JP2003017446A

JP2003017446A - Ｃｍｐ研磨剤及び基板の研磨方法

Info

Publication number: JP2003017446A
Application number: JP2001197276A
Authority: JP
Inventors: Koji Haga; 浩二芳賀; Keizo Hirai; 圭三平井; Tsutomu Mamiya; 勉間宮; Kazuo Aizu; 和郎会津
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 2001-06-28
Filing date: 2001-06-28
Publication date: 2003-01-17
Anticipated expiration: 2021-06-28
Also published as: JP4972829B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電気特性不良に至る研磨傷をほとんど発生さ
せずに且つ高速研磨して高平坦化された基板を得ること
が可能な、ＣＭＰ研磨剤及び基板の研磨方法を提供す
る。【解決手段】水溶性高分子／酸化セリウム粒子の重量
比が１〜３になるように混合し、研磨剤の電気伝導度が
０．５〜５．０mS/cmである酸化セリウム粒子、水溶性
高分子、及び水を含むＣＭＰ研磨剤並びに電気伝導度が
０．５〜５．０mS/cm、酸化セリウム粒子濃度が０．５
〜３．０重量％で、水溶性高分子濃度が０．５〜３．０
重量％である酸化セリウム粒子、水溶性高分子、及び水
を含むＣＭＰ研磨剤を研磨定盤上の研磨パッドに供給
し、酸化珪素絶縁膜が形成された半導体チップである基
板の被研磨面と接触させて被研磨面と研磨パッドを相対
運動させて研磨することを特徴とする基板の研磨方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子製造工
程のうち、層間絶縁膜の平坦化工程またはシャロー・ト
レンチ分離の形成工程等において使用されるＣＭＰ（Ｃ
ｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉ
ｎｇ）研磨剤および研磨方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】超大規模集積回路の分野において実装密
度を高めるために種々の微細加工技術が研究、開発され
ており、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要求
を満足するための技術の一つにＣＭＰ研磨技術がある。
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することによって微細化を可能と
し、歩留まりを向上させることができるため、例えば、
層間絶縁膜の平坦化やシャロー・トレンチ分離等を行う
際に必要となる技術である。

【０００３】従来、集積回路内の素子分離にはＬＯＣＯ
Ｓ（シリコン局所酸化）法が用いられてきたが、素子分
離幅をより狭くするため、近年ではシャロー・トレンチ
分離法が用いられている。シャロー・トレンチ分離法で
は、ウエハ基板上に成膜した余分の酸化珪素膜を除くた
めにＣＭＰが必須であり、研磨を停止させるために、酸
化珪素膜の下に窒化珪素膜がストッパとして形成される
のが一般的である。

【０００４】半導体装置の製造工程において、プラズマ
−ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓ
ｉｔｉｏｎ、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を平坦化するためのＣＭＰ
研磨剤としては、従来、ヒュームドシリカを研磨粒子と
するｐＨ９を超えるアルカリ性のシリカ系研磨剤が広く
用いられてきた。

【０００５】一方、フォトマスクやレンズ等のガラス表
面研磨剤として多用されてきた酸化セリウムを研磨粒子
とする研磨剤が近年ＣＭＰ研磨剤として注目されるよう
になった。この技術は、例えば特開平５−３２６４６９
号公報に開示されている。酸化セリウム系研磨剤はシリ
カ系研磨剤と比べて酸化珪素膜の研磨速度が早く、研磨
傷も比較的少ないという点で優るため種々の適用検討が
なされ、その一部は半導体用研磨剤として実用化される
ようになっている。この技術は、例えば特開平９−２７
０４０２号公報に開示されている。

【０００６】近年、半導体素子の多層化・高精細化が進
むにつれ、半導体素子の歩留り及びスループットのさら
なる向上が要求されるようになってきている。それに伴
い研磨剤を用いたＣＭＰプロセスに対しても、研磨傷フ
リーで且つより高速な研磨が望まれるようになってい
る。

【０００７】酸化セリウム研磨剤を用いたＣＭＰプロセ
スにおいて研磨傷をさらに低減する方法としては、研磨
圧力もしくは定盤回転数低減といったプロセス改良法や
砥粒の濃度もしくは密度低減といった研磨剤改良法が挙
げられるが、いずれの場合も研磨速度が低下してしまう
問題点があった。

