JP2008182179A - 研磨剤用添加剤、研磨剤、基板の研磨方法及び電子部品 - Google Patents

Abstract

【課題】層間絶縁膜、ＢＰＳＧ膜、シャロー・トレンチ分離用絶縁膜や配線間の絶縁膜層を平坦化するＣＭＰ技術において、酸化珪素被膜の研磨速度を従来の研磨速度に保ちながら、窒化珪素被膜の研磨速度を例えば従来の７０〜１２０Å／分であるものを４０Å／分以下に抑えることで、ストッパ膜として用いる窒化珪素被膜の保護能力を高めることが可能となる研磨剤用添加剤、研磨剤、基板の研磨方法及び研磨された基板を用いた電子部品を提供する。
【解決手段】酸化セリウム粒子を含有する酸化珪素膜研磨用の研磨剤へ添加して用いられる添加剤であって、下記の３成分
１）ポリアクリル酸
２）ｐＫａが３以下の強酸
３）ｐＫａが１０以上の強塩基
を含有し、ｐＨが６．５〜８．０である研磨剤用添加剤、前記添加剤と酸化セリウム粒子を含有するスラリーとからなる研磨剤。
【選択図】なし

Description

本発明は、半導体絶縁用に好適な研磨剤用添加剤、研磨剤、基板の研磨方法及び研磨された基板を用いた電子部品に関する。

現在の超々大規模集積回路では、実装密度を高める傾向にあり、種々の微細加工技術が研究、開発されている。既に、デザインルールは、サブハーフミクロンのオーダーになっている。このような厳しい微細化の要求を満足するために開発されている技術の一つに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、半導体装置の製造工程において、露光を施す層を完全に平坦化し、露光技術の負担を軽減し、歩留まりを安定させることができるため、例えば、層間絶縁膜、ＢＰＳＧ膜の平坦化、シャロー・トレンチ分離等を行う際に必須となる技術である。

従来、加工寸法が微細化に伴い素子分離幅の狭い技術が要求され、シャロー・トレンチ分離が用いられつつある。図１に、半導体のシャロー・トレンチ分離工程の断面概略図を示し、（ａ）従来と（ｂ）次世代の研磨工程を説明する。シャロー・トレンチ分離では、シリコン基板１上に成膜した余分の酸化珪素膜３を除くためにＣＭＰが使用され、研磨を停止させるために、酸化珪素膜３の下に研磨速度の遅いストッパ膜２が形成される。ストッパ膜には窒化珪素などが使用され、酸化珪素膜３とストッパ膜２との研磨速度比が大きいことが望ましい。

最近では、シャロー・トレンチ分離工程で酸化珪素膜を高速に研磨し、窒化珪素膜を低速に研磨出来る特徴を有する酸化セリウム粒子を含有する研磨剤が主流で用いられるようになった（例えば、特許文献１参照）。

一方で、更なる微細化に伴い図１（ｂ）の上下矢印に示すように、研磨前にストッパ膜上成膜された酸化珪素被膜の膜厚の標高差４が年々顕著になり、膜厚の薄い部分と厚い部分でストッパ膜が露出するまでの時間差が大きくなっている。

そのため図１（ｂ）の一点破線部分に示すように、速くストッパ膜が露出した部分、例えば素子埋め込み部分５は、遅い部分の酸化珪素膜を完全に除去するまでの間にストッパ膜が完全に除去されてしまい、素子部分が露出するといった新たな課題が浮上してきている。そこで新たな要求として、酸化膜の研磨速度を現状維持しながら窒化珪素膜の研磨量を極小限にする高選択比の要求が高まってきている。
特開平１０−１０６９９４号公報

本発明は、層間絶縁膜、ＢＰＳＧ膜、シャロー・トレンチ分離用絶縁膜や配線間の絶縁膜層を平坦化するＣＭＰ技術において、酸化珪素被膜の研磨速度を従来の研磨速度に保ちながら、窒化珪素被膜の研磨速度を、例えば従来の７０〜１２０Å／分であるものを４０Å／分以下程度に抑えられ、ストッパ膜として用いる窒化珪素被膜の保護能力を高めることが可能となる研磨剤用添加剤、その添加剤を含む研磨剤、基板の研磨方法及び研磨された基板を用いた電子部品を提供するものである。

