(57)【要約】【課題】化学的機械研磨によるシームの拡大を抑制し、低抵抗なＷプラグを形成するための半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】酸性スラリを用いたＷ膜の化学的機械研磨をＴｉＮ膜及びＴｉ膜を残留させた状態で終了する。続いて、Ｗ膜を優先的に除去しない方法により絶縁体膜上のＴｉＮ膜及びＴｉ膜を除去することでＷプラグを形成する。これによりＷプラグの電位に依存した酸性スラリによるＷの溶解を抑制し、シームの拡大を抑制することが可能となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のタングステンプラグを有する半導体装置の製造方法において、
半導体基板上あるいは前記半導体基板上に形成された下部配線層上に絶縁体膜を堆積する工程と、
前記絶縁体膜を選択的に開口して前記半導体基板あるいは前記下部配線層に接続するスルーホールを形成する工程と、
前記スルーホール内を埋め込むように前記絶縁体膜上にチタン膜、窒化チタン膜及びタングステン膜を順次堆積する工程と、
酸性スラリを用いた化学的機械研磨により前記絶縁体膜上に前記ＴｉＮ膜及び前記Ｔｉ膜、もしくは前記Ｔｉ膜を残留させた状態で前記タングステン膜を除去する工程と、
前記タングステン膜を優先的に除去しない手法を用いて前記絶縁体膜上の前記ＴｉＮ膜及び前記Ｔｉ膜、もしくは前記Ｔｉ膜を除去する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記ＴｉＮ膜及び前記Ｔｉ膜、もしくは前記Ｔｉ膜を除去する工程は、ドライエッチング法による全面エッチバックにより行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記ＴｉＮ膜及び前記Ｔｉ膜、もしくは前記Ｔｉ膜を除去する工程は、アルカリ性スラリを用いた化学的機械研磨により行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記タングステンプラグは、接続している前記半導体基板あるいは前記下部配線層の特性に依存した電位状態にあることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造方法に関し、特にスルーホール内にタングステンを埋め込んだプラグの形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の微細化や高集積化により素子と配線を接続するスルーホール内に導電体としてタングステンを埋め込んだプラグ（以下、Ｗプラグと言う）が採用されており、化学的機械研磨を用いた形成方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
以下、従来のＷプラグの形成方法について図面を参照しながら説明する。図３は、従来技術の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【０００４】
まず、図３（ａ）に示すように、適宜素子分離、半導体素子形成を行った半導体基板上あるいは半導体基板上に形成された下部配線層１上に絶縁体膜２を堆積した後、リソグラフィー法、ドライエッチング法を用いて絶縁体膜２に電位の異なる箇所に接続する第１スルーホール３及び第２スルーホール４を開口する。
【０００５】
次に、図３（ｂ）に示すように、アルゴン逆スパッタによるドライエッチング法もしくはウエットエッチング法により第１スルーホール３及び第２スルーホール４の底部の清浄化を行った後、物理的気相成長法もしくは化学的気相成長法によりチタン（Ｔｉ）膜５及び窒化チタン（ＴｉＮ）膜６を堆積し、続いて物理的気相成長法もしくは化学的気相成長法によりタングステン（Ｗ）膜７を堆積して第１スルーホール３及び第２スルーホール４を埋め込む。
【０００６】
次に、図３（ｃ）に示すように、絶縁体膜２上のＷ膜７、ＴｉＮ膜６、Ｔｉ膜５を第１の化学的機械研磨により順次除去し、続いて必要に応じて適宜、絶縁体膜２の平坦化を目的として第２の化学的機械研磨を行うことで第１Ｗプラグ８及び第２Ｗプラグ９が形成される。その後、不図示の上部配線層が形成される。