【０００８】また、酸化セリウムを水に分散させた研磨
剤としては、酸化セリウム１重量％当たりの電気伝導度
を３０μＳ／ｃｍ以下とする技術が特開２０００−２３
９６５４号公報に開示されているが、酸化セリウム、水
に加えて水溶性高分子を加えてより一層の平坦化特性を
向上させた研磨剤においては、さらなる研磨速度向上と
研磨傷低減の両立は実現していなかった。

【０００９】

【発明が解決しようとす課題】請求項１〜３記載の発明
は、電気特性不良に至る研磨傷をほとんど発生させずに
且つ高速研磨して高平坦化された基板を得ることが可能
なＣＭＰ研磨剤を提供するものである。請求項４記載の
発明は、電気特性不良に至る研磨傷をほとんど発生させ
ずに且つ高速研磨して高平坦化された基板を得ることが
可能な、歩留まり作業性に優れる基板の研磨方法を提供
するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明において、発明者
らは水溶性高分子の電気伝導度を制御することにより研
磨剤中の解離したイオン量を調節し、酸化セリウム粒子
と被研磨面との化学相互作用を変え研磨傷の低減及び研
磨速度の向上を狙い水溶性高分子濃度、水溶性高分子と
塩を作るアミン種及びその濃度を変えて、最大限の努力
をもって検討した結果、一例としてアルコールアミン等
のアンモニアとは異なるアミンを用いた水溶性高分子塩
を含有する特定範囲の電気伝導度を有する研磨剤で研磨
する場合に、研磨傷低減及び研磨速度向上を同時に達成
することを見出した。すなわち、本発明は、酸化セリウ
ム粒子、水溶性高分子及び水を含み電気伝導度が０．５
〜５．０ｍＳ／ｃｍであるＣＭＰ研磨剤に関する。ま
た、本発明は、水溶性高分子がポリカルボン酸のアルコ
ールアミン塩である前記のＣＭＰ研磨剤に関する。ま
た、本発明は、水溶性高分子の重量平均分子量が１００
０〜１０００００である前記のＣＭＰ研磨剤に関する。
また、本発明は、酸化セリウム粒子、水溶性高分子及び
水を含み電気伝導度が０．５〜５．０ｍＳ／ｃｍである
ＣＭＰ研磨剤を研磨定盤上の研磨パッドに供給し、酸化
珪素絶縁膜が形成された半導体チップである基板の被研
磨面と接触させて被研磨面と研磨パッドを相対運動させ
て研磨することを特徴とする基板の研磨方法に関する。

【００１１】

【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焼
成または酸化することによって得られる。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３
５０℃以上９００℃以下が好ましい。

【００１２】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。

【００１３】本発明における研磨剤は、上記方法で合成
された酸化セリウム粒子を洗浄し、水溶性高分子、水及
び必要に応じて分散剤を加えた組成物を分散させること
によって得られる。洗浄は、遠心分離等で固液分離を数
回繰り返す方法等が使用できる。

【００１４】本発明のＣＭＰ研磨剤の電気伝導度は０．
５〜５．０ｍＳ／ｃｍである必要がある。添加液の電気
伝導度が０．５ｍＳ／ｃｍ未満では、研磨時の平坦化特
性が低下する傾向があり、５．０ｍＳ／ｃｍを超える
と、研磨傷が入りやすくなる。

【００１５】上記研磨剤のｐＨは、３以上９以下である
ことが好ましく、５以上８以下であることがより好まし
い。ｐＨが３未満では、化学的作用が小さくなり、研磨
速度が低下する。ｐＨが９より大きいと、粒子が凝集し
て被研磨膜との接触面積が低下し、研磨速度が低下する
傾向がある。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。

【００１６】水に分散させた酸化セリウム粒子は完全に
は１ヶずつバラバラになってはいないと一般に考えられ
ており、水に分散させた酸化セリウムの粒子径測定値
は、粉体状態でのＳＥＭ写真撮影等の方法を用いて得ら
れる１次粒子径測定値より大きくなる。

【００１７】水に分散させた酸化セリウムの２次粒子径
は、１ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが望ましい。
２次粒子径が１ｎｍより小さいと、砥粒として被研磨膜
への影響が低下し、研磨速度が低下する。２次粒子径が
３００ｎｍより大きいと、被研磨膜との接触面積が小さ
くなり、研磨速度が低下する傾向がある。粒子径は、光
子相関法（例えばマルバーン社製ゼータサイザー３００
０ＨＳ）で測定する。

