JP2005236275A

JP2005236275A - 化学機械研磨用水系分散体および化学機械研磨方法

Info

Publication number: JP2005236275A
Application number: JP2005013148A
Authority: JP
Inventors: Norihiko Ikeda; 憲彦池田; Kazuo Nishimoto; 和男西元; Masayuki Hattori; 雅幸服部; Nobuo Kawahashi; 信夫川橋
Original assignee: JSR Corp
Current assignee: JSR Corp
Priority date: 2004-01-23
Filing date: 2005-01-20
Publication date: 2005-09-02

Abstract

【課題】研磨速度を低下させることなく、研磨傷を低減することができる化学機械研磨用水系分散体、および微細化素子分離工程における余分の絶縁膜を除去することができる、上記研磨用水系分散体を用いた化学機械研磨方法を提供すること。
【解決手段】セリアを含む砥粒（Ａ）、アニオン性水溶性高分子（Ｂ）およびカチオン性界面活性剤（Ｃ）を含有する化学機械研磨用水系分散体であって、アニオン性水溶性高分子（Ｂ）の含有量が、セリアを含む砥粒（Ａ）１００質量部あたり６０〜６００質量部であり、カチオン性界面活性剤（Ｃ）の含有量が化学機械研磨用水系分散体全体に対して０．１〜１００ｐｐｍであることを特徴とする化学機械研磨用水系分散体。
【選択図】図１

Description

本発明は、化学機械研磨用水系分散体および化学機械研磨方法に関する。更に詳しくは、微細化素子分離（トレンチ分離）工程における余分の絶縁膜の除去に好適に用いられる化学機械研磨用水系分散体、および微細化素子分離工程において層間絶縁膜を平坦化できる、上記研磨用水系分散体を用いた化学機械研磨方法に関する。

半導体装置の集積度の向上や多層配線化等に伴い、メモリデバイスの記憶容量は飛躍的に増大している。これは、加工技術の微細化の進歩に支えられたものであるが、多層配線化等が行われているにもかかわらず、チップサイズは大きくなり、微細化に伴って工程は増え、チップのコスト高を招いている。このような状況下、加工膜等の研磨に化学機械研磨技術が導入され、注目を集めている。この化学機械研磨技術の適用により、平坦化等、多くの微細化技術が具体化されている。

このような微細化技術としては、たとえば、微細化素子分離（ＳｈａｌｌｏｗＴｒｅｎｃｈＩｓｏｌａｔｉｏｎ）、いわゆる、ＳＴＩ技術が知られている。このＳＴＩ技術においては、ウェハ基板上に成膜した余分の絶縁層を除去するために化学機械研磨が行われている。この化学機械研磨工程においては、被研磨面の平坦性が重要であり、そのために種々の研磨剤が検討されている。

たとえば、特許文献１および特許文献２には、ＳＴＩの化学機械研磨工程において、研磨砥粒としてセリアを使用した水系分散体を用いることにより、研磨速度が速くなり、しかも比較的研磨傷の少ない被研磨面が得られることが開示されている。

近年、半導体素子の更なる多層化・高精細化が進むにつれ、半導体素子の歩留まりやスループットの更なる向上が要求されるようになってきている。それに伴い、化学機械研磨工程後の被研磨面に実質的に研磨傷が発生せず、しかも高速な研磨が望まれるようになってきている。

被研磨面の研磨傷の減少については、アクリル酸アンモニウム塩を含むポリカルボン酸型高分子化合物などの分散剤と、キトサン酢酸塩（特許文献３）、ドデシルアミン（特許文献４）、ポリビニルピロリドン（特許文献５）などの界面活性剤（添加剤）とを併用した研磨剤が有効である旨の報告がある。しかし、これらの研磨剤では、スラリー中の酸化セリウム粒子の分散性および沈降防止、さらに研磨傷減少の観点から、酸化セリウム粒子１００重量部に対して、分散剤は０．０１重量部以上２．０重量部以下、界面活性剤は０．０１重量部以上１０００重量部以下が好ましいとされている。

また、特許文献６には、５重量％以下の酸化セリウムと臨界ミセル濃度以下のカチオン性界面活性剤とからなる研磨剤が開示されており、この研磨剤は、さらに２〜６重量％のアニオン性界面活性剤を含んでもよいことも開示されている。しかし、アニオン性界面活性剤の種類については具体的に開示されておらず、また、カチオン性界面活性剤も炭素数６〜１８のアルキル基を有するアンモニウム化合物やピリジニウム化合物が例示されているのみである。

