JP4764604B2 - 半導体集積回路装置の製造方法 - Google Patents
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Description
(a)凹溝パターンが形成された第1の絶縁膜を有するウエハの第1の主面上に、銅を主成分とするメタル層を形成する工程と、
(b)前記第1の絶縁膜の表面上および前記凹溝外部の前記メタル層を、化学機械研磨法により除去する工程と、
(c)前記メタル層が除去された前記ウエハを、遮光構造にされた後洗浄処理部に移送する工程と、
(d)前記後洗浄処理部内において、前記ウエハの前記第1の主面に対して、アルカリ性または弱アルカリ性の薬液を用いて、スクラブまたはブラシ洗浄により後洗浄を施す工程と、
(e)前記後洗浄が施された前記ウエハの前記第1の主面をスピン乾燥させる工程と、
を含み、前記工程(b)から工程(e)までを枚葉方式で行うものである。
1.以下の工程を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法;
(a)半導体集積回路のパターンを有するウエハの第1主面上に、メタルを主な構成要素とするメタル層を形成する工程、
(b)前記メタル層が形成された前記ウエハの前記第1主面を化学的機械研磨法によって平坦化処理する工程、
(c)前記平坦化処理が施された前記ウエハの前記第1主面に防蝕処理を施す工程、
(d)前記防蝕処理が施された前記ウエハの前記第1主面を乾燥させないように、液体に浸漬または湿潤状態に保持する工程、
(e)前記湿潤状態に保持された前記ウエハの前記第1主面を後洗浄する工程。
2.前記第1項において、前記(c)工程の防蝕処理は、前記(b)工程で前記ウエハの前記第1主面に付着した研磨スラリを機械的洗浄によって除去する工程と、前記研磨スラリが除去された前記ウエハの前記第1主面のうち、前記メタル層の表面部分に保護膜を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
3.前記第2項において、前記保護膜は、疎水性保護膜であることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
4.前記第1項において、前記(e)工程の後洗浄は、前記(b)工程で前記ウエハの前記第1主面に付着した異物粒子を機械的洗浄によって除去する工程を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
5.以下の工程を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法;
(a)半導体集積回路のパターンを有するウエハの第1主面上に、銅を主要成分とするメタル層を形成する工程、
(b)前記メタル層が形成された前記ウエハの前記第1主面を化学的機械研磨法によって平坦化処理する工程、
(c)前記平坦化処理が施された前記ウエハの前記第1主面に防蝕処理を施す工程、
(d)前記防蝕処理が施された前記ウエハの前記第1主面を乾燥させないように、液体に浸漬または湿潤状態に保持する工程、
(e)前記湿潤状態に保持された前記ウエハの前記第1主面を後洗浄する工程。
6.以下の工程を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法;
(a)半導体集積回路のパターンを有するウエハの第1主面上に、メタルを主な構成要素とするメタル層を形成する工程、
(b)前記メタル層が形成された前記ウエハの前記第1主面を化学的機械研磨法によって平坦化処理する工程、
(c)前記平坦化処理が施された前記ウエハの前記第1主面に防蝕処理を施す工程、
(d)前記防蝕処理が施された前記ウエハの前記第1主面を乾燥させないように、遮光されたウエハ保管部において、液体に浸漬または湿潤状態に保持する工程。
7.前記第6項において、前記ウエハ保持部は、照度が500ルクス以下となるように遮光されていることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
8.前記第6項において、前記ウエハ保持部は、照度が300ルクス以下となるように遮光されていることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
9.以下の工程を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法;
(a)半導体集積回路のパターンを有するウエハの第1主面上に、メタルを主な構成要素とするメタル層を形成する工程、
(b)前記メタル層が形成された前記ウエハの前記第1主面を化学的機械研磨法によって平坦化処理する工程、
(c)前記平坦化処理の直後に、前記平坦化処理が施された前記ウエハの前記第1主面を乾燥させる工程。
10.以下の工程を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法;
(a)半導体集積回路のパターンを有するウエハの第1主面上に、メタルを主な構成要素とするメタル層を形成する工程、
