JP3099002B1 - ２段階化学機械研磨方法 - Google Patents
２段階化学機械研磨方法Info
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- H01L21/321—After treatment
- H01L21/32115—Planarisation
- H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]
Abstract
【要約】
【目的】 フュームド研磨剤を使用する研磨段階とコロ
イダル研磨剤を使用する研磨段階でなる２段階研磨を行
い、工程時間を短縮するとともに研磨定盤・ポリシング
パッドの切り換えを不要にする。 【構成】 先ず、フュームド研磨剤で第１段階の研磨を
行い、被研磨物の大部分を除去する。フュームド研磨剤
の砥粒は大きいので、研磨速度が速く短時間で必要な研
磨を終了できて半導体構造の表面平坦化を実現する。次
に、コロイダル研磨剤で第２段階の研磨を行い、被研磨
物の残り部分を除去する。コロイダル研磨剤の砥粒は小
さくて均一であるので、第１段階の研磨によって生じた
損傷を除去でき、表面損傷の少ない半導体構造の平坦表
面の均一性を向上させることができる。
イダル研磨剤を使用する研磨段階でなる２段階研磨を行
い、工程時間を短縮するとともに研磨定盤・ポリシング
パッドの切り換えを不要にする。 【構成】 先ず、フュームド研磨剤で第１段階の研磨を
行い、被研磨物の大部分を除去する。フュームド研磨剤
の砥粒は大きいので、研磨速度が速く短時間で必要な研
磨を終了できて半導体構造の表面平坦化を実現する。次
に、コロイダル研磨剤で第２段階の研磨を行い、被研磨
物の残り部分を除去する。コロイダル研磨剤の砥粒は小
さくて均一であるので、第１段階の研磨によって生じた
損傷を除去でき、表面損傷の少ない半導体構造の平坦表
面の均一性を向上させることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイスの表面
平坦化方法、特に２段階の研磨ステップを有する２段階
化学機械研磨方法に関するものである。
平坦化方法、特に２段階の研磨ステップを有する２段階
化学機械研磨方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体製造技術において、表面平坦化は
高密度リソグラフィーの実現にかかわる重要な技術であ
る。何故ならば、高低落差のない平坦な表面であって初
めて露光時の散光を有効に防止して、露光平面を光学的
な焦点深度（depth of focus）内に納め、精密なパター
ン転写（pattern transfer）を達成することができるか
らである。多層配線膜の作製を容易にするとともに転写
される配線パターンを精密なものとするためには、ウェ
ハー（wafer）表面の高低起伏をいかに平坦化するかが
非常に重要な課題である。また、ウェハー平坦化はアラ
イメント系統のアライメント精度を決定する重要な要素
であって、ウェハー平坦化が良好でなければ、アライメ
ント系統によりマスク（mask）をウェハーに対して精確
にアライメントすることができないばかりか、製造プロ
セスにおいてエラーの発生する確率が高くなる。
高密度リソグラフィーの実現にかかわる重要な技術であ
る。何故ならば、高低落差のない平坦な表面であって初
めて露光時の散光を有効に防止して、露光平面を光学的
な焦点深度（depth of focus）内に納め、精密なパター
ン転写（pattern transfer）を達成することができるか
らである。多層配線膜の作製を容易にするとともに転写
される配線パターンを精密なものとするためには、ウェ
ハー（wafer）表面の高低起伏をいかに平坦化するかが
非常に重要な課題である。また、ウェハー平坦化はアラ
イメント系統のアライメント精度を決定する重要な要素
であって、ウェハー平坦化が良好でなければ、アライメ
ント系統によりマスク（mask）をウェハーに対して精確
にアライメントすることができないばかりか、製造プロ
セスにおいてエラーの発生する確率が高くなる。
【０００３】現在、平坦化技術のうちで化学機械研磨
（ＣＭＰ）法は、超大型集積回路（ＶＬＳＩ：Very-Lar
ge Semiconductor Integration）および超々大型集積回
路（ＵＬＳＩ：Ultra-Large Semiconductor Integratio
n）の製造プロセスにおいて全面平坦化（Global Planar
ization）を実現することができる唯一の技術となって
いる。
（ＣＭＰ）法は、超大型集積回路（ＶＬＳＩ：Very-Lar
