JP2000208451A

JP2000208451A - 研磨剤および研磨方法

Info

Publication number: JP2000208451A
Application number: JP388999A
Authority: JP
Inventors: Yoshikuni Tateyama; 佳邦竪山; Katsumi Yamamoto; 克美山本; Hiroshi Kato; 寛加藤; Kazuhiko Hayashi; 和彦林; Hiroyuki Kono; 博之河野
Original assignee: Toshiba Corp; Tokuyama Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Tokuyama Corp
Priority date: 1999-01-11
Filing date: 1999-01-11
Publication date: 2000-07-28
Anticipated expiration: 2019-01-11
Also published as: EP1020500A1; JP4257687B2; KR20000057110A; EP1020500B1; DE60013921D1; DE60013921T2; KR100634105B1; US6338744B1; TW444053B

Abstract

(57)【要約】【課題】研磨対象に対して耐スクラッチ性及び研磨能
率が高く、しかも研磨対象に対する汚染の少ない高純度
の研磨剤を提供する。【解決手段】水と該水に分散したシリカ粒子とよりな
る研磨剤において、該シリカ粒子が平均一次粒子径５０
〜３００ｎｍであり、屈折率１．４１〜１．４４であ
り、例えば、液相中で合成され且つ乾燥工程を経ずに製
造されたものであり、Ｋ値が５×１０^-6ｍｏｌ／ｍ²以
上である研磨剤、およびその研磨剤を用いた半導体ウェ
ハの研磨方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は研磨剤およびそれを
用いた研磨方法に関する。さらに詳しくは、シリコンウ
ェハ等の半導体基板上に形成されたシリコン酸化膜や金
属膜等を化学機械研磨する際に用いる新規な研磨剤およ
びそれを用いた研磨方法を提供するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの高集積化に伴って、配
線技術は益々微細化かつ多層化の方向に進んでいる。配
線の微細化と多層化の進展によって層間の段差は大き
く、かつ配線の基板に対する勾配は急峻になるため、そ
の上に形成される配線の加工精度や信頼性を低下させる
傾向にある。

【０００３】上記の問題点を解決するために、化学機械
研磨（以下、ＣＭＰ研磨と略記する）法が注目されてい
る。ＣＭＰ研磨法とは、半導体デバイスの製造工程中に
おいて、シリコン酸化膜等の層間絶縁膜や配線層を形成
するアルミニウムやタングステン等の金属膜を研磨によ
って平坦化する手法のことである。ＣＭＰ研磨において
使用される研磨剤に関しては、研磨対象に対して汚染の
少ないこと、スクラッチの少ないこと、研磨能率が高い
こと、シリコン酸化膜を研磨する選択比が高いことなど
が求められている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記したような研磨剤
の性能は、主原料であるシリカや酸化セリウムといった
砥粒成分によるところが大きい。例えば、従来良く使わ
れているフュームドシリカを砥粒に用いた研磨剤では、
純度は優れているものの、スクラッチが多いなどの問題
点があった。酸化セリウムを砥粒に用いた場合には研磨
能率が高いことは知られているが、耐スクラッチ性や純
度に問題があった。

【０００５】例えば、ＣＭＰ研磨工程においてスクラッ
チが発生すると、デバイスの配線が断線したりショート
したりするため、デバイスの歩留まりを大幅に低下させ
る原因となる。また、純度の悪い研磨剤を使用した場合
には研磨後の洗浄に手間がかかったり、洗浄が不十分な
場合にはデバイスの歩留まりを低下させる原因となる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するために鋭意研究を重ねた結果、特定のシリカ
粒子を砥粒として用いた場合、そうでないものに比べて
耐スクラッチ性が改善されるばかりか、従来使用できな
かった中性域や酸性領域での研磨剤としても使用できる
ことを見出し、本発明を完成するに至った。

