作上の問題が、本発明では軽減される。さらに、化学機械平坦化を使用することで全体的な平面性が達成され、これにより例えば、金属の１面をさらに均一にし、その結果生じるＩＬＤの厚さを最小限に抑えることができる、非常に平面的なタングステン・プラグ研磨技術をその後に使用してコンタクト／バイアを充填することができるようになるなど、一連の好影響がもたらされる。本発明によれば次に、第２ｄ図に示すように、第２ＩＬＤ層２１２をＩＬＤ層２０６上に堆積させる。ＩＬＤ２１２は、ＩＬＤ２０６とは異なる誘電体材料で形成する。以下にさらに詳細に論じるように、ＩＬＤ２１２は、その後のプラグ形成のための研磨段階中に、ＩＬＤ２０６よりかなりゆっくりと（８×）研磨される。ＩＬＤ２１２およびＩＬＤ２０６はともに、その後の電気的接続を分離するために使用される合成ＩＬＤ２１４を形成する。したがって、合成ＩＬＤ２１４全体の最終的な厚さは、その後に形成される金属被覆を素子２０２から電気的に分離するのに十分な厚さでなければならない。ＩＬＤ２１２は約２０００Åと薄く形成され、ＩＬＤ２０６の平坦化表面２１０上に形成されるので、合成誘電体２１４は、追加の平坦化を行わなくても、非常に平面的な上部表面２１５を呈する。ＩＬＤ２０６が常圧ＣＶＤにより堆積させたＢＰＳＧ層を含む本発明の好ましい実施形態では、ＩＬＤ２１２は、ＡＭＡＴ５０００堆積マシン中でＴＥＯＳおよびＯ₂のソース気体を利用するプラズマ気相成長（ＰＥＣＶＤ）によって形成される、未ドープの酸化物層であることが好ましい。プラズマによる未ドープのＴＥＯＳ酸化物層は、最新の高密度集積回路にともなうアスペクト比の高いギャップを充填するのに十分に等角に形成することができないことは理解されるであろう。しかし、ＰＥＣＶＤによる未ドープの酸化物層２１４は、隣接する素子２０２間のアスペクト比の高いギャップを充填するために使用する平坦化したＩＬＤ層２０６に平面キャップ層２１２を与えるのに十分に均一にむらなく形成することはできる。プラズマＣＶＤプロセスの有利な特徴は、高密度の誘電体層を形成する点である。高密度の酸化物層は、ドープ済みの常圧で堆積させたＣＶＤ酸化物層などの低密度の酸化物層よりゆっくりと研磨される傾向がある。次に第２ｅ図に示すように、ＩＬＤ２０６およびＩＬＤ２１２を貫通して開口２１６を形成する。開口２１６はバイア／コンタクト開口を形成し、ＩＬＤ２０６およびＩＬＤ２１２を通してその下に形成された素子２０２への電気的接続を可能にする。開口２１６は、フレオンをベースとする化学薬品を使用するＬＡＭＲｅｓｅａｒｃｈ４５００エッチング装置中での反応性イオン・エッチングなど、任意の周知の方法を使用して形成することができる。本発明の目的は高密度の集積回路を製作することであるので、素子２０２を互いに密に詰めなければならず、これは、狭く（幅約０．４ミクロン）間隔の密なコンタクト／バイア開口２１６を形成することを必要とする。合成ＩＬＤ２１６を素子２０２を分離するのに十分な厚さにしなければならず、狭い開口を形成することが望ましいので、アスペクト比の高い（すなわち深くて狭い開口）を形成することが好ましい。アスペクト比の高いこのような開口を充填する現在利用できる最良の方法は、プラグ技術である。次に、第２ｆ図に示すように、未ドープの酸化物層２１２を覆うと同時に、開口２１６中に、コンタクト充填材料２１８をブランケット堆積させる。好ましいコンタクト充填材料２１８はタングステンであるが、これは、非常に均一に形成することができ、アスペクト比の高い開口をその中にボイドを生じさせることなく充填することができるためである。バイアを充填するためにタングステン層を使用する際には、タングステンを堆積させる前に接着層を形成することが好ましい。接着層は、タングステンを合成ＩＬＤに接着する助けとなり、コンタクト抵抗を低下させ、良好なオーム接触を提供する。本発明の好ましい実施形態によれば、チタン／窒化チタンの薄い合成接着層を使用する。最初に、周知の手段により、ＩＬＤ２１２を覆って、また開口２１６の底部側壁に沿って約２００Åのチタン層２２２をスパッタ堆積させる。次に、周知の手段により、チタン層２２２を覆って約６００Åのチタン層２２４をスパッタ堆積させる。