(57)【要約】【課題】研磨によって平坦な面を形成するために有利な技術を提案する。【解決手段】部材の上面を平坦にする方法が提供される。本方法は、部材を形成する形成工程と、部材の上面を研磨する研磨工程とを有する。形成工程は、異なる厚さを有するレジスト層を形成する工程と、エッチバックによって、レジスト層を除去するとともに、部材の各位置において研磨により除去されるべき量を調整する工程とを含む。部材の研磨による研磨レートが大きい位置ほど研磨により除去されるべき量が多くなるように調整される。【選択図】図１
2014229756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部材の上面を平坦にする方法であって、
部材を形成する形成工程と、
前記部材の上面を研磨する研磨工程を有し、
前記形成工程は、
異なる厚さを有するレジスト層を形成する工程と、
エッチバックによって、前記レジスト層を除去するとともに、前記部材の各位置において前記研磨により除去されるべき量を調整する工程とを含み、
前記部材の前記研磨による研磨レートが大きい位置ほど前記研磨により除去されるべき量が多くなるように調整されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記形成工程において、
第１層を形成する工程と、
前記第１層の上に第２層を形成する工程と、
前記第２層の上に前記レジスト層を形成する工程と、
前記レジスト層の上からエッチバックを行う工程とを行うことにより前記部材が形成され、
前記研磨工程において、前記第２層の上面が研磨されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記レジスト層の各位置における厚さは、前記部材の前記研磨レートと、前記レジスト層を形成する前の前記第２層の上面の形状とに基づいて決定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記形成工程において、
第１層を形成する工程と、
前記第１層の上に前記レジスト層を形成する工程と、
前記レジスト層の上からエッチバックを行う工程と、
前記エッチバックにより上部が除去された前記第１層の上に第２層を形成する工程とを行うことにより前記部材が形成され、
前記研磨工程において、前記第２層の上面が研磨されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記レジスト層の各位置における厚さは、前記部材の前記研磨レートと、前記レジスト層を形成する前の前記第１層の上面の形状とに基づいて決定されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第１層は絶縁体で形成され、前記第２層は導電体で形成されることを特徴とする請求項２乃至５の何れか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記第１層は絶縁体で形成され、前記第２層は前記第１層とは異なる材料の絶縁体で形成されることを特徴とする請求項２乃至５の何れか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記第１層は開口を有し、前記第２層を形成する工程において前記第２層の材料が前記開口に埋め込まれることを特徴とする請求項６又は７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１層は導電体で形成され、前記第２層は絶縁体で形成されることを特徴とする請求項２又は３に記載の方法。
【請求項１０】
前記研磨工程において、前記第１層が露出するまで前記研磨を行うことを特徴とする請求項６乃至９の何れか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記研磨工程において、前記第１層が露出する前に前記研磨を終了することを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記レジスト層は、多階調マスクを用いたフォトリソグラフィ工程によって形成されることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記研磨はＣＭＰであることを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項に記載の方法。
