(57)【要約】【課題】ディッシングの発生を抑制しながらスループットを向上することができる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】絶縁膜１０１に開口部１０２及び１０３を形成し、開口部１０２及び１０３を埋めるように絶縁膜１０１上に金属膜１０４を形成し、金属膜１０４上に保護膜１０５を形成する。更に、保護膜１０５を金属膜１０４上に残した状態で金属膜１０４の少なくとも一部１０７に傷を形成し、保護膜１０５を除去し、金属膜１０４を研磨する。【選択図】図１Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁膜に開口部を形成する工程と、
前記開口部を埋めるように前記絶縁膜上に金属膜を形成する工程と、
前記金属膜上に保護膜を形成する工程と、
前記保護膜を前記金属膜上に残した状態で前記金属膜の少なくとも一部に傷を形成する工程と、
前記保護膜を除去する工程と、
前記金属膜を研磨する工程と、
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】
前記開口部を形成する工程は、
前記絶縁膜の複数の領域に、それらの間で個数密度が相違するように複数の開口部を形成する工程を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記傷を形成する工程では、前記複数の領域のうちで個数密度が低い方に生じたオーバープレート部に傷を形成することを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記保護膜及び前記金属膜に対して相対的に移動する刃により前記傷を形成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記傷の形成に、前記刃が設けられたプラテンを用いることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記開口部は配線溝であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項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、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダマシン法により配線を形成する場合、絶縁膜に配線溝を形成し、配線溝を埋めるように絶縁膜上に銅（Ｃｕ）等のめっき膜を形成し、このめっき膜の化学的機械的研磨（chemical mechanical polishing：ＣＭＰ）を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−３４９２５号公報
【特許文献２】特開２００１−３２６２０４号公報
【特許文献３】特開２００８−１６６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ダマシン配線を形成する場合に、個数密度が低い領域のディッシングを抑制するように適切な厚さのめっき膜を形成すると、個数密度が高い領域のめっき膜はボトムアップフィルによりめっき膜が過剰に形成される。このため、めっき膜が過剰に形成される部分（オーバープレート部）を平坦化した後にめっき膜全体の平坦化をＣＭＰで行うことになり、良好なスループットが得られないという課題が有る。一方で、個数密度が高い領域のめっき膜を適切な厚さで形成すると、個数密度の低い領域に十分な厚さのめっき膜を形成することができず、ＣＭＰの際にディッシングが発生しやすいという課題が有る。本発明の目的は、ディッシングの発生を抑制しながらスループットを向上することができる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
半導体装置の製造方法の一態様では、絶縁膜に開口部を形成し、前記開口部を埋めるように前記絶縁膜上に金属膜を形成し、前記金属膜上に保護膜を形成する。更に、前記保護膜を前記金属膜上に残した状態で前記金属膜の少なくとも一部に傷を形成し、前記保護膜を除去し、前記金属膜を研磨する。
【発明の効果】
【０００６】
上記の半導体装置の製造方法によれば、金属膜に傷を形成した後にその研磨を行うため、金属膜の研磨に要する時間を短縮し、スループットを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１Ａ】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａに引き続き、半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図２】第１の実施形態の変形例を示す断面図である。
【図３Ａ】傷の形成に用いるスクラッチ装置の全体的な構成を示す図である。
【図３Ｂ】刃を示す図である。
【図４】傷の形成方法を工程順に示す図である。
【図５】第１の実施形態及び参考例における処理時間を示す図である。
【図６Ａ】第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図６Ｂ】図６Ａに引き続き、半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図７】トランジスタの構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。
