(57)【要約】【課題】層間絶縁膜を平坦化するＣＭＰ研磨剤において、表面張力を低下させることができるＣＭＰ研磨剤を提供する。【解決手段】酸化セリウム粒子、分散剤及び溶媒が少なくとも１種類以上の有機溶媒から選ばれるＣＭＰ研磨剤。【選択図】　　　なし。【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化セリウム粒子、分散剤及び溶媒が少なくとも１種類以上の有機溶媒から選ばれるＣＭＰ研磨剤。
【請求項２】
酸化セリウム粒子、分散剤及び溶媒を含むＣＭＰ研磨剤において、溶媒の比重が０．７ｇ／ｃｍ３以上１．０ｇ／ｃｍ３未満である請求項１記載のＣＭＰ研磨剤。
【請求項３】
酸化セリウム粒子、分散剤及び溶媒を含むＣＭＰ研磨剤において溶媒の表面張力が２０．０ｍＮ／ｍ〜３０．０ｍＮ／ｍである請求項１又は２記載のＣＭＰ研磨剤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子製造技術である基板表面の平坦化工程等において使用されるＣＭＰ研磨剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在の超々大規模集積回路では、実装密度を高める傾向にあり、種々の微細加工技術が研究、開発されている。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の要求を満足するために開発されている技術の一つにＣＭＰ（ケミカルメカニカルポリッシング）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、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無機絶縁膜層を平坦化するためのＣＭＰ研磨剤として、フュームドシリカ系の研磨剤が一般的に検討されていた。しかし、フュームドシリカ系の研磨剤は、無機絶縁膜の研磨速度が十分な速度をもたない。また、研磨傷も多く酸化珪素膜と窒化珪素膜の研磨速度比が小さいという技術課題があった。
【０００４】
また、層間膜を平坦化するＣＭＰ技術では、層間膜の途中で研磨を終了する必要があり、研磨量の制御を研磨時間で行うプロセス管理方法が一般的に行われている。しかし、パターン段差形状の変化だけでなく、研磨布の状態等でも、研磨速度が顕著に変化してしまうため、プロセス管理が難しいという問題があった。
【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、酸化セリウム研磨剤が用いられている。酸化セリウム粒子はシリカ粒子やアルミナ粒子に比べ硬度が低いため、被研磨膜表面に傷が入りにくい。
【０００６】
しかし、上記に記載した研磨剤は溶媒として水を使用しているために表面張力が約７０×ｍＮ／ｍと大きく、被研磨面に対するぬれ性に乏しく十分な研磨速度を得ることができず、表面張力を低下させるためには、表面張力低下能を有する界面活性剤を添加するか、分散剤に表面張力低下能を有するものを使用する必要があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、酸化セリウム粒子、分散剤及び溶媒が少なくとも１種類以上の有機溶媒から選ばれ、酸化珪素膜絶縁膜等の被研磨面を傷なく高速に研磨することが可能なＣＭＰ研磨剤を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記のものに関する。
（１）酸化セリウム粒子、分散剤及び溶媒が少なくとも１種類以上の有機溶媒から選ばれるＣＭＰ研磨剤。
（２）酸化セリウム粒子、分散剤及び溶媒を含むＣＭＰ研磨剤において、溶媒の比重が０．７ｇ／ｃｍ３以上１．０ｇ／ｃｍ３未満である（１）に記載のＣＭＰ研磨剤。
（３）酸化セリウム粒子、分散剤及び溶媒を含むＣＭＰ研磨剤において溶媒の表面張力が２０．０ｍＮ／ｍ〜３０．０ｍＮ／ｍである（１）〜（２）に記載のＣＭＰ研磨剤。
【０００９】
【発明の実施の形態】
一般に酸化セリウム粒子は、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、しゅう酸塩のセリウム化合物を酸化することによって得られる。ＴＥＯＳ−ＣＶＤ法等で形成される酸化珪素膜の研磨に使用する酸化セリウム粒子は、その製造方法を限定するものではないが、酸化セリウム結晶子径は５ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが好ましい。また、半導体チップ研磨に使用することから、アルカリ金属及びハロゲン類の含有率は酸化セリウム粒子中１０ｐｐｍ以下に抑えることが好ましい。
