JP2003171653A - Ｃｍｐ研磨剤及び基板の研磨法 - Google Patents
Ｃｍｐ研磨剤及び基板の研磨法Info
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- JP2003171653A JP2003171653A JP2001370215A JP2001370215A JP2003171653A JP 2003171653 A JP2003171653 A JP 2003171653A JP 2001370215 A JP2001370215 A JP 2001370215A JP 2001370215 A JP2001370215 A JP 2001370215A JP 2003171653 A JP2003171653 A JP 2003171653A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 研磨剤中の大粒径粒子の含有率を低くするこ
とにより問題点を解決する、ＣＭＰ研磨剤を提供する。 【解決手段】 酸化セリウム粒子において二次粒子径が
３μｍ以上の粒子含有率が１％以下である、酸化セリウ
ム粒子、分散剤および水を含むＣＭＰ研磨剤。
とにより問題点を解決する、ＣＭＰ研磨剤を提供する。 【解決手段】 酸化セリウム粒子において二次粒子径が
３μｍ以上の粒子含有率が１％以下である、酸化セリウ
ム粒子、分散剤および水を含むＣＭＰ研磨剤。
Description
【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。およびこれらＣＭＰ研磨剤
を使用した基板の研磨方法に関する。
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。およびこれら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】超大規模集積回路製造の分野において、
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、すでに、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。
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、すでに、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】半導体装置の製造工程において、プラズマ
−ＣＶＤ(Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ ＤｅｐｏＳ
ｉｔｉｏｎ、化学的蒸着法)、低圧−ＣＶＤ等の方法で
形成される酸化ケイ素絶縁膜等を平坦化するためのＣＭ
Ｐ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ｐＨが９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。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５−３２
６４６９５号広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
速く、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９−２７０４０２号広報に開示されている。
−ＣＶＤ(Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ ＤｅｐｏＳ
ｉｔｉｏｎ、化学的蒸着法)、低圧−ＣＶＤ等の方法で
形成される酸化ケイ素絶縁膜等を平坦化するためのＣＭ
Ｐ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ｐＨが９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。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５−３２
６４６９５号広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
速く、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９−２７０４０２号広報に開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】近年、半導体素子の多
層化・高精細化が進むにつれ、半導体素子の歩留まりお
よびスループットの更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。酸化セリウム研磨剤を用いたＣ
ＭＰ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
剤改良法があげられる。しかし、これらの改良法を用い
た場合には研磨速度が低下してしまうため、低研磨傷と
高研磨速度の両立が達成できないという問題点があっ
た。本発明は、研磨剤中の大粒径粒子の含有率を低くす
ることにより上記問題点を解決する、ＣＭＰ研磨剤を提
供するものである。
層化・高精細化が進むにつれ、半導体素子の歩留まりお
よびスループットの更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。酸化セリウム研磨剤を用いたＣ
ＭＰ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
剤改良法があげられる。しかし、これらの改良法を用い
た場合には研磨速度が低下してしまうため、低研磨傷と
高研磨速度の両立が達成できないという問題点があっ
た。本発明は、研磨剤中の大粒径粒子の含有率を低くす
ることにより上記問題点を解決する、ＣＭＰ研磨剤を提
供するものである。
【０００５】
【問題を解決するための手段】本発明は、酸化セリウム
粒子において二次粒子径が３μｍ以上の粒子含有率が１
％以下である、酸化セリウム粒子、分散剤および水を含
むＣＭＰ研磨剤に関する。また、本発明は、酸化セリウ
ム粒子において二次粒子径が３μｍ以上の粒子含有率が
１％以下である、酸化セリウム粒子、分散剤および水を
含むＣＭＰ研磨剤を研磨定盤上の研磨パッドに供給する
