(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹凸を有する処理対象の凸部分の側壁が露出するように前記凸部分の頂部および凹部分の底部に第１層および第２層をそれぞれ形成する工程と、
前記第１層および第２層を含む処理対象に処理液を供給する工程と、
触媒を前記第１層と接触または接近させることで前記第１層の前記処理液に対する溶解レートを高めて前記第１層を前記処理液に溶解させる工程と、
前記第１層を溶解した後、前記凸部分と前記第２層とを順次に前記処理液中に溶解させる工程と、
を備える半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第２層は、触媒を前記第２層と接触または接近させることで前記第２層の前記処理液に対する溶解レートを高めて前記第２層を前記処理液に溶解させる、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。
【請求項３】
前記第２層が前記処理液に溶解している時の溶解レートは、前記第１層を溶解した後の前記凸部分の前記処理液に対する溶解レートよりも高い、ことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１層および第２層を含む凹凸は酸化珪素膜であり、前記第１層または第２層の珪素含有濃度は、前記第１層および第２層を除く凹凸部の珪素含有濃度に比べて高いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１層および第２層は、前記凹凸に珪素を注入して同時に形成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の製造において、基板に形成された溝部を埋め込むように形成された絶縁膜、金属膜、または多結晶珪素膜などを平坦化するため、化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：以下、単に「ＣＭＰ」という）法が広く用いられている。ＣＭＰ法は、砥粒と薬液とを含む研磨剤（スラリ）を研磨布上に供給し、処理対象を研磨布に接触させることで、薬液による化学的な作用と、砥粒による機械的な作用を組み合わせて被処理面の平坦化を行う方法である。
【０００３】
しかしながら、ＣＭＰ法では、砥粒による機械的なダメージを避けることができず、被処理面に研磨ダメージが生じるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１２８０９６号公報
【特許文献２】特開２０１４−１５４６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、処理対象の被処理面へのダメージを抑制しつつ被処理面を平坦化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である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施の一形態による半導体装置の製造方法は、凹凸を有する処理対象の凸部分の側壁が露出するように前記凸部分の頂部および凹部分の底部に第１層および第２層をそれぞれ形成する工程と、前記第１層および第２層を含む処理対象に処理液を供給する工程と、触媒を前記第１層と接触または接近させることで前記第１層の前記処理液に対する溶解レートを高めて前記第１層を前記処理液に溶解させる工程と、前記第１層を溶解した後、前記凸部分と前記第２層とを順次に前記処理液中に溶解させる工程と、を持つ。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施形態による半導体装置の製造方法を説明する略示断面図。
【図２】一実施形態による半導体装置の製造方法を説明する略示断面図。
【図３】一実施形態による半導体装置の製造方法を説明する略示断面図。
【図４】一実施形態による半導体装置の製造方法を説明する略示断面図。
【図５】一実施形態による半導体装置の製造方法を説明する略示断面図。
【図６】比較例による半導体装置の製造方法を説明する略示断面図。
【図７】比較例による半導体装置の製造方法を説明する略示断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施の形態のいくつかについて図面を参照しながら説明する。図面において、同一の部分には同一の参照番号を付し、その重複説明は適宜省略する。添付の図面は、それぞれ発明の説明とその理解を促すためのものであり、各図における形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所がある点に留意されたい。また、本願明細書において、「設けられる」とは、直接接して設けられる場合の他、間に他の層が介挿されて設けられる場合をも含む。
【０００９】
図１は、一実施形態による半導体装置の製造方法における処理対象の一例を示す略示断面図である。図１に示す処理対象１２は、基体Ｓの表面に設けられた膜であり、基体Ｓとは逆側の（紙面下側の）表面に凹凸１４を有する。凹凸１４は、凸部分１４ｐと凹部分１４ｄで構成される。  
以下に説明する工程では、処理対象１２の表面のうち、基体Ｓ側とは逆側の凹凸１４を有する面が被処理面となる。
