ＣＭＰ研磨液、基板の研磨方法及び電子部品
【課題】ポリシリコン膜の研磨速度に対して酸化ケイ素膜及び窒化ケイ素膜の研磨速度を向上させることが可能であり、ポリシリコン膜をストッパ膜として酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜を研磨する研磨工程に適用することが可能なＣＭＰ研磨液を提供する。
【解決手段】本発明のＣＭＰ研磨液は、第１の液と第２の液とを混合して使用されるＣＭＰ研磨液であって、第１の液がセリウム系砥粒と分散剤と水とを含有し、第２の液がポリアクリル酸化合物と界面活性剤とｐＨ調整剤とリン酸化合物と水とを含有し、第２の液のｐＨが６．５以上であり、リン酸化合物の含有量が所定範囲となるように第１の液と第２の液とが混合される。また、本発明のＣＭＰ研磨液は、セリウム系砥粒と、分散剤と、ポリアクリル酸化合物と、界面活性剤と、ｐＨ調整剤と、リン酸化合物と、水とを含有し、リン酸化合物の含有量が所定範囲である。
【解決手段】本発明のＣＭＰ研磨液は、第１の液と第２の液とを混合して使用されるＣＭＰ研磨液であって、第１の液がセリウム系砥粒と分散剤と水とを含有し、第２の液がポリアクリル酸化合物と界面活性剤とｐＨ調整剤とリン酸化合物と水とを含有し、第２の液のｐＨが６．５以上であり、リン酸化合物の含有量が所定範囲となるように第１の液と第２の液とが混合される。また、本発明のＣＭＰ研磨液は、セリウム系砥粒と、分散剤と、ポリアクリル酸化合物と、界面活性剤と、ｐＨ調整剤と、リン酸化合物と、水とを含有し、リン酸化合物の含有量が所定範囲である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＭＰ研磨液、基板の研磨方法及び電子部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の超々大規模集積回路では、実装密度を更に高める傾向にあり、種々の微細加工技術が研究、開発され、デザインルールでは、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。
【０００３】
このＣＭＰ技術は、半導体装置の製造工程において、露光を施す層をほぼ完全に平坦化することで露光技術の負担を軽減し、歩留まりを高いレベルにて安定させることができる。そのため、ＣＭＰ技術は、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。
【０００４】
現在、一般的に用いられるＣＭＰ研磨液は、酸化ケイ素膜を主な研磨対象とするＣＭＰ研磨液であり、酸化ケイ素膜やポリシリコン膜が、窒化ケイ素膜よりも、５倍以上速く研磨される特性があるのが通例である。
【０００５】
一方、窒化ケイ素膜に対しては、実用的な速度で研磨を行える研磨液がなかった。そこで、特許文献１のように、リン酸を１．０質量％以上添加することで、窒化ケイ素膜の研磨速度を増加させ、窒化ケイ素膜の研磨工程の実用を可能にする技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３１９０７４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、ＣＭＰ技術を用いた回路形成プロセスは様々なものが提案されており、その中の一つとして、酸化ケイ素膜及び窒化ケイ素膜を研磨し、ストッパ膜であるポリシリコン膜が露出したところで研磨を終了させるプロセスがある。より具体的には、例えば、４５ｎｍノード以降の、Ｌｏｇｉｃデバイスでの適用が予想されるＨｉｇｈ−ｋ／ｍｅｔａｌ Ｇａｔｅプロセス（酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜を研磨し、ポリシリコン膜が露出したところで研磨を終了するプロセス）がある。
【０００８】
前記特許文献１に開示される技術は、このような、酸化ケイ素膜と窒化ケイ素膜とを実用的な研磨速度で研磨し、ポリシリコン膜をストッパ膜として研磨する研磨工程の実用を可能にするものではない。そして、特許文献１に開示される技術は、酸化ケイ素膜と窒化ケイ素膜との２種の膜をポリシリコン膜に対して選択的に研磨する研磨工程に適用できない。
【０００９】
本発明は、ポリシリコン膜の研磨速度に対して酸化ケイ素膜及び窒化ケイ素膜の研磨速度を向上させることが可能であり、ポリシリコン膜をストッパ膜として酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜を研磨する研磨工程に適用することが可能なＣＭＰ研磨液、このＣＭＰ研磨液を用いた基板の研磨方法及びこの研磨方法により研磨された基板を備える電子部品を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち、本発明は、第１の液と第２の液とを混合して使用されるＣＭＰ研磨液であって、第１の液がセリウム系砥粒と、分散剤と、水とを含有し、第２の液がポリアクリル酸化合物と、界面活性剤と、ｐＨ調整剤と、リン酸又はリン酸誘導体の少なくとも一方のリン酸化合物と、水とを含有し、第２の液のｐＨが６．５以上であり、リン酸化合物の含有量がＣＭＰ研磨液全質量を基準として０．０１〜１．０質量％となるように第１の液と第２の液とが混合される、ＣＭＰ研磨液を提供する。
【００１１】
このような本発明のＣＭＰ研磨液は、ポリシリコン膜の研磨速度に対して酸化ケイ素膜及び窒化ケイ素膜の研磨速度を向上させることが可能であり、ポリシリコン膜をストッパ膜として酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜を研磨する研磨工程に適用することが可能である。
【００１２】
第２の液は、ｐＨ調整剤としてｐＫａが８以上である塩基性化合物を含有することできる。
【００１３】
第２の液は、界面活性剤として非イオン性界面活性剤を含有することが好ましい。この場合、ポリシリコン膜の研磨速度に対して酸化ケイ素膜及び窒化ケイ素膜の研磨速度を更に向上させることができる。
【００１４】
第１の液のｐＨは７．０以上であることが好ましい。
【００１５】
第１の液は、セリウム系砥粒として酸化セリウム粒子を含有することが好ましい。また、第１の液がセリウム系砥粒として酸化セリウム粒子を含有し、セリウム系砥粒の平均粒径が０．０１〜２．０μｍであることがより好ましい。
【００１６】
第１の液は、分散剤としてポリアクリル酸系分散剤を含有することが好ましい。この場合、ポリシリコン膜の研磨速度に対して酸化ケイ素膜及び窒化ケイ素膜の研磨速度を更に向上させることができる。
【００１７】
また、本発明は、セリウム系砥粒と、分散剤と、ポリアクリル酸化合物と、界面活性剤と、ｐＨ調整剤と、リン酸又はリン酸誘導体の少なくとも一方のリン酸化合物と、水とを含有し、リン酸化合物の含有量がＣＭＰ研磨液全質量を基準として０．０１〜１．０質量％である、ＣＭＰ研磨液を提供する。
【００１８】
このような本発明のＣＭＰ研磨液は、ポリシリコン膜の研磨速度に対して酸化ケイ素膜及び窒化ケイ素膜の研磨速度を向上させることが可能であり、ポリシリコン膜をストッパ膜として酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜を研磨する研磨工程に適用することが可能である。
【００１９】
本発明のＣＭＰ研磨液は、ｐＨ調整剤としてｐＫａが８以上である塩基性化合物を含有することができる。
【００２０】
本発明のＣＭＰ研磨液は、界面活性剤として非イオン性界面活性剤を含有することが好ましい。この場合、ポリシリコン膜の研磨速度に対して酸化ケイ素膜及び窒化ケイ素膜の研磨速度を更に向上させることができる。
【００２１】
本発明のＣＭＰ研磨液は、セリウム系砥粒として酸化セリウム粒子を含有することが好ましい。また、本発明のＣＭＰ研磨液は、セリウム系砥粒として酸化セリウム粒子を含有し、セリウム系砥粒の平均粒径が０．０１〜２．０μｍであることが好ましい。
【００２２】
本発明のＣＭＰ研磨液は、分散剤としてポリアクリル酸系分散剤を含有することが好ましい。この場合、ポリシリコン膜の研磨速度に対して酸化ケイ素膜及び窒化ケイ素膜の研磨速度を更に向上させることができる。
【００２３】
本発明は、少なくとも一方面上に被研磨膜が形成された基板の該被研磨膜を研磨定盤の研磨布に押圧した状態で、上記ＣＭＰ研磨液を被研磨膜と研磨布との間に供給しながら、基板と研磨定盤とを相対的に動かして被研磨膜を研磨する研磨工程を備える、基板の研磨方法を提供する。
【００２４】
また、本発明は、セリウム系砥粒、分散剤及び水を含有する第１の液と、ポリアクリル酸化合物、界面活性剤、ｐＨ調整剤、リン酸又はリン酸誘導体の少なくとも一方のリン酸化合物、及び、水を含有しかつｐＨが６．５以上である第２の液とを混合し、リン酸化合物の含有量がＣＭＰ研磨液全質量を基準として０．０１〜１．０質量％であるＣＭＰ研磨液を得る研磨液調製工程と、ＣＭＰ研磨液を用いて、少なくとも一方面上に被研磨膜が形成された基板の該被研磨膜を研磨する研磨工程と、を備える、基板の研磨方法を提供する。
【００２５】
本発明の基板の研磨方法は、ポリシリコン膜の研磨速度に対して酸化ケイ素膜及び窒化ケイ素膜の研磨速度を向上させることが可能であり、ポリシリコン膜をストッパ膜として酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜を研磨する研磨工程に適用することが可能である。
【００２６】
本発明の基板の研磨方法において、第１の液のｐＨは７．０以上であることが好ましい。本発明の基板の研磨方法において、基板の上記一方面が段差を有していてもよい。本発明の基板の研磨方法において、基板と被研磨膜との間にポリシリコン膜が形成されており、研磨工程では、ポリシリコン膜をストッパ膜として被研磨膜を研磨してもよい。さらに、本発明の基板の研磨方法において、基板に被研磨膜として酸化ケイ素膜又は窒化ケイ素膜の少なくとも一方が形成されていてもよい。
【００２７】
本発明は、上記基板の研磨方法により研磨された基板を備える電子部品を提供する。このような本発明の電子部品は、ポリシリコン膜の研磨速度に対して酸化ケイ素膜及び窒化ケイ素膜の研磨速度を向上させることが可能な基板を備えることにより、加工の微細化に対応した優れた品質を有する。
【発明の効果】
【００２８】
本発明のＣＭＰ研磨液及びこのＣＭＰ研磨液を用いた基板の研磨方法は、ポリシリコン膜の研磨速度を抑制しつつ、酸化ケイ素膜及び窒化ケイ素膜を充分に実用的な速度で研磨することが可能であり、ポリシリコン膜をストッパ膜として酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜を研磨する研磨工程に適用することが可能である。また、本発明の研磨方法により研磨された基板を備える電子部品は、加工の微細化に対応した優れた品質を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態に係る研磨方法を示す模式断面図である。
【図２】実施例で用いたパターンウェハを示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
（ＣＭＰ研磨液）
本実施形態のＣＭＰ研磨液は、セリウム系砥粒、分散剤、ポリアクリル酸化合物、界面活性剤、ｐＨ調整剤、リン酸又はリン酸誘導体の少なくとも一方のリン酸化合物、及び、水を含有する。本実施形態のＣＭＰ研磨液は、スラリー（第１の液）と添加液（第２の液）とを混合して得ることができる。
【００３１】
｛スラリー｝
まず、スラリーについて説明する。スラリーは、セリウム系砥粒、分散剤及び水を含有する。スラリーは、セリウム系砥粒粒子が、分散剤により水中に分散していることが好ましい。
【００３２】
＜セリウム系砥粒＞
セリウム系砥粒とは、セリウムを構成元素として含む砥粒として定義される。本実施形態のＣＭＰ研磨液は、セリウム系砥粒として酸化セリウム、水酸化セリウム、硝酸アンモニウムセリウム、酢酸セリウム、硫酸セリウム水和物、臭素酸セリウム、臭化セリウム、塩化セリウム、シュウ酸セリウム、硝酸セリウム及び炭酸セリウムから選択される少なくとも１種の砥粒を含有することが好ましく、酸化セリウム粒子を含有することがより好ましく、酸化セリウム粒子からなることが更に好ましい。酸化セリウム粒子を作製する方法としては、特に制限はないが、例えば、焼成又は過酸化水素等による酸化法を用いることができる。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によって得ることができる。前記焼成の温度は、３５０〜９００℃が好ましい。
【００３３】
セリウム系砥粒は、結晶粒界を持つ多結晶体のセリウム系砥粒を含むことが好ましい。このような多結晶体のセリウム系砥粒は、研磨中に細かくなると同時に活性面が次々と現れるため、酸化ケイ素膜に対する高い研磨速度を高度に維持できる。
