JP2003347245A - 半導体絶縁膜用ｃｍｐ研磨剤及び基板の研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 層間絶縁膜、ＢＰＳＧ膜、シャロー・トレン
チ分離用絶縁膜を平坦化するＣＭＰ技術において、酸化
珪素膜等の無機絶縁膜の研磨を効率的、高速に、かつプ
ロセス管理も容易に行うことができる研磨剤及び研磨法
を提供する。 【解決手段】 酸化セリウム粒子、分散剤、吸水性高分
子粒子及び水を含む半導体絶縁膜用ＣＭＰ研磨剤、及
び、この半導体絶縁膜用ＣＭＰ研磨剤を用いる研磨方法
であって、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、半導体絶縁膜用ＣＭＰ研磨剤を膜
と研磨布との間に供給しながら、基板と研磨定盤を動か
して膜を研磨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、半導体素子製造技
術である、基板表面の平坦化工程、特に、層間絶縁膜、
ＢＰＳＧ（ボロン、リンをドープした二酸化珪素膜）膜
の平坦化工程、シャロー・トレンチ分離の形成工程等に
おいて使用される半導体絶縁膜用ＣＭＰ研磨剤（以下、
ＣＭＰ研磨剤と呼ぶことがある）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、ＢＰＳＧ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
絶縁膜等の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。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、ｐ
Ｈ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でなく、実用化に
は低研磨速度という技術課題があった。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。

【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。
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。

【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、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。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、層間絶縁
膜、ＢＰＳＧ膜、シャロー・トレンチ分離用絶縁膜を平
坦化するＣＭＰ技術において、酸化珪素膜等の無機絶縁
膜の研磨を効率的、高速に、かつプロセス管理も容易に
行うことができる研磨剤及び研磨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、酸化セリウム
粒子、分散剤、吸水性高分子粒子及び水を含む半導体絶
縁膜用ＣＭＰ研磨剤（以下、ＣＭＰ研磨剤と呼ぶことが
ある）に関する。本発明は、また、吸水性高分子粒子
が、アクリル酸、メタクリル酸、アクリルアミド、ビニ
ルアルコール、アクリロニトリル、ビニルピロリドン、
エチレンオキサイド、セルロース及びデンプンからなる
群から選ばれる少なくとも１種類を共重合成分として含
有する架橋重合体又はグラフト共重合体である上記の半
導体絶縁膜研磨用ＣＭＰ研磨剤に関する。本発明は、ま
た、吸水性高分子粒子の添加量が、研磨剤１００重量部
に対して０．０１重量部以上１重量部以下である上記の
半導体絶縁膜用ＣＭＰ研磨剤に関する。本発明は、ま
た、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、上記の半導体絶縁膜用ＣＭＰ研磨剤を膜
と研磨布との間に供給しながら、基板と研磨定盤を動か
して膜を研磨する基板の研磨方法に関する。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明のＣＭＰ研磨剤は、酸化セ
リウム粒子、分散剤、吸水性高分子粒子及び水を含むも
のである。一般に酸化セリウムは、炭酸塩、硝酸塩、硫
酸塩、しゅう酸塩等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。

【０００９】本発明において、酸化セリウム粒子を作製
する方法として焼成又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。

【００１０】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て分散液（又はスラリー）とし、
さらに吸水性高分子粒子を添加することによって得られ
る。ここで、分散液中の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。

【００１１】また、分散剤としては、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１
０ｐｐｍ以下に抑えることが好ましく、例えば、ポリア
クリル酸アンモニウム塩や、共重合成分としてアクリル
酸アンモニウム塩を含む高分子分散剤が好ましい。ま
た、ポリアクリル酸アンモニウム塩や共重合成分として
アクリル酸アンモニウム塩を含む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、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、ポリビニルピロリドン、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、分散液（又はスラリー）中やＣＭ
Ｐ研磨剤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
速度が得られなくなることがあり、分散剤の分子量が５
０，０００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ことがあるからである。

【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、湿式ボールミル等を用
いることができる。こうして作製された分散液又はＣＭ
Ｐ研磨剤中の酸化セリウム粒子の平均粒径（又は粒度分
布の中央値）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０．０１μ
ｍ未満であると研磨速度が低くなりすぎることがあり、
１．０μｍを超えると研磨する膜に傷がつきやすくなる
ことがあるからである。

