JP2012069550A - 半導体装置の製造方法および半導体装置の製造システム - Google Patents

Abstract

【課題】ダマシン配線構造を有する半導体装置において、ＣＭＰ法によるＣｕ配線への処理により発生するＣｕ配線の腐食（コロージョン）の発生を防止し、配線抵抗の上昇を抑制し、信頼性の担保された半導体装置の製造方法および半導体装置の製造システムを提供する。
【解決手段】ダマシン配線構造を有する半導体装置の製造方法であって、基板上の層間絶縁膜に形成される配線パターン溝にバリアメタル膜およびＣｕ膜が形成された状態で、ケミカルメカニカルポリッシングによって配線パターン溝以外に堆積したＣｕを除去する工程と、配線パターン溝以外に堆積したバリアメタルをケミカルメカニカルポリッシングによって除去する工程と、前記バリアメタルを除去する工程後、除電する工程と、基板上に残るスラリーおよび残渣物を洗浄する工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の製造方法および半導体装置の製造システムに関する。

近年、半導体装置の配線は、低抵抗化および高信頼性化を目的として、従来のＡｌ配線からＣｕ配線へと移行しつつある。Ｃｕ配線は、ドライエッチングによる形成が困難なため、配線を多層に形成したダマシン配線構造を有する。ダマシン配線構造は、層間絶縁膜上に形成された配線パターンの溝にＣｕ膜を堆積させ、その後、配線パターン溝以外に堆積させたＣｕをケミカルメカニカルポリッシング（以下ＣＭＰ法とも呼称する）によって除去する方法で作られる。

しかしながら、ＣＭＰ法により配線パターン溝以外に堆積させたＣｕ層を除去する場合に、層間絶縁膜の溝に形成されたＣｕ配線と層間絶縁膜の溝との間に設けられた例えばＴａ膜、Ｔａ化合物、Ｔｉ膜、ＴｉＮ（Ｔｉナイトライド）膜等のバリアメタル膜が表面に露出した状態になる。その状態では、両者のイオン化傾向が異なることにより、特にその界面近傍においてＣｕ配線の腐食（コロージョン）が起きてしまう。

そこで、例えば特許文献１、２には、Ｃｕ配線回路をＣＭＰ法およびその後の薬液洗浄を用いて、Ｃｕ表面を荒らすことなく（Ｃｕ汚染を防止して）形成する技術が開示されている。また、特許文献３には、配線の形成時にＣｕ配線およびバリアメタル露出面を水素ガスおよび酸素ガスが溶解された溶液でもって洗浄し、配線に生じる腐食（コロージョン）を防止する技術が開示されている。

特開２００１−２１０６３０号公報 特開２００９−４８０７号公報 特開２００３−３３８４６４号公報

しかしながら、ＣＭＰ法により基板の研磨が行われると、基板と研磨パッドおよび研磨剤（スラリー）との摩擦により静電気が発生し、基板上の配線パターンの表面が帯電して、Ｃｕ配線の腐食が促進されてしまう恐れがある。そして、Ｃｕ配線の腐食が促進されると、配線抵抗が上昇してしまうという問題や、配線の断線等が発生してしまう恐れがあるため半導体装置の信頼性が低下してしまうといった問題が懸念される。さらには、ＣＭＰ法による研磨後のスラリーを洗浄する洗浄工程には、通常クエン酸、シュウ酸等の酸が用いられるが、これらの酸によって配線の腐食がより進行してしまうといった懸念もある。上記特許文献１〜３に記載の発明においては、ＣＭＰ法を用いて配線形成を行う場合が記載されているが、ＣＭＰ法を実施する際に配線パターンの表面に静電気が生じてしまい、ＣＭＰの工程やその後の洗浄工程等によりＣｕ配線の腐食が促進されてしまうとの問題は想起されていない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、ダマシン配線構造を有する半導体装置において、ＣＭＰ法によるＣｕ配線への処理により発生するＣｕ配線の腐食（コロージョン）の発生を防止し、配線抵抗の上昇を抑制し、信頼性の担保された半導体装置の製造方法および半導体装置の製造システムを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明によれば、ダマシン配線構造を有する半導体装置の製造方法であって、基板上の層間絶縁膜に形成される配線パターン溝にバリアメタル膜およびＣｕ膜が形成された状態で、ケミカルメカニカルポリッシングによって配線パターン溝以外に堆積したＣｕを除去する工程と、配線パターン溝以外に堆積したバリアメタルをケミカルメカニカルポリッシングによって除去する工程と、前記バリアメタルを除去する工程後、除電する工程と、基板上に残るスラリーおよび残渣物を洗浄する工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。

