JP2002134444A

JP2002134444A - Ｃｍｐ研磨剤及び基板の研磨方法

Info

Publication number: JP2002134444A
Application number: JP2000327297A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Koyama; 直之小山
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 2000-10-26
Filing date: 2000-10-26
Publication date: 2002-05-10
Anticipated expiration: 2020-10-26
Also published as: JP4830194B2

Abstract

(57)【要約】【課題】研磨面の高平坦化が可能で、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こ
とに加えて、保存安定性を改良したＣＭＰ研磨剤を提供
する。【解決手段】酸化セリウム粒子、分散剤、ビニルピロ
リドン共重合体からなる添加剤及び水を含むＣＭＰ研磨
剤。

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
術に好適に使用される研磨剤及び研磨方法に関し、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好適に使用
されるＣＭＰ研磨剤及びこの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。

【０００３】従来、半導体装置の製造工程において、プ
ラズマ−ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐ
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の無機絶縁膜を平坦化
するためのＣＭＰ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。

【０００４】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。

【０００５】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。

【０００６】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。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、研磨
面の高平坦化が可能で、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
供することにある。本発明の他の目的は、上記の発明の
効果に加えて、保存安定性を改良したＣＭＰ研磨剤を提
供することにある。本発明の他の目的は、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
提供することにある。

【０００８】

【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、ビニルピロリドン共重合体からなる添加
剤及び水を含むＣＭＰ研磨剤に関する。また、本発明
は、酸化セリウム粒子、分散剤及び水を含む酸化セリウ
ムスラリー並びにビニルピロリドン共重合体からなる添
加剤と水を含む添加液からなる上記ＣＭＰ研磨剤に関す
るまた、本発明は、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ＣＭＰ研磨剤を研磨
する膜と研磨布との間に供給しながら、基板と研磨定盤
を動かすことにより研磨する膜を研磨することを特徴と
する基板の研磨方法に関する。

【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、さらにビニルピロリドン共重合
体からな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用いた高分
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用いた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
性分散剤及び水溶性両性分散剤から選ばれた少なくとも
１種類とを含む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５０，０００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傾向があ
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、通常の撹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を越えると研磨する膜に傷がつきや
すくなる傾向があるからである。

【００１３】また、添加剤には、（Ａ）１−ビニル−２
−ピロリドンに対し、（Ｂ）ビニルアルコール、酢酸ビ
ニル、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、β−ビニルアクリロ
ニトリル、ビニルアジド、ビニルアセチレン、ビニルア
セトン、ビニルアニソール、ビニルアニリン、ビニルイ
ソシアナート、α−ビニルエチルアルコール、ジビニル
エーテル、Ｎ−ビニルカルバゾール、アリルアルコー
ル、２−ビニルキノリン、ビニルシクロヘキサン、ビニ
ルシクロプロパン、ビニルトルエン、ビニルナフタリ
ン、β−ビニルピペリジン、ビニルピラジン、ビニルピ
リジン、ビニルフェノール、２−ビニルプロパン、エチ
レン、プロピレン、１−ブテン、２−ブテン、スチレ
ン、シクロペンテン、シクロヘキセン、シクロヘキサノ
ン、シクロペンテノン、ビニルカプロラクタム、ビニル
イミダゾール、３−メチル−１−ビニルイミダゾリウム
メチル硫酸、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、
マレイン酸、フマル酸、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、３−ビニルアクリル酸、ビニル安
息香酸、ビニルグリコール酸、ビニル酢酸、ビニルスル
ホン酸、スチレンスルホン酸から選ばれる少なくとも１
種を共重合して得られるビニルピロリドン共重合体が用
いられる。さらに（Ａ）１−ビニル−２−ピロリドンに
対し、（Ｂ）アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、
マレイン酸、フマル酸、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、３−ビニルアクリル酸、ビニル安
息香酸、ビニルグリコール酸、ビニル酢酸、ビニルスル
ホン酸、スチレンスルホン酸等のアニオン性成分から選
ばれる少なくとも１種を共重合して得られるビニルピロ
リドン共重合体がより好ましく使用される。また、上記
化合物のプロトンを１つまたは２つ以上、Ｆ、Ｃｌ、Ｂ
ｒ、Ｉ、ＯＨ、ＣＮ、ＮＯ_２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。ビニルピロリドンに共重
合する（Ｂ）から選ばれる少なくとも１種以上の成分の
合計は、ビニルピロリドン１００重量部に対して、１重
量部以上１０，０００重量部以下が好ましい。また、こ
れらのビニルピロリドン共重合体の分子量に特に制限は
ないが、１，０００から１，０００，０００の範囲が好
ましい。これらの添加剤添加量は、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。水の含有量は、ＣＭＰ研磨剤中には９０〜９９．９
重量％、酸化セリウムスラリー中には８０〜９９．９重
量％、添加液中には８０〜９９．９９重量％とすること
が好ましい。