【００３４】
セリウム系砥粒の結晶子径は１〜４００ｎｍであることが好ましい。結晶子径は、ＴＥＭ写真画像又はＳＥＭ画像により測定できる。ＴＥＯＳ−ＣＶＤ法等で形成される酸化ケイ素膜の研磨に使用する酸化セリウムスラリー（以下、単に「スラリー」ともいう。）では、酸化セリウム粒子の結晶子径が大きく、結晶歪みが少ない程、すなわち結晶性が良い程、高速研磨が可能である。なお、結晶子径とは、セリウム系砥粒の単結晶の一粒の大きさであり、結晶粒界を持つ多結晶体である場合は、多結晶体を構成する粒子一つの大きさをいう。
【００３５】
セリウム系砥粒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、ジェットミル等による乾式粉砕や、遊星ビーズミル等による湿式粉砕が好ましい。ジェットミルとしては、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用いることができる。
【００３６】
このようなセリウム系砥粒を、分散媒である水中に分散させてスラリーを得る。分散方法としては、後述する分散剤を用いて、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用いることができる。
【００３７】
上記の方法により分散されたセリウム系砥粒を、更に微粒子化する方法としては、例えば、スラリーを小型遠心分離機で遠心分離後に強制沈降させ、上澄み液のみ取り出すことによる、沈降分級法を用いることができる。他に、微粒子化する方法として、分散媒中のセリウム系砥粒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。
【００３８】
スラリー中のセリウム系砥粒の平均粒径は、０．０１〜２．０μｍが好ましく、０．０８〜０．５μｍがより好ましく、０．０８〜０．４μｍが更に好ましい。また、本実施形態のＣＭＰ研磨液が酸化セリウム粒子を含有し、かつ、セリウム系砥粒の平均粒径が０．０１〜２．０μｍであることが好ましい。平均粒径が０．０１μｍ以上であると、酸化ケイ素膜及び窒化ケイ素膜の研磨速度を更に向上させることができる。平均粒径が２．０μｍ以下であると、被研磨膜に研磨傷が付くことを抑制することができる。
【００３９】
セリウム系砥粒の平均粒径は、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。このような平均粒径は、具体的には、株式会社堀場製作所製のＬＡ−９２０（商品名）等を用いて得ることができる。まず、セリウム系砥粒を含むサンプル（スラリー又はＣＭＰ研磨液でもよい）を、Ｈｅ−Ｎｅレーザーに対する測定時透過率（Ｈ）が６０〜７０％になるように希釈又は濃縮して、測定用サンプルを得る。そして、この測定サンプルをＬＡ−９２０に投入して測定を行い、得られた算術平均径（ｍｅａｎサイズ）とする。
【００４０】
セリウム系砥粒の含有量は、ＣＭＰ研磨液全質量を基準として０．２〜３．０質量％が好ましく、０．３〜２．０質量％がより好ましく、０．５〜１．５質量％が更に好ましい。セリウム系砥粒の含有量が３．０質量％以下であると、添加液による研磨速度調整の効果が更に向上する。また、セリウム系砥粒の含有量が０．２質量％以上であると、酸化ケイ素膜の研磨速度が更に向上し、所望の研磨速度を容易に得ることができる。
【００４１】
＜分散剤＞
本実施形態のＣＭＰ研磨液に用いる分散剤は、水に溶解可能で、前記セリウム系砥粒を分散させることができる化合物であれば、それ以上の制限を加えるものではない。分散剤としては、一般的には、水に対する溶解度が、０．１〜９９．９質量％となる化合物が好ましく、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い。
【００４２】
前述した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。
【００４３】
前述した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等が挙げられる。ポリカルボン酸型高分子分散剤としては、ポリアクリル酸系分散剤が好ましく、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。
【００４４】
前述し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としては、例えば、ポリアクリル酸アンモニウム塩、アクリル酸アルキルとアクリル酸との共重合体のアンモニウム塩等を好ましく用いることができる。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。
【００４５】
ポリカルボン酸型高分子分散剤の重量平均分子量は、１０００００以下であることが好ましい。尚、重量平均分子量は、例えば、以下の条件でＧＰＣを用いて測定することができる。
（条件）
試料：１０μＬ
標準ポリスチレン：東ソー株式会社製標準ポリスチレン（分子量；１９００００、１７９００、９１００、２９８０、５７８、４７４、３７０、２６６）
検出器：株式会社日立製作所社製、ＲＩ−モニター、商品名「Ｌ−３０００」
インテグレーター：株式会社日立製作所社製、ＧＰＣインテグレーター、商品名「Ｄ−２２００」
ポンプ：株式会社日立製作所社製、商品名「Ｌ−６０００」
デガス装置：昭和電工株式会社製、商品名「Ｓｈｏｄｅｘ ＤＥＧＡＳ」
カラム：日立化成工業株式会社製、商品名「ＧＬ−Ｒ４４０」、「ＧＬ−Ｒ４３０」、「ＧＬ−Ｒ４２０」をこの順番で連結して使用
溶離液：テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）
測定温度：２３℃
流速：１．７５ｍＬ／分
測定時間：４５分
【００４６】
前述した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。
【００４７】
前述した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。
【００４８】
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。
【００４９】
前述した各種分散剤は、単独で又は２種類以上を組み合わせて用いることができる。尚、スラリーと添加液とを混合して得られたＣＭＰ研磨液は、分散剤として後述するポリアクリル酸化合物や界面活性剤と同様の物質を使用できる。この場合には、スラリーと添加液とを混合して得られたＣＭＰ研磨液は、スラリー由来の物質と添加液由来の物質とを含むこととなる。
【００５０】
スラリーにおける分散剤の含有量は、砥粒を充分分散でき、保管中に凝集沈降するのを抑制できる点で、スラリー中の砥粒の全質量を基準として、１．０〜５．０質量％が好ましく、１．０〜４．０質量％がより好ましい。
【００５１】
半導体素子の製造に係る研磨にＣＭＰ研磨液を使用する場合には、例えば、全分散剤中の不純物イオン（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等）の含有率を、ＣＭＰ研磨液全体を基準として質量比で１０ｐｐｍ以下に抑えることが好ましい。
【００５２】
＜スラリーのｐＨ＞
スラリーのｐＨは、７．０以上であることが好ましく、７．０〜１２．０がより好ましく、７．０〜１１．０が更に好ましい。ｐＨが７．０以上であると、粒子が凝集することを抑制することができる。ｐＨが１２．０以下であると、良好な平坦性を得ることができる。
【００５３】
＜水＞
本実施形態のＣＭＰ研磨液において、スラリー、添加液又はそれらの濃縮液の希釈に用いる媒体である水は、特に制限はないが、脱イオン水、超純水が好ましい。水の含有量は、他の含有成分の含有量の残部でよく、特に限定されない。
【００５４】
｛添加液｝
次に、添加液について説明する。添加液は、ポリアクリル酸化合物、界面活性剤、ｐＨ調整剤、リン酸又はリン酸誘導体の少なくとも一方のリン酸化合物、及び、水を含有する。
【００５５】
＜ポリアクリル酸化合物＞
添加液は、添加液成分の１成分として、ポリアクリル酸化合物を含有する。ポリアクリル酸化合物としては、アクリル酸単独の重合物で形成されるポリアクリル酸や、アクリル酸と水溶性のアクリル酸アルキルとの共重合体が挙げられる。ポリアクリル酸化合物としては、例えば、ポリアクリル酸、アクリル酸とアクリル酸メチルとの共重合体、アクリル酸とメタクリル酸との共重合体、アクリル酸とアクリル酸エチルとの共重合体等を用いることができ、中でもポリアクリル酸を用いることが好ましい。これらは、単独で又は２種類以上を組み合わせて用いることができる。
【００５６】
ポリアクリル酸化合物の重量平均分子量は、５０００００以下であることが好ましく、５００００以下であることがより好ましい。重量平均分子量が５０００００以下であると、例えばポリアクリル酸を用いた場合、ポリアクリル酸が被研磨膜に均一に吸着し易くなる。尚、重量平均分子量は、ポリカルボン酸型高分子分散剤と同様の条件でＧＰＣを用いて測定することができる。
【００５７】
ポリアクリル酸化合物の含有量は、ＣＭＰ研磨液全質量を基準として、０．０５〜２．０質量％が好ましく、０．０８〜１．８質量％がより好ましく、０．１０〜１．５質量％が更に好ましい。ポリアクリル酸化合物の含有量が２．０質量％以下であると、酸化ケイ素膜の研磨速度を更に向上させることができる。ポリアクリル酸化合物の含有量が０．０５質量％以上であると、平坦性を向上させることができる。尚、前記分散剤としてポリアクリル酸化合物を使用する場合には、分散剤としてのポリアクリル酸化合物と、添加液中のポリアクリル酸化合物の合計量が上記範囲を満たすことが好ましい。
【００５８】
＜界面活性剤＞
添加液は、添加液成分の１成分として、界面活性剤を含有する。界面活性剤としては、陰イオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤、両性イオン性界面活性剤が挙げられる。これらは単独で又は２種類以上の組み合わせて用いることができる。上記界面活性剤の中でも、特に非イオン性界面活性剤が好ましい。
【００５９】
前述した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。
【００６０】
界面活性剤の含有量は、ＣＭＰ研磨液全質量を基準として、０．０１〜１．０質量％が好ましく、０．０２〜０．７質量％がより好ましく、０．０３〜０．５質量％が更に好ましい。界面活性剤の含有量が１．０質量％以下であると、酸化ケイ素膜の研磨速度が更に向上する。界面活性剤の含有量が０．０１質量％以上であると、ポリシリコン膜の研磨速度の増加を更に抑制することができる。尚、前記分散剤として界面活性剤を使用する場合には、分散剤としての界面活性剤と、添加液中の界面活性剤の合計量が上記範囲を満たすことが好ましい。
【００６１】
＜添加液のｐＨ＞
添加液のｐＨは、６．５以上であることが必要であり、６．７〜１２．０が好ましく、６．８〜１１．０がより好ましい。ｐＨが６．５以上であると、添加液とスラリーとを混合した際にスラリーに含有される粒子が凝集することを抑制することができる。ｐＨが１２．０以下であると、添加液とスラリーとを混合した際に良好な平坦性を得ることができる。
【００６２】
添加液のｐＨは、一般的なガラス電極を用いたｐＨメータによって測定できる。ｐＨの測定には、具体的には、例えば、株式会社堀場製作所の商品名：Ｍｏｄｅｌ（Ｆ−５１）を使用することができる。添加液のｐＨは、フタル酸塩ｐＨ標準液（ｐＨ：４．０１）と、中性リン酸塩ｐＨ標準液（ｐＨ：６．８６）と、ホウ酸塩ｐＨ標準液（ｐＨ：９．１８）とをｐＨ標準液として用い、ｐＨメータを３点校正した後、ｐＨメータの電極を添加液に入れて、２分以上経過して安定した後の値を測定することで得られる。このとき、標準緩衝液と添加液の液温は、例えば、共に２５℃とすることができる。なお、スラリーのｐＨも同様の手法により測定することができる。
【００６３】
＜ｐＨ調整剤＞
本実施形態のＣＭＰ研磨液は、添加液成分の１成分として、ｐＨ調整剤を含有する。ｐＨ調整剤としては、水溶性の塩基化合物や水溶性の酸化合物が挙げられる。塩基化合物としては、ｐＫａが８以上の塩基性化合物が挙げられる。ここで、「ｐＫａ」とは、第１解離可能酸性基の酸解離定数を意味し、該基の平衡定数Ｋａの負の常用対数である。前述した塩基性化合物としては、具体的には、水溶性の有機アミン、アンモニア水等が好ましく用いられる。また、添加液のｐＨは、上記ポリアクリル酸化合物等の他の含有成分によって調整することもできる。
【００６４】
水溶性の有機アミンとしては、例えば、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ジフェ二ルグアニジン、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る。
