(57)【要約】【課題】被研磨面への、研磨キズの発生を抑制し、高い研磨速度でＣＭＰを行うことができる研磨剤の製造方法、研磨方法を提供する。【解決手段】酸化セリウム粒子および水を含有するスラリーを所定の噴射圧で噴射する噴射工程と、前記噴射させたスラリーを、衝突前後における前記酸化セリウム粒子の平均一次粒子径の変化率が２０％以内となるように、前記スラリー同士または修正モース硬度が８以上の剛体と衝突させる衝突工程を備える研磨剤の製造方法。【選択図】図１
2015120845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化セリウム粒子および水を含有するスラリーを所定の噴射圧で噴射する噴射工程と、前記噴射させたスラリーを衝突させる衝突工程とを備える研磨剤の製造方法であって、
前記衝突工程は、衝突前後における酸化セリウム粒子の平均一次粒子径の変化率が２０％以内となるように、前記噴射させたスラリーを修正モース硬度が８以上の剛体と衝突させる工程、または前記噴射させたスラリー同士を衝突させる工程を有することを特徴とする研磨剤の製造方法。
【請求項２】
前記スラリーを前記剛体と衝突させる工程における噴射圧は、１００ＭＰａ以上４００ＭＰａ以下である請求項１記載の研磨剤の製造方法。
【請求項３】
前記スラリー同士を衝突させる工程における噴射圧は、１００ＭＰａ以上４００ＭＰａ以下である請求項１記載の研磨剤の製造方法。
【請求項４】
前記研磨剤中の前記酸化セリウム粒子の濃度は０．０１質量％以上５０質量％以下である請求項１〜３のいずれか１項記載の研磨剤の製造方法。
【請求項５】
前記衝突工程後のスラリーを前記噴射工程に再度供給し、前記噴射工程と前記衝突工程を１回以上４０回以下交互に繰り返し行う請求項１〜４のいずれか１項記載の研磨剤の製造方法。
【請求項６】
研磨剤を供給しながら、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項に記載の製造方法で得られた研磨剤を使用することを特徴とする研磨方法。
【請求項７】
請求項６に記載の研磨方法により前記被研磨面を研磨する工程を有することを特徴と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、研磨剤の製造方法、その研磨剤を用いる研磨方法、およびその研磨方法を使用す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、半導体素子の高密度化および高精細化に伴い、より高度な微細加工技術の開発が求められている。従来から、半導体集積回路装置（以下、半導体デバイスともいう。）の製造においては、層表面の凹凸（段差）がリソグラフィの焦点深度を超えて十分な解像度が得られなくなる、などの問題を防ぐために、化学的機械的研磨法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：以下ＣＭＰという。）を用いて、層間絶縁膜や銅埋め込み配線等を平坦化することが行われていた。このようなＣＭＰによる平坦化の重要性は、半導体素子の高精細化や微細化の要求が厳しくなるにしたがってますます増大している。
【０００３】
また近年、半導体デバイスの製造において、半導体素子のより高度な微細化を進めるために、素子分離幅の小さいシャロートレンチによる分離法（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ：以下、ＳＴＩという。）が導入されている。
【０００４】
ＳＴＩは、シリコン基板にトレンチ（溝）を形成し、トレンチ内に絶縁膜を埋め込むことで、電気的に絶縁された素子領域を形成する手法である。ＳＴＩにおいては、まず図１（ａ）に示すように、シリコン基板１の素子領域を窒化ケイ素膜２等でマスクした後、シリコン基板１にトレンチ３を形成し、トレンチ３を埋めるように酸化ケイ素膜４等の絶縁膜を堆積する。次いで、ＣＭＰによって、凹部であるトレンチ３内の酸化ケイ素膜４を残しながら、凸部である窒化ケイ素膜２上の酸化ケイ素膜４を研磨し除去することで、図１（ｂ）に示すように、トレンチ３内に酸化ケイ素膜４が埋め込まれた素子分離構造が得られる。なお、このようなＳＴＩにおけるＣＭＰでは、酸化ケイ素膜４の研磨速度と窒化ケイ素膜２の研磨速度との選択比（二酸化ケイ素膜の研磨速度／窒化ケイ素膜の研磨速度）を十分に高くし、窒化ケイ素膜２が露出した時点で研磨が終了するように構成することで、より平滑な面を得ることができる。
【０００５】
