(57)【要約】【課題】  ＣＭＰにより導体の研磨を行う際に、ウェハ周縁部での導電膜の腐食が生じることを抑制できる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  まず、ウェハ全面に単層構造または多層構造を有する絶縁膜が形成され、ウェハ周縁から所定距離内の領域である周縁領域を除く前記絶縁膜に複数の凹部が形成される。この後、ウェハ全面には導電膜が形成され、ウェハ周縁から前記所定距離未満の領域に存在する導電膜が除去される。そして、凹部に充填された導電膜以外の導電膜が化学的機械研磨により除去される。本発明によれば、ウェハ周縁部での、導電膜の腐食の発生を抑制することができ、半導体装置の歩留り、及び半導体装置の信頼性を向上させることができる。【選択図】  図１
2006310638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハ全面に絶縁膜を形成する工程と、
ウェハの周縁領域を除く前記絶縁膜に、複数の凹部を形成する工程と、
前記凹部を形成後のウェハ全面に、導電膜を形成する工程と、
前記周縁領域の範囲内で、前記導電膜の外縁を除去する工程と、
前記凹部以外の領域の導電膜を化学的機械研磨により除去する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記凹部を形成する工程が、
絶縁膜が形成されたウェハ全面にネガ型のレジスト膜を形成する工程と、
レジスト膜が形成されたウェハ全面を複数の単位領域に区分し、当該単位領域ごとにレジストパターンを形成するための露光を行う工程と、
前記露光に基づいて形成されたレジストパターンをマスクとして前記絶縁膜をエッチングする工程と、
を有し、
前記露光工程は、一部が前記周縁領域と重なる単位領域では、当該単位領域全面に露光を行い、他の単位領域では、前記凹部に対応するマスクを介した露光を行う請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記凹部を形成する工程が、
絶縁膜が形成されたウェハ全面にポジ型のレジスト膜を形成する工程と、
レジスト膜が形成されたウェハ全面を複数の単位領域に区分し、当該単位領域ごとにレジストパターンを形成するための露光を行う工程と、
前記露光に基づいて形成されたレジストパターンをマスクとして前記絶縁膜をエッチングする工程と、
を有し、
前記露光工程は、前記周縁領域と重なりを持たない単位領域にのみ、前記凹部に対応するマスクを介した露光を行う請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記凹部を形成する工程が、
絶縁膜が形成されたウェハ全面にネガ型のレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜に対して、レジストパターンを形成するための露光を行う工程と、
前記露光に基づいて形成されたレジストパターンをマスクとして前記絶縁膜をエッチングする工程と、
を有し、
前記露光工程が、少なくとも前記周縁領域の全面を露光する工程を含む請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハ上に、化学的機械研磨法を用いて、金属配線、コンタクトプラグ、パッド等の導電体パターンを形成する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の高密度化、微細化に伴い、配線中を伝播される信号の遅延時間が半導体装置の動作速度を制限する要因になっている。このため、半導体装置の配線として、抵抗率の低い銅等を配線材料とし、低誘電率材料を層間絶縁膜とした多層構造配線が採用されている。例えば、銅を配線材料として使用する場合、銅はエッチングによる加工が困難であるため、多層構造配線を形成する手法には、絶縁膜に形成したトレンチパターンに銅を埋め込み、化学的機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）法により、銅配線の上面の平坦化を行う、いわゆる、ダマシン法が用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図５は、デュアルダマシン法を用いた配線形成工程を模式的に示す工程断面図であり、特に、ウェハの周縁部を拡大して示している。なお、図５は、上記トレンチパターンの形成に先立って、下層に既に形成された配線や半導体素子と、当該トレンチパターンに埋め込まれる配線とを接続するためのコンタクトホールを形成するビアファーストのデュアルダマシンプロセス示している。
【０００４】
