(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に研磨剤を供給しながら、この半導体基板表面上の凹凸部を有する被研磨膜を研磨定盤の研磨布に押圧して前記被研磨膜を平坦化するＣＭＰ研磨方法において、前記研磨剤を構成する研磨粒子として表面電位を負に調整し、さらに前記研磨剤に陰イオン性の水溶性高分子からなる界面活性剤を添加し、この研磨剤における前記界面活性剤の含有量を０．５〜５．０ｗｔ％にし、前記研磨剤における前記研磨粒子の含有量を０．１〜３ｗｔ％にすることを特徴とするＣＭＰ研磨方法。
【請求項２】
前記界面活性剤は、前記半導体基板上に前記研磨剤を供給するときに、前記研磨剤に添加されることを特徴とする請求項１に記載のＣＭＰ研磨方法。
【請求項３】
前記研磨粒子には、酸化セリウムもしくは酸化シリコンを用いることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＣＭＰ研磨方法。
【請求項４】
前記研磨粒子に酸化セリウムを用いる場合において、この研磨粒子が含まれる前記研磨剤のｐＨを７以上にすることを特徴とする請求項３に記載のＣＭＰ研磨方法。
【請求項５】
前記研磨粒子に酸化シリコンを用いる場合において、この研磨粒子が含まれる前記研磨剤のｐＨを５以上にすることを特徴とする請求項３に記載のＣＭＰ研磨方法。
【請求項６】
前記陰イオン性高分子界面活性剤はポリアクリル酸アンモニウム塩又は有機アミン塩であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のＣＭＰ研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板上の被ポリッシング膜をＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing) によりポリッシングして平坦化するＣＭＰ研磨方法に関し、とくにポリッシングに用いる研磨剤に含有される新規な研磨粒子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来ＩＣやＬＳＩなどの半導体装置のウェーハ処理工程において、トレンチやコンタクトホールなどの溝（トレンチ）部に金属、ポリシリコン、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）などの任意の材料を埋め込んだ後にその表面を平坦化する方法としてエッチバックＲＩＥ(Reactive Ion Etching)法が知られている。
しかし、このエッチバックＲＩＥ方法は、エッチバックレジストの塗布などの工程が多くなること、ウェーハ表面にＲＩＥダメージが入りやすいこと、良好な平坦化が難しいこと、また真空系の装置を用いるため、構造が複雑で、危険なエッチングガスを使用することなどから様々な問題点が多い。
そこで最近では、半導体基板表面の平坦化方法としてポリッシング装置を利用した前述のＣＭＰ研磨方法がエッチバックＲＩＥに代わって用いられるようになってきた。
【０００３】
近年、ＬＳＩなどの半導体装置の高集積化、高性能化のために様々な微細加工技術が研究・開発されている。前述のＣＭＰ技術は、このような厳しい微細化の要求を満たすために開発が進められている技術の１つであり、とくに層間絶縁膜の平坦化、埋め込み素子分離工程等において必須の技術である。ＣＭＰ方法の重要な課題の１つとして、被研磨膜面の平坦化特性があり、これを解決すべく被研磨膜と相互作用が非常に強い有機化合物を研磨剤に加えることでディッシング作用を抑性してきた。しかし、この界面活性剤として加えた有機化合物が研磨粒子へも強く相互作用して研磨粒子の表面を覆い研磨速度を著しく低下させてしまうという問題があった。
