JP2001077060A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP2001077060A JP25456599A JP25456599A JP2001077060A JP 2001077060 A JP2001077060 A JP 2001077060A JP 25456599 A JP25456599 A JP 25456599A JP 25456599 A JP25456599 A JP 25456599A JP 2001077060 A JP2001077060 A JP 2001077060A
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polishing pad
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polishing
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Naoto Miyashita
直人 宮下
Takeshi Nishioka
岳 西岡
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 “スクラッチング”の増加を抑制しつつ、
“ディッシング”を抑制できる半導体装置の製造方法を
提供をすること。 【解決手段】 溶媒（無機系アルカリ水溶液）、および
この溶媒に混合された砥粒（コロイダルシリカ）、およ
び粘度を可変とする添加剤（ヒドロキシセルロース）を
含むスラリー２０を研磨パッド１３に供給して、研磨パ
ッド１３の表層部をスラリー２０により浸す。次に、研
磨パッド１３に粘度調節剤（純水）３０を供給し、スラ
リー２０をゲル化させるとともに、研磨パッド１３の表
層部を硬質化させる。この後、ウェーハ１２の被研磨面
を、ゲル化されたスラリー２０および研磨パッド１３の
硬質化された表層部により化学的機械研磨する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置の製
造方法に係わり、特に化学的機械研磨に関する。
【０００２】
【従来の技術】化学的機械研磨（Chemical Mechanical
Polishing、以下ＣＭＰ）は、層間絶縁膜、金属配線、
および素子分離用のトレンチに充填されたポリシリコン
等の平坦化に用いられている。
【０００３】ＣＭＰを用いて、ポリシリコンを平坦化す
る場合、平坦化後に研磨の進行を止める目的で、二酸化
シリコンや窒化シリコンからなるストッパ膜を使用す
る。この場合、ストッパ膜に比べて、ポリシリコンを選
択的に研磨することが必要である。
【０００４】しかし、ＣＭＰは、スラリーの化学的作用
と砥粒の機械的作用との複合作用によって研磨／エッチ
ングするために、研磨条件の選び方によっては、“ディ
ッシング”が発生してしまう。“ディッシング”とは、
図１９に示すように、研磨後にトレンチ１００に埋め込
まれたポリシリコン１０１の上部に窪み１０２ができる
ことであり、素子の特性不良、素子歩留りの低下、およ
び素子の信頼性の低下の一因である。
【０００５】特に“ディッシング”は、幅の異なるトレ
ンチを同時にポリシリコン等で埋め込むとき、幅の広い
（最も幅の狭いトレンチに比べて２０倍以上）トレンチ
で顕著に現れる。“ディッシング”は研磨パッドの変形
や、ポリシリコンとストッパ膜との研磨レートの差によ
り起こると考えられており、たとえば弾性率の高い研磨
パッドや、固定砥粒型の砥石を用いることで改善するこ
とが可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、弾性率の高い
研磨パッドや、固定砥粒型の砥石は硬いため、ＣＭＰ
時、一部の砥粒に荷重が集中してしまい、半導体装置の
被研磨面に“スクラッチング”が増加し易くなることが
分かっている。“スクラッチング”とは、図２０に示す
ように、半導体装置の被研磨面１０３にキズ（スクラッ
チ）１０４が付くことであり、“ディッシング”同様、
素子の特性不良、素子歩留りの低下、および素子の信頼
性の低下の一因である。
【０００７】このように硬い研磨パッドを用いること
は、“ディッシング”を抑制できるものの、“スクラッ
チング”が増加し易くなることから、半導体装置の研磨
に適していない、とされている。
【０００８】この発明は、上記事情に鑑みて為されたも
ので、その目的は、“スクラッチング”の増加を抑制し
