JP3487485B2 - Semiconductor wafer surface planarization method - Google Patents

Semiconductor wafer surface planarization method

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JP3487485B2 JP31887196A JP31887196A JP3487485B2 JP 3487485 B2 JP3487485 B2 JP 3487485B2 JP 31887196 A JP31887196 A JP 31887196A JP 31887196 A JP31887196 A JP 31887196A JP 3487485 B2 JP3487485 B2 JP 3487485B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、物品の表面を平坦
化する方法および装置に関し、特に、半導体素子の製造
工程において、半導体素子の構成部品が組み込まれた半
導体ウエハの表面の段差を無くして平坦化を図るのに好
適な表面平坦化方法および装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for flattening the surface of an article, and more particularly, in the manufacturing process of a semiconductor element, eliminating steps on the surface of a semiconductor wafer in which components of the semiconductor element are incorporated. The present invention relates to a surface flattening method and apparatus suitable for flattening.

【0002】[0002]

【従来の技術】IC回路のような半導体装置のコンパク
ト化技術の一つとして、多層配線構造がある。このよう
な多層配線構造では、半導体ウエハ上に回路の構成要素
部分が形成されると、これを覆う層間絶縁膜が形成さ
れ、さらに、この層間絶縁膜上に新たな構成要素部分が
形成される。
2. Description of the Related Art A multilayer wiring structure is one of the techniques for making semiconductor devices such as IC circuits compact. In such a multilayer wiring structure, when a component part of a circuit is formed on a semiconductor wafer, an interlayer insulating film covering it is formed, and a new component part is formed on this interlayer insulating film. .

【0003】この構成要素部分の形成には、一般的にフ
ォトリソグラフィ技術が用いられている。この技術で
は、必要なパタンの焼き付け面となる層間絶縁膜の表面
は、その下方に形成された構成要素の形状に応じた段差
が生じることから、パタンの焼き付けに先立って、層間
絶縁膜の焼き付け面を平滑にして、その平坦化を図る必
要がある。
Photolithography technology is generally used to form the component parts. In this technique, since the surface of the interlayer insulating film, which is the required pattern baking surface, has a step corresponding to the shape of the constituent elements formed thereunder, the baking of the interlayer insulating film is performed before the pattern baking. It is necessary to smooth the surface and make it flat.

【0004】この半導体ウエハ上の層間絶縁膜の平坦化
方法として、従来では、化学的研磨剤および物理的研磨
剤を含むスラリをパフと研磨面との間に供給し、パフ研
磨による機械的研磨作用および化学的研磨剤による化学
的研磨作用を併用した、いわゆる化学的機械研磨法(ch
emical mechanical polishing )が採用されていた。
As a method of flattening the interlayer insulating film on this semiconductor wafer, conventionally, a slurry containing a chemical polishing agent and a physical polishing agent is supplied between a puff and a polishing surface, and mechanical polishing by puff polishing is performed. So-called chemical mechanical polishing method (ch
emical mechanical polishing) was adopted.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この化
学的機械研磨法では、スラリに化学的研磨剤の成分とし
て含まれる重金属類あるいはアルカリ金属類が被研磨面
にわずかでも残留すると、その残留金属による汚染が問
題となることから、極めて厳格な水洗いが不可欠とな
る。さらに、スラリに物理的研磨剤として含まれるシリ
カは、粉塵の原因となることから、化学的機械研磨法を
クリーンルーム内では、実施することができない。
However, in this chemical mechanical polishing method, if any heavy metals or alkali metals contained in the slurry as a component of the chemical polishing agent remain on the surface to be polished, the residual metal causes Extremely rigorous washing with water is indispensable because pollution becomes a problem. Further, since silica contained in the slurry as a physical polishing agent causes dust, it is impossible to carry out the chemical mechanical polishing method in a clean room.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、以上の点を解
決するために、次の構成を採用する。 〈構成〉 本発明は、半導体素子製造工程における半導体ウエハの
表面平坦化方法において、上面に絶縁膜が形成された前
記半導体ウエハを準備する工程と、前記絶縁膜の上面に
水を供給する工程と、前記絶縁膜の前記上面に供給され
た前記水を、窒素ガス雰囲気下で冷却して凝固させるこ
とにより、平坦な上面を備える氷層を前記絶縁膜上に形
成する工程と、前記絶縁膜をエッチングするエッチング
液を凍結させた凍結体を前記氷層の前記上面に押圧さ
せ、前記凍結体を前記氷層の前記上面に対して相対的に
摺動させることにより、前記氷層および前記凍結体を溶
かす工程と、前記氷層を溶かすことにより露出した前記
絶縁膜を、前記凍結体を溶かすことにより供給される前
記エッチング液によりエッチングして、前記絶縁膜の上
面を平坦化する工程とを有することを特徴とする。
The present invention adopts the following constitution in order to solve the above points. <Structure> The present invention relates to a semiconductor wafer in a semiconductor element manufacturing process.
In the surface flattening method, before the insulating film is formed on the upper surface
The step of preparing a semiconductor wafer and the step of preparing the upper surface of the insulating film.
The step of supplying water and the step of supplying water to the upper surface of the insulating film.
The water should be cooled and solidified in a nitrogen gas atmosphere.
Form an ice layer with a flat upper surface on the insulating film.
Forming step and etching for etching the insulating film
Press the frozen body of frozen liquid against the upper surface of the ice layer.
The frozen body relative to the top surface of the ice layer.
The ice layer and frozen body are melted by sliding.
A step of removing the ice and exposing the ice layer by melting
Before the insulating film is supplied by melting the frozen body
Etching with the above-mentioned etching solution, and
Characterized by have a planarizing the surface.

