JP3692109B2

JP3692109B2 - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP3692109B2
Application number: JP2002309608A
Authority: JP
Inventors: 学南幅; 之輝松井; 延行倉嶋; 博之矢野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-10-24
Filing date: 2002-10-24
Publication date: 2005-09-07
Anticipated expiration: 2022-10-24
Also published as: US6858539B2; JP2004146582A; US20050118819A1; US20040082180A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造に用いられる処理液および半導体装置の製造方法に係り、特に化学的機械的研磨（ＣＭＰ）後処理に使用される処理液、およびこれを用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＬＳＩの高集積化に伴なって配線の微細化が急速に進みつつある。これに加えて、配線ＲＣの遅延を緩和するためには新材料の導入が必須とされ、現在、導電材料としては低抵抗のＣｕ（ρ：１．８μΩｃｍ）、絶縁材料としては低誘電率（ｋ：＜２．５）の絶縁膜が用いられようとしている。
【０００３】
Ｃｕ配線は、ＣＭＰを用いてダマシン配線として形成されるのが主流である。ＣＭＰにより研磨を進めることによって、配線間の導電性物質が除去されるので、従来のＡｌ配線のようなＲＩＥにより形成された配線と比較して、ショートしにくい配線が得られる。
【０００４】
ＣＭＰを経た絶縁膜および配線の表面には、ダスト（研磨粒子や削れかす）、未反応スラリーといった物質が不可避的に残留する。こうした物質は、従来、キレート錯体化剤および界面活性剤を含有する洗浄液によって除去されていたが、配線間隔が狭まるにしたがって、対応できなくなりつつある。
【０００５】
次世代で要求される配線間隔は０．１μｍ以下と微細であるので、従来では大きな問題とならなかった少量の微小な残留物質が、配線間ショートや絶縁膜の耐圧劣化といった配線不良を引き起こすおそれがある。
【０００６】
また、ほとんどの低誘電率絶縁膜には有機成分が含有されていることから、その表面は疎水性を示し、水に馴染みにくい。このため、ＣＭＰの処理中および洗浄中には、絶縁膜表面にダストが吸着されやすい。しかも、吸着したダストは、除去されにくく、正常に電気的分離がなされた配線が形成できない要因にもなっている。低誘電率絶縁膜はまた、スクラッチが生じやすいという欠点も有している。
【０００７】
なお、上述したような導電材料や絶縁材料に対するＣＭＰの処理で用いられるスラリーとしては、樹脂粒子と無機粒子とを複合化させた複合粒子を水中に分散させてなるものが提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２および特許文献３参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−２６９１６９公報
【０００９】
【特許文献２】
特開２０００−２６９１７０公報
【００１０】
【特許文献３】
特開２００１−１５４６２公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、配線層や絶縁膜表面の付着物質を効率よく除去することができるポストＣＭＰ処理液、およびこれを用いた半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、半導体基板上に被処理膜を形成する工程と、前記被処理膜に研磨処理を施す工程と、樹脂粒子が水中に分散された処理液を前記研磨処理の施された後の被処理面に供給し、機械的作用を与えて前記被処理膜の研磨速度１０ｎｍ／ｍｉｎ以下で前記被研磨面を処理する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を説明する。
【００１６】
