JP2006237445A - 半導体装置の製造方法及び研磨装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 従来と比較して研磨量の面内均一性が向上した半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】 研磨パッド20に研磨スラリーを供給し、かつ被研磨層を有する半導体基板1と研磨パッド20とを第1の押付圧で接触させることにより、被研磨層を化学的機械研磨する第1の研磨工程と、研磨パッド20と半導体基板とを、第1の押付圧より低い第2の押付圧で接触させつつ、研磨パッド20に冷却液を供給することにより、半導体基板1を冷却する待機工程と、研磨パッド20に研磨スラリーを供給し、かつ半導体基板1と研磨パッド20とを第1の押付圧で接触させることにより、被研磨層を再び化学的機械研磨する第2の研磨工程とを具備する。
【選択図】 図3
【解決手段】 研磨パッド20に研磨スラリーを供給し、かつ被研磨層を有する半導体基板1と研磨パッド20とを第1の押付圧で接触させることにより、被研磨層を化学的機械研磨する第1の研磨工程と、研磨パッド20と半導体基板とを、第1の押付圧より低い第2の押付圧で接触させつつ、研磨パッド20に冷却液を供給することにより、半導体基板1を冷却する待機工程と、研磨パッド20に研磨スラリーを供給し、かつ半導体基板1と研磨パッド20とを第1の押付圧で接触させることにより、被研磨層を再び化学的機械研磨する第2の研磨工程とを具備する。
【選択図】 図3
Description
本発明は、半導体装置の製造方法及び研磨装置に関する。特に本発明は、従来と比べて研磨量の面内均一性が向上した半導体装置の製造方法及び研磨装置に関する。
半導体装置の製造方法において、シリコンウェハ上に形成された被研磨層(例えばタングステンプラグとなるタングステン層、又は層間絶縁膜)を化学的機械研磨(CMP)により研磨する場合がある。
図5は、被研磨層を化学的機械研磨する従来の工程を説明する図である。まず、キャリア130を用いてシリコンウェハ100を、プラテン110上に固定された研磨パッド120の表面に押し当てる。また、回転軸112を中心としてプラテン110及び研磨パッド120を回転させ、かつ回転軸138を中心としてキャリア130を回転させる。そして、スラリー供給ノズル122から研磨パッド120表面に、研磨スラリーを供給する。これにより、シリコンウェハ100上に形成された被研磨層は、化学的機械研磨される(例えば特許文献1参照)。
特許第3206654公報(第3段落)
図5は、被研磨層を化学的機械研磨する従来の工程を説明する図である。まず、キャリア130を用いてシリコンウェハ100を、プラテン110上に固定された研磨パッド120の表面に押し当てる。また、回転軸112を中心としてプラテン110及び研磨パッド120を回転させ、かつ回転軸138を中心としてキャリア130を回転させる。そして、スラリー供給ノズル122から研磨パッド120表面に、研磨スラリーを供給する。これにより、シリコンウェハ100上に形成された被研磨層は、化学的機械研磨される(例えば特許文献1参照)。
1枚の半導体基板には複数の半導体素子が形成される。これら半導体素子の特性のばらつきを抑制するためには、研磨量の面内均一性を高くする必要がある。従来は、研磨時間が長くなるにつれて、半導体基板の周辺部の研磨量が、中心部の研磨量より多くなっていた。このような傾向は、研磨時間が長くなるにつれて顕著になっていた。原因としては、半導体基板の温度の面内均一性が低下すること、及び研磨スラリーの量の面内均一性が低下することが考えられる。
従来は、半導体基板の回転数、研磨パッドの回転数、半導体基板と研磨パッドの押付力、研磨スラリー及び研磨スラリーへの添加剤、添加剤の滴下量及び速度等を調整することにより、研磨量の面内均一性を向上させてきたが、今後は、更に面内均一性を向上させることが望まれている。
本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、従来と比較して研磨量の面内均一性が向上した半導体装置の製造方法及び研磨装置を提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明に係る半導体装置の製造方法は、研磨パッドに研磨スラリーを供給し、かつ被研磨層を有する半導体基板と前記研磨パッドとを第1の押付圧で接触させることにより、前記被研磨層を化学的機械研磨する第1の研磨工程と、
前記研磨パッドと前記半導体基板とを、前記第1の押付圧より低い第2の押付圧で接触させつつ、前記研磨パッドに冷却液を供給することにより、前記半導体基板を冷却する待機工程と、
