JP2009266882A - 研磨剤、これを用いた基体の研磨方法及び電子部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 研磨傷なく、グローバルな平坦性を向上させ、かつ研磨終点管理を容易にする酸化セリウムを含む研磨剤、これを用いた基体の研磨方法及び電子部品の製造方法を提供する。
【解決手段】 酸化セリウム粒子、分散剤、少なくとも１種の添加剤及び水を含む研磨剤、被研磨膜を形成した基体を研磨布に押しあて加圧し、上記の研磨剤を被研磨膜と研磨布との間に供給しながら、被研磨膜と研磨布とを相対的に動かして被研磨膜を研磨することを特徴とする基体の研磨方法及び上記の研磨剤により被研磨膜を研磨する工程又は上記の方法によりは被研磨膜を研磨する方法を含むことを特徴とする電子部品の製造方法。
【選択図】 なし

Description

本発明は、半導体素子などの電子部品製造技術における基体表面の平坦化工程、特に、層間絶縁膜の平坦化工程、ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ：浅溝素子分離）の形成工程などにおいて使用される研磨剤、これを用いた基体の研磨方法及び電子部品の製造方法に関する。

現在の半導体装置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、半導体装置などの電子部品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、ＳＴＩ等を行う際に必須となる技術である。

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従来検討されていた。

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などの方法で粒成長させ、ｐＨ調整を行って製造している。
しかしながら、このような研磨剤は、被研磨膜である無機絶縁膜の研磨速度が十分な速度をもたず、実用化には低研磨速度という欠点があった。

一方、フォトマスク、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。

また、シリカ研磨剤に比べ、研磨速度が早い利点がある。
近年、高純度酸化セリウム砥粒を用いた半導体用ＣＭＰ研磨剤が使用されている。例えば、この技術は、特許文献１に開示されている。

しかしながら、酸化セリウム粒子はシリカ粒子に比べ密度が高く、沈降しやすいという欠点がある。
それに対して適当な分散剤を使用することによって分散性が良く、高速研磨性に優れた研磨剤が使用されている。例えば、この技術は、特許文献２に開示されている。

また、酸化セリウム研磨液の研磨速度を制御し、グローバルな平坦性を向上させるために添加剤を加えることが知られている。例えば、この技術は、特許文献３に開示されている。

ＳＴＩ工程においても微細化がすすみ、Ｓｉ基盤上に形成された凹部は狭隘化又は深溝化が進んでいる。そこで、ＳＴＩ工程でのＣＭＰにおいて低研磨傷化が必要な課題となっている。

また、ＳＴＩ工程で使用される絶縁膜は埋め込み性の良い材料及び工程へと変わっている。この絶縁膜の変化により、成膜後の凹凸や硬さ及び反応性が変化した。具体的には凹凸の起伏が緩やかになり、硬さが軟化した。

絶縁膜の凹凸の起伏が緩やかになったことにより、平坦性が従来より得にくくなっている。また、絶縁膜が軟化したことにより、研磨時間が過剰に速くなり研磨終点での時間マージンが狭くなり、終点管理が困難になっている。

特開平１０−１０６９９４号公報 特開平１０−１５２６７３号公報 特開平０８−０２２９７０号公報

本発明は、研磨傷なく、グローバルな平坦性を向上させ、かつ研磨終点管理を容易にする酸化セリウムを含む研磨剤、これを用いた基体の研磨方法及び電子部品の製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、研磨剤のろ過に用いられるフィルタ孔径及び研磨剤に含まれる砥粒濃度と分散剤濃度、添加剤濃度に着目し、鋭意検討して本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は、次の事項に関する。

（１）酸化セリウム粒子、分散剤、少なくとも１種の添加剤及び水を含む研磨剤。
（２）分散剤が、ポリアクリル酸、そのアンモニウム塩及びポリアクリル酸アルキルから選ばれた少なくとも１種類である上記（１）記載の研磨剤。