(b)前記メタル層が形成された前記ウエハの前記第1主面を化学的機械研磨法によって平坦化処理する工程、
(c)前記平坦化処理が施された前記ウエハの前記第1主面を、遮光された後洗浄部において後洗浄する工程。
11.前記第10項において、前記(c)工程の後洗浄は、アルカリ性または弱アルカリ性の薬液の存在下で、前記ウエハの前記第1主面に機械的な摩擦を加えることによって、異物粒子を除去する工程を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
12.以下の工程を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法;
(a)半導体集積回路のパターンを有するウエハの第1主面上に、メタルを主な構成要素とするメタル層を形成する工程、
(b)前記メタル層が形成された前記ウエハの前記第1主面を化学的機械研磨法によって平坦化処理する工程、
(c)前記平坦化処理が施された前記ウエハの前記第1主面に防蝕処理を施す工程、
(d)前記防蝕処理が施された前記ウエハの前記第1主面を後洗浄する工程。
13.以下の工程を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法;
(a)半導体集積回路のパターンを有するウエハの第1主面上に、銅を主な構成要素とするメタル層を形成する工程、
(b)前記メタル層が形成された前記ウエハの前記第1主面を化学的機械研磨法によって平坦化処理する工程、
(c)前記平坦化処理が施された前記ウエハの前記第1主面に防蝕処理を施すことによって、平坦化された前記メタル層の表面に疎水性の保護膜を形成する工程。
14.以下の工程を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法;
(a)半導体集積回路のパターンを有するウエハの第1主面上に、メタルを主な構成要素とするメタル層を形成する工程、
(b)前記メタル層が形成された前記ウエハの前記第1主面を、枚葉処理による化学的機械研磨法によって平坦化処理する工程、
(c)前記平坦化処理が施された前記ウエハの前記第1主面を、遮光された後洗浄部において後洗浄する工程。
15.以下の工程を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法;
(a)半導体集積回路のパターンを有するウエハの第1主面上に、メタルを主な構成要素とするメタル層を形成する工程、
(b)前記メタル層が形成された前記ウエハの前記第1主面を、枚葉処理による化学的機械研磨法によって平坦化処理する工程、
(c)前記平坦化処理が施された前記ウエハの前記第1主面に防蝕処理を施す工程、
(d)前記防蝕処理が施された前記ウエハの前記第1主面を後洗浄する工程。
16.以下の工程を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法;
(a)半導体集積回路のパターンを有するウエハの第1主面上に、メタルを主な構成要素とするメタル層を形成する工程、
(b)前記メタル層が形成された前記ウエハの前記第1主面を化学的機械研磨法によって平坦化処理する工程、
(c)前記平坦化処理が施された前記ウエハの前記第1主面に防蝕処理を施す工程、
(d)前記防蝕処理が施された前記ウエハの前記第1主面を乾燥させないように、電気化学的腐蝕反応が実質的に進行しない程度の低温に保持されたウエハ保持部において、液体に浸漬または湿潤状態に保持する工程。
17.以下の工程を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法;
(a)半導体集積回路のパターンを有するウエハの第1主面上に、メタルを主な構成要素とするメタル層を形成する工程、
(b)前記メタル層が形成された前記ウエハの前記第1主面を化学的機械研磨法によって平坦化処理する工程、
(c)前記平坦化処理が施された前記ウエハの前記第1主面に防蝕処理を施すことによって、前記平坦化処理が施された前記メタル層の表面に保護膜を形成する工程。
18.前記第17項において、前記(c)工程の防蝕処理は、前記(b)工程で前記ウエハの前記第1主面に付着した酸化剤が実質的に作用しない条件下で行われることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
19.前記第17項において、前記保護膜は、疎水性保護膜であることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
20.以下の工程を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法;
(a)半導体集積回路のパターンを有するウエハの第1主面上に、メタルを主な構成要素とするメタル層を形成する工程、
(b)前記メタル層が形成された前記ウエハの前記第1主面を、枚葉処理による化学的機械研磨法によって平坦化処理する工程、
(c)前記平坦化処理が施された前記ウエハの前記第1主面に防蝕処理を施す工程、