ポリッシング装置は、研磨布を表面に張り付けモータなどにより回転される研磨盤と、半導体などの基板を回転自在に支持し、回転する基板を研磨盤に押し付ける吸着盤とを備えている。このポリッシング装置を用いて基板をポリッシングするには、回転する基板のポリッシュする面を回転する研磨盤上の研磨布に押し付け、研磨布の加工点に研磨剤を供給しながらポリッシングするのが一般的である。研磨剤に含まれる研磨粒子としては、セリア（酸化セリウム）、シリカ（酸化シリコン）、窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）などが用いられている。ポリッシング装置を用いて、例えば、半導体基板上に形成されたリセス構造にＣＶＤ酸化膜を埋め込みストッパー膜で止めることにより埋め込んだＣＶＤ酸化膜を完全に平坦化することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来、ポリッシング装置を用いて半導体基板の被処理膜をポリッシングするＣＭＰ研磨処理を行う場合、半導体基板上の酸化膜などの被処理膜を所定の厚さになるまでポリッシングし、被処理膜の平坦化処理が完了したら半導体基板のポリッシングを止める。そして、研磨剤に代えて水を供給して半導体基板を更に後処理ポリッシングする。これが、１つの半導体基板をポリッシングして表面を平坦化するＣＭＰの全工程であるである。
従来の研磨剤（スラリーともいう）は、セリア（酸化セリウム（ＣｅＯ2 ））粒子やシリカ（ＳｉＯ2 ）粒子を研磨粒子として溶媒である、例えば、純水や超純水に分散して用いられる。この研磨剤には有機化合物からなる界面活性剤を必要に応じて添加している。
このようなＣＭＰ研磨処理において、前述のように研磨剤に界面活性剤として加えた有機化合物が研磨粒子へも強く相互作用して研磨粒子の表面を覆い研磨速度を著しく低下させてしまうという問題があった。つまり、図１（ａ）に示す従来の研磨粒子（ＣｅＯ2 ）は、表面電位（ゼータ電位ともいう）が正であるので、研磨剤に添加された界面活性剤のマイナス電位を持った有機化合物が研磨粒子の表面を取り囲み、研磨粒子本来の動きを止めてしまう。
【０００５】
ところでシリコン半導体基板表面や被処理膜或いは半導体基板に付着した研磨粒子の表面が持っているゼータ電位（ζ；Zeta Potential) （固体と液体の界面を横切って存在する電気的ポテンシャル）は、極性を持っている。図９のゼータ電位のｐＨ依存性を説明する特性図にも示されているように、例えば、セリア粒子を研磨粒子とする研磨剤は、ｐＨが７以上であればゼータ電位は負であり、ｐＨが７より小さければセリア粒子のゼータ電位は正である。シリカ粒子を研磨粒子とする研磨剤は、ｐＨが４．８以上であればゼータ電位は負であり、ｐＨが４．８より小さければシリカ粒子のゼータ電位は正である。
ＣＭＰ処理を行うポリッシング装置においては、半導体基板上の被処理膜の種類に応じて様々な研磨剤を用いる。研磨粒子の種類によってそれぞれが持っているゼータ電位が異なっている。ゼータ電位はｐＨ依存性を有している。
本発明は、このような事情によりなされたものであり、界面活性剤の研磨粒子への吸着状態が弱い物理吸着となり、研磨の際に界面活性剤が容易に離脱し、その結果、研磨粒子としての働きが十分得られ、また従来に比べて高い研磨速度が得られ、且つ優れた平坦化特性が同時に得られる半導体基板上の被処理膜をＣＭＰ研磨する方法を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体基板に形成した対するＣＭＰ研磨処理を行う研磨剤に負に帯電した研磨粒子を用いるとともに陰イオン性の水溶性高分子界面活性剤を添加することを特徴としている。負に帯電した研磨粒子を用いることにより界面活性剤の研磨粒子への吸着状態が弱い物理吸着（水素結合）となり、研磨の際界面活性剤が容易に研磨粒子から離脱するので、研磨粒子としての働きが十分に得られ、従来に比べ高い研磨速度が得られる。また優れた平坦化特性が得られる。
図１に示すように、従来の研磨粒子（ＣｅＯ2 ）は表面電位（ゼータ電位）が正であるので（図１（ａ））、研磨剤に添加された界面活性剤はイオン結合で研磨粒子の表面を取り囲み、研磨粒子本来の動きを止めてしまうため研磨粒子本来の機能を果たすことができなかった。しかし、表面電位（ゼータ電位）を負に保った本発明の研磨剤（ＣｅＯ2 ）は界面活性剤が水素結合で吸着されている（図１（ｂ））。この吸着は物理的な吸着であり、結合力が化学的な結合より弱い。この研磨剤を用いて図１０に記載されたＣＭＰポリッシング装置でＣＭＰ研磨を行ったときのメカニズムについて説明する。
