半導体装置の製造方法および電気光学装置
【課題】非晶質シリコン層を改質して得られたポリシリコン層には突起部分が発生する。ゲート絶縁層中に突起があると、この突起部分に電界が集中し、絶縁破壊が生じる。電解還元水は、酸化シリコン層をエッチングせず、ポリシリコン層をエッチングする性質がある。そこで酸化シリコン層を除去した後、電解還元水をスラリーとして用いてＣＭＰ法を用いる技術があるが、この場合、ポリシリコン層全面がＣＭＰ法により薄層化されてしまうという課題がある。
【解決手段】自然酸化シリコン層３０４を残した状態で電解還元水をスラリー１０７として用いてＣＭＰ工程を行う。機械的効果によりポリシリコン層３０３の突起上にある自然酸化シリコン層３０４は除去され、突起領域のみ電解還元水でエッチングが進みポリシリコン層３０３は平坦化される。そして、平坦部は自然酸化シリコン層３０４により保護され、薄層化は抑制される。
【解決手段】自然酸化シリコン層３０４を残した状態で電解還元水をスラリー１０７として用いてＣＭＰ工程を行う。機械的効果によりポリシリコン層３０３の突起上にある自然酸化シリコン層３０４は除去され、突起領域のみ電解還元水でエッチングが進みポリシリコン層３０３は平坦化される。そして、平坦部は自然酸化シリコン層３０４により保護され、薄層化は抑制される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法および電気光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶装置や有機ＥＬ（エレクトロルミネセンス）装置は、トランジスタを含む集積回路を用いて画素のスイッチング動作等を行っている。トランジスタの構造としては、非晶質シリコン層を用いてチャネル領域を形成したものが知られている。非晶質シリコン層を用いる場合、シリコン層を３００℃程度で形成することが可能となる。そのため、石英基板等の耐熱基板を用いる必要がなくなり、加工が容易で一辺が２ｍを超えるような大型の基板を用いることが可能となる。
【０００３】
また、ポリシリコン層を用いてチャネル領域等を形成したトランジスタも実用化されている。ポリシリコン層を用いることにより、非晶質シリコン層を用いた場合に比較して移動度等の電気的特性を向上させることが可能となる。
【０００４】
光学的に透明なガラス基板に配置されるポリシリコン層製造方法としては、一旦非晶質シリコン層を形成して後、この非晶質シリコン層を再結晶化させてポリシリコン層に改質するプロセスが知られている。ここで、ガラス基板の温度上昇を抑え、石英よりも軟化点が低いガラス上の非晶質シリコン層をポリシリコン層に改質できれば、一辺が２ｍを超える大型ガラス基板にポリシリコン層を形成することが可能となる。
【０００５】
ガラス基板の温度上昇を抑えて非晶質シリコンをポリシリコンに改質する工程の一つの手法として、紫外線レーザを非晶質シリコン層に照射し、非晶質シリコン層の温度だけを上昇させ、ポリシリコン層を形成する技術が知られている。このポリシリコン層にゲート絶縁層を形成し、ゲート電極を配置することでトランジスタは構成される。
【０００６】
この場合、ポリシリコン層を形成する各単結晶粒子の間には、再結晶を行う場合に両単結晶同士がぶつかることに起因する突起部分が発生する。この状態でゲート絶縁層を形成すると、ゲート絶縁層内にこの突起部分が配置される。
【０００７】
この突起部分を含む領域上に位置するゲート絶縁層中では、この突起部分に電界が集中し、ここからゲート絶縁層の絶縁破壊が生じる。これはゲート絶縁層の薄層化（トランジスタの能力を向上させる）を阻害する要因となっている。
【０００８】
この課題に対して、例えば特許文献１に示すように、ポリシリコン層表面に生じた酸化シリコン層を除去した後、ＣＭＰ（化学機械研磨）工程を用いて、通常のスラリーに代えて電解還元水を用いてポリシリコン層全体を研磨し、平坦化させたポリシリコン層を提供する技術が知られている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１６０４９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１では、酸化シリコンを除去せずにＣＭＰ工程を行う場合には、研磨粒子を導入し、研磨粒子により酸化シリコンを除去しＣＭＰ工程を行う技術が例示されているのみであり、電解還元水を用いて研磨粒子抜きで平坦化を行う工程については実現可能性を示していない。また、酸化シリコン層を除去してポリシリコンのＣＭＰ工程を用いる場合、ポリシリコン層全面に対してエッチングが進行し、ポリシリコン層の厚みが減少する。トランジスタの性能はチャネル領域が配置されるポリシリコン層が厚くなることで低下するためトランジスタの性能とポリシリコンの残り層厚とを最適制御する必要があるが、ＣＭＰ工程で薄く層を残すよう制御し、突起部分のみを選択的に除去することは困難である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【００１２】
［適用例１］本適用例にかかる半導体装置の製造方法は、基板表面に位置するシリコン層の表面に、酸化シリコン層を形成する工程と、前記酸化シリコン層を形成した前記基板を、研磨液（スラリー）として電解還元水を用いて化学機械研磨法を用いて研磨する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
これによれば、化学機械研磨法を用いて研磨することで、酸化シリコン層の凸部に他の領域と比べ高い機械的圧力が印加される。高い機械的圧力が印加されることで酸化シリコン層は摩滅し、シリコン層が露出する。電解還元水は酸化シリコン層をエッチングすることなくシリコン層をエッチングする機能を有している。ここで、酸化シリコン層における凸部の位置は、シリコン層における凸部の位置と対応している。即ち、シリコン層の凸部が選択的にエッチングされるため、シリコン層の平坦性を向上させることが可能となる。
【００１４】
［適用例２］上記適用例にかかる半導体装置の製造方法であって、前記電解還元水に代えて水を用いることを特徴とする。
【００１５】
上記した製造方法によれば、水を用いても電解還元水を用いた場合と同様な効果を得ることができる。そのため、電解還元水を供給しなくともシリコン層の平坦性を向上させることが可能となる。なお、「水」は純水や超純水を含んでいる。
【００１６】
［適用例３］上記適用例にかかる半導体装置の製造方法であって、前記シリコン層における平坦性の向上により化学機械研磨法における機械的圧力の集中を抑制し、前記酸化シリコン層のエッチング速度を低下させることで、前記シリコン層における残り層厚の減少を抑制することを特徴とする。
【００１７】
上記した製造方法によれば、シリコン層の平坦化に伴い、シリコン層のエッチング速度を低下させることができる。そのため、シリコン層の厚さを保持した状態で平坦化を進めることが可能となり、平坦化処理によるシリコン層の消失、過度の薄層化を抑制することが可能となる。
【００１８】
［適用例４］本適用例にかかる半導体装置の製造方法は、（１）基板表面に位置するシリコン層を、研磨液として電解還元水を用いて化学機械研磨法を用いて研磨する工程と、（２）前記シリコン層を酸化雰囲気に晒す工程と、（３）再び前記（１）を行う工程と、を含むことを特徴とする。
【００１９】
これによれば、化学機械研磨法を用いて研磨することで、酸化シリコン層の凸部に他の領域と比べ高い機械的圧力が印加される。高い機械的圧力が印加されることで酸化シリコン層は摩滅し、シリコン層が露出する。この状態で酸化雰囲気に晒し、酸化シリコン層を形成することで、シリコン層が露出した部分、即ち機械的圧力が集中する凸部が酸化雰囲気に依存する一定の層厚を有するよう酸化される。この状態で再度（１）の工程を行うため、酸化に伴い、シリコン層が露出した部分が減少する。このため、工程を一巡させる場合でのシリコン層の凸部における除去量を一定量に制御することが可能となり、シリコン層が露出した部分に対してエッチングを進める工程と比べ、高い再現性を有する平坦化を行うことが可能となる。
