JPWO2010052990A1 - 研磨剤、研磨方法および半導体集積回路装置の製造方法 - Google Patents

研磨剤、研磨方法および半導体集積回路装置の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JPWO2010052990A1
JPWO2010052990A1 JP2010536729A JP2010536729A JPWO2010052990A1 JP WO2010052990 A1 JPWO2010052990 A1 JP WO2010052990A1 JP 2010536729 A JP2010536729 A JP 2010536729A JP 2010536729 A JP2010536729 A JP 2010536729A JP WO2010052990 A1 JPWO2010052990 A1 JP WO2010052990A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
polishing
water
abrasive
soluble
polysilicon film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2010536729A
Other languages
English (en)
Inventor
鈴木　勝
勝 鈴木
伯人 中沢
伯人 中沢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Glass Co Ltd filed Critical Asahi Glass Co Ltd
Publication of JPWO2010052990A1 publication Critical patent/JPWO2010052990A1/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/32115—Planarisation
    • H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
    • C09G1/00—Polishing compositions
    • C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • C09K3/1454—Abrasive powders, suspensions and pastes for polishing
    • C09K3/1463—Aqueous liquid suspensions

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

本発明は、半導体集積回路装置の製造において、直下に二酸化ケイ素膜を有するポリシリコン膜を含む被研磨面を研磨するための研磨方法であって、酸化セリウム粒子と水と酸を含む第１の研磨剤によって、前記ポリシリコン膜を研磨し平坦化する第１の研磨工程と、前記第１の研磨工程で平坦化されたポリシリコン膜を、少なくとも酸化セリウム粒子と水と酸と水溶性ポリアミンまたはその塩を含む第２の研磨剤によって研磨し、前記二酸化ケイ素膜の露出によって研磨を停止させる第２の研磨工程とを含む研磨方法に関する。

Description

本発明は、半導体集積回路装置の製造における化学的機械的研磨用の研磨剤、研磨方法、および半導体集積回路装置の製造方法に関する。より詳しくは、半導体集積回路装置の多層配線形成工程でのキャパシタ、ゲート電極などに使用されている多結晶シリコン（以下、ポリシリコンと示す。）膜を含む被研磨面を平坦化するために好適する研磨剤と研磨方法、およびその研磨方法を用いる半導体集積回路装置の製造方法に関する。
近年、半導体集積回路装置の高集積化・高機能化にともない、素子の微細化・高密度化のための微細加工技術の開発が求められている。特に、化学的機械的研磨方法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：以下、ＣＭＰと示す。）による平坦化技術の重要性が高まっている。
例えば、半導体集積回路装置の微細化や配線の多層化が進むにつれて、製造工程における各層での表面の凹凸（段差）が大きくなりやすい。この段差がフォトリソグラフィの焦点深度を越え、十分な解像度が得られなくなるという問題を防ぐために、ＣＭＰは不可欠の技術となっている。ＣＭＰは、具体的には、層間絶縁膜（ＩＬＤ膜：Ｉｎｔｅｒ−Ｌｅｖｅｌ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓ）の平坦化、シャロートレンチ分離（ＳＴＩ：Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）、タングステンプラグ形成、銅と低誘電率膜とからなる多層配線形成工程などで用いられている。このような場合には、ポリシリコン膜がキャパシタ、ゲート電極その他に使用されることが多く、ポリシリコン膜を含む被研磨面の平坦化にもＣＭＰが採用されている。
半導体集積回路装置の製造工程において、ポリシリコン膜を含む被研磨面の平坦化を行う際には、研磨対象であるポリシリコン膜の下層にストッパー層として二酸化ケイ素膜を成膜（成膜）し、ポリシリコン膜の研磨速度と二酸化ケイ素膜の研磨速度との比（以下、（Ａの研磨速度）／（Ｂの研磨速度）を「ＡとＢとの研磨速度比」という。）を大きくすることで、ストッパー層が露出したときに被研磨面の平坦化を実現できるようにしてきた。
このポリシリコン膜を含む被研磨面の平坦化のための研磨剤として、フュームドシリカとコロイダルシリカの少なくとも一方の砥粒と塩基性化合物であるアミンとからなる組成物が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、この研磨用組成物を使用した場合は、研磨したい部分だけでなく残したい部分までが化学的エッチングにより除去されてしまい、ディッシングと呼ばれる窪みが生じやすいという問題があった。
また、ポリシリコン膜を含む被研磨面の研磨方法として、酸化セリウム粒子を含む研磨用組成物により平坦化した後、さらに二酸化ケイ素（シリカ）砥粒を含む研磨剤により研磨する技術が提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。この非特許文献１によれば、酸化セリウム粒子を含む研磨用組成物による研磨は圧力に対して非線形性を有し、高圧力が印加された部分のみを研磨することができるので、ディッシングを抑制しつつ平坦化を行うことができるとされている。そして、その後残ったポリシリコン膜を二酸化ケイ素砥粒により研磨し除去することで、高平坦化された被研磨面を得ることができるとされている。
しかしながら、非特許文献１に提示された研磨方法においては、異なる種類の砥粒（酸化セリウム粒子と二酸化ケイ素粒子）をそれぞれ含有する研磨用組成物（研磨剤）を組み合わせて研磨しているので、研磨剤の供給機構全体が複雑になり、コストや設備の設置スペースの増大につながっていた。また、２種類の砥粒が混合することにより砥粒の凝集が生じ、研磨キズの発生や平坦性の悪化が生じやすくなるなどの問題があった。
日本国特許第３４５７１４４号（実施例）
"Planarization of the Poly-Si gate for Non Volatile Memories", L.Baud, L.Canevari, C.Romanelli, G.Spinolo, M.Rivoire, International Conference on Planarization/CMP Technology proceedings Octber,2007P87-91
本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、半導体集積回路装置の製造において、ポリシリコン膜を含む被研磨面を化学的機械的に研磨するために好適で、ディッシングや研磨キズを発生させることがなく、高平坦化が可能な研磨剤と研磨方法を提供することを目的としている。本発明のさらに他の目的および利点は、以下の説明から明らかになるであろう。
本発明の第１の態様は、半導体集積回路装置の製造において、直下に二酸化ケイ素膜を有するポリシリコン膜を含む被研磨面を研磨するための研磨方法であって、酸化セリウム粒子と水と酸を含む第１の研磨剤によって、前記ポリシリコン膜を研磨し平坦化する第１の研磨工程と、前記第１の研磨工程で平坦化されたポリシリコン膜を、少なくとも酸化セリウム粒子と水と酸と水溶性ポリアミンまたはその塩を含む第２の研磨剤によって研磨し、前記二酸化ケイ素膜の露出によって研磨を停止させる第２の研磨工程とを含む。
