專利名稱：布線結(jié)構(gòu)的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及半導(dǎo)體裝置中的布線結(jié)構(gòu)的形成方法。
圖8(a)～(c)是表示歷來的布線結(jié)構(gòu)的形成方法各工序的剖面圖。
首先，如圖8(a)所示，在硅基板11上堆積了作為絕緣膜的厚度為1μm左右的硅氧化膜12后，使用平版印刷法或干式侵蝕法，在硅氧化膜12所定的區(qū)域形成貫通該氧化膜的、直徑為0.8μm左右的孔13。
接著，采用PVD(物理氣相沉積，physical vapor deposition)法，在包含孔13的硅氧化膜12上，全面、依次地堆積厚度為30nm的下層導(dǎo)電膜鈦膜14，以及厚度為100nm的中間層導(dǎo)電膜氮化鈦膜15。其后，采用CVD(化學(xué)氣相沉積，chemical vapor deposition)法，在氮化鈦膜15上，全面堆積厚度為1μm的上層導(dǎo)電膜鎢膜16。這樣，堆積了3層導(dǎo)電膜。這里，鈦膜14與氮化鈦膜15是屏障金屬膜。
接著，如圖8(b)所示，由使用1種研磨劑的化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)法，將在孔13外側(cè)區(qū)域堆積的鎢膜16及氮化鈦膜15除去。由此，使孔13外側(cè)區(qū)域堆積的鈦膜14完全露出。
接下來，如圖8(c)所示，由使用另1種研磨劑的化學(xué)機(jī)械研磨法，將在孔13外側(cè)區(qū)域堆積的鈦膜14除去。由此，使孔13內(nèi)形成由鎢構(gòu)成的插銷17，同時(shí)，硅氧化膜12露出。
以上，以鎢插銷的形成為例做了說明，但采用同樣的方法，例如也可以在絕緣膜上形成的布線用溝槽內(nèi)形成銅布線。
而且，由于隨著布線模式的微細(xì)化，布線與布線之間的間隔變得更小，因此在形成布線用溝槽或通過孔的平版印刷法中，漸漸地開始使用防止反射膜(以下稱ARL膜，Anti reflection layer)。
特開平10-214834號(hào)公報(bào)然而，在所述歷來的布線結(jié)構(gòu)的形成方法中使用ARL膜的情況下，存在有布線與布線之間發(fā)生短路的問題。
為了達(dá)到上述目的，本專利的發(fā)明者對(duì)所述歷來的布線結(jié)構(gòu)的形成方法中布線與布線之間發(fā)生短路的原因進(jìn)行了研究，得到如下結(jié)果。
也就是說，在使用歷來的布線結(jié)構(gòu)的形成方法形成布線時(shí)，在對(duì)屏障金屬膜進(jìn)行研磨時(shí)，屏障金屬膜會(huì)發(fā)生局部剝離而形成異物。由于該異物很硬，在布線之間存在的絕緣膜上形成由比該絕緣膜脆弱的材料所構(gòu)成的ARL膜的情況下，ARL膜的表面會(huì)發(fā)生微小的裂紋。在這種裂紋能夠從1根布線延伸到與其相鄰的另1根布線的情況下，當(dāng)裂紋中填充入金屬(屏障金屬膜及布線導(dǎo)電膜的1部分)時(shí)，布線之間就發(fā)生短路。
而且，由于隨著布線結(jié)構(gòu)的微細(xì)化，布線與布線之間的距離變小，所述裂紋就容易跨越布線之間，所以該裂紋中所埋入的金屬就更容易形成布線與布線之間的架橋結(jié)構(gòu)。即布線之間更容易發(fā)生短路。
圖9是表示在布線之間的ARL膜上生成的裂紋中埋入了金屬的模樣的平面圖。如圖9所示，在ARL膜21上埋入了多根相互平行延伸的銅布線22。在銅布線22與銅布線22之間的ARL膜21上，形成了跨越布線之間的裂紋23。在形成銅布線時(shí)，在該裂紋23內(nèi)埋入了銅。其結(jié)果是，發(fā)生銅布線22與銅布線22之間的短路。
本發(fā)明的基于以上見解所提出的。具體說來，本發(fā)明的布線結(jié)構(gòu)的形成方法包括以下工序在絕緣膜上形成防止反射膜后，在防止反射膜及絕緣膜上形成第1溝槽及與第1溝槽相鄰的第2溝槽的溝槽形成工序；在防止反射膜上依次堆積屏障金屬膜與布線用導(dǎo)電膜，使其完全掩埋第1溝槽與第2溝槽的膜堆積工序；通過研磨，除去第1溝槽外側(cè)及第2溝槽外側(cè)的所述布線用導(dǎo)電膜的第1研磨工序；在第1研磨工序之后，通過研磨，除去第1溝槽外側(cè)及第2溝槽外側(cè)的屏障金屬膜的第2研磨工序；在第2研磨工序之后，將被研磨面上粘附的異物除去的異物除去工序；以及在所述異物除去工序之后，使用在第1研磨工序中所使用的相同種類的研磨劑對(duì)防止反射膜的表面進(jìn)行研磨的第3研磨工序。
根據(jù)本發(fā)明的布線結(jié)構(gòu)的形成方法，在絕緣膜及其上面的防止反射膜上設(shè)置的溝槽中依次埋入屏障金屬膜與導(dǎo)電膜之后，將溝槽外側(cè)的屏障金屬膜及導(dǎo)電膜研磨除去。其后，在將研磨時(shí)被研磨面上粘附的異物除去之后，對(duì)防止反射膜的表面進(jìn)行研磨。因此，在對(duì)屏障金屬膜研磨時(shí)，在溝槽之間(即布線之間)存在的防止反射膜的表面上發(fā)生了微小裂紋，且在該裂紋中填充了金屬的情況下，能夠得到以下的效果。即，由于在除去了對(duì)屏障金屬膜研磨時(shí)粘附的異物之后，對(duì)防止反射膜的表面進(jìn)行了最終研磨，所以能夠防止異物對(duì)防止反射膜的表面造成新的損傷，同時(shí)還能夠除去裂紋中所填充的金屬。因此能夠避免由于裂紋中填充的金屬所造成的布線與布線之間的架橋現(xiàn)象，降低布線之間發(fā)生短路的頻率，所以能夠形成高性能的布線。
