JPH09194823A - 研磨剤 - Google Patents
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Abstract
ッシングレートの大きい研磨剤及びCMPにより半導体
基板の被ポリッシング膜を平坦化する方法に適した研磨
剤を提供する。 【解決手段】 被ポリッシング材のポリッシング処理に
おいて、窒化珪素、炭化珪素及び炭素(グラファイト)
から選択された1つの材料からなる研磨粒子に分散させ
た研磨剤を用いる。この研磨粒子の1次粒子径は0.0
1〜1000nmが適当である。また研磨粒子の2次粒
子径が60〜300nmの範囲にあるとポリッシングレ
ートが大きく向上する。この研磨粒子は高い硬度を有し
ており従来知られている研磨粒子を分散させたものより
ポリッシングレートが大きく、被ポリッシング膜の平坦
化を効率良く行うことができる。この研磨剤は、半導体
基板表面の被ポリッシング膜をCMPによりポリッシン
グする方法に適している。
Description
グするための研磨剤、とくにCMP法により半導体基板
表面をポリッシングする際に用いられる研磨剤に関する
ものである。
り付けモータなどにより回転される研磨盤と、基板を回
転自在に支持し、回転する基板を研磨盤に押し付ける吸
着盤とを備えている。このポリッシング装置を用いて基
板をポリッシングするには、回転する基板のポリッシュ
する面を回転する研磨盤上の研磨布に押し付けて加工点
に研磨剤(スラリーともいう)を供給しながらポリッシ
ングするのが一般的である。このポリッシング装置を利
用したポリッシング技術は、半導体装置や液晶などの微
細化された製品の製造などに適用されている。ICやL
SIなどの半導体装置は、半導体基板に形成される集積
回路を設計する設計工程、集積回路を形成するために用
いられる電子ビームなどを描画するためのマスク作成工
程、単結晶インゴットから所定の厚みのウェーハを形成
するウェーハ製造工程、ウェーハに集積回路などの半導
体素子を形成するウェーハ処理工程、ウェーハを各半導
体基板に分離しパッケージングして半導体装置を形成す
る組立工程及び検査工程等を経て形成される。各工程に
は、それぞれその工程に必要な製造装置が用意される。
従来ウェーハ処理工程においてトレンチやコンタクトホ
ールなどの溝(トレンチ)部に金属、ポリシリコン、シ
リコン酸化膜(SiO2 )などの任意の材料を埋め込ん
だ後にその表面を平坦化する方法としてエッチバックR
IE(Reactive Ion Etching)法が知られている。
エッチバックレジストの塗布などの工程が多くなるこ
と、ウェーハ表面にRIEダメージが入りやすいこと、
良好な平坦化が難しいこと、また真空系の装置を用いる
ため、構造が複雑で、危険なエッチングガスを使用する
ことなどから様々な問題点が多い。そこで最近では、エ
ッチバックRIEに代わってCMP(Chemical Mechanic
alPolishing) 法が研究されるようになってきた。図1
6に、CMPを実施するためのポリッシング装置の概略
を示し以下にその機構を説明する。図は、本発明にも適
用される従来のポリッシング装置の断面図である。ステ
ージ21上にベアリング22を介して研磨盤受け23が
配置されている。この研磨盤受け23上には研磨盤24
が取り付けられている。研磨盤24の上にはウェーハを
ポリッシングする研磨布25が張り付けられている。研
磨盤受け23及び研磨盤24を回転させるためにこれら
の中心部分に駆動シャフト26が接続されている。この
駆動シャフト26は、モーター27により回転ベルト2
8を介して回転される。一方、ウェーハ20は、研磨布
