(57)【要約】【課題】  Ｃｕ配線或いは電極をもつ半導体装置の製造方法に関し、膨大な設備投資を必要とせずに、Ｃｕメッキ工程とＣｕ−ＣＭＰ工程との間でＣｕの腐食が発生することを抑止し、信頼性が高いＣｕ配線或いは電極をもつ半導体装置を実現できるようにする。【解決手段】  ウェーハにＣｕメッキ膜６を形成する工程、Ｃｕメッキ膜６の形成直後に表面を保護膜１１で覆う工程、Ｃｕメッキ膜６のＣＭＰが開始される直前に保護膜１１を除去する工程とが含まれてなることを基本とする。【選択図】        図１
2007158064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェーハにＣｕメッキ膜を形成する工程と、
前記Ｃｕメッキ膜の形成直後に表面を保護膜で覆う工程と、
前記Ｃｕメッキ膜のＣＭＰが開始される直前に前記保護膜を除去する工程と
が含まれてなることを特徴とするＣｕ配線或いは電極をもつ半導体装置の製造方法。
【請求項２】
保護膜の材質に合わせたスラリーを用いてＣｕメッキ膜のＣＭＰが開始される直前に前記保護膜をＣＭＰを適用して除去する工程
が含まれてなることを特徴とする請求項１記載のＣｕ配線或いは電極をもつ半導体装置の製造方法。
【請求項３】
Ｃｕ−ＣＭＰに用いるスラリーでＣＭＰ可能な材質からなる保護膜を形成してＣｕメッキ膜のＣＭＰが開始される直前に前記保護膜をＣｕ−ＣＭＰを適用して除去する工程
が含まれてなることを特徴とする請求項１記載のＣｕ配線或いは電極をもつ半導体装置の製造方法。
【請求項４】
Ｃｕメッキ膜とＣＭＰ可能な材質からなる保護膜との組み合わせを複数回連続して形成した後これらの膜を各々の材質に合わせたスラリーを用いてＣＭＰを適用して除去する工程
が含まれてなることを特徴とする請求項１記載のＣｕ配線或いは電極をもつ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、Ｃｕのメッキ及びＣＭＰ（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）の各工程が含まれるＣｕ配線或いは電極をもつ半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、Ｃｕからなる配線や電極をもつ半導体デバイスが多用される傾向が顕著であり、このような半導体デバイスに於いてＣｕ配線等を形成するには、Ｃｕメッキ工程とＣｕ−ＣＭＰ工程とが重要な作業となっている。
【０００３】
図４乃至図７はＣｕ配線を形成する従来の技術を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。
【０００４】
図４参照
（１）  素子が作り込まれた基板を覆う絶縁層１上に配線等の導電層２、層間絶縁膜３を      形成する。
（２）  層間絶縁膜３に配線等を形成する為の開口４を形成する。
（３）  全面にバリアメタル層５を形成する。尚、バリアメタル層５にはメッキをするの      に必要なシード層も含まれている。
【０００５】
図５及び図６参照
（４）  メッキ法を適用することに依ってＣｕメッキ膜６を形成し、次いで、ＣＭＰ法を適用することに依って開口４を埋めたＣｕメッキ膜６を残して他を除去する。尚、残ったＣｕメッキ膜６を配線６Ａとする。
【０００６】
図７参照
（５）  ＣＭＰ後の表面に保護膜７を形成する。
【０００７】
従来、前記説明した工程でＣｕ配線６Ａを形成した場合、メッキ工程の終了後、Ｃｕメッキ膜６に腐食が発生して、所期の配線が得られない旨の問題が起こっている。
【０００８】
図８及び図９はメッキ法を適用して形成したＣｕメッキ膜に腐食が起こったことを説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図であり、図４乃至図７に於いて用いた記号と同じ記号で指示した部分は同一或いは同効の部分を表すものとする。
【０００９】
図８に於いて、記号８で指示した部分は腐食であり、この状態のＣｕメッキ膜６にＣＭＰを施してＣｕ配線６Ａを形成し、且つ、保護膜７を形成した半導体装置が図９に示されている。
【００１０】
図９から明らかなように、腐食が起こったままＣＭＰを実施した場合、Ｃｕ配線６Ａは所期の厚さを維持できず痩せ細ったものになってしまい、従って、所要の電流容量を得ることができない。
【００１１】
