JP2008270360A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 欠陥の発生が抑えられた高い信頼性を有する半導体装置を製造する方法を提供する。
【解決手段】 半導体基板（６）の被処理面を樹脂部材（５）に当接させて、前記半導体基板と前記樹脂部材を摺動させる工程を具備する方法である。前記摺動は、前記樹脂部材に８０℃以上１４０℃以下の温水を噴射しつつ行なわれる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。

高性能ＬＳＩに搭載されるＣｕダマシン配線は、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）を用いて形成される。ＣＭＰでは、第一研磨でＣｕ膜を除去した後、第二研磨によって不要なＣｕ膜、バリアメタルおよび絶縁膜を除去する。第二研磨後、研磨布に洗浄液を連続的に供給しながら半導体基板の洗浄ポリッシュを行なう（例えば、特許文献１参照）。第二研磨と洗浄ポリッシュとを合わせタッチアップと称し、このタッチアップ工程においては、所望の平坦性を維持し、Ｃｕ膜上のスクラッチや絶縁膜上のダストを極力低減することが望まれている。３５ｎｍ世代を迎えるにあたって、特にＣｕ膜上のスクラッチおよび絶縁膜として用いられているＳｉＯＣ膜上のダストを低減することが難しくなってきている。

Ｃｕ膜上のスクラッチを低減するためには、軟質の研磨布を用いることが好ましいが、絶縁膜上にダストが多く生じてしまう。硬質研磨布を用いることによってダストは減少するものの、スクラッチが増加するというトレードオフの関係にある。ＣＭＰにおいては、Ｃｕ膜上のスクラッチおよび絶縁膜上のダストの両方を、十分に低減することが求められている。

研磨後の被処理面には、有機物や粒子、ウォーターマークなどの残留物が存在し、これらは洗浄によって除去される。７０℃以上の水蒸気を半導体基板に噴射しながら洗浄を行なうことによって、残留物を除去する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。これにおいては、Ｃｕ膜およびＳｉＯＣ膜上の５０ｎｍ以下の研磨粒子の除去性が悪く、Ｃｕ配線の酸化（異常酸化）が生じる。こうした欠陥とともにＳｉＯＣ膜上のウォーターマークの除去についても、改善が求められている。

また、研磨後、このような洗浄の前に行なわれる洗浄ポリッシュにおいても、洗浄の場合と同様に欠陥の改善が要求される。すなわち、ダマシン配線を有する半導体装置の信頼性を高めるには、その製造における研磨工程、洗浄工程、および洗浄ポリッシュ工程の改善が必須であるものの、未だ十分に改善されていないのが現状である。
特許３６９２１０９号公報 特開２００１−２５２６３１号公報

本発明は、欠陥の発生が抑えられた高い信頼性を有する半導体装置を製造する方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様にかかる半導体装置の製造方法は、半導体基板の被処理面を樹脂部材に当接させて、前記半導体基板と前記樹脂部材を摺動させる工程を具備し、前記摺動は、前記樹脂部材に８０℃以上１４０℃以下の温水を噴射しつつ行なわれることを特徴とする。

本発明の一態様によれば、欠陥の発生が抑えられた高い信頼性を有する半導体装置を製造する方法が提供される。

以下、本発明の実施形態を説明する。

本発明の実施形態にかかる半導体装置の製造方法においては、半導体基板の被処理面を樹脂部材に当接させて、これら半導体基板と樹脂部材を摺動させる。このとき、樹脂部材に８０℃以上１４０℃以下の液体を噴射する。

被処理面は、例えば、半導体基板上に設けられた凹部を有する絶縁膜の上に堆積された金属膜の表面とすることができる。この場合、樹脂部材としては研磨布が用いられる。所定の温度の温水とともに研磨液を研磨布上に供給して、半導体基板を回転させつつ樹脂部材に当接させることによって金属膜のＣＭＰが行なわれる。ＣＭＰを行なうことによって、金属膜の少なくとも一部が除去される。こうした半導体装置の製造方法の例を、図１に示す。

図示するように、研磨テーブル４上に貼付された研磨布５には、キャリア７に保持された半導体基板６が当接される。半導体基板６には、被処理膜としての金属膜（図示せず）が形成されている。研磨テーブル４は、１０〜２００ｒｐｍで回転可能であり、キャリア７は１０〜２００ｒｐｍで回転可能である。また、研磨荷重は、通常５０〜５００ｈＰａ程度である。

