JP2789153B2 - マイクロスクラッチのない平滑面を形成するための半導体ウェハの化学機械的平坦化方法 - Google Patents
マイクロスクラッチのない平滑面を形成するための半導体ウェハの化学機械的平坦化方法Info
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- H—ELECTRICITY
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体ウェハの化学機械
的平坦化（ＣＭＰ）に関するものである。
的平坦化（ＣＭＰ）に関するものである。
【０００２】
【発明の背景】集積回路（ＩＣｓ）の製造過程では、薄
く平坦なウェハなどの一方の面を研磨する必要性が出て
くることがあり、通常、半導体ウェハはその表面を平坦
化するため研磨して、表面の凹凸を取除いたり、結晶格
子損傷や、スクラッチ、粗さ、または塵埃などウェハ内
に埋もれているパーティクルの表面欠陥を取除く。この
研磨工程は、しばしば、機械的平坦化、または化学機械
的平坦化（ＣＭＰ）と呼ばれ、半導体デバイスの品質や
信頼性を向上させるために利用され、通常、ウェハ上で
のデバイスや集積回路の形成中に実施される。
く平坦なウェハなどの一方の面を研磨する必要性が出て
くることがあり、通常、半導体ウェハはその表面を平坦
化するため研磨して、表面の凹凸を取除いたり、結晶格
子損傷や、スクラッチ、粗さ、または塵埃などウェハ内
に埋もれているパーティクルの表面欠陥を取除く。この
研磨工程は、しばしば、機械的平坦化、または化学機械
的平坦化（ＣＭＰ）と呼ばれ、半導体デバイスの品質や
信頼性を向上させるために利用され、通常、ウェハ上で
のデバイスや集積回路の形成中に実施される。
【０００３】一般に、この化学機械的平坦化（ＣＭＰ）
工程では、減圧方向に制御された圧力下で回転する湿式
研磨面に対峙するようにウェハを保持し、研磨材として
はアルミナやシリカ溶液などの研磨用スラリーが使用さ
れる。また、制御圧力下で回転する研磨プラテンに対峙
してウェハを保持するためには回転式の研磨ヘッドやウ
ェハ・キャリアを通常使用する。また、研磨プラテンの
代表例は、ブロー成形したポリウレタンなど、比較的柔
らかい湿性材料で覆われている。 このような、薄く平
坦なウェハを研磨する装置は当該分野では周知の技術で
あり、例えば、グリル・ジュニヤ(Gill,Jr. ）の米国特
許第 4,193,226号および同第4,811,522号、およびウォ
ルシュ(Walsh) の米国特許第 3,841,031がこのような装
置を開示している。
工程では、減圧方向に制御された圧力下で回転する湿式
研磨面に対峙するようにウェハを保持し、研磨材として
はアルミナやシリカ溶液などの研磨用スラリーが使用さ
れる。また、制御圧力下で回転する研磨プラテンに対峙
してウェハを保持するためには回転式の研磨ヘッドやウ
ェハ・キャリアを通常使用する。また、研磨プラテンの
代表例は、ブロー成形したポリウレタンなど、比較的柔
らかい湿性材料で覆われている。 このような、薄く平
坦なウェハを研磨する装置は当該分野では周知の技術で
あり、例えば、グリル・ジュニヤ(Gill,Jr. ）の米国特
許第 4,193,226号および同第4,811,522号、およびウォ
ルシュ(Walsh) の米国特許第 3,841,031がこのような装
置を開示している。
【０００４】図５〜６は半導体ウェハの化学機械的平坦
化（ＣＭＰ）プロセスの効果を示すものである。図５に
見られるように、半導体ウェハ（１０）には基板（１
２）があり、その上に複数のＩＣデバイス（１４）が形
成されている。このウェハ基板（１２）は代表的なもの
では、単結晶シリコン材で構成され、この基板上に領域
部と積層部をパターン付けしてＩＣデバイス（１４）を
形成する。化学機械的平坦化（ＣＭＰ）プロセスは、例
えば、酸化膜（１６）などの積層部の一部を取除き、平
坦化するために使用されることもある。
化（ＣＭＰ）プロセスの効果を示すものである。図５に
見られるように、半導体ウェハ（１０）には基板（１
２）があり、その上に複数のＩＣデバイス（１４）が形
成されている。このウェハ基板（１２）は代表的なもの
では、単結晶シリコン材で構成され、この基板上に領域
部と積層部をパターン付けしてＩＣデバイス（１４）を
形成する。化学機械的平坦化（ＣＭＰ）プロセスは、例
えば、酸化膜（１６）などの積層部の一部を取除き、平
坦化するために使用されることもある。
【０００５】１例として、図６に示すように、それぞれ
のＩＣデバイス（１４）の間に絶縁領域を形成するため
に、平坦な終点部（ＩＣデバイスの位置）まで酸化膜
（１６）を取除く必要があるが、これも化学機械的平坦
化（ＣＭＰ）プロセスによって行われる。あるいは、基
板上に形成したパターンや構造物を基板の末端の面、す
なわち基板の表面まで除去する必要もある。その他、ウ
ェハの研磨、荒研ぎ、薄膜化などの半導体製造プロセス
でもこの化学機械的平坦化（ＣＭＰ）工程が採用されて
いる。
のＩＣデバイス（１４）の間に絶縁領域を形成するため
に、平坦な終点部（ＩＣデバイスの位置）まで酸化膜
（１６）を取除く必要があるが、これも化学機械的平坦
化（ＣＭＰ）プロセスによって行われる。あるいは、基
板上に形成したパターンや構造物を基板の末端の面、す
