JP2007134424A - 半導体装置の製造方法および半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】第１絶縁膜と第２絶縁膜とが積層される第１絶縁膜の周辺部分の密着性を改善する処理を行うことで、第１絶縁膜に対する第２絶縁膜の密着性を高めて、配線信頼性を高めることを可能とする。
【解決手段】基板１１上に形成される多層配線構造の配線間を電気的に絶縁する絶縁膜が第１絶縁膜２１と第２絶縁膜２２との積層構造を有する半導体装置において、前記第１絶縁膜２１を形成した後で前記第２絶縁膜２２を形成する前に、前記基板１１の製品となるチップが存在しない領域上における前記第１絶縁膜２１表面に研磨による除去部３３が形成されているものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、配線材料の銅を配線溝やビアホール内に埋め込むように形成する化学的機械研磨（以下、ＣＭＰという）時に絶縁膜の剥がれを発生しないようにした半導体装置および半導体装置の製造方法に関するものである。

多層配線構造の半導体装置の製造方法では、配線間を電気的に絶縁する絶縁膜を２種類以上の絶縁膜を積層した構造に形成している。特に、絶縁膜の誘電率（ｋ）の値を小さくするために、従来から使用されていた酸化シリコン膜や窒化シリコン膜に比べ、密着性の弱い種々の絶縁膜が使われている。

上記多層配線構造を製造する技術としては、絶縁層に形成した溝および穴に導電材料となる銅を埋め込んで形成する、いわゆるデュアルダマシン方法について開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に開示されている絶縁層は積層構造であり、特許文献１の図３および段落番号００３２に「誘電絶縁層２、３および４を付着させて高導電率の相互接続を形成するプロセスを開始する。１対の絶縁層はＥＣＲ、スパッタリング、プラズマＣＶＤ、ＣＶＤ、スピンコーティング、またはこれらの方法の任意の組み合わせによって付着させることができる。たとえば、これらの絶縁層はポリイミド、窒化シリコン、酸化アルミニウム（アルミナ）、二酸化シリコン、リンケイ酸ガラス、酸化イットリウム、酸化マグネシウム、エアロゲル、またはこれらの材料の任意の組み合わせで作ることができる。」ことが記載されている。

また、配線（ライン）層の絶縁膜とビア層の絶縁膜との積層構造を有し、ビア層の絶縁膜がＴＥＯＳ酸化膜／有機ポリマー系スピンオン材料膜の積層膜であり、配線層の絶縁膜がＴＥＯＳ酸化膜／有機ポリマー系スピンオン材料膜の積層膜である半導体装置が開示されている（例えば、非特許文献１参照。）。

また、配線（ライン）層の絶縁膜とビア層の絶縁膜との積層構造を有し、さらに配線層の絶縁膜が積層構造である半導体装置が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。具体的には、ビア層の絶縁膜として、パッシベーション膜１１１を窒化シリコン膜で形成し、その上に第１の層間絶縁膜１１２を酸化シリコン膜で形成すること、および配線層の絶縁膜として、第２の層間絶縁膜１１４を有機ポリマーで形成することおよびマスク層１１５を酸化シリコン膜で形成することが開示されている。

このような密着性の弱い膜を積層して用いた場合、半導体装置製造工程における機械的な力、または熱工程において、剥がれが発生する問題が生じていた。密着性が問題となる工程としては、具体的には、酸化膜を平坦化するためのＣＭＰ工程、配線を溝に埋め込んで形成する溝配線構造を形成するためのＣＭＰ工程、低誘電率膜（半導体プロセス技術の当業者間ではＬｏｗ−ｋ膜ともいう）を架橋するためのアニール工程、銅膜をアニールする工程、パッケージング工程などが上げられる。

中でもＣＭＰ工程では、機械的な力がかかるため、剥がれを回避することが困難であり、絶縁膜のｌｏｗ−ｋ化がｋ＜３．０の領域に入ってくるに伴って大きな問題となってきた。このような剥がれを抑制する方法として、以下に示す解決方法が提案されている。

その解決方法は、ＳｉＯ₂からなる絶縁膜とＳｉＯＣＨからなる絶縁膜との密着性を改善する方法であって、ＳｉＯ₂膜とＳｉＯＣＨ膜の間に、膜中の炭素（Ｃ）濃度と水素（Ｈ）濃度が低く、酸素（Ｏ）濃度が高いＳｉＯＣＨ膜を有することで密着性を改善しているものである（例えば、特許文献３参照。）。

しかしながら、一般的に膜中の炭素（Ｃ）濃度と水素（Ｈ）濃度が低く、酸素（Ｏ）濃度が高いＳｉＯＣＨ膜は、通常のＳｉＯＣＨ膜に比べ誘電率（ｋ）値が上昇することが知られている。特許文献３の第１１頁の段落００４１および図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に、一酸化二窒素（Ｎ₂Ｏ）、アンモニア（ＮＨ₃）、水素（Ｈ₂）等のプラズマを用いて下地ＳｉＯＣＨ膜を改質することによって上記ＳｉＯＣＨ膜を形成した場合には、誘電率（ｋ）値の上昇があることが記載されている。

また特許文献３の請求項２５には、上記ＳｉＯＣＨを形成する方法として、ヘリウム（Ｈｅ）またはアルゴン（Ａｒ）を含み、酸素（Ｏ）、水素（Ｈ）、窒素（Ｎ）を含まないガスを用いたプラズマ雰囲気で処理する工程と、その後酸素（Ｏ）を含むガスを用いた雰囲気で熱処理を行う工程を用いて、下地のＳｉＯＣＨを変質させることが記載されている。この効果として特許文献３の第８頁の段落００２４、および第１１頁の段落００４１に記載されているように、改質の反応を、下地ＳｉＯＣＨの２０ｎｍ程度のみに抑えることによって、深さ方向の制御を容易に行うことができるため、誘電率（ｋ）値の上昇が抑えられるとしている。

このように、上記特許文献３に開示された技術は、プラズマ処理によって誘電率（ｋ）値の上昇を引き起こさないようプラズマのガス種を選択する必要があった。したがって、絶縁膜の選択によっては、十分な密着性が確保できないこともあり得る。また、改質層が２０ｎｍであっても、改質層で誘電率（ｋ）値は上昇しており、今後半導体装置の微細化にともなう縦構造寸法の微細化、さらなるｌｏｗ−ｋ化の際には、問題となってくることが予想される。

また、上記とは別に、ＳｉＯ₂膜とＳｉＯＣＨ膜との密着性改善方法が開示されている。その方法は、上記特許文献３とほぼ同様に、ＳｉＯ₂膜とＳｉＯＣ膜との間に、下地ＳｉＯＣに比べて炭素（Ｃ）濃度が１０〜９０％の中間層を挿入する方法である（例えば、特許文献４参照。）。

中間層（＝改質層）の膜厚については、特許文献４の第６頁の段落番号００２９−００３０に記載があるように、１０ｎｍ以上で十分な膜剥がれを抑制でき、５０ｎｍ以下であればリーク電流の増加が抑制されるとされている。また、中間層の形成方法として、特許文献４の第６頁の段落番号００３３に、ヘリウム（Ｈｅ）ガスまたはアルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガスを用いたプラズマ処理が記載されている。また、酸素および窒素の活性種（イオン、ラジカル）、例えば、酸素（Ｏ₂）、一酸化二窒素（Ｎ₂Ｏ）を含むプラズマ処理により処理した場合は、改質層が増加し、リーク電流が増加することが示唆されている。

このように、特許文献４で開示された技術は、プラズマ処理によってリーク電流の増大を引き起こさないようプラズマのガス種を選択する必要があった。また、今後の半導体装置の微細化にともなう配線間距離の縮小、低誘電率（ｌｏｗ−ｋ）化にともなう絶縁膜のプラズマ耐性の悪化にともなって、十分な効果が得られなくなってくることが予想される。