つつ、“ディッシング”を抑制できる半導体装置の製造
方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明に係る半導体装置の製造方法は、溶媒、お
よびこの溶媒に混合された砥粒および粘度を可変とする
添加剤を含むスラリーを研磨パッドに供給し、前記研磨
パッドの表層部を前記スラリーにより浸す工程と、前記
スラリーの粘度を上昇させる粘度調節剤を前記研磨パッ
ドに供給し、前記スラリーの粘度を上昇させるととも
に、前記スラリーにより浸された前記研磨パッドの表層
部を所定の硬度に硬質化させる工程と、半導体装置の被
研磨面を、前記粘度が上昇したスラリーおよび前記研磨
パッドの硬質化された表層部により化学的機械研磨する
工程とを具備することを特徴としている。
【００１０】上記構成を有する半導体装置の製造方法に
よれば、半導体装置の被研磨面を、研磨パッドの硬質化
された表層部により化学的機械研磨するので、研磨パッ
ドが変形し難くなり、“ディッシング”が抑制される。
【００１１】また、半導体装置の被研磨面を、粘度が上
昇したスラリーにより化学的機械研磨するので、被研磨
面が平坦になった後、研磨パッドは、スラリーの層でス
リップし、被研磨面に接触し難くなる。このため、被研
磨面が平坦になった後に、化学的機械研磨の進行が抑制
され、この結果、“ディッシング”が抑制される。
【００１２】また、被研磨面が平坦になった後に、化学
的機械研磨の進行が抑制されるので、被研磨面に発生す
る“スクラッチング”の増加も抑制される。
【００１３】さらにスラリーの粘度は、粘度調節剤を研
磨パッドに供給することで、研磨パッド上で上昇され
る。このため、研磨パッドの表層部が、半導体装置の被
研磨面のうねりに合わせて変形した状態で、上記表層部
を硬質化することが可能である。研磨パッドの表層部
を、半導体装置の被研磨面のうねりに合わせて変形した
状態で硬質化すれば、グローバルな平坦性を向上させる
ことも、可能になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施形態を図
面を参照して説明する。この説明に際し、全図にわた
り、共通する部分には共通する参照符号を付す。
【００１５】まず、図１を参照して、ＣＭＰに用いられ
るＣＭＰ装置の概要から説明する。
【００１６】図１は、この発明の一実施形態に係るＣＭ
Ｐに用いたＣＭＰ装置を概略的に示した図である。
【００１７】図１に示すように、ウェーハキャリア１１
は、ウェーハ１２を保持する。ウェーハ１２は、その被
研磨面を研磨パッド１３に対向させてウェーハキャリア
１１に保持される。研磨パッド１３は、回転テーブル１
４上に取り付けられている。この発明においては、研磨
パッド１３には、従来から用いられているものを使用す
ることができ、たとえばポリウレタン等から成る発泡体
や、ポリエステル繊維等から成る不織布、あるいはこれ
らの積層構造等を好ましく用いることができる。
【００１８】回転テーブル１４の上方には、薬液供給部
１５が設けられている。薬液供給部１５は、スラリー等
の薬液を研磨パッド１３に供給する。この発明において
は、薬液として、溶媒、およびこの溶媒に混合された砥
粒および粘度を可変とする添加剤を含むスラリー、およ
びこのスラリーの粘度を調節する粘度調節剤がそれぞれ
用いられる。
【００１９】コンディショナー１６は研磨終了後に、研
磨により摩耗、あるいは目詰まりした研磨パッド１３を
コンディショニングし、再生させるために用いられる。
【００２０】以上がＣＭＰ装置の概要である。
【００２１】次に、この発明の一実施形態に係るＣＭＰ
を、より詳細に説明する。
【００２２】図２〜図５はそれぞれ、この発明の一実施
形態に係るＣＭＰの主要な工程を示した図である。
【００２３】まず、図２に示すように、研磨パッド１３
を回転テーブル１４に取り付け、ウェーハ１２をウェー
ハキャリア１１に保持させる。次いで、回転テーブル１
４を図中の矢印に示すように回転させる。次いで、薬液
供給部１５のスラリー槽１７とノズル１８とを互いに接
続するバルブ１９を開け、スラリー２０を研磨パッド１
３に供給する。スラリー２０は、砥粒としてコロイダル
シリカを分散させた無機系アルカリ水溶液に、粘度を可
変とする添加剤として水溶性高分子剤をさらに添加した
ものである。無機系アルカリ水溶液の一例はアンモニア
水溶液であり、水溶性高分子剤の一例はヒドロキシセル
ロースである。
