JPH0786215A

JPH0786215A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH0786215A
Application number: JP5231284A
Authority: JP
Inventors: Yasutaka Sasaki; 泰孝佐々木; Renpei Nakada; 錬平中田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-09-17
Filing date: 1993-09-17
Publication date: 1995-03-31
Anticipated expiration: 2016-07-11
Also published as: JP3187216B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、ディッシングを抑制し、ポリッシン
グ処理後に残留する研磨粒子を充分に除去でき、良好に
膜の平坦化、埋め込み金属配線形成等を行うことができ
る半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。【構成】凹凸部を有する基板２１の少なくとも凸部に、
被加工膜２５の材料より研磨速度が遅い材料からなる耐
研磨性膜２４を形成する工程、前記耐研磨性膜２４上に
前記被加工膜２５を形成する工程、並びに前記耐研磨性
膜の厚さ以下の粒径を有する研磨粒子２７を含む研磨剤
を用いて前記被加工膜２５を研磨する工程を具備するこ
とを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超ＬＳＩ等の半導体装
置を製造する方法に係わり、特に半導体装置の製造工程
における研磨方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＬＳＩの高集積化に伴い、様々な
微細加工技術が開発されている。パターンの最小加工寸
法は年々小さくなり、現在では既にサブミクロンのオー
ダーとなっている。

【０００３】そのような厳しい微細化の要求を満たすた
めに開発されている技術の一つにポリッシング技術があ
る。この技術は、半導体装置の製造工程において、例え
ば層間絶縁膜の平坦化、プラグ形成、埋め込み金属配線
形成、埋め込み素子分離等を行う際に必須となる技術で
ある。

【０００４】図１４（Ａ）〜（Ｆ）にポリッシング技術
を用いた埋め込み金属配線形成の一例を示す。まず、図
１４（Ａ）に示すように、半導体基板１上に絶縁膜２を
形成し、絶縁膜２の表面を平坦化する。次いで、図１４
（Ｂ）に示すように、通常のフォトリソグラフィー法お
よびエッチング法により、絶縁膜２に配線用の溝、ある
いは接続配線用の開口部３を形成する。次いで、図１４
（Ｃ）に示すように、この絶縁膜２上に配線用金属膜４
を形成する。この場合、絶縁膜２と配線用金属膜４との
間の相互拡散あるいは反応を防止するために、両者の間
にバリアメタル膜を形成することもある。

【０００５】次いで、溝もしくは開口部のみに配線用金
属膜４を残存させるために、配線用金属膜４にアルミナ
粒子等を研磨粒子としてポリッシング処理を施す。この
場合、配線用金属膜４の下に耐研磨性膜として配線用金
属膜４に対して研磨速度選択比の大きな材質の膜を形成
することが好ましい。なお、本出願人が先に出願してい
る特願平５−６７４１０号明細書に述べられているよう
に、配線用金属膜としてＡｌ膜５を用い、図１４（Ｃ）
に示すようにスパッタリングによりＡｌ膜４を堆積し、
真空中において連続的にアニール処理を施して図１４
（Ｄ）に示すように、凹部内においてＡｌを単結晶化さ
せると共に、Ａｌ膜５を絶縁膜２の凸部に分離残存さ
せ、その後ポリッシング処理により残存したＡｌ膜を除
去してもよい。このようにして、図１４（Ｅ）に示すよ
うに、絶縁膜２の表面と配線用金属膜５の表面が同一平
面となるようにする。

【０００６】しかしながら、実際のポリッシング工程で
は、配線用金属膜４の被研磨面と研磨粒子との間あるい
は被研磨面と研磨剤を保持する定盤との間におけるメカ
ニカルな作用によって、配線用金属膜表面に傷がついて
表面が粗くなったり、配線用金属膜４に研磨粒子が埋め
込まれたり残留したりする。

【０００７】また、図１４（Ｆ）に示すように、溝や開
口部に埋め込まれた配線用金属膜４、特に幅が広い領域
では中心部の厚さが薄くなるディッシングという現象が
生じる。このディッシングの現象が生じると、そこに研
磨粒子が残留し易くなる。例えば、配線用金属膜４の材
料として、Ａｌ，Ｃｕのような硬度が低く、延性のある
金属を用いる場合、それらの傾向が顕著に現れる。配線
用金属膜表面の傷やディッシングの発生、あるいは研磨
粒子の残留等は、得られる配線の抵抗を増加させたり、
断線を引き起こして、信頼性の低下や製品歩留りの低下
を招く。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】半導体装置の製造工程
においては、ポリッシング処理後の研磨粒子の残留が大
きな問題となる。すなわち、残留した研磨粒子が半導体
装置の不良の原因となる。このため、ポリッシング処理
後の研磨粒子を完全に除去する必要がある。

