(57)【要約】      （修正有）【課題】被研磨材の凸部分では研磨速度が高く、凹部分では研磨速度が低く、さらに、平坦性の高い研磨面とするためのＳＴＩ用化学機械研磨方法を提供する。【解決手段】凹凸を有する基板１１と、該基板の凸部上に形成された絶縁膜１２と、上記基板の凹部及び上記絶縁膜を覆うように形成された埋め込み絶縁層１３と、を有し、且つ、表面に凹凸を有する被研磨材の研磨方法において、研磨速度を５００Å／分以下とすることのできるスラリー(Ａ)を用い、上記埋め込み絶縁層１３を平坦化する第１研磨工程と、研磨速度を６００Å／分以上とすることのできるスラリー(Ｂ)を用い、上記埋め込み絶縁層を更に研磨し、上記凸部上の絶縁膜１２を露出させる第２工程と、を備える。【選択図】図１
2004349426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹凸を有する基板と、該基板の凸部上に形成されたストッパー層と、上記基板の凹部及び上記ストッパー層を覆うように形成された埋め込み絶縁層と、を有し、且つ、表面に凹凸を有する被研磨材の研磨方法において、
研磨速度を５００Å／分以下とすることのできるスラリー（Ａ）を用い、上記埋め込み絶縁層を平坦化する第１研磨工程と、
研磨速度を６００Å／分以上とすることのできるスラリー（Ｂ）を用い、上記埋め込み絶縁層を更に研磨し、上記凸部上のストッパー層を露出させる第２工程と、
を備えることを特徴とするＳＴＩ用化学機械研磨方法。
【請求項２】
上記スラリー（Ａ）及び（Ｂ）は、セリア及びシリカから選ばれる少なくとも１種からなる砥粒を含有する請求項１に記載のＳＴＩ用化学機械研磨方法。
【請求項３】
上記スラリー（Ａ）及び（Ｂ）は、同一又は異なる有機酸の塩を含有する請求項１又は２に記載のＳＴＩ用化学機械研磨方法。
【請求項４】
上記スラリー（Ａ）及び（Ｂ）に含有される有機酸の塩が同一である場合、上記スラリー（Ａ）の中の有機酸の塩の含有量は、スラリー（Ｂ）の中の該塩の含有量より多い請求項３に記載のＳＴＩ用化学機械研磨方法。
【請求項５】
上記有機酸の塩は、ポリアクリル酸のカリウム塩及びアンモニウム塩、並びにドデシルベンゼンスルホン酸のカリウム塩及びアンモニウム塩から選ばれる少なくとも１種である請求項３又は４に記載のＳＴＩ用化学機械研磨方法。
【請求項６】
上記スラリー（Ａ）及び（Ｂ）に含有される有機酸の塩がいずれもポリアクリル酸のカリウム塩である場合、上記スラリー（Ａ）の中の有機酸の塩の含有量は、１．０質量％以上であり、上記スラリー（Ｂ）の中の有機酸の塩の含有量は、１．０質量％未満である請求項３乃至５のいずれかに記載のＳＴＩ用化学機械研磨方法。
【請求項７】
上記スラリー（Ａ）及び（Ｂ）に含有される有機酸の塩がいずれもポリアクリル酸のアンモニウム塩である場合、上記スラリー（Ａ）の中の有機酸の塩の含有量は、１．３質量％以上であり、上記スラリー（Ｂ）の中の有機酸の塩の含有量は、１．３質量％未満である請求項３乃至５のいずれかに記載のＳＴＩ用化学機械研磨方法。
【請求項８】
上記スラリー（Ａ）及び（Ｂ）に含有される有機酸の塩がいずれもドデシルベンゼンスルホン酸のアンモニウム塩である場合、上記スラリー（Ａ）の中の有機酸の塩の含有量は、０．０３質量％以上であり、上記スラリー（Ｂ）の中の有機酸の塩の含有量は、０．０３質量％未満である請求項３乃至５のいずれかに記載のＳＴＩ用化学機械研磨方法。
【請求項９】
被研磨材の研磨は、研磨装置に備わる研磨テーブルにて行われ、上記第１研磨工程及び上記第２研磨工程をそれぞれ同一又は異なる研磨テーブルにて行う請求項１乃至８のいずれかに記載のＳＴＩ用化学機械研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＳＴＩ用化学機械研磨方法に関し、更に詳しくは、半導体装置の製造における微細化素子分離（トレンチ分離）の平坦化のために用いることのできるＳＴＩ用化学機械研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の集積度の向上、多層配線化等にともない、メモリデバイスの記憶容量は飛躍的に増大している。これは、加工技術の微細化の進歩に支えられたものであるが、多層配線化等にもかかわらず、チップサイズは大きくなり、微細化にともない工程は増え、チップのコスト高を招いている。このような状況下、加工膜等の研磨に化学機械研磨の技術が導入され、注目を集めている。この化学機械研磨の技術を適用することにより、平坦化等、多くの微細化技術が具体化されている。
【０００３】
そのような微細化技術としては、例えば、微細化素子分離（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）、所謂、ＳＴＩ技術が知られている。このＳＴＩ技術においては、絶縁膜等の加工膜の平坦性が重要であり、加工膜の凹凸に柔軟に対応した最適な研磨剤を用いる必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高度なＳＴＩ技術の進歩に対応すべく、表面に凹凸を有する被研磨材であっても、ディッシング及びスクラッチが少なく、平坦性の高い研磨面を形成することができるＳＴＩ用化学機械研磨方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は以下に示される。
