(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）半導体ウェハ上に、回路パターンを形成する工程と、
（Ｂ）前記半導体ウェハ上及び前記回路パターン上に、絶縁膜を形成する工程と、
（Ｃ）前記絶縁膜の特定領域に対し、インクジェットによりエッチング液を含む薬液を吐出させ、エッチング制御を行う工程と、
（Ｄ）前記特定領域を含む前記絶縁膜の研磨工程と、を含み、
前記エッチング液は、フッ酸系であることを特徴とする、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記工程（Ｂ）および前記工程（Ｃ）との間に、
前記絶縁膜の凹凸の情報を取得する工程と、
前記凹凸の情報に応じて前記特定領域を選定する工程と、を含むことを特徴とする、半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記工程（Ｂ）および前記工程（Ｃ）との間に、
前記半導体ウェハに構成される前記回路パターンの密集度の情報を取得する工程と、
前記回路パターンの密集度の情報から、前記研磨工程後に残る前記絶縁膜の凹凸の位置と高さをシミュレーションする工程と、
前記シミュレーションした結果に基づいて、前記特定領域を選定する工程と、を含むことを特徴とする、半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし３いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（Ｄ）の後に、前記絶縁膜の平坦度が許容範囲内であるか否かを判定する工程と、
仮に前記平坦度が許容範囲内ではない場合には、再度特定領域を選定する工程と、再度前記工程（Ｃ）及び前記工程（Ｄ）を行う工程と、を含むことを特徴とする、半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし４いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（Ｃ）は、少なくとも吐出させる前記エッチング液の量、濃度を可変にすることによって達成されることを特徴とする、半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし５いずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記工程（Ｃ）は、エッチングの抑制または停止を促す中和剤の供給によって、達成されることを特徴とする、半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項６記載の半導体装置の製造方法において、
前記中和剤はアルカリ、アンモニア水であることを特徴とする、半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置製造に係り、半導体ウェハ上の被平坦化処理層を化学的機械的研磨により平坦化する際、より高い平坦精度の要求される平坦化処理方法及びＣＭＰ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の微細化、高集積化に伴い、ゲート電極や配線の細線化、ピッチの縮小化は進む一方である。また、配線層数は増大し、形成層間の平坦化処理には化学的機械的研磨、いわゆるＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing ）技術は不可欠である。すなわち、被平坦化処理層の凹凸部に加わる研磨パッドの圧力差で研磨レートの選択性が生じ、所定時間経過後には凹凸部をなだらかにする。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＣＭＰにおける研磨パッドでは、被平坦化処理層に対し、凸部には凹部に比べて大きな圧力がかかり、研磨レートは大きくなる。しかし、大面積の凸部では研磨パッドの圧力が分散し、研磨レートが小さくなるのが現状である。
【０００４】
図６は、被平坦化処理層の凹凸領域を示す断面図である。例えば下層に細かい凹凸のある回路パターンが構成される内部領域Ａ１と、下層に電源線など幅広の回路パターンが構成される周辺領域Ａ２への絶縁膜（被平坦化処理層）６１の積層を表す。被平坦化処理層において、領域Ａ１上は細かい凹凸が反映され、領域Ａ２上は広い大きな凸領域となる。
