JP2003051468A - Cmp研磨方法 - Google Patents

Cmp研磨方法

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JP2003051468A
JP2003051468A JP2002162316A JP2002162316A JP2003051468A JP 2003051468 A JP2003051468 A JP 2003051468A JP 2002162316 A JP2002162316 A JP 2002162316A JP 2002162316 A JP2002162316 A JP 2002162316A JP 2003051468 A JP2003051468 A JP 2003051468A
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JP
Japan
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polishing
liquid
oxide film
silicon oxide
polished
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JP2002162316A
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English (en)
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Keizo Hirai
圭三 平井
Takashi Sakurada
剛史 櫻田
Koji Haga
浩二 芳賀
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Showa Denko Materials Co Ltd
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Hitachi Chemical Co Ltd
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  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定した研磨速度で被研磨面を選択的に傷な
く研磨することができ、高平坦化することが可能である
CMP研磨方法を提供する。 【解決手段】 0.5〜10重量%の酸化セリウム粒
子、0.003〜0.3重量%の界面活性剤及び水を含
有する液Aと、1〜50重量%の界面活性剤及び水を含
有する液Bの二液を混合し超音波を印加した混合液で被
研磨面を研磨することを特徴とするCMP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(Ch
emical Mechanical Polishing)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
平坦化やシャロー・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
絶縁膜等を平坦化するためのCMP研磨液として、コロ
イダルシリカを研磨粒子とする高PH(ペーハー)の研
磨液が多用されてきた。しかしながら、この研磨液に
は、酸化珪素膜の研磨速度が十分ではない、ウエハ全面
が均一に削れない(すなわち高平坦化できない)、ある
いはスクラッチと呼ばれる研磨傷が多い等の問題があ
る。 【0004】CMP研磨液は、上記した絶縁膜の平坦化
以外に、シャロー・トレンチ分離の形成工程においても
使用されている。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)法が用いられてきたが、素子分離幅をより狭く
するため、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、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。したがっ
て、酸化珪素膜研磨速度は窒化珪素膜研磨速度よりでき
るだけ大きいことが望ましい。しかし、従来のコロイダ
ルシリカを用いた研磨液は、酸化珪素膜と窒化珪素膜の
研磨速度比が高々3程度と小さく、シャロー・トレンチ
分離用としては実用的ではない。 【0005】一方、フォトマスクやレンズ等のガラス表
面研磨剤としては、酸化セリウムを用いた研磨液が多用
されている。酸化セリウム研磨液は研磨傷が発生し難
く、また、研磨速度が早いという特長を有する。そのた
め、酸化セリウム研磨液を半導体用研磨液として適用す
る検討が近年行われているが、未だコロイダルシリカを
用いた研磨液にとって変わるには至っていない。その理
由は、コロイダルシリカを用いた研磨液の問題点のうち
研磨速度については、十分に吟味した酸化セリウム粒子
を用いることで良い結果が得られつつあるが、高平坦
