(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体基板上の、同一の部材からなる凹凸部に対して速やかに平坦化することができる半導体基板用研磨液組成物を提供する。【解決手段】研磨液組成物であって、粒子の粒径分布において、小粒径側からの積算粒径分布（体積基準）が５０％となる粒径（Ｄ５０）に対する小粒径側からの積算粒径分布（体積基準）が９０％となる粒径（Ｄ９０）の比（Ｄ９０／Ｄ５０）が１．５〜８であり、小粒径側からの積算粒径分布（体積基準）が９５％となる粒径（Ｄ９５）が５０〜１８００nmである半導体基板用研磨液組成物、該研磨液組成物を、被研磨基板１ｃｍ２当たり０．０１〜１０ｇ/分で該基板に供給し、５〜１００ｋＰａの研磨荷重で研磨パッドを押し当てて研磨する半導体基板の研磨方法、並びに半導体基板に、５〜１００ｋPaの研磨荷重で研磨パッドを押し当てて研磨する工程を有する半導体装置の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
セリア粒子、アミノカルボン酸、および水系媒体を含有してなる研磨液組成物であって、該セリア粒子の粒径分布において、小粒径側からの積算粒径分布（体積基準）が５０％となる粒径（Ｄ５０）に対する小粒径側からの積算粒径分布（体積基準）が９０％となる粒径（Ｄ９０）の比（Ｄ９０／Ｄ５０）が１．５〜８であり、小粒径側からの積算粒径分布（体積基準）が９５％となる粒径（Ｄ９５）が５０〜１８００nmである半導体基板用研磨液組成物。
【請求項２】
セリア粒子の粒径分布において、小粒径側からの積算粒径分布（体積基準）が５０％となる粒径（Ｄ５０）が３０〜５００nmである請求項１記載の半導体基板用研磨液組成物。
【請求項３】
セリア粒子の粒径分布において、小粒径側からの積算粒径分布（体積基準）が１０％となる粒径（Ｄ１０）が５〜４００ｎｍである請求項１又は２記載の半導体基板用研磨液組成物。
【請求項４】
請求項１〜３いずれか記載の研磨液組成物を、被研磨基板１ｃｍ２当たり０．０１〜１０ｇ/分で該基板に供給し、５〜１００ｋＰａの研磨荷重で研磨パッドを押し当てて研磨する半導体基板の研磨方法。
【請求項５】
請求項１〜３いずれか記載の半導体基板用研磨液組成物の存在下で、表面にケイ素を含み凹凸形状を有する膜が形成された半導体基板に、５〜１００ｋPaの研磨荷重で研磨パッドを押し当てて研磨する工程を有する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板用研磨液組成物、該半導体基板用研磨液組成物を用いる基板の製造方法、及び基板の研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体分野においては、高集積化と高速化が進んでおり、特に高集積化では配線の微細化が要求されている。その結果、半導体基板の製造プロセスにおいては、フォトレジストの露光の際の焦点深度が浅くなり、より一層の表面平坦性が望まれている。
【０００３】
かかる半導体基板の製造プロセス、例えば、配線形成工程や埋め込み素子分離工程において、基板上には配線あるいは埋め込み用の溝の形成により、種々の幅を有する微細な凹凸が多数存在しており、この凹凸を平坦化することが要求されている。
【０００４】
この基板表面上の凹凸を研磨する場合、研磨材のみを含む研磨液を用いると、凸部は速やかに研磨されるが、同時に凹部も研磨されていくために、実質的に両者が平坦になるまでには、時間がかかる上に、被研磨面の部材を相当量研磨する必要があるという問題がある。
【０００５】
そこで、凸部を選択的に研磨できる研磨液組成物を使用することで、平坦な半導体基板を得る技術が知られている（特許文献１）。
しかしながら、かかる研磨液組成物は平坦化はできるものの、平坦化に要する時間が長くなる傾向がある。
【特許文献１】特開２００１-７０５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、凸部の研磨速度が改善され、且つ被研磨面の凹凸パターンの密度あるいはサイズの影響を受けにくい、即ち、パターン依存性の少ない高度な平坦化を少ない研磨量で速やかに達成でき、しかも表面欠陥（スクラッチ）の少ない半導体基板用研磨液組成物、該半導体基板用研磨液組成物を用いる基板の製造方法並びに研磨方法を提供することにある。