半導体デバイスの製造においては、このようなＳＴＩにおける酸化ケイ素膜の平坦化の他にも、プラズマ−ＣＶＤ（化学気相蒸着）、低圧−ＣＶＤ、スパッタ、電気メッキ等の各種の方法で形成された酸化ケイ素等の絶縁膜やキャパシタ用の強誘電体膜を平坦化するために、フュームドシリカ系、コロイダルシリカ系、アルミナ系、セリア（酸化セリウム）系等の砥粒を含む研磨剤を使用してＣＭＰが行われている。そして、素子の微細化や高精細化の進行に伴い、層間絶縁膜やＳＴＩ用絶縁膜に研磨の際に形成されたキズ（以下、研磨キズという。）は、配線ショート等の原因となり歩留まり低下に繋がるため、ますます大きな問題となっている。
【０００６】
従来から、酸化ケイ素等の絶縁膜を被研磨面とする場合は、シリカ系の砥粒と比較して硬度が低く研磨キズをつけにくいため、高純度の酸化セリウム粒子を含む研磨剤が用いられていた（例えば、特許文献１参照。）。
しかしながら、半導体集積回路のさらなる微細化に対応して、研磨キズ防止の要求はより高度化しており、特許文献１に記載された研磨剤ではこのような要求に対して十分に応えることができなかった。そのため、砥粒である酸化セリウム粒子の粒径をより小さくする提案がなされている（例えば、特許文献２参照。）。しかし、粒径の小さな酸化セリウム粒子を砥粒として使用すると、研磨速度が低下し、研磨作業の効率が著しく悪くなるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１０９８０３号公報
【特許文献２】特開平８−８１２１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、例えば、ＳＴＩ用絶縁膜の平坦化のためのＣＭＰにおいて、被研磨面への研磨キズの発生を抑制し、短時間で研磨することができる研磨剤の製造方法、研磨方法および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】
本発明の研磨剤の製造方法は、酸化セリウム粒子および水を含有するスラリーを所定の噴射圧で噴射する噴射工程と、前記噴射させたスラリーを衝突させる衝突工程を備える研磨剤の製造方法であって、前記衝突工程は、衝突前後における酸化セリウム粒子の平均一次粒子径の変化率が２０％以内となるように、前記噴射させたスラリーを修正モース硬度が８以上の剛体と衝突させる工程、または前記噴射させたスラリー同士を衝突させる工程を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の研磨剤の製造方法において、前記スラリーを前記剛体と衝突させる際の前記噴射圧は、１００ＭＰａ以上４００ＭＰａ以下であることが好ましい。
【００１１】
本発明の研磨剤の製造方法において、前記スラリー同士を衝突させる際の前記噴射圧は、１００ＭＰａ以上４００ＭＰａ以下であることが好ましい。
【００１２】
また、前記研磨剤中の前記酸化セリウム粒子の濃度は０．０１質量％以上５０質量％以下であることが好ましい。
【００１３】
また、前記衝突工程後の前記スラリーを前記噴射工程に供給し、前記噴射工程と前記衝突工程を１回以上４０回以下交互に繰り返し行うことが好ましい。
【００１４】
本発明の研磨方法は、研磨剤を供給しながら、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方法であって、前記研磨剤として前記本発明の製造方法で製造された研磨剤を使用することを特徴とする。
【００１５】
本発明の半導体集積回路装置の製造方法は、前記本発明の研磨方法により前記被研磨面を研磨する工程を有することを特徴とする。
【００１６】
本発明において、「被研磨面」とは、研磨対象物の研磨される面であり、例えば表面を意味する。半導体デバイスの製造においては、製造過程で現れる中間段階の基板表面を含んで「被研磨面」という。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の研磨剤および研磨方法によれば、半導体デバイスの酸化ケイ素、炭素を含む酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化窒化ケイ素、炭化ケイ素、アモルファスシリコン、ポリシリコン等の膜を含む被研磨面への研磨キズの発生を抑制し高い研磨速度で研磨することができる。そして、例えば、ＳＴＩ用絶縁膜の平坦化を、研磨キズの発生を抑制しつつ高速で行うことができ、半導体デバイスの製造効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ＳＴＩにおいて、ＣＭＰにより研磨する方法を示す半導体基板の断面図である。