上記半導体装置の製造方法において、前記Ｃｕを除去する工程後、前記Ｃｕ洗浄工程前に除電する工程と、前記Ｃｕを除去する工程後に基板上に残るスラリーおよび残渣物を洗浄するＣｕ洗浄工程と、を有していてもよい。また、前記Ｃｕを除去する工程後、Ｃｕの仕上研磨を行う仕上工程を有していてもよい。

前記除電はイオナイザー、軟Ｘ線の照射または紫外線の照射によって行われてもよい。ここで、除電において前記イオナイザーは基板の上方１００ｍｍ以内に配置されることが好ましい。さらに好適には前記イオナイザーは基板の上方３０ｍｍ以内に配置されることが好ましい。

また、上記半導体装置の製造方法において、前記バリアメタルはＴｉ、ＴｉＮ、ＴｉとＴｉＮの合金のいずれかであってもよく、前記層間絶縁膜はＣＦ膜（ＣＦ系の膜）であってもよい。また、前記バリアメタルはＴａ、ＴａＮおよびその合金であってもよい。

また、別の観点からの本発明によれば、基板上にダマシン配線構造が形成された半導体装置を製造する製造システムであって、基板搬送経路上に、基板上に形成されたＣｕ膜を除去するＣｕ除去装置と、基板上に堆積したバリアメタルを除去するバリアメタル除去装置と、バリアメタル除去後に除電を行う除電装置と、基板上に残るスラリーおよび残渣物を洗浄する洗浄装置と、を順に配置した製造システムが提供される。

上記製造システムは、Ｃｕ除去後、Ｃｕ洗浄前に除電を行う除電装置と、Ｃｕ除去後に残るスラリーおよび残渣物を洗浄するＣｕ洗浄装置と、を備えていてもよい。

また、上記製造システムは、Ｃｕ除去後に配線パターン溝以外に堆積されたＣｕの仕上研磨を行うＣｕ仕上装置を備えていてもよい。

また、上記製造システムにおいて、前記除電装置は、イオナイザー、軟Ｘ線照射装置、紫外線照射装置のいずれかであってもよい。また、前記イオナイザーは基板搬送経路の上方１００ｍｍ以内に配置されてもよく、より好ましくは基板搬送経路の上方３０ｍｍ以内に配置されてもよい。

上記製造システムにおいて、前記バリアメタルはＴｉ、ＴｉＮ、ＴｉとＴｉＮの合金のいずれかであってもよい。また、前記バリアメタルはＴａ、ＴａＮおよびその合金であってもよい。

本発明によれば、ダマシン配線構造を有する半導体装置において、ＣＭＰ法によるＣｕ配線への処理により発生するＣｕ配線の腐食（コロージョン）の発生を防止し、配線抵抗の上昇を抑制し、信頼性の担保された半導体装置の製造方法および半導体装置の製造システムが提供される。

本発明の実施の形態にかかる半導体装置を製造する製造システムを平面視で見た概略説明図である。 Ｃｕ除去装置の説明図である。 除電装置の概略説明図であり、（ａ）は除電装置の側面図、（ｂ）は除電装置の平面図である。 洗浄装置の説明図である。 本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造工程を説明するための基板の断面図であり、層間絶縁膜の表面に配線パターン溝が形成された状態を示している。 本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造工程を説明するための基板の断面図であり、バリアメタル層とＣｕめっきシード層が層間絶縁膜上に連続して形成された状態を示している。 本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造工程を説明するための基板の断面図であり、Ｃｕ導電層が基板の表面全体に形成された状態を示している。 本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造工程を説明するための基板の断面図であり、層間絶縁膜の上方から配線パターン溝以外に堆積したＣｕ導電層が除去された状態を示している。 本発明の実施の形態にかかる半導体装置の製造工程を説明するための基板の断面図であり、層間絶縁膜の上方から配線パターン溝以外に堆積したバリアメタル層が除去された状態を示している。 本発明の変形例にかかる半導体装置を製造する製造システムを平面視で見た概略説明図である。 Ｃｕ導電層が表面全体に形成された基板に対し、ＣＭＰ法によるＣｕ除去工程、純水洗浄工程、Ｔｉ除去工程および酸を含む洗浄液による洗浄工程を行った場合のＣｕ配線の観察結果である。 Ｃｕ導電層が表面全体に形成された基板に対し、ＣＭＰ法によるＣｕ除去工程、純水洗浄工程、Ｔｉ除去工程、Ｔｉ除去工程後の除電工程および酸を含む洗浄液による洗浄工程を行った場合のＣｕ配線の観察結果である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は、本発明の実施の形態にかかる半導体装置Ａを製造する製造システムＳを平面視で見た概略説明図である。図１に示すように、製造システムＳには、基板Ｗを搬送する搬送経路Ｌが設けられている。搬送経路Ｌは製造システムＳ内に基板Ｗが搬入される搬入口７（上流）から、基板Ｗが製造システムＳから搬出される搬出口８（下流）までの基板搬送路であり、図示しない搬送アームによって搬送経路Ｌに沿って基板Ｗが搬送される。また、搬送経路Ｌ上には、その上流から下流に向かってＣＭＰ法によって基板Ｗの研磨を行うＣｕ除去装置１０、ＣＭＰ法によって基板Ｗの研磨を行うバリアメタル（以下、ＢＭとも表記）除去装置２０、例えばイオナイザーである除電装置３０および洗浄装置４０がこのような順序でもって設けられている。