特に、本発明の目的は、半導体基板上の、同一の部材からなる凹凸部に対して速やかに平坦化することができる半導体基板用研磨液組成物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
即ち、本発明の要旨は、
〔１〕セリア粒子、アミノカルボン酸、および水系媒体を含有してなる研磨液組成物であって、該セリア粒子の粒径分布において、小粒径側からの積算粒径分布（体積基準）が５０％となる粒径（Ｄ５０）に対する小粒径側からの積算粒径分布（体積基準）が９０％となる粒径（Ｄ９０）の比（Ｄ９０／Ｄ５０）が１．５〜８であり、小粒径側からの積算粒径分布（体積基準）が９５％となる粒径（Ｄ９５）が５０〜１８００nmである半導体基板用研磨液組成物、
〔２〕  前記〔１〕記載の研磨液組成物を、被研磨基板１ｃｍ２当たり０．０１〜１０ｇ/分で該基板に供給し、５〜１００ｋＰａの研磨荷重で研磨パッドを押し当てて研磨する半導体基板の研磨方法、並びに
〔３〕  前記〔１〕記載の半導体基板用研磨液組成物の存在下で、表面にケイ素を含み凹凸形状を有する膜が形成された半導体基板に、５〜１００ｋPaの研磨荷重で研磨パッドを押し当てて研磨する工程を有する半導体装置の製造方法
に関する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の半導体基板用研磨液組成物を用いることにより、表面平坦性に優れた、高品質の半導体基板が得られ、生産性よく半導体装置を製造することができるという効果が奏される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の半導体基板用研磨液組成物（以下、単に研磨液組成物という）は、前記のように、セリア粒子、アミノカルボン酸、および水系媒体を含有してなる研磨液組成物であって、該セリア粒子の粒径分布において、小粒径側からの積算粒径分布（体積基準）が５０％となる粒径（Ｄ５０）に対する小粒径側からの積算粒径分布（体積基準）が９０％となる粒径（Ｄ９０）の比（Ｄ９０／Ｄ５０）が１．５〜８であり、小粒径側からの積算粒径分布（体積基準）が９５％となる粒径（Ｄ９５）が５０〜１８００nmであるものである。本発明は、かかる構成を有することで、添加剤濃度への依存性が改善され、且つ被研磨面の凹凸パターンの密度あるいはサイズの影響を受けにくい、即ち、パターン依存性の少ない高度な平坦化を少ない研磨量で速やかに達成できるという効果が奏される。
【００１０】
（１）研磨液組成物
本発明の研磨液組成物に用いられるセリア粒子としては、種々の合成物が挙げられる。
合成方法としては、焼成法、水熱合成法、塩・触媒法、気相法（ＰＳＶ法）等が挙げられ、中でも、研磨速度の観点から、炭酸塩、硫酸塩、シュウ酸塩等のセリウム化合物を焼成し、酸化セリウム（セリア）を得る焼成法が好ましい。
【００１１】
本発明においては、セリア粒子が、その粒径分布において、小粒径側からの積算粒径分布（体積基準）が５０％となる粒径（Ｄ５０）に対する小粒径側からの積算粒径分布（体積基準）が９０％となる粒径（Ｄ９０）の比（Ｄ９０／Ｄ５０）が１．５〜８であるものである点に一つの大きな特徴があり、かかる特徴を有することで、後述のように、併用されるアミノカルボン酸の効果を顕著に発現させることができるという利点がある。なお、セリア粒子の体積基準の積算粒径分布は、たとえばレーザー回折／散乱法から求めることができる。
【００１２】
前記Ｄ９０／Ｄ５０は、凸部／平坦部研磨選択性向上の観点から、1.5以上、好ましくは１．８以上であり、また、被研磨面のスクラッチ低減の観点から、８以下、好ましくは６以下、より好ましくは４以下である。該Ｄ９０／Ｄ５０は、好ましくは1.5〜６、より好ましくは1．6〜４、さらに好ましくは1.7〜３である。
【００１３】
本発明において、Ｄ５０は、研磨速度の観点から、30ｎｍ以上が好ましく、40ｎｍ以上がより好ましく、50ｎｍ以上がさらに好ましく、また、沈降分離防止及び分散安定性の観点から、500ｎｍ以下が好ましく、400ｎｍ以下がより好ましく、300ｎｍ以下がさらに好ましい。Ｄ５０は、30〜500ｎｍが好ましく、40〜400ｎｍがより好ましく、50〜300ｎｍがさらに好ましい。
【００１４】
