JP3529926B2 - 研磨方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一般に半導体装置の
製造に関し、特に研磨による絶縁層の平坦化工程を含む
半導体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置、特に半導体集積回路では、
基板上に形成した絶縁層上に配線パターンを埋め込んだ
配線構造を多層積層した多層配線構造が一部に採用され
ている。このような多層配線構造では、第１の、下層配
線構造上に、他の配線構造が形成されるため、各々の配
線構造は平坦な表面を有することが要求される。

【０００３】そこで、従来より、多層配線構造を形成す
る場合には、絶縁層上にコンタクトホールあるいは配線
溝を形成し、かかる絶縁層上に、前記コンタクトホール
あるいは配線溝を埋めるように金属層を堆積し、次いで
かかる金属層を、前記絶縁層表面が露出するまで研磨に
より除去し、平坦な配線構造を形成することが行われて
いる。かかる配線構造は、上主面が平坦であるため、そ
の上に次の配線構造を容易に形成することができる。

【０００４】以下、かかる研磨工程を含む従来の半導体
装置の製造方法を、ＭＯＳトランジスタの製造工程を例
に図１０〜１３を参照しながら説明する。図１０（Ａ）
を参照するに、ＭＯＳトランジスタは例えばｐ型にドー
プされたＳｉ基板１上に、前記基板１上に形成されたフ
ィールド酸化膜１ａが画成する活性領域１Ａに対応して
形成される。より具体的には、ＭＯＳトランジスタは前
記活性領域１Ａ表面に形成されたｎ⁺ 型拡散領域１ｂ
と、前記活性領域１Ａ表面上に、前記拡散領域１ｂから
ＭＯＳトランジスタのチャネル領域１ｄにより隔てられ
て形成された別の拡散領域１ｃと、前記チャネル領域１
ｄ上に、ゲート酸化膜（図示せず）を挟んで形成された
ゲート電極２とより構成され、前記ゲート電極２の側壁
には側壁絶縁膜２ａ，２ｂが形成される。また、前記拡
散領域１ｂおよび１ｃはそれぞれＭＯＳトランジスタの
ソース領域およびドレイン領域として作用する。

【０００５】図１０（Ａ）の工程では、かかるＭＯＳト
ランジスタを埋め込むように、ＳｉＯ₂ よりなる層間絶
縁膜３が、例えばＣＶＤ法等により、典型的には７０ｎ
ｍ程度の厚さに堆積される。その結果、前記ゲート電極
および拡散領域１ｂ，１ｃは前記絶縁膜３により覆われ
る。ただし、図１０（Ａ）に示すように、絶縁膜３の表
面は前記ゲート電極２に対応した凹凸を有する。

【０００６】次に、図１０（Ｂ）の工程で、前記絶縁膜
３の表面が一様に研磨され、その結果、絶縁膜３の面が
平坦化される。さらに、図１１（Ｃ）の工程で、前記絶
縁膜３がレジスト（図示せず）を使ったフォトリソグラ
フィによりパターニングされ、その結果、前記絶縁膜３
中に、前記拡散領域１ｂに対応して、前記領域１ｂの表
面を露出するコンタクトホール３ａが形成される。さら
に、図１１（Ｄ）の工程において、図１１（Ｃ）の構造
上に、ＴｉＮ等の高融点金属ちっ化物層３ｃを、スパッ
タ法等によりバリアメタル層として堆積し、さらにその
上にＷ，Ａｌ，Ｃｕ等の金属あるいは合金よりなる導体
層４を、一様な厚さに、例えばＣＶＤ法により堆積す
る。その結果、前記導体層４は、前記コンタクトホール
３ａを埋め、前記コンタクトホールにおいて拡散領域１
ｂと、前記バリアメタル層３ｃを介して電気的に接触す
る。先にも説明したように、図１１（Ｄ）の構造では、
前記導体層４は前記コンタクトホール３ａを埋めるた
め、導体層４表面上には前記コンタクトホール３ａに対
応して凹部４ａが現れる。換言すると、前記導体層４の
表面には凹凸が生じる。また、ＣＶＤ法で膜を堆積する
と、膜は下地に沿ってほぼ同じ速度で堆積するので、コ
ンタクトホール３ａの中心には、シームとよばれる継ぎ
目４ｅが形成される。このシームは、研磨の際にエッチ
ングされやすいことが知られている。