【０００９】従来、ポリッシング処理後の研磨粒子の除
去には、純水による水洗、スポンジスクラバーもしくは
ブラシスクラバーを用いるスクラブ洗浄、超音波洗浄、
または硫酸−過酸化水素水混合溶液を用いる化学的洗浄
等を適当に組み合わせて行われる。しかしながら、金属
配線が露出している場合、薬品を使用する化学的洗浄す
ることはできない。このため、このような場合には、水
洗および／またはスクラブ洗浄が行われる。

【００１０】ところが、ポリッシング処理の際に、サブ
ミクロンオーダーの微細配線を含む場所や溝内の小さな
段差に入り込んだ微細な研磨粒子は、上記の水洗および
／またはスクラブ洗浄では充分に除去することができな
い。このため、金属配線上に研磨粒子が不可避的に残留
してしまう。

【００１１】このように、良好に膜の平坦化、埋め込み
金属配線形成等を高性能で、しかも高い信頼性で実現す
るためには、ポリッシング処理後の被加工膜表面に生じ
る傷、ディッシング、研磨粒子の残留等を抑制すること
が必要不可欠である。

【００１２】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、ディッシングを抑制し、ポリッシング後に残留す
る研磨粒子を充分に除去でき、良好に膜の平坦化、埋め
込み金属配線形成を行うことができる半導体装置の製造
方法を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、凹凸部を有す
る基板の少なくとも凸部に、被加工膜の材料より研磨速
度が遅い材料からなる耐研磨性膜を形成する工程、前記
耐研磨性膜上に前記被加工膜を形成する工程、並びに前
記耐研磨性膜の厚さ以下の粒径を有する研磨粒子を含む
研磨剤を用いて前記被加工膜を研磨する工程を具備する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。

【００１４】ここで、凹凸部とは、基板に配線用の溝あ
るいは接続配線用の開口部等を形成した際に生じる程度
の凹凸を意味する。本発明において使用される研磨粒子
としては、シリカ粒子、酸化セリウム粒子、酸化ジルコ
ニウム粒子、アルミナ粒子、酸化チタン粒子、炭化珪素
粒子、ダイアモンド粒子、グラファイト粒子等を用いる
ことができる。

【００１５】本発明において使用される耐研磨性膜の材
料としては、炭素、Ｓｉ、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ、Ｔｉ、Ｔ
ｉＳｉｘ、Ｗ、Ｎｂ、ＷＳｉｘ、またはＭｏＳｉｘ等を
用いることができる。ただし、耐研磨性膜の材料は、研
磨（ポリッシング）処理において使用される研磨粒子に
対して被加工膜の材料よりも研磨速度が遅い材料を選択
する。したがって、耐研磨性膜の材料、被加工膜の材
料、および研磨粒子の組み合わせは、前記条件を満たす
ように適宜選択する必要がある。例えば、耐研磨性膜の
材料として炭素、被加工膜の材料としてＡｌ、研磨粒子
としてシリカ粒子の組み合わせ等である。

【００１６】本発明において使用される研磨粒子の粒径
は、耐研磨性膜の厚さ以下に設定する。これは、次の理
由による。すなわち、研磨時において、被加工膜は耐研
磨性膜よりも研磨され易いために、圧力によって研磨粒
子が被加工膜部に入り込み、過剰に研磨が進んでしまう
が、その際の研磨粒子の入り込む量、すなわちディッシ
ング量は、粒径の増加に伴って増加するので、そのディ
ッシング量を耐研磨性膜厚程度に抑制するためである。
また、図１（Ａ）に示すように、絶縁膜１１の凹部に配
線用金属１２が埋め込まれ、絶縁膜１１の凸部に耐研磨
性膜１３が設けられている場合において、研磨粒子１４
の粒径が耐研磨性膜１３の膜厚に対して極端に小さいと
き、研磨処理を施すと研磨粒子１４と配線用金属１２と
が接している部分が研磨されにくくなり、研磨後に耐研
磨性膜１３を除去すると、図１（Ｂ）に示すように、配
線用金属１２が絶縁膜１１表面から突出してしまう。こ
れは、平坦化の点から非常に好ましくない。このため、
研磨粒子の粒径は、粒径／耐研磨性膜の膜厚≧０．３と
なるように適宜設定する必要がある。なお、粒径とは平
均粒径を意味し、粒径が平均粒径の２倍以下である粒子
の重量が全研磨粒子の重量の８０％以上である粒度分布
を有する場合が特に好ましい。