【００２４】次に、スラリー２０が研磨パッド１３全体
上に広がり、研磨パッド１３の表層部がスラリー２０に
より浸された後、ウェーハキャリア１１を研磨パッド１
３の上方に移動、そして降下させる。これにより、ウェ
ーハ１２の被研磨面は、スラリー２０、およびスラリー
２０により浸された研磨パッド１３に接触される。図２
中の破線枠６Ａ内の拡大図を図６（Ａ）に示す。
【００２５】図６（Ａ）に示すように、ウェーハ１２内
にはトレンチ２１が複数形成されており、複数のトレン
チ２１はそれぞれポリシリコン膜２２により埋め込まれ
ている。また、トレンチ２１を埋め込んだポリシリコン
膜２２の表面、即ち被研磨面２３は段差を持つ。被研磨
面２３と研磨パッド１３との間にはスラリー２０による
層が存在する、と考えることができる。図６（Ａ）中の
破線枠６Ｂ内の拡大図を図６（Ｂ）に示す。
【００２６】図６（Ｂ）に示すように、研磨パッド１３
は、繊維間に生じた微小な空間、または同図に示すよう
に無数の微小気泡２４を有している。スラリー２０は、
微小気泡２４を介して研磨パッド１３内に染み込み、こ
れにより、研磨パッド１３の表層部１３’はスラリー２
０により浸される。なお、同図中、参照符号２５は、砥
粒としてスラリー２０に含ませたコロイダルシリカを示
している。
【００２７】図１０はスラリー２０の特性を示す図で、
特にスラリー２０中のアルカリ濃度とその粘度との関
係、およびスラリー２０中のアルカリ濃度とそのペーハ
ーとの関係が示されている。
【００２８】図２、図６（Ａ）および図６（Ｂ）それぞ
れに示す段階でのスラリー２０のアルカリ濃度は、図１
０に示される約０．５（ｗｔ％）を超える値に調整され
ている。そのペーハー（ｐＨ）は約１０を超える。ま
た、その粘度は約２０（ｍＰａ・ｓ）であり、滑らかな
状態にある。
【００２９】次に、図３に示すように、薬液供給部１５
の粘度調節剤槽２７とノズル２８とを互いに接続してい
るバルブ２９を開け、粘度調節剤３０を研磨パッド１３
に供給する。粘度調節剤３０の一例は純水である。スラ
リー２０のアルカリ濃度は、研磨パッド１３上で、粘度
調節剤３０によって約０．５（ｗｔ％）以下に希釈され
る。この結果、そのペーハー（ｐＨ）は、図１０に示す
ように約１０以下となる。また、その粘度は約２０（ｍ
Ｐａ・ｓ）から、３００〜１００００（ｍＰａ・ｓ）に
上昇する。これにより、スラリー２０は、滑らかな状態
から粘りのある状態に変化する。これは、スラリー２０
に含ませた高分子剤がゲル化するためと考えられる。特
にスラリー２０のアルカリ濃度が０．２５（ｗｔ％）の
とき、その粘度は１００００（ｍＰａ・ｓ）程度に急上
昇する。この後、アルカリ濃度が低下するに連れて、そ
の粘度は低下する。これは、ゲル化した高分子剤が凝集
し、分離するためと考えられる。
【００３０】図３中の破線枠７Ａの拡大図を図７（Ａ）
に、図７（Ａ）中の破線枠７Ｂ内の拡大図を図７（Ｂ）
にそれぞれ示す。
【００３１】図７（Ａ）および図７（Ｂ）に示すよう
に、スラリー２０は、希釈されることによってゲル化さ
れる。これとともに研磨パッド１３の表層部１３’は、
スラリー２０がゲル化されることで、所定の硬度に硬質
化される。たとえばスラリー２０がゲル化する前の研磨
パッド１３の硬度は、“約５５”（シェアＤ硬度）であ
る。これに対し、スラリー２０がゲル化した後の研磨パ
ッド１３の硬度は、上記“約５５”を超える硬度に硬質
化される。
【００３２】なお、図３においては、スラリー２０の供
給が停止されているが、スラリー２０を研磨パッド１３
に供給しながら、粘度調節剤３０を研磨パッド１３に供
給するようにしても良い。
【００３３】次に、図４に示すように、ウェーハキャリ
ア１１に荷重を掛け、ウェーハ１２の被研磨面を、粘度
が上昇したスラリー２０および研磨パッド１３の硬質化
された表層部１３’を用いてＣＭＰする。図４中の破線
枠８内の拡大図を、図８（Ａ）、図８（Ｂ）にそれぞれ
示す。図８（Ａ）は、ＣＭＰ初期〜ＣＭＰ中期の状態を
示しており、図８（Ｂ）はＣＭＰ終期の状態を示してい
る。
【００３４】図８（Ａ）〜図８（Ｂ）に示すように、Ｃ
ＭＰ初期〜ＣＭＰ中期にかけては、ウェーハ１２の被研
磨面２３の凸部が重点的にＣＭＰされ、ＣＭＰ終期にお
いては、被研磨面２３は平坦となる。
【００３５】なお、図４においては、スラリー２０、お
よび粘度調節剤３０の供給がそれぞれ停止されている
が、スラリー２０、および粘度調節剤３０の少なくとも
一方を研磨パッド１３に供給しながらＣＭＰを行っても