【０００５】
ＣＭＰでは、領域Ａ１上はその細かな凹凸領域のため領域Ａ２に比べて早く研磨される（研磨レートが大きい）。これにより、領域Ａ２と同じようには平坦化できず、理想の平坦化レベルとは異なり、平坦化の誤差が大きくなる懸念がある（点線６２）。
【０００６】
このように、下層パターンの集積の度合いによって上層の被平坦化処理層の形が変わり、研磨レートが異なってくる。これにより、ＣＭＰにより被平坦化処理層をより小さい誤差のレベルで平坦化するには限界がある。
【０００７】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたもので、少ない研磨量でより膜厚ばらつきの少ない平坦化レベルを実現する平坦化処理方法及びＣＭＰ装置を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置の製造方法は、（Ａ）半導体ウェハ上に、回路パターンを形成する工程と、（Ｂ）前記半導体ウェハ上及び前記回路パターン上に、絶縁膜を形成する工程と、（Ｃ）前記絶縁膜の特定領域に対し、インクジェットによりエッチング液を含む薬液を吐出させ、エッチング制御を行う工程と、（Ｄ）前記特定領域を含む前記絶縁膜の研磨工程と、を含み、前記エッチング液は、フッ酸系であることを特徴とする。
【０００９】
本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体装置の製造方法において、前記工程（Ｂ）および前記工程（Ｃ）との間に、前記絶縁膜の凹凸の情報を取得する工程と、前記凹凸の情報に応じて前記特定領域を選定する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体装置の製造方法において、前記工程（Ｂ）および前記工程（Ｃ）との間に、前記半導体ウェハに構成される前記回路パターンの密集度の情報を取得する工程と、前記回路パターンの密集度の情報から、前記研磨工程後に残る前記絶縁膜の凹凸の位置と高さをシミュレーションする工程と、前記シミュレーションした結果に基づいて、前記特定領域を選定する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体装置の製造方法において、前記工程（Ｄ）の後に、前記絶縁膜の平坦度が許容範囲内であるか否かを判定する工程と、仮に前記平坦度が許容範囲内ではない場合には、再度特定領域を選定する工程と、再度前記工程（Ｃ）及び前記工程（Ｄ）を行う工程と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体装置の製造方法において、前記工程（Ｃ）は、少なくとも吐出させる前記エッチング液の量、濃度を可変にすることによって達成されることを特徴とする。
【００１３】
本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体装置の製造方法において、前記工程（Ｃ）は、エッチングの抑制または停止を促す中和剤の供給によって、達成されることを特徴とする。
【００１４】
本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体装置の製造方法において、前記中和剤はアルカリ、アンモニア水であることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の基本的実施形態に係る平坦化処理方法を工程順に示す流れ図である。ステップ１１に示すように、化学的機械的研磨の前の段階で、平坦化を不均一にする懸念のある被平坦化処理層の特定領域を選定する。ステップ１２において、この選定された特定領域に対し、インクジェットにより少なくともエッチング液を含む薬液を吹き付け、ウェットエッチング制御を行う。その後、ステップ１３に示すように、特定領域を含む被平坦化処理層の化学的機械的研磨工程を行う。
【００１９】
