(57)【要約】【課題】  基板表面が平坦化されると同時に水素終端化されるＳｉ基板表面の研磨方法を提供する。【解決手段】  Ｓｉ基板の表面を研磨する際に、水素吸着能を有する金属粒子またはその金属粒子と研磨材粒子の混合物と水素水とを共存させるＳｉ基板表面の研磨方法、とくに、金属粒子がＰｄまたは／およびＰｄ合金の微粒子であり、また研磨時の環境が真空雰囲気であることを好適とするＳｉ基板表面の研磨方法。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ基板の表面を研磨する際に、水素吸着能を有する金属粒子または前記金属粒子と研磨材粒子の混合物と水素水とを共存させることを特徴とするＳｉ基板表面の研磨方法。
【請求項２】
前記金属粒子が、Ｐｄまたは／およびＰｄ合金の微粒子である請求項１に記載のＳｉ基板表面の研磨方法。
【請求項３】
研磨時の環境が真空雰囲気である請求項１または２に記載のＳｉ基板表面の研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＳｉ基板表面の研磨方法に関し、更に詳しくは、Ｓｉ基板の表面の微小凹凸を除去して表面を原子層レベルで平坦化し、同時に表面を水素終端化することができるＳｉ基板表面の研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩ素子の大容量化、多層配線化（線幅の微細化）、高速化が進むことに伴って、Ｓｉ結晶基板（ウエハ）の表面における微小凹凸でさえもそれを除去して当該表面を高度に平坦化することが必要になる。
基板表面に凹凸が存在すると、凸部の両端部に存在していて結合力が最も弱いＳｉ−Ｓｉ結合に酸素原子が侵入してその結合をＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合に変える（非特許文献１を参照）。更に続く酸素原子の侵入が隣りのＳｉ−Ｓｉ結合を弱めて、酸化が連鎖的に進行していくことにより、当該凸部は選択的に酸化され、結局は基板表面の平坦度が失われていく。そして、そのようなＳｉ基板を用いて製造された例えばＭＯＳＦＥＴの場合、そのキャリア移動度が低下して、その特性は劣化する。
【０００３】
このような基板表面における凹凸の悪影響は、ＬＳＩ素子が小型化すればするほど顕著に発現してくる。
そのため、Ｓｉ基板表面を平坦化することが必要になる。
Ｓｉ基板表面の平坦化に関しては、従来から例えばエッチング処理を適用してなされていたが、そのような処理では最近のＬＳＩ素子の小型化（導体回路の微細化）の進展に充分に対応することができない。そのため、最近では、基板の製造工程や処理工程（後処理）において、ケミカルメカニカルポリシング（Chemical Mechanical Polishing: CMP）法が導入されている。
【０００４】
このＣＭＰ法は、一般に、微細な粉末である研磨材とアルカリ溶液を用いて基板表面を研磨する方法である。
そのときに使用する研磨材としては、例えば微発泡させたポリウレタン樹脂が知られている（特許文献１を参照）。また、更に優れた平坦性を得るために、発泡させない研磨材の使用が提案されている（特許文献２を参照）。
【０００５】
このＣＭＰ法によれば、Ｓｉ基板の表面が広い範囲で平坦化されていることは事実であるが、しかし、微視的に表面観察すると、まだ微小凹凸が存在している。
このような微小凹凸の除去に関しては、次のような方法が提案されている（特許文献３
を参照）。
すなわち、Ｓｉ基板にＣＭＰ法を適用し、ついでその基板をフッ酸水溶液に浸漬したのち引上げて基板表面の自然酸化膜を除去し、同時に表面を水素原子で覆って化学的に安定化させ、ついで、水素原子が蒸発しない温度以下の温度（７００℃）で表面を酸化させ、最後に、再びフッ酸水溶液に浸漬して酸化膜を除去するという方法である。この方法によれば、基板表面は原子層レベルで平坦化される。
【非特許文献１】Y. Nagasawa and H. Ishida, Solid-State Electronics, vol.33, 129 (1990)
【特許文献１】特表平８−５００４２２号公報
【特許文献２】特開２０００−１７２５２号公報
