WO2006077730A1 - Ｃｍｐ研磨方法、ｃｍｐ研磨装置、及び半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

Ｃｍｐ研磨方法、ｃｍｐ研磨装置、及び半導体デバイスの製造方法 Download PDF

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WO2006077730A1
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cmp polishing
cleaning
substrate
polishing
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Syozo Takada
Hisanori Matsuo
Akira Ishikawa
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Nikon Corporation
National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology
Ebara Corporation
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    • C11D2111/22—

Definitions

  • a porous material (which is usually called a porous low-k material) that has been hydrophobized is used as an interlayer insulating film material for a semiconductor integrated circuit formed on a substrate.
  • CMP polishing method that removes wiring material and barrier metal, and CMP polishing device that can implement this CMP polishing method
  • the present invention relates to a semiconductor device manufacturing method using this CMP polishing method.
  • a trench is formed in the porous material (Si0 2) or Ranaru interlayer insulating film has been rendered hydrophobic and formed on a substrate, removing by CMP polished by embedding a copper wiring in the trench Indicates.
  • Fig. 8 (a) shows the state before CMP polishing of the copper wiring part.
  • An etching stopper 52 is formed on the lower wiring 51 and an interlayer insulating film 53 made of a hydrophobic porous material is formed thereon.
  • a cap film 54 is provided to prevent the slurry and the cleaning liquid containing the surfactant from flowing into the interlayer insulating film 53.
  • the film 54 is made of SiO 2 , SiO 2 C, SiC 3 or the like.
  • a diffusion prevention layer 5 5, which is a barrier metal, is provided on the cap film 5 4 and to cover the trench part from which the interlayer insulating film 53 is removed, and copper 5 6 serving as a wiring is formed thereon and in the trench part. Is embedded.
  • the diffusion preventing layer 55 prevents the copper 56 from diffusing into the interlayer insulating film 53, and has a two-layer structure of Ta and TaN.
  • the upper copper layer 56 and the diffusion prevention layer 55 are removed by CMP polishing, leaving only the copper portion 56 6 in the trench portion as shown in FIG. 8 (b). And after that, the surface is washed with a cleaning liquid containing a surfactant to wash away and remove slurry, polishing residues and metal contamination remaining on the surface.
  • the cap film 54 plays a role of preventing the cleaning liquid from entering the interlayer insulating film 53. After that, rinse with water and wash with running water to remove the cleaning solution containing the surfactant, and finally dry the substrate.
  • the cap film 54 is required to reduce the capacitance of this portion by reducing or eliminating the cap film 54. Even when the cap film 54 is omitted, the cap film 54 is formed in a mottled shape even when the cap film 54 is thinned, and a portion where the cap film 54 is not formed occurs depending on the location. Then, there is a problem that the cleaning liquid containing the slurry or the surfactant soaks into the porous interlayer insulating film 53.
  • the slurry soaked in the interlayer insulating film 53 and the cleaning liquid containing the surfactant are difficult to remove by subsequent cleaning with water. This is due to the fact that these contain organic substances and are not easily removed by washing with water, and the interlayer insulating film 53 has been subjected to a hydrophobic treatment.
  • This hydrophobization treatment allows moisture to penetrate the interlayer insulating film 53 in a later process. This process is performed by replacing the OH group formed at the terminal end of the porous SiO 2 constituting the interlayer insulating film 53 with a methyl group or the like. Disclosure of the invention
  • the present invention has been made in view of such circumstances.
  • the present invention provides a wiring material and a barrier.
  • the slurry and polishing residue remaining on the substrate surface are cleaned and removed with a cleaning solution containing a surface active agent, and then the organic material soaks into the interlayer insulating film.
  • CMP polishing method capable of efficiently removing the CMP
  • CMP polishing apparatus capable of performing the CMP polishing method
  • a first invention for achieving the above object is to provide a wiring material and a barrier metal for a semiconductor integrated circuit formed on a substrate using a hydrophobic porous material as an interlayer insulating film material. After performing CMP polishing for removing, the slurry and polishing residue remaining on the substrate surface are washed away with a cleaning liquid, and thereafter, the substrate surface contains an organic solvent or an organic solvent.
  • This CMP polishing method is characterized in that at least one of cleaning treatment with a solution and heating treatment is performed.
  • At least one of cleaning treatment with an organic solvent or a solution containing an organic solvent and heat treatment are performed.
  • organic substances that have penetrated into the interlayer insulating film can be efficiently washed and removed by washing with an organic solvent or a solution containing an organic solvent.
  • a solution containing an organic solvent is used for washing, the effect is reduced when the concentration of the organic solvent is low.
  • the organic material soaked into the interlayer insulating film can be thermally decomposed and removed as a gas by heat treatment. In this case, the heating temperature needs to be equal to or higher than the temperature at which the organic material soaked in the interlayer insulating film is thermally decomposed.
  • the substrate wet by the washing can be dried at the same time by performing the heat treatment later.
  • the heat treatment can be substituted.
  • the substrate pre-beta treatment corresponds to the heat treatment in the claims. .
  • the cleaning liquid preferably contains a surfactant.
  • the second invention for achieving the object is the first invention, wherein the organic solvent includes alcohols, aldehydes, ketones, esters, ethers, amides, polyvalents.
  • the alcohol and its derivatives, nitrogen-containing organic compounds, hydrocarbons, halogenated hydrocarbons, and fluorine compounds containing at least one kind of organic solvent are used.
  • organic solvents alcohols, aldehydes, ketones, Esters, ethers, ethers, polyhydric alcohols and derivatives thereof, and nitrogen-containing organic compounds are particularly preferred as organic solvents for washing because they dissolve both water and organic substances.
  • organic solvents hydrocarbons, halogenated hydrocarbons, and fluorine compounds are particularly preferable as organic substances for removing organic substances because of the high solubility of organic substances.
  • a third invention for achieving the object is the first invention, wherein the heat treatment is a reduced pressure heat treatment.
  • Copper wiring is exposed on the surface of the substrate, which can be oxidized during the heat treatment. Therefore, in order to prevent copper oxidation, it is preferable to employ a reduced pressure heat treatment as the heat treatment.
  • a fourth invention for achieving the above object is the first invention, characterized in that the substrate is placed in an inert gas during the heat treatment.
  • the substrate in order to prevent copper oxidation accompanying the heat treatment, it is more preferable to place the substrate in an inert gas such as N 2 , Ar, or He gas during the heat treatment.
  • an inert gas such as N 2 , Ar, or He gas
  • a fifth invention for achieving the above object is to perform cleaning with a solution containing an organic solvent or an organic solvent on a substrate which has been subjected to CMP polishing, and the slurry and polishing residue remaining on the surface have been cleaned and removed with a cleaning solution.
  • a CMP polishing apparatus having a cleaning processing apparatus for processing.
  • CMP operation until cleaning with a cleaning liquid
  • cleaning processing with an organic solvent or a solution containing an organic solvent are performed in a series of steps. It can be carried out.
  • a sixth invention for achieving the above object is characterized by comprising a heat treatment apparatus for heat-treating a substrate which has been subjected to CMP polishing and the slurry and polishing residue remaining on the surface being cleaned and removed with a cleaning liquid.
  • CMP polishing equipment The
  • the heat treatment apparatus is attached to the CMP polishing apparatus, the CMP operation (up to cleaning with the cleaning liquid) and the heat treatment can be performed in a series of steps.