【００２０】
［適用例５］上記適用例にかかる半導体装置の製造方法であって、前記電解還元水に代えて水を用いることを特徴とする。
【００２１】
上記した製造方法によれば、水を用いても電解還元水を用いた場合と同様な効果を得ることができる。そのため、電解還元水を供給しなくともシリコン層の平坦性を向上させることが可能となる。なお、「水」は純水や超純水を含んでいる。
【００２２】
［適用例６］上記適用例にかかる半導体装置の製造方法であって、前記シリコン層はポリシリコン層であることを特徴とする。
【００２３】
上記した製造方法によれば、結晶粒界で突起形状を有する酸化シリコン層で覆われたポリシリコン層の突起部を良好に平坦化することが可能となる。当該突起部では、化学機械研磨法を用いる場合に、機械的圧力が集中して印加されることで酸化シリコン層が除かれ、ポリシリコン層の突起部が露出し、選択的に除去される。そのため、突起形状を選択的に平坦化しうる製造方法を提供することが可能となる。
【００２４】
［適用例７］本適用例にかかる電気光学装置は、上記した半導体装置の製造方法を用いて形成される半導体装置を含むことを特徴とする。
【００２５】
これによれば、本適用例にかかる電気光学装置は、上記した半導体装置の製造方法を用いて形成された半導体装置を用いるため、従来技術と比べ高精細な表示品位を有する電気光学装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。
（ＣＭＰ装置）
以下、本実施形態にかかるＣＭＰ工程を行うＣＭＰ装置について、図面を参照して説明する。図１は、ＣＭＰ装置の構成を説明するための模式断面図である。ＣＭＰ装置１は、ターンテーブル１０１、研磨パッド１０２、リテーナリング１０３、スラリー供給部１０４、エアシリンダ１０５、エアバッグ１０６を含む。
【００２７】
ターンテーブル１０１は公転運動を行わせるべく矢印に示す向きに回転させる公転機構を有している。
研磨パッド１０２は、ウェハＷと直接接触してウェハＷに機械的応力を与える機能を有している。
リテーナリング１０３は、ウェハＷを覆うように配置され、ウェハＷの外縁部の断面形状が丸くなる（ウェハエッジロールオフ）現象を抑制する機能を有している。
スラリー供給部１０４は、スラリー１０７を研磨パッド１０２に供給する機能を有している。エアバッグ１０６は、ウェハＷを研磨パッド１０２に押し付けるための圧力を供給する機能を有している。
エアシリンダ１０５は、エアバッグ１０６とリテーナリング１０３に圧力を掛けて押さえつける機能を有している。また、同時に矢印に示す向きに回転させる自転機構を有している。
ＣＭＰ装置１を用いることで、ウェハＷの凸部に選択的に圧力を掛けてエッチングを進めることが可能となり、ウェハＷを平坦化することが可能となる。
【００２８】
（電解還元水供給装置）
次に、本実施形態で用いられる電解還元水の供給装置を、図面を用いて説明する。図２は、電解還元水供給装置が果たす機能を説明する模式断面図である。電解還元水供給装置２００は、電解質容器２０１、電解酸化水容器２０２、電解還元水容器２０３、イオン交換膜２０４，２０５、陽極２０６、陰極２０７、電源２０８を含む。
【００２９】
そして、電解質容器２０１は炭酸アンモニウムの飽和水溶液が、電解酸化水容器２０２中では電解酸化水が、電解還元水容器２０３は電解還元水が、それぞれ配置されている。以下、電解還元水の発生機構について説明する。
【００３０】
初期状態では、電解酸化水容器２０２、電解還元水容器２０３中には超純水が配置され、電解質容器２０１内には炭酸アンモニウムの飽和水溶液が配置されている。なお、始動時に予め作成してある電解酸化水を電解酸化水容器２０２に入れ、電解還元水を電解還元水容器２０３に入れておくことで、超純水の比抵抗を下げた状態にしておくことが好ましい。
【００３１】
電源２０８から陰極２０７に電子を供給し、陽極２０６から電子を吸い上げるよう電流を供給すると、陽極２０６側では水の電気分解により以下の反応が生じる。
２Ｈ2Ｏ→Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ-。
また、炭酸イオンがイオン交換膜２０４を介して侵入するため、以下の反応も生じる。
２（ＣＯ3）-2→２ＣＯ2＋Ｏ2＋４ｅ-。
上記した反応により、電解酸化水容器２０２中の水は酸性を有し、さらに高い酸化性を備えた電解酸化水となる。電解酸化水のｐＨは例えば２〜３程度であり、酸化還元電位（ＯＲＰ）は例えば９００（ｍＶｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ）程度の値を有している。
【００３２】
そして、陰極２０７側では同様に水の電気分解により、以下の反応が生じる。
２Ｈ2Ｏ＋２ｅ-→２ＯＨ-＋Ｈ2。
また、アンモニウムイオンがイオン交換膜２０５を介して侵入するため、以下の反応も生じる。
２（ＮＨ4）+＋２ｅ-→２ＮＨ3＋Ｈ2。
上記した反応により、電解還元水容器２０３中の水はアルカリ性を有し、さらに高い還元性を備えた電解還元水となる。電解還元水のｐＨは例えば１０程度であり、酸化還元電位（ＯＲＰ）は例えば−７００（ｍＶｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ）程度の値を有している。
このように電解還元水を供給することで、アルカリ金属、アルカリ土類金属を使わずに電解還元水を供給することが可能となる。
【００３３】
（ＣＭＰ工程を用いたポリシリコン層の平坦化工程−１）
次に、上記したＣＭＰ工程を用いてポリシリコン層を平坦化する工程について説明する。図３（ａ）〜（ｃ）、図４（ａ），（ｂ）はポリシリコン層３０３を含むウェハＷの断面形状を示す模式工程断面図である。まず、ガラス等を用いた基板３０１上に酸化シリコン等を用いたバッファ層３０２を堆積する。そして、ポリシリコン層前駆体３０３ａとしての非晶質シリコン層を堆積する。層厚としては例えば３０〜１００ｎｍ程度の値が好適である。ここまでの工程を終えた状態を図３（ａ）に示す。
【００３４】
次に、ポリシリコン層前駆体３０３ａにエキシマレーザ等をスキャンしながら照射することでポリシリコン層３０３に改質する。この工程途中の状態を図３（ｂ）に示す。
【００３５】
次に、必要な領域をポリシリコン層３０３に改質させた後、大気雰囲気に晒し、自然酸化シリコン層３０４を形成する。自然酸化シリコン層３０４の厚さは、例えば１．５ｎｍ程度である。ここまでの工程を終えた状態を図３（ｃ）に示す。
【００３６】
次に、ウェハＷを上記したＣＭＰ装置１（図１参照）に装着し、平坦化処理を行う。図４（ａ）は、平坦化処理工程途中でのウェハＷの断面図である。自然酸化シリコン層３０４はＣＭＰ工程により研磨パッド１０２で研磨されることで凸部が除去され、除去された領域からポリシリコン層３０３のエッチングが進んでいる。ここでは、リテーナリング１０３（図１参照）等の部品は図示を省略している。なお、図４（ａ），（ｂ）は、図３（ａ）〜（ｃ）に対して上下向きを代えて記載している。そして平坦化を終了し、自然酸化シリコン層３０４を除去した状態のウェハＷの断面形状を図４（ｂ）に示す。
【００３７】
ここでは、スラリー供給部１０４から供給されるスラリー１０７として上記した電解還元水を用いている。電解還元水のｐＨは１０．４４、酸化還元電位（ＯＲＰ）は−６９１（ｍＶｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ）の値を有するものを用いている。研磨条件は、公転は行わず自転のみを用いて行っている。自転速度は３００ｒｐｍに設定している。そして、研磨パッド１０２に２００〜３００μｍ程度押し込んだ状態で研磨を行っている。研磨パッド１０２としては、ここでは株式会社富士見インコープレイテッド製サーフィン０００（Ｓｉウェハ仕上研磨用）を用いている。図５は、この条件でＣＭＰ工程を行った場合の研磨時間と平坦性変化について示したグラフである。横軸は研磨時間（分）、縦軸は自乗表面粗さの変化率（ＣＭＰ工程前の状態に規格化したもの）である。平坦性の変化評価にはＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：原子間力顕微鏡）を用いて測定している。図５に示すように、スラリー１０７として電解還元水を用いてＣＭＰ工程を行うことで、表面粗さが小さくなることが分かる。
