JP3160545B2 - Method of forming embedded wiring - Google Patents
Method of forming embedded wiringInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する分野】本発明は、半導体集積回路装置の
製造工程等において、半導体基板や絶縁性基板等の基板
上に堆積された絶縁膜のスルーホール、コンタクトホー
ル又は凹状溝等の凹部に配線用金属を埋め込んでプラグ
や配線を形成する埋め込み配線形成方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device in which a wiring is formed in a through hole, a contact hole or a concave portion such as a concave groove of an insulating film deposited on a substrate such as a semiconductor substrate or an insulating substrate. The present invention relates to a buried wiring forming method for forming plugs and wiring by burying metal for use.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、埋め込み配線を形成する方法とし
ては、基板上の絶縁膜にスルーホール、コンタクトホー
ル又は凹状溝等の凹部を形成した後、導電性材料を全面
に亘って堆積して導電膜を形成し、その後、凹部以外の
領域に堆積されている導電膜を化学機械研磨(CMP)
法により除去することにより、絶縁膜の凹部にプラグや
配線を形成する方法が提案されている。尚、本件明細書
においては、基板上の絶縁膜に埋め込まれたプラグ及び
配線を埋め込み配線と総称する。2. Description of the Related Art In recent years, as a method of forming a buried wiring, after forming a recess such as a through hole, a contact hole or a concave groove in an insulating film on a substrate, a conductive material is deposited over the entire surface to form a conductive film. After forming a film, the conductive film deposited in the region other than the concave portion is subjected to chemical mechanical polishing (CMP).
There has been proposed a method of forming a plug or a wiring in a concave portion of an insulating film by removing the plug or the wiring by a removal method. In this specification, plugs and wires embedded in an insulating film on a substrate are collectively referred to as embedded wires.
【0003】以下、前記従来の埋め込み配線の形成方法
を、絶縁膜に形成されたスルーホールにプラグを形成す
る場合を例にとって図8(a)、(b)を参照しながら
説明する。Hereinafter, the conventional method of forming a buried interconnect will be described with reference to FIGS. 8 (a) and 8 (b), taking a case where a plug is formed in a through hole formed in an insulating film as an example.
【0004】まず、図8(a)に示すように、半導体基
板1の上に絶縁膜としての例えば厚さ1μmのシリコン
酸化膜(以下、単に酸化膜と称する。)2を堆積した
後、酸化膜2の所定領域に該酸化膜2を貫通する例えば
直径0.8μmのスルーホール3をドライエッチング法
により形成する。次に、スルーホール3を含む酸化膜2
の上に全面に亘ってPVD法により、下層の導電膜とし
ての膜厚30nmのチタン膜4及び中間の導電膜層とし
ての膜厚100nmの窒化チタン膜5を順次堆積した
後、窒化チタン膜5の上に全面に亘ってCVD法により
上層の導電膜としての膜厚1μmのタングステン膜6を
堆積する。これにより、3層構造の導電膜が堆積され
る。この場合、チタン膜4及び窒化チタン膜5は下地膜
を構成している。First, as shown in FIG. 8A, a silicon oxide film (hereinafter simply referred to as an oxide film) 2 having a thickness of, for example, 1 μm as an insulating film is deposited on a semiconductor substrate 1 and then oxidized. A through hole 3 having a diameter of, for example, 0.8 μm penetrating the oxide film 2 is formed in a predetermined region of the film 2 by a dry etching method. Next, oxide film 2 including through hole 3
A 30-nm-thick titanium film 4 as a lower conductive film and a 100-nm-thick titanium nitride film 5 as an intermediate conductive film are sequentially deposited over the entire surface by a PVD method. A tungsten film 6 having a thickness of 1 μm as an upper conductive film is deposited over the entire surface by CVD. Thus, a conductive film having a three-layer structure is deposited. In this case, the titanium film 4 and the titanium nitride film 5 constitute a base film.
【0005】次に、研磨粒子としてアルミナを含むと共
に酸化剤として硝酸鉄、ヨウ素酸カリウム又は過酸化水
素を含む研磨剤を使用して化学機械研磨法を行なって、
図8(b)に示すように、スルーホール3以外の領域に
堆積されているタングステン膜6、窒化チタン膜5及び
チタン膜4を除去することにより、スルーホール3以外
の領域の酸化膜2を完全に露出させて、スルーホール3
内にタングステンよりなるプラグ7を形成する。この場
合、前記の研磨剤を使用する場合、酸化膜2に対する研
磨速度は、タングステン膜6、窒化チタン膜5及びチタ
ン膜4に対する研磨速度に比べて小さいため、酸化膜2
が研磨のストッパーになるので、研磨の終点検出が可能
である。尚、タングステンよりなるプラグ7を形成する
場合に限らず、アルミニウムや銅等よりなるプラグや配
線を形成する場合には、アルミニウムや銅等の導電膜に
対する研磨速度が酸化膜に対する研磨速度に比べて大き
い研磨剤を用いるので、酸化膜はやはり研磨のストッパ
ーになる。Next, a chemical mechanical polishing method is performed by using an abrasive containing alumina as abrasive particles and iron nitrate, potassium iodate or hydrogen peroxide as an oxidizing agent,
As shown in FIG. 8B, by removing the tungsten film 6, the titanium nitride film 5, and the titanium film 4 deposited in the region other than the through hole 3, the oxide film 2 in the region other than the through hole 3 is removed. Fully exposed, through hole 3
A plug 7 made of tungsten is formed therein. In this case, when the above-described polishing agent is used, the polishing rate for the oxide film 2 is smaller than the polishing rate for the tungsten film 6, the titanium nitride film 5, and the titanium film 4, so that the oxide film 2 is not used.
Is a polishing stopper, so that the end point of polishing can be detected. Not only when forming the plug 7 made of tungsten, but also when forming a plug or wiring made of aluminum or copper, the polishing rate for the conductive film such as aluminum or copper is higher than the polishing rate for the oxide film. Since a large abrasive is used, the oxide film also serves as a polishing stopper.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
3層の導電膜に対する研磨速度は、半導体基板を研磨パ
ッドに押圧する加圧力の基板面内におけるばらつき等に
起因して、基板面内において均一ではない。また、半導
体基板上の導電膜の膜厚もばらついているため、研磨時
に酸化膜よりなる絶縁膜が基板の全面において同時に露
出するのではなく、絶縁膜は或る領域では早く露出する
一方、他の領域では遅く露出する。つまり、或る領域で
は絶縁膜が露出しているが、他の領域では導電膜がまだ
残存していることがある。絶縁膜の上に導電膜が残存し
ていると、絶縁膜の上に形成されるアルミニウム等より
なる金属配線同士が短絡してしまう。However, for example, the polishing rate for a three-layer conductive film is not uniform in the substrate surface due to variations in the pressing force for pressing the semiconductor substrate against the polishing pad in the substrate surface. Absent. In addition, since the thickness of the conductive film on the semiconductor substrate also varies, the insulating film made of an oxide film is not simultaneously exposed over the entire surface of the substrate during polishing. Exposure is slow in the area. That is, the insulating film is exposed in a certain region, but the conductive film may still remain in another region. If the conductive film remains on the insulating film, metal wires formed of aluminum or the like formed on the insulating film are short-circuited.
【0007】従って、金属配線同士が短絡する事態を防
止するために、絶縁膜上の導電膜に対する研磨時間を十
分にとって導電膜を完全に除去する必要がある。Therefore, in order to prevent a situation in which metal wirings are short-circuited, it is necessary to completely remove the conductive film by allowing sufficient polishing time for the conductive film on the insulating film.
【0008】ところが、前述したように、導電膜に対す
る研磨速度が絶縁膜に対する研磨速度よりも大きいため
に、プラグや配線等が多く形成されているパターン領域
の絶縁膜の表面に加わる研磨の圧力は、プラグや配線等
が殆ど形成されていない非パターン領域の絶縁膜の表面
に加わる研磨の圧力よりも大きくなる。このため、絶縁
膜におけるパターン領域においては、研磨速度が非パタ
ーン領域の研磨速度よりも大きくなるので、絶縁膜が研
磨のストッパーになり難い。従って、図8(b)に示す
ように、パターン領域(図8における右側の領域)にお
いては、非パターン領域(図8における左側の領域)に
比べて、絶縁膜が大きく研磨されてしまう。このように
絶縁膜の表面が凹状になる現象を絶縁膜エロージョン
(Erosion)という。However, as described above, since the polishing rate for the conductive film is higher than the polishing rate for the insulating film, the polishing pressure applied to the surface of the insulating film in the pattern region where many plugs and wirings are formed is limited. The polishing pressure is larger than the polishing pressure applied to the surface of the insulating film in the non-pattern region where almost no plugs and wirings are formed. For this reason, in the pattern region of the insulating film, the polishing rate is higher than that in the non-pattern region, so that the insulating film is unlikely to become a polishing stopper. Therefore, as shown in FIG. 8B, the insulating film is more polished in the pattern region (the right region in FIG. 8) than in the non-pattern region (the left region in FIG. 8). The phenomenon that the surface of the insulating film becomes concave is called insulating film erosion.
【0009】絶縁膜エロージョンは、パターン領域にお
いてプラグや配線の占める面積の割合が大きくなればな
るほど顕著に現われ、絶縁膜におけるパターン領域の膜
厚は非パターン領域の膜厚に比べて小さくなる。また、
絶縁膜エロージョンの度合いは、パターン領域で絶縁膜
が露出してから研磨が続行される時間の長さに依存す
る。このため、導電膜に対する研磨速度が基板面内にお
いて均一でない場合には、絶縁膜に数100nm程度の
膜厚差が発生することがある。The erosion of the insulating film appears more remarkably as the proportion of the area occupied by the plug or wiring in the pattern region increases, and the film thickness of the pattern region in the insulating film becomes smaller than that of the non-pattern region. Also,
The degree of the insulating film erosion depends on the length of time during which polishing is continued after the insulating film is exposed in the pattern region. Therefore, when the polishing rate for the conductive film is not uniform in the substrate surface, a thickness difference of about several hundred nm may occur in the insulating film.
【0010】前述のように、タングステンよりなるプラ
グ7を化学機械研磨法により形成する場合には、酸化膜
2の上に順次堆積されたチタン膜4、窒化チタン膜5及
びタングステン膜6を、研磨粒子としてアルミナを含む
と共に酸化剤として硝酸鉄、ヨウ素酸カリウム又は過酸
化水素を含む研磨剤を使用して酸化膜2を完全に露出さ
せているが、前記の研磨剤を用いて研磨すると、酸化膜
2例えばプラズマTEOS膜に対する研磨速度はタング
ステン膜6に対する研磨速度の3分の1程度以下である
から、酸化膜2が研磨のストッパーの役割を果たす。As described above, when the plug 7 made of tungsten is formed by the chemical mechanical polishing method, the titanium film 4, the titanium nitride film 5, and the tungsten film 6 sequentially deposited on the oxide film 2 are polished. The oxide film 2 is completely exposed by using an abrasive containing iron nitrate, potassium iodate, or hydrogen peroxide as an oxidizing agent while containing alumina as particles. Since the polishing rate for the film 2, for example, the plasma TEOS film, is about one third or less of the polishing rate for the tungsten film 6, the oxide film 2 serves as a polishing stopper.
【0011】これに対して、酸化膜2に対する研磨速度
とタングステン膜2に対する研磨速度とを同等にするこ
とも考慮されるが、このようにすると、研磨の終点検出
が困難になる。仮に定盤の回転トルクの変化等により終
点検出が可能であっても、酸化膜2に対する研磨速度が
大きいために酸化膜2が大きく研磨されてしまう可能性
がある。On the other hand, it is considered that the polishing rate for the oxide film 2 and the polishing rate for the tungsten film 2 are made equal, but this makes it difficult to detect the end point of polishing. Even if the end point can be detected by a change in the rotation torque of the surface plate or the like, the oxide film 2 may be greatly polished because the polishing rate for the oxide film 2 is high.
【0012】従って、研磨の終点検出を行なっても、酸
化膜に対する研磨速度が大きいために基板全面に亘って
酸化膜が大きく研磨されてしまうこと、及び研磨速度の
基板面内の不均一性により酸化膜の膜厚のばらつきが大
きくなることの2つの問題を避けるために、酸化膜に対
する研磨速度がタングステン膜に対する研磨速度よりも
十分に小さくなる方向で研磨剤の開発が行なわれている
ので、量産時においても、このような研磨速度の選択比
を持つ研磨剤が使用される可能性が高い。Therefore, even if the end point of polishing is detected, the oxide film is greatly polished over the entire surface of the substrate due to the high polishing rate against the oxide film, and the polishing rate is not uniform within the substrate surface. In order to avoid the two problems of the large variation in the thickness of the oxide film, the polishing agent has been developed in a direction in which the polishing rate for the oxide film is sufficiently smaller than the polishing rate for the tungsten film. Even in mass production, there is a high possibility that an abrasive having such a polishing rate selection ratio will be used.
【0013】図9は、研磨粒子としてアルミナを含み、
酸化剤としてヨウ素酸カリウムを含む研磨剤を用いて化
学機械研磨を行なって、酸化膜にタングステンよりなる
プラグを形成した場合の酸化膜エロージョンの一例を示
しており、図10は、研磨粒子としてアルミナを含み、
酸化剤として硝酸鉄を含む研磨剤を用いて化学機械研磨
を行なって、酸化膜にタングステンよりなるプラグを形
成した場合の酸化膜エロージョンの一例を示している。
尚、図9及び図10において、ホールパターン領域とは
酸化膜の面積に対してタングステンよりなるプラグの占
める面積が10%程度の領域を示しており、非パターン
領域とは酸化膜の面積に対してタングステンよりなるプ
ラグの占める面積が0%の領域を示している。FIG. 9 includes alumina as abrasive particles,
FIG. 10 shows an example of oxide film erosion when a plug made of tungsten is formed in an oxide film by performing chemical mechanical polishing using an abrasive containing potassium iodate as an oxidizing agent. Including
An example of oxide film erosion when a plug made of tungsten is formed in an oxide film by performing chemical mechanical polishing using an abrasive containing iron nitrate as an oxidizing agent is shown.
