(57)【要約】【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、更には、平坦性の高い研磨面とするための化学機械研磨方法を提供する。【解決手段】本化学機械研磨方法は、砥粒０．０２〜５質量％と、カルボキシル基を有する重合体、スルホン酸基を有する重合体及び含窒素重合体から選ばれる少なくとも１種の水溶性高分子０．０２〜５質量％と、を含む化学機械研磨用水系分散体を用いた化学機械研磨工程と、水、並びに、炭酸ガス、過酸化水素、アンモニア、アミン、アミド、有機酸及びアルコールから選ばれる少なくとも１種を含む水溶液から選ばれる少なくとも１種の非化学機械研磨用水系媒体を用いた非化学機械研磨工程と、を備える。【選択図】      図１
2004335978.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
砥粒０．０２〜５質量％と、カルボキシル基を有する重合体、スルホン酸基を有する重合体及び含窒素重合体から選ばれる少なくとも１種の水溶性高分子０．０２〜５質量％と、を含む化学機械研磨用水系分散体を用いた化学機械研磨工程と、水、並びに、炭酸ガス、過酸化水素、アンモニア、アミン、アミド、有機酸及びアルコールから選ばれる少なくとも１種を含む水溶液から選ばれる少なくとも１種の非化学機械研磨用水系媒体を用いた非化学機械研磨工程と、を備えることを特徴とする化学機械研磨方法。
【請求項２】
上記カルボキシル基を有する重合体は、ポリ（メタ）アクリル酸及びポリ（メタ）アクリル酸系共重合体並びにこれら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種であり、上記スルホン酸基を有する重合体は、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並びにこれら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種であり、上記含窒素重合体は、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド及びポリエチレンイミンから選ばれる少なくとも１種である請求項１に記載の化学機械研磨方法。
【請求項３】
上記水溶性高分子は、ポリ（メタ）アクリル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種であり、上記非化学機械研磨用水系媒体は水である請求項１に記載の化学機械研磨方法。
【請求項４】
上記化学機械研磨工程の研磨時間は１００秒以上であり、且つ、上記非化学機械研磨工程の研磨時間は１５０秒以下である請求項１乃至３のいずれかに記載の化学機械研磨方法。
【請求項５】
被研磨材は、凹凸を有する絶縁膜である請求項１乃至４のいずれかに記載の化学機械研磨方法。
【請求項６】
研磨パッドは多孔性材料からなる請求項１乃至５のいずれかに記載の化学機械研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学機械研磨方法に関する。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）あるいは層間絶縁膜の平坦化のために用いることのできる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】
絶縁膜等の加工膜を研磨するために、例えば、特許文献１等に化学機械研磨用水系分散体が開示されている。この分散体は、スクラッチ防止剤と砥粒とを含有するものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２６９８５９号公報
【０００６】
【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、加工膜を有する被研磨材の研磨に際し、凸部分では研磨速度が高く、凹部分では研磨速度が低く、更には、スクラッチが少なく、平坦性の高い研磨面とすることができる化学機械研磨方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は以下の通りである。
本発明の化学機械研磨方法は、砥粒０．０２〜５質量％と、カルボキシル基を有する重合体、スルホン酸基を有する重合体及び含窒素重合体から選ばれる少なくとも１種の水溶性高分子０．０２〜５質量％と、を含む化学機械研磨用水系分散体を用いた化学機械研磨工程と、水、並びに、炭酸ガス、過酸化水素、アンモニア、アミン、アミド、有機酸及びアルコールから選ばれる少なくとも１種を含む水溶液から選ばれる少なくとも１種の非化学機械研磨用水系媒体を用いた非化学機械研磨工程と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を更に詳しく説明する。