本発明のＳＴＩ用化学機械研磨方法は、凹凸を有する基板と、該基板の凸部上に形成されたストッパー層と、上記基板の凹部及び上記ストッパー層を覆うように形成された埋め込み絶縁層と、を有し、且つ、表面に凹凸を有する被研磨材の研磨方法において、研磨速度を５００Å／分以下とすることのできるスラリー（Ａ）を用い、上記埋め込み絶縁層を平坦化する第１研磨工程と、研磨速度を６００Å／分以上とすることのできるスラリー（Ｂ）を用い、上記埋め込み絶縁層を更に研磨し、上記凸部上のストッパー層を露出させる第２工程と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
本発明に係わるスラリー（Ａ）及びスラリー（Ｂ）としては、砥粒を含有するものであれば特に限定されない。この砥粒としては、特に限定されないが、公知の無機粒子、有機粒子、有機・無機複合粒子等を用いることができる。
無機粒子を構成する無機材料の具体例としては、シリカ、セリア、アルミナ、酸化チタン、酸化クロム、二酸化マンガン、三酸化二マンガン、酸化鉄、酸化ジルコニウム、炭化ケイ素、炭化ホウ素、ダイヤモンド、炭酸バリウム等が挙げられる。これらの材料からなる無機粒子は、１種単独であるいは２種以上を組み合わせて用いることができる。
上記シリカとしては、気相中で塩化ケイ素、塩化アルミニウム、塩化チタン等を、酸素及び水素と反応させるヒュームド法により合成されたヒュームド法シリカ；金属アルコキシドから加水分解縮合して合成するゾルゲル法により合成されたシリカ；精製により不純物を除去した無機コロイド法等により合成されたコロイダルシリカ等を用いることができる。
【０００７】
有機粒子を構成する有機材料の具体例としては、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、スチレン系共重合体、ポリアセタール、飽和ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−１−ブテン、ポリ−４−メチル−１−ペンテン等のポリオレフィン、オレフィン系共重合体、フェノキシ樹脂、ポリメチルメタクリレート等の（メタ）アクリル系樹脂等の熱可塑性樹脂や、スチレン、メチルメタクリレート等と、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレート等とを共重合させて得られる架橋構造を有する共重合樹脂、更に、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、アルキッド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂等が挙げられる。
これらの材料からなる有機粒子は、乳化重合法、懸濁重合法、乳化分散法、粉砕法等、各種の方法により製造することができる。尚、これらの材料からなる有機粒子は、１種単独であるいは２種以上を組み合わせて用いることができる。
【０００８】
また、有機・無機複合粒子としては、無機粒子と有機粒子とが、研磨中に容易に分離しない程度に一体化されていればよく、その種類、構成等は特に限定されない。例えば、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート等の重合体粒子の存在下、アルコキシシラン、アルミニウムアルコキシド、チタンアルコキシド等を重縮合させ、重合体粒子の少なくとも表面に、ポリシロキサン等が結合されてなるものを使用することができる。尚、生成する重縮合体は、重合体粒子が有する官能基に直接結合されていてもよいし、シランカップリング剤等を介して結合されていてもよい。
【０００９】
また、上記有機・無機複合粒子としては、重合体粒子等の有機粒子の表面にシリカ、セリア、アルミナ等の無機微粒子を付着させたものを用いることもできる。これらは静電気的に保持されていてもよいし、無機微粒子が有するヒドロキシル基等の官能基とシランカップリング剤等により有機粒子に化学的に結合されていてもよい。
上記有機・無機複合粒子としては、符号の異なるゼータ電位を有する有機粒子と無機粒子とが静電力により結合されてなるものを使用することもできる。
有機粒子のゼータ電位は、全ｐＨ域あるいは低ｐＨ域を除く広範な領域に渡って負であることが多いが、カルボキシル基、スルホン酸基等を有する重合体からなる有機粒子とすることによって、より確実に負のゼータ電位を有する有機粒子とすることができる。また、アミノ基等を有する有機粒子とすることにより、特定のｐＨ域において正のゼータ電位を有する有機粒子とすることもできる。
一方、無機粒子のゼータ電位はｐＨ依存性が高く、この電位が０となる等電点を有し、その前後でゼータ電位の符号が逆転する。
従って、特定の有機粒子と無機粒子とを組み合わせ、それらのゼータ電位が逆符号となるｐＨ域で混合することによって、静電力により有機粒子と無機粒子とを一体に複合化することができる。また、混合時、ゼータ電位が同符号であっても、その後、ｐＨを変化させ、ゼータ電位を逆符号とすることによって、有機粒子と無機粒子とを一体とすることもできる。
更に、上記有機・無機複合粒子は、このように静電力により一体に複合化された粒子の存在下、前記のようにアルコキシシラン、アルミニウムアルコキシド、チタンアルコキシド等を重縮合させ、この粒子の少なくとも表面に、更にポリシロキサン等が結合されて複合化されてなるものを用いることもできる。
【００１０】
上記砥粒は、無機粒子、有機粒子及び有機・無機複合粒子を１種単独であるいは２種以上を組み合わせて用いることができる。
上記スラリー（Ａ）及び（Ｂ）に含有される砥粒は、いずれもセリア及びシリカから選ばれる少なくとも１種の無機粒子であることが好ましい。