本発明の第２の態様は、半導体集積回路装置の製造において、直下に二酸化ケイ素膜を有するポリシリコン膜を含む被研磨面を研磨するための研磨方法であって、酸化セリウム粒子と水と酸を含む第１の研磨剤によって、前記ポリシリコン膜を研磨し平坦化する第１の研磨工程と、前記第１の研磨工程で平坦化されたポリシリコン膜を、前記第１の研磨剤に水溶性ポリアミンと水を添加することにより調製された第２の研磨剤によって研磨し、前記二酸化ケイ素膜の露出によって研磨を停止させる第２の研磨工程とを含む。
本発明の第３の態様は、半導体集積回路装置の製造において、直下に二酸化ケイ素膜を有するポリシリコン膜を含む被研磨面を研磨するための研磨剤であって、酸化セリウム粒子と水と酸および水溶性ポリアミンまたはその塩を含有し、ｐＨが７〜１３である研磨剤である。また、本発明の第４の態様は、半導体集積回路装置の製造方法であり、前記第１の態様および第２の態様の研磨方法により被研磨面を研磨する工程を含む。
本発明の研磨方法によれば、半導体集積回路装置の製造において、ポリシリコン膜を含む被研磨面を研磨する第１の研磨工程で、ポリシリコン膜の凹部と凸部の段差をディッシングを抑制しつつ平坦化することができ、さらに第２の研磨工程で、ポリシリコン膜とその直下の二酸化ケイ素膜との間で適切な研磨速度比を得ることができる。したがって、ポリシリコン膜を含む被研磨面を効率的に高平坦化することができる。
また、本発明の研磨剤によれば、半導体集積回路装置の製造においてポリシリコン膜を含む被研磨面を研磨する場合に、ポリシリコン膜とその直下の二酸化ケイ素膜との間で適切な研磨速度比を得ることができるので、被研磨面の高平坦化を実現することができる。
図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態において、ポリシリコン膜を含む被研磨面の研磨の状態を示す断面図である。 図２は、本発明の研磨方法に使用することができる研磨装置の一例を示す図である。
以下に、本発明の実施の形態を図、表、式、実施例などを使用して説明する。なお、これらの図、表、式、実施例および説明は本発明を例示するものであり、本発明の範囲を制限するものではない。本発明の趣旨に合致する限り他の実施の形態も本発明の範疇に属し得る。また、図中、同一の符号は同一の要素を表す。
本発明の実施形態の研磨方法は、半導体集積回路装置（以下、半導体デバイスともいう。）の製造において、直下に二酸化ケイ素膜を有するポリシリコン膜を含む被研磨面を化学的機械的に研磨する研磨方法であり、酸化セリウム粒子と水と酸を含む第１の研磨剤によって、ポリシリコン膜を研磨し平坦化する第１の研磨工程と、この第１の研磨工程で平坦化されたポリシリコン膜を、酸化セリウム粒子と水と酸と水溶性ポリアミンまたはその塩を含む第２の研磨剤によって研磨し、直下に設けられている二酸化ケイ素膜が露出した時点で研磨を停止させる第２の研磨工程を備えている。
なお、本発明において、ポリシリコン膜は１つの半導体デバイスに２箇所以上含まれていてもよい。また、「被研磨面」とは、半導体デバイスを製造する過程で現れる中間段階の表面を意味する。
本発明の実施形態において、第１の研磨工程で使用される第１の研磨剤は、ポリシリコン膜を含む被研磨面を化学的機械的に研磨するための研磨剤であり、酸化セリウム粒子と水と酸をそれぞれ含有する。分散剤を共存させてもよい。
酸化セリウム粒子を含む第１の研磨剤を使用する第１の研磨工程においては、被研磨面のポリシリコン膜に対する研磨速度が圧力に対して非線形性を有し、より高い圧力が印加される凸部を選択的に高速で研磨することができる。したがって、ポリシリコン膜の凹部と凸部の段差を解消し、被研磨面を平坦化することができる。また、第１の研磨剤は、砥粒である酸化セリウム粒子の凝集が無いため、分散安定性にも優れ、研磨欠陥を生じさせない。
第２の研磨工程で使用される第２の研磨剤は、直下に二酸化ケイ素膜を有するポリシリコン膜を含む被研磨面を化学的機械的に研磨するための研磨剤であって、酸化セリウム粒子と水と酸と水溶性ポリアミンをそれぞれ含有する。分散剤を共存させてもよい。研磨剤の供給機構を簡易化してコストや設備の設置スペースを低減するために、第２の研磨剤は、第１の研磨剤にさらに水溶性ポリアミンと水を添加した液（スラリー）とすることができる。そのように調製した場合、第２の研磨剤は、酸化セリウム粒子と水と酸および水溶性ポリアミンを含有する組成物となる。
第２の研磨剤によるポリシリコン膜の研磨においては、この研磨剤に含有されるアミン物質（水溶性ポリアミン）の存在により、ポリシリコン膜の表面に負に帯電したシラノール基が形成されるため、研磨砥粒として従来からのシリカ粒子に代えて酸化セリウム粒子を用いることで、化学反応による研磨作用が高まる。したがって、第２の研磨剤は、ポリシリコン膜に対して高い研磨速度を示す。また、この第２の研磨剤は、砥粒である酸化セリウム粒子の凝集が無いため、分散安定性にも優れ、研磨欠陥を生じさせないという利点がある。
直下に二酸化ケイ素膜を有するポリシリコン膜の研磨において、酸化セリウム粒子と水と水溶性ポリアミンを含有する第２の研磨剤を使用すると、ポリシリコン膜の研磨速度（Ｖｐｓ）と二酸化ケイ素膜の研磨速度（Ｖｓｏ）との比（すなわち、研磨速度比Ｖｐｓ／Ｖｓｏ）を大きくすることができる。したがって、二酸化ケイ素膜が露出した時点で容易に研磨を停止させることができ、被研磨面であるポリシリコン膜の凹凸を高平坦化することができる。研磨速度比Ｖｐｓ／Ｖｓｏは１０以上であることが好ましく、より好ましくは２０以上である。
この第２の研磨剤は、前記した第１の研磨工程で平坦化されたポリシリコン膜を、二酸化ケイ素膜をストッパー膜として研磨する第２の研磨工程に使用される研磨剤であるが、その使用は第１の研磨工程後のポリシリコン膜の研磨用には限定されない。半導体集積回路装置の製造において、直下に二酸化ケイ素膜を有するポリシリコン膜を含む被研磨面を研磨する用途に広く使用することができる。
第１の研磨剤および第２の研磨剤に配合される砥粒である酸化セリウム粒子としては、例えば、日本国特開平１１−１２５６１号公報または日本国特開２００１−３５８１８号公報に開示されている酸化セリウム粒子を使用することができる。すなわち、硝酸セリウム（ＩＶ）アンモニウム水溶液にアルカリを加えて水酸化セリウムゲルを作製し、ろ過、洗浄、焼成して得られる酸化セリウム粉末を好ましく使用することができる。また、高純度の炭酸セリウムを粉砕後焼成し、さらに粉砕、分級して得られる酸化セリウム粒子も好ましく使用することができるが、特にこれらには限定されない。なお、砥粒としては、二酸化珪素などを含まない酸化セリウムのみであることが好ましい。
酸化セリウム粒子の平均粒径（直径）は、研磨特性と分散安定性の観点から、０．０１〜０．５μｍの範囲であることが好ましい。０．０２〜０．３μｍの範囲がより好ましく、さらに０．０５〜０．２μｍの範囲が好ましい。平均粒径が大きすぎると、半導体基板などの表面にスクラッチなどの研磨キズが発生しやすくなる。平均粒径が小さすぎると、研磨速度が低くなりすぎるおそれがある。また、単位体積あたりの表面積が大きくなるため、表面状態の影響を受けやすい。そのため、ｐＨや添加剤濃度などの条件によっては凝集しやすくなる場合がある。凝集が起きると、基板表面にスクラッチなどの研磨キズが発生しやすくなる。
第１の研磨剤に配合される酸としては、硝酸、硫酸、塩酸、リン酸、ホウ酸、炭酸等の無機酸、およびシュウ酸、クエン酸、ギ酸、酢酸、ベンゼンスルホン酸等の有機酸を挙げることができる。これらの酸の価数は１０以下であることが好ましく、より好ましくは価数が８以下の酸、さらに望ましくは価数が５以下の酸が良い。この範囲内の酸を用いると、解離性がよく、酸の添加量を抑制することができる。これよりも価数の多い酸を用いると解離性が悪くなり、酸の添加量が多くなる。なお、１分子の酸がｎ個の水素イオンを放出するものであるとき、ｎ価の酸と呼ぶ。
第１の研磨剤においては、これらの酸の配合により、研磨剤のｐＨを３．５〜６、より好ましくは４〜５．５の範囲に調整することが好ましい。このｐＨ範囲では、酸化セリウム粒子の表面の正の電位が高まるため、後述する分散剤が酸化セリウム粒子の表面に吸着しやすくなる。そのため、分散剤の濃度が低くても、ポリシリコン膜の研磨における平坦化特性を十分に発現することができる。