（３）分散剤が、酸化セリウム粒子１００重量部に対して０．１〜５．０重量部の範囲で含有してなる上記（１）又は（２）記載の研磨剤。
（４）酸化セリウム粒子の平均粒径が、０．１〜０．４μｍである上記（１）〜（３）のいずれかに記載の研磨剤。

（５）酸化セリウム粒子の粒径において１．０μｍ以上の粒子の体積分率が、１．０％以下である上記（１）〜（４）のいずれかに記載の研磨剤。
（６）酸化セリウム粒子が、孔径０．１〜０．３μｍのフィルタでろ過したろ過液から用いられる上記（１）〜（５）のいずれかに記載の研磨剤。

（７）添加剤が、ポリアクリル酸、そのアンモニウム塩及びポリアクリル酸アルキルから選ばれた少なくとも１種類である上記（１）〜（６）のいずれかに記載の研磨剤。
（８）添加剤が、酸化セリウム粒子１００重量部に対して４０〜９０重量部の範囲で含有してなる上記（１）〜（７）のいずれかに記載の研磨剤。

（９）添加剤が、非イオン系界面活性剤から少なくとも１種類を含有してなる上記（１）〜（８）のいずれかに記載の研磨剤。
（１０）ｐＨが、３〜１０である上記（１）〜（９）のいずれかに記載の研磨剤。
（１１）研磨剤が、一液型である上記（１）〜（１０）のいずれかに記載の研磨剤。

（１２）被研磨膜を形成した基体を研磨布に押しあて加圧し、上記（１）〜（１１）のいずれかに記載の研磨剤を被研磨膜と研磨布との間に供給しながら、被研磨膜と研磨布とを相対的に動かして被研磨膜を研磨することを特徴とする基体の研磨方法。

（１３）上記（１）〜（１１）のいずれかに記載の研磨剤により被研磨膜を研磨する工程又は上記（１２）の方法により被研磨膜を研磨する方法を含むことを特徴とする電子部品の製造方法。

本発明の研磨剤は、従来のデバイスや次世代のデバイスにおいて高平坦化可能であり、酸化珪素絶縁膜等の被研磨面を傷なく、研磨することができ、さらには研磨終点管理を容易にする。

また、本発明の研磨剤は、一液型研磨剤であるため、取り扱いが容易であり、供給設備が簡易である。
さらに、本発明の基体の研磨方法及び電子部品の製造方法によれば、被研磨面の平坦性に優れ、研磨終点管理が容易なため工程不具合をなくすことができる。

一般に酸化セリウムは、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、しゅう酸塩のセリウム化合物を酸化することによって得られる。
例えば、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、平均粒径が大きいと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。
また、平均粒径が小さいと研磨速度が低下する。

そこで、本発明で用いる酸化セリウム粒子は、その製造方法を制限するものではないが、酸化セリウム粒子の平均粒径は０．１〜０．４μｍであることが好ましい。
なお、本発明において、酸化セリウム粒子の平均粒径は、必要に応じて酸化セリウムスラリーを適当な濃度に希釈し、レーザ回折散乱式粒度分布計によって酸化セリウム粒子を測定して得られ、平均粒径は体積分布の平均値を採用する。

また、半導体装置などの電子部品製造に係る研磨に使用することから、アルカリ金属、イオウ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。

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又は過酸化水素など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、ジェットミルなどによる乾式粉砕や遊星ビーズミルなど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（１９８０）５２７〜５３２頁に記載されている。

ここで、研磨剤の酸化セリウム粒子の濃度に制限はないが、酸化セリウム粒子の分散性の観点から０．２重量％以上２０重量％以下の範囲が好ましく、０．５重量％〜５重量％の範囲であることがより好ましい。

酸化セリウム粒子の濃度が低いと研磨速度が遅くなり、スループットを悪化させる。
また、酸化セリウム粒子の濃度が高いと十分な分散が得られず凝集を生じ、研磨傷を発生させる。
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。

