CN100565813C - 化学机械研磨用水系分散体和化学机械研磨方法、以及用于调制化学机械研磨用水系分散体的试剂盒 - Google Patents

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Abstract

化学机械研磨用水系分散体，其含有(A)细孔容积为0.14ml/g以上的磨粒和(B)分散介质。

Description

化学机械研磨用水系分散体和化学机械研磨方法、以及用于调制化学机械研磨用水系分散体的试剂盒
技术领域
本发明涉及化学机械研磨用水系分散体和化学机械研磨方法、以及用于调制化学机械研磨用水系分散体的试剂盒。
背景技术
随着半导体装置的集成度的提高和多层配线化等，存储器件的存储容量飞跃地增长。这得到加工技术的微细化发展的支持，虽然进行了多层配线化等，但芯片尺寸增大，与微细化相伴、工序增加，导致芯片的成本高。在这样的状况下，将化学机械研磨技术引入加工膜等的研磨中，受到关注。通过采用该化学机械研磨技术，平坦化等多种微细化技术得以具体化。
作为这样的微细化技术，已知例如微细化元件分离(Shallow TrenchIsolation)的所谓STI技术。在该STI技术中，为了将晶片基板上成膜的多余的绝缘层除去，使用化学机械研磨。在该化学机械研磨工序中，被研磨面的平坦性是重要的，因此研究有各种研磨剂。
例如，特开平5-326469号公报和特开平9-270402号公报中公开了在STI的化学机械研磨工序中，通过使用水系分散体，该水系分散体使用了二氧化铈作为研磨磨粒，研磨速度增快，并且得到研磨损伤较少的被研磨面。
近年来，随着半导体元件的进一步多层化、高精细化的发展，日益要求半导体元件的收率、产量的进一步提高。与此相伴，日益希望化学机械研磨工序后的被研磨面基本上没有产生研磨损伤并且高速的研磨。
关于被研磨面的研磨损伤的减少，有报道指出脱乙酰壳多糖醋酸盐、十二烷基胺、聚乙烯基吡咯烷酮这样的表面活性剂有效(例如，参照特开2000-109809号公报、特开2001-7061号公报和特开2001-185514号公报)。但是，虽然通过使用这些技术能够减少研磨损伤，但是由于研磨速度降低，所以尚未实现产量的提高。
发明内容
鉴于上述半导体装置制造技术的状况，本发明的目的在于提供能够维持足够的研磨速度，并且能够大幅度降低研磨损伤的化学机械研磨用水系分散体，使用了上述化学机械研磨用水系分散体的化学机械研磨方法，以及用于调制化学机械研磨用水系分散体的试剂盒。
本发明的一种实施方案所涉及的化学机械研磨用水系分散体，其含有：(A)细孔容积为0.14ml/g以上的磨粒和(B)分散介质。
在上述化学机械研磨用水系分散体中，上述(A)磨粒，由BET法算出的比表面积能够为15.0m2/g以上，并且在使用了激光衍射法的粒度分布测定得到的体积粒径分布中，从粒径小的粒子开始累计该粒子的体积比例而得到的合计体积比例达到99％时的粒径(D99值)能够为1μm以下。
在上述化学机械研磨用水系分散体中，上述(A)磨粒能够含有二氧化铈。
在上述化学机械研磨用水系分散体中，能够含有(C)水溶性高分子和(D)辅助粒子中的任一者或两者。
在上述化学机械研磨用水系分散体中，能够含有：100质量份的含二氧化铈的无机粒子作为上述(A)磨粒，5～100质量份的阴离子性水溶性高分子作为(C)水溶性高分子，5～100质量份的阳离子性有机聚合物粒子作为(D)辅助粒子。
本发明的一种实施方案所涉及的化学机械研磨方法，其包括：在半导体装置的制造中，使用上述化学机械研磨用水系分散体，对导电层或绝缘层进行研磨而使之平坦。
本发明的一种实施方案所涉及的化学机械研磨方法，其包括：使用分散体，在半导体装置的制造中对导电层或绝缘层进行研磨而使之平坦；所述分散体通过将上述化学机械研磨用水系分散体与选自(B)分散介质、(C)水溶性高分子、(D)辅助粒子、(E)pH调节剂、(F)表面活性剂和(G)防腐剂中的至少1种成分混合而得到。
本发明的一种实施方案所涉及的用于调制化学机械研磨用水系分散体的试剂盒，其是用于将第1液体和第2液体混合，调制化学机械研磨用水系分散体的试剂盒，其中，包含上述第1液体和上述第2液体，
上述第1液体含有上述化学机械研磨用水系分散体，
上述第2液体含有选自(B)分散介质、(C)水溶性高分子、(D)辅助粒子、(E)pH调节剂、(F)表面活性剂和(G)防腐剂中的1种以上的成分。
采用上述化学机械研磨用水系分散体，在半导体装置的制造中，通过用作对导电层或绝缘层进行平坦化时的研磨材料，在不使研磨速度大幅度降低的情况下，能够将导电层或绝缘层平坦化，并且能够大幅度减少研磨损伤，因此对于改善半导体装置的生产率和收率有效。
更具体地说，在上述化学机械研磨用水系分散体中，由于(A)磨粒的细孔容积为0.14ml/g以上，因此能够利用(A)磨粒内的微细的空间使(A)磨粒和被研磨材料接触时产生的过剩的压力逃逸，因此压力不会集中在(A)磨粒的1点。因此，能够大幅度减少研磨损伤。
此外，在上述化学机械研磨用水系分散体中，通过使用(D)辅助粒子，在被研磨材料和研磨垫之间能够产生均等的空间。因此，能够使(A)磨粒和被研磨材料之间所加压力在一定的范围，因此能够进一步减少研磨损伤。
