JP3510036B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ表面
等の平坦化技術に係り、特に加工ダメージを発生するこ
となく研磨加工レートが高くかつ安価に平坦化するため
の半導体装置の製造方法に関する。
等の平坦化技術に係り、特に加工ダメージを発生するこ
となく研磨加工レートが高くかつ安価に平坦化するため
の半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体製造工程は多くのプロセス処理工
程からなるが、まず本発明が適用される工程の一例であ
る配線工程について図１を用いて説明する。
程からなるが、まず本発明が適用される工程の一例であ
る配線工程について図１を用いて説明する。
【０００３】図１（ａ）は一層目の配線が形成されてい
るウエハの断面図を示している。トランジスタ部が形成
されているウエハ基板１の表面には絶縁膜２が形成され
ており、その上にアルミニウム等の配線層３が設けられ
ている。トランジスタとの接合をとるために絶縁膜２に
ホールが開けられているので、配線層のその部分３′は
多少へこんでいる。図（ｂ）に示す二層目の配線工程で
は、一層目の上に絶縁膜４，金属アルミニウム層５を形
成し、さらに、このアルミニウム層を配線パターン化す
るために露光用ホトレジスト層６を付着する。次に図
（ｃ）に示すようにステッパ７を用いて回路パターンを
上記ホトレジスト６上に露光転写する。この場合、ホト
レジスト層６の表面の凹部と凸部８では同時には焦点が
合わないことになり、解像ボケという重大な障害とな
る。
るウエハの断面図を示している。トランジスタ部が形成
されているウエハ基板１の表面には絶縁膜２が形成され
ており、その上にアルミニウム等の配線層３が設けられ
ている。トランジスタとの接合をとるために絶縁膜２に
ホールが開けられているので、配線層のその部分３′は
多少へこんでいる。図（ｂ）に示す二層目の配線工程で
は、一層目の上に絶縁膜４，金属アルミニウム層５を形
成し、さらに、このアルミニウム層を配線パターン化す
るために露光用ホトレジスト層６を付着する。次に図
（ｃ）に示すようにステッパ７を用いて回路パターンを
上記ホトレジスト６上に露光転写する。この場合、ホト
レジスト層６の表面の凹部と凸部８では同時には焦点が
合わないことになり、解像ボケという重大な障害とな
る。
【０００４】上記の不具合を解消するため、次に述べる
ような基板表面の平坦化処理が行われる。図１（ａ）の
処理工程の次に、図１（ｄ）に示すように、絶縁層４を
形成後、図中９のレベルまで平坦となるように後述する
方法によって研磨加工し、図（ｅ）の状態を得る。その
後金属アルミニウム層５とホトレジスト層６を形成し、
図１（ｆ）のようにステッパ７で露光する。この状態で
はレジスト表面が平坦であるので前記解像ボケの問題は
生じない。
ような基板表面の平坦化処理が行われる。図１（ａ）の
処理工程の次に、図１（ｄ）に示すように、絶縁層４を
形成後、図中９のレベルまで平坦となるように後述する
方法によって研磨加工し、図（ｅ）の状態を得る。その
後金属アルミニウム層５とホトレジスト層６を形成し、
図１（ｆ）のようにステッパ７で露光する。この状態で
はレジスト表面が平坦であるので前記解像ボケの問題は
生じない。
【０００５】図２に、上記絶縁膜パターンを平坦化する
ため従来一般的に用いられている化学機械研磨加工法を
示す。研磨パッド１１を定盤上１２に貼り付けて回転さ
せておく。この研磨パッドとしては、例えば発泡ウレタ
ン樹脂を薄いシート状にスライスして形成したものであ
り、被加工物の種類や仕上げたい表面粗さの程度によっ
てその材質や微細な表面構造を種々選択して使い分け
る。他方、加工すべきウエハ１は弾性のある押さえパッ
ド１３を介してウエハホルダ１４に固定する。このウエ
ハホルダ１４を回転させながら研磨パッド１１表面に荷
重し、さらに研磨パッド１１の上に研磨スラリ１５を供
給することによりウエハ表面の絶縁膜４の凸部が研磨除
去され、平坦化される。
ため従来一般的に用いられている化学機械研磨加工法を
示す。研磨パッド１１を定盤上１２に貼り付けて回転さ
せておく。この研磨パッドとしては、例えば発泡ウレタ
ン樹脂を薄いシート状にスライスして形成したものであ
り、被加工物の種類や仕上げたい表面粗さの程度によっ
てその材質や微細な表面構造を種々選択して使い分け
る。他方、加工すべきウエハ１は弾性のある押さえパッ
ド１３を介してウエハホルダ１４に固定する。このウエ
ハホルダ１４を回転させながら研磨パッド１１表面に荷
重し、さらに研磨パッド１１の上に研磨スラリ１５を供
給することによりウエハ表面の絶縁膜４の凸部が研磨除
去され、平坦化される。