  • a substrate which has been subjected to CMP polishing and has the slurry and polishing residue remaining on the surface cleaned and removed with a cleaning solution, is cleaned with a solution containing an organic solvent or an organic solvent.
  • a CMP polishing apparatus comprising: a cleaning / removing apparatus for processing; and a heat processing apparatus for heat-processing the substrate.
  • the cleaning apparatus and the heat treatment apparatus are attached to the CMP polishing apparatus, the CMP operation (until cleaning with the cleaning liquid), the cleaning process with the organic solvent or the solution containing the organic solvent, and the heating Processing can be performed in a series of steps.
  • An eighth invention for achieving the above object has a step of removing a wiring material and a barrier metal using the CMP polishing method according to any one of the first to fourth inventions.
  • FIG. 1 is a diagram showing an outline of a substrate to which a CMP polishing method according to an embodiment of the present invention is applied, and shows a state where CMP polishing is completed.
  • FIG. 2 is a diagram showing an outline of the CMP polishing apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing a process of the semiconductor device manufacturing method according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 shows the leakage current density of the substrate in Example A.
  • FIG. 5 is a diagram showing the leakage current density of the substrate in Example B.
  • Figure 6 shows the relationship between the ethanol concentration and the substrate leakage current density.
  • Figure 7 shows the relationship between the ethanol concentration and the substrate leakage current density.
  • Fig. 8 shows the process of forming a trench on an interlayer insulating film made of a hydrophobic porous chamber material formed on a substrate, and removing the copper wiring embedded in the trench by CMP polishing.
  • FIG. 1 is a diagram showing an outline of a substrate to which a CMP polishing method according to an embodiment of the present invention is applied, and shows a state in which CMP polishing is completed.
  • FIGS. 1 (a) etching scan stopper 2 on the lower layer wiring 1 is formed, the interlayer insulating film 3 made of a hydrophobized porous substance (Si_ ⁇ 2) is formed thereon.
  • a cap film 4 is provided on the interlayer insulating film 3.
  • the cap film 4 is formed of Si 0 2 , SiO C, Si C, or the like.
  • a diffusion prevention layer 5 is provided so as to cover the trench portion from which the interlayer insulating film 3 has been removed, and copper 6 serving as a wiring is embedded in the trench portion.
  • the diffusion prevention layer 5 has a two-layer structure of Ta and TaN. This structure is basically the same as that shown in Fig. 8 (b). However, since the cap film 4 is thin (about 20 nm), the cap film 4 completely covers the surface of the interlayer insulating film 3. There is a portion where the interlayer insulating film 3 is exposed in some places.
  • Figure 1 (b) What is shown is different from that shown in FIG. 1 (a) only in that the cap film 4 is not formed.
  • the organic matter in the polishing slurry has penetrated into the interlayer insulating film 3.
  • These substrates are washed with a cleaning solution containing a surfactant in the same manner as in the past to remove residual slurry and polishing residues. Then, organic substances in the cleaning liquid containing the surfactant soak into the interlayer insulating film 3.
  • the interlayer insulating film 3 has been subjected to a hydrophobizing treatment, the hydrophobicity is weakened by the action of the surfactant, so that organic substances are particularly likely to penetrate into the interlayer insulating film 3 in this process.
  • the substrate is washed with an organic solvent or a solution containing the organic solvent, and the organic substance soaked into the interlayer insulating film 3 is removed by washing. .
  • the interlayer insulating film 3 has been subjected to a hydrophobic treatment, since it is an organic solvent, it can be penetrated into the interlayer insulating film 3 without being affected by it, and the organic matter can be dissolved and removed by washing.
  • the substrate is dried, and the organic solvent adhering to the surface or the solution containing the organic solvent is removed.
  • spin drying or heating to some extent may be performed, but drying may be performed by blowing nitrogen gas. You can do heating and gas blowing at the same time.
  • organic solvents examples include alcohols such as probe alcohol, isopropyl / leanoreconole, ethanol and 1-pronole.
  • Alcohols such as probe alcohol, isopropyl / leanoreconole, ethanol and 1-pronole.
  • Nonole, methanol, 1 hexanol, etc. aldehydes such as acetyl aldehyde, ketones such as acetone, diacetone alcohol, methyl ethyl ketone, etc., esters such as ethyl formate, propyl formate, ethyl acetate, acetic acid Methyl, methyl lactate, butyl lactate, etyl lactate, etc.
  • ethers are sulfoxides such as dimethyl sulfoxide, tetrahydrofuran, dioxane, diglyme, etc.
  • Amides are N, N-dimethylformamide, dimethyl imid
  • Polyhydric alcohols and their derivatives such as dazolidinone and N-methylpyrrolidone are ethylene glycol, glycerin, diethylene glycol, diethylene dallic monomethyl ether, etc.
  • examples thereof include organic solvents that dissolve both water and organic substances, such as min, imidazole, and dimethylamine.
  • hydrocarbons include mesitylene, pentane, hexane, octane, benzene, tonoleene, xylene, and jetinolebenzene, S, and nonogenated hydrocarbons include methylene chloride, methyl chloride, and carbon tetrachloride.
  • the fluorine compound include organic solvents such as trifluoroethanol and hexafluorobenzene, which have high organic solubility.
  • the boiling point is preferably 300 ° C. or lower, and more preferably 200 ° C. or lower.
  • the substrate may be washed with a solution containing a surfactant and then washed with water, as in the conventional method.
  • the substrate in the state shown in FIG. 1 is washed with an organic solvent or a solution containing an organic solvent and then subjected to heat treatment as in the conventional case.
  • the organic matter soaked into the interlayer insulating film 3 is thermally decomposed and removed. That is, by heating the substrate at a temperature higher than the thermal decomposition temperature of the organic substance soaked into the interlayer insulating film 3, these organic substances are thermally decomposed.
  • a higher pyrolysis temperature is more efficient, but it must be below the temperature that does not impede the function of the semiconductor device. The temperature is 400 ° C or less.
  • the difference between the heat treatment and the heating for drying described above is that the heat treatment heats up to a temperature at which decomposition of the organic matter occurs, but the heat by drying does not heat up to such a high temperature, but the organic solvent or organic solvent. It is a point which only evaporates the solution containing a medium.
  • heating under reduced pressure may be performed in an inert gas.
  • the substrate may be washed with a solution containing a surfactant and then washed with water as in the conventional method, and then the heat treatment may be performed.
  • this pre-bake process may be used as a heat treatment.
  • the CMP polishing apparatus includes a polishing unit 1 1, an abrasive metal contamination cleaning unit 1 2, an organic solvent cleaning unit 1 3, a wafer heat treatment unit 1 4, a first transport unit 15, and a second transport unit. It consists of 16 and each part is separated by a partition.
  • the polishing unit 11 is provided with a CMP polishing mechanism including a polishing table 1 15 and a polishing head 1 14 that holds the semiconductor wafer and presses it against the polishing table.
  • the polishing table 1 1 5 is connected to a motor and a polishing cloth is pasted on the upper surface thereof.
  • the polishing head 1 14 is equipped with a motor for rotation and a cylinder for raising and lowering, and can be raised and lowered and can be rotated around its axis.
  • Abrasive liquid containing abrasive is supplied onto the polishing table 1 1 5 from the slurry supply nozzle 1 1 6. Yes.