【図２】本発明の製造方法に使用可能な噴射衝突装置の一例を示す図である。
【図３】本発明の製造方法に使用可能な噴射衝突装置の他の例を示す図である。
【図４】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。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、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。
【００２０】
（研磨剤の製造方法）
本発明の研磨剤の製造方法は被研磨面を化学的機械的に研磨するために好適な研磨剤を製造する方法であり、酸化セリウム粒子および水を含有するスラリーを所定の圧力で噴射する噴射工程と、噴射したスラリーを特定の硬度を有する剛体と衝突させる、または噴射したスラリー同士を衝突させる衝突工程を備えている。
【００２１】
本発明の研磨剤の製造方法では、まず以下に示す（１）〜（３）の方法で酸化セリウム粒子、または酸化セリウム粒子を含むスラリーを製造する。これらの方法で得られた酸化セリウム粒子、を含むスラリー、または（１）〜（３）の方法で得られたスラリーに対して、噴射工程および衝突工程を施す。
【００２２】
（酸化セリウム粒子の製造方法）
本発明の製造方法に用いられる酸化セリウム粒子は、以下に示す方法で得ることができる。
（１）硝酸セリウム（ＩＩＩ）水溶液にアンモニア水溶液等のアルカリを加えて水酸化セリウムゲルを生成した後、加熱処理を行うことで酸化セリウム粒子を含むスラリーが得られる。このようにして得られたスラリーを、ろ過、洗浄、乾燥して酸化セリウム粉末を得ることができる。
（２）硝酸セリウム（ＩＶ）アンモニウム水溶液にアンモニア水溶液等のアルカリを加えて水酸化セリウムゲルを生成した後、化学的に酸化して酸化セリウム粒子を含むスラリーが得られる。このようにして得られたスラリーを、ろ過、洗浄、乾燥して酸化セリウム粉末を得ることができる。
（３）液中でセリウム（ＩＩＩ）塩を化学的に酸化して、酸化セリウム粒子を含むスラリーを得る。このようにして得られたスラリーを、ろ過、洗浄、乾燥して酸化セリウム粉末を得ることができる。
【００２３】
（分散媒体）
本発明のスラリーは、酸化セリウム粒子を分散する媒体として、水を含有する。水については特に制限はないが、他の添加剤に対する影響、不純物の混入、ｐＨ等への影響を防止する観点から、純水、超純水、イオン交換水等が好ましい。水の含有量は、スラリー全体に対して５０質量％以上９９．９質量％以下の割合が好ましく、６０質量％以上９９．８質量％以下がさらに好ましい。そして、酸化セリウム粒子の含有割合は、研磨の効率と粒子の凝集防止の観点から、スラリーの全体に対して０．１質量％以上５０質量％以下とすることが好ましく、０．２質量％以上４０質量％以下がより好ましい。
【００２４】
本発明のスラリーは、例えば上記（１）〜（３）で得られた酸化セリウム粒子に、上記した好ましい量の水を添加することで調製することができる。また、必要に応じて、後述するｐＨ調整剤、分散剤等を添加してもよい。あるいは、上記（１）〜（３）で酸化セリウム粉末を得る前に生成されたスラリーを、本発明のスラリーとして使用することもできる。
【００２５】
（噴射衝突処理）
次に噴射衝突処理について説明する。本発明では、図２または図３に示す装置を用いてスラリーに対して噴射工程および衝突工程を行う。図２および図３は、それぞれ本発明の製造方法に用いる噴射衝突装置１０，２０を概略的に示す図である。図２に示す噴射衝突装置１０は、噴射させたスラリーを修正モース硬度が８以上の剛体と衝突させる工程に用いられる装置であり、図３に示す噴射衝突装置２０は、噴射させたスラリー同士を衝突させる工程に用いられる装置である。各図において共通する機能を有する構成には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００２６】
図２に示す噴射衝突装置１０は、スラリーが内部に噴射されるチャンバ１１と、スラリーを噴出させるノズル１２と、スラリーを加圧してノズル１２に供給する加圧供給装置１３と、チャンバ内に配置された剛体１４とを備えている。噴射衝突装置１０において、噴射衝突処理を施されたスラリーは、チャンバ１１から排出された後、再度加圧供給装置１３で加圧され、チャンバ１１内に供給できるように構成されている。また、噴射衝突処理を施されたスラリーは、導出管１５を介して回収される。なお、符号１６、１７はバルブであり、チャンバ１１から、スラリーを加圧供給装置１３へ循環させる流路と、噴射衝突処理の施されたスラリーを導出管１５へ供給する流路の切り替えを行う。