【０００７】そこで、図１２（Ｅ）の工程において、前
記導体層４が一様に研磨され、図１２（Ｅ）に示すよう
に絶縁膜３の表面が平坦な構造が得られる。かかる導体
層４の研磨は導体層４を構成する金属に対して選択的に
作用し、さらに前記ちっ化物層４ｃを前記絶縁膜表面か
ら除去することにより、前記コンタクトホール３ａを埋
めるように、前記拡散領域１ｂに接触する導体プラグ４
ｂが形成される。研磨による平坦化の結果、前記導体プ
ラグ４ｂの上主面は前記絶縁膜３の上主面と一致する。

【０００８】次に、図１２（Ｆ）の工程において、前記
平坦化された図１２（Ｆ）の構造上に、ＴｉＮをスパッ
タ法により堆積してＴｉＮ層５ａを形成し、さらにその
上にＴｉ，Ａｌ合金（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金）およびＴ
ｉを順次スパッタ法により堆積して導体層５を形成す
る。ただし、図１２（Ｆ）中、Ｔｉ層は非常に薄いた
め、図示を省略している。さらに、導体層５の上に、Ｔ
ｉＮをスパッタ法により堆積してＴｉＮ層５ｂを形成す
る。その結果、平坦化された絶縁層３上に、ＴｉＮ層５
ａ，５ｂにより挟持された導体層５が形成される。

【０００９】次に、図１３（Ｇ）の工程において、フォ
トリソグラフィおよびエッチングにより、前記導体層を
パターンし、配線パターンを形成し、さらにその上に、
図１３（Ｈ）の工程で、層間絶縁膜６をＣＶＤ法により
堆積する。図１３（Ｇ）の工程で形成された層間絶縁膜
６は、前記配線パターンに対応して上に凸に形成される
が、かかる層間絶縁膜６を研磨して平坦化することによ
り、図１４（Ｉ）の構造が得られる。層間絶縁膜６は平
坦化されているため、その上にさらに多層配線構造が形
成される。

【００１０】かかる従来の半導体装置の製造工程におい
て、図１２（Ｅ）における導体層４の研磨工程は、α−
Ａｌ₂ Ｏ₃ よりなる砥粒をＨ₂ Ｏ₂ 等よりなる液体酸化
剤との混合物よるなる研磨剤を使い、ウレタン樹脂等の
研磨布上において実行されていた。

【００１１】しかし、このような酸化剤を含んだ研磨剤
をＷ等の導体層の研磨に使用すると、酸化剤が前記導体
層凹部、例えば凹部４ａを埋める導体層４中に、前記導
体層４の堆積時に形成される継ぎ目ないしシームに沿っ
て侵入してしまい、その結果、かかる酸化剤の存在下で
実行される研磨工程により、前記シームが酸化剤のエッ
チング作用により拡大してしまう問題が発生する。すな
わち、導体プラグ４ｂの中央部には前記拡大したシーム
に対応して大きくまた深い凹部が形成されてしまい、コ
ンタクトホール３ａにおける拡散領域１ｂと導体パター
ン６ｂとの接触が不確実になってしまう問題点が生じ
る。かかる導体プラグ研磨時に形成される凹部は、特に
コンタクトホール３ａの大きさが０．５μｍあるいはそ
れ以下の高い集積密度を有する半導体装置および集積回
路において、特に深刻な信頼性の低下をもたらす。

【００１２】この問題点を解決するため、本発明の出願
人は、先に特願平７−１６９０５７において、固体酸化
剤として作用するＭｎＯ₂ を砥粒として有する研磨剤、
およびかかる研磨剤を使った半導体装置の製造方法を提
案した。かかるＭｎＯ₂ を使った研磨剤では、Ｈ₂ Ｏ₂
のような液体酸化剤を使わないため、コンタクトホール
中のシームが酸化されることがなく、このため例えば図
１２（Ｅ）の工程においてプラグ４ｂの研磨を行っても
シームが侵食されることがない。

