布線結構的形成方法

專利名稱：布線結構的形成方法
技術領域：
本發明是涉及半導體裝置中布線結構的形成方法。
圖9(a)～(c)是表示歷來的布線結構的形成方法各工序的剖面圖。
首先，如圖9(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的下層導電膜鈦膜14，以及厚度為100nm的中間層導電膜氮化鈦膜15。其后，采用CVD(化學氣相沉積，chamical vapor deposition)法，在氮化鈦膜15上，全面堆積厚度為1μm的上層導電膜鎢膜16。這樣，堆積了3層導電膜。這里，鈦膜14與氮化鈦膜15是屏障金屬膜。
接著，如圖9(b)所示，由使用一種研磨劑的化學機械研磨(CMP)法，將在孔13外側區域堆積的鎢膜16及氮化鈦膜15去除。由此，使孔13外側區域堆積的鈦膜14完全露出。
接下來，如圖9(c)所示，由使用另一種研磨劑的化學機械研磨法，將在孔13外側區域堆積的鈦膜14去除。由此，使孔13內形成由鎢構成的插銷17，同時，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溝槽內形成銅布線。
特開平10-214834號公報鑒于上述問題，本發明的目的在于，提供一種布線結構的形成方法，能夠防止絕緣膜中埋入的布線與布線之間的短路。
為了達到上述目的，本專利的發明者對所述歷來的布線結構的形成方法中布線與布線之間發生短路的原因進行了研究，得到如下結果。
也就是說，在歷來的布線結構的形成方法中，在對屏障金屬膜(鈦膜14或氮化鈦膜15)進行研磨時，屏障金屬膜會發生局部剝離而形成異物。由于該異物很硬，會使布線之間存在的絕緣膜(硅氧化膜12)的表面發生微小的裂紋。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，當裂紋中填充入金屬(屏障金屬或布線用導電金屬的1部分)時，布線之間就發生短路。
另外，由于隨著布線結構的微細化，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構。即布線之間更容易發生短路。


圖10是表示在布線之間的絕緣膜上生成的裂紋中埋入了金屬的狀態的平面圖。如圖10所示，在絕緣膜21上埋入了多根相互平行延伸的銅布線22。在相鄰銅布線22之間的絕緣膜21上，形成了跨越布線之間的裂紋23。在形成銅布線時，在該裂紋23內埋入了銅。其結果是，發生相鄰銅布線22之間的短路。
本發明的基于以上見解所提出的。具體說來，本發明的布線結構的形成方法包括以下工序在絕緣膜上形成第1溝槽及與第1溝槽相鄰接的第2溝槽的溝槽形成工序；在絕緣膜上堆積屏障金屬膜與導電膜，以掩埋第1溝槽與第2溝槽的膜堆積工序；將第1溝槽外側及第2溝槽外側的所述導電膜研磨去除的第1研磨工序；在第1研磨工序之后，將第1溝槽外側及第2溝槽外側的屏障金屬膜研磨去除的第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去除的異物去除工序；以及在所述異物去除工序之后，對絕緣膜的表面進行研磨的第3研磨工序。
根據本發明的布線結構的形成方法，在絕緣膜上設置的溝槽中埋入屏障金屬膜與導電膜之后，將溝槽外側的屏障金屬膜及導電膜研磨去除。其后，在將研磨時被研磨面上粘附的異物去除之后，對絕緣膜的表面進行研磨。因此，在對屏障金屬膜研磨時，在溝槽之間(即布線之間)存在的絕緣膜的表面上發生了微小裂紋，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，由于在去除了對屏障金屬膜研磨時粘附的異物之后，對絕緣膜的表面進行了最后研磨，所以能夠防止異物對絕緣膜的表面造成新的損傷，同時還能夠去除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間的架橋現象，降低布線之間發生短路的頻率，所以能夠形成高性能的布線。
在本發明的布線結構的形成方法中，希望在第2研磨工序與第3研磨工序之間，設置有將第2研磨工序中使用的研磨墊洗凈，由此將所述研磨墊粘附的異物去除的工序。
這樣，即使是在第3研磨工序中仍然使用第2研磨工序(屏障金屬膜的研磨工序)中使用的研磨墊，也能夠確實防止絕緣膜表面的損傷。
在本發明的布線結構的形成方法中，希望在第3研磨工序中，將被研磨面壓向研磨墊的壓力以及該研磨墊的旋轉速度分別與第2研磨工序中相應的壓力及旋轉速度相同。
這樣，由于在從第2研磨工序向第3研磨工序移動時不需要對研磨條件進行復雜的變更，所以能夠使布線形成的操作性提高，由此能夠防止工藝的生產能力下降。此時，當第3研磨工序的研磨時間比第2研磨工序短時，能夠防止絕緣膜的表面被削去過多。而且，如果在第3研磨工序中所述壓力以所述旋轉速度分別比第1研磨工序中的要小，就能夠更確實地防止絕緣膜的表面被削去過多。
