(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に堆積された第１の絶縁膜にホールを形成する工程と、
前記ホールを含む前記第１の絶縁膜上に第１の導電膜を堆積した後、前記第１の導電膜に対して、前記第１の絶縁膜のプラグ密集領域にエロージョンが起きて前記第１の絶縁膜に表面段差が形成される程度に行なうオーバー研磨を含む第１回目のＣＭＰを行なって、前記第１の導電膜よりなるプラグを形成する工程と、
前記第１の絶縁膜に対して、前記第１の絶縁膜に対する研磨レートが前記第１の導電膜に対する研磨レートよりも大きい研磨条件で第２回目のＣＭＰを行なって、前記第１の絶縁膜のプラグ密集領域に形成されている前記エロジョンを解消して前記第１の絶縁膜を平坦化する工程と、
平坦化された前記第１の絶縁膜の上に第２の絶縁膜を堆積した後、前記第２の絶縁膜に配線溝を形成する工程と、
前記配線溝を含む前記第２の絶縁膜の上に第２の導電膜を堆積した後、前記第２の導電膜に対して第３回目のＣＭＰを行なって、前記第２の導電膜よりなる埋め込み配線を形成する工程とを備えていることを特徴とする埋め込み配線の形成方法。
【請求項２】
前記第１の絶縁膜はシリコン酸化膜であると共に、前記第１の導電膜はタングステン膜であり、
前記第１の絶縁膜に対して行なう第２回目のＣＭＰの研磨量は、５０ｎｍ〜１５０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の埋め込み配線の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、埋め込み配線の形成方法に関し、特に半導体集積回路装置の製造工程等において、第１の絶縁膜に形成されたホールにプラグを形成した後、第１の絶縁膜の上に第２の絶縁膜を堆積し、その後、第２の絶縁膜に形成された配線溝に埋め込み配線を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
以下、従来の埋め込み配線の形成方法について、図５（ａ）〜（ｄ）及び図６（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【０００３】
まず、図５（ａ）に示すように、半導体又は絶縁性の基板１の上に、例えばシリコン酸化膜からなり例えば６００ｎｍの厚さを持つ第１の絶縁膜２を堆積した後、図５（ｂ）に示すように、周知のリソグラフィ及びドライエッチングにより、第１の絶縁膜２に例えば２５０ｎｍの径を持つホール３を形成する。
【０００４】
次に、図５（ｃ）に示すように、ホール３の内部を含む第１の絶縁膜２の上に、チタン膜及び窒化チタン膜からなる第１の下地膜（図示は省略している）を堆積した後、ＣＶＤ法により、第１の下地膜の上に例えば２００ｎｍの厚さを持つタングステン膜４を堆積する。
【０００５】
次に、タングステン膜４及び第１の下地膜に対して第１回目のＣＭＰ（化学機械研磨）を行なって、図５（ｄ）に示すように、タングステン膜４よりなるプラグ５を形成する。
【０００６】
第１回目のＣＭＰにおいては、研磨粒子として例えばシリカを含み、酸化剤として例えば過酸化水素水を含む研磨剤を用いる。この場合、第１の絶縁膜２の表面が露出した時点でＣＭＰを終了することが理想ではあるが、タングステン膜４の厚さのばらつき及び研磨レートのばらつきを考慮して、オーバー研磨を行なうことが通常である。このため、図５（ｄ）に示すように、プラグ５が密集している領域においては、第１の絶縁膜２が充分な研磨ストッパーにならないため、エロージョンが起きるので表面段差Ａが発生する。
【０００７】
次に、図６（ａ）に示すように、第１の絶縁膜２の上に、例えばシリコン酸化膜からなり４００ｎｍの厚さを持つ第２の絶縁膜６を堆積した後、図６（ｂ）に示すように、周知のリソグラフィ及びドライエッチングにより、第２の絶縁膜６に配線溝７を形成する。
【０００８】
次に、図６（ｃ）に示すように、配線溝７の内部を含む第２の絶縁膜６の上に、タンタル膜及び窒化タンタル膜からなる第２の下地膜（図示は省略している）を堆積した後、例えば電解めっき法により、第２の下地膜の上に銅膜８を堆積する。
【０００９】