【００１３】また、本出願人は、先に特願平７−６９０
４８において、ＭｎＯ₂ よりなる砥粒を含み、酸化膜の
効果速度を低下させる添加剤を使用することによりＷに
対して選択的に作用する研磨剤、かかる研磨剤を使った
研磨方法および半導体装置の製造方法を提案した。この
ようなＭｎＯ₂ 砥粒を含む研磨剤を図１２（Ｅ）の工程
において使うことにより、絶縁膜３が露出された場合、
研磨を確実に停止させることができる。

【００１４】さらに、本出願人は、かかるＭｎＯ₂ 砥粒
を含む研磨剤をＴｉＮ等の高融点金属ちっ化物に対して
使用した場合、得られる研磨速度がＷに対して適用した
場合よりも極端に小さいことを見出し、これに基づい
て、先に特願平７−２４４９５５において、ＭｎＯ₂ 砥
粒を含む研磨剤を使った研磨工程において、高融点金属
ちっ化物を研磨ストッパとして使うことを提案した。か
かるＭｎＯ₂ 砥粒を含む研磨剤を例えば図１２（Ｅ）の
工程で使うことにより、研磨を、ちっ化物層４ｃが露出
した状態で確実に停止させることができる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】一方、図１０〜図１４
の従来の半導体装置の製造工程では、図１２（Ｅ）の工
程においてＭｎＯ₂ を砥粒とする研磨剤による研磨を行
う場合でも、図１０（Ｂ）あるいは図１４（Ｉ）の研磨
工程では、ＳｉＯ₂ 層３あるいは層間絶縁膜６の研磨は
コロイダルシリカ等、ＭｎＯ₂ 砥粒以外の研磨剤を使っ
て実行されていた。これは、ＭｎＯ₂ の硬度がＳｉＯ₂
層３あるいは層間絶縁膜６の硬度よりも小さいため、Ｍ
ｎＯ₂ 砥粒では、これらの層の研磨は非効率的であると
考えられていたためである。

【００１６】一方、図１０〜１４の半導体装置の製造工
程において、図１０（Ｂ）あるいは図１４（Ｉ）の研磨
工程のような、絶縁層を研磨する研磨工程においてもＭ
ｎＯ ₂ を砥粒とする研磨剤を使うことができれば、研磨
工程毎に研磨剤を変える必要がなくなり、半導体装置の
製造工程が実質的に簡素化される。特にＭｎＯ₂ を砥粒
とする研磨剤を使った場合、研磨後の洗浄工程におい
て、ＨＣｌ，Ｈ₂ Ｏ₂ およびＨ₂ Ｏの混合液を洗浄液と
して使うことにより、砥粒として使われたＭｎＯ ₂ が溶
解・除去される点で有利である。また、単一の洗浄液を
使って洗浄がなされるため、廃液処理が実質的に簡素化
されると期待される。

【００１７】本出願人は、本発明の基礎となる実験にお
いて、ＭｎＯ₂ 砥粒を使った研磨剤が、ＳｉＯ₂ 等の絶
縁層においても有用であることを見出した。そこで、本
発明は、上記の課題を解決した、新規で有用な半導体装
置の製造方法を提供することを概括的目的とする。

【００１８】本発明のより具体的な目的は、絶縁層をＭ
ｎＯ₂ 砥粒を使った研磨剤により研磨する工程を含む半
導体装置の製造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】本発明は、上記の課題
を、請求項１に記載したように、構造中にＳｉ−Ｏネッ
トワークを含む絶縁層を研磨する工程を含む半導体装置
の製造方法において、前記研磨工程は、前記絶縁層の硬
度よりも小さい硬度を有し、酸素を放出する固体酸化剤
として作用する砥粒を含む研磨剤により実行され、前記
研磨剤は、ＭｎＯ_２ よりなることを特徴とする半導体装
置の製造方法により、または請求項２に記載したよう
に、前記研磨工程は、前記絶縁層上に形成された段差
を、前記研磨剤を使って研磨することにより平坦化する
平坦化工程を含むことを特徴とする請求項１記載の半導
体装置の製造方法により、または請求項３に記載したよ
うに、前記段差は、導体パターンを含み、前記平坦化工
程は、前記絶縁層および前記導体パターンを同時に研磨
する工程を含むことを特徴とする請求項２記載の半導体
装置の製造方法により、または請求項４に記載したよう
に、前記研磨工程の後、研磨された構造を、ＨＣｌ，Ｈ
_２ＳＯ_４，ＨＮＯ_３よりなる群から選ばれる酸とＨ_２Ｏ
_２の混合液により洗浄する工程を含むことを特徴とする
請求項１〜３のうち、いずれか一項記載の半導体装置の
製造方法により、解決する。