図５（ａ）に示すように、まず、トランジスタ等の半導体素子が形成された半導体ウェハ１０１（以下、適宜ウェハ１０１という。）上に、層間絶縁膜１１１が形成される。図５の例では、層間絶縁膜１１１は、異なる絶縁材料からなる複数の絶縁膜が積層された積層構造を有し、下層から順に、後述のコンタクトホール１０６を形成する際のストッパとなるストッパ膜１０２、コンタクトホール１０６が形成される第１の絶縁膜１０３、後述のトレンチパターン１０８が形成される第２の絶縁膜１０４が形成されている。各絶縁膜には、例えば、ストッパ膜１０２として、シリコン窒化膜を、第１の絶縁膜１０３として、ＴＥＯＳ（Tetra-Ethyl-Ortho-silicate）膜を、そして、第２の絶縁膜１０４として、ＦＳＧ（Fluorinated Silicate Glass）膜を使用することができる。
【０００５】
次に、第２の絶縁膜１０４上に、図示しない反射防止膜、感光性を有するレジスト膜がスピンコート等により順に形成される。そして、図５（ｂ）に示すように、コンタクトホール６の形成位置に開口を有するレジストパターン１０５が、公知のリソグラフィ法により形成される。
【０００６】
上記レジストパターン１０５をエッチングマスクとして、上記反射防止膜、第２の絶縁膜１０４、及び第１の絶縁膜１０３が、例えば、ドライエッチング法により順次エッチング除去され、図５（ｃ）に示すように、コンタクトホール１０６が形成される。なお、ドライエッチング完了後には、レジストパターン１０５及び反射防止膜は、アッシングや有機洗浄等により除去される。
【０００７】
コンタクトホール１０６の形成が完了すると、ウェハ全面に反射防止膜（図示せず）及びレジスト膜が、下層から順に塗布される。そして、図５（ｄ）に示すように、トレンチパターン１０８の形成位置に開口を有するレジストパターン１０７が、リソグラフィ法により形成される。
【０００８】
そして、レジストパターン１０７をエッチングマスクとして、反射防止膜、第２の絶縁膜１０４、ドライエッチング等によりエッチングされ、トレンチパターン１０８が形成される。このとき、エッチングは、例えば、第１の絶縁膜１０３と第２の絶縁膜１０４とで選択エッチングが可能な条件下で行われ、第１の絶縁膜１０３がエッチングストッパとして機能する。なお、反射防止膜、及びレジストパターン１０７は、トレンチパターン１０８の形成完了後にアッシング等により除去される（図５（ｅ））。
【０００９】
続いて、図５（ｆ）に示すように、コンタクトホール１０６の底部に露出しているストッパ膜１０２がドライエッチング等により除去され、図５（ｇ）に示すように、ウェハ１０１の全面に銅膜１０９が形成される。当該銅膜１０９の形成は、例えば、ウェハ１０１の全面に、銅が絶縁膜中に拡散することを防止するバリア膜、及び銅の薄膜をスパッタ法等により順に形成し、これらの導電膜を電極とした電界めっきにより行うことができる。
【００１０】
この後、ＣＭＰ法により上面の研磨が行われるが、当該研磨は、一般に、砥粒と銅膜１０９の研磨速度を高めるための酸化剤とを主成分とするスラリが銅膜１０９上に供給される状況下で、銅膜１０９に研磨パッドを当接させることにより実施される。しかしながら、ウェハ１０１の周縁では、研磨パッドの荷重が掛かり難くなるため、銅膜１０９の研磨速度が著しく低くなり、ウェハ１０１の中央部における研磨が完了したときに、ウェハ周縁付近の銅膜１０９は研磨されずに残留する傾向にある。このため、研磨に先立ち、図５（ｈ）に示すように、ウェハ周縁から所定距離Ｘ(例えば、Ｘ＝１〜３ｍｍ)の範囲に存在する銅膜１０９が除去される。当該銅膜１０９の除去は、例えば、硫酸や硝酸を含有するエッチング液を用いたウェットエッチング等により行うことができる。
【００１１】
その後、ＣＭＰ法に上面の研磨が行われ、コンタクトホール１０６及びトレンチパターン１０８以外に付着している銅膜１０９が除去される。これにより、図５（ｉ）に示すように、コンタクトホール１０６及びトレンチパターン１０８に銅膜１０９からなるコンタクトプラグ及び配線が埋め込まれたデュアルダマシン構造を有する配線が完成する。
【特許文献１】特開２００１−３０８０９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記ＣＭＰ研磨工程において、銅膜１０９の研磨が進行し、ＦＳＧ膜４の上面が露出する状態になると、銅膜１０９とＦＳＧ膜１０４との研磨速度の差から、ＦＳＧ膜１０４の上面に比べて銅膜１０９の上面が低くなった凹み２１（以下、ディッシング部２１という。）が形成される。このとき、上記研磨は、ウェハを回転させながら実施されるため、スラリがウェハ１０１の周縁部に集まり易く、ウェハ１０１の周縁近傍では、形成され始めたディッシング部２１にスラリが貯留される。このため、ディッシング部２１の銅膜１０９がスラリにより腐食され、研磨速度はより速くなる傾向にある。
