JP2001007059A - Cmp研磨剤及び基板の研磨方法 - Google Patents

Cmp研磨剤及び基板の研磨方法

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JP2001007059A
JP2001007059A JP17281799A JP17281799A JP2001007059A JP 2001007059 A JP2001007059 A JP 2001007059A JP 17281799 A JP17281799 A JP 17281799A JP 17281799 A JP17281799 A JP 17281799A JP 2001007059 A JP2001007059 A JP 2001007059A
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polishing
film
cerium oxide
water
cmp
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Naoyuki Koyama
直之 小山
Yoichi Machii
洋一 町井
Masato Yoshida
誠人 吉田
Toranosuke Ashizawa
寅之助 芦沢
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Hitachi Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】層間絶縁膜、BPSG膜、シャロートレンチ分
離用絶縁膜を平坦化するCMP技術において、研磨を効
率的、高速に、かつプロセス管理も容易に行うことがで
きる研磨剤および研磨法を提供する。 【解決手段】酸化セリウム粒子、分散剤、両イオン性の
水溶性有機低分子から選ばれた低分子添加剤並びに水を
含むCMP研磨剤。本発明のCMP研磨剤は、酸化セリ
ウム粒子、分散剤及び水を含む酸化セリウムスラリー並
びに添加剤と水を含む添加液からなり保存安定性を高め
ることができる。

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
術である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(Chemical Vapor Depositio
n 、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C
MP研磨剤として、フュームドシリカ系の研磨剤が一般
的に検討されていた。フュームドシリカ系の研磨剤は、
シリカ粒子を四塩化珪酸に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。従来の層間絶縁膜を平坦化するCMP技術では、研
磨速度の基板上被研磨膜のパターン依存性が大きく、パ
ターン密度差或いはサイズ差の大小により凸部の研磨速
度が大きく異なり、また凹部の研磨も進行してしまうた
め、ウエハ面内全体での高いレベルの平坦化を実現する
ことができないという技術課題があった。また、層間膜
を平坦化するCMP技術では、層間膜の途中で研磨を終
了する必要があり、研磨量の制御を研磨時間で行うプロ
セス管理方法が一般的に行われている。しかし、パター
ン段差形状の変化だけでなく、研磨布の状態等でも、研
磨速度が顕著に変化してしまうため、プロセス管理が難
しいという問題があった。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。従来のフ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。
【0003】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。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、高平坦化可
能であり、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、さらには保存安
定性を改良したCMP研磨剤を提供するものである。又
本発明は、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。
【0005】
【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、両イオン性の水溶性有
機低分子から選ばれた低分子添加剤並びに水を含むもの
である。本発明のCMP研磨剤は、酸化セリウム粒子、
分散剤及び水を含む酸化セリウムスラリー並びに抵分子
添加剤と水を含む添加液からなることができる。また、
本発明のCMP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、上記の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
動かして研磨する膜を研磨するものである。
【0006】
【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。
【0007】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。
【0008】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、さらに低分子添加剤を添加する
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を超えた場合は、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。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0.01μm未満である