また、本発明において、小粒径側からの積算粒径分布（体積基準）が９５％となるセリア粒子の粒径（Ｄ９５）は５０〜１８００ｎｍであり、研磨速度向上及び被研磨面のスクラッチ低減の観点から、１００〜１５００ｎｍがより好ましく、１５０〜１０００ｎｍがさらに好ましい。
【００１５】
また、本発明において、小粒径側からの積算粒径分布（体積基準）が１０％となるセリア粒子の粒径（Ｄ１０）は、研磨後の洗浄によるセリア粒子の被研磨物表面からの除去性の観点から、５ｎｍ以上が好ましく、１０ｎｍ以上がより好ましく、２０ｎｍ以上がさらに好ましく、また、沈降分離防止及び分散安定性の観点から、４００ｎｍ以下が好ましく、３００ｎｍ以下がより好ましく、２００ｎｍ以下がさらに好ましい。Ｄ１０は、５〜４００ｎｍが好ましく、１０〜３００ｎｍがより好ましく、２０〜２００ｎｍがさらに好ましい。本発明の効果を奏する観点から、Ｄ１０は５０〜２００ｎｍ、Ｄ５０は１００〜３００ｎｍ、Ｄ９５は３００〜８００ｎｍであることが好ましい。
【００１６】
前記セリア粒子の平均一次粒子径（結晶子サイズ）としては、研磨速度の観点から、５ｎｍ以上が好ましく、１０ｎｍ以上がより好ましく、２０ｎｍ以上が更に好ましく、また、被研磨面のスクラッチ低減の抑制の観点から、１００ｎｍ以下が好ましく、５０ｎｍ以下がより好ましく、４０ｎｍ以下がさらに好ましい。前記平均一次粒子径は、5〜100ｎｍが好ましく、10〜50ｎｍがより好ましく、20〜40ｎｍがさらに好ましい。なお、セリア粒子の平均一次粒子径の測定方法としては、ＢＥＴ法で求めた比表面積から粒子形状を球状と仮定して求める方法やＸ線回折法が挙げられる。
【００１７】
セリア粒子を製造する際の焼成条件、粉砕条件、分級条件を調整することにより、前記のような特定の粒径分布を有するセリア粒子を得ることができる。例えば、粉砕処理時間を長くする等により粉砕条件を強化することで粒度分布はシャープとなり（Ｄ９０／Ｄ５０が小さくなる）、平均粒子径（Ｄ５０）は小さくなる傾向があり、また、湿式分級を用いたり、分級精度を上げる等により、粒度分布はシャープとなる（Ｄ９０／Ｄ５０が小さくなる）傾向がある。また、異なる粒径および粒径分布を有する２種類以上のセリア粒子を混合する方法により特定の粒径分布を有するセリア粒子を得ることができる。例えば、２種類以上のセリア粒子を混合することで粒径分布をブロード（Ｄ９０／Ｄ５０が大きくなる）とすることができる。
【００１８】
研磨液組成物中のセリア粒子の含有量としては、研磨速度の観点から、0.1重量％以上が好ましく、0.2重量％以上がより好ましく、0.3重量％以上がさらに好ましく、0.5重量％以上がさらに好ましく、また、セリア粒子の水系媒体中での分散安定性やコストの観点から、20重量％以下が好ましく、10重量％以下がより好ましく、5重量％以下がさらに好ましく、3重量％以下がさらに好ましい。前記含有量としては、0.1〜20重量%が好ましく、0.2〜10重量%がより好ましく、0.3〜5重量%がさらに好ましく、0.5〜3重量%がさらに好ましい。
【００１９】
本発明に用いられるアミノカルボン酸としては、アミノポリカルボン酸化合物及びアミノ酸化合物が挙げられる。
【００２０】
アミノポリカルボン酸化合物としては、１）分子内にアミノ基を１つ有する化合物；イミノジ酢酸、N-メチルイミノジ酢酸、ヒドロキシエチルイミノジ酢酸、メルカプトエチルイミノジ酢酸、アミノエチルイミノジ酢酸、スルホエチルイミノジ酢酸、イミノジコハク酸、ニトリロトリ酢酸、カルボキシエチルジ酢酸、メチルグリシン二酢酸、セリン二酢酸、イソセリン二酢酸、アスパラギン酸二酢酸、グルタミン酸二酢酸、ジヒドロキシエチルグリシン等、２）分子内にアミノ基を２つ以上有する化合物；N,N'-エチレンジアミンジ酢酸、N,N'-ジ（ヒドロキシエチル）エチレンジアミンジ酢酸、N,N'-エチレンジアミンジコハク酸、N'-ヒドロキシエチル-N,N,N'-エチレンジアミントリ酢酸、エチレンジアミン四酢酸、エチレンジアミン-N,N'-ジ酢酸-N,N'-ジプロピオン酸、トリメチレンジアミン四酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、トリエチレンテトラアミン六酢酸等、及びこれらの塩化合物が挙げられる。
【００２１】