本発明は、次の事項に関する。
（１） 酸化セリウム粒子を含有する酸化珪素膜研磨用の研磨剤へ添加して用いられる添加剤であって、下記の３成分
１）ポリアクリル酸
２）ｐＫａが３以下の強酸
３）ｐＫａが１０以上の強塩基
を含有し、ｐＨが６．５〜８．０である研磨剤用添加剤。

（２） さらに水溶性非イオン性の界面活性剤を含有する前記（１）に記載の研磨剤用添加剤。
（３） ｐＫａが１０以上の強塩基が、水溶性の有機アミンである前記（１）または（２）に記載の研磨剤用添加剤。

（４） 前記（１）〜（３）のいずれかに記載の研磨剤用添加剤と、砥粒成分として酸化セリウム粒子を含有するスラリーとからなる研磨剤であって、酸化セリウム粒子の平均粒径が、０．０１〜２．０μｍである研磨剤。

（５） 研磨する膜を形成した基板を研磨定盤の研磨布に押しあて加圧し、前記（４）記載の研磨剤を研磨膜と研磨布との間に供給しながら、基板と研磨定盤を相対的に動かして前記研磨する膜を研磨することを特徴とする基板の研磨方法。
（６） 表面に段差を有する基板を研磨して段差を平坦化する前記（５）記載の基板の研磨方法。
（７） 前記（５）または（６）記載の方法で研磨された基板を用いた電子部品。

本発明によれば、酸化珪素被膜の研磨速度を保ちながら、窒化珪素被膜の研磨速度を例えば従来の７０〜１２０Å／分であるものを４０Å／分以下に抑えることを可能にし、ストッパ膜として用いる窒化珪素被膜の保護能力を高めることが可能となる研磨剤用添加剤を得ることができ、これを含む研磨剤を用いて電子部品を研磨すれば加工の微細化に対応した高品質の電子部品を得られる。

本発明において研磨剤は、酸化セリウムを含むスラリーと、添加液とからなる。スラリーは酸化セリウム粒子成分が水中に分散していることが好ましい。また、本発明において、研磨剤は、例えば、酸化セリウム粒子成分を分散剤で水中に分散させた酸化セリウムスラリーと、添加液とを分けた二液式研磨剤として保存することが好ましい。酸化セリウムスラリーと添加剤を混合した形で保管すると酸化セリウム粒子の凝集を引き起こし、研磨傷特性や研磨速度の変動を引き起こす場合がある。

二液式研磨剤で研磨する場合、例えば、(1)酸化セリウムスラリーと添加液とを別々の配管で送液し、これらの配管を合流させて供給配管出口の直前で混合して研磨定盤上に供給する方法や、(2)研磨直前に酸化セリウムスラリーと添加液とを混合する方法、および(3)研磨定盤上に酸化セリウムスラリーと添加剤とを別々に供給する方法などがとられる。これら二液の配合を任意に変えられることにより平坦化特性と研磨速度の調整が可能となる。配合比は、質量比で、スラリー：添加液が１：１０程度から１０：１程度までが好ましい。(1)、(2)の場合、必要に応じて混合時に脱イオン水で希釈してもよい。

まず、酸化セリウムスラリーについて説明する。本発明に砥粒成分として用いられる酸化セリウム粒子は、例えば、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、しゅう酸塩等のセリウム化合物を酸化することなどによって得ることができる。ＴＥＯＳ−ＣＶＤ法などで形成される酸化珪素膜の研磨に使用する酸化セリウム研磨剤は、粒子の結晶子径が大きく、かつ結晶ひずみが少ないほど、すなわち結晶性が良いほど高速研磨が可能であるが、被研磨膜に研磨傷が入りやすい傾向がある。

酸化セリウム粒子は、その製造方法については特に制限はないが、酸化セリウムの結晶子径が１〜４００ｎｍであることが好ましい。結晶子径は、ＴＥＭ写真画像より測定出来る。
また、半導体素子の製造に係る研磨に使用する場合には、例えば、酸化セリウム粒子中のアルカリ金属及びハロゲン類の含有率を質量比で１０ｐｐｍ以下に抑えることが好ましい。

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は、例えば、焼成又は過酸化水素等による酸化法などを使用することができる。前記焼成温度は、３５０〜９００℃が好ましい。
上記の方法により製造された酸化セリウム粒子が凝集している場合は、機械的に粉砕することが好ましい。粉砕方法としては、例えば、ジェットミルなどによる乾式粉砕や遊星ビーズミルなどによる湿式粉砕方法が好ましい。ジェットミルは、例えば、「化学工学論文集」、第６巻第５号、（１９８０）、５２７〜５３２頁に説明されているものを使用することができる。