25と対向する位置に配置され、真空又は水張りにより
吸着盤31に取り付けられた吸着布30及びテンプレー
ト29に固定されている。
れている。また、この駆動シャフト32は、モーター3
3によりギア34及び35を介して回転される。駆動シ
ャフト32は、駆動台36に固定されている。駆動台3
6は、シリンダ37に取り付けられ、このシリンダ37
による上下の移動に伴い、駆動台36は、上下する。吸
着盤31に固定されたウェーハ20と研磨布25の間に
は、研磨剤が供給される。このようにしてウェーハ20
のポリッシングが行われる。このポリッシング装置を用
いて、図17及び図18に示すように、CVD酸化膜を
埋め込みストッパー膜でポリッシングを止めることによ
りリセス構造に埋め込んだ酸化膜を完全に平坦化するこ
とができる。まず、シリコン半導体基板1上にSiO2
などの酸化膜をポリッシングするときのストッパー膜と
なる窒化珪素膜2を堆積する。その後、CVD(Chemica
l Vapour Deposition)により形成される溝部形成用のマ
スクとなるSiO2 酸化膜(以下、CVD酸化膜とい
う)3を堆積する。CVD酸化膜3及び窒化珪素膜2を
パターニングするためにフォトレジスト(図示せず)を
半導体基板1全面に塗布しパターニングする。
膜3とストッパー膜となる窒化珪素膜2とをRIE(Rea
ctive Ion Etching)法により同時に開口して溝部5を形
成した後、ウェット処理でRIE加工時の反応生成物と
ダメージ層を取り除く(図17(a))。次に、半導体
基板1上及び前記溝部内にCVD酸化膜6もしくはBP
SG(Boron-doped Phospho-Silicate Glass)等を堆積し
(図17(b))、図16に示すポリッシング装置で半
導体基板1をポリッシングしてCVD酸化膜6を平坦化
する(図18(a))。その後ストッパー膜である窒化
珪素膜2は、取り除かれる(図18(b))。従来のポ
リッシング装置では、研磨粒子として酸化セリウム粒子
もしくはシリカ粒子などを研磨剤に分散して使用してい
るのでオーバーポリシングされて溝を埋め込んだCVD
酸化膜6にディシング形状の窪み7ができる。酸化膜6
の窪み7のほかにシリコン半導体基板1自体の溝のコー
ナー部分もエッチングされており後工程を進めるにあた
り問題となる。例えば、窪みにn+化やp+化したポリ
シリコンやメタル残りが生じることによるポリシリコン
抵抗異常や配線ショートなどが発生することがある。
め込んだ酸化膜又は多層配線の層間絶縁膜に使用する酸
化膜の平坦化にポリッシング装置を使用する場合、オー
バーポリッシングによるディッシングや目的とする膜厚
でポリッシングを止めるためにストッパー膜を用いる場
合が多い。従来、酸化膜をポリッシングする場合、酸化
セリウム粒子又はシリカ粒子を研磨剤に分散して使用し
ている。シリカ粒子を分散させた研磨剤は、ポリッシン
グ速度が約0.10〜0.15μm/minと遅い。ま
た、酸化セリウム粒子を分散した研磨剤は約0.5〜
1.0μm/minと速いポリッシング速度を有してい
る。しかし、酸化セリウム粒子を用いた研磨剤を用い窒
化珪素膜をストッパーにする場合においてはその選択比
が約2、ポリシリコンをストッパー膜に使用する場合に
おいてはその選択比が約1〜2と低く、そのためオーバ
ーポリッシングになってストッパー膜まで削れてしまう
という問題があった。
する場合においても、窒化珪素膜をストッパー膜に使用
する場合において選択比が2、ポリシリコン膜をストッ
パー膜に使用する場合においても選択比は1と低く、そ
のためオーバーポリッシングになるとストッパー膜まで