【０００７】即ち、本発明は、平均一次粒子径が５０〜
３００ｎｍであり、かつ屈折率が１．４１〜１．４４で
あるシリカ粒子を水に分散したことを特徴とする研磨剤
である。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明において用いるシリカ粒子
は、平均一次粒子径（以下では単に一次粒子径とも言う
場合がある）が５０〜３００ｎｍである必要がある。平
均一次粒子径が５０ｎｍよりも小さいときは、研磨され
た半導体基板の表面に多数のスクラッチが発生するため
に好ましくない。また、平均一次粒子径が３００ｎｍよ
りも大きいときは、シリカ粒子が沈降し易くなる傾向が
あるために好ましくない。シリカ粒子の平均一次粒子径
は、スクラッチの数をより少なくし、かつ、シリカ粒子
の沈降を防いで良好な研磨剤とするためには、８０〜１
５０ｎｍの範囲であることがより好ましい。なお、ここ
で言う平均一次粒子径とは、８００℃で２時間焼成した
粒子を以下の式で計算した換算粒子径のことを指す。

【０００９】ｄ（ｎｍ）＝６×１０³／（Ｄ×Ｓ）（式１）ここで、ｄは平均一次粒子径（単位：ｎｍ）、Ｄは粒子
の密度（単位：ｇ／ｃｍ ³）、ＳはＢＥＴ比表面積（単
位：ｍ²／ｇ）である。

【００１０】本発明においてシリカ粒子の屈折率は、
１．４１〜１．４４の範囲内である必要がある。一般に
入手できるシリカ粒子、いわゆる石英ガラス（溶融石
英）の屈折率は、文献によると１．４６程度（ＮａＤ
線：波長５８９ｎｍ、２５℃）である。ＣＭＰ用研磨剤
の砥粒として広く使われているヒュームドシリカの屈折
率は、上述の石英ガラスの屈折率と同様に１．４５８程
度である。このようなヒュームドシリカ粒子は十分に加
熱溶融されているため、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉのネットワーク
が十分に発達し、内部に気孔を有しない緻密な石英ガラ
スの微粉末である。そのため化学的には安定であり、広
く工業用途に使用されている。

【００１１】一方、液相中で合成されるシリカ粒子はネ
ットワークの発達は不十分で、シリカ粒子内部にシラノ
ール基をたくさん有していると考えられる。そのため、
シリカ粒子の屈折率は前述の石英ガラスの屈折率よりも
はるかに小さい。但し、上記のシリカ粒子も乾燥させた
り、数百℃以上の温度で加熱するときはシラノール基が
失われ、シリカ粒子の屈折率は上昇し、最終的には石英
ガラスとほぼ同様の１．４５８程度に達する。

【００１２】本発明者らは、研磨剤としての性能、特に
耐スクラッチ性が焼成温度、つまりシリカ粒子の屈折率
が上昇するにしたがって劣化することを見出した。これ
は、屈折率の上昇に伴い、シリカ粒子の化学的、物理的
性質が徐々に変化し、研磨剤としての性能も変化するた
めと考えられる。

【００１３】したがって、本発明においては、シリカ粒
子の屈折率は１．４４以下でなければならない。また、
屈折率が１．４１未満のシリカ粒子は入手困難である。

【００１４】シリカ粒子の屈折率は液浸法によって測定
することができる。本発明においては、シリカ粒子の屈
折率を以下の方法によって決定することができる。

【００１５】まず、前処理としてシリカ粒子を酸洗浄す
ることが望ましい。酸洗浄の方法としては、例えば、以
下の方法を挙げることができる。高純度の塩酸等を用い
てシリカ粒子を含む水溶液のｐＨを４以下にして数時間
から数日放置した後、遠心分離等によってシリカ粒子を
分離する。上記工程を数回繰り返すことによってシリカ
粒子内部の不純物イオン（例えば、ＮＨ₄ ⁺、Ｎａ⁺、Ｋ⁺
等）を除去することが望ましい。そうすることによっ
て、シリカ粒子の屈折率を正確に測定することが可能で
ある。

