(57)【要約】【課題】より速い研磨速度で被研磨膜の表面をより平坦化し得る半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】研磨砥粒と界面活性剤より成る添加剤とを含む研磨剤を供給しながら、半導体基板上に形成された被研磨膜の表面を平坦化する平坦化工程を有する半導体装置の製造方法であって、平坦化工程では、４００ｇ重／ｃｍ２以上の研磨圧力で被研磨膜の表面を研磨することにより被研磨膜の表面を平坦化し、研磨の終点が検出された後、被研磨膜の表面を更に１５秒以上研磨する。これにより、より速い研磨速度で被研磨膜の表面をより平坦化することができる。【選択図】  図４
2004296587.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨砥粒と界面活性剤より成る添加剤とを含む研磨剤を供給しながら、半導体基板上に形成された被研磨膜の表面を平坦化する平坦化工程を有する半導体装置の製造方法であって、
前記平坦化工程では、４００ｇ重／ｃｍ２以上の研磨圧力で前記被研磨膜の表面を研磨することにより前記被研磨膜の表面を平坦化し、研磨の終点が検出された後、前記被研磨膜の表面を更に１５秒以上研磨する
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、
前記平坦化工程では、研磨の終点が検出された後、前記被研磨膜の表面を更に３０秒以上研磨する
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又は２記載の半導体装置の製造方法において、
前記平坦化工程では、４２０ｇ重／ｃｍ２以上の研磨圧力で前記被研磨膜の表面を研磨することにより前記被研磨膜の表面を平坦化する
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乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記平坦化工程では、研磨テーブルの駆動電圧又は駆動電流の変化が一定値より小さくなったことに基づいて、研磨の終点を検出する
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乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記平坦化工程の前に、前記半導体基板上に前記被研磨膜と異なるエッチング特性を有する絶縁膜を形成する工程と；前記絶縁膜に開口部を形成する工程と；前記絶縁膜をマスクとして前記半導体基板をエッチングし、前記半導体基板に溝を形成する工程と；前記溝内及び前記絶縁膜上に前記被研磨膜を形成する工程とを更に有する
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乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記平坦化工程の前に、前記半導体基板上に配線を形成する工程と、前記配線上及び前記半導体基板上に前記被研磨膜を形成する工程とを更に有する
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乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記研磨砥粒は、酸化セリウムを含む
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記研磨砥粒は、酸化シリコンを含む
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記添加剤は、ポリアクリル酸アンモニウム塩より成る
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、半導体装置の製造方法に関し、特に、被研磨膜を研磨する半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、素子領域を画定する素子分離領域を形成するための技術として、ＬＯＣＯＳ（ＬＯＣａｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｌｉｃｏｎ、局所酸化）法が広く知られている。
【０００３】
しかし、ＬＯＣＯＳ法により素子分離領域を形成した場合には、バーズビークによって素子領域が小さくなる傾向がある。素子分離領域を形成する際の酸化量を小さくすれば、バーズビークを小さくすることが可能であるが、酸化量を小さくした場合には、十分な素子分離機能を得ることができなくなってしまう。また、ＬＯＣＯＳ法により素子分離領域を形成した場合には、基板表面に大きな段差が形成されてしまう。近時では、半導体装置の微細化に伴って、フォトリソグラフィにおける露光の焦点深度がますます浅くなる傾向にある。このため、ＬＯＣＯＳ法を用いて素子分離領域を形成する技術では、更なる微細化・高集積化が困難である。
