(57)【要約】【課題】酸化セリウム砥粒は窒化ケイ素膜の研磨速度が大きくないため、窒化ケイ素膜と二酸化ケイ素膜の研磨速度を同程度にするためには、酸化ケイ素砥粒を用いることが多い。二酸化ケイ素膜研磨時に用いた酸化セリウム砥粒が被研磨面に残留していると、酸化セリウム砥粒が酸化ケイ素砥粒と凝集し粗大粒子となり、被研磨面にキズがつくことや研磨速度が安定しないといった問題の発生が考えられる。【解決手段】半導体集積回路装置の製造において被研磨面を研磨するための化学的機械的研磨用研磨剤であって、前記研磨剤が、酸化セリウム砥粒と分子量６００以下の酸と水とを含有し、ｐＨが２以上、４未満の範囲にあることを特徴とする研磨剤を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体集積回路装置の製造において被研磨面を研磨するための化学的機械的研磨用研磨剤であって、前記研磨剤が、酸化セリウム砥粒と分子量６００以下の酸と水とを含有し、ｐＨが２以上、４未満の範囲にあることを特徴とする研磨剤。
【請求項２】
前記分子量６００以下の酸が、カルボン酸、硝酸およびスルホン酸からなる群から選ばれた少なくとも一種の酸である、請求項１に記載の研磨剤。
【請求項３】
前記カルボン酸が、シュウ酸、酢酸、ギ酸およびクエン酸からなる群から選ばれた少なくとも一種のカルボン酸である、請求項２に記載の研磨剤。
【請求項４】
前記研磨剤が、さらに、重量平均分子量が２,０００〜２５０,０００である水溶性ポリマーを含有する請求項１〜３のいずれかに記載の研磨剤。
【請求項５】
前記水溶性ポリマーが、カルボン酸基およびカルボン酸塩基からなる群から選ばれた少なくとも１種の基を有する水溶性ポリマーである、請求項４に記載の研磨剤。
【請求項６】
前記研磨剤の全質量に対し、前記水溶性ポリマーを０．０１〜２質量％含有する、請求項４または５に記載の研磨剤。
【請求項７】
前記研磨剤の全質量に対し、前記酸化セリウム砥粒を０．１〜５質量％含有する、請求項１〜６のいずれかに記載の研磨剤。
【請求項８】
前記半導体集積回路装置が、二酸化ケイ素膜および窒化ケイ素膜を有する、請求項１〜７のいずれかに記載の研磨剤。
【請求項９】
研磨剤を研磨パッドに供給し、半導体集積回路装置の被研磨面と研磨パッドとを接触させて、両者間の相対運動により研磨する被研磨面の研磨方法であって、前記被研磨面が二酸化ケイ素膜の表面と窒化ケイ素膜の表面とを含む被研磨面であり、前記研磨剤として請求項１〜８のいずれかに記載の研磨剤を使用する、研磨方法。
【請求項１０】
請求項９に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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路装置の製造工程に用いられる研磨技術に関する。より詳しくは、半導体集積回路装置に用いられる窒化ケイ素膜を含む被研磨面を平坦化するのに好適な研磨剤、および半導体集積回路装置の製造工程に用いられる、窒化ケイ素膜を含む被研磨面の研磨技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、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、化学的機械的研磨法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：以下ＣＭＰという）による平坦化技術の重要性が高まっている。
【０００３】
たとえば、半導体集積回路装置の微細化や配線の多膜化が進むにつれ、製造工程における各膜での表面の凹凸（段差）が大きくなりやすいが、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、膜間絶縁膜（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膜配線形成工程などで用いられている。また最近では、ＳＴＩ製造法の変化から電極保護膜として窒化ケイ素膜が用いられていることがあり、窒化ケイ素膜を有する被研磨面の平坦化にもＣＭＰが採用されている（非特許文献１参照）。
【０００４】