また、特許文献７には、セリアと窒素原子含有界面活性剤とを含む研磨剤が開示されており、この研磨剤は、さらに高分子量のポリアクリル酸等の分散剤を含んでもよいことも開示されている。しかし、この公報には、窒素原子含有界面活性剤と分散剤との併用につ
いて具体的には何ら開示されていない。

さらに、これら技術によると、研磨傷の減少には効果は見られるものの、研磨速度が低下してしまい、スループットの向上はいまだ達成されていない。
特開平５−３２６４６９号公報特開平９−２７０４０２号公報特開２０００−１０９８０９号公報特開２００１−７０６１号公報特開２００１−１８５５１４号公報米国特許６，４４３，８１１特開２００２−１９０４５８号公報

本発明は、上記ＳＴＩ技術の状況に鑑み、研磨速度を低下させることなく、研磨傷を低減することができる化学機械研磨用水系分散体、および微細化素子分離工程における余分の絶縁膜を除去することができる、上記研磨用水系分散体を用いた化学機械研磨方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、セリアを含む砥粒を含有する化学機械研磨用水系分散体において、特定量のアニオン性水溶性高分子と特定量のカチオン性界面活性剤とを併用することによって、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明に係る化学機械研磨用水系分散体は、セリアを含む砥粒（Ａ）、アニオン性水溶性高分子（Ｂ）およびカチオン性界面活性剤（Ｃ）を含有する化学機械研磨用水系分散体であって、
アニオン性水溶性高分子（Ｂ）の含有量が、セリアを含む砥粒（Ａ）１００質量部あたり６０〜６００質量部であり、
カチオン性界面活性剤（Ｃ）の含有量が化学機械研磨用水系分散体全体に対して０．１〜１００ｐｐｍであることを特徴とする。

本発明に係る化学機械研磨方法は、微細素子分離工程における余分の絶縁膜を、上記化学機械研磨用水系分散体を用いて除去することを特徴とする。

本発明によれば、微細化素子分離工程における余分の絶縁膜の除去工程において、研磨速度を低下させることなく、研磨傷を低減することができる。

以下、本発明に係る化学機械研磨用水系分散体の各成分について詳細に説明する。
本発明に係る化学機械研磨用水系分散体に配合される砥粒（Ａ）は、その構成成分としてセリアを含む。このセリアとしては、水酸化セリウム、炭酸セリウム、シュウ酸セリウム等を焼成処理することによって得られた砥粒を用いることができる。また、上記砥粒（Ａ）中のセリアの含有量は、砥粒（Ａ）全体に対して、好ましくは２０〜１００質量％、より好ましくは５０〜１００質量％、さらに好ましくは８０〜１００質量％である。

上記砥粒（Ａ）は、セリア単独でも、セリアと、シリカ、アルミナ、酸化チタン、酸化クロム、二酸化マンガン、三酸化二マンガン、酸化鉄、酸化ジルコニウム、炭化ケイ素、炭化ホウ素、ダイヤモンド、炭酸バリウム等の他の成分との混合物であってもよい。また
、上記砥粒（Ａ）として、これらの他の成分でセリア粒子表面の一部または全体を被覆した砥粒を用いてもよい。

また、本発明では、上記セリアからなる砥粒（上記混合物を含む）とともに、公知の有機粒子、有機・無機複合粒子等を併用することができる。
有機粒子を構成する有機材料としては、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、スチレン系共重合体、ポリアセタール、飽和ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−１−ブテン、ポリ−４−メチル−１−ペンテン等のポリオレフィン、オレフィン系共重合体、フェノキシ樹脂、ポリメチルメタクリレート等の（メタ）アクリル系樹脂等の熱可塑性樹脂；スチレン、メチルメタクリレート等と、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレート等とを共重合させて得られる架橋構造を有する共重合樹脂；フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、アルキッド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂等が挙げられる。

これらの材料からなる有機粒子は、１種単独であるいは２種以上を組み合わせて用いることができる。また、これらの材料からなる有機粒子は、乳化重合法、懸濁重合法、乳化分散法、粉砕法等の各種方法により製造することができる。

有機・無機複合粒子としては、たとえば、無機粒子と有機粒子とが混在する状態でアルコキシシランを重縮合させ、有機粒子の少なくとも表面にポリシロキサン等が結合されてなる粒子、シリカ、セリア等からなる無機粒子が静電力等により有機粒子と結合した粒子等が挙げられる。上記ポリシロキサン等は、有機粒子が有するアニオン基に直接結合されていてもよいし、シランカップリング剤等を介して間接的に結合されていてもよい。