次に、銅膜８及び第２の下地膜に対して第２回目のＣＭＰを行なって、図６（ｄ）に示すように、銅膜８よりなりシングルダマシン構造を有する埋め込み配線９を形成する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、プラグの密集領域においては、第１回目のＣＭＰによりエロジョンが発生して第１の絶縁膜２に表面段差Ａが形成されているため（図５（ｄ）を参照）、第２の絶縁膜６にも表面段差が発生する（図６（ａ）を参照）。このため、銅膜８に対して第２回目のＣＭＰを行なって埋め込み配線９を形成すると、プラグの密集領域においては、銅膜残り１０が形成されてしまい、これにより、埋め込み配線９同士が銅膜残り１０により電気的に短絡してしまうという問題が発生する。
【００１１】
もっとも、第２回目のＣＭＰにおいて過度のオーバー研磨を行なって、銅膜残り１０が発生しないようにすることは可能であるが、このようにすると、埋め込み配線９の高さが小さくなってしまい、埋め込み配線９の配線抵抗が仕様（スペシフィケーション）を満たさなくしまう。従って、第２回目のＣＭＰにおいて過度のオーバー研磨を行なうことはできない。
【００１２】
前記に鑑み、本発明は、埋め込み配線となる導電膜に対するＣＭＰにおいて過度のオーバー研磨を行なわなくても、埋め込み配線同士が電気的に短絡しないようにすることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第１の埋め込み配線の形成方法は、基板上に堆積された第１の絶縁膜にホールを形成する工程と、ホールを含む第１の絶縁膜上に第１の導電膜を堆積した後、第１の導電膜に対して第１回目のＣＭＰを行なって、第１の導電膜よりなるプラグを形成する工程と、第１の絶縁膜に対して、第１の絶縁膜に対する研磨レートが第１の導電膜に対する研磨レートよりも大きい研磨条件で第２回目のＣＭＰを行なって、第１の絶縁膜のプラグ密集領域に形成されているエロジョンを解消して第１の絶縁膜を平坦化する工程と、平坦化された第１の絶縁膜の上に第２の絶縁膜を堆積した後、該第２の絶縁膜に配線溝を形成する工程と、配線溝を含む第２の絶縁膜の上に第２の導電膜を堆積した後、第２の導電膜に対して第３回目のＣＭＰを行なって、第２の導電膜よりなる埋め込み配線を形成する工程とを備えている。
【００１４】
第１の埋め込み配線の形成方法によると、第１の絶縁膜に対して、第１の絶縁膜に対する研磨レートが第１の導電膜に対する研磨レートよりも大きい研磨条件で第２回目のＣＭＰを行なって、第１の絶縁膜のプラグ密集領域に形成されているエロジョンを解消して第１の絶縁膜を平坦化しておいてから該第１の絶縁膜の上に、配線溝が形成される第２の絶縁膜を堆積するため、第２の導電膜に対する第３回目のＣＭＰを過度に行なわなくても、埋め込み配線同士が銅膜残りを介して短絡する事態を回避することができる。このため、埋め込み配線の高さが小さくなって、埋め込み配線の配線抵抗が増大してしまう事態を防止することができる。
【００１５】
ところで、特開平５−２７５３６６号公報においては、第１回目のＣＭＰによりプラグに形成されたリセス（図２を参照）を解消するために、第１の絶縁膜に対して第２回目のＣＭＰを行なう技術が示されているが、この技術はプラグに形成されるリセス（通常、２０ｎｍ程度の深さである。）を取り除くものであって、第１の埋め込み配線の形成方法のように、第１の絶縁膜のプラグ密集領域に形成されているエロジョン（通常、３０〜１００ｎｍの深さである。）を解消するものではない。尚、プラグが疎に配置される領域においては、エロジョンは発生しないので、取り除く必要はない。
【００１６】
第１の埋め込み配線の形成方法において、第１の絶縁膜はシリコン酸化膜であると共に、第１の導電膜はタングステン膜である場合、第１の絶縁膜に対して行なう第２回目のＣＭＰの研磨量は、５０ｎｍ〜１５０ｎｍであることが好ましい。
【００１７】
このようにすると、第１の絶縁膜のプラグ密集領域に形成されているエロジョンにより形成され、通常３０〜１００ｎｍ程度である表面段差を確実に解消することができる。
【００１８】
