(57)【要約】【課題】過研磨や研磨不足を防止し、研磨前の構造の変動や研磨速度の変動があった場合でも、研磨後の被研磨体の状態を一定に保ち、平坦性を向上させることが可能な研磨工程を備える半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】回転する押しつけヘッドにより、回転する研磨テーブル上に被研磨体を押し付け、前記研磨テーブル上に研磨液を供給しつつ前記被研磨体の表面にＣＭＰ研磨を施す工程を具備し、ＣＭＰ研磨中の前記研磨テーブルの回転モーター電流値又は前記押しつけヘッドの回転モーター電流値をモニターし、前記電流値の経時変化曲線から境界点を２点以上検出し、研磨時間を決定することを特徴とする。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転する押しつけヘッドにより、回転する研磨テーブル上に被研磨体を押し付け、前記研磨テーブル上に研磨液を供給しつつ、前記被研磨体の表面にＣＭＰ研磨を施す工程を具備し、ＣＭＰ研磨中の前記研磨テーブルの回転モーター電流値又は前記押しつけヘッドの回転モーター電流値をモニターし、前記電流値の経時変化曲線から境界点を２点以上検出し、研磨時間を決定することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記工程は第１の研磨と第２の研磨とからなり、前記電流値の経時変化曲線から第１の境界点と第２の境界点が検出され、第１の境界点は上昇終了点であり、それによって第１の研磨の研磨時間が決定され、第２の境界点は下降終了点であり、それによって第２の研磨の研磨時間が決定されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記被研磨体は、凹部を有し、凹部以外の表面にシリコン窒化膜を有するシリコン基板上に、前記凹部内を埋めるようにシリコン酸化膜が形成されてなり、凹凸面を有する前記シリコン酸化膜がＣＭＰ研磨されることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１の境界点の検出により、前記シリコン酸化膜の平坦化終了が検知され、前記第２の境界点の検出により、前記シリコン窒化膜の全面露出が検知されることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第２の研磨は、前記第１の研磨とは異なる研磨条件で行われることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第２の研磨は、前記第１の研磨とは異なる研磨液を用いて行われることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第２の研磨は、前記第１の研磨で用いた研磨液よりも低い界面活性剤濃度を有する研磨液を用いて行われることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
研磨粒子および界面活性剤を含む研磨液を用いて、凹凸面を有する被研磨体の表面にＣＭＰ研磨を施す工程を具備し、前記工程は、第１の研磨と、この第１の研磨に引き続き行われる第２の研磨からなり、前記第１の研磨から第２の研磨への切り替えは、前記被研磨体の凹凸面が平坦化した時に行われ、前記第２の研磨は、前記第１の研磨で用いた研磨液よりも低い界面活性剤濃度を有する研磨液を用いて行われることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記第２の研磨は、前記第１の研磨で用いた研磨液よりも低い界面活性剤濃度及び研磨剤濃度を有する研磨液を用いて行われることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第１の研磨から第２の研磨への切り替えは、研磨布の上に研磨液が存在する状態で水を添加し、研磨液の界面活性剤濃度を減少させることにより行われることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