JPH11302633A - 研磨剤及び半導体基板のポリッシング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高純度で安定性や再現性に優れ基板や被ポリ
ッシング膜に傷の付かない研磨剤及びこの研磨剤を用い
たＣＭＰにより半導体基板の被ポリッシング膜を平坦化
する方法を提供する。 【解決手段】 研磨剤に添加される水溶性セルロースの
Ｎａ含有量を少なくすること、シリカ研磨粒子の含有量
を０．１〜５０ｗｔ％にすること及び必要に応じてｐＨ
調製剤を用いこの調整剤に水溶性アミンの水溶液を用
い、この水溶性セルロースの濃度をＣｗｔ％としたとき
のアルカリ金属元素の含有量が５Ｃｐｐｍ以下となるよ
うに調整されるようにする。水溶性セルロースの濃度
は、０．０５〜４ｗｔ％が良く、好ましくは０．１〜１
ｗｔ％、とくに好ましくは０．１〜０．５ｗｔ％が適当
である。研磨剤に添加される水溶性アミンの含有量は、
０．１〜２０ｗｔ％が良い。とくに水溶性アミンの含有
量は、１〜１５ｗｔ％が良く、好ましくは３〜１０ｗｔ
％が適当である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、研磨剤に関し、と
くにシリコンなどの半導体ウェーハの表面をポリッシン
グしたり半導体基板表面の成膜を化学的機械的研磨法
（ＣＭＰ:ChemicalMechanical Polishing）によりポリ
ッシングする際に用いられる研磨剤及びこれを用いたポ
リッシング方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、シリコンウェーハはシリコンのイ
ンゴットからスライスしたウェーハを一次、二次と順次
砥粒の精度を上げて研磨し、最後に仕上げの研磨を行う
ことが知られている。仕上げ研磨には、ウェーハ表面の
凹凸や歪みを極限まで取り去ることが必要とされてい
る。また近年のＵＬＳＩの製造においてはデバイスの微
細化の進展とともにウェーハの汚染度（純度）について
も重要視されるようになってきており、そのため高精度
の研磨が可能で且つウェーハの純度を損なわない高純度
の研磨剤が求められている。上記のような研磨剤として
は米国特許３７１５８４２号に二酸化珪素等の無機酸化
物と水溶性セルロース誘導体とアルカリからなる研磨剤
が開示されている。上記の研磨剤では、水溶性セルロー
ス誘導体を添加することによってウェーハ上の研磨傷を
低減できることが示されている。

【０００３】研磨装置（以下、ポリッシング装置とい
う）は、研磨布を表面に張り付けモータなどにより回転
される研磨盤と、基板を回転自在に支持し、回転する基
板を研磨盤に押し付ける吸着盤とを備えている。このポ
リッシング装置を用いて基板をポリッシングするには、
回転する基板のポリッシュする面を回転する研磨盤上の
研磨布に押し付けて加工点に研磨剤（スラリーともい
う）を供給しながらポリッシングするのが通常である。
このポリッシング装置を利用したポリッシング技術は、
半導体装置や液晶などの微細化された製品の製造などに
適用されている。一般にＩＣやＬＳＩなどの半導体装置
は、半導体基板の集積回路を設計する設計工程、集積回
路の形成に用いられる電子ビームなどを描画するための
マスク作成工程、単結晶インゴットから所定の厚みのウ
ェーハを形成するウェーハ製造工程、ウェーハに集積回
路などの半導体素子を形成するウェーハ処理工程、ウェ
ーハを各半導体基板に分離しパッケージングして半導体
装置を形成する組立工程及び検査工程等の諸工程を経て
形成される。そして、ウェーハ処理工程においてトレン
チやコンタクト孔等の溝部に金属、ポリシリコン、シリ
コン酸化膜（ＳｉＯ ₂ ）、シリコン窒化膜（Ｓｉ
₃ Ｎ₄ ）等の任意の材料を埋め込んだ後にその表面を平
坦化する方法としてエッチバックＲＩＥ(Reactive Ion
Etching)法が知られている。

【０００４】しかし、このエッチバックＲＩＥ方法は、
エッチバックレジストの塗布などの工程が多くなるこ
と、ウェーハ表面にＲＩＥダメージが入りやすいこと、
良好な平坦化が難しいこと、また真空系の装置を用いる
ため構造が複雑であること、危険なエッチングガスを使
用することなどから様々な問題点が多い。そこで最近で
は、エッチバックＲＩＥに代わって上記ＣＭＰ法が研究
されるようになってきた。このＣＭＰ法は、半導体装置
を製造する際にデバイスの表面を平坦化する手法であ
り、高精度の研磨剤が求められている。とくに、研磨の
対象がシリコンウェーハそのものであったり、ウェーハ
上に形成したポリシリコン膜の場合には、ウォーターマ
ークの発生を抑えるために、水溶性高分子を添加した研
磨剤が提案されている。すなわち、清浄なシリコン表面
は撥水性のため研磨工程及び清浄工程でシリコン又はポ
リシリコン膜が水を弾き、ウォーターマークと呼ばれる
ダストの集団を形成し、ウェーハの清浄度やデバイスの
歩留りを低下させる場合がある。このような問題を防止
するために、研磨剤中に水溶性高分子を添加し、ウェー
ハ上に親水性膜を形成させることによって上記ウォータ
ーマークの発生を防止する方法が採用されてきた。

【０００５】通常上記のようなシリコンなどの基板表面
及び基板上の成膜をポリッシングするために用いる研磨
剤は、シリカなどの研磨粒子と、溶媒である水と、親水
性膜を形成する水溶性セルロースと、必要に応じて添加
されるアンモニアなどのｐＨ調製剤とから構成されてい
る。一般に水溶性セルロースには多量のＮａなどのアル
カリ金属不純物が含有されているが、Ｎａが存在すると
ウェーハが汚染されウェーハに形成された配線の短絡事
故などを生ずるので、５〜１０ｐｐｍ程度に少なくして
研磨剤に添加する。また、このような研磨剤を用いて基
板などをポリッシングする場合は、通常純水やイオン水
などの分散剤で希釈して用いる。半導体ウェーハをポリ
ッシングする場合は、２〜１０倍に希釈して用い、半導
体基板上の成膜（被ポリッシング膜）をポリッシングす
る場合は、２０倍程度に希釈して用いるのが一般的であ
る。この場合、ウェーハなどをポリッシングする研磨盤
上の半導体ウェーハには研磨剤ノズルと分散剤ノズルの
両方から研磨剤と分散剤とをそれぞれ供給する。また、
組成の異なる２種類の研磨剤を併用してポリッシングす
ることも知られている。この場合、基板をポリッシング
する研磨盤上のウェーハには第１の研磨剤ノズルと第２
の研磨剤ノズルの両方から研磨剤をそれぞれ供給する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の研磨剤
は純度に関して十分な管理がされていないため、いくつ
かの問題点が懸念されていた。例えば、シリコンウェー
ハの研磨やデバイスの研磨においては、研磨剤によって
ウェーハが汚染され、研磨後の洗浄が不十分な場合には
デバイスの歩留りが低下する場合があった。また、通常
市販されている水溶性セルロースを使用した場合には、
アルカリ剤の添加量を一定にしても、ｐＨ等の研磨剤の
物性が一定せず、それによって研磨の再現性等に問題が
生じる場合があった。さらに、従来の研磨剤では、アル
カリ剤としてアンモニアのような蒸気圧の高いものを使
用した場合には、アルカリ剤が気化し易いため、研磨剤
の安定性や研磨の再現性等に問題があった。そのため、
高純度でしかも安定性や再現性に優れた研磨剤が求めら
れていた。