前記研磨パッドに研磨スラリーを供給し、かつ前記半導体基板と前記研磨パッドとを前記第1の押付圧で接触させることにより、前記被研磨層を再び化学的機械研磨する第2の研磨工程とを具備する。
前記研磨パッドと前記半導体基板とを、前記第1の押付圧より低い第2の押付圧で接触させつつ、前記研磨パッドに冷却液を供給することにより、前記半導体基板を冷却する待機工程と、
前記研磨パッドに研磨スラリーを供給し、かつ前記半導体基板と前記研磨パッドとを前記第1の押付圧で接触させることにより、前記被研磨層を再び化学的機械研磨する第2の研磨工程とを具備する。
この半導体装置の製造方法によれば、研磨工程が、2つの工程に分割されている。そして、これらの研磨工程の間に、半導体基板を冷却する工程が設けられている。このため、半導体基板の温度の面内均一性が向上し、その結果、被研磨層の研磨量の面内均一性が向上する。
本発明に係る他の半導体装置の製造方法は、研磨パッドに研磨スラリーを供給し、かつ被研磨層を有する半導体基板と前記研磨パッドとを第1の押付圧で接触させることにより、前記被研磨層を化学的機械研磨する第1の研磨工程と、
前記研磨パッドと前記半導体基板とを、前記第1の押付圧より低い第2の押付圧で接触させつつ、前記研磨パッドに洗浄液を供給することにより、前記半導体基板を洗浄する待機工程と、
前記研磨パッドに研磨スラリーを供給し、かつ前記半導体基板と前記研磨パッドとを前記第1の押付圧で接触させることにより、前記被研磨層を再び化学的機械研磨する第2の研磨工程とを具備する。
前記研磨パッドと前記半導体基板とを、前記第1の押付圧より低い第2の押付圧で接触させつつ、前記研磨パッドに洗浄液を供給することにより、前記半導体基板を洗浄する待機工程と、
前記研磨パッドに研磨スラリーを供給し、かつ前記半導体基板と前記研磨パッドとを前記第1の押付圧で接触させることにより、前記被研磨層を再び化学的機械研磨する第2の研磨工程とを具備する。
この半導体装置の製造方法によれば、研磨工程が、2つの工程に分割されている。第1の研磨工程が終了する時点では、研磨スラリーの量の面内均一性は低いが、第2の研磨工程を開始する前に、研磨スラリーが研磨パッド及び半導体基板から除去される。従って、第2の研磨工程において、研磨スラリーの量の面内均一性が向上し、被研磨層の研磨量の面内均一性が向上する。
前記待機工程と前記第2の研磨工程との間に、前記研磨パッドと前記半導体基板とを、前記第1の押付圧より低く、かつ前記第2の押付圧より高い第3の押付圧で接触させつつ、前記半導体基板に洗浄液を供給することにより、前記半導体基板を仕上げ洗浄する仕上げ洗浄工程を具備してもよい。
前記被研磨層は、例えばタングステン膜、層間絶縁膜、若しくは窒化シリコン膜及び酸化シリコン膜をこの順に積層した積層膜である。
前記被研磨層が層間絶縁膜である場合、前記層間絶縁膜を化学的機械研磨により荒研磨する工程と、前記層間絶縁膜を化学的機械研磨により仕上げ研磨する工程と、を具備し、前記仕上げ研磨する工程において、前記第1の研磨工程、前記待機工程、及び前記第2の研磨工程を具備してもよい。
前記被研磨層が窒化シリコン膜及び酸化シリコン膜をこの順に積層した積層膜である場合、前記第1の研磨工程は、前記酸化シリコン膜を除去する工程であり、前記第2の研磨工程は、前記窒化シリコン膜を所定の厚さまで研磨する工程であるのが好ましい。
前記被研磨層が層間絶縁膜、若しくは窒化シリコン膜及び酸化シリコン膜をこの順に積層した積層膜である場合、前記待機工程において、前記研磨パッドの表面を清掃するコンディショナーを前記研磨パッドに接触させてもよい。
本発明に係る研磨装置は、半導体基板の被研磨層を化学的機械研磨する研磨装置であって、
研磨パッドと、
前記研磨パッドと前記半導体基板を互いに押し付ける押付機構と、
前記研磨パッドに研磨スラリーを供給するスラリー供給部と、
前記研磨パッドに冷却液を供給する冷却液供給部と、
前記押付機構、前記スラリー供給部、及び前記冷却液供給部を制御する制御部と、
を具備し、
前記制御部は、
前記スラリー供給部に研磨スラリーを供給させ、かつ前記押付機構を制御して前記研磨パッドと前記半導体基板とを第1の押付圧で接触させることにより、前記被研磨層を化学的機械研磨し、
その後、前記押付機構を制御して、前記研磨パッドと前記半導体基板とを、前記第1の押付圧より低い第2の押付圧で接触させつつ、前記冷却液供給部に前記冷却液を供給させることにより、前記半導体基板を冷却し、
その後、前記スラリー供給部に研磨スラリーを供給させ、かつ前記押付機構を制御して前記研磨パッドと前記半導体基板とを前記第1の押付圧で接触させることにより、前記被研磨層を再び化学的機械研磨する。
