JP4028911B2 - 半導体基板の研磨方法および研磨装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板の研磨方法に係り、特に半導体基板の表面を研磨して平坦な表面形状を形成する半導体基板の研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体の量産ラインに対してＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing ：化学機械的研磨）を用いた平坦化技術の導入が進んで来ている。このＣＭＰを用いた従来の半導体基板の研磨方法としては、まず、研磨布を張り付けた研磨定盤（定盤）上に研磨液を分散し、回転もしくは振動する定盤上に基板支持基体によって保持された被研磨基板を適当な圧力で押し付け、被研磨基板の表面を研磨（主研磨）する。
【０００３】
この場合、研磨剤（研磨液）としては、例えば、シリカ（ＳｉＯ2 ）、セリア（ＣｅＯ2 ）、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）等の研磨粒子、およびアルカリのスラリー（水酸化カリウム：ＫＯＨ、アンモニア：ＮＨ4 ＯＨ、アミン類等）を含んで構成される。その後、主研磨により生じた基板表面上の傷や埃を除去するために、純水を用いて研磨（仕上げ研磨）するというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、仕上げ研磨終了時における金属不純物による半導体基板の表面の金属汚染状態（レベル）は、近年の微細加工精度を必要とする半導体集積回路（半導体チップ）の製造を満足するものではなかった。すなわち研磨後の洗浄において、さらに洗浄工程（機械的洗浄、アルカリ性薬液による洗浄、酸性薬液やキレート剤による洗浄、および次の工程を行うための前洗浄）を必要とせざるを得なかった。
【０００５】
また、従来、研磨剤（研磨液）を改良した半導体基板の研磨方法としては、例えば、特開平２−２７８８２２号公報等に記載のものが知られている。この文献には、研磨剤と遷移金属のキレート塩とを用いて研磨（エッチング）を行うことが開示されている。しかしながら、研磨剤とキレート塩とを混合して半導体基板の表面を研磨した場合、金属汚染の除去を十分に行うためには、その後に機械的洗浄工程や酸性またはアルカリ性薬液による洗浄工程を行わなければならない。つまり、研磨工程後の洗浄工程を簡略化することはできない。
【０００６】
このように従来の半導体基板の研磨方法では、研磨工程（主研磨工程）の後に様々な洗浄工程を行わなければならなかった。また、従来の半導体基板の研磨方法では、酸性薬液の洗浄によるアルミニウム配線に対する腐食の問題や、このアルミニウム配線の腐食を引き起こす洗浄を省略した場合において残存する金属汚染の問題等があった。
【０００７】
本発明はかかる実情に鑑み、少ない工程で研磨後の半導体基板から金属汚染を効果的に除去する半導体基板の研磨方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、アルミニウム配線の腐食を伴うことなく金属汚染を十分に除去する半導体基板の研磨方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、半導体基板の表面を平坦化する半導体基板の研磨方法であって、前記半導体基板の表面を第１の研磨液を用いて研磨する主研磨工程と、該主研磨工程の後に前記半導体基板の表面をキレート剤を用いて研磨する仕上げ研磨工程とを備え、前記仕上げ研磨工程は、前記半導体基板の表面が前記主研磨工程で前記第１の研磨液中の砥粒から圧力を受けている状態で開始し、化学機械的にキレート化反応を促進して行うことを特徴とする半導体基板の研磨方法が提供される。
また、本発明によれば、半導体基板の表面を平坦化する半導体基板の研磨装置であって、前記半導体基板を支持する基板支持基体と、該基板支持基体に対向して配置された研磨定盤と、該研磨定盤上に設けられた研磨布と、主研磨を行う際に前記研磨布に第１の研磨液を供給する研磨液供給部と、前記主研磨後の仕上げ研磨を行う際に前記研磨布にキレート剤を供給するキレート剤供給部とを備え、前記キレート剤供給部は、前記半導体基板の表面が前記主研磨における前記第１の研磨液中の砥粒から圧力を受けている状態で前記キレート剤を供給し、化学機械的にキレート化反応が促進するようにしたことを特徴とする半導体基板の研磨装置が提供される。
【００１０】
仕上げ研磨工程を、キレート剤および第１の研磨液を使用して行うことができる。第１の研磨液は、好ましくは研磨粒子およびアルカリ遷移金属を含むスラリーを有している。
また、仕上げ研磨工程を、キレート剤および第１の研磨液とは異なる第２の研磨液を使用して行うことができる。第１の研磨液は、好ましくは研磨粒子およびアルカリ遷移金属を含むスラリーを有する。また、第２の研磨液は、好ましくは研磨粒子およびアンモニア若しくはアミン類を含むスラリーを有している。
【００１１】
キレート剤は、クエン酸、エチレンジアミン４酢酸、ヒドロキシエチレンＮ−シアミン３酢酸、アンモニア３酢酸、ジエチレン８アミンペンタ酢酸およびエタノールジグリシネートの中から選ばれる少なくとも１つの物質で含んで構成することができる。キレート剤の体積濃度は、好ましくは０．０１％以上、２０％以下である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき、本発明の好適な実施の形態を説明する。
図１（Ａ）は本発明に係る半導体基板の研磨方法の第１の実施形態における主研磨工程を説明するための概略断面図であり、図１（Ｂ）は本発明に係る半導体基板の研磨方法の第１の実施形態における仕上げ研磨工程を説明するための概略断面図である。なお、つぎに述べる各実施形態の半導体基板の研磨方法は、後述する他の様々な半導体基板研磨装置に適用することができる。
【００１３】
まずここで、本発明方法に使用する半導体基板の研磨装置を説明する。図１において、１は半導体基板、２は基板支持基体（プレート）、３は研磨液供給機構（研磨液供給部）、４は研磨布（研磨パッド）、５は研磨定盤（定盤）、そして６はキレート剤供給機構（キレート剤供給部）である。ここで、本実施形態の半導体基板の研磨方法は、後述するように半導体集積回路（半導体チップ）を製造する各工程において行われるものとする。
【００１４】
この半導体基板の研磨装置において、半導体基板１は支持基体２により保持され、定盤５上に設けられた研磨布４に適当な圧力で押し付けられるようになっている。ここで、支持基体２は第１の方向（例えば、反時計回り方向）に回転し、定盤５は第２の方向（例えば、時計回り方向）に回転するようになっている。すなわち定盤５および支持基体２は、同じ回転軸に対して逆方向に回転するようになっている。なお、支持基体２および定盤５は、回転の他に振動（揺動）するようにすることもできる。
【００１５】
まず、第１の実施形態における半導体基板の研磨方法の主研磨工程では、図１（Ａ）に示されるように半導体基板１を基板支持基体２で保持し、研磨液供給機構３から研磨液３ａを研磨布４に供給する。そして、研磨液３ａを供給しながら、定盤５上で研磨布４に半導体基板１を押し付けて、圧力を加えながら半導体基板１の表面を２分間〜５分間程度研磨（主研磨）する。この主研磨工程により半導体基板１の表面は、膜厚にして数千Å程度が除去（研磨）される。