此外，采用上述化学机械研磨方法以及用于调制上述化学机械研磨用水系分散体的试剂盒，通过使用上述化学机械研磨用水系分散体，在半导体装置的制造中，在不使研磨速度大幅度降低的情况下，能够将导电层或绝缘层平坦化，并且能够大幅度减少研磨损伤，因此对于改善半导体装置的生产率和收率有效。
附图说明
图1是表示本发明的第2和第3实施方案的化学机械研磨方法的一例的示意图。
图2是示意地表示被研磨物(例如半导体晶片)的一例的截面图。
图3是示意地表示研磨后的被研磨物的截面图。
具体实施方式
1.化学机械研磨用水系分散体
本发明的一种实施方案所涉及的化学机械研磨用水系分散体含有(A)细孔容积为0.14ml/g以上的磨粒和(B)分散介质。以下对于本发明的一种实施方案所涉及的化学机械研磨用水系分散体所含有的各成分进行详述。
1.1.(A)磨粒
作为(A)磨粒，能够使用无机粒子。
作为上述无机粒子，可以使用例如选自二氧化铈、二氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化铬、二氧化锰、三氧化二锰、氧化铁、氧化锆、碳化硅、碳化硼、金刚石、碳酸钡等中的1种或2种以上的成分。
作为上述无机粒子，优选含有二氧化铈，更优选还含有选自二氧化硅、氧化铝、氧化钛、氧化铬、二氧化锰、三氧化二锰、氧化铁、氧化锆、碳化硅、碳化硼、金刚石、碳酸钡等中的1种或2种以上的成分。更优选使用二氧化铈。二氧化铈可以通过例如对铈化合物进行煅烧而制造。其中，作为原料使用的铈化合物，可以列举例如碳酸铈、硝酸铈、草酸铈等，煅烧温度优选为300℃以上，更优选为600～900℃左右。
或者，可以使用上述无机粒子的表面的一部分或全部被其他成分被覆的磨粒。其中，作为其他成分，可以列举例如上述的成分。
作为上述二氧化硅，可以列举例如热解法二氧化硅、胶体二氧化硅等。上述热解法二氧化硅可以通过例如在氢和氧的存在下使氯化硅反应而得到。胶体二氧化硅可以通过例如使硅酸盐化合物进行离子交换的方法、将烷氧基硅化合物水解并经缩合反应的方法等而得到。
无机粒子为二氧化铈与其他无机粒子的混合物时，二氧化铈在全部无机粒子中所占的比例优选为60质量％以上，更优选为90质量％以上。
此外，作为无机粒子，优选是只由二氧化铈形成的无机粒子或者是由二氧化铈和二氧化硅形成的无机粒子，更优选是只由二氧化铈形成的无机粒子。
(A)磨粒的细孔容积，优选为0.14ml/g以上，更优选为0.14～0.30ml/g，进一步优选为0.15～0.25ml/g。
细孔容积小于0.14ml/g时，存在擦伤增多的倾向，有时作为化学机械研磨用水系分散体的成分不理想。另一方面，当超过0.30ml/g时，有时研磨速度不足。
(A)磨粒的细孔容积，可以对干燥过的(A)磨粒，采用利用气体吸附的BET多点法等公知的方法测定。作为气体吸附中使用的气体，只要是与(A)磨粒不具反应性的气体，则并无特别限定，但优选使用例如氮、氦、氩、氪等惰性气体。可以通过采用BET多点法测定吸附等温线，采用B.J.H.(Barrett-Joyner-Halenda)法解析，求得细孔容积。
(A)磨粒的细孔容积可以通过改变磨粒的制造条件而控制。例如，使用二氧化铈作为(A)磨粒时，可以使用铈化合物作为原料，对铈化合物进行煅烧而得到二氧化铈。此时，通过改变作为原料的铈化合物的煅烧温度、煅烧品的粉碎条件和分级条件等，可以控制细孔容积。
一般而言，如果提高通过煅烧制造(A)磨粒时的煅烧温度，则得到的(A)磨粒的细孔容积变小，如果(A)磨粒的细孔容积变小，则研磨速度增高，但存在被研磨材料产生的研磨损伤增多的倾向。另一方面，如果降低通过煅烧制造(A)磨粒时的煅烧温度，得到的(A)磨粒的细孔容积变大，如果(A)磨粒的细孔容积变大，则存在研磨速度变得非常低的倾向。
采用BET法算出的(A)磨粒的比表面积((A)磨粒的BET比表面积)优选为15.0m2/g以上，更优选为15.0～50.0m2/g，进一步优选为20.0～50.0m2/g。通过使用具有该范围的比表面积的(A)磨粒，能够得到平坦性优异的磨粒。
当(A)磨粒的BET比表面积小于15.0m2/g时，研磨速度提高，但存在擦伤增多的倾向，因此作为化学机械研磨用水系分散体的成分不理想。另一方面，(A)磨粒的BET比表面积大于50.0m2/g时，研磨速度有时不足。
(A)磨粒的平均粒径优选为0.01～1μm，更优选为0.02～0.7μm，进一步优选0.04～0.3μm。该平均粒径可以采用动态光散射法、激光散射衍射法、透射型电子显微镜观察等测定。其中，由于采用激光散射衍射法进行测定简便而优选。
通过使用了激光衍射法的粒度分布测定得到的(A)磨粒的D99值优选为1μm以下，更优选为0.2μm～0.8μm，进一步优选0.2um～0.6μm。
当D99值小于0.2μm时，存在研磨速度降低的倾向，因此有时作为化学机械研磨用水系分散体的成分不理想。另一方面，D99值大于1um时，存在擦伤增多的倾向，因此有时作为化学机械研磨用水系分散体的成分不理想。
在采用激光衍射法的(A)磨粒的粒度分布测定中，可以使(A)磨粒分散在水中进行测定。
此外，D99值，如上所述，是在使用了激光衍射法的粒度分布测定得到的体积粒径分布中，从粒径小的粒子开始累计该粒子的体积比例，合计体积比例达到99％时的粒径的值。
