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JP3206578B2 - Method of manufacturing semiconductor device having multilayer wiring structure - Google Patents

Method of manufacturing semiconductor device having multilayer wiring structure

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JP3206578B2
JP3206578B2 JP00360199A JP360199A JP3206578B2 JP 3206578 B2 JP3206578 B2 JP 3206578B2 JP 00360199 A JP00360199 A JP 00360199A JP 360199 A JP360199 A JP 360199A JP 3206578 B2 JP3206578 B2 JP 3206578B2
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layer
tungsten
conductive layer
semiconductor device
insulating layer
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亨 久保
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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、多層配線構造を
もつ半導体装置およびそれの製造方法に関し、特に、半
導体基板上の絶縁層に凹部が形成され、前記絶縁層およ
び凹部の表面に所望の成膜処理が施された後に、前記処
理済みの絶縁層および凹部の上に導電体層を堆積させ、
前記導電体層の不要な部分を化学機械的研磨方法を用い
て研磨除去することにより、前記絶縁層と実質的に面一
の平面部分をもつ導電体層を前記凹部の中に形成する多
層配線構造をもつ半導体装置の製造方法およびその方法
による半導体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a multilayer wiring structure and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor device having a recess formed in an insulating layer on a semiconductor substrate. After the film processing is performed, a conductor layer is deposited on the processed insulating layer and the concave portion,
A multilayer wiring in which an unnecessary portion of the conductive layer is polished and removed using a chemical mechanical polishing method to form a conductive layer having a flat portion substantially flush with the insulating layer in the recess. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having a structure and a semiconductor device using the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体装置(例えば、LSI)の
高集積化、高性能化のために3次元的に多層化すること
が必要となり、その高密度な多層化のために、プロセス
のしかるべき段階で積層表面の凹凸を取り除く平坦化加
工を行うことが望ましい方法となっている。
2. Description of the Related Art In recent years, it has become necessary to three-dimensionally multiply semiconductor devices (for example, LSIs) in order to achieve higher integration and higher performance. It is a desirable method to perform a flattening process for removing irregularities on the laminated surface at an appropriate stage.

【0003】この平坦化加工の一つとして化学機械的研
磨方法(CMP; Chemical MechanicalPolishing)が用い
られるようになってきている。特に、多層配線構造を実
現することを目的として、スルーホール、コンタクトホ
ール、あるいは、溝形状の凹部に金属を埋め込むこと
(ダマシン法)によって、プラグや埋め込み配線(ダマ
シン配線)を形成する場合に、この化学機械的研磨方法
は有力な方法となっている。
As one of the flattening processes, a chemical mechanical polishing (CMP) method has been used. In particular, when a plug or a buried wiring (damascene wiring) is formed by embedding a metal in a through-hole, a contact hole, or a groove-shaped recess (damascene method) for the purpose of realizing a multilayer wiring structure, This chemical mechanical polishing method is a powerful method.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
化学機械的研磨方法を用いると、基板中の配線やプラグ
が多いパターン領域では、配線やプラグが少ない非パタ
ーン領域に比較して研磨速度が速く、そこでは過度な研
磨が行われてしまい、図5に示されるように、基板中に
高低差を作るエロ−ジョンが発生してしまう。エロ−ジ
ョンが発生すると、配線抵抗(プラグの場合、プラグ抵
抗)のばらつきが発生し一定の品質を保てなくなる。
However, when the above-described chemical mechanical polishing method is used, a polishing rate is higher in a pattern region having a large number of wirings and plugs in a substrate than in a non-pattern region having a small number of wirings and plugs. In this case, excessive polishing is performed, and as shown in FIG. 5, an erosion that produces a height difference in the substrate occurs. When the erosion occurs, a variation in wiring resistance (plug resistance in the case of a plug) occurs, and a certain quality cannot be maintained.

【0005】また、線幅の大きな埋め込み配線において
は、図6に示されるように、配線の中央部で配線の膜厚
が減少するディッシングが発生し、エロ−ジョンと同じ
ような問題を発生させる。この問題を解決すべく種々の
提案がなされており、例えば、特開平8−83780号
公報にその例が開示されている。
In a buried interconnect having a large line width, dishing occurs in which the thickness of the interconnect decreases at the center of the interconnect as shown in FIG. 6, causing a problem similar to that of erosion. . Various proposals have been made to solve this problem, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-83780 discloses an example.