【００１０】
基体Ｓは、例えば半導体基板、ガラス基板であり、その他、半導体基板の表面に形成された絶縁膜でもよい。  
本実施形態では、処理対象１２として酸化珪素膜を取り挙げて説明する。ただし、処理対象１２としては酸化珪素膜などの絶縁膜に限ることなく、タングステン膜などの金属膜でもよい。
【００１１】
まず、図２に示すように、処理対象１２の被処理面に犠牲層２０を形成する。犠牲層２０の形成に際しては、凹凸１４の凸部分１４ｐの側壁ＳＷが露出するように行う。その結果、犠牲層２０は、凸部分１４ｐの頂部に形成された犠牲層２０ｐと凹部分１４ｄの底部に形成された犠牲層２０ｄで構成される。犠牲層２０ｐ，２０ｄは、本実施形態において、例えば第１層および第２層に対応する。
【００１２】
本実施形態において、犠牲層２０は珪素を用いて形成される。より具体的には、図２において矢印で示すように、珪素イオン（Ｓｉ＋）を注入することによりシリコンリッチ層を形成する。
【００１３】
犠牲層２０は、シリコンリッチ層に限ることなく、後述するように、処理液（図３の符号３０参照）との関係で処理対象１２の溶解レートに対して溶解レートが低い犠牲層であれば、例えば炭化珪素層、窒化珪素層などにも適用可能であり、処理対象１２の材料に直接依存することなく任意に選定することができる。犠牲層２０は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法や塗布法、スパッタ法などを用いて新たな層を堆積することにより形成してもよいし、炭素イオンや窒素イオンなどを注入して被処理面を変質させることで形成してもよい（図２参照）。
【００１４】
次に、図３に示すように、処理対象１２の被処理面に対向するように固体触媒平板４０を配置した後に、図示しないノズル等により処理対象１２と固体触媒平板４０との間に処理液３０を供給しつつ、処理対象１２と固体触媒平板４０との距離が短くなるように相対移動させて凸部分１４ｐ頂部の犠牲層２０ｐと固体触媒平板４０とを接触させ、または近接させる。
【００１５】
処理液３０は、少なくとも処理対象１２の溶解液を含む。より具体的には、処理液３０は、酸化珪素膜の溶解液である弗酸（ＨＦ）や強アルカリの水溶液、またはそれらと過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）などの酸化剤との混合液が望ましい。本実施形態では、弗酸（ＨＦ）と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）との混合液を使用する。
【００１６】
ここで、「近接させる」とは、固体触媒平板４０の触媒作用により、犠牲層２０ｐの処理液３０に対する溶解レートが向上する程度に、犠牲層２０ｐと固体触媒平板４０の表面とを近接させることを意味する。
【００１７】
固体触媒平板４０は、固体触媒を板状に成型したものであり、固体触媒平板４０に接触または接近した犠牲層２０（例えば、凸部分１４ｐの犠牲層２０ｐ）は、固体触媒平板４０の触媒作用により処理液３０と反応し溶解する。この一方、固体触媒平板４０から比較的離れた犠牲層２０（例えば、凹部分１４ｄの犠牲層２０ｄ）は、触媒作用が働かないため、処理液３０にはほとんど溶解しない。
【００１８】
従って、凸部分１４ｐの犠牲層２０ｐが溶解されて消失し、凸部分１４ｐの処理対象１２が露出する。露出した処理対象１２は、図４に示すように、処理液１３１に溶解する。
【００１９】
しかしながら、凹部分１４ｄ底部における処理対象１２は、犠牲層２０ｄにより保護されているため、処理液３０に溶解しない。
【００２０】
そして、処理対象１２の凸部分１４ｐがほぼ消失した時点で凹部分１４ｄ底部に形成された犠牲層２０ｄも固体触媒平板４０と接触または接近することで処理液３０に溶解する。このとき、犠牲膜２０ｄの間に露出した処理対象１２に比べ、固体触媒平板４０に接触または近接する犠牲膜２０ｄが触媒作用により処理液３０に対する溶解レートが十分に高い場合、犠牲膜２０ｄが処理膜１２に対して優先的に溶解する。この場合、犠牲膜２０ｄが溶解される間に溶解する処理対象１２が少なくなり、結果として、処理対象１２の被処理面の平坦性が高められる（図５参照）。本実施形態において、犠牲膜２０ｄの処理液３０に対する溶解レートの調整は、注入するＳｉ量を調整することで行われる。
【００２１】
前述した通り、本実施形態では、犠牲層２０としてシリコンリッチ層を使用し、処理液３０として弗酸（ＨＦ）と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）との混合液を使用する。従って、以下の反応により犠牲層２０が処理液３０に溶解する：
Ｓｉ＋６Ｆ−  →  ＳｉＦ６２−  ＋  ４ｅ−            …（式１）
Ｈ２Ｏ２＋２ｅ−  →  ２ＯＨ−                        …（式２）。
固体触媒平板４０は、犠牲層２０の酸化を助ける作用があればよく、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、オスミウム、イリジウム、白金、または金などの金属触媒が好適である。
【００２２】