第１の研磨剤および第２の研磨剤に配合される水としては、特に制限はないが、他の成分に対する影響、不純物の混入やｐＨ等への影響を少なくする観点から、純水、超純水、イオン交換水（脱イオン水）などを好ましく使用することができる。水の含有量は、９５．０〜９９．９９質量％が好ましく、特に９８．０〜９９．５質量％であることが好ましい。
第２の研磨剤に配合される水溶性ポリアミンとしては、１分子中に２個以上のアミノ基を有する水溶性の化合物であれば、どのようなものでも使用することができる。なお、水溶性とは、研磨剤として使用する濃度において、その研磨剤の液中に完全に溶解している状態を意味し、通常は、純水に１質量％以上、好ましくは５質量％以上溶解するものをいう。具体的には、水溶性ポリアミンとして、水溶性ポリエーテルポリアミン、水溶性ポリアルキレンポリアミン、ポリエチレンイミン、水溶性ポリビニルアミン、水溶性ポリアリルアミン、水溶性ポリリジンおよび水溶性キトサンからなる群から選ばれる１種以上の化合物が好ましい。特に好ましい水溶性ポリアミンは、水溶性ポリエーテルポリアミンおよび水溶性ポリアルキレンポリアミンである。また、これらの水溶性ポリアミンの塩が配合されてもよい。塩を形成する酸としては、硝酸、硫酸、塩酸、リン酸、ホウ酸、炭酸等の無機酸、やシュウ酸、クエン酸、ギ酸、酢酸、ベンゼンスルホン酸等の有機酸を挙げることができる。さらに、第１の研磨剤に前記水溶性ポリアミンを加えることによって形成された塩（中和物）が、第２の研磨剤に配合されていてもよい。
水溶性ポリアミンの分子量は、水溶性を有する範囲の分子量であれば特に限定されるものではないが、重量平均分子量（Ｍｗ）で、１００〜１００，０００の範囲であることが好ましく、１００〜２０００の範囲がより好ましい。重量平均分子量（Ｍｗ）が１００未満の場合には、配合の効果が小さい。重量平均分子量（Ｍｗ）が１００，０００を超えると、たとえ水溶性のものであっても、研磨剤の流動性等の物性に悪影響を与えるおそれがある。重量平均分子量（Ｍｗ）が２０００を超えると、純水への溶解性が低下する場合が多い。特に好ましい水溶性ポリアミンは、重量平均分子量が１００〜２０００の水溶性ポリエーテルポリアミンおよび水溶性ポリアルキレンポリアミンである。酸化セリウム粒子に対する分散安定化効果が高いという観点からは、水溶性ポリアミンのより好ましい重量平均分子量（Ｍｗ）は１５０〜８００であり、さらに好ましい重量平均分子量（Ｍｗ）は１５０〜４００である。
ここで、ポリエーテルポリアミンとは、２個以上のアミノ基と２個以上のエーテル性酸素原子を有する化合物を意味する。アミノ基としては、２級アミノ基（−ＮＨ−）や３級アミノ基を有していてもよいが、１級アミノ基（−ＮＨ2）を有することがより好ましい。すなわち、ポリエーテルポリアミンとしては、２個以上の１級アミノ基を有し、他のアミノ基を実質的に有しない化合物が好ましく、特に１級アミノ基のみを２個有するポリエーテルジアミンが好ましい。
また、ポリエーテルポリアミンとしては、多価アルコールやポリエーテルポリオールの水酸基における水素原子を、アミノアルキル基に置換した構造を有する化合物が好ましい。ここで、多価アルコールとしては、２〜６価のアルコール、特に２価アルコールが好ましく、ポリエーテルポリオールとしては、２〜６価のポリオキシアルキレンポリオール、特にポリオキシアルキレンジオールが好ましい。アミノアルキル基としては、２−アミノエチル基、２−アミノプロピル基、２−アミノ−１−メチルエチル基、３−アミノプロピル基、２−アミノ−１、１−ジメチルエチル基、４−アミノブチル基などの、炭素数２〜６のアミノアルキル基が好ましい。
前記多価アルコールとしては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール等の炭素数２〜８の２価アルコールが好ましい。
この２価アルコールは、エーテル性酸素原子を有していてもよい。前記ポリエーテルポリオールとしては、トリエチレングリコールやテトラエチレングリコールのようなポリエチレングリコール（すなわち、ポリオキシエチレンジオール）、トリプロピレングリコールやテトラプロピレングリコールのようなポリプロピレングリコール（すなわち、ポリオキシプロピレンジオール）、ポリ（オキシプロピレン・オキシエチレン）ジオールのような、２種以上のオキシアルキレン基を有するポリオキシアルキレンジオール等の繰り返し単位が炭素数２〜６のオキシアルキレン基であるものが好ましい。
ポリアルキレンポリアミンとは、３個以上のアミノ基がアルキレン基を介して結合した化合物を意味する。末端のアミノ基は１級アミノ基であり、分子内のアミノ基は２級アミノ基であることが好ましい。より好ましくは、両分子末端に１級アミノ基を有し、分子内に１個以上の２級アミノ基を有する線状ポリアルキレンポリアミンである。アミノ基と他のアミノ基との間に挟まれたアルキレン基からなる結合部分は、１分子内に２箇所以上存在することになるが、これら複数のアミノ基間結合部分は互いに同一であっても異なっていてもよい。全て同一であるか、あるいは、両末端の１級アミノ基に結合する２個のアミノ基間結合部分は同一で、かつ他のアミノ基間結合部分とは異なっていることが好ましい。１つのアミノ基間結合部分に含まれる炭素数は２〜８が好ましく、特に両末端の１級アミノ基に結合する２個のアミノ基間結合部分に含まれる炭素数は２〜８、それ以外のアミノ基間結合部分に含まれる炭素数は２〜６が好ましい。
前記したポリエーテルジアミンおよびポリアルキレンポリアミンとしては、下記式（１）で表される構造を有する化合物が好ましい。
Ｈ２Ｎ−（Ｒ−Ｘ−）ｋ−Ｒ−ＮＨ２ （１）
式中、Ｒは炭素数２〜８のアルキレン基を表し、Ｘは酸素原子または−ＮＨ−を表す。
また、ｋは、ポリエーテルジアミンの場合には２以上の整数を表し、ポリアルキレンポリアミンの場合には１以上の整数を表す。１分子中の複数のＲは互いに異なっていてもよい。
特にポリエーテルジアミンとしては下記式（２）で表される構造を有する化合物が好ましく、ポリアルキレンポリアミンとしては、下記式（３）で表される構造を有する化合物が好ましい。
Ｈ２Ｎ−Ｒ２−Ｏ−（Ｒ１−Ｏ−）ｍ−Ｒ２−ＮＨ２ （２）
Ｈ２Ｎ−Ｒ４−ＮＨ−（Ｒ３−ＮＨ−）ｎ−Ｒ４−ＮＨ２ （３）
これらの式中、Ｒ１はエチレン基またはプロピレン基、Ｒ２は炭素数２から６のアルキレン基、Ｒ３は炭素数２から６のアルキレン基、Ｒ４は炭素数２〜８のアルキレン基、ｍは１以上の整数、ｎは１以上の整数を表す。Ｒ１とＲ２は同一でも異なっていてもよく、Ｒ３とＲ４も同一でも異なっていてもよい。
式（２）で表されるポリエーテルジアミンとしては、例えば、ポリオキシプロピレンジアミン（Ｒ１、Ｒ２がプロピレン基、ｍが１以上の化合物）、ポリオキシエチレンジアミン（Ｒ１、Ｒ２がエチレン基、ｍが１以上の化合物）、４，７，１０−トリオキサ−トリデカン−１，１３−ジアミン（Ｒ１がエチレン基、Ｒ２がトリメチレン基、ｍが２の化合物）などがある。式（３）で表されるポリアルキレンポリアミンとしては、例えば、テトラエチレンペンタミン（Ｒ３、Ｒ４がエチレン基、ｎが２の化合物）、ペンタエチレンヘキサミン（Ｒ３、Ｒ４がエチレン基、ｎが３の化合物）、ヘプタエチレンオクタミン（Ｒ３、Ｒ４がエチレン基、ｎが５の化合物）、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−アミノプロピル）−エチレンジアミン（Ｒ３がエチレン基、Ｒ４がトリメチレン基、ｎが１の化合物）、Ｎ，Ｎ’−ビス（２−アミノエチル）−１、４−ブタンジアミン（Ｒ３がテトラメチレン基、Ｒ４がエチレン基、ｎが１の化合物）などがある。
これらの水溶性ポリアミンは、第２の研磨剤によるポリシリコン膜の研磨を促進するとともに、二酸化ケイ素膜に対する研磨速度を抑制する働きをする。水溶性ポリアミンを添加すると、ポリシリコン膜の研磨の促進と二酸化ケイ素膜の研磨速度抑制とが可能になるのは、第２の研磨剤中の酸化セリウム粒子の表面および被研磨面の二酸化ケイ素膜に、水溶性ポリアミン（例えば、ポリオキシプロピレンジアミン）が吸着するためであると考えられる。このような水溶性ポリアミンの吸着により、酸化セリウム粒子と被研磨面の二酸化ケイ素膜との接触が阻害されることで、二酸化ケイ素膜の研磨の進行が抑制される。ポリシリコン膜に関しては、水溶性ポリアミンによる化学的変化を受けて表面にシラノール基が形成され、砥粒である酸化セリウム粒子のメカニカルな作用により削られ易くなるため、研磨が促進されるものと考えられる。
前記した水溶性ポリアミンの中では、特にペンタエチレンヘキサミン（ＰＥＨＡ）もしくはポリエーテルジアミン（例えば、ポリオキシプロピレンジアミン）の使用が好ましい。
