JPH05326469A - 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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Abstract
絶縁膜の少なくとも一部を酸化セリウムを含む研磨剤に
よって研磨し、取り除く工程とを有する。 【効果】 酸化セリウムを含む研磨剤を用いることによ
り、シリコン酸化膜やシリコン窒化等の絶縁膜を高速で
研磨することができる。また、研磨の際に上記絶縁膜の
内部にアルカリ金属汚染を引き起こす事もない。さら
に、絶縁膜表面に傷を発生させることなく段差を平坦化
しながら研磨することが可能である。従って、半導体装
置の製造において、絶縁膜の工程を実用化する事が容易
になる。
Description
に係わり、特に研磨により絶縁膜等の平坦化方法に関す
る。
て、絶縁膜等を平坦化するための研磨工程では研磨剤と
してコロイダルシリカが一般的に用いられていた。
イ酸ナトリウムを原料として水溶液中で数十nmのシリ
カ粒子に成長させたものが用いられている。研磨剤とし
て用いる場合には通常これを水に懸濁させたものに、シ
リカ粒子を安定に分散させるための水素イオン濃度の調
整と研磨速度の増大という二つの目的により、KOHや
NaOHが添加されている。
磨剤工業株式会社のコンポール80という製品がある
が、このようにアルカリ金属を含む研磨剤を用いてシリ
コン酸化膜等を研磨すると、研磨剤中のアルカリ金属が
シリコン酸化膜中に拡散し、MOSデバイスにおいては
しきい値電圧を変動させるなど半導体装置の信頼性を著
しく低下させることになってしまうという問題がある。
シリカ粒子を四塩化ケイ酸を熱分解したり有機シランを
加水分解したりして成長させ、アンモニアやアミンで水
素イオン濃度の調整を行った、アルカリ金属を含まない
研磨剤もあるが、この様な研磨剤では、シリコン酸化膜
等の研磨速度は著しく遅く実用できないという問題があ
った。
面研磨においては、一次研磨として酸化アルミニウム懸
濁液でガラス表面を研磨し、仕上げ研磨として平均粒径
数μmの酸化セリウム粒子を含む懸濁液で研磨するとい
う方法がとられている。しかしながら、通常、半導体装
置の製造工程においては、絶縁膜の研磨量は高々数μm
程度で、この様な2段階以上の研磨は好ましくない。さ
らに、半導体装置の製造工程においては、通常、図3
(a)に示すように数百nmから数千nm程度の段差5
1上に形成された表面に段差を有する絶縁膜52を被覆
し、この際段差51の段差形状は絶縁膜52の表面形状
に反映される。さらに、図3(b)に示すように絶縁膜
52の表面段差を研磨により平坦化しなければならない
が、平均粒径数μmの酸化セリウム粒子で、数百nmか
ら数千nm程度の段差を平坦化しながら研磨することが
できるかどうか、また、絶縁膜表面に傷を発生させるこ
となく研磨することが可能かどうか、さらにコロイダル
シリカを用いた場合のようなアルカリ金属汚染があるか
どうかについては、全く知られておらず、上記方法を半
導体装置の製造工程中の研磨工程に対して適用すること
などは全く考慮されていなかった。
置の製造工程等において、研磨剤としてコロイダルシリ
カを用いた従来の研磨工程においては、アルカリ金属に
よる汚染や研磨速度が遅いなどの問題があり、実用が困
難であった。
おいて、酸化セリウム粒子が含まれた懸濁液を用いる方
法があるが、絶縁膜表面に傷を発生することなく、数百
nmから数千nm程度の段差を平坦化しながら研磨でき
るかどうか、また、アルカリ金属汚染があるかどうかに
ついては、全く知られておらず、上記方法を半導体装置
の製造工程における研磨工程に対して適用することなど
は全く考慮されていなかった。
で、その目的とするところは、アルカリ金属による汚染
がなく、高速で研磨できる研磨剤を使用することによ
り、半導体装置の製造工程への研磨工程の実用化を容易
にしようとするものである。
ため本発明は、半導体基板上に絶縁膜を形成する工程
と、該絶縁膜の少なくとも一部を酸化セリウムを含む研
磨剤によって研磨し、取り除く工程とを有することを特
徴とする半導体装置の製造方法を提供する。また、本発
明は、表面に段差が形成された基板上に絶縁膜を形成す
る工程と、該絶縁膜を酸化セリウムを含む研磨剤によっ
て研磨して平坦化する工程とを有することを特徴とする
半導体装置の製造方法を提供する。