研磨パッドと、
前記研磨パッドと前記半導体基板を互いに押し付ける押付機構と、
前記研磨パッドに研磨スラリーを供給するスラリー供給部と、
前記研磨パッドに冷却液を供給する冷却液供給部と、
前記押付機構、前記スラリー供給部、及び前記冷却液供給部を制御する制御部と、
を具備し、
前記制御部は、
前記スラリー供給部に研磨スラリーを供給させ、かつ前記押付機構を制御して前記研磨パッドと前記半導体基板とを第1の押付圧で接触させることにより、前記被研磨層を化学的機械研磨し、
その後、前記押付機構を制御して、前記研磨パッドと前記半導体基板とを、前記第1の押付圧より低い第2の押付圧で接触させつつ、前記冷却液供給部に前記冷却液を供給させることにより、前記半導体基板を冷却し、
その後、前記スラリー供給部に研磨スラリーを供給させ、かつ前記押付機構を制御して前記研磨パッドと前記半導体基板とを前記第1の押付圧で接触させることにより、前記被研磨層を再び化学的機械研磨する。
本発明に係る他の研磨装置は、被研磨層を有する半導体基板を化学的機械研磨する研磨装置であって、
研磨パッドと、
前記研磨パッドと前記半導体基板を互いに押し付ける押付機構と、
前記研磨パッドに研磨スラリーを供給するスラリー供給部と、
前記研磨パッドに洗浄液を供給する洗浄液供給部と、
前記押付機構、前記スラリー供給部、及び前記洗浄液供給部を制御する制御部と、
を具備し、
前記制御部は、
前記スラリー供給部に研磨スラリーを供給させ、かつ前記押付機構を制御して前記研磨パッドと前記半導体基板とを第1の押付圧で接触させることにより、前記被研磨層を化学的機械研磨し、
その後、前記押付機構を制御して、前記研磨パッドと前記半導体基板とを、前記第1の押付圧より低い第2の押付圧で接触させつつ、前記洗浄液供給部に前記洗浄液を供給させることにより、前記半導体基板を洗浄し、
その後、前記スラリー供給部に研磨スラリーを供給させ、かつ前記押付機構を制御して前記研磨パッドと前記半導体基板とを前記第1の押付圧で接触させることにより、前記被研磨層を再び化学的機械研磨する。
研磨パッドと、
前記研磨パッドと前記半導体基板を互いに押し付ける押付機構と、
前記研磨パッドに研磨スラリーを供給するスラリー供給部と、
前記研磨パッドに洗浄液を供給する洗浄液供給部と、
前記押付機構、前記スラリー供給部、及び前記洗浄液供給部を制御する制御部と、
を具備し、
前記制御部は、
前記スラリー供給部に研磨スラリーを供給させ、かつ前記押付機構を制御して前記研磨パッドと前記半導体基板とを第1の押付圧で接触させることにより、前記被研磨層を化学的機械研磨し、
その後、前記押付機構を制御して、前記研磨パッドと前記半導体基板とを、前記第1の押付圧より低い第2の押付圧で接触させつつ、前記洗浄液供給部に前記洗浄液を供給させることにより、前記半導体基板を洗浄し、
その後、前記スラリー供給部に研磨スラリーを供給させ、かつ前記押付機構を制御して前記研磨パッドと前記半導体基板とを前記第1の押付圧で接触させることにより、前記被研磨層を再び化学的機械研磨する。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図1は、第1の実施形態に係る研磨装置の構成を説明するための概略図である。本図に示す研磨装置において、シリコンウェハ1はキャリア30によって保持されており、キャリア30と共に、モーター(図示せず)を動力源として回転する。また、シリコンウェハ1は、キャリア30によって研磨パッド20に押し付けられる。
研磨パッド20は、プラテン10の上に固定されており、モーター(図示せず)を動力源として、プラテン10と共に回転する。また、研磨パッド20の表面には、スラリー供給ノズル22から研磨スラリーが供給され、かつ、純水供給ノズル24から純水が供給される。純水は、シリコンウェハ1及び研磨パッド20の冷却液及び洗浄液として用いられる。
また、研磨パッド20には、ダイヤモンド砥粒を有するコンディショナー40が、必要に応じて擦接する。このとき、コンディショナー40は研磨パッドの回転中心から縁まで径方向に往復移動する。これにより、研磨スラリー及び研磨くず等の異物が研磨パッド20の表面全面から除去される。また、研磨パッド20の表面全面に凹凸が形成されるため、研磨が効率よく行われるようになる。
なお、プラテン10、キャリア30、スラリー供給ノズル22、純水供給ノズル24、コンディショナー40、キャリア30を回転させるモーター(図示せず)、及びプラテン10を回転させるモーター(図示せず)それぞれは、制御部50によって制御される。