【０００６】二酸化珪素等の絶縁膜を研磨する場合、一
般的に研磨スラリとしてはコロイダルシリカが用いられ
る。コロイダルシリカは直径３０ｎｍ程度の微細なシリ
カ粒子を水酸化カリウム等のアルカリ水溶液に懸濁させ
たものであり、アルカリによる化学作用が加わるため、
砥粒のみによる機械的研磨に比べ飛躍的に高い加工能率
と加工ダメージの少ない平滑面を得られる特徴がある。
このように、研磨パッドと被加工物の間に研磨スラリを
供給しながら加工する方法は遊離砥粒研磨技術として良
く知られている。
般的に研磨スラリとしてはコロイダルシリカが用いられ
る。コロイダルシリカは直径３０ｎｍ程度の微細なシリ
カ粒子を水酸化カリウム等のアルカリ水溶液に懸濁させ
たものであり、アルカリによる化学作用が加わるため、
砥粒のみによる機械的研磨に比べ飛躍的に高い加工能率
と加工ダメージの少ない平滑面を得られる特徴がある。
このように、研磨パッドと被加工物の間に研磨スラリを
供給しながら加工する方法は遊離砥粒研磨技術として良
く知られている。
【０００７】さて従来の遊離砥粒研磨加工によるウエハ
平坦化技術には、大きく２つの解決困難な課題がある。
その１つは、パターンの種類や段差の状態によっては十
分に平坦化できない、というパターン寸法依存性の問題
で、もう１つは、研磨工程で必要とされる過大な消耗品
コストの問題である。以下、これらの問題について詳し
く説明する。
平坦化技術には、大きく２つの解決困難な課題がある。
その１つは、パターンの種類や段差の状態によっては十
分に平坦化できない、というパターン寸法依存性の問題
で、もう１つは、研磨工程で必要とされる過大な消耗品
コストの問題である。以下、これらの問題について詳し
く説明する。
【０００８】一般的に、半導体ウエハ上のパターンは種
々の寸法や段差を持つパターンから形成されている。例
えば半導体メモリ素子を例にした場合、図３（ａ）に示
すように、１つのチップは大きく４つのブロックに分割
されている。この内、４つのブロック内部は微細なメモ
リセルが規則正しく密に形成されており、メモリマット
部１６と呼ばれる。この４つのメモリマット部１６の境
界部には上記メモリセルをアクセスするための周辺回路
１７が形成されている。典型的なダイナミックメモリの
場合、１つのチップ寸法は７mm×２０mm程度、周辺回路
部の幅は１mm程度である。
々の寸法や段差を持つパターンから形成されている。例
えば半導体メモリ素子を例にした場合、図３（ａ）に示
すように、１つのチップは大きく４つのブロックに分割
されている。この内、４つのブロック内部は微細なメモ
リセルが規則正しく密に形成されており、メモリマット
部１６と呼ばれる。この４つのメモリマット部１６の境
界部には上記メモリセルをアクセスするための周辺回路
１７が形成されている。典型的なダイナミックメモリの
場合、１つのチップ寸法は７mm×２０mm程度、周辺回路
部の幅は１mm程度である。
【０００９】上記チップの断面Ａ−Ａ′をとると、図３
（ｂ）に示すようにメモリマット部１６の平均高さは周
辺回路部１７の平均高さより０.５〜１μｍ 程度高い。
このような段差パターン上に厚さ１〜２μｍ程度の絶縁
膜４を成膜すると、その表面部の断面形状３１もほぼ下
地パターンの段差形状を反映したものとなる。
（ｂ）に示すようにメモリマット部１６の平均高さは周
辺回路部１７の平均高さより０.５〜１μｍ 程度高い。
このような段差パターン上に厚さ１〜２μｍ程度の絶縁
膜４を成膜すると、その表面部の断面形状３１もほぼ下
地パターンの段差形状を反映したものとなる。
【００１０】目的とする平坦化工程では、上記ウエハ表
面の絶縁膜４を一点鎖線３２のように平坦化したいので
あるが、一般的にこの用途に多く用いられている発泡ポ
リウレタン性の軟質パッド１１Ｌを用いた場合には、研
磨速度にパターン依存性が存在するためにこのようには
平坦化されない。すなわち、図４に示すように、軟質な
研磨パッド１８を用いた場合、研磨パッド表面形状は研
磨荷重のために図中の実線３０のように変形する。寸法
がミクロンオーダーの微細パターンには荷重が集中する
ため短時間で研磨されるものの、ミリメートルオーダー
の大きな寸法のパターンには分布荷重となって加わるた
め、研磨速度は遅くなる。その結果、研磨後の断面形状
は、図中の破線３４のようになり、依然として高低差：
ｄが残留したものとなってしまうのである。
面の絶縁膜４を一点鎖線３２のように平坦化したいので
あるが、一般的にこの用途に多く用いられている発泡ポ
リウレタン性の軟質パッド１１Ｌを用いた場合には、研
磨速度にパターン依存性が存在するためにこのようには
平坦化されない。すなわち、図４に示すように、軟質な
研磨パッド１８を用いた場合、研磨パッド表面形状は研
