JP2002118082A

JP2002118082A - 研磨液組成物

Info

Publication number: JP2002118082A
Application number: JP2000309133A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Yoshida; 宏之吉田; Toshiya Hagiwara; 敏也萩原; Ryoichi Hashimoto; 良一橋本; Yasuhiro Yoneda; 康洋米田
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 2000-10-10
Filing date: 2000-10-10
Publication date: 2002-04-19

Abstract

(57)【要約】【課題】絶縁膜とストッパー膜の研磨速度選択比を安定
にかつ低コストで向上させることが目的であり、それを
達成する研磨液組成物を提供すること。更に、該研磨液
組成物を用いる被研磨基板の製造方法を提供すること。【解決手段】ストッパー膜の研磨速度に対する絶縁膜の
研磨速度の比を向上させる研磨速度選択比向上剤、アン
モニア及び研磨材を含有してなる研磨液組成物であり、
前記研磨速度選択比向上剤が下記一般式（I) ：【化１】〔式中、Ｒ¹ 、Ｒ² 及びＲ³ はいずれも独立して水素又
は炭素数１〜６のアルカノール基を示す。但し、Ｒ¹ 、
Ｒ² 及びＲ³ の炭素数の合計は１〜９である〕で表され
るアミン化合物を含有してなる研磨液組成物、並びに該
研磨液組成物を用いる被研磨基板の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、研磨液組成物に関
する。更に、該研磨液組成物を用いる被研磨基板の製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、素子分離領域はLOCOS (Local Oxi
dation of Silicon)法と呼ばれる技術によって形成され
ていた。しかし、LOCOS 法では有効である素子分離領域
を狭めてしまうために、近年の半導体の高集積化に対応
していない。そこで、最近はSTI (Shallow Trench Isol
ation)法と呼ばれるシリコン基板上に窒化珪素膜のよう
なストッパー膜を付着させ、溝内（トレンチ部ともい
う）に酸化珪素膜のような絶縁膜を埋め込み、溝の外部
の余分な絶縁膜を化学的機械研磨(CMP) を用いて平担化
して、ストッパー膜を露出させ、その後ストッパー膜を
エッチング除去する方法を採用している。このSTI 法で
は、被研磨基板上の絶縁膜を研磨する時に発生するディ
ッシングやシニングを防ぎ、平坦化を達成するために、
ストッパー膜の研磨速度に対する絶縁膜の研磨速度を向
上させることが望ましい。

【０００３】現在、STI-CMP 用研磨液として使用されて
いるセリア系研磨液は、絶縁膜の高研磨速度を発現さ
せ、かつストッパー膜の研磨速度を選択的に抑制し、効
率のよい平担化を達成している。しかし、シリカ系研磨
液と比較して、高コストであり、砥粒が分散しにくいと
いう問題がある。一方、シリカとｐＨ調整剤とからなる
市販のシリカ系研磨液は、ストッパー膜に対する絶縁膜
の研磨速度選択比が低く、トレンチ部が密集した部分の
研磨が疎な部分に比べ進行してしまい、シニングが発生
するという問題がある。また、シニングを防ぐためにス
トッパー膜を厚くすると、CMP 後のストッパー膜の除去
によりトレンチ部の絶縁膜が多量に残存し、シリコン基
板表面と絶縁膜表面との間に大きな段差が残るという問
題が発生する。

【０００４】特開平11-330025 号公報にはトリエタノー
ルアミン／水酸化カリウムにより、特開平10-270401 号
公報には水酸化テトラメチルアンモニウムハイドロキシ
ド／過酸化水素の添加によって研磨速度選択比を向上さ
せることが報告されている。しかし、その効果は安定性
を含め十分ではない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、絶縁膜とス
トッパー膜の研磨速度選択比を安定にかつ低コストで向
上させることが目的であり、それを達成する研磨液組成
物を提供する。更に、該研磨液組成物を用いる被研磨基
板の製造方法を提供する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明の要旨は、
〔１〕ストッパー膜の研磨速度に対する絶縁膜の研磨
速度の比を向上させる研磨速度選択比向上剤、アンモニ
ア及び研磨材を含有してなる研磨液組成物であり、前記
研磨速度選択比向上剤が下記一般式（Ｉ) ：