另外，根據(jù)本發(fā)明的布線結(jié)構(gòu)的形成方法，由于在第3研磨工序(反射防止膜的研磨)中使用與第1研磨工序(導(dǎo)電膜的研磨)中所使用的相同種類的研磨劑，所以在被埋入反射防止膜表面上的裂紋中的金屬是導(dǎo)電膜的一部分的情況下，可被確實(shí)地除去。
在本發(fā)明的布線結(jié)構(gòu)的形成方法中，理想的是，在第2研磨工序與第3研磨工序之間設(shè)置除去在第2研磨工序中所使用的研磨墊上的附著異物的工序。
這樣，在第3研磨工序(反射防止膜的研磨)中繼續(xù)使用在第2研磨工序(屏障金屬膜的研磨)中使用的研磨墊的情況下，可有效地防止反射防止膜表面受到損傷。在這種情況下，通過在除去研磨墊上的附著異物的工序中包括清洗研磨墊的工序，可確實(shí)有效地防止反射防止膜表面受到損傷。在除去研磨墊上的附著異物的工序中如果包括使用磨石對(duì)研磨墊的表面進(jìn)行磨刷的工序，則可得到同樣的效果。
在本發(fā)明的布線結(jié)構(gòu)的形成方法中，理想的是在第1研磨工序及第3研磨工序中使用相同的研磨裝置及研磨墊進(jìn)行研磨。
這樣，可提高布線形成的工作效率。
在本發(fā)明的布線結(jié)構(gòu)的形成方法中，理想的是在第3研磨工序中的研磨時(shí)間比第1研磨工序及第2研磨工序的研磨時(shí)間要短。
這樣，由于在第3研磨工序中，被埋入槽內(nèi)的導(dǎo)電膜不會(huì)受到很大程度的研磨，所以可以防止布線阻抗的增大。而且，在本發(fā)明的布線結(jié)構(gòu)的形成方法中，理想的是在第3研磨工序中將所述被研磨面壓向研磨墊的壓力以及該研磨墊的旋轉(zhuǎn)速度分別比第2研磨工序中相應(yīng)的壓力及旋轉(zhuǎn)速度要小。換言之，在第3研磨工序中的所述壓力及旋轉(zhuǎn)速度最好與在第1研磨工序中的相同。這樣，在被埋入在反射防止膜表面上的裂紋內(nèi)的金屬為導(dǎo)電膜的一部分的情況下，可被更確實(shí)有效地除去。
在本發(fā)明的布線結(jié)構(gòu)的形成方法中，理想的是設(shè)置第3研磨工序包括研磨條件不同的2個(gè)階段的研磨工序。在這個(gè)情況下，在2個(gè)階段的研磨工序中的一個(gè)階段所使用的研磨劑與在第2研磨工序中所使用的相同，并且在所述2個(gè)階段的研磨工序中的另一階段中所使用的研磨劑與在第1研磨工序中所使用的相同。
這樣，可提高布線形成的成品率。
在本發(fā)明的布線結(jié)構(gòu)的形成方法中，理想的是使異物除去工序包括使用有機(jī)酸、有機(jī)堿對(duì)被研磨面進(jìn)行清洗的工序。
這樣，能夠確實(shí)除去基板上所粘附的異物。
在本發(fā)明的布線結(jié)構(gòu)的形成方法中，第1溝槽與所述第2溝槽之間的間隔為0.25μm以下時(shí)，與歷來技術(shù)相比，上述本發(fā)明的效果則更為明顯。
在本發(fā)明的布線結(jié)構(gòu)的形成方法中，也可以把第1溝槽與第2溝槽可以相互平行配置。
在本發(fā)明的布線結(jié)構(gòu)的形成方法中，也可以采用雙重鑲嵌法進(jìn)行第1溝槽與第2溝槽中布線的形成。
在本發(fā)明的布線結(jié)構(gòu)的形成方法中，理想的是所述防止反射膜由含硅的材料所構(gòu)成。
這樣，在溝槽形成的平版印刷工序中，能夠確實(shí)提高圖形的形成精度。例如在平板印刷工序中，在使用KrF激元激光(波長(zhǎng)為248nm)作為光源的情況下，由于下層為75nm厚度的SiON膜和上層為8nm厚度的SiO2膜的疊層膜對(duì)KrF激元激光具有高的吸收率，所以作為反射防止膜具有優(yōu)良的性能。而且，在使用硅化合物作為反射防止膜的材料的情況下，可以使用同一裝置進(jìn)行反射防止膜的開口和在硅氧化膜上形成通孔，這樣可降低半導(dǎo)體器件的制造成本。
在本發(fā)明的布線結(jié)構(gòu)的形成方法中，理想的是，導(dǎo)電膜為銅膜，屏障金屬膜為鉭膜、氮化鉭膜、或鉭膜與氮化鉭膜的疊層膜。
這樣，就能夠形成低電阻的布線。而且，在這種情況下，第1溝槽或第2布線用所形成的溝槽中形成的布線還可以與在該布線下側(cè)所形成的插銷相互電連接。
圖2(a)及(b)是表示本發(fā)明第1實(shí)施例中的布線結(jié)構(gòu)形成方法中的各工序的剖面圖。
圖3(a)及(b)是表示本發(fā)明第1實(shí)施例中的布線結(jié)構(gòu)形成方法中的各工序的剖面圖。
圖4是表示本發(fā)明第1實(shí)施例中的布線結(jié)構(gòu)形成方法中的1個(gè)工序的剖面圖。
圖5是本發(fā)明第1或第2實(shí)施例中布線結(jié)構(gòu)形成方法中的中所使用的CMP裝置的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖6(a)～(c)是表示本發(fā)明第2實(shí)施例中的布線結(jié)構(gòu)形成方法中的各工序的剖面圖。
圖7(a)及(b)是表示本發(fā)明第2實(shí)施例中的布線結(jié)構(gòu)形成方法中的各工序的剖面圖。
圖8(a)～(c)是表示歷來的布線結(jié)構(gòu)形成方法中的各工序的剖面圖。
圖9是為了說明歷來的布線結(jié)構(gòu)形成方法中存在的問題的圖。符號(hào)說明100-基板，101-第1硅氧化膜，102-下層布線，103-第2硅氧化膜，104-通過孔，105-鈦膜，106-氮化鈦膜，107-鎢膜，108-插銷，109-FSG膜，110-ARL膜，111-布線用溝槽，112-氮化鉭膜，113-第1銅膜，114-第2銅膜，115-銅布線(上層布線)，116-裂紋中埋入的金屬，151-晶片，152-固定器，153-研磨墊，154-研磨定盤，155-漿料，156-漿料供給管，200-基板，201-第1硅氧化膜，202-下層布線，203-第2硅氧化膜，204-ARL膜，205-通過孔，206-保護(hù)膜圖形，207-布線用溝槽，208-氮化鉭膜，209-銅膜，210-銅布線(上層布線)。