在本發明的布線結構的形成方法中，希望在第3研磨工序中所使用的研磨劑與第2研磨工序中所使用的研磨劑相同。
這樣，由于在第3研磨工序中，溝槽內所埋入的導電膜不會被大量研磨掉，所以能夠防止布線電阻的增大。
在本發明的布線結構的形成方法中，理想的是，在第2研磨工序、異物除去工序及第3研磨工序中使用相同的研磨裝置，并且在異物除去工序中，包括把被研磨面壓在研磨墊上并使該研磨墊旋轉的工序。
這樣，由于可在同一研磨裝置內進行第2研磨工序、異物除去工序及第3研磨工序，因此可不停止該裝置而進行連續地運轉，所以可提高布線形成的操作性。
在本發明的布線結構的形成方法中，理想的是，在第3研磨工序中所使用的研磨劑與第1研磨工序中的相同。
這樣，在被埋入在絕緣膜表面上的裂紋中的金屬是導電膜的情況下，可確實地將其除去。另外，在這種情況下，理想的是第3研磨工序的研磨時間小于第1研磨工序及第2研磨工序的研磨時間。這樣，由于在第3研磨工序中被埋入在溝槽內的導電膜不會受到過度的研磨，所以可以防止布線阻抗的增大。并且，在這種情況下，理想的是在第3研磨工序中，使被研磨面壓在研磨墊上的壓力及該研磨墊的旋轉速度大于在第2研磨工序中壓力及旋轉速度。換言之，最好是使在第3研磨工序中的所述壓力及旋轉速度與第1研磨工序中的相同。這樣，在被埋入在絕緣膜表面的裂紋中的金屬是導電膜的一部分的情況下，可確實地將其除去。
在本發明的布線結構的形成方法中，理想的是，在第2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。
在本發明的布線形成方法中，也可以使第3研磨工序包括研磨條件不同的2個階段的研磨工序。這種情況下，理想的是，在2個階段的研磨工序中的一個階段中所使用的研磨劑與在第2研磨工序中的相同，并且在所述2個階段的研磨工序中的另一個階段中所使用的研磨劑與所述第1研磨工序中的相同。這樣，可提高布線形成的合格率。
在本發明的布線結構的形成方法中，希望異物去除工序包括使用有機酸、有機堿，對被研磨面進行清洗的工序。
這樣，能夠確實去除被研磨面上所粘附的異物。
在本發明的布線結構的形成方法中，第1溝槽與所述第2溝槽之間的間隔為0.25μm以下時，與歷來技術相比，上述本發明的效果則更為明顯。
在本發明的布線結構的形成方法中，第1溝槽與第2溝槽可以相互平行配置。
在本發明的布線結構的形成方法中，第1溝槽與第2溝槽中布線的形成可以采用雙重波形鑲嵌法而進行。
在本發明的布線結構的形成方法中，希望導電膜為銅膜，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所形成的插銷相電氣連接。
圖2(a)及(b)是表示本發明第1實施例中的布線結構形成方法各工序的剖面圖。
圖3(a)及(b)是表示本發明第1實施例中的布線結構形成方法各工序的剖面圖。
圖4是表示本發明第1實施例中的布線結構形成方法1個工序的剖面圖。
圖5是本發明第1或第2實施例中布線結構形成方法中所使用的CMP裝置的概略結構圖。
圖6(a)是由本發明第1實施例中布線結構形成方法所形成的銅布線與銅布線之間發生的短路頻率與歷來技術的情況比較的結果；(b)是由本發明第1實施例中布線結構形成方法所形成的布線結構中布線間距離及布線寬度的模式圖。
圖7(a)～(c)是表示本發明第2實施例中的布線結構形成方法各工序的剖面圖。
圖8(a)及(b)是表示本發明第2實施例中的布線結構形成方法各工序的剖面圖。
圖9(a)～(c)是表示歷來的布線結構形成方法各工序的剖面圖。
圖10是為了說明歷來的布線結構形成方法中問題的圖。
圖中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-布線用溝槽，111-氮化鉭膜，112-第1銅膜，113-第2銅膜，114-銅布線(上層布線)，115-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-FSG膜，205-通過孔，206-保護膜圖案，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是表示本發明第1實施例中的布線結構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，例如形成有鎢膜所構成的下層布線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外側區域所堆積的鈦膜105、氮化鈦膜106、以及鎢膜107去除。由此，下層布線103中的通過孔104，就能夠確實受到屏障金屬的保護，且能夠形成由鎢構成的插銷108。