ge Semiconductor Integration）および超々大型集積回
路（ＵＬＳＩ：Ultra-Large Semiconductor Integratio
n）の製造プロセスにおいて全面平坦化（Global Planar
ization）を実現することができる唯一の技術となって
いる。
【０００４】ＣＭＰ法は、「鏡面仕上げ」のような機械
研磨の原理を利用して適当な化学補助剤（reagent）お
よび砥粒を組み合せ、ウェハー表面の高い部分を研磨す
る速度を低い部分を研磨する速度よりも大きくして、高
低起伏差を減少させる平坦化技術の１種である。化学機
械研磨プロセスで使用されるスラリー（slurry）には、
通常、酸またはアルカリのような化学活性成分（chemic
ally active component）と、シリカ（silica, SiO2
二酸化シリコン）、アルミナ（alumina, Al2O3酸化アル
ミニウム）、セリア（ceria, CeO2 二酸化セリウ
ム）、チタニア（titania, TiO2 二酸化チタン）、ジ
ルコニア（zirconia, ZrO2 二酸化ジルコン）のような
機械活性成分（mechanically active component）とか
らなる研磨剤（abrasive）を含んでいる。ウェハーの表
面研磨は、除去したい材質とスラリー中の化学活性成分
との反応を利用すると同時に、スラリー中の研磨性が極
めて高い砥粒を利用して機械研磨を行うことで実現され
る。
研磨の原理を利用して適当な化学補助剤（reagent）お
よび砥粒を組み合せ、ウェハー表面の高い部分を研磨す
る速度を低い部分を研磨する速度よりも大きくして、高
低起伏差を減少させる平坦化技術の１種である。化学機
械研磨プロセスで使用されるスラリー（slurry）には、
通常、酸またはアルカリのような化学活性成分（chemic
ally active component）と、シリカ（silica, SiO2
二酸化シリコン）、アルミナ（alumina, Al2O3酸化アル
ミニウム）、セリア（ceria, CeO2 二酸化セリウ
ム）、チタニア（titania, TiO2 二酸化チタン）、ジ
ルコニア（zirconia, ZrO2 二酸化ジルコン）のような
機械活性成分（mechanically active component）とか
らなる研磨剤（abrasive）を含んでいる。ウェハーの表
面研磨は、除去したい材質とスラリー中の化学活性成分
との反応を利用すると同時に、スラリー中の研磨性が極
めて高い砥粒を利用して機械研磨を行うことで実現され
る。
【０００５】図１において、従来技術にかかる化学機械
研磨装置は、回転可能な研磨定盤１２と研磨定盤１２上
に敷設されるポリシングパッド（Polishing Pad）１４
とを備えている。ウェハーキャリア（wafer carrier）
１６を利用してウェハー１８を保持し、ウェハー１８の
表面を下に向けて研磨したい面をポリシングパッド１４
に接触させ、供給管２０からスラリー２２をポリシング
パッド１４に供給して研磨定盤１２を回転させ、ウェハ
ー１８表面の突出した部分を少しずつ除去する化学機械
研磨を行うものである。
研磨装置は、回転可能な研磨定盤１２と研磨定盤１２上
に敷設されるポリシングパッド（Polishing Pad）１４
とを備えている。ウェハーキャリア（wafer carrier）
１６を利用してウェハー１８を保持し、ウェハー１８の
表面を下に向けて研磨したい面をポリシングパッド１４
に接触させ、供給管２０からスラリー２２をポリシング
パッド１４に供給して研磨定盤１２を回転させ、ウェハ
ー１８表面の突出した部分を少しずつ除去する化学機械
研磨を行うものである。
【０００６】研磨剤の生成メカニズムから見ると、研磨
剤を２形態に分けることができる。１つはフュームド研
磨剤であり、上記した成分（例えばシリカ、アルミナ
等）を含む溶液をノズルから高温室中へ高速で噴霧して
研磨剤の溶液を急速に蒸発させ、シリカ、アルミナ等の
成分が相互凝集して鎖状の構造となるもので、形成され
る砥粒が大きく、サイズが約１００ｎｍ以上でしかも高
硬度である。また、反応速度が速いので大量生産に適合
しており半導体産業で広く採用されている製造方法であ
る。もう１つはコロイダル研磨剤であり、水中のｐＨ値
を制御して上記した砥粒を生成する成分を溶液中で少し
ずつ成長させるものであり、生成される砥粒が小さくか
つ均一で、サイズが１００ｎｍ以下で硬度がフュームド
研磨剤より低いものである。
剤を２形態に分けることができる。１つはフュームド研
磨剤であり、上記した成分（例えばシリカ、アルミナ
等）を含む溶液をノズルから高温室中へ高速で噴霧して
