JP2000160138A

JP2000160138A - 研磨用組成物

Info

Publication number: JP2000160138A
Application number: JP34183498A
Authority: JP
Inventors: Katsuyoshi Ina; 奈克芳伊; Atsunori Kawamura; 村篤紀河; Satoshi Suzumura; 村聡鈴
Original assignee: Fujimi Inc
Current assignee: Fujimi Inc
Priority date: 1998-12-01
Filing date: 1998-12-01
Publication date: 2000-06-13

Abstract

(57)【要約】【課題】金属膜に対する研磨速度が大きく、一方、絶
縁膜に対する研磨速度が小さく、高い選択比を有する研
磨用組成物の提供。【解決手段】下記（Ａ１）〜（Ｃ）の成分を含んでな
ることを特徴とする研磨用組成物。（Ａ１）二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化セリウ
ム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、窒化ケイ素、炭化
ケイ素、および二酸化マンガンからなる群より選ばれる
少なくとも１種類の研磨材、（Ａ２）２５℃における標
準電極電位が０．５Ｖ以上である酸化反応を起こし得る
化学種を含んでなる酸化剤、（Ｂ）アルコール性水酸基
含有化合物、および（Ｃ）水。

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、フォトマ
スク、各種メモリーハードディスク用基盤の研磨に使用
される研磨用組成物に関し、特に半導体産業などにおけ
るテバイスウェーファーの表面平坦化加工に好適な研磨
用組成物およびこの組成物を用いた研磨方法に関するも
のである。

【０００２】さらに詳しくは、本発明は、デバイスウェ
ーファーのプロセス加工時において、いわゆる化学的・
機械的研磨（ＣＭＰ）技術が適用されている金属配線の
研磨において高効率であり、高選択性を有し、かつ、優
れた研磨表面の形成に適用可能な研磨用組成物およびこ
の組成物を用いた研磨方法に関するものである。

【０００３】

【従来技術】近年のコンピューターを始めとするいわゆ
るハイテク製品の進歩は目覚ましく、これに使用される
部品、たとえばＵＬＳＩは、年々高集積化・高速化の一
途をたどっている。これに伴い、半導体装置のデザイン
ルールは年々微細化が進み、デバイス製造プロセスでの
焦点深度は浅くなり、パターン形成面に要求される平坦
性は厳しくなってきている。

【０００４】また、配線の微細化による配線抵抗の増大
に対処するため、デバイスの多層化による配線長の短縮
が行われているが、形成されたパターン表面の段差が多
層化の障害として問題化してきている。

【０００５】このような微細化および多層化を行うに当
たり、そのプロセス中で段差を取り除くための所望表面
の平坦化を行うことが必要であり、この手法として、こ
れまではスピンオングラス、レジストエッチバックおよ
びその他の平坦化法が用いられてきた。

【０００６】しかし、これらの手法では部分的な平坦化
は可能であるが、次世代デバイスに要求されるグローバ
ルプレナリゼーション（完全平坦化）を達成することは
困難な状況であり、現在では機械的研磨と化学的研磨と
を組み合わせたメカノケミカル研磨（Chemical Mechani
cal Polishing、以下「ＣＭＰ」という）加工による平
坦化が検討されるようになってきた。

【０００７】この中でも、特にタングステン膜、アルミ
ニウム膜、銅膜等の金属配線層の研磨は特に重要な役割
を果たす。すなわち、金属配線層のＣＭＰ加工には、配
線およびバリア層として用いられる金属膜に対する研磨
速度は大きく、同時に、二酸化ケイ素膜等の絶縁膜に対
する研磨速度は小さいことが要求される。従って、この
要件を満たすため、化学的研磨と機械的研磨とのバラン
スがよい研磨条件および研磨用組成物が必要となる。特
に化学的な因子はこの用件を満たすため重要であり、こ
れまで様々な提案がなされている。

【０００８】化学的な因子としては、酸化剤を研磨用組
成物の中に含有させる手法が一般的である。つまり、金
属膜表面を酸化剤で酸化させ、その化学反応によって被
研磨物表面に生じた脆性酸化膜層をセラミックス粉末な
どの研磨材で機械的に除去する。ここで用いられる酸化
剤としては、鉄塩、セリウム塩、過酸化水素、ならびに
重クロム酸、過マンガン酸、次亜塩素酸、およびそれら
の塩、または、金属膜に対し化学的な作用を及ぼしうる
研磨材、具体的には、セリア、酸化マンガン、酸化鉄、
酸化クロム、およびその他が知られている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の酸化剤を用いることにより、金属膜に対する研磨速度
は大きくなるが、二酸化ケイ素膜などの絶縁膜に対する
研磨速度はほとんど変化しない。すなわち、金属膜に対
しては、酸化剤による化学的作用と研磨材による機械的
作用の組み合わせにより、研磨速度が大きくなるが、絶
縁膜に対しては酸化剤の化学的作用は小さいものの、研
磨材の機械的作用による研磨速度がほぼ維持される。こ
のため、金属膜の研磨速度に対する絶縁膜の研磨速度の
比（以下、「選択比」という）は改良されるものの、こ
の選択比は高々１０程度にしかならなかった。

