(57)【要約】【課題】被研磨膜の表面にスクラッチが生ずるのを抑制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、複数の気泡１０７が基材１０５中に導入された発泡体より成る研磨パッド１０４を用いて、半導体基板上に形成された被研磨膜の表面を基材のみにより研磨し、被研磨膜の表面を平坦化する工程を有している。気泡の周囲に殻が存在しない発泡体より成る研磨パッドを用いて被研磨膜を研磨するため、添加剤として界面活性剤が用いられている研磨剤を用いた場合であっても、被研磨膜の表面にスクラッチが生じるのを抑制することができる。【選択図】  図３
2005277130.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、複数の気泡が基材中に導入された発泡体より成る研磨パッドを用いて、半導体基板上に形成された被研磨膜の表面を前記基材のみにより研磨し、前記被研磨膜の表面を平坦化する工程を有する
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、
前記研磨パッドは、中空体を混入することなく前記基材中に複数の気泡が導入された発泡体より成る
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、
前記研磨パッドは、前記発泡体より成る単層のパッド層により構成されている
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又は２記載の半導体装置の製造方法において、
前記研磨パッドは、前記発砲体より成る第１のパッド層と、前記第１のパッド層下に形成され、前記第１のパッド層より軟らかい材料より成る第２のパッド層とを有する
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、
前記研磨パッドの前記基材は、ポリウレタンより成る
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、
前記研磨パッドの前記基材は、ポリエチレンより成る
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、
前記被研磨膜の表面を平坦化する工程の前に、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８】
請求項１乃至７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、酸化セリウム及び酸化シリコンから選ばれる１つ、又はこれらの組み合わせより成る
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、
前記基材中に導入された前記複数の気泡の平均直径は、１５０μｍ以下である
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に係り、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。
【背景技術】
【０００２】
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。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った。
【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１３を用いて説明する。図１３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】
図１３（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】
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２１８が形成される。
【０００８】
図１３（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】
図１３（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、パターン依存性が大きく、必ずしも良好な平坦性が得られなかった。
【００１３】
近時、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等が用いられている。
【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、被研磨膜２２０の表面の平坦性を向上することが可能となる。
【特許文献１】特開２０００−２４８２６３号公報
【特許文献２】特許第３０１３１０５号公報
【特許文献３】特開２００３−３０１０２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、提案されている研磨剤を用いて被研磨膜２２０を研磨した場合には、被研磨膜２２０の表面にスクラッチ（傷）が多く生じてしまう場合があった。
【００１６】
本発明の目的は、被研磨膜の表面にスクラッチが生ずるのを抑制し得る半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
