(57)【要約】【課題】  ＳＴＩ構造を形成するためのＣＭＰ研磨方法であって、研磨レートが高く、しかも、スクラッチにより絶縁特性が劣化しないＣＭＰ研磨方法を提供する【解決手段】  （ａ）の状態で、表面に凹凸が形成されているSiＯ２層２の凹凸部分を研磨して平にする（ｂ）。この工程における研磨には、砥流を含む硬質材料を研磨パッドとして用いる。これにより、凹凸部分の研磨レートを高くする。その後、研磨パッドを、砥流を含まない軟質部材に変え、砥流を含む研磨液を用いて研磨を行う。これにより、研磨レートを高くすると共に、砥流を含む硬質材料からなる研磨パッドを使用した場合に発生するスクラッチをある程度取り除くことができる。SiＯ２層２がＳｉＮ層３の表面にわずかに残った状態で（ｃ）、研磨パッドを不織布に変え、砥流を含む研磨液を使用してＳｉＮ層３の表面にSiＯ２層２が無くなるまで研磨を行う（ｄ）。【選択図】  図１
2005251923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に形成された溝部を含んだ前記基板の表面に形成された絶縁層を、研磨することにより、前記溝部中の絶縁物を残して除去するＣＭＰ研磨方法であって、前記絶縁層の凹凸が無くなるまでは、砥粒を含んだ硬質の研磨パッドを使用して前記絶縁層を研磨し、前記絶縁層の凹凸が無くなってから、前記溝部分以外の前記絶縁層厚さが所定値になるまでは、砥粒を含まない軟質の研磨パッドを使用して前記絶縁層を研磨し、その後、溝部分以外の前記絶縁層が無くなるまでは、砥粒を含まない不織布からなる研磨パッドを使用して研磨を行う工程を有することを特徴とするＣＭＰ研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に形成された溝部を含んだ基板の表面に形成された絶縁層を、研磨することにより、前記溝部中の絶縁物を残して除去するＣＭＰ研磨方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの高集積化、微細化に伴い、Si基板中に形成される回路素子や配線の絶縁を微細な構造で実現するためにＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）と呼ばれる絶縁方法が用いられるようになってきている。これは、例えば、図２（ａ）に示すように、Si基板１中に幅が0.1μｍ〜100μｍの絶縁物であるSiＯ２２が埋め込まれて絶縁溝を形成しているものである。
【０００３】
このようなＳＴＩ構造は、図２（ｂ）〜（ｆ）に示すようなプロセスにより製造される。まず、Si基板１の上にＳｉＮ層３を形成する（ｂ）。そして、エッチングによりSi基板１とＳｉＮ層３とに溝４を形成する（ｃ）。そして、溝４を埋めるようにSiＯ２層２を、ＨＤＰ（High Density Plasma TEOS）膜により形成する（ｄ）。
【０００４】
次にＣＭＰ研磨によりSiＯ２２層をＳｉＮ層３の表面まで除去する（ｅ）。そして、ＳｉＮ層３をエッチングして除去することにより、（ｆ）に示すようにＳＴＩ構造が完成する。
【０００５】
ここで、SiＯ２層２がSi基板１の表面よりわずかに飛び出しているのは、ＣＭＰ研磨の際にディッシングにより、溝４に対応する部分が余分に研磨されるためであり、ディッシング量とのバランスが良い場合は、この飛び出し部分がほぼ無くなり、表面が平坦化される。
【０００６】
このようなＣＭＰ研磨に使用されるＣＭＰ研磨装置を図３に示す。２１は研磨対象物であるウエハ２２を保持しながら回転を与えるウエハホルダであり回転駆動機構２３を有している。このウエハホルダ２１に対面して研磨パッド２４が貼り付けられた回転プラテン２５及びその回転駆動機構２６があり、これら研磨パッド２４、回転プラテン２５、回転駆動機構２６は、回転式揺動アーム２７により揺動を与えられると共に、上下方向に駆動される。
【０００７】
