JPH09208933A

JPH09208933A - 研磨用組成物

Info

Publication number: JPH09208933A
Application number: JP1259296A
Authority: JP
Inventors: Kazushi Kodama; 一志児玉; Satoshi Suzumura; 聡鈴村; Noritaka Yokomichi; 典孝横道
Original assignee: Fujimi Inc
Current assignee: Fujimi Inc
Priority date: 1996-01-29
Filing date: 1996-01-29
Publication date: 1997-08-12

Abstract

(57)【要約】【課題】層間絶縁膜及びメタル配線の研磨において研
磨速度が大きく、しかも研磨面の表面状態の優れた研磨
物が得られ、さらにシャロートレンチアイソレーション
において二酸化ケイ素膜の窒化ケイ素膜に対する選択的
な研磨速度比が大きい研磨用組成物を提供する。【解決手段】主成分が水、窒化ケイ素微粉末及び酸で
あることを特徴とする研磨用組成物。

Description

【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、フォトマ
スク、ガラスディスク及び合成樹脂等各種工業製品又は
その部材の研磨に使用される研磨用組成物に関し、特に
半導体産業等におけるデバイスウェーハの表面平坦化加
工に好適な研磨用組成物に関するものである。さらに詳
しくは、従来よりＣＭＰ技術が適用されている層間絶縁
膜及びメタル配線の研磨において高効率であり、かつ優
れた研磨表面を形成することができると同時に、素子分
離等の高度なデバイス形成技術に適用可能な研磨用組成
物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年のコンピュータを始めとするハイテ
ク製品の進歩は目覚ましく、これに使用される例えばＵ
ＬＳＩは年々高集積化・高速化の一途をたどっている。
これに伴い、半導体装置のデザインルールは年々微細化
が進み、デバイス製造プロセスでの焦点深度は浅くな
り、パターン形成面に要求される平坦性は厳しくなって
きている。また、配線の微細化による配線抵抗の増大に
対処するため、デバイスの多層化による配線長の短縮が
行われているが、パターン形成時の段差が多層化の障害
として問題化してきている。

【０００３】このような微細・多層化を行うに当たって
は、そのプロセス中で段差を取り除くための何等かの平
坦化を行うことが必要であり、その手法として、これま
ではスピンオングラス、レジストエッチバック等の平坦
化法が用いられていた。しかし、これらの手法では、部
分的な平坦化は可能であるが、次世代のデバイスに要求
されるグローバルプレナリゼーション（完全平坦化）を
達成することは困難な状況であり、メカノケミカル研磨
加工（以下ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing と
いう）による平坦化が検討されるようになってきてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】半導体デバイスの層間
絶縁膜には、二酸化ケイ素を主体とする膜が使用されて
いる。現在、層間絶縁膜及びメタル配線の研磨には主と
してフュームドシリカを水に分散させた研磨剤が使用さ
れているが、得られる研磨能率は十分ではなく、さらに
高い研磨能率を有する研磨剤が切望されている。現在の
研磨剤による生産性の低さはＣＭＰ技術の発展の大きな
阻害要因にもなっている。

【０００５】一方、ＣＭＰ技術は層間絶縁膜の平坦化以
外にも適用が検討されている。その様な応用の一つに素
子分離があげられる。従来半導体デバイス回路の素子分
離方法としては、窒化ケイ素膜をマスクとしてシリコン
を熱酸化するＬＯＣＯＳ法（Local Oxidation of Silic
on）があるが、この方法で形成される所謂バーズビーク
（Bird′s Beak）は半導体デバイスの微細化を阻害する
要因となってきた。

【０００６】これに対し、シリコンに浅い溝（Shallow
Trench）を形成し、その上に酸化膜を堆積させた後、Ｃ
ＭＰ技術で平坦化するシャロートレンチアイソレーショ
ン法（Shallow Trench Isoration）は、より狭い面積で
素子分離が可能となり、ＬＯＣＯＳ法に代わって今後の
半導体デバイスの高密度化に対応する技術として注目さ
れている。

