(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫酸セリウム（IV）、硝酸セリウム（IV）、硫酸アンモニウムセリウム（IV）、硝酸アンモニウムセリウム（IV）及びそれらの水和物からなる群より選ばれる少なくとも１種である４価のセリウムイオンを含む溶液に塩基性物質を加えることにより得られるコロイドを含むセリウム化合物研磨剤。
【請求項２】
塩基性物質がアンモニア水溶液である請求項１記載のセリウム化合物研磨剤。
【請求項３】
コロイドの分散媒が水である請求項１記載のセリウム化合物研磨剤。
【請求項４】
pHが７．０以上である請求項１記載のセリウム化合物研磨剤。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のセリウム化合物研磨剤で、所定の基板を研磨する基板の研磨法。
【請求項６】
所定の基板が酸化珪素絶縁膜の形成された半導体素子である請求項５記載の基板の研磨法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セリウム化合物研磨剤及び基板の研磨法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置の製造工程において、プラズマ−ＣＶＤ、低圧−ＣＶＤ等の方法で形成されるＳｉＯ2絶縁膜等の無機絶縁膜層を平坦化するための化学機械研磨剤としてコロイダルシリカ系の研磨剤が一般的に検討されている。コロイダルシリカ系の研磨剤は、シリカ粒子を四塩化珪酸を熱分解する等の方法で粒成長させ、アンモニア等のアルカリ金属を含まないアルカリ溶液でpH調整を行って製造している。しかしながら、この様な研磨剤はコロイダルシリカの凝集が進み大粒子が生じ、研磨後の無機絶縁膜表面に研磨傷が発生するという問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
請求項１〜４記載の発明は、酸化珪素絶縁膜等の被研磨面を傷が極めて少なく研磨することが可能なセリウム化合物研磨剤を提供するものである。請求項５、６記載の発明は、被研磨面を傷が極めて少なく研磨することが可能な半導体素子等の基板の研磨法を提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、硫酸セリウム（IV）、硝酸セリウム（IV）、硫酸アンモニウムセリウム（IV）、硝酸アンモニウムセリウム（IV）及びそれらの水和物からなる群より選ばれる少なくとも１種である４価のセリウムイオンを含む溶液に塩基性物質を加えることにより得られるコロイドを含むセリウム化合物研磨剤に関する。
【０００５】
また、本発明は、塩基性物質がアンモニア水溶液である前記のセリウム化合物研磨剤に関する。また、本発明は、コロイドの分散媒が水である前記のセリウム化合物研磨剤に関する。また、本発明は、pHが７．０以上である前記のセリウム化合物研磨剤に関する。
【０００６】
また、本発明は、前記のセリウム化合物研磨剤で、所定の基板を研磨する基板の研磨法に関する。
また、本発明は、所定の基板が酸化珪素絶縁膜の形成された半導体素子である前記の基板の研磨法に関する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明に使用される４価のセリウムイオンを含む溶液としては、例えば、セリウム塩の水溶液が挙げられ、セリウム塩としては、例えば、硫酸セリウム（IV）、硝酸セリウム（IV）、硫酸アンモニウムセリウム（IV）、硝酸アンモニウムセリウム（IV）、それらの水和物等が挙げられ、これらは単独で又は２種以上を組み合わせて用いられる。
【０００８】
４価のセリウムイオンを含む溶液の溶媒は、特に制限はないが、水（特に、純水）が好ましく使用される。
【０００９】
本発明に使用される塩基性化合物としては、アンモニア（アンモニア水として使用してもよい）、オクチルアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルベンジルアミン等のフェニル基等の芳香族基で置換されてもよいアルキル基（置換基を除いて単素数１〜９であることが好ましい）を有するアルキルアミン、ジアルキルアミン若しくはトリアルキルアミン、アニリン等のアリールアミン（芳香族基を有するアミン化合物）などがあり、これらは単独で又は２種以上を組み合わせて用いられる。
【００１０】
上記塩基性化合物はセリウム化合物研磨剤のpHを調整できる。
セリウム化合物研磨剤のpHは７．０以上であることが好ましく、pH７．０未満では研磨剤の研磨速度が低下する傾向がある。このpHの上限は１０．０程度である。
【００１１】
本発明のセリウム化合物研磨剤は、セリウムイオン、塩基性物質、水のモル濃度が次のような範囲として調整されることが好ましい。
セリウムイオン：０．０２９〜０．５モル／１リットル（０．０２９以下では研磨速度が遅い傾向があり、０．５を超えると増粘して取扱いが困難となる傾向がある）。
塩基性物質：０〜２×１０-5モル／１リットル（２×１０-5を超えると必要とする研磨速度が得られない傾向がある）
水：５２．８〜５５．５モル／１リットル
【００１２】