このようなＣＭＰ研磨装置を使用して研磨を行う際には、ウエハ２２及び研磨パッド２４を高速回転させ、回転式揺動アーム２７を図示されていない上下駆動機構により下降させて、研磨パッド２４によりウエハ２２を加圧する。そして、研磨パッド２４とウエハ２２間に研磨液であるスラリーを供給する。さらに、回転式揺動アーム２７を、図示されていない揺動駆動機構により破線矢印で示す如く揺動する。すると、研磨パッド２４とウエハ２２の相対回転及び揺動により、ウエハ２２の研磨が行われ、表面が平坦化される。すなわち、研磨パッド２４とウエハ２２の相対運動による機械的研磨と、スラリーによる化学的研磨の相乗作用により、良好な研磨が行われる。
【０００８】
このようなＣＭＰ研磨装置を用いた研磨方法は、通常は、砥粒を含まない軟質の研磨パッド２４を用い、スラリーに砥粒を含んだものを用いて行われるが、ディッシング、エロージョンと呼ばれる減少が発生する。これは、パターンの凹部の研磨対象物質を残したまま、パターン表面凸部の研磨対象物質をＣＭＰ研磨により除去しようとする場合に、研磨パッド２４が変形して凹部に入り込むのと、研磨液が凹部に入り込む現象により、凹部の研磨対象物質の表面付近が除去されてしまう現象である。
【０００９】
このようなディッシング、エロージョンを避けるために、砥粒を含む硬質の研磨パッド２４を用い、研磨液には砥粒を含まない溶液を用いてＣＭＰ研磨を行い、その後、この研磨により発生したスクラッチを除去するために、砥粒を含まない軟質の研磨パッド２４を用い、研磨液に砥粒を含む溶液を用いてＣＭＰ研磨を行う方法が、例えば特表２００２−５１２８９４号公報（特許文献１）、特開２００１−１３５６０５号公報（特許文献２）に記載されている。
【００１０】
【特許文献１】特表２００２−５１２８９４号公報
【特許文献２】特開２００１−１３５６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、ＳＴＩ構造を形成するためのＣＭＰ研磨においては、従来の絶縁物の研磨やダマシンの形成のための研磨と異なり、図２（ｄ）に示すように、絶縁物であるSiＯ２２の表面の凹凸が非常に大きいという特徴がある。このような凹凸のある部分の研磨には、砥粒を含む研磨パッドを使用して研磨を行う方が、高い研磨レートで研磨を行うことができる。
【００１２】
ところが、研磨が進行するにつれて、凸部の研磨が終了し、研磨面が平行になると、砥粒を含む研磨パッドを使用して研磨を行うと研磨レートが著しく低下するという問題点がある。なお、スクラッチが発生しやすいという問題点もある。
【００１３】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ＳＴＩ構造を形成するためのＣＭＰ研磨方法であって、研磨レートが高く、しかも、スクラッチにより絶縁特性が劣化しないＣＭＰ研磨方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題は、基板に形成された溝部を含んだ前記基板の表面に形成された絶縁層を、研磨することにより、前記溝部中の絶縁物を残して除去するＣＭＰ研磨方法であって、前記絶縁層の凹凸が無くなるまでは、砥粒を含んだ硬質の研磨パッドを使用して前記絶縁層を研磨し、前記絶縁層の凹凸が無くなってから、前記溝部分以外の前記絶縁層厚さが所定値になるまでは、砥粒を含まない軟質の研磨パッドを使用して前記絶縁層を研磨し、その後、溝部分以外の前記絶縁層が無くなるまでは、砥粒を含まない不織布からなる研磨パッドを使用して研磨を行う工程を有することを特徴とするＣＭＰ研磨方法（請求項１）により解決される。
【００１５】
本手段においては、絶縁層の凹凸が無くなるまでは、砥粒を含んだ硬質の研磨パッドを使用して前記絶縁層を研磨することにより研磨レートを高く維持する。前述のように、砥粒を含んだ硬質の研磨パッドを使用した研磨は、凹凸が無くなると研磨レートが低下するので、それ以後は、砥粒を含まない軟質の研磨パッドを使用して前記絶縁層を研磨する。このときは、砥粒を含んだ研磨液を使用することは言うまでもない。これにより研磨レートを高く維持することができる。
【００１６】