これらを水溶性ポリアミンとする研磨剤においては、ポリシリコン膜と二酸化ケイ素膜の研磨速度比（Ｖｐｓ／Ｖｓｏ）が高くなり、ポリオキシエチレンジアミン配合時には研磨速度比２０以上、ＰＥＨＡ配合時においては研磨速度比１００以上も達成することができる。
前記したポリシリコン膜の研磨促進と二酸化ケイ素膜の研磨抑制の効果を十分に得るために、第２の研磨剤における水溶性ポリアミンまたはその塩の含有量は、０．０１〜２０質量％の範囲で、研磨速度、研磨剤スラリーの均一性、水溶性ポリアミンの重量平均分子量（Ｍｗ）等を考慮して適宜設定することが好ましい。水溶性ポリアミンまたはその塩の含有量は、第２の研磨剤全体に対して０．０１〜５質量％の範囲にあることがより好ましい。
第２の研磨剤のｐＨは、分散性の観点からは４〜１３の範囲とすることができるが、第２の研磨工程における研磨はアルカリ性側の方が促進されるため、より好ましいｐＨは７〜１３である。さらに望ましくはｐＨ８〜１３の範囲とする。
第１の研磨剤および第２の研磨剤には、他の成分を共存させてもよい。代表的なものに分散剤やポリシリコン膜保護剤を挙げることができる。分散剤とは、酸化セリウム粒子を純水等の分散媒中に安定的に分散させるために添加するものである。ポリシリコン膜保護剤は、ポリシリコン膜の表面に吸着されてその表面を保護するためのものであり、これによりディッシングが抑制される。分散剤やポリシリコン膜保護剤は併用してもよく、また分散作用とポリシリコン膜保護作用を併用する化合物（例えば、水溶性ポリマー）を使用してもよい。
分散剤としては、陰イオン性、陽イオン性、ノニオン性、両性の界面活性剤や界面活性作用のある水溶性ポリマーを使用することができる。ここで、界面活性剤は重量平均分子量（Ｍｗ）が５００以下のものをいうものとする。また、界面活性剤および界面活性作用のある水溶性ポリマーには、アミノ基を有する化合物を含まないものとする。重量平均分子量（Ｍｗ）が５００以下の界面活性剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩、テトラアルキルアンモニウム塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル等を挙げることができる。界面活性作用のある水溶性ポリマーとしては、ポリアクリル酸塩等のカルボン酸塩基を有する水溶性ポリマーやポリビニルピロリドン等の他の水溶性ポリマーを挙げることができる。特に、カルボン酸アンモニウム塩基を有する水溶性ポリマーが好ましい。具体的には、ポリアクリル酸のカルボン酸基の少なくとも一部がカルボン酸アンモニウム塩基に置換されたポリマー（以下、ポリアクリル酸アンモニウムと示す。）等が挙げられる。界面活性作用のある水溶性ポリマーの重量平均分子量（Ｍｗ）は５００を超えることが好ましく、特に８００〜１００，０００の範囲が好ましい。ポリシリコン膜保護剤としては、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、多糖類等の水溶性ポリマーが挙げられる。多糖類としては、プルラン、セルロース、デキストリン、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が挙げられる。特に、重量平均分子量（Ｍｗ）が１０，０００以上の多糖類が好ましい。
分散剤（分散作用を有する水溶性ポリマーを含む）を使用する場合、その配合割合は、酸化セリウム粒子の質量に対して０．１〜２．０質量％とすることが好ましく、０．３〜１．５質量％とすることがより好ましい。分散剤の配合割合がこの範囲より低いと、砥粒である酸化セリウム粒子の分散性が不十分となりやすい。また、分散剤の配合割合がこの範囲より高いと、研磨時の平坦性や研磨速度に対して影響を与える傾向が見られる。分散剤以外のポリシリコン膜保護剤の配合割合は、研磨剤の全量に対して０．０１〜１０質量％とすることが好ましく、０．０２〜１．０質量％とすることがより好ましい。ポリシリコン膜保護剤の配合割合がこの範囲より低いと、エッチングが進みディッシングを抑制できない。また、ポリシリコン膜保護剤の配合割合がこの範囲より高いと、研磨速度が低下し、さらに分散性が悪化する。
第１の研磨剤および第２の研磨剤は、必ずしも前記構成成分の全てが予め混合されたものとして、研磨工程に供給される必要はない。研磨工程に供給されたときにはじめて、全ての構成成分が混合されて研磨剤の組成になるようにしてもよい。例えば、第２の研磨工程において、酸化セリウム粒子と水と酸および必要に応じて分散剤（例えば、ポリアクリル酸アンモニウム）を含む液と、水溶性ポリアミンを含む液とに分け、研磨の際に適宜混合比率を調整して使用してもよい。また、その他の分け方で分けた２液を、適宜比率を調整して混合し使用してもよい。例えば、酸化セリウム粒子と水溶性ポリアミンと水および必要に応じて分散剤を混合した液に、ｐＨ調節等のために酸を添加することにより、第２の研磨剤を調製してもよい。
本発明の実施形態では、まず第１の研磨工程において、ポリシリコン膜を含む被研磨面を、酸化セリウム粒子と水と酸を含む第１の研磨剤によって化学的機械的に研磨し、ポリシリコン膜を平坦化する。次いで、第２の研磨工程において、第１の研磨工程で平坦化されたポリシリコン膜を、酸化セリウム粒子と水と水溶性ポリアミンを含む第２の研磨剤によって研磨し、ポリシリコン膜の直下の二酸化ケイ素膜が露出した時点で研磨を停止させる。第２の研磨剤は、第１の研磨剤に水と水溶性ポリアミンを加えて調製することが好ましい。
第１の研磨工程および第２の研磨工程における研磨の状態を図１に示す。図１（ａ）は、研磨前の半導体デバイスの断面を模式的に示す図である。この半導体デバイスは、シリコン基板１上にストッパー層としての二酸化ケイ素膜２がパターン状に形成され、その上にポリシリコン膜３が積層して形成された構造を有している。
第１の研磨工程においては、図１（ｂ）に示すように、酸化セリウム粒子と水と酸を含む第１の研磨剤によってポリシリコン膜３が化学的機械的に研磨され、表面（被研磨面）の凹凸（段差）が平坦化される。
第１の研磨工程は、ポリシリコン膜３の凸部と凹部との段差が減少し、ほぼ平坦になるまで行うことが好ましい。この段差が小さく平坦になればなるほど、後述する第２の研磨工程における研磨が容易になるが、第１の研磨工程に要する時間が長くなりすぎるという問題があるので、実用的な範囲で平坦化を達成すればよい。例えば、ポリシリコン膜３の凹部と凸部との段差が１００ｎｍ以下になることが好ましく、５０ｎｍ以下になることがより好ましい。ポリシリコン膜３の段差は、表面段差計により測定することができる。また、ポリシリコン膜３の凹部と凸部との膜厚の差からも算定することもできる。さらに、自動研磨装置においては、研磨時の被研磨面と研磨パッドとの接触抵抗の変動を研磨テーブルの駆動電流の変化から知ることで、段差の解消（平坦化）を検知することもできる。
一般に、研磨により凸部が減少して被研磨面と研磨パッドとの接触面積が増大すると、研磨抵抗が増大する。駆動電流の変曲点を検出することで、段差がなくなり平坦化したことを検知することができる。
次いで第２の研磨工程においては、図１（ｃ）に示すように、第１の研磨工程で平坦化されたポリシリコン膜３が、酸化セリウム粒子と水と水溶性ポリアミンを含む第２の研磨剤によって研磨される。このとき、第２の研磨剤によるポリシリコン膜３の研磨速度（Ｖｐｓ）と二酸化ケイ素膜２の研磨速度（Ｖｓｏ）との比（Ｖｐｓ／Ｖｓｏ）を、好ましくは１０以上より好ましくは２０以上にすることで、二酸化ケイ素膜２が露出した時点で被研磨面４の凹凸を高平坦化することができる。
第１の研磨工程および第２の研磨工程において、研磨装置としては公知の研磨装置を使用することができる。図２は、本発明の第１の実施形態に使用される研磨装置の一例を示す図である。この研磨装置は、ポリシリコン膜を含む被研磨面を有する半導体デバイス１１を保持する研磨ヘッド１２と、研磨定盤１３と、研磨定盤１３の表面に貼り付けられた研磨パッド１４と、研磨パッド１４に研磨剤１５を供給する研磨剤供給配管１６とを備えている。そして、研磨ヘッド１２に保持された半導体デバイス１１を研磨パッド１４に接触させ、研磨ヘッド１２と研磨定盤１３とを相対的に回転運動させて研磨を行うように構成されている。なお、本発明の実施形態に使用される研磨装置はこのような構造のものに限定されない。
研磨ヘッド１２は回転運動だけでなく、直線運動をしてもよい。また、研磨定盤１３および研磨パッド１４は、半導デバイス１１と同程度またはそれ以下の大きさであってもよい。その場合は、研磨ヘッド１２と研磨定盤１３とを相対的に移動させることにより、半導体デバイス１１の全面を研磨できるようにすることが好ましい。さらに、研磨定盤１３および研磨パッド１４は回転運動を行なうものでなくてもよく、例えばベルト式で一方向に移動するものでもあってもよい。
