JP2000256656A - 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、生分解性を有
する添加剤、及び水からなり、生分解性を有する添加剤
が活性汚泥により微生物処理が可能であるＣＭＰ研磨
剤。酸化セリウム粒子、分散剤及び水を含む酸化セリウ
ムスラリー並びに生分解性を有する添加剤と水を含む添
加液からなることができる。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
を動かして研磨する膜を研磨する。

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（ケミカルメカニカルポリッシング）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。従来、半導体装置の製造工程に
おいて、プラズマ−ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏ
ｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、化学的蒸着法）、低圧−Ｃ
ＶＤ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、ヒュームド
シリカ系の研磨剤が一般的に検討されていた。ヒューム
ド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。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。

【０００３】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
来のヒュームド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。

【０００４】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。

【０００５】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。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】請求項１記載の発明
は、酸化珪素絶縁膜等の被研磨面を傷なく、高速に研磨
することが可能なＣＭＰ研磨剤を提供するものである。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明に加えて、
廃液処理が容易なＣＭＰ研磨剤を提供するものである。
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明に加
えて、保存安定性を改良したＣＭＰ研磨剤を提供するも
のである。請求項４記載の発明は、請求項１〜３記載の
発明に加えて、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ＣＭＰ研磨剤を提供す
るものである。請求項５記載の発明は、基板の被研磨面
を、傷なく、研磨することが可能な基板の研磨方法を提
供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、酸化セリウム
粒子、分散剤、生分解性を有する添加剤及び水を含むＣ
ＭＰ研磨剤に関する。本発明の生分解性を有する添加剤
は、活性汚泥により微生物処理が可能であるものが使用
される。本発明の研磨剤は、酸化セリウム粒子、分散剤
及び水を含む酸化セリウムスラリー並びに生分解性を有
する添加剤と水を含む添加液からなるものが好ましい。
本発明の研磨剤は、酸化珪素膜研磨速度と窒化珪素膜研
磨速度の比が１０以上であることが好ましい。本発明の
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、ＣＭＰ研磨剤を研磨膜と研磨布
との間に供給しながら、基板と研磨定盤を動かして研磨
する膜を研磨するものである。

【０００８】

【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３
００ｎｍ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。

【０００９】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（１９
８０）５２７〜５３２頁に説明されている。

【００１０】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。

【００１１】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、分散剤の分子量が５０，０
００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。

【００１２】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、湿式ボールミル等を用
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０．０１μｍ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。

【００１３】また、生分解性を有する添加剤には、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、ロイシンの中から、１種ま
たは２種以上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、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択される、１種ま
たは２種以上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、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、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、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）、ポリビニル
アルコール及びその誘導体もしくは、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
ンとを構成成分とするポリビニルアルコール系共重合
体、（Ｂ）アクロレイン、メタアクロレインを構成単位
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
から選択される不飽和モノ及びジカルボン酸をグラフト
共重合して得られるアクロレイン系重合体と不飽和モノ
及びジカルボン酸のグラフト共重合体、及びその誘導
体、（Ｃ）から選択される１種または２種以上の不飽和
モノ及びジカルボン酸に対し、（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
を共重合して得られるアクリル酸系共重合体の中から生
分解性を有する添加剤が活性汚泥により微生物処理が可
能なものを使用することができる。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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・プリズム等の光学ガ
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。

【００２１】

【実施例】

実施例、比較例 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。 （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１０，０００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１
０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、１．０
μｍ以下の粒子が９５．０％であった。 （添加液の作製）分子量５，０００のポリアスパラギン
酸アンモニウム塩１０ｇに、脱イオン水９９０ｇを加
え、１重量％のポリアスパラギン酸アンモニウム塩を含
む添加液を得た。 （絶縁膜層の研磨）多孔質ウレタン樹脂製の研磨パッド
を貼り付けた定盤上に、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１２５ｍｍ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３
００ｇ／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、１２０℃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。 （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２０
０ｍｌ、無機塩液０．８ｍｌ（Ｋ₂ ＨＰＯ₄ ０．４６
％、Ｎａ₂ ＨＰＯ₄ ・１２Ｈ₂ Ｏ１．１６％、ＭｇＳＯ
₄ ・７Ｈ₂ Ｏ ０．０５％、ＦｅＣｌ₃ ・６Ｈ₂ Ｏ
０．０１％、ＣａＣｌ₂ ・２Ｈ₂ Ｏ ０．００５％、Ｎ
Ｈ₄ 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ＢＯ
Ｄ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。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、微
生物処理によって除去可能であり、廃液処理が容易なこ
とが分る。また、本発明のＣＭＰ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が得られること
が分かる。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【発明の効果】請求項１記載の酸化珪素絶縁膜等の被研
磨面を傷なく、高速に研磨することが可能で、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、請求項１記載の効果を奏し、
さらに、廃液処理が容易な点が優れる。請求項３記載の
ＣＭＰ研磨剤は、請求項２記載の効果を奏し、さらに、
保存安定性を改良した点が優れる。請求項４記載のＣＭ
Ｐ研磨剤は、請求項３記載の効果を奏し、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１
０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５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好適である。

フロントページの続き (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） 4G076 AA02 AB09 AC04 BA39 BB08 BC08 BD01 CA15 CA26 CA28 DA30

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】酸化セリウム粒子、分散剤、生分解性を有
   する添加剤及び水を含むＣＭＰ研磨剤。
2. 【請求項２】生分解性を有する添加剤が活性汚泥により
   微生物処理が可能である請求項１記載のＣＭＰ研磨剤。
3. 【請求項３】酸化セリウム粒子、分散剤及び水を含む酸
   化セリウムスラリー並びに生分解性を有する添加剤と水
   を含む添加液からなる請求項１又は２記載のＣＭＰ研磨
   剤。
4. 【請求項４】酸化珪素膜研磨速度と窒化珪素膜研磨速度
   の比が１０以上である請求項１〜３各項記載のＣＭＰ研
   磨剤。
5. 【請求項５】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１〜４各項記載の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
   研磨定盤を動かして研磨する膜を研磨する基板の研磨方
   法。