半導体集積回路装置の製造工程において、窒化ケイ素膜を含む被研磨面の平坦化を行う際に、一般的には、研磨対象である窒化ケイ素膜の上に二酸化ケイ素膜を製膜し、二酸化ケイ素膜を酸化セリウム砥粒により一旦平坦化する。その後、窒化ケイ素膜の研磨速度と二酸化ケイ素膜研磨速度との比（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」ともいう）を同程度にして研磨することで、窒化ケイ素膜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する。
【０００５】
しかしながら、一般に酸化セリウム砥粒を含む研磨剤は窒化ケイ素膜の研磨速度が大きくないため、酸化ケイ素膜の研磨と同時に窒化ケイ素膜を研磨するということは困難であった（特許文献１参照）。そのため、窒化ケイ素膜と二酸化ケイ素膜の研磨速度を同程度にするためには、酸化ケイ素砥粒を含む研磨剤によって所望の研磨速度比を実現することが多かった（特許文献２、特許文献３参照）。
【０００６】
上記のような方法で研磨を行う場合に、二酸化ケイ素膜研磨時に用いた酸化セリウム砥粒が被研磨面に残留していると、酸化セリウム砥粒が酸化ケイ素砥粒と凝集し粗大粒子となり、被研磨面にキズがつくことや、研磨速度が安定しないといった問題の発生が考えられる。
【０００７】
【特許文献１】国際特開第２００４−０１０４８７号パンフレット
【特許文献２】特開２００６−１２０７２８号公報
【特許文献３】特開２００７−３３５８４７号公報
【非特許文献１】2007 Proceedings chemical mechanical polish for ULSI multilevel interconnection conference P165-170
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記のような問題点を解決し、半導体集積回路装置の製造において被研磨面を研磨するための化学的機械的研磨用研磨剤であって、酸化ケイ素膜表面と窒化ケイ素膜表面とを含む被研磨面を研磨するのに適した研磨剤を提供することを目的とする。また、本発明は、上記研磨剤を用いて前記被研磨面が二酸化ケイ素膜の表面と窒化ケイ素膜の表面とを含む被研磨面を研磨する方法を提供することを目的とする。さらに、本発明は、上記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を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、半導体集積回路装置の製造において被研磨面を研磨するための化学的機械的研磨用研磨剤であって、前記研磨剤が、酸化セリウム砥粒と分子量６００以下の酸と水とを含有し、ｐＨが２以上、４未満の範囲にあることを特徴とする研磨剤を提供する。
【００１０】
また、本発明は、研磨剤を研磨パッドに供給し、半導体集積回路装置の被研磨面と研磨パッドとを接触させて、両者間の相対運動により研磨する被研磨面の研磨方法であって、前記被研磨面が二酸化ケイ素膜の表面と窒化ケイ素膜の表面とを含む被研磨面であり、前記研磨剤として上記研磨剤を使用する、研磨方法を提供する。
【００１１】
さらに本発明は、上記研磨方法により、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を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、半導体集積回路装置の製造において被研磨面を研磨する場合に、窒化ケイ素膜と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、これにより被研磨面の高平坦化を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の研磨剤は、半導体集積回路装置（以下、単に半導体デバイスともいう）の被研磨面を研磨するための化学的機械的研磨用研磨剤であって、被研磨面が窒化ケイ素膜の被研磨面を含み、研磨剤が、酸化セリウム砥粒と、分子量６００以下の酸と、水とを含有し、研磨剤のｐＨが２以上、４未満の範囲にある。
【００１４】
本発明の研磨剤を使用すると、半導体デバイスの被研磨面が二酸化ケイ素膜の表面と窒化ケイ素膜の表面とを含む被研磨面の場合に、二酸化ケイ素膜と窒化ケイ素膜との研磨速度比の制御が容易となる。この窒化ケイ素膜は、一つの半導体デバイスに二以上含まれていてもよい。なお、本発明において、「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。
