JP2000109813A - Ｃｍｐ研磨剤及び基板の研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】廃液処理が容易で、酸化珪素膜等の被研磨面
を、傷なく、高速に研磨することが可能で、酸化珪素膜
研磨速度と窒化珪素膜研磨速度の比を１０以上にするＣ
ＭＰ研磨剤及びこれらＣＭＰ研磨剤を使用した基板の研
磨方法を提供する。 【解決手段】酸化セリウム粒子、分散剤、トリポリリン
酸ナトリウムの相対洗浄力を１０とし３−オキサペンタ
ン二酸二ナトリウムの相対洗浄力を０としたとき相対洗
浄力が１０〜１５未満の生分解性添加剤、及び水からな
るＣＭＰ研磨剤。研磨する膜を形成した基板を研磨定盤
の研磨布に押しあて加圧し、ＣＭＰ研磨剤を研磨膜と研
磨布との間に供給しながら、基板と研磨定盤を相対的に
動かして研磨する膜を研磨する基板の研磨方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子製造技
術に使用される研磨方法に関し、基板表面の平坦化工
程、特に層間絶縁膜の平坦化工程、シャロー・トレンチ
分離の形成工程等において使用されるＣＭＰ（ケミカル
メカニカルポリッシング）研磨剤及びこれらＣＭＰ研磨
剤を使用した基板の研磨方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在の超々大規模集積回路では、実装密
度を高める傾向にあり、種々の微細加工技術が研究、開
発されている。既に、デザインルールは、サブハーフミ
クロンのオーダーになっている。このような厳しい微細
化の要求を満足するために開発されている技術の一つに
ＣＭＰ技術がある。この技術は、半導体装置の製造工程
において、露光を施す層を完全に平坦化し、露光技術の
負担を軽減し、歩留まりを安定させることができるた
め、例えば、層間絶縁膜の平坦化、シャロー・トレンチ
分離等を行う際に必須となる技術である。

【０００３】従来、半導体装置の製造工程において、プ
ラズマ−ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ Ｄｅｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ、化学的蒸着法）、低圧−ＣＶＤ等の方
法で形成される酸化珪素絶縁膜等無機絶縁膜層を平坦化
するためのＣＭＰ研磨剤として、コロイダルシリカ系の
研磨剤が一般的に検討されていた。コロイダルシリカ系
の研磨剤は、シリカ粒子を四塩化珪酸を熱分解する等の
方法で粒成長させ、ｐＨ調整を行って製造している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この様
な研磨剤は無機絶縁膜の研磨速度が十分な速度をもた
ず、実用化には低研磨速度という技術課題があった。デ
ザインルール０．５μｍ以上の世代では、集積回路内の
素子分離にＬＯＣＯＳ（シリコン局所酸化）が用いられ
ていた。その後さらに加工寸法が微細化すると素子分離
幅の狭い技術が要求され、シャロー・トレンチ分離が用
いられつつある。シャロー・トレンチ分離では、基板上
に成膜した余分の酸化珪素膜を除くためにＣＭＰが使用
され、研磨を停止させるために、酸化珪素膜の下に研磨
速度の遅いストッパ膜が形成される。ストッパ膜には窒
化珪素などが使用され、酸化珪素膜とストッパ膜との研
磨速度比が大きいことが望ましい。従来のコロイダルシ
リカ系の研磨剤は、上記の酸化珪素膜とストッパ膜の研
磨速度比が３程度と小さく、シャロー・トレンチ分離用
としては実用に耐える特性を有していなかった。

【０００５】一方、フォトマスクやレンズ等のガラス表
面研磨剤として、酸化セリウム研磨剤が用いられてい
る。酸化セリウム粒子はシリカ粒子やアルミナ粒子に比
べ硬度が低く、したがって、研磨表面に傷が入りにくい
ことから、仕上げ鏡面研磨に有用である。しかしなが
ら、ガラス表面研磨用酸化セリウム研磨剤にはナトリウ
ム塩を含む分散剤を使用しているため、そのまま半導体
用研磨剤として適用することはできない。

