(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．５〜１０重量％の酸化セリウム粒子、０．００３〜０．３重量％の界面活性剤及び水を含有する液Ａと、１〜５０重量％の界面活性剤及び水を含有する液Ｂの二液を混合し超音波を印加した混合液で被研磨面を研磨することを特徴とするＣＭＰ研磨方法。
【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、十分に吟味した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酸化セリウム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】
請求項１記載の発明は、安定した研磨速度で被研磨面を選択的に傷なく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、０．５〜１０重量％の酸化セリウム粒子、０．００３〜０．３重量％の界面活性剤及び水を含有する液Ａと、１〜５０重量％の界面活性剤及び水を含有する液Ｂの二液を混合し超音波を印加した混合液で被研磨面を研磨することを特徴とする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又は過酸化水素等によって酸化することで作製される。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。引き続いて、得られた酸化セリウム粒子を水中に分散させる方法としては、通常の撹拌機による分散処理の他にホモジナイザー、超音波分散機、湿式ボールミルなどを用いることができる。
【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％とされ、０．５重量％未満の場合は研磨速度が劣り、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。
【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を使用しうる。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のアンモニウム又はアミン塩、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、アミノ酸等が挙げられる。
【００１１】
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いが、アニオン系またはノニオン系の界面活性剤を用いることが好ましい。また、液Ａにはポリカルボン酸型ポリマーのアンモニウム又はアミン塩等の高分子界面活性剤を用いることが好ましい。
【００１２】
液Ａの界面活性剤の濃度は、０．００３〜０．３重量％とされ、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。
液Ｂの界面活性剤の濃度は、１〜５０重量％とされ、１重量％未満の場合は選択研磨性、高平坦化性が劣り、５０重量％を超える場合は、研磨特性の変動が大きく、また研磨傷が多発する。
【００１３】
液Ａと液Ｂとの混合液に超音波を加える方法に特に制限はなく、Ａ液とＢ液を混合する容器を超音波洗浄器内に保持すること、Ａ液とＢ液を混合する容器内に投げ込み式超音波発振機を投入すること、Ａ液とＢ液の混合液を研磨装置に送る配管に超音波発振機を取り付けること等いずれの方法を用いてもよい。
液Ａと液Ｂとの混合液に超音波を印加しないと研磨特性の変動が大きく、実用性、作業性が劣る。
【００１４】
本発明でいう超音波の印加とは、一般的に超音波洗浄器等に使用されている発振機を用いてＡ液とＢ液の混合液を１秒以上超音波にさらすことを意味し、発振機の周波数は数ｋＨｚ以上、ワット数は１０Ｗ以上とすることが好ましい。
【００１５】
本発明のＣＭＰ研磨方法により、種々の被研磨面を研磨でき、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。
【００１６】
【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。
【００１７】
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時間空気中で焼成し、粉砕することにより酸化セリウム粒子を得た。この酸化セリウム粒子の濃度が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（モル比）で共重合した重量平均分子量（ＧＰＣ、標準ポリスチレン換算値）１０，０００のポリアクリル酸アンモニウム塩を酸化セリウム粒子に対して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分間粉砕処理し液Ａを得た。
【００１８】
別途、重量平均分子量４、０００のポリアクリル酸アンモニウム塩が５重量％となるように水と混合し液Ｂを得た。
【００１９】
２８ｋＨｚ、１２０Ｗの超音波洗浄器内に５リットル容器を設置し、Ａ液とＢ液を同じ量（合計４ｋｇ）前記容器内で撹拌して混合すると同時に超音波を印加した。次いで、この混合液を用いて実際に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）。
混合、超音波印加後すぐに研磨した場合、酸化珪素膜の研磨速度は毎分１５００Å、窒化珪素膜の研磨速度は毎分１３Åであった。また、０．５μｍの段差がパターン形成された酸化珪素膜を研磨した結果、段差は３００Åとなり、顕微鏡観察した結果、研磨傷も認められなかった。
【００２０】
また、混合、超音波印加後１５分後に研磨した場合、酸化珪素膜の研磨速度は毎分１４５０Å、窒化珪素膜の研磨速度は毎分１２．５Åであった。また、０．５μｍの段差がパターン形成された酸化珪素膜を研磨した結果、段差は３００Åとなり、顕微鏡観察した結果、研磨傷も認められなかった。
【００２１】
比較例１
実施例１と同様の液Ａ及び液Ｂの混合液に超音波を印加せず、その他は実施例１と同様の条件で研磨した。
混合後すぐに研磨した場合、酸化珪素膜の研磨速度は毎分１０００Å、窒化珪素膜の研磨速度は毎分１６Åであった。また、０．５μｍの段差がパターン形成された酸化珪素膜を研磨した結果、段差は６００Åとなったが、顕微鏡観察した結果、研磨傷は３個認められた。
【００２２】
また、混合後１５分後に研磨した場合、酸化珪素膜の研磨速度は毎分６５０Å、窒化珪素膜の研磨速度は毎分１５Åであった。また、０．５μｍの段差がパターン形成された酸化珪素膜を研磨した結果、段差は４５０Åとなり、顕微鏡観察した結果、研磨傷は１０個認められた。
【００２３】
以上から、超音波により、研磨速度が安定し、酸化膜の研磨速度、選択性、高平坦化性及び低傷性のいずれもが向上することが明らかである。
【００２４】
実施例２
実施例１と同様の方法で得た液Ａに、アミノ酸系界面活性剤〔アミソフトＬＴ−１２、味の素（株）製  商品名〕を濃度３重量％となるように混合したものを液Ｂとし、この液Ｂを液Ａと同じ量混合し実施例１と同様に超音波を印加し、その他は実施例１と同様の評価を行った。
【００２５】
混合、超音波印加後すぐに研磨した場合、酸化珪素膜の研磨速度は毎分２５００Å、窒化珪素膜の研磨速度は毎分３Åであった。また、０．５μｍの段差がパターン形成された酸化珪素膜を研磨した結果、段差は８００Åとなったが、顕微鏡観察した結果、研磨傷は認められなかった。
【００２６】
また、混合、超音波印加後１５分後に研磨した場合も、酸化珪素膜の研磨速度は毎分２５００Å、窒化珪素膜の研磨速度は毎分３Åであった。また、０．５μｍの段差がパターン形成された酸化珪素膜を研磨した結果、段差は７５０Åとなり、顕微鏡観察した結果、研磨傷は認められなかった。
【００２７】
比較例２
実施例１と同様の方法で得た液Ａのみを用い、超音波を印加せずにその他は実施例１と同様の条件で研磨した。
【００２８】
その結果、酸化珪素膜の研磨速度は毎分２５００Å、窒化珪素膜の研磨速度は毎分５００Åであった。また、０．５μｍの段差がパターン形成された酸化珪素膜を研磨した結果、段差は１８００Åとなり、顕微鏡観察した結果、研磨傷は５個認められた。
【００２９】
以上から、Ａ液とＢ液を混合し、超音波を印加する方法によらなければ、選択性及び高平坦化性は発現しないことが明らかである。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１記載のＣＭＰ研磨方法は、安定した研磨速度で被研磨面を選択的に傷なく研磨することができ、高平坦化することが可能であるものである。