記被研磨体は、凹部を有し、凹部以外の表面にシリコン窒化膜を有するシリコン基板上に、前記凹部内を埋めるようにシリコン酸化膜が形成されてなり、前記第１の研磨により前記シリコン酸化膜の表面が平坦化され、前記第２の研磨により前記シリコン窒化膜の全面が露出されることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記研磨液は、研磨粒子としてセリア粒子を含むことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記研磨液は、研磨粒子としてセリア粒子、及びアニオン界面活性剤を含むことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記アニオン界面活性剤は、ポリアクリル酸アンモニウムであることを特徴とする請求項１３に記載の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係り、特に、システムＬＳＩや、高速ＬＳＩなどの半導体装置の素子分離工程における化学的機械的研磨（ＣＭＰ）技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の高集積化、素子の微細化に伴い、種々の微細加工技術が開発されている。その中でも、ＣＭＰ技術は、埋め込み構造や平坦構造を形成するために必須の技術となっている。
【０００３】
例えば、システムＬＳＩや高速ＬＳＩなどにおけるシャロートレンチ分離（ＳＴＩ）構造を形成するに際し、窒化膜をストッパーとして用いた酸化膜のＣＭＰが行われるが、それには以下のような種々の問題がある。
【０００４】
（１）研磨終点の検出が困難であることから、ストッパーとしての窒化膜の全面が露出した後も研磨が行われる過研磨によって、窒化膜が研磨されてしまい、一チップ内で窒化膜の膜厚が不均一になる。
【０００５】
（２）研磨終点の検出が困難であることから、ストッパーとしての窒化膜の全面が露出する前に研磨が停止される研磨不足によって、窒化膜上に酸化膜が残留する。
【０００６】
（３）ＣＭＰ前のシリコン酸化膜の膜厚やシリコン基板表面の段差の高さ等の被研磨体の構造の変動や、ＣＭＰの研磨速度の変動の影響を受け、ＣＭＰ後のシリコン酸化膜の膜厚や最適研磨時間が変動する。
【０００７】
（４）ＣＭＰ中に発生したスクラッチがＣＭＰ後も残留し、素子特性を劣化させる。
【０００８】
これらの問題を解決するため、従来、研磨装置の回転テーブルのモーター電流値をモニターして、それにより研磨終点を求める方法が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００９】
また、他の従来例として、終点の検出の容易な第１の研磨を行い、終点検出後に追加の第２の研磨を行う方法（例えば、特許文献３参照）、金属層を平坦化するために第１の研磨を行い、その後、研磨剤の量を減少させた第２の研磨によりトレンチ内に金属層を埋め込む方法（例えば、特許文献４参照）が知られている。
【００１０】
しかし、これらの方法では、いずれも上記問題をすべて解決することは出来なかった。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１１−２６５８６５号公報
【００１２】
【特許文献２】
特開２０００−３４０５３７号公報
【００１３】
【特許文献３】
特開平１１−８７２８６号公報
【００１４】
【特許文献４】
米国特許第５，９８５，７４８号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような事情の下になされ、過研磨や研磨不足を防止し、研磨前の構造の変動や研磨速度の変動があった場合でも、研磨後の被研磨体の状態を略一定に保ち、平坦性を向上させることが可能な研磨工程を備える半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、第１の発明は、回転する押しつけヘッドにより、回転する研磨テーブル上に被研磨体を押し付け、前記研磨テーブル上に研磨液を供給しつつ前記被研磨体の表面にＣＭＰ研磨を施す工程を具備し、ＣＭＰ研磨中の前記研磨テーブルの回転モーター電流値又は前記押しつけヘッドの回転モーター電流値をモニターし、前記電流値の経時変化曲線から境界点を２点以上検出し、研磨時間を決定することを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
