JP3181634B2 - 研磨液及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

研磨液及び半導体装置の製造方法

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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は素子分離溝内に残すよう
に多結晶シリコンを研磨するのに適した研磨液、及びそ
の研磨液を用いて多結晶シリコンを研磨する半導体装置
の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置における半導体素子間を分離
溝により素子分離する素子分離構造においては、分離溝
内壁に分離絶縁膜を形成し、分離溝内に多結晶シリコン
が埋め込まれる。分離溝内に多結晶シリコンを埋め込む
のに、多結晶シリコンを分離溝内に残すように研磨する
研磨技術が注目されている。
【0003】このような多結晶シリコンを研磨するのた
めの研磨液として、本願と同じ出願人により出願された
ものが知られている(特開平2−146732号公
報)。この研磨液は、エチレンジアミン又はヒドラジン
の水溶液にコロイダルシリカを添加したものである。こ
の従来の研磨液を用いた研磨方法について図1を用いて
説明する。
【0004】シリコン基板1に通常のフォトリソグラフ
ィ技術により分離溝2を形成し、続いて、熱酸化法によ
り分離溝2の内面を含むシリコン基板1の表面に厚さ
0.1〜0.2μm厚さのSiO2 膜3を形成する(図
1(a))。このSiO2 膜3は分離溝2内では分離絶
縁膜3Aとして機能し、シリコン基板1上面で研磨スト
ッパ膜3Bとして機能する。
【0005】次に、シリコン基板1上に、CVD法によ
り分離溝2内を十分に埋め、上面が平坦化された1.5
μm厚のノンドープの多結晶シリコン層4を形成する
(図1(b))。次に、研磨布が貼付された平面研磨盤
を用い、上述の研磨液を注下しながら多結晶シリコン層
4の上面を化学的かつ機械的に研磨する。エチレンジア
ミン又はヒドラジンの作用により多結晶シリコン層4の
表面に数10nm厚さのシリコン水和物膜6が形成さ
れ、このシリコン水和物膜6がコロイダルシリカによる
摩擦により剥離される。露出した多結晶シリコン層4表
面はエチレンジアミン又はヒドラジンの作用によりシリ
コン水和物膜6に変化し、このシリコン水和物膜6はコ
ロイダルシリカによる摩擦により剥離されて研磨が進行
する(図1(c))。
【0006】研磨が進行して、研磨ストッパ膜3Bとし
て機能するSiO2膜3が表出すると、分離溝2の周囲
では研磨が進行しなくなるので、オーバーポリシングを
行って多結晶シリコン層4が分離溝2内に埋め込まれた
素子分離構造が形成される(図1(d))。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
研磨液を用いて多結晶シリコン層4を研磨すると、シリ
コン基板1の研磨ストッパ膜3B表面に、図1(d)に
示すように、多結晶シリコン層4の研磨残であるポリ突
起8が残る場合があった。ポリ突起8が活性領域に残っ
た場合には、その後の工程での窓開き不良の原因とな
り、最終的には正常な半導体素子が形成されない不良チ
ップとなり、歩留まりの低化を招くという問題があっ
た。
【0008】本発明の目的は、多結晶シリコンを研磨し
ても研磨残であるポリ突起が発生しないような研磨液を
提供することにある。また、本発明の目的は、ポリ突起
を生じることなく多結晶シリコンを研磨することができ
る半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本願発明者は多結晶シリ
コン層の研磨においてポリ突起の発生を防止するために
は無機化合物を溶解したアルカリ溶液の陽イオンを添加
することが有効であること見出した。図2は、研磨液
に、無機化合物を溶解したアルカリ溶液の陽イオンとし
て例えばK+ イオンを添加した場合のポリ突起の発生数
を示すグラフである。2重量%のエチレンジアミンと
0.2重量%のコロイダルシリカを含む研磨液にKOH
を添加して、4インチのシリコン基板上の多結晶シリコ
ン層を研磨して発生するポリ突起数を測定した。添加す
るKOHの量を変化させた場合のポリ突起の発生数の変
化を図2に示す。KOHを全く添加しない場合には80
個ものポリ突起が発生したが、KOHを添加すると急激
にポリ突起の発生数が減少し、1リットル当たり0.6