【００２７】
剛体１４は、修正モース硬度が８以上、好ましくは９以上であり、その形状は特に限定されず、球状、円柱状、ブロック状等が挙げられる。また、剛体１４の大きさについても特に限定されない。剛体１４は、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ジルコニア、ダイヤモンド等で構成されたものが用いられる。剛体１４としては、硬度が高く、チッピングやコンタミネーションの可能性が低いものが好ましい。剛体１４は、用いられる噴射衝突装置１０の仕様や衝突条件等によって適宜選択することができる。
【００２８】
また、図３に示す噴射衝突装置２０は、加圧供給装置２２からそれぞれ分岐した２つの流路をチャンバ２１内に備え、両流路の端に相互に対向する向きに設けたノズル２３，２４からそれぞれの流路を加圧されて流通してきたスラリー同士を高圧で噴出させて斜向衝突させる。
【００２９】
衝突工程では、図２または図３に示す噴射衝突装置１０、２０を用い、スラリーと剛体１４またはスラリー同士を衝突させることで、噴射されたスラリーの運動エネルギーを熱エネルギーに変換し、発生した熱エネルギーによりスラリー中の酸化セリウム粒子を加熱する。その結果、得られる酸化セリウムの表面状態が変化し、当該酸化セリウムを含む研磨剤を用いた場合には、ＳＴＩにおける二酸化ケイ素膜を研磨したときに、酸化セリウム粒子の粒径が小さい場合にも十分に高い研磨速度が得られ、研磨キズの発生が少なくなる。また、衝突工程を経ることで、スラリーの分散性を向上させる効果もある。加熱により研磨速度が向上する理由は必ずしも明らかではないが、酸化セリウム粒子のＯＨ基が減少するためであると考えられる。
【００３０】
衝突工程前後における酸化セリウム粒子の一次粒子径の変化率は、２０％以内、好ましくは１０％以内である。酸化セリウム粒子の一次粒子径を変化（減少）させずに衝突処理を行うことで、本発明の研磨剤により十分な研磨速度を得ることが可能である。
【００３１】
噴射圧は、噴射衝突装置１０を用い、スラリーと剛体１４を衝突させる場合には、加圧供給装置２３の加圧力は、好ましくは１００ＭＰａ以上４００ＭＰａ以下、より好ましくは１５０ＭＰａ以上２５０ＭＰａ以下である。また、噴射圧は、噴射衝突装置２０を用い、スラリー同士を衝突させる場合には、加圧供給装置３３の加圧力として、好ましくは１００ＭＰａ以上４００ＭＰａ以下、より好ましくは１５０ＭＰａ以上２５０ＭＰａ以下である。加圧力が上記した範囲であることで、衝突による酸化セリウム粒子の粒子径変化を抑制し、粒子の加熱に十分なエネルギーが得られるため、二酸化ケイ素に対する十分に大きな研磨速度が得られ、かつ研磨キズが発生しにくい。
【００３２】
また、衝突後のスラリーを噴射工程に供給し、再度噴射工程および衝突工程を行うことが好ましい。この場合、噴射工程および衝突工程は、複数回にわたって繰り返すことが好ましく、繰り返し回数は、１回以上４０回以下が好ましく、１回以上３０回以下であることがより好ましく、１回以上１５回以下がさらに好ましい。繰り返し回数を１回以上４０回以下とすることで得られる研磨剤は、二酸化ケイ素に対する十分に大きな研磨速度を有し、かつ研磨キズを発生させにくい。
【００３３】
上記した噴射衝突装置１０，２０としては、湿式ジェットミルが好適であり、例えば、株式会社常光社製のＪＮシリーズ、吉田工業株式会社製の超高圧湿式微粒化装置、株式会社エフプランニング社製の湿式超微粒子化装置リモーダーシリーズ、アドバンスト・ナノ・テクノロジィ株式会社製の湿式微粒化装置、株式会社スギノマシン社製のスターバーストシリーズ、ナノマイザー株式会社製の湿式微粒化装置ナノマイザーシリーズ、リックス株式会社製のＧ−Ｓｍａｓｈｅｒシリーズ等を用いることができる。
【００３４】
本発明の研磨剤中の水の含有量は、研磨剤全体に対して５０質量％以上９９．９質量％以下の割合が好ましく、７０質量％以上９９．９質量％以下がより好ましく、９０質量％以上９９．９質量％以下がさらに好ましい。研磨剤中の、酸化セリウム粒子の含有割合は、研磨の効率と粒子の凝集防止の観点から、研磨剤の全体に対して０．１質量％以上５０質量％以下とすることが好ましく、０．１質量％以上３０質量％以下がより好ましく、０．１質量％以上１０質量％以下が特に好ましい。スラリー中の水の含有量が上記した好ましい範囲内であれば、噴射衝突処理を施したスラリーをそのまま研磨剤として用いることができる。また、スラリーに対し噴射衝突処理を行った後必要に応じて、水を添加することで研磨剤中の水の含有量を上記した好ましい量とすることができる。