なわち基板の表面まで除去する必要もある。その他、ウ
ェハの研磨、荒研ぎ、薄膜化などの半導体製造プロセス
でもこの化学機械的平坦化（ＣＭＰ）工程が採用されて
いる。
【０００６】化学機械的平坦化（ＣＭＰ）プロセスにお
ける固有の問題として、当該技術分野で「ローディング
効果」と呼ばれるものがある。このローディング効果の
概要について図７（Ａ）および図７（Ｂ）に示す。例え
ば、化学機械的平坦化（ＣＭＰ）を利用して、基板（１
２）表面まで、あるいは基板表面に形成された異なるフ
ィルム層の表面まで、繰返し構造を取り除く必要もあ
る。
ける固有の問題として、当該技術分野で「ローディング
効果」と呼ばれるものがある。このローディング効果の
概要について図７（Ａ）および図７（Ｂ）に示す。例え
ば、化学機械的平坦化（ＣＭＰ）を利用して、基板（１
２）表面まで、あるいは基板表面に形成された異なるフ
ィルム層の表面まで、繰返し構造を取り除く必要もあ
る。
【０００７】化学機械的平坦化（ＣＭＰ）プロセスの
間、ウェハは化学機械的平坦化装置の研磨プラテン上の
研磨パッド（１８）に押付けられる。この時、通常、研
磨パッド（１８）はブロー成形したポリウレタンなどの
柔らかい物質でできているために変形して、図７（Ａ）
に示すように、取除こうとする基板上の構造物（２０）
の間に入り込むことがある。このように、基板（１２）
の表面に研磨パッド（１８）が接触することがあり、平
坦化プロセスで構造物が取除かれると同時に、基板（１
２）の表面も変形した研磨パッド（１８）によって取除
かれる。このため、図７（Ｂ）に示すように、基板（１
２）表面が不規則な形状あるいは波形（２１）に変形す
ることがある。一般的に、この現象はミクロ単位で起こ
り、特に高密度アプリケーションの場合、ウェハ（１
０）上に形成されるＩＣ回路に悪影響を及ぼす。
間、ウェハは化学機械的平坦化装置の研磨プラテン上の
研磨パッド（１８）に押付けられる。この時、通常、研
磨パッド（１８）はブロー成形したポリウレタンなどの
柔らかい物質でできているために変形して、図７（Ａ）
に示すように、取除こうとする基板上の構造物（２０）
の間に入り込むことがある。このように、基板（１２）
の表面に研磨パッド（１８）が接触することがあり、平
坦化プロセスで構造物が取除かれると同時に、基板（１
２）の表面も変形した研磨パッド（１８）によって取除
かれる。このため、図７（Ｂ）に示すように、基板（１
２）表面が不規則な形状あるいは波形（２１）に変形す
ることがある。一般的に、この現象はミクロ単位で起こ
り、特に高密度アプリケーションの場合、ウェハ（１
０）上に形成されるＩＣ回路に悪影響を及ぼす。
【０００８】ローディング効果のもう一つの例を、図８
（Ａ）と図８（Ｂ）に示す。ウェハ（１０）には基板
（１２）上に複数のトランジスタ（２２）が形成されて
いる。トランジスタ（２２）の上にホウ・リン・ケイ酸
塩ガラス（Boro-Phospho-Silicate Glass)（ＢＰＳＧ）
（２３）のような誘電材料の保護層あるいは絶縁層を堆
積することがあるが、この場合、ＢＰＳＧ層（２３）が
初期の形状に整合して堆積することによって、トランジ
スタ（２２）のすぐ上のピークとトランジスタの間の谷
間とを持つ不均一な表面を作ることがある。ここでも同
様に、このＢＰＳＧ層（２３）の不均一な表面に沿って
研磨パッドが変形し、その結果、図８（Ｂ）に示すよう
にミクロ単位の不均一な波型あるいは不規則な形状とな
ることがある。
（Ａ）と図８（Ｂ）に示す。ウェハ（１０）には基板
（１２）上に複数のトランジスタ（２２）が形成されて
いる。トランジスタ（２２）の上にホウ・リン・ケイ酸
塩ガラス（Boro-Phospho-Silicate Glass)（ＢＰＳＧ）
（２３）のような誘電材料の保護層あるいは絶縁層を堆
積することがあるが、この場合、ＢＰＳＧ層（２３）が
初期の形状に整合して堆積することによって、トランジ
スタ（２２）のすぐ上のピークとトランジスタの間の谷
間とを持つ不均一な表面を作ることがある。ここでも同
様に、このＢＰＳＧ層（２３）の不均一な表面に沿って
研磨パッドが変形し、その結果、図８（Ｂ）に示すよう
にミクロ単位の不均一な波型あるいは不規則な形状とな
ることがある。
【０００９】ローディング効果は、化学機械的平坦化
（ＣＭＰ）の工程中にウェハの表面に存在するパターン
の側面やベース面を取除いてしまうこともある。また、
ウェハ表面の一部や全域に亘って起こることがある。さ
らに、この問題は回転しているウェハの円周に近い部分
と内側部分との速度差によって増幅することもある。例
えば、半導体ウェハの円周に近い部分は内側より回転速
度が速いので、内側よりも円周に近い部分で材料の研磨
率が相対的に大きくなることがある。前述の点に鑑み
て、半導体の製造においては化学機械的平坦化（ＣＭ
Ｐ）工程でローディング効果を克服する必要がある。従
って、本発明の目的はローディング効果を除去し、ウェ
ハからミクロ単位のスクラッチを取除くことのできるＣ
ＭＰプロセスを提供することにある。
（ＣＭＰ）の工程中にウェハの表面に存在するパターン
の側面やベース面を取除いてしまうこともある。また、
ウェハ表面の一部や全域に亘って起こることがある。さ
らに、この問題は回転しているウェハの円周に近い部分
