(57)【要約】【課題】ＣＭＰにおけるディッシングやエロージョンの発生を抑制し、歩留まり向上の図れ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１上に層間絶縁膜２を形成した後、半導体基板１に到達するコンタクトホール３を形成する。その後、基板上の全面に、バリアメタル４及び導電層５を順次形成する。その後、層間絶縁膜２上に形成されている不要な導電層５を、ＣＭＰを用いてバリアメタル４が露出するまで研磨除去する。その後、層間絶縁膜２上に残存している不要なバリアメタル４を、エッチング液を用いて層間絶縁膜２が露出するまで選択的にウェットエッチングして、コンタクトホール３内にバリアメタル４ａ及び導電層５ａからなるコンタクトプラグ６を形成する。【選択図】  図１
2004214439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に絶縁膜を形成する工程（ａ）と、
前記絶縁膜に溝部を形成する工程（ｂ）と、
前記工程（ｂ）の後に、基板上の全面にバリアメタルを形成する工程（ｃ）と、
前記バリアメタル上に導電層を形成する工程（ｄ）と、
前記絶縁膜上の前記バリアメタルの表面が露出するまで、前記導電層を化学機械研磨法によって研磨する工程（ｅ）と、
前記工程（ｅ）の後に、前記絶縁膜上の前記バリアメタルを前記絶縁膜の表面が露出するまで選択的にエッチングする工程（ｆ）と
を備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ｆ）では、前記バリアメタルをウェットエッチングによって選択的にエッチングすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（ｆ）では、前記バリアメタルをドライエッチングによって選択的にエッチングすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記溝部は、下地導電層に到達するコンタクトホールであり、
前記工程（ｆ）では、前記コンタクトホール内に前記バリアメタル及び前記導電層からなるコンタクトプラグを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記溝部は、配線溝であり、
前記工程（ｆ）では、前記配線溝内に前記バリアメタル及び前記導電層からなる埋め込み配線を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関するもので、特に、化学機械研磨（ＣＭＰ）法を用いた埋め込み配線やコンタクトプラグの形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の高密度化及び高集積化に伴い、金属配線の微細化技術が重要な課題となっている。その１つの方法として、ＣＭＰ法を用いて絶縁膜に形成した配線溝やコンタクトホールに選択的に導電層を埋め込む技術が検討されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
以下、従来のＣＭＰ法を用いた半導体装置の製造方法について説明する。
【０００４】
図３（ａ）〜図３（ｃ）は、従来のＣＭＰ法を用いた半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【０００５】
まず、図３（ａ）に示す工程で、基板上に形成された絶縁膜１１０と絶縁膜１１０に形成された基板に到達するコンタクトプラグ１１１とを有する半導体基板１０１上にシリコン窒化膜からなる下地絶縁膜１０２及びシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜１０３を順次形成する。その後、フォトリソグラフィ及び異方性エッチングにより、層間絶縁膜１０３に下地絶縁膜１０２に到達する配線溝１０４を形成する。
【０００６】
次に、図３（ｂ）に示す工程で、配線溝１０４内に露出している下地絶縁膜１０２を選択的に除去した後、基板上の全面に、バリアメタル１０５及び導電層１０６を順次形成する。
【０００７】
次に、図３（ｃ）に示す工程で、層間絶縁膜１０３上に形成されている不要なバリアメタル１０５及び導電層１０６をＣＭＰにより研磨して、配線溝１０４内にバリアメタル１０５ａ及び導電層１０６ａからなる埋め込み配線１０７を形成する。これにより、コンタクトプラグ１１１と埋め込み配線１０７とが接続される。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−２１８８２号公報（第４頁、図４−図８）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような従来のＣＭＰ法を用いた半導体装置の製造方法においては、下記のような不具合があった。
【００１０】
図３（ｃ）に示すようなＣＭＰ工程では、層間絶縁膜１０３上のバリアメタル１０５が残存しないように、バリアメタル１０５の研磨に要する時間以上の研磨時間、すなわちオーバー研磨が必ず必要である。