9 and 10, the hole pattern region indicates a region where the area of the plug made of tungsten is about 10% of the area of the oxide film, and the non-pattern region indicates the area of the oxide film. The area occupied by the plug made of tungsten is 0%.
【0014】図9及び図10に示すように、ホールパタ
ーン領域において酸化膜エロージョンが発生している。
もっとも、図10に示す場合には、図9に示す場合に比
べて、酸化膜エロージョンは小さいが、特異な現象つま
りホールパターン領域の周縁部において膜厚が極端に減
少する現象が生じている。これは、硝酸鉄の場合に用い
られるアルミナの粒子サイズが、他の酸化剤の場合のア
ルミナの粒子サイズに比べて小さいことに起因している
と考えられる。従って、図10に示す場合にもホールパ
ターン領域の周縁部における酸化膜エロージョンが問題
になる。As shown in FIGS. 9 and 10, oxide erosion occurs in the hole pattern region.
Although the oxide film erosion is smaller in the case shown in FIG. 10 than in the case shown in FIG. 9, a peculiar phenomenon, that is, a phenomenon in which the film thickness is extremely reduced at the periphery of the hole pattern region occurs. This is considered to be due to the fact that the particle size of alumina used in the case of iron nitrate is smaller than the particle size of alumina in the case of other oxidizing agents. Therefore, also in the case shown in FIG. 10, the oxide film erosion at the peripheral portion of the hole pattern region becomes a problem.
【0015】大きな酸化膜エロージョンが発生すると次
のような問題が発生する。すなわち、基板面内において
プラグ及び酸化膜の高さがばらつくために、配線容量又
は抵抗ばらつきが発生する。また、酸化膜エロージョン
が局所的に起きると、酸化膜上に堆積されるアルミニウ
ム等よりなる配線の断面積がエロージョン部分で減少し
て、抵抗の増大及び信頼性の低下が起きる。さらに、酸
化膜に配線が形成される場合には、配線の高さ(すなわ
ち断面積)が減少するので、配線抵抗の増大、信頼性の
低下及び抵抗ばらつきが起きる。The following problem occurs when large oxide film erosion occurs. That is, since the heights of the plug and the oxide film vary in the substrate plane, wiring capacitance or resistance variation occurs. Further, when erosion of the oxide film occurs locally, the cross-sectional area of the wiring made of aluminum or the like deposited on the oxide film decreases in the erosion portion, thereby increasing the resistance and lowering the reliability. Further, when the wiring is formed on the oxide film, the height (that is, the cross-sectional area) of the wiring decreases, so that the wiring resistance increases, the reliability decreases, and the resistance varies.
【0016】また、パターン領域においては研磨速度が
相対的に大きい一方、非パターン領域においては研磨速
度が相対的に小さいために、パターン領域においてプラ
グや配線が露出してから後も、非パターン領域に残存す
る導電膜に対して研磨を続行しなければならないため、
パターン領域の酸化膜は長時間に亘って研磨剤に含まれ
るアルミナ粒子によって機械的に研磨されるので、研磨
時間の長さにも関係するが、パターン領域の酸化膜の表
面に直径数10μm、深さ数10〜数100nm程度の
大きなキズ(マイクロスクラッチと称する。)が多数発
生してしまう。キズが発生した酸化膜の上にアルミニウ
ム等よりなる配線が形成されると、配線抵抗の増大及び
デバイスの信頼性の低下が起きる。Further, since the polishing rate is relatively high in the pattern area, and the polishing rate is relatively low in the non-pattern area, the non-pattern area is maintained even after the plug or wiring is exposed in the pattern area. Polishing must be continued for the remaining conductive film,
Since the oxide film in the pattern region is mechanically polished by alumina particles contained in the polishing agent for a long time, the surface of the oxide film in the pattern region has a diameter of several 10 μm, Many large scratches (called micro scratches) having a depth of about several tens to several hundreds of nm are generated. If a wiring made of aluminum or the like is formed on the scratched oxide film, the wiring resistance increases and the device reliability decreases.
【0017】そこで、研磨粒子としてシリカを含み、p
H調整剤として水酸化カリウム等を含む研磨剤を用いて
酸化膜に対して若干の2次研磨を行なって、酸化膜の表
面を滑らかにする方法が提案されているが、キズが大き
い場合には若干の2次研磨ではキズを完全になくすこと
はできない。Therefore, silica is contained as abrasive particles, and p
A method has been proposed in which the oxide film is slightly secondary-polished using an abrasive containing potassium hydroxide or the like as an H adjuster to smooth the surface of the oxide film. However, scratches cannot be completely eliminated by slight secondary polishing.
【0018】前記に鑑み、本発明は、絶縁膜エロージョ
ンを低減すると共に、絶縁膜の表面にキズができないよ
うにすることを目的とする。In view of the foregoing, it is an object of the present invention to reduce the erosion of an insulating film and to prevent the surface of the insulating film from being scratched.
【0019】[0019]
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明は、絶縁膜にプラグや配線よりなる埋め込み
配線を形成する場合には、プラグや配線となる上層の導
電膜の材料と、下地膜となる下層の導電膜の材料とが異
なることを利用し、下層の導電膜に対する研磨速度が上
層の導電膜に対する研磨速度よりも遅くなるような研磨
剤を用いて第1の研磨工程を行なった後、下層の導電膜
に対する研磨速度が絶縁膜に対する研磨速度に比べて同
程度以上である研磨剤を用いて第2の研磨工程を行なう
ものである。すなわち、従来の1次研磨を第1の研磨工
程と第2の研磨工程とに分けて行なうものである。従っ
て、第2の研磨工程が終了した後に、従来と同様の2次
研磨を行なってもよい。In order to achieve the above object, the present invention relates to a method of forming a buried wiring made of a plug or a wiring in an insulating film, the material of the upper conductive film serving as the plug or the wiring. A first polishing step using a polishing agent such that the polishing rate for the lower conductive film is lower than the polishing rate for the upper conductive film, utilizing the fact that the material of the lower conductive film serving as the base film is different. After that, the second polishing step is performed using a polishing agent having a polishing rate for the lower conductive film that is about the same or higher than the polishing rate for the insulating film. That is, the conventional primary polishing is performed separately in a first polishing step and a second polishing step. Therefore, after the second polishing step is completed, secondary polishing similar to the conventional one may be performed.
【0020】本発明に係る埋め込み配線の形成方法は、
基板上に絶縁膜を堆積する絶縁膜堆積工程と、前記絶縁
膜におけるプラグ又は配線の形成領域に凹部を形成する
凹部形成工程と、前記絶縁膜の上における前記凹部を含
む領域に下層の導電膜を堆積する下層導電膜堆積工程
と、前記下層の導電膜の上における前記凹部を含む領域
にプラグ又は配線の主材料よりなる上層の導電膜を堆積
する上層導電膜堆積工程と、前記上層の導電膜に対し
て、前記下層の導電膜に対する研磨速度が前記上層の導
電膜に対する研磨速度よりも小さい研磨速度選択比を有
する第1の研磨剤を用いて、前記上層の導電膜が前記凹
部の領域を除いて除去される一方前記下層の導電膜が残
存するように化学機械研磨を行なう第1の研磨工程と、
前記下層の導電膜に対して、前記下層の導電膜に対する
研磨速度が前記絶縁膜に対する研磨速度に比べて同程度
以上である第2の研磨剤を用いて、前記下層の導電膜が
前記凹部の領域を除いて完全に除去される一方前記絶縁
膜が残存するように化学機械研磨を行なう第2の研磨工
程とを備えている。The method for forming an embedded wiring according to the present invention comprises:
An insulating film depositing step of depositing an insulating film on a substrate, a concave part forming step of forming a concave part in a region where a plug or a wiring is formed in the insulating film, and a lower conductive film in a region including the concave part on the insulating film An upper conductive film deposition step of depositing an upper conductive film made of a main material of a plug or a wiring in a region including the recess on the lower conductive film; and For the film, the upper conductive film is formed in a region of the concave portion by using a first polishing agent having a polishing rate selectivity in which the polishing rate for the lower conductive film is smaller than the polishing rate for the upper conductive film. A first polishing step of performing chemical mechanical polishing so that the lower conductive film remains while removing except for,
For the lower conductive film, the lower conductive film is formed in the concave portion by using a second abrasive having a polishing rate for the lower conductive film that is substantially equal to or higher than the polishing rate for the insulating film. A second polishing step of performing chemical mechanical polishing such that the insulating film remains while removing the insulating film completely except for the region.
【0021】本発明に係る埋め込み配線の形成方法によ
ると、基板を研磨パッドに押圧する加圧力が基板面内に
おいてばらついていたり、上層の導電膜の膜厚がばらつ
いていたりするために、上層の導電膜に対する研磨時に
下層の導電膜が露出する部分と上層の導電膜が残存する
部分とが混在して、上層の導電膜及び下層の導電膜の合
計膜厚にばらつきが生じても、第1の研磨工程において
は、上層の導電膜に対する研磨速度が下層の導電膜に対
する研磨速度よりも大きい研磨速度選択比を持つ第1の
研磨剤を用いて研磨するので、露出した下層の導電膜に
対する研磨速度が遅くなる一方、残存する上層の導電膜
に対する研磨速度が速くなる。According to the method of forming an embedded wiring according to the present invention, the pressing force for pressing the substrate against the polishing pad varies within the substrate surface, and the thickness of the upper conductive film varies. Even when the portion where the lower conductive film is exposed and the portion where the upper conductive film remains when the conductive film is polished are mixed and the total thickness of the upper conductive film and the lower conductive film varies, the first In the polishing step, the polishing is performed using the first abrasive having a polishing rate selection ratio in which the polishing rate for the upper conductive film is higher than the polishing rate for the lower conductive film. While the speed is reduced, the polishing rate for the remaining upper conductive film is increased.
【0022】また、第2の研磨工程においては、下層の
導電膜に対する研磨速度が絶縁膜に対する研磨速度に比
べて同程度以上である研磨速度選択比を持つ第2の研磨
剤を用いて研磨するため、プラグや配線が多く形成され
ているパターン領域とプラグや配線が殆ど形成されてい
ない非パターン領域とがほぼ等しい研磨速度で研磨され
る。In the second polishing step, polishing is performed using a second polishing agent having a polishing rate selection ratio in which the polishing rate for the lower conductive film is substantially equal to or higher than the polishing rate for the insulating film. Therefore, the pattern region where many plugs and wirings are formed and the non-pattern region where few plugs and wirings are formed are polished at approximately the same polishing rate.
【0023】本発明に係る埋め込み配線の形成方法にお
いて、前記第1の研磨工程における前記第1の研磨剤
は、前記絶縁膜に対する研磨速度が前記上層の導電膜に
対する研磨速度の3分の1以下であるような研磨速度選
択比を有していることが好ましい。In the method for forming an embedded wiring according to the present invention, the first polishing agent in the first polishing step may have a polishing rate for the insulating film of one third or less of a polishing rate for the upper conductive film. It is preferable to have a polishing rate selection ratio as follows.
【0024】本発明に係る埋め込み配線の形成方法にお
いて、前記第1の研磨剤は、前記下層の導電膜に対する
研磨速度が前記上層の導電膜に対する研磨速度の2分の
1以下である研磨速度選択比を有していることが好まし
い。In the method for forming a buried wiring according to the present invention, the first polishing agent may have a polishing rate selected from the group consisting of a polishing rate for the lower conductive film and a polishing rate for the upper conductive film which are not more than half of the polishing rate for the upper conductive film. Preferably, it has a ratio.
【0025】本発明に係る埋め込み配線の形成方法にお
いて、前記第2の研磨剤は、前記上層の導電膜に対する
研磨能力を有していることが好ましい。In the method for forming an embedded wiring according to the present invention, it is preferable that the second abrasive has a polishing ability for the upper conductive film.
【0026】本発明に係る埋め込み配線の形成方法にお
いて、前記第2の研磨剤は、前記上層の導電膜に対する
研磨速度が前記絶縁膜に対する研磨速度の3倍以下であ
る研磨速度選択比を有していることが好ましい。In the method for forming a buried interconnect according to the present invention, the second polishing agent has a polishing rate selection ratio at which the polishing rate for the upper conductive film is three times or less the polishing rate for the insulating film. Is preferred.
【0027】本発明に係る埋め込み配線の形成方法にお
いて、前記第1の研磨工程は、前記上層の導電膜が前記
凹部の領域を除いて完全に除去されるまで化学機械研磨
を行なうことが好ましい。In the method for forming a buried interconnect according to the present invention, it is preferable that in the first polishing step, chemical mechanical polishing is performed until the upper conductive film is completely removed except for the region of the concave portion.
【0028】本発明に係る埋め込み配線の形成方法は、
前記下層導電膜堆積工程と前記上層導電膜堆積工程との
間に、前記下層の導電膜の上における前記凹部を含む領
域に中間層の導電膜を堆積する中間層導電膜堆積工程を
さらに備えており、前記第1の研磨工程は、前記中間層
の導電膜を前記凹部の領域を除いて除去する工程を含む
ことが好ましい。The method for forming an embedded wiring according to the present invention comprises:
Further comprising an intermediate conductive film depositing step of depositing an intermediate conductive film in a region including the recess on the lower conductive film, between the lower conductive film depositing step and the upper conductive film depositing step; Preferably, the first polishing step includes a step of removing the conductive film of the intermediate layer except for a region of the concave portion.
【0029】この場合、前記第2の研磨剤は、前記中間
層の導電膜に対する研磨速度が前記下層の導電膜に対す
る研磨速度よりも大きい研磨速度選択比を有しているこ
とがより好ましい。In this case, it is more preferable that the second polishing agent has a polishing rate selection ratio in which the polishing rate for the conductive film of the intermediate layer is higher than the polishing rate for the conductive film of the lower layer.
【0030】前記の場合、前記第1の研磨工程は、前記
中間層の導電膜が前記凹部の領域を除いて完全に除去さ
れるまで化学機械研磨を行なうことがより好ましい。In the above case, it is more preferable that in the first polishing step, chemical mechanical polishing is performed until the conductive film of the intermediate layer is completely removed except for the region of the concave portion.