  • the semiconductor wafer is supplied to the polishing mechanism by taking out the semiconductor wafer placed on the wafer cassette 17 by the wafer transfer robot 15 1 and passing it to the first temporary placement table 1 1 1, which includes a wafer reversing mechanism. Invert the semiconductor wafer with the wafer transfer robot 1 1 2 and pass it to the second temporary table 1 1 3 with the polishing surface facing down. Thereafter, the polishing head 1 1 4 is rotated, and the semiconductor wafer is transferred to the polishing head.
  • the semiconductor wafer held by the polishing head 1 1 4 and polished against the polishing table 1 1 5 is polished on the second temporary placement table 1 1 while being held on the polishing head 1 1 4 after polishing. It is conveyed up to 3. Then, the semiconductor wafer is detached from the polishing head 1 1 4 and placed on the second temporary placing table 1 1 3. Next, the wafer is transferred to the abrasive metal contamination cleaning unit 12 after being reversed by the wafer transfer robot 16 1 having the wafer reversing mechanism.
  • the abrasive metal contamination cleaning unit 1 2 includes an abrasive metal contamination cleaning chamber 1 2 1 for cleaning semiconductor wafer abrasive metal contamination and a spin drying chamber 1 2 4 for rinsing and drying semiconductor wafers. Yes.
  • the abrasive metal contamination cleaning chamber 1 2 1 while holding the outer periphery of the semiconductor wafer and rotating it, while cleaning liquid is supplied from the cleaning chemical supply nozzle 1 2 2 a, the sponge roller 1 2 3 is pressed and cleaned. I do.
  • the semiconductor wafer after the abrasive metal contamination cleaning is transferred to the spin drying chamber 1 2 4 by the wafer transfer robot 16 1.
  • the spin drying chamber 1 2 4 while holding and rotating the outer periphery of the semiconductor wafer, pure water is supplied from the rinsing liquid supply nozzle 1 2 2 b to perform rinsing, and then the semiconductor wafer is rotated at high speed. Perform spin drying.
  • the semiconductor wafer that has been subjected to the cleaning and drying of the abrasive metal contamination is again transferred to the organic solvent cleaning section 13 by the wafer transfer robot 16 1.
  • Organic solvent washing unit 1 3 is provided with an organic solvent washing chamber one 1 3 1 for organic solvent washing of a semiconductor wafer, a spin drying Cham one 1 3 4 for drying the semiconductor wafer.
  • the organic solvent cleaning chamber 1 3 1 while holding the outer periphery of the semiconductor wafer and rotating, while supplying the organic solvent from the organic solvent liquid supply nozzle 1 3 2 a, press the sponge roller 1 3 3 for cleaning I do.
  • the semiconductor wafer after the organic solvent cleaning is transferred to the spin drying chamber 1 3 4 by the wafer transfer robot 16 1.
  • the organic solvent liquid supply nozzle 1 3 2 b supplies an organic solvent for rinsing, and then rinses. Spin drying by rotating the semiconductor wafer at high speed.
  • the semiconductor wafers that have been cleaned and dried with the organic solvent are again transferred to the wafer heat treatment unit 14 by the wafer transfer robot, 16 1.
  • Wafer heat treatment unit 1 4 introduces inert gas into heating mechanism 1 4 2 for heating semiconductor wafer, exhaust line 1 4 3 for exhausting wafer heating chamber 1 4 1, and wafer heating chamber 1 4 1 It consists of a wafer heating chamber 1 4 1 equipped with a gas introduction line 1 4 4.
  • the wafer heating chamber 14 1 the wafer is transferred to and held on the wafer holder by the wafer transfer robot 1 6 1, then the wafer heating chamber 1 4 1 is closed, and the wafer is heated by the vacuum pump via the exhaust line 1 4 3. Reduce the pressure in the chamber 1 4 1.
  • an inert gas is introduced into the wafer heating chamber 1 4 1 through the gas introduction line 1 4 4, and the semiconductor wafer is heated by the heating mechanism 1 4 2.
  • the semiconductor wafer that has been subjected to the heat treatment is again stored in the wafer cassette 17 by the wafer transfer robot 15 1.
  • FIG. 3 shows a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
  • the semiconductor manufacturing process is started, first, in step S 2 0 0 ⁇ , the next step S 2 0; Select an appropriate process from S 2 0 4 and proceed to any step.
  • step S 2 0 1 is an oxidation process for oxidizing the surface of the wafer.
  • Step S 2 02 is a C V D process for forming an insulating film or a dielectric film on the wafer surface by C V D or the like.
  • Step S 203 is an electrode forming process for forming electrodes on the wafer by vapor deposition or the like.
  • Step S 2 0 4 is an ion implantation process for implanting ions into the wafer.
  • Step S 2 0 5 is a CMP process.
  • planarization of an interlayer insulating film, polishing of a metal film on the surface of a semiconductor device, formation of a damascene by polishing of a dielectric film, and the like are performed by the polishing apparatus according to the present invention.
  • Step S 2 0 6 is about the same as photolithographer.
  • the resist is applied to the wafer, the circuit pattern is printed on the wafer by exposure using an exposure apparatus, and the exposed wafer is developed. Further, in the next step S 2 07, the portion other than the developed resist image is etched. This is an etching process that removes resist that is no longer needed after etching.
  • step S 2 0 8 it is determined whether all necessary processes have been completed. If not, the process returns to step S 2 0 0 and the previous step is repeated to form a circuit pattern on the wafer. Is done. If it is determined in step S 2 0 8 that all processes have been completed, the process ends.
  • the CMP polishing method according to the present invention since the CMP polishing method according to the present invention is used in the CMP process, the leakage current density between wirings can be reduced, and a semiconductor device with higher performance can be manufactured. Can do.
  • Hydroxide containing a surfactant which is commonly referred to as a particle contamination removal cleaning solution for post-CMP cleaning of a substrate having an interlayer insulating film 3 using a non-periodic silica film as a hydrophobic porous material
  • the slurry and polishing residue were removed by immersion in an aqueous solution of trimethylammonium for 1 minute. Thereafter, the following processing was performed.
  • the substrate was immersed in an ethanol solution, which is a solution containing an organic solvent, for 8 minutes to remove the organic matter that had entered the interlayer insulating film 3, and then the substrate surface was dried by dry nitrogen gas blowing.
  • an ethanol solution which is a solution containing an organic solvent
  • the substrate was immersed in an ethanol solution, which is a solution containing an organic solvent, for 8 minutes to remove the organic matter that had entered the interlayer insulating film 3, and then the substrate surface was dried by dry nitrogen gas blowing. After that, it was placed in a 665 Pa He atmosphere and heat-treated at 380 ° C. for 5 minutes.
  • an ethanol solution which is a solution containing an organic solvent
  • the substrate was cleaned by immersing it in pure water for 8 minutes, and then the substrate surface was dried with a dry nitrogen gas process (the same method as the conventional method).
  • FIG. 4 shows the leakage current density when a 1 MVZcm electric field is applied to the substrates obtained by the processing of each example and comparative example.
  • the reference (Ref. L) is the leakage current density after immersion in CMP polishing and before immersion in a trimethylammonium hydroxide aqueous solution containing a surfactant.
  • Example A In the state where there is a reference, although the leakage current density is suppressed et resulting et low, in Comparative Example A, the leakage current density is increased to the extent 10- 7 [A / cm 2] . This is because the organic substance in the aqueous solution of trimethylammonium hydroxide containing the surfactant soaked into the porous interlayer insulating film.