【００１８】また、酸化セリウムの１次粒子径は、０ｎ
ｍより大きく３００ｎｍ以下であることを要する。１次
粒子径が０ｎｍでは、全く酸化珪素膜が研磨されない。
また、結晶子径が３００ｎｍより大きいと、２次粒子径
が３００ｎｍより大きくなり研磨速度が低下する。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
ましく、０．５重量％以上３．０重量％以下の範囲がよ
り好ましい。

【００１９】水溶性高分子としては、特殊ポリカルボン
酸型高分子、ポリビニルスルホン酸、ポリメタクリル
酸、ポリスチレンスルホン酸、ポリアクリル酸、ポリア
クリル酸誘導体、ポリ（４−ビニルピリジニウム塩）、
ポリ（１（３−スルホニル）−２−ビニルピリジニウム
ベタイン−ｃｏ−ｐ−スチレンスルホン酸）、ポリビニ
ルアルコール誘導体、ポリアクロレイン、ポリ（酢酸ビ
ニル−ｃｏ−メタクリル酸メチル）、ポリ（スチレン−
ｃｏ−無水マレイン酸）、ポリ（オレフィン−ｃｏ−無
水マレイン酸）、ポリアクリルアミド部分加水分解物、
ポリ（アクリルアミド−ｃｏ−アクリル酸）、アルギン
酸、ポリメタクリル酸メチル及びこれらのアンモニウム
塩、アミン塩及びカリウム塩等が挙げられる。

【００２０】また、上記水溶性高分子のアンモニウム塩
及びアミン塩、とりわけポリカルボン酸と塩をつくるも
のとしては、アンモニア、ジメチルアミン、トリエチル
アミン、プロピレンジアミン等のアルキルアミン；エチ
レンジアミン、エチレンジアミン四酢酸等のアルキルジ
アミン；２−アミノエタノール、２−ジメチルアミノエ
タノール、２−ジエチルアミノエタノール、２−シクロ
ヘキシルアミノエタノール、１−アミノ−２−プロパノ
ール等のアルコールアミン；が挙げられ、その中でも低
い電気伝導度が得られる点で２−アミノエタノール、２
−ジメチルアミノエタノールがより好ましい。

【００２１】また、水溶性高分子の重量平均分子量（Ｇ
ＰＣ測定し、標準ポリスチレン換算した値）は、１，０
００〜１００，０００が好ましい。水溶性高分子のモノ
マー単位のモル数／水溶性高分子と塩を作るアミンのモ
ル数の比に特に制限はないが、研磨剤のｐＨを３以上９
以下にする必要から、１０／７以上１０／１４以下であ
ることが好ましい。

【００２２】本発明のＣＭＰ研磨剤は水溶性高分子の量
が酸化セリウム粒子に対して１〜３重量倍となるように
研磨剤に混合することが好ましい。１重量倍未満では水
溶性高分子の効果が薄れ平坦化特性が悪くなる傾向があ
り、３重量倍を超えると、研磨速度が低くなる傾向があ
る。本発明のＣＭＰ研磨剤における水溶性高分子の濃度
は、取り扱い性、混合作業性等の点から１〜５重量であ
ることが好ましい。

【００２３】本発明のＣＭＰ研磨剤に含まれる水溶性高
分子は、特開平８―３０２３３８号公報に示されたよう
な増粘作用を持つ必要はなく、また、特開平８―２２９
７０号公報に示されたように摩擦係数調整作用を持つ必
要もない。本発明では、用いる水溶性高分子は、酸化セ
リウム粒子、酸化珪素膜および窒化珪素膜それぞれへの
吸着性すなわち吸着量と吸着強さが制御され、そのた
め、電気伝導度を前記のごとく規定する必要がある。

【００２４】本発明においては、必要に応じて研磨剤に
分散剤を加えて組成物を分散させたものを使用すること
ができる。分散剤としては、上述した水溶性高分子の
他、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
用することができる。

【００２５】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。

【００２６】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
ド等が挙げられる。

【００２７】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、０．０
１重量部以上２．０重量部以下の範囲が好ましい。

【００２８】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。

【００２９】本発明の研磨剤が使用される無機絶縁膜の
作製方法として、定圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等が
挙げられる。

【００３０】定圧ＣＶＤ法による酸化珪素絶縁膜形成
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℃程度以下の低温で行わせることにより得られ
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。

【００３１】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Ｓｉ
Ｈ_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６７〜４００Ｐａの範囲が好ましい。酸化珪素
絶縁膜にはリン、ホウ素等の元素がド−プされていても
良い。