図２は、ＣＭＰ法によって基板ＷのＣｕを除去するＣｕ除去装置１０の説明図である。図２に示すように、Ｃｕ除去装置１０内には、基板Ｗを研磨する略円板形状の回転台１１が設けられ、回転台１１はＣｕ除去装置１０の下部に設けられた弾性体１２を備える支持部材１３によって支持されている。また、回転台１１の上面には、その上面全体をほぼ覆うように、ＣＭＰ法を行うための略円形状のパッド１４が配置されている。回転台１１は図示しない駆動機構によって回転自在に構成されており、パッド１４も回転台１１の回転に合わせて一体的に回転する。

また、図２に示すように、回転台１１の上方には、基板Ｗを略円板形状の下面において保持する、例えば多孔質の樹脂であるパッキングフィルムを備えた保持部材１５が設置されており、水を浸透させ基板Ｗを吸着させることで基板Ｗを保持する構成となっている。保持部材１５には、保持部材１５を回転台１１に対して押し付けるように押圧力を加える押圧機構１７が接続されている。

図２に示すように構成されるＣｕ除去装置１０に基板Ｗが搬送された場合、基板Ｗは回転する保持部材１５に保持された状態で、押圧機構１７の稼動により回転している回転台１１（パッド１４）に研磨面を下向きにして押し付けられる。このとき、図示しない研磨剤（スラリー）供給機構から研磨剤（スラリー）が回転台１１上面（パッド１４上面）に所定の量供給される。回転する保持部材１５の下面に保持された基板Ｗが、回転するパッド１４に押し付けられることで、基板Ｗの研磨が行われる。なお、Ｃｕ除去装置１０と、ＢＭ除去装置２０の装置構成は同様のものとなっているため、ＢＭ除去装置２０の装置構成についての説明は省略する。ＢＭ除去装置２０においては、図２に示す構成と同様に構成されるＣＭＰ装置において、用いる研磨剤の種類・量や、保持部材１５および回転台１１の回転速度・押圧力等を変化させることにより、同様の構成であるＣＭＰ装置でもって、ＢＭ除去工程等の様々な研磨処理が可能となっている。

また、図３はイオナイザーである除電装置３０の概略説明図であり、図３（ａ）は除電装置３０の側面図、図３（ｂ）は除電装置３０の平面図である。図３に示すように、除電装置３０は、棒状の支持部材３１の両側に対向電極３２を離して配置し、支持部材３１の両側面に複数本の針状電極３３を所定の間隔で取り付けた構成になっている。対向電極３２には所定の間隔で円孔３４が形成されており、それら円孔３４の中心に針状電極３３がそれぞれ位置している。

図３に示すように構成される除電装置３０においては、対向電極３２と針状電極３３との間に空気の絶縁破壊強度以上の電圧をかけることにより、除電装置３０近傍に＋イオンと−イオンを発生させることが可能である。このように除電装置３０近傍に＋イオンと−イオンを発生させた状態で、帯電した基板Ｗを近づける（干渉させる）ことにより、基板Ｗの除電が行われる。

また、図４は研磨後の基板Ｗの洗浄を行う洗浄装置４０の説明図である。図４に示すように洗浄装置４０においては、搬入された基板Ｗの周縁部三点を支持する支持部材４１が３箇所に設けられている。支持部材４１は略円板形状の支持部４１ａと支持部４１ａを支える柱部４１ｂから構成され、略円板形状の支持部４１ａは図示しない駆動機構によって回転自在に構成されている。洗浄装置４０に搬送された基板Ｗは、その周縁部三点が３つの支持部４１ａの周縁部とそれぞれ接触するように支持される。また、支持部４１ａの回転により、支持部４１ａの回転に伴い支持された基板Ｗも回転する構成となっている。