絶縁膜、例えばシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等を酸
化セリウムを含む研磨剤によって研磨するので、該絶縁
膜を高速で研磨することができる。
膜の内部にアルカリ金属汚染を引き起こす事もないこと
がわかった。さらに、絶縁膜表面に傷を発生させること
なく数百nmから数千nm程度の段差を平坦化しながら
研磨することが可能である事もわかった。
図面を参照しながら詳細に説明する。図1には本発明の
実施例に係わる層間絶縁膜平坦化の工程断面図が示され
ている。
示)が形成されたSi基板1上に、厚さ1μmのSiO
2 膜2を形成する。次いで、このSiO2 膜2上に厚さ
500nmのポリシリコン膜3を形成する。
ン膜3上に厚さ1.5μmのフォトレジスト(感光性樹
脂層)4を塗布し、マスクパターン(図示せず)を用い
てこのフォトレジスト4を露光し現像を行うことによ
り、フォトレジストパターン4を形成する。
レジストパターン4をマスクとして、CF4 ガスを使用
したRIE法によりポリシリコン膜3をパターニングす
る。
2 の混合ガスをマイクロ波放電させた下流でフォトレジ
ストを灰化処理するダウンフロータイプの灰化処理装置
により、フォトレジストパターン4を剥離した後、図1
(e)に示す如く、全面に層間絶縁膜として厚さ1μm
のSiO2 膜5を形成する。ここで、SiO2 膜5の表
面にはポリシリコン配線3に対応して段差が生じた。
1(f)である。研磨は、図2の概略図12示すような
装置を用いた。この図に示されるように、ターンテーブ
ル21上の研磨クロス22の中心に研磨剤供給パイプ2
3の先端が位置しており、ターンテーブル21は前記中
心を通る軸のまわりに100rpmで矢印の方向に回転
するとともに、前記先端から研磨剤が研磨クロス22上
に供給される。また、ウェーハ24は荷重40kgfで
研磨クロス22上に押し付けられると共に、100rp
mで矢印の方向に回転せしめられる。研磨剤は、平均粒
径1.2μm、最大粒径4.0μmの酸化セリウムを含
む粉体は、バストネサイトを粉砕、焼成したもので、そ
の組成は、酸化セリウム50wt%、その他の希土類金
属の酸化物37wt%程度のものである。本実施例で用
いた酸化セリウムを含む粉体の組成を表1に示す。
磨した後の絶縁膜表面は、平坦化がされていた。また、
微分干渉型顕微鏡で絶縁膜表面を観察しても、傷は観察
されなかった。
m、最大粒径12.0μmの酸化セリウムを含む粉体1
wt%を水に懸濁させたものを用いた場合にも、研磨し
た後の絶縁膜表面は平坦化がなされていたが、微分干渉
方顕微鏡で絶縁膜表面を観察すると、10cm2 あたり4
個の傷が観察された。
5μm、最大粒径12.0μmの酸化セリウムを含む粉
体で、上記したように粉砕後焼成を行った粉末1wt%
を水に懸濁させたものを用いた場合には、微分干渉型顕
微鏡で絶縁膜表面を観察すると、10cm2 たりの傷の数
は1個であった。
で研磨することにより、絶縁膜表面の平坦化が可能であ
る事、酸化セリウムを含む研磨剤は、粒径が小さいも
の、好ましくは最大粒径4μm以下のものが傷の発生を
抑えられる事、さらに同じ粒径の研磨剤においても焼成
条件を変え粒子の硬さを軟らかくすることにより傷の発
生を抑えられる事がわかる。
μmのシリコン酸化膜およびリンとホウ素を高濃度に含
む膜厚1μmのシリコン酸化膜(以下BPSGと呼ぶ)
を平均粒径2.5μm、最大粒径12.0μmの酸化セ
リウムを含む粉体1wt%を水に懸濁させた研磨剤を用
いて0.5μm研磨した後の、原子吸光法による不純物
分析の結果を示す。参考のため、コンポール80で研磨
した場合の結果も示す。
コン熱酸化膜ではRef.の研磨を行っていないものの
値(文献に記載されている通常の値)に比べ1桁程度ナ
トリウムのレベルが高くなっており、BPSG膜におい
ては2桁以上もナトリウムのレベルが高くなっている。
研磨したものでは、シリコン熱酸化膜、BPSG膜、共
にナトリウムのレベルは、Ref.の研磨を行っていな
いものの値(文献に記載されている通常の値)と同等
で、他の元素についても汚染は観察されなかった。ま
た、Ceは1×1010atoms/cm2 以下であっ
た。酸化セリウムを含む研磨剤は、先に述べたようにバ
ストネサイトを粉砕、焼成したもので、特にアルカリ金
属等を取り除く事は行っていないが、それでもアルカリ
金属汚染は観察されず、バストネサイトを原料とする研
磨剤でも半導体装置の製造に支障ない事が分かる。
化膜、シリコン窒化膜、及びBPSG膜を平均粒径2.