本発明に係る第２の埋め込み配線の形成方法は、基板上に堆積された第１の絶縁膜にホールを形成する工程と、ホールを含む第１の絶縁膜上に第１の導電膜を堆積した後、第１の導電膜に対して第１回目のＣＭＰを行なって、第１の導電膜よりなるプラグを形成する工程と、第１の絶縁膜の上に第２の絶縁膜を堆積した後、第２の絶縁膜に対して第２回目のＣＭＰを行なって、第１の絶縁膜のプラグ密集領域に形成されているエロジョンが転写されることにより第２の絶縁膜に形成されている表面段差を解消して第２の絶縁膜を平坦化する工程と、平坦化された第２の絶縁膜に配線溝を形成する工程と、配線溝を含む第２の絶縁膜の上に第２の導電膜を堆積した後、該第２の導電膜に対して第３回目のＣＭＰを行なって、第２の導電膜よりなる埋め込み配線を形成する工程とを備えている。
【００１９】
第２の埋め込み配線の形成方法によると、第２の絶縁膜に対して第２回目のＣＭＰを行なって、第１の絶縁膜のプラグ密集領域に形成されているエロジョンが転写されることにより第２の絶縁膜に形成されている表面段差を解消しておいてから、該第２の絶縁膜に配線溝を形成し、その後、第２の導電膜を堆積するため、第２の導電膜に対する第３回目のＣＭＰを過度に行なわなくても、埋め込み配線同士が銅膜残りを介して短絡する事態を回避することができる。このため、埋め込み配線の高さが小さくなって、埋め込み配線の配線抵抗が増大してしまう事態を防止することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る埋め込み配線の形成方法について、図１（ａ）〜（ｄ）及び図２（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【００２１】
まず、図１（ａ）に示すように、半導体又は絶縁性の基板１０の上に、例えばシリコン酸化膜からなり例えば６５０ｎｍの厚さを持つ第１の絶縁膜１１を堆積した後、図１（ｂ）に示すように、周知のリソグラフィ及びドライエッチングにより、第１の絶縁膜１１に例えば２５０ｎｍの径を持つホール１２を形成する。
【００２２】
次に、図１（ｃ）に示すように、ホール１２の内部を含む第１の絶縁膜１１の上に、チタン膜及び窒化チタン膜からなる第１の下地膜（図示は省略している）を堆積した後、ＣＶＤ法により、第１の下地膜の上に例えば２００ｎｍの厚さを持つタングステン膜１３（第１の導電膜）を堆積する。
【００２３】
次に、タングステン膜１３及び第１の下地膜に対して第１回目のＣＭＰを行なって、図１（ｄ）に示すように、タングステン膜１３よりなるプラグ１４を形成する。
【００２４】
第１回目のＣＭＰにおいては、研磨粒子として例えばシリカを含み、酸化剤として例えば過酸化水素水を含む研磨剤を用いる。この研磨剤はタングステン膜１３を研磨するためのものであるから、第１回目のＣＭＰにおいては、第１の絶縁膜１１に対する研磨レートは小さい。
【００２５】
ところで、前述したように、タングステン膜１３の厚さのばらつき及び研磨レートのばらつきを考慮して、オーバー研磨を行なう。このため、プラグ１４が密集している領域（図１（ｄ）の左側の領域）においては、第１の絶縁膜１１が充分な研磨ストッパーにならないため、エロージョンが起きて表面段差Ａが発生する一方、プラグ１４が疎な領域（図１（ｄ）の右側の領域）においては、第１の絶縁膜１１が充分な研磨ストッパーになるため、エロジョンが起こらず表面段差は発生しない。表面段差Ａの値は、第１の絶縁膜１１の種類、プラグ１４の密度等によって異なるが、通常３０〜１００ｎｍ程度である。
【００２６】
次に、第１の絶縁膜１１に対して、第１の絶縁膜１１に対する研磨レートが高い一方、タングステンよりなるプラグ１４に対する研磨レートが低い研磨剤を用いて、第２回目のＣＭＰを行なって、図２（ａ）に示すように、第１の絶縁膜１１を平坦化して、エロジョン（表面段差Ａ）を解消させる。
【００２７】
第２回目のＣＭＰに用いる研磨剤としては、研磨粒子としてシリカを含み、ｐＨ調整剤としてアンモニア又は水酸化カリウムを含むものを用いることが好ましい。このような研磨剤を用いて第２回目のＣＭＰを行なうと、プラグ１４は殆ど研磨されない一方、第１の絶縁膜１１は高い研磨レートで研磨されるため、プラグ１４が殆ど研磨されることなく、第１の絶縁膜１１は平坦化される。
【００２８】
また、第２回目のＣＭＰにおける第１の絶縁膜１１の研磨量は、５０ｎｍ〜１５０ｎｍが好ましい。このようにすると、第１の絶縁膜１１に形成されている表面段差Ａを確実に解消することができる。
【００２９】
次に、図２（ｂ）に示すように、平坦化された第１の絶縁膜１１の上に、例えばシリコン酸化膜からなり４００ｎｍの厚さを持つ第２の絶縁膜１５を堆積した後、周知のリソグラフィ及びドライエッチングにより、第２の絶縁膜１５に配線溝１６を形成する。