【0031】本発明に係る埋め込み配線の形成方法にお
いて、前記下層の導電膜がチタン膜であると共に前記上
層の導電膜はタングステン膜であり、前記第1の研磨工
程における前記第1の研磨剤は、研磨粒子としてアルミ
ナ又はシリカを含むと共に酸化剤として硝酸鉄又はヨウ
素酸カリウムを含むことが好ましい。In the method of forming an embedded wiring according to the present invention, the lower conductive film is a titanium film and the upper conductive film is a tungsten film, and the first polishing agent in the first polishing step is It is preferable that alumina or silica is contained as abrasive particles and iron nitrate or potassium iodate is contained as an oxidizing agent.
【0032】本発明に係る埋め込み配線の形成方法にお
いて、前記絶縁膜はシリコン酸化膜であると共に前記下
層の導電膜はチタン膜であり、前記第2の研磨工程にお
ける前記第2の研磨剤は、研磨粒子としてシリカを含む
と共にpH調整剤として水酸化アンモニウム又は水酸化
カリウムを含むことが好ましい。In the method of forming a buried interconnect according to the present invention, the insulating film is a silicon oxide film and the lower conductive film is a titanium film, and the second polishing agent in the second polishing step is: It is preferable to include silica as abrasive particles and ammonium hydroxide or potassium hydroxide as a pH adjuster.
【0033】[0033]
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態に係る
埋め込み配線形成方法として、酸化膜よりなる絶縁膜に
タングステンよりなるプラグを形成する方法について図
1(a)〜(c)を参照しながら説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, as a method of forming a buried wiring according to an embodiment of the present invention, a method of forming a plug made of tungsten in an insulating film made of an oxide film will be described with reference to FIGS. 1 (a) to 1 (c). I will explain while.
【0034】(導電膜堆積工程)まず、図1(a)に示
すように、半導体基板11の上に、例えばCVD法によ
り絶縁膜としての例えば厚さ1.2μmの酸化膜12を
堆積する。次に、酸化膜12の上に、プラグ形成領域に
開口部を有するレジストパターンを形成した後、該レジ
ストパターンをマスクとして酸化膜12に対してエッチ
ングを行なって、酸化膜12に例えば直径0.5μmの
スルーホール13を形成し、その後、レジストを除去す
る。尚、スルーホール13の代わりに、コンタクトホー
ルであってもよい。スルーホールとは、上層の配線と下
層の配線とを接続するためのホールを意味し、コンタク
トホールとは、配線と基板とを接続するためのホールを
意味する。(Conductive Film Deposition Step) First, as shown in FIG. 1A, an oxide film 12 having a thickness of, for example, 1.2 μm as an insulating film is deposited on a semiconductor substrate 11 by, for example, a CVD method. Next, after forming a resist pattern having an opening in the plug formation region on the oxide film 12, the oxide film 12 is etched using the resist pattern as a mask. A through hole 13 of 5 μm is formed, and then the resist is removed. Note that a contact hole may be used instead of the through hole 13. The through hole means a hole for connecting an upper wiring and a lower wiring, and the contact hole means a hole for connecting a wiring and a substrate.
【0035】次に、スルーホール13を含む酸化膜12
の上に全面に亘って、例えばPVD法により、下層の導
電膜としての膜厚30nmのチタン膜14と、中間層の
導電膜としての膜厚100nmの窒化チタン膜15とを
順次堆積する。その後、例えばCVD法により、全面に
亘って主プラグ材料であるタングステンよりなる上層の
導電膜としての膜厚600nmのタングステン膜16を
堆積する。尚、窒化チタン膜15は、タングステン膜1
6のタングステンと下層のアルミニウム配線のアルミニ
ウムとが相互に拡散すること(コンタクトホールの場合
には、タングステンと基板のシリコンとが相互に拡散す
ること)を防止するために堆積され、チタン膜14は窒
化チタン膜15の酸化膜12に対する密着性を向上させ
るために堆積される。尚、コンタクトホールの場合に
は、密着性の向上のほかに、タングステンと基板との間
の接触抵抗を小さくする働きがある。すなわち、窒化チ
タン膜15はバリア層としての機能を有し、チタン膜1
4は密着層としての機能を有している。Next, the oxide film 12 including the through holes 13
A 30 nm-thick titanium film 14 as a lower conductive film and a 100 nm-thick titanium nitride film 15 as an intermediate conductive film are sequentially deposited over the entire surface by, eg, PVD. Thereafter, a tungsten film 16 having a thickness of 600 nm as an upper conductive film made of tungsten as a main plug material is deposited over the entire surface by, for example, a CVD method. Incidentally, the titanium nitride film 15 is the tungsten film 1.
6 is deposited to prevent mutual diffusion of tungsten (6) and aluminum of the lower layer aluminum wiring (in the case of a contact hole, mutual diffusion of tungsten and silicon of the substrate). The titanium nitride film 15 is deposited to improve the adhesion to the oxide film 12. In the case of the contact hole, in addition to the improvement of the adhesion, the contact hole has a function of reducing the contact resistance between the tungsten and the substrate. That is, the titanium nitride film 15 has a function as a barrier layer, and the titanium film 1
4 has a function as an adhesion layer.
【0036】(第1の研磨工程)次に、タングステン膜
16及び窒化チタン膜15に対して、タングステン膜1
6に対する研磨速度がチタン膜14に対する研磨速度よ
りも大きい研磨剤を用いて第1の研磨工程を行なって、
図1(b)に示すように、チタン膜14を残存させると
共に、スルーホール13の外部に堆積されているタング
ステン膜16及び窒化チタン膜15を除去する。尚、こ
の第1の研磨工程においては、タングステン膜16及び
窒化チタン膜15が多少残存してもよいし、酸化膜12
が部分的に若干露出してもよい。(First Polishing Step) Next, the tungsten film 1 and the titanium nitride film 15 are
The first polishing step is performed by using a polishing agent whose polishing rate for No. 6 is higher than the polishing rate for the titanium film 14,
As shown in FIG. 1B, while leaving the titanium film 14, the tungsten film 16 and the titanium nitride film 15 deposited outside the through hole 13 are removed. In the first polishing step, the tungsten film 16 and the titanium nitride film 15 may remain to some extent, or the oxide film 12
May be slightly exposed partially.
【0037】タングステン膜16に対する研磨速度がチ
タン膜14に対する研磨速度よりも大きい研磨剤として
は、研磨粒子としてアルミナを含むと共に酸化剤として
硝酸鉄を含む研磨剤が挙げられる。このような研磨剤を
用いて第1の研磨工程を行なう場合、タングステン膜1
6に対する研磨速度と窒化チタン膜15に対する研磨速
度とはほぼ等しいが、チタン膜14に対する研磨速度は
タングステン膜16に対する研磨速度の5分の1程度で
あるため、第1の研磨工程をチタン膜14が残存する状
態で終了することが容易である。尚、ここで言う研磨速
度とは、パターンが形成されていない半導体基板の上に
全面に堆積された膜に対して研磨を行なう場合の速度で
ある。Examples of the polishing agent whose polishing rate for the tungsten film 16 is higher than the polishing rate for the titanium film 14 include polishing agents containing alumina as abrasive particles and iron nitrate as an oxidizing agent. When performing the first polishing step using such an abrasive, the tungsten film 1
The polishing rate for the titanium nitride film 15 is substantially equal to the polishing rate for the titanium nitride film 15, but the polishing rate for the titanium film 14 is about one-fifth of the polishing rate for the tungsten film 16. It is easy to end with the remaining. Note that the polishing rate referred to here is a rate when polishing a film deposited on the entire surface of a semiconductor substrate on which no pattern is formed.
【0038】このような観点から、チタン膜14のよう
な下層の導電膜に対する研磨速度が、タングステン膜1
6のような上層の導電膜に対する研磨速度よりも小さい
ことが好ましい。この場合、研磨速度比が2分の1程度
以下になるように、上層の導電膜及び下層の導電膜の材
料を選択したり又は研磨剤を選択したりすることがより
好ましい。From such a viewpoint, the polishing rate for the lower conductive film such as the titanium film 14 is reduced by the tungsten film 1.
It is preferable that the polishing rate is smaller than the polishing rate for the upper conductive film such as 6. In this case, it is more preferable to select the material of the upper conductive film and the lower conductive film or to select the abrasive so that the polishing rate ratio is about half or less.
【0039】尚、前記のように、上層の導電膜の下に、
中間層の導電膜及び下層の導電膜よりなる積層構造の下
地膜が堆積される場合においても、下層の導電膜に対す
る研磨速度が上層の導電膜に対する研磨速度よりも小さ
ければよい。As described above, below the upper conductive film,
In the case where a base film having a stacked structure including the intermediate conductive film and the lower conductive film is deposited, the polishing rate for the lower conductive film may be lower than the polishing rate for the upper conductive film.
【0040】前述したように、第1の研磨工程の終了時
において、酸化膜12が若干露出してもよいが、酸化膜
エロージョンの回避という観点からは、酸化膜12は全
く露出しない方が好ましい。もっとも、実際には、研磨
速度の基板面内の不均一性により、プラグホール以外の
タングステン膜16つまり酸化膜12の上に堆積された
タングステン膜16を完全に除去しようとする場合、基
板に対する加圧力のばらつき又は導電膜の膜厚のばらつ
きに起因して酸化膜12が露出してしまう可能性があ
る。前記の研磨剤によると、チタン膜14に対する研磨
速度は、タングステン膜16や窒化チタン膜15に対す
る研磨速度の5分の1程度であるから、研磨速度の基板
面内における均一性が或る程度確保されれば、酸化膜1
2が露出しない状態で第1の研磨工程を終了することは
可能である。As described above, at the end of the first polishing step, the oxide film 12 may be slightly exposed, but from the viewpoint of avoiding oxide film erosion, it is preferable that the oxide film 12 is not exposed at all. . However, in practice, when the tungsten film 16 other than the plug holes, that is, the tungsten film 16 deposited on the oxide film 12 is to be completely removed due to the non-uniformity of the polishing rate in the substrate surface, the polishing on the substrate is required. Oxide film 12 may be exposed due to a variation in pressure or a variation in thickness of the conductive film. According to the above-mentioned polishing agent, the polishing rate for the titanium film 14 is about one fifth of the polishing rate for the tungsten film 16 and the titanium nitride film 15, so that the polishing rate is maintained to a certain degree in the substrate surface. If done, oxide film 1
It is possible to end the first polishing step in a state where 2 is not exposed.
【0041】しかしながら、研磨速度の基板面内におけ
る均一性が悪い場合には、前記の研磨速度選択比では不
十分であり、酸化膜12が露出してしまう可能性があ
る。従って、チタン膜14が殆ど研磨されないような研
磨剤を用いる必要がある。但し、この場合には、酸化膜
12は露出しないため、酸化膜12に対する研磨速度は
考量する必要がない。However, when the polishing rate is not uniform in the substrate surface, the above-mentioned polishing rate selection ratio is not sufficient, and the oxide film 12 may be exposed. Therefore, it is necessary to use an abrasive that hardly polishes the titanium film 14. However, in this case, since the oxide film 12 is not exposed, it is not necessary to consider the polishing rate for the oxide film 12.
【0042】ところで、酸化膜エロージョンは酸化膜1
2が露出してからの研磨時間にほぼ比例するため、酸化
膜12が露出してからの研磨時間が短ければ酸化膜エロ
ージョンは小さくなる。従って、第1の研磨工程の終了
時において、酸化膜12が若干露出しても差し支えな
い。By the way, the oxide film erosion corresponds to the oxide film 1.
Since the polishing time after the exposure of the oxide film 12 is substantially proportional to the polishing time, the erosion of the oxide film is reduced if the polishing time after the exposure of the oxide film 12 is short. Therefore, at the end of the first polishing step, the oxide film 12 may be slightly exposed.
【0043】尚、第1の研磨工程に用いる研磨剤に含ま
れる酸化剤としては、硝酸鉄に代えて、ヨウ素酸カリウ
ム又は過酸化水素等であってもよい。酸化剤としてヨウ
素酸カリウム又は過酸化水素を用いる場合には、チタン
膜14に対する研磨速度のタングステン膜16に対する
研磨速度比は硝酸鉄の場合の研磨速度選択比の2分の1
程度であるが、タングステン膜16及び窒化チタン膜1
5を除去する一方、チタン膜14を残存させる状態で第
1の研磨工程を終了することは可能である。The oxidizing agent contained in the polishing agent used in the first polishing step may be potassium iodate or hydrogen peroxide instead of iron nitrate. When potassium iodate or hydrogen peroxide is used as the oxidizing agent, the polishing rate ratio of the polishing rate for the titanium film 14 to the tungsten film 16 is one half of the selection rate for the polishing rate for iron nitrate.
To a degree, the tungsten film 16 and the titanium nitride film 1
It is possible to end the first polishing step in a state where titanium film 14 remains while removing 5.
【0044】また、第1の研磨工程に用いる研磨剤に含
まれる研磨粒子としては、アルミナに代えて、シリカ等
でもよい。The abrasive particles contained in the abrasive used in the first polishing step may be silica instead of alumina.
【0045】第1の研磨工程の終了のタイミングは、研
磨時間の制御により行なってもよいが、チタン膜14に
対する研磨速度が小さいので、定盤の回転トルクの変
化、研磨パッドの表面温度の変化又は半導体基板11を
保持するキャリアーの振動の変化等を終点検出に用いる
ことが好ましい。このようにすると、チタン膜14が残
存する状態で第1の研磨工程を確実に終了することがで
きる。The end of the first polishing step may be controlled by controlling the polishing time. However, since the polishing rate for the titanium film 14 is low, the change in the rotation torque of the platen and the change in the surface temperature of the polishing pad are caused. Alternatively, it is preferable to use a change in the vibration of the carrier holding the semiconductor substrate 11 or the like for the end point detection. By doing so, the first polishing step can be surely completed in a state where the titanium film 14 remains.
【0046】(第2の研磨工程)次に、チタン膜14に
対して、チタン膜14に対する研磨速度が酸化膜12に
対する研磨速度と同程度か又はそれ以上である研磨剤を
用いて第2の研磨工程を行なって、図1(c)に示すよ
うに、タングステン膜16よりなるプラグ17を形成す
ると共に酸化膜12を完全に露出させる。(Second Polishing Step) Next, a second polishing agent is applied to the titanium film 14 using a polishing agent whose polishing rate for the titanium film 14 is equal to or higher than that for the oxide film 12. By performing a polishing process, as shown in FIG. 1C, a plug 17 made of a tungsten film 16 is formed and the oxide film 12 is completely exposed.