【００１０】本発明は、前記のような問題を解決するた
めになされたものである。すなわち、金属膜を研磨する
速度が大きく、一方で絶縁膜を研磨する速度が小さく、
選択比が大きな研磨用組成物を提供することを目的とす
るものである。

【００１１】本発明の研磨用組成物が好適に利用される
分野としては、例えば、半導体産業におけるデバイスウ
ェーファーのＣＭＰ加工があげられる。その中でも、金
属膜に対する大きな研磨速度と絶縁膜に対する小さな研
磨速度の両立を要求される加工に好適である。特に、タ
ングステン、アルミニウム、チタン、タンタル、窒化タ
ングステン、窒化アルミニウム、窒化チタン、窒化タン
タル、窒化タングステン、およびその他の金属膜を被研
磨層とし、二酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜、ＢＰＳＧ膜
およびその他の絶縁膜をストッパーとする半導体デバイ
スの研磨において好適である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】［発明の概要] ＜要旨＞本発明の第１の研磨用組成物は、下記の成分を
含んでなること、を特徴とするものである。（Ａ１）二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化セリウ
ム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、窒化ケイ素、炭化
ケイ素、および二酸化マンガンからなる群より選ばれる
少なくとも１種類の研磨材、（Ａ２）２５℃における標
準電極電位が０．５Ｖ以上である酸化反応を起こし得る
化学種を含んでなる酸化剤、（Ｂ）アルコール性水酸基
含有化合物、および（Ｃ）水。

【００１３】また、本発明の第２の研磨用組成物は、下
記の成分を含んでなること、を特徴とするものである。（Ａ）２５℃における標準電極電位が０．５Ｖ以上であ
る酸化反応を起こし得る化学種を含んでなる研磨材、
（Ｂ）アルコール性水酸基含有化合物、および（Ｃ）
水。

【００１４】＜効果＞本発明によれば、金属膜を研磨す
る速度が大きい一方で絶縁膜を研磨する速度が小さく、
高い選択比を有する研磨用組成物が提供される。

【００１５】［発明の具体的説明] ＜研磨材＞本発明の第１の研磨用組成物において、研磨
材は、いわゆる砥粒としての役割を果たし、ＣＭＰ加工
における機械的研磨の一翼を担うものである。すなわ
ち、研磨材は、後述の各種の化合物成分により被研磨面
に形成された脆性層を機械的に除去するものである。

【００１６】本発明の第１の研磨用組成物は研磨材とし
て、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化セリウム、
酸化チタン、窒化ケイ素、酸化ジルコニウム、炭化ケイ
素、および二酸化マンガンからなる群から選ばれる少な
くとも１種類を含んでなる。

【００１７】これらのうち、二酸化ケイ素には、コロイ
ダルシリカ、フュームドシリカ、およびその他の、製造
法や性状の異なるものが多種存在する。

【００１８】酸化アルミニウムにも、α−アルミナ、δ
−アルミナ、θ−アルミナ、κ−アルミナ、およびその
他の形態的に異なるものがある。また製造法からフュー
ムドアルミナと呼ばれるものもある。

【００１９】酸化セリウムには、酸化数から３価のもの
と４価のもの、また結晶系から見て、六方晶系、等軸晶
系、および面心立方晶系のものがある。

【００２０】酸化ジルコニウムには、結晶系から見て、
単斜晶系、正方晶系、および非晶質のものがある。ま
た、製造法からフュームドジルコニアと呼ばれるものも
ある。また、カルシウム、マグネシウム、あるいはイッ
トリウムを固溶させ、結晶内の一部を立方晶系として安
定化させた、いわゆる部分安定化ジルコニア、さらには
それら元素の固溶量を増し、全ての結晶を立方晶として
完全に安定化させた、いわゆる完全安定化ジルコニアな
どもある。

【００２１】酸化チタンには、結晶系から見て、一酸化
チタン、三酸化二チタン、二酸化チタンおよびその他の
ものがある。また製造法からフュームドチタニアと呼ば
れるものもある。