【００１７】
上記第１の発明において、ＣＭＰ研磨工程を第１の研磨と第２の研磨とにより構成し、電流値の経時変化曲線から第１の境界点と第２の境界点を検出し、第１の境界点を上昇終了点とし、それによって第１の研磨の研磨時間を決定し、第２の境界点を下降終了点とし、それによって第２の研磨の研磨時間を決定することが出来る。
【００１８】
また、被研磨体として、凹部を有し、凹部以外の表面にシリコン窒化膜を有するシリコン基板上に、前記凹部内を埋めるようにシリコン酸化膜が形成されてなるものを用い、凹凸面を有する前記シリコン酸化膜を研磨することが出来る。
【００１９】
この場合、第１の境界点の検出により、シリコン酸化膜の平坦化終了を検知し、第２の境界点の検出により、シリコン窒化膜の全面露出を検知することが出来る。
【００２０】
また、第２の研磨を、第１の研磨とは異なる研磨条件で行うことが出来る。この場合、第２の研磨を、第１の研磨とは異なる研磨液、特に、第１の研磨で用いた研磨液よりも低い界面活性剤濃度を有する研磨液を用いて行うことが望ましい。
【００２１】
第２の発明は、研磨粒子および界面活性剤を含む研磨液を用いて、凹凸面を有する被研磨体の表面にＣＭＰ研磨を施す工程を具備し、前記工程は、第１の研磨と、この第１の研磨に引き続き行われる第２の研磨からなり、前記第１の研磨から第２の研磨への切り替えは、前記被研磨体の凹凸面が平坦化した時に行われ、前記第２の研磨は、前記第１の研磨で用いた研磨液よりも低い界面活性剤濃度を有する研磨液を用いて行われることを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
【００２２】
上記第２の発明において、第２の研磨を、第１の研磨で用いた研磨液よりも低い界面活性剤濃度及び研磨剤濃度を有する研磨液を用いて行うことが出来る。
【００２３】
また、第１の研磨から第２の研磨への切り替えを、研磨布の上に研磨液が存在する状態で水を添加し、研磨液の界面活性剤濃度を減少させることにより行うことが出来る。
【００２４】
被研磨体として、凹部を有し、凹部以外の表面にシリコン窒化膜を有するシリコン基板上に、凹部内を埋めるようにシリコン酸化膜が形成されてなるものを用い、第１の研磨により前記シリコン酸化膜の表面を平坦化し、第２の研磨によりシリコン窒化膜の全面を露出させることが出来る。
【００２５】
以上の第１及び第２の発明において、研磨液を、研磨粒子としてセリア（ＣｅＯ２）粒子を含むものとすることが出来る。研磨粒子としては、他にシリカ粒子、アルミナ粒子もあるが、セリア粒子が好ましい。
【００２６】
また、研磨液を、研磨粒子としてセリア粒子、及びアニオン界面活性剤を含むものとすることが出来る。この場合、アニオン界面活性剤として、ポリアクリル酸アンモニウム塩を用いることが出来る。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２８】
半導体装置の素子分離（ＳＴＩ）で用いられるＣＭＰ工程では、シリコン酸化膜の平坦化と、シリコン窒化膜を露出させるまでのシリコン酸化膜の残膜除去の２つの役割が必要とされている。
【００２９】
研磨粒子としてセリアを含有し、界面活性剤が添加された研磨液でのシリコン酸化膜の研磨は、パターン凸部を優先的に除去することが可能であるため、シリコン酸化膜の平坦化の段階には最適であるが、平坦化後の研磨レートが遅く、スクラッチが発生しやすいため、シリコン窒化膜上のシリコン酸化膜の残膜除去には不向きである。また、残膜除去では研磨レートが速い研磨特性が適しているが、不必要に研磨を続けると、ストッパーとしてのシリコン窒化膜が研磨され、半導体チップ内で膜厚が不均一になるという問題がある。
【００３０】