【００１６】
ここで、主研磨工程で用いる研磨液３ａの好適な例としては、例えば水酸化カリウムもしくは硝酸鉄に、シリカ等の研磨粒子を混合したものを使用する。
【００１７】
つぎに、上述の主研磨工程に引き続いて仕上げ研磨工程が行われる。この仕上げ研磨工程では図１（Ｂ）に示されるように、キレート剤供給機構６から研磨布４上にキレート剤６ａを供給し、３０秒間程度、半導体基板１の表面の研磨（仕上げ研磨）を行う。この仕上げ研磨は、主研磨による半導体基板１の表面の埃や傷等を除去するためのものである。
【００１８】
ここで、キレート剤は金属と結合してキレート塩を形成し、半導体基板の表面から金属汚染を除去する効果を本来的に持っている。この性質を利用して、半導体基板の研磨後の洗浄工程に用いる薬液として使用されている例がある。本実施形態では、研磨中にキレート液を加える。これによって、研磨布や研磨剤中の砥粒（研磨粒子）から圧力を受けている半導体基板の表面において、上述した通常のキレート化反応に加えて、化学機械的にキレート化反応を促進する作用が加わって、研磨終了後に行う洗浄に比べて効果的にキレート塩を作って金属汚染が除去される。
【００１９】
すなわち、半導体基板１の表面は、図１（Ａ）に示されるように研磨液３ａを用いた主研磨工程により、半導体基板１の表面が研磨されて（削り取られて）活性な状態となっている。この主研磨工程に引き続いてキレート剤６ａを用いた仕上げ研磨工程を行うことにより、汚染物質が半導体基板１の表面と結合する前に半導体基板１の表面の埃や傷等を効果的に取り除くことができる。換言すると、本実施形態の仕上げ研磨工程におけるキレート剤は、既に半導体基板１の表面に強固に結びついている金属を通常のキレート化反応により取り除くというよりも、半導体基板１の表面に漂っている（強固には結合していない）金属（つまり汚染物質）を容易にキレート化反応させて取り除くように作用する。このため、そのような汚染物質を効果的に取り除くことができる。
【００２０】
本実施形態では、仕上げ研磨工程の仕上げ研磨を施した後の半導体基板１の表面における金属汚染状態は、例えば表面濃度で８．９×１０9 atoms ／ｃｍ2 程度の低汚染状態（１０10atoms ／ｃｍ2 程度以下）となる。これにより従来必要とされていた、汚染レベルを１０10atoms ／ｃｍ2 程度以下に低下させるための各工程を不要とすることができる。
【００２１】
すなわち、従来では研磨終了時において金属不純物による半導体基板の表面の金属汚染状態は、鉄を例でみると表面濃度で７．９×１０10atoms ／ｃｍ2 程度となっている。ちなみに、近年の０．３μｍ以下の設計ルールに基づく微細加工を要求する半導体集積回路の製造において、次の製造工程に移るためには例えば半導体基板の表面の金属汚染状態を１０10atoms ／ｃｍ2 程度以下の汚染レベルに保持する必要がある。従って、金属汚染状態が７．９×１０10atoms ／ｃｍ2 程度の場合には、この金属汚染状態を１０10atoms ／ｃｍ2 程度以下にするために、研磨後の洗浄において以下の各工程を必要としていた。
【００２２】
１）研磨で付着した微粒子のブラシによる除去を行う機械的洗浄工程
２）さらに、完全に微粒子を取り除くためにアルカリ性薬液による洗浄工程
３）金属汚染を除去するための酸性薬液、あるいはキレート剤による洗浄工程
４）次の半導体装置製造工程を行うための前洗浄工程
【００２３】
上述した従来の半導体基板の研磨方法においては、金属汚染の除去を行うためには、上記１）〜４）の少なくとも４つの工程を経なければならない。さらに、条件によっては各洗浄工程を複数回に渡って行うことが必要な場合もあり、このように極めて多数の工程を経る必要がある。
【００２４】
本発明によれば、上述したように仕上げ研磨により半導体基板１の表面の金属汚染状態が、８．９×１０9 atoms ／ｃｍ2 程度となる。従って、従来の方法において不可欠であった、研磨後の洗浄における特に１）〜３）の３つの工程を省略することができる。また、３）の洗浄工程による酸性薬液を使用する必要がないことから、半導体基板１にアルミニウムを材料とする配線を形成するような場合でも、酸性薬液による腐食の恐れがない。
【００２５】
ちなみに、従来方法において極希薄な酸性薬液による洗浄を行う場合がある。半導体基板にアルミニウムを材料とする配線が既に形成されていると、一定の割合でこのアルミニウム配線が腐食されるため歩留りの低下が避けられない。また、アルミニウム配線の腐食を回避するために、アルミニウムに対して腐食作用を持った薬液を使用した洗浄工程を経ないようにすると、金属汚染を十分に取り切れないという問題が生じる。本発明によれば、このような問題をすべて解消することができる。
【００２６】
つぎに、本発明の半導体基板の研磨方法の第２の実施形態を説明する。
図２（Ａ）は本発明に係る半導体基板の研磨方法の第２の実施形態における主研磨工程を説明するための概略断面図であり、図２（Ｂ）は本発明に係る半導体基板の研磨方法の第２の実施形態における仕上げ研磨工程を説明するための概略断面図である。
【００２７】
まず、第２の実施形態に使用する半導体基板の研磨装置を説明する。図２において、１１は半導体基板、１２は基板支持基体、１３は研磨液供給機構、１４は研磨布、１５は研磨定盤（定盤）、そして１６はキレート剤供給機構である。この装置の基本構成は、実質的に第１の実施形態の場合と同様であり、各構成部材は同様に作用するものとする。
【００２８】
まず、第２の実施形態における半導体基板の研磨方法の主研磨工程は、前述した第１の実施形態の場合と同様に行われる。すなわち、図２（Ａ）に示されるように半導体基板１１を基板支持基体１２で保持し、研磨液供給機構１３から研磨液１３ａを研磨布１４に供給する。そして、研磨液１３ａを供給しながら、定盤１５上で研磨布１４に半導体基板１１を押し付けて、圧力を加えながら半導体基板１１の表面を２分間〜５分間程度研磨（主研磨）する。この主研磨工程により半導体基板１１の表面を膜厚にして数千Å程度を除去（研磨）する。ここで、研磨液１３ａとしては、前述した第２の実施形態における研磨液３ａと同じものを使用することができる。
【００２９】
つぎに、上述の主研磨工程に引き続いて仕上げ研磨工程が行われる。この仕上げ研磨工程では、主研磨工程で半導体基板１１表面に加わった加工ダメージを取り除くために、図２（Ｂ）に示されるようにキレート剤供給機構１６から研磨布１４上にキレート剤１６ａを供給すると共に、研磨液供給機構１３から少量の研磨液１３ａを研磨布１４に供給して仕上げ研磨工程を行う。これにより半導体基板１１の表面は、研磨液１３ａにより若干削られると共に、キレート剤１６ａによって半導体基板１１の表面の埃や傷等が取り除かれる。
【００３０】
ここで、第２の実施形態の仕上げ研磨工程において使用する研磨液としては、図２（Ａ）に示した主研磨で用いたものと同じ研磨液供給機構１３からの研磨液１３ａを使用してもよい。また、さらに別の研磨液供給機構１７からの研磨液１７ａを使用するように構成してもよい。
なお、仕上げ研磨工程において、仕上げ研磨工程専用の研磨液供給機構１７からの研磨液１７ａと、キレート剤供給機構１６からのキレート剤１６ａとを使用する場合には、仕上げ研磨工程として最適な研磨液１７ａを選択することができる。この場合の研磨液１７ａの好適な例としては、例えばアルカリ金属を含まないアンモニアやアミン類に、シリカ等の研磨粒子を混合したものを使用することができる。