このような酸化セリウム粒子を、主な分散媒である水中に分散させて酸化セリウムスラリー（以下、「スラリー」とも言う。）を得る。分散する方法としては、例えば、通常の攪拌機による分散処理の他に、ホモジナイザ、超音波分散機、湿式ボールミル等を使用することができる。

上記の方法により分散された酸化セリウムをさらに微粒子化する方法としては、例えば、酸化セリウムスラリーを小型遠心分離機で遠心分離後強制沈降させ、上澄み液のみ取り出すことによる、沈降分級法を使用することができる。他に、分散媒中の酸化セリウム粒子同士を高圧で衝突させる高圧ホモジナイザを用いてもよい。

このようにして作製された、スラリー中の酸化セリウム粒子の平均粒径は、０．０１〜２．０μｍであり、０．０８〜０．５μｍが好ましく、０．０８〜０．４μｍがさらに好ましい。この平均粒径が０．０１μｍ未満であると、研磨速度が低下する傾向があり、１．０μｍを超えると、被研磨膜に研磨傷がつきやすくなる傾向がある。

本発明において、酸化セリウム粒子の平均粒径は、レーザ回折式粒度分布計で測定した体積分布のメジアン径を指すものである。具体的には、堀場製作所製のＬＡ−９２０などを用いて得られた値である。

研磨剤用添加剤と酸化セリウムスラリーとを合わせて研磨剤とした場合の酸化セリウム粒子濃度が０．２〜２．０質量％で使用することが好ましく、０．３〜１．０質量％がより好ましく、０．５〜０．８質量％がさらに好ましい。酸化セリウム粒子濃度が高いと添加剤成分による研磨速度調整の効果が小さくなる傾向がある。また酸化セリウム粒子濃度が低いと酸化珪素被膜の研磨速度が低下し、所望の研磨速度が得られなくなる傾向がある。

本発明において、適宜酸化セリウム粒子を水中で分散させるための分散剤を含有しても問題ない。分散剤は、水に溶解可能な化合物であればそれ以上の制限を加えるものではないが、一般的には水中に対する溶解度が０．１質量％〜９９．９質量％となる化合物を指す。例えば、水溶性陰イオン性分散剤、水溶性非イオン性分散剤、水溶性陽イオン性分散剤、水溶性両性分散剤等が挙げられ、後述するポリカルボン酸型高分子分散剤が好ましく、共重合成分としてアクリル酸アンモニウム塩を構成単位とした高分子分散剤がより好ましい。

前記共重合成分としてアクリル酸アンモニウム塩を構成単位とした高分子分散剤としては、例えば、ポリアクリル酸アンモニウム、ポリアクリル酸アルキルとアクリル酸の共重合体アンモニウム塩等が挙げられる。

また、共重合成分としてアクリル酸アンモニウム塩を構成単位とした高分子分散剤の少なくとも１種類と、その他の分散剤から選ばれた少なくとも１種類とを含む２種類以上の分散剤として使用することもできる。半導体素子の製造に係る研磨に使用する場合には、例えば、全分散剤中のナトリウムイオン、カリウムイオン等のアルカリ金属、ハロゲン原子及びイオウ原子の含有率は、研磨剤用添加剤と酸化セリウムスラリーとを合わせた研磨剤に対して質量比で１０ｐｐｍ以下に抑えることが好ましい。

前記ポリカルボン酸型高分子分散剤としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等の不飽和二重結合を有するカルボン酸単量体の重合体、不飽和二重結合を有するカルボン酸単量体と他の不飽和二重結合を有する単量体との共重合体及びそれらのアンモニウム塩やアミン塩などが挙げられる。

前記水溶性陰イオン性分散剤としては、例えば、ラウリル硫酸トリエタノールアミン、ラウリル硫酸アンモニウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸トリエタノールアミン、ポリカルボン酸型高分子分散剤等が挙げられる。

前記水溶性非イオン性分散剤としては、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレン高級アルコールエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレン誘導体、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタントリステアレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレエート、ポリオキシエチレンソルビタントリオレエート、テトラオレイン酸ポリオキシエチレンソルビット、ポリエチレングリコールモノラウレート、ポリエチレングリコールモノステアレート、ポリエチレングリコールジステアレート、ポリエチレングリコールモノオレエート、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、アルキルアルカノールアミド等が挙げられる。

