JPH10125638A

JPH10125638A - 研磨用組成物及びそれを使用した半導体基板上の金属膜の平坦化方法

Info

Publication number: JPH10125638A
Application number: JP23089097A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Sakatani; 能彰酒谷; Kazumasa Ueda; 和正上田; Yoshiaki Takeuchi; 美明竹内
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 1996-08-29
Filing date: 1997-08-27
Publication date: 1998-05-15

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体基板に於ける金属膜に対し高速研磨能
を有すると共に、優れた金属膜／絶縁膜の研磨選択性を
有する研磨用組成物を提供する。【解決手段】酸化セリウムをＣｅに換算し５重量％〜
４０重量％含有してなる平均粒子径が２μｍ以下の酸化
アルミニウム、酸化ケイ素および酸化チタンより選ばれ
た少なくとも１種の金属酸化物よりなる研磨材（Ａ）、
および酸化剤（Ｂ）よりなる研磨用組成物を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体基板上に形成
された金属膜を、欠陥を発生させずに高速に研磨し、し
かも金属膜／絶縁膜の研磨選択性に優れ、絶縁膜表面の
欠陥の発生を抑制し得る研磨用組成物、ならびにかかる
研磨用組成物を用い半導体基板上に形成された金属膜を
平坦化することを特徴とする、半導体基板上の金属膜の
平坦化方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ技術の急速な進展により、集積回
路はますます微細化や多層配線化の傾向にある。集積回
路に於ける多層配線化は半導体表面の凹凸を極めて大き
くし、かかる凹凸による段差の存在が、配線の段切れや
抵抗値の増大を招き、集積回路の微細化とも相まって断
線や電流容量の低下、エレクトロマイグレーションの発
生などをもたらし、歩留まりの低下や信頼性上の問題を
きたす原因となっている。この為、多層配線基板におけ
る金属配線や層間絶縁膜を平坦化し、各層間の凹凸を無
くす平坦化技術が必要となってきている。平坦化加工技
術は種々開発されてきており、その一つに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
半導体製造において、層間絶縁膜の平坦化、埋め込み配
線形成、プラグ形成等に必要となる技術である。

【０００３】ＣＭＰは、通常半導体材料からなる平坦な
ウェハーを、湿ったポリッシングパッドに対して下方に
一定の圧力をかけながら保持し、ポリッシングパッドを
貼りつけたポリッシングプラテンおよびウェハーを保持
したウェハーキャリアーが各々回転することにより行わ
れる。またこの時ウェハーとポリッシングパットの間に
導入される研磨剤により、配線や絶縁膜の凸部を研磨し
平坦化を行う。導入される研磨材の材質・粒度・添加剤
などにより研磨速度や研磨面の表面状態が大きく影響さ
れる。

【０００４】図１に従来のＣＭＰ技術を用いた埋め込み
金属配線の形成の一例（断面図）を示す。まずはじめに
図１（Ａ）のようにシリコン基板等の半導体基板１上
に、絶縁膜２を形成しこれを平坦化する。絶縁膜用の研
磨材組成物としては、コロイダルシリカにＫＯＨ等のア
ルカリ性成分を混合したものや、酸化セリウムなどが一
般に用いられる。次に図１（Ｂ）に示すようにフォトリ
ソグラフィー法およびエッチング法で、絶縁膜２に金属
配線用の溝、あるいは接続配線用の開口部を形成する。
次に図１（Ｃ）に示すように絶縁膜２に形成した溝ある
いは開口部に、溝や開口部に埋め込んだ金属膜とシリコ
ン基板との接触抵抗を低下させる目的で、更には金属膜
と絶縁膜が相互拡散や反応をしないように、スパッタリ
ングやＣＶＤ等の方法により、チタニウムＴｉ等よりな
るコンタクトメタル層３、更に必要に応じて窒化チタニ
ウムＴｉＮ等よりなるバリヤーメタル層４を形成する。
次に図１（Ｄ）に示すように厚みが絶縁膜２に形成した
溝や開口部の高さ以上となるように、配線用の金属膜５
を埋め込む。金属膜として、タングステンＷ、アルミニ
ウムＡｌ、銅Ｃｕ等が用いられる。次に図１（Ｅ）に示
すように溝または開口部以外の余分な金属膜を研磨によ
り取り除く。金属膜の研磨には、通常、酸化アルミニウ
ム又は酸化ケイ素等の研磨材に水と過酸化水素等の酸化
剤よりなる研磨用組成物が使用されている。