本発明者らは、ＣＭＰ直後における配線層の表面に残留したダスト等の除去は、溶解、化学的作用、機械的作用、および界面活性といった４つの基本作用の組み合わせによって、従来達成されていたと考えた。例えば、化学的作用を付与するためのキレート錯体化剤と界面活性のための界面活性剤とが、溶解のための純水に含有されてなる処理液を用い、この処理液が供給された表面を研磨布で研磨することによって、機械的作用が与えられる。
【００１７】
一方、化学的作用や界面活性といった作用が必ずしも存在しなくても、十分な機械的作用を与えることによって、ダスト等の残留物質を微細な配線層の表面から除去できることが本発明者らによって見出された。すなわち、本発明の態様の処理液を用い、安定して水中に分散された樹脂粒子により十分な機械的作用を与えれば、微細な配線層表面の付着物質を実質的に除去できることがわかった。
【００１８】
本発明の実施形態においては、配線層や絶縁膜の表面から残留物質を除去することが目的であり、ＳｉＯ₂のような絶縁膜、およびＣｕ、Ｔａなどの導電膜の研磨は求められない。むしろ、絶縁膜や導電膜は、本発明の実施形態にかかる処理液を用いた処理によって研磨されてはならないため、本発明の実施形態にかかる処理液の絶縁膜や導電膜の研磨速度は、１０ｎｍ／ｍｉｎ以下に規定される。条件および絶縁膜や導電膜の種類によらず、１０ｎｍ／ｍｉｎ以下の研磨速度であれば、絶縁膜や導電膜は実質的に研磨されないとみることができ、本発明の実施形態の効果が得られる。
【００１９】
樹脂粒子の材質としては、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリエチレングリコール、ポリ酢酸ビニル、ポリブタジエン、ポリイソブチレン、ポリプロピレン、およびポリオキシメチレンなどが挙げられる。樹脂粒子は、単一材質のものを単独で用いてもよいし、互いに異なる材質からなる２種以上の樹脂粒子を組み合わせて用いてもよい。
【００２０】
残留物質の除去に研磨布が用いられる場合には、その材質は、不織布、スポンジ、発泡体、および無発泡体などとすることができる。いずれの材質でも樹脂粒子に十分な機械的作用を与えて、残留物質を効率よく除去することができる。
【００２１】
こうした樹脂粒子を、純水やイオン水等の水中に分散させて、本発明の実施形態にかかる処理液が得られる。樹脂粒子は、官能基が存在することによって、水中に安定して分散させることができる。しかも、官能基の作用によって、樹脂粒子に界面活性効果が付与されるので、洗浄効果も高められる。残留物質への吸着を促進して洗浄効果をより高めるためには、水中において残留物質と逆の電位となる官能基を選択することが好ましい。
【００２２】
後述するように、本発明の実施形態にかかる処理液は、キレート錯体化剤や界面活性剤などを添加することによって、洗浄効果をさらに高めることができる。こうした添加剤は、アニオン性のものが多いため、溶液中での安定分散を考慮すると、樹脂粒子表面も同様にアニオン性であることが望ましい。また、アニオンはカチオンと比較して、安全性が高く種類も多く、コストも安いといったメリットがある。水中でアニオン（例えば−ＣＯＯ^-、−ＳＯ₃ ^-など）を生じる官能基としては、カルボキシル基およびスルホニル基が挙げられ、特にカルボキシル基が好ましい。なお、水中でカチオン（例えば−ＮＨ₃ ⁺など）を生じる官能基としては、アミノ基が挙げられる。
【００２３】
官能基は、例えば樹脂粒子の表面に結合して存在し、この場合、極微量であっても樹脂粒子表面に存在していれば官能基の機能が発揮される。あるいは、官能基を含む添加剤を別途配合することも可能である。官能基を含む添加剤は、アニオン性およびカチオン性のいずれとしてもよい。アニオン性の添加剤としては、例えば、ドデシルベンゼンスルホン酸またはその塩、アルキルリン酸またはその塩、ドデシルスルホン酸またはその塩、およびアルケニルコハク酸またはその塩などが挙げられ、カチオン性の添加剤としては、例えばセチルアンモニウム塩などが挙げられる。また、例えばポリオキシエチレンおよびアルキルエーテルといったノニオン性の添加剤を用いることもできる。添加剤を別途添加する場合、その配合量は、処理液中で０．０１〜５ｗｔ％程度とすることが望まれる。この範囲を外れると、所望の効果を得ることが困難となるおそれがある。上述した添加剤のうち、ドデシルベンゼンスルホン酸またはその塩は、疎水部にアルキル鎖とベンゼン環とが存在するため、疎水性材料に対する吸着性が良好である。しかも親水部には、水とも親和性が高いスルホン酸が存在するので、ドデシルベンゼンスルホン酸またはその塩は、それ自体で洗浄効果を高める界面活性剤としての作用も有する。