【０００７】また従来のポリッシング装置では、研磨粒
子としてシリカ粒子などを研磨剤に分散させて使用して
いるのでオーバーポリシングされることがある。その結
果半導体基板の溝に埋め込まれたＣＶＤ酸化膜をポリッ
シングした場合に溝中のＣＶＤ酸化膜の表面にディシン
グ形状の窪みができることがある。この窪みの他に半導
体基板１自体の溝のコーナー部分もエッチングされるこ
とがあり、後工程を進める際に問題となる場合がある。
例えば、窪みにｎ^＋化やｐ^＋化したポリシリコンやメタ
ル残りが生じることによるポリシリコン抵抗異常や配線
ショートなどが発生することがある。したがって研磨粒
子を少なくすることが必要であった。本発明は、このよ
うな事情によりなされたものであり、高純度で安定性や
再現性に優れ基板や被ポリッシング膜に傷の付かない研
磨剤及びこの研磨剤を用いたＣＭＰにより半導体基板の
被ポリッシング膜を平坦化する方法を提供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するために鋭意研究を重ねた。その結果、特にウ
ォーターマークの防止等に効果が大きい水溶性セルロー
スを使用した場合、その製造過程で多量に含有されてい
るナトリウムの様なアルカリ金属元素が多量に研磨剤中
に存在し、上記問題の原因となっているという知見を得
た。そして、かかる水溶性セルロースを精製することに
より、アルカリ金属を特定の値まで取り除き、研磨剤の
純度を飛躍的に高めた。その結果、この研磨剤を用いる
ことによってシリコンウェーハ及びデバイスの汚染を大
幅に抑えるのみでなく、併用するアルカリ剤として特定
のアミンを選択することによって、研磨の安定性、再現
性を著しく向上させることができ、本発明を完成するに
至った。本発明は、研磨剤に添加される水溶性セルロー
スのＮａ含有量を少なくすること、研磨粒子、即ち、シ
リカの含有量を０．１〜５０重量（ｗｔ）％、好ましく
は５〜２０ｗｔ％にすること及び必要に応じてｐＨ調製
剤を用いこの調整剤に２０℃における蒸気圧が１３３Ｐ
ａ以下の水溶性アミンの水溶液を用い、この水溶性セル
ロースの濃度をＣｗｔ％としたときのアルカリ金属元素
の含有量が５Ｃｐｐｍ以下となるように調整されたこと
を特徴としている。

【０００９】水溶性セルロースの濃度は、０．０５〜４
ｗｔ％が良く、好ましくは０．１〜１ｗｔ％、とくに好
ましくは０．１〜０．５ｗｔ％が適当である。研磨剤に
添加される水溶性アミンの含有量は、０．１〜２０ｗｔ
％が良い。とくに水溶性アミンの含有量は、１〜１５ｗ
ｔ％が良く、好ましくは３〜１０ｗｔ％が適当である。
この研磨剤を用いてＣＭＰを実施する場合、研磨剤をイ
オン水などの分散剤で稀釈して用いるようにしても良
い。研磨剤の粘度は１〜１０センチポイズ（ｃＰ）が適
当である。本発明の研磨剤は、シリカなどの研磨粒子
と、溶媒である水と、親水性膜を形成する水溶性セルロ
ースと、必要に応じて添加される水溶性アミンなどのｐ
Ｈ調製剤とから構成されている。水溶性セルロースに含
まれるＮａ不純物は、０．０５〜１ｐｐｍ程度である。
また、本発明の研磨剤を用いて基板などをポリッシング
する場合は、通常純水やイオン水などの分散剤で希釈し
て用いる。半導体ウェーハをポリッシングする場合は、
２〜１０倍に希釈して用い、半導体基板上の成膜（被ポ
リッシング膜）をポリッシングする場合は、２０倍程度
に希釈して用いる。したがって、研磨剤は、２〜２０倍
程度に希釈して用いられる。この場合、ウェーハなどを
ポリッシングする研磨盤上の半導体ウェーハには研磨剤
のノズルと分散剤のノズルの両方から研磨剤と分散剤と
をそれぞれ供給する。

【００１０】上記の研磨剤を希釈して基板をポリッシン
グする時の水溶性セルロースの濃度は、０．００２５〜
０．８ｗｔ％が良く、好ましくは０．００５〜０．２ｗ
ｔ％、とくに好ましくは０．００５〜０．１ｗｔ％が適
当である。また研磨剤に添加される水溶性アミンの含有
量は、０．００５〜４ｗｔ％が良い。とくに０．０５〜
３ｗｔ％が良く、好ましくは０．１５〜２ｗｔ％が適当
である。この時のシリカの含有量は、０．００５〜１０
ｗｔ％が良く、とくに０．２５〜４ｗｔ％が適当であ
る。また、本発明のポリッシング方法では、本発明の研
磨剤とこの研磨剤とは組成の異なる研磨剤とを併用して
ポリッシングすることが好ましい。この場合、基板をポ
リッシングする研磨盤上の半導体ウェーハには本発明の
研磨剤のノズルと他の研磨剤のノズルの両方からそれぞ
れ研磨剤を供給する。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明において、水溶性セルロー
スの種類は特に制限無く公知のものが使用できる。例え
ば、メチルセルロース、メチルヒドロキシエチルセルロ
ース、メチルヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキ
シエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等
の水溶性のセルロース及びその誘導体が挙げられる。セ
ルロースの作用は、主としてポリッシング時のウェーハ
上への傷を減らすこととウェーハ上に親水性膜を形成す
ることである。かかる観点より、上記水溶性セルロース
の中でも、ヒドルキシエチルセルロースは、親水性膜を
形成させ易く好ましい。研磨剤中のセルロースの添加量
は、用いるセルロースの分子量等にも依存するため一概
には限定できないが、０．０５〜４ｗｔ％の範囲、好ま
しくは０．１〜１ｗｔ％の範囲、さらに好ましくは０．
１〜０．５ｗｔ％の範囲が好適である。即ち０．０５ｗ
ｔ％未満では均一な親水性膜が形成しにくい場合があ
る。また、使用する水溶性セルロースの分子量等にも依
るが、４ｗｔ％を越えると研磨剤の粘度が高くなり過ぎ
て取り扱い難くなる場合がある。

【００１２】前記の水溶性高分子を使用する従来の研磨
剤においては、使用する水溶性高分子の純度に着目され
た例は全くない。ところが、本発明者の確認によれば、
本発明で用いられる水溶性セルロースの金属、特にアル
カリ金属不純物は以外に多く、シリコンウェーハのポリ
ッシング等において前記した問題の一因となっている。
因みに、一般的に市場から入手できる水溶性セルロース
はＮａ等の不純物を数千〜数万ｐｐｍ含んでいる。ま
た、上記不純物の含有量は、ロット毎にばらつきが大き
いため、安定的に且つ再現性良く研磨剤を製造すること
が難しいという問題があった。このように水溶性セルロ
ースがアルカリ金属元素を多く含む理由は次の通りであ
る。水溶性セルロースは、一般に、パルプやコットンを
原料にして苛性ソーダで一旦アルカリセルロースを生成
させ、続いて酸化エチレン等を反応させて水溶性セルロ
ースを合成することによって得られるが、洗浄等による
不純物、特にＮａ成分等の除去が完全でないことにその
理由がある。

