(57)【要約】【課題】特殊なＣＭＰスラリーを用いることなく、１つの研磨ステーション上で、エロージョンおよびディッシングのより一層抑制された研磨を効率良く行うことができるＣＭＰ処理を含む半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】少なくとも１つの凹部を有する絶縁膜を含む下地層と、凹部を埋め、かつ下地層の頂表面上にわたって形成された金属材料層を半導体基板上に備える半導体ウエハを金属イオンを基本ＣＭＰスラリーを供給しながら研磨処理に供して前記金属材料層の少なくとも一部を研磨除去する。しかる後前記基本ＣＭＰスラリーに前記金属イオンをキレート化する有機酸を添加してその有機酸添加ＣＭＰスラリーを用いて前記絶縁膜の表面が露出するまで研磨を行う。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの凹部を有する絶縁膜を含む下地層と、前記凹部を埋め、かつ前記下地層の頂表面上にわたって形成された金属材料層を半導体基板上に備える半導体ウエハを金属イオンを含有する基本ＣＭＰスラリーを供給しながら研磨処理に供して前記金属材料層の少なくとも一部を研磨除去し、しかる後前記基本ＣＭＰスラリーに前記金属イオンをキレート化する有機酸を添加してその有機酸添加ＣＭＰスラリーを用いて前記絶縁膜の表面が露出するまで研磨を行うことを含む半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記研磨の終了後、前記基本ＣＭＰスラリーの供給を停止し、前記半導体ウエハの研磨表面に前記有機酸を供給しながら、前記半導体ウエハの研磨表面を洗浄する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】
少なくとも１つの凹部を有する絶縁膜を含む下地層と、前記凹部を埋め、かつ前記下地層の頂表面上にわたって形成された金属材料層を半導体基板上に備える半導体ウエハを、１の研磨ステーションで、金属イオンを含有する基本ＣＭＰスラリーに有機酸を添加した有機酸添加ＣＭＰスラリーを供給しながら研磨処理に供して前記絶縁膜の表面が露出するまで研磨を行い、しかる後、前記基本ＣＭＰスラリーの供給を停止し、前記研磨ステーションで、前記半導体ウエハの研磨表面に前記有機酸を供給しながら、前記半導体ウエハの研磨表面を洗浄することを含む半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記金属材料層が、タングステンを含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記下地層が、前記凹部の内面および前記絶縁層の頂表面上にわたって形成されたバリヤ層を含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記金属イオンが、鉄イオンを包含する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記有機酸が、シュウ酸およびクエン酸からなる群の中から選ばれることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか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係り、より具体的には、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）スラリーを用いた研磨処理を含む半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、超々大規模集積回路を作製するに際し、トランジスタおよび他の半導体素子のサイズを縮小することにより、実装密度を高める傾向にある。そのため、種々の微細加工技術が研究・開発されており、すでにデザインルールでは、サブミクロンのオーダーまで素子の微細化が進んでいる。
そのような厳しい微細化の要求を満たすために開発された技術の一つにＣＭＰ技術がある。この技術は、半導体装置の製造において、例えば、埋め込み金属配線の形成、層間絶縁膜の平坦化、接続プラグの形成、埋め込み素子分離、埋め込みキャパシタの形成にとって不可欠の技術となっている。
ＣＭＰ技術は、研磨粒子を含有するＣＭＰスラリーを半導体ウエハの表面上に供給するとともに、半導体ウエハの表面を研磨パッドに押圧しながら摺動させることにより、半導体ウエハ表面を化学的・機械的に研磨するものである。例えば、半導体基板上に形成された絶縁膜内に凹部（配線溝、ビアホール、コンタクトホール等）を形成し、この凹部を埋め、かつ絶縁膜表面上にわたって金属材料層を形成した後、この金属材料層をＣＭＰにより、下地の絶縁膜が露出するまで除去する。こうして、凹部内に残存する（埋め込まれた）導電層（配線層、プラグ等）が形成される。このとき、ＣＭＰスラリーによる研磨速度のウエハ面内またはウエハ間のバラツキにより金属材料の研磨残りが生じないように、過剰研磨が必要となる。この過剰研磨により、ディッシングやエロージョンが発生する。このディッシングやエロージョンは、後に形成する配線間で短絡等の不良をもたらし得る。
このようなディッシングやエロージョンの発生を抑制するために、特許文献１は、砥粒とともに、特殊な２種類の酸化剤（尿素過酸化水素とジ過硫酸塩またはモノ過硫酸塩）、および任意に有機酸を含むＣＭＰスラリーを開示している。このＣＭＰスラリーは、一段で多層金属を研磨するために使用される。また、特許文献２は、金属埋め込み配線を形成するに際し、１の研磨プラテン（ステーション）上で導電性材料層を途中まで第１の研磨スラリーにより研磨除去した後、別の研磨プラテンで、下地のバリヤ膜が露出するまで第２の研磨スラリーにより導電性材料層を研磨し、最後に、さらに別の研磨プラテンで、導電性材料層とバリヤ層を絶縁膜が露出するまで研磨することを開示している。特許文献２には、エロージョンやディッシングが起こり難い研磨スラリーとして、コロイダルシリカまたはヒュームドシリカに、グリシンまたはクエン酸、ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）および過酸化水素を含有する水性スラリーが開示されている。
【特許文献１】米国特許第６，３１６，３６６Ｂ１号明細書
【特許文献２】特開２００３−７７９１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、特殊なＣＭＰスラリーを用いることなく、１つの研磨ステーション上で、エロージョンおよびディッシングのより一層抑制された研磨を効率良く行うことができるＣＭＰ処理を含む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】