【００３０】
次に、図２（ｃ）に示すように、配線溝１６の内部を含む第２の絶縁膜１５の上に、タンタル膜及び窒化タンタル膜からなる第２の下地膜（図示は省略している）を堆積した後、例えば電解めっき法により、第２の下地膜の上に銅膜１７（第２の導電膜）を堆積する。
【００３１】
次に、銅膜１７及び第２の下地膜に対して第３回目のＣＭＰを行なって、図２（ｄ）に示すように、銅膜１７よりなりシングルダマシン構造を有する埋め込み配線１８を形成する。第３回目のＣＭＰに用いる研磨剤としては、研磨粒子としてシリカを含み、酸化剤として過酸化水素水を含むものを用いることができる。
【００３２】
第１の実施形態によると、第１の絶縁膜１１に対して、第１の絶縁膜１１に対する研磨レートが高い一方、プラグ１４に対する研磨レートが低い研磨剤を用いて、第２回目のＣＭＰを行なって、第１の絶縁膜１１を平坦化しておいてから、該第１の絶縁膜１１の上に第２の絶縁膜１５を堆積するため、つまり、表面段差がＡが解消された第１の絶縁膜１１の上に第２の絶縁膜１５を堆積するため、第３回目のＣＭＰを過度に行なわなくても、埋め込み配線１８同士が銅膜残りを介して短絡する事態を回避することができる。
【００３３】
尚、第１の実施形態においては、プラグ１４を形成するための第１の導電膜としては、タングステン膜１３を用いたが、これに代えて、銅膜、銅合金膜、アルミニウム膜又はアルミニウム合金膜等を用いてもよい。
【００３４】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る埋め込み配線の形成方法について、図３（ａ）〜（ｄ）及び図４（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【００３５】
まず、図３（ａ）に示すように、半導体又は絶縁性の基板２０の上に、例えばシリコン酸化膜からなり例えば６００ｎｍの厚さを持つ第１の絶縁膜２１を堆積した後、図３（ｂ）に示すように、周知のリソグラフィ及びドライエッチングにより、第１の絶縁膜２１に例えば２５０ｎｍの径を持つホール２２を形成する。
【００３６】
次に、図３（ｃ）に示すように、ホール２２の内部を含む第１の絶縁膜２１の上に、チタン膜及び窒化チタン膜からなる第１の下地膜（図示は省略している）を堆積した後、ＣＶＤ法により、第１の下地膜の上に例えば２００ｎｍの厚さを持つタングステン膜２３（第１の導電膜）を堆積する。
【００３７】
次に、タングステン膜２３及び第１の下地膜に対して第１回目のＣＭＰを行なって、図３（ｄ）に示すように、タングステン膜２３よりなるプラグ２４を形成する。
【００３８】
第１回目のＣＭＰにおいては、研磨粒子として例えばシリカを含み、酸化剤として例えば過酸化水素水を含む研磨剤を用いる。この研磨剤はタングステン膜２３を研磨するためのものであるから、第１回目のＣＭＰにおいては、第１の絶縁膜２１に対する研磨レートは小さい。また、前述したように、タングステン膜２３の厚さのばらつき及び研磨レートのばらつきを考慮して、オーバー研磨を行なうため、プラグ２４が密集している領域においては、第１の絶縁膜２１が充分な研磨ストッパーにならないため、エロージョンが起きて表面段差Ａが発生する。表面段差Ａの値は、第１の絶縁膜２１の種類、プラグ２４の密度等によって異なるが、通常３０〜１００ｎｍ程度である。
【００３９】
次に、図３（ｅ）に示すように、表面段差Ａを有する第１の絶縁膜２１の上に、例えばシリコン酸化膜よりなり６００ｎｍの厚さを持つ第２の絶縁膜２５を堆積する。このようにすると、第１の絶縁膜２１の表面段差が第２の絶縁膜２５に転写されるので、第２の絶縁膜２５にも表面段差が発生する。
【００４０】
次に、第２の絶縁膜２５に対して第２回目のＣＭＰを行なって、図４（ａ）に示すように、第２の絶縁膜２５を平坦化する。第２回目のＣＭＰに用いる研磨剤としては、研磨粒子としてシリカを含み、ｐＨ調整剤としてアンモニア又は水酸化カリウムを含むものを用いることが好ましい。このような研磨剤を用いて第２回目のＣＭＰを行なうと、第２の絶縁膜２５は高い研磨レートで平坦化される。
【００４１】
次に、図４（ｂ）に示すように、周知のリソグラフィ及びドライエッチングにより、第２の絶縁膜２５に配線溝２６を形成する。
【００４２】