削れてディシング化するという問題があった。しかし、
この研磨剤は、ポリッシング速度が約0.15μm/m
inと遅いので削り量をコントロールし易く、コントロ
ールしながらオーバーポリッシングによるディシング量
を軽減している。この様に、十分にポリッシング速度の
大きい研磨剤がなく、ポリッシング速度が比較的大きい
研磨剤であってもストッパー膜に対して選択性が低いた
めにディシングを完全に抑えることが難しく、プロセス
マージンが低いのでCMP処理を量産化プロセスに使用
することは難しいのが現状である。本発明は、基板をポ
リッシングする際に用いられるポリッシングレートの大
きい研磨剤及びCMPにより半導体基板の被ポリッシン
グ膜を平坦化する方法に適した研磨剤を提供する。
グ材のポリッシング処理において、窒化珪素、炭化珪素
及びグラファイト(グラファイトはカーボングラファイ
トをいう)から選択された1つの材料からなる研磨粒子
に分散させた研磨剤を用いることを特徴としている。ま
た、窒化珪素、炭化珪素及びグラファイトから選択され
た1つの材料からなる研磨粒子を分散させた研磨剤をC
MPに適用して半導体基板上の被ポリッシング材をポリ
ッシングすることを特徴としている。研磨粒子の1次粒
子径は、0.01〜1000nmが適当であり、2次粒
子径は、60〜300nmが適当である。2次粒子径
は、0.01μm以上の粒子径が測定できる遠心沈降法
を用いて測定した。1次粒子は、粒子そのものをいい、
2次粒子は、溶媒に分散したときに分子間力などの作用
によって1次粒子が凝集して形成されたコロイド状の粒
子であり、表面領域は、1次粒子が付着したり離れたり
している不安定な状態にある。溶媒が水などの場合のよ
うに、2次粒子が生成されない研磨剤もあり、本発明に
はそのような研磨剤も含まれている。
合、研磨剤をイオン水などの分散剤で稀釈して利用する
ようにしても良い。研磨剤の粘度は、1〜10センチポ
イズ(cp)が適当である。研磨剤に窒化珪素、炭化硅
素及びグラファイトから選択された1つの材料を含む研
磨粒子を分散させたものは高い硬度を有しており、従来
知られている研磨粒子を分散させたものよりポリッシン
グレートが大きく、被ポリッシング膜の平坦化を効率良
く行うことができる。また、窒化珪素、炭化硅素及び炭
素から選択された1つの材料を含む研磨粒子を分散させ
た研磨剤をポリッシングに用い、被ポリッシング膜が形
成された基板上のストッパー膜として前記材料と同一の
材料を含むものを用いる場合にはストッパー膜に対して
高い選択比を得ることができ、ディシングのない加工形
状の被ポリッシング膜を得ることができる。窒化珪素、
炭化硅素及び炭素から選択された1つの材料を含む研磨
粒子は、研磨剤の材料として新規であり、高い硬度を有
しているのでポリッシングレートが大きくポリッシング
処理に最適な材料である。特に窒化硅素を含む研磨粒子
は、窒化硅素膜が半導体装置の層間絶縁膜や保護絶縁膜
などに従来から良く用いられているので高純度のものが
得られる。さらに、窒化硅素膜は、ストッパー膜として
最終的に取り去らずに半導体基板に絶縁膜の一部として
そのまま利用することも出来るので半導体装置の製造方
法に適用してとくに有用である。
の形態を説明する。本発明のポリッシングを実施するに
際し従来の技術で説明した図16のポリッシング装置を
用いる。本発明のポリッシング装置は新規な組成の研磨
剤を供給するノズルなどの手段がある点で従来のものと
は異なっているが図に示されるその他の部分では格別な
相違は無いので両者を共通の図で示した。まず、図1乃
至図5を参照して第1の発明の実施の形態を説明する。
図は、半導体基板上の被ポリッシング膜をポリッシング