そのため、ＳＴＩにおけるＣＭＰ工程では、異なる研磨特性の研磨を適切なタイミングで切り替えることと、適切な時間で研磨を終了することが望まれる。
【００３１】
本発明の第１の実施形態に係る方法によると、異なった研磨特性の研磨工程を組み合わせ、それぞれの研磨工程における研磨テーブルの回転モーター電流値又は押しつけヘッドの回転モーター電流値の経時変化曲線から、上昇終了点と下降終了点を検出し、それらによって研磨条件の切り替えの最適なタイミングと、研磨終了のタイミングの両方を知ることが可能となる。
【００３２】
また、本発明の第２の実施形態に係る方法によると、界面活性剤濃度の異なる研磨液を切り替えて用いることにより、研磨速度が速く、選択性に優れた研磨が可能となる。
【００３３】
以下、それぞれの実施形態について説明する。
最初に、第１の実施形態について説明する。
図１は、素子分離工程における酸化膜のＣＭＰを示す断面図である。
【００３４】
まず、図１（ａ）に示すように、溝１０１ａ，１０１ｂが形成され、溝１０１ａ，１０１ｂ以外の部分の上にシリコン窒化膜１０２が形成されたシリコン基板１００上に、ＣＶＤ法により、溝を埋めるようにシリコン酸化膜１０３を形成する。図示するように、シリコン酸化膜１０３の表面は凹凸面となっている。
【００３５】
次いで、ＣＭＰ法により、シリコン酸化膜１０３の表面を研磨する。ＣＭＰは、試料ウエハーが対接配置される回転テーブルのモーター電流値、またはウエハー押し付けヘッドのモーター電流値をモニター可能なＣＰＭ装置を用いて行う。
【００３６】
ＣＭＰに用いる研磨液は、研磨粒子としてセリア粒子を、例えば０．３〜０．６重量％、界面活性剤を、例えば０．９４〜３．５重量％含有する水分散液である。界面活性剤としては、アニオン界面活性剤が好ましく、例えばポリアクリル酸アンモニウムを用いることが出来る。
【００３７】
このような研磨液を用いてシリコン酸化膜１０３をＣＭＰ研磨すると、図１（ｂ）に示すように、平坦な構造を得る。このとき、モーター電流値の上昇終了点が検出され、第１段階の研磨が停止される。即ち、研磨により平坦面に近づくと、回転テーブル上の研磨布と試料面との接触面積が拡大し、摩擦力の増大により、回転テーブル及びウエハー押し付けヘッドのトルクが増大し、そのため、それらのモーター電流値が増大する。そして、平坦な構造が得られると、研磨パッドと試料面との接触面積は最大値となり、摩擦力はそれ以上増大せず、モーター電流値は略一定値となる。
【００３８】
第１段階の研磨の停止は、モーター電流値の上昇終了点の検出と同時に行ってもよいが、検出から所定時間経過後に行ってもよい。
【００３９】
その後、研磨条件を変えて、第２段階の研磨を行い、図１（ｃ）に示すように、シリコン窒化膜１０２を露出させる。研磨条件の変更としては、例えば、研磨液の種類の変更、回転テーブルの回転数の減少等が挙げられる。
【００４０】
研磨液の種類の変更としては、例えば、界面活性剤の濃度を低下させること、研磨粒子の濃度を低下させることを挙げることが出来る。界面活性剤や研磨粒子の濃度を低下させる方法としては、各成分の濃度が互いに異なる研磨液を用意しておき、それらを切り替えて供給する方法、研磨液に純水を添加する方法、または研磨液の供給を停止して、代わりに純水を供給する方法がある。
【００４１】
界面活性剤の濃度の低下は、例えば、界面活性剤の濃度を０．３１重量％以下にすることが望ましい。また、回転テーブルの回転数の減少は、例えば、回転数を６０ｒｐｍ以下にすることが望ましい。
【００４２】
第２段階の研磨により、シリコン窒化膜１０２上のシリコン酸化膜１０３が除去され、シリコン窒化膜１０２が露出し始めると、モーター電流値は下降し始める。そして、シリコン窒化膜１０２の全面が露出すると、モーター電流値の下降は終了し、略一定値となり、その下降終了点を検出して、その直後又は所定時間経過後に、第２段階の研磨を停止する。その結果、図１（ｃ）に示すように、溝１０１ａ，１０１ｂ内にシリコン酸化膜１０３ａ，１０３ｂが埋め込まれたＳＴＩ構造が得られる。
【００４３】