本発明に係わる化学機械研磨用水系分散体に含有される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、セリア、シリカ、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。これらのうち、セリアが好ましい。また、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。
【０００９】
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。
【００１０】
また、有機・無機複合粒子としては、例えば、無機粒子と有機粒子とが混在する状態でアルコキシシランを重縮合させ、有機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、シリカ、セリア等からなる無機粒子が静電力等により有機粒子と結合したもの等が挙げられる。尚、上記において生成するポリシロキサン等は、有機粒子が有するアニオン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間接的に結合されていてもよい。
【００１１】
上記砥粒の平均粒子径は、好ましくは５〜２０００ｎｍ、より好ましくは２０〜１０００ｎｍ、更に好ましくは５０〜５００ｎｍである。
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。
【００１２】
上記砥粒の含有量は、化学機械研磨用水系分散体１００質量％に対して、０．０２〜５質量％であり、好ましくは０．０５〜３質量％、更に好ましくは０．１〜２質量％である。砥粒の含有量が上記範囲外では、化学機械研磨用水系分散体の安定性が低下する傾向にあり、コスト高にもなるため好ましくない。
【００１３】
上記化学機械研磨用水系分散体には、例えば、砥粒としてセリア粒子を単独で用いた場合に研磨速度が過大になるのを防ぐ等の目的のため、各種添加剤を配合することができる。その具体例としては、水溶性高分子、界面活性剤、表面に官能基を有する有機材料からなる粒子等が挙げられる。本発明においては、特定の水溶性高分子を配合した化学機械研磨用水系分散体を用いる。
【００１４】
上記水溶性高分子としては、カルボキシル基を有する重合体（但し、「カルボキシル基」とは、−ＣＯＯＨ又は−ＣＯＯ−をいう。）、スルホン酸基を有する重合体（但し、「スルホン酸基」とは、−ＳＯ３Ｈ又は−ＳＯ３−をいう。）及び含窒素重合体から選ばれるものを用い、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。
【００１５】
カルボキシル基を有する水溶性高分子としては、ポリ（メタ）アクリル酸及びその塩（カリウム塩、アンモニウム塩等）や、（メタ）アクリル酸及び（メタ）アクリル酸エステルの共重合体、（メタ）アクリル酸及び（メタ）アクリルアミドの共重合体等のポリ（メタ）アクリル酸系共重合体及びその塩（カリウム塩、アンモニウム塩等）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。
スルホン酸基を有する水溶性高分子としては、ポリスチレンスルホン酸及びその塩（ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩、アミン塩等）、ポリイソプレンスルホン酸及びその塩（ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩等）、スルホン酸基を有するアミン化合物の塩等が挙げられる。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。
含窒素重合体としては、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。
【００１６】
上記水溶性高分子としては、ポリ（メタ）アクリル酸及びポリ（メタ）アクリル酸系共重合体並びにこれらのカリウム塩及びアンモニウム塩、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並びにこれらのカリウム塩及びアンモニウム塩、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド及びポリエチレンイミンが好ましく、ポリ（メタ）アクリル酸のカリウム塩、アンモニウム塩、スルホン酸基を有するアミン化合物の塩、及びポリビニルピロリドンが特に好ましい。
【００１７】
また、上記水溶性高分子の、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は、好ましくは１０００以上、より好ましくは１０００〜２００００、更に好ましくは２０００〜１００００である。
【００１８】