図2は、キャリア30の構成を説明するための断面図である。略円板状のベース部材31の下面は、周辺部を除いて少し窪んでいる。ベース部材31の周辺部には、上下に可動なリテーナーリング36が、ベース部材31と同心となるように組みつけられている。リテーナーリング36は、外径がベース部材31の直径と略同じであり、内径がシリコンウェハ1の直径よりわすかに大きくなっている。
ベース部材31の下面の窪んでいる部分には、メンブレン保持部材34が、インナーチューブ35を介して取り付けられている。メンブレン保持部材34は略円板状の部材であり、その外径は、リテーナーリング36の内径よりわずかに小さい。メンブレン保持部材34の下面は縁が窪んでいるが、この窪み34aの側壁に、メンブレン32の周辺部が固定されている。メンブレン32とメンブレン保持部材34の間の空間32aは気密になっており、この空間32aの内圧は可変になっている。また、インナーチューブ35の内圧も可変になっている。
シリコンウェハ1を取り上げるとき、キャリア30は、メンブレン32をシリコンウェハ1に接触させた状態で、空間32aを減圧する。これにより、メンブレン32の中央部に凹部が形成され、この凹部がシリコンウェハ1を吸着する。
また、シリコンウェハ1を研磨パッド20に押し付けるとき、キャリア30は、空間32aを加圧する。これにより、メンブレン32がシリコンウェハ1を下方すなわち研磨パッド20に押し付ける。
また、シリコンウェハ1を研磨パッド20に押し付けるとき、キャリア30は、空間32aを加圧する。これにより、メンブレン32がシリコンウェハ1を下方すなわち研磨パッド20に押し付ける。
シリコンウェハ1の研磨パッド20への押付圧は、空間32aの気圧によって主に調節されるが、インナーチューブ35の内圧、及びリテーナーリング36の研磨パッド20への押付圧それぞれによっても、調節可能である。リテーナーリング36によってシリコンウェハ1の研磨パッド20への押付圧を上げる場合、リテーナーリング36を研磨パッド20に押し付ける。これにより、リテーナーリング36の真下に位置する研磨パッド20が周囲に押し出され、シリコンウェハ1の縁を上に押し上げる。
図3の各図は、シリコンウェハ1に形成されたタングステン層を研磨する方法を説明するための図である。タングステン層は、層間絶縁膜に形成された接続孔にタングステンプラグを埋め込むために形成されたものであり、図3に示す工程において、層間絶縁膜上に位置するタングステン層が除去される。なお、本図において、制御部50は図示を省略している。
まず、図3(A)に示すように、スラリー供給ノズル22から研磨パッド20に研磨スラリーを供給しつつ、シリコンウェハ1を研磨パッド20に押し付け、シリコンウェハ1及び研磨パッド20それぞれを回転させる。このとき、シリコンウェハ1及び研磨パッド20それぞれの回転数は、例えば113rpm及び110rpmである。また、メンブレン32による押付力(MDF)は、例えば3.0psiであり、リテーナーリング36による押付力(RRF)は、例えば5.2psiである。また、インナーチューブ35による押付力(ITP)は、例えば4.0psiである。
これにより、タングステン層の化学的機械研磨が開始される。
これにより、タングステン層の化学的機械研磨が開始される。
研磨パッド20に対するシリコンウェハ1の速度は、シリコンウェハ1の中心が最も遅く、縁に近づくにつれて速くなる。このため、摩擦熱の発生量に差が生じ、その結果、シリコンウェハ1の温度は、中心から縁に近づくにつれて温度が高くなり、研磨スラリーとタングステン層の化学反応速度は、シリコンウェハ1の中心から縁に近づくにつれて速くなる。これによって、タングステン層の研磨速度が、シリコンウェハ1の中心から縁に近づくにつれて速くなる。この傾向は、研磨時間が長くなるにつれて大きくなる。
次いで、図3(B)に示すように、研磨時間が一定時間(例えば30秒〜50秒の間)になると、研磨が中断され、第1の待機工程に入る。詳細には、スラリー供給ノズル22からのスラリー供給が中断され、純水供給ノズルから純水が供給される。シリコンウェハ1及び研磨パッド20それぞれは回転したままであるが、シリコンウェハ1と研磨パッド20は、互いに離れない程度の力で互いに押し付けられている。
このとき、シリコンウェハ1及び研磨パッド20それぞれの回転数は、例えばそれぞれ70rpmである。また、メンブレン32による押付力は、例えば0.5psiであり、リテーナーリング36による押付力は、例えば3.0psiである。また、インナーチューブ35による押付力は、例えば10psiである。
これにより、研磨パッド20及びシリコンウェハ1が冷却され、温度の面内均一性が向上する。