【００２４】
樹脂粒子の一次粒子径は、１０ｎｍ以上５０００ｎｍ以下の範囲内とすることが好ましい。こうした範囲を外れると、機械的作用を十分に発現させることができないおそれがある。例えば研磨布を用いる場合、その表面凹凸が５０００〜２００００ｎｍ程度であるので、付着物質を除去するためには、研磨布表面よりも微細な擦りつけによる機械的作用が求められる。ロール洗浄やペンシル洗浄のようにコンディショニングが行なわれない部材を用いる場合でも、効率よい機械的作用を得るために、樹脂粒子の一次粒子径は５０００ｎｍ以下にとどめることが望まれる。
【００２５】
樹脂粒子は、処理液中に０．００１ｗｔ％のような少量で存在しても、付着物質を除去する効果を得ることができる。デザインルール０．１μｍ以下の世代に対応するためには、処理液中の樹脂粒子の濃度は、０．１ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下の範囲内とすることが望まれる。樹脂粒子の濃度を０．１ｗｔ％以上とすることによって、疎水性表面を十分に親水化することが可能となり、洗浄効果が著しく高められる。また、樹脂粒子を安定して水中に分散させて、その効果を十分に発揮させるために、樹脂粒子の濃度の上限は、２０ｗｔ％とすることが好ましい。
【００２６】
樹脂粒子と官能基とを含有する処理液には、必要に応じて、キレート錯体化剤、および界面活性剤などを加えてもよい。こうした成分を加えることによって、除去効果をよりいっそう高めることができる。
【００２７】
キレート錯体化剤としては、例えば、シュウ酸、クエン酸、マロン酸、酒石酸、リンゴ酸、および乳酸などの有機酸；アンモニア、およびエチレンジアミンなどの塩基性塩などが挙げられる。こうしたキレート錯体化剤は、例えば０．０１〜１ｗｔ％程度の量で配合することができる。また界面活性剤としては、例えば、ポリアクリル酸、およびポリカルボン酸等が挙げられ、例えば０．００１〜１ｗｔ％程度の量で配合することができる。
【００２８】
上述したような処理液をＣＭＰ後の表面に供給し、研磨布、ロール、またはペンシルといった部材により機械的作用をさらに与えることによって、配線層および絶縁膜の表面から残留物質を除去して、電気特性の高い半導体装置を得ることができる。
【００２９】
本発明の一実施形態にかかる方法を用い、Ｃｕダマシン配線を形成した例について説明する。
【００３０】
図１は、本発明の一実施形態にかかる方法を表わす工程断面図である。
【００３１】
まず、図１（ａ）に示すように、素子（図示せず）が形成された半導体基板１００上に、無機絶縁膜１０１、および積層絶縁膜１０３、１０４を介して、バリアメタル膜１０５および配線材料膜１０６を堆積する。
【００３２】
無機絶縁膜１０１には、Ｗ（タングステン）からなるプラグ１０２が埋め込まれている。積層絶縁膜は、比誘電率が２．５未満の第１の絶縁膜１０３と、この第１の絶縁膜上に形成され、比誘電率が第１の絶縁膜より大きい第２の絶縁膜１０４とから構成される。第１および第２の絶縁膜の膜厚は、いずれも１００ｎｍとすることができる。
【００３３】
第１の絶縁膜１０３は、例えば、ポリシロキサン、ハイドロジェンシロセスキオキサン、ポリメチルシロキサン、メチルシロセスキオキサンなどのシロキサン骨格を有する膜、ポリアリーレンエーテル、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾシクロブテンなどの有機樹脂を主成分とする膜、および多孔質シリカ膜などのポーラス膜からなる群から選択される少なくとも一種を用いて形成することができる。こうした材料からなる第１の絶縁膜は脆弱である。
【００３４】
この上に形成される第２の絶縁膜１０４はキャップ絶縁膜として作用し、例えば、ＳｉＣ、ＳｉＣＨ、ＳｉＣＮ、ＳｉＯＣ、ＳｉＮ、およびＳｉＯＣＨからなる群から選択される少なくとも一種の比誘電率２．５以上の絶縁材料を用いて形成することができる。こうした材質から構成される第２の絶縁膜１０４の表面は、疎水性を有する。なお、ＳｉＯ、ＳｉＯＰ、ＳｉＯＦ、およびＳｉＯＮなどの親水性を有する絶縁膜でも、ＣＭＰ後に残留物質が付着することがある。こうした絶縁膜に対しても、本発明の実施形態にかかる処理液は好適に用いることができる。