【００１１】
このため、バリアメタル１０５と比較して導電層１０６の研磨速度が大きいため、導電層１０６の研磨がバリアメタル１０５の研磨よりも過剰に進行し、導電層１０６ａの中央部が凹んだ形状となる、いわゆるディッシングが発生するという課題がある。
【００１２】
また、バリアメタル１０５と比較して導電層１０６の研磨速度が大きいため、配線密集部と配線孤立部とでＣＭＰの進行速度が異なってくる。すなわち、配線密集部では、配線孤立部に比べてバリアメタル１０５や層間絶縁膜１０３に加わる圧力が相対的に高くなるため、ＣＭＰが過剰に進行する。この結果、図４に示すように、配線密集部の表面が凹んでしまう、いわゆるエロージョン１０８が発生するという課題がある。
【００１３】
このような、ディッシングやエロージョンが発生すると平坦性が悪くなるため、配線ショートや配線抵抗の増大が生じる。
【００１４】
本発明の目的は、ＣＭＰにおけるディッシングやエロージョンの発生を抑制し、歩留まり向上の図れる半導体装置の製造方法を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に絶縁膜を形成する工程（ａ）と、前記絶縁膜に溝部を形成する工程（ｂ）と、前記工程（ｂ）の後に、基板上の全面にバリアメタルを形成する工程（ｃ）と、前記バリアメタル上に導電層を形成する工程（ｄ）と、前記絶縁膜上の前記バリアメタルの表面が露出するまで、前記導電層を化学機械研磨法によって研磨する工程（ｅ）と、前記工程（ｅ）の後に、前記絶縁膜上の前記バリアメタルを前記絶縁膜の表面が露出するまで選択的にエッチングする工程（ｆ）とを備えている。
【００１６】
この構成によれば、導電層を化学機械研磨法によって研磨した後、バリアメタルを選択的にエッチングすることにより、研磨によるディッシングやエロージョンの発生を抑制することができるため、半導体装置の歩留まりを向上することができる。
【００１７】
上記半導体装置の製造方法において、前記工程（ｆ）では、前記バリアメタルをウェットエッチングによって選択的にエッチングする。
【００１８】
上記半導体装置の製造方法において、前記工程（ｆ）では、前記バリアメタルをドライエッチングによって選択的にエッチングする。
【００１９】
上記半導体装置の製造方法において、前記溝部は、下地導電層に到達するコンタクトホールであり、前記工程（ｆ）では、前記コンタクトホール内に前記バリアメタル及び前記導電層からなるコンタクトプラグを形成する。
【００２０】
上記半導体装置の製造方法において、前記溝部は、配線溝であり、前記工程（ｆ）では、前記配線溝内に前記バリアメタル及び前記導電層からなる埋め込み配線を形成する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
（第１の実施形態）
図１（ａ）〜図１（ｄ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【００２３】
まず、図１（ａ）に示す工程で、半導体基板１上に厚み４００ｎｍのシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜２を形成する。その後、フォトリソグラフィ及び異方性エッチングにより、層間絶縁膜２に下地導電層である半導体基板１に到達するコンタクトホール３を形成する。なお、下地導電層として半導体基板を用いているが、金属配線層であってもよい。
【００２４】
次に、図１（ｂ）に示す工程で、基板上の全面に、チタン、窒化チタン（Ｔｉ、ＴｉＮ）などからなる厚み２０ｎｍのバリアメタル４及びタングステン膜からなる厚み２００ｎｍの導電層５を順次形成する。
【００２５】
次に、図１（ｃ）に示す工程で、層間絶縁膜２上に形成されている不要な導電層５を、ＣＭＰを用いてバリアメタル４が露出するまで研磨除去する。このＣＭＰ研磨では、層間絶縁膜２上のバリアメタル４の少なくとも一部は残存させる。このとき、層間絶縁膜２の表面が露出しないように、層間絶縁膜２上の全面にバリアメタル４を残存させることが好ましい。従って、ＣＭＰでは、バリアメタル４に対して導電層５の方が研磨速度が速く、選択的に導電層５が研磨できるＣＭＰ条件で行なう。
【００２６】
次に、図１（ｄ）に示す工程で、層間絶縁膜２上に残存している不要なバリアメタル４を、エッチング液を用いて層間絶縁膜２の全表面が露出するまで選択的にウェットエッチングして、コンタクトホール３内にバリアメタル４ａ及び導電層５ａからなるコンタクトプラグ６を形成する。このウェットエッチングでは、層間絶縁膜２に対してバリアメタル４の方がエッチング速度が速く、選択的にバリアメタル４がエッチングできる条件で処理する。このとき、バリアメタル４と導電層５のエッチング速度が同程度になるエッチング条件が望ましい。例えば、エッチング液としては、塩酸と過酸化水素酸を含み、混合比がＨＣｌ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝１：１：５である混合溶液を用い、混合溶液を７０℃に加熱してエッチングする。
【００２７】
