JPH08153696A

JPH08153696A - 研磨剤及び研磨方法

Info

Publication number: JPH08153696A
Application number: JP25240295A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Honma; 喜夫本間; Kikuo Kusukawa; 喜久雄楠川; Shigeo Moriyama; 茂夫森山; Masayuki Nagasawa; 正幸長澤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-09-30
Filing date: 1995-09-29
Publication date: 1996-06-11
Anticipated expiration: 2015-09-29
Also published as: JP3430733B2

Abstract

(57)【要約】【解決手段】酸化セリウム粉に含まれる不純物である
Na、Ca、Fe、Crを合計した濃度が10ppm未満のセリア研
磨剤を用いて絶縁膜１３を研磨する。【効果】 Na拡散による半導体素子の特性劣化を引き起
こすことなく、比較的低温で形成された脆い無機絶縁膜
や有機絶縁膜を、研磨できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体集積回路や光
学ガラス素子などを構成する絶縁膜もしくは塗布絶縁膜
の表面を研磨する研磨剤と研磨方法とに関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコン等からなる配線基板を用いて半
導体集積回路などを製造するに際しては各種の絶縁膜を
用い、その表面を所定の形状に加工する事が必要とされ
る。研磨は絶縁膜の表面を平坦にもしくは滑らかに加工
する有力な技術として広く用いられている。特に半導体
集積回路の加工においては、化学機械研磨法（Chemical
Mechanical Polishing; 以下、CMPと記す）が表面平坦
化の技術として検討されている。例えばプロシーディン
グス・ブイエルエスアイ・マルチレベルインタコネクシ
ョン・コンファレンス、1991年、20ー26ページに記載さ
れているように、コロイダルシリカと呼ばれる微小なSi
O₂粒を水酸化カリウム（KOH）水溶液に分散させた研磨
剤（以下、シリカ研磨剤と記す）を用いてSiO₂膜を研磨
平坦化する方法が示されている。液をアルカリ性（ｐＨ
が７よりも大きい領域。ただし、実際の中性領域はｐＨ
が６.５から７.５の範囲で変動するので、実用上はアル
カリ性として安定なのはｐＨが７.５よりも大きい領域
である。また、酸性として安定なのはｐＨが６.５より
も小さい領域である）に保つことにより、化学反応効果
が加わり、研磨速度が加速されることが公知である。

【０００３】また、レンズや液晶表示素子製造に用いら
れるガラス基板等の薄膜以外の絶縁物、特にSiO₂を主成
分とする物質を研磨する場合には、酸化セリウム粒子を
用いた研磨剤（以下、セリア研磨剤と記す）が知られて
いる。セリア研磨剤については機械の研究、第39巻第12
号（1987年）の1296ー1300ページや、エレクトロニクス
用結晶材料の精密加工技術、サイエンスフォーラム社、
1985年東京の251-256ページなどに解説されている。ま
た、実際の研磨は、酸化セリウム粉を水と混ぜて行なっ
ていた。セリア研磨剤については機械の研究、第39巻第
12号（1987年）の1296ー1300ページや、エレクトロニク
ス用結晶材料の精密加工技術、サイエンスフォーラム
社、1985年東京、の251-256ページなどに解説されてい
る。また、セリア研磨剤を用いた従来の研磨法では、酸
化セリウム粉を水と混ぜて研磨剤として使うだけであっ
た。つまり、酸化セリウム研磨剤は酸やアルカリによる
化学的効果を期待するものではなく、いわゆる機械研磨
効果を利用するものとされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記セリア研磨剤は光
学ガラス素子等にも適用できるが、例えば半導体集積回
路の製造工程に適用すると、半導体集積回路の特性を劣
化させてしまう。例えばバイポーラトランジスタ上の絶
縁膜をセリア研磨剤を用いて研磨し、半導体製造工程に
必須な熱処理を行なうと、バイポーラトランジスタの電
流増幅率hfeが顕著に低下してしまう。また、ダイオー
ド上の絶縁膜をセリア研磨剤を用いて研磨するとダイオ
ードの整流特性などを劣化させてしまうという問題があ
った。

【０００５】本発明の目的は、半導体素子等の特性を劣
化させることなく、絶縁膜を研磨できるようにすること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、酸化セリウ
ム粉に含まれる、不純物であるNa、Ca、Fe、Crの含有量
が、合計で１０ppm未満のセリア研磨剤を用いることに
より達成される。