【特許文献３】特開平５−２１４１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献３が開示する方法の場合、原子層レベルの平坦性を実現するためには、ＣＭＰ工程を行ない、その後に薬液を用いた平坦化工程を行なうことが必要であり、しかもその平坦化工程においては７００℃という高温処理が必要であり、全体の工程が非常に複雑になるという問題がある。
本発明は上記した問題を解決し、非常に簡便にＳｉ基板表面の凸部を研磨除去すると同時にその研磨面を水素終端化し、そのことによって基板表面を原子層レベルで平坦化することができるＳｉ基板表面の研磨方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した目的を達成するために、本発明においては、
Ｓｉ基板の表面を研磨する際に、水素吸着能を有する金属粒子または前記金属粒子と研磨材粒子の混合物と水素水とを共存させることを特徴とするＳｉ基板表面の研磨方法が提供される。
そして、前記金属粒子がＰｄまたは／およびＰｄ合金の微粒子であることを好適とし、研磨時の環境が真空雰囲気であることを好適とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、水素吸着能を有する金属粒子と水素水を共存させた状態でＳｉ基板表面を研磨するので、Ｓｉ基板表面の凸部を研磨しながらその研磨面を水素終端化することができる。
水素終端化された基板表面は、化学的に安定化する。そのため、凸部で選択的に起こり、連鎖移動時に進行して基板表面の平坦度を劣化させていた酸化現象が起こりにくくなって、原子層レベルで水素終端が揃い、基板表面は平坦化する。
【０００９】
また、基板表面は疎水性となり、水滴などが付着しにくくなるので表面汚染も起こりにくくなる。
そのため、本発明によれば、半導体素子の特性劣化を招くことのないＳｉ基板を簡便に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明においては、Ｓｉ基板の表面をＣＭＰ法で研磨する際に、その研磨面に、水素吸着能を有し、また同時に研磨材としても機能する金属粒子、またはその金属粒子と研磨材粒子の混合物、および水素水を共存させることを特徴とする。
用いる金属粒子としては、水素吸着能を有する金属の粒子であれば特に限定されるものではなく、例えば、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｆｅ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｉｒ，Ｍｎ，Ｃｕなど、Ｓｉよりも高硬度である金属またはそれら合金から成る粒子をあげることができる。
【００１１】
これらのうち、とくに、Ｐｄとその合金は、水素を原子レベルで吸脱着する性質を備えており、また後述する水素終端化の効率を高めることができるので好適である。そしてＰｄ合金としては、例えば、Ｐｂ以外の周期律表第VIII族元素（例えばＣｏ，Ｎｉ）、第ＩＢ族元素（例えばＣｕ，Ａｇ，Ａｕ）、および第IIIＢ族元素（例えばＹ）の群から選ばれた少なくとも１種の金属との合金などをあげることができる。好ましくは、Ａｇとの合金である。
【００１２】
これらの金属粒子は、その粒径が大きすぎると、研磨面の損傷を招いて表面平坦性を阻害することがあるので、通常は粒径０.５μｍ以下の微粒子であることが好ましい。
また研磨材粒子としては、従来からＣＭＰ法で使用されているものであれば何であってもよく、例えば、ポリウレタン樹脂から成る粒子、シリカ系（ＳｉＯ2），セリア系（ＣｅＯ）、アルミナ系（Ａｌ2Ｏ3）、ジルコニア系（ＺｒＯ2）、およびマンガン系（ＭｎＯ2，Ｍｎ2Ｏ3）、酸化チタンをはじめ、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルメタクリレートとジビニルベンゼンの共重合物、およびメラミンホルムアルデヒド縮合物の粒子などをあげることができる。
【００１３】
これら研磨材粒子も、その粒径が大きすぎるものは研磨面の損傷を招くことがあるので、通常は０.５μｍ以下の粒径の微粒子を用いることが好適である。