【００１６】次に、純水とグリセリンの配合割合を種々
に変える等して屈折率の異なる液をいくつか準備し、そ
れぞれに一定量のシリカ粒子を混合、分散する。それぞ
れの溶液の吸光度（波長５８９ｎｍ、２５℃）を測定
し、該吸光度が最も低い溶液の屈折率（ＮａＤ線：波長
５８９ｎｍ、２５℃）をシリカ粒子の屈折率とする。な
お、吸光度は市販の分光光度計等を用いて測定できる。
屈折率は市販のアッベ屈折率計等を採用することができ
る。

【００１７】本発明において、好適に使用できるシリカ
粒子として代表的なものを例示すると、アルコキシシラ
ンを液相中で加水分解するいわゆるゾル−ゲル法により
製造されたシリカ粒子や、珪酸ソーダを主原料にして鉱
酸で中和して製造されるいわゆる湿式シリカ粒子、同じ
く珪酸ソーダを原料にしてオストワルド法で製造される
コロイダルシリカ粒子などが挙げられる。これらのシリ
カ粒子は液相中で製造した後、乾燥させずに使用するこ
とが必要である。これらのシリカ粒子を乾燥或いは焼成
すると、シリカ粒子の硬度が増したり、硬い凝集粒子が
生成したりして研磨時のスクラッチの原因となる可能性
があり好ましくない。

【００１８】ところで、上述の製法の内、珪酸ソーダを
原料にしたシリカ粒子はＮａ等の不純物が多いため、そ
のままでは半導体デバイス等のＣＭＰ研磨には適さな
い。したがって、本発明の研磨剤に使用するためには酸
洗浄等によって不純物イオンを十分に除去することが望
ましい。

【００１９】また、本発明の研磨剤は、下記の方法によ
って求めたＫ値が５×１０^-6ｍｏｌ／ｍ²以上である場
合に、さらにスクラッチが少なくなり、より好ましい。
Ｋ値は以下の方法により測定した値である。

【００２０】（１）ＨＣｌもしくはＫＯＨを用いてシリ
カスラリー（シリカ濃度は１５〜２５重量％の範囲）の
ｐＨを４±０．１の範囲内に調整する（２４時間以上、
上記範囲にあること）。

【００２１】（２）ＫＯＨを用いて、上記シリカスラリ
ーのｐＨを１０．０±０．１の範囲に調整したときのＫ
ＯＨ滴定量を求め、シリカ粒子１ｇ当たりに換算した。
但し、上記ｐＨ値は、３日以上安定であることを確認す
る。

【００２２】（３）シリカスラリー中のシリカを８００
℃で２時間焼成し、そのＢＥＴ比表面積を測定する。前
記ＫＯＨ滴定量をＢＥＴ比表面積で除した値をＫ値とす
る。

【００２３】上記のＫＯＨ滴定量はシリカ粒子のシラノ
ール基の単位表面積当たりの濃度を意味している。した
がって、粒子内部にシラノール基をほとんど有していな
いヒュームドシリカにおいては、ＫＯＨ滴定量はシリカ
粒子の比表面積にほぼ比例し、Ｋ値はほぼ一定の値を示
す。一方、本発明で使用するシリカ粒子は、シリカ粒子
内部にも多量のシラノール基を有しているため、Ｋ値は
比較的大きな値を示す傾向にある。なお、この方法は、
シリカ粒子内部のシラノール基まで定量するため、正確
な測定値を得るためには３日以上ｐＨが１０．０±０．
１の範囲で安定している必要がある。ｐＨが３日以内に
上記範囲を外れて低下した場合は、さらにＫＯＨを滴下
してｐＨを１０．０±０．１に調整し、さらに３日以上
ｐＨが安定していることを確認する必要がある。

【００２４】本発明の研磨剤は上記Ｋ値が大きいことが
望ましく、例えば、５×１０^-6ｍｏｌ／ｍ²以上である
ことが好ましい。Ｋ値が大きいほど、シリカ粒子内部に
シラノール基を多く有していると考えられるためであ
る。そのようなシリカ粒子ほど粒子の硬度が低いと予想
されるため、研磨後のスクラッチが少なくなるものと考
えられる。