前記水溶性陽イオン性分散剤としては、例えば、ポリビニルピロリドン、ココナットアミンアセテート、ステアリルアミンアセテート等が挙げられる。
前記水溶性両性分散剤としては、例えば、ラウリルベタイン、ステアリルベタイン、ラウリルジメチルアミンオキサイド、２−アルキル−Ｎ−カルボキシメチル−Ｎ−ヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタイン等が挙げられる。
これらは、単独で又は２種類以上を組み合わせて使用される。

次に、研磨剤用添加剤について説明する。本発明になる研磨剤用添加剤は、添加剤成分の１成分として、１）ポリアクリル酸を含有する。ポリアクリル酸の重量平均分子量は、２,０００〜５００,０００であることが好ましく、２,０００〜５０,０００であることがより好ましい。分子量が大き過ぎるとポリアクリル酸の均一な吸着が困難となる傾向がある。

本発明になる研磨剤用添加剤のポリアクリル酸濃度は、研磨剤用添加剤とスラリーとの合計量に対して０．３〜２．０質量％が好ましく、０．４〜１．５質量％がより好ましく、０．５〜１．０質量％がさらに好ましい。含有量が多すぎると、酸化珪素膜の研磨速度低下を引き起こす傾向がある。また含有量が少なすぎると窒化珪素被膜の研磨速度上昇につながり、所望の窒化珪素被膜研磨速度が得られなくなる傾向がある。

前述したポリアクリル酸の中には、アクリル酸単独の重合物で形成されるポリアクリル酸に限らず、水溶性のポリアクリル酸アルキルとアクリル酸との共重合体、メタクリル酸とアクリル酸との共重合体も含んでよい。これらは、単独で又は２種類以上を組み合わせて使用される。

本発明になる研磨剤用添加剤は、添加剤成分の１成分として、２）ｐＫａ１（第一酸解離定数の負数の常用対数）が３以下の強酸を含有することが必要である。好ましくは、ｐＫａ１は２以下であり、さらに好ましくは１．５以下である。この場合、強酸であればあるほど窒化珪素被膜の研磨速度低減には効果を発揮する。

ｐＫａ１が３以下の強酸としては、硫酸、硝酸、塩酸、過塩素酸、ヨウ化水素酸、臭化水素酸の群から選択される無機酸、シュウ酸、クエン酸、マロン酸、アスパラギン酸、オルト−アミノ安息香酸、パラーアミノ安息香酸、２−アミノエチルホスホン酸、アラニン、アルギニン、イソニコチン酸、イソロイシン、オキサロ酢酸、オルニチン、グアノシン、グリシン、２−グリセリンリン酸、パラーグルコース−１−リン酸、グルタミン、グルタミン酸、オルト−クロロアニリン、クロロ酢酸、サリチル酸、サルコシン、シアノ酢酸、１，２，４−ジアミノ酪酸、ジクロロ酢酸、システイン、Ｎ，Ｎ―ジメチルグリシン、酒石酸、チロシン、トリクロロ酢酸、トレオニン、ニコチン酸、ニトロアニリン、ニトロ酢酸、ピクリン酸、ピコリン酸、ヒスチジン、プロリン、マレイン酸、リシン、ロイシン等の有機酸などから選択される酸などが挙げられる。

本発明で用いる強酸の含有量は、研磨剤用添加剤とスラリーとの合計量に対して、０．０５〜０．５質量％が好ましく、０．１０〜０．３０質量％がより好ましく、０．１５〜０．２５質量％がさらに好ましい。含有量が多いと酸化珪素被膜の研磨速度低下を誘発する傾向がある。含有量が少ないと窒化珪素被膜の研磨速度低下に繋がらない傾向がある。

本発明になる研磨剤用添加剤は、添加剤成分の１成分として上記の他に、３）ｐＫａ１が１０以上の強塩基を含有することが必要で、水溶性の有機アミンであることが好ましい。この場合、強塩基であればあるほど窒化珪素被膜の研磨速度低減効果を発揮する。