【0006】特開平8−83780号公報に開示された
発明においては、図7(a)に示されるように、シリコ
ン基板31の上に絶縁体であるシリコン酸化膜32を形
成し、このシリコン酸化膜32にパターニングを施して
配線用溝33を形成する。次に、配線用溝を含むシリコ
ン酸化膜32の上に、シリコン酸化膜32に対する密着
性を向上させる下層導電膜であるチタン膜34と、バリ
ア層として働く中間層の導電膜である窒化チタン膜35
とを順次に堆積する。さらに、その上に、タングステン
膜36を堆積させて積層基板30を形成する。
In the invention disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-83780, a silicon oxide film 32 as an insulator is formed on a silicon substrate 31 as shown in FIG. The film 32 is patterned to form a wiring groove 33. Next, on the silicon oxide film 32 including the wiring groove, a titanium film 34 as a lower conductive film for improving adhesion to the silicon oxide film 32 and a titanium nitride film as an intermediate conductive film serving as a barrier layer 35
Are sequentially deposited. Further, a stacked film 30 is formed thereon by depositing a tungsten film 36.

【0007】次に、図8に示された研磨装置40に図7
(a)で示される積層基板30を装着する。この場合、
積層基板の被研磨面(図7(a)において上面)が研磨
パッド43に対向するように、積層基板を回転可能な真
空チャックホルダ41に装着する。研磨パッド43は、
回転可能な研磨定盤44の上に取り付けられている。研
磨パッド43の近傍まで延ばされた研磨剤供給管45の
吐出端からは、研磨剤タンク(不図示)から供給される
この発明に独特な研磨剤46が制御を受けつつ供給され
る。
Next, the polishing apparatus 40 shown in FIG.
The laminated substrate 30 shown in FIG. in this case,
The laminated substrate is mounted on a rotatable vacuum chuck holder 41 such that the surface to be polished (upper surface in FIG. 7A) of the laminated substrate faces the polishing pad 43. The polishing pad 43
It is mounted on a rotatable polishing platen 44. From the discharge end of the abrasive supply pipe 45 extended to the vicinity of the polishing pad 43, an abrasive 46 unique to the present invention supplied from an abrasive tank (not shown) is supplied under control.

【0008】このような状態で、回転する真空チャック
ホルダ41に装着された積層基板30が回転する研磨パ
ッド43の上に押圧されると、研磨剤46との協働によ
り積層基板30の凹凸は、理想的には図7(b)のよう
に平坦に研磨され、シリコン酸化膜32の溝33の中に
理想的なタングステン配線が残る。この場合、研磨剤4
6は、研磨を行うとともに、タングステン膜が周囲のス
トッパとして働くシリコン酸化膜32よりも速く研磨さ
れ、形成対象のタングステン配線中央部分に凹み(ディ
ッシング)が発生すると、研磨剤の中の成分がその凹み
の上に化学的研磨を抑制する保護膜を作り、凹みが進行
するのを防止し、結果としてタングステン配線を含めて
平坦で滑らかな研磨面を形成する。
In this state, when the laminated substrate 30 mounted on the rotating vacuum chuck holder 41 is pressed onto the rotating polishing pad 43, the unevenness of the laminated substrate 30 is reduced in cooperation with the abrasive 46. 7B. Ideally, the polishing is performed flat as shown in FIG. 7B, and an ideal tungsten wiring remains in the groove 33 of the silicon oxide film 32. In this case, abrasive 4
6 polishes, the tungsten film is polished faster than the silicon oxide film 32 acting as a peripheral stopper, and when a dent (dishing) occurs in the central portion of the tungsten wiring to be formed, the components in the polishing agent are removed. A protective film for suppressing chemical polishing is formed on the dent to prevent the dent from progressing, and as a result, a flat and smooth polished surface including the tungsten wiring is formed.