【００１４】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、ビニルピロリドン共重合体
からな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。

【００１５】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、アンモニア、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ｐＨ調整
剤を添加してＣＭＰ研磨剤とすることができる。

【００１６】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：ＳｉＨ_４、酸素源として
酸素：Ｏ_２を用いる。このＳｉＨ_４−Ｏ_２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、ＳｉＨ_４−Ｏ
_２−ＰＨ_３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ＳｉＨ_４、酸素源としてＮ
_２Ｏを用いたＳｉＨ_４−Ｎ_２Ｏ系ガスとテトラエトキシ
シラン（ＴＥＯＳ）をＳｉ源に用いたＴＥＯＳ−Ｏ_２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：ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、窒素源と
してアンモニア：ＮＨ_３を用いる。このＳｉＨ_２Ｃｌ_２
−ＮＨ_３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ＳｉＨ_４、窒素源としてＮＨ_３を用い
たＳｉＨ_４−ＮＨ_３系ガスが挙げられる。基板温度は３
００℃〜４００℃が好ましい。

【００１７】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、酸化珪素膜層あるいは窒化珪素膜層
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ＣＭ
Ｐ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１００ｋＰａ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。

【００１８】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。

【００１９】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。本発明のビニルピロリドン
共重合体からなる添加剤は、ピロリドン環に非共有電子
対を有するため被研磨膜と相互作用しやすく、効率よく
被膜を形成可能であるため、添加剤の添加量が少量です
むという利点がある。

【００２０】さらに、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。そのため添加剤として用いるビニルピロリ
ドン系共重合体がアニオン性成分を含有すれば、添加剤
が負の電荷をもつため、正の電荷を持つ窒化珪素膜層に
優先的に吸着し、窒化珪素膜層の研磨速度を低減させる
ことで、酸化珪素膜研磨速度／窒化珪素膜研磨速度が増
大し、シャロー・トレンチ分離により好適になる。

【００２１】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、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。

【００２２】

【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〜
１μｍの粉砕残り粒子が混在していた。

【００２３】（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、攪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酸化セリウム
が５重量％のスラリーを得た。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１９０ｎｍであった。

【００２４】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、１−ビニル−２−
ピロリドンとアクリル酸を重量比９０：１０で共重合し
た分子量１０，０００のポリ（ビニルピロリドン−アク
リル酸）アンモニウム塩３０ｇと脱イオン水２３７０ｇ
とを混合して、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
８．１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。

【００２５】（絶縁膜層の研磨）φ２００ｍｍＳｉ基板
上にライン／スペース幅が０．０５〜５ｍｍで高さが１
０００ｎｍのＡｌ配線ライン部を形成した後、その上に
ＴＥＯＳ−プラズマＣＶＤ法で酸化珪素膜を２０００ｎ
ｍ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３０ｋＰａ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。ライン／スペース幅１ｍｍのライ
ン部分の研磨速度Ｒ_１とライン／スペース幅３ｍｍのラ
イン部分の研磨速度Ｒ_３、及びライン／スペース幅５ｍ
ｍのライン部分の研磨速度Ｒ_５との研磨速度比Ｒ_５／Ｒ
_１及びＲ_３／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、ライン／スペース幅１ｍｍの
ライン部分の研磨速度Ｒ_１は３４４ｎｍ／分（研磨量１
３７７ｎｍ）、ライン／スペース幅３ｍｍのライン部分
の研磨速度Ｒ_３は３３５ｎｍ／分（研磨量１３３８ｎ
ｍ）、ライン／スペース幅５ｍｍのライン部分の研磨速
度Ｒ_５は３１５ｎｍ／分（研磨量１２５９ｎｍ）であ
り、研磨速度比Ｒ_５／Ｒ_１及びＲ_３／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分の場合の各ライン／スペース幅のライン部分の
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。

