(57)【要約】【課題】半導体集積回路装置の製造において、単結晶シリコン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あり、研磨速度の制御性が向上した研磨剤および研磨方法を提供する。【解決手段】本発明の研磨剤は、単結晶シリコン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溶性ポリアミンと水をそれぞれ含有し、ｐＨが８〜１３の範囲にあることを特徴とする。本発明の研磨方法は、研磨剤を研磨パッドに供給し、半導体集積回路装置の単結晶シリコンを含む被研磨面と研磨パッドとを接触させて相対運動により研磨する方法であって、酸化セリウム粒子と水溶性ポリアミンと水をそれぞれ含有しｐＨが８〜１３の範囲にある研磨剤を使用して研磨を行なう。【選択図】図１
2011029515.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶シリコン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溶性ポリアミンと水をそれぞれ含有し、
ｐＨが８〜１３の範囲にあることを特徴とする研磨剤。
【請求項２】
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と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１種以上の化合物である請求項１に記載の研磨剤。
【請求項３】
前記水溶性ポリアミンの重量平均分子量が１００〜１００，０００の範囲にある請求項１または２に記載の研磨剤。
【請求項４】
前記水溶性ポリアミンは、ペンタエチレンヘキサミンおよび／またはポリオキシプロピレンジアミンであることを特徴とする請求項３に記載の研磨剤。
【請求項５】
前記水溶性ポリアミンが０．０１〜２０質量％の範囲で含有されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の研磨剤。
【請求項６】
研磨剤を研磨パッドに供給し、半導体集積回路装置の単結晶シリコンを含む被研磨面と前記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方法であって、前記研磨剤として請求項１〜５のいずれか１項に記載の研磨剤を使用する研磨方法。
【請求項７】
請求項６に記載の研磨方法により、単結晶シリコンを含む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、単結晶シリコン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、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製造において、シリコン基板などの有する単結晶シリコンを含む被研磨面を化学的機械的研磨方法により研磨し、基板の厚さを高精度に制御するための研磨剤と研磨方法、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。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路装置の高集積化・高機能化を進めるために、より高密度なパッケージングを実現する必要がある。そのため、半導体集積回路基板の高精度な薄片化技術の開発が求められている。特に、砥石などにより薄片化した後に、化学的機械的研磨方法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：以下、ＣＭＰと示す。）により高精度に研磨する技術の重要性が高まっている。
【０００３】
例えば、標準的な２００ｍｍ（８インチ）シリコン基板の厚さは７２５μｍ程度であり、３００ｍｍ（１２インチ）シリコン基板の厚さは７７５μｍ程度であるが、一つのパッケージにより多くのチップを搭載するために、シリコン基板の表面に半導体集積回路を形成した後、２０μｍ以下の厚さまでシリコン基板を薄片化することがある。このような薄片化においては、グラインダーにより目的とする厚さ近くまでシリコン基板を削り取った後、最終的な厚さに精密に制御して研磨するためにＣＭＰを用いることが多い。
【０００４】
従来から、シリコン基板のような単結晶シリコンを含む被研磨面を研磨する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からなる砥粒と、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、この組成物を使用した場合には、化学的エッチング作用により高速で研磨することができるものの、研磨圧力や研磨定盤、研磨ヘッドの回転数のような研磨条件を変えた場合に、研磨速度が低速から高速まで広い範囲で変化するため、研磨速度を制御することが難しいという問題があった。
【０００５】
このように、シリコン結晶体の高精度研磨剤用の砥粒としては、フュームドシリカやコロイダルシリカのような酸化ケイ素粒子を用いることが多い一方で、二酸化ケイ素膜を高速で研磨するための砥粒として、酸化セリウム粒子を用いることが知られている。また、酸化セリウム粒子を用いて多結晶シリコンを研磨する技術も提案されている（特許文献２参照）。
【０００６】