【００３１】
図３は、図２で示した半導体基板の研磨方法の第２の実施形態における仕上げ研磨工程の変形例を説明するための概略断面図である。図３において、１８は研磨液およびキレート剤混合液供給機構を示している。
この例では上述した主研磨で用いたのと同じ研磨液１３ａあるいは仕上げ研磨工程専用の研磨液１７ａと仕上げ研磨工程において使用するキレート剤１６ａとを混合した研磨液と、キレート剤混合液１８ａと、を研磨液およびキレート剤混合液供給機構１８から供給して仕上げ研磨工程を行う。
【００３２】
つぎに、本発明の半導体基板の研磨方法の第３の実施形態を説明する。
図４（Ａ）は本発明に係る半導体基板の研磨方法の第３の実施形態における主研磨工程を説明するための概略断面図であり、図４（Ｂ）は本発明に係る半導体基板の研磨方法の第３の実施形態における仕上げ研磨工程を説明するための概略断面図である。
【００３３】
まず、第３の実施形態に使用する半導体基板の研磨装置を説明する。図４において、２１は半導体基板、２２は基板支持基体、２３は研磨液供給機構、２４は第１の研磨布、２５は第１の研磨定盤（定盤）、３３はキレート剤供給機構、３４は第２の研磨布、そして３５は第２の研磨定盤（定盤）である。この装置の基本構成は、実質的に第１または第２の実施形態の場合と同様であり、各構成部材は同様に作用するものとする。
【００３４】
まず、第３の実施形態における半導体基板の研磨方法の主研磨工程は、前述した第１の実施形態および第２の実施形態の場合と同様に行われる。すなわち、図４（Ａ）に示されるように半導体基板２１を基板支持基体２２で保持し、研磨液供給機構２３から研磨液２３ａを第１の研磨布２４に供給する。そして、研磨液２３ａを供給しながら、第１の定盤２５上で研磨布２４に半導体基板２１を押し付けて、圧力を加えながら半導体基板２１の表面を２分間〜５分間程度研磨（主研磨）する。この主研磨工程により半導体基板２１の表面を膜厚にして数千Å程度を除去（研磨）する。ここで、研磨液２３ａとしては、前述した第１の実施形態における研磨液３ａと同じものを使用することができる。
【００３５】
つぎに、図４（Ｂ）に示されるように、図４（Ａ）に示した主研磨で使用した第１の研磨布２４および第１の定盤２５とは異なる第２の研磨布３４および第２の定盤３５を使用すると共に、第２の研磨布３４および第２の定盤３５に設けられたキレート剤供給機構３３からのキレート剤３３ａを使用して仕上げ研磨を行うようになっている。
【００３６】
すなわち、第３の実施形態の仕上げ研磨工程は、主研磨工程で生じる金属汚染に曝された第１の研磨布２４や研磨液２３ａから速やかに半導体基板２１を分離する。そして主研磨工程で使用したのとは別個の研磨定盤（第２の定盤）３５および第２の研磨布３４を使用して行われる。これにより仕上げ研磨における洗浄効果をより一層向上させることができる。
【００３７】
図５は、図４（Ｂ）で示した半導体基板の研磨方法の第３の実施形態における仕上げ研磨工程の変形例を説明するための概略断面図である。図５において、３８は研磨液およびキレート剤混合液供給機構を示している。
この例では上述した主研磨で用いたのと同じ研磨液２３ａあるいは仕上げ研磨工程専用の研磨液（第２の実施形態における研磨液１７ａに対応）と仕上げ研磨工程において使用するキレート剤３３ａとを混合した研磨液と、キレート剤混合液３８ａと、を研磨液およびキレート剤混合液供給機構３８から供給して、仕上げ研磨工程を行う。
【００３８】
なお、仕上げ工程で使用する研磨液としては、アルカリ金属を含まないアンモニアやアミン類等のスラリーを使用するのが好ましい。これは、仕上げ工程でアルカリ金属を含むスラリー（例えば、水酸化カリウム）を使用すると、該アルカリ金属が半導体基板上に残存して新たな汚染源となる恐れがあるためである。
【００３９】
ところで、上述した第１〜第３の各実施形態において、キレート剤として例えば、クエン酸、エチレンジアミン４酢酸、ヒドロキシエチレンＮ−ジアミン３酢酸、アンモニア３酢酸、ジエチレン３アミンペンタ酢酸、エタノールジグリシネートのうちから少なくとも１つを選択して用いることができる。また、キレート剤の体積濃度（体積％）は、０．０１％以上、２０％以下にするのが好ましい。すなわちキレート剤の体積濃度を０．０１％よりも小さくすると、キレート剤が不足して上述した洗浄効果を十分に得ることができないからである。一方、キレート剤の体積濃度を２０％よりも大きくすると、キレート剤が過多となってキレート剤自身による有機物残留が問題となって好ましくない。従って、キレート剤の体積濃度は、０．０１％〜２０％の範囲に設定するのが好ましく、これにより主研磨により半導体基板の表面に発生した傷や付着した埃等が仕上げ研磨によって十分且つ確実に除去することができる。
【００４０】
具体的には、上述したように研磨終了時の半導体基板上での残留鉄汚染物質の表面濃度（残留鉄汚染濃度）は、第１、第２および第３の実施形態ともに、８．９×１０9 atoms ／ｃｍ2 程度となる。明らかなように、従来の研磨方法による７．９×１０10atoms ／ｃｍ2 程度よりも残留鉄汚染濃度を格段に小さくすることができる。
【００４１】
ここで、図６〜図８は本発明の半導体基板の研磨方法が適用される各半導体製造工程の例を示す図である。
図６（Ａ）はストッパの無い層間絶縁膜の平坦化の例を示し、図６（Ｂ）はストッパ付きの層間絶縁膜の平坦化の例を示している。図６（Ａ）および（Ｂ）において、２１１は第１層間絶縁膜、２１２および２１４はバリヤ層、２１３は第１層配線、２１５は絶縁膜、そして２１６はストッパ絶縁膜を示している。
【００４２】
図６（Ａ）に示す例では、本発明の研磨方法を適用して、Ｃ１−Ｃ１の位置まで半導体基板を研磨し、絶縁膜（層間絶縁膜）２１５を平坦化する様子が示されている。また、図６（Ｂ）に示す例では、本発明の研磨方法を適用して、Ｃ２−Ｃ２の位置まで半導体基板を研磨し、ストッパ絶縁膜２１６まで平坦化する様子が示されている。
【００４３】
図７（Ａ）５はビアホール埋込みの平坦化の例を示し、図６（Ｂ）はデュアルダマシン（埋込み）配線の平坦化の例を示している。図７（Ａ）および（Ｂ）において、２１７はバリヤ層、２１８はブランケット金属層、そして２１９はビアホールを示している。なお、絶縁膜２１５は第２層間絶縁膜を構成している。
【００４４】
図７（Ａ）に示す例では、本発明の研磨方法を適用して、Ｃ３−Ｃ３の位置まで半導体基板を研磨し、表面が平坦化され、金属膜２１８が埋め込まれたビアホール２１９を形成する様子が示されている。また、図７（Ｂ）に示す例では、本発明の研磨方法を適用して、Ｃ４−Ｃ４の位置まで半導体基板を研磨し、ビアホール２１９上に第２層配線２１８′を形成する様子が示されている。
【００４５】
図８（Ａ）は深溝埋込みの平坦化の例を示し、同図において、２２０は深溝、２２１はバット酸化膜、２２２は窒化シリコン膜、そして２２３は多結晶シリコン膜を示している。
図８（Ａ）に示す例では、本発明の研磨方法を適用して、Ｃ５−Ｃ５の位置まで半導体基板を研磨し、すなわち窒化シリコン膜２２２まで研磨して平坦化された深溝埋込みを形成する様子が示されている。
【００４６】
図８（Ｂ）は浅溝埋込みの平坦化の例を示し、同図において、２２４はパッド酸化膜、２２５は窒化シリコン膜、２２６は埋込み絶縁膜を示している。