【０００５】金属膜５の研磨材として酸化アルミニウ
ム、例えば結晶形がα型の酸化アルミニウムを用いた場
合には硬度が高く、高い研磨速度を示す反面、金属膜５
や絶縁膜２の表面にマイクロスクラッチやオレンジピー
ル等の欠陥を発生させるとの不都合が生じる。他方α型
に比べ軟らかいγ型等の酸化アルミニウム（遷移アルミ
ナ）や酸化ケイ素を用いた場合では、金属膜５や絶縁膜
２の表面にマイクロスクラッチやオレンジピール等の欠
陥の発生を抑えることはできるものの、金属膜５の研磨
に際して十分な研磨速度が得られないとの不都合が生じ
る。

【０００６】研磨材として酸化セリウムは絶縁膜２の研
磨に高い研磨速度を示すことが知られているが、金属膜
５、コンタクトメタル層３及びバリヤーメタル層４を研
磨した場合、金属膜／絶縁膜の研磨選択性が悪く、研磨
終点において絶縁膜２も研磨してしまう。そのため絶縁
膜２の平坦化が損なわれることや、絶縁膜２上にマイク
ロスクラッチやオレンジピールが発生する可能性がある
ことから金属膜５、コンタクトメタル層３及びバリヤー
メタル層４の研磨には適さないとされている。また酸化
セリウムの低純度品は放射性同位元素を含むため、研磨
材がデバイス上に残留した場合、該放射性同位元素から
放射されるα線によりソフトエラーが発生するという問
題がある。高純度品ではコストが高くなるとの問題があ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】半導体製造工程におけ
る金属膜の平坦化方法において、従来の研磨材を用いた
研磨では、研磨面に欠陥が発生する、研磨速度が遅い、
金属膜／絶縁膜の研磨選択性が低い、α線を放射する不
純物の残留等の問題があった。本発明の課題は、半導体
基板上に形成された金属膜を欠陥を発生させずに高速に
研磨し、しかも金属膜／絶縁膜の研磨選択性に優れ、絶
縁膜表面の欠陥の発生を抑え且つα線放射の少ない研磨
用組成物、ならびにかかる研磨用組成物を用い半導体基
板上に形成された金属膜の平坦化方法を提供するもので
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は酸化
セリウムをＣｅに換算し５重量％〜４０重量％含有して
なる平均粒子径が２μｍ以下の酸化アルミニウム、酸化
ケイ素および酸化チタンより選ばれた少なくとも１種の
金属酸化物よりなる研磨材（Ａ）および酸化剤（Ｂ）よ
りなることを特徴とする研磨用組成物を提供するにあ
る。

【０００９】更に本発明は、半導体基板上に形成された
金属膜を、酸化セリウムをＣｅに換算し５重量％〜４０
重量％含有してなる平均粒子径が２μｍ以下の酸化アル
ミニウム、酸化ケイ素および酸化チタンより選ばれた少
なくとも１種の金属酸化物よりなる研磨材（Ａ）、およ
び酸化剤（Ｂ）よりなる研磨用組成物スラリーをｐＨ７
以下で用い、研磨することを特徴とする半導体基板上の
金属膜の平坦化方法を提供するにある。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の研磨用組成物は研磨材お
よび酸化剤を必須成分とするもので、本発明に用いる研
磨材は、光散乱法（マイクロトラック）により測定し
た、平均粒子径（平均二次粒子径）が約２μｍ以下、好
ましくは約０．２〜約１．５μｍの酸化アルミニウム粉
末、酸化ケイ素粉末或いは酸化チタン粉末（以下、総称
してベース金属酸化物と称する場合がある）に、酸化セ
リウムをベース金属酸化物に対しＣｅに換算し約５〜約
４０重量％、好ましくは約８重量％〜約３０重量％含有
してなる。

【００１１】ベース金属酸化物に対する酸化セリウムの
含有量がＣｅとしてベース金属酸化物に対し約５重量％
未満の場合には、所望とする研磨速度の改良効果が見ら
れない。他方、酸化セリウムの含有量を４０重量％より
多くしても研磨速度の向上効果は飽和し、製造コストが
高くなる。ベース金属酸化物に対する酸化セリウムはベ
ース金属酸化物中に存在してもよく、またベース金属酸
化物に付着、或いはベース金属酸化物表面を被覆してな
るいずれのものであってもよいが、ベース金属酸化物粉
末と酸化セリウム粉末を混合するのみでは、研磨速度を
向上することは殆どできない。

