CN100342498C - 半导体器件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明使用有机类清洗液，来清洗在表面上露出绝缘区域和金属区域的基板的该表面。对清洗后的基板表面照射紫外线。由此，能够抑制基板表面上残留残留物的情况。

Description

半导体器件的制造方法
技术领域
本发明涉及一种半导体器件的制造方法以及制造装置，特别涉及一种通过在绝缘膜上形成的凹部内埋入金属以形成布线的半导体器件的制造方法及其制造装置。
背景技术
近年来，随着半导体集成电路器件(LSI)的高速化，对连接芯片内的各电子电路彼此之间的布线进行传输的电信号的延迟，成为使LSI进一步高速化的障碍。此外，布线的可靠性提高也是重要的课题，作为替代现有的铝(Al)的布线材料，铜(Cu)正受到关注。使用铜作为布线材料的情况下，基于难于蚀刻铜膜等理由，采用镶嵌(damascene)法。
简单说明现有的通过镶嵌法来形成铜布线的方法。在半导体基板上的层间绝缘膜上形成布线槽。用阻挡金属层覆盖布线槽的内表面及层间绝缘膜的上表面。通过在阻挡金属层的表面上形成铜的种(seed)层，并电镀铜，由此将铜埋入布线槽内。
利用化学机械抛光(CMP)去除层间绝缘膜上的剩余铜膜及阻挡金属层，露出层间绝缘膜的表面。由此，在布线槽内残留铜布线。CMP后，利用氨水或有机碱等碱性药液和有机酸来清洗基板表面，并进行干燥(例如，日本专利特开平11-330023号公报)。
在刚刚干燥基板表面之后，在表面上观察不到残留物，表现出仿佛已成为洁净的状态。但是，在洁净空气中放置约一天的时间后，观察表面时，看得到残留物。可以认为，仅通过使用碱性药液和有机酸的清洗以及其之后的干燥，是会导致在表面上残留在CMP中使用的悬浮液(slurry)所含有的有机化合物、或在清洗液所含有的有机化合物。存在因该残留物引起的铜布线的表面的氧化或者变质的情况。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种可抑制在CMP后的基板表面上残留残留物的半导体器件的制造方法及其制造装置。
根据本发明，提供一种半导体器件的制造方法，该方法包括：在表面形成有半导体元件的半导体基板的表面上形成第一绝缘膜的工序；在上述第一绝缘膜中形成凹部的工序；以埋入上述凹部内的方式，在上述第一绝缘膜的上面堆积金属膜的工序；对上述金属膜进行化学机械抛光，直至露出上述第一绝缘膜的表面的工序；(a)用清洗液清洗上述金属膜的表面和上述第一绝缘膜露出的表面的工序；(b)用紫外线照射步骤(a)中清洗后的表面的工序；通过将用紫外线照射的表面暴露于还原气氛中，来执行还原处理的工序；在上述金属膜的还原表面上和上述第一绝缘膜上形成第二绝缘膜的工序。
通过对清洗后的基板的表面照射紫外线，能够去除残留于表面的残留物。
附图说明
图1～图3是用于说明根据本发明实施例的半导体器件的制造方法的基板的剖视图。
图4是在根据实施例的方法中所使用的CMP装置及清洗装置的配置图。
图5是在根据实施例的方法中所使用的干燥装置的简要剖视图。
图6是用根据实施例的方法制作的露出铜布线的基板表面的显微镜照片。
图7是用根据参考例的方法制作的露出铜布线的基板表面的显微镜照片。
具体实施方式
参照图1～图3，说明根据本发明实施例的半导体器件的制造方法。
如图1所示，通过在由硅形成的半导体基板1的表面上形成的元件分离绝缘膜2来划分有源区域。在该有源区域的表面上形成有具有源区3S、漏区3D及栅电极3G的MOS晶体管3。
在半导体基板1的上面形成有由磷硅酸盐玻璃(PSG)形成的层间绝缘膜4以覆盖MOS晶体管3。层间绝缘膜4，是在600℃下利用化学气相生长(CVD)堆积厚约1.5μm的PSG膜后，通过化学机械抛光(CMP)进行表面平坦化的膜。
在层间绝缘膜4的上面形成有由氮化硅形成的厚50nm的保护膜5。贯通保护膜5及层间绝缘膜4，形成有到达漏区3D表面的通孔6。通孔6的底表面及侧表面由TiN等阻挡金属层7覆盖，在通孔6内填充有钨(W)等导电性插件8。