図８（Ｂ）に示す例では、本発明の研磨方法を適用して、Ｃ６−Ｃ６の位置まで半導体基板を研磨し、すなわち窒化シリコン膜２２５まで研磨して平坦化された浅溝（素子分離領域）２２７およびデバイス領域２２８を形成する様子が示されている。
【００４７】
上述した図６〜図８は、本発明が適用される例を示すものであり、本発明の半導体基板の研磨方法は、他の様々な半導体製造工程に適用することができるのはもちろんである。
【００４８】
ここでまた、図９および図１０は本発明の半導体基板の研磨方法が適用される半導体基板研磨装置の他の例を示す図である。すなわち図９は半導体基板研磨装置の概略断面図を示し、図１０（Ａ）は図９の半導体基板研磨装置における基板支持基体部の平面図を示し、そして図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）の基板支持基体部をＸ−Ｘ線に沿って切断した断面図を示している。
【００４９】
図９および図１０において、４１は半導体基板、４２は基板支持基体（プレート）、４３は研磨液供給機構（研磨液供給部）、４４は研磨布（研磨パット）、４５は定盤、４６はキレート剤供給機構（キレート剤供給部）を示している。
【００５０】
図９に示されるように、半導体基板研磨装置は、マシンセンターＬ１を中心として回転する研磨定盤（定盤）４５の上に研磨布４４が設けられている。この研磨布４４に対して支持基体４２により保持され、半導体基板４１が適当な圧力で押し付けられるようになっている。ここで、定盤４５は中空となっており、中に流された冷却液により半導体基板４１と研磨布４４との摩擦熱による温度上昇を制御するようになっている。
【００５１】
図１０（Ａ）および（Ｂ）に示されるように、半導体基板４１は例えば、ワックス４７により支持基体４２に保持されるようになっている。また支持基体４２はマシンヘッド４０に取り付けられるようになっている。支持基体４２（マシンヘッド４０）はまた、定盤４５の回転軸（マシンセンター）とは異なる軸Ｌ２を中心として回転するようになっており、これらの複合した回転により半導体基板４１の研磨を行うようになっている。ここで支持基体４２（マシンヘッド４０）は、マシンセンターＬ１の周囲に複数個設けるように構成してもよい。
【００５２】
さらに半導体基板研磨装置には、主研磨工程で使用する研磨液４３ａを供給する研磨液供給機構４３や仕上げ研磨工程で使用するキレート剤４６ａを供給するキレート剤供給機構４６が設けられている。
これらの例からも分かるように本発明に係る半導体基板の研磨方法は、様々な研磨装置に適用することができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、半導体基板の研磨方法によれば、キレート剤を用いて半導体基板表面の研磨を行うことにより、研磨後の半導体基板表面の洗浄工程を簡略化することができると共に、半導体基板上に形成されているアルミニウム配線等の腐食を防ぎつつ効果的に埃を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明に係る半導体基板の研磨方法の第１の実施形態における主研磨工程を説明するための概略断面図、（Ｂ）は仕上げ研磨工程を説明するための概略断面図である。
【図２】（Ａ）は本発明に係る半導体基板の研磨方法の第２の実施形態における主研磨工程を説明するための概略断面図、（Ｂ）は仕上げ研磨工程を説明するための概略断面図である。
【図３】図２（Ｂ）に示す半導体基板の研磨方法の第２の実施形態における仕上げ研磨工程の変形例を説明するための概略断面図である。
【図４】（Ａ）は本発明に係る半導体基板の研磨方法の第３の実施形態における主研磨工程を説明するための概略断面図、（Ｂ）は仕上げ研磨工程を説明するための概略断面図である。
【図５】図４（Ｂ）に示す半導体基板の研磨方法の第３の実施形態における仕上げ研磨工程の変形例を説明するための概略断面図である。
【図６】本発明の半導体基板の研磨方法が適用される各半導体製造工程の例を示す図である。
【図７】本発明の半導体基板の研磨方法が適用される各半導体製造工程の別の例を示す図である。
【図８】本発明の半導体基板の研磨方法が適用される各半導体製造工程のさらに別の例を示す図である。
【図９】本発明の半導体基板の研磨方法が適用される半導体基板研磨装置の他の例を示す概略断面図である。
【図１０】（Ａ）は図９に示した半導体基板研磨装置における基板支持基体部を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿って切断した断面図である。
【符号の説明】
１ 半導体基板
２ 基板支持基体（プレート）
３ 研磨液供給機構（研磨液供給部）
３ａ 研磨液
４ 研磨布（研磨パッド）
５ 研磨定盤（定盤）
６ キレート剤供給機構（キレート剤供給部）
６ａ キレート剤
１１ 半導体基板
１２ 基板支持基体
１３ 研磨液供給機構
１４ 研磨布
１５ 研磨定盤（定盤）
１６ キレート剤供給機構
１６ａ キレート剤
１７ 研磨液供給機構
１７ 研磨液
２１ 半導体基板
２２ 基板支持基体
２３ 研磨液供給機構
２４ 第１の研磨布
２５ 第１の研磨定盤（定盤）
３３ キレート剤供給機構
３４ 第２の研磨布
３５ 第２の研磨定盤（定盤）
３８ 研磨液およびキレート剤混合液供給機構
３８ａ キレート剤混合液
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板の研磨方法に係り、特に半導体基板の表面を研磨して平坦な表面形状を形成する半導体基板の研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体の量産ラインに対してＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing ：化学機械的研磨）を用いた平坦化技術の導入が進んで来ている。このＣＭＰを用いた従来の半導体基板の研磨方法としては、まず、研磨布を張り付けた研磨定盤（定盤）上に研磨液を分散し、回転もしくは振動する定盤上に基板支持基体によって保持された被研磨基板を適当な圧力で押し付け、被研磨基板の表面を研磨（主研磨）する。
【０００３】
この場合、研磨剤（研磨液）としては、例えば、シリカ（ＳｉＯ2 ）、セリア（ＣｅＯ2 ）、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）等の研磨粒子、およびアルカリのスラリー（水酸化カリウム：ＫＯＨ、アンモニア：ＮＨ4 ＯＨ、アミン類等）を含んで構成される。その後、主研磨により生じた基板表面上の傷や埃を除去するために、純水を用いて研磨（仕上げ研磨）するというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、仕上げ研磨終了時における金属不純物による半導体基板の表面の金属汚染状態（レベル）は、近年の微細加工精度を必要とする半導体集積回路（半導体チップ）の製造を満足するものではなかった。すなわち研磨後の洗浄において、さらに洗浄工程（機械的洗浄、アルカリ性薬液による洗浄、酸性薬液やキレート剤による洗浄、および次の工程を行うための前洗浄）を必要とせざるを得なかった。
【０００５】