研磨剤の溶液を急速に蒸発させ、シリカ、アルミナ等の
成分が相互凝集して鎖状の構造となるもので、形成され
る砥粒が大きく、サイズが約１００ｎｍ以上でしかも高
硬度である。また、反応速度が速いので大量生産に適合
しており半導体産業で広く採用されている製造方法であ
る。もう１つはコロイダル研磨剤であり、水中のｐＨ値
を制御して上記した砥粒を生成する成分を溶液中で少し
ずつ成長させるものであり、生成される砥粒が小さくか
つ均一で、サイズが１００ｎｍ以下で硬度がフュームド
研磨剤より低いものである。
【０００７】砥粒が大きい研磨剤を使用した場合の研磨
速度は、砥粒が小さい研磨剤を使用した場合の研磨速度
より大きいけれども、研磨される物体の損傷も大きなも
のとなる。半導体構造における誘電体膜を例にとると、
研磨が終点に至る時に誘電体膜が完全に除去されて誘電
体膜の下にある配線構造が露出されるが、配線の受ける
応力は砥粒の大きさに比例するので応力が大きくなりす
ぎると配線自体にマイクロクラック（micro-crack）が
発生して歩留りが低下する。しかし、コロイダル研磨剤
は砥粒が小さいので、研磨時に発生する応力および損傷
が少ないものとなる。
速度は、砥粒が小さい研磨剤を使用した場合の研磨速度
より大きいけれども、研磨される物体の損傷も大きなも
のとなる。半導体構造における誘電体膜を例にとると、
研磨が終点に至る時に誘電体膜が完全に除去されて誘電
体膜の下にある配線構造が露出されるが、配線の受ける
応力は砥粒の大きさに比例するので応力が大きくなりす
ぎると配線自体にマイクロクラック（micro-crack）が
発生して歩留りが低下する。しかし、コロイダル研磨剤
は砥粒が小さいので、研磨時に発生する応力および損傷
が少ないものとなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】一般に、従来技術にか
かる化学機械研磨プロセスは２段階に分けられる。第１
段階は、硬いポリシングパッドを使用した研磨によりウ
ェハーの平坦度を向上させていた。第２段階は、軟らか
いポリシングパッドの使用ならびに小さな圧力での研磨
によりウェハー表面の均一性を向上させていた。これら
２段階研磨は、それぞれ異なる研磨定盤を使用して行わ
れていた。２段階研磨においては通常、同一のスラリー
が使用され、フュームド研磨剤を使用する場合は研磨速
度が速いものの第２段階の研磨で半導体構造を損傷させ
やすかった。一方、コロイダル研磨剤を使用して研磨す
る場合、半導体構造への損傷は少ないもののその砥粒が
小さいため研磨速度が遅く、同一時間内に研磨を完了し
ようとした場合にはスラリー中の研磨剤濃度を上げなけ
ればならなかった。これがスラリーのランニングコスト
を押し上げる要因となっていた。また、従来技術にかか
る２段階研磨は、研磨定盤を替えるとともにそれぞれ硬
度の異なるポリシングパッドを使用しなければならなか
ったので、機械の切り換えに時間がかかるという問題が
あった。さらに、異なるポリシングパッドの使用がコス
トを押し上げる要因となっていた。
かる化学機械研磨プロセスは２段階に分けられる。第１
段階は、硬いポリシングパッドを使用した研磨によりウ
ェハーの平坦度を向上させていた。第２段階は、軟らか
いポリシングパッドの使用ならびに小さな圧力での研磨
によりウェハー表面の均一性を向上させていた。これら
２段階研磨は、それぞれ異なる研磨定盤を使用して行わ
れていた。２段階研磨においては通常、同一のスラリー
が使用され、フュームド研磨剤を使用する場合は研磨速
度が速いものの第２段階の研磨で半導体構造を損傷させ
やすかった。一方、コロイダル研磨剤を使用して研磨す
る場合、半導体構造への損傷は少ないもののその砥粒が
小さいため研磨速度が遅く、同一時間内に研磨を完了し
ようとした場合にはスラリー中の研磨剤濃度を上げなけ
ればならなかった。これがスラリーのランニングコスト
を押し上げる要因となっていた。また、従来技術にかか
る２段階研磨は、研磨定盤を替えるとともにそれぞれ硬
度の異なるポリシングパッドを使用しなければならなか
ったので、機械の切り換えに時間がかかるという問題が
あった。さらに、異なるポリシングパッドの使用がコス
トを押し上げる要因となっていた。
【０００９】
【課題を解決するための手段】そこで、上記した課題を
解決するために、本発明にかかる２段階化学機械研磨方
法は、先ずフュームド研磨剤で第１段階の研磨を行って
被研磨物（例えばストッパー膜上の誘電体膜またはバリ
ヤー膜上の金属膜）の大部分を除去するものであり、フ
ュームド研磨剤の砥粒が大きく、研磨速度が速いので、
短時間で被研磨物の大部分を除去して、半導体構造の表
面平坦度を向上させることができる。次に、コロイダル
