JPH10275788A - 半導体装置の製造方法及び半導体装置の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 研磨時被研磨面を傷つけたりその中心部が窪
んだりせず、研磨終了後付着粒子の除去が容易なため、
研磨粒子が残留して半導体の信頼性や製品歩留りを低下
させることなく、研磨と粒子除去工程を一体化し装置を
小型化できる半導体装置の製造方法と装置を提供する。 【解決手段】 Ａｌ合金膜、Ｓｉ膜及びＳｉ酸化膜や窒
化膜を研磨（ＣＭＰ）する際、研磨粒子として有機高分
子化合物からなる粒子か、炭素を主成分とする粒子を用
いる。被研磨面の研磨が可能で紫外線を含む活性光線に
より灰化、分解される樹脂であればよいが、メタクリル
樹脂やポリスチレン樹脂は粒子が球形で分散性が良く、
長期間保管できるので特に有効である。前記の樹脂粒子
を用い研磨した後、被研磨膜に低圧水銀灯からの主波長
２５４ｎｍを含む活性光線を照射し、光源出力と基板ま
での距離から最適時間が決まる。５０〜２００℃空気中
照射がよいがオゾン存在下で粒子の分解除去が進む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超ＬＳＩ等の半導
体装置の製造方法及び半導体装置の製造装置に関するも
のである。更に詳しくは、本発明は、研磨の際に被加工
面の表面に傷をつけたり、ディッシングを発生させるこ
とがなく、研磨終了後に付着している粒子を極めて容易
に除去することが可能であるため、研磨粒子の残留によ
る半導体の信頼性の低下や、製品歩留まりの低下等の半
導体製造における不良を引き起こすことがなく、しかも
研磨工程と粒子除去工程の一体化が容易であり、かつ実
施のための装置が小型化されることにより、次の工程と
切り離すためのクリーンルームそのものの巨大化を抑制
することができるという優れた特徴を有する半導体装置
の製造方法及び半導体装置の製造装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＬＳＩの高集積化、高性能化のた
めに様々な微細加工技術が研究開発されている。このな
かで化学的機械研磨方法（ケミカルメカニカルポリッシ
ング、以下ＣＭＰと省略する）が注目されている。ＣＭ
Ｐは研磨剤と被研磨体の間の化学的作用と研磨中の研磨
粒子の機械的作用とを複合化させた技術であり、特に多
層配線形成工程における層間絶縁膜の平坦化、金属プラ
グ形成、埋め込み金属配線形成において必須の技術とな
っている。

【０００３】ＣＭＰの工程は被加工膜の凹凸を研磨剤ス
ラリーと研磨用パッドを用いて表面を平坦化することか
ら、大量の微粒子が発生することは明らかである。従っ
てＣＭＰの工程は他の製造工程とは切り離したクリーン
ルームで行うことはもちろん、発生した微粒子を次の工
程に持ち込まないように洗浄処理も行わなければいけな
い。 ＣＭＰの工程は基本的に１枚ずつ研磨処理する枚
葉式であることから、１枚の被加工膜研磨処理中にその
前に研磨した被加工膜を洗浄する工程を具備し、装置全
体の小型化、処理時間の短縮を計ろうとする研磨洗浄一
体型の装置が主流となってきている。

【０００４】一方ＬＳＩの高速化の観点から、今後の金
属配線に使用される金属には低い抵抗を有するＡｌやＣ
ｕが主流になると思われ、これらの金属を用いた金属プ
ラグ形成や埋め込み配線形成にＣＭＰを利用しようとす
る検討が活発に行われている。一般にＡｌやＣｕのＣＭ
Ｐでは、アルミナ等の無機性の粒子と硝酸鉄や過酸化水
素水などの酸化剤との混合物からなる研磨剤スラリーが
主に検討されている。

【０００５】しかしながらＡｌやＣｕの金属は硬度が低
いため、アルミナやシリカ等の硬度の高い無機性の粒子
で研磨すると金属膜表面に傷がついて表面が粗くなった
り、配線用金属膜に研磨粒子が埋め込まれたりする。

【０００６】また溝や開口部に埋め込まれた配線用金属
膜の幅が広い領域では、中心部の厚さが薄くなるディッ
シング（dishing）が発生する。ディッシングが生じる
と、その部分に研磨粒子が残留しやすくなる。特にＡｌ
やＣｕのように硬度が低い金属ではその傾向が顕著に現
れる。配線用金属膜表面の傷やディッシングの発生、あ
るいは研磨粒子の残留等は、配線抵抗を増加させたり、
断線を引き起こして、信頼性の低下や製品の歩留まりの
低下を招く。