接著，如圖2(b)所示，例如使用CVD法，在第2硅氧化膜103上堆積添加氟的硅氧化膜(以下稱FSG膜)109。其后，使用平版印刷法或干式侵蝕法，在FSG膜109(以及第2硅氧化膜103的表面部)中，形成多個布線用溝槽(trench)110。這里，多個布線用溝槽110包括到達插銷108的布線用溝槽。而且，各布線用溝槽110，例如可以相互平行配置，布線用溝槽110與布線用溝槽110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FSG膜109上依次堆積氮化鉭膜111及第1銅膜112，將布線用溝槽110掩埋至途中。這里，第1銅膜112在后續的電鍍工序中具有作為遮蔽的功能，而且，氮化鉭膜111具有屏障的功能。接下來，例如使用電鍍法，在第1銅膜112上堆積第2銅膜113，將布線用溝槽110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110外側區域堆積的第1銅膜112及第2銅膜113去除(第1研磨工序)。由此，使各布線用溝槽110外側的氮化鉭膜111露出。接下來，由使用屏障金屬研磨漿的CMP法，將布線用溝槽110外側區域堆積的氮化鉭膜111去除(第2研磨工序)。由此，在各布線用溝槽110內，與FSG膜109之間形成具有屏障層的銅布線(上層布線)114，同時，使FSG膜109的表面露出。這里，銅布線(上層布線)114與其下側形成的插銷108相電氣接觸。
這里，對第1與第2研磨工序加以詳細說明。在本實施例中，第1與第2研磨工序是使用同1CMP裝置進行。
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，作為被研磨基板(基板100)的晶片151，被保持在設置成可旋轉且可上下移動的固定器152上。而且，對晶片151進行研磨的研磨墊153安裝在能夠進行旋轉運動的研磨定盤154的表面。漿料155由漿料供給管156滴在研磨墊153上。在這種狀態下，在使研磨定盤154與研磨墊153旋轉的同時，使固定器152一邊旋轉一邊下降，這樣，使保持在固定器152上的晶片151與研磨墊153相互磨擦，對晶片151的表面進行研磨。
還有，在本實施例中，在從第1研磨工序向第2研磨工序移動時，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的旋轉速度要比第1研磨工序中相應的壓力及旋轉速度小。這里，在本說明書中，晶片151與固定器152共同旋轉的情況下，研磨墊153的旋轉速度是指研磨墊153對晶片151的相對速度。
然而，在以上說明的使用CMP法的第2研磨工序結束時，如圖3(b)所示，銅布線(上層布線)114之間的FSG膜109的表面生成的裂紋中會埋入銅等金屬115。這里，裂紋中埋入的金屬115在銅布線(上層布線)114與銅布線(上層布線)114之間形成類似架橋結構的情況下，就會發生銅布線114與銅布線114之間的短路。
因此，在本實施例中，為了使構成銅布線114的銅膜的減少控制在最小限度，同時降低銅布線114與銅布線114之間發生短路的頻率，采用以下說明的方法，將裂紋中埋入的金屬115去除。
首先，在第2研磨工序結束后，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研磨工序中所發生的削屑(異物)就能夠從基板100的表面洗去。基板100的清洗，例如可以使用純水、有機酸溶液、或有機堿溶液。這里，去除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下，在對FSG膜109的表面的裂紋中埋入的金屬115進行去除時，這些削屑就有可能對FSG膜109或銅布線114造成新的損傷。具體說來，即使能夠除去最初裂紋中埋入的金屬115，還可能發生銅布線114的損傷(即構成銅布線114的銅膜變薄)，或者在FSG膜109上又產生新的裂紋，使得在該裂紋中又可能埋入金屬。
在本實施例中，對所述基板100(晶片151)的清洗工序(去除異物的工序)，是將基板100由CMP裝置移向清洗裝置而進行的。此時，最好在對基板100清洗期間，去除研磨墊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殘存的削屑，在繼續使用研磨墊153來除去基板100上的FSG膜109表面的裂紋中埋入的金屬115時，能夠確實防止FSG膜109表面產生新的損傷。這里，對于研磨墊153上的殘存削屑的除去，例如可以在CMP裝置中研磨墊153旋轉的同時，供給純水對研磨墊153進行清洗而進行。或者也可以使用磨石對研磨墊153的表面進行磨刷來除去削屑。這樣，就能夠確實去除研磨墊153表面所粘附的異物。