【０００４】
ＬＯＣＯＳ法に代わる方法として、ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）法が注目されている。ＳＴＩ法による素子分離領域の形成方法を図１４を用いて説明する。図１４は、従来の半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【０００５】
まず、図１４（ａ）に示すように、半導体基板２１０上に、シリコン酸化膜２１２、シリコン窒化膜２１４を順次形成する。
【０００６】
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、シリコン窒化膜２１４及びシリコン酸化膜２１２をパターニングする。これにより、シリコン窒化膜２１４及びシリコン酸化膜２１２に、半導体基板２１０に達する開口部２１６が形成される。
【０００７】
次に、開口部２１６が形成されたシリコン窒化膜２１４をマスクとして半導体基板２１０を異方性エッチングする。こうして、半導体基板２１０にトレンチ２１６、即ち溝が形成される。
【０００８】
次に、図１４（ｂ）に示すように、トレンチ２１６内及びシリコン窒化膜２１４上にシリコン酸化膜２２０を形成する。
【０００９】
次に、図１４（ｃ）に示すように、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、化学的機械的研磨）法により、シリコン窒化膜２１４の表面が露出するまで、シリコン酸化膜２２０表面を研磨する。シリコン窒化膜２１４は、シリコン酸化膜２２０を研磨する際のストッパとして機能する。研磨剤としては、例えば、シリカより成る研磨砥粒とＫＯＨより成る添加剤とを含む研磨剤を用いる。こうして、トレンチ２１６に内に、シリコン酸化膜２２０より成る素子分離領域２２１が埋め込まれる。素子分離領域２２１により素子領域２２２が画定される。
【００１０】
この後、シリコン窒化膜２１４及びシリコン酸化膜２１２をエッチング除去する。この後、素子領域２２２内にトランジスタ（図示せず）を形成する。こうして、半導体装置が製造される。
【００１１】
ＳＴＩ法を用いて素子分離領域２２１を形成すれば、ＬＯＣＯＳ法で素子分離領域を形成する場合のようなバーズビークが発生することはなく、素子領域２２２が狭くなってしまうのを防止することができる。また、トレンチ２１８の深さを深く設定することにより、実効的な素子間距離を長くすることができるため、高い素子分離機能を得ることができる。
【００１２】
しかしながら、上記のような研磨剤、即ち、シリカより成る研磨砥粒とＫＯＨより成る添加剤とを含む研磨剤を用いた従来の半導体装置の製造方法では、研磨速度があまり速くなく、また、必ずしも良好な平坦性が得られなかった。
【００１３】
近時、研磨速度が速く、良好な平坦性が得られる研磨剤として、研磨砥粒と界面活性剤より成る添加剤とを含む研磨剤が提案されている（特許文献１〜３参照）。提案されている研磨剤では、研磨砥粒として、例えば酸化セリウム（セリア、ＣｅＯ２）が用いられている。また、添加剤として、例えばポリアクリル酸アンモニウム塩が用いられている。
【００１４】
このような提案されている研磨剤を用いれば、シリカより成る研磨砥粒とＫＯＨより成る添加剤とを含む研磨剤を用いた場合と比較して、より速い速度で被研磨膜２２０の表面を研磨することが可能となる。
【００１５】
【特許文献１】
特開２０００−２４８２６３号公報
【特許文献２】
特開平８−２２９７０号公報
【特許文献３】
特開平５−３２６４６９号公報
【特許文献４】
特開２００１−９７０２号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、提案されている研磨剤を用いて被研磨膜を研磨した場合であっても、必ずしも十分に速い研磨速度で被研磨膜を研磨することは困難であった。更なる低コスト化を実現すべく、より速い研磨速度で被研磨膜を平坦化する技術が求められている。また、半導体装置の微細化に伴って、フォトリソグラフィにおける露光の焦点深度は、ますます浅くなる傾向にある。このため、被研磨膜の表面をより平坦化しうる技術が求められている。このように、より速い研磨速度で、しかも、より平坦に、被研磨膜の表面を平坦化する技術が待望されていた。
【００１７】