【００３５】
また、研磨剤中の酸化セリウム粒子の結晶子径ＸＳは、２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下であることが好ましい。ここで、結晶子径ＸＳは、Ｘ線回折装置により酸化セリウム粒子のＸ線回折スペクトルを測定し、得られたスペクトルにおいて、（１１１）面の半値幅を求め、その値から以下に記載するScherrerの式より算出される。
結晶子径（ｎｍ）＝（Scherrer定数×Ｘ線波長（ｍ））／（半値幅（２θ）×ｃｏｓ回折角）／１０
なお、Scherrer定数としては０．９４が用いられる。
研磨剤中の結晶子径ＸＳが２０ｎｍ以上６０ｎｍ以下の場合には、二酸化ケイ素に対する十分に高い研磨速度が得られ、かつ研磨キズの発生も抑制される。酸化セリウム粒子の結晶子径ＸＳは、３０ｎｍ以上６０ｎｍ以下が好ましく、４０ｎｍ以上６０ｎｍ以下がより好ましい。
【００３６】
さらに、前記研磨剤中の酸化セリウム粒子の平均一次粒子径Ｄは、３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましく、６０ｎｍ以上１００ｎｍ以下がより好ましい。平均一次粒子径Ｄが３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の場合には、十分な研磨速度が得られ、かつ被研磨面にスクラッチなどの研磨キズの発生を抑制する。なお、平均一次粒子径Ｄが３０ｎｍ未満の場合には、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。ここで、平均一次粒子径Ｄは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による観察から得られる粒子径であり、ＳＥＭにより得られた酸化セリウム粒子の画像を画像解析し、数平均粒子径を算出することで求めたものである。
【００３７】
また、酸化セリウム粒子は、このような結晶子径ＸＳと平均一次粒子径Ｄとの比ＸＳ／Ｄが０．４以上１．０以下であることが好ましい。この比の値ＸＳ／Ｄは、酸化セリウムの単結晶の度合い（単結晶性）を示し、１に近づく程単結晶の度合いが高くなるので、二酸化ケイ素に対する十分に大きな研磨速度が得られる。
【００３８】
（ｐＨ）
本発明の研磨剤のｐＨは、３．５以上１１以下であることが好ましく、３．５以上１０以下の範囲がさらに好ましい。ｐＨが３以下の場合は研磨速度が著しく低下する。また、ｐＨが１１を超えると、砥粒である酸化セリウム粒子の分散安定性を維持することが難しい。研磨剤のｐＨが３．５以上１１以下の範囲では、酸化セリウム粒子の分散安定性が良好であり、かつ高い研磨速度が得られる。
【００３９】
本発明の研磨剤は、ｐＨを前記した所定の範囲に調整するためのｐＨ調整剤として種々の無機酸または無機酸塩を含有してもよい。無機酸または無機酸塩としては、特に制限するものではないが、例えば硝酸、硫酸、塩酸、リン酸、ホウ酸、炭酸およびそれらのアンモニウム塩、またはカリウム塩等を用いることができる。
【００４０】
また、本発明の研磨剤は、ｐＨ調整剤として、種々の塩基性化合物を含有してもよい。塩基性化合物は水溶性であることが好ましいが、特に限定されない。例えば、アンモニア、水酸化カリウム、およびテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）やテトラエチルアンモニウムヒドロキシド等の４級アンモニウムヒドロキシド等を用いることができる。
【００４１】
本発明の研磨剤には、上記成分以外の他の成分を含有させることができる。他の成分としては、分散剤など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り、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。上述したスラリーがｐＨ調整剤や分散剤を含有する場合には、研磨剤中のｐＨ調整剤や分散剤は、当該スラリーに含有されるものであってもよく、噴射衝突処理を行った後にｐＨ調整剤や分散剤を添加してもよい。
【００４２】
＜研磨方法および研磨装置＞