【００１３】水溶性セルロースから不純物を取り除く試
みはいくつか報告されている。例えば、特開昭５３−１
０２３９３号ではグリオキザールをヒドロキシエチルセ
ルロースに結合せしめ、一旦セルロースを不溶性にして
洗浄し、その後架橋を解いて元のヒドロキシエチルセル
ロースに戻す方法が示されている。このような水洗だけ
では、Ｎａ等の不純物を完全に取り除くことは難しい。
また、特開昭６２−３２１０１号には、ヒドロキシエチ
ルセルロースを酸性アルキル燐酸エステルを含む有機溶
剤または有機溶剤と水の混合溶媒で処理することにより
該セルロース中のアルカリ金属分を除去する方法が示さ
れている。また、特開昭５０−８３４２７号には、不純
物として酢酸ナトリウムを含んだヒドロキシエチルセル
ロースから、酢酸ナトリウム中のナトリウムイオンだけ
を除去するために、陽イオン交換樹脂を用いて精製する
方法が示されている。この例では陽イオン交換樹脂のみ
を使用しており、さらに水酸化アンモニウムを添加し、
生成した酢酸アンモニウムによってカビの発生を防止す
ることを目的としている。なお、本発明においては、上
記で例示したような生成方法を併用してもかまわない。

【００１４】本発明において、水溶性セルロースの精製
は、Ｎａ等の金属イオンのみではなく、水酸基以外の陰
イオンも除くことが望ましい。その理由は、水酸基以外
の陰イオンが存在した場合には、水溶性セルロース水溶
液は酸性を呈するため、水溶性アミンの添加量が一定せ
ず、研磨剤としての再現性が保たれない場合が多いから
である。水溶性セルロース水溶液中からアルカリ金属元
素を除去する方法はとくに限定されない。好適な例を例
示すると、水溶性セルロース水溶液をＨ型イオン交換樹
脂及びＯＨ型イオン交換樹脂とそれぞれ接触させる方法
を挙げることができる。Ｈ型イオン交換樹脂とＯＨ型イ
オン交換樹脂の両者を使用して高純度化することによっ
て、上述したように、Ｎａ等の金属イオンのみではな
く、水酸基以外の陰イオンも除去できるので好ましい。
本発明において、上記処理に供する水溶性セルロース水
溶液中の水溶性セルロースの濃度は、該セルロースに様
々な分子量のセルロースが存在するため、一概には決め
られないが、一般には、０．０５〜４ｗｔ％の範囲、好
ましくは０．１〜１ｗｔ％の範囲が好ましい。イオン交
換処理の作業性の点から言えば、水溶性セルロース水溶
液の粘度は５〜１０００、好ましくは１０〜３００ｃＰ
の範囲が好ましい。イオン交換後の該水溶液は純水で薄
めることもできるし、逆に水を飛ばして濃縮や乾燥させ
ることもできる。

【００１５】このようにして水溶性セルロースの濃度
を、最終的に任意の濃度に合わせることができる。上記
水溶性セルロース水溶液とイオン交換樹脂との接触方法
は、Ｈ型イオン交換樹脂及びＯＨ型イオン交換樹脂にそ
れぞれ別々に接触させても良いし、あるいはＨ型イオン
交換樹脂とＯＨ型イオン交換樹脂の混合物に同時に接触
させても良い。またかかる接触は、回分式でも流通式で
もよい。好ましい態様を例示すると、Ｈ型イオン交換樹
脂とＯＨ型イオン交換樹脂の混合物を充填した樹脂塔
に、一方方向から水溶性セルロース水溶液を一定速度で
供給する方法が挙げられる。なお、上記のイオン交換処
理された水溶性セルロース水溶液は、ろ過等により微粒
子を取り除くことができる。ろ過するフィルタの孔径
は、５０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下、さらに好
ましくは１μｍ以下である。このように、フィルタでろ
過した水溶性セルロースを本発明の研磨剤に使用すると
ポリッシング後のウェーハ上のダスト量が低下するので
好ましい。本発明の研磨剤に使用する水溶性セルロース
は、上記精製処理により、後記の研磨剤中において、規
定されたアルカリ金属元素の含有量を満足し得る程度に
精製すればよい。

【００１６】本発明に用いる水溶性アミンとしては、２
０℃における蒸気圧が１３３Ｐａ以下のであれば特に制
限無く採用される。すなわち蒸気圧が１３３Ｐａより高
いものは研磨剤中より気散し易いため、後記の水溶性セ
ルロースの純度と共働して研磨剤の安定性やポリッシン
グ性能の再現性を向上させる作用が低下し、本発明の目
的を達成することができない。本発明の研磨剤におい
て、水溶性アミンを添加する目的は、研磨剤のｐＨをア
ルカリ側にし、ポリッシング作用を促進するためであ
る。また、シリカを含む研磨剤においては、シリカと水
溶性セルロースの凝集を防ぐために、ポリッシング時の
ｐＨを８以上にする目的のために添加される。本発明で
は、研磨剤の安定性やポリッシングの再現性に注目した
ところ、２０℃における蒸気圧が１３３Ｐａ以下の水溶
性アミンが特に研磨剤の上記性質を達成するのに優れて
いることを見い出した。上記水溶性アミンの代表例を例
示すると、ジエタノールアミン、トリエタノールアミ
ン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、
テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミ
ン、トリエチレンジアミン、２−アミノエタノール、ポ
リエチレンイミン、アミノエチルエタノールアミン等が
挙げられる。また、上記アミンの群の中の２つ以上の混
合物、あるいは２０ｗｔ％以下の比率で上記以外のアル
カリ剤でアルカリ金属元素を含有しないもの、例えば、
アンモニア、蒸気圧が比較的高いアミン等を含んでいて
も良い。上記で例示した水溶性アミンの中でも、トリエ
タノールアミンは蒸気圧が非常に低いために研磨剤に用
いたときの再現性や安定性に優れており好ましい。

【００１７】水溶性アミンの添加量は研磨剤の性能を維
持できる範囲であれば特に限定されない。通常、研磨剤
のポリッシング時のｐＨが目的の値、具体的には、９〜
１１となるように０．１〜２０ｗｔ％の範囲から適宜選
択される。なお仕上げ研磨剤においては、ポリッシング
速度はあまり重要視されないため、水溶性アミンとして
は、塩基性の弱いものの方が研磨剤に用いたときの再現
性や安定性に優れている傾向にある。その意味でもトリ
エタノールアミンは比較的塩基性が弱く、好ましい。上
記水溶性アミンとしてトリエタノールアミンを使用した
ときの配合量は比較的高い方が好ましく、その研磨剤の
濃度は１〜１５ｗｔ％の範囲、好ましくは３〜１０ｗｔ
％の範囲となるように添加するのが好ましい。シリカと
しては、高純度のものが望ましい。シリカとしては、ア
ルコキシシランを原料に用いて、加水分解して製造され
るコロイダルシリカが代表的である。上記のコロイダル
シリカは、Ｓｉ以外の全金属不純物量を１ｐｐｍ以下に
することが比較的容易である。該シリカ粒子の平均一次
粒子径（電子顕微鏡で測定される平均粒子径）は、１０
〜１００ｎｍの範囲、好ましくは３０〜６０ｎｍの範囲
が好ましい。また、平均二次粒子径（粒度分布計で測定
される平均粒子径）は、２０〜２００ｎｍの範囲、好ま
しくは３０〜１２０ｎｍの範囲が好ましい。シリカ粒子
の粒度分布はある程度の幅を持っていてもよいが、粒度
分布は狭い方が望ましい。また、５００ｎｍ以上、好ま
しくは２００ｎｍ以上の粗粒を含まないことが望まし
い。