しかし、このような酸化セリウム粒子を結晶粒界が存在しない単結晶シリコンを研磨するための砥粒として使用することは、できないものと考えられていた。すなわち、酸化セリウム粒子を使用してのシリコン結晶体の研磨速度は極めて遅く、ほとんど研磨が進行しない。多結晶シリコンは粒界により区切られた微結晶の集合体であり、結晶粒子の表面積が大きく活性であるため、多結晶シリコンにおいては研磨が促進されるが、単結晶シリコンでは結晶粒界がなく表面が平滑なため、酸化セリウム粒子を用いて研磨を行うことは困難であると考えられていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭４９−１１１５８０号
【特許文献２】国際公開第２００６−０９８１４１号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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、単結晶シリコン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あり、研磨速度の制御性が向上した研磨剤および研磨方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは鋭意実験と検討を重ねることによって、酸化セリウム粒子と水溶性ポリアミンと水とを含有し、かつｐＨが所定の範囲にある研磨剤が、単結晶シリコンを有効に研磨することができることを見出した。
【００１０】
本発明の第１の態様は、単結晶シリコン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溶性ポリアミンと水をそれぞれ含有し、ｐＨが８〜１３の範囲にあることを特徴とする。
【００１１】
本発明の第２の態様は、研磨剤を研磨パッドに供給し、半導体集積回路装置の単結晶シリコンを含む被研磨面と前記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方法であって、前記研磨剤として前記第１の態様の研磨剤を使用することを特徴とする。
【００１２】
本発明の第３の態様は、半導体集積回路装置の製造方法であり、前記第２の態様も研磨方法により、単結晶シリコンを含む被研磨面を研磨する工程を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、半導体集積回路装置の製造において、単結晶シリコンを含む被研磨面を、研磨速度を精密に制御して研磨することができ、研磨キズがなく高平坦化された被研磨面を得ることができる。また、砥粒濃度が低くても十分な研磨速度を有する研磨剤を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の研磨方法に使用可能な研磨装置の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施例および比較例により得られた、研磨圧力と研磨速度との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の実施例および比較例により得られた、研磨定盤の回転数と研磨速度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
本発明に係る研磨剤は、例えば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、単結晶シリコンからなる面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溶性ポリアミンと水をそれぞれ含有し、そのｐＨは８〜１３の範囲にある。この研磨剤には分散剤を含有させてもよい。
【００１７】
本発明の研磨剤において、酸化セリウム粒子は研磨砥粒として用いられる。塩基性ではアミン物質の存在により、単結晶シリコン表面にシラノール基が形成されるため、従来からのシリカ粒子に代えて酸化セリウム粒子を砥粒として用いることで、化学反応による研磨作用が高められる。したがって、本発明の研磨剤は単結晶シリコンに対して高い（大きな）研磨速度を示す。
【００１８】
本発明の研磨剤に含有される酸化セリウム粒子としては、例えば、特開平１１−１２５６１号公報または特開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形成し、ろ過、洗浄、焼成を順に行なって得られた酸化セリウム粉末を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、分級して得られた酸化セリウム粒子も使用することができるが、特にこれらに限定されない。
【００１９】
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、特に０．０２〜０．３μｍ、さらには０．０５〜０．２μｍとすることが好ましい。平均粒径が大きすぎると、単結晶シリコンを含む被研磨面（例えば、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。平均粒径が小さすぎると、研磨速度が低くなるおそれがあるばかりでなく、単位体積当りの表面積の割合が大きくなるため、表面状態の影響を受けやすく、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。凝集が起きると、被研磨面にスクラッチなどの研磨キズが発生しやすくなる。
【００２０】
本発明の研磨剤中における酸化セリウム粒子の濃度（含有割合）は、研磨速度を制御するうえで十分な効果を得るために、０．０００１〜１０．０質量％の範囲とすることが好ましい。
【００２１】
