JP2003077918A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】製造コストの増加を抑えつつ、半導体装置製造
時のダマシン配線の損傷を低減し、配線の信頼性を向上
する。 【解決手段】半導体基板11上に絶縁膜12を形成する
ステップと、絶縁膜12内に延びる配線溝15を形成す
るステップと、配線溝15を満たし、かつ絶縁膜12を
覆うように導電膜13+14を形成するステップと、絶
縁膜12の表面が露出するまで、導電膜13+14をC
MPにより除去し、導電膜13+14を配線とするステ
ップと、前記半導体基板11の表面を洗浄するステップ
と、前記配線の表面を保護する保護膜16を形成可能な
保護薬液で、半導体基板11の表面を処理しながら、半
導体基板11の裏面を洗浄するステップとを具備する半
導体装置の製造方法を実施する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及び半
導体装置の製造方法に関し、特に銅配線パターンを保護
するウエット処理の方法に関する。
【0002】
【従来の技術】チップサイズの拡大と最小加工寸法の微
細化に伴い、配線による寄生容量と配線抵抗が急増し、
その結果配線遅延が発生する。それを解決する方法とし
て、寄生容量に対しては、低誘電率層間絶縁膜を用い
る。また、配線抵抗に対しては、低抵抗の銅配線を使用
する。そして、低誘電率による容量Cの低下と、銅によ
る抵抗Rの低下により、配線遅延(∝RC)を低減でき
る。
【0003】また、配線抵抗の低減のために、平均配線
長の低減も重要である。平均配線長は、配線層数に反比
例するので、配線を多層化する多層化技術が重要とな
る。そのためには、下層の表面凹凸を踏襲せずに多層化
が可能なダマシン配線構造及び化学機械研磨(CMP)
の技術が必須となる。CMPは、半導体装置の製造過程
において、研磨剤により表面を精密に研磨する工程であ
る。下層の上部を精密に平坦化し、上層に凹凸を踏襲さ
せないようにする。製造工程は、非常に微細なプロセス
であるため、研磨剤、研磨条件、研磨機器、洗浄方法等
に高い技術が要求される。
【0004】従来の技術のCMPにおける問題点につい
て説明する。図6を参照して、従来の技術について説明
する。図6は、CMPのプロセス終了後の洗浄の一工程
を示す図である。ウエハー101、純水102、純水ノ
ズル104、洗浄液103及び洗浄液ノズル105を示
す。ここでは、CMPにより配線を形成する配線膜の不
要部分が研磨された後、ウエハー101の表面(図6の
純水102の側)の洗浄が終了し、その後の裏面(図6
の洗浄液103の側)の洗浄工程を示している。
【0005】ウエハー101は、半導体装置である。そ
の表面に、半導体素子、層間絶縁膜、ダマシン配線など
が形成されている。純水102は、半導体製造に用いら
れる超高純度の純水である。ウエハ−101の表面を覆
い、裏面からの洗浄液103及び不純物の回り込みを防
ぐ機能を有する。純水ノズル104は、ウエハー101
表面に純水102を放出するノズルである。洗浄液10
3は、ウエハー101の表面側のCMPにより、裏面に
周り込んだ研磨残留物や汚染物質を除去し、洗浄するた
めの洗浄液である。洗浄液ノズル105は、ウエハー1
01裏面に洗浄液103を放出するノズルである。
【0006】銅のダマシン配線形成(CMP)後、ウエ
ハー101は、表面を洗浄される。しかる後、図6に示
すように、裏面を洗浄液103により洗浄される。その
際、裏面の汚染が表面の側に回り込まないように、表面
に、純水102を放出している。
【0007】この時の、ダマシン配線の状態について、
図7を用いて説明する。図7は、ウエハー101のダマ
シン配線の一断面を示す図である。基板111、絶縁膜
112、バリア膜113、配線膜114及び配線溝11
5を示す。基板111は、半導体素子、(層間)絶縁
膜、ダマシン配線などを形成するための基板である。シ
リコンのような半導体基板や、二酸化シリコンや窒化シ
リコンのような絶縁膜を形成された半導体基板でも良
い。絶縁膜112は、炭化水素系のポリマーのような有
機系の材料を用いた絶縁膜、あるいは、二酸化シリコン
のような無機系の材料を用いた絶縁膜である。バリア膜
113は、金属薄膜である。プロセス中に、絶縁膜11
2が、プラズマに曝されるのを防ぐと共に、配線膜11
4が絶縁膜112へ拡散するのを防止する。窒化チタン
やタンタルなどである。配線膜114は、抵抗率の低い
金属で形成される配線用の膜である。絶縁膜中の配線溝
に形成され、ダマシン配線となる。例えば、銅である。
【0008】図7(a)において、CMPにより、配線
溝115にダマシン配線が形成された後、表面(配線溝
115)の側が、洗浄される。しかる後、図6で示すよ
うに、裏面(基板111)の側が洗浄液103により洗
浄される。その裏面を洗浄する際、表側には、純水10
2が流されている。純水102は、裏面洗浄の洗浄液1
03が表面に周り込むのを防ぐために流す。そして、こ
の裏面洗浄が終了した時点での断面図が図7(b)であ
る。図7(b)においては、バリア膜113と配線膜1
14との表面側の界面において、サイドスリットが入る
ことが分かる。
【0009】この様に、CMP終了後、表面の洗浄が終
了した段階であるにもかかわらず、サイドスリットが入
る。これは、純水102及び僅かに表面に残留している
CMP用研磨液により、配線膜114(銅)がエッチン
グされているためである。また、図示しないが、その作
用により、膜表面にエッチングによるピットが入る可能
性も有る。
【0010】その結果、配線の断面積が小さくなる他、
場所依存性が出て来ることになる。すなわち、配線抵抗
を有効に低減することが困難となる。また、凹凸が発生
するため、層間絶縁膜のステップカバレッジに乱れが生
じる可能性が有る。
【0011】図8は、CMPのプロセス終了後の洗浄の
他の一工程を示す図である。ウエハー101、純水10
