JP2011071303A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体基板11上に形成された多結晶シリコン膜13をストッパ膜としてシリコン酸化膜15を化学的機械的研磨にて平坦化する半導体装置の製造方法において、多結晶シリコン膜13の上層には表面改質膜13aが形成され、化学的機械的研磨のスラリ8には、セリア砥粒21と、界面活性剤と、カチオン性またはアニオン性の官能基を有する樹脂粒子22、23が含有されている。
【選択図】 図3
Description
また、特許文献1に開示された方法では、多結晶シリコン膜の表面が研磨粒子にて頻繁に擦られることから、多結晶シリコン膜の表面のスクラッチが増加し、その多結晶シリコン膜を用いてデバイスを作成すると、デバイス性能の悪化が見込まれるという問題があった。
図1において、研磨装置1には、ウェハ3を載置する研磨テーブル2、ウェハ3を研磨テーブル2上に押し当てる研磨ヘッド4、研磨テーブル2上にスラリ8を供給するノズル7が設けられている。なお、ウェハ3には、半導体基板を用いることができ、その半導体基板上には、被研磨体としてのシリコン酸化膜およびストッパ膜としての多結晶シリコン膜を形成することができる。ここで、この多結晶シリコン膜の上層には、その多結晶シリコン膜の表面を親水化する表面改質膜が形成されている。なお、表面改質膜は、例えば、多結晶シリコン膜の上層の酸化処理またはアニール処理にて形成されたシリコン酸化膜を用いることができる。
図2(a)において、例えば、CVD、熱酸化またはラジカル酸化などの方法を用いることにより、半導体基板11上にシリコン酸化膜12を形成する。なお、半導体基板11としては、例えば、シリコン基板を用いることができる。また、シリコン酸化膜12は、例えば、ゲート絶縁膜またはトンネル酸化膜として用いることができる。
図3において、図1のスラリ8には、セリア(酸化セリウム)砥粒21、アニオン性樹脂粒子22およびカチオン性樹脂粒子23が含有されている。また、スラリ8に含有される界面活性剤には、カウンターイオンとして、例えば、NH4 +が含まれている。
研磨装置1 :FREX300E(荏原製作所製)
研磨パッド2a:IC1000(ニッタ・ハース製)
ドレッサ6b :ダイヤモンドドレッサ(ASAHIダイヤモンド製)
研磨荷重 :400hPa
テーブル回転数:60rpm
ウェハ回転数 :60rpm
スラリ流量 :190ml/min
また、図4の実施例1−4および比較例1−4のスラリのベースとして酸化セリウム粒子を5.0質量%含有する昭和電工製スラリを用いた。なお、この昭和電工製スラリには、それ自体に界面活性剤であるポリカルボン酸のアンモニウム塩が含有されている。
図4において、実施例1では、ストッパ膜として多結晶シリコン膜13を用い、多結晶シリコン膜13の表層に表面改質層13aを形成した。また、スラリ8として、昭和電工製スラリに樹脂粒子を添加し、樹脂粒子としてカチオン性の官能基が付与されたPST系樹脂粒子を用いた。このPST系樹脂粒子は、R04(JSR製)を0.1質量%だけ含有させた。また、界面活性剤の濃度は0.1質量%だった。
この場合、多結晶シリコン膜13の表面は、改質工程により負の電荷を帯びているため、正電荷を持つ樹脂粒子が表面改質層13aに吸着し、表面保護の役割を果たすとともに、樹脂粒子の弾性作用に起因する緩衝効果が得られる。この結果、図3のセリア砥粒21と多結晶シリコン膜13との過度な接触が抑えられ、スクラッチ数の発生を回避できた。
実施例2では、ストッパ膜として多結晶シリコン膜13を用い、多結晶シリコン膜13の表層に表面改質層13aを形成した。また、スラリ8として、昭和電工製スラリに樹脂粒子を添加し、樹脂粒子としてアニオン性の官能基が付与されたPST系樹脂粒子を用いた。このPST系樹脂粒子は、RST−01(JSR製)を0.1質量%だけ含有させた。また、界面活性剤の濃度は0.1質量%だった。