【０００４】
本発明の１つの側面によれば、少なくとも１つの凹部を有する絶縁膜を含む下地層と、前記凹部を埋め、かつ前記下地層の頂表面上にわたって形成された金属材料層を半導体基板上に備える半導体ウエハを金属イオンを含有する基本ＣＭＰスラリーを供給しながら研磨処理に供して前記金属材料層の少なくとも一部を研磨除去し、しかる後前記基本ＣＭＰスラリーに前記金属イオンをキレート化する有機酸を添加してその有機酸添加ＣＭＰスラリーを用いて前記絶縁膜の表面が露出するまで研磨を行うことを含む半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、比較的簡単な組成のＣＭＰスラリーを用いて、１つの研磨ステーション上で、エロージョンおよびディッシングのより一層抑制されたＣＭＰ処理を効率良く行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明の１つの側面において、本発明者らは、半導体基板上に設けられた絶縁層を含む下地層に形成された凹部（例えば、配線溝（トレンチ）、ビアホールおよび／またはコンタクトホール）に埋め込まれ、下地層頂表面上にわたって形成されたタングステン（Ｗ）のような金属材料の層をＣＭＰ処理するに際し、用いるＣＭＰスラリーが鉄イオン等の金属イオンを含有すると、金属材料層を比較的効率良く研磨できるが、金属イオン含有ＣＭＰスラリーにより下地層をも研磨すると、エロージョンやディッシングが大きくなるところ、ＣＭＰスラリーに有機酸を添加して下地層を研磨することにより、エロージョンやディッシングが有意に抑制されることを見いだした。
本発明の１つの実施の形態において、金属材料層の少なくとも一部を化学的機械的に研磨するために用いられるＣＭＰスラリー（以下、基本ＣＭＰスラリーという）は、砥粒とともに、金属イオンを含有する水性スラリーである。砥粒としては、シリカ粒子またはアルミナ粒子を使用することができる。また、金属イオンは、鉄イオンであり得る。金属イオンは、通常、無機酸または有機酸の金属塩の形態で基本ＣＭＰスラリーに含有される。そのような無機酸の金属塩としては、硝酸鉄、塩化鉄、硫酸鉄、過塩素酸鉄、硫酸鉄アンモニウムを例示することができる。また、有機酸の金属塩としては、クエン酸鉄、クエン酸鉄アンモニウム、乳酸鉄等を例示することができる。これら無機酸または有機酸の金属塩は、酸化剤として、また時に酸化促進剤として作用し得る。基本ＣＭＰスラリーは、０．０１重量％〜１０重量％の割合で無機酸または有機酸の金属塩を含有することができる。すなわち、無機酸または有機酸の金属塩の量が少なすぎると、高い金属材料層の研磨速度は得られ難く生産性が低下し、逆に無機酸または有機酸の金属塩の量が多すぎても、金属材料層の研磨速度のさらなる上昇はもたらされず、無機酸または有機酸の金属塩の消費量の増大を招くことになる。
【０００７】
さらに、基本ＣＭＰスラリーは、上記成分に加えて、過酸化水素を含有することができる。基本ＣＭＰスラリーは、０．１重量％〜５０重量％の割合で過酸化水素を含有することができる。基本ＣＭＰスラリーは、有機酸を含有しないものであってもよいが、ＣＭＰスラリーの安定化剤として微量（例えば、１つの態様では、０．２〜１重量％、他の態様では０．２〜０．４重量％）の有機酸（例えば、上記有機酸）を含有することができる。通常、基本ＣＭＰスラリーは、尿素を含まない。
本発明の１つの実施の形態において、上記基本ＣＭＰスラリーにより金属材料層の少なくとも一部を研磨除去した後に上記基本ＣＭＰスラリーに添加される有機酸は、基本ＣＭＰスラリー中に含まれている金属イオンをキレート化するものである。そのような有機酸としては、カルボン酸を用いることができ、１つの実施の形態では、クエン酸、シュウ酸等の脂肪族カルボン酸を用いることができる。
本発明の１つの実施の形態において、下地層は、凹部の内面および絶縁層の頂表面上にわたって形成されたバリヤ層を含む。バリヤ層は、チタンまたは窒化チタン等のバリヤ材料で形成することができ、それらの積層体によって構成することもできる。下地層がバリヤ層を含む場合、上記基本ＣＭＰスラリーを用いた研磨は、例えば、バリヤ層の表面の少なくとも一部が露出するまで行い、その後、上記有機酸を基本ＣＭＰスラリーに添加し、その有機酸添加ＣＭＰスラリーによるＣＭＰ処理を少なくとも絶縁膜の表面が露出するまで行うことができる。
有機酸は、基本ＣＭＰスラリー中に含まれる金属イオンをキレート化することにより、金属材料に対する基本ＣＭＰスラリーによる研磨速度を低下させ、金属材料の研磨速度をバリヤ層および絶縁膜の研磨速度に近づけさせることができる。従って、総研磨時間の短縮という観点からは、上記基本スラリーによる研磨は、下地層の表面の少なくとも一部が露出するまで行うことが好ましい。
上記基本ＣＭＰスラリーに添加する有機酸の量は、得られる有機酸添加ＣＭＰスラリーにより、金属材料層／絶縁膜の研磨速度比が、１つの実施の形態において少なくとも０．５以上３以下、他の実施の形態において、１以上２以下となるようなものであり得、下地層がバリヤ層を含む場合には、上記金属材料層／絶縁膜研磨速度比を示すことに加えて、金属材料層／バリヤ層の研磨速度比が、１つの実施の形態において２以下、他の実施の形態において１以下、さらに他の実施の形態において０．５以下となるようなものであり得る。具他的に、有機酸添加ＣＭＰスラリーにおける有機酸の添加量は、例えば有機酸がシュウ酸の場合で３〜６重量％ととすることができる。
【０００８】