2、純水ノズル104、洗浄液103、洗浄液ノズル1
05、端部洗浄液106及び端部ノズル107を示す。
ここでは、CMPにより配線を形成する配線膜の不要部
分が研磨された後、ウエハー101の表面(図8の純水
102の側)の洗浄が終了し、その後の裏面(図8の洗
浄液103の側)の洗浄及び表面エッジ部のメタル除去
を同時に行う工程を示している。
【0012】端部洗浄液106は、表面のエッジ部に有
る金属部分を、エッチング除去するための洗浄液であ
る。端部ノズル107は、端部洗浄液106を供給する
ノズルである。他の構成(ウエハー101〜洗浄液ノズ
ル105)は既述の通りなので、説明を省略する。
【0013】この場合にも、前述の場合と同様に、図7
で示すような現象が起こり、ダマシン配線のバリア膜と
の境界部分においてサイドスリットが生じる。従って、
配線抵抗を有効に低減することが困難となり、層間絶縁
膜のステップカバレッジにも問題が生じる可能性が有
る。
【0014】上記問題に関連して、特開2001−89
747号公報に、研磨用組成物および研磨方法が開示さ
れている。この発明では、CMPを行なう際の研磨用組
成物として、ベンゾトリアゾール誘導体を含む組成物を
用いる。ベンゾトリアゾール誘導体を含む組成物を用い
て銅のCMPを行うことにより、銅表面に保護膜を形成
し、研磨後の腐食防止に加え、銅膜研磨速度も抑制する
作用がある。
【0015】特開2000−315666号公報には、
半導体集積回路装置の製造方法が開示されている。この
発明では、CMPを行なう際の研磨液として、防食剤を
含む研磨液を用いる。防食剤は、金属表面に耐食性の保
護膜を形成し、CMPにより研磨の進行を抑制する薬剤
である。ここでは、ベンゾトリアゾールを用いる。そし
て、銅のCMPを行いつつ、銅表面に保護膜を形成し、
研磨後の腐食防止に加え、銅膜研磨速度も抑制する。
【0016】特開2000−12543号公報には、半
導体集積回路装置の製造方法が開示されている。この発
明では、CMPを行なう際の研磨用スラリとして、ベン
ゾトリアゾールを含むスラリを用いる。ベンゾトリアゾ
ールを含むスラリを用いることにより、銅膜の表面を保
護しながら研磨できる。従って、スループットを著しく
低下させること無く、銅膜の腐食及びディッシングを抑
えた銅膜の研磨が可能となる。
【0017】特開平8−83780号公報には、研磨剤
及び研磨方法が開示されている。この発明では、CMP
を行なう際の研磨剤として、ベンゾトリアゾールを含む
研磨剤を用いる。ベンゾトリアゾールを含む研磨剤を用
いることにより、銅膜の表面を保護し、等方的な化学機
械研磨を抑制する。そして、被研磨膜の凸部表面のみを
機械的研磨により除去することにより、ディッシングの
少ない研磨が可能となる。
【0018】特開平8−64594号公報には、配線の
形成方法が開示されている。この発明では、CMPを行
なう際の砥粒液として、ベンゾトリアゾールを含む砥粒
液を用いる。ベンゾトリアゾールを含む研磨剤を用いる
ことにより、銅膜の表面を保護し、腐食の発生を防止す
ることが出来る。そして、金属配線形成中(研磨中)及
び形成後の表面腐食を防止し、品質劣化を防止できる。
【0019】特開平5−315331号公報には、半導
体装置の製造方法及び洗浄装置が開示されている。この
発明では、銅配線形成後、ベンゾトリアゾールを含む水
溶液を用いて、銅配線を洗浄する。ベンゾトリアゾール
を含む水溶液を用いることにより、銅膜の表面に保護膜
(Cu−BTA)が形成され保護されるので、銅配線の
腐食を防止することが出来る。
【0020】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、ダマシン配線が形成されたウエハーのウエット処理
の際、ダマシン配線表面へのダメージを低減することが
可能な半導体装置の製造方法を提供することである。
【0021】また、本発明の別の目的は、ダマシン配線
が形成されたウエハーの裏面洗浄の際、ダマシン配線表
面の保護をすることが可能な半導体装置の製造方法を提
供することである。
【0022】本発明の更に別の目的は、ダマシン配線が
形成されたウエハーの表面エッジ部のメタル除去の際、
ダマシン配線表面の保護をすることが可能な半導体装置
の製造方法を提供することである。
【0023】本発明の更に別の目的は、配線抵抗を安定
させ、配線遅延を低減することが可能な半導体装置の製
造方法を提供することにある。
【0024】本発明の他の目的は、スループットの低下
させずに、配線の信頼性を向上することが可能な半導体
装置の製造方法を提供することにある。
【0025】
【課題を解決するための手段】以下に、[発明の実施の
形態]で使用される番号・符号を用いて、課題を解決す
るための手段を説明する。これらの番号・符号は、[特
許請求の範囲]の記載と[発明の実施の形態]との対応
関係を明らかにするために付加されたものである。ただ
し、それらの番号・符号を、[特許請求の範囲]に記載
されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならな
い。
【0026】従って、上記課題を解決するために、本発
明の半導体装置の製造方法は、半導体基板(11)上に
絶縁膜(12)を形成するステップと、前記絶縁膜(1
2)内に延びる配線溝(15)を形成するステップと、
前記配線溝(15)を満たし、かつ前記絶縁膜(12)
を覆うように導電膜(13+14)を形成するステップ
と、前記絶縁膜(12)の表面が露出するまで、前記導
電膜(13+14)をCMPにより除去し、前記導電膜
(13、14)を配線とするステップと、前記半導体基
板(11)の表面を洗浄するステップと、前記配線の表
面を保護する保護膜(16)を形成可能な保護薬液
(2)で、前記半導体基板(11)の表面を処理しなが
ら、前記半導体基板(11)の裏面を洗浄するステップ
とを具備する。