【００２５】本発明の研磨剤は、シリカ粒子の形状が概
ね球状であることが望ましい。シリカ粒子の形状は角張
っているよりも、概ね球状のものの方が耐スクラッチ性
の面では優れている。

【００２６】本発明の研磨剤中のシリカ粒子濃度があま
りに低すぎると研磨能率が低くなり、あまりに高すぎる
と研磨剤の粘度が高すぎたり、研磨剤が不安定になった
りする傾向があるために、研磨剤中のシリカ粒子の含有
量は１〜５０重量％の範囲が好ましい。一般的に、研磨
能率はシリカ粒子の濃度に依存するため、研磨能率を上
げたい場合は高濃度で、研磨能率を下げたい場合は低濃
度で使用すればよい。研磨剤として使用する際の最も好
ましいシリカ粒子の含有量は、２〜２０重量％の範囲で
ある。

【００２７】研磨剤中の不純物、特にＮａ元素の含有量
が高い場合、被研磨物であるデバイスの歩留まりを低下
させる場合があるため、本発明の研磨剤は、Ｎａ元素の
含有量が１ｐｐｍ以下、さらに、０．１ｐｐｍ以下であ
ることが好ましい。研磨剤の純度、特にＮａ元素の含有
量は、砥粒（シリカ粒子）の純度によって左右される場
合が多い。上記の要求を充たすシリカ粒子としては、ア
ルコキシシランを加水分解するゾル−ゲル法により製造
されるコロイダルシリカ粒子が代表的である。上記のコ
ロイダルシリカ粒子は、Ｎａ元素の含有量を１ｐｐｍ以
下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下にすることが比較的容
易である。

【００２８】ところで、本発明の研磨剤は、酸性域（ｐ
Ｈ１〜５）、中性域（５〜９）、アルカリ性域（９〜１
１）のいずれでも使用可能で、用途によって使い分ける
ことができる。

【００２９】以下では、上記３つの領域での好ましい態
様を説明する。

【００３０】酸性域においては、通常、シリカ粒子は不
安定（凝集し易い）と言われているが、本発明の研磨剤
は酸性域でも十分実用に耐えるだけの安定性を有してい
る。一般に金属層（例えば、タングステン、アルミニウ
ム、銅等）を研磨する際には通常酸性や中性域で研磨さ
れることが多いが、シリカ粒子は酸性域では不安定で使
用困難であった。本発明の研磨剤は、従来使われている
ヒュームドシリカと異なり、酸性や中性域でも酸化膜
（ＳｉＯ₂膜）が研磨できるという特徴を有している。
そのため、前記の金属層と同時に酸化膜層も同時に研磨
できるという他の研磨剤に見られない特徴を有してい
る。デバイスの研磨においては、ベタの金属層若しくは
酸化膜層を研磨する場合だけではなく、金属層と酸化膜
層が同一面上に混在し、しかも同時に両者を研磨する必
要のある場合がある。そのようなときに本発明の研磨剤
は極めて有効である。

【００３１】中性域においては、シリカ粒子を砥粒に用
いた研磨剤では、通常、酸化膜や金属膜をほとんど研磨
できないことが知られている。本発明の研磨剤は、中性
域においても酸化膜をある程度研磨できるという特徴を
有している。一方、タングステン等の金属膜はほとんど
研磨されないため、選択比の高い研磨が可能である。即
ち、本発明の研磨剤を中性域で使用すると、金属層にダ
メージを与えずに酸化膜のみを研磨することが可能であ
る。また、デバイスの作製に不可欠なバリアメタルとし
て使用されているＴｉＮやＴａＮ等の高融点金属膜の研
磨にも有効に使用できる。

