[发明专利]半导体器件的制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

将2011年2月3日递交的日本专利申请号No.2011-21372的公开内容(包括说明书、附图和摘要)通过引用全部并入于此。

技术领域

本发明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。

背景技术

例如，日本专利公开No.2009-238896(专利文献1)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

[专利文献1]日本专利公开No.2009-238896

[专利文献2]日本专利公开No.Hei 8(1996)-64594

[专利文献3]日本专利No.3111979

[专利文献4]日本专利公开No.2002-93760

[专利文献5]日本专利公开No.2007-43183

发明内容

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。

本发明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。

本发明人已经确认，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。

本发明人因此研究了具有70nm或者更小线宽的Cu布线的腐蚀原因。结果，本发明人发现，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)。