【００１５】
この様子を図１、２、３に例示し、以下で図を用いて説明する。図１、２、３は、基板１上に、窒化ケイ素膜２、二酸化ケイ素膜３、窒化ケイ素膜４、二酸化ケイ素膜５を積層した半導体デバイスの模式的横断面図を表す。
【００１６】
図１において、二酸化ケイ素膜５を、特許文献１に記載されたような酸化セリウム砥粒を含み、二酸化ケイ素膜を高速に研磨できる半導体用研磨剤によって、ディッシングを抑制しながら平坦化する。後述するように、二酸化ケイ素膜を、酸化セリウム砥粒を含む研磨剤で研磨する際には、図１の二酸化ケイ素膜の凸部の研磨時に加わる圧力が高いため、凸部が研磨されて図２のように二酸化ケイ素膜が平坦化し、窒化ケイ素膜４が露出した時点で、二酸化ケイ素膜はそれ以上研磨されなくなり研磨を終了することができる。
【００１７】
本発明の研磨剤では、窒化ケイ素膜４の研磨速度（Ｖｓｎ）と二酸化ケイ素膜５の研磨速度（Ｖｓｏ）との比（すなわち研磨速度比Ｖｓｎ／Ｖｓｏ）を１に近づけることができる。このため、図２のように窒化ケイ素膜４が露出した時点から、本発明の研磨剤で窒化ケイ素膜４および二酸化ケイ素膜５を研磨すると、窒化ケイ素膜４直下の二酸化ケイ素膜３も研磨でき、図３のように、窒化ケイ素膜２および４と、二酸化ケイ素膜３および５とをすべて高平坦化した半導体デバイスを形成できる。
【００１８】
従来の酸化セリウム砥粒を含有する研磨剤の研磨速度比Ｖｓｎ／Ｖｓｏは、パターン化されたウエハにおいては０．１以下であった。窒化ケイ素膜を完全に除去する際の二酸化ケイ素膜のディシング量は２０ｎｍ程度が許容量である。一般に窒化ケイ素膜は１０ｎｍ程度製膜されることが多く、この窒化ケイ素膜を１０ｎｍ／ｍｉｎ程度で研磨する場合には、酸化ケイ素膜の研磨速度を３０ｎｍ／ｍｉｎ程度に抑えなければ酸化ケイ素膜のディシング量は許容量の２０ｎｍ程度とはならない。こうした点から、Ｓｅｍａｔｅｃｈにより規定された８６４ＳＴＩパターンウエハ上の（窒化ケイ素膜：５０μｍ／酸化ケイ素膜：５０μｍ）パターンにおいては、研磨速度比Ｖｓｎ／Ｖｓｏは０．３以上が好ましい。
【００１９】
二酸化ケイ素膜を、酸化セリウム砥粒を含む研磨剤で研磨すると圧力上昇によって急激に研磨速度が増加する性質がある。一方、窒化ケイ素膜は圧力上昇に比例して研磨速度が増加する。パターン化されたウエハの凸部では応力が集中し、局所的に強い研磨圧がかかる。そのため、パターン化されたウエハの凸部では、二酸化ケイ素膜は窒化ケイ素膜に比べ急激に研磨速度が増加し、局所的に研磨されやすい。こうした理由から、局所的な圧力上昇が生じても窒化ケイ素膜が充分に研磨できるように、パターン化されたウエハでのＶｓｎ／Ｖｓｏを充分大きくしておくことが好ましい。Ｖｓｎ／Ｖｓｏは、好ましくは０．５以上、より好ましくは０．８以上、さらに好ましくは１．０以上である。
【００２０】
《酸化セリウム》
本発明では、研磨剤中の研磨砥粒としては酸化セリウムを用いる。本発明における酸化セリウム砥粒としては、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製造し、濾過、洗浄、焼成して得た酸化セリウム粉末を好ましく使用できる。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砥粒も好ましく使用できるが、特にこれらに限定されない。
【００２１】
酸化セリウム砥粒の平均粒径（直径）は、研磨特性と分散安定性の面から、０．０１〜０．５μｍ、特に０．０２〜０．３μｍ、さらには０．０５〜０．２μｍが好ましい。平均粒径が大きすぎると、半導体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おそれがある。平均粒径が小さすぎると、研磨速度が低くなるおそれがある。また、単位体積あたりの表面積の割合が大きいため、表面状態の影響を受けやすい。ｐＨや添加剤濃度等の条件によっては凝集しやすくなる場合がある。凝集が起きると半導体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。平均粒径はレーザ回折散乱法で測定された数値である。
【００２２】
酸化セリウムの配合量としては、研磨剤の全質量に対し、前記酸化セリウム砥粒を０．１〜５質量％含有することが好ましく、０．１５〜３質量％含有することがさらに好ましく、０．２〜１．５質量％含有することが特に好ましい。
【００２３】
（酸）