【0007】 〈作用〉 本発明に係る表面平坦化方法では、水を凝固して得られ
る氷層が、絶縁膜表面をエッチング液のエッチング作用
から保護するための保護層として作用する。そのため、
氷層で表面が覆われている限り、絶縁膜の凹凸表面がエ
ッチング液によるエッチング作用を受けることはない。
そして、氷層は窒素ガス雰囲気下で冷却して凝固される
ので、氷層の上面に霜が付着するのを確実に防止するこ
とができ、従って、上面の平坦な氷層を絶縁膜上に形成
できる。一方、絶縁膜の凹凸表面を覆う氷層がその表面
から均一に溶けだし、絶縁膜の一部が氷層から露出する
と、この露出した部分のみがエッチング液によりエッチ
ングを受ける。従って、上面の平坦な氷層の融解に伴
い、順次、氷層から露出する絶縁膜の凸部がエッチング
を受け、絶縁膜の氷層下の部分は常に保護されることか
ら、絶縁膜の表面は順次平坦化を受け、氷層がすべて無
くなった時点で平坦化が終了する。
<Operation> In the surface flattening method according to the present invention, the ice layer obtained by coagulating water acts as a protective layer for protecting the surface of the insulating film from the etching action of the etching solution. for that reason,
As long as the surface is covered with the ice layer, the uneven surface of the insulating film is not affected by the etching action of the etching solution.
Then, the ice layer is cooled and solidified in a nitrogen gas atmosphere.
Therefore, be sure to prevent frost from attaching to the top surface of the ice layer.
Therefore, a flat top ice layer is formed on the insulating film.
it can. On the other hand, when the ice layer covering the uneven surface of the insulating film starts to melt uniformly from the surface and part of the insulating film is exposed from the ice layer, only the exposed part is etched by the etching solution. Therefore, with the melting of the flat ice layer on the top surface, successively, the convex portion of the insulating film exposed from the ice layer is subjected to etching, since the portion of the ice layer of the insulating film is always protected, the surface of the insulating film Are sequentially flattened, and the flattening ends when all ice layers have disappeared.

【0008】本発明の表面平坦化方法では、汚染および
粉塵の原因となる成分を含むスラリを用いることなく、
エッチング液が、氷層との共同により、この氷層から露
出する部分をそのエッチング作用によって、順次、削除
する。従って、スラリに含まれるような重金属あるいは
アルカリ金属類の汚染問題を引き起こすことはない。ま
た、粉塵の問題を引き起こすことなく、クリーンルーム
内での製造ラインでの実施が可能となることから、製造
ラインのコンパクト化および効率化の向上が図られる。
In the surface flattening method of the present invention, without using a slurry containing a component causing contamination and dust,
The etching liquid cooperates with the ice layer to sequentially remove the portions exposed from the ice layer by the etching action. Therefore, the problem of contamination of heavy metals or alkali metals contained in the slurry does not occur. Further, since it can be carried out on the production line in a clean room without causing the problem of dust, the production line can be made compact and the efficiency can be improved.

【0009】 上記構成において、氷層の前記上面に押
圧される前記凍結体の表面は、平坦であることを特徴と
する。
In the above structure, the ice layer is pushed onto the upper surface.
The surface of the frozen body to be pressed is flat .

【0010】 上記構成において、前記半導体ウエハを
回転させることにより、前記絶縁膜の前記上面に供給さ
れた前記水の上面を平坦化する工程を有することを特徴
とする。この場合、前記半導体ウエハの前記回転は50
0〜3000rpmの回転速度で行われることを特徴と
する。
In the above structure, the semiconductor wafer is
By rotating, it is supplied to the upper surface of the insulating film.
The step of flattening the upper surface of the water
And In this case, the rotation of the semiconductor wafer is 50
Characterized by being performed at a rotational speed of 0 to 3000 rpm
To do.

【0011】 上記構成において、前記水は、凍結温度
調整用の有機溶剤を含むことを特徴とする。
In the above structure, the water has a freezing temperature.
It is characterized in that it contains an organic solvent for adjustment.

【0012】従って、凍結体および氷層の相互運動によ
って、エッチング液の適正な供給および氷層の均一な融
解を同時的に行うことができ、これにより、本発明の平
坦化方法を比較的容易かつ高精度で実施することができ
る。
Therefore, the mutual movement of the frozen body and the ice layer enables the appropriate supply of the etching solution and the uniform melting of the ice layer to be carried out at the same time, which makes the planarization method of the present invention relatively easy. And it can be implemented with high accuracy.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
について詳細に説明する。 〈具体例〉図1は、本発明に係る平坦化方法を酸化シリ
コン膜が施された半導体ウエハの平坦化に適用した例を
示す工程図である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments. <Specific Example> FIG. 1 is a process diagram showing an example in which the planarization method according to the present invention is applied to the planarization of a semiconductor wafer provided with a silicon oxide film.