また、上記スラリー（Ａ）及び（Ｂ）に含有される砥粒の平均粒子径は、いずれも好ましくは５〜１０００ｎｍ、より好ましくは５〜７００ｎｍ、更に好ましくは１０〜５００ｎｍである。この平均粒子径が５ｎｍ未満では、研磨速度が十分でない場合があり、一方、１０００ｎｍを超えると、ディッシング及びエロージョンの抑制が不十分となり、また、砥粒がスラリー中に沈降し、分離し、安定性に劣る傾向がある。尚、上記範囲の平均粒子径を有する砥粒であれば、研磨速度が大きく、ディッシング及びエロージョンが十分に抑制され、且つ粒子の沈降、分離を生ずることのない、安定なスラリーとすることができる。
上記砥粒の平均粒子径は、レーザー散乱回折型測定機あるいは透過型電子顕微鏡等により測定することができる。
【００１１】
尚、上記砥粒には、鉄、ニッケル、亜鉛、ナトリウム等の金属あるいはそのイオンが含有されないことが好ましく、これら不純物金属含有量を１０ｐｐｍ以下とすることが好ましい。より好ましくは５ｐｐｍ以下、更に３ｐｐｍ以下、特に１ｐｐｍ以下に抑えることが好ましい。これによって、研磨処理後の研磨面に残留せず、歩留まり低下を引き起こす可能性が低くなる。
【００１２】
また、上記スラリー（Ａ）及び（Ｂ）に含有される砥粒の含有量は、いずれも各スラリー全体に対して、好ましくは０．０２〜２０質量％、より好ましくは０．０５〜１０質量％、更に好ましくは０．１〜５質量％である。
砥粒がセリアである場合、その含有量は、スラリー全体に対して、好ましくは０．０２〜５質量％、より好ましくは０．０５〜４質量％、更に好ましくは０．１〜３質量％である。また、砥粒がシリカである場合、その含有量は、スラリー全体に対して、好ましくは０．５〜２０質量％、より好ましくは１〜１５質量％、更に好ましくは２〜１２質量％である。上記砥粒の含有量が上記範囲外では、各スラリーの安定性が低下する傾向にある。尚、各スラリーに含有される砥粒の種類及び含有量は、スラリー（Ａ）及び（Ｂ）において、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００１３】
上記スラリー（Ａ）及び（Ｂ）は研磨速度が異なるという性質を有するものであり、各スラリーには、その研磨速度を調整させるため、更には、分散状態の安定性を向上させるため、あるいは、２種以上の被加工膜等、硬度の異なる被研磨材の研磨に用いた場合の研磨速度の差異を調整したりする等の研磨性能を向上させるために、水溶性高分子、界面活性剤、酸、塩基、酸化剤、多価金属のイオン等の添加剤を配合することができる。
【００１４】
上記水溶性高分子としては特に限定されず、例えば、（１）ポリ（メタ）アクリル酸等のポリカルボン酸、ポリ（メタ）アクリル酸系共重合体及びこれらのアンモニウム塩、アルキルアンモニウム塩（アルキル基の炭素数は、好ましくは１〜２である。）、カリウム塩、（２）ポリスチレンスルホン酸、ポリイソプレンスルホン酸及びこれらのアンモニウム塩、カリウム塩、（３）アクリル酸、メタクリル酸、スチレンスルホン酸（又はその塩）、ナフタレンスルホン酸（又はその塩）、イソプレンスルホン酸（又はその塩）等のビニル系単量体と、（メタ）アクリルアミド系の親水性単量体との共重合体、（４）アクリル酸、メタクリル酸、スチレンスルホン酸（又はその塩）、ナフタレンスルホン酸（又はその塩）、イソプレンスルホン酸（又はその塩）等のビニル系単量体と、（メタ）アクリル酸エステルと、疎水性芳香族単量体との共重合体、（５）グルタミン酸を縮合重合して得られるポリグルタミン酸、（６）ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、ポリエチレンイミン等の含窒素重合体等が挙げられる。これらは１種単独であるいは２種以上を組み合わせて用いることができる。
上記水溶性高分子を用いる場合には、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（溶媒は水であり、以下、「水系ＧＰＣ」という。）で測定したポリエチレングリコール換算の重量平均分子量が、１０００〜１０００００であるものが好ましく、２０００〜５００００であるものが更に好ましい。
【００１５】
水溶性高分子を上記スラリー（Ａ）及び（Ｂ）の各スラリーに含有させる場合、その含有量は、いずれも各スラリー全体に対して、好ましくは０．００１〜１０質量％、より好ましくは０．００５〜５質量％、更に好ましくは０．０１〜３質量％である。尚、各スラリーに含有される水溶性高分子の種類及び含有量は、スラリー（Ａ）及び（Ｂ）において、同じであってもよいし、異なっていてもよいが、研磨速度を考慮し、含有量は、通常、異なる。
【００１６】
上記界面活性剤としては、カチオン系、アニオン系及びノニオン系のいずれをも用いることができる。これらのうち、カチオン系界面活性剤としては、脂肪族アミン塩、脂肪族アンモニウム塩等が挙げられる。また、アニオン系界面活性剤としては、脂肪酸石鹸、アルキルエーテルカルボン酸塩等のカルボン酸塩、ドデシルベンゼンスルホン酸塩等のアルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩等のスルホン酸塩、ラウリル硫酸塩等の高級アルコール硫酸エステル塩、アルキルエーテル硫酸塩、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸塩等の硫酸エステル塩、アルキルリン酸エステル塩等のリン酸エステル塩等が挙げられる。更に、ノニオン系界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル等のエーテル型、グリセリンエステルのポリオキシエチレンエーテル等のエーテルエステル型、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、グリセリンエステル、ソルビタンエステル等のエステル型等が挙げられる。上記界面活性剤は、１種単独であるいは２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００１７】