磨荷重のために図中の実線３０のように変形する。寸法
がミクロンオーダーの微細パターンには荷重が集中する
ため短時間で研磨されるものの、ミリメートルオーダー
の大きな寸法のパターンには分布荷重となって加わるた
め、研磨速度は遅くなる。その結果、研磨後の断面形状
は、図中の破線３４のようになり、依然として高低差：
ｄが残留したものとなってしまうのである。
【００１１】平坦化機能を向上させるためには研磨パッ
ドをより硬質にすれば良いが、この場合には後述する加
工ダメージの問題と共に、ウエハ面内の加工むらの増大
という新たな問題を生じる。この硬質パッド使用時に生
じる加工むら増大の原因については、まだ学術的に解明
されていないが、研磨パッド表面上に供給された砥粒が
研磨パッド表面の微細構造部に捕捉されて被加工基板と
の間に入ってゆく確率が変動するなどの影響が考えられ
ている。
ドをより硬質にすれば良いが、この場合には後述する加
工ダメージの問題と共に、ウエハ面内の加工むらの増大
という新たな問題を生じる。この硬質パッド使用時に生
じる加工むら増大の原因については、まだ学術的に解明
されていないが、研磨パッド表面上に供給された砥粒が
研磨パッド表面の微細構造部に捕捉されて被加工基板と
の間に入ってゆく確率が変動するなどの影響が考えられ
ている。
【００１２】半導体の配線工程の用途には±５％以下の
むらであることが求められ、現状では、研磨パッドの硬
さの限界は弾性率：１０kg／mm2 程度が上限となってい
る。そのため、メモリ素子のようにミリメートルオーダ
ーからミクロンオーダーまでの大小さまざまなパターン
が混在している半導体素子では、十分な平坦化効果が期
待できず、適用可能な対象としては、あまり寸法の大き
なパターンを含まない半導体製品、例えば論理ＬＳＩ等
に限られている。
むらであることが求められ、現状では、研磨パッドの硬
さの限界は弾性率：１０kg／mm2 程度が上限となってい
る。そのため、メモリ素子のようにミリメートルオーダ
ーからミクロンオーダーまでの大小さまざまなパターン
が混在している半導体素子では、十分な平坦化効果が期
待できず、適用可能な対象としては、あまり寸法の大き
なパターンを含まない半導体製品、例えば論理ＬＳＩ等
に限られている。
【００１３】上記従来の遊離砥粒研磨法による半導体ウ
エハの平坦化技術における第２の課題は、高価なランニ
ングコストの低減にある。これは遊離砥粒研磨法におけ
る研磨スラリの利用効率の低さに起因している。すなわ
ち、研磨傷を発生しない超平滑研磨のためにはコロイダ
ルシリカなどの研磨スラリを数１００cc／分以上の割合
で供給する必要があるが、その大半は実際の加工に寄与
することなく排除されてしまう。半導体用の高純度スラ
リの価格はきわめて高価であり、平坦化研磨プロセスコ
ストの大部分をこの研磨スラリが決めるためその改善が
強く要求されている。
エハの平坦化技術における第２の課題は、高価なランニ
ングコストの低減にある。これは遊離砥粒研磨法におけ
る研磨スラリの利用効率の低さに起因している。すなわ
ち、研磨傷を発生しない超平滑研磨のためにはコロイダ
ルシリカなどの研磨スラリを数１００cc／分以上の割合
で供給する必要があるが、その大半は実際の加工に寄与
することなく排除されてしまう。半導体用の高純度スラ
リの価格はきわめて高価であり、平坦化研磨プロセスコ
ストの大部分をこの研磨スラリが決めるためその改善が
強く要求されている。
【００１４】上記以外の従来技術として、微細な砥粒を
金属粉末やレジン樹脂に混ぜて製作した砥石を研磨定盤
とする固定砥粒加工法がファースト インタナショナル
エイビーティーイーシー カンファレンス(１st Inte
rnational ABTEC Conference（Seoul,１１月１９９３
年））の講演論文集Ｐ８０−８５に記載されているが、
加工面に微細なスクラッチがしばしば発生する欠点が知
られている。
金属粉末やレジン樹脂に混ぜて製作した砥石を研磨定盤
とする固定砥粒加工法がファースト インタナショナル
エイビーティーイーシー カンファレンス(１st Inte
rnational ABTEC Conference（Seoul,１１月１９９３
年））の講演論文集Ｐ８０−８５に記載されているが、
加工面に微細なスクラッチがしばしば発生する欠点が知
られている。
【００１５】このスクラッチの問題を解決するためには
砥粒の微細化が重要だとして、電気泳動法で製作した極
めて小さな粒径を持つ微細砥粒砥石による平坦化技術が
特開平6−302568 号に公開されているが、砥石自体が硬
質となるので、研磨液や加工雰囲気等に含まれる塵埃等
によって生じるスクラッチの問題は依然として残る。