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、平均直径が１５０μｍ以下の複数の気泡が基材中に導入された発泡体より成る研磨パッドを用いて、半導体基板上に形成された被研磨膜の表面を前記基体のみにより研磨し、前記被研磨膜の表面を平坦化する工程を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、気泡の周囲に殻が存在しない発泡体より成る研磨パッドを用いて被研磨膜を研磨するため、添加剤として界面活性剤が用いられている研磨剤を用いた場合であっても、被研磨膜の表面にスクラッチが生じるのを抑制することができる。しかも、本発明によれば、添加剤として界面活性剤が用いられている研磨剤を用いて被研磨膜を研磨するため、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、良好な平坦性を実現することができる。従って、本発明によれば、信頼性を確保しつつ、半導体装置の微細化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１４は、提案されている半導体装置の製造方法において用いられる研磨パッドを示す断面図である。
【００２０】
図１４に示すように、研磨パッド３０４は、２枚のパッド層３０３ａ、３０３ｂを貼り合わせることにより構成されている。被研磨膜２２０を研磨する際に研磨面となる上層側のパッド層３０３ａは、例えば発泡ウレタンより成るものである。下層側のパッド層３０３ａは、例えば気泡が導入されていないウレタンより成るものである。
【００２１】
上層側のパッド層３０３ａは、ウレタン等より成る高分子マトリックス（基材）３０５中に、多数の高分子微小エレメント３１０を含ませることにより構成されている（特許文献２参照）。高分子微小エレメント３１０は、殻（シェル）３０９の内部に空隙３０７が存在しているものである。高分子微小エレメント３１０は、中空バルーンとも称される（特許文献３参照）。
【００２２】
パッド層３０３ａの表層部に存在する高分子微小エレメント３１０の殻３０９は、研磨パッド３０４の目立てを行う際や被研磨膜２２０を研磨する際等に破られる。このため、パッド層３０３ａの表面には、破れた殻３０９が存在している状態となる。より具体的には、パッド層３０３ａの表面においては、基材３０５から殻３０９の一部が突出している状態となる。
【００２３】
被研磨膜２２０の表面にスクラッチが生ずる主な要因は、パッド層３０３ａの表面に突出している殻３０９が、被研磨膜２２０の表面に大きな圧力で押し付けられるためと考えられる。
【００２４】
本願発明者は、鋭意検討した結果、気泡の周囲に殻が存在しない発泡体より成る研磨パッドを用いて被研磨膜を研磨することに想到した。気泡の周囲に殻が存在しない発泡体より成る研磨パッドを用いれば、パッド層の表面に突出した殻が被研磨膜の表面に大きな圧力で押し付けられることがないため、被研磨膜２２０の表面にスクラッチが生じるのを抑制することが可能となる。
【００２５】
［一実施形態］
（研磨装置）
本発明の一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１乃至図４を用いて説明する。図１は、研磨装置を示す平面図である。図２は、図１に示す研磨装置の一部を示す側面図である。図３は、本実施形態による半導体装置の製造方法において用いられる研磨パッドを示す断面図である。図４は、図１に示す研磨装置の一部を示す拡大側面図である。
【００２６】
図１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。
【００２７】
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。なお、研磨テーブル１０２ｂ、１０２ｃを用いて被研磨膜の表面を研磨してもよい。
【００２８】
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。
【００２９】
図３に示すように、研磨パッドは、２つのパッド層１０３ａ、１０３ｂを貼り合わせることにより構成されている。
【００３０】
被研磨膜を研磨する際に研磨面となる上層側のパッド層１０３ａは、例えば発泡ウレタンにより構成されている。発泡ウレタンは、ウレタンより成る基材１０５に複数の気泡１０７が導入されて成るものである。パッド層１０３ａは、独立気泡型の発砲ウレタンより成るものである。即ち、基材１０５中に導入された複数の気泡１０７は、一つ一つが独立して存在している。パッド層１０３ａとして独立気泡型の発砲体を用いているのは、適度な硬さの研磨面を得るとともに、研磨面が摩耗した際においても均質な研磨面を得るためである。
【００３１】
気泡１０７の周りには、殻３０９（図１４参照）が存在していない。即ち、パッド層１０３ａは、微小エレメント３１０（中空バルーン、中空体）を用いることなく、基材１０５内に気泡１０７が導入された発泡体により構成されている。気泡１０７の周りに殻３０９が存在していないため、被研磨膜の表面は基材１０５のみにより研磨される。被研磨膜の表面に大きい圧力で殻３０９が押し付けられることがないため、被研磨膜の表面にスクラッチが生じるのを抑制することが可能となる。
【００３２】
気泡１０７の平均直径は、１５０μｍ以下とすることが極めて重要である。具体的には、気泡１０７の直径は、３０〜４０μｍ程度となっている。気泡１０７の平均直径が１５０μｍ以下の発泡体を用いるのは、以下のような理由によるものである。
【００３３】
即ち、平均直径が１５０μｍ以下の気泡１０７を基質１０５中に均一に導入した場合には、柔軟性が高く、しかも均質な研磨面が得られる。このため、気泡１０７の平均直径が１５０μｍ以下の発泡体をパッド層１０３ａとして用いれば、被研磨膜の表面を均一に研磨することが可能となる。
【００３４】
一方、平均直径が１５０μｍより大きい気泡を基質中に導入した場合には、良好な柔軟性が得られず、また、研磨面も不均一となる。このため、気泡１０７の平均直径が１５０μｍより大きい発泡体をパッド層１０３ａとして用いた場合には、被研磨膜の表面を均一に研磨することが困難となる。
【００３５】
このような理由により、基質１０５中に導入する気泡１０７の平均直径は１５０μｍ以下とすることが極めて重要である。
【００３６】
下層側のパッド層１０３ｂは、独立した気泡が敢えて導入されていないウレタンにより構成されている。下層側のパッド層１０３ｂの硬さは、上層側のパッド層１０３ａの硬さより軟らかくなっている。このような研磨パッド１０４としては、例えば東洋紡績株式会社製の研磨パッド（型番：ＮＰ２０００）を挙げることができる。