【００３８】
ここで、平坦化工程は以下に示す機構で進むものと推測している。電解還元水はシリコンをエッチングする機能を有しているが、酸化シリコンをエッチングする機能は有していない。そのため、自然酸化シリコン層３０４（図３（ｃ）参照）がある場合には、全くエッチングが進行しない。図６は、電解還元水中にウェハＷを浸した状態での、自然酸化シリコン層３０４が形成されたポリシリコン層３０３における厚みの経時変化を調べたグラフである。
【００３９】
図６に示されるようにこの状態では全くポリシリコン層３０３の厚みが変わらないことで確認することができる。この状態でＣＭＰ工程を行うと、ポリシリコン層３０３の凸部に機械的応力がかかり、自然酸化シリコン層３０４が除去される。自然酸化シリコン層３０４が除去され、ポリシリコン層３０３が露出すると電解還元水によりポリシリコン層３０３はエッチングされる。即ち、凸部のみが選択的に除去されることとなり、平坦化が進む。
【００４０】
次に、平坦化に伴うポリシリコン層３０３の層厚変化量について説明する。ポリシリコン層３０３の層が薄くなると、ポリシリコン層３０３に形成されるデバイスの特性に影響するため、凸部以外のエッチング量は少ないことが望ましい。
【００４１】
図７は、研磨時間に対するポリシリコン層３０３の層厚変化率を示すグラフである。この図を見ると、１０分程度経過した後は、ポリシリコン層３０３が余り削れていないことが分かる。即ち、平坦性が確保できた後は、ポリシリコン層３０３にかかる圧力が分散するため、自然酸化シリコン層３０４の機械的除去が止まり、ＣＭＰ工程による過剰な除去が抑制されることが分かる。
【００４２】
そのため、ＣＭＰ処理時間が多少変動しても安定した平坦性と残り厚を保って平坦化を行うことが可能となることが分かる。図８（ａ）は、ＣＭＰ工程前のウェハＷにおける表面粗さを示すＡＦＭ測定結果であり、（ｂ）はＣＭＰ工程後のウェハＷにおける表面粗さを示すＡＦＭ測定結果である。両図を比較することで、ＣＭＰ工程を用いたウェハＷの表面粗さが小さくなっていることが分かる。
【００４３】
（ＣＭＰ工程を用いたポリシリコン層の平坦化工程−２）
次に、電解還元水に代えて、水（超純水）をスラリーとして用いてＣＭＰ工程を行う例について説明する。電解還元水に代えて超純水を用いたこと以外は、（ＣＭＰ工程を用いたポリシリコン層の平坦化工程−１）と同じ条件を用いている。
【００４４】
この条件でＣＭＰ工程を行った場合の研磨時間と平坦性変化について説明する。図９は、研磨時間と平坦性変化との関係を示すグラフである。横軸は研磨時間（分）、縦軸は自乗表面粗さの変化率（ＣＭＰ工程前の状態に規格化したもの）である。この場合においてもＣＭＰ工程を用いることで平坦性を向上させることができることが示されている。図１０は、研磨時間に対するポリシリコン層３０３の層厚変化率を示すグラフである。この場合、ＣＭＰ処理時間が延びると、ポリシリコン層３０３の厚みが減っていく傾向が見られている。従って、電解還元水を用いる場合と比べＣＭＰ条件を精密に設定する必要が生じるが、電解還元水を発生する装置を用いる必要が無くなるという利点がある。図１１は、純水で行ったＣＭＰ工程後のウェハＷにおける表面粗さを示すＡＦＭ測定結果である（ＣＭＰ工程前の状態は図８（ａ）と同じ）。図８（ａ）と図１１とを比較することで、ＣＭＰ工程を用いたウェハＷの表面粗さが小さくなっていることが示されている。
【００４５】
（変形例−１）
上記した平坦化工程では、自然酸化により自然酸化シリコン層３０４（図３（ｃ）参照）を形成したが、これは積極的に酸化を行っても良い。例えば純水：過酸化水素：塩酸＝６：１：１のものに浸漬する方法を用いることができる。この工程により、酸化シリコン層３０５は３ｎｍ程度の厚さを有するよう酸化を受ける。ここで、酸化シリコン層３０５の製造方法としては、大気中での放置による自然酸化法を用いても良い。また、温度１０８℃程度に加熱した濃度４０ｗ％の硝酸に浸漬した後、６８ｗ％の濃度を持つ共沸硝酸に浸漬する２段酸化法を用いても良い。また、酸素や笑気ガスを用いてプラズマ酸化を行っても良い。また、酸化以外の方法として、例えばＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：原子層堆積法）を用いて酸化シリコン層を形成しても良い。
【００４６】
また、電解還元水を製造する場合に、炭酸アンモニウムの飽和水溶液を用いているが、これは飽和水溶液でなくとも良く、希釈された炭酸アンモニウムの水溶液を用いても良い。また、塩化アンモニウム等の塩を用いても良い。また、後工程での洗浄に注意を払うことで、塩化ナトリウムや塩化カリウム等の水溶液を用いても良い。また、電解還元水を製造する場合に、３室型の電解還元水供給装置２００（図２参照）を用いた例について説明したが、これは２室型の供給装置を用いても良く、特に炭酸アンモニウムを用いる場合には、アルカリ金属の侵入が生じないためより平易な構造を持ち、整備を容易なものとすることができる。
【００４７】
（ＣＭＰ工程を用いたポリシリコン層の平坦化工程−３）
次に、ＣＭＰ工程を続けて行い、平坦化する工程に代えて、ＣＭＰ工程と酸化工程を繰り返すことで平坦化を行う実施形態について説明する。ＣＭＰ工程としては上記したどちらの技術を用いても良いが、便宜上（ＣＭＰ工程を用いたポリシリコン層の平坦化工程−１）で用いた方法に準拠する場合について説明する。この方法では、以下の手順を踏んで平坦化が進められている。図１２（ａ）は、ステップ１終了後のウェハＷの断面図、（ｂ）は、ステップ２終了後のウェハＷの断面図である。ステップ１を終了した状態では、ポリシリコン層３０３の全面が酸化されている。そしてステップ２を終了した状態では、ＣＭＰ工程によりポリシリコン層３０３における突起状の凸部が選択的に除去される。以下、この工程について詳細に説明する。
【００４８】
まず、ステップ１として、ポリシリコン層３０３上に酸化シリコン層３０５を形成する。酸化シリコン層３０５の形成には、例えば純水：過酸化水素：塩酸＝６：１：１程度の比率を有する酸化剤に浸漬する方法を用いることができる。この工程により、酸化シリコン層３０５は３ｎｍ程度の厚さを有するよう酸化を受ける。ここで、酸化シリコン層３０５の製造方法としては、大気中での放置による自然酸化法を用いても良い。また、温度１０８℃程度に加熱した濃度４０ｗ％の硝酸に浸漬した後、６８ｗ％の濃度を持つ共沸硝酸に浸漬する２段酸化法を用いても良い。また、ドライプロセスを用いて、酸素や笑気ガス等によりプラズマ酸化を行っても良い。
【００４９】
この酸化工程は、ポリシリコン層３０３が露出している領域では酸化種が直接ポリシリコン層３０３に到達するため、酸化速度は大きくなる。一方、酸化シリコン層３０５で覆われている領域では、酸化速度は低くなり、酸化が実質的に止まる。そのため、ステップ１を行うことで、ポリシリコン層３０３の凸部を常に一定量酸化させることができる。換言すれば、ステップ１は、ポリシリコン層３０３が露出した部分（凸部）を酸化により減らすステップである。
【００５０】
次に、ステップ２として、電解還元水を用いてＣＭＰ工程を行う。この手順によりポリシリコン層３０３の凸部に位置する酸化シリコン層３０５が応力を受け、選択的に除去される。換言すれば、ステップ２は、ポリシリコン層３０３に形成された酸化シリコン層３０５の凸部をＣＭＰ工程により除去するステップである。そして、再びステップ１を実行する。
【００５１】