【0014】図1(A)には、例えばシリコン基板から
成る半導体ウエハ10が示されており、この半導体ウエ
ハ10上には、例えば気相成長法により積層された酸化
シリコンから成る層間絶縁膜11を介して、メタル配線
12が形成されている。メタル配線12は、一般的に
は、アルミニウムのような金属材料のスパッタ、リソグ
ラフィおよびドライエッチングの技術を用いて形成され
る。
FIG. 1A shows a semiconductor wafer 10 made of, for example, a silicon substrate. On the semiconductor wafer 10, for example, an interlayer insulating film 11 made of silicon oxide laminated by vapor phase epitaxy. The metal wiring 12 is formed via the. The metal wiring 12 is generally formed by using a technique of sputtering a metal material such as aluminum, lithography and dry etching.

【0015】メタル配線12上に、例えばさらに他の配
線のような上部回路を形成して、多層配線構造を実現す
るために、メタル配線12を覆うように、層間絶縁膜1
3が形成される。層間絶縁膜13として、熱処理により
流動性を示し、平滑化を生じやすい例えばボロンおよび
リンを含む酸化シリコン(BPSG)等の絶縁材料が用
いられる。しかしながら、図に示すとおり、下層のメタ
ル配線12に対応して、層間絶縁膜13の表面13a
は、波状形状を示す。
To form a multi-layer wiring structure by forming an upper circuit such as another wiring on the metal wiring 12, an interlayer insulating film 1 is formed so as to cover the metal wiring 12.
3 is formed. As the interlayer insulating film 13, an insulating material such as silicon oxide (BPSG) containing boron and phosphorus, which exhibits fluidity by heat treatment and easily causes smoothing, is used. However, as shown in the figure, the surface 13a of the interlayer insulating film 13 is formed corresponding to the lower metal wiring 12.
Indicates a wavy shape.

【0016】層間絶縁膜13の表面すなわち凹凸表面1
3aは、上層回路の形成のためのリソグラフィでのパタ
ーン転写面となることから、精巧なパターン転写を可能
とするために、層間絶縁膜13の表面13aが平坦化を
受ける。
The surface of the interlayer insulating film 13, that is, the uneven surface 1
Since 3a serves as a pattern transfer surface in lithography for forming an upper layer circuit, the surface 13a of the interlayer insulating film 13 is flattened in order to enable delicate pattern transfer.

【0017】層間絶縁膜13の平坦化のために、図1
(B)に示されているように、層間絶縁膜13の凹凸表
面13aを埋め込み、しかも凹凸表面13aを覆う氷層
14が形成される。氷層14は、平坦な表面14aを有
する。この氷層14は、純水の凍結により形成すること
ができる。また、純水の凝固温度である凍結点の調整の
ために、この純水に、例えば有機溶剤を含ませることが
できる。この有機溶剤として、半導体の汚染を引き起こ
さない材料が適宜選択される。
In order to planarize the interlayer insulating film 13, FIG.
As shown in (B), the ice layer 14 is formed which fills the uneven surface 13a of the interlayer insulating film 13 and covers the uneven surface 13a. The ice layer 14 has a flat surface 14a. This ice layer 14 can be formed by freezing pure water. Further, in order to adjust the freezing point, which is the solidification temperature of pure water, the pure water may contain, for example, an organic solvent. As the organic solvent, a material that does not cause contamination of the semiconductor is appropriately selected.

【0018】次に、氷層14をその表面14aから、平
坦度を維持した状態で、均一に融解させる。また、氷層
14の表面14aに、酸化シリコンからなる層間絶縁膜
13を化学的にエッチングする例えば0.1〜10%の
フッ酸溶液のようなエッチング液が供給される。
Next, the ice layer 14 is uniformly melted from the surface 14a thereof while maintaining the flatness. Further, the surface 14a of the ice layer 14 is supplied with an etching solution such as a 0.1-10% hydrofluoric acid solution for chemically etching the interlayer insulating film 13 made of silicon oxide.

【0019】氷層14の融解の進行に伴って、図1
(C)に示すように、氷層14の表面14aから、層間
絶縁膜13の凹凸表面13aにおける凸部分が部分的に
露出すると、この露出部分が氷層14の表面14aに供
給されたエッチング液により、順次、除去される。他
方、層間絶縁膜13の氷層14下にある部分は、該氷層
により、エッチング液との接触を妨げられる。従って、
層間絶縁膜13の凹凸表面13aにおける氷層14下の
凹部分は、氷層14によりエッチング液から保護され、
凹凸表面13aの凸部分が順次エッチングを受けること
から、層間絶縁膜13の表面13aの平坦化が進行す
る。
As the melting of the ice layer 14 progresses, FIG.
As shown in (C), when the convex portion of the uneven surface 13 a of the interlayer insulating film 13 is partially exposed from the surface 14 a of the ice layer 14, the exposed portion is the etching solution supplied to the surface 14 a of the ice layer 14. Are sequentially removed. On the other hand, the portion of the interlayer insulating film 13 below the ice layer 14 is prevented from coming into contact with the etching solution by the ice layer. Therefore,
The concave portion below the ice layer 14 on the uneven surface 13a of the interlayer insulating film 13 is protected from the etching solution by the ice layer 14,
Since the convex portions of the uneven surface 13a are sequentially etched, the surface 13a of the interlayer insulating film 13 is planarized.

【0020】図1(C)には、前記した氷層14の均一
な融解と、この氷層14の表面14aへの適正なエッチ
ング液の供給のために、エッチング液の凍結体15が氷
層14の表面14a上を相対的に摺動させる例が示され
ている。凍結体15は、平坦な下面15aを氷層14の
平坦な表面14a上で、相対的に摺動される。
In FIG. 1 (C), the frozen body 15 of the etching liquid is an ice layer for the purpose of uniform melting of the ice layer 14 and proper supply of the etching liquid to the surface 14a of the ice layer 14. An example of relatively sliding on the surface 14a of 14 is shown. The frozen body 15 is relatively slid on the flat lower surface 15 a on the flat surface 14 a of the ice layer 14.