上記水溶性高分子の含有量は、化学機械研磨用水系分散体１００質量％に対して、０．０２〜５質量％であり、好ましくは０．１〜３質量％、更に好ましくは０．３〜２質量％である。この含有量が少なすぎると、研磨面の平坦性が不十分となる場合がある。一方、含有量が多すぎると、研磨速度が著しく低下する場合がある。
【００１９】
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、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、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。
【００２０】
上記界面活性剤の含有量は、化学機械研磨用水系分散体１００質量％に対して、好ましくは０．００１〜１質量％、より好ましくは０．０１〜０．１質量％である。この含有量が多すぎると、研磨速度が十分でない場合がある。
【００２１】
上記化学機械研磨用水系分散体には、更に他の添加剤を配合し、研磨性能を向上させることができる。
例えば、酸を含有させることによって、水系分散体を安定させ、選択性を向上させることができる。この酸としては特に限定されず、有機酸、無機酸のいずれをも用いることができる。
上記有機酸としては、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、シュウ酸、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。
また、上記無機酸としては、硝酸、塩酸及び硫酸等が挙げられる。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。
上記酸の含有量は、化学機械研磨用水系分散体を１００質量％とした場合に、好ましくは０．０２〜２質量％、より好ましくは０．０５〜１質量％である。
【００２２】
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。
上記有機塩基としては、エチレンジアミン、エタノールアミン等の含窒素有機化合物等が挙げられる。
また、上記無機塩基としては、アンモニア、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチ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。
上記塩基の含有量は、化学機械研磨用水系分散体を１００質量％とした場合に、好ましくは０．０１〜１質量％、より好ましくは０．０２〜０．５質量％である。
【００２３】
更に、過酸化水素、過硫酸塩、ヘテロポリ酸等の酸化剤、アルミニウム、チタン、セリウム等の多価金属のイオン等を含有させることもできる。
【００２４】
上記化学機械研磨用水系分散体の媒体としては、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。
上記化学機械研磨用水系分散体は、被研磨材料あるいは砥粒の種類によってそのｐＨ、粘度等を選択すればよい。例えば、ｐＨは、含有される砥粒の種類によって異なり、セリアの場合、好ましくはｐＨ５〜１２、シリカの場合、好ましくはｐＨ１０〜１２である。この範囲であれば、研磨速度及び研磨面の平坦性がともに向上する。
【００２５】
上記非化学機械研磨用水系媒体は、水、又は、炭酸ガス、過酸化水素、アンモニア、アミン、アミド、有機酸及びアルコールから選ばれる少なくとも１種を含む水溶液である。但し、研磨性能を有する砥粒をはじめ、研磨性能の有無にかかわらず固体として存在する物質は含有しないものとする。
【００２６】
上記水としては、純水、イオン交換水等を用いることができる。尚、不可避的に含有される不純物成分（ナトリウムイオン、カルシウムイオン等）は考慮しないものとする。また、アミン、アミド、有機酸及びアルコールは水溶性物質であることが好ましいが、これらのうち、アミン、アミド及び有機酸の中には、水に溶けにくいが、アルコールに可溶なものもある。これらを用いる場合は、その調製手段を問わず、最終的に固体状の物質を含有しない水系媒体とすればよい。
【００２７】
上記非化学機械研磨用水系媒体として、炭酸ガスを含む水溶液を用いる場合、この炭酸ガスの含有量は、非化学機械研磨用水系媒体を１００質量％とした場合、好ましくは０．０５〜５質量％、より好ましくは０．０５〜２質量％、更に好ましくは０．０５〜１質量％である。
【００２８】
上記非化学機械研磨用水系媒体として、過酸化水素を含む水溶液を用いる場合、この過酸化水素の含有量は、非化学機械研磨用水系媒体を１００質量％とした場合、好ましくは０．００１〜１質量％、より好ましくは０．００５〜０．５質量％、更に好ましくは０．０１〜０．５質量％である。
【００２９】
上記非化学機械研磨用水系媒体として、アンモニアを含む水溶液を用いる場合、このアンモニアの含有量は、非化学機械研磨用水系媒体を１００質量％とした場合、好ましくは０．００１〜２質量％、より好ましくは０．０１〜１質量％である。