本発明の１つの実施の形態において、有機酸添加ＣＭＰスラリーにより少なくとも絶縁膜の表面が露出するまで研磨を行った後、基本ＣＭＰスラリーの供給を停止し、前記有機酸だけを供給しながら、ＣＭＰ処理された半導体ウエハ表面を洗浄することができる。この有機酸による洗浄により、基本ＣＭＰスラリーに含まれている金属イオンが半導体ウエハ表面に残存することが有意に防止される。この有機酸による金属イオンの除去は、有機酸を添加したＣＭＰスラリーによりもたらせられる酸性環境下で行うことが好ましい。従来、研磨ステーションにおけるＣＭＰ終了後、洗浄ステーションでのスクラブ洗浄までの間に、例えばパーティクルの除去、汚染の除去、乾燥の防止のために、研磨表面を精製水（脱イオン水）によりリンスすることが行われているが、上記有機酸添加ＣＭＰスラリーによる研磨終了後、精製水を研磨表面に接触させると、精製水により研磨表面が中性化され、金属イオンと絶縁膜表面との結合が強固になり、金属イオンを除去することが困難になることがわかった。従って、有機酸添加ＣＭＰスラリーによる研磨処理と有機酸によるスクラブ洗浄処理との間には、精製水による洗浄（リンス）処理を介在させないことが好ましい。より具体的には、有機酸添加ＣＭＰスラリーによる研磨終了後、研磨を行った研磨ステーションと同じステーションで引き続き有機酸による洗浄処理を行うことができる。かかる有機酸による洗浄という観点から、本発明のさらなる側面によれば、少なくとも１つの凹部を有する絶縁膜を含む下地層と、前記凹部を埋め、かつ前記下地層の頂表面上にわたって形成された金属材料層を半導体基板上に備える半導体ウエハを、１の研磨ステーションで、金属イオンを含有する基本ＣＭＰスラリーに有機酸を添加した有機酸添加ＣＭＰスラリーを供給しながら研磨処理に供して前記絶縁膜の表面が露出するまで研磨を行い、しかる後、前記基本ＣＭＰスラリーの供給を停止し、前記研磨ステーションで、前記半導体ウエハの研磨表面に前記有機酸を供給しながら、前記半導体ウエハの研磨表面を洗浄することを含む半導体装置の製造方法が提供される。
図１〜図５は、本発明の１つの実施の形態により、埋め込み配線を有する半導体装置を製造する方法を説明するために半導体ウエハの部分を示す概略断面図である。
まず、図１に示すように、種々の半導体素子（図示せず）および配線１０が形成されたシリコン基板等の半導体基板１１上に設けられた絶縁膜１２内に少なくとも１つのビアホールを形成する。図１には、４つのビアホール１２１〜１２４が示されている。絶縁膜１２は、例えば、通常のＣＶＤ法を用いて、二酸化シリコンにより形成することができる。絶縁膜１２は、ｌｏｗ−ｋ材料、フッ素添加二酸化シリコン（ＳｉＯＦ）、多孔質水素化シルセスキオキサンスピン塗布ガラス（ＨＳＱ−ＳＯＧ）のような無機絶縁材料、またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素添加ポリイミド樹脂、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）のような有機絶縁材料によって形成することもできる。絶縁膜１２は、例えば、１００ｎｍ〜１０００ｎｍの厚さに形成することができる。
ついで、図２に示すように、ビアホール１２１〜１２４の内面を含み絶縁膜１２の表面上にバリヤ材料層１３を形成する。バリヤ材料層１３は、通常のスパッタリング法、蒸着法等のＰＶＤ法を用いて、上記バリヤ材料により形成することができる。バリヤ材料層１３は、例えば、５ｎｍ〜７０ｎｍの厚さを有することができる。
しかる後、図３に示すように、ビアホール１２１〜１２４を埋め、かつバリヤ材料層１３の表面上にわたって金属材料層としてのプラグ材料層１４を形成する。このプラグ材料層１４は、例えば、通常のＣＶＤ法により、タングステン（Ｗ）で形成することができる。プラグ材料層１４は、例えば、１００ｎｍ〜１０００ｎｍの厚さ（ビアホール底面から上表面まで）を有することができる。
次に、図３の半導体ウエハ構造をＣＭＰ処理に供する。このＣＭＰ処理では、まず、上記基本ＣＭＰスラリーを供給しながら、プラグ材料層１４を、その厚さ方向に、ビアホールの外部に存在する下地バリヤ材料層１３の表面の少なくとも一部が露出するまで研磨する（図４）。これにより、ビアホール内にプラグ材料１４’が残存する。
【０００９】
しかる後、基本ＣＭＰスラリーに上記有機酸を添加し、その有機酸添加ＣＭＰスラリーを用いて、ビアホール内を除く絶縁膜１２上のバリヤ材料層１３を、残存プラグ材料１４’（図４）の表面部分とともに、研磨除去する。このようにして、図５に示すように、ビアホール１２１〜１２４内にそれぞれバリヤ膜１３１〜１３４を介して埋め込まれた形態のプラグ１４１〜１４４が得られる。
次に、基本ＣＭＰスラリーの供給を停止し、上記有機酸のみを供給しながら、半導体ウエハの研磨面を洗浄して、半導体ウエハ上に残存し得る金属イオンを除去することができる。
上記２段階のＣＭＰ処理および洗浄処理は、本発明の１つの実施の形態において、図６に概略的に示されている構成のＣＭＰ装置を用いて連続的に行うことができる。このＣＭＰ装置は、以後詳述する有機酸の供給機構を備える以外は、通常のＣＭＰ装置と同様の構成を有し得る。
図６に示すＣＭＰ装置は、図示しない回転駆動デバイス例えば、モータＭＴにより回転可能な円盤状研磨プラテン（ステーション）２１を備える。プラテン２１の上には、研磨パッド２２が貼着されている。研磨パッド２２は、例えば発泡ポリウレタンで形成することができる。
プラテン２１の半径領域上方には、例えば真空チャックにより半導体ウエハＳＷを保持するための真空チャックホルダ２３が設けられている。半導体ウエハＳＷは、その被研磨面が研磨パッド２２と対面するように保持される。真空チャックホルダ２３は、揺動可能であり、かつその回転軸に接続されたモータおよび昇降シリンダ（ともに図示せず）により、回転軸回りに回転可能であるとともに、昇降可能とされている。研磨パッド２２に対する半導体ウエハＳＷの押し付け圧は、昇降シリンダを駆動する圧縮空気により制御される。また、プラテン２１の中心軸から真空チャックホルダ２３と反対側には、表面にダイヤモンド（図示せず）を電着した回転可能な円盤状プレートからなる、研磨パッド２２のドレッサー（コンディショナー）２４が設けられている。
さらに、研磨パッド２２のほぼ中心上方には、一端が基本ＣＭＰスラリーの供給源（図示せず）に接続され、他端（スラリーの吐出口部）が研磨パッド２２の近傍まで延出した研磨スラリー供給導管２５が設けられているとともに、一端が有機酸の供給源（図示せず）に接続され、他端（有機酸の吐出口部）が研磨パッド２２の近傍まで延出した有機酸供給導管２６が設けられている。供給導管２５および２６には、それぞれ、図示しない流量調整弁が設けられている。
ＣＭＰに際し、半導体ウエハＳＷを真空チャックホルダ２３に保持し、半導体ウエハＳＷの被研磨面を研磨パッド２２に押し付ける。供給導管２６の流量調整弁を閉じた状態で、供給導管２５の流量調整弁を開放してスラリー供給導管２５から基本ＣＭＰスラリーを研磨パッド２２上に供給しながら、プラテン２１と真空チャックホルダ２３（従って、半導体ウエハＳＷ）を回転させる。通常、半導体ウエハＳＷの押し付け圧（研磨厚）は、１００〜５００ｈＰａ、ホルダ回転数は、２０〜１２０ｒｐｍ、プラテン回転数は、２０〜１２０ｒｐｍ、ＣＭＰスラリーの供給流量は、５０〜５００ｍＬ／分であり得る。このようにして基本ＣＭＰスラリーによる研磨が終了した後、供給導管２６の流量調整弁を開放して、基本ＣＭＰスラリーとともに有機酸を研磨パッド２２上に供給しながら、研磨を続ける。この有機酸添加ＣＭＰスラリーによる研磨が終了した後、供給導管２５の流量調整弁を閉じて基本ＣＭＰスラリーの供給を停止し、研磨パッド２２上に有機酸のみを供給しながら、洗浄処理を行う。このようにして、ＣＭＰ処理と洗浄処理を１つの研磨プラテン上で行うことができる。