【０００７】

【化２】

【０００８】〔式中、Ｒ¹ 、Ｒ² 及びＲ³ はいずれも独
立して水素又は炭素数１〜６のアルカノール基を示す。
但し、Ｒ¹ 、Ｒ² 及びＲ³ の炭素数の合計は１〜９であ
る〕で表されるアミン化合物を含有してなる研磨液組成
物、並びに〔２〕前記〔１〕記載の研磨液組成物を用
いる被研磨基板の製造方法に関する。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明において、研磨速度選択比
向上とは、ストッパー膜の研磨速度に対する絶縁膜の研
磨速度の比（以下、選択比ともいう）を向上させること
を意味する（以下、選択比向上ともいう）。従って、本
発明の研磨速度選択比向上剤（以下、選択比向上剤と略
す) とは、研磨液組成物に含有させることで、STI 法に
おけるストッパー膜の研磨速度に対する絶縁膜の研磨速
度の比を向上させる作用、具体的には、絶縁膜の研磨速
度を著しく低下させずにストッパー膜の研磨速度を低減
させる作用を有する剤をいう。なお、選択比向上剤が向
上させる研磨速度の比〔（絶縁膜の研磨速度）／（スト
ッパー膜の研磨速度）〕としては、研磨終点を検出する
容易さの観点（所定の位置で研磨を容易に停止できる観
点）、研磨後の被研磨基板の平坦化達成の観点から、選
択比は市販シリカ系研磨液の選択比３〜４を超える比が
好ましく、より好ましくは６以上、更に好ましくは８以
上である。なお、各膜の研磨速度は、後述の実施例に記
載の方法で測定したものをいう。

【００１０】本発明の選択比向上剤は、下記一般式
（Ｉ) ：

【００１１】

【化３】

【００１２】〔式中、Ｒ¹ 、Ｒ² 及びＲ³ はいずれも独
立して水素又は炭素数１〜６のアルカノール基を示す。
但し、Ｒ¹ 、Ｒ² 及びＲ³ の炭素数の合計は１〜９であ
る〕で表されるアミン化合物からなる。

【００１３】式中、Ｒ¹ 、Ｒ² 及びＲ³ は、水素又は炭
素数１〜６のアルカノール基であり、選択比向上の観点
から、好ましくは炭素数１〜４、更に好ましくは炭素数
２〜３のアルカノール基である。また、Ｒ¹ 、Ｒ² 及び
Ｒ³ の炭素数の合計は、選択比向上の観点から、好まし
くは２〜６である。更に、アルカノール基は直鎖構造で
も分岐鎖構造でも良い。また、選択比向上の観点から、
ヒドロキシル基をアルカノール基の末端に有することが
好ましい。

【００１４】一般式（Ｉ）で表されるアミン化合物の具
体例としては、モノメタノールアミン、ジメタノールア
ミン、トリメタノールアミン、モノエタノールアミン、
ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、モノプロ
パノールアミン、モノイソプロパノールアミン、ジプロ
パノールアミン、ジイソプロパノールアミン、トリプロ
パノールアミン等が挙げられる。選択比向上の観点か
ら、特に好ましくはモノエタノールアミン、ジエタノー
ルアミン、トリエタノールアミン、モノプロパノールア
ミン、モノイソプロパノールアミン、ジプロパノールア
ミン、ジイソプロパノールアミンである。これらのアミ
ン化合物は、単独で又は２種以上を混合して用いてもよ
い。

【００１５】本発明においては、かかる選択比向上剤を
研磨液組成物に用いることで、STI法による研磨におい
て絶縁膜とストッパー膜の研磨速度選択比を安定にかつ
低コストで向上させることができるという優れた効果が
発現される。従って、本発明は、前記選択比向上剤を用
いる、絶縁膜とストッパー膜の研磨速度選択比の向上方
法を提供するものである。

【００１６】本発明の研磨液組成物は、前記選択比向上
剤を含有したものである。選択比向上剤の添加量は、絶
縁膜の研磨速度を著しく低下させずに、ストッパー膜の
研磨速度を選択的に抑制する観点及び研磨後の基板表面
性状の観点から、研磨液組成物全量に対して0.01〜35重
量％が好ましく、より好ましくは0.1 〜35重量％、更に
好ましくは0.5 〜35重量％、特に好ましくは１〜30重量
％、最も好ましくは５〜30重量％である。

【００１７】また、本発明においてｐＨ調整剤として、
アンモニア（具体的には、アンモニア水）が使用され
る。かかるアンモニアを前記選択比向上剤と併用するこ
とにより、従来の水酸化カリウム等のｐＨ調整剤を使用
した場合に比べ、著しく速度選択比を向上させることが
できるという優れた効果が発現される。

【００１８】アンモニアの含有量は、選択比向上の観点
から、研磨液組成物全量に対して25％アンモニア水とし
て0.001 〜５重量％が好ましく、より好ましくは0.01〜
３重量％、更に好ましくは0.1 〜１重量％である。ま
た、アンモニア以外のｐＨ調整剤として、水酸化カリウ
ム、アミン（但し、前記一般式（Ｉ）で表されるアミン
化合物を除く）等のアルカリ源を適宜併用してもよい。