ことにより、酸化セリウム粒子の酸化珪素絶縁膜表面へ
の付着を抑制し、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。
粒子において二次粒子径が３μｍ以上の粒子含有率が１
％以下である、酸化セリウム粒子、分散剤および水を含
むＣＭＰ研磨剤に関する。また、本発明は、酸化セリウ
ム粒子において二次粒子径が３μｍ以上の粒子含有率が
１％以下である、酸化セリウム粒子、分散剤および水を
含むＣＭＰ研磨剤を研磨定盤上の研磨パッドに供給する
ことにより、酸化セリウム粒子の酸化珪素絶縁膜表面へ
の付着を抑制し、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。
【０００６】上記のＣＭＰ研磨剤を用いて層間絶縁膜の
平坦化やシャロートレンチ分離を行うと、研磨傷が被研
磨面上に発生する。研磨は酸化セリウム粒子が被研磨面
に接触することで進行する。このとき一次粒子が摩砕さ
れ微粒子となり、活性比表面積が大きくなるため高速に
研磨が行われると思われる。粒子径が大きいと、摩砕さ
れづらく、研磨傷発生の原因になると考えられる。そこ
で、粒径３μｍ以上の大粒子をほとんど含まない酸化セ
リウム粒子を分散させた研磨剤を用いることにより、被
研磨面に研磨傷をつけることなく研磨を行うことが可能
となる。
平坦化やシャロートレンチ分離を行うと、研磨傷が被研
磨面上に発生する。研磨は酸化セリウム粒子が被研磨面
に接触することで進行する。このとき一次粒子が摩砕さ
れ微粒子となり、活性比表面積が大きくなるため高速に
研磨が行われると思われる。粒子径が大きいと、摩砕さ
れづらく、研磨傷発生の原因になると考えられる。そこ
で、粒径３μｍ以上の大粒子をほとんど含まない酸化セ
リウム粒子を分散させた研磨剤を用いることにより、被
研磨面に研磨傷をつけることなく研磨を行うことが可能
となる。
【０００７】
【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、蓚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
なわち結晶性がよ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、酸化セリウム一次粒子径の平均値は５ｎｍ以上３
００ｎｍ以下であることが好ましい。ここで一次粒子と
は、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で測定して観察され
る、粒界に囲まれた結晶子に相当する粒子のことをい
う。また、半導体チップ研磨に使用することから、アル
カリ金属およ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。
硝酸塩、硫酸塩、蓚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
なわち結晶性がよ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、酸化セリウム一次粒子径の平均値は５ｎｍ以上３
００ｎｍ以下であることが好ましい。ここで一次粒子と
は、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で測定して観察され
る、粒界に囲まれた結晶子に相当する粒子のことをい
う。また、半導体チップ研磨に使用することから、アル
カリ金属およ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。
【０００８】上記の方法により製造された酸化セリウム
粒子は凝集しやすいため、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。
粒子は凝集しやすいため、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。
【０００９】ＣＭＰ研磨剤は、上記方法にて作製した酸
化セリウム粒子、分散剤および水を含んでなる組成物を
分散させることによって得られる。
化セリウム粒子、分散剤および水を含んでなる組成物を
分散させることによって得られる。
【００１０】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、１重量％以上１０重量％以
下の範囲がより好ましく、１．５重量％以上５重量％以
下の範囲が特に好ましい。
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、１重量％以上１０重量％以
下の範囲がより好ましく、１．５重量％以上５重量％以
下の範囲が特に好ましい。
【００１１】分散剤としては、半導体素子研磨に使用す
ることからナトリウムイオン、カリウムイオン等のアル
カリ金属およびハロゲン、イオウの含有率を１０ｐｐｍ
以下に抑えることが好ましいので、例えば、共重合成分
としての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。分散剤添加量は、スラリー中の粒子の分散
性および沈降防止、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５．０重量部以下の範囲が好ましい。分散
剤の重量平均分子量は１００〜５００００が好ましく、
１０００〜１００００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
および高分子添加剤の分子量が５００００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。なお、重量平均分子量は、ゲルパーミ
エーションクロマトグラフィーで測定し、標準ポリスチ
レン換算した値である。
ることからナトリウムイオン、カリウムイオン等のアル
カリ金属およびハロゲン、イオウの含有率を１０ｐｐｍ
以下に抑えることが好ましいので、例えば、共重合成分
としての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。分散剤添加量は、スラリー中の粒子の分散
性および沈降防止、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５．０重量部以下の範囲が好ましい。分散
剤の重量平均分子量は１００〜５００００が好ましく、
