JP3858462B2

JP3858462B2 - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP3858462B2
Application number: JP21511998A
Authority: JP
Inventors: 創一片桐; 感安井; 亮成河合; 貞之西村; 雅彦佐藤; 喜雄河村; 茂夫森山
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Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-07-30
Filing date: 1998-07-30
Publication date: 2006-12-13
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板表面を平坦化する研削技術に係り、特に半導体基板上に形成された薄膜が研削される半導体集積回路の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路装置は、年々高集積化されている。これに伴い、半導体集積回路装置を構成する個々の素子は微細化されてきている。これらの素子はリソグラフィ技術によりパターニングされているが、光を用いた場合、微細なパターンを描くためには光の短波長化や開口数の拡大が必要になる。しかしながら、これにより焦点深度が小さくなるという問題が生じる。半導体製造工程は多くのパターン形成プロセスからなるが、一例として、配線工程を取り上げ図２を用いて説明する。
【０００３】
図２（ａ）は一層目の配線が形成されているシリコンからなる半導体ウエハの断面図を示している。トランジスタが形成されているウエハ基板１の表面には絶縁膜２が形成されており、その上にアルミニウムからなる第１の配線層３が設けられている。トランジスタとの電気的な接続をとるために設けられた絶縁膜２のホール部分３’において、配線層に窪みが生じる。次に、第１の配線層３の上にシリコン酸化膜を主体とする層間絶縁膜４及び第２の配線層となるアルミニウム層５を形成する。その後、このアルミニウム層５を配線パターン化するために露光用ホトレジスト層６を塗布する（図２（ｂ））。次に図２（ｃ）に示すようにホトマスクと縮小投影レンズを備えたステッパ７を用いてホトマスク上に描かれた回路パターンを上記ホトレジスト６上に露光転写する。この際、ステッパ７の焦点深度が小さいとホトレジスト層６の表面の凹部と凸部８では同時に焦点が合わず、解像不良が生じる。通常、トランジスタが形成された基板１の表面には凹凸があるため、より焦点深度の大きいことが求められる。
【０００４】
上記の不具合を解消するため、層間絶縁膜４の表面の平坦化処理が行われる。すなわち、図２（ａ）に示したように第１の配線層３を形成した後、図２（ｄ）に示すように層間絶縁膜４を形成する。次に、層間絶縁膜４の凹部よりも低い図中９のレベルまで平坦となるように、化学機械研磨法によって平坦化処理を行う（図２（ｅ））。その後第２の配線層となるアルミニウム層５とホトレジスト層６を形成し，ステッパ７で露光する（図２（ｆ））。この状態ではレジスト層６表面が平坦であるので、ステッパ７の焦点深度が小さい場合でも前記解像不良の問題は生じない。
【０００５】
上記化学機械研磨法は、例えば米国特許ＵＳ４,９４４,８３６や特公平５−３００５２号に開示されている。図３にＣＭＰ（化学機械研磨）法と呼ばれている加工方法の概念図を示す。円形状の研磨パッド１１が定盤１２上に貼り付けられている。この定盤１２は、例えば反時計方向に回転させておく。研磨パッド１１は、例えば発砲ウレタン樹脂を薄いシート状にスライスして形成したものであり，被加工物の種類や仕上げたい表面粗さの程度によってその材質や微細な表面構造を種々選択して使い分ける。他方，加工すべきウエハ１は弾性のあるバッキングパッド１３を介してウエハホルダ１４に固定される。このウエハホルダ１４を定盤１２と同じ方向に回転させながら研磨パッド１１表面に押しつけ荷重をかけるとともに研磨パッド１１の上に研磨粉を含むスラリ１５を供給することによりウエハ表面が研磨され、平坦化される。
【０００６】
