(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の上面に形成された絶縁膜を選択的にエッチングしてコンタクトホールを形成する工程と、
前記コンタクトホールの内部及び前記絶縁膜の上面に、ポリシリコンで導電層を形成する工程と、
前記絶縁膜の上面が露出されるように、ＳＣ−１化学溶液が添加されたスラリーを利用する化学的機械研磨を前記導電層に施して、前記コンタクトホールの内部に導電層プラグを形成すると同時に、前記導電層プラグの上面に酸化膜を形成する工程と、
前記導電層プラグ及び絶縁膜の表面を洗浄する工程と、を順次行い、
前記ＳＣ−１化学溶液が、ＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏが１：１：５〜１：２：７の比率で混合された７０〜８０℃の化学溶液であることを特徴とする半導体素子のプラグ形成方法。
【請求項２】
前記導電層プラグの上面に酸化膜を形成する工程では、前記ＳＣ−１化学溶液によって、前記導電層プラグの表面が疎水性状態から親水性状態に変化することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子のプラグ形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子のプラグ形成方法に関するもので、詳しくは、半導体素子の製造時に発生する半導体基板の表面傷付けを減らし得るプラグ形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の半導体素子の高集積度に伴い、デザインルールが減少し、コンタクトホール又はビアホールの縦横比が増大されて、層間接触の信頼性を向上するために、一般に、コンタクトホール又はビアホールにプラグを形成している。
そして、このような半導体素子のプラグ形成方法として、絶縁層をエッチングしてコンタクトホール又はビアホールを形成する工程と、前記絶縁層の上面及び前記コンタクトホール又はビアホールの内部に電導性物質層を形成する工程と、前記絶縁層の上面が露出されるまで前記電導性物質層を化学的機械研磨する工程と、前記化学的機械研磨工程中に発生した残留汚染物を除去する洗浄工程と、を順次行うようになっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、このような従来の半導体素子のプラグ形成方法においては、化学的機械研磨工程が終了した後、半導体基板を洗浄装置にローディングするまでの相当な時間の間、半導体基板が大気中に露出されるようになるため、該半導体基板の上面に大気中の汚染物が強く吸着する現象が生じて、前記洗浄工程の効率が低下し、半導体基板の表面傷付けが非常に多く発生するという問題点があった。
【０００４】
即ち、化学的機械研磨工程が終了した後、半導体基板の上面は絶縁層及び導電性物質層、例えば、ポリシリコン層の表面が大気中に露出される状態となる。このとき、前記ポリシリコン層の表面は、疎水性状態となって急速な乾燥現象が発生し、化学的機械研磨工程中に発生された残留汚染物及び大気中の汚染物が半導体基板の表面に強く吸着される。このようになると、前記洗浄工程を施しても汚染物を除去することが難しく、洗浄工程の効率が低下して、半導体基板の表面傷付けが増大される。
【０００５】
そこで、本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、化学的機械研磨工程と洗浄工程との間に、半導体基板の表面を親水性状態に変化させる工程を追加して行い、洗浄工程の効率を向上して、半導体基板の表面傷付けを低減し得る半導体素子のプラグ形成方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明に係る半導体素子のプラグ形成方法においては、半導体基板の上面に形成された絶縁膜を選択的にエッチングしてコンタクトホールを形成する工程と、前記コンタクトホールの内部及び前記絶縁膜の上面に、ポリシリコンで導電層を形成する工程と、前記絶縁膜の上面が露出されるように、ＳＣ−１化学溶液が添加されたスラリーを利用する化学的機械研磨を前記導電層に施して、前記コンタクトホールの内部に導電層プラグを形成すると同時に、前記導電層プラグの上面に酸化膜を形成する工程と、前記導電層プラグ及び絶縁膜の表面を洗浄する工程と、を順次行う。ここで、前記ＳＣ−１化学溶液は、ＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏが１：１：５〜１：２：７の比率で混合された７０〜８０℃の化学溶液である。このとき、前記導電層プラグの上面に酸化膜を形成する工程では、前記ＳＣ−１化学溶液によって、前記導電層プラグの表面が疎水性状態から親水性状態に変化することとする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