上記砥粒（Ａ）の平均粒子径は、好ましくは０．０１〜３μｍ、より好ましくは０．０２〜１μｍ、さらに好ましくは０．０４〜０．７μｍである。平均粒子径が小さすぎると、研磨速度が不十分となる傾向にあり、一方、大きすぎると、砥粒が沈降あるいは分離し、安定な研磨用水系分散体を得ることができないことがある。なお、上記平均粒子径は、動的光散乱やレーザー散乱回折等の装置、あるいは透過型電子顕微鏡により測定することができる。また、乾燥した砥粒の比表面積データから算出してもよい。

本発明に係る化学機械研磨用水系分散体における砥粒（Ａ）の配合量は、研磨用水系分散体全体を１００質量％として、好ましくは５質量％以下、より好ましくは０．０２〜５質量％、さらに好ましくは０．０５〜３質量％、特に好ましくは０．１〜２質量％である。また、セリアの含有量は、研磨用水系分散体全体を１００質量％として、好ましくは０．０２〜５質量％、より好ましくは０．０５〜３質量％、さらに好ましくは０．１〜２質量％である。セリアの含有量が少なすぎると、効率のよい研磨が達成できないことがあり、一方、多すぎると、研磨用水系分散体が乾燥しやすく、粗大な乾燥粉が生成してスクラッチが増加することがある。

本発明に係る化学機械研磨用水系分散体は、さらにアニオン性水溶性高分子（Ｂ）を含有する。このアニオン性水溶性高分子（Ｂ）としては、たとえば、（１）ポリカルボン酸、ポリスチレンスルホン酸、ポリイソプレンスルホン酸およびポリグルタミン酸、（２）アニオン性基を含有する単量体とその他の単量体との共重合体、（３）前記酸（１）の塩、（４）前記酸（１）と前記塩（３）との混合物、（５）前記共重合体（２）のアニオン性基を中和した塩化合物、ならびに（６）前記共重合体（２）と前記塩化合物（５）との混合物を挙げることができる。

上記ポリカルボン酸としては、たとえば、ポリ（メタ）アクリル酸等を挙げることができる。
上記アニオン性基を有する単量体としては、たとえば、（メタ）アクリル酸、スチレンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸、イソプレンスルホン酸等を挙げることができ、上記その他の単量体としては、たとえば、（メタ）アクリルアミド、（メタ）アクリル酸エステル、スチレン、ブタジエン、イソプレン等を挙げることができる。（メタ）アクリル酸エステルとしては、たとえば、（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸エチル、（メタ）アクリル酸ベンジル等を挙げることができる。

アニオン性水溶性高分子（Ｂ）として、上記塩化合物（５）または共重合体（２）と塩化合物（５）との混合物（６）を使用する場合、これらにおけるカウンターカチオンとしては、たとえば、アンモニウムイオン、アルキルアンモニウムイオン、カリウムイオン等を挙げることができる。

アニオン性水溶性高分子（Ｂ）として、上記塩化合物（５）または共重合体（２）と塩化合物（５）との混合物（６）を使用する場合、アニオン性基を含有する単量体とその他の単量体とを共重合した後、共重合体のアニオン性基の全部または一部を中和して塩化合物（５）またはその混合物（６）を形成してもよいし、あるいは、アニオン性基を含有する単量体および／またはその塩と、その他の単量体とを共重合して塩化合物（５）またはその混合物（６）を形成してもよい。

上記アニオン系水溶性高分子（Ｂ）の、溶媒を水としてゲルパーミエーションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）により測定したポリエチレングリコール換算の重量平均分子量は、好ましくは３，０００〜３０，０００であり、より好ましくは４，０００〜２０，０００、さらに好ましくは５，０００〜１５，０００である。この範囲の重量平均分子量を有するアニオン系水溶性高分子（Ｂ）を使用することにより、研磨速度と平坦化性能のバランスの良い化学機械研磨用水系分散体を得ることができる。

本発明に係る化学機械研磨用水系分散体におけるアニオン系水溶性高分子（Ｂ）の配合量は、セリアを含む砥粒（Ａ）１００質量部あたり、６０〜６００質量部であり、好ましくは６０〜５００質量部である。さらに好ましくは６０〜４５０質量部である。アニオン系水溶性高分子（Ｂ）をこの範囲の量で配合することにより、セリアを含む砥粒（Ａ）の分散性と研磨速度のバランスに優れた化学機械研磨用水系分散体を得ることができる。