【００２０】以下、本発明の原理について、図１〜３を
参照しながら説明する。図１は、Ｓｉ基板上にＣＶＤ法
により堆積したＳｉＯ₂ 膜を、コロイダルシリカ研磨剤
およびＭｎＯ₂ を砥粒とする研磨剤を使って研磨した場
合に得られた研磨速度と圧力との関係を示す。

【００２１】図１を参照するに、研磨実験は、４０ｒｐ
ｍの回転数で回転する研磨盤にRODEL 社製の不織研磨布
SUBA400を被せ、その上にさらにウレタン研磨布(IC100
0)を貼りつけ、かかるウレタン研磨布上において、試料
を研磨盤と同じ回転方向に４０ｒｐｍの速度で回転させ
ながら行った。ただし、図１中、白丸はコロイダルシリ
カ研磨剤を使った場合を、また黒丸はＭｎＯ₂ を砥粒と
する研磨剤を使った場合を示す。ＭｎＯ₂ 砥粒を使う場
合、砥粒の粒径は０．１μｍとし、Ｈ₂ Ｏ中に７ｗｔ％
の比率で分散させて使用した。一方、実験で使用したコ
ロイダルシリカ研磨剤は、ギャボット社より商品名ＳＣ
−１１２として提供されるもので、粒径が０．０５μｍ
のシリカ砥粒を含む。

【００２２】図１より分かるように、圧力が約０．１ｋ
ｇ／ｃｍ² 〜０．８ｋｇ／ｃｍ² の範囲では、予期に反
して、ＳｉＯ₂ より硬度の低いＭｎＯ₂ の方が、コロイ
ダルシリカ研磨剤よりも大きな研磨速度を与えることが
見出された。また、図２（Ａ），（Ｂ）は研磨圧を０．
２１ｋｇ／ｃｍ² および０．５６ｋｇ／ｃｍ² とした場
合のＳｉＯ₂ 膜の研磨速度と研磨盤の回転数との関係
を、それぞれコロイダルシリカ研磨剤（ＳＣ−１１２）
およびＭｎＯ₂ 研磨剤を使った場合について示す。さら
に、図３（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ研磨圧を０．５６
ｋｇ／ｃｍ² および０．２１ｋｇ／ｃｍ² とした場合に
おける研磨速度を、コロイダルシリカ研磨剤およびＭｎ
Ｏ₂ 研磨剤を使った場合で比較して示す。ただし、いず
れの場合でも、研磨は、研磨盤と試料とを、同一の速度
で同一方向に回転させながら行った。

【００２３】図２（Ａ），（Ｂ）および図３（Ａ），
（Ｂ）を参照するに、同一研磨圧、同一回転数において
は、ＭｎＯ₂ のほうがコロイダルシリカよりも大きな研
磨速度を与えることが確認された。特に図３（Ｂ）に示
すように研磨圧を０．２１ｋｇ／ｃｍ² とした場合、コ
ロイダルシリカ研磨剤では研磨盤の回転数が２０ｒｐｍ
〜１００ｒｐｍの範囲では研磨は殆ど生じないのに対
し、ＭｎＯ₂ 研磨剤では、回転数の増加とともに研磨速
度が直線的に増大するのが認められる。