１０００〜１００００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
および高分子添加剤の分子量が５００００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。なお、重量平均分子量は、ゲルパーミ
エーションクロマトグラフィーで測定し、標準ポリスチ
レン換算した値である。
【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ほか
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。
せる方法としては、通常の撹拌機による分散処理のほか
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】こうして作製されたＣＭＰ研磨剤中の酸化
セリウム粒子の二次粒子径の中央値は、０．０１〜１．
０μｍであることが好ましく、０．０３〜０．５μｍで
あることがより好ましく、０．０５〜０．３μｍである
ことが特に好ましい。二次粒子径の中央値が０．０１μ
ｍ未満であると研磨速度が低くなりすぎ、１．０μｍを
超えると被研磨膜表面に研磨傷が生じやすくなるからで
ある。ＣＭＰ研磨剤中の酸化セリウム粒子の二次粒子径
の中央値は、光子相関法、例えば、粒度分布計（Ｍａｌ
ｖｅｒｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製、Ｍａｓｔｅｒｓ
ｉｚｅｒ ３０００ＨＳ）で測定することができる。
セリウム粒子の二次粒子径の中央値は、０．０１〜１．
０μｍであることが好ましく、０．０３〜０．５μｍで
あることがより好ましく、０．０５〜０．３μｍである
ことが特に好ましい。二次粒子径の中央値が０．０１μ
ｍ未満であると研磨速度が低くなりすぎ、１．０μｍを
超えると被研磨膜表面に研磨傷が生じやすくなるからで
ある。ＣＭＰ研磨剤中の酸化セリウム粒子の二次粒子径
の中央値は、光子相関法、例えば、粒度分布計（Ｍａｌ
ｖｅｒｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製、Ｍａｓｔｅｒｓ
ｉｚｅｒ ３０００ＨＳ）で測定することができる。
【００１４】ＣＭＰ研磨剤中の酸化セリウム粒子におい
て、二次粒子径が３μｍ以上の粒子含有率は、１％以下
であることが好ましく、０．３％以下であることがより
好ましく、０．１％以下であることが特に好ましい。二
次粒子径が３μｍ以上の粒子含有率が１％を超えると、
研磨傷が発生しやすくなる。二次粒子径が３μｍ以上の
粒子含有率は、上述した光子相関法により得られる粒径
分布に基づき、粒子数を比較して算出される。なお、Ｃ
ＭＰ研磨剤中の酸化セリウム粒子において、二次粒子径
が３μｍ以上の粒子含有率を１％以下とする方法に特に
制限はないが、例えば、作製した酸化セリウム研磨剤を
孔径３μｍ以下のフィルタ等を通してろ過する方法が挙
げられる。
て、二次粒子径が３μｍ以上の粒子含有率は、１％以下
であることが好ましく、０．３％以下であることがより
好ましく、０．１％以下であることが特に好ましい。二
次粒子径が３μｍ以上の粒子含有率が１％を超えると、
研磨傷が発生しやすくなる。二次粒子径が３μｍ以上の
粒子含有率は、上述した光子相関法により得られる粒径
分布に基づき、粒子数を比較して算出される。なお、Ｃ
ＭＰ研磨剤中の酸化セリウム粒子において、二次粒子径
が３μｍ以上の粒子含有率を１％以下とする方法に特に
制限はないが、例えば、作製した酸化セリウム研磨剤を
孔径３μｍ以下のフィルタ等を通してろ過する方法が挙
げられる。
【００１５】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より小さいと化学的作用力が小さくなり、研磨
速度が低下する。ｐＨが９より大きいと化学的作用が強
すぎ被研磨面が皿上に溶解（ディッシング）するおそれ
がある。
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より小さいと化学的作用力が小さくなり、研磨
速度が低下する。ｐＨが９より大きいと化学的作用が強
すぎ被研磨面が皿上に溶解（ディッシング）するおそれ
がある。
【００１６】ＣＭＰ研磨剤が使用される無機絶縁膜の作
成方法として、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：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、Ｃ
ＶＤ後１０００℃またはそれ以下の温度で熱処理され
る。
成方法として、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：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、Ｃ
ＶＤ後１０００℃またはそれ以下の温度で熱処理され
る。
【００１７】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
Ｈ４、酸素源としてＮ２Ｏを用いたＳｉＨ４−Ｎ２Ｏ系
ガスとテトラエトキシシラン(ＴＥＯＳ)をＳｉ源に用い
たＴＥＯＳ−Ｏ２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。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、Ｓｉ源としてジクロロシラン：ＳｉＨ２Ｃ
ｌ２、窒素源としてアンモニア:ＮＨ３を用いる。このＳ
ｉＨ２Ｃｌ２−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Ｎ
Ｈ３を用いたＳｉＨ４−ＮＨ３系ガスが挙げられる。基
板温度は３００℃〜４００℃が好ましい。
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
Ｈ４、酸素源としてＮ２Ｏを用いたＳｉＨ４−Ｎ２Ｏ系
ガスとテトラエトキシシラン(ＴＥＯＳ)をＳｉ源に用い
たＴＥＯＳ−Ｏ２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。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、Ｓｉ源としてジクロロシラン：ＳｉＨ２Ｃ