処理対象１２の平坦化が終了した後は、図５に示すように、基体Ｓおよび処理対象１２を固体触媒平板４０から引き離して乾燥させる。乾燥前に、処理対象１２の被処理面に薬液洗浄やブラシ洗浄などを行ってもよい。
【００２３】
なお、図３では、処理対象１２と固体触媒平板４０との間に処理液３０を供給する場合を示したが、これに限ることなく、例えば図３において点線で部分的に示すように、図示しない処理漕に処理液３０を充填し、基体Ｓおよび処理対象１２並びに固体触媒平板４０の全体が処理液３０に浸されるようにしてもよい。この場合、固体触媒平板４０に、処理対象１２との対向面に垂直な方向に細い穴を複数空けておき、この穴を経由して処理液３０が供給されるようにしてもよい。なお、処理液３０に浸す場合、処理対象１２は、平坦化終了後に処理液３０中から取り出される。
【００２４】
犠牲層２０の処理液３０への溶解反応は、犠牲層２０、固体触媒平板４０および処理液３０の材料等を適切に選択すれば十分な速度で連続的に進む。このため、基体Ｓと固体触媒平板４０とを相互に押し当てる圧力は、特に限定されない。
【００２５】
ただし、処理液３０または固体触媒平板４０の種類によっては、犠牲層２０と固体触媒平板４０とを接触または接近させただけでは、十分な反応速度が得られない場合がある。この場合、犠牲層２０と固体触媒平板４０との接触部分または接近部分の温度を上昇させることにより、反応を効率的に進行させることが可能である。
【００２６】
例えば、図３に示すように、熱源６０を固体触媒平板４０に接続させることで、犠牲層２０と固体触媒平板４０との接触部分または接近部分の温度を上昇させることができる。熱源６０との接続は固体触媒平板４０に限ることなく、固体触媒平板４０に代えて、または固体触媒平板４０と共に、基体Ｓおよび処理液３０の少なくともいずれかに熱源６０を接続させることによっても温度上昇は可能である。
【００２７】
また、処理対象１２と固体触媒平板４０とを接触させる場合、例えば図３中の矢印で示すように、固体触媒平板４０の処理対象１２との対向面に平行な面内において処理対象１２および固体触媒平板４０の少なくともいずれかを移動させて摩擦熱を発生させることによっても、犠牲層２０と固体触媒平板４０との接触部分の温度を上昇させることが可能である。
【００２８】
このように、本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、固体触媒平板４０と接触または接近した犠牲層２０を処理液３０へ化学的に溶解させることにより、機械的な研磨ではなく化学的な反応だけで被処理面の平坦化を行うので、被処理面への研磨ダメージを抑制することができる。
【００２９】
また、本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、犠牲層２０と固体触媒平板４０は、処理液３０中での両者の接触または接近で犠牲層２０が溶解するものであればよいため、処理対象１２の種類・材料に直接依存することなく任意に選択することができる。これにより、多種の処理対象を平坦化することができる。
【００３０】
ここで、犠牲層２０を処理対象１２の被処理面の全面に形成して処理液３０に晒し、固体触媒平板４０と接触または近接させることによって処理対象１２の被処理面を溶解処理する方法がある。例えば図６に示すように、凸部分の頂部、凸部分の側壁および凹部分の底部にそれぞれ設けられた犠牲層１２０ｐ、犠牲層１２０ｓおよび犠牲層１２０ｄで構成される犠牲層１２０を形成する場合である。
【００３１】
しかしながら、被処理面の全面に形成された犠牲層１２０を用いる場合は、処理液３０への溶解により凸部分頂部の犠牲層１２０ｐが消失した後に凸部分側壁の犠牲層１２０ｓの処理液３０への溶解レートよりも、凸部分の頂部に露出した処理対象１２の溶解レートがより高くなる場合がある。図７中の円で囲った領域Ｃに示すように、凸部分の頂部周縁にいわゆる「角（つの）」と呼ばれる突起部分が発生し、さらに、処理対象１２のうち凸部分の頂部ですり鉢状の凹みが発生することが多い。このような場合は、凸部分の除去に時間を要すことになって生産性低下の要因になる他、最終的に被処理面を平坦化することが困難になる場合がある。
【００３２】
これに対して以上述べた少なくとも一つの実施形態による半導体装置の製造方法によれば、凸部分１４ｐの側壁ＳＷで処理対象１２が露出するように凸部分１４ｐ頂部と凹部分１４ｄ底部に犠牲層２０ｐおよび犠牲層２０ｄをそれぞれ形成して固体触媒平板４０と接触または接近させながら処理対象１２に処理液３０を供給し、犠牲層２０ｐ、凸部分１４ｐおよび犠牲層２０ｄをこの順序で処理液３０中に溶解させる。これにより、処理対象１２の被処理面へのダメージを抑制しつつ被処理面を生産性良く平坦化することができる。
【００３３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３４】
１２…処理対象、１４…凹凸、１４ｄ…凹部分、１４ｐ…凸部分、ＳＷ…凸部分の側壁、２０，２０ｄ，２０ｐ…犠牲層、３０…処理液、４０…固体触媒平板、６０…熱源。
【図１】
0006346124.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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