また、上記とは別に、有機系材料を使った場合のＣＭＰ時の膜剥がれを改善する方法が開示されている。この方法では、ウエハ周辺部における有機絶縁材料を硬化させることで、ＣＭＰ時の膜剥がれを改善する。有機絶縁材料を硬化させる方法としては、紫外線照射が開示されている（例えば、特許文献４参照。）。

しかしながら、無機絶縁材料の場合には、紫外線照射では密着性を向上させる効果は発生しない。

特許第３０５７０５４号公報 特開２００１−４４１８９号公報 特開２００４−２５３７９０号公報 特開２００４−２０７６０４号公報 特開２０００−１００９４４号公報 西岡康隆著「ＣＤ制御に基づいた有機Ｌｏｗ−ｋ／Ｃｕインテグレーション技術」、グローバルネット株式会社主催"ｋ＜２．５に向けたＬｏｗ−ｋ膜ダマシンプロセスの基礎理論と配線応用技術"p．４−１−１〜４−１−８、２００２年２月２０日

解決しようとする問題点は、ＣＭＰ工程で絶縁膜が剥がれる点である。特に、ＣＭＰ時に圧力が集中するウエハのエッジ近傍または絶縁膜のエッジ近傍での絶縁膜の剥がれを防止することが困難な点である。

本発明は、基板の製品となるチップが存在しない領域上の絶縁膜に対し密着性を高める処理を行うことで、ＣＭＰ時の圧力集中に起因する絶縁膜の剥がれを防止することを課題とする。

本発明の半導体装置（第１の半導体装置）は、基板上に形成される多層配線構造の配線間を電気的に絶縁する絶縁膜が第１絶縁膜と第２絶縁膜との積層構造を有する半導体装置において、前記第１絶縁膜を形成した後で前記第２絶縁膜を形成する前に、前記基板の製品となるチップが存在しない領域上における前記第１絶縁膜表面に研磨による除去部が形成されていることを特徴とする。

上記第１の半導体装置では、基板の製品となるチップが存在しない領域上における前記第１絶縁膜表面に、研磨により形成された除去部が形成されていることから、除去部を形成しないで第２絶縁膜が形成されているものよりも、除去部での第２絶縁膜の面内方向の固定力が高められるので、第１絶縁膜に対する第２絶縁膜の剥がれが抑制される。しかも、除去部が第１絶縁膜の膜厚方向にみると途中まで形成されている、すなわち、除去部底部（被研磨面）には第１絶縁膜が残されているので、第１絶縁膜の主表面に対して除去部の段差が大きくなりすぎることはない。そのため、除去部上における第２絶縁膜表面の段差形成が抑えられ、第２絶縁膜表面を研磨した際にかかる除去部の角部における圧力集中が第１絶縁膜を膜厚方向に完全にカットした状態よりも少なくなっているので第２絶縁膜の剥がれが抑制されている。さらに研磨によって除去部が形成されていることから、第１絶縁膜表面よりも除去部の被研磨面のほうが表面粗さを粗く形成することができる。これによって、第１絶縁膜と第２絶縁膜との接触面積を大きくとることができるので、第１絶縁膜に対する第２絶縁膜の剥がれが抑制されている。さらに、研磨により被研磨面が活性化されるので、第１絶縁膜の除去部に対する第２絶縁膜の密着性が高められる。これによって、第１絶縁膜に対する第２絶縁膜の剥がれが抑制されている。また、上記除去部はチップが存在しない領域に形成される。

本発明の半導体装置（第２の半導体装置）は、基板上に形成される多層配線構造の配線間を電気的に絶縁する絶縁膜が第１絶縁膜と第２絶縁膜との積層構造を有する半導体装置において、前記第１絶縁膜を形成した後で前記第２絶縁膜を形成する前に、前記基板の製品となるチップが存在しない領域である前記基板の周囲領域における前記第１の絶縁膜の周辺部がエッジカットされているとともに、前記第１絶縁膜表面が、前記第１絶縁膜の膜厚が外周側に向かって薄くなるような傾斜面に形成されていることを特徴とする。また、上記傾斜面は研磨によって形成されていることが好ましい。

上記第２の半導体装置では、傾斜面が第１絶縁膜の膜厚が外周側に向かって薄くなるように形成されているので、エッジカットがなされた第１絶縁膜の角部における圧力集中が緩和されるため、第２絶縁膜の剥がれが抑制される。また、第１絶縁膜に傾斜面が形成されることで第２絶縁膜との接触面積が増大し、密着性が高められる。さらに第２絶縁膜表面を研磨したときの第１絶縁膜表面の面内方向に働く力が分散され、第１絶縁膜に対する第２絶縁膜の剥がれの抑制に繋がる。また、上記傾斜面が研磨によって形成されることにより、第１絶縁膜表面よりも傾斜面のほうが表面粗さを粗く形成することができる。これによって、第１絶縁膜と第２絶縁膜との接触面積を大きくとることができるので、第１絶縁膜に対する第２絶縁膜の剥がれが抑制される。さらに、研磨により被研磨面が活性化されるので、第１絶縁膜に対する第２絶縁膜の密着性が高められる。これによって、第１絶縁膜に対する第２絶縁膜の剥がれが抑制される。また、上記傾斜面はチップが存在しない領域に形成される。

本発明の半導体装置の製造方法（第１の製造方法）は、基板上に形成される多層配線構造の配線間を電気的に絶縁する絶縁膜を第１絶縁膜と第２絶縁膜との積層構造で形成する工程を備えた半導体装置の製造方法において、前記第１絶縁膜を形成した後で前記第２絶縁膜を形成する前に、前記基板の製品となるチップが存在しない領域上における前記第１絶縁膜表面に研磨による除去部を形成する工程を備えたことを特徴とする。

上記第１の製造方法では、基板の製品となるチップが存在しない領域上における前記第１絶縁膜表面に、研磨により除去部を形成することから、除去部を形成しないで第２絶縁膜が形成されているものよりも、除去部での第２絶縁膜の面内方向の固定力が高められるので、第１絶縁膜に対する第２絶縁膜の剥がれが抑制される。しかも、除去部を第１絶縁膜の膜厚方向にみると途中まで形成する、すなわち、除去部底部（被研磨面）には第１絶縁膜が残されているので、第１絶縁膜表面に対して除去部の段差が大きくなりすぎることはない。そのため、除去部上における第２絶縁膜表面の段差形成が抑えられ、第２絶縁膜表面を研磨した際にかかる除去部の角部における圧力集中が第１絶縁膜を膜厚方向に完全にカットした状態よりも少なくなり第２絶縁膜の剥がれが抑制される。しかも研磨によって除去部を形成することから、第１絶縁膜表面よりも除去部の被研磨面のほうが表面粗さを粗く形成することができる。これによって、第１絶縁膜と第２絶縁膜との接触面積を大きくとることができるので、第１絶縁膜に対する第２絶縁膜の剥がれが抑制される。さらに、研磨により被研磨面が活性化されるので、第１絶縁膜の除去部に対する第２絶縁膜の密着性が高められる。これによって、第１絶縁膜に対する第２絶縁膜の剥がれが抑制される。また、上記除去部はチップが存在しない領域に形成される。

本発明の半導体装置の製造方法（第２の製造方法）は、基板上に形成される多層配線構造の配線間を電気的に絶縁する絶縁膜を第１絶縁膜と第２絶縁膜との積層構造で形成する工程を備えた半導体装置の製造方法において、前記第１絶縁膜を形成した後で前記第２絶縁膜を形成する前に、前記基板の製品となるチップが存在しない領域である前記基板の周囲領域における前記第１の絶縁膜の周辺部をエッジカットする工程と、前記第１絶縁膜表面を前記第１絶縁膜の膜厚が外周側に向かって薄くなるような傾斜面に形成する工程とを備えたことを特徴とする。また、上記傾斜面を研磨によって形成することが好ましい。