また、図４に示すように、基板Ｗの上方および下方には、図示しないロール軸によって支持されるロール形状の洗浄ブラシ対４３（上ブラシ４３ａ、下ブラシ４３ｂ）が備えられており、洗浄ブラシ対４３は適宜基板Ｗの上面および下面に当接可能となっている。また、洗浄ブラシ対４３は、図示しないロール軸の回転により回転自在となっており、さらに、図示しないロール軸は移動自在に構成され、洗浄ブラシ対４３の移動により、基板の上面前面に上ブラシ４３ａが、下面の全面に下ブラシ４３ｂがそれぞれ当接できるような構成となっている。なお、図４に図示はしていないが、洗浄時には洗浄液供給機構から適宜所定の量の洗浄液が基板Ｗに対し供給される。ここで、洗浄液は例えば純水等でもよいが、クエン酸やシュウ酸等の酸を含む洗浄液であることがより好ましい。

図４に示す洗浄装置４０に基板Ｗは搬送された場合には、基板Ｗは支持部材４１によって支持され、支持部４１ａの回転に伴って回転する。また、基板Ｗの上面および下面には回転する洗浄ブラシ対４３が当接させられ、洗浄液が供給された状態で基板Ｗを洗浄する。これにより、Ｃｕ除去装置１０およびＢＭ除去装置２０においてＣＭＰ法によって除去され基板Ｗ上に残るＣｕ残渣物やＢＭ残渣物および研磨剤（スラリー）が洗浄され、清浄化された基板Ｗが洗浄装置４０から搬出される。

以上、本発明の実施の形態にかかる製造システムＳと製造システムＳを構成する各装置の装置構成について図１〜図４を参照して説明したが、以下には、製造システムＳとその前処理工程（製造システムＳに搬入されるまでに基板Ｗに行われる処理）と製造システムＳにおいて行われる基板処理について図５〜図９を参照して説明する。

図５〜図９は、本発明の実施の形態にかかる半導体装置Ａの製造工程を示す説明図である。即ち、Ｓｉ等からなる半導体の基板Ｗにおいて、基板本体１００の上面にＣｕ配線が形成される過程を図示している。

先ず、図５に示すように、例えば基板本体１００上に形成されたＣＦ膜等からなる層間絶縁膜１０２の表面に、配線パターン溝１０４が形成される。続いて、フォトリソグラフィにより層間絶縁膜１０２の上に形成された図示しないマスク材に配線パターンが形成される。さらに、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、層間絶縁膜１０２の表面に配線パターン溝１０４が形成され、マスク材は取り除かれる。

次に、図６に示すように、配線パターン溝１０４の内面を被覆するように、バリアメタル（以下、ＢＭと呼称する）膜１０５とＣｕめっきシード層１０７が層間絶縁膜１０２上に連続して形成される。ＢＭ膜１０５は、層間絶縁膜１０２の全面にＴｉＮ膜をスパッタリングして形成される。ＢＭ膜１０５は、Ｔｉ膜、Ｔｉ化合物膜またはＴｉ合金膜の単層膜、もしくは、Ｔａ膜、ＴａＮ膜またはＴａ合金膜の単層膜やこれらの２種以上の積層膜である。また、Ｃｕめっきシード層１０７は、例えばスパッタリングにより形成される。

次に、図７に示すように、Ｃｕ導電層１１０が、Ｃｕめっきシード層１０７の上から配線パターン溝１０４を埋め込むように、基板Ｗの表面全体に形成される。Ｃｕ導電層１１０は、純Ｃｕに限らずＣｕ合金であってもよく、合金Ｃｕめっき、スパッタリング等で形成される。なお、Ｃｕ導電層１１０の形成により、Ｃｕめっきシード層１０７は、Ｃｕ導電層１１０に一体化される。

次に、図８に示すように、Ｃｕ導電層１１０の表層部分、即ち配線パターン溝１０４の内部にあるＣｕ導電層１１０を除いたＣｕ導電層１１０がＣＭＰ法により除去される。こうして、配線溝１０４の内部にＣｕ導電層１１０が残され、配線溝１０４以外の基板表面がＢＭ層１０５によって覆われた状態となる。

次に、図９に示すように、配線パターン溝１０４の内部にあるＣｕ導電層１１０とＢＭ層１０５の部分を残して、層間絶縁膜１０２の上方からＢＭ層１０５がＣＭＰ法により除去される。こうして、配線パターン溝１０４の内部にＢＭ層１０５で囲まれた状態でＣｕ配線１１５が形成され、ダマシン配線構造を有する半導体装置Ａが製造される。