酸化セリウム粒子は、孔径０．５〜３．０μｍのフィルタでろ過した、ろ液から用いることが好ましい。孔径０．３〜０．５μｍのフィルタでろ過することがより好ましく、孔径０．１〜０．３μｍのフィルタでろ過することがさらに好ましい。

また、ろ過の最良の形態としてフィルタを２段で使用し、上記フィルタを直列でつなぎ使用することが好ましい。

こうして作製された研磨剤中の酸化セリウム粒子の平均粒径は、０．０５〜２．０μｍが好ましく、０．０７〜１．０μｍがより好ましく、０．１〜０．４μｍであることがさらに好ましく、０．１３〜０．２５μｍであることが最も好ましい。酸化セリウム粒子の平均粒径が０．１μｍ未満であると研磨速度が低くなりすぎ、０．４μｍを超えると研磨する膜に傷がつきやすくなるからである。
なお、上記平均粒径は、レーザ回折式粒度分布計（マルバーン社製商品名マスターサイザ）で測定した粒子径の中央値を採用する。

また、研磨傷に対しては大粒子の存在確率も重要で、粒径で１．０μｍ以上の酸化セリウム粒子の体積分率が１．０％以下の範囲であることが好ましく、０．５％以下であることがより好ましい。１．０μｍ以上の酸化セリウム粒子の体積分率が大き過ぎると研磨傷を引き起こす原因に繋がる場合がある。

本発明における研磨剤は、酸化セリウム粒子、分散剤、添加剤、水を含んで構成される一液式研磨剤又は酸化セリウム粒子、分散剤及び水を含む酸化セリウムスラリーと、添加剤及び水からなる添加液とを分けた二液式研磨剤として調製することができる。いずれの場合も、安定した特性を得ることができる。

酸化セリウムスラリーと添加液とを分けた二液式研磨剤として保存する場合、これら二液の配合を任意に変えられることにより平坦化特性と研磨速度の調整が可能となる。二液式の場合、添加液は、酸化セリウムスラリーと別々の配管で送液し、これらの配管を合流させて供給配管出口の直前で混合して研磨定盤上に供給する方法か、研磨直前に酸化セリウムスラリーと混合する方法がとられる。

本発明の分散剤としては、例えば、（Ａ）ポリアクリル酸、そのアンモニウム塩及びポリアクリル酸アルキル、（Ｂ）メタクリル酸又はアクリル酸の誘導体モノマ及び（Ｃ）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種類などが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２類以上併用してもよい。

分散剤として（Ａ）ポリアクリル酸及びそのアンモニウム塩、ポリアクリル酸アルキルから選ばれた少なくとも１種類（以下、分散剤（Ａ）という）を用いるのが好ましい。前記分散剤（Ａ）の濃度は、砥粒として用いる酸化セリウム粒子１００重量部に対して０．１〜５．０重量部であることが好ましく、０．１〜２．０重量部であることがより好ましい。分散剤の濃度が薄すぎると砥粒自身の安定性が低下する傾向があり、また分散剤の濃度が濃すぎると砥粒の凝集性に繋がる傾向がある。

分散剤（Ａ）の重量平均分子量は、１００〜１５０，０００が好ましく、１，０００〜２０，０００がより好ましい。なお、本発明において重量平均分子量はＧＰＣで測定し、標準ポリオキシエチレン換算した値である。

電子部品製造に係る研磨に使用することから、分散剤（Ａ）〜（Ｃ）中の、ナトリウムイオン、カリウムイオン等のアルカリ金属、イオウ及びハロゲン類の不純物含有率は１０ｐｐｍ以下に抑えることが好ましい。

分散剤は、特にポリアクリル酸アンモニウム塩であることが好ましい。
研磨剤における添加剤は、電子部品製造に係る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、ハロゲン類及びイオウの含有率は１０ｐｐｍ以下に抑えることが好ましい。

添加剤としては、例えば、（Ａ）ポリアクリル酸、そのアンモニウム塩及びポリアクリル酸アルキルから選ばれた少なくとも１種類などが挙げられ、第一の添加剤は、これらの添加剤から、１種類以上用いることが好ましい。
第二の添加剤として水溶性非イオン性添加剤から１種類以上用いることが好ましい。

