JP2002217139A - Ｃｍｐ研磨剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 層間絶縁膜を平坦化するＣＭＰ剤において、
低温の雰囲気下においても保存することができる研磨剤
を提供する。 【解決手段】 酸化セリウム粒子、有機化合物及び水を
含むＣＭＰ研磨剤において−５℃以下の雰囲気下におい
ても凍結しない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
術である基板表面の平坦化工程等において使用されるＣ
ＭＰ研磨剤に関する。

【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（Chemical Vapor Deposition 、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。しかし、フュームドシリカ系の研磨剤は、無
機絶縁膜の研磨速度が十分な速度をもたない。また、研
磨傷も多く酸化珪素膜と窒化珪素膜の研磨速度比が小さ
いという技術課題があった。

【０００４】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。

【０００５】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
べ硬度が低くいため、被研磨膜表面に傷が入りにくく、
また研磨速度が高い。

【０００６】しかし、上記に記載した研磨剤は約７０重
量％以上が水分であるため、−５℃以下の雰囲気下で保
存すると、凍結してしまうため雰囲気を−５℃以上に保
ち保存する必要があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、−５℃以下
の雰囲気下で保存しても凍結することが無く、酸化珪素
膜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１、
２、３記載の発明は−５℃以下の雰囲気下においても凍
結することがないＣＭＰ研磨剤を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】（１） 酸化セリウム粒
子、有機化合物及び水を含むＣＭＰ研磨剤において−５
℃以下の雰囲気下においても凍結しないＣＭＰ研磨剤。 （２） 酸化セリウム粒子、有機化合物及び水を含むＣ
ＭＰ研磨剤が酸化セリウム粒子、分散剤および１種類以
上の有機化合物からなる（１）記載のＣＭＰ研磨剤。 （３） 酸化セリウム粒子、有機化合物及び水を含むＣ
ＭＰ研磨剤が酸化セリウム粒子、分散剤および１種類以
上の有機化合物からなり、その有機化合物がＣＭＰ研磨
剤中の水１ｋｇに対して５mol以上含む（１）又は
（２）記載のＣＭＰ研磨剤。

【０００９】

【発明の実施の形態】一般に酸化セリウム粒子は、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３００ｎｍ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及び水か
らなる組成物に、少なくとも１種類以上の有機化合物を
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。
分散剤としては、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
分散剤を使用する。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等が挙げられるが、後述す
るアニオン系水溶性高分子を用いてもよい。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、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。

【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、湿式ボールミルなどを
用いることができる。

【００１３】また、有機化合物としては、エチレングリ
コール、エチレングリコールブチルエーテル、エチレン
グリコールジアセテート、エチレングリコールブチルビ
ニルエーテル、エチレングリコールジアクリレート、エ
チレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコー
ルジメチルエーテル、ジエチレングリコール、ジエチレ
ングリコールビスアリルカーボネート、ジエチレングリ
コールブチルエーテル、ジエチレングリコールジアクリ
レート、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジエ
チレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコ
ールヘキシルエーテル、ジエチレングリコールメチルエ
ーテル、トリエチレングリコール、トリエチレングリコ
ールジメチルエーテル等が挙げられる。これらの有機化
合物を少なくとも１種類を含み、２種類以上を混合して
もよい。

【００１４】これらの有機化合物は、ＣＭＰ研磨剤を−
５℃以下の雰囲気下においても凍結させないために、Ｃ
ＭＰ研磨剤に含まれる水１ｋｇに対して、有機化合物を
５mol以上混合することが望ましい。有機化合物の混合
量がＣＭＰ研磨剤中の水１ｋｇに対して５mol以下であ
ると、−５℃以上の雰囲気下においてもＣＭＰ研磨剤は
凍結する。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】

【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
をアルミナ製容器に入れ、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
を行い、酸化セリウム粒子を得た。

【００１８】（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５００ｇ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７１９
７ｇ、エチレングリコール２２８０ｇ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５ｗｔ％のＣＭＰ研
磨剤を得た。

【００１９】（ＣＭＰ研磨剤の凍結試験）上記記載のＣ
ＭＰ研磨剤を０℃、−５℃にそれぞれ保持された冷蔵庫
に７日間静置した。それぞれの温度の雰囲気下における
ＣＭＰ研磨剤は、７日間静置後でも凍結することがなか
った。また凍結試験前後において、研磨速度が変動する
ことはなかった。

【００２０】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
をアルミナ製容器に入れ、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
を行い、酸化セリウム粒子を得た。

【００２１】（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％のＣ
ＭＰ研磨剤を得た。

【００２２】（ＣＭＰ研磨剤の凍結試験）上記記載のＣ
ＭＰ研磨剤を０℃、−５℃にそれぞれ保持された冷蔵庫
に７日間静置した。７日間後、０℃の雰囲気下で静置し
たＣＭＰ研磨剤は凍結していなかったが、−５℃の雰囲
気下で静置したＣＭＰ研磨剤は凍結していた。

【００２３】

【発明の効果】本発明のＣＭＰ研磨剤は、−５℃以下の
低温においても保存することができる。半導体素子製造
工程に使用して好適であり、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る。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸化セリウム粒子、有機化合物及び水を
   含むＣＭＰ研磨剤において−５℃以下の雰囲気下におい
   ても凍結しないＣＭＰ研磨剤。
2. 【請求項２】 酸化セリウム粒子、有機化合物及び水を
   含むＣＭＰ研磨剤が酸化セリウム粒子、分散剤および１
   種類以上の有機化合物からなる請求項１記載のＣＭＰ研
   磨剤。
3. 【請求項３】 酸化セリウム粒子、有機化合物及び水を
   含むＣＭＰ研磨剤が酸化セリウム粒子、分散剤および１
   種類以上の有機化合物からなり、その有機化合物がＣＭ
   Ｐ研磨剤中の水１ｋｇに対して５mol以上含む請求項
   １、２記載のＣＭＰ研磨剤。