【０００７】
図１１は、ポリッシング装置の研磨布（研磨パッドともいう）を半導体基板に当接したときの状態を示す断面図である。シリコン半導体基板２０の上には、ＣＶＤ(Chemical Vapour Deposition)などにより形成されたシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）などの層間絶縁膜４０が形成されている。この層間絶縁膜４０の平坦化された表面にアルミニウムなどの金属配線パターン４１が形成されている。この金属配線パターン４１を被覆するようにＣＶＤなどにより形成されたシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）などの層間絶縁膜４２が堆積されている。この層間絶縁膜４２は、金属配線パターン４１が被覆されているので、図に示すように表面が凹凸であり、この上にさらに配線パターンを形成するためには平坦化処理が必要である。そのためには図１０に示すポリッシング装置の研磨布２５を用いて表面をポリッシングする。このとき用いる研磨剤は、純水や超純水などの溶媒に研磨粒子としてセリア（酸化セリウム）粒子を分散させて形成される。研磨剤には研磨粒子を均一に分散させるために陰イオン性の高分子界面活性剤を添加する。界面活性剤を添加することにより研磨粒子は、前記界面活性剤に囲まれている。界面活性剤に囲まれていても、研磨粒子の表面電位（ゼータ電位）は負で有るので界面活性剤と研磨粒子とは物理的な吸着により結合されている。
【０００８】
したがって、その結合力は従来の研磨粒子と界面活性剤との結合である化学的な結合より弱い。そのため、研磨粒子４３と界面活性剤４４を有する研磨剤を介在させて研磨布２５を用いて層間絶縁膜４２の表面をポリッシングすると、層間絶縁膜４２の表面の凹部には界面活性剤４４が存在して研磨粒子４３が層間絶縁膜４２の表面に接することはない。ところが、配線パターン４１が被覆された上部の凸部の角部には研磨布２５の小さな押圧力により界面活性剤４４がこの角部から遠ざけられる。したがって、研磨粒子４３は直接角部に接し、この部分から先にポリッシングされていく。その結果凸部のみ先にポリッシングされていくので結局平坦化が効率良く行われる。平坦化が進めば研磨粒子４３と層間絶縁膜４２の表面との間の全面に界面活性剤４４が介在しているので一様にポリッシングが遅れてポリッシングが終了する。
【０００９】
本発明のＣＭＰ研磨方法は、半導体基板に研磨剤を供給しながら、この半導体基板表面上の凹凸部を有する被研磨膜を研磨定盤の研磨布に押圧して前記被研磨膜を平坦化するＣＭＰ研磨方法において、前記研磨剤を構成する研磨粒子として表面電位を負に調整し、さらに前記研磨剤に陰イオン性の水溶性高分子からなる界面活性剤を添加し、この研磨剤における前記界面活性剤の含有量を０．５〜５．０ｗｔ％にし、前記研磨剤における前記研磨粒子の含有量を０．１〜３ｗｔ％にすることを特徴としている。前記界面活性剤は、前記半導体基板上に前記研磨剤を供給するときに、前記研磨剤に添加されるようにしても良い。前記研磨粒子には、酸化セリウムもしくは酸化シリコンを用いるようにしても良い。前記研磨粒子に酸化セリウムを用いる場合において、この研磨粒子が含まれる前記研磨剤のｐＨを７以上にするようにしても良い。前記研磨粒子に酸化シリコンを用いる場合において、この研磨粒子が含まれる前記研磨剤のｐＨを５以上にしても良い。前記陰イオン性の高分子界面活性剤は、ポリアクリル酸アンモニウム塩又は有機アミンを用いても良い。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して発明の実施の形態を説明する。