水溶性非イオン性添加剤としては、例えば、ポリオキシプロピレンポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンエーテル誘導体、ポリオキシプロピレングリセリルエーテル、ポリエチレングリコール、メトキシポリエチレングリコール、アセチレン系ジオールのオキシエチレン付加体等のエーテル型界面活性剤；ソルビタン脂肪酸エステル、グリセロールボレイト脂肪酸エステル等のエステル型界面活性剤；ポリオキシエチレンアルキルアミン等のアミノエーテル型界面活性剤；ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレングリセロールボレイト脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルエステル等のエーテルエステル型界面活性剤；脂肪酸アルカノールアミド、ポリオキシエチレン脂肪酸アルカノールアミド等のアルカノールアミド型界面活性剤が挙げられる。

そのほかの添加剤としてアンモニア、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）等のｐＨ調整剤、Ｎ，Ｎ−ジエチルエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルエタノールアミン、アミノエチルエタノールアミン等を添加して研磨剤とすることができる。

第一の添加剤の添加量は、研磨剤中の粒子の分散性及び沈降防止、さらに平坦性特性の維持と添加剤の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、１０重量部以上１０００重量部以下の範囲が好ましく、４０重量部以上９０重量部以下の範囲であることがより好ましい。添加量が１０重量部未満であると十分な平坦化特性が得られにくく、１０００重量部を超えると研磨速度が低下や凝集を引き起こす傾向があるためである。

さらには、研磨傷低減の観点から、第一の添加剤に加えて、第一の添加剤とは異なる第二の添加剤を添加することが好ましく、かかる第二の添加剤として水溶性非イオン性添加剤が好ましい。
水溶性非イオン性添加剤は、酸化セリウム粒子１００重量部に対して、０．００１重量部以上１０重量部以下の範囲が好ましい。

本発明の研磨剤は、上記の分散剤及び少なくとも一種の添加剤を含む研磨剤をそのまま使用してもよいが、さらに他の添加剤としてアンモニア、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）等のｐＨ調整剤、Ｎ，Ｎ−ジエチルエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルエタノールアミン、アミノエチルエタノールアミン等を添加して研磨剤とすることができる。

研磨剤中の水の配合量は残部でよく、含有されていれば特に制限はない。
さらに、本発明の研磨剤には、着色剤、水以外の溶媒等の、一般に研磨剤に使用される材料を、研磨剤の作用効果を損なわない範囲で添加しても良い。

本発明の研磨剤のｐＨは、３〜１０の範囲にあるのが好ましい。
ｐＨが低すぎても高すぎても研磨剤の保存安定性の低下に繋がり傷発生の原因となるおそれがある。ｐＨは酸成分又はアンモニア、水酸化ナトリウム、ＴＭＡＨ等のアルカリ成分の添加によって調整可能である。

本発明の研磨剤の粘度は、特に制限はないが、０．５〜５ｍＰａ・ｓの範囲であることが好ましい。
粘度が高すぎても低すぎても研磨剤の保管安定性を低下させる傾向がある。なお、上述の二液式研磨剤の場合にも、保管安定性を得るためには酸化セリウムスラリーの粘度が０．５〜５ｍＰａ・ｓであることが好ましい。

本発明の研磨方法は、被研磨膜を形成した基体を研磨布に押しあて加圧し、本発明の研磨剤を被研磨膜と研磨布との間に供給しながら、基体の被研磨膜と研磨布とを相対的に動かして被研磨膜を研磨することを特徴とする。

基体として、例えば、半導体装置製造に係る基板、具体的には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などの半導体基板上に、無機絶縁層が形成された基板などが挙げられる。

そして、被研磨膜は、前記無機絶縁層、例えば酸化珪素膜層あるいは窒化珪素膜層及び酸化珪素膜層等が挙げられる。
このような被研磨膜を上記研磨剤で研磨することによって、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。