【００１７】

【作用】本発明の半導体装置の製造方法は、凹凸部を有
する基板の少なくとも凸部に、被加工膜の材料より研磨
速度が遅い材料からなる耐研磨性膜を形成し、その上に
被加工膜を形成し、耐研磨性膜の厚さ以下の粒径を有す
る研磨粒子を含む研磨剤を用いて被加工膜を研磨するこ
とを特徴としている。

【００１８】耐研磨性膜の厚さよりも小さな粒径の研磨
粒子は、それ自身の粒径に対応する厚さ分だけ被加工膜
を研磨するが、耐研磨性膜があるために研磨粒子に圧力
が加わりにくくなり、それ以上被加工膜を研磨しない。
したがって、被加工膜は、耐研磨性膜の下面の位置より
下の位置まで研磨されることが抑制される。このため、
硬度が低い材料からなる被加工膜を研磨する際に問題と
なる表面の傷・粗れ、ディッシングの発生、研磨粒子の
埋没等を抑制することができる。

【００１９】さらに、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Po
lishing)後の洗浄で除去できない研磨粒子は、耐研磨性
膜を除去することによってすべて表面に露出するため、
その後の洗浄により簡単に除去できる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して具体
的に説明する。実施例１まず、図２に示すように、Ｓｉ基板２１上にＳｉＯ₂ 膜
２２を形成し、通常のフォトリソグラフィー法およびエ
ッチング法により、幅０．４〜１０μｍ、深さ０．４μ
ｍの配線用溝２３を形成した。次いで、直流マグネトロ
ンスパッタリング法により全面に厚さ５００オングスト
ロームの炭素膜２４を形成し、続けて、炭素膜２４上に
圧力１０^-4TorrのＡｒ雰囲気で直流マグネトロンスパッ
タリング法により全面にＡｌ膜２５を膜厚４０００オン
グストロームで非加熱の状態で形成した。その後、真空
中（例えば、圧力１０^-6Torr）でＡｌ膜２５に熱処理を
施すことにより、Ａｌ膜２５の表面における自然酸化膜
の形成を抑制しつつＡｌ膜２５の凝集埋め込みを行っ
た。このときの温度は、例えば６００℃とした。これに
より、Ａｌが単結晶化すると共に、配線用溝２３内にＡ
ｌ膜２５が埋め込まれ、凸部上にＡｌ膜２５が島状に残
存した。このようにして試料を作製した。

【００２１】次に、この試料に図３に示す装置を用いて
ＣＭＰを施した。この装置は、回転可能な研磨プレート
３１と、研磨プレート３１上に貼付されたポリッシング
パッド３２と、研磨プレート３１の上方に配置されてお
り、回転可能な試料ホルダー３３と、研磨液タンクに接
続され、吐出部がポリッシングパッド３２近傍まで延出
した研磨液供給用配管３４とから構成されている。試料
３０は、ポリッシングパッド３２に被加工面が対向する
ように試料ホルダー３３に真空チャックされる。また、
研磨液供給用配管３４は、研磨液の供給量を制御する手
段を備えている。なお、ポリッシングパッド３２には、
表面をスウェード状に加工した発泡ポリウレタン製のポ
リッシングパッドを用いた。

【００２２】ＣＭＰにおいて、研磨剤としては、ｐＨ１
１のピペラジン（Ｃ₄ Ｈ₁₀Ｎ₂ ）の希水溶液中に粒径５
００オングストロームのシリカ粒子を全重量に対して１
０重量％の割合で分散させたものを用いた。これは、金
属埋め込み配線形成のＣＭＰに適した研磨粒子として
は、平坦化の観点から粒径が１０００オングストローム
以下のものが好ましいからである。また、研磨条件は、
研磨圧力５０〜３００gf／cm² 、定盤回転数５０〜５０
０rpm 、研磨剤供給量３００cc／min とした。