【００１８】さらに本発明に用いるシリカとして、酸素
と水素よりなる火炎中で四塩化硅素を燃焼させて製造さ
れるフュームドシリカは製造方法によっては高純度化が
可能であり、好適に採用される。従って、一般的に市販
されているフュームドシリカのうち、Ｓｉ以外の金属の
含有量が１ｐｐｍ以下のものを選択して使用すればよ
い。かかるフュームドシリカは比表面積が５０〜５００
ｍ² ／ｇの範囲のものが製造できるが、シリコンウェー
ハやデバイスのポリッシングには比表面積が２００ｍ²
／ｇ以上のものが好ましい。上記のフュームドシリカを
本発明の研磨剤に使用する場合には、研磨剤中にシリカ
が微分散していることが望ましい。本発明の研磨剤にお
いて、シリカの含有量は、シリカの効果を十分発揮させ
るために、０．１〜５０ｗｔ％、とくに５〜２０ｗｔ％
にすることが好ましい。本発明の研磨剤中のアルカリ金
属元素の含有量は、水溶性セルロースのアルカリ金属元
素の含有量、水溶性アミンおよび必要に応じて添加され
るシリカの純度を管理し、水溶性セルロースの濃度をＣ
ｗｔ％としたときのアルカリ金属元素の含有量が５Ｃｐ
ｐｍ以下となるように調製することが前記水溶性アミン
との働きにより、本発明の目的を達成するために重要で
ある。

【００１９】また本発明の研磨剤において、アルカリ金
属元素以外の金属元素やＯＨイオン以外の陰イオンにつ
いても上記アルカリ金属元素と同程度に調整することが
より好ましい。セルロース中にはＮａ等のアルカリ金属
元素と同時に、アルカリ金属元素以外の金属元素や陰イ
オン不純物が含有されている。イオンクロマトの測定に
よって、未精製のセルロース溶液中には、陰イオン不純
物としてＮＯ₃ ^-1３５．３ｐｐｍ、ＰＯ₄ ^-3７．９ｐｐ
ｍが検出されている。このような陰イオン不純物は、前
記アルカリ金属元素等の陽イオン不純物と同様に、研磨
剤のｐＨ値に影響を与えることを本発明者らは見出だし
た。つまり、陽イオン不純物や陰イオン不純物が多量に
存在すると研磨剤のロット間でｐＨ値のばらつきが大き
くなり、研磨速度のばらつきにつながるという問題があ
る。一般に研磨剤中に含まれている陽イオン不純物とし
ては、前記したアルカリ金属元素以外にＺｎ、Ｐｂ、Ｎ
ｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｃ
ａ、Ａｌ等の金属元素のイオンがある。また、陰イオン
不純物としては、ＮＯ ₃ ^-1、ＰＯ₄ ^-3、Ｆ^-1、Ｃｌ^-1、
Ｂｒ^-1、ＳＯ^{4 --}等がある。

【００２０】本発明においては、水溶性セルロースの濃
度をＣｗｔ％としたときアルカリ金属元素の含有量を５
Ｃｐｐｍ以下としなければならないが、研磨剤の研磨速
度のばらつきを防止するためには、アルカリ金属元素と
それ以外の金属元素を含めた陽イオン不純物を５Ｃｐｐ
ｍ以下とすることが好ましい。さらに、陰イオン不純物
の含有量も５Ｃｐｐｍ以下とすることが好ましい。この
ように陽イオン不純物および陰イオンを上記値以下に調
整することによって、ロット間でのｐＨ値のばらつきが
小さく、研磨速度のばらつきの小さい研磨剤を得ること
ができる。本発明の研磨剤の用途は特に制限無く、かか
る組成で使用されるポリッシングに使用することができ
る。例えば、化学的機械的研磨に使用してもよい。本発
明の研磨剤は、ポリッシング時には前記組成で使用され
るが、取り扱い時の容易性のため、この組成を２〜２０
倍に調製されたものを商品とすることが好ましい。上記
研磨剤の使用時の希釈は、純水を使用することにより、
アルカリ金属元素の混入を防止することが望ましい。

【００２１】本発明の研磨剤は、ポリッシング時のｐＨ
を８〜１１の範囲、好ましくは９〜１０．５の範囲、さ
らに好ましくは９．５〜１０．３の範囲にすることが好
ましい。ｐＨ８未満ではポリッシング速度が不十分であ
ったり、水溶性セルロースとシリカがゲル化反応を起こ
す場合が多い。ｐＨが１１を越えるとウェーハ表面が荒
れる場合があり好ましくない。以下、本発明を実施例を
挙げて具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例
に何ら制限されるものではない。 （実施例１） 市販のヒドロキシエチルセルロースを用
いて０．５６ｗｔ％の水溶液１００リットルを調製した
（以下、Ａ液という）。Ａ液の粘度は２１７ｃＰ、ｐＨ
は６．５であった。なお、粘度はＢ型粘度計、ｐＨはｐ
Ｈメーターを用いて、それぞれ２５℃で測定した。

【００２２】次に、Ｈ型のイオン交換樹脂とＯＨ型のイ
オン交換樹脂の混合物（オルガノ製、アンバーライト；
ＭＢ−２）を１０リットルの筒に詰め、該筒の下部から
Ａ液５０リットルを１リットル／分の速度で流した。最
初に出てきた約１０リットルを捨て、次に出てきた３０
リットルを分取した（以下、Ｂ液という）。Ｂ液のｐＨ
は４．４、１００℃で乾燥させて固形分濃度を測定した
ところ０．５６ｗｔ％であった。次に、上記Ｂ液２０ｋ
ｇに対してトリエタノールアミン（純度９９％以上、２
０℃における蒸気圧は１．３Ｐａ以下）を２．４ｋｇ加
えて均一に混合した（以下、Ｃ液という）。なおこのア
ミンの純度分析を行ったところ、金属元素及びＯＨ以外
の陰イオンは全て０．１ｐｐｍ以下であった。金属元素
については、原子吸光法（ＮａとＫ）及びＩＣＰ法（Ｎ
ａとＫ以外の金属元素）で、陰イオンについてはイオン
クロマト法によって分析した。上記Ｃ液に、さらに砥粒
として高純度のコロイダルシリカ（アルコキシシランを
原料に用いて加水分解して製造したもの）を４．８ｋｇ
と純水２０．８ｋｇを加え、よく撹拌した（以下、Ｅ液
という）。このコロイダルシリカの粒子径は、電子顕微
鏡で観察したところ、９９％以上の粒子が３５〜６５ｎ
ｍの範囲に入っていた。なおこのコロイダルシリカの純
度分析を行ったところ、金属元素はシリカ換算で全て
０．１ｐｐｍ以下であった。

【００２３】さらに、上記Ｅ液を６μｍのフィルターを
通してろ過し、仕上げ研磨剤を製造した。この研磨剤の
物性は、ｐＨ１０．１２、粘度２１ｃＰ、比重１．０６
７（何れも２５℃の値）であった。また、上記研磨剤に
ついて、不純物の分析を行ったところ、図２の特性図に
示すような結果が得られた。この結果からわかるよう
に、イオン交換したものはアルカリ金属元素及びその他
の金属元素、さらには代表的な陰イオンについても、
０．１ｐｐｍ以下の高純度化が達成できていることがわ
かった。以上の結果が示すように、Ｈ型イオン交換樹脂
及びＯＨ型イオン交換樹脂を用いて精製された水溶性セ
ルロースと厳選された高純度の水溶性アミンおよびシリ
カを用いることにより、水溶性セルロース濃度（０．２
３ｗｔ％）より前記式により算出されるアルカリ金属元
素の含有量の上限である１．２ｐｐｍ以下の仕上げ研磨
剤を製造することができた。次に、上記のように製造し
た研磨剤の特性を調べた。上記研磨剤を用いてシリコン
ウェーハのポリッシング試験を行った。ポリッシング装
置には市販の研磨機を用い、パッドには不織布タイプの
ものを用いた。上記研磨剤を純水で５倍に希釈した溶液
を、供給速度２００ｍｌ／分で研磨パッド上に供給しな
がら、荷重２００ｇ／ｃｍ² 、定盤の回転数２５ｒｐｍ
の条件で６インチのシリコンウェーハをポリッシングし
た。