本発明の研磨剤を用いて、半導体デバイスの酸化ケイ素、炭素を含む酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化窒化ケイ素、炭化ケイ素、アモルファスシリコン、ポリシリコン等の膜を含む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ながら、前記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を行う方法が好ましい。
【００４３】
上記研磨方法において、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４は、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。
この研磨装置３０は、半導体デバイス３１を保持する研磨ヘッド３２と、研磨定盤３３と、研磨定盤３３の表面に貼り付けられた研磨パッド３４と、研磨パッド３４に研磨剤３５を供給する研磨剤供給配管３６とを備えている。研磨剤供給配管３６から研磨剤３５を供給しながら、研磨ヘッド３２に保持された半導体デバイス３１の被研磨面を研磨パッド３４に接触させ、研磨ヘッド３２と研磨定盤３３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。
【００４４】
研磨ヘッド３２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３３および研磨パッド３４は、半導体デバイス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３１の被研磨面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３３および研磨パッド３４は回転運動を行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。
【００４５】
このような研磨装置３０の研磨条件には特に制限はないが、研磨ヘッド３２に荷重をかけて研磨パッド３４に押し付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０．５ｋＰａ以上５０ｋＰａ以下程度が好ましく、研磨速度における半導体デバイス３１の被研磨面内の均一性、平坦性、スクラッチなどの研磨欠陥防止の観点から、３ｋＰａ以上４０ｋＰａ以下程度がより好ましい。研磨定盤３３および研磨ヘッド３２の回転数は、５０ｒｐｍ以上５００ｒｐｍ以下程度が好ましいがこれに限定されない。また、研磨剤３５供給量については、研磨剤の組成や上記各研磨条件等により適宜調整される。
【００４６】
研磨パッド３４としては、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３４への研磨剤３５の供給を促進し、あるいは研磨パッド３４に研磨剤３５が一定量溜まるようにするために、研磨パッド３４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。また、必要に応じて、パッドコンディショナーを研磨パッド３４の表面に接触させて、研磨パッド３４表面のコンディショニングを行いながら研磨してもよい。
【００４７】
本発明の研磨方法によれば、半導体デバイスの製造における層間絶縁膜の平坦化やＳＴＩ用絶縁膜の平坦化等のＣＭＰ処理において、酸化ケイ素からなる被研磨面を高い研磨速度で研磨することができる。また、被研磨面への研磨キズの発生を抑制し、高い歩留まりで半導体デバイスを得ることができる。
【実施例】
【００４８】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の記載に限定されるものではない。例１〜７は本発明の実施例であり、例８は比較例である。
以下の例において、「％」は、特に断らない限り質量％を意味する。また、砥粒濃度、酸化セリウム粒子の平均一次粒子径Ｄ、平均二次粒子径および結晶子径ＸＳは、それぞれ下記の方法により測定した。
【００４９】
（砥粒濃度）
砥粒濃度は、水分計（島津製作所製、商品名：ＭＯＣ−１２０Ｈ）を使用して測定した。
【００５０】
（平均一次粒子径）