  • Example A 1 in the embodiment A 2, becomes leakage current density is 10- 8 [A Zcm 2] degrees, which is about 1 Z 1 0 Comparative Example. Further, in Example A 3, the leakage current becomes 10- 9 [A / cm 2] degree, is improved to about 1/100 of the comparative example.
  • a substrate having an interlayer insulating film 3 using a silica film having a periodic structure as a hydrophobicized porous material is generally referred to as a particle contamination removing cleaning liquid for post-CMP cleaning, and includes a surfactant.
  • Trimethylammonium hydroxide The slurry and polishing residue were removed by immersing in an aqueous solution of nitrogen for 1 minute. After that, the following processing was performed.
  • Example B 1 Same treatment as Example A 1
  • Example B 2 Same treatment as Example A 2
  • Example B 3 Same treatment as Example A 3
  • FIG. 5 shows the leakage current density when applying an electric field of 1 MV / cm 2 on the substrates obtained by the processing of each example and comparative example.
  • the reference (Ref. 2) is the leakage current density after the CMP polishing and before being immersed in a trimethylammonium hydroxide aqueous solution containing a surfactant.
  • Example B l in Examples B 2, becomes leakage current density is 10- 7 [A / cm 2] degrees, which is about 1Z10 comparative example. Further, in the actual ⁇ Example B 3, the leakage current becomes 10- 9 [A / cm 2] degree, is improved to about 1 Z1000 comparative example.
  • Fig. 6 shows the results when a non-periodic silica film is used as the interlayer insulating film 3
  • Fig. 7 shows the results when a periodic structure siri-force film is used.
  • the reference and comparative examples are the same as in Examples A and B.
  • Fig. 6 in the case of an ethanol solution, if the concentration is 50% or more, the leakage current is 1 no. Can be said to be effective.

Description

CMP研磨方法、 CMP研磨装置、 及び半導体デバイスの製造方法 技術分野
本発明は、 基板上に形成される半導体集積回路の層間絶縁膜材料とし て疎水化された多孔質物質 （通明常ポーラス low-k材料と呼ばれる） を用 いたものに対して、 CM P研磨により配線材料及びバリア金属を除去す る CM P研磨方法、 及ぴこの C MP研磨方法を実施可能な CM P研磨装 書
置、 さらには、 この CMP研磨方法を用いた半導体デバイスの製造方法 に関するものである。 背景技術
半導体デバイスの低消費電力化およぴ髙速化の要求から、 層間絶縁膜 として低誘電率材料 (low-k材料）の導入が検討されている。 また、 高集積 化及びチップサイズの縮小化に伴い、 配線の微細化及び多層配線化の要 求から、 CMP (Chemical Mechanical Polishing)法による平坦化、 ダマ シンプロセスによる配線形成が必須の工程となっている。
図 8に、 基板の上に形成された疎水化された多孔質物質 （Si02 ) か らなる層間絶縁膜にトレンチを形成し、 トレンチ内に銅配線を埋め込ん だものを CMP研磨により除去する工程を示す。
図 8 ( a ) は、 銅配線部を CMP研磨する前の状態を示している。 下 層配線 5 1の上にエッチングス トッパ 5 2が形成され、 その上に疎水化 された多孔質物質からなる層間絶縁膜 5 3が形成されている。 層間絶縁 膜 5 3の上には、 層間絶縁膜 5 3へのスラリーや、 界面活性剤を含む洗 浄液の流入を防止するためのキヤップ膜 5 4が設けられている、 キヤッ プ膜 5 4は、 SiO 2 、 SiO C、 Si C等により形成されている。 キャップ 膜 5 4の上及び層間絶縁膜 5 3が除去されたトレンチ部を覆うようにバ リァ金属である拡散防止層 5 5が設けられ、 その上及び前記トレンチ部 中に配線となる銅 5 6が埋め込まれている。 拡散防止層 5 5は、 銅 5 6 が層間絶縁膜 5 3中に拡散するのを防止するものであり、 Ta と TaNの 2層構造から成り立つている。
図 8 ( a ) に示す状態から、 C M P研磨により上層部の銅 5 6と拡散 防止層 5 5を除去し、 図 8 ( b ) に示すように前記トレンチ部の銅 5 6 のみを残して配線とする。 その後、 表面を界面活性剤を含む洗浄液で洗 浄することにより、 表面に残留するスラリーや研磨残留物、 金属汚染を 洗浄して除去する。 この際、 キャップ膜 5 4は、 層間絶縁膜 5 3中に洗 浄液が入り込むのを防止する役割を果たしている。 その後、 水によるリ ンスゃ流水による洗浄を行って界面活性剤を含む洗浄液を除去し、 最後 に基板を乾燥させる。
しかしながら、 半導体デバイスのさらなる高速動作や低消費電力化の ためには、 キャップ膜 5 4を薄く したり無く したり して、 この部分の静 電容量を小さくすることが要求されている。 キヤップ膜 5 4を無く した 場合は勿論、薄く した場合でも、キャップ膜 5 4がまだら状に形成され、 場所によりキャップ膜 5 4が形成されない部分が発生する。 すると、 ス ラリーや、 界面活性剤を含む洗浄液が、 多孔質である層間絶縁膜 5 3中 に染み込むという問題がある。