【００２４】ポリッシング速度の再現性を調べた結果を
図３に示す。なお研磨剤は、上記の純水で５倍に希釈し
たものを約５０リットル調製しておき、使用時以外は容
器に入れたまま放置しておいたものを使用した。またポ
リッシング後のウェーハを洗浄後に、ウェーハ表面の純
度分析を行った結果を図４に示す。５個のロットの異な
るヒドロキシエチルセルロースを用いた以外は、上記実
施例１と同様にして該セルロースを精製し、研磨剤を調
製した。その結果、研磨剤のｐＨ値は１０．１〜１０．
２の範囲でばらつきは極めて小さかった。また、他の物
性値も殆ど一定であった。研磨速度に関しても、セルロ
ースのロットの違いは殆ど無いことがわかった。その結
果を図１６に示す。 （比較例１） トリエタノールアミンを用いる代わりに
アンモニア水（２０℃における蒸気圧は４８３〜８３７
ｋＰａ）を用いて実施例１と同様の研磨剤を製造し、実
施例１と同様にして試験した。ポリッシング速度の再現
性の結果を表２に示す。なお、該研磨剤の物性は、ｐＨ
１０．２、粘度１１．５ｃＰ、比重１．０５９（何れも
２５℃の値）であった。

【００２５】以上の結果からわかるように、蒸気圧の高
いアンモニアを用いた場合には、研磨剤を調製してから
長期間保存しておくと、ポリッシング速度の再現性に乏
しいことが明らかである。 （比較例２） Ｂ液を用いる代わりに、イオン交換処理
を行う前のＡ液を用いた以外は実施例１と同様にして研
磨剤を製造し、実施例１と同様にして試験した。研磨剤
の純度分析の結果を図２に、ポリッシング後のウェーハ
の純度を表３に示す。なお、この研磨剤の物性は、ｐＨ
９．９５、粘度２３ｃＰ、比重１．０６５（何れも２５
℃の値）であった。 上記研磨剤において、水溶性セルロース濃度（０．２３
ｗｔ％）より前記式により算出されるアルカリ金属元素
の含有量の上限は１．２ｐｐｍであり、これに対して、
本比較例で使用した研磨剤中のアルカリ金属元素の含有
量は、３．５ｐｐｍであった。

【００２６】実施例１において使用した５個のロットの
異なるヒドロキシエチルセルロースを用いた以外は、上
記比較例２と同様にして研磨剤を調製した。アルカリ金
属元素を含む陽イオン不純物および陰イオン不純物の含
有量は、図２に示したように前記式で算出される上限を
大きく越えている。また、図１６に示したように研磨剤
のｐＨ値は９．７〜１０．４の範囲でばらつきが大き
く、再現性が乏しいことがわかった。研磨速度に関して
もばらつきが大きかった。即ち、使用するセルロース
は、ロット毎に不純物（陽イオン及び陰イオン）濃度が
異なるため、セルロースを精製しなかった場合には研磨
剤のｐＨ値がばらつき、それによって研磨性能（研磨速
度）がばらつくことがわかった。以上の実施例及び比較
例からわかるように、本発明の研磨剤は、２０℃におけ
る蒸気圧が１３３Ｐａ以下の水溶性アミンを用いること
により、ポリッシングの再現性に優れ、且つ水溶性セル
ロースを高純度化することにより研磨剤の純度及びポリ
ッシング後のウェーハの純度を大幅に向上できることが
わかった。ウェーハ用の仕上げ研磨剤のみならず、デバ
イス用の研磨剤としても有用であることは明白である。

【００２７】図１は、本発明の研磨剤を用いてシリコン
半導体などのウェーハやウェーハ上に形成された成膜を
ポリッシングするポリッシング装置の断面図である。図
１にＣＭＰを実施するためのポリッシング装置の概略を
示し以下にその機構を説明する。ステージ２１上にベア
リング２２を介して研磨盤受け２３が配置されている。
この研磨盤受け２３上には研磨盤２４が取り付けられて
いる。研磨盤２４の上にはウェーハをポリッシングする
研磨布２５が張り付けられている。研磨盤受け２３及び
研磨盤２４を回転させるためにこれらの中心部分に駆動
シャフト２６が接続されている。この駆動シャフト２６
は、モータ２７により回転ベルト２８を介して回転され
る。一方、ウェーハ２０は、研磨布２５と対向する位置
に配置され、真空又は水張りにより吸着盤３１に取り付
けられた吸着布３０及びテンプレート２９に固定されて
いる。吸着盤３１は、駆動シャフト３２に接続されてい
る。また、この駆動シャフト３２は、モータ３３により
ギア３４及び３５を介して回転される。駆動シャフト３
２は、駆動台３６に固定されている。駆動台３６は、シ
リンダ３７に取り付けられ、このシリンダ３７による上
下の移動に伴い、駆動台３６は、上下する。吸着盤３１
に固定されたウェーハ２０と研磨布２５の間には、本発
明の研磨剤が供給される。このようにしてウェーハ２０
のポリッシングが行われる。

【００２８】次に、図５及び図６を参照して半導体基板
上の被ポリッシング膜を図１のポリッシング装置により
ポリッシングする方法を説明する。図５及び図６は半導
体装置の製造工程断面図であり、シリコン半導体基板に
溝部を形成しこの溝部をＣＶＤ酸化膜で埋め込み、ポリ
ッシング装置により平坦化する素子分離法とそのプロセ
スを示している。シリコン半導体基板１上に酸化膜をポ
リッシングするときのストッパー膜となる窒化珪素膜２
を厚さ約７０ｎｍ堆積する。その後、溝部形成用マスク
となるＣＶＤ酸化膜を窒化珪素膜２の上に堆積する。マ
スク及びストッパー膜をパターニングするためにフォト
レジスト（図示せず）をＣＶＤ酸化膜の全面に塗布す
る。次に、このフォトレジストをパターニングし、これ
をマスクにしてＣＶＤ酸化膜とその下のストッパー膜で
ある窒化珪素膜２をＲＩＥ法などにより開口する。次
に、開口されたＣＶＤ酸化膜と窒化珪素膜２をマスクに
してさらにＲＩＥ法でシリコン半導体基板１に溝部５を
形成する（図５（ａ））。溝部５を形成した後にウェッ
ト処理によりＣＶＤ酸化膜やＲＩＥ加工時の反応生成物
とダメージ層を取り除く。そして、窒化珪素膜２の上及
び溝部５にＣＶＤ酸化膜６もしくはＢＰＳＧ膜を堆積す
る（図５（ｂ））。このＣＶＤ酸化膜６を被ポリッシン
グ膜として図１に示すポリッシング装置を用いてポリッ
シングする。

