JPH09199455A - ポリッシング方法、半導体装置の製造方法及び半導体製造装置。 - Google Patents

ポリッシング方法、半導体装置の製造方法及び半導体製造装置。

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JPH09199455A JP11057696A JP11057696A JPH09199455A JP H09199455 A JPH09199455 A JP H09199455A JP 11057696 A JP11057696 A JP 11057696A JP 11057696 A JP11057696 A JP 11057696A JP H09199455 A JPH09199455 A JP H09199455A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ポリッシングレートの大きい新規な材料から
なる研磨剤を用いたポリッシング方法及びCMPにより
半導体基板の被ポリッシング膜を平坦化する半導体装置
の製造方法及びこの方法に用いられる半導体製造装置を
提供する。 【解決手段】 ポリッシングは、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
なる研磨粒子を分散させた研磨剤を用いて行う。又この
研磨剤はCMP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。又半導体基板に研磨剤と同じ
材料のストッパー膜を形成し、研磨剤とストッパー膜と
を同じ材料でポリッシングしてポリッシングレートを向
上させる。パイプ38からの研磨剤を研磨布25の上の
半導体基板の加工点に供給する際に、パイプ39からの
イオン水からなる分散剤も供給する。この研磨剤と分散
剤とはこの加工点で一体化させることにより研磨剤が劣
化しない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板をポリッシン
グするポリッシング方法、このポリッシング法により半
導体基板上の被ポリッシング膜をポリッシングして平坦
化する半導体装置の製造方法及びこの製造方法に用いる
半導体製造装置にに関するものである。
【0002】
【従来の技術】ポリッシング装置は、研磨布を表面に張
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ング
面を回転する研磨盤上の研磨布に押し付け加工点に研磨
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、半導体装置の製造や液晶の製造な
どに適用されている。ICやLSI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(Si
2 )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RIE(Reactive Ion
Etching)法が知られている。
【0003】しかし、このエッチバックRIE方法は、
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ダメージが入り易いこと、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
となど様々な問題が多い。そこで最近では、エッチバッ
クRIEに代わってCMP(Chemical MechanicalPolish
ing) 法が研究されるようになってきた。図16に、C
MP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。このポリッシ
ング装置は、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。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。駆動シャフト26は、モーター27により回転
ベルト28を介して回転される。一方、シリコン半導体
などのウェーハ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。
【0004】吸着盤31は、駆動シャフト32に接続さ
れている。駆動シャフト32は、モーター33によりギ
ア34及び35を介して回転される。また、駆動シャフ
ト32は、駆動台36に固定されている。駆動台36
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って上下される。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
ポリッシングする際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(Chemical Vapour Deposit
ion)により形成される溝部形成用のマスクとなるSiO
2 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。
【0005】フォトレジストをマスクにしてCVD酸化
膜3と次工程でポリッシングのストッパー膜として用い
られる窒化珪素膜2とをRIE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BPSG(Boron-doped Phospho-Silicate Glass)
などを堆積し(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ディシングされて溝を埋め込
んだCVD酸化膜6に窪み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
となる場合がある。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抵抗異常
や配線ショートなどが発生することがある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】半導体基板の溝部に埋
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。
【0007】一方、シリカ粒子を研磨剤に分散して使用
する場合においては、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、このよう
な事情によりなされたものであり、ポリッシングレート
の大きい新規な材料からなる研磨剤を用いたポリッシン