界面活性剤を上記スラリー（Ａ）及び（Ｂ）の各スラリーに含有させる場合、その含有量は、いずれも各スラリー全体に対して、好ましくは０．００１〜２質量％、より好ましくは０．００５〜１質量％、更に好ましくは０．０２〜０．５質量％である。尚、各スラリーに含有される界面活性剤の種類及び含有量は、スラリー（Ａ）及び（Ｂ）において、同じであってもよいし、異なっていてもよいが、研磨速度を考慮し、含有量は、通常、異なる。
【００１８】
尚、本発明に係わるスラリー（Ａ）及び（Ｂ）に含有される水溶性高分子あるいは界面活性剤としては、有機酸の塩が好ましく、ポリ（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリル酸系共重合体、ポリスチレンスルホン酸及びポリイソプレンスルホン酸の各カリウム塩、アンモニウム塩が好ましい。特に好ましくは、ポリアクリル酸のカリウム塩及びアンモニウム塩、並びにドデシルベンゼンスルホン酸のカリウム塩及びアンモニウム塩である。
また、上記有機酸の塩は、スラリー（Ａ）及び（Ｂ）に同じ種類のものが含有されてもよいし、異なる種類のものが含有されてもよい。
【００１９】
本発明において、上記スラリー（Ａ）及び（Ｂ）のそれぞれに含有される有機酸の塩の種類及びその含有量は、各研磨速度を５００Å／分以下、及び、６００Å／分以上と、異なるものとするために重要な条件である。例えば、上記スラリー（Ａ）及び（Ｂ）に含有される有機酸の塩が同一である場合、上記スラリー（Ａ）の中の有機酸の塩の含有量は、スラリー（Ｂ）の中のその含有量より多いことが好ましい。
【００２０】
具体的には、上記スラリー（Ａ）及び（Ｂ）に含有される有機酸の塩がいずれもポリアクリル酸のカリウム塩である場合、上記スラリー（Ａ）の中の有機酸の塩の含有量は、好ましくは１．０質量％以上、より好ましくは１．０〜３．０質量％であり、上記スラリー（Ｂ）の中の有機酸の塩の含有量は、好ましくは１．０質量％未満、より好ましくは０．０１〜０．９質量％である。
また、上記スラリー（Ａ）及び（Ｂ）に含有される有機酸の塩がいずれもポリアクリル酸のアンモニウム塩である場合、上記スラリー（Ａ）の中の有機酸の塩の含有量は、好ましくは１．３質量％以上、より好ましくは１．３〜３．０質量％であり、上記スラリー（Ｂ）の中の有機酸の塩の含有量は、好ましくは１．３質量％未満、より好ましくは０．０１〜１．２５質量％である。
更に、上記スラリー（Ａ）及び（Ｂ）に含有される有機酸の塩がいずれもドデシルベンゼンスルホン酸のアンモニウム塩である場合、上記スラリー（Ａ）の中の有機酸の塩の含有量は、好ましくは０．０３質量％以上、より好ましくは０．０３〜０．３質量％であり、上記スラリー（Ｂ）の中の有機酸の塩の含有量は、好ましくは０．０３質量％未満、より好ましくは０．００１質量％以上０．０３質量％未満である。
【００２１】
また、上記スラリー（Ａ）及び（Ｂ）に含有される有機酸の塩が異なる場合、これらの好ましい含有量は、下記に規定する方法によって、研磨速度が５００Å／分以下となるもの、及び、研磨速度が６００Å／分以上となるものから決定することができる。
【００２２】
上記添加剤としての酸も特に限定されず、有機酸、無機酸のいずれをも用いることができる。これらの酸を含有させることによって、スラリーを安定させ、選択性を向上させることができる。
有機酸としては、パラトルエンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、イソプレンスルホン酸、グルコン酸、乳酸、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸、グリコール酸、マロン酸、ギ酸、シユウ酸、コハク酸、フマル酸、マレイン酸及びフタル酸等が挙げられる。
無機酸としては硝酸、硫酸及びリン酸等が挙げられる。
これら有機酸及び無機酸は、それぞれ１種単独であるいは２種以上を組み合わせて用いることができ、更に、有機酸と無機酸とを併用することもできる。
【００２３】
酸を上記スラリー（Ａ）及び（Ｂ）の各スラリーに含有させる場合、その含有量は、いずれも好ましくは２質量％以下、より好ましくは１質量％以下である。上記酸の含有量が上記範囲であれば、砥粒の分散性に優れ、十分に安定なスラリーとすることができ、また、過度のエッチング等も抑えることができる。
【００２４】
また、塩基を含有させ、使用する砥粒の構成材料によってｐＨを調整し、砥粒の分散性、研磨速度及び選択性をより向上させることができる。この塩基としては特に限定されず、有機塩基、無機塩基のいずれをも用いることができる。
有機塩基としては、エチレンジアミン、エタノールアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド等の含窒素有機化合物等が挙げられる。
また、無機塩基としては、アンモニア、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウム等が挙げられる。これら有機塩基及び無機塩基は、それぞれ１種単独であるいは２種以上を組み合わせて用いることができ、更に、有機塩基と無機塩基とを併用することもできる。
【００２５】
塩基を上記スラリー（Ａ）及び（Ｂ）の各スラリーに含有させる場合、その含有量は、いずれも好ましくは１質量％以下である。
尚、各スラリーのｐＨは、被研磨材の電気化学的性質、砥粒の分散性、安定性、並びに研磨速度を勘案しつつ、砥粒が安定して存在し得る範囲内で適宜選択すればよいが、砥粒としてシリカを用いる場合の好ましいｐＨは９〜１２（より好ましくは１０〜１１）であり、セリアを用いる場合の好ましいｐＨは３〜１２（より好ましくは５〜１０）である。これらの範囲とすることによって、研磨面の平坦性を向上させることができる。