通常、図５に見られるメッキ直後のＣｕメッキ膜６を見ても、表面状態、下地の色、残差などが原因となって、図８に見られるように腐食８を発見することは困難であり、腐食が進行した場合、開口４に埋め込んだＣｕメッキ膜６が根こそぎ浸食されてしまう場合も起こる。
【特許文献１】特開２００２−１９０４５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明では、Ｃｕ配線或いは電極をもつ半導体装置を製造するに際し、膨大な設備投資を必要とせずに、Ｃｕメッキ工程とＣｕ−ＣＭＰ工程との間でＣｕの腐食が発生することを抑止し、信頼性が高いＣｕ配線或いは電極を持つ半導体装置を実現しようとする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明舎等は、Ｃｕ配線或いは電極を形成した場合に発生する腐食について様々な実験調査を行って原因究明に努力したところ、今般、半導体装置の全製造工程中、Ｃｕメッキ工程終了後からＣｕ−ＣＭＰ工程実施前までの間に腐食が起こる可能性が最も大きいことを確認した。即ち、前記実験調査を行ったところに依ると、Ｃｕメッキ工程〜Ｃｕ−ＣＭＰ工程間の時間と腐食発生数との間には比例的な相関が見られた。
【００１４】
元来、Ｃｕメッキ膜（メッキ液）中には、塩素、硫黄、フッ素など、腐食性の不純物が高濃度で含まれていることから、Ｃｕ腐食低減の為には、Ｃｕメッキ膜を形成後、そのままの状態で滞留する時間を可能な限り短縮することが好ましい。
【００１５】
Ｃｕメッキ工程〜Ｃｕ−ＣＭＰ工程の時間短縮を実現するには、例えば、メッキ用ユニットとＣＭＰ用ユニットを連結して同一筐体内に収容し、連続処理を可能にした装置が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
【００１６】
上記装置がＣｕメッキ工程〜Ｃｕ−ＣＭＰ工程間でＣｕ配線或いは電極に腐食が起こり易いことを意識していたか否かは詳らかではないが、如何に省スペースな構成であるとは言いながら、一筐体内に二種類乃至三種類（アニール用ユニットを含めると三種類）のユニットを収容した場合、全体としては小型化されたとしても、各々のユニットからなる単用途の装置と比較すれば大型になることは明らかである。
【００１７】
通常、工場内の環境に依っては、設置の自由度が低い上記のよう大型装置よりも、単用途の各装置を別個に配置する方が有利な場合も多いばかりでなく、別個に配置せざるを得ない場合もあり、しかも、メッキ装置やＣＭＰ装置をインライン化した場合、それ等の装置を動作させる自由度は制約を受けることになる。
【００１８】
ところで、従来、メッキされたＣｕの大気中に於ける露出時間を短くする為、ＣＭＰ工程が終了した後、半導体ウェーハ表面をＳｉＣからなる保護膜で覆うことが行われているが、Ｃｕメッキ工程〜Ｃｕ−ＣＭＰ工程の間については、時間を管理することで充分であるとの認識しかなかった。
【００１９】
然しながら、保護膜を必須とするのは、Ｃｕメッキ工程終了後〜Ｃｕ−ＣＭＰ工程開始前の間であって、その間こそ、Ｃｕメッキ膜の上には保護膜が存在しなければならず、そして、その対策を施すことで、Ｃｕ配線や電極の腐食は極めて有効に阻止され、信頼性が高い半導体装置を実現することができる。
【００２０】
前記したところから、本発明に依るＣｕ配線或いは電極をもつ半導体装置の製造方法に於いては、ウェーハにＣｕメッキ膜を形成する工程と、前記Ｃｕメッキ膜の形成直後に表面を保護膜で覆う工程と、前記Ｃｕメッキ膜のＣＭＰが開始される直前に前記保護膜を除去する工程とが含まれてなることが基本になっている。
【発明の効果】
【００２１】
前記手段を採ることに依り、Ｃｕメッキ膜の腐食を抑止するのに最良の効果が得られる工程段階でＣｕメッキ膜上に保護膜を存在させてあることから、Ｃｕ配線或いは電極の腐食は効果的に防止され、従って、信頼性が高い半導体装置を実現させることができる。また、本発明を実施するには、半導体分野で多用されている技術の応用であり、しかも、特殊な装置や膨大な設備投資などは一切不要である。更にまた、メッキ工程〜ＣＭＰ工程間の時間を無理に短縮しなければならない理由もなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
従来の技術に於いては、Ｃｕメッキ工程後〜Ｃｕ−ＣＭＰ工程前まで、腐食性の不純物が高濃度で含まれるＣｕメッキ膜が大気中に曝露され、Ｃｕ腐食が発生し易い状態で放置されていたのであるが、本発明では、Ｃｕメッキ工程終了後、直ちにＣｕメッキ膜上に表面保護膜を形成してＣｕ腐食の進行を抑制し、その後、表面保護膜の除去し、通常の方法でＣｕ−ＣＭＰ処理を行う。