と内側部分との速度差によって増幅することもある。例
えば、半導体ウェハの円周に近い部分は内側より回転速
度が速いので、内側よりも円周に近い部分で材料の研磨
率が相対的に大きくなることがある。前述の点に鑑み
て、半導体の製造においては化学機械的平坦化（ＣＭ
Ｐ）工程でローディング効果を克服する必要がある。従
って、本発明の目的はローディング効果を除去し、ウェ
ハからミクロ単位のスクラッチを取除くことのできるＣ
ＭＰプロセスを提供することにある。
【００１０】
【発明の構成】本発明に従えば、ローディング効果を除
去し、マイクロスクラッチの無い研磨面を得るのに適し
た新しい半導体ウェハの化学機械的平坦化（ＣＭＰ）方
法が提供される。本発明の方法は簡単に述べれば、第１
段階で、比較的硬く、圧縮率の低い研磨パッドを使用し
てウェハを平坦化し、第２段階で圧縮率が高く、硬度の
低いパッドを使用してマイクロスクラッチを取除くとい
う平坦化（ＣＭＰ）プロセスに関するものである。通
常、最初の段階に使われる硬質で圧縮率の低いパッドは
ウェハ構造に沿って変形せず、平坦な研磨面を作る。つ
まり、ウェハの表面形状は平坦面と接触し研磨される
が、硬質のパッドはウェハ表面にマイクロスクラッチな
どの表面欠損を形成する。そして、後続のプロセスで、
このマイクロスクラッチに、内部接続を作るような金属
が入り込み、完成した回路内に短絡部分を作ることがあ
る。従って、このプロセスの第２段階で、圧縮率が高
く、硬度の低いパッドでウェハを研磨し、平坦化された
ウェハ表面からマイクロスクラッチを取り除くようにす
る。
去し、マイクロスクラッチの無い研磨面を得るのに適し
た新しい半導体ウェハの化学機械的平坦化（ＣＭＰ）方
法が提供される。本発明の方法は簡単に述べれば、第１
段階で、比較的硬く、圧縮率の低い研磨パッドを使用し
てウェハを平坦化し、第２段階で圧縮率が高く、硬度の
低いパッドを使用してマイクロスクラッチを取除くとい
う平坦化（ＣＭＰ）プロセスに関するものである。通
常、最初の段階に使われる硬質で圧縮率の低いパッドは
ウェハ構造に沿って変形せず、平坦な研磨面を作る。つ
まり、ウェハの表面形状は平坦面と接触し研磨される
が、硬質のパッドはウェハ表面にマイクロスクラッチな
どの表面欠損を形成する。そして、後続のプロセスで、
このマイクロスクラッチに、内部接続を作るような金属
が入り込み、完成した回路内に短絡部分を作ることがあ
る。従って、このプロセスの第２段階で、圧縮率が高
く、硬度の低いパッドでウェハを研磨し、平坦化された
ウェハ表面からマイクロスクラッチを取り除くようにす
る。
【００１１】言い換えれば、本発明の化学機械的平坦化
（ＣＭＰ）工程は、研磨プラテンに対して、ウェハを回
転させる工程；研磨プラテンに装着した硬くて圧縮率の
低いパッドの表面に半導体ウェハを接触させてウェハ表
面を平坦化する工程；および次に、研磨プラテンに装着
した圧縮率が高く硬度が低いパッドでウェハを研磨し、
前記２の工程中にできたマイクロスクラッチを取り除く
工程を含むものである。
（ＣＭＰ）工程は、研磨プラテンに対して、ウェハを回
転させる工程；研磨プラテンに装着した硬くて圧縮率の
低いパッドの表面に半導体ウェハを接触させてウェハ表
面を平坦化する工程；および次に、研磨プラテンに装着
した圧縮率が高く硬度が低いパッドでウェハを研磨し、
前記２の工程中にできたマイクロスクラッチを取り除く
工程を含むものである。
【００１２】すなわち、本発明は １）基板とその上に形成された誘電体層とを含む半導体
ウェハを用意する工程； ショアＤ硬度が約４２．５〜５
７．５である平坦な接触面を有する第１の研磨パッドを
用意する工程；圧縮性材料を含む第２の研磨パッドを用意する工程； 第１の研磨パッドに対して ウェハを回転させる工程；第１の研磨パッドの平坦な接触面と接触させることによ
り、基板と接触することなく前記誘電体層における最も
高い部分を除去して誘電体層を 平坦化する工程； 平坦
化工程の後、ウェハを第２の研磨パッドに対して回転さ
せる工程；及び 第２の研磨パッドと接触させることによ
り誘電体層を研磨し、前記平坦化工程において形成され
たマイクロスクラッチを取り除く工程； を有することを特徴とする化学機械的平坦化方法。 ２）誘電体層が、平坦化工程において接触・除去される
ピークを含むものである前記１に記載の平坦化方法。 ３）第２の研磨パッドがブロー成形した微孔性のポリウ
レタンを含むものである前記２に記載の平坦化方法。 ４）第２の研磨パッドが圧縮性の基板上に垂直方向に配
向した多孔性構造を持つ材料を含むものである前記１に
記載の平坦化方法。 ５）第２の研磨パッドが圧縮性の基板上に極微孔性の材
料を含むものである前記１に記載の平坦化方法。
ウェハを用意する工程； ショアＤ硬度が約４２．５〜５
７．５である平坦な接触面を有する第１の研磨パッドを
用意する工程；圧縮性材料を含む第２の研磨パッドを用意する工程； 第１の研磨パッドに対して ウェハを回転させる工程；第１の研磨パッドの平坦な接触面と接触させることによ
り、基板と接触することなく前記誘電体層における最も
高い部分を除去して誘電体層を 平坦化する工程； 平坦
化工程の後、ウェハを第２の研磨パッドに対して回転さ
せる工程；及び 第２の研磨パッドと接触させることによ
り誘電体層を研磨し、前記平坦化工程において形成され