【００３２】同様に、低圧ＣＶＤ法による窒化珪素膜形
成は、Ｓｉ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、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３００〜４００
℃が好ましい。

【００３３】基板として、図１（ａ）（ｂ）に示す様
に、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或いは酸化珪
素膜及び窒化珪素膜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を上記
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、半導体基板全面に渡って平滑な面とする。

【００３４】シャロー・トレンチ分離の場合には、酸化
珪素膜層の凹凸を解消しながら下層の窒化珪素層まで研
磨することによって、素子分離部に埋め込んだ酸化珪素
膜のみを残す。この際、ストッパーとなる窒化珪素との
研磨速度比が大きければ、研磨のプロセスマージンが大
きくなる。また、シャロー・トレンチ分離に使用するた
めには、研磨時に傷発生が少ないことも必要である。

【００３５】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。図２は本発明
の実施例において使用するＣＭＰ装置を示す概略図であ
る。研磨定盤１８の上に貼り付けられた研磨パッド１７
の上に、酸化セリウム粒子、水溶性高分子、及び水を含
むＣＭＰ研磨剤を供給し、半導体チップである基板１３
に形成された酸化珪素絶縁膜１４を被研磨面としてウエ
ハホルダ１１に貼り付け、酸化珪素絶縁膜１４を研磨パ
ッドと接触させ、被研磨面と研磨パッドを相対運動、具
体的にはウエハホルダ１１と研磨定盤１８を回転させて
ＣＭＰすなわち基板の研磨を行う構造となっている。

【００３６】研磨パッドとしては、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、研磨パッドには研磨剤が溜まる様
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が飛び出さない様に１０
０ｍｉｎ^−１以下の低回転が好ましい。被研磨膜を有す
る半導体基板の研磨パッドへの押しつけ圧力が１０〜１
００ｋＰａであることが好ましく、研磨速度のウエハ面
内均一性及びパターンの平坦性を満足するためには、２
０〜５０ｋＰａであることがより好ましい。研磨してい
る間、研磨パッドには研磨剤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、研磨パッドの表面
が常に研磨剤で覆われていることが好ましい。

【００３７】また、図３は本発明の実施例においてのＣ
ＭＰプロセスを示す図である。研磨パッドの表面状態を
常に同一にしてＣＭＰを行うため、ＣＭＰの前に研磨パ
ッドのコンディショニング工程を入れる。具体的には、
ダイヤモンド粒子のついたドレッサを用いて少なくとも
水を含む液で研磨を行う。続いて本発明の研磨工程を実
施し、さらに、１）研磨後の基板に付着した粒子等の異物を除去するた
めのブラシ洗浄、２）研磨剤等を水に置換するためのメガソニック洗浄、３）基板表面から水を除去するためのスピン乾燥、からなるウエハ洗浄工程を加える。

【００３８】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、Ｓｉ基板上にシャロー・トレンチ
分離を形成したあと、酸化珪素絶縁膜層及びその上にア
ルミニウム配線を形成し、その上に形成した酸化珪素絶
縁膜を平坦化する。平坦化された酸化珪素絶縁膜層の上
に、第２層目のアルミニウム配線を形成し、その配線間
および配線上に再度上記方法により酸化珪素膜を形成
後、上記研磨剤を用いて研磨することによって、酸化珪
素絶縁膜表面の凹凸を解消し、半導体基板全面に渡って
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。

【００３９】本発明の研磨剤は、半導体基板に形成され
た酸化珪素膜や窒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−の端面、シンチレ−タ等の光学
用単結晶、固体レ−ザ単結晶、青色レ−ザ用ＬＥＤサフ
ァイア基板、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
るために使用される。

【００４０】

【実施例】以下、実施例により本発明を説明する。本発
明はこれらの実施例により限定されるものではない。

【００４１】実施例１（電気伝導度の測定方法）電気伝導度については、富士
工業社製の超音波濃度計ＦＵＤ−１ＭＯＤＥＬ−５１
に付属の電磁導伝率計変換器ＭＤ−３５Ｄ（Ｓ）、電磁
導伝率計検出器ＭＣ−１１１Ｔ、電磁導伝率計電源ユニ
ット（ＰＡ−２４）を用いて測定した。

【００４２】（添加液Ａの作製）２−ジメチルアミノエ
タノールを重量平均分子量１０、０００のポリアクリル
酸に加え、上記アミン中のアミノ基のモル数／ポリアク
リル酸中のカルボキシル基のモル数＝９５／１００とな
るようにした。これを脱イオン水で希釈し、濃度が２．
５重量％のポリアクリル酸アミン塩水溶液（添加液Ａ）
とした。