ｐＫａ１が１０以上の強塩基としては、例えば、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ジフェにルグアニジン、ピペリジン、ブチルアミン、ジブチルアミン、イソプロピルアミン、テトラメチルアンモニウムオキサイド、テトラメ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ブロマイド、テトラメチルアンモニウムフロライド、テトラブチルアンモニウムハイドロオキサイド、テトラブチルアンモニウムクロライド、テトラブチルアンモニウムブロマイド、テトラブチルアンモニウムフロライド、テトラメチルアンモニウム硝酸塩、テトラメチルアンモニウム酢酸塩、テトラメチルアンモニウムプロピオン酸塩、テトラメチルアンモニウムマレイン酸塩、テトラメチルアンモニウム硫酸塩等が挙げられ、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドが最も好例である。

本発明で用いる強塩基の含有量は、研磨剤用添加剤とスラリーとの合計量に対して、０．５〜５．０質量％が好ましく、０．７〜３．０質量％がより好ましく、０．８〜１．５質量％がさらに好ましい。但し、含有量は、ｐＨの制約があるため、強酸、ポリアクリル酸の含有量により決定されるものであり、特に制限はない。
本発明でスラリー、添加剤またはそれらの希釈に用いる媒体である水は、脱イオン水、超純水が好ましく、特に制限はない。

本発明になる研磨剤用添加剤は、場合によって水溶性非イオン性の界面活性剤を含有することが好ましい。水溶性非イオン性界面活性剤としては、例えば、ポリオキシプロピレンポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンエーテル誘導体、ポリオキシプロピレングリセリルエーテル、ポリエチレングリコール、メトキシポリエチレングリコール、アセチレン系ジオールのオキシエチレン付加体等のエーテル型界面活性剤、ソルビタン脂肪酸エステル、グリセロールボレイト脂肪酸エステル等のエステル型界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルアミン等のアミノエーテル型界面活性剤、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレングリセロールボレイト脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルエステル等のエーテルエステル型界面活性剤、脂肪酸アルカノールアミド、ポリオキシエチレン脂肪酸アルカノールアミド等のアルカノールアミド型界面活性剤、アセチレン系ジオールのオキシエチレン付加体、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、ポリジメチルアクリルアミド等が挙げられる。これらの水溶性非イオン性界面活性剤を含有することで、窒化珪素被膜の研磨速度を低下させる働きと多結晶シリコン被膜の研磨速度の低下にも繋がるため、好ましい。
なお、これら水溶性非イオン性の界面活性剤は、前記分散剤として使用することもできる。

本発明で用いる水溶性非イオン性界面活性剤の含有量は、研磨剤用添加剤とスラリーとの合計量に対して、０．０１〜０．５質量％が好ましく、０．０５〜０．３質量％がより好ましく、０．０５〜０．２０質量％がさらに好ましい。水溶性非イオン性界面活性剤の含有量が多すぎると、酸化珪素被膜の研磨速度低下に繋がるため好ましくなく、水溶性非イオン性界面活性剤の含有量が少なすぎると、窒化珪素被膜及び多結晶シリコン被膜の研磨速度増加に繋がるため、好ましくない。
本発明の添加剤のｐＨは６．５〜８．０の範囲内であることが必要で、７．０〜８．０であるのがより好ましく、７．３〜７．５がさらに好ましい。ｐＨが低すぎると酸化珪素被膜の研磨速度が低下し、ｐＨが高すぎると窒化珪素被膜の研磨速度が上昇する傾向がある。ｐＨはポリアクリル酸、水溶性強塩基、水溶性強酸の添加によって調整可能である。

本発明の基板の研磨方法は、研磨する膜を形成した基板を研磨定盤の研磨布に押しあて加圧し、上記本発明の研磨剤を研磨膜と研磨布との間に供給しながら、基板と研磨定盤を相対的に動かして前記研磨する膜を研磨することを特徴とする。特に、表面に段差を有する基板を研磨して段差を平坦化する研磨工程に好適である。
以下、酸化珪素膜、窒化珪素膜のような無機絶縁層が形成された半導体基板の場合を例に挙げて研磨方法を説明する。
本発明の研磨方法において使用する、研磨装置としては、例えば、半導体基板等の被研磨膜を有する基板を保持するホルダーと、研磨布（パッド）を貼り付け可能で、回転数が変更可能なモータ等を取り付けてある研磨定盤とを有する一般的な研磨装置などを使用することができる。

上記研磨装置としては、例えば、荏原製作所（株）製の研磨装置、型番：ＥＰＯ−１１１などが挙げられる。研磨布としては、特に制限はなく、例えば、一般的な不織布、発泡ポリウレタン、多孔質フッ素樹脂等を使用することができる。
また、前記研磨布には、研磨剤が溜まるような溝加工が施されていることが好ましい。