また、従来、研磨剤（研磨液）を改良した半導体基板の研磨方法としては、例えば、特開平２−２７８８２２号公報等に記載のものが知られている。この文献には、研磨剤と遷移金属のキレート塩とを用いて研磨（エッチング）を行うことが開示されている。しかしながら、研磨剤とキレート塩とを混合して半導体基板の表面を研磨した場合、金属汚染の除去を十分に行うためには、その後に機械的洗浄工程や酸性またはアルカリ性薬液による洗浄工程を行わなければならない。つまり、研磨工程後の洗浄工程を簡略化することはできない。
【０００６】
このように従来の半導体基板の研磨方法では、研磨工程（主研磨工程）の後に様々な洗浄工程を行わなければならなかった。また、従来の半導体基板の研磨方法では、酸性薬液の洗浄によるアルミニウム配線に対する腐食の問題や、このアルミニウム配線の腐食を引き起こす洗浄を省略した場合において残存する金属汚染の問題等があった。
【０００７】
本発明はかかる実情に鑑み、少ない工程で研磨後の半導体基板から金属汚染を効果的に除去する半導体基板の研磨方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、アルミニウム配線の腐食を伴うことなく金属汚染を十分に除去する半導体基板の研磨方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、半導体基板の表面を平坦化する半導体基板の研磨方法であって、前記半導体基板の表面を第１の研磨液を用いて研磨する主研磨工程と、該主研磨工程の後に前記半導体基板の表面をキレート剤を用いて研磨する仕上げ研磨工程とを備え、前記仕上げ研磨工程は、前記半導体基板の表面が前記主研磨工程で前記第１の研磨液中の砥粒から圧力を受けている状態で開始し、化学機械的にキレート化反応を促進して行うことを特徴とする半導体基板の研磨方法が提供される。
また、本発明によれば、半導体基板の表面を平坦化する半導体基板の研磨装置であって、前記半導体基板を支持する基板支持基体と、該基板支持基体に対向して配置された研磨定盤と、該研磨定盤上に設けられた研磨布と、主研磨を行う際に前記研磨布に第１の研磨液を供給する研磨液供給部と、前記主研磨後の仕上げ研磨を行う際に前記研磨布にキレート剤を供給するキレート剤供給部とを備え、前記キレート剤供給部は、前記半導体基板の表面が前記主研磨における前記第１の研磨液中の砥粒から圧力を受けている状態で前記キレート剤を供給し、化学機械的にキレート化反応が促進するようにしたことを特徴とする半導体基板の研磨装置が提供される。
【００１０】
仕上げ研磨工程を、キレート剤および第１の研磨液を使用して行うことができる。第１の研磨液は、好ましくは研磨粒子およびアルカリ遷移金属を含むスラリーを有している。
また、仕上げ研磨工程を、キレート剤および第１の研磨液とは異なる第２の研磨液を使用して行うことができる。第１の研磨液は、好ましくは研磨粒子およびアルカリ遷移金属を含むスラリーを有する。また、第２の研磨液は、好ましくは研磨粒子およびアンモニア若しくはアミン類を含むスラリーを有している。
【００１１】
キレート剤は、クエン酸、エチレンジアミン４酢酸、ヒドロキシエチレンＮ−シアミン３酢酸、アンモニア３酢酸、ジエチレン８アミンペンタ酢酸およびエタノールジグリシネートの中から選ばれる少なくとも１つの物質で含んで構成することができる。キレート剤の体積濃度は、好ましくは０．０１％以上、２０％以下である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき、本発明の好適な実施の形態を説明する。
図１（Ａ）は本発明に係る半導体基板の研磨方法の第１の実施形態における主研磨工程を説明するための概略断面図であり、図１（Ｂ）は本発明に係る半導体基板の研磨方法の第１の実施形態における仕上げ研磨工程を説明するための概略断面図である。なお、つぎに述べる各実施形態の半導体基板の研磨方法は、後述する他の様々な半導体基板研磨装置に適用することができる。
【００１３】
まずここで、本発明方法に使用する半導体基板の研磨装置を説明する。図１において、１は半導体基板、２は基板支持基体（プレート）、３は研磨液供給機構（研磨液供給部）、４は研磨布（研磨パッド）、５は研磨定盤（定盤）、そして６はキレート剤供給機構（キレート剤供給部）である。ここで、本実施形態の半導体基板の研磨方法は、後述するように半導体集積回路（半導体チップ）を製造する各工程において行われるものとする。
【００１４】
この半導体基板の研磨装置において、半導体基板１は支持基体２により保持され、定盤５上に設けられた研磨布４に適当な圧力で押し付けられるようになっている。ここで、支持基体２は第１の方向（例えば、反時計回り方向）に回転し、定盤５は第２の方向（例えば、時計回り方向）に回転するようになっている。すなわち定盤５および支持基体２は、同じ回転軸に対して逆方向に回転するようになっている。なお、支持基体２および定盤５は、回転の他に振動（揺動）するようにすることもできる。
【００１５】
まず、第１の実施形態における半導体基板の研磨方法の主研磨工程では、図１（Ａ）に示されるように半導体基板１を基板支持基体２で保持し、研磨液供給機構３から研磨液３ａを研磨布４に供給する。そして、研磨液３ａを供給しながら、定盤５上で研磨布４に半導体基板１を押し付けて、圧力を加えながら半導体基板１の表面を２分間〜５分間程度研磨（主研磨）する。この主研磨工程により半導体基板１の表面は、膜厚にして数千Å程度が除去（研磨）される。
【００１６】
ここで、主研磨工程で用いる研磨液３ａの好適な例としては、例えば水酸化カリウムもしくは硝酸鉄に、シリカ等の研磨粒子を混合したものを使用する。
【００１７】
つぎに、上述の主研磨工程に引き続いて仕上げ研磨工程が行われる。この仕上げ研磨工程では図１（Ｂ）に示されるように、キレート剤供給機構６から研磨布４上にキレート剤６ａを供給し、３０秒間程度、半導体基板１の表面の研磨（仕上げ研磨）を行う。この仕上げ研磨は、主研磨による半導体基板１の表面の埃や傷等を除去するためのものである。
【００１８】
ここで、キレート剤は金属と結合してキレート塩を形成し、半導体基板の表面から金属汚染を除去する効果を本来的に持っている。この性質を利用して、半導体基板の研磨後の洗浄工程に用いる薬液として使用されている例がある。本実施形態では、研磨中にキレート液を加える。これによって、研磨布や研磨剤中の砥粒（研磨粒子）から圧力を受けている半導体基板の表面において、上述した通常のキレート化反応に加えて、化学機械的にキレート化反応を促進する作用が加わって、研磨終了後に行う洗浄に比べて効果的にキレート塩を作って金属汚染が除去される。
【００１９】
すなわち、半導体基板１の表面は、図１（Ａ）に示されるように研磨液３ａを用いた主研磨工程により、半導体基板１の表面が研磨されて（削り取られて）活性な状態となっている。この主研磨工程に引き続いてキレート剤６ａを用いた仕上げ研磨工程を行うことにより、汚染物質が半導体基板１の表面と結合する前に半導体基板１の表面の埃や傷等を効果的に取り除くことができる。換言すると、本実施形態の仕上げ研磨工程におけるキレート剤は、既に半導体基板１の表面に強固に結びついている金属を通常のキレート化反応により取り除くというよりも、半導体基板１の表面に漂っている（強固には結合していない）金属（つまり汚染物質）を容易にキレート化反応させて取り除くように作用する。このため、そのような汚染物質を効果的に取り除くことができる。
