JP2003347248A - 半導体絶縁膜用cmp研磨剤及び基板の研磨方法 - Google Patents

半導体絶縁膜用cmp研磨剤及び基板の研磨方法

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JP2003347248A
JP2003347248A JP2002153613A JP2002153613A JP2003347248A JP 2003347248 A JP2003347248 A JP 2003347248A JP 2002153613 A JP2002153613 A JP 2002153613A JP 2002153613 A JP2002153613 A JP 2002153613A JP 2003347248 A JP2003347248 A JP 2003347248A
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Japan
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polishing
insulating film
film
cmp
substrate
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JP2002153613A
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English (en)
Inventor
Naoyuki Koyama
直之 小山
Hiroto Otsuki
裕人 大槻
Koji Haga
浩二 芳賀
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Showa Denko Materials Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Chemical Co Ltd
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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 、層間絶縁膜、BPSG膜、シャロー・トレ
ンチ分離用絶縁膜等を平坦化する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、水溶性有機
化合物及び水を含む半導体絶縁膜用CMP研磨剤であっ
て、水溶性有機化合物が、無機絶縁膜に吸着するもので
ある半導体絶縁膜用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、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。

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研磨剤及びこれ
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】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、水溶性有機化合物及び水を含む半導体絶
縁膜用CMP研磨剤であって、水溶性有機化合物が、無
機絶縁膜に吸着するものであることを特徴とする半導体
絶縁膜用CMP研磨剤に関する。本発明は、また、水溶
性有機化合物が、無機絶縁膜に吸着し、温度が上昇する
と脱着することを特徴とする上記の半導体絶縁膜用CM
P研磨剤に関する。本発明は、また、無機絶縁膜が、酸
化珪素膜又は窒化珪素膜である上記の半導体絶縁膜用C
MP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)は、酸化
セリウム粒子、分散剤、水溶性有機化合物及び水を含
み、水溶性有機化合物として、CMP研磨剤が無機絶縁
膜に接触した場合に、無機絶縁膜に吸着(加着)するも
のが用いられる。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30
0nm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、
さらに水溶性有機化合物を加え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。
【0012】これらの分散剤の添加量は、分散液(又は
スラリー)中やCMP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、1,000〜1
0,000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いことがあり、分散
剤の分子量が50,000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。
【0013】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(又はス
ラリー)中及びCMP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0.01μm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。
【0014】水溶性有機化合物は、CMP研磨剤が被研
磨膜である無機絶縁膜、例えば酸化珪素膜や窒化珪素膜
に接触したときに、無機絶縁膜に吸着(加着)するもの
であればに特に制約はないが、例えば、水溶性高分子又
は界面活性剤が好適に用いられる。また、水溶性有機化
合物は、CMP研磨剤が被研磨膜である無機絶縁膜、例
えば酸化珪素膜や窒化珪素膜に接触したときに、無機絶
縁膜に吸着(加着)し、さらに温度が上昇したときに、
脱着するものであることが好ましい。このような水溶性
高分子及び界面活性剤の例としては、下記のものが挙げ
られる。水溶性高分子としては、例えば、ポリビニルピ
ロリドン、ポリビニルアセターール、ポリビニルホルマ
ール、ポリビニルブチラール、ポリビニルピロリドン−
ヨウ素錯体、ポリビニル(5−メチル−2−ピロリジノ
ン)、ポリビニル(2−ピペリジノン)、ポリビニル
(3,3,5−トリメチル−2−ピロリジノン)、ポリ
(N−ビニルカルバゾール)、ポリ(N−アルキル−ビ
ニルカルバゾール)、ポリ(N−アルキル−3−ビニル
カルバゾール)、ポリ(N−アルキル−4−ビニルカル
バゾール)、ポリ(N−ビニル−3,6−ジブロモカル
バゾール)、ポリビニルフェニルケトン、ポリビニルア
セトフェノン、ポリ(4−ビニルピリジン)、ポリ(4
−β−ヒドロキシエチルピリジン)、ポリ(2−ビニル
ピリジン)、ポリ(2−β−ビニルピリジン)、ポリ
(4−ビニルピリジン)、ポリ(4−ヒドロキシエチル
ピリジン)、ポリ(4−ビニルピリジニウム塩)、ポリ
(α−メチルスチレン−co−4−ビニルピリジニウム
塩酸塩)、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
カリウム)、ポリ(N−ビニルイミダゾール)、ポリ
(4−ビニルイミダゾール)、ポリ(5−ビニルイミダ
ゾール)、ポリ(1−ビニル−4−メチルオキサゾリジ
ノン)、ポリビニルアセトアミド、ポリビニルメチルア
セトアミド、ポリビニルエチルアセトアミド、ポリビニ
ルフェニルアセトアミド、ポリビニルメチルプロピオン
アミド、ポリビニルエチルプロピオンアミド、ポリビニ
ルメチルイソブチルアミド、ポリビニルメチルベンジル
アミド、ポリ(メタ)アクリル酸、ポリ(メタ)アクリ
ル酸誘導体、ポリ(メタ)アクリル酸アンモニウム塩、
ポリビニルアルコール、ポリビニルアルコール誘導体、
ポリアクロレイン、ポリアクリロニトリル、ポリ酢酸ビ
ニル、ポリ(酢酸ビニル−co−メタクリル酸メチ
ル)、ポリ(酢酸ビニル−co−ピロリジン)、ポリ
(酢酸ビニル−co−アセトニトリル)、ポリ(酢酸ビ
ニル−co−N,N−ジアリルシアニド)、ポリ(酢酸
ビニル−co−N,N−ジアリルアミン)、ポリ(酢酸
ビニル−co−エチレン)等の化合物が挙げられる。水
溶性高分子の重量平均分子量は500以上であることが
好ましく、その上限は特にないが、500万以下である
ことが溶解性の面で好ましい。界面活性剤としては非イ
オン性界面活性剤、陰イオン性界面活性剤が挙げられ、
特にアルカリ金属を含まないものが好ましい。それらの
中でも、ポリエチレングリコール型非イオン性界面活性
剤、グリコール類、グリセリン脂肪酸エステル、ソルビ