【００１３】
このようなディッシング部２１が形成されると、トレンチパターン８に埋め込まれた銅膜１０９の膜厚が減少するため、形成された配線の抵抗が増大して信号の遅延時間が大きくなったり、当該配線に断線が生じたりし、半導体装置の歩留まりや信頼性が低下する。
【００１４】
加えて、上記従来の半導体装置の製造方法では、図５（ｉ）に示すように、ウェハ周縁部に銅膜１０９が埋め込まれていないコンタクトホール１０６ａやトレンチパターン１０８ａ等の凹部が存在しているため、当該凹部に貯留されたスラリ２２がその近傍に存在するトレンチパターン１０８ｂのディッシング部２１の銅膜１０９が腐食され、極めて深いディッシング部２１が形成されることがあった。
【００１５】
本発明は、上記従来の事情に基づいて提案されたものであって、ＣＭＰにより導体の研磨を行う際に、ウェハ周縁部において、スラリによる導電膜の腐食が生じることを抑制できる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、上記課題を解決するために、以下の技術的手段を採用している。すなわち、本発明に係る半導体装置の製造方法は、まず、ウェハ全面に絶縁膜が形成され、ウェハの周縁領域を除いて、前記絶縁膜に複数の凹部が形成される。この後、ウェハ全面には導電膜が形成され、前記周縁領域の範囲内で、導電膜の外縁が除去される。そして、凹部に充填された導電膜以外の導電膜が化学的機械研磨により除去される。ここで凹部とは、導電体が埋め込まれ、配線やパッド等が形成されるトレンチパターンや、導電体がコンタクトプラグとして埋め込まれるコンタクトホール等を指す。
【００１７】
上記凹部は、例えば、上記絶縁膜形成後のウェハ全面にレジスト膜を形成する工程、当該レジスト膜が形成されたウェハ全面を複数の単位領域に区分し、当該単位領域ごとにレジストパターンを形成する露光を行う工程、当該露光に基づいて形成されたレジストパターンをマスクとして絶縁膜をエッチングする工程により形成することができる。
【００１８】
ここで、上記レジスト膜がネガ型である場合、上記露光工程は、一部が上記周縁領域と重なる単位領域では、当該単位領域全面に露光を行い、他の単位領域では、上記凹部に対応するマスクを介した露光を行う。一方、上記レジスト膜が、ポジ型である場合、上記露光工程は、上記周縁領域と重なりを持たない単位領域にのみ、上記凹部に対応するマスクを介した露光を行う。
【００１９】
また、上記凹部は、上記絶縁膜形成後のウェハ全面にネガ型のレジスト膜を形成する工程、当該レジスト膜の上記周縁領域全面に対する露光を含む露光により、レジストパターンを形成する工程、当該露光に基づいて形成されたレジストパターンをマスクとして絶縁膜をエッチングする工程により形成することもできる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る半導体装置の製造方法によると、ウェハ周縁部に、導電膜が充填されていないトレンチパターンやコンタクトホール等の凹部が形成されないため、当該凹部にスラリが貯留されることがない。このため、ウェハ周縁部での、導電膜の腐食の発生を抑制することができ、半導体装置の歩留り、及び半導体装置の信頼性を向上させることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を、銅を配線材料としたデュアルダマシン構造を有する半導体装置の製造に適用した事例に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係る半導体装置の製造方法を模式的に示す工程断面図であり、図２は、本発明に適用する露光方法を説明する平面図である。また、図３は、図１（ｈ）の平面図であり、図４は、本発明に適用する露光方法の他の例を説明する平面図である。なお、図２から図４は、ウェハの略１／４の部分を拡大して示している。
【００２２】
図１（ａ）に示すように、本発明に係る半導体装置の製造方法では、上記従来の半導体装置の製造方法と同様に、まず、トランジスタ等の半導体素子が形成された半導体基板１上に層間絶縁膜１１が形成される。層間絶縁膜１１は、図５の例と同様に、ストッパ膜２、第１の絶縁膜３、第２の絶縁膜４が下層から順に積層された多層構造を有している。例えば、ストッパ膜２として、膜厚が１００〜２００ｎｍのシリコン窒化膜を、第１の絶縁膜３として、膜厚が２５０〜３５０ｎｍのＴＥＯＳ膜を、そして、第２の絶縁膜４として、膜厚が３５０〜４５０ｎｍのＦＳＧ膜を採用することができる。これらの膜は、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により形成することができる。
