JP2007208161A - Manufacturing method of semiconductor device and semiconductor substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体装置の製造方法および半導体基板に関し、特に層間絶縁膜の平坦化プロセスにおける薄膜剥離の防止処理および薄膜剥離を防止した半導体基板に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device and a semiconductor substrate, and more particularly to a thin film peeling prevention process and a semiconductor substrate in which thin film peeling is prevented in an interlayer insulating film planarization process.
半導体素子の集積度が高くなった近年の半導体装置においては、配線層を多層化した多層配線構造が採用されている。 In recent semiconductor devices in which the degree of integration of semiconductor elements has increased, a multilayer wiring structure in which wiring layers are multilayered is employed.
多層配線においては、配線層間に層間絶縁膜を配設しているが、層間絶縁膜上に配線層を形成する際には、層間絶縁膜をCMP(Chemical Mechanical Polishing)処理等の平坦化技術を用いて平坦化することが一般的に行われている。 In multilayer wiring, an interlayer insulating film is disposed between wiring layers. However, when forming a wiring layer on the interlayer insulating film, a planarization technique such as CMP (Chemical Mechanical Polishing) is applied to the interlayer insulating film. It is generally performed to flatten by using.
CMP処理を施す場合に、ウエハ端縁部と、ウエハを保持しているリング状保持具の内壁とが接触すると、ウエハ端縁部に存在する層間絶縁膜が剥離することがある。 When the CMP process is performed, if the wafer edge and the inner wall of the ring-shaped holder holding the wafer come into contact with each other, the interlayer insulating film existing on the wafer edge may be peeled off.
また、ウエハ運搬時に搬送用カセットの溝に、ウエハ端縁部に存在する層間絶縁膜が接触するなどして圧力が加わった場合にも層間絶縁膜の剥離が発生する。 In addition, the interlayer insulating film is peeled off when a pressure is applied to the groove of the transfer cassette when the wafer is transported by contact with the interlayer insulating film existing at the edge of the wafer.
ここで、特許文献1には、ウエハの側面のラウンド部分において薄膜が剥離して、異物の発生源となることを防止するために、ウエハの側面のラウンド部分に形成された薄膜を、CMP処理に先立って機械的に研磨する技術が開示されている。
Here, in
以上説明したように、従来はウエハの側面の薄膜を研磨することで、側面に形成された薄膜が剥離することを防止しているが、発明者達はこれだけでは薄膜の剥離を完全に防止できないという知見を得た。 As described above, conventionally, the thin film on the side surface of the wafer is polished to prevent the thin film formed on the side surface from peeling, but the inventors cannot completely prevent the peeling of the thin film by itself. I got the knowledge.
すなわち、近年では層間絶縁膜の比誘電率を低くする傾向にあるが、比誘電率の低下に伴って層間絶縁膜の疎水性が高まり、疎水性が高まるにつれて層間絶縁膜どうしや、層間絶縁膜と他の膜との密着性が低下し、また膜強度も低下することが確認されている。 That is, in recent years, there is a tendency to lower the relative dielectric constant of the interlayer insulating film. However, as the relative dielectric constant decreases, the hydrophobicity of the interlayer insulating film increases, and as the hydrophobicity increases, the interlayer insulating films and interlayer insulating films are increased. It has been confirmed that the adhesion between the film and other films decreases and the film strength also decreases.
このような密着性の低い層間絶縁膜に対してCMP処理を施すと、ウエハ端縁部に存在する層間絶縁膜が剥離することが予想されるので、CMP処理に先立って、ウエハ端縁部に存在する層間絶縁膜を研磨除去したが、発明者達の試験では、いわゆるLow−k膜と呼称される比誘電率が2.9以下の層間絶縁膜を含んだ積層膜に対してCMP処理を施した場合、CMP処理の研磨条件における研磨圧力を低くしても剥離をゼロにすることはできなかった。 When CMP processing is performed on such an interlayer insulating film having low adhesion, it is expected that the interlayer insulating film existing at the edge of the wafer is peeled off. Although the existing interlayer insulating film was removed by polishing, in the inventors' tests, a CMP process was performed on a laminated film including an interlayer insulating film having a relative dielectric constant of 2.9 or less, which is called a so-called Low-k film. When applied, the peeling could not be made zero even if the polishing pressure was lowered under the CMP treatment polishing conditions.
この原因としては、従来の方法では層間絶縁膜の端面が、ウエハの素子形成主面(すなわち主面)に対して5°〜75°の角度を有して傾斜したテーパー面となるように研磨を行うが、このようにテーパーを付けたとしても層間絶縁膜の傾斜端面とウエハ主面との間には段差が存在するので、当該段差に起因して層間絶縁膜が剥離するものと考えられる。 This is because, in the conventional method, the end surface of the interlayer insulating film is polished so as to be a tapered surface inclined at an angle of 5 ° to 75 ° with respect to the element formation main surface (ie, main surface) of the wafer. However, even if the taper is applied in this way, there is a step between the inclined end surface of the interlayer insulating film and the main surface of the wafer, and it is considered that the interlayer insulating film is peeled off due to the step. .
本発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、密着性の低い層間絶縁膜を使用する半導体装置の製造過程において、ウエハ端縁部で層間絶縁膜を含む積層膜が剥離することを防止した半導体装置の製造方法および半導体基板を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. In the manufacturing process of a semiconductor device using an interlayer insulating film with low adhesion, the laminated film including the interlayer insulating film is peeled off at the edge of the wafer. It is an object of the present invention to obtain a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor substrate which are prevented from being formed.