【００６５】
ｐＨ調整剤の含有量は、例えば塩基性化合物を用いる場合、ＣＭＰ研磨液全質量を基準として０．０１〜１０．０質量％が好ましく、０．０５〜５．０質量％がより好ましく、０．１〜３．０質量％が更に好ましい。但し、ｐＨ調整剤の含有量は、調整するｐＨに制約されるため、他の含有成分（強酸、ポリアクリル酸化合物等）の含有量により決定されるものであり、特に制限はない。
【００６６】
＜リン酸化合物＞
添加液は、添加液成分の１成分として、リン酸又はリン酸誘導体の少なくとも一方のリン酸化合物を含有する。尚、「リン酸化合物」とは、リン酸、リン酸誘導体を含むものとする。リン酸誘導体としては、例えば二量体、三量体等のリン酸の重合物（例えばピロリン酸、ピロ亜リン酸、トリメタリン酸）や、リン酸基を含む化合物（例えば、リン酸水素ナトリウム、リン酸ナトリウム、リン酸アンモニウム、リン酸カリウム、リン酸カルシウム、ピロリン酸ナトリウム、ポリリン酸、ポリリン酸ナトリウム、メタリン酸、メタリン酸ナトリウム、リン酸アンモニウム等）が挙げられる。
【００６７】
リン酸化合物の含有量は、ＣＭＰ研磨液全質量を基準として０．０１〜１．０質量％であり、０．０２〜０．７質量％が好ましく、０．０３〜０．５質量％がより好ましい。リン酸化合物の含有量が１．０質量％以下であると、窒化ケイ素膜の研磨速度を更に向上させることができる。同様に、リン酸化合物の含有量が０．０１質量％以上であると、窒化ケイ素膜の研磨速度を更に向上させることができる。尚、リン酸化合物として、リン酸及びリン酸誘導体を同時に使用する場合には、それらの合計量が上記範囲を満たすことが好ましい。
【００６８】
（ＣＭＰ研磨液の保存方法）
本実施形態のＣＭＰ研磨液は、例えば、セリウム系砥粒を分散剤で水中に分散させたスラリーと、添加液とに分けた二液式研磨液として保存することが好ましい。スラリーと添加剤とを混合せず二液式研磨液として保管すると、セリウム系砥粒が凝集することを抑制し、研磨傷の抑制効果や研磨速度が変動することを抑制することができる。
【００６９】
スラリーと添加液とは、事前に混合されてもよく、使用直前に混合されてもよい。二液式研磨液を用いる場合、例えば、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Ａ方法や、研磨直前にスラリーと添加液とを混合するＢ方法、研磨定盤上にスラリーと添加剤とを別々に供給し研磨定盤上で両液を混合するＣ方法、及び、予めスラリーと添加液とを混合したものを供給配管にて供給するＤ方法等を用いることができる。これら二液の配合を任意に変えることにより、平坦化特性と研磨速度との調整が可能となる。スラリーと添加液との配合比は、質量比で１：１０〜１０：１（スラリー：添加液）程度が好ましい。Ａ方法又はＢ方法の場合は、スラリーや添加液を予め水の含有量を少なくした濃縮液としておき、必要に応じて混合時に脱イオン水で希釈してもよい。
【００７０】
（基板の研磨方法）
本実施形態の基板の研磨方法は、少なくとも一方面上に被研磨膜が形成された基板の該被研磨膜を、研磨定盤の研磨布に押圧した状態で、前述したＣＭＰ研磨液を被研磨膜と研磨布との間に供給しながら、基板と研磨定盤とを相対的に動かして被研磨膜を研磨する研磨工程を備える。また、本実施形態の基板の研磨方法は、スラリーと添加液とを混合し、前述したＣＭＰ研磨液を得る研磨液調製工程と、得られたＣＭＰ研磨液を用いて、少なくとも一方面上に被研磨膜が形成された基板の該被研磨膜を研磨する研磨工程とを備えていてもよい。
【００７１】
本実施形態の基板の研磨方法は、特に、基板の被研磨膜が形成された上記一方面が段差を有する場合に、基板の該一方面を研磨して段差を平坦化する研磨工程に好適である。
【００７２】
本実施形態の基板の研磨方法では、基板と被研磨膜との間にポリシリコン膜が形成されている場合には、研磨工程においてポリシリコン膜をストッパ膜として被研磨膜を研磨することができる。例えば、分離溝が形成された基板上に該分離溝に沿ってストッパ膜を形成し、ストッパ膜上に被研磨膜を形成した後に、ストッパ膜が露出するまで被研磨膜を除去することができる。
【００７３】
より具体的には、図１（ａ）に示すような構造を有する基板１００を研磨する研磨方法が挙げられる。図１（ａ）に示す基板１００は、シリコン１に形成された溝に二酸化ケイ素等の絶縁物２が埋め込まれてシャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）が形成されている。高い導電率を有する絶縁膜（Ｈｉｇｈ−ｋ絶縁膜）３がシリコン１の上に積層されている。絶縁膜３の上の所定の位置に、ポリシリコン膜のダミーゲート４が形成され、該ダミーゲート４の側部には、窒化ケイ素膜のサイドウォール５が形成されている。さらに、拡散層にストレスをかけてトランジスタ性能を向上させるために、表面を覆うようにして窒化ケイ素膜のストレスライナー６が積層され、最後に酸化ケイ素膜７が積層されている。このような基板の前記酸化ケイ素膜７と、前記窒化ケイ素のストレスライナー６の一部を、本実施形態に係るＣＭＰ研磨液を用いて、前記ポリシリコンのダミーゲート４が露出するまで研磨することで、図１（ｂ）に示すような構造の基板２００を得ることができる。この工程において、前記ダミーゲート４であるポリシリコン膜が、過剰な研磨を抑制するためのストッパ膜として作用する。
【００７４】
以下、被研磨膜として酸化ケイ素膜又は窒化ケイ素膜の少なくとも一方の無機絶縁層が形成された半導体基板を例に挙げて研磨方法を更に説明する。
【００７５】
本実施形態の研磨方法において使用する研磨装置としては、例えば、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が取り付けてある研磨定盤とを有する、一般的な研磨装置等を使用することができる。
【００７６】
上記研磨装置としては、例えば、株式会社荏原製作所製の研磨装置、型番：ＥＰＯ−１１１、ＡＭＡＴ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）社製の研磨装置、商品名：Ｍｉｒｒａ３４００、Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ研磨機、等が挙げられる。
【００７７】
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、研磨液が溜まるような溝加工が施されていることが好ましい。
【００７８】
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すことを抑制する見地から、研磨定盤の回転速度は２００ｒｐｍ以下の低回転が好ましい。半導体基板にかける圧力（加工荷重）は、研磨後に傷が発生することを抑制する見地から、１００ｋＰａ以下が好ましい。
【００７９】
研磨している間、研磨布の表面には、研磨液をポンプ等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液で覆われていることが好ましい。
【００８０】
研磨液の供給方法は、前述したように、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Ａ方法、二液を研磨直前に混合するＢ方法、二液を別々に研磨定盤上へ供給するＣ方法、及び、予めスラリーと添加液とを混合したものを供給配管にて供給するＤ方法等が挙げられる。
【００８１】
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、被研磨膜である無機絶縁層を上記研磨液で研磨することによって、表面の凹凸を解消し、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。この工程を所定回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。
【００８２】
被研磨膜である酸化ケイ素膜及び窒化ケイ素膜の作製方法としては、低圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等が挙げられる。低圧ＣＶＤ法により酸化ケイ素膜を形成する場合、Ｓｉ源としてモノシラン：ＳｉＨ４、酸素源として酸素：Ｏ２を用いることができる。酸化ケイ素膜は、このＳｉＨ４−Ｏ２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。酸化ケイ素膜は、ＣＶＤ法により製膜した後に、場合により１０００℃又はそれ以下の温度で熱処理してもよい。
【００８３】
酸化ケイ素膜には、リン、ホウ素等の元素がドープされていてもよい。高温リフローによる表面平坦化を図るために、酸化ケイ素膜にリン：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。
【００８４】
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を低温で行うことが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との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（ＴＥＯＳ）をＳｉ源に用いたＴＥＯＳ−Ｏ２系ガス（ＴＥＯＳ−プラズマＣＶＤ法）とが挙げられる。基板温度は２５０〜４００℃、反応圧力は６７〜４００Ｐａの範囲が好ましい。
【００８５】
低圧ＣＶＤ法により窒化ケイ素膜を形成する場合、Ｓｉ源としてジクロルシラン：ＳｉＨ２Ｃｌ２、窒素源としてアンモニア：ＮＨ３を用いることができる。窒化ケイ素膜は、ＳｉＨ２Ｃｌ２−ＮＨ３系酸化反応を９００℃の高温で行わせることにより得られる。
【００８６】
プラズマＣＶＤ法の反応ガスとしては、Ｓｉ源としてＳｉＨ４、窒素源としてＮＨ３を用いたＳｉＨ４−ＮＨ３系ガスが挙げられる。基板温度は、３００〜４００℃が好ましい。
【００８７】
本実施形態で使用される基板としては、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等の理論回路素子、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等の集積回路素子、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等を有する基板が挙げられる。
【００８８】
本実施形態のＣＭＰ研磨液は、半導体基板に形成された窒化ケイ素膜、酸化ケイ素膜のみならず、所定の配線を有する配線板に形成された酸化ケイ素膜、ガラス、窒化ケイ素等の無機絶縁膜、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。
【００８９】
（電子部品）
本実施形態の電子部品は、前述した研磨方法で研磨された基板を用いたものである。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・プリズム等の光学ガラス、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。
【実施例】
【００９０】
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。
【００９１】
（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線回折法で相同定したところ、酸化セリウムであることを確認した。また、焼成粉末の粒子径をレーザ回折式粒度分布計により測定した結果、焼成粉末の粒子径は９５％以上が１〜１００μｍの間に分布していた。
【００９２】
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、９．４ｍ２／ｇであった。
【００９３】
（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、４０質量％）：２２８ｇを添加し酸化セリウム分散液を得た。酸化セリウム分散液を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であり、酸化セリウム分散液は３０分かけて送液した。
【００９４】
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。外周にかかる遠心力が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。
【００９５】
得られた酸化セリウム分散液（酸化セリウムスラリー）の固形分濃度を測定したところ、４．０質量％であった。このスラリーのｐＨを測定したところ、９．０であった。