上記第２の製造方法では、傾斜面を第１絶縁膜の膜厚が外周側に向かって薄くなるように形成するので、エッジカットがなされた第１絶縁膜の角部における応力集中が緩和されるため、第２絶縁膜の剥がれが抑制される。また、第１絶縁膜に傾斜面を形成することで第２絶縁膜との接触面積が増大し、密着性が高められる。さらに第２絶縁膜表面を研磨したときの第１絶縁膜表面の面内方向に働く力が分散され、第１絶縁膜に対する第２絶縁膜の剥がれの抑制に繋がる。また、上記傾斜面を研磨によって形成することにより、第１絶縁膜表面よりも傾斜面のほうが表面粗さを粗く形成することができる。これによって、第１絶縁膜と第２絶縁膜との接触面積を大きくとることができるので、第１絶縁膜に対する第２絶縁膜の剥がれが抑制される。さらに、研磨により被研磨面が活性化されるので、第１絶縁膜に対する第２絶縁膜の密着性が高められる。これによって、第１絶縁膜に対する第２絶縁膜の剥がれが抑制される。また、上記傾斜面は、チップが存在しない領域に形成される。

本発明の第１の半導体装置は、第１絶縁膜の周辺部の表面に研磨による除去部が形成されていて、第１絶縁膜の周辺部が膜厚方向に完全に除去されているのではないので、その上面に形成される第２絶縁膜の表面を研磨したときの第２絶縁膜の膜剥がれを抑制することができる。また除去部が研磨によって形成されていることによって、被研磨面の表面積の増加により、また活性化により、第１絶縁膜に対する第２絶縁膜の密着性を高めることができるので、この点からも第２絶縁膜の剥がれが抑制できる。また、上記除去部は、チップが存在しない領域に形成されるので、チップ特性の劣化は生じない。したがって、第２絶縁膜の剥がれを抑制できるので、配線信頼性の向上が図れるという利点がある。

本発明の第２の半導体装置は、傾斜面が第１絶縁膜の膜厚が外周側に向かって薄くなるように形成されているので、エッジカットがなされた第１絶縁膜の角部における圧力集中が緩和されるため、第２絶縁膜の剥がれが抑制できる。また、第１絶縁膜に傾斜面が形成されることで第２絶縁膜との接触面積が増大し、密着性が高められる。さらに第２絶縁膜表面を研磨したときの第１絶縁膜表面の面内方向に働く力が分散され、第１絶縁膜に対する第２絶縁膜の剥がれの抑制に繋がる。また、上記傾斜面が研磨によって形成されることによって、被研磨面の表面積の増加により、また活性化により、第１絶縁膜に対する第２絶縁膜の密着性を高めることができるので、この点からも第２絶縁膜の剥がれが抑制できる。また、上記傾斜面は、チップが存在しない領域に形成されるので、チップ特性の劣化は生じない。したがって、第２絶縁膜の剥がれを抑制できるので、配線信頼性の向上が図れるという利点がある。

本発明の半導体装置の第１の製造方法は、第１絶縁膜の周辺部を膜厚方向に完全に除去することなく第１絶縁膜の周辺部の表面に研磨による除去部を形成しているので、その上面に形成される第２絶縁膜の表面を研磨したときの第２絶縁膜の膜剥がれを抑制することができる。また除去部を研磨によって形成することによって、被研磨面の表面積の増加により、また活性化により、第１絶縁膜に対する第２絶縁膜の密着性を高めることができるので、この点からも第２絶縁膜の剥がれを抑制することができる。また、上記除去部をチップが存在しない領域に形成するので、チップ特性の劣化は生じないという利点がある。したがって、チップ特性を劣化させずに第２絶縁膜の剥がれを抑制できるので、配線信頼性の向上、半導体装置の歩留りの向上が図れるという利点がある。

本発明の半導体装置の第２の製造方法は、傾斜面を第１絶縁膜の膜厚が外周側に向かって薄くなるように形成するので、エッジカットがなされた第１絶縁膜の角部における圧力集中が緩和できるため、第２絶縁膜の剥がれを抑制することができる。また、第１絶縁膜に傾斜面を形成することで第２絶縁膜との接触面積を増大させることができ、密着性を高めることができる。さらに第２絶縁膜表面を研磨したときの第１絶縁膜表面の面内方向に働く力が分散され、第１絶縁膜に対する第２絶縁膜の剥がれの抑制に繋がる。また、上記傾斜面が研磨によって形成することによって、被研磨面の表面積の増加により、また活性化により、第１絶縁膜に対する第２絶縁膜の密着性を高めることができるので、この点からも第２絶縁膜の剥がれを抑制することができる。また、上記除去部をチップが存在しない領域に形成するので、チップ特性の劣化は生じないという利点がある。したがって、チップ特性を劣化させずに第２絶縁膜の剥がれを抑制できるので、配線信頼性の向上、半導体装置の歩留りの向上が図れるという利点がある。

本発明の第１の半導体装置に係る一実施の形態の実施例を、図１の概略構成断面図によって説明する。

図１に示すように、図示はしないトランジスタ、配線等が形成された基板（ウエハ）１１上に絶縁膜１２が形成されている。上記基板１１には、例えばシリコン基板が用いられる。また上記絶縁膜１２は、酸化シリコン膜からなり、例えば５００ｎｍの厚さに形成されている。上記絶縁膜１２上には配線層間の絶縁膜を構成する第１絶縁膜２１が形成されている。ここでは第１絶縁膜２１は炭化酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜で形成する。また、ＳｉＯＣ膜中に窒素もしくは水素が含まれた膜であってもよい。上記第１絶縁膜２１は、例えばプラズマＣＶＤ法により成膜され、例えば１０００ｎｍの厚さを有する。

上記第１絶縁膜２１の周辺部（例えばウエハ外周から５ｍｍ以内の範囲）上は研磨処理が施されていて、第１絶縁膜２１が削られた除去部３３が形成されている。この除去部３３は、第１絶縁膜２１の主表面より２００ｎｍ程度研磨して形成される。そして、除去部３３の被研磨面の表面粗さは、中心線平均粗さＲａで、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下に形成されている。

さらに上記第１絶縁膜２１を被覆するように第２絶縁膜２２が形成されている。この第２絶縁膜２２は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂）膜で形成されている。この第２絶縁膜２１の膜厚は、例えば３００ｎｍに形成されている。

上記第１の半導体装置では、基板１１の製品となるチップが存在しない領域上における第１絶縁膜２１表面に、研磨により形成された除去部３３が形成されていることから、除去部３３を形成しないで第２絶縁膜２２が形成されているものよりも、除去部３３での第２絶縁膜２２の面内方向の固定力が高められるので、第１絶縁膜２１に対する第２絶縁膜２２の剥がれが抑制される。しかも、除去部３３が第１絶縁膜２１の膜厚方向にみると途中まで形成されている、すなわち、除去部３３底部（被研磨面）には第１絶縁膜２１が残されているので、第１絶縁膜２１の主表面に対して除去部３３の段差が大きくなりすぎることはない。そのため、除去部３３上における第２絶縁膜２２表面の段差形成が抑えられ、第２絶縁膜２２表面を研磨した際にかかる除去部３３の角部における圧力集中が第１絶縁膜２１を膜厚方向に完全にカットした状態よりも少なくなっているので第２絶縁膜２２の剥がれが抑制されている。

さらに研磨によって除去部３３が形成されていることから、第１絶縁膜２１の主表面よりも除去部３３の被研磨面のほうが表面粗さを粗く形成することができる。上記の場合、中心線平均粗さＲａで、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下に形成されていることが好ましい。これによっても、第１絶縁膜２１と第２絶縁膜２２との接触面積を大きくとることができるとともに、表面粗さによるアンカー効果によって、第１絶縁膜２１に対する第２絶縁膜２２の密着性を高めることができる。したがって、第１絶縁膜２１に対する第２絶縁膜２の剥がれが抑制される。