【実施例】
【００１０】
例１
本例では、図７（Ａ）に示すように、シリコン基板３１上にＣＶＤ法により二酸化シリコン膜３２を形成した試料Ａ、図７（Ｂ）に示すように、シリコン基板４１上にＣＶＤ法により二酸化シリコン膜４２を形成し、その上にＰＶＤ法によりチタンバリヤ膜４３を形成した試料Ｂ、図７（Ｃ）に示すように、シリコン基板５１上にＣＶＤ法により二酸化シリコン膜５２を形成し、その上にＰＶＤ法によりチタン／窒化チタンバリヤ膜５３を形成し、さらにその上にＣＶＤ法によりタングステン膜５４を形成した試料Ｃを準備した。
試料Ａ〜Ｃの頂層を、図６に示す構成のＣＭＰ装置上で、シリカ粒子５重量％、硝酸第二鉄０．０５重量％、過酸化水素４重量％、残部精製水からなる基本ＣＭＰスラリー（スラリーＩ）、スラリーＩにシュウ酸を２重量％の割合で添加したＣＭＰスラリー（スラリーＩＩ）、スラリーＩにシュウ酸を４重量％の割合で添加したＣＭＰスラリー（スラリーＩＩＩ）、スラリーＩにクエン酸を１６重量％の割合で添加したＣＭＰスラリー（スラリーＩＶ）を用いて研磨した。研磨は、研磨圧が２００ｈＰａ、研磨プラテンおよび真空チャックホルダの回転数がそれぞれ５０ｒｐｍ、基本ＣＭＰスラリー供給量が２００ｍＬ／分という条件の下で行った。研磨パッドとしては、発泡ポリウレタンパッドを用いた。
こうして、一定時間研磨を行った後、タングステン膜（試料Ｃ）、バリヤ膜（試料Ｂ）および二酸化シリコン膜（試料Ａ）の残膜量を測定し、研磨前後の膜厚差からタングステン膜、バリヤ膜および二酸化シリコン膜の研磨速度を算出した。なお、タングステン膜の膜厚測定には、シート抵抗測定器を、バリヤ膜の膜厚測定には、蛍光Ｘ線による測定器を、二酸化シリコンの膜厚測定には、光干渉式膜厚測定器を用いた。結果を図８に示す。図８において、符号ａにより参照される棒グラフは、タングステン膜についての結果を、符号ｂにより参照される棒グラフは、バリヤ膜（チタン膜）についての結果を、符号ｃにより参照される棒グラフは、二酸化シリコン膜についての結果を示すものである。
【００１１】
図８に示す結果から、鉄イオンを含むが有機酸等のキレート化剤を含まない基本ＣＭＰスラリー（スラリーＩ）は、有意に高いタングステン膜の研磨速度を示すが、このスラリーに有機酸を添加すると、タングステン膜の研磨速度が大幅に低下してバリヤ膜、二酸化シリコン膜の研磨速度に近づくことがわかる。また、有機酸の添加量により、タングステン膜／バリヤ膜研磨速度比、タングステン膜／二酸化シリコン膜研磨速度比、およびバリヤ膜／二酸化シリコン膜研磨速度比を適切に調整できることもわかる。
例２
本例では、図３に示す構造の半導体ウエハを準備した。配線１０が形成されたシリコン基板１１上に、絶縁膜１２としてＣＶＤ法により二酸化シリコン膜を６００ｎｍの厚さに形成し、バリヤ膜１３として、ＰＶＤ法によりチタン／窒化チタン積層膜をそれぞれ３０ｎｍおよび５ｎｍの厚さに形成し、金属材料層１４として、ＣＶＤ法によりタングステン層を４００ｎｍの厚さ（ビアホール１２１〜１２４の底部から上表面までの厚さ）に形成した。
ついで、図６に示すＣＭＰ装置上で、ＣＭＰ処理を行った。用いた基本ＣＭＰスラリーは、シリカ粒子５重量％、硝酸第二鉄０．０５重量％、過酸化水素４重量％、残部精製水からなるものであった。研磨条件および研磨パッドは、例１におけるものと同じであった。
まず、基本スラリーだけを用いてタングステン層１４をバリヤ層１３の表面の一部が露出し始めるまで研磨除去し、ついで基本スラリーに添加量が４重量％となるようにシュウ酸を添加し、このシュウ酸添加スラリーを用いて残存するタングステン層部分と、ビアホール外に存在する二酸化シリコン層上に存在するバリヤ層部分を研磨除去し、二酸化シリコン層頂表面を露出させた。
研磨終了後、半導体ウエハの被研磨面のエロージョンを接触型段差計を用いて測定した。結果を図９に示す。図９には、比較として、基本スラリーだけを用いてタングステン層、バリヤ層を研磨除去した場合の結果も示されている。
図９に示す結果から、バリヤ膜の表面の一部が露出した後、基本ＣＭＰスラリーに有機酸を添加することにより、エロージョンが大幅に減少することがわかる。
例３
本例では、バリヤ層５３をチタンで形成した以外は図７（Ｃ）に示す構造の半導体ウエハを準備した。
この半導体ウエハを図６に示すＣＭＰ装置上で研磨した。用いた基本ＣＭＰスラリーは、アルミナ粒子３重量％、硝酸第二鉄４重量％、残部精製水からなるものであった。研磨条件および研磨パッドは、例１におけるものと同じであった。
まず、基本スラリーだけを用いてタングステン層５４をバリヤ層５３の表面の一部が露出し始めるまで研磨除去し、ついで基本スラリーに添加量が５重量％となるようにクエン酸を添加し、このクエン酸添加スラリーを用いて残存するタングステン層５４と、バリヤ層５３を研磨除去し、二酸化シリコン層５２の表面を露出させた。最後に、基本ＣＭＰスラリーの供給を停止し、クエン酸のみを供給し、半導体ウエハの被研磨面を圧力下に研磨パッドに対して摺動させ、洗浄を行った。洗浄終了後、シリコン基板上の二酸化シリコン膜を全て溶解し、回収し、原子吸光法により鉄の量を定量分析した。
結果を図１０に示す。図１０には、精製水を供給した研磨パッド上での摺動による洗浄後、洗浄ステーションで有機酸を用いたスクラブ洗浄を行った従来戦場の場合の結果、およびクエン酸洗浄を行わなかった場合の結果も示されている。図１０に示す結果から、ＣＭＰ処理に続いて、有機酸のみを供給しながら洗浄を行うことにより、金属イオンによる汚染が大幅に減少することがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の１つの実施の形態により埋め込みプラグを有する半導体装置を製造するための方法を説明するための概略断面図。
【図２】本発明の１つの実施の形態により埋め込みプラグを有する半導体装置を製造するための方法を説明するための概略断面図。
【図３】本発明の１つの実施の形態により埋め込みプラグを有する半導体装置を製造するための方法を説明するための概略断面図。
【図４】本発明の１つの実施の形態により埋め込みプラグを有する半導体装置を製造するための方法を説明するための概略断面図。