良い。
【００３６】この後、図５に示すように、ＣＭＰが終了
したウェーハ１２を研磨パッド１３から離す。次いで、
コンディショナー１６を用いて、研磨パッド１３をコン
ディショニングする。図５中の破線枠９内の拡大図を図
９に示す。
【００３７】図９に示すように、この発明におけるコン
ディショニングは、硬質化された表層部１３’を除去す
るように行われる。コンディショニングは、たとえばブ
ラシ、ダイヤモンドドレス、高圧水のいずれかの方法を
用いることにより行われる。このように硬質化された表
層部１３’を除去することで、研磨パッド１３の表面に
は、研磨パッド１３のうち、硬質化されていない部分が
露出する。これにより、研磨パッド１３は再生され、上
述したＣＭＰを再度行うことができる。図９中、参照符
号３４は、研磨パッド１３の再生面を示している。
【００３８】以上のようにして、この発明の一実施形態
に係るＣＭＰが終了する。
【００３９】次に、この発明の効果を説明する。
【００４０】図１１は実験に使用したウェーハの概要を
示した断面図である。
【００４１】図１１に示すように、実験に使用したウェ
ーハには、幅０．７μｍ、長さ５μｍのトレンチと、
幅、長さともに３０μｍ、４５μｍ、５５μｍ、７０μ
ｍ、１００μｍのトレンチとをそれぞれ同一平面上に形
成し、これらトレンチを、ＬＰ−ＣＶＤ法を用いて堆積
されたポリシリコンで埋め込んだものを使用した。ディ
ッシング量は、市販の触針式段差計で測定した。トレン
チ幅とディッシング量との関係を図１２に示す。
【００４２】図１２に示す“１液プロセス”は、スラリ
ーとして、コロイダルシリカを分散させた無機系アルカ
リ水溶液のみを用いた場合、即ち従来であり、“２液プ
ロセス”は、上記一実施形態により説明したように、コ
ロイダルシリカを分散させた無機系アルカリ水溶液にヒ
ドロキシセルロースを添加し、かつ研磨パッド１３上で
純水により希釈した場合ある。
【００４３】図１２に示すように、“１液プロセス”で
は、トレンチ幅が５０μｍ以上になると、５００（ｎ
ｍ）程度のディッシング量を発生したが、“２液プロセ
ス”では、トレンチ幅が１００μｍでも、ディッシング
量は１００（ｎｍ）程度に抑制された。
【００４４】このように上記一実施形態によれば“ディ
ッシング”を大幅に抑制することができた。この理由と
しては、次のようなことが考える。
【００４５】まず、図８（Ａ）に示すように、ＣＭＰ初
期からＣＭＰ中期にかけては、被研磨面２３の凸部が、
スラリー２０および研磨パッド１３によって重点的にＣ
ＭＰされる。
【００４６】このとき、この発明では、研磨パッド１３
の表層部１３’が硬質化されているる。このため、研磨
パッド１３の研磨面３３は、表層部を硬質化しない従来
に比べて、変形し難くなっている、と考えることができ
る。
【００４７】特に破線枠３１内に示されるように、幅の
広いトレンチ２１上の凹部３２に対向する部分におい
て、研磨パッド１３の研磨面３３の変形は、従来に比べ
て抑制される。これにより、特に研磨パッド１３の研磨
面３３の変形に起因した“ディッシング”が抑制されて
いる、と考えられる。
【００４８】また、“ディッシング”の抑制には、次の
ようなことも関係している、と考えられる。
【００４９】図８（Ｂ）に示すように、ＣＭＰ終期で
は、被研磨面２３は平坦となる。この結果、平坦な被研
磨面２３と研磨面３３との間には、スラリー２０の層が
生じた状態となる。被研磨面２３と研磨面３３とによっ
て挟まれたスラリー２０の層はせん断を受ける。せん断
を受けたスラリー２０の層には圧力が発生する。この圧
力は、スラリー２０の粘度が水と同程度の粘度（数ｍＰ
ａ・ｓ）であれば小さい。圧力が小さい、ということ
は、スラリー２０の層が大きく変形することを意味す
る。スラリー２０の層が大きく変形すれば、研磨面３３
が被研磨面２３に接触し易い状況になる。
【００５０】しかし、この発明では、スラリー２０の粘
度が、たとえば１００ｍＰａ・ｓ以上である。スラリー
２０の粘度が、たとえば１００ｍＰａ・ｓ以上になる
と、スラリー２０の層に発生する圧力は大きくなる。圧
力が大きくなる、ということは、スラリー２０が変形し
難くなっていることを意味する。これは、研磨面３３
が、スラリー２０の層上でスリップしている、と考える
ことができる。特にこの現象は、被研磨面２３が平坦で
あるほど、顕著に発生する。
【００５１】（参考文献:T. Nishioka, et al., Proc.