【００２２】窒化ケイ素は、α−窒化ケイ素、β−窒化
ケイ素、アモルファス窒化ケイ素、およびその他の形態
的に異なるものがある。

【００２３】炭化ケイ素にも、α型、およびβ型があ
る。

【００２４】二酸化マンガンには、形態的に見てα−二
酸化マンガン、β−二酸化マンガン、γ−二酸化マンガ
ン、δ−二酸化マンガン、ε−二酸化マンガン、η−二
酸化マンガン、およびその他がある。

【００２５】本発明の第１の研磨用組成物には、これら
のものを任意に、必要に応じて組み合わせて、用いるこ
とができる。組み合わせる場合には、その組み合わせ方
や使用する割合は特に限定されない。

【００２６】また、これらの研磨材のうち、保存期間中
における研磨用組成物中の研磨材の沈殿を低減させ、か
つ被研磨物に研磨材起因のスクラッチが発生することを
防止するため、研磨材としては粒子径の揃った、しかも
粒子径が小さなコロイド状のものを用いるのが好まし
い。すなわち、二酸化ケイ素を用いる場合、フュームド
シリカおよび／またはコロイダルシリカであることが好
ましく、アルミナを用いる場合、フュームドアルミナお
まび／またはコロイダルアルミナであることが好まし
い。

【００２７】上記の研磨材は、砥粒としてメカニカルな
作用により被研磨面を研磨するものである。このうち二
酸化ケイ素の粒子径は、ＢＥＴ法により測定した表面積
から求められる平均粒子径で一般に０．００５〜０．５
μｍ、好ましくは０．０１〜０．２μｍ、である。ま
た、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタ
ン、窒化ケイ素、炭化ケイ素、および二酸化マンガンの
粒子径は、ＢＥＴ法により測定した平均粒子径で一般に
０．０１〜１０μｍ、好ましくは０．０５〜３μｍ、で
ある。さらに、酸化セリウムの粒子径は、走査型電子顕
微鏡により観察される平均粒子径で、一般に０．０１〜
１０μｍ、好ましくは０．０５〜３μｍ、である。

【００２８】これらの研磨材の平均粒子径がここに示し
た範囲を超えて大きいと、被研磨面の表面粗さが大きか
ったり、スクラッチが発生したりするなどの間題があ
り、逆に、ここに示した範囲よりも小さいと研磨速度が
極端に小さくなってしまい実用的でない。

【００２９】本発明の第１の研磨用組成物に対する研磨
材の含有量は、一般に０．５〜１５体積％、好ましくは
１〜１０体積％、である。研磨材の含有量が少なすぎる
場合、化学的作用が強くなり、絶縁膜を研磨する速度は
小さくなるが、金属膜を研磨する速度も小さくなり、そ
の結果選択比が小さくなってしまい好ましくない。一
方、研磨材の含有量が多すぎる場合、機械的研磨の作用
が強くなり、金属膜だけでなく絶縁膜を研磨する速度も
大きくなり、その結果選択比が小さくなってしまい好ま
しくない。

【００３０】＜酸化剤＞本発明の第１の研磨用組成物
は、２５℃における標準電極電位が０．５Ｖ以上である
酸化反応を起こし得る化学種を含んでなる酸化剤を含ん
でなる。

【００３１】標準電極電位Ｅ⁰は、酸化反応に関与する
すべての化学種が標準状態にあるときに、下記の式で表
される。Ｅ⁰＝−△Ｇ⁰／ｎＦ＝（ＲＴ／ｎＦ）ｌｎＫここで、△Ｇ⁰は酸化反応の標準ギブスエネルギー変
化、Ｋはその平行定数、Ｆはファラデー定数、Ｔは絶対
温度、ｎは酸化反応に関与する電子数である。従って、
標準電極電位は温度により変動するので、本発明におい
ては２５℃における標準電極電位を採用する。