【００３０】
上記アミンの具体例としては、ヒドラジン、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジブチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド等が挙げられる。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。
上記アミンの含有量は、非化学機械研磨用水系媒体を１００質量％とした場合、好ましくは０．００５〜５質量％、より好ましくは０．０１〜１質量％である。
【００３１】
上記アミドの具体例としては、尿素、ホルムアミド、アセトアミド、ベンズアミド、オキサミド、オキサミン酸、グリシンアミド等が挙げられる。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。
上記アミドの含有量は、非化学機械研磨用水系媒体を１００質量％とした場合、好ましくは０．００５〜５質量％、より好ましくは０．０１〜１質量％である。
【００３２】
上記有機酸は、カルボキシル基を有するものであれば、モノカルボン酸であってもよいし、ジカルボン酸、トリカルボン酸、テトラカルボン酸等のポリカルボン酸であってもよい。
モノカルボン酸の具体例としては、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、オレイン酸、シクロヘキサンカルボン酸、安息香酸、トルイル酸、トリクロロ酢酸、トリフルオロ酢酸、ジエチル酢酸、ヘキサン酸、乳酸、グリコール酸等が挙げられる。
ジカルボン酸の具体例としては、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、マレイン酸、フマル酸、フタル酸、酒石酸、リンゴ酸等が挙げられる。
また、トリカルボン酸の具体例としては、クエン酸等が挙げられる。
上記有機酸は、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。
上記有機酸の含有量は、非化学機械研磨用水系媒体を１００質量％とした場合、好ましくは０．００５〜１質量％、より好ましくは０．０１〜１質量％である。
【００３３】
上記アルコールは、ヒドロキシル基を有するものであれば、１価アルコールであってもよいし、２価アルコール、３価アルコール等の多価アルコールであってもよい。また、アミノアルコールでもよい。
１価アルコールの具体例としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等の低級アルコール、アリルアルコール、クロチルアルコール等のアルケノール等が挙げられる。
多価アルコールの具体例としては、エチレングリコール、プロパンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、グリセリン、ペンタグリセリン、ソルビトール、プロピレングリコール、オクチレングリコール、トリメチレングリコール、ペンタメチレングリコール、ブチルセロソルブ等が挙げられる。
また、アミノアルコールの具体例としては、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等が挙げられる。
上記アルコールは、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。
上記アルコールの含有量は、非化学機械研磨用水系媒体を１００質量％とした場合、好ましくは０．００５〜５質量％、より好ましくは０．０１〜１質量％である。
【００３４】
上記例示した成分のうち、本発明に係わる非化学機械研磨用水系媒体としては、水が特に好ましい。また、アンモニア、アミン、アミド、有機酸及びアルコールから選ばれる成分を組み合わせて含有させる場合には、その含有量の合計は、非化学機械研磨用水系媒体を１００質量％とした場合、０．００５〜５質量％とすることが好ましく、より好ましくは０．０１〜１質量％である。尚、この非化学機械研磨用水系媒体のｐＨは特に限定されない。
【００３５】
本発明の化学機械研磨方法は、上記化学機械研磨用水系分散体と、上記非化学機械研磨用水系媒体と、を独立に用いることによって、好ましくは、上記化学機械研磨用水系分散体を用いた化学機械研磨工程と、上記非化学機械研磨用水系媒体を用いた非化学機械研磨工程と、をこの順に行うことによって、被研磨材を効率よく研磨することができる。
【００３６】
本発明の化学機械研磨方法に好適な被研磨材としては、例えば、微細素子分離用等に用いられる溝が形成されたシリコン等からなる基板に埋め込み絶縁膜が形成された半導体基板、層間絶縁膜が形成された各種電子素子等が挙げられる。また、被研磨材は、被研磨部が平坦であってもよいし、凹凸を有していてもよい。尚、この「凹凸」は、通常、溝等によって表される凹部及び凸部を有する形状をいう。