次に、図４（ｃ）に示すように、配線溝２６の内部を含む第２の絶縁膜２５の上に、タンタル膜及び窒化タンタル膜からなる第２の下地膜（図示は省略している）を堆積した後、例えば電解めっき法により、第２の下地膜の上に銅膜２７（第２の導電膜）を堆積する。
【００４３】
次に、銅膜２７及び第２の下地膜に対して第３回目のＣＭＰを行なって、図４（ｄ）に示すように、銅膜２７よりなりシングルダマシン構造を有する埋め込み配線２８を形成する。第３回目のＣＭＰに用いる研磨剤としては、研磨粒子としてシリカを含み、酸化剤として過酸化水素水を含むものを用いることができる。
【００４４】
第２の実施形態によると、第２回目のＣＭＰにより、第２の絶縁膜２２を平坦化しておいてから、平坦化された第２の絶縁膜２２に配線溝２６を形成し、その後、銅膜２７を堆積するため、つまり、平坦化された第２の絶縁膜２２の上に銅膜２７を堆積するため、第３回目のＣＭＰを過度に行なわなくても、埋め込み配線２８同士が銅膜残りを介して短絡する事態を回避することができる。
【００４５】
尚、第２の実施形態においては、プラグ２４を形成するための第１の導電膜としては、タングステン膜２３を用いたが、これに代えて、銅膜、銅合金膜、アルミニウム膜又はアルミニウム合金膜等を用いてもよい。
【００４６】
【発明の効果】
第１の埋め込み配線の形成方法によると、第１の絶縁膜のプラグ密集領域に形成されているエロジョンを解消しておいてから該第１の絶縁膜の上に、配線溝が形成される第２の絶縁膜を堆積するため、第２の導電膜に対する第３回目のＣＭＰを過度に行なわなくても、埋め込み配線同士が銅膜残りを介して短絡する事態を回避することができる。
【００４７】
第２の埋め込み配線の形成方法によると、第１の絶縁膜のプラグ密集領域に形成されているエロジョンが転写されることにより第２の絶縁膜に形成されている表面段差を解消しておいてから、配線溝が形成される第２の絶縁膜を堆積するため、第２の導電膜に対する第３回目のＣＭＰを過度に行なわなくても、埋め込み配線同士が銅膜残りを介して短絡する事態を回避することができる。
【００４８】
従って、本発明に係る第１又は第２の埋め込み配線の形成方法によると、埋め込み配線の高さが小さくなって、埋め込み配線の配線抵抗が増大してしまう事態を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実施の形態に係る埋め込み配線の形成方法の各工程を示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実施の形態に係る埋め込み配線の形成方法の各工程を示す断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第２の実施の形態に係る埋め込み配線の形成方法の各工程を示す断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第２の実施の形態に係る埋め込み配線の形成方法の各工程を示す断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は、従来の埋め込み配線の形成方法の各工程を示す断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は、従来の埋め込み配線の形成方法の各工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１０  基板
１１  第１の絶縁膜
１２  ホール
１３  タングステン膜（第１の導電膜）
１４  プラグ
１５  第２の絶縁膜
１６  配線溝
１７  銅膜（第２の導電膜）
１８  埋め込み配線
２０  基板
２１  第１の絶縁膜
２２  ホール
２３  タングステン膜（第１の導電膜）
２４  プラグ
２５  第２の絶縁膜
２６  配線溝
２７  銅膜（第２の導電膜）
２８  埋め込み配線
【図１】
0003639223.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0003639223.tif 000005
【図５】
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【図６】
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