また、研磨パッド20に付着していた研磨スラリーや研磨くず等の異物が除去される。またシリコンウェハ1表面に付着していた異物も少し除去される。
また、研磨パッド20に付着していた研磨スラリーや研磨くず等の異物が除去される。またシリコンウェハ1表面に付着していた異物も少し除去される。
第1の待機工程を一定時間(例えば10秒間)行った後、図3(C)に示すように、第2の待機工程に入る。詳細には、シリコンウェハ1と研磨パッド20の押付力が上がる。このときのメンブレン32による押付力は、例えば1.5psiである。また、リテーナーリング36による押付力、及びインナーチューブ35による押付力は、それぞれ3.0psi、10psiのままである。
これにより、シリコンウェハ1表面に付着していた異物が除去される。なお、研磨パッド20に付着していた異物は予め除去されているため、シリコンウェハ1に傷がつくことが抑制される。
また、研磨パッド20及びシリコンウェハ1が引き続き冷却され、温度の面内均一性がさらに向上する。
また、研磨パッド20及びシリコンウェハ1が引き続き冷却され、温度の面内均一性がさらに向上する。
第2の待機工程を一定時間(例えば10秒間)行った後、図3(D)に示すように、研磨が再開される。詳細には、純水供給ノズル24からの純水供給が終了し、スラリー供給ノズル22からのスラリー供給が再開される。シリコンウェハ1と研磨パッド20は、再び研磨が進行するように、互いに強く押し付けられる。このときのシリコンウェハ1及び研磨パッド20それぞれの回転数、研磨パッド20に対するシリコンウェハ1の押付圧、及び研磨時間は、図3(A)における研磨条件と同じである。
なお、図3(B)及び(C)に示した処理で、研磨パッド20及びシリコンウェハ1の温度の面内均一性が向上している。このため、図3(A)に示した研磨の終了時と比べて、タングステン層の研磨速度の面内均一性が向上する。
以上、第1の実施形態によれば、シリコンウェハ1に形成されたタングステン層を化学的機械研磨するに際し、研磨工程を2回に分割している。そして、第1の研磨工程と第2の研磨工程の間に、純水を用いた冷却・洗浄工程を設けている。このため、第2の研磨工程では、連続して研磨する場合と比べて、シリコンウェハ1及び研磨パッド20それぞれの温度の面内均一性が向上する。従って、タングステン層の研磨量の面内均一性が向上する。このように冷却・洗浄工程を設ける効果は、タングステン層のトータルの研磨時間が長い場合(例えば50秒以上)に特に顕著になる。
次に、第2の実施形態について説明する。本実施形態は、図1及び図2に示した研磨装置を用いて、シリコンウェハ1に形成された層間絶縁膜を化学的機械研磨する方法である。以下、第1の実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明する。
まず、スラリー供給ノズル22から研磨パッド20に研磨スラリーを供給しつつ、シリコンウェハ1を研磨パッド20に押し付け、シリコンウェハ1及び研磨パッド20それぞれを回転させる。
これにより、層間絶縁膜の化学的機械研磨が開始される。なお、層間絶縁膜の主成分は酸化シリコンであるため、物理的な研磨が支配的となる。
これにより、層間絶縁膜の化学的機械研磨が開始される。なお、層間絶縁膜の主成分は酸化シリコンであるため、物理的な研磨が支配的となる。
研磨が進行するにつれて、研磨スラリーの量の面内均一性が低下していく。詳細には、シリコンウェハ1の中心部は、周辺部と比較して研磨スラリーが少なくなっていく。このため、層間絶縁膜の研磨速度は、シリコンウェハ1の中心から縁に近づくにつれて速くなっていく。
その後、研磨時間が一定時間になると、第1の待機工程に入る。詳細には、スラリー供給ノズル22からのスラリー供給が中断され、純水供給ノズルから純水が供給される。また、シリコンウェハ1及び研磨パッド20それぞれは回転したままであるが、シリコンウェハ1と研磨パッド20は、研磨時より弱い力(具体的には、互いに離れない程度の力)で互いに押し付けられている。
これにより、研磨パッド20に付着していた研磨スラリー、及び研磨くず等の異物が除去され、シリコンウェハ1表面に付着していた研磨スラリー及び異物も少し除去される。また、研磨パッド20及びシリコンウェハ1が冷却され、温度の面内均一性が向上する。
次いで、一定時間(例えば10秒間)経過した後、第2の待機工程に入る。詳細には、シリコンウェハ1と研磨パッド20の押付力を上げる。ただし、押付力が研磨時の押付力を超えないようにする。これにより、シリコンウェハ1表面に付着していた研磨スラリー及び異物が除去される。なお、研磨パッド20に付着していた異物は予め除去されているため、シリコンウェハ1に傷がつくことが抑制される。また、研磨パッド20及びシリコンウェハ1が引き続き冷却され、温度の面内均一性がさらに向上する。