【０００６】また、最近は産業廃棄物の処理が社会問題
化しつつある。ＣＭＰ研磨剤はリサイクルが難しく、使
用後のＣＭＰ研磨剤は産業廃棄物として廃棄される。Ｃ
ＭＰ研磨剤廃液中に含まれる研磨粒子はそのまま下水処
理できないために廃水と分離する必要がある。ＣＭＰ研
磨剤中に研磨粒子以外に添加剤が加えられている場合に
は、添加剤も廃水から分離するのが望ましいが、簡便な
分離技術に乏しいのが現状である。

【０００７】本発明は、廃液処理が容易で、酸化珪素膜
等の被研磨面を、傷なく、高速に研磨することが可能
で、酸化珪素膜研磨速度と窒化珪素膜研磨速度の比を１
０以上にするＣＭＰ研磨剤及びこれらＣＭＰ研磨剤を使
用した基板の研磨方法を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のＣＭＰ研磨剤
は、酸化セリウム粒子、分散剤、トリポリリン酸ナトリ
ウムの相対洗浄力を１０とし３−オキサペンタン二酸二
ナトリウムの相対洗浄力を０としたとき相対洗浄力が１
０〜１５未満の生分解性添加剤及び水を含有する。本発
明のＣＭＰ研磨剤は、酸化セリウム粒子、分散剤及び水
を含有する酸化セリウムスラリー及びトリポリリン酸ナ
トリウムの相対洗浄力を１０とし３−オキサペンタン二
酸二ナトリウムの相対洗浄力を０としたとき相対洗浄力
が１０〜１５未満の生分解性添加剤と水を含有する添加
液とから調整することができる。ＣＭＰ研磨剤には、他
の成分を含有することができる。酸化珪素膜研磨速度と
窒化珪素膜研磨速度の比（酸化珪素膜研磨速度／窒化珪
素膜研磨速度）は１０以上であることが好ましい。本発
明の基板の研磨方法は、研磨する膜を形成した基板を研
磨定盤の研磨布に押しあて加圧し、前記のＣＭＰ研磨剤
を研磨膜と研磨布との間に供給しながら、基板と研磨定
盤を相対的に動かして研磨する膜を研磨することを特徴
とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】一般に酸化セリウムは、炭酸塩、
硝酸塩、硫酸塩、しゅう酸塩のセリウム化合物を酸化す
ることによって得られる。ＴＥＯＳ−ＣＶＤ法等で形成
される酸化珪素膜の研磨に使用する酸化セリウム研磨剤
は、一次粒子径が大きく、かつ結晶ひずみが少ないほ
ど、すなわち結晶性が良いほど高速研磨が可能である
が、研磨傷が入りやすい傾向がある。そこで、本発明で
用いる酸化セリウム粒子は、その製造方法を限定するも
のではないが、酸化セリウム結晶子径は５ｎｍ以上３０
０ｎｍ以下であることが好ましい。また、半導体チップ
研磨に使用することから、アルカリ金属及びハロゲン類
の含有率は酸化セリウム粒子中１０ｐｐｍ以下に抑える
ことが好ましい。

【００１０】本発明において、酸化セリウム粉末を作製
する方法として焼成または過酸化水素等による酸化法が
使用できる。焼成温度は３５０℃以上９００℃以下が好
ましい。上記の方法により製造された酸化セリウム粒子
は凝集しているため、機械的に粉砕することが好まし
い。粉砕方法として、ジェットミル等による乾式粉砕や
遊星ビーズミル等による湿式粉砕方法が好ましい。ジェ
ットミルは例えば化学工業論文集第６巻第５号（１９８
０）５２７〜５３２頁に説明されている。