圖1(a)～(c)、圖2(a)及(b)、圖3(a)及(b)以及圖4是表示本發(fā)明第1實(shí)施例中的布線結(jié)構(gòu)形成方法各工序的剖面圖。
首先，如圖1(a)所示，例如在由硅構(gòu)成的基板100上形成第1硅氧化膜101后，在第1硅氧化膜101上，例如形成由鎢膜所構(gòu)成的下層布線102。其后，在包含有下層布線102的第1硅氧化膜101上，例如由CVD法堆積第2硅氧化膜103。
接著，如圖1(b)所示，使用平版印刷法或干式侵蝕法，在下層布線103中，形成達(dá)到下層布線102的通過孔104。
接著，如圖1(c)所示，例如使用PVD或CVD法，在下層布線103上依次堆積鈦膜105及氮化鈦膜106，將通過孔104掩埋至途中。其后，例如使用CVD法，在氮化鈦膜106上形成鎢膜107，將通過孔104全部掩埋。這里，鈦膜105及氮化鈦膜106是屏障金屬。
接著，如圖2(a)所示，例如使用CMP法，將通過孔104外側(cè)區(qū)域所堆積的鈦膜105、氮化鈦膜106、以及鎢膜107除去。由此，下層布線103中的通過孔104，就能夠確實(shí)受到屏障金屬的保護(hù)，且能夠形成由鎢而構(gòu)成的插銷108。
接著，如圖2(b)所示，例如使用CVD法，在下層布線103上依次堆積添加氟的硅氧化膜(以下稱FSG膜)109及ARL膜110。這里，ARL膜110，例如可以具有上層的SiON膜與下層SiO2膜的雙層結(jié)構(gòu)，同時(shí)在后續(xù)的平版印刷法工序中有提高爆光分辨率的功能。其后，使用平版印刷法或干式侵蝕法，在ARL膜110及FSG膜109(以及第2硅氧化膜103的表面部)中，形成多個(gè)布線用溝槽111。這里，多個(gè)布線用溝槽111包括到達(dá)插銷108的布線用溝槽。而且，各布線用溝槽111，例如可以相互平行配置，布線用溝槽(trench)111與布線用溝槽111之間的間隔為0.25μm左右。
接著，如圖3(a)所示，例如使用PVD法，在ARL膜110上依次堆積氮化鉭膜112及第1銅膜113，將布線用溝槽111掩埋至途中。這里，第1銅膜113在后續(xù)的電鍍工序中具有作為遮蔽的功能，而且，氮化鉭膜112具有屏障的功能。接下來，例如使用電鍍法，在第1銅膜113上堆積第2銅膜114，將布線用溝槽111完全掩埋。
接著，如圖3(b)所示，例如由使用銅研磨劑(漿)的CMP法，將布線用溝槽111外側(cè)區(qū)域堆積的第1銅膜113及第2銅膜114除去(第1研磨工序)。由此，使各布線用溝槽111外側(cè)的氮化鉭膜112露出。接下來，由使用屏障金屬研磨漿的CMP法，將布線用溝槽111外側(cè)區(qū)域堆積的氮化鉭膜112除去(第2研磨工序)。由此，在各布線用溝槽111內(nèi)，與FSG膜109之間形成具有屏障層的銅布線(上層布線)115，同時(shí)，使ARL膜110的表面露出。這里，銅布線115與其下側(cè)形成的插銷108構(gòu)成電接觸。
這里，對(duì)第1與第2研磨工序加以詳細(xì)說明。在本實(shí)施例中，第1與第2研磨工序是使用同一CMP裝置進(jìn)行。
圖5是第1與第2研磨工序中使用的CMP裝置的概略圖。
如圖5所示，被研磨基板(基板100)晶片151，被保持在設(shè)置得可以旋轉(zhuǎn)且上下移動(dòng)的固定器152上。而且，對(duì)晶片151進(jìn)行研磨的研磨墊153安裝在能夠進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的研磨定盤154的表面。漿料155由漿料供給管156滴在研磨墊153上。在這種狀態(tài)下，在使研磨定盤154與研磨墊153旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，使固定器1521邊旋轉(zhuǎn)1邊下降，這樣，使保持在固定器152上的晶片151與研磨墊153相互磨擦，對(duì)晶片151的表面進(jìn)行研磨。
還有，在本實(shí)施例中，在從第1研磨工序向第2研磨工序移動(dòng)時(shí)，變更研磨漿料等研磨條件。具體說來，在第2研磨工序中，將晶片151壓向研磨墊153的壓力及研磨墊153的旋轉(zhuǎn)速度要比第1研磨工序中相應(yīng)的壓力及旋轉(zhuǎn)速度小。這里，在本說明書中，晶片151與固定器152共同旋轉(zhuǎn)的情況下，研磨墊153的旋轉(zhuǎn)速度是指研磨墊153對(duì)晶片151的相對(duì)速度。
然而，在以上說明的使用CMP法的第2研磨工序結(jié)束時(shí)，如圖3(b)所示，銅布線(上層布線)114之間的ARL膜110的表面生成的裂紋中會(huì)埋入銅等金屬116。這里，裂紋中埋入的金屬116在銅布線115與銅布線115之間形成類似架橋結(jié)構(gòu)的情況下，就會(huì)發(fā)生銅布線115與銅布線115之間的短路。
因此，在本實(shí)施例中，為了使構(gòu)成銅布線115的銅膜的減少控制在最小限度，同時(shí)降低銅布線115與銅布線115之間發(fā)生短路的頻率，采用以下說明的方法，將裂紋中埋入的金屬116除去。