本発明の研磨方法において、研磨する装置としては、被研磨面を有する基体を保持するホルダーと、研磨布（パッド）を貼り付けられ、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とを有する一般的な研磨装置が使用できる。
例えば、荏原製作所株式会社製、研磨装置：型番ＥＰＯ１１１が使用できる。

基体の被研磨面を研磨布に押圧した状態で研磨布と被研磨膜とを相対的に動かすには、具体的には基体と研磨定盤との少なくとも一方を動かせば良い。
研磨定盤を回転させる他に、ホルダーを回転や揺動させて研磨しても良い。
また、研磨定盤を遊星回転させる研磨方法、ベルト状の研磨布を長尺方向の一方向に直線状に動かす研磨方法等が挙げられる。

なお、ホルダーは固定、回転、揺動のいずれの状態でも良い。
これらの研磨方法は、研磨布と被研磨膜とを相対的に動かすのであれば、被研磨面や研磨装置により適宜選択できる。

研磨条件には制限はないが、定盤の回転速度は半導体基板が飛び出さないように２００ｍｉｎ^−１以下の低回転が好ましく、研磨布の半導体基板にかける圧力（加工荷重）は、研磨後に傷が発生しないように１ｋｇ／ｃｍ^２（９８ｋＰａ）以下が好ましい。
研磨速度の被研磨面内均一性及びパターンの平坦性を満足するためには、５ｋＰａ〜５０ｋＰａであることがより好ましい。

研磨している間、研磨布と被研磨膜との間にはスラリー状の本発明の研磨剤をポンプなど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研磨剤で覆われていることが好ましい。具体的には、研磨布面積１ｃｍ^２当たり、０．００５〜０．４０ｍｌ供給されることが好ましい。

二液式研磨剤の供給形態は、上記したように別々でも直前混合でもよい。
研磨終了後の基体は、流水中で良く洗浄後、スピンドライヤなど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。

例えば、本発明の研磨方法は、半導体装置の製造における、層間絶縁膜、ＢＰＳＧ膜、ＳＴＩ用絶縁膜を研磨する平坦化工程に使用できる。
図１の（ａ）〜（ｄ）に、本発明の研磨方法の一実施形態である、ＳＴＩのプロセスを説明するための縦断面該略図を示す。
ＳＴＩとは図１のようなプロセスで形成される分離方法であり、一般的なプロセスを図１に沿って説明する。

図１（ａ）のように、シリコン１基板表面の酸化珪素（ＳｉＯ_２）膜２の、素子を埋め込む部分のみを窒化珪素膜３でキャップして保護し、素子と素子を分離するため、フォトレジスト法により、レジスト４を塗布し、感光、現像する。

次に、図１（ｂ）のように、さらにドライエッチングで素子分離部分のシリコンを除去した後、図１（ｃ）のように、その除去した部分を含めてＣＶＤ法で形成される酸化珪素（ＳｉＯ_２）膜５を被覆する。

次いで、図１（ｄ）のように、被覆された凸部分のみの酸化珪素膜５を除去した後、最終的には窒化珪素膜３が露出するまで研磨で削り込む。
被研磨膜の成分がＢＰＳＧ膜である場合も、酸化珪素膜の場合とほぼ同様の研磨速度が好ましい。

本発明において、凸部及び凹部の被研磨膜の研磨速度とは、凸部と凹部の膜厚標高差が４００ｎｍ以上あるパターンウエハを研磨した場合のそれぞれの被研磨膜の研磨速度であり、被研磨膜が被覆された直後の研磨初期１分間で研磨された膜厚を示す。
また、本発明の研磨方法を層間絶縁膜、ＢＰＳＧ膜、ＳＴＩに使用するためには、研磨時に傷の発生が少ないことが特に好ましい。

研磨定盤上の研磨布としては、一般的な発泡ポリウレタン、不織布、多孔質フッ素樹脂等が使用でき、特に制限がないが、研磨剤の表面張力が研磨布表面の臨界表面張力より小さいことが好ましい。これにより、研磨剤が研磨布上で均一に分散することができる。