二酸化珪素等の絶縁膜を研磨する場合、研磨粉としては高純度なシリカ（フュームドシリカ）粒子が用いられる。その直径は３０〜１５０ｎｍ程度である。研磨用のスラリ１５はシリカ粒子を水酸化カリウムやアンモニア等のアルカリ水溶液に懸濁させたものであり、加工ダメージの少ない平滑面が得られる。
【０００７】
また上記研磨用スラリを用いる方法の他、砥粒を含む砥石を用いた平坦化技術がある。基本的な装置の構成はＣＭＰの技術と同様であるが、研磨パッドの代わりに砥石が定盤に取り付けられる。また研磨液として砥粒を含むスラリの代わりに、砥粒を含まない純水を用いる。上記技術は国際公開第ＷＯ９７／１０６１３号や特開平８−２１６０２３号に記載されている。
【０００８】
通常、マクロな平坦化の能力を定量的に測る指標の一つとしてはパターン寸法依存性が用いられる。これは大きなサイズのパターンと小さなサイズのパターンを含むウエハを研磨すると、小さなサイズのパターンの方がより速く研磨されることに着目したもので、平坦化能力に劣る加工の場合にはこの大小パターン間の研磨量差がより激しくなる。具体的には図８に示すように高さが０．８μｍ程度、幅が０．１μｍから５ｍｍ程度の幾つかの孤立したライン＆スペースパターンを同時に含むテストウエハを研磨し、その研磨量の差を測定することで求められる。
【０００９】
標準的な化学機械研磨（以下ＣＭＰ）に用いられる研磨パッドとスラリを使用した場合，１ｍｍ幅未満のサイズのパターンが完全に平坦化された段階でも３ｍｍ幅以上のサイズのパターンにはまだ０．３８μｍ以上の段差が残存する。その後、さらに研磨を続けてもこの段差を完全に取り去ることはできない。
【００１０】
このように従来のＣＭＰでは数ｍｍ幅以上のパターンによる段差を完全に平坦化することは困難である。しかし実際の半導体ウエハには、例えば６４ＭＤＲＡＭのメモリマット部のように８ｍｍ角から時には１０ｍｍ角程度の大きさのパターンによる段差が０．８μｍ程度存在している。
【００１１】
大きなパターンを含めての平坦化能力に優れた技術としては，前記の砥石を用いた平坦化技術がある。砥石を用いた平坦化技術の特徴は，その著しい平坦化能力の高さである。例えば、図８に示されているように３ｍｍ幅のパターンの場合ＣＭＰでは残段差が０．３８μｍ（３８０ｎｍ）であるのに対し、砥石では１８ｎｍとなっており、桁違いに平坦化されることがわかる。
【００１２】
このように砥石による平坦化技術は、砥粒が固定されていること、砥石の弾性率が高いことから、ＣＭＰ技術では不可能であった数ｍｍ以上の大きなサイズのパターンも平坦化が可能である。また砥石はほとんど変形しないため、被加工物表面の凸部のみを選択的に除去される。被研磨物表面の凹凸に応じて研磨パットが変形するＣＭＰ技術とは異なり、被研磨物表面の凹凸パターンの谷間である凹部を削り込むことが無い。このため，平坦化に必要な研磨量として凹部における削り込みの分を考慮しなくて良く、研磨加工前の初期膜厚を薄くすることができる。さらに砥石を用いた平坦化技術の場合には，研磨加工に必要な砥粒があらかじめ砥石内に含まれているために砥粒を分散させたスラリが不要であり、維持や保守のための費用が大幅に削減される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
砥石を用いた加工は，上記のように平坦化性能に優れている反面，被加工面上にスクラッチ（引っ掻き傷）を生じ易いという課題のあることが本発明者の検討により判明した。スクラッチには絶縁層を貫通し、長さが５μｍ〜数ｍｍの大スクラッチと、貫通はせず深さが１００ｎｍ以下で長さが１０μｍ以下の溝を絶縁層に形成するμスクラッチの２種類に大別できる。これらスクラッチが層間絶縁膜に生じると、後述するダマシン配線工程の平坦化後に図１０に示すようにスクラッチ内のメタルが除去されずに残り、μスクラッチの場合は隣接配線間のショートの原因になる、さらに、大スクラッチの場合は露出された下層配線と接続された状態になり、各層間の配線間のショートが発生するという問題が生じる。
【００１４】
また，浅溝素子分離（ＳＴＩ：ＳｈａｌｌｏｗＴｒｅｎｃｈＩｓｏｌａｔｉｏｎ）の平坦加工時にゲートが形成されるアクティブな領域にスクラッチが発生すると、シリコン結晶に欠陥を生じてトランジスタ特性を劣化させるという不具合を生じる。
【００１５】
本発明の目的は、砥石を用いた平坦化技術において、大スクラッチ発生を低減あるいは防止する加工方法を提供することにある。
【００１６】