【０００７】シャロートレンチアイソレーションの実施
に当たっての技術課題は、平坦化加工する面を研磨によ
る取代の過不足なく均一に仕上げること、かつ所定の取
代で研磨を終了させることである。一般的には研磨され
る二酸化ケイ素膜の下層に窒化ケイ素膜を配し、窒化ケ
イ素膜をストッパーとして研磨が行われることが多い。
これに際して用いられる研磨剤としては、二酸化ケイ素
膜を効率良く加工することができ、一方、窒化ケイ素膜
に対してはこれを研磨しない研磨剤が好適であることが
理解できる。しかし、従来の研磨剤は前述の二酸化ケイ
素膜に対する低い研磨能率に加えて、窒化ケイ素膜に対
する二酸化ケイ素膜の選択的研磨速度比が低く、シャロ
ートレンチアイソレーションの歩留まり向上を阻害して
いた。選択的研磨速度比とは、窒化ケイ素膜に対して二
酸化ケイ素膜がどれだけ研磨され易いかを表し、二酸化
ケイ素膜の研磨速度を窒化ケイ素膜のそれで除すること
で求められる。

【０００８】本発明は上述の課題を解決するためになさ
れたもので、層間絶縁膜及びメタル配線のの研磨におい
て研磨速度が大きく、かつ研磨面の表面状態の優れた研
磨物が得られると同時に、二酸化ケイ素膜の窒化ケイ素
膜に対する選択的研磨速度比が大きい研磨用組成物を提
供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記のよ
うな目的を満足するのに好適な組成物からなる優れた研
磨用組成物を得るべく鋭意研究を重ねた結果、水と窒化
ケイ素微粉末を主成分とする研磨剤に酸を存在させる
と、二酸化ケイ素膜の窒化ケイ素膜に対する選択的研磨
速度比及び研磨速度を向上させることができることを知
得するに至った。本発明の要旨は、組成物として水と窒
化ケイ素微粉末に酸を含有することを特徴とする研磨用
組成物にある。以下、本発明をさらに詳細に説明する。

【００１０】本発明の研磨用組成物の成分の中で主研磨
材として使用する窒化ケイ素は、例えば形態的にはα−
窒化ケイ素、β−窒化ケイ素及びアモルファス−窒化ケ
イ素等であり、これらの微粉末が任意の割合で混合され
たものであってもよく、特に限定されない。この窒化ケ
イ素微粉末の研磨用組成物中の含有量は、通常組成物全
量に対して０．１〜５０重量％、好ましくは１〜２５重
量％である。これが余りに少ないと研磨速度及び二酸化
ケイ素膜の窒化ケイ素膜に対する選択的研磨速度比が小
さくなり、逆に余りに多いと均一分散が保てなくなり、
かつスラリー粘度が過大となって取扱い困難となる。粒
子径は加工精度及び研磨速度を考慮すると、平均粒子径
で０．０１〜１０μｍであり、好ましくは０．０５〜３
μｍである（ＢＥＴ法による測定結果）。

【００１１】本発明の研磨用組成物の成分の中で必須添
加材として使用する酸は、有機酸又は無機酸の少なくと
も一種類を使用することが好ましい。有機酸では特にカ
ルボン酸が好ましく、カルボン酸のうち特にグルコン
酸、乳酸、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸、グリコール
酸、マロン酸、ギ酸、シュウ酸等が好ましい。無機酸で
は特に塩酸と硝酸等が好ましい。しかし、使用する酸の
種類については、上述の例に限定されるものではない。

【００１２】これらの酸の含有量は、酸の強さにより異
なるが、研磨用組成物全量に対して０．００１〜２０重
量％、好ましくは０．００５〜１０重量％である。この
量が余りに少ないと本発明の効果が期待できなくなる。
逆に余りに多くても、添加効果が向上することもなく、
そのため経済的でない。

