JP2005142489A - Cmp研磨剤および基板の研磨方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】酸化セリウム粒子、2種類のモノマーの共重合体及び水を含むCMP研磨剤、及びこの研磨剤を用いて半導体ウエハ等の被研磨面を研磨する基板の研磨方法であり、好ましくは前記共重合体がアクリル酸−マレイン酸共重合体である。
【選択図】なし
Description
本発明の目的は、電気特性不良に至る研磨傷をほとんど発生させずに高平坦化することが可能なCMP研磨剤及びそれを用いた研磨方法を提供することにある。
本発明は、下記(1)〜(7)の発明に関する。
(1) 酸化セリウム粒子、2種類のモノマーの共重合体及び水を含むCMP研磨剤。
(2) 前記2種類のモノマーがそれぞれアクリル酸、マレイン酸である前記(1)記載のCMP研磨剤。
(3) 前記共重合体の共重合比がモル比で0.5〜2.0である前記(1)または(2)記載のCMP研磨剤。
(4) 前記共重合体の分子量がMw=1000〜20000である前記(1)〜(3)のいずれか記載のCMP研磨剤。
(5) さらに、分子量Mw=5000〜50000であるポリアクリル酸を含む前記(1)〜(4)のいずれか記載のCMP研磨剤。
(6) pHが4.0〜9.0である前記(1)〜(5)のいずれか記載のCMP研磨剤。
(7) 被研磨膜を形成した基板を研磨定盤上の研磨布に押し当て加圧し、2種類のモノマーの共重合体及び水を含むCMP研磨剤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基板の研磨方法。
又、本発明の研磨方法により、基板の被研磨面を、傷なく、研磨することが可能となる。
一般に酸化セリウム粒子は、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、しゅう酸塩のセリウム化合物を酸化することによって得られる。TEOS−CVD法等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粒子は、その製造方法を限定するものではないが、酸化セリウム結晶子径は5nm以上300nm以下であることが好ましい。また、半導体チップ研磨に使用することから、アルカリ金属及びハロゲン類の含有率は酸化セリウム粒子中10ppm以下に抑えることが好ましい。
ポリマーAの分子量は、Mw=1000〜20000が好ましく、Mw=2000〜10000がより好ましく、Mw=2000〜5000が更により好ましい。また、ポリマーAのCMP研磨剤中における濃度は、十分な平坦性を得るために0.01重量%〜5.0重量%が好ましく、0.10重量%〜1.0重量%がより好ましい。また、ポリマーAにおけるモノマーa1、モノマーa2の共重合比 a1/a2は、例えばモノマーa1がアクリル酸、モノマーa2がマレイン酸の共重合体の場合、モル比で0.5〜2.0が好ましく、0.75〜1.50がより好ましい。
酸化セリウムスラリと添加液とを分けた二液式研磨剤として保存する場合、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。二液式の場合、添加液は、酸化セリウムスラリと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か、研磨直前に酸化セリウムスラリと混合する方法がとられる。
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等が挙げられ、また、ポリアクリル酸アンモニウム塩等のアニオン系水溶性高分子を用いてもよい。
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、アルキルアルカノールアミド等が挙げられる。
水溶性陽イオン性分散剤としては、例えば、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、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。
分散剤を用いる場合、これらの分散剤添加量は、分散性及び沈降防止、さらに研磨傷と分散剤添加量との関係から酸化セリウム粒子100重量部に対して、0.01重量部以上2.0重量部以下の範囲が好ましい。
本発明の研磨剤のpHは、pHメータ(例えば、横河電機株式会社製の Model pH81)で測定する。標準緩衝液(フタル酸塩pH緩衝液pH:4.21(25℃)、中性りん酸塩pH緩衝液pH6.86(25℃))を用いて、2点校正した後、電極を研磨剤に入れて、2分以上経過して安定した後の値を測定する。
前記共重合体及び水を含むCMP研磨剤は、具体的には本発明のCMP研磨剤であることが好ましい。
以下、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。
このように被研磨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、表面の凹凸を解消し、半導体基板全面にわたって平滑な面とすることができる。
実施例1
(酸化セリウムスラリの作製)
炭酸セリウム水和物2kgをアルミナ製容器に入れ、850℃の空気中で2時間焼成することにより酸化セリウム粉末を得た。上記作製の酸化セリウム粒子1kgとポリアクリル酸アンモニウム塩水溶液(40重量%)23gと脱イオン水8977gを混合し、撹拌しながら超音波分散を10分間施した。得られたスラリを1ミクロンフィルターでろ過をし、さらに脱イオン水を加えて酸化セリウム5.0重量%を含む酸化セリウムスラリを得た。