たマイクロスクラッチを取り除く工程； を有することを特徴とする化学機械的平坦化方法。 ２）誘電体層が、平坦化工程において接触・除去される
ピークを含むものである前記１に記載の平坦化方法。 ３）第２の研磨パッドがブロー成形した微孔性のポリウ
レタンを含むものである前記２に記載の平坦化方法。 ４）第２の研磨パッドが圧縮性の基板上に垂直方向に配
向した多孔性構造を持つ材料を含むものである前記１に
記載の平坦化方法。 ５）第２の研磨パッドが圧縮性の基板上に極微孔性の材
料を含むものである前記１に記載の平坦化方法。
【００１３】６）基板とその上に形成された誘電体層と
を含む半導体ウェハを用意する工程； ショアＤ硬度が約４２．５〜５７．５である平坦な接触
面を有する第１の研磨パッドを用意する工程； 圧縮性材料を含む第２の研磨パッドを用意する工程； 第１の研磨パッド に対してウェハを回転させる工程；第１の研磨パッドの平坦な接触面と接触させることによ
り、基板と接触することなく、かつローディング効果を
起こさずに、前記誘電体層における最も高い部分を除去
して誘電体層を 平坦化する工程；平坦化工程の後、ウェハを第２の研磨パッドに対して回
転させる工程；及び 第２の 研磨パッドと接触させること
により誘電体層を研磨し、前記平坦化工程において形成
されたマイクロスクラッチを取り除く工程を有すること
を特徴とする化学機械的平坦化方法。 ７）誘電体層が、平坦化工程において接触・除去される
ピークを含むものである前記６に記載の平坦化方法。 ８）第２の研磨パッドが、ブロー成形した微孔性のポリ
ウレタンを含むものである前記７に記載の平坦化方法。 ９）第２の研磨パッドが、圧縮性の基板上に極微孔性の
材料を含むものである前記６に記載の平坦化方法。 １０）第２の研磨パッドが、垂直に位置決めされた多孔
性構造を持つ材料を含むものである前記９に記載の平坦
化方法。 本発明のその他の目的、利点、可能性については、以下
の好ましい具体例の説明で更に明らかにする。
を含む半導体ウェハを用意する工程； ショアＤ硬度が約４２．５〜５７．５である平坦な接触
面を有する第１の研磨パッドを用意する工程； 圧縮性材料を含む第２の研磨パッドを用意する工程； 第１の研磨パッド に対してウェハを回転させる工程；第１の研磨パッドの平坦な接触面と接触させることによ
り、基板と接触することなく、かつローディング効果を
起こさずに、前記誘電体層における最も高い部分を除去
して誘電体層を 平坦化する工程；平坦化工程の後、ウェハを第２の研磨パッドに対して回
転させる工程；及び 第２の 研磨パッドと接触させること
により誘電体層を研磨し、前記平坦化工程において形成
されたマイクロスクラッチを取り除く工程を有すること
を特徴とする化学機械的平坦化方法。 ７）誘電体層が、平坦化工程において接触・除去される
ピークを含むものである前記６に記載の平坦化方法。 ８）第２の研磨パッドが、ブロー成形した微孔性のポリ
ウレタンを含むものである前記７に記載の平坦化方法。 ９）第２の研磨パッドが、圧縮性の基板上に極微孔性の
材料を含むものである前記６に記載の平坦化方法。 １０）第２の研磨パッドが、垂直に位置決めされた多孔
性構造を持つ材料を含むものである前記９に記載の平坦
化方法。 本発明のその他の目的、利点、可能性については、以下
の好ましい具体例の説明で更に明らかにする。
【００１４】
【好ましい具体例の説明】図１を参照すると、化学機械
的平坦化（ＣＭＰ）に適した装置が（２４）として示さ
れている。この化学機械的平坦化（ＣＭＰ）装置（２
４）には半導体ウェハ（１０）を保持するウェハ・キャ
リア（２６）がある。このウェハ・キャリア（２６）は
ドライブ・モーター（２８）によってウェハを連続回転
するように搭載されている。また、ウェハ・キャリア
（２６）はその動きを両向き矢印３０で示すように、研
磨する面に沿って横方向に動くように搭載されている。
このウェハ・キャリア（２６）は、ウェハの裏面と接触
するため柔らかい材料で構成されたキャリア・パッド
（３２）を備えている。更に、ウェハ・キャリア（２
６）は化学機械的平坦化（ＣＭＰ）工程の間ウェハ・キ
ャリア（２６）にウェハ（１０）を保持するための真空
保持手段（図示せず）を備えている。また、ウェハ・キ
ャリア（２６）にはウェハ上に押し付ける圧力あるいは
力（Ｆ）が及ぶようにされている。
的平坦化（ＣＭＰ）に適した装置が（２４）として示さ
れている。この化学機械的平坦化（ＣＭＰ）装置（２
４）には半導体ウェハ（１０）を保持するウェハ・キャ
リア（２６）がある。このウェハ・キャリア（２６）は
ドライブ・モーター（２８）によってウェハを連続回転
するように搭載されている。また、ウェハ・キャリア
（２６）はその動きを両向き矢印３０で示すように、研
磨する面に沿って横方向に動くように搭載されている。
このウェハ・キャリア（２６）は、ウェハの裏面と接触
するため柔らかい材料で構成されたキャリア・パッド
（３２）を備えている。更に、ウェハ・キャリア（２
６）は化学機械的平坦化（ＣＭＰ）工程の間ウェハ・キ
ャリア（２６）にウェハ（１０）を保持するための真空
保持手段（図示せず）を備えている。また、ウェハ・キ
ャリア（２６）にはウェハ上に押し付ける圧力あるいは
力（Ｆ）が及ぶようにされている。
【００１５】ＣＭＰ装置（２４）には、ドライブ・モー
ター（３６）によって回転する研磨プラテン（３４）が