【００１２】本発明の研磨用組成物はスラリー状であ
り、その適用時のスラリーのｐＨは７以下、好ましくは
５以下で用いる。スラリーｐＨが７を越えると、研磨後
の金属膜の表面状態が悪化するとの不都合を生じる。ス
ラリーのｐＨは、添加する酸化剤の種類、量に依存する
が、当該酸化剤が安定なｐＨ領域において、公知の酸、
アルカリ成分によりｐＨを調整することが可能である。

【００１３】本発明の研磨用組成物において酸化剤は必
須である。酸化剤を添加することにより難削性の金属膜
の表面を酸化しながら研磨し研磨速度を向上させること
ができる。用いられる酸化剤としては公知の酸化剤、例
えば過酸化水素、硝酸鉄、沃素酸、沃素酸塩、過塩素
酸、過塩素酸塩等が挙げられる。就中、過酸化水素や硝
酸鉄の適用が推奨される。添加量としては研磨用組成物
に対しては約０．５重量％または容量％〜約１５重量％
または容量％の範囲で添加するのが望ましい。また添加
の時期であるが、酸化剤の変質等が無ければ特に制限を
受けないが、研磨直前に添加するのが望ましい。

【００１４】本発明の研磨剤は、通常約４０〜約１５０
ｍ²／ｇ、好ましくは約５０〜約１３０ｍ²／ｇのＢＥ
Ｔ比表面積を有するものを用いる。４０ｍ²／ｇ以下の
場合には、一次粒子径が大きくなりすぎ、研磨面にスク
ラッチやオレンジピールなどの欠陥が発生しやすい。他
方１５０ｍ²／ｇを越える場合には、１５０ｍ²／ｇ以
下のものに比較し一次粒子が小さく結晶化度が低いた
め、一般的に研磨速度の改良効果も低くなる。

【００１５】本発明の研磨材としてＣｅを含有させる酸
化物に酸化アルミニウムを用いる場合には、結晶形が遷
移アルミナ或いは非晶質の酸化アルミニウムを用いるこ
とが推奨される。α型の酸化アルミニウムが存在する場
合には、研磨面に欠陥が発生する場合がある。

【００１６】本発明の研磨材は、平均粒子径が約２μｍ
以下である酸化アルミニウムおよび／または酸化ケイ
素、或いは焼成後平均粒子径が約２μｍ以下の酸化アル
ミニウムおよび／または酸化ケイ素となる該金属酸化物
前駆体物質を水やアルコール、例えばメチルアルコー
ル、エチルアルコール、イソプロピルアルコール等の溶
媒に懸濁させた後、該懸濁液に、焼成後ベース金属酸化
物に対しＣｅ換算で約５重量％〜約４０重量％、好まし
くは約８重量％〜約３０重量％の酸化セリウムとなる量
のセリウム化合物を添加し、均一に混合した後、乾燥、
焼成することにより製造することができる。

【００１７】上記金属酸化物前駆体物質としては、例え
ば各金属水和物、硝酸塩、酢酸塩、硫酸塩、シュウ酸
塩、アンモニウム塩あるいは炭酸塩が挙げられるが、中
でも水酸化物が好適に用いられる。平均粒子径が２μｍ
以下の金属酸化物あるいは焼成後金属酸化物となる金属
酸化物前駆体物質の製造方法としては、公知の方法が適
用できるが、それらの中でも金属アルコキシド（例え
ば、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムエト
キシド、アルミニウムｎ−イソプロポキシド、アルミニ
ウムｎ−ブトキシド等）をアルコール中で加水分解する
アルコキシド法、アルミニウムハライドやシリコンハラ
イド（例えば、塩化アルミニウム、臭化アルミニウム、
沃化アルミニウム、塩化ケイ素、臭化ケイ素、沃化ケイ
素等）の金属化合物を気化させ、酸水素炎中で焼成加水
分解する気相法等を挙げることができる。これらの方法
により得られた酸化アルミニウムや酸化ケイ素粉末は約
０．５μｍ以下、通常約０．０１μｍ〜約０．２μｍの
平均粒子径を有する一次粒子が凝集したものであり、研
磨に際し研磨圧により一次粒子近傍まで解砕される。

