(57)【要約】【課題】  Ｃｕダマシン配線と絶縁膜との配線間における絶縁性劣化を抑制できる技術を提供することである。【解決手段】    Ｃｕ配線膜３、バリアメタル膜４、及び配線間絶縁膜の上に、バリア絶縁膜２が設けられてなるＣｕ配線膜構造であって、  Ｃｕ配線膜３および／またはバリアメタル膜４の上のバリア絶縁膜２の下面と、配線間絶縁膜上のバリア絶縁膜２の下面との間に、段差ｂが構成されてなる。【選択図】  図１
2007123779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｕ配線膜、バリアメタル膜、及び配線間絶縁膜の上に、バリア絶縁膜が設けられてなるＣｕ配線膜構造であって、
Ｃｕ配線膜および／またはバリアメタル膜の上のバリア絶縁膜の下面と、配線間絶縁膜上のバリア絶縁膜の下面との間に、段差が構成されてなる
ことを特徴とするＣｕ配線膜構造。
【請求項２】
配線間絶縁膜上にキャップ膜が設けられてなるＣｕ配線膜構造であって、
Ｃｕ配線膜の上面および／またはバリアメタル膜の上端面と、キャップ膜の上面との間に、段差が構成されてなる
ことを特徴とするＣｕ配線膜構造。
【請求項３】
配線間絶縁膜上にキャップ膜が設けられて無いＣｕ配線膜構造であって、
Ｃｕ配線膜の上面および／またはバリアメタル膜の上端面と、配線間絶縁膜の上面との間に、段差が構成されてなる
ことを特徴とするＣｕ配線膜構造。
【請求項４】
Ｃｕ配線膜の上面および／またはバリアメタル膜の上端面が高くなるよう段差が構成されてなることを特徴とする請求項１〜請求項３いずれかのＣｕ配線膜構造。
【請求項５】
段差ｂと配線間隔ｃとの比（ｂ／ｃ）が０．０５〜０．５であるよう構成されてなることを特徴とする請求項１〜請求項４いずれかのＣｕ配線膜構造。
【請求項６】
半導体装置のＣｕ配線膜構造であることを特徴とする請求項１〜請求項５いずれかのＣｕ配線膜構造。
【請求項７】
配線間絶縁膜上にキャップ膜が設けられてなるＣｕ配線膜構造の形成方法であって、
配線用溝を形成する配線用溝形成工程と、
配線用溝にバリアメタル膜を設けるバリアメタル膜形成工程と、
バリアメタル膜上にＣｕ配線膜を設けるＣｕ配線膜形成工程と、
Ｃｕ配線膜形成工程の後、ＣＭＰ処理を行うＣＭＰ処理工程と、
ＣＭＰ処理工程の後、前記配線間絶縁膜上のキャップ膜の一部を除去し、Ｃｕ配線膜の上面および／またはバリアメタル膜の上端面とキャップ膜の上面との間に段差を形成する段差形成工程
とを具備することを特徴とするＣｕ配線膜構造の形成方法。
【請求項８】
配線間絶縁膜上にキャップ膜が設けられて無いＣｕ配線膜構造の形成方法であって、
配線用溝を形成する配線用溝形成工程と、
配線用溝にバリアメタル膜を設けるバリアメタル膜形成工程と、
バリアメタル膜上にＣｕ配線膜を設けるＣｕ配線膜形成工程と、
Ｃｕ配線膜形成工程の後、ＣＭＰ処理を行うＣＭＰ処理工程と、
ＣＭＰ処理工程の後、Ｃｕ配線膜の上面および／またはバリアメタル膜の上端面と配線間絶縁膜の上面との間に段差を形成する段差形成工程
とを具備することを特徴とするＣｕ配線膜構造の形成方法。
【請求項９】
段差形成工程はエッチング処理によることを特徴とする請求項７又は請求項８のＣｕ配線膜構造の形成方法。
【請求項１０】
キャップ膜形成工程を具備しており、
段差形成工程は、エッチング処理によって配線間絶縁膜上のキャップ膜が全て除去されるものであることを特徴とする請求項８のＣｕ配線膜構造の形成方法。
【請求項１１】
キャップ膜形成工程を具備していないことを特徴とする請求項８のＣｕ配線膜構造の形成方法。
【請求項１２】
段差形成工程におけるエッチング処理に先立って、Ｃｕ配線膜表面のエッチングが行われ難くする為のエッチング難化処理を行うことを特徴とする請求項７〜請求項１１いずれかのＣｕ配線膜構造の形成方法。
【請求項１３】
エッチング難化処理がアルカリ系薬剤による処理であることを特徴とする請求項１２のＣｕ配線膜構造の形成方法。
【請求項１４】