【００１０】
本発明において、酸化セリウム粉末を作製する方法として焼成または過酸化水素等による酸化法が使用できる。焼成温度は３５０℃以上９００℃以下が好ましい。
上記の方法により製造された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、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。ジェットミルは例えば化学工業論文集第６巻第５号（１９８０）５２７〜５３２頁に説明されている。
【００１１】
本発明におけるＣＭＰ研磨剤は、例えば、上記の特徴を有する酸化セリウム粒子と分散剤及び少なくとも１種類以上の有機溶媒によって得られる。ここで、酸化セリウム粒子の濃度に制限はないが、分散液の取り扱いやすさから０．５重量％以上２０重量％以下の範囲が好ましい。分散剤としては、水溶性陰イオン性分散剤、水溶性非イオン性分散剤、水溶性陽イオン性分散剤、水溶性両性分散剤から選ばれた少なくとも１種類を含む２種類以上の分散剤を使用する。水溶性陰イオン性分散剤としては、例えば、ラウリル硫酸トリエタノールアミン、ラウリル硫酸アンモニウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸トリエタノールアミン等が挙げられるが、後述するアニオン系水溶性高分子を用いてもよい。水溶性非イオン性分散剤としては、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレン高級アルコールエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレン誘導体、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタントリステアレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレエート、ポリオキシエチレンソルビタントリオレエート、テトラオレイン酸ポリオキシエチレンソルビット、ポリエチレングリコールモノラウレート、ポリエチレングリコールモノステアレート、ポリエチレングリコールジステアレート、ポリエチレングリコールモノオレエート、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油、アルキルアルカノールアミド等が挙げられ、水溶性陽イオン性分散剤としては、例えば、ココナットアミンアセテート、ステアリルアミンアセテート等が挙げられ、水溶性両性分散剤としては、例えば、ラウリルベタイン、ステアリルベタイン、ラウリルジメチルアミンオキサイド、２−アルキル−Ｎ−カルボキシメチル−Ｎ−ヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタイン等が挙げられる。これらの分散剤添加量は、分散性及び沈降防止、さらに研磨傷と分散剤添加量との関係から酸化セリウム粒子１００重量部に対して、０．０１重量部以上２．０重量部以下の範囲が好ましい。
これらの酸化セリウム粒子を溶媒中に分散させる方法としては、通常の攪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。
【００１２】
また、溶媒としては、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、ｓｅｃ−ブチルアルコール、ｔ−ブチルアルコール等のアルコール類、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン等の炭化水素類の他、エーテル類、ケトン類、エステル類等が挙げられる。これらの有機化合物を少なくとも１種類を含み、２種類以上を混合してもよい。
【００１３】
溶媒の比重は、溶媒温度２５℃において０．７ｇ／ｃｍ３以上１．０ｇ／ｃｍ３未満であることが好ましい。溶媒の比重が１．０ｇ／ｃｍ３以上では、パッド表面のＣＭＰ研磨剤濃度分布が均等にならない傾向があり、溶媒の比重が０．７ｇ／ｃｍ３より小さいと、溶媒が揮発しやすく研磨特性が不安定となる傾向がある。比重の測定方法としては、標準比重計を用いた測定法等が挙げられる。