【００３２】アルカリ性域においては、通常、ヒューム
ドシリカを砥粒に用いた研磨剤が使用されているが、本
発明の研磨剤も同様に使用できる。本発明の研磨剤では
ヒュームドシリカ系の研磨剤に比べてスクラッチが少な
いという特徴を有する。

【００３３】なお、本発明の研磨剤は、上記で説明した
酸性、中性及びアルカリ性で使用する場合に水溶解性の
塩を１０〜５０００ｐｐｍ添加することができる。使用
可能な塩類を列記すると、カチオンとして、Ｋ⁺、Ｍｇ
²⁺、Ｃａ²⁺、ＮＨ₄ ⁺、（ＣＨ₃）₄Ｎ⁺、（ＣＨ₃ＣＨ₂）₄
Ｎ⁺等が挙げられ、アニオンとしては、Ｃｌ^-、Ｓ
Ｏ₄ ^2-、ＮＯ₃ ^-、Ｂｒ^-、ＣＯ₃ ^2-、ＣＨ₃ＣＯＯ^-等が挙
げられる。特に代表的な塩としては、ＫＣｌ、ＮＨ₄Ｃ
ｌ、（ＣＨ₃）₄ＮＣｌ等が挙げられる。水溶解性の塩は
全く加えなくても差し支えはないが、研磨能率、特に酸
化膜に対する研磨能率を上げたい場合には塩を添加する
と性能が向上する場合が多い。特に、中性域の研磨剤に
おいては効果が大である。また、酸性域や中性域におい
ては塩を上記範囲で添加するとスラリーの安定性が増す
場合が多く、好適である。但し、塩を５０００ｐｐｍよ
りも多く添加した場合にはかえってスラリーが凝集し易
くなる場合がある。

【００３４】ところで、中性域の研磨剤においては長期
保存時に黴やバクテリアが発生することがある。そのよ
うな場合には、本発明の研磨剤に抗菌剤を添加しても良
い。抗菌剤としては特に制限はなく、研磨剤としての性
能を低下させることのない市販のものを添加すれば良
い。添加量は特に制限されないが、通常は１〜１０００
ｐｐｍの範囲から選べば良い。

【００３５】本発明の研磨剤は、半導体ウェハ上に形成
された被研磨物、具体的には酸化膜や金属膜等を研磨す
るのに使用できる。本発明の研磨剤を用いることによっ
て、スクラッチの少ない精密な研磨を行うことができ
る。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明より理解されるように、本発
明の研磨剤は、砥粒として用いるシリカ粒子が特定範囲
の平均一次粒子径と屈折率を有しているため、研磨対象
に対してダメージの少ない研磨が行える。また、本発明
の研磨剤は、酸性域においてもシリコン酸化膜を研磨で
きるという特徴がある。中性域においてはシリコン酸化
膜やバリアメタルを研磨することができ、アルカリ性域
においてもスクラッチの少ない研磨が可能である。

【００３７】

【実施例】以下、本発明の実施例を挙げて具体的に説明
するが、本発明はこれらの実施例によって何ら制限され
るものではない。

【００３８】実施例及び比較例（シリカ粒子の合成例）内容積約４リットルのジャケッ
ト付き反応器にメタノールおよびアンモニア水（２５重
量％）をそれぞれ１８００ｇおよび２００ｇ仕込み、よ
く混合して反応液を調製した。次に、反応液の温度を２
０℃に保ちつつ、１８０ｒｐｍの回転数で攪拌しながら
メチルシリケート（Ｓｉ（ＯＣＨ₃）₄）を２．５ｇ／ｍ
ｉｎの速度で、アンモニア水（１２重量％）を１．４ｇ
／ｍｉｎの速度で、それぞれ別々に反応液中に液中同時
滴下した。メチルシリケートの滴下を開始してから約１
０分後に徐々に反応液が白濁し始め、シリカ粒子が生成
していることがわかった。滴下開始から８時間後に滴下
を終了した。全滴下量はメチルシリケートが１２００
ｇ、アンモニア水が６６０ｇであった。さらに１時間攪
拌を続けた後、系内の懸濁液を取り出した。取り出した
懸濁液は均一な乳白色スラリーで、その重量は約３８０
０ｇで、シリカ粒子を約４６０ｇ含んでいた。