【００２４】図２（Ａ），（Ｂ）、図３（Ａ），（Ｂ）
の結果は、ＭｎＯ₂ を砥粒として含む研磨剤を使って、
Ｗ等の金属のみならず、ＳｉＯ₂ 等の絶縁膜も研磨でき
ることを示す。ＭｎＯ₂ 砥粒でモース硬度がより高いＳ
ｉＯ₂ が研磨できる理由は確認されていないが、ＭｎＯ
₂ はＭｎの電荷が変化することにより酸素を放出する固
体酸化剤として作用し、放出された酸素がＳｉＯ₂ を構
成する−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ−ネットワークを切断するもの
と想像される。従って、本発明によるＭｎＯ₂ 研磨剤は
ＳｉＯ₂ のみならず、構造中に−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ−ネッ
トワークを含むＰＳＧやＢＰＳＧ等のガラスに対しても
有効であると考えられる。また、固体酸化材による、構
造中に−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ−ネットワークを含む絶縁膜の
研磨は、原理的にはＭｎＯ₂ 研磨剤のみならず、砥粒と
してＴｉＯ₂ ，ＣｕＯ等を使った研磨剤においても有効
であると考えられる。

【００２５】

【発明の実施の形態】次に、本発明による半導体装置の
製造工程を、ＭＯＳトランジスタの製造工程を例に、図
４〜８を参照しながら説明する。図４（Ａ）を参照する
に、ＭＯＳトランジスタは例えばｐ型にドープされたＳ
ｉ基板１１上に、前記基板１１上に形成されたフィール
ド酸化膜１１ａが画成する活性領域１１Ａに対応して形
成される。より具体的には、ＭＯＳトランジスタは前記
活性領域１１Ａ表面に形成されたｎ⁺ 型拡散領域1 １ｂ
と、前記活性領域１1 Ａ表面上に、前記拡散領域1 １ｂ
からＭＯＳトランジスタのチャネル領域1１ｄにより隔
てられて形成された別の拡散領域1 １ｃと、前記チャネ
ル領域１1ｄ上に、ゲート酸化膜（図示せず）を挟んで
形成されたゲート電極1 ２とより構成され、前記ゲート
電極1 ２の側壁には側壁絶縁膜1 ２ａ，1 ２ｂが形成さ
れる。また、前記拡散領域1 １ｂおよび1 １ｃはそれぞ
れＭＯＳトランジスタのソース領域およびドレイン領域
として作用する。

【００２６】図４（Ａ）の工程では、かかるＭＯＳトラ
ンジスタを埋め込むように、ＳｉＯ ₂ よりなる層間絶縁
膜1 ３が、例えばＣＶＤ法等により、典型的には７０ｎ
ｍ程度の厚さに堆積される。その結果、前記ゲート電極
および拡散領域1 １ｂ，1 １ｃは前記絶縁膜1 ３により
覆われる。ただし、図４（Ａ）に示すように、絶縁膜1
３の表面は前記ゲート電極２に対応した凹凸を有する。

【００２７】次に、図４（Ｂ）の工程で、前記絶縁膜1
３の表面が一様に研磨され、その結果、絶縁膜1 ３の面
が平坦化される。さらに、図５（Ｃ）の工程で、前記絶
縁膜1 ３がレジスト（図示せず）を使ったフォトリソグ
ラフィによりパターニングされ、その結果、前記絶縁膜
1 ３中に、前記拡散領域1 １ｂに対応して、前記領域1
１ｂの表面を露出するコンタクトホール1 ３ａが形成さ
れる。さらに、図５（Ｄ）の工程において、図５（Ｃ）
の構造上に、ＴｉＮ等の高融点金属ちっ化物層1 ３ｃ
を、スパッタ法等によりバリアメタル層として堆積し、
さらにその上にＷ，Ａｌ，Ｃｕ等の金属あるいは合金よ
りなる導体層1 ４を、一様な厚さに、例えばＣＶＤ法に
より堆積する。その結果、前記導体層1 ４は、前記コン
タクトホール1 ３ａを埋め、前記コンタクトホールにお
いて拡散領域1 １ｂと、前記バリアメタル層1 ３ｃを介
して電気的に接触する。先にも説明したように、図５
（Ｄ）の構造では、前記導体層1 ４は前記コンタクトホ
ール1 ３ａを埋めるため、導体層1 ４表面上には前記コ
ンタクトホール1 ３ａに対応して凹部1 ４ａが現れる。
換言すると、前記導体層1 ４の表面には凹凸が生じる。