砥粒の微細化が重要だとして、電気泳動法で製作した極
めて小さな粒径を持つ微細砥粒砥石による平坦化技術が
特開平6−302568 号に公開されているが、砥石自体が硬
質となるので、研磨液や加工雰囲気等に含まれる塵埃等
によって生じるスクラッチの問題は依然として残る。
【００１６】これらのスクラッチの問題を解決するもの
として、砥粒の微細化よりも砥石の弾性率を重視し、弾
性率を５〜５００kg／mm2 に制御して軟質な特性を持た
せると効果的である（ＰＣＴ／ＪＰ９５／０１８１４参
照）。この軟質な砥石を使用すると、スクラッチのない
超平滑な加工面が得られる。しかし、この軟質な砥石を
使用する方法には、加工面仕上がりの良さと引き替えに
加工能率が極端に低下してしまうという欠点があった。
として、砥粒の微細化よりも砥石の弾性率を重視し、弾
性率を５〜５００kg／mm2 に制御して軟質な特性を持た
せると効果的である（ＰＣＴ／ＪＰ９５／０１８１４参
照）。この軟質な砥石を使用すると、スクラッチのない
超平滑な加工面が得られる。しかし、この軟質な砥石を
使用する方法には、加工面仕上がりの良さと引き替えに
加工能率が極端に低下してしまうという欠点があった。
【００１７】これまでも説明したように従来の遊離砥粒
研磨による半導体ウエハの平坦化技術では、最小寸法が
ミクロンオーダーの微細パターンとミリメートルオーダ
ーの大寸法のパターンを同時に平坦に加工しうる条件が
存在しないため、メモリＬＳＩのように、大小さまざま
なパターンが混在する半導体集積回路の製造には適用で
きなかった。また、研磨処理に必要なランニングコスト
が高いことが量産適用上の大きな欠点となっていた。他
方、固定砥粒研磨によるウエハ平坦化技術ではランニン
グコストは低いが、砥石が硬いと加工面にスクラッチが
発生しやすく、軟質な砥石を用いるとスクラッチは発生
しないが加工速度が遅い、という問題があった。そのた
めスクラッチが発生しない条件と加工能率が高い条件と
を両立させることが難しかった。
研磨による半導体ウエハの平坦化技術では、最小寸法が
ミクロンオーダーの微細パターンとミリメートルオーダ
ーの大寸法のパターンを同時に平坦に加工しうる条件が
存在しないため、メモリＬＳＩのように、大小さまざま
なパターンが混在する半導体集積回路の製造には適用で
きなかった。また、研磨処理に必要なランニングコスト
が高いことが量産適用上の大きな欠点となっていた。他
方、固定砥粒研磨によるウエハ平坦化技術ではランニン
グコストは低いが、砥石が硬いと加工面にスクラッチが
発生しやすく、軟質な砥石を用いるとスクラッチは発生
しないが加工速度が遅い、という問題があった。そのた
めスクラッチが発生しない条件と加工能率が高い条件と
を両立させることが難しかった。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
従来技術の欠点を解消し、加工ダメージを発生すること
なく、加工能率が高く、研磨処理のランニングコストが
安い加工方法を提供することにある。
従来技術の欠点を解消し、加工ダメージを発生すること
なく、加工能率が高く、研磨処理のランニングコストが
安い加工方法を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上記目的は、従来の研磨
パッドと研磨スラリを用いた遊離砥粒研磨加工、あるい
は砥石のみを用いる固定砥粒研磨方法に代えて、砥石
と、その砥石を構成する砥粒とは異なる種類の砥粒を含
むスラリとを併用し、固定砥粒による作用と遊離砥粒に
よる作用との相乗効果を用いた加工により達成できる。
パッドと研磨スラリを用いた遊離砥粒研磨加工、あるい
は砥石のみを用いる固定砥粒研磨方法に代えて、砥石
と、その砥石を構成する砥粒とは異なる種類の砥粒を含
むスラリとを併用し、固定砥粒による作用と遊離砥粒に
よる作用との相乗効果を用いた加工により達成できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、図５を用いて本発明の実施
例を詳細に説明する。本発明に用いられる装置は一般的
なＣＭＰ（化学機械研磨）装置の研磨パッドを、砥石に
置き換えた構造となる。砥石３５はアルミニウムまたは
ステンレス製の定盤１２上に固定され回転運動を行う。
この砥石３５に対して、ウエハ１は凹凸パターンが形成
された被加工面を押し当てるように設置され、ウエハホ
ルダ１４によって保持される。ウエハホルダ１４は定盤
と同一方向に回転運動を行う。定盤１２とウエハホルダ
１４の回転数が等しければ、研磨されるウエハはウエハ
面内至る所で砥石に対する移動量が等しくなり、ウエハ
に対して一様な加工が行われ得る。研磨液すなわちスラ
リ１５はスラリ供給装置３６によって砥石上に数百ｍｌ