of Internal Interconnect Technology Conf., p89(199
9)） このようにスラリー２０の層が生じ、かつ研磨面３３が
スラリー２０の層上でスリップするようになれば、研磨
面３３は、被研磨面２３に接触し難くなる。研磨面３３
が被研磨面２３に接触し難くなれば、それ以上の研磨の
進行が抑制される、と考えることができる。このように
研磨の進行が抑制されることでも、“ディッシング”が
抑制される、と考えることができる。
【００５２】さらにＣＭＰ終期において、研磨面３３が
被研磨面２３に接触し難くなることで、被研磨面２３に
発生する“スクラッチング”の増加を抑制することがで
きる。
【００５３】これらの効果を、より良く得るためには、
調節後のスラリー２０の粘度を、大きくすることが望ま
しい。
【００５４】たとえば図１０に示した、ヒドロキシセル
ロースを添加した無機系アルカリ水溶液（アンモニア水
溶液）の場合には、調節前のスラリー２０のアルカリ濃
度を０．５（ｗｔ％）以上としておく（ペーハー＝約１
０．２以上）。そして、スラリー２０のアルカリ濃度を
０．２５（ｗｔ％）以下となるように調節する（ペーハ
ー＝約１０以下）ことが望ましい。
【００５５】また、この発明では、スラリーの粘度を、
研磨パッド１３上で変化させる。これによれば、通常の
研磨パッドに比べて弾性率が高い研磨パッドや、固定砥
粒型の砥石に比べて、次のような効果を得ることができ
る。
【００５６】図１３（Ａ）〜図１３（Ｃ）は固定砥粒型
の砥石と、うねりを有するウェーハとの関係を示す図、
図１４（Ａ）〜図１４（Ｃ）はこの発明の一実施形態に
係るＣＭＰにおける研磨パッドと、うねりを有するウェ
ーハとの関係を示す図である。
【００５７】図１３（Ａ）、図１４（Ａ）に示すよう
に、ウェーハ１２は、実際には平坦ではなく、微小なう
ねりを有するのが通常である。
【００５８】このようにうねりを有するウェーハ１２
を、弾性率が高い研磨パッドや、図１３（Ｂ）に示す固
定砥粒型の砥石１１３に接触させた場合、うねりにより
生じたウェーハ１２の凸部が砥石１１３に接触する。砥
石１１３や弾性率が高い研磨パッドは硬いために変形し
難い。このまま、ＣＭＰを行うと、図１３（Ｃ）に示す
ように、うねりにより生じたウェーハ１２の凸部が、大
きくＣＭＰされ、グローバルなオーバーポリッシングを
発生させてしまう。
【００５９】これに対し、この発明の一実施形態に係る
ＣＭＰにおける研磨パッド１３は、粘度調節剤を供給す
る以前は、通常の研磨パッドと同様に軟らかい状態にあ
る。このため、図１４（Ｂ）に示すように、うねりを有
するウェーハ１２を研磨パッド１３に接触させたとき、
ウェーハ１２のうねりに合致するように変形する。たと
えば研磨パッド１３は、うねりにより生じたウェーハ１
２の凸部が、研磨パッド１３やウェーハ１２の回転によ
り描く軌跡に合わせて変形する。
【００６０】研磨パッド１３がウェーハ１２のうねりに
合致するように変形した後、研磨パッド１３に粘度調節
剤を供給し、研磨パッド１３の表層部を所定の硬度に硬
質化する。これにより、研磨パッド１３は、ウェーハ１
２のうねりに合致するように変形した状態で、その表層
部が所定の硬度に硬質化される。
【００６１】また、表層部の硬度は、ＣＭＰ中に粘度調
節剤を供給することで、ＣＭＰの最中でも所定の硬度
（あるいは軟らかさ）を保つ、あるいは調節することが
可能なので、回転中も常にウェーハ１２のうねりに研磨
パッド１３を合致させることが可能である。よって、図
１４（Ｃ）に示すように、図１３（Ｃ）に示す場合に比
べて、うねりにより生じたウェーハ１２の凸部が大きく
ＣＭＰされてしまうことが抑制される。
【００６２】このように、この発明では、通常の研磨パ
ッドに比べて弾性率が高い研磨パッドや、固定砥粒型の
砥石に比べて、“スクラッチング”の増加を抑制できる
だけでなく、グローバルなオーバーポリッシング等の発
生を抑制でき、グローバルな平坦性を向上できる、とい
う効果をさらに得ることができる。
【００６３】また、研磨パッド１３が、スラリー２０の
層上でスリップすることによれば、構造的な強度が低い