そして、後工程で必要な平坦性が得られた時点で上記工程を終了する。この製造工程を用いることで、ポリシリコン層３０３の凸部を一定量ずつ除去することが可能となり、極めて再現性の高い平坦化工程を提供することが可能となる。
【００５２】
（変形例−２）
上記した製造方法では、非晶質シリコンを改質して得られたポリシリコン層３０３（図３（ｃ）参照）に適用した例について説明したが、これはＣＶＤ法等、他の方法で形成されたポリシリコン層に対しても同様に対処することが可能である。また、ポリシリコン層に限らず、層厚に敏感なＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ−Ｏｎ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ：絶縁層上のシリコン）に対しても好適に応用可能である。特に貼り合わせ法等、表面平坦性と層厚との制御に精密な制御が必要な工程での応用が好適である。また、ＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐｓｒａｔｉｏｎ−ｂｙ−ＩＭｐｌａｎｔｅｄ−ＯＸｙｇｅｎ：酸素注入による分離）を行ったデバイスについても対応可能である。その他、平坦なシリコン層が要求される用途に応用可能であり、そのなかでも、特に層厚制御が望まれる用途に対して特に好適に用いることができる。また、単結晶シリコン基板に対しても同様に平坦化を行うことが可能である。
【００５３】
（電気光学装置）
次に、上記した工程で処理されたポリシリコン層３０３（図４（ｂ）参照）を含む電気光学装置について説明する。図１３（ａ）は、ポリシリコン層３０３を備えたモバイル型のパーソナルコンピュータにおける概略図である。パーソナルコンピュータ２０００は、ポリシリコン層３０３を備えた有機ＥＬパネル４００と本体部２０１０を備える。本体部２０１０には、電源スイッチ２００１及びキーボード２００２が設けられている。
【００５４】
図１３（ｂ）は、ポリシリコン層３０３を含む有機ＥＬパネル４００を備えた携帯電話機における概略図である。携帯電話機３０００は、複数の操作ボタン３００１及びスクロールボタン３００２、並びに表示ユニットとしての有機ＥＬパネル４００を備える。スクロールボタン３００２を操作することによって、有機ＥＬパネル４００に表示される画面がスクロールされる。
【００５５】
図１３（ｃ）は、ポリシリコン層３０３を備えた有機ＥＬパネル４００を適用した情報携帯端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）における概略図である。情報携帯端末４０００は、複数の操作ボタン４００１及び電源スイッチ４００２、並びに表示ユニットとしての有機ＥＬパネル４００を備える。電源スイッチ４００２を操作すると、住所録やスケジュール帳といった各種の情報が有機ＥＬパネル４００に表示される。
【００５６】
なお、ポリシリコン層３０３は有機ＥＬパネル４００以外の搭載例として、液晶パネルや、データ処理回路等についても用いることができる。また、光学的な用途に限定されることなく、論理回路や演算回路として用いることができる。特に、ポリシリコン層３０３の平坦性が高いことから、ポリシリコン層３０３をチャネルとしてトランジスタを形成する場合、ゲート絶縁層の凸部に生じる電界集中が緩和され、ゲート絶縁層を薄層化することが可能となる。そのため、高い相互コンダクタンスを有する高性能なトランジスタを提供することが可能となる。この性質は上記した論理回路や演算回路への適用に対して有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】ＣＭＰ装置の構成を説明するための模式断面図。
【図２】電解還元水の供給装置が果たす機能を説明する模式断面図。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、ポリシリコン層を含むウェハの断面形状を示す模式工程断面図。
【図４】（ａ），（ｂ）は、ポリシリコン層を含むウェハの断面形状を示す模式工程断面図。
【図５】ＣＭＰ工程を行った場合の研磨時間と平坦性変化について示したグラフ。
【図６】電解還元水中にウェハを浸した状態での、自然酸化シリコン層が形成されたポリシリコン層における厚みの経時変化を調べたグラフ。
【図７】研磨時間に対するポリシリコン層の層厚変化率を示すグラフ。
【図８】（ａ）は、ＣＭＰ工程前のウェハにおける表面粗さを示すＡＦＭ測定結果であり、（ｂ）はＣＭＰ工程後のウェハにおける表面粗さを示すＡＦＭ測定結果。
【図９】研磨時間と平坦性変化との関係を示すグラフ。
【図１０】研磨時間に対するポリシリコン層の層厚変化率を示すグラフ。
【図１１】純水で行ったＣＭＰ工程後のウェハにおける表面粗さを示すＡＦＭ測定結果。
【図１２】（ａ）は、ステップ１終了後のウェハの断面図、（ｂ）は、ステップ２終了後のウェハの断面図。
【図１３】（ａ）は、ポリシリコン層を備えたモバイル型のパーソナルコンピュータの概略図、（ｂ）は、ポリシリコン層を含む有機ＥＬパネルを備えた携帯電話機の概略図、（ｃ）は、ポリシリコン層を備えた有機ＥＬパネルを適用した情報携帯端末の概略図。
【符号の説明】
【００５８】
１…ＣＭＰ装置、１０２…研磨パッド、１０３…リテーナリング、１０４…スラリー供給部、１０５…エアシリンダ、１０６…エアバッグ、１０７…スラリー、２００…電解還元水供給装置、２０１…電解質容器、２０２…電解酸化水容器、２０３…電解還元水容器、２０４…イオン交換膜、２０５…イオン交換膜、２０６…陽極、２０７…陰極、２０８…電源、３０１…基板、３０２…バッファ層、３０３…ポリシリコン層、３０３ａ…ポリシリコン層前駆体、３０４…自然酸化シリコン層、３０５…酸化シリコン層、４００…有機ＥＬパネル、２０００…パーソナルコンピュータ、２００１…電源スイッチ、２００２…キーボード、２０１０…本体部、３０００…携帯電話機、３００１…操作ボタン、３００２…スクロールボタン、４０００…情報携帯端末、４００１…操作ボタン、４００２…電源スイッチ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法および電気光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶装置や有機ＥＬ（エレクトロルミネセンス）装置は、トランジスタを含む集積回路を用いて画素のスイッチング動作等を行っている。トランジスタの構造としては、非晶質シリコン層を用いてチャネル領域を形成したものが知られている。非晶質シリコン層を用いる場合、シリコン層を３００℃程度で形成することが可能となる。そのため、石英基板等の耐熱基板を用いる必要がなくなり、加工が容易で一辺が２ｍを超えるような大型の基板を用いることが可能となる。
【０００３】
また、ポリシリコン層を用いてチャネル領域等を形成したトランジスタも実用化されている。ポリシリコン層を用いることにより、非晶質シリコン層を用いた場合に比較して移動度等の電気的特性を向上させることが可能となる。
【０００４】
光学的に透明なガラス基板に配置されるポリシリコン層製造方法としては、一旦非晶質シリコン層を形成して後、この非晶質シリコン層を再結晶化させてポリシリコン層に改質するプロセスが知られている。ここで、ガラス基板の温度上昇を抑え、石英よりも軟化点が低いガラス上の非晶質シリコン層をポリシリコン層に改質できれば、一辺が２ｍを超える大型ガラス基板にポリシリコン層を形成することが可能となる。
【０００５】
ガラス基板の温度上昇を抑えて非晶質シリコンをポリシリコンに改質する工程の一つの手法として、紫外線レーザを非晶質シリコン層に照射し、非晶質シリコン層の温度だけを上昇させ、ポリシリコン層を形成する技術が知られている。このポリシリコン層にゲート絶縁層を形成し、ゲート電極を配置することでトランジスタは構成される。
【０００６】