本発明の目的は、より速い研磨速度で被研磨膜の表面をより平坦化し得る半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、研磨砥粒と界面活性剤より成る添加剤とを含む研磨剤を供給しながら、半導体基板上に形成された被研磨膜の表面を平坦化する平坦化工程を有する半導体装置の製造方法であって、前記平坦化工程では、４００ｇ重／ｃｍ２以上の研磨圧力で前記被研磨膜の表面を研磨することにより前記被研磨膜の表面を平坦化し、研磨の終点が検出された後、前記被研磨膜の表面を更に１５秒以上研磨する半導体装置の製造方法が提供される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本願発明者らは、より速い研磨速度で被研磨膜の表面をより平坦に研磨すべく、以下のように鋭意検討を行った。
【００２０】
図１は、被研磨膜を研磨する際に被研磨膜に加わる圧力分布を示す図である。図１（ａ）は、圧力分布の測定に用いられた被研磨膜の一部を示す断面図である。
【００２１】
図１（ａ）に示すように、被研磨膜２０の表面には凹凸が存在しており、凸部の幅は例えば２００μｍ、凸部の高さは例えば３００ｎｍとなっている。
【００２２】
図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す被研磨膜に加わる圧力分布を示す図である。横軸は相対的な位置を示しており、縦軸は被研磨膜に加わる圧力を示している。
【００２３】
図１（ｂ）中の点線は、研磨ヘッドを研磨パッドに押し付ける際の研磨圧力を、３５０ｇ重／ｃｍ２に設定した場合における圧力分布を示している。
【００２４】
図１（ｂ）中の破線は、研磨ヘッドを研磨パッドに押し付ける際の研磨圧力を、４２０ｇ重／ｃｍ２に設定した場合における圧力分布を示している。
【００２５】
図１（ｂ）から分かるように、研磨圧力を４２０ｇ重／ｃｍ２に設定した場合には、研磨圧力を３５０ｇ重／ｃｍ２に設定した場合と比較して、被研磨膜２０の表面に加わる圧力が大きくなる。
【００２６】
また、図１（ａ）及び図１（ｂ）から分かるように、被研磨膜２０の凸部における角の部分に圧力が集中する傾向がある。
【００２７】
図２は、研磨テーブルの駆動電圧・駆動電流の変化を示すグラフである。横軸は研磨時間を示しており、縦軸は研磨テーブルの駆動電圧・駆動電流を示している。研磨テーブルの駆動電圧と駆動電流はほぼ同様に変化する傾向があるため、図２では、駆動電圧と駆動電流の両方を一つの曲線で表している。
【００２８】
図２中の破線は、研磨ヘッドを研磨パッドに押し付ける際の研磨圧力を、３５０ｇ重／ｃｍ２に設定した場合を示している。
【００２９】
図２中の実線は、研磨ヘッドを研磨パッドに押し付ける際の研磨圧力を、４２０ｇ重／ｃｍ２に設定した場合を示している。
【００３０】
なお、被研磨膜に対する研磨は、上述した提案されている研磨剤、即ち、研磨砥粒と、界面活性剤より成る添加剤とを含む研磨剤を供給しながら行った。
【００３１】
被研磨膜の表面がほぼ平坦化されると、図２中に丸印で示すように、研磨テーブルの駆動電圧及び駆動電流は殆ど変化しなくなる。研磨テーブルの駆動電圧又は駆動電流を観測することにより、被研磨膜の表面が平坦化されたことを検出することが可能である。即ち、研磨テーブルの駆動電圧又は駆動電流を観測することにより、研磨の終点を検出することが可能である。
【００３２】
なお、本明細書中で研磨の終点の検出、即ち、終点検出とは、被研磨膜が平坦化されたことを検出することを意味する。
【００３３】
図２から分かるように、研磨圧力を４２０ｇ重／ｃｍ２に設定した場合には、研磨圧力を３５０ｇ重／ｃｍ２に設定した場合と比較して、研磨の終点に達するまでの時間が短い。このことから、研磨圧力を高めに設定することにより、より速い研磨速度で被研磨膜の表面を平坦化し得ることが分かる。
【００３４】
研磨圧力を高く設定するに伴って研磨速度が速くなるのは、提案されている研磨剤の特性によるものである。なお、提案されている研磨剤の特性については、後に詳述することとする。
【００３５】
図３は、被研磨膜の表面に生ずる段差の大きさを示すグラフである。縦軸は、被研磨膜の表面に生ずる段差の大きさを示している。段差を測定する際には、測定装置としては、例えば、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ株式会社製の薄膜測定装置（ＡＳＥＴ−Ｆ５）を用いることができる。
【００３６】
比較例１は、研磨圧力を３５０ｇ重／ｃｍ２に設定し、オーバー研磨を行わなかった場合を示している。
【００３７】
なお、本明細書中でオーバー研磨とは、研磨の終点が検出された後に引き続き行われる研磨のことである。オーバー研磨が終了した後に純水を供給しながら行われる仕上げ研磨と、オーバー研磨とは、別個のものである。
【００３８】
