專利名稱：半導(dǎo)體裝置的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置的制造方法，詳細(xì)地說，涉及埋入金屬配線，尤其通過對銅配線化學(xué)機械研磨的表面平整化的方法。
以前，半導(dǎo)體裝置尤其在制造埋入式金屬配線時，如圖4所示，在具有有源元件的半導(dǎo)體基板101上形成絕緣膜層102〔圖4(a)〕，在絕緣膜層102上形成刻蝕圖形105，將其作成掩膜對絕緣層102進(jìn)行刻蝕并形成接觸孔106〔圖4(b)〕。在以埋入所形成的接觸孔106的壁面及底的方式形成Ti或Ta等隔膜103之后〔圖4(c)〕，將導(dǎo)電材料104形成膜并埋入接觸孔106〔圖4(d)〕。進(jìn)而，通過化學(xué)機械研磨法(以下簡稱為CMP)進(jìn)行膜表面的平整，形成埋入式配線〔圖4(e)〕。
在CMP中，邊供給含有氧化鋁或硅等的研磨粒子與過氧化氫等刻蝕劑的研磨漿液，邊將在載體上固定的晶片放在貼有砂布的旋轉(zhuǎn)的磨盤上。
迄今，在進(jìn)行該CMP的埋入式配線工藝中，已有大致從兩個方向提出各種方案，如改進(jìn)用于CMP中的研磨劑組成和改進(jìn)研磨側(cè)的結(jié)構(gòu)。
有關(guān)研磨劑的組成問題，如從特開平7-94455號公報所示，公開了這樣一種方法，即利用鹽酸水溶液、過硫酸銨水溶液、氯化鉻水溶液、磷酸水溶液、氫氧化銨水溶液、含有氯化銅銨與氫氧化銨的水溶液、含有氫氧化銨與過氧化氫的水溶液或所述水溶液的混合液作為蝕刻劑，通過CMP形成配線的方法。在該公報中，通過使用上述的蝕刻劑，可加大配線溝槽形成的絕緣膜與作為在該溝槽作為配線埋入的金屬膜的研磨速度比，其結(jié)果，由于提供了研磨時絕緣膜的制動效果，在研磨達(dá)到絕緣膜時，即可停止研磨的進(jìn)行，進(jìn)而可著實地控制金屬膜的厚度。還有，據(jù)該公報中報導(dǎo)，作為研磨粒子使用了1μm以下的SiO2粒子，與Al2O3粒子相比，SiO2粒子硬度低且粒子細(xì)，因此難于使含銅的較軟質(zhì)金屬膜表面損傷，沒有由于研磨而損失配線的特性。
然而，該公報中由于具有絕緣膜的制動效果，所以通過蝕刻劑的作用，在配線中央部分受到化學(xué)蝕刻而發(fā)生凹陷的問題而不能實用。
針對這一點，本發(fā)明人等曾提出了不僅對研磨劑的組成，而且對研磨側(cè)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)來控制該化學(xué)蝕刻的方法。該方法已在特開平9-148431號公報中報導(dǎo)。即是說，提出了下列的半導(dǎo)體裝置的制造方法，即在穿通孔或者在配線形成用的溝槽所形成的絕緣膜上形成導(dǎo)電膜，并在該導(dǎo)電膜上形成保護(hù)膜，通過CMP同時對所述保護(hù)膜及導(dǎo)電膜進(jìn)行研磨，在所述穿通孔或者在配線形成用的溝槽填充導(dǎo)電膜。
據(jù)該公報的實施例3中報導(dǎo)，在放出孔與配線形成用溝槽的絕緣膜上首先作為隔膜將鈦/氮化鈦膜濺射形成膜，進(jìn)而通過CVD法將銅配線以放出孔最小直徑1/3的厚度，作為第一保護(hù)膜形成厚度0.1μm的第一鈦膜，以配線形成用溝槽的最大幅的1/3的厚度以下形成第二銅配線，最后作為第二保護(hù)膜形成0.1μm厚度的第二鈦膜，在上述膜形成之后，使用氧化鋁研磨粒子的圖形部分濃度為12％、水與H2O2的比例為1∶1的研磨劑，通過化學(xué)機械研磨法研磨放出孔，配線形成用溝槽以外部分的第二保護(hù)膜的鈦膜、銅膜、第一保護(hù)膜的鈦膜、銅膜、隔膜的氮化鈦膜、鈦膜，并向放出孔、配線形成用溝槽填充銅膜。還有，氧化鋁研磨粒子的固形部分濃度以5-33％為宜，水與H2O2的比例以1∶0.1-1∶2為宜。
上述方法能抑制化學(xué)蝕刻，并且作為防止在放出孔或在配線中央部分發(fā)生空穴的方法是極為優(yōu)良的方法，但是增加了在導(dǎo)電膜上形成保護(hù)膜的工藝，而且這樣所形成的保護(hù)膜通過研磨而被除去，因此從經(jīng)濟(jì)觀點來看，還有改進(jìn)的余地。