【００２３】このときのＡｌ膜の研磨速度ＶAlと、炭素
膜の研磨速度Ｖc は、それぞれＶAl=830オングストローム/min
、Ｖc ＝０オングストローム／min であった。したが
って、炭素膜はほぼ完璧に耐研磨性膜として働いている
ことが分かる。この場合、凸部２６では、炭素膜２４が
全面露出したときに研磨はそれ以上進行しないが、Ａｌ
膜２５の上面が露出する配線用溝２３では、Ａｌは炭素
よりも研磨速度が速いためにさらに研磨が進行する。凸
部２６上には炭素膜２４が存在しているので、炭素膜２
４上面から研磨粒子２７の外径程度の深さまで研磨が進
行した時点で研磨粒子にポリッシングパッド３２からの
圧力が加わりにくくなり、研磨が停止する。このとき、
配線用溝２３内に埋め込まれたＡｌ膜２５の表面の位置
と、耐研磨性膜である炭素膜２４の下面の位置は、ほぼ
一致していた。

【００２４】次いで、ＣＭＰ後の試料を純水による水
洗、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）布によるスクラブ
洗浄、並びに超音波洗浄（第１の洗浄）した。このとき
の試料の断面を図４（Ａ）に示す。試料に残存する研磨
粒子をダストチェッカーおよびＳＥＭ（走査型電子顕微
鏡）により調べたところ、図４（Ａ）に示すように、凸
部２６の炭素膜２４上には研磨粒子２７は全く存在せ
ず、配線用溝２３内に埋め込まれたＡｌ膜２５上には若
干量の研磨粒子２７が確認された。

【００２５】次いで、試料に酸素分圧０．９Torr、プラ
ズマ出力５００Ｗの条件で酸素プラズマによる灰化処理
を施して、凸部２６上に形成された炭素膜２４を除去し
た。灰化処理後の試料の断面を図４（Ｂ）に示す。図４
（Ｂ）に示すように、露出したＳｉＯ₂ 膜２２表面の位
置と、Ａｌ膜２５の表面の位置はほとんど一致してい
た。これは、炭素膜２４は酸素プラズマにさらされると
容易にエッチングされるが、Ａｌは表面に形成される自
然酸化膜によって保護されてエッチングされないからで
あると考えられる。

【００２６】次いで、試料を純水による水洗、ＰＶＡ布
によるスクラブ洗浄、並びに超音波洗浄（第２の洗浄）
して、Ａｌ膜２５上に残存する研磨粒子２７を除去し
た。この状態で、試料に残存する研磨粒子をダストチェ
ッカーおよびＳＥＭにより調べたところ、図４（Ｃ）に
示すように、Ａｌ膜２５上に残存していた研磨粒子２７
はほぼ完全に除去していたことが分かった。これは、Ｃ
ＭＰ後に凸部２６上にの炭素膜２４を除去することによ
り、基板表面から研磨粒子２７のみが突出し、機械的処
理により除去しやすい状態になったためと考えられる。
また、配線用溝２３内に埋め込まれたＡｌ膜２５の表面
には、傷が付いておらず、ディッシングも発生していな
かった。

【００２７】ここで、耐研磨性膜である炭素膜２４の厚
さを５００オングストロームと一定にしておき、研磨粒
子であるＳｉＯ₂ 粒子の粒径を２００〜７５０オングス
トロームに種々変更して研磨粒径／耐研磨性膜厚の比を
変えて図２に示す試料を上記と同様にしてＣＭＰし、灰
化処理することにより炭素膜２４を除去し、洗浄するこ
とにより研磨粒子を除去した。第２の洗浄後のそれぞれ
の試料表面に残存する粒径０．２μｍ以上の研磨粒子の
数をダストカウンターを用いて測定した。その結果を図
５に示す。なお、試料の配線用溝の幅は０．４μｍとし
た。

【００２８】図５から明らかなように、研磨粒子の粒径
が耐研磨性膜の厚さよりも小さい場合、すなわち研磨粒
径／耐研磨性膜厚の比が１より小さい場合には、試料表
面に残存する研磨粒子の数が非常に少ない。本実施例に
おいては、耐研磨性膜を除去して洗浄した後では、残存
した研磨粒子は６インチウェハ１枚当たり平均１０個以
下であった。