上記ステップ１１における被平坦化処理層の特定領域の選定は、例えば、ＡＦＭ（Atomic Force Microscopy ）を用いてチップ単位で凹凸測定を行い、平坦化を不均一にする懸念のある凸部領域を導出する。このデータに基いて凸部の位置、高さに合わせたインクジェットの制御を行う。インクジェットはエッチング液を含む薬液の局所的な微妙な供給に適しているといえる。
【００２０】
これにより、例えば、大面積の台状凸部領域に対してエッチング液を供給し、予め高さ調節するようにエッチング制御する。また、インクジェットによるエッチング液の制御は、局所への液量はもとより濃度を可変にする吹き付けも可能であり、緩やかな段差の凹凸の境目などのエッチング制御に効果を発揮する。さらには、要所でエッチング停止を促す中和剤（フッ酸であればアルカリ、アンモニア水など）の局所的な供給をすることによってエッチング制御を達成することも可能である。これにより、ステップ１３における化学的機械的研磨工程での平坦化の精度向上に寄与する。
【００２１】
なお、上記ステップ１１における被平坦化処理層の特定領域の選定については、上述のようなＡＦＭの情報を利用する他に次のような手法も考えられる。研磨対象の半導体ウェハに構成されるパターン密集度の情報（ＣＡＤデータなどにより得られる）から化学的機械的研磨後に残る凹凸の位置と高さをシミュレーションする。このシミュレーション結果に基いて被平坦化処理層の要所（凸部の位置や高さなど）に応じたインクジェットの制御（少なくともエッチング液の吹き付け制御）を行うのである。
【００２２】
上記各実施形態の方法によれば、半導体ウェハ上の粗密パターンまたは下層の凹凸に起因する被平坦化処理層のＣＭＰ後の凹凸を精度良く平坦化することが可能になり、フォトリソグラフィ工程での焦点深度不足の回避が容易になる。また、平坦化制御が許容範囲内に追い込まれるような制御ができれば、ＣＭＰ後におけるＡＦＭの測定が不要もしくは僅かな検査回数となり、スループット向上に寄与する。
【００２３】
図２は、本発明の一実施形態に係る実施形態に係る平坦化処理方法を工程順に示す流れ図である。ステップ２１に示すように、化学的機械的研磨の前の段階で、平坦化を不均一にする懸念のある被平坦化処理層の特定領域を選定する。特定領域の選定は上述の基本的実施形態と同様に行う。ステップ２２において、この選定された特定領域に対し、インクジェットによりチップ領域単位でそれぞれ少なくともエッチング液を含む薬液を吹き付け、ウェットエッチング制御を行う（上述の基本的実施形態と同様）。
【００２４】
その後、ステップ２３に示すように、特定領域を含む被平坦化処理層の化学的機械的研磨工程を行う。この化学的機械的研磨工程ではプロセスモニタ等を利用して被平坦化処理層が予定する終了厚さになるまでの途中で一旦停止し、再度、この被平坦化処理層の凹凸に関しＡＦＭ等を利用して測定する。そして、平坦度（凹凸の差）が許容範囲内であるか否かを判定する（ステップ２４）。
【００２５】
被平坦化処理層の平坦度が許容範囲内でなければ、上記凹凸の測定データに基き、ディッシング、エロージョンなどの影響も加味して再度平坦化を不均一にする懸念のある被平坦化処理層の特定領域を選定する（ステップ２５）。その後、上記ステップ２２，２３，２４と被平坦化処理層の規定厚さ範囲内において平坦化工程が実施される。
【００２６】
ステップ２４で被平坦化処理層の平坦度が許容範囲内であれば、被平坦化処理層が終了する規定厚さ範囲内であるかをチェックし（ステップ２６）、平坦化工程を終了する。ステップ２６で被平坦化処理層が終了する規定厚さ範囲より大きい場合は、規定厚さ範囲になるまで化学的機械的研磨工程を行う。その際、再度ステップ２４の判定によりステップ２５→２２への工程に戻る可能性もある。
【００２７】
上記各実施形態の方法によれば、半導体ウェハ上の粗密パターンまたは下層の凹凸に起因する被平坦化処理層のＣＭＰ後の凹凸をリアルタイムで精度良く平坦化制御することが可能になる。平坦化制御が許容範囲内に追い込まれるような制御になるので、ＣＭＰ後におけるＡＦＭの測定が不要となり、スループット向上に寄与する。
【００２８】
図３は、本発明の一実施形態に係るＣＭＰ装置の要部を示すブロック図である。スラリー供給部３１、ポリッシュ部３２、洗浄部３３、搬送部３４、廃液処理部３５が構成されている。プロセスモニタ部３６は、化学的機械的研磨中に研磨停止の変化パラメータ（摩擦力変化、振動値変化等）を検知する機構を有するものもあれば、光学式等で直接膜厚を測定する機構を有するものもある。ここでは、直接膜厚を測定する機構（化学的機械的研磨中に測定、さらに化学的機械的研磨と化学的機械的研磨の間に測定してフィードバックする機能）を有する。
