JP4449277B2 - Ｃｍｐ研磨方法 - Google Patents

Description

【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好適に使用されるＣＭＰ（Chemical 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、特定の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】
本発明は、安定した研磨速度で被研磨面を選択的に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、酸化セリウム粒子、界面活性剤及び水を含有する液Ａと、界面活性剤及び水を含有する液Ｂとを容器に仕込み、攪拌羽根を回転させて容器内で攪拌して得た混合液を研磨パッド上に供給して基板を研磨することを特徴とするＣＭＰ研磨方法に関する。また、本発明は、２０分間以上容器内で攪拌を継続して混合液を得る前記のＣＭＰ研磨方法に関する。また、本発明は、容器の直径の１／５以上の直径を有する攪拌羽根を周速度毎分２０００cm以上で回転させ攪拌する前記の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、過酸化水素等によって酸化することで作製できる。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。
【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％であることが好ましく、０．５重量％未満の場合は研磨速度が劣る傾向があり、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傾向がある。
【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が挙げられ、これら各々について低分子型のもの、高分子型（重量平均分子量：ゲルパーミエーションクロマトグラフで測定し、標準ポリスチレン換算した値が１，０００〜１００，０００程度）のものがある。
【００１１】
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、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、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸のアンモニウム塩、コポリ（アクリル酸メチル・アクリル酸）のアンモニウム塩、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸のアンモニウム塩、コポリ（アクリル酸メチル・メタクリル酸）のアンモニウム塩等が挙げられる。
【００１２】
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く、また複数のものを同時に用いてもよいが、アニオン系またはノニオン系の高分子型の界面活性剤を用いることが好ましい。
【００１３】
液Ａの界面活性剤の濃度は、０．００３〜０．３重量％とすることが好ましく、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る傾向があり、０．３重量％を超える場合は酸化セリウム粒子が凝集する傾向がある。液Ｂの界面活性剤の濃度は、０．５〜１０重量％とされ、０．５重量％未満の場合は選択研磨性、高平坦化性（ディッシング、エロージョン等が少ないこと）が劣る傾向があり、１０重量％を超える場合は、研磨速度が小さくなる傾向がある。
【００１４】
本発明では、酸化セリウム粒子、界面活性剤及び水を含有する液Ａと、界面活性剤及び水を含有する液Ｂとを容器に仕込み、攪拌羽根を回転させて容器内で攪拌して得た混合液（ＣＭＰ研磨液）を研磨パッド上に供給して基板をＣＭＰ研磨する。
【００１５】
得られる研磨液の耐沈降性、研磨速度安定性、高選択研磨性、高平坦化性等の観点から、２０分間以上容器内で攪拌を継続して混合液を得ることが好ましい。また、同様の観点から、容器の直径の１／５以上の直径を有する攪拌羽根を周速度毎分２０００cm以上で回転させ攪拌することが好ましい。
【００１６】
容器及び攪拌羽根の材質及び形状に特に制限はないが、容器は攪拌羽根を出し入れできる広口のものが、また、攪拌羽根はスクリュータイプのものか高さ０．５mm以上の板を２枚以上取り付けたものが好ましい。
【００１７】
本発明のＣＭＰ研磨方法により、種々の基板を研磨でき、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、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、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。
【００１８】
【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。
【００１９】
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時間空気中で焼成することにより酸化セリウムを得た。酸化セリウム粉末が水に対して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で共重合した重量平均分子量１０，０００のコポリ（アクリル酸メチル・アクリル酸）のアンモニウム塩が酸化セリウム粉末に対して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１４００min-1で１２０分間粉砕処理をした。得られた液を液Ａとする。次に、重量平均分子量４、０００のポリアクリル酸のアンモニウム塩が４重量％となるように水と混合し、液Ｂを得た。
【００２０】
液Ａを５００ｇ、液Ｂを１６００ｇ及び希釈水Ｃを４００ｇ、直径２５cmの広口ポリ容器に仕込み、直径５cmのスクリューを周速度毎分４７１２cmで回転させて攪拌して得られる混合液を研磨パッド上に供給して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５０min-1、研磨剤供給量毎分２００ml）。また、２０μｍ角で高さが５０００Åの凸部を１００μｍ間隔で形成した酸化珪素膜を研磨し、凸部が研磨され終わったときの凸部と凸部の中間点のへこみ量（ディッシング量）を求めた。容器内での攪拌時間を変えて得られたそれぞれの混合液を使用して研磨した結果を表１及び表２に示す。
【００２１】
【表１】

【００２２】
【表２】

【００２３】
混合時間２０分未満では酸化珪素膜の研磨速度が早いため酸化珪素膜の窒化珪素膜に対する研磨速度比が高くなる傾向があるが、ばらつきが極めて大きく、研磨量を正確に制御することができない。混合時間が２０分以上の場合、研磨速度及び研磨速度比は安定し、良好な平坦性が達成される。
【００２４】
【発明の効果】
本発明に係るＣＭＰ研磨方法は、安定した研磨速度で被研磨面を選択的に研磨することができ、高平坦化することが可能なものである。

Claims (2)

1. 酸化セリウム粒子、界面活性剤及び水を含有し前記界面活性剤の濃度が０．００３〜０．３重量％である液Ａと、界面活性剤及び水を含有し前記界面活性剤の濃度が０．５〜１０重量％である液Ｂとを、容器に仕込み、攪拌羽根を回転させて容器内で２０分間以上攪拌して混合液を得、続いて前記混合液を研磨パッド上に供給して基板を研磨することを特徴とするＣＭＰ研磨方法。
2. 容器の直径の１／５以上の直径を有する攪拌羽根を周速度毎分２０００cm以上で回転させ攪拌する請求項１記載のＣＭＰ研磨方法。