比較例２は、研磨圧力を３５０ｇ重／ｃｍ２に設定し、オーバー研磨を３０秒行った場合を示している。
【００３９】
比較例３は、研磨圧力を４２０ｇ重／ｃｍ２に設定し、オーバー研磨を行わなかった場合を示している。
【００４０】
実施例１は、研磨圧力を４２０ｇ重／ｃｍ２に設定し、オーバー研磨を３０秒行った場合を示している。
【００４１】
比較例１と比較例２とを比較すると、研磨圧力が３５０ｇ重／ｃｍ２とあまり高くない場合には、オーバー研磨を行うと、被研磨膜の表面に生ずる段差の大きさは、大きくなる傾向にあることが分かる。
【００４２】
一方、比較例３と実施例１とを比較すると、研磨圧力が４２０ｇ重／ｃｍ２と高めに設定した場合には、オーバー研磨を行うと、被研磨膜の表面に生ずる段差の大きさは、小さくなる傾向にあることが分かる。
【００４３】
これらのことから、研磨圧力を高めに設定するとともに、オーバー研磨を行えば、被研磨膜の表面の平坦性をより向上し得ることが分かる。
【００４４】
図４は、研磨圧力と被研磨膜に生ずるディッシングの深さ、即ち凹部の深さとの関係を示すグラフである。横軸は研磨圧力を示している。縦軸は、被研磨膜の表面に生ずるディッシングの深さを示している。
【００４５】
比較例４は、オーバー研磨を行わなかった場合を示している。
【００４６】
実施例２は、オーバー研磨を１５秒行った場合を示している。
【００４７】
実施例３は、オーバー研磨を３０秒行った場合を示している。
【００４８】
図４から分かるように、研磨圧力が大きくなるに伴い、被研磨膜の表面に生ずるディッシングの深さは、浅くなる傾向にある。特に、研磨圧力が４００重／ｃｍ２以上の場合には、オーバー研磨の時間が長いほど、ディッシングの深さは、浅くなる傾向にある。なお、このような傾向があらわれるのは、提案されている研磨剤の特性によるものと考えられる。
【００４９】
このような検討を行った結果、本願発明者らは、研磨砥粒と界面活性剤より成る添加剤とを含む研磨剤を用い、研磨圧力を４００重／ｃｍ２以上に設定し、オーバー研磨を１５秒以上行えば、より速い研磨速度で被研磨膜の表面をより平坦化し得る半導体装置の製造方法を提供し得ることに想到した。
【００５０】
［一実施形態］
本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法を図１乃至図１１を用いて説明する。
【００５１】
（研磨装置）
本実施形態による半導体装置の製造方法を説明するに先立って、本実施形態で用いられる研磨装置について図５乃至図７を用いて説明する。図５は、研磨装置を示す平面図である。図６は、図５に示す研磨装置の一部を示す側面図である。図７は、図５に示す研磨装置の一部を示す拡大側面図である。
【００５２】
図５に示すように、基台１００上には、回転可能な研磨テーブル１０２ａ〜１０２ｃが３つ設けられている。
【００５３】
本実施形態では、例えば研磨テーブル１０２ａを用いて被研磨膜の表面を研磨する。本実施形態では、研磨テーブル１０２ｂ、１０２ｃについては、特に用いない。
【００５４】
図２に示すように、研磨テーブル１０２ａ〜１０２ｃ上には、それぞれ研磨パッド１０４が設けられている。研磨パッド１０４としては、例えばロデールニッタ株式会社製の研磨パッド（型番：ＩＣ１４００）が用いられている。
【００５５】
基台１００上には、アーム１０８ａ〜１０８ｄを有するカルーセル１１０が設けられている。
【００５６】
アーム１０８ａ〜１０８ｄには、回転可能な研磨ヘッド１１２ａ〜１１２ｄがそれぞれ設けられている。カルーセル１１０を適宜回転させることにより、研磨ヘッド１１ａ〜１１２ｄを移動させることが可能である。
【００５７】
図６に示すように、研磨ヘッド１１２ａ〜１１２ｄは、半導体基板１０を支持する。研磨ヘッド１１２ａ〜１１２ｄは、半導体基板１０を回転させながら、半導体基板１０を研磨パッド１０４に押し付ける。
【００５８】
研磨テーブル１０２ａ〜１０２ｃ上には、それぞれ複数のノズル１２４ａ、１２４ｂが設けられている。ノズル１２４ａは、研磨剤を研磨パッド１０４上に供給するためのものである。ノズル１２４ｂは、純水等を研磨パッド１０４上に供給するためのものである。
【００５９】
図５に示すように、研磨テーブル１０２ａ〜１０２ｃの側部には、研磨パッド１０４の目立てを行うための目立て装置１１４ａ〜１１４ｃがそれぞれ設けられている。
【００６０】
図７に示すように、目立て装置１１４は、ダイヤモンドディスク１１６を有している。ダイヤモンドディスク１１６は、例えばステンレスより成る台金１１８に、例えば１５０μｍ程度の粒状のダイヤモンド１２０を固定することにより構成されている。ダイヤモンド１２０を配置する密度は、１ｃｍ２当たり数個程度となっている。ダイヤモンド１２０は、例えばニッケルめっき層１２２により台金１１８に固定されている。