另一方面，被研磨的晶片尺寸正處于逐年增大的傾向，從六英寸(約15cm)，特別是到8-10英寸(約20-25cm)的晶片正在成為主流。這樣，大型化的晶片平面方向的研磨均勻性即變得重要了。也即是說，若在某一部分未充分進(jìn)行研磨，則絕緣膜上殘留有導(dǎo)電膜，從而發(fā)生配線間漏泄等問題。為了避免這一問題，若充分進(jìn)行研磨，則這次在某一部分由于研磨過度而使配線高度變大，由于配線電阻的不同而產(chǎn)生耐電氣泳動性變壞的問題。
因此，本發(fā)明的目的在于，提供在經(jīng)濟(jì)上有利、方法簡單，通過CMP使金屬膜研磨面平整，即可達(dá)到研磨速度在平面均勻性的半導(dǎo)體裝置的制造方法。
本發(fā)明人等為了解決上述問題再次對有關(guān)研磨劑的組成進(jìn)行了銳意的研究，其結(jié)果發(fā)現(xiàn)了如上所述即使不設(shè)置保護(hù)膜，而采用將作為研磨粒子所含有的氧化鋁粒子在研磨漿液中的含量規(guī)定在一定范圍的方法，得到了極高研磨速度的均勻性。
即是說，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括使用了含氧化鋁粒子與作為氧化劑H2O2的漿液對銅表面進(jìn)行化學(xué)機械研磨的工藝，其特征是研磨時氧化鋁粒子含量為漿液總量的2-10重量％。
還有，在本發(fā)明的制方法中，其特征是所述H2O2的濃度為漿液中的液體成分的8-26重量％。
本發(fā)明的實施方式已有的市售的對銅研磨用的氧化鋁固形部分的濃度為3重量％左右，為了向其中添加過氧化氫調(diào)制CMP用研磨劑，在研磨劑中為2重量％以下。通常，在市售的漿液中含有成分不明的添加劑。
本發(fā)明是通過比過去使用的具有更多氧化鋁粒子量的極其簡單的方法得到提高研磨速度均勻性的知識而完成的。
還有，在所述的已有技術(shù)中，從同時研磨比銅硬的氮化鈦等保護(hù)膜的觀點來看，增加了氧化鋁粒子，但是談不上提高研磨速度的均勻性，更不能得到在本發(fā)明規(guī)定的范圍內(nèi)的效果。
本發(fā)明的還發(fā)現(xiàn)，通過規(guī)定氧化鋁粒子含量的同時，規(guī)定作為蝕刻劑添加的過氧化氫濃度，得到更顯著的效果。
在本發(fā)明中，氧化鋁的粒子含量為研磨漿液總量的2-10重量％，理想的是3-8重量％。
還有，過氧化氫的添加量為除去研磨漿液中的固形部分之外的液體成分的8-26重量％,9-25.5重量％更好，10-20重量％為最佳。
在調(diào)制本發(fā)明所使用的研磨漿液時，在最終添加過氧化氫的狀態(tài)下，最好是在研磨之前，將過氧化氫添加到以氧化鋁粒子在所述規(guī)定范圍之內(nèi)方式而調(diào)制成的氧化鋁漿液之中。
氧化鋁的漿液是將市售的氧化鋁漿液靜置，使固形部分沉淀，然后去除上層液，即可得到所希望的固形部分濃度。這時，雖然含有成分不明的添加劑，但是該添加劑的存在并不防礙本發(fā)明的效果。
研磨時，在已有的研磨裝置上設(shè)置形成有應(yīng)該研磨的銅膜的基板，可通過調(diào)整研磨壓力和轉(zhuǎn)數(shù)等得到所希望的研磨速度。本發(fā)明在通常實施的研磨條件下的范圍內(nèi)，無論怎樣設(shè)定研磨速度，均可得到在研磨面的平面方向上極高的研磨速度的均勻性。
以下對附圖及其附號作簡單的說明。


圖1為表示過氧化氫濃度與研磨速度不均勻性變化的座標(biāo)圖。
圖2為表示過氧化氫濃度與研磨速度變化的座標(biāo)圖。
圖3為表示氧化鋁粒子含量與研磨速度不均勻性變化的座標(biāo)圖。
圖4為表示形成銅埋入式配線工藝的剖面略圖。
在圖中，101-半導(dǎo)體基板；102-絕緣層膜；103-隔膜；104-導(dǎo)電材料(銅膜)；105-蝕刻圖形；106-接觸孔；107-化學(xué)機械研磨裝置。
實施例實驗例1為了研究由于漿液中的氧化鋁濃度及過氧化氫濃度的不同對平整性的影響，進(jìn)行如下的實驗。
首先，作為研磨樣品，準(zhǔn)備了在Si基板上形成SiO2膜、隔膜，并在其上通過電鍍法將銅作成1.2μm積層。銅的電鍍是在隔膜堆積后，用濺射法堆積100-200nm的銅之后進(jìn)行電鍍形成的。對于該樣品，改變漿液的組分，進(jìn)行化學(xué)機械研磨，測定了研磨前后的銅膜厚度，并對平面方向的研磨速度的均勻性進(jìn)行了評價。