【０００７】また、無機性のスラリーは凝集、沈殿しや
すく、特に比重の大きなアルミナを研磨粒子に用いた場
合は保管中に容器底部に沈降してしまう。凝集したスラ
リーをそのまま研磨に用いた場合、凝集によって粒径の
大きくなった粒子は金属膜表面を傷つけ、スラリー濃度
が不均一になることから研磨の安定性に問題が生じる。

【０００８】さらには、こうして研磨された金属膜は研
磨処理時に付着したスラリーを除去するために、超純水
を吹き付けながらナイロン製又はポリビニルアルコール
製ブラシでブラッシング洗浄を行うことが一般的である
が、無機性の粒子は洗浄前に表面が乾燥すると、その後
の洗浄で容易に除去することができないという問題があ
る。そのため、研磨処理を行った被加工膜は洗浄処理が
終了するまで超純水中で保管していなければならないと
いう問題がある。

【０００９】このような不具合を改良する方法として、
近年、特開平７−８６２１６号公報に記されるように、
有機高分子化合物を主成分とする粒子を研磨粒子として
使用する方法が提案されている。この方法では、ＰＭＭ
Ａなどのメタクリル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹
脂、ポリスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂等の有機
高分子化合物あるいはカーボンブラック等の研磨粒子を
分散剤とともに水に分散させて研磨に供する。また本方
法に記載される研磨粒子は、研磨膜表面に残存しても、
酸素プラズマ等で燃焼させることにより完全に除去でき
ることが特徴であると記載されている。

【００１０】しかしながら本方法では、アルミナやシリ
カ等の硬度の高い無機性の粒子で研磨する時のような、
金属膜表面への傷の発生や、配線用金属膜に研磨粒子が
埋め込まれたりするといった問題は解決できるが、研磨
膜表面に残存した研磨粒子を酸素プラズマ等で燃焼させ
るために、酸素プラズマ発生のためには処理装置内を真
空にする必要があり、研磨工程との一体化に対応できな
いという問題、及び真空処理のために装置は大型化し、
高価な設備が必要であるばかりか、次の工程と切り離す
ためのクリーンルームそのものも巨大化するという問題
がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】かかる状況のもと、本
発明が解決しようとする課題は、研磨の際に被加工面の
表面に傷をつけたり、ディッシングを発生させることが
なく、研磨終了後に付着している粒子を極めて容易に除
去することが可能であるため、研磨粒子の残留による半
導体の信頼性の低下や、製品歩留まりの低下等の半導体
製造における不良を引き起こすことがなく、しかも研磨
工程と粒子除去工程の一体化が容易であり、かつ実施の
ための装置が小型化されることにより、次の工程と切り
離すためのクリーンルームそのものの巨大化を抑制する
ことができるという優れた特徴を有する半導体装置の製
造方法及び半導体装置の製造装置を提供する点に存す
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明のうち
一の発明は、下記（Ａ）研磨工程及び（Ｂ）洗浄工程を
含む半導体装置の製造方法に係るものである。 （Ａ）研磨工程：有機高分子化合物からなる粒子又は少
なくとも炭素を主成分とする粒子を研磨粒子として用い
て被加工膜を研磨する工程 （Ｂ）洗浄工程：研磨工程で得られた研磨後の被加工膜
に、主波長光線として紫外線を含む活性光線を照射し
て、研磨に用いた磨粒子を洗浄除去する工程

【００１３】また、本発明のうち他の発明は、上記の研
磨工程を実施する手段及び洗浄工程を実施する手段を具
備する半導体装置の製造装置に係るものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の（Ａ）研磨工程は、有機
高分子化合物からなる粒子又は少なくとも炭素を主成分
とする粒子を研磨粒子として用いて被加工膜を研磨する
工程である。

【００１５】被加工膜としては、純Ａｌ膜、ＡｌＳｉＣ
ｕ合金、ＡｌＣｕ合金等のＡｌを主成分とする合金から
なる膜、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、アモルファ
スシリコン膜、多結晶シリコン膜、単結晶シリコン膜等
があげられる。