本発明の研磨剤は分子量６００以下の酸を含有する。分子量６００以下の酸としては、無機酸や有機酸を使用できる。前記分子量６００以下の酸は、カルボン酸、硝酸およびスルホン酸からなる群から選ばれた少なくとも一種の酸が好ましい。さらに好ましくは、前記カルボン酸が、シュウ酸、酢酸、ギ酸およびクエン酸からなる群から選ばれた少なくとも一種のカルボン酸である。分子量６００以下の酸として、カルボン酸およびスルホン酸からなる群から選ばれた少なくとも一種の酸と硝酸とを含有することがさらに好ましい。前記酸の分子量は５００以下がより好ましく、特に好ましくは分子量が３００以下の酸がよい。なお、分子量６００以下の酸を以下単に酸という。酸は研磨剤が後述のｐＨの範囲となる量使用される。また、過剰量の酸の使用による低ｐＨを後述のｐＨ調整剤で後述のｐＨの範囲に調整できる。
【００２４】
（水）
本発明の水については、特に制限はないが、他の剤に対する影響、不純物の混入、ｐＨ等への影響から、純水、超純水、イオン交換水等を好ましく使用することができる。
【００２５】
（ｐＨ）
本発明の研磨剤のｐＨの範囲は、研磨剤の研磨特性と分散安定性を考慮すると、ｐＨ２以上、４未満である。ｐＨが２未満の場合、分散性が低下するおそれがあり、４を超える場合、酸化ケイ素膜（Ｖｓｏ）の研磨速度が大きく、窒化ケイ素膜の研磨速度（Ｖｓｎ）が小さくなり充分な研磨速度比（Ｖｓｎ／Ｖｓｏ）が得られない。ｐＨが２．５未満であると強酸を添加する必要がある。そのため、ｐＨが２．５〜４未満の範囲が多種類の酸が使用できることから好ましく、３．０〜４未満の範囲がさらに好ましい。本発明の研磨剤ｐＨは酸の種類と使用量で調整できる。場合により、さらにｐＨ調節剤を使用して調整することもできる。
【００２６】
本発明の研磨剤には上記成分以外の成分を含有させることができる。他の成分としては、分散剤、二酸化ケイ素膜保護剤、ｐＨ調整剤などを挙げることができる。分散剤とは、酸化セリウム砥粒を純水等の分散媒中に安定的に分散させるために含有させるものである。二酸化ケイ素膜保護剤は、二酸化ケイ素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。ｐＨ調整剤とは、前記のように分散剤のｐＨを調整するものである。本発明の研磨剤はこれら成分の１種以上を含有させることができる。
【００２７】
(水溶性ポリマー)
前記分散剤や二酸化ケイ素膜保護剤としては水溶性ポリマーが好ましく、分散剤として作用する水溶性ポリマー、二酸化ケイ素膜保護剤として作用する水溶性ポリマー、両方の作用を有する水溶性ポリマーなどがある。また、水溶性ポリマーとしてこれら以外の作用のある水溶性ポリマーを使用することもできる。水溶性ポリマーは酸性基、酸性基が中和された塩の基、塩基性基、塩基性基が中和された塩の基、水酸基、その他の特性基を有していてもよい。なお、本発明において、水溶性ポリマーとは純水に対して１質量％以上溶解するポリマーであって、その重量平均分子量（Ｍｗ）が６００を超えるポリマーをいう。
【００２８】
水溶性ポリマーは本発明の研磨剤中に含有されている濃度において、その研磨剤液中に完全に溶解している状態にある必要がある。このため、水溶性ポリマーは、純水に５質量％以上溶解する溶解性を有していることが好ましい。水溶性ポリマーの重量平均分子量（Ｍｗ）は、６００を超えかつ水溶性を有する範囲の分子量である限り限定されるものではないが、１，０００以上が好ましく、２，０００〜２５０,０００の範囲にあることがより好ましい。特に好ましい水溶性ポリマーの重量平均分子量（Ｍｗ）は、３,０００〜２０,０００の範囲である。重量平均分子量（Ｍｗ）が２，０００未満の場合は、後述するような分散剤や二酸化ケイ素膜保護剤としての効果が充分でないことがある。２５０,０００を超えると、たとえ水溶性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。最も好ましい水溶性ポリマーは、重量平均分子量（Ｍｗ）が４,０００〜１０,０００の水溶性ポリマーである。
【００２９】
本発明において水溶性ポリマーは、前記のように分散剤や二酸化ケイ素膜保護剤としての作用を有する。分散剤や二酸化ケイ素膜保護剤としての作用を有する水溶性ポリマーの配合割合は、研磨剤の全量に対して０．０１〜２質量％の範囲で、分散性、研磨速度、研磨剤スラリーの均一性、重合平均分子量等を考慮して適宜設定することが好ましい。研磨剤中における水溶性ポリマーは、０．０１５〜１質量％の範囲にあることがより好ましく、０．０２〜０．５質量％の範囲にあることがさらに好ましい。