【００９６】
更に、レーザ回折式粒度分布計〔株式会社堀場製作所製、商品名：ＬＡ−９２０〕を用い、屈折率：１．９３、透過度：６８％としてスラリー中の酸化セリウム粒子の平均粒径を測定したところ、０．１１μｍであった。
【００９７】
また、原子吸光光度計〔株式会社島津製作所製、商品名：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。
【００９８】
（添加液の作製）
＜実施例１＞
以下の工程により添加液を作製した。
超純水：９００ｇを１０００ｍＬ容器ａに秤量する。
ポリアクリル酸４０質量％水溶液（重量平均分子量：３０００）：１０．０ｇを容器ａに入れる。
界面活性剤：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：１５．０ｇを容器ａに入れる。
リン酸：８．５ｇとなるように８５質量％のリン酸水溶液を容器ａに入れる。
添加液のｐＨが７．０になるように添加量を調整してアンモニア水（２５質量％水溶液）を容器ａに入れる。
合計で１０００ｇとなるように超純水を適量入れ、添加液を作製した。
【００９９】
＜実施例２〜１１＞
実施例１と同様に、表１に示す通りの配合にて添加液を作製した。
【０１００】
＜比較例１〜７＞
実施例１と同様に、表２に示す通りの配合にて添加液を作製した。
【０１０１】
（研磨液の作製）
前述の酸化セリウムスラリー：５００ｇと、前述した実施例１〜１１や比較例１〜７にて作製した添加液：５００ｇと、純水：１５００ｇとを混合し、合計２５００ｇのＣＭＰ研磨液をそれぞれ作製した。
【０１０２】
【表１】
【０１０３】
【表２】
【０１０４】
（研磨評価）
絶縁膜ＣＭＰ評価用試験ウエハについて、パターンの形成されていないＢｌａｎｋｅｔウエハとしては、Ｓｉ基板上に１０００ｎｍの膜厚で成膜された酸化ケイ素膜と、Ｓｉ基板上に２００ｎｍの膜厚で成膜された窒化ケイ素膜と、Ｓｉ基板上に１００ｎｍの膜厚で成膜されたポリシリコン膜とを用いた。
【０１０５】
また、模擬パターンが形成されたパターンウェハとしては、ＳＥＭＡＴＥＣＨ社製、８６４ウエハ（商品名、直径：２００ｍｍ）を用いた。パターンウェハは、図２に示すように、表面にトレンチを有するシリコン基板８と、トレンチを避けるようにシリコン基板８の上に積層された窒化ケイ素膜９と、トレンチを埋めるようにシリコン基板８及び窒化ケイ素膜９の上に積層された酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜（絶縁膜）１０とを備える。酸化ケイ素膜１０は、ＨＤＰ（Ｈｉｇｈ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐｌａｓｍａ）法により成膜されたものであり、シリコン基板８及び窒化ケイ素膜９上のいずれにおいても膜厚は６００ｎｍである。具体的には、窒化ケイ素膜９の膜厚は１５０ｎｍであり、酸化ケイ素膜１０の凸部の膜厚は６００ｎｍであり、酸化ケイ素膜１０の凹部の膜厚は６００ｎｍであり、酸化ケイ素膜１０の凹部深さは５００ｎｍ（トレンチ深さ３５０ｎｍ＋窒化ケイ素膜厚１５０ｎｍ）である。研磨評価に際しては、酸化ケイ素膜を窒化ケイ素膜に対して充分に選択的に研磨できる公知のＣＭＰ研磨液を用いて上記ウエハを研磨し、窒化ケイ素膜を露出させた状態のものを用いた（パターンウェハＡ）。
また、パターンウェハＡと同様の構造を有しており、窒化ケイ素膜の代わりにポリシリコン膜が膜厚：１５０ｎｍ成膜されたものを用いた（パターンウェハＢ）。
【０１０６】
パターンウェハ評価には、ライン（凸部）＆スペース（凹部）幅が２００μｍピッチで、凸部パターン密度が５０％のものを使用した。ライン＆スペースとは、模擬的なパターンであり、凸部であるＳｉ３Ｎ４でマスクされたＡｃｔｉｖｅ部と、凹部である溝が形成されたＴｒｅｎｃｈ部とが、交互に並んだパターンである。例えば、「ライン＆スペースが１００μｍピッチ」とは、ライン部とスペ−ス部との幅の合計が、１００μｍであることを意味する。また、例えば、「凸部パターン密度が１０％」とは、凸部幅：１０μｍと、凹部幅：９０μｍとが、交互に並んだパターンを意味し、凸部パターン密度９０％とは、凸部幅：９０μｍと、凹部幅：１０μｍとが、交互に並んだパターンを意味する。
【０１０７】
研磨装置（アプライドマテリアル社製、商品名：ＭＩＲＲＡ３４００）の、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た。また、２００ｍｍウエハ用の研磨定盤に、多孔質ウレタン樹脂製の研磨パッド（ロデール社製、型番：ＩＣ−１０１０）を貼り付けた。
【０１０８】
前記研磨パッド上に、絶縁膜面を下にしたホルダーを載せ、メンブレン圧力を３１ｋＰａに設定した。
【０１０９】
研磨定盤上に、前述した酸化セリウムスラリーを１６０ｍＬ／分の速度で、及び、実施例１〜１１、比較例１〜７の添加液を４０ｍＬ／分の速度で同時滴下しながら、研磨定盤とウエハとをそれぞれ１２３ｒｐｍ、１１３ｒｐｍで作動させて、酸化ケイ素膜（Ｐ−ＴＥＯＳ膜）、窒化ケイ素膜、ポリシリコン膜のＢｌａｎｋｅｔウエハをそれぞれ１分間研磨した。
また、パターンウェハＡ、Ｂをそれぞれ１００秒間研磨した。
研磨後のウエハを純水で良く洗浄後、乾燥した。
【０１１０】
その後、酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜、及びポリシリコン膜のＢｌａｎｋｅｔウエハについては、光干渉式膜厚装置（大日本スクリーン製造株式会社製、商品名：ＲＥ−３０００）を用いて、ウエハ面内５５点の残膜厚を測定し、研磨前からの膜厚減少量から１分当たりの研磨速度を算出した。パターンウェハに関しては、光干渉式膜厚装置（大日本スクリーン製造株式会社製、商品名：ＲＥ−３０００）を用いて、パターンウェハＡの窒化ケイ素膜の残膜厚、及び、パターンウェハＢの凹部の絶縁膜の残膜厚、凸部の絶縁膜の残膜厚を測定した。そして、パターンウェハＢの凸部の絶縁膜と、凹部の絶縁膜との残膜厚の差を平坦性とした。
得られた各測定結果を上記表１及び２に示す。
【０１１１】
表１及び２に示すように、実施例１〜１１では、研磨速度比をみると、酸化ケイ素膜／ポリシリコン膜が６４〜１１０、窒化ケイ素膜／ポリシリコン膜が１８以上であり、ポリシリコン膜の研磨速度が４０Å／ｍｉｎ以下に抑制されており、ポリシリコン膜の研磨速度を抑制しつつ、酸化ケイ素膜及び窒化ケイ素膜の研磨速度が向上することがわかる。
【０１１２】
実施例１〜１１と比較例１〜７とを比較すると、実施例１〜１１では、特に窒化ケイ素膜の研磨速度が向上していることが明らかである。また、パターンウェハＡでの評価結果より、実施例１〜１１では、窒化ケイ素膜が充分に研磨できていることが明らかである。更に、パターンウェハＢでの評価結果より、実施例１〜１１はすべて平坦性の値が小さく、平坦性が良好であることがわかる。
【符号の説明】
【０１１３】
１…シリコン、２…絶縁物、３…絶縁膜、４…ダミーゲート、５…サイドウォール、６…ストレスライナー、７…酸化ケイ素膜、８…シリコン基板、９…窒化ケイ素膜、１０…酸化ケイ素膜、１００，２００…基板。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＭＰ研磨液、基板の研磨方法及び電子部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の超々大規模集積回路では、実装密度を更に高める傾向にあり、種々の微細加工技術が研究、開発され、デザインルールでは、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。
【０００３】
このＣＭＰ技術は、半導体装置の製造工程において、露光を施す層をほぼ完全に平坦化することで露光技術の負担を軽減し、歩留まりを高いレベルにて安定させることができる。そのため、ＣＭＰ技術は、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。
【０００４】
現在、一般的に用いられるＣＭＰ研磨液は、酸化ケイ素膜を主な研磨対象とするＣＭＰ研磨液であり、酸化ケイ素膜やポリシリコン膜が、窒化ケイ素膜よりも、５倍以上速く研磨される特性があるのが通例である。
【０００５】
一方、窒化ケイ素膜に対しては、実用的な速度で研磨を行える研磨液がなかった。そこで、特許文献１のように、リン酸を１．０質量％以上添加することで、窒化ケイ素膜の研磨速度を増加させ、窒化ケイ素膜の研磨工程の実用を可能にする技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３１９０７４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、ＣＭＰ技術を用いた回路形成プロセスは様々なものが提案されており、その中の一つとして、酸化ケイ素膜及び窒化ケイ素膜を研磨し、ストッパ膜であるポリシリコン膜が露出したところで研磨を終了させるプロセスがある。より具体的には、例えば、４５ｎｍノード以降の、Ｌｏｇｉｃデバイスでの適用が予想されるＨｉｇｈ−ｋ／ｍｅｔａｌ Ｇａｔｅプロセス（酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜を研磨し、ポリシリコン膜が露出したところで研磨を終了するプロセス）がある。
【０００８】
前記特許文献１に開示される技術は、このような、酸化ケイ素膜と窒化ケイ素膜とを実用的な研磨速度で研磨し、ポリシリコン膜をストッパ膜として研磨する研磨工程の実用を可能にするものではない。そして、特許文献１に開示される技術は、酸化ケイ素膜と窒化ケイ素膜との２種の膜をポリシリコン膜に対して選択的に研磨する研磨工程に適用できない。
【０００９】
本発明は、ポリシリコン膜の研磨速度に対して酸化ケイ素膜及び窒化ケイ素膜の研磨速度を向上させることが可能であり、ポリシリコン膜をストッパ膜として酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜を研磨する研磨工程に適用することが可能なＣＭＰ研磨液、このＣＭＰ研磨液を用いた基板の研磨方法及びこの研磨方法により研磨された基板を備える電子部品を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち、本発明は、第１の液と第２の液とを混合して使用されるＣＭＰ研磨液であって、第１の液がセリウム系砥粒と、分散剤と、水とを含有し、第２の液がポリアクリル酸化合物と、界面活性剤と、ｐＨ調整剤と、リン酸又はリン酸誘導体の少なくとも一方のリン酸化合物と、水とを含有し、第２の液のｐＨが６．５以上であり、リン酸化合物の含有量がＣＭＰ研磨液全質量を基準として０．０１〜１．０質量％となるように第１の液と第２の液とが混合される、ＣＭＰ研磨液を提供する。
【００１１】
このような本発明のＣＭＰ研磨液は、ポリシリコン膜の研磨速度に対して酸化ケイ素膜及び窒化ケイ素膜の研磨速度を向上させることが可能であり、ポリシリコン膜をストッパ膜として酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜を研磨する研磨工程に適用することが可能である。
【００１２】
第２の液は、ｐＨ調整剤としてｐＫａが８以上である塩基性化合物を含有することできる。
【００１３】
第２の液は、界面活性剤として非イオン性界面活性剤を含有することが好ましい。この場合、ポリシリコン膜の研磨速度に対して酸化ケイ素膜及び窒化ケイ素膜の研磨速度を更に向上させることができる。
【００１４】
第１の液のｐＨは７．０以上であることが好ましい。
【００１５】
第１の液は、セリウム系砥粒として酸化セリウム粒子を含有することが好ましい。また、第１の液がセリウム系砥粒として酸化セリウム粒子を含有し、セリウム系砥粒の平均粒径が０．０１〜２．０μｍであることがより好ましい。
【００１６】
第１の液は、分散剤としてポリアクリル酸系分散剤を含有することが好ましい。この場合、ポリシリコン膜の研磨速度に対して酸化ケイ素膜及び窒化ケイ素膜の研磨速度を更に向上させることができる。
【００１７】
また、本発明は、セリウム系砥粒と、分散剤と、ポリアクリル酸化合物と、界面活性剤と、ｐＨ調整剤と、リン酸又はリン酸誘導体の少なくとも一方のリン酸化合物と、水とを含有し、リン酸化合物の含有量がＣＭＰ研磨液全質量を基準として０．０１〜１．０質量％である、ＣＭＰ研磨液を提供する。
【００１８】
このような本発明のＣＭＰ研磨液は、ポリシリコン膜の研磨速度に対して酸化ケイ素膜及び窒化ケイ素膜の研磨速度を向上させることが可能であり、ポリシリコン膜をストッパ膜として酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜を研磨する研磨工程に適用することが可能である。