【０００９】
（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態について説明する。図１Ａ乃至図１Ｂは、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【００１０】
第１の実施形態では、先ず、基板上方に絶縁膜１０１を形成し、図１Ａ（ａ）に示すように、絶縁膜１０１に配線溝１０２及び配線溝１０３を形成する。配線溝１０２は０．０１／μｍ2〜０．１４／μｍ2程度の個数密度で形成し、配線溝１０３は０／μｍ2より大きく１／μｍ2以下程度の個数密度で形成し、配線溝１０２の個数密度は配線溝１０３の個数密度の０．０１倍以上である。
【００１１】
次いで、図１Ａ（ｂ）に示すように、金属膜１０４を、配線溝１０２及び配線溝１０３の両方を埋め込むようにして絶縁膜１０１上にめっき法により形成する。ボトムアップフィルの影響で、配線溝１０２の上方では金属膜１０４に必然的にオーバープレート部１０７が含まれる。つまり、配線溝１０２の上方では、金属膜１０４が配線溝１０３の上方より厚く形成される。例えば、基板の表面を基準とした金属膜１０４の表面の高さの差は３μｍ程度である。金属膜１０４としては、銅（Ｃｕ）膜が例示される。
【００１２】
その後、図１Ａ（ｃ）に示すように、表面が平坦な保護膜１０５を金属膜１０４上に形成する。保護膜１０５としては、レジスト膜及びspin on glass（ＳＯＧ）膜が例示される。例えば、保護膜１０５の最も厚い部分では、その厚さを５μｍ程度とする。保護膜は、例えばスピンコーティング法により形成することができ、その場合、例えば、回転速度を１０００ｒｐｍ〜１５００ｒｐｍ、塗出量を５ｃｃ／分とする。
【００１３】
続いて、図１Ｂ（ｄ）に示すように、保護膜１０５及びオーバープレート部１０７に複数の傷１０６を形成する。傷１０６を形成する方法については、後述する。
【００１４】
次いで、図１Ｂ（ｅ）に示すように、保護膜１０５を除去する。保護膜１０５は、例えば有機溶剤を用いて除去することができる。傷１０６を形成した時に、保護膜１０５及び金属膜１０４から生じた異物１０８が保護膜１０５上に残るが、異物１０８は保護膜１０５の除去に付随して除去される。
【００１５】
その後、図１Ｂ（ｆ）に示すように、金属膜１０４の絶縁膜１０１の表面上の部分を化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により除去する。この結果、配線溝１０２内に配線１１２が形成され、配線溝１０３内に配線１１３が形成される。このとき、オーバープレート部１０７を研磨した後に、金属膜１０４全体の研磨を行うが、オーバープレート部１０７に傷１０６が形成されているため、オーバープレート部１０７の研磨に要する時間は、従来の方法と比較して著しく短い。
【００１６】
そして、必要に応じて、上層の絶縁膜及び配線等を形成して半導体装置を完成させる。
【００１７】
第１の実施形態では、開口部として配線溝１０２、１０３を例示しているが、個数密度が変化するパターンであれば、例えば開口部としてホールであっても、同様な手順を適用することもできる。
【００１８】
第１の実施形態では、金属膜１０４を覆うように保護膜１０５を形成しているが、図２（ａ）に示すように、配線溝１０２の上方のオーバープレート部１０７が保護膜１０５から突出するようにして保護膜１０５を形成してもよい。つまり、配線溝１０２の上方のオーバープレート部１０７の部分に保護膜１０５が形成されなくても構わない。この場合でも、第１の実施形態と同様な手順を適用することで、図２（ｂ）に示すように、オーバープレート部１０７に傷１０６を形成することができる。このとき、オーバープレート部１０７に傷１０６が形成されればよく、保護膜１０５に傷１０６が形成されなくても構わない。そして、少なくとも保護膜１０５の上に残存する異物１０８は保護膜１０５の除去に付随して同様に除去される。
【００１９】
ここで、傷１０６の形成に用いるスクラッチ装置の例について説明する。図３Ａは、傷の形成に用いるスクラッチ装置の全体的な構成を示す図である。図３Ａ（ａ）は上面図であり、（ｂ）は正面図である。
【００２０】
図３Ａ（ａ）及び（ｂ）に示すように、このスクラッチ装置３０には、円盤状のプラテン１１、及びプラテン１１上方の円盤状のウェハキャリア２１が含まれる。プラテン１１の上面には、複数の刃１２が設けられている。プラテン１１の下面に回転軸１３が設けられている。ウェハキャリア２１の上面に回転軸２２が設けられており、ウェハキャリア２１の下面にウェハが吸着される。
【００２１】
ここで、刃１２について説明する。図３Ｂは、刃１２を示す図である。図３Ｂ（ｃ）は個々の刃１２の形態を示し、図３Ｂ（ｄ）は刃１２の配列を示す。
【００２２】
刃１２の材料としては、ダイヤモンド及びセラミックが例示される。図３Ｂ（ｃ）に示すように、例えば、個々の刃１２の形状は、底面の形状が一辺の長さが１μｍ〜２０μｍの正方形、高さが１μｍ〜５μｍの正四角錐である。そして、図３Ｂ（ｄ）に示すように、このような刃１２が縦横に規則的に配列している。なお、図３Ｂ（ｄ）には、３列分のみを図示してある。