(d)前記防蝕処理が施された前記ウエハの前記第1主面を乾燥させないように、液体に浸漬または湿潤状態に保持する工程、
(e)前記湿潤状態に保持された前記ウエハの前記第1主面を後洗浄する工程。
21.以下の工程を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法;
(a)半導体基板の主面に複数の半導体素子を形成する工程、
(b)前記複数の半導体素子の上部に絶縁膜を介してメタル層を形成する工程、
(c)前記メタル層を化学的機械研磨法によって平坦化処理することにより、前記複数の半導体素子と電気的に接続された複数のメタル配線を形成する工程、
(d)前記メタル配線の表面に防蝕処理を施す工程、
(e)前記防蝕処理が施された前記メタル配線の表面を乾燥させないように、液体に浸漬または湿潤状態に保持する工程、
(f)前記湿潤状態に保持された前記メタル配線の表面を後洗浄する工程。
22.前記第20項において、前記(d)工程の防蝕処理は、前記メタル配線の表面に付着した研磨スラリを機械的洗浄によって除去する工程と、前記研磨スラリが除去された前記メタル発明の表面に保護膜を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
23.前記第22項において、前記保護膜は、疎水性保護膜であることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
24.前記第20項において、前記複数の半導体素子はpn接合を含み、複数のメタル配線の一部は、前記pn接合の一方と電気的に接続され、前記複数のメタル配線の他の一部は、前記pn接合の他方と電気的に接続されていることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
25.前記第20項において、前記メタル配線は、メタルプラグを含んでいることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
26.前記第20項において、前記メタル層は、少なくとも銅を含んでいることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
27.前記第20項において、前記防蝕処理が施された前記メタル配線の表面を乾燥させないように、遮光されたウエハ保管部において、前記液体に浸漬または湿潤状態に保持することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
28.前記第27項において、前記ウエハ保持部は、照度が500ルクス以下となるように遮光されていることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
29.前記第27項において、前記ウエハ保持部は、照度が300ルクス以下となるように遮光されていることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
30.前記第27項において、前記ウエハ保持部は、照度が100ルクス以下となるように遮光されていることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
31.以下の工程を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法;
(a)半導体基板の主面に複数の半導体素子を形成する工程、
(b)前記複数の半導体素子の上部に絶縁膜を介してメタル層を形成する工程、
(c)前記メタル層を化学的機械研磨法によって平坦化処理することにより、前記複数の半導体素子と電気的に接続された複数のメタル配線を形成する工程、
(d)前記平坦化処理が施された前記メタル配線の表面を、遮光された後洗浄部において後洗浄する工程。
32.前記第31項において、前記メタル層は、少なくとも銅を含んでいることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
33.以下の工程を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法;
(a)半導体基板の主面に複数の半導体素子を形成する工程、
(b)前記複数の半導体素子の上部に絶縁膜を介してメタル層を形成する工程、
(c)前記メタル層を化学的機械研磨法によって平坦化処理することにより、前記複数の半導体素子と電気的に接続された複数のメタル配線を形成する工程、
(d)前記平坦化処理の直後に、前記平坦化処理が施された前記メタル配線の表面を乾燥させる工程。
34.前記第33項において、前記メタル層は、少なくとも銅を含んでいることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
メタルCMP:パターンが形成されたウエハの表面側を研磨液の化学作用と機械的研磨によって主にメタルなどからなる表面を平坦化すること(ダマシン、デュアルダマシンなど、浮遊砥粒を用いるもののほか、固定砥粒を用いるものも含む)。
直後:メタルCMPの工程において、研磨後ウエハ表面が自然に乾燥する前、または残留する酸化剤などでメタルが腐食される前。