【００２３】
本発明に於いて、上記工程を実施するに際しては、Ｃｕ−ＣＭＰ工程に入る直前に表面保護膜の除去が必要となるが、その除去工程がＣｕ−ＣＭＰ工程のＣｕ−ＣＭＰ処理条件を大きく変えることはなく、また、表面保護膜をＣＭＰ処理で除去することが可能な場合もあるので、その際は、表面保護膜除去工程の特設は不要である。
【００２４】
次に実施例を説明するが、その主要点については、図１である工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図を参照する。然しながら、従来の技術を説明するのに用いた図４乃至図９を随時参照することで理解が容易になる。尚、図１では、図４乃至図９に於いて用いた記号と同じ記号で指示した部分は同一或いは同効の部分を表すものとし、この点は、以下に挙げる他の図でも同様である。
【実施例１】
【００２５】
実施例１は、表面保護膜として、Ｃｕ−ＣＭＰ処理で除去できない材質のものを用いた場合であり、この場合は、Ｃｕメッキ膜の成膜（図５参照）→表面保護膜の形成（図１参照）→表面保護膜の除去（図５の状態に戻る）→Ｃｕ−ＣＭＰ処理（図６参照）→表面保護膜の形成（図７参照）の工程を経ることになる。次に、その工程を具体的に説明する。
【００２６】
（１）  絶縁層１上に配線等の導電層２、層間絶縁膜３を形成し、層間絶縁膜３に配線等      を形成する為の開口４を形成し、バリアメタル層５、Ｃｕメッキ膜６を形成する迄      の工程は、さきに図４及び図５について説明した工程と全く同じである。
【００２７】
（２）  前記１程でＣｕメッキ膜６を形成した直後、ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐ      ｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を適用してＳＩＣからなる表面保護膜１１を形成      する。
【００２８】
表面保護膜１１としては、上記したものの他、成膜装置に依って成膜する任意の      膜、例えば、多結晶シリコン、シリコン窒化膜などを用いることができる。また、      ＳＯＧ（ｓｐｉｎ  ｏｎ  ｇｌａｓｓ）と総称されているケイ酸化合物の溶液から      なる樹脂、或いは、有機ポリマー等を塗布して用いることができる。更に、半導体      装置を作製する場合の背面研削時に用いる粘着テープを貼付する等の手段を採るこ      ともできる。
【００２９】
近年のメッキ装置は枚葉型が主流であり、べークユニットを備えているものが多      いことから、そこに例えばスプレーやスピンコートのユニットなどを追加付設して      おくことで、メッキ工程後、直ちに表面保護膜を形成することは容易に実現可能で      ある。
【００３０】
（３）  表面保護膜１１を除去する場合、Ｃｕ−ＣＭＰ処理の前処理として、表面保護膜      １１の材質に対応した処理、例えば、材質がカーボンからなる膜であれば酸素プラ      ズマを適用することで除去することができる。
【００３１】
（４）  表面保護膜１１を除去した後は直ちにＣＭＰ処理に入り、その終了後、表面保護      膜７（図７参照）を形成する。
【実施例２】
【００３２】
実施例２は、表面保護膜１１として、Ｃｕ−ＣＭＰ処理では除去できない材質のものを用いた場合であっても、Ｃｕ−ＣＭＰの場合とは別なスラリーを用いることで研磨除去が可能な表面保護膜、例えば、シリコン酸化膜などを用いる場合である。
【００３３】
この場合は、Ｃｕメッキ膜の成膜（図５参照）→表面保護膜の形成（図１参照）→表面保護膜のＣＭＰに依る除去（図５の状態に戻る）→Ｃｕ−ＣＭＰ処理（図６参照）→表面保護膜の形成（図７参照）の工程を経ることになる。
【００３４】
表面保護膜として、例えば、ＣＶＤ法を適用して成膜したシリコン酸化膜を用いた場合には、Ｃｕ−ＣＭＰのスラリーである砥粒レス酸化剤系スラリーとは異なるシリカ系や酸化セリウム系スラリーを用いれば良い。
【００３５】
シリコン酸化膜のＣＭＰ装置としてはＣｕ−ＣＭＰ装置を用いることができ、Ｃｕ−ＣＭＰ処理の前処理として表面保護膜のＣＭＰ除去が可能である。
【実施例３】
【００３６】
実施例３は、実施例２の応用であって、この場合の主要点については、図２及び図３である工程要所に於ける半導体装置の要部切断側面図を参照する。また、他の図の参照については実施例１或いは実施例２と同様である。