【特許文献１】特開平０８−１３９０６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の従来技術でＷプラグを形成すると、以下のような問題が発生する。
【０００８】
第１の化学的機械研磨により、絶縁体膜２上のＷ膜７、ＴｉＮ膜６、Ｔｉ膜５を除去する場合には、Ｗ膜に対する除去性の高い酸性の化学的機械研磨用スラリが用いられる。Ｗ膜７のみが除去された状態では全てのＷプラグはＴｉＮ膜６及びＴｉ膜５により電気的に導通しており同電位であるが、ＴｉＮ膜６及びＴｉ膜５が除去された状態では個々のＷプラグは電気的に同電位ではなくなり、接続している半導体基板あるいは下部配線層に依存した電位状態となる。
【０００９】
このように、個々のＷプラグが接続している半導体基板あるいは下部配線層に依存した電位状態にある場合に、ＷプラグがＷを優先的に酸化・溶解させる酸性スラリに接すると、ある特定の電位にあるＷプラグにおいてスラリとの電気化学的作用によりＷの溶解が加速的に進行し、Ｗプラグ内のシームが拡大する。このシームの拡大によりＷプラグの抵抗上昇、上部配線層の形成不良が発生して、半導体装置の歩留まりや品質の低下を招くことになる。
【００１０】
本発明は上記の課題を鑑みて為されたものであり、接続している半導体基板あるいは下部配線層の特性に依存することなく、全てのＷプラグにおいて化学的機械研磨時のスラリとの電気化学的作用によるＷの溶解及びＷプラグ内シームの拡大を抑制し、低抵抗なコンタクト抵抗を得ることの出来る半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明における半導体装置の製造方法は、複数のタングステンプラグを有する半導体装置の製造方法において、半導体基板上あるいは半導体基板上に形成された下部配線層上に絶縁体膜を堆積する工程と、絶縁体膜を選択的に開口して半導体基板あるいは下部配線層に接続するスルーホールを形成する工程と、スルーホール内を埋め込むように絶縁体膜上にチタン膜、窒化チタン膜及びタングステン膜を順次堆積する工程と、酸性スラリを用いた化学的機械研磨により絶縁体膜上にＴｉＮ膜及びＴｉ膜、もしくはＴｉ膜を残留させた状態でタングステン膜を除去する工程と、タングステン膜を優先的に除去しない手法を用いて絶縁体膜上のＴｉＮ膜及びＴｉ膜、もしくはＴｉ膜を除去する工程とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
この構成によると、タングステンを化学的に溶解する特性を有する酸性スラリを用いた化学的機械研磨によりタングステン膜を除去する工程は、絶縁体膜上にＴｉＮ膜及びＴｉ膜、もしくはＴｉ膜を残留させた状態で終了する。このため、酸性スラリとの電気化学的な相互作用によりタングステンの溶解が加速度的に促進する、特定の電位状態にあるタングステンプラグでもプラグ内のシームが拡大することがない。
【００１３】
上記の半導体装置の製造方法において、ＴｉＮ膜及びＴｉ膜、もしくはＴｉ膜を除去する工程は、ドライエッチング法による全面エッチバックにより行うことが好ましい。
【００１４】
上記の半導体装置の製造方法において、ＴｉＮ膜及びＴｉ膜、もしくはＴｉ膜を除去する工程は、アルカリ性スラリを用いた化学的機械研磨により行うことが好ましい。
【００１５】
上記の半導体装置の製造方法において、タングステンプラグは、接続している半導体基板あるいは下部配線層の特性に依存した電位状態にあり、互いの電位状態が異なることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明の半導体装置の製造方法によると、半導体基板あるいは下部配線層の特性に依存した、Ｗの溶解及びＷプラグ内シームの拡大を抑制することが可能となり、低抵抗なＷプラグを高歩留まりで形成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。図１〜図２は、本実施形態の半導体装置の製造工程を示す断面図である。なお、従来技術と同じ図番及び製造工程については詳しい説明を省略する。