アミノ酸化合物としては、１）α−アミノカルボン酸；グリシン、アラニン、α-アミノ酪酸、セリン、ホスホセリン、システイン、システイン酸、アスパラギン酸、アスパラギン、グルタミン酸、オルニチン、アルギニン、リジン、プロリン等、２）β−アミノカルボン酸；β-アラニン等、３）γ−アミノ酸；γ-アミノ酪酸等、４）ペプチド；グリシルグリシン、グリシルセリン、グリシルアラニン、グリシルグリシルグリシン等、及びこれらの塩化合物が挙げられる。
【００２２】
前記アミノカルボン酸の塩化合物としては、アンモニウム塩、アルキルアンモニウム塩、アルカノールアミン塩等が挙げられる。
【００２３】
前記のアミノカルボン酸の中でも、凸部／平坦部研磨選択性の観点から、ヒドロキシエチルイミノジ酢酸、ニトリロトリ酢酸、セリン二酢酸、ジヒドロキシエチルグリシン、N,N'-エチレンジアミンジコハク酸、N'-ヒドロキシエチル-N,N,N'-エチレンジアミントリ酢酸、エチレンジアミン四酢酸、トリメチレンジアミン四酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、トリエチレンテトラアミン六酢酸、セリン、システイン、アスパラギン酸、グルタミン酸、及びこれらの塩化合物（好ましくはアンモニウム塩）が好ましく、ヒドロキシエチルイミノジ酢酸、ジヒドロキシエチルグリシン、N'-ヒドロキシエチル-N,N,N'-エチレンジアミントリ酢酸、エチレンジアミン四酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、セリン、システイン、アスパラギン酸、グルタミン酸、及びこれらの塩化合物（好ましくはアンモニウム塩）がさらに好ましい。
これらは２種類以上を混合して用いてもよい。また、酸と塩化合物とを混合して用いてもよい。
【００２４】
研磨液組成物中のアミノカルボン酸の含有量としては、凸部／平坦部研磨選択性の観点から、0.01〜20重量%が好ましく、0.05〜10重量%がより好ましく、0.1〜5重量%がさらに好ましい。
【００２５】
また、本発明の研磨液組成物においては、前記アミノカルボン酸とセリア粒子の重量比（アミノカルボン酸／セリア粒子）が、平坦部の研磨抑制を十分に維持し、パターン依存性の少ない高度な平坦化を達成する観点から、１／１００以上が好ましく、２／１００以上がより好ましく、１０／１００以上がさらに好ましく、また、凸部の研磨速度を維持し、短時間で平坦化を行う観点から、５０００／１００以下が好ましく、２０００／１００以下がより好ましく、１０００／１００以下がさらに好ましい。該アミノカルボン酸／セリア粒子（重量比）は、１／１００〜５０００／１００が好ましく、２／１００〜２０００／１００がより好ましく、１０／１００〜１０００／１００がさらに好ましい。
【００２６】
本発明に用いられる水系媒体としては、水およびアルコール等の水と混合することが可能な水系媒体が挙げられる。水系媒体は、単独で又は２種以上を混合して使用することができる。水系媒体としては、イオン交換水等の水を用いることが好ましい。
【００２７】
研磨液組成物中の水系媒体の含有量としては、研磨速度向上及びセリア粒子の沈降・分離を防止する観点から、60〜99.89重量%が好ましく、70〜98重量%がより好ましい。
【００２８】
〔研磨液組成物の調製方法〕
本発明の研磨液組成物は、前記セリア粒子、アミノカルボン酸を水系媒体に配合することにより調製することができる。なかでも配合時のセリア粒子の分散安定性の点から、予めセリア粒子を含む水分散体（セリアスラリー）を調製し、このセリアスラリーとアミノカルボン酸を溶解した水溶液とを混合撹拌する方法が好ましい。また、セリアスラリーおよびアミノカルボン酸水溶液を混合する前にそれぞれ所定のｐＨに予め調製しておいてから混合する方法や、さらに保存安定性の観点から、セリアスラリーとアミノカルボン酸を溶解した水溶液とを別々に研磨定盤上に供給し、研磨定盤上で混合する方法が可能である。
【００２９】
前記セリアスラリーは、分散処理を行うことで調製することができる。
分散処理としては、例えば、ホモミキサー、ホモジナイザー、超音波分散機、湿式ボールミル等の攪拌機を用いて分散する方法が挙げられる。また、セリア粒子の分散性の観点から、前記分散処理の際に、分散剤を併用することが好ましい。セリアスラリーのｐＨは、３〜１０に調整されることが好ましい。
【００３０】