【００６１】
こうして、本実施形態で用いられる研磨装置が構成されている。
【００６２】
（半導体装置の製造方法）
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法について説明する。図８及び図９は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【００６３】
まず、図８（ａ）に示すように、半導体基板１０を用意する。半導体基板１０としては、例えばシリコン基板を用いる。より具体的には、例えばシリコンウェハを用いる。
【００６４】
次に、半導体基板１０上の全面に、例えば熱酸化法により、シリコン酸化膜１２を形成する。シリコン酸化膜１２の厚さは、例えば１０ｎｍ程度とする。
【００６５】
次に、全面に、例えばＣＶＤ法により、シリコン窒化膜１４を形成する。シリコン窒化膜１４の膜厚は、例えば１００ｎｍ程度とする。
【００６６】
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、シリコン窒化膜１４及びシリコン酸化膜１２に半導体基板１０に達する開口部１６を形成する。
【００６７】
次に、開口部１６が形成されたシリコン窒化膜１４をマスクとして、半導体基板１０を異方性エッチングする。これにより、半導体基板１０にトレンチ１８、即ち、溝が形成される。トレンチ１８の深さは、例えば３００ｎｍ程度とする。
【００６８】
次に、図８（ｂ）に示すように、全面に、例えば高密度プラズマＣＶＤ法により、シリコン酸化膜２０を形成する。シリコン酸化膜２０の膜厚は、例えば４５０ｎｍとする。こうして、トレンチ１８内にシリコン酸化膜２０が埋め込まれる。こうして、表面に凹凸が存在するシリコン酸化膜２０が形成される。
【００６９】
次に、半導体基板１０を、研磨ヘッド１１２ａ（図１参照）により支持する。この際、被研磨膜であるシリコン酸化膜２０が下面側に位置するようにする。
【００７０】
次に、カルーセル１１０を反時計回りに９０度程度回転させる。これにより、半導体基板１０を支持する研磨ヘッド１１２ａが、上面に研磨パッド１０４が設けられた研磨テーブル１０２ａ上に位置することとなる。
【００７１】
次に、図６に示すように、ＣＭＰ法により、半導体基板１０に形成された被研磨膜２０に対してメイン研磨を行う。メイン研磨は、以下のようにして行う。即ち、研磨ヘッド１１２ａにより半導体基板１０を回転させながら、研磨ヘッド１１２ａを降下させ、被研磨膜２０の表面を研磨パッド１０４の表面に押し付ける。この際、研磨テーブル１０２ａを回転させるとともに、ノズル１２４ａを介して研磨パッド１０４上に研磨剤を供給する。
【００７２】
メイン研磨の際における研磨条件は、以下の通りとする。
【００７３】
研磨ヘッド１１２ａを研磨パッド１０４に押し付ける研磨圧力は、例えば４２０ｇ重／ｃｍ２と高めに設定する。本実施形態で研磨圧力を高めに設定するのは、上述したように、研磨圧力を高めに設定するとともにオーバー研磨を行うことにより、被研磨膜の表面をより平坦化することができるためである。また、上述したように、研磨圧力を高めに設定することにより、研磨圧力が高いほど、速い研磨速度で被研磨膜を平坦化し得るためである。
【００７４】
研磨ヘッド１１２ａの回転数は、例えば７０〜１３０回転／分とする。ここでは、例えば１２２回転／分とする。
【００７５】
研磨テーブル１１２ａの回転数は、例えば７０〜１３０回転／分とする。ここでは、例えば１２０回転／分とする。
【００７６】
研磨剤１２６の供給量は、例えば０．１〜０．３リットルの範囲とする。ここでは、例えば０．２リットル／分とする。
【００７７】
なお、ここでは、研磨圧力を４２０ｇ重／ｃｍ２に設定したが、研磨圧力は４２０ｇ重／ｃｍ２に限定されるものではない。図４から分かるように、研磨圧力を４００ｇ重／ｃｍ２以上に設定すれば、被研磨膜の表面の平坦性を向上することが可能である。例えば、研磨圧力を４００ｇ重／ｃｍ２〜５００ｇ重／ｃｍ２の範囲で適宜設定すればよい。
【００７８】
但し、図４から分かるように、研磨圧力が高くなるに伴って、被研磨膜２０の平坦性は向上する傾向がある。従って、研磨圧力は少なくとも４００ｇ重／ｃｍ２以上に設定することが望ましい。更には、研磨圧力を４２０ｇ重／ｃｍ２以上に設定することが望ましい。更には、研磨圧力を４５０ｇ重／ｃｍ２以上に設定することがより望ましい。
【００７９】
研磨剤、即ち、スラリーとしては、上述したように、研磨砥粒と界面活性剤より成る添加剤とを含む研磨剤を用いる。このような研磨剤では、研磨砥粒として、例えば酸化セリウム（セリア）が用いられている。また、添加剤として、例えばポリアクリル酸アンモニウム塩が用いられている。このような研磨剤としては、例えばＥＫＣテクノロジー株式会社製の研磨剤（型番：Ｍｉｃｒｏ  Ｐｌａｎｅｒ  ＳＴＩ２１００）を挙げることができる。