【００２９】上記現象に関しては、研磨粒子の粒径が耐
研磨性膜の厚さよりも小さい場合において、研磨粒子の
粒径を１００〜１０００オングストロームの範囲で確認
したところ、すべての場合において、配線用溝２３内の
Ａｌ膜２５は耐研磨性膜上面から研磨粒子の粒径程度の
深さまで研磨されていた。すなわち、耐研磨性膜の厚さ
よりも小さい粒径を有する研磨粒子を用いることによ
り、形成されるＡｌ膜２５の上面の位置は、耐研磨性膜
の下面の位置と同等かそれよりも高くなるということが
判明した。したがって、この状態で水洗、スクラブ洗
浄、並びに超音波洗浄を行うことにより、確実に研磨粒
子を除去することができる。

【００３０】本実施例においては、スクラブ洗浄にＰＶ
Ａ布を使用しているが、ＰＶＡ布の代わりにスポンジ、
ナイロンブラシ、発泡ポリウレタン製の布、不織布等を
使用しても同等な結果が得られた。実施例２図６に示すように、Ｓｉ基板２１上にＳｉＯ₂ 膜２２を
形成し、直流マグネトロンスパッタリング法により全面
に厚さ５００オングストロームの炭素膜２４を形成し
た。次いで、通常のフォトリソグラフィー法およびエッ
チング法により実施例１と同じサイズの配線用溝２３を
形成した。次いで、その全面に圧力１０^-4TorrのＡｒ雰
囲気で直流マグネトロンスパッタリング法によりＡｌ膜
２５を膜厚４０００オングストロームで形成した。この
とき、Ｓｉ基板２１の温度を、例えば５００℃まで上げ
ることにより、Ａｌ膜は図６に示すようにフロー形状を
示した。このようにして試料を作製した。

【００３１】この試料に実施例１と同様にしてＣＭＰを
行い、配線用溝２３内にＡｌ膜２５を埋め込み、凸部２
６上の余剰なＡｌ膜を除去した。その後、実施例１と同
様にして、試料に第１の洗浄、灰化処理、並びに第２の
洗浄を行ったところ、試料表面に残存する研磨粒子はほ
とんど除去できた。

【００３２】次に、試料におけるディッシング量の研磨
時間依存性について調べた。ディッシング量とは、図７
に示すように、炭素膜２４の上面位置からＡｌ膜２５の
最も膜厚が薄い部分の位置までの距離Ｄをいう。なお、
使用する研磨粒子２７の粒径には、５００オングストロ
ームおよび１０００オングストロームを選択し、耐研磨
性膜である炭素膜２４の厚さは５００オングストローム
とし、配線幅となるＡｌ膜２５の幅は１０μｍとした。

【００３３】ディッシング量と研磨時間との関係は、図
８に示すように、研磨粒子の粒径が耐研磨性膜厚と同じ
（５００オングストローム）場合、ディッシング量は膜
厚以下に抑えられている。さらに、研磨は余分なＡｌ膜
２５がすべて除去されるまで行われるが、その時間の２
倍の時間でも、ディッシング量は膜厚以下であった。ま
た、研磨粒子の粒径が大きくなると研磨速度も上がる
が、ディッシング量も大きくなる傾向にある。さらに、
余剰のＡｌ膜２５が除去された後のディッシング量の増
加（傾き）も、粒径５００オングストロームの場合より
大きい。なお、Ａｌ膜２５の幅を変えてディッシング量
を調べたところ、幅０．５〜１０μｍにおいてほとんど
同じであった。

【００３４】次に、耐研磨性膜の厚さを５００オングス
トロームに一定とし、研磨粒子の粒径を変化させたとき
の幅１０μｍのＡｌ膜のディッシング量を図９に示す。
図９に示すように、研磨粒子の粒径が耐研磨性膜厚と同
じ（５００オングストローム）場合にグラフに変曲点が
ある。変曲点以下の粒径ではディッシング量は耐研磨性
膜厚以下で、緩やかに変化しており、それ以上の粒径で
はディッシング量の増加率は大きくなり、ほぼ粒径に比
例している。このように、上述した図８および図９か
ら、耐研磨性膜厚以下の粒径を有する研磨粒子を用いて
研磨することにより、ディッシング量の大幅な改善効果
が期待できることが分かった。実施例３図１０に示すように、Ｓｉ基板２１上にＳｉＯ₂ 膜２２
を形成し、通常のフォトリソグラフィー法およびエッチ
ング法により、幅０．４〜１０μｍ、深さ０．４μｍの
配線用溝２３を形成した。次いで、交流マグネトロンス
パッタリング法により全面に厚さ５００オングストロー
ムの多結晶シリコン膜２８を形成した。次いで、その全
面に圧力１０^-4TorrのＡｒ雰囲気で直流マグネトロンス
パッタリング法によりＣｕ膜２９を膜厚４０００オング
ストロームで形成した。このとき、Ｓｉ基板２１の温度
を例えば７００℃まで上げることにより、Ｃｕ膜２９は
図１０に示すようにフロー形状を示した。このようにし
て試料を作製した。