この場合、ポリシリコン層を形成する各単結晶粒子の間には、再結晶を行う場合に両単結晶同士がぶつかることに起因する突起部分が発生する。この状態でゲート絶縁層を形成すると、ゲート絶縁層内にこの突起部分が配置される。
【０００７】
この突起部分を含む領域上に位置するゲート絶縁層中では、この突起部分に電界が集中し、ここからゲート絶縁層の絶縁破壊が生じる。これはゲート絶縁層の薄層化（トランジスタの能力を向上させる）を阻害する要因となっている。
【０００８】
この課題に対して、例えば特許文献１に示すように、ポリシリコン層表面に生じた酸化シリコン層を除去した後、ＣＭＰ（化学機械研磨）工程を用いて、通常のスラリーに代えて電解還元水を用いてポリシリコン層全体を研磨し、平坦化させたポリシリコン層を提供する技術が知られている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１６０４９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１では、酸化シリコンを除去せずにＣＭＰ工程を行う場合には、研磨粒子を導入し、研磨粒子により酸化シリコンを除去しＣＭＰ工程を行う技術が例示されているのみであり、電解還元水を用いて研磨粒子抜きで平坦化を行う工程については実現可能性を示していない。また、酸化シリコン層を除去してポリシリコンのＣＭＰ工程を用いる場合、ポリシリコン層全面に対してエッチングが進行し、ポリシリコン層の厚みが減少する。トランジスタの性能はチャネル領域が配置されるポリシリコン層が厚くなることで低下するためトランジスタの性能とポリシリコンの残り層厚とを最適制御する必要があるが、ＣＭＰ工程で薄く層を残すよう制御し、突起部分のみを選択的に除去することは困難である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【００１２】
［適用例１］本適用例にかかる半導体装置の製造方法は、基板表面に位置するシリコン層の表面に、酸化シリコン層を形成する工程と、前記酸化シリコン層を形成した前記基板を、研磨液（スラリー）として電解還元水を用いて化学機械研磨法を用いて研磨する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
これによれば、化学機械研磨法を用いて研磨することで、酸化シリコン層の凸部に他の領域と比べ高い機械的圧力が印加される。高い機械的圧力が印加されることで酸化シリコン層は摩滅し、シリコン層が露出する。電解還元水は酸化シリコン層をエッチングすることなくシリコン層をエッチングする機能を有している。ここで、酸化シリコン層における凸部の位置は、シリコン層における凸部の位置と対応している。即ち、シリコン層の凸部が選択的にエッチングされるため、シリコン層の平坦性を向上させることが可能となる。
【００１４】
［適用例２］上記適用例にかかる半導体装置の製造方法であって、前記電解還元水に代えて水を用いることを特徴とする。
【００１５】
上記した製造方法によれば、水を用いても電解還元水を用いた場合と同様な効果を得ることができる。そのため、電解還元水を供給しなくともシリコン層の平坦性を向上させることが可能となる。なお、「水」は純水や超純水を含んでいる。
【００１６】
［適用例３］上記適用例にかかる半導体装置の製造方法であって、前記シリコン層における平坦性の向上により化学機械研磨法における機械的圧力の集中を抑制し、前記酸化シリコン層のエッチング速度を低下させることで、前記シリコン層における残り層厚の減少を抑制することを特徴とする。
【００１７】
上記した製造方法によれば、シリコン層の平坦化に伴い、シリコン層のエッチング速度を低下させることができる。そのため、シリコン層の厚さを保持した状態で平坦化を進めることが可能となり、平坦化処理によるシリコン層の消失、過度の薄層化を抑制することが可能となる。
【００１８】
［適用例４］本適用例にかかる半導体装置の製造方法は、（１）基板表面に位置するシリコン層を、研磨液として電解還元水を用いて化学機械研磨法を用いて研磨する工程と、（２）前記シリコン層を酸化雰囲気に晒す工程と、（３）再び前記（１）を行う工程と、を含むことを特徴とする。
【００１９】
これによれば、化学機械研磨法を用いて研磨することで、酸化シリコン層の凸部に他の領域と比べ高い機械的圧力が印加される。高い機械的圧力が印加されることで酸化シリコン層は摩滅し、シリコン層が露出する。この状態で酸化雰囲気に晒し、酸化シリコン層を形成することで、シリコン層が露出した部分、即ち機械的圧力が集中する凸部が酸化雰囲気に依存する一定の層厚を有するよう酸化される。この状態で再度（１）の工程を行うため、酸化に伴い、シリコン層が露出した部分が減少する。このため、工程を一巡させる場合でのシリコン層の凸部における除去量を一定量に制御することが可能となり、シリコン層が露出した部分に対してエッチングを進める工程と比べ、高い再現性を有する平坦化を行うことが可能となる。
【００２０】
［適用例５］上記適用例にかかる半導体装置の製造方法であって、前記電解還元水に代えて水を用いることを特徴とする。
【００２１】
上記した製造方法によれば、水を用いても電解還元水を用いた場合と同様な効果を得ることができる。そのため、電解還元水を供給しなくともシリコン層の平坦性を向上させることが可能となる。なお、「水」は純水や超純水を含んでいる。
【００２２】
［適用例６］上記適用例にかかる半導体装置の製造方法であって、前記シリコン層はポリシリコン層であることを特徴とする。
【００２３】
上記した製造方法によれば、結晶粒界で突起形状を有する酸化シリコン層で覆われたポリシリコン層の突起部を良好に平坦化することが可能となる。当該突起部では、化学機械研磨法を用いる場合に、機械的圧力が集中して印加されることで酸化シリコン層が除かれ、ポリシリコン層の突起部が露出し、選択的に除去される。そのため、突起形状を選択的に平坦化しうる製造方法を提供することが可能となる。
【００２４】
［適用例７］本適用例にかかる電気光学装置は、上記した半導体装置の製造方法を用いて形成される半導体装置を含むことを特徴とする。
【００２５】
これによれば、本適用例にかかる電気光学装置は、上記した半導体装置の製造方法を用いて形成された半導体装置を用いるため、従来技術と比べ高精細な表示品位を有する電気光学装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。
（ＣＭＰ装置）
以下、本実施形態にかかるＣＭＰ工程を行うＣＭＰ装置について、図面を参照して説明する。図１は、ＣＭＰ装置の構成を説明するための模式断面図である。ＣＭＰ装置１は、ターンテーブル１０１、研磨パッド１０２、リテーナリング１０３、スラリー供給部１０４、エアシリンダ１０５、エアバッグ１０６を含む。
【００２７】
ターンテーブル１０１は公転運動を行わせるべく矢印に示す向きに回転させる公転機構を有している。
研磨パッド１０２は、ウェハＷと直接接触してウェハＷに機械的応力を与える機能を有している。
リテーナリング１０３は、ウェハＷを覆うように配置され、ウェハＷの外縁部の断面形状が丸くなる（ウェハエッジロールオフ）現象を抑制する機能を有している。
スラリー供給部１０４は、スラリー１０７を研磨パッド１０２に供給する機能を有している。エアバッグ１０６は、ウェハＷを研磨パッド１０２に押し付けるための圧力を供給する機能を有している。
エアシリンダ１０５は、エアバッグ１０６とリテーナリング１０３に圧力を掛けて押さえつける機能を有している。また、同時に矢印に示す向きに回転させる自転機構を有している。
ＣＭＰ装置１を用いることで、ウェハＷの凸部に選択的に圧力を掛けてエッチングを進めることが可能となり、ウェハＷを平坦化することが可能となる。
【００２８】
（電解還元水供給装置）
次に、本実施形態で用いられる電解還元水の供給装置を、図面を用いて説明する。図２は、電解還元水供給装置が果たす機能を説明する模式断面図である。電解還元水供給装置２００は、電解質容器２０１、電解酸化水容器２０２、電解還元水容器２０３、イオン交換膜２０４，２０５、陽極２０６、陰極２０７、電源２０８を含む。