【００３５】
バリアメタル膜１０５および配線材料１０６は、上述したような積層絶縁膜に配線溝を設けた後、全面に堆積される。バリアメタル膜１０５は、Ｔａにより膜厚１０ｎｍで形成することができ、配線材料膜１０６は、Ｃｕにより膜厚４００ｎｍで形成することができる。
【００３６】
なお、図１（ａ）に示す例においては、バリアメタル膜１０５および配線材料膜１０６が設けられる絶縁膜は、第１の絶縁膜１０３と第２の絶縁膜１０４との積層構造であるが、単層の絶縁膜を用いてもよい。この場合の絶縁膜は、例えば、ブラックダイアモンド（アプライドマテリアル社製）等により形成することができる。こうした材料からなる絶縁膜もまた、表面は疎水性を有する。
【００３７】
次いで、バリアメタル膜１０５および配線材料膜１０６の不要部分をＣＭＰにより除去し、図１（ｂ）に示すように第２の絶縁膜１０４の表面を露出した。ＣＭＰは、配線材料膜１０６の除去（１ｓｔポリッシュ）およびバリアメタル膜１０５の除去（２ｎｄポリッシュ）の２工程で行ない、その条件は以下のとおりとした。
【００３８】
（１ｓｔポリッシュ）
スラリー：ＣＭＳ７３０３／７３０４（ＪＳＲ社製）
流量：２５０ｃｃ／ｍｉｎ
研磨パッド：ＩＣ１０００（ロデールニッタ社製）
荷重：３００ｇｆ／ｃｍ²
キャリアおよびテーブルの回転数は、いずれも１００ｒｐｍとして、１分間の研磨を行なった。
【００３９】
（２ｎｄポリッシュ）
スラリー：ＣＭＳ８３０１（ＪＳＲ社製）
流量：２００ｃｃ／ｍｉｎ
研磨パッド：ＩＣ１０００（ロデールニッタ社製）
荷重：３００ｇｆ／ｃｍ²
キャリアおよびテーブルの回転数は、いずれも１００ｒｐｍとして、３０秒間の研磨を行なった。
【００４０】
２ｎｄポリッシュ直後には、図１（ｂ）に示すように、研磨粒子１０７、研磨生成物１０８などの物質が、第２の絶縁膜１０４、バリアメタル膜１０５、および配線材料膜１０６上に付着している。
【００４１】
こうした付着物質を、本発明の実施形態にかかる処理液により洗浄して除去することによって、図１（ｃ）に示すような清浄な表面が得られる。
【００４２】
本発明の実施形態にかかる処理液は、以下のような手法により調製した。
【００４３】
（実施例１）
樹脂粒子として、表面にカルボキシル基を有するＰＭＭＡ粒子（一次粒子径：１０ｎｍ）を用意し、これを０．００１ｗｔ％の濃度で純水に分散させて、実施例１の処理液を調製した。
【００４４】
（実施例２〜６）
樹脂粒子の濃度を、それぞれ０．０１ｗｔ％、０．１ｗｔ％、１ｗｔ％、５ｗｔ％、および２０ｗｔ％に変更した以外は、前述の実施例１と同様にして、実施例２〜６の処理液を調製した。
【００４５】
（実施例７）
樹脂粒子として、表面にカルボキシル基を有するポリスチレン粒子（一次粒子径：１０ｎｍ）を用意し、これを０．１ｗｔ％の濃度で純水に分散させて、実施例７の処理液を調製した。
【００４６】
（実施例８）
樹脂粒子として、表面にカルボキシル基を有するポリスチレン粒子（一次粒子径：１０ｎｍ）と、表面にカルボキシル基を有するＰＭＭＡ粒子（一次粒子径：１０ｎｍ）との２種類を用意し、いずれも０．０５ｗｔ％の濃度で純水に分散させて、実施例８の処理液を調製した。
【００４７】
（実施例９）
樹脂粒子として、表面にカルボキシル基を有するＰＭＭＡ粒子（一次粒子径：１００ｎｍ）を用意し、これを０．１ｗｔ％の濃度で純水に分散させて、実施例９の処理液を調製した。
【００４８】
（実施例１０，１１）
樹脂粒子の一次粒子径を、それぞれ１０００ｎｍおよび５０００ｎｍに変更した以外は前述の実施例９と同様にして、実施例１０，１１の処理液を調製した。
【００４９】
（実施例１２）
官能基を含む添加剤としてドデシルベンゼンスルホン酸カリウム０．１ｗｔ％を含有する純水に、樹脂粒子としてのＰＭＭＡ粒子（一次粒子径：１０ｎｍ）０．１ｗｔ％を分散させて、実施例１２の処理液を調製した。本実施例の処理液においては、官能基は、樹脂粒子の表面に結合しているのではなく、ドデシルベンゼンスルホン酸カリウムから与えられる。
【００５０】
（実施例１３）
実施例３と同様の組成の処理液に、有機酸（キレート錯体化剤）としてのシュウ酸０．２ｗｔ％を添加して、実施例１３の処理液を調製した。
