JPH10102039A

JPH10102039A - 酸化セリウム研磨剤及び基板の研磨法

Info

Publication number: JPH10102039A
Application number: JP8258768A
Authority: JP
Inventors: Masato Yoshida; 誠人吉田; Jun Matsuzawa; 純松沢
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1996-09-30
Filing date: 1996-09-30
Publication date: 1998-04-21

Abstract

(57)【要約】【課題】ＳｉＯ₂絶縁膜等の被研磨面を傷なく研磨す
る酸化セリウム研磨剤を提供する。【解決手段】ＴＥＯＳ−ＣＶＤ法で作製したＳｉＯ₂
絶縁膜を形成させたＳｉウエハを、透過型電子顕微鏡に
よる観察で粒子径のアスペクト比が１以上２以下で、か
つ１２０℃より小さい角部を含まない輪郭を示す１次粒
子が全数の９０％以上である酸化セリウム粒子を媒体に
分散させたスラリー研磨剤で研磨する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、酸化セリウム研磨
剤及び基板の研磨法を提供するものである。

【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
の様な研磨剤は無機絶縁膜の研磨速度が充分な速度を持
たず、実用化には低研磨速度という技術課題がある。

【０００３】一方、フォトマスク用ガラス表面研磨とし
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く、
したがって研磨表面に傷が入りにくいことから仕上げ鏡
面研磨に有用である。また、酸化セリウムは強い酸化剤
として知られるように化学的活性な性質を有している。
この利点を活かし、絶縁膜用化学機械研磨剤への適用が
有用である。しかしながら、フォトマスク用ガラス表面
研磨用酸化セリウム研磨剤をそのまま無機絶縁膜研磨に
適用すると、絶縁膜表面に目視で観察できる研磨傷が入
ってしまう。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ＳｉＯ₂絶
縁膜等の被研磨面を傷なく研磨することが可能な酸化セ
リウム研磨剤及び基板の研磨法を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の酸化セリウム研
磨剤は、透過型電子顕微鏡による観察で粒子径のアスペ
クト比が１以上２以下で、かつ１２０℃より小さい角部
を含まない輪郭を示す１次粒子が全数の９０％以上であ
る酸化セリウム粒子を媒体に分散させたスラリーを含む
ものである。

【０００６】本発明の基板の研磨法は、上記の酸化セリ
ウム研磨剤で所定の基板を研磨することを特徴とするも
のである。

【０００７】本発明は、透過型電子顕微鏡による観察で
粒子径のアスペクト比が１以上２以下で、かつ１２０℃
より小さい角部を含まない輪郭を示す１次粒子が全数の
９０％以上である酸化セリウム粒子を使用することによ
り、ＳｉＯ₂絶縁膜等の被研磨面に傷をつけることなく
研磨できることを見い出したことによりなされたもので
ある。

【０００８】

【発明の実施の形態】一般に酸化セリウムは、炭酸塩、
硫酸塩、蓚酸塩等のセリウム化合物を焼成することによ
って得られる。ＴＥＯＳ−ＣＶＤ法等で形成されるＳｉ
Ｏ₂絶縁膜は１次粒子径が大きく、かつ結晶歪が少ない
ほど、すなわち結晶性がよいほど高速研磨が可能である
が、研磨傷が入りやすい傾向がある。そこで、本発明で
用いる酸化セリウム粒子は、あまり結晶性を上げないで
作製される。また、半導体チップ研磨に使用することか
ら、アルカリ金属およびハロゲン類の含有率は１ｐｐｍ
以下に抑えることが好ましい。

【０００９】本発明において、酸化セリウム粒子を作製
する方法として焼成法が使用できる。セリウム化合物の
酸化温度が３００℃であることから、焼成温度は３５０
℃以上７００℃以下が好ましい。