分散剤としては、アニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤等の界面活性剤、あるいは、ポリアクリル酸又はその塩、アクリル酸共重合体、エチレンオキサイド−プロピレンオキサイドブロック共重合体（プルロニック類）等の高分子分散剤等が挙げられる。中でも、分散効果の観点から、ポリアクリル酸が好ましく、その分子量が1000〜10000、さらには1000〜6000のものが好ましい。
分散剤の量は、セリアスラリー中において、分散効果の観点から、０．００１〜１０重量％が好ましく、０．０１〜１重量％がより好ましい。
【００３１】
前記分散処理後に遠心分離法、フィルターろ過法により、セリアスラリーから粗大粒子を除去することが好ましい。粗大粒子とは粒径が２μｍ以上の粒子をいう。
【００３２】
また、アミノカルボン酸を溶解した水溶液のｐＨは、３〜１０に調整されることが好ましい。
【００３３】
また、研磨液組成物は、任意成分として、防腐剤、酸化剤等の添加剤を含有してもよい。
防腐剤としては、ベンザルコニウムクロライド、ベンゼトニウムクロライド、１，２−ベンズイソチアゾリン−３−オン、過酸化水素、次亜塩素酸塩等が挙げられる。
酸化剤としては、過酸化物、過マンガン酸又はその塩、クロム酸又はその塩、硝酸又はその塩、ペルオキソ酸又はその塩、塩素酸又はその塩、金属塩類、硫酸等が挙げられる。
【００３４】
前記任意成分の研磨液組成物中における含有量としては、０．００１〜１０重量％が好ましく、０．０１〜５重量％がより好ましい。
【００３５】
なお、前記各成分の研磨液組成物中の含有量とは、研磨液組成物を製造する際又は研磨に使用する際の研磨液組成物中の含有量をいう。
【００３６】
研磨液組成物のｐＨとしては、研磨速度の観点から、3〜10が好ましく、4〜8がより好ましく、5〜7がさらに好ましい。
【００３７】
研磨液組成物のｐＨは、ｐＨ調整剤により調整することができる。pH調整剤としては、アンモニア水、水酸化カリウム、水溶性有機アミン、四級アンモニウムハイドロオキサイド等の塩基性物質、硝酸、塩酸、硫酸、リン酸等の無機酸及び酢酸、シュウ酸、コハク酸、グリコール酸、リンゴ酸、クエン酸、安息香酸等の有機酸等の酸性物質が挙げられる。
【００３８】
〔研磨選択性発現〕
本発明の研磨液組成物が、高い凸部／平坦部研磨選択性を示す理由は明確ではないが、特定の粒径分布を有するセリア粒子およびアミノカルボン酸が共存することにより、以下のようなメカニズムが起こっているためと考えられる。
【００３９】
〔メカニズム〕
アミノカルボン酸が、セリア粒子表面および／または被研磨膜表面に吸着し皮膜を形成する。表面に形成された皮膜は、セリア粒子の被研磨膜表面への作用を阻害し、研磨速度を低下させる。一方、高い研磨荷重が加わると、アミノカルボン酸の吸着皮膜が破断して、セリア粒子が被研磨膜表面に作用できるため研磨速度が発現する。従って凹凸を有する被研磨膜を研磨する場合、凸部には局部的に高い研磨荷重が働くため、吸着膜が破断し研磨が進行し、反対に凹部は局部的に荷重が低く、吸着皮膜に保護され研磨が進行しない。従って凸部のみが選択的に研磨され効率的に凹凸段差の低減が進行する。
【００４０】
さらに、研磨が進行し、凹凸段差が減少すると凸部と凹部にかかる局部荷重は設定荷重に近づいていく。そこで予め設定荷重として、研磨がほとんど進行しないような条件を設定しておくことで、凹凸段差解消後の平坦部では研磨がほとんど進行しなくなるという特徴的な凸部／平坦部研磨選択性を発現させることができる。その結果、少ない研磨量でパターン依存性の少ない高度な平坦化が速やかに達成できるという優れた効果が発現する。この効果は半導体基板表面に少なくともケイ素を含む場合に顕著である。ここで凸部／平坦部研磨選択性は、ある一定の研磨条件（研磨荷重等）でアミノカルボン酸の添加量を増加させたとき、平坦部の研磨荷重が３０ｎｍ／minとなる条件での凸部の研磨速度を相対比較して評価できる。
【００４１】
この際、アミノカルボン酸の効果に加え、セリア粒子の粒径分布をブロードに制御することで、さらに以下のような効果が得られると推定している。すなわち、粒径分布がブロードとなると粒子の充填率が向上するため、粒径が大きく研磨力の強い粒子に加わる荷重が緩和される。そのため、セリア粒子表面のアミノカルボン酸吸着膜による研磨抑制効果が発現しやすくなると考えられる。しかし、凹凸段差形状が存在する場合、段差のコーナー部分でセリア粒子の充填状態が乱されるため、粒径が大きく研磨力の強い粒子に荷重が集中し、凸部の研磨速度が発現しやすくなる。