【００１３】本発明の研磨用組成物が優れた研磨効果を
有することについての機構的な詳細は不明であるが、酸
の存在が研磨用組成物中の窒化ケイ素微粉末の分散状態
に何等かの影響を及ぼし、このような分散状態が研磨加
工において有利に作用するものと思われる。

【００１４】本発明の研磨用組成物の調製は、上記の各
成分すなわち窒化ケイ素微粉末と酸とを所定の含有率で
水に混合して攪拌すればよい。酸は水に溶解し、窒化ケ
イ素微粉末はこの溶液に均一に分散して懸濁液となり、
研磨用組成物が形成される。そして、この研磨用組成物
のｐＨは７以下に調整される。なお、混合順序等は特に
限定されるものではない。

【００１５】また、上記の研磨用組成物の調製に際して
は、製品の品質保持や安定性等を図る目的や、被加工物
の種類、加工条件等の研磨加工上の必要条件に応じて、
次に示すような各種の公知の副添加剤を加えてもよい。

【００１６】すなわち、副添加剤の好適な例としては、
フュームドシリカ、コロイダルシリカ等の酸化ケイ素
類、セルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロ
キシエチルセルロースのようなセルロース類、エタノー
ル、プロパノール、エチレングリコールのような水溶性
アルコール類、アルキルベンゼンスルホン酸ソーダ、ナ
フタリンスルホン酸のホルマリン縮合物のような界面活
性剤、リグニンスルホン酸塩、ポリアクリル酸塩のよう
な有機ポリアニオン系物質、硫酸アンモニウム、塩化マ
グネシウム、酢酸カリウム、硝酸アルミニウムのような
無機塩類、ポリビニルアルコールのような水溶性高分子
（乳化剤）類、アルミナゾル等が挙げられる。

【００１７】また、本発明の研磨用組成物は、比較的高
濃度の原料として調製し、実際の研磨加工時に希釈して
使用することも可能である。前述の好ましい濃度範囲
は、実際の研磨加工時のものとして記述した。

【００１８】上述のようにして調製された本発明の研磨
用組成物は、半導体デバイス，フォトマスク，ガラスデ
ィスク，合成樹脂等の研磨に使用可能であるが、研磨速
度が高いことから、半導体産業におけるデバイスウェー
ハの平坦化加工における層間絶縁膜及びメタル配線の研
磨において好適である。さらに、二酸化ケイ素膜の窒化
ケイ素膜に対する選択的研磨速度比も高いことから、シ
ャロートレンチアイソレーションにおいて特に好適であ
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、実施形態１〜１１及び比較
形態１〜１６の各研磨用組成物について、研磨面の材料
が異なる２つの種類の被加工物に対して行った研磨試験
の結果を提示して、本発明を具体的に説明する。なお、
本発明は、その要旨を越えない限り、以下に説明する実
施形態の構成に限定されないものである。

【００２０】［各研磨用組成物の内容］表１には比較形
態の試料（比較試料ともいう）を示し、表２には本発明
の実施形態の試料（実施試料ともいう）を示している。
主研磨材としては、表２ではα−窒化ケイ素（平均粒子
径０．１２μｍ）のみであるが、表１ではフュームドシ
リカ（平均粒子径０．０５μｍ）、酸化セリウム（平均
粒子径０．９８μｍ）、酸化アルミニウム（平均粒子径
０．０７μｍ）、酸化クロム（平均粒子径０．２０μ
ｍ）、酸化ジルコニウム（平均粒子径０．２０μｍ）、
及び炭化ケイ素（平均粒子径０．６０μｍ）の他に、１
５、１６番の比較試料の主研磨材としてα−窒化ケイ素
を使用している。［各研磨用組成物の調製］まず、各微粉末を攪拌機を用
いて水に分散させて、主研磨材濃度１０重量％のスラリ
ーを調製した。次いで、このスラリーに数種の酸を表１
〜表２に記載した割合で添加混合して実施形態の試料１
〜１１及び比較形態の試料１〜１６の合計２７個の研磨
用組成物を調製した。