【００１０】本発明における酸化セリウムスラリーは、
上記の方法により製造された酸化セリウム粒子を含有す
る水溶液又はこの水溶液から回収した酸化セリウム粒
子、水及び必要に応じて分散剤らなる組成物を分散させ
ることによって得られる。ここで、酸化セリウム粒子の
濃度には制限は無いが、懸濁液の取り扱い易さから０．
５〜１０重量％の範囲が好ましい。また分散剤として
は、金属イオン類を含まないものとして、アクリル酸重
合体及びそのアンモニウム塩、メタクリル酸重合体及び
そのアンモニウム塩、ポリビニルアルコール等の水溶性
有機高分子類、ラウリル硫酸アンモニウム、ポリオキシ
エチレンラウリルエーテル硫酸アンモニウム等の水溶性
陰イオン性界面活性剤、ポリオキシエチレンラウリルエ
ーテル、ポリエチレングリコールモノステアレート等の
水溶性非イオン性界面活性剤、モノエタノールアミン、
ジエタノールアミン等の水溶性アミン類などが挙げられ
る。これらの分散剤の添加量は、スラリー中の粒子の分
散性及び沈降防止性などから酸化セリウム粒子１００重
量部に対して０．０１重量部から５重量部の範囲が好ま
しく、その分散効果を高めるためには分散処理時に分散
機の中に粒子と同時に入れることが好ましい。

【００１１】これらの酸化セリウム粒子を水中に分散さ
せる方法としては、通常の撹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、ボールミルなどを
用いることができる。特に酸化セリウム粒子を１μｍ以
下の微粒子として分散させるためには、ボールミル、振
動ボールミル、遊星ボールミル、媒体撹拌式ミルなどの
湿式分散機を用いることが好ましい。また、スラリーの
アルカリ性を高めたい場合には、分散処理時又は処理後
にアンモニア水などの金属イオンを含まないアルカリ性
物質を添加することができる。

【００１２】本発明の酸化セリウム研磨剤は、上記スラ
リ−をそのまま使用してもよいが、Ｎ，Ｎ−ジエチルエ
タノ−ルアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルエタノ−ルアミン、
アミノエチルエタノ−ルアミン等の添加剤を添加して研
磨剤とすることができる。

【００１３】本発明の酸化セリウム研磨剤が使用される
無機絶縁膜の作製方法として、定圧ＣＶＤ法、プラズマ
ＣＶＤ法等が挙げられる。定圧ＣＶＤ法によるＳｉＯ₂
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
温でできる利点を有する。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（ＴＥＯ
Ｓ）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、本発明のＳｉＯ₂絶縁膜にはリ
ン、ホウ素等の元素がド−プされていても良い。

【００１４】所定の基板として、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ＳｉＯ₂絶縁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ＳｉＯ₂絶縁膜層
を上記酸化セリウム研磨剤で研磨することによって、Ｓ
ｉＯ₂絶縁膜層表面の凹凸を解消し、半導体基板全面に
渡って平滑な面とする。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、定盤の回転速
度は半導体が飛び出さない様に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１ｋｇ／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。この供給量には制限はないが、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。

【００１５】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ＳｉＯ₂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
および配線上に再度上記方法によりＳｉＯ₂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ことに
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。

【００１６】本発明の酸化セリウム研磨剤は、半導体基
板に形成されたＳｉＯ₂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ＳｉＯ₂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
リズムなどの光学ガラス、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−の端面、シンチレ−
タ等の光学用単結晶、固体レ−ザ単結晶、青色レ−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
等を研磨するために使用される。このように本発明にお
いて所定の基板とは、ＳｉＯ₂絶縁膜が形成された半導
体基板、ＳｉＯ₂絶縁膜が形成された配線板、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
リズムなどの光学ガラス、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−の端面、シンチレ−
タ等の光学用単結晶、固体レ−ザ単結晶、青色レ−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。

【００１７】

【実施例】

（酸化セリウム粒子の作製：その１）炭酸セリウム水和
物（９９．９％）６００ｇを白金製の容器に入れ、４０
０℃で２時間空気中で焼成することにより黄白色の粉末
を得た。この粉末をＸ線回折法で相同定を行ったところ
酸化セリウムであることを確認した。さらに透過型電子
顕微鏡による観察で１次粒子径のアスペクト比が１以上
２以下で、かつ１次粒子が１２０℃より小さい角部を含
まない輪郭を示す球形の１次粒子であることを確認し
た。また、透過電子顕微鏡による観察で１次粒子径が５
ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることを確認した。