研磨布５上には、純水供給口１、研磨液供給口２および洗浄液供給口３が配置される。各供給口からは、所定の薬液を５０〜５００ｃｃ／ｍｉｎの流量で供給することができる。

さらに研磨布５上には、温水を研磨布５に向けて噴射する温水噴射口９ａが配置されている。この温水噴射口９ａは、１０〜１０００ｃｃ／ｍｉｎ程度の流量で温水を研磨布５に噴射する。温水噴射口９ａは、研磨布５の半径上に配置されているので、研磨布５が回転することによって、その全面に温水を噴射することができる。

温水は、例えばボイラー等の手段で水を加熱することによって調製することができる。温水の温度は、例えばボイラー内の高熱体部の温度によって制御することができる。水としては、純水、イオン交換水等を用いることができ、特に限定されない。温水を噴射するには、高圧空気などをキャリアとしたノズルなどを採用することができる。

研磨布５上に所定温度の温水が噴射されることによって、研磨布の軟化や研磨布表面の水の活性化が引き起こされる。水の活性化とは、熱により水分子運動が活発になって分子と分子との間の空間が広くなり、物質が水中によく溶け出すことを意味する。すなわち、洗浄力の向上といった効果が得られる。温水の温度が８０℃未満の場合には、こうした効果が不十分となり、一方、１４０℃を越えると、主として金属の酸化などの不都合が生じる。したがって、本発明の実施形態においては、噴射される温水の温度は、８０℃以上１４０℃以下に規定される。

温水を噴射することにより軟化した研磨布は、その状態や熱を維持することができる。したがって、軟化した状態や熱が保たれていれば、半導体基板と研磨布を摺動させている間に研磨布への温水の噴射を停止しても、上述したような効果を得ることができる。

温水に界面活性剤が含有される場合には、ダストやダストとなりうる洗浄剤の成分などの溶質を、速やかに溶解することができる。しかも、こうしたダストの再付着は防止され、金属表面の酸化防止能力などが高められる。界面活性剤としては、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、およびノニオン系界面活性剤のいずれを用いてもよい。

アニオン系界面活性剤としては、例えば、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸アンモニウム、ポリアクリル酸カリウム、ラウリルベンゼンスルホン酸、デシルベンゼンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸カリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸アンモニウム、ラウリルスルホン酸、およびドデシルスルホン酸等が挙げられる。カチオン系界面活性剤としては、例えば、アミン塩型界面活性剤、および第４級アンモニウム塩型界面活性剤等が挙げられる。また、ノニオン系界面活性剤としては、例えば、ポリビニルピロリドンやアセチレングリコール、そのエチレンオキサイド付加物およびアセチレンアルコール、シリコーン系エチレンオキサイド付加物および、ポリビニルアルコール、サイクロデキストリン、ポリビニルメチルエーテル、およびヒドロキシエチルセルロース等を用いることができる。

ポリアクリル酸、ポリビニルピロリドン、およびポリビニルアルコールなどの高分子材料は、重量平均分子量が１,０００,０００以下であることが好ましい。重量平均分子量が大きすぎる場合には、分散液の粘度が高すぎて不都合が生じるおそれがある。例えば、汎用の供給装置による供給が困難となり、固形化しやすくダストになりやすい。なお、高分子材料の重量平均分子量の下限は特に規定されず、通常の範囲内であればよい。

半導体材料への汎用性から、特にポリアクリル酸塩、ドデシルベンゼンスルホン酸塩、ポリビニルピロリドンやアセチレングリコール、そのエチレンオキサイド付加物およびアセチレンアルコール、ポリビニルアルコールなどが、界面活性剤として好ましい。

界面活性剤の濃度は、特に規定されないが、０.００１〜３．０ｗｔ％程度の濃度で温水中に含有されていれば、何等不都合を引き起こすことなく、その効果を得ることができる。

さらに、温水中に樹脂粒子が含有されてもよい。樹脂粒子の材質は、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）およびポリスチレン（ＰＳ）などとすることができる。これらの材料は、工業的に汎用性があり、小径の樹脂粒子を形成する上でも制御しやすい点で有利である。樹脂粒子の平均粒子径が小さすぎる場合には、粒子径の制御が困難となり、粗大粒子の形成を引き起こすおそれがある。また、粒径の大きな粒子と小さな粒子とによって最密充填構造が形成されて、固まりやすくなる。一方、大きすぎる場合には、粒子が沈降して安定に分散させることが困難となり、ダストやスクラッチの原因となるおそれがある。したがって、樹脂粒子の粒径は、１０〜１,０００ｎｍ程度とすることが好ましい。なお、樹脂粒子の平均粒子径は、例えばＴＥＭ写真から算出するといった手法により求めることができる。