【００２６】
上記酸化剤としては、過酸化水素、過硫酸塩、ヘテロポリ酸等が挙げられる。また、上記多価金属のイオンとしては、アルミニウム、チタン、セリウム等のイオンが挙げられる。
【００２７】
各スラリーの媒体としては、水、水及びアルコール（メタノール等）の混合媒体、水及び更に他の成分の混合媒体等が挙げられる。これらのうち、水のみを用いることが特に好ましい。
【００２８】
尚、本発明において、上記スラリー（Ａ）及び（Ｂ）の研磨速度は、以下の条件によって決められる。即ち、研磨パッド（ロデール社製、商品名「ＩＣ１０００（Ｐ）」）を備える研磨装置（荏原製作所社製、型式「ＥＰＯ１１２」）を用い、被研磨材として、下記で説明するパターンなしＰＥＴＥＯＳ（ＰｌａｓｍａＥｎｈａｎｃｅｄ−ＴＥＯＳ）からなる均一膜を下記の条件で研磨して測定される。
〔研磨条件〕
キャリア荷重      ；５００ｇ／ｃｍ２
キャリア回転数    ；１０７ｒｐｍ
研磨テーブル回転数；１００ｒｐｍ
スラリー供給量    ；２００ミリリットル／分
研磨時間          ；１分。
上記のようにして、スラリー（Ａ）及び（Ｂ）とされた後、各スラリーは、本発明の研磨方法における第１研磨工程及び第２研磨工程に用いられる。
【００２９】
本発明のＳＴＩ用化学機械研磨方法は、凹凸を有する基板と、この基板の凸部上に形成されたストッパー層と、上記基板の凹部及び上記ストッパー層を覆うように形成された埋め込み絶縁層と、を有し、且つ、表面に凹凸を有する被研磨材の研磨を好適に行うものである。
【００３０】
上記基板の形状、大きさ、更には、凹凸の形状及びその大きさ、凹部の深さ等は特に限定されない。また、この基板を構成する材料としては、シリコン等が挙げられる。
上記ストッパー層の厚さ等は特に限定されない。尚、上記ストッパー層は、そのすべてが上記基板の凸部に形成されていてもよいし、一部のみが形成されていてもよい。また、上記埋め込み絶縁層の厚さ等も特に限定されない。
上記ストッパー層及び上記埋め込み絶縁層を構成する材料としては、窒化珪素、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化シリコン中に少量のホウ素及びリンを添加したホウ素リンシリケート膜（ＢＰＳＧ膜）、酸化シリコンにフッ素をドープしたＦＳＧ（Ｆｌｕｏｒｉｎｅ  ｄｏｐｅｄ  ｓｉｌｉｃａｔｅ  ｇｌａｓｓ）と呼ばれる絶縁膜、低誘電率の酸化シリコン系絶縁膜等が挙げられる。
酸化シリコンとしては、例えば、熱酸化膜、ＰＥＴＥＯＳ膜、ＨＤＰ膜（Ｈｉｇｈ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ−ＴＥＯＳ膜）、熱ＣＶＤ法により得られる酸化シリコン膜等が挙げられる。
上記熱酸化膜は、高温にしたシリコンを酸化性雰囲気に晒し、シリコンと酸素あるいはシリコンと水分を化学反応させることにより形成することができる。
上記ＰＥＴＥＯＳ膜は、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）を原料として、促進条件としてプラズマを利用して化学気相成長で成膜することができる。
上記ＨＤＰ膜はテトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）を原料として、促進条件として高密度プラズマを利用して化学気相成長で成膜することができる。
上記熱ＣＶＤ法により得られる酸化シリコン膜は、常圧ＣＶＤ法（ＡＰ−ＣＶＤ法）又は減圧ＣＶＤ法（ＬＰ−ＣＶＤ法）により得ることができる。
上記ホウ素リンシリケート膜（ＢＰＳＧ膜）は、常圧ＣＶＤ法（ＡＰ−ＣＶＤ法）又は減圧ＣＶＤ法（ＬＰ−ＣＶＤ法）により得ることができる。
また、上記ＦＳＧと呼ばれる絶縁膜は、促進条件として高密度プラズマを利用して化学気相成長で成膜することができる。
更に、上記低誘電率の酸化シリコン系絶縁膜は、原料を回転塗布法等によって基体上に塗布した後、酸化性雰囲気下で加熱して得ることができ、例えば、トリエトキシシランを原料とするＨＳＱ膜（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｓｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ膜）や、テトラエトキシシランに加え、メチルトリメトキシシランを原料の一部として含むＭＳＱ膜（Ｍｅｔｈｙｌ  Ｓｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ膜）等が挙げられる。
また、ポリアリーレン系ポリマー、ポリアリレンエーテル系ポリマー、ポリイミド系ポリマー、ベンゾシクロブテンポリマー等の有機ポリマーを原料とする低誘電率の絶縁膜等が挙げられる。
尚、上記ストッパー層及び上記埋め込み絶縁層を構成する材料は、通常、異なるものであるが、同じものであってもよい。
【００３１】
上記被研磨材としては、例えば、図１に示す断面構造を有する被研磨材１が挙げられる。即ち、この被研磨材１は、シリコン等からなり、凹凸を有する基板１１と、この基板１１の凸部に形成された窒化珪素等からなるストッパー層１２と、ＰＥＴＥＯＳ等からなり、上記基板１１の凹部及び上記ストッパー層１２を覆うように形成された埋め込み絶縁層１３と、を備える。本発明に係わる被研磨材は、表面に凹凸を有するものであり、図１に示す被研磨材１の場合には、上記埋め込み絶縁層１３の表面に凹凸を有することとなる。凹凸の形状、位置及びその数は特に限定されない。また、隣り合う凹凸の大きさが異なっていてもよい。尚、図１において、上方が研磨面である。以下、他の図も同じである。