【００３９】上記で合成したシリカスラリーは、エバポ
レーターを用いて溶媒のメタノールとアンモニアを除去
した。純水を加えながらさらに蒸留を続け、スラリーが
沸騰する９０℃以上の温度で２時間以上加熱し、シリカ
濃度が１０重量％になるように調整した（シリカＡとす
る）。なお、上記のシリカスラリーのｐＨは７．３であ
った。合成したシリカ粒子をＳＥＭで観察したところ、
平均一次粒子径が１００ｎｍの単分散性の高い球状のシ
リカ粒子であった。

【００４０】以上の操作によって合成されたシリカ粒子
は、液相中で合成されたものであり、且つ乾燥工程を経
ずに製造されたものであることがわかる。

【００４１】さらに、上記と同様に合成したシリカ粒子
を乾燥後、１０００℃で２時間電気炉を用いて焼成し
た。焼成後のシリカは、シリカ濃度が１０重量％になる
ように水に分散させ、高せん断性のミキサーでシリカを
分散させることによって安定なシリカスラリーを得た
（シリカＢという）。

【００４２】また、反応液の組成を変えた以外は上記と
同様にして平均一次粒子径の異なる数種類のシリカを合
成し、以下の実験に使用した。

【００４３】（屈折率の測定）シリカ粒子の屈折率は液
浸法によって測定した。

【００４４】まず、前処理として、高純度塩酸を用いて
シリカ粒子を含む水溶液のｐＨを４以下にして数日間放
置し、遠心分離によってシリカ粒子を分離した。上記工
程を３回繰り返すことによってシリカ粒子内部の不純物
イオンを除去した。

【００４５】次に、グリセリンと純水の比率を７０〜９
５重量％：３０〜５重量％の範囲でグリセリン濃度を
２．５重量％刻みで種々変えて屈折率の異なる液を準備
し、それぞれシリカ粒子を５重量％の濃度で混合、分散
した。それぞれの溶液について、分光光度計を用いて吸
光度（波長５８９ｎｍ、２５℃）を測定し、アッベの屈
折率計を用いて屈折率（ＮａＤ線：波長５８９ｎｍ、２
５℃）を測定した。測定した屈折率に対して吸光度をプ
ロットし、該吸光度が最小値を取るときの屈折率値を求
め、その値をシリカ粒子の屈折率値とした（以下、ｎ_D
²⁵とも略記する）。

【００４６】（Ｋ値の測定）上記の屈折率測定と同様に
酸洗したシリカ粒子を用いて、スラリー濃度が２０重量
％のシリカスラリーを準備した。ＨＣｌもしくはＫＯＨ
を用いてシリカスラリーのｐＨを４±０．１の範囲内に
調整し、２４時間以上この範囲にあることを確認した。
次に、分取した上記シリカスラリーにそれぞれ適当量の
ＫＯＨを添加し、３日以上放置した後、ｐＨ（２５℃）
を測定した。シリカ粒子１ｇ当たりに換算したＫＯＨ滴
定量とｐＨの関係より、ｐＨ１０．０のときのＫＯＨ滴
定量を推算した。一方、シリカ粒子を８００℃で２時間
焼成し、そのＢＥＴ比表面積を測定した。前記ＫＯＨ滴
定量をＢＥＴ比表面積で除した値をＫ値とした。

【００４７】（Ｎａ元素の含有量）研磨剤中のＮａ元素
及び他の金属元素の含有量は、原子吸光法及びＩＣＰ発
光法によって測定した。

【００４８】（研磨剤の調製）上述したシリカ粒子の合
成例で製造したシリカを用いて研磨剤を調製した。シリ
カ濃度は１０重量％、ＫＯＨを添加してｐＨ１０．５に
調整した。