化、酸化珪素と窒化珪素の研磨速度比及び傷の点で十分
な特性を示す酸化セリウム研磨液及び研磨方法がなかっ
たためである。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】請求項1記載の発明
は、安定した研磨速度で被研磨面を選択的に傷なく研磨
することができ、高平坦化することが可能であるCMP
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、0.5〜10
重量%の酸化セリウム粒子、0.003〜0.3重量%
の界面活性剤及び水を含有する液Aと、1〜50重量%
の界面活性剤及び水を含有する液Bの二液を混合し超音
波を印加した混合液で被研磨面を研磨することを特徴と
するCMP研磨方法に関する。 【0008】 【発明の実施の形態】本発明における酸化セリウム粒子
は、例えば、炭酸セリウム、硝酸セリウム、硫酸セリウ
ム、しゅう酸セリウム等のセリウムの塩を焼成又は過酸
化水素等によって酸化することで作製される。但しこれ
らの方法により製造された直後の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
砕方法としては、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。引き続い
て、得られた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。 【0009】本発明における液Aの酸化セリウム粒子の
濃度は、0.5〜10重量%とされ、0.5重量%未満
の場合は研磨速度が劣り、10重量%を超える場合は酸
化セリウム粒子の分散安定性が劣る。 【0010】本発明における界面活性剤としては、例え
ば、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、ノ
ニオン系界面活性剤等を使用しうる。具体的には、アル
フォオレフィンスルホン酸塩、アルキルベンゼンスルホ
ン酸、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキル硫酸エ
ステル塩、アルキルエーテル硫酸エステル塩、メチルタ
ウリン酸塩、アラニネート塩、スルホコハク酸塩、エー
テルスルホン酸塩、エーテルカルボン酸、エーテルカル
ボン酸塩、アミノ酸塩、ポリカルボン酸型ポリマーのア
ンモニウム又はアミン塩、合成アルコール、天然アルコ
ール、ポリオキシアルキレングリコール、脂肪酸エステ
ル、アルキルアミン、アルキルアミド、アルキルアミン
オキサイド、アミノ酸等が挙げられる。 【0011】液A及び液Bに添加する界面活性剤は、同
じものを用いてもよいし、違うものを用いてもよいが、
アニオン系またはノニオン系の界面活性剤を用いること
が好ましい。また、液Aにはポリカルボン酸型ポリマー
のアンモニウム又はアミン塩等の高分子界面活性剤を用
いることが好ましい。 【0012】液Aの界面活性剤の濃度は、0.003〜
0.3重量%とされ、0.003重量%未満の場合は酸
化セリウム粒子の水への分散性が劣り、0.3重量%を
超える場合は酸化セリウム粒子が凝集する。液Bの界面
活性剤の濃度は、1〜50重量%とされ、1重量%未満
の場合は選択研磨性、高平坦化性が劣り、50重量%を
超える場合は、研磨特性の変動が大きく、また研磨傷が
多発する。 【0013】液Aと液Bとの混合液に超音波を加える方
法に特に制限はなく、A液とB液を混合する容器を超音
波洗浄器内に保持すること、A液とB液を混合する容器
内に投げ込み式超音波発振機を投入すること、A液とB
液の混合液を研磨装置に送る配管に超音波発振機を取り
付けること等いずれの方法を用いてもよい。液Aと液B
との混合液に超音波を印加しないと研磨特性の変動が大
きく、実用性、作業性が劣る。 【0014】本発明でいう超音波の印加とは、一般的に
超音波洗浄器等に使用されている発振機を用いてA液と
B液の混合液を1秒以上超音波にさらすことを意味し、
発振機の周波数は数kHz以上、ワット数は10W以上と
することが好ましい。 【0015】本発明のCMP研磨方法により、種々の被
研磨面を研磨でき、例えば、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・プリズムなどの光学ガラス、I
TO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、Si
C、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。 【0016】 【実施例】次に、実施例により本発明を説明するが、本
発明はこれに限定されるものではない。 【0017】実施例1炭酸セリウム水和物2kgを白金製
容器に入れ、850℃で2時間空気中で焼成し、粉砕す
ることにより酸化セリウム粒子を得た。この酸化セリウ
ム粒子の濃度が6重量%になるように脱イオン水を加
え、アクリル酸とアクリル酸メチルを1:1(モル比)
で共重合した重量平均分子量(GPC、標準ポリスチレ