接著，在異物去除工序之后，為了去除FSG膜109表面微小裂紋中埋入的金屬115，由CMP法，對FSG膜109的表面進行研磨(第3研磨工序)。這樣，如圖4所示，就能夠將成為布線間短路原因的裂紋中的金屬115與裂紋同時去除。
還有，在本實施例中，使用與第1研磨工序及第2研磨工序同1的CMP裝置而進行第3研磨工序(參照圖5)。除了研磨時間之外，第3研磨工序的研磨條件，與第2研磨工序(即對氮化鉭膜111(屏障金屬膜)的研磨)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的旋轉速度與第2研磨工序中相應的壓力及旋轉速度相同。即，在第3研磨工序中，所述壓力及旋轉速度都分別比第1研磨工序(第1銅膜112與第2銅膜113的研磨工序)中相應的壓力及旋轉速度要小。而且，第3研磨工序中所使用的漿料，與第2研磨工序中的相同，即屏障層(TaN)研磨的漿料。另1方面，第3研磨工序的研磨時間，設置得比第2研磨工序中屏障金屬膜的研磨時間要短(例如20秒左右)。其理由是由于在FSG膜109中所埋入的金屬115的厚度較小，所以將這些不要的金屬去除在短時間內就可以進行。也就是說，第3研磨工序是作為最終研磨所實施的工序，并不對FSG膜109本身進行大量的研磨。而且，根據第3研磨工序的研磨條件(將基板壓向研磨墊的壓力、研磨墊的旋轉速度、漿料、研磨時間等)，也不會對構成銅布線114的銅膜進行過度的研磨。
由以上的說明，根據第1實施例，在基板100上的FSG膜109上設置的布線用溝槽110中，依次埋入屏障金屬膜(氮化鉭膜111)與布線用導電膜(銅膜112及113)之后，將布線用溝槽110外側的布線用導電膜及屏障金屬膜研磨去除。其后，在將研磨時基板100上粘附的異物(削屑)去除之后，對FSG膜109的表面進行研磨。因此，在對屏障金屬膜研磨時，在布線用溝槽110之間(即布線114之間)存在的FSG膜109的表面上發生了微小裂紋，且在該裂紋中填充了金屬115的情況下，能夠得到以下的效果。即，由于在去除了對屏障金屬膜研磨時基板100上粘附的異物之后，對FSG膜109的表面進行了最后研磨，所以能夠防止異物對FSG膜109的表面造成新的損傷，同時還能夠去除裂紋中所填充的金屬115。因此能夠避免由于裂紋中填充的金屬115所造成的布線114間的架橋現象，所以能夠形成降低布線之間發生短路的布線結構，即高性能的布線。
圖6(a)是由本實施例中布線結構形成方法所形成的銅布線與銅布線之間發生的短路頻率與歷來技術的情況比較的結果。還有，圖6(b)是由本實施例中布線結構形成方法所形成的布線結構中布線間距離及布線寬度的模式圖。這里，圖6(a)的縱坐標是單位面積(1cm2)的缺陷數(成為發生短路原因的絕緣膜表面的裂紋傷數)。而且，如圖6(b)所示，由本實施例的布線結構的形成方法在FSG膜109中所形成的銅布線114與銅布線114之間的距離為0.25μm，銅布線114的寬度也是0.25μm。如圖6(a)所示，在本實施例中，由于在對屏障金屬膜(氮化鉭膜111)研磨后，依次進行了對基板100的表面清洗與對FSG膜109的表面研磨，使成為發生短路原因的缺陷數降低到歷來技術情況的1/50，即單位面積的缺陷數由10降低到0.2左右。即，在本實施例中的缺陷數，可大大下降到在實用上達到充分的成品率的缺陷數0.5。
在歷來的技術中，隨著相互鄰接的布線與布線之間的距離減小，特別是當布線間的距離為0.25μm以下時，會顯著發生布線間短路的問題。與此相比，本實施例在布線間的距離為0.25μm以下的情況下，更能夠顯著地得到防止布線間短路的效果。
而且，根據第1實施例，在第3研磨工序(FSG膜109的研磨工序)中將基板100壓向研磨墊153的壓力及研磨墊153的旋轉速度分別與第2研磨工序(氮化鉭膜111的研磨工序)中相應的壓力及旋轉速度相同。換言之，第3研磨工序中的研磨條件，除了研磨時間之外，都與第2研磨工序相同。這樣，由于從第2研磨工序向第3研磨工序移動時不需要對研磨條件進行復雜的變更，所以能夠提高布線形成的操作性，由此能夠防止工藝的生產能力下降。而且，由于第3研磨工序的研磨時間比第2研磨工序要短，所以能夠防止FSG膜109的表面被削去過多。此時，如果在第3研磨工序中所述壓力以所述旋轉速度分別比第1研磨工序(第1銅膜112及113的研磨工序)中的要小，就能夠更確實地防止FSG膜109的表面被削去過多。
(第2實施例)以下參照圖面對本發明第2實施方式中的布線結構的形成方法加以說明。第2實施例與第1實施例的不同點在于，銅布線的形成是采用雙重波形鑲嵌法而進行的。