研磨條件研磨壓力3psi轉(zhuǎn)數(shù)25rpm研磨劑的調(diào)制是按下列方法進(jìn)行的，即將市售的氧化鋁漿液靜置，除去其上層液，將作成所希望的氧化鋁濃度的漿液與35％過氧化氫混合，即成為給定的氧化鋁濃度(為混合物全部的重量％)與給定的過氧化氫濃度(為除去混合物中的固形部分的液體成分全部的重量％)。
圖1示出氧化鋁濃度2、5、8重量％與過氧化氫濃度不同的研磨速度不均勻性[由35(％)表示]。若3σ為15％以內(nèi)，則可供充分實用，由此可看出，過氧化氫濃度為8-26重量％,9-25.5重量％更好，10-20重量％為最佳。
圖2示出在相同條件下測定研磨速度變化的結(jié)果。由該圖2可看出，過氧化氫的濃度變化與研磨速度的變動少。
圖3示出在將過氧化氫濃度以15重量％為一定時，由于氧化鋁濃度的不同而造成研磨速度不均勻性。由該圖可看出，在氧化鋁濃度為2-10重量％時，可得到良好的結(jié)果。
實施例1根據(jù)圖4所示的工藝，形成了半導(dǎo)體裝置。在具有有源元件的半導(dǎo)體基板101上形成絕緣膜102〔圖4(a)〕，在絕緣膜層102上形成刻蝕圖形105，將其作成掩膜通過已知的方法對絕緣層102進(jìn)行刻蝕，形成接觸孔106〔圖4(b)〕。在以埋入所形成的接觸孔106的壁面及底的方式形成Ti或Ta等隔膜103之后〔圖4(c)〕，通過CVD法將銅膜104形成膜，埋入接觸孔106〔圖4(d)〕。然后，通過CMP使膜表面平整，形成埋入式配線〔圖4(e)〕。
在CMP中，使用了這樣的研磨漿液，即在研磨工藝之前，將過氧化氫(34％)添加到含有氧化鋁粒子的氧化鋁漿液中，調(diào)制成氧化鋁粒子為全部漿液重量的5重量％，過氧化氫為漿液中液體成分總量的15重量％的研磨漿液。
在對這樣形成的半導(dǎo)體裝置耐電氣泳動性進(jìn)行評價時，得到了極為良好的結(jié)果。
如上所述，在本發(fā)明利用含有作為研磨粒子的氧化鋁粒子并添加有作為蝕刻劑過氧化氫的研磨漿液，進(jìn)行化學(xué)機械研磨時，通過規(guī)定氧化鋁粒子的含量，尤其過氧化氫的添加量極其簡單的操作，就可以進(jìn)行已有技術(shù)預(yù)想不到的研磨速度在平面均勻性很高的研磨。
權(quán)利要求
1．一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括有使用了含氧化鋁粒子與作為氧化劑的H2O2的漿液對銅表面進(jìn)行化學(xué)機械研磨的工藝，其特征是研磨時氧化鋁粒子含量為漿液總量的2-10重量％。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征是H2O2的濃度為漿液中液體成分的8-26重量％。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征是漿液在向化學(xué)機械研磨工藝供給之前，使氧化鋁漿液與過氧化氫混合。
4．根據(jù)權(quán)利要求1至3任一權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征是包括在具有有源元件的半導(dǎo)體基板上形成絕緣膜層的工藝、將該絕緣膜層蝕刻并形成接觸孔的工藝、以將所形成的接觸孔的壁面及底埋入的方式形成隔膜的工藝、將銅形成膜并埋入接觸孔的工藝，以及通過化學(xué)機械研磨法使膜表面平整并形成埋入配線的工藝。
全文摘要
本發(fā)明提供一種利用經(jīng)濟(jì)上有利且簡便的方法通過化學(xué)機械研磨使金屬膜的研磨面平整，即達(dá)到研磨速度在平面均勻性的半導(dǎo)體裝置的制造方法。該法包括使用了含氧化鋁拉子與作為氧化劑的H
文檔編號H01L21/321GK1227404SQ99100859
公開日1999年9月1日 申請日期1999年2月26日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月26日
發(fā)明者土屋泰章, 鈴木三惠子 申請人:日本電氣株式會社