【００５１】
（実施例１４）
実施例３と同様の組成の処理液に、有機酸（キレート錯体化剤）としてのクエン酸０．２ｗｔ％を添加して、実施例１４の処理液を調製した。
【００５２】
（実施例１５）
実施例１４と同様の組成の処理液に、界面活性剤としてのポリアクリル酸０．０５ｗｔ％を添加して、実施例１５の処理液を調製した。
【００５３】
（実施例1６）
樹脂粒子として、表面にスルホニル基を有するポリスチレン粒子（一次粒子径：１０ｎｍ）を用意し、これを０．１ｗｔ％の濃度で純水に分散させて、実施例１６の処理液を調製した。
【００５４】
（実施例1７）
樹脂粒子として、表面にアミノ基を有するポリスチレン粒子（一次粒子径：１０ｎｍ）を用意し、これを０．１ｗｔ％の濃度で純水に分散させて、実施例１７の処理液を調製した。
【００５５】
（実施例１８）
官能基を含む添加剤としてアルケニルコハク酸０．１ｗｔ％を含有する純水に、樹脂粒子としてのＰＭＭＡ粒子（一次粒子径：１０ｎｍ）０．１ｗｔ％を分散させて、実施例１８の処理液を調製した。本実施例の処理液においては、官能基としてのカルボキシル基は、樹脂粒子の表面に結合しているのではなく、アルケニルコハク酸から与えられる。
【００５６】
（実施例１９）
官能基を含む添加剤としてアンモニウムクロライド０．１ｗｔ％を含有する純水に、樹脂粒子としてのＰＭＭＡ粒子（一次粒子径：１０ｎｍ）０．１ｗｔ％を分散させて、実施例１９の処理液を調製した。本実施例の処理液においては、官能基としてのアミノ基は、樹脂粒子の表面に結合しているのではなく、アンモニウムクロライドから与えられる。
【００５７】
得られた実施例１〜１９の処理液を用いて、図１（ｂ）の状態の表面を洗浄した。洗浄は、表面凹凸１００００ｎｍ程度の研磨布（ロデール・ニッタ社製）上に処理液を供給し、被処理面に接触させて次のような条件で、１５〜６０秒程度擦り付けることにより行なった。
【００５８】
洗浄液流量：３００ｃｃ／ｍｉｎ
荷重：３００ｇｆ／ｃｍ²
キャリアおよびテーブルの回転数：いずれも１００ｒｐｍ
被処理面が乾燥すると残留物質を除去することが困難となるので、こうした洗浄は、被処理面が濡れている状態で行なわれることが好ましい。すなわち、２ｎｄポリッシュが終了した後、同一の装置を用いて連続して行なわれることが望まれる。
【００５９】
なお、研磨布による洗浄の代わりに、ロール洗浄やペンシル洗浄を適用することもできる。
【００６０】
さらに、以下のような処理液を用いる以外は前述と同様にして図１（ｂ）に示した状態の表面を洗浄し、比較例１〜３とした。
【００６１】
比較例１：純水のみ
比較例２：シュウ酸（０．２ｗｔ％）を含有する純水
比較例３：シュウ酸（０．２ｗｔ％）およびポリアクリル酸（０．０５ｗｔ％）を含有する純水
なお、比較例３は、従来の処理液に相当する。
【００６２】
処理後には、配線（ライン／スペース：０．０８μｍ／０．０８μｍ）について配線ショート歩留まりを調べるとともに、リーク電流値（印加電界１ＭＶ／ｃｍ）から絶縁膜のＩ−Ｖ特性を測定し、得られた結果を下記表１にまとめる。
【００６３】
【表１】

【００６４】
表１に示されるように、樹脂粒子と官能基とを含有する処理液（実施例１〜１９）で洗浄することによって、得られる半導体装置における電気的特性はいずれも向上した。具体的には、配線ショート歩留まりは９０％以上に増加し、リーク電流は１１ｎＡ以下に低減された。なお、いずれの場合も、配線材料膜１０６の研磨速度は１．５ｎｍ／ｍｉｎ程度であり、第２の絶縁膜１０４の研磨速度は１ｎｍ／ｍｉｎ程度であった。
【００６５】
このことから、樹脂粒子を含有する処理液により、疎水性で脆弱な低誘電率絶縁膜に過度に負荷を加えることなく機械的作用を与えて、電気特性の低下を引き起こすダスト、残留物などを効率よく、しかもスクラッチを引き起こすことなく除去することができたものと考えられる。
【００６６】
なお、デザインルール０．１μｍの世代では、配線ショート歩留まりは９５％以上、リーク電流は１０ｎＡ未満であることが要求される。０．０１ｗｔ％以上の濃度で樹脂粒子を含有する処理液（実施例２〜１９）を用いることによって、次世代のデザインルールに対応することも可能となる。
【００６７】