【００４３】（添加液Ｂの作製）炭酸セリウム水和物２
ｋｇを白金製容器に入れ、８５０℃で２時間空気中で焼
成することにより酸化セリウム粉末を得た。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（重量平均分子量１５０００、４０重量％）２
３ｇと脱イオン水８９７７ｇ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１μｍ
フィルターを介してろ過し、さらに脱イオン水を加えて
２倍に希釈した（酸化セリウム粒子濃度５重量％）。

【００４４】（研磨剤の作製）上記の添加液Ａ／添加液
Ｂ／脱イオン水の重量比３／１／１で混合し、酸化セリ
ウム粒子濃度１重量％、ポリマ濃度１．５重量％のＣＭ
Ｐ研磨剤を作成した。研磨剤のｐＨは６．２、電気伝導
度は２．０ｍＳ／ｃｍであった。研磨剤原液を用いる光
子相関法により２次粒子径を測定したところ、その中央
値は２７０ｎｍであった。

【００４５】（絶縁膜層及びシャロートレンチ分離層の
研磨）８インチＳｉ基板上にＬｉｎｅ／Ｓｐａｃｅ幅が
０．０５〜５ｍｍで高さが１０００ｎｍのＡｌ配線Ｌｉ
ｎｅ部を形成した後、その上にＴＥＯＳ−プラズマＣＶ
Ｄ法で酸化珪素膜を２０００ｎｍ形成した絶縁膜層パタ
ーンウエハを作製する。上記のＣＭＰ研磨剤で、３分間
研磨（定盤回転数：５０ｍｉｎ^−１、研磨荷重：３０ｋ
Ｐａ、研磨剤供給量：２００ｍｌ／分）した。その結
果、研磨後の凸部と凹部の段差が４０ｎｍとなり高平坦
性を示した。

【００４６】次に、８インチの酸化珪素膜ブランケット
ウエハ及び窒化珪素ブランケットウエハを上記のＣＭＰ
研磨剤で各々研磨（定盤回転数：５０ｍｉｎ^−１、研磨
荷重：３０ｋＰａ、研磨剤供給量：２００ｍｌ／分）し
た結果、酸化珪素膜の研磨速度は３７０ｎｍ／分、窒化
珪素膜の研磨速度は５ｎｍ／分となり、研磨速度比は７
４であった。

【００４７】また、図１（ａ）に示す様に、８インチＳ
ｉ基板に一辺３５０ｎｍ〜０．１ｍｍ四方の凸部、深さ
が４００ｎｍの凹部を形成し、凸部密度がそれぞれ２〜
４０％となるようなシャロートレンチ分離層パターンウ
エハを作製した。続いて図１（ｂ）に示す様に、凸部上
に酸化窒素膜を１００ｎｍ形成し、その上にＴＥＯＳ−
プラズマＣＶＤ法で酸化珪素膜を６００ｎｍ成膜した。
上記のＣＭＰ研磨剤で、このパターンウエハを２分間研
磨（定盤回転数：５０ｍｉｎ^−１、研磨荷重：３０ｋＰ
ａ、研磨剤供給量：２００ｍｌ／分）した。その結果、
図１（ｃ）の様に、凸部の研磨は窒化珪素膜でストップ
し、研磨後の段差は４０ｎｍとなり、高平坦性を示し
た。また、いずれの研磨においても研磨による研磨傷は
観察されなかった。

【００４８】比較例１（添加液Ａ′の作製）重量平均分子量６０００で、アン
モニウムイオンのモル数／ポリアクリル酸中のカルボキ
シル基のモル数＝１のポリアクリル酸アンモニウム塩を
脱イオン水で希釈し、３重量％の水溶液（添加液Ａ′）
を調整した。（添加液Ｂの作製）実施例１と同一の方法で添加液Ｂを
作製した。

【００４９】（研磨剤の作製）上記の添加液Ａ′／添加
液Ｂ／脱イオン水の重量比３／１／１で混合し、酸化セ
リウム粒子濃度１重量％、ポリマ濃度１．８重量％のＣ
ＭＰ研磨剤を作成した。研磨剤のｐＨは６．６、電気伝
導度は８．３ｍＳ／ｃｍであった。２次粒子径の中央値
は２５０ｎｍであった。