【００３０】
分散作用を有する水溶性ポリマーとしては、ポリアクリル酸等のカルボン酸基を有する水溶性ポリマーやその中和物、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリオキシエチレンアルキルエーテル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中和されたポリマー等が挙げられる。
【００３１】
分散作用を有する水溶性ポリマーを使用する場合、その配合割合は、酸化セリウム砥粒の質量に対して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。分散剤の含有割合がこの範囲より低いと、砥粒である酸化セリウム砥粒の分散性が不十分となりやすい。また、分散剤の含有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。
【００３２】
二酸化ケイ素膜保護作用を有する水溶性ポリマーとしては、ポリアクリル酸等のカルボン酸基を有する水溶性ポリマーやその中和物、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。
【００３３】
二酸化ケイ素膜保護作用のある水溶性ポリマーの配合割合は、二酸化ケイ素膜の研磨速度抑制の十分な効果を得る点から、研磨剤の全量に対して０．０１〜２質量％の範囲で、研磨速度、研磨剤スラリーの均一性、重合平均分子量等を考慮して適宜設定することが好ましい。研磨剤中における二酸化ケイ素膜保護剤の配合割合は、０．０１５〜１質量％の範囲にあることがより好ましく、０．０２〜０．５質量％の範囲にあることがさらに好ましい。
【００３４】
(水溶性ポリマー以外の分散剤)
本発明の研磨剤には水溶性ポリマー以外の分散剤を含んでいてもよい。水溶性ポリマー以外の分散剤としては、陰イオン性、陽イオン性、ノニオン性、両性の界面活性剤を使用することができる。本発明において界面活性剤とは、前記水溶性ポリマーよりも低分子の界面活性作用を有する化合物をいう。この分散剤としては、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。水溶性ポリマー以外の分散剤を使用する場合は、前記水溶性ポリマーと併用することが好ましい。
【００３５】
水溶性ポリマー以外の分散剤を使用する場合、その含有割合は、酸化セリウム砥粒の質量に対して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。前記水溶性ポリマーと併用する場合は両者の合計量が、この範囲となることが好ましい。分散剤の含有割合がこの範囲より低いと、砥粒である酸化セリウム砥粒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。
【００３６】
(ｐＨ調整剤)
本発明の研磨剤はｐＨ調整剤として、塩基性化合物を含有してもよい。塩基性化合物の種類とその添加量を変えることにより、酸によるｐＨをさらに制御することが出来るため、窒化ケイ素膜と二酸化ケイ素膜の研磨速度比（Ｖｓｎ／Ｖｓｏ）を制御することができる。
【００３７】
塩基性化合物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化テトラメチルアンモニウム、モノエタノールアミン、エチルエタノールアミン、ジエタノールアミン、プロピレンジアミンおよびアンモニアからなる群から選ばれた１種類以上の塩基性化合物を好ましく例示することができる。なかでも、研磨速度を制御しやすいことから、アンモニアが特に好ましい。
【００３８】
本発明の研磨剤は、必ずしも構成する研磨材料を予めすべて混合したものとして研磨工程に供給する必要はない。研磨工程に供給する際に研磨材料が混合されて研磨剤の組成になっていてもよい。例えば、酸化セリウム砥粒、水および界面活性剤を含む液と、水溶性ポリマーとｐＨ調整剤と酸と水とを含む液とに分け、研磨の際に適宜、混合比率を選択し、本発明のｐＨに調整した後に使用しても良い。また、酸化セリウム砥粒、水溶性ポリマー、ｐＨ調整剤および水を含む液と、酸と水とを含む液に分けることもできる。また、酸化セリウム砥粒、水および界面活性剤を含むｐＨが４以上の液と、酸および水溶性ポリマーとを混合し、前記液のｐＨを２以上、４未満になる研磨剤を製造してもよい。さらに、その他の分け方でもよい。