【００３５】次いで、この試料に実施例１と同様にして
ＣＭＰを行い、配線用溝２３内にＣｕ膜２９を埋め込
み、凸部２６上の余剰なＣｕ膜を除去した。ただし、研
磨剤としては、シリカ粒子をピペラジン水溶液中に分散
させたものに酸化剤を混合してなるものを用いた。

【００３６】次いで、ＣＭＰ後の試料を純水による水
洗、ＰＶＡ布によるスクラブ洗浄、並びに超音波洗浄し
た。試料に残存する研磨粒子をダスッチェッカーおよび
ＳＥＭにより調べたところ、図１１（Ａ）に示すよう
に、凸部２６のの多結晶シリコン膜２８上には研磨粒子
２７は全く存在せず、配線用溝２３内に埋め込まれたＣ
ｕ膜２９上には若干量の研磨粒子２７が確認された。

【００３７】次いで、試料にＣＦ₄ プラズマによるプラ
ズマエッチング処理を施して、凸部２６上に形成された
多結晶シリコン膜２８を除去した。プラズマエッチング
処理後の試料の断面を図１１（Ｂ）に示す。図１１
（Ｂ）に示すように、露出したＳｉＯ₂ 膜２２表面の位
置と、Ｃｕ膜２９の表面の位置はほとんど一致してい
た。

【００３８】次いで、試料を純水による水洗、ＰＶＡ布
によるスクラブ洗浄、並びに超音波洗浄して、Ｃｕ膜２
９上に残存する研磨粒子２７を除去した。この状態で、
試料に残存する研磨粒子をダストチェッカーおよびＳＥ
Ｍにより調べたところ、図１１（Ｃ）に示すように、Ｃ
ｕ膜２９上に残存していた研磨粒子２７をほぼ完全に除
去していたことが分かった。また、配線用溝２３内に埋
め込まれたＣｕ膜２９の表面には、傷が付いておらず、
ディッシングも発生していなかった。

【００３９】ここまでの実施例１〜実施例３において、
研磨剤としてシリカ粒子をｐＨ１１のピペラジン水溶液
に分散させて作製したスラリーを用いた場合について説
明したが、ｐＨ調整用のアルカリ溶液として、トリエチ
ルアミン、コリン、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウ
ムヒドロキシド）等のアミン類や、アンモニア、水酸化
アルカリ等を用いても良い。実施例４図１２に示すように、Ｓｉ基板２１上にＳｉＯ₂ 膜２２
を形成し、その上に直流マグネトロンスパッタリング法
により厚さ４０００オングストロームのＡｌ膜２５およ
び厚さ５００オングストロームの炭素膜２４を順次形成
した。次いで、通常のフォトリソグラフィー法およびエ
ッチング法により、線幅０．４〜１０μｍのパターンを
形成した。次いで、有機シランガスを用いたプラズマＣ
ＶＤ法により全面に厚さ１００００オングストロームの
ＳｉＯ₂ 膜３０を形成した。このようにして試料を作製
した。

【００４０】次いで、この試料に実施例１と同様にして
ＣＭＰを行い、Ａｌ膜２５の上面の位置までＳｉＯ₂ 膜
３０を除去した。ただし、研磨剤としては、粒径５００
オングストロームのシリカ粒子を水酸化カリウム溶液に
分散させてなるｐＨ１０．０のスラリーを用いた。

【００４１】このときのＳｉＯ₂ 膜の研磨速度Ｖoxと、
炭素膜の研磨速度Ｖc は、それぞれＶox＝１０００オン
グストローム／min 、Ｖc ＝１０オングストローム／mi
n であり、充分な研磨選択比が得られていた。