首先，在第2研磨工序結(jié)束后，將基板100(晶片151)從CMP裝置取出，將基板100的表面洗凈。這樣，在第1研磨工序或第2研磨工序中所發(fā)生的削屑(異物)就能夠從基板100的表面洗去?；?00的清洗，例如可以使用有機(jī)酸溶液、或有機(jī)堿溶液。這里，除去作為異物的削屑是很重要的。也就是說，在基板100上殘留有削屑的狀態(tài)下，在對(duì)ARL膜110的表面的裂紋中埋入的金屬116進(jìn)行除去時(shí)，這些削屑就有可能對(duì)ARL膜110或銅布線115造成新的損傷。具體說來，即使是能夠?qū)ψ畛趿鸭y中埋入的金屬116進(jìn)行除去，還可能發(fā)生銅布線115的損傷(即構(gòu)成銅布線115的銅膜變薄)，或者是在ARL膜110上又產(chǎn)生新的裂紋，在該裂紋中又埋入了金屬。
在本實(shí)施例中，對(duì)所述基板100(晶片151)的清洗工序(除去異物的工序)，是將基板100由CMP裝置移向清洗裝置而進(jìn)行的。此時(shí)，在對(duì)基板100清洗期間，希望采用別的方法，除去研磨墊153上所粘附的削屑(異物)。其理由與所述基板100的清洗的情況相同。即，除去研磨墊153上殘存的削屑，在繼續(xù)使用研磨墊153對(duì)基板100上的ARL膜110表面的裂紋中埋入的金屬116進(jìn)行除去時(shí)，能夠更可靠地防止ARL膜110表面產(chǎn)生新的損傷。這里，例如可通過在CMP裝置中，在使研磨墊153旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，取代漿料而供給純水，對(duì)研磨墊153進(jìn)行清洗，來除去研磨墊153上的殘留削屑。或者，也可以通過使用磨石磨刷研磨墊153的表面來除去削屑。這樣，就能夠確實(shí)除去研磨墊153表面所粘附的異物。
接著，在異物除去工序之后，為了除去ARL膜110表面微小裂紋中埋入的金屬116，由CMP法，對(duì)ARL膜110的表面進(jìn)行研磨(第3研磨工序)。這樣，如圖4所示，就能夠?qū)⒊蔀椴季€間短路原因的裂紋中的金屬116與裂紋同時(shí)除去。
還有，在本實(shí)施例中，使用與第1研磨工序及第2研磨工序同1的CMP裝置而進(jìn)行第3研磨工序(參照?qǐng)D5)。除了研磨時(shí)間之外，第3研磨工序的研磨條件與第1研磨工序(即對(duì)銅膜113及114(布線用導(dǎo)電膜)的研磨工序)的研磨條件相同。具體地講，在第3研磨工序中，將晶片151壓向研磨墊153的壓力及研磨墊153的旋轉(zhuǎn)速度與第1研磨工序中相應(yīng)的壓力及旋轉(zhuǎn)速度相同。即，在第3研磨工序中，所述壓力及旋轉(zhuǎn)速度都分別比第2研磨工序中相應(yīng)的壓力及旋轉(zhuǎn)速度要大。而且，第3研磨工序中所使用的漿料，與第1研磨工序中的相同，為Cu研磨用的漿料。另一方面，第3研磨工序的研磨時(shí)間，設(shè)置得比第1研磨工序中的布線用導(dǎo)電膜的研磨時(shí)間要短(例如10秒左右)。使其比第2研磨工序中的氮化鉭膜112(屏障金屬膜)的研磨時(shí)間短。
如上所述的條件設(shè)定需要同時(shí)考慮到即要確實(shí)地除去裂紋中的金屬116(例如是銅)又要防止構(gòu)成銅布線115的導(dǎo)電膜的膜厚變薄。即，通過在第3研磨工序中使用Cu研磨用的漿料，在被埋入在ARL膜110中的金屬116為銅膜113或114的一部分的情況下，可被容易地除去。但是由于如果使用Cu研磨用的漿料進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的研磨，則銅布線115將受到過度的研磨，所以要縮短第3研磨工序的研磨時(shí)間。換言之，為了除去埋入脆弱的ARL膜110中的無用的金屬116，在第3研磨工序中繼續(xù)使用在第1研磨工序中所進(jìn)行的Cu研磨用的CMP，并且為了把布線用導(dǎo)電膜膜的減少抑制到最小的限度，設(shè)定第3研磨工序的研磨時(shí)間大大低于第1研磨工序的研磨時(shí)間。這樣，通過除了研磨時(shí)間以外與第1研磨工序的研磨條件相同的第3研磨工序，可確實(shí)地除去被埋入在ARL膜中的銅。而且，通過研磨時(shí)間非常短的第3研磨工序，不會(huì)對(duì)構(gòu)成銅布線210的銅膜形成過度的研磨。
如以上說明的那樣，根據(jù)第1實(shí)施例，在基板100上的FSG膜109及其上的ARL膜110上設(shè)置的布線用溝槽111中，依次埋入屏障金屬膜(氮化鉭膜112)與布線用導(dǎo)電膜(銅膜113及114)之后，將布線用溝槽111外側(cè)的布線用導(dǎo)電膜及屏障金屬膜研磨除去。其后，在將研磨時(shí)基板100上粘附的異物(削屑)除去之后，對(duì)ARL膜110的表面進(jìn)行研磨。因此，在對(duì)屏障金屬膜研磨時(shí)，在布線用溝槽111之間(即布線115之間)存在的ARL膜110的表面上發(fā)生了微小裂紋，且在該裂紋中填充了金屬116的情況下，能夠得到以下的效果。即，由于在除去了對(duì)屏障金屬膜研磨時(shí)基板100上粘附的異物之后，對(duì)ARL膜110的表面進(jìn)行了最終研磨，所以能夠防止異物對(duì)ARL膜110的表面造成新的損傷，同時(shí)還能夠除去裂紋中所填充的金屬116。因此能夠避免由于裂紋中填充的金屬116所造成的布線114間的架橋現(xiàn)象，所以能夠形成降低布線之間發(fā)生短路的布線結(jié)構(gòu)，即高性能的布線。
而且，在歷來的技術(shù)中，隨著相鄰布線之間的距離減小，尤其是當(dāng)布線之間的距離小于0.25μm時(shí)，明顯增加了布線之間的短路。而在本發(fā)明中，在布線之間的距離小于0.25μm的情況下，獲得了防止布線之間短路的明顯效果。