本発明の研磨剤に含有される水溶性ポリアミンとしては、一分子中に２個以上の１級、２級または３級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。ポリアミン化合物の水溶性の程度は、研磨剤として使用される濃度において、その研磨剤の液中に完全に溶解している状態であればどの程度であってもよい。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種以上のものが好ましい。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と水溶性ポリアルキレンポリアミンである。なお、水溶性ポリアルキレンポリアミンには、製造上環状構造を有するものが含まれる場合があるが、本発明においてはこれらの環状構造を有するアミンも水溶性ポリアミンとして使用することができる。
【００２２】
水溶性ポリアミンの分子量は、水溶性を示す範囲の分子量である限り限定されるものではないが、重量平均分子量（Ｍｗ）で１００〜１０万の範囲であることが好ましく、１００〜２０００の範囲であることがより好ましい。Ｍｗが１００未満の場合には、配合の効果が小さい。Ｍｗが１０万を超えると、水溶性であっても研磨剤の流動性などの物性に悪影響を与えるおそれがある。さらに、Ｍｗが２００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、Ｍｗが１００〜２０００の水溶性ポリエーテルポリアミンと水溶性ポリアルキレンポリアミンである。
【００２３】
研磨剤に水溶性ポリアミンを添加すると、単結晶シリコンに対する研磨が促進される。これは、酸化セリウム粒子の表面および被研磨面の表面への水溶性ポリアミン（例えば、ポリオキシプロピレンジアミン）の吸着効果によると考えられる。このような水溶性ポリアミンによる化学的変化を受けることで、単結晶シリコンの表面にはシラノール基が形成されるため、砥粒である酸化セリウム粒子の機械的作用や化学的作用により削られ易くなり、研磨が促進されるものと考えられる。このような研磨機構は、ガラスなどのケイ酸化合物の表面の水和層が酸化セリウム粒子により高速で研磨されるのと同じ機構である。このように、本発明の研磨剤では、水溶性ポリアミンによる化学的なエッチング作用だけではなく、酸化セリウム粒子のメカニカルな作用により研磨が促進されるため、研磨圧力、回転数などの研磨条件を変えることで、研磨速度の精密な制御を容易に行うことができる。
【００２４】
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のより好ましいＭｗは、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１５０〜８００であり、さらに好ましいＭｗは１５０〜４００である。
【００２５】
ここで、ポリエーテルポリアミンとは、２個以上の１級、２級または３級アミノ基と２個以上のエーテル性酸素原子をそれぞれ有する化合物を意味する。２級アミノ基（−ＮＨ−：イミノ基という。）や３級アミノ基でもよいが、１級アミノ基（−ＮＨ２）がより好ましい。すなわち、本発明における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、かつ２級アミノ基または３級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の使用が好ましい。
【００２６】
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。より具体的に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などの、エーテル性酸素原子を有していてもよい炭素数２〜８の２価アルコールの使用が好ましい。また、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などの、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ポリエーテルジオールの使用が好ましい。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。
【００２７】
ポリアルキレンポリアミンとは、３個以上の１級、２級または３級アミノ基がアルキレン基を介して結合された化合物を意味する。分子末端には１級アミノ基が結合され、分子内（中間部）には２級アミノ基が結合された化合物が好ましい。より好ましいポリアルキレンポリアミンは、分子両末端に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直鎖状ポリアルキレンポリアミンである。２つのアミノ基の間に挟まれたアルキレン基よりなる結合部分は、一分子内に２つ以上存在することになるが、これらのアミノ基間結合部分は互いに同一で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、他のアミノ基間結合部分とは異なっているものが好ましい。一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。
【００２８】
上記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、以下の式（１）で表される化合物（以下、化合物（１）とも示す。）が好ましい。
Ｈ２Ｎ−（Ｒ−Ｘ−）ｋ−Ｒ−ＮＨ２        ………（１）
【００２９】