する方法を説明する工程断面図である。この発明の実施
の形態では半導体ウェーハのポリッシング処理面におい
て、窒化珪素粒子を硝酸からなる溶媒に分散させた研磨
剤を用いると共にストッパー膜材料と同じ組成の研磨粒
子を使用することにより、ストッパー膜との選択比を上
げることを特徴としている。研磨粒子は、被ポリッシン
グ膜に作用して被ポリッシング膜を機械的に研磨する機
能を司る粒子をいう。研磨剤の粘度は約2cpである。
図は、シリコン半導体基板に溝部を形成しこの溝部をC
VD酸化膜で埋め込み、ポリッシング装置により平坦化
する素子分離法とそのプロセスを示している。シリコン
半導体基板1上に酸化膜をポリッシングするときのスト
ッパー膜となる窒化珪素膜2を厚さ約70nm堆積す
る。
化膜3を窒化珪素膜2の上に堆積する(図1(a))。
マスク及びストッパー膜をパターニングするためにフォ
トレジスト4をCVD酸化膜3の全面に塗布する(図1
(b))。次に、このフォトレジスト4をパターニング
する(図2(a))。パターニングされたフォトレジス
ト4をマスクにしてCVD酸化膜3とその下のストッパ
ー膜である窒化珪素膜2をRIE法などにより開口する
(図2(b))。次に、さらにRIE法で溝部5を形成
する(図3(a))。溝部5を形成した後にウェット処
理によりRIE加工時の反応生成物とダメージ層を取り
除いた状態とする。そして、窒化珪素膜2の上及び溝部
5にCVD酸化膜6もしくはBPSG膜を堆積する(図
3(b))。このCVD酸化膜6を被ポリッシング膜と
して図16に示すポリッシング装置を用いてポリッシン
グする。このポリッシング装置に用いる研磨剤には、研
磨粒子として窒化珪素粒子が溶媒(硝酸)に分散されて
いる。研磨剤に均一に分散するために窒化珪素粒子をコ
ロイド状態にして分散される。研磨剤の粘度は1〜10
cpが適当である。なぜなら粘性が低いと均一に粒子を
分散させることが難しく、また粘性が高いとメカニカル
ポリッシュ性が強くなり、ウェーハの反りや膜厚の均一
性がCMP後の均一性に大きく影響するようになるから
である。そのため均一なポリッシングが難しくなる。
ており、とくに高温処理ではケミカルな作用が強くな
る。窒化珪素粒子の粒径は、1次粒子で0.01〜10
00nmの範囲が使用される。1000nmを越えると
メカニカルポリッシュ性が強くなり過ぎてケミカルポリ
ッシュ性の影響が極端に少なくなるので好ましくない。
また、0.01nmより小さいとメカニカルポリッシュ
性が弱くなりバランスのとれたポリッシングができなく
なる。とくに1次粒子で10〜40nmが好ましく、メ
カニカルポリッシュ性とケミカルポリッシュ性とのバラ
ンスの良いポリッシングができる。またコロイド状態な
どになった2次粒子では60〜300nmが適当であ
り、特に60〜100nmが好ましい。本発明では、分
散性を良くするために研磨粒子を以外に、例えば、界面
活性剤に混合して分散させることもできる。図4(a)
に、CVD酸化膜6をこのポリッシング装置で平坦化し
た後の状態を示す。ポリッシング後は、ストッパー膜で
ある窒化珪素膜2をエッチング除去する(図4
(b))。このあと仕上げのポリッシングを行い、半導
体基板面とCVD酸化膜6の表面を一様に仕上げる(図
5)。このポリッシングにより、シリコン半導体基板1
及び埋め込んだCVD酸化膜6にディシングが無い良好
な加工形状を得ることができた。
を研磨粒子として使用しているためにストッパー膜であ
る窒化珪素膜2に対して50〜1000の選択比と約
0.5〜1μm/min以上のポリッシング速度を得る
ことができる。また、半導体基板上に形成したストッパ
ー膜と同じ材料を研磨粒子に用いる研磨剤としては、窒