【0009】上述の例におけるように、表面に凹凸のあ
る積層基板に対して、エロージョンやディッシングを発
生させずに化学機械的研磨方法を理想的に施すために
は、研磨剤46の成分を複雑に調整しなければならず、
また、温度や真空チャックホルダおよび研磨パッドの回
転数などのパラメータの設定も容易ではない。この原因
は、タングステン膜の研磨速度がシリコン酸化膜の研磨
速度よりも速すぎることに本質的な原因があるからであ
る。
In order to ideally apply a chemical mechanical polishing method to a laminated substrate having an uneven surface as described above without causing erosion or dishing, the components of the abrasive 46 must be complicated. Must be adjusted to
Also, it is not easy to set parameters such as temperature and the number of rotations of the vacuum chuck holder and the polishing pad. This is because the essential factor is that the polishing rate of the tungsten film is too higher than the polishing rate of the silicon oxide film.

【0010】この発明は、上記の問題点に鑑み、形成対
象となるタングステン配線やプラグ自身に研磨速度を調
節させる手段を与えることによって、多層配線構造を実
現するために化学機械的研磨方法を用いて積層基板の平
面の凹凸を理想的に平坦化することが容易に実現できる
半導体装置製造方法およびそれによって製造された半導
体装置を提供することを目的とする。
In view of the above problems, the present invention uses a chemical mechanical polishing method for realizing a multilayer wiring structure by providing a means for adjusting a polishing rate to a tungsten wiring or a plug itself to be formed. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device manufactured by the method, which can easily realize ideally flattening the unevenness of the plane of the laminated substrate.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】前述した課題を解決する
ために、この発明は、埋め込み配線やプラグなどの導電
体層を2ステップで形成することによって、化学機械的
研磨方法を用いて積層基板の平面の凹凸を理想的に平坦
化することが容易に実現できることを特徴とするもので
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a laminated substrate using a chemical mechanical polishing method by forming a conductor layer such as an embedded wiring or a plug in two steps. The flattening of the flat surface can be easily realized ideally.

【0012】すなわち、この発明に係わる多層配線構造
をもつ半導体装置の製造方法は、「半導体基板上の絶縁
層に凹部が形成され、前記絶縁層および凹部の表面に所
望の成膜処理が施された後に、前記処理済みの絶縁層お
よび凹部の上に導電体層を堆積させ、前記導電体層の不
要な部分を化学機械的研磨方法を用いて研磨除去するこ
とにより、前記絶縁層と実質的に面一の平面部分をもつ
導電体層を前記凹部の中に形成する、多層配線構造をも
つ半導体装置の製造方法において、前記堆積ステップ
は、前記凹部の中に中空を残すように前記処理済みの絶
縁層および凹部の上に第1の導電体層を堆積させる第1
の堆積ステップと、第1の堆積ステップで残された前記
凹部の中の中空を充填するとともに第1の導電体層を覆
うように第1の導電体層の上に、第1の導電体層よりも
研磨速度が遅い第2の導電体層を堆積させる第2の堆積
ステップとを有し、 前記導電体層は、タングステン層で
あり、前記第1の堆積ステップにおいては、CVD法に
よって450℃以下で成膜し、前記第2の堆積ステップ
においては、CVD法によって480℃以上で成膜する
こと」(請求項1)、を特徴とするものである。
That is, according to the method of manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring structure according to the present invention, a method is described in which a concave portion is formed in an insulating layer on a semiconductor substrate, and a desired film forming process is performed on the surface of the insulating layer and the concave portion. After that, a conductive layer is deposited on the processed insulating layer and the concave portion, and unnecessary portions of the conductive layer are polished and removed by using a chemical mechanical polishing method, so that the insulating layer and the insulating layer are substantially removed. Forming a conductive layer having a flat portion in the recess in the recess, wherein the depositing step is performed so as to leave a hollow in the recess. A first conductive layer deposited on the insulating layer and the recess
A first conductive layer on the first conductive layer so as to fill the hollow in the concave portion left in the first deposition step and cover the first conductive layer. have a second deposition step of depositing a second conductive layer slower polishing rate than the conductive layer is a tungsten layer
In the first deposition step, the CVD method is used.
Therefore, a film is formed at 450 ° C. or less, and the second deposition step is performed.
In the above, a film is formed at 480 ° C. or higher by a CVD method.
It "(claim 1), is characterized in.