箇所においても、ＣＭＰが可能となる、という効果を得
ることができる。
【００６４】構造的な強度が低い箇所の一例は、層間絶
縁膜として低誘電率絶縁膜を用いた場合のダマシン構造
である。低誘電率絶縁膜とは、層間絶縁膜として一般的
であるＣＶＤ法により堆積した二酸化シリコン膜（以下
ＣＶＤ−ＳｉＯ2)の誘電率よりも、誘電率を低くできる
絶縁膜を指す。具体的な例としては、ＳＯＧ（Spin On
glass）と呼ばれる回転塗布法により塗布された二酸化
シリコン膜（以下ＳＯＧ−ＳｉＯ2）や、ポリイミドな
どである。ＳＯＧ−ＳｉＯ2の誘電率は約２．９程度、
ポリイミドの誘電率は約３．４程度にすることが可能
で、それぞれＣＶＤ−ＳｉＯ2の誘電率（約４．１）よ
りも低くなる。ＳＯＧ−ＳｉＯ2やポリイミドは、ＣＶ
Ｄ−ＳｉＯ2よりも強度が低い。よって、これら低誘電
率絶縁膜を、層間絶縁膜として用いたダマシン構造は強
度が低くなる。このため、従来のＣＭＰでは、低誘電率
絶縁膜中に形成されたワイヤリングトレンチに埋め込ま
れた金属配線がゆがんでしまう、ことがある。
【００６５】これに対し、上記一実施形態に係るＣＭＰ
によれば、被研磨面２３が平坦になった後、研磨パッド
１３がスラリー２０の層上でスリップするので、被研磨
面２３に加わる力が減少する。このため、金属配線のゆ
がみの発生を抑制することができる。
【００６６】このように、この発明では、構造的な強度
が低い箇所においても、ＣＭＰが可能になる、という効
果を得ることができる。
【００６７】次に、この発明のいくつかの変形例を説明
する。
【００６８】まず、“シンニング”の抑制について説明
する。
【００６９】“シンニング”とは、図１５に示すよう
に、たとえばストッパ膜４１が削られてしまう現象であ
る。ストッパ膜４１が削られて消失してしまえば、ＣＭ
Ｐによる加工精度が著しく損なわれてしまう。
【００７０】図１６は、上記一実施形態に係るＣＭＰに
おけるシリカ粒子濃度と窒化シリコンのシンニング量と
の関係を示す図である。
【００７１】図１６に示すように、砥粒であるシリカ粒
子の濃度を低くすることによって、窒化シリコン（スト
ッパ膜）のシンニング量は減少する傾向が確認された。
【００７２】実際には、シリカ粒子濃度は、シンニング
量の許容範囲によって調整されるが、たとえば許容範囲
が２０（ｎｍ）程度である場合には、シリカ粒子濃度
は、８（ｗｔ％）以下にすることが望ましい。
【００７３】次に、研磨速度および面内均一性について
説明する。
【００７４】図１７は、荷重と研磨速度との関係および
荷重と面内均一性との関係を示す図である。
【００７５】図１７に示すように、ウェーハ１２に掛け
る荷重を増加させることによって研磨速度は向上し、か
つ面内均一性も向上する傾向が確認された。
【００７６】図１７に示す結果から、ウェーハ１２に掛
ける荷重は、約３００（ｇ／ｃｍ2）程度が好ましい。
【００７７】次に、スラリーについて説明する。
【００７８】上記一実施形態では、溶媒として無機系ア
ルカリ水溶液を使用した。しかし、溶媒としては、有機
系アルカリ水溶液においても、同様の現象が確認され
た。
【００７９】図１８（Ａ）は、有機系アルカリ水溶液の
特性を示す図である。
【００８０】図１８（Ａ）に示すように、ヒドロキシセ
ルロースを添加した有機系アルカリ水溶液の場合におい
ても、アルカリ濃度が約１（ｗｔ％）以下になると、粘
度が急上昇する傾向が確認された。なお、有機系アルカ
リ水溶液は、トリエタノールアミン水溶液である。図１
８（Ａ）に示す傾向は、図１０に示した傾向と同様の傾
向である。したがって、スラリーとして、砥粒および粘
度を可変とするための添加剤を含んだ有機系アルカリ水
溶液を用いた場合でも、上記一実施形態と同様の効果を
得ることができる。
【００８１】図１８（Ｂ）は、純水による希釈倍率とペ
ーハーとの関係を示す図である。
【００８２】図１８（Ｂ）には、それぞれ３％、５％、
１０％有機アルカリ（トリエタノールアミン）、０．５
０％、０．７５％、１．２５％アンモニアの６種類の水
溶液と、純水による希釈倍率との関係が示されている。