【００２９】
ポリッシュ部３２内にインクジェット機構３７が配備されている。インクジェット機構３７は、平坦化を不均一にする懸念のある被平坦化処理層の特定領域に対し、チップ領域単位でそれぞれ少なくともエッチング液を含む薬液を吹き付け、ウェットエッチング制御を行う。
【００３０】
上記特定領域の選定は平坦化精度を左右する重要な処理であり、第１には、予め取得した前記被平坦化処理層における凹凸の情報に応じて選定することが考えられる。例えば、搬送部３４を介してポリッシュ部３２に搬入、載置された図示しない半導体ウェハに対し、プロセスモニタ部３６により凹凸測定を行い、平坦化を不均一にする懸念のある領域のデータを導出する。プロセスモニタ部３６はＡＦＭを利用したものであってもよい。このようなデータに応じて特定領域の選定がなされ、それに基いてインクジェット機構３７が、被平坦化処理層の特定領域に対し、チップ領域単位でそれぞれ少なくともエッチング液を含む薬液を吹き付け、ウェットエッチング制御を行う。
【００３１】
また、上記特定領域の選定に関する第２には、予め取得した上記半導体ウェハに構成されるパターン密集度の情報から化学的機械的研磨後に残る凹凸の位置と高さをシミュレーションした結果に基いて選定されることが考えられる。例えば、上記シミュレーションした結果に基いて算出されたデータ（チップ領域単位での位置とエッチング量の制御データ）をインクジェット機構３７の制御に反映させる（点線ＥＣＯＮ）。
【００３２】
図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は、インクジェット機構３７に配備されるインクジェットヘッドの一例を示す概観図である。各図に示すインクジェットヘッド３７１〜３７３は、例えば圧力制御方式で複数の図示しないノズルから薬液を吐出する機構を有する。
【００３３】
図４（ａ）に示すインクジェットヘッド３７１では、図示しない複数のノズルからそれぞれ濃度の異なるエッチング液が吐出されるようになっている。これにより、ウェハ上の所望の領域に適切な濃度のエッチング液を選択して供給することができる。
【００３４】
図４（ｂ）に示すインクジェットヘッド３７２では、エッチング反応を抑制する中和剤が吐出されるようになっている。上記のエッチング液がフッ酸系なら、中和剤としてはアルカリ、アンモニア水などが適当である。これにより、ウェハ上のエッチング不要な領域を選択的に保護する。なお、このインクジェットヘッド３７２のエッチング反応抑制機能を上記インクジェットヘッド３７１内に配備してもよい。これにより、インクジェットヘッド３７２は別に設けなくてもよくなる。
【００３５】
図４（ｃ）に示すインクジェットヘッド３７３では、エッチング停止を目的とした中和剤吐出機能を有する（中和剤は上述同様のものでもよい）。エッチング液の吹き付け（塗布）からエッチング停止用中和剤の供給までの時間をウェハ面内で一定にすることが重要である。このため、インクジェットヘッド３７３は別途準備される。
【００３６】
上記構成例によれば、インクジェット機構３７に配備されるインクジェットヘッド３７１〜３７３は、エッチング反応を促進するノズルヘッド（３７１）、エッチング反応を抑制するノズルヘッド（３７２）、エッチング停止用ノズルヘッド（３７３）を有することになる。例えば、ウェハ上においてエッチングが必要な大面積の台状凸部領域、その他の領域に対して適切なエッチング反応の促進、抑制、停止を制御し、平坦化に有利なように高さ調節する。あるいは要所にスラリーの供給（流れ）を制御するように溝を付与したり、平坦化のためにあらゆる形状に対処することができる。
【００３７】
図５は、上記構成のインクジェット機構３７によるウェハ上での各インクジェットヘッドの操作例を示す平面図である。矢印５１のようにウェハＷＦ上の所定領域がインクジェットヘッド３７１，３７２によるエッチング液の吹き付け、エッチング液抑制のための制御が進められる中、それぞれの所定領域について一定時間ｔ経過後には必ずインクジェットヘッド３７３によるエッチングの停止の処理が追従する（矢印５２）。