【0013】[0013]

【0014】[0014]

【0015】そして、この発明の実施の形態では、半導
体基板11の上の絶縁層(シリコン酸化膜)12に凹部
(断面凹形状の溝)17,18,19が形成され、前記
絶縁層12および凹部の表面に所望の成膜(窒化チタン
膜)13の処理が施された後に、前記成膜13に覆われ
た絶縁層12および凹部17,18,19の上に前記凹
部17,18,19の中に中空を残すように第1の導電
体層(タングステン層)14を堆積させ、前記残された
凹部の中の中空を充填するとともに第1の導電体層14
を覆うように、第1の導電体層14よりも研磨速度が遅
い第2の導電体層(タングステン層)15を堆積させ
る。
In the embodiment of the present invention, concave portions (grooves having a concave cross section) 17, 18, and 19 are formed in the insulating layer (silicon oxide film) 12 on the semiconductor substrate 11, and the insulating layer 12 and the After a desired film formation (titanium nitride film) 13 treatment is performed on the surface of the concave portion, the concave portions 17, 18, 19 are formed on the insulating layer 12 and the concave portions 17, 18, 19 covered with the film 13. A first conductive layer (tungsten layer) 14 is deposited so as to leave a hollow inside, and the first conductive layer 14 is filled while filling the hollow in the remaining concave portion.
Is deposited, a second conductive layer (tungsten layer) 15 having a lower polishing rate than the first conductive layer 14 is deposited.

【0016】このような構成によれば、上述のように積
層された基板を化学機械的研磨方法によって研磨したと
き、第1の導電体層の中に埋め込まれた第2の導電体層
は、第1,第2の導電体層からなる導電体層のあるパタ
ーン領域が導電体層の無い非パターン領域よりも速く研
磨されることを防止し、パターン領域が非パターン領域
と面一に研磨されるように作用する。
According to such a configuration, when the substrate laminated as described above is polished by the chemical mechanical polishing method, the second conductive layer embedded in the first conductive layer is: A pattern region having a conductor layer composed of the first and second conductor layers is prevented from being polished faster than a non-pattern region having no conductor layer, and the pattern region is polished flush with the non-pattern region. Acts as follows.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて添付図面に基づいて説明する。図1の(a)および
図1の(b)は、この発明に係わる多層配線構造をもつ
半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. 1A and 1B are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring structure according to the present invention.

【0018】この実施の形態においては図1の(a)に
示されるように、最初に、半導体基板11の上にプラズ
マCVD法によってシリコン酸化膜12を形成する。シ
リコン酸化膜12の上に必要な埋め込み配線(ダマシン
配線)を形成するための断面凹形状の溝17,18,1
9を形成する(例えば、フォトリソグラフィおよび反応
イオンエッチング等を使用)。
In this embodiment, as shown in FIG. 1A, first, a silicon oxide film 12 is formed on a semiconductor substrate 11 by a plasma CVD method. Grooves 17, 18, 1 having a concave cross section for forming necessary embedded wiring (damascene wiring) on silicon oxide film 12.
9 (eg, using photolithography and reactive ion etching).

【0019】この実施の形態においては、シリコン酸化
膜12の厚みの途中まで穿孔された埋め込み配線用の溝
としているが、プラグを形成するための半導体基板11
に到達するコンタクトホールであってもよい。
In this embodiment, the groove for the buried wiring is formed by drilling halfway through the thickness of the silicon oxide film 12, but the semiconductor substrate 11 for forming the plug is formed.
May be a contact hole that reaches.

【0020】次に、シリコン酸化膜12の上面および断
面凹形状の溝17,18,19を覆うようにCVD法に
よって窒化チタン膜13を形成する。この窒化チタン膜
13は、後に成膜されるタングステン膜の密着層として
の機能を有する。また、コンタクトホールにおいてはシ
リサイド化で低抵抗を達成できるチタン膜を形成する。
Next, a titanium nitride film 13 is formed by a CVD method so as to cover the upper surface of the silicon oxide film 12 and the grooves 17, 18, and 19 having a concave cross section. This titanium nitride film 13 has a function as an adhesion layer of a tungsten film to be formed later. In the contact hole, a titanium film capable of achieving low resistance by silicidation is formed.