このような研磨装置の研磨条件には特に制限はないが、研磨ヘッド１２に荷重をかけて研磨パッド１４に押しつけることで、より研磨圧力を高め、研磨速度を向上させることができる。研磨圧力は０．５〜５０ｋＰａ程度が好ましく、研磨速度の半導体デバイス１１内均一性、平坦性、スクラッチ等の研磨欠陥防止の観点から、３〜４０ｋＰａ程度より好ましい。研磨定盤１３および研磨ヘッド１２の回転数は、５０〜５００ｒｐｍ程度が好ましいがこれに限定されない。
研磨パッド１４としては、通常の不織布、発泡ポリウレタン、多孔質樹脂、非多孔質樹脂等からなるものを使用することができる。また、研磨パッド１４への研磨剤１５の供給を促進し、あるいは研磨パッド１４に研磨剤１５が一定量溜まるようにするために、研磨パッド１４の表面に格子状、同心円状、らせん状などの溝加工が施されていてもよい。
このように構成される本発明の研磨方法によれば、半導体デバイスの製造において、ポリシリコン膜を含む被研磨面を、ディッシングを発生させることなく化学的機械的に研磨し、高平坦化することができる。また、第１の研磨工程および第２の研磨工程において、同種の砥粒（酸化セリウム粒子）を含有する研磨剤を使用して研磨を行っているので、研磨剤の供給機構をシンプルにすることができ、コストや設備スペースの増大を抑えることができる。また、異種の砥粒の混合による凝集が生じることがないので、研磨キズの発生や平坦性の悪化が生じにくい。
また、キャパシタやゲート電極として使用されるポリシリコン膜の被研磨面を、本発明の研磨方法を用いて研磨することで、高集積化・高機能化がなされた半導体デバイスを製造することができる。
半導体デバイスの製造は、例えば、以下に示す手順で行うことができる。すなわち、シリコン基板上に、プラズマ−ＣＶＤ法、低圧−ＣＶＤ法、スパッタ法、スピンコート法等の方法で二酸化ケイ素膜を形成した後、二酸化ケイ素膜の所定の領域をエッチングにより除去し開口部を形成する、次いで、この二酸化ケイ素膜上の全面にポリシリコン膜を堆積させ、図１（ａ）に示すような積層構造を形成した後、前記第１の研磨工程と第２の研磨工程を順に行なうことでポリシリコン膜を研磨し、二酸化ケイ素膜が露出した時点で研磨を停止する。こうして、二酸化ケイ素膜上のポリシリコン膜を完全に除去し、開口部内のポリシリコン膜のみを残して平坦化することで、ポリシリコンゲートまたはプラグが形成される。
以下、本発明の実施例を説明する。実施例において「％」は、特に断らない限り質量％を意味する。また、特性値は下記の方法により測定し評価した。
［ｐＨ］
横河電機社製のｐＨ８１−１１を使用し２５℃で測定した。
［砥粒の平均粒径］
レーザー散乱・回折装置（堀場製作所製、商品名：ＬＡ−９２０）を使用して求めた。
［研磨特性］
（１）研磨条件
全自動ＣＭＰ研磨装置（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製、商品名：Ｍｉｒｒａ）を使用して研磨を行った。このとき、研磨パッドはＲｏｄｅｌ社製の２層パッドＩＣ−１４００のＫ−ｇｒｏｏｖｅまたは単層パッドＩＣ−１０００のＫ−ｇｒｏｏｖｅを使用し、研磨パッドのコンディショニングには、三菱マテリアル社製のＭＥＣ１００−ＰＨ３．５Ｌを使用した。研磨剤の供給速度は２００ミリリットル／分とし、研磨定盤および研磨ヘッドの回転数はそれぞれ１２７ｒｐｍおよび１２３ｒｐｍとした。
（２）被研磨物
実施例１〜１６、および比較例１で得られた第２の研磨剤の研磨特性の測定用には、ＣＶＤ法によりポリシリコン膜を成膜した８インチシリコンウエハ基板と、熱酸化法により二酸化ケイ素膜を成膜した８インチシリコンウエハ基板をそれぞれ使用した。また、実施例１７〜１９および比較例２，３における研磨特性の測定用には、熱酸化法により二酸化ケイ素膜を成膜し、リソグラフィにより開口部を形成した後、その上にＣＶＤ法によりポリシリコン膜を堆積した、Ｓｅｍｔｅｃｈにより規定される８６４パターン８インチシリコンウエハを使用した。
（３）研磨特性の測定・評価方法
研磨速度の測定には、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製の膜厚計ＵＶ−１２８０ＳＥを使用した。ディッシング量の測定には、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製のプロファイラＰ−１６を使用し、８６４パターンウエハのパターン構造において、二酸化ケイ素膜を５０μｍ間隔で線状にリソグラフィし、その上部にポリシリコン膜を堆積させた構造（通常５０μｍ幅のラインアンドスペースという）について測定を行なった。
まず、第１の研磨工程で使用する第１の研磨剤Ａ，Ｂを調製した。
［第１の研磨剤Ａ，Ｂの調製］
酸化セリウム粒子と重量平均分子量（Ｍｗ）５０００のポリアクリル酸アンモニウムと硝酸とを、脱イオン水中で撹拌しながら混合し、液の全質量に対する酸化セリウム粒子の濃度が１．０％、ポリアクリル酸アンモニウムの濃度が８５０ｐｐｍ、硝酸の濃度が４２０ｐｐｍの研磨剤Ａを調製した。この研磨剤ＡのｐＨは５．０であり、砥粒（酸化セリウム粒子）の平均粒径は０．１７μｍであった。
また、酸化セリウム粒子と重量平均分子量（Ｍｗ）５０００のポリアクリル酸アンモニウムとシュウ酸とを、脱イオン水中で撹拌しながら混合し、液の全質量に対する酸化セリウム粒子の濃度が１．０％、ポリアクリル酸アンモニウムの濃度が８５０ｐｐｍ、シュウ酸の濃度が３０４０ｐｐｍの研磨剤Ｂを調製した。この研磨剤ＢのｐＨは５．０であり、砥粒（酸化セリウム粒子）の平均粒径は０．１７μｍであった。
次いで、こうして得られた第１の研磨剤Ａ，Ｂの研磨特性（二酸化ケイ素膜の研磨速度とポリシリコン膜の研磨速度）を、研磨圧１３．８ｋＰａでそれぞれ測定した。測定結果を、第１の研磨剤Ａ，Ｂの組成およびｐＨとともに表１に示す。
Figure 2010052990
（実施例１〜７）
第１の研磨剤Ａと脱イオン水とを１：３の質量比で混合し（すなわち脱イオン水により４倍に希釈し）、これに水溶性ポリアミンであるペンタエチレンヘキサミン（ＰＥＨＡ）を、液の全質量に対して表２に示す各割合の量加えた。こうして、表２に示すｐＨ値を有する研磨剤（第２の研磨剤）Ａ１〜Ａ７をそれぞれ調製した。
次いで、こうして得られた第２の研磨剤Ａ１〜Ａ７を使用して、前記した被研磨物（二酸化ケイ素膜が成膜されたシリコンウエハ基板およびポリシリコン膜が成膜されたシリコンウエハ基板）をそれぞれ表３に示す研磨圧で６０秒間研磨し、研磨特性（二酸化ケイ素膜の研磨速度Ｖｓｏとポリシリコン膜の研磨速度Ｖｐｓ）をそれぞれ測定した。そして、これらの測定値から、ポリシリコン膜と二酸化ケイ素膜の研磨速度比（Ｖｐｓ／Ｖｓｏ）をそれぞれ算出した。これらの結果を表３に示す。
（実施例８，９）
第１の研磨剤Ａと脱イオン水とを、実施例８においては１：９の質量比で、実施例９においては１：９９の質量比でそれぞれ混合し、これにＰＥＨＡを液の全質量に対して０．１％加えた。こうして、表２に示すｐＨ値を有する研磨剤（第２の研磨剤）Ａ８およびＡ９をそれぞれ調製した。
次いで、こうして得られた第２の研磨剤Ａ８，Ａ９を使用して、前記被研磨物（二酸化ケイ素膜が成膜されたシリコンウエハ基板およびポリシリコン膜が成膜されたシリコンウエハ基板）をそれぞれ表３に示す研磨圧で６０秒間研磨し、二酸化ケイ素膜の研磨速度Ｖｓｏとポリシリコン膜の研磨速度Ｖｐｓをそれぞれ測定した。そして、これらの測定値から、ポリシリコン膜と二酸化ケイ素膜の研磨速度比（Ｖｐｓ／Ｖｓｏ）をそれぞれ算出した。これらの結果を表３に示す。
（実施例１０〜１３）
第１の研磨剤Ａと脱イオン水とを１：３の質量比で混合し、これに水溶性ポリアミンである重量平均分子量（Ｍｗ）２３０のポリオキシプロピレンジアミン（ＰＯＰＤ）（ＢＡＳＦ社製、商品名；ポリエーテルアミン）を、液の全質量に対して表２に示す各割合で加えた。こうして、表２に示すｐＨ値を有する研磨剤（第２の研磨剤）Ａ１０〜Ａ１３をそれぞれ調製した。
次いで、こうして得られた第２の研磨剤Ａ１０〜Ａ１３を使用して、前記被研磨物（二酸化ケイ素膜が成膜されたシリコンウエハ基板およびポリシリコン膜が成膜されたシリコンウエハ基板）をそれぞれ表３に示す研磨圧で６０秒間研磨し、二酸化ケイ素膜の研磨速度Ｖｓｏとポリシリコン膜の研磨速度Ｖｐｓをそれぞれ測定した。そして、これらの測定値から、ポリシリコン膜と二酸化ケイ素膜の研磨速度比（Ｖｐｓ／Ｖｓｏ）をそれぞれ算出した。これらの結果を表３に示す。
（実施例１４，１５）
