(57)【要約】【課題】ウェハエッジからの膜剥がれ及びパーティクルの発生を防止する。【解決手段】基板上に窒化膜を形成する工程と、窒化膜上に絶縁膜、及び金属膜を堆積することにより配線構造を形成する工程を実施する。続いて、基板の端部に対して研磨を行い、基板の端部において窒化膜が露出した際に研磨を終了する。その結果、ウェハとの密着性がよい窒化膜が露出した時点でウェハ端部、つまりベベル部分の研磨を止めることが出来る。したがって、ベベル部分からの膜剥がれが抑制され、パーティクルの発生を低減することが出来る。【選択図】図１
2006120903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属膜を研磨により除去する際に用いるスラリーであって、
前記スラリーは、少なくとも濃度が０．５重量％以下のセリア粒子と、濃度が０．３〜１．５重量％の範囲にあるカルボン酸を含んでいることを特徴とする、研磨スラリー。
【請求項２】
基板上に窒化膜を形成する工程と、前記窒化膜上に絶縁膜、及び金属膜を堆積することにより配線構造を形成する工程において、
前記基板の端部に対して研磨を行い、
前記基板の端部において前記窒化膜が露出した際に研磨を終了することを特徴とする、研磨方法。
【請求項３】
前記基板の端部に対して研磨を行う前の前記基板端部において、前記基板端部に形成された窒化膜の膜厚が、前記窒化膜上の堆積膜の膜厚に対して、前記窒化膜と前記堆積膜研磨レート比よりも大きな値となっていることを特徴とする、請求項２記載の研磨方法。
【請求項４】
前記基板の端部は、前記窒化膜上に金属膜が積層された構造を有していることを特徴とする、請求項２記載の研磨方法。
【請求項５】
前記基板の端部において前記窒化膜が露出した際に研磨を終了した後、前記基板の少なくとも端部に対して有機酸を用いた薬液洗浄を行うことを特徴とする、請求項２記載の研磨方法。
【請求項６】
前記配線構造を形成する工程は、
前記窒化膜上に堆積した前記絶縁膜内に溝を形成する工程と、
前記溝内にバリア膜と導電膜を順に埋め込む工程と、
前記溝からはみ出した前記導電膜と前記バリア膜を除去する工程と、からなり、
前記バリア膜を除去した後、前記基板の端部に対して研磨を行うことを特徴とする、請求項２記載の研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスラリー材料とそれを用いた研磨方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩの微細化、高集積化に伴い、配線工程ではＣｕのような低抵抗配線が用いられるようになっている。このＣｕを配線材料に用いた構造では、Ｃｕが絶縁膜中へ拡散しやすいため、この拡散を防止するため配線構造のまわりには拡散防止膜（バリアメタル）が一般に用いられている。
【０００３】
バリアメタルとしては、主に、Ｔａ/ＴａＮが用いられており、通常はＰＶＤを用いて各配線工程において成膜が行われている。このように成膜にＰＶＤを用いるため、バリアメタルは成膜の際ウェハ全体に形成される。例えば、ウェハの上面に加えて、ウェハの最外郭となるウェハエッジ部分、つまりベベルと呼ばれる部分にも結果的にバリアメタルが形成される。
【０００４】
通常、配線外部に形成されたバリアメタルは、配線形成工程中の研磨により除去されるが、ウェハの最外郭であるベベル部分はウェハ３０１の湾曲部にもあたり、バリアメタル研磨除去の際にも残留しやすい。よって、従来はベベル部分に対して別途研磨を行い、その都度図４（ａ）に示すように、基板３０１上の素子等が形成される領域に近い部分では窒素を含む膜３０２などが残留するが、ベベル部分ではＳｉ基板３０１表面を露出させていた。ここで、３０３は研磨によって露出したＳｉ基板面を示している。例えば、コロイダルシリカからなる研磨スラリーを用い、研磨時のスラリーとしては緩衝溶液のｐＨを有するものを供給し、基板のエッジ部分を研磨する。