【００２８】そこで、図６（Ｅ）の工程において、前記
導体層1 ４がＭｎＯ₂ を砥粒とする研磨剤によって一様
に研磨され、図６（Ｅ）に示すように絶縁膜1 ３の表面
が平坦な構造が得られる。かかる導体層1 ４の研磨は導
体層1 ４を構成する金属に対して選択的に作用し、ちっ
化物層1 ４ｃが露出した時点で停止する。換言すると、
ちっ化物層１４ｃは、研磨ストッパとして作用する。そ
の結果、前記コンタクトホール1 ３ａを埋めるように、
前記拡散領域1 １ｂに接触する導体プラグ1 ４ｂが形成
される。研磨による平坦化の結果、前記導体プラグ1 ４
ｂの上主面は前記ちっ化物層1 ４ｃの上主面と一致す
る。

【００２９】次に、図６（Ｆ）の工程において、前記平
坦化された図６（Ｅ）の構造上に、Ｔｉ，Ａｌ合金（Ａ
ｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金）およびＴｉを順次スパッタするこ
とにより、導体層1 ５を形成し、さらにその上にＴｉＮ
をスパッタすることにより高融点金属層1 ５ａを形成す
る。ただし、導体層１５において、Ｔｉ層は非常に薄い
ため、図示を省略してある。

【００３０】さらに、図７（Ｇ）の工程において、フォ
トリソグラフィおよびエッチングを行うことにより、図
６（Ｆ）の工程で堆積された導体層１５を、その上下の
ちっ化物層１４ｃおよび１５ａと共にパターニングし、
配線パターンを形成する。さらに、図７（Ｈ）の工程に
おいて、図７（Ｇ）の構造上にＳｉＯ₂ あるいあはＢＰ
ＳＧ等の層間絶縁膜１６を、ＣＶＤ法により、前記配線
パターンを埋めるように堆積し、さらに図８（Ｉ）の工
程で、層間絶縁膜１６のうち、前記配線パターンに対応
して形成される凸部を研磨し、平坦化した構造を得る。

【００３１】かかる構造では、図８（Ｉ）の平坦化され
た絶縁膜１６上に、必要に応じて様々な配線パターンを
繰り返し形成することができる。本実施例では、図４
（Ｂ）および図８（Ｉ）の平坦化研磨工程で、ＳｉＯ₂
膜１３あるいは層間絶縁膜１６が、ＭｎＯ₂ 研磨剤によ
り研磨される。研磨は、ＭｎＯ₂ 砥粒をＨ₂ Ｏ中に７ｗ
ｔ％の比率で分散させた研磨剤を使い、不織研磨布（Ｓ
ＵＢＡ４００）を被せた研磨盤にさらにウレタン研磨布
（ＩＣ１０００）を貼りつけ、かかるウレタン研磨布上
で、研磨盤を１００ｒｐｍの速度で回転させながら０．
２ｋｇ／ｃｍ² の圧力で実行する。その際、被研磨片で
あるＳｉＯ₂膜１３あるいは層間絶縁膜１６を形成され
たチップも、研磨盤と同じ回転方向に、同じ速度で回転
させる。その結果、絶縁膜１３あるいは１６は速やかに
研磨され、図４（Ｂ）あるいは８（Ｉ）に示す平坦化面
が得られる。

【００３２】図４（Ｂ）あるいは図８（Ｉ）の研磨工程
においても、図６（Ｅ）の研磨工程と同じＭｎＯ₂ 砥粒
を含む研磨剤を使うことにより、研磨装置の共通化およ
び廃液処理の共通化が可能になり、半導体装置の製造コ
ストを削減できる。図９は、Ｓｉ基板上にＣＶＤ法によ
り堆積したＳｉＯ₂ 膜上に、高さが８００ｎｍの段差を
形成し、これを研磨剤としてＳＣ−１１２およびＭｎＯ
₂ を砥粒とする研磨剤によりそれぞれ研磨した場合にお
ける、段差の高さの変化と段差基部を構成するＳｉＯ₂
表面の研磨量との関係を示す。