【００１８】（酸化セリウム粒子の作製：その２）炭酸
セリウム水和物（９９．９％）６００ｇを白金製の容器
に入れ、６００℃で２時間空気中で焼成することにより
黄白色の粉末を得た。この粉末をＸ線回折法で相同定を
行ったところ酸化セリウムであることを確認した。さら
に透過型電子顕微鏡による観察で１次粒子径のアスペク
ト比が１以上２以下で、かつ１次粒子が１２０℃より小
さい角部を含まない輪郭を示す球形の１次粒子であるこ
とを確認した。また、透過電子顕微鏡による観察で１次
粒子径は１０ｎｍを越え１００ｎｍ未満であることを確
認した。

【００１９】（酸化セリウムスラリーの作製）上記２種
類の酸化セリウム粉末８０ｇを脱イオン水８００ｇ中に
分散して、これにポリアクリル酸アンモニウム塩８ｇを
添加後、遊星ボールミル（Ｐ−５型、フリッチェ製）を
用いて２３００ｒｐｍで３０分間分散処理を施すことに
より、乳白色の酸化セリウムスラリーを得た。このスラ
リーｐＨはそれぞれ９．７と９．１であった。スラリー
の粒度分布を調べたところ（ＭａｓｔｅｒＳｉｚｅｒ
製）、平均粒子径がそれぞれ３００ｎｍと２６０ｎｍと
小さく、その半値幅もともに３００ｎｍと比較的分布も
狭いことがわかった。

【００２０】（絶縁膜層の研磨）保持する基板取り付け
用の吸着パッドを貼り付けたホルダーにＴＥＯＳ−プラ
ズマＣＶＤ法で作製したＳｉＯ₂絶縁膜を形成させたＳ
ｉ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、さらに加工加重が１６０ｇ／ｃｍ²になるように
重しを載せた。定盤上に上記２種類の酸化セリウムスラ
リー（固形分：２．５ｗｔ．％）を３５ｃｃ／ｍｉｎの
速度で滴下しながら、定盤を３０ｒｐｍで３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
変化を測定した結果、この研磨によりスラリー作製その
１のスラリは２００ｎｍの絶縁膜が削られ、またその２
のスラリーでは２４０ｎｍの絶縁膜が削られた。それぞ
れのスラリーの研磨後、ウエハ全面に渡って均一の厚み
になっていることがわかった。また、目視では絶縁膜表
面には傷が見られなかった。

【００２１】比較例実施例と同様にＴＥＯＳ−ＣＶＤ法で作製したＳｉＯ₂
絶縁膜を形成させたＳｉウエハについて、市販シリカス
ラリー（キャボット社製、商品名ＳＳ２２５）を用いて
研磨を行った。この市販スラリーのｐＨは１０．３で、
ＳｉＯ₂粒子を１２．５ｗｔ％含んでいるものである。
研磨条件は実施例と同一である。その結果、研磨による
傷は見られず、また均一に研磨がなされたが、３分間の
研磨により７５ｎｍの絶縁膜層しか削れなかった。

【００２２】

【発明の効果】本発明の研磨剤により、ＳｉＯ₂絶縁膜
等の被研磨面を傷なく研磨することが可能となる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 21/304 ３２１Ｈ０１Ｌ 21/304 ３２１Ｐ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透過型電子顕微鏡による観察で粒子径の
アスペクト比が１以上２以下で、かつ１２０℃より小さ
い角部を含まない輪郭を示す１次粒子が全数の９０％以
上である酸化セリウム粒子を媒体に分散させたスラリー
を含む酸化セリウム研磨剤。
【請求項２】スラリーが分散剤を含む請求項１記載の
酸化セリウム研磨剤。
【請求項３】媒体が水である請求項１又は２記載の酸
化セリウム研磨剤。
【請求項４】分散剤が水溶性有機高分子、水溶性陰イ
オン性界面活性剤、水溶性非イオン性界面活性剤及び水
溶性アミンから選ばれる少なくとも１種である請求項２
記載の酸化セリウム研磨剤。
【請求項５】スラリーのｐＨが７以上１０以下のスラ
リーである請求項１〜４各項記載の酸化セリウム研磨
剤。
【請求項６】請求項１〜５各項記載の酸化セリウム研
磨剤で所定の基板を研磨することを特徴とする基板の研
磨法。
【請求項７】所定の基板がＳｉＯ₂絶縁膜が形成され
た基板である請求項６記載の基板の研磨法。