【００３７】
なお、気泡の周囲に殻が存在しない研磨パッドの製造方法、即ち、中空バルーンを用いることなく研磨パッドを製造する方法については、特許文献３に記載されている。
【００３８】
図１に示すように、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。
【００３９】
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１１２ａ〜１１２ｄを移動させることが可能である。
【００４０】
図２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。
【００４１】
研磨テーブル１０２ａ〜１０２ｃの上方には、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、純水を研磨パッド１０４上に供給するためのものである。
【００４２】
図１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。
【００４３】
図４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は、１ｃｍ２当たり数個程度配置されている。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。
【００４４】
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。
【００４５】
（半導体装置の製造方法）
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。図５及び図６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。
【００４６】
図５（ａ）に示すように、例えばシリコンより成る半導体基板１０上の全面に、例えば熱酸化法により、厚さ１０ｎｍのシリコン酸化膜１２を形成する。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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が形成される。トレンチ１８の深さは、シリコン窒化膜１４の表面から例えば３００ｎｍ程度とする。
【００５０】
図５（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、表面に凹凸が存在するシリコン酸化膜２０が形成される。シリコン酸化膜２０は、被研磨膜となるものである。
【００５１】
次に、半導体基板１０を、研磨ヘッド１１２ａ（図２参照）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。
【００５２】
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。
【００５３】
図５（ｃ）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。
【００５４】
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。
【００５５】
メイン研磨の際における研磨条件は、以下の通りとする。
【００５６】
研磨ヘッド１１２ａを研磨パッド１０４に押し付ける圧力、即ち、研磨圧力は、例えば３５０ｇ重／ｃｍ２とする。研磨ヘッド１１２ａの回転数は、例えば１１８回転／分とする。研磨テーブル１１２ａの回転数は、例えば１２０回転／分とする。研磨剤の供給量は、例えば０．２リットル／分とする。
【００５７】
なお、メイン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。
【００５８】
研磨剤としては、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、このような研磨剤では、添加剤として、例えばポリアクリル酸アンモニウム塩等が用いられている。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。
【００５９】
図７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。
【００６０】
図７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。
【００６１】
図８は、研磨速度が変化するメカニズムを示す概念図である。
【００６２】
図８（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。
【００６３】
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２０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。
【００６４】
これに対し、図８（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。
【００６５】
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２０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。
【００６６】
メイン研磨の終点検出は、研磨テーブル１０２ａのトルクの変化に基づいて行う。
【００６７】
メイン研磨の際における研磨テーブル１０２ａのトルクは、例えば図９に示すように変化する。図９は、研磨テーブルのトルクの変化を概念的に示すグラフである。
【００６８】