【0047】この場合、チタン膜14に対する研磨速度
が酸化膜12に対する研磨速度よりも小さいと、例え
ば、チタン膜14に対する研磨速度が酸化膜12に対す
る研磨速度の0.5倍程度未満であると、酸化膜12の
上に残存しているチタン膜14の膜厚ばらつきよりも大
きな酸化膜の膜厚ばらつきが発生するので好ましくな
い。In this case, if the polishing rate for the titanium film 14 is smaller than the polishing rate for the oxide film 12, for example, if the polishing rate for the titanium film 14 is less than about 0.5 times the polishing rate for the oxide film 12, It is not preferable because the thickness variation of the oxide film is larger than the thickness variation of the titanium film 14 remaining on the oxide film 12.
【0048】また、チタン膜14に対する研磨速度は、
酸化膜12に対する研磨速度と同程度か又はそれ以上で
あると前述したが、チタン膜14に対する研磨速度が酸
化膜12に対する研磨速度よりもかなり大きくなると、
酸化膜12が露出してから後、タングステンよりなるプ
ラグ17の側面に堆積しているチタン膜14に対する研
磨がどんどん進むので、酸化膜エロージョンが起きる。
従って、酸化膜エロージョンが大きくならないように、
チタン膜14に対する研磨速度と酸化膜12に対する研
磨速度との研磨速度比を選択することが好ましい。The polishing rate for the titanium film 14 is as follows:
As described above, the polishing rate for the oxide film 12 is equal to or higher than the polishing rate. However, when the polishing rate for the titanium film 14 is considerably higher than the polishing rate for the oxide film 12,
After the oxide film 12 is exposed, polishing of the titanium film 14 deposited on the side surface of the plug 17 made of tungsten progresses more and more, so that oxide film erosion occurs.
Therefore, to prevent oxide film erosion from increasing,
It is preferable to select a polishing rate ratio between the polishing rate for the titanium film 14 and the polishing rate for the oxide film 12.
【0049】チタン膜14に対する研磨速度と酸化膜1
2に対する研磨速度とが同程度となる研磨剤としては、
研磨粒子としてシリカを含むと共にpH調整剤として水
酸化アンモニウムを含む研磨剤が挙げられる。Polishing rate for titanium film 14 and oxide film 1
As an abrasive having a polishing rate comparable to that of No. 2,
Abrasives containing silica as abrasive particles and ammonium hydroxide as a pH adjuster may be mentioned.
【0050】尚、第2の研磨工程に用いる研磨剤に含ま
れる研磨粒子としては、シリカに代えてセリウムを用い
ることができ、pH調整剤としては、水酸化アンモニウ
ムに代えて水酸化カリウム等を用いることができる。ま
た、第2の研磨工程に用いる研磨剤としては、中性の研
磨剤又は有機アルカリを含む研磨剤等を用いることがで
きる。Incidentally, as the abrasive particles contained in the abrasive used in the second polishing step, cerium can be used instead of silica, and as the pH adjuster, potassium hydroxide or the like can be used instead of ammonium hydroxide. Can be used. Further, as the abrasive used in the second polishing step, a neutral abrasive, an abrasive containing an organic alkali, or the like can be used.
【0051】この第2の研磨工程においては、酸化膜1
2の上に残存している窒化チタン膜15やチタン膜14
の膜厚が小さいため、研磨の終点検出に払う注意が少な
くてもよいので、時間制御によって研磨を終了すること
ができる。もっとも、定盤の回転トルクの変化等から終
点検出を行なってもよい。In the second polishing step, the oxide film 1
Titanium film 15 and titanium film 14 remaining on
Since the film thickness is small, attention to be paid to the detection of the polishing end point may be reduced, and therefore, the polishing can be completed by time control. Of course, the end point may be detected from a change in the rotation torque of the surface plate.
【0052】尚、第1の研磨工程及び第2の研磨工程に
おいては、窒化チタン膜15に対する研磨については特
に説明しなかったが、第1の研磨工程に用いる前記の研
磨剤は、窒化チタン膜15に対する研磨速度とタングス
テン膜16に対する研磨速度とがほぼ等しく、第2の研
磨工程に用いる前記の研磨剤は、窒化チタン膜15に対
する研磨速度とチタン膜14に対する研磨速度とがほぼ
等しいので、特に問題にならない。In the first polishing step and the second polishing step, polishing of the titanium nitride film 15 is not particularly described. However, the polishing agent used in the first polishing step is a titanium nitride film. The polishing rate for the tungsten film 16 and the polishing rate for the tungsten film 16 are substantially equal, and the polishing agent used in the second polishing step has the same polishing rate for the titanium nitride film 15 and the polishing rate for the titanium film 14. It doesn't matter.
【0053】ところで、酸化膜を研磨のストッパーとす
るべく、酸化膜に対する研磨速度が、タングステン膜、
窒化チタン膜及びチタン膜に対する研磨速度よりも小さ
い研磨剤を用いると、酸化膜エロージョンが発生すると
いう点に鑑みて、タングステン膜16、窒化チタン膜1
5、チタン膜14及び酸化膜12に対する研磨速度がほ
ぼ等しい研磨剤を用いて、1回の研磨工程のみによって
プラグ又は配線を形成する方法も考慮されるが、このよ
うにすると、次のような弊害が発生する。By the way, in order to use the oxide film as a polishing stopper, the polishing rate for the oxide film should be
Tungsten film 16 and titanium nitride film 1 are taken into consideration in that oxide film erosion occurs when a titanium nitride film and a polishing agent having a polishing rate smaller than the polishing rate for the titanium film are used.
5, a method of forming plugs or wirings by only one polishing step using a polishing agent having substantially the same polishing rate for the titanium film 14 and the oxide film 12 is also considered. An adverse effect occurs.
【0054】第1の弊害として、チタン膜14に対する
研磨速度と酸化膜12に対する研磨速度とがほぼ等しい
ため、研磨の終点検出が難しいので、酸化膜12を大き
く研磨してしまう可能性がある。As a first problem, since the polishing rate for the titanium film 14 and the polishing rate for the oxide film 12 are almost equal, it is difficult to detect the end point of the polishing, so that the oxide film 12 may be polished largely.
【0055】第2の弊害として、半導体基板11を研磨
パッドに押圧する加圧力のばらつきに起因して、半導体
基板11の面内において研磨速度が均一でない場合、研
磨速度の大きい部分では、酸化膜12が大きく研磨され
てしまうので、酸化膜12の膜厚のばらつきが大きくな
る。研磨速度の基板面内不均一性NU(Non Uni
formity)は、最大研磨速度Max、最小研磨速
度Min及び平均研磨速度Aveを用いると、以下の式
で表される。すなわち、 NU=(Max−Min)/(2×Ave) 以下、プラグ材料として厚さ600nmのタングステン
膜を用い、下地材料として厚さ100nmの窒化チタン
膜及び厚さ30nmのチタン膜を用い、絶縁膜として酸
化膜を用いる場合における、導電膜(タングステン、窒
化チタン及びチタン)の膜厚と研磨時間との関係につい
て、図2〜図6を参照しながら説明する。尚、図2〜図
4は従来例を示しており、図5及び図6は本発明の実施
例を示している。また、図2〜図6において、導電膜の
膜厚がマイナスの領域は、酸化膜12に対する研磨の膜
厚を示している。As a second problem, when the polishing rate is not uniform in the plane of the semiconductor substrate 11 due to the variation in the pressing force for pressing the semiconductor substrate 11 against the polishing pad, the oxide film is formed in the portion where the polishing rate is high. Since the oxide film 12 is greatly polished, the variation in the thickness of the oxide film 12 increases. Non-uniformity NU (Non Uni)
format) is expressed by the following equation using the maximum polishing rate Max, the minimum polishing rate Min, and the average polishing rate Ave. NU = (Max−Min) / (2 × Ave) In the following, a tungsten film having a thickness of 600 nm is used as a plug material, a titanium nitride film having a thickness of 100 nm and a titanium film having a thickness of 30 nm are used as a base material, and insulating is performed. The relationship between the thickness of the conductive film (tungsten, titanium nitride, and titanium) and the polishing time when an oxide film is used as the film will be described with reference to FIGS. 2 to 4 show a conventional example, and FIGS. 5 and 6 show an embodiment of the present invention. In FIGS. 2 to 6, the region where the thickness of the conductive film is negative indicates the polishing thickness of the oxide film 12.
【0056】図2は、酸化膜12に対する研磨速度と導
電膜に対する研磨速度とが等しい場合における導電膜の
膜厚と研磨時間との関係を示しており、具体的には、タ
ングステン膜16、窒化チタン膜15、チタン膜14及
び酸化膜12に対する平均研磨速度Aveがすべて30
0nm/min、研磨速度の基板面内不均一性NUが±
15%であるの導電膜の膜厚と研磨時間との関係を示し
ている。この場合、最大研磨速度Maxは330nm/
min、最小研磨速度Minは270nm/minとな
る。この条件で研磨を行なう場合、酸化膜12に対する
研磨速度と導電膜に対する研磨速度とが等しいため、研
磨の終点(つまり、酸化膜12の上に堆積されている導
電膜が除去されるタイミング)の検出が確実でないため
に、Minの箇所において酸化膜12が露出してからさ
らに20秒間程度の超過研磨を行なう。図2に示すよう
に、Minの箇所において酸化膜12が露出してから2
0秒間の超過研磨を行なうと、Maxの箇所とMinの
箇所とにおける酸化膜12の膜厚差は300nm程度と
非常に大きくなる。また、酸化膜12に対する研磨の膜
厚もMaxの箇所においては400nm程度と非常に大
きくなってしまう。FIG. 2 shows the relationship between the film thickness of the conductive film and the polishing time when the polishing rate for the oxide film 12 is equal to the polishing rate for the conductive film. The average polishing rate Ave for the titanium film 15, the titanium film 14, and the oxide film 12 is all 30
0 nm / min, polishing rate nonuniformity NU within the substrate surface is ±
The relationship between the thickness of the conductive film, which is 15%, and the polishing time is shown. In this case, the maximum polishing rate Max is 330 nm /
min, the minimum polishing rate Min is 270 nm / min. When polishing is performed under these conditions, since the polishing rate for the oxide film 12 is equal to the polishing rate for the conductive film, the polishing end point (that is, the timing at which the conductive film deposited on the oxide film 12 is removed) is determined. Since the detection is not reliable, excess polishing is further performed for about 20 seconds after the oxide film 12 is exposed at the position of Min. As shown in FIG. 2, after the oxide film 12 is exposed
If the excess polishing is performed for 0 seconds, the difference in the thickness of the oxide film 12 between the position of Max and the position of Min becomes as large as about 300 nm. In addition, the thickness of the polished oxide film 12 is very large at about 400 nm at the position of Max.
【0057】図3及び図4は、酸化膜12が完全に露出
するまで研磨を行なう場合における導電膜の膜厚と研磨
時間との関係を示しており、図3は硝酸鉄系の研磨剤を
用いる場合であり、図4はヨウ素酸カリウム系の研磨剤
を用いる場合である。尚、酸化膜の研磨量域において
は、Maxの箇所ではパターン領域(すなわち、エロー
ジョン部)の酸化膜の研磨膜厚を示し、Minの箇所で
は非パターン領域の酸化膜の研磨膜厚を示している。FIGS. 3 and 4 show the relationship between the thickness of the conductive film and the polishing time when polishing is performed until the oxide film 12 is completely exposed. FIG. FIG. 4 shows a case where a potassium iodate-based abrasive is used. In the polishing amount range of the oxide film, the position of Max indicates the polishing film thickness of the oxide film in the pattern region (that is, the erosion portion), and the position of Min indicates the polishing film thickness of the oxide film in the non-pattern region. I have.
【0058】具体的には、図3及び図4は、酸化膜12
が研磨のストッパーとなるような、つまりタングステン
膜16の研磨に一般的に用いられている、酸化剤として
硝酸鉄を含み、研磨粒子としてアルミナを含む研磨剤
(図3の場合)と、酸化剤としてヨウ素酸カリウムを含
み、研磨粒子としてアルミナを含む研磨剤(図4の場
合)との2種類の研磨剤を用いて、酸化膜12が完全に
露出するまで研磨を行なう従来の研磨方法を示してい
る。尚、その他の研磨条件として、両研磨剤において、
研磨圧力300g/cm2 定盤回転数60rpm、不織
布よりなる研磨布を使用する。この条件下における、パ
ターンのない基板上に全面に堆積されたタングステン、
窒化チタン、チタン及び酸化膜(プラズマTEOS膜)
の平均研磨速度Aveは、硝酸鉄系の研磨剤の場合に
は、それぞれ660nm/min、500nm/mi
n、80nm/min及び10nm/min、ヨウ素酸
カリウム系の研磨剤の場合には、それぞれ、300nm
/min、350nm/min、120nm/min及
び25nm/minであった。但し、チタンは下地の酸
化膜と反応してチタン酸化膜となっている可能性が高い
ため、実際のチタン膜14に対する研磨速度はさらに小
さく、前述した値の1/2とする。また、研磨速度の基
板面内の不均一性NUは±15%とする。また、両研磨
剤において、チタン膜14に対する研磨速度が小さいた
め、研磨の終点検出を行なったとしても、Minの箇所
において酸化膜14が露出してから30秒間程度の超過
研磨を行なってしまうとする。More specifically, FIG. 3 and FIG.