在保护膜5的上面，通过使用有机硅氧烷等作为原料气体的CVD，形成由SiOC形成的厚100～2000nm程度的绝缘膜10。在绝缘膜10中形成到达保护膜5的表面的布线槽11。在布线槽11的底面上显现出导电性插件8的上表面。
在布线槽11的内表面及绝缘膜10的上表面上，通过溅射来形成由TaN或Ta形成的厚5～50nm的阻挡金属层14。在阻挡金属层14的表面上，通过溅射来形成铜的种层，通过电解电镀铜或铜合金来形成金属膜15。将金属膜15埋入布线槽11的内部。
如图2所示，对图1中所示的金属膜15及阻挡金属层14进行化学机械抛光，直到露出绝缘膜10为止。在布线槽11的内表面上残留阻挡金属层14A，在布线槽11内残留埋入的铜布线15A。
化学机械抛光后，在预处理液中将露出绝缘膜10及铜布线15A的表面的基板浸泡50秒钟。将预处理液的浸泡称为「预处理」。预处理液是含有例如苯并***(BTA)和四甲基氢氧化铵(TMAH)的水溶液。BTA的浓度是0.05体积％，TMAH的浓度是0.2体积％。BTA是用于防止铜的腐蚀的防腐蚀剂。此外，预处理液的TMAH浓度也可为0.01～1.2体积％。此外，BTA浓度也可为0.001～1.0体积％。此外，也可以在将基板浸泡在预处理液中的状态下，进行超声波处理。
预处理之后，用清洗液进行基板表面的刷洗。清洗液是含有草酸、柠檬酸等有机酸的酸性药液。刷洗后，用旋转清洗装置干燥基板。
对干燥后的基板表面照射紫外线。此外，也可如本实施例那样，在用旋转清洗装置干燥基板之后照射紫外线，也可同时进行干燥处理和紫外线照射处理。
照射紫外线之后，使用氨等离子体或氢等离子体，对铜布线15A的表面进行还原。在表面上形成有氧化铜的情况下，利用该等离子体处理，去除氧化铜。
如图3所示，在绝缘膜的上面，通过CVD依次形成由氮化硅形成的厚50nm的蚀刻制止膜(防扩散膜)20、由SiOC形成的厚100～2000nm程度的层间绝缘膜21。利用众所周知的双镶嵌法，在形成到达层间绝缘膜21的厚度方向的中途的布线槽22的同时，在布线槽22的底表面的一部分中形成到达下层铜布线15A的上表面的通孔23。
形成对通孔23的底表面和侧表面及布线槽22的底表面和侧表面进行覆盖的由TaN或Ta形成的阻挡金属层24、及在通孔23及布线槽22的内部埋入的铜布线25。用与第一层的布线层的阻挡金属层14A及铜布线层15A的形成方法同样的方法，形成阻挡金属层24及铜布线25。在形成铜布线25之后，与第一层铜布线15A的形成后工序相同，进行基板表面的清洗、干燥及紫外线照射。
用同样的方法，能够形成第三层布线或第三层以上的布线。
图4中示出了在上述实施例中所使用的CMP、清洗及干燥装置的配置图。下面，进一步详细说明CMP、清洗及干燥装置。在晶片盒放置区域50中设置有多个晶片盒60。在晶片盒60中保持有图1所示的形成有金属膜15的晶片。
利用搬运装置，将保持在晶片盒60中的晶片搬运到晶片交接区域53。晶片头拾取搬运到晶片交接区域53的晶片，并将其搬运到用于抛光铜的压盘51上。在此，进行铜膜的抛光及水洗。晶片头将水洗后的晶片搬运到用于抛光阻挡金属的压盘52上。在此，进行阻挡金属层的抛光及水洗。将水洗后的晶片返回到晶片交接区域53。
搬运装置将返回到晶片交接区域53的晶片搬运到清洗装置54。在清洗装置54内，配置有有机碱清洗装置55、有机酸清洗装置56及旋转清洗干燥装置57。有机碱清洗装置55包含充满有例如含苯并***(BTA)和四甲基氢氧化铵(TMAH)的药液的处理槽。BTA的浓度是0.05体积％，TMAH的浓度是0.2体积％。有机酸清洗装置56是使用草酸、柠檬酸等有机酸的刷洗装置。
将搬运到清洗装置54的晶片浸泡在有机碱清洗装置55的药液中。此后，在有机酸清洗装置56中使用有机酸进行刷洗。刷洗后，将基板设置在旋转清洗干燥装置57中。
图5中示出了旋转清洗干燥装置57的简要剖视图。在容器70内配置有晶片保持臂71。晶片保持臂71可旋转地保持晶片75。喷嘴72对由晶片保持臂71所保持的晶片75的表面喷上用于水洗的水。在与由晶片固定用臂71所保持的晶片75的表面对向的位置处，安装有氙气灯73。氙气灯73发射含有波长248nm的光的紫外线。晶片75和氙气灯73之间的间隔为约10cm。