本発明に係る請求項1記載の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に層間絶縁膜を間に介して配線層が多層に配設された多層配線構造の半導体装置の製造方法であって、前記半導体基板の上方に前記層間絶縁膜を形成する工程(a)と、前記層間絶縁膜上に導体膜を形成して前記配線層を形成する工程(b)とを備え、前記工程(a)は、前記半導体基板の端縁部において、半導体素子が形成される素子形成主面側の前記層間絶縁膜および前記半導体基板の一部を除去して、当該除去の結果得られる前記層間絶縁膜の端面および前記半導体基板のエッジ部を少なくとも含んで構成される面が、前記素子形成主面に対して0°よりも大きく30°以下の角度の傾斜を有するように加工する工程(a−1)を含み、前記工程(b)は、前記端縁部において、前記素子形成主面側の少なくとも前記導体膜の一部を除去して、当該除去の結果得られる前記導体膜の端面、前記層間絶縁膜の端面および前記半導体基板のエッジ部を少なくとも含んで構成される面が、前記素子形成主面に対して0°よりも大きく30°以下の角度の傾斜を有するように加工する工程(b−1)を含んでいる。
A method for manufacturing a semiconductor device according to
本発明に係る請求項9記載の半導体基板は、層間絶縁膜を間に介して配線層が多層に配設された多層配線構造の半導体装置を有した半導体基板であって、前記半導体基板の端縁部において、半導体素子が形成される素子形成主面側の前記層間絶縁膜の端面および前記半導体基板のエッジ部を少なくとも含んで構成される一面が、前記素子形成主面に対して0°よりも大きく30°以下の角度の傾斜を有している。 According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor substrate having a semiconductor device having a multilayer wiring structure in which wiring layers are arranged in multiple layers with an interlayer insulating film interposed therebetween, the end of the semiconductor substrate being In the edge portion, one surface including at least the end surface of the interlayer insulating film on the element formation main surface side on which the semiconductor element is formed and the edge portion of the semiconductor substrate is from 0 ° with respect to the element formation main surface. And has an inclination of an angle of 30 ° or less.
本発明に係る請求項1記載の半導体装置の製造方法によれば、CMP処理の対象となる層間絶縁膜や導体膜等の研磨対象膜が、半導体基板の端縁部にも形成されている場合、層間絶縁膜の端面および半導体基板のエッジ部を少なくとも含んで構成される面が、素子形成主面に対して0°よりも大きく30°以下の角度の傾斜を有するように加工し、また、導体膜の端面、層間絶縁膜の端面および半導体基板のエッジ部を少なくとも含んで構成される面が、素子形成主面に対して0°よりも大きく30°以下の角度の傾斜を有するように加工することで、研磨対象膜と下部層との間で段差が生じることが防止され、研磨対象膜に対して面内方向の応力が加わりにくくなる。このため、層間絶縁膜としてSiOC膜等の、いわゆるLow−k膜を使用した場合でも、CMP処理に際して当該層間絶縁膜が剥離することを防止できる。
According to the method for manufacturing a semiconductor device according to
本発明に係る請求項9記載の半導体基板によれば、半導体基板の端縁部において、半導体素子が形成される素子形成主面側の層間絶縁膜の端面および半導体基板のエッジ部を少なくとも含んで構成される一面が、素子形成主面に対して0°よりも大きく30°以下の角度の傾斜を有しているので、層間絶縁膜と半導体基板との間で段差が生じることが防止され、層間絶縁膜に対して面内方向の応力が加わりにくくなる。このため、層間絶縁膜としてSiOC膜等の、いわゆるLow−k膜を使用した場合でも、CMP処理に際して当該層間絶縁膜が剥離することを防止できる。 According to the semiconductor substrate of the ninth aspect of the present invention, the edge portion of the semiconductor substrate includes at least the edge surface of the interlayer insulating film on the element formation main surface side where the semiconductor element is formed and the edge portion of the semiconductor substrate. Since the formed surface has an inclination of an angle greater than 0 ° and 30 ° or less with respect to the element formation main surface, it is possible to prevent a step from being generated between the interlayer insulating film and the semiconductor substrate, In-plane stress is less likely to be applied to the interlayer insulating film. Therefore, even when a so-called Low-k film such as a SiOC film is used as the interlayer insulating film, it is possible to prevent the interlayer insulating film from being peeled off during the CMP process.
<実施の形態>
<A.製造方法>
本発明に係る実施の形態の半導体装置の製造方法について、図1〜図17を用いて説明する。
<Embodiment>
<A. Manufacturing method>
A method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1に、シリコン基板等の半導体基板1上にMOSトランジスタ3が配設された構成を示している。なお、MOSトランジスタ3は、半導体基板1上に配設される半導体集積回路を構成する半導体素子の一例である。
FIG. 1 shows a configuration in which a
MOSトランジスタ3は、素子分離絶縁膜2で規定される活性領域に、半導体基板1上にゲート絶縁膜31を介して配設されたゲート電極32と、ゲート電極32の側面に配設されたサイドウォール絶縁膜33と、ゲート電極32のゲート長方向の両側面外方の半導体基板1の表面内にそれぞれ配設されたソース・ドレイン層34とを有して構成されている。なお、MOSトランジスタ3等の半導体素子は周知の技術により形成するので、製造方法の説明は省略する。
The
そして、MOSトランジスタ3を覆うように半導体基板1上に層間絶縁膜4が配設されている。ここで、層間絶縁膜4は、例えばプラズマCVD法で形成された比誘電率2.9〜2.7のSiOC(カーボン含有SiO2)膜で形成されている。
An
なお、比誘電率2.9以下の、いわゆるLow−k膜を層間絶縁膜として使用することで、配線容量を低下させて半導体装置の動作を高速化することができる。 Note that by using a so-called Low-k film having a relative dielectric constant of 2.9 or less as an interlayer insulating film, the wiring capacitance can be reduced and the operation of the semiconductor device can be speeded up.
層間絶縁膜4は、MOSトランジスタ3等の半導体基板1上に配設された構成により凹凸を有しており、CMP(Chemical Mechanical Polishing)処理等の平坦化処理を行うが、その前に、半導体基板1のエッジ研磨を行う。
The
図2は、層間絶縁膜4が形成された状態の半導体基板1の全体を示す断面図である。
図2に示すように、半導体基板1の2つの主面のうち、半導体素子が配設される側の主面(素子形成主面)上には層間絶縁膜4が配設され、その反対側の主面(裏面)には層間絶縁膜4は配設されていない。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the
As shown in FIG. 2, an interlayer
図2において領域“A”として示す端縁部の詳細を図3に示す。
図3に示すように半導体基板1の端縁部は、半導体基板1の素子形成主面側および反対主面(裏面)側にそれぞれ設けられ、主面に対して傾斜したベベル部BV1およびBV2と、ベベル部BV1およびBV2に連続する半導体基板1の最外周面TPとを有している。
FIG. 3 shows details of the edge portion shown as the region “A” in FIG.