次に、タングステンの均一層２２０を形成するが、これはまず六フッ化タングステン（ＷＦ₆）のシラン（ＳｉＨ₄）還元を使用するＣＶＤによって初期シード層（約３００Å）を形成し、その後ＷＦ₆の水素（Ｈ₂）還元を使用するＣＶＤによってタングステン層の大部分（約４５００Å）を形成する。このように、本発明の好ましい実施形態によれば、コンタクト充填材料２１８は、チタン、窒化チタン、およびタングステンを含む３層金属を含むことが好ましい。その他のコンタクト充填材料および材料の組合せを使用して開口２１６を充填することができることは理解されるであろう。次に第２ｇ図に示すように、コンタクト充填材料２１８を化学機械研磨によりＩＬＤ２１２の上部表面からコンタクト充填材料２１８を除去し、それによりＩＬＤ２１４の上部表面とほぼ平面になる充填済みの開口またはプラグ２２６を形成する。コンタクト充填材料がタングステンである場合には、タングステン層は、０．０１ないし０．３モルのフェリシアン化カリウム（Ｋ₃Ｆｅ（ＣＮ₆））、および重量で１ないし２５％のシリカを含む化学薬品を使用して、化学機械研磨することが好ましい。タングステン・スラリを水で希釈したもの（９：１）を使用して、窒化チタン接着層２２４を研磨することができる。さらに、約０．５モルのフッ化カリウムおよび重量で約０．５％のシリカを含むスラリを使用して、ＩＬＤ２１２からチタン接着層２２２を研磨することが好ましい。上記に指定したスラリが本発明で好ましいのは、タングステン層２２０と接着層２２２および２２４とを均一にむらなく研磨し、プラグ２２６をＩＬＤ２１２より下にそれほど窪ませることなく、あるいはプラグ２２６の「エッチアウト」を引き起こすことなく、プラグ２２６を形成することが可能になるためである。上記に指定したスラリを利用してタングステン、窒化チタン、およびチタン薄膜を研磨する方法ならびにスラリについての詳細は、参照により本明細書に組み込まれる、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第５３４０３７０号に完全に記載されている。本発明の重要な態様は、プラグ研磨プロセスをＩＬＤキャップ層２１２に対して選択的にすることに関するものである。すなわち、コンタクト充填材料２１８よりかなり遅い速度でＩＬＤキャップ層２１２が研磨されることが重要である。このようにして、基板２００に存在する不均一な、最初にコンタクト材料が取り除かれＩＬＤ２１２が現れた領域では研磨は停止する（少なくとも研磨は妨げられる）が、コンタクト充填材料が依然として存在するその他の領域は引き続き研磨されることになる。キャップ層２１２により、本発明では「過剰研磨」を利用して、ＩＬＤ２１４の局所領域を研磨により著しく除去することなく、基板２００全体にわたってコンタクト充填材料２１８を確実にほぼ完全に除去することができる。このようにして、過剰研磨によりＩＬＤが過剰に失われる心配なしに、プラグ研磨プロセスを信頼して利用することができる。高い研磨率で研磨される、すなわち薄い層が形成される基板２００の一部領域上では、プラグ形成中にキャップ層２１２を研磨により完全に除去することができることに留意されたい。キャップ層２１２は、研磨プロセスを十分に妨げるだけの選択性を与え、信頼性の高い相互接続を製作するのに十分なＩＬＤを保存しなければならない。本発明の好ましい実施形態では、タングステン研磨プロセスは、約３２：１のタングステン対ＰＥＣＶＤ酸化物の選択性を示す。ＩＬＤキャップ層２１２を使用することにより、本発明の相互接続プロセスは製造可能になり信頼性が高まる。本明細書に与える研磨率および選択性はウェハ全体にブランケット堆積させた薄膜を研磨することにより算出したものであることに留意されたい。基板上の一部分の選択性は、プラグ研磨中に起こる「ディッシング」効果によってさらに低くなることになる。「ディッシング」は、高密度に配置したコンタクト間のＩＬＤの方が、低密度に配置したコンタクト間のＩＬＤよりもはるかに速く研磨されることによるものである。したがって、「ディッシング」により、コンタクトが高密度である領域での研磨の選択性は大幅に低下する。したがって、キャップ層２１２が、どのような「ディッシング」効果でも無効にするのに十分な選択性を提供することを保証するように留意されたい。本発明の好ましい実施形態では、ＩＬＤキャップ層２１２は、プラズマＣＶＤによって形成する未ドープの酸化物層である。