樹脂粒子が含有されることによって、機械的作用が高められ、ダスト除去力が大幅に高められる。また、界面活性剤と併用された場合は、界面活性剤の発泡性を抑制しうる。なお、樹脂粒子が過剰に含有されても顕著な効果は得られず、むしろ凝集体を形成し、スクラッチを生じさせたり、ダストとして残留するなどの不都合が生じるおそれがある。したがって、温水中における樹脂粒子の含有量は、０．００１〜３．０ｗｔ％程度にとどめることが望まれる。

純水供給口１、研磨液供給口２、洗浄液供給口３、および温水噴射口９ａは、システマティックに運転されて好適な研磨が行なわれる。なお、温水噴射口は、図２に９ｂとして示されるように、研磨布５上を直径に沿って横断可能に設置してもよい。

図面には、研磨布５の表面のコンディショニングを行なうダイヤモンドドレッサー８も、併せて示してある。このドレッサー８は、通常、１０〜２００ｒｐｍで回転させつつ、５０〜３００ｈＰａの荷重で研磨布５に当接される。

本発明の一実施形態にかかる半導体装置の製造方法においては、被処理面としての金属膜の表面を、樹脂部材としての研磨布上に供給された研磨液を用いたＣＭＰにより研磨するに当たって、所定温度の温水が研磨布上に噴射される。これによって、研磨後の金属膜の表面におけるスクラッチやダストを低減することができる。また、５０ｎｍ粒子除去性向上、Ｃｕ等の金属の異常酸化防止、およびＳｉＯＣ等の絶縁膜上ウォーターマーク低減といった効果が得られる。

あるいは、半導体基板の被処理面を樹脂部材に当接させて、被処理面を実質的に研磨せずに洗浄を行なってもよい。具体的には、被処理面の研磨速度が１０ｎｍ／ｍｉｎ以下であれば、この被処理面は実質的に研磨されないとみなすことができる。なお、１０ｎｍ／ｍｉｎ以下の研磨速度を確保するために、ここで用いられる温水には、金属膜の酸化を引き起こすおそれがある酸化剤は含有されないことが望まれる。また、金属膜や絶縁膜を機械的に除去する無機粒子は排除される。温水が噴射される樹脂部材としては、例えばロールスポンジを用いることができる。こうした半導体装置の製造方法の例を、図３に示す。

図示するように、半導体基板６’は、回転させつつ樹脂部材としてのロールスポンジ３１に当接させることによって洗浄が行なわれる。半導体基板６’は、凹部に金属膜が埋め込まれた絶縁膜（図示せず）を有する。すなわち、凹部に埋め込まれた金属膜および絶縁膜の表面が被処理面となる。

洗浄に当たっては、洗浄液供給口３２から半導体基板６’に洗浄液を供給しつつ、温水噴射口９ａからロールスポンジ３１に温水が噴射される。用いられる温水は、すでに説明したような手法で調製することができ、上述したように界面活性剤を含有することが好ましい。また、樹脂粒子が温水中に含有された場合には、機械的作用が高まり、ダスト除去力が大幅に向上するといった効果が得られる。樹脂粒子は、上述したような材質、平均粒子径のものが、上述した濃度で配合されていれば、その効果が得られる。なお、参照符号３３は、純水供給口である。

ロールスポンジ３１に温水が噴射されることによって、この樹脂部材が軟質化され、さらに表面が清浄化される。具体的には、水が活性化され、ダストやダストとなりうる洗浄剤の成分などの溶質が速やかに溶解することによって、ロールスポンジ３１の表面が清浄化される。こうした樹脂部材を半導体基板と摺動させることによって、好ましい状態で半導体基板の被処理面に物理的作用が加えられ、それによって、被処理面の洗浄効果が高められるものと推測される。

ロールスポンジの場合も研磨布の場合と同様、軟化した状態や熱を維持することができる。したがって、温水噴射によって軟化した状態や熱が保たれていれば、洗浄中にロールスポンジへの温水の噴射を停止しても、上述したような効果を得ることができる。

すなわち、樹脂部材が軟質化されることで、樹脂部材との摺接に起因して生じるＣｕ上スクラッチは低減され、さらに、水が活性化されることと相俟ってＣｕ膜等の金属膜上およびＳｉＯＣ膜等の絶縁膜上の５０ｎｍ以下の研磨粒子の除去力向上、Ｃｕ配線等の金属配線の酸化防止、絶縁膜上でのウォーターマークの除去力向上を実現することができる。