研磨剤で第２段階の研磨を行って、残された被研磨物を
除去して、例えばストッパー膜あるいはバリヤー膜を露
出させるものであり、コロイダル研磨剤の砥粒が小さ
く、半導体構造への損傷が少ないので半導体構造の表面
均一度を向上させることができる。
解決するために、本発明にかかる２段階化学機械研磨方
法は、先ずフュームド研磨剤で第１段階の研磨を行って
被研磨物（例えばストッパー膜上の誘電体膜またはバリ
ヤー膜上の金属膜）の大部分を除去するものであり、フ
ュームド研磨剤の砥粒が大きく、研磨速度が速いので、
短時間で被研磨物の大部分を除去して、半導体構造の表
面平坦度を向上させることができる。次に、コロイダル
研磨剤で第２段階の研磨を行って、残された被研磨物を
除去して、例えばストッパー膜あるいはバリヤー膜を露
出させるものであり、コロイダル研磨剤の砥粒が小さ
く、半導体構造への損傷が少ないので半導体構造の表面
均一度を向上させることができる。
【００１０】
【作用】上記手段により、本発明にかかる２段階化学機
械研磨方法は、２段階とも同一硬度のポリシングパッド
上で研磨を行うもので、軟らかいポリシングパッドを使
用する必要がなく、ポリシングパッドのランニングコス
トを削減できるとともに、２段階の研磨を同一研磨機の
同一研磨定盤上で行えるため機械を切り換える必要がな
く、機械の切り換え時間を節約することができる。
械研磨方法は、２段階とも同一硬度のポリシングパッド
上で研磨を行うもので、軟らかいポリシングパッドを使
用する必要がなく、ポリシングパッドのランニングコス
トを削減できるとともに、２段階の研磨を同一研磨機の
同一研磨定盤上で行えるため機械を切り換える必要がな
く、機械の切り換え時間を節約することができる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明にかかる好適な実施例を図面に
基づいて説明する。
基づいて説明する。
【００１２】本発明にかかる２段階化学機械研磨方法
は、図１に示されるような従来技術にかかる化学機械研
磨機を使用して実施できるものである。すなわち、先ず
化学機械研磨が施されるべきウェハー１８を準備する。
図示されていないが、このウェハー１８にはストッパー
膜上に厚い誘電体膜（絶縁膜ともいう）が形成されてお
り、この誘電体膜を化学機械研磨することで誘電体膜の
表面を全面平坦化しようとするものである。ストッパー
膜の材質は、例えば窒化シリコンであり、誘電体膜の材
質は、例えば二酸化シリコンである。また、コンタクト
プラグ（contactplug）またはバイアホール（via hol
e）以外の金属膜を除去して２層金属配線間の接続を行
う場合もある。その際には通常、金属膜の埋め込みを行
う前にバリヤー膜を形成して、化学機械研磨時に研磨ス
トッパー膜となるようにしてからバリヤー膜上に形成さ
れた金属膜を除去する。金属膜の材質は、例えばタング
ステン、アルミニウム、銅であり、バリヤー膜の材質
は、例えばチタン／窒化チタン、タンタル、窒化タンタ
ルなどである。
は、図１に示されるような従来技術にかかる化学機械研
磨機を使用して実施できるものである。すなわち、先ず
化学機械研磨が施されるべきウェハー１８を準備する。
図示されていないが、このウェハー１８にはストッパー
膜上に厚い誘電体膜（絶縁膜ともいう）が形成されてお
り、この誘電体膜を化学機械研磨することで誘電体膜の
表面を全面平坦化しようとするものである。ストッパー
膜の材質は、例えば窒化シリコンであり、誘電体膜の材
質は、例えば二酸化シリコンである。また、コンタクト
プラグ（contactplug）またはバイアホール（via hol
e）以外の金属膜を除去して２層金属配線間の接続を行
う場合もある。その際には通常、金属膜の埋め込みを行
う前にバリヤー膜を形成して、化学機械研磨時に研磨ス
トッパー膜となるようにしてからバリヤー膜上に形成さ
れた金属膜を除去する。金属膜の材質は、例えばタング
ステン、アルミニウム、銅であり、バリヤー膜の材質
は、例えばチタン／窒化チタン、タンタル、窒化タンタ
ルなどである。
【００１３】ウェハーキャリア１６によりウェハー１８
を研磨定盤１４上で保持し、研磨したいウェハー１８表
面を下向きにする。供給管２０からスラリー２２がポリ
シングパッド１４の中央に供給されると、研磨定盤１２
とウェハーキャリア１６とがそれぞれ同一方向へ回転す
るので、スラリー２２は研磨定盤１２が回転する時の遠
心力でポリシングパッド１４全体に分布して研磨可能な
状態となる。
を研磨定盤１４上で保持し、研磨したいウェハー１８表
面を下向きにする。供給管２０からスラリー２２がポリ
シングパッド１４の中央に供給されると、研磨定盤１２