【0021】この相互運動による摩擦熱により、氷層1
4の表面14aおよび凍結体15の下面15aが同時的
に融解する。凍結体15の融解により、エッチング液が
表面14aに供給され、氷層14の融解により、該氷層
の表面14aから層間絶縁膜13の凸部分が露出し、こ
の露出部分がエッチング液により、順次エッチングを受
ける。従って、氷層14と凍結体15との相互運動によ
り、図1(C)に示すとおり、層間絶縁膜13の表面1
3aおよび氷層14の表面14aが同一面を保持しなが
ら、順次厚さ寸法を削減される。その結果、図1(D)
に示すように、氷層14が全て溶けたときに、層間絶縁
膜13の凹凸表面は平坦になり、層間絶縁膜13の平坦
化の作業が終了する。
Due to the frictional heat due to this mutual movement, the ice layer 1
The surface 14a of No. 4 and the lower surface 15a of the frozen body 15 are simultaneously melted. The melting of the frozen body 15 supplies the etching solution to the surface 14a, and the melting of the ice layer 14 exposes the convex portion of the interlayer insulating film 13 from the surface 14a of the ice layer, and the exposed portion is sequentially exposed by the etching solution. Receive etching. Therefore, due to the mutual movement of the ice layer 14 and the frozen body 15, as shown in FIG.
3a and the surface 14a of the ice layer 14 are kept in the same plane, while the thickness dimension is successively reduced. As a result, FIG. 1 (D)
As shown in FIG. 3, when the ice layer 14 is completely melted, the uneven surface of the interlayer insulating film 13 becomes flat, and the work of flattening the interlayer insulating film 13 is completed.

【0022】凍結体15を用いることなく、氷層14を
自然融解あるいは温風等の吹き付け等によりその表面1
4aから順次融解させ、また、この融解とは独立して、
氷層14の表面14aにエッチング液を供給することが
できる。しかしながら、氷層14の表面14aを高い精
度で均一に融解させ、最終的に層間絶縁膜13の表面1
3aに高精度の平坦面を形成する上で、前記したとお
り、凍結体15を用いることが望ましい。
The surface 1 of the ice layer 14 is naturally melted or blown with warm air without using the frozen body 15.
4a, melting sequentially, and independently of this melting,
An etching solution can be supplied to the surface 14a of the ice layer 14. However, the surface 14a of the ice layer 14 is uniformly melted with high accuracy, and finally the surface 1 of the interlayer insulating film 13 is melted.
As described above, it is desirable to use the frozen body 15 in forming a highly accurate flat surface on the 3a.

【0023】本発明に係る平坦化方法によれば、前記し
たように、汚染および粉塵の原因となる成分を含み、し
かも高価なスラリを用いることなく、半導体ウエハ10
上の層間絶縁膜13の表面13aを適正に平坦化するこ
とができる。従って、従来のような重金属、アルカリ金
属類あるいはシリカ等の除去のための洗浄が不要とな
り、比較的簡便な水洗い作業で、平坦化作業に関わる残
留物の除去を行うことが可能となる。また、シリカによ
るの粉塵の問題を引き起こすことがないことから、クリ
ーンルーム内で平坦化を実施することが可能となり、製
造ラインの全体的なコンパクト化および効率化の向上を
図ることができる。
According to the flattening method of the present invention, as described above, the semiconductor wafer 10 containing the component causing the contamination and dust and without using the expensive slurry.
The surface 13a of the upper interlayer insulating film 13 can be appropriately flattened. Therefore, conventional washing for removing heavy metals, alkali metals, silica, etc. is not required, and it becomes possible to remove the residues involved in the flattening operation with a relatively simple water washing operation. Further, since the problem of dust due to silica is not caused, it becomes possible to carry out flattening in a clean room, and it is possible to make the entire production line compact and improve efficiency.

【0024】図2は、本発明に係る平坦化装置を概略的
に示す説明図である。平坦化装置20は、図1に示した
ような凹凸表面13aを有する層間絶縁膜13が設けら
れた半導体ウエハ10の平坦化に用いられる。平坦化装
置20は、層間絶縁膜13の凹凸表面13aが上方に位
置するように、この層間絶縁膜13が設けられた半導体
ウエハ10を保持する回転チャック21を備える。回転
台である回転チャック21は、その支持面21aに半導
体ウエハ10を保持した状態で、回転軸21bの回り
に、例えば500〜3000rpmの回転速度で運転さ
れる。
FIG. 2 is an explanatory view schematically showing the flattening device according to the present invention. The flattening device 20 is used for flattening the semiconductor wafer 10 provided with the interlayer insulating film 13 having the uneven surface 13a as shown in FIG. The planarization apparatus 20 includes a rotary chuck 21 that holds the semiconductor wafer 10 provided with the interlayer insulating film 13 such that the uneven surface 13a of the interlayer insulating film 13 is located above. The rotating chuck 21, which is a rotating table, is operated around the rotating shaft 21b at a rotation speed of, for example, 500 to 3000 rpm while holding the semiconductor wafer 10 on the supporting surface 21a thereof.