第２の段階の研磨において、シリコン窒化膜１０２が露出し始めるとモーター電流値が下降するのは、シリコン窒化膜１０２が露出することによって、研磨の対象が変化するためである。また、第２の段階の研磨において、研磨条件を変えたのは、シリコン窒化膜１０２の露出によるモーター電流値の下降をより明確にするためである。好ましくは、研磨テーブルの回転数を低下させ、研磨液中のポリアクリル酸アンモニウムの濃度を極少量に低減することにより、被研磨面と研磨布の間の微小な摩擦の変化が回転テーブルあるいはウエハー押し付けヘッドのトルクへと十分に伝達され、それにより、シリコン窒化膜１０２の露出終了点の検出を容易に行うことが可能となる。
【００４４】
以上のように、本実施形態では、従来の技術の平坦化特性を維持したまま、終点検知を正確に行うことが可能になったことから、過研磨や研磨不足が防止されて、シリコン窒化膜上のシリコン酸化膜の残留や、シリコン窒化膜の過研磨、過剰なディッシングを抑制することが可能である。
【００４５】
以下、以上説明した第１の実施形態に係る具体的実施例として、平坦化終了点で１度目の終点検出を行い、研磨条件を切り替え、シリコン窒化膜の露出終了点で２度目の終点検出を行い、研磨を終了した場合について説明する。
【００４６】
実施例１
図２は、研磨中の回転テーブルのモーター電流値の波形を示すグラフである。第１段階の研磨は、図１（ａ）に示す凹凸面を有するシリコン酸化膜１０３に対し、０．５重量％のセリア及び１．１重量％のポリアクリル酸アンモニウムを含む研磨液を用い、回転テーブルの回転数１００ｒｐｍの研磨条件で行った。
【００４７】
第１の段階の研磨が進行し、シリコン酸化膜１０３の表面が平坦に近づくと、回転テーブルのモーター電流値は上昇し始める。モーター電流値の上昇終了点Ｐが平坦化終了点である。このモーター電流値の上昇終了点Ｐを検出した後、所定時間経過後のＱ点において、第１の段階の研磨を停止した。
【００４８】
なお、モーター電流値の上昇終了点Ｐは、モーター電流値の微分曲線を求め、そのピークから下降し平坦領域に移行する境界点により決定した。
【００４９】
次いで、研磨条件を切り替えての第２の段階の研磨を行った。即ち、研磨テーブルの回転数を６０ｒｐｍ以下、例えば３０ｒｐｍとし、研磨液中のポリアクリル酸アンモニウムの濃度を０．３１重量％以下、本実施例ではゼロにして、研磨を行った。
【００５０】
この第２の段階の研磨では、研磨液中にポリアクリル酸アンモニウムが含まれていないため、研磨の進行とともにモーター電流値は上昇し、シリコン窒化膜が露出し始めると下降に転じた。モーター電流値の下降終了点Ｒが、シリコン窒化膜の全面が露出する、露出終了点である。このモーター電流値の下降終了点Ｒを検出した後、所定時間経過後に第２の段階の研磨を停止した。
【００５１】
従来技術では、ＣＶＤシリコン酸化膜が厚くなった場合でも、ＣＭＰの後にシリコン窒化膜上のシリコン酸化膜残りが無いようにＣＭＰ条件を設定していた。そのため、標準の膜構造の場合は過研磨の状態になり、シリコン窒化膜のチップ内のバラツキが増大していた。
【００５２】
これに対し、本実施例に係る方法では、シリコン窒化膜のチップ内のバラツキは大幅に低下した。図３は、１回の研磨終点を検出する従来のＣＭＰ方法と、２回の研磨終点を検出する本実施例に係る方法による、シリコン窒化膜の最大膜厚と最小膜厚を示す。図３から、本実施例に係る方法によると、シリコン窒化膜の最大膜厚と最小膜厚の差は、大幅に減少し、シリコン窒化膜のチップ内のバラツキが少ないことがわかる。。
【００５３】
次に、本発明の第２の実施形態について、第１の実施形態と同様に、図１を参照して説明する。
【００５４】
まず、図１（ａ）に示すように、溝１０１ａ，１０１ｂ及びシリコン窒化膜１０２が形成されたシリコン基板１００上に、ＣＶＤ法により、溝を埋めるようにシリコン酸化膜１０３を形成する。
【００５５】
次いで、第１段階の研磨として、ＣＭＰ法によりシリコン酸化膜１０３を研磨する。ＣＭＰに用いる研磨液は、研磨粒子としてセリアを、例えば０．３〜０．６重量％、アニオン界面活性剤を、例えば０．９４〜３．５重量％含有する水分散液である。アニオン界面活性剤としては、例えばポリアクリル酸アンモニウムを用いることが出来る。