凹部に埋め込まれた金属膜および絶縁膜の表面を洗浄するにあたっては、上述したようなロールスポンジのみならず、研磨布を樹脂部材として用いることもできる。所謂洗浄ポリッシュ（洗浄研磨）に、本発明の実施形態にかかる半導体装置の製造方法を適用することも可能である。こうした半導体装置の製造方法の例を、図４に示す。

図示するように、樹脂部材としての研磨布５には、キャリア７に支持された半導体基板６’が当接され、研磨布５には温水噴射口９ａから温水が噴射される。このとき、研磨布５上には、洗浄液供給口３から洗浄液が供給され、被研磨面としての凹部に埋め込まれた金属膜および絶縁膜の表面を、実質的に研磨することなく洗浄を行なうことができる。

この場合も、前述の洗浄の場合と同様に、界面活性剤や樹脂粒子等が含有されることによって、上述したような効果を高めることができる。

以下に、金属膜のＣＭＰ、ＣＭＰ後の洗浄および洗浄ポリッシュの具体例を説明する。

（実施形態１）
図５乃至図７を参照して、本実施形態を説明する。本実施形態においては、研磨布を用いたＣＭＰにより金属膜を除去する際に、樹脂部材としての研磨布に温水を噴射する。

まず、図５に示すように、半導体素子（図示せず）が形成された直径３００ｍｍの半導体基板１０上に、ＳｉＯ₂からなる絶縁膜１１を設けて、バリアメタル１２を介してプラグ１３を形成した。バリアメタル１２はＴｉＮにより形成し、プラグ１３の材料としてはＷを用いた。その上に低誘電率絶縁膜１４およびキャップ絶縁膜１５を順次形成した。

低誘電率絶縁膜１４は、比誘電率が２．５未満の低誘電率絶縁材料により構成することができる。例えば、ポリシロキサン、ハイドロジェンシロセスキオキサン、ポリメチルシロキサン、メチルシロセスキオキサンなどのシロキサン骨格を有する膜、ポリアリーレンエーテル、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾシクロブテンなどの有機樹脂を主成分とする膜、および多孔質シリカ膜などのポーラス膜からなる群から選択される少なくとも一種を用いて、低誘電率絶縁膜１４を形成することができる。

低誘電率絶縁膜１４は、比誘電率が２．５以上の絶縁材料により形成することもできる。こうした絶縁材料としては、例えば、ＳｉＣ、ＳｉＣＨ、ＳｉＣＮ、ＳｉＯＣ、およびＳｉＯＣＨからなる群から選択される少なくとも一種が挙げられる。比誘電率が２．５未満の絶縁膜と、比誘電率が２．５以上の絶縁膜との積層膜によって、低誘電率絶縁膜１４を構成してもよい。ここでは、ＳｉＯＣを用いて低誘電率絶縁膜１４を、１５０ｎｍの膜厚で形成した。

キャップ絶縁膜１５は、膜厚２０ｎｍのＳｉＯ₂膜により形成した。キャップ絶縁膜１５は、低誘電率絶縁膜１４に配線溝Ａを形成する際、ＲＩＥダメージ防止とＣＭＰ用の保護膜となる。

低誘電率絶縁膜１４には、幅７０ｎｍの配線溝Ａを凹部として設け、全面に常法によりバリアメタル１６としてのＴｉ膜を５ｎｍおよびＣｕ膜１７を６００ｎｍ堆積した。バリアメタル１６とＣｕ膜１７とによって、金属膜１８が構成される。

同一研磨テーブル（研磨布）上で連続して、第一研磨、第二研磨、および洗浄研磨を行なう。温水は、第一研磨、第二研磨、および洗浄研磨のいずれの段階で樹脂部材としての研磨布に噴射されてもよいが、第二研磨の際に特に効果が発揮される。そこで本実施形態においては、第二研磨を行なう際に、研磨布に温水を噴射する。

金属膜１８のＣＭＰに当たっては、まず、第一研磨を行なって余分なＣｕ膜１７を除去する。具体的には、温水を噴射しない以外は図１に示したように、研磨布５が貼付された研磨テーブル４を１００ｒｐｍで回転させつつ、半導体基板６を保持したキャリア７を３００ｈＰａの研磨荷重で当接させた。研磨布５としては、ＩＣ１０００（ニッタアンドハース製）を用いた。キャリア７の回転数は１０５ｒｐｍとし、研磨液供給口２から研磨液を供給した。具体的には、酸化剤としての過硫酸アンモニウム水溶液（１．５ｗｔ％）とＣＭＳ７５０１（ＪＳＲ製研磨液）とＣＭＳ７５５１（ＪＳＲ製研磨液）との混合分散液を研磨液として用いて、２５０ｃｃ／ｍｉｎで研磨布５上に供給した。研磨時間は、研磨中のトルク電流値の変化で判断した。