【００３３】先に図１〜３に示したように、砥粒として
ＭｎＯ₂ を含む研磨剤を使った場合、ＳｉＯ₂ 膜は低い
研磨圧でも研磨できるのに対し、研磨剤としてＳＣ−１
１２を使った場合には、比較的高い研磨圧が必要であっ
たことを勘案して、ＭｎＯ₂を含む研磨剤を使う場合に
は研磨圧を０．２１ｋｇ／ｃｍ² に、またＳＣ−１１２
を研磨剤として使う場合には、研磨圧を０．５６ｋｇ／
ｃｍ² に設定した。さらに、研磨盤の回転速度および試
料の回転速度は、ＳｉＯ₂ 膜の平坦面を研磨した場合の
研磨速度が、ＭｎＯ₂ を使った場合とＳＣ−１１２を使
った場合で同じになるように調整した。具体的には、Ｍ
ｎＯ₂ を使った場合、試料と研磨盤はいずれも８０ｒｐ
ｍの回転数で回転させ、またＳＣ−１１２を使った場合
には、試料と研磨盤はいずれも６０ｒｐｍの回転数で回
転させた。

【００３４】図９よりわかるように、ＳＣ−１１２を研
磨剤として使った場合、段差の研磨に伴って、段差基部
表面も実質的な量が研磨されるのに対し、ＭｎＯ₂ を使
った場合、段差基部の研磨量がＳＣ−１１２を使った場
合よりも実質的に減少するとが示された。換言すると、
ＳｉＯ₂ 膜上に形成された段差を研磨する際に、砥粒と
してＭｎＯ₂ を含む研磨剤を使うことにより、段差部を
選択的に研磨することが可能になる。これは、研磨時に
おける層間膜の研磨量が少なくなり、スループットが向
上することを意味する。例えば図４（Ｂ）および８
（Ｉ）の平坦化工程で、砥粒としてＭｎＯ₂ を含む研磨
剤を使うのが非常に効果的であることがわかる。

【００３５】図４（Ｂ），図６（Ｅ）あるいは図８
（Ｉ）の研磨工程の後、研磨された半導体構造体は、Ｈ
Ｃｌ、Ｈ₂ ＳＯ₄ あるいはＨＮＯ₃ 等の酸とＨ₂ Ｏ₂ の
混合液よりなる洗浄液中で洗浄され、ＭｎＯ₂ 砥粒が溶
解除去される。先にも説明したように、本発明による半
導体装置の製造方法では、研磨工程で使われる研磨剤
は、ＭｎＯ₂ を砥粒とした研磨剤に限定されるものでは
なく、研磨時に固体酸化剤として作用し、酸素を放出し
て絶縁膜中のＯ−Ｓｉ−Ｏネットワークを切断するよう
な作用を行う金属酸化物、例えばＴｉＯ2 ，ＣｕＯ等を
砥粒として含むものであってもよい。

【００３６】また、本発明は上記の実施例に限定される
ものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内におい
て様々な変形・変更が可能である。

【００３７】

【発明の効果】請求項１〜４記載の本発明によれば、絶
縁層を研磨する研磨工程においても導体層の研磨に使わ
れるＭｎＯ_２を砥粒とする研磨剤を使うことができ、研
磨工程毎に何回も研磨剤を変える必要がなくなる。その
結果、半導体装置の製造工程が実質的に簡素化される。
特にＭｎＯ_２を砥粒とする研磨剤を使った場合、研磨後
の洗浄工程において、ＨＣｌ，Ｈ_２Ｏ_２およびＨ_２Ｏの
混合液を洗浄液として使うことにより、砥粒として使わ
れたＭｎＯ_２が溶解・除去される点で有利である。ま
た、単一の洗浄液を使って洗浄がなされるため、廃液処
理が実質的に簡素化される。ＭｎＯ_２を砥粒として含む
研磨剤は、特にＳｉＯ_２膜上に形成された段差を、選択
的に研磨して平坦化する際に有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による、ＭｎＯ₂ 砥粒を含む研磨剤を使
ったＳｉＯ₂ 膜の研磨速度と研磨圧の関係を、コロイダ
ルシリカ研磨剤と比較して示す図である。

