JPH10106982A - 研磨方法 - Google Patents

研磨方法

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JPH10106982A
JPH10106982A JP25913896A JP25913896A JPH10106982A JP H10106982 A JPH10106982 A JP H10106982A JP 25913896 A JP25913896 A JP 25913896A JP 25913896 A JP25913896 A JP 25913896A JP H10106982 A JPH10106982 A JP H10106982A
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Yasushi Kurata
靖 倉田
Jun Matsuzawa
純 松沢
Masato Yoshida
誠人 吉田
Hiroki Terasaki
裕樹 寺崎
Kiyohito Tanno
清仁 丹野
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Showa Denko Materials Co Ltd
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Hitachi Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 2種類以上の膜からなる形成膜を選択的に研
磨して、簡略及び高精度に絶縁膜等の形成膜を平坦化す
る方法を提供する。 【解決手段】 ある特定の層間絶縁膜や層間平坦化膜の
表面に、研磨剤粒子或いは研磨液組成物と膜組成物との
反応生成物からなる不動態膜を形成が形成されるため
に、その膜の研磨がほとんど進行しないという特性を利
用し、2以上の形成層のうちある特定の1種類の膜の表
面のみに研磨が進行しないような不動態膜を形成して、
その他の膜を選択的に研磨する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体及び電子部
品作製プロセスに利用される半導体基板に形成された絶
縁膜等の基板の研磨方法を提供するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体基板上にデバイス及び配線パター
ンを形成するプロセスに用いられる研磨工程において、
被研磨膜を平坦化の目的或いは不要な部分を除去する目
的で、化学的研磨作用と機械的研磨作用の複合効果を利
用した化学機械的研磨(CMP:Chemical M
echanical Polishing)が適用され
始めた。現在、層間絶縁膜CMPの被研磨材としては、
CVD法により形成されたSiO2であり、研磨剤とし
てはコロイダルシリカを分散させた研磨液が広く使われ
ている。また、一部で金属元素汚染の防止、研磨速度や
均一性の改善の目的で酸化セリウムを分散させた研磨液
も使われている(特開平5−326469号公報)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来のコロイダルシリ
カ研磨液や酸化セリウム研磨液による研磨方法では、研
磨の終点管理は、時間管理或いは機械的硬度の高い物質
などで特別に形成したストッパーを用いた管理によるも
のであった。しかし、これらの方法では時間的に安定し
た一定の研磨速度が必要であったり、ストッパーパター
ン形成のための余分なプロセスが必要であり、管理の安
定性や技術開発、コストの面でプロセス導入に問題があ
った。そこで、手間のかかるストッパー形成に頼らず
に、かつ安定して管理することができる終点管理方法の
開発が求められている。本発明は、SiO2絶縁膜等の
被研磨面を傷なく高速に研磨することが可能な酸化セリ
ウム研磨剤及び基板の研磨法を提供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の研磨方法は、基
板上に2種類以上の異なる膜からなる形成層を研磨する
方法であって、前記形成層のうちある特定の1種類の膜
の表面のみに研磨が進行しないような不動態膜を形成し
て、その他の膜を選択的に研磨することを特徴とするも
のである。
【0005】本発明の研磨方法は、ある特定の層間絶縁
膜や層間平坦化膜の表面に、研磨剤粒子或いは研磨液組
成物と膜組成物との反応生成物からなる不動態膜を形成
が形成されるために、その膜の研磨がほとんど進行しな
いという特性を利用したものである。本発明において、
不動態膜とは、元々の被研磨膜よりも研磨速度が遅くな
るような表面層をさす。この不動態膜が形成されるよう