【００５６】
シリコン酸化膜１０３のＣＭＰにより、図１（ｂ）に示すように、平坦な構造を得る。このとき、研磨液中のアニオン界面活性剤の濃度を減少させて、引き続き第２段階の研磨を行い、図１（ｃ）に示すように、シリコン窒化膜１０２を露出させる。なお、アニオン界面活性剤の濃度と同時に、研磨粒子の濃度を減少させてもよい。
【００５７】
界面活性剤の濃度を低下させる方法としては、界面活性剤濃度が互いに異なる研磨液を切り替えて供給する方法、研磨液に純水を添加する方法、または研磨液の供給を停止して、代わりに純水を供給する方法がある。また、研磨粒子の濃度を低下させる方法としては、研磨粒子濃度が互いに異なる研磨液を切り替えて供給する方法、研磨液に純水を添加する方法、または研磨液の供給を停止して、代わりに純水を供給する方法がある。
【００５８】
界面活性剤の濃度は、例えば、０．９２重量％以下、特に０．０８〜０．９２重量％にすることが望ましい。また、研磨粒子の濃度は、０．３重量％以下、特に０．１〜０．２５重量％にすることが望ましい。
【００５９】
界面活性剤の濃度を減少させた第２段階の研磨により、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の研磨の選択性が得られ、即ち、シリコン窒化膜を実質的に研磨することなく、より速い研磨速度でシリコン酸化膜の研磨が可能となる。その結果、速い研磨速度で、優れた膜厚の均一性を有し、スクラッチが少なく素子特性の劣化のない半導体装置を製造することが可能となる。
【００６０】
なお、界面活性剤濃度が低下したことにより研磨速度が速くなり過ぎた場合には、研磨速度を抑えるために研磨荷重を低下させることや、研磨粒子濃度を低下させることが望ましい。
【００６１】
以下、第２の実施形態に係る具体的実施例として、研磨液中の界面活性剤の濃度を減少させることにより第１段階の研磨から第２段階の研磨に切り替える場合について説明する。
【００６２】
実施例２
本実施例は、第１段階の研磨から第２段階の研磨に、研磨粒子の濃度は変えずに、研磨液中の界面活性剤の濃度を減少させた例である。
【００６３】
第１段階の研磨では、研磨液として、０．５重量％のセリア及び１．５重量％のポリアクリル酸アンモニウムを含む水分散液を用い、第２段階の研磨において、研磨液として、０．５重量％のセリアを含み、界面活性剤を含まない水分散液を用いた。
【００６４】
図４は、研磨粒子として０．５重量％のセリアを用い、研磨液中のポリアクリル酸アンモニウムの濃度を変化させた場合のＳｉＯ２とＳｉＮの研磨速度およびそれらの研磨選択比を示すグラフである。
【００６５】
図４のグラフから、研磨液中のポリアクリル酸アンモニウムの濃度によって、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の研磨速度は変化し、このとき、選択比（研磨速度の比）も変化したことがわかる。
【００６６】
そこで、本実施例では、凹凸が緩和されるまではポリアクリル酸アンモニウムの濃度の高い研磨液を用い、凸部のみが選択的に研磨されるという研磨液の特徴を利用した。そして、シリコン窒化膜に達する前に、ポリアクリル酸アンモニウムの濃度の低い研磨液に切り替え、シリコン酸化膜は研磨されるがシリコン窒化膜は研磨され難い選択比を示す研磨液により、シリコン窒化膜に達する研磨を行った。
【００６７】
このように２種類の研磨液で連続研磨することによって、従来方法の凸部のみを選択的に研磨するという特性を維持したまま、シリコン窒化膜の研磨を抑えることが可能となった。また、研磨終了時のシリコン酸化膜の研磨速度が上昇したことに基づき、被研磨面におけるスクラッチ数が減少した。
【００６８】
実施例３
本実施例は、第１段階の研磨から第２段階の研磨に、研磨液中の界面活性剤の濃度とともに、研磨粒子の濃度をも減少させた例である。
【００６９】
第１段階の研磨では、研磨液として、０．５重量％のセリア及び１．５重量％のポリアクリル酸アンモニウムを含む水分散液を用い、第２段階の研磨において、研磨液として、０．３重量％のセリアを含み、界面活性剤を含まない水分散液を用いた。