なお、コロイダルシリカとヒドロキシセルロースの濃度
は、それぞれ１０（ｗｔ％）、０．２５（ｗｔ％）とし
た。
【００８３】図１８（Ｂ）に示すように、純水で希釈す
ることにより、ペーハーは減少し、１０倍以上希釈した
場合には、ペーハーは１０程度に低下する傾向が確認さ
れた。
【００８４】このようにアルカリの濃度を変化させた場
合でも、図１０や図１８（Ａ）に示す傾向と同様な傾向
を示す。よって、アルカリの濃度は、プロセスに応じて
様々に変形することが可能である。
【００８５】また、ヒドロキシセルロースが添加された
無機系アルカリ水溶液、およびヒドロキシセルロースが
添加された有機系アルカリ水溶液に限らず、図１０や図
１８（Ａ）に示す傾向を示すようなスラリーであれば、
この発明に係るＣＭＰに用いることができる。
【００８６】たとえば上記一実施形態では、ポリシリコ
ンをＣＭＰしたために、アルカリ性溶媒を使用したが、
酸性溶媒を使用することもできる。酸性溶媒は、主とし
て金属、たとえばアルミニウム等をＣＭＰする場合に使
用される。酸性溶媒を使用した場合でも、図１０や図１
８（Ａ）に示す傾向を示すようなスラリーであれば、こ
の発明に係るＣＭＰに用いることができる。
【００８７】なお、アルカリ性の溶媒は上記ポリシリコ
ンの他、ＳＯＧ−ＳｉＯ2等の低誘電率絶縁物をＣＭＰ
する時に有効である。
【００８８】また、上記一実施形態では、粘度を可変と
するための添加剤としてセルロース類（ヒドロキシセル
ロース）を使用した。しかし、粘度を可変とするための
添加剤としては、上記セルロース類の他に、水溶性高分
子剤、多糖類、および界面活性剤などを用いることがで
きる。
【００８９】使用可能なセルロース類の具体例として
は、上記ヒドロキシセルロースの他、メチルセルロース
などがある。
【００９０】また、使用可能な水溶性高分子剤の具体例
としては、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリビニ
ルアルコール（ＰＶＡ）、ポリスター、ハイセットなど
がある。
【００９１】また、使用可能な多糖類の具体例として
は、セルデックス、キトサン、プルランなどがある。
【００９２】また、使用可能な界面活性剤の具体例とし
ては、テクスノール、ニューコールなどがある。
【００９３】さらに、砥粒としてコロイダルシリカを例
示したが、その他の砥粒を用いることも可能である。
【００９４】使用可能な砥粒の具体例としては、窒化シ
リコンがある。窒化シリコンを砥粒に用いたスラリーの
一例は、無水マレイン酸にポリビニルピロリドンを混合
したものである。
【００９５】このように溶媒としての無水マレイン酸
に、砥粒として窒化シリコン粒子、および粘度を可変と
する添加剤としてポリビニルピロリドンを混合したスラ
リーにおいても、上記一実施形態と同様の効果を得るこ
とができる。
【００９６】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
“スクラッチング”の増加を抑制しつつ、“ディッシン
グ”を抑制できる半導体装置の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はこの発明の一実施形態に係るＣＭＰに用
いたＣＭＰ装置を示す図。
【図２】図２はこの発明の一実施形態に係るＣＭＰの主
要な工程を示す図。
【図３】図３はこの発明の一実施形態に係るＣＭＰの主
要な工程を示す図。
【図４】図４はこの発明の一実施形態に係るＣＭＰの主
要な工程を示す図。
【図５】図５はこの発明の一実施形態に係るＣＭＰの主
要な工程を示す図。
【図６】図６（Ａ）は図２中の破線枠６Ａ内を拡大した
拡大図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）中の破線枠６Ｂ内を拡
大した拡大図。
【図７】図７（Ａ）は図３中の破線枠７Ａ内を拡大した
拡大図、図７（Ｂ）は図７（Ａ）中の破線枠７Ｂ内を拡
大した拡大図。
【図８】図８（Ａ）は図４中の破線枠８内を拡大した拡
大図（ＣＭＰ初期〜ＣＭＰ中期）、図８（Ｂ）は図４中
