JP2005183595A - Method and apparatus for polishing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の研磨方法、及び当該研磨方法を使用する研磨装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device polishing method and a polishing apparatus using the polishing method.
図5、6は、従来の半導体装置の研磨方法を示す断面図である。以下、従来の半導体装置の研磨方法について図5、6に沿って説明する。 5 and 6 are cross-sectional views showing a conventional method for polishing a semiconductor device. Hereinafter, a conventional method for polishing a semiconductor device will be described with reference to FIGS.
工程S20:シリコン基板100の表面を鏡面研磨する。前記シリコン基板100の直径方向の全面を断面として示しており、EL領域はシリコン基板外周左側領域、MEL領域はシリコン基板の中心と外周左の中間領域、CE領域はシリコン基板中心領域、MER領域はシリコン基板中心と外周右の中間領域、ER領域はシリコン基板外周右側領域を示す。 Step S20: The surface of the silicon substrate 100 is mirror-polished. The entire surface in the diameter direction of the silicon substrate 100 is shown as a cross section. The EL region is the left side region on the outer periphery of the silicon substrate, the MEL region is the middle region between the center and the left side of the silicon substrate, the CE region is the central region of the silicon substrate, and the MER region is The middle region between the silicon substrate center and the right outer periphery, and the ER region indicate the right outer region of the silicon substrate.
工程S21:シリコン基板100の表面に、ゲート絶縁膜を形成し(図示せず)、その上にゲート電極101a、101b、101c、101d、101e、101f、101g、101h,101i、101jを形成する。
Step S21: A gate insulating film is formed on the surface of the silicon substrate 100 (not shown), and
工程S22:ゲート電極101a〜101jが形成されたシリコン基板100及びゲート電極101a〜101j上に、CVD(Chemical Vapor Deposition)法またはプラズマCVD法により酸化珪素のような層間絶縁膜102を成長させる。 Step S22: An interlayer insulating film 102 such as silicon oxide is grown on the silicon substrate 100 on which the gate electrodes 101a to 101j are formed and the gate electrodes 101a to 101j by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or a plasma CVD method.
工程S23:CVD法及びプラズマ法のような堆積方法により、層間絶縁膜102上に、後述する平坦な表面を得るべく行なうCMP(Chemical Mechanical Polishing)のために用いる、層間絶縁膜102と同一な組成、即ち酸化珪素からなる犠牲膜103を堆積する。 Step S23: The same composition as the interlayer insulating film 102 used for CMP (Chemical Mechanical Polishing) to obtain a flat surface to be described later on the interlayer insulating film 102 by a deposition method such as a CVD method and a plasma method. That is, a sacrificial film 103 made of silicon oxide is deposited.
工程S24:犠牲膜103に上記のCMPを行なうことにより、犠牲膜103の表面を概ね平坦化する。 Step S24: The surface of the sacrificial film 103 is substantially planarized by performing the above CMP on the sacrificial film 103.
工程S25:フォトリソグラフィを行ない、並びに、層間絶縁膜102の厚さ、犠牲膜103の厚さ、及びCMPにより研磨する厚さに基づき予め定められた深さdのエッチングを施すことにより、ゲート電極101a〜101jと、平坦化された犠牲膜103の表面上に後の工程で形成すべき金属配線(図示せず)とを接続するために用いるコンタクトホール104a、104b、104c、104d、104e、104f、104g、104h、104i、104jを形成する。
Step S25: photolithography is performed, and the gate electrode is etched by a predetermined depth d based on the thickness of the interlayer insulating film 102, the thickness of the sacrificial film 103, and the thickness polished by CMP.
しかしながら、上記した従来の半導体装置の研磨方法では、犠牲膜103の表面に、CMPを施された後であっても、図6の工程S24に示されるように、シリコン基板全体でみれば、絶縁膜の厚さが異なっている。これにより、図6の工程S25に図示のように、膜厚が厚くなっている領域、即ち、103bでは、上記した深さdのエッチングを行なった後のコンタクトホール104a、104bが金属配線101a、101bに到達することができないという接続不良を生じるという問題があった。あるいは、深さLの部分、即ちコンタクトホール104c、104dが金属配線101c、101dの表面を過剰にエッチングしてしまう、あるいは、上述の逆の現象が発生してコンタクト不良を生じる問題があった。
However, in the above-described conventional method for polishing a semiconductor device, even if the surface of the sacrificial film 103 is subjected to CMP, as shown in step S24 of FIG. The film thickness is different. Thereby, as shown in step S25 of FIG. 6, in the region where the film thickness is large, that is, 103b, the
本発明に係る半導体装置の研磨方法は、上記した課題を解決すべく、前記半導体基板上に形成された膜のうちの一の部分であって厚さが他の部分より大きい前記一の部分を前記他の部分より優先的に研磨する工程を含む。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for polishing a semiconductor device, comprising: one part of a film formed on the semiconductor substrate having a thickness larger than the other part. A step of polishing preferentially over the other portion.