被研磨膜２０に対する研磨の初期の段階においては、図９に示すように研磨テーブル１０２ａのトルクは殆ど変化しない。この後、被研磨膜２０の表面が平坦化されて行くに伴って、研磨テーブル１０２ａのトルクは上昇していく。そして、被研磨膜２０の表面がほぼ平坦化されると、図９に示すように、研磨テーブル１０２ａのトルクは殆ど変化しなくなる。このため、単位時間当たりのトルク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、単位時間当たりのトルクの変化量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。
【００６９】
なお、ここでは、メイン研磨の終点検出を研磨テーブル１０２ａのトルク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の駆動電圧や駆動電流を観測することにより、終点検出を行ってもよい。研磨テーブルの駆動電流や駆動電圧も、研磨テーブルのトルクと同様に変化する。また、研磨ヘッド１１２ａのトルク、駆動電圧、又は駆動電流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。
【００７０】
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。
【００７１】
こうして、被研磨膜２０の表面が平坦化され、メイン研磨が終了する（図５（ｃ）参照）。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
ダイヤモンドディスク１１６が研磨パッド１０４に加える荷重は、例えば５０ｇ重／ｃｍ２とする。
【００７５】
ダイヤモンドディスク１１６の回転数は、例えば９８回転／分とする。
【００７６】
研磨テーブル１０２ａの回転数は、例えば１００回転／分とする。
【００７７】
目立てを行う際に研磨パッド１０４上に供給する純水の供給量は、例えば０．２リットル／分とする。
【００７８】
研磨パッド１０４の目立てを行う時間は、例えば３０秒とする。
【００７９】
メイン研磨が終了した段階では、図５（ｃ）に示すように、シリコン窒化膜１４上に被研磨膜２０が残っている。シリコン窒化膜１４上に被研磨膜２０が残っていると、シリコン窒化膜１４及びシリコン酸化膜１２をエッチング除去することができないため、シリコン窒化膜１４上の被研磨膜２０を除去しなければならない。このため、メイン研磨が終了した後には、引き続いて、シリコン窒化膜１４上の被研磨膜２０を除去するための仕上げ研磨を行う。
【００８０】
仕上げ研磨は、以下のようにして行う。即ち、研磨剤を供給するのを止め、ノズル１２４ｂを介して純水を供給しながら、研磨ヘッド１１２ａを回転させる。この際、研磨テーブル１０２ａも回転させる。仕上げ研磨の時間は、所定時間とする。ここでは、仕上げ研磨の時間を、例えば３０秒程度とする。
【００８１】
仕上げ研磨を開始する際には、被研磨膜２０の表面には、メイン研磨の際に用いられた研磨剤が付着している。また、研磨パッド１０４の表面にも、研磨剤が付着している。研磨剤に含まれていた界面活性剤より成る添加剤は水溶性であるため、純水を供給すると、添加剤は短時間で除去される。一方、研磨剤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、研磨パッド１０４と被研磨膜２０との間に残ることとなる。添加剤は、被研磨膜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研磨パッド１０４と被研磨膜２０との間に残るため、被研磨膜２０を研磨砥粒により更に研磨することができる。
【００８２】
なお、このように、研磨剤を供給するのを止め、純水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。
【００８３】
仕上げ研磨を行う際における研磨条件は、例えば以下のように設定する。
【００８４】
研磨ヘッド１１２ａを研磨パッドに押し付ける研磨圧力は、例えば２００ｇ重／ｃｍ２とする。研磨ヘッド１１２ａの回転数は、例えば１１８回転／分とする。研磨テーブルの回転数は、例えば１２０回転／分とする。純水１２８の供給量は、例えば０．３リットル／分とする。
【００８５】
なお、仕上げ研磨を行う際における研磨条件は、上記に限定されるものではなく、適宜設定すればよい。
【００８６】
こうして、仕上げ研磨が終了し、シリコン窒化膜１４上のシリコン酸化膜２０が除去される（図６（ａ）参照）。
【００８７】
次に、半導体基板１０に対して洗浄を行う。半導体基板１０の洗浄は、例えば以下のようにして行う。即ち、まず、例えば０．３ｗｔ％のアンモニア水溶液を用い、半導体基板１０の表面をブラシにより洗浄する。この後、例えば０．５ｗｔ％のフッ酸を用い、半導体基板１０の表面を更にブラシにより洗浄する。この後、半導体基板１０に対して純水リンスを行う。この後、半導体基板１０を乾燥させる。このようにして、半導体基板１０が洗浄される。
【００８８】
次に、図６（ｂ）に示すように、シリコン窒化膜１４及びシリコン酸化膜１２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。
【００８９】
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。
【００９０】
こうして、本実施形態による半導体装置が製造される。
【００９１】
（評価結果）
次に、被研磨膜の表面に生ずるスクラッチの数の評価結果について説明する。
【００９２】
まず、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て研磨を行った場合について説明する。
【００９３】
図１０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て研磨を行った場合におけるスクラッチの数を示すグラフである。