As shown in FIG. 3, the edge portions of the
層間絶縁膜4は半導体基板1の素子形成主面からベベル部BV1および最外周面TPにかけて形成されている。ベベル部BV1および最外周面TPに形成された層間絶縁膜4が剥離しやすいとされている。
The
そこで、図4に示すように、研磨ドラムRDを用いて半導体基板1の端縁部に形成された層間絶縁膜4を研磨して除去する。
Therefore, as shown in FIG. 4, the interlayer
この研磨においては、ベベル部BV1上に形成された層間絶縁膜4を除去する際には、図4にラインL1で示す部分まで研磨を行い、層間絶縁膜4だけでなく半導体基板1の一部も除去するものとする。
In this polishing, when the
ここで、ラインL1が半導体基板1の主面となす角度αは0°よりも大きく30°以下に設定され、半導体基板1のベベル部BV1の角度に合わせて適宜設定される。
Here, the angle α formed by the line L1 with the main surface of the
また、研磨ドラムRDは、円筒状のドラムの側面に研磨布を貼り付けて構成され、ドラムを中心軸の回りに回転させるとともに半導体基板1も面内回転させながら、研磨ドラムRDを半導体基板1の端縁部に押し当てることで研磨を行う。
The polishing drum RD is configured by attaching a polishing cloth to the side surface of a cylindrical drum. The polishing drum RD is rotated around the central axis and the
なお、研磨に際しては、シリカ、酸化アルミナおよびセリア等の砥粒を溶剤に混ぜたスラリを研磨部分に供給しながら行うが、これらのスラリは、研磨対象膜をCMP処理する際に使用されるスラリでもあり、研磨対象膜に合わせて新たに調整する必要もないので、製造コストの増加を抑制することができる。 In polishing, a slurry in which abrasive grains such as silica, alumina oxide, and ceria are mixed with a solvent is supplied to the polishing portion. These slurries are used for CMP processing of a film to be polished. However, since it is not necessary to make a new adjustment according to the film to be polished, an increase in manufacturing cost can be suppressed.
ベベル部BV1上に形成された層間絶縁膜4を研磨した後は、図5に示す工程において、研磨ドラムRDが層間絶縁膜4に接触する角度を変えて、最外周面TPに形成された層間絶縁膜4を除去する。
After polishing the
この場合は、最外周面TPが研磨されるほど研磨を進める必要はないが、最外周面TPが多少研磨されても問題はない。 In this case, it is not necessary to advance the polishing so that the outermost peripheral surface TP is polished, but there is no problem even if the outermost peripheral surface TP is somewhat polished.
なお、図3においては、層間絶縁膜4は半導体基板1の裏面側のベベル部BV2には形成されていないものとして示したが、層間絶縁膜4がベベル部BV2上に形成される場合もあり、その場合は研磨ドラムRDが層間絶縁膜4に接触する角度を変えて、ベベル部BV2上の層間絶縁膜4を除去する。
3 shows that the
図6には、半導体基板1の端縁部上の層間絶縁膜4を全て除去した状態を示す。
図6においては、研磨後のベベル部BV1(図3)をエッジ部EDと呼称し、エッジ部EDの傾斜角度は、領域“X”で囲まれた部分の詳細図に示されるように、半導体基板1の主面に対して角度αをなしている。
FIG. 6 shows a state in which all of the
In FIG. 6, the beveled part BV1 (FIG. 3) after polishing is referred to as an edge part ED, and the inclination angle of the edge part ED is a semiconductor as shown in the detailed view of the part surrounded by the region “X”. An angle α is formed with respect to the main surface of the
また、図4を用いて説明したように、層間絶縁膜4だけでなく半導体基板1の一部も研磨することで、層間絶縁膜4の傾斜端面4Sの傾斜角度と半導体基板1のエッジ部EDの傾斜角度とが一致するとともに、層間絶縁膜4の傾斜端面4Sの先端位置と半導体基板1のエッジ部EDの起点位置とがほぼ一致することとなる。
Further, as described with reference to FIG. 4, not only the
ここで、エッジ部EDの起点位置とは、半導体基板1の素子形成主面とエッジ部EDの傾斜面とが交わる位置であり、層間絶縁膜4の傾斜端面4Sの先端位置とは、半導体基板1の素子形成主面と層間絶縁膜4の傾斜端面4Sとが接触する位置である。
Here, the starting position of the edge portion ED is a position where the element formation main surface of the
このため、層間絶縁膜4が半導体基板1の主面に対して段差を有さず、両者が一体化した構成となる。従って、層間絶縁膜4としてSiOC膜等の、いわゆるLow−k膜を使用した場合でも、CMP処理に際して層間絶縁膜4が剥離することを防止できる。
For this reason, the
なお、図4に示したラインL1は、半導体基板1の主面となす角度αが0°よりも大きく30°以下となるように設定されるとともに、層間絶縁膜4が半導体基板1の主面に対して段差を有さず、両者が一体化した構成となるように研磨深さが設定される。
4 is set such that an angle α formed with the main surface of the
半導体基板1の端縁部に形成された層間絶縁膜4の除去が終了した後は、CMP処理により、半導体基板1の素子形成主面上の層間絶縁膜4を平坦化する。
After the removal of the
その後、図7に示す工程において層間絶縁膜4を貫通してMOSトランジスタ3のソース・ドレイン層34に達するホール4bを設け、スパッタリング法によりホール4bの内面を覆うようにTaN(窒化タンタル)を形成してバリアメタル膜BMを設ける。続いて、ホール4b内にCVD法あるいはメッキ法によりタングステン(W)等の導体膜MLを充填する。
Thereafter, in the step shown in FIG. 7,
ここで、バリアメタル膜BMおよび導体膜MLは、層間絶縁膜4の全面に渡って形成されるとともに、図8に示すように半導体基板1の端縁部上にも形成される。
Here, the barrier metal film BM and the conductor film ML are formed over the entire surface of the
なお、バリアメタル膜BMとしてはTaNの他に、TiN(窒化チタン)を使用しても良いし、TaとTaNとの2層膜、TiとTiNとの2層膜で構成しても良い。 In addition to TaN, TiN (titanium nitride) may be used as the barrier metal film BM, or a two-layer film of Ta and TaN, or a two-layer film of Ti and TiN.