A polishing agent containing iron nitrate as an oxidizing agent and alumina as polishing particles (in the case of FIG. 3), which is used as a polishing stopper, that is, generally used for polishing the tungsten film 16; And FIG. 4 shows a conventional polishing method of performing polishing until the oxide film 12 is completely exposed using two types of abrasives, one containing potassium iodate and the other containing abrasive as abrasive particles (in the case of FIG. 4). ing. In addition, as other polishing conditions, in both abrasives,
The polishing pressure is 300 g / cm 2 The platen rotation speed is 60 rpm, and a polishing cloth made of nonwoven fabric is used. Under this condition, tungsten deposited on the entire surface on a substrate without a pattern,
Titanium nitride, titanium and oxide film (plasma TEOS film)
Average polishing rates Ave are 660 nm / min and 500 nm / mi in the case of an iron nitrate-based polishing agent, respectively.
n, 80 nm / min and 10 nm / min, in the case of a potassium iodate-based abrasive, 300 nm respectively
/ Min, 350 nm / min, 120 nm / min and 25 nm / min. However, since there is a high possibility that titanium reacts with the underlying oxide film to form a titanium oxide film, the actual polishing rate for the titanium film 14 is further reduced to 1/2 of the above-mentioned value. In addition, the polishing rate nonuniformity NU within the substrate surface is set to ± 15%. Further, since the polishing rate for the titanium film 14 is low in both polishing agents, even if the end point of the polishing is detected, if the polishing is performed for about 30 seconds after the oxide film 14 is exposed at the Min position, the polishing is performed. I do.
【0059】図3及び図4から、超過研磨時間の増大に
伴って、Maxの箇所とMinの箇所とにおける酸化膜
12の膜厚差も増大し、30秒間の超過研磨では、硝酸
鉄系の研磨剤の場合100nm程度の膜厚差が生じ、ヨ
ウ素酸カリウム系の研磨剤の場合90nm程度の膜厚差
が生じる。よって、酸化膜の膜厚差は十分に小さいとは
言えないが、導電膜に対する研磨速度と酸化膜に対する
研磨速度とが等しい場合(図2に示す場合)に比べれ
ば、かなり改善されていることが分かる。3 and 4 that the difference in the thickness of the oxide film 12 between the position of Max and the position of Min also increases with the increase of the excess polishing time. In the case of an abrasive, a thickness difference of about 100 nm occurs, and in the case of a potassium iodate-based abrasive, a thickness difference of about 90 nm occurs. Therefore, although the difference in thickness of the oxide film is not sufficiently small, it is considerably improved as compared with the case where the polishing rate for the conductive film is equal to the polishing rate for the oxide film (shown in FIG. 2). I understand.
【0060】これに対して、本実施形態に係る研磨方法
の具体的な実施例として、前記の両研磨剤(すなわち、
図1において、タングステン膜16に対する研磨速度が
チタン膜14に対する研磨速度よりも大きいと共に、酸
化膜12に対する研磨速度がタングステン膜16に対す
る研磨速度よりも小さいような研磨剤)を用いて、Mi
nの箇所においてチタン膜14が露出してから10秒程
度後に第1の研磨を終了し、引き続いて、酸化膜16の
研磨速度に対するタングステン膜16の研磨速度の比が
第1の研磨の場合よりも小さく、また、チタン膜14に
対する研磨速度が酸化膜12に対する研磨速度と同程度
以上であるような研磨剤を使用して酸化膜12が完全に
露出するまで第2の研磨を施す。チタン膜14が露出し
てから10秒程度後に第1の研磨を終了するのは、研磨
の終点検出が若干遅れるためである。第2の研磨で使用
する研磨剤は、pH調整剤として例えば水酸化アンモニ
ウムや水酸化カリウム、研磨粒子として例えばシリカを
含有し、この研磨剤と、第1の研磨時に使用した条件を
使用すると、チタン膜14と酸化膜12(プラズマTE
OS膜)の平均研磨速度Aveは共に100nm/mi
n程度となり、また、タングステン膜16は殆ど研磨さ
れないので、前記の条件に当てはまる。この研磨剤に
て、基板面内の研磨速度の不均一性NUが±15%であ
る状態で第2の研磨を時間制御により30秒程度行な
う。但し、そのうちの10秒間は超過研磨とする。超過
研磨時間を10秒間(従来例では30秒間)としたの
は、研磨速度が100nm/minと大きいため、10
秒間の超過研磨を行なえば、チタン膜14は残存するこ
とがないためである。また、前述した研磨剤にて第2の
研磨を施すため、酸化膜12の表面にはキズは殆ど発生
しない。On the other hand, as a specific example of the polishing method according to the present embodiment, both of the above abrasives (ie,
In FIG. 1, the polishing rate for the tungsten film 16 is higher than the polishing rate for the titanium film 14, and the polishing rate for the oxide film 12 is lower than the polishing rate for the tungsten film 16.
About 10 seconds after the titanium film 14 is exposed at the point n, the first polishing is finished. Subsequently, the ratio of the polishing rate of the tungsten film 16 to the polishing rate of the oxide film 16 is smaller than that in the first polishing. The second polishing is performed until the oxide film 12 is completely exposed by using a polishing agent having a small polishing rate and a polishing rate for the titanium film 14 equal to or higher than the polishing rate for the oxide film 12. The reason why the first polishing is finished about 10 seconds after the titanium film 14 is exposed is that the detection of the polishing end point is slightly delayed. The abrasive used in the second polishing contains, for example, ammonium hydroxide or potassium hydroxide as a pH adjuster, for example, silica as abrasive particles, and using this abrasive and the conditions used in the first polishing, The titanium film 14 and the oxide film 12 (plasma TE
The average polishing rate Ave of the OS film) is 100 nm / mi for both.
n, and since the tungsten film 16 is hardly polished, the above condition is satisfied. The second polishing is performed for about 30 seconds by time control with this polishing agent in a state where the nonuniformity NU of the polishing rate in the substrate surface is ± 15%. However, overpolishing is performed for 10 seconds. The reason for setting the excess polishing time to 10 seconds (30 seconds in the conventional example) is that the polishing rate is as large as 100 nm / min.
This is because the titanium film 14 does not remain if excessive polishing is performed for seconds. In addition, since the second polishing is performed with the above-described abrasive, scars are hardly generated on the surface of the oxide film 12.
【0061】図5及び図6は、本発明の一実施例の場合
における導電膜の膜厚と研磨時間との関係を示してお
り、図5は第1の研磨時に硝酸鉄系の研磨剤を使用する
場合であり、図6は第1の研磨時にヨウ素酸カリウム系
の研磨剤を使用する場合である。図5及び図6に示す場
合は、図3及び図4の場合と比較して、Maxの箇所と
Minの箇所とにおける酸化膜の膜厚差は減少している
ことが分かる。さらに、研磨時間も大幅に短縮している
ことが分かる。FIGS. 5 and 6 show the relationship between the film thickness of the conductive film and the polishing time in the case of one embodiment of the present invention. FIG. 5 shows the use of an iron nitrate-based polishing agent during the first polishing. FIG. 6 shows a case where a potassium iodate-based abrasive is used during the first polishing. In the cases shown in FIGS. 5 and 6, it can be seen that the difference in the thickness of the oxide film between the position of Max and the position of Min is smaller than in the cases of FIGS. Further, it can be seen that the polishing time has been significantly reduced.
【0062】また、図5(第1の研磨時の研磨剤が硝酸
鉄系である場合)と図6(第1の研磨時の研磨剤がヨウ
素酸カリウム系)とを比較すると、硝酸鉄系の方がチタ
ン膜14の研磨速度が小さいため、チタン膜14内で膜
厚のばらつきが緩和され、Maxの箇所とMinの箇所
とにおける酸化膜の膜厚差が小さくなっていることが分
かる。Further, comparing FIG. 5 (in the case where the polishing agent at the time of the first polishing is iron nitrate) and FIG. 6 (where the polishing agent at the time of the first polishing is potassium iodate), it can be seen from FIG. Since the polishing rate of the titanium film 14 is smaller, the variation in the film thickness in the titanium film 14 is reduced, and the difference in the thickness of the oxide film between the position of Max and the position of Min is smaller.
【0063】以下、前記のような第1の研磨工程及び第
2の研磨工程を行なう、前記実施形態に係る埋め込み配
線の形成方法の効果について説明する。Hereinafter, the effect of the method of forming an embedded wiring according to the above-described embodiment in which the first polishing step and the second polishing step as described above are performed will be described.
【0064】まず、半導体基板11を研磨パッドに押圧
する加圧力が基板面内においてばらついていたり、タン
グステン膜16の膜厚がばらついていたりするために、
タングステン膜16に対する研磨時に、チタン膜14が
露出する部分とタングステン膜16が残存する部分とが
混在しても、第1の研磨工程においては、タングステン
膜16に対する研磨速度がチタン膜14に対する研磨速
度よりも大きい研磨剤を用いて研磨を行なうため、露出
したチタン膜14に対する研磨が遅くなる一方、残存す
るタングステン膜16に対する研磨が速くなるので、残
存するタングステン膜16は速やかに除去される。First, because the pressing force for pressing the semiconductor substrate 11 against the polishing pad varies within the substrate surface or the thickness of the tungsten film 16 varies,
Even when the portion where the titanium film 14 is exposed and the portion where the tungsten film 16 remains are mixed at the time of polishing the tungsten film 16, the polishing rate for the tungsten film 16 is reduced in the first polishing step. Since the polishing is performed using a larger abrasive, the polishing of the exposed titanium film 14 is slow, while the polishing of the remaining tungsten film 16 is faster, so that the remaining tungsten film 16 is quickly removed.
【0065】また、第2の研磨工程においては、酸化膜
12の研磨速度に対するタングステン膜16の研磨速度
の比が第1の研磨時よりも小さく、またチタン膜14の
研磨速度が酸化膜12の研磨速度と同程度以上である研
磨剤を用いて研磨を行なうため、プラグや配線が多く形
成されているパターン領域とプラグや配線が殆ど形成さ
れていない非パターン領域とがほぼ等しい研磨速度で研
磨されるので、酸化膜エロージョンが発生し難い。In the second polishing step, the ratio of the polishing rate of tungsten film 16 to the polishing rate of oxide film 12 is smaller than that in the first polishing, and the polishing rate of titanium film 14 is lower than that of oxide film 12. Polishing is performed using an abrasive that is at least as high as the polishing rate, so that the pattern area where many plugs and wirings are formed and the non-pattern area where few plugs and wirings are formed are polished at a polishing rate that is almost the same. Therefore, oxide film erosion hardly occurs.
【0066】また、第1の研磨工程において、基板に対
する加圧力のばらつきや導電膜の膜厚のばらつきに起因
して酸化膜12が露出することがあり、露出した酸化膜
12の表面にキズが発生する恐れはある。しかしなが
ら、第1の研磨工程は、チタン膜14が露出したときに
研磨を終了するので、酸化膜12に対する研磨時間は極
めて短いので、キズが発生してもキズは小さい。また、
第2の研磨工程においては、研磨粒子として例えばシリ
カやセリウムを含み、pH調整剤として例えば水酸化ア
ンモニウムや水酸化カリウム等を含む研磨剤を使用して
いるため、第1の研磨工程において酸化膜12の表面に
発生した小さいキズを第2の研磨工程においてほぼ完全
になくすことができる。In the first polishing step, the oxide film 12 may be exposed due to a variation in the pressure applied to the substrate or a variation in the thickness of the conductive film, and the surface of the exposed oxide film 12 may be scratched. There is a risk. However, in the first polishing step, the polishing is completed when the titanium film 14 is exposed. Therefore, the polishing time for the oxide film 12 is extremely short. Also,
In the second polishing step, an abrasive containing, for example, silica or cerium as abrasive particles and an abrasive containing, for example, ammonium hydroxide, potassium hydroxide, or the like is used as a pH adjuster. 12 can be almost completely eliminated in the second polishing step.
【0067】また、第2の研磨工程において、研磨粒子
としてシリカやセリウムを含み、pH調整剤として水酸
化アンモニウムや水酸化カリウム等を含む研磨剤を用い
るため、窒化チタン膜15、チタン膜14及び酸化膜1
2はほぼ同等の研磨速度で研磨されるが、タングステン
膜16は殆ど研磨されないので、タングステンよりなる
プラグ17の上部は酸化膜12の表面から突出する。こ
のため、プラグ17と該プラグ17の上に形成される金
属配線との接触抵抗の減少が期待される。従来の研磨方
法においては、プラグ17の上部を酸化膜12の表面か
ら突出させるための条件は、タングステン膜16に対す
る研磨速度と酸化膜12に対する研磨速度との差のみに
よって実現可能であったが、本実施形態によると、タン
グステン膜16に対する研磨速度と酸化膜12に対する
研磨速度との差のほかに、タングステン膜16に対する
研磨速度と、窒化チタン膜15及びチタン膜14に対す
る研磨速度との差によっても実現できる。In the second polishing step, a polishing agent containing silica or cerium as polishing particles and an ammonium hydroxide, potassium hydroxide or the like as a pH adjuster is used, so that the titanium nitride film 15, the titanium film 14, Oxide film 1
2 is polished at substantially the same polishing rate, but since the tungsten film 16 is hardly polished, the upper portion of the plug 17 made of tungsten protrudes from the surface of the oxide film 12. Therefore, a reduction in contact resistance between the plug 17 and the metal wiring formed on the plug 17 is expected. In the conventional polishing method, the condition for projecting the upper portion of the plug 17 from the surface of the oxide film 12 can be realized only by the difference between the polishing rate for the tungsten film 16 and the polishing rate for the oxide film 12, but According to this embodiment, in addition to the difference between the polishing rate for the tungsten film 16 and the polishing rate for the oxide film 12, the difference between the polishing rate for the tungsten film 16 and the polishing rate for the titanium nitride film 15 and the titanium film 14 is also determined. realizable.
【0068】さらに、第2の研磨工程において、研磨粒
子としてシリカやセリウムを含み、pH調整剤として水
酸化アンモニウムや水酸化カリウム等を含む研磨剤を用
いるため、第1の研磨工程の研磨剤に含まれているアル
ミナ粒子や鉄等の重金属が第2の研磨工程において研磨
面から除去される利点も有している。Further, in the second polishing step, an abrasive containing silica or cerium as abrasive particles and an ammonium hydroxide or potassium hydroxide as a pH adjuster is used. There is also an advantage that heavy metals such as alumina particles and iron contained therein are removed from the polished surface in the second polishing step.
【0069】以下、前記の実施形態に対してより好まし
い研磨条件について説明する。Hereinafter, more preferable polishing conditions for the above embodiment will be described.