／分程度の割合で供給される。
例を詳細に説明する。本発明に用いられる装置は一般的
なＣＭＰ（化学機械研磨）装置の研磨パッドを、砥石に
置き換えた構造となる。砥石３５はアルミニウムまたは
ステンレス製の定盤１２上に固定され回転運動を行う。
この砥石３５に対して、ウエハ１は凹凸パターンが形成
された被加工面を押し当てるように設置され、ウエハホ
ルダ１４によって保持される。ウエハホルダ１４は定盤
と同一方向に回転運動を行う。定盤１２とウエハホルダ
１４の回転数が等しければ、研磨されるウエハはウエハ
面内至る所で砥石に対する移動量が等しくなり、ウエハ
に対して一様な加工が行われ得る。研磨液すなわちスラ
リ１５はスラリ供給装置３６によって砥石上に数百ｍｌ
／分程度の割合で供給される。
【００２１】回路パターンが形成されたシリコンウエハ
上の酸化膜を研磨するとき、砥石３５としては例えば、
平均粒径が１ミクロン程度の酸化セリウムをフェノール
等の有機樹脂材料で結合した、ヤング率が１００ｋｇ／
mm2 程度の、軟質で多孔質な砥石が用いられる。この砥
石のみであってもウエハ上の酸化膜を研磨，平坦化する
ことは可能であるが、より高い加工能率を得るために、
コロイダルシリカをスラリとして併用する点が本発明の
特徴である。このコロイダルシリカとしては例えば、シ
リコン酸化膜のＣＭＰ（化学機械研磨）に一般的に用い
られるCabot 社製のＳＣ−１等が適する。
上の酸化膜を研磨するとき、砥石３５としては例えば、
平均粒径が１ミクロン程度の酸化セリウムをフェノール
等の有機樹脂材料で結合した、ヤング率が１００ｋｇ／
mm2 程度の、軟質で多孔質な砥石が用いられる。この砥
石のみであってもウエハ上の酸化膜を研磨，平坦化する
ことは可能であるが、より高い加工能率を得るために、
コロイダルシリカをスラリとして併用する点が本発明の
特徴である。このコロイダルシリカとしては例えば、シ
リコン酸化膜のＣＭＰ（化学機械研磨）に一般的に用い
られるCabot 社製のＳＣ−１等が適する。
【００２２】発明者らは上記のように、酸化セリウム砥
粒からなる砥石と、コロイダルシリカスラリを併用する
と、砥石やスラリを単独で使用した場合に比べ、著しく
高い研磨速度が得られることを初めて見い出した。
粒からなる砥石と、コロイダルシリカスラリを併用する
と、砥石やスラリを単独で使用した場合に比べ、著しく
高い研磨速度が得られることを初めて見い出した。
【００２３】図６には、酸化セリウム砥石とコロイダル
シリカを併用した場合の研磨速度を、それぞれ、砥石の
みによって研磨した場合、コロイダルシリカのみにより
研磨した場合、と比較してコロイダルシリカ濃度の関数
として示してある。
シリカを併用した場合の研磨速度を、それぞれ、砥石の
みによって研磨した場合、コロイダルシリカのみにより
研磨した場合、と比較してコロイダルシリカ濃度の関数
として示してある。
【００２４】まず、コロイダルシリカを使わずに、酸化
セリウム砥石に水を研磨液として供給しながら研磨した
場合の結果を、図６中に点線で表した。この時、研磨作
用を司るのは、砥石上の酸化セリウム固定砥粒のみであ
るが、研磨速度は５ｎｍ／min と非常に遅い。
セリウム砥石に水を研磨液として供給しながら研磨した
場合の結果を、図６中に点線で表した。この時、研磨作
用を司るのは、砥石上の酸化セリウム固定砥粒のみであ
るが、研磨速度は５ｎｍ／min と非常に遅い。
【００２５】また遊離砥粒のみによって研磨されるコロ
イダルシリカスラリの場合のデータは、図６中に四角点
で表した。この時砥石の代わりとして研磨定盤上には、
CMPでは一般的に使用されているRodel 社製の研磨パッ
ドＩＣ−１０００を貼り付けて使用している。この結
果、コロイダルシリカ濃度が１２ｗｔ％の時に、研磨速
度４３ｎｍ／min を得た。
イダルシリカスラリの場合のデータは、図６中に四角点
で表した。この時砥石の代わりとして研磨定盤上には、
CMPでは一般的に使用されているRodel 社製の研磨パッ
ドＩＣ−１０００を貼り付けて使用している。この結
果、コロイダルシリカ濃度が１２ｗｔ％の時に、研磨速
度４３ｎｍ／min を得た。
【００２６】最後に、酸化セリウム砥石とコロイダルシ
リカを同時に使用した場合のデータは、図６中の丸点で
示されている。このとき、研磨速度はコロイダルシリカ
のみを使用した場合に比べ少なくとも２倍以上は上昇
し、特にコロイダルシリカ濃度が０.６ｗｔ％ と低い場
合には、コロイダルシリカのみによる研磨ではほとんど
研磨速度がゼロであることに対して、研磨速度３５ｎｍ
／min と著しく性能を向上させられる。
リカを同時に使用した場合のデータは、図６中の丸点で
示されている。このとき、研磨速度はコロイダルシリカ