【００１６】有機高分子化合物からなる粒子又は少なく
とも炭素を主成分とする粒子としては、被研磨加工面の
研磨が可能で、紫外線を含む活性光線によって分解され
る樹脂であれば特に限定されるものではなく、メタクリ
ル樹脂やフェノール樹脂、ユリア樹脂、メラニン樹脂、
ポリスチレン樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネ
ート樹脂等を用いることができる。中でも乳化重合法で
得られるＰＭＭＡ等のメタクリル樹脂やポリスチレン樹
脂は粒子形状が球形で、粒子としての分散性が極めて良
好で、長期間保管しても凝集、沈降がないため特に有効
である。これらの樹脂は他のビニル化合物と共重合した
ものでも有効である。また、少なくとも炭素を主成分と
する粒子としては、非晶質炭素、カーボンブラック等を
用いることができる。

【００１７】上記有機高分子化合物からなる粒子又は少
なくとも炭素を主成分とする粒子を用いた研磨は、ＣＭ
Ｐ工程で使用される研磨方法による研磨処理により行う
ことができる。

【００１８】本発明の（Ｂ）洗浄工程は、研磨工程で得
られた研磨後の被加工膜に、主波長光線として紫外線を
含む活性光線を照射して、研磨に用いた研磨粒子を洗浄
除去する工程である。

【００１９】ここでいう活性光線とは、有機高分子化合
物からなる粒子又は少なくとも炭素を主成分とする粒子
の化学結合を切断するエネルギーを有する光線で、粒子
を灰化、分解させる作用をもつものである。具体的には
主波長光線として紫外線を含むもので、一般的には主波
長３００ｎｍ以下を含む活性光線が用いられる。これら
の活性光線は低圧水銀灯、エキシマレーザー等任意の光
源から得られることができる。例えば低圧水銀灯を用い
た場合は、主波長２５４ｎｍを含む活性光線が得られ
る。

【００２０】活性光線の照射量は強度と照射時間の積に
比例し、使用する光源の出力と光源から基板までの距離
によって最適時間は決定される。また、基板を加熱する
ことによっても効果は加速されるので、最適時間は変化
する。

【００２１】処理温度は室温から３００℃以下が好まし
く、５０℃から２００℃が特に好ましい。例えば１５０
Ｗの低圧水銀灯を用いて基板から５ｃｍの距離で照射し
た場合、２００℃に加熱すると１分から１０分の照射が
好ましく、１００℃の場合は２分から１５分が好まし
い。

【００２２】活性光線照射時の雰囲気は酸素を含む気体
中が好ましく、空気中で照射できる。また、処理効果を
高めるためにオゾン存在下で照射することもできる。オ
ゾンの生成はオゾン発生装置で酸素ガスに高圧放電する
ことにより発生させる。オゾンの含有量は０．１〜３容
量％程度で十分である。

【００２３】上記のように活性光線あるいはオゾン存在
下での活性光線の照射により、有機高分子化合物からな
る粒子又は少なくとも炭素を主成分とする粒子とする研
磨剤で被研磨膜を研磨した後に付着している粒子を容易
に除去することができる。

【００２４】本発明による（Ａ）研磨工程及び（Ｂ）洗
浄工程は、各々独立して実施してもよいが、研磨工程を
実施する手段及び洗浄工程を実施する手段の両方を具備
する半導体装置の製造装置を用いることにより、最適に
実施され得る。また、活性光線による付着粒子除去工程
の前、あるいは後ろに、研磨処理中に発生する研磨布
（以後パッドと省略する）の屑や環境から混入する無機
系汚染物、研磨粒子中に含まれる微量金族不純物を除去
するため、ＣＭＰ用のブラシ洗浄処理や浸漬式洗浄処理
を行ってもよい。

【００２５】

【実施例】本発明を実施例により更に詳細に説明する
が、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
なお、以下の実施例で述べる樹脂エマルジョンは、乳化
重合で得られる樹脂粒子が分散した溶液のことを指す。