層間絶縁膜 5 3中に染み込んだスラリーや、 界面活性剤を含む洗浄液 は、 その後に行われる水による洗浄では取り除く ことが困難である。 そ れは、 これらが有機物を含み、 水による洗浄では除去しにくいばかりで なく、層間絶縁膜 5 3が疎水化処理を受けていることによるものである。 この疎水化処理は、 後の工程において、 層間絶縁膜 5 3に水分が染み込 まないようにするための処理であり、 層間絶縁膜 5 3を構成する多孔質 Si 0 2 の終端部に形成される O H基をメチル基等により置き換えること により行われる。 発明の開示
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、 基板上に形成され る半導体集積回路の層間絶縁膜材料として疎水化された多孔質物質を用 いたものに対して、 配線材料及ぴバリァ金属を除去するための C M P研 磨を行った後、 前記基板表面上に残留するスラリ一及び研磨残留物を界 面活性剤を含む洗浄液で洗浄除去した後に、 層間絶縁膜に染み込んだ有 機物質を効率的に除去することが可能な C M P研磨方法、 及びこの C M P研磨方法を実施可能な C M P研磨装置、 さらには、 この C M P研磨方 法を用いた半導体デバイスの製造方法を提供することを目的とする。 前記目的を達成するための第 1の発明は、 基板上に形成される半導体 集積回路の層間絶縁膜材料として疎水化された多孔質物質を用いたもの に対して、 配線材料及ぴバリァ金属を除去するための C M P研磨を行つ た後、 前記基板表面上に残留するスラリー及び研磨残留物を洗浄液で洗 浄除去し、 さらに、 その後、 前記基板表面に対して、 有機溶媒又は有機 溶媒を含んだ溶液による洗浄処理、 及び加熱処理の少なく とも一方を行 うことを特徴とする C M P研磨方法である。
本発明においては、 有機溶媒又は有機溶媒を含んだ溶液による洗浄処 理、 及ぴ加熱処理の少なく とも一方を行っている。 後に実施例で示すよ うに、 有機溶媒、 又は有機溶媒を含んだ溶液による洗浄を行うことによ り、 層間絶縁膜に染み込んだ有機物質を効率的に洗浄除去することが可 能となる。 有機溶媒を含んだ溶液を洗浄に用いる場合には、 有機溶媒の 濃度が低いと効果が小さくなるが、 どの程度の濃度以上にすればよいか は、有機溶媒を含んだ溶液の種類に応じて、適宜決定することができる。 又、 加熱処理により、 層間絶縁膜に染み込んだ有機物質を熱分解し、 気体として除去することができる。 この場合、 加熱温度は、 層間絶縁膜 に染み込んだ有機物質が熱分解する温度以上にする必要があるが、 その 温度は適宜決定することができ、 高い方が効率がよい。
しかし、 形成される半導体デバイスの性能に影響を与えない温度以下 とする必要がある。
なお、 有機溶媒、 又は有機溶媒を含んだ溶液による洗浄と加熱処理の 両方を行う場合は、 加熱処理を後に行うことにより、 洗浄によって濡れ た基板の乾燥を同時に行うことができる。 又、 加熱処理は、 後工程で基 板のプリベータ処理が行われる場合は、これにより代用することもでき、 この場合は、 基板のプリベータ処理が特許請求の範囲の加熱処理に相当 するものとなる。
又、 有機溶媒又は有機溶媒を含んだ溶液による洗浄処理の前、 加熱処 理だけを行う場合は加熱処理の前に、 従来と同じように、 基板表面上に 残留するスラリー及び研磨残留物を洗浄液で洗浄除去した後に、 水によ る洗浄を行うようにしてもよく、 このような場合も特許請求の範囲に含 まれる。 この場合、 洗浄液としては界面活性剤を含むものであることが 好ましい。
前記目的を達成するための第 2の発明は、 前記第 1の発明であって、 前記有機溶媒として、 アルコール類、 アルデヒ ド類、 ケトン類、 エステ ル類、 エーテル類、 アミ ド類、 多価アルコール及びその誘導体類、 含窒 素有機化合物、 炭化水素、 ハロゲン化炭化水素、 フッ素化合物のうち少 なく とも 1種類の有機溶媒を含んだものを用いることを特徴とするもの である。 '
これらの有機溶媒のうち、 アルコール類、 アルデヒ ド類、 ケトン類、 エステル類、エーテル類、了ミ ド類、多価アルコール及びその誘導体類、 含窒素有機化合物は、 水及び有機物の両方を溶解するので、 洗浄用の有 機溶媒として特に好ましい。 又、 これらの有機溶媒のうち、 炭化水素、 ハロゲン化炭化水素、 フッ素化合物は、 有機物の溶解度が高いので、 有 機物除去用の有機物質として特に好ましい。
前記目的を達成するための第 3の発明は、 前記第 1の発明であって前 記加熱処理が減圧加熱処理であることを特徴とするものである。
基板の表面には銅の配線がむき出しとなっており、 これらが加熱処理 の際に酸化される恐れがある。 よって、 銅の酸化を防止するために、 加 熱処理として減圧加熱処理を採用することが好ましい。
前記目的を達成するための第 4の発明は、 前記第 1の発明であって、 前記加熱処理に際し、 前記基板を不活性ガス中に置く ことを特徴とする ものである。
前述のように、 加熱処理に伴う銅の酸化を防止するためには、 加熱処 理に際し、 基板を N 2 や、 Ar、 He ガス等の不活性ガス中に置く ことが さらに好ましい。
前記目的を達成するための第 5の発明は、 C M P研磨され、 表面上に 残留するスラリ一及び研磨残留物を洗浄液で洗浄除去された基板を、 有 機溶媒又は有機溶媒を含んだ溶液による洗浄処理する洗浄処理装置を有 することを特徴とする C M P研磨装置である。
本発明においては、 C M P研磨装置に洗浄処理装置が付属しているの で、 C M Pの動作 （洗浄液での洗浄まで） と、 有機溶媒又は有機溶媒を 含んだ溶液による洗浄処理とを一連の工程で行うことができる。
前記目的を達成するための第 6の発明は、 C M P研磨され、 表面上に 残留するスラリー及び研磨残留物を洗浄液で洗浄除去された基板を、 加 熱処理する加熱処理装置を有することを特徴とする C M P研磨装置であ る。
本発明においては、 CMP研磨装置に加熱処理装置が付属しているの で、 CMPの動作 （洗浄液での洗浄まで） と、 加熱処理とを一連の工程 で行うことができる。
前記目的を達成するための第 7の発明は、 CMP研磨され、 表面上に 残留するスラリー及ぴ研磨残留物を洗浄液で洗浄除去された基板を、 有 機溶媒又は有機溶媒を含んだ溶液による洗浄処理する洗浄除去装置と、 前記基板を加熱処理する加熱処理装置とを有することを特徴とする CM P研磨装置である。
本発明においては、 CMP研磨装置に洗浄処理装置と加熱処理装置が 付属しているので、 CMPの動作 （洗浄液での洗浄まで） と、 有機溶媒 又は有機溶媒を含んだ溶液による洗浄処理と、 加熱処理とを一連の工程 で行うことができる。
前記目的を達成するための第 8の発明は、 前記第 1の発明から第 4の 発明のいずれかの CMP研磨方法を用いて、 配線材料及びバリア金属を 除去する工程を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法であ る。