【００１１】本発明におけるＣＭＰ研磨剤は、例えば、
上記の特徴を有する酸化セリウム粒子と分散剤と水から
なる組成物を分散させ、さらに生分解性を有する添加剤
を添加することによって得られる。ここで、酸化セリウ
ム粒子の濃度に制限はないが、分散液の取り扱いやすさ
から０．５重量％以上２０重量％以下の範囲が好まし
い。また、分散剤として、半導体チップ研磨に使用する
ことから、ナトリウムイオン、カリウムイオン等のアル
カリ金属及びハロゲン、イオウの含有率は１０ｐｐｍ以
下に抑えることが好ましく、例えば、共重合成分として
アクリル酸アンモニウム塩を含む高分子分散剤が好まし
い。また、共重合成分としてアクリル酸アンモニウム塩
を含む高分子分散剤と水溶性陰イオン性分散剤、水溶性
非イオン性分散剤、水溶性陽イオン性分散剤、水溶性両
性分散剤から選ばれた少なくとも１種類を含む２種類以
上の分散剤を使用してもよい。水溶性陰イオン性分散剤
としては、例えば、ラウリル硫酸トリエタノールアミ
ン、ラウリル硫酸アンモニウム、ポリオキシエチレンア
ルキルエーテル硫酸トリエタノールアミン、特殊ポリカ
ルボン酸型高分子分散剤等が挙げられ、水溶性非イオン
性分散剤としては、例えば、ポリオキシエチレンラウリ
ルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリ
オキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレ
ンオレイルエーテル、ポリオキシエチレン高級アルコー
ルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエー
テル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポ
リオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリオキシエチ
レン誘導体、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレ
ート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテー
ト、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、
ポリオキシエチレンソルビタントリステアレート、ポリ
オキシエチレンソルビタンモノオレエート、ポリオキシ
エチレンソルビタントリオレエート、テトラオレイン酸
ポリオキシエチレンソルビット、ポリエチレングリコー
ルモノラウレート、ポリエチレングリコールモノステア
レート、ポリエチレングリコールジステアレート、ポリ
エチレングリコールモノオレエート、ポリオキシエチレ
ンアルキルアミン、ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油、
アルキルアルカノールアミド等が挙げられ、水溶性陽イ
オン性分散剤としては、例えば、ココナットアミンアセ
テート、ステアリルアミンアセテート等が挙げられ、水
溶性両性分散剤としては、例えば、ラウリルベタイン、
ステアリルベタイン、ラウリルジメチルアミンオキサイ
ド、２−アルキル−Ｎ−カルボキシメチル−Ｎ−ヒドロ
キシエチルイミダゾリニウムベタイン等が挙げられる。
これらの分散剤添加量は、スラリー中の粒子の分散性及
び沈降防止、さらに研磨傷と分散剤添加量との関係から
酸化セリウム粒子１００重量部に対して、０．０１重量
部以上２．０重量部以下の範囲が好ましい。分散剤の分
子量は、１００〜５０，０００が好ましく、１，０００
〜１０，０００がより好ましい。分散剤の分子量が１０
０未満の場合は、酸化珪素膜あるいは窒化珪素膜を研磨
するときに、十分な研磨速度が得られず、分散剤の分子
量が５０，０００を越えた場合は、粘度が高くなり、Ｃ
ＭＰ研磨剤の保存安定性が低下するからである。これら
の酸化セリウム粒子を水中に分散させる方法としては、
通常の攪拌機による分散処理の他にホモジナイザー、超
音波分散機、湿式ボールミルなどを用いることができ
る。こうして作製されたＣＭＰ研磨剤中の酸化セリウム
粒子の平均粒径は、０．０１μｍ〜１．０μｍであるこ
とが好ましい。酸化セリウム粒子の平均粒径が０．０１
μｍ未満であると研磨速度が低くなりすぎ、１．０μｍ
を越えると研磨する膜に傷がつきやすくなるからであ
る。