バリアメタル膜BMおよび導体膜MLは、Low−k膜に比べて密着性は高いが、CMP処理時や搬送時に、半導体基板1の端縁部において機械的な衝撃により剥離が発生する可能性は有するので、端縁部のバリアメタル膜BMおよび導体膜MLは層間絶縁膜4と同様に除去することが望ましい。
The barrier metal film BM and the conductor film ML have higher adhesion than the low-k film, but there is a possibility that peeling occurs due to mechanical impact at the edge of the
そこで、図9に示すように、研磨ドラムRDを用いて半導体基板1の端縁部に形成されたバリアメタル膜BMおよび導体膜MLを研磨して除去する。
Therefore, as shown in FIG. 9, the barrier metal film BM and the conductor film ML formed on the edge portion of the
この研磨においては、エッジ部ED上に形成されたバリアメタル膜BMおよび導体膜MLを除去する際には、図9にラインL2で示す部分まで研磨を行う。なお、層間絶縁膜4の研磨の場合と同様に、研磨に際してはスラリを使用する。
In this polishing, when removing the barrier metal film BM and the conductor film ML formed on the edge portion ED, the polishing is performed up to the portion indicated by the line L2 in FIG. As in the polishing of the
ここで、ラインL2が半導体基板1の主面となす角度は、0°よりも大きく30°以下に設定され、基本的にはエッジ部EDの角度と同じ程度に設定される。
Here, the angle formed by the line L2 with the main surface of the
また、研磨深さは、層間絶縁膜4上のバリアメタル膜BMおよび導体膜MLが層間絶縁膜4の主面に対して段差を有さず、層間絶縁膜4と一体化した構成となるように設定すればよく、エッジ部EDが露出するまで研磨すれば目的は達するが、層間絶縁膜4の傾斜端面4Sおよびエッジ部EDを多少研磨するように設定することで、確実に目的の構成を得ることができる。
The polishing depth is such that the barrier metal film BM and the conductor film ML on the
エッジ部EDに形成されたバリアメタル膜BMおよび導体膜MLを研磨した後は、図10に示す工程において、研磨ドラムRDがバリアメタル膜BMおよび導体膜MLに接触する角度を変えて、最外周面TPに形成されたバリアメタル膜BMおよび導体膜MLを除去する。 After polishing the barrier metal film BM and the conductor film ML formed on the edge portion ED, in the step shown in FIG. 10, the angle at which the polishing drum RD contacts the barrier metal film BM and the conductor film ML is changed to change the outermost periphery. The barrier metal film BM and the conductor film ML formed on the surface TP are removed.
この場合は、最外周面TPが研磨されるほど研磨を進める必要はないが、最外周面TPが多少研磨されても問題はない。 In this case, it is not necessary to advance the polishing so that the outermost peripheral surface TP is polished, but there is no problem even if the outermost peripheral surface TP is somewhat polished.
図11には、半導体基板1の端縁部上のバリアメタル膜BMおよび導体膜MLを全て除去した状態を示す。
図11におけるエッジ部EDの傾斜角度は、図6に示した角度αと同程度であり、バリアメタル膜BMおよび導体膜MLだけでなく、層間絶縁膜4の傾斜端面4Sおよびエッジ部EDも研磨することで、バリアメタル膜BMおよび導体膜MLのそれぞれの傾斜端面BMSおよび導体膜MLS、層間絶縁膜4の傾斜端面4Sの傾斜角度と半導体基板1のエッジ部EDの傾斜角度とが一致するとともに、層間絶縁膜4の傾斜端面4Sの先端位置と半導体基板1のエッジ部EDの起点位置とがほぼ一致することとなる。
FIG. 11 shows a state where the barrier metal film BM and the conductor film ML on the edge portion of the
The inclination angle of the edge portion ED in FIG. 11 is about the same as the angle α shown in FIG. 6, and not only the barrier metal film BM and the conductor film ML but also the
このため、層間絶縁膜4が半導体基板1の主面に対して段差を有さず、両者が一体化した構成となる。
For this reason, the
また、導体膜MLの傾斜端面MLSの先端位置とバリアメタル膜BMの傾斜端面BMSの起点位置とがほぼ一致し、バリアメタル膜BMの傾斜端面BMSの先端位置と層間絶縁膜4の傾斜端面4Sの起点位置とがほぼ一致するので、バリアメタル膜BMおよび導体膜MLも、それぞれの傾斜端面BMSおよびMLSが下部層の主面に対して段差を有さず、3者が一体化した構成となる。
Further, the tip position of the inclined end face MLS of the conductor film ML and the starting position of the inclined end face BMS of the barrier metal film BM substantially coincide, and the tip position of the inclined end face BMS of the barrier metal film BM and the
ここで、導体膜MLの傾斜端面MLSの先端位置とは、バリアメタル膜BMの上主面と導体膜MLの傾斜端面MLSとが接触する位置であり、層間絶縁膜4の傾斜端面4Sの起点位置とは、層間絶縁膜4の上主面と傾斜端面4Sとが交わる位置である。
Here, the tip position of the inclined end surface MLS of the conductor film ML is a position where the upper main surface of the barrier metal film BM and the inclined end surface MLS of the conductor film ML are in contact with each other, and the starting point of the
従って、層間絶縁膜4としてSiOC膜等の、いわゆるLow−k膜を使用し、当該層間絶縁膜4上にバリアメタル膜BMおよび導体膜MLを形成した場合でも、CMP処理に際してバリアメタル膜BMおよび導体膜MLが剥離することを防止できる。
Therefore, even when a so-called Low-k film such as a SiOC film is used as the
半導体基板1の端縁部に形成されたバリアメタル膜BMおよび導体膜MLの除去が終了した後は、CMP処理により、半導体基板1の素子形成主面上のバリアメタル膜BMおよび導体膜MLを除去することで、図12に示すように内面がバリアメタル膜BMで覆われたホール4b内にタングステンが充填されたコンタクト部4aを得る。