【0025】回転チャック21には、冷却手段である冷
却機22が設けられている。冷却機22は、その管路2
3を経て、冷却媒体を回転チャック21に供給する。こ
の冷却媒体の供給を受けて、回転チャック21の支持面
21aは、例えば−15℃〜−150℃に冷却可能であ
る。回転チャック21の上方には、回転チャック21上
に保持された半導体ウエハ10上に、純水を供給するた
めの手段として、ノズル24が配置されている。ノズル
24は、その供給口24aを下方へ向けて配置されてい
る。このノズル24は、回転チャック21の中央部にあ
る図2に実線で示す供給位置と回転チャック21の側方
にある図中破線で示す後退位置との間を、図中符号Aで
示す方向へ移動可能である。
The rotary chuck 21 is provided with a cooler 22 as cooling means. The cooler 22 has its pipeline 2
After 3, the cooling medium is supplied to the rotary chuck 21. Upon receiving the supply of this cooling medium, the support surface 21a of the rotary chuck 21 can be cooled to, for example, −15 ° C. to −150 ° C. A nozzle 24 is arranged above the rotary chuck 21 as a means for supplying pure water onto the semiconductor wafer 10 held on the rotary chuck 21. The nozzle 24 is arranged with its supply port 24a facing downward. The nozzle 24 is located between the supply position shown by the solid line in FIG. 2 at the center of the rotary chuck 21 and the retracted position shown by the broken line at the side of the rotary chuck 21 in the direction indicated by the symbol A in the figure. Can be moved.

【0026】また、回転チャック21の上方には、エッ
チング液の凍結体15(例えば−50〜−150℃)を
半導体ウエハ10へ向けて押圧する手段25が設けられ
ている。押圧手段25は、例えばチャックからなり、凍
結体15の下面15aを回転チャック21の支持面21
aと平行となるように保持する。また、押圧手段25
は、凍結体15を回転チャック21上の半導体ウエハ1
0へ向けての押圧位置と、これから相離れる図示の後退
位置との間で、符号Bで示す方向へ、移動可能である。
押圧手段25のチャックに回転軸25aを設け、回転チ
ャック21の回転方向と逆方向へ回転させることができ
る。
Further, above the rotary chuck 21, there is provided a means 25 for pressing the frozen body 15 of the etching solution (for example, -50 to -150 ° C.) toward the semiconductor wafer 10. The pressing means 25 is, for example, a chuck, and the lower surface 15 a of the frozen body 15 is attached to the support surface 21 of the rotary chuck 21.
Hold so as to be parallel to a. Also, the pressing means 25
Holds the frozen body 15 to the semiconductor wafer 1 on the rotary chuck 21.
It is movable in the direction indicated by the symbol B between the pressing position toward 0 and the retracted position shown in the figure which is separated from the pressing position.
A rotary shaft 25a is provided on the chuck of the pressing means 25, and the rotary chuck 21 can be rotated in the direction opposite to the rotating direction.

【0027】平坦化装置20では、前記したとおり、回
転チャック21の支持面21aに、半導体ウエハ10
が、その層間絶縁膜13の凹凸表面13aを上方に位置
させて、保持される。回転チャック21が例えば500
〜3000rpmで回転されると、供給位置にあるノズ
ル24の供給口24aから、常温の純水が、例えば10
0cc/分の流量で層間絶縁膜13の凹凸表面13a上
に供給される。このとき、冷却機22により、回転チャ
ック21の支持面21aは、約2〜5℃に冷却される。
In the flattening apparatus 20, as described above, the semiconductor wafer 10 is placed on the supporting surface 21a of the rotary chuck 21.
However, the uneven surface 13a of the interlayer insulating film 13 is positioned and held above. The rotation chuck 21 is, for example, 500
When rotated at ˜3000 rpm, pure water at room temperature passes through the supply port 24a of the nozzle 24 at the supply position, for example, 10
It is supplied onto the uneven surface 13a of the interlayer insulating film 13 at a flow rate of 0 cc / min. At this time, the support surface 21a of the rotary chuck 21 is cooled to about 2 to 5 ° C. by the cooler 22.

【0028】回転チャック21の支持面21aが所定温
度に達すると、ノズル24からの水の供給が停止され、
ノズル24がその後退位置に移動される。水の供給停止
から数秒が経過して、層間絶縁膜13の凹凸表面13a
を覆う水の層の上面が平坦になると、回転チャック21
の回転が停止される。このときの水の層の厚さ寸法は、
例えば、1〜10μmである。続いて、この凹凸表面1
3a上の水の層が蒸発により失われないまえに、冷却機
22により、回転チャック21の支持面21aが例えば
−15℃〜−150℃に急冷を受ける。この急冷によ
り、層間絶縁膜13の凹凸表面13aを覆う水が凍結す
る。この凍結により、層間絶縁膜13の凹凸表面13a
を埋め込みかつ凹凸表面13aを覆い、しかも平坦な表
面14aを有する氷層14が形成される。
When the supporting surface 21a of the rotary chuck 21 reaches a predetermined temperature, the supply of water from the nozzle 24 is stopped,
The nozzle 24 is moved to its retracted position. After a few seconds have passed since the water supply was stopped, the uneven surface 13a of the interlayer insulating film 13
When the upper surface of the water layer covering the
Rotation is stopped. The thickness of the water layer at this time is
For example, it is 1 to 10 μm. Then, this uneven surface 1
Before the water layer on 3a is not lost by evaporation, the cooling device 22 quenches the support surface 21a of the rotary chuck 21 to, for example, -15 ° C to -150 ° C. By this rapid cooling, the water covering the uneven surface 13a of the interlayer insulating film 13 is frozen. Due to this freezing, the uneven surface 13a of the interlayer insulating film 13 is formed.
Is formed and covers the uneven surface 13a, and an ice layer 14 having a flat surface 14a is formed.