【図５】本発明の１つの実施の形態により埋め込みプラグを有する半導体装置を製造するための方法を説明するための概略断面図。
【図６】本発明の１つの実施の形態に使用し得るＣＭＰ装置を示す概略図。
【図７】例１で使用した半導体ウエハ試料を示す概略的断面図。
【図８】種々のスラリーによるタングステン、チタンおよび二酸化シリコンの研磨速度を相対的に示すグラフ。
【図９】例２において研磨した半導体ウエハのエロージョンを比較例のそれとともに示すグラフ。
【図１０】例３において、研磨に引き続き行った洗浄後に半導体ウエハ表面に残存する鉄イオン量を比較例の場合とともに示すグラフ。
【符号の説明】
【００１３】
１１，３１，４１，５１…半導体基板、１２，３２，４２，５２…絶縁膜、１３，４３，５３…バリヤ材料層、１４，５４…金属材料層、１２１〜１２４…ビアホール、２１…研磨プラテン、２２…研磨パッド、２３…真空チャックホルダ、２５…ＣＭＰスラリー供給導管、２６…有機酸供給導管
【図１】
2005223139.tif 000002
【図２】
2005223139.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005223139.tif 000008
【図８】
2005223139.tif 000009
【図９】
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【図１０】
2005223139.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成16年11月5日(2004.11.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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係り、より具体的には、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）スラリーを用いた研磨処理を含む半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、超々大規模集積回路を作製するに際し、トランジスタおよび他の半導体素子のサイズを縮小することにより、実装密度を高める傾向にある。そのため、種々の微細加工技術が研究・開発されており、すでにデザインルールでは、サブミクロンのオーダーまで素子の微細化が進んでいる。
【０００３】
そのような厳しい微細化の要求を満たすために開発された技術の一つにＣＭＰ技術がある。この技術は、半導体装置の製造において、例えば、埋め込み金属配線の形成、層間絶縁膜の平坦化、接続プラグの形成、埋め込み素子分離、埋め込みキャパシタの形成にとって不可欠の技術となっている。
【０００４】
ＣＭＰ技術は、研磨粒子を含有するＣＭＰスラリーを半導体ウエハの表面上に供給するとともに、半導体ウエハの表面を研磨パッドに押圧しながら摺動させることにより、半導体ウエハ表面を化学的・機械的に研磨するものである。例えば、半導体基板上に形成された絶縁膜内に凹部（配線溝、ビアホール、コンタクトホール等）を形成し、この凹部を埋め、かつ絶縁膜表面上にわたって金属材料層を形成した後、この金属材料層をＣＭＰにより、下地の絶縁膜が露出するまで除去する。こうして、凹部内に残存する（埋め込まれた）導電層（配線層、プラグ等）が形成される。このとき、ＣＭＰスラリーによる研磨速度のウエハ面内またはウエハ間のバラツキにより金属材料の研磨残りが生じないように、過剰研磨が必要となる。この過剰研磨により、ディッシングやエロージョンが発生する。このディッシングやエロージョンは、後に形成する配線間で短絡等の不良をもたらし得る。
【０００５】
このようなディッシングやエロージョンの発生を抑制するために、特許文献１は、砥粒とともに、特殊な２種類の酸化剤（尿素過酸化水素とジ過硫酸塩またはモノ過硫酸塩）、および任意に有機酸を含むＣＭＰスラリーを開示している。このＣＭＰスラリーは、一段で多層金属を研磨するために使用される。また、特許文献２は、金属埋め込み配線を形成するに際し、１の研磨プラテン（ステーション）上で導電性材料層を途中まで第１の研磨スラリーにより研磨除去した後、別の研磨プラテンで、下地のバリヤ膜が露出するまで第２の研磨スラリーにより導電性材料層を研磨し、最後に、さらに別の研磨プラテンで、導電性材料層とバリヤ層を絶縁膜が露出するまで研磨することを開示している。特許文献２には、エロージョンやディッシングが起こり難い研磨スラリーとして、コロイダルシリカまたはヒュームドシリカに、グリシンまたはクエン酸、ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）および過酸化水素を含有する水性スラリーが開示されている。
【特許文献１】米国特許第６，３１６，３６６Ｂ１号明細書
【特許文献２】特開２００３−７７９１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、特殊なＣＭＰスラリーを用いることなく、１つの研磨ステーション上で、エロージョンおよびディッシングのより一層抑制された研磨を効率良く行うことができるＣＭＰ処理を含む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】
【０００７】
本発明の１つの側面によれば、少なくとも１つの凹部を有する絶縁膜を含む下地層と、前記凹部を埋め、かつ前記下地層の頂表面上にわたって形成された金属材料層を半導体基板上に備える半導体ウエハを金属イオンを含有する基本ＣＭＰスラリーを供給しながら研磨処理に供して前記金属材料層の少なくとも一部を研磨除去し、しかる後前記基本ＣＭＰスラリーに前記金属イオンをキレート化する有機酸を添加してその有機酸添加ＣＭＰスラリーを用いて前記絶縁膜の表面が露出するまで研磨を行うことを含む半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、比較的簡単な組成のＣＭＰスラリーを用いて、１つの研磨ステーション上で、エロージョンおよびディッシングのより一層抑制されたＣＭＰ処理を効率良く行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の１つの側面において、本発明者らは、半導体基板上に設けられた絶縁層を含む下地層に形成された凹部（例えば、配線溝（トレンチ）、ビアホールおよび／またはコンタクトホール）に埋め込まれ、下地層頂表面上にわたって形成されたタングステン（Ｗ）のような金属材料の層をＣＭＰ処理するに際し、用いるＣＭＰスラリーが鉄イオン等の金属イオンを含有すると、金属材料層を比較的効率良く研磨できるが、金属イオン含有ＣＭＰスラリーにより下地層をも研磨すると、エロージョンやディッシングが大きくなるところ、ＣＭＰスラリーに有機酸を添加して下地層を研磨することにより、エロージョンやディッシングが有意に抑制されることを見いだした。