【００２９】このポリッシング装置では本発明の研磨剤
を用いる。研磨剤に均一に分散するために窒化珪素粒子
をコロイド状態にして分散される。研磨剤の粘度は１〜
１０ｃＰが適当である。なぜなら、粘性が低いと研磨粒
子を均一に分散させることが難しく、また、粘性が高い
とメカニカルポリッシュ性が強くなり、ウェーハの反り
や膜厚の均一性がＣＭＰ後の均一性に大きく影響するよ
うになる。したがって均一性を得ることは難しくなる。
ポリッシング温度は、２０〜７０℃が適しており、とく
に高温処理ではケミカルな作用が強くなる。このポリッ
シング装置によるポリッシングは、例えば、１００ｒｐ
ｍ程度で回転する研磨盤２４の上の研磨布２５に押し付
けられて行われる。その時の研磨盤２４の回転数は、２
０〜２００ｒｐｍであり、押し付け圧力は、５０〜５０
０ｇ／ｃｍ² である。図６（ａ）に、ＣＶＤ酸化膜６を
このポリッシング装置で平坦化した後の状態を示す。ポ
リッシング後は、ストッパー膜である窒化珪素膜２をエ
ッチング除去する（図６（ｂ））。このあと仕上げのポ
リッシングを行い、半導体基板面とＣＶＤ酸化膜６の表
面を一様な面に仕上げる（図６（ｃ））。このポリッシ
ングにより、シリコン半導体基板１及び埋め込んだＣＶ
Ｄ酸化膜６にディッシングが無い良好な加工形状を得る
ことができた。

【００３０】次に、図７乃至図９のポリッシング工程を
示す断面図を参照して半導体基板に形成した溝部にポリ
シリコンを埋め込む工程を説明する。シリコン基板１の
主面を厚さ１０〜５０ｎｍ程度を熱酸化してバッファ酸
化膜（ＳｉＯ₂ ）８を形成する。その後２回目のポリシ
リコン膜をポリッシングするときのストッパー膜に用い
られ、且つ素子領域を保護するためのマスクに用いられ
る窒化珪素膜２をバッファ酸化膜８の上に厚さ７０ｎｍ
程度堆積する。その後、溝部形成用マスクとなるＣＶＤ
酸化膜３を窒化珪素膜２の上に堆積させる。マスク及び
窒化珪素膜をパターニングするために、フォトレジスト
をＣＶＤ酸化膜３全面に塗布しこれをパターニングす
る。このフォトレジストをマスクにしてＣＶＤ酸化膜３
とストッパー膜となる窒化珪素膜２をＲＩＥ法などによ
り同時に開口する。半導体基板１に溝部を形成し、その
後ウェット処理によりＲＩＥ加工時の反応生成物とダメ
ージ層を取り除き、その後溝部の内表面を熱酸化して酸
化膜１１を形成する。次に、減圧ＣＶＤなどによりポリ
シリコン膜１２を溝部の内部及びＣＶＤ酸化膜３の上に
堆積させる（図７（ａ））。次に、ポリシリコン膜１２
を被ポリッシング膜として図１に示すポリッシング装置
を用いて１回目のポリッシングを行う。この１回目のポ
リッシングにおけるストッパー膜にはＣＶＤ酸化膜３が
用いられる。図７（ｂ）に、ポリシリコン膜１２をこの
ポリッシング装置で平坦化した後の状態を示す。

【００３１】１回目のポリッシング後は、ＣＶＤ酸化膜
３をＨＦを含むエッチング液によりエッチングする（図
８（ａ））。ＣＶＤ酸化膜３を取り除く結果ポリシリコ
ン膜１２は、半導体基板１から突出した状態になってい
る。次に、この突出した状態のポリシリコン膜１２を被
ポリッシング膜として図１に示すポリッシング装置を用
いて２回目のポリッシングを行う。このポリッシング装
置に用いる研磨剤は前記１回目のポリッシングと同じで
ある。図８（ｂ）に、ポリシリコン膜１２をこのポリッ
シング装置で平坦化した後の状態を示す。この平坦化に
よりディッシングされずに溝部がポリシリコン膜１２で
埋め込まれる。窒化珪素膜２の一部は、そのままＬＯＣ
ＯＳ用のマスクとして使用されるので、その部分の上に
は、フォトリソグラフィ工程を経てフォトレジスト１３
が形成される（図９（ａ））。そして、窒化珪素膜２の
フォトレジスト１３で被覆されている領域を除く領域を
ＲＩＥ等で除去後、フォトレジストを剥離する（図９
（ｂ））。そして、熱処理により半導体基板１表面をＬ
ＯＣＯＳ酸化膜１４で被覆する（図９（ｃ））。ＬＯＣ
ＯＳマスクは周辺部がオーバーポリッシュのために薄く
なりバーズビークができるが、これは従来より小さく形
成されるので、エリア面積がデバイス特性に大きく影響
するほど影響されることはない。

【００３２】本発明では、新規な構成の研磨剤を使用す
ることにより図８（ｂ）に示すような良好な平坦形状を
得ることができ、その結果図９（ｃ）に示すようなＬＯ
ＣＯＳパターン変換差がない良好な加工形状を得ること
ができる。次に、図１０を参照して図１のポリッシング
装置を用いて半導体基板上の埋め込みＣｕ配線を形成す
る工程を説明する。半導体基板１上にＳｉＯ₂ などから
なるＣＶＤ酸化膜３及びプラズマＣＶＤで形成されたＳ
ｉＯ₂ などの酸化膜（以下、プラズマ酸化膜という）１
５を続けて形成する。次に、プラズマ酸化膜１５をパタ
ーニングして半導体基板１の所定箇所に溝部を形成す
る。溝部内及びプラズマ酸化膜１５の全面にＣｕ膜１６
を堆積させる（図１０（ａ））。次に、図１のポリッシ
ング装置によりプラズマ酸化膜１５をストッパー膜とし
てＣｕ膜１６をポリッシングする。プラズマ酸化膜１５
が露出した段階でＣｕ膜１６のポリッシングを終了させ
る。この処理により溝部内にのみＣｕ膜が埋め込まれ、
Ｃｕ膜の埋め込み配線１６が形成される（図１０
（ｂ））。このポリッシングにより半導体基板１の表面
がディッシングのない平坦化された表面がえられる。続
く２層目のプラズマ酸化膜（ＳｉＯ₂ ）１８の形成が容
易になる（図１０（ｃ））。このＣＭＰ法による平坦化
により２層目、３層目の電極配線（図示せず）の形成も
容易となる。

【００３３】この発明の実施の形態において、下地酸化
膜や配線金属材料として、プラズマＣＶＤＳｉＯ₂ 膜や
Ｃｕ膜などを用いたがそれぞれの所定の絶縁性能や金属
配線としての性能を満たせば、プラズマＣＶＤＳｉ₃ Ｎ
₄ 膜やＡｌ、Ａｕ、Ｗその他合金等他の材料であっても
良く、この下地酸化膜に形成された配線溝の深さや被着
した配線用金属材料の膜厚も適宜選択することができ
る。本発明のポリッシング方法に用いる研磨剤は、ＣＭ
Ｐ処理時においてポリッシング装置に装着された半導体
基板をポリッシングする際に、研磨剤を半導体基板の加
工点に供給すると同時に分散剤（イオン水）も加工点に
供給する。