まず、図１０を参照して本発明のＣＭＰ法を実施するポリッシング装置を説明する。図は、そのポリッシング装置の断面図である。ステージ２１上にベアリング２２を介して研磨盤受け２３が配置されている。この研磨盤受け２３上には研磨盤２４が取り付けられている。この研磨盤２４の上にはウェーハ（半導体基板）をポリッシングする研磨布２５が張り付けられている。研磨盤受け２３及び研磨盤２４を回転させるためにこれらの中心部分に駆動シャフト２６が接続されている。この駆動シャフト２６は、モーター２７により回転ベルト２８を介して回転される。一方、ウェーハ２０は、研磨布２５と対向する位置に配置され、真空又は水張りなどにより吸着盤３１に取り付けられた吸着布３０及びテンプレート２９に固定されている。
【００１２】
この吸着盤３１は、駆動シャフト３２に接続されている。また、この駆動シャフト３２は、モーター３３によりギア３４及び３５を介して回転される。駆動シャフト３２は、駆動台３６に固定されている。また、駆動台３６はシリンダ３７に取り付けられ、このシリンダ３７による上下の移動に伴い、駆動台３６は、上下し、これにより吸着盤３１に固定されたウェーハ２０と研磨布２５の間には研磨剤が供給される。これによりウェーハ２０のポリッシングが行われる。
前記ポリッシング装置では、このような構造により、シリンダ３７による上下の移動にともない、駆動台３６が上下し、吸着盤３１に固定されたウェーハ２０と研磨布２５との間には目的とする被処理膜に応じた様々な種類の研磨剤が選択されて研磨布２５の加工点に供給される。ポリッシングは、例えば、１００ｒｐｍ程度で回転する研磨盤２４の上にウェーハ２０が押し付けられて行われる。研磨盤２４の回転数は、２０〜２００ｒｐｍであり、押し付け圧力は、５０〜５００ｇ／ｃｍ2 である。
【００１３】
図２は、図１０に記載されたポリッシング装置の研磨剤供給手段を説明したポリッシング装置の部分拡大断面図である。この実施例では、研磨剤が加工点に供給される直前に界面活性剤活性剤が添加される。
回転する研磨盤２４に支持された研磨布２５上の加工点近傍に研磨剤を供給する手段として研磨剤タンク４０に連結されたパイプ４１に接続された研磨剤供給ノズルが配置されている。また、界面活性剤を研磨剤に添加する手段として界面活性剤タンク４５に連結されたパイプ４６が研磨布２５の上に配置され、このパイプ４６が研磨布２５上の研磨剤供給ノズルに接続されている。このような構成により、界面活性剤は、研磨剤を使用する直前に添加されるので、研磨剤の変質やｐＨの変化が防止される。界面活性剤は、水などの溶媒に溶かされた溶液の状態（界面活性剤の含有量は、３０ｗｔ％）で研磨剤に添加される。研磨布２５に供給される時の研磨剤の界面活性剤の含有量は、０．５〜５．０ｗｔ％好ましくは１．０〜１．５ｗｔ％が適当である。パイプ４１からの研磨剤供給量は、２００ｍｌ／ｍｉｎであり、パイプ４６からの界面活性剤供給量は、６．２ｍｌ／ｍｉｎである。
【００１４】
この実施例では研磨剤は、研磨粒子としてセリア粒子を用いているが、本発明では、負の表面電位を有する研磨粒子を発明の構成要素としているのであり、したがって、セリア粒子に限らず、例えば、シリカ（酸化シリコン）粒子などを用いることができる。
研磨粒子は０．２μｍの粒子径を有し、研磨剤に添加された時のｐＨは８．５である。また研磨剤における含有量は、０．５ｗｔ％である。一方、従来のＣＭＰ研磨方法における研磨剤の研磨粒子（セリア粒子）は、粒子径が０．２μｍ、ｐＨが５．５、研磨粒子の研磨剤に対する含有量は３．０ｗｔ％である。
研磨粒子の表面電位（ゼータ電位）は図９に示すように研磨剤のｐＨに依存している。図９の縦軸は、研磨粒子（セリア）のゼータ電位（ｍＶ）を表わし、横軸は、研磨剤のｐＨを表わしている。図に示すように研磨剤のｐＨが７を越えるとセリア粒子は、表面電位が負になり、本発明の研磨粒子として用いられる。また、シリカ粒子は、研磨剤のｐＨが４．８を越えると表面電位が負になり、したがって、この範囲で本発明の研磨粒子として用いられる。
【００１５】
本発明において、セリア粒子の研磨剤に対する添加量は、安定した研磨が可能になるので、０．１〜３ｗｔ％が適当である。