【００３２】このような標準電極電位をもつ酸化反応の
例は、例えば下記の通りである。Ｆｅ³⁺＋ｅ−＝Ｆｅ²⁺ ０．７７１ＶＣｅ⁴⁺＋ｅ^-＝Ｃｅ³⁺ １．７４ＶＨ₂Ｏ₂＋２Ｈ⁺＋２ｅ^-＝２Ｈ₂Ｏ１．７７ＶＣｒ₂Ｏ₇ ^2-＋１４Ｈ⁺＋６ｅ^-＝２Ｃｒ³⁺＋７Ｈ₂Ｏ１．２９ＶＭｎＯ₄ ^-＋８Ｈ⁺＋５ｅ^-＝Ｍｎ²⁺＋４Ｈ₂Ｏ１．５１ＶＨＣｌＯ＋Ｈ⁺＋ｅ^-＝０．５Ｃｌ₂＋Ｈ₂Ｏ１．６３Ｖ従って、本発明の第１の研磨用組成物に用いることので
きる酸化剤としては、鉄（ＩＩＩ）塩、セリウム（Ｉ
Ｖ）塩、および過酸化水素、ならびに重クロム酸、過マ
ンガン酸、次亜塩素酸、およびそれらの塩、からなる群
から選ばれる少なくとも１種類であることが好ましい。
具体的には、鉄（ＩＩＩ）塩としては、硝酸鉄（ＩＩ
Ｉ）、硫酸鉄（ＩＩＩ）、塩化鉄（ＩＩＩ）、クエン酸
鉄（ＩＩＩ）、シュウ酸鉄（ＩＩＩ）、フマル酸鉄（Ｉ
ＩＩ）、乳酸鉄（ＩＩＩ）、過塩素酸鉄（ＩＩＩ）、ヘ
キサシアノ鉄（ＩＩＩ）酸アンモニウム、ヘキサシアノ
鉄（ＩＩＩ）酸カリウム、硫酸鉄（ＩＩＩ）アンモニウ
ム、および硫酸鉄（ＩＩＩ）カリウムが、またセリウム
（ＩＶ）塩としては、硫酸セリウム（ＩＶ）、硫酸セリ
ウム（ＩＶ）アンモニウム、および硫酸セリウム（Ｉ
Ｖ）カリウム、からなる群から選ばれる少なくとも１種
類であることが好ましい。また、重クロム酸、過マンガ
ン酸、および次亜塩素酸の塩としては、アンモニウム
塩、カリウム塩、およびナトリウム塩からなる群から選
ばれる少なくとも１種類であることが好ましい。

【００３３】本発明の第１の研磨用組成物には、これら
の酸化物を任意に、必要に応じて組み合わせて、用いる
ことができる。組み合わせる場合には、その組み合わせ
方や使用する割合は特に限定されない。

【００３４】前記酸化物は、その濃度により被研磨面に
対する酸化作用の程度が変化するので、適切な含有量を
決定する必要がある。添加量は、研磨用組成物の全重量
を基準にして、一般に０．１〜２０重量％、好ましくは
１〜１５重量％、である。酸化剤の添加量がこの範囲よ
りも少ないと、金属膜に対する研磨速度の増大効果が十
分に発現せず、逆に添加量がこの範囲よりも多いと絶縁
膜を研磨する速度まで大きくなってしまうため、選択比
改良の効果が発現しないことがあり注意が必要である。

【００３５】＜酸化性研磨材＞本発明の第２の研磨用組
成物は、２５℃における標準電極電位が０．５Ｖ以上で
ある酸化反応を起こし得る化学種を含む研磨材（以下、
「酸化性研磨材」という）を含んでなる。

【００３６】このような酸化性研磨材は、固体であっ
て、被研磨面に対して機械的研磨作用を及ぼす砥粒であ
ると同時に、被研磨面に酸化作用をも及ぼすものであ
る。ここで、酸化作用は研磨材固形分中に含まれている
化学種が研磨用組成物の液相に溶出して、被研磨面に作
用するものと考えられる。このような化学種としては、
例えばＣｅ⁴⁺、ＭｎＯ₄ ^-、Ｆｅ³⁺、Ｃｒ₂Ｏ₇ ^2-およびそ
の他が挙げられ、これらを放出し得るものが前記の酸化
性研磨材である。酸化性研磨材の具体的な例としては、
酸化セリウム、酸化マンガン、酸化鉄、酸化クロム、お
よびそれらの混合物が挙げられる。これらの酸化物は、
２５℃における標準電極電位が０．５Ｖ以上である酸化
反応を起こし得る化学種を供給し得るものであれば、そ
の成分中に中における金属の価数は限定されない。これ
は、酸化物中には、価数の異なる金属が存在することが
普通であり、酸化物中の電子の移動によって、特定原子
の価数は一定ではないためである。しかしながら、本発
明の効果をより強く発現させるためには、酸化性の化学
種、すなわちより価数の高い金属、をより多く含むもの
が好ましい。従って、酸化セリウム（ＩＶ）、酸化マン
ガン（ＩＶ）、酸化マンガン（ＩＩＩ）、酸化鉄（ＩＩ
Ｉ）、酸化クロム（ＩＩＩ）、および酸化クロム(VI)か
らなる群より選ばれる少なくとも１種類であることが好
ましい。

【００３７】本発明の第２の研磨用組成物には、これら
のものを任意に、必要に応じて組み合わせて、用いるこ
とができる。組み合わせる場合には、その組み合わせ方
や使用する割合は特に限定されない。また、必要に応じ
て、前記した第１の研磨用組成物に用いることのできる
研磨材または酸化剤を組み合わせることもできる。