こうして第一研磨を行なうことによって、図６に示すようにバリアメタル１６を露出した。

続いて、第二研磨を行なって、バリアメタル１６およびキャップ絶縁膜１５を除去して、図７に示すように低誘電率絶縁膜１４を露出した。図１に示したように、研磨布５が貼付された研磨テーブル４を５０ｒｐｍで回転させつつ、半導体基板６を保持したキャリア７を３００ｈＰａの研磨荷重で当接させた。キャリア７の回転数は５５ｒｐｍとし、温水噴射口９ａから温水を研磨布５に３００ｃｃ／ｍｉｎで噴射しつつ、研磨液供給口２から研磨液を、２５０ｃｃ／ｍｉｎの流量で供給した。研磨液は、酸化剤としての過酸化水素水０.１５ｗｔ％、コロイダルシリカ４ｗｔ％、キナルジン酸０．４ｗｔ％、マレイン酸０．８ｗｔ％、およびアセチレンジオール型ノニオン系界面活性剤（商品名「サーフィノール４６５」、エアープロダクト社製）０．０５ｗｔ％を含有し、ｐＨは９．５である。６０秒の研磨を行なうことによって、図７に示すように低誘電率絶縁膜１４の表面が露出し、凹部にＣｕ膜１７が残置された。

洗浄研磨では、温水を噴射しない以外は図４に示したように、半導体基板６’を支持したキャリア７を１０５ｒｐｍで回転させつつ、１００ｈＰａの研磨荷重で研磨布５に当接させた。研磨テーブル４は１００ｒｐｍで回転させ、洗浄液供給口３から、クエン酸の水分散液を４００ｃｃ／ｍｉｎで研磨布５上に供給して３０秒間の洗浄処理を行なった。３０秒の洗浄処理を行なった後、洗浄液供給口３からクエン酸を供給しつつ、半導体基板６’を保持したキャリア７を研磨テーブル４から引き上げた。

第二研磨の際に研磨布に噴射される温水の温度を２５℃〜１６０℃の間で変更して、種々の研磨実験を行なった。これらを、Ｎｏ．１〜８とした。また、研磨布に温水を噴射しない以外は同様の条件で研磨を行なってＮｏ．９とした。Ｎｏ．９の場合は、図８に示すように常法により研磨を行なった。

ＫＬＡ（Ｔｅｎｃ.社製）欠陥評価装置により研磨後の表面を観察して、Ｃｕ膜１７上のスクラッチ数および低誘電率絶縁膜１４上のダスト数を調べた。スクラッチおよびダストは、いずれも以下の基準で評価した。

５０個未満：○
５０個以上２００個未満：△
２００個以上：×
スクラッチおよびダストは、いずれも２００個未満であれば、許容範囲内である。得られた結果を、下記表１にまとめる。

上記表１に示されるように、樹脂部材としての研磨布に８０℃以上１４０℃以下の温水を噴射することによって、スクラッチおよびダストの両方を許容範囲内に抑えることができる。こうした温度の温水が研磨布に噴射されることによって、研磨布表面が軟質化し、それによって、過度に基板を擦り付けることもなく、基板へのダストの再付着などが起きにくくなることに起因するものと推測される。スクラッチおよびダストが低減されるのに加えて、Ｃｕ異常酸化も抑制することができる。Ｃｕ異常酸化は、１００μｍ²のパッド領域を１０箇所ＳＥＭ観察して調べた。第二研磨時に温水を使用しても、８０℃以上１４０℃以下の温水を噴射した場合には、０個であった。

温水の温度が８０℃未満の場合には、スクラッチを十分に低減することができない。これは、研磨布の軟化が不十分であることによるものと推測される。１６０℃の温水を用いた場合には、ダストが増加する傾向にあった。また、Ｃｕ異常酸化は１５個以上に増加した。

研磨布に温水を噴射しないＮｏ．９の場合の表面には、図９に示すように、Ｃｕ膜１７にスクラッチ２０が発生し、低誘電率絶縁膜１４上にはダスト２１が存在した。しかも、低誘電率絶縁膜１４には、ファング２２も確認された。