請求項１〜請求項６いずれかのＣｕ配線膜構造の形成方法であることを特徴とする請求項７〜請求項１３いずれかのＣｕ配線膜構造の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＣｕ配線膜構造およびその形成方法に関する。特に、Ｃｕダマシン配線膜構造およびその形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｃｕを主導電層とする埋込配線を有する半導体集積回路装置の製造方法では、ＣＭＰ界面の清浄化および絶縁膜中へのＣｕの拡散を防止することは、半導体装置における信頼性向上の為の重要な要素の一つとなっている。
【０００３】
この目的の為に、通常、Ｃｕからなる主導電層の表面（底面および側面）、即ち、配線溝の側面および底面に、Ｃｕの拡散を防止する為の薄いバリアメタル（導電性バリア膜）を設ける手法が提案されている。又、ＣＭＰ後、主導電層（埋込配線：Ｃｕ配線膜）の上面に、例えば窒化シリコン膜などからなるバリア絶縁膜を設け、埋込配線中のＣｕが、埋込配線の上面から絶縁膜中に拡散するのを防止するという手法が提案されている。
【０００４】
しかしながら、上記の技術にあっては、絶縁信頼性に問題が有ることが判って来た。例えば、Ａｌ配線膜の場合に比べて、絶縁信頼性に問題が有ることが判って来た。すなわち、Ｃｕ配線膜構造は、通常、ダマシン法によって形成されている。例えば、図８に示される半導体装置におけるＣｕダマシン配線膜構造において、キャップ膜１の上面は、バリア絶縁膜２を堆積する前に、ダマシン法により配線形成を行う関係上、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）を受ける。そして、ＣＭＰ工程の後、キャップ膜１、Ｃｕ配線膜３やバリアメタル膜４の上に、バリア絶縁膜２が設けられる。ここで、キャップ膜１とバリア絶縁膜２との界面は、キャップ膜１の上面がＣＭＰ時に受けた物理化学的ダメージや、ＣＭＰ時に用いられた砥粒残渣、更にはＣｕやバリアメタルの研磨残渣などにより汚染を受ける。この為に、Ｃｕ配線間の絶縁信頼性が著しく低下してしまうことが判って来た。
【０００５】
そこで、例えば特開２００２−１１０６７９では、ＣＭＰ後に洗浄処理を行うことが提案されている。すなわち、ＣＭＰ後の洗浄処理によって、上記砥粒残渣などを除去し、絶縁信頼性を向上させることが提案されている。
【特許文献１】特開２００２−１１０６７９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、キャップ膜１とバリア絶縁膜２との界面におけるＣｕ配線膜３やバリアメタル膜４の近傍領域Ｚは、配線間に電位差を与える際、電界集中が大きくなる。この為、ＣＭＰ後の後処理が不完全であると、電界によってイオン性不純物質が移動し、配線間絶縁信頼性の劣化は避けられない。そして、上記特開２００２−１１０６７９の提案の如きの洗浄では、配線間絶縁信頼性の劣化は避けられないものであることが判って来た。
【０００７】
更に、上記の電界集中領域Ｚが絶縁性の脆弱なキャップ膜１とバリア絶縁膜２との界面に存在することが問題を更に悪化させていることが判って来た。
【０００８】
すなわち、これまでの技術にあっては、配線間電界強度の集中を避けることが出来ず、配線間絶縁信頼性が低いものであった。
【０００９】
従って、本発明が解決しようとする課題は、上記の問題点を解決することである。すなわち、Ｃｕダマシン配線と絶縁膜との配線間における絶縁性劣化を抑制できる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の課題を解決する為、本発明者による検討が鋭意押し進められて行った結果、ＣＭＰ時にキャップ膜１が受けた物理化学的ダメージや、ＣＭＰ時に用いた砥粒残渣、銅やバリアメタルの研磨残渣などによる汚染を除去すると共に、配線間絶縁信頼性の低下を防ぐ為には、配線間絶縁性の脆弱なキャップ膜−バリア絶縁膜界面と電界集中箇所とを分離し、その為には、キャップ膜１−バリア絶縁膜２界面とＣｕ配線膜３（バリアメタル膜４）−バリア絶縁膜２界面とが同一面上に無いようにし、即ち、キャップ膜１をエッチング除去すれば良いであろうとの知見を得るに至った。
このような知見に基づいて本発明が達成されたものである。
【００１１】