【００１０】
本発明の１つの実施の形態において、金属材料層の少なくとも一部を化学的機械的に研磨するために用いられるＣＭＰスラリー（以下、基本ＣＭＰスラリーという）は、砥粒とともに、金属イオンを含有する水性スラリーである。砥粒としては、シリカ粒子またはアルミナ粒子を使用することができる。また、金属イオンは、鉄イオンであり得る。金属イオンは、通常、無機酸または有機酸の金属塩の形態で基本ＣＭＰスラリーに含有される。そのような無機酸の金属塩としては、硝酸鉄、塩化鉄、硫酸鉄、過塩素酸鉄、硫酸鉄アンモニウムを例示することができる。また、有機酸の金属塩としては、クエン酸鉄、クエン酸鉄アンモニウム、乳酸鉄等を例示することができる。これら無機酸または有機酸の金属塩は、酸化剤として、また時に酸化促進剤として作用し得る。基本ＣＭＰスラリーは、０．０１重量％〜１０重量％の割合で無機酸または有機酸の金属塩を含有することができる。すなわち、無機酸または有機酸の金属塩の量が少なすぎると、高い金属材料層の研磨速度は得られ難く生産性が低下し、逆に無機酸または有機酸の金属塩の量が多すぎても、金属材料層の研磨速度のさらなる上昇はもたらされず、無機酸または有機酸の金属塩の消費量の増大を招くことになる。
【００１１】
さらに、基本ＣＭＰスラリーは、上記成分に加えて、過酸化水素を含有することができる。基本ＣＭＰスラリーは、０．１重量％〜５０重量％の割合で過酸化水素を含有することができる。基本ＣＭＰスラリーは、有機酸を含有しないものであってもよいが、ＣＭＰスラリーの安定化剤として微量（例えば、１つの態様では、０．２〜１重量％、他の態様では０．２〜０．４重量％）の有機酸（例えば、上記有機酸）を含有することができる。通常、基本ＣＭＰスラリーは、尿素を含まない。
【００１２】
本発明の１つの実施の形態において、上記基本ＣＭＰスラリーにより金属材料層の少なくとも一部を研磨除去した後に上記基本ＣＭＰスラリーに添加される有機酸は、基本ＣＭＰスラリー中に含まれている金属イオンをキレート化するものである。そのような有機酸としては、カルボン酸を用いることができ、１つの実施の形態では、クエン酸、シュウ酸等の脂肪族カルボン酸を用いることができる。
【００１３】
本発明の１つの実施の形態において、下地層は、凹部の内面および絶縁層の頂表面上にわたって形成されたバリヤ層を含む。バリヤ層は、チタンまたは窒化チタン等のバリヤ材料で形成することができ、それらの積層体によって構成することもできる。下地層がバリヤ層を含む場合、上記基本ＣＭＰスラリーを用いた研磨は、例えば、バリヤ層の表面の少なくとも一部が露出するまで行い、その後、上記有機酸を基本ＣＭＰスラリーに添加し、その有機酸添加ＣＭＰスラリーによるＣＭＰ処理を少なくとも絶縁膜の表面が露出するまで行うことができる。
【００１４】
有機酸は、基本ＣＭＰスラリー中に含まれる金属イオンをキレート化することにより、金属材料に対する基本ＣＭＰスラリーによる研磨速度を低下させ、金属材料の研磨速度をバリヤ層および絶縁膜の研磨速度に近づけさせることができる。従って、総研磨時間の短縮という観点からは、上記基本スラリーによる研磨は、下地層の表面の少なくとも一部が露出するまで行うことが好ましい。
【００１５】
上記基本ＣＭＰスラリーに添加する有機酸の量は、得られる有機酸添加ＣＭＰスラリーにより、金属材料層／絶縁膜の研磨速度比が、１つの実施の形態において少なくとも０．５以上３以下、他の実施の形態において、１以上２以下となるようなものであり得、下地層がバリヤ層を含む場合には、上記金属材料層／絶縁膜研磨速度比を示すことに加えて、金属材料層／バリヤ層の研磨速度比が、１つの実施の形態において２以下、他の実施の形態において１以下、さらに他の実施の形態において０．５以下となるようなものであり得る。具他的に、有機酸添加ＣＭＰスラリーにおける有機酸の添加量は、例えば有機酸がシュウ酸の場合で３〜６重量％ととすることができる。
【００１６】
本発明の１つの実施の形態において、有機酸添加ＣＭＰスラリーにより少なくとも絶縁膜の表面が露出するまで研磨を行った後、基本ＣＭＰスラリーの供給を停止し、前記有機酸だけを供給しながら、ＣＭＰ処理された半導体ウエハ表面を洗浄することができる。この有機酸による洗浄により、基本ＣＭＰスラリーに含まれている金属イオンが半導体ウエハ表面に残存することが有意に防止される。この有機酸による金属イオンの除去は、有機酸を添加したＣＭＰスラリーによりもたらせられる酸性環境下で行うことが好ましい。従来、研磨ステーションにおけるＣＭＰ終了後、洗浄ステーションでのスクラブ洗浄までの間に、例えばパーティクルの除去、汚染の除去、乾燥の防止のために、研磨表面を精製水（脱イオン水）によりリンスすることが行われているが、上記有機酸添加ＣＭＰスラリーによる研磨終了後、精製水を研磨表面に接触させると、精製水により研磨表面が中性化され、金属イオンと絶縁膜表面との結合が強固になり、金属イオンを除去することが困難になることがわかった。従って、有機酸添加ＣＭＰスラリーによる研磨処理と有機酸によるスクラブ洗浄処理との間には、精製水による洗浄（リンス）処理を介在させないことが好ましい。より具体的には、有機酸添加ＣＭＰスラリーによる研磨終了後、研磨を行った研磨ステーションと同じステーションで引き続き有機酸による洗浄処理を行うことができる。かかる有機酸による洗浄という観点から、本発明のさらなる側面によれば、少なくとも１つの凹部を有する絶縁膜を含む下地層と、前記凹部を埋め、かつ前記下地層の頂表面上にわたって形成された金属材料層を半導体基板上に備える半導体ウエハを、１の研磨ステーションで、金属イオンを含有する基本ＣＭＰスラリーに有機酸を添加した有機酸添加ＣＭＰスラリーを供給しながら研磨処理に供して前記絶縁膜の表面が露出するまで研磨を行い、しかる後、前記基本ＣＭＰスラリーの供給を停止し、前記研磨ステーションで、前記半導体ウエハの研磨表面に前記有機酸を供給しながら、前記半導体ウエハの研磨表面を洗浄することを含む半導体装置の製造方法が提供される。
【００１７】
図１〜図５は、本発明の１つの実施の形態により、埋め込み配線を有する半導体装置を製造する方法を説明するために半導体ウエハの部分を示す概略断面図である。