【００３９】
上記のように、研磨工程に供給する際に複数の液を混合することによって、研磨剤の混合比率の種々の選択が可能となり、酸化ケイ素膜と窒化ケイ素膜との研磨速度比を制御することができる。そのため、半導体デバイスの構造により研磨速度比を最適化する必要がある場合には有用な方法である。
【００４０】
本発明の研磨剤を用いて半導体基板を研磨する場合には、研磨剤を研磨パッドに供給し、半導体デバイスの被研磨面と研磨パッドとを接触させて、両者間の相対運動により、酸化ケイ素膜の表面と窒化ケイ素膜の表面とを含む被研磨面を研磨する。
【００４１】
研磨装置としては、一般的な研磨装置を使用できる。たとえば図４は、本発明の研磨方法に適用可能な研磨装置の一例を示す図である。研磨剤供給配管３５から研磨剤３６を供給しながら、研磨ヘッド３２に半導体デバイス３１を保持し、研磨定盤３３表面に貼り付けた研磨パッド３４に接触させ、かつ研磨ヘッド３２と研磨定盤３３を回転させ相対運動させる方式である。ただし、本発明の研磨装置はこれに限定されない。
【００４２】
研磨ヘッド３２は回転だけでなく直線運動をしてもよい。研磨定盤３３および研磨パッド３４が半導デバイス３１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３２と研磨定盤３３とを相対的に移動させることにより、半導体デバイスの全面を研磨できるようにすることが好ましい。
【００４３】
研磨装置の研磨条件には特に制限はないが、研磨ヘッド３２に荷重をかけ研磨パッド３４に押しつけることにより研磨速度を向上できる。このときの研磨圧力は、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程度特に好ましい。また研磨定盤、研磨ヘッドの回転数は、５０〜５００ｒｐｍ程度が好ましいが、これらに限定されない。
【００４４】
研磨パッドとしては一般的な不織布、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が使用できる。また、研磨パッドの表面に、研磨剤の供給を促進し、研磨剤が一定量溜まるようにするために、格子状、同心円状、らせん状などの溝加工がなされていてもよい。
【００４５】
このようにして、本発明によれば、半導体デバイスの製造において被研磨面を研磨する場合に、窒化ケイ素膜とその他の材料との間で適切な研磨速度比を得ることができる。
従って、本研磨方法を使用した半導体デバイスの製造においては、コストを低減でき、スループットを改善することができる。
【実施例】
【００４６】
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。特性値は下記の方法により評価した。
【００４７】
（ｐＨ）
横河電機社製のｐＨ８１−１１で測定した。
【００４８】
（砥粒の平均粒径）
レーザ散乱回折装置（堀場製作所製、商品名：ＬＡ−９２０）を使用して求めた。
【００４９】
（研磨特性）
（１）研磨条件
研磨は以下の装置および条件で行った。
研磨機：全自動ＣＭＰ装置ＭＩＲＲＡ（ＡＰＰＬＩＥＤ  ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ社製）
研磨剤供給速度：２００ミリリットル／分
研磨パッド：２膜パッドＩＣ−１４００のＫ−ｇｒｏｏｖｅまたは単膜パッドＩＣ−１０００のＫ−ｇｒｏｏｖｅ（Ｒｏｄｅｌ社製）
研磨パッドのコンディショニング：ＭＥＣ１００−ＰＨ３．５Ｌ（三菱マテリアル社製）
研磨定盤の回転数：１２７ｒｐｍ（全例共通）
研磨ヘッドの回転数：１２３ｒｐｍ（全例共通）
研磨圧：２０．７ｋＰａもしくは２７．６ｋＰａ。
【００５０】
（２）被研磨物
次の被研磨物を使用した。研磨剤の被研磨物としては、ＣＶＤ法により窒化ケイ素膜を製膜した８インチシリコンウエハ基板（ウエハ基板Ａ）と、熱酸化法により二酸化ケイ素膜を製膜した８インチシリコンウエハ基板（ウエハ基板Ｂ）をそれぞれ使用した。また、パターン化された被研磨物としてはＳｅｍａｔｅｃｈにより規定された８６４ＳＴＩパターンを使用し、旭硝子株式会社製酸化セリウム研磨剤ＣＥＳ−３３３−２．５により窒化ケイ素膜が露出する点まで研磨したもの（ウエハ基板Ｃ）を用いた。
【００５１】
（３）研磨剤の特性評価方法