また、研磨布には研磨剤の流動性を保てるような溝加工を施すことが好ましい。
研磨布の溝形状、溝深さ等は特に制限はないが、研磨布の溝加工が施されていないと、表面張力により、被研磨面が研磨布に吸着されてしまう傾向があるため、好ましくない。

本発明の研磨剤及び研磨方法が適用される無機絶縁膜の作製方法として、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、ＣＶＤ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１〜４００Ｐａの範囲が好ましい。
このように、本発明の研磨剤及び研磨方法が適用される酸化珪素膜などの無機絶縁膜にはリン、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。

本発明の研磨剤及び研磨方法は、半導体基板に形成された酸化珪素膜だけでなく、半導体装置を含む他の電子部品の製造にも適用することができる。
すなわち、本発明の電子部品の製造方法は、上記本発明の研磨剤により研磨する工程を含むか、又は、上記本発明の研磨方法により研磨する工程を含むことを特徴とする。

例えば、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、ＳｉＣ、ＧａＰ、ＧａＡｓ等の半導体単結晶などの研磨工程で適用することができる。
さらに磁気ディスク用ガラス基板、磁気ヘッド等の研磨にも適用することができる。

実施例１〜５
（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時間空気中にて焼成することにより黄白色の焼成粉末粒子を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。

焼成粉末平均粒径は２５〜１００μｍであった。
なお、平均粒径は、レーザ回折式粒度分布計（マルバーン社製商品名マスターサイザ・マイクロプラス）で測定した。

上記で得た酸化セリウム焼成粉末粒子１ｋｇを、ジェットミルを用いて乾式粉砕を行って酸化セリウム粉砕粒子（以下、酸化セリウム粒子ともいう）を得た。
この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０．５〜１μｍの粉砕残り粒子が混在していた。

（酸化セリウムスラリーの作製）
実施例１〜５では上記作製の酸化セリウム粒子１ｋｇ、分散剤としてポリアクリル酸アンモニウム塩水溶液（４０重量％）２３ｇ及び脱イオン水８９７７ｇを混合し、混合液を遊星ビーズミルにより湿式粉砕を実施した。

得られた湿式粉砕液を孔径０．１〜０．３μｍのフィルターでろ過し、ろ過液の粒径は１．０μｍ以上の酸化セリウム粒子の体積分率が１．０％以下であった。

このろ過液に添加剤として分散剤とは異なるポリアクリル酸アンモニウム塩水溶液（４０重量％）を酸化セリウム粒子１００重量部に対して４０〜９０重量部となるように添加し、さらに第二の添加剤を加えてスラリーを得た。

実施例１〜５では、このスラリーｐＨは４〜６であった。
スラリーを適当な濃度に希釈してレーザ回折式粒度分布計で測定した結果、実施例１〜５のいずれのスラリーでも平均粒径が１９０ｎｍであった。

（スラリーの酸化セリウム粒子濃度と添加剤濃度：研磨剤の調製）
上記の酸化セリウムスラリーの酸化セリウム粒子濃度と添加剤種類を表１に示す濃度で調製した。第一の添加剤にポリアクリル酸、そのアンモニウム塩及びポリアクリル酸アルキルから選ばれた少なくとも１種類を、第二の添加剤に非イオン系界面活性剤から選ばれた少なくとも１種類を記載した。

（研磨１：酸化珪素ベア膜の研磨）
基体であるφ２００ｍｍのシリコン（Ｓｉ）基板上に、プラズマ−ＣＶＤ法で１０００ｎｍの酸化珪素（ＳｉＯ_２）被膜を成膜したベアウエハを作製した。
研磨装置（荏原製作所株式会社製、研磨装置：型番ＥＰＯ１１１）の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ベアウエハをセットした。