本発明の化学機械研磨用水系分散体は、さらに、カチオン性界面活性剤（Ｃ）を含有する。このカチオン性界面活性剤（Ｃ）としては、窒素原子を有するカチオン性界面活性剤を使用することができ、さらに、窒素原子を有し、かつ酸素原子を含まないカチオン性界面活性剤が好ましい。具体的には、塩化ラウリルトリメチルアンモニウム、塩化セチルトリメチルアンモニウム、塩化ステアリルトリメチルアンモニウムなどの炭素数１２〜１８のアルキル基を含有する塩化アルキルトリメチルアンモニウム；塩化ジステアリルジメチルアンモニウムなどの炭素数１２〜１８のアルキル基を含有する塩化ジアルキルジメチルアンモニウム、アルキルイミダゾリン、塩化ベンザルコニウム、ポリエチレンイミン、ラウリルアミンアセテート、ステアリルアミンアセテート、および下記式（１）で表される構造を有する化合物等を挙げることができる。

これらのカチオン性界面活性剤（Ｃ）のうち、塩化ラウリルトリメチルアンモニウム、ポリエチレンイミンおよび上記式（１）で表される構造を有する化合物が好ましい。
上記カチオン性界面活性剤（Ｃ）の分子量は、好ましくは５００以上、より好ましくは５００〜１００万、さらに好ましくは１０００〜５０万、特に好ましくは１０００〜２５万である。なお、上記分子量は、カチオン性界面活性剤（Ｃ）が単量体の場合には化学式から計算される理論値であり、重合体の場合にはＧＰＣにより測定した重量平均分子量である。この重量平均分子量は、各重合体について、適切な溶媒を用いて測定され、適切な標準物質により換算された値である。たとえば、ポリエチレンイミンの場合には、溶媒として０．２モル／リットルのモノエタノールアミン水溶液（酢酸でｐＨ＝５．１に調整）、標準物質としてマルトトリオース、マルトへプタオース、プルランなどの糖類を使用する。上記式（１）で表される構造を有する化合物の場合には、溶媒として酢酸５モル／リットルおよび硝酸ナトリウム０．２モル／リットルを含有する水溶液、標準物質としてポリエチレングリコールを使用する。

カチオン性界面活性剤（Ｃ）として、上記式（１）で表される構造を有する化合物を用いる場合には、上記式（１）で表される構造が連続した構造を有する界面活性剤が好ましい。また、上記式（１）で表される構造を有する化合物の分子量は特に制限はないが、カチオン性界面活性剤（Ｃ）４０質量％の水溶液の２５℃における粘度が、５，０００〜５０，０００ｍＰａ・ｓとなる分子量が好ましく、さらに好ましくは７，５００〜２０，０００ｍＰａ・ｓ、特に好ましくは１０，０００〜１５，０００ｍＰａ・ｓとなる分子量が望ましい。このような化合物の市販品としては、たとえば、アデカカチオエースＰＤ−５０（旭電化工業（株）製）を挙げることができる。

本発明に係る化学機械研磨用水系分散体におけるカチオン性界面活性剤（Ｃ）の配合量は、研磨用水系分散体全体に対して０．１〜１００ｐｐｍであり、好ましくは１〜５０ｐｐｍであり、さらに好ましくは、１〜２０ｐｐｍである。カチオン性界面活性剤（Ｃ）をこの範囲の量で配合することにより、研磨速度と研磨後における被研磨面の研磨傷の低減効果とのバランスの良い化学機械研磨用水系分散体を得ることができる。

本発明に係る化学機械研磨用水系分散体には、さらに酸（Ｄ）を配合することができ、これにより、研磨用水系分散体を安定させ、選択性を向上させることができる。この酸（Ｄ）は特に限定されず、有機酸、無機酸のいずれをも用いることができる。

有機酸としては、パラトルエンスルホン酸、イソプレンスルホン酸、グルコン酸、乳酸、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸、グリコール酸、マロン酸、ギ酸、シユウ酸、コハク酸、フマル酸、マレイン酸およびフタル酸等が挙げられる。

また、無機酸としては、硝酸、塩酸および硫酸等が挙げられる。
これらの有機酸および無機酸は、それぞれ１種単独であるいは２種以上を組み合わせて
用いることができ、さらに、有機酸と無機酸とを併用することもできる。