さらに、研磨により被研磨面が活性化されるので、第１絶縁膜２１の除去部３３に対する第２絶縁膜２２の密着性が高められる。例えば、上記研磨によって形成される除去部３３は、ＳｉＯＣ系の膜では膜表面のダングリングボンドを研磨液の水酸基（ＯＨ基）に置換してダングリングボンドを水酸基（ＯＨ基）で終端させることができる。このような状態で、水酸基（ＯＨ基）の水素（Ｈ）をシリコン（Ｓｉ）に置換して酸化シリコン系の第２絶縁膜２２を成膜することで、第１絶縁膜２１と第２絶縁膜２２との密着性が強固になる。この結果、第１絶縁膜２１に対する第２絶縁膜２２の密着性を周辺部において高めることができる。したがって、第１絶縁膜２１に対する第２絶縁膜２２の剥がれが抑制される。

以上のような理由から、第２絶縁膜２２を形成した後に、例えばＣＭＰ工程を行って、第１、第２絶縁膜２１、２２間に第１絶縁膜２１表面と略平行な方向の荷重がかかったとしても、第１絶縁膜２１より第２絶縁膜２２が剥がれるということが防止できるという利点がある。特に、膜剥がれが発生しやすい膜周辺部の密着性が高められているので、膜剥がれの防止には効果的である。したがって、歩留りの向上が図れるとともに、絶縁膜の信頼性の向上が図れる。

また、上記除去部３３は、チップが存在しない領域に形成されるので、チップ特性の劣化は生じないという利点もある。

さらに、上記半導体装置では、除去部３３の被研磨面を傾斜面で形成することも可能である。

次に、本発明の半導体装置の製造方法（第１の製造方法）に係る一実施の形態の実施例を、図２の製造工程断面図によって説明する。この製造方法は、前記図１によって説明した半導体装置を製造する方法の一例である。

図２（１）に示すように、基板１１上に絶縁膜１２を形成する。上記基板１１には、例えばシリコン基板が用いられる。また上記絶縁膜１２は、酸化シリコン膜からなり、例えば５００ｎｍの厚さに形成されている。その成膜方法は、例えばプラズマＣＶＤ法による。次に、上記絶縁膜１２上に第１絶縁膜２１を形成する。ここでは第１絶縁膜２１は炭化酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜で形成する。なお、ＳｉＯＣ膜の他に、ＳｉＯＣ膜中に窒素もしくは水素が含まれた膜で形成することも可能である。上記第１絶縁膜２１は、例えば１０００ｎｍの厚さに成膜する。上記絶縁膜１２および第１絶縁膜２１の成膜には、一例として、平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用い、その際使用するガスとしては、どちらもシリコン源としてメチルシランを用いた。また成膜条件としては基板温度を３００℃〜４００℃に設定し、プラズマパワーを１５０Ｗ〜３５０Ｗ、成膜雰囲気の圧力を１００Ｐａ〜１０００Ｐａ程度に設定する。

次に、上記第１絶縁膜２１の周辺部（例えばウエハ外周から５ｍｍ以内の範囲）上に研磨処理を施す。この研磨処理方法は、上記基板１１を回転させながら、上記第１絶縁膜２１の周辺部上を研磨して、除去部３３を形成する。

このような研磨を行う研磨装置としては、回転するウエハの周辺部に研磨パッドを押圧するとともにウエハの被研磨面にスラリーを供給する構成の研磨装置を用いた。このような研磨装置の一例として、特開２００４-１４２０３１号公報に開示された研磨装置がある。

上記研磨の研磨条件の一例としては、研磨圧力を２０．７ｋＰａ、ウエハ回転数を２００ｒｐｍに設定し、スラリーとして水酸化カリウム（ＫＯＨ）ベースのシリカスラリーを単独で用いた。このようなスラリーの一例としては、Ｃａｂｏｔ社製のＳＳ−２５が挙げられる。もしくは、スラリーとして水酸化カリウム（ＫＯＨ）ベースのシリカスラリーに平均粒径が０．３μｍのアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）粉末を水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液に混合して懸濁させたものを用いて研磨を行った。

研磨面の粗さは上記シリカスラリーとアルミナ粉末との混合比を変えることで制御することができる。例えば、シリカスラリーを多くすると表面粗さは小さくなり、アルミナ粉末を多くすると表面粗さは大きくなる傾向にある。また、研磨面の粗さ（中心線平均粗さ：Ｒａ）は、ＡＦＭ装置（原子間力顕微鏡：Atomic Force Microscope）により１００μｍ四方の領域を測定して求めた。この研磨では、研磨量がほぼ２００ｎｍとなるように、エッジカットそれぞれの研磨による表面粗さＲａについて、研磨時間を最適化した。この研磨量は深くなりすぎると、研磨によって形成された除去部３３の段差が大きくなりすぎて好ましくない。したがって、この研磨量は第２絶縁膜２２表面に段差を生じない程度とすることが好ましい。そのような研磨量としては、例えば２００ｎｍ以内とすることが好ましい。また研磨幅は、研磨パッドをウエハの半径方向に往復させることで制御した。

さらに、上記研磨では、上記第１絶縁膜２１の周辺部における被研磨面の中心線平均粗さＲａを５ｎｍ以上１００ｎｍ以下になるように、研磨条件を制御した。上記中心線平均粗さが５ｎｍよりも小さいと表面を荒らしたことによるアンカー効果が十分に得られない。また上記中心線平均粗さが１００ｎｍよりも大きくなると、上層に形成される第２絶縁膜２１の表面にその粗さが転写されやすくなり、好ましくない。したがって、中心線平均粗さが５ｎｍ以上１００ｎｍ以下になるようにした。これによって、ウエハ周辺部の第１絶縁膜２１表面の研磨効果とともに、ＣＭＰ時の剥がれ抑制効果を増すことができる。

そして、研磨後、純水を用いたブラシ洗浄によりウエハ周辺部を洗浄し、除去部３３のスラリー残りを除去した。

この結果、上記第１絶縁膜２１の周辺部には第１絶縁膜２１主表面より活性化されかつ表面粗さが粗くなっている除去部３３が環状に形成される。上記活性化は、例えば、ＳｉＯＣ系の膜では膜表面のダングリングボンドを研磨液中の水酸基（ＯＨ基）に置換してダングリングボンドを水酸基（ＯＨ基）で終端することでなされる。

次に、図２（２）に示すように、第１絶縁膜２１を被覆するように第２絶縁膜２２を形成する。この第２絶縁膜２２は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂）膜で形成され、その成膜方法としては、プラズマＣＶＤ法を採用することができる。その際、研磨により除去部３３が活性化されていることから、水酸基（ＯＨ基）の水素（Ｈ）がシリコン（Ｓｉ）に置換されて酸化シリコン系の第２絶縁膜２２を成膜することになるので、第１絶縁膜２１と第２絶縁膜２２との密着性が強固になる。このことから、第１絶縁膜２１に対する第２絶縁膜２２の密着性を周辺部において高めることができる。

上記第１〜第２絶縁膜２１〜２２に溝配線およびビアを形成する場合には、上記第１絶縁膜２１の周辺部分の研磨を行い、第２絶縁膜２２を形成した後に、例えば配線溝、ビアホール等のパターニングを行えばよい。また、溝配線とビアとを同時形成する、いわゆるデュアルダマシン構造の絶縁膜についても、本発明の構成を用いることができる。例えば、第１絶縁膜２１に配線間の接続を行う接続部（ビア）が形成され、第２絶縁膜２２に溝配線が形成される。溝配線とビアとを同時形成する技術については、多くの公知例があり、例えば特開２００１−４４１８９号公報などに詳細な記述がある。これらの公知技術の絶縁膜についても、本発明の如く、ビアが形成される第１絶縁膜２１の周辺部に対する研磨処理を実施して除去部３３を形成し、溝配線が形成される第２絶縁膜２２を形成する構成を採用することができる。