ｌ２、窒素源としてアンモニア:ＮＨ３を用いる。このＳ
ｉＨ２Ｃｌ２−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Ｎ
Ｈ３を用いたＳｉＨ４−ＮＨ３系ガスが挙げられる。基
板温度は３００℃〜４００℃が好ましい。
【００１８】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、
半導体基板前面に渡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。
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、
半導体基板前面に渡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。
【００１９】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を取り付けてある常盤を有す
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(１０００ｇｆ／ｃｍ２)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。
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を取り付けてある常盤を有す
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(１０００ｇｆ／ｃｍ２)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。
【００２０】研磨終了後の半導体基板は、流水中で良く
洗浄後、スピンドライヤー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ロー・トレンチを
形成した後、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、所望の総数の半導体を製造す
る。
洗浄後、スピンドライヤー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ロー・トレンチを
形成した後、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、所望の総数の半導体を製造す
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
線盤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。
成された酸化珪素膜だけでなく、所定の配線を有する配
線盤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。
【００２２】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
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℃の空気中で２時間焼成する
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。さらに、得られ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し、酸化セリウム粒子を得
た。
白金製容器に入れ、８００℃の空気中で２時間焼成する
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。さらに、得られ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し、酸化セリウム粒子を得
た。
【００２３】(酸化セリウムスラリーの作製)上記作製し
た酸化セリウム粒子１０００ｇとポリアクリル酸アンモ
ニウム塩水溶液(４０重量％)４０ｇと脱イオン水８９６
０ｇ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のデプスフィルターでろ
過した。スラリー粒子をレーザ回折式粒度分布計（Ｍａ
ｌｖｅｒｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製、Ｍａｓｔｅｒ
ｓｉｚｅｒ ３０００ＨＳ）を用い、屈折率：１．９２
８５、光源：Ｈｅ−Ｎｅレーザ、吸収０の条件で、原液
について測定した結果、二次粒子径の平均値は２００ｎ
ｍであった。また、二次粒子径分布から求まる、二次粒
子径が３μｍ以上の粒子含有率は、０．２％であった。
た酸化セリウム粒子１０００ｇとポリアクリル酸アンモ
ニウム塩水溶液(４０重量％)４０ｇと脱イオン水８９６
０ｇ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のデプスフィルターでろ
過した。スラリー粒子をレーザ回折式粒度分布計（Ｍａ
ｌｖｅｒｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ製、Ｍａｓｔｅｒ
ｓｉｚｅｒ ３０００ＨＳ）を用い、屈折率：１．９２
８５、光源：Ｈｅ−Ｎｅレーザ、吸収０の条件で、原液
について測定した結果、二次粒子径の平均値は２００ｎ
ｍであった。また、二次粒子径分布から求まる、二次粒
子径が３μｍ以上の粒子含有率は、０．２％であった。
【００２４】(層間絶縁膜の研磨)２００ｍｍＳｉウェハ
上にＴＥＯＳ−プラズマＣＶＤ法で酸化珪素絶縁膜を
１．０μｍの厚さで形成した。このウェハをホルダーに
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
らに加工圧力が３０ｋＰａになるように重しを載せた。
上記のスラリーを脱イオン水で５倍に希釈したスラリー
(固形分:１重量％)を容器に入れ、撹拌しながらポンプ
で配管を通じて定盤上に供給できるようにした。このと
き、容器、配管内ともに沈降は見られなかった。定盤上
にスラリーを５０ｍｌ／ｍｉｎの速度で滴下しながら、
定盤を５０ｒｐｍで９０秒間回転させ、絶縁膜を研磨し
た。研磨後ウェハをホルダーから取り外して、純水を流
しながら、ＰＶＡスポンジブラシで洗浄した。洗浄後、
ウェハをスピンドライヤーで水滴を除去した。光干渉式
膜厚測定装置を用いて、研磨前後の膜厚変化を測定した
