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層間絶縁膜の低誘電率化に伴う研磨の低圧力化に応えるために,電気分解やエッチングを活用した平坦化技術がカギとなってきた。

パターン依存性の抑制がカギ

 CMPの性能を測る基準には,研磨の(a)速度,(b)ウエーハ内均一性,(c)チップ内均一性,(d)欠陥密度がある。(a)研磨速度は,CMPに費やされる時間が1~2分であることから500~1000nm/分が求められる。(b)ウエーハ内均一性は,3σ範囲を3%以内に抑えることが必要である。(c)チップ内均一性は,配線の疎密などに起因するパターン依存性の抑制がカギになる(図9)。

図9●配線パターンに依存して研磨後に凹凸が生じる
ウエーハ全体にわたって高い平坦性を実現するためには,下地膜およびメッキ成膜で生じるパターン依存性をCMPで克服することが重要である。著者のデータ。

 次に,研磨性能を決める主要な要素にはスラリーとパッドがある。スラリーは,SiO2研磨向けではKOHやNH3ベースのSiO2砥粒やMn系を使う。メタル研磨向けでは,H2O2やKIO3ベースのAl2O3のほか,SiO2やMn系を使う。前者では研磨速度や洗浄しやすさが重視され,後者ではディッシングやエロージョンの抑制能力が加わる。パッドの性能は剛性やスラリー保持性能などで評価される。SiO2研磨向けでは段差低減能力,メタル研磨向けではディッシングやエロージョンの抑制能力を重視する。発泡材を使う「遊離砥粒型」が主流だが,「固定砥粒型」の開発も進んでいる。固定砥粒型はパッドに砥粒を埋め込み,紙やすりに似た機能を持たせたものである。今後,使用開始から短い時間で高い研磨能力を得られるパッドが求められる。