【００１８】セリウム化合物としては、金属酸化物或い
は金属酸化物の前駆体を分散した溶媒中に溶解、或いは
均一に分散するセリウム化合物（III 価かＩV 価）であ
れば特に制限されるものではなく、例えば硝酸セリウ
ム、酢酸セリウム、硫酸セリウム、塩化セリウム、シュ
ウ酸セリウム、炭酸セリウム、硫酸セリウムアンモニウ
ムおよび硝酸セリウムアンモニウム等の硝酸塩、酢酸
塩、硫酸塩、シュウ酸塩、アンモニウム塩あるいは炭酸
等を挙げることができる。好ましくはセリウム化合物と
しては硝酸セリウム、酢酸セリウム、硫酸セリウム、塩
化セリウム等が挙げられる。

【００１９】セリウム化合物を添加、混合した金属酸化
物或いは金属酸化物前駆体を分散した溶媒は、次いで乾
燥し、溶媒を除去した後、約６００〜約１１００℃、１
分以上、通常約１０分〜約５時間焼成する。該溶媒の乾
燥は、フラッシュ乾燥機或いは気流乾燥機の使用が推奨
されるが、凝集力の小さい微粒の乾燥粉末体が得られる
ならば特に制限されるものではない。

【００２０】乾燥後の焼成温度が上記より低いとセリウ
ム源であるセリウム化合物が酸化セリウムになりえず、
またこの温度を超える場合には粒径が大きくなりすぎ研
磨材としての使用時に欠陥の発生の原因となりうる。ま
た、金属酸化物が酸化アルミニウムの場合には、焼成後
の酸化アルミニウムの結晶形が主としてγ−アルミナ等
の遷移アルミナや非晶質アルミナであるように焼成す
る。かかる焼成条件は上記焼成温度ならびに時間の範囲
から適宜選択すればよい。

【００２１】焼成装置としてはロータリーキルン、瞬間
仮焼炉、充填式焼成炉、流動式焼成炉、トンネル炉、真
空焼成炉、シャトル炉等の公知の焼成炉が使用可能であ
り、特に制限されないが、通常、生産性と材質の耐熱性
等の点からロータリーキルン、トンネル炉、シャトル炉
等が好適である。

【００２２】上記方法で得られる酸化セリウムを含有す
る金属酸化物（酸化アルミニウム、酸化ケイ素または酸
化チタン）は、その表面状態を透過型電子顕微鏡で観察
した場合、金属酸化物表面を酸化セリウムで被覆したも
の、金属酸化物表面の一部を被覆したもの、あるいは金
属酸化物粒子内に酸化セリウムを内包したいずれかの状
態を呈している。酸化セリウムを含有する金属酸化物の
平均粒子径は約２μｍ以下、好ましくは約０．２〜約
１．５μｍである。

【００２３】当該研磨材を半導体基板上に形成された金
属膜の平坦化に用いる場合には、当該研磨材と酸化剤、
必要に応じて水よりなる研磨用組成物をスラリー状で用
いる。研磨用組成物の形成は研磨材と酸化剤、必要に応
じて水を同時に混合・分散してもよいし、研磨材と水、
研磨材と酸化剤、酸化剤と水を予め混合しておいた後、
研磨剤としての適用時に不足する他の成分を混合し、分
散使用することもできる。スラリーにする分散方法とし
ては、例えば、ホモジナイザー、超音波、湿式媒体ミル
等による分散方法が挙げられる。スラリー濃度としては
通常約１〜約３０重量％（研磨用組成物中の研磨材含有
量）で用いられる。本発明の研磨用組成物には必要に応
じて分散剤、沈降防止剤および消泡剤等の公知の添加剤
を添加し使用することは勿論可能である。

【００２４】このようにして調整された本発明の研磨用
組成物は半導体基板上に形成された金属膜の平坦化に適
用される。この場合の研磨用組成物のスラリーｐＨは、
通常約７以下、好ましくは約５以下で使用される。研磨
対象となる半導体基板上の金属膜は、特に制限されない
が、例えば、タングステンＷ，アルミニウムＡｌ, 銅Ｃ
ｕ、チタニウムＴｉやこれらの合金等の公知の配線、プ
ラグ用、コンタクトメタル用の金属膜が挙げられる。

【００２５】

【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、酸化アル
ミニウム、酸化ケイ素或いは酸化チタンに酸化セリウム
を含有させて得られた研磨材に酸化剤を混合するという
簡単な方法で、金属膜／絶縁膜の研磨選択性に優れ、高
速で金属膜を研磨し、かつソフトエラーの原因となるα
線放射量の少ない研磨用組成物を見い出したものであ
り、半導体基板上の金属膜の研磨は勿論のこと、磁気デ
ィスク基板や金属の表面処理用の研磨用組成物として、
その産業上における利用価値は頗る大なるものである。