上記研磨装置のφ６００ｍｍの研磨定盤に、多孔質ウレタン樹脂製の研磨布）溝形状＝パーフォレートタイプ：Ｒｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓ社製、型番ＩＣ１０００）を貼り付けた。
さらに、上記ホルダーを、被研磨膜である絶縁膜（酸化珪素被膜）面を下にして載せ、加工荷重を３５０ｇｆ／ｃｍ^２（３４．３ｋＰａ）に設定した。

研磨定盤上に実施例１〜５の研磨剤を２００ｃｃ／ｍｉｎの速度で滴下しながら、研磨定盤及びウエハをそれぞれ５０ｍｉｎ^−１の条件で１分間回転させ、絶縁膜（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。

研磨後、光学式干渉式膜厚計で酸化珪素膜の残膜厚を測定し、研磨量を算出した。算出結果を表２に示す。

（研磨２：パターン形成膜の研磨）
図２にパターン形成膜の研磨工程を縦断面該略図で示す。
図２（ａ）に示すように、基体であるφ２００ｍｍシリコン（Ｓｉ）１基板上に１０ｎｍの熱酸化膜２ａとＣＶＤ法で１００ｎｍの窒化珪素膜３とを順次成膜し、フォトレジスト法でＬｉｎｅ／Ｓｐａｃｅ 幅が０．５〜５００μｍのパターン（ただし、Ｌｉｎｅ／Ｓｐａｃｅ＝１００／１００μｍ及び５００／５００μｍのパターンを含む）を形成し、ドライエッチングで、シリコン１基板に深さが３５０ｎｍの溝６を形成した後、その上にＴＥＯＳ−プラズマＣＶＤ法で酸化珪素（ＳｉＯ_２）膜５を６００ｎｍ形成したパターンウエハを作製した。

上記研磨布による酸化珪素ベア膜の研磨と同様にして、上記パターンウエハの絶縁膜（酸化珪素膜）５を研磨した。（図２（ｂ）参照）研磨後のウエハを純水で良く洗浄後、乾燥した。

乾燥後、Ｌｉｎｅ／Ｓｐａｃｅ＝１００／１００μｍ及び５００／５００μｍのパターンについて凸（Ｌｉｎｅ）部分と凹（Ｓｐａｃｅ）部分との酸化珪素膜５の膜厚を測定した。

図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、酸化珪素膜５の、凸部分の研磨前の膜厚をａ_０（ｎｍ）、研磨後の膜厚をａ_１（ｎｍ）、凹部分の研磨前の膜厚をｂ_０（ｎｍ）、研磨後の膜厚をｂ_１（ｎｍ）として、研磨速度を算出した。算出結果を表２に併記する。
さらに、上記と同条件で再度研磨し、Ｌｉｎｅ＝１００μｍ部分の窒化珪素膜３の膜が露出するまで再削り込みを行った。

再削りこみ終了後に触針式段差計を用いて、図２（ｃ）に示すように各パターンのＬｉｎｅ／Ｓｐａｃｅに生じた段差７を測定して平坦性を判定した。測定結果を表２に併記する。

触針式段差計を用いて段差７を測定したところ、実施例１〜５ではいずれの場合でも１０ｎｍ以下の値を示して、極めて平坦性良好なことが示された。

比較例１〜３
酸化セリウム粒子の作製と酸化セリウムスラリーの作製については実施例と同じ方法で行った。
酸化セリウムスラリーと添加剤を表３に示す配合で配合させた以外は実施例と同様にして比較用研磨剤を得た。

上記で得られた比較用研磨剤を用いた以外は、実施例と同様にして、酸化珪素膜研磨速度、パターン酸化珪素膜研磨速度、平坦性をそれぞれ測定した。各測定結果を表４に示す。

表２及び表４に示されるように、比較例１〜３共に、Ｌｉｎｅ／Ｓｐａｃｅ＝１００／１００μｍのパターンでの段差がそれぞれ１０ｎｍより大きくなり、平坦性特性の不足であることが明らかである。