第１の研磨剤Ａと脱イオン水とを１：９の質量比で混合し、これにＰＯＰＤを液の全質量に対して表２に示す各割合で加えた。こうして、表２に示すｐＨ値を有する研磨剤（第２の研磨剤）Ａ１４およびＡ１５をそれぞれ調製した。
次いで、こうして得られた第２の研磨剤Ａ１４，Ａ１５を使用して、前記被研磨物（二酸化ケイ素膜が成膜されたシリコンウエハ基板およびポリシリコン膜が成膜されたシリコンウエハ基板）をそれぞれ表３に示す研磨圧で６０秒間研磨し、二酸化ケイ素膜の研磨速度Ｖｓｏとポリシリコン膜の研磨速度Ｖｐｓをそれぞれ測定した。そして、これらの測定値から、ポリシリコン膜と二酸化ケイ素膜の研磨速度比（Ｖｐｓ／Ｖｓｏ）をそれぞれ算出した。これらの結果を表３に示す。
（実施例１６）
第１の研磨剤Ｂと脱イオン水とを１：３の質量比で混合し、これにＰＯＰＤを液の全質量に対して０．５％加えた。こうして、表２に示すｐＨ値を有する研磨剤（第２の研磨剤）Ｂ１を調製した。
次いで、こうして得られた第２の研磨剤Ｂ１を使用して、前記被研磨物（二酸化ケイ素膜が成膜されたシリコンウエハ基板およびポリシリコン膜が成膜されたシリコンウエハ基板）を研磨圧２０．７ｋＰａで６０秒間研磨し、二酸化ケイ素膜の研磨速度Ｖｓｏとポリシリコン膜の研磨速度Ｖｐｓをそれぞれ測定した。そして、これらの測定値から、ポリシリコン膜と二酸化ケイ素膜の研磨速度比（Ｖｐｓ／Ｖｓｏ）を算出した。これらの結果を表３に示す。
（比較例１）
第１の研磨剤Ａと脱イオン水とを１：３の質量比で混合し、表２に示すｐＨ値を有する研磨剤Ａ０とした。次いで、この研磨剤Ａ０を使用して、前記被研磨物（二酸化ケイ素膜が成膜されたシリコンウエハ基板およびポリシリコン膜が成膜されたシリコンウエハ基板）を研磨圧２０．７ｋＰａで６０秒間研磨し、二酸化ケイ素膜の研磨速度Ｖｓｏとポリシリコン膜の研磨速度Ｖｐｓをそれぞれ測定した。そして、これらの測定値から、ポリシリコン膜と二酸化ケイ素膜の研磨速度比（Ｖｐｓ／Ｖｓｏ）を算出した。これらの結果を表３に示す。
Figure 2010052990
Figure 2010052990
表３の測定結果から、酸化セリウム粒子と分散剤と酸と水とを含有する第１の研磨剤に水と水溶性ポリアミンとを加えて得られた実施例１〜１６の第２の研磨剤は、ポリシリコン膜と二酸化ケイ素膜の研磨速度比（Ｖｐｓ／Ｖｓｏ）が１５以上と極めて大きくなっていることがわかる。したがって、実施例１〜１６の研磨剤は、ポリシリコン膜を含む被研磨面の研磨において、二酸化ケイ素膜をストッパー膜として使用し、効率的に高平坦化することができることがわかる。これに対して、比較例１の研磨剤Ａ０は、第１の研磨剤Ａを水で希釈しただけで水溶性ポリアミンが添加されていないので、研磨速度比Ｖｐｓ／Ｖｓｏが極めて小さくなっている。したがって、二酸化ケイ素膜をストッパー膜とする研磨には使用することができないことがわかる。
（実施例１７）
前記した被研磨物（８６４パターン８インチシリコンウエハ）に対して、第１の研磨工程で、第１の研磨剤Ａにより１３．８ｋＰａの研磨圧で１２０秒間研磨を行った。第１の研磨工程後、ポリシリコン膜の凸部（ライン部）と凹部（スペース部）との段差を表面段差計で測定したところ、５０ｎｍ以下になっており、十分に平坦化されていることが確認された。
次いで、こうしてポリシリコン膜が平坦化された被研磨物を、第２の研磨工程で、実施例３で得られた第２の研磨剤Ａ３を使用し６．９ｋＰａの研磨圧で研磨した。こうして、二酸化ケイ素膜上のポリシリコン膜がなくなるまで、２０秒間研磨を行った。二酸化ケイ素膜上のポリシリコン膜が完全に除去されたことは、膜厚測定機でポリシリコン膜の厚さを測定することによって確認した。そして、第２の研磨工程後のディッシング量を測定した。この測定結果を、研磨剤供給装置の簡略度の評価結果および異種粒子混入のおそれとともに、表４に示す。
（実施例１８）
実施例１７と同様に第１の研磨工程を行い、ポリシリコン膜を平坦化した後、平坦化されたポリシリコン膜を、第２の研磨工程で、実施例１１で得られた第２の研磨剤Ａ１１を使用し２０．７ｋＰａの研磨圧で研磨した。なお、第２の研磨工程における研磨は、二酸化ケイ素膜上のポリシリコン膜がなくなり、二酸化ケイ素膜が露出するまで行った。第２の研磨工程の時間は９０秒間であった。そして、第２の研磨工程後のディッシング量を測定した。この測定結果を、研磨剤供給装置の簡略度の評価結果および異種粒子混入による研磨キズの発生のおそれとともに、表４に示す。
（実施例１９）
第１の研磨工程で、第１の研磨剤Ｂにより１３．８ｋＰａの研磨圧で１２０秒間研磨を行い、ポリシリコン膜を平坦化した後、平坦化されたポリシリコン膜を、第２の研磨工程で、実施例１６で得られた第２の研磨剤Ｂ１を使用し２０．７ｋＰａの研磨圧で研磨した。なお、第２の研磨工程における研磨は、二酸化ケイ素膜上のポリシリコン膜がなくなり、二酸化ケイ素膜が露出するまで行った。第２の研磨工程の時間は１０秒間であった。そして、第２の研磨工程後のディッシング量を測定した。この測定結果を、研磨剤供給装置の簡略度の評価結果および異種粒子混入による研磨キズの発生のおそれとともに、表４に示す。
（比較例２）
同様に第１の研磨工程を行い、ポリシリコン膜を平坦化した後、平坦化されたポリシリコン膜を、第２の研磨工程で、コロイダルシリカと水と塩基性有機化合物とを含有する研磨剤（フジミインコーポレーテッド社製のＰｌａｎｅｒｉｔｅ６１０３）に脱イオン水を加え２０倍に希釈して得られた研磨剤Ｃを使用し、６．９ｋＰａの研磨圧で研磨した。なお、第２の研磨工程における研磨は、二酸化ケイ素膜上のポリシリコン膜がなくなり二酸化ケイ素膜が露出するまで４０秒間行った。そして、第２の研磨工程後のディッシング量を測定した。この測定結果を、研磨剤供給装置の簡略度の評価結果および異種粒子混入による研磨キズの発生のおそれとともに、表４に示す。
（比較例３）
前記した被研磨物（８６４パターン８インチシリコンウエハ）に対して、比較例２で使用した研磨剤Ｃにより１段階で研磨を行った。すなわち、二酸化ケイ素膜上のポリシリコン膜に対して、二酸化ケイ素膜が露出するまで６．９ｋＰａの研磨圧で研磨を行った。研磨に要した時間は７５秒であった。そして、研磨終了後のディッシング量を測定した。この測定結果を、研磨剤供給装置の簡略度の評価結果および異種粒子混入による研磨キズの発生のおそれとともに、表４に示す。
Figure 2010052990
表４の測定結果から、以下のことがわかった。すなわち、実施例１７〜１９によれば、従来の研磨剤Ｃ（コロイダルシリカと水と塩基性有機化合物を含有）を使用して一段階で研磨を行う比較例３に比べて、ディッシング量が半分以下となり、二段階で研磨を行なうことで非常に平坦性の高い被研磨面が得られることがわかった。また、実施例１７〜１９においては、第１の研磨工程と第２の研磨工程がいずれも酸化セリウム粒子を含有する研磨剤を使用して研磨を行っているので、第１の研磨工程と第２の研磨工程で砥粒の種類が異なる比較例２に比べて、研磨剤の供給機構を簡略化にすることができるうえに、異種の砥粒の混合および混合による研磨キズの発生のおそれがないことがわかった。
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは、当業者にとって明らかである。
本出願は、２００８年１１月７日出願の日本特許出願２００８−２８６３６６に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
本発明の研磨剤および研磨方法によれば、半導体集積回路装置の製造において、直下に二酸化ケイ素膜を有するポリシリコン膜を含む被研磨面を研磨する場合に、ディッシングが少なく高平坦化された被研磨面を効率的に得ることができる。したがって、半導体集積回路装置の歩留りを向上させることができる。また、パターンウエハの研磨時間を短縮することができるので、スループットも向上させることもできる。
１ シリコン基板
２ 二酸化ケイ素膜
３ ポリシリコン膜
４ 研磨後の被研磨面
１１ 半導体デバイス
１２ 研磨ヘッド
１３ 研磨定盤
１４ 研磨パッド
１５ 研磨剤
１６ 研磨剤供給配管

Claims (17)

  1. 半導体集積回路装置の製造において、直下に二酸化ケイ素膜を有するポリシリコン膜を含む被研磨面を研磨するための研磨方法であって、
    酸化セリウム粒子と水と酸を含む第１の研磨剤によって、前記ポリシリコン膜を研磨し平坦化する第１の研磨工程と、
    前記第１の研磨工程で平坦化されたポリシリコン膜を、少なくとも酸化セリウム粒子と水と酸と水溶性ポリアミンまたはその塩を含む第２の研磨剤によって研磨し、前記二酸化ケイ素膜の露出によって研磨を停止させる第２の研磨工程と