次いで、一定時間(例えば10秒間)経過した後、研磨が再開される。このときの研磨条件は、最初の研磨時の条件と同じである。第1及び第2の待機工程において、研磨パッド20及びシリコンウェハ1から研磨スラリーが除去されており、その状態から研磨が再開される。従って、第1回目の研磨が終了した時と比べて、研磨スラリーの量の面内均一性が向上し、その結果、層間絶縁膜の研磨速度の面内均一性が向上する。
その後、所定の膜厚になるまで、層間絶縁膜を研磨する。
その後、所定の膜厚になるまで、層間絶縁膜を研磨する。
以上、本実施形態によれば、シリコンウェハ1に形成された層間絶縁膜を化学的機械研磨するに際し、研磨を2回に分割して行っている。そして、第1回目の研磨と第2回目の研磨の間に、純水を用いた洗浄・冷却工程を設けている。このため、連続して研磨する場合と比べて、シリコンウェハ1及び研磨パッド20それぞれの研磨スラリーの量の面内均一性が高くなる。従って、層間絶縁膜の研磨量の面内均一性が高くなる。このように洗浄・冷却工程を設ける効果は、層間絶縁膜のトータルの研磨時間が長い場合(例えば60秒以上)に特に顕著になる。
なお、洗浄・冷却工程において、コンディショナー40を用いて研磨パッド20を処理してもよい。このようにすると、さらに研磨パッド20から研磨スラリーが除去されるため、層間絶縁膜の研磨量の面内均一性がさらに高くなる。
次に、第3の実施形態について説明する。本実施形態は、2台の研磨装置を用いて、シリコンウェハ1に形成された層間絶縁膜を化学的機械研磨する方法である。2台の研磨装置の構成は、図1及び図2に示した研磨装置の構成と同一である。以下、第1の実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明する。
まず、1台目の研磨装置を用いて、層間絶縁膜を荒研磨する。次いで、2台目の研磨装置を用いて層間絶縁膜を仕上げ研磨する。この仕上げ研磨において、第2の実施形態で示した方法により、層間絶縁膜を化学的機械研磨する。
本実施形態においても、第2の実施形態と同一の作用及び効果を得ることができる。なお、仕上げ研磨のみではなく荒研磨においても、第2の実施形態に示した方法により研磨を行ってもよい。
本実施形態においても、第2の実施形態と同一の作用及び効果を得ることができる。なお、仕上げ研磨のみではなく荒研磨においても、第2の実施形態に示した方法により研磨を行ってもよい。
次に、第4の実施形態について説明する。本実施形態は、シリコンウェハ1に形成された溝に、素子分離膜を埋め込む方法である。
まず、図4(A)に示すように、シリコンウェハ1上に、酸化シリコン膜1a及び窒化シリコン膜1bを、CVD法を用いてこの順に形成する。次いで、窒化シリコン膜1bをパターニングし、開口部を形成する。次いで、窒化シリコン膜1bをマスクとして、酸化シリコン膜1a及びシリコンウェハ1をエッチングする。これにより、シリコンウェハ1には溝が形成される。次いで、この溝の中及びシリコンウェハ1上に、酸化シリコン膜2をCVD法により形成する。
まず、図4(A)に示すように、シリコンウェハ1上に、酸化シリコン膜1a及び窒化シリコン膜1bを、CVD法を用いてこの順に形成する。次いで、窒化シリコン膜1bをパターニングし、開口部を形成する。次いで、窒化シリコン膜1bをマスクとして、酸化シリコン膜1a及びシリコンウェハ1をエッチングする。これにより、シリコンウェハ1には溝が形成される。次いで、この溝の中及びシリコンウェハ1上に、酸化シリコン膜2をCVD法により形成する。
次いで、図4(B)に示すように、研磨装置(図示せず)を用いて、酸化シリコン膜2を化学的機械研磨する。これにより、シリコンウェハ1上に位置する酸化シリコン膜2が除去される。ここで用いた研磨装置の構成は、第1の実施形態で説明した研磨装置に、酸化シリコン膜研磨の終点を検出する光反射式のセンサーを追加したものである。このセンサーは、反射光の強度の変化に基づいて、酸化シリコン膜2の除去が終了したことを検出する。
次いで、シリコンウェハ1及び研磨装置の研磨パッド20の洗浄及び冷却を行う。この洗浄及び冷却方法は、第2の実施形態と同一である。また、この洗浄及び冷却工程において、コンディショナー40を用いて研磨パッド20を処理してもよい。
次いで、図4(C)に示すように、化学的機械研磨を再開し、窒化シリコン膜1bを薄くし、予め定められた厚さにする。これにより、シリコンウェハ1には、酸化シリコン膜2からなる素子分離膜が埋め込まれる。研磨装置の研磨パッド20及びシリコンウェハ1は、洗浄及び冷却されているため、窒化シリコン膜1bの研磨量の面内均一性が向上する。