まず、本発明の第１実施形態においては、図１（Ａ）に示したように、第１導電層１０１を有する半導体基板１００を準備する。前記第１導電層１０１は、半導体基板１００の内部に形成された不純物領域又は半導体基板１００の上面に形成された導電膜であっても良い。
【００１０】
その後、前記導電層１０１及び前記半導体基板１００の上面に絶縁層１０２を形成する。
次に、図１（Ｂ）に示したように、前記第１導電層１０１の上面が露出されるように、前記絶縁層１０２を選択的にエッチングして、コンタクトホール１０３を形成する。
【００１１】
その後、図１（Ｃ）に示したように、前記コンタクトホール１０３が完全に埋められるように、前記コンタクトホール１０３の内部及び前記絶縁層１０２の上面に、ポリシリコン等からなる第２導電層１０４を形成する。
その後、図１（Ｄ）に示したように、前記絶縁層１０２の上面が露出されるように、前記第２導電層１０４に対して化学的機械研磨工程を施し、前記コンタクトホール１０３の内部に前記第２導電層１０４からなる導電層プラグ１０４ａを形成する。
【００１２】
その後、図１（Ｅ）に示したように、図１（Ｄ）に示した半導体基板１００の上面全体に対し、ＳＣ−１（Standard Cleaning−1）化学溶液を用いて表面洗浄を施して、導電層プラグ１０４ａの上面に酸化膜１０５を形成する。
前記ＳＣ−１化学溶液は、ＲＣＡ社により開発された湿式洗浄液であり、ＮＨ4ＯＨ：Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏが１：１：５〜１：２：７の比率で混合された７０〜８０℃の化学溶液であって、強い酸化性を有するので、有機汚染物及びパーティクルを効率的に除去することができる。
【００１３】
これにより、前記半導体基板１００の導電層プラグ１０４ａの上面を、疎水性状態から親水性状態に変化させて、前記半導体基板１００が大気に露出される際、汚染物が導電層プラグ１０４ａの上面に強く吸着する現象を防止することが可能となる。
この後、従来と同様に、導電層プラグ及び絶縁膜の表面に発生した残留汚染物を除去する洗浄工程を行う。
【００１４】
このように、第１実施形態の原理においては、前記化学的機械研磨工程と洗浄工程間に、ＳＣ−１化学溶液を用いて表面処理を施す工程を追加して行い、ウェーハ表面を酸化させる。
これにより、半導体基板１００の表面が疎水性状態から親水性状態に変化されて、半導体基板表面の急激な乾燥化を防止することが可能となって、半導体基板の表面に粒子（パーティクル）が強く吸着される現象を防止することができ、洗浄工程時に、半導体基板の表面の汚染物が容易に除去されて洗浄工程の効率が高くなり、傷付けの発生を最小限に抑制することができる。
【００１５】
次に、本発明に係る半導体素子のプラグ形成方法の第２実施形態について説明する。
本発明に係る第２実施形態においては、図１（Ｄ）に示した化学的機械研磨工程時に、化学的機械研磨工程用スラリーにＳＣ−１化学溶液を少量添加して化学的機械研磨を施すと同時に、半導体基板１００の表面を酸化して親水性状態にさせる。
【００１６】
これにより、第１実施形態のように、別のＳＣ−１化学溶液を用いる表面処理を省いて、簡便に洗浄工程の効率を向上させることができる。
尚、前記化学的機械研磨工程では、シリカなどの超微粒子研磨剤を用いて被研磨膜を機械的に研磨すると共に、化学物質を利用して化学反応を起こして被研磨膜を除去する。
【００１７】
また、前記化学的機械研磨工程時に利用されるスラリーは、ＳｉＯ2などの微粒子をＫＯＨ、ＮＨ4ＯＨなどの化学溶液に懸濁させて利用する。現在広く用いられているポリシリコン層の化学的機械研磨工程用スラリーは、ＫＯＨを安定剤として使用し、数〜数百nmの粒子を有するシリカを懸濁させて利用している。
さらに、前記スラリーには、スラリー内の粒子の分散性を促進させる分散剤、化学溶液を均一に混合させる懸濁液、化学的機械研磨工程中に発生する気泡を抑制し除去する消泡剤、ｐＨ変動を防止するバッファー溶液及びその他の特殊な目的で添加される添加剤などが含まれる。
【００１８】
なお、前記第２実施形態では、前記添加剤として、ＳＣ−１化学溶液を少量添加しながらも、第１実施形態と同様な効果を得た。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る半導体素子のプラグ形成方法においては、化学的機械研磨工程中又は工程終了後に、半導体基板の表面に酸化膜を形成することにより、洗浄工程の効率を向上し、半導体基板の表面傷付けを減らし得るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体素子のプラグ形成方法の各工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１００：半導体基板
１０１：第1導電層
１０２：絶縁膜
１０３：コンタクトホール
１０４：第４導電層
１０４ａ：導電層プラグ
１０５：酸化膜
【図１】
0004203706.tif 000002