研磨条件としては、特に制限はないが、半導体基板が飛び出さないようにという見地から、研磨定盤の回転速度は２００ｍｉｎ^−１以下の低回転が好ましく、半導体基板にかける圧力（加工荷重）は、研磨後に傷が発生しないようにという見地から、１００ｋＰａ以下が好ましい。
研磨している間、研磨布には、研磨剤をポンプなどで連続的に供給することが好ましい。この供給量に制限はないが、研磨布の表面が常に研磨剤で覆われていることが好ましい。
研磨剤の供給方法は、上記のように、(1)二液を別々の配管で送液し、これらの配管を合流させて供給配管出口の直前で混合して研磨定盤上に供給する方法、(2)二液を研磨直前に混合する方法、(3)二液を別々に研磨定盤上へ供給する方法などが挙げられる。

研磨終了後の半導体基板は、流水中で良く洗浄後、スピンドライヤなど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、研磨する膜である無機絶縁層を上記研磨剤で研磨することによって、表面の凹凸の段差を解消し、半導体基板全面にわたって平滑な面を得ることができる。この工程を所定数繰り返すことにより、所望の層数を有する半導体基板を製造することができる。

本発明の研磨剤が使用される酸化珪素被膜の作製方法として、低圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等が挙げられる。低圧ＣＶＤ法による酸化珪素膜形成は、Ｓｉ源としてモノシラン：ＳｉＨ_４、酸素源として酸素：Ｏ_２を用いる。このＳｉＨ_４−Ｏ_２系酸化反応を４００℃以下の低温で行わせることにより得られる。場合によっては、ＣＶＤ後１０００℃またはそれ以下の温度で熱処理される。

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、ＳｉＨ_４−Ｏ_２−ＰＨ_３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ＳｉＨ_４、酸素源としてＮ_２Ｏを用いたＳｉＨ_４−Ｎ_２Ｏ系ガスとテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）をＳｉ源に用いたＴＥＯＳ−Ｏ_２系ガス（ＴＥＯＳ−プラズマＣＶＤ法）が挙げられる。
基板温度は２５０℃〜４００℃及び反応圧力は６７〜４００Ｐａの範囲が好ましい。

このように、本発明で研磨される酸化珪素膜にはリン、ホウ素等の元素がドープされていてもよい。同様に、低圧ＣＶＤ法による窒化珪素膜形成は、Ｓｉ源としてジクロルシラン：ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、窒素源としてアンモニア：ＮＨ_３を用いる。

このＳｉＨ_２Ｃｌ_２−ＮＨ_３系酸化反応を９００℃の高温で行わせることにより得られる。プラズマＣＶＤ法は、反応ガスとしては、Ｓｉ源としてＳｉＨ_４、窒素源としてＮＨ_３を用いたＳｉＨ_４−ＮＨ_３系ガスが挙げられる。基板温度は３００℃〜４００℃が好ましい。

本発明での基板とは、ダイオード、トランジスタ、化合物半導体、サーミスタ、バリスタ、サイリスタ等の個別半導体、ＤＲＡＭ（ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリー）、ＳＲＡＭ（スタティック・ランダム・アクセス・メモリー）、ＥＰＲＯＭ（イレイザブル・プログラマブル・リード・オンリー・メモリー）、マスクＲＯＭ（マスク・リード・オンリー・メモリー）、ＥＥＰＲＯＭ（エレクトリカル・イレイザブル・プログラマブル・リード・オンリー・メモリー）、フラッシュメモリー等の記憶素子、マイクロプロセッサー、ＤＳＰ、ＡＳＩＣなどの理論回路素子、ＭＭＩＣ（モノリシック・マイクロウェーブ集積回路）に代表される化合物半導体などの集積回路素子、混成集積回路（ハイブリッドＩＣ）、発光ダイオード、電荷結合素子等の光電変換素子などを含有する基板を指す。

本発明の研磨剤は、半導体基板に形成された窒化珪素膜、酸化珪素膜だけでなく、所定の配線を有する配線板に形成された酸化珪素膜、ガラス、窒化珪素等の無機絶縁膜、ポリシリコン、Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、Ｔａ、ＴａＮ等を主として含有する膜を研磨することが可能である。
酸化珪素被膜の研磨速度が２０００Å／分以上、窒化珪素被膜の研磨速度が５０Å／分以下となるように研磨するのが好ましい。また、酸化珪素被膜の研磨速度が２０００Å／分以上、多結晶シリコン被膜の研磨速度が４０Å／分以下となるように研磨するのが好ましい。