通过使用具有上述范围的平均粒径和细孔容积的无机粒子，能够得到研磨速度和在水系分散体中的分散稳定性的均衡性优异的研磨材料。
本实施方案所涉及的化学机械研磨用水系分散体中的(A)磨粒的含量，以本实施方案所涉及的化学机械研磨用水系分散体全体为100质量％，优选5质量％以下，更优选0.02～5质量％，进一步优选0.05～3质量％，特别优选0.1～2质量％。
(A)磨粒的含量超过5质量％时，化学机械研磨用水系分散体容易干燥，有时生成粗大的干燥粉并且擦伤增加，另一方面，如果小于0.02质量％，则研磨速度降低，有时不能实现高效率的研磨。
1.2.(B)分散介质
作为本实施方案所涉及的化学机械研磨用水系分散体中含有的(B)分散介质，可以列举例如水、水和醇的混合介质、水和进一步含有与水有相容性的有机溶剂的混合介质等。作为醇，可以列举甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇等。作为与水具有相容性的有机溶剂，可以列举丙酮、甲基乙基酮等。其中，优选使用水、或水与醇的混合介质。
本实施方案所涉及的化学机械研磨用水系分散体，含有上述的(A)磨粒和(B)分散介质作为必要成分，但根据需要可以进一步含有选自(C)水溶性高分子、(D)辅助粒子、(E)pH调节剂、(F)表面活性剂和(G)防腐剂中的至少1种成分。本实施方案所涉及的化学机械研磨用水系分散体，例如，优选含有(C)水溶性高分子和(D)辅助粒子中的任一者或两者。
1.3.(C)水溶性高分子
本实施方案所涉及的化学机械研磨用水系分散体，优选还含有(C)水溶性高分子。作为(C)水溶性高分子，可以列举例如含有阳离子性官能团的阳离子性水溶性高分子、具有阴离子性官能团的阴离子性水溶性高分子、既不含阳离子性也不含阴离子性官能团的非离子性水溶性高分子。
更具体地说，(C)水溶性高分子，可以列举例如(1)聚(甲基)丙烯酸、聚衣康酸、聚富马酸、聚马来酸等聚羧酸，聚(甲基)丙烯酸系共聚物和它们的铵盐、烷基铵盐(烷基的碳原子数优选为1～2)、钾盐，(2)聚苯乙烯磺酸、聚异戊二烯磺酸和它们的铵盐、钾盐，(3)丙烯酸、甲基丙烯酸、苯乙烯磺酸(或其盐)、萘磺酸(或其盐)、异戊二烯磺酸(或其盐)等乙烯基系单体与(甲基)丙烯酰胺系的亲水性单体的共聚物，(4)丙烯酸、甲基丙烯酸、苯乙烯磺酸(或其盐)、萘磺酸(或其盐)、异戊二烯磺酸(或其盐)等乙烯基系单体与(甲基)丙烯酸酯和疏水性芳香族单体的共聚物，(5)将谷氨酸缩聚而得到的聚谷氨酸，(6)聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺等含氮聚合物等。
作为(C)水溶性高分子，优选使用聚合物中具有氮原子这样的阳离子性水溶性高分子和在聚合物的重复单元中具有羧基、磺基这样的阴离子性水溶性高分子。
具体地，为聚(甲基)丙烯酸、聚衣康酸、聚富马酸、聚马来酸等聚羧酸，聚(甲基)丙烯酸系共聚物和它们的铵盐、烷基铵盐(烷基的碳原子数优选为1～2)、钾盐，聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺等含氮聚合物等。它们可以单独使用1种，或者将2种以上组合使用。
作为(C)水溶性高分子，优选阴离子性水溶性高分子。阴离子性水溶性高分子优选是具有阴离子性官能团的水溶性高分子。作为阴离子性水溶性高分子具有的阴离子性的官能团，可以列举例如羧基、磺基等。
作为含有羧基作为阴离子性官能团的阴离子性水溶性高分子，可以列举例如不饱和羧酸的(共)聚合物、聚谷氨酸、聚马来酸等。作为含有磺基作为阴离子性基团的阴离子性水溶性高分子，可以列举例如具有磺基的不饱和单体的(共)聚合物等。
不饱和羧酸的(共)聚合物，是不饱和羧酸的均聚物或不饱和羧酸与其他单体的共聚物。作为不饱和羧酸，可以列举例如(甲基)丙烯酸。作为其他单体，可以列举例如(甲基)丙烯酰胺、(甲基)丙烯酸酯、苯乙烯、丁二烯、异戊二烯等。作为(甲基)丙烯酸酯，可以列举例如(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸苄酯等。
具有磺基的不饱和单体的(共)聚合物，是具有磺基的不饱和单体的均聚物或具有磺基的不饱和单体与其他单体的共聚物。作为具有磺基的不饱和单体，可以列举例如苯乙烯磺酸、萘磺酸、异戊二烯磺酸等。作为其他单体，可以使用与上述作为不饱和羧酸共聚物的原料例示的其他单体相同的单体。
在这些阴离子性水溶性高分子中，可以优选使用不饱和羧酸(共)聚合物，特别优选聚(甲基)丙烯酸。
再者，这些具有阴离子性基团的水溶性有机聚合物可以使用其含有的阴离子性基团的全部或一部分为盐的水溶性有机聚合物。作为此时的抗衡阳离子，可以列举例如铵离子、烷基铵离子、钾离子等，其中优选铵离子或烷基铵离子。
(C)水溶性高分子，以水为溶剂、采用凝胶渗透色谱法(GPC)测定的换算为聚乙二醇的重均分子量优选为3,000～1000,000，更优选为4,000～800,000，进一步优选为5,000～100,000，最优选5,000～20,000。(C)水溶性高分子的重均分子量小于3,000时，存在磨粒的分散性变差的倾向。通过使用重均分子量在该范围的(C)水溶性高分子，有效地显现进一步降低被研磨面表面缺陷产生的效果。