上記絶縁膜を構成する絶縁材料としては、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、ＳｉＯ２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）、ＳｉＯ２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。
上記酸化シリコンとしては、例えば、熱酸化膜、ＰＥＴＥＯＳ膜（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ−ＴＥＯＳ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。
【００３７】
上記化学機械研磨工程の研磨時間は、好ましくは３０秒以上２４０秒以下であり、より好ましくは５０秒以上２００秒以下、更に好ましくは１００秒以上１８０秒以下である。また、上記非化学機械研磨工程の研磨時間は、好ましくは３秒以上１５０秒以下であり、より好ましくは６秒以上１００秒以下、更に好ましくは１０秒以上６０秒以下である。これらの範囲とすることによって、化学機械研磨用水系分散体及び非化学機械研磨用水系媒体を無駄なく有効に利用した効率よい研磨を行うことができる。
【００３８】
本発明の化学機械研磨方法において、上記化学機械研磨用水系分散体及び上記非化学機械研磨用水系媒体は、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」等の装置とともに用いることができる。これらの研磨装置は、通常、図１に示すような構成で被研磨材を研磨する。即ち、軸回転する定盤２の上に、研磨パッド１を固定する一方、被研磨材４は、加圧ヘッド３の一端に取り付けられる。加圧ヘッド３は、被研磨材４を研磨パッド１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４を研磨パッド１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１の表面に非化学機械研磨用水系媒体あるいは砥粒が分散された化学機械研磨用水系分散体を上方（スラリー供給部５等）から流下させて研磨が行われる。
【００３９】
ここで、研磨方法の具体例を説明する。
本発明の化学機械研磨方法の最初（第１工程）は、研磨パッド上に砥粒が分散された化学機械研磨用水系分散体（Ａ１）のみを流しながら、被研磨材を研磨する。その後、第２工程において、非化学機械研磨用水系媒体（Ｂ１）のみを流しながら被研磨材を研磨する。上記第１及び第２工程における研磨パッドは同じものを続けて用いることが好ましい。
【００４０】
本発明の化学機械研磨方法において用いられる研磨パッドとしては特に限定されないが、多孔性材料からなるものであることが好ましく、例えば、発泡ポリウレタン樹脂、発泡ポリオレフィン樹脂、発泡ＡＳ系樹脂、発泡メチル（メタ）アクリレート系樹脂等が挙げられる。このような研磨パッドの市販品としては、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。
【００４１】
上記第１工程及び第２工程において、同じ研磨パッドを用いる場合、例えば、上記第１工程において、上記例示した砥粒０．０２〜５質量％（好ましくは０．０５〜２質量％、更に好ましくは０．１〜１質量％）と、ポリ（メタ）アクリル酸、ポリ（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並びにこれらのカリウム塩及びアンモニウム塩等から選ばれる水溶性高分子０．０２〜５質量％（好ましくは０．１〜３質量％、更に好ましくは０．３〜１質量％）と、を含む化学機械研磨用水系分散体（Ａ１）及び多孔性材料からなる研磨パッドを用いて、溝が形成されたシリコン等からなる基板上に埋め込み絶縁膜を有する被研磨材の研磨を始め（第１工程）、絶縁膜がある程度平坦化されたところで終了する。次いで、第２工程において、水等の非化学機械研磨用水系媒体（Ｂ１）を用いて研磨を始めると、研磨の初期は、上記化学機械研磨用水系分散体（Ａ１）に含有される砥粒及び水溶性高分子が研磨パッドの空隙（孔部）に残留しているために、水溶性高分子、砥粒の順に洗い流される。その際、水溶性高分子が洗い流され、且つ、砥粒が残存している間は研磨が進行するが、一定量の研磨後に砥粒も洗い流されることとなるため、さらなる研磨は行われない。このように、過剰な研磨が効果的に抑制されるため、本発明の化学機械研磨方法によると良好な平坦性が達成されるものであると推定される。
【００４２】
しかし、上記第１工程及び第２工程により十分な平坦化が実現されない場合には、必要に応じて、更に砥粒が分散された化学機械研磨用水系分散体（Ａ２）のみを流しながら被研磨材を研磨する第３工程、及び／又は非化学機械研磨用水系媒体（Ｂ２）のみを用いた第４工程等、を備えてもよい。上記化学機械研磨用水系分散体（Ａ２）及び非化学機械研磨用水系媒体（Ｂ２）は、それぞれ、上記化学機械研磨用水系分散体（Ａ１）及び非化学機械研磨用水系媒体（Ｂ１）と同じものであってもよいし、異なるものであってもよい。上記化学機械研磨工程及び上記非化学機械研磨工程は、交互に行うことが好ましい。