【０００７】従来のセリア研磨剤を用いて研磨すると、
半導体集積回路の特性が劣化してしまうのは、酸化セリ
ウム粒子の純度が低いことに起因する。従来のセリア研
磨剤を分析した結果、Na、Ca、Fe、Cr等の不純物がそれ
ぞれ数ppmから十数ppm、Na、Ca、Fe、Crを合計して50pp
mをも超える不純物が含まれており、その他の金属成分
も多量に含まれてる事がわかった。即ち、これらの不純
物がトランジスタの電流特性に影響を与えるのである。
不純物たるNaは、前記バイポーラトランジスタに拡散し
て、電流増幅率を低下させる。例えばナトリウム（Na）
が僅か2ppm含まれた被膜がバイポーラトランジスタなど
の半導体素子表面と接触しており、その素子が450℃で3
0分程度の熱処理を受けると、Naの拡散のために、バイ
ポーラトランジスタの電流増幅率hfeが顕著に低下して
しまう事が、デンシトウキョウ、アイイーイーイー
トーキョーセクション、1981年の70-73ページに記載
されている。本発明の、不純物濃度が10ppm未満とは、
上記のしきい値である2ppm以下よりも大きいが、10ppm
未満であれば、酸化セリウム粒子を水に分散させた場
合、酸化セリウム粒子中の不純物が液中に溶け出すこと
は少なく、分散させた液中の不純物濃度はいずれも1ppm
未満となり、Na拡散等の問題は生じない。また、Caは、
Naに付随して混入する、即ちNaのある所にはCaもあるこ
とが普通で、Na濃度を低減する為にはCaを減らす事が不
可欠である。さらに、FeやCrはダイオ−ドの整流特性等
を劣化させる。例えばショットキバリアダイオードでは
リーク電流が増えてオーミック特性に近づいてしまう。

【０００８】セリア研磨剤は、通常、前述のコロイダル
シリカとは異なり、不純物の多い鉱石から抽出して高純
度化、微細粒への加工等を行っているため、鉱石を採取
した鉱山や粒加工の方法などによって特性がばらつくの
である。

【０００９】そこで、酸化セリウム粉中のNa、Ca、Fe、
Crの濃度を10ppm未満に保つことによって、半導体集積
回路の加工などに用いても悪影響の発生を防ぐ事ができ
る。また、研磨を繰り返す過程で研磨装置や容器などに
これらの不純物が蓄積して汚染源となる可能性もあるた
め、汚染物の濃度は、Naについては2ppm以下に抑制する
ことが望ましい。

【００１０】不純物濃度が10ppm未満であれば、酸化セ
リウム粒子を水に分散させて研磨液とした場合、酸化セ
リウム粒子中の不純物が液中に溶け出すことは少なく、
分散(溶媒に混ぜて用いること）させた液中の不純物濃
度はいずれも1ppm未満となり、Na拡散等の問題は生じな
い。なお、極度に汚染を嫌う場合には分散液中のNaやC
a、Fe、やCr、それに加えてKの濃度をおのおの0.1ppm以
下とする事が良い。また、分散液中の酸化セリウム粒子
の濃度を５％以上にすると、研磨速度の濃度依存性が少
なくなり、安定な研磨が可能である。

【００１１】また、従来の不純物が多く含まれているセ
リア研磨剤を用いて研磨すると、半導体集積回路用など
の配線基板の製造では不良の原因となる研磨傷が多発し
た。例えば４インチ径の領域中に５ないし１０本の目視
で検知できる研磨傷が発生した。研磨剤中に含まれる少
数の大きな粒子によるものと思われる。特に、500℃未
満の低温の化学反応によるCVD膜や、有機や無機の塗布
膜等、緻密でなくて脆い膜に対しては、さらに研磨傷が
発生し易い事がわかった。これは、従来の酸化セリウム
粒子の平均粒子サイズが１μmを超えるものであったこ
とによる。そこで、平均粒子サイズを１μm未満にする
と研磨傷の発生が抑制されることがわかった。なお、特
に脆くて柔らかい有機絶縁膜などに対しては平均粒子径
を0.3μm以下に保つとよい。ここで、粒子径は一次粒子
もしくは二次粒子のいずれか大きな方のサイズを表す。
また、平均粒子径は粒子径のサイズ分布の平均値をい
う。有機絶縁膜は一般に誘電率が低いので、この絶縁膜
を研磨して平坦な多層配線技術を形成する事が可能にな
ったため、隣接配線間の容量を数十％低減する事もでき
る。また、研磨傷の発生の度合いは被研磨材料だけでな
く、一般に研磨量とも関係があり、研磨量を多くすると
研磨傷も発生しやすい傾向が見られたが、本発明の研磨
材を用いると、研磨量を多くしても傷は小さく、不良の
原因となるような深刻なものは殆ど認められない。な
お、研磨の際に樹脂研磨パッドを用いることで、研磨傷
の発生を防ぐことができる。