とウェハーキャリア１６とがそれぞれ同一方向へ回転す
るので、スラリー２２は研磨定盤１２が回転する時の遠
心力でポリシングパッド１４全体に分布して研磨可能な
状態となる。
【００１４】研磨は２段階に分けて行われる。すなわ
ち、第１段階の研磨時には供給管２０から第１スラリー
２２ａをポリシングパッド１４に供給して研磨を行う。
第１スラリー２２ａ中の研磨剤はフュームド状に形成さ
れるので、砥粒が大きく、砥粒サイズが１００ｎｍに等
しいかそれ以上である。砥粒の大きさは研磨速度に正比
例するため、第１段階では速い研磨速度で被研磨物の約
９０％を除去して平坦な表面を形成する。厚さが５００
０Åの誘電体膜を例にとると、第１段階で約４５００Å
の誘電体膜を研磨除去する。
ち、第１段階の研磨時には供給管２０から第１スラリー
２２ａをポリシングパッド１４に供給して研磨を行う。
第１スラリー２２ａ中の研磨剤はフュームド状に形成さ
れるので、砥粒が大きく、砥粒サイズが１００ｎｍに等
しいかそれ以上である。砥粒の大きさは研磨速度に正比
例するため、第１段階では速い研磨速度で被研磨物の約
９０％を除去して平坦な表面を形成する。厚さが５００
０Åの誘電体膜を例にとると、第１段階で約４５００Å
の誘電体膜を研磨除去する。
【００１５】次に、第２段階の研磨時には供給管２０か
ら第２スラリー２２ｂをポリシングパッド１４に供給す
る。第２スラリー２２ｂ中の研磨剤はコロイダル状に形
成されるので、砥粒が小さくて均一であり、砥粒サイズ
が約１０〜１００ｎｍの間となる。研磨剤の砥粒が小さ
いので研磨速度は第１段階より遅くなるものの、研磨速
度が遅いために被研磨物に対する選択比が大きくなり、
残された約１０％の誘電体膜を精確に除去することがで
きる。誘電体膜を例にとると、第２段階では残された約
５００Åの誘電体膜を研磨除去してストッパー膜を露出
させる。誘電体膜の下にあるストッパー膜が露出される
時、研磨速度が比較的遅いので誘電体膜およびストッパ
ー膜に対する研磨選択比が大きく、ストッパー膜に損傷
を与えることが少なく、均一で平坦な表面を備えたウェ
ハー１８となる。
ら第２スラリー２２ｂをポリシングパッド１４に供給す
る。第２スラリー２２ｂ中の研磨剤はコロイダル状に形
成されるので、砥粒が小さくて均一であり、砥粒サイズ
が約１０〜１００ｎｍの間となる。研磨剤の砥粒が小さ
いので研磨速度は第１段階より遅くなるものの、研磨速
度が遅いために被研磨物に対する選択比が大きくなり、
残された約１０％の誘電体膜を精確に除去することがで
きる。誘電体膜を例にとると、第２段階では残された約
５００Åの誘電体膜を研磨除去してストッパー膜を露出
させる。誘電体膜の下にあるストッパー膜が露出される
時、研磨速度が比較的遅いので誘電体膜およびストッパ
ー膜に対する研磨選択比が大きく、ストッパー膜に損傷
を与えることが少なく、均一で平坦な表面を備えたウェ
ハー１８となる。
【００１６】また、第１スラリー２２ａ中の砥粒が大き
いため第１段階の研磨時にウェハー表面を損傷しやす
く、例えば、引っ掻きや窪みを発生させやすいが、第２
段階の研磨時において、小さい砥粒の研磨剤を含む第２
スラリー２２ｂによって第１段階の研磨時に発生した損
傷を除去することができる。しかも、第１段階ならびに
第２段階の研磨を同一の研磨機、同一のポリシングパッ
ド１４上で行えるため、研磨機の切り換えや硬度の異な
る２種類のポリシングパッド１４の取り換えが不要とな
り、工程時間およびポリシングパッドの節約において大
きなメリットがある。そして、第２段階の研磨は研磨速
度が遅いものの、大部分の被研磨物が第１段階の研磨で
除去されているので、２段階の研磨には長い時間を必要
としない。従って、全体として、本発明にかかる２段階
化学機械研磨方法を利用すれば、所用時間およびランニ
ングコストを縮減することができる。
いため第１段階の研磨時にウェハー表面を損傷しやす
く、例えば、引っ掻きや窪みを発生させやすいが、第２
段階の研磨時において、小さい砥粒の研磨剤を含む第２
スラリー２２ｂによって第１段階の研磨時に発生した損
傷を除去することができる。しかも、第１段階ならびに
第２段階の研磨を同一の研磨機、同一のポリシングパッ
ド１４上で行えるため、研磨機の切り換えや硬度の異な
る２種類のポリシングパッド１４の取り換えが不要とな
り、工程時間およびポリシングパッドの節約において大
きなメリットがある。そして、第２段階の研磨は研磨速
度が遅いものの、大部分の被研磨物が第１段階の研磨で
除去されているので、２段階の研磨には長い時間を必要
としない。従って、全体として、本発明にかかる２段階
化学機械研磨方法を利用すれば、所用時間およびランニ
ングコストを縮減することができる。