【００２９】
そして、電解質容器２０１は炭酸アンモニウムの飽和水溶液が、電解酸化水容器２０２中では電解酸化水が、電解還元水容器２０３は電解還元水が、それぞれ配置されている。以下、電解還元水の発生機構について説明する。
【００３０】
初期状態では、電解酸化水容器２０２、電解還元水容器２０３中には超純水が配置され、電解質容器２０１内には炭酸アンモニウムの飽和水溶液が配置されている。なお、始動時に予め作成してある電解酸化水を電解酸化水容器２０２に入れ、電解還元水を電解還元水容器２０３に入れておくことで、超純水の比抵抗を下げた状態にしておくことが好ましい。
【００３１】
電源２０８から陰極２０７に電子を供給し、陽極２０６から電子を吸い上げるよう電流を供給すると、陽極２０６側では水の電気分解により以下の反応が生じる。
２Ｈ2Ｏ→Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ-。
また、炭酸イオンがイオン交換膜２０４を介して侵入するため、以下の反応も生じる。
２（ＣＯ3）-2→２ＣＯ2＋Ｏ2＋４ｅ-。
上記した反応により、電解酸化水容器２０２中の水は酸性を有し、さらに高い酸化性を備えた電解酸化水となる。電解酸化水のｐＨは例えば２〜３程度であり、酸化還元電位（ＯＲＰ）は例えば９００（ｍＶｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ）程度の値を有している。
【００３２】
そして、陰極２０７側では同様に水の電気分解により、以下の反応が生じる。
２Ｈ2Ｏ＋２ｅ-→２ＯＨ-＋Ｈ2。
また、アンモニウムイオンがイオン交換膜２０５を介して侵入するため、以下の反応も生じる。
２（ＮＨ4）+＋２ｅ-→２ＮＨ3＋Ｈ2。
上記した反応により、電解還元水容器２０３中の水はアルカリ性を有し、さらに高い還元性を備えた電解還元水となる。電解還元水のｐＨは例えば１０程度であり、酸化還元電位（ＯＲＰ）は例えば−７００（ｍＶｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ）程度の値を有している。
このように電解還元水を供給することで、アルカリ金属、アルカリ土類金属を使わずに電解還元水を供給することが可能となる。
【００３３】
（ＣＭＰ工程を用いたポリシリコン層の平坦化工程−１）
次に、上記したＣＭＰ工程を用いてポリシリコン層を平坦化する工程について説明する。図３（ａ）〜（ｃ）、図４（ａ），（ｂ）はポリシリコン層３０３を含むウェハＷの断面形状を示す模式工程断面図である。まず、ガラス等を用いた基板３０１上に酸化シリコン等を用いたバッファ層３０２を堆積する。そして、ポリシリコン層前駆体３０３ａとしての非晶質シリコン層を堆積する。層厚としては例えば３０〜１００ｎｍ程度の値が好適である。ここまでの工程を終えた状態を図３（ａ）に示す。
【００３４】
次に、ポリシリコン層前駆体３０３ａにエキシマレーザ等をスキャンしながら照射することでポリシリコン層３０３に改質する。この工程途中の状態を図３（ｂ）に示す。
【００３５】
次に、必要な領域をポリシリコン層３０３に改質させた後、大気雰囲気に晒し、自然酸化シリコン層３０４を形成する。自然酸化シリコン層３０４の厚さは、例えば１．５ｎｍ程度である。ここまでの工程を終えた状態を図３（ｃ）に示す。
【００３６】
次に、ウェハＷを上記したＣＭＰ装置１（図１参照）に装着し、平坦化処理を行う。図４（ａ）は、平坦化処理工程途中でのウェハＷの断面図である。自然酸化シリコン層３０４はＣＭＰ工程により研磨パッド１０２で研磨されることで凸部が除去され、除去された領域からポリシリコン層３０３のエッチングが進んでいる。ここでは、リテーナリング１０３（図１参照）等の部品は図示を省略している。なお、図４（ａ），（ｂ）は、図３（ａ）〜（ｃ）に対して上下向きを代えて記載している。そして平坦化を終了し、自然酸化シリコン層３０４を除去した状態のウェハＷの断面形状を図４（ｂ）に示す。
【００３７】
ここでは、スラリー供給部１０４から供給されるスラリー１０７として上記した電解還元水を用いている。電解還元水のｐＨは１０．４４、酸化還元電位（ＯＲＰ）は−６９１（ｍＶｖｓ．Ａｇ／ＡｇＣｌ）の値を有するものを用いている。研磨条件は、公転は行わず自転のみを用いて行っている。自転速度は３００ｒｐｍに設定している。そして、研磨パッド１０２に２００〜３００μｍ程度押し込んだ状態で研磨を行っている。研磨パッド１０２としては、ここでは株式会社富士見インコープレイテッド製サーフィン０００（Ｓｉウェハ仕上研磨用）を用いている。図５は、この条件でＣＭＰ工程を行った場合の研磨時間と平坦性変化について示したグラフである。横軸は研磨時間（分）、縦軸は自乗表面粗さの変化率（ＣＭＰ工程前の状態に規格化したもの）である。平坦性の変化評価にはＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：原子間力顕微鏡）を用いて測定している。図５に示すように、スラリー１０７として電解還元水を用いてＣＭＰ工程を行うことで、表面粗さが小さくなることが分かる。
【００３８】
ここで、平坦化工程は以下に示す機構で進むものと推測している。電解還元水はシリコンをエッチングする機能を有しているが、酸化シリコンをエッチングする機能は有していない。そのため、自然酸化シリコン層３０４（図３（ｃ）参照）がある場合には、全くエッチングが進行しない。図６は、電解還元水中にウェハＷを浸した状態での、自然酸化シリコン層３０４が形成されたポリシリコン層３０３における厚みの経時変化を調べたグラフである。
【００３９】
図６に示されるようにこの状態では全くポリシリコン層３０３の厚みが変わらないことで確認することができる。この状態でＣＭＰ工程を行うと、ポリシリコン層３０３の凸部に機械的応力がかかり、自然酸化シリコン層３０４が除去される。自然酸化シリコン層３０４が除去され、ポリシリコン層３０３が露出すると電解還元水によりポリシリコン層３０３はエッチングされる。即ち、凸部のみが選択的に除去されることとなり、平坦化が進む。
【００４０】
次に、平坦化に伴うポリシリコン層３０３の層厚変化量について説明する。ポリシリコン層３０３の層が薄くなると、ポリシリコン層３０３に形成されるデバイスの特性に影響するため、凸部以外のエッチング量は少ないことが望ましい。
【００４１】
図７は、研磨時間に対するポリシリコン層３０３の層厚変化率を示すグラフである。この図を見ると、１０分程度経過した後は、ポリシリコン層３０３が余り削れていないことが分かる。即ち、平坦性が確保できた後は、ポリシリコン層３０３にかかる圧力が分散するため、自然酸化シリコン層３０４の機械的除去が止まり、ＣＭＰ工程による過剰な除去が抑制されることが分かる。
【００４２】
そのため、ＣＭＰ処理時間が多少変動しても安定した平坦性と残り厚を保って平坦化を行うことが可能となることが分かる。図８（ａ）は、ＣＭＰ工程前のウェハＷにおける表面粗さを示すＡＦＭ測定結果であり、（ｂ）はＣＭＰ工程後のウェハＷにおける表面粗さを示すＡＦＭ測定結果である。両図を比較することで、ＣＭＰ工程を用いたウェハＷの表面粗さが小さくなっていることが分かる。
【００４３】
（ＣＭＰ工程を用いたポリシリコン層の平坦化工程−２）
次に、電解還元水に代えて、水（超純水）をスラリーとして用いてＣＭＰ工程を行う例について説明する。電解還元水に代えて超純水を用いたこと以外は、（ＣＭＰ工程を用いたポリシリコン層の平坦化工程−１）と同じ条件を用いている。
【００４４】