本实施方案所涉及的化学机械研磨用水系分散体中(C)水溶性高分子的含量，相对于每100质量的(A)磨粒，优选为1～600质量份，更优选为10～500质量份，进一步优选为20～400质量份，特别优选为5～100质量份。
相对于每100质量份(A)磨粒，(C)水溶性高分子的含量小于1质量份时，有时磨粒的分散性变差，另一方面，相对于每100质量份(A)磨粒，(C)水溶性高分子的含量大于600质量份时，有时研磨速度降低。
1.4.(D)辅助粒子
本实施方案所涉及的化学机械研磨用水系分散体，优选还含有(D)辅助粒子。作为(D)辅助粒子，可以使用例如有机粒子和有机-无机复合粒子中的至少一者。
作为构成上述有机粒子的有机材料，可以列举例如聚氯乙烯、聚苯乙烯、苯乙烯系共聚物、聚缩醛、饱和聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚-1-丁烯、聚-4-甲基-1-戊烯等聚烯烃、烯烃系共聚物、苯氧基树脂、聚甲基丙烯酸甲酯等(甲基)丙烯酸系树脂等热塑性树脂；使苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等与二乙烯基苯、乙二醇二甲基丙烯酸酯等共聚而得到的具有交联结构的共聚树脂；酚醛树脂、尿素树脂、蜜胺树脂、环氧树脂、醇酸树脂、不饱和聚酯树脂等热固性树脂等。
构成上述有机粒子的上述材料可以单独使用或者将2种以上组合使用。此外，上述有机粒子可以采用乳液聚合法、悬浮聚合法、乳化分散法、粉碎法等各种方法制造。
作为上述有机-无机复合粒子，可以列举例如在无机粒子和有机粒子混合存在的状态下使烷氧基硅烷缩聚、在有机粒子的至少表面上结合有聚硅氧烷等而成的粒子，由二氧化硅、二氧化铈等形成的无机粒子通过静电力等与有机粒子结合而成的粒子等。其中，从能够维持足够的研磨速度，并且能够大幅度降低研磨损伤方面出发，优选由二氧化铈形成的无机粒子与有机粒子结合而成的粒子。
上述聚硅氧烷等可以与有机粒子具有的阴离子基团直接结合，或者也可以介由硅烷偶联剂等间接地结合。
(D)辅助粒子的平均分散粒径优选为0.01～1μm，更优选为0.05～0.5μm。(D)辅助粒子的平均粒径超过1μm时，有时(D)辅助粒子沉淀或分离，不能得到稳定的化学机械研磨用水系分散体。
再有，上述的(D)辅助粒子的平均粒径，可以采用例如动态光散射装置、激光散射衍射装置、或透射型电子显微镜测定。此外，也可以由干燥过的(D)辅助粒子的比表面积数据，算出(D)辅助粒子的平均粒径。
(D)辅助粒子优选为阳离子性有机聚合物粒子。
阳离子性有机聚合物粒子是指具有带正电荷的表面的有机粒子。阳离子性有机聚合物粒子在粒子中可以具有阳离子性基团，例如可以具有下述式(1)～(4)所示的基团。此外，阳离子性有机聚合物粒子可以通过例如使用具有阳离子性基团的单体进行聚合而得到，或者使用具有阳离子性基团的引发剂进行聚合而得到。
[化学式1]
——NR2      (1)
＝＝NR       (2)
——NR′NR2  (3)
Figure C20068004718500131
其中，R各自独立地为氢原子、碳原子数1～30的脂肪族烃基或碳原子数6～30的芳基，优选为氢原子或碳原子数1～4的烷基，更优选为氢原子或甲基。此外，R’为氢原子、碳原子数1～30的脂肪族烃基或碳原子数6～30的芳基。
上述阳离子性有机聚合物粒子并无特别限制，可以是例如具有上述的阳离子性残基的聚合物粒子、附着了具有阳离子性残基的表面活性剂的聚合物粒子等。
阳离子性有机粒子为具有阳离子性残基的聚合物粒子时，上述阳离子性残基可以位于聚合物的侧链中和末端中的至少一方。
侧链具有阳离子性残基的聚合物可以通过阳离子性单体的均聚或两种以上的阳离子性单体的共聚或阳离子性单体与除此之外的单体的共聚而得到。
作为上述阳离子性单体，可以列举例如含有氨基烷基的(甲基)丙烯酸酯、含有氨基烷氧基烷基的(甲基)丙烯酸酯、含有N-氨基烷基的(甲基)丙烯酸酯等。
作为含有氨基烷基的(甲基)丙烯酸酯，可以列举例如(甲基)丙烯酸2-二甲基氨基乙酯、(甲基)丙烯酸2-二乙基氨基乙酯、(甲基)丙烯酸2-二甲基氨基丙酯、(甲基)丙烯酸3-二甲基氨基丙酯等；作为含有氨基烷氧基烷基的(甲基)丙烯酸酯，可以列举例如(甲基)丙烯酸2-(二甲基氨基乙氧基)乙酯、(甲基)丙烯酸2-(二乙基氨基乙氧基)乙酯、(甲基)丙烯酸3-(二甲基氨基乙氧基)丙酯等；作为含有N-氨基烷基的(甲基)丙烯酸酯，可以列举例如N-(2-二甲基氨基乙基)(甲基)丙烯酰胺、N-(2-二乙基氨基乙基)(甲基)丙烯酰胺、N-(2-二甲基氨基丙基)(甲基)丙烯酰胺、N-(3-二甲基氨基丙基)(甲基)丙烯酰胺等。
其中，优选(甲基)丙烯酸2-二甲基氨基乙酯、N-(2-二甲基氨基乙基)(甲基)丙烯酰胺。
再有，这些阳离子性单体，可以是加成有甲基氯、硫酸二甲酯、硫酸二乙酯等而得的盐的形式。阳离子性单体为这些盐时，优选加成有甲基氯而得的盐。
作为除此之外的单体，可以列举例如芳香族乙烯基化合物、不饱和腈化合物、(甲基)丙烯酸酯(但不包括与上述阳离子单体相当的(甲基)丙烯酸酯)、共轭二烯化合物、羧酸的乙烯基酯、卤化乙烯等。
作为芳香族乙烯基化合物，可以列举例如苯乙烯、α-甲基苯乙烯、对甲基苯乙烯、卤代苯乙烯等；
作为不饱和腈化合物，可以列举例如丙烯腈等；