搭載されている。この研磨プラテンはウェハ（１０）に
比べて比較的大きく、ＣＭＰ工程の間ウェハ（１０）は
この研磨プラテン上を移動して平坦化される。研磨プラ
テン（３４）は金属などの硬く圧縮しない材料で構成さ
れている。表面にアルミナやシリカなどの研磨材を含む
研磨用スラリーが導管（３８）を通して研磨プラテン
（３４）の表面に供給されるようになっている。
ター（３６）によって回転する研磨プラテン（３４）が
搭載されている。この研磨プラテンはウェハ（１０）に
比べて比較的大きく、ＣＭＰ工程の間ウェハ（１０）は
この研磨プラテン上を移動して平坦化される。研磨プラ
テン（３４）は金属などの硬く圧縮しない材料で構成さ
れている。表面にアルミナやシリカなどの研磨材を含む
研磨用スラリーが導管（３８）を通して研磨プラテン
（３４）の表面に供給されるようになっている。
【００１６】研磨パッド（４０）は研磨プラテン（３
４）に装着されている。本発明に従って、本発明中のＣ
ＭＰプロセスの平坦化工程中は、硬く圧縮性の低い、具
体的にはショアＤ硬度が約４２．５〜５７．５である平
坦な接触面を有する材料からなる研磨パッドが使用され
る。これに続く本発明のＣＭＰプロセスの第２段階で
は、この研磨パッド（４０）としては柔らかい、圧縮性
の材料を使い、平坦化工程で形成されたマイクロスクラ
ッチを取除く。平坦化の段階では、研磨バッド（４０）
は比較的硬く圧縮性の低い材料で構成され、ウェハ（１
０）を平坦化する凹凸のない平坦な接触面を作る（図２
（Ａ），４６）。このようなパッドの材料は、ロデル
（Ｒｏｄｅｌ）社の「ＩＣ６０パッド」と称するショア
Ｄ硬度５０±１５％（すなわち、約４２．５〜５７．
５）の微小孔性のブロー成形ポリウレタンで構成するこ
とができる。これは、代表的なものがオープンポア構造
のポリエステル・ウレタン含浸フェルトをベースとする
材料からなる先行技術のものとは著しく異なる。これら
の先行技術のパッドは通常ショアＡ硬度が５７±５％の
ものである。
４）に装着されている。本発明に従って、本発明中のＣ
ＭＰプロセスの平坦化工程中は、硬く圧縮性の低い、具
体的にはショアＤ硬度が約４２．５〜５７．５である平
坦な接触面を有する材料からなる研磨パッドが使用され
る。これに続く本発明のＣＭＰプロセスの第２段階で
は、この研磨パッド（４０）としては柔らかい、圧縮性
の材料を使い、平坦化工程で形成されたマイクロスクラ
ッチを取除く。平坦化の段階では、研磨バッド（４０）
は比較的硬く圧縮性の低い材料で構成され、ウェハ（１
０）を平坦化する凹凸のない平坦な接触面を作る（図２
（Ａ），４６）。このようなパッドの材料は、ロデル
（Ｒｏｄｅｌ）社の「ＩＣ６０パッド」と称するショア
Ｄ硬度５０±１５％（すなわち、約４２．５〜５７．
５）の微小孔性のブロー成形ポリウレタンで構成するこ
とができる。これは、代表的なものがオープンポア構造
のポリエステル・ウレタン含浸フェルトをベースとする
材料からなる先行技術のものとは著しく異なる。これら
の先行技術のパッドは通常ショアＡ硬度が５７±５％の
ものである。
【００１７】一般に、硬質で圧縮性の低い、具体的には
ショアＤ硬度が約４２．５〜５７．５である平坦な接触
面を有する材料からなる研磨パッド（４０）は、図７
（Ａ）の柔らかい圧縮性の研磨パッド（１８）と異な
り、負荷を与えても変形することがない。従って、図２
（Ａ）に示すように、この硬質の研磨パッド（４０）
は、平坦化もしくは研磨されるウェハ（１０）上の構造
に対して、平坦な接触面を維持する。ウェハ表面の最も
高い部分はこのようにして、前記硬質で圧縮性の低い研
磨パッド（４０）によって、次々と取除かれる。ウェハ
（１０）上の構造物（４４）を平坦化した後は、図２
（Ｂ）に示すように、ウェハ（１０）の最頂面（４８）
は平坦な状態となる。これは、従来技術で慣用されてい
る柔らかな研磨パッド（１８）で生ずる図８（Ａ）に示
す波型状のウェハ表面とは全く異なるものである。
ショアＤ硬度が約４２．５〜５７．５である平坦な接触
面を有する材料からなる研磨パッド（４０）は、図７
（Ａ）の柔らかい圧縮性の研磨パッド（１８）と異な
り、負荷を与えても変形することがない。従って、図２
（Ａ）に示すように、この硬質の研磨パッド（４０）
は、平坦化もしくは研磨されるウェハ（１０）上の構造
に対して、平坦な接触面を維持する。ウェハ表面の最も
高い部分はこのようにして、前記硬質で圧縮性の低い研
磨パッド（４０）によって、次々と取除かれる。ウェハ
（１０）上の構造物（４４）を平坦化した後は、図２
（Ｂ）に示すように、ウェハ（１０）の最頂面（４８）
は平坦な状態となる。これは、従来技術で慣用されてい
る柔らかな研磨パッド（１８）で生ずる図８（Ａ）に示
す波型状のウェハ表面とは全く異なるものである。
【００１８】また、図３（Ａ）に示すように、硬質で圧
縮性の低い、具体的にはショアＤ硬度が約４２．５〜５
７．５である平坦な接触面を有する材料からなる研磨パ
ッド（４０）は、ＢＰＳＧのような絶縁層（４２）の最
も高い部分をも取り除くこともできる。研磨パッド（４
０）の平坦な接触面（４６）は図のように最も高い部分
に接触するが、この絶縁層（４２）の形状に整合堆積し
て生じた谷の部分に接触することはない。図３（Ｂ）に
示すように、単に絶縁層（４２）上に平坦な面を形成す