【００１２】また生分解性添加剤には、（ａ）アザセリ
ン、アスパラギン、アスパラギン酸、２−アミノ酪酸、
４−アミノ酪酸、アラニン、β−アラニン、アルギニ
ン、アロイソロイシン、アロトレオニン、イソロイシ
ン、エチオニン、エルゴチオネイン、オルニチン、カナ
バニン、Ｓ−（カルボキシメチル）−システイン、キヌ
レニン、グリシン、グルタミン、グルタミン酸、クレア
チン、サルコシン、シスタチオニン、シスチン、システ
イン、システイン酸、シトルリン、β−（３，４−ジヒ
ドロキシフェニル）−アラニン、３，５−ジヨードチロ
シン、セリン、タウリン、チロキシン、トリプトファ
ン、トレオニン、ノルバリン、ノルロイシン、バリン、
ヒスチジン、４−ヒドロキシプロリン、δ−ヒドロキシ
リシン、フェニルアラニン、プロリン、ホモセリン、メ
チオニン、１−メチルヒスチジン、３−メチルヒスチジ
ン、ランチオニン、リシン、ロイシンから選ばれる少な
くとも１種のアミノ酸を構成単位とするポリアミノ酸及
びその誘導体、（ｂ）リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、イ
ソクエン酸、アコニット酸、オキサロ酢酸、グリセリン
酸、シトラマル酸、デソキサル酸、テトラヒドロキシコ
ハク酸、３−ヒドロキシグルタル酸から選ばれる少なく
とも１種のオキシカルボン酸を構成単位とする水溶性ポ
リエステル、（ｃ）ポリグリオキシル酸、ポリグリオキ
シル酸塩及びそれら誘導体、（ｄ）ペクチン酸、アルギ
ン酸、キトサン、デンプン、グリコーゲン、カロニン、
ラミナラン、デキストラン、イヌリン、レバン、カード
ラン、プルラン等の多糖類、カルボキシメチルセルロー
ス、デキストラン硫酸、ヒドロキシプロピルセルロー
ス、ヒドロキシエチルセルロース等の多糖類誘導体、
（ｅ）ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコ
ール、ポリテトラメチレングリコール、アルキルポリエ
チレングリコール、アルケニルポリエチレングリコー
ル、ポリエチレングリコールアルキルエーテル、ポリエ
チレングリコールアルケニルエーテル、アルキルポリエ
チレングリコールアルキルエーテル、アルキルポリエチ
レングリコールアルケニルエーテル、アルケニルポリエ
チレングリコールアルキルエーテル、アルケニルポリエ
チレングリコールアルケニルエーテル、アルキルポリプ
ロピレングリコール、アルケニルポリプロピレングリコ
ール、ポリプロピレングリコールアルキルエーテル、ポ
リプロピレングリコールアルケニルエーテル、アルキル
ポリプロピレングリコールアルキルエーテル、アルキル
ポリプロピレングリコールアルケニルエーテル、アルケ
ニルポリプロピレングリコールアルキルエーテル、アル
ケニルポリプロピレングリコールアルケニルエーテル
（アルキル基及びアルケニル基としては、炭素数が１か
ら８まで）等のポリエーテル及びその誘導体、（ｆ）ポ
リビニルアルコール及びその誘導体、（ｇ）ビニルアル
コールと（Ａ）ビニルホルマール、ビニルアセタール、
ビニルアミン、ビニルイソブチルエーテル、ビニルピロ
リドンから選ばれる少なくとも１種を構成成分とするポ
リビニルアルコール系共重合体及びその誘導体、（ｈ）
（Ｂ）アクロレイン、メタアクロレインから選ばれる少
なくとも１種を構成単位とするアクロレイン系重合体に
対し、（Ｃ）アクリル酸、メタアクリル酸、フマル酸、
マレイン酸イタコン酸、クロトン酸、イソクロトン酸、
４−ペンテン酸、アリルマロン酸、グルタコン酸、シト
ラコン酸、メサコン酸、２−メチルクロトン酸、２−メ
チルイソクロトン酸の不飽和モノ及びジカルボン酸から
選ばれる少なくとも１種をグラフト共重合して得られる
グラフト共重合体及びその誘導体、（ｉ）（Ｃ）の不飽
和モノ及びジカルボン酸から選ばれる少なくとも１種に
対し、（Ｄ）ビニルアルコール、酢酸ビニル、シクロヘ
キセノン、シクロペンタノンから選ばれる少なくとも１
種を共重合して得られるアクリル酸系共重合体及びその
誘導体のうち、相対洗浄力が１０〜１５未満のものを使
用することができる。これらの生分解性を有する添加剤
添加量は、ＣＭＰ研磨剤中の粒子の分散性及び沈降防
止、さらに研磨傷と添加剤添加量との関係から酸化セリ
ウム粒子１００重量部に対して、０．０１重量部以上１
０００重量部以下の範囲が好ましい。また生分解性を有
する添加剤の分子量は、１００〜５００，０００が好ま
しく、１，０００〜５０，０００が好ましい。添加剤の
分子量が１００未満の場合は、酸化珪素膜あるいは窒化
珪素膜を研磨するときに、十分な研磨速度が得られず、
添加剤の分子量が５００，０００を越えた場合は、粘度
が高くなり、ＣＭＰ研磨剤の保存安定性が低下するから
である。酸化セリウム粒子、分散剤、及び水からなる酸
化セリウムスラリーと、生分解性を有する添加剤及び水
からなる添加液とを分けたＣＭＰ研磨剤として保存する
と酸化セリウム粒子が凝集しないため、保存安定性が増
し、研磨傷の発生防止、研磨速度の安定化が得られて好
ましい。上記のＣＭＰ研磨剤で基板を研摩する際に、添
加液は、酸化セリウムスラリーと別々に研磨定盤上に供
給し、研磨定盤上で混合するか、研磨直前に酸化セリウ
ムスラリーと混合し研磨定盤上に供給する方法がとられ
る。