另外，根據(jù)實(shí)施例1，由于在第3研磨工序(ARL膜110的研磨)中使用與第1研磨工序(布線用導(dǎo)電膜的研磨)相同的Cu研磨用漿料，所以在被埋入在ARL膜110內(nèi)的金屬116是布線用導(dǎo)電膜的一部分的情況下，可以確實(shí)地把其除去。
另外，根據(jù)實(shí)施例1，由于第3研磨工序中的研磨時(shí)間比第1研磨工序及第2研磨工序中的研磨時(shí)間短，所以，在第3研磨工序中，構(gòu)成銅布線115的導(dǎo)電膜不會(huì)受到過度的研磨，因此可防止布線阻抗的增大。
另外，根據(jù)實(shí)施例1，在第3研磨工序中把基板100壓在研磨墊153上的壓力及研磨墊153的旋轉(zhuǎn)速度分別與在第1研磨工序中的相同。換言之，除了研磨時(shí)間，第3研磨工序的研磨條件與第1研磨工序的相同。因此，在被埋入在ARL膜110內(nèi)的金屬116是布線用導(dǎo)電膜的一部分的情況下，可以確實(shí)地把其除去。
(第2實(shí)施例)以下參照?qǐng)D面對(duì)本發(fā)明第2實(shí)施例中的布線結(jié)構(gòu)的形成方法加以說明。第2實(shí)施例與第1實(shí)施例的不同點(diǎn)在于，銅布線的形成是采用雙重鑲嵌法而進(jìn)行的。
圖6(a)～(c)及圖7(a)、(b)是表示本發(fā)明第2實(shí)施例中的布線結(jié)構(gòu)形成方法各工序的剖面圖。
首先，如圖6(a)所示，例如在由硅構(gòu)成的基板200上形成第1硅氧化膜201后，在第1硅氧化膜201上，例如形成有鎢膜所構(gòu)成的下層布線202。其后，在包含有下層布線202上的第1硅氧化膜201上，例如由CVD法依次堆積第2硅氧化膜203與ARL膜204。這里，ARL膜204，例如可以具有上層的SiON膜與下層SiO2膜的2層結(jié)構(gòu)，同時(shí)在后續(xù)的平版印刷法工序中有提高爆光分辨率的功能。其后，使用平版印刷法或干式侵蝕法，在ARL膜204及第2硅氧化膜203上，形成達(dá)到下層布線202的通過孔205。
接著，如圖6(b)所示，在基板200上全面涂敷保護(hù)膜后，采用雙重鑲嵌法，在布線溝槽形成區(qū)域形成具有開口部的保護(hù)膜圖案206。
接著，如圖6(c)所示，以保護(hù)膜圖案206作為面罩，對(duì)ARL膜204及第2硅氧化膜203進(jìn)行干式侵蝕，形成多個(gè)布線用溝槽207。之后，再由拋光法將保護(hù)膜圖案206除去。這里，布線用溝槽207包括到達(dá)通過孔205的布線用溝槽(在包含原來的通過孔205的上部區(qū)域形成)。而且，各布線用溝槽207，例如可以是相互平行配置，布線用溝槽207之間的距離為0.25μm左右。
接著，如圖7(a)所示，在ARL膜204上堆積氮化鉭膜208，以掩埋布線用溝槽207及通過孔205到途中。這里，氮化鉭(TaN)膜208具有作為屏障層的功能。接下來，在氮化鉭膜208上堆積銅膜209，使布線用溝槽207及通過孔205完全被掩埋。
接著，如圖7(b)所示，例如由使用銅研磨漿料的CMP法，將布線用溝槽207及通過孔205外側(cè)區(qū)域堆積的銅膜209除去(第1研磨工序)。由此，使布線用溝槽207及通過孔205外側(cè)的氮化鉭膜208露出。接下來，由使用屏障金屬研磨漿的CMP法，將布線用溝槽207及通過孔205外側(cè)區(qū)域堆積的氮化鉭膜208除去(第2研磨工序)。由此，在布線用溝槽207及通過孔205內(nèi)，與第2硅氧化膜203等絕緣膜之間，形成具有屏障層的銅布線(上層布線)210，同時(shí)，使ARL膜204的表面露出。這里，銅布線(上層布線)210具有在通過孔205中形成，且與其下側(cè)形成的下層布線202電接觸的插銷部分。
還有，在本實(shí)施例中，與第1實(shí)施例同樣，第1與第2研磨工序是使用CMP裝置進(jìn)行的(參照?qǐng)D5)。而且，由第1實(shí)施例向第2實(shí)施例移動(dòng)時(shí)，漿料的種類等研磨條件需要變更。具體說來，在第2研磨工序中，將基板200壓向研磨盤的壓力及研磨盤的旋轉(zhuǎn)速度都分別比第1研磨工序中相應(yīng)的壓力及旋轉(zhuǎn)速度要小。
然而，在上述說明的使用CMP法的第2研磨工序終了時(shí)，銅布線210間的ARL膜204的表面上生成的裂紋內(nèi)會(huì)埋入銅等金屬(圖中省略)。這里，裂紋內(nèi)埋入的金屬，如果在銅布線210之間形成類似架橋的結(jié)構(gòu)，就會(huì)發(fā)生銅布線210與銅布線210之間的短路。
所以，在本實(shí)施例中，為了使構(gòu)成銅布線210的銅膜的減少控制在最小限度，同時(shí)降低銅布線210與銅布線210之間發(fā)生短路的頻率，采用以下說明的方法，將裂紋內(nèi)埋入的金屬除去。
首先，在第2研磨工序結(jié)束后，將基板200從CMP裝置取出，將基板200的表面洗凈。這樣，在第1研磨工序或第2研磨工序中所發(fā)生的削屑(異物)就能夠從基板200的表面洗去。基板200的清洗，例如可以使用有機(jī)酸溶液、或有機(jī)堿溶液。這里，除去作為異物的削屑是很重要的。也就是說，在基板200上殘留有削屑的狀態(tài)下，在對(duì)ARL膜204的表面的裂紋中埋入的金屬進(jìn)行除去時(shí)，這些削屑就有可能對(duì)ARL膜204或銅布線210造成新的損傷。具體說來，即使是能夠?qū)ψ畛趿鸭y中埋入的金屬進(jìn)行除去，還可能發(fā)生銅布線210的損傷(即構(gòu)成銅布線210的銅膜變薄)，或者是在ARL膜204上又產(chǎn)生新的裂紋，在該裂紋中又埋入了金屬。