【００２６】実施例１ ＜樹脂エマルジョンの調製＞乳化剤としてラウリル硫酸
アンモニウム３０ｇ、純水５００ｇ、ビニル化合物とし
てスチレン５００ｇ及びメタクリル酸メチル５００ｇを
攪拌混合し、これらのビニル化合物のモノマー乳化液を
調製した。つぎに温度調節器、攪拌機を有する５リット
ルのステンレス製反応器に、ラウリル硫酸アンモニウム
０.９ｇと純水１７５０ｇを入れ、７５℃に昇温した
後、反応器内を窒素ガスで置換した。その後、反応器に
重合開始剤として４重量パーセントの過硫酸アンモニウ
ム水溶液１００ｇを供給し、続いて先に調製したモノマ
ー乳化液を4時間かけて一定速度で供給してスチレンと
メタクリル酸メチルの共重合体粒子が分散した樹脂エマ
ルジョンを得た。得られたエマルジョン中のスチレン・
メタクリル酸メチル共重合体の粒子濃度は３０.２重量
％であった。顕微鏡観察により、この樹脂粒子は平均粒
径が０.１ミクロンの球状で、樹脂粒子の凝集物は観察
されなかった。またこの樹脂エマルジョンは室温下で6
ヶ月間放置しても樹脂粒子の沈降や粒子の凝集は認めら
れなかった。

【００２７】＜研磨工程及び洗浄工程＞上記で得られた
メタアクリル樹脂エマルジョンにアンモニア水と純水を
加えてｐＨ１１のアルカリ性で、樹脂粒子濃度が１０重
量％の研磨剤スラリーを調製した。この研磨剤スラリー
を用いて、スパッタリングで成膜したＡｌ膜の付いたウ
ェハーを研磨した。研磨条件は、回転定盤の回転数５０
０ｒｐｍ、ウェハー保持台の回転数７５ｒｐｍ、研磨圧
力２５０ｇ／ｃｍ²、研磨スラリー流量５５ｍｌ／分、
研磨時間１分間で行った。Ａｌの研磨速度は６１０オン
グストローム／分であった。

【００２８】この研磨ウエハーをスピン乾燥した結果、
表面に粒子が残存し、顕微ＩＲ分析の結果、メタアクリ
ル樹脂に由来するピークを確認した。この乾燥処理した
ウエハーを、２００℃に加熱された石英板と１５０Ｗの
低圧水銀灯の間に置き、オゾン発生装置により発生した
オゾンをウエハー表面に供給しながら５分間粒子の除去
を行った。この時のオゾン濃度は２％であった。

【００２９】処理後の表面には粒子は残存しておらず、
顕微ＩＲ分析の結果、メタアクリル樹脂に由来するピー
クは消滅していた。その後ＣＭＰ用ブラシ洗浄機におい
て樹脂粒子以外に混入してきた不純物を洗浄除去し、乾
燥処理後、ウエハー表面の粒子数を測定した結果、研磨
処理工程前の粒子レベルまで表面は清浄化されていた。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明により、研
磨の際に被加工面の表面に傷をつけたり、ディッシング
を発生させることがなく、研磨終了後に付着している粒
子を極めて容易に除去することが可能であるため、研磨
粒子の残留による半導体の信頼性の低下や、製品歩留ま
りの低下等の半導体製造における不良を引き起こすこと
がなく、しかも研磨工程と粒子除去工程の一体化が容易
であり、かつ実施のための装置が小型化されることによ
り、次の工程と切り離すためのクリーンルームそのもの
の巨大化を抑制することができるという優れた特徴を有
する半導体装置の製造方法及び半導体装置の製造装置を
提供することができた。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記（Ａ）研磨工程及び（Ｂ）洗浄工程
   を含む半導体装置の製造方法。 （Ａ）研磨工程：有機高分子化合物からなる粒子又は少
   なくとも炭素を主成分とする粒子を研磨粒子として用い
   て被加工膜を研磨する工程 （Ｂ）洗浄工程：研磨工程で得られた研磨後の被加工膜
   に、主波長光線として紫外線を含む活性光線を照射し
   て、研磨に用いた研磨粒子を洗浄除去する工程
2. 【請求項２】 研磨粒子が乳化重合法で得られるメタク
   リル樹脂、ポリスチレン系樹脂又はこれらと他のビニル
   化合物との共重合で得られる樹脂である請求項１記載の
   製造方法。
3. 【請求項３】 活性光線をオゾンの存在下に照射するこ
   とを特徴とする請求項１記載の製造方法。
4. 【請求項４】 活性光線が主波長３００ｎｍ以下を含む
   光線である請求項１又は２記載の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項１記載の研磨工程を実施する手段
   及び洗浄工程を実施する手段を具備する半導体装置の製
   造装置。