【請求項１４】
固体撮像装置の製造方法の一部として行われることを特徴とする請求項１乃至１３の何れか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平坦化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置を製造する際に表面を平坦にするための技術として、化学機械研磨（ＣＭＰ）が知られている。しかし、被研磨膜に形成されたパターンの大きさやパターンの占める密度など様々な要因によって被研磨膜の位置により研磨レートが異なるため、ＣＭＰを行ったとしても十分に平坦な面が得られない場合がある。そこで、特許文献１では被研磨膜の上に窒化シリコンでピラーを形成し、このピラーの密度や大きさで研磨レートを調整する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１５３２７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の方法では、ピラーを研磨することになるため、研磨後の表面にスクラッチが発生する可能性がある。そこで、本発明は、研磨によって平坦な面を形成するために有利な技術を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題に鑑みて、本発明の１つの側面は、部材の上面を平坦にする方法であって、部材を形成する形成工程と、前記部材の上面を研磨する研磨工程とを有し、前記形成工程は、異なる厚さを有するレジスト層を形成する工程と、エッチバックによって、前記レジスト層を除去するとともに、前記部材の各位置において前記研磨により除去されるべき量を調整する工程とを含み、前記部材の前記研磨による研磨レートが大きい位置ほど前記研磨により除去されるべき量が多くなるように調整されることを特徴とする方法を提供する。
【発明の効果】
【０００６】
上記手段により、研磨によって平坦な面を形成するために有利な技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１実施形態の平坦化方法を説明する図。
【図２】本発明の各実施形態のレジスト層を形成する方法を説明する図。
【図３】本発明の第２実施形態の平坦化方法を説明する図。
【図４】本発明の第３実施形態の平坦化方法を説明する図。
【図５】本発明の第４実施形態の平坦化方法を説明する図。
【図６】本発明の第５実施形態の固体撮像装置の製造方法を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態について以下に説明する。様々な実施形態を通じて同様の要素には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する。また、各実施形態は適宜変更、組み合わせが可能である。以下の各実施形態は、対象物の表面を研磨によって平坦にする平坦化方法に関する。以下では研磨の一例としてＣＭＰを利用する場合を説明するが、ＣＭＰ以外の他の研磨方法についても本発明を適用可能である。
【０００９】
＜第１実施形態＞
図１を参照して、第１実施形態に係る平坦化方法の各工程を説明する。まず、図１（ａ）に示されるように、下地層１０１の上に、絶縁体層１０２を形成する。下地層１０１は例えばガラス基板であり、製造される装置に応じた素子が形成されていてもよい。または、下地層１０１は、すでに形成された他の層であってもよい。絶縁体層１０２は、例えば酸化シリコンや窒化シリコン等の絶縁体材料で形成されうる。
【００１０】
続いて、図１（ｂ）に示されるように、絶縁体層１０２の上に、レジストパターン１０３を形成する。レジストパターン１０３は開口１０３ａを有する。続いて、図１（ｃ）に示されるように、レジストパターン１０３の上からエッチングを行い、絶縁体層１０２に開口１０２ａを形成する。その後、レジストパターン１０３を除去する。続いて、図１（ｄ）に示されるように、絶縁体層１０２の上に、導電体層１０４を形成する。導電体層１０４は、例えばアルミニウムやタングステン、チタン等の金属や、窒化チタン等で形成されうる。導電体層１０４の一部は絶縁体層１０２の開口１０２ａに入り込んでおり、この部分がビアとして機能しうる。
【００１１】