【００３２】
本発明の研磨方法において、このような被研磨材１１を研磨するために、上記で規定されたスラリー（Ａ）及び（Ｂ）を、それぞれ第１研磨工程及び第２研磨工程において用いる。尚、被研磨材を構成する材料は多種多様であるため、例えば、スラリー（Ａ）を用いる第１研磨工程における研磨速度は特に限定されず、５００Å／分以下でもよいし、これを超えてもよい。スラリー（Ｂ）についても同様であり、第２研磨工程における研磨速度は６００Å／分以上でもよいし、それ未満でもよい。
【００３３】
上記被研磨材１１を研磨する場合、まず、第１研磨工程により、上記スラリー（Ａ）を用い、研磨速度を好ましくは５００Å／分以下、より好ましくは１００〜４５０Å／分、更に好ましくは２００〜４００Å／分とし、埋め込み絶縁層１３を平坦化する（図２参照）。尚、この第１研磨工程においては、上記範囲内で研磨速度を変えながら行ってもよい。この研磨速度が５００Å／分を超えると、被研磨面の平坦性が不十分となる傾向にある。
また、この第１研磨工程において、基板の凸部上に形成されたストッパー層１２が露出するまで研磨を行わない。このストッパー層１２が露出するまで研磨を行うと被研磨面の平坦性が不十分となる傾向にある。尚、上記ストッパー層１２上の埋め込み絶縁層１３の残り厚さは特に限定されないが、好ましくは１００〜１０００Å、より好ましくは２００〜６００Åである。
【００３４】
次に、第２研磨工程により、上記スラリー（Ｂ）を用い、研磨速度を好ましくは６００Å／分以上、より好ましくは６５０〜１００００Å／分、更に好ましくは７００〜７０００Å／分とし、平坦化された埋め込み絶縁層１３の残りを、平坦状態を維持しながら研磨し、基板の凸部上に形成されたストッパー層１２を露出させる（図３参照）。但し、このような被研磨材１を製造する段階で、上記ストッパー層１２の最表面に、自然酸化膜が形成されることがあり、このような場合は、この酸化膜を研磨した段階で、この第２研磨工程を終了する。尚、この第２研磨工程においては、上記範囲内で研磨速度を変えながら行ってもよい。この研磨速度が６００Å／分未満では、ストッパー層１２の最表面に埋め込み絶縁層１３の一部が残ることがある。
【００３５】
本発明のＳＴＩ用化学機械研磨方法においては、研磨装置として、例えば、荏原製作所社製、型式「ＥＰＯ−１１２」、「ＥＰＯ−２２２」等や、ラップマスターＳＦＴ社製、型式「ＬＧＰ−５１０」、「ＬＧＰ−５５２」等や、アプライドマテリアル社製、品名「Ｍｉｒｒａ」等や、ラム・リサーチ社製、品名「Ｔｅｒｅｓ」等や、Ｓｐｅｅｄ  Ｆａｍ−ＩＰＥＣ社製、型式「ＡＶＡＮＴＩ  ４７２」等を用いることができる。これらの研磨装置は、通常、図４に示すような構成で被研磨材を研磨する。即ち、軸回転する研磨テーブル４の上に、研磨パッド３を固定する一方、被研磨材１は、加圧ヘッド２の一端に取り付けられる。加圧ヘッド２は、被研磨材１を研磨パッド３の表面に押圧しながら自身が回転及び移動することにより、被研磨材１を研磨パッド３の表面に摺動させることができる。この摺動を行いながら、研磨パッド３の表面にスラリーを上方（スラリー供給部５等）から流下させて研磨が行われる。
【００３６】
上記研磨パッドとしては、公知のものを用いることができ、例えば、商品名「ＩＣ１０００／ＳＵＢＡ４００」、「ＩＣ１０１０」、「ＳＵＢＡ」シリーズ、「ポリテックス」シリーズ（以上、ロデール・ニッタ社製）等が挙げられる。本発明においては、第１研磨工程及び第２研磨工程において用いる研磨パッドは、同じ材料からなるものを用いてもよいし、各工程において異なる材料からなるものを用いてもよい。
【００３７】
上記第１研磨工程及び第２研磨工程は、その両方を研磨装置に備わる同一の研磨テーブルにて行ってもよいが、それぞれを異なる研磨テーブルにて行ってもよい。同一の研磨テーブルにて行う場合には、スラリー供給部におけるスラリー（Ａ）及び（Ｂ）を置換することによって研磨を行うことができる。一方、異なる研磨テーブルにて行う場合には、異なる研磨速度を有することから異なる組成からなるスラリーを用いる本発明では、第１研磨工程及び第２研磨工程を分業する形となり、研磨を効率よく行うことができる。また、用いる研磨パッドが異なる場合にも同様の効果を有する。
尚、異なる研磨テーブルにて行う研磨工程は、第１研磨工程及び第２研磨工程に限らず、第１研磨工程において、このような異なる研磨テーブルにて行う方法としても同じ効果が得られる。
【００３８】
上記２つの研磨工程の後、更に洗浄工程を備えてもよい。
【００３９】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。尚、実施例及び比較例において、部及び％は特に断らない限り質量基準である。
【００４０】
実施例１
砥粒として、平均粒子径が０．１４μｍであるセリア粒子０．５％と、水系ＧＰＣにより測定したポリエチレングリコール換算の重量平均分子量が８０００であるポリアクリル酸アンモニウム（表には「ＰＡＡ−ＮＨ４」と記載）１．４％と、をそれぞれ含有するスラリー（Ａ）を調製し、第１研磨工程（以下、「第１工程」という。）用のスラリー（Ａ１）とした。一方、平均粒子径が０．１８μｍであるシリカ粒子６％と、上記ポリアクリル酸アンモニウム０．０５％と、を含有するスラリー（Ｂ）を調製し、第２研磨工程（以下、「第２工程」という。）用のスラリー（Ｂ１）とした。
上記スラリー（Ａ１）及び（Ｂ１）のそれぞれについて、ＰＥＴＥＯＳからなる均一膜（凹凸のない膜）を研磨した場合の研磨速度を、研磨装置（荏原製作所社製、型式「ＥＰＯ１１２」）を用いて、下記〔研磨条件１〕により求めた。その結果を表１に示す。
【００４１】