作为(甲基)丙烯酸酯(但不包括与上述阳离子性单体相当的(甲基)丙烯酸酯)，可以列举例如(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸月桂酯、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯等；
作为共轭二烯化合物，可以列举例如丁二烯、异戊二烯等；
作为羧酸的乙烯基酯，可以列举例如醋酸乙烯酯等；
作为卤化乙烯，可以列举例如氯乙烯、偏氯乙烯等。
其中，优选苯乙烯、α-甲基苯乙烯、丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸2-羟基乙酯和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯。
此外，根据需要可以使具有两个以上聚合性不饱和键的单体共聚。
作为这样的单体，可以列举例如二乙烯基苯、二乙烯基联苯、乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、二甘醇二(甲基)丙烯酸酯、三甘醇二(甲基)丙烯酸酯、四甘醇二(甲基)丙烯酸酯、丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、二丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、四丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、1，4-丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、1，6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、2，2’-双[4-(甲基)丙烯酰氧基丙氧基苯基]丙烷、2，2’-双[4-(甲基)丙烯酰氧基二乙氧基二苯基]丙烷(2，2’-ビス[4-(メタ)アクリロイルオキシジエトキジフエニル]プロパン)、甘油三(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯等。
其中，优选二乙烯基苯和乙二醇二甲基丙烯酸酯。
阳离子性有机粒子为阳离子性单体与除此之外的单体的共聚物时，作为原料使用的阳离子性单体，相对于全部单体，优选为0.1～60质量％，更优选为0.1～20质量％。
如上述的聚合物可以使用自由基聚合引发剂并采用公知的方法制造。其中，作为自由基聚合引发剂，可以列举例如过氧化苯甲酰、过硫酸钾、过硫酸铵、2，2’-偶氮二异丁腈等。作为自由基聚合引发剂的使用量，相对于单体的总量100质量份，优选为0.05～3.0质量份，更优选为0.1～2.0质量份。
上述末端具有阳离子性残基的聚合物，可以在聚合上述那样的单体时，使用具有残存于聚合物的末端而成为阳离子性残基的残基的聚合引发剂(以下有时称为“阳离子性聚合引发剂”)作为聚合引发剂而制造。此外，根据需要可以使具有两个以上聚合性不饱和键的单体共聚。
作为这种情况下的成为原料的单体，可以通过选自上述的阳离子性单体和除此之外的单体中的至少1种单体的均聚或共聚而制造。其中，如果原料单体的一部分或全部使用阳离子性单体，则能够得到在聚合物的侧链和末端两者具有阳离子性残基的聚合物。
作为上述阳离子性聚合引发剂，可以列举例如：
2，2’-偶氮双(2-甲基-N-苯基丙酰脒)二盐酸化物(由和光纯药工业(株)以商品名“VA-545”出售)、
2，2’-偶氮双[N-(4-氯苯基)-2-甲基丙酰脒)二盐酸化物(由和光纯药工业(株)以商品名“VA-546”出售)、
2，2’-偶氮双[N-(4-羟基苯基)-2-甲基丙酰脒)二盐酸化物(由和光纯药工业(株)以商品名“VA-548”出售)、
2，2’-偶氮双[2-甲基-N-(苯基甲基)-丙酰脒)二盐酸化物(由和光纯药工业(株)以商品名“VA-552”出售)、
2，2’-偶氮双[2-甲基-N-(2-丙烯基)丙酰脒)二盐酸化物(由和光纯药工业(株)以商品名“VA-553”出售)、
2，2’-偶氮双(2-甲基丙酰脒)二盐酸化物(由和光纯药工业(株)以商品名“V-50”出售)、
2，2’-偶氮双[N-(2-羟基乙基)-2-甲基丙酰脒]二盐酸化物(由和光纯药工业(株)以商品名“VA-558”出售)、
2，2’-偶氮双[N-(2-羧基乙基)-2-甲基丙酰脒]水合物(由和光纯药工业(株)以商品名“VA-057”出售)、
2，2’-偶氮双[2-甲基-(5-甲基-2-咪唑啉-2-基)丙烷)二盐酸化物(由和光纯药工业(株)以商品名“VA-041”出售)、
2，2’-偶氮双[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷)二盐酸化物(由和光纯药工业(株)以商品名“VA-044”出售)、
2，2’-偶氮双[2-(4，5，6，7-四氢-1H-1，3-二氮杂
Figure C20068004718500171
-2-基)丙烷]二盐酸化物(由和光纯药工业(株)以商品名“VA-054”出售)、
2，2’-偶氮双[2-(3，4，5，6-四氢嘧啶-2-基)丙烷]二盐酸化物(由和光纯药工业(株)以商品名“VA-058”出售)、