化珪素粒子のかわりにグラファイト粒子やSiC粒子な
どを用いることもできる。その場合のストッパー膜に
は、勿論グラファイト膜やSiC膜をそれぞれ用いる。
研磨剤に含まれる研磨粒子と被ポリッシング膜が形成さ
れた基板に設けられたストッパー膜とが同じ材料で構成
されている場合において、ストッパー膜に対して高い選
択比が得られるが、グラファイト膜やSiC膜などをス
トッパー膜にするとストッパー膜に対する具体的な選択
比はポリッシング温度や研磨盤の回転数などのポリッシ
ング条件により大きく変わる。
を示す断面図を参照して第2の発明の実施の形態を説明
する。これらの図に併せて従来のポリッシングの結果を
示す図19及び図20を比較しながら発明の実施の形態
の効果を説明する。この発明の実施の形態では、半導体
基板のポリッシング処理において研磨剤としてストッパ
ー膜材料と同じ組成の研磨剤を使用することにより、ス
トッパー膜との選択比を上げている。半導体基板上の対
象とする被ポリッシング膜は、ポリシリコン膜からな
る。従来は、ポリシリコン膜をポリッシングする場合、
シリカ粒子を研磨剤に分散して使用しているが、ここで
は窒化珪素粒子を研磨粒子としている。シリコン基板1
の主面を厚さ10〜50nm程度を熱酸化してバッファ
酸化膜(SiO2 )8を形成する(図6(a))。その
後2回目のポリシリコン膜をポリッシングするときのス
トッパー膜に用いられ、且つ素子領域を保護するための
マスクに用いられる窒化珪素膜2をバッファ酸化膜8の
上に厚さ70nm程度堆積する(図6(b))。その
後、溝部形成用マスクとなるCVD酸化膜3を窒化珪素
膜2の上に堆積する(図7(a))。マスク及び窒化珪
素膜をパターニングするために、フォトレジスト9をC
VD酸化膜3全面に塗布し、これをパターニングする
(図7(b))。
D酸化膜3とストッパー膜となる窒化珪素膜2をRIE
法などにより同時に開口する(図8(a))。溝部10
を形成した後ウェット処理にてRIE加工時の反応生成
物とダメージ層を取り除き、その後溝部10の内表面を
熱酸化して酸化膜11を形成する(図8(b))。次
に、減圧CVDなどによりポリシリコン膜12を溝部1
0の内部及びCVD酸化膜3の上に堆積する(図9
(a))。次に、ポリシリコン膜12を被ポリッシング
膜として図16に示すポリッシング装置を用いて1回目
のポリッシングを行う。このポリッシング装置に用いる
研磨剤には、研磨粒子として窒化珪素粒子が硝酸からな
る溶媒に分散されている。窒化珪素粒子は界面活性剤を
混合して分散させても良い。研磨剤の粘度は、1〜10
cpが適当であり、ポリッシング温度は、20〜70℃
が適している。研磨粒子の2次粒子径は、60〜300
nmが適当である。この1回目のポリッシングにおける
ストッパー膜にはCVD酸化膜3が用いられる。図9
(b)に、ポリシリコン膜12をこのポリッシング装置
で平坦化した後の状態を示す。酸化膜3をストッパー膜
として使用しているため選択ポリッシングができること
からディッシングは生じない。1回目のポリッシング後
は、CVD酸化膜3をHFを含むエッチング液によりエ
ッチングする(図10(a))。CVD酸化膜3を取り
除く結果ポリシリコン膜12は、半導体基板1から突出
した状態になっている。
12を被ポリッシング膜として図16に示すポリッシン
グ装置を用いて2回目のポリッシングをする。このポリ
ッシング装置に用いる研磨剤は前記1回目のポリッシン
グと同じである。図10(b)に、ポリシリコン膜12
をこのポリッシング装置で平坦化した後の状態を示す。
この平坦化によりディッシングされずに溝部がポリシリ
コン膜12で埋め込まれる。窒化珪素膜2の一部は、そ