【００４２】次いで、ＣＭＰ後の試料を純水による水
洗、ＰＶＡ布によるスクラブ洗浄、並びに超音波洗浄し
た。試料に残存する研磨粒子をダストチェッカーおよび
ＳＥＭにより調べたところ、図１３（Ａ）に示すよう
に、ＳｉＯ₂ 膜３０上には若干量の研磨粒子２７が確認
された。

【００４３】次いで、試料に実施例１と同様にして灰化
処理を施して、Ａｌ膜２５上に形成された炭素膜２４を
除去した。灰化処理後の試料の断面を図１３（Ｂ）に示
す。図１３（Ｂ）に示すように、露出したＳｉＯ₂ 膜２
２表面の位置と、Ａｌ膜２５の表面の位置はほとんど一
致していた。

【００４４】次いで、試料を純水による水洗、ＰＶＡ布
によるスクラブ洗浄、並びに超音波洗浄して、ＳｉＯ₂
膜３０上に残存する研磨粒子２７を除去した。この状態
で、試料に残存する研磨粒子をダストチェッカーおよび
ＳＥＭにより調べたところ、図１３（Ｃ）に示すよう
に、ＳｉＯ₂ 膜３０上に残存していた研磨粒子２７はほ
ぼ完全に除去していたことが分かった。また、ディッシ
ング量は耐研磨性膜厚以内に抑えられているということ
が分かった。このように、被加工膜が金属膜以外の場合
でも、同様な効果が得られることが確認された。

【００４５】

【発明の効果】以上説明した如く本発明の半導体装置の
製造方法は、凹凸部を有する基板の少なくとも凸部に、
被加工膜の材料より研磨速度が遅い材料からなる耐研磨
性膜を形成し、その上に被加工膜を形成し、耐研磨性膜
の厚さ以下の粒径を有する研磨粒子を含む研磨剤を用い
て被加工膜を研磨するので、ディッシングを抑制し、ポ
リッシング後に残留する研磨粒子を充分に除去でき、良
好に膜の平坦化、埋め込み金属配線形成等を行うことが
できる。さらに、研磨後の被加工膜表面に残存する研磨
粒子の除去が容易になる。

【００４６】また、耐研磨性膜と被加工膜の組み合わせ
や、耐研磨性膜厚と研磨粒子の粒径の組み合わせを適当
に設定することにより、研磨量を制御することができ、
信頼性の高い半導体装置の製造が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ），（Ｂ）は、研磨粒子の粒径／耐研磨性
膜の膜厚の比の下限を説明するための断面図。

【図２】実施例１において使用する試料を示す断面図。

【図３】研磨処理に使用される装置を示す概略図。

【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例１において本発明の
方法に基づいて処理する工程を説明するための断面図。

【図５】研磨粒子の粒径／耐研磨性膜厚の比と残存した
研磨粒子数との関係を示すグラフ。

【図６】実施例２において使用する試料を示す断面図。

【図７】ディッシング量を説明するための断面図。

【図８】ディッシング量と研磨時間との関係を示すグラ
フ。

【図９】ディッシング量と研磨粒子の粒径との関係を示
すグラフ。

【図１０】実施例３において使用する試料を示す断面
図。

【図１１】（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例３において本発明
の方法に基づいて処理する工程を説明するための断面
図。

【図１２】実施例４を説明するための断面図。

【図１３】（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例４において本発明
の方法に基づいて処理する工程を説明するための断面
図。

【図１４】（Ａ）〜（Ｆ）は従来の研磨方法を説明する
ための断面図。

【符号の説明】

１１…絶縁膜、１２…配線用金属、１３…耐研磨性膜、
１４，２７…研磨粒子、２１…Ｓｉ基板、２２，３０…
ＳｉＯ₂ 膜、２３…配線用溝、２４…炭素膜、２５…Ａ
ｌ膜、２６…凸部、２８…多結晶シリコン膜、２９…Ｃ
ｕ膜、３１…研磨プレート、３２…ポリッシングパッ
ド、３３…試料ホルダー、３４…研磨液供給用配管。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】凹凸部を有する基板の少なくとも凸部に、
被加工膜の材料より研磨速度が遅い材料からなる耐研磨
性膜を形成する工程、前記耐研磨性膜上に前記被加工膜を形成する工程、並び
に前記耐研磨性膜の厚さ以下の粒径を有する研磨粒子を
含む研磨剤を用いて前記被加工膜を研磨する工程、を具
備することを特徴とする半導体装置の製造方法。