本発明に係る半導体装置の研磨方法によれば、前記半導体基板上に形成された前記膜のうち、前記他の部分より厚さが大きい前記一の部分を前記他の部分より優先的に研磨することから、当該優先的な研磨を行なわない従来の半導体装置の研磨方法に比して、前記膜の表面の平坦性を向上させることができる。これにより、前記膜中に形成するコンタクトホール及び前記半導体基板上の金属配線間で上記した接続不良が生じることを回避することが可能となる。 According to the semiconductor device polishing method of the present invention, the one portion having a thickness larger than that of the other portion of the film formed on the semiconductor substrate is preferentially polished over the other portion. Therefore, the flatness of the surface of the film can be improved as compared with the conventional method for polishing a semiconductor device in which the preferential polishing is not performed. Thereby, it is possible to avoid the above-described connection failure between the contact hole formed in the film and the metal wiring on the semiconductor substrate.
本発明に係る半導体装置の研磨装置は、表面に膜が形成された半導体基板を、当該表面を下向きにした状態で保持しつつ移動可能な保持機構と、エッチング液を流出し当該エッチング液を前記膜に当接させることにより前記膜を研磨する研磨機構とを含み、前記研磨機構は、前記保持機構による移動の助勢下で、前記膜のうちの一の部分であって厚さが他の部分より大きい前記一の部分を前記他の部分より優先的に研磨する。 A polishing apparatus for a semiconductor device according to the present invention includes a holding mechanism capable of moving while holding a semiconductor substrate having a film formed on a surface thereof in a state in which the surface is faced down, and an etching solution that flows out to remove the etching solution. A polishing mechanism that polishes the film by contacting the film, and the polishing mechanism is one part of the film and the other part of the film with the assistance of movement by the holding mechanism. The larger one part is polished preferentially over the other part.
上記した本発明に係る半導体装置の研磨装置では、前記研磨機構は、前記エッチング液を表面張力により凝集可能な程度に流出し、当該前記表面張力により凝集したエッチング液を前記膜に当接させる。 In the above-described polishing apparatus for a semiconductor device according to the present invention, the polishing mechanism causes the etching solution to flow out to the extent that it can be aggregated by surface tension, and causes the etching solution aggregated by the surface tension to contact the film.
上記した本発明に係る半導体装置の研磨装置では、前記膜のうち前記半導体基板の周縁の近傍に位置する部分を研磨する、筒状の形状を有する筒状研磨機構を更に含む。 The above-described polishing apparatus for a semiconductor device according to the present invention further includes a cylindrical polishing mechanism having a cylindrical shape that polishes a portion of the film located near the periphery of the semiconductor substrate.