【００１２】また、セリア研磨剤については酸化セリウ
ム粒子には研磨特性が大幅に異なる２種類のものが存在
する事を見い出した。すなわち、過酸化水素液に粉末を
混ぜた場合に、発泡しながら速やかに濃い黄色に変色す
るもの（酸化セリウムＡ）と、若干発泡するのみで殆ど
変色しないもの（酸化セリウムＢ）とが存在する。両者
の化学組成は殆ど同じであるが、個々の粒子の結晶性に
大きな違いが存在する。Ｘ線回折分析の結果から、前者
は個々の粒子の結晶性が弱くて微結晶の集まりとなって
おり、後者では個々の粒子がほぼ結晶からなっていると
推定される。例えば、結晶方位（111）、（200）、（22
0）などに対する回折ピークの半値幅は酸化セリウムＡ
では0.5以上であるのに対し、酸化セリウムＢでは0.3以
下である。また、上記の結晶方位の結晶子の大きさは酸
化セリウムＡでは30nm以下であるのに対し酸化セリウム
Ｂでは60nm以上と大幅に大きくなっている。

【００１３】酸化セリウムＡは有機絶縁膜（本明細書で
は有機絶縁膜とは、有機成分を膜中に１％以上含む珪素
化合物の膜をいう。また、有機絶縁膜の有機成分の割合
は、炭素と水素を合わせた重さの全体の重さに対する割
合を重量％で表したものである。）を選択的に研磨する
場合と、有機絶縁膜とドープドもしくはノンドープド絶
縁膜とをほぼ等しい速度で研磨するに適している。有機
絶縁膜の比誘電率が３．５以下であると、より選択的に
有機絶縁膜を研磨できる。また、有機成分を１０％以上
とすると、吸湿性が低くなる効果がある。なお、例えば
酸化セリウムＡを用いて、ポリイミド膜を研磨すると傷
が入り、良好な研磨面が得られなかった。また、本明細
書ではドープド絶縁膜とは、ボロンやリンもしくは他の
金属不純物の含有量が０．１％よりも多く含む無機絶縁
膜をいう。また、ノンド−プド絶縁膜とは珪素酸化物を
主成分として含み、有機成分を構成要素として含まない
無機絶縁膜であり、かつボロンもしくはリンの含有量が
0.1％以下の珪素化合物膜をいう。この有機絶縁膜やド
ープド絶縁膜が塗布法により形成できる。また、酸化セ
リウムＢは主にドープドおよびノンドープド絶縁膜を高
速に研磨するのに適している。

【００１４】これらの用途に使うために、酸化セリウム
粒子の分散液のｐＨを制御する方法を検討した。従来、
セリア研磨剤はほぼ中性で用いられてきた。ただし、中
性というのは実用上は中性とは水素イオン濃度ｐＨが
６.５ないし７.５程度の範囲を指す。すなわち分散液に
は意図的には酸やアルカリ成分を加えないで用いる事を
指している。この様に幅があるのは、水溶液の水素イオ
ン濃度は溶液を空気中に保存している間に炭酸ガスや酸
素などを吸収して徐々に若干の酸性（ｐＨが６.５〜
７）となったり、アルカリ性のガスを含む雰囲気に放置
すれば、それを吸収して若干の塩基性（ｐＨが７〜７.
５）を示すなど、水素イオン濃度はｐＨが６.５〜７.５
の範囲では雰囲気によって変動し易いためである。