と研磨速度が低くなりすぎ、1.0μmを超えると研磨
する膜に傷がつきやすくなるからである。
【0009】また、低分子添加剤には、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、チロシン、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、m−アミノ安息
香酸、p−アミノ安息香酸、β−アミノイソ吉草酸、3
−アミノクロトン酸、o−アミノケイ皮酸、m−アミノ
ケイ皮酸、p−アミノケイ皮酸、3−アミノサリチル
酸、4−アミノサリチル酸、5−アミノサリチル酸、2
−アミノトルエン−4−スルホン酸、4−アミノトルエ
ン−2−スルホン酸、4−アミノトルエン−3−スルホ
ン酸、p−アミノフェニル酢酸、3−アミノ−3−フェ
ニルプロピオン酸、2−アミノフェノール−4−スルホ
ン酸、4−アミノフェノール−2−スルホン酸、p−ア
ミノフェノール、o−アミノベンゼンスルホン酸、m−
アミノベンゼンスルホン酸、p−アミノベンゼンスルホ
ン酸、2−アミノペンタン酸、4−アミノペンタン酸、
5−アミノペンタン酸、2−アミノ−2−メチル酪酸、
3−アミノ酪酸、イサチン酸、イミノ二酢酸、エチレン
ジアミン四酢酸、2−キノリンカルボン酸、3−キノリ
ンカルボン酸、4−キノリンカルボン酸、5−キノリン
カルボン酸、2,3−キノリンジカルボン酸、2,4−
キノリンジカルボン酸、グアニジノ酢酸、2,3−ジア
ミノ安息香酸、2,4−ジアミノ安息香酸、2,5−ジ
アミノ安息香酸、3,4−ジアミノ安息香酸、3,5−
ジアミノ安息香酸、2,4−ジアミノフェノール、3,
4−ジアミノフェノール、2,4,6−トリアミノフェ
ノール、2−ピリジンカルボン酸、ニコチン酸、、イソ
ニコチン酸、2,3−ピリジンジカルボン酸、2,4−
ピリジンジカルボン酸、2,5−ピリジンジカルボン
酸、2,6−ピリジンジカルボン酸、3,4−ピリジン
ジカルボン酸、3,5−ピリジンジカルボン酸、2,
4,5−ピリジントリカルボン酸、2,4,5−ピリジ
ントリカルボン酸、3,4,5−ピリジントリカルボン
酸、N−フェニルグリシン、N−フェニルグリシン−o
−カルボン酸、フェノール−2,4−ジスルホン酸、o
−フェノールスルホン酸、m−フェノールスルホン酸、
p−フェノールスルホン酸、フタルアニル酸、o−(メ
チルアミノ)フェノール、m−(メチルアミノ)フェノ
ール、p−(メチルアミノ)フェノール、カルボキシベ
タイン、スルホベタイン、イミダゾリニウムベタイン、
レシチン等が好ましい。また、上記化合物のプロトンを
1つまたは2つ以上、F、Cl、Br、I、OH、C
N、NO2 等の原子または原子団で置換した誘導体であ
ってもよい。これらの低分子添加剤添加量は、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1000重量部以下の範
囲が好ましい。また低分子添加剤の分子量は、1000
以下が好ましい。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、低分子添加剤及び水か
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研磨剤で基板を研磨する際に、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。
【0010】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。
【0011】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
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。
【0012】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/c
2 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。
【0013】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。
【0014】実際に研磨を行う場合、例えばpH8以下
では酸化珪素膜層表面の電荷は負に帯電し、窒化珪素膜
層表面の電荷は正に帯電している。一方、本発明で用い
る低分子両性添加剤は、それぞれ固有の等電点を持ち、
pHに応じてアニオン、ノニオン、カチオンとして振る
舞うことが可能である。ここで、グローバル平坦化を達
成するには、添加剤が酸化珪素膜表面に吸着し被膜を形
成することが必要である。酸化珪素膜上に形成された添
加剤の被膜は、酸化セリウム粒子の被研磨膜表面への作
用を阻害し、結果として研磨速度を低下させる。一方、
高研磨荷重では酸化セリウム粒子が添加剤の被膜を突き
破り研磨速度が増大する。被研磨膜(酸化珪素膜)に凹
凸が存在する場合、凸部の実効研磨荷重が凹部に比較し
て大きいため、凸部が選択的に研磨され、パターン依存
性の少ないグローバル平坦化が達成可能である。また、
シャロートレンチ分離を達成するには、窒化珪素膜に添
加剤を優先的に吸着させ、酸化珪素膜研磨速度/窒化珪
素膜研磨速度を増大させる必要がある。そのため、カチ
オン性の添加剤は、負に帯電している酸化珪素膜に吸着
しやすく、グローバル平坦化に好適であり、一方、アニ
オン性の添加剤は窒化珪素膜が正に帯電かつ酸化珪素膜
が負に帯電している条件下では、優先的に窒化珪素膜に
吸着しシャロートレンチ分離により好適になる。本発明
の低分子両性添加剤を用いれば、pHを制御することで
カチオン性、アニオン性を発現可能であるため、研磨初
期の段階でグローバル平坦化特性を発現させ、研磨後期
でシャロートレンチ分離特性を向上させることが可能に