【0029】前記したように、純水に凍結温度調整剤を
添加することができる。また、水の凍結時に氷層14の
表面14aへの霜の付着を防止するために、窒素ガスの
ようなガス雰囲気下で水を凍結させることが望ましい。
As described above, the freezing temperature adjusting agent can be added to pure water. Moreover, in order to prevent frost from adhering to the surface 14a of the ice layer 14 during freezing of water, it is desirable to freeze the water under a gas atmosphere such as nitrogen gas.

【0030】氷層14の形成が完了すると、この氷層1
4の表面14aへ向けて、凍結体15がその下面15a
を押し付けられる。このとき、回転チャック21は、例
えば1000〜3000rpmで回転される。この回転
チャック21の回転に伴う氷層14および凍結体15の
相対的な摺動運動による摩擦熱により、図1(C)に沿
って説明したとおり、氷層14および凍結体15が同時
的に融解することから、氷層14での保護作用下で、氷
層14から露出した層間絶縁膜13の凸部分が、凍結体
15の融解によるエッチング液のエッチング作用を受け
る。
When the formation of the ice layer 14 is completed, this ice layer 1
4, the frozen body 15 has its lower surface 15a.
Can be pressed. At this time, the rotary chuck 21 is rotated at 1000 to 3000 rpm, for example. As described with reference to FIG. 1C, the ice layer 14 and the frozen body 15 are simultaneously moved by the frictional heat due to the relative sliding motion of the ice layer 14 and the frozen body 15 accompanying the rotation of the rotary chuck 21. Since it melts, the convex portion of the interlayer insulating film 13 exposed from the ice layer 14 is subjected to the etching action of the etching liquid due to the melting of the frozen body 15 under the protection action of the ice layer 14.

【0031】これにより、層間絶縁膜13の表面13a
および氷層14の表面14aが同一面を保持しながら、
順次厚さ寸法を削減され、その結果、氷層14が全て溶
けたときに、層間絶縁膜13の凹凸表面は平坦になり、
半導体ウエハ10上の層間絶縁膜13の平坦化作業が終
わる。
As a result, the surface 13a of the interlayer insulating film 13 is formed.
And the surface 14a of the ice layer 14 maintains the same surface,
The thickness dimension is successively reduced, and as a result, when the ice layer 14 is completely melted, the uneven surface of the interlayer insulating film 13 becomes flat,
The planarization work of the interlayer insulating film 13 on the semiconductor wafer 10 is completed.

【0032】後処理として、凍結体15が後退位置に引
き上げられると、回転チャック21を例えば1000〜
3000rpmで回転させながら、再び、ノズル24か
ら純水が例えば100cc/分の流量で、半導体ウエハ
10の平坦な層間絶縁膜13上に供給される。この純水
の供給により、層間絶縁膜13上からエッチング液が除
去され、層間絶縁膜13上が浄化されると、引き続く回
転チャック21の回転によって、層間絶縁膜13を含む
半導体ウエハ10が乾燥され、これにより、平坦化作業
が完了する。
As a post-treatment, when the frozen body 15 is pulled up to the retracted position, the rotary chuck 21 is moved to, for example, 1000 to
Pure water is again supplied from the nozzle 24 at a flow rate of, for example, 100 cc / min onto the flat interlayer insulating film 13 of the semiconductor wafer 10 while rotating at 3000 rpm. By supplying the pure water, the etching liquid is removed from the interlayer insulating film 13 and the interlayer insulating film 13 is cleaned, and the semiconductor wafer 10 including the interlayer insulating film 13 is dried by the subsequent rotation of the rotary chuck 21. Then, the flattening work is completed.

【0033】このように、本発明に係る平坦化装置20
によれば、本発明に係る平坦化方法を適正かつ効率的に
実施することができ、極めて高い精度での加工が可能と
なる。
Thus, the flattening apparatus 20 according to the present invention
According to this, the flattening method according to the present invention can be carried out properly and efficiently, and processing with extremely high accuracy becomes possible.

【0034】図3は、本発明に係る平坦化方法をポリシ
リコン膜を有する半導体ウエハの平坦化に適用した例を
示す工程図である。このような半導体構造は、メモリ等
のセルプレートに採用されている。
FIG. 3 is a process diagram showing an example in which the planarization method according to the present invention is applied to the planarization of a semiconductor wafer having a polysilicon film. Such a semiconductor structure is used for a cell plate of a memory or the like.

【0035】図3(A)に示すように、例えばシリコン
基板から成る半導体ウエハ10上には、例えば気相成長
法により積層された、ボロンおよびリンを含む酸化シリ
コン(BPSG)等から成る層間絶縁膜11を介して、
気相成長法、リソグラフィおよびドライエッチングの技
術を用いて、シリコン酸化膜のような層間膜12*が形
成されている。層間膜12*上には、ポリシリコンから
なる絶縁膜13が形成されている。この絶縁膜13は、
下層の層間膜12*に対応して、その表面13aが、凹
凸形状を示す。
As shown in FIG. 3A, on a semiconductor wafer 10 made of, for example, a silicon substrate, interlayer insulation made of silicon oxide containing boron and phosphorus (BPSG) or the like, which is laminated by, for example, a vapor phase epitaxy method. Through the membrane 11
An interlayer film 12 * such as a silicon oxide film is formed by using vapor phase growth method, lithography and dry etching techniques. An insulating film 13 made of polysilicon is formed on the interlayer film 12 *. This insulating film 13 is
Corresponding to the lower interlayer film 12 *, its surface 13a has an uneven shape.