【００１３】本発明のＣＭＰ研磨剤は、上記ＣＭＰ研磨
剤をそのまま使用してもよいが、Ｎ，Ｎ−ジエチルエタ
ノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルエタノールアミン、ア
ミノエチルエタノールアミン等の添加剤を添加してＣＭ
Ｐ研磨剤とすることができる。

【００１４】本発明のＣＭＰ研磨剤が使用される無機絶
縁膜の作製方法として、低圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ
法等が挙げられる。低圧ＣＶＤ法による酸化珪素膜形成
は、Ｓｉ源としてモノシラン：ＳｉＨ₄ 、酸素源として
酸素：Ｏ₂ を用いる。このＳｉＨ₄ −Ｏ₂ 系酸化反応を
４００℃以下の低温で行わせることにより得られる。場
合によっては、ＣＶＤ後１０００℃またはそれ以下の温
度で熱処理される。高温リフローによる表面平坦化を図
るためにリン：Ｐをドープするときには、ＳｉＨ₄ −Ｏ
₂ −ＰＨ₃ 系反応ガスを用いることが好ましい。プラズ
マＣＶＤ法は、通常の熱平衡下では高温を必要とする化
学反応が低温でできる利点を有する。プラズマ発生法に
は、容量結合型と誘導結合型の２つが挙げられる。反応
ガスとしては、Ｓｉ源としてＳｉＨ₄ 、酸素源としてＮ
₂ Ｏを用いたＳｉＨ₄ −Ｎ₂ Ｏ系ガスとテトラエトキシ
シラン（ＴＥＯＳ）をＳｉ源に用いたＴＥＯＳ−Ｏ₂ 系
ガス（ＴＥＯＳ−プラズマＣＶＤ法）が挙げられる。基
板温度は２５０℃〜４００℃、反応圧力は６７〜４００
Ｐａの範囲が好ましい。このように、本発明の酸化珪素
膜にはリン、ホウ素等の元素がドープされていても良
い。同様に、低圧ＣＶＤ法による窒化珪素膜形成は、Ｓ
ｉ源としてジクロルシラン：ＳｉＨ₂ Ｃｌ₂ 、窒素源と
してアンモニア：ＮＨ₃ を用いる。このＳｉＨ₂ Ｃｌ₂
−ＮＨ₃ 系酸化反応を９００℃の高温で行わせることに
より得られる。プラズマＣＶＤ法は、反応ガスとして
は、Ｓｉ源としてＳｉＨ₄ 、窒素源としてＮＨ₃ を用い
たＳｉＨ₄−ＮＨ₃ 系ガスが挙げられる。基板温度は３
００℃〜４００℃が好ましい。