【００３４】次に、図１１を参照して本発明のポリッシ
ング方法を説明する。図は、図１に示すポリッシング装
置の研磨盤及び吸着盤などを含むポリッシング加工部分
の概略斜視図及び断面図である。ここでは、ポリッシン
グ時にイオン水を分散剤として用いることに特徴があ
る。純水や超純水は、半導体装置の製造技術においてそ
の有用性は認められている。純水は、イオン、微粒子、
微生物有機物などの不純物をほとんど除去した抵抗率が
５〜１８ＭΩｃｍ程度の高純度の水である。超純水は、
超純水製造装置により水中の懸濁物質、溶解物質及び高
効率に取り除いた純水よりさらに純度の高い極めて高純
度の水である。電気伝導度で表現すると、純水の伝導率
ρは、１０μＳｃｍより小さく、超純水の伝導率ρは、
０．０５５μＳｃｍより小さい。これらの水を電気分解
することによって半導体装置の製造に用いられる酸化性
の強い酸性イオン水や還元性の強いアルカリイオン水が
生成される。

【００３５】ここでは、半導体製造装置に用いられるポ
リッシング装置において、研磨布の加工点に研磨剤を注
入するパイプと共にイオン水を注入する別のパイプとも
設けることを特徴とする。すなわち、研磨剤は、被ポリ
ッシング膜が形成された半導体基板の加工点で希釈して
供給されるようにする。図１１のポリッシング装置は、
研磨盤２４を備えている。研磨盤２４には、図示しない
研磨盤受けを介して駆動シャフト（図示せず）がその中
心部分に接続されている。そして研磨盤２４の上には半
導体ウェーハなどの基板を研磨する研磨布２５が貼り付
けられている。研磨布２５は、発泡ポリウレタンやポリ
ウレタン不織布などから構成されている。駆動シャフト
は、モータにより回転され、研磨盤受け及び研磨盤２４
を回転させる。半導体ウェーハは、研磨布２５と対向す
る位置にくるように真空などにより、図示しない吸着布
（図示せず）が設けられた吸着盤３１により吸着されて
いる。吸着盤３１は、駆動シャフト３２に接続されこの
駆動シャフト３２の移動によって吸着盤３１に保持され
ている半導体ウェーハが研磨布２５に押し付けられたり
離れたりする。

【００３６】半導体ウェーハをポリッシングする場合は
本発明の研磨剤を研磨剤タンク４０から研磨剤供給パイ
プ３８を介して研磨布２５に供給するとともに電解槽４
１で生成されたイオン水をイオン水供給パイプ３９から
供給しながら行う。そのため研磨剤供給パイプ３８とイ
オン水供給パイプ３９とはそれらの先端のノズルが研磨
布２５の上方に半導体ウェーハを保持する吸着盤３１の
近傍に配置される。そして、研磨布２５上に載置された
半導体ウェーハ上の加工点にこれらの供給パイプ３８、
３９から供給された研磨剤とイオン水とが注入され、混
ぜ合わせるようになっている。供給パイプ３８、３９
は、研磨布２５の上の任意の位置に移動可能になってい
る。電解槽４１で生成された不要なイオン水は、排水パ
イプ４２により外部に排出される。イオン水には、アル
カリイオン水と酸性イオン水があり、電解槽内に固体電
解質を配置し、電解質つまり金属不純物を含まない純水
あるいは超純水を低電圧で電気分解を行うことによって
任意のｐＨのイオン水が生成される。アルカリイオン水
の場合は、研磨中に研磨レートが変動した場合、レート
を速くするにはｐＨをよりアルカリ性側に、遅くするに
は中性側に制御することで安定した研磨が可能になる。
また、酸性イオン水の場合も研磨中に研磨レートが変動
した場合、レートを速くするにはｐＨをより酸性側に、
遅くするには中性側に制御することで安定した研磨が可
能になる。

【００３７】次に、図１２乃至図１３を参照して研磨剤
に含まれるシリカ粒子について説明する。図１２は、Ｃ
ＭＰを行った半導体基板の断面図、図１３乃至図１４
は、研磨剤の研磨粒子（シリカ）の含有量を変化させた
ときのポリッシング特性の変化を示す特性図であり、図
１３がポリッシングレート（ｎｍ／ｍｉｎ）及び被ポリ
ッシング膜の均一性（１σ％）、図１４がディッシング
（Dishing)量（ｎｍ）及び図１５がシンニング(thinnin
g)量（ｎｍ）をそれぞれ表わしている。図１２は、半導
体基板に溝部（トレンチ）を形成し、この溝部にポリシ
リコンを埋め込む工程を示している。シリコン半導体基
板１に窒化珪素（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）膜２を堆積させてから所
定の位置に所定の大きさで窒化珪素膜２に開口を形成す
る。この開口をマスクにして半導体基板１に溝部５を形
成する。次に、窒化珪素膜２と溝部５の内部とにポリシ
リコン膜１２を堆積させる。このポリシリコン膜１２を
ＣＭＰによりポリッシングする。窒化珪素膜２は、この
ＣＭＰのストッパーとして用いられ、半導体基板１には
ポリッシングにより窒化珪素膜２が露出し、溝部５に
は、ポリシリコン膜１２が埋め込まれる。

【００３８】このＣＭＰがうまくできないと、ポリシリ
コン膜１２及び窒化珪素膜２がオーバーポリッシュされ
て、ポリシリコン膜１２表面及び溝部５の周辺の窒化珪
素膜２表面は、本来の表面より深く削られてしまう。す
なわち削られた部分にはディッシング状の窪み７が形成
される。窒化珪素膜が最も大きく削られる量をシンニン
グ量（ｔ）といい、ポリシリコン膜が最も大きく削られ
る量をディッシング量（ｄ）という。これらが量られる
位置は、窒化珪素膜２の溝部５の縁部分（ｔ）及びポリ
シリコン膜１２の溝部５のほぼ中心にある。図１３乃至
図１５に記載されているようにポリッシングレートは、
シリカ濃度（ｗｔ％）が濃いほど上昇し、ほぼ７．５ｗ
ｔ％でピークに達する。均一性は５ｗｔ％程度までは一
様であるが次第に小さくなり（均一性が良くなる）、
７．５ｗｔ％でピークになる。しかし、ディッシング量
及びシンニング量は、シリカ濃度が濃くなると増大して
窪みを大きくしてしまい精密なポリッシングができなく
なる。この様な相反する特性を勘案すると本発明の研磨
剤に含有されるシリカ濃度は、７．５ｗｔ％以下が適当
であり、より好ましくは、５ｗｔ％以下、とくに５ｗｔ
％が適当である。

【００３９】本発明のポリッシング方法では、本発明の
研磨剤とこの研磨剤とは組成の異なる研磨剤とを併用し
てポリッシングすることもできる。この場合には基板を
ポリッシングする研磨盤上の半導体ウェーハには本発明
の研磨剤のノズルと他の研磨剤のノズルの両方からそれ
ぞれ研磨剤を供給する。例えば、第１の研磨剤ノズルか
らは研磨粒子としてシリカ粒子、溶媒として水を用いピ
ペラジンを加えたスラリーを半導体基板に供給し、第２
の研磨剤ノズルからは本発明のスラリーを供給する。

【００４０】

【発明の効果】以上のように、本発明の研磨剤は、水溶
性セルロースがアルカリ金属元素の含有量を低純度に調
製されているため研磨後のウェーハの純度を低下させる
ことがない。また、本発明の研磨剤は、上記水溶性セル
ロースを用いることとの組合せによって再現性良く研磨
剤が得られるばかりでなく研磨剤の物性値、とくにｐＨ
値の再現性が優れ、研磨剤のロット間の研磨性能のばら
つきが抑えられる。本発明の研磨剤は、シリコン半導体
などのウェーハの仕上げ研磨に最適でありこの研磨剤を
用いてウェーハ上の被ポリッシング膜にディッシング状
の窪みが形成されないポリッシングが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の研磨剤を用いたポリッシング装置の断
面図。