本実施形態によれば、バリアメタルをウェットエッチングによって選択的に除去するため、従来ＣＭＰのオーバー研磨によって発生していたディッシングやエロージョンが抑制される。これにより、コンタクト抵抗の増大やコンタクトプラグ間のショートを低減することができるため、半導体装置の歩留まりを向上することができる。
【００２８】
なお、上記実施形態では、バリアメタルをウェットエッチングによって選択的に除去したが、ウェットエッチングの代わりにドライエッチングによってバリアメタルを選択的に除去しても同様な効果を得ることができる。例えば、エッチングガスとしてＣｌ２系ガスを用いてドライエッチングすれば、選択的にバリアメタルをエッチングすることができる。
【００２９】
（第２の実施形態）
図２（ａ）〜図２（ｄ）は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【００３０】
まず、図２（ａ）に示す工程で、基板上に形成された絶縁膜１５と絶縁膜１５に形成された基板に到達するコンタクトプラグ１６とを有する半導体基板１上に厚み３０ｎｍのシリコン窒化膜からなる下地絶縁膜７と厚み７００ｎｍのシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜８を順次形成する。その後、フォトリソグラフィ及び異方性エッチングにより、層間絶縁膜８に下地絶縁膜７に到達する配線溝９を形成する。本実施形態では、層間絶縁膜８下に下地絶縁膜７を形成したが、必ずしも下地絶縁膜７は形成しなくてもよい。
【００３１】
次に、図２（ｂ）に示す工程で、配線溝９内に露出している下地絶縁膜７を選択的に除去した後、基板上の全面に、タンタル、窒化タンタル（Ｔａ、ＴａＮ）などからなる厚み４０ｎｍのバリアメタル１０及び銅（Ｃｕ）膜からなる厚み７００ｎｍの導電層１１を順次形成する。
【００３２】
次に、図２（ｃ）に示す工程で、層間絶縁膜８上に形成されている不要な導電層１１を、ＣＭＰを用いてバリアメタル１０が露出するまで研磨除去する。このＣＭＰ研磨では、層間絶縁膜８上のバリアメタル１０の少なくとも一部は残存させる。このとき、層間絶縁膜８の表面が露出しないように、層間絶縁膜８上の全面にバリアメタル１０を残存させることが好ましい。従って、ＣＭＰでは、バリアメタル１０に対して導電層１１の方が研磨速度が速く、選択的に導電層１１が研磨できるＣＭＰ条件で行なう。
【００３３】
次に、図２（ｄ）に示す工程で、層間絶縁膜８上に残存している不要なバリアメタル１０を、エッチング液を用いて層間絶縁膜８が露出するまで選択的にウェットエッチングして、配線溝９内にバリアメタル１０ａ及び導電層１１ａからなる埋め込み配線１２を形成する。このウェットエッチングでは、層間絶縁膜８に対してバリアメタル１０の方がエッチング速度が速く、選択的にバリアメタル１０がエッチングできる条件で処理する。このとき、バリアメタル１０と導電層１１のエッチング速度が同程度になるエッチング条件が望ましい。例えば、エッチング液としては、硝酸を含む混合溶液を用いてエッチングする。これにより、コンタクトプラグ１６と埋め込み配線１２とが接続される。
【００３４】
本実施形態によれば、バリアメタルをウェットエッチングによって選択的に除去するため、従来ＣＭＰのオーバー研磨によって発生していたディッシングやエロージョンが抑制される。これにより、配線抵抗の増大や配線間のショートを低減することができるため、半導体装置の歩留まりを向上することができる。
【００３５】
なお、上記実施形態では、バリアメタルをウェットエッチングによって選択的に除去したが、ウェットエッチングの代わりにドライエッチングによってバリアメタルを選択的に除去しても同様な効果を得ることができる。例えば、エッチングガスとしてＣｌ２系を用いてドライエッチングすれば、選択的にバリアメタルをエッチングすることができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、導電層を化学機械研磨法によって研磨した後、バリアメタルを選択的にエッチングすることにより、研磨によるディッシングやエロージョンの発生を抑制することができるため、半導体装置の歩留まりを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、従来の半導体装置の製造工程を示す断面図
【図４】従来のＣＭＰ研磨によって発生するディッシングを説明するための断面図
【符号の説明】
１  半導体基板
２  層間絶縁膜
３  コンタクトホール
４  バリアメタル
４ａ  バリアメタル
５  導電層
５ａ  導電層
６  コンタクトプラグ
７  下地絶縁膜
８  層間絶縁膜
９  配線溝
１０  バリアメタル
１０ａ  バリアメタル
１１  導電層
１１ａ  導電層
１２  埋め込み配線
１５  絶縁膜
１６  コンタクトプラグ
【図１】
2004214439.tif 000003
【図２】
2004214439.tif 000004
【図３】
2004214439.tif 000005
【図４】
2004214439.tif 000006