g(0.6g/l)のKOHを添加した場合にはポリ突
起は40個と半分になり、2.5g/lのKOHを添加
した場合にはポリ突起は10個以下になった。
【0010】このようにポリ突起の発生数を減少させる
には研磨液にKOHを添加することが有効であるが、単
にKOHを加えると研磨液がpHが12以上もの高アル
カリになり、このような高アルカリ領域では砥粒である
シリカ又はコロイダルシリカが溶解して研磨液組成が変
動してしまう。この研磨液の組成変動を防止するために
シリカ又はコロイダルシリカの砥粒とKOHを分離して
同一定盤上に供給すればよいが、実際に多結晶シリコン
を研磨する際の研磨液のpHは上昇することは避けられ
ない。しかも、研磨時における研磨液のpHは研磨速度
に大きく影響することがわかった。
【0011】研磨時における研磨液のpHと研磨速度の
関係を図3に示す。多結晶シリコンの研磨速度はpHが
11から12.5の範囲内では高速であるが、pHが1
1より小さい場合やpHが12.5より大きい場合に
は、最大研磨速度の半分以下になってしまう。すなわ
ち、ポリ突起の発生を防止し、しかも高速な研磨速度を
得るためには、研磨液のpHを上昇させて研磨速度の低
化を招く陰イオン(OH- イオン)を添加しないように
し、ポリ突起の発生を防止する陽イオン(例えばK+
オン)だけを研磨液に添加すればよいことがわかった。
【0012】このような研磨液に得るには、有機化合物
を溶解したアルカリ溶液と砥粒とを含む研磨液に、例え
ば、KやNa等の無機化合物の中世塩を添加するか、例
えば、KOH、NaOH、NH4 OH等の無機化合物を
添加した後、HCl等でpH調整すればよい。したがっ
て、上記目的は、有機化合物を溶解したアルカリ溶液と
砥粒からなる液に、無機化合物を溶解したアルカリ溶液
の陽イオンが添加され、かつ、pHが12.5以下であ
ることを特徴とする研磨液によって達成される。
【0013】また、研磨液に含まれる砥粒はシリカ又は
コロイダルシリカであり、無機化合物を溶解したアルカ
リ溶液の陽イオンはカリウムイオン、ナトリウムイオン
又はアンモニウムイオンであることが望ましい。さら
に、研磨液に含まれる有機化合物はエチレンジアミン又
はヒドラジンであることが望ましい。
【0014】なお、研磨する際の研磨液の組成が上述し
たものであれば、研磨の際に組成毎の溶液を別々に供給
するようにしてもよい。また、上記目的は、半導体基板
上に形成されたシリコン層を、有機化合物を溶解したア
ルカリ溶液と砥粒からなる液に、無機化合物を溶解した
アルカリ溶液の陽イオンが添加され、かつ、pHが1
2.5以下であることを特徴とする研磨液を用いて研磨
する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方
法により達成される。
【0015】
【作用】本発明によれば、有機化合物を溶解したアルカ
リ溶液と砥粒からなる液に、無機化合物を溶解したアル
カリ溶液の陽イオンを添加し、かつ、pHを12.5以
下にしたので、多結晶シリコンを研磨しても研磨残であ
るポリ突起が発生せず、しかも研磨速度が低下すること
なく研磨できる。また、本発明によれば、有機化合物を
溶解したアルカリ溶液と砥粒からなる液に、無機化合物
を溶解したアルカリ溶液の陽イオンが添加され、かつ、
pHが12.5以下であることを特徴とする研磨液を用
いてシリコン層を研磨するので、シリコン層にポリ突起
を発生することなく半導体装置を製造することができ
る。
【0016】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。 [実施例1]2.0重量%のエチレンジアミンを溶解し
たアルカリ溶液に0.2重量%のコロイダルシリカを混
合したものに、2.5g/lのKOHを添加した後、H
Clを加えることによりpHが11〜12の範囲内にな
るように調整して研磨液を生成した。この研磨液を用い
て4インチのシリコン基板上の多結晶シリコン層を研磨
した。研磨加工条件としては、直径が400mmφの定
盤を用い、定盤回転数が150rpmで、加工圧力が4
00g/cm2 で、ナップタイプの研磨布を用いた。図
4(a)に示すように、多結晶シリコン層を3μm研磨
する時間は3分間であった。
【0017】[比較例1]2.0重量%のエチレンジア
ミンを溶解したアルカリ溶液に0.2重量%のコロイダ
ルシリカを混合したものに、2.5g/lのKOHを添
加した後、HClによるpH調整をせずに研磨液を生成
した。この研磨液を用いて4インチのシリコン基板上の
多結晶シリコン層を研磨した。研磨加工条件は実施例1