本発明の電子部品は、上記研磨方法で研磨された基板を用いたものである。本発明において電子部品とは、半導体素子だけでなくフォトマスク・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ＬＥＤ用サファイヤ基板、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。

以下、実施例により本発明を詳しく説明する。
（酸化セリウム粉砕粉の作製）
炭酸セリウム水和物４０ｋｇをアルミナ製容器に入れ、８３０℃で２時間、空気中で焼成して黄白色の粉末を２０ｋｇ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。また焼成粉末粒子径は２０〜１００μｍであった。
次いで、前記酸化セリウム粉末２０ｋｇを、ジェットミルを用いて乾式粉砕を行った。多結晶体の比表面積をＢＥＴ法により測定した結果、９．４ｍ^２／ｇであった。

（酸化セリウムスラリーの作製）
酸化セリウム粉末１０．０ｋｇ及び脱イオン水１１６．６５ｋｇを混合し、分散剤として市販のポリアクリル酸アンモニウム塩水溶液（重量平均分子量８０００、重量４０％）２２８ｇを添加し、１０分間攪拌した後、別の容器に送液しつつ、送液する配管内で超音波照射を行った。超音波周波数は、４００ｋＨｚで、３０分かけて送液した。

５００ｍＬビーカー４個に各５００ｇ±２０ｇの送液された酸化セリウム分散液を入れて、遠心分離した。遠心分離条件は、外周にかかる遠心力を５００Ｇになるように設定した条件で２分間遠心分離し、ビーカーの底に沈降した酸化セリウムを取り除いた。

得られた酸化セリウム分散液の固形分濃度を測定したところ、７．０％であった。次いで、固形分濃度が１．３質量％になるように脱イオン水で希釈して、酸化セリウムスラリーを得た。

さらに、レーザ回折式粒度分布計〔（株）堀場製作所社製、商品名：ＬＡ−９２０〕を用い、屈折率１．９３、透過度６８％として測定したところ、酸化セリウムスラリーの平均粒径の値は１１０ｎｍであった。また原子吸光光度計〔（株）島津製作所製、型番：ＡＡ−６６５０〕を用いて測定した酸化セリウムスラリー中の不純物イオン（Ｎａ、Ｋ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｔｉ）は、質量比で１ｐｐｍ以下であった。

（添加剤の作製）
実施例１
１）ポリアクリル酸４０％水溶液（重量平均分子量：５０００）３７．５ｇ（１．５ｗｔ％）、
２）濃硫酸４．０ｇ（０．４ｗｔ％）、
３）テトラメチルアンモニウムヒドロオキサイド２５％水溶液８６．８ｇ（２．２ｗｔ％）及び
アセチレン系ジオールのオキシエチレン付加体である、２，４，７，９−テトラメチル−５−デシン−４，７−ジオールのポリエトキシレート５．０ｇ（０．５ｗｔ％）
を超純水８６６．７ｇで希釈して、１０００ｇの添加剤を作製した。

実施例２〜１２
１）ポリアクリル酸、２）ｐＫａ１が３以下の強酸、３）ｐＫａが１０以上の強塩基及びノニオン系界面活性剤の各成分を表１に示す条件で配合した以外は実施例１と同様にして添加剤を調製した。ただし、表１および後述する表２において、濃度は添加液中の濃度であり、水溶液を使用したポリアクリル酸と強塩基は、配合量は水溶液の質量、濃度は溶質に換算した濃度である。

（研磨評価）
絶縁膜ＣＭＰ評価用試験ウエハとして、１μｍの膜厚で成膜されたＰ−ＴＥＯＳ膜を用いた。研磨装置（アプライドマテリアル製、商品名：Ｍｉｒｒａ３４００）の、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上記試験ウエハをセットし、一方、直径５００ｍｍの研磨定盤に多孔質ウレタン樹脂製の研磨パッド（ｋ−ｇｒｏｏｖｅ溝、ロデール社製、型番：ＩＣ−１４００）を貼り付けた。

前記研磨パッド上に、絶縁膜面を下にした前記ホルダーを載せ、さらにインナーチューブ圧力、リテーナリング圧力及びメンブレン圧力をそれぞれ２３ｋＰａ、３１ｋＰａ、２３ｋＰａに設定した。