ここで、図８、図９等に示すＣｕ導電層１１０とＢＭ層１０５のＣＭＰ法による除去は図１に示したＣｕ除去装置１０、ＢＭ除去装置２０等を備えた製造システムＳによって行われる。そこで、以下には図面を参照して、製造システムＳにおいて行われる基板Ｗに対する処理（図９に示したＣｕ導電層１１０およびＢＭ層１０５の除去）について説明する。

図１に示す製造システムＳにおいて、上述した図５〜図７において説明する工程でもって作製されるＣｕ導電層１１０が表面全体に形成された基板Ｗが搬入口７から搬入される。そして、搬入口７から搬入された基板Ｗは、搬送経路Ｌに沿って搬送され、先ず、Ｃｕ除去装置１０においてＣＭＰ法によるＣｕの除去、即ち図７に示す状態で基板Ｗ上に堆積しているＣｕ導電層１１０の研磨が行われ、図８に示すように、配線パターン溝１０４以外に堆積したＣｕが除去され、配線パターン溝１０４内部にＣｕ導電層１１０が残留し、配線パターン溝１０４以外の基板表面にはＢＭ層１０５が堆積された状態となる。

次いで、基板ＷはＢＭ除去装置２０に搬送される。ＢＭ除去装置２０においては、配線パターン溝１０４内部にＣｕ導電層１１０を囲むように残留するＢＭ層以外のＢＭ層１０５がＣＭＰ法により除去され、図９に示すように配線パターン溝１０４以外に堆積する部分のＢＭ層１０５は研磨され、基板Ｗの表面にはＢＭ層１０５、Ｃｕ導電層１１０と層間絶縁膜１０２が表面に露出した状態となる。

ここで、半導体装置Ａの製造工程においては、図９に示すように、Ｃｕ導電層１１０とＢＭ層１０５は基板Ｗ内において隣接して成膜されている。ここで、例えば純ＣｕであるＣｕ導電層１１０と、例えば純ＴｉであるＢＭ層１０５との間には、両金属間のイオン化傾向が異なることにより、両者間で電子の移動が生じ、いわゆる電池の状態となり、Ｃｕ配線１１５に腐食が生じてしまうこととなる。

加えて、上述したようにＣｕ除去装置１０およびＢＭ除去装置２０においてＣＭＰ法を用いた研磨が行われる場合、図２を参照して上述したように、基板Ｗを保持部材１５によって固定し、保持部材１５に基板Ｗを固定した状態で研磨剤を供給すると共に、基板Ｗをパッド１４に押し付けながら回転させることで研磨が行われる。このとき、基板Ｗとパッド１４との摩擦によって研磨が行われるため、基板Ｗには摩擦によって生じる静電気が帯電する。

基板Ｗに摩擦によって生じた静電気が帯電したままの状態では、Ｃｕ導電層１１０とＢＭ層１０５との間での電子の移動がさらに促進され、腐食が進行してしまう。さらに、ＣＭＰ法を用いた研磨を行った場合、研磨時に発生した残渣物や研磨剤（スラリー）等を洗浄する洗浄工程を行う必要があるが、その際に残渣物等を金属酸化物として洗浄処理するために酸を用いた洗浄液が用いられるため、上記Ｃｕ配線１１５の腐食は洗浄によってより促進されてしまう。

そこで、本実施の形態にかかる製造システムＳにおいては、製造工程中に基板Ｗに生じた電気や、ＣＭＰ法を用いて基板Ｗの研磨を行った際に、研磨時の摩擦によって基板Ｗに帯電する静電気等を取り除くために、Ｃｕ除去装置１０、ＢＭ除去装置２０において研磨処理された基板Ｗは、図３に示した例えばイオナイザーである除電装置３０に搬送され、除電装置３０に、帯電した基板Ｗを干渉させることで、基板Ｗの除電が行われる。なお、基板Ｗの除電を行う場合に、除電装置３０を基板Ｗの上方１００ｍｍ以内に配置し除電を行うことが好ましく、さらに好適には基板Ｗの上方３０ｍｍ以内に配置することが望ましい。また、除電装置３０として例えばイオナイザーを図３に例示して説明したが、これに限られるものではなく、基板Ｗの除電を行うことが可能な装置であればよい。除電装置３０としては、例えば軟Ｘ線照射装置や紫外線照射装置等が挙げられる。