上記酸（Ｄ）の配合量は、化学機械研磨用水系分散体全体を１００質量％とした場合に、好ましくは２質量％以下、より好ましくは１質量％以下である。
また、本発明では、化学機械研磨用水系分散体に塩基（Ｅ）を含有させ、使用する砥粒の構成材料によってｐＨを調整し、砥粒の分散性、研磨速度および選択性をより向上させることができる。この塩基（Ｅ）は特に限定されず、有機塩基、無機塩基のいずれをも用いることができる。

有機塩基としては、エチレンジアミン、エタノールアミン等の含窒素有機化合物等が挙げられる。
また、無機塩基としては、アンモニア、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム等が挙げられる。

これら有機塩基および無機塩基は、それぞれ１種単独であるいは２種以上を組み合わせて用いることができ、さらに、有機塩基と無機塩基とを併用することもできる。
上記塩基（Ｅ）の配合量は、化学機械研磨用水系分散体全体を１００質量％とした場合に、好ましくは１質量％以下、より好ましくは０．５質量％以下である。

本発明に係る化学機械研磨用水系分散体の媒体としては、水、水とアルコール（メタノール等）との混合媒体、水とさらに他の成分との混合媒体等が挙げられる。これらのうち、水を使用することが好ましい。

上記化学機械研磨用水系分散体のｐＨは、好ましくはｐＨ５〜１２である。ｐＨがこの範囲であれば、研磨速度が高く、研磨傷の低減された被研磨面が得られる化学機械研磨用水系分散体を得ることができ、また、研磨用水系分散体自体の安定性も優れる。

本発明に係る研磨用水系分散体は、上記各成分を上記配合量で含有するが、この研磨用水系分散体は濃縮した状態で保存・運搬することができる。濃縮された研磨用水系分散体は、化学機械研磨工程に使用する際に希釈され、各成分の配合量を上記範囲に調整して使用される。

本発明に係る研磨用水系分散体を濃縮する際には、セリアを含む砥粒（Ａ）の量が研磨用水系分散体全体の２０質量％を超えないことが好ましい。この範囲の濃縮度に濃縮することにより、研磨用水系分散体を安定に長期間保存することができる。

本発明に係る化学機械研磨用水系分散体は、半導体装置の製造における微細化素子分離（ＳＴＩ）工程において、余分の絶縁膜を除去するために好ましく用いることができる。具体的には、素子分離用の溝が形成されたシリコン等からなる基板に埋め込み絶縁膜が形成された、表面に凹凸を有する半導体基板や、以下に例示する絶縁膜等の被研磨材の研磨に用いることができる。

上記絶縁材料で構成される絶縁膜としては、酸化シリコン膜（ＳｉＯ₂膜）、ＳｉＯ₂中に少量のホウ素およびリンを添加したホウ素リンシリケート膜（ＢＰＳＧ膜）、ＳｉＯ₂
にフッ素をドープしたＦＳＧ（Ｆｌｕｏｒｉｎｅｄｏｐｅｄｓｉｌｉｃａｔｅｇｌａｓｓ）と呼ばれる絶縁膜、低誘電率の酸化シリコン系絶縁膜等が挙げられる。

酸化シリコン膜としては、たとえば、熱酸化膜、ＰＥＴＥＯＳ膜（ＰｌａｓｍａＥｎｈａｎｃｅｄ−ＴＥＯＳ膜）、ＨＤＰ膜（ＨｉｇｈＤｅｎｓｉｔｙＰｌａｓｍａＥｎｈａｎｃｅｄ−ＴＥＯＳ膜）、熱ＣＶＤ法により得られる酸化シリコン膜等が挙げられ
る。

上記ホウ素リンシリケート膜（ＢＰＳＧ膜）は、常圧ＣＶＤ法（ＡＰ−ＣＶＤ法）または減圧ＣＶＤ法（ＬＰ−ＣＶＤ法）により製造することができる。
上記ＦＳＧと呼ばれる絶縁膜は、促進条件として高密度プラズマを利用して化学気相成長で製造することができる。

上記低誘電率の酸化シリコン系絶縁膜は、原料を回転塗布法等によって基体上に塗布した後、酸化性雰囲気下で加熱することにより得ることができる。このような酸化シリコン系絶縁膜としては、たとえば、トリエトキシシランを原料とするＨＳＱ膜（ＨｙｄｒｏｇｅｎＳｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ膜）や、テトラエトキシシランに加えてメチルトリメトキシシランを原料の一部として含むＭＳＱ膜（ＭｅｔｈｙｌＳｉｌｓｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ膜）等が挙げられる。