【特許文献１】特開２００３−２９７７７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ウェハエッジであるベベル部分を図４（ｂ）に示すような湾曲した研磨布３０４により研磨を行った後、基板３０１のＳｉ表面を剥き出しにすると、基板３０１のＳｉ表面にスラリー凝集物等からなるパーティクル３０７が付着する。またパーティクル３０７を除去するために洗浄を行うと、Ｓｉ表面が洗浄液と接触することによりウォーターマークが発生する、という問題が発生する。このようにパーティクル３０７やウォーターマークが存在した状態で素子形成のために配線層等を構成する膜を堆積すると、その部位でのＳｉ基板３０１と堆積される膜との密着性が低下する。その結果、スラリー供給ノズル３０５からベベル部分にスラリー３０６を供給しながら湾曲した研磨布３０４を押圧してベベル研磨を行う前に、素子領域において配線層等を形成する工程中で、ベベル部分から予期せぬ膜剥がれが発生する。この剥がれた膜はベベル部分にとどまらず、素子領域にも拡散し、各配線層等デバイス表面に付着するため、配線間ショート等の不良を引き起こす要因となる。
【０００６】
前記に鑑み、本発明は特にベベル部分の膜剥がれを抑制し、配線工程での不良の発生を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するため、本発明では、セリアをスラリー全体に対して、セリア濃度が０．５重量％以下となるように含み、かつ０．３〜１．５重量％の範囲のカルボン酸を含んだスラリーを用いて、ウェハエッジに窒化膜を含む膜で研磨を止める手法を備えている。これにより、Ｓｉ表面が露出するのを抑制することができる。
【０００８】
また、基板上に窒化膜を形成する工程と、窒化膜上に絶縁膜、及び金属膜を堆積することにより配線構造を形成する工程において、基板の端部に対して研磨を行い、基板の端部において窒化膜が露出した際に研磨を終了することを特徴とする、研磨方法を提供する。その結果、ウェハとの密着性がよい窒化膜が露出した時点でウェハ端部、つまりベベル部分の研磨を止めることが出来るため、ベベル部分からの膜剥がれが抑制され、パーティクルの発生を低減することが出来る。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るスラリー材料と研磨方法によると、ウェハエッジでの研磨を行った際に、Ｓｉ基板表面が剥き出しになるのを抑えることができる。その結果、ウェハエッジからのパーティクルやウォーターマークによる密着性の低下が原因となって発生する膜剥がれを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係るスラリー材料と研磨方法について、図面を参照しながら説明する。
【００１１】
素子領域に配線を形成していくと、その膜の堆積量や膜の種類に応じて、複数種の膜がウェハ端部に残留する。窒化膜１０２が堆積された基板１０１上に素子を形成していく場合、配線形成工程に応じてウェハ端部においても図１（ａ）のように、窒化膜１０２上に絶縁膜、バリア膜及びＣｕなどからなる導電膜が順次堆積される。そのとき、ウェハエッジ部においても素子領域と同様に、窒化膜１０２上には絶縁膜（窒化膜上の積層構造を示す）、バリア膜１０３が順に堆積された状態となっている。
【００１２】
その後、配線構造を完成するために、絶縁膜中に形成された溝からはみ出した導電膜、バリア膜、等を順に研磨により除去する。ここで、図１（ｂ）に示すように、ウェハの端部においてもある程度素子領域の研磨の影響を受けて、金属膜及びバリア膜が除去されるため、最上面にあった金属膜１０４が素子領域に近い領域に、ウェハ端部にはバリア膜１０３が部分的に残った状態となっている。
【００１３】
例えば、バリア膜は通常スパッタ法により形成するために、ウェハエッジの下面には回りこみにくく、主に上面に堆積されることとなる。この場合、研磨時間を上面が一番長く、側面、下面の順番で短くし、除去する膜厚に対して全体的に均一なスピードで研磨を実施することが必要となる。また、ウェハ表面上に形成された本体デバイスに影響を与えないように、ウェハエッジから１ｍｍ程度をウェハエッジの研磨領域とすることが望ましい。なお、デバイスの種類によっては、エッジから１mm以下の範囲であっても、ウェハエッジ研磨によって本体デバイスに影響を及ぼす場合があるためデバイス毎に割合を調整することが必要となる。