前洗浄:研磨の際の酸化剤などの不所望な薬品をウエハ表面から除去することを一つの目的とする洗浄で、研磨の直後に行われるもの。
防食処理:上記前洗浄の下位工程において、メタルの表面に疎水性保護膜を形成する処理。
湿潤処理:純水などに浸漬、純水シャワーの供給またはその飽和雰囲気において乾燥を防止した状態で保持すること。
後洗浄:研磨の際の砥粒などの不所望なパーティクルをウエハ表面から除去することを一つの目的とする洗浄で、一般に表面が自然乾燥する前に行われるもの。
電気化学的腐食:ウエハのパターンを構成するメタル、pn接合、メタル、研磨液成分からなる閉回路の形成による電池作用に起因する上記メタルの腐食。
機械的洗浄:スクラブブラシなどで表面を摩擦して行う洗浄をいう。
本発明の一実施の形態であるMOS−LSIの製造方法を図1〜図11を用いて工程順に説明する。
図12は、本実施形態において、Cu配線の形成に用いる枚葉式のCMP装置100の概略図である。このCMP装置100は、表面にCu膜が形成されたウエハ1を複数枚収容するローダ120、Cu膜を研磨、平坦化して配線を形成する研磨処理部130、研磨が終了したウエハ1の表面に防蝕処理を施す防蝕処理部140、防蝕処理が終了したウエハ1を後洗浄するまでの間、その表面が乾燥しないように維持しておく浸漬処理部150、防蝕処理が終了したウエハ1を後洗浄する後洗浄処理部160および後洗浄が終了したウエハ1を複数枚収容するアンローダ170を備えており、前記実施の形態1と同様の手順に従って、研磨、防蝕、浸漬および後洗浄の各処理がウエハ1に対して施されるようになっている。
図13は、本実施形態において、Cu配線の形成に用いる枚葉式のCMP装置200の概略図である。このCMP装置200は、表面にCu膜が形成されたウエハ1を複数枚収容するローダ220、Cu膜を研磨、平坦化して配線を形成する研磨処理部230、研磨が終了したウエハ1の表面を乾燥させる乾燥処理部240、ウエハ1を後洗浄する後洗浄処理部250および後洗浄が終了したウエハ1を複数枚収容するアンローダ260を備えている。
2n n型ウエル
2p p型ウエル
3 フィールド酸化膜
4 ゲート酸化膜
5 ゲート電極
6 n型半導体領域(ソース、ドレイン)
7 p型半導体領域(ソース、ドレイン)
8 酸化シリコン膜
9、10 コンタクトホール
11〜16 W配線
17 層間絶縁膜
18〜21 スルーホール
22 プラグ
23 酸化シリコン膜
24〜26 凹溝
27 Cu膜
28〜30 Cu配線
31 層間絶縁膜
32〜34 スルーホール
35 プラグ
36 酸化シリコン膜
37〜39 凹溝
40〜42 Cu配線
43 パッシベーション膜
100 CMP装置
101 筐体
102 回転軸
103 モータ
104 研磨盤(プラテン)
105 研磨パッド
106 ウエハキャリア
106a 凹部
107 駆動軸
108 スラリ供給管
109 ドレッサ
110 駆動軸
120 ローダ
130 研磨処理部
140 防蝕処理部
150 浸漬処理部
160 後洗浄処理部
170 アンローダ
200 CMP装置
220 ローダ
230 研磨処理部
240 乾燥処理部
250 後洗浄処理部
260 アンローダ
S 研磨スラリ
Qn nチャネル型MISFET
Qp pチャネル型MISFET
Claims (18)
- 以下の工程を含む半導体集積回路装置の製造方法:
(a)凹溝パターンが形成された第1の絶縁膜を有するウエハの第1の主面上および前記凹溝パターン内に、銅または銅を主要成分とするメタル層を形成する工程;
(b)前記工程(a)の後、CMP装置内において、前記第1の主面に対して第1の防食剤を含む研磨スラリを使用して化学機械研磨を施すことにより、前記凹溝パターン内の前記メタル層を残すように、前記第1の絶縁膜を露出させる工程;
(c)前記研磨スラリを除去するため、前記ウエハの前記第1の主面を純水により前洗浄し、前記ウエハの前記第1の主面に付着している前記研磨スラリを希釈する工程と、前記ウエハの前記第1の主面を第2の防食剤により防食処理する工程;
(d)前記工程(c)の後、前記第1の絶縁膜が露出した前記ウエハの前記第1の主面を純水により湿潤状態として、前記CMP装置内において、100ルクス以下の照度に保たれるように遮光構造にされた部分を通って、前記第1の主面に前記研磨スラリが20%以下の濃度で付着している状態を有した前記ウエハを後洗浄処理部に移送する工程;
(e)前記後洗浄処理部内において、前記ウエハの前記第1の主面に残留している前記研磨スラリを除去するため、前記ウエハの前記第1の主面に対して、薬液または純水により、後洗浄を施す工程;
(f)前記後洗浄が施された前記ウエハの前記第1の主面を乾燥させる工程、
ここで、前記工程(b)から前記工程(f)は、枚葉処理方式で行われる。 - 請求項1記載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記湿潤状態は、シャワーを用いて行われる。
- 請求項1記載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記後洗浄は、ブラシ洗浄またはスクラブ洗浄により行われる。