【００１９】本発明で用いられる研磨材は、研磨用に一
般に使用されている研磨材を使用することができる。該
研磨材の例としては、金属；金属又は半金属の炭化物、
窒化物、酸化物、ホウ化物；ダイヤモンド等が挙げられ
る。金属又は半金属元素は、周期律表（長周期型）の２
Ａ、２Ｂ、３Ａ、３Ｂ、４Ａ、４Ｂ、５Ａ、６Ａ、７Ａ
又は８族由来のものである。研磨材の具体例として、α
−アルミナ粒子、炭化ケイ素粒子、ダイヤモンド粒子、
酸化マグネシウム粒子、酸化亜鉛粒子、酸化セリウム粒
子、酸化ジルコニウム粒子、コロイダルシリカ粒子、ヒ
ュームドシリカ粒子等が挙げられ、中でも研磨材の分散
性と研磨後の基板表面性状が良好になる観点からシリカ
が好ましく、より好ましくはコロイダルシリカ、ヒュー
ムドシリカである。研磨材の平均粒径は、研磨速度向上
の観点から、１〜1000ｎｍが好ましく、より好ましくは
５〜500 ｎｍ、更に好ましくは10〜300 ｎｍである。研
磨材の添加量は、研磨速度向上の観点から研磨液組成物
全量に対して0.5 〜30重量％が好ましく、より好ましく
は１〜25重量％、更に好ましくは３〜15重量％である。

【００２０】研磨液組成物のｐＨは、絶縁膜の高研磨速
度を発現する観点から８〜13が好ましく、より好ましく
は10〜13である。

【００２１】研磨液組成物の残部は、水であり、その含
有量は、選択比向上の観点から研磨液組成物全量に対し
て30〜99.489重量％が好ましく、より好ましくは55〜99
重量％、更に好ましくは65〜97重量％である。

【００２２】また、本発明の研磨液組成物には必要に応
じて、テトラメチルアンモニウムクロライド、テトラエ
チルアンモニウムクロライド、テトラメチルアンモニウ
ムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシ
ド、ベンザルコニウムクロライド、ベンゼトニウムクロ
ライド等の殺菌剤、抗菌剤等の他の成分を配合すること
ができる。

【００２３】尚、前記研磨液組成物中の各成分の濃度
は、研磨する際の好ましい濃度であるが、該組成物製造
時の濃度であってもよい。なお、濃縮液として研磨液組
成物は製造され、これを使用時に希釈して用いる場合も
ある。

【００２４】以上のような構成を有する本発明の研磨液
組成物を用いることで、STI 法による研磨において、ス
トッパー膜を除去した後のシリコン基板の表面のレベル
と、トレンチ部上の絶縁膜表面のレベルとの間で段差の
極めて少ない被研磨基板を安定にかつ低コストで得るこ
とができるという優れた効果が発現される。

【００２５】本発明の研磨液組成物は、例えば、シリコ
ン基板に形成された溝内へ素子分離のための絶縁膜を埋
め込んだ後、溝の外部に堆積した絶縁膜を除去してシリ
コン基板の表面を平担化するSTI 法に好適に使用され
る。

【００２６】また、本発明の被研磨基板の製造方法は、
本発明の研磨液組成物を用いるものである。ここで、本
発明の研磨液組成物を用いて研磨を行うことにより、絶
縁膜とストッパー膜の研磨速度選択比を向上させ、優れ
た平坦化を行うことができる。また、この平坦化によ
り、シニング等の欠陥を被研磨基板に生じさせずに窒化
珪素膜等のストッパー膜の厚みを薄くすることができ、
半導体の高集積化を達成することができる。

【００２７】本発明で用いられる被研磨基板は、STI 法
等の、シリコン基板に形成された溝内へ絶縁膜を埋め込
む素子分離工程により得られる基板であり、研磨対象物
である絶縁膜と研磨の進行を抑制するストッパー膜を含
むものである。

【００２８】本発明に使用される絶縁膜としては、酸化
珪素膜が好ましく、その中でもプラズマTEOS膜、常圧CV
D 膜、熱酸化膜等を使用することができる。一方、スト
ッパー膜としては、窒化珪素膜が好ましく、その中でも
低圧CVD 膜、常圧CVD 膜等を使用することができる。な
お、絶縁膜及びストッパー膜の厚み等の物性について
は、特に限定はない。

【００２９】本発明の被研磨基板の製造方法により、ST
I 法等の、シリコン基板に形成された溝内へ絶縁膜を埋
め込む素子分離工程において、シリコン基板上に成膜し
た余分の絶縁膜を除去するために、本発明の研磨液組成
物を用いて研磨を行うことにより平坦化された基板を効
率よく製造することができる。

【００３０】

【実施例】以下の実施例中の「重量％」は研磨液組成物
全量に対してである。尚、研磨装置は片面研磨機〔品
番：MA-300、エンギス（株）製〕を使用した。また、研
磨条件等は以下に記載した。