【００３８】また、これらの酸化性研磨材のうち、保存
期間中における研磨用組成物中の研磨材の沈殿を低減
し、かつ被研磨物に研磨材起因のスクラッチが発生する
ことを防止するため、研磨材としては粒子径の揃ったし
かも粒子径が小さなコロイド状のものを用いるのが好ま
しい。

【００３９】上記の酸化性研磨材は、砥粒として機械的
作用により被研磨面を研磨する効果と、化学的作用によ
り被研磨面を研磨する効果を併せ持つものである。した
がって、それらのバランスによって、有効な粒子径は変
化するものであるが、一般に、ＢＥＴ法により測定した
表面積から求められる平均粒子径で一般に０．００５〜
１μｍ、好ましくは０．０１〜０．１μｍ、である。

【００４０】これらの研磨材の平均粒子径がここに示し
た範囲を超えて大きいと、研磨された表面の表面粗さが
大きかったり、スクラッチが発生したりするなどの間題
があり、逆に、ここに示した範囲よりも小さいと研磨速
度が極端に小さくなってしまうので注意が必要である。

【００４１】第２の研磨用組成物中における酸化性研磨
材の含有量は、酸化性研磨材の有する機械的作用と化学
的作用のバランスによって最適に選択されるが、研磨用
組成物に対し、一般に０．５〜１５体積％、好ましくは
１〜１０体積％の範囲内、である。

【００４２】＜アルコール性水酸基含有化合物＞本発明
の第１の研磨用組成物および第２の研磨用組成物は、ア
ルコール性水酸基含有化合物を含んでなる。本発明の研
磨用組成物において、このアルコール性水酸基含有化合
物は絶縁膜に対する研磨速度を抑制して、選択比を改良
する効果を与えるものである。ここで、このような効果
が得られる理由は、アルコール性水酸基含有化合物が研
磨用組成物を親油化させ、研磨材粒子同士の接触に起因
する過度の機械的作用が軽減され、被研磨面に対する応
力が軽減されるためと考えられる。

【００４３】これらのアルコール性水酸基含有化合物
は、アルコール性水酸基を有するものであれば、本発明
の効果を損なわない範囲で任意のものを用いることがで
きる。しかし、金属膜または絶縁膜を研磨する速度は、
アルコール性水酸基含有化合物の分子量に依存する傾向
がある。すなわち、分子量が大きい場合には、絶縁膜を
研磨する速度が抑制されるが、金属膜を研磨する速度も
抑制されることがあり、さらに溶媒である水との相溶性
が悪化し、研磨用組成物の保存安定性が悪くなることが
ある。逆に分子量が小さい場合には、水との相溶性はよ
くなるが、金属膜または絶縁膜に対する研磨速度抑制の
効果が小さくなることがある。このため、本発明の研磨
用組成物に用いるアルコール性水酸基含有化合物の分子
量は、一般に８０〜１００，０００であることが好まし
い。

【００４４】このようなアルコール性水酸基含有化合物
としては、具体的にはペンチルアルコール、イソペンチ
ルアルコール、ヘキシルアルコール、ヘプチルアルコー
ル、オクチルアルコール、ノニルアルコール、エチレン
グリコール、プロピレングリール、ブタンジオール、ペ
ンタンジオール、ヘキサンジオール、ヘプタンジオー
ル、オクタンジオール、ノナンジオール、グリセリン、
ブタントリオール、ペンタントリオール、ヘキサントリ
オール、ヘプタントリオール、オクタントリオール、ノ
ナントリオール、ポリエチレングリコール、およびポリ
プロピレングリコールからなる群から選ばれる少なくと
も１種類であることが好ましい。また、前記化合物の
内、１分子中に複数の水酸基を有するもので、その一部
の水酸基をエステル化したものを使用することも可能で
ある。これらの内、研磨用組成物との相溶性の観点よ
り、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタ
ンジオール、ペンタンジオール、グリセリン、ブタント
リオール、ペンタントリオール、ポリエチレングリコー
ル、およびポリプロピレングリコールからなる群から選
ばれる少なくとも１種類であることが好ましい。

【００４５】アルコール性水酸基含有化合物の含有量
は、研磨用組成物の全重量を基準にして、一般に０．１
〜１０重量％、好ましくは０．１〜８重量％、である。
アルコール性水酸基含有化合物の含有量が、この範囲よ
りも少ないと、絶縁膜に対する研磨抑制効果が不十分と
なることがあり、逆にこの範囲よりも多いとアルコール
性水酸基含有化合物が研磨用組成物中に均一に分散しな
いことがある。