【００８０】
図１０は、本実施形態で用いられる研磨剤の特性を示すグラフである。横軸は研磨圧力を示している。縦軸は研磨速度、即ち研磨レートを示している。
【００８１】
図１０から分かるように、本実施形態で用いられる研磨剤は、ある研磨圧力を境界として、その境界より小さい研磨圧力においては研磨速度が遅く、その境界より大きい研磨圧力においては研磨圧力にほぼ比例して研磨速度が速くなる傾向がある。
【００８２】
図１１は、研磨速度が変化するメカニズムを示す概念図である。
【００８３】
図１１（ａ）に示すように、被研磨膜２０の表面に凹凸が存在している状態においては、被研磨膜２０の凸部における角の部分に圧力が集中するため、被研磨膜２０の凸部における角の部分に高い圧力が加わる。このため、被研磨膜２０の凸部が速い研磨レートで研磨され、被研磨膜２０は速い研磨速度で平坦化される。そして、上述したように、研磨ヘッド１１２を研磨パッド１０４に押し付ける際における研磨圧力を大きく設定するほど、被研磨膜２０に対する研磨速度は速くなる傾向にある。
【００８４】
なお、研磨ヘッド１１２を研磨パッド１０４に押し付ける際の研磨圧力を大きく設定するほど、被研磨膜２０に対する研磨速度が速くなるのは、研磨圧力を大きく設定するほど、研磨剤中に添加剤として含まれている界面活性剤が被研磨膜の凸部の角部から剥がれやすくなり、被研磨膜に対する研磨が界面活性剤により阻害されにくくなるためと考えられる。
【００８５】
これに対し、図１１（ｂ）に示すように被研磨膜２０の表面がほぼ平坦化された状態においては、高い圧力が一部に集中して加わることはなく、被研磨膜２０に加わる圧力は全体として平均化される。このため、被研磨膜２０に対する研磨速度は極めて遅くなる。
【００８６】
なお、表面が平坦化された被研磨膜２０に対して研磨速度が遅くなるのは、研磨剤中に添加剤として含まれている界面活性剤が剥がれにくくなり、被研磨膜に対する研磨が界面活性剤により阻害されるためと考えられる。
【００８７】
メイン研磨の終点検出は、上述したように、研磨テーブル１０２ａの駆動電圧又は駆動電流の変化に基づいて行う。
【００８８】
メイン研磨の際における研磨テーブル１０２ａの駆動電圧及び駆動電流は、例えば図２中の実線のように変化する。そして、被研磨膜２０の表面がほぼ平坦化されると、研磨テーブル１０２ａの駆動電圧及び駆動電流は殆ど変化しなくなる。このため、単位時間当たりの駆動電圧又は駆動電流の変化を観測することにより、終点検出を行うことができる。具体的には、駆動電圧又は駆動電流の変化が一定値より小さくなった時点を、研磨の終点とすることができる。
【００８９】
なお、ここでは、メイン研磨の終点検出を研磨テーブル１０２ａの駆動電圧又は駆動電流に基づいて行う場合を例に説明したが、メイン研磨の終点を検出する方法はこれに限定されるものではなく、他の方法を用いてメイン研磨の終点を検出してもよい。例えば、研磨テーブル１０２ａのトルクを観測することにより、終点検出を行ってもよい。また、研磨ヘッド１１２ａの駆動電圧、駆動電流、トルク等を観測することによっても、終点検出を行うことが可能である。
【００９０】
こうして、被研磨膜２０の表面が平坦化されたことが、上記のような終点検出方法により検出される。
【００９１】
本実施形態では、終点が検出された段階では研磨を終了せず、表面が平坦化された被研磨膜２０に対して、オーバー研磨を更に所定時間行う。オーバー研磨の時間は、例えば３０秒程度とする。オーバー研磨を行う際における研磨条件は、終点が検出されるに至る前の研磨における研磨条件と同様とする。ここでは、オーバー研磨の際の研磨圧力は、例えば４２０ｇ重／ｃｍ２とする。
【００９２】
なお、ここでは、オーバー研磨の時間を３０秒としたが、オーバー研磨の時間は３０秒に限定されるものではない。但し、図４に示すように、オーバー研磨の時間を長くするに伴って、被研磨膜２０の平坦性は向上する傾向にある。従って、オーバー研磨の時間は、例えば１５秒以上とすることが望ましい。更には、オーバー研磨の時間を３０秒以上とすることがより望ましい。
【００９３】
こうして、被研磨膜であるシリコン酸化膜２０に対するメイン研磨が終了する（図８（ｃ）参照）。
【００９４】
なお、研磨パッド１０４の目立てを、メイン研磨を行う前に行ってもよいし、メイン研磨中に行ってもよい。
【００９５】
研磨パッド１０４の目立てを行う際の条件は、例えば以下の通りとする。
【００９６】
ダイヤモンドディスク１１６が研磨パッド１０４ａに加える荷重は、例えば１００〜２００ｇ重／ｃｍ２とする。ダイヤモンドディスク１１６の回転数は、例えば７０〜１２０ｇ重／ｃｍ２とする。