定盤上に上記で作製した酸化セリウムスラリーを１２０ｍＬ／分及び実施例１〜１２の添加剤を８０ｍＬ／分の速度で同時滴下しながら、定盤とウエハとをそれぞれ９３（１／ｍｉｎ）、８７（１／ｍｉｎ）で作動させて、酸化珪素被膜（Ｐ−ＴＥＯＳ膜）を１分間研磨した。研磨後のウエハを純水で良く洗浄後、乾燥した。
その後、光干渉式膜厚装置（大日本スクリーン製造（株）製、商品名：ＲＥ−３０００）を用いて、ウエハ面内３０点のＳｉＯ_２膜の残膜厚を測定し、研磨前からの膜厚減少量から研磨速度を算出した。

同様に窒化珪素被膜（ＳｉＮ膜）及び多結晶シリコン被膜（ｐＳｉ膜）も同様な研磨を実施し、１分当たりの研磨量を算出した。

比較例１
（添加剤の作製）
ポリアクリル酸４０％水溶液（重量平均分子量：５０００）を３７．５ｇ及びテトラメチルアンモニウムヒドロオキサイド２５％水溶液８６．８ｇを超純水８７５．７ｇで希釈して、１０００ｇの添加剤を作製した。実施例１で添加した硫酸及びアセチレン系ジオールのオキシエチレン付加体である、２，４，７，９−テトラメチル−５−デシン−４，７−ジオールのポリエトキシレートは配合しなかった。

比較例２〜５
表２に示す条件とした以外は比較例１と同様にして添加剤を調製した。比較例２、４及び５では、ｐＫａ１が３以下の強酸、ｐＫａ１が１０以上の強塩基を添加せず、比較例２及び４にはｐＫａが１０未満（９．５）のアンモニアを用いた。比較例３では、ｐＫａ１が３以下の酸を加えると共にｐＫａが１０未満のアンモニアを用いた。比較例５ではポリアクリル酸を用いる代わりにポリビニルピロリドンを使用した。

（研磨評価）
比較例１〜５の添加剤を用いて実施例１〜１２と同様に研磨した。表１に示すように、実施例１〜１２では、いずれも窒化珪素被膜の研磨速度が５０Å／分以下で、かつ酸化珪素被膜の研磨速度が２０００Å／分以上であることが明らかである。これに対して、表２に示す比較例１〜５で窒化珪素被膜の研磨速度が５０Å／ｍｉｎ以上になり、比較例１及び２では、酸化珪素被膜の研磨速度は２０００Å／分以上であったが、比較例３〜５では、酸化珪素被膜の研磨速度も研磨速度の目標値２０００Å／分に到達しないことが明らかである。

半導体のシャロー・トレンチ分離工程の断面概略図であって、（ａ）従来と（ｂ）次世代の研磨工程を説明するための概略図である。

符号の説明

１ シリコン基板
２ ストッパ膜（窒化珪素膜）
３ 酸化珪素膜
４ 酸化珪素被膜の膜厚の標高差
５ 素子埋め込み部分

Claims (7)

1. 酸化セリウム粒子を含有する酸化珪素膜研磨用の研磨剤へ添加して用いられる添加剤であって、下記の３成分
   １）ポリアクリル酸
   ２）ｐＫａが３以下の強酸
   ３）ｐＫａが１０以上の強塩基
   を含有し、ｐＨが６．５〜８．０である研磨剤用添加剤。
2. さらに水溶性非イオン性の界面活性剤を含有する請求項１に記載の研磨剤用添加剤。
3. ｐＫａが１０以上の強塩基が、水溶性の有機アミンである請求項１または２に記載の研磨剤用添加剤。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の研磨剤用添加剤と、砥粒成分として酸化セリウム粒子を含有するスラリーとからなる研磨剤であって、酸化セリウム粒子の平均粒径が、０．０１〜２．０μｍである研磨剤。
5. 研磨する膜を形成した基板を研磨定盤の研磨布に押しあて加圧し、請求項４記載の研磨剤を研磨膜と研磨布との間に供給しながら、基板と研磨定盤を相対的に動かして前記研磨する膜を研磨することを特徴とする基板の研磨方法。
6. 表面に段差を有する基板を研磨して段差を平坦化する請求項５記載の基板の研磨方法。
7. 請求項５または６記載の方法で研磨された基板を用いた電子部品。

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