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２級アミノ基（−ＮＨ−）を表す。Ｘが酸素原子である場合、式（１）で表される化合物はポリエーテルジアミンであり、Ｘが２級アミノ基（−ＮＨ−）である場合、式（１）で表される化合物はポリアルキレンポリアミンである。そして、化合物（１）がポリエーテルジアミンの場合、ｋは２〜４１の整数を表し、化合物（１）がポリアルキレンポリアミンの場合、ｋは１〜４１の整数を表す。１つの分子中の複数のＲは、互いに同一であっても異なっていてもよい。
【００３０】
特に、ポリエーテルジアミンとしては、下記式（２）で表される化合物（以下、化合物（２）とも示す。）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）で表される化合物（以下、化合物（３）とも示す。）が好ましい。
Ｈ２Ｎ−Ｒ２−Ｏ−（Ｒ１−Ｏ−）ｍ−Ｒ２−ＮＨ２        ………（２）
Ｈ２Ｎ−Ｒ４−ＮＨ−（Ｒ３−ＮＨ−）ｎ−Ｒ４−ＮＨ２    ………（３）
【００３１】
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、ｍは１〜４０の整数をそれぞれ表す。Ｒ１とＲ２は同一でも異なっていてもよい。また、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、ｎは１〜４０の整数をそれぞれ表す。Ｒ３とＲ４は同一でも異なっていてもよい。
【００３２】
式（２）で表されるポリエーテルジアミンの具体例としては、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１〜４０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１〜４０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。また、式（３）で表されるポリアルキレンポリアミンの具体例としては、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。
【００３３】
本発明の研磨剤中における水溶性ポリアミンの濃度（含有割合）は、研磨速度、研磨剤スラリーの均一性、水溶性ポリアミンのＭｗなどを考慮し、適宜設定することが好ましい。研磨速度制御の十分な効果を得る観点から０．００１〜２０質量％の範囲が好ましい。０．０１〜５質量％の範囲がより好ましく、０．０５〜２質量％の範囲が特に好ましい。
【００３４】
本発明の研磨剤には、砥粒である酸化セリウム粒子の分散媒として水が含有される。この水については、特に制限はないが、他の成分に対する影響、不純物の混入、ｐＨなどへの影響の少なさの点から、純水、超純水、イオン交換水などを使用することが好ましい。
【００３５】
本発明の研磨剤は、塩基性のｐＨ領域で使用される。研磨特性と砥粒の分散安定性を考慮し、ｐＨ８〜１３の範囲に調整することが好ましい。研磨剤のｐＨが８未満の場合には、分散性が低下するおそれがある。また、ｐＨ１３を超える場合には、研磨特性上は問題ないが、被研磨面に影響を及ぼすおそれがある。すなわち、研磨速度は高いが被研磨面にキズ等を生じやすいばかりでなく、操作性（ハンドリング性）が悪化するおそれがある。
【００３６】
本発明の研磨剤においては、酸を配合することによりｐＨを前記範囲に調整することができる。研磨剤に配合可能な酸としては、硝酸、硫酸、塩酸、リン酸、ホウ酸、炭酸などの無機酸、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。
【００３７】
本発明の研磨剤には他の成分を含有させてもよい。含有可能な代表的な成分としては、分散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など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。
【００３８】
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。また本発明において、前記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、１級、２級および３級アミノ基を有する化合物を含まないものとする。
【００３９】
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、ポリアクリル酸塩など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など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。）などが挙げられる。界面活性作用のある水溶性ポリマーの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。
【００４０】
このような分散剤（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０．１質量％未満の場合には、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２．０質量％を超えると、被研磨面の平坦性や研磨速度に対して影響を与えやすくなる。
【００４１】