【００２３】
次に、スクラッチ装置３０を用いた傷１０６の形成方法について説明する。図４は傷１０６の形成方法を工程順に示す図である。
【００２４】
先ず、絶縁膜１０１、金属膜１０４及び保護膜１０５を含むウェハ１を、図４（ａ）に示すように、保護膜１０５が刃１２と向かい合うようにしながら、ウェハキャリア２１に吸着させる。
【００２５】
次いで、図４（ｂ）に示すように、回転軸１３及び回転軸２２を回転させながら、ウェハキャリア２１を降下させ、保護膜１０５及びオーバープレート部１０７を刃１２に接触させる。このとき、例えば、回転軸２２の回転速度は１５ｒｐｍ〜９０ｒｐｍとし、ウェハキャリア２１のプラテン１１への押し付け圧力は０．１ｐｓｉ（約０．６９ｋＰａ）〜１ｐｓｉ（約６．９ｋＰａ）とする。この結果、刃１２により保護膜１０５及びオーバープレート部１０７に傷１０６が形成される。回転軸１３の回転数は１５ｒｐｍ〜９０ｒｐｍである。回転軸１３と回転軸２２の回転数は同じ回転数にはしない。回転軸１３及び回転軸２２は同じ回転方向でなくても良い。すなわち、保護膜１０５と金属膜１０４に対して相対的に移動する刃によって傷１０６が形成される。
【００２６】
その後、図４（ｃ）に示すように、ウェハキャリア２１を上昇させ、保護膜１０５及びオーバープレート部１０７を刃１２から離間させる。
【００２７】
このようにして、保護膜１０５を金属膜１０４上に残した状態で金属膜１０４の一部であるオーバープレート部１０７に傷１０６を形成することができる。少なくとも、オーバープレート部１０７に傷１０６が形成されればよく、保護膜１０５に傷１０６が形成されなくても構わない。
【００２８】
第１の実施形態では、傷１０６の形成に時間がかかるが、傷１０６の形成に伴ってオーバープレート部１０７の研磨時間がそれ以上に短縮される。このため、第１の実施形態によれば、スループットを向上することができる。
【００２９】
スループットの向上の効果は、特に、金属膜１０４の研磨を複数段階に分け、各段階で個別のプラテンを用いる場合に顕著である。この効果について、図５を参照しながら説明する。図５（ａ）は第１の実施形態の処理時間を示し、図５（ｂ）は参考例の処理時間を示す。ここでは、金属膜１０４の形成前にバリアメタル膜を形成し、その上に金属膜１０４としてＣｕ膜を形成することとする。また、第１の実施形態では、図５（ａ）に示すように、傷１０６の形成５１に１分間、オーバープレート部１０７の研磨５２に３分間、Ｃｕ膜の平坦化５３に２分間、バリアメタル膜の研磨５４に２分間かかり、その後の洗浄に１０分間かかるものとする。参考例では、図５（ｂ）に示すように、傷１０６を形成せず、オーバープレート部１０７の研磨５２に５分間、Ｃｕ膜の平坦化５３に２分間、バリアメタル膜の研磨５４に２分間かかり、その後の洗浄５５に１０分間かかるものとする。
【００３０】
図５に示すように、１枚の処理を行う場合、第１の実施形態では、傷１０６の形成５１の開始から洗浄５５の終了までに１８分間かかり、参考例では、オーバープレート部１０７の研磨５２の開始から洗浄５５の終了までに１９分間かかる。つまり、第１の実施形態によれば参考例より処理時間を１分間短縮することができる。また、２５枚の処理を行う場合、第１の実施形態では、１枚目の傷１０６の形成５１の開始から２５枚目の洗浄５５の終了までに９０分間かかり、参考例では、１枚目のオーバープレート部１０７の研磨５２の開始から２５枚目の洗浄５５の終了までに１３９分間かかる。つまり、第１の実施形態によれば参考例より処理時間を４９分間短縮することができる。
【００３１】
刃１２によりウェハ１に傷を形成している最中に（図４（ｂ））、ウェハキャリア２１をプラテン１１上で移動させてもよい。刃１２の形状は正四角錐である必要はなく、底面が長方形であってもよく、平行四辺形であってもよく、四角形以外の多角形であってもよい。また、刃１２の向きが直上を向かずに傾斜していてもよい。
【００３２】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。図６Ａ乃至図６Ｂは、第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【００３３】
第２の実施形態では、先ず、図６Ａ（ａ）に示すように、シリコン（Ｓｉ）基板等の基板２０１の表面に、トランジスタの活性領域を画定する素子分離領域２０２を形成する。素子分離領域２０２としては、例えば、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ：shallow trench isolation）を形成する。ＳＴＩは、基板２０１の表面に溝を形成し、その中に酸化シリコン等の絶縁膜を埋め込むことにより形成することができる。なお、素子分離領域２０２として、ロコス（ＬＯＣＯＳ：local oxidation of silicon）法で絶縁膜を形成してもよい。次いで、活性領域にトランジスタ２０３を形成する。
【００３４】