【００４２】
結果として、粒径分布がシャープなセリア粒子よりも凸部の研磨速度を高いレベルに維持しながら、平坦部の研磨速度を抑制することが可能となり、凸部／平坦部研磨選択性が向上するため、より短時間の研磨で高度な平坦化が達成できると推定される。したがって、本発明においては、上記のように、アミノカルボン酸の効果が顕著に発現される特定の粒径分布を有するセリア粒子を併用するために、短時間の研磨で高度な平坦化が達成できるという顕著な相乗効果が奏される。
【００４３】
〔半導体基板〕
本発明の研磨液組成物は、半導体基板の研磨に用いられる。
半導体基板の材質としては、シリコン、アルミニウム、ニッケル、タングステン、銅、タンタル、チタン等の金属又は半金属、及びこれらの金属を主成分とした合金、ガラス、ガラス状カーボン、アモルファスカーボン等のガラス状物質、アルミナ、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒化タンタル、窒化チタン等のセラミック材料、ポリイミド樹脂等の樹脂などが挙げられるが、効率的な平坦化発現の観点から中でも基板表面にケイ素を含み凹凸形状を有する膜が形成されたものが好ましい。ケイ素を含む膜としては、ＴＥＯＳ，石英，ガラス等の酸化ケイ素、ＢＰＳＧ(Boro-Phospho-Silicate Glass)，ＰＳＧ（Phospho-Silicate Glass）等のリン，ホウ素等の元素がドープされた酸化ケイ素、窒化ケイ素、ポリシリコンなどが挙げられる。特に、二酸化ケイ素を主成分とする被研磨膜を有する半導体基板を研磨する際に本発明の研磨液組成物を用いた場合、効率的に平坦化が実現できる。
【００４４】
中でも、本発明の研磨液組成物は、５０ｎｍ〜２０００ｎｍの凹凸段差形状を有する半導体基板を平坦化する目的で行う研磨に好適である。凹凸段差はプロファイル測定装置（例えばＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製、商品名：ＨＲＰ−１００）により求めることができる。特に凹凸段差が同一の部材からなる場合、本発明の研磨液組成物は凸部を速やかに平坦化することができるという優れた効果が発現される。
【００４５】
（２）研磨方法
本発明の研磨方法としては、前記研磨組成物を、被研磨基板１ｃｍ２当たり０．０１〜１０ｇ/分で研磨パッド上に供給し、５〜１００ｋＰａの研磨荷重で研磨パッドを押し当てて研磨してなる方法が挙げられる。
【００４６】
〔研磨液組成物供給速度〕
研磨液組成物の供給量は、被研磨基板１ｃｍ２当たり、高い研磨速度を維持し、短時間で平坦化する観点から、０．０１ｇ/分以上、好ましくは０．１ｇ/分以上であり、また、経済性の観点と廃液処理の観点から、１０ｇ/分以下、好ましくは５ｇ／分以下である。該供給量は、０．０１〜１０ｇ/分、好ましくは０．１〜５ｇ／分である。
【００４７】
〔研磨荷重〕
研磨荷重としては、研磨速度の観点から、５ｋＰａ以上、好ましくは１０ｋＰａ以上であり、また、被研磨面の平坦化及び傷抑制の観点から、１００ｋＰａ以下、好ましくは７０ｋＰａ以下、より好ましくは５０ｋＰａ以下である。研磨荷重は、５〜１００ｋＰａ、好ましくは１０〜７０ｋＰａ、より好ましくは１０〜５０ｋＰａである。
【００４８】
本発明の研磨液組成物を用いる半導体基板の研磨装置としては、特に制限はなく、半導体基板に代表される研磨される被研磨物を保持する治具と研磨布（研磨パッド）を備える研磨装置が用いられる。該研磨装置を用いる研磨方法の具体例としては、研磨布として、有機高分子系の発泡体、無発泡体、不織布状の研磨布等を張り付けた研磨定盤に、上記被研磨物を保持する治具を押しつけ、あるいは、研磨布を張り付けた研磨定盤に、上記被研磨物を挟み込み、本発明の研磨液組成物を被研磨物表面に供給し、一定の圧力を加えながら研磨定盤や被研磨物を動かすことにより被研磨物表面を研磨する方法が挙げられる。研磨液組成物の供給方法は、セリアスラリーとアミノカルボン酸を溶解した水溶液とを別々にポンプ等で研磨布上に供給し、研磨定盤上で混合する方法、予め研磨液組成物の構成成分が十分に混合された状態で研磨布上に供給する方法を用いることができる。