【0027】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
半導体基板(11)上に絶縁膜(12)を形成するステ
ップと、前記絶縁膜(12)内に延びる配線溝(15)
を形成するステップと、前記配線溝(15)の内面を覆
い、かつ前記絶縁膜(12)を覆うように第1導電膜
(13)を形成するステップと、前記配線溝(15)を
満たし、かつ前記第1導電膜(13)を覆うように第2
導電膜(14)を形成するステップと、前記第1導電膜
(13)の表面が露出するまで、前記第2導電膜(1
4)を、CMPにより除去するステップと、前記絶縁膜
(12)の表面が露出するまで、前記第1導電膜(1
3)と前記第2導電膜(14)をCMPにより除去し、
前記第2導電膜(14)を配線とするステップと、前記
半導体基板(11)の表面を洗浄するステップと、前記
配線の表面を保護する保護膜(16)を形成可能な保護
薬液(2)で、前記半導体基板(11)の表面を処理し
ながら、前記半導体基板(11)の裏面を洗浄するステ
ップとを具備する。
【0028】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
半導体基板(21)上に導電膜(23+24)を用いて
ダマシン配線を形成するステップと、前記ダマシン配線
上に上部絶縁膜(26+27)を形成するステップと、
前記上部絶縁膜(26+27)を貫通して、前記ダマシ
ン配線へ達するビアホール(30)を形成するステップ
と、前記ダマシン配線の表面を保護する保護膜(3
1’)を形成可能な保護薬液(2)で、前記半導体基板
(11)の表面を洗浄するステップとを具備する。
【0029】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
前記導電膜(13+14、23+24)又は前記第2導
電膜(14)は、銅を含む。
【0030】更に、本発明の半導体装置の製造方法は、
前記保護薬液(2)は、ベンゾトリアゾール又はベンゾ
トリアゾール誘導体を含む水溶液である。
【0031】更に、本発明の半導体装置の製造方法は、
前記水溶液中の前記ベンゾトリアゾール又は前記ベンゾ
トリアゾール誘導体の濃度は、0.01〜0.1wt%
である。
【0032】更に、本発明の半導体装置の製造方法は、
半導体基板(11、21)上に銅を含む配線の配線パタ
ーン(14+15、24+25、29+30)を形成す
るステップと、前記配線(14+15、24+25、2
9+30)の露出した表面を、ベンゾトリアゾールを含
む水溶液(2)でウエット処理するステップとを具備す
る。
【0033】
【発明の実施の形態】以下、本発明である半導体装置の
製造方法の実施の形態に関して、添付図面を参照して説
明する。本実施例において、一層分の金属配線を有する
半導体装置を例に示して説明する。しかし、本発明は、
多層の配線構造を有する他の半導体装置の製造方法にお
いても、適用することが可能である。
【0034】(実施例1)以下、本発明の半導体装置の
製造方法の第1の実施の形態について、添付の図面を参
照して説明する。図1は、本発明の半導体装置の製造方
法の第1の実施の形態に関わる一工程を示す図である。
ウエハー1、保護液2、保護液ノズル4、洗浄液3及び
洗浄液ノズル5を示す。ここでは、CMPにより配線を
形成する配線膜の不要部分が研磨された後、ウエハー1
の表面(図1の保護液2の側)の洗浄が終了し、その後
の裏面(図1の洗浄液3の側)の洗浄工程を示してい
る。
【0035】ウエハー1は、一つ又は複数の半導体装置
を有する半導体基板である。製造方法における各プロセ
スにおいて、その基板上に、絶縁層、半導体素子、層間
絶縁膜、ダマシン配線などが形成される。本実施例で
は、ダマシン配線における銅配線用の膜(配線膜14、
後述)を化学機械研磨法(CMP)により研磨し、研磨
面を洗浄した後の半導体基板である。
【0036】保護液2は、半導体製造に用いられる超高
純度の純水と保護溶液とを混合した液である。ウエハ−
1の表面に供給され、その表面側を覆い、裏面からの洗
浄液3(後述)及び不純物の回り込みを防ぐ機能を有す
る。保護溶液は、配線膜14上に供給され、配線膜14
の表面を保護する保護膜を形成することが可能な材料で
ある。例えば、ベンゾトリアゾール又はベンゾトリアゾ
ール誘導体などがある。本実施例では、ベンゾトリアゾ
ール(以下、BTAという)を用いる。そして、BTA
の純水水溶液(以下、BTA水溶液という)の濃度は、
裏面洗浄時に、表面にサイドスリットが形成されないた
めに充分な濃度とする。好ましくは0.01wt%〜
0.1wt%である。本実施例では、0.04wt%の
濃度のものを使用する。
【0037】洗浄液3は、ウエハー1の裏面を洗浄する
洗浄液である。ウエハー1表面のCMP及びその後の表
面洗浄により、裏面に周り込んだ研磨残留物や金属汚染
物質などを除去し洗浄することが可能な材料である。本
実施例では、フッ酸と過酸化水素水の混合溶液(以下、
FPMという)を用いる。FRMの濃度は、研磨残留物
や金属汚染物質などを除去可能な濃度である。
【0038】保護液ノズル4は、ウエハー1表面に保護
液2を供給するノズルである。一定の圧力、一定の流量
で保護液2を供給することが可能である。洗浄液ノズル
5は、ウエハー1裏面に洗浄液3を放出するノズルであ
る。一定の圧力、一定の流量で洗浄3を供給することが
可能である。
【0039】銅のダマシン配線形成(CMP)後、ウエ
ハー1は、CMPを実施した表面を洗浄される。しかる
後、図1に示すように、裏面を洗浄液3により洗浄す
る。その際、裏面の汚染が表面の側に回り込まないよう
に、表面に、保護液2を供給している。
【0040】この時の、ダマシン配線の状態について、
図2を用いて説明する。図2(a)〜(c)は、ウエハ
ー1のダマシン配線の一断面を示す図である。ウエハー
1上の、基板11、絶縁膜12、バリア膜13、配線膜