【0070】第1の研磨工程に用いる研磨剤は、タング
ステン膜16に対する研磨速度がチタン膜14に対する
研磨速度よりも大きいと共に、タングステン膜16に対
する研磨速度が酸化膜12に対する研磨速度よりも大き
いことがより好ましい。The polishing agent used in the first polishing step has a polishing rate for the tungsten film 16 higher than that for the titanium film 14 and a polishing rate for the tungsten film 16 higher than the polishing rate for the oxide film 12. More preferred.
【0071】このようにすると、半導体基板11に対す
る加圧力やタングステン膜16の膜厚が大きくばらつい
ているために、第1の研磨工程において、タングステン
膜16が残存するにも拘わらず酸化膜12が或る部分に
おいて露出することがあっても、残存するタングステン
膜16が速やかに除去される。もっとも、チタン膜14
の研磨速度が非常に小さいならば、第1の研磨工程にお
いて酸化膜12が露出することがないので、この場合に
は酸化膜の研磨速度は考慮する必要はない。In this case, since the pressure applied to the semiconductor substrate 11 and the thickness of the tungsten film 16 vary greatly, the oxide film 12 remains in the first polishing step despite the tungsten film 16 remaining. Even if a certain portion is exposed, the remaining tungsten film 16 is promptly removed. However, the titanium film 14
If the polishing speed is very low, the oxide film 12 will not be exposed in the first polishing step, and in this case, it is not necessary to consider the polishing speed of the oxide film.
【0072】第2の研磨工程に用いる研磨剤として、チ
タン膜14に対する研磨速度が酸化膜12に対する研磨
速度と同等か又はそれ以上であると共に、タングステン
膜16を研磨する能力を有していること、つまり、タン
グステン膜16に対する研磨速度は、酸化膜12に対す
る研磨速度の0.5倍以上であることがより好ましい。As the polishing agent used in the second polishing step, the polishing rate for the titanium film 14 is equal to or higher than the polishing rate for the oxide film 12 and has the ability to polish the tungsten film 16. That is, the polishing rate for the tungsten film 16 is more preferably 0.5 times or more the polishing rate for the oxide film 12.
【0073】このようにすると、第1の研磨工程が終了
した時点でタングステン膜16が残存しても、第2の研
磨工程において、残存するタングステン膜16は速やか
に除去される。Thus, even if the tungsten film 16 remains at the time when the first polishing step is completed, the remaining tungsten film 16 is promptly removed in the second polishing step.
【0074】もっとも、タングステン膜16に対する研
磨速度が酸化膜12に対する研磨速度に比べて大き過ぎ
ると、酸化膜12の上に残存する導電膜を完全に除去す
るべく酸化膜12が露出してからも行なう研磨によっ
て、パターン領域の研磨が進み過ぎて酸化膜エロージョ
ンが発生してしまう恐れがある。従って、酸化膜12に
対するタングステン膜16の研磨速度比は、第1の研磨
時における酸化膜12に対するタングステン膜16の研
磨速度比よりも小さいことが好ましく、特に3倍以下で
あることが好ましい。以上の観点から、タングステン膜
16に対する研磨速度は、酸化膜12に対する研磨速度
の0.5倍以上で且つ3倍以下であることが好ましい。However, if the polishing rate for the tungsten film 16 is too large compared to the polishing rate for the oxide film 12, even if the oxide film 12 is exposed so that the conductive film remaining on the oxide film 12 is completely removed. The polishing that is performed may cause excessive polishing of the pattern region to cause oxide film erosion. Therefore, the polishing rate ratio of the tungsten film 16 to the oxide film 12 is preferably smaller than the polishing rate ratio of the tungsten film 16 to the oxide film 12 at the time of the first polishing, and particularly preferably 3 times or less. From the above viewpoint, the polishing rate for the tungsten film 16 is preferably 0.5 times or more and 3 times or less the polishing rate for the oxide film 12.
【0075】尚、第1の研磨工程においては、酸化膜1
2の上にタングステン膜16が多少残存してもよいと説
明したが、第2の研磨工程に用いる研磨剤が、タングス
テン膜16に対する研磨能力を殆ど有していない場合に
は、第1の研磨工程をタングステン膜16が完全に除去
されるまで行なう必要がある。In the first polishing step, the oxide film 1
It has been described that the tungsten film 16 may slightly remain on the second polishing step 2. However, if the polishing agent used in the second polishing step has almost no polishing ability for the tungsten film 16, the first polishing step is performed. The process needs to be performed until the tungsten film 16 is completely removed.
【0076】また、前記の実施形態においては、下層の
チタン膜14及び中間層の窒化チタン膜15よりなる下
地膜の上にタングステン膜16を堆積してタングステン
よりなるプラグ17を形成する場合であったが、プラグ
17に代えて配線を形成する場合にも前記の研磨方法は
適用できる。酸化膜12に配線を形成する場合には、酸
化膜エロージョンの問題のほかに、配線用溝の幅が大き
い場合、配線の中央部で配線の膜厚が減少するディッシ
ング現象が発生する恐れがあり、両方の問題によって、
配線の断面積が極めて小さくなって、配線抵抗の増大及
び信頼性の低下を引き起こしてしまう恐れがあるが、本
発明を適用すると、前記の両問題は解決する。In the above embodiment, the plug 17 made of tungsten is formed by depositing the tungsten film 16 on the underlying film composed of the lower titanium film 14 and the intermediate titanium nitride film 15. However, the above-described polishing method can be applied to a case where a wiring is formed instead of the plug 17. When wiring is formed on the oxide film 12, in addition to the problem of oxide film erosion, when the width of the wiring groove is large, a dishing phenomenon in which the film thickness of the wiring decreases at the center of the wiring may occur. , Depending on both issues,
Although the cross-sectional area of the wiring may be extremely small, which may cause an increase in wiring resistance and a reduction in reliability, the application of the present invention solves both of the above problems.
【0077】また、前記の実施形態においては、主プラ
グ材料又は主配線材料としてタングステンを用いたが、
これに代えて、アルミニウム、アルミニウム合金又は銅
等を用いることができる。ここで言うアルミニウム合金
とは、アルミニウム・銅合金やアルミニウム・シリコン
・銅合金等である。In the above embodiment, tungsten is used as the main plug material or the main wiring material.
Instead, aluminum, aluminum alloy, copper, or the like can be used. The aluminum alloy mentioned here is an aluminum-copper alloy, an aluminum-silicon-copper alloy, or the like.
【0078】また、前記の実施形態においては、中間層
の導電膜及び下層の導電膜を構成する材料としては、チ
タン、タングステン、タンタル若しくはモリブデン等の
金属材料、これらの金属材料の合金、これらの金属材料
にシリコンを添加した導電材料、又は、前記の金属材料
若しくは導電材料の窒化化合物や炭化化合物等が挙げら
れ、これらの各材料よりなる導電膜を単層又は積層で用
いることができる。もっとも、前記のすべての材料が、
前述した第1の研磨工程及び第2の研磨工程で用いた研
磨剤によって前記の研磨条件を実現できるとは限らない
が、その場合には、適宜の研磨剤及び研磨条件を設定す
る必要がある。In the above-described embodiment, the materials constituting the intermediate conductive film and the lower conductive film include metal materials such as titanium, tungsten, tantalum and molybdenum, alloys of these metal materials, and alloys of these metal materials. Examples thereof include a conductive material in which silicon is added to a metal material, a nitride compound and a carbide compound of the metal material or the conductive material, and a conductive film formed using each of these materials can be used in a single layer or a stacked layer. However, all of the above materials are
Although the above-mentioned polishing conditions cannot always be realized by the abrasive used in the first polishing step and the second polishing step, in that case, it is necessary to set appropriate abrasives and polishing conditions. .
【0079】また、前記の実施形態においては、下層の
導電膜に対する研磨速度が、プラグや配線の主材料(タ
ングステン、アルミニウム、アルミニウム合金、銅等)
よりなる上層の導電膜に対する研磨速度よりも小さいた
めに、下層の導電膜が露出し且つ絶縁膜が露出しない状
態で第1の研磨工程を終了することは容易であるが、研
磨速度の基板面内の不均一性が極めて大きい等の理由に
より、絶縁膜が露出してしまうことがある。このような
場合には、スルーホールや凹状溝等の凹部以外の領域に
堆積する下層の導電膜の膜厚を凹部に堆積する下層の導
電膜の膜厚に比べて大きくすることが好ましい。このよ
うにすると、絶縁膜を露出させることなく第1の研磨工
程を終了させることは可能である。In the above embodiment, the polishing rate for the lower conductive film is determined by the main material of the plug or wiring (tungsten, aluminum, aluminum alloy, copper, etc.).
Since the lower polishing rate is lower than that of the upper conductive film, the first polishing step can be easily completed in a state where the lower conductive film is exposed and the insulating film is not exposed. The insulating film may be exposed due to extremely large non-uniformity in the inside. In such a case, it is preferable that the thickness of the lower conductive film deposited in a region other than the concave portion such as the through hole or the concave groove is larger than the film thickness of the lower conductive film deposited in the concave portion. This makes it possible to end the first polishing step without exposing the insulating film.
【0080】もっとも、下層の導電膜がチタン膜である
場合には、チタン膜は通常スパッタ法により堆積するた
め、凹部以外の領域に堆積するチタン膜の膜厚を大きく
しようとすると、凹部の内部にもチタン膜が厚く堆積さ
れてしまうので、主プラグ材料又は主配線材料の凹部内
に占める割合が減少して、配線抵抗が増大する恐れがあ
る。そこで、凹部の内部に堆積されるチタン膜の膜厚を
大きくすることなく、凹部以外の領域に堆積されるチタ
ン膜の膜厚を大きくする方法を採用する必要がある。However, when the lower conductive film is a titanium film, the titanium film is usually deposited by a sputtering method. Therefore, if the thickness of the titanium film deposited in a region other than the concave portion is increased, the inside of the concave portion is reduced. Also, since the titanium film is deposited thick, the ratio of the main plug material or the main wiring material occupying in the concave portion is reduced, and the wiring resistance may be increased. Therefore, it is necessary to adopt a method of increasing the thickness of the titanium film deposited in a region other than the concave portion without increasing the thickness of the titanium film deposited in the concave portion.
【0081】第1の方法としては、スパッタ時におい
て、基板とターゲットの距離を近くすると共にスパッタ
時間を長くすることにより、凹部内の側面チタン膜の膜
厚を大きくすることなく凹部以外の領域のチタン膜の膜
厚を大きくすることができる。もっとも、凹部内の底に
もチタン膜が厚く堆積する可能性があるので、溝の場合
は、深さを大きくする必要がある。ここでは、チタン膜
を例に説明したが、チタン膜と同程度の研磨速度を持
ち、スパッタ法により堆積可能な導電膜であればチタン
膜以外のものでもよい。As a first method, at the time of sputtering, by shortening the distance between the substrate and the target and increasing the sputtering time, it is possible to increase the thickness of the side surface titanium film in the recess without increasing the thickness of the side titanium film. The thickness of the titanium film can be increased. However, since the titanium film may be deposited thickly on the bottom in the concave portion, it is necessary to increase the depth in the case of the groove. Here, the titanium film has been described as an example, but any conductive film other than the titanium film may be used as long as it has a polishing rate similar to that of the titanium film and can be deposited by a sputtering method.
【0082】第2の方法としては、凹部を有しない絶縁
膜の上に全面に亘ってチタン膜を堆積した後、チタン膜
の上に凹部と対応する部分に開口部を持つレジストパタ
ーンを形成し、該レジストパターンをマスクとしてチタ
ン膜及び酸化膜に対してエッチングを施すものである。
このようにすると、エッチングによって、凹部領域のチ
タン膜が除去されると共に酸化膜の凹部が形成される。
次に、レジストパターンを除去した後、チタン膜、中間
層及び上層の導電膜を堆積し、その後、前記の条件で第
1の研磨工程及び第2の研磨工程を行なう。ここでは、
チタン膜を例に説明したが、チタン膜と同程度の研磨速
度を持つ膜であれば他の種類の膜でもよく、レジストの
堆積の前に絶縁膜上に堆積する膜は凹部内から除去され
るため電流が流れなくてもよいので、絶縁性の膜でもよ
い。As a second method, after a titanium film is deposited over the entire surface of the insulating film having no concave portion, a resist pattern having an opening at a portion corresponding to the concave portion is formed on the titanium film. And etching the titanium film and the oxide film using the resist pattern as a mask.
By doing so, the titanium film in the recessed region is removed by etching, and the recessed portion of the oxide film is formed.
Next, after removing the resist pattern, a titanium film, an intermediate layer, and an upper conductive film are deposited, and then a first polishing step and a second polishing step are performed under the above conditions. here,
Although a titanium film has been described as an example, other types of films may be used as long as the film has a polishing rate similar to that of the titanium film, and the film deposited on the insulating film before the resist is deposited is removed from the inside of the concave portion. Therefore, an electric current does not need to flow, and therefore, an insulating film may be used.
【0083】[0083]
【発明の効果】本発明に係る埋め込み配線の形成方法に
よると、基板に対する加圧力又は上層の導電膜の膜厚に
ばらつきがあっても、第1の研磨工程においては、露出
した下層の導電膜に対する研磨速度が遅くなる一方、残
存する上層の導電膜に対する研磨速度が速くなるため、
残存する上層の導電膜が速やかに除去されるので、上層
の導電膜及び下層の導電膜の合計膜厚のばらつきが減少
する。また、第2の研磨工程においては、プラグや配線
は第1の研磨時ほど大きく研磨されず、また、プラグや
配線が多く形成されているパターン領域とプラグや配線
が殆ど形成されていない非パターン領域とがほぼ等しい
研磨速度で研磨される。第1の研磨工程の終了後におけ
る導電膜の合計膜厚のばらつきが少ないと共に、第2の
研磨工程においては、プラグや配線は第1の研磨時ほど
大きく研磨されず、また、パターン領域と非パターン領
域とがほぼ等しい研磨速度で研磨されるので、絶縁膜に
エロージョンが発生し難く、基板面内に亘って絶縁膜の
膜厚のばらつきが小さくなる。According to the method for forming a buried interconnect according to the present invention, even if the pressure applied to the substrate or the thickness of the upper conductive film varies, the exposed lower conductive film can be formed in the first polishing step. While the polishing rate for the remaining upper conductive film is increased while the polishing rate for the
Since the remaining upper conductive film is promptly removed, variation in the total thickness of the upper conductive film and the lower conductive film is reduced. Further, in the second polishing step, the plugs and wirings are not polished as much as in the first polishing, and the pattern region where many plugs and wirings are formed and the non-pattern where few plugs and wirings are formed are formed. The regions are polished at approximately the same polishing rate. The dispersion of the total thickness of the conductive film after completion of the first polishing step is small, and in the second polishing step, plugs and wirings are not polished as much as in the first polishing, and the pattern region is not polished. Since the pattern region and the pattern region are polished at substantially the same polishing rate, erosion is less likely to occur in the insulating film, and variation in the thickness of the insulating film over the substrate surface is reduced.