また、洗浄及び冷却が行われることにより、窒化シリコン膜1bの研磨速度が低下する。このため、研磨パッド20及びシリコンウェハ1の回転量を変化させなくても、研磨時間を制御することで、窒化シリコン膜1bの残膜厚を精度良く制御することができる。
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。例えば、上記した各実施形態において、研磨時間が更に長い場合、研磨工程を3回以上に分割し、それぞれの研磨工程の間で、第1及び第2の洗浄・冷却工程を行ってもよい。
1,100…シリコンウェハ、1a,2…酸化シリコン膜、1b…窒化シリコン膜、10,110…プラテン、20,120…研磨パッド、22,122…スラリー供給ノズル、24…純水供給ノズル、30,130…キャリア、31…ベース部材、32…メンブレン、32a…空間、34…メンブレン保持部材、34a…窪み、35…インナーチューブ、36…リテーナーリング、40…コンディショナー、50…制御部
Claims (11)
- 研磨パッドに研磨スラリーを供給し、かつ被研磨層を有する半導体基板と前記研磨パッドとを第1の押付圧で接触させることにより、前記被研磨層を化学的機械研磨する第1の研磨工程と、
前記研磨パッドと前記半導体基板とを、前記第1の押付圧より低い第2の押付圧で接触させつつ、前記研磨パッドに冷却液を供給することにより、前記半導体基板を冷却する待機工程と、
前記研磨パッドに研磨スラリーを供給し、かつ前記半導体基板と前記研磨パッドとを前記第1の押付圧で接触させることにより、前記被研磨層を再び化学的機械研磨する第2の研磨工程と、
を具備する半導体装置の製造方法。 - 研磨パッドに研磨スラリーを供給し、かつ被研磨層を有する半導体基板と前記研磨パッドとを第1の押付圧で接触させることにより、前記被研磨層を化学的機械研磨する第1の研磨工程と、
前記研磨パッドと前記半導体基板とを、前記第1の押付圧より低い第2の押付圧で接触させつつ、前記研磨パッドに洗浄液を供給することにより、前記研磨パッド及び前記半導体基板を洗浄する待機工程と、
前記研磨パッドに研磨スラリーを供給し、かつ前記半導体基板と前記研磨パッドとを前記第1の押付圧で接触させることにより、前記被研磨層を再び化学的機械研磨する第2の研磨工程と、
を具備する半導体装置の製造方法。 - 前記待機工程と前記第2の研磨工程との間に、
前記研磨パッドと前記半導体基板とを、前記第1の押付圧より低く、かつ前記第2の押付圧より高い第3の押付圧で接触させつつ、前記半導体基板に洗浄液を供給することにより、前記半導体基板を仕上げ洗浄する仕上げ洗浄工程を具備する請求項2に記載の半導体基板の製造方法。 - 前記被研磨層はタングステン膜である請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記被研磨層は層間絶縁膜である請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記層間絶縁膜を化学的機械研磨により荒研磨する工程と、前記層間絶縁膜を化学的機械研磨により仕上げ研磨する工程と、を具備し、
前記仕上げ研磨する工程において、前記第1の研磨工程、前記待機工程、及び前記第2の研磨工程を具備する請求項5に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記被研磨層は、窒化シリコン膜及び酸化シリコン膜をこの順に積層した積層膜である請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の研磨工程は、前記酸化シリコン膜を除去する工程であり、前記第2の研磨工程は、前記窒化シリコン膜を所定の厚さまで研磨する工程である請求項7に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記待機工程において、前記研磨パッドの表面を清掃するコンディショナーを前記研磨パッドに接触させる請求項5〜8のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
- 半導体基板の被研磨層を化学的機械研磨する研磨装置であって、
研磨パッドと、
前記研磨パッドと前記半導体基板を互いに押し付ける押付機構と、
前記研磨パッドに研磨スラリーを供給するスラリー供給部と、
前記研磨パッドに冷却液を供給する冷却液供給部と、
前記押付機構、前記スラリー供給部、及び前記冷却液供給部を制御する制御部と、
を具備し、
前記制御部は、
前記スラリー供給部に研磨スラリーを供給させ、かつ前記押付機構を制御して前記研磨パッドと前記半導体基板とを第1の押付圧で接触させることにより、前記被研磨層を化学的機械研磨し、