14及び配線溝15を示す。半導体基板としての基板1
1は、半導体素子、配線などを形成するための基板であ
る。シリコンのような半導体基板や、二酸化シリコンや
窒化シリコンのような無機系の絶縁膜を形成された半導
体基板でも良い。あるいは、複数の配線構造や素子が埋
め込まれた絶縁膜の多層構造を有する半導体基板でも良
い。本実施例では、二酸化シリコンを形成したシリコン
基板である。
【0041】絶縁膜12は、基板11上に、スパッタ
法、CVD法やスピンコート法などで形成された絶縁膜
である。無機系あるいは有機系の低誘電率材料を用い
る。配線間や配線と素子、素子間を絶縁する。二酸化シ
リコンや窒化シリコンのような無機系の材料を用いる。
また、有機物、有機基、水素、水酸基等を不純物として
ドープした二酸化シリコンでも良い。CMPにより、バ
リア膜13(後述)を研磨する際、研磨のストッパーの
機能を有する。膜厚は、およそ500nmである。本実
施例では、二層構造とし、下層を炭化水素系のポリマー
のような有機系の材料を用いた絶縁膜とし、上層を二酸
化シリコンのような無機系の絶縁膜とする。
【0042】バリア膜13は、絶縁膜12上及び配線溝
15の壁面(内面)に、スパッタ法や蒸着法、CVD法
などにより形成された金属薄膜である。ダマシン配線形
成のプロセス中に、絶縁膜12が、プラズマ等に曝され
るのを防止する。また、配線膜14が絶縁膜12へ拡散
するのを防止する。高融点金属あるいはその窒化物であ
る。例えば、タンタルや窒化タンタル、窒化チタン、そ
れらの積層膜などである。本実施例では、窒化タンタル
であり、膜厚は、およそ30nmである。
【0043】配線膜14は、配線溝15を満たし、且
つ、バリア膜13を覆うように、スパッタ法や蒸着法、
メッキ法などにより形成された金属膜である。最終的に
は、配線溝15中に形成された部分が、ダマシン配線と
なる。配線用に、抵抗率の低い金属で形成される。例え
ば、銅、アルミニウム、タングステンである。本実施例
では、銅を用いる。膜厚は、配線溝形成前の成膜直後
は、典型的には、配線溝15(絶縁膜12)分の500
nm+配線の上方の800nm=1300nmである。
【0044】配線溝15は、ダマシン配線を形成するた
めの金属配線を形成する溝である。絶縁膜12内に延び
るように、フォトリソグラフィーの技術を用いて形成さ
れる。本実施例では、深さ500nm、幅200nmで
ある。
【0045】保護膜16は、図1における保護液2の供
給により、配線膜14の表面に出来る膜である。裏面か
らの洗浄液3や不純物の回り込みが起きた場合の膜の保
護、表面側の純水及び僅かに表面に残留しているCMP
用研磨液による配線膜14(銅)のエッチングに対する
保護などの機能を有する。本実施例では、銅とベンゾト
リアゾールとが結合して出来る不動態膜である。
【0046】次に、本発明である半導体装置の製造方法
の第1の実施の形態に関わる動作について、図面を参照
して説明する。図2(a)で示される半導体装置の断面
は、次のような工程で形成される。まず、基板11上
に、下層の絶縁膜12(以下、第1絶縁膜ともいう)を
スピンコート法により成膜する。続いて、第1絶縁膜上
に、上層の絶縁膜12(以下、第2絶縁膜ともいう)を
プラズマCVD法により成膜する。そして、フォトリソ
グラフィーのプロセスにより、第2絶縁膜を貫通して第
1絶縁膜へ延びる(=絶縁膜12へ延びる)配線溝15
を形成する。その後、スパッタ法により、バリア膜13
を配線溝15の内面を覆い、且つ、絶縁膜12上に成膜
する。そして、配線溝15を満たし、かつ、バリア膜1
3を覆うように、配線膜14をスパッタ法により成膜す
る。
【0047】次に、バリア膜13をストッパーとして、
配線膜14のCMPの1次研磨が行なわれる。これによ
り、配線膜14の内、バリア膜13より上側の膜が除去
される。続いて、絶縁膜12をストッパーとして、バリ
ア膜13のCMPの2次研磨が行なわれる。これによ
り、絶縁膜12より上側のバリア膜13、及び、バリア
膜13と配線膜14の配線溝15中の絶縁膜12より上
側の膜、が除去される。以上により、銅のダマシン配線
の形成が終了する。その状況が図2(b)である。
【0048】図2(b)において、CMPにより、配線
溝15にダマシン配線が形成された後、ウエハー1の表
面(配線溝15)の側が、洗浄される。洗浄は、図示し
ない専用の洗浄装置(又は洗浄部)により行なわれる。
この洗浄により、研磨で発生した表面の汚染粒子や汚染
金属などが除去される。
【0049】続いて、図1で示すように、裏面(基板1
1)の側が洗浄液3により洗浄される。この洗浄によ
り、研磨により発生した、あるいは、表面から回り込ん
だ裏面の汚染粒子や汚染金属などが除去される。その
際、表面に、汚染粒子や汚染金属などが回り込まないよ
うに表面に保護液2を供給する。
【0050】洗浄は以下の手順で行なう。 ウエハー1を洗浄装置にセッティングする。 ウエハー1を120rpmで回転させる。 表面に、保護液2であるBTA水溶液を1L/mi
n.の流量で、60秒間供給する。 それと同時に、裏面に、洗浄液3であるFPMを1L
/min.の流量で、60秒間供給する。 及びの終了後、直ちに表面及び裏面に、同時
に、純水を1L/min.の流量で、30秒間供給す
る。
【0051】この裏面を洗浄する際、表面の側には、保
護液2が流されている。保護液2は、裏面洗浄の洗浄液
3が表面に周り込むのを防ぐために流す。そして、この
裏面洗浄が終了した時点での断面図が図2(c)であ
る。図2(c)において、配線溝15の配線膜14の表
面には、薄い保護膜16が形成される。そして、配線溝
15の配線膜14の表面には、エッチングによるピット
が形成されない。また、バリア膜13と配線膜14との
界面にサイドスリットが入らない。これは、保護液2中
のBTAの作用により、配線膜14の表面に銅とBTA
とが結合した不動態膜が形成され、銅の純水への溶出を
防止するためである。