のままLOCOS用のマスクとして使用されるので、そ
の部分の上には、フォトリソグラフィ工程を経てフォト
レジスト13が形成される(図11(a))。そして、
窒化珪素膜2のフォトレジスト13で被覆されている領
域を除く領域をRIE等で除去後、フォトレジストを剥
離する(図11(b))。そして、熱処理により半導体
基板1表面をLOCOS酸化膜14で被覆する(図1
2)。LOCOSマスクは周辺部がオーバーポリッシュ
のために薄くなりバーズビークができるが、これは従来
より小さく形成されるので、エリア面積がデバイス特性
に大きく影響するほど影響されることはない。ここでは
窒化珪素粒子を研磨粒子に用いているのでストッパー膜
である窒化珪素膜2(1回目ポリッシング)に対して5
0〜1000の選択比と0.8〜1.1μm/min以
上のポリッシング速度を得ることができる。酸化膜をス
トッパー膜にする場合(2回目ポリッシング)は、選択
比が2〜3程度になる。
グ膜をポリッシングする場合において、図10(a)で
示す飛び出したポリシリコン膜12をポリッシングして
平坦化する場合は、窒化珪素膜2をストッパー膜とする
ため、選択性が低いことが原因となりディッシングされ
て溝部を埋め込んだポリシリコン膜12に凹みとストッ
パー膜に片縁減りが生じる(図19(a))。窒化珪素
膜の一部は、そのままLOCOSマスクとして使用する
ので、フォトリソグラフィ工程を経て窒化珪素膜2のL
OCOSマスクとなる部分の上にフォトレジスト13を
形成する(図19(b))。窒化珪素膜2のフォトレジ
スト13に被覆されている領域以外の領域をRIE等で
除去後、フォトレジスト13を剥離する。そして、半導
体基板1の表面を熱処理してLOCOS酸化を行う(図
20(b))。この様な従来の方法ではマスクは周辺部
がオーバーポリッシュのために薄くなりバーズビークが
大きく入り、デバイスエリアが狭くなってしまう。この
エリア面積は、デバイス特性に大きく影響することが知
られており、コントロールしなければならない。本発明
では、新規な構成の研磨剤を使用することにより図10
(b)に示すような良好な平坦形状を得ることができ、
その結果図12に示すようなLOCOSパターン変換差
がない良好な加工形状を得ることができる。
発明の実施の形態を説明する。最近、CMP技術が高集
積デバイスの製造プロセスに用いられており、本発明は
このプロセスに適用できる。ここに示す埋め込み金属配
線方法では図16のポリッシング装置を用いて埋め込み
Cu配線を形成する。研磨剤には窒化珪素粒子を研磨粒
子として硝酸からなる溶媒に分散混入させる。研磨剤に
窒化珪素粒子を用いているのでポリッシング速度は、
0.5〜1.0μm/minと速く、またこの窒化珪素
粒子を分散させた研磨剤を用いたポリッシングにおいて
半導体基板上のストッパー膜としてこの粒子と同じ材料
である窒化珪素膜を用いるとストッパー膜に対する選択
比は著しく高くなる。この窒化珪素粒子を含む研磨剤を
用いてポリシリコン膜や酸化シリコン膜など他の材料を
ストッパー膜にしてもやはりその選択比は、窒化珪素膜
の場合ほど高くはないが、従来から知られている研磨粒
子を用いる場合より大きい。窒化珪素粒子の研磨剤への
分散は界面活性剤などを用いて分散効率を高めることが
できる。
VD酸化膜3及びプラズマCVDで形成されたSiO2
などの酸化膜(以下、プラズマ酸化膜という)15を続
けて形成する(図13(a))。次で、プラズマ酸化膜
15をパターニングして所定箇所に溝部17を形成する
(図13(b))。溝部17内及びプラズマ酸化膜15
の全面にCu膜16を堆積する(図13(c))。次