平均一次粒子径Ｄは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）（日立ハイテクノロジーズ社製、装置名：Ｓ−４８００）により得られた酸化セリウム粒子の画像を、画像解析ソフト（マウンテック社製、商品名：Ｍａｃ−Ｖｉｅｗ  ｖｅｒ．３．５）を用い解析して求めた。粒子の画像を円と近似して解析を行い、画像内の粒子５０個の粒子径を測定し、個数平均により得られた値を平均一次粒子径Ｄとした。
【００５１】
（結晶子径）
結晶子径ＸＳは、Ｘ線回折装置（リガク社製、装置名：ＴＴＲ−ＩＩＩ）によりＸ線回折スペクトルを測定し、得られた（１１１）面の半値幅から、下記の式より算出した。
結晶子径ＸＳ（ｎｍ）＝（Scherrer定数×Ｘ線波長（ｍ））／（半値幅（２θ）×ｃｏｓ回折角）／１０
【００５２】
また、例１〜７の研磨剤の調製において、湿式ジェットミルはスギノマシン社製のスターバーストミニ（装置名）を使用した。
【００５３】
例１
コロイダルセリアＨＣ６０（商品名、ローディア社製、砥粒濃度：３０％、平均一次粒子径：８５ｎｍ、）５００ｇに対して、上記した湿式ジェットミルを使用して圧力を２００ＭＰａに設定して噴射衝突処理を１回行った。こうして得られたスラリー（１）の４１．６ｇに水４９５８．４ｇを加えて混合し、砥粒濃度を０．２５％に調整した研磨剤（１）とした。
【００５４】
また、前記スラリー（１）を７０℃で３日間、再乾燥して酸化セリウム粒子を得た。こうして得られた酸化セリウム粒子の平均一次粒子径Ｄ、結晶子径ＸＳを、それぞれ上記方法で測定した。測定結果を表１に示す。
【００５５】
例２
例１と同様のコロイダルセリア５００ｇに対して、湿式ジェットミルを使用して例１と同様の条件で、噴射衝突処理を５回行った。こうして得られたスラリー（２）の４１．６ｇに水４９５８．４ｇを加えて混合し、砥粒濃度を０．２５％に調整した研磨剤（２）とした。
【００５６】
また、前記スラリー（２）を７０℃で３日間、再乾燥して酸化セリウム粒子を得た。こうして得られた酸化セリウム粒子の平均一次粒子径Ｄ、結晶子径ＸＳを、それぞれ上記方法で測定した。測定結果を表１に示す。
【００５７】
例３
例１と同様のコロイダルセリア５００ｇに対して、湿式ジェットミルを使用して例１と同様の条件で、噴射衝突処理を１０回行った。こうして得られたスラリー（３）の４１．６ｇに水４９５８．４ｇを加えて混合し、砥粒濃度を０．２５％に調整した研磨剤（３）とした。
【００５８】
また、前記スラリー（３）を７０℃で３日間、再乾燥して酸化セリウム粒子を得た。こうして得られた酸化セリウム粒子の平均一次粒子径Ｄ、結晶子径ＸＳを、それぞれ上記方法で測定した。測定結果を表１に示す。
【００５９】
例４
例１と同様のコロイダルセリア５００ｇに対して、湿式ジェットミルを使用して例１と同様の条件で、噴射衝突処理を３０回行った。こうして得られたスラリー（４）の４１．６ｇに純水４９５８．４ｇを加えて混合し、砥粒濃度を０．２５％に調整した研磨剤（４）とした。
【００６０】
また、前記スラリー（４）を７０℃で３日間、再乾燥して酸化セリウム粒子を得た。こうして得られた酸化セリウム粒子の平均一次粒子径Ｄ、結晶子径ＸＳを、それぞれ上記方法で測定した。測定結果を表１に示す。
【００６１】
例５
コロイダルセリア（ローディア社製、商品名：ＨＣ６０、砥粒濃度：０．２５％、平均一次粒子径：８５ｎｍ）５０００ｇに対して、湿式ジェットミルを使用し、圧力を２００ＭＰａに設定して噴射衝突処理を５回行い、研磨剤（５）を調製した。
【００６２】
また、研磨剤（５）を７０℃で３日間、再乾燥して酸化セリウム粒子を得た。こうして得られた酸化セリウム粒子の平均一次粒子径Ｄ、結晶子径ＸＳを、それぞれ上記方法で測定した。測定結果を表１に示す。
【００６３】
例６
コロイダルセリア（ローディア社製、商品名：ＨＣ６０、粒濃度：０．１％、平均一次粒子径：８５ｎｍ）５０００ｇに対して、湿式ジェットミルを使用して例１と同様の条件で、噴射衝突処理を５回行い、研磨剤（６）を調製した。研磨剤（６）を７０℃で３日間乾燥して酸化セリウム粒子を得た後、得られた酸化セリウム粒子の平均一次粒子径Ｄ、結晶子径ＸＳを、それぞれ上記方法で測定した。測定結果を表１に示す。
【００６４】
例７
例1と同様のコロイダルセリア５００ｇに対して、湿式ジェットミルを用いて圧力を１００Ｍｐａに設定して噴射衝突処理を５回行った。こうして得られたスラリー（７）の４１．６ｇに水４９５８．４ｇを加えて混合し、砥粒濃度を０．２５％に調整した研磨剤（７）とした。また、研磨剤（７）を７０℃で３日間乾燥して酸化セリウム粒子を得た後、得られた酸化セリウム粒子の平均一次粒子径Ｄ、結晶子径ＸＳを、それぞれ上記方法で測定した。測定結果を表１に示す。
【００６５】