【００１８】
まず、図１（ａ）に示すように、適宜素子分離、半導体素子形成を行った半導体基板上もしくは半導体基板上に形成された下部配線層１上に絶縁体膜２を堆積した後、リソグラフィー法、ドライエッチング法を用いて絶縁体膜２に電位の異なる箇所に接続する第１スルーホール３及び第２スルーホール４を開口する。
【００１９】
次に、図１（ｂ）に示すように、ドライエッチング法もしくはウエットエッチング法により第１スルーホール３及び第２スルーホール４の底部の清浄化を行った後、Ｔｉ膜５、ＴｉＮ膜６、Ｗ膜７を順次堆積させる。
【００２０】
次に、Ｗを化学的に溶解する特性を有する酸性スラリを用いた化学的機械研磨により、絶縁体膜２上の導電体膜を除去するが、その際、絶縁体膜２上のＷ膜７、ＴｉＮ膜６、Ｔｉ膜５を全て除去するのではなく、図２（ａ）に示すように、ＴｉＮ膜６及びＴｉ膜５、もしくはＴｉ膜５は絶縁体膜２上に残留させた状態で酸性スラリによる化学的機械研磨を終えることが望ましい。それは以下の理由による。
【００２１】
絶縁体膜２上に少なくともＴｉ膜５が残留している状態では、各ＷプラグはＴｉ膜５で電気的に導通している同電位状態であるため、特定のＷプラグがスラリと反応して溶解し、そのＷプラグのシームが拡大することはない。しかしながら、絶縁体膜２上のＴｉＮ膜６及びＴｉ膜５、もしくはＴｉ膜５を化学的機械研磨により除去すると、プラグ間の導通は絶たれ、各プラグは接続している半導体基板の特性に依存した電位を有することとなる。そのような状態でＷプラグがＷを化学的に溶解する特性を有するスラリと接する場合、ある特定の電位状態にあるＷプラグでは、スラリとの電気化学的な相互作用によりＷ膜のスラリによる溶解が加速度的に促進され、プラグ内のシームが拡大することとなる。
【００２２】
上記の理由から、Ｗを化学的に溶解する特性を有するスラリを用いた化学的機械研磨での絶縁体膜２上の導電膜除去は、絶縁体膜２上にＴｉＮ膜６及びＴｉ膜５、もしくはＴｉ膜５を残留させた状態で終えることが望ましい。
【００２３】
次に、図２（ｂ）に示すように、Ｗ膜を優先的に除去しない方法により絶縁体膜２上のＴｉＮ膜６及びＴｉ膜５、もしくはＴｉ膜５を除去することで、第１Ｗプラグ８及び第２Ｗプラグ９を形成する。この際に、ドライエッチング法による全面エッチバックによりＴｉＮ膜６及びＴｉ膜５、もしくはＴｉ膜５は除去される。続いて、必要に応じて適宜、絶縁体膜２表面の平坦化を目的として化学的機械研磨により平坦化処理が行われ、その後、不図示の上部配線層が形成される。
【００２４】
なお、本実施形態では、エッチバックにより絶縁体膜２上のＴｉＮ膜６及びＴｉ膜５、もしくはＴｉ膜５を除去したが、これに代えてＷを優先的に除去することのない、乃ちＷに対する除去能の低いアルカリ性スラリを用いた化学的機械研磨により除去しても良い。また、Ｗを優先的に除去することのないウエットエッチング法により除去しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明における半導体装置の製造方法は、低抵抗なＷプラグを形成するものであり、半導体装置の歩留まりや品質の向上に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態における半導体装置の製造工程を示す断面図
【図２】本発明の実施形態における半導体装置の製造工程を示す断面図
【図３】従来の半導体装置の製造工程を示す断面図
【符号の説明】
【００２７】
１  半導体基板もしくは半導体基板上に形成された下部配線層
２  絶縁体膜
３  第１スルーホール
４  第２スルーホール
５  チタン膜
６  窒化チタン膜
７  タングステン膜
８  第１タングステンプラグ
９  第２タングステンプラグ
【図１】
2005085934.tif 000003
【図２】
2005085934.tif 000004
【図３】
2005085934.tif 000005