本発明の研磨剤は、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がない。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、酸化セリウム粒子と水および必要に応じて酸および分散剤（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調節などのために酸を添加し研磨剤を調製してもよい。
【００４２】
半導体デバイスの被研磨面が単結晶シリコンからなる面を含む場合、本発明の研磨剤を使用すると研磨速度の制御が容易となる。そのため、半導体デバイスの製造において、単結晶シリコンを含む被研磨面を研磨するときに研磨厚の高精度の制御が可能となる。また、本発明の研磨剤は、砥粒である酸化セリウム粒子の凝集がないため、分散安定性にも優れており、研磨欠陥を発生させることがない点でも有利である。
【００４３】
本発明の研磨剤は、半導体デバイスに形成されたシリコン基板の裏面を薄片化するために研磨する場合に、特に有用である。
【００４４】
本発明の研磨剤を用いて単結晶シリコンを含む半導体デバイスの被研磨面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、両者間の相対運動により研磨する。
【００４５】
本発明の研磨方法において、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１は、本発明の実施形態に使用可能な研磨装置の一例を示す図である。この研磨装置は、単結晶シリコンを含む被研磨面を有する半導体デバイス１を保持する研磨ヘッド２と、研磨定盤３と、研磨定盤３の表面に貼り付けられた研磨パッド４と、研磨パッド４に研磨剤５を供給する研磨剤供給配管６とを備えている。そして、研磨ヘッド２に保持された半導体デバイス１を研磨パッド４に接触させ、研磨ヘッド２と研磨定盤３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。
【００４６】
研磨ヘッド２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３および研磨パッド４は、半導デバイス１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２と研磨定盤３とを相対的に移動させることにより、半導体デバイス１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３および研磨パッド４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あってもよい。
【００４７】
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２に荷重をかけて研磨パッド４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１内均一性、平坦性、スクラッチなどの研磨欠陥防止の観点から、３〜４０ｋＰａ程度がより好ましい。研磨定盤３および研磨ヘッド２の回転数は、５０〜５００ｒｐｍ程度が好ましいがこれに限定されない。
【００４８】
研磨パッド４としては、一般的な不織布、発泡ポリウレタン、多孔質樹脂、非多孔質樹脂などからなるものを使用することができる。また、研磨パッド４への研磨剤５の供給を促進し、あるいは研磨パッド４に研磨剤５が一定量溜まるようにするために、研磨パッド４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。
【実施例】
【００４９】
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ものである。
【００５０】
［ｐＨ］
横河電機社製のｐＨ８１−１１を使用し２５℃で測定した。
【００５１】
［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。
【００５２】
［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。研磨パッドはＲｏｄｅｌ社製の２層パッドＩＣ−１０１０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、研磨時間は５分間とした。
【００５３】
（２）被研磨物
片面鏡面加工された８インチシリコンウエハ基板を使用し、研磨剤の研磨特性を測定した。
【００５４】
（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。研磨後の被研磨面の表面粗さの測定には、Ｖｅｅｃｏ社製の原子間力顕微鏡Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ３１００を使用した。
【００５５】
実施例１〜７
砥粒である酸化セリウム粒子と、分散剤であるＭｗ５０００のポリアクリル酸アンモニウムと、水溶性ポリアミンであるペンタエチレンヘキサミン（和光純薬社製、商品名ペンタエチレンヘキサミン：ペンタエチレンヘキサミンと環状アミンとの混合物であり、ペンタエチレンヘキサミンの含有割合は４０〜５０％）および硝酸を、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（含有割合）が０．２５％、ポリアクリル酸アンモニウムの濃度が５３０ｐｐｍ、硝酸の濃度が２４０ｐｐｍ、ペンタエチレンヘキサミン（環状アミンとの混合物）の濃度が０．１０％の研磨剤Ａを調製した。この研磨剤ＡのｐＨは９．９であり、砥粒である酸化セリウム粒子の平均粒径は０．１７μｍであった。
【００５６】