以上の工程により、絶縁体層１０２と導電体層１０４とを含む積層部材１１０が形成される。この状態で積層部材１１０に対してＣＭＰを行うと、導電体が埋め込まれた絶縁体層１０２の開口１０２ａの密集部分（図１（ｄ）の中央の部分）において、エロージョンと呼ばれる過剰研磨部分が発生してしまう。この過剰研磨は、積層部材１１０の各位置における研磨レートのばらつきに起因する。そこで、本実施形態では、図１（ｅ）に示されるように、導電体層１０４の上に、異なる厚さを有するレジスト層１０５を形成する。レジスト層１０５が各位置でどのような厚さを有するかについては後述する。
【００１２】
続いて、図１（ｆ）に示されるように、レジスト層１０５の上からエッチバックを行い、レジスト層１０５を除去するとともに、導電体層１０４の上部を除去して、導電体層１０４の上面の形状を加工する。ここで、レジスト層１０５と導電層１０４とが、ほぼ等しいエッチング速度となる条件でエッチングを行う。エッチバックではエッチング対象が略均一に除去されるので、エッチバック前のレジスト層１０５の上面の形状とエッチング後の積層部材１１０の上面の形状は略等しくなる。続いて、図１（ｇ）に示されるように、積層部材１１０をＣＭＰにより研磨することによって、積層部材１１０の上面を平坦にする。
【００１３】
本実施形態では、研磨前の積層部材１１０は、積層部材１１０の各位置において積層部材１１０の研磨により除去されるべき量と、積層部材１１０の各位置における研磨レートとが対応するように形成される。これにより、研磨により平坦な上面が得られる。例えば、研磨レートの高い図１（ｆ）の中央部分における積層部材１１０の除去されるべき量が、研磨レートの低い図１（ｆ）の周辺部分における積層部材１１０の除去されるべき量よりも多くなるように、積層部材１１０が形成される。積層部材１１０の除去されるべき量は、研磨前の積層部材１１０の上面と研磨後の積層部材１１０の平坦な上面との間の距離に対応する。
【００１４】
このような積層部材１１０を形成するために、レジスト層１０５の各位置の厚さは、積層部材１１０の研磨レートと、レジスト層１０５を介したエッチバックにより厚さが調整される層（第１実施形態では導電体層１０４）の上面の形状とに基づいて決定される。例えば、研磨レートの大きい位置では、レジスト層１０５の除去されるべき量が多くなるように、レジスト層１０５の厚さが決定される。また、導電体層１０４の上面の高さが高い（下地層１０１から遠くにある）位置では、レジスト層１０５の除去されるべき量が少なくなるように、レジスト層１０５の厚さが決定される。積層部材１１０の研磨レートは、被研磨膜全体のグローバルで異なる場合もあれば、局所的に異なる場合もある。本実施形態ではいずれの場合であっても研磨後の表面の平坦性を向上できる。
【００１５】
ここで、図２を参照して、レジスト層１０５の形成方法の一例を説明する。レジスト層１０５は多階調マスク２０１を用いたフォトリソグラフィ工程によって形成されうる。まず、導電体層１０４の上にレジスト２０２を塗布する。レジスト２０２はポジ型とする。その後、多階調マスク２０１を用いてレジスト２０２を露光する。矢印２０３ａは多階調マスク２０１に照射される露光光を示し、矢印２０３ｂは多階調マスク２０１を透過後の露光光を示す。矢印の長さは露光光の強度を表す。また、符号２０２ａはレジスト２０２のうち感光した部分を示し、符号２０２ｂはレジスト２０２のうち感光しなかった部分を示す。露光後にレジスト２０２を現像することにより、感光した部分２０２ａが除去され、感光しなかった部分２０２ｂが残り、この部分２２０ｂがレジスト層１０５となる。
【００１６】
多階調マスク２０１は、光の透過率が互いに異なる部分を有しており、透過率が高い部分を透過した露光光ほどレジスト２０２の深い位置まで露光し、現像後のレジスト２０２の厚さが薄くなる。多階調マスク２０１の各部分の透過率は、積層部材１１０の研磨レートだけでなく、使用するレジストの感度特性、レジストと被研磨膜との選択比などのパラメータに基づいて決定される。
【００１７】
上述の平坦化方法では、レジスト層１０５を形成し、この上からエッチバックすることによって、研磨対象の積層部材１１０における研磨により除去されるべき量が研磨レートに対応した厚さになるように調整される。そのため、研磨後の積層部材１１０の上面の平坦性が向上する。
【００１８】