【００１３】また、吸水性高分子粒子としては、例え
ば、アクリル酸、メタクリル酸、アクリルアミド、ビニ
ルアルコール、アクリロニトリル、ビニルピロリドン、
エチレンオキサイド、セルロース及デンプンからなる群
から選ばれる少なくとも１種類を共重合成分として含む
架橋重合体又はグラフト共重合体を用いることができ
る。例えば、アクリル酸、メタクリル酸、アクリルアミ
ド、ビニルアルコール、アクリロニトリル、ビニルピロ
リドン及びエチレンオキサイドからなる群から選ばれる
少なくとも１種類の共重合成分を含有する架橋重合体
や、これら共重合成分をデンプン、セルロースにグラフ
ト共重合したものが好ましく使用される。また吸水性高
分子粒子は、セルロース、デンプンをカルボキシメチル
化したものであってもよい。吸水性高分子粒子を形成す
る吸水性高分子の重量平均分子量は、特に制限はない
が、例えば５００〜５００万の範囲が好ましい。吸水性
高分子粒子の添加量は、研磨剤１００重量部に対して、
０．０１重量部以上１重量部以下の範囲が好ましい。添
加量が少なすぎると高平坦化特性が得られず、多すぎる
とゲル化のため流動性が低下する場合がある。

【００１４】また、本発明のＣＭＰ研磨剤中の酸化セリ
ウム粒子の濃度は、特に制限はないが、通常、０．１〜
１０重量％の範囲が好ましい。本発明のＣＭＰ研磨剤
は、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、吸水性高分子粒子及び水からなる添
加液とを分けたＣＭＰ研磨剤として保存しても、また予
め吸水性高分子粒子を配合したＣＭＰ研磨剤として保存
しても安定した特性が得られる。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するか、予
め吸水性高分子粒子を含む研磨剤を研磨定盤上に供給す
る方法がとられる。

【００１５】本発明の基板の研磨方法では、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、
本発明のＣＭＰ研磨剤を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して膜を研磨する。ここで、
基板と研磨定盤を動かすとは、膜と研磨布とがＣＭＰ研
磨剤を介して擦れ合うように基板及び研磨定盤のいずれ
か一方又は両方を動かすことを意味する。

【００１６】本発明のＣＭＰ研磨剤を使用して研磨する
膜の一例である無機絶縁膜の基板上への作製方法とし
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、Ｃ
ＶＤ後１０００℃又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６７〜４００Ｐａの範囲が好ま
しい。このように、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９０
０℃の高温で行わせることにより得られる。プラズマＣ
ＶＤ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３００℃〜４００℃が好まし
い。

【００１７】基板としては、例えば、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等の無機絶
縁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。

【００１８】ここで、研磨に用いる装置としては、半導
体基板等の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）研磨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ＣＭＰ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、研
磨定盤の回転速度は半導体基板等の基板が飛び出さない
ように２００ｒｐｍ以下、より好ましくは１０〜２００
ｒｐｍの低回転が好ましく、半導体基板等の基板にかけ
る圧力は研磨後に傷が発生しないように９．８×１０^４
Ｐａ以下（１ｋｇ／ｃｍ^２以下）、より好ましくは１．
０〜９．８×１０^４Ｐａ（０．１〜１ｋｇ／ｃｍ^２）が
好ましい。研磨している間、研磨布と被研磨膜との間に
はＣＭＰ研磨剤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ＣＭＰ研磨剤
で覆われていることが好ましく、例えば、１０〜１００
０ｍｌ／ｍｉｎで供給することが好ましい。

【００１９】研磨終了後の半導体基板等の基板は、流水
中で良く洗浄後、スピンドライヤ等を用いて基板上に付
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。また、例えば、上記のようにして半導体基板に平坦
化されたシャロー・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ことができる。

【００２０】凹凸が存在する被研磨膜（例えば、酸化珪
素膜）のグローバル平坦化を達成するには、凸部が選択
的に研磨されることが必要である。本発明の吸水性高分
子粒子を含有する研磨剤を用いると、酸化セリウム粒子
と被研磨膜との間で吸水性高分子粒子が緩衝剤として作
用する。すなわち、実効研磨荷重の小さい凹部の被研磨
膜は保護されるが、実効研磨荷重の大きい凸部被研磨膜
は吸水性高分子粒子が排除されることで選択的に研磨さ
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。