在本實(shí)施例中，對(duì)所述基板200的清洗工序(除去異物的工序)，是將基板200由CMP裝置移向清洗裝置而進(jìn)行的。此時(shí)，在對(duì)基板200清洗期間，希望采用別的方法，除去研磨墊上所粘附的削屑(異物)。其理由與所述基板200的清洗的情況相同。即，除去研磨墊上殘存的削屑，在繼續(xù)使用該研磨墊對(duì)基板200上的ARL膜204表面的裂紋中埋入的金屬進(jìn)行除去時(shí)，能夠更可靠地防止ARL膜204表面產(chǎn)生新的損傷。這里，例如可通過在CMP裝置中，在使研磨墊旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，取代漿料而供給純水，對(duì)研磨墊進(jìn)行清洗，來除去研磨墊上的殘留削屑?；蛘撸部梢酝ㄟ^使用磨石磨刷研磨墊的表面來除去削屑。這樣，就能夠確實(shí)除去研磨墊表面所粘附的異物。
接著，在異物除去工序之后，為了除去ARL膜204表面微小裂紋中埋入的金屬，由CMP法，對(duì)ARL膜204的表面進(jìn)行研磨(第3研磨工序)。這樣，就能夠?qū)⒊蔀椴季€間短路原因的裂紋中的金屬與裂紋同時(shí)除去。
還有，在本實(shí)施例中，與第1實(shí)施例相同，使用與第1研磨工序及第2研磨工序同1的CMP裝置而進(jìn)行第3研磨工序(參照?qǐng)D5)。除了研磨時(shí)間之外，第3研磨工序的研磨條件，與第1研磨工序(即對(duì)銅膜209(布線用導(dǎo)電膜)的研磨工序)的研磨條件相同。具體地講，在第3研磨工序中，將基板200壓向研磨墊的壓力及研磨墊的旋轉(zhuǎn)速度與第1研磨工序中相應(yīng)的壓力及旋轉(zhuǎn)速度相同。即，在第3研磨工序中，所述壓力及旋轉(zhuǎn)速度都分別比第2研磨工序中相應(yīng)的壓力及旋轉(zhuǎn)速度要大。而且，第3研磨工序中所使用的漿料，與第1研磨工序中的相同，為Cu研磨用漿料。另一方面，第3研磨工序的研磨時(shí)間，設(shè)置得比第1研磨工序中的布線用導(dǎo)電膜的研磨時(shí)間要短(例如10秒左右)。使其比第2研磨工序中的氮化鉭膜208(屏障金屬膜)的研磨時(shí)間短。
如上所述的條件設(shè)定需要同時(shí)考慮到即要確實(shí)地除去ARL膜204表面的裂紋中的金屬(例如是銅)又要防止構(gòu)成銅布線210的導(dǎo)電膜的膜厚變薄。即，通過在第3研磨工序中使用Cu研磨用的漿料，在被埋入在ARL膜204中的金屬為銅膜209一部分的情況下，可被容易地除去。但是由于如果使用Cu研磨用的漿料進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的研磨，則銅布線210將受到過度的研磨，所以要縮短第3研磨工序的研磨時(shí)間。換言之，為了除去埋入脆弱的ARL膜204中的無用的金屬，在第3研磨工序中繼續(xù)使用在第1研磨工序中所進(jìn)行的Cu研磨用的CMP，并且為了把布線用導(dǎo)電膜膜的減少抑制到最小的限度，設(shè)定第3研磨工序的研磨時(shí)間大大低于第1研磨工序的研磨時(shí)間。這樣，通過除了研磨時(shí)間以外與第1研磨工序的研磨條件相同的第3研磨工序，可確實(shí)地除去被埋入在ARL膜204中的銅。而且，通過研磨時(shí)間非常短的第3研磨工序，不會(huì)對(duì)構(gòu)成銅布線210的銅膜形成過度的研磨。
如以上說明的那樣，根據(jù)第1實(shí)施例，在基板200上的FSG膜204及其上的ARL膜203上設(shè)置的布線用溝槽207及通孔205中，依次埋入屏障金屬膜(氮化鉭膜208)與布線用導(dǎo)電膜(銅膜209)之后，將布線用溝槽207及通孔205外側(cè)的布線用導(dǎo)電膜及屏障金屬膜研磨除去。其后，在將研磨時(shí)基板200上粘附的異物(削屑)除去之后，對(duì)ARL膜204的表面進(jìn)行研磨。因此，在對(duì)屏障金屬膜研磨時(shí)，在布線用溝槽207之間(即銅布線210之間)存在的ARL膜204的表面上發(fā)生了微小裂紋，且在該裂紋中填充了金屬的情況下，能夠得到以下的效果。即，由于在除去了對(duì)屏障金屬膜研磨時(shí)基板200上粘附的異物之后，對(duì)ARL膜204的表面進(jìn)行了最終研磨，所以能夠防止異物對(duì)ARL膜204的表面造成新的損傷，同時(shí)還能夠除去裂紋中所填充的金屬。因此能夠避免由于裂紋中填充的金屬所造成的布線210間的架橋現(xiàn)象，所以能夠形成降低布線之間發(fā)生短路的布線結(jié)構(gòu)，即高性能的布線。
而且，在歷來的技術(shù)中，隨著相鄰布線之間的距離減小，尤其是當(dāng)布線之間的距離小于0.25μm時(shí)，明顯增加了布線之間的短路。而在本發(fā)明中，在布線之間的距離小于0.25μm的情況下，獲得了防止布線之間短路的明顯效果。
另外，根據(jù)實(shí)施例2，由于在第3研磨工序(ARL膜204的研磨)中使用與第1研磨工序(布線用導(dǎo)電膜的研磨)相同的Cu研磨用漿料，所以在被埋入在ARL膜204內(nèi)的金屬是布線用導(dǎo)電膜的一部分的情況下，可以確實(shí)地把其除去。
另外，根據(jù)實(shí)施例2，由于第3研磨工序中的研磨時(shí)間比第1研磨工序及第2研磨工序(氮化鉭膜208(屏障金屬膜)的研磨)中的研磨時(shí)間短，所以，在第3研磨工序中，構(gòu)成銅布線210的導(dǎo)電膜不會(huì)受到過度的研磨，因此可防止布線阻抗的增大。
另外，根據(jù)實(shí)施例2，在第3研磨工序中把基板200壓在研磨墊153上的壓力及研磨墊153的旋轉(zhuǎn)速度分別與在第1研磨工序中的相同。換言之，除了研磨時(shí)間，第3研磨工序的研磨條件與第1研磨工序的相同。因此，在被埋入在ARL膜204內(nèi)的金屬是布線用導(dǎo)電膜的一部分的情況下，可以確實(shí)地把其除去。