【0021】次に、窒化チタン膜13の上に、研磨速度
が速い疎の通常のタングステン層である第1のタングス
テン層14をCVD法によって成膜する。この例におい
ては、CVD法によるタングステン層14の成膜は45
0℃以下で行われる。この成膜の際、断面凹形状の溝1
7,18,19の中には中空が残るように、すなわち、
タングステン層14によって充満されないように制御さ
れる。
Next, on the titanium nitride film 13, a first tungsten layer 14, which is a sparse ordinary tungsten layer having a high polishing rate, is formed by a CVD method. In this example, the formation of the tungsten layer 14 by the CVD
Performed at 0 ° C. or lower. At the time of this film formation, a groove 1 having a concave cross section is used.
The hollow remains in 7, 18, 19, that is,
It is controlled not to be filled with the tungsten layer 14.

【0022】さらに、第1のタングステン層14の上
に、研磨速度が遅い密のタングステン層である第2のタ
ングステン層15が少なくとも断面凹形状の溝17,1
8,19の中に残された中空を充填するようにCVD法
によって成膜される。この例においては、CVD法によ
る第2のタングステン層15の成膜は480℃以上で行
われる。
Further, on the first tungsten layer 14, a second tungsten layer 15, which is a dense tungsten layer having a low polishing rate, is provided with at least grooves 17 and 1 having a concave cross section.
Films are formed by a CVD method so as to fill the hollows left in 8, 19. In this example, the formation of the second tungsten layer 15 by the CVD method is performed at 480 ° C. or higher.

【0023】したがって、図1(a)の窒化チタン膜1
3の上、特に、埋め込み配線用の断面凹形状の溝17,
18,19の中には、第1,第2のタングステン層1
4,15からなる2重構造の疎密の層をもった積層基板
10が図1(a)に示されるように形成される。
Therefore, the titanium nitride film 1 shown in FIG.
3, in particular, grooves 17 having a concave cross section for embedded wiring,
18 and 19, the first and second tungsten layers 1
A laminated substrate 10 having a dense / dense layer having a double structure composed of layers 4 and 15 is formed as shown in FIG.

【0024】そこで、図1(a)で示される積層基板1
0を、例えば、図8で示されるようなポリッシングパッ
ドが回転運動をする化学機械的研磨装置(あるいはポリ
ッシングパッドがリニア運動をするものであってもよ
い)の真空チャックホルダに装着して化学機械的研磨を
行う。この例において、真空チャックホルダの回転速度
は35rpm、定盤の回転速度は50rpm、荷重5.
0psi、裏面荷重2.5psi、スラリー流量150
cc/min.の条件下で研磨を行った。
Therefore, the laminated substrate 1 shown in FIG.
0 is mounted on a vacuum chuck holder of a chemical mechanical polishing apparatus in which a polishing pad makes a rotational movement as shown in FIG. 8 (or a polishing pad may make a linear movement). Polishing is performed. In this example, the rotation speed of the vacuum chuck holder is 35 rpm, the rotation speed of the platen is 50 rpm, and the load 5.
0 psi, backside load 2.5 psi, slurry flow rate 150
cc / min. The polishing was performed under the following conditions.

【0025】また、研磨パッドとしては、ロデール社製
の化学反応発泡体であるICシリーズと不織布タイプで
あるSUBAシリーズの積層構造研磨パッドを用い、研
磨剤としては、研磨粒子がシリカ粒子であり、過酸化水
素水(H22)を添加するキャボット社製のSS−Wタ
イプのスラリーを使用した。これらは、既製のものであ
るから入手は極めて容易である。なお、研磨終了の検知
のためには、真空チャックホルダのトルク電流の変化に
よって終了の検知を行う終点検知装置を使用した。
As a polishing pad, a laminated structure polishing pad of IC series, which is a chemically reactive foam manufactured by Rodale, and a SUBA series, which is a nonwoven fabric type, is used. As an abrasive, abrasive particles are silica particles. using manufactured by Cabot Corporation of SS-W type of slurry to be added hydrogen peroxide water (H 2 O 2). These are very easy to obtain because they are ready-made. In order to detect the end of polishing, an end point detecting device that detects the end of the polishing based on a change in the torque current of the vacuum chuck holder was used.