After the removal of the barrier metal film BM and the conductor film ML formed on the edge portion of the
次に、図13に示す工程において、例えばCVD法により層間絶縁膜4の主面全面を覆うようにSiN(窒化シリコン)膜を形成してエッチングストッパ膜ESを設ける。
Next, in the process shown in FIG. 13, an SiN (silicon nitride) film is formed so as to cover the entire main surface of the
その後、エッチングストッパ膜ES上に、例えばプラズマCVD法によりSiOC膜を形成して層間絶縁膜5を設ける。
Thereafter, an
層間絶縁膜5は、層間絶縁膜4の全面に渡って形成されるとともに、図14に示すように半導体基板1の端縁部上にも形成される。
The
そこで、図14に示すように、研磨ドラムRDを用いて半導体基板1の端縁部に形成された層間絶縁膜5を研磨して除去する。なお、層間絶縁膜5の下にはエッチングストッパ膜ESが存在しているが、層間絶縁膜5に比べて薄い膜であるので、図示は省略している。
Therefore, as shown in FIG. 14, the
この研磨においては、エッジ部ED上に形成された層間絶縁膜5を除去する際には、図14にラインL3で示す部分まで研磨を行う。なお、層間絶縁膜4の研磨の場合と同様に、研磨に際してはスラリを使用する。
In this polishing, when the
ここで、ラインL3が半導体基板1の主面となす角度は、0°よりも大きく30°以下に設定され、基本的にはエッジ部EDの角度と同じ程度に設定される。
Here, the angle formed by the line L3 with the main surface of the
また、研磨深さは、層間絶縁膜4上の層間絶縁膜5が層間絶縁膜4の主面に対して段差を有さず、層間絶縁膜4と一体化した構成となるように設定すればよく、エッジ部EDが露出するまで研磨すれば目的は達するが、層間絶縁膜4の傾斜端面4Sおよびエッジ部EDを多少研磨するように設定することで、確実に目的の構成を得ることができる。
The polishing depth is set so that the
エッジ部EDに形成された層間絶縁膜5を研磨した後は、図15に示す工程において、研磨ドラムRDが層間絶縁膜5に接触する角度を変えて、最外周面TPに形成された層間絶縁膜5を除去する。
After the
この場合は、最外周面TPが研磨されるほど研磨を進める必要はないが、最外周面TPが多少研磨されても問題はない。 In this case, it is not necessary to advance the polishing so that the outermost peripheral surface TP is polished, but there is no problem even if the outermost peripheral surface TP is somewhat polished.
図16には、半導体基板1の端縁部上の層間絶縁膜5を全て除去した状態を示す。
図16におけるエッジ部EDの傾斜角度は、図6に示した角度αと同程度であり、層間絶縁膜5だけでなく、層間絶縁膜4の傾斜端面4Sおよびエッジ部EDも研磨することで、層間絶縁膜5および4のそれぞれの傾斜端面5Sおよび4Sの傾斜角度と、半導体基板1のエッジ部EDの傾斜角度とが一致するとともに、層間絶縁膜4の傾斜端面4Sの先端位置と半導体基板1のエッジ部EDの起点位置とがほぼ一致することとなる。このため、層間絶縁膜4が半導体基板1の主面に対して段差を有さず、両者が一体化した構成となる。
FIG. 16 shows a state in which all of the
The inclination angle of the edge portion ED in FIG. 16 is substantially the same as the angle α shown in FIG. 6, and not only the
また、層間絶縁膜5の傾斜端面5Sの先端位置と層間絶縁膜4の傾斜端面4Sの起点位置とがほぼ一致するので、層間絶縁膜5の傾斜端面5Sが層間絶縁膜4の主面に対して段差を有さず、両者が一体化した構成となる。
In addition, since the tip position of the
従って、層間絶縁膜4および5としてSiOC膜等の、いわゆるLow−k膜を使用して積層した場合でも、CMP処理に際して層間絶縁膜4および5が剥離することを防止できる。
Therefore, even when the
ここで、層間絶縁膜5の傾斜端面5Sの先端位置とは、層間絶縁膜4の上主面と層間絶縁膜5の傾斜端面5Sとが接触する位置である。
Here, the tip position of the
なお、第1層の層間絶縁膜である層間絶縁膜4には、必ずしもLow−k膜を使用せずとも良く、例えば、TEOS(tetra ethyl orthosilicate)を用いて形成されたシリコン酸化膜(TEOS酸化膜)を使用しても良い。また、層間絶縁膜5以上の層間絶縁膜は、SiOC膜に限定されるものではなく、比誘電率2.9以下(現状で比誘電率が最も低い絶縁膜としては比誘電率1.5程度を想定しているが、本発明はこれ以下の絶縁膜に対しても有効である)のLow−k膜であれば良い。
Note that the
半導体基板1の端縁部に形成された層間絶縁膜5(およびエッチングストッパ膜ES)の除去が終了した後は、CMP処理により、半導体基板1の素子形成主面上の層間絶縁膜5を平坦化する。
After the removal of the interlayer insulating film 5 (and the etching stopper film ES) formed on the edge of the
その後は、図7〜図12を用いて説明した工程と同様の工程を経ることで、図17に示すように、層間絶縁膜5およびエッチングストッパ膜ESを貫通してコンタクト部4aに達する配線溝5bの内面がバリアメタル膜BMで覆われ、その内部に銅(Cu)が充填された配線層5aを得る。
Thereafter, through the same process as described with reference to FIG. 7 to FIG. 12, as shown in FIG. 17, the wiring trench that reaches the
また、図13〜図16を用いて説明した工程と同様の工程を経ることで、層間絶縁膜5上にエッチングストッパ膜ESおよび層間絶縁膜6が積層された構成を得る。
Further, through a process similar to that described with reference to FIGS. 13 to 16, a configuration in which the etching stopper film ES and the
なお、層間絶縁膜6中には、層間絶縁膜6およびエッチングストッパ膜ESを貫通して配線層5aに達するホール6bの内面がバリアメタル膜BMで覆われ、その内部に銅が充填されたコンタクト部6aが形成され、層間絶縁膜6上にもさらに層間絶縁膜が形成され、その内部には、コンタクト部や配線層が形成されて多層配線構造の半導体装置が完成するが、それらの製造方法は図7〜図16を用いて説明した工程と同様の工程の繰り返しであるので、図示および説明は省略する。
In the
層間絶縁膜6以上の層間絶縁膜中には、いわゆるデュアルダマシン法により配線層とコンタクト部とが同時に形成されるが、デュアルダマシン法は周知の技術であるので、説明は省略する。
In the interlayer insulating film of the
なお、デュアルダマシン法以外の方法で配線層およびコンタクト部を形成しても良く、配線層もCuに限定されるものではなく、最上層の配線層を、例えばアルミニウム(Al)で構成しても良い。 Note that the wiring layer and the contact portion may be formed by a method other than the dual damascene method. The wiring layer is not limited to Cu, and the uppermost wiring layer may be made of, for example, aluminum (Al). good.