プラズマＣＶＤプロセスでは、高密度の酸化物層が生成される。一方、常圧ＣＶＤプロセスでは、大幅に密度の低い酸化物層が生成される。さらに、ドープ済みの酸化物層は、未ドープの酸化物層より密度が低くなる傾向がある。高密度の酸化物層は、一般に低密度の酸化物層よりゆっくりと研磨される。本発明の好ましい実施形態では、未ドープのＰＥＣＶＤ酸化物キャップ層２１２は、タングステン・プラグ研磨中には、合成ＩＬＤ２１４の大部分に使用されるドープ済みの常圧ＣＶＤ酸化物層２０６の約８分の１の速度で研磨される。したがって、ドープ済みの常圧ＣＶＤ酸化物層２０６上に未ドープのＰＥＣＶＤ酸化物キャップ層２１２を配置することにより、ドープ済みの常圧ＣＶＤ酸化物層しか利用しない場合よりも、タングステン・プラグ研磨プロセスは合成ＩＬＤ２１４に対してはるかに選択性が高くなる。常圧ＢＰＳＧ層は、タングステン研磨プロセスと両立しないが、素子２０２を高密度に配置することにより生じるアスペクト比の小さいギャップを充填する必要があることは理解されるであろう。さらに、常圧ＣＶＤにより形成したＢＰＳＧ層の方が、必要とする機械装置が安価であり、より速く形成することができる（すなわちより良好なウェハのスループットを提供する）ので、ＰＥＣＶＤ酸化物よりもはるかに経済的である。薄い未ドープのＰＥＣＶＤ酸化物キャップ層２１２を使用することにより、低密度の、アスペクト比の高い充填用の常圧ＣＶＤによるＢＰＳＧ層を、タングステン・プラグ・プロセスで使用することが可能になる。常圧ＣＶＤによるＢＰＳＧ層およびタングステン・プラグ・プロセスは、両方とも最新の超高密度集積回路を製作するために必要であることは理解されるであろう。常圧ＢＰＳＧ層は、素子２０２を高密度に配置することにより生じるアスペクト比の高いギャップを充填するために使用し、タングステン・プラグは、高密度に配置した素子２０２に接触するために必要なアスペクト比の高いコンタクト開口を充填するために使用する。次に第２ｈ図に示すように、ＩＬＤキャップ層２１２上に、プラグ２２６による電気的接触を覆う金属相互接続を形成する。相互接続２３０は、ＩＬＤ２１２およびプラグ２２６を覆うアルミニウム層（および必要なら接着層）をブランケット堆積させ、その後周知のフォトリソグラフィ技術を利用して個別の素地面２３０中へアルミニウム層をエッチングするなど、任意の周知の手段によって形成することができる。これで、本発明の相互接続構造は完成する。第２ｈ図から明らかに分かるように、非常に平面的な高密度相互接続構造が製作される。プラグ２２６がＩＬＤ２１４とほぼ平面になるので、平面的な相互接続層２３０が形成される。必要なら、本発明を利用して追加の相互接続およびバイア／コンタクト層を形成することができることは理解されるであろう。本発明の相互接続方式が非常に平面的な性質を有し、金属被覆層をほとんど無制限に製作することができるので、ＵＬＳＩ回路で必要とされるものなど、半導体基板に形成される多数の分離した素子を相互接続することができる。さらに、タングステン・プラグ・プロセスに対するＩＬＤの選択性を高めるために常圧ＣＶＤによるＢＰＳＧ層を覆ってＰＥＣＶＤ酸化物キャップ層を形成するという、好ましい実施形態に関連して本発明について記述したが、本発明の概念はその他の半導体プロセスに適用することもできるものと予想される。すなわち、本発明は一般に、１材料を研磨して第２材料中の開口を充填するために化学機械研磨（ＣＭＰ）を利用するいかなるプロセス、および健全なプロセスを行うにはその研磨プロセスの選択性が第２材料に対して不十分であるどのようなプロセスにも適用することができる。このような場合には、適当なキャップ層を形成して研磨プロセスの選択性を高め、信頼性の高いプロセスを提供する。例えば、本発明を使用して、その中に開口が形成されたＩＬＤを覆ってアルミニウム層をブランケット堆積させ、その後アルミニウム層を研磨して金属相互接続を形成することにより、相互接続２３０などの相互接続を形成することができる。さらに本発明は、分離用トレンチの充填またはコンデンサの形成に使用するＣＭＰプロセスの選択性を高めるために使用することもできる。前述の明細では、特定の例示的な実施形態に関連して本発明について記述した。