【００１５】これに対して、本発明では酸化セリウム粒
子を水に分散させるだけでなく、液中に酸やアルカリを
加えてｐＨを制御した。また必要に応じて酸やアルカリ
の他に、Naを含まない界面活性剤を加えても良い。セリ
ア研磨材をアルカリに保つには、水素イオン濃度として
はｐＨが７.５を安定に超える状態であれば良いが、望
ましくはｐＨが８以上に保ってある事が望ましい。アン
モニアや抱水ヒドラジン、アミンなどのNaやKを含まな
いアルカリ性材料が適している。また、酸性に保つ場合
には腐食性の弱い酸を加えて、ｐＨを６.５以下とする
事が望ましい。蓚酸、スルファミン酸、燐酸、コハク
酸、クエン酸などの、金属を構成要素として含まないも
のが適している。必要に応じて塩酸や硝酸、過酸化水素
などを加えても良い。上記の高純度で平均粒子径が制御
された酸化セリウム粒子Ａ、Ｂを用い、さらに分散液を
酸性もしくはアルカリ性に保つ事によって高速で安定、
かつ選択性をも持つ研磨特性を付与する。

【００１６】酸化セリウムＡを用いたセリア研磨剤のｐ
Ｈを制御してアルカリ性とする事により、図４（ａ）の
様に有機絶縁膜の研磨速度をド−プド、ノンド−プドを
問わず無機絶縁膜のそれよりも大幅に大きくする事を可
能にした。またこの酸化セリウムＡを用いたセリア研磨
剤を酸性領域で用いると、ドープド絶縁膜やノンドープ
ド絶縁膜の研磨速度を有機絶縁膜のそれとほぼ同等とす
る事ができる。他方、図４（ｂ）の様に酸化セリウムＢ
を用いたセリア研磨剤の場合は、弱酸性からアルカリ性
領域にかけて、無機絶縁膜の研磨速度を有機絶縁膜のそ
れよりも大きくすることが出来る。また、ドープド絶縁
膜の研磨速度をノンドープド絶縁膜のそれよりも大きく
する事も可能である。

【００１７】本発明のセリア研磨剤を用いると、例え
ば、無機絶縁膜が表面に形成された段差を有する配線基
板の上に、有機絶縁膜を形成して、これを本発明のアル
カリ性の酸化セリウムＡを用いて研磨すれば、無機絶縁
膜を殆ど損傷することなく、段差の窪み部分に有機絶縁
膜を残して表面を平坦化する事が高速かつ容易に可能と
なる。無機絶縁膜をいわゆる研磨のストッパ層として用
いることが可能となる。また無機絶縁膜と有機絶縁膜と
の両者の研磨速度を等しくする事もできるので、それら
が共存する配線基板の凹凸を、平坦性を劣化させること
なく研磨する事が可能である。逆に、同様に表面に凹凸
を有するノンドープド絶縁膜上に形成されたドープド絶
縁膜を研磨し、ノンドープド絶縁膜表面が露出した時点
で研磨を終了したい場合は、ｐＨ３以上の酸化セリウム
Ｂを用いたセリア研磨剤を用いることが効率的であるこ
とはいうまでもない。特にｐＨがアルカリ性の場合にそ
の効果が安定である。酸化セリウムＢによるセリア研磨
剤を用いることによって有機絶縁膜を無機絶縁膜の研磨
ストッパ層として用いたり、ノンドープド絶縁膜をドー
プド絶縁膜の研磨ストッパ層として用いることも可能で
ある。また、ドープドもしくはドープド絶縁膜が有機絶
縁膜上に形成された２層絶縁膜を研磨する際、酸化セリ
ウムＢを含みかつｐＨが３以上で１４以下の中性でない
セリア研磨剤を用いるとよい。