グ方法及びCMPにより半導体基板の被ポリッシング膜
を平坦化する半導体装置の製造方法及びこの方法に用い
られる半導体製造装置を提供する。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、窒化珪素、炭
化珪素及びグラファイト(すなわち、カーボングラファ
イト)から選択された1つの材料からなる研磨粒子を分
散させた研磨剤を用いてポリッシングを行うことを特徴
とする。とくにこの研磨剤をCMP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
とする。また、半導体基板に前記研磨剤と同じ材料のス
トッパー膜を形成し、研磨剤とストッパー膜とを同じ材
料でポリッシングすることを特徴とする。同じ材料とは
研磨粒子とストッパー膜とが同じ組成を有することをい
う。また、本発明は、半導体製造装置において研磨剤を
半導体基板の加工点に供給する際にイオン水からなる分
散剤を供給し、この研磨剤と分散剤とはこの加工点で一
体化することを特徴とする。前記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
に適しており、とくに研磨剤とストッパー膜とを同じ材
料にするとポリッシングレートが一層向上し、またポリ
ッシングのストッパー膜に対する高選択比が得られる。
さらに、オーバーポリッシングが著しく減少するので、
被ポリッシング膜にディシング形状の窪みが形成される
ことがない。本発明のポリッシング方法に用いる研磨剤
は、研磨粒子と溶媒とから構成されている。溶媒には硝
酸が多く用いられ、このほかにも界面活性剤、乳化剤、
水、油脂、接着剤、イオン水などがある。被ポリッシン
グ膜に対する研磨作用は、研磨剤にのみあるのではな
く、本発明において研磨剤とともに前記加工点に供給さ
れる分散剤にも補助的な研磨作用がある。また、研磨剤
の前記溶媒にも分散剤と同じような分散作用がある。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して発明の実施
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、窒化珪素粒子を溶媒の硝酸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。図は、シリコン半導体基板に溝部
を形成しこの溝部をCVD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。
【0010】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1〜10cpが適当であ
る。なぜなら、粘性が低いと研磨粒子を均一に分散させ
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C
MP後の均一性に大きく影響するようになる。したがっ
て均一性を得ることは難しくなる。
【0011】ポリッシング温度は、20〜70℃が適し
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。特に1次粒子で10〜4
0nmが適当である。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、とくに60〜1
00nmが好ましい。このポリッシング装置によるポリ
ッシングは、例えば、100rpm程度で回転する研磨
盤24の上の研磨布25に押し付けられて行われる。そ
の時の研磨盤24の回転数は、20〜200rpmであ
り、押し付け圧力は、50〜500g/cm2 である。
本発明では、分散性を良くするために研磨粒子をコロイ
ド状態にする以外に、例えば、界面活性剤を混合して分
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。
【0012】この発明の実施の形態では、窒化珪素粒子
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0.
5〜1.0μm/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。
【0013】次に、図6乃至図12のポリッシング工程
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))。
【0014】このフォトレジスト9をマスクにしてCV
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溶媒の硝酸
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、1〜10cp
が適当であり、ポリッシング温度は、20〜70℃が適
している。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。
【0015】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。次に、この突出した状態のポリシリコン膜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12)。L
OCOS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。
【0016】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50〜1000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。従来の方
法で半導体基板1の被ポリッシン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LOCOS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。
【0017】次に、図13及び図14を参照して第3の
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。研磨剤の溶媒(硝酸)には窒化珪
素粒子を研磨粒子として分散混入させる。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。半導体基板1上にSiO2 などからなるCVD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))。
【0018】次に、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15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1