ット脂肪酸エステル、脂肪酸アルカノールアミド、アル
コール硫酸エステル塩、アルキルエーテル硫酸エステル
塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルリン酸エ
ステルから選ばれる少なくとも1種がより好ましい。
【0015】水溶性有機化合物の添加量は、CMP研磨
剤100重量部に対して0.01〜30重量部の範囲が
好ましい。添加量が少なすぎると添加効果が現れない場
合があり、多すぎると研磨速度が低下してしまう場合が
ある。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。
【0016】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、
水溶性有機化合物及び水からなる添加液とを分けたCM
P研磨剤として保存しても、また予め水溶性有機化合物
を含んだ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、予め水溶性有機化合物を含
むCMP研磨剤を研磨定盤上に供給する方法がとられ
る。
【0017】凹凸が存在する被研磨膜(酸化珪素膜等)
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。本発明の水溶性有機化合物
を含有する研磨剤を用いると、被研磨膜表面に形成され
た該水溶性有機化合物の被膜が緩衝剤として作用し、研
磨を抑制する。一方、実効研磨荷重の大きい凸部被研磨
膜表面は摩擦が大きく、温度が上昇しやすいため、該水
溶性有機化合物が脱着しやすく選択的に研磨が進行し、
グローバル平坦化が達成可能となる。
【0018】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。
【0019】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、酸素源として酸素:Oを用い
る。このSiH−O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−O−PH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、酸素源としてNOを用いたSiH
−NO系ガスとテトラエトキシシラン(TEOS)
をSi源に用いたTEOS−O 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:
SiHCl 、窒素源としてアンモニア:NH
用いる。このSiHCl−NH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
窒素源としてNHを用いたSiH−NH系ガスが
挙げられる。基板温度は300℃〜400℃が好まし
い。
【0020】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。
【0021】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
Pa以下(1kg/cm以下)、より好ましくは1.
0〜9.8×10Pa(0.1〜1kg/cm)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。
【0022】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。
【0023】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の無機絶縁膜だけでなく、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、S
iC、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。
【0024】
【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。
【0025】(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、
酸化セリウム粒子径の中央値が190nmであった。上
記の酸化セリウムスラリー(固形分:5重量%)600
gと水溶性有機化合物としてポリビニルピロリドン3g
と脱イオン水2397gを混合して、水溶性有機化合物
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。
【0026】(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2.94×10Pa(300gf/cm)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とライン/スペース 幅3mmのラ
イン部分の研磨速度R、及びライン/スペース 幅5
mmのライン部分の研磨速度Rとの研磨速度比R
及びR/R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は315nm/分(研磨量1259nm)
であり、研磨速度比R/R及びR/R 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。
【0027】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。
【0028】(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。
【0029】(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2.94×10Pa(300gf/cm)に設定
した。定盤上に上記の酸化セリウムスラリー(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とライン/ス
ペース 幅3mmのライン部分の研磨速度R、及びラ
イン/スペース 幅5mmのライン部分の研磨速度R
との研磨速度比R /R及びR/R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は811nm/分(研磨量1216n
m)、ライン/スペース 幅3mmのライン部分の研磨
速度R 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
497nm/分(研磨量746nm)であり、研磨速度
比R/R及びR/Rは、それぞれ0.61及び
0.76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。
【0030】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 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とライン/スペース 幅3mmのライン部
分の研磨速度R、及びライン/スペース幅5mmのラ
イン部分の研磨速度Rとの研磨速度比R/R及び
/R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は169nm/分(研磨量846nm)であり、
研磨速度比R/R及びR/R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。
【0031】
【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 AC04 CB01 CB03 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、水溶性有機
    化合物及び水を含む半導体絶縁膜用CMP研磨剤であっ
    て、水溶性有機化合物が、無機絶縁膜に吸着するもので
    あることを特徴とする半導体絶縁膜用CMP研磨剤。
  2. 【請求項2】 水溶性有機化合物が、無機絶縁膜に吸着
    し、温度が上昇すると脱着することを特徴とする請求項
    1記載の半導体絶縁膜用CMP研磨剤。
  3. 【請求項3】 無機絶縁膜が、酸化珪素膜又は窒化珪素
    膜である請求項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。
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