この条件でＣＭＰ工程を行った場合の研磨時間と平坦性変化について説明する。図９は、研磨時間と平坦性変化との関係を示すグラフである。横軸は研磨時間（分）、縦軸は自乗表面粗さの変化率（ＣＭＰ工程前の状態に規格化したもの）である。この場合においてもＣＭＰ工程を用いることで平坦性を向上させることができることが示されている。図１０は、研磨時間に対するポリシリコン層３０３の層厚変化率を示すグラフである。この場合、ＣＭＰ処理時間が延びると、ポリシリコン層３０３の厚みが減っていく傾向が見られている。従って、電解還元水を用いる場合と比べＣＭＰ条件を精密に設定する必要が生じるが、電解還元水を発生する装置を用いる必要が無くなるという利点がある。図１１は、純水で行ったＣＭＰ工程後のウェハＷにおける表面粗さを示すＡＦＭ測定結果である（ＣＭＰ工程前の状態は図８（ａ）と同じ）。図８（ａ）と図１１とを比較することで、ＣＭＰ工程を用いたウェハＷの表面粗さが小さくなっていることが示されている。
【００４５】
（変形例−１）
上記した平坦化工程では、自然酸化により自然酸化シリコン層３０４（図３（ｃ）参照）を形成したが、これは積極的に酸化を行っても良い。例えば純水：過酸化水素：塩酸＝６：１：１のものに浸漬する方法を用いることができる。この工程により、酸化シリコン層３０５は３ｎｍ程度の厚さを有するよう酸化を受ける。ここで、酸化シリコン層３０５の製造方法としては、大気中での放置による自然酸化法を用いても良い。また、温度１０８℃程度に加熱した濃度４０ｗ％の硝酸に浸漬した後、６８ｗ％の濃度を持つ共沸硝酸に浸漬する２段酸化法を用いても良い。また、酸素や笑気ガスを用いてプラズマ酸化を行っても良い。また、酸化以外の方法として、例えばＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：原子層堆積法）を用いて酸化シリコン層を形成しても良い。
【００４６】
また、電解還元水を製造する場合に、炭酸アンモニウムの飽和水溶液を用いているが、これは飽和水溶液でなくとも良く、希釈された炭酸アンモニウムの水溶液を用いても良い。また、塩化アンモニウム等の塩を用いても良い。また、後工程での洗浄に注意を払うことで、塩化ナトリウムや塩化カリウム等の水溶液を用いても良い。また、電解還元水を製造する場合に、３室型の電解還元水供給装置２００（図２参照）を用いた例について説明したが、これは２室型の供給装置を用いても良く、特に炭酸アンモニウムを用いる場合には、アルカリ金属の侵入が生じないためより平易な構造を持ち、整備を容易なものとすることができる。
【００４７】
（ＣＭＰ工程を用いたポリシリコン層の平坦化工程−３）
次に、ＣＭＰ工程を続けて行い、平坦化する工程に代えて、ＣＭＰ工程と酸化工程を繰り返すことで平坦化を行う実施形態について説明する。ＣＭＰ工程としては上記したどちらの技術を用いても良いが、便宜上（ＣＭＰ工程を用いたポリシリコン層の平坦化工程−１）で用いた方法に準拠する場合について説明する。この方法では、以下の手順を踏んで平坦化が進められている。図１２（ａ）は、ステップ１終了後のウェハＷの断面図、（ｂ）は、ステップ２終了後のウェハＷの断面図である。ステップ１を終了した状態では、ポリシリコン層３０３の全面が酸化されている。そしてステップ２を終了した状態では、ＣＭＰ工程によりポリシリコン層３０３における突起状の凸部が選択的に除去される。以下、この工程について詳細に説明する。
【００４８】
まず、ステップ１として、ポリシリコン層３０３上に酸化シリコン層３０５を形成する。酸化シリコン層３０５の形成には、例えば純水：過酸化水素：塩酸＝６：１：１程度の比率を有する酸化剤に浸漬する方法を用いることができる。この工程により、酸化シリコン層３０５は３ｎｍ程度の厚さを有するよう酸化を受ける。ここで、酸化シリコン層３０５の製造方法としては、大気中での放置による自然酸化法を用いても良い。また、温度１０８℃程度に加熱した濃度４０ｗ％の硝酸に浸漬した後、６８ｗ％の濃度を持つ共沸硝酸に浸漬する２段酸化法を用いても良い。また、ドライプロセスを用いて、酸素や笑気ガス等によりプラズマ酸化を行っても良い。
【００４９】
この酸化工程は、ポリシリコン層３０３が露出している領域では酸化種が直接ポリシリコン層３０３に到達するため、酸化速度は大きくなる。一方、酸化シリコン層３０５で覆われている領域では、酸化速度は低くなり、酸化が実質的に止まる。そのため、ステップ１を行うことで、ポリシリコン層３０３の凸部を常に一定量酸化させることができる。換言すれば、ステップ１は、ポリシリコン層３０３が露出した部分（凸部）を酸化により減らすステップである。
【００５０】
次に、ステップ２として、電解還元水を用いてＣＭＰ工程を行う。この手順によりポリシリコン層３０３の凸部に位置する酸化シリコン層３０５が応力を受け、選択的に除去される。換言すれば、ステップ２は、ポリシリコン層３０３に形成された酸化シリコン層３０５の凸部をＣＭＰ工程により除去するステップである。そして、再びステップ１を実行する。
【００５１】
そして、後工程で必要な平坦性が得られた時点で上記工程を終了する。この製造工程を用いることで、ポリシリコン層３０３の凸部を一定量ずつ除去することが可能となり、極めて再現性の高い平坦化工程を提供することが可能となる。
【００５２】
（変形例−２）
上記した製造方法では、非晶質シリコンを改質して得られたポリシリコン層３０３（図３（ｃ）参照）に適用した例について説明したが、これはＣＶＤ法等、他の方法で形成されたポリシリコン層に対しても同様に対処することが可能である。また、ポリシリコン層に限らず、層厚に敏感なＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ−Ｏｎ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ：絶縁層上のシリコン）に対しても好適に応用可能である。特に貼り合わせ法等、表面平坦性と層厚との制御に精密な制御が必要な工程での応用が好適である。また、ＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐｓｒａｔｉｏｎ−ｂｙ−ＩＭｐｌａｎｔｅｄ−ＯＸｙｇｅｎ：酸素注入による分離）を行ったデバイスについても対応可能である。その他、平坦なシリコン層が要求される用途に応用可能であり、そのなかでも、特に層厚制御が望まれる用途に対して特に好適に用いることができる。また、単結晶シリコン基板に対しても同様に平坦化を行うことが可能である。
【００５３】
（電気光学装置）
次に、上記した工程で処理されたポリシリコン層３０３（図４（ｂ）参照）を含む電気光学装置について説明する。図１３（ａ）は、ポリシリコン層３０３を備えたモバイル型のパーソナルコンピュータにおける概略図である。パーソナルコンピュータ２０００は、ポリシリコン層３０３を備えた有機ＥＬパネル４００と本体部２０１０を備える。本体部２０１０には、電源スイッチ２００１及びキーボード２００２が設けられている。
【００５４】
図１３（ｂ）は、ポリシリコン層３０３を含む有機ＥＬパネル４００を備えた携帯電話機における概略図である。携帯電話機３０００は、複数の操作ボタン３００１及びスクロールボタン３００２、並びに表示ユニットとしての有機ＥＬパネル４００を備える。スクロールボタン３００２を操作することによって、有機ＥＬパネル４００に表示される画面がスクロールされる。
【００５５】
図１３（ｃ）は、ポリシリコン層３０３を備えた有機ＥＬパネル４００を適用した情報携帯端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）における概略図である。情報携帯端末４０００は、複数の操作ボタン４００１及び電源スイッチ４００２、並びに表示ユニットとしての有機ＥＬパネル４００を備える。電源スイッチ４００２を操作すると、住所録やスケジュール帳といった各種の情報が有機ＥＬパネル４００に表示される。
【００５６】
なお、ポリシリコン層３０３は有機ＥＬパネル４００以外の搭載例として、液晶パネルや、データ処理回路等についても用いることができる。また、光学的な用途に限定されることなく、論理回路や演算回路として用いることができる。特に、ポリシリコン層３０３の平坦性が高いことから、ポリシリコン層３０３をチャネルとしてトランジスタを形成する場合、ゲート絶縁層の凸部に生じる電界集中が緩和され、ゲート絶縁層を薄層化することが可能となる。そのため、高い相互コンダクタンスを有する高性能なトランジスタを提供することが可能となる。この性質は上記した論理回路や演算回路への適用に対して有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】ＣＭＰ装置の構成を説明するための模式断面図。