上記熱酸化膜は、高温のシリコンを酸化性雰囲気に晒し、シリコンと酸素あるいはシリコンと水分を化学反応させることにより製造することができる。
上記ＰＥＴＥＯＳ膜は、原料としてテトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）を使用し、促進条件としてプラズマを利用して化学気相成長により製造することができる。

上記ＨＤＰ膜は、原料としてテトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）を使用し、促進条件として高密度プラズマを利用して化学気相成長により製造することができる。
上記熱ＣＶＤ法により得られる酸化シリコン膜は、常圧ＣＶＤ法（ＡＰ−ＣＶＤ法）または減圧ＣＶＤ法（ＬＰ−ＣＶＤ法）により製造することができる。

このような絶縁膜を有する被研磨物としては、たとえば、図２に示す構造を有するウェハを挙げることができる。
本発明に係る化学機械研磨方法による研磨は、（株）荏原製作所製の型式「ＥＰＯ−１１２」、「ＥＰＯ−２２２」等の化学機械研磨装置、ラップマスターＳＦＴ（株）製の型式「ＬＧＰ−５１０」、「ＬＧＰ−５５２」等の化学機械研磨装置、アプライドマテリアル社製の品名「Ｍｉｒｒａ」等の化学機械研磨装置、ラム・リサーチ社製、品名「Ｔｅｒｅｓ」等の化学機械研磨装置、ＳｐｅｅｄＦａｍ−ＩＰＥＣ社製の型式「ＡＶＡＮＴＩ
４７２」等の化学機械研磨装置を用いて、公知の研磨条件で行うことができる。

本発明に係る化学機械研磨方法を、図１により具体的に説明するが、本発明はこの方法に限定されるものではない。まず、軸回転する定盤２の上に、研磨パッド１を固定する。一方、被研磨物４は加圧ヘッド３の一端に取り付ける。加圧ヘッド３は、被研磨物４を研磨パッド１の表面に押圧しながら自身が回転および移動して、被研磨物４を研磨パッド１の表面に摺動させることができる。本発明に係る化学機械研磨方法は、本発明に係る化学機械研磨用水系分散体を研磨パッド１の表面に上方（スラリー供給部５等）から流下させながら、上記摺動を行うことにより、余分の絶縁膜を除去する研磨方法である。

好ましい研磨条件としては、定盤回転数は、通常５０〜１５０ｒｐｍ、好ましくは８０〜１２０ｒｐｍであり、加圧ヘッド回転数は、通常５０〜１５０ｒｐｍ、好ましくは８０〜１２０ｒｐｍであり、定盤回転数／ヘッド回転数は、通常０．５〜２、好ましくは０．７〜１．５であり、研磨圧力は、通常２００〜８００ｇ／ｃｍ²、好ましくは４００〜６
００ｇ／ｃｍ²であり、研磨用水系分散体供給速度は、通常５０〜３００ｍｌ／分、好ま
しくは１００〜２００ｍｌ／分である。

上記研磨パッドとしては、公知のものを使用することができ、たとえば、ロデール・ニッタ社製、商品名「ＩＣ１０００／ＳＵＢＡ４００」、「ＩＣ１０１０、ＳＵＢＡシリー
ズ、ポリテックスシリーズ」等を用いることができる。また、研磨の際に、途中で種類の異なる研磨パッドに変更してもよい。

本発明に係る化学機械研磨方法によると、好ましくは１０ｎｍ／分以上、より好ましくは２０ｎｍ／分以上の研磨速度で絶縁膜を研磨できる。
［実施例］
以下に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。

［実施例１］
＜化学機械研磨用水系分散体の調製＞
バストネサイト（ｂａｓｔｎａｅｓｉｔｅ）を硝酸に溶解した後、再結晶を３回繰り返し、高純度の炭酸セリウムを得た。これを空気中、９００℃で５時間加熱し、セリアを得た。このセリアを、ジルコニアビーズを使用してビーズミルで粉砕後、水簸工程により分級した。

こうして得たセリア粒子を、硝酸の存在下、イオン交換水に含有量が５．０質量％となるように分散させ、ｐＨを６に調整して、平均粒子径（二次粒子径）０．２４μｍのセリアを含有する水分散体（以下、「セリア水分散体」という）を得た。