【００４９】（研磨方法）本発明による半導体デバイス
の研磨方法を図面を参照しながら詳細に説明する。

【００５０】図１（ａ）、（ｂ）に示すように、シリコ
ン基板１に絶縁膜としてシリコン酸化膜２を形成し、そ
の上に通常のリソグラフィー法およびエッチング法によ
り、幅約０．３μｍ、高さ約０．４μｍのＡｌ配線３を
形成する。配線間隔は、例えば、０．３μｍ、３μｍ、
３０μｍ、３００μｍ、３０００μｍ程度の５種類とす
る。ついでプラズマＣＶＤ法により、被研磨膜である厚
さ約１．３μｍのシリコン酸化膜４を形成した。

【００５１】次いで、図２に示す研磨装置を用いてこの
試料５にＣＭＰ研磨を施し、絶縁膜の平坦化を行った。
この装置は、回転可能な研磨定盤６と、研磨定盤６上に
貼付された研磨パッド７と、研磨定盤６の上方に配置さ
れ、回転可能な真空チャックホルダー８と、研磨液タン
クに接続され、吐出部が研磨パッド７近傍まで延出した
研磨液供給用配管９とから構成されている。試料５は、
研磨パッド７に被研磨面が対向するように真空チャック
ホルダー８に真空チャックされる。また、研磨液供給用
配管９は、研磨液の供給量を制御する手段を備えてい
る。なお、研磨パッド７は発泡ウレタンからなる、厚さ
１．２ｍｍのものを用いた。

【００５２】ＣＭＰにおいて、研磨液としては、一次粒
子径を変えたシリカ粒子を、それぞれ１０重量％の割合
で分散させた数種類の研磨液を用いて研磨した。研磨条
件は、例えば、研磨圧力３００ｇｆ／ｃｍ²、研磨定盤
および真空チャックホルダーの回転数１００ｒｐｍ、研
磨液供給量２００ｍｌ／ｍｉｎとした。研磨パッドの再
生は研磨後に行い、ダイヤモンド電着されているプレー
トにより行った。なお、試料５が研磨パッド７に当接す
るときの圧力は、圧縮空気により任意に制御できるよう
になっている。

【００５３】また、研磨後の基板上の被研磨膜上のキズ
の測定には画像処理方式の測定器を使用した。

【００５４】シリカＡとＢのシリカスラリーの物性値と
研磨結果を表１および表２に示した。

【００５５】

【表１】

【００５６】

【表２】表から明らかなように、１０００℃で焼成したシリカＢ
は屈折率が石英ガラスの値とほぼ同じ１．４６程度の数
値を示すのに対して、液相中で合成されたものであり、
且つ乾燥工程を経ずに製造されたシリカＡでは屈折率は
１．４１〜１．４４の範囲の低い値を示す。また、シリ
カＡはＫ値が５×１０^-6ｍｏｌ／ｍ²以上であるのに対
してシリカＢは５×１０^-6ｍｏｌ／ｍ²未満であった。

【００５７】本発明の研磨方法を用いて試料５を研磨し
た後のキズ（スクラッチ）の数についてシリカ粒子の平
均一次粒子径との関係を図３に示す。

【００５８】図３に示すようにシリカ粒子の平均一次粒
子径が大きくなるほど、スクラッチの数は減少し、平均
一次粒子径６０ｎｍ以上では２５個以下に低下してい
る。つまりシリカ粒子の平均一次粒子径を約６０〜３０
０ｎｍに制御する事で、スクラッチの数を安定して低減
する事ができる。さらに、シリカＡ、即ちシリカの屈折
率が１．４１〜１．４４の範囲ではスクラッチの数が更
に少ないことが明白である。

【００５９】なお、研磨速度は１１００Ａ／ｍｉｎ、研
磨速度の面内均一性は±８％が得られた。上記のシリカ
Ａを用いた研磨剤の不純物分析を行ったところ、代表的
な不純物であるＮａ元素は０．１ｐｐｍ以下、Ｎａ元素
を除くその他の金属元素も検出限界以下であった。