【００１５】基板として、半導体基板すなわち回路素子
と配線パターンが形成された段階の半導体基板、回路素
子が形成された段階の半導体基板等の半導体基板上に酸
化珪素膜層あるいは窒化珪素膜層が形成された基板が使
用できる。このような半導体基板上に形成された酸化珪
素膜層あるいは窒化珪素膜層を上記ＣＭＰ研磨剤で研磨
することによって、酸化珪素膜層表面の凹凸を解消し、
半導体基板全面にわたって平滑な面とすることができ
る。また、シャロー・トレンチ分離にも使用できる。シ
ャロー・トレンチ分離に使用するためには、酸化珪素膜
研磨速度と窒化珪素膜研磨速度の比、酸化珪素膜研磨速
度／窒化珪素膜研磨速度が１０以上であることが必要で
ある。この比が１０未満では、酸化珪素膜研磨速度と窒
化珪素膜研磨速度の差が小さく、シャロー・トレンチ分
離をする際、所定の位置で研磨を停止することができな
くなるためである。この比が１０以上の場合は窒化珪素
膜の研磨速度がさらに小さくなって研磨の停止が容易に
なり、シャロー・トレンチ分離により好適である。ま
た、シャロー・トレンチ分離に使用するためには、研磨
時に傷の発生が少ないことが必要である。ここで、研磨
する装置としては、半導体基板を保持するホルダーと研
磨布（パッド）を貼り付けた（回転数が変更可能なモー
タ等を取り付けてある）定盤を有する一般的な研磨装置
が使用できる。研磨布としては、一般的な不織布、発泡
ポリウレタン、多孔質フッ素樹脂などが使用でき、特に
制限がない。また、研磨布にはＣＭＰ研磨剤がたまるよ
うな溝加工を施すことが好ましい。研磨条件には制限は
ないが、定盤の回転速度は半導体基板が飛び出さないよ
うに２００ｒｐｍ以下の低回転が好ましく、半導体基板
にかける圧力は研磨後に傷が発生しないように１ｋｇ／
ｃｍ² 以下が好ましい。研磨している間、研磨布にはス
ラリーをポンプ等で連続的に供給する。この供給量には
制限はないが、研磨布の表面が常にスラリーで覆われて
いることが好ましい。

【００１６】研磨終了後の半導体基板は、流水中で良く
洗浄後、スピンドライヤ等を用いて半導体基板上に付着
した水滴を払い落としてから乾燥させることが好まし
い。このようにして平坦化されたシャーロー・トレンチ
を形成したあと、酸化珪素絶縁膜層の上に、アルミニウ
ム配線を形成し、その配線間及び配線上に再度上記方法
により酸化珪素絶縁膜を形成後、上記ＣＭＰ研磨剤を用
いて研磨することによって、絶縁膜表面の凹凸を解消
し、半導体基板全面にわたって平滑な面とする。この工
程を所定数繰り返すことにより、所望の層数の半導体を
製造する。

【００１７】本発明のＣＭＰ研磨剤は、半導体基板に形
成された酸化珪素膜だけでなく、所定の配線を有する配
線板に形成された酸化珪素膜、ガラス、窒化珪素等の無
機絶縁膜、フォトマスク・レンズ・プリズムなどの光学
ガラス、ＩＴＯ等の無機導電膜、ガラス及び結晶質材料
で構成される光集積回路・光スイッチング素子・光導波
路、光ファイバーの端面、シンチレータ等の光学用単結
晶、固体レーザ単結晶、青色レーザＬＥＤ用サファイヤ
基板、ＳｉＣ、ＧａＰ、ＧａＡＳ等の半導体単結晶、磁
気ディスク用ガラス基板、磁気ヘッド等を研磨すること
ができる。

【００１８】

【実施例】次に、実施例により本発明を説明する。 （酸化セリウム粒子の作製）炭酸セリウム水和物２ｋｇ
を白金製容器に入れ、７００℃で２時間空気中で焼成す
ることにより黄白色の粉末を約１ｋｇ得た。この粉末を
Ｘ線回折法で相同定を行ったところ酸化セリウムである
ことを確認した。酸化セリウム粉末１０重量％になるよ
うに脱イオン水と混合し、横型湿式超微粒分散粉砕機を
用いて１４００ｒｐｍで１２０分間粉砕処理をした。得
られた研磨液を１１０℃で３時間乾燥することにより酸
化セリウム粒子を得た。この酸化セリウム粒子は、透過
型電子顕微鏡による観察から粒子径が１０ｎｍ〜６０ｎ
ｍであること、さらにＢＥＴ法による比表面積測定の結
果が３９．５ｍ² ／ｇであることがわかった。