続いて、除電された基板Ｗは洗浄装置４０に搬送される。Ｃｕ除去装置１０およびＢＭ除去装置２０において除去（研磨）されたＣｕやＢＭはスラリー状の残渣物として基板Ｗに付着した状態となり、また、研磨に用いられた研磨剤（スラリー）も基板Ｗに付着した状態で残る。そこで、洗浄装置４０においては、例えばクエン酸やシュウ酸等の酸を含む洗浄液を用いて上記残渣物やスラリーが洗浄され、基板Ｗが清浄化される。そして清浄化された基板Ｗは搬出口８を通じて製造システムＳの外部へ搬出される。このようにして、Ｃｕ配線への腐食の発生を抑制させたダマシン配線構造である半導体装置Ａが製造される。

以上説明したように、図１〜図４を参照して説明した製造システムＳにおいて、図５〜図７に説明した工程でもって作製されるＣｕ導電層１１０が表面全体に形成された基板Ｗに対し、図８に示した工程であるＣｕ導電層１１０の除去、図９に示した工程であるＢＭ層１０５の除去が行われ、配線パターン溝１０４の内部にＢＭ層１０５で囲まれた状態でＣｕ配線１１５が形成された半導体装置Ａが製造される。このとき、Ｃｕ導電層１１０およびＢＭ層１０５のＣＭＰ法による研磨・除去工程後、かつ、研磨・除去工程において発生した残渣物等の洗浄前において除電装置３０による除電工程が基板Ｗに対し行われる。

これら除電工程を行うことにより、Ｃｕ導電層１１０とＢＭ層１０５のイオン化傾向の差によって両金属膜（Ｃｕ導電層とＢＭ層）の間での電子の移動によって生じるＣｕ配線の腐食が抑制される。さらには、Ｃｕ配線１１５の腐食が、ＣＭＰ法による基板Ｗの静電気の帯電や、洗浄時に用いられる酸の基板Ｗへの付着によって促進されることを防止することができる。その結果、配線（Ｃｕ配線１１５）抵抗の上昇が抑制され、信頼性の担保された半導体装置を製造することが可能となる。

以上、本発明の実施の形態の一例を説明したが、本発明は図示の形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

以下、本発明の変形例にかかる製造システムＳ’について図面を参照して説明する。図１０は本発明の変形例にかかる製造システムＳ’を平面視で見た概略説明図である。なお、図１０および以下の説明において上記実施の形態にかかる製造システムＳと同様の構成要素については同一の符号を用いて示し、その説明については省略する。

図１０に示すように、製造システムＳ’において搬送経路Ｌ上には、その上流から下流に向かってＣＭＰ法によって基板Ｗの研磨を行うＣｕ除去装置１０、ＣＭＰ法によって仕上研磨を行うＣｕ仕上装置５０、例えばイオナイザーである除電装置６０、ＣＭＰ法による研磨によって発生したＣｕ残渣物等を洗浄するＣｕ洗浄装置７０、ＣＭＰ法によって研磨を行うＢＭ除去装置２０、除電装置３０およびＣＭＰ法による研磨によって発生したＢＭ残渣物等を洗浄する洗浄装置４０がこのような順序でもって設けられている。

即ち、本変形例は、上記実施の形態で説明したＣｕ除去装置１０によるＣｕ除去工程とＢＭ除去装置２０によるＢＭ除去工程との間に、Ｃｕ仕上装置５０によるＣｕ仕上工程、除電装置６０による除電工程およびＣｕ洗浄装置７０によるＣｕ洗浄工程を加えた構成となっている。そこで、以下では、上記実施の形態の説明において説明していないＣｕ仕上工程、Ｃｕ洗浄工程およびＣｕ仕上工程とＣｕ洗浄工程との間において行われる除電工程について説明する。なお、Ｃｕ仕上工程を行うＣｕ仕上装置５０の装置構成は上記図２を参照して説明したＣｕ除去装置と同様（ＣＭＰ法を用いた研磨装置）の構成であり、Ｃｕ洗浄工程を行うＣｕ洗浄装置７０の装置構成は上記図４を参照して説明した洗浄装置４０と同様の構成であり、除電装置６０の装置構成は、上記図３を参照して説明した除電装置３０と同様の構成であるため、その装置構成についての説明はここでは省略する。

図１０に示す製造システムＳ’においては、Ｃｕ除去装置１０においてＣｕ導電層１１０の除去が行われた基板Ｗは、Ｃｕ仕上装置５０に搬送され、再度ＣＭＰ法による基板Ｗの研磨が行われる。Ｃｕ仕上装置５０における基板Ｗの研磨は、Ｃｕ除去装置１０における研磨に比べより精密な条件でもって研磨が行われるように設定される。即ち、Ｃｕ除去装置１０における研磨の後に、Ｃｕ仕上装置５０におけるＣｕ仕上工程（仕上げ用研磨）を行うことで、配線パターン溝１０４にのみＣｕ導電層１１０（Ｃｕ配線１１５）が残り、配線パターン溝１０４が形成されている部分以外の層間絶縁膜１０２およびＢＭ層１０５の上面にＣｕ導電層１１０が全く残留していない基板Ｗが得られる。