〔研磨条件１〕
研磨パッド        ；ロデール社製、商品名「ＩＣ１０００（Ｐ）」
キャリア荷重      ；５００ｇ／ｃｍ２
キャリア回転数    ；１０７ｒｐｍ
研磨テーブル回転数；１００ｒｐｍ
スラリー供給量    ；２００ミリリットル／分
研磨時間          ；１分。
【００４２】
【表１】
2004349426.tif 000003
【００４３】
次に、ＳＴＩ工程を経て得られ、幅１００μｍ、深さ約０．５μｍの溝がピッチ２００μｍで形成されているシリコン基板１１と、このシリコン基板１１上に形成された、膜厚１０〜１５ｎｍの酸化シリコン膜１４と、この酸化シリコン膜１４上に形成された、膜厚１５０〜２００ｎｍのストッパー層（窒化珪素膜）１２と、上記シリコン基板１１の溝を充填し、且つ上記ストッパー層１２上に形成され、ＰＥＴＥＯＳからなり、厚さ約０．８μｍの埋め込み絶縁膜１３（表面には溝が形成されており、凹凸面となっている。）と、を備えるウェハ（ＳＫＷ社製、商品名「ＳＫＷ−３」、図５参照）の研磨を行った。具体的には、スラリー（Ａ１）を用いた第１工程を、表２に記載の研磨時間にて、下記〔研磨条件２〕により行い、埋め込み絶縁膜１３を研磨し、凹凸が無くなり、平坦化したところで終了した。次いで、スラリー（Ｂ１）を用いた第２工程を、表２に記載の研磨時間にて、上記第１工程と同じ研磨テーブル及び下記〔研磨条件２〕により行い、更に、埋め込み絶縁膜１３を研磨し、ストッパー層１２が露出したところで終了した（図６参照）。尚、研磨テーブルは、第１工程及び第２工程において同じものを用いたため、表２の”研磨テーブル”の欄には、「Ｔ１」と示した。
【００４４】
〔研磨条件２〕
研磨パッド        ；ロデール社製、商品名「ＩＣ１０１０」
キャリア荷重      ；４９０ｇ／ｃｍ２
キャリア回転数    ；１０５ｒｐｍ
研磨テーブル回転数；１００ｒｐｍ
スラリー供給量    ；２００ミリリットル／分
研磨時間          ；２分。
【００４５】
研磨終了後、窒化珪素膜の損失厚さを、ＫＬＡテンコール社製膜厚測定装置、型式「ＵＶ１２８０」により測定したところ、８５Åであった。
また、シリコン基板の溝に埋め込まれた埋め込み絶縁膜のＰＥＴＥＯＳ部の平坦性を見るため、研磨後のウェハの溝部を破断し、電子顕微鏡で断面観察を行い、ディッシング（窒化珪素膜表面の水平面からの凹み長さ）を測定したところ、６３０Åであった。
更に、ＰＥＴＥＯＳ部の研磨面を、ＫＬＡテンコール社製ウェハ欠陥検査装置、型式「ＫＬＡ２３５１」により欠陥検査を行い、無作為に選んだ欠陥を１００個以上観察してスクラッチの割合を出し、これより全ウェハ上のスクラッチ数を算出したところ、２５０個であった。
以上の結果を表２に示す。
【００４６】
実施例２〜４
スラリー（Ａ）及び（Ｂ）に配合されるポリアクリル酸アンモニウムの含有量を表２の記載のようにした以外は実施例１と同様にして、各スラリー（スラリー（Ａ２）〜（Ａ４）及びスラリー（Ｂ２）〜（Ｂ４））による研磨速度を測定し、表１に示した。そして、上記実施例１と同様にして、表２に記載の研磨時間にてウェハの研磨を行い、上記評価を行った。その結果を表２に示す。
【００４７】
実施例５〜８
スラリー（Ｂ）に配合される砥粒を、スラリー（Ａ）に配合された砥粒と同じセリア粒子とし、各スラリーの含有成分の各含有量を表３の記載のようにした以外は、上記実施例１と同様にして、各スラリー（スラリー（Ａ５）〜（Ａ８）及びスラリー（Ｂ５）〜（Ｂ８））による研磨速度を測定し、表１に示した。そして、上記実施例１と同様にして、表３に記載の研磨時間にてウェハの研磨を行い、上記評価を行った。その結果を表３に示す。
【００４８】
実施例９〜１４
スラリー（Ａ）及び（Ｂ）に配合される砥粒及び添加剤の各種類と、各含有量と、を表４及び表５に記載のようにし、更に、複数の研磨テーブルを有する研磨装置（アプライドマテリアルズ社製、商品名「Ｍｉｒｒａ」）を用いた以外は、上記実施例１と同様にして、各スラリー（スラリー（Ａ９）〜（Ａ１４）及びスラリー（Ｂ９）〜（Ｂ１４））による研磨速度を測定し、表１に示した。そして、上記実施例１と同様にして、表４及び表５に記載の研磨時間にてウェハの研磨を行い、上記評価を行った。その結果を表４及び表５に示す。尚、実施例９は、第１工程及び第２工程を、異なる研磨テーブルにて行い、実施例１０〜１４は、第１工程を異なる研磨テーブルにて２段階で行い、第２工程を更に異なる研磨テーブルにて行った。また、用いた研磨テーブルが異なるため、表３の”研磨テーブル”の欄には、「Ｔ１」、「Ｔ２」あるいは「Ｔ３」と示した。以下も同様である。更に、表において、「ＤＢＳ−ＮＨ４」は、ドデシルベンゼンスルホン酸アンモニウムを、「ＰＡＡ−Ｋ」は、重量平均分子量６０００、中和度８０％のポリアクリル酸カリウムを意味する。
【００４９】
【表２】
2004349426.tif 000004
【００５０】
【表３】
2004349426.tif 000005
【００５１】
【表４】
2004349426.tif 000006
【００５２】
【表５】
2004349426.tif 000007
【００５３】
比較例１
表６に記載の組成からなり、ＰＥＴＥＯＳからなる均一膜に対する研磨速度が１８００Å／分であるスラリー（Ａ１５）のみを用いた以外は、上記実施例１と同様にして、表６に記載の研磨時間にてウェハの研磨を行い、上記評価を行った。その結果を表６に示す。
【００５４】
比較例２〜４
スラリー（Ａ）及び（Ｂ）に配合される砥粒及び添加剤の各種類と、各含有量を表６に記載のようにし、更に、複数の研磨テーブルを有する研磨装置を用いた以外は、上記実施例１０と同様にして、各スラリー（スラリー（Ａ１６）〜（Ａ１８）及びスラリー（Ｂ１６）〜（Ｂ１８））による研磨速度を測定し、表１に示した。そして、上記実施例１と同様にして、表６に記載の研磨時間にてウェハの研磨を行い、上記評価を行った。その結果を表６に示す。