【００１８】さらに、従来は研磨後に付着したセリア研
磨剤を除去する有効な洗浄法が知られていなかった。従
来の光学部品の製造などでは柔らかい布やブラシなどに
よって物理的にぬぐい取るか、希釈フッ酸液によって被
研磨層表面をエッチして酸化セリウム粒子を遊離させる
等の方法しか知られていなかった。前者の様な方法では
上記の脆くて緻密でない膜を有する配線基板の表面に傷
を発生させてしまう。後者の方法では被研磨層を構成す
る絶縁層がSiO₂を主成分とするためにフッ酸におかされ
やすい場合が多く、適用が限られていた。しかし、セリ
ア研磨剤を用いた研磨の後、配線基板を硫酸、硝酸の原
液もしくは水溶液または混合溶液、炭酸アンモニウムの
水溶液、アンモニアの原液もしくは水溶液または炭酸ア
ンモニウムとアンモニアの混合溶液に浸して酸化セリウ
ム粒子を配線基板表面から除去することで、傷の発生等
を防ぐことができることがわかった。ただし、これらの
液による除去効果はかなり遅く、処理能力の面で問題な
場合も多くあるので、必要に応じて液温を50℃以上に高
めたり、過酸化水素を加えるかもしくはオゾンをバブリ
ングさせた液として用いる。これらの処理液は酸化セリ
ウム粒子そのものと反応してそれを溶かす効果を持つた
めに、粒子の除去効果が配線基板表面の材料によって影
響されることが少ない。また、配線基板表面の材料に損
傷を与えないよう上記処理液のなかから選択して用いる
事ができる。もちろん、単に浸すだけでなく、超音波を
加えたり液を撹拌したりする事はその洗浄効果を高め
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】

（実施例１）図１(a)(b)を用いて説明する。図１(a)は
シリコンからなる配線基板10表面に厚さ10nmのシリコン
酸化膜からなる第一の無機絶縁膜11と厚さ10nmのシリコ
ン窒化膜12の重ね膜が所定の形状に加工して設置され、
この重ね膜で覆われていない部分の配線基板10が0.5μm
の深さまでエッチングされて、さらにその窪みにCVD法
によるシリコン酸化物からなる厚さ0.7μmの埋め込み層
13が形成されている。次に図１(b)の様に、酸化セリウ
ムＢを用いたアルカリ性セリア研磨剤（ｐＨ１０）によ
って埋め込み層13を研磨した。研磨荷重として0.15kg/c
m2を用いたが、0.1〜0.5kg/cm2の範囲であれば、特に装
置は研磨クロス等を変更することなく研磨が可能であっ
た。研磨荷重が低いと研磨速度は低下するが平坦性は向
上すると言われているためにこの条件を用いた。研磨定
盤も研磨剤も（図示せず）室温に保持した。配線基板10
と研磨定盤との相対移動速度は約30m/min.であった。こ
の研磨条件下で従来のコロイダルシリカ研磨剤を用いた
場合は研磨速度はたかだか10〜20nm/min.程度である
が、本発明のセリア研磨剤を用いた場合は、50〜150nm/
min.の研磨速度が得られた。研磨が進んでシリコン窒化
膜12が露出した時点で、それ以上研磨が殆ど進まなくな
って、研磨を終了させた。この様にして埋め込み層13で
分離された配線基板10の領域にトランジスタなどの素子
を形成した。なおこの実施例では酸化セリウムＢによる
アルカリ性セリア研磨剤を用いたが、酸化セリウムＡに
よる酸性セリア研磨剤を用いても良い。この場合、研磨
速度は若干低下するが、埋め込み層13の膜質に依存せず
に研磨速度が安定であるという利点がある。シリコン窒
化膜12はセリア研磨剤によっては殆ど研磨されないの
で、選択性の高い研磨が行える。研磨終了後には硫酸と
過酸化水素の混合液に配線基板10を浸した。酸化セリウ
ム粒は速やかにエッチされてしまい、配線基板10の表面
は十分に平坦化された。