本発明においては、被研磨材に対する研磨パッドの圧力、定盤回転数、研磨時間等の研磨条件を適宜選択することができる。
【００４３】
本発明の化学機械研磨方法によって被研磨材を研磨する場合、上記化学機械研磨工程において用いる化学機械研磨用水系分散体に含有される水溶性高分子は、ポリ（メタ）アクリル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種であり、上記非化学機械研磨工程において用いる非化学機械研磨用水系媒体は水であることが特に好ましい。
【００４４】
本発明の化学機械研磨方法によって、例えば、ＰＥＴＥＯＳ膜を研磨する場合、ディッシング（過剰研磨により生じた凹み）の深さを好ましくは１０００Å以下とすることができ、最適な化学機械研磨水系分散体及び非化学機械研磨水系媒体を用いることによって、好ましくは９００Å以下、より好ましくは８００Å以下、更に好ましくは７００Å以下、特に好ましくは６００Å以下とすることができる。
また、本発明の研磨方法によって、スクラッチ（研磨後の被研磨材表面の傷）の発生が抑制され、単位面積（１ｃｍ２）あたりのスクラッチの数を、好ましくは５個以下、より好ましくは３個以下とすることができる。
【００４５】
【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。
【００４６】
実施例１
平均粒子径が０．１３μｍであるセリア粒子を０．５％、及び、水系ＧＰＣによるポリエチレングリコール換算の重量平均分子量が６０００であるポリアクリル酸アンモニウム（表には「ＰＡＡ−ＮＨ４」と記載）を１．６％、それぞれ含有する第１工程用化学機械研磨用水系分散体を調製した。
この第１工程用化学機械研磨用水系分散体を用いて、図２に示すような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４１と、このシリコン基板４１上に形成された、膜厚１０〜１５ｎｍのＳｉＯ２層４２と、このＳｉＯ２層４２上に形成された、膜厚１５０〜２００ｎｍのＳｉ３Ｎ４層４３と、更に、上記シリコン基板４１の溝を充填し、且つ上記Ｓｉ３Ｎ４層４３上に形成された、膜厚約０．８μｍのＰＥＴＥＯＳ膜４４（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」、直径；８インチ）を、表１に記載の研磨時間にて研磨パッド（材質；ポリウレタン、ロデール・ニッタ社製、商品名「ＩＣ１０００／ＳＵＢＡ４００」）により研磨した。尚、このときの水系分散体の供給量は２００ｍｌ／分とした。
その後、第２工程用非化学機械研磨用水系媒体としてのイオン交換水を用い、表１に記載の研磨時間にて同じ研磨パッドにより研磨した。尚、このときのイオン交換水の供給量は３００ｍｌ／分とした。
次いで、第３工程として、第１工程用化学機械研磨用水系分散体を用い、表１に記載の研磨時間、及び第１工程と同じ供給量にて同じ研磨パッドにより研磨した。
最後に、第４工程として、イオン交換水のみを用い、表１に記載の研磨時間、及び第２工程と同じ供給量にて同じ研磨パッドにより研磨し、終了した。
研磨終了後のウェハを、ＫＬＡテンコール社製膜厚計「ＵＶ１２８０型」により測定したところ、Ｓｉ３Ｎ４層上の酸化膜の残留厚さは０Åであった。また、過剰研磨によるＳｉ３Ｎ４の損失厚さは２３０Åであった。
更に、シリコン基板の溝に埋め込まれた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、ディッシングを測定した。ディッシングは、Ｓｉ３Ｎ４層表面の水平面からの凹み長さである。
以上の結果を表１に示す。
【００４７】
また、スクラッチの評価は以下の要領で行った。即ち、上記ウェハの研磨面（ＰＥＴＥＯＳ部）について、ＫＬＡテンコール社製「ＫＬＡ２１１２型」により欠陥検査を行い、欠陥の１つ１つについてスクラッチであるか、付着したゴミであるかを見極め、１００個以上観察してスクラッチの割合を出し、これよりウェハ１ｃｍ２あたりのスクラッチ数を算出した。この結果を表１に併記した。
【００４８】
実施例２〜１４及び比較例１〜２
上記実施例１と同様にして、表１〜４に記載される研磨条件によりウェハの研磨を行い、評価を行った。その結果を表１〜４に示す。
尚、各表において、添加剤として用いた「ＰＡＡ−Ｋ」は、水系ＧＰＣによるポリエチレングリコール換算の分子量６０００、中和度８０％のポリアクリル酸カリウムを意味し、「ＤＢＳ−ＮＨ４」は、ドデシルベンゼンスルホン酸アンモニウムを意味する。
【００４９】
【表１】
2004335978.tif 000003
【００５０】
【表２】
2004335978.tif 000004