この実施例に用いられる陰イオン性の高分子界面活性剤としては、例えば、ポリアクリル酸をアンモニアで一部乃至完全中和したポリアクリル酸アンモニウムがある。ここで用いるポリアクリル酸は、次式（Ａ）で表わされる。
0003957924.tif 000002
このポリアクリル酸（Ａ）にアンモニア（ＮＨ3 ）を加えて完全に中和すると、次式（Ｂ）で表わされるアンモニウム塩が形成される。
0003957924.tif 000003
【００１６】
このアンモニウム塩（Ｂ）は、完全に中和されている（中和度１．０）が、次式（Ｂ′）で表わされる中和度がほぼ０．３３のアンモニウム塩も本発明の界面活性剤として用いられる。また、中和に用いるアルカリ性化合物として有機アミンも用いられる。（中和度＝アルカリ性化合物／カルボン酸の当量比）
0003957924.tif 000004
界面活性剤は、上記陰イオン性の高分子化合物からなり、純水もしくは超純水などの溶媒にとけた溶液の状態で使用される。この実施例では高分子化合物であるアンモニウムポリアクリレートの分子量は、３０００であり、その溶液に対する含有量は、３０ｗｔ％である。また、界面活性剤のｐＨは、５．５〜６．０である。
本発明のＣＭＰ研磨方法に用いられる研磨剤は、このように負の表面電位を有する研磨粒子、陰イオン性の高分子化合物からなる界面活性剤及び溶媒から構成され、研磨粒子がポリッシングレートを向上させ、界面活性剤がディッシング量を減少させる作用を行う。
【００１７】
次に、図３を参照して高分子化合物（アンモニウムポリアクリレート）の中和度の違いによる界面活性剤としての特性の変化を説明する。縦軸は、半導体基板上のスペース３００μｍの配線を被覆する絶縁膜（ＳｉＯ2 ）をポリッシングしたときのディッシング量（ｎｍ）を表わし、横軸は、平坦化がなされた後の絶縁膜に対するポリッシングレート（ｎｍ／ｍｉｎ）を表わしている。
中和度がどのような値であっても正の表面電位（ゼータ電位）を有する従来の研磨粒子を用いた研磨剤を使用した場合に比較してディッシング量は低下している。しかし、中和度が大きいと絶縁膜がＣＭＰにより平坦化されてもポリッシングレートが下がらず、ポリッシングが進んでしまう。また中和度が低いと異常ポリッシング領域に入ってしまい、正常なポリッシングができないことになる。以上のことを考慮すると、中和度の好ましい範囲は、０．６から０．９４が適当である。
また、中和度は、不純物として含まれるＮａ、Ｋ等のアルカリ金属イオンにも影響される。したがって、Ｎａ、Ｋ等のアルカリ金属の総量は、３０ｐｐｍ以下が好ましく、１０ｐｐｍ以下が適当である。
【００１８】
次に、図４及び図５を参照して本発明の研磨剤を用いて行われるＣＭＰ研磨方法の作用効果を説明する。
図４は、ＣＭＰ研磨によるポリッシングを行った後の絶縁膜の状態を説明する配線パターンが形成された半導体基板の断面図、図５は、本発明の方法に用いる研磨剤と従来の研磨粒子を用いた研磨剤との作用効果の違いを説明する特性図である。縦軸は、ポリッシング後の高密度配線領域の厚さと低密度配線領域の厚さの差を示す段差（ｎｍ）を表わし、横軸は、ポリッシング時間（ｍｉｎ）を表わしている。図４において、シリコンなどの半導体基板５０上にはシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）などの第１の絶縁膜５１が形成されている。この絶縁膜の平坦化された表面にはアルミニウムなどの配線パターン５２が形成されている。半導体基板の高密度配線領域（Ｉ）にはライン幅３００μｍ、配線間隔３０μｍ（Ｌ／Ｓ＝３００／３０μｍ）の高密度配線パターン５２１が形成されている。低密度配線領域（II）にはＬ／Ｓ＝３０／３００μｍの低密度配線パターンが形成されている。配線パターン５２を被覆するように第１の絶縁膜５１上にシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）などの第２の絶縁膜５３が形成されている。
【００１９】
本発明のＣＭＰ研磨は、この第２の絶縁膜５３に対して行われる。