【００１７】以上のごとく本発明を好適な実施例により
説明したが当業者であれば容易に理解できるように、本
発明の技術思想の範囲内において適当な変更ならびに修
正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の
範囲は特許請求の範囲およびそれと均等な領域を基準と
して定めなければならない。
説明したが当業者であれば容易に理解できるように、本
発明の技術思想の範囲内において適当な変更ならびに修
正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の
範囲は特許請求の範囲およびそれと均等な領域を基準と
して定めなければならない。
【００１８】
【発明の効果】本発明は、２種類の砥粒サイズの異なる
研磨剤を使用して２段階研磨を行うので、従来のような
機械を切り換えたりポリシングパッドを取り替えたりす
る手間や時間が不要となる。また、第１段階の研磨剤
は、フュームド状に形成されるため大量生産ができてコ
ストが安いことに加えて、砥粒サイズが大きいので短時
間で被研磨物の大部分を除去することができる。第２段
階の研磨剤は、コロイダル状に形成されるため砥粒サイ
ズが均一で小さく、研磨によりウェハー表面に発生する
応力が小さくて損傷を与えることが少なく、第１段階の
研磨で発生した損傷を除去することができる。さらに、
第２段階の研磨は小さな研磨速度であるから研磨が終点
に達した時、被研磨物（誘電体膜または金属膜）に対す
る研磨選択比が大きいので、平坦表面の均一性を制御し
やすく、化学機械研磨において比較的大きなプロセスウ
インドウ（window）を確保することができる。
研磨剤を使用して２段階研磨を行うので、従来のような
機械を切り換えたりポリシングパッドを取り替えたりす
る手間や時間が不要となる。また、第１段階の研磨剤
は、フュームド状に形成されるため大量生産ができてコ
ストが安いことに加えて、砥粒サイズが大きいので短時
間で被研磨物の大部分を除去することができる。第２段
階の研磨剤は、コロイダル状に形成されるため砥粒サイ
ズが均一で小さく、研磨によりウェハー表面に発生する
応力が小さくて損傷を与えることが少なく、第１段階の
研磨で発生した損傷を除去することができる。さらに、
第２段階の研磨は小さな研磨速度であるから研磨が終点
に達した時、被研磨物（誘電体膜または金属膜）に対す
る研磨選択比が大きいので、平坦表面の均一性を制御し
やすく、化学機械研磨において比較的大きなプロセスウ
インドウ（window）を確保することができる。
【図１】図１は、化学機械研磨装置を示す概略断面図で
ある。
ある。
１２ 研磨定盤 １４ ポリシングパッド １６ ウェハーキャリア １８ ウェハー ２０ 供給管 ２２ スラリー ２２ａ 第１スラリー ２２ｂ 第２スラリー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 598113542 シーメンス アクチエンゲゼルシャフト Ｓｉｅｍｅｎｓ ＡＧ ドイツ連邦共和国 ミュンヘン，ウィッ テルスッバッチャープラッズ２，Ｄ− 80333 (72)発明者 衣 冠君 台灣新竹縣竹東鎮金福街６巷19號 (72)発明者 張 容▲ちぇん▼ 台灣高雄市三民區昌裕街190巷16弄４號 (72)発明者 王 君芳 台灣新竹市光復路二段299號10樓 (56)参考文献 特開 平８−267356（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−279480（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−314324（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−52030（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−306881（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−202525（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B24B 37/00 H01L 21/304 622
Claims (10)
- 【請求項１】 被研磨物を提供するステップと、第１ス
ラリーで前記被研磨物の約９０％を研磨除去するステッ
プと、第２スラリーで残された前記被研磨物を研磨除去
するステップとを具備し、前記第１スラリーがフューム
ド研磨剤を含み、前記第２スラリーがコロイダルシリカ
研磨剤を含み、前記第１スラリーによる研磨除去ステッ