圖7(a)～(c)及圖8(a)、(b)是表示本發明第2實施例中的布線結構形成方法各工序的剖面圖。
首先，如圖7(a)所示，例如在由硅構成的基板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成的下層布線202。其后，在包含有下層布線202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FSG膜204。其后，使用平版印刷法或干式侵蝕法，在FSG膜204及第2硅氧化膜203上，形成達到下層布線202的通過孔205。
接著，如圖7(b)所示，在基板200上全面涂敷保護膜后，采用雙重波形鑲嵌法，在布線溝槽形成區域形成具有開口部的保護膜圖案206。
接著，如圖7(c)所示，以保護膜圖案206作為面罩，對FSG膜204及第2硅氧化膜203進行干式侵蝕，形成多個布線用溝槽207。之后，再由拋光法將保護膜圖案206去除。這里，布線用溝槽207包括到達通過孔205的布線用溝槽(在包含原來的通過孔205的上部區域形成)。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8(a)所示，在FSG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8(b)所示，例如由使用銅研磨漿的CMP法，將布線用溝槽207及通過孔205外側區域堆積的銅膜209去除(第1研磨工序)。由此，使布線用溝槽207及通過孔205外側的氮化鉭膜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外側區域堆積的氮化鉭膜208去除(第2研磨工序)。由此，在布線用溝槽207及通過孔205內，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，使FSG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，與其下側形成的下層布線202相電氣接觸的插銷部分。
還有，在本實施例中，與第1實施例同樣，第1與第2研磨工序是使用CMP裝置進行的(參照圖5)。而且，由第1實施例向第2實施例移動時，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速度都分別比第1研磨工序中相應的壓力及旋轉速度要小。
然而，在上述說明的使用CMP法的第2研磨工序終了時，銅布線210間的FSG膜204的表面上生成的裂紋內會埋入銅等金屬(圖中省略)。這里，裂紋內埋入的金屬，如果在銅布線210之間形成類似架橋的結構，就會發生銅布線210與銅布線210之間的短路。
所以，在本實施例中，為了使構成銅布線210的銅膜的減少控制在最小限度，同時降低銅布線210與銅布線210之間發生短路的頻率，采用以下說明的方法，將裂紋內埋入的金屬去除。
首先，在第2研磨工序結束后，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，例如可以使用純水、有機酸溶液、或有機堿溶液。這里，去除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下，在對FSG膜204的表面的裂紋中埋入的金屬進行去除時，這些削屑就有可能對FSG膜204或銅布線210造成新的損傷。具體說來，即使是能夠對最初裂紋中埋入的金屬進行去除，還可能發生銅布線210的損傷(即構成銅布線210的銅膜變薄)，或者是在FSG膜204上又產生新的裂紋，在該裂紋中又埋入了金屬。
在本實施例中，對所述基板200的清洗工序(去除異物的工序)，是將基板200由CMP裝置移向清洗裝置而進行的。此時，在對基板200清洗期間，希望能夠采用別的途徑，對第2研磨工序中所使用的CMP裝置的研磨墊進行清洗，由此去除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，洗凈研磨墊殘存的削屑，在繼續使用該研磨墊對基板200上的FSG膜204表面的裂紋中埋入的金屬進行去除時，能夠確實防止FSG膜204表面產生新的損傷。這里，對于研磨墊的清洗，例如可以在CMP裝置中研磨墊旋轉的同時，供給純水以取代漿料而進行。這樣，就能夠確實去除研磨墊表面所粘附的異物。
接著，在異物去除工序之后，為了去除FSG膜204表面微小裂紋中埋入的金屬，由CMP法，對FSG膜204的表面進行研磨(第3研磨工序)。這樣，就能夠將成為布線間短路原因的裂紋中的金屬與裂紋同時去除。