に、図16のポリッシング装置によりプラズマ酸化膜1
5をストッパー膜としてCu膜16をポリッシングす
る。プラズマ酸化膜15が露出した段階でCu膜16の
ポリッシングを終了させる。この処理により溝部17内
にのみCu膜が埋め込まれ、Cu膜の埋め込みCu配線
16が形成される(図14(a))。このポリッシング
により半導体基板1の表面がディッシングのない平坦化
された表面がえられる。続く2層目のプラズマ酸化膜
(SiO2 )18の形成が容易になる(図14
(b))。このCMP法による平坦化により2層目、3
層目の電極配線(図示せず)の形成も容易となる。
膜や配線金属材料として、プラズマCVDSiO2 膜や
Cu膜などを用いたがそれぞれの所定の絶縁性能や金属
配線としての性能を満たせば、プラズマCVDSi3 N
4 膜やAl、Au、Wその他合金等他の材料であっても
良く、この下地酸化膜に形成された配線溝の深さや被着
した配線用金属材料の膜厚も適宜選択することができ
る。図15は、第2の発明の実施の形態において研磨剤
を用いてポリッシングを行ったときの半導体基板上の被
ポリッシング膜のポリッシングレートの研磨粒子の2次
粒子径依存性を示す特性図である。縦軸は、ポリッシン
グレート(nm/min)を示し、横軸は、研磨剤に分
散された研磨粒子の2次粒子の粒子径(nm)を示す。
図に示すように、硝酸を溶媒とし、これに窒化珪素粒子
を研磨粒子として分散させた研磨剤を用いてシリコン半
導体基板上の被ポリッシング膜(ポリシリコン膜)をポ
リッシングする。研磨粒子の2次粒子径が50nm程度
であると、ポリッシングレートは、41.2nm/mi
n程度であるのに対し、この2次粒子径が60nmを越
えるとポリッシングレートは、810.8nm/min
に達する。2次粒子径がさらに大きく200〜260n
m程度になると、ポリッシングレートは、さらに大きく
なり、1108.4nm/minになる。
なるにしたがってポリッシングレートは、大きくなり、
2次粒子径が60nm付近で臨界的に増大する。研磨粒
子の粒子径が小さいときはケミカルポリッシングが主体
になってポリッシングが行われ(ケミカルポリッシング
律速)、粒子径が大きくなるにつれてメカニカルポリッ
シングの作用が強くなる(メカニカルポリッシング律
速)。2次粒子では、粒子径が60nmにおいてメカニ
カルポリッシング強く作用するようになるものと思われ
る。とくに、被ポリッシング膜としてポリシリコン膜を
用いるときに顕著に上記の作用が現れる。研磨粒子の一
次粒子径が0.01〜1000nmの範囲は、半導体基
板上の被ポリッシング膜をポリッシングするのに適した
範囲である。このように、研磨粒子は、大きければ大き
いほどポリッシングレートが増大するが、粒子径が必要
以上に大きくなると、被ポリッシング膜である半導体基
板上の酸化膜の表面に傷が目立つようになり、この傷に
金属が入り込んで短絡事故を起こすようになる。この様
な傷が少なく、平坦な面をもつ被ポリッシング膜を形成
するためには、この2次粒子径は300nmを越えない
のが良く、とくに60〜100nmが傷のない面を形成
する上で好ましい。しかし、半導体装置の微細化が進む
につれて少しの傷でも半導体装置の特性に影響がでるよ
うになるので、粒子径は可能な限り小さい方がよい。研
磨剤に用いられる溶媒には硝酸以外にも乳化剤、水、界
面活性剤、油脂、イオン水などが用いられる。溶媒には
酸性溶媒が主として用いられ、その代表的な例が硝酸で
ある。アルカリ溶媒としては、例えば、アンモニアやピ
ペラジンのようなアミンがあり、また、KOHやNaO
Hなどの無機アルカリも本発明では用いられる。
おいてポリッシング装置に装着された半導体基板をポリ