当结束利用有机酸的刷洗，并将晶片75设置在旋转清洗干燥装置57时，通过一边从喷嘴72对晶片75喷上水，一边旋转晶片75来进行水洗。此后，停止水的喷上，旋转干燥晶片75。干燥后，点亮紫外线灯73，对晶片75照射紫外线。
利用搬运装置，将经紫外线照射的晶片75返回到在晶片盒设置区域50中设置的晶片盒内。
图6中示出了在用根据上述实施例的方法来形成铜布线，并进行清洗、干燥及紫外线照射，放置约一天之后的晶片表面的扫描型电子显微镜(SEM)照片。将紫外线照射时间设为30秒。
照片中的浓的细线是绝缘区域，淡的粗线是铜布线。未观察到残留物。
图7是表示未进行紫外线照射放置约一天之后的晶片表面的SEM照片。可知在晶片表面上残留有残留物。可以认为该残留物是清洗液中所含的有机化合物的残渣。
如根据实施例的方法所示，可以认为当在干燥后照射紫外线时，使残留物分解，并使晶片表面清洁化。
在上述实施例中，虽然使用氙气灯来照射紫外线，但也可使用发射可分解有机残留物的波长范围的紫外线的其它紫外线光源。例如，也可使用水银灯、KrF灯、荧光灯等。当使紫外线的波长过短时，在晶片上形成的半导体元件就会受到损伤。为此，优选地，使得照射的紫外线不含有短于波长190nm的成分。此外，当波长变长时，由于难于分解有机残留物，因此就必须延长照射时间。为此，优选地紫外线的波长为190～400nm。
紫外线的照射时间优选为15秒或15秒以上。此外，即使使照射时间超过60秒，对于残留物的去除效果，也没有发现大的差异。
此外，在上述实施例中，以在由SiOC形成的层间绝缘膜中埋入铜布线的基板为例，来说明了表面的清洗、干燥方法，但在实施例中示出的清洗、干燥方法也能够适用于在由其它绝缘材料形成的层间绝缘膜上埋入除铜以外的金属布线的基板表面的清洗。作为层间绝缘膜材料，例如，可列举出SiLK(ダウ·ケミカル(公司名)公司的登记商标)、SiO2、掺氟的SiO2等。作为布线材料可列举出以铜为主要成分的合金等。
此外，在上述实施例中，虽然是用TMAH和有机酸清洗CMP后的基板表面，但在使用其它有机类清洗液进行清洗的情况下，也能够期待由紫外线照射去除残留物的效果。
以上虽然按实施例来说明了本发明，但本发明并不限定于此。例如，本领域技术人员自然明白，可对本发明进行各种变更、改良和组合等。

Claims (4)

1.一种半导体器件的制造方法，其特征在于具有：
在表面形成有半导体元件的半导体基板的表面上形成第一绝缘膜的工序；
在上述第一绝缘膜中形成凹部的工序；
以埋入上述凹部内的方式，在上述第一绝缘膜的上面堆积金属膜的工序；
对上述金属膜进行化学机械抛光，直至露出上述第一绝缘膜的表面的工序；
(a)用清洗液清洗上述金属膜的表面和上述第一绝缘膜露出的表面的工序；
(b)用紫外线照射步骤(a)中清洗后的表面的工序；
通过将用紫外线照射的表面暴露于还原气氛中，来执行还原处理的工序；
在上述金属膜的还原表面上和上述第一绝缘膜上形成第二绝缘膜的工序。
2.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于上述工序(b)包含：
水洗上述基板的表面的工序；
一边对上述基板的表面照射紫外线，一边干燥该基板的工序。
3.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，在上述基板的表面露出的金属区域是由铜或铜合金形成的布线。
4.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，在上述工序(b)中照射的紫外线的波长范围大于190nm。
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Patentee before: Fujitsu Ltd.

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