本発明に係る半導体装置の研磨装置について図面を参照して説明する。 A semiconductor device polishing apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、実施例の半導体装置の研磨装置の構成を示す側面図である。実施例の半導体装置の研磨装置1は、シリコン基板10を全体として平坦にするために用いられる犠牲膜2を平坦に研磨すべく、より正確には、犠牲膜2のうちの相対的に凸形状の度合いが顕著である部分を優先的に平坦化すべく、保持部3と、吐出部4とを有する。
FIG. 1 is a side view illustrating a configuration of a polishing apparatus for a semiconductor device according to an embodiment. More specifically, the
保持機構である保持部3は、上記したようなシリコン基板10上の顕著な隆起部分の位置と吐出部4の位置とを一致させるべく、その接触面3a及びシリコン基板10の接触面10a間の接触により、例えば、物理的な把持又は真空チャックにより保持し、かつ、シリコン基板10を上下逆さに保持した状態で、シリコン基板10の接触面10aに垂直な方向に上下の移動を行うと共に、接触面10aに平行な方向に前後及び左右の移動を行なう。また、保持部3は、後述のようなシリコン基板10の乾燥のために、接触面10aに垂直な方向を回転軸としてシリコン基板10を回転させる。
The
研磨機構である吐出部4は、吐出口4aから弗酸等のエッチング液6を吐出し、より正確には、流出する。吐出部4は、詳しくは、エッチング液5が当該液5の表面張力により、上方に凸な円弧の形状を維持できるような流量のエッチング液5、又は特定の一箇所を集中的に液を当てるという指向性を有する吐出状態になるような流量及び流速のエッチング液5を吐出する。
The discharge unit 4 serving as a polishing mechanism discharges an etching solution 6 such as hydrofluoric acid from the
図2、3は、実施例の半導体装置の研磨装置の動作を示す断面図である。以下、実施例の半導体装置の研磨装置の動作を図2、3に沿って説明する。説明及び理解を容易にすべく、図2、3に図示のシリコン基板10と図1に図示のシリコン基板10とは、正立及び倒立の関係にある。
2 and 3 are cross-sectional views illustrating the operation of the polishing apparatus for a semiconductor device according to the embodiment. Hereinafter, the operation of the polishing apparatus of the semiconductor device of the embodiment will be described with reference to FIGS. In order to facilitate explanation and understanding, the
工程S10:シリコン基板10の表面10bを鏡面研磨する。
Step S10: The
工程S11:シリコン基板10の表面10bに、従来知られた方法によりゲート絶縁膜(図示せず)を形成した後、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により、シリコン基板10の表面10bの全体にポリシリコン膜(図示せず)を形成し、さらに、当該ポリシリコン膜にフォトリソグラフィ及びエッチングを行なうことにより、図示のような概ね矩形状の複数のゲート電極11を形成する。
Step S11: After forming a gate insulating film (not shown) on the
工程S12:CVD法により、シリコン基板10及びゲート電極11上に、ゲート電極11の上方に形成されるべき金属配線(図示せず)とゲート電極11との間の層間絶縁膜として機能すべきILD(Inter-Level(Layer) Dielectric)膜12を堆積する。
Step S12: ILD to function as an interlayer insulating film between the gate electrode 11 and a metal wiring (not shown) to be formed on the
工程S13:CVD法により、ILD膜12上に、当該ILD膜12と同一な組成を有する犠牲膜13を成長させる。シリコン基板全体でみると、図示のような膜厚差Kが存在することになる。これはCVD法の特性であり同心円状に膜厚分布が変化する。一例として、図示のような膜厚の面内傾向であるとする。また、ミクロ的に見ると各パターンによる凹凸が生じるが、前期膜厚差Kと比較すれば十分無視できる大きさである。 Step S13: A sacrificial film 13 having the same composition as the ILD film 12 is grown on the ILD film 12 by a CVD method. When looking at the entire silicon substrate, there is a film thickness difference K as shown in the figure. This is a characteristic of the CVD method, and the film thickness distribution changes concentrically. As an example, it is assumed that the in-plane tendency of the film thickness is as shown. Further, when viewed microscopically, unevenness due to each pattern occurs, but it is a size that can be sufficiently ignored compared with the film thickness difference K in the previous period.
工程S14:シリコン基板10を保持している保持部3は、最も膜厚が厚いシリコン基板外周部の13b、13cの位置と吐出部4の位置とが合致するように、上記の左右移動又は前後移動を移動を行なう。保持部3による上記移動の後、吐出部4は、エッチング液5を、表面張力を維持することができる、又は上記した志向性ある突出状態を実現することができる条件に調整する。
Step S14: The
吐出部4によるエッチング液5の流出状態の調整後、保持部3は、上記した上下移動を行なうことにより、犠牲膜13の凸領域13b、13cを、吐出部4のエッチング液5に当接させ、当該当接を計算及び経験則等に基づき予め定められた所定時間だけ維持する。これにより、隆起部分13b、13cを、膜厚が薄い領域13a、13d、13eに優先して研磨することにより、凸状の部分13c、13dを他の部分13a、13d、13eと概ね同一の高さにする。
After adjusting the outflow state of the etching solution 5 by the discharge unit 4, the
領域部分13bの研磨の終了後、吐出部4は、エッチング液5を純水に切り換え、シリコン基板10上に残留するエッチング液5を洗い流し、さらに、保持部は、シリコン基板10の接触面10aに垂直な方向を軸としてシリコン基板10を回転させることにより、シリコン基板10を乾燥させる。
After the polishing of the
工程S15:CMPを施すことにより犠牲膜13の表面を全体的に研磨することによって、犠牲膜13の表面を全面的に平坦化する。 Step S15: The surface of the sacrificial film 13 is entirely polished by performing CMP, thereby planarizing the entire surface of the sacrificial film 13.