【００９７】
次に、仕上げ研磨を行う。仕上げ研磨は、以下のようにして行う。即ち、研磨パッド１０４上に研磨剤を供給するのを止め、ノズル１２４ｂを介して、純水を研磨パッド１０４上に供給する。そして、研磨ヘッド１１２ａを回転させながら、被研磨膜２０を研磨パッド１０４表面に押し付ける。この際、研磨テーブル１０２ｂについても回転させる。
【００９８】
仕上げ研磨を開始する際、被研磨膜であるシリコン酸化膜２０と研磨パッド１０４との間には、メイン研磨の際に用いられた研磨剤１２６が残っている。研磨剤１２６に含まれていた添加剤は水溶性であるため、純水１２８を供給すると、添加剤は短時間で除去される。一方、研磨剤１２６に含まれていた研磨砥粒は、水溶性ではないため、除去されにくく、被研磨膜２０と研磨パッド１０４との間に残ることとなる。添加剤は、被研磨膜２０の表面が平坦化された際に、被研磨膜２０の研磨速度を遅くするのに寄与していたものである。このような添加剤が短時間に除去される一方、研磨に寄与する研磨砥粒は被研磨膜２０と研磨パッド１０４との間に残るため、残された研磨砥粒により被研磨膜２０を更に研磨することができる。
【００９９】
なお、このように、研磨剤１２６を供給するのを止め、純水１２８を供給しながら被研磨膜２０を研磨する技術は、水ポリッシュと称されている。
【０１００】
仕上げ研磨を行う際の条件は、例えば以下のように設定する。
【０１０１】
研磨ヘッド１１２ａを研磨パッド１０４に押し付ける研磨圧力は、例えば５０〜５００ｇ重／ｃｍ２の範囲とする。ここでは、例えば１４０ｇ重／ｃｍ２とする。
【０１０２】
研磨ヘッド１１２ａの回転数は、例えば４０〜１４０回転の範囲とする。ここでは、例えば１２２回転／分とする。
【０１０３】
研磨テーブル１０２ａの回転数は、例えば４０〜１４０回転／分の範囲とする。ここでは、例えば１２０回転／分とする。
【０１０４】
研磨パッド１０４上に供給する純水の供給量は、例えば０．１〜１０リットルの範囲とする。ここでは、例えば０．１５リットル／分とする。
【０１０５】
仕上げ研磨の時間は、例えば３０秒程度とする。
【０１０６】
なお、仕上げ研磨を行う際の条件は、上記に限定されるものではなく、適宜設定すればよい。
【０１０７】
こうして、シリコン窒化膜１４上のシリコン酸化膜２０が除去され、仕上げ研磨が終了する（図９（ａ）参照）。
【０１０８】
この後、図９（ｂ）に示すように、シリコン窒化膜１４及びシリコン酸化膜１４をエッチング除去する。トレンチ１８内に埋め込まれたシリコン酸化膜２０より成る素子分離領域２１により、素子領域２２が画定される。
【０１０９】
この後、素子領域２２内に、トランジスタ等（図示せず）を形成する。
【０１１０】
こうして、本実施形態による半導体装置が製造される。
【０１１１】
このように、本実施形態によれば、研磨砥粒と界面活性剤より成る添加剤とを含む研磨剤を供給しながら、４００ｇ重／ｃｍ２以上の研磨圧力で被研磨膜の表面を研磨することにより研磨膜の表面を平坦化し、表面が平坦化された前記被研磨膜に対して１５秒以上のオーバー研磨を行うため、より速い研磨速度で被研磨膜の表面をより平坦化し得る半導体装置の製造方法を提供することができる。
【０１１２】
（変形例）
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法の変形例を図１２及び図１３を用いて説明する。図１２及び図１３は、本変形例による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【０１１３】
まず、図１２（ａ）に示すように、トランジスタ（図示せず）等が形成された半導体基板１０上に、層間絶縁膜２８を形成する。
【０１１４】
次に、全面に、積層膜３０を形成する。積層膜３０は、配線の材料となるものである。積層膜３０は、例えば、膜厚５ｎｍのＴｉ膜、膜厚５０ｎｍのＴｉＮ膜、膜厚３００ｎｍのＡｌ膜、膜厚５ｎｍのＴｉ膜、及び膜厚８０ｎｍのＴｉＮ膜を順次積層することにより形成することができる。
【０１１５】
次に、図１２（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、積層膜３０をパターニングする。これにより、積層膜３０より成る複数の配線３２が形成される。
【０１１６】
次に、図１２（ｃ）に示すように、全面に、例えば高密度プラズマＣＶＤ法により、シリコン酸化膜２０を形成する。シリコン酸化膜２０は、層間絶縁膜として機能するものである。シリコン酸化膜２０の膜厚は例えば７００ｎｍ程度とする。シリコン酸化膜２０は、被研磨膜となるものである。
【０１１７】