【0084】従って、本発明に係る埋め込み配線の形成
方法によると、絶縁膜にエロージョンが発生し難いと共
に絶縁膜の膜厚のばらつきを小さくすることができるの
で、プラグを含めた配線抵抗や配線間容量はばらつくこ
とがない。Therefore, according to the method of forming a buried wiring according to the present invention, erosion hardly occurs in the insulating film, and variation in the thickness of the insulating film can be reduced. The capacity does not vary.
【0085】本発明に係る埋め込み配線の形成方法にお
いて、第1の研磨剤が、絶縁膜に対する研磨速度が上層
の導電膜に対する研磨速度の3分の1以下である研磨速
度選択比を有していると、従来から用いられている研磨
剤を第1の研磨工程に用いても、第1の研磨工程は、上
層の導電膜が凹部の領域を除いて除去される一方下層の
導電膜が残存するように研磨が行なわれるので、絶縁膜
にエロージョンを発生させることなく、上層の導電膜及
び下層の導電膜の合計膜厚のばらつきを減少させること
ができる。また、仮に、絶縁膜が或る箇所において若干
露出したとしても、絶縁膜は殆ど研磨されることはな
い。In the method for forming a buried interconnect according to the present invention, the first polishing agent has a polishing rate selection ratio at which the polishing rate for the insulating film is one third or less of the polishing rate for the upper conductive film. Therefore, even if a conventional polishing agent is used in the first polishing step, the first polishing step removes the upper conductive film except for the region of the concave portion, while the lower conductive film remains. Since the polishing is performed as described above, variation in the total thickness of the upper conductive film and the lower conductive film can be reduced without causing erosion in the insulating film. Even if the insulating film is slightly exposed at a certain position, the insulating film is hardly polished.
【0086】本発明に係る埋め込み配線の形成方法にお
いて、第1の研磨剤が、下層の導電膜に対する研磨速度
が上層の導電膜に対する研磨速度の2分の1以下である
ような研磨速度選択比を有していると、下層の導電膜が
露出した時点で確実に第1の研磨工程を終了することが
できる。In the method for forming a buried interconnect according to the present invention, the first polishing agent is such that the polishing rate for the lower conductive film is less than half the polishing rate for the upper conductive film. , The first polishing step can be surely completed when the lower conductive film is exposed.
【0087】本発明に係る埋め込み配線の形成方法にお
いて、第2の研磨剤が上層の導電膜に対する研磨能力を
有していると、下層の導電膜が露出した時点で上層の導
電膜が残存していても、第2の研磨工程で残存している
上層の導電膜を除去することができる。In the method of forming a buried interconnect according to the present invention, if the second abrasive has a polishing ability for the upper conductive film, the upper conductive film remains when the lower conductive film is exposed. However, the upper conductive film remaining in the second polishing step can be removed.
【0088】本発明に係る埋め込み配線の形成方法にお
いて、第2の研磨剤が、上層の導電膜に対する研磨速度
が絶縁膜に対する研磨速度の3倍以下であるような研磨
速度の選択を有していると、絶縁膜上に残存する導電膜
を完全に除去するために絶縁膜が露出した後に研磨を継
続しても、凹部内に堆積されている上層の導電膜に対す
る研磨が進み過ぎないので、絶縁膜エロージョンが発生
し難い。In the method of forming an embedded wiring according to the present invention, the second polishing agent has a polishing rate selected such that the polishing rate for the upper conductive film is three times or less the polishing rate for the insulating film. Therefore, even if polishing is continued after the insulating film is exposed to completely remove the conductive film remaining on the insulating film, polishing on the upper conductive film deposited in the concave portion does not proceed too much, Insulation film erosion hardly occurs.
【0089】本発明に係る埋め込み配線の形成方法にお
いて、第1の研磨工程において、上層の導電膜が凹部の
領域を除いて完全に除去されるまで研磨を行なうと、第
2の研磨剤が上層の導電膜に対する研磨能力を有してい
なくても、上層の導電膜が残存して膜厚にばらつきが生
じる事態を回避できる。In the method for forming a buried interconnect according to the present invention, in the first polishing step, polishing is performed until the upper conductive film is completely removed except for the region of the concave portion. Even if it does not have the polishing ability for the conductive film, it is possible to avoid a situation where the upper conductive film remains and the film thickness varies.
【0090】本発明に係る埋め込み配線の形成方法が、
下層導電膜堆積工程と上層導電膜堆積工程との間に、下
層の導電膜の上における凹部を含む領域に中間層の導電
膜を堆積する中間層導電膜堆積工程を備えており、第1
の研磨工程が中間層の導電膜を凹部の領域を除いて除去
する工程を含むと、凹部内の上層の導電膜を構成する主
材料が拡散することを防止するべく中間の導電層を堆積
しても、下層の導電膜が露出した時点で第1の研磨工程
を終了することができる。The method for forming an embedded wiring according to the present invention comprises:
An intermediate conductive film depositing step of depositing an intermediate conductive film in a region including a concave portion on the lower conductive film between the lower conductive film depositing step and the upper conductive film depositing step;
When the polishing step includes a step of removing the conductive film of the intermediate layer except for the region of the concave portion, the intermediate conductive layer is deposited to prevent the main material constituting the upper conductive film in the concave portion from diffusing. Even when the lower conductive film is exposed, the first polishing step can be completed.
【0091】この場合、第2の研磨剤が、中間層の導電
膜に対する研磨速度が下層の導電膜に対する研磨速度よ
りも大きいような研磨速度選択比を有していると、第1
の研磨工程において膜厚のばらつきが発生しても、第2
の工程において膜厚のばらつきを低減することができ
る。In this case, if the second polishing agent has a polishing rate selection ratio such that the polishing rate for the intermediate conductive film is higher than the polishing rate for the lower conductive film, the first polishing agent may be used.
Even if the film thickness varies in the polishing step,
In this step, the variation in film thickness can be reduced.
【0092】また、前記の場合、第1の研磨工程におい
て、中間層の導電膜が凹部の領域を除いて完全に除去さ
れるまで研磨を行なうと、第2の研磨剤が中間層の導電
膜に対する研磨能力を有していなくても、中間層の導電
膜が残存して膜厚にばらつきが生じる事態を回避でき
る。In the above case, in the first polishing step, if the polishing is performed until the conductive film of the intermediate layer is completely removed except for the region of the concave portion, the second polishing agent is applied to the conductive film of the intermediate layer. Even if it does not have a polishing ability for the semiconductor device, it is possible to avoid a situation in which the conductive film of the intermediate layer remains and the film thickness varies.
【0093】本発明に係る埋め込み配線の形成方法にお
いて、下層の導電膜がチタン膜であると共に上層の導電
膜はタングステン膜であり、第1の研磨剤が研磨粒子と
してアルミナを含むと共に酸化剤として硝酸鉄又はヨウ
素酸カリウムを含むと、第1の研磨工程において、下層
の導電膜に対する研磨速度が上層の導電膜に対する研磨
速度よりも小さいような研磨を確実に行なうことができ
る。In the method of forming an embedded wiring according to the present invention, the lower conductive film is a titanium film, the upper conductive film is a tungsten film, and the first abrasive contains alumina as abrasive particles and the oxidizer as an oxidizer. When iron nitrate or potassium iodate is contained, in the first polishing step, polishing can be reliably performed such that the polishing rate for the lower conductive film is lower than the polishing rate for the upper conductive film.
【0094】本発明に係る埋め込み配線の形成方法にお
いて、絶縁膜はシリコン酸化膜であると共に下層の導電
膜はチタン膜であり、第2の研磨工程における第2の研
磨剤が研磨粒子としてシリカを含むと共にpH調整剤と
して水酸化アンモニウム又は水酸化カリウムを含むと、
第2の研磨工程において、絶縁膜に対する研磨速度と下
層の導電膜に対する研磨速度とがほぼ等しいような研磨
を確実に行なうことができる。In the method of forming a buried wiring according to the present invention, the insulating film is a silicon oxide film and the underlying conductive film is a titanium film, and the second abrasive in the second polishing step uses silica as abrasive particles. When containing ammonium hydroxide or potassium hydroxide as a pH adjuster,
In the second polishing step, polishing can be reliably performed such that the polishing rate for the insulating film and the polishing rate for the underlying conductive film are substantially equal.
【図1】(a)〜(c)は本発明の一実施形態に係る埋
め込み配線の形成方法の各工程を示す断面図である。FIGS. 1A to 1C are cross-sectional views showing steps of a method for forming an embedded wiring according to an embodiment of the present invention.
【図2】酸化膜に対する研磨速度と導電膜に対する研磨
速度とが等しい場合(従来例)における導電膜の膜厚と
研磨時間との関係を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the thickness of a conductive film and the polishing time when the polishing rate for an oxide film and the polishing rate for a conductive film are equal (conventional example).
【図3】硝酸鉄系の研磨剤を用いて酸化膜が完全に露出
するまで研磨を行なう場合(従来例)における導電膜の
膜厚と研磨時間との関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the thickness of a conductive film and the polishing time when polishing is performed using an iron nitrate-based polishing agent until an oxide film is completely exposed (conventional example).
【図4】ヨウ素酸カリウム系の研磨剤を用いて酸化膜が
完全に露出するまで研磨を行なう場合(従来例)におけ
る導電膜の膜厚と研磨時間との関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the thickness of a conductive film and the polishing time when polishing is performed using a potassium iodate-based abrasive until an oxide film is completely exposed (conventional example).
【図5】硝酸鉄系の研磨剤を用いて本発明の一実施例の
方法で研磨を行なう場合における導電膜と研磨時間との
関係を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a conductive film and a polishing time when polishing is performed by a method according to an embodiment of the present invention using an iron nitrate-based polishing agent.
【図6】ヨウ素酸カリウム系の研磨剤を用いて本発明の
一実施例の方法で研磨を行なう場合における導電膜と研
磨時間との関係を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a conductive film and a polishing time when polishing is performed by a method according to one embodiment of the present invention using a potassium iodate-based abrasive.
【図7】前記一実施形態に係る埋め込み配線の形成方法
により形成した埋め込みプラグにおける、半導体基板上
の位置と酸化膜の膜厚との関係を示す特性図である。FIG. 7 is a characteristic diagram showing a relationship between a position on a semiconductor substrate and a film thickness of an oxide film in a buried plug formed by the method for forming a buried wiring according to the one embodiment.
【図8】(a)及び(b)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。FIGS. 8A and 8B are cross-sectional views showing steps of a conventional method for forming an embedded wiring.
【図9】従来の埋め込み配線の形成方法において、ヨウ
素酸カリウムを含む研磨剤を用いて研磨したときの半導
体基板の位置と酸化膜の膜厚との関係を示す特性図であ
る。FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the position of a semiconductor substrate and the thickness of an oxide film when polished using a polishing agent containing potassium iodate in a conventional method for forming an embedded wiring.
【図10】従来の埋め込み配線の形成方法において、硝
酸鉄を含む研磨剤を用いて研磨したときの半導体基板の
位置と酸化膜の膜厚との関係を示す特性図である。FIG. 10 is a characteristic diagram showing the relationship between the position of a semiconductor substrate and the thickness of an oxide film when polished using a polishing agent containing iron nitrate in a conventional method for forming an embedded wiring.
11 半導体基板 12 酸化膜 13 スルーホール 14 チタン膜 15 窒化チタン膜 16 タングステン膜 17 プラグ Reference Signs List 11 semiconductor substrate 12 oxide film 13 through hole 14 titanium film 15 titanium nitride film 16 tungsten film 17 plug
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 21/768 H01L 21/90 A (56)参考文献 特開 平10−74764(JP,A) 特開 平8−288391(JP,A) 特開 昭58−4972(JP,A) 特開 平7−307385(JP,A) 特開 平8−83780(JP,A) 米国特許5380546(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/3205 H01L 21/321 H01L 21/3213 H01L 21/768 H01L 21/28 - 21/288 H01L 21/44 - 21/445 H01L 29/40 - 29/51 H01L 29/872 H01L 21/304 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI H01L 21/768 H01L 21/90 A (56) References JP-A-10-74764 (JP, A) JP-A-8-288391 ( JP, A) JP-A-58-4972 (JP, A) JP-A-7-307385 (JP, A) JP-A-8-83780 (JP, A) US Patent 5,380,546 (US, A) (58) Field (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/3205 H01L 21/321 H01L 21/3213 H01L 21/768 H01L 21/28-21/288 H01L 21/44-21/445 H01L 29/40-29 / 51 H01L 29/872 H01L 21/304
Claims (11)
程と、 前記絶縁膜におけるプラグ又は配線が形成される領域に
凹部を形成する凹部形成工程と、 前記絶縁膜の上における前記凹部を含む領域に金属材料
の窒化化合物又は炭化化合物若しくは金属材料にシリコ
ンを添加した導電材料の窒化化合物又は炭化化合物から
なる下層の導電膜を堆積する下層導電膜堆積工程と、 前記下層の導電膜の上における前記凹部を含む領域にプ
ラグ又は配線の主材料よりなる上層の導電膜を堆積する
上層導電膜堆積工程と、 前記上層の導電膜に対して、前記下層の導電膜に対する
研磨速度が前記上層の導電膜に対する研磨速度よりも小
さい研磨速度選択比を有する第1の研磨剤を用いて、前
記上層の導電膜が前記凹部の領域を除いて除去される一
方前記下層の導電膜が露出するように化学機械研磨を行
なう第1の研磨工程と、 前記露出した下層の導電膜に対して、前記下層の導電膜
に対する研磨速度が前記絶縁膜に対する研磨速度に比べ
て同程度以上である第2の研磨剤を用いて、前記下層の
導電膜が前記凹部の領域を除いて完全に除去される一方
前記絶縁膜が残存するように化学機械研磨を行なう第2
の研磨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。An insulating film depositing step of depositing an insulating film on a substrate; a recess forming step of forming a recess in a region of the insulating film where a plug or a wiring is to be formed; Metal material in the area including
Of silicon nitride or carbide compound or metal material
From nitrided or carbonized compounds of conductive materials to which
A lower conductive film depositing step of depositing the underlying conductive film to be the upper conductive film depositing step of depositing the upper conductive film made of a main material of the plugs or the wiring in a region including the concave portion in over the lower conductive film Using the first polishing agent having a polishing rate selectivity for the upper conductive film, wherein the polishing rate for the lower conductive film is smaller than the polishing rate for the upper conductive film, A first polishing step of performing a chemical mechanical polishing so that the lower conductive film is exposed while excluding the region of the concave portion, and the lower conductive film is exposed to the exposed lower conductive film. The lower conductive film is completely removed except for the region of the concave portion by using a second polishing agent having a polishing rate of about the same as or higher than the polishing rate of the insulating film. Will remain The in performing chemical mechanical polishing 2
And a polishing step.