これに対し、樹脂粒子を含有しない処理液を用いた比較例では、配線ショート歩留まりは７５％にとどまっており、リーク電流は最大で６５００ｎＡにも達する。すなわち、ダスト等が完全に除去されていないために、この程度の性能しか得られないものと推測される。
【００６８】
以上、Ｃｕ−ＣＭＰ後の処理を例に挙げて本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。樹脂粒子を含有する処理液は、Ａｌ、Ｗおよびポリシリコンなどを用いた埋め込み電極、配線、プラグの形成にも同様に適用でき、同様の効果が得られる。また、配線層の上に設けられる絶縁膜としてのＳｉＯ₂などのＣＭＰ後処理としても有効であり、効率よく洗浄して清浄な表面を得ることができる。
【００６９】
さらに、本発明の実施形態にかかる処理液を用いた処理は、ＳＴＩ（ＳｈａｌｌｏｗＴｒｅｎｃｈＩｓｏｌａｔｉｏｎ）の形成に適用することも可能である。
【００７０】
図２を参照して、これについて説明する。
【００７１】
まず、図２（ａ）に示すように、ＣＭＰストッパー膜２０１が設けられた半導体基板２００に溝を形成し、その上に絶縁膜２０２を堆積する。ここで、ＣＭＰストッパー膜２０１としてはＳｉＮが用いられ、絶縁膜２０２としては、例えば、ＨＤＰ（高密度プラズマ）法により成膜したＳｉＯ₂を用いることができる。ＣＭＰストッパー膜２０１としてはＣ（カーボン）を、また、絶縁膜２０２としては有機ＳＯＧなどの塗布型絶縁膜を用いることもできる。
【００７２】
次いで、絶縁膜２０２の不要部分をＣＭＰにより除去して、図２（ｂ）に示すようにＣＭＰストッパー膜２０１表面を露出した。ＣＭＰ条件は以下のとおりとした。
【００７３】
スラリー：セリア粒子：０.５ｗｔ％＋ポリアクリル酸：０.０１ｗｔ％＋純水（ｐＨ６）
流量：３００ｃｃ／ｍｉｎ
研磨パッド：ＩＣ１０００（ロデールニッタ社製）
荷重：３００ｇｆ／ｃｍ²
キャリアおよびテーブルの回転数は、いずれも１００ｒｐｍとして、１分間の研磨を行なった。
【００７４】
ＣＭＰストッパー膜２０１の材質として用いられるＣやＳｉＮは、多くの場合、疎水性を有し、ζ電位が等電点である。このため、研磨直後には、図２（ｂ）に示すように、研磨粒子２０３が付着することがある。
【００７５】
こうした付着物質を、本発明の実施形態にかかる処理液により洗浄して除去することによって、図２（ｃ）に示すような清浄な表面が得られる。
【００７６】
本発明の実施形態にかかる処理液は、以下のような手法により調製した。
【００７７】
（実施例２０）
樹脂粒子として、表面にアミノ基を有するＰＭＭＡ粒子（一次粒子径：５０ｎｍ）を用意し、これを０．５ｗｔ％の濃度で純水に分散させ、さらに界面活性剤としてのポリアクリル酸０．０５ｗｔ添加して、実施例２０の処理液を調製した。
【００７８】
実施例２０の処理液を用いて、図２（ｂ）の状態の表面を洗浄した。洗浄は、ロール（荏原社製）を用いて、１０００ｃｃ/ｍｉｎの流量でロール上に処理液を供給し、１００ｒｐｍのロール回転数で６０秒間行なった。その後、純水により、流量１０００ｃｃ/ｍｉｎ、ロール回転数１００ｒｐｍの条件で６０秒間洗浄を行なった。すでに説明したような理由から、洗浄処理は、研磨終了直後の濡れた表面に対して行なわれることが望ましい。
【００７９】
さらに、ポリアクリル酸（０．０５ｗｔ％）を含有する純水を処理液として用いる以外は前述と同様にして、図２（ｂ）に示した状態の表面を洗浄し、比較例４とした。
【００８０】
処理後、ＣＭＰストッパー膜２０１上に吸着している研磨粒子群を、欠陥評価装置（ＫＬＡテンコール社製）を用いて評価した。その結果、比較例４では、１０００個/ｃｍ²以上であったのに対し、実施例２０では全く観測されなかった。このことから、本発明の実施形態にかかる処理液を用いた洗浄によって、研磨後のＣＭＰストッパー膜２０１上から研磨粒子が実質的に除去されたことが確認された。
【００８１】
なお、実施例２０の処理液による絶縁膜２０２の研磨速度は１ｎｍ／ｍｉｎ程度であり、ＣＭＰストッパー膜２０１の研磨速度は、０．５ｎｍ／ｍｉｎ程度であった。
【００８２】
本発明の実施形態にかかる処理液は、ＣＭＰ後処理以外にも適用することができる。例えば、有機酸をさらに含有する処理液は、プラズマＣＶＤなどで成膜した絶縁膜からのダスト除去やシリコン基板の重金属除去などの処理に用いて、清浄な表面を得ることが可能となる。
【００８３】