【００２３】
次に、第２の絶縁膜４上に、図示しない反射防止膜、感光性を有するレジスト膜がスピンコート等により順に形成される。そして、リソグラフィ法により、図１（ｂ）に示すように、コンタクトホール６の形成位置に開口を有するレジストパターン５が形成される。
【００２４】
さて、本発明に係る半導体装置の製造方法では、このとき、ウェハ１の周縁から少なくとも所定距離Ｙ（例えば、Ｙ＝１〜３ｍｍ）の範囲内にある周縁領域３１（図中に、網掛けで示す。）のレジスト膜には開口が形成されない。すなわち、図２（ａ）に示すウェハ１の周縁領域３１が、レジストパターン５により被覆されている。このような、レジストパターン５を形成するための露光は、例えば、ウェハ１の全面を複数の単位領域に区分し、当該単位領域ごとに露光を行うステップアンドリピート方式の露光装置により行うことができる。
【００２５】
この場合、上記レジスト膜がポジ型であるときは、図２（ａ）に示すように、周縁領域３１と重なりを持たない単位領域４１（図中に、斜線で示す。）にのみ、コンタクトホール６に対応するマスクを介した露光が行われる。
【００２６】
一方、上記レジスト膜がネガ型であるときは、図２（ｂ）に示すように、周縁領域３１と重なりを持たない単位領域４１に対しては、コンタクトホール６に対応するマスクを介した露光が行われ、周縁領域３１と一部が重なる単位領域４２（図中に、破線で示す。）に対しては、当該単位領域の全面に露光が行われる。
【００２７】
以上説明した露光の後、レジスト膜の現像が行われ、レジストパターン５が完成する。なお、ポジ型のレジスト膜に対する露光に使用されるマスクと、ネガ型のレジスト膜に対する露光に使用されるマスクとは、透光部と遮光部とが反転していることはいうまでもない。
【００２８】
続いて、従来と同様に、レジストパターン５をエッチングマスクとしたエッチングが、例えば、ドライエッチングにより行われ、図１（ｃ）に示すように、コンタクトホール６が形成される。このとき、レジストパターン５は、ウェハ１の周縁領域３１を被覆しているため、当該エッチングにおいて、絶縁膜１１の周縁領域３１にコンタクトホール６は形成されない。
【００２９】
この後、ウェハ１の全面に反射防止膜及びレジスト膜が再び塗布される。そして、リソグラフィ法により、図１（ｄ）に示すように、トレンチパターン８の形成位置に開口を有するレジストパターン７が形成される。本発明では、レジストパターン７を形成する際にも、レジストパターン５の形成と同様に、ウェハ１の周縁から少なくとも所定距離Ｙの範囲内にある周縁領域３１のレジスト膜には開口が形成されない（図２（ａ）参照）。このため、レジストパターン７をマスクとした、ドライエッチング等によるトレンチパターン８を形成する工程では、絶縁膜１１の周縁領域３１にトレンチパターン８は形成されない（図１（ｅ））。
【００３０】
以降、図１（ｆ）及び図１（ｇ）に示すように、コンタクトホール６の底部に露出しているストッパ膜２を除去する工程、及び銅膜９を形成する工程が、上記従来と同様に行われる。そして、図１（ｈ）に示すように、従来と同様、ウェハ１の周縁から所定距離Ｘの領域に形成された銅膜９がエッチング除去される。このとき、本発明では、距離Ｘは、距離Ｙ以下としている。したがって、銅膜９の周縁は、図１（ｈ）及び図３の平面図に示すように、コンタクトホール６、及びトレンチパターン８が形成されていない絶縁膜１１の周縁領域３１上に位置する。また、銅膜９が除去されることにより露出した絶縁膜１１の表面には、銅膜９が埋め込まれていないコンタクトホール６やトレンチパターン８等の凹部が存在しない。
【００３１】
このため、コンタクトホール６及びトレンチパターン８以外に付着している銅膜９を除去するＣＭＰ法による研磨工程（図１（ｉ））では、ウェハ１の周縁領域３１に、スラリが貯留されることがなく、周縁領域３１近傍のコンタクトホール６及びトレンチパターンに埋め込まれた銅配線に腐食が発生することが防止される。
【００３２】
ところで、上記説明において、レジストパターン５及びレジストパターン７を形成するための露光は、上述の方法に限らず他の露光方法を採用することも可能である。例えば、レジストパターン５、及びレジストパターン７を形成するレジスト膜にネガ型のレジスト膜を使用する場合には、周縁領域３１の全面に対して露光（以下、周縁露光という。）を行ってもよい。これにより、周縁領域３１のレジスト膜は、コンタクトホール６、あるいはトレンチパターン８の形成位置に開口を形成するための露光の有無に関わらず現像液に不溶となり、コンタクトホール６、またはトレンチパターン８に対応する開口が形成されなくなる。