研磨布５の材質を軟質のＰｏｌｉｔｅｘ（ニッタアンドハース製）に変更した以外は、前述と同様にして種々の条件で金属膜１８の研磨を行なった。

研磨後の表面を前述と同様に評価して、Ｃｕ膜上のスクラッチ数と低誘電率絶縁膜上のダスト数とを調べた。その結果を、Ｎｏ．１０〜１８として下記表２にまとめる。

上記表２に示されるように、研磨布としてＰｏｌｉｔｅｘを用いた場合には、温水を噴射しなくてもスクラッチは十分に低減される。これは、ＩＣ１０００が硬質であるのに対し、Ｐｏｌｉｔｅｘは本来軟質であることから、基板を擦り付けたときの影響が緩和されていることに起因する。しかしながら、ダストに関しては、８０℃以上１４０℃以下の温水を研磨布に噴射しなければ、ダストを十分に許容範囲に抑制することができない。また、８０℃以上１４０℃以下の温水を研磨布に噴射した場合には、第二研磨時のＣｕ異常酸化も０個に抑制された。

これに対し、温水の温度が８０℃未満の場合には、水の活性化が不十分と考えられ、ダストが基板に再付着するのを防止することができない。なお、１６０℃の温水を用いた場合には、Ｃｕ異常酸化が１８個にも及んだ。

次に、界面活性剤または樹脂粒子を添加した温水を研磨布に噴射しつつ、第二研磨を行なった。具体的には、種々の界面活性剤または樹脂粒子を添加する以外は、Ｎｏ．５と同様の条件で研磨を行ない、Ｎｏ．１９〜２５とした。さらに、種々の界面活性剤または樹脂粒子を添加する以外はＮｏ．１４と同様の条件で研磨を行なって、Ｎｏ．２６〜３２とした。研磨後の表面のスクラッチおよびダストを調べ、その結果を下記表３および４にまとめる。

なお、用いたポリアクリル酸の重量平均分子量は２,０００であり、ポリビニルアルコールの重量平均分子量は１，０００,０００である。樹脂粒子としては、直径１００ｎｍのＰＭＭＡ粒子を用いた。いずれの場合も、添加量は０．０５ｗｔ％とした。

温水中に界面活性剤または樹脂粒子が含有された場合には、スクラッチおよびダストを低減する効果は、よりいっそう高められることが期待できる。界面活性剤によってダストがさらに低減され、樹脂粒子は、樹脂部材と半導体基板との間でクッション（スペーサー）効果を発揮して、スクラッチの発生をより低減することができる。樹脂粒子が存在することによって、半導体基板に擦り付けられる樹脂部材の表面積が増加する。その結果、きめ細かい擦り付けが可能となり、ダストはさらに低減される。

本実施形態の結果から、所定温度の温水を研磨布に噴射しつつＣＭＰを行なうことによって、Ｃｕ膜上のスクラッチと絶縁膜上のダストとの両方を低減できることが確認された。さらに、低誘電率絶縁膜としてのＳｉＯＣ膜のエロージョン（ファング）の改善、Ｃｕ膜、バリア膜、絶縁膜の研磨速度の安定化、面内均一性の向上、および膜剥がれ防止などが期待できる。

（実施形態２）
本実施形態においては、ロールスポンジを用いてＣＭＰ後の被処理面を洗浄する際に、樹脂部材としてのロールスポンジに温水を噴射する。

まず、前述の実施形態１におけるＮｏ．１４と同様の条件で、金属膜１８をＣＭＰにより除去し、低誘電率絶縁膜１４の表面を露出した。こうして準備された半導体基板６’は、図３に示したように回転させつつロールスポンジ３１で洗浄を行なった。半導体基板６’上には、洗浄液供給口３２から洗浄液としてのシュウ酸を供給し、ロールスポンジ３１には、温水噴射口９ａから温水を噴射した。

ロールスポンジ３１に噴射される温水の温度を５０〜１６０℃の間で変更して、種々の洗浄実験を行なった。これらをＮｏ．３３〜３９とした。また、図１０に示すように温水を半導体基板６’に噴射する以外はＮｏ．３６と同様の条件で洗浄を行なって、Ｎｏ．４０とした。

洗浄後の被処理面を、ＫＬＡ（Ｔｅｎｃ．社製）欠陥評価装置により観察して、５０ｎｍ粒子除去、Ｃｕ上異常酸化、およびＳｉＯＣ上のウォーターマーク（ＷＭ）を調べた。評価基準は、それぞれ以下のとおりである。

５０ｎｍ粒子除去（Ｃｕ膜上およびＳｉＯＣ上の５０ｎｍ粒子の個数で評価）
０個…○； １個以上１０個未満…△； １０個以上…×
Ｃｕ上異常酸化（Ｃｕ膜上の個数で評価）
０個…○； １個以上１０個未満…△； １０個以上…×
ＳｉＯＣ上ウォーターマーク（ＷＭ）数（ＳｉＯＣ上の個数で評価）
０個…○； １個以上１０個未満…△； １０個以上…×
いずれも、“△”および“○”であれば合格範囲である。得られた結果を、下記表５にまとめる。