次いで、こうして得られた研磨剤Ａの研磨特性（８インチシリコンウエハ基板の研磨速度）を、研磨圧および研磨定盤と研磨ヘッドの回転数を変えてそれぞれ測定した。測定結果を表１に示す。
【００５７】
実施例８
液の全質量に対する酸化セリウム粒子の濃度（含有割合）が５００ｐｐｍ、ポリアクリル酸アンモニウムの濃度が１０６ｐｐｍ、硝酸の濃度が４８ｐｐｍ、ペンタエチレンヘキサミン（環状アミンとの混合物）の濃度が０．１０％の研磨剤Ｂを調製した。研磨圧力２０．７ｋＰａ、研磨定盤の回転数１２７ｒｐｍ、研磨ヘッドの回転数１２３ｒｐｍで研磨特性を測定した。測定結果を表１に示す。
【００５８】
実施例９
液の全質量に対する酸化セリウム粒子の濃度（含有割合）が１２５ｐｐｍ、ポリアクリル酸アンモニウムの濃度が２７ｐｐｍ、硝酸の濃度が１２ｐｐｍ、ペンタエチレンヘキサミン（環状アミンとの混合物）の濃度が０．１０％の研磨剤Ｃを調製した。研磨圧力２０．７ｋＰａ、研磨定盤の回転数１２７ｒｐｍ、研磨ヘッドの回転数１２３ｒｐｍで研磨特性を測定した。測定結果を表１に示す。
【００５９】
実施例１０
液の全質量に対する酸化セリウム粒子の濃度（含有割合）が２５ｐｐｍ、ポリアクリル酸アンモニウムの濃度が５ｐｐｍ、硝酸の濃度が２ｐｐｍ、ペンタエチレンヘキサミン（環状アミンとの混合物）の濃度が０．１０％の研磨剤Ｄを調製した。研磨圧力２０．７ｋＰａ、研磨定盤の回転数１２７ｒｐｍ、研磨ヘッドの回転数１２３ｒｐｍで研磨特性を測定した。測定結果を表１に示す。
【００６０】
実施例１１〜１５
液の全質量に対する酸化セリウム粒子の濃度（含有割合）が６ｐｐｍ、ポリアクリル酸アンモニウムの濃度が１ｐｐｍ、硝酸の濃度が１ｐｐｍ、ペンタエチレンヘキサミン（環状アミンとの混合物）の濃度が０．１０％の研磨剤Ｅを調製した。次いで、こうして得られた研磨剤Ｅの研磨特性（８インチシリコンウエハ基板の研磨速度）を、研磨圧および研磨定盤と研磨ヘッドの回転数を変えてそれぞれ測定した。測定結果を表１に示す。
【００６１】
比較例１〜７
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Ｆ（フジミインコーポレーテッド社製のＰｌａｎｅｒｉｔｅ６１０３）を使用し、実施例１〜７と同様に研磨圧力および研磨定盤と研磨ヘッドの回転数を変えて、研磨特性を測定した。測定結果を表１に示す。
【００６２】
【表１】
2011029515.tif 000003
【００６３】
次に、表１に示す測定結果において、研磨剤Ａを使用し、研磨定盤の回転数を１２７ｒｐｍ、研磨ヘッドの回転数を１２３ｒｐｍとした実施例３，４および７の研磨速度を、研磨圧力に対してプロットした。このグラフを、図２に研磨剤Ａとして示す。また比較のために、研磨剤Ｆを使用し、研磨定盤および研磨ヘッドの回転数を実施例３，４および７と同様にした比較例３，４および７の研磨速度を、研磨圧力に対してプロットしたグラフを、研磨剤Ｆとして図２に示す。
【００６４】
さらに、表１に示す測定結果において、研磨剤Ａを使用し研磨圧力を２７．６ｋＰａとした実施例５，６および７の研磨速度を、研磨定盤の回転数に対してプロットした。このグラフを、図３に研磨剤Ａとして示す。また比較のために、研磨剤Ｆを使用し研磨圧力を実施例５，６および７と同じ２７．６ｋＰａとした比較例５，６および７の研磨速度を、研磨定盤の回転数に対してプロットしたグラフを、研磨剤Ｆとして図３に示す。
【００６５】
図２および図３のグラフから、以下のことがわかる。すなわち、研磨剤Ａを使用して研磨を行った実施例１〜７によれば、従来からの研磨剤Ｆを使用して研磨を行った比較例１〜７に比べて、研磨速度の線形性が大きい。すなわち、研磨圧力や研磨定盤の回転数を変化させたとき、その変化に比例して研磨速度が変化する度合い（比例度）が大きい。したがって、研磨圧力や研磨定盤、研磨ヘッドの回転数などの研磨条件による研磨速度の制御性が大きくなっている。
【００６６】
実施例１６
研磨剤Ａを使用し、研磨圧力２７．６ｋＰａ、研磨定盤の回転数１２７ｒｐｍ、研磨ヘッドの回転数１２３ｒｐｍで５分間研磨を行った。そして、研磨前後での被研磨面の表面粗さ（Ｒａ）をそれぞれ測定した。測定結果を表２に示す。
【００６７】
比較例８
研磨剤Ｆを使用し実施例８と同じ条件（研磨圧力２７．６ｋＰａ、研磨定盤の回転数１２７ｒｐｍ、研磨ヘッドの回転数１２３ｒｐｍ）で５分間研磨を行った。そして、研磨前後での被研磨面の表面粗さ（Ｒａ）をそれぞれ測定した。測定結果を表２に示す。
【００６８】
【表２】
2011029515.tif 000004
【００６９】
表２の測定結果から、研磨剤Ａを使用した実施例１６では、研磨後の被研磨面が、従来からの研磨剤Ｆを使用した比較例８と同等の表面粗さ（Ｒａ）を有していることがわかる。したがって、研磨剤Ａを使用することで、研磨キズがなく高平坦化された被研磨面が得られることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
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、単結晶シリコンを含む被研磨面を、研磨速度を精密に制御して研磨することができ、研磨キズがなく高平坦化された被研磨面を得ることができる。
【符号の説明】
【００７１】
１…半導体デバイス、２…研磨ヘッド、３…研磨定盤、４…研磨パッド、５…研磨剤、６…研磨剤供給配管。
【図１】
2011029515.tif 000005
【図２】
2011029515.tif 000006
【図３】
2011029515.tif 000007