すなわち、前記の問題点は、Ｃｕ配線膜、バリアメタル膜、及び配線間絶縁膜の上に、バリア絶縁膜が設けられてなるＣｕ配線膜構造であって、
Ｃｕ配線膜および／またはバリアメタル膜の上のバリア絶縁膜の下面と、配線間絶縁膜上のバリア絶縁膜の下面との間に、段差が構成されてなる
ことを特徴とするＣｕ配線膜構造によって解決される。
【００１２】
又、配線間絶縁膜上にキャップ膜が設けられてなるＣｕ配線膜構造であって、
Ｃｕ配線膜の上面および／またはバリアメタル膜の上端面と、キャップ膜の上面との間に、段差が構成されてなる
ことを特徴とするＣｕ配線膜構造によって解決される。
【００１３】
又、Ｃｕ配線膜、バリアメタル膜、及び配線間絶縁膜の上にバリア絶縁膜が設けられてなり、前記配線間絶縁膜とバリア絶縁膜との間にはキャップ膜が設けられてなるＣｕ配線膜構造であって、
Ｃｕ配線膜および／またはバリアメタル膜の上のバリア絶縁膜の下面と、配線間絶縁膜上のバリア絶縁膜の下面との間に、段差が構成（Ｃｕ配線膜の上面および／またはバリアメタル膜の上端面と、キャップ膜の上面との間に、段差が構成）されてなる
ことを特徴とするＣｕ配線膜構造によって解決される。
【００１４】
又、配線間絶縁膜上にキャップ膜が設けられて無いＣｕ配線膜構造であって、
Ｃｕ配線膜の上面および／またはバリアメタル膜の上端面と、配線間絶縁膜の上面との間に、段差が構成されてなる
ことを特徴とするＣｕ配線膜構造によって解決される。
【００１５】
又、Ｃｕ配線膜、バリアメタル膜、及び配線間絶縁膜の上にバリア絶縁膜が設けられてなり、前記配線間絶縁膜とバリア絶縁膜との間にはキャップ膜が設けられて無いＣｕ配線膜構造であって、
Ｃｕ配線膜および／またはバリアメタル膜の上のバリア絶縁膜の下面と、配線間絶縁膜上のバリア絶縁膜の下面との間に、段差が構成（Ｃｕ配線膜の上面および／またはバリアメタル膜の上端面と、配線間絶縁膜の上面との間に、段差が構成）されてなる
ことを特徴とするＣｕ配線膜構造によって解決される。
【００１６】
又、上記本発明のＣｕ配線膜構造であって、特に、Ｃｕ配線膜の上面および／またはバリアメタル膜の上端面が高くなるよう段差が構成されてなることを特徴とするＣｕ配線膜構造によって解決される。
【００１７】
又、上記本発明のＣｕ配線膜構造であって、特に、段差ｂと配線間隔ｃとの比（ｂ／ｃ）が０．０５〜０．５であるよう構成されてなることを特徴とするＣｕ配線膜構造によって解決される。
【００１８】
又、上記本発明のＣｕ配線膜構造であって、特に、半導体装置のＣｕ配線膜構造、更にはＣｕダマシン配線膜構造であることを特徴とするＣｕ配線膜構造によって解決される。
【００１９】
又、前記の課題は、配線間絶縁膜上にキャップ膜が設けられてなるＣｕ配線膜構造の形成方法であって、
配線用溝を形成する配線用溝形成工程と、
配線用溝にバリアメタル膜を設けるバリアメタル膜形成工程と、
バリアメタル膜上にＣｕ配線膜を設けるＣｕ配線膜形成工程と、
Ｃｕ配線膜形成工程の後、ＣＭＰ処理を行うＣＭＰ処理工程と、
ＣＭＰ処理工程の後、前記配線間絶縁膜上のキャップ膜の一部を除去し、Ｃｕ配線膜の上面および／またはバリアメタル膜の上端面とキャップ膜の上面との間に段差を形成する段差形成工程
とを具備することを特徴とするＣｕ配線膜構造の形成方法によって解決される。
【００２０】
又、配線間絶縁膜上にキャップ膜が設けられて無いＣｕ配線膜構造の形成方法であって、
配線用溝を形成する配線用溝形成工程と、
配線用溝にバリアメタル膜を設けるバリアメタル膜形成工程と、
バリアメタル膜上にＣｕ配線膜を設けるＣｕ配線膜形成工程と、
Ｃｕ配線膜形成工程の後、ＣＭＰ処理を行うＣＭＰ処理工程と、
ＣＭＰ処理工程の後、Ｃｕ配線膜の上面および／またはバリアメタル膜の上端面と配線間絶縁膜の上面との間に段差を形成する段差形成工程
とを具備することを特徴とするＣｕ配線膜構造の形成方法によって解決される。
【００２１】
又、上記本発明のＣｕ配線膜構造の形成方法であって、段差形成工程がエッチング処理によることを特徴とするＣｕ配線膜構造の形成方法によって解決される。
【００２２】
又、上記本発明のＣｕ配線膜構造の形成方法であって、キャップ膜形成工程を具備しており、