本発明の他の目的は、μスクラッチ発生を低減あるいは防止する加工方法を提供することにある。
【００１７】
本発明の他の目的は、低コストな半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１８】
本発明の他の目的は、配線間ショートの無い半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１９】
本発明の他の目的は、信頼性の高い素子を備えた半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、被加工物よりも硬い不純物の濃度が１０ｐｐｍ以下の砥石を用いて加工することにより達成される。特に、砥粒が酸化セリウムの場合にはランタン（Ｌａ）の濃度を１０ｐｐｍ以下とすることにより、より効果的に達成される。図4に純度の異なる砥粒の不純物分析結果を示す。岩石等の自然資源から精製して製造される酸化セリウムは、硬質のランタン酸化物の含有が避けられない。スクラッチを低減するには、ランタンの除去が効果的となる。酸化セリウムの純度を上げ、特にランタンの含有量を低減させることにより，実効的に硬質の異物の混入が避けられ、スクラッチの発生に対するマージンを拡大することができる。不純物としてランタン濃度が異なる（１３００ｐｐｍと９ｐｐｍ）砥石を用いて絶縁膜を加工したときのスクラッチ特性を図5に示す。図５からわかるように不純物を低減すると大スクラッチ発生頻度が１／１０以下に低減することがわかる。なお、硬さは各物質のモース硬度を用いることができる。例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）のモース硬度は６．７５であり、酸化セリウム（ＣｅＯ₂）は６、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）は９、酸化鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）は６．７５である。
【００２１】
また本発明の目的は、砥粒の形状を、長径と短径とを有する針状（又は米粒状）とすることにより、効果的に達成される。図５から砥粒の形状を針状にすることにより、大スクラッチが低減することがわかる。特に、短径に対する長径の比を３以上とすれば効果的である。また、μスクラッチの低減にも効果がある。なお、針状の砥粒が１０ｗｔ％以上含まれていれば実用上使用することができるが、５０ｗｔ％以上が望ましい。
【００２２】
また、本発明の目的は、平均気孔径が０．２μｍ以下の砥石を用いることにより達成される。針状の砥粒を用いることにより、凝集が少なく、気孔径分布の均一な砥石がえられる。一般に、砥石の製造方法は（１）砥粒と樹脂粒子の混練、（２）型入れ、（３）加熱、圧縮成形、及び（４）型出しの工程からなっている。砥石には気孔１９が含まれているが、この気孔率は（３）の工程の圧縮量で制御でき、通常約５０％である。しかしながら、気孔径については制御されていない状況であった。そのため、例えば従来の砥石では図７に示すように、平均気孔径は約０．３μｍであり、分布も広がりが大きなものになっている。一方、針状砥粒では、形状に起因して凝集性が小さいため、平均気孔径が０．１μｍ程度で均一に揃うという効果がある。分布の広がりも小さくできる。特に最大気孔径を０．５μｍ以下にすると大スクラッチ低減に大幅な効果がある。また、μスクラッチの低減にも効果がある。なお、０．５μｍ以上の気孔径の気孔は含まれないことが望ましいが、その含有量が１０ｖｏｌ％以下なら実用上使用することができる。本気孔径分布は水銀ポロシメータにより測定した。
【００２３】
また、上記目的は、かさ密度が１ｇ／ｃｍ³以下の砥粒を用いることにより達成される。かさ密度とは，砥粒を一定量採取した際の、重量／容積を意味する。つまり、気孔が多ければかさ密度は低下し、気孔が少なく密に詰まっていれば増加する。従来の多面体型砥粒と本発明の針状砥粒のかさ密度はそれぞれ、２ｇ／ｃｍ３と０．５ｇ／ｃｍ３であるので、針状の砥粒は、かさ密度が小さく、気孔率制御性が高くなる。針状砥粒は従来の多面体砥粒に比べ、短径に対する長径の比が３以上になっていることがわかる。この形状がかさ密度に効いている。
【００２４】