【００２６】

【実施例】以下、本発明を実施例を挙げて説明するが、
本発明はこれらによって限定されるものではない。尚、
本発明に於ける測定は以下の方法により実施した。

【００２７】平均粒子径（二次粒子径）：マイクロトラ
ックＭＫII粒度分析計（ＳＰＡモデル７９９７−２０
日機装株式会社製）により累積５０％径を測定した。

【００２８】ＢＥＴ比表面積：流動式比表面積自動測定
装置（フローソーブＩＩ２３００ＰＣ−１Ａ、株式会
社島津製作所製）により測定した。

【００２９】α線放出量：α線量が０．１ｃ／ｃｍ²・
ｈｒ以上はアロカ社製（モデルＺＤＳ−４５１）のα線
量測定装置、α線量が０．１ｃ／ｃｍ²・ｈｒ未満のも
のは住友化学工業製（ＬＡＣＳ−４０００Ｍ）低レベル
α線測定装置にて測定した。

【００３０】実施例１アルミニウムアルコキシドの加水分解により製造された
平均粒子０．６μｍの水酸化アルミニウム２５０ｇをイ
ソプロピルアルコール（以下ＩＰＡと称する）９４０ｍ
ｌ中に懸濁させてなるスラリー中に、ＩＰＡ１７０ｇに
硝酸セリウム［Ｃｅ（ＮＯ₃）₃・６Ｈ₂Ｏ］５２．６
９ｇ（酸化アルミニウムに対しＣｅとして１０重量％に
相当する）を溶解させた液を滴下、撹拌混合し、更にこ
の混合液を２時間加熱還流した後、乾燥させた。この乾
燥粉末を１０５０℃で３時間焼成を行った。得られた粉
末のＸ線回折によりみた酸化アルミニウムの結晶形はγ
−アルミナであり、平均粒子径は０．８μｍ、ＢＥＴ比
表面積は５６ｍ²／ｇであり、透過型電子顕微鏡での元
素分析（ＴＥＭ−ＥＤＸ）結果から、アルミナの一次粒
子各々にセリウムが含有されていることも確認された。
このようにして得られた酸化セリウム含有酸化アルミニ
ウム粉末９ｇを水１４１ｇに分散させ６重量％濃度のス
ラリーとした湿式粉砕した（湿式粉砕後の平均粒子径は
０．５１μｍ、ＢＥＴ比表面積は５７ｍ²／ｇであっ
た）後、酸化剤として硝酸鉄九水和物の１０重量％水溶
液１５０ｇを酸化セリウム含有酸化アルミニウムスラリ
ーに混合し（混合比１：１、スラリー濃度３重量％、ｐ
Ｈ＝１．１）研磨組成物を形成した後、これを用いて、
タングステン膜、チタニウム膜及びシリコン酸化膜を研
磨した。タングステン膜およびチタニウム膜の場合、膜
厚約０．８μｍの膜を加工圧力３００ｇ／ｃｍ²、定盤
回転数２００ｒｐｍの条件下で、研磨布にＳＵＢＡ８０
０（商品名、ロデール社）を用いて行った。一方シリコ
ン酸化膜の場合、膜厚約１μｍの膜を加工圧力３００ｇ
／ｃｍ²、定盤回転数１４０ｒｐｍの条件下で、研磨布
にＳＵＢＡ８００（商品名、ロデール社）を用いて行っ
た。研磨速度および研磨後の表面状態（欠陥の有無）を
測定した。測定条件を表１、測定結果を表２に示す。ま
た研磨材のα線量を測定したところ、α線量は０．００
７ｃ／ｃｍ²・ｈｒであった。

【００３１】実施例２硝酸セリウムの使用量１０５．３８ｇ（酸化アルミニウ
ムに対しＣｅとして２０重量％に相当する）に変えた他
は実施例１と同様にして酸化セリウム含有酸化アルミニ
ウム粉末を得た。この粉末の結晶形はγ−アルミナであ
り、平均粒子径は０．８μｍ、ＢＥＴ比表面積は５１ｍ
²／ｇであった。得られた酸化セリウム含有酸化アルミ
ニウム粉末を実施例１と同様の方法で研磨スラリー（湿
式粉砕後の平均粒子径は０．５３μｍ、ＢＥＴ比表面積
は５６ｍ ²／ｇであった）１５０ｇを得、このスラリー
に酸化剤として硝酸鉄九水和物の１０重量％水溶液１５
０ｇを混合した後（混合比１：１、スラリー濃度３重量
％）、実施例１と同条件でタングステン膜、チタニウム
膜及びシリコン酸化膜を研磨した。測定条件を表１、測
定結果を表２に示す。