るだけでなく、ＢＰＳＧなどのより薄い絶縁層（４２）
を使うことも可能となる。これは、前記の硬質で圧縮性
の低い研磨パッド（４０）を使用することにより、絶縁
層（４２）の谷の部分に接触して、完全に削り取られた
り、打ち抜かれることがなくなるからである。
縮性の低い、具体的にはショアＤ硬度が約４２．５〜５
７．５である平坦な接触面を有する材料からなる研磨パ
ッド（４０）は、ＢＰＳＧのような絶縁層（４２）の最
も高い部分をも取り除くこともできる。研磨パッド（４
０）の平坦な接触面（４６）は図のように最も高い部分
に接触するが、この絶縁層（４２）の形状に整合堆積し
て生じた谷の部分に接触することはない。図３（Ｂ）に
示すように、単に絶縁層（４２）上に平坦な面を形成す
るだけでなく、ＢＰＳＧなどのより薄い絶縁層（４２）
を使うことも可能となる。これは、前記の硬質で圧縮性
の低い研磨パッド（４０）を使用することにより、絶縁
層（４２）の谷の部分に接触して、完全に削り取られた
り、打ち抜かれることがなくなるからである。
【００１９】ウェハ（１０）の平坦化に続いて、前記の
硬度が低く圧縮性の研磨パッド（４０）を使用して平坦
化時に硬いパッドで形成されたマイクロスクラッチを取
除く必要がある。この研磨工程はブロー成形したポリウ
レタンのような柔らかい圧縮性の材料で構成される研磨
パッドを使用して行われる。この研磨工程で使われる柔
らかい圧縮性の研磨パッド（４０）はウェハ表面がこの
前段階の平坦化工程によって平坦になっているため、ロ
ーディング効果をもたらすことはない。一例として、こ
の柔らかいパッドは圧縮性基板上に成長した極微孔性の
材料で構成される。その様な材料は厚さ約７（±４）ミ
ルで、孔の高さは約２０（±３）ミルである。このよう
なパッドはロデル社から「Ｐｏｌｙｔｅｘ Ｓｕｐｒｅ
ｍｅ」として入手できる。
硬度が低く圧縮性の研磨パッド（４０）を使用して平坦
化時に硬いパッドで形成されたマイクロスクラッチを取
除く必要がある。この研磨工程はブロー成形したポリウ
レタンのような柔らかい圧縮性の材料で構成される研磨
パッドを使用して行われる。この研磨工程で使われる柔
らかい圧縮性の研磨パッド（４０）はウェハ表面がこの
前段階の平坦化工程によって平坦になっているため、ロ
ーディング効果をもたらすことはない。一例として、こ
の柔らかいパッドは圧縮性基板上に成長した極微孔性の
材料で構成される。その様な材料は厚さ約７（±４）ミ
ルで、孔の高さは約２０（±３）ミルである。このよう
なパッドはロデル社から「Ｐｏｌｙｔｅｘ Ｓｕｐｒｅ
ｍｅ」として入手できる。
【００２０】図４は本発明の方法をローディング効果を
抑えたＣＭＰ方法として要約したものであり、研磨プラ
テンに対してウェハを回転させる、ステップ５０；研磨
プラテンに取付けた、前記の硬質で低圧縮性の研磨パッ
ドの平坦な表面をウェハ表面に接触させることにより、
ウェハを平坦化する、ステップ５２；およびウェハを圧
縮性の高い低硬度のパッドで研磨し、平坦化工程ででき
たマイクロスクラッチを取り除く、ステップ５４を含
む。
抑えたＣＭＰ方法として要約したものであり、研磨プラ
テンに対してウェハを回転させる、ステップ５０；研磨
プラテンに取付けた、前記の硬質で低圧縮性の研磨パッ
ドの平坦な表面をウェハ表面に接触させることにより、
ウェハを平坦化する、ステップ５２；およびウェハを圧
縮性の高い低硬度のパッドで研磨し、平坦化工程ででき
たマイクロスクラッチを取り除く、ステップ５４を含
む。
【００２１】ＣＭＰプロセスでのローディング効果を除
去する効果に加えて、本発明のプロセスでは、ウェハ表
面にＢＰＳＧ（ホウ・リン・ケイ酸塩ガラス）のような
薄い保護膜を使用できるようになり、半導体の製造工程
が改善される。これは、ＣＭＰプロセス中にこの保護膜
が完全に除去されたり、打ち抜かれたりすることがない
からである。
去する効果に加えて、本発明のプロセスでは、ウェハ表
面にＢＰＳＧ（ホウ・リン・ケイ酸塩ガラス）のような
薄い保護膜を使用できるようになり、半導体の製造工程
が改善される。これは、ＣＭＰプロセス中にこの保護膜
が完全に除去されたり、打ち抜かれたりすることがない
からである。
【００２２】更に、化学機械的平坦化（ＣＭＰ）プロセ
スでは一層正確な制御を行い、平坦な表面を得ることが
できるので、平坦化工程用のプロセス・ウィンドウを改
善することができる。また、化学機械的平坦化（ＣＭ
Ｐ）では低コストで、改善された結果（例えば、マイク
ロスクラッチの無い平坦な表面）を得ることができる。
加えて、平坦化された酸化物コーティングを使用して、
その後のフォトリソグラフィーの工程を改良することが
できる。例えば、表面が平坦でないために起こる反射ノ
ッチを少なくすることができる。さらに、フォトリソグ
ラフィープロセスで線幅の制御がし易くなる。最後に、
本発明のＣＭＰによりウェハ上の金属欠陥数が削減され
るので、半導体の歩留まりが向上する。
スでは一層正確な制御を行い、平坦な表面を得ることが
できるので、平坦化工程用のプロセス・ウィンドウを改
善することができる。また、化学機械的平坦化（ＣＭ
Ｐ）では低コストで、改善された結果（例えば、マイク
ロスクラッチの無い平坦な表面）を得ることができる。
加えて、平坦化された酸化物コーティングを使用して、
その後のフォトリソグラフィーの工程を改良することが