【００２０】（実施例２）図２(a)(b)を用いて説明す
る。まず、図２(a)には厚さ約１μmのアルミニウム合金
（以下、Alと記す）配線21の上に厚さ0.2μmのPECVD法
によるSiO₂膜からなる第一の絶縁膜22を形成した配線基
板20を示す。次に、塗布法によって有機絶縁膜23を、厚
さ1.2μmに形成した。ただし、凹凸の存在する基板上で
は塗布膜の厚さは一定でなく、ここでは凹凸のない基板
上に塗布した場合に1.2μmになる条件を用いて、凹凸の
ある基板に塗布したことを意味する。また、特に断らな
い限り、膜厚は塗布後に乾燥されて溶媒がほぼ除去され
た以降の状態での測定値を表す。ここで有機絶縁層23の
材料としてはHSG R7（日立化成工業商品名）を用いた。
塗布後に最高450℃の熱処理を行った。次にポリウレタ
ン樹脂もしくはフッ素樹脂などからなるシートを張り付
けた回転基板上（図示せず）に、酸化セリウムＡを用
い、ｐＨを10に保ったセリア研磨剤（図示せず）を注ぎ
ながら、配線基板20を自転させながら押しつけ、有機塗
布絶縁膜23を研磨した。研磨条件は実施例１とほぼ同等
とした。この時の有機塗布絶縁膜23の研磨速度は、同一
条件で従来のコロイダルシリカ研磨剤を用いた場合の約
5倍であった。なお、PECVD SiO₂膜からなる第一の絶縁
膜22はこのセリア研磨剤によっては殆ど研磨されないの
で、研磨の終点判定のマージンは十分に大きい。有機絶
縁層23として用いるには有機成分が5%以上含まれている
材料であれば良い。無機絶縁層22の材料としてはドープ
ド無機絶縁であってもノンドープド無機絶縁であっても
良い。

【００２１】研磨終了後に配線基板を硝酸と過酸化水素
との混合液に0.5分以上浸した。この液によって酸化セ
リウムはエッチされる効果を有し、これによって配線基
板20表面のセリア研磨剤は配線基板20から遊離し、洗浄
が有効に行われた。この後、必要に応じてアンモニア系
のアルカリ溶液による中和処理、もしくは有機溶剤によ
るセリア研磨剤以外の付着物の洗浄処理を施した。次い
で必要に応じて同じくPECVD法によるSiO₂膜からなる厚
さ0.4μmの第二の無機絶縁層24を形成した。

【００２２】なお、無機絶縁膜22はAl配線21の全面に形
成するのでなく、Al配線21の上面にのみ形成してあって
も良い。有機絶縁膜23の研磨が進み、第一の絶縁層22が
露出するとやはり研磨は停止し、表面平坦化と凹部への
有機絶縁膜23の埋め込みを実現する事ができる。

【００２３】（実施例３）図３(a)(b)を用いて説明す
る。図３(a)はいわゆる記憶保持動作を必要とするメモ
リ集積回路（Dynamic Random Access Memory; 以下、DR
AMと記す）の素子断面で、トランジスタの金属電極など
を形成する直前の状態を示す。なお同図左側はメモリ情
報を蓄えるためのいわゆるメモリセル部を、右半分はそ
れを駆動するための周辺回路部のトランジスタ部の概略
を示す。１チップ当たり16Mビット以上にDRAMを高集積
化する為には、積み上げ型容量セル（Stacked Capacite
r Cell）と呼ばれる構造が一般に用いられる。同図にお
いて配線基板30表面の素子分離のための第一の絶縁膜31
とCVD法によるSiO₂膜からなる第二の絶縁膜33によって
包まれたトランジスタのゲート32、容量蓄積のための絶
縁膜（図示せず）を介して容量蓄積のための第一と第二
のキャパシタ電極34と35が設けられている。これらの上
を厚さ0.3μmのノンドープド絶縁膜からなる第三の絶縁
膜36が覆っている。この上にリンを４％、ボロンを１０
％含む厚さ1.5μmのドープド絶縁膜からなる第四の絶縁
膜37を形成した。前述のキャパシタ電極の存在の為に、
メモリセル部（図３(a)の左半分）は周辺回路部（図の
右半分）に対して第四の絶縁膜37の表面の高さが平均1.
0μm高くなった。この様な大きな段差が生じるとリソグ
ラフィやドライエッチの工程において加工精度低下を招
く原因となる。そこで、酸化セリウムＢを用いたアルカ
リ性セリア研磨剤を用いて第四の絶縁膜37表面を研磨し
た。研磨条件はこれまでの実施例とほぼ同じとした。リ
ンやボロンを含むSiO₂膜の研磨速度はノンドープド絶縁
膜の研磨速度より２倍以上大きいので、メモリセル部の
第四の絶縁膜37の下の第三の絶縁膜36と凸部表面36aが
露出した時点で研磨を停止することは容易であった。た
だしコロイダルシリカを用いた場合もドープド絶縁膜の
研磨速度は大きくなるので、コロイダルシリカと本発明
のセリア研磨剤とでの研磨速度の比率はやはり５倍程度
である。