【００２６】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。

【００２７】（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、攪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酸化セリウム
が５重量％のスラリーを得た。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。

【００２８】（絶縁膜層の研磨）φ２００ｍｍＳｉ基板
上にライン／スペース幅が０．０５〜５ｍｍで高さが１
０００ｎｍのＡｌ配線のライン部を形成した後、その上
にＴＥＯＳ−プラズマＣＶＤ法で酸化珪素膜を２０００
ｎｍ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３０ｋＰａ
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。ライン／スペ
ース幅１ｍｍのライン部分の研磨速度Ｒ_１とライン／ス
ペース幅３ｍｍのライン部分の研磨速度Ｒ_３、及びライ
ン／スペース幅５ｍｍのライン部分の研磨速度Ｒ _５との
研磨速度比Ｒ_５／Ｒ_１及びＲ_３／Ｒ_１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、ライン／スペース幅１ｍｍのライン部分の研磨
速度Ｒ_１は８１１ｎｍ／分（研磨量１２１６ｎｍ）、ラ
イン／スペース幅３ｍｍのライン部分の研磨速度Ｒ_３は
６１６ｎｍ／分（研磨量９２４ｎｍ）、ライン／スペー
ス幅５ｍｍのライン部分の研磨速度Ｒ_５は４９７ｎｍ／
分（研磨量７４６ｎｍ）であり、研磨速度比Ｒ_５／Ｒ_１
及びＲ_３／Ｒ_１は、それぞれ０．６１及び０．７６であ
った。研磨時間２分では、ライン／スペース幅０．０５
〜１ｍｍのライン部分で、研磨が酸化珪素膜の下地のＡ
ｌ配線まで達してしまった。

【００２９】比較例２（絶縁膜層の研磨）φ２００ｍｍＳｉ基板上にライン／
スペース幅が０．０５〜５ｍｍで高さが１０００ｎｍの
Ａｌ配線のライン部を形成した後、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した。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ｐＨは１０．３で、ＳｉＯ_２粒子を１２．５重量％
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。ライン／スペース幅１ｍｍのライン部分の研
磨速度Ｒ_１とライン／スペース幅３ｍｍのライン部分の
研磨速度Ｒ_３、及びライン／スペース幅５ｍｍのライン
部分の研磨速度Ｒ_５との研磨速度比Ｒ_５／Ｒ_１及びＲ_３
／Ｒ_１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、ライン／スペース幅１ｍｍのライン部
分の研磨速度Ｒ_１は２８３ｎｍ／分（研磨量１４１６ｎ
ｍ）、ライン／スペース幅３ｍｍのライン部分の研磨速
度Ｒ_３は２１８ｎｍ／分（研磨量１０９２ｎｍ）、ライ
ン／スペース幅５ｍｍのライン部分の研磨速度Ｒ_５は１
６９ｎｍ／分（研磨量８４６ｎｍ）であり、研磨速度比
Ｒ_５／Ｒ_１及びＲ_３／Ｒ_１は、それぞれ０．６０及び
０．７７であった。また、研磨時間が６分の場合の各ラ
イン／スペース幅のライン部分の研磨速度は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。

【００３０】

【発明の効果】本発明により研磨面の高平坦化が可能
で、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研磨剤が得られた。また、本発
明により、更に保存安定性を改良したＣＭＰ研磨剤が得
られた。また、本発明により基板の被研磨面を、傷な
く、研磨することが可能な基板の研磨方法が得られた。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸化セリウム粒子、分散剤、ビニルピロ
リドン共重合体からなる添加剤及び水を含むＣＭＰ研磨
剤。
【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並びにビニルピロリドン共重合体
からなる添加剤と水を含む添加液からなることを特徴と
する請求項１記載のＣＭＰ研磨剤。
【請求項３】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又は２記載のＣＭＰ
研磨剤を研磨する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すことにより研磨する膜を研磨する
ことを特徴とする基板の研磨方法。