できる。例えば、表面が平坦でないために起こる反射ノ
ッチを少なくすることができる。さらに、フォトリソグ
ラフィープロセスで線幅の制御がし易くなる。最後に、
本発明のＣＭＰによりウェハ上の金属欠陥数が削減され
るので、半導体の歩留まりが向上する。
【００２３】このように、本発明は半導体製造工程にお
ける化学機械的平坦化（ＣＭＰ）プロセスを改善する、
簡単ではあるが自明でない方法を提供したものである。
本発明の方法を、当該技術に熟練する者にとって明らか
となるように好ましい具体例に言及して説明したが、特
許請求の範囲で規定した発明の範囲から逸脱することな
く、変更や改良を加えることもできる。
ける化学機械的平坦化（ＣＭＰ）プロセスを改善する、
簡単ではあるが自明でない方法を提供したものである。
本発明の方法を、当該技術に熟練する者にとって明らか
となるように好ましい具体例に言及して説明したが、特
許請求の範囲で規定した発明の範囲から逸脱することな
く、変更や改良を加えることもできる。
【図１】本発明の方法で使用するのに適した化学機械的
平坦化（ＣＭＰ）装置の断面図である。
平坦化（ＣＭＰ）装置の断面図である。
【図２】本発明の方法の平坦化工程で、硬くて圧縮率の
低いパッド材で研磨される平坦面の１例を示す図１の６
−６部分の拡大断面図（Ａ）およびその結果得られる平
坦面の部分拡大断面図（Ｂ）である。
低いパッド材で研磨される平坦面の１例を示す図１の６
−６部分の拡大断面図（Ａ）およびその結果得られる平
坦面の部分拡大断面図（Ｂ）である。
【図３】本発明の方法に従って形成される平坦面の他の
例を示す半導体ウェハの部分拡大断面図（Ａ）およびそ
の結果得られる平坦面の部分拡大断面図（Ｂ）である。
例を示す半導体ウェハの部分拡大断面図（Ａ）およびそ
の結果得られる平坦面の部分拡大断面図（Ｂ）である。
【図４】本発明方法の工程を説明するブロック図であ
る。
る。
【図５】化学機械的平坦化（ＣＭＰ）工程前の、従来技
術におけるウェハの拡大図である。
術におけるウェハの拡大図である。
【図６】化学機械的平坦化（ＣＭＰ）工程後の、従来技
術におけるウェハの拡大図である。
術におけるウェハの拡大図である。
【図７】化学機械的平坦化（ＣＭＰ）装置の研磨パッド
材が半導体ウェハ表面の構造に沿って変形した状態を示
す従来技術のウェハの拡大図（Ａ）およびそのウェハ表
面のローディング効果を示す拡大図（Ｂ）である。
材が半導体ウェハ表面の構造に沿って変形した状態を示
す従来技術のウェハの拡大図（Ａ）およびそのウェハ表
面のローディング効果を示す拡大図（Ｂ）である。
【図８】化学機械的平坦化（ＣＭＰ）装置の研磨パッド
材が半導体ウェハ表面の構造に沿って変形した状態を示
す従来技術の他のウェハの拡大図（Ａ）およびそのウェ
ハ表面のローディング効果を示す拡大図（Ｂ）である。
材が半導体ウェハ表面の構造に沿って変形した状態を示
す従来技術の他のウェハの拡大図（Ａ）およびそのウェ
ハ表面のローディング効果を示す拡大図（Ｂ）である。
１０ 半導ウェハ １２ 基板 １４ ＩＣデバイス １６ 酸化膜 １８ 圧縮性の研磨パッド ２０、４４ 構造物 ２１ 波形 ２２ トランジスタ ２３ ホウ・リン・ケイ酸塩ガラス（ＢＰＳＧ） ２４ 化学機械的平坦化（ＣＭＰ）装置 ２６ ウェハ・キャリア ２８、３６ ドライブ・モーター ３２ キャリア・パッド ３４ 研磨プラテン ３８ 導管 ４０ 圧縮率の低い研磨パッド ４２ 絶縁層 ４６ 平坦な接触面 ４８ ウェハの最頂面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マルコム・グリフ アメリカ合衆国 アイダホ83706，ボイ ジ，イースト・ウッド・エンド・コート 2451 (72)発明者 ローレンス・ディー・シュルツ アメリカ合衆国 アイダホ83704，ボイ ジ，キャリッジ・レーン7590 (56)参考文献 特開 昭53−64464（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−71661（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−58475（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−24054（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−58329（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−237864（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−193166（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−193167（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−135173（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−23965（ＪＰ，Ｕ) 砥粒加工研究会熊谷記念会編 「超精 密加工技術」 （昭59．８．30） 株式 会社工業調査会、Ｐ．180〜Ｐ．184 「２．２半導体材料の超精密加工」 応用機械工学編集部・編著 「加工技 術シリーズ超精密加工マニュアル」 （平１．９．１） 株式会社大河出版、 Ｐ．110〜Ｐ．114 「軟質工具を用いた ラッピング・ポリッシング」 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B24B 1/00 B24B 37/00 H01L 21/304 321