本発明のセリウム化合物研磨剤を用いて研磨される被研磨対象の１つである無機絶縁膜は、定圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等により得ることができる。定圧ＣＶＤ法による酸化珪素絶縁膜形成は、Ｓｉ源としてモノシラン：ＳｉＨ４、酸素源として酸素：Ｏ２を用いる。このＳｉＨ4−Ｏ2系酸化反応を、４００℃程度以下の低温で行わせることにより得られる。高温リフローによる表面平坦化を図るために、リン：Ｐをドープするときには、ＳｉＨ４−Ｏ2−ＰＨ３系反応ガスを用いることが好ましい。プラズマＣＶＤ法は、通常の熱平衡下では高温を必要とする化学反応が低温できる利点を有する。
【００１３】
プラズマ発生法には、容量結合型と誘導結合型の２つが挙げられる。反応ガスとしては、Ｓｉ源としてＳｉＨ4、酸素源としてＮ2Ｏを用いたＳｉＨ4−Ｎ2Ｏ系ガスとテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を、Ｓｉ源に用いたＴＥＯＳ−Ｏ2系ガス（ＴＥＯＳ−プラズマＣＶＤ法）が挙げられる。基板温度は２５０℃〜４００℃、反応圧力は６７〜４００Paの範囲が好ましい。このように、酸化珪素絶縁膜にはリン、ホウ素等の元素がドープされていてもよい。
【００１４】
所定の基板としては、例えば、半導体基板すなわち回路素子とアルミニウム配線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絶縁膜層が形成された基板等が挙げられる。このような半導体基板上に形成された酸化珪素絶縁膜層を、本発明の酸化セリウム研磨剤で研磨することによって、酸化珪素絶縁膜層表面の凹凸を解消し、半導体基板全面に渡って平滑な面とできる。
【００１５】
ここで、研磨する装置としては、半導体基板を保持するホルダーと研磨布（パッド）を貼り付けた（回転数が変更可能なモータ等を取り付けてある）定盤を有する一般的な研磨装置が使用できる。研磨布としては、一般的な不織布、発泡ポリウレタン、多孔質フッ素樹脂などが使用でき、特に制限がない。また、研磨布にはスラリーが溜まる様な溝加工を施すことが好ましい。研磨条件には制限はないが、ホルダーと定盤の回転速度は、半導体基板が飛び出さない様にそれぞれ１００rpm以下の低回転が好ましく、半導体基板にかける圧力は、研磨後に傷が発生しない様に１kgf/cm2以下が好ましい。研磨している間、研磨布にはスラリーをポンプ等で連続的に供給する。この供給量に制限はないが、研磨布の表面が常にスラリーで覆われていることが好ましい。
【００１６】
研磨終了後の半導体基板は、流水中で良く洗浄後、スピンドライヤ等を用いて半導体基板上に付着した水滴を払い落としてから乾燥させることが好ましい。このようにして平坦化された酸化珪素絶縁膜層の上に、第２層目のアルミニウム配線を形成し、その配線間及び配線上に再度上記方法により、酸化珪素絶縁膜を形成後、上記酸化セリウム研磨剤を用いて研磨するとによって、絶縁膜表面の凹凸を解消し、半導体基板全面に渡って平滑な面とする。この工程を所定数繰り返すことにより、所望の層数の半導体を製造する。
【００１７】
本発明のセリウム化合物研磨剤及び基板の研磨法において所定の基板とは、半導体基板に形成された酸化珪素絶縁膜だけでなく、所定の配線を有する配線板に形成された酸化珪素絶縁膜、ガラス、窒化ケイ素等の無機絶縁膜、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、青色レーザ用ＬＥＤサファイア基板、ＳｉＣ、ＧａＰ、ＧａＡＳ等の半導体単結晶、磁気ディスク用ガラス基板、磁気ヘッド等を含む。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明を実施例により詳しく説明する。
実施例１
硫酸セリウム（IV）四水和物の粉末を１１．７ｇ計り取り、脱イオン水８００ｇに溶解させ、これを攪拌しながらpHメーターを用いて、pHが８．５になるまでアンモニア５重量％水溶液を徐々に添加していき、その後、さらに脱イオン水を加えて全量を１０００ｇにしスラリー（セリウム化合物研磨剤）を得た。
【００１９】
ＴＥＯＳ−プラズマＣＶＤ法で作製した酸化珪素絶縁膜を形成させたＳｉウエハをセットし、多孔質ウレタン樹脂製の研磨パッドを貼り付けた定盤上に、絶縁膜面を下にしてホルダーを載せ、さらに加工荷重が３００gf/cm2になるように重しを載せた。上記作製の研磨剤を攪拌しながらポンプで配管を通じて定盤上に供給できるようにした。定盤上にスラリーを１００cc/minの速度で滴下しながら、定盤を５０rpmで５分間回転させ、絶縁膜を研磨した。研磨後ウエハをホルダーから取り外して、流水で良く洗浄後、超音波洗浄機によりさらに２０分間洗浄した。洗浄後、ウエハをスピンドライヤーで水滴を除去し、１２０℃の乾燥機で１０分間乾燥させた。光干渉式膜厚測定装置を用いて、研磨前後の膜厚変化から研磨速度を算出した結果、５０nm/minであった。また、光学顕微鏡を用いて絶縁膜表面を観察したところ、明確な傷は全く観察されなかった。
【００２０】
比較例１
シリカが分散されたシリカスラリーを研磨剤として用い、実施例１と同様にして、Ｓｉウエハ表面にＴＥＯＳ−ＣＶＤ法により形成されたＳｉＯ2絶縁膜の研磨を行った。このスラリーのpHは１０．３であり、ＳｉＯ2粒子を１２．５重量％含んでいるものであった。また、研磨条件は実施例と同一にした。
研磨後の絶縁膜を観察したところ、研磨による傷が若干見られた。
【００２１】
【発明の効果】
請求項１〜４記載のセリウム化合物研磨剤は、酸化珪素絶縁膜等の被研磨面を傷が極めて少なく研磨することが可能なものである。請求項５、６記載の基板の研磨法は、半導体素子等の基板の被研磨面を傷が極めて少なく研磨することが可能なものである。