その後、前記押付機構を制御して、前記研磨パッドと前記半導体基板とを、前記第1の押付圧より低い第2の押付圧で接触させつつ、前記冷却液供給部に前記冷却液を供給させることにより、前記半導体基板を冷却し、
その後、前記スラリー供給部に研磨スラリーを供給させ、かつ前記押付機構を制御して前記研磨パッドと前記半導体基板とを前記第1の押付圧で接触させることにより、前記被研磨層を再び化学的機械研磨する、研磨装置。 - 被研磨層を有する半導体基板を化学的機械研磨する研磨装置であって、
研磨パッドと、
前記研磨パッドと前記半導体基板を互いに押し付ける押付機構と、
前記研磨パッドに研磨スラリーを供給するスラリー供給部と、
前記研磨パッドに洗浄液を供給する洗浄液供給部と、
前記押付機構、前記スラリー供給部、及び前記洗浄液供給部を制御する制御部と、
を具備し、
前記制御部は、
前記スラリー供給部に研磨スラリーを供給させ、かつ前記押付機構を制御して前記研磨パッドと前記半導体基板とを第1の押付圧で接触させることにより、前記被研磨層を化学的機械研磨し、
その後、前記押付機構を制御して、前記研磨パッドと前記半導体基板とを、前記第1の押付圧より低い第2の押付圧で接触させつつ、前記洗浄液供給部に前記洗浄液を供給させることにより、前記研磨パッド及び前記半導体基板を洗浄し、
その後、前記スラリー供給部に研磨スラリーを供給させ、かつ前記押付機構を制御して前記研磨パッドと前記半導体基板とを前記第1の押付圧で接触させることにより、前記被研磨層を再び化学的機械研磨する、研磨装置。
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JP2005052621A JP2006237445A (ja) | 2005-02-28 | 2005-02-28 | 半導体装置の製造方法及び研磨装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014179632A (ja) * | 2007-08-29 | 2014-09-25 | Applied Materials Inc | 高スループット低形状銅cmp処理 |
JP2019160996A (ja) * | 2018-03-13 | 2019-09-19 | 東芝メモリ株式会社 | 研磨パッド、半導体製造装置、および半導体装置の製造方法 |
JP2022545628A (ja) * | 2019-08-13 | 2022-10-28 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | ディッシングおよび腐食を最小限に抑えるとともにパッドアスペリティを改善する低温金属cmp |
-
2005
- 2005-02-28 JP JP2005052621A patent/JP2006237445A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014179632A (ja) * | 2007-08-29 | 2014-09-25 | Applied Materials Inc | 高スループット低形状銅cmp処理 |
JP2019160996A (ja) * | 2018-03-13 | 2019-09-19 | 東芝メモリ株式会社 | 研磨パッド、半導体製造装置、および半導体装置の製造方法 |
US11883926B2 (en) | 2018-03-13 | 2024-01-30 | Kioxia Corporation | Polishing pad, semiconductor fabricating device and fabricating method of semiconductor device |
JP2022545628A (ja) * | 2019-08-13 | 2022-10-28 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | ディッシングおよび腐食を最小限に抑えるとともにパッドアスペリティを改善する低温金属cmp |
US11897079B2 (en) | 2019-08-13 | 2024-02-13 | Applied Materials, Inc. | Low-temperature metal CMP for minimizing dishing and corrosion, and improving pad asperity |
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