還有，在本實施例中，與第1實施例相同，使用與第1研磨工序及第2研磨工序同1的CMP裝置而進行第3研磨工序(參照圖5)。除了研磨時間之外，第3研磨工序的研磨條件，與第2研磨工序(即對氮化鉭膜208(屏障金屬膜)的研磨)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速度與第2研磨工序中的相同。即，在第3研磨工序中，所述壓力及旋轉速度都分別比第1研磨工序(銅膜209的研磨工序)中相應的壓力及旋轉速度要小。而且，第3研磨工序中所使用的漿料，與第2研磨工序中的相同，即屏障層(TaN)研磨用漿料。另1方面，第3研磨工序的研磨時間，設置得比第2研磨工序中屏障金屬膜的研磨時間要短(例如20秒左右)。其理由是由于在FSG膜204的裂紋中所埋入的金屬的厚度較小，所以將這些不要的金屬去除在短時間內就可以進行。也就是說，第3研磨工序是作為最終研磨所實施的工序，并不對FSG膜204本身進行大量的研磨。而且，根據第3研磨工序的研磨條件(將基板壓向研磨墊的壓力、研磨墊的旋轉速度、漿料、研磨時間等)，也不會對構成銅布線210的銅膜進行大的研磨。
由以上的說明，根據第2實施例，在基板200上的FSG膜204以及第2硅氧化膜203上設置的布線用溝槽207以及通過孔205中，依次埋入屏障金屬膜(氮化鉭膜208)與布線用導電膜(銅膜209)之后，將布線用溝槽207以及通過孔205外側的布線用導電膜及屏障金屬膜研磨去除。其后，在將研磨時基板200上粘附的異物(削屑)去除之后，對FSG膜204的表面進行研磨。因此，在對屏障金屬膜研磨時，在布線用溝槽207之間(即布線210之間)存在的FSG膜204的表面上發生了微小裂紋，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，由于在去除了對屏障金屬膜研磨時基板200上粘附的異物之后，對FSG膜204的表面進行了最后研磨，所以能夠防止異物對FSG膜204的表面造成新的損傷，同時還能夠去除裂紋中所填充的金屬。因此能夠避免由于填充的金屬所造成的布線210之間的架橋現象，所以能夠形成抑制布線之間發生短路的布線結構，即高性能的布線。
在歷來的技術中，隨著相互鄰接的布線與布線之間的距離減小，特別是當布線間的距離為0.25μm以下時，會顯著發生布線間的短路。與此相比，根據本實施例，在布線間的距離為0.25μm以下的情況下，能夠更顯著地得到防止布線間短路的效果。
而且，根據第2實施例，第3研磨工序(FSG膜204的研磨工序)中將基板200壓向研磨盤的壓力及研磨盤的旋轉速度分別與第2研磨工序(氮化鉭膜208的研磨工序)中相應的壓力及旋轉速度相同。換言之，第3研磨工序中的研磨條件，除了研磨時間之外，都與第2研磨工序相同。這樣，由于從第2研磨工序向第3研磨工序移動時不需要對研磨條件進行復雜的變更，所以能夠提高布線形成的操作性，由此能夠防止工藝生產能力的下降。而且，由于第3研磨工序的研磨時間比第2研磨工序要短，所以能夠防止FSG膜204的表面被削去過多。此時，如果在第3研磨工序中所述壓力以及所述旋轉速度分別比第1研磨工序(銅膜209的研磨工序)中相應的壓力及旋轉速度小，就能夠更確實地防止FSG膜204的表面被削去過多。
還有，在第1或第2實施例中，是以形成第1層銅布線的情況進行的說明，但即使是對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，也可以使用本實施例的方法。而且，對于在布線溝槽內埋入銅以外的導電膜形成布線的情況，也可以使用本實施例的方法。
而且，在第1或第2實施例中，對屏障膜雖然沒有特別的限制，但在使用銅膜作為布線用導電膜的情況下，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，對埋入布線絕緣膜的種類也沒有特別的限制。
另外，在第1或第2實施例中，作為銅布線之間的絕緣膜，是使用了FSG膜，也可以使用其他種類的絕緣膜，例如SiO2膜或有機化合物膜等。
而且，在第1或第2實施例中，在第2研磨工序(屏障金屬膜的研磨)之后進行的異物去除工序(基板清洗工序)中，希望使用有機酸溶液、或有機堿溶液對基板進行清洗。這樣，就能夠確實去除基板上所粘附的異物(削屑)。
而且，在第1或第2實施例中，對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。還有，對在第3研磨工序中使用的漿料的種類雖然沒有特別的限制，但希望能夠與第2研磨工序中的同樣，使用屏障層研磨用漿料。這樣，在第3研磨工序中，由于能夠防止對布線用導電膜大量的研磨，所以能夠防止布線電阻的增大。而且，由第2研磨工序向第3研磨工序移動時，研磨條件的變更也更為簡單。