【００５０】（絶縁膜層及びシャロートレンチ分離層の
研磨）上記の通り作製したＣＭＰ研磨剤を用いて、実施
例１と同一の絶縁膜層パターンウエハを、同一の研磨条
件で３分間研磨した。その結果、研磨後の凸部と凹部の
段差が６５ｎｍとなった。また、実施例１と同一の８イ
ンチ酸化珪素膜ブランケットウエハ及び窒化珪素膜ブラ
ンケットウエハについても上記のＣＭＰ研磨剤を用いて
実施例１と同一の研磨条件で各々研磨した結果、酸化珪
素膜の研磨速度は１７６ｎｍ／分、窒化珪素膜の研磨速
度は５ｎｍ／分となり、研磨速度比は３５であった。

【００５１】さらに、上記のＣＭＰ研磨剤を用いて、実
施例１と同様にシャロートレンチ分離層パターンウエハ
の凸部上に酸化窒素膜を１００ｎｍ形成しその上にＴＥ
ＯＳ−プラズマＣＶＤ法で酸化珪素膜を６００ｎｍ成膜
したものを実施例１と同一の研磨条件で２分間研磨し
た。その結果、研磨後の段差は６０ｎｍとなった。ま
た、研磨による研磨傷については、酸化珪素膜ブランケ
ットウエハにおいてのみわずかに傷が観察された。

【００５２】実施例１に対して比較例１は、酸化珪素膜
の研磨速度が低く、それに伴い研磨速度比（酸化珪素膜
／窒化珪素膜）も低くなり、平坦性が特性が劣る。ま
た、研磨傷に関しても、実施例１は比較例１に優ってい
る。図４に示す様に、比較例で用いたアンモニウム塩を
含む研磨剤においては電気伝導度が高く、電気伝導度を
下げる目的で水溶性高分子濃度を低減すると、平坦化特
性も低下してしまう。これに対し、実施例で用いたエタ
ノールアミン塩を含む研磨剤においては、水溶性高分子
濃度が増加しても３重量％以下であれば電気伝導度は５
ｍＳ／ｃｍ以下であり、高研磨速度、高平坦化性、低研
磨傷の両立が可能である。

【００５３】

【発明の効果】請求項１〜３記載の発明は、電気特性不
良に至る研磨傷をほとんど発生させずに且つ高速研磨し
て高平坦化された基板を得ることが可能なＣＭＰ研磨剤
を提供するものである。請求項４記載の発明は、電気特
性不良に至る研磨傷をほとんど発生させずに且つ高速研
磨して高平坦化された基板を得ることが可能な、歩留ま
り作業性に優れる基板の研磨方法を提供するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基板表面の凹凸平坦化を示す説明図で
ある。

【図２】本発明を実施したＣＭＰ装置を示す図である。

【図３】本発明のＣＭＰプロセスを示す説明図である。

【図４】本発明の実施例及び比較例で用いた研磨剤ベー
スの組成における、酸化セリウム粒子濃度と電気伝導度
の相関を示す説明図である。

【符号の説明】

１Ｓｉ基板２窒化珪素膜３酸化珪素膜１１ウエハホルダ１２リテーナ１３半導体チップである基板１４酸化珪素絶縁膜１５研磨剤供給機構１６酸化セリウム粒子、水溶性高分子及び水を含む研
磨剤１７研磨パッド１８研磨定盤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者会津和郎茨城県鹿島郡波崎町大字砂山五番壱日立化成工業株式会社山崎事業所内Ｆターム(参考） 3C058 AA07 CB01 CB02 CB03 CB10 DA02 DA12 DA17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸化セリウム粒子、水溶性高分子及び水
を含み電気伝導度が０．５〜５．０ｍＳ／ｃｍであるＣ
ＭＰ研磨剤。
【請求項２】水溶性高分子がポリカルボン酸のアルコ
ールアミン塩である請求項１記載のＣＭＰ研磨剤。
【請求項３】水溶性高分子の重量平均分子量が１００
０〜１０００００である請求項１又は２記載のＣＭＰ研
磨剤。
【請求項４】酸化セリウム粒子、水溶性高分子及び水
を含み電気伝導度が０．５〜５．０ｍＳ／ｃｍであるＣ
ＭＰ研磨剤を研磨定盤上の研磨パッドに供給し、酸化珪
素絶縁膜が形成された半導体チップである基板の被研磨
面と接触させて被研磨面と研磨パッドを相対運動させて
研磨することを特徴とする基板の研磨方法。