本发明专利技术提供了一种半导体器件制造方法。为了提供能够防止Cu布线的腐蚀并且借此提高半导体器件的产率的技术，一种半导体器件的制造方法包括以下步骤：通过使用抛光浆的CMP移除Cu膜在半导体衬底中的布线沟槽以外的部分；通过使用包含抗腐蚀剂的抛光浆的CMP来移除阻挡金属膜在布线沟槽以外的部分；通过使用纯净水的CMP来抛光Cu膜的表面和阻挡金属膜的表面；此后利用纯净水清洁半导体衬底而不向其应用抗腐蚀剂或者不利用化学液体来清洁该半导体衬底；以及此后利用化学液体清洁该半导体衬底而不向其应用抗腐蚀剂。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体器件的制造技术，具体而言，涉及当应用到使用化学机械抛光(CMP)工艺的金属布线制造时有效的技术。
技术介绍
例如，日本专利公开No. 2009-238896(专利文献I)公开了一种能够通过以下方式来抑制掩埋布线的腐蚀的技术，即，通过运用将晶片的旋转速度设置成低水平的CMP后清洁以便允许清洁液体具有大体均匀的厚度并且借此使得在晶片的器件表面上的溶解氧浓度均匀。日本专利公开No.Hei 8 (1996)-64594 (专利文献2)公开了一种能够通过以下方式来防止布线表面腐蚀的技术，即，通过在抛光金属膜以形成布线之后使用包含BTA成分的研磨液体来在发生腐蚀之前在新形成的金属膜的表面上形成抗腐蚀膜。日本专利No. 3111979(专利文献3)公开了以下一种技术，该技术在铜的抛光处理之后的清洁步骤中在碱性或者氢还原性气氛中执行第一阶段颗粒移除处理以及在酸性气氛中执行第二阶段处理的组合，并且借此防止由于蚀刻而导致的铜布线部分的污染。日本专利公开No. 2002-93760(专利文献4)公开了一种能够通过以下方式防止铜腐蚀的技术，即，通过在CMP装置中抛光铜并且至少保持经抛光的铜表面的湿润状态之后向晶片应用包含防止腐蚀的溶液。日本专利公开No. 2007-43183(专利文献5)公开了能够通过以下方式来防止铜腐蚀的技术，即通过使用在第一抛光压板上的第一抛光垫使晶片的第一主表面经历用于利用抛光浆移除铜的化学机械抛光处理，并且然后在供应包含铜抗腐蚀剂的化学液体到第二抛光压板上的第二抛光垫上的同时抛光晶片的第一主表面。专利文献日本专利公开No.2009-238896日本专利公开No.Hei 8(1996)-64594日本专利No.3111979日本专利公开No.2002-93760日本专利公开No.2007-4318
技术实现思路
期望减小布线电阻和布线电容，以便抑制否则由于半导体器件的高度集成而将发生的布线延迟。为了减小布线电阻，正在研究根据使用铜(Cu)膜作为主要导体(这种布线此后将称为“Cu布线”)的设计技术和运用的解决方案。为了形成Cu布线，采用了所谓的大马士革工艺，即如下一种方法，通过在衬底(包括形成在绝缘膜中的沟槽内部)之上连续地沉积阻挡金属膜和Cu膜，并且然后通过使用CMP工艺移除在沟槽之外的区域中的阻挡金属膜和Cu膜，从而在沟槽的内部形成Cu布线。在另一方面，为了减小布线电容，正在研究采用具有介电常数近似为2到3(相对低的介电常数)的材料。本专利技术人已经研究了使用大马士革工艺的Cu布线的制造方法。然而，Cu布线的制造方法具有以下将描述的各种技术问题。本专利技术人已经确认，在小型化的 半导体器件中，在使用CMP工艺形成的Cu布线(尤其是具有70nm或者更小线宽的Cu布线)的表面上出现了局部腐蚀(点状腐蚀)、断裂等。这种现象并不会在具有75nm或者更大线宽的Cu布线中发生。本专利技术人因此研究了具有70nm或者更小线宽的Cu布线的腐蚀原因。结果，本专利技术人发现，添加到用于抛光阻挡金属膜的抛光浆中的抗腐蚀剂保留在Cu膜的表面上，并且在随后进行的晶片的清洁步骤中，保留在Cu膜的表面上的抗腐蚀剂与用于清洁的化学液体接触，借此Cu布线被局部地蚀刻。阻挡金属膜是形成在Cu膜之下的导电膜，并且用作防止Cu膜扩散的保护膜。具体描述，在大马士革工艺的清洁步骤中，在抛光沉积在晶片上的金属膜(阻挡金属膜和Cu膜)之后，经常利用化学液体使晶片经历清洁，以用于移除待抛光的Cu氧化物或者异物，以及使晶片经历随后进行的最后清洁。