次に、上述した半導体装置の製造方法と同様にして、シリコン酸化膜より成る被研磨膜２０を平坦化する。
【０１１８】
こうして、図１３に示すように、被研磨膜であるシリコン酸化膜２０の表面が平坦化された半導体装置が形成される。
【０１１９】
このように、被研磨膜２０は、配線３２上に形成された被研磨膜２０であってもよい。本変形例のように、配線３２上に形成された被研磨膜２０を平坦化する場合にも、速い研磨速度で被研磨膜の表面をより平坦化することができる。
【０１２０】
［変形実施形態］
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【０１２１】
例えば、上記実施形態では、酸化セリウム（セリア）より成る研磨砥粒を含む研磨剤１２４を用いる場合を例に説明したが、本発明は、研磨剤に含まれる研磨砥粒は酸化セリウムに限定されるものではない。即ち、表面に凹凸が存在する被研磨膜２０に対する研磨速度が比較的速く、表面がほぼ平坦化された被研磨膜２０に対しては研磨速度が遅くなるような特性を有する研磨剤を適宜用いることができる。例えば、酸化シリコン（シリカ）より成る研磨砥粒を含み、上記のような特性を有する研磨剤を用いてもよい。例えば、かかる研磨剤として、花王株式会社製のＫＳ−Ｓ−２１０を挙げることができる。
【０１２２】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、研磨砥粒と界面活性剤より成る添加剤とを含む研磨剤を供給しながら、４００ｇ重／ｃｍ２以上の研磨圧力で被研磨膜の表面を研磨することにより研磨膜の表面を平坦化し、表面が平坦化された前記被研磨膜に対して１５秒以上のオーバー研磨を行うため、より速い研磨速度で被研磨膜の表面をより平坦化し得る半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】被研磨膜を研磨する際に被研磨膜に加わる圧力分布を示す図である。
【図２】研磨テーブルの駆動電圧・駆動電流の変化を示すグラフである。
【図３】被研磨膜の表面に生ずる段差の深さを示すグラフである。
【図４】研磨圧力と被研磨膜に生ずるディッシングの深さとの関係を示すグラフである。
【図５】研磨装置を示す平面図である。
【図６】研磨装置の一部を示す側面図である。
【図７】研磨装置の一部を示す拡大側面図である。
【図８】本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図９】本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図１０】研磨剤の特性を示すグラフである。
【図１１】研磨速度が変化するメカニズムを示す概念図である。
【図１２】本発明の一実施形態の変形例による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図１３】本発明の一実施形態の変形例による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図１４】従来の半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【符号の説明】
１０…半導体基板
１２…シリコン酸化膜
１４…シリコン窒化膜
１６…開口部
１８…トレンチ
２０…シリコン酸化膜
２１…素子分離領域
２２…素子領域
１００…基台
１０２ａ〜１０２ｃ…研磨テーブル
１０４…研磨パッド
１０８ａ〜１０８ｄ…アーム
１１０…カルーセル
１１２ａ〜１１２ｄ…研磨ヘッド
１１４ａ〜１１４ｃ…目立て装置
１１６…ダイヤモンドディスク
１１８…台金
１２０…ダイヤモンド
１２２…ニッケルめっき層
１２４ａ、１２４ｂ…ノズル
１２６…研磨剤
２１０…半導体基板
２１２…シリコン酸化膜
２１４…シリコン窒化膜
２１６…開口部
２１８…溝
２２０…シリコン酸化膜
２２１…素子分離領域
２２２…素子領域
【図１】
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【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】
2004296587.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2004296587.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2004296587.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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