また、上記目的は、最大粒径を実質的に１μｍ以下とすることにより達成される。粒径を微細にすることで、被加工面への応力集中が低減され、μスクラッチの発生数削減に効果がある。図６に示すように粒径にほぼリニアにμスクラッチ発生数が比例する。微細化のレベルは理想的には小さければ小さいほど効果があるが、実用上はサブミクロンまで微細にすると粒子間の凝集が避けられなくなり、見かけ上の粒径が拡大する。平均粒径が０．５μｍ以下であれば実質的にμスクラッチの発生を防止できる。最大粒径が１μｍ以下とすることにより、より効果的にμスクラッチを低減できる。なお、１μｍ以上の粒径の砥粒は含まれないことが望ましいが、その割合が１ｗｔ％以下なら実用上使用することができる。この粒径分布の測定はレーザ散乱光を検出する粒径分布測定装置（例えばＨＯＲＩＢＡ社製ＰＡＲＴＩＣＬＥＳＩＺＥＡＮＡＬＹＺＥＲ、島津社製ＳＡＬＤ−２０００Ａ）用いることができる。砥粒の拡大写真の実測による分析法もあるがサンプル数を増やすことが困難であり、正確なデータとならないことがある。測定に際しては、測定条件を十分に検討して粒子の凝集性と測定対象サンプル攪拌方法等の最適条件出しを行った後に少なくとも３回以上の測定を行い再現性の確認を行うことが重要である。
【００２５】
上記少なくとも１つを絶縁膜やメタルの加工に用いることにより、被加工物への大スクラッチやμスクラッチの発生を低減あるいは防止できるので信頼性のある半導体集積回路装置の製造方法を提供することができる。なお、上記砥石は多層構造とすることもできる。この場合、被研磨物と接触する表面側の層が上記要件を満たせばよい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を説明する。
【００２７】
（実施例１）
図１に第一の実施例で用いた装置の基本的構成を示す。装置は、研磨加工を行う研磨定盤１２、研磨定盤上に取り付けられた砥石１６、ガラスあるいは半導体からなる基板１とこれを保持するウエハホルダ１４、加工時に加工液１５を供給する液供給ユニット２０からなる。研磨定盤１２の大きさはウエハの大きさによって変わり、ウエハ径が８インチの場合には研磨定盤の直径は７００ｍｍ程度である（ウエハ径の２倍以上）。
【００２８】
加工は、ウエハホルダ１４に保持したウエハ１を回転する砥石１６に押しつけることにより行われる。このとき、加工液供給ユニット２０からは毎分１００〜１０００ｍｌ程度の加工液が供給される。加工液としては純水を用いたが、その他に各種化学薬品含有の水溶液を用いることができる。純水は主に絶縁膜の加工に適している。アルカリ性加工液を用いることにより加工速度を高めることができるが廃液の中和処理が必要となる。過酸化水素や硝酸など酸性の水溶液は主にメタルの加工に適している。なお、研磨液として砥粒を含むスラリーを用いることにより研磨速度を高めることができるが、砥粒の凝集を防止する機能を備えた供給設備が必要となる。ウエハホルダ１４を研磨加工具に押しつける力（荷重）は、２００ｇ／ｃｍ²とした。典型的には２００〜５００ｇ／ｃｍ²で用いられており、研磨レート（１分間あたりの研磨量）はこの力にほぼ比例する。最大荷重は砥石を含めた装置の強度で決まる。ウエハホルダ１４と研磨定盤１２は同一方向に回転する。均一な研磨を行うためには両者の回転数はほぼ同一であることが望ましい。回転数の値は３０ｒｐｍとした。典型的には２０から１００ｒｐｍの間で用いられており、回転数が大きいほど研磨レートは高くなるが、大きすぎると砥石とウエハとの間に加工液が入り込み（ハイドロプレーン現象）研磨レートが飽和あるいは低下する。
【００２９】
次に砥石１６について、さらに詳細に説明する。
【００３０】
直接ウエハ１に接触する砥石１６は、微細な酸化セリウム砥粒を樹脂によって結合したものであり、その構造は詳細に見れば図１に示すように気孔を含んだ形となっている。なお、メタルを加工する場合には砥粒としてアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）やシリコンカーバイト（ＳｉＣ）、チタニア（ＴｉＯ₂）を用いた方が好ましい。砥粒を結合する樹脂としては、フェノール樹脂やポリビニルアルコール、シリコン樹脂、ポリエステル等を用いることができる。ここで用いた酸化セリウム砥粒は、平均粒径が０．５μｍ以下であり、最大粒径が１μｍ以下である。このような砥粒を用いることによりμスクラッチの発生を大幅に低減することができる。なお、最大粒径が１μｍ以上の砥粒は含まれないことが望ましいが、砥粒中に１ｗｔ％以下なら実用上用いることができる。また、酸化セリウムの純度を９９．９％以上とし、特に不純物として希土類のランタン（Ｌａ）の濃度を１０ｐｐｍ以下とすることにより大スクラッチの発生を防止することができた。