と同一である。図4(a)に示すように、多結晶シリコ
ン層を3μm研磨するのに実施例1の4倍の12分間を
必要とした。
【0018】[実施例2]2.0重量%のエチレンジア
ミンを溶解したアルカリ溶液に0.4重量%のコロイダ
ルシリカを混合したものに、2.5g/lのKOHを添
加した後、HClを加えることによりpHが11〜12
の範囲内になるように調整して研磨液を生成した。この
研磨液を用いて4インチのシリコン基板上の多結晶シリ
コン層を研磨した。研磨加工条件としては、直径が40
0mmφの定盤を用い、定盤回転数が150rpmで、
加工圧力が400g/cm2で、ナップタイプの研磨布
を用いた。図4(b)に示すように、多結晶シリコン層
を3μm研磨する時間は2.5分間であった。
【0019】[比較例2]2.0重量%のエチレンジア
ミンを溶解したアルカリ溶液に0.4重量%のコロイダ
ルシリカを混合したものに、2.5g/lのKOHを添
加した後、HClによるpH調整をせずに研磨液を生成
した。この研磨液を用いて4インチのシリコン基板上の
多結晶シリコン層を研磨した。研磨加工条件は実施例1
と同一である。図4(b)に示すように、多結晶シリコ
ン層を3μm研磨するのに実施例2の4倍の10分間を
必要とした。
【0020】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、有機化合
物を溶解したアルカリ溶液と砥粒からなる液に、無機化
合物を溶解したアルカリ溶液の陽イオンを添加し、
つ、pHを12.5以下にしたので、多結晶シリコンを
研磨しても研磨残であるポリ突起が発生せず、しかも高
速な研磨速度で研磨することができる。また、本発明に
よれば、有機化合物を溶解したアルカリ溶液と砥粒から
なる液に、無機化合物を溶解したアルカリ溶液の陽イオ
ンが添加され、かつ、pHが12.5以下であることを
特徴とする研磨液を用いてシリコン層を研磨するので、
シリコン層にポリ突起を発生することなく半導体装置を
製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の研磨液を用いた研磨方法の工程断面図で
ある。
【図2】添加したKOH量とポリ突起の発生数の関係を
示すグラフである。
【図3】研磨液のpHと研磨速度の関係を示すグラフで
ある。
【図4】本発明の実施例の研磨液による研磨時間を比較
例と比較して示す図である。
【符号の説明】
1…シリコン基板 2…分離溝 3…SiO2 膜 3A…分離絶縁膜 3B…研磨ストッパ膜 4…多結晶シリコン層 6…シリコン水和物膜 8…ポリ突起
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−35429(JP,A) 特開 平2−158684(JP,A) 特開 平2−6586(JP,A) 特開 昭63−272460(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/304 622 B24B 37/00 C09K 3/14 550

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 有機化合物を溶解したアルカリ溶液と砥
    からなる液に、無機化合物を溶解したアルカリ溶液の
    陽イオンが添加され、かつ、pHが12.5以下である
    ことを特徴とする研磨液。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の研磨液において、前記砥
    粒はシリカ又はコロイダルシリカであり、無機化合物を
    溶解したアルカリ溶液の前記陽イオンはカリウムイオ
    ン、ナトリウムイオン又はアンモニウムイオンであるこ
    とを特徴とする研磨液。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2記載の研磨液において、
    前記有機化合物はエチレンジアミン又はヒドラジンであ
    ることを特徴とする研磨液。
  4. 【請求項4】 半導体基板上に形成されたシリコン層
    を、有機化合物を溶解したアルカリ溶液と砥粒からなる
    液に、無機化合物を溶解したアルカリ溶液の陽イオンが
    添加され、かつ、pHが12.5以下であることを特徴
    とする研磨液を用いて研磨する工程を有することを特徴
    とする半導体装置の製造方法。
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