【００１９】（酸化セリウムスラリーの作製）上記の方
法で作製した酸化セリウム粒子１２５ｇとアクリル酸と
アクリル酸メチルを３：１で共重合した分子量１０，０
００のポリアクリル酸アンモニウム塩水溶液（４０重量
％）３ｇと脱イオン水２３７２ｇを混合し、攪拌をしな
がら超音波分散を行った。超音波周波数は４０ｋＨｚ
で、分散時間１０分で分散を行った。得られたスラリー
を０．８ミクロンフィルターでろ過し、さらに脱イオン
水を加えることにより２重量％の酸化セリウムスラリー
（Ａ−１）を得た。酸化セリウムスラリー（Ａ−１）の
ｐＨは８．５であった。酸化セリウムスラリー（Ａ−
１）の粒度分布をレーザー回折式粒度分布計で調べたと
ころ、平均粒子径が０．２０μｍと小さいことがわかっ
た。また、１．０μｍ以下の粒子が９５．０％であっ
た。

【００２０】（添加液の作製）アクリル酸と２−シクロ
ヘキセン−１−オン（シクロヘキサノン）を３：１で共
重合した分子量７，０００のアクリル酸−シクロヘキサ
ノン共重合体アンモニウム塩１０ｇに脱イオン水９９０
ｇを加え、１重量％のアクリル酸−シクロヘキサノン共
重合体アンモニウム塩を含む添加液を得た。

【００２１】（絶縁膜層の研磨）多孔質ウレタン樹脂製
の研磨パッドを貼りつけた定盤上に、基板取り付け用の
吸着パッドを貼り付けたホルダーにＴＥＯＳ−プラズマ
ＣＶＤ法で作製した酸化珪素膜を形成した直径１２５ｍ
ｍのシリコンウエハを絶縁膜面を下にしてセットし、研
磨荷重が３００ｇ／ｃｍ² になるように重りをのせた。
定盤上に上記の酸化セリウムスラリー（固形分：２重量
％）と添加液を各々２５ｍｌ／ｍｉｎの速度で送り、定
盤の直前で１液になるようにノズルを調節して滴下しな
がら、定盤を４０ｒｐｍで２分間回転させ、絶縁膜を研
磨した。研磨後ウエハをホルダーから取り外して、流水
で良く洗浄後、超音波洗浄機によりさらに２０分間洗浄
した。洗浄後、スピンドライヤーで水滴を除去し、１２
０℃の乾燥機で１０分間乾燥させた。光干渉式膜厚測定
装置を用いて、研磨前後の膜厚変化を測定し、研磨速度
を計算した。同様にして、ＴＥＯＳ−プラズマＣＶＤ法
で作製した酸化珪素膜の代わりに低圧ＣＶＤ法で作製し
た窒化珪素膜を同じ条件で研磨し、研磨前後の膜厚変化
を測定し、研磨速度を計算した。また、膜厚測定の結果
から、ＴＥＯＳ−プラズマＣＶＤ法で作製した酸化珪素
膜及び低圧ＣＶＤ法で作製した窒化珪素膜は、ウエハ全
面にわたって均一の厚みになっていることがわかった。
また、水銀灯の光源下での目視観察では絶縁膜表面に傷
はみられなかった。

【００２２】（生分解性の評価）添加剤の生分解性の評
価はＪＩＳ Ｋ ６９５０に準じて行った。ビューレッ
トを備えたガラス製の培養瓶（３００ｍｌ）に活性汚泥
懸濁液２００ｍｌ、無機塩液０．８ｍｌ（Ｋ₂ ＨＰ
Ｏ₄ ：０．４６％、Ｎａ₂ ＨＰＯ₄ ・１２Ｈ₂ Ｏ：１．
１６％、ＭｇＳＯ₄ ・７Ｈ₂ Ｏ：０．０５％、ＦｅＣｌ
₃ ・６Ｈ₂ Ｏ：０．０１％、ＣａＣｌ₂ ・２Ｈ₂ Ｏ：
０．００５％、ＮＨ₄ Ｃｌ：０．１％）、サンプル液約
１ｍｌを加え、恒温装置を備えたＢＯＤ測定装置を用い
て、２５℃にて分解試験を行った。約２８日間、ＢＯＤ
（生物化学的酸素消費量）を経時的に測定した。大気圧
の変動によるＢＯＤ値の変化を補正するため空試験値を
差し引いた値を真のＢＯＤ値とした。生分解度は（真の
ＢＯＤ値）÷（理論的酸素消費量）×１００として算出
した。