上記の酸化セリウムスラリを750g、アクリル酸−マレイン酸共重合体(Aldrich試薬、Mw=3000、濃度=50重量%、アクリル酸:マレイン酸のモル比=1:1)を50.0g、脱イオン水を4184g、pH調整剤としてアンモニア(試薬、30重量%水溶液)16.0gを配合してアクリル酸−マレイン酸共重合体0.5重量%、酸化セリウム0.75重量%のCMP研磨剤(以下、CMP研磨剤1という。)とした。研磨剤1のpHを測定したところ、5.6であった。
8インチウエハ上の酸化珪素膜及び窒化珪素膜を上記のCMP研磨剤1でそれぞれ研磨した。
研磨装置は荏原製作所製EPO−111、研磨条件は定盤回転数/ヘッド回転数:50/50rpm、研磨荷重:30kPa、研磨剤供給量:200ml/分とした。
それぞれ1分間研磨したところ、酸化珪素膜の研磨速度は240nm/分、窒化珪素膜の研磨速度は7.8nm/分となり、研磨速度比は30.8であった。また研磨後の酸化珪素膜をウエハ欠陥検出装置:KLA Tencor社「Surfscan6220」で0.2μm以上の異物を検出し、ウエハ外観研磨装置:オリンパス社「AL−2000」を用いて研磨傷をカウントしたところ、13個/ウエハだった。
別に、8インチSi基板に一辺350nm〜0.1mm四方の凸部、深さが400nmの凹部を形成し、凸部密度がそれぞれ2〜40%となるようなシャロー・トレンチ分離層パターンウエハを作製した。凸部上に窒化珪素膜を100nm形成し、その上にTEOS−プラズマCVD法で酸化珪素膜を600nm成膜した。上記のCMP研磨剤1で、このパターンウエハを研磨装置、研磨条件は上記と同様にして3分間研磨した。その結果、窒化珪素膜上で研磨が停止し、研磨後の凸部と凹部の残段差は20nmとなり、高平坦性を示した。
(CMP研磨剤の作製)
上記実施例1で作製した酸化セリウムスラリを750g、アクリル酸−マレイン酸共重合体(Aldrich試薬、Mw=3000、濃度=50重量%)を30g、ポリアクリル酸(Mw=10000、濃度=40重量%)を12.5g、脱イオン水を4173g、pH調整剤として、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(Aldrich試薬、濃度=25重量%)を34.4g混合し、アクリル酸−マレイン酸共重合体:0.3重量%、ポリアクリル酸:0.1重量%、酸化セリウム粒子濃度0.75重量%のCMP研磨剤(以下、CMP研磨剤2という。)とした。研磨剤2のpHを測定したところ5.5であった。
8インチSi基板上にLine/Space幅が0.05〜5mmで高さが1000nmのAl配線Line部を形成した後、その上にTEOS−プラズマCVD法で酸化珪素膜を2000nm形成した絶縁膜層パターンウエハを作製した。上記のCMP研磨剤2を用いて、研磨装置、研磨条件は実施例1と同様にして3分間研磨した。その結果、研磨後の凸部と凹部の段差が20nmとなり高平坦性を示した。
また、8インチウエハ上の酸化珪素膜及び窒化珪素膜を上記のCMP研磨剤2で研磨装置、研磨条件は実施例1と同様にしてそれぞれ1分間研磨したところ、酸化珪素膜の研磨速度は92nm/分、窒化珪素膜の研磨速度は5.0nm/分となり、研磨速度比は18.4であった。また研磨後の酸化珪素膜をウエハ欠陥検出装置:KLA Tencor社製品名「Surfscan6220」で0.2μm以上の異物を検出し、ウエハ外観研磨装置:オリンパス社製品名「AL−2000」を用いて研磨傷をカウントしたところ、15個/ウエハだった。
また、実施例1と同じシャロー・トレンチ分離層パターンウエハを、上記のCMP研磨剤2で、研磨装置、研磨条件は上記と同様にして3分間研磨した。その結果、窒化珪素膜上で研磨が停止し、研磨後の凸部と凹部の残段差は20nmとなり、高平坦性を示した。
(CMP研磨剤の作製)
実施例1記載の酸化セリウムスラリ750gと脱イオン水4250gを混合し(酸化セリウム粒子濃度0.75重量%)、実施例1記載のアクリル酸−マレイン酸共重合体を加えず得られたものをCMP研磨剤3とした。研磨剤3のpHは7.0であった。
上記のCMP研磨剤3を用いて、実施例2と同じ絶縁膜層、シャロー・トレンチ分離層を同条件で3分間研磨した。その結果、研磨後の段差は150nmとなり、平坦性が著しく劣ることがわかった。また、研磨後の酸化珪素膜を実施例1と同じ方法で研磨傷をカウントしたところ、30個/ウエハだった。
Claims (7)
- 酸化セリウム粒子、2種類のモノマーの共重合体及び水を含むCMP研磨剤。
- 前記2種類のモノマーがそれぞれアクリル酸、マレイン酸である請求項1記載のCMP研磨剤。
- 前記共重合体の共重合比がモル比で0.5〜2.0である請求項1または2記載のCMP研磨剤。
- 前記共重合体の分子量がMw=1000〜20000である請求項1〜3のいずれか記載のCMP研磨剤。
- さらに、分子量Mw=5000〜50000であるポリアクリル酸を含む請求項1〜4のいずれか記載のCMP研磨剤。
- pHが4.0〜9.0である請求項1〜5のいずれか記載のCMP研磨剤。
- 被研磨膜を形成した基板を研磨定盤上の研磨布に押し当て加圧し、2種類のモノマーの共重合体及び水を含むCMP研磨剤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基板の研磨方法。
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