【００２０】
本実施形態では、仕上げ研磨工程の仕上げ研磨を施した後の半導体基板１の表面における金属汚染状態は、例えば表面濃度で８．９×１０9 atoms ／ｃｍ2 程度の低汚染状態（１０10atoms ／ｃｍ2 程度以下）となる。これにより従来必要とされていた、汚染レベルを１０10atoms ／ｃｍ2 程度以下に低下させるための各工程を不要とすることができる。
【００２１】
すなわち、従来では研磨終了時において金属不純物による半導体基板の表面の金属汚染状態は、鉄を例でみると表面濃度で７．９×１０10atoms ／ｃｍ2 程度となっている。ちなみに、近年の０．３μｍ以下の設計ルールに基づく微細加工を要求する半導体集積回路の製造において、次の製造工程に移るためには例えば半導体基板の表面の金属汚染状態を１０10atoms ／ｃｍ2 程度以下の汚染レベルに保持する必要がある。従って、金属汚染状態が７．９×１０10atoms ／ｃｍ2 程度の場合には、この金属汚染状態を１０10atoms ／ｃｍ2 程度以下にするために、研磨後の洗浄において以下の各工程を必要としていた。
【００２２】
１）研磨で付着した微粒子のブラシによる除去を行う機械的洗浄工程
２）さらに、完全に微粒子を取り除くためにアルカリ性薬液による洗浄工程
３）金属汚染を除去するための酸性薬液、あるいはキレート剤による洗浄工程
４）次の半導体装置製造工程を行うための前洗浄工程
【００２３】
上述した従来の半導体基板の研磨方法においては、金属汚染の除去を行うためには、上記１）〜４）の少なくとも４つの工程を経なければならない。さらに、条件によっては各洗浄工程を複数回に渡って行うことが必要な場合もあり、このように極めて多数の工程を経る必要がある。
【００２４】
本発明によれば、上述したように仕上げ研磨により半導体基板１の表面の金属汚染状態が、８．９×１０9 atoms ／ｃｍ2 程度となる。従って、従来の方法において不可欠であった、研磨後の洗浄における特に１）〜３）の３つの工程を省略することができる。また、３）の洗浄工程による酸性薬液を使用する必要がないことから、半導体基板１にアルミニウムを材料とする配線を形成するような場合でも、酸性薬液による腐食の恐れがない。
【００２５】
ちなみに、従来方法において極希薄な酸性薬液による洗浄を行う場合がある。半導体基板にアルミニウムを材料とする配線が既に形成されていると、一定の割合でこのアルミニウム配線が腐食されるため歩留りの低下が避けられない。また、アルミニウム配線の腐食を回避するために、アルミニウムに対して腐食作用を持った薬液を使用した洗浄工程を経ないようにすると、金属汚染を十分に取り切れないという問題が生じる。本発明によれば、このような問題をすべて解消することができる。
【００２６】
つぎに、本発明の半導体基板の研磨方法の第２の実施形態を説明する。
図２（Ａ）は本発明に係る半導体基板の研磨方法の第２の実施形態における主研磨工程を説明するための概略断面図であり、図２（Ｂ）は本発明に係る半導体基板の研磨方法の第２の実施形態における仕上げ研磨工程を説明するための概略断面図である。
【００２７】
まず、第２の実施形態に使用する半導体基板の研磨装置を説明する。図２において、１１は半導体基板、１２は基板支持基体、１３は研磨液供給機構、１４は研磨布、１５は研磨定盤（定盤）、そして１６はキレート剤供給機構である。この装置の基本構成は、実質的に第１の実施形態の場合と同様であり、各構成部材は同様に作用するものとする。
【００２８】
まず、第２の実施形態における半導体基板の研磨方法の主研磨工程は、前述した第１の実施形態の場合と同様に行われる。すなわち、図２（Ａ）に示されるように半導体基板１１を基板支持基体１２で保持し、研磨液供給機構１３から研磨液１３ａを研磨布１４に供給する。そして、研磨液１３ａを供給しながら、定盤１５上で研磨布１４に半導体基板１１を押し付けて、圧力を加えながら半導体基板１１の表面を２分間〜５分間程度研磨（主研磨）する。この主研磨工程により半導体基板１１の表面を膜厚にして数千Å程度を除去（研磨）する。ここで、研磨液１３ａとしては、前述した第２の実施形態における研磨液３ａと同じものを使用することができる。
【００２９】
つぎに、上述の主研磨工程に引き続いて仕上げ研磨工程が行われる。この仕上げ研磨工程では、主研磨工程で半導体基板１１表面に加わった加工ダメージを取り除くために、図２（Ｂ）に示されるようにキレート剤供給機構１６から研磨布１４上にキレート剤１６ａを供給すると共に、研磨液供給機構１３から少量の研磨液１３ａを研磨布１４に供給して仕上げ研磨工程を行う。これにより半導体基板１１の表面は、研磨液１３ａにより若干削られると共に、キレート剤１６ａによって半導体基板１１の表面の埃や傷等が取り除かれる。
【００３０】
ここで、第２の実施形態の仕上げ研磨工程において使用する研磨液としては、図２（Ａ）に示した主研磨で用いたものと同じ研磨液供給機構１３からの研磨液１３ａを使用してもよい。また、さらに別の研磨液供給機構１７からの研磨液１７ａを使用するように構成してもよい。
なお、仕上げ研磨工程において、仕上げ研磨工程専用の研磨液供給機構１７からの研磨液１７ａと、キレート剤供給機構１６からのキレート剤１６ａとを使用する場合には、仕上げ研磨工程として最適な研磨液１７ａを選択することができる。この場合の研磨液１７ａの好適な例としては、例えばアルカリ金属を含まないアンモニアやアミン類に、シリカ等の研磨粒子を混合したものを使用することができる。
【００３１】
図３は、図２で示した半導体基板の研磨方法の第２の実施形態における仕上げ研磨工程の変形例を説明するための概略断面図である。図３において、１８は研磨液およびキレート剤混合液供給機構を示している。
この例では上述した主研磨で用いたのと同じ研磨液１３ａあるいは仕上げ研磨工程専用の研磨液１７ａと仕上げ研磨工程において使用するキレート剤１６ａとを混合した研磨液と、キレート剤混合液１８ａと、を研磨液およびキレート剤混合液供給機構１８から供給して仕上げ研磨工程を行う。
【００３２】
つぎに、本発明の半導体基板の研磨方法の第３の実施形態を説明する。
図４（Ａ）は本発明に係る半導体基板の研磨方法の第３の実施形態における主研磨工程を説明するための概略断面図であり、図４（Ｂ）は本発明に係る半導体基板の研磨方法の第３の実施形態における仕上げ研磨工程を説明するための概略断面図である。
【００３３】
まず、第３の実施形態に使用する半導体基板の研磨装置を説明する。図４において、２１は半導体基板、２２は基板支持基体、２３は研磨液供給機構、２４は第１の研磨布、２５は第１の研磨定盤（定盤）、３３はキレート剤供給機構、３４は第２の研磨布、そして３５は第２の研磨定盤（定盤）である。この装置の基本構成は、実質的に第１または第２の実施形態の場合と同様であり、各構成部材は同様に作用するものとする。
【００３４】
まず、第３の実施形態における半導体基板の研磨方法の主研磨工程は、前述した第１の実施形態および第２の実施形態の場合と同様に行われる。すなわち、図４（Ａ）に示されるように半導体基板２１を基板支持基体２２で保持し、研磨液供給機構２３から研磨液２３ａを第１の研磨布２４に供給する。そして、研磨液２３ａを供給しながら、第１の定盤２５上で研磨布２４に半導体基板２１を押し付けて、圧力を加えながら半導体基板２１の表面を２分間〜５分間程度研磨（主研磨）する。この主研磨工程により半導体基板２１の表面を膜厚にして数千Å程度を除去（研磨）する。ここで、研磨液２３ａとしては、前述した第１の実施形態における研磨液３ａと同じものを使用することができる。