【００６０】次に、上記で用いた一次粒子径が１００ｎ
ｍのシリカＡを用いて、シリカ濃度が７重量％の酸性、
中性及びアルカリ性の研磨剤を調製した。各研磨剤とも
塩としてＫＣｌを５０ｐｐｍ添加し、酸性は塩酸、アル
カリ性はアンモニアを添加してｐＨを調整した。また、
比較のためにヒュームドシリカ（比表面積：約９０ｍ ²
／ｇ）を用いて同様な研磨剤を調製し、比較評価した。

【００６１】研磨速度の結果を図４に示す。このよう
に、本発明のシリカＡ（屈折率：１．４１〜１．４４）
を使用した研磨剤は、フュームドシリカ（屈折率：約
１．４６）を用いた研磨剤と比較して、ｐＨ９以上では
研磨速度がやや劣るものの、酸性や中性においてもシリ
コン酸化膜が研磨できるという特徴を有している。この
ような研磨性能の違いは、シリカ粒子の屈折率の違いに
依るところが大きいと考えられる。また、上記研磨剤で
研磨した後のシリコン酸化膜上のスクラッチを比較した
ところ、どのｐＨにおいても、シリカＡの方が大幅にス
クラッチが少ないことがわかった。

【００６２】さらに次に、上記のシリカＡを用いた研磨
剤のＫＣｌ濃度を種々変えて研磨剤を調製し、研磨性能
を評価した。

【００６３】研磨速度の結果を図５に示す。このよう
に、ＫＣｌを５０ｐｐｍ添加するだけで研磨速度を２倍
近くに向上させることができ、また、塩の添加量を種々
変えることによって、研磨速度を制御できることがわか
る。なお、塩濃度が５０００ｐｐｍを超えたものは凝集
する傾向にあった。

【００６４】本発明は上述した実施形態に限定されるも
のではない。実施形態においては、被研磨膜としてシリ
コン酸化膜を用いたが、シリコン酸化膜に限らず、Ｗ、
Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｒｕ、ＳｉＮ、ＴｉＮ、ＴａＮ等あ
らゆる材料において、本発明は有効である。ただし、研
磨速度、研磨速度の面内均一性は研磨パッドの種類など
により変化する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例で使用した被研磨基板の断面形状を示す
工程図である。

【図２】実施例に使用した研磨装置の概略構成を示す図
である。

【図３】研磨後発生したスクラッチ数とシリカ粒子の平
均一次粒径との関係を示したグラフである。

【図４】研磨剤のｐＨと研磨速度との関係を示したグラ
フである。

【図５】研磨剤のＫＣｌ添加量と研磨速度との関係を示
したグラフである。

【符号の説明】

１シリコン基板２、４シリコン酸化膜３Ａｌ配線５試料６研磨定盤７研磨パッド８真空チャックホルダー９砥液供給用配管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山本克美神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者加藤寛山口県徳山市御影町１番１号株式会社トクヤマ内 (72)発明者林和彦山口県徳山市御影町１番１号株式会社トクヤマ内 (72)発明者河野博之山口県徳山市御影町１番１号株式会社トクヤマ内Ｆターム(参考） 3C058 AA07 CB02 CB03 CB10 DA02 DA17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平均一次粒子径が５０〜３００ｎｍであ
り、かつ屈折率が１．４１〜１．４４であるシリカ粒子
を水に分散したことを特徴とする研磨剤。
【請求項２】半導体基板の一主面に形成された凹凸を
有する被研磨膜を平坦化する半導体基板の研磨方法にお
いて、前記半導体基板の前記被研磨膜が形成されている
方の面を研磨パッドに押圧し、請求項１記載の研磨剤を
前記被研磨膜と前記研磨パッドとの間に供給しながら、
前記半導体基板と前記研磨パッドとを相対的に動かして
前記被研磨膜を研磨することを特徴とする半導体基板の
研磨方法。