次いで、このセリア水分散体にイオン交換水を加えて０．５質量％に希釈し、さらにアニオン性水溶性高分子（Ｂ）として、重量平均分子量が７，０００のポリアクリル酸アンモニウムの水溶液（濃度：３０質量％）を化学機械研磨用水系分散体全体に対してポリアクリル酸アンモニウムが１．６質量％となる量添加して５分間攪拌した。さらに、カチオン性界面活性剤（Ｃ）として、下記式（１）の構造単位が連続して形成された構造を有する化合物に相当するポリ塩化ジメチルメチレンピペリジニウム（重量平均分子量：１２万）を含有する水溶液（商品名「アデカカチオエースＰＤ−５０」、旭電化工業（株）製）を、化学機械研磨用水系分散体全量に対してポリ塩化ジメチルメチレンピペリジニウム換算で１０ｐｐｍとなる量添加して５分間攪拌し、ｐＨ６．３の化学機械研磨用水系分散体を調製した。なお、ポリ塩化ジメチルメチレンピペリジニウムの重量平均分子量は、溶媒として酢酸０．５モル／リットルおよび硝酸０．２モル／リットルを含有する水溶液を、標準物質としてポリエチレングリコールを用いてＧＰＣにより測定した。

＜絶縁膜の化学機械研磨＞
上記化学機械研磨用水系分散体を使用し、直径８インチのＰＥＴＥＯＳ膜（段差のないもの）を被研磨材として、以下の条件で化学機械研磨を行った。
（研磨条件）
研磨装置：（株）荏原製作所製、型式「ＥＰＯ−１１２」
研磨パッド：ロデール・ニッタ（株）製、「ＩＣ１０００／ＳＵＢＡ４００」
定盤回転数：１００回／分
研磨ヘッド回転数：１０７回／分
研磨ヘッド押し付け圧：４９０ｇ／ｃｍ²
研磨用水系分散体供給速度：２００ｍｌ／分
研磨時間：５分間
＜研磨速度の評価＞
光干渉式膜厚計「ＮａｎｏＳｐｅｃ６１００」（ナノメトリクス・ジャパン（株）製）を用いて、被研磨材の研磨前後の膜厚を測定し、その差を研磨時間で除して研磨速度を算出した。研磨速度を表１に示す。

この値が２０ｎｍ／分を超えると研磨速度は極めて良好であり、１０〜２０ｎｍ／分のとき研磨速度は良好であり、１０ｎｍ／分未満のとき研磨速度は通常不良と判定される。
＜スクラッチ数の評価＞
研磨後のＰＥＴＥＯＳ膜をケーエルエー・テンコール（株）製「ＫＬＡ２３５１」により欠陥検査した。まず、ピクセルサイズ０．３９μｍ、敷居値（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）５０の条件でウェハ表面の全範囲について、「ＫＬＡ２３５１」が「欠陥」としてカウントした数を計測した。次いで、これら「欠陥」をランダムに２５０個抽出して観察し、各「欠陥」がスクラッチであるか、付着したゴミであるかを見極め、これら「欠陥」中に占めるスクラッチの割合を算出し、これよりウェハ全面あたりのスクラッチ数を算出した。結果を表１に示す。

この値が５００個／面以下であるときスクラッチ数は極めて良好であり、５０１〜２，０００個／面のときスクラッチ数は良好であり、２，００１個／面以上のときスクラッチ数は通常不良と判定される。

［実施例２］
アデカカチオエースＰＤ−５０の配合量を化学機械研磨用水系分散体全量に対してポリ塩化ジメチルメチレンピペリジニウム換算で１００ｐｐｍに変更した以外は、実施例１と同様にしてｐＨ６．３の化学機械研磨用水系分散体を調製し、研磨特性を評価した。結果を表１に示す。

［比較例１］
カチオン性界面活性剤（Ｃ）を使用しなかった以外は、実施例１と同様にしてｐＨ６．４の化学機械研磨用水系分散体を調製し、研磨特性を評価した。結果を表１に示す。

［比較例２〜４］
アデカカチオエースＰＤ−５０の配合量を化学機械研磨用水系分散体全量に対して、それぞれ表１に記載のポリ塩化ジメチルメチレンピペリジニウム換算量に変更した以外は、実施例１と同様にしてｐＨ６．３の化学機械研磨用水系分散体を調製し、研磨特性を評価した。結果を表１に示す。

［実施例３］
カチオン性界面活性剤（Ｃ）として、ポリ塩化ジメチルメチレンピペリジニウムの代わりに、塩化ラウリルトリメチルアンモニウム（理論分子量：２６３．５）を化学機械研磨用水系分散体全量に対して１０ｐｐｍ添加した以外は、実施例１と同様にしてｐＨ６．３の化学機械研磨用水系分散体を調製し、研磨特性を評価した。結果を表１に示す。