【００３１】
さらに、砥粒の形状を針状つまり、長径と短径を有する米粒状にすることにより、凝集の少ないしかも、気孔径分布の均一な砥石を提供できる。短径に対する長径の比が３以上となる割合が５０ｗｔ％以上となる砥粒を用い、平均気孔径が０．１μｍ、最大気孔径が０．２μｍの砥石を用いた結果、大クラッチ、μスクラッチとも低減することができた。なお、平均気孔径を０．２μｍ以下にすることにより、スクラッチ発生を実用上問題の無いレベルまで低減できる。さらに、最大気孔径を０．５μｍ以下にすることにより大スクラッチ低減に効果がある。
【００３２】
（実施例２）
プラズマを用いてシリコン基板上に形成されたテトラエトキシシラン（ｐ−ＴＥＯＳ）膜を加工した例を説明する。なお、用いた装置は実施例１と同様である。
【００３３】
ｐ−ＴＥＯＳ膜（ＳｉＯ₂膜）は、表面にパターンが形成されていない平坦な基板上に均一に堆積されている。加工液として純水を使用した。加工前に砥石１６の表面を図示しないドレッサを用いて砥石１６表面のコンディショニングを行なう。これは砥石面の平坦化と加工に寄与する砥粒の頭出しが目的である。これにより加工の均一性が向上し、また加工レートを維持することができる。この際、砥石１６表面を凹凸が少ない、平滑な状態にコンディショニングするとスクラッチ発生を抑制することができる。
【００３４】
具体的には、ダイヤモンド粒子を電着したカップドレッサ（カップ形をしたドレッサ）を高速スピンドルに装着し回転させ、砥石１６表面を深さ１μｍ程度で極表面層のみを除去するように絶対高さ位置制御をかけながら砥石１６面上を走査すればよい。
【００３５】
コンディショニング終了後、ｐ−ＴＥＯＳ膜が５００ｎｍの厚さ堆積された基板１をウェハホルダ１４にチャックし、砥石１６に押し付けて加工する。この時の加工液は純水、各部回転数は３０ｒｐｍ、荷重は２００ｇ／ｃｍ²とした。加工中に砥石１６表面に図示しないブラシ（材質：ナイロン）をかけて砥石から砥粒を遊離させ、遊離砥粒を増加させると加工レートが増加するという効果が得られる。ブラシの他、図１２に示すように超音波加振器２５で加振しても加工レートに関して同様の効果が得られた。超音波の周波数としては２０〜５０ｋＨｚ、出力１００Ｗを用いた。砥石面と超音波加振器との間の距離は、遊離砥粒の最も増加する位置を選んで固定した。なお、超音波の場合、ブラシと異なり摩耗がなく、異物の混入が少ないというメリットがある。加工終了後にウェハ１をアンロードして洗浄、乾燥の後にスクラッチ評価を行なった。その結果、図５と図６に示したようにスクラッチの発生が低減され、良好な加工品質を実現できた。また、砥石を用いており、平坦化性能も良好であった。被加工膜として有機ＳＯＧ膜であってもよい。なお、被加工膜の残膜厚さ分布は光の多重反射特性を利用して評価できる
（実施例３）
本実施例では、基板表面に凹凸が形成された基板上に形成されたｐ−ＴＥＯＳ膜の加工について説明する。例えば、図２（ａ）に示すように厚さ５００ｎｍの配線層３が形成された半導体基板１を準備する。次に当該基板上にｐ−ＴＥＯＳ膜を７００ｎｍの厚さ堆積する（例えば、図２（ｄ））。その後、実施例２と同様の装置を用いてｐ−ＴＥＯＳ膜を６００ｎｍ程度研磨加工する。その結果、実施例２と同様スクラッチの発生を低減できた。これにより、その上に第２層配線を形成しても、配線間ショートは生じなかった。また、ｐ−ＴＥＯＳ膜の加工面の平坦性も良好であった。ＣＭＰ法では凹部まで研磨されるため平坦化のために被加工膜は約１０００ｎｍの厚さが必要であったが、砥石を用いることにより凹部の削れが無く、被加工膜の厚さを７００ｎｍと薄くすることができる。これにより、加工時間が短縮され、スループットが向上する。なお、被加工膜として化学気相成長法（ＣＶＤ法）で形成されたシリコン酸化膜を用いても良好な結果が得られた。
【００３６】
（実施例４）
上記の例では酸化膜の加工であったが、被加工物がポリシリコンや金属であっても同様の効果が得られる。例えば、アルミニウム、銅、タングステンなどであってもよい。本実施例では、銅の加工について説明する。