ここで、ソース・ドレイン層34との接続部分にタングステンを使用する理由の1つには、電気抵抗が低いということが挙げられ、また、バリアメタル膜としてTaNや、TiN、Ta、Ti等を使用するのは、タングステンと酸化シリコンとの密着性が低いので、両者と密着性の良いこれらの金属を使用して、密着性を改善するためである。また、配線層に銅を使用するのは、アルミニウムに比べて電気抵抗が低いためである。また、アルミニウムは、酸化シリコンとの密着性が良いのでバリアメタル膜が不要であるという利点や、低融点であるので形成が容易という利点がある。
Here, one of the reasons for using tungsten for the connection portion with the source /
以上説明した本発明に係る半導体装置の製造方法を使用することで、半導体基板1の素子形成主面上には、半導体基板1の平面図である図18に示すように、半導体チップ領域SR内に多層配線構造の半導体装置が複数形成されることになり、それらをチップ単位に分割することで、複数の半導体チップを得ることができる。
By using the semiconductor device manufacturing method according to the present invention described above, the element formation main surface of the
なお、図18に示すように、ウエハ段階の最終工程に至るまで、半導体基板1の少なくとも素子形成主面側の端縁部にはエッジ部EDが存在している。なお、エッジ部EDは最外周面TPから5mm程度の領域内に配設されることになる。
As shown in FIG. 18, the edge portion ED exists at least at the edge portion on the element formation main surface side of the
<B.効果>
以上説明した本発明に係る実施の形態の半導体装置の製造方法においては、CMP処理の対象となる絶縁膜および導体膜等の研磨対象膜が、半導体基板1の端縁部にも形成されている場合、CMP処理に先立って当該端縁部の研磨対象膜を機械的に研磨するが、この研磨においては、半導体基板1の主面となす角度αが0°よりも大きく30°以下となるように研磨面を設定し、かつ研磨対象膜が下部層の主面に対して段差を有さず、下部層と研磨対象膜とが一体化した構成となるように研磨深さを設定する。
<B. Effect>
In the semiconductor device manufacturing method according to the embodiment of the present invention described above, the polishing target film such as the insulating film and the conductor film to be subjected to the CMP process is also formed on the edge portion of the
この結果、研磨対象膜に対して面内方向の応力が加わりにくくなるので、層間絶縁膜としてSiOC膜等の、いわゆるLow−k膜を使用した場合でも、CMP処理に際して当該層間絶縁膜が剥離することを防止できる。 As a result, stress in the in-plane direction is not easily applied to the film to be polished. Therefore, even when a so-called Low-k film such as a SiOC film is used as the interlayer insulating film, the interlayer insulating film is peeled off during the CMP process. Can be prevented.
なお、研磨ドラムを用いた機械的な研磨方法は、いわゆるベベル研磨と呼称される半導体基板のベベル加工に使用される研磨方法であり、技術的に確立されているので、それをエッジ研磨に転用することで、容易にエッジ研磨を実行することができるという利点がある。 The mechanical polishing method using a polishing drum is a polishing method used for bevel processing of a semiconductor substrate called so-called bevel polishing, and since it has been technically established, it can be used for edge polishing. By doing so, there is an advantage that edge polishing can be easily performed.
<C.エッジ研磨方法の変形例>
以上説明した実施の形態においては、エッジ研磨の方法として、円筒状のドラムの側面に研磨布を貼り付けた研磨ドラムを用いて半導体基板1の端縁部を研磨する方法を説明したが、エッジ研磨の方法はこれに限定されるものではない。
<C. Modification of edge polishing method>
In the embodiment described above, as the edge polishing method, the method of polishing the edge portion of the
例えば、図19に示されるように、平面部に研磨布PPを貼り付けた研磨台BDを半導体基板1の端縁部に押し当て、半導体基板1の主面に対して交差する方向に揺動させるとともに、半導体基板1を面内回転させることで、半導体基板1の端縁部に形成された層間絶縁膜4等の膜を研磨しても良い。
For example, as shown in FIG. 19, the polishing table BD with the polishing pad PP attached to the flat surface is pressed against the edge of the
この場合も、図19にラインL1で示す部分まで研磨を行い、層間絶縁膜4だけでなく半導体基板1の一部も除去する。
Also in this case, polishing is performed up to a portion indicated by a line L1 in FIG. 19 to remove not only the
ベベル部BV1上に形成された層間絶縁膜4を研磨した後は、研磨台BDが層間絶縁膜4に接触する角度を変えて、最外周面TPに形成された層間絶縁膜4を除去する。
After polishing the
なお、研磨に際してスラリを研磨部分に供給しながら行うことは研磨ドラムを使用する場合と同じである。 Note that performing polishing while supplying slurry to the polishing portion is the same as when using a polishing drum.
この方法を採用した場合、研磨深さの制御が容易であるとともに、より平坦な研磨面を得ることができる。 When this method is employed, the polishing depth can be easily controlled and a flatter polished surface can be obtained.