【００３８】
すなわち、エッチング液の吹き付け制御は、所定領域への液量はもとより濃度を可変にする吹き付け、エッチング反応の抑制が適所になされ、緩やかな段差の凹凸の境目などのエッチング制御に効果を発揮する。さらには、一定時間でエッチング停止を促す中和剤の供給を適切に行うことによって均一的なエッチング制御を達成する。これにより、化学的機械的研磨工程での平坦化の精度向上に寄与する。
【００３９】
また、図３のポリッシュ部３２において化学的機械的研磨工程の合間に、研磨状態、平坦化状況（平坦度）をモニタしながら上記のようなインクジェット機構３７によるエッチング制御を行うことも考えられる。すなわち、図２に示すような方法で平坦化制御が許容範囲内に追い込まれるように実施されるのである。すなわち、プロセスモニタ部３６を利用して被平坦化処理層が予定する終了厚さになるまでの途中で被平坦化処理層の平坦度を許容範囲内にするようインクジェット機構３７によるエッチング制御が利用される。
【００４０】
上記実施形態によれば、半導体ウェハ上の粗密パターンまたは下層の凹凸に起因する被平坦化処理層のＣＭＰ後の凹凸をリアルタイムで精度良く平坦化制御することが可能になる。平坦化制御が許容範囲内に追い込まれるような制御になるので、ＣＭＰ後におけるＡＦＭの測定が不要となり、ＣＭＰ装置のスループット向上に寄与する。
【００４１】
なお、化学的機械的研磨に関する工具パッドの形態（運動形態）は様々考えられる。単一回転またはオービタル（小円）運動を含む円盤工具（プラテン）や、リニア運動またはインデックス型移動をするベルト状工具、円環状硬質パッドの回転走査を行うドーナツ工具、円筒状パッドの回転運動を行う円筒工具など様々な形態がある。これらいずれの形態にも、本発明に係るインクジェットによるウェットエッチング制御の付加、またはインクジェット機構の配備といった方法または構成によって、なるべく少ない研磨量で膜厚ばらつきの少ない平坦化レベルを実現することが期待できる。これにより、ＣＭＰ工程のスループット向上、その後のフォトリソグラフィ工程その他の精度がいっそう向上する。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、被平坦化処理層に関し、平坦化を不均一にする懸念のある特定領域を選定し、その特定領域に対してインクジェットで薬液を的確に吹き付ける。これにより、ウェットエッチング制御する前処理を行ない、その後、化学的機械的研磨に入る。これにより、ＣＭＰによる平坦化の精度向上に寄与する。この結果、少ない研磨量で膜厚ばらつきの少ない平坦化レベルを実現する平坦化処理方法及びＣＭＰ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本的実施形態に係る平坦化処理方法を工程順に示す流れ図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る実施形態に係る平坦化処理方法を工程順に示す流れ図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るＣＭＰ装置の要部を示すブロック図である。
【図４】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、インクジェット機構３７に配備されるインクジェットヘッドの一例を示す概観図である。
【図５】上記構成のインクジェット機構３７によるウェハ上での各インクジェットヘッドの操作例を示す平面図である。
【図６】被平坦化処理層の凹凸領域を示す断面図である。
【符号の説明】
１１〜１３，２１〜２６…処理ステップ
３１…スラリー供給部
３２…ポリッシュ部
３３…洗浄部
３４…搬送部
３５…廃液処理部
３６…プロセスモニタ部
３７…インクジェット機構
３７１〜３７３…インクジェットヘッド
６２…平坦化レベル
Ａ１，Ａ２…被平坦化領域、ＷＦ…ウェハ
【図１】
0003931579.tif 000002
【図２】
0003931579.tif 000003
【図３】
0003931579.tif 000004
【図４】
0003931579.tif 000005
【図５】
0003931579.tif 000006
【図６】
0003931579.tif 000007