段差形成工程は、エッチング処理によって配線間絶縁膜上のキャップ膜が全て除去されるものであることを特徴とするＣｕ配線膜構造の形成方法によって解決される。
【００２３】
又、上記本発明のＣｕ配線膜構造の形成方法であって、キャップ膜形成工程を具備していないことを特徴とするＣｕ配線膜構造の形成方法によって解決される。
【００２４】
又、上記本発明のＣｕ配線膜構造の形成方法であって、段差形成工程におけるエッチング処理に先立って、Ｃｕ配線膜表面のエッチングが行われ難くする為のエッチング難化処理を行うことを特徴とするＣｕ配線膜構造の形成方法によって解決される。
【００２５】
又、上記本発明のＣｕ配線膜構造の形成方法であって、エッチング難化処理がアルカリ系薬剤による処理であることを特徴とするＣｕ配線膜構造の形成方法によって解決される。
【００２６】
又、上記本発明のＣｕ配線膜構造の形成方法であって、上記のＣｕ配線膜構造の形成方法であることを特徴とするＣｕ配線膜構造の形成方法によって解決される。
【発明の効果】
【００２７】
本発明は、配線間絶縁性の脆弱なキャップ膜−バリア絶縁膜界面と電界集中箇所とを分離した構造のものとした。例えば、Ｃｕ配線膜および／またはバリアメタル膜の上のバリア絶縁膜の下面と、配線間絶縁膜上のバリア絶縁膜の下面との間に、段差が構成されたものとした。又は、Ｃｕ配線膜の上面および／またはバリアメタル膜の上端面と、キャップ膜の上面との間に、段差が構成されたものとした。或いは、Ｃｕ配線膜の上面および／またはバリアメタル膜の上端面と、配線間絶縁膜の上面との間に、段差が構成されたものとした。特に、段差ｂと配線間隔ｃとの比（ｂ／ｃ）が０．０５〜０．５であるよう構成させた。従って、イオン性不純物質の移動が効果的に抑制され、配線間絶縁信頼性の劣化が効果的に防止される。
【００２８】
又、例えばエッチング等によってＣＭＰ処理後の表面が除去されていると、ＣＭＰ時に受けた物理化学的ダメージや、ＣＭＰ時に用いられた砥粒残渣、更にはＣｕやバリアメタルの研磨残渣などによる汚染を効果的に防止でき、この点からもＣｕ配線間の絶縁信頼性の低下を防止できる。
【００２９】
尚、このエッチングに先立って、例えばアルカリ系薬剤を用いて処理し、Ｃｕ配線膜表面のエッチングが行われ難くしていると、エッチングによってＣｕ配線膜などはエッチングが行われないものとなり、配線膜が必要以上に薄くならず、設計通りのものが得られ易くなり、非常に好ましいものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明になるＣｕ配線膜構造（Ｃｕダマシン配線膜構造）は、Ｃｕ配線膜、バリアメタル膜、及び配線間絶縁膜の上に、バリア絶縁膜が設けられてなるＣｕ配線膜構造であって、前記Ｃｕ配線膜および／またはバリアメタル膜の上のバリア絶縁膜の下面と、前記配線間絶縁膜上のバリア絶縁膜の下面との間に、段差が構成されたものである。又、配線間絶縁膜上にキャップ膜が設けられてなるＣｕ配線膜構造であって、Ｃｕ配線膜の上面および／またはバリアメタル膜の上端面と、キャップ膜の上面との間に、段差が構成されたものである。又、Ｃｕ配線膜、バリアメタル膜、及び配線間絶縁膜の上にバリア絶縁膜が設けられてなり、前記配線間絶縁膜とバリア絶縁膜との間にはキャップ膜が設けられてなるＣｕ配線膜構造であって、前記Ｃｕ配線膜および／またはバリアメタル膜の上のバリア絶縁膜の下面と、前記配線間絶縁膜上のバリア絶縁膜の下面との間に、段差が構成（前記Ｃｕ配線膜の上面および／またはバリアメタル膜の上端面と、前記キャップ膜の上面との間に、段差が構成）されたものである。又、配線間絶縁膜上にキャップ膜が設けられて無いＣｕ配線膜構造であって、Ｃｕ配線膜の上面および／またはバリアメタル膜の上端面と、配線間絶縁膜の上面との間に、段差が構成されたものである。又、Ｃｕ配線膜、バリアメタル膜、及び配線間絶縁膜の上にバリア絶縁膜が設けられてなり、前記配線間絶縁膜とバリア絶縁膜との間にはキャップ膜が設けられて無いＣｕ配線膜構造であって、前記Ｃｕ配線膜および／またはバリアメタル膜の上のバリア絶縁膜の下面と、前記配線間絶縁膜上のバリア絶縁膜の下面との間に、段差が構成（前記Ｃｕ配線膜の上面および／またはバリアメタル膜の上端面と、前記配線間絶縁膜の上面との間に、段差が構成）されたものである。上記の段差は、特に、Ｃｕ配線膜の上面および／またはバリアメタル膜の上端面が高くなるよう構成されたものである。中でも、上記段差ｂと配線間隔ｃとの比（ｂ／ｃ）が０．０５〜０．５（特に、０．１以上。更には、０．１５以上。特に、０．３以下。更には０．２５以下。）であるよう構成されたものである。又、エッチングによる減少量ｂは５〜５０ｎｍである。