【図２】（Ａ），（Ｂ）は、コロイダルシリカ研磨剤の
ＳｉＯ₂ 膜に対する研磨速度と回転数との関係を、異な
った研磨圧に対して示す図である。

【図３】（Ａ），（Ｂ）は、ＭｎＯ₂ を含む研磨剤とコ
ロイダルシリカ研磨剤を使った場合の、ＳｉＯ₂ 膜の研
磨速度を、回転数の関数として示す図である。

【図４】（Ａ），（Ｂ）は、本発明の第１実施例による
半導体装置の製造工程を示す図（その１）である。

【図５】（Ｃ），（Ｄ）は、本発明の第１実施例による
半導体装置の製造工程を示す図（その２）である。

【図６】（Ｅ），（Ｆ）は、本発明の第１実施例による
半導体装置の製造工程を示す図（その３）である。

【図７】（Ｇ），（Ｈ）は、本発明の第１実施例による
半導体装置の製造工程を示す図（その４）である。

【図８】（Ｉ）は、本発明の第１実施例による半導体装
置の製造工程を示す図（その５）である。

【図９】ＳｉＯ₂ 膜上に形成された段差を、研磨により
平坦化する場合の効果を、ＭｎＯ₂ を砥粒として含む研
磨剤と、従来のコロイダルシリカ研磨剤で比較して示す
図である。

【図１０】（Ａ），（Ｂ）は、従来の半導体装置の製造
工程を示す図（その１）である。

【図１１】（Ｃ），（Ｄ）は、従来の半導体装置の製造
工程を示す図（その２）である。

【図１２】（Ｅ），（Ｆ）は、従来の半導体装置の製造
工程を示す図（その３）である。

【図１３】（Ｇ），（Ｈ）は、従来の半導体装置の製造
工程を示す図（その４）である。

【図１４】（Ｉ）は、従来の半導体装置の製造工程を示
す図（その５）である。

【符号の説明】

１，１１ 基板 １ａ，１１ａ フィールド酸化膜 １ｂ，１ｃ，１１ｂ，１１ｃ 拡散領域 １ｄ，１１ｄ チャネル領域 ２，１２ ゲート電極 ２ａ，２ｂ，１２ａ，１２ｂ ゲート側壁絶縁膜 ３，５，７，１３，１５，１７ 絶縁膜 ３ａ，１３ａ コンタクトホール ４，６，１４，１６ 導体層 ４ａ，１４ａ 凹部 ４ｂ，１４ｂ 導体プラグ ４ｃ，１４ｃ バリアメタル層 ４ｅ，１４ｅ シーム ５ａ，１５ａ 溝 ６ａ，１６ａ 凹部 ６ｂ，１６ｂ 導体パターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 有本 由弘 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 中村 亘 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−156238（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−221168（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−100320（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−86186（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−271376（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−291099（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−22887（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−22888（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/304 B24B 37/00 B24D 3/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 構造中にＳｉ−Ｏネットワークを含む絶
   縁層を研磨する工程を含む半導体装置の製造方法におい
   て、 前記研磨工程は、前記絶縁層の硬度よりも小さい硬度を
   有し、酸素を放出する固体酸化剤として作用する砥粒を
   含む研磨剤により実行され、 前記研磨剤は、ＭｎＯ_２ よりなることを特徴とする半導
   体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 前記研磨工程は、前記絶縁層上に形成さ
   れた段差を、前記研磨剤を使って研磨することにより平
   坦化する平坦化工程を含む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。
3. 【請求項３】 前記段差は、導体パターンを含み、前記
   平坦化工程は、前記絶縁層および前記導体パターンを同
   時に研磨する工程を含むことを特徴とする請求項２記載
   の半導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】 前記研磨工程の後、研磨された構造を、
   ＨＣｌ，Ｈ_２ＳＯ_４，ＨＮＯ_３よりなる群から選ばれる
   酸とＨ_２Ｏ_２の混合液により洗浄する工程を含むことを
   特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか一項記載の半
   導体装置の製造方法。