【００２４】研磨終了後に１０％炭酸アンモニウム液を
用いて配線基板30を洗浄し、接続孔形成、トランジスタ
などの金属電極形成（いずれも図示せず）の工程へと進
んだ。

【００２５】研磨によってメモリセル部と周辺回路部と
の段差は0.3μm以下となったため、リソグラフィおよび
ドライエッチ工程での加工精度は十分に高く保たれた。

【００２６】なお、本実施例の図では第四の絶縁膜37は
十分に高い温度の熱処理によって表面が平滑化されてい
る場合を示したが、本実施例では平滑化を行わなくとも
良いことも明らかにした。上記の平滑化は、まずリンと
ボロンを含むドープド絶縁膜を一般に350ないし400℃程
度の基板温度でCVD法を用いて形成し、次に850ないし90
0℃の熱処理を施す事によってリンの安定化と膜表面の
流動化を引き起こす事によって実現される。しかるに、
微細化されたトランジスタ素子や容量絶縁膜（図示せ
ず）の特性を損なわない為には、この熱処理温度を800
℃よりも低い温度に低下させる事が望まれている。しか
るに現在までの所、850℃よりも低い温度ではドープド
絶縁膜29中のリンやボロンは安定化させられても膜表面
の平滑化は困難であり、この流動化を必要とする技術は
限界に近づいたと考えられていた。本発明では、このド
ープド絶縁膜37に450℃以上の熱処理を施せばリンの安
定化が可能であるので、流動化による表面平坦性が行わ
れていなくとも、研磨によってやはり残留段差が0.3μm
以下の平坦化を実現できた。

【００２７】研磨終了後に配線基板30を10%の炭酸アン
モニウム水溶液と過酸化水素液とが１：１からなる液に
浸した。これによってセリア研磨剤は溶解するかもしく
は配線基板30から遊離するかして清浄化された。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、Na拡散等による半導体
素子の電流特性劣化を引き起こすことなく、比較的低温
で形成された脆い無機絶縁膜や有機絶縁膜を研磨する事
が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】配線基板の素子分離用埋め込み層表面を平坦化
する方法を説明する図である。