研磨速度の測定：膜厚計ＵＶ−１２８０ＳＥ（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製の）を使用した。
【００５２】
平均粒径０．１７μｍの酸化セリウム砥粒と重量平均分子量（Ｍｗ）５,０００のポリアクリル酸アンモニウムと硝酸を脱イオン水中で攪拌しながら混合することにより、液の全質量に対して、砥粒濃度０．２５％、ポリアクリル酸アンモニウム濃度５４０ｐｐｍ、硝酸濃度２４０ｐｐｍ、ｐＨが４．８の研磨剤Ａを製造した。
【００５３】
研磨剤Ａと同様にして、表１に記載した酸１、酸２の少なくともいずれかと重量平均分子量（Ｍｗ）５,０００のポリアクリル酸アンモニウムを含む研磨剤を製造し、実施例１〜１５、比較例１〜４の試料とした。研磨剤の組成、ｐＨ、研磨圧を表１に、ウエハ基板ＡとＢとを用いたときの研磨特性の評価結果を表２に示す。
【００５４】
酸化セリウム砥粒と重量平均分子量（Ｍｗ）５,０００のポリアクリル酸アンモニウムとシュウ酸を脱イオン水中で攪拌しながら混合することにより、液の全質量に対して、砥粒濃度０．２５％、ポリアクリル酸アンモニウム濃度３２０ｐｐｍ、シュウ酸濃度２７３ｐｐｍ、ｐＨが３．５の研磨剤を製造し実施例１６とした。
【００５５】
次いで、シュウ酸濃度３７９ｐｐｍの研磨剤を実施例１６と同様に製造し、実施例１７とした。
【００５６】
研磨剤の組成、ｐＨ、研磨圧を表１に、ウエハ基板ＡとＢとを用いたときの研磨特性の評価結果を表２に示す。
【００５７】
表２の結果から、実施例１〜１７の研磨剤では、窒化ケイ素膜と二酸化ケイ素膜との研磨速度比（研磨速度比Ｖｓｎ／Ｖｓｏ）は０．６を超えて高い値を示した。一方、比較例１〜３の研磨剤では、研磨速度比Ｖｓｎ／Ｖｓｏは０．３以下となり、研磨速度比が小さかった。
【００５８】
次いで、この研磨剤Ａと同様にして、表３に記載した、酸１、酸２の少なくともいずれかとポリアクリル酸アンモニウム塩を含む研磨剤を製造し、実施例１８〜２３、比較例４の試料とした。研磨剤の組成、ｐＨ、研磨圧を表３に示す。また、ウエハ基板Ｃを用い、予めシリコンウエハ基板に設定した基準点をもとに測定した窒化ケイ素膜と二酸化ケイ素膜との研磨速度と研磨速度比の結果を表４に示す。
【００５９】
表４の結果から、実施例１８〜２３の研磨剤では、窒化ケイ素膜と二酸化ケイ素膜との研磨速度比（研磨速度比Ｖｓｎ／Ｖｓｏ）は０．３を超えて高い値を示した。一方、比較例４の研磨剤では、研磨速度比Ｖｓｎ／Ｖｓｏは０．０４と極めて低い研磨速度比であった。このため、本発明の研磨剤を用いれば、窒化ケイ素膜表面と二酸化ケイ素膜表面とを含む被研磨面の研磨によって高平坦性が得られることがわかった。
【００６０】
【表１】
2010153576.tif 000003
【００６１】
【表２】
2010153576.tif 000004
【００６２】
【表３】
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【００６３】
【表４】
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【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、半導体集積回路装置の製造において、半導体集積回路装置が二酸化ケイ素膜および窒化ケイ素膜を有する半導体集積回路装置の被研磨面を研磨するための化学的機械的研磨用研磨剤として利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】窒化ケイ素膜と酸化ケイ素膜を積層した半導体デバイスの研磨工程の模式的横断面図
【図２】窒化ケイ素膜と酸化ケイ素膜を積層した半導体デバイスの研磨工程の模式的横断面図
【図３】窒化ケイ素膜と酸化ケイ素膜を積層した半導体デバイスの研磨工程の模式的横断面図
【図４】本発明の研磨方法に適用可能な研磨装置の一例を示す図
【符号の説明】
【００６６】
１：基板
２：窒化ケイ素膜
３：二酸化ケイ素膜
４：窒化ケイ素膜
５：二酸化ケイ素膜
３１：半導体デバイス
３２：研磨ヘッド
３３：研磨定盤
３４：研磨パッド
３５：研磨剤供給配管
３６：研磨剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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