結果、この研磨により酸化珪素膜は７２０ｎｍ（研磨速
度：３６０ｎｍ／ｍｉｎ）、窒化珪素膜は２０ｎｍ（研
磨速度：１０ｎｍ／ｍｉｎ）の膜厚減少を示した。研磨
速度比は３６であった。また、光学顕微鏡を用いて絶縁
膜表面を観察したところ、明確な傷は見られなかった。
上にＴＥＯＳ−プラズマＣＶＤ法で酸化珪素絶縁膜を
１．０μｍの厚さで形成した。このウェハをホルダーに
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
らに加工圧力が３０ｋＰａになるように重しを載せた。
上記のスラリーを脱イオン水で５倍に希釈したスラリー
(固形分:１重量％)を容器に入れ、撹拌しながらポンプ
で配管を通じて定盤上に供給できるようにした。このと
き、容器、配管内ともに沈降は見られなかった。定盤上
にスラリーを５０ｍｌ／ｍｉｎの速度で滴下しながら、
定盤を５０ｒｐｍで９０秒間回転させ、絶縁膜を研磨し
た。研磨後ウェハをホルダーから取り外して、純水を流
しながら、ＰＶＡスポンジブラシで洗浄した。洗浄後、
ウェハをスピンドライヤーで水滴を除去した。光干渉式
膜厚測定装置を用いて、研磨前後の膜厚変化を測定した
結果、この研磨により酸化珪素膜は７２０ｎｍ（研磨速
度：３６０ｎｍ／ｍｉｎ）、窒化珪素膜は２０ｎｍ（研
磨速度：１０ｎｍ／ｍｉｎ）の膜厚減少を示した。研磨
速度比は３６であった。また、光学顕微鏡を用いて絶縁
膜表面を観察したところ、明確な傷は見られなかった。
【００２５】
【発明の効果】本発明により酸化セリウム粒子、分散剤
及び水を含むＣＭＰ研磨剤を提供することができる。ま
た、このＣＭＰ研磨剤を用いて、被研磨膜上に研磨傷を
発生することなく高速研磨し、高平坦化することが可能
な基板の研磨方法を適用できる。
及び水を含むＣＭＰ研磨剤を提供することができる。ま
た、このＣＭＰ研磨剤を用いて、被研磨膜上に研磨傷を
発生することなく高速研磨し、高平坦化することが可能
な基板の研磨方法を適用できる。
Claims (2)
- 【請求項１】 酸化セリウム粒子において二次粒子径が
３μｍ以上の粒子含有率が１％以下である、酸化セリウ
ム粒子、分散剤および水を含むＣＭＰ研磨剤。 - 【請求項２】 酸化セリウム粒子において二次粒子径が
３μｍ以上の粒子含有率が１％以下である、酸化セリウ
ム粒子、分散剤および水を含むＣＭＰ研磨剤を研磨定盤
上の研磨パッドに供給することにより、酸化セリウム粒
子の酸化珪素絶縁膜表面への付着を抑制し、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
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001370215A JP2003171653A (ja) | 2001-12-04 | 2001-12-04 | Ｃｍｐ研磨剤及び基板の研磨法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001370215A JP2003171653A (ja) | 2001-12-04 | 2001-12-04 | Ｃｍｐ研磨剤及び基板の研磨法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003171653A true JP2003171653A (ja) | 2003-06-20 |
Family
ID=19179473
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001370215A Pending JP2003171653A (ja) | 2001-12-04 | 2001-12-04 | Ｃｍｐ研磨剤及び基板の研磨法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003171653A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005017989A1 (ja) * | 2003-08-14 | 2005-02-24 | Hitachi Chemical Co., Ltd. | 半導体平坦化用研磨剤 |
| US8591612B2 (en) | 2005-10-19 | 2013-11-26 | Hitachi Chemical Co., Ltd. | Cerium oxide slurry, cerium oxide polishing slurry and method for polishing substrate using the same |
-
2001
- 2001-12-04 JP JP2001370215A patent/JP2003171653A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005017989A1 (ja) * | 2003-08-14 | 2005-02-24 | Hitachi Chemical Co., Ltd. | 半導体平坦化用研磨剤 |
| JPWO2005017989A1 (ja) * | 2003-08-14 | 2007-10-04 | 日立化成工業株式会社 | 半導体平坦化用研磨剤 |
| CN100409412C (zh) * | 2003-08-14 | 2008-08-06 | 日立化成工业株式会社 | 半导体平坦化用研磨剂及其制造方法 |
| JP4555944B2 (ja) * | 2003-08-14 | 2010-10-06 | 日立化成工業株式会社 | 半導体平坦化用研磨剤およびその製造方法 |
| US8439995B2 (en) | 2003-08-14 | 2013-05-14 | Hitachi Chemical Co., Ltd. | Abrasive compounds for semiconductor planarization |
| US8591612B2 (en) | 2005-10-19 | 2013-11-26 | Hitachi Chemical Co., Ltd. | Cerium oxide slurry, cerium oxide polishing slurry and method for polishing substrate using the same |
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