そして、これら粒子を固定するための発泡体に使用する発泡体シートを構成する主原料はとくに限定されるものではないが、例えば、熱可塑性ポリウレタン、ポリスチレン、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリブテン、ポリアセタール、ポリフェニレンオキシド、ポリビニルアルコール、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリアリレート、芳香族系ポリサルホン、ポリアミド、ポリイミド、フッ素樹脂、エチレン−プロピレン樹脂、エチレン−エチルアクリレート樹脂、アクリル樹脂、ノルボルネン系樹脂、例えばビニルポリイソプレン−スチレン共重合体、ブタジエン−スチレン共重合体、アクリロニトリル−スチレン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体などに代表されるスチレン共重合体、または天然ゴム、合成ゴムなどが好適である。これらは単独で用いても良いし、混合または共重合させて用いても良い。
【００１４】
なお、耐摩耗性、硬度、圧縮率などをはじめとする研磨適性の面において、非常にバランスがとれているという点で、熱可塑性ポリウレタンを必須成分とする、つまり主原料とすることが好ましい。
なお、金属粒子と研磨材粒子を混合して用いる場合は、金属粒子の混合割合を０.１〜３０質量％に設定することが好ましい。金属粒子の割合が０.１質量％より少なくなると、溶存水素の吸着効果が低減すると同時に基板表面における水素終端化が不充分になって表面の化学的な安定性に難が生じ、また３０質量％より多くすると、基板表面の化学的安定性は確保されるものの、他方では、研磨が荒くなって表面荒れによる性能低下などの問題が生ずるからである。
【００１５】
研磨に際しては、研磨面に水素水が供給される。
この水素水は、脱気処理が施された超純水または純水に高純度の水素ガスを溶解させた水であり、超音波照射と併用すると、優れた洗浄効果を発揮することが既に知られている。
水素吸着能を有する金属粒子と水素水を共存させた状態で研磨すると、金属粒子は基板表面を研磨すると同時に、一旦、水素水中の水素分子を水素原子として吸着する。そして脱着する際にその水素原子が活性水素に転化し、その活性水素は新たに表出している研磨面の未結合末端と結合して水素終端化を実現する。
【００１６】
このようにして、本発明においては、Ｓｉ基板表面のＣＭＰ法による平坦化と、表面の水素終端化を同時に進めることができる。
そして、研磨作業の系は、例えば真空チャンバ内に配置することが好ましい。研磨系の環境を真空雰囲気下に置くと、前記した水素原子の脱着が促進されて水素終端化の効率が向上するからである。
【００１７】
なお、研磨は室温下で行なえばよい。また、水素水における水素の溶存濃度は格別限定されるものではないが、水素終端化の効率の点でいえば飽和濃度（1.６ppm）が好適である。
【実施例１】
【００１８】
金属粒子としてＰｄ粒子（粒径４０μｍ以下）、研磨材粒子としてポリウレタン樹脂の粒子（粒径５５μｍ以下）を用意し、これらを質量比１：１で混合して混合物にした（実施例試料１）。また、上記したＰｄ粒子を実施例試料２とした。
これらの試料を用い、０.１Ｐａの真空下（温度２５℃）において、Ｓｉ結晶基板を水素水（水素の溶存濃度１.２ppm）を研磨面に注入しながら研磨した。
【００１９】
比較のために、ポリウレタン樹脂の粒子（粒径５５μｍ以下：比較例試料）のみを用いて、Ｓｉ結晶基板を常法のＣＭＰ法で研磨した。
得られた３種類の研磨基板からそれぞれＭＯＳＦＥＴを作製し、それぞれの室温動作時におけるゲート遅延時間を測定した。
比較例試料の遅延時間を１とすると、実施例試料１の場合は３０％、実施例試料２の場合は４５％それぞれ減少した。
【００２０】
また、金属とＳｉの接触抵抗は、比較例試料に対し、実施例試料１，２はいずれも４０〜５０％減少した。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明方法によれば、基板表面の凸部が研磨除去されると同時に水素終端化されているので再酸化されにくいＳｉ基板を製造することができる。そしてそのＳｉ基板を用いることにより、例えばキャリア移動度が低下しないＭＯＳＦＥＴを製造することができる。