【００１４】
溶媒の表面張力は、溶媒温度２５℃において２０．０ｍＮ／ｍ〜３０．０ｍＮ／ｍであることが好ましく、２０．０ｍＮ／ｍ〜２４．０ｍＮ／ｍであることがより好ましい。溶媒の表面張力が３０．０ｍＮ／ｍより大きいと、パッド表面のＣＭＰ研磨剤濃度分布が均等にならない傾向があり、溶媒の表面張力が２０．０ｍＮ／ｍより小さいと、研磨速度が低くなる傾向がある。表面張力測定方法としては、デュヌイによる円環法やウィルヘルミーによる垂直平板法等が挙げられる。
【００１５】
基板として、半導体基板すなわち回路素子と配線パターンが形成された段階の半導体基板、回路素子が形成された段階の半導体基板等の半導体基板上に酸化珪素膜層あるいは窒化珪素膜層が形成された基板が使用できる。このような半導体基板上に形成された酸化珪素膜層あるいは窒化珪素膜層を上記ＣＭＰ研磨剤で研磨することによって、酸化珪素膜層表面の凹凸を解消し、半導体基板全面にわたって平滑な面とすることができる。
【００１６】
本発明のＣＭＰ研磨剤は、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、ポリシリコン、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｔａ、ＴａＮ等を主として含有する膜、フォトマスク・レンズ・プリズム等の光学ガラス、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。
【００１７】
【実施例】
実施例１
（酸化セリウム粒子の作製）
炭酸セリウム水和物２ｋｇをアルミナ製容器に入れ、空気中８００℃で２時間焼成することにより黄白色の粉末を約１ｋｇ得た。この酸化セリウム粉末１ｋｇを用いてジェットミルで乾式粉砕を行い、酸化セリウム粒子を得た。
【００１８】
（酸化セリウムスラリー１の作製および絶縁膜層の研磨）
上記作製の酸化セリウム粒子５００ｇとポリアクリル酸アンモニウム塩水溶液（４０重量％）２３ｇとイソプロピルアルコール７１９７ｇを混合し、撹拌しながら超音波分散を１０分間施した。標準比重計を用いて測定したところ、イソプロピルアルコールの２５℃での比重は０．７８６ｇ／ｃｍ３であった。また、表面張力測定装置（ＴＯＭＢＯ　ＢＯＲＬ、古河製作所製）を用いたデュヌイによる円環法で測定したところ、イソプロピルアルコールの２５℃での表面張力は２１．７ｍＮ／ｍであった。得られたスラリーを１ミクロンフィルターでろ過し、５ｗｔ％のＣＭＰ研磨剤を得た。酸化セリウム粒子の平均粒子径をＭＡＬＶＥＲＮ社製の粒度分布計ＭＡＳＴＥＲＳＩＺＥＲを用いて測定したところ、平均粒子径は０．２０μｍであった。上記スラリーを用いて８インチウエハ上の酸化珪素膜を研磨（定盤回転数：５０ｒｐｍ、研磨荷重：３０ｋＰａ、研磨剤供給量：２００ｍｌ／分）した結果、酸化珪素膜の研磨速度は６７０ｎｍ／分であった。
【００１９】
（酸化セリウムスラリー２の作製）
上記作製の酸化セリウム粒子５００ｇとポリアクリル酸アンモニウム塩水溶液（４０重量％）２３ｇと脱イオン水７１９７ｇを混合し、撹拌しながら超音波分散を１０分間施した。標準比重計を用いて測定したところ、脱イオン水の２５℃での比重は１．０００ｇ／ｃｍ３であった。また、表面張力測定装置（ＴＯＭＢＯ　ＢＯＲＬ、古河製作所製）を用いたデュヌイによる円環法で測定したところ、脱イオン水の２５℃での表面張力は７３．０ｍＮ／ｍであった。得られたスラリーを１ミクロンフィルターでろ過し、５ｗｔ％のＣＭＰ研磨剤を得た。酸化セリウム粒子の平均粒子径をＭＡＬＶＥＲＮ社製の粒度分布計ＭＡＳＴＥＲＳＩＺＥＲを用いて測定したところ、平均粒子径は０．２０μｍであった。ｐＨは６．４であった。上記スラリーを用いて８インチウエハ上の酸化珪素膜を研磨（定盤回転数：５０ｒｐｍ、研磨荷重：３０ｋＰａ、研磨剤供給量：２００ｍｌ／分）した結果、酸化珪素膜の研磨速度は５７０ｎｍ／分であった。
【００２０】
【発明の効果】
本発明のＣＭＰ研磨剤は、酸化セリウム粒子、分散剤及び溶媒が少なくとも１種類以上の有機溶媒から選ばれるＣＭＰ研磨剤であり、半導体素子製造工程に使用して好適であり、酸化珪素絶縁膜等の被研磨面を傷なく、高速に研磨することができる。