例８
例1と同様のコロイダルセリア４１．６ｇに水４９５８．４ｇを加えて混合し、砥粒濃度を０．２５％に調整した研磨剤（８）とした。また、研磨剤（８）を７０℃で３日間乾燥して酸化セリウム粒子を得た後、得られた酸化セリウム粒子の平均一次粒子径Ｄ、結晶子径ＸＳを、それぞれ上記方法で測定した。測定結果を表１に示す。
【００６６】
次に、例１〜８で得られた研磨剤（１）〜（８）の研磨特性を、以下に示す方法で評価した。評価結果を表１に示す。
【００６７】
（研磨特性の評価）
研磨特性を評価するために、研磨速度を測定する実験を行った。
＜被研磨物＞
パターン化された被研磨物として、ＳＴＩパターンウェハ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ＳＥＭＡＴＥＣＨ社製、商品名：８６４ＣＭＰ０００）を用いた。ウェハサイズは８インチであり、ウェハには、ＳＴＩのパターンを模した、パターン幅が０．５μｍ以上５００μｍ以下、パターン密度が１０以上９０％以下程度の複数のストライプパターンが、パターン間隔１００μｍで形成されている。このＳＴＩパターンウェハにおいて、アクティブ領域上にマスクとして形成されたＳｉＮ膜の膜厚は９０ｎｍ、トレンチの深さは３５０ｎｍである。ウェハ全面は、テトラエトキシシランを原料にしてプラズマＣＶＤで成膜された、膜厚が５００ｎｍの二酸化ケイ素膜で覆われている。
【００６８】
＜研磨機および研磨条件＞
研磨機としては、全自動ＣＭＰ装置（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製、装置名：Ｍｉｒｒａ）を使用した。研磨パッドとしては、２層パッド（Ｒｏｄｅｌ社製、商品名：ＩＣ−１４００のＫ−ｇｒｏｏｖｅ）を使用し、ダイヤモンドディスク（３Ｍ社製、商品名：Ａ１６５）を用いてコンディショニングを行った。そして、研磨剤の供給速度を２００ｃｍ３／分、研磨定盤の回転数を７７ｒｐｍ、研磨圧を３ｐｓｉとして、２分間研磨を行った。
【００６９】
研磨速度の測定は、光学式膜厚計（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製、装置名：ＵＶ−１２８０ＳＥ）を使用して、上記被研磨物であるＳＴＩパターンウェハの下記部分の膜厚を測定することにより行った。すなわち、前記したＳＴＩパターンウェハにおける、幅５０μｍのトレンチ領域と幅５０μｍのアクティブ領域（素子領域）からなるパターン形成部のアクティブ領域（素子領域）部分の二酸化ケイ素膜の研磨前後の膜厚から、以下の式により研磨速度を算出した。
研磨速度Ｖ（ｎｍ／分）＝（研磨前の膜厚（ｎｍ）−２分研磨後の膜厚（ｎｍ））／２分
【００７０】
【表１】
2015120845.tif 000003
【００７１】
表１の結果から、湿式ジェットミルの処理前後で平均１次粒子径Ｄ及び結晶子径ＸＳに変化が無いことが分かった。また湿式ジェットミル処理を行った例１〜７の研磨剤では、例８の未処理の研磨剤に比べて研磨速度Ｖが大きいことが分かった。
【００７２】
また、表１に示した各砥粒の単結晶の度合いを下記のように求めた。各例における単結晶の度合いＸＳ／Ｄを表２に示す。
単結晶の度合い＝結晶子径ＸＳ／平均一次粒子径Ｄ
【表２】
2015120845.tif 000004
【００７３】
表２より、例１〜７で得られた研磨剤中の酸化セリウム粒子は、上記した単結晶の度合いＸＳ／Ｄが０．４以上１以下の範囲であった。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明によれば、被研磨面への、研磨キズの発生を抑制し、高い研磨速度で研磨することができる。したがって、例えば、ＳＴＩ用絶縁膜の平坦化を、研磨キズの発生を抑制しつつ高速で行うことができ、半導体デバイスの製造効率を高めることができる。
【符号の説明】
【００７５】
１…シリコン基板、２…窒化ケイ素膜、３…トレンチ、４…酸化ケイ素膜、１０，２０…噴射衝突装置、１１，２１…チャンバ、１２，２３，２４…ノズル、１３，２２…加圧供給装置、１４…剛体、１５…導出管、１６，１７…バルブ、３０…研磨装置、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、３６…研磨剤供給配管。
【図１】
2015120845.tif 000005
【図２】
2015120845.tif 000006
【図３】
2015120845.tif 000007
【図４】
2015120845.tif 000008