【００７０】
図５は、ポリアクリル酸アンモニウムの濃度をゼロとしたうえで、研磨液中の研磨粒子の濃度を変化させた場合のＳｉＯ２とＳｉＮの研磨速度およびそれらの選択比を示すグラフである。
【００７１】
図５のグラフから、研磨液中のセリア粒子の濃度によっても、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の研磨速度は変化し、このとき、選択比（研磨速度の比）も変化することがわかる。
【００７２】
そこで、本実施例では、被研磨面の凹凸が緩和されるまではセリア粒子及びポリアクリル酸アンモニウムの濃度の高い研磨液を用い、凸部の研磨速度が速いという研磨液の特徴を利用した。そして、シリコン窒化膜に達する前に、セリア粒子及びポリアクリル酸アンモニウムの濃度の低い研磨液に切り替え、シリコン酸化膜は研磨されるがシリコン窒化膜は研磨されない選択比を示す研磨液により、シリコン窒化膜に達する研磨を行った。
【００７３】
このように２種類の研磨液で連続研磨することによって、従来方法の凸部のみを選択的に研磨するという特性を維持したまま、シリコン窒化膜の研磨を抑え、平坦性を向上することが可能となった。
【００７４】
また、研磨終了時のシリコン酸化膜とシリコン窒化膜の研磨の選択性を著しく向上させたうえで、シリコン酸化膜の研磨速度の過度の上昇が抑制されたことにより、研磨の安定性が向上した。
【００７５】
なお、図５のグラフから、使用する研磨液中の粒子濃度は、高濃度として０．３〜０．６重量％、低濃度として０．１〜０．２５重量％を用いるのが好ましいことがわかる。
【００７６】
実施例４
本実施例は、第１段階の研磨から第２段階の研磨に、研磨粒子及び界面活性剤を含む研磨液から純水に切り替えた例である。
【００７７】
第１段階の研磨では、研磨液として、０．５重量％のセリア及び１．５重量％のポリアクリル酸アンモニウムを含む水分散液を用い、第２段階の研磨において、研磨液として純水を用いた。
【００７８】
図６は、全ＣＭＰ工程を通して、０．５重量％のセリア及び１．５重量％のポリアクリル酸アンモニウムを含む研磨液を用いた従来ＣＭＰ方法と、シリコン酸化膜の平坦化後に、０．５重量％のセリア及び１．５重量％のポリアクリル酸アンモニウムを含む研磨液から純水に切り替えた本実施例に係る方法による、シリコン窒化膜の最大膜厚と最小膜厚を示す。図６から、本実施例に係る方法によると、第２段階の研磨において、シリコン窒化膜に到達する際の選択比が上昇したことにより、シリコン窒化膜の最大膜厚と最小膜厚の差は、大幅に減少し、シリコン窒化膜のチップ内のバラツキが少なくなったことがわかる。なお、研磨液を純水に切り替えることにより選択比が上昇するのは、ポリアクリル酸アンモニウムは研磨布上から除去されるが、セリアは研磨布上に残留し、セリアのみによる研磨が行われることにより、界面活性剤濃度低減による効果が発揮されるためである。
【００７９】
また、図７は、同様に、従来ＣＭＰ方法と本実施例に係る方法による、ＣＭＰ研磨後の被研磨面のスクラッチ数を示す。図７から、本実施例に係る方法によると、研磨終了時のシリコン酸化膜の研磨速度が上昇した効果により、ＣＭＰ研磨後の被研磨面のスクラッチ数は、従来ＣＭＰ方法では２７９であったものが、５０と大幅に減少したことがわかる。なお、研磨液を純水に切り替えることによりシリコン酸化膜の研磨速度が上昇するのは、ポリアクリル酸アンモニウムは研磨布上から除去されるが、セリアは研磨布上に残留し、研磨を抑制する界面活性剤の無い状態でセリアによる研磨が行われるためである。
【００８０】
以上のように、本実施例に係る方法によると、平坦性とスクラッチの両方で特性が大幅に改善した。
【００８１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によると、過研磨や研磨不足を防止し、研磨前の構造の変動や研磨速度の変動があった場合でも、研磨後の被研磨体の状態を略一定に保ち、平坦性を向上させることが可能な研磨工程を備える半導体装置の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るＳＴＩ工程を示す断面図。