しかし、本発明のさらに広範な趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な修正および変更を本発明に加えることができることは明らかであろう。本発明は本明細書に記載した特定の寸法、材料、およびスラリに限定されないものと期待される。したがって、本明細書および図面は、限定的なものではなく例示的なものと見なすべきものである。以上のように、タングステン・プラグ化学機械研磨プロセスとともにＢＰＳＧ層を使用することを可能にする方法および構造について記載した。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者チェン，リー−イェアメリカ合衆国・94301・カリフォルニア州・パロアルト・コロラドアヴェニュ・ 211 (72)発明者プリンス，マシュー・ジェイアメリカ合衆国・97210・オレゴン州・ポートランド・ノースウエストエバレット・2143

Claims

【特許請求の範囲】１．相互接続構造を形成する方法であって、第１絶縁層を形成する段階と、第１絶縁層を平坦化する段階と、平坦化した第１絶縁層の上に第２絶縁層を形成する段階と、第１および第２絶縁層中に開口を形成する段階と、開口中および第２絶縁層上に導電材料を堆積させる段階と、第２絶縁層よりも第１絶縁層の方が速く研磨される研磨プロセスを利用して、第２絶縁層から導電材料を研磨し、第２絶縁層とほぼ平面になる導電性の充填済み開口を形成する段階とを含む方法。２．第２絶縁層がプラズマＣＶＤによる層を含む請求項１に記載の方法。３．第１絶縁層が、ＴＥＯＳのソース気体を利用して常圧気相成長によって形成したＢＰＳＧ層である請求項１に記載の方法。４．第２絶縁層が、ＴＥＯＳのソース気体を利用してプラズマ気相成長によって形成した未ドープの酸化物層を含む請求項１に記載の方法。５．導電層がタングステンを含む請求項５に記載の方法。６．第１絶縁層が常圧ＣＶＤ酸化物層であり、第２絶縁層がプラズマＣＶＤ酸化物層である請求項１に記載の方法。７．半導体基板上に相互接続構造を形成する方法であって、ホウ素およびリンを含む第１酸化物層を基板の上に形成する段階と、第１酸化物層を平坦化する段階と、平坦化した第１酸化物層上に酸化物層を形成する段階と、第１酸化物層および未ドープの酸化物層中に開口を形成する段階と、開口中に、及び未ドープの酸化物層を覆うタングステンを含む導電層を堆積させる段階と、導電層を研磨して未ドープの酸化物層から前記の導電層を除去し、それにより未ドープの酸化物層とほぼ平面になる充填済みの開口を形成する段階とを含む方法。８．第１酸化物層が、ＴＥＯＳのソース気体を利用する常圧気相成長によって形成される請求項７に記載の方法。９．未ドープの酸化物層が、ＴＥＯＳのソース気体を利用するプラズマ気相成長によって形成される請求項７に記載の方法。１０．未ドープの酸化物層を覆い、かつ充填済み開口を覆って相互接続を形成する段階をさらに含む請求項７に記載の方法。１１．研磨段階で、第１酸化物層を第２酸化物層より速く研磨するスラリを利用する請求項７に記載の方法。１２．スラリが（？）を含む請求項１１に記載の方法。１３．第１酸化物層を平坦化する前に、Ｎ₂雰囲気中で第１酸化物を急速熱処理して高密度化する段階をさらに含む請求項７に記載の方法。１４．第１酸化物層が、化学機械研磨によって平坦化される請求項７に記載の方法。１５．半導体基板上に形成された素子へのコンタクトを形成する方法であって、ホウ素およびリンを含み、ＴＥＯＳソース気体を利用する常圧ＣＶＤによって形成される第１酸化物層を、基板上に、また前記素子を覆って形成する段階と、第１酸化物層を化学機械研磨して平坦化した第１酸化物層を形成する段階と、ほぼ未ドープであり、ＴＥＯＳソース気体を利用するプラズマ気相成長によって形成されるキャップ酸化物層を平坦化した第１酸化物層上に堆積させる段階と、キャップ層および平坦化した第１酸化物層を貫通して素子に達するコンタクト開口をエッチングする段階と、タングステンを含む導電性充填材料を、キャップ層上に、かつコンタクト開口中にブランケット堆積させる段階と、キャップ酸化物層より第１酸化物層を速く研磨する化学機械研磨で導電性充填材料を研磨し、キャップ層から導電性充填材料を除去して充填済みのコンタクトを形成する段階とを含む方法。