【0026】このように図1(a)で示される積層基板
10に化学機械的研磨を行った結果が図1(b)に示さ
れている。すなわち、図5で示されたようなエロージョ
ンが発生しておらず、研磨された第1,第2のタングス
テン層14,15からなる埋め込み配線の上面は、シリ
コン酸化膜12の上面と面一になるように平坦で滑らか
に形成されている。これは、第1のタングステン層14
の中に埋め込まれた密の第2のタングステン層15に対
する化学機械的研磨の研磨速度が遅いからである。この
遅さは、第1のタングステン層14の断面積に対する第
2のタングステン層15の断面積の比率で理想的なもの
に容易に調節できる。
FIG. 1B shows the result of the chemical mechanical polishing performed on the laminated substrate 10 shown in FIG. 1A. That is, the erosion as shown in FIG. 5 does not occur, and the upper surface of the buried wiring made of the polished first and second tungsten layers 14 and 15 is flush with the upper surface of the silicon oxide film 12. It is formed so as to be flat and smooth. This is because the first tungsten layer 14
This is because the polishing rate of the chemical mechanical polishing for the dense second tungsten layer 15 embedded in the inside is low. This delay can be easily adjusted to an ideal value by the ratio of the sectional area of the second tungsten layer 15 to the sectional area of the first tungsten layer 14.

【0027】線幅の広い埋め込み配線の場合が図2
(a)および図2(b)に示されている。この場合も、
図1の場合と同様に、半導体基板21の上のシリコン酸
化膜22の上と、そこに形成された幅広の凹形状の溝2
7の上とに窒化チタン膜23を成膜し、窒化チタン膜2
3の上に疎の第1のタングステン膜24と、密の第2の
タングステン膜25とを順次成膜し、図2(a)に示さ
れるような積層基板20を形成する。これに対して上述
のごとき化学機械的研磨を行えば、図2(b)に示され
るようなディッシング(図6)の無い積層基板が形成さ
れる。
FIG. 2 shows a case of a buried wiring having a large line width.
(A) and FIG. 2 (b). Again,
As in the case of FIG. 1, the upper surface of the silicon oxide film 22 on the semiconductor substrate 21 and the wider concave groove 2 formed thereon are formed.
7, a titanium nitride film 23 is formed, and a titanium nitride film 2 is formed.
A sparse first tungsten film 24 and a dense second tungsten film 25 are sequentially formed on 3 to form a laminated substrate 20 as shown in FIG. On the other hand, if the above-described chemical mechanical polishing is performed, a laminated substrate without dishing (FIG. 6) as shown in FIG. 2B is formed.

【0028】図3には、上述の化学機械的研磨方法を適
用した場合にエロージョンが少なくなるという結果がグ
ラフに示されている。すなわち、配線幅(L)と配線間
(S)とがL/S=1.0μm/0.24μmの関係を
もつ繰り返しパターンである場合に、従来の方法(1ス
テップのタングステンCVD)ではエロージョンが約1
100Åであったものが、この発明の方法(2ステップ
のタングステンCVD)によると約450Åに低減され
ている。
FIG. 3 is a graph showing the result that the erosion is reduced when the above-described chemical mechanical polishing method is applied. That is, when the wiring width (L) and the distance between wirings (S) are a repetitive pattern having a relationship of L / S = 1.0 μm / 0.24 μm, the erosion is reduced by the conventional method (one-step tungsten CVD). About 1
What was 100 ° has been reduced to about 450 ° by the method of the present invention (two-step tungsten CVD).

【0029】また、図4には、従来の方法(1ステップ
のタングステンCVD)によるよりもこの発明の方法
(2ステップのタングステンCVD)による方が各配線
幅におけるシート抵抗値が約15%低減され、電気的な
特性も改良されていることが示されている。
FIG. 4 shows that the sheet resistance at each wiring width is reduced by about 15% by the method of the present invention (two-step tungsten CVD) rather than by the conventional method (one-step tungsten CVD). It also shows that the electrical characteristics have been improved.