【００３２】実施例３実施例２と同じ酸化剤添加前のスラリー１５０ｇに、酸
化剤として３０％過酸化水素水を９７．０５ｇ、水を５
２．９５ｇ（過酸化水素添加量約１０容量％、スラリー
濃度３重量％）を混合し、硝酸によりｐＨを３．８に調
整後、実施例１と同条件でタングステン膜、チタニウム
膜及びシリコン酸化膜を研磨した。測定条件を表１、測
定結果を表２に示す。

【００３３】実施例４実施例２と同じ酸化剤添加前のスラリー１５０ｇに、酸
化剤として３０％過酸化水素水を９７．０５ｇ、水を５
２．９５ｇ（過酸化水素添加量約１０容量％、スラリー
濃度３重量％）を混合し、硝酸によりｐＨを７．０に調
整後、実施例１と同条件でタングステン膜、チタニウム
膜及びシリコン酸化膜を研磨した。測定条件を表１、測
定結果を表２に示す。

【００３４】実施例５焼成温度を８５０℃で３時間行う他は、実施例２と同様
にして酸化セリウム含有酸化アルミニウム粉末を得た。
この粉末の結晶形は非晶質であり、平均粒子径は２．１
μｍ、ＢＥＴ比表面積は１２８ｍ²／ｇであった。この
ようにして得られた酸化セリウム含有酸化アルミニウム
粉末９ｇを水１４１ｇに分散させ６重量％濃度のスラリ
ーとし、湿式粉砕した後（湿式粉砕後の平均粒子径は
０．３９μｍ、ＢＥＴ比表面積は１２９ｍ²／ｇであっ
た）、酸化剤として硝酸鉄九水和物の１０重量％水溶液
１５０ｇを酸化セリウム含有酸化アルミニウムスラリー
に混合し（混合比１：１、スラリー濃度３重量％、ｐＨ
＝１．１）研磨用組成物を形成した後、実施例１と同条
件でタングステン膜、チタニウム膜及びシリコン酸化膜
を研磨した。測定条件を表１、測定結果を表２に示す。

【００３５】比較例１酸化セリウム含有酸化アルミニウムスラリーに代え、平
均粒子径０．４０μｍ、ＢＥＴ比表面積１５０ｍ²／ｇ
のγ−アルミナ粉末を用いた他は実施例１と同様の方法
で研磨スラリー１５０ｇを得、このスラリーに酸化剤と
して硝酸鉄九水和物の１０重量％水溶液１５０ｇを混合
した後（混合比１：１、スラリー濃度３重量％）、実施
例１と同条件でタングステン膜、チタニウム膜及びシリ
コン酸化膜を研磨した。測定条件を表１、測定結果を表
２に示す。

【００３６】比較例２酸化セリウム含有酸化アルミニウムスラリーに代え、平
均粒子径０．３９μｍ、ＢＥＴ比表面積２５ｍ²／ｇ
のα−アルミナ粉末を用いた他は実施例１と同様の方法
で研磨スラリー１５０ｇを得、このスラリーに酸化剤と
して硝酸鉄九水和物の１０重量％水溶液１５０ｇを混合
した後（混合比１：１、スラリー濃度３重量％）、実施
例１と同条件でタングステン膜、チタニウム膜及びシリ
コン酸化膜を研磨した。測定条件を表１、測定結果を表
２に示す。

【００３７】比較例３酸化セリウム含有酸化アルミニウムスラリーに代え、平
均粒子径０．４０μｍ、ＢＥＴ比表面積１５０ｍ²／ｇ
のγ−アルミナ粉末７．２ｇに、平均粒子径０．３μ
ｍ、ＢＥＴ比表面積１０５．５ｍ²／ｇの酸化セリウム
粉末１．８ｇ（γ−アルミナに対しＣｅとして２０重量
％）混合し、この混合粉末を用いた他は実施例１と同様
の方法で研磨スラリー１５０ｇを得、このスラリーに硝
酸鉄九水和物の１０重量％水溶液１５０ｇを混合比１：
１で混合した後（３重量％、ｐＨ＝１．１）、実施例１
と同条件でタングステン膜、チタニウム膜及びシリコン
酸化膜を研磨した。測定条件を表１、測定結果を表２に
示す。

【００３８】比較例４実施例２と同じ酸化セリウム含有酸化アルミニウム粉末
９ｇを水２９１ｇに分散させ３重量％とした後、硝酸に
よりｐＨを１．１に調整後、実施例１と同条件でタング
ステン膜、チタニウム膜及びシリコン酸化膜を研磨し
た。測定条件を表１、測定結果を表２に示す。