本発明の研磨方法の一実施形態である、ＳＴＩのプロセスを説明する縦断面該略図であり、（ａ）は、シリコン表面の酸化珪素の、素子を埋め込む部分のみを窒化珪素膜でキャップして保護し、フォトレジスト法により、レジストを塗布し、感光、現像した工程、（ｂ）は、（ａ）にドライエッチングで素子分離部分のシリコンを除去した工程、（ｃ）は、（ｂ）の除去した部分を含めてＣＶＤ法で酸化珪素膜を成膜して被覆した工程、（ｄ）は、（ｃ）の被覆された凸部分のみの酸化珪素膜を除去した後、最終的には窒化珪素膜が露出するまで研磨で削り込んだ工程である。

本発明の実施例になる、パターン形成膜の研磨工程を示す縦断面該略図であり、（ａ）は、シリコン基板上に熱酸化膜及び窒化珪素膜を成膜し、パターンを形成し、エッチングで溝を形成した後、その上に酸化珪素膜を形成したパターンウエハを作製した工程、（ｂ）は、（ａ）を１分間研磨した工程、（ｃ）は、（ｂ）をＬｉｎｅ＝１００μｍ部分の窒化珪素膜が露出するまで再削り込みを行って段差が生じた工程を示す。

符号の説明

１ シリコン
２ 酸化珪素（ＳｉＯ_２）膜
２ａ 熱酸化膜
３ 窒化珪素膜
４ レジスト
５ 酸化珪素（ＳｉＯ_２）膜
６ 溝
７ 段差
ａ_０ 酸化珪素膜凸部分の研磨前の膜厚
ａ_１ 酸化珪素膜凸部分の研磨後の膜厚
ｂ_０ 酸化珪素膜凹部分の研磨前の膜厚
ｂ_１ 酸化珪素膜凹部分の研磨後の膜厚

Claims (13)

1. 酸化セリウム粒子、分散剤、少なくとも１種の添加剤及び水を含む研磨剤。
2. 分散剤が、ポリアクリル酸、そのアンモニウム塩及びポリアクリル酸アルキルから選ばれた少なくとも１種類である請求項１記載の研磨剤。
3. 分散剤が、酸化セリウム粒子１００重量部に対して０．１〜５．０重量部の範囲で含有してなる請求項１又は２記載の研磨剤。
4. 酸化セリウム粒子の平均粒径が、０．１〜０．４μｍである請求項１〜３のいずれかに記載の研磨剤。
5. 酸化セリウム粒子の粒径において１．０μｍ以上の粒子の体積分率が、１．０％以下である請求項１〜４のいずれかに記載の研磨剤。
6. 酸化セリウム粒子が、孔径０．１〜０．３μｍのフィルタでろ過したろ過液から用いられる請求項１〜５のいずれかに記載の研磨剤。
7. 添加剤が、ポリアクリル酸、そのアンモニウム塩及びポリアクリル酸アルキルから選ばれた少なくとも１種類である請求項１〜６のいずれかに記載の研磨剤。
8. 添加剤が、酸化セリウム粒子１００重量部に対して４０〜９０重量部の範囲で含有してなる請求項１〜７のいずれかに記載の研磨剤。
9. 添加剤が、非イオン系界面活性剤から少なくとも１種類を含有してなる請求項１〜８のいずれかに記載の研磨剤。
10. ｐＨが、３〜１０である請求項１〜９のいずれかに記載の研磨剤。
11. 研磨剤が、一液型である請求項１〜１０のいずれかに記載の研磨剤。
12. 被研磨膜を形成した基体を研磨布に押しあて加圧し、請求項１〜１１のいずれかに記載の研磨剤を被研磨膜と研磨布との間に供給しながら、被研磨膜と研磨布とを相対的に動かして被研磨膜を研磨することを特徴とする基体の研磨方法。
13. 請求項１〜１１のいずれかに記載の研磨剤により被研磨膜を研磨する工程又は請求項１２の方法により被研磨膜を研磨する方法を含むことを特徴とする電子部品の製造方法。

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