【図２】実施例１における研磨中の回転テーブルのモーター電流値の波形を示す特性図。
【図３】従来のＣＭＰ方法と実施例１に係る方法によるシリコン窒化膜の最大膜厚と最小膜厚を比較して示す特性図。
【図４】研磨液中のポリアクリル酸アンモニウムの濃度を変化させた場合のＳｉＯ２とＳｉＮの研磨速度およびそれらの選択比を示す特性図。
【図５】研磨液中の研磨粒子の濃度を変化させた場合のＳｉＯ２とＳｉＮの研磨速度およびそれらの選択比を示す特性図。
【図６】従来のＣＭＰ方法と実施例４に係る方法によるシリコン窒化膜の最大膜厚と最小膜厚を比較して示す特性図。
【図７】従来のＣＭＰ方法と実施例４に係る方法によるスクラッチ数を比較して示す特性図。
【符号の説明】
１００…シリコン基板
１０１ａ，１０１ｂ…溝
１０２…シリコン窒化膜
１０３…シリコン酸化膜
１０３ａ，１０３ｂ・・・溝に埋め込まれたシリコン酸化膜
【図１】
2004165356.tif 000003
【図２】
2004165356.tif 000004
【図３】
2004165356.tif 000005
【図４】
2004165356.tif 000006
【図５】
2004165356.tif 000007
【図６】
2004165356.tif 000008
【図７】
2004165356.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成16年1月8日(2004.1.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹凸面を有する被研磨体の表面に、研磨粒子および界面活性剤を含む第１の研磨液を用いて第１の化学的機械的研磨を施す工程、
前記第１の化学的機械的研磨が施された前記被研磨体の表面に、研磨粒子を含み、前記第１の研磨液よりも低い界面活性剤濃度を有する第２の研磨液を用いて第２の化学的機械的研磨を施す工程、及び
前記被研磨体の凹凸面が平坦化した時に、前記第１の化学的機械的研磨から第２の化学的機械的研磨へ切り替える工程
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第２の研磨液は、研磨粒子および界面活性剤を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１の化学的機械的研磨から第２の化学的機械的研磨への切り替えは、第１の研磨液と、前記第１の研磨液よりも低い界面活性剤濃度を有する第２の研磨液を切り替えて供給する方法、前記第１の研磨液に純水を添加して、前記第２の研磨液とする方法、及び前記第１の研磨液の供給を停止して、前記第２の研磨液として純水を供給する方法からなる群から選ばれた方法により行われることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記界面活性剤は、アニオン界面活性剤であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記アニオン界面活性剤は、ポリアクリル酸アンモニウムであることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第２の研磨液は、前記第１の研磨液よりも低い研磨剤濃度を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第１及び第２の研磨液は、研磨粒子としてセリア粒子を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記被研磨体は、凹部を有し、凹部以外の表面にシリコン窒化膜を有するシリコン基板上に、前記凹部内を埋めるようにシリコン酸化膜が形成されてなり、前記第１の化学的機械的研磨により前記シリコン酸化膜の表面が平坦化され、前記第２の化学的機械的研磨により前記シリコン窒化膜の全面が露出されることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。