另外，在第1或第2實(shí)施例中，是以形成第1層銅布線的情況進(jìn)行的說明，但即使是對(duì)于形成多層銅布線的情況，第2層以后的上層銅布線的形成，也可以適用本實(shí)施例的方法。而且，對(duì)于在布線溝槽內(nèi)埋入銅以外的導(dǎo)電膜形成布線的情況，也可以適用本實(shí)施例的方法。
而且，在第1或第2實(shí)施例中，對(duì)屏障膜雖然沒有特別的限制，但在使用銅膜作為布線用導(dǎo)電膜的情況下，希望能夠使用例如鉭膜、氮化鉭膜、或鉭膜與氮化鉭膜的疊層膜作為屏障金屬膜。而且，對(duì)埋入布線絕緣膜的種類也沒有特別的限制。
而且，在第1或第2實(shí)施例中，在第2研磨工序(屏障金屬膜的研磨)之后進(jìn)行的異物除去工序(基板清洗工序)中，希望使用有機(jī)酸溶液、或有機(jī)堿溶液對(duì)基板進(jìn)行清洗。這樣，就能夠確實(shí)除去基板上所粘附的異物(削屑)。此時(shí)，作為有機(jī)堿，例如也可以使用TMAH(四甲基銨氫化物)等的羥胺。另外，作為有機(jī)酸，也可以使用例如草酸、檸檬酸或蘋果酸等的具有2個(gè)以上羰基(-COOH基)的羧酸。
而且，在第1或第2實(shí)施例中，對(duì)于銅研磨用漿料的種類以及屏障層(TaN)研磨用漿料的種類也沒有特別的限定。例如可以使用含有過氧化氫溶液(雙氧水)作為氧化劑的銅研磨用漿料，以及含有硝酸(或其派生化合物)作為氧化劑的TaN研磨用漿料。而且，還可以使用顆粒尺寸相互不同的銅研磨用漿料以及TaN研磨用漿料。
而且，在第1或第2實(shí)施例中，都進(jìn)行第1～第3研磨工序，但也可以把其中的第3工序進(jìn)一步分成2個(gè)階段進(jìn)行。具體是，在第3研磨工序中的第1階段實(shí)施與第1研磨工序相同條件下的研磨，然后在第3研磨工序的第2階段實(shí)施與第2研磨工序相同條件下的研磨。但是在這種情況下，也最好使第3研磨工序的總研磨時(shí)間小于第1及第2研磨工序的研磨時(shí)間。這樣可提高布線形成的合格率。
而且，在第1或第2實(shí)施例中，第1～第3研磨工序都是使用同一CMP裝置而進(jìn)行的，但也可以在全部的研磨工序中使用分別的CMP裝置而進(jìn)行，以取代同1的CMP裝置?；蛘邇H僅是第1研磨工序使用別的CMP裝置。還有，第1～第3研磨工序中所使用的CMP裝置，也并不限于僅有1個(gè)基板固定器，且在1次的研磨工序中僅能研磨1枚基板的裝置。即，也可以使用有多個(gè)基板固定器，且在1次的研磨工序中能夠研磨多枚基板的CMP裝置。但是理想的是，在第1研磨工序及第3研磨工序中使用相同的研磨裝置及研磨墊。這樣，可高效率地使用研磨裝置。
根據(jù)本發(fā)明，在絕緣膜及其上的防止反射膜上設(shè)置的布線用溝槽中依次埋入屏障金屬膜與布線用導(dǎo)電膜時(shí)，在屏障金屬膜的研磨時(shí)等，是對(duì)基板上粘附的異物進(jìn)行除去之后，對(duì)絕緣膜的表面進(jìn)行最終研磨。因此，能夠防止異物對(duì)防止反射膜表面造成新的損傷，同時(shí)，由于能夠除去絕緣膜表面裂紋中所埋入的金屬，所以能夠避免由該金屬引起的布線間的架橋事態(tài)的發(fā)生。所以，能夠降低布線與布線之間發(fā)生短路的頻率，形成高性能的布線。
另外，根據(jù)本發(fā)明，由于在第3研磨工序(反射防止膜的研磨)中，使用與第1研磨工序(布線用導(dǎo)電膜的研磨)相同種類的研磨劑，所以在被埋入可以反射防止膜表面上的裂紋內(nèi)的金屬是布線用導(dǎo)電膜的一部分的情況下，可確實(shí)地將其除去。
權(quán)利要求
1.一種布線結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于包括在絕緣膜上形成防止反射膜，然后在所述防止反射膜及所述絕緣膜上，形成第1溝槽及與所述第1溝槽相鄰的第2溝槽的溝槽形成工序；在所述防止反射膜上依次堆積屏障金屬膜與布線用導(dǎo)電膜，并使其掩埋所述第1溝槽與所述第2溝槽的膜堆積工序；通過研磨，除去所述第1溝槽外側(cè)及所述第2溝槽外側(cè)的所述布線用導(dǎo)電膜的第1研磨工序；在所述第1研磨工序之后，通過研磨，除去所述第1溝槽外側(cè)及所述第2溝槽外側(cè)的所述屏障金屬膜的第2研磨工序；在所述第2研磨工序之后，除去所述被研磨面上粘附的異物的異物除去工序；以及在所述異物除去工序之后，使用與在所述第1研磨工序中相同種類的研磨劑對(duì)所述防止反射膜的表面進(jìn)行研磨的第3研磨工序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的布線結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于在所述第2研磨工序與所述第3研磨工序之間，設(shè)有除去在所述第2研磨工序中使用的研磨墊上的附著異物的工序。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的布線結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于在所述除去研磨墊上的附著異物的工序中，包括清洗所述研磨墊的工序。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的布線結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于在所述除去研磨墊上的附著異物的工序中，包括使用磨石磨刷研磨墊的表面的工序。