【００１８】
まず、図１に示すように、種々の半導体素子（図示せず）および配線１０が形成されたシリコン基板等の半導体基板１１上に設けられた絶縁膜１２内に少なくとも１つのビアホールを形成する。図１には、４つのビアホール１２１〜１２４が示されている。絶縁膜１２は、例えば、通常のＣＶＤ法を用いて、二酸化シリコンにより形成することができる。絶縁膜１２は、ｌｏｗ−ｋ材料、フッ素添加二酸化シリコン（ＳｉＯＦ）、多孔質水素化シルセスキオキサンスピン塗布ガラス（ＨＳＱ−ＳＯＧ）のような無機絶縁材料、またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素添加ポリイミド樹脂、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）のような有機絶縁材料によって形成することもできる。絶縁膜１２は、例えば、１００ｎｍ〜１０００ｎｍの厚さに形成することができる。
【００１９】
ついで、図２に示すように、ビアホール１２１〜１２４の内面を含み絶縁膜１２の表面上にバリヤ材料層１３を形成する。バリヤ材料層１３は、通常のスパッタリング法、蒸着法等のＰＶＤ法を用いて、上記バリヤ材料により形成することができる。バリヤ材料層１３は、例えば、５ｎｍ〜７０ｎｍの厚さを有することができる。
【００２０】
しかる後、図３に示すように、ビアホール１２１〜１２４を埋め、かつバリヤ材料層１３の表面上にわたって金属材料層としてのプラグ材料層１４を形成する。このプラグ材料層１４は、例えば、通常のＣＶＤ法により、タングステン（Ｗ）で形成することができる。プラグ材料層１４は、例えば、１００ｎｍ〜１０００ｎｍの厚さ（ビアホール底面から上表面まで）を有することができる。
【００２１】
次に、図３の半導体ウエハ構造をＣＭＰ処理に供する。このＣＭＰ処理では、まず、上記基本ＣＭＰスラリーを供給しながら、プラグ材料層１４を、その厚さ方向に、ビアホールの外部に存在する下地バリヤ材料層１３の表面の少なくとも一部が露出するまで研磨する（図４）。これにより、ビアホール内にプラグ材料１４’が残存する。
【００２２】
しかる後、基本ＣＭＰスラリーに上記有機酸を添加し、その有機酸添加ＣＭＰスラリーを用いて、ビアホール内を除く絶縁膜１２上のバリヤ材料層１３を、残存プラグ材料１４’（図４）の表面部分とともに、研磨除去する。このようにして、図５に示すように、ビアホール１２１〜１２４内にそれぞれバリヤ膜１３１〜１３４を介して埋め込まれた形態のプラグ１４１〜１４４が得られる。
【００２３】
次に、基本ＣＭＰスラリーの供給を停止し、上記有機酸のみを供給しながら、半導体ウエハの研磨面を洗浄して、半導体ウエハ上に残存し得る金属イオンを除去することができる。
【００２４】
上記２段階のＣＭＰ処理および洗浄処理は、本発明の１つの実施の形態において、図６に概略的に示されている構成のＣＭＰ装置を用いて連続的に行うことができる。このＣＭＰ装置は、以後詳述する有機酸の供給機構を備える以外は、通常のＣＭＰ装置と同様の構成を有し得る。
【００２５】
図６に示すＣＭＰ装置は、図示しない回転駆動デバイス例えば、モータＭＴにより回転可能な円盤状研磨プラテン（ステーション）２１を備える。プラテン２１の上には、研磨パッド２２が貼着されている。研磨パッド２２は、例えば発泡ポリウレタンで形成することができる。
【００２６】
プラテン２１の半径領域上方には、例えば真空チャックにより半導体ウエハＳＷを保持するための真空チャックホルダ２３が設けられている。半導体ウエハＳＷは、その被研磨面が研磨パッド２２と対面するように保持される。真空チャックホルダ２３は、揺動可能であり、かつその回転軸に接続されたモータおよび昇降シリンダ（ともに図示せず）により、回転軸回りに回転可能であるとともに、昇降可能とされている。研磨パッド２２に対する半導体ウエハＳＷの押し付け圧は、昇降シリンダを駆動する圧縮空気により制御される。また、プラテン２１の中心軸から真空チャックホルダ２３と反対側には、表面にダイヤモンド（図示せず）を電着した回転可能な円盤状プレートからなる、研磨パッド２２のドレッサー（コンディショナー）２４が設けられている。
【００２７】
さらに、研磨パッド２２のほぼ中心上方には、一端が基本ＣＭＰスラリーの供給源（図示せず）に接続され、他端（スラリーの吐出口部）が研磨パッド２２の近傍まで延出した研磨スラリー供給導管２５が設けられているとともに、一端が有機酸の供給源（図示せず）に接続され、他端（有機酸の吐出口部）が研磨パッド２２の近傍まで延出した有機酸供給導管２６が設けられている。供給導管２５および２６には、それぞれ、図示しない流量調整弁が設けられている。
【００２８】
ＣＭＰに際し、半導体ウエハＳＷを真空チャックホルダ２３に保持し、半導体ウエハＳＷの被研磨面を研磨パッド２２に押し付ける。供給導管２６の流量調整弁を閉じた状態で、供給導管２５の流量調整弁を開放してスラリー供給導管２５から基本ＣＭＰスラリーを研磨パッド２２上に供給しながら、プラテン２１と真空チャックホルダ２３（従って、半導体ウエハＳＷ）を回転させる。通常、半導体ウエハＳＷの押し付け圧（研磨厚）は、１００〜５００ｈＰａ、ホルダ回転数は、２０〜１２０ｒｐｍ、プラテン回転数は、２０〜１２０ｒｐｍ、ＣＭＰスラリーの供給流量は、５０〜５００ｍＬ／分であり得る。このようにして基本ＣＭＰスラリーによる研磨が終了した後、供給導管２６の流量調整弁を開放して、基本ＣＭＰスラリーとともに有機酸を研磨パッド２２上に供給しながら、研磨を続ける。この有機酸添加ＣＭＰスラリーによる研磨が終了した後、供給導管２５の流量調整弁を閉じて基本ＣＭＰスラリーの供給を停止し、研磨パッド２２上に有機酸のみを供給しながら、洗浄処理を行う。このようにして、ＣＭＰ処理と洗浄処理を１つの研磨プラテン上で行うことができる。
【実施例】
【００２９】
例１
本例では、図７（Ａ）に示すように、シリコン基板３１上にＣＶＤ法により二酸化シリコン膜３２を形成した試料Ａ、図７（Ｂ）に示すように、シリコン基板４１上にＣＶＤ法により二酸化シリコン膜４２を形成し、その上にＰＶＤ法によりチタンバリヤ膜４３を形成した試料Ｂ、図７（Ｃ）に示すように、シリコン基板５１上にＣＶＤ法により二酸化シリコン膜５２を形成し、その上にＰＶＤ法によりチタン／窒化チタンバリヤ膜５３を形成し、さらにその上にＣＶＤ法によりタングステン膜５４を形成した試料Ｃを準備した。
【００３０】