また、エッジ研磨の方法としては、図20に示されるように、砥粒粉が埋め込まれた研磨テープTAを半導体基板1の端縁部に押し当て、半導体基板1の主面に対して交差する方向に揺動させるとともに、半導体基板1を面内回転させることで、半導体基板1の端縁部に形成された層間絶縁膜4等の膜を研磨しても良い。
As an edge polishing method, as shown in FIG. 20, the polishing tape TA in which abrasive powder is embedded is pressed against the edge of the
研磨テープTAの両端はそれぞれテープリールTRに巻き付けられており、研磨テープTAは研磨を所定時間実行するごとに一方のテープリールTRに所定量巻き取られる構成を採っており、長時間に渡って研磨能力を維持できる構成となっている。 Both ends of the polishing tape TA are wound around the tape reel TR, and the polishing tape TA is wound around one tape reel TR every time the polishing is performed for a predetermined time. It has a configuration capable of maintaining the polishing ability.
この場合も、図20にラインL1で示す部分まで研磨を行い、層間絶縁膜4だけでなく半導体基板1の一部も除去する。
Also in this case, polishing is performed up to a portion indicated by a line L1 in FIG. 20 to remove not only the
ベベル部BV1上に形成された層間絶縁膜4を研磨した後は、研磨テープTAが層間絶縁膜4に接触する角度を変えて、最外周面TPに形成された層間絶縁膜4を除去する。
After polishing the
この方法を採用した場合、研磨深さの制御が容易であるとともに、スラリを供給する必要がないので、研磨作業が簡略化される。 When this method is adopted, it is easy to control the polishing depth and it is not necessary to supply slurry, so that the polishing operation is simplified.
以上説明したエッジ研磨は、機械的な手法で研磨を行う方法であったが、以下に説明するように化学的な手法で研磨を行っても良い。 The edge polishing described above is a method of polishing by a mechanical method, but may be performed by a chemical method as described below.
すなわち、図21に示されるように、反応性ガスのプラズマPLを発生させる反応室RCと半導体基板1を収容する処理室PCとの間にシールドSHを設け、当該シールドSHにはプラズマPLの一部、あるいはイオンを通過させる開口部OPを有する構成とする。
That is, as shown in FIG. 21, a shield SH is provided between a reaction chamber RC that generates a plasma PL of a reactive gas and a processing chamber PC that accommodates the
処理室PC内では半導体基板1が回転台RS上に搭載され、半導体基板1の端縁部がシールドSHの近傍に位置するように配設される。
In the processing chamber PC, the
回転台RSは半導体基板1を搭載して面内回転することが可能であるとともに、回転軸を所望の角度に傾けることができ、半導体基板1の端縁部、例えばベベル部BV1が開口部OPに対して対面するように配置することができる。
The turntable RS can be rotated in-plane with the
このように配置された半導体基板1に対して、シールドSHの開口部OPを介して反応性ガスのプラズマPLの一部、あるいは反応性ガスのイオンが供給されると、開口部OPに対面するベベル部BV1上に形成された層間絶縁膜4等の膜が、ドライエッチングにより除去される。
When a part of the reactive gas plasma PL or reactive gas ions is supplied to the
ここで、使用する反応性ガスは除去する膜の材質によって選択すれば良く、SiOC膜やシリコン酸化膜に対してはCF4やC2F6を使用することができる。なお、各種エッチング対象に対する反応性ガスの選択に際しては、周知の情報を利用すれば良い。 Here, the reactive gas to be used may be selected depending on the material of the film to be removed, and CF 4 or C 2 F 6 can be used for the SiOC film or the silicon oxide film. It should be noted that well-known information may be used in selecting reactive gases for various etching targets.
なお、半導体基板1にイオンを引きつけるバイアス電圧を印加することで、異方性ドライエッチングを行うことができる。
Note that anisotropic dry etching can be performed by applying a bias voltage for attracting ions to the
ベベル部BV1上に形成された層間絶縁膜4を除去した後は、回転台RSの傾き角度を変えて、最外周面TPが開口部OPに対面するように配置して、最外周面TPに形成された層間絶縁膜4を除去する。
After removing the
ドライエッチング技術は確立された技術であるので、確実に層間絶縁膜4を除去できるとともに、比較的制御性良く半導体基板1をエッチングすることができる。
Since the dry etching technique is an established technique, the
また、化学的な手法によるエッジ研磨としては、図22に示されるように、ウエットエッチングを使用することもできる。 Further, as edge polishing by a chemical method, wet etching can be used as shown in FIG.
すなわち、図22に示されるように、半導体基板1の端縁部に対してエッチング液の噴射角度が変更可能なノズルNZからエッチング液を局所的に噴射することで、半導体基板1の端縁部に形成された層間絶縁膜4等の膜を除去することも可能である。
That is, as shown in FIG. 22, the edge of the
ここで、使用するエッチング液は除去する膜の材質によって選択すれば良く、SiOC膜やシリコン酸化膜に対してはフッ酸(HF)やフッ化アンモニウム、シリコンに対してはフッ酸および硝酸の混合液を使用することができる。なお、各種エッチング対象に対するエッチング液の選択に際しては、周知の情報を利用すれば良い。 Here, the etching solution to be used may be selected according to the material of the film to be removed. Hydrofluoric acid (HF) or ammonium fluoride is used for the SiOC film or silicon oxide film, and hydrofluoric acid and nitric acid are mixed for silicon. Liquid can be used. It should be noted that well-known information may be used when selecting an etching solution for various etching targets.