な特定の層間絶縁膜や層間平坦化膜が、半導体チップの
パターン形成に使用される場合には、その上層に研磨が
進行する別の層間膜を形成することにより、下層の膜を
ストッパーとしてグローバルな平坦性を実現することが
可能になる。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明の研磨方法で使用される酸
化セリウム研磨剤は、水中に酸化セリウム粒子を分散さ
せたスラリーよりなるものであり、酸化セリウム粒子と
して、水中に分散された3価の非水溶性セリウム化合物
を酸化剤で酸化することによって得られる酸化セリウム
粒子が使用される。この酸化セリウム研磨剤は、半導体
基板上にCVD法等によって形成されるSiO2膜に対
しては、表面に不動態膜を形成するために研磨速度が非
常に遅いのに対し、有機SOG膜に対しては高速研磨が
可能であるために、SiO2膜に対し有機SOG膜の選
択研磨が可能である。有機SOG膜の一般的な使用法で
ある下層及び上層にCVD−SiO2膜を形成する方法
では、下層のSiO2膜をストッパーとして有機SOG
膜の平坦化が可能である。
【0007】所定の半導体基板、すなわち回路素子と配
線パターンが形成された段階の半導体基板、回路素子が
形成された段階の半導体基板等の半導体基板上に形成さ
れた(下層にCVD−SiO2膜を形成した)有機SO
G絶縁膜層を上記酸化セリウムスラリーで研磨する。有
機SOG膜が除去され、下層のCVD−SiO2が現れ
た部分では、その部分に不動態膜が形成され、全体の研
磨速度が急激に低下するとともに、基盤のキャリアや定
盤の回転トルク(モーター消費電流)が変化する。研磨
速度の変化によりストッパーとして、或いは回転トルク
の変化により終点検出の手段として終点管理を行うこと
により、下層のCVD−SiO2が現れた高さで有機S
OG層表面の凹凸を解消し、半導体基板全面に渡って平
滑な面とする。ここで、研磨する装置としては、半導体
基板を保持するキャリアと研磨パッドを貼り付けた(回
転数が変更可能なモータ等を取り付けてある)定盤を有
する一般的な研磨装置が使用できる。研磨パッドとして
は、一般的な不職布、発泡ポリウレタン、多孔質フッ素
樹脂などが使用でき、特に制限は無い。また、研磨布に
はスラリーが留まる様な溝加工を施すことが好ましい。
【0008】有機SOG膜とは、例えばアルコキシシラ
ン及びアルキルアルコキシシランをアルコールなどの有
機溶媒中で水及び触媒を添加することにより加水分解し
て得られる塗布液をスピンコート法などにより基板に塗
布後、加熱処理により硬化さたものである。このような
絶縁膜において、絶縁中のシロキサン結合に由来するS
i原子数とアルキル基に由来するC原子数が、 C原子数/(Si原子数+C原子数)≧0.1 の関係にある絶縁膜が好ましい。
【0009】研磨条件には制限は無いが、定盤の回転速
度は半導体基板が飛び出さないように100rpm以下
の低回転が好ましく、半導体基板にかける圧力は研磨後
に傷が発生しないように1Kg/cm2以下が好まし
い。研磨している間、研磨布にはスラリーをポンプ等で
連続的に供給する。この時の供給量には制限は無いが、
研磨パッドの表面が常にスラリーで覆われていることが
好ましい。
【0010】研磨終了後の半導体基板は、流水中で良く
洗浄後、表面に付着した酸化セリウム粒子を除去するた
めに、過酸化水素の存在下で硝酸、硫酸、過酸化水素、
炭酸アンモニウム水溶液それぞれの単独液及び混合液中
に浸漬してから再度水洗し、乾燥する。ここで、浸漬時
間には特に制限は無いが、酸化セリウム粒子の溶解によ
って生じる気泡が発生しなくなる時点で処理の終了を判
断することができる。また、浸漬温度には特に制限は無
いが、過酸化水素水などの自己分解性を示すものを用い
る場合には、40℃以下で処理することが好ましい。水
洗後は、スピンドライヤ等を用いて半導体基板上に付着
した水滴を払い落としてから乾燥させることが好まし
い。
【0011】このようにして平坦化された有機SOG絶
縁膜層の上にCVD−SiO2膜、そして第2層目のア
ルミニウム配線を形成し、その配線間及び配線上に再
度、下層CVD−SiO2薄膜及び有機SOG絶縁膜を
形成後、上記酸化セリウムスラリーを用いて研磨するこ
とによって、絶縁膜層表面の凹凸を解消し、半導体基板
全面に渡って平滑な面とする。この工程を所定数繰り返
すことにより、所望の層数の半導体を製造する。
【0012】本発明の実施形態としてこの他に、磁気ヘ
ッド、磁気ディスクや半導体光部品などの2種類以上の
異なる膜からなる形成層を研磨する場合が考えられる。
【0013】
【実施例】保持する基板取り付け用の吸着パッドを貼り
付けたキャリアに(下層にCVD−SiO2薄膜層を含