［比較例５］
カチオン性界面活性剤（Ｃ）として、塩化ラウリルトリメチルアンモニウムを化学機械研磨用水系分散体全量に対して１００００ｐｐｍ添加した以外は、実施例３と同様にしてｐＨ６．３の化学機械研磨用水系分散体を調製し、研磨特性を評価した。結果を表１に示
す。

［実施例４〜８］
カチオン性界面活性剤（Ｃ）として、ポリ塩化ジメチルメチレンピペリジニウムの代わりに、表１に記載した重量平均分子量のポリエチレンイミンを、それぞれ表１に記載した量使用した以外は、実施例１と同様にしてｐＨ６．３の化学機械研磨用水系分散体を調製し、研磨特性評価した。結果は表１に示す。なお、ポリエチレンイミンの重量平均分子量は、溶媒として、酢酸でｐＨ＝５．１に調整した０．２モル／リットルのモノエタノールアミン水溶液を、標準物質として下記に示す糖類を用いてＧＰＣにより測定した。

マルトトリオース：分子量＝５０４
マルトヘプタオース：分子量＝１１５３
プルラン：分子量＝５８００、１２２００、２３７００、４８０００、
１０００００、１８６０００、３８００００、
８５３０００
［比較例６］
カチオン性界面活性剤（Ｃ）として、ポリエチレンイミンを化学機械研磨用水系分散体全量に対して０．０５ｐｐｍ添加した以外は、実施例６と同様にしてｐＨ６．３の化学機械研磨用水系分散体を調製し、研磨特性を評価した。結果を表１に示す。

［比較例７］
カチオン性界面活性剤（Ｃ）として、ポリエチレンイミンを化学機械研磨用水系分散体全量に対して１０００ｐｐｍ添加した以外は、実施例４と同様にしてｐＨ６．３の化学機械研磨用水系分散体を調製し、研磨特性を評価した。結果を表１に示す。

［比較例８］
カチオン性界面活性剤（Ｃ）として、ポリエチレンイミンを化学機械研磨用水系分散体全量に対して５００ｐｐｍ添加した以外は、実施例７と同様にしてｐＨ６．３の化学機械研磨用水系分散体を調製し、研磨特性を評価した。結果を表１に示す。

上記実施例および比較例の結果から、カチオン性界面活性剤（Ｃ）を配合しない場合（比較例１）、およびカチオン性界面活性剤（Ｃ）の配合量が化学機械研磨用水系分散体全量に対して０．１ｐｐｍ未満の場合（比較例３および６）、研磨速度は良好なものの、スクラッチ数が不良であった。また、カチオン性界面活性剤（Ｃ）の配合量が化学機械研磨用水系分散体全量に対して１００ｐｐｍを超えると、スクラッチ数は少ないものの、研磨
速度が遅くなった。（比較例２、４、５、７及び８）。これらはいずれも実用に適さないことがわかった。

一方、実施例１〜８では、研磨速度、スクラッチ数ともに極めて良好あるいは良好であり、これらの化学機械研磨用水系分散体は微細素子分離工程における余分の絶縁膜を除去する工程に用いる研磨用水系分散体として極めて良好な性能を有することが確認された。

本発明によると、良好な研磨速度で余分の絶縁膜を除去することができ、スクラッチ数の少ない絶縁膜を有する基板を製造することができる。

図１は本発明に係る化学機械研磨方法の実施形態の一例を示す模式図である。図２は被研磨物（たとえば、ウェハ）の一例を示す模式図である。

符号の説明

１研磨パッド
２定盤
３加圧ヘッド
４被研磨物
４１シリコン基板
４２絶縁膜（たとえば、ＰＥＴＥＯＳ膜）
４３絶縁膜（たとえば、ＳｉＯ₂膜）
４４ストッパー層（たとえば、窒化ケイ素層）
４５理想的な研磨後の表面
５スラリー供給部

Claims

セリアを含む砥粒（Ａ）、アニオン性水溶性高分子（Ｂ）およびカチオン性界面活性剤（Ｃ）を含有する化学機械研磨用水系分散体であって、
アニオン性水溶性高分子（Ｂ）の含有量が、セリアを含む砥粒（Ａ）１００質量部あたり６０〜６００質量部であり、
カチオン性界面活性剤（Ｃ）の含有量が化学機械研磨用水系分散体全体に対して０．１〜１００ｐｐｍであることを特徴とする化学機械研磨用水系分散体。
微細素子分離工程における余分の絶縁膜を、請求項１に記載の化学機械研磨用水系分散体を用いて除去することを特徴とする化学機械研磨方法。