【００１４】
以下、本発明のポイントであるウェハエッジの研磨について具体的に説明する。
【００１５】
ウェハエッジの研磨を行う際には、図１（ｂ）に示すように、研磨布１０５をウェハエッジに接触させた後荷重をかけ、かつスラリー供給ノズル１０６によりスラリー１０７を研磨ポイントに供給している状態で、ウェハを回転させるか研磨布を駆動（回転）させることにより研磨を行い、ウェハエッジに付着している膜を除去する。使用する研磨布はウェハのエッジの湾曲部分に沿うように、ウェハエッジの上面（デバイス面）・側面・下面と分かれているものを使用する。分割された研磨布を用い、それぞれを制御することにより、ウェハエッジに付着する堆積膜に対して堆積場所夫々に対して研磨圧力１０８等を変えて対応することができる。
【００１６】
ここで、上記研磨に用いるスラリーは、セリアをスラリー全体に対して、セリア濃度が０．５重量％以下、かつ０．３〜１．５重量％のカルボン酸を含んだものが望ましい。この範囲について、図を用いて説明する。
【００１７】
図３は、横軸にスラリー中に含まれる添加剤濃度（カルボン酸濃度）、縦軸に研磨レートを示している。ここで、スラリー中に含まれる添加剤濃度を小さくするほど、酸化膜系の研磨レートが速くなること、また窒化膜に関しては添加剤の濃度が変化してもほとんど影響が見られないことがわかる。つまり添加剤濃度が、例えば０．３〜１．５重量％の範囲にあるスラリーを用いることによって、ベベルと呼ばれる基板のエッジ部分に堆積された窒化膜上の酸化膜を、窒化膜だけを残した状態で効率よく酸化膜の除去を行うことが出来る。つまり、窒化膜と、その窒化膜上に堆積された堆積膜、例えばＳｉＯ２やＦＳＧなどの酸化膜や、プラグを形成するＷ膜、配線構造を形成するバリアメタル（Ｔａ，ＴａＮなど）、Ｃｕ膜等に対する選択比を向上させることができ、窒化膜以外の膜を選択的に除去することができる。
【００１８】
なお、窒化膜に対して酸化膜の研磨レートが非常に高い場合であっても、基板端部に堆積された堆積膜は、基板の端部が湾曲しているため、非常に堆積膜厚が不均一になりやすく、また窒化膜自体の膜厚も、本体デバイス側と比較すると薄いものになっている。したがって、ウェハエッジに堆積する窒化膜とその他の膜の厚みは、研磨レート以上に他の膜厚の厚みが厚い状態で研磨をすることが好ましい。例えば、あえて研磨レートの割合の４倍程度の差になるように、窒化膜を残して研磨を行い、酸化膜の膜厚に対する窒化膜の研磨マージンを充分とることにより、Ｓｉ基板が表面に露出することを確実に防止することができる。
【００１９】
以上の結果、図１（ｃ）に示すように、Ｓｉ基板１０１が露出するまで研磨するのではなく、窒化膜１０２表面が露出する時点で研磨を終了させることが出来る。この窒化膜１０２は、ＳＴＩ形成工程で形成される窒化膜や、トランジスタ形成工程で用いられる窒化膜、ゲート酸化膜や配線間のコンタクトを形成する際に用いられるライナー膜等があげられる。また、これらの窒化膜の間には、ＮＳＧなどの酸化膜が挟まれる場合もあり、積層構造となっている場合が多い。また、窒化膜を含む積層膜のみではなく、配線工程でのライナー膜として窒化膜を使用する場合は、単層もしくはライナー窒化膜上に堆積した酸化膜を含む積層膜上で研磨を終了させてもよい。
【００２０】
なお、バリア膜と金属膜は、配線工程においてはバリア膜（Ｔａ／ＴａＮ）・金属膜（Ｃｕ）であり、トランジスタとのコンタクト層においては、バリア膜（Ｔｉ／ＴｉＮ）・金属膜（Ｗ）が用いられる。このとき、金属膜（Ｃｕ及びＷ）は、ウェハエッジ部までは残留しにくいため、ウェハエッジ部分の研磨の際には、最初からバリア膜が露出している場合がある。
【００２１】
次に、研磨が終了したウェハの表面及びエッジ面を洗浄する。この際、ウェハの表面にＣｕが付着している場合は、洗浄薬液として有機酸を用いる。また、ウェハの表面がＷの場合は、アンモニアとフッ酸の洗浄を行う。
【００２２】