【００３１】研磨条件本実施例において、被研磨基板として、プラズマTEOSで
酸化珪素膜（酸化膜）を表面上に10000 Åの厚さに蒸着
したシリコン基板（縦2cm ×横2cm ）、及び低圧CVD で
窒化珪素膜（窒化膜）を表面上に3000Å蒸着したシリコ
ン基板（縦2cm×横2cm ）を使用した。

【００３２】研磨パッドはIC1400(P) 〔外径30cmφ、ロ
デール・ニッタ（株）製〕を使用した。また、研磨荷重
は2.5 ×10³Pa、研磨液流量は50mL/minである。定盤回
転数は80rpm 、研磨ワークの回転数は60rpm であり、定
盤とワークは同一方向に回転させた。研磨時間は5minで
ある。更に、研磨ワークに使用するセラミック製の保持
台には水貼り用のバッキングフィルムを貼付し、その上
にガラスエポキシ樹脂製のキャリアを貼付した。そこに
同種類の被研磨基板を５枚密着させて使用した（図１参
照) 。

【００３３】研磨速度の算出研磨速度は、上記の条件下で研磨を行い、研磨前後の各
被研磨基板の研磨膜厚変化の平均値を測定し、それを研
磨時間で除することにより求めた。膜厚変化量は、エリ
プソメーター〔ＭＡＲＹ−１０２ＬＤ、ファイブラボ
（株）製〕から膜厚を求め、算出した。

【００３４】研磨速度選択比の算出研磨速度選択比は、酸化膜の研磨速度を窒化膜の研磨速
度で除することで算出した。

【００３５】実施例１〜３、比較例１〜３市販のシリカ系研磨液であるILD1300 （商品名、ロデー
ル・ニッタ社製) を使用前によく振盪し、沈降の無いこ
とを確認後、その425gにトリエタノールアミン75.0g(1
5.0重量%)を加え、アンモニア（２５％アンモニア水）
でｐＨを調整して、実施例１の研磨液組成物を得た。攪
拌後、上記の研磨条件下、酸化膜と窒化膜を研磨した。
表１に示す選択比向上剤及びｐＨ調整剤を用いた以外
は、実施例１と同様にして実施例２、３、比較例１、３
の研磨液組成物を得、同様に研磨を行った。なお、表中
の「アンモニア」はいずれも２５％アンモニア水を示
す。

【００３６】但し、比較例２は、市販のシリカ系研磨液
であるSS25（品番: セミ・スパース25、キャボット社
製、ｐＨ調整剤として水酸化カリウムを含有) を使用前
によく振盪し、沈降の無いことを確認後、その260gにイ
オン交換水で425gとし、そこにトリエタノールアミン7
5.0g(15.0重量%)を加えた研磨液組成物を使用した。攪
拌後、上記の研磨条件下、酸化膜と窒化膜を研磨した。

【００３７】これらの結果を表１に示す。なお、実施例
１、２の研磨液組成物は、いずれも研磨材の分散性に優
れたものであった。

【００３８】

【表１】

【００３９】表１の結果より、選択比向上剤とアンモニ
アを併用した実施例１〜３の研磨液組成物は、比較例１
〜３の研磨液組成物に比べ研磨速度選択比が向上された
ものであることがわかる。

【００４０】

【発明の効果】本発明の研磨液組成物を用いることで、
ストッパー膜の研磨速度に対する絶縁膜の研磨速度の選
択比を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、実施例で使用したキャリア表面の概略
説明図を示す。

【符号の説明】

１キャリア２被研磨基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者橋本良一和歌山市湊1334番地花王株式会社研究所内 (72)発明者米田康洋和歌山市湊1334番地花王株式会社研究所内Ｆターム(参考） 3C058 CB03 CB05 DA02 DA12 DA17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ストッパー膜の研磨速度に対する絶縁膜
の研磨速度の比を向上させる研磨速度選択比向上剤、ア
ンモニア及び研磨材を含有してなる研磨液組成物であ
り、前記研磨速度選択比向上剤が下記一般式（Ｉ) ：【化１】〔式中、Ｒ¹ 、Ｒ² 及びＲ³ はいずれも独立して水素又
は炭素数１〜６のアルカノール基を示す。但し、Ｒ¹ 、
Ｒ² 及びＲ³ の炭素数の合計は１〜９である〕で表され
るアミン化合物を含有してなる研磨液組成物。
【請求項２】シリコン基板に形成された溝内へ素子分
離のための絶縁膜を埋め込んだ後、溝の外部に堆積した
絶縁膜を除去してシリコン基板の表面を平担化するため
に使用される請求項１記載の研磨液組成物。
【請求項３】請求項１又は２いずれか記載の研磨液組
成物を用いる被研磨基板の製造方法。