【００９４】
実施例１〜４は、本実施形態による半導体装置の製造方法、即ち、気泡１０７の周囲に殻が存在しない発泡体より成る研磨パッド１０４を用いて被研磨膜２０の表面を研磨した場合を示している。気泡の周囲に殻が存在しない研磨パッドとしては、東洋紡績株式会社製の研磨パッド（型番：ＮＰ２０００）を用いた。
【００９５】
比較例１〜４は、提案されている半導体装置の製造方法、即ち、気泡３０７の周囲に殻３０９が存在する発泡体より成る研磨パッド３０４を用いて被研磨膜の表面を研磨した場合を示している。気泡の周囲に殻が存在する研磨パッドとしては、ローデルニッタ株式会社製の研磨パッド（型番：ＩＣ１４００）を用いた。
【００９６】
スクラッチの数を評価する際には、ケーエルエー・テンコール株式会社製のウェハ欠陥検査装置（型番：ＡＩＴ−ＸＰ）を用いた。
【００９７】
比較例１〜４、即ち、気泡３０７の周囲に殻３０９が存在する発泡体より成る研磨パッド３０４を用いた場合には、スクラッチの数が３５〜５５箇所程度と比較的多かった。
【００９８】
これに対し、実施例１〜４、即ち、気泡１０７の周囲に殻が存在しない発泡体より成る研磨パッド１０４を用いた場合には、スクラッチの数は１０〜２０箇所程度と比較的少なかった。
【００９９】
これらの結果から、本実施形態によれば、被研磨膜２０の表面にスクラッチが生じるのを抑制し得ることが分かる。
【０１００】
次に、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、即ち、界面活性剤より成る添加剤を含まない研磨剤を用いて研磨を行った場合について説明する。図１１は、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て研磨を行った場合におけるスクラッチの数を示すグラフである。
【０１０１】
比較例５〜８は、気泡１０７の周囲に殻が存在しない発泡体より成る研磨パッド１０４を用いて被研磨膜の表面を研磨した場合を示している。気泡１０７の周囲に殻が存在しない研磨パッド１０４としては、上記と同様に、東洋紡績株式会社製の研磨パッド（型番：ＮＰ２０００）を用いた。
【０１０２】
比較例９〜１２は、気泡３０７の周囲に殻３０９が存在する発泡体より成る研磨パッド３０４を用いて被研磨膜の表面を研磨した場合を示している。気泡の周囲に殻が存在する研磨パッドとしては、上記と同様に、ローデルニッタ株式会社製の研磨パッド（型番：ＩＣ１４００）を用いた。
【０１０３】
研磨条件は、以下の通りとした。研磨ヘッド１１２ａを研磨パッド１０４に押し付ける圧力、即ち、研磨圧力は、例えば３５０ｇ重／ｃｍ２とした。研磨ヘッド１１２ａの回転数は、例えば９８回転／分とした。研磨テーブル１０２ａの回転数は、例えば１００回転／分とした。研磨パッド１０４上に供給する研磨剤の供給量は、例えば０．２リットル／分とした。
【０１０４】
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としては、キャボット社製のＳＳ２５を用いた。研磨剤を研磨パッド１０４上に供給する際には、研磨剤を純水により１：１に希釈した。
【０１０５】
スクラッチの数を評価する際には、上記と同様に、ケーエルエー・テンコール株式会社製のウェハ欠陥検査装置（型番：ＡＩＴ−ＸＰ）を用いた。
【０１０６】
比較例５〜８の場合、即ち、気泡１０７の周囲に殻が存在しない発泡体より成る研磨パッド１０４を用いた場合には、スクラッチの数は１５〜２０箇所程度と比較的少なかった。
【０１０７】
また、比較例９〜１２、即ち、気泡３０７の周囲に殻３０９が存在する発泡体より成る研磨パッド３０４を用いた場合も、スクラッチの数は１５〜２０箇所程度と比較的少なかった。
【０１０８】
これらの結果から、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、即ち、添加剤として界面活性剤が用いられていない研磨剤を用いた場合には、研磨パッドの気泡の周囲に殻が存在しているか否かにかかわらず、被研磨膜の表面に生ずるスクラッチは比較的少ないことがわかる。
【０１０９】
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において、研磨パッドの気泡の周囲に殻が存在しているか否かに拘わらずスクラッチが比較的少ないのは、以下のような理由によるものと考えられる。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場合には、被研磨膜の表面が平坦化された後においても研磨が進行する。このため、被研磨膜の表面にスクラッチが生じたとしても、その後に進行する研磨においてスクラッチが除去される。このため、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には、気泡の周囲に殻が存在する研磨パッドを用いて研磨したとしても、スクラッチが累積することがないと考えられる。このような理由により、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には、研磨パッドの気泡の周囲に殻が存在しているか否かに拘わらず、スクラッチが比較的少なくなるものと考えられる。
【０１１０】
一方、添加剤として界面活性剤が用いられている研磨剤を用いた場合において、研磨パッドの気泡の周囲に殻が存在しているとスクラッチが比較的多くなるのは、以下のような理由によるものと考えられる。即ち、添加剤として界面活性剤が用いられている研磨剤を用いた場合には、被研磨膜の表面が平坦化されると研磨が殆ど進行しなくなる。このため、被研磨膜の表面が平坦化された後に生じたスクラッチは、極めて除去されにくい。このため、気泡の周囲に殻が存在する研磨パッドを用いた場合には、被研磨膜の表面にスクラッチが累積してしまうと考えられる。仕上げ研磨の際に除去される被研磨膜の厚さは、スクラッチの深さに比べて薄いため、仕上げ研磨によりスクラッチを除去することは困難である。このような理由により、添加剤として界面活性剤が用いられている研磨剤を用いた場合には、研磨パッドの気泡の周囲に殻が存在していると、スクラッチが比較的多くなるものと考えられる。