以上より、上記スラリー材料と研磨方法によって、ウェハエッジを、Ｓｉ基板表面の露出なく、窒化膜を含む膜で保護することができる。つまり、疎水表面を有するＳｉ膜が露出しないためウォーターマークの発生やパーティクルの付着、スラリー凝集物の固着といった問題を防止することができる。加えて、窒化膜は親水性度がＳｉウェハ表面と比較すると高いため、上層との分子的な相互作用により膜の密着性をあげることが出来る。その結果、膜剥がれを抑制することができる。
【００２３】
以上第１の実施形態によると、窒化膜を含む積層膜によってウェハエッジを保護することができるため、ウェハエッジ部分の膜剥がれ、または付着したパーティクルの発生を防ぎ、研磨時の欠陥の発生を防ぐことができる。
【００２４】
なお、ウェハエッジ研磨の後の配線工程では、再度ＣＭＰ工程（Ｃｕ−ＣＭＰ、Ｗ−ＣＭＰ）が行われるため、たとえ配線用の金属膜上にウォーターマークが発生したとしても、容易に配線からはみ出した金属を除去する際に合わせて研磨により除去することができる。
【００２５】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係るスラリー材料と研磨方法について、図面を参照しながら説明する。
【００２６】
素子領域に配線を形成していくと、その膜の堆積量や膜の種類に応じて、複数種の膜がウェハ端部に残留する。窒化膜２０２が堆積された基板２０１上に素子を形成していく場合、配線形成工程に応じてウェハ端部においても図２（ａ）のように、窒化膜２０２上に絶縁膜２０９が堆積される。そのとき、ウェハエッジ部においても素子領域と同様に、窒化膜２０２上には絶縁膜２０９（窒化膜上の積層構造を示す）が堆積された状態となっている。なお窒化膜２０２は、ＳＴＩ形成工程での窒化膜やトランジスタ形成工程での窒化膜やコンタクトの際のライナー膜として使用される窒化膜のことを指し、これらの窒化膜の間には、ＮＳＧなどの酸化膜が挟まれており、積層構造となっている。
【００２７】
また、ウェハエッジに存在するバリア膜２０３は、先の下層配線形成工程において、残留したバリア膜を示している。ここで、配線を形成するバリア膜と金属膜は、バリア膜（Ｔａ／ＴａＮ）・金属膜（Ｃｕ）であり、トランジスタとのコンタクト層を形成するバリア膜・金属膜は、バリア膜（Ｔｉ／ＴｉＮ）・金属膜（Ｗ）が一般に用いられる。また、金属膜（Ｃｕ及びＷ）は除去されやすいため、ウェハエッジ部には残りにくい。
【００２８】
続いて、ウェハエッジ部からのパーティクルの発生を低減するために、素子領域に絶縁膜２０９を堆積した後、ウェハエッジの研磨を行う。具体的には、図２（ｂ）に示すように、研磨布２０４をウェハエッジに接触させた後荷重をかけ、かつ絶縁膜２０９の除去用のスラリー２０６をスラリー供給ノズル２０５から供給し、ウェハ２０１を回転させるか研磨布２０４を駆動（回転）させ、研磨圧力（研磨中は、研磨布とウェハは密着）２０７をかけることにより研磨を行う。その結果、ウェハエッジ部に付着している絶縁膜２０９を除去することが出来る。なお使用する研磨布には、ウェハエッジ部の上面（デバイス面）・側面・下面と分かれているものを使用し、それぞれを各々に制御することで、ウェハエッジ部に付着する絶縁膜２０９の堆積割合に対応することができる。
【００２９】
ここで、研磨に用いるスラリーは、セリアをスラリー全体に対して、セリア濃度が０．５重量％以下、かつ０．３〜１．５重量％のカルボン酸を含んだものが望ましい。これは実施形態１と同様に図３より、スラリー中に含まれる添加剤濃度を小さくするほど、酸化膜系の研磨レートが速くなること、また窒化膜に関しては添加剤の濃度が変化してもほとんど影響が見られないことがわかる。つまり、添加剤濃度が、例えば０．３〜１．５重量％の範囲にあるスラリーを用いることによって、ベベルと呼ばれる基板のエッジ部分に堆積された窒化膜上の酸化膜を、窒化膜だけを残した状態で効率よく酸化膜の除去を行うことが出来る。つまり、このようにすることで、窒化膜とその他の膜との選択比を向上させることができ、窒化膜以外の膜を選択的に除去することができる。
【００３０】