【図２】電解還元水の供給装置が果たす機能を説明する模式断面図。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、ポリシリコン層を含むウェハの断面形状を示す模式工程断面図。
【図４】（ａ），（ｂ）は、ポリシリコン層を含むウェハの断面形状を示す模式工程断面図。
【図５】ＣＭＰ工程を行った場合の研磨時間と平坦性変化について示したグラフ。
【図６】電解還元水中にウェハを浸した状態での、自然酸化シリコン層が形成されたポリシリコン層における厚みの経時変化を調べたグラフ。
【図７】研磨時間に対するポリシリコン層の層厚変化率を示すグラフ。
【図８】（ａ）は、ＣＭＰ工程前のウェハにおける表面粗さを示すＡＦＭ測定結果であり、（ｂ）はＣＭＰ工程後のウェハにおける表面粗さを示すＡＦＭ測定結果。
【図９】研磨時間と平坦性変化との関係を示すグラフ。
【図１０】研磨時間に対するポリシリコン層の層厚変化率を示すグラフ。
【図１１】純水で行ったＣＭＰ工程後のウェハにおける表面粗さを示すＡＦＭ測定結果。
【図１２】（ａ）は、ステップ１終了後のウェハの断面図、（ｂ）は、ステップ２終了後のウェハの断面図。
【図１３】（ａ）は、ポリシリコン層を備えたモバイル型のパーソナルコンピュータの概略図、（ｂ）は、ポリシリコン層を含む有機ＥＬパネルを備えた携帯電話機の概略図、（ｃ）は、ポリシリコン層を備えた有機ＥＬパネルを適用した情報携帯端末の概略図。
【符号の説明】
【００５８】
１…ＣＭＰ装置、１０２…研磨パッド、１０３…リテーナリング、１０４…スラリー供給部、１０５…エアシリンダ、１０６…エアバッグ、１０７…スラリー、２００…電解還元水供給装置、２０１…電解質容器、２０２…電解酸化水容器、２０３…電解還元水容器、２０４…イオン交換膜、２０５…イオン交換膜、２０６…陽極、２０７…陰極、２０８…電源、３０１…基板、３０２…バッファ層、３０３…ポリシリコン層、３０３ａ…ポリシリコン層前駆体、３０４…自然酸化シリコン層、３０５…酸化シリコン層、４００…有機ＥＬパネル、２０００…パーソナルコンピュータ、２００１…電源スイッチ、２００２…キーボード、２０１０…本体部、３０００…携帯電話機、３００１…操作ボタン、３００２…スクロールボタン、４０００…情報携帯端末、４００１…操作ボタン、４００２…電源スイッチ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板表面に位置するシリコン層の表面に、酸化シリコン層を形成する工程と、
前記酸化シリコン層を形成した前記基板を、研磨液（スラリー）として電解還元水を用いて化学機械研磨法を用いて研磨する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、前記電解還元水に代えて水を用いる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または２に記載の半導体装置の製造方法であって、前記シリコン層における平坦性の向上により化学機械研磨法における機械的圧力の集中を抑制し、前記酸化シリコン層のエッチング速度を低下させることで、前記シリコン層における残り層厚の減少を抑制することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
（１）基板表面に位置するシリコン層を、研磨液として電解還元水を用いて化学機械研磨法を用いて研磨する工程と、
（２）前記シリコン層を酸化雰囲気に晒す工程と、
（３）再び前記（１）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４に記載の半導体装置の製造方法であって、前記電解還元水に代えて水を用い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１〜５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法であって、前記シリコン層はポリシリコン層であ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１〜６のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法を用いて形成される半導体装置を含むことを特徴とする電気光学装置。
【請求項１】
基板表面に位置するシリコン層の表面に、酸化シリコン層を形成する工程と、
前記酸化シリコン層を形成した前記基板を、研磨液（スラリー）として電解還元水を用いて化学機械研磨法を用いて研磨する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、前記電解還元水に代えて水を用いる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または２に記載の半導体装置の製造方法であって、前記シリコン層における平坦性の向上により化学機械研磨法における機械的圧力の集中を抑制し、前記酸化シリコン層のエッチング速度を低下させることで、前記シリコン層における残り層厚の減少を抑制することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
（１）基板表面に位置するシリコン層を、研磨液として電解還元水を用いて化学機械研磨法を用いて研磨する工程と、
（２）前記シリコン層を酸化雰囲気に晒す工程と、
（３）再び前記（１）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４に記載の半導体装置の製造方法であって、前記電解還元水に代えて水を用い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１〜５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法であって、前記シリコン層はポリシリコン層であ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１〜６のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法を用いて形成される半導体装置を含むことを特徴とする電気光学装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図８】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図８】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−２６７１９８（Ｐ２００９−２６７１９８Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１１６７６０（Ｐ２００８−１１６７６０）
【出願日】平成２０年４月２８日（２００８．４．２８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【出願人】（５０４１８０２３９）国立大学法人信州大学 (759)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月２８日（２００８．４．２８）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【出願人】（５０４１８０２３９）国立大学法人信州大学 (759)
【Ｆターム（参考）】
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