【0036】ポリシリコンからなる絶縁膜13上には、
図3(B)に示されているように、絶縁膜13の凹凸表
面13aを埋め込み、しかも凹凸表面13aを覆う氷層
14が形成される。この氷層14は、平坦な表面14a
を有する。氷層14の形成に先立ち、ポリシリコンの親
水性を高めるために、絶縁膜13の凹凸表面13aを塩
酸過水等で処理することが望ましい。
On the insulating film 13 made of polysilicon,
As shown in FIG. 3B, the ice layer 14 that fills the uneven surface 13a of the insulating film 13 and covers the uneven surface 13a is formed. This ice layer 14 has a flat surface 14a.
Have. Prior to the formation of the ice layer 14, it is desirable to treat the uneven surface 13a of the insulating film 13 with hydrochloric acid / hydrogen peroxide or the like in order to increase the hydrophilicity of the polysilicon.

【0037】氷層14の表面14aが、図3(C)に示
されているように、例えば凍結体15を用いて、相対的
に摺動される。エッチングすべき絶縁膜13がポリシリ
コンからなるとき、そのエッチングには、例えばフッ硝
酸溶液(1〜50%)等を用いることができ、凍結体1
5として、そのエッチング液の氷が用いられる。
The surface 14a of the ice layer 14 is relatively slid by using, for example, a frozen body 15, as shown in FIG. 3 (C). When the insulating film 13 to be etched is made of polysilicon, a hydrofluoric nitric acid solution (1 to 50%) or the like can be used for the etching.
As for 5, the ice of the etching solution is used.

【0038】氷層14および凍結体15の相対的な摺動
運動による摩擦熱により、図3(C)に示すように、氷
層14および凍結体15が同時的に融解することから、
氷層14での保護作用下で、氷層14から露出した絶縁
膜13の凸部分が、凍結体15の融解によるエッチング
液のエッチング作用を受ける。
As shown in FIG. 3C, the ice layer 14 and the frozen body 15 are melted at the same time by the frictional heat due to the relative sliding motion of the ice layer 14 and the frozen body 15.
Under the protective action of the ice layer 14, the convex portion of the insulating film 13 exposed from the ice layer 14 is subjected to the etching action of the etching liquid due to the melting of the frozen body 15.

【0039】これにより、図1に示した例におけると同
様に、絶縁膜13の表面13aおよび氷層14の表面1
4aが同一面を保持しながら、順次厚さ寸法を削減さ
れ、その結果、氷層14が全て溶けたときに、層間絶縁
膜13の凹凸表面は平坦になり、半導体ウエハ10上の
層間絶縁膜13の平坦化作業が終わる。
As a result, similarly to the example shown in FIG. 1, the surface 13a of the insulating film 13 and the surface 1 of the ice layer 14 are formed.
4a keeps the same surface, and the thickness is sequentially reduced. As a result, when the ice layer 14 is completely melted, the uneven surface of the interlayer insulating film 13 becomes flat, and the interlayer insulating film on the semiconductor wafer 10 is flattened. The flattening work of 13 is completed.

【0040】前記したところでは、平坦化を受ける物品
として、凹凸表面を有する絶縁膜が設けられた半導体ウ
エハの例について説明したが、本発明に係る平坦化方法
は、これに限らず、エッチング液により化学的エッチン
グを受ける種々の物品に適用することができる。
In the above description, an example of a semiconductor wafer provided with an insulating film having an uneven surface has been described as an article to be flattened. However, the flattening method according to the present invention is not limited to this, and the etching solution is not limited to this. Can be applied to various articles that undergo chemical etching.

【0041】また、エッチング液は、エッチングを受け
る物品の材質に応じて、例えば希フッ酸、希フッ硝酸お
よびフッ酸過水等の残留物問題を生じることのない液体
を適宜選択することができる。このエッチング液は、液
体、凍結体に代えて、シャーベット状で、エッチングに
対するマスク作用すなわち保護作用をなす氷層上に供給
することができる。さらに、エッチングに対するマスク
作用をなす氷として、水の他、凝固させるに好適な種々
の液体を選択して、その凝固体を使用することができ
る。
Further, as the etching liquid, a liquid which does not cause a residue problem such as dilute hydrofluoric acid, dilute hydrofluoric nitric acid and hydrofluoric acid / hydrogen peroxide can be appropriately selected according to the material of the article to be etched. . This etching liquid can be supplied in the form of a sherbet, instead of a liquid or a frozen body, on an ice layer that acts as a mask or a protection against etching. Further, in addition to water, various liquids suitable for solidification can be selected and used as the solidified body as ice that acts as a mask for etching.