【００４９】
なお、前記研磨液組成物の供給量、研磨圧力以外の研磨条件については特に限定はない。
【００５０】
（３）半導体装置の製造方法
〔方法〕
本発明の半導体装置の製造方法は、前記研磨液組成物を用いて半導体基板を研磨する工程を有するものである。その例としては、前記研磨液組成物の存在下で、表面にケイ素を含み凹凸形状を有する膜が形成された半導体基板に、５〜１００ｋＰａの研磨荷重で研磨パッドを押し当てて研磨する工程を有する方法が挙げられる。
なお、研磨液組成物の供給量、研磨パッド等の研磨条件については、前記の研磨方法と同じものであればよい。
【００５１】
具体的には、凹凸形状のある半導体基板の上方にケイ素を含む薄膜を形成する工程と、該薄膜を研磨する研磨工程とを備え、上記研磨工程においてセリア粒子とアミノカルボン酸を含有する研磨液組成物を研磨パッド表面に供給して、凹凸形状のある該薄膜表面をＣＭＰ（ケミカル・メカニカル・ポリッシング）により平坦化することからなる方法が挙げられ、このような工程として、埋め込み素子分離工程、層間絶縁膜の平坦化工程、埋め込み金属配線の形成工程、埋め込みキャパシタ形成工程等があるが、特に埋め込み素子分離工程、層間絶縁膜平坦化工程に適しており、メモリーＩＣ、ロジックＩＣ、あるいはシステムＬＳＩ等の製造に好適に用いられる。
【実施例】
【００５２】
〔セリアスラリーの調製〕
本発明の粒径分布を有する研磨液組成物を得るために、表２に示す割合で、表１のセリア粒子イ〜ニを配合したセリアスラリーＡ〜Ｅを調製した。表１、表２の値は、セリア粒子の水分散液を５分間超音波分散させた後、レーザー回折・散乱式粒度分布計（堀場製作所製  ＬＡ−９２０）で測定した体積基準の積算粒径（Ｄ１０、Ｄ５０、Ｄ９０及びＤ９５）である。
【００５３】
【表１】
2006173411.tif 000002
【００５４】
【表２】
2006173411.tif 000003
【００５５】
実施例１
エチレンジアミン四酢酸・２アンモニウム塩（（株）同仁化学研究所製）０．５６重量部にイオン交換水９４．４４重量部を加え、溶解する。撹拌状態で、さらにセリアスラリーＡ（セリア粒子濃度２０重量％）５．０重量部を加え、アンモニア水（アンモニア２８重量％）によりｐＨ６．０に調整し、研磨液組成物を得た。
このようにして調製した研磨液組成物を用い、以下の条件で研磨試験を行い、それぞれ凸部および平坦部の研磨速度を評価した。
【００５６】
＜研磨条件＞
研磨試験機  ：片面研磨機（品番：MA-300、エンギス社製、定盤径３００ｍｍ）
研磨パッド  ：硬質ウレタンパッド（品番：IC-1000/Sub400、ニッタ・ハース社製）
定盤回転数  ：９０ｒ／ｍｉｎ
ヘッド回転数：９０ｒ／ｍｉｎ（回転方向は定盤と同じ）
研磨荷重    ：３９．２ｋＰａ（４００ｇ／ｃｍ２）
研磨液供給量：５０ｍｌ／分（被研磨基板１ｃｍ２あたり、３．１ｇ／分）
【００５７】
＜研磨速度の評価＞
凸部研磨速度
ＣＭＰ（ケミカルメカニカルポリッシング）特性評価用市販ウエハ（パターンウエハ、商品名：ＳＫＷ７−２、ＳＫＷアソシエーテス社(SKWAssociates,Inc.)製：凹凸段差８００ｎｍのパターンを形成した８インチ（２００ｍｍ）シリコンウエハ上に厚さ２０００ｎｍのＰＥ−ＴＥＯＳを成膜した構造を有する）を４０ｍｍ角に切断したものを用い、上記研磨条件で１分間研磨した。
【００５８】
凸部研磨速度は、パターンウエハ上のＤ５０パターン（凸部幅５０μｍ／凹部幅５０μｍのLine&Spaceパターン：図１参照）の凸部の研磨前後の酸化珪素膜の膜厚を測定し、膜厚の減少量を研磨時間で除することにより求めた。膜厚は光干渉式膜厚計（ラムダエースVM-1000、大日本スクリーン製造（株））で測定した。
【００５９】
〔平坦部研磨速度の評価〕
平坦部の研磨速度は、凹凸段差が消失し平坦化が完了した被研磨面の研磨速度である。そこで評価には、被研磨基板として、８インチシリコン基板上にプラズマＴＥＯＳ法により酸化珪素膜を２０００ｎｍ成膜したものを４０ｍｍ角に切断して使用した。研磨は上記研磨条件で２分間行った。
【００６０】
研磨速度は、被研磨基板上の中央部分の酸化珪素膜の膜厚を研磨前後で測定し、膜厚の減少量を研磨時間で除することにより求め、これを平坦部の研磨速度とした。膜厚は凸部の場合と同じく光干渉式膜厚計で測定した。