なる。
【0015】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、ポリシリコン、Al、Cu、Ti、TiN、
W、Ta、TaN等を主として含有する膜、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、Ga
P、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。
【0016】
【実施例】実施例1 (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、800℃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。焼成粉末粒子径は30〜100μmで
あった。焼成粉末粒子表面を走査型電子顕微鏡で観察し
たところ、酸化セリウムの粒界が観察された。粒界に囲
まれた酸化セリウム一次粒子径を測定したところ、体積
分布の中央値が190nm、最大値が500nmであっ
た。酸化セリウム粉末1kgをジェットミルを用いて乾
式粉砕を行った。粉砕粒子について走査型電子顕微鏡で
観察したところ、一次粒子径と同等サイズの小さな粒子
の他に、1〜3μmの大きな粉砕残り粒子と0.5〜1
μmの粉砕残り粒子が混在していた。
【0017】(酸化セリウムスラリーの作製)上記作製
の酸化セリウム粒子1kgとポリアクリル酸アンモニウ
ム塩水溶液(40重量%)23gと脱イオン水8977
gを混合し、撹拌しながら超音波分散を10分間施し
た。得られたスラリーを1ミクロンフィルターでろ過を
し、さらに脱イオン水を加えることにより5wt%スラ
リーを得た。スラリーpHは8.3であった。スラリー
粒子をレーザ回折式粒度分布計で測定するために、適当
な濃度に希釈して測定した結果、粒子径の中央値が19
0nmであった。上記の酸化セリウムスラリー(固形
分:5重量%)600gと添加剤としてアスパラギン酸
60gと脱イオン水2340gを混合して、界面活性剤
を添加した酸化セリウム研磨剤(固形分:1重量%)を
作製した。その研磨剤pHは6.5であった。また、研
磨剤中の粒子をレーザ回折式粒度分布計で測定するため
に、適当な濃度に希釈して測定した結果、粒子径の中央
値が190nmであった。
【0018】(絶縁膜層の研磨)φ200mmSi基板
上にLine/Space 幅が0.05〜5mmで高さが100
0nmのAl配線Line部を形成した後、その上にTEO
S−プラズマCVD法で酸化珪素膜を2000nm形成
したパターンウエハを作製する。保持する基板取り付け
用の吸着パッドを貼り付けたホルダーに上記パターンウ
エハをセットし、多孔質ウレタン樹脂製の研磨パッドを
貼り付けたφ600mmの定盤上に絶縁膜面を下にして
ホルダーを載せ、さらに加工荷重を300gf/cm2
に設定した。定盤上に上記の酸化セリウム研磨剤(固形
分:1重量%)を200cc/minの速度で滴下しな
がら、定盤及びウエハを50rpmで2分間回転させ、
絶縁膜を研磨した。研磨後のウエハを純水で良く洗浄
後、乾燥した。同様に、研磨時間を3分、4分、5分、
6分にして上記パターンウエハの研磨を行った。光干渉
式膜厚測定装置を用いて、研磨前後の膜厚差を測定し、
研磨速度を計算した。Line/Space 幅1mmのLine部分
の研磨速度R1 とLine/Space 幅3mmのLine部分の研
磨速度R3 、及びLine/Space 幅5mmのLine部分の研
磨速度R5 との研磨速度比R5 /R1 及びR3 /R
1 は、研磨時間2〜4分の間は、研磨時間とともに値が
大きくなり、研磨時間4〜6分ではほぼ一定であった。
研磨速度のパターン幅依存性が一定になった研磨時間4
分の場合、Line/Space 幅1mmのLine部分の研磨速度
1 は344nm/分(研磨量1377nm)、Line/
Space 幅3mmのLine部分の研磨速度R3 は335nm
/分(研磨量1338nm)、Line/Space 幅5mmの
Line部分の研磨速度R5 は315nm/分(研磨量12
59nm)であり、研磨速度比R5 /R1 及びR3 /R
1 は、それぞれ0.91及び0.97であった。また、
研磨時間が5分、6分の場合の各Line/Space 幅のLine
部分の研磨量は4分の場合とほぼ同じであり、4分以降
研磨がほとんど進行していないことがわかった。
【0019】比較例1 (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、800℃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。焼成粉末粒子径は30〜100μmで
あった。焼成粉末粒子表面を走査型電子顕微鏡で観察し
たところ、酸化セリウムの粒界が観察された。粒界に囲
まれた酸化セリウム一次粒子径を測定したところ、体積
分布の中央値が190nm、最大値が500nmであっ
た。酸化セリウム粉末1kgをジェットミルを用いて乾
式粉砕を行った。粉砕粒子について走査型電子顕微鏡で
観察したところ、一次粒子径と同等サイズの小さな粒子
の他に、1〜3μmの大きな粉砕残り粒子と0.5〜1
μmの粉砕残り粒子が混在していた。
【0020】(酸化セリウムスラリーの作製)上記作製
の酸化セリウム粒子1kgとポリアクリル酸アンモニウ
ム塩水溶液(40重量%)23gと脱イオン水8977
gを混合し、撹拌しながら超音波分散を10分間施し
た。得られたスラリーを1ミクロンフィルターでろ過を
し、さらに脱イオン水を加えることにより5wt%研磨
剤を得た。スラリーpHは8.3であった。上記の酸化
セリウムスラリー(固形分:5重量%)600gと脱イ
オン水2400gを混合して、酸化セリウム研磨剤(固
形分:1重量%)を作製した。その研磨剤pHは7.4