【００４６】＜水＞本発明の媒体は水である。水は、前
記各成分が正確にその役割を果たせるよう、不純物を極
力減らしたものであるのが好ましい。すなわち、イオン
交換樹脂にて不純物イオンを除去し、フィルターを通し
懸濁物を除去したもの、または、蒸留水が好ましい。

【００４７】＜研磨用組成物＞本発明の研磨用組成物
は、一般に上記の各成分、すなわち研磨材、酸化剤、お
よびアルコール性水酸基含有化合物、または酸化性研磨
材およびアルコール性水酸基含有化合物、を水に混合
し、溶解または分散させることにより調製する。ここ
で、混合、溶解または分散の方法は任意であり、例え
ば、翼式撹拌機による撹拌、または超音波分散を用いる
ことができる。これらの方法により、可溶性成分は溶解
し、不溶性成分は分散して、組成物は均一な分散液とな
る。

【００４８】なお、本発明の第２の研磨用組成物に、必
要に応じて、研磨材、または酸化剤をさらに配合するこ
ともできる。このような研磨材、および酸化剤は、前記
した本発明の第１の研磨材として挙げたものを任意に用
いることができる。

【００４９】本発明の研磨用組成物は、更に、ｐＨを調
整するためにｐＨ調整剤を添加し、その他の目的で各種
界面活性剤、およびその他を適宜混合することもでき
る。

【００５０】本発明において、ｐＨ調整剤は、研磨用組
成物の安定性の向上、使用安全性の向上、または各種法
規制への適合のために用いられる。本発明の研磨用組成
物のｐＨを下げるために用いるｐＨ調整剤としては、塩
酸、硝酸、硫酸、およびその他が挙げられる。一方、ｐ
Ｈを上げる目的のために用いるものとしては、例えば水
酸化カリウム、水酸化ナトリウム、アンモニア、および
その他が挙げられる。本発明の研磨用組成物は、ｐＨに
関して特に制限されないが、一般にはｐＨ１〜７に調整
される。

【００５１】界面活性剤としては、分散剤、湿潤剤、増
粘剤、消泡剤、起泡剤、撥水剤、およびその他が挙げら
れる。分散剤として用いられる界面活性剤は、一般的に
はスルホン酸系、リン酸系、カルボン酸系、または非イ
オン系のものが挙げられる。

【００５２】本発明の研磨組成物の調製をするにあた
り、各添加物の混合順序や混合方法等は特に限定される
ものではない。

【００５３】本発明の研磨用組成物は、比較的高濃度の
原液として調製して貯蔵または輸送などをし、実際の研
磨加工時に希釈して使用することもできる。前述の好ま
しい濃度範囲は、実際の研磨加工時のものとして記述し
たものであり、このような使用方法をとる場合、貯蔵ま
たは輸送などをされる状態においてはより高濃度の溶液
となることは言うまでもない。

【００５４】以下の例は、本発明の研磨組成物を具体的
に説明するためのものである。なお、本発明はその要旨
を越えない限り、以下に説明する諸例の構成に限定され
るものではない。

【００５５】＜研磨用組成物の内容および調製＞研磨
材、酸化剤、およびアルコール性水酸基含有化合物を表
１に示す通りの材料および割合で混合して、実施例１〜
１３および比較例１〜４の研磨用組成物を調製した。

【００５６】表１ _{研磨材酸化剤} アルコール性水酸基含有化合物種類添加量種類添加量種類添加量（g/l）（g/l） (対酸化剤比) 実施例 1 ＦＳ^* 100 ＣｅＳＯＮＨ 50 ＰＥＧ４００ 0.05 2 ＦＳ 100 ＣｅＳＯＮＨ 50 ＰＥＧ４００ 0.1 3 ＦＳ 100 ＣｅＳＯＮＨ 50 ＰＥＧ４００ 1 4 ＦＳ 100 ＣｅＳＯＮＨ 50 ＰＥＧ４００ 8 5 ＦＳ 100 ＣｅＳＯＮＨ 50 ＰＥＧ４００ 10 6 ＦＳ 100 ＣｅＳＯＮＨ 50 ＰＥＧ４００ 15 7 ＭＯ* 50 − − ＰＥＧ３００ 0.05 8 ＭＯ 50 − − ＰＥＧ３００ 0.1 9 ＭＯ 50 − − ＰＥＧ３００ 1 10 ＭＯ 50 − − ＰＥＧ３００ 8 11 ＭＯ 50 − − ＰＥＧ３００ 10 12 ＭＯ 50 − − ＰＥＧ３００ 15 13 ＦｅＯ^* 50 過酸化水素 50 ＰＥＧ３００ 5 比較例 1 − − ＣｅＳＯＮＨ 5 ＰＥＧ４００ 5 2 ＦＳ 100 − − ＰＥＧ４００ 5 3 ＦＳ 100 硝酸鉄(III) 50 − − 4 ＣｅＯ^* 50 − − − − ^* ＦＳ：フュームドシリカＭＯ：二酸化マンガンＦｅＯ：酸化鉄ＣｅＯ：酸化セリウムＣｅＳＯＮＨ：硫酸四アンモニウムセリウム（IV）四水和物ＰＥＧ４００：ポリプロピレングリコール（平均分子量４００）ＰＥＧ３００：ポリプロピレングリコール（平均分子量３００）