2，2’-偶氮双[2-(5-羟基-3，4，5，6-四氢嘧啶-2-基)丙烷]二盐酸化物(由和光纯药工业(株)以商品名“VA-059”出售)、
2，2’-偶氮双{2-[1-(2-羟基乙基)-2-咪唑啉-2-基]丙烷}二盐酸化物(由和光纯药工业(株)以商品名“VA-060”出售)、
2，2’-偶氮双[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷](由和光纯药工业(株)以商品名“VA-061”出售)等。
其中，优选使用2，2’-偶氮双(2-甲基丙酰脒)二盐酸化物(商品名“V-50”)、2，2’-偶氮双[N-(2-羧基乙基)-2-甲基丙酰脒]水合物(商品名“VA-057”)和2，2’-偶氮双[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷)二盐酸化物(商品名“VA-044”)。
作为该阳离子性聚合引发剂的使用量，相对于单体的总量100质量份，优选0.1～5.0质量份，更优选为0.5～3.0质量份。
阳离子性有机聚合物粒子是附着了具有阳离子性残基的表面活性剂的聚合物粒子时，作为聚合物，优选具有中性或阴离子性残基的聚合物。这样的聚合物可以使用上述的“其他单体”或“其他单体”和“具有两个以上聚合性不饱和键的单体”，使用上述的自由基聚合引发剂(不是上述阳离子性聚合引发剂)，采用公知的方法制造。
作为具有阴离子性残基的单体，可以使用例如上述的羧酸的乙烯基酯等。其中，作为具有阴离子性残基的单体的使用量，相对于全部单体，优选为1～60质量％，更优选为1～30质量％。
作为此时的自由基聚合引发剂的使用量，相对于单体的总量100质量份，优选为0.05～3.0质量份，更优选为0.1～2.0质量份。
作为上述具有阳离子性残基的表面活性剂，可以列举烷基吡啶氯化物、烷基胺乙酸盐、烷基铵氯化物、烷基胺等，以及特开昭60-235631号公报中记载的二烯丙基铵卤化物等反应性阳离子表面活性剂等。
具有阳离子性残基的表面活性剂的使用量，相对于聚合物100质量份，优选为1～30质量份，更优选为1～10质量份。
为了使具有阳离子残基的表面活性剂附着于聚合物，可以使用适当的方法，例如，可以通过调制含有聚合物粒子的分散体，并向其加入表面活性剂的溶液，从而实施。
上述共聚物可以采用溶液聚合、乳液聚合、悬浮聚合等现有公知的聚合方法制造。聚合温度、聚合时间等聚合条件可以根据共聚的单体的种类、分子量等共聚物的特性而适当设定。
作为阳离子性有机聚合物粒子的平均粒径，优选为1.0μm以下，更优选为0.02～0.6μm，特别优选为0.04～0.3μm。此外，对于该平均粒径，(D)阳离子性有机聚合物粒子的平均粒径与(A)磨粒的平均粒径之比优选为30％～200％，更优选为50％～150％，进一步优选为60％～120％。上述平均粒径可以采用动态光散射法、激光散射衍射法、透射型电子显微镜观察等进行测定。
本实施方案所涉及的化学机械研磨用水系分散体中(D)辅助粒子的含量，以化学机械研磨用水系分散体全体作为100质量％，优选为5质量％以下，更优选为3质量％以下，进一步优选为0.01～3质量％。以化学机械研磨用水系分散体全体作为100质量％，如果(D)辅助粒子的含量超过5质量％，则有时研磨速度降低，不能实现高效率的研磨。
此外，本实施方案所涉及的化学机械研磨用水系分散体中(D)辅助粒子的含量，优选每100质量份(A)磨粒为1～200质量份，更优选为5～100质量份。
1.5.(E)pH调节剂
本实施方案所涉及的化学机械研磨用水系分散体，能够含有(E)pH调节剂。
(E)pH调节剂可以为例如酸或碱。通过配合该(E)pH调节剂，通过根据使用的(A)磨粒的构成材料而调节pH，能够使化学机械研磨用水系分散体稳定，使(A)磨粒的分散性、研磨速度和选择性提高。
可以用作(E)pH调节剂的酸并无特别限定，可以使用有机酸和无机酸中的任一种。
作为有机酸，可以列举例如对甲苯磺酸、异戊二烯磺酸、葡萄糖酸、乳酸、柠檬酸、酒石酸、苹果酸、乙醇酸、丙二酸、甲酸、草酸、琥珀酸、富马酸、马来酸和邻苯二甲酸等。
作为无机酸，可以列举例如硝酸、盐酸和硫酸等。
这些有机酸和无机酸可以分别单独使用或者将2种以上组合使用，此外，还可以将有机酸和无机酸并用。
用作(E)pH调节剂的碱并无特别限定，可以使用有机碱和无机碱中的任一种。
作为有机碱，可以列举例如乙二胺、三甲胺、四甲基胺氢氧化物、乙醇胺等含氮有机化合物等。
作为无机碱，可以列举例如氨、氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂等。
用作(E)pH调节剂的碱可以分别单独使用或者将2种以上组合使用，此外，还可以将有机碱和无机碱并用。
(E)pH调节剂的配合量为将本实施方案所涉及的化学机械研磨用水系分散体的pH调节为优选3～13、更优选4～10、最优选5～9所需的量。
1.6.(F)表面活性剂
作为上述表面活性剂，可以列举阳离子性表面活性剂、阴离子性表面活性剂、非离子性表面活性剂。
作为上述阳离子性表面活性剂，可以列举例如脂肪族胺盐、脂肪族铵盐等。
作为上述阴离子性表面活性剂，可以列举例如羧酸盐、磺酸盐、硫酸酯盐、磷酸酯盐等。作为上述羧酸盐，可以列举脂肪酸皂、烷基醚羧酸盐等；