本発明においては、 多孔質の層間絶縁膜に有機物質が染み込んでいな いものとすることができるので、 半導体デバイスとしての性能を向上さ せることができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の実施の形態である CM P研磨方法を適用する基板の概 要を示す図であり、 CM P研磨が終了した状態を示すものである。
図 2は、 本発明の実施の形態である CMP研磨装置の概要を示す図であ る。 図 3は、 本発明の実施の形態である半導体デバイスの製造方法の工程を 示す図である。
図 4は、 実施例 Aにおける基板のリーク電流密度を示す図である。
図 5は、 実施例 Bにおける基板のリーク電流密度を示す図である。
図 6は、 エタノールの濃度と基板のリーク電流密度の関係を示す図であ る。
図 7は、 ェタノールの濃度と基板のリーク電流密度の関係を示す図であ る。
図 8は、 基板の上に形成された疎水化された多孔室物質からなる層間絶 縁膜にト レンチを形成し、 ト レンチ内に銅配線を埋め込んだものを C M P研磨により除去する工程を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の実施の形態の例を、 図を用いて説明する。 図 1は、 本 発明の実施の形態である C M P研磨方法を適用する基板の概要を示す図 であり、 C M P研磨が終了した状態を示すものである。 図 1 ( a ) 下層 配線 1の上にエッチングス トッパ 2が形成され、 その上に疎水化された 多孔質物質 （Si〇2 ) からなる層間絶縁膜 3が形成されている。 層間絶 縁膜 3の上には、 キャップ膜 4が設けられている、 キャップ膜 4は、 Si 0 2 、 Si〇 C、 Si C等により形成されている。 層間絶縁膜 3が除去され たトレンチ部を覆うように拡散防止層 5が設けられ、 前記トレンチ部中 に配線となる銅 6が埋め込まれている。 拡散防止層 5は、 Ta と TaNの 2層構造から成り立つている。 この構造は、 図 8 ( b ) に示したものと 基本的に同じであるが、 キャップ膜 4が薄い （約 2 0 n m程度） ので、 キャップ膜 4が層間絶縁膜 3の表面を完全には覆っておらず、 ところど ころに層間絶縁膜 3がむき出しとなっている部分がある。 図 1 ( b ) に 示すものは、 キャップ膜 4が形成されていない点が図 1 ( a ) に示した ものと異なっているだけである。
いずれのものも、 層間絶縁膜 3の少なく とも 1部が表面に露出してい るので、 研磨スラリー中の有機物が層間絶縁膜 3中に染み込んでいる。 これらの基板を、 従来と同じように、 界面活性剤を含む洗浄液で洗浄し て、 残留するスラ リーと研磨残留物を除去する。 すると、 界面活性剤を 含む洗浄液中の有機物が層間絶縁膜 3の中に染み込む。 層間絶縁膜 3は 疎水化処理を施されているが、 界面活性剤の作用により疎水性が弱まる ので、 この工程では特に有機物が層間絶縁膜 3の中に染み込みやすい。 本発明の第 1の実施の形態である C M P研磨方法においては、この後、 有機溶媒、 又は有機溶媒を含んだ溶液により基板を洗浄し、 層間絶縁膜 3中に染み込んだ有機物の洗浄除去を行う。 層間絶縁膜 3は疎水化処理 を施されているが、 有機溶媒であるのでそれに影響されずに層間絶縁膜 3中に染み込んで有機物を溶解し、洗浄除去することができる。その後、 基板を乾燥させ、 表面に付着した有機溶媒又は有機溶媒を含む溶液を除 去する。 乾燥の方法としては、 スピン乾燥や、 ある程度の加熱を行うよ うにしてもよいが、 窒素の気体ブローにより乾燥させてもよい。 加熱と 気体ブローを同時に行ってもよレ、。
有機溶媒の例として、 アルコール類はプロべ-ルアルコール、 イソプ ロピ/レアノレコーノレ、 エタノーノレ、 1—プロノヽ。ノーノレ、 メタノーノレ、 1 一 へキサノールなどが、 アルデヒ ド類はァセチルアルデヒ ドなどが、 ケト ン類はアセトン、 ジアセトンアルコール、 メチルェチルケトンなどが、 エステル類はギ酸ェチル、 ギ酸プロピル、 酢酸ェチル、 酢酸メチル、 乳 酸メチル、 乳酸ブチル、 乳酸ェチルなどが、 エーテル類はジメチルスル ホキシドなどのスルホキシド類、 テトラヒ ドロフラン、 ジォキサン、 ジ グリムなど、 アミ ド類は N， N—ジメチルホルムアミ ド、 ジメチルイミ ダゾリジノン、 N—メチルピロリ ドンなど、 多価アルコール及ぴその誘 導体類はエチレングリ コール、 グリセリ ン、 ジエチレングリ コール、 ジ エチレンダリ コールモノメチルエーテル等、含窒素有機化合物としては、 ァセトニト リル、 アミルァミン、 イソプロピルァミン、 イミダゾール、 ジメチルァミン等、 水および有機物の両方を溶解する有機溶媒が挙げら れる。 炭化水素類と しては、 メシチレン、 ペンタン、 へキサン、 ォクタ ン、 ベンゼン、 トノレエン、 キシレン、 ジェチノレベンゼン等力 S、 ノヽロゲン 化炭化水素としては、 塩化メチレン、 塩化メチル、 四塩化炭素等、 フッ 素化合物としては、 トリフルォロエタノール、 へキサフルォロベンゼン 等、 有機物の溶解度が高い有機溶媒が挙げられる。
又、 有機溶媒自体の残留を防ぐため、 沸点が 300°C以下であることが 好ましく、 さらには 200°C以下であることがより望ましい。
有機溶媒又は有機溶媒を含む溶液による洗浄においては、 層間絶縁膜 3に付着した有機付着物を効率よく除去するため、 有機溶媒の加熱や、 洗浄ブラシによる擦り洗いを行ったり、 1 MHz以上の超音波振動を与え て洗浄の補助を行ってもよい。
なお、 有機溶媒又は有機溶媒を含む溶液による洗浄の前に、 従来法と 同じように、 基板を界面活性剤を含んだ溶液により洗浄した後に水洗浄 を行うようにしても構わない。
本発明の第 2の実施の形態である C M P研磨方法においては、 図 1に 示す状態の基板を、 従来と同じように、 有機溶媒、 又は有機溶媒を含ん だ溶液により洗浄した後、 加熱処理を行うことにより、 層間絶縁膜 3中 に染み込んだ有機物を熱分解して除去する。 すなわち、 層間絶縁膜 3中 に染み込んだ有機物の熱分解温度以上に基板を加熱することにより、 こ れらの有機物を熱分解する。 熱分解温度は高い方が効率がよいが、 半導 体デバイスの機能を阻害しない温度以下である必要があり、 通常は 400°C以下の温度である。 加熱処理と前述の乾燥のための加熱が異なる のは、 加熱処理では有機物の分解が起こる温度まで加熱するのに、 乾燥 による加熱では、 このような高温まで加熱せず、 有機溶媒、 又は有機溶 媒を含んだ溶液を蒸発させるだけである点である。
加熱処理の際に、 配線材料である銅の酸化を防ぐために、 減圧加熱を する力 、 N 2 や Ar、 He等の不活性ガス中で加熱することが好ましい。 不活性ガス中で減圧加熱を行ってもよい。
又、 第 1の実施の形態で述べた、 有機溶媒又は有機溶媒を含んだ溶液 による洗浄処理の後で、さらに加熱処理を行う と良好な効果が得られる。 なお、 加熱処理のみを行う場合には、 従来法と同じように、 基板を界面 活性剤を含んだ溶液により洗浄した後に水洗浄を行い、 その後に加熱処 理を行ってもよい。
又、 C M P研磨工程の後に、 基板のプリベータ工程が入る場合には、 このプリべーク工程を加熱処理として利用してもよい。