の破線枠８内を拡大した拡大図（ＣＭＰ中期〜ＣＭＰ終
期）。
【図９】図９は図５中の破線枠９内を拡大した拡大図。
【図１０】図１０はスラリー中のアルカリ濃度とスラリ
ーの粘度との関係、およびスラリー中のアルカリ濃度と
スラリーのペーハーとの関係を示す図。
【図１１】図１１は実験に使用した段差パターンを持つ
ウェーハの概要を示す断面図。
【図１２】図１２はトレンチ幅とディッシング量との関
係を示す図。
【図１３】図１３（Ａ）〜図１３（Ｃ）はそれぞれ固定
砥粒型の砥石とウェーハのうねりとの関係を示す図。
【図１４】図１４（Ａ）〜図１４（Ｃ）はそれぞれこの
発明の一実施形態に係るＣＭＰにおける研磨パッドとウ
ェーハのうねりとの関係を示す図。
【図１５】図１５は“シンニング”を説明するための断
面図。
【図１６】図１６はシリカ粒子濃度とシンニング量との
関係を示す図。
【図１７】図１７は荷重と研磨速度との関係および荷重
と面内均一性との関係を示す図。
【図１８】図１８（Ａ）はスラリー中のアルカリ濃度と
スラリーの粘度との関係、およびスラリー中のアルカリ
濃度とスラリーのペーハーとの関係を示す図、図１８
（Ｂ）は純水による希釈倍率とペーハーとの関係を示す
図。
【図１９】図１９は“ディッシング”を説明するための
断面図。
【図２０】図２０は“スクラッチング”を説明するため
の平面図。
【符号の説明】
１１…ウェーハキャリア、 １２…ウェーハ、 １３…研磨パッド、 １４…回転テーブル、 １５…薬液供給部、 １６…コンディショナー、 １７…スラリー槽、 １８…ノズル、 １９…バルブ、 ２０…スラリー、 ２１…トレンチ、 ２２…ポリシリコン膜、 ２３…ウェーハの被研磨面、 ２４…微小気泡、 ２５…コロイダルシリカ、 ２７…粘度調節剤槽、 ２８…ノズル、 ２９…バルブ、 ３０…粘度調節剤、 ３２…凹部、 ３３…研磨パッドの研磨面、 ３４…研磨パッドの再生面、 ４１…ストッパ膜。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 溶媒、およびこの溶媒に混合された砥粒
    および粘度を可変とする添加剤を含むスラリーを研磨パ
    ッドに供給し、前記研磨パッドの表層部を前記スラリー
    により浸す工程と、 前記スラリーの粘度を上昇させる粘度調節剤を前記研磨
    パッドに供給し、前記スラリーの粘度を上昇させるとと
    もに、前記スラリーにより浸された前記研磨パッドの表
    層部を所定の硬度に硬質化させる工程と、 半導体装置の被研磨面を、前記粘度が上昇したスラリー
    および前記研磨パッドの硬質化された表層部により化学
    的機械研磨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。
  2. 【請求項２】 前記添加剤は、少なくともセルロース
    類、多糖類、水溶性高分子および界面活性剤のいずれか
    であ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。
  3. 【請求項３】 前記粘度調節剤は、純水であることを特
    徴とする請求項１および請求項２いずれかに記載の半導
    体装置の製造方法。
  4. 【請求項４】 前記溶媒は、アルカリ性溶媒であること
    を特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか一項に記載
    の半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項５】 前記溶媒は、酸性溶媒であることを特徴
    とする請求項１乃至請求項３いずれか一項に記載の半導
    体装置の製造方法。
  6. 【請求項６】 前記化学的機械研磨の終了後、前記研磨
    パッドの硬質化された表層部を除去する工程を、さらに
    具備することを特徴とする請求項１乃至請求項４いずれ
    か一項に記載の半導体装置の製造方法。
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