【００１９】
本発明のＣＭＰ研磨液は、ｐＨ調整剤としてｐＫａが８以上である塩基性化合物を含有することができる。
【００２０】
本発明のＣＭＰ研磨液は、界面活性剤として非イオン性界面活性剤を含有することが好ましい。この場合、ポリシリコン膜の研磨速度に対して酸化ケイ素膜及び窒化ケイ素膜の研磨速度を更に向上させることができる。
【００２１】
本発明のＣＭＰ研磨液は、セリウム系砥粒として酸化セリウム粒子を含有することが好ましい。また、本発明のＣＭＰ研磨液は、セリウム系砥粒として酸化セリウム粒子を含有し、セリウム系砥粒の平均粒径が０．０１〜２．０μｍであることが好ましい。
【００２２】
本発明のＣＭＰ研磨液は、分散剤としてポリアクリル酸系分散剤を含有することが好ましい。この場合、ポリシリコン膜の研磨速度に対して酸化ケイ素膜及び窒化ケイ素膜の研磨速度を更に向上させることができる。
【００２３】
本発明は、少なくとも一方面上に被研磨膜が形成された基板の該被研磨膜を研磨定盤の研磨布に押圧した状態で、上記ＣＭＰ研磨液を被研磨膜と研磨布との間に供給しながら、基板と研磨定盤とを相対的に動かして被研磨膜を研磨する研磨工程を備える、基板の研磨方法を提供する。
【００２４】
また、本発明は、セリウム系砥粒、分散剤及び水を含有する第１の液と、ポリアクリル酸化合物、界面活性剤、ｐＨ調整剤、リン酸又はリン酸誘導体の少なくとも一方のリン酸化合物、及び、水を含有しかつｐＨが６．５以上である第２の液とを混合し、リン酸化合物の含有量がＣＭＰ研磨液全質量を基準として０．０１〜１．０質量％であるＣＭＰ研磨液を得る研磨液調製工程と、ＣＭＰ研磨液を用いて、少なくとも一方面上に被研磨膜が形成された基板の該被研磨膜を研磨する研磨工程と、を備える、基板の研磨方法を提供する。
【００２５】
本発明の基板の研磨方法は、ポリシリコン膜の研磨速度に対して酸化ケイ素膜及び窒化ケイ素膜の研磨速度を向上させることが可能であり、ポリシリコン膜をストッパ膜として酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜を研磨する研磨工程に適用することが可能である。
【００２６】
本発明の基板の研磨方法において、第１の液のｐＨは７．０以上であることが好ましい。本発明の基板の研磨方法において、基板の上記一方面が段差を有していてもよい。本発明の基板の研磨方法において、基板と被研磨膜との間にポリシリコン膜が形成されており、研磨工程では、ポリシリコン膜をストッパ膜として被研磨膜を研磨してもよい。さらに、本発明の基板の研磨方法において、基板に被研磨膜として酸化ケイ素膜又は窒化ケイ素膜の少なくとも一方が形成されていてもよい。
【００２７】
本発明は、上記基板の研磨方法により研磨された基板を備える電子部品を提供する。このような本発明の電子部品は、ポリシリコン膜の研磨速度に対して酸化ケイ素膜及び窒化ケイ素膜の研磨速度を向上させることが可能な基板を備えることにより、加工の微細化に対応した優れた品質を有する。
【発明の効果】
【００２８】
本発明のＣＭＰ研磨液及びこのＣＭＰ研磨液を用いた基板の研磨方法は、ポリシリコン膜の研磨速度を抑制しつつ、酸化ケイ素膜及び窒化ケイ素膜を充分に実用的な速度で研磨することが可能であり、ポリシリコン膜をストッパ膜として酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜を研磨する研磨工程に適用することが可能である。また、本発明の研磨方法により研磨された基板を備える電子部品は、加工の微細化に対応した優れた品質を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態に係る研磨方法を示す模式断面図である。
【図２】実施例で用いたパターンウェハを示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
（ＣＭＰ研磨液）
本実施形態のＣＭＰ研磨液は、セリウム系砥粒、分散剤、ポリアクリル酸化合物、界面活性剤、ｐＨ調整剤、リン酸又はリン酸誘導体の少なくとも一方のリン酸化合物、及び、水を含有する。本実施形態のＣＭＰ研磨液は、スラリー（第１の液）と添加液（第２の液）とを混合して得ることができる。
【００３１】
｛スラリー｝
まず、スラリーについて説明する。スラリーは、セリウム系砥粒、分散剤及び水を含有する。スラリーは、セリウム系砥粒粒子が、分散剤により水中に分散していることが好ましい。
【００３２】
＜セリウム系砥粒＞
セリウム系砥粒とは、セリウムを構成元素として含む砥粒として定義される。本実施形態のＣＭＰ研磨液は、セリウム系砥粒として酸化セリウム、水酸化セリウム、硝酸アンモニウムセリウム、酢酸セリウム、硫酸セリウム水和物、臭素酸セリウム、臭化セリウム、塩化セリウム、シュウ酸セリウム、硝酸セリウム及び炭酸セリウムから選択される少なくとも１種の砥粒を含有することが好ましく、酸化セリウム粒子を含有することがより好ましく、酸化セリウム粒子からなることが更に好ましい。酸化セリウム粒子を作製する方法としては、特に制限はないが、例えば、焼成又は過酸化水素等による酸化法を用いることができる。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によって得ることができる。前記焼成の温度は、３５０〜９００℃が好ましい。
【００３３】
セリウム系砥粒は、結晶粒界を持つ多結晶体のセリウム系砥粒を含むことが好ましい。このような多結晶体のセリウム系砥粒は、研磨中に細かくなると同時に活性面が次々と現れるため、酸化ケイ素膜に対する高い研磨速度を高度に維持できる。
【００３４】
セリウム系砥粒の結晶子径は１〜４００ｎｍであることが好ましい。結晶子径は、ＴＥＭ写真画像又はＳＥＭ画像により測定できる。ＴＥＯＳ−ＣＶＤ法等で形成される酸化ケイ素膜の研磨に使用する酸化セリウムスラリー（以下、単に「スラリー」ともいう。）では、酸化セリウム粒子の結晶子径が大きく、結晶歪みが少ない程、すなわち結晶性が良い程、高速研磨が可能である。なお、結晶子径とは、セリウム系砥粒の単結晶の一粒の大きさであり、結晶粒界を持つ多結晶体である場合は、多結晶体を構成する粒子一つの大きさをいう。
【００３５】
セリウム系砥粒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、ジェットミル等による乾式粉砕や、遊星ビーズミル等による湿式粉砕が好ましい。ジェットミルとしては、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用いることができる。
【００３６】
このようなセリウム系砥粒を、分散媒である水中に分散させてスラリーを得る。分散方法としては、後述する分散剤を用いて、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用いることができる。
【００３７】
上記の方法により分散されたセリウム系砥粒を、更に微粒子化する方法としては、例えば、スラリーを小型遠心分離機で遠心分離後に強制沈降させ、上澄み液のみ取り出すことによる、沈降分級法を用いることができる。他に、微粒子化する方法として、分散媒中のセリウム系砥粒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。
【００３８】
スラリー中のセリウム系砥粒の平均粒径は、０．０１〜２．０μｍが好ましく、０．０８〜０．５μｍがより好ましく、０．０８〜０．４μｍが更に好ましい。また、本実施形態のＣＭＰ研磨液が酸化セリウム粒子を含有し、かつ、セリウム系砥粒の平均粒径が０．０１〜２．０μｍであることが好ましい。平均粒径が０．０１μｍ以上であると、酸化ケイ素膜及び窒化ケイ素膜の研磨速度を更に向上させることができる。平均粒径が２．０μｍ以下であると、被研磨膜に研磨傷が付くことを抑制することができる。
【００３９】
セリウム系砥粒の平均粒径は、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。このような平均粒径は、具体的には、株式会社堀場製作所製のＬＡ−９２０（商品名）等を用いて得ることができる。まず、セリウム系砥粒を含むサンプル（スラリー又はＣＭＰ研磨液でもよい）を、Ｈｅ−Ｎｅレーザーに対する測定時透過率（Ｈ）が６０〜７０％になるように希釈又は濃縮して、測定用サンプルを得る。そして、この測定サンプルをＬＡ−９２０に投入して測定を行い、得られた算術平均径（ｍｅａｎサイズ）とする。
【００４０】
セリウム系砥粒の含有量は、ＣＭＰ研磨液全質量を基準として０．２〜３．０質量％が好ましく、０．３〜２．０質量％がより好ましく、０．５〜１．５質量％が更に好ましい。セリウム系砥粒の含有量が３．０質量％以下であると、添加液による研磨速度調整の効果が更に向上する。また、セリウム系砥粒の含有量が０．２質量％以上であると、酸化ケイ素膜の研磨速度が更に向上し、所望の研磨速度を容易に得ることができる。
【００４１】
＜分散剤＞
本実施形態のＣＭＰ研磨液に用いる分散剤は、水に溶解可能で、前記セリウム系砥粒を分散させることができる化合物であれば、それ以上の制限を加えるものではない。分散剤としては、一般的には、水に対する溶解度が、０．１〜９９．９質量％となる化合物が好ましく、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い。
【００４２】
前述した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。
【００４３】
前述した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等が挙げられる。ポリカルボン酸型高分子分散剤としては、ポリアクリル酸系分散剤が好ましく、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。
【００４４】
前述し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としては、例えば、ポリアクリル酸アンモニウム塩、アクリル酸アルキルとアクリル酸との共重合体のアンモニウム塩等を好ましく用いることができる。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。
【００４５】
ポリカルボン酸型高分子分散剤の重量平均分子量は、１０００００以下であることが好ましい。尚、重量平均分子量は、例えば、以下の条件でＧＰＣを用いて測定することができる。
（条件）
試料：１０μＬ
標準ポリスチレン：東ソー株式会社製標準ポリスチレン（分子量；１９００００、１７９００、９１００、２９８０、５７８、４７４、３７０、２６６）
検出器：株式会社日立製作所社製、ＲＩ−モニター、商品名「Ｌ−３０００」
インテグレーター：株式会社日立製作所社製、ＧＰＣインテグレーター、商品名「Ｄ−２２００」
ポンプ：株式会社日立製作所社製、商品名「Ｌ−６０００」
デガス装置：昭和電工株式会社製、商品名「Ｓｈｏｄｅｘ ＤＥＧＡＳ」
カラム：日立化成工業株式会社製、商品名「ＧＬ−Ｒ４４０」、「ＧＬ−Ｒ４３０」、「ＧＬ−Ｒ４２０」をこの順番で連結して使用
溶離液：テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）
測定温度：２３℃
流速：１．７５ｍＬ／分
測定時間：４５分
【００４６】
前述した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。
【００４７】
前述した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。
【００４８】
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。
【００４９】
前述した各種分散剤は、単独で又は２種類以上を組み合わせて用いることができる。尚、スラリーと添加液とを混合して得られたＣＭＰ研磨液は、分散剤として後述するポリアクリル酸化合物や界面活性剤と同様の物質を使用できる。この場合には、スラリーと添加液とを混合して得られたＣＭＰ研磨液は、スラリー由来の物質と添加液由来の物質とを含むこととなる。
【００５０】
スラリーにおける分散剤の含有量は、砥粒を充分分散でき、保管中に凝集沈降するのを抑制できる点で、スラリー中の砥粒の全質量を基準として、１．０〜５．０質量％が好ましく、１．０〜４．０質量％がより好ましい。
【００５１】
半導体素子の製造に係る研磨にＣＭＰ研磨液を使用する場合には、例えば、全分散剤中の不純物イオン（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等）の含有率を、ＣＭＰ研磨液全体を基準として質量比で１０ｐｐｍ以下に抑えることが好ましい。