【0042】[0042]

【発明の効果】本発明の方法によれば、前記したよう
に、汚染および粉塵の原因となる成分を含むスラリを用
いることなく、エッチング液が、上面の平坦な氷層との
共同により、この氷層から露出する部分をそのエッチン
グ作用によって、順次、削除することから、重金属ある
いはアルカリ金属類の汚染問題を引き起こすことなく、
また、粉塵の問題を引き起こすことなく、絶縁膜の平坦
化を図ることができ、従って、クリーンルーム内での製
造ラインでの実施が可能となることから、製造ラインの
コンパクト化および効率化の向上を図ることができる。
According to the method of the present invention, as described above, the etching solution is used in cooperation with the flat ice layer on the upper surface without using a slurry containing a component causing contamination and dust. Since the part exposed from the ice layer is sequentially removed by its etching action, without causing the problem of heavy metal or alkali metal contamination,
Further, the insulating film can be flattened without causing the problem of dust, and therefore, the production line can be implemented in a clean room. Therefore, the production line can be made compact and the efficiency can be improved. Can be planned.

【0043】[0043]

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る平坦化方法を酸化シリコン膜を有
する半導体ウエハの平坦化に適用した例を示す工程図で
ある。
FIG. 1 is a process chart showing an example in which a planarizing method according to the present invention is applied to planarizing a semiconductor wafer having a silicon oxide film.

【図2】本発明に係る平坦化装置を概略的に示す説明図
である。
FIG. 2 is an explanatory view schematically showing a flattening device according to the present invention.

【図3】本発明に係る平坦化方法をポリシリコン膜を有
する半導体ウエハの平坦化に適用した例を示す工程図で
ある。
FIG. 3 is a process chart showing an example in which the planarizing method according to the present invention is applied to planarizing a semiconductor wafer having a polysilicon film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 物品(半導体ウエハ) 13a 凹凸表面 14 氷層 14a 氷層の表面 15 凍結体 20 平坦化装置 21 回転台(回転チャック) 24 水を供給する手段(ノズル) 22 冷却手段(冷却機) 25 押圧手段 10 Articles (semiconductor wafers) 13a Uneven surface 14 Ice layer 14a Ice layer surface 15 Frozen body 20 Flattening device 21 Rotary table (rotary chuck) 24 Means for supplying water (nozzle) 22 Cooling means (cooler) 25 Pressing means

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−255773(JP,A) 特開 平6−302583(JP,A) 特開 平9−7986(JP,A) 特開 平8−222536(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/308,21/306 Continuation of the front page (56) Reference JP-A-8-255773 (JP, A) JP-A-6-302583 (JP, A) JP-A-9-7986 (JP, A) JP-A-8-222536 (JP , A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21 / 308,21 / 306

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体素子製造工程における半導体ウエ
ハの表面平坦化方法において、 上面に絶縁膜が形成された前記半導体ウエハを準備する
工程と、 前記絶縁膜の上面に水を供給する工程と、 前記絶縁膜の前記上面に供給された前記水を、窒素ガス
雰囲気下で冷却して凝固させることにより、平坦な上面
を備える氷層を前記絶縁膜上に形成する工程と、 前記絶縁膜をエッチングするエッチング液を凍結させた
凍結体を前記氷層の前記上面に押圧させ、前記凍結体を
前記氷層の前記上面に対して相対的に摺動させることに
より、前記氷層および前記凍結体を溶かす工程と、 前記氷層を溶かすことにより露出した前記絶縁膜を、前
記凍結体を溶かすことにより供給される前記エッチング
液によりエッチングして、前記絶縁膜の上面を平坦化す
る工程とを有することを特徴とする半導体ウエハの表面
平坦化方法。
1. A method of flattening a surface of a semiconductor wafer in a semiconductor device manufacturing process, the step of preparing the semiconductor wafer having an insulating film formed on the upper surface, the step of supplying water to the upper surface of the insulating film, Forming an ice layer having a flat upper surface on the insulating film by cooling and solidifying the water supplied to the upper surface of the insulating film in a nitrogen gas atmosphere; and etching the insulating film. The frozen body in which the etching liquid is frozen is pressed against the upper surface of the ice layer, and the frozen body is slid relative to the upper surface of the ice layer, thereby melting the ice layer and the frozen body. And a step of etching the insulating film exposed by melting the ice layer with the etching solution supplied by melting the frozen body to flatten the upper surface of the insulating film. Surface planarization method for semiconductor wafers, characterized by a step.
【請求項2】 前記氷層の前記上面に押圧される前記凍
結体の表面は、平坦であることを特徴とする請求項1記
載の半導体ウエハの表面平坦化方法。
2. The surface flattening method for a semiconductor wafer according to claim 1, wherein a surface of the frozen body pressed against the upper surface of the ice layer is flat.
【請求項3】 前記半導体ウエハを回転させることによ
り、前記絶縁膜の前記上面に供給された前記水の上面を
平坦化する工程を有することを特徴とする請求項1また
は2に記載の半導体ウエハの表面平坦化方法。
3. The semiconductor wafer according to claim 1, further comprising the step of flattening an upper surface of the water supplied to the upper surface of the insulating film by rotating the semiconductor wafer. Surface flattening method.
【請求項4】 前記半導体ウエハの前記回転は500〜
3000rpmの回転速度で行われることを特徴とする
請求項3記載の半導体ウエハの表面平坦化方法。
4. The rotation of the semiconductor wafer is 500 to
The method for planarizing a surface of a semiconductor wafer according to claim 3, wherein the method is performed at a rotation speed of 3000 rpm.
【請求項5】 前記水は、凍結温度調整用の有機溶剤を
含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記
載の半導体ウエハの表面平坦化方法。
5. The surface flattening method for a semiconductor wafer according to claim 1, wherein the water contains an organic solvent for adjusting a freezing temperature.
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