【００３１】
本発明になるＣｕ配線膜構造（Ｃｕダマシン配線膜構造）の形成方法は、配線間絶縁膜上にキャップ膜が設けられてなるＣｕ配線膜構造の形成方法であって、配線用溝を形成する配線用溝形成工程と、配線用溝にバリアメタル膜を設けるバリアメタル膜形成工程と、バリアメタル膜上にＣｕ配線膜を設けるＣｕ配線膜形成工程と、Ｃｕ配線膜形成工程の後、ＣＭＰ処理を行うＣＭＰ処理工程と、ＣＭＰ処理工程の後、前記配線間絶縁膜上のキャップ膜の一部を除去し、Ｃｕ配線膜の上面および／またはバリアメタル膜の上端面とキャップ膜の上面との間に段差を形成する段差形成工程とを具備する。又、配線間絶縁膜上にキャップ膜が設けられて無いＣｕ配線膜構造の形成方法であって、配線用溝を形成する配線用溝形成工程と、配線用溝にバリアメタル膜を設けるバリアメタル膜形成工程と、バリアメタル膜上にＣｕ配線膜を設けるＣｕ配線膜形成工程と、Ｃｕ配線膜形成工程の後、ＣＭＰ処理を行うＣＭＰ処理工程と、ＣＭＰ処理工程の後、Ｃｕ配線膜の上面および／またはバリアメタル膜の上端面と配線間絶縁膜の上面との間に段差を形成する段差形成工程とを具備する。上記の段差形成工程は、例えばフッ酸を含んだエッチング液等によるウェットエッチングやドライエッチング等のエッチング処理によるものである。このエッチング処理の後、バリア絶縁膜が設けられる。又、配線用溝形成工程に先立って、基板上に配線間絶縁膜が形成される。又、配線間絶縁膜上にキャップ膜が場合によっては形成される。このようにすれば、Ｃｕ配線膜および／またはバリアメタル膜の上のバリア絶縁膜の下面と、配線間絶縁膜上のバリア絶縁膜の下面との間に、段差が構成される。Ｃｕ配線膜の上面および／またはバリアメタル膜の上端面と、キャップ膜の上面との間に、段差が構成される。Ｃｕ配線膜の上面および／またはバリアメタル膜の上端面と、配線間絶縁膜の上面との間に、段差が構成される。本発明になるＣｕ配線膜構造（Ｃｕダマシン配線膜構造）は、キャップ膜を具備する場合と、キャップ膜を具備しない場合とが有る。キャップ膜を具備する場合、既に設けられているキャップ膜の一部（表面層）がエッチングにより除去される。これに対して、キャップ膜を具備しない場合、上記の如く、一部がエッチングによって除去されるのでは無く、キャップ膜の全て（全層）が除去される場合と、キャップ膜が始めから設けられていない場合とが有る。予めキャップ膜が設けられている場合、キャップ膜が除去されれば良いが、キャップ膜が、そもそも、無い場合には、配線間絶縁膜の表層がエッチング除去されれば良い。段差形成工程におけるエッチング処理に先立って、Ｃｕ配線膜表面のエッチングが行われ難くする為のエッチング難化処理が行なわれる。エッチング難化処理は、アルカリ系薬剤による。
【００３２】
さて、図１に示される如く、ＣＭＰ処理後のエッチング処理によって、バリアメタル膜４の上端を基準面とした場合、Ｃｕ配線膜３の厚さの減少量はａ、キャップ膜１の厚さの減少量はｂとなる。配線間隔はｃである。この後、バリア絶縁膜２を形成すると、図２に示される通りである。ここで、キャップ膜１とバリア絶縁膜２との界面における極板近傍の電界強度を、配線膜・配線間隔を５０ｎｍから１０００ｎｍの範囲でシミュレーションすると、キャップ膜のエッチング量と電界集中領域Ｚにおける電界強度とは図３のような関係になる。従って、本発明の如くにさせることによって、キャップ膜１とバリア絶縁膜２との界面における絶縁性劣化や、配線間の金属イオンのキャップ膜上の移動による配線間絶縁性低下が効果的に抑制され、配線間絶縁信頼性の向上が図られる。
【００３３】
更に詳しく説明すると次の通りである。