4(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。この発明の実施の形態において、下地酸
化膜や配線金属材料として、プラズマCVDSiO2
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
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。また、本発明のポリッシング方法に用いる研磨剤
は、CMP処理時に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。
【0019】次に、図15を参照して第4の発明の実施
の形態を説明する。図は、図16に示すポリッシング装
置の研磨盤及び吸着盤などを含むポリッシング加工部分
の概略斜視図及び断面図である。ここでは、ポリッシン
グ時にイオン水を分散剤として用いることに特徴があ
る。純水や超純水は、半導体装置の製造技術においてそ
の有用性は認められている。純水は、イオン、微粒子、
微生物有機物などの不純物をほとんど除去した抵抗率が
5〜18MΩcm程度の高純度の水である。超純水は、
超純水製造装置により水中の懸濁物質、溶解物質及び高
効率に取り除いた純水よりさらに純度の高い極めて高純
度の水である。電気伝導度で表現すると、純水の伝導率
ρは、10μScmより小さく、超純水の伝導率ρは、
0.055μScmより小さい。これらの水を電気分解
することによって半導体装置の製造に用いられる酸化性
の強い酸性イオン水や還元性の強いアルカリイオン水が
生成される。ここでは、半導体製造装置に用いられるポ
リッシング装置において、研磨布の加工点に研磨剤を注
入するパイプと共にイオン水を注入する別のパイプとも
設けることを特徴とする。すなわち、研磨剤は、被ポリ
ッシング膜が形成された半導体基板の加工点で希釈して
供給されるようにする。
【0020】図15のポリッシング装置は、研磨盤24
を備えている。研磨盤24には、図示しない研磨盤受け
を介して駆動シャフト(図示せず)がその中心部分に接
続されている。そして研磨盤24の上には半導体ウェー
ハなどの基板を研磨する研磨布25が貼り付けられてい
る。研磨布25は、発泡ポリウレタンやポリウレタン不
織布などから構成されている。駆動シャフトは、モータ
により回転され、研磨盤受け及び研磨盤24を回転させ
る。半導体ウェーハは、研磨布25と対向する位置にく
るように真空などにより、図示しない吸着布(図示せ
ず)が設けられた吸着盤31により吸着されている。吸
着盤31は、駆動シャフト32に接続されこの駆動シャ
フト32の移動によって吸着盤31に保持されている半
導体ウェーハが研磨布25に押し付けられたり離れたり
する。半導体ウェーハをポリッシングする場合は、窒化
珪素(Si3 4 )粒子からなる研磨粒子及び硝酸など
の溶媒を含む研磨剤を研磨剤タンクから研磨剤供給パイ
プ38を介して研磨布25に供給するとともに、電解槽
41で生成されたイオン水をイオン水供給パイプ39か
ら供給しながら行う。そのために、研磨剤供給パイプ3
8とイオン水供給パイプ39とはそれらの先端のノズル
が研磨布25の上方に半導体ウェーハを保持する吸着盤
31の近傍に配置される。
【0021】そして、研磨布25上に載置された半導体
ウェーハ上の加工点にこれらの供給パイプ38、39か
ら供給された研磨剤とイオン水とが注入され、混ぜ合わ
せるようになっている。供給パイプ38、39は、研磨
布25の上の任意の位置に移動可能になっている。電解
槽41で生成された不要なイオン水は、排水パイプ42
により外部に排出される。イオン水には、アルカリイオ
ン水と酸性イオン水があり、電解槽内に固体電解質を配
置し、電解質つまり金属不純物を含まない純水あるいは
超純水を低電圧で電気分解を行うことによって任意のp
Hのイオン水が生成される。アルカリイオン水の場合
は、研磨中に研磨レートが変動した場合、レートを速く
するにはpHをよりアルカリ性側に、遅くするには中性
側に制御することで安定した研磨が可能になる。また、
酸性イオン水の場合も研磨中に研磨レートが変動した場
合、レートを速くするにはpHをより酸性側に、遅くす
るには中性側に制御することで安定した研磨が可能にな
る。
【0022】イオン水は、ポリッシング処理を行なった
あとの堆積膜の表面を安定化させることができる。酸性
イオン水は、堆積膜がAl、CuやW等の高融点金属な
どの金属に適している。酸性イオン水を用いたポリッシ
ングによって堆積膜の表面は酸化されて安定化する。ま
た、アルカリイオン水及び酸性水をポリッシングに用い
る場合には、酸化シリコン(SiO2 )、窒化シリコン
(Si3 4 )、ポリシリコンなどの堆積膜やシリコン
単結晶が適当である。アルカリイオン水によってこれら
の堆積膜の表面は安定化される。SiO2 膜をポリッシ
ングする処理やポリシリコン膜をポリッシングする処理
にはアルカリイオン水を用い、Cu膜をポリッシングす
る処理には酸性イオン水を用いるのが適当である。イオ
ン水のpHの大きさによって半導体ウェーハのポリッシ
ングレートや堆積膜の安定化の程度などの条件が変わ
る。したがって、イオン水のpHを調整することはポリ
ッシング条件を適切にする上で重要である。
【0023】アルカリイオン水をポリッシングに用いる
場合には、水酸化物イオンとの反応によりポリッシング
が促進されるためにアルカリイオン水の注入量を制御す
ることによってポリッシングレートを容易に調整でき
る。酸性イオン水をポリッシングに用いる場合には、水
素イオンとの反応によりポリッシングが促進されるため
水素イオン水の注入量を制御することによってポリッシ
ングレートが容易に調整できる。次に、本発明の研磨剤
の作用効果を説明する。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であるポリシリコ
ン膜をポリッシングする。研磨粒子の2次粒子径が50
nm程度であると、ポリッシングレートは、41.2n
m/min程度であるのに対し、この2次粒子径が60
nm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〜
260nm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。この
ように研磨粒子の2次粒子径が大きくなるにしたがって
ポリッシングレートは、大きくなり、とくに2次粒子径
が60nm付近で臨界的に増大する。