在利用化学液体的清洁中使用酸性或者弱碱性化学液体，而在最终清洁中使用纯净水(去离子化的水DIW)。如图14所示，当配置Cu布线的Cu膜的上表面由于抛光而相对于绝缘膜的上表面凹陷时，已经进入该凹陷部分的抗腐蚀剂有些时候作为残留物而保留在具有线宽为70nm或者更小的窄宽度Cu布线中。在不移除在Cu布线表面上的抗腐蚀剂的情况下利用化学液体的清洁由于浓差电池(concentration cell)效应而不可避免地蚀刻Cu布线的暴露部分(参见日本专利公开No. 2009-238896(专利文献I))。抗腐蚀剂被添加到抛光浆以便抑制在阻挡金属膜的抛光期间Cu膜的表面的腐蚀。可以使用由在形成在Cu膜表面上Cu和抗腐蚀剂之间的复合物制成的疏水膜来保护Cu膜的表面。抗腐蚀剂的示例包括苯并三唑(BTA)和基于腺嘌呤的抗腐蚀剂。如本文中所使用的术语“浓差电池”意思是如图15中所示的电池，当存在Cu布线的至少两个暴露部分(Cu布线未被抗腐蚀剂所覆盖的表面暴露部分)时形成该电池，并且这是由于化学液体中包含的溶解氧的不平均分布，浸入一个部分的溶解氧的浓度与浸入另一部分的溶解氧的浓度不同。暴露部分中的一个经由Cu布线与另一个部分短路，从而使得Cu离子从暴露部分中的一个洗脱(elution),而Cu离子在另一部分析出(阴极)。作为用于防止Cu布线的蚀刻的一种方式，考虑了如下一种方法，该方法通过在Cu布线的表面与化学液体接触之前使用利用水的抛光(不是利用抛光浆而是利用水的抛光)而完全移除已经保留在Cu布线的表面上的抗腐蚀剂。然而，完全移除已经保留在Cu布线的表面上的抗腐蚀剂的利用水的抛光时间的延长引起由于保留在抛光垫表面上的不规则物或者凹槽中的抛光浆或者摩擦而导致的带电并且产生Cu布线的腐蚀。此外，其延长了处理时间并且降低了产率。作为用于防止Cu布线的腐蚀的另一种方式，如在日本专利公开No. 2002-93760 (专利文献4)中所描述的那样，考虑了在抛光之后向经抛光的晶片的整个表面上应用抗腐蚀剂以覆盖Cu布线的局部暴露部分的方法。然而，抗腐蚀剂在随后进行的擦洗清洁(scrub cleaning)中逐步移除，从而由于Cu布线的不可避免的局部暴露导致可能发生Cu布线的腐蚀。此外，增加抗腐蚀剂的使用量导致抗腐蚀剂本身以及处理废液所需的成本的增加。如日本专利No. 3111979中所描述的那样，在抛光之后在碱性或者氢还原气氛中清洁可以防止Cu布线的腐蚀。然而，即使利用该方法，还是存在由于在以下情况中的浓差电池效应而出现Cu布线的腐蚀的风险，在该情况中Cu布线具有局部暴露部分并且覆盖Cu布线的表面的液体的溶解氧浓度或者电解离子浓度在不同的位置处不同。本专利技术的目的之一是提供一种能够防止Cu布线的腐蚀并且能够提高半导体器件的产率的技术。根据本专利技术的一个方面，一种在形成于半导体衬底的主表面之上的绝缘膜中的布线沟槽中形成具有Cu膜作为主导体的布线的制造步骤包括以下步骤通过使用抛光浆的CMP来移除在沟槽之外的Cu膜的步骤；通过利用包含抗腐蚀剂的抛光浆的CMP移除在沟槽之外的阻挡金属膜的步骤；通过使用纯净水的CMP来抛光Cu膜和阻挡金属膜的相应表面的步骤；利用纯净水而不应用抗腐蚀剂并且不使用化学液体而来清洁半导体衬底的步骤；以及利用化学液体而不应用抗腐蚀剂来清洁半导体衬底的步骤，以上步骤连续执行。利用前述技术，可以防止Cu布线的腐蚀，并且可以提高半导体器件的产率。根据本文的描述和附图，本专利技术的上述和其他目的以及新颖特征将变得明显。附图说明图I是用于描述根据本专利技术的一个实施例的的片段横截面图；图2是与图I中描述的相同位置在图I的制造步骤之后的半导体器件本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：野末胜，大下博史，增田博之，竹若博基，
申请(专利权)人：瑞萨电子株式会社，
类型：发明
国别省市：
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