作为磺酸盐，可以列举烷基苯磺酸盐、烷基萘磺酸盐、α-烯烃磺酸盐等；
作为硫酸酯盐，可以列举例如高级醇硫酸酯盐、烷基醚硫酸盐等；
作为磷酸酯，可以列举例如烷基磷酸酯等。
作为这些阴离子性表面活性剂的抗衡阳离子，可以列举例如铵离子、烷基铵离子、钾离子等。
其中，优选十二烷基苯磺酸的盐或烷基二苯基醚二磺酸的盐，更优选它们的铵盐。
作为上述非离子性表面活性剂，可以列举例如醚型表面活性剂、醚酯型表面活性剂、酯型表面活性剂、炔系表面活性剂等。
作为上述醚型表面活性剂，可以列举例如聚氧乙烯烷基醚等；
作为醚酯型表面活性剂，可以列举例如甘油酯的聚氧乙烯醚等；
作为酯型表面活性剂，可以列举例如聚乙二醇脂肪酸酯、甘油酯、脱水山梨醇脂肪酸酯等；
作为反应性表面活性剂，可以列举例如(株)ADEKA制“Adeka ReasoapER-30”、“Adeka Reasoap ER-10”、花王(株)制“LATEMUL PD-420”、“LATEMULPD-450”等。
上述表面活性剂可以单独使用1种，或者将2种以上混合使用。
1.7.(G)防腐剂
本实施方案所涉及的化学机械研磨用水系分散体能够含有(G)防腐剂。通过配合该(G)防腐剂，能够防止化学机械研磨用水系分散体的腐蚀，得到稳定的化学机械研磨用水系分散体。作为(G)防腐剂，可以使用溴硝基醇化合物和异噻唑酮(isothiazolone)化合物。作为溴硝基醇化合物，可以列举例如2-溴-2-硝基-1，3-丙二醇、2-溴-2-硝基-1，3-丁二醇、2，2-二溴-2-硝基乙醇和2，2-二溴-3-次氮基丙酰胺。作为异噻唑酮化合物，可以列举1，2-苯并异噻唑酮-3-酮、5-氯-2-甲基-4-异噻唑酮-3-酮、2-甲基-4-异噻唑酮-3-酮、5-氯-2-苯乙基-3-异噻唑酮、4-溴-2-正十二烷基-3-异噻唑酮、4，5-二氯-2-正辛基-3-异噻唑酮、4-甲基-5-氯-2-(4’-氯苄基)-3-异噻唑酮、4，5-二氯-2-(4’-氯苄基)-3-异噻唑酮、4，5-二氯-2-(4’-氯苯基)-3-异噻唑酮、4，5-二氯-2-(2’-甲氧基-3’-氯苯基)-3-异噻唑酮、4，5-二溴-2-(4’-氯苄基)-3-异噻唑酮、4-甲基-5-氯-2-(4’-羟基苯基)-3-异噻唑酮、4，5-二氯-2-正己基-3-异噻唑酮和5-氯-2-(3’，4’-二氯苯基)-3-异噻唑酮等。其中，优选2-溴-2-硝基-1，3-丙二醇、1，2-苯并异噻唑酮-3-酮、5-氯-2-甲基-4-异噻唑酮-3-酮和2-甲基-4-异噻唑酮-3-酮。这些防腐剂优选在pH5～9的中性范围中使用。(G)防腐剂的含量，以化学机械研磨用水系分散体的总量作为100质量％时，优选为0.0002～0.2质量％，更优选为0.001～0.17质量％，特别优选为0.002～0.15质量％。通过设为该范围的含量，能够得到稳定的防腐性能。
本实施方案所涉及的化学机械研磨用水系分散体还可以通过将选自(B)分散介质、(C)水溶性高分子、(D)辅助粒子、(E)pH调节剂、(F)表面活性剂和(G)防腐剂中的至少1种以上的成分与上述本实施方案所涉及的化学机械研磨用水系分散体混合而制造。其中，(B)分散介质、(C)水溶性高分子、(D)辅助粒子、(E)pH调节剂、(F)表面活性剂和(G)防腐剂可以分别使用与上述各成分相同的物质。
在这种情况下，可以通过使用用于将第1液体和第2液体混合、调制化学机械研磨用水系分散体的试剂盒，调制本实施方案所涉及的化学机械研磨用水系分散体。
该试剂盒能够包含第1液体和第2液体。此外，在该试剂盒中，第1液体能够含有至少包含(A)磨粒和(B)分散介质的化学机械研磨用水系分散体，第2液体能够含有选自(B)分散介质、(C)水溶性高分子、(D)辅助粒子和(E)pH调节剂中的1种以上的成分。此外，第1液体可以进一步含有选自(C)水溶性高分子、(D)辅助粒子、(E)pH调节剂、(F)表面活性剂和(G)防腐剂中的1种以上的成分。
此外，在此使用的选自(B)分散介质、(C)水溶性高分子、(D)辅助粒子、(E)pH调节剂、(F)表面活性剂和(G)防腐剂中的至少1种以上的成分优选为流动状。在此，所谓流动状，是指液态、或液体中分散有固体的状态。
本实施方案所涉及的化学机械研磨用水系分散体，可以以上述含量含有上述各成分，或者，本实施方案所涉及的化学机械研磨用水系分散体，能够在浓缩的状态下进行保存或搬运。浓缩的本实施方案所涉及的化学机械研磨用水系分散体，能够通过在用于化学机械研磨工序时进行稀释，将各成分的含量调节到上述范围后使用。
保存或搬运本实施方案所涉及的化学机械研磨用水系分散体时，优选制成(A)磨粒的含量不超过上述化学机械研磨用水系分散体全体的40质量％的状态。通过调节本实施方案所涉及的化学机械研磨用水系分散体以使(A)磨粒的含量达到上述浓度范围，能够长时间稳定地保存本实施方案所涉及的化学机械研磨用水系分散体。
本实施方案所涉及的化学机械研磨用水系分散体，例如，在半导体装置的制造中，能够适合作为用于将导电层或绝缘层平坦化的化学机械研磨用水系分散体使用。
2.化学机械研磨用水系分散体的制造方法