【0052】本発明により、CMPの研磨後の表面洗浄
終了後の裏面洗浄において、ダマシン配線の表面に、サ
イドスリットやピット等の損傷をなくすことができ、信
頼性が向上する。すなわち、配線の断面積が安定し、配
線の抵抗を設計通りに低く押さえることが可能となる。
【0053】また、配線の歩留まりが改善されるので、
半導体装置そのものの製造歩留まりの向上につながる。
すなわち、信頼性の高嬢により、コストを低減すること
が可能となる。
【0054】また、純水で行なっていたプロセスを、B
TA水溶液で行なうようにするだけなので、スループッ
トには全く影響を与えずに、配線の信頼性を向上させる
ことが可能となる。ひいては、半導体装置の信頼性を向
上することが出来る。
【0055】保護膜16の形成により、その後のプロセ
スにおいて、配線膜14の表面が損傷を受ける可能性が
低下し、配線の信頼性を向上することが出来る。
【0056】(実施例2)以下、本発明の半導体装置の
製造方法の第2の実施の形態について、添付の図面を参
照して説明する。図3は、本発明の半導体装置の製造方
法の第2の実施の形態に関わる一工程を示す図である。
ウエハー1、保護液2、保護液ノズル4、洗浄液3、洗
浄液ノズル5、端部洗浄液6及び端部ノズル7を示す。
ここでは、CMPにより配線を形成する配線膜の不要部
分が研磨された後、ウエハー1の表面(図1の純水2の
側)の洗浄が終了した段階で行なわれる、裏面(図3の
洗浄液3の側)の洗浄、及び、表面エッジ部での各膜の
除去工程を示している。
【0057】保護液2は、半導体製造に用いられる超高
純度の純水と保護溶液とを混合した液である。ウエハ−
1の表面に供給され、その表面側を覆う。そして、裏面
からの洗浄液3(後述)及び不純物の回り込みによる汚
染、及び表面エッジ部からの除去された膜材料による汚
染を防ぐ機能を有する。保護溶液は、配線膜14上に供
給され、配線膜14の表面に保護膜を形成することが可
能な材料である。例えば、ベンゾトリアゾール又はベン
ゾトリアゾール誘導体などがある。本実施例では、ベン
ゾトリアゾール(以下、BTAという)を用いる。そし
て、BTAの純水水溶液(以下、BTA水溶液という)
の濃度は、裏面洗浄時に、表面にサイドスリットが形成
されないために充分な濃度とする。好ましくは0.01
wt%〜0.1wt%である。本実施例では、0.04
wt%の濃度のものを使用する。
【0058】端部洗浄液6は、ウエハー1の表面のエッ
ジ部(ウエハーの周辺部で、べベルから半径方向に8m
mの幅の範囲である)の配線膜、バリア膜、(層間)絶
縁膜を除去するための洗浄液である。配線に使用される
銅のような膜、バリア膜に使用されるタンタルや窒化タ
ンタルのような膜、(層間)絶縁膜に使用される二酸化
シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、炭窒化シリコ
ンのような膜を除去し洗浄することが可能な材料であ
る。本実施例においては、フッ酸と過酸化水素水の混合
溶液(以下、FPMという)を用いる。FRMの濃度
は、エッジ部の配線膜、バリア膜、(層間)絶縁膜を除
去可能な濃度である。
【0059】端部ノズル7は、ウエハー1の表面のエッ
ジ部に、端部洗浄液6を供給するノズルである。一定の
圧力、一定の流量で端部洗浄液6を供給することが可能
である。
【0060】ウエハー1、洗浄液3、保護液ノズル4、
洗浄液ノズル5は、実施例1と同様であるので、その説
明を省略する。
【0061】銅のダマシン配線形成(CMP)後などに
おいて、表面洗浄の後、裏面を洗浄する。その際、必要
に応じて、ウエハー1表面エッジ部の配線膜、バリア膜
及び(層間)絶縁膜を除去する。その時、図3に示すよ
うに、裏面を洗浄液3により洗浄し、表面のエッジ部分
を端部洗浄液6で洗浄する。その際、裏面の汚染が表面
の側の素子部分(中心部分)に回り込まないように、ま
た、エッジ部の汚染が中心部素子部分(中心部分)へ入
り込まないように、表面の中心部分へ保護液2を供給す
る。
【0062】この時の、ダマシン配線の状態について、
図2を用いて説明する。図2(a)〜(c)は、ウエハ
ー1のダマシン配線の一断面を示す図である。ウエハー
1上の、基板11、絶縁膜12、バリア膜13、配線膜
14及び配線溝15を示す。これらの構成は、実施例1
と同様であるのでその説明を省略する。
【0063】次に、本発明である半導体装置の製造方法
の第2の実施の形態に関わる動作について、図面を参照
して説明する。図2(a)〜図2(b)で示される半導
体装置の構成は、実施例1で説明した通りなので、その
説明を省略する。
【0064】図2(b)において、CMPにより、配線
溝15にダマシン配線が形成された後、ウエハー1の表
面(配線溝15)の側が、洗浄される。洗浄は、図示し
ない専用の洗浄装置(又は洗浄部)により行なわれる。
この洗浄により、研磨で発生した表面の汚染粒子や汚染
金属などが除去される。
【0065】続いて、図3で示すように、ウエハー1の
裏面の側が、洗浄液3により洗浄される。この洗浄によ
り、研磨により発生した、あるいは、表面から回り込ん
だ裏面の汚染粒子や汚染金属などが除去される。それと
同時に、ウエハー1の表面のエッジ部の不要な配線膜、
バリア膜、(層間)絶縁膜が、端部洗浄液6により除去
・洗浄される。その際、表面のエッジ部以外の部分に、
汚染粒子や汚染金属などが回り込まないように表面に保
護液2を供給する。
【0066】洗浄は以下の手順で行なう。 (1)ウエハー1を洗浄装置にセッティングする。 (2)ウエハー1を120rpmで回転させる。 (3)表面に、保護液2であるBTA水溶液を1L/m
in.の流量で、60秒間供給する。 (4)それと同時に、裏面に、洗浄液3であるFPMを
1L/min.の流量で、60秒間供給する。 (5)それと同時に、表面のエッジ部のみに、端部洗浄
液6であるFPMを1L/min.の流量で、60秒間
供給する。 (6) (3)、(4)及び(5)の終了後、直ちに表