上記第１の製造方法では、基板１１の製品となるチップが存在しない領域上における第１絶縁膜２１表面に、研磨により除去部３３を形成することから、除去部３３を形成しないで第２絶縁膜２２が形成されているものよりも、除去部３３での第２絶縁膜２２の面内方向の固定力が高められるので、第１絶縁膜２１に対する第２絶縁膜２２の剥がれが抑制される。しかも、除去部３３を第１絶縁膜２１の膜厚方向にみると途中まで形成する、すなわち、除去部３３底部（被研磨面）には第１絶縁膜２１が残されているので、第１絶縁膜２１表面に対して除去部３３の段差が大きくなりすぎることはない。そのため、除去部３３上における第２絶縁膜２２表面の段差形成が抑えられ、第２絶縁膜２２表面を研磨した際にかかる除去部３３の角部における圧力集中が第１絶縁膜２１を膜厚方向に完全にカットした状態よりも少なくなり第２絶縁膜２２の剥がれが抑制される。しかも研磨によって除去部３３を形成することから、第１絶縁膜２１表面よりも除去部３３の被研磨面のほうが表面粗さを粗く形成することができる。これによっても、第１絶縁膜２１と第２絶縁膜２２との接触面積を大きくとることができるので、第１絶縁膜２１に対する第２絶縁膜２２の剥がれが抑制される。さらに、研磨により形成された除去部３３の被研磨面が活性化されるので、第１絶縁膜２１の除去部３３に対する第２絶縁膜２２の密着性が高められる。これによっても第１絶縁膜２１に対する第２絶縁膜２２の剥がれが抑制される。また、上記除去部３３を、チップが存在しない領域に形成するので、チップ特性の劣化は生じない。

次に、本発明の効果を確認した。その方法は、前記図１に示したように、基板１１上に上記第１〜第２絶縁膜２１〜２２を形成した発明サンプルを用意し、発明サンプルの第２絶縁膜２２に対してＣＭＰを行った。また、発明サンプルと比較するものとして、図３に示すように、基板１１上に形成された絶縁膜１２上に第１絶縁膜２１を形成し、その第１絶縁膜２１に研磨処理を施さない（除去部を形成しない）で第１絶縁膜２１上に第２絶縁膜２２を形成した比較サンプルを用意した。

次に、上記発明サンプルおよび比較サンプルのそれぞれの第２絶縁膜２２をＣＭＰした。このＣＭＰでは、研磨パッドに、例えば上層が発泡ポリウレタン製で下層がＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）製のものを用いた。このような研磨パッドとしては、一例として、上層がロデール社製の厚さ１．２ｍｍのＩＣ１０００で下層が同社製の厚さ１．２ｍｍのＳＵＢＡ４００よりなる積層された研磨パッドがある。研磨液（研磨スラリー）には、一例として、アルカリ溶媒に分散したコロイダルシリカに酸化剤として過酸化水素水（Ｈ₂Ｏ₂）を添加したものを用いる。例えばＪＳＲ社製のＣＭＳ８３０１がある。上記研磨液の供給流量を例えば１５０ｍｌ／ｍｉｎとして、研磨パッドの回転数を例えば１００ｒｐｍ、ウエハ（基板）回転数を例えば１１０ｒｐｍ、研磨圧力を例えば３００g／ｃｍ²、研磨時間を例えば６０ｓｅｃとした。これにより、第２絶縁膜２２のＳｉＯ₂膜の表層およそ７０ｎｍの厚さが除去された。

上記研磨は、発明サンプルおよび比較サンプルの両方に対して同条件にて行った。発明サンプルについては、被研磨面の中心線平均粗さを変化させた複数のサンプルを用意した。

研磨後、絶縁膜の周辺部を顕微鏡により観察し、第１絶縁膜２１に対する第２絶縁膜の剥がれ状態を観察した。上記発明サンプルの結果を実施例１、上記比較サンプルの結果を比較例１とする。

剥がれの検査は顕微鏡により実施した。結果を表１に示す。表１に示す、◎印が剥がれ無し，○印が０．％以上〜２％未満の領域で剥がれあり、△印が２％以上〜２０％未満の領域で剥がれあり、×印が２０％以上の領域で剥がれあり、の４段階で評価した。今回、２０％を境界にした理由は、経験的に２０％以上の剥がれは、剥がれの再現性が良く、本質的なものであると考えられるためである。実際に剥がれを観察すると、「剥がれ無し」、「ほぼ剥がれないが、１％程度剥がれる」、「５％〜１０％程度で剥がれる」、「ほぼすべての領域で剥がれる」の４段階にはっきりと分かれて観察され、◎、○、△、×の差は、はっきりした違いとして認められた。

表１に示すように、研磨幅が１ｍｍで研磨による表面粗さＲａが５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であれば、剥がれは発生していなかった。一方、研磨幅が１ｍｍで研磨による表面粗さＲａが３ｎｍでは、ほぼ剥がれないが、１％程度の剥がれが発生していた。このように、表面粗さＲａが３ｎｍで、１％程度ではあるが剥がれが発生したのは、研磨による密着性改善効果が十分に発揮できていないためと考えられる。また、研磨幅が１ｍｍで表面粗さＲａが２００ｎｍでも、ほぼ剥がれないが、１％程度の剥がれが発生していた。このように、研磨による表面粗さＲａが２００ｎｍで、１％程度ではあるが剥がれが発生したのは、第２絶縁膜２２の表面にこの表面粗さが転写され、その部分が研磨パッドの横方向（研磨面に平行な方向）の圧力を受け易くなったためと考えられる。また、さらに研磨による表面粗さＲａが２０ｎｍで研磨幅が０．１ｍｍ、０．３ｍｍでは、ほぼ剥がれないが、１％程度の剥がれが発生していた。このように、研磨幅が０．１ｍｍ、０．３ｍｍで、１％程度ではあるが剥がれが発生したのは、研磨面積が少ないために密着性改善効果が十分に発揮できていないためと考えられる。さらに研磨による表面粗さＲａが２０ｎｍで研磨幅が０．５ｍｍ以上であれば、剥がれは発生していなかった。ここで研磨幅は１０ｍｍでも密着性改善効果は十分に得られるが、チップ作製可能領域を広く取るためには研磨幅は５ｍｍ以下が望ましい。

一方、比較例についてみると、ウエハ周辺部から５ｍｍよりも内側（ウエハの中心側）に剥がれが及んでいた。これに対し、本実施例では、研磨を実施していないウエハ周辺部から内側の部分での剥がれも見つからなかった。このように、密着性を改善したウエハ周辺部より外側だけでなく、密着性改善処理を行っていないウエハ周辺部より内側の部分に対しても、剥がれが効果的に抑制されることがわかった。これは、元々密着性が弱かったＳｉＯ₂／ＳｉＯＣ界面において、研磨により、ウエハ周辺部のＳｉＯ₂／ＳｉＯＣ界面の密着性が高められ、ＣＭＰ時に圧力が集中するウエハ周辺部が剥がれにくくなり、それによってウエハ面内が保護されたものと考えられる。

以上の研磨結果より、研磨による表面粗さＲａは５ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましく、研磨幅は０．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下が好ましいことがわかる。

なお、上記半導体装置では、除去部３３の被研磨面を傾斜面で形成することも可能である。

次に、本発明の第２の半導体装置に係る一実施の形態の実施例を、図４の概略構成断面図によって説明する。

図４に示すように、図示はしないトランジスタ、配線等が形成された基板（ウエハ）１１上に絶縁膜１２が形成されている。上記基板１１には、例えばシリコン基板が用いられる。また上記絶縁膜１２は、酸化シリコン膜からなり、例えば５００ｎｍの厚さに形成されている。上記絶縁膜１２上には配線層間の絶縁膜を構成する第１絶縁膜２１が形成されている。ここでは第１絶縁膜２１は炭化酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜で形成されている。また、ＳｉＯＣ膜中に窒素もしくは水素が含まれた膜であってもよい。上記第１絶縁膜２１は、例えばプラズマＣＶＤ法により成膜され、例えば１０００ｎｍの厚さを有する。