ッシングする際に、研磨剤を半導体基板の加工点に供給
すると同時に分散剤(イオン水)も加工点に供給する。
この加工点まで研磨剤と分散剤とを分離しておくのは、
イオン水と溶媒が反応して研磨剤が劣化するのと、とく
にアルカリイオン水は長く保持することができないため
である。予め分散剤(イオン水)を研磨剤(スラリー)
に加えて希釈された研磨剤を形成することもできる。こ
のような研磨剤は、研磨剤だけが研磨に寄与するのでは
なく、分散剤による補助的な研磨作用も有る。また、研
磨剤の溶媒にも分散作用がある。なお、実施例では、ス
トッパー膜と研磨粒子とを同じ材料で形成しているが、
本発明は、このような組み合わせに限定されるものでは
なく、研磨粒子が窒化珪素であればストッパー膜はどの
様な材料を用いても良い。
ら選択された1つの材料からなる研磨粒子を分散させた
研磨剤は、ポリッシングレートが大きく、被ポリッシン
グ膜の平坦化を効率良く行うことができる。また、この
研磨剤を半導体基板をポリッシングするCMPに用いる
と、被ポリッシング膜に対してディシングのない加工形
状を得ることができる。
する半導体基板の断面図。
する半導体基板の断面図。
する半導体基板の断面図。
する半導体基板の断面図。
する半導体基板の断面図。
する半導体基板の断面図。
する半導体基板の断面図。
する半導体基板の断面図。
する半導体基板の断面図。
明する半導体基板の断面図。
明する半導体基板の断面図。
明する半導体基板の断面図。
明する半導体基板の断面図。
明する半導体基板の断面図。
シングレートの研磨粒子の2次粒子径依存性を示す特性
図。
図。
板の工程断面図。
板の工程断面図。
板の工程断面図。
板の工程断面図。
3、6・・・CVD酸化膜、 4、9、13・・・フ
ォトレジスト、 5、10、17・・・溝部、7・・
・窪み、 8・・・バッファ酸化膜、 11・・・
酸化膜、12・・・ポリシリコン膜、 14・・・L
OCOS酸化膜、 15、18・・・プラズマ酸化
膜、 16・・・Cu膜、埋め込みCu配線、20・
・・ウェーハ、 21・・・ステージ、 22・・
・ベアリング、23・・・研磨盤受け、 24・・・
研磨盤、 25・・・研磨布、26・・・駆動シャフ
ト、 27・・・モーター、 28・・・回転ベル
ト、 29・・・テンプレート、 30・・・吸着
布、 31・・・吸着盤、 32・・・駆動シャ
フト、33・・・モーター、 34、35・・・ギ
ア、 36・・・駆動台、 37・・・シリンダ。
Claims (7)
- 【請求項1】 窒化珪素粒子からなる研磨粒子を所定粘
度の溶媒に分散させたことを特徴とする研磨剤。 - 【請求項2】 窒化珪素粒子からなる研磨粒子を溶媒に
分散させたCMPに用いる研磨剤。 - 【請求項3】 粒子径が0.01〜1000nmの窒化
珪素粒子からなる研磨粒子を溶媒に分散させたことを特
徴とする所定粘度を有する研磨剤。 - 【請求項4】 窒化珪素、炭化珪素及びグラファイトか
ら選択された材料からなる研磨粒子を溶媒に分散させた
ことを特徴とする研磨剤。 - 【請求項5】 前記研磨粒子は、前記溶媒にコロイド状
態で分散され、この研磨粒子がコロイド状態になった2
次粒子の粒子径が60〜300nmであることを特徴と
する請求項1乃至請求項4のいづれかに記載の研磨剤。 - 【請求項6】 イオン水をさらに加えることを特徴とす
る請求項2又は請求項5に記載の研磨剤。 - 【請求項7】 前記研磨剤の粘度は、1〜10センチポ
イズ(cp)であることを特徴とする請求項1乃至請求
項6のいづれかに記載の研磨剤。
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