ン換算値)10,000のポリアクリル酸アンモニウム
塩を酸化セリウム粒子に対して0.8重量%となるよう
に混合し、横型湿式超微粒分散粉砕機を用いて1400
min-1で120分間粉砕処理し液Aを得た。 【0018】別途、重量平均分子量4、000のポリア
クリル酸アンモニウム塩が5重量%となるように水と混
合し液Bを得た。 【0019】28kHz、120Wの超音波洗浄器内に5
リットル容器を設置し、A液とB液を同じ量(合計4k
g)前記容器内で撹拌して混合すると同時に超音波を印
加した。次いで、この混合液を用いて実際に8インチウ
エハ上の酸化珪素膜及び窒化珪素膜を荏原(株)製CMP
研磨装置で研磨した(研磨荷重30kPa、定盤回転数5
0min-1、研磨剤供給量毎分200ml)。混合、超音波
印加後すぐに研磨した場合、酸化珪素膜の研磨速度は毎
分1500Å、窒化珪素膜の研磨速度は毎分13Åであ
った。また、0.5μmの段差がパターン形成された酸
化珪素膜を研磨した結果、段差は300Åとなり、顕微
鏡観察した結果、研磨傷も認められなかった。 【0020】また、混合、超音波印加後15分後に研磨
した場合、酸化珪素膜の研磨速度は毎分1450Å、窒
化珪素膜の研磨速度は毎分12.5Åであった。また、
0.5μmの段差がパターン形成された酸化珪素膜を研
磨した結果、段差は300Åとなり、顕微鏡観察した結
果、研磨傷も認められなかった。 【0021】比較例1実施例1と同様の液A及び液Bの
混合液に超音波を印加せず、その他は実施例1と同様の
条件で研磨した。混合後すぐに研磨した場合、酸化珪素
膜の研磨速度は毎分1000Å、窒化珪素膜の研磨速度
は毎分16Åであった。また、0.5μmの段差がパタ
ーン形成された酸化珪素膜を研磨した結果、段差は60
0Åとなったが、顕微鏡観察した結果、研磨傷は3個認
められた。 【0022】また、混合後15分後に研磨した場合、酸
化珪素膜の研磨速度は毎分650Å、窒化珪素膜の研磨
速度は毎分15Åであった。また、0.5μmの段差が
パターン形成された酸化珪素膜を研磨した結果、段差は
450Åとなり、顕微鏡観察した結果、研磨傷は10個
認められた。 【0023】以上から、超音波により、研磨速度が安定
し、酸化膜の研磨速度、選択性、高平坦化性及び低傷性
のいずれもが向上することが明らかである。 【0024】実施例2実施例1と同様の方法で得た液A
に、アミノ酸系界面活性剤〔アミソフトLT−12、味
の素(株)製 商品名〕を濃度3重量%となるように混合
したものを液Bとし、この液Bを液Aと同じ量混合し実
施例1と同様に超音波を印加し、その他は実施例1と同
様の評価を行った。 【0025】混合、超音波印加後すぐに研磨した場合、
酸化珪素膜の研磨速度は毎分2500Å、窒化珪素膜の
研磨速度は毎分3Åであった。また、0.5μmの段差
がパターン形成された酸化珪素膜を研磨した結果、段差
は800Åとなったが、顕微鏡観察した結果、研磨傷は
認められなかった。 【0026】また、混合、超音波印加後15分後に研磨
した場合も、酸化珪素膜の研磨速度は毎分2500Å、
窒化珪素膜の研磨速度は毎分3Åであった。また、0.
5μmの段差がパターン形成された酸化珪素膜を研磨し
た結果、段差は750Åとなり、顕微鏡観察した結果、
研磨傷は認められなかった。 【0027】比較例2実施例1と同様の方法で得た液A
のみを用い、超音波を印加せずにその他は実施例1と同
様の条件で研磨した。 【0028】その結果、酸化珪素膜の研磨速度は毎分2
500Å、窒化珪素膜の研磨速度は毎分500Åであっ
た。また、0.5μmの段差がパターン形成された酸化
珪素膜を研磨した結果、段差は1800Åとなり、顕微
鏡観察した結果、研磨傷は5個認められた。 【0029】以上から、A液とB液を混合し、超音波を
印加する方法によらなければ、選択性及び高平坦化性は
発現しないことが明らかである。 【0030】 【発明の効果】請求項1記載のCMP研磨方法は、安定
した研磨速度で被研磨面を選択的に傷なく研磨すること
ができ、高平坦化することが可能であるものである。
───────────────────────────────────────────────────── 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 C09K 3/14 550Z Fターム(参考) 3C049 AA07 AC04 CB01 CB03 3C058 AA07 AC04 CB01 CB03 DA17

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 0.5〜10重量%の酸化セリウム粒
    子、0.003〜0.3重量%の界面活性剤及び水を含
    有する液Aと、1〜50重量%の界面活性剤及び水を含
    有する液Bの二液を混合し超音波を印加した混合液で被
    研磨面を研磨することを特徴とするCMP研磨方法。
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