む)有機SOG層を形成させたSiウエハーをセット
し、多孔質フッ素樹脂製の研磨パッドを貼り付けた(回
転数が変更可能なモータ等を取り付けてある)直径22
インチ定盤上に直径6インチSiウエハー面を下にして
ホルダーを載せ、トータル150g/cm2の荷重をか
けた。定盤上に上記の酸化セリウムスラリーを200c
c/分で滴下しながら、定盤を50rpmで4分間回転
させ、有機SOG膜を研磨した。研磨後、Siウエハー
をホルダーから外して、流水中で良く洗浄後、硝酸を入
れたビーカの中に浸し、このビーカを超音波洗浄機中に
セットして10分間洗浄した。酸化セリウムの溶解に伴
う発泡が収まったことを確認後、ビーカ中からSiウエ
ハーを取りだし、スピンドライヤで水滴を除去後、12
0℃の乾燥機で10分間乾燥させた。自動エリプソメー
タを用いて研磨前後の膜厚変化を測定した結果、この研
磨により最初に下層のCVD−SiO2が現れるまでの
約4000Åの有機SOG絶縁層が削られ、Siウエハ
ー全面に渡ってほぼ均一の厚みになっていることが分っ
た。研磨時間を3分、5分にして同様に研磨及び後洗浄
を行った結果、同様に下層のCVD−SiO2が露出す
るまでの約4000Åだけが研磨によって除去され、S
iウエハー全面に渡ってほぼ均一の厚みになっているこ
とが分った。これは、下層のCVD−SiO2膜表面に
研磨層度が急激に低下するような不動態膜が形成される
ことにより、それが研磨の進行を抑えるストッパーの役
割を果たしたためである。この工程を6回繰り返して6
層配線を形成させたが、その断面のSEM観察から、各
層においてSi基板全面に渡りその表面の段差がほとん
ど認められず、配線パターンも精度良く切れていること
が分った。
【0014】比較例 実施例と同様にして半導体基板に下層にCVD−SiO
2薄膜層を含む有機SOG絶縁膜層を形成し、酸化セリ
ウムスラリーを用いた研磨をせずに、アンモニア水溶媒
系のコロイダルシリカスラリー(SS−225、Cab
ot社製商品名)を用いて試みた。実施例と同様に直径
22インチ定盤上に直径6インチSiウエハー面を下に
してホルダーを載せ、トータル150g/cm2の荷重
をかけた。定盤上に上記の酸化セリウムスラリーを20
0cc/分で滴下しながら、50rpmで30分間研磨
したところ、約8000Åが除去された。しかし、部分
的に下層のCVD−SiO2が完全に除去され、下のA
l配線が露出したり、断線している箇所が見受けられ
た。このように、研磨速度が小さいためにSiウエハー
全面に渡って平坦化するには効率が悪く、また、研磨の
終点制御が非常に難しいことがが分った。
【0015】
【発明の効果】本発明の研磨方法を利用した2種類以上
の膜からなる形成膜を研磨して目的とする構造を形成す
るプロセスにおいて、選択研磨を利用した平坦化によっ
て、プロセスの簡略化及び高精度化を実現することがで
きる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺崎 裕樹 茨城県つくば市和台48 日立化成工業株式 会社筑波開発研究所内 (72)発明者 丹野 清仁 茨城県日立市東町四丁目13番1号 日立化 成工業株式会社山崎工場内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に2種類以上の異なる膜からなる
    形成層を研磨する方法であって、前記形成層のうちある
    特定の1種類の膜の表面のみに研磨が進行しないような
    不動態膜を形成して、その他の膜を選択的に研磨するこ
    とを特徴とする研磨方法。
  2. 【請求項2】 基板上に2種類以上の異なる膜からなる
    形成層を研磨する方法であって、前記形成層のうちある
    特定の1種類の膜の表面のみに研磨が進行しないような
    不動態膜を形成して、その不動態膜が形成された膜部分
    をストッパーとして、その他の膜を選択的に研磨するこ
    とにより前記形成層を平坦化することを特徴とする研磨
    方法。
  3. 【請求項3】 酸化セリウムを主成分とする研磨剤で研
    磨する請求項1又は2記載の研磨方法。
  4. 【請求項4】 基板が半導体基板であり、その上の形成
    層が有機SOG膜及び化学気相堆積や熱酸化によって形
    成されたSiO2膜であり、不動態膜が形成される膜が
    SiO2膜で、選択的に研磨される膜が有機SOG膜で
    ある請求項1〜3各項記載の研磨方法。
JP25913896A 1996-09-30 1996-09-30 研磨方法 Withdrawn JPH10106982A (ja)

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