Claims (10)
- 【請求項１】 基板とその上に形成された誘電体層とを
含む半導体ウェハを用意する工程； ショアＤ硬度が約４２．５〜５７．５である平坦な接触
面を有する第１の研磨パッドを用意する工程； 圧縮性材料を含む第２の研磨パッドを用意する工程； 第１の研磨パッドに対して ウェハを回転させる工程；第１の研磨パッドの平坦な接触面と接触させることによ
り、基板と接触することなく前記誘電体層における最も
高い部分を除去して誘電体層を 平坦化する工程； 平坦
化工程の後、ウェハを第２の研磨パッドに対して回転さ
せる工程；及び 第２の研磨パッドと接触させることによ
り誘電体層を研磨し、前記平坦化工程において形成され
たマイクロスクラッチを取り除く工程； を有することを特徴とする化学機械的平坦化方法。 - 【請求項２】 誘電体層が、平坦化工程において接触・
除去されるピークを含むものである請求項１に記載の平
坦化方法。 - 【請求項３】 第２の研磨パッドがブロー成形した微孔
性のポリウレタンを含むものである請求項２に記載の平
坦化方法。 - 【請求項４】 第２の研磨パッドが圧縮性の基板上に垂
直方向に配向した多孔性構造を持つ材料を含むものであ
る請求項１に記載の平坦化方法。 - 【請求項５】 第２の研磨パッドが圧縮性の基板上に極
微孔性の材料を含むものである請求項１に記載の平坦化
方法。 - 【請求項６】 基板とその上に形成された誘電体層とを
含む半導体ウェハを用意する工程； ショアＤ硬度が約４２．５〜５７．５である平坦な接触
面を有する第１の研磨パッドを用意する工程； 圧縮性材料を含む第２の研磨パッドを用意する工程； 第１の研磨パッド に対してウェハを回転させる工程；第１の研磨パッドの平坦な接触面と接触させることによ
り、基板と接触することなく、かつ ローディング効果を
起こさずに、前記誘電体層における最も高い部 分を除去
して誘電体層を平坦化する工程；平坦化工程の後、ウェハを第２の研磨パッドに対して回
転させる工程；及び 第２の 研磨パッドと接触させること
により誘電体層を研磨し、前記平坦化工程において形成
されたマイクロスクラッチを取り除く工程を有すること
を特徴とする化学機械的平坦化方法。 - 【請求項７】 誘電体層が、平坦化工程において接触・
除去されるピークを含むものである請求項６に記載の平
坦化方法。 - 【請求項８】 第２の研磨パッドが、ブロー成形した微
孔性のポリウレタンを含むものである請求項７に記載の
平坦化方法。 - 【請求項９】 第２の研磨パッドが、圧縮性の基板上に
極微孔性の材料を含むものである請求項６に記載の平坦
化方法。 - 【請求項１０】 第２の研磨パッドが、垂直に位置決め
された多孔性構造を持つ材料を含むものである請求項９
に記載の平坦化方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US82639492A | 1992-01-27 | 1992-01-27 | |
| US07/826394 | 1992-01-27 | ||
| US7/826394 | 1992-01-27 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05277908A JPH05277908A (ja) | 1993-10-26 |
| JP2789153B2 true JP2789153B2 (ja) | 1998-08-20 |
Family
ID=25246422
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5028663A Expired - Lifetime JP2789153B2 (ja) | 1992-01-27 | 1993-01-25 | マイクロスクラッチのない平滑面を形成するための半導体ウェハの化学機械的平坦化方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2789153B2 (ja) |
| DE (1) | DE4302067C2 (ja) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5938504A (en) | 1993-11-16 | 1999-08-17 | Applied Materials, Inc. | Substrate polishing apparatus |
| US5643053A (en) * | 1993-12-27 | 1997-07-01 | Applied Materials, Inc. | Chemical mechanical polishing apparatus with improved polishing control |
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