そして製品となるチップが形成されていない領域内の上記第１絶縁膜２１の周辺部は除去されている。いわゆる、第１絶縁膜２１のエッジカットが施されている。そして製品となるチップが形成されていない領域内で上記第１絶縁膜２１の周辺部上は傾斜面３４に形成されている。この傾斜面３４は、ウエハ中心より半径方向にウエハ周辺部に向かってウエハ厚が薄くなるように形成されている。その傾斜は、５０ｎｍ／ｍｍ以上５μｍ／ｍｍ以下となっている。上記傾斜面３４は、一例として研磨処理により形成されている。

上記研磨処理領域における傾斜面３４について説明する。この傾斜面３４は、５０ｎｍ／ｍｍ以上５μｍ／ｍｍ以下となっている。上記傾斜が５μｍ／ｍｍよりも小さいと傾斜を形成した効果が十分に得られない。すなわち、ＣＭＰ時のウエハ周辺部への圧力集中が抑制される効果が十分に得られない。また上記傾斜が５０μｍ／ｍｍよりも大きくなると、ＣＭＰ時のウエハ周辺部への圧力集中が傾斜部に集中しやすくなり、好ましくない。したがって、上記傾斜は５μｍ／ｍｍ以上５０μｍ／ｍｍ以下となるようにした。これによって、ウエハ周辺部の第１絶縁膜２１表面の研磨効果とともに、ＣＭＰ時の剥がれ抑制効果を増すことができる。なお、傾斜面３４の端辺は、研磨の特性上、丸みが形成されることがあるが、本発明の作用効果を考慮すると、丸みが形成されたほうが圧力集中を避ける点でさらに好ましい。

また、上記第１絶縁膜２１を被覆するように第２絶縁膜２２が形成されている。この第２絶縁膜２２は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂）膜で形成されている。この第２絶縁膜２１の膜厚は、例えば３００ｎｍに形成されている。

上記第２の半導体装置２では、傾斜面３４が第１絶縁膜２１の膜厚が外周側に向かって薄くなるように形成されているので、エッジカットがなされた第１絶縁膜２１の角部における圧力集中が緩和されるため、第２絶縁膜２２の剥がれが抑制される。また、第１絶縁膜２１に傾斜面３４が形成されることで第２絶縁膜２２との接触面積が増大し、密着性が高められる。さらに第２絶縁膜２２表面を研磨したときの第１絶縁膜２１表面の面内方向に働く力が分散され、第１絶縁膜２１に対する第２絶縁膜２２の剥がれの抑制に繋がる。また、上記傾斜面３４が研磨によって形成されることにより、第１絶縁膜２１表面よりも傾斜面３４のほうが表面粗さを粗く形成することができる。これによっても、第１絶縁膜２１と第２絶縁膜２２との接触面積を大きくとることができるので、第１絶縁膜２１に対する第２絶縁膜２２の剥がれが抑制される。さらに、研磨により被研磨面が活性化されるので、第１絶縁膜２１に対する第２絶縁膜２２の密着性が高められる。これによっても第１絶縁膜２１に対する第２絶縁膜２２の剥がれが抑制される。また、上記傾斜面３４は、チップが存在しない領域に形成されるので、チップ特性の劣化は生じない。

さらに研磨によって傾斜面３４が形成されていることから、第１絶縁膜２１の主表面よりも傾斜面３４の被研磨面のほうが表面粗さを粗く形成することができる。上記の場合、中心線平均粗さＲａで、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下に形成されている。これによっても、第１絶縁膜２１と第２絶縁膜２２との接触面積を大きくとることができるとともに、表面粗さによるアンカー効果によって、第１絶縁膜２１に対する第２絶縁膜２２の密着性を高めることができる。これによって第１絶縁膜２１に対する第２絶縁膜２の剥がれが抑制される。

さらに、研磨により被研磨面が活性化されるので、第１絶縁膜２１の傾斜面３４に対する第２絶縁膜２２の密着性が高められる。例えば、上記研磨によって形成される傾斜面３４は、ＳｉＯＣ系の膜では膜表面のダングリングボンドを研磨液の水酸基（ＯＨ基）に置換してダングリングボンドを水酸基（ＯＨ基）で終端することができる。このような状態で、水酸基（ＯＨ基）の水素（Ｈ）をシリコン（Ｓｉ）に置換して酸化シリコン系の第２絶縁膜２２を成膜することで、第１絶縁膜２１と第２絶縁膜２２との密着性が強固になる。したがって、第１絶縁膜２１に対する第２絶縁膜２２の密着性を周辺部において高めることができる。これによっても第１絶縁膜２１に対する第２絶縁膜２２の剥がれが抑制される。

以上のような理由から、第２絶縁膜２２を形成した後に、例えばＣＭＰ工程を行って、第１、第２絶縁膜２１、２２間に第１絶縁膜２１表面と略平行な方向の荷重がかかったとしても、第１絶縁膜２１より第２絶縁膜２２が剥がれるということが防止できるという利点がある。特に、膜剥がれが発生しやすい膜周辺部の密着性が高められているので、膜剥がれの防止には効果的である。したがって、歩留りの向上が図れるとともに、絶縁膜の信頼性の向上が図れる。

また、上記傾斜面３４は、チップが存在しない領域に形成されるので、チップ特性の劣化は生じないという利点もある。

次に、本発明の半導体装置の製造方法（第２の製造方法）に係る一実施の形態の実施例を、図５の製造工程断面図によって説明する。この製造方法は、前記図４によって説明した半導体装置を製造する方法の一例である。

図５（１）に示すように、基板１１上に絶縁膜１２を形成する。上記基板１１には、例えばシリコン基板が用いられる。また上記絶縁膜１２は、酸化シリコン膜からなり、例えば５００ｎｍの厚さに形成されている。その成膜方法は、例えばプラズマＣＶＤ法による。

次に、図５（２）に示すように、上記絶縁膜１２上に第１絶縁膜２１を形成する。ここでは第１絶縁膜２１はＳｉＯＣ膜で形成する。なお、ＳｉＯＣ膜の他に、ＳｉＯＣ膜中に窒素もしくは水素が含まれた膜で形成することも可能である。上記第１絶縁膜２１は、例えば１０００ｎｍの厚さに成膜する。上記絶縁膜１２および第１絶縁膜２１の成膜には、一例として、平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用い、その際使用するガスとしては、どちらもシリコン源としてメチルシランを用いた。また成膜条件としては基板温度を３００℃〜４００℃に設定し、プラズマパワーを１５０Ｗ〜３５０Ｗ、成膜雰囲気の圧力を１００Ｐａ〜１０００Ｐａ程度に設定する。

次に、図６（３）に示すように、上記第１絶縁膜２１の周辺部（例えばウエハ外周から５ｍｍ以内の範囲）を除去する。いわゆる、エッジカットを行う。このエッジカット方法は、図示はしないが、第１絶縁膜２１上にレジスト膜を形成した後、そのレジスト膜の周辺部（エッジカットする領域上）を露光し、現像した後、そのレジスト膜をエッチングマスクに用いてエッチング加工により第1絶縁膜２１のエッジカットを行う方法を採用することができる。または、上記第１絶縁膜２１が薬液により選択的に溶解することが可能な材料で形成されている場合には、ウエハを回転させながら薬液を第１絶縁膜２１のエッジカットする領域上に供給することで除去加工する、いわゆるエッジリンス法を採用することができる。今回は、第１絶縁膜２１がＳｉＯＣ膜で形成されているので、前者の方法を用いた。なお、第１絶縁膜２１が有機系の塗布膜で形成されている場合には、後者のエッジリンス法を用いる方が工程を削減できるという利点がある。

次に、図６（４）に示すように、上記第１絶縁膜２１の周辺部（例えばウエハ外周から５ｍｍ以内の範囲）上に傾斜を形成する処理を施す。この傾斜面の形成方法は、上記基板１１を回転させながら、上記第１絶縁膜２１の周辺部上を研磨することによる。