而且，在第1或第2實施例中，第1～第3研磨工序都是使用同1CMP裝置而進行的，但也可以在全部的研磨工序中使用分別的CMP裝置而進行，以取代同1的CMP裝置。或者僅僅是第1研磨工序使用別的CMP裝置。但是，從設備運用的觀點上講，最好在盡可能多的研磨工序中使用同一CMP裝置及研磨墊。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。
另外，在第1或第2實施例中，也可以使第3研磨工序的研磨條件除了研磨時間以外與第1研磨工序的研磨條件相同。具體是，也可以在第1研磨工序及第3研磨工序中使用同一研磨裝置及研磨墊進行研磨。另外，也可以在第3研磨工序中使用與在第1研磨工序中相同的Cu研磨用的漿料。在這種情況下，理想的是在第3研磨工序之前，通過清洗或使用磨石的磨刷除去在第1研磨工序中所使用的研磨墊表面上的削屑。這樣，在被埋入在絕緣膜表面的裂紋內的金屬是銅膜(布線用導電膜)的一部分的情況下，可確實地將其除去。另外，在這種情況下，理想的是使第3研磨工序中的研磨時間小于第1及第2研磨工序中的研磨時間。這樣，在第3研磨工序中由于被埋入在布線用溝槽內的導電膜不會受到過度的研磨，所以可防止布線阻抗的增大。并且，在這種情況下，理想的是在第3研磨工序中的把基板壓在研磨墊上的壓力及該研磨墊的旋轉速度大于第2工序中的壓力及旋轉速度。換言之，理想的是使在第3研磨工序中的所述壓力及速度與第1研磨工序中的相同。這樣，在被埋入在絕緣膜表面的裂紋內的金屬是銅膜(布線用導電膜)的一部分的情況下，可確實地將其除去。并且，也可以把第3研磨工序分為2個階段進行，并且在第3研磨工序的第1階段采用與第1研磨工序相同的條件進行研磨，然后在第3研磨工序的第2階段采用與第2研磨工序相同的條件進行研磨。這樣，可提高布線形成的成品率。
另外，在第1或第2實施例中，也可以使用同一CMP裝置，不需停止研磨墊的旋轉而只需變更研磨條件地連續地進行第2研磨工序、異物除去工序及第3研磨工序。在這種情況下所使用的CMP裝置具有漿料供給管及清洗液供給管，在第2及第3研磨工序中，從漿料供給管向研磨墊上滴流屏障金屬研磨用的漿料，在異物除去工序中從清洗液供給管向研磨墊上滴流純水、有機酸或有機堿。這里是，在異物除去工序中，把基板壓在研磨墊上，一邊使該研磨墊旋轉，一邊進行清洗，這樣可同時對基板和研磨墊進行清洗。即，可以不用從研磨裝置中取出晶片，便可在第1研磨工序或第2研磨工序中同時清洗掉分別附著在在晶片及研磨墊上削屑(異物)。另外，在異物除去工序中的把基板壓在研磨墊上的壓力及研磨墊的旋轉速度分別比在第2及第3研磨工序中的小。另外，理想的是，在第3研磨工序中，使用與在第1研磨工序中所使用的漿料或在第2研磨工序中所使用的漿料相同的漿料。
根據本發明，在絕緣膜上設置的布線用溝槽中依次埋入屏障金屬膜與布線用導電膜時，在屏障金屬膜的研磨時等，是對基板上粘附的異物進行去除之后，對絕緣膜的表面進行最終研磨。因此，能夠防止異物對絕緣膜表面造成新的損傷，同時，由于能夠去除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的發生。所以，能夠降低布線與布線之間發生短路的頻率，形成高性能的布線。
權利要求
1.一種布線結構的形成方法，其特征在于包括在絕緣膜上形成第1溝槽及與所述第1溝槽相鄰接的第2溝槽的溝槽形成工序；在所述絕緣膜上依次堆積屏障金屬膜與導電膜，并使其完全掩埋所述第1溝槽與所述第2溝槽的膜堆積工序；通過研磨，除去位于所述第1溝槽外側及所述第2溝槽外側的所述導電膜的第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溝槽外側及所述第2溝槽外側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，除去粘附在被研磨面上的異物的異物去除工序；以及在所述異物去除工序之后，對所述絕緣膜的表面進行研磨的第3研磨工序。
2.根據權利要求1所述的布線結構的形成方法，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，設置將在所述第2研磨工序中使用的研磨墊進行洗凈，除去粘附在所述研磨墊上的異物的工序。
3.根據權利要求1所述的布線結構的形成方法，其特征在于在所述第3研磨工序中，使所述被研磨面壓向研磨墊的壓力以及該研磨墊的旋轉速度分別與第2研磨工序中相應的壓力及旋轉速度相同。
4.根據權利要求3所述的布線結構的形成方法，其特征在于所述第3研磨工序的研磨時間比第2研磨工序短。