図４は本発明になるＣｕダマシン配線膜構造の一例の平面図である。尚、図１，２は図４のＡ−Ａ’線断面図である。図１に示す如く、ＣＭＰ完了時の研磨面を基準面とした場合、Ｃｕ配線膜３の上面までの距離をａ、キャップ膜１の上面までの距離をｂ、配線間隔をｃとすると、Ｚの位置で示したキャップ膜１とバリア絶縁膜２の界面における極板近傍の電界強度は、図３で示した如く、ｂが０から４５ｎｍの範囲で電界強度が減少することが判った。配線間隔ｃにも依存することは明らかなので、その範囲を調べると、図５に示す通りである。すなわち、ａが０ｎｍである場合の電界集中領域Ｚの電界強度を１とした際、ｂ／ｃに対応する電界強度比で表すと、電界強度比が０．８から０．５となるような構造が配線間絶縁耐圧の向上に対して効果のある構造であることが判って来た。この構造は、ｂ／ｃが０．０５から０．５に対応する。より好ましくは、電界強度比が０．７から０．６となるような構造である。この構造は、ｂ／ｃが０．１から０．２５に対応している。尚、ｂ／ｃが０．５を越えて大き過ぎると、エッチング面へのバリア絶縁膜堆積時の積層形状不良を引き起こし易い。その結果、正常な多層配線膜構造を作成し難くなる。
【００３４】
エッチング量を適正に制御して本発明の多層配線膜構造を形成させる方法は次の通りである。
埋込み配線を形成する為のＣＭＰを行った後の後洗浄処理において、
先ず、アルカリ系薬剤、例えば防食剤を含有したアルカリ性薬液（洗浄液Ａ）を用いた基板洗浄を行い、
次に、フッ酸またはフッ酸およびフッ素を含有した薬液による基板洗浄を行う。
【００３５】
工程を上記の如きの２段階に分けた理由は、明確な解明は今後の研究に待つとしても、次のように考えている。すなわち、先ず、Ｃｕのエッチング面に対してエッチングを遅延させる皮膜形成を行い、次いでキャップ膜のエッチングが行われることになると推定される。そして、このような２段階処理を行うと、図１のＣｕ配線膜３の厚さ減少量ａとキャップ膜１の厚さ減少量ｂとの比は問題とならないレベルとなり、Ｃｕ配線膜３の厚さ減少量ａを抑制しながら、キャップ膜１の厚さ減少量ｂを制御することが出来る。従って、このような２段階処理を行うと、表−１に示す如く、エッチングレートを小さく出来、エッチング過多によるＣｕ配線膜３の消失やバリア絶縁膜２の堆積時の工程トラブルが起き難くなる。
【００３６】
＜Ｃｕ膜に対するエッチング速度＞
シリコン基板上にＣＶＤ装置を用いて、プラズマシリコン酸化膜を膜厚が５００ｎｍ堆積し、その上にプラズマ窒化シリコン膜を膜厚が５０ｎｍ堆積した。次いで、配線間絶縁膜としてプラズマＳｉＯＣ膜を膜厚２５０ｎｍ形成した。この上に、キャップ膜としてシリコン酸化膜を膜厚１００ｎｍ形成した。その上に、スパッタ法でバリアメタル（タンタルおよび窒化タンタル）膜を３５ｎｍ形成し、次いで銅シード層を６０ｎｍ形成した。更に、メッキ装置を用いて、平坦部膜厚が８００ｎｍのＣｕ膜を形成した。
【００３７】
上記のようにして得られた銅メッキ膜に対してＣＭＰ処理を行った。
【００３８】
この後、腐食防止剤としてメルカプト基を含有した有機化合物を添加したアルカリ系洗浄液（洗浄液Ａ）により洗浄を行った。
【００３９】
この洗浄処理後、銅メッキ膜に対して、０．５ｗｔ％のフッ酸水溶液を１５秒間に亘ってスプレーした。そして、この後、水洗し、乾燥した。
【００４０】
上記フッ酸水溶液を用いたＣｕ膜のエッチングレートを、Ｃｕ面に対して表−１の各処理を行った後、シート抵抗測定器で測定した結果を表−１に示す。
【００４１】
表−１
処理内容                  エッチングレート
例１（本発明）洗浄液Ａによる洗浄後にエッチング    １８ｎｍ／ｍｉｎ
例２（発明外）    洗浄無しのエッチング        ＞５００ｎｍ／ｍｉｎ
例３（発明外）洗浄液Ｂによる洗浄後にエッチング  ２５０ｎｍ／ｍｉｎ
＊洗浄液Ｂは、ＣＭＰ後に用いられる最も一般的な有機酸系洗浄液
【００４２】
＜シリコン酸化膜およびタンタルに対するエッチング速度＞
シリコン基板上にプラズマシリコン酸化膜を膜厚が１００ｎｍ堆積してシリコン酸化膜を得た。
【００４３】
一方、同様の試料上に、スパッタ法でタンタル膜を膜厚が１５０ｎｍ形成した。
【００４４】