工程S16:フォトリソグラフィ及びエッチングを施すことにより、ILD膜12及び犠牲膜13に、ゲート電極11との接続を確立するためのコンタクトホール14を形成する。 Step S16: Contact holes 14 for establishing connection with the gate electrode 11 are formed in the ILD film 12 and the sacrificial film 13 by performing photolithography and etching.
上述したように、実施例の半導体装置の研磨装置1では、吐出部4が、犠牲膜13の表面のうちシリコン基板全体として膜厚が相対的に厚い部分13b、13cを優先的にエッチングすることから、従来の研磨装置による研磨に比して、犠牲膜13の表面の平坦度を向上させることができ、これにより、ゲート電極11及びコンタクトホール14間の接続不良を低減することが可能になる。
As described above, in the
図4は、変形例の半導体装置の研磨装置の構成を示す。図2の工程S13に示されるように、シリコン基板10上に形成される絶縁膜12、犠牲膜13の膜厚が相対的に厚い領域が13b、13d、13cである、図4に示されるように、例えば、高密度プラズマCVD法により製造される絶縁膜12、犠牲膜13の表面上での略中心に位置する隆起部分、及び略周縁に位置するリング状の隆起部分の凸状の度合いが著しいときには、研磨装置1は、上述した吐出部4に代えて、図4に図示のような、筒状研磨機構である筒状の第1の吐出部8、当該第1の吐出部7の概ね中央に設けられた第2の吐出部9を用いることが望ましい。第1の吐出部7及び第2の吐出部8を用いて犠牲膜13を研磨することにより、上記したシリコン基板の中心に位置する隆起部分及び周縁に位置する隆起部分を優先的にかつ同時的に平坦化することが可能になる。
ここでは、CVD法により成膜される絶縁膜のシリコン基板内での膜厚面内分布の調整に関する記述を行なったが、加えてCMPの研磨特性、シリコン基板面内での研磨レート分布も含めた本発明の半導体装置のノズル位置、エッチング時間による処理をすることも、同様の効果が得られることは明白である。
FIG. 4 shows a configuration of a polishing apparatus for a semiconductor device according to a modification. As shown in step S13 of FIG. 2, regions where the thicknesses of the insulating film 12 and the sacrificial film 13 formed on the
Here, we have described the adjustment of the in-plane distribution of the film thickness in the silicon substrate of the insulating film formed by the CVD method. In addition, the polishing characteristics of CMP and the polishing rate distribution in the silicon substrate surface are also included. It is obvious that the same effect can be obtained by performing the processing based on the nozzle position and etching time of the semiconductor device of the present invention.
1 研磨装置 2 犠牲膜 3 保持部 4 吐出部 5 エッチング液 10 シリコン基板。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
エッチング液を流出し当該エッチング液を前記膜に当接させることにより前記膜を研磨する研磨機構とを含み、
前記研磨機構は、前記保持機構による移動の助勢下で、前記膜のうちの一の部分であって厚さが他の部分より大きい前記一の部分を前記他の部分より優先的に研磨することを特徴とする半導体装置の研磨装置。 A holding mechanism capable of moving while holding a semiconductor substrate having a film formed on the surface with the surface facing down;
A polishing mechanism for polishing the film by flowing out the etching liquid and bringing the etching liquid into contact with the film;
The polishing mechanism is configured to preferentially polish one portion of the film that is thicker than the other portion, with the assistance of movement by the holding mechanism, over the other portion. An apparatus for polishing a semiconductor device.
3. The polishing apparatus for a semiconductor device according to claim 2, further comprising a cylindrical polishing mechanism having a cylindrical shape for polishing a portion of the film located in the vicinity of the periphery of the semiconductor substrate.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003420955A JP2005183595A (en) | 2003-12-18 | 2003-12-18 | Method and apparatus for polishing semiconductor device |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011082430A (en) * | 2009-10-09 | 2011-04-21 | Mitsubishi Electric Corp | Substrate surface-processing apparatus and apparatus for manufacturing solar cell |
-
2003
- 2003-12-18 JP JP2003420955A patent/JP2005183595A/en not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2011082430A (en) * | 2009-10-09 | 2011-04-21 | Mitsubishi Electric Corp | Substrate surface-processing apparatus and apparatus for manufacturing solar cell |
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