【図２】配線基板表面の有機絶縁膜を平坦化する方法を
説明する図である。

【図３】DRAM表面のドープド絶縁膜表面を平坦化する方
法を説明する図である。

【図４】セリア研磨剤の研磨速度とｐＨとの関係を示す
図である。

【符号の説明】

１０、２０、３０…配線基板、１１、２２、３１…第一
の絶縁膜、１２…シリコン窒化膜、１３…埋め込み層、
２１…Al配線層、２３…有機絶縁膜、２４、３３…第二
の絶縁膜、３２…トランジスタのゲート電極、３４…第
一のキャパシタ電極、３５…第二のキャパシタ電極、３
６…第三の絶縁膜、３７…第四の絶縁膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者長澤正幸東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体上の有機絶縁膜の主表面を、酸化セリ
ウムにより研磨することを特徴とする研磨方法。
【請求項２】請求項１に記載の研磨方法において、前記
研磨はアルカリ性領域で行うことを特徴とする研磨方
法。
【請求項３】請求項２に記載の研磨方法において、前記
研磨は前記有機絶縁膜の選択研磨であることを特徴とす
る研磨方法。
【請求項４】請求項１に記載の研磨方法において、前記
有機絶縁膜に含まれる有機成分は１０％以上であること
を特徴とする研磨方法。
【請求項５】請求項１に記載の研磨方法において、前記
有機絶縁膜の比誘電率は３．５以下であることを特徴と
する研磨方法。
【請求項６】請求項１に記載の研磨方法において、前記
酸化セリウムの結晶子の大きさは３０ｎｍ以下であるこ
とを特徴とする研磨方法。
【請求項７】請求項１に記載の研磨方法において、前記
酸化セリウム粉に含まれるナトリウムの濃度が２ｐｐｍ
以下であることを特徴とする研磨方法。
【請求項８】請求項１に記載の研磨方法において、前記
酸化セリウム粉に含まれるナトリウム、カルシウム、
鉄、クロムの含有量が合計１０ｐｐｍ未満であることを
特徴とする研磨方法。
【請求項９】請求項１に記載の研磨方法において、前記
酸化セリウムの平均粒子径は０．３μｍ以下であること
を特徴とする研磨方法。
【請求項１０】請求項１に記載の研磨方法において、前
記基体の前記有機絶縁膜が形成された面と反対の面を樹
脂研磨パッドにより支えながら研磨することを特徴とす
る研磨方法。
【請求項１１】請求項１に記載の研磨方法において、主
表面に段差を有する配線基板上に有機絶縁膜を形成する
工程と、前記有機絶縁膜の主表面を酸化セリウムにより研磨する
工程とを有することを特徴とする研磨方法。
【請求項１２】基体上に第１の配線層及び第２の配線層
を形成する工程と、前記第１の配線層及び第２の配線層が形成された基体上
に、第１の無機絶縁膜を形成する工程と、前記第１の無機絶縁膜を覆って、前記第１の配線層と前
記第２の配線層の間を埋め込むように有機絶縁膜を形成
する工程と、前記有機絶縁膜を酸化セリウムにより選択的に研磨する
工程と、前記研磨した有機絶縁膜上に第２の無機絶縁膜を形成す
る工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方
法。
【請求項１３】酸化セリウムを用いて研磨した後の配線
基板から、硫酸、硝酸の少なくとも一つと過酸化水素と
を混合した溶液を用いて、前記酸化セリウムを除去する
ことを特徴とする研磨剤の処理方法。
【請求項１４】酸化セリウムを用いて研磨した後の配線
基板から、炭酸アンモニウム、アンモニアの少なくとも
一つと過酸化水素とを混合した溶液を用いて、前記酸化
セリウムを除去することを特徴とする研磨剤の処理方
法。
【請求項１５】酸化セリウムを用いて研磨した後の配線
基板から、硫酸、硝酸の少なくとも一つを含む溶液に、
オゾンを含むガスをバブリングさせて、前記酸化セリウ
ムを除去することを特徴とする研磨剤の処理方法。
【請求項１６】酸化セリウムを用いて研磨した後の配線
基板から、炭酸アンモニウム、アンモニアの少なくとも
一つを含む溶液に、オゾンを含むガスをバブリングさせ
て、前記酸化セリウムを除去することを特徴とする研磨
剤の処理方法。
【請求項１７】結晶子の大きさが６０ｎｍ以上である酸
化セリウムを用いて、ｐＨ３以上１４以下の中性でない
領域で、無機絶縁膜を選択的に研磨することを特徴とす
る研磨方法。
【請求項１８】結晶子の大きさが６０ｎｍ以上である酸
化セリウムを用いて、ｐＨ３以上１４以下の領域で、ド
ープド絶縁膜を選択的に研磨することを特徴とする研磨
方法。
【請求項１９】酸化セリウム粉に含まれる不純物である
ナトリウム、カルシウム、鉄、クロムの含有量が合計１
０ppm未満であることを特徴とする有機絶縁膜用の研磨
剤。
【請求項２０】請求項１９記載の研磨剤において、前記
酸化セリウムの結晶子の大きさは、３０ｎｍ以下である
ことを特徴とする研磨剤。
【請求項２１】請求項１９記載の研磨剤において、前記
酸化セリウムの平均粒子径は０．３μｍ以下であること
を特徴とする研磨剤。
【請求項２２】不純物であるナトリウム、カルシウム、
鉄、クロムの含有量が合計１０ppm未満の酸化セリウム
粉を、分散液中の酸化セリウム粉の濃度が５重量％以上
になるように溶媒に混ぜられたことを特徴とする研磨
剤。
【請求項２３】請求項２２記載の研磨剤において、前記
研磨剤の水素イオン濃度が６.５以下であることを特徴
とする研磨剤。
【請求項２４】請求項２３記載の研磨剤において、金属
を構成要素として含まない酸を添加することにより、水
素イオン濃度を６.５以下としたことを特徴とする研磨
剤。
【請求項２５】請求項２２記載の研磨剤において、前記
研磨剤の水素イオン濃度が７．５以上であることを特徴
とする研磨剤。
【請求項２６】請求項２５記載の研磨剤において、金属
を構成要素として含まないアルカリを添加することによ
り、水素イオン濃度を７．５以上としたことを特徴とす
る研磨剤。