【００６１】
〔スクラッチの評価〕
平坦部研磨速度の評価後のサンプル（４０ｍｍ角）の全面をＶＩＳＩＯＮ  ＰＳＹＴＥＣ社製「ＭｉｃｒｏＭａｘ  ＶＭＸ-2100ＣＳＰ」で観察し、５サンプルの平均値としてスクラッチの本数を求めた（２０本未満：○、２０本以上：×）。
【００６２】
＜研磨結果＞
エチレンジアミン四酢酸０．５重量部の研磨速度は、凸部が３４９ｎｍ/min、平坦部が２５ｎｍ/minであり、凸部に対して高い研磨速度を発現し、平坦部では研磨速度が抑制されていることがわかった。すなわち特徴的な凸部／平坦部の研磨速度選択性が発現していることがわかる。
同様にして、エチレンジアミン四酢酸の濃度を変化させ、凸部研磨速度と平坦部研磨速度を評価した結果を表３に示す。
【００６３】
【表３】
2006173411.tif 000004
【００６４】
表３の結果をもとに、エチレンジアミン四酢酸濃度と凸部および平坦部の研磨速度との関係を図３に示す。図３より平坦部研磨速度が３０ｎｍ/min以下になる添加剤濃度Ｃｐ（重量%）およびその濃度での凸部研磨速度Ｒｐ（ｎｍ/min）を求めた。エチレンジアミン四酢酸の場合、Ｃｐは０．５重量％、Ｒｐは３５０ｎｍ/minであった。
このＲｐの値が大きいほど凸部の研磨速度選択性に優れ、短時間の研磨でパターン依存性の少ない高度な平坦化を達成することができると期待される。従って、このＲｐの値が大きい研磨液組成物は、高度な平坦化を速やかに達成できる優れたものである。
【００６５】
実施例２、３、比較例１、２
実施例１のセリアスラリーＡにかえて、表２のセリアスラリーＢ、Ｃ、Ｄ又はＥを用い、実施例１と同様にして、ＣｐおよびＲｐを求めた。結果を表４に示す。
表４の結果より、実施例１〜３で使用したセリア粒子は、いずれも高いＲｐの値を示しており、優れた平坦化性能を有し、スクラッチ性能も良好であった。一方、比較例１では、Ｒｐの値が小さく、平坦化性能に劣る。また、比較例２は、平坦化性能は良好だが、スクラッチ性能に劣る。
【００６６】
実施例４、５、比較例３
表２のセリアスラリーを用い、エチレンジアミン四酢酸にかえて、アスパラギン酸又はヒドロキシエチルイミノ二酢酸を用いた以外は、実施例１と同様にして、ＣｐおよびＲｐを求めた。結果を表４に示す。
表４の結果より、実施例４、５で使用したセリア粒子は、いずれも高いＲｐの値を示しており、優れた平坦化性能を有し、スクラッチ性能も良好であった。一方、比較例３では、Ｒｐの値が小さく、平坦化性能に劣る。
【００６７】
比較例４
実施例１のエチレンジアミン四酢酸を添加しないこと以外は、実施例１と同様にして、研磨を行った結果、研磨速度は、凸部が４５４ｎｍ/min、平坦部が５９３ｎｍ/minであった。凸部の研磨速度は高いものの、平坦部の研磨速度が全く抑制されないことがわかる。そのため、凸部／平坦部の研磨速度選択性が発現しておらず、凸部のみを選択的に研磨することができず平坦化性能に劣る。
【００６８】
【表４】
2006173411.tif 000005
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明の半導体基板用研磨液組成物は、例えば、埋め込み素子分離工程、層間絶縁膜の平坦化工程、埋め込み金属配線の形成工程、埋め込みキャパシタ形成工程等に用いられ、特に埋め込み素子分離膜の形成工程、層間絶縁膜平坦化工程に適しており、メモリーＩＣ、ロジックＩＣ、あるいはシステムＬＳＩ等の製造に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】図１は、実施例において凸部研磨速度の測定に用いたＤ５０パターン（凸部幅５０μｍ／凹部幅５０μｍのLine&Spaceパターン）を有するパターンウエハの概略説明図を示す。
【図２】図２は、実施例において平坦部研磨速度の測定に用いた凹凸段差が消失し平坦化が完了した被研磨基板の概略説明図を示す。
【図３】図３は、実施例１で測定された、研磨液組成物中のエチレンジアミン四酢酸濃度と凸部及び平坦部の研磨速度との関係を示す概略説明図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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