面及び裏面に、同時に、純水を1L/min.の流量
で、30秒間供給する。
【0067】ここでは、裏面洗浄とエッジ部の膜除去を
同時に行なっているが、別々に行なっても良い。裏面洗
浄を行なわず、エッジ部の膜除去を行なう場合には、上
記(1)〜(5)のプロセスにおいて、(4)のプロセ
スを省略する。
【0068】この裏面洗浄及びエッジ部の膜除去を行う
際、表面の側には、保護液2が流されている。保護液2
は、裏面洗浄の洗浄液3が表面に周り込むのを防ぎ、か
つ、表面エッジ部からの除去された膜材料による汚染を
防ぐために流す。そして、この裏面洗浄及びエッジ部の
膜除去が終了した時点での断面図が図2(c)である。
図2(c)において、配線溝15の配線膜14の表面に
は、薄い保護膜16が形成される。そして、配線溝15
の配線膜14の表面には、エッチングによるピットが形
成されない。また、バリア膜13と配線膜14との界面
にサイドスリットが入らない。これは、保護液2中のB
TAの作用により、配線膜14の表面に銅とBTAとが
結合した不動態膜が形成さること、その膜が、純水及び
僅かに表面に残留しているCMP用研磨液によるエッチ
ング作用から配線膜14を保護すること、残留している
CMP用研磨液を中和すること、などの効果が発生する
ためである。
【0069】本発明により、CMPの研磨後の表面洗浄
終了後の裏面洗浄又はエッジ部の膜除去において、ダマ
シン配線の表面に、サイドスリットやピット等の損傷を
なくすことが可能になる。
【0070】(実施例3)以下、本発明の半導体装置の
製造方法の第3の実施の形態について、添付の図面を参
照して説明する。図5は、本発明の半導体装置の製造方
法の第3の実施の形態に関わる一工程を示す図である。
ウエハー1、保護液2及び保護液ノズル4を示す。ここ
では、ウエハー1上CMPによりダマシン配線を形成し
た(実施例1)後、その上層部に絶縁膜を積層し、その
絶縁膜上に下層のダマシン配線へ向けてビアホールを開
口した後の洗浄工程を示している。
【0071】ウエハー1は、一つ又は複数の半導体装置
を有する半導体基板である。製造方法における各プロセ
スにおいて、その基板上に、絶縁層、半導体素子、層間
絶縁膜、ダマシン配線などが形成される。本実施例で
は、ダマシン配線における銅配線用の膜を化学機械研磨
法(CMP)により研磨した後、その上層部に絶縁膜を
積層し、その絶縁膜上に下層のダマシン配線へ向けてビ
アホールを開口した後の半導体基板である。
【0072】保護液2、保護液ノズル4は、実施例1と
同様であるのでその説明を省略する。
【0073】ウエハー1のダマシン配線の状態につい
て、図4を用いて説明する。図4(a)〜(e)は、ウ
エハー1のダマシン配線の一断面を示す図である。ウエ
ハー1上の、基板21、第1絶縁膜22、第1バリア膜
23、第1配線膜24、第1配線溝25、エッチストッ
パ膜26、第2絶縁膜27、第2バリア膜28、第2配
線膜29、第2配線溝30、第1保護膜31(31’)
及び第2保護膜32を示す。
【0074】半導体基板としての基板21、第1絶縁膜
22、第1バリア膜23、第1配線膜24、第1配線溝
25及び第1保護膜31は、実施例1の基板11、絶縁
膜12、バリア膜13、配線膜14、配線溝15及び保
護膜16と同様であるので、その説明を省略する。
【0075】エッチストッパ膜26は、実施例1で形成
したダマシン配線の構造(図2(c))の上部に積層し
て形成される絶縁膜である。その上層に積層する第2絶
縁膜27の一部をドライエッチングし第2配線溝30を
形成する際、エッチングのストッパーとなる膜である。
第2絶縁膜27と異なる種類の絶縁膜を用いる。本実施
例では、窒化シリコンである。膜厚は、およそ100n
mである。
【0076】第2絶縁膜27は、エッチストッパ膜26
上に、スパッタ法、CVD法やスピンコート法などで形
成された絶縁膜である。エッチストッパ膜26とは異な
る絶縁膜を用いる。無機系あるいは有機系の低誘電率材
料を用いる。配線間や配線と素子、素子間を絶縁する。
二酸化シリコンや窒化シリコンのような無機系の材料を
用いる。また、有機物、有機基、水素、水酸基等を不純
物としてドープした二酸化シリコンでも良い。CMPに
より、第2バリア膜28(後述)を研磨する際、研磨の
ストッパーの機能を有する。膜厚は、およそ500nm
である。本実施例では、二酸化シリコンである。
【0077】第2バリア膜28は、第2絶縁膜27上及
び第2配線溝30の壁面(内面)に、スパッタ法や蒸着
法、CVD法などにより形成された金属薄膜である。ダ
マシン配線形成のプロセス中に、第2絶縁膜27が、プ
ラズマ等に曝されるのを防止する。また、第2配線膜2
9が第2絶縁膜27へ拡散するのを防止する。高融点金
属あるいはその窒化物である。例えば、タンタルや窒化
タンタル、窒化チタン、それらの積層膜などである。本
実施例では、窒化タンタルであり、膜厚は、およそ30
nmである。
【0078】第2配線膜29は、第2配線溝30を満た
し、且つ、第2バリア膜28を覆うように、スパッタ法
や蒸着法、メッキ法などにより形成された金属膜であ
る。最終的には、第2配線溝30中に形成された部分
が、上層のダマシン配線と下層のダマシン配線(第1配
線膜24)とを繋ぐ配線となる。配線用に、抵抗率の低
い金属で形成される。例えば、銅、アルミニウム、タン
グステンである。本実施例では、銅を用いる。膜厚は、
配線溝形成前の成膜直後は、典型的には、第2配線溝3
0(エッチストッパ膜26+第2絶縁膜27)分の60
0nm+配線の上方の800nm=1400nmであ
る。
【0079】第2配線溝30は、上層と下層との間のダ
マシン配線の接合用の金属配線を形成するためのビアホ
ールである。第2絶縁膜27とエッチストッパ膜26を
貫通し、第1配線膜24に達するように、フォトリソグ
ラフィーの技術を用いて形成される。本実施例では、深
さ600nm、幅200nmである。