以下本発明の実施の形態の 1例である C M P研磨装置を図 2を用いて 説明する。 実施の形態である C M P研磨装置は研磨部 1 1 と、 砥粒金属 汚染洗浄部 1 2、 有機溶媒洗浄部 1 3、 ウェハ加熱処理部 1 4、 第一搬 送部 1 5、 第二搬送部 1 6から成り、 各部は隔壁によって分離されてい る。
研磨部 1 1には、 研磨テーブル 1 1 5 と、 半導体ウェハを保持しつつ 研磨テーブルに押しつける研磨へッ ド 1 1 4とを備えた C M P研磨機構 が設置されている。 研磨テーブル 1 1 5はモータに連結されるとともに その上面には研磨布が貼設されている。 また研磨ヘッ ド 1 1 4は回転用 モータと昇降用シリンダとを備え昇降可能になっているとともにその軸 心の回わりに回転可能になっている。 研磨テーブル 1 1 5上には、 スラ リ一供給ノズル 1 1 6より研磨剤を含む砥液が供給されるようになつて いる。
一方、 研磨機構への半導体ウェハの供給は、 ウェハ搬送ロボッ ト 1 5 1によってウェハカセッ ト 1 7に置かれた半導体ウェハを取り出して、 第一仮置き台 1 1 1に渡し、 ウェハ反転機構を備えるウェハ搬送ロボッ ト 1 1 2によって半導体ウェハを反転させて研磨面を下に向けた状態で、 第二仮置き台 1 1 3に渡す。 この後、 研磨へッ ド 1 1 4が旋回し、 半導 体ウェハを研磨へッ ドに受け渡すことで行われる。
研磨へッ ド 1 1 4で保持され研磨テーブル 1 1 5に押しつけられて研 磨された半導体ウェハは、 研磨終了後に研磨へッ ド 1 1 4に保持された 状態で第二仮置き台 1 1 3まで搬送される。 そして、 半導体ウェハは研 磨へッ ド 1 1 4から離脱され、 第二仮置き台 1 1 3上に置かれる。 次い で、ウェハ反転機構を有するウェハ搬送ロボッ ト 1 6 1により、反転後、 砥粒金属汚染洗浄部 1 2へ搬送される。
砥粒金属汚染洗浄部 1 2は半導体ウェハの砥粒金属汚染の洗浄を行う 砥粒金属汚染洗浄チャンバ一 1 2 1 と、 半導体ウェハのリンス乾燥を行 うスピン乾燥チャンバ一 1 2 4を備えている。 砥粒金属汚染洗浄チャン パー 1 2 1では、 半導体ウェハの外周部を保持して回転させながら、 洗 浄薬液供給ノズル 1 2 2 aから洗浄液を供給しつつ、 スポンジローラ 1 2 3を押し当て洗浄を行う。
そして、 砥粒金属汚染洗浄が終わった半導体ウェハはウェハ搬送ロボ ッ ト 1 6 1によってスピン乾燥チャンパ一 1 2 4に搬送される。 スピン 乾燥チャンパ一 1 2 4では、 半導体ウェハの外周部を保持して回転させ ながら、リンス液供給ノズル 1 2 2 bから純水を供給し、リンスを行い、 次いで、 半導体ウェハを高速で回転させスピン乾燥を行う。 砥粒金属汚 染洗浄および乾燥を終了した半導体ウェハは、 再びウェハ搬送ロボッ ト 1 6 1により有機溶媒洗浄部 1 3へ搬送される。 有機溶媒洗浄部 1 3は半導体ウェハの有機溶媒洗浄を行う有機溶媒洗 浄チャンバ一 1 3 1 と、 半導体ウェハの乾燥を行うスピン乾燥チャンパ 一 1 3 4を備えている。 有機溶媒洗浄チヤンバー 1 3 1では、 半導体ゥ ェハの外周部を保持して回転させながら、 有機溶媒液供給ノズル 1 3 2 aから有機溶媒を供給しつつ、 スポンジローラ 1 3 3を押し当て洗浄を 行う。
そして、 有機溶媒洗浄が終わった半導体ウェハはウェハ搬送ロボッ ト 1 6 1によってスピン乾燥チャンバ一 1 3 4に搬送される。 スピン乾燥 チャンバ一 1 3 4では、 半導体ウェハの外周部を保持して回転させなが ら、 有機溶媒液供給ノズル 1 3 2 bからリンス用の有機溶媒を供給し、 リ ンスを行い、 次いで、 半導体ウェハを高速で回転させスピン乾燥を行 う。 有機溶媒染洗浄および乾燥を終了した半導体ウェハは、 再びウェハ 搬送ロボッ ト， 1 6 1により ウェハ加熱処理部 1 4へ搬送される。
ウェハ加熱処理部 1 4は半導体ウェハを加熱する加熱機構 1 4 2と、 ウェハ加熱チャンバ一 1 4 1の排気を行う排気ライン 1 4 3、 ウェハ加 熱チャンバ一 1 4 1に不活性ガスを導入するガス導入ライン 1 4 4を備 えるウェハ加熱チヤンバー 1 4 1からなる。 ウェハ加熱チヤンパー 1 4 1では、 ウェハ搬送ロボッ ト 1 6 1により ウェハ保持台に搬送、 保持し た後、 ウェハ加熱チャンバ一 1 4 1を閉鎖し、 排気ライン 1 4 3を介し 真空ポンプでウェハ加熱チャンバ一 1 4 1内を減圧する。 この後、 ガス 導入ライン 1 4 4介し不活性ガスをウェハ加熱チャンバ一 1 4 1内に導 入し、 加熱機構 1 4 2により半導体ウェハの加熱処理を行う。 加熱処理 を終了した半導体ウェハは、 ウェハ搬送ロボッ ト 1 5 1により、 再びゥ ェハカセッ ト 1 7に収納される。
以上説明した工程では、 有機溶媒洗浄部 1 3で有機溶媒による洗浄を 行った後、 ウェハ加熱処理部 1 4で加熱処理を行っているが、 ウェハ搬 送ロボッ ト 1 6 1を操作することにより、 加熱処理を省略して、 有機溶 媒による洗浄を行ったウェハを、 ウェハ搬送ロボッ ト 1 5 1により、 再 びウェハカセッ ト 1 7に収納するようにしてもよい。 逆に、 有機溶媒洗 浄部 1 3で有機溶媒による洗浄を行わず、 砥粒金属汚染洗浄部 1 2で洗 浄を終えたウェハを、 ウェハ搬送ロボッ ト 1 6 1により、 ウェハ加熱処 理部 1 4に搬送し、 加熱処理を行った後、 ウェハ搬送ロボッ ト 1 5 1に より、 再びウェハカセッ ト 1 7に収納するようにしてもよい。
図 3は、 本発明の実施の形態である半導体デバイスの製造方法を示す 図である。 半導体製造プロセスをスタートすると、 まずステップ S 2 0 0 ·で次に挙げるステップ S 2 0 ；！ 〜 . S 2 0 4の中から適切な処理工程を 選択し、 いずれかのステップに進む。
ここで、 ステップ S 2 0 1はウェハの表面を酸化させる酸化工程であ る。 ステップ S 2 0 2は C V D等により ウェハ表面に絶縁膜や誘電体膜 を形成する C V D工程である。 ステップ S 2 0 3はウェハに電極を蒸着 等により形成する電極形成工程である。 ステップ S 2 0 4はウェハにィ オンを打ち込むイオン打ち込み工程である。
C V D工程（S 2 0 2 )もしくは電極形成工程（S 2 0 3 )の後で、ステツ プ S 2 0 5に進む。 ステップ S 2 0 5は C M P工程である。 C M P工程 では本発明による研磨装置により、 層間絶縁膜の平坦化や半導体デバイ ス表面の金属膜の研磨、 誘電体膜の研磨によるダマシン （damascene) の形成等が行われる。
C M P工程（S 2 0 5 )もしくは酸化工程（S 2 0 1 )の後でステップ S 2 0 6に進む。 ステップ S 2 0 6はフォ トリ ソグラフイエ程である。 こ の工程ではウェハへのレジストの塗布、 露光装置を用いた露光によるゥ ェハへの回路パターンの焼き付け、 露光したウェハの現像が行われる。 さらに、 次のステップ S 2 0 7は現像したレジス ト像以外の部分をエツ チングにより削り、 その後レジス ト剥離が行われ、 エッチングが済んで 不要となったレジス トを取り除くエッチング工程である。
次に、 ステップ S 2 0 8で必要な全工程が完了したかを判断し、 完了 していなければステップ S 2 0 0に戻り、 先のステップを繰り返してゥ ェハ上に回路'パターンが形成される。 ステップ S 2 0 8で全工程が完了 したと判断されればエンドとなる。