- 請求項1記載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記後洗浄処理部は、100ルクス以下の照度に保たれた遮光構造にされている。
- 請求項4記載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記乾燥工程は、前記後洗浄処理部内において行われる。
- 請求項5記載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記後洗浄は、ブラシ洗浄またはスクラブ洗浄により行われる。
- 請求項6記載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記湿潤状態は、シャワーを用いて行われる。
- 請求項1記載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記工程(b)から前記工程(f)は、前記CMP装置内において、一貫処理され、
前記工程(e)における前記後洗浄では、前記ウエハの前記第1の主面から異物粒子の除去が更に行われる。 - 請求項8記載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記湿潤状態は、シャワーを用いて行われる。
- 請求項9記載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記後洗浄は、ブラシ洗浄またはスクラブ洗浄により行われる。
- 請求項10記載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記後洗浄処理部は、100ルクス以下の照度に保たれた遮光構造にされている。
- 請求項11記載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記乾燥工程は、前記後洗浄処理部内において行われる。
- 請求項12記載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記凹溝パターンに残された前記メタル層は、ダマシンまたはデュアルダマシンプロセスによる配線の一部を構成する。
- 請求項13記載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記工程(a)は、以下の下位工程を含む:
(g)前記凹溝パターンが形成された前記第1の絶縁膜を有する前記ウエハの前記第1の主面上に、前記銅を主要成分とする前記メタル層を、電気メッキにより形成する工程。 - 以下の工程を含む半導体集積回路装置の製造方法:
(a)ウエハの第1の主面上に絶縁膜を形成する工程;
(b)前記絶縁膜をパターニングすることによって、前記絶縁膜の上面に配線溝を形成する工程;
(c)前記絶縁膜上および前記配線溝内に、銅を主要な成分とする金属層を形成する工程;
(d)前記配線溝内の前記金属層を残すように、第1の防食剤を含む研磨スラリを使用した化学機械研磨により、前記配線溝外の前記金属層を除去する工程;
(e)前記研磨スラリを除去するため、前記ウエハの前記第1の主面を純水により前洗浄し、前記ウエハの前記第1の主面に付着している前記研磨スラリを希釈する工程と、前記ウエハの前記第1の主面を第2の防食剤により防食処理する工程;
(f)前記工程(e)の後、前記第1の主面に前記研磨スラリが20%以下の濃度で付着している状態を有した前記ウエハを枚葉処理装置の後洗浄部に移送する工程;
(g)前記工程(f)の後、前記ウエハの前記第1の主面に残留している前記研磨スラリを除去するため、前記ウエハの前記第1の主面に対して、薬液を用いて、スクラブまたはブラシ洗浄により後洗浄を実行する工程;
(h)前記ウエハの前記第1の主面を乾燥させる工程、
ここで、前記工程(d)から前記工程(h)は、前記枚葉処理装置内で行われ、前記枚葉処理装置は、その内部を100ルクス以下の照度に保つ遮光構造を有しており、
さらに、前記工程(f)は、以下の下位工程を含む:
(i)前記ウエハの前記第1の主面を、純水を用いた水シャワーにより、湿潤状態とする工程。 - 請求項15記載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記工程(d)において、前記配線溝内に残った前記金属層は、ダマシンまたはデュアルダマシン配線の金属配線である。
- 請求項16記載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記工程(e)は、前記配線溝内に残った前記金属層の腐蝕が実質的に進行する前に行われる。
- 請求項17記載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記工程(d)の終了から前記工程(f)の終了まで、前記ウエハの前記第1の主面は、湿潤状態とされている。
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