【００３９】比較例５硝酸セリウムの使用量１５．８１ｇ（酸化アルミニウム
に対しＣｅとして３重量％に相当する）に変えた他は実
施例１と同様にして酸化セリウム含有酸化アルミニウム
粉末を得た。この粉末の結晶形はγ−アルミナであり、
平均粒子径は０．９μｍ、ＢＥＴ比表面積は５５ｍ²／
ｇであった。得られた酸化セリウム含有酸化アルミニウ
ム粉末を実施例１と同様の方法で研磨スラリー１５０ｇ
を得、このスラリーに酸化剤として硝酸鉄九水和物の１
０重量％水溶液１５０ｇを混合した後（混合比１：１、
スラリー濃度３重量％）、実施例１と同条件でタングス
テン膜、チタニウム膜及びシリコン酸化膜を研磨した。
測定条件を表１、測定結果を表２に示す。

【００４０】比較例６実施例１の方法において、平均粒子径０．６μｍの水酸
化アルミニウムに代え、同法により得られた平均粒子径
２．１μｍの水酸化アルミニウムを用いた他は実施例１
と同様にして酸化セリウム含有酸化アルミニウム粉末を
得た。この粉末の結晶形はγ−アルミナであり、平均粒
子径は２．５μｍ、ＢＥＴ比表面積は８２ｍ²／ｇであ
った。得られた酸化セリウム含有酸化アルミニウム粉末
を実施例１と同様の方法で研磨スラリー１５０ｇを得、
このスラリーに酸化剤として硝酸鉄九水和物の１０重量
％水溶液１５０ｇを混合した後（混合比１：１、スラリ
ー濃度３重量％）、実施例１と同条件でタングステン
膜、チタニウム膜及びシリコン酸化膜を研磨した。測定
条件を表１、測定結果を表２に示す。

【００４１】比較例７酸化セリウム含有酸化アルミニウムスラリーに代え、平
均粒子径３．５μｍ、ＢＥＴ比表面積５．８ｍ²／ｇの
酸化セリウム粉末を用いた他は実施例１と同様の方法で
研磨スラリー１５０ｇを得、このスラリーに酸化剤とし
て硝酸鉄九水和物の１０重量％水溶液１５０ｇを混合し
た後（混合比１：１、スラリー濃度３重量％）、実施例
１と同条件でタングステン膜、チタニウム膜及びシリコ
ン酸化膜を研磨した。測定条件を表１、測定結果を表２
に示す。また研磨材のα線量を測定したところ、α線量
は２５０ｃ／ｃｍ²・ｈｒであった。

【００４２】比較例８実施例２と同じ酸化剤添加前のスラリー１５０ｇに、酸
化剤として３０％過酸化水素水を９７．０５ｇ、水を５
２．９５ｇ（過酸化水素添加量約１０容量％、スラリー
濃度３重量％）を混合し、硝酸によりｐＨを９．０に調
整後、実施例１と同条件でタングステン膜、チタニウム
膜及びシリコン酸化膜を研磨した。測定条件を表１、測
定結果を表２に示す。

【００４３】比較例９酸化セリウム含有酸化アルミニウムスラリーに代え、平
均粒子径０．４０μｍ、ＢＥＴ比表面積１５０ｍ²／ｇ
のγ−アルミナ粉末を用いた他は実施例１と同様の方法
で酸化剤添加前の研磨スラリー１５０ｇを得、このスラ
リーに酸化剤として３０％過酸化水素水を９７．０５
ｇ、水を５２．９５ｇ（過酸化水素添加量約１０容量
％、スラリー濃度３重量％）を混合し、硝酸によりｐＨ
を３．８に調整後、実施例１と同条件でタングステン
膜、チタニウム膜及びシリコン酸化膜を研磨した。測定
条件を表１、測定結果を表２に示す。

【００４４】比較例１０酸化セリウム含有酸化アルミニウムスラリーに代え、平
均粒子径０．３９μｍ、ＢＥＴ比表面積２５ｍ²／ｇの
α−アルミナ粉末を用いた他は実施例１と同様の方法で
酸化剤添加前の研磨スラリー１５０ｇを得、このスラリ
ーに酸化剤として３０％過酸化水素水を９７．０５ｇ、
水を５２．９５ｇ（過酸化水素添加量約１０容量％、ス
ラリー濃度３重量％）を混合し、硝酸によりｐＨを３．
８に調整後、実施例１と同条件でタングステン膜、チタ
ニウム膜及びシリコン酸化膜を研磨した。測定条件を表
１、測定結果を表２に示す。