5.根據權利要求3所述的布線結構的形成方法，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速度分別比第1研磨工序中相應的壓力及旋轉速度小。
6.根據權利要求1所述的布線結構的形成方法，其特征在于在所述第3研磨工序中所使用的研磨劑與第2研磨工序中所使用的研磨劑相同。
7.根據權利要求1所述的布線結構的形成方法，其特征在于在所述第研磨工序、所述異物除去工序及所述第3研磨工序中使用同一研磨裝置進行研磨，在所述異物去除工序中，包括把所述被研磨面壓向研磨墊，并使該研磨墊旋轉的工序。
8.根據權利要求1所述的布線結構的形成方法，其特征在于在所述第3研磨工序中所使用的研磨劑與第1研磨工序中所使用的研磨劑相同。
9.根據權利要求8所述的布線結構的形成方法，其特征在于所述第1研磨工序的研磨時間比所述第1研磨工序及第3研磨工序的研磨時間短。
10.根據權利要求9所述的布線結構的形成方法，其特征在于在所述第3研磨工序中的把所述被研磨面壓向研磨墊上的壓力及該研磨墊的旋轉速度比所述第2研磨工序中的大。
11.根據權利要求1所述的布線結構的形成方法，其特征在于在所述第2研磨工序及所述第3研磨工序中，使用同一研磨裝置及研磨墊進行研磨。
12.根據權利要求11所述的布線結構的形成方法，其特征在于在進入所述第3研磨工序之前，設置通過對所述第2研磨工序中所使用的研磨墊進行清洗，而除去所述研磨墊上的附著異物的工序。
13.根據權利要求11所述的布線結構的形成方法，其特征在于在進入所述第3研磨工序之前，設置通過對所述第2研磨工序中所使用的研磨墊的表面使用磨石進行磨刷，而除去所述研磨墊上的附著異物的工序。
14.根據權利要求1所述的布線結構的形成方法，其特征在于在所述第1研磨工序及所述第3研磨工序中使用相同的研磨裝置及研磨墊進行研磨。
15.根據權利要求14所述的布線結構的形成方法，其特征在于在進入所述第3研磨工序之前，設置通過對所述第1研磨工序中所使用的研磨墊進行清洗，而除去所述研磨墊上的附著異物的工序。
16.根據權利要求14所述的布線結構的形成方法，其特征在于在進入所述第3研磨工序之前，設置通過對所述第2研磨工序中所使用的研磨墊的表面使用磨石進行磨刷，除去所述研磨墊上的附著異物的工序。
17.根據權利要求14所述的布線結構的形成方法，其特征在于所述第3研磨工序包括研磨條件不同的2個階段的研磨工序。
18.根據權利要求17所述的布線結構的形成方法，其特征在于在所述2個階段的研磨工序中的1個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個階段的研磨工序中的另1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。
19.根據權利要求1所述的布線結構的形成方法，其特征在于在所述異物除去工序中包括使用有機酸或有機堿對所述被研磨面進行清洗的工序。
20.根據權利要求1所述的布線結構的形成方法，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。
21.根據權利要求1所述的布線結構的形成方法，其特征在于所述第1溝槽與所述第2溝槽相互平行配置。
22.根據權利要求1所述的布線結構的形成方法，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行的。
23.根據權利要求1所述的布線結構的形成方法，其特征在于所述導電膜為銅膜，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。
24.根據權利要求23所述的布線結構的形成方法，其特征在于形成在所述第1溝槽或所述第2溝槽中的布線與形成在該布線下側的插銷構成電連接。
全文摘要
本發明為一種布線結構的形成方法，在形成在基板(100)上的FSG膜(109)上形成多個布線用溝槽(110)，然后在FSG膜(109)上依次堆積能夠將各布線用溝槽110完全掩埋的屏障金屬膜(氮化鉭膜(111))及布線用導電膜(銅膜(112)及(113))。其后，在通過研磨去除了各布線用溝槽(110)外側的銅膜(112、113)之后，再研磨去除各布線用溝槽(110)外側的氮化鉭膜(111)。然后，在去除了研磨時基板(100)上粘附的異物之后，對FSG膜(109)的表面進行研磨。通過本發明的布線結構形成方法可防止在絕緣膜上埋入的相鄰布線之間的短路。
文檔編號H01L23/522GK1428841SQ0215698
公開日2003年7月9日 申請日期2002年12月24日 優先權日2001年12月27日
發明者原田剛史, 吉田英朗, 上田哲也, 濱中雅司 申請人:松下電器產業株式會社