このような研磨を行う研磨装置としては、回転するウエハの周辺部に所定の傾斜面を形成するように研磨パッドを傾斜させ、かつ所定の研磨幅が得られるように研磨パッドを揺動させながら被加工物側に押圧するとともにウエハの被研磨面にスラリーを供給する構成の研磨装置を用いた。このような研磨装置の一例として、特開２００４-１４２０３１号公報に開示された研磨装置がある。

上記研磨の研磨条件の一例としては、研磨圧力を２０．７ｋＰａ、ウエハ回転数を２００ｒｐｍに設定し、スラリーとして水酸化カリウム（ＫＯＨ）ベースのシリカスラリーを単独で用いた。このようなスラリーの一例としては、Ｃａｂｏｔ社製のＳＳ−２５が挙げられる。もしくは、スラリーとして水酸化カリウム（ＫＯＨ）ベースのシリカスラリーに平均粒径が０．３μｍのアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）粉末を水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液に混合して懸濁させたものを用いることもできる。要するに、上記スラリーは、第１絶縁膜２１を研磨することができるスラリーであればよい。

研磨面に形成された傾斜面の測定には、ＡＦＭ装置（原子間力顕微鏡：Atomic Force Microscope）を用いた。ＡＦＭ装置では、エッジカット位置から１．０００ｍｍ内側までのプロファイルを測定し、１．０００ｍｍでの傾きを基準として、エッジカット位置から１００μｍ内側の平均傾きを計算して求めた。研磨パッドの揺動幅は研磨後の傾斜面３４の傾きを見ながら研磨条件で所望の値になるように調整した。

そして、研磨後、純水を用いたブラシ洗浄によりウエハ周辺部を洗浄し、傾斜面３４のスラリー残りを除去した。

この結果、上記第１絶縁膜２１の周辺部においては、第１絶縁膜２１の周辺部にウエハ中心より半径方向にウエハ周辺部に向かうにしたがって第１絶縁膜２１の膜厚が薄くなるような傾斜面３４が形成され、この傾斜面３４は、第１絶縁膜２１主表面より活性化されかつ表面粗さが粗くなっている状態で環状に形成される。上記活性化は、例えば、ＳｉＯＣ系の膜では膜表面のダングリングボンドを研磨液の水酸基（ＯＨ基）に置換してダングリングボンドを水酸基（ＯＨ基）で終端することでなされる。

次に、図７（５）に示すように、第１絶縁膜２１を被覆するように第２絶縁膜２２を形成する。この第２絶縁膜２２は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂）膜で形成され、その成膜方法としては、プラズマＣＶＤ法を採用することができる。

なお、エッジカットの形成工程と傾斜面を形成する研磨工程との順序は逆にしてもよいが、エッジカット工程後に研磨工程を行うほうが、エッジカット部がなだらかに形成される利点がある。

上記第１〜第２絶縁膜２１〜２２に溝配線およびビアを形成する場合には、上記第１絶縁膜２１の周辺部分の研磨を行い、第２絶縁膜２２を形成した後に、例えば配線溝、ビアホール等のパターニングを行えばよい。また、溝配線とビアとを同時形成する、いわゆるデュアルダマシン構造の絶縁膜についても、本発明の構成を用いることができる。例えば、第１絶縁膜２１に配線間の接続を行う接続部（ビア）が形成され、第２絶縁膜２２に溝配線が形成される。溝配線とビアとを同時形成する技術については、多くの公知例があり、例えば特開２００１−４４１８９号公報などに詳細な記述がある。これらの公知技術の絶縁膜についても、本発明の如く、ビアが形成される第１絶縁膜２１の周辺部に対する研磨処理を実施して、溝配線が形成される第２絶縁膜２２を形成する構成を採用することができる。

本発明の半導体装置の第２の製造方法は、傾斜面３４を第１絶縁膜２１の膜厚が外周側に向かって薄くなるように形成するので、エッジカットがなされた第１絶縁膜２１の角部における圧力集中が緩和できるため、第２絶縁膜２２の剥がれを抑制することができる。また、第１絶縁膜２１に傾斜面３４を形成することで第２絶縁膜２２との接触面積を増大させることができ、密着性を高めることができる。さらに第２絶縁膜２２表面を研磨したときの第１絶縁膜２１表面の面内方向に働く力が分散され、第１絶縁膜２１に対する第２絶縁膜２２の剥がれの抑制に繋がる。また、上記傾斜面３４を研磨によって形成することによって、前記第１の製造方法と同様に、被研磨面の表面積の増加により、また活性化により、第１絶縁膜２１に対する第２絶縁膜２２の密着性を高めることができるので、この点からも第２絶縁膜２２の剥がれを抑制することができる。また、上記傾斜面３４をチップが存在しない領域に形成するので、チップ特性の劣化は生じないという利点がある。したがって、チップ特性を劣化させずに第２絶縁膜２２の剥がれを抑制できるので、配線信頼性の向上、半導体装置の歩留りの向上が図れるという利点がある。

次に、本発明の効果を確認した。その方法は、前記図４に示したように、基板１１上に上記第１〜第２絶縁膜２１〜２２を形成した発明サンプルを用意し、発明サンプルの第２絶縁膜２２に対してＣＭＰを行った。また、発明サンプルと比較するものとして、図８に示すように、基板１１上に形成された絶縁膜１２上に第１絶縁膜２１を形成し、第１絶縁膜２１の周辺部をエッジカットし、その第１絶縁膜２１に研磨処理を施さないで第１絶縁膜２１上に第２絶縁膜２２を形成した比較サンプルを用意した。

次に、上記発明サンプルおよび比較サンプルのそれぞれの第２絶縁膜２２をＣＭＰした。このＣＭＰでは、研磨パッドに、例えば上層が発泡ポリウレタン製で下層がＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）製のものを用いた。このような研磨パッドとしては、一例として、上層がロデール社製の厚さ１．２ｍｍのＩＣ１０００で下層が同社製の厚さ１．２ｍｍのＳＵＢＡ４００よりなる積層された研磨パッドがある。研磨液（研磨スラリー）には、一例として、アルカリ溶媒に分散したコロイダルシリカに酸化剤として過酸化水素水（Ｈ₂Ｏ₂）を添加したものを用いる。例えばＪＳＲ社製のＣＭＳ８３０１がある。上記研磨液の供給流量を例えば１５０ｍｌ／ｍｉｎとして、研磨パッドの回転数を例えば１００ｒｐｍ、ウエハ（基板）回転数を例えば１１０ｒｐｍ、研磨圧力を例えば３００g／ｃｍ²、研磨時間を例えば６０ｓｅｃとした。これにより、第２絶縁膜２２のＳｉＯ₂膜の表層およそ７０ｎｍの厚さが除去された。

上記研磨は、発明サンプルおよび比較サンプルの両方に対して同条件にて行った。発明サンプルについては、被研磨面の中心線平均粗さを変化させた複数のサンプルを用意した。

研磨後、絶縁膜の周辺部を顕微鏡により観察し、第１絶縁膜２１に対する第２絶縁膜の剥がれ状態を観察した。上記発明サンプルの結果を実施例２、上記比較サンプルの結果を比較例２とする。

剥がれの検査は顕微鏡により実施した。結果を表１に示す。表１に示す、◎印が剥がれ無し，○印が０．％以上〜２％未満の領域で剥がれあり、△印が２％以上〜２０％未満の領域で剥がれあり、×印が２０％以上の領域で剥がれあり、の４段階で評価した。今回、２０％を境界にした理由は、経験的に２０％以上の剥がれは、剥がれの再現性が良く、本質的なものであると考えられるためである。実際に剥がれを観察すると、「剥がれ無し」、「ほぼ剥がれないが、１％程度剥がれる」、「５％〜１０％程度で剥がれる」、「ほぼすべての領域で剥がれる」の４段階にはっきりと分かれて観察され、◎、○、△、×の差は、はっきりした違いとして認められた。