【００２１】［研磨試験とその結果］次に、実施試料１
〜１１及び比較試料１〜１６による研磨試験を同じ条件
で行った結果について説明する。被加工物としては、熱
酸化法により二酸化ケイ素膜を成膜した６インチ・シリ
コンウェーハ及びＬＰＣＶＤ法により窒化ケイ素膜を成
膜した６インチ・シリコンウェーハ（いずれも外径約１
５０ｍｍ）の基板を使用し、それぞれ二酸化ケイ素膜及
び窒化ケイ素膜の膜面を研磨した。

【００２２】研磨は片面研磨機（定盤径５７０ｍｍ）を
使用して行った。研磨機の定盤にはポリウレタン製の積
層研磨パッド（Ｒｏｄｅｌ社［米］製；ＩＣ−１０００
／Ｓｕｂａ４００）を貼り付け、まず二酸化ケイ素膜付
ウェーハを装填して１分間研磨し、次にウェーハを窒化
ケイ素膜付ウェーハに取り換えて同様に１分間研磨し
た。研磨条件は、加工圧力４９０ｇ／ｃｍ^２、定盤回転
数３０ｒｐｍ、研磨剤供給量１５０ｃｃ／分、ウェーハ
回転数３０ｒｐｍとした。

【００２３】研磨後、各ウェーハを順次洗浄、乾燥した
後、研磨によるウェーハの膜厚減を４９点測定すること
により、各試験別に研磨速度を求めた。さらに、二酸化
ケイ素膜の研磨速度を窒化ケイ素膜のそれで除すること
により、窒化ケイ素膜に対する二酸化ケイ素膜の選択的
研磨速度比（これを選択比と略称することもある）を求
めた。この試験結果を表１及び表２に示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】表１及び表２に示した試験結果から、各実
施試料の二酸化ケイ素膜に対する研磨速度は、比較試料
５を除いて、いずれも比較試料のそれよりも格段に大き
く、また実施試料の選択比はいずれも比較試料のそれよ
りも著しく向上していることが明らかである。また、上
記の表１及び表２において掲載しなかったが、これらの
研磨加工面を目視にて評価したところ、実施試料、比較
試料ともに、いずれも合格であり、加工による欠陥は見
出だされなかった。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、水及び窒
化ケイ素微粉末に酸を添加して得られる研磨用組成物
は、研磨加工面に表面欠陥を発生させることもなく、層
間絶縁膜及びメタル配線の研磨において高い研磨速度を
付与し、同時にシャロートレンチアイソレーションにお
いて二酸化ケイ素膜の窒化ケイ素膜に対する選択的な研
磨速度比を高め得るという優れた効果をもつことが確認
された。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者横道典孝愛知県西春日井郡西枇杷島町地領２丁目１番地の１株式会社フジミインコーポレーテッド内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主成分が水、窒化ケイ素微粉末及び酸で
あることを特徴とする研磨用組成物。
【請求項２】酸がグルコン酸、乳酸、クエン酸、酒石
酸、リンゴ酸、グリコール酸、マロン酸、ギ酸、シュウ
酸、硝酸及び塩酸の中から選ばれた少なくとも一種類の
酸であることを特徴とする請求項１記載の研磨用組成
物。
【請求項３】主成分が水、窒化ケイ素微粉末及び酸で
あることを特徴とする半導体デバイスの表面平坦化用の
研磨用組成物。
【請求項４】酸がグルコン酸、乳酸、クエン酸、酒石
酸、リンゴ酸、グリコール酸、マロン酸、ギ酸、シュウ
酸、硝酸及び塩酸の中から選ばれた少なくとも一種類の
酸であることを特徴とする請求項３記載の半導体デバイ
スの表面平坦化用の研磨用組成物。