程と、 前記絶縁膜におけるプラグ又は配線が形成される領域に
凹部を形成する凹部形成工程と、 前記絶縁膜の上における前記凹部を含む領域に下層の導
電膜を堆積する下層導電膜堆積工程と、 前記下層の導電膜の上における前記凹部を含む領域にプ
ラグ又は配線の主材料よりなる上層の導電膜を堆積する
上層導電膜堆積工程と、 前記上層の導電膜に対して、前記下層の導電膜に対する
研磨速度が前記上層の導電膜に対する研磨速度よりも小
さい研磨速度選択比を有する第1の研磨剤を用いて、前
記上層の導電膜が前記凹部の領域を除いて除去される一
方前記下層の導電膜が露出するように化学機械研磨を行
なう第1の研磨工程と、 前記下層の導電膜に対して、前記下層の導電膜に対する
研磨速度が前記絶縁膜に対する研磨速度に比べて同程度
以上である第2の研磨剤を用いて、前記下層の導電膜が
前記凹部の領域を除いて完全に除去される一方前記絶縁
膜が残存するように化学機械研磨を行なう第2の研磨工
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
方法であって、 前記第1の研磨剤は、前記絶縁膜に対する研磨速度が前
記上層の導電膜に対する研磨速度の3分の1以下である
ような研磨速度選択比を有していることを特徴とする埋
め込み配線の形成方法。 2. An insulating film deposition method for depositing an insulating film on a substrate.
In the region where the plug or the wiring is formed in the insulating film.
A recess forming step of forming a recess, and introducing a lower layer to a region including the recess on the insulating film.
A lower conductive film depositing step of depositing a conductive film, and a step of depositing a region including the concave portion on the lower conductive film.
Deposit an upper conductive film consisting of the main material of the lag or wiring
An upper conductive film deposition step, wherein the upper conductive film is formed on the lower conductive film.
The polishing rate is lower than the polishing rate for the upper conductive film.
Using the first polishing agent having a polishing rate selection ratio,
The upper conductive film is removed except for the region of the concave portion.
Chemical mechanical polishing is performed so that the lower conductive film is exposed.
A first polishing step, wherein the lower conductive film is formed on the lower conductive film.
Polishing rate is about the same as polishing rate for the insulating film
By using the above second abrasive, the lower conductive film is
The insulation while being completely removed except in the area of the recess
Second polishing machine that performs chemical mechanical polishing so that the film remains
Forming a buried interconnect characterized by having a process
The method, wherein the first abrasive has a polishing rate selection ratio such that a polishing rate for the insulating film is one third or less of a polishing rate for the upper conductive film. And buried
Method of forming embedded wiring.
に対する研磨速度が前記上層の導電膜に対する研磨速度
の2分の1以下である研磨速度選択比を有していること
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。3. The polishing agent according to claim 1, wherein the first polishing agent has a polishing rate selection ratio at which the polishing rate for the lower conductive film is not more than half the polishing rate for the upper conductive film. The method for forming a buried interconnect according to claim 1.
に対する研磨能力を有してい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。4. The method according to claim 1, wherein the second abrasive has an ability to polish the upper conductive film.
に対する研磨速度が前記絶縁膜に対する研磨速度の3倍
以下である研磨速度選択比を有していることを特徴とす
る請求項1に記載の埋め込み配線の形成方法。Wherein said second abrasive claims, characterized in that the polishing rate for said upper conductive film has a polishing rate selectivity is 3 times or less of the polishing rate of the insulating film 2. The method for forming an embedded wiring according to item 1 .
膜が前記凹部の領域を除いて完全に除去されるまで化学
機械研磨を行なう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。6. The embedded wiring according to claim 1, wherein in the first polishing step, chemical mechanical polishing is performed until the upper conductive film is completely removed except for a region of the concave portion. Formation method.
程と、 前記絶縁膜におけるプラグ又は配線が形成される領域に
凹部を形成する凹部形成工程と、 前記絶縁膜の上における前記凹部を含む領域に下層の導
電膜を堆積する下層導電膜堆積工程と、 前記下層の導電膜の上における前記凹部を含む領域にプ
ラグ又は配線の主材料よりなる上層の導電膜を堆積する
上層導電膜堆積工程と、 前記上層の導電膜に対して、前記下層の導電膜に対する
研磨速度が前記上層の導電膜に対する研磨速度よりも小
さい研磨速度選択比を有する第1の研磨剤を用いて、前
記上層の導電膜が前記凹部の領域を除いて除去される一
方前記下層の導電膜が露出するように化学機械研磨を行
なう第1の研磨工程と、 前記下層の導電膜に対して、前記下層の導電膜に対する
研磨速度が前記絶縁膜に対する研磨速度に比べて同程度
以上である第2の研磨剤を用いて、前記下層の導電膜が
前記凹部の領域を除いて完全に除去される一方前記絶縁
膜が残存するように化学機械研磨を行なう第2の研磨工
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
方法であって、 前記下層導電膜堆積工程と前記上層導電膜堆積工程との
間に、前記下層の導電膜の上における前記凹部を含む領
域に中間層の導電膜を堆積する中間層導電膜堆積工程を
さらに備えており、 前記第1の研磨工程は、前記中間層の導電膜を前記凹部
の領域を除いて除去する工程を含むことを特徴とする埋
め込み配線の形成方法。 7. An insulating film deposition method for depositing an insulating film on a substrate.
In the region where the plug or the wiring is formed in the insulating film.
A recess forming step of forming a recess, and introducing a lower layer to a region including the recess on the insulating film.
A lower conductive film depositing step of depositing a conductive film, and a step of depositing a region including the concave portion on the lower conductive film.
Deposit an upper conductive film consisting of the main material of the lag or wiring
An upper conductive film deposition step, wherein the upper conductive film is formed on the lower conductive film.
The polishing rate is lower than the polishing rate for the upper conductive film.
Using the first polishing agent having a polishing rate selection ratio,
The upper conductive film is removed except for the region of the concave portion.
Chemical mechanical polishing is performed so that the lower conductive film is exposed.
A first polishing step, wherein the lower conductive film is formed on the lower conductive film.
Polishing rate is about the same as polishing rate for the insulating film
By using the above second abrasive, the lower conductive film is
The insulation while being completely removed except in the area of the recess
Second polishing machine that performs chemical mechanical polishing so that the film remains
Forming a buried interconnect characterized by having a process
And depositing an intermediate conductive film in a region including the recess on the lower conductive film between the lower conductive film depositing step and the upper conductive film depositing step. step and further wherein the first polishing step, implantation characterized in that it comprises a step of the conductive film of the intermediate layer is removed except for a region of the recess
Method of forming embedded wiring.
膜に対する研磨速度が前記下層の導電膜に対する研磨速
度よりも大きい研磨速度選択比を有していることを特徴
とする請求項7に記載の埋め込み配線の形成方法。8. The polishing agent according to claim 1, wherein the second polishing agent has a polishing rate selection ratio in which the polishing rate of the intermediate layer against the conductive film is higher than that of the lower conductive film. 8. The method for forming a buried interconnect according to 7.
電膜が前記凹部の領域を除いて完全に除去されるまで化
学機械研磨を行なうことを特徴とする請求項7に記載の
埋め込み配線の形成方法。9. The burying method according to claim 7, wherein in the first polishing step, chemical mechanical polishing is performed until the conductive film of the intermediate layer is completely removed except for the region of the concave portion. Method of forming wiring.
工程と、 前記絶縁膜におけるプラグ又は配線が形成される領域に
凹部を形成する凹部形成工程と、 前記絶縁膜の上における前記凹部を含む領域に下層の導
電膜を堆積する下層導電膜堆積工程と、 前記下層の導電膜の上における前記凹部を含む領域にプ
ラグ又は配線の主材料よりなる上層の導電膜を堆積する
上層導電膜堆積工程と、 前記上層の導電膜に対して、前記下層の導電膜に対する
研磨速度が前記上層の導電膜に対する研磨速度よりも小
さい研磨速度選択比を有する第1の研磨剤を用いて、前
記上層の導電膜が前記凹部の領域を除いて除去される一
方前記下層の導電膜が露出するように化学機械研磨を行
なう第1の研磨工程と、 前記下層の導電膜に対して、前記下層の導電膜に対する
研磨速度が前記絶縁膜に対する研磨速度に比べて同程度
以上である第2の研磨剤を用いて、前記下層の導電膜が
前記凹部の領域を除いて完全に除去される一方前記絶縁
膜が残存するように化学機械研磨を行なう第2の研磨工
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
方法であって、 前記下層の導電膜がチタン膜であると共に前記上層の導
電膜はタングステン膜であり、 前記第1の研磨剤は、研磨粒子としてアルミナ又はシリ
カを含むと共に酸化剤として硝酸鉄又はヨウ素酸カリウ
ムを含むことを特徴とする埋め込み配線の形成方法。 10. An insulating film deposition for depositing an insulating film on a substrate.
A step, in the region where the plug or the wiring is formed in the insulating film
A recess forming step of forming a recess, and introducing a lower layer to a region including the recess on the insulating film.
A lower conductive film depositing step of depositing a conductive film, and a step of depositing a region including the concave portion on the lower conductive film.
Deposit an upper conductive film consisting of the main material of the lag or wiring
An upper conductive film deposition step, wherein the upper conductive film is formed on the lower conductive film.
The polishing rate is lower than the polishing rate for the upper conductive film.
Using the first polishing agent having a polishing rate selection ratio,
The upper conductive film is removed except for the region of the concave portion.
Chemical mechanical polishing is performed so that the lower conductive film is exposed.
A first polishing step, wherein the lower conductive film is formed on the lower conductive film.
Polishing rate is about the same as polishing rate for the insulating film
By using the above second abrasive, the lower conductive film is
The insulation while being completely removed except in the area of the recess
Second polishing machine that performs chemical mechanical polishing so that the film remains
Forming a buried interconnect characterized by having a process
The method, wherein the lower conductive film is a titanium film and the upper conductive film is a tungsten film, wherein the first abrasive includes alumina or silica as abrasive particles and iron oxide or iron nitrate as an oxidizing agent. A method for forming an embedded wiring, comprising potassium iodate .
工程と、 前記絶縁膜におけるプラグ又は配線が形成される領域に
凹部を形成する凹部形成工程と、 前記絶縁膜の上における前記凹部を含む領域に下層の導
電膜を堆積する下層導 電膜堆積工程と、 前記下層の導電膜の上における前記凹部を含む領域にプ
ラグ又は配線の主材料よりなる上層の導電膜を堆積する
上層導電膜堆積工程と、 前記上層の導電膜に対して、前記下層の導電膜に対する
研磨速度が前記上層の導電膜に対する研磨速度よりも小
さい研磨速度選択比を有する第1の研磨剤を用いて、前
記上層の導電膜が前記凹部の領域を除いて除去される一
方前記下層の導電膜が露出するように化学機械研磨を行
なう第1の研磨工程と、 前記下層の導電膜に対して、前記下層の導電膜に対する
研磨速度が前記絶縁膜に対する研磨速度に比べて同程度
以上である第2の研磨剤を用いて、前記下層の導電膜が
前記凹部の領域を除いて完全に除去される一方前記絶縁
膜が残存するように化学機械研磨を行なう第2の研磨工
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
方法であって、 前記絶縁膜はシリコン酸化膜であると共に前記下層の導
電膜はチタン膜であり、 前記第2の研磨剤は、研磨粒子としてシリカを含むと共
にpH調整剤として水酸化アンモニウム又は水酸化カリ
ウムを含むことを特徴とする埋め込み配線の形成方法。 11. An insulating film deposition for depositing an insulating film on a substrate.
A step, in the region where the plug or the wiring is formed in the insulating film
A recess forming step of forming a recess, and introducing a lower layer to a region including the recess on the insulating film.
A lower conductive film depositing step of depositing a conductive film, and a step of depositing a region including the concave portion on the lower conductive film.
Deposit an upper conductive film consisting of the main material of the lag or wiring
An upper conductive film deposition step, wherein the upper conductive film is formed on the lower conductive film.
The polishing rate is lower than the polishing rate for the upper conductive film.
Using the first polishing agent having a polishing rate selection ratio,
The upper conductive film is removed except for the region of the concave portion.
Chemical mechanical polishing is performed so that the lower conductive film is exposed.
A first polishing step, wherein the lower conductive film is formed on the lower conductive film.
Polishing rate is about the same as polishing rate for the insulating film
By using the above second abrasive, the lower conductive film is
The insulation while being completely removed except in the area of the recess
Second polishing machine that performs chemical mechanical polishing so that the film remains
Forming a buried interconnect characterized by having a process
The method, wherein the insulating film is a silicon oxide film and the lower conductive film is a titanium film, and the second abrasive contains silica as abrasive particles and ammonium hydroxide or water as a pH adjuster. A method for forming a buried wiring , comprising potassium oxide .
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