上記方法で作成したプラズマシリコン酸化膜およびタンタル膜に対して、０．５ｗｔ％フッ酸水溶液を１５秒間に亘ってスプレーし、その後洗浄液Ａを用いて洗浄処理を行い、そして乾燥した。
【００４５】
乾燥後、分光エリプソメトリーにより、プラズマシリコン酸化膜の膜厚を測定し、エッチング前後の膜厚の差からエッチング速度を算出した。一方、乾燥後、タンタル膜の膜厚をシート抵抗測定器により測定し、エッチング前後の膜厚の差からエッチング速度を算出した。
【００４６】
これ等の結果を表−２に示す。
表−２
膜              エッチングレート
例４（本発明）      Ｃｕ膜            １８ｎｍ／ｍｉｎ
例５（本発明）      Ｔａ膜            ＜１．０ｎｍ／ｍｉｎ
例６（本発明）プラズマシリコン酸化膜  ４９ｎｍ／ｍｉｎ
【００４７】
これ等の結果から、ＣＭＰ後に、洗浄液Ａを用いた洗浄処理を導入することにより、Ｃｕ配線膜やバリアメタル膜（Ｔａ膜）のエッチングが制御されつつ、キャップ膜（プラズマシリコン酸化膜）のエッチングが可能なことが判る。
【００４８】
以下、具体的な実施例を挙げて説明する。
【００４９】
［実施例１］
＜絶縁膜の形成＞
シリコン基板上にＣＶＤ装置を用いて、プラズマシリコン酸化膜を膜厚が５００ｎｍ堆積し、その上にプラズマ窒化シリコン膜を膜厚が５０ｎｍ堆積した。次いで、配線間絶縁膜としてプラズマＳｉＯＣ膜を膜厚が２５０ｎｍ形成した。この上に、キャップ膜としてプラズマシリコン酸化膜を膜厚が１００ｎｍ形成した。
【００５０】
＜露光・現像＞
前記の工程後に、表面に反射防止膜を形成し、次いでフォトレジスト膜を形成した。そして、フォトレジストマスクを用いて露光後、現像処理を行った。
【００５１】
＜加工・洗浄＞
現像処理された基板に対して、ドライエッチング、フォトレジストアッシング、ポリマー除去洗浄の各処理を行った。
【００５２】
＜配線膜形成工程＞
スパッタ法によりバリアメタル（タンタルおよび窒化タンタル）膜を膜厚が３５ｎｍ形成し、次いで銅シード層を厚さが６０ｎｍ形成した。更に、銅めっき装置により、配線層に銅を厚さが８００ｎｍ形成した。
【００５３】
＜ＣＭＰ工程＞
ＣＭＰ装置を用いて、銅メッキされた試料表面に対してＣＭＰ処理を行った。銅およびバリアメタルを研磨すると、ダマシン法の結果として、平坦な配線膜を形成できる。尚、この時、キャップ膜が膜厚５０ｎｍまで研磨された。
【００５４】
研磨後に、上記洗浄液Ａを用いてＣＭＰ面をロールブラシ洗浄およびペンブラシ洗浄によりＣＭＰスラリー成分などの有機成分や砥粒成分の除去を行った。これと同時に、洗浄液Ａを用いた効果として、Ｃｕ配線膜の表面部の皮膜形成（腐食防止）が行われた。
【００５５】
この後、０．５ｗｔ％フッ酸水溶液を用いて絶縁膜およびＣｕ配線膜表面のエッチング処理を１５秒間行った。尚、このエッチング処理による絶縁膜（キャップ膜）の減少量（図１におけるｂ）が３０ｎｍであるＣｕ配線膜構造が得られた。
尚、フッ酸水溶液によるエッチング処理は、回転させた基板上に薬液を滴下する方法、或いは回転させた基板上に薬液をスプレーする方法、若しくは基板を薬液中に浸漬する方法が有るが、本例ではスプレー法を用いた。
【００５６】
＜バリア絶縁膜形成＞
通常の方法によって、表面にバリア絶縁膜（窒化シリコン膜）を堆積した。
【００５７】
上記のようにして得られたＣｕダマシン配線膜構造（配線幅＝１３０ｎｍ，配線間隔＝２５０ｎｍ）のものについて、絶縁破壊寿命予測（配線間の電界強度が０．１ＭＶ／ｃｍ（実際の半導体装置で利用される代表的な電界強度）における絶縁破壊寿命予測）を行った結果を表−３に示す。
【００５８】
表−３
絶縁破壊寿命（ｓｅｃ）
本実施例              ４．４×１０14
比較例＊              ７．１×１０11
＊本比較例は本実施例においてフッ酸処理が無い場合のもの。
【００５９】
又、表−３の絶縁破壊寿命予測の根拠となる電界強度と絶縁破壊時間の関係を図６に示す。ＣＭＰ後に洗浄液Ａを用いた試料では、半導体装置に期待される寿命の目安である１０年（３×１０8 ｓｅｃ）を1桁上回る程度であるが、ＣＭＰ面を更にフッ酸水溶液でエッチング処理することで、絶縁破壊寿命が３桁増加することが判る。