【００３３】
例えば、上述のステップアンドリピート方式の露光装置により露光を行う場合は、図４の平面図に示すように、周縁領域３１以外の領域（図中に斜線で示す。）と、一部が重なる単位領域４３に対して、コンタクトホール６、またはトレンチパターン８の形成位置に開口を形成するための露光を行い、当該露光の後に上記周縁露光を行う。このようにすれば、上述の露光方法によりレジストパターン５及びレジストパターン７を形成した場合と同様に、以降のエッチング工程において、周縁領域３１の絶縁膜１１にコンタクトホール６、及びトレンチパターン８が形成されることがなく、半導体装置の歩留り、及び半導体装置の信頼性を向上させることが可能である。
【００３４】
なお、周縁露光を行う場合には、コンタクトホール６、またはトレンチパターン８の形成位置に開口を形成するための露光が行われる単位領域は、図４に示す露光単位４３に限らず図２（ａ）に例示した、周縁領域３１と重なりを持たない単位領域４１であってもよく、また、当該単位領域４１に、図２（ｂ）に例示した、周縁領域３１と一部または全部が重なる単位領域４２を加えた単位領域であってもよい。また、周縁露光は、コンタクトホール６、またはトレンチパターン８の形成位置に開口を形成するための露光後に行うことは必須ではなく、当該露光前等、レジスト膜が現像されるまでに行えばよい。
【００３５】
以上説明したように、本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、ウェハの周縁領域に、導電膜が充填されていないトレンチパターンやコンタクトホール等の凹部が形成されないため、当該凹部にスラリが貯留されることがない。このため、ウェハ周縁部での、導電膜の腐食の発生を抑制することができ、半導体装置の歩留り、及び半導体装置の信頼性を向上させることが可能である。
【００３６】
なお、本発明は以上で説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲において、種々の変形及び応用が可能である。例えば、上記では、デュアルダマシン構造を形成するために、層間絶縁膜１１を３層構造として説明したが、層間絶縁膜は単層構造であっても、多層構造であってもよい。具体的にいえば、シングルダマシン構造である場合には、層間絶縁膜を単層あるいは２層とすればよく、また、上記第１の絶縁膜３と、第２の絶縁膜４との間に、トレンチパターン８を形成する際のエッチングストッパとなるストッパ膜を形成してもよい。本発明は、ウェハ上に形成された絶縁膜に形成された各種の凹部に導電膜を埋め込み、その表面をＣＭＰ法により平坦化するいかなる場合にも適用することができる。
【００３７】
また、上記説明では、絶縁膜に埋め込まれた配線とコンタクトホール６を介して電気的に接続される下層の導電体が、ウェハ上に形成された半導体素子等である事例について説明したが、下層の導電体が、絶縁膜上、あるいは、絶縁膜に埋め込まれた配線であっても良いことは勿論である。さらに、上記では、レジスト膜の下面に反射防止膜を形成しているが、レジスト膜の上面に反射防止膜を形成することもできる。また、本発明において、反射防止膜を設けることは必須ではなく、必要に応じて設ければよい。
【００３８】
またさらに、上記実施の形態で説明したエッチング、成膜等の各プロセスは、上述のプロセスに限らず、公知の等価なプロセスにより置換可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、簡単なプロセスで、ウェハ周縁部での導電膜の腐食を抑制することができるという効果を有し、半導体装置の製造方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る半導体装置の製造方法を模式的に示す工程断面図。
【図２】本発明に係る半導体装置の製造方法に適用する露光方法を説明する平面図。
【図３】本発明に係る半導体装置の製造方法を説明する平面図。
【図４】本発明に係る半導体装置の製造方法に適用する露光方法を説明する平面図。
【図５】従来の半導体装置の製造方法を模式的に示す工程断面図。
【符号の説明】
【００４１】
１  半導体ウェハ
２  ストッパ膜
３  第１の絶縁膜
４  第２の絶縁膜
６  コンタクトホール
８  トレンチパターン
９  銅膜（導電膜）
１１  層間絶縁膜
２１  ディシング部
２２  スラリ
【図１】
2006310638.tif 000003
【図２】
2006310638.tif 000004
【図３】
2006310638.tif 000005
【図４】
2006310638.tif 000006
【図５】
2006310638.tif 000007