上述の例では、絶縁体層１０２と導電体層１０４とで積層部材１１０を形成したが、導電体層１０４の代わりに絶縁体層１０２とは異なる材料の絶縁体層を用いて積層部材１１０を形成してもよい。異なる材料として、酸化シリコンや窒化シリコン等を用いうる。この例において、絶縁体層１０２の開口１０２ａに埋め込まれた別の材料の絶縁体は導波路として機能しうる。また、積層部材１１０は絶縁体層１２０と導電体層１０４との２層で形成されたが、１つ以上の他の層を加えた複数の層で形成されてもよい。また、積層構造を有していない部材であっても、位置により研磨レートが異なれば本実施形態を適用できる。
【００１９】
＜第２実施形態＞
図３を参照して、第２実施形態に係る平坦化方法の各工程を説明する。まず、図３（ａ）に示されるように、下地層３０１の上に、絶縁体層３０２を形成する。下地層３０１及び絶縁体層３０２は下地層１０１及び絶縁体層１０２と同様であってもよいので、重複する説明を省略する。
【００２０】
続いて、図３（ｂ）に示されるように、絶縁体層３０２の上に、厚さが互いに異なる部分を有するレジスト層３０３を形成する。レジスト層３０３が各位置でどのような厚さを有するかについては後述する。レジスト層３０３は図２で説明した方法で形成されうる。
【００２１】
続いて、図３（ｃ）に示されるように、レジスト層３０３の上からエッチバックを行い、レジスト層３０３と絶縁体層３０２の上部とを除去する。エッチバックではエッチング対象が略均一に除去されるので、エッチバック前のレジスト層３０３の上面の形状とエッチバック後の絶縁体層３０２の上面の形状は略等しくなる。ここで、レジスト層３０３と絶縁体層３０２とが、ほぼ等しいエッチング速度となる条件でエッチングを行う。
【００２２】
続いて、図３（ｄ）に示されるように、絶縁体層３０２の上に、レジストパターン３０４を形成する。レジストパターン３０４は開口３０４ａを有する。続いて、図３（ｅ）に示されるように、レジストパターン３０４の上からエッチングを行い、絶縁体層３０２に開口３０２ａを形成し、レジストパターン３０４を除去する。続いて、図３（ｆ）に示されるように、絶縁体層３０２の上に、導電体層３０５を形成する。導電体層３０５は、導電体層１０４と同様でありうるので、重複する説明を省略する。導電体層３０５の一部は絶縁体層３０２の開口３０２ａに入り込んでおり、この部分がビアとして機能しうる。
【００２３】
以上の工程により、絶縁体層３０２と導電体層３０５とを含む積層部材３１０が形成される。続いて、図３（ｇ）に示されるように、積層部材３１０をＣＭＰにより研磨することによって、積層部材３１０の上面を平坦にする。
【００２４】
レジスト層３０３の各位置の厚さは、第１実施形態と同様にして決定される。本実施形態でも、研磨前の積層部材３１０は、積層部材３１０の各位置において積層部材３１０の研磨により除去されるべき量と、積層部材３１０の各位置における研磨レートとが対応するように形成される。このような積層部材３１０を形成するために、レジスト層３０３の各位置の厚さは、積層部材３１０の研磨レートと、レジスト層３０３を介したエッチバックにより厚さが調整される層（第２実施形態では絶縁体層３０２）の上面の形状とに基づいて決定される。
【００２５】
本実施形態でも、研磨後の表面の平坦性を向上できる。本実施形態は、平坦でない絶縁体層３０２の上にレジストパターン３０４を形成することになる。そのため、レジストパターン３０４を形成するための露光において、露光機の焦点深度を超えない程度の凹凸となるようにレジストパターン３０４を形成できる場合に本実施形態を採用してもよい。また、図３（ｂ）のフォトレジスト３０３と図３（ｄ）のフォトレジスト３０４とを１つのフォトレジストとして形成し、同時にエッチングを行うことも可能である。第１実施形態で説明した変形例は第２実施形態でも採用しうる。
【００２６】
＜第３実施形態＞
図４を参照して、第３実施形態に係る平坦化方法の各工程を説明する。まず、図４（ａ）に示されるように、下地層４０１の上に、導電体層４０２を形成する。下地層４０１は下地層１０１と同様であってもよいので、重複する説明を省略する。導電体層４０２は、例えばアルミニウムやタングステン、チタン等の金属や、窒化チタン等で形成されうる。例えば、導電体層４０２は導電パターンを有する。
【００２７】
続いて、図４（ｂ）に示されるように、導電体層４０２の上に絶縁体層４０３を形成する。絶縁体層４０３は、例えば酸化シリコンや窒化シリコン等の絶縁体材料で形成されうる。絶縁体層４０３の材料の一部は導電体層４０２の隙間に入り込み、層間絶縁膜として機能しうる。導電体層４０２と絶縁体層４０３とによって、積層部材４１０が形成される。