この場合、樹脂粒子は、スラリ8中に存在する界面活性剤から生じたH+、NH4 +などのカウンターイオンを介してウェハ3の表面に吸着し、保護効果を得ることができる。また、樹脂粒子のスラリ8中への分散が弾性率を上げ、緩衝効果を示し、スクラッチが発生しにくい研磨状態にすることが可能である。さらに、アニオン性樹脂粒子22はセリア砥粒21と電気的に吸着しやすい。多結晶シリコン膜13の表面改質により、ウェハ3の表面は負にシフトし、樹脂粒子との吸着によりセリア砥粒21も負側にシフトし、スクラッチの発生を引き起こすセリア砥粒21との過度な接触を抑制できる。
実施例3、4では、実施例1、2の樹脂材料をPSTからPMMAにそれぞれ変更した。このPMMA系樹脂粒子は、実施例3ではR05(JSR製)、実施例4ではR83(JSR製)をそれぞれ0.1質量%だけ含有させた。また、界面活性剤の濃度は0.1質量%だった。この場合でも、実施例1、2と同様の効果が得られ、スクラッチの数を低減することができた。
比較例1では、スラリ8として、昭和電工製スラリに界面活性剤としてポリアクリル酸アンモニウムを添加したものを用いた。この界面活性剤は、TK75(花王製)を用いた。この時の界面活性剤の濃度は0.5質量%だった。また、研磨粒子との濡れ性がよいシリコン窒化膜をストッパ膜に使用した。この場合、シリコン窒化膜と研磨粒子が親水性であるため、スクラッチはさほど発生しなかったが、ストッパ膜にシリコン窒化膜を用いているため、工程数の増加要因となる。
比較例2では、疎水性の多結晶シリコン膜を表面改質することなくストッパ膜に使用した以外は比較例1と同様の条件に設定した。この場合、ポリアクリル酸アンモニウムをスラリに添加することで疎水性の多結晶シリコン膜表面にポリアクリル酸アンモニウムが吸着し、多結晶シリコン膜の表面保護の役割を果たすと推測できるが、ストッパ膜がシリコン窒化膜の場合に比べると、スクラッチ数が4000倍以上あった。
比較例3では、研磨前に多結晶シリコン膜表面の改質を行った以外は比較例2と同様の条件に設定した。多結晶シリコン膜表面の改質により、親水化された多結晶シリコン膜表面の濡れ性が改善され、比較例2に比べてスクラッチ数が減少したものの、ゲート電極として使用するうえで許容範囲外の値だった。
比較例4では、研磨前に多結晶シリコン膜表面の改質を行わないようにした以外は実施例1と同様の条件に設定した。この場合、樹脂粒子の添加に基づくスラリ自体の弾性率の上昇により、比較例2に比べスクラッチ数の減少を確認できた。ただし、樹脂粒子を添加しただけでは、多結晶シリコン膜の表面自体は疏水性であるため、多結晶シリコン膜の表面保護の役割は期待できず、スクラッチ数は多かった。
Claims (5)
- 半導体基板上に形成されたシリコン膜をストッパ膜としてシリコン酸化膜を化学的機械的研磨にて平坦化する半導体装置の製造方法において、
前記シリコン膜の上層には前記シリコン膜の表面を親水化する表面改質膜が形成され、
前記化学的機械的研磨のスラリには、酸化セリウム粒子と、界面活性剤と、カチオン性またはアニオン性の官能基を有する樹脂粒子が含有されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記表面改質膜は前記シリコン膜の上層の酸化処理にて形成されることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記表面改質膜は前記シリコン膜の上層のアニール処理にて形成されることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記樹脂粒子は、ポリスチレン系樹脂粒子またはポリメチルメタクリレート系樹脂粒子であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記シリコン膜はゲート電極またはフローティングゲート電極として用いられることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
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