    を含む研磨方法。
  2. 前記第２の研磨剤が、前記第１の研磨剤に水溶性ポリアミンと水を添加することにより調製された研磨剤である請求項１に記載の研磨方法。
  3. 前記水溶性ポリアミンが、水溶性ポリエーテルポリアミンおよび水溶性ポリアルキレンポリアミンからなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物である請求項１または２に記載の研磨方法。
  4. 前記水溶性ポリアミンの重量平均分子量が、１００〜１００，０００である請求項１〜３のいずれかに記載の研磨方法。
  5. 前記水溶性ポリアミンが、ペンタエチレンヘキサミンおよびポリオキシプロピレンジアミンから選択される少なくとも１つである請求項３に記載の研磨方法。
  6. 前記水溶性ポリアミンまたはその塩の含有量が、前記研磨剤の全質量に対して０．０１〜２０質量％である請求項１〜５のいずれかに記載の研磨方法。
  7. 前記第１の研磨剤および前記第２の研磨剤が、カルボン酸基またはカルボン酸塩を有し、その酸の価数が２０以上である水溶性ポリマーを含有する請求項１または２に記載の研磨方法。
  8. 前記水溶性ポリマーが、ポリアクリル酸またはポリアクリル酸アンモニウムである請求項７に記載の研磨方法。
  9. 前記第１の研磨工程と第２の研磨工程の少なくとも一方が、前記第１の研磨剤または前記第２の研磨剤を研磨パッドに供給し、前記研磨パッドと前記被研磨面とを接触させて両者間の相対運動により研磨する工程を含む請求項１〜８のいずれかに記載の研磨方法。
  10. 半導体集積回路装置の製造において、直下に二酸化ケイ素膜を有するポリシリコン膜を含む被研磨面を研磨するための研磨剤であって、
    酸化セリウム粒子と水と酸および水溶性ポリアミンまたはその塩を含有し、
    ｐＨが７〜１３である研磨剤。
  11. 前記水溶性ポリアミンが、水溶性ポリエーテルポリアミンおよび水溶性ポリアルキレンポリアミンからなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物である請求項１０に記載の研磨剤。
  12. 前記水溶性ポリアミンの重量平均分子量が１００〜１００，０００である請求項１０または１１に記載の研磨剤。
  13. 前記水溶性ポリアミンが、ペンタエチレンヘキサミンおよびポリオキシプロピレンジアミンから選ばれる少なくとも１つである請求項１１に記載の研磨剤。
  14. 前記水溶性ポリアミンまたはその塩の含有量が、前記研磨剤の全質量に対して０．０１〜２０質量％である請求項１０〜１３のいずれかに記載の研磨剤。
  15. カルボン酸基またはカルボン酸塩を有し、その酸の価数が２０以上である水溶性ポリマーを含有する請求項１０〜１４のいずれかに記載の研磨剤。
  16. 前記水溶性ポリマーが、ポリアクリル酸またはポリアクリル酸アンモニウムである請求項１５に記載の研磨剤。
  17. 請求項１〜９のいずれか１項記載の研磨方法により被研磨面を研磨する工程を有する半導体集積回路装置の製造方法。
JP2010536729A 2008-11-07 2009-10-07 研磨剤、研磨方法および半導体集積回路装置の製造方法 Withdrawn JPWO2010052990A1 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008286366 2008-11-07
JP2008286366 2008-11-07
PCT/JP2009/067519 WO2010052990A1 (ja) 2008-11-07 2009-10-07 研磨剤、研磨方法および半導体集積回路装置の製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPWO2010052990A1 true JPWO2010052990A1 (ja) 2012-04-05

Family

ID=42152799

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010536729A Withdrawn JPWO2010052990A1 (ja) 2008-11-07 2009-10-07 研磨剤、研磨方法および半導体集積回路装置の製造方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20110207327A1 (ja)
EP (1) EP2346069A4 (ja)
JP (1) JPWO2010052990A1 (ja)
KR (1) KR20110090918A (ja)
CN (1) CN102210012B (ja)
TW (1) TW201023259A (ja)
WO (1) WO2010052990A1 (ja)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012121086A (ja) * 2010-12-07 2012-06-28 Yokkaichi Chem Co Ltd 研磨用添加剤及び高分散性研磨スラリー
EP2717297B1 (en) * 2011-05-24 2016-07-27 Kuraray Co., Ltd. Erosion inhibitor for chemical mechanical polishing, slurry for chemical mechanical polishing, and chemical mechanical polishing method
CN103620747B (zh) * 2011-06-14 2017-07-28 福吉米株式会社 研磨用组合物
JP2013125136A (ja) * 2011-12-14 2013-06-24 Sony Corp 駆動基板、表示装置、平坦化方法および駆動基板の製造方法
US9097994B2 (en) * 2012-01-27 2015-08-04 Sematech, Inc. Abrasive-free planarization for EUV mask substrates
JP6435689B2 (ja) * 2014-07-25 2018-12-12 Ａｇｃ株式会社 研磨剤と研磨方法、および研磨用添加液
US9593261B2 (en) * 2015-02-04 2017-03-14 Asahi Glass Company, Limited Polishing agent, polishing method, and liquid additive for polishing
EP3357082A1 (en) * 2015-09-30 2018-08-08 Sunedison Semiconductor Limited Methods for processing semiconductor wafers having a polycrystalline finish
WO2018179061A1 (ja) * 2017-03-27 2018-10-04 日立化成株式会社 研磨液、研磨液セット及び研磨方法
US10106705B1 (en) 2017-03-29 2018-10-23 Fujifilm Planar Solutions, LLC Polishing compositions and methods of use thereof
KR102096695B1 (ko) * 2017-12-14 2020-04-02 주식회사 케이씨텍 저밀도 sti cmp 공정용 연마 슬러리 조성물
CN109986458B (zh) * 2017-12-29 2021-02-05 长鑫存储技术有限公司 缓研磨去除多晶硅表面凸块缺陷的方法及半导体工艺方法
CN110957215B (zh) * 2018-09-26 2022-07-19 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 平坦化工艺方法
KR101954904B1 (ko) 2018-10-15 2019-03-06 남종규 복층의 태양광 설치 구조
CN111257247B (zh) * 2019-11-22 2023-04-18 浙江省海洋水产研究所 一种测定海洋沉积物中铁含量的方法
CN113004796A (zh) * 2019-12-19 2021-06-22 安集微电子科技（上海）股份有限公司 一种化学机械抛光液