【0030】上述の実施の形態においては、シリコン酸
化膜の上の凹部に形成されるのは、タングステンからな
る埋め込み配線層であるとして説明したが、この発明
は、これに限定されるものでなく、例えば、タングステ
ンからなるプラグであってもよいし、タングステン以外
の例えばAlやCu等を含む他の金属による埋め込み配
線あるいはプラグであってもよい。
In the above embodiment, it is described that the recess formed on the silicon oxide film is a buried wiring layer made of tungsten, but the present invention is not limited to this. For example, a plug made of tungsten may be used, or a buried wiring or plug made of another metal other than tungsten, such as Al or Cu, may be used.

【0031】また、第1,第2のタングステン層14,
15をCVD法によって形成したが、第1のタングステ
ン層14は、CVD法によって形成し、第2のタングス
テン層15は、スパッタ法による等のように、複雑でな
い公知のCVD法やスパッタ法等を適宜に組み合わせて
もよいことは明らかである。
The first and second tungsten layers 14,
The first tungsten layer 14 is formed by a CVD method, and the second tungsten layer 15 is formed by a known and uncomplicated CVD method or a sputtering method such as a sputtering method. Obviously, they may be appropriately combined.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上に詳述したように、この発明の多層
配線構造をもつ半導体装置の製造方法は、半導体基板上
の絶縁層に凹部が形成され、前記絶縁層および凹部の表
面に所望の成膜処理が施された後に、前記処理済みの絶
縁層および凹部の上に導電体層を堆積させ、前記導電体
層の不要な部分を化学機械的研磨方法を用いて研磨除去
することにより、前記絶縁層と実質的に面一の平面部分
をもつ導電体層を前記凹部の中に形成する多層配線構造
をもつ半導体装置の製造方法において、前記堆積ステッ
プが前記凹部の中に中空を残すように前記処理済みの絶
縁層および凹部の上に第1の導電体層を堆積させる第1
の堆積ステップと、第1の堆積ステップで残された前記
凹部の中の中空を充填するとともに第1の導電体層を覆
うように第1の導電体層の上に、第1の導電体層よりも
研磨速度が遅い第2の導電体層を堆積させる第2の堆積
ステップとを有するので、積層された基板を化学機械的
研磨方法によって研磨したとき、第1の導電体層の中に
埋め込まれた第2の導電体層は、第1,第2の導電体層
からなる導電体層のあるパターン領域が導電体層の無い
非パターン領域よりも速く研磨されるのを防止し、パタ
ーン領域が非パターン領域と面一に研磨されるように作
用することにより、エロージョンやディッシングが発生
しないという効果がある。
As described in detail above, according to the method of manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring structure of the present invention, a concave portion is formed in an insulating layer on a semiconductor substrate, and desired surfaces are formed on the insulating layer and the concave portion. After the film forming process is performed, a conductive layer is deposited on the processed insulating layer and the concave portion, and unnecessary portions of the conductive layer are polished and removed by using a chemical mechanical polishing method. In a method of manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring structure in which a conductor layer having a plane portion substantially flush with the insulating layer is formed in the recess, the depositing step may leave a hollow in the recess. Depositing a first conductor layer on the treated insulating layer and the recesses;
A first conductive layer on the first conductive layer so as to fill the hollow in the concave portion left in the first deposition step and cover the first conductive layer. And a second deposition step of depositing a second conductor layer having a lower polishing rate than the first conductor layer when the laminated substrate is polished by the chemical mechanical polishing method. The patterned second conductive layer prevents the pattern region having the conductive layer composed of the first and second conductive layers from being polished faster than the non-pattern region without the conductive layer, and Acts so as to be polished flush with the non-patterned region, which has the effect that erosion and dishing do not occur.

【0033】さらに、このような方法を用いて半導体装
置を生成すれば、品質の安定した多層配線構造を容易に
実施できるという効果もある。
Further, if a semiconductor device is produced by using such a method, there is an effect that a multilayer wiring structure with stable quality can be easily implemented.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(a)および(b)は、この発明に係わる多層
配線構造をもつ半導体装置の製造方法を説明するための
断面図であり、(a)は、化学機械的研磨方法が実施さ
れる前の状態を示し、(b)は、化学機械的研磨方法が
実施された後の状態を示している。
FIGS. 1A and 1B are cross-sectional views for explaining a method of manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring structure according to the present invention, and FIG. (B) shows a state after the chemical mechanical polishing method is performed.