プと前記第２スラリーによる研磨除去ステップとでなる
２段階の研磨とも同一硬度のポリシングパッド上で行う
ことを特徴とする２段階化学機械研磨方法。 - 【請求項２】 前記第１スラリーおよび前記第２スラリ
ーが、シリカ、アルミナ、セリア、チタニア、ジルコニ
アからなるグループより選択される少なくとも１つの材
料を含有する研磨剤を含むことを特徴とする請求項１に
記載の２段階化学機械研磨方法。 - 【請求項３】 前記第１スラリーの研磨剤の砥粒サイズ
は、前記第２スラリーの研磨剤の砥粒サイズより大きい
ことを特徴とする請求項１に記載の２段階化学機械研磨
方法。 - 【請求項４】 前記第１スラリーの研磨剤の砥粒サイズ
が約１００ｎｍであり、前記第２スラリーの研磨剤の砥
粒サイズが約１０〜１００ｎｍであることを特徴とする
請求項１に記載の２段階化学機械研磨方法。 - 【請求項５】 窒化シリコン膜および該窒化シリコン膜
上に形成された二酸化シリコン膜を有するウェハーを提
供するステップと、前記窒化シリコン膜上の前記二酸化
シリコン膜の約９０％をフュームド研磨剤により研磨除
去するステップと、残された前記二酸化シリコン膜をコ
ロイダル研磨剤で研磨除去して前記窒化シリコン膜を露
出させるステップとを具備し、前記フュームド研磨剤に
よる研磨除去ステップと前記コロイダル研磨剤による研
磨除去ステップとでなる２段階の研磨とも同一硬度のポ
リシングパッド上で行うことを特徴とする２段階化学機
械研磨方法。 - 【請求項６】 バリヤー膜および該バリヤー膜上に形成
された金属膜を有するウェハーを提供するステップと、
前記バリヤー膜上の前記金属膜の約９０％をフュームド
研磨剤により研磨除去するステップと、残された前記金
属膜をコロイダル研磨剤で研磨除去して前記バリヤー膜
を露出させるステップとを具備し、前記フュームド研磨
剤による研磨除去ステップと前記コロイダル研磨剤によ
る研磨除去ステップとでなる２段階の研磨とも同一硬度
のポリシングパッド上で行うことを特徴とする２段階化
学機械研磨方法。 - 【請求項７】 前記フュームド研磨剤および前記コロイ
ダル研磨剤が、シリカ、アルミナ、セリア、チタニア、
ジルコニアからなるグループより選択される少なくとも
１つの材料を含むことを特徴とする請求項５または６に
記載の２段階化学機械研磨方法。 - 【請求項８】 前記フュームド研磨剤の砥粒サイズが約
１００ｎｍであり、前記コロイダル研磨剤の砥粒サイズ
が約１０〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項５
または６に記載の２段階化学機械研磨方法。 - 【請求項９】 前記バリヤー膜の材質が、チタニウム／
窒化チタニウム、タンタル、窒化タンタルからなるグル
ープより選択されることを特徴とする請求項６に記載の
２段階化学機械研磨方法。 - 【請求項１０】 前記金属膜の材質が、タングステン、
アルミニウム、銅からなるグループより選択されること
を特徴とする請求項６に記載の２段階化学機械研磨方
法。
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|---|---|---|---|
| JP17982199A JP3099002B1 (ja) | 1999-06-25 | 1999-06-25 | ２段階化学機械研磨方法 |
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| JP2001009701A JP2001009701A (ja) | 2001-01-16 |
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|---|---|---|---|
| JP17982199A Expired - Fee Related JP3099002B1 (ja) | 1999-06-25 | 1999-06-25 | ２段階化学機械研磨方法 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2009146998A (ja) * | 2007-12-12 | 2009-07-02 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法 |
| CN115000010A (zh) * | 2022-08-08 | 2022-09-02 | 广州粤芯半导体技术有限公司 | 接触插塞的形成方法 |
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| JPWO2004100242A1 (ja) * | 2003-05-09 | 2006-07-13 | 三洋化成工業株式会社 | Ｃｍｐプロセス用研磨液及び研磨方法 |