ベベル部BV1上に形成された層間絶縁膜4を除去した後は、ノズルNZの傾き角度を変えて、最外周面TPに対してエッチング液を噴射し、最外周面TPに形成された層間絶縁膜4を除去する。
After the
ウエットエッチング技術は確立された技術であるので、確実に層間絶縁膜4を除去できるとともに、エッチング装置が比較的簡便な構成で済むという利点がある。
Since the wet etching technique is an established technique, there are advantages that the
1 半導体基板、4,5,6 層間絶縁膜、4S,5S 傾斜端面、ED エッジ部、ML 導体膜、BM バリアメタル膜。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
(a)前記半導体基板の上方に前記層間絶縁膜を形成する工程と、
(b)前記層間絶縁膜上に導体膜を形成して前記配線層を形成する工程と、を備え、
前記工程(a)は、
(a−1)前記半導体基板の端縁部において、半導体素子が形成される素子形成主面側の前記層間絶縁膜および前記半導体基板の一部を除去して、当該除去の結果得られる前記層間絶縁膜の端面および前記半導体基板のエッジ部を少なくとも含んで構成される面が、前記素子形成主面に対して0°よりも大きく30°以下の角度の傾斜を有するように加工する工程を含み、
前記工程(b)は、
(b−1)前記端縁部において、前記素子形成主面側の少なくとも前記導体膜の一部を除去して、当該除去の結果得られる前記導体膜の端面、前記層間絶縁膜の端面および前記半導体基板のエッジ部を少なくとも含んで構成される面が、前記素子形成主面に対して0°よりも大きく30°以下の角度の傾斜を有するように加工する工程を含む、半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring structure in which wiring layers are arranged in multiple layers with an interlayer insulating film therebetween on a semiconductor substrate,
(a) forming the interlayer insulating film above the semiconductor substrate;
(b) forming a conductive film on the interlayer insulating film to form the wiring layer,
The step (a)
(a-1) At the edge portion of the semiconductor substrate, the interlayer insulating film on the element formation main surface side where the semiconductor element is formed and a part of the semiconductor substrate are removed, and the interlayer obtained as a result of the removal And a step of processing so that an end surface of the insulating film and a surface including at least the edge portion of the semiconductor substrate have an inclination of an angle greater than 0 ° and not more than 30 ° with respect to the element formation main surface. ,
The step (b)
(b-1) At the edge portion, at least a part of the conductor film on the element formation main surface side is removed, the end face of the conductor film obtained as a result of the removal, the end face of the interlayer insulating film, and the A method of manufacturing a semiconductor device, comprising a step of processing a surface configured to include at least an edge portion of a semiconductor substrate so as to have an inclination of an angle greater than 0 ° and 30 ° or less with respect to the element formation main surface. .
機械的な研磨により前記層間絶縁膜および前記半導体基板を除去する工程を含み、
前記工程(b−1)は、
前記機械的な研磨により少なくとも前記導体膜を除去する工程を含む、請求項1記載の半導体装置の製造方法。 The step (a-1)
Removing the interlayer insulating film and the semiconductor substrate by mechanical polishing,
The step (b-1)
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, comprising a step of removing at least the conductor film by the mechanical polishing.
シリカ、酸化アルミナおよびセリアから選択される砥粒を含むスラリを研磨部分に供給しながら研磨部材により研磨を行う、請求項2記載の半導体装置の製造方法。 The mechanical polishing is
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein polishing is performed by a polishing member while supplying a slurry containing abrasive grains selected from silica, alumina oxide and ceria to the polishing portion.
ドライエッチングにより前記層間絶縁膜および前記半導体基板を除去する工程を含み、
前記工程(b−1)は、
前記ドライエッチングにより少なくとも前記導体膜を除去する工程を含む、請求項1記載の半導体装置の製造方法。 The step (a-1)
Removing the interlayer insulating film and the semiconductor substrate by dry etching,
The step (b-1)
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of removing at least the conductor film by the dry etching.
ウエットエッチングにより前記層間絶縁膜および前記半導体基板を除去する工程を含み、
前記工程(b−1)は、
前記ウエットエッチングにより少なくとも前記導体膜を除去する工程を含む、請求項1記載の半導体装置の製造方法。 The step (a-1)
Removing the interlayer insulating film and the semiconductor substrate by wet etching,
The step (b-1)
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of removing at least the conductor film by the wet etching.
前記層間絶縁膜を比誘電率2.9以下の絶縁膜で形成する工程を含む、請求項1ないし請求項6の何れかに記載の半導体装置の製造方法。 The step (a)
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, comprising a step of forming the interlayer insulating film with an insulating film having a relative dielectric constant of 2.9 or less.
前記導体膜をTa、TaN、Ti、TiN、W、AlおよびCuから選択される1種類の材料で構成される単層膜、あるいは複数の材料で構成される多層膜として形成する工程を含む、請求項1ないし請求項7の何れかに記載の半導体装置の製造方法。 The step (b)
Forming the conductor film as a single layer film composed of one kind of material selected from Ta, TaN, Ti, TiN, W, Al and Cu, or a multilayer film composed of a plurality of materials; A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
前記半導体基板の端縁部において、半導体素子が形成される素子形成主面側の前記層間絶縁膜の端面および前記半導体基板のエッジ部を少なくとも含んで構成される一面が、前記素子形成主面に対して0°よりも大きく30°以下の角度の傾斜を有する半導体基板。 A semiconductor substrate having a semiconductor device having a multilayer wiring structure in which wiring layers are arranged in multiple layers with an interlayer insulating film interposed therebetween,
At the edge portion of the semiconductor substrate, one surface including at least the edge surface of the interlayer insulating film on the element formation main surface side on which the semiconductor element is formed and the edge portion of the semiconductor substrate is the element formation main surface. A semiconductor substrate having an inclination of greater than 0 ° and 30 ° or less.
前記第1層の層間絶縁膜の傾斜端面の先端位置と、前記エッジ部の傾斜面の起点位置とがほぼ一致する、請求項9記載の半導体基板。 The interlayer insulating film is a first interlayer insulating film disposed on the semiconductor substrate,
The semiconductor substrate according to claim 9, wherein a tip position of the inclined end surface of the first-layer interlayer insulating film substantially coincides with a starting position of the inclined surface of the edge portion.
前記半導体基板の前記端縁部において、前記層間絶縁膜の下部層の端面が、前記素子形成主面に対して0°よりも大きく30°以下の角度の傾斜を有して前記一面を構成し、
前記層間絶縁膜の傾斜端面の先端位置と、前記下部層の傾斜端面の起点位置とがほぼ一致する、請求項9記載の半導体基板。
Further comprising a lower layer disposed under the interlayer insulating film;
In the edge portion of the semiconductor substrate, the end surface of the lower layer of the interlayer insulating film forms the one surface with an inclination of an angle of greater than 0 ° and 30 ° or less with respect to the element formation main surface. ,
The semiconductor substrate according to claim 9, wherein a tip position of the inclined end face of the interlayer insulating film substantially coincides with a starting position of the inclined end face of the lower layer.
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