しかし窒化膜に対して酸化膜の研磨レートが非常に高い場合であっても、基板端部に堆積された堆積膜は、基板の端部が湾曲しているため、非常に堆積膜厚が不均一になりやすく、また窒化膜自体の膜厚も、本体デバイス側と比較すると薄いものになっている。したがって、ウェハエッジに堆積する窒化膜とその他の膜の厚みは、研磨レート以上に他の膜厚の厚みが厚い状態で研磨をすることが好ましい。例えば、あえて研磨レートの割合の４倍程度の差になるように、窒化膜を残して研磨を行い、酸化膜の膜厚に対する窒化膜の研磨マージンを充分とることにより、Ｓｉ基板が表面に露出することを確実に防止することができる。
【００３１】
また、研磨が終了し、研磨によって除去された部位２０８が露出したウェハの表面及びエッジ面を、硫酸加水を用いて洗浄する。この硫酸加水洗浄によって、セリアスラリーを容易に除去することができる。
【００３２】
上記構造と上記研磨方法によって研磨を行うことで、図２（ｃ）に示すようなウェハエッジの構造を得ることができる。
【００３３】
なお、図２（ｂ）で残存していたバリア膜２０３をさらに研磨により除去する場合には、ウェハエッジ部に堆積された下層の窒化膜を含む膜がある程度研磨除去される。しかし、本発明のセリア系のスラリーを使用し、あえて研磨レートの割合の４倍程度の差になるように、膜厚比を調整することによって、Ｓｉ基板が露出してしまうことを防止することが出来る。その結果、ウェハエッジ表面に、窒化膜を含む膜が露出した状態を維持することが出来る。
【００３４】
以上より、セリア濃度が０．５重量％以下、かつ０．３〜１．５重量％のカルボン酸を含んだスラリー材料と、窒化膜を残存させる研磨方法によって、ウェハエッジ部においてＳｉ基板を露出することなく、窒化膜を含む膜で保護した状態でデバイスの形成を行うことが出来る。その結果、Ｓｉ基板が疎水表面であるために起こりやすいウォーターマークの発生・パーティクルの付着・スラリー凝集物の固着といった問題を防止することができる。さらに、絶縁性の膜をウェハエッジ部に残存させることにより、Ｓｉウェハだけでなく、上層に堆積する膜との密着性を向上することが出来、各配線形成工程を通して膜剥がれの抑制を実施することができる。
【００３５】
なお本実施形態においては、ウェハエッジ部を研磨したのち、ウェハ表面が絶縁膜で覆われているため、薬液洗浄に対して腐食等の可能性を低減出来る為、金属膜（特にＣｕ）と比較して洗浄耐性を得ることが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
以上説明したように、本発明はスラリー材料と研磨方法において、ウェハエッジの膜剥がれ等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図
【図２】第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図
【図３】本発明の効果を示す図
【図４】従来方法における半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図
【符号の説明】
【００３８】
１０１  Si基板(ウェハエッジ部：上面がデバイス面)
１０２  窒化膜を含む膜
１０３  バリア膜
１０４  金属膜
１０５  研磨布
１０６  スラリー供給ノズル
１０７  スラリー(セリア含有)
１０８  研磨圧力(研磨中は、研磨布とウェハは密着)
１０９  研磨によって除去された部位
２０１  Si基板(ウェハエッジ部：上面がデバイス面)
２０２  窒化膜を含む膜
２０３  バリア膜
２０４  研磨布
２０５  スラリー供給ノズル
２０６  スラリー(セリア含有)
２０７  研磨圧力(研磨中は、研磨布とウェハは密着)
２０８  研磨によって除去された部位
２０９  窒化膜を含まない絶縁膜
３０１  Si基板(ウェハエッジ部：上面がデバイス面)
３０２  窒化膜を含む膜
３０３  研磨によって露出したSi基板面
３０４  研磨布
３０５  スラリー供給ノズル
３０６  スラリー（シリカ含有）
３０７  パーティクル
【図１】
2006120903.tif 000003
【図２】
2006120903.tif 000004
【図３】
2006120903.tif 000005
【図４】
2006120903.tif 000006