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的布線結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于在所述第1研磨工序及第3研磨工序中使用相同的研磨裝置及研磨墊進(jìn)行研磨。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的布線結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于在所述第3工序中的研磨時(shí)間要比所述第1研磨工序及所述第2研磨工序中的研磨時(shí)間短。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的布線結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于在所述第3研磨工序中，將所述被研磨面壓向研磨墊的壓力以及該研磨墊的旋轉(zhuǎn)速度分別比第1研磨工序中相應(yīng)的壓力及旋轉(zhuǎn)速度要大。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的布線結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于所述第3研磨工序包括研磨條件不同的2個(gè)階段的研磨工序。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的布線結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于在所述2個(gè)階段的研磨工序中的一個(gè)階段所使用的研磨劑與在所述第2研磨工序中所使用的相同，并且在所述2個(gè)階段的研磨工序中的另一階段中所使用的研磨劑與在第1研磨工序中所使用的相同。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的布線結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于所述異物除去工序包括使用有機(jī)酸、有機(jī)堿，對(duì)所述被研磨面進(jìn)行清洗的工序。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的布線結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于所述第1溝槽與所述第2溝槽之間的間隔為0.25μm以下。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的布線結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于所述第1溝槽與所述第2溝槽相互平行配置。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的布線結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于所述第1溝槽與所述第2溝槽中布線的形成是采用雙重鑲嵌法而進(jìn)行的。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的布線結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于所述防止反射膜是由含硅的材料構(gòu)成。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的布線結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于所述布線用導(dǎo)電膜為銅膜，所述屏障金屬膜為鉭膜、氮化鉭膜、或鉭膜與氮化鉭膜的疊層膜。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的布線結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于在所述第1溝槽及所述第2溝槽中所形成的布線與在該布線下側(cè)所形成的插銷構(gòu)成電連接。
全文摘要
本發(fā)明為一種布線結(jié)構(gòu)的形成方法，在形成在基板(100)上的FSG膜(109)及ARL膜(110)上形成多個(gè)布線用溝槽(111)，然后，在ARL膜(110)上依次堆積能夠?qū)⒏鞑季€用溝槽(111)完全掩埋的屏障金屬膜(氮化鉭膜(112))與布線用導(dǎo)電膜(銅膜(113)及(114))。其后，在通過研磨除去了各布線用溝槽(111)外側(cè)的銅膜(113)及(114)之后，再通過研磨，除去各布線用溝槽(111)外側(cè)的氮化鉭膜(112)。之后，在除去了在研磨時(shí)基板(100)上粘附的異物之后，使用與在銅膜(113)及(114)的研磨工序中所使用的相同種類的研磨劑對(duì)ARL膜(110)的表面進(jìn)行研磨。從而可防止在絕緣膜以及絕緣膜上的ARL膜中埋入的布線之間的短路。
文檔編號(hào)H01L21/3105GK1428843SQ0215699
公開日2003年7月9日 申請(qǐng)日期2002年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月27日
發(fā)明者濱中雅司, 原田剛史, 吉田英朗, 上田哲也 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社