ＣＭＰ研磨により第２の絶縁膜を５３をポリッシングすると、ＣＭＰ前は実線で示すように凹凸が著しかったのにＣＭＰ後は、点線に示すように平坦化されるが、配線パターンの少ない低密度配線領域（II）の方が高密度配線領域（Ｉ）よりポリッシングレートが大きいので、両領域の間には段差Ｓが生じる。
しかし、本発明の研磨剤を用いればポリッシングレ−トが増加するので短時間で処理が終了し、凸部に対するポリッシング処理が効率的に行うことができるので、平坦化処理の能力が向上する。図５におけるＡ（−●−）は、本発明の研磨剤を用いて行ったＣＭＰ研磨方法によるポリッシング特性を示す特性線、Ｂ（−○−）は、従来の正の表面電位を有する研磨粒子（セリア粒子）を含んだ研磨剤を用いて行ったＣＭＰ研磨方法によるポリッシング特性を示す特性線、Ｃ（−■−）は、従来の正の表面電位を有する研磨粒子（シリカ粒子）を含んだ研磨剤を用いて行ったＣＭＰ研磨方法によるポリッシング特性を示す特性線である。この特性図から本発明のＣＭＰ研磨方法によれば、ポリッシング時間は、短くなり、低密度配線領域と高密度配線領域との間に生ずる段差Ｓは著しく小さくなり、平坦性が十分維持される。
【００２０】
次に、図６を参照して本発明のＣＭＰ研磨方法によって得られるディッシング量の減少効果を説明する。
図６は、本発明の方法に用いる研磨剤と従来の研磨粒子を用いた研磨剤との作用効果の違いを説明する特性図である。縦軸は、図４に示される絶縁膜５３のディッシング量（Ｄ）（ｎｍ）を表わし、横軸は、ポリッシング後の高密度配線領域の厚さと低密度配線領域の厚さとの差を示す段差（Ｓ）を表わしている。図６におけるＡ（−●−）は、本発明の研磨剤を用いて行ったＣＭＰ研磨方法によるポリッシング特性を示す特性線、Ｂ（−○−）は、従来の正の表面電位を有する研磨粒子（セリア粒子）を含んだ研磨剤を用いて行ったＣＭＰ研磨方法によるポリッシング特性を示す特性線Ｃ（−■−）は、従来の正の表面電位を有する研磨粒子（シリカ粒子）を含んだ研磨剤を用いて行ったＣＭＰ研磨方法によるポリッシング特性を示す特性線である。この特性図から、本発明のＣＭＰ研磨方法によれば、従来の研磨方法では大きかったディッシング量（Ｄ）は少なくなり、低密度配線領域と高密度配線領域との間に生ずる段差（Ｓ）は著しく小さくなって平坦性が十分維持されることがわかる。
【００２１】
次に、図７を参照して本発明のＣＭＰ研磨方法によって得られるポリッシングの安定性を説明する。
図７は、本発明の方法に用いる研磨剤と従来の研磨粒子を用いた研磨剤との作用効果の違いを説明する特性図である。縦軸は、図４に示される絶縁膜５３の低密度配線領域（II）の配線パターン５２２上のポリッシング量（除去量）（Ｒ）（ｎｍ）を表わし、横軸は、ポリッシング時間（ｍｉｎ）を表わしている。図７におけるＡ（−●−）は本発明の研磨剤を用いて行ったＣＭＰ研磨方法によるポリッシング特性を示す特性線、Ｂ（−○−）は、従来の正の表面電位を有する研磨粒子（セリア粒子）を含んだ研磨剤を用いて行ったＣＭＰ研磨方法によるポリッシング特性を示す特性線Ｃ（−■−）は、従来の正の表面電位を有する研磨粒子（シリカ粒子）を含んだ研磨剤を用いて行ったＣＭＰ研磨方法によるポリッシング特性を示す特性線である。この特性図から、本発明のＣＭＰ研磨方法によれば、従来の方法では所定量のポリッシングが行われた後もポリッシングが進んでオーバーポリッシングになる傾向になり、しかもポリッシング時間が長いのに対し、本発明の方法では、ポリッシング時間が短くなると共に、ポリッシング終了後はポリッシングがそれ以上進まないので、オーバーポリッシングが無く、平坦性が十分維持されることがわかる。
【００２２】