上記表５に示されるように、８０℃以上１４０℃以下の温水をロールスポンジに噴射することによって、５０ｎｍ粒子除去、Ｃｕ上異常酸化、およびＳｉＯＣ上ＷＭを全て合格範囲内に抑えることができる。

１４０℃を越えると、Ｃｕ上異常酸化を抑制することができない。８０℃未満の場合には、さらにＳｉＯＣ上ＷＭも増大する。また、１００℃の温水であっても、半導体基板に噴射した場合には、Ｃｕ上異常酸化が増加する。

次に、前述の実施形態１と同様の界面活性剤または樹脂粒子を添加した温水を用いて、洗浄を行なった。具体的には、種々の界面活性剤または樹脂粒子を添加する以外はＮｏ．３６と同様にして洗浄を行ない、表面を同様にして調べた。得られた結果を、Ｎｏ．４１〜４７として下記表６にまとめる。

上記表６に示されるように、界面活性剤または樹脂粒子が含有された温水をロールスポンジに噴射しつつ洗浄を行なうことによって、５０ｎｍ粒子除去／ＳｉＯＣ上ＷＭを向上させることができる。

本実施形態の結果から、８０℃以上１４０℃以下の温水をローススポンジに噴射しつつ洗浄を行なうことによって、Ｃｕ上およびＳｉＯＣ上の５０ｎｍ以下の研磨粒子の除去力、Ｃｕ配線の酸化防止、ＳｉＯＣ上でのウォーターマークの除去力が高められることが確認された。

（実施形態３）
本実施形態においては、ＣＭＰ後に研磨布上で行なわれる洗浄ポリッシュの際に、樹脂部材としての研磨布に温水を噴射する。

まず、前述の実施形態１におけるＮｏ．１４と同様の条件で、金属膜１８をＣＭＰにより除去し、低誘電率絶縁膜１４の表面を露出した。こうして準備された半導体基板６’は、図４に示したように回転させつつ研磨布５に当接させて、洗浄ポリッシュを行なった。研磨布５上には、洗浄液供給口３から洗浄液として、Ｊ８００ＴＳ（三洋化成株式会社製）を供給し、温水噴射口９ａから温水を噴射した。

研磨布５に噴射される温水の温度を５０〜１６０℃の間で変更して、種々の洗浄ポリッシュ実験を行なった。これらをＮｏ．４８〜５４とした。また、研磨布に温水を噴射しない以外は同様の条件で洗浄ポリッシュを行なってＮｏ．５５とした。

ＫＬＡ（Ｔｅｎｃ.社製）欠陥評価装置により洗浄研磨後の表面を観察して、５０ｎｍ粒子除去、Ｃｕ上異常酸化、およびＳｉＯＣ上ＷＭを調べた。評価基準は前述の実施形態２と同様とし、得られた結果を下記表７にまとめる。

上記表７に示されるように、８０℃以上１４０℃以下の温水を研磨布に噴射することによって、５０ｎｍ粒子除去、Ｃｕ上異常酸化、およびＳｉＯＣ上ＷＭを全て合格範囲内に抑えることができる。

１４０℃を越えると、Ｃｕ上異常酸化を抑制することができない。８０℃未満の場合には、さらにＳｉＯＣ上ＷＭも増大する。また、研磨布に温水を噴射しない場合にも、ＳｉＯＣ上ＷＭが増加する。

次に、前述の実施形態１と同様の界面活性剤または樹脂粒子を添加した温水を研磨布に噴射しつつ、洗浄ポリッシュを行なった。具体的には、種々の界面活性剤または樹脂粒子を添加する以外は、Ｎｏ．５１と同様の条件で洗浄ポリッシュを行ない、Ｎｏ．５６〜６２とした。洗浄研磨後の表面を同様に調べ、その結果を下記表８にまとめる。

上記表８に示されるように、界面活性剤または樹脂粒子が含有された温水を研磨布に噴射しつつ洗浄ポリッシュを行なうことによって、５０ｎｍ粒子除去／ＳｉＯＣ上ＷＭを向上させることができる。

本実施形態の結果から、８０℃以上１４０℃以下の温水を研磨布に噴射しつつ洗浄ポリッシュを行なうことによって、Ｃｕ上およびＳｉＯＣ上の５０ｎｍ以下の研磨粒子の除去力、Ｃｕ配線の酸化防止、ＳｉＯＣ上でのウォーターマークの除去力を向上できることが確認された。