【図２】本発明及び従来の研磨剤の不純物量を示した特
性図。

【図３】本発明及び従来の研磨剤による研磨速度の再現
性を示した特性図。

【図４】本発明及び従来の研磨剤によりポリッシングし
たウェーハ表面の状態を示す特性図。

【図５】本発明の研磨剤を用いた半導体装置の製造工程
を示す断面図。

【図６】本発明の研磨剤を用いた半導体装置の製造工程
を示す断面図。

【図７】本発明の研磨剤を用いた半導体装置の製造工程
を示す断面図。

【図８】本発明の研磨剤を用いた半導体装置の製造工程
を示す断面図。

【図９】本発明の研磨剤を用いた半導体装置の製造工程
を示す断面図。

【図１０】本発明の研磨剤を用いた半導体装置の製造工
程を示す断面図。

【図１１】本発明の研磨剤を用いたポリッシング装置の
斜視図及び断面図。

【図１２】本発明のポリッシング方法でポリッシングし
た半導体基板の断面図。

【図１３】本発明のポリッシング方法によるポリッシン
グレート及び被ポリッシング膜の均一性のシリカ濃度依
存性を示す特性図。

【図１４】本発明のポリッシング方法によるディッシン
グ量のシリカ濃度依存性を示す特性図。

【図１５】本発明のポリッシング方法によるシンニング
量のシリカ濃度依存性を示す特性図。

【図１６】本発明の研磨剤のｐＨ及び研磨速度の安定性
を示す特性図。

【符号の説明】

１・・・半導体基板、 ２・・・窒化珪素膜、 ５
・・・溝部、６・・・ＣＶＤ酸化膜、 ７・・・窪
み、 ８・・・バッファ酸化膜、１１・・・酸化膜、
１２・・・ポリシリコン膜、１３・・・フォトレジ
スト、 １４・・・ＬＯＣＯＳ酸化膜、１５、１８・
・・プラズマ酸化膜、１６・・・Ｃｕ膜、埋め込みＣｕ
配線、２０・・・ウェーハ、 ２１・・・ステージ、
２２・・・ベアリング、２３・・・研磨盤受け、
２４・・・研磨盤、 ２５・・・研磨布、２６・・
・駆動シャフト、 ２７、３３・・・モータ、２８・
・・回転ベルト、 ２９・・・テンプレート、３０・
・・吸着布、 ３１・・・吸着盤、 ３２・・・
駆動シャフト、３４、３５・・・ギア、 ３６・・・
駆動台、 ３７・・・シリンダ、３８・・・研磨剤供
給パイプ、 ３９・・・イオン水供給パイプ、４０・
・・研磨剤タンク、 ４１・・・電解槽、４２・・・
排水パイプ。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１０年４月３０日

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１９】また本発明の研磨剤において、アルカリ金
属元素以外の金属元素やＯＨイオン以外の陰イオンにつ
いても上記アルカリ金属元素と同程度に調整することが
より好ましい。セルロース中にはＮａ等のアルカリ金属
元素と同時に、アルカリ金属元素以外の金属元素や陰イ
オン不純物が含有されている。イオンクロマトの測定に
よって、未精製のセルロース溶液中には、陰イオン不純
物としてＮＯ₃ ^-1３５．３ｐｐｍ、ＰＯ₄ ^-3７．９ｐｐ
ｍが検出されている。このような陰イオン不純物は、前
記アルカリ金属元素等の陽イオン不純物と同様に、研磨
剤のｐＨ値に影響を与えることを本発明者らは見出だし
た。つまり、陽イオン不純物や陰イオン不純物が多量に
存在すると研磨剤のロット間でｐＨ値のばらつきが大き
くなり、研磨速度のばらつきにつながるという問題があ
る。一般に研磨剤中に含まれている陽イオン不純物とし
ては、前記したアルカリ金属元素以外にＺｎ、Ｐｂ、Ｎ
ｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｃ
ａ、Ａｌ等の金属元素のイオンがある。また、陰イオン
不純物としては、ＮＯ₃ ^-1、ＰＯ₄ ^-3、Ｆ^-1、Ｃｌ^-1、
Ｂｒ^-1、ＳＯ₄ ^--等がある。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２５】以上の結果からわかるように、蒸気圧の高
いアンモニアを用いた場合には、研磨剤を調製してから
長期間保存しておくと、ポリッシング速度の再現性に乏
しいことが明らかである。 （比較例２） Ｂ液を用いる代わりに、イオン交換処理
を行う前のＡ液を用いた以外は実施例１と同様にして研
磨剤を製造し、実施例１と同様にして試験した。研磨剤
の純度分析の結果を図２に、ポリッシング後のウェーハ
の純度を図４に示す。なお、この研磨剤の物性は、ｐＨ
９．９５、粘度２３ｃＰ、比重１．０６５（何れも２５
℃の値）であった。 上記研磨剤において、水溶性セルロース濃度（０．２３
ｗｔ％）より前記式により算出されるアルカリ金属元素
の含有量の上限は１．２ｐｐｍであり、これに対して、
本比較例で使用した研磨剤中のアルカリ金属元素の含有
量は、３．５ｐｐｍであった。

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

【手続補正５】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

【手続補正６】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土井 建治 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝多摩川工場内 (72)発明者 南 良宏 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝多摩川工場内 (72)発明者 加藤 寛 山口県徳山市御影町１番１号 株式会社ト クヤマ内 (72)発明者 林 和彦 山口県徳山市御影町１番１号 株式会社ト クヤマ内 (72)発明者 河野 博之 山口県徳山市御影町１番１号 株式会社ト クヤマ内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリカ粒子を主成分とする研磨粒子と、
   水からなる溶媒と、水溶性セルロースとを有し、前記水
   溶性セルロースの濃度をＣ重量％としたときに、アルカ
   リ金属不純物の含有量が５Ｃｐｐｍ以下であることを特
   徴とする研磨剤。
2. 【請求項２】 前記水溶性セルロースの濃度（Ｃ）が
   ０．０５〜４重量％であることを特徴とする請求項１に
   記載の研磨剤。
3. 【請求項３】 前記シリカ粒子の含有量は、０．１〜５
   ０重量％以下であることを特徴とする請求項１又は請求
   項２に記載の研磨剤。
4. 【請求項４】 ｐＨ調製剤をさらに含むことを特徴とす
   る請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の研磨剤。
5. 【請求項５】 前記ｐＨ調整剤は、水溶性アミンである
   ことを特徴とする請求項４に記載の研磨剤。
6. 【請求項６】 ｐＨが８〜１１であることを特徴とする
   請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の研磨剤。
7. 【請求項７】 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載
   の研磨剤を、複数回ポリッシングし最後に仕上げのポリ
   ッシングを行うインゴットからスライスした半導体ウェ
   ーハのポリッシング面に、供給しながらポリッシングす
   ることを特徴とするポリッシング方法。
8. 【請求項８】 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載
   の研磨剤を、半導体基板上に形成された被ポリッシング
   膜に、供給しながら化学的機械的研磨を行うことを特徴
   とするポリッシング方法。
9. 【請求項９】 前記被ポリッシング膜に前記研磨剤と共
   に分散剤を供給することを特徴とする請求項８に記載の
   ポリッシング方法。
10. 【請求項１０】 前記分散剤は、イオン水もしくは純水
    であることを特徴とする請求項９に記載のポリッシング
    方法。