【００２８】
積層部材４１０をこのまま研磨すると、積層部材４１０の上面の位置に依存して、平坦な面が得られない。そこで、図４（ｃ）に示されるように、絶縁体層４０３の上にレジスト層４０４を形成する。レジスト層４０４は図２で説明した方法で形成されうる。また、レジスト層４０４の各位置の厚さは、第１実施形態や第２実施形態と同様にして決定される。本実施形態でも、研磨前の積層部材４１０は、積層部材４１０の各位置において積層部材４１０の研磨により除去されるべき量と、積層部材４１０の各位置における研磨レートとが対応するように形成される。このような積層部材４１０を形成するために、レジスト層４０４の各位置の厚さは、積層部材４１０の研磨レートと、レジスト層４０４を介したエッチバックにより厚さが調整される層（第３実施形態では絶縁体層４０３）の上面の形状とに基づいて決定される。
【００２９】
続いて、図４（ｄ）に示されるように、レジスト層４０４の上からエッチバックを行い、レジスト層４０４と絶縁体層４０３の上部とを除去する。エッチバックではエッチング対象が略均一に除去されるので、エッチバック前のレジスト層４０４の上面の形状とエッチバック後の絶縁体層４０３の上面の形状は略等しくなる。続いて、図４（ｅ）に示されるように、積層部材４１０をＣＭＰにより研磨することによって、積層部材４１０の上面を平坦にする。本実施形態では、導電体層４０２が露出するまで研磨を行ってもよいし、導電体層４０２が露出する前に研磨を終了してＩＬＤ（inter-level dielectric）−ＣＭＰを行ってもよい。
【００３０】
本実施形態でも、研磨後の表面の平坦性を向上できる。第１実施形態で説明した変形例は第３実施形態でも採用しうる。
【００３１】
＜第４実施形態＞
図５を参照して、第４実施形態に係る平坦化方法の各工程を説明する。図５（ａ）〜図５（ｇ）に示される第４実施形態の各工程は、図１（ａ）〜図１（ｇ）に示される第１実施形態の各工程と同様であるので、重複する説明を省略する。第４実施形態では、図５（ｄ）に示されるように、絶縁体層１０２が幅広な開口１０２ｂを有する。このような開口１０２ｂを有する絶縁体層１０２を含む積層部材を何らの手当てをせずに研磨した場合には、開口１０２ｂの部分にディッシングが発生してしまう。第４実施形態でも、第１実施形態と同様に互いに厚さが異なる部分を有するレジスト層１０５を形成することによって、ディッシングの発生も抑制できる。第４実施形態は第１実施形態に基づいて説明したが、第２実施形態や第３実施形態でも同様にディッシングの発生を抑制できる。
【００３２】
＜第５実施形態＞
図６を参照して、第５実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する。図６（ａ）は固体撮像装置６００の製造途中の状態を示し、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ線断面図を示す。固体撮像装置６００は、画素が形成される画素部６００ａと、画素の動作を制御する回路が形成される回路部６００ｂとを有する。図６（ｂ）に示されるように、回路素子が形成された半導体基板６０１の上に、絶縁層６０２と、絶縁層６０２に埋め込まれたプラグ６０３とが形成される。画素部６００ａと回路部６００ｂとではプラグ６０３の密度が異なり、本実施形態においては、画素部６００ａよりも回路部６００ｂの方がプラグ６０３の密度が高いものとする。図６（ｂ）において、画素部６００ａのプラグ６０３を、回路部６００ｂのプラグ６０３よりも細くしている。このように、場所によってプラグ６０３の密度が異なる場合には、研磨レートも異なる。そこで、上述の第１実施形態〜第４実施形態の何れかを用いて絶縁層６０２の上面及びプラグ６０３の上面を研磨することで平坦性が向上する。この結果、固体撮像装置６００の色ムラや感度ムラが低減する。図６では、半導体基板６０１に接した層の上面を研磨する例を示すが、その他の層の上面を研磨する場合にも上述の各実施形態を適用できる。
【図１】
2014229756.tif 000003
【図２】
2014229756.tif 000004
【図３】
2014229756.tif 000005
【図４】
2014229756.tif 000006
【図５】
2014229756.tif 000007
【図６】
2014229756.tif 000008