次に、図８を参照して図１１において説明した研磨布が半導体基板に及ぼす影響について説明する。図８は、研磨布が半導体基板を押圧する押圧力とポリッシングレートとの相互関係を示す特性図である。縦軸は、ポリッシングレート（ｎｍ／ｍｉｎ）を表し、横軸は、押圧力（ｋＰａ）を表している。Ａは、本発明の研磨剤を用いて行ったＣＭＰ研磨方法によるポリッシング特性を示す特性線、Ｂは、従来の正の表面電位を有する研磨粒子（セリア粒子）を含み界面活性剤を含む研磨剤を用いて行ったＣＭＰ研磨方法によるポリッシング特性を示す特性線、Ｃは、従来の正の表面電位を有する研磨粒子（シリカ粒子）を含み、界面活性剤を添加しない研磨剤を用いて行ったＣＭＰ研磨方法によるポリッシング特性を示す特性線である。研磨剤に界面活性剤を添加しない従来のＣＭＰ研磨では、研磨布２５の押圧力は、直接研磨粒子４３に影響を及ぼすので、特性線Ｃに示すように、押圧力に比例してポリッシングレートが変化する。ところが研磨剤に界面活性剤が添加されると研磨粒子の有するポリッシング作用が制動されてポリッシングレートは低下するが、研磨布の押圧力がある臨界点を越えると、界面活性剤は排除され直接半導体基板と研磨粒子が接触するようになる（特性線Ｂ）。
【００２３】
本発明の研磨剤は、物理的な吸着力により研磨粒子と界面活性剤とが接合しているので両者の接離の作用が敏感であり、特性線Ａに示すように、界面活性剤が研磨粒子から排除された後、つまり、臨界点以降のポリッシング特性は大きくなる。本発明のポリッシングが特性線Ａのように作用するのでそのポリッシング特性は著しく安定化し、良好な平坦化特性させることができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明では、良好な平坦化特性を得るために研磨液に水溶性高分子界面活性剤を添加するが、負に帯電した研磨粒子を用いた研磨液に陰イオン性の界面活性剤を添加することにより、界面活性剤の研磨粒子への吸着状態が弱い物理吸着（水素結合）となって、研磨の際容易に離脱する。その結果、研磨粒子としての働きが十分得られ従来に比べて高い研磨速度と優れた平坦化特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明及び従来の界面活性剤を吸着する研磨粒子の模式平面図。
【図２】本発明のＣＭＰ研磨方法を実施するポリッシング装置の部分断面図。
【図３】高分子化合物（アンモニウムポリアクリレート）の中和度の違いによる界面活性剤としての特性の変化を説明する特性図。
【図４】配線パターンを被覆する絶縁膜をポリッシングする方法を説明する半導体基板の断面図。
【図５】本発明の方法に用いる研磨剤と従来の研磨粒子を用いた研磨剤との作用効果の違いを説明する特性図。
【図６】本発明の方法に用いる研磨剤と従来の研磨粒子を用いた研磨剤との作用効果の違いを説明する特性図。
【図７】本発明の方法に用いる研磨剤と従来の研磨粒子を用いた研磨剤との作用効果の違いを説明する特性図。
【図８】研磨布が半導体基板を押圧する押圧力とポリッシングレートとの相互関係を示す特性図である。
【図９】研磨粒子の表面電位（ゼータ電位）のｐＨ依存性を説明する特性図。
【図１０】本発明のＣＭＰ研磨方法を実施するポリッシング装置の断面図。
【図１１】ポリッシング装置の研磨布（研磨パッド）を半導体基板に当接したときの状態を示す断面図。
【符号の説明】
２０・・・ウェーハ（半導体基板）、    ２１・・・ステージ、
２２・・・ベアリング、  ２３・・・研磨盤受け、  ２４・・・研磨盤、
２５・・・研磨布、    ２６・・・駆動シャフト、
２７・・・モーター、    ２８・・・回転ベルト、
２９・・・テンプレート、    ３０・・・吸着布、    ３１・・・吸着盤、
３２・・・駆動シャフト、３３・・・モーター、  ３４、３５・・・ギア、
３６・・・駆動台、    ３７・・・シリンダ、
４０、４２、５１、５３・・・絶縁膜、  ４１、５２・・・配線パターン、
４３・・・研磨粒子、    ４４・・・界面活性剤、
４５・・・界面活性剤タンク、    ４６・・・界面活性剤供給パイプ、
４７・・・研磨剤タンク、    ４８・・・研磨剤供給パイプ、
５２１・・・高密度配線パターン、    ５２２・・・低密度配線パターン。
【図１】
0003957924.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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