のみを使用した場合に比べ少なくとも２倍以上は上昇
し、特にコロイダルシリカ濃度が０.６ｗｔ％ と低い場
合には、コロイダルシリカのみによる研磨ではほとんど
研磨速度がゼロであることに対して、研磨速度３５ｎｍ
／min と著しく性能を向上させられる。
【００２７】ここで得られた研磨速度は、同一条件下で
の酸化セリウム砥石のみによる研磨速度と、コロイダル
シリカのみによる研磨速度を足し合わせた研磨速度を大
幅に上回っている。このように、本発明では、酸化セリ
ウム砥石による固定砥粒研磨と、コロイダルシリカによ
る遊離砥粒研磨の単純な算術和によるものではなく、酸
化セリウム固定砥粒とコロイダルシリカ遊離砥粒による
相乗作用を用いることを特徴とするものである。
の酸化セリウム砥石のみによる研磨速度と、コロイダル
シリカのみによる研磨速度を足し合わせた研磨速度を大
幅に上回っている。このように、本発明では、酸化セリ
ウム砥石による固定砥粒研磨と、コロイダルシリカによ
る遊離砥粒研磨の単純な算術和によるものではなく、酸
化セリウム固定砥粒とコロイダルシリカ遊離砥粒による
相乗作用を用いることを特徴とするものである。
【００２８】酸化セリウム砥石とコロイダルシリカの併
用によって相乗作用が見られることについて、そのメカ
ニズムは次のようなものだと考えられる。はじめ、酸化
セリウム砥粒３７は砥石の結合材である樹脂３８によっ
て図７（ａ）の様にその表面を覆われている。砥石内部
だけでなく砥石表面の研磨面３９においても砥粒はこの
状態であるために、そのままではほとんど研磨能力がな
いがスクラッチ等のダメージを与えることもない。ここ
に微細なコロイダルシリカ粒子１５が存在すると、シリ
カ粒子１５は酸化セリウム粒子３７を覆っている樹脂成
分３８を除去する働きを持ち、図７（ｂ）の様に酸化セ
リウム砥粒の切れ刃が露出する。この切れ刃が露出した
酸化セリウム粒子３７′が、被加工物であるウエハ表面
を削り取ることで高速でかつスクラッチフリーな加工が
行われる。
用によって相乗作用が見られることについて、そのメカ
ニズムは次のようなものだと考えられる。はじめ、酸化
セリウム砥粒３７は砥石の結合材である樹脂３８によっ
て図７（ａ）の様にその表面を覆われている。砥石内部
だけでなく砥石表面の研磨面３９においても砥粒はこの
状態であるために、そのままではほとんど研磨能力がな
いがスクラッチ等のダメージを与えることもない。ここ
に微細なコロイダルシリカ粒子１５が存在すると、シリ
カ粒子１５は酸化セリウム粒子３７を覆っている樹脂成
分３８を除去する働きを持ち、図７（ｂ）の様に酸化セ
リウム砥粒の切れ刃が露出する。この切れ刃が露出した
酸化セリウム粒子３７′が、被加工物であるウエハ表面
を削り取ることで高速でかつスクラッチフリーな加工が
行われる。
【００２９】上記の実施例は一例であり、加工圧力や定
盤回転数を上げることで、より高い研磨速度が加工面仕
上げの質を落とさずに実現できることは言うまでもな
い。
盤回転数を上げることで、より高い研磨速度が加工面仕
上げの質を落とさずに実現できることは言うまでもな
い。
【００３０】また、砥石やスラリを構成する砥粒成分と
しては、上記実施例に掲げた酸化セリウムとコロイダル
シリカの組み合わせに限定するものでなく、砥石の固定
砥粒と、スラリの遊離砥粒とで種類の異なる砥粒であれ
ば、二酸化珪素，酸化セリウム，酸化アルミナのいずれ
か、またはそれらの混合物を用いてもよい。
しては、上記実施例に掲げた酸化セリウムとコロイダル
シリカの組み合わせに限定するものでなく、砥石の固定
砥粒と、スラリの遊離砥粒とで種類の異なる砥粒であれ
ば、二酸化珪素，酸化セリウム，酸化アルミナのいずれ
か、またはそれらの混合物を用いてもよい。
【００３１】
【発明の効果】上記のように本発明によれば、半導体ウ
エハの研磨加工において、従来の研磨パッドを用いたＣ
ＭＰ（化学機械研磨）に比べ平坦化能力の高い砥石を用
いることにより、平坦な加工面を得つつ、砥粒を含有し
たスラリを併用するために、同時に高い研磨速度を得る
ことができる。このことは半導体製造において、高品質
の加工を高いスループットで行うことができることを意
味している。
エハの研磨加工において、従来の研磨パッドを用いたＣ
ＭＰ（化学機械研磨）に比べ平坦化能力の高い砥石を用
いることにより、平坦な加工面を得つつ、砥粒を含有し
たスラリを併用するために、同時に高い研磨速度を得る
ことができる。このことは半導体製造において、高品質
の加工を高いスループットで行うことができることを意
味している。
【００３２】また、砥石は従来の研磨パッドに比べ優れ
た耐久性を持ち、生産装置のダウンタイムを減少させら
れること、砥石を併用した場合１０分の１以下という低