【００５７】＜研磨試験＞被研磨物としては、ＣＶＤ法
にてタングステン膜を約１０，０００オングストローム
成膜した６インチシリコンウェーファー、および熱酸化
法により二酸化ケイ素膜を約９，０００オングストロー
ム成膜した６インチシリコンウェーファーを使用し、そ
れぞれの成膜面を研磨した。

【００５８】研磨は、片面研磨機（定盤径５７０ｍｍ）
を用いて行った。研磨機の定盤にはポリウレタン製の積
層研磨パッド（ロデール社（米国）製ＩＣ−１０００／
Ｓｕｂａ４００）を貼り付け、まずタングステン膜付ウ
ェーファーを装填して２分間研磨し、次に二酸化ケイ素
膜付ウェーファーに取り換えて同様に3分間研磨した。

【００５９】研磨条件は、加工圧力４９０ｇ／ｃｍ²、
定盤回転数４０ｒｐｍ、研磨用組成物供給量５０ｃｃ／
ｍｉｎ、ウェーファー回転数４０ｒｐｍとした。

【００６０】研磨後、ウェーファーを順次洗浄、乾燥し
た後、研磨によるウェーファーの膜厚減を４９点測定す
ることにより、各試験別に研磨速度を求めた。さらに、
タングステン膜（Ｗ膜）の研磨速度を二酸化ケイ素膜
（ＳｉＯ₂膜）のそれで除することにより選択比を求め
た。得られた結果は表２に示す通りであった。

【００６１】表２研磨速度（angstrom/min）選択比Ｗ膜ＳｉＯ₂膜（Ｗ膜/ＳｉＯ₂膜）実施例 1 3,240 520 6.2 2 3,260 300 10.9 3 3,130 220 14.2 4 3,040 110 27.6 5 2,600 40 45.5 6 2,560 20 89.5 7 2,300 300 7.7 8 2,050 200 10.3 9 1,970 150 13.1 10 1,900 70 27.1 11 1,880 50 37.6 12 1,830 20 91.5 13 2,230 110 20.3 比較例 1 430 150 2.9 2 600 170 3.5 3 3,320 710 4.7 4 2,020 470 4.3

【００６２】表２に示した結果から、本発明の第１の研
磨用組成物（実施例１〜６）は、研磨材、または酸化剤
のいずれかを含まない研磨用組成物（比較例１または
２）に比べて、タングステン膜を研磨する速度が著しく
大きく、アルコール性水酸基含有化合物を含まない研磨
用組成物（比較例３）に比べて二酸化ケイ素膜を研磨す
る速度が著しく小さく抑えられていることがわかる。さ
らに、本発明の第１の研磨用組成物の選択比は、比較例
１〜３のいずれよりも優れていることもわかる。

【００６３】また、本発明の第２の研磨材（実施例７〜
１３）は、アルコール性水酸基含有化合物を含まない研
磨用組成物（比較例４）に比べて二酸化ケイ素膜を研磨
する速度が小さく抑えられており、その選択比が著しく
改善されていることもわかる。