【図2】(a)および(b)は、線幅の広い埋め込み配
線に本発明を適用した場合を説明するための断面図であ
る。
FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views illustrating a case where the present invention is applied to an embedded wiring having a large line width.

【図3】この発明を実施した結果のエロージョンの改良
度合いを示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the degree of erosion improvement as a result of implementing the present invention.

【図4】この発明を実施した結果のシート抵抗の改良度
合いを示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the degree of improvement in sheet resistance as a result of implementing the present invention.

【図5】従来の半導体装置製造方法による場合に発生す
るエロージョンを説明するための断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining erosion that occurs when a conventional semiconductor device manufacturing method is used.

【図6】従来の半導体装置製造方法による場合に発生す
るディッシングを説明するための断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining dishing that occurs in a conventional semiconductor device manufacturing method.

【図7】(a)および(b)は、従来の半導体装置の製
造方法を説明するための断面図である。
FIGS. 7A and 7B are cross-sectional views illustrating a conventional method for manufacturing a semiconductor device.

【図8】化学機械的研磨装置の一例を示す構造図であ
る。
FIG. 8 is a structural view showing an example of a chemical mechanical polishing apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,20 積層基板 11,21 半導体基板 12,22 シリコン酸化膜 13,23 窒化チタン膜 14,24 第1のタングステン膜 15,25 第2のタングステン膜 17,18,19、27 断面凹形状の溝 10, 20 Laminated substrate 11, 21 Semiconductor substrate 12, 22 Silicon oxide film 13, 23 Titanium nitride film 14, 24 First tungsten film 15, 25 Second tungsten film 17, 18, 19, 27 Groove with concave cross section

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板上の絶縁層に凹部が形成さ
れ、前記絶縁層および凹部の表面に所望の成膜処理が施
された後に、前記処理済みの絶縁層および凹部の上に導
電体層を堆積させ、前記導電体層の不要な部分を化学機
械的研磨方法を用いて研磨除去することにより、前記絶
縁層と実質的に面一の平面部分をもつ導電体層を前記凹
部の中に形成する、多層配線構造をもつ半導体装置の製
造方法において、 前記堆積ステップは、前記凹部の中に中空を残すように
前記処理済みの絶縁層および凹部の上に第1の導電体層
を堆積させる第1の堆積ステップと、 第1の堆積ステップで残された前記凹部の中の中空を充
填するとともに第1の導電体層を覆うように第1の導電
体層の上に、第1の導電体層よりも研磨速度が遅い第2
の導電体層を堆積させる第2の堆積ステップとを有し、 前記導電体層は、タングステン層であり、前記第1の堆
積ステップにおいては、CVD法によって450℃以下
で成膜し、前記第2の堆積ステップにおいては、CVD
法によって480℃以上で成膜することを特徴とする
層配線構造をもつ半導体装置の製造方法。
1. A concave portion is formed in an insulating layer on a semiconductor substrate, and after a desired film forming process is performed on the surface of the insulating layer and the concave portion, a conductor layer is formed on the processed insulating layer and the concave portion. Is deposited, and unnecessary portions of the conductor layer are polished and removed by using a chemical mechanical polishing method, so that a conductor layer having a plane portion substantially flush with the insulating layer is placed in the recess. In the method for manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring structure to be formed, in the depositing step, a first conductor layer is deposited on the processed insulating layer and the recess so as to leave a hollow in the recess. A first deposition step, and a first conductive layer formed on the first conductive layer so as to fill a hollow in the concave portion left in the first deposition step and cover the first conductive layer. Second polishing rate lower than body layer
Have a second deposition step of the conductive layer deposition, the conductive layer is a tungsten layer, the first sedimentary
In the stacking step, the temperature is 450 ° C or less by the CVD method.
In the second deposition step, CVD is performed.
A method for manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring structure, characterized in that a film is formed at 480 ° C. or higher by a method.
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