【００５２】
＜スラリーのｐＨ＞
スラリーのｐＨは、７．０以上であることが好ましく、７．０〜１２．０がより好ましく、７．０〜１１．０が更に好ましい。ｐＨが７．０以上であると、粒子が凝集することを抑制することができる。ｐＨが１２．０以下であると、良好な平坦性を得ることができる。
【００５３】
＜水＞
本実施形態のＣＭＰ研磨液において、スラリー、添加液又はそれらの濃縮液の希釈に用いる媒体である水は、特に制限はないが、脱イオン水、超純水が好ましい。水の含有量は、他の含有成分の含有量の残部でよく、特に限定されない。
【００５４】
｛添加液｝
次に、添加液について説明する。添加液は、ポリアクリル酸化合物、界面活性剤、ｐＨ調整剤、リン酸又はリン酸誘導体の少なくとも一方のリン酸化合物、及び、水を含有する。
【００５５】
＜ポリアクリル酸化合物＞
添加液は、添加液成分の１成分として、ポリアクリル酸化合物を含有する。ポリアクリル酸化合物としては、アクリル酸単独の重合物で形成されるポリアクリル酸や、アクリル酸と水溶性のアクリル酸アルキルとの共重合体が挙げられる。ポリアクリル酸化合物としては、例えば、ポリアクリル酸、アクリル酸とアクリル酸メチルとの共重合体、アクリル酸とメタクリル酸との共重合体、アクリル酸とアクリル酸エチルとの共重合体等を用いることができ、中でもポリアクリル酸を用いることが好ましい。これらは、単独で又は２種類以上を組み合わせて用いることができる。
【００５６】
ポリアクリル酸化合物の重量平均分子量は、５０００００以下であることが好ましく、５００００以下であることがより好ましい。重量平均分子量が５０００００以下であると、例えばポリアクリル酸を用いた場合、ポリアクリル酸が被研磨膜に均一に吸着し易くなる。尚、重量平均分子量は、ポリカルボン酸型高分子分散剤と同様の条件でＧＰＣを用いて測定することができる。
【００５７】
ポリアクリル酸化合物の含有量は、ＣＭＰ研磨液全質量を基準として、０．０５〜２．０質量％が好ましく、０．０８〜１．８質量％がより好ましく、０．１０〜１．５質量％が更に好ましい。ポリアクリル酸化合物の含有量が２．０質量％以下であると、酸化ケイ素膜の研磨速度を更に向上させることができる。ポリアクリル酸化合物の含有量が０．０５質量％以上であると、平坦性を向上させることができる。尚、前記分散剤としてポリアクリル酸化合物を使用する場合には、分散剤としてのポリアクリル酸化合物と、添加液中のポリアクリル酸化合物の合計量が上記範囲を満たすことが好ましい。
【００５８】
＜界面活性剤＞
添加液は、添加液成分の１成分として、界面活性剤を含有する。界面活性剤としては、陰イオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤、両性イオン性界面活性剤が挙げられる。これらは単独で又は２種類以上の組み合わせて用いることができる。上記界面活性剤の中でも、特に非イオン性界面活性剤が好ましい。
【００５９】
前述した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。
【００６０】
界面活性剤の含有量は、ＣＭＰ研磨液全質量を基準として、０．０１〜１．０質量％が好ましく、０．０２〜０．７質量％がより好ましく、０．０３〜０．５質量％が更に好ましい。界面活性剤の含有量が１．０質量％以下であると、酸化ケイ素膜の研磨速度が更に向上する。界面活性剤の含有量が０．０１質量％以上であると、ポリシリコン膜の研磨速度の増加を更に抑制することができる。尚、前記分散剤として界面活性剤を使用する場合には、分散剤としての界面活性剤と、添加液中の界面活性剤の合計量が上記範囲を満たすことが好ましい。
【００６１】
＜添加液のｐＨ＞
添加液のｐＨは、６．５以上であることが必要であり、６．７〜１２．０が好ましく、６．８〜１１．０がより好ましい。ｐＨが６．５以上であると、添加液とスラリーとを混合した際にスラリーに含有される粒子が凝集することを抑制することができる。ｐＨが１２．０以下であると、添加液とスラリーとを混合した際に良好な平坦性を得ることができる。
【００６２】
添加液のｐＨは、一般的なガラス電極を用いたｐＨメータによって測定できる。ｐＨの測定には、具体的には、例えば、株式会社堀場製作所の商品名：Ｍｏｄｅｌ（Ｆ−５１）を使用することができる。添加液のｐＨは、フタル酸塩ｐＨ標準液（ｐＨ：４．０１）と、中性リン酸塩ｐＨ標準液（ｐＨ：６．８６）と、ホウ酸塩ｐＨ標準液（ｐＨ：９．１８）とをｐＨ標準液として用い、ｐＨメータを３点校正した後、ｐＨメータの電極を添加液に入れて、２分以上経過して安定した後の値を測定することで得られる。このとき、標準緩衝液と添加液の液温は、例えば、共に２５℃とすることができる。なお、スラリーのｐＨも同様の手法により測定することができる。
【００６３】
＜ｐＨ調整剤＞
本実施形態のＣＭＰ研磨液は、添加液成分の１成分として、ｐＨ調整剤を含有する。ｐＨ調整剤としては、水溶性の塩基化合物や水溶性の酸化合物が挙げられる。塩基化合物としては、ｐＫａが８以上の塩基性化合物が挙げられる。ここで、「ｐＫａ」とは、第１解離可能酸性基の酸解離定数を意味し、該基の平衡定数Ｋａの負の常用対数である。前述した塩基性化合物としては、具体的には、水溶性の有機アミン、アンモニア水等が好ましく用いられる。また、添加液のｐＨは、上記ポリアクリル酸化合物等の他の含有成分によって調整することもできる。
【００６４】
水溶性の有機アミンとしては、例えば、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、ジフェ二ルグアニジン、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る。
【００６５】
ｐＨ調整剤の含有量は、例えば塩基性化合物を用いる場合、ＣＭＰ研磨液全質量を基準として０．０１〜１０．０質量％が好ましく、０．０５〜５．０質量％がより好ましく、０．１〜３．０質量％が更に好ましい。但し、ｐＨ調整剤の含有量は、調整するｐＨに制約されるため、他の含有成分（強酸、ポリアクリル酸化合物等）の含有量により決定されるものであり、特に制限はない。
【００６６】
＜リン酸化合物＞
添加液は、添加液成分の１成分として、リン酸又はリン酸誘導体の少なくとも一方のリン酸化合物を含有する。尚、「リン酸化合物」とは、リン酸、リン酸誘導体を含むものとする。リン酸誘導体としては、例えば二量体、三量体等のリン酸の重合物（例えばピロリン酸、ピロ亜リン酸、トリメタリン酸）や、リン酸基を含む化合物（例えば、リン酸水素ナトリウム、リン酸ナトリウム、リン酸アンモニウム、リン酸カリウム、リン酸カルシウム、ピロリン酸ナトリウム、ポリリン酸、ポリリン酸ナトリウム、メタリン酸、メタリン酸ナトリウム、リン酸アンモニウム等）が挙げられる。
【００６７】
リン酸化合物の含有量は、ＣＭＰ研磨液全質量を基準として０．０１〜１．０質量％であり、０．０２〜０．７質量％が好ましく、０．０３〜０．５質量％がより好ましい。リン酸化合物の含有量が１．０質量％以下であると、窒化ケイ素膜の研磨速度を更に向上させることができる。同様に、リン酸化合物の含有量が０．０１質量％以上であると、窒化ケイ素膜の研磨速度を更に向上させることができる。尚、リン酸化合物として、リン酸及びリン酸誘導体を同時に使用する場合には、それらの合計量が上記範囲を満たすことが好ましい。
【００６８】
（ＣＭＰ研磨液の保存方法）
本実施形態のＣＭＰ研磨液は、例えば、セリウム系砥粒を分散剤で水中に分散させたスラリーと、添加液とに分けた二液式研磨液として保存することが好ましい。スラリーと添加剤とを混合せず二液式研磨液として保管すると、セリウム系砥粒が凝集することを抑制し、研磨傷の抑制効果や研磨速度が変動することを抑制することができる。
【００６９】
スラリーと添加液とは、事前に混合されてもよく、使用直前に混合されてもよい。二液式研磨液を用いる場合、例えば、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Ａ方法や、研磨直前にスラリーと添加液とを混合するＢ方法、研磨定盤上にスラリーと添加剤とを別々に供給し研磨定盤上で両液を混合するＣ方法、及び、予めスラリーと添加液とを混合したものを供給配管にて供給するＤ方法等を用いることができる。これら二液の配合を任意に変えることにより、平坦化特性と研磨速度との調整が可能となる。スラリーと添加液との配合比は、質量比で１：１０〜１０：１（スラリー：添加液）程度が好ましい。Ａ方法又はＢ方法の場合は、スラリーや添加液を予め水の含有量を少なくした濃縮液としておき、必要に応じて混合時に脱イオン水で希釈してもよい。
【００７０】
（基板の研磨方法）
本実施形態の基板の研磨方法は、少なくとも一方面上に被研磨膜が形成された基板の該被研磨膜を、研磨定盤の研磨布に押圧した状態で、前述したＣＭＰ研磨液を被研磨膜と研磨布との間に供給しながら、基板と研磨定盤とを相対的に動かして被研磨膜を研磨する研磨工程を備える。また、本実施形態の基板の研磨方法は、スラリーと添加液とを混合し、前述したＣＭＰ研磨液を得る研磨液調製工程と、得られたＣＭＰ研磨液を用いて、少なくとも一方面上に被研磨膜が形成された基板の該被研磨膜を研磨する研磨工程とを備えていてもよい。
【００７１】
本実施形態の基板の研磨方法は、特に、基板の被研磨膜が形成された上記一方面が段差を有する場合に、基板の該一方面を研磨して段差を平坦化する研磨工程に好適である。
【００７２】
本実施形態の基板の研磨方法では、基板と被研磨膜との間にポリシリコン膜が形成されている場合には、研磨工程においてポリシリコン膜をストッパ膜として被研磨膜を研磨することができる。例えば、分離溝が形成された基板上に該分離溝に沿ってストッパ膜を形成し、ストッパ膜上に被研磨膜を形成した後に、ストッパ膜が露出するまで被研磨膜を除去することができる。
【００７３】
より具体的には、図１（ａ）に示すような構造を有する基板１００を研磨する研磨方法が挙げられる。図１（ａ）に示す基板１００は、シリコン１に形成された溝に二酸化ケイ素等の絶縁物２が埋め込まれてシャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）が形成されている。高い導電率を有する絶縁膜（Ｈｉｇｈ−ｋ絶縁膜）３がシリコン１の上に積層されている。絶縁膜３の上の所定の位置に、ポリシリコン膜のダミーゲート４が形成され、該ダミーゲート４の側部には、窒化ケイ素膜のサイドウォール５が形成されている。さらに、拡散層にストレスをかけてトランジスタ性能を向上させるために、表面を覆うようにして窒化ケイ素膜のストレスライナー６が積層され、最後に酸化ケイ素膜７が積層されている。このような基板の前記酸化ケイ素膜７と、前記窒化ケイ素のストレスライナー６の一部を、本実施形態に係るＣＭＰ研磨液を用いて、前記ポリシリコンのダミーゲート４が露出するまで研磨することで、図１（ｂ）に示すような構造の基板２００を得ることができる。この工程において、前記ダミーゲート４であるポリシリコン膜が、過剰な研磨を抑制するためのストッパ膜として作用する。
【００７４】
以下、被研磨膜として酸化ケイ素膜又は窒化ケイ素膜の少なくとも一方の無機絶縁層が形成された半導体基板を例に挙げて研磨方法を更に説明する。
【００７５】
本実施形態の研磨方法において使用する研磨装置としては、例えば、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が取り付けてある研磨定盤とを有する、一般的な研磨装置等を使用することができる。
【００７６】
上記研磨装置としては、例えば、株式会社荏原製作所製の研磨装置、型番：ＥＰＯ−１１１、ＡＭＡＴ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）社製の研磨装置、商品名：Ｍｉｒｒａ３４００、Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ研磨機、等が挙げられる。
【００７７】
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、研磨液が溜まるような溝加工が施されていることが好ましい。
【００７８】
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すことを抑制する見地から、研磨定盤の回転速度は２００ｒｐｍ以下の低回転が好ましい。半導体基板にかける圧力（加工荷重）は、研磨後に傷が発生することを抑制する見地から、１００ｋＰａ以下が好ましい。
【００７９】
研磨している間、研磨布の表面には、研磨液をポンプ等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液で覆われていることが好ましい。
【００８０】