次に、Ｃｕ仕上装置５０によって研磨された基板Ｗは、例えばイオナイザーである除電装置６０に搬送される。Ｃｕ除去装置１０、Ｃｕ仕上装置５０において用いられるＣＭＰ法とは、図２を参照して上述したように、基板Ｗを保持部材１５によって固定し、保持部材１５に基板Ｗを固定した状態で研磨剤（スラリー）を供給すると共に、基板Ｗをパッド１４に押し付けながら回転させることで、研磨を行う方法である。このとき、基板Ｗとパッド１４との摩擦によって研磨が行われるため、基板Ｗには摩擦によって生じる静電気が帯電する。そこで、Ｃｕ仕上装置５０において研磨処理された基板Ｗは、除電装置６０に搬送され、除電装置６０に帯電した基板Ｗを干渉させることで、基板Ｗの除電が行われる。

次いで、除電装置６０において除電された基板ＷはＣｕ洗浄装置７０に搬送される。Ｃｕ除去装置１０およびＣｕ仕上装置５０において除去（研磨）されたＣｕはスラリー状の残渣物として基板Ｗに付着した状態となる。そこで、Ｃｕ洗浄装置７０においては、例えばクエン酸やシュウ酸等の酸を含む洗浄液を用いて上記スラリー状の残渣物や研磨後に残る研磨剤（スラリー）等が洗浄され、基板Ｗが清浄化される。

Ｃｕ洗浄装置７０において清浄化された基板Ｗは、ＢＭ除去装置２０に搬送され、上記実施の形態と同様にＢＭ層１０５の除去（研磨）は行われる。そして、除電装置３０において基板Ｗの除電が行われた後、ＢＭ除去装置２０における研磨において発生したＢＭの残渣物や研磨後に残る研磨剤（スラリー）等が洗浄装置４０において洗浄され、清浄化された基板Ｗは搬出口８を通じて製造システムＳ’の外部へ搬出される。

以上、図１０を参照して説明した本発明の変形例にかかる製造システムＳ’においては、Ｃｕ除去工程後にＣｕ仕上工程を行っていることにより、配線溝１０４の内部に残留させるＣｕ（即ち、Ｃｕ配線１１５）以外のＣｕ導電層１１０の除去が極めて高精度でもって行われる。また、Ｃｕ除去工程およびＣｕ仕上工程の後に基板Ｗの除電工程・洗浄工程を行い、さらにＢＭ除去工程の後に基板Ｗの除電工程・洗浄工程を行うこととしており、ＣＭＰ法による基板Ｗへの静電気の帯電や、帯電した基板Ｗへの洗浄時に用いられる酸の付着などによるＣｕ配線１１５の腐食が効率的に防止される。これにより、配線抵抗の上昇が抑制され、信頼性の担保された半導体装置が得られる。

本発明の実施例として、Ｃｕ導電層が表面全体に形成された基板に対し、ＣＭＰ法によるＣｕ（Ｃｕ導電層）除去工程、Ｔｉ（ＢＭ層）除去工程および酸を含む洗浄液による洗浄工程を行った場合のＣｕ配線（比較例）と、Ｃｕ導電層が表面全体に形成された基板に対し、ＣＭＰ法によるＣｕ（Ｃｕ導電層）除去工程、純水洗浄工程、Ｔｉ（ＢＭ層）除去工程、Ｔｉ除去工程後の除電工程および酸を含む洗浄液による洗浄工程を行った場合のＣｕ配線（実施例）のそれぞれを電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察し、比較を行った。

図１１は、Ｃｕ導電層が表面全体に形成された基板に対し、ＣＭＰ法によるＣｕ（Ｃｕ導電層）除去工程、Ｔｉ（ＢＭ層）除去工程および酸を含む洗浄液による洗浄工程を行った場合のＣｕ配線（比較例）の観察結果である。
一方、図１２はＣｕ導電層が表面全体に形成された基板に対し、ＣＭＰ法によるＣｕ（Ｃｕ導電層）除去工程、純水洗浄工程、Ｔｉ（ＢＭ層）除去工程、Ｔｉ除去工程後の除電工程および酸を含む洗浄液による洗浄工程を行った場合のＣｕ配線（実施例）の観察結果である。このとき、前記除電工程はイオナイザーを用いて行い、イオナイザーは基板の上方３０ｍｍの位置に配置した。