【００５５】
【表６】
2004349426.tif 000008
【００５６】
表６より、比較例１は、第１工程のみによる例であり、研磨速度が高すぎるスラリー（Ａ１５）を用いたために、窒化珪素膜の損失厚さが７２０Å、ディッシングが３４００Åとそれぞれ大きくなった。また、比較例２は、研磨速度が６００Å／分未満であるスラリー（Ｂ１６）を第２工程で用いた例であり、ディッシングが１２００Åと大きく、平坦性に劣る。また、スクラッチの数が２１５０個と莫大な数であった。比較例３は、研磨速度が５００Å／分を超えるスラリー（Ａ１７）を第１工程で用いた例であり、窒化珪素膜の損失厚さ、及びディッシングが比較例２よりも悪化し、平坦性に劣る。また、スクラッチの数も１５２０個と多かった。比較例４は、研磨速度が６００Å／分未満であるスラリー（Ｂ１８）を第２工程で用いた例であり、窒化珪素膜上にＰＥＴＥＯＳ部が残留していた。表６における「Ｓｉ３Ｎ４のロス  −２１０Å」はこのことを意味する。
一方、実施例１〜１４は、ディッシングがいずれも１０００Å以下であり、平坦性が良好で、窒化珪素膜の損失厚さも小さい。また、スクラッチの数も５００個以下（実施例７〜９では、１０５〜１１０個）であり、問題無いレベルである。
【００５７】
【発明の効果】
本発明のＳＴＩ用化学機械研磨方法によれば、表面に凹凸を有する被研磨材の研磨において、素子間分離の平坦化を、十分な研磨速度で且つ効率よく行うことができる。また、絶縁素材が基板の凹部に埋め込まれてなる埋め込み絶縁部におけるディッシング、及び研磨面におけるスクラッチが微少である。従って、ＳＴＩ技術等に対して非常に有用な化学機械研磨方法を提供することができる。
スラリー（Ａ）及び（Ｂ）が、セリア及びシリカから選ばれる少なくとも１種からなる砥粒を含有する場合には、それぞれの含有量、添加剤の種類及びその含有量等を組み合わせて、所定の研磨速度を有するスラリーとすることができ、平坦性に優れた研磨面を得ることができる。
【００５８】
また、スラリー（Ａ）及び（Ｂ）に、同一又は異なる有機酸の塩を含有する場合には、所定の研磨速度を有するスラリーとすることが容易であり、平坦性に優れた研磨面を得ることができる。
上記スラリー（Ａ）及び（Ｂ）に含有される有機酸の塩が同一である場合、上記スラリー（Ａ）の中の有機酸の塩の含有量が、スラリー（Ｂ）の中の該塩の含有量より多いと、所定の研磨速度を有するスラリーとすることが容易であり、平坦性に優れた研磨面を得ることができる。
上記有機酸の塩が、ポリアクリル酸のカリウム塩及びアンモニウム塩、並びにドデシルベンゼンスルホン酸のカリウム塩及びアンモニウム塩から選ばれる少なくとも１種である場合には、所定の研磨速度を有するスラリーとすることが容易であり、平坦性に優れた研磨面を得ることができる。
上記スラリー（Ａ）及び（Ｂ）に含有される有機酸の塩がいずれもポリアクリル酸のカリウム塩である場合、上記スラリー（Ａ）の中の有機酸の塩の含有量は、１．０質量％以上であり、上記スラリー（Ｂ）の中の有機酸の塩の含有量は、１．０質量％未満であるときには、所定の研磨速度を有するスラリーとすることが容易であり、平坦性に優れた研磨面を得ることができる。
上記スラリー（Ａ）及び（Ｂ）に含有される有機酸の塩がいずれもポリアクリル酸のアンモニウム塩である場合、上記スラリー（Ａ）の中の有機酸の塩の含有量は、１．３質量％以上であり、上記スラリー（Ｂ）の中の有機酸の塩の含有量は、１．３質量％未満であるときには、所定の研磨速度を有するスラリーとすることが容易であり、平坦性に優れた研磨面を得ることができる。
上記スラリー（Ａ）及び（Ｂ）に含有される有機酸の塩がいずれもドデシルベンゼンスルホン酸のアンモニウム塩である場合、上記スラリー（Ａ）の中の有機酸の塩の含有量は、０．０３質量％以上であり、上記スラリー（Ｂ）の中の有機酸の塩の含有量は、０．０３質量％未満であるときには、所定の研磨速度を有するスラリーとすることが容易であり、平坦性に優れた研磨面を得ることができる。
【００５９】
被研磨材の研磨が、研磨装置に備わる研磨テーブルにて行われ、上記第１研磨工程及び上記第２研磨工程をそれぞれ同一又は異なる研磨テーブルにて行う場合には、作業性に優れた化学機械研磨方法とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の被研磨材の一例を示す説明断面図である。
【図２】本発明の第１研磨工程によって、被研磨材の表層である埋め込み絶縁層を研磨したときの説明断面図である。
【図３】本発明の第２研磨工程によって、ストッパー層が露出したときの様子を示す説明断面図である。
【図４】研磨形態を示す説明模式図である。
【図５】実施例において用いた被研磨材（ウェハ）の説明断面図である。
【図６】実施例において、第２研磨工程によって、ストッパー層が露出したときの様子を示す説明断面図である。
【符号の説明】
１；被研磨材、１１；基板（シリコン基板）、１２；ストッパー層（窒化珪素膜）、１３；埋め込み絶縁層（ＰＥＴＥＯＳ膜）、１４；酸化シリコン膜、２；加圧ヘッド、３；研磨パッド、４；研磨テーブル、５；スラリー供給部。
【図１】
2004349426.tif 000009
【図２】
2004349426.tif 000010
【図３】
2004349426.tif 000011
【図４】
2004349426.tif 000012
【図５】
2004349426.tif 000013
【図６】
2004349426.tif 000014