【００２３】（相対洗浄力の評価）木綿人工汚染布を用
い、温度２５℃、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウ
ム０．０９６％、シリコン酸ナトリウム０．０２４％、
炭酸ナトリウム０．０１４４％、カルボキシメチルセル
ロース０．００２４％、硫酸ナトリウム０．２２３２
％、生分解性添加剤濃度０．１２％において、Ｔｅｒｇ
−Ｏ−Ｔｏｍｅｔｅｒを使用して試験を行い、反射率よ
り洗浄効率を求めた。

【００２４】実施例及び比較例 表１に示すように、酸化セリウムスラリーと添加液を調
製してＣＭＰ研磨剤を作製し、絶縁膜層を研磨した。そ
の結果を表１に示す。表１から明らかなように、本発明
によるＣＭＰ研磨剤に含まれる添加剤の生分解性は良好
で、廃液処理が容易なことが分る。また、本発明のＣＭ
Ｐ研磨剤及び基板の研磨方法を用いることによって、基
板を傷なく、研磨することが可能で、かつ、酸化珪素膜
研磨速度／窒化珪素膜研磨速度の比を１０以上にするＣ
ＭＰ研磨剤、及びこれらＣＭＰ研磨剤を使用した基板の
研磨方法が得られることが分かる。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【発明の効果】請求項１記載のＣＭＰ研磨剤は廃液処理
が容易で、半導体素子製造技術に使用される研磨方法に
好適である。請求項２記載のＣＭＰ研磨剤は、さらに酸
化珪素絶縁膜研磨速度と窒化珪素絶縁膜研磨速度の比を
１０以上にする点でシャロー・トレンチ分離に好適であ
る。請求項３記載の基板の研磨方法は、基板の被研磨面
を、傷なく、研磨することに優れ、半導体素子製造技術
に使用される研磨方法に使用される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/304 ６２２ Ｈ０１Ｌ 21/304 ６２２Ｄ (72)発明者 吉田 誠人 茨城県つくば市和台48 日立化成工業株式 会社筑波開発研究所内 Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AA09 AA12 AB04 AC04 CA01 CB02 CB03 CB06 CB10 DA02 DA12

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】酸化セリウム粒子、分散剤、トリポリリン
   酸ナトリウムの相対洗浄力を１０とし３−オキサペンタ
   ン二酸二ナトリウムの相対洗浄力を０としたとき相対洗
   浄力が１０〜１５未満の生分解性添加剤及び水を含有す
   るＣＭＰ研磨剤。
2. 【請求項２】酸化セリウム粒子、分散剤及び水を含有す
   る酸化セリウムスラリー及びトリポリリン酸ナトリウム
   の相対洗浄力を１０とし３−オキサペンタン二酸二ナト
   リウムの相対洗浄力を０としたとき相対洗浄力が１０〜
   １５未満の生分解性添加剤と水を含有する添加液とから
   なることを特徴とするＣＭＰ研磨剤。
3. 【請求項３】酸化珪素膜研磨速度と窒化珪素膜研磨速度
   の比（酸化珪素膜研磨速度／窒化珪素膜研磨速度）が１
   ０以上である請求項１又は２記載のＣＭＰ研磨剤。
4. 【請求項４】研磨する膜を形成した基板を研磨定盤の研
   磨布に押しあて加圧し、請求項１〜３記載のＣＭＰ研磨
   剤を研磨膜と研磨布との間に供給しながら、基板と研磨
   定盤を相対的に動かして研磨する膜を研磨する基板の研
   磨方法。