【００３７】
図１１はダマシン法により配線を形成する工程を示す要部断面図である。
【００３８】
まず、下層（図示せず）とのコンタクトをとるためのタングステン（Ｗ）からなるプラグ１０１を形成する（図１１（ａ））。このプラグ１０１の形成に本発明に係る砥石を用いた加工法を適用してもよい。次に、酸化シリコンからなる絶縁膜１０２を０．９μｍの厚さ形成する（図１１（ｂ））。次に、絶縁膜１０２の表面を実施例１で示した酸化セリウム砥粒を含む砥石を用いて平坦化、配線層となる領域が溝となるようにパターニングする（図１１（ｃ））。次に、バリアメタルとなる窒化チタン（ＴｉＮ）膜及びシード層となる銅膜をスパッタによりそれぞれ５０ｎｍの厚さ形成し、その上にメッキ法により銅膜を１μｍの厚さ形成する（図１１（ｄ））。その後、本発明に係る加工法を用いて銅膜の表面を平坦化加工する（図１１（ｅ））。なお、同膜の表面を平坦化加工した後の平面図を図１３に示す。ここで用いた砥石は、アルミナ粒子を砥粒として含む。加工液としては酸性の過酸化水素水を用いた。その結果、図１０に示すようなスクラッチに起因する同層間配線ショート及び異層間配線ショートのない信頼性の高い半導体装置を製造することができた。なお、本実施例では砥粒としてはアルミナ粒子を用いたが、実用上チタニア、セリア、シリカ又はマンガニアを用いることができる。また、加工液として純水を用いることもできる。これにより、加工速度は低下するが廃液処理を容易に行える。
（実施例５）
本実施例では、半導体装置の素子分離領域の形成に本発明に係る加工方法を適用した例について図９を用いて説明する。
【００３９】
図９は浅溝素子分離層であるＳＴＩ層の形成工程を示す溝部の要部断面図である。ＳＴＩ層はトランジスタ素子間の絶縁層を形成する工程であり、半導体装置の製造においては初期の工程に位置づけられる。図９（ａ）は平坦化加工前の断面構造を示している。シリコン基板１の表面には浅溝２２が形成されており、凸部表面（アクティブフィールド面）には窒化珪素薄膜２１が形成されている。この凸部には後の工程においてトランジスタ素子が形成される。それらの上面は酸化膜４によりが覆われているが、窒化珪素薄膜２１の上部領域は凸部となり、浅溝部２２の上部では凹部となる３次元構造となっている。この凸部の酸化膜４を削り図９（ｂ）に示すように平坦化加工を行う工程をＳＴＩ層の平坦化加工という。
【００４０】
この平坦化加工工程に砥石を用いた加工方法を詳細に説明する。用いた加工装置は実施例１と同様である。図９（ａ）までの工程を経たシリコン基板１をウェハホルダ１４に固定する。一方、砥粒として酸化セリウム粒子を含む砥石１６表面のコンディショニングを行い砥石表面の状態を整える。その後、シリコン基板１を砥石１６表面に押し付けて摺動させると共に、ブラシにより砥石１６表面をスクラブしながら１〜２分加工した。加工時間はダミーウェハを加工して最適な時間を予め決定しておいた。加工後、基板１は洗浄工程及び乾燥工程を経て平坦化加工を終了する。この基板１の加工品質を評価した結果、窒化珪素薄膜２１への大スクラッチの発生が無く、シリコン基板１への結晶欠陥の発生を防止することができた。これにより、その後形成したトランジスタ素子は接合リーク電流が小さく、良好な特性を示した。また、溝部２２上の酸化膜４は中央部が窪むディッシングや角部の面だれ等が無く、良好な平坦性がえられた。これにより、本発明に係る平坦化加工方法は半導体装置製造方法に適用できることが実証できた。
【００４１】
なお、本発明は砥石を用いる方法について説明してきたが、砥石の代りに１０００ｋｇ／ｃｍ²以上の硬さを有する硬質パットと被加工物よりも硬い不純物が１０ｐｐｍ以下の砥粒を含むスラリーを用いてもグローバル平坦化と大スクラッチの実質的な解消とを両立することができる。また、針状の砥粒を含むスラリーを用いることによりマイクロスクラッチを低減することができる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明に係る平坦化加工方法を用いれば、従来のＣＭＰ技術では得られない高い平坦化加工性能とスクラッチのない完全スクラッチフリーかつ、スラリーレスという効果が得られる。
【００４３】