【0024】この観点から、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。ま
た、第4の発明の実施の形態では、CMP処理時におい
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場合も
ある。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。このとき加工点にはイオン水に稀釈さ
れた研磨剤が供給されることになるが、この稀釈された
研磨剤の粘度が1〜10cpの範囲に入るように、両者
の供給は調整される。
【0025】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。本発明のポリッ
シング方法は、半導体装置の製造に適用するのみでな
く、液晶などの製造にも適用することができる。
【0026】
【発明の効果】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。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の発明の実施の形態のポリッシングを説明
する半導体基板の断面図。
【図2】第1の発明の実施の形態のポリッシングを説明
する半導体基板の断面図。
【図3】第1の発明の実施の形態のポリッシングを説明
する半導体基板の断面図。
【図4】第1の発明の実施の形態のポリッシングを説明
する半導体基板の断面図。
【図5】第1の発明の実施の形態のポリッシングを説明
する半導体基板の断面図。
【図6】第2の発明の実施の形態のポリッシングを説明
する半導体基板の断面図。
【図7】第2の発明の実施の形態のポリッシングを説明
する半導体基板の断面図。
【図8】第2の発明の実施の形態のポリッシングを説明
する半導体基板の断面図。
【図9】第2の発明の実施の形態のポリッシングを説明
する半導体基板の断面図。
【図10】第2の発明の実施の形態のポリッシングを説
明する半導体基板の断面図。
【図11】第2の発明の実施の形態のポリッシングを説
明する半導体基板の断面図。
【図12】第2の発明の実施の形態のポリッシングを説
明する半導体基板の断面図。
【図13】第3の発明の実施の形態のポリッシングを説
明する半導体基板の断面図。
【図14】第3の発明の実施の形態のポリッシングを説
明する半導体基板の断面図。
【図15】第4の発明の実施の形態のポリッシング装置
の斜視図及び断面図。
【図16】本発明及び従来のポリッシング装置の断面
図。
【図17】従来のポリッシング方法を説明する半導体基
板の工程断面図。
【図18】従来のポリッシング方法を説明する半導体基
板の工程断面図。
【図19】従来のポリッシング方法を説明する半導体基
板の工程断面図。
【図20】従来のポリッシング方法を説明する半導体基
板の工程断面図。
【符号の説明】
1・・・半導体基板、 2・・・窒化珪素膜、 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、1
2・・・ポリシリコン膜、 14・・・LOCOS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、3
7・・・シリンダ、 38・・・研磨剤供給パイプ、
39・・・イオン水供給パイプ、 40・・・研磨剤
タンク、41・・・電解槽、 42・・・排水パイ
プ。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 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
    研磨剤を用いて被ポリッシング材をポリッシングするこ
    とを特徴とするポリッシング方法。
  2. 【請求項2】 基板表面にストッパー膜を形成する工程
    と、 前記ストッパー膜上及び前記基板表面上に被ポリッシン
    グ膜を形成する工程と、 前記ストッパー膜と同じ材料
    からなる研磨粒子を分散させた研磨剤を用いて前記被ポ
    リッシング膜をポリッシングする工程とを備えているこ
    とを特徴とするポリッシング方法。
  3. 【請求項3】 半導体基板主面にストッパー膜を形成す
    る工程と、 前記ストッパー膜及び半導体基板主面を選択的にエッチ
    ングしてこの半導体基板上に溝部を形成する工程と、 前記溝部内及び前記ストッパー膜上を含めて前記半導体
    基板主面上に被ポリッシング膜を堆積する工程と、 研磨布を用い、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
    研磨剤をこの研磨布の加工点に供給しながら前記被ポリ
    ッシング膜を前記ストッパー膜が露出するまでポリッシ
    ングして、前記被ポリッシング膜を前記溝部に埋め込む
    工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造
    方法。
  4. 【請求項4】 前記加工点には前記研磨剤とともにイオ
    ン水を供給することを特徴とする請求項3に記載の半導
    体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 表面に研磨布を固定させた研磨盤と、 前記研磨盤を回転させる第1の駆動手段と、 被ポリッシング膜とストッパー膜とが形成されている半
    導体基板を固定する吸着盤と、 前記吸着盤を回転させる第2の駆動手段と、 前記研磨布に窒化珪素、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
    磨剤を供給する手段とを備えていることを特徴とする半
    導体製造装置。
  6. 【請求項6】 表面に研磨布を固定させた研磨盤と、 前記研磨盤を回転させる第1の駆動手段と、 被ポリッシング膜と窒化珪素、炭化珪素及びグラファイ
    トから選択された1つの材料からなるストッパー膜とが
    形成されている半導体基板を固定する吸着盤と、 前記吸着盤を回転させる第2の駆動手段と、 前記研磨布に前記材料と同一の材料を含む研磨粒子を分
    散させた研磨剤を供給する手段とを備えていることを特
    徴とする半導体製造装置。
  7. 【請求項7】 イオン水を供給する手段をさらに備えて
    いることを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の半
    導体製造装置。
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