【００６０】
以上説明した通り、本発明は、
（１）  配線間の絶縁信頼性（ＴＤＤＢ試験による）が向上し、半導体装置の長期絶縁信頼性寿命が延長すると言う効果を奏する。
（２）  ＣＭＰ後に洗浄液Ａを用いた洗浄工程を経て、フッ酸を含んだエッチング液によるエッチングを行うことにより、エッチング量は適正に制御され、かつ、有機物や金属による汚染物が除去される。
と言う特長を持っている。
【００６１】
［実施例２］
＜絶縁膜の形成＞
シリコン基板上にＣＶＤ装置を用いて、プラズマシリコン酸化膜を膜厚が５００ｎｍ堆積し、その上にプラズマ窒化シリコン膜を膜厚が５０ｎｍ堆積した。次いで、配線間絶縁膜としてプラズマＳｉＯＣ膜を膜厚が２５０ｎｍ形成した。この上に、有機系塗布絶縁膜の塗料を塗布し、そして乾燥・焼成し、膜厚が１００ｎｍのキャップ膜を形成した。
【００６２】
＜露光・現像＞
前記の工程後に、表面に反射防止膜を形成し、次いでフォトレジスト膜を形成した。そして、フォトレジストマスクを用いて露光後、現像処理を行った。
【００６３】
＜加工・洗浄＞
現像処理された基板に対して、ドライエッチング、フォトレジストアッシング、ポリマー除去洗浄の各処理を行った。
【００６４】
＜配線膜形成工程＞
スパッタ法によりバリアメタル（タンタルおよび窒化タンタル）膜を膜厚が３５ｎｍ形成し、次いで銅シード層を厚さが６０ｎｍ形成した。更に、銅めっき装置により、配線層に銅を厚さが８００ｎｍ形成した。
【００６５】
＜ＣＭＰ工程＞
ＣＭＰ装置を用いて、銅メッキされた試料表面に対してＣＭＰ処理を行った。銅およびバリアメタルを研磨すると、ダマシン法の結果として、平坦な配線膜を形成できる。尚、この時、キャップ膜が膜厚５０ｎｍまで研磨された。
【００６６】
研磨後に、上記洗浄液Ａを用いてＣＭＰ面をロールブラシ洗浄およびペンブラシ洗浄によりＣＭＰスラリー成分などの有機成分や砥粒成分の除去を行った。これと同時に、洗浄液Ａを用いた効果として、Ｃｕ配線膜の表面部の皮膜形成（腐食防止）が行われた。
【００６７】
この後、ドライエッチング装置（アッシング装置でも良い。）を用い、プラズマ化したアンモニアガスにより絶縁膜およびＣｕ配線膜表面のドライエッチング処理を行い、絶縁膜の減少量（図７中のｂ）が３０ｎｍであるＣｕ配線膜構造が得られた。
尚、ドライエッチング処理にはアンモニアガスを用いたが、水素または酸素をヘリウムや窒素で希釈した混合ガス、或いはＣＦ４，Ｃ４Ｆ8，ＣＨＦ3，ＣＨ2Ｆ2，Ｃ2Ｆ6を主原料としたガスでも同様の効果が得られる。
【００６８】
＜バリア絶縁膜形成＞
通常の方法によって、表面にバリア絶縁膜（窒化シリコン膜）を堆積した。
【００６９】
上記のようにして得られたＣｕダマシン配線膜構造（配線幅＝１３０ｎｍ，配線間隔＝２５０ｎｍ）のものについて、絶縁破壊寿命予測を行った処、実施例１と同様な結果が得られた。
【００７０】
そして、実施例１の場合に比べると、有機系塗膜のＣＭＰ研磨特性（平坦性や面内均一性）は多少劣っていたものの、Ｃｕ配線膜のエッチング量が少なく、Ｃｕ配線抵抗の上昇が実施例１のものよりも少ないものであった。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】キャップ膜のウェットエッチング処理完了後の配線断面図
【図２】電界強度計算箇所を表す配線断面図
【図３】キャップ膜のエッチング量とキャップ膜上面の極板近傍の電界関係説明図
【図４】ＣＭＰ後のウェットエッチング処理後の平面図
【図５】キャップ膜エッチング量／配線間隔と電界との関係説明図
【図６】絶縁破壊時間のグラフ
【図７】キャップ膜のドライエッチング処理後の配線断面図
【図８】従来のＣｕ配線膜構造図
【符号の説明】
【００７２】
１    キャップ膜
２    バリア絶縁膜
３    Ｃｕ配線膜
４    バリアメタル膜
代  理  人  宇  高    克  己
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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