本発明の平坦化加工方法を適用した半導体装置の製造方法により、接合リーク電流が少なく、また配線間ショートの無い良好な半導体装置をえることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る製造装置の概略図である。
【図２】ウエハ表面の平坦化工程を示す半導体要部断面図である。
【図３】化学機械研磨装置の概略断面図である。
【図４】砥石に含有される不純物分析結果である。
【図５】大スクラッチ評価結果である。
【図６】μスクラッチ評価結果である。
【図７】従来及び本発明に係る砥石の気孔径分布を示す図である。
【図８】平坦化の評価結果を示す図である。
【図９】本発明を摘要した浅溝素子分離層の構造断面図である。
【図１０】ダマシン加工時に生じるスクラッチに起因するショート不良を説明するための配線の要部平面図である。
【図１１】ダマシンプロセスを説明するための配線要部断面図である。
【図１２】超音波加振器を備えた加工装置の概略図である。
【図１３】ダマシンプロセスで形成した配線層の平面図である。
【符号の説明】
１…ウエハ基板、２、４…絶縁膜、３…配線層、５…金属アルミ層、６…ホトレジスト層、７…ステッパ、８…レジスト層の凸部、９…平坦化の目標レベル、１１…研磨パッド又は砥石、１２…定盤、１３…バッキングパッド、１４…ウエハホルダ、１５…加工液、１６…砥石、２０…加工液供給ユニット、２１…窒化膜、２２…素子分離用浅溝、１０１…プラグ、１０２…酸化シリコン膜。

Claims

シリコン酸化膜が形成された半導体基板を準備する工程と、
前記半導体基板を、アルカリ性もしくは純水である加工液を供給しながら酸化セリウム砥粒を含む砥石に押しつけて相対運動させることにより前記シリコン酸化膜を加工する工程と、その後前記半導体基板を洗浄及び乾燥する工程とを有する半導体装置の製造方法であって、
前記砥石は、前記シリコン酸化膜の材料よりも硬い物質の含有量が１０ｐｐｍ以下であり、かつ前記砥粒は、短径に対する長径の比が３以上であり、前記砥粒のかさ密度は、１ｇ／ｃｍ3以下であり、前記砥石の平均気孔径は０．２μｍ以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記半導体基板を前記砥石に押しつける力は、２００−５００ｇ／ｃｍ2の範囲であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
前記相対運動は回転であり、回転数は２０−１００ｒｐｍの範囲であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
前記砥粒おける、短径に対する長径の比が３以上のものの割合は１０ｗｔ％以上であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
前記砥石中に含まれる最大気孔径は０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
前記砥石中に含まれる０．５μｍ以上の気孔径を有する気孔の割合は１０ｖｏｌ％以下であることを特徴とする請求項５記載の半導体装置の製造方法。
前記砥粒の平均粒径は０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
前記砥粒の最大粒径は１μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
前記砥石は、砥粒の結合材として樹脂を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
前記シリコン酸化膜を加工する工程は、前記砥石表面にブラシをかける処理を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
前記加工は、前記砥石表面のコンディショニングの後に行うことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
前記シリコン酸化膜を加工する工程は、前記砥石表面に超音波を印加する処理を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
前記半導体基板表面には凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。