図１１と図１２のＣｕ配線を比較した場合、特にＣｕ配線と周囲のＢＭ層との境界部分（界面）において、図９のＣｕ配線の方に顕著な腐食が観察された。即ち、Ｃｕ除去工程およびＢＭ除去工程後に除電工程を行うことで、Ｃｕ配線の腐食が抑制されたことが分かった。

本発明は、半導体装置の製造方法および半導体装置の製造システムに有用である。

７…搬入口
８…搬出口
１０…Ｃｕ除去装置
１１…回転台
１２…弾性体
１３…支持部材
１４…パッド
１５…保持部材
１７…押圧機構
２０…ＢＭ除去装置
３０…除電装置
３１…支持部材
３２…対向電極
３３…針状電極
３４…円孔
４０…洗浄装置
４１…支持部材
４１ａ…支持部
４１ｂ…柱部
４３…洗浄ブラシ対
４３ａ…上ブラシ
４３ｂ…下ブラシ
５０…Ｃｕ仕上装置
６０…除電装置
７０…Ｃｕ洗浄装置
１００…基板本体
１０２…層間絶縁膜
１０４…配線パターン溝
１０５…ＢＭ膜
１０７…Ｃｕめっきシード層
１１０…Ｃｕ導電層
１１５…Ｃｕ配線
Ａ…半導体装置
Ｓ、Ｓ’…製造システム
Ｌ…搬送経路
Ｗ…基板

Claims (15)

1. ダマシン配線構造を有する半導体装置の製造方法であって、
   基板上の層間絶縁膜に形成される配線パターン溝にバリアメタル膜およびＣｕ膜が形成された状態で、ケミカルメカニカルポリッシングによって配線パターン溝以外に堆積したＣｕを除去する工程と、
   配線パターン溝以外に堆積したバリアメタルをケミカルメカニカルポリッシングによって除去する工程と、
   前記バリアメタルを除去する工程後、除電する工程と、
   基板上に残るスラリーおよび残渣物を洗浄する工程と、を有する半導体装置の製造方法。
2. 前記Ｃｕを除去する工程後、前記Ｃｕ洗浄工程前に除電する工程と、前記Ｃｕを除去する工程後に基板上に残るスラリーおよび残渣物を洗浄するＣｕ洗浄工程と、を有する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記Ｃｕを除去する工程後、Ｃｕの仕上研磨を行う仕上工程を有する、請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記除電はイオナイザー、軟Ｘ線の照射または紫外線の照射によって行われる、請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
5. 除電において前記イオナイザーは基板の上方１００ｍｍ以内に配置される、請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
6. 除電において前記イオナイザーは基板の上方３０ｍｍ以内に配置される、請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記バリアメタルはＴｉ、ＴｉＮ、ＴｉとＴｉＮの合金のいずれかである、請求項１〜６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記層間絶縁膜はＣＦ膜である、請求項１〜７に記載の半導体装置の製造方法。
9. 基板上にダマシン配線構造が形成された半導体装置を製造する製造システムであって、
   基板搬送経路上に、
   基板上に形成されたＣｕ膜を除去するＣｕ除去装置と、
   基板上に堆積したバリアメタルを除去するバリアメタル除去装置と、
   バリアメタル除去後に除電を行う除電装置と、
   基板上に残るスラリーおよび残渣物を洗浄する洗浄装置と、を順に配置した製造システム。
10. Ｃｕ除去後、Ｃｕ洗浄前に除電を行う除電装置と、Ｃｕ除去後に残るスラリーおよび残渣物を洗浄するＣｕ洗浄装置と、を備える、請求項９に記載の製造システム。
11. Ｃｕ除去後に配線パターン溝以外に堆積されたＣｕの仕上研磨を行うＣｕ仕上装置を備える、請求項９または１０に記載の製造システム。
12. 前記除電装置は、イオナイザー、軟Ｘ線照射装置、紫外線照射装置のいずれかである、請求項９〜１１のいずれかに記載の製造システム。
13. 前記イオナイザーは基板搬送経路の上方１００ｍｍ以内に配置される、請求項１２に記載の製造システム。
14. 前記イオナイザーは基板搬送経路の上方３０ｍｍ以内に配置される、請求項１２に記載の製造システム。
15. 前記バリアメタルはＴｉ、ＴｉＮ、ＴｉとＴｉＮの合金のいずれかである、請求項９〜１４のいずれかに記載の製造システム。