であり、また、研磨剤中の粒子をレーザ回折式粒度分布
計で測定するために、適当な濃度に希釈して測定した結
果、粒子径の中央値が190nmであった。
【0021】(絶縁膜層の研磨)φ200mmSi基板
上にLine/Space 幅が0.05〜5mmで高さが100
0nmのAl配線のLine部を形成した後、その上にTE
OS−プラズマCVD法で酸化珪素膜を2000nm形
成したパターンウエハを作製する。保持する基板取り付
け用の吸着パッドを貼り付けたホルダーに上記パターン
ウエハをセットし、多孔質ウレタン樹脂製の研磨パッド
を貼り付けたφ600mmの定盤上に絶縁膜面を下にし
てホルダーを載せ、さらに加工荷重を300g/cm2
に設定した。定盤上に上記の酸化セリウムスラリー(固
形分:1重量%)を200cc/minの速度で滴下し
ながら、定盤及びウエハを50rpmで1分間回転さ
せ、絶縁膜を研磨した。研磨後のウエハを純水で良く洗
浄後、乾燥した。同様に、研磨時間を1.5分、2分に
して上記パターンウエハの研磨を行った。Line/Space
幅1mmのLine部分の研磨速度R1 とLine/Space 幅3
mmのLine部分の研磨速度R3 、及びLine/Space 幅5
mmのLine部分の研磨速度R5 との研磨速度比R5 /R
1 及びR3 /R1 は、研磨時間1〜2分の間ではほぼ一
定であった。研磨速度のパターン幅依存性が研磨時間に
より一定である研磨時間が1.5分の場合、Line/Spac
e 幅1mmのLine部分の研磨速度R1 は811nm/分
(研磨量1216nm)、Line/Space 幅3mmのLine
部分の研磨速度R3 は616nm/分(研磨量924n
m)、Line/Space 幅5mmのLine部分の研磨速度R5
は497nm/分(研磨量746nm)であり、研磨速
度比R5 /R1 及びR3 /R1 は、それぞれ0.61及
び0.76であった。研磨時間2分では、Line/Space
幅0.05〜1mmのLine部分で、研磨が酸化珪素膜の
下地のAl配線まで達してしまった。
【0022】比較例2 (絶縁膜層の研磨)φ200mmSi基板上にLine/Sp
ace 幅が0.05〜5mmで高さが1000nmのAl
配線のLine部を形成した後、その上にTEOS−プラズ
マCVD法で酸化珪素膜を2000nm形成したパター
ンウエハを作製する。実施例と同様に市販シリカスラリ
ーを用いて2分間研磨を行った。この市販スラリーのp
Hは10.3で、SiO2 粒子を12.5wt%含んで
いるものである。研磨条件は実施例と同一である。同様
に、研磨時間を3分、4分、5分、6分にして上記パタ
ーンウエハの研磨を行った。光干渉式膜厚測定装置を用
いて、研磨前後の膜厚差を測定し、研磨速度を計算し
た。Line/Space 幅1mmのLine部分の研磨速度R1
Line/Space 幅3mmのLine部分の研磨速度R3 、及び
Line/Space 幅5mmのLine部分の研磨速度R5 との研
磨速度比R5 /R1 及びR3 /R1 は、研磨時間2〜5
分の間は、研磨時間とともに値が大きくなり、研磨時間
5〜6分ではほぼ一定であった。研磨速度のパターン幅
依存性が一定になった研磨時間が5分の場合、Line/Sp
ace 幅1mmのLine部分の研磨速度R1 は283nm/
分(研磨量1416nm)、Line/Space 幅3mmのLi
ne部分の研磨速度R3 は218nm/分(研磨量109
2nm)、Line/Space 幅5mmのLine部分の研磨速度
5 は169nm/分(研磨量846nm)であり、研
磨速度比R5 /R1 及びR3 /R1 は、それぞれ0.6
0及び0.77であった。また、研磨時間が6分の場合
の各Line/Space 幅のLine部分の研磨速度は5分の場合
とほぼ同じであり、研磨速度のパターン幅依存性が一定
になった後も同様の速度で研磨が進行してしまうことが
わかった。
【0023】
【発明の効果】本発明のCMP研磨剤は、高平坦化可能
であり、酸化珪素絶縁膜等の被研磨面を傷なく、高速に
研磨することができ、さらには保存安定性に優れる。又
本発明の研磨方法により、基板の被研磨面を、傷なく、
研磨することが可能となる。
───────────────────────────────────────────────────── 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) C09K 3/14 550 C09K 3/14 550D 550Z (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 (72)発明者 芦沢 寅之助 茨城県日立市東町四丁目13番1号 日立化 成工業株式会社茨城研究所内 Fターム(参考) 3C058 AA07 AC04 CB03 DA02 DA17 4G076 AA02 AB09 BA39 BA46 BB08 BC08 CA05 CA15 CA26 DA30 4J037 AA08 CB09 CB16 DD24 EE08 EE28 EE43 FF15 FF23 FF30

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、両イオン性の
    水溶性有機低分子から選ばれた低分子添加剤及び水を含
    むCMP研磨剤。
  2. 【請求項2】酸化セリウム粒子、分散剤及び水を含む酸
    化セリウムスラリー及び低分子添加剤と水を含む添加液
    からなる請求項1記載の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
    の比が10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。
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