【発明の効果】
以上詳説したように、本発明の態様によれば、配線層や絶縁膜表面の付着物質を効率よく除去することができるポストＣＭＰ処理液、およびこれを用いた半導体装置の製造方法が提供される。
【００８４】
本発明によれば、例えば、次世代で要求されるデザインルール０．１μｍ以下の配線を有する高性能・高速な半導体装置を製造することが可能となり、その工業的価値は絶大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる半導体装置の製造方法を表わす工程断面図。
【図２】本発明の他の実施形態にかかる半導体装置の製造方法を表わす工程断面図。
【符号の説明】
１００…半導体基板
１０１…絶縁膜
１０２…プラグ
１０３…第１の絶縁膜
１０４…第２の絶縁膜
１０５…バリアメタル膜
１０６…配線材料膜
１０７…研磨粒子
１０８…研磨生成物
２００…半導体基板
２０１…ＣＭＰストッパー膜
２０２…絶縁膜
２０３…研磨粒子

Claims

半導体基板上に被処理膜を形成する工程と、
前記被処理膜に研磨処理を施す工程と、
樹脂粒子が水中に分散された処理液を前記研磨処理の施された後の被処理面に供給し、機械的作用を与えて前記被処理膜の研磨速度１０ｎｍ／ｍｉｎ以下で前記被研磨面を処理する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記被処理膜は、前記半導体基板上に設けられた凹部を有する絶縁膜上に堆積された導電膜であり、
前記被処理膜は、前記研磨処理により前記凹部に埋め込まれて埋め込み配線層を形成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。
前記絶縁膜は、比誘電率が２．５未満の第１の絶縁膜を形成する工程と、この第１の絶縁膜上に比誘電率が第１の絶縁膜より大きい第２の絶縁膜を形成する工程とにより形成され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。
前記被処理膜を形成する前に、前記半導体基板に溝を形成する工程をさらに具備し、前記被処理膜は、前記半導体基板上に堆積された絶縁膜であり、前記被処理膜は、前記研磨処理により前記溝内に埋め込まれて埋め込み絶縁膜を形成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。
前記樹脂粒子は表面に官能基を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
前記処理液は官能基を含む添加剤を含有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
前記樹脂粒子は、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリエチレングリコール、ポリ酢酸ビニル、ポリブタジエン、ポリイソブチレン、ポリプロピレン、およびポリオキシメチレンからなる群から選択される少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
前記官能基は、カルボキシル基、アミノ基、およびスルホニル基からなる群から選択される少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項５または６に記載の半導体装置の製造方法。
前記処理液における前記樹脂粒子の一次粒子径は、１０ｎｍ以上５０００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
前記処理液における前記樹脂粒子の粒子濃度は、０．０１ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
前記処理液は、キレート錯体化剤をさらに含有することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
前記処理液は、界面活性剤をさらに含有することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
前記機械的作用は、研磨布、ロールまたはペンシルにより与えられることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。