なお、以上の具体例では、低誘電率絶縁膜としてのＳｉＯＣ膜の凹部に、バリアメタルとしてのＴｉを介してＣｕダマシン配線を形成したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、Ｃｕ、Ａｌ等を、Ｔｉ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂ，Ｖ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、およびこれらの合金のいずれかから選択されるバリアメタルを介して、比誘電率が２．５未満の低誘電率絶縁膜の凹部に埋め込んでダマシン配線を形成する場合にも、樹脂部材に温水を噴射しつつ被処理面を当接させることによって、同様に高い信頼性を有する半導体装置を製造することができる。

さらに、第一研磨、第二研磨、洗浄ポリッシュ、およびロール洗浄の全ての工程において、樹脂部材に温水を供給しつつ処理を行なうと、より効果的に、スクラッチおよびダストを低減するとともに、配線上および低誘電率絶縁膜上の５０ｎｍ以下の研磨粒子の除去力、配線の酸化防止、低誘電率絶縁膜上でのウォーターマークの除去力を高めることができる。

本発明の一実施形態にかかる半導体装置の製造方法を表わす概略図。 本発明の他の実施形態にかかる半導体装置の製造方法を表わす概略図。 本発明の他の実施形態にかかる半導体装置の製造方法を表わす概略図 本発明の他の実施形態にかかる半導体装置の製造方法を表わす概略図 本発明の一実施形態にかかる半導体装置の製造方法を表わす工程断面図。 図５に続く工程を表わす断面図。 図６に続く工程を表わす断面図。 従来の半導体装置の製造方法を表わす概略図。 従来の半導体装置の製造方法を表わす断面図。 従来の半導体装置の製造方法を表わす概略図。

符号の説明

１…純水供給口； ２…研磨液供給口； ３…洗浄液供給口
４…研磨テーブル； ５…研磨布； ６，６’…半導体基板； ７…キャリア
８…ドレッサー； ９ａ，９ｂ…温水噴射口； １０…半導体基板； １１…絶縁膜
１２…バリアメタル； １３…プラグ； １４…低誘電率絶縁膜
１５…キャップ絶縁膜； １６…バリアメタル； １７…Ｃｕ膜； １８…金属膜
２０…スクラッチ； ２１…ダスト； ２２…ファング； ３１…ロールスポンジ
３２…洗浄液供給口； ３３…純水供給口； Ａ…配線溝。

Claims (5)

1. 半導体基板の被処理面を樹脂部材に当接させて、前記半導体基板と前記樹脂部材を摺動させる工程を具備し、
   前記摺動は、前記樹脂部材に８０℃以上１４０℃以下の温水を噴射しつつ行なわれることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記温水は、界面活性剤を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記被処理面を前記樹脂部材に当接させる前に、
   半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、
   前記絶縁膜に凹部を形成する工程と、
   前記凹部の内部および前記絶縁膜の上に金属を堆積して、金属膜を形成する工程と
   を具備し、
   前記被処理面は前記金属膜の表面であり、前記樹脂部材は研磨布であり、
   前記摺動の際には、前記研磨布上に研磨液を供給して、前記金属膜の少なくとも一部を除去することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記被処理面を前記樹脂部材に当接させる前に、
   半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、
   前記絶縁膜に凹部を形成する工程と、
   前記凹部の内部および前記絶縁膜の上に金属を堆積して金属膜を形成する工程と、
   前記絶縁膜の上の前記金属膜を、研磨布を用いたＣＭＰにより除去して前記凹部内に前記金属膜を残置し、前記絶縁膜の表面を露出する工程とを具備し、
   前記被処理面は、前記凹部内に残置された前記金属膜および前記絶縁膜の表面であり、前記樹脂部材はロールスポンジであり、
   前記摺動は、前記被処理面の研磨速度が１０ｎｍ／ｍｉｎ以下で行なわれることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記被処理面を前記樹脂部材に当接させる前に、
   半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、
   前記絶縁膜に凹部を形成する工程と、
   前記凹部の内部および前記絶縁膜の上に金属を堆積して金属膜を形成する工程と、
   前記絶縁膜の上の前記金属膜を、研磨布を用いたＣＭＰにより除去して前記凹部内に前記金属膜を残置し、前記絶縁膜の表面を露出する工程を具備し、
   前記被処理面は、前記凹部内に残置された前記金属膜および前記絶縁膜の表面であり、前記樹脂部材は前記研磨布であり、
   前記摺動は、前記被処理面の研磨速度が１０ｎｍ／ｍｉｎ以下で行なわれることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

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