本発明による半導体デバイス製造方法では、 C M P工程において本発 明にかかる C M P研磨方法を用いているため、 配線間のリーク電流密度 を小さくすることができ、 より性能の良い半導体デバイスを製造するこ とができる。
(実施例）
以下、 図 1 ( a ) に示すように研磨された基板に対して、 本発明の実 施の形態に示したような処理を行った例を比較例と共に示す。
(実施例 A )
疎水化された多孔質物質として非周期構造のシリカ膜を使用した層間 絶縁膜 3を有する基板を、 C M P後洗浄のパーティクル汚染除去洗浄液 として一般的に称されている、 界面活性剤を含む水酸化トリメチルアン モニゥム水溶液に 1 分間浸漬して、 スラリーと研磨残留物を除去した。 その後、 以下の処理を行った。
(実施例 A 1 )
有機溶媒を含む溶液であるエタノール溶液に、 基板を 8分間浸漬し、 層間絶縁膜 3に浸入した有機物を除去し、 その後、 乾燥窒素ガスブロー により基板表面を乾燥させた。
(実施例 A 2 )
純水に基板を 8分間浸漬して洗浄を行い、 その後、 乾燥窒素ガスプロ 一により基板表面を乾燥させ、 さらにその後、 665Paの He雰囲気中に 置き、 380°Cで 5分間加熱処理した。
(実施例 A 3 )
有機溶媒を含む溶液であるエタノール溶液に、 基板を 8分間浸漬し、 層間絶縁膜 3に浸入した有機物を除去し、 その後、 乾燥窒素ガスブロー により基板表面を乾燥させた。 さらにその後、 665Paの He雰囲気中に 置き、 380°Cで 5分間加熱処理した。
(比較例 A )
純水に基板を 8分間浸漬して洗浄を行い、 その後、 乾燥窒素ガスプロ 一により基板表面を乾燥させた （従来法と同じ方法である）。
各実施例及び比較例の処理により得られた基板における、 1 MVZcm の電界をかけた場合のリーク電流密度を図 4に示す。なお、基準（Ref. l) とされているのは、 C M P研磨終了後、 界面活性剤を含む水酸化トリメ チルアンモニゥム水溶液に浸漬する前のリーク電流密度である。
基準とされている状態においては、 リーク電流密度は低く抑えら得ら れているが、 比較例 Aにおいては、 リーク電流密度が 10— 7 [A /cm 2 ] 程度に上昇している。 これは、 界面活性剤を含む水酸化トリメチルアン モニゥム水溶液中の有機物が多孔質からなる層間絶縁膜に染み込んだた めである。 しかし、 実施例 A 1、 実施例 A 2においては、 リーク電流密 度が 10— 8 [A Zcm 2 ]程度となり、 比較例の約 1 Z 1 0となっている。 さらに、 実施例 A 3においては、 リーク電流は 10— 9 [A /cm 2 ]程度と なり、 比較例の 1 / 100程度に改善されている。
(実施例 B )
疎水化された多孔質物質として周期構造のシリカ膜を使用した層間絶 縁膜 3を有する基板を、 C M P後洗浄のパーティクル汚染除去洗浄液と して一般的に称されている、 界面活性剤を含む水酸化トリメチルアンモ ニゥム水溶液に 1分間浸漬して、 スラ リーと研磨残留物を除去した。 そ の後、 以下の処理を行った。
(実施例 B 1 ) →実施例 A 1 と同じ処理
(実施例 B 2 ) →実施例 A 2と同じ処理
(実施例 B 3 ) →実施例 A 3と同じ処理
(比較例 B) →比較例 Aと同じ処理
各実施例及び比較例の処理により得られた基板における、 1 MV/cm の電界をかけた場合のリーク電流密度を図 5に示す。 なお、基準（Ref.2) とされているのは、 CMP研磨終了後、 界面活性剤を含む水酸化トリメ チルアンモニゥム水溶液に浸漬する前のリーク電流密度である。
基準とされている状態においては、 リーク電流密度は低く抑えら得ら れているが、 比較例 Bにおいては、 リーク電流密度が 10— 6 [A/cm2 ] 程度に上昇している。 これは、 界面活性剤を含む水酸化トリメチルアン モニゥム水溶液中の有機物が多孔質からなる層間絶縁膜に染み込んだた めである。 しかし、 実施例 B l、 実施例 B 2においては、 リーク電流密 度が 10— 7 [A/cm2 ]程度となり、 比較例の約 1Z10となっている。 さらに、 実^例 B 3においては、 リーク電流は 10— 9 [A/cm2 ]程度と なり、 比較例の 1 Z1000程度に改善されている。
(実施例 C)
実施例 A 1 と同じ方法により、 エタノール溶液の濃度を変えて処理を 行い、 得られた基板における、 1 MV_ cmの電界をかけた場合のリーク 電流密度の変化を調査した。 層間絶縁膜 3として非周期構造のシリカ膜 を使用した場合の結果を図 6に、 周期構造のシリ力膜を使用した場合の 結果を図 7に示す。 基準及び比較例は、 実施例 A、 Bの場合と同じであ る。 図 6を見ると分かるように、 エタノール溶液の場合、 濃度が 5 0 % 以上であれば、 従来の方法である比較例に対して、 リーク電流を 1ノ 1 程度にすることができ、 効果があると言える

Claims

請 求 の 範 囲
1. 基板上に形成される半導体集積回路の層間絶縁膜材料として疎水 化された多孔質物質を用いたものに対して、 配線材料及ぴバリァ金属を 除去するための CMP研磨を行った後、 前記基板表面上に残蒈するスラ リー及び研磨残留物を洗浄液で洗浄除去し、 さらに、 その後、 前記基板 表面に対して、 有機溶媒又は有機溶媒を含んだ溶液による洗浄処理、 及 び加熱処理の少なく とも一方を行うことを特徴とする CMP研磨方法。
2. 前記有機溶媒として、 アルコール類、 アルデヒ ド類、 ケトン類、 エステル類、エーテル類、アミ ド類、多価アルコール及びその誘導体類、 含窒素有機化合物、 炭化水素、 ハロゲン化炭化水素、 フッ素化合物のう ち少なく とも 1種類の有機溶媒を含んだものを用いることを特徴とする 請求の範囲第 1項に記載の CMP研磨方法。
3. 前記加熱処理が減圧加熱処理であることを特徴とする請求の範囲 第 1項に記載の CM P研磨方法。
4. 前記加熱処理に際し、 前記基板を不活性ガス中に置く ことを特徴 とする請求の範囲第 1項に記載の CMP研磨方法。
5. CMP研磨され、 表面上に残留するスラリー及び研磨残留物を洗 浄液で洗浄除去された基板を、 有機溶媒又は有機溶媒を含んだ溶液によ り洗浄処理する洗浄処理装置を有することを特徴とする CM P研磨装置。
6. CMP研磨され、 表面上に残留するスラリー及び研磨残留物を洗 浄液で洗浄除去された基板を、 ·加熱処理する加熱処理装置を有すること を特徴とする C MP研磨装置。
7. CMP研磨され、 表面上に残留するスラリー及び研磨残留物を洗 浄液で洗浄除去された基板を、 有機溶媒又は有機溶媒を含んだ溶液によ り洗浄処理する洗浄除去装置と、 前記基板を加熱処理する加熱処理装置 とを有することを特徴とする CM P研磨装置。
8. 請求の範囲第 1項から第 4項のうちいずれか 1項に記載の CMP 研磨方法を用いて、 配線材料及びバリァ金属を除去する工程を有するこ とを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
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