このような砥粒を含まない軟質の研磨パッド（通常、発泡ウレタンが使用されている。）を使用した研磨においては、通常の絶縁層の研磨やダマシンの場合には問題にならないようなスクラッチが被研磨面に残り、ＳＴＩ構造を形成するための研磨においては、このスクラッチが問題となる。よって、本手段においては、溝部分以外の絶縁層厚さが所定値になった後では、通常使用されている砥粒を含まない軟質の発泡ウレタン研磨パッドの代わりに不織布からなる研磨パッドを使用して研磨を行う。このときは、砥粒を含んだ研磨液を使用することは言うまでもない。これにより、スクラッチをＳＴＩ構造を形成するのに十分な程度に無くすることができる。
【００１７】
「所定値」をいくらにするかは、使用する不織布の種類、研磨液の種類等研磨条件によって異なり、それらの条件に合わせて当業者が適宜決定することができるが、通常２０〜
５０nm程度である。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、ＳＴＩ構造を形成するためのＣＭＰ研磨方法であって、研磨レートが高く、しかも、スクラッチにより絶縁特性が劣化しないＣＭＰ研磨方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の１例であるＣＭＰ研磨方法を示す概要図である。この例では、図２の（ｄ）に示されたように、Si基板１の上にＳｉＮ層３が形成され、Si基板１とＳｉＮ層３に形成された溝４を埋め、ＳｉＮ層３の表面を覆うようにSiＯ２層２が形成されているもの（図１（ａ））を研磨し、ＳＴＩ構造を形成するまでの工程を示す。
【００２０】
まず、図１（ａ）の状態で、表面に凹凸が形成されているSiＯ２層２の凹凸部分を研磨して平にする（ｂ）。この工程におけるＣＭＰ研磨には、砥粒を含む硬質材料（フェノール樹脂、アルデヒド樹脂、エポキシ樹脂等の硬質樹脂）を研磨パッドとして用いる。これにより、凹凸部分の研磨レートを高くすることができる。研磨液としては、できるだけディッシングやエロージョンの影響を避けるため、砥粒を含まないものを用いることが好ましいが、砥粒を含むものを用いることもできる。
【００２１】
（ｂ）のようにSiＯ２層２の凹凸部分が無くなると、砥粒を含む硬質材料を研磨パッドとして用いた場合には、研磨レートが低下する。よって、SiＯ２層２の凹凸部分が無くなった後は、研磨パッドを、砥粒を含まない軟質部材（例えば発泡ウレタンからなるもの、代表的なものとしてはRodel社製のＩＣ1000（商品名）がある）に変え、砥粒を含む研磨液を用いて研磨を続行する。これにより、研磨レートを高くすると共に、砥粒を含む硬質材料からなる研磨パッドを使用した場合に被研磨体に発生するスクラッチをある程度取り除くことができる。しかし、ＳＴＩ構造を形成する場合においては、他の目的のためのＣＭＰ研磨を行った場合に問題とならないようなスクラッチが問題となり、上記の工程では、このようなスクラッチが残ってしまう。
【００２２】
そこで、本実施の形態では、（ｃ）に示すように、SiＯ２層２がＳｉＮ層３の表面に
２０〜５０nm残った状態で、研磨パッドを不織布に変え、砥粒を含む研磨液を使用してＳｉＮ層３の表面にSiＯ２２層が無くなるまで研磨を行う（ｄ）。不織布は一般に用いられている軟質樹脂製の研磨パッドに比してより柔らかく弾性があるので、これを研磨パッドとして使用してＣＭＰ研磨を行うことにより、ＳＴＩ構造を形成する上で問題となるようなスクラッチを除去することができる。
【００２３】
その後、ＳｉＮ層３をエッチングして、Si基板１にSiＯ２層２が埋め込まれたＳＴＩ構造が完成する（ｅ）。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態の１例であるＣＭＰ研磨方法を示す概要図である。
【図２】Si基板にＳＴＩ構造を形成する手順を示す図である。
【図３】ＣＭＰ研磨装置の例を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１…Si基板
２…SiＯ２層
３…ＳｉＮ層
４…溝
【図１】
2005251923.tif 000003
【図２】
2005251923.tif 000004
【図３】
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