【００３７】
実施例３では、図２に見られるように、表面保護膜１１を形成した後、再度、メッキ法を適用することに依ってＣｕメッキ膜１２を形成し、更に、もう一度、表面保護膜１３を形成する。尚、図２では、メッキ膜と保護膜との層が２段重ねになっているが、３段重ね以上にしても処理の繰り返し数が増加するだけであって内容的には変わりない。
【００３８】
この場合に於けるプロセスフローとしては、、表面保護膜１３のＣＭＰ除去、Ｃｕメッキ膜１２のＣＭＰ除去、表面保護膜１１のＣＭＰ除去、Ｃｕメッキ膜６のＣＭＰを行い、その後、表面保護膜７（図７を参照）を形成する。
【００３９】
実施例３の場合、表面保護膜１３及び表面保護膜１１の材質が同一である必要はないのであるが、それ等はＣＭＰ処理で除去し得る材質でなければならない。
【００４０】
製造現場に於いては、Ｃｕ−ＣＭＰ処理の直前、或いは、処理途中でＣＭＰ装置が停止することがあり、そのような場合には、図３に見られるように、Ｃｕの腐食１４が大規模且つ急速に発生する可能性が高いが、実施例３の構成を採った場合、Ｃｕメッキ膜６及び１２の中間に保護膜１１が介在しているので、その部分で腐食を阻止することができる。
【００４１】
但し、図２に見られる構成にした場合、メッキ膜形成〜保護膜形成と保護膜除去〜Ｃｕ−ＣＭＰの処理が煩雑になる旨の問題が起こるから、ＣＭＰ装置として、研磨プラテンを複数備え、各々独立した処理が可能である構成になっていなければ、処理作業は煩雑になる。
【実施例４】
【００４２】
実施例４は、Ｃｕ−ＣＭＰ用のスラリー、例えば、酸化剤入りスラリーに依って除去可能な材料、例えばシードＣｕ等のメタル膜を表面保護膜として用いた場合であって、その場合のプロセスフローとしては、Ｃｕメッキ膜の成膜（図５参照）→表面保護膜の形成（図１参照）→Ｃｕ−ＣＭＰ処理（図６参照）→表面保護膜の形成（図７参照）の工程を経ることになる。
【００４３】
この場合、Ｃｕ−ＣＭＰ工程では、最初に表面保護膜を除去しなければならないから、処理条件が例えば研磨時間を増加するように若干変化することになる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。
【図２】本発明を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。
【図３】本発明を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。
【図４】Ｃｕ配線を形成する従来の技術を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。
【図５】Ｃｕ配線を形成する従来の技術を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。
【図６】Ｃｕ配線を形成する従来の技術を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。
【図７】Ｃｕ配線を形成する従来の技術を説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。
【図８】メッキ法を適用して形成したＣｕメッキ膜に腐食が起こったことを説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。
【図９】メッキ法を適用して形成したＣｕメッキ膜に腐食が起こったことを説明する為の工程要所に於ける半導体装置を表す要部切断側面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  絶縁層
２  導電層
３  層間絶縁膜
４  開口
５  バリアメタル層
６  Ｃｕメッキ膜
６Ａ  配線
７  表面保護膜
８  腐食
１１  表面保護膜
１２  Ｃｕメッキ膜
１３  表面保護膜
１４  腐食
【図１】
2007158064.tif 000003
【図２】
2007158064.tif 000004
【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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【図９】
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