い濃度のスラリを用いても実用上十分な加工能率が得ら
れるため、従来ＣＭＰコストの大部分を占めていたスラ
リのコストを大幅に削減できること、などから従来ＣＭ
Ｐの欠点であった加工コストの高さの問題を解消し、プ
ロセスコストの低減が可能となる。また、低濃度スラリ
の使用によって、研磨後のウエハ洗浄にかかる負担も減
少するため、併せてコスト低減と、スループット向上に
寄与する。
た耐久性を持ち、生産装置のダウンタイムを減少させら
れること、砥石を併用した場合１０分の１以下という低
い濃度のスラリを用いても実用上十分な加工能率が得ら
れるため、従来ＣＭＰコストの大部分を占めていたスラ
リのコストを大幅に削減できること、などから従来ＣＭ
Ｐの欠点であった加工コストの高さの問題を解消し、プ
ロセスコストの低減が可能となる。また、低濃度スラリ
の使用によって、研磨後のウエハ洗浄にかかる負担も減
少するため、併せてコスト低減と、スループット向上に
寄与する。
【００３３】もちろん、低濃度スラリを使わずに通常使
用される濃度のスラリを用いても、非常に高い研磨速度
が得られることによるメリットがあり、スループット向
上とプロセスコストの低減が期待できることは言うまで
もない。
用される濃度のスラリを用いても、非常に高い研磨速度
が得られることによるメリットがあり、スループット向
上とプロセスコストの低減が期待できることは言うまで
もない。
【図１】ウエハ表面の平坦化工程の説明図である。
【図２】化学機械研磨法を説明する図である。
【図３】化学機械研磨法の課題を説明する図である。
【図４】化学機械研磨法の研磨パッドの問題点を説明す
る図である。
る図である。
【図５】本発明の実施形態を説明する図である。
【図６】砥石とコロイダルシリカスラリとの相乗効果を
示す図。
示す図。
【図７】砥石とコロイダルシリカスラリとの相乗作用を
説明する図。
説明する図。
１…ウエハ基板、２，４…絶縁膜、３…配線層、５…金
属アルミニウム層、６…ホトレジスト層、７…ステッ
パ、８…レジスト層の凸部、９…平坦化の目標レベル、
１１…研磨パッド、１２…定盤、１３…押さえパッド、
１４…ウエハホルダ、１５…研磨スラリ、１６…メモリ
マット部、１７…周辺回路部、１８…軟質研磨パッド、
３０…パッド表面、３１…断面形状、３２…研磨終点レ
ベル、３４…研磨後ウエハ表面、３５…砥石、３６…ス
ラリ供給装置、３７…酸化セリウム砥粒、３８…結合材
樹脂、３９…砥石表面、４０…コロイダルシリカ砥粒。
属アルミニウム層、６…ホトレジスト層、７…ステッ
パ、８…レジスト層の凸部、９…平坦化の目標レベル、
１１…研磨パッド、１２…定盤、１３…押さえパッド、
１４…ウエハホルダ、１５…研磨スラリ、１６…メモリ
マット部、１７…周辺回路部、１８…軟質研磨パッド、
３０…パッド表面、３１…断面形状、３２…研磨終点レ
ベル、３４…研磨後ウエハ表面、３５…砥石、３６…ス
ラリ供給装置、３７…酸化セリウム砥粒、３８…結合材
樹脂、３９…砥石表面、４０…コロイダルシリカ砥粒。
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フロントページの続き
(72)発明者 本間 喜夫
東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地
株式会社 日立製作所 中央研究所内
(56)参考文献 特開 昭62−162468（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−150162（ＪＰ，Ａ)
特開 昭54−64794（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/304
B24B 37/00
B24B 37/04
Claims (4)
- 【請求項１】凹凸パターンが形成されている半導体基板
の表面上にシリコン酸化膜の薄膜を形成する工程と、上
記基板の上記シリコン酸化膜の薄膜が形成されている凹
凸を有する面を研磨工具に荷重して相対運動させながら
上記凹凸を有する面を平坦化する工程、を含む研磨加工
方法において、上記研磨工具として、酸化セリウムの砥
粒とこれら砥粒を結合，保持するための物質から構成さ
れその弾性率が５ないし５００ kg ／ mm 2 の範囲にある砥
石を用い、上記砥石上にシリカの砥粒を含む研磨液を供
給しながら上記凹凸を有する面を平坦化加工することを
特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】上記研磨工具の砥石の砥粒を結合，保持す
るための物質はフェノール樹脂であることを特徴とする