5μm、最大粒径12.0μmの酸化セリウムを含む粉
体1wt%を水に懸濁させた研磨剤を用いて研磨した際
の研磨速度を示す。参考のため、コンポール80および
粒径12nmのシリカ粒子5wt%を水に懸濁させたも
の、さらにこれにアンモニアを10wt%加えたもの、
および水酸化ナトリウムを0.2wt%加えたものも合
わせて示す。
ール80の研磨速度は110nm/min程度である。
また、粒径12nmシリカ粒子5wt%を水に懸濁させ
ただけのものでは、研磨速度は6nm/minと非常に
小さい。これに、水酸化ナトリウムを0.2wt%加え
たものでは研磨速度は50nm/min、アンモニアを
10wt%加えたものでは18nm/minと増大する
が、アンモニアの効果は水酸化ナトリウムの効果に比べ
て小さい。さらにまた、コンポール80でシリコン窒化
膜、BPSG膜を研磨した時の研磨速度はそれぞれ40
nm/min、200nm/minである。
化膜を研磨によって除去する場合、コンポール80では
約5分、粒径12nmのシリカ粒子5wt%を水に懸濁
させたものに水酸化ナトリウムを0.2wt%加えたも
のでは約10分であるが、アンモニアを10wt%加え
たものでは30分程度もかかり実用できるものではな
い。
径12.0μmの酸化セリウムを含む粉体1wt%を水
に懸濁させた研磨剤で研磨した場合には、シリコン酸化
膜の研磨速度が1000nm/min、シリコン窒化膜
の研磨速度が300nm/min、BPSG膜の研磨速
度が1200β至1300nm/minと非常に早く、
500nmの膜を研磨によって述去するのにそれぞれ
0.5分、2分程度と生産への実用に有効な速度が得ら
れる。
粉砕、焼成したもので、その組成は、酸化セリウム50
wt%、その他の希土類金属の酸化物37wt%程度の
ものを水に懸濁させたものについて述べたが、酸化セリ
ウムを含む研磨剤は原料、製法、懸濁液の濃度など変更
可能である。また、研磨する絶縁膜についてはシリコン
熱酸化膜を中心に述べたが、化学的気相成長法で形成し
たシリコン酸化膜、窒化膜など他の絶縁膜、さらに、絶
縁膜の一部に導体膜が形成されているものにおいても有
効である。さらに、研磨装置の構造も実施例に述べたも
のに限られるものではない。その他、本発明の要旨を逸
脱しない範囲で、種々変形して実施できる。
磨剤を用いることにより、シリコン酸化膜やシリコン窒
化膜等の絶縁膜を高速で研磨することができる。また、
研磨の際に上記絶縁膜の内部にアルカリ金属汚染を引き
起こす事もない。さらに、絶縁膜表面に傷を発生させる
ことなく段差を平坦化しながら研磨することが可能であ
る。従って、半導体装置の製造において、絶縁膜の研磨
工程を実用化する事が容易になる。
例を示す工程断面図。
Claims (4)
- 【請求項1】 半導体基板上に絶縁膜を形成する工程
と、該絶縁膜の少なくとも一部を酸化セリウムを含む研
磨剤によって研磨し、取り除く工程とを有することを特
徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項2】 表面に段差が形成された基板上に絶縁膜
を形成する工程と、該絶縁膜を酸化セリウムを含む研磨
剤によって研磨して平坦化する工程とを有することを特
徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項3】 前記酸化セリウムを含む研磨剤は、酸化
セリウムを含む粒子を水に懸濁させたものであることを
特徴とする請求項1,2記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項4】 前記酸化セリウムを含む粒子の最大粒径
は4μm以下であることを特徴とする請求項1,2記載
の半導体装置の製造方法。
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