研磨液の供給方法は、前述したように、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Ａ方法、二液を研磨直前に混合するＢ方法、二液を別々に研磨定盤上へ供給するＣ方法、及び、予めスラリーと添加液とを混合したものを供給配管にて供給するＤ方法等が挙げられる。
【００８１】
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、被研磨膜である無機絶縁層を上記研磨液で研磨することによって、表面の凹凸を解消し、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。この工程を所定回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。
【００８２】
被研磨膜である酸化ケイ素膜及び窒化ケイ素膜の作製方法としては、低圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等が挙げられる。低圧ＣＶＤ法により酸化ケイ素膜を形成する場合、Ｓｉ源としてモノシラン：ＳｉＨ４、酸素源として酸素：Ｏ２を用いることができる。酸化ケイ素膜は、このＳｉＨ４−Ｏ２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。酸化ケイ素膜は、ＣＶＤ法により製膜した後に、場合により１０００℃又はそれ以下の温度で熱処理してもよい。
【００８３】
酸化ケイ素膜には、リン、ホウ素等の元素がドープされていてもよい。高温リフローによる表面平坦化を図るために、酸化ケイ素膜にリン：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。
【００８４】
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を低温で行うことが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との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（ＴＥＯＳ）をＳｉ源に用いたＴＥＯＳ−Ｏ２系ガス（ＴＥＯＳ−プラズマＣＶＤ法）とが挙げられる。基板温度は２５０〜４００℃、反応圧力は６７〜４００Ｐａの範囲が好ましい。
【００８５】
低圧ＣＶＤ法により窒化ケイ素膜を形成する場合、Ｓｉ源としてジクロルシラン：ＳｉＨ２Ｃｌ２、窒素源としてアンモニア：ＮＨ３を用いることができる。窒化ケイ素膜は、ＳｉＨ２Ｃｌ２−ＮＨ３系酸化反応を９００℃の高温で行わせることにより得られる。
【００８６】
プラズマＣＶＤ法の反応ガスとしては、Ｓｉ源としてＳｉＨ４、窒素源としてＮＨ３を用いたＳｉＨ４−ＮＨ３系ガスが挙げられる。基板温度は、３００〜４００℃が好ましい。
【００８７】
本実施形態で使用される基板としては、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等の理論回路素子、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等の集積回路素子、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等を有する基板が挙げられる。
【００８８】
本実施形態のＣＭＰ研磨液は、半導体基板に形成された窒化ケイ素膜、酸化ケイ素膜のみならず、所定の配線を有する配線板に形成された酸化ケイ素膜、ガラス、窒化ケイ素等の無機絶縁膜、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。
【００８９】
（電子部品）
本実施形態の電子部品は、前述した研磨方法で研磨された基板を用いたものである。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・プリズム等の光学ガラス、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。
【実施例】
【００９０】
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。
【００９１】
（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線回折法で相同定したところ、酸化セリウムであることを確認した。また、焼成粉末の粒子径をレーザ回折式粒度分布計により測定した結果、焼成粉末の粒子径は９５％以上が１〜１００μｍの間に分布していた。
【００９２】
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、９．４ｍ２／ｇであった。
【００９３】
（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、４０質量％）：２２８ｇを添加し酸化セリウム分散液を得た。酸化セリウム分散液を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であり、酸化セリウム分散液は３０分かけて送液した。
【００９４】
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。外周にかかる遠心力が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。
【００９５】
得られた酸化セリウム分散液（酸化セリウムスラリー）の固形分濃度を測定したところ、４．０質量％であった。このスラリーのｐＨを測定したところ、９．０であった。
【００９６】
更に、レーザ回折式粒度分布計〔株式会社堀場製作所製、商品名：ＬＡ−９２０〕を用い、屈折率：１．９３、透過度：６８％としてスラリー中の酸化セリウム粒子の平均粒径を測定したところ、０．１１μｍであった。
【００９７】
また、原子吸光光度計〔株式会社島津製作所製、商品名：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。
【００９８】
（添加液の作製）
＜実施例１＞
以下の工程により添加液を作製した。
超純水：９００ｇを１０００ｍＬ容器ａに秤量する。
ポリアクリル酸４０質量％水溶液（重量平均分子量：３０００）：１０．０ｇを容器ａに入れる。
界面活性剤：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：１５．０ｇを容器ａに入れる。
リン酸：８．５ｇとなるように８５質量％のリン酸水溶液を容器ａに入れる。
添加液のｐＨが７．０になるように添加量を調整してアンモニア水（２５質量％水溶液）を容器ａに入れる。
合計で１０００ｇとなるように超純水を適量入れ、添加液を作製した。
【００９９】
＜実施例２〜１１＞
実施例１と同様に、表１に示す通りの配合にて添加液を作製した。
【０１００】
＜比較例１〜７＞
実施例１と同様に、表２に示す通りの配合にて添加液を作製した。
【０１０１】
（研磨液の作製）
前述の酸化セリウムスラリー：５００ｇと、前述した実施例１〜１１や比較例１〜７にて作製した添加液：５００ｇと、純水：１５００ｇとを混合し、合計２５００ｇのＣＭＰ研磨液をそれぞれ作製した。
【０１０２】
【表１】
【０１０３】
【表２】
【０１０４】
（研磨評価）
絶縁膜ＣＭＰ評価用試験ウエハについて、パターンの形成されていないＢｌａｎｋｅｔウエハとしては、Ｓｉ基板上に１０００ｎｍの膜厚で成膜された酸化ケイ素膜と、Ｓｉ基板上に２００ｎｍの膜厚で成膜された窒化ケイ素膜と、Ｓｉ基板上に１００ｎｍの膜厚で成膜されたポリシリコン膜とを用いた。
【０１０５】
また、模擬パターンが形成されたパターンウェハとしては、ＳＥＭＡＴＥＣＨ社製、８６４ウエハ（商品名、直径：２００ｍｍ）を用いた。パターンウェハは、図２に示すように、表面にトレンチを有するシリコン基板８と、トレンチを避けるようにシリコン基板８の上に積層された窒化ケイ素膜９と、トレンチを埋めるようにシリコン基板８及び窒化ケイ素膜９の上に積層された酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜（絶縁膜）１０とを備える。酸化ケイ素膜１０は、ＨＤＰ（Ｈｉｇｈ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐｌａｓｍａ）法により成膜されたものであり、シリコン基板８及び窒化ケイ素膜９上のいずれにおいても膜厚は６００ｎｍである。具体的には、窒化ケイ素膜９の膜厚は１５０ｎｍであり、酸化ケイ素膜１０の凸部の膜厚は６００ｎｍであり、酸化ケイ素膜１０の凹部の膜厚は６００ｎｍであり、酸化ケイ素膜１０の凹部深さは５００ｎｍ（トレンチ深さ３５０ｎｍ＋窒化ケイ素膜厚１５０ｎｍ）である。研磨評価に際しては、酸化ケイ素膜を窒化ケイ素膜に対して充分に選択的に研磨できる公知のＣＭＰ研磨液を用いて上記ウエハを研磨し、窒化ケイ素膜を露出させた状態のものを用いた（パターンウェハＡ）。
また、パターンウェハＡと同様の構造を有しており、窒化ケイ素膜の代わりにポリシリコン膜が膜厚：１５０ｎｍ成膜されたものを用いた（パターンウェハＢ）。
【０１０６】
パターンウェハ評価には、ライン（凸部）＆スペース（凹部）幅が２００μｍピッチで、凸部パターン密度が５０％のものを使用した。ライン＆スペースとは、模擬的なパターンであり、凸部であるＳｉ３Ｎ４でマスクされたＡｃｔｉｖｅ部と、凹部である溝が形成されたＴｒｅｎｃｈ部とが、交互に並んだパターンである。例えば、「ライン＆スペースが１００μｍピッチ」とは、ライン部とスペ−ス部との幅の合計が、１００μｍであることを意味する。また、例えば、「凸部パターン密度が１０％」とは、凸部幅：１０μｍと、凹部幅：９０μｍとが、交互に並んだパターンを意味し、凸部パターン密度９０％とは、凸部幅：９０μｍと、凹部幅：１０μｍとが、交互に並んだパターンを意味する。
【０１０７】
研磨装置（アプライドマテリアル社製、商品名：ＭＩＲＲＡ３４００）の、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た。また、２００ｍｍウエハ用の研磨定盤に、多孔質ウレタン樹脂製の研磨パッド（ロデール社製、型番：ＩＣ−１０１０）を貼り付けた。
【０１０８】
前記研磨パッド上に、絶縁膜面を下にしたホルダーを載せ、メンブレン圧力を３１ｋＰａに設定した。
【０１０９】
研磨定盤上に、前述した酸化セリウムスラリーを１６０ｍＬ／分の速度で、及び、実施例１〜１１、比較例１〜７の添加液を４０ｍＬ／分の速度で同時滴下しながら、研磨定盤とウエハとをそれぞれ１２３ｒｐｍ、１１３ｒｐｍで作動させて、酸化ケイ素膜（Ｐ−ＴＥＯＳ膜）、窒化ケイ素膜、ポリシリコン膜のＢｌａｎｋｅｔウエハをそれぞれ１分間研磨した。
また、パターンウェハＡ、Ｂをそれぞれ１００秒間研磨した。
研磨後のウエハを純水で良く洗浄後、乾燥した。
【０１１０】
その後、酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜、及びポリシリコン膜のＢｌａｎｋｅｔウエハについては、光干渉式膜厚装置（大日本スクリーン製造株式会社製、商品名：ＲＥ−３０００）を用いて、ウエハ面内５５点の残膜厚を測定し、研磨前からの膜厚減少量から１分当たりの研磨速度を算出した。パターンウェハに関しては、光干渉式膜厚装置（大日本スクリーン製造株式会社製、商品名：ＲＥ−３０００）を用いて、パターンウェハＡの窒化ケイ素膜の残膜厚、及び、パターンウェハＢの凹部の絶縁膜の残膜厚、凸部の絶縁膜の残膜厚を測定した。そして、パターンウェハＢの凸部の絶縁膜と、凹部の絶縁膜との残膜厚の差を平坦性とした。
得られた各測定結果を上記表１及び２に示す。
【０１１１】
表１及び２に示すように、実施例１〜１１では、研磨速度比をみると、酸化ケイ素膜／ポリシリコン膜が６４〜１１０、窒化ケイ素膜／ポリシリコン膜が１８以上であり、ポリシリコン膜の研磨速度が４０Å／ｍｉｎ以下に抑制されており、ポリシリコン膜の研磨速度を抑制しつつ、酸化ケイ素膜及び窒化ケイ素膜の研磨速度が向上することがわかる。
【０１１２】
実施例１〜１１と比較例１〜７とを比較すると、実施例１〜１１では、特に窒化ケイ素膜の研磨速度が向上していることが明らかである。また、パターンウェハＡでの評価結果より、実施例１〜１１では、窒化ケイ素膜が充分に研磨できていることが明らかである。更に、パターンウェハＢでの評価結果より、実施例１〜１１はすべて平坦性の値が小さく、平坦性が良好であることがわかる。
【符号の説明】
【０１１３】
１…シリコン、２…絶縁物、３…絶縁膜、４…ダミーゲート、５…サイドウォール、６…ストレスライナー、７…酸化ケイ素膜、８…シリコン基板、９…窒化ケイ素膜、１０…酸化ケイ素膜、１００，２００…基板。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の液と第２の液とを混合して使用されるＣＭＰ研磨液であって、