【００３５】
つぎに、図４（Ｂ）に示されるように、図４（Ａ）に示した主研磨で使用した第１の研磨布２４および第１の定盤２５とは異なる第２の研磨布３４および第２の定盤３５を使用すると共に、第２の研磨布３４および第２の定盤３５に設けられたキレート剤供給機構３３からのキレート剤３３ａを使用して仕上げ研磨を行うようになっている。
【００３６】
すなわち、第３の実施形態の仕上げ研磨工程は、主研磨工程で生じる金属汚染に曝された第１の研磨布２４や研磨液２３ａから速やかに半導体基板２１を分離する。そして主研磨工程で使用したのとは別個の研磨定盤（第２の定盤）３５および第２の研磨布３４を使用して行われる。これにより仕上げ研磨における洗浄効果をより一層向上させることができる。
【００３７】
図５は、図４（Ｂ）で示した半導体基板の研磨方法の第３の実施形態における仕上げ研磨工程の変形例を説明するための概略断面図である。図５において、３８は研磨液およびキレート剤混合液供給機構を示している。
この例では上述した主研磨で用いたのと同じ研磨液２３ａあるいは仕上げ研磨工程専用の研磨液（第２の実施形態における研磨液１７ａに対応）と仕上げ研磨工程において使用するキレート剤３３ａとを混合した研磨液と、キレート剤混合液３８ａと、を研磨液およびキレート剤混合液供給機構３８から供給して、仕上げ研磨工程を行う。
【００３８】
なお、仕上げ工程で使用する研磨液としては、アルカリ金属を含まないアンモニアやアミン類等のスラリーを使用するのが好ましい。これは、仕上げ工程でアルカリ金属を含むスラリー（例えば、水酸化カリウム）を使用すると、該アルカリ金属が半導体基板上に残存して新たな汚染源となる恐れがあるためである。
【００３９】
ところで、上述した第１〜第３の各実施形態において、キレート剤として例えば、クエン酸、エチレンジアミン４酢酸、ヒドロキシエチレンＮ−ジアミン３酢酸、アンモニア３酢酸、ジエチレン３アミンペンタ酢酸、エタノールジグリシネートのうちから少なくとも１つを選択して用いることができる。また、キレート剤の体積濃度（体積％）は、０．０１％以上、２０％以下にするのが好ましい。すなわちキレート剤の体積濃度を０．０１％よりも小さくすると、キレート剤が不足して上述した洗浄効果を十分に得ることができないからである。一方、キレート剤の体積濃度を２０％よりも大きくすると、キレート剤が過多となってキレート剤自身による有機物残留が問題となって好ましくない。従って、キレート剤の体積濃度は、０．０１％〜２０％の範囲に設定するのが好ましく、これにより主研磨により半導体基板の表面に発生した傷や付着した埃等が仕上げ研磨によって十分且つ確実に除去することができる。
【００４０】
具体的には、上述したように研磨終了時の半導体基板上での残留鉄汚染物質の表面濃度（残留鉄汚染濃度）は、第１、第２および第３の実施形態ともに、８．９×１０9 atoms ／ｃｍ2 程度となる。明らかなように、従来の研磨方法による７．９×１０10atoms ／ｃｍ2 程度よりも残留鉄汚染濃度を格段に小さくすることができる。
【００４１】
ここで、図６〜図８は本発明の半導体基板の研磨方法が適用される各半導体製造工程の例を示す図である。
図６（Ａ）はストッパの無い層間絶縁膜の平坦化の例を示し、図６（Ｂ）はストッパ付きの層間絶縁膜の平坦化の例を示している。図６（Ａ）および（Ｂ）において、２１１は第１層間絶縁膜、２１２および２１４はバリヤ層、２１３は第１層配線、２１５は絶縁膜、そして２１６はストッパ絶縁膜を示している。
【００４２】
図６（Ａ）に示す例では、本発明の研磨方法を適用して、Ｃ１−Ｃ１の位置まで半導体基板を研磨し、絶縁膜（層間絶縁膜）２１５を平坦化する様子が示されている。また、図６（Ｂ）に示す例では、本発明の研磨方法を適用して、Ｃ２−Ｃ２の位置まで半導体基板を研磨し、ストッパ絶縁膜２１６まで平坦化する様子が示されている。
【００４３】
図７（Ａ）５はビアホール埋込みの平坦化の例を示し、図６（Ｂ）はデュアルダマシン（埋込み）配線の平坦化の例を示している。図７（Ａ）および（Ｂ）において、２１７はバリヤ層、２１８はブランケット金属層、そして２１９はビアホールを示している。なお、絶縁膜２１５は第２層間絶縁膜を構成している。
【００４４】
図７（Ａ）に示す例では、本発明の研磨方法を適用して、Ｃ３−Ｃ３の位置まで半導体基板を研磨し、表面が平坦化され、金属膜２１８が埋め込まれたビアホール２１９を形成する様子が示されている。また、図７（Ｂ）に示す例では、本発明の研磨方法を適用して、Ｃ４−Ｃ４の位置まで半導体基板を研磨し、ビアホール２１９上に第２層配線２１８′を形成する様子が示されている。
【００４５】
図８（Ａ）は深溝埋込みの平坦化の例を示し、同図において、２２０は深溝、２２１はバット酸化膜、２２２は窒化シリコン膜、そして２２３は多結晶シリコン膜を示している。
図８（Ａ）に示す例では、本発明の研磨方法を適用して、Ｃ５−Ｃ５の位置まで半導体基板を研磨し、すなわち窒化シリコン膜２２２まで研磨して平坦化された深溝埋込みを形成する様子が示されている。
【００４６】
図８（Ｂ）は浅溝埋込みの平坦化の例を示し、同図において、２２４はパッド酸化膜、２２５は窒化シリコン膜、２２６は埋込み絶縁膜を示している。
図８（Ｂ）に示す例では、本発明の研磨方法を適用して、Ｃ６−Ｃ６の位置まで半導体基板を研磨し、すなわち窒化シリコン膜２２５まで研磨して平坦化された浅溝（素子分離領域）２２７およびデバイス領域２２８を形成する様子が示されている。
【００４７】
上述した図６〜図８は、本発明が適用される例を示すものであり、本発明の半導体基板の研磨方法は、他の様々な半導体製造工程に適用することができるのはもちろんである。
【００４８】
ここでまた、図９および図１０は本発明の半導体基板の研磨方法が適用される半導体基板研磨装置の他の例を示す図である。すなわち図９は半導体基板研磨装置の概略断面図を示し、図１０（Ａ）は図９の半導体基板研磨装置における基板支持基体部の平面図を示し、そして図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）の基板支持基体部をＸ−Ｘ線に沿って切断した断面図を示している。
【００４９】
図９および図１０において、４１は半導体基板、４２は基板支持基体（プレート）、４３は研磨液供給機構（研磨液供給部）、４４は研磨布（研磨パット）、４５は定盤、４６はキレート剤供給機構（キレート剤供給部）を示している。
【００５０】
図９に示されるように、半導体基板研磨装置は、マシンセンターＬ１を中心として回転する研磨定盤（定盤）４５の上に研磨布４４が設けられている。この研磨布４４に対して支持基体４２により保持され、半導体基板４１が適当な圧力で押し付けられるようになっている。ここで、定盤４５は中空となっており、中に流された冷却液により半導体基板４１と研磨布４４との摩擦熱による温度上昇を制御するようになっている。
【００５１】
図１０（Ａ）および（Ｂ）に示されるように、半導体基板４１は例えば、ワックス４７により支持基体４２に保持されるようになっている。また支持基体４２はマシンヘッド４０に取り付けられるようになっている。支持基体４２（マシンヘッド４０）はまた、定盤４５の回転軸（マシンセンター）とは異なる軸Ｌ２を中心として回転するようになっており、これらの複合した回転により半導体基板４１の研磨を行うようになっている。ここで支持基体４２（マシンヘッド４０）は、マシンセンターＬ１の周囲に複数個設けるように構成してもよい。