請求項１記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】上記研磨工具の砥石および研磨液を構成す
る砥粒の平均粒径が１ミクロン以下の微細粒子であるこ
とを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】上記研磨工具の砥石の弾性率が１００ kg ／
mm 2 のものを用いることを特徴とする請求項１記載の半
導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03457196A JP3510036B2 (ja) | 1996-02-22 | 1996-02-22 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03457196A JP3510036B2 (ja) | 1996-02-22 | 1996-02-22 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09232257A JPH09232257A (ja) | 1997-09-05 |
| JP3510036B2 true JP3510036B2 (ja) | 2004-03-22 |
Family
ID=12418026
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03457196A Expired - Fee Related JP3510036B2 (ja) | 1996-02-22 | 1996-02-22 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3510036B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
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|---|---|---|---|---|
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| US6413156B1 (en) | 1996-05-16 | 2002-07-02 | Ebara Corporation | Method and apparatus for polishing workpiece |
| JP3627464B2 (ja) | 1997-08-28 | 2005-03-09 | 日産自動車株式会社 | エンジンの制御装置 |
| EP0999013B1 (en) | 1998-04-28 | 2007-09-26 | Ebara Corporation | Polishing grinding wheel and substrate polishing method with this grinding wheel |
| US6358128B1 (en) | 1999-03-05 | 2002-03-19 | Ebara Corporation | Polishing apparatus |
| US6354922B1 (en) | 1999-08-20 | 2002-03-12 | Ebara Corporation | Polishing apparatus |
| EP1043120A1 (en) | 1999-03-31 | 2000-10-11 | Nippei Toyama Corporation | Method and apparatus for grinding a workpiece |
| JP2002103207A (ja) | 2000-09-27 | 2002-04-09 | Hitachi Ltd | 乾式化学機械研磨方法 |
| DE102008053610B4 (de) * | 2008-10-29 | 2011-03-31 | Siltronic Ag | Verfahren zum beidseitigen Polieren einer Halbleiterscheibe |
| DE102009052744B4 (de) * | 2009-11-11 | 2013-08-29 | Siltronic Ag | Verfahren zur Politur einer Halbleiterscheibe |
-
1996
- 1996-02-22 JP JP03457196A patent/JP3510036B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09232257A (ja) | 1997-09-05 |
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