【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等だけでなく、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、Ｔｉ
Ｎ、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、本発明の実施例及びその比較例によっ
て本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの
実施例に限定されるものではない。 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０．５〜１
μｍ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及び酸化セリウム
研磨剤の作製）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％）２３
ｇ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％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。上記の酸化セリ
ウムスラリー（固形分：５重量％）６００ｇと吸水性高
分子粒子として橋架けポリアクリル酸６ｇと脱イオン水
２３９４ｇを混合して、吸水性高分子粒子を添加した酸
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、研磨剤中の酸化
セリウム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】（絶縁膜層の研磨）直径２００ｍｍのＳｉ
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２
０００ｎｍ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直径６００ｍｍの定盤上に酸
化珪素膜面を下にしてホルダーを載せ、さらに加工荷重
を２．９４×１０^４Ｐａ（３００ｇｆ／ｃｍ^２）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２００ｍｌ／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、酸化珪
素膜を研磨した。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５
ｍｍ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１ｍ
ｍのライン部分の研磨速度Ｒ_１は３４４ｎｍ／分（研磨
量１３７７ｎｍ）、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１３３
８ｎｍ）、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。

【００２５】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。

【００２６】（酸化セリウムスラリー及び酸化セリウム
研磨剤の作製）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％）２３
ｇ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％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１９０ｎ
ｍであった。

【００２７】（絶縁膜層の研磨）直径２００ｍｍのＳｉ
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２
０００ｎｍ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直径６００ｍｍの定盤上に酸
化珪素膜面を下にしてホルダーを載せ、さらに加工荷重
を２．９４×１０^４Ｐａ（３００ｇｆ／ｃｍ^２）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２００ｍｌ／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、酸化珪
素膜を研磨した。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４９７
ｎｍ／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０．７
６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Ａｌ配線まで達してしまった。

【００２８】比較例２ （絶縁膜層の研磨）直径２００ｍｍのＳｉ基板上にライ
ン／スペース 幅が０．０５〜５ｍｍで高さが１０００
ｎｍのＡｌ配線のライン部を形成した後、その上にＴＥ
ＯＳ−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する。酸化セリウム研磨剤
の代わりに市販シリカスラリーを用いた以外は実施例１
と同様にして、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１２．５ｗｔ％含
んでいるものである。研磨条件は実施例１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１４
１６ｎｍ）、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１０９２ｎ
ｍ）、ライン／スペース幅５ｍｍのライン部分の研磨速
度Ｒ_５は１６９ｎｍ／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。

【００２９】

【発明の効果】本発明により、層間絶縁膜、ＢＰＳＧ
膜、シャロー・トレンチ分離用絶縁膜等を平坦化するＣ
ＭＰ技術において、酸化珪素膜等の無機絶縁膜の研磨を
効率的、高速に、かつプロセス管理も容易に行うことが
できる研磨剤及び研磨法を提供することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 芳賀 浩二 茨城県日立市東町四丁目13番１号 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 CB03 DA02 DA17

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸化セリウム粒子、分散剤、吸水性高分
   子粒子及び水を含む半導体絶縁膜用ＣＭＰ研磨剤。
2. 【請求項２】 吸水性高分子粒子が、アクリル酸、メタ
   クリル酸、アクリルアミド、ビニルアルコール、アクリ
   ロニトリル、ビニルピロリドン、エチレンオキサイド、
   セルロース及びデンプンからなる群から選ばれる少なく
   とも１種類を共重合成分として含む架橋重合体又はグラ
   フト共重合体である請求項１記載の半導体絶縁膜用ＣＭ
   Ｐ研磨剤。
3. 【請求項３】 吸水性高分子粒子の添加量が、半導体絶
   縁膜用ＣＭＰ研磨剤１００重量部に対して０．０１重量
   部以上１重量部以下である請求項１又は２記載の半導体
   絶縁膜用ＣＭＰ研磨剤。
4. 【請求項４】 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１〜３いずれか記載の
   半導体絶縁膜用ＣＭＰ研磨剤を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して膜を研磨する基板
   の研磨方法。