【0080】第1保護膜31’は、図1(実施例1と同
様のCMPプロセス後の裏面洗浄時)における保護液2
の供給により、第1配線膜24の表面に出来る膜であ
る。元々有った第1保護膜31は、ビアホール(第2配
線溝30)の開口時のドライエッチングにより、同時に
ドライエッチングされ無くなる。第1保護膜31’は、
その後に保護液2の供給により形成される。ビアホール
の洗浄時などの場合の第1配線膜24の保護などの機能
を有する。本実施例では、銅とベンゾトリアゾールとが
結合して出来る不動態膜である。
【0081】第2保護膜32は、図5における保護液2
の供給により、第2配線膜29の表面に出来る膜であ
る。裏面からの洗浄液3や不純物の回り込みが起きた場
合の膜の保護、表面側の純水及び僅かに表面に残留して
いるCMP用研磨液により配線膜14(銅)のエッチン
グの保護などの機能を有する。本実施例では、銅とベン
ゾトリアゾールとが結合して出来る不動態膜である。
【0082】次に、本発明である半導体装置の製造方法
の第3の実施の形態に関わる動作について、図面を参照
して説明する。図4(a)〜図4(e)で示される半導
体装置の断面は、次のような工程で形成される。まず、
実施例1で形成された図2(c)の構造を有する半導体
装置について、その上部にエッチストッパ膜26として
窒化シリコンをプラズマCVD法により、続いて第2絶
縁膜27として二酸化シリコンをスピンコート法により
成膜する(図4(a)。
【0083】次に、レジストをフォトリソグラフィーに
よりパターンニングした後、ドライエッチングにより、
ビアホール(第2配線溝30)を、第2絶縁膜27を貫
通してエッチストッパ膜26に達するまで開口する。酸
素プラズマ剥離によりレジストを除去した後、全面エッ
チングによりビアホール(第2配線溝30)の形成を、
エッチストッパ膜26を貫通して第1配線膜24の表面
が露出する深さまで行なう。これにより、ビアホール
(第2配線溝30)が完成する。その際、第1配線膜2
4の表面を覆っていた第1保護膜31もエッチングされ
無くなる。ここで、次に示す処理方法により、ビアホー
ル(第2配線溝30)の処理を行ない、第1保護膜3
1’が形成される(図4(b))。
【0084】ビアホール(第2配線溝30)の処理は以
下の手順で行なう。図5を参照して、 i)ウエハー1を洗浄装置にセッティングする。 ii)ウエハー1を120rpmで回転させる。 iii)表面に、保護液2であるBTA水溶液を1L/
min.の流量で、60秒間供給する。 iv)(iii)の終了後、直ちに表面に、純水を1L
/min.の流量で、30秒間供給する。
【0085】図4(b)において、第1配線膜24の表
面には、薄い第1保護膜31’が形成される。この処理
は、ビアホール(第2配線溝30)形成後の洗浄を兼ね
ているが、配線膜14の表面には、洗浄により形成され
る可能性の有るピットやダメージが形成されない。ま
た、第1バリア膜23と第1配線膜24との界面にサイ
ドスリットが入らない。また、その後のプロセスにおい
て、露出した第1配線膜24の損傷を防止することが可
能となる。これは、保護液2中のBTAの作用により、
第1配線膜24の表面に銅とBTAとが結合した不動態
膜が形成さること、その膜が、純水によるエッチング作
用から第1配線膜24を保護すること、などの効果を発
生するためである。
【0086】なお、ビアホール(第2配線溝30)形成
後の洗浄と、BTA水溶液による処理を別々に行なうこ
とも可能である。
【0087】続いて、図4において、スパッタ法によ
り、第2バリア膜28をビアホール(第2配線溝30)
の内面を覆い、且つ、第2絶縁膜27上に成膜する。そ
して、スパッタ法により、第2配線膜29をビアホール
(第2配線溝30)を満たし、かつ、第2バリア膜28
を覆うように成膜する。(図4(c))。
【0088】次に、第2バリア膜28をストッパーとし
て、第2配線膜29のCMPの1次研磨が行なわれる。
これにより、第2配線膜29の内、第2バリア膜28よ
り上側の膜が除去される。続いて、第2絶縁膜27をス
トッパーとして、第2バリア膜28のCMPの2次研磨
が行なわれる。これにより、第2絶縁膜27より上側の
第2バリア膜28、及び、第2バリア膜28と第2配線
膜29のビアホール(第2配線溝30)中の第2絶縁膜
27より上側の膜、が除去される。以上により、銅のビ
アホールにおける配線の形成が終了する(図4
(d))。
【0089】図4(d)において、CMPにより、第2
配線溝30にビアホールにおける配線が形成された後、
ウエハー1の表面(第2配線溝30)の側が、洗浄され
る。洗浄は、図示しない専用の洗浄装置(又は洗浄部)
により行なわれる。この洗浄により、研磨で発生した表
面の汚染粒子や汚染金属などが除去される。
【0090】続いて、実施例1で説明した工程により、
表面に保護液2を供給しながら、裏面の洗浄を行なう。
そして、図4(e)に示すように、第2配線膜29上に
第2保護膜32が形成される。この工程の詳細は、実施
例1と同様であるので、その説明を省略する。
【0091】薄い第2保護膜32の形成により、第2配
線溝30の第2配線膜29の表面には、エッチングによ
るピットが形成されない。また、第2バリア膜28と第
2配線膜29との界面にサイドスリットが入らない。こ
れは、保護液2中のBTAの作用により、第2配線膜2
9の表面に銅とBTAとが結合した不動態膜が形成さる
こと、その膜が、純水及び僅かに表面に残留しているC
MP用研磨液によるエッチング作用から第2配線膜29
を保護すること、残留しているCMP用研磨液を中和す
ること、などの効果が発生するためである。
【0092】本発明により、CMPの研磨後の表面洗浄
終了後の裏面洗浄において、ダマシン配線の表面に、サ
イドスリットやピット等の損傷をなくすことが可能にな
る。また、ビアホール(第2配線溝30)の形成に際し
て、露出した配線の保護膜を形成し、その損傷及び劣化
を防止することが可能となる。