トランジスタ２０３の形成では、図７に示すように、先ず、活性領域の表面にゲート絶縁膜３０１を形成する。ゲート絶縁膜３０１は、例えば、熱酸化により形成することができる。次いで、ゲート絶縁膜３０１上にゲート電極３０２を形成する。ゲート電極３０２は、例えば、基板２０１の上側全面に非晶質又は多結晶のシリコン膜を形成し、このシリコン膜をフォトリソグラフィ法によりパターニングすることにより形成することができる。その後、ゲート電極３０２をマスクにして、ゲート電極３０２の両側の基板２０１に不純物をイオン注入することにより不純物注入領域３０３をエクステンション領域として形成する。続いて、ゲート電極３０２の側面上に絶縁性のサイドウォール３０４を形成する。サイドウォール３０４は、例えば、基板２０１及びゲート電極３０２上に絶縁膜を形成し、この絶縁膜をエッチバックすることにより形成することができる。絶縁膜としては、例えば化学気相成長（ＣＶＤ：chemical vapor deposition）法により酸化シリコン膜を形成する。次いで、サイドウォール３０４及びゲート電極３０２をマスクにして、活性領域内に不純物を不純物注入領域３０３の形成時よりも高濃度でイオン注入することにより不純物注入領域３０５を形成する。この結果、不純物注入領域３０３及び不純物注入領域３０５を備えたソース／ドレイン領域が得られる。不純物注入領域３０５の形成後には、ゲート電極３０２上及び不純物注入領域３０５上にシリサイド層３０６を形成する。シリサイド層３０６の形成時には、スパッタリング法によりコバルト膜等の金属膜を形成し、この金属膜を加熱してシリコンと反応させる。そして、金属膜の未反応の部分をウエットエッチングにより除去する。
【００３５】
トランジスタ２０３の形成後には、図６Ａ（ａ）に示すように、トランジスタ２０３を覆う絶縁膜２０４を基板２０１上に形成する。その後、絶縁膜２０４に不純物注入領域３０５上のシリサイド層３０６に達する開口部を形成し、開口部内に導電プラグ２０５を形成する。
【００３６】
続いて、図６Ａ（ｂ）に示すように、絶縁膜２０４及び導電プラグ２０５上に絶縁膜２１１を形成し、絶縁膜２１１内に配線溝２１２を形成する。次いで、シングルダマシン法により、配線溝２１２内に配線２１３を形成する。配線溝２１２内に埋め込む金属膜がオーバープレート部を含む場合は、第１の実施形態と同様に、保護膜の形成、傷の形成及び保護膜の除去を行った後に、金属膜を研磨する。
【００３７】
その後、図６Ｂ（ｃ）に示すように、絶縁膜２１１及び配線２１３上に絶縁膜２２１を形成し、絶縁膜２２１内にビアプラグ及び配線溝２２２を形成する。続いて、デュアルダマシン法により、配線溝２２２内に配線２２３を形成する。配線溝２２２内に埋め込む金属膜がオーバープレート部を含む場合は、第１の実施形態と同様に、保護膜の形成、傷の形成及び保護膜の除去を行った後に、金属膜を研磨する。
【００３８】
そして、必要に応じて、上層の絶縁膜及び配線等を形成して半導体装置を完成させる。
【００３９】
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００４０】
（付記１）
絶縁膜に開口部を形成する工程と、
前記開口部を埋めるように前記絶縁膜上に金属膜を形成する工程と、
前記金属膜上に保護膜を形成する工程と、
前記保護膜を前記金属膜上に残した状態で前記金属膜の少なくとも一部に傷を形成する工程と、
前記保護膜を除去する工程と、
前記金属膜を研磨する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００４１】
（付記２）
前記開口部を形成する工程は、
前記絶縁膜の複数の領域に、それらの間で個数密度が相違するように複数の開口部を形成する工程を有することを特徴とする付記１に記載の半導体装置の製造方法。
【００４２】
（付記３）
前記傷を形成する工程では、前記複数の領域のうちで個数密度が低い方に生じたオーバープレート部に傷を形成することを特徴とする付記２に記載の半導体装置の製造方法。
【００４３】
（付記４）
前記保護膜及び前記金属膜に対して相対的に移動する刃により前記傷を形成することを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【００４４】
（付記５）
前記傷の形成に、前記刃が設けられたプラテンを用いることを特徴とする付記４に記載の半導体装置の製造方法。
【００４５】
（付記６）
前記開口部は配線溝であることを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【００４６】
１１：プラテン
１２：刃
１３：回転軸
２１：ウェハキャリア
２２：回転軸
３０：スクラッチ装置
１０１：絶縁膜
１０２、１０３：配線溝
１０４：金属膜
１０５：保護膜
１０６：傷
１０７：オーバープレート部
１１２、１１３：配線
２０１：基板
２０３：トランジスタ
２１１、２２１：絶縁膜
２１２、２２２：配線溝
２１３、２２３：配線
【図１Ａ】
2017224754.tif 000003
【図１Ｂ】
2017224754.tif 000004
【図２】
2017224754.tif 000005
【図３Ａ】
2017224754.tif 000006
【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
2017224754.tif 000009
【図６Ａ】
2017224754.tif 000010
【図６Ｂ】
2017224754.tif 000011
【図７】
2017224754.tif 000012