| US6855607B2 (en) * | 2003-06-12 | 2005-02-15 | Advanced Micro Devices, Inc. | Multi-step chemical mechanical polishing of a gate area in a FinFET |
| DE102005023627B4 (de) * | 2005-05-21 | 2010-05-06 | Federal-Mogul Burscheid Gmbh | Stahlkolbering |
| JP2009194134A (ja) | 2008-02-14 | 2009-08-27 | Ebara Corp | 研磨方法及び研磨装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5302551A (en) * | 1992-05-11 | 1994-04-12 | National Semiconductor Corporation | Method for planarizing the surface of an integrated circuit over a metal interconnect layer |
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| US5382272A (en) * | 1993-09-03 | 1995-01-17 | Rodel, Inc. | Activated polishing compositions |
| US5340370A (en) * | 1993-11-03 | 1994-08-23 | Intel Corporation | Slurries for chemical mechanical polishing |
| US5663107A (en) * | 1994-12-22 | 1997-09-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Global planarization using self aligned polishing or spacer technique and isotropic etch process |
| JP3438383B2 (ja) * | 1995-03-03 | 2003-08-18 | ソニー株式会社 | 研磨方法およびこれに用いる研磨装置 |
| US5904159A (en) * | 1995-11-10 | 1999-05-18 | Tokuyama Corporation | Polishing slurries and a process for the production thereof |
| US5895583A (en) * | 1996-11-20 | 1999-04-20 | Northrop Grumman Corporation | Method of preparing silicon carbide wafers for epitaxial growth |
-
1999
- 1999-06-25 JP JP17982199A patent/JP3099002B1/ja not_active Expired - Fee Related
- 1999-07-14 DE DE19932829A patent/DE19932829C2/de not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009146998A (ja) * | 2007-12-12 | 2009-07-02 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法 |
| CN115000010A (zh) * | 2022-08-08 | 2022-09-02 | 广州粤芯半导体技术有限公司 | 接触插塞的形成方法 |
| CN115000010B (zh) * | 2022-08-08 | 2022-11-11 | 广州粤芯半导体技术有限公司 | 接触插塞的形成方法 |
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|---|---|
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| DE19932829C2 (de) | 2002-05-29 |
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