表２に示すように、研磨幅が１ｍｍ、研磨による表面粗さＲａが３ｎｍで、研磨後の傾斜面の傾きが５０ｎｍ／ｍｍ以上５０００ｎｍ／ｍｍ以下であれば、剥がれは発生していなかった。一方、研磨幅が１ｍｍ、研磨による表面粗さＲａが３ｎｍで、研磨後の傾斜面の傾きが５０ｎｍ／ｍｍ未満もしくは、研磨幅が１ｍｍ、研磨による表面粗さＲａが３ｎｍで、研磨後の傾斜面の傾きが５０００ｎｍ／ｍｍよりも大きい場合には、ほぼ剥がれないが、１％程度の剥がれが発生していた。このように、研磨後の傾斜面の傾きが５０ｎｍ／ｍｍ未満の場合に、１％程度ではあるが剥がれが発生したのは、傾斜面による密着性改善効果が十分に発揮できていないためと考えられる。また、研磨後の傾斜面の傾きが５０００ｎｍ／ｍｍ＝５μｍ／ｍｍよりも大きい場合でも、ほぼ剥がれないが、研磨後の傾斜面の傾きが１００００ｎｍ／ｍｍの場合に、１％程度ではあるが剥がれが発生したのは、傾斜面が急峻なために、研磨パッドの変形が追随できず、結果として、第２絶縁膜の上面から傾斜面となる境界部に圧力が集中する結果となり、傾斜面による密着性改善効果が十分に発揮できていないためと考えられる。また、さらに研磨による表面粗さＲａが３ｎｍで研磨幅が０．３ｍｍでは、ほぼ剥がれないが、１％程度の剥がれが発生していた。このように、研磨幅が０．３ｍｍで、１％程度ではあるが剥がれが発生したのは、研磨面積が少ないために密着性改善効果が十分に発揮できていないためと考えられる。さらに研磨による表面粗さＲａが３ｎｍで研磨幅が０．５ｍｍ以上であれば、剥がれは発生していなかった。ここで研磨幅は大きいほど密着性改善効果は十分に得られるが、チップ作製可能領域を広く取るためには、研磨幅はエッジカット幅と合わせて５ｍｍ以下とすることが望ましい。

一方、比較例についてみると、ウエハ周辺部から５ｍｍよりも内側（ウエハの中心側）に剥がれが及んでいた。これに対し、本実施例では、研磨を実施していないウエハ周辺部から内側の部分での剥がれも見つからなかった。このように、密着性を改善したウエハ周辺部より外側だけでなく、密着性改善処理を行っていないウエハ周辺部より内側の部分に対しても、剥がれが効果的に抑制されることがわかった。これは、元々密着性が弱かったＳｉＯ₂／ＳｉＯＣ界面において、研磨により、ウエハ周辺部のＳｉＯ₂／ＳｉＯＣ界面の密着性が高められ、ＣＭＰ時に圧力が集中するウエハ周辺部が剥がれにくくなり、それによってウエハ面内が保護されたものと考えられる。

以上の研磨結果より、第１絶縁膜２１に形成される傾斜面３４は５０ｎｍ／ｍｍ以上５μｍ／ｍｍ以下の傾斜を持つように形成することが好ましい。

以上、説明したように、本発明の半導体装置およびその製造方法によれば、第１絶縁膜２１と第２絶縁膜２２との密着性が高められるので、その第２絶縁膜２２および第１絶縁膜２１に形成される配線構造（例えば配線と配線に接続されて形成されたプラグ）の信頼性が向上するので、半導体装置の信頼性の向上が図れる。

また、本発明の半導体装置およびその製造方法では、第２絶縁膜２２が有機膜であっても上記無機膜を用いた場合と同様なる効果が期待できる。

さらに、本発明の半導体装置およびその製造方法では、第１絶縁膜２１の周辺部に除去部３３もしくは傾斜面３４を形成すること、研磨により所定の表面粗さを創生すること、活性化を行うこと等による複合的な効果により、第１絶縁膜２１の周辺部における第２絶縁膜２２との密着性を高めていることに特徴がある。

本発明の半導体装置に係る実施の形態の第１例を示した概略構成断面図である。 本発明の半導体装置の製造方法に係る第１実施例を示した製造工程断面図である。 第１実施例に対する比較例を示した概略構成断面図である。 本発明の半導体装置に係る実施の形態の第２例を示した概略構成断面図である。 本発明の半導体装置の製造方法に係る第２実施例を示した製造工程断面図である。 本発明の半導体装置の製造方法に係る第２実施例を示した製造工程断面図である。 本発明の半導体装置の製造方法に係る第２実施例を示した製造工程断面図である。 第２実施例に対する比較例を示した概略構成断面図である。

符号の説明

１１…基板、２１…第１絶縁膜、２２…第２絶縁膜、３３…除去部

Claims (14)

1. 基板上に形成される多層配線構造の配線間を電気的に絶縁する絶縁膜が第１絶縁膜と第２絶縁膜との積層構造を有する半導体装置において、
   前記第１絶縁膜を形成した後で前記第２絶縁膜を形成する前に、前記基板の製品となるチップが存在しない領域上における前記第１絶縁膜表面に研磨による除去部が形成されている
   ことを特徴とする半導体装置。
2. 前記除去部は前記製品となるチップが存在しない領域である前記基板の周囲領域の前記第１絶縁膜に形成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
3. 前記除去部の被研磨面の表面粗さがＲａ＝５ｎｍ以上１００ｎｍ以下である
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
4. 前記除去部の被研磨面が傾斜面に形成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
5. 基板上に形成される多層配線構造の配線間を電気的に絶縁する絶縁膜が第１絶縁膜と第２絶縁膜との積層構造を有する半導体装置において、
   前記第１絶縁膜を形成した後で前記第２絶縁膜を形成する前に、前記基板の製品となるチップが存在しない領域である前記基板の周囲領域における前記第１の絶縁膜の周辺部がエッジカットされているとともに、前記第１絶縁膜表面が、前記第１絶縁膜の膜厚が外周側に向かって薄くなるような傾斜面に形成されている
   ことを特徴とする半導体装置。
6. 前記傾斜面は前記研磨により形成されている
   ことを特徴とする請求項５記載の半導体装置。
7. 前記傾斜面は５０ｎｍ／ｍｍ以上５μｍ／ｍｍ以下の傾斜を有する
   ことを特徴とする請求項５記載の半導体装置。
8. 基板上に形成される多層配線構造の配線間を電気的に絶縁する絶縁膜を第１絶縁膜と第２絶縁膜との積層構造で形成する工程を備えた半導体装置の製造方法において、
   前記第１絶縁膜を形成した後で前記第２絶縁膜を形成する前に、前記基板の製品となるチップが存在しない領域上における前記第１絶縁膜表面に研磨による除去部を形成する工程
   を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. 前記除去部を前記製品となるチップが存在しない領域である前記基板の周囲領域の前記第１絶縁膜に形成する
   ことを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
10. 前記研磨を、前記第１絶縁膜の被研磨面の表面粗さがＲａ＝５ｎｍ以上１００ｎｍ以下となるように行う
    ことを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
11. 前記除去部の被研磨面を傾斜面で形成する
    ことを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
12. 基板上に形成される多層配線構造の配線間を電気的に絶縁する絶縁膜を第１絶縁膜と第２絶縁膜との積層構造で形成する工程を備えた半導体装置の製造方法において、
    前記第１絶縁膜を形成した後で前記第２絶縁膜を形成する前に、前記基板の製品となるチップが存在しない領域である前記基板の周囲領域における前記第１の絶縁膜の周辺部をエッジカットする工程と、
    前記第１絶縁膜表面を前記第１絶縁膜の膜厚が外周側に向かって薄くなるような傾斜面に形成する工程と
    を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
13. 前記傾斜面を研磨により形成する
    ことを特徴とする請求項１２記載の半導体装置の製造方法。
14. 前記傾斜面を５０ｎｍ／ｍｍ以上５μｍ／ｍｍ以下の傾斜となるように形成する
    ことを特徴とする請求項１２記載の半導体装置の製造方法。
    

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