【００５２】
さらに半導体基板研磨装置には、主研磨工程で使用する研磨液４３ａを供給する研磨液供給機構４３や仕上げ研磨工程で使用するキレート剤４６ａを供給するキレート剤供給機構４６が設けられている。
これらの例からも分かるように本発明に係る半導体基板の研磨方法は、様々な研磨装置に適用することができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、半導体基板の研磨方法によれば、キレート剤を用いて半導体基板表面の研磨を行うことにより、研磨後の半導体基板表面の洗浄工程を簡略化することができると共に、半導体基板上に形成されているアルミニウム配線等の腐食を防ぎつつ効果的に埃を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明に係る半導体基板の研磨方法の第１の実施形態における主研磨工程を説明するための概略断面図、（Ｂ）は仕上げ研磨工程を説明するための概略断面図である。
【図２】（Ａ）は本発明に係る半導体基板の研磨方法の第２の実施形態における主研磨工程を説明するための概略断面図、（Ｂ）は仕上げ研磨工程を説明するための概略断面図である。
【図３】図２（Ｂ）に示す半導体基板の研磨方法の第２の実施形態における仕上げ研磨工程の変形例を説明するための概略断面図である。
【図４】（Ａ）は本発明に係る半導体基板の研磨方法の第３の実施形態における主研磨工程を説明するための概略断面図、（Ｂ）は仕上げ研磨工程を説明するための概略断面図である。
【図５】図４（Ｂ）に示す半導体基板の研磨方法の第３の実施形態における仕上げ研磨工程の変形例を説明するための概略断面図である。
【図６】本発明の半導体基板の研磨方法が適用される各半導体製造工程の例を示す図である。
【図７】本発明の半導体基板の研磨方法が適用される各半導体製造工程の別の例を示す図である。
【図８】本発明の半導体基板の研磨方法が適用される各半導体製造工程のさらに別の例を示す図である。
【図９】本発明の半導体基板の研磨方法が適用される半導体基板研磨装置の他の例を示す概略断面図である。
【図１０】（Ａ）は図９に示した半導体基板研磨装置における基板支持基体部を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿って切断した断面図である。
【符号の説明】
１ 半導体基板
２ 基板支持基体（プレート）
３ 研磨液供給機構（研磨液供給部）
３ａ 研磨液
４ 研磨布（研磨パッド）
５ 研磨定盤（定盤）
６ キレート剤供給機構（キレート剤供給部）
６ａ キレート剤
１１ 半導体基板
１２ 基板支持基体
１３ 研磨液供給機構
１４ 研磨布
１５ 研磨定盤（定盤）
１６ キレート剤供給機構
１６ａ キレート剤
１７ 研磨液供給機構
１７ 研磨液
２１ 半導体基板
２２ 基板支持基体
２３ 研磨液供給機構
２４ 第１の研磨布
２５ 第１の研磨定盤（定盤）
３３ キレート剤供給機構
３４ 第２の研磨布
３５ 第２の研磨定盤（定盤）
３８ 研磨液およびキレート剤混合液供給機構
３８ａ キレート剤混合液
Claims (12)
- 半導体基板の表面を平坦化する半導体基板の研磨方法であって、
前記半導体基板の表面を第１の研磨液を用いて研磨する主研磨工程と、該主研磨工程の後に前記半導体基板の表面をキレート剤を用いて研磨する仕上げ研磨工程とを備え、
前記仕上げ研磨工程は、前記半導体基板の表面が前記主研磨工程で前記第１の研磨液中の砥粒から圧力を受けている状態で開始し、化学機械的にキレート化反応を促進して行うことを特徴とする半導体基板の研磨方法。 - 請求項１に記載の半導体基板の研磨方法において、
前記仕上げ研磨工程を、前記キレート剤および前記第１の研磨液を使用して行うようにしたことを特徴とする半導体基板の研磨方法。 - 請求項１に記載の半導体基板の研磨方法において、
前記仕上げ研磨工程を、前記キレート剤および前記第１の研磨液とは異なる第２の研磨液を使用して行うようにしたことを特徴とする半導体基板の研磨方法。 - 請求項３に記載の半導体基板の研磨方法において、
前記第１の研磨液は研磨粒子およびアルカリ遷移金属を含むスラリーを有し、前記第２の研磨液は研磨粒子およびアンモニア若しくはアミン類を含むスラリーを有していることを特徴とする半導体基板の研磨方法。 - 請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体基板の研磨方法において、
前記キレート剤は、クエン酸、エチレンジアミン４酢酸、ヒドロキシエチレンＮ−ジアミン３酢酸、アンモニア３酢酸、ジエチレン３アミンペンタ酢酸およびエタノールジグリシネートの中から選ばれる少なくとも１つの物質を含んで構成されていることを特徴とする半導体基板の研磨方法。 - 請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体基板の研磨方法において、
前記キレート剤の体積濃度は、０．０１％以上２０％以下であることを特徴とする半導体基板の研磨方法。 - 半導体基板の表面を平坦化する半導体基板の研磨装置であって、
前記半導体基板を支持する基板支持基体と、該基板支持基体に対向して配置された研磨定盤と、該研磨定盤上に設けられた研磨布と、主研磨を行う際に前記研磨布に第１の研磨液を供給する研磨液供給部と、前記主研磨後の仕上げ研磨を行う際に前記研磨布にキレート剤を供給するキレート剤供給部とを備え、
前記キレート剤供給部は、前記半導体基板の表面が前記主研磨における前記第１の研磨液中の砥粒から圧力を受けている状態で前記キレート剤を供給し、化学機械的にキレート化反応が促進するようにしたことを特徴とする半導体基板の研磨装置。 - 請求項７に記載の半導体基板の研磨装置において、
前記キレート剤供給部は、前記仕上げ研磨を行う際に前記研磨布に前記キレート剤および前記第１の研磨液を供給することを特徴とする半導体基板の研磨装置。 - 請求項７に記載の半導体基板の研磨装置において、
前記キレート剤供給部は、前記仕上げ研磨を行う際に前記研磨布に前記キレート剤および前記第１の研磨液とは異なる第２の研磨液を供給することを特徴とする半導体基板の研磨装置。 - 請求項９に記載の半導体基板の研磨装置において、
前記第１の研磨液は研磨粒子およびアルカリ遷移金属を含むスラリーを有し、前記第２の研磨液は研磨粒子およびアンモニア若しくはアミン類を含むスラリーを有していることを特徴とする半導体基板の研磨装置。 - 請求項７〜１０のいずれか１項に記載の半導体基板の研磨装置において、
前記キレート剤は、クエン酸、エチレンジアミン４酢酸、ヒドロキシエチレンＮ−ジアミン３酢酸、アンモニア３酢酸、ジエチレン３アミンペンタ酢酸およびエタノールジグリシネートの中から選ばれる少なくとも１つの物質を含んで構成されていることを特徴とする半導体基板の研磨装置。 - 請求項７〜１０のいずれか１項に記載の半導体基板の研磨装置において、
前記キレート剤の体積濃度は、０．０１％以上２０％以下であることを特徴とする半導体基板の研磨装置。
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