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10163140A (ja) * 1996-05-31 1998-06-19 Nippon Steel Corp 半導体基板の研磨方法
WO2006103858A1 (ja) * 2005-03-28 2006-10-05 Asahi Glass Company, Limited 半導体集積回路装置用研磨剤、研磨方法および半導体集積回路装置の製造方法
WO2007138975A1 (ja) * 2006-05-31 2007-12-06 Asahi Glass Company, Limited 研磨剤組成物および研磨方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1112561A (ja) 1997-04-28 1999-01-19 Seimi Chem Co Ltd 半導体用研磨剤および半導体用研磨剤の製造方法
JP3457144B2 (ja) 1997-05-21 2003-10-14 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物
JP2001035818A (ja) 1999-07-16 2001-02-09 Seimi Chem Co Ltd 半導体用研磨剤
US7005382B2 (en) * 2002-10-31 2006-02-28 Jsr Corporation Aqueous dispersion for chemical mechanical polishing, chemical mechanical polishing process, production process of semiconductor device and material for preparing an aqueous dispersion for chemical mechanical polishing
US20060088976A1 (en) * 2004-10-22 2006-04-27 Applied Materials, Inc. Methods and compositions for chemical mechanical polishing substrates
DE602006004624D1 (de) * 2005-02-23 2009-02-26 Jsr Corp Chemisch-mechanisches Polierverfahren
EP1860688A4 (en) * 2005-03-16 2010-08-18 Asahi Glass Co Ltd AGING MACHINE FOR AN INTEGRATED SEMICONDUCTOR SWITCHING DEVICE, METHOD FOR POLISHING AN INTEGRATED SEMICONDUCTOR SWITCHING DEVICE, AND METHOD OF MANUFACTURING AN INTEGRATED SEMICONDUCTOR SWITCHING DEVICE
JP2006269600A (ja) * 2005-03-23 2006-10-05 Fuji Photo Film Co Ltd 化学的機械的研磨方法及びこれに用いる研磨液
CN101517709B (zh) * 2006-09-13 2011-05-25 旭硝子株式会社 半导体集成电路装置用抛光剂、抛光方法、以及制造半导体集成电路装置的方法
JP2008286366A (ja) 2007-05-21 2008-11-27 Enmajor Kk 噴出装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10163140A (ja) * 1996-05-31 1998-06-19 Nippon Steel Corp 半導体基板の研磨方法
WO2006103858A1 (ja) * 2005-03-28 2006-10-05 Asahi Glass Company, Limited 半導体集積回路装置用研磨剤、研磨方法および半導体集積回路装置の製造方法
WO2007138975A1 (ja) * 2006-05-31 2007-12-06 Asahi Glass Company, Limited 研磨剤組成物および研磨方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN102210012B (zh) 2014-12-17
WO2010052990A1 (ja) 2010-05-14
CN102210012A (zh) 2011-10-05
EP2346069A4 (en) 2012-06-13
EP2346069A1 (en) 2011-07-20
US20110207327A1 (en) 2011-08-25
KR20110090918A (ko) 2011-08-10
TW201023259A (en) 2010-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2010052990A1 (ja) 研磨剤、研磨方法および半導体集積回路装置の製造方法
US8030213B2 (en) Polishing compound for semiconductor integrated circuit device, polishing method and method for producing semiconductor integrated circuit device
TWI384059B (zh) A method for manufacturing an abrasive, a polishing method, and a semiconductor integrated circuit device for a semiconductor integrated circuit device
EP2017318B1 (en) Chemical mechanical polishing aqueous dispersion preparation set, method of preparing chemical mechanical polishing aqueous dispersion, chemical mechanical polishing aqueous dispersion, and chemical mechanical polishing method
US7695345B2 (en) Polishing compound for semiconductor integrated circuit device, polishing method and method for producing semiconductor integrated circuit device
JP2018044046A (ja) 研磨剤と研磨方法、および研磨用添加液
JP2016154208A (ja) 研磨剤、研磨方法および半導体集積回路装置の製造方法
JP5319887B2 (ja) 研磨用スラリー
JP2010153576A (ja) 半導体集積回路装置用研磨剤、研磨方法および半導体集積回路装置の製造方法
US20090176373A1 (en) Polishing agent for semiconductor integrated circuit device, polishing method, and method for manufacturing semiconductor integrated circuit device
EP3149101B1 (en) Cmp compositions selective for oxide over polysilicon and nitride with high removal rate and low defectivity
TWI826878B (zh) 用於高拓樸選擇性的自停止性拋光組合物與方法
JP4878728B2 (ja) Ｃｍｐ研磨剤および基板の研磨方法
JP6572734B2 (ja) 研磨剤と研磨方法、および研磨用添加液
JP2015120846A (ja) 研磨剤および研磨方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20120803

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130903

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20130918