試料Ａ〜Ｃの頂層を、図６に示す構成のＣＭＰ装置上で、シリカ粒子５重量％、硝酸第二鉄０．０５重量％、過酸化水素４重量％、残部精製水からなる基本ＣＭＰスラリー（スラリーＩ）、スラリーＩにシュウ酸を２重量％の割合で添加したＣＭＰスラリー（スラリーＩＩ）、スラリーＩにシュウ酸を４重量％の割合で添加したＣＭＰスラリー（スラリーＩＩＩ）、スラリーＩにクエン酸を１６重量％の割合で添加したＣＭＰスラリー（スラリーＩＶ）を用いて研磨した。研磨は、研磨圧が２００ｈＰａ、研磨プラテンおよび真空チャックホルダの回転数がそれぞれ５０ｒｐｍ、基本ＣＭＰスラリー供給量が２００ｍＬ／分という条件の下で行った。研磨パッドとしては、発泡ポリウレタンパッドを用いた。
【００３１】
こうして、一定時間研磨を行った後、タングステン膜（試料Ｃ）、バリヤ膜（試料Ｂ）および二酸化シリコン膜（試料Ａ）の残膜量を測定し、研磨前後の膜厚差からタングステン膜、バリヤ膜および二酸化シリコン膜の研磨速度を算出した。なお、タングステン膜の膜厚測定には、シート抵抗測定器を、バリヤ膜の膜厚測定には、蛍光Ｘ線による測定器を、二酸化シリコンの膜厚測定には、光干渉式膜厚測定器を用いた。結果を図８に示す。図８において、符号ａにより参照される棒グラフは、タングステン膜についての結果を、符号ｂにより参照される棒グラフは、バリヤ膜（チタン膜）についての結果を、符号ｃにより参照される棒グラフは、二酸化シリコン膜についての結果を示すものである。
【００３２】
図８に示す結果から、鉄イオンを含むが有機酸等のキレート化剤を含まない基本ＣＭＰスラリー（スラリーＩ）は、有意に高いタングステン膜の研磨速度を示すが、このスラリーに有機酸を添加すると、タングステン膜の研磨速度が大幅に低下してバリヤ膜、二酸化シリコン膜の研磨速度に近づくことがわかる。また、有機酸の添加量により、タングステン膜／バリヤ膜研磨速度比、タングステン膜／二酸化シリコン膜研磨速度比、およびバリヤ膜／二酸化シリコン膜研磨速度比を適切に調整できることもわかる。
【００３３】
例２
本例では、図３に示す構造の半導体ウエハを準備した。配線１０が形成されたシリコン基板１１上に、絶縁膜１２としてＣＶＤ法により二酸化シリコン膜を６００ｎｍの厚さに形成し、バリヤ膜１３として、ＰＶＤ法によりチタン／窒化チタン積層膜をそれぞれ３０ｎｍおよび５ｎｍの厚さに形成し、金属材料層１４として、ＣＶＤ法によりタングステン層を４００ｎｍの厚さ（ビアホール１２１〜１２４の底部から上表面までの厚さ）に形成した。
【００３４】
ついで、図６に示すＣＭＰ装置上で、ＣＭＰ処理を行った。用いた基本ＣＭＰスラリーは、シリカ粒子５重量％、硝酸第二鉄０．０５重量％、過酸化水素４重量％、残部精製水からなるものであった。研磨条件および研磨パッドは、例１におけるものと同じであった。
【００３５】
まず、基本スラリーだけを用いてタングステン層１４をバリヤ層１３の表面の一部が露出し始めるまで研磨除去し、ついで基本スラリーに添加量が４重量％となるようにシュウ酸を添加し、このシュウ酸添加スラリーを用いて残存するタングステン層部分と、ビアホール外に存在する二酸化シリコン層上に存在するバリヤ層部分を研磨除去し、二酸化シリコン層頂表面を露出させた。
【００３６】
研磨終了後、半導体ウエハの被研磨面のエロージョンを接触型段差計を用いて測定した。結果を図９に示す。図９には、比較として、基本スラリーだけを用いてタングステン層、バリヤ層を研磨除去した場合の結果も示されている。
【００３７】
図９に示す結果から、バリヤ膜の表面の一部が露出した後、基本ＣＭＰスラリーに有機酸を添加することにより、エロージョンが大幅に減少することがわかる。
【００３８】
例３
本例では、バリヤ層５３をチタンで形成した以外は図７（Ｃ）に示す構造の半導体ウエハを準備した。
【００３９】
この半導体ウエハを図６に示すＣＭＰ装置上で研磨した。用いた基本ＣＭＰスラリーは、アルミナ粒子３重量％、硝酸第二鉄４重量％、残部精製水からなるものであった。研磨条件および研磨パッドは、例１におけるものと同じであった。
【００４０】
まず、基本スラリーだけを用いてタングステン層５４をバリヤ層５３の表面の一部が露出し始めるまで研磨除去し、ついで基本スラリーに添加量が５重量％となるようにクエン酸を添加し、このクエン酸添加スラリーを用いて残存するタングステン層５４と、バリヤ層５３を研磨除去し、二酸化シリコン層５２の表面を露出させた。最後に、基本ＣＭＰスラリーの供給を停止し、クエン酸のみを供給し、半導体ウエハの被研磨面を圧力下に研磨パッドに対して摺動させ、洗浄を行った。洗浄終了後、シリコン基板上の二酸化シリコン膜を全て溶解し、回収し、原子吸光法により鉄の量を定量分析した。
【００４１】
結果を図１０に示す。図１０には、精製水を供給した研磨パッド上での摺動による洗浄後、洗浄ステーションで有機酸を用いたスクラブ洗浄を行った従来洗浄の場合の結果、およびクエン酸洗浄を行わなかった場合の結果も示されている。図１０に示す結果から、ＣＭＰ処理に続いて、有機酸のみを供給しながら洗浄を行うことにより、金属イオンによる汚染が大幅に減少することがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の１つの実施の形態により埋め込みプラグを有する半導体装置を製造するための方法を説明するための概略断面図。
【図２】本発明の１つの実施の形態により埋め込みプラグを有する半導体装置を製造するための方法を説明するための概略断面図。
【図３】本発明の１つの実施の形態により埋め込みプラグを有する半導体装置を製造するための方法を説明するための概略断面図。
【図４】本発明の１つの実施の形態により埋め込みプラグを有する半導体装置を製造するための方法を説明するための概略断面図。
【図５】本発明の１つの実施の形態により埋め込みプラグを有する半導体装置を製造するための方法を説明するための概略断面図。
【図６】本発明の１つの実施の形態に使用し得るＣＭＰ装置を示す概略図。
【図７】例１で使用した半導体ウエハ試料を示す概略的断面図。
【図８】種々のスラリーによるタングステン、チタンおよび二酸化シリコンの研磨速度を相対的に示すグラフ。
【図９】例２において研磨した半導体ウエハのエロージョンを比較例のそれとともに示すグラフ。
【図１０】例３において、研磨に引き続き行った洗浄後に半導体ウエハ表面に残存する鉄イオン量を比較例の場合とともに示すグラフ。
【符号の説明】
【００４３】
１１，３１，４１，５１…半導体基板、１２，３２，４２，５２…絶縁膜、１３，４３，５３…バリヤ材料層、１４，５４…金属材料層、１２１〜１２４…ビアホール、２１…研磨プラテン、２２…研磨パッド、２３…真空チャックホルダ、２５…ＣＭＰスラリー供給導管、２６…有機酸供給導管