【0093】
【発明の効果】本発明により、製造コストの増加を抑え
つつ、半導体装置製造時のダマシン配線の損傷を低減
し、配線の信頼性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明である半導体装置の製造方法の第1の実
施の形態に関わる処理方法を示す構成図である。
【図2】(a)〜(c)本発明である半導体装置の第1
及び第2の実施の形態における半導体装置の製造工程を
示す断面図である。
【図3】本発明である半導体装置の製造方法の第2の実
施の形態に関わる処理方法を示す構成図である。
【図4】(a)〜(e)本発明である半導体装置の第3
の実施の形態における半導体装置の製造工程を示す断面
図である。
【図5】本発明である半導体装置の製造方法の第3の実
施の形態に関わる処理方法を示す構成図である。
【図6】従来技術における半導体装置の製造方法に関わ
る処理方法を示す構成図である。
【図7】(a)(b)従来技術における半導体装置の製
造方法における半導体装置の製造工程を示す断面図であ
る。
【図8】従来技術における半導体装置の製造方法に関わ
る他の処理方法を示す構成図である。
【符号の説明】
1 ウエハー 2 保護液 3 洗浄液 4 保護液ノズル 5 洗浄液ノズル 6 端部洗浄液 7 端部ノズル 11 基板 12 絶縁膜 13 バリア膜 14 配線膜 15 配線溝 16 保護膜 21 基板 22 第1絶縁膜 23 第1バリア膜 24 第1配線膜 25 第1配線溝 26 エッチストッパ膜 27 第2絶縁膜 28 第2バリア膜 29 第2配線膜 30 第2配線溝 31 第1保護膜 31’ 第1保護膜 32 第2保護膜 101 ウエハー 102 純水 103 洗浄液 104 純水ノズル 105 洗浄液ノズル 106 端部洗浄液 107 端部ノズル 111 基板 112 絶縁膜 113 バリア膜 114 配線膜 115 配線溝 116 サイドスリット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F033 JJ08 JJ11 JJ19 JJ21 JJ32 JJ33 KK08 KK11 KK19 KK21 KK32 KK33 MM01 MM12 MM13 NN06 NN07 PP06 PP15 PP19 PP27 QQ09 QQ37 QQ48 QQ91 QQ92 RR04 RR06 RR12 RR21 SS08 SS11 SS21 5F043 BB27 DD16 GG03 GG10

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に絶縁膜を形成するステップ
    と、 前記絶縁膜内に延びる配線溝を形成するステップと、 前記配線溝を満たし、かつ前記絶縁膜を覆うように導電
    膜を形成するステップと、 前記絶縁膜の表面が露出するまで、前記導電膜をCMP
    により除去し、前記導電膜を配線とするステップと、 前記半導体基板の表面を洗浄するステップと、 前記配線の表面を保護する保護膜を形成可能な保護薬液
    で、前記半導体基板の表面を処理しながら、前記半導体
    基板の裏面を洗浄するステップと、 を具備する半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】半導体基板上に絶縁膜を形成するステップ
    と、 前記絶縁膜内に延びる配線溝を形成するステップと、 前記配線溝の内面を覆い、かつ前記絶縁膜を覆うように
    第1導電膜を形成するステップと、 前記配線溝を満たし、かつ前記第1導電膜を覆うように
    第2導電膜を形成するステップと、 前記第1導電膜の表面が露出するまで、前記第2導電膜
    を、CMPにより除去するステップと、 前記絶縁膜の表面が露出するまで、前記第1導電膜と前
    記第2導電膜をCMPにより除去し、前記第2導電膜を
    配線とするステップと、 前記半導体基板の表面を洗浄するステップと、 前記配線の表面を保護する保護膜を形成可能な保護薬液
    で、前記半導体基板の表面を処理しながら、前記半導体
    基板の裏面を洗浄するステップと、 を具備する半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】半導体基板上に導電膜を用いてダマシン配
    線を形成するステップと、 前記ダマシン配線上に上部絶縁膜を形成するステップ
    と、 前記上部絶縁膜を貫通して、前記ダマシン配線へ達する
    ビアホールを形成するステップと、 前記ダマシン配線の表面を保護する保護膜を形成可能な
    保護薬液で、前記半導体基板の表面を洗浄するステップ
    と、 を具備する半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】前記導電膜又は前記第2導電膜は、銅を含
    む、 請求項1乃至3のいずれか一項に記載の半導体装置の製
    造方法。
  5. 【請求項5】前記保護薬液は、ベンゾトリアゾール又は
    ベンゾトリアゾール誘導体を含む水溶液である、 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の半導体装置の製
    造方法。
  6. 【請求項6】前記水溶液中の前記ベンゾトリアゾール又
    は前記ベンゾトリアゾール誘導体の濃度は、 0.01〜0.1wt%である、 請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
  7. 【請求項7】半導体基板上に銅を含む配線の配線パター
    ンを形成するステップと、 前記配線の露出した表面を、ベンゾトリアゾールを含む
    水溶液でウエット処理するステップと、 を具備する半導体装置の製造方法。
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