【００５１】
【表３】
2004335978.tif 000005
【００５２】
【表４】
2004335978.tif 000006
【００５３】
実施例の効果
表４より、比較例１は、化学機械研磨用水系分散体を用いた第１工程のみによるものであり、所望の研磨を行うことができず、Ｓｉ３Ｎ４層上におけるＳｉＯ２膜の残留が確認されるとともに、スクラッチ数が多かった。また、比較例２は、化学機械研磨用水系分散体に含まれる水溶性高分子の含有量が少ない例であり、第１工程におけるＰＥＴＥＯＳ膜の研磨が十分でないために、第２工程、第３工程及び第４工程と進めても、ディッシングが３２００Åと大きく、平坦性に優れた研磨を行うことができなかった。ＳＴＩ工程における化学機械研磨方法としては、適用が難しいと考えられる。
一方、実施例５〜８（表２参照）では、第１工程において、ウェハのＰＥＴＥＯＳ膜の凸部分が除去されて、ＰＥＴＥＯＳ膜の平坦化が行われるとともに研磨速度が低下し自動的に研磨は停止した状態となった。その後、第２工程において、平坦化した膜を更に研磨することで、Ｓｉ３Ｎ４層に残留するＳｉＯ２膜を完全に除去し、本工程における研磨時間をコントロールすることで、Ｓｉ３Ｎ４層の削りすぎを防止することができた。
また、実施例１〜４（表１参照）、実施例１１〜１４（表３及び表４参照）は、合計４工程による例であり、Ｓｉ３Ｎ４層の損失厚さ及びディッシングは実施例５〜８よりも大きくなったが、ＳＴＩ工程における化学機械研磨方法としては十分対応可能である。
更に、実施例９及び１０（表３参照）は、合計６工程による例であり、上記実施例１〜４及び実施例１１〜１４よりもディッシングが改善された。
以上より、上記実施例によると、ディッシングは１０００Å以下であり、平坦性が良好で、Ｓｉ３Ｎ４のロスも小さい。更に、スクラッチも問題無いレベルである。
【００５４】
【発明の効果】
本発明の化学機械研磨方法によれば、酸化ケイ素膜の関与する素子間分離の平坦化又は層間絶縁膜の平坦化を、十分な研磨速度で、且つ効率よく行うことができる。また、絶縁物が埋め込まれた部分が研磨された場合のディッシング、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。
化学機械研磨用水系分散体に含有される水溶性高分子のうち、カルボキシル基を有する重合体として、ポリ（メタ）アクリル酸及びポリ（メタ）アクリル酸系共重合体並びにこれら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種を、上記スルホン酸基を有する重合体として、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並びにこれら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種を、上記含窒素重合体として、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から選ばれる少なくとも１種を、それぞれ用いた場合、被研磨材料に適した研磨速度によって、ディッシング及びスクラッチが微少な研磨を行うことができる。
また、化学機械研磨工程において用いる化学機械研磨用水系分散体に含有される水溶性高分子がポリ（メタ）アクリル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種であり、非化学機械研磨工程において用いる非化学機械研磨用水系媒体が水である場合、被研磨材の平坦化をより効率よく行うことができる。
【００５５】
上記化学機械研磨工程の研磨時間が１００秒以上であり、且つ、上記非化学機械研磨工程の研磨時間が１５０秒以下である場合には、化学機械研磨用水系分散体及び非化学機械研磨用水系媒体を無駄なく有効に利用した効率よい研磨を行うことができる。
更に、被研磨材が凹凸を有する絶縁膜である場合には、凸部分では研磨速度が高く、凹部分では研磨速度が低く、凹凸に柔軟に対応した研磨を行うことができる。
また、研磨の際に用いる研磨パッドが多孔性材料からなる場合には、非化学機械研磨工程の最中に、化学機械研磨用水系分散体に含有された砥粒が研磨パッドに残留していても、一定量の研磨の後に砥粒が洗い流されるため、新たな研磨が行われることなく、目的の研磨を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】研磨形態を示す説明模式図である。
【図２】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。
【符号の説明】
１；研磨パッド、２；定盤、３；加圧ヘッド、４；被研磨材、４１；シリコン基板、４２；ＳｉＯ２層、４３；Ｓｉ３Ｎ４層、４４；ＰＥＴＥＯＳ膜、５；スラリー供給部。
【図１】
2004335978.tif 000007
【図２】
2004335978.tif 000008