【００４５】比較例１１実施例２と同じ酸化セリウム含有酸化アルミニウム粉末
９ｇを水２９１ｇに分散させ３重量％とした後、硝酸に
よりｐＨを３．８に調整後、実施例１と同条件でタング
ステン膜、チタニウム膜及びシリコン酸化膜を研磨し
た。測定条件を表１、測定結果を表２に示す。

【００４６】比較例１２実施例５と同じ酸化セリウム含有酸化アルミニウム粉末
９ｇを水２９１ｇに分散させ３重量％とした後、硝酸に
よりｐＨを１．１に調整後、実施例１と同条件でタング
ステン膜、チタニウム膜及びシリコン酸化膜を研磨し
た。測定条件を表１、測定結果を表２に示す。

【００４７】

【表１】

【００４８】

【表２】

【００４９】表１、２より本発明で得られる研磨用組成
物を用いると、半導体基板上に形成された金属膜を欠陥
を発生させずに高速に研磨し、しかも金属膜／絶縁膜の
研磨選択性に優れ、絶縁膜表面の欠陥の発生を抑えるこ
とがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＣＭＰ技術を用いた金属配線の形成例を示す概
略断面図である。

【符号の説明】

１．半導体基板２．絶縁膜３．コンタクトメタル層４．バリヤーメタル層５．金属膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸化セリウムをＣｅに換算し５重量％〜４
０重量％含有してなる平均粒子径が２μｍ以下の酸化ア
ルミニウム、酸化ケイ素および酸化チタンより選ばれた
少なくとも１種の金属酸化物よりなる研磨材（Ａ）およ
び酸化剤（Ｂ）よりなることを特徴とする研磨用組成
物。
【請求項２】研磨材のＢＥＴ比表面積が約４０〜約１５
０ｍ²／ｇ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】酸化アルミニウムの結晶形が遷移アルミナ
および／または非晶質アルミナ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４】酸化剤が過酸化水素、硝酸鉄、沃素酸、沃
素酸塩、過塩素酸および過塩素酸塩の少なくとも１種で
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５】研磨材（Ａ）が、平均粒子径が２μｍ以下
である酸化アルミニウム、酸化ケイ素および酸化チタン
より選ばれた少なくとも１種の金属酸化物、あるいは焼
成後の平均粒子径が２μｍ以下となる酸化アルミニウ
ム、酸化ケイ素および酸化チタンより選ばれた少なくと
も１種の金属酸化物の前駆体物質を、溶媒に懸濁させ、
これに焼成後酸化セリウムとなるセリウム化合物を添加
混合し、乾燥し、焼成して得た金属酸化物であることを
特徴とする請求項１記載の研磨用組成物。
【請求項６】スラリー状態で用い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７】焼成後酸化セリウムとなるセリウム化合物
が、硝酸塩、酢酸塩、硫酸塩、シュウ酸塩、アンモニウ
ム塩あるいは炭酸塩から選ばれた少なくとも１種である
ことを特徴とする請求項５記載の研磨用組成物。
【請求項８】スラリーのｐＨが７以下であることを特徴
とする請求項６記載の研磨用組成物。
【請求項９】スラリー濃度（スラリー中に含有される研
磨材の量）が、１〜３０重量％であることを特徴とする
請求項６または８記載の研磨用組成物。
【請求項１０】半導体基板上に形成された金属膜を、酸
化セリウムをＣｅに換算し５重量％〜４０重量％含有し
てなる平均粒子径が２μｍ以下の酸化アルミニウム、酸
化ケイ素および酸化チタンより選ばれた少なくとも１種
の金属酸化物よりなる研磨材（Ａ）、および酸化剤
（Ｂ）よりなる研磨用組成物スラリーをｐＨ７以下で用
い、研磨することを特徴とする半導体基板上の金属膜の
平坦化方法。
【請求項１１】研磨用組成物を構成する酸化剤が過酸化
水素、硝酸鉄、沃素酸、沃素酸塩、過塩素酸、過塩素酸
塩の少なくとも１種であることを特徴とする請求項１０
記載の半導体基板上の金属膜の平坦化方法。
【請求項１２】研磨に用いる研磨用組成物のスラリーｐ
Ｈが５以下であることを特徴とする請求項１１記載の半
導体基板上の金属膜の平坦化方法。