【００６４】なお、表２には掲載しなかったが、これら
の研磨加工面を目視にて評価したところ、いずれの例に
おいても表面欠陥は見出されなかった。

【００６５】

【発明の効果】本発明によれば、金属膜に対する研磨速
度が大きく、一方、絶縁膜に対する研磨速度が小さく、
高い選択比を有する研磨用組成物が提供されることは
［発明の概要］の項に前記したとおりである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者河村篤紀愛知県西春日井郡西枇杷島町地領二丁目１番地の１株式会社フジミインコーポレーテッド内 (72)発明者鈴村聡愛知県西春日井郡西枇杷島町地領二丁目１番地の１株式会社フジミインコーポレーテッド内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下記の成分を含んでなることを特徴とする
研磨用組成物。（Ａ１）二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化セリウ
ム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、窒化ケイ素、炭化
ケイ素、および二酸化マンガンからなる群から選ばれる
少なくとも１種類の研磨材、（Ａ２）２５℃における標
準電極電位が０．５Ｖ以上である酸化反応を起こし得る
化学種を含んでなる酸化剤、（Ｂ）アルコール性水酸基
含有化合物、および（Ｃ）水。
【請求項２】酸化剤が、鉄（ＩＩＩ）塩、セリウム（Ｉ
Ｖ）塩、および過酸化水素、ならびに重クロム酸、過マ
ンガン酸、次亜塩素酸、およびそれらの塩からなる群か
ら選ばれる少なくとも１種類である、請求項１に記載の
研磨用組成物。
【請求項３】鉄（ＩＩＩ）塩が、硝酸鉄（ＩＩＩ）、硫
酸鉄（ＩＩＩ）、塩化鉄（ＩＩＩ）、クエン酸鉄（ＩＩ
Ｉ）、シュウ酸鉄（ＩＩＩ）、フマル酸鉄（ＩＩＩ）、
乳酸鉄（ＩＩＩ）、過塩素酸鉄（ＩＩＩ）、ヘキサシア
ノ鉄（ＩＩＩ）酸アンモニウム、ヘキサシアノ鉄（ＩＩ
Ｉ）酸カリウム、硫酸鉄（ＩＩＩ）アンモニウム、およ
び硫酸鉄（ＩＩＩ）カリウムからなる群から選ばれる少
なくとも１種類である、請求項２に記載の研磨用組成
物。
【請求項４】セリウム（ＩＶ）塩が、硫酸セリウム（Ｉ
Ｖ）、硫酸セリウム（ＩＶ）アンモニウム、および硫酸
セリウム（ＩＶ）カリウムからなる群から選ばれる少な
くとも１種類である、請求項２に記載の研磨用組成物。
【請求項５】二酸化ケイ素が、フュームドシリカおよび
コロイダルシリカの少なくとも１種類である、請求項１
〜４のいずれか１項に記載の研磨用組成物。
【請求項６】酸化アルミニウムが、フュームドアルミナ
およびコロイダルアルミナの少なくとも１種類である、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の研磨用組成物。
【請求項７】アルコール性水酸基含有化合物の分子量が
８０〜１００，０００である、請求項１〜６のいずれか
１項に記載の研磨用組成物。
【請求項８】アルコール性水酸基含有化合物が、ペンチ
ルアルコール、イソプロピルアルコール、ヘキシルアル
コール、ヘプチルアルコール、オクチルアルコール、ノ
ニルアルコール、エチレングリコール、プロピレングリ
ール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジ
オール、ヘプタンジオール、オクタンジオール、ノナン
ジオール、グリセリン、ブタントリオール、ペンタント
リオール、ヘキサントリオール、ヘプタントリオール、
オクタントリオール、ノナントリオール、ポリエチレン
グリコール、およびポリプロピレングリコールからなる
群から選ばれる少なくとも１種類である、請求項１〜７
のいずれか１項に記載の研磨用組成物。
【請求項９】アルコール性水酸基含有化合物の含有量
が、研磨用組成物の全重量を基準として０．１〜１０重
量％である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の研磨
用組成物。
【請求項１０】下記の成分を含んでなることを特徴とす
る研磨用組成物。（Ａ）２５℃における標準電極電位が０．５Ｖ以上であ
る酸化反応を起こし得る化学種を含んでなる研磨材、
（Ｂ）アルコール性水酸基含有化合物、および（Ｃ）
水。
【請求項１１】研磨材が、酸化セリウム、酸化マンガ
ン、酸化鉄、および酸化クロムからなる群から選ばれる
少なくとも１種類である、請求項１０に記載の研磨用組
成物。
【請求項１２】アルコール性水酸基含有化合物の分子量
が、８０〜１００，０００である、請求項１０または１
１に記載の研磨用組成物。
【請求項１３】アルコール性水酸基含有化合物が、ペン
チルアルコール、イソプロピルアルコール、ヘキシルア
ルコール、ヘプチルアルコール、オクチルアルコール、
ノニルアルコール、エチレングリコール、プロピレング
リール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサン
ジオール、ヘプタンジオール、オクタンジオール、ノナ
ンジオール、グリセリン、ブタントリオール、ペンタン
トリオール、ヘキサントリオール、ヘプタントリオー
ル、オクタントリオール、ノナントリオール、ポリエチ
レングリコール、およびポリプロピレングリコールから
なる群から選ばれる少なくとも１種類である、請求項１
０〜１２のいずれか１項に記載の研磨用組成物。
【請求項１４】アルコール性水酸基含有化合物の含有量
が、研磨用組成物の全重量を基準として０．１〜１０重
量％の範囲内である、請求項１０〜１３のいずれか１項
に記載の研磨用組成物。