JP2002114967A

JP2002114967A - 研磨液組成物

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Publication number: JP2002114967A
Application number: JP2000309134A
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: 2002-04-16
Anticipated expiration: 2020-10-10
Also published as: JP4063490B2

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
達成する研磨速度選択比向上剤を提供すること。更に、
該研磨速度選択比向上剤を含有する研磨液組成物、前記
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】アミノ酸、多価水酸基含有化合物及びアル
キレンオキシド付加物からなる群より選ばれる１種以上
の化合物からなる、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研磨速度選択比向上
剤、該研磨速度選択比向上剤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、絶縁膜とストッパ
ー膜の研磨速度選択比向上剤に関する。更に、該研磨速
度選択比向上剤を含有する研磨液組成物、前記研磨液組
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塩／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速度選
択比向上剤を提供する。更に、該研磨速度選択比向上剤
を含有する研磨液組成物、前記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〕アミノ酸、多価水酸基含有化合物及びアルキレン
オキシド付加物からなる群より選ばれる１種以上の化合
物からなる、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研磨速度選択比向上剤、
〔２〕前記〔１〕記載の研磨速度選択比向上剤を含有し
てなる研磨液組成物、並びに〔３〕前記〔２〕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。

【０００７】

【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、特に好ましくは１０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。

【０００８】本発明の選択比向上剤は、アミノ酸、多価
水酸基含有化合物及びアルキレンオキシド付加物からな
る群より選ばれる１種以上の化合物からなるものであ
る。

【０００９】アミノ酸は、選択比向上の観点から炭素数
２〜９のものが好ましく、より好ましくは炭素数２〜
６、更に好ましくは炭素数２〜４のものである。その具
体例としては、グリシン、アラニン、セリン、トレオニ
ン、バリン、ロイシン、リシン、フェニルアラニン等が
挙げられる。好ましくは選択比向上の観点から、グリシ
ン、アラニン、セリン及びトレオニンである。

【００１０】多価水酸基含有化合物は、選択比向上の観
点から、水酸基を２〜10個有する化合物であり、好まし
くは２〜８個、より好ましくは２〜６個有する化合物が
好ましい。また、多価水酸基含有化合物の炭素数は、選
択比向上の観点から、３〜12が好ましく、より好ましく
は３〜８である。更に選択比向上の観点から、フェノー
ル性の多価水酸基含有化合物が好ましい。多価水酸基含
有化合物の具体例としては、グルコン酸、グルコース、
フルクトース、グリセリン、ソルビトール等のアルドン
酸、糖又は糖アルコール、アスコルビン酸、ハイドロキ
ノン、カテコール、ピロガロール、フロログルシノール
等のフェノール性多価水酸基含有化合物が挙げられる。
好ましくは選択比向上の観点から、アスコルビン酸及び
ハイドロキノンであり、特に好ましくはアスコルビン酸
である。

【００１１】アルキレンオキシド付加物は、オキシアル
キレン基を有する化合物である。アルキレンオキシドと
しては、エチレンオキシドとプロピレンオキシドが挙げ
られる。また、アルキレンオキシド付加物中のアルキレ
ンオキシド平均付加モル数は、選択比向上の観点から、
２〜1000が好ましく、より好ましくは５〜500 であり、
更に好ましくは10〜100 である。中でも、エチレンオキ
シド平均付加モル数は、選択比向上の観点から、１〜50
0 が好ましく、より好ましくは２〜300 、更に好ましく
は５〜100 である。また、プロピレンオキシド平均付加
モル数は、選択比向上及び水溶性の観点から、１〜500
が好ましく、より好ましくは２〜300 、更に好ましくは
５〜100 である。アルキレンオキシド付加物の平均分子
量は、選択比向上及び水溶性の観点から、100 〜５万が
好ましく、より好ましくは250 〜４万、更に好ましくは
500 〜２万である。

【００１２】アルキレンオキシド付加物の具体例として
は、ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコール
モノアルキルエーテル類、ポリエチレングリコールジア
ルキルエーテル類、ポリエチレングリコールの脂肪酸モ
ノエステル類、ポリエチレングリコールの脂肪酸ジエス
テル類、プロピレングリコール、エチレンオキシドとプ
ロピレンオキシドのランダム又はブロック共重合体、多
価アルコールのアルキレンオキシド付加物、その脂肪酸
エステル類、そのアルキルエーテル類、脂肪族アミンの
アルキレンオキシド付加物、重合可能な不飽和基（例え
ば、ビニル基、アリル基、メタリル基、アクリロイル
基、メタクリロイル基等）を持つアルキレンオキシドユ
ニットを有する単量体の共重合物等が挙げられる。これ
らのうち、ポリエチレングリコール、ポリプロピレング
リコール、エチレンオキシドとプロピレンオキシドのラ
ンダム又はブロック共重合体及び脂肪族アミンのアルキ
レンオキシド付加物が、選択比向上の観点から好まし
い。より好ましくは、エチレンオキシドとプロピレンオ
キシドのブロック共重合体及び脂肪族アミンのエチレン
オキシドとプロピレンオキシドのブロック共重合体であ
る。

【００１３】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。

【００１４】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。該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0.01〜20
重量％が好ましく、より好ましくは0.1 〜15重量％、更
に好ましくは0.1 〜10重量％である。

【００１５】また、本発明の研磨液組成物は、研磨材、
ｐＨ調整剤、水等を含有していることが好ましい。本発
明に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２Ａ、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。

【００１６】ｐＨ調整剤としては、アンモニア、水酸化
カリウム、アミン等のアルカリ源を適宜使用することが
でき、選択比向上の観点から好ましくはアンモニア（具
体的には、アンモニア水）である。また、ｐＨ調整剤の
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。

【００１７】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。

【００１８】研磨液組成物中の水の含有量は、選択比向
上の観点から研磨液組成物全量に対して45〜99.489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65〜95重量％である。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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
発明の選択比向上剤を含有した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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】本発明の被研磨基板の製造方法において
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、選択比向上剤
を含有する研磨液組成物を用いて研磨を行うことにより
平坦化された被研磨基板を効率よく製造することができ
る。

【００２７】

【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。

【００２８】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。

【００２９】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) 。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】実施例１〜４、比較例１〜４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、シリカの沈降の
無いことを確認後、その460gにL-アスコルビン酸40g(8.
00重量%)を加え、２５％アンモニア水にてｐＨを１０．
５とし、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
選択比向上剤を用いた以外は、実施例１と同様にして実
施例２〜４、比較例１〜４の研磨液組成物を得、同様に
研磨を行った。

【００３３】これらの結果を表１に示す。なお、実施例
１〜４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。

【００３４】

【表１】

【００３５】表１の結果より、本発明の選択比向上剤を
用いた実施例１〜４の研磨液組成物は、比較例１〜４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。

【００３６】

【発明の効果】本発明の研磨速度選択比向上剤を含有す
る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 CB01 CB03 CB05 DA02 DA12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アミノ酸、多価水酸基含有化合物及びア
ルキレンオキシド付加物からなる群より選ばれる１種以
上の化合物からなる、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研磨速度選択比向上
剤。
【請求項２】請求項１記載の研磨速度選択比向上剤を
含有してなる研磨液組成物。
【請求項３】研磨材及びｐＨ調整剤を含有してなる請
求項２記載の研磨液組成物。
【請求項４】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２又は３記載の研磨液組成物。
【請求項５】請求項２〜４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。