【０１１１】
このように本実施形態によれば、気泡１０７の周囲に殻が存在しない発泡体より成る研磨パッド１０４を用いて被研磨膜２０を研磨するため、添加剤として界面活性剤が用いられている研磨剤を用いた場合であっても、被研磨膜２０の表面にスクラッチが生じるのを抑制することができる。しかも、本実施形態によれば、添加剤として界面活性剤が用いられている研磨剤を用いて被研磨膜２０を研磨するため、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、良好な平坦性を実現することができる。従って、本実施形態によれば、信頼性を確保しつつ、半導体装置の微細化を実現することができる。
【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を用いて説明する。図１２は、本変形例による半導体装置の製造方法において用いられる研磨パッドを示す断面図である。
【０１１３】
図１２に示すように、本変形例で用いられる研磨パッド１０４ａは、単層のパッド層１０３ａにより構成されていることに主な特徴がある。
【０１１４】
パッド層１０３ａとしては、上記と同様に、例えば発泡ポリウレタンが用いられている。パッド層１０３ａに形成された気泡１０７の周囲には、上記と同様に、殻３０９（図１４参照）が存在していない。
【０１１５】
このような単層のパッド層１０３ａにより構成された研磨パッド１０４ａを用いた場合であっても、上記と同様に、被研磨膜２０の表面にスクラッチが生じるのを抑制することができる。
【０１１６】
［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。
【０１１７】
例えば、上記実施形態では、パッド層１０３ａとして発泡ウレタンを用いる場合を例に説明したが、パッド層１０３ａは発泡ウレタンに限定されるものではない。気泡の周囲に殻が存在しない発泡体であれば、他のあらゆる材料より成る発泡体を適宜用いることができる。例えば、気泡の周囲に殻が存在していない発泡ポリエチレン等をパッド層１０３ａとして用いてもよい。
【０１１８】
また、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。
【０１１９】
また、上記実施形態では、ＳＴＩ法により素子分離領域を形成する場合を例に説明したが、本発明の原理は、素子分離領域を形成する場合に限定されるものではなく、被研磨膜の表面を研磨する際に広く適用することができる。
【０１２０】
また、上記実施形態では、被研磨膜２０がシリコン酸化膜である場合を例に説明したが、被研磨膜２０はシリコン酸化膜に限定されるものではない。本発明の原理は、他のあらゆる材料よりなる被研磨膜２０を研磨する際に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】研磨装置を示す平面図である。
【図２】図１に示す研磨装置の一部を示す側面図である。
【図３】本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法において用いられる研磨パッドを示す断面図である。
【図４】図１に示す研磨装置の一部を示す拡大側面図である。
【図５】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６】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７】研磨剤の特性を示すグラフである。
【図８】研磨速度が変化するメカニズムを示す概念図である。
【図９】研磨テーブルのトルクの変化を概念的に示すグラフである。
【図１０】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て研磨を行った場合におけるスクラッチの数を示すグラフである。
【図１１】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て研磨を行った場合におけるスクラッチの数を示すグラフである。
【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において用いられる研磨パッドを示す断面図である。
【図１３】従来の半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【図１４】提案されている半導体装置の製造方法において用いられる研磨パッドを示す断面図である。
【符号の説明】
【０１２２】
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、被研磨膜
２１…素子分離領域
２２…素子領域
１００…基台
１０２ａ〜１０２ｃ…研磨テーブル
１０３ａ、１０３ｂ…パッド層
１０４、１０４ａ…研磨パッド
１０５…基材
１０７…気泡
【図１】
2005277130.tif 000003
【図２】
2005277130.tif 000004
【図３】
2005277130.tif 000005
【図４】
2005277130.tif 000006
【図５】
2005277130.tif 000007
【図６】
2005277130.tif 000008
【図７】
2005277130.tif 000009
【図８】
2005277130.tif 000010
【図９】
2005277130.tif 000011
【図１０】
2005277130.tif 000012
【図１１】
2005277130.tif 000013
【図１２】
2005277130.tif 000014
【図１３】
2005277130.tif 000015
【図１４】
2005277130.tif 000016