前記第１の液が、酸化セリウム粒子を含有するセリウム系砥粒と、分散剤と、水とを含有し、
前記第２の液がポリアクリル酸化合物と、界面活性剤と、ｐＨ調整剤と、リン酸又はリン酸誘導体の少なくとも一方のリン酸化合物と、水とを含有し、
前記第１の液のｐＨが７．０以上であり、
前記第２の液のｐＨが６．５以上であり、
前記リン酸化合物の含有量がＣＭＰ研磨液全質量を基準として０．０１〜１．０質量％となるように前記第１の液と前記第２の液とが混合される、ＣＭＰ研磨液。
【請求項２】
前記第２の液が、前記ｐＨ調整剤としてｐＫａが８以上である塩基性化合物を含有する、請求項１に記載のＣＭＰ研磨液。
【請求項３】
前記第２の液が前記界面活性剤として非イオン性界面活性剤を含有する、請求項１又は２に記載のＣＭＰ研磨液。
【請求項４】
前記第１の液が前記分散剤としてポリアクリル酸系分散剤を含有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のＣＭＰ研磨液。
【請求項５】
前記リン酸誘導体が、リン酸の重合物、リン酸水素ナトリウム、リン酸ナトリウム、リン酸アンモニウム、リン酸カリウム、リン酸カルシウム、ピロリン酸ナトリウム、ポリリン酸、ポリリン酸ナトリウム、メタリン酸、メタリン酸ナトリウム及びリン酸アンモニウムからなる群より選ばれる少なくとも一種である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のＣＭＰ研磨液。
【請求項６】
第１の液と第２の液とを混合して得られたＣＭＰ研磨液であって、
前記第１の液のｐＨが７．０以上であり、
前記第２の液のｐＨが６．５以上であり、
酸化セリウム粒子を含有するセリウム系砥粒と、分散剤と、ポリアクリル酸化合物と、界面活性剤と、ｐＨ調整剤と、リン酸又はリン酸誘導体の少なくとも一方のリン酸化合物と、水とを含有し、
前記リン酸化合物の含有量がＣＭＰ研磨液全質量を基準として０．０１〜１．０質量％である、ＣＭＰ研磨液。
【請求項７】
前記ｐＨ調整剤としてｐＫａが８以上である塩基性化合物を含有する、請求項６に記載のＣＭＰ研磨液。
【請求項８】
前記界面活性剤として非イオン性界面活性剤を含有する、請求項６又は７に記載のＣＭＰ研磨液。
【請求項９】
前記分散剤としてポリアクリル酸系分散剤を含有する、請求項６〜８のいずれか一項に記載のＣＭＰ研磨液。
【請求項１０】
前記リン酸誘導体が、リン酸の重合物、リン酸水素ナトリウム、リン酸ナトリウム、リン酸アンモニウム、リン酸カリウム、リン酸カルシウム、ピロリン酸ナトリウム、ポリリン酸、ポリリン酸ナトリウム、メタリン酸、メタリン酸ナトリウム及びリン酸アンモニウムからなる群より選ばれる少なくとも一種である、請求項６〜９のいずれか一項に記載のＣＭＰ研磨液。
【請求項１１】
酸化ケイ素膜又は窒化ケイ素膜の少なくとも一方の被研磨膜と、ポリシリコン膜とが形成された基板の該ポリシリコン膜をストッパ膜として、前記被研磨膜の少なくとも一部を研磨して除去するために用いられる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のＣＭＰ研磨液。
【請求項１２】
窒化ケイ素膜の少なくとも一部を研磨して除去するために用いられる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のＣＭＰ研磨液。
【請求項１３】
酸化ケイ素膜の少なくとも一部と、窒化ケイ素膜の少なくとも一部とを研磨して除去するために用いられる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のＣＭＰ研磨液。
【請求項１４】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載のＣＭＰ研磨液を用いて、少なくとも一方面上に被研磨膜が形成された基板の該被研磨膜を研磨する研磨工程を備える、基板の研磨方法。
【請求項１５】
酸化セリウム粒子を含有するセリウム系砥粒、分散剤及び水を含有しかつｐＨが７．０以上である第１の液と、ポリアクリル酸化合物、界面活性剤、ｐＨ調整剤、リン酸又はリン酸誘導体の少なくとも一方のリン酸化合物、及び、水を含有しかつｐＨが６．５以上である第２の液とを混合し、前記リン酸化合物の含有量がＣＭＰ研磨液全質量を基準として０．０１〜１．０質量％であるＣＭＰ研磨液を得る研磨液調製工程と、
前記ＣＭＰ研磨液を用いて、少なくとも一方面上に被研磨膜が形成された基板の該被研磨膜を研磨する研磨工程と、を備える、基板の研磨方法。
【請求項１６】
前記基板の前記一方面が段差を有する、請求項１４又は１５に記載の基板の研磨方法。
【請求項１７】
前記基板に前記被研磨膜として酸化ケイ素膜又は窒化ケイ素膜の少なくとも一方が形成されており、
前記基板と前記被研磨膜との間にポリシリコン膜が形成されており、
前記研磨工程では、前記ポリシリコン膜をストッパ膜として前記被研磨膜の少なくとも一部を研磨して除去する、請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の基板の研磨方法。
【請求項１８】
前記基板に前記被研磨膜として窒化ケイ素膜が形成されており、
前記研磨工程では、前記窒化ケイ素膜の少なくとも一部を研磨して除去する、請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の基板の研磨方法。
【請求項１９】
前記基板に前記被研磨膜として酸化ケイ素膜及び窒化ケイ素膜が形成されており、
前記研磨工程では、酸化ケイ素膜の少なくとも一部と、窒化ケイ素膜の少なくとも一部とを研磨して除去する、請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の基板の研磨方法。
【請求項１】
第１の液と第２の液とを混合して使用されるＣＭＰ研磨液であって、
前記第１の液が、酸化セリウム粒子を含有するセリウム系砥粒と、分散剤と、水とを含有し、
前記第２の液がポリアクリル酸化合物と、界面活性剤と、ｐＨ調整剤と、リン酸又はリン酸誘導体の少なくとも一方のリン酸化合物と、水とを含有し、
前記第１の液のｐＨが７．０以上であり、
前記第２の液のｐＨが６．５以上であり、
前記リン酸化合物の含有量がＣＭＰ研磨液全質量を基準として０．０１〜１．０質量％となるように前記第１の液と前記第２の液とが混合される、ＣＭＰ研磨液。
【請求項２】
前記第２の液が、前記ｐＨ調整剤としてｐＫａが８以上である塩基性化合物を含有する、請求項１に記載のＣＭＰ研磨液。
【請求項３】
前記第２の液が前記界面活性剤として非イオン性界面活性剤を含有する、請求項１又は２に記載のＣＭＰ研磨液。
【請求項４】
前記第１の液が前記分散剤としてポリアクリル酸系分散剤を含有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のＣＭＰ研磨液。
【請求項５】
前記リン酸誘導体が、リン酸の重合物、リン酸水素ナトリウム、リン酸ナトリウム、リン酸アンモニウム、リン酸カリウム、リン酸カルシウム、ピロリン酸ナトリウム、ポリリン酸、ポリリン酸ナトリウム、メタリン酸、メタリン酸ナトリウム及びリン酸アンモニウムからなる群より選ばれる少なくとも一種である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のＣＭＰ研磨液。
【請求項６】
第１の液と第２の液とを混合して得られたＣＭＰ研磨液であって、
前記第１の液のｐＨが７．０以上であり、
前記第２の液のｐＨが６．５以上であり、
酸化セリウム粒子を含有するセリウム系砥粒と、分散剤と、ポリアクリル酸化合物と、界面活性剤と、ｐＨ調整剤と、リン酸又はリン酸誘導体の少なくとも一方のリン酸化合物と、水とを含有し、
前記リン酸化合物の含有量がＣＭＰ研磨液全質量を基準として０．０１〜１．０質量％である、ＣＭＰ研磨液。
【請求項７】
前記ｐＨ調整剤としてｐＫａが８以上である塩基性化合物を含有する、請求項６に記載のＣＭＰ研磨液。
【請求項８】
前記界面活性剤として非イオン性界面活性剤を含有する、請求項６又は７に記載のＣＭＰ研磨液。
【請求項９】
前記分散剤としてポリアクリル酸系分散剤を含有する、請求項６〜８のいずれか一項に記載のＣＭＰ研磨液。
【請求項１０】
前記リン酸誘導体が、リン酸の重合物、リン酸水素ナトリウム、リン酸ナトリウム、リン酸アンモニウム、リン酸カリウム、リン酸カルシウム、ピロリン酸ナトリウム、ポリリン酸、ポリリン酸ナトリウム、メタリン酸、メタリン酸ナトリウム及びリン酸アンモニウムからなる群より選ばれる少なくとも一種である、請求項６〜９のいずれか一項に記載のＣＭＰ研磨液。
【請求項１１】
酸化ケイ素膜又は窒化ケイ素膜の少なくとも一方の被研磨膜と、ポリシリコン膜とが形成された基板の該ポリシリコン膜をストッパ膜として、前記被研磨膜の少なくとも一部を研磨して除去するために用いられる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のＣＭＰ研磨液。
【請求項１２】
窒化ケイ素膜の少なくとも一部を研磨して除去するために用いられる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のＣＭＰ研磨液。
【請求項１３】
酸化ケイ素膜の少なくとも一部と、窒化ケイ素膜の少なくとも一部とを研磨して除去するために用いられる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のＣＭＰ研磨液。
【請求項１４】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載のＣＭＰ研磨液を用いて、少なくとも一方面上に被研磨膜が形成された基板の該被研磨膜を研磨する研磨工程を備える、基板の研磨方法。
【請求項１５】
酸化セリウム粒子を含有するセリウム系砥粒、分散剤及び水を含有しかつｐＨが７．０以上である第１の液と、ポリアクリル酸化合物、界面活性剤、ｐＨ調整剤、リン酸又はリン酸誘導体の少なくとも一方のリン酸化合物、及び、水を含有しかつｐＨが６．５以上である第２の液とを混合し、前記リン酸化合物の含有量がＣＭＰ研磨液全質量を基準として０．０１〜１．０質量％であるＣＭＰ研磨液を得る研磨液調製工程と、
前記ＣＭＰ研磨液を用いて、少なくとも一方面上に被研磨膜が形成された基板の該被研磨膜を研磨する研磨工程と、を備える、基板の研磨方法。
【請求項１６】
前記基板の前記一方面が段差を有する、請求項１４又は１５に記載の基板の研磨方法。
【請求項１７】
前記基板に前記被研磨膜として酸化ケイ素膜又は窒化ケイ素膜の少なくとも一方が形成されており、
前記基板と前記被研磨膜との間にポリシリコン膜が形成されており、
前記研磨工程では、前記ポリシリコン膜をストッパ膜として前記被研磨膜の少なくとも一部を研磨して除去する、請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の基板の研磨方法。
【請求項１８】
前記基板に前記被研磨膜として窒化ケイ素膜が形成されており、
前記研磨工程では、前記窒化ケイ素膜の少なくとも一部を研磨して除去する、請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の基板の研磨方法。
【請求項１９】
前記基板に前記被研磨膜として酸化ケイ素膜及び窒化ケイ素膜が形成されており、
前記研磨工程では、酸化ケイ素膜の少なくとも一部と、窒化ケイ素膜の少なくとも一部とを研磨して除去する、請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の基板の研磨方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−２０９５６７（Ｐ２０１２−２０９５６７Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１３０７４８（Ｐ２０１２−１３０７４８）
【出願日】平成２４年６月８日（２０１２．６．８）
【分割の表示】特願２０１０−５１９７７（Ｐ２０１０−５１９７７）の分割
【原出願日】平成２２年３月９日（２０１０．３．９）
【出願人】（０００００４４５５）日立化成工業株式会社 (4,649)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年６月８日（２０１２．６．８）
【分割の表示】特願２０１０−５１９７７（Ｐ２０１０−５１９７７）の分割
【原出願日】平成２２年３月９日（２０１０．３．９）
【出願人】（０００００４４５５）日立化成工業株式会社 (4,649)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]