本发明的一种实施方案所涉及的化学机械研磨用水系分散体，通过使(B)分散介质中存在如上所述的(A)磨粒、(D)辅助粒子和(C)水溶性高分子，对其进行搅拌而制造。它们的使用比例如下：相对于(A)磨粒100质量份，(D)辅助粒子的使用量为5～100质量份(优选10～80质量份，更优选15～60质量份)；相对于(A)磨粒100质量份，(C)水溶性高分子的使用量为5～100质量份(优选10～80质量份，更优选15～60质量份)。在这种情况下，优选(A)磨粒为含二氧化铈的无机粒子，(D)辅助粒子为阳离子性有机聚合物粒子，(C)水溶性高分子为阴离子性水溶性高分子。此外，在这种情况下，(A)磨粒更优选为二氧化铈。
为了使介质中存在(A)磨粒乃至(C)水溶性高分子，可以通过按适当的顺序向介质中添加(A)磨粒乃至(C)水溶性高分子而实现，但优选准备将(A)磨粒调节到规定浓度的分散体，边对其进行搅拌边按任意的顺序依次添加(D)辅助粒子和(C)水溶性高分子。
作为能够在本实施方案所涉及的化学机械研磨用水系分散体的制造中使用的(B)分散介质，可以列举上述的分散介质。
此外，作为本实施方案所涉及的化学机械研磨用水系分散体制造时的液性，用pH值表示，优选为3.0～10.0，更优选为3.5～9.0。
pH值的调节，可以通过作为本实施方案所涉及的化学机械研磨用水系分散体的任意添加成分的后述酸或碱进行。
本实施方案所涉及的化学机械研磨用水系分散体的制造时(A)磨粒的分散体中的无机粒子的含量，优选为1～40质量％，更优选为3～20质量％，进一步优选为5～15质量％。
阳离子性有机聚合物粒子，优选作为规定浓度的分散体进行添加。作为(D)阳离子性有机聚合物粒子的分散体中阳离子性有机聚合物粒子的含量，优选为5～25质量％，更优选为10～20质量％。
阴离子性水溶性高分子，优选作为溶液进行添加。该溶液的浓度优选为5～40质量％，更优选为10～30质量％。
本实施方案所涉及的化学机械研磨用水系分散体的制造时的搅拌，优选尽可能以高速进行搅拌。如果在制造中不进行搅拌，无机粒子沉淀，(A)磨粒、(D)辅助粒子和(C)水溶性高分子变得不均匀，因此不优选。搅拌速度只要使(A)磨粒不产生沉淀，就并无特别限定，搅拌叶片的最外周的周速度优选1m/sec以上。
如上所述制造的本实施方案所涉及的化学机械研磨用水系分散体，从后述的实施例可知，被研磨面上基本上没有产生研磨损伤，并且可以进行高速的研磨，特别是能够极其适合用于微细元件分离工序(STI工序)中的绝缘层研磨、多层化配线基板的层间绝缘层的研磨。
本实施方案所涉及的化学机械研磨用水系分散体，通过电子显微镜观察，能够确认：作为(A)磨粒的含有二氧化铈的无机粒子和作为(D)辅助粒子的阳离子性有机聚合物粒子介由作为(C)水溶性高分子的阴离子性水溶性高分子而集合，从而形成特异的集合体。为了形成这样的集合体，优选本分散体以上述的比率含有各成分，优选(D)阳离子性有机聚合物粒子的平均粒径与(A)磨粒的平均粒径之比为30％～200％，更优选为50％～150％，进一步优选为60％～120％。
即，本实施方案所涉及的化学机械研磨用水系分散体，通过相对于(A)磨粒(含有二氧化铈的无机粒子)，含有规定量的(C)水溶性高分子(阴离子性水溶性高分子)和(D)辅助粒子(阳离子性有机聚合物粒子)，通过介由表面带负电的阴离子性水溶性高分子，使表面带正电的无机粒子和阳离子性有机聚合物粒子粘合，从而形成特殊的集合体，推测因此被研磨面上基本上没有产生研磨损伤，并且可以进行高速的研磨。此时，优选相对于(A)磨粒的添加量100质量份，(C)水溶性高分子的添加量为5～100质量份。相对于(A)磨粒的添加量100质量份，如果(C)水溶性高分子的添加量小于5质量份，则化学机械研磨用水系分散体的稳定性差，不能使用。另一方面，相对于(A)磨粒的添加量100质量份，如果(C)水溶性高分子的添加量超过100质量份，则集合体变得过大，过滤时集合体的一部分被捕捉，因此无效。
3.化学机械研磨方法
本发明的一种实施方案所涉及的化学机械研磨方法，包括：在半导体装置的制造中，使用本实施方案所涉及的化学机械研磨用水系分散体，对导电层或绝缘层进行研磨而使之平坦。
此外，本发明的一种实施方案所涉及的化学机械研磨方法，包括：使用分散体，在半导体装置的制造中对导电层或绝缘层进行研磨而使之平坦，所述分散体通过将本实施方案所涉及的化学机械研磨用水系分散体与选自(B)分散介质、(C)水溶性高分子、(D)辅助粒子、(E)pH调节剂、(F)表面活性剂和(G)防腐剂中的至少1种成分混合而得到。在此使用的本实施方案所涉及的化学机械研磨用水系分散体至少含有(A)细孔容积为0.14ml/g以上的磨粒和(B)分散介质，根据需要可以含有选自(C)水溶性高分子、(D)辅助粒子、(E)pH调节剂、(F)表面活性剂和(G)防腐剂中的至少1种成分。此外，例如，可以含有100质量份的含二氧化铈的无机粒子作为(A)磨粒，5～100质量份的阴离子性水溶性高分子作为(C)水溶性高分子，5～100质量份的阳离子性有机聚合物粒子作为(D)辅助粒子。
上述化学机械研磨方法中作为研磨对象的导电层，可以由例如Cu、Al、W、Sn、Mg、Mo、Ru、Ag、Au、Ti、Ta、TaN、TiAlN、TiN等配线用导电材料或防渗金属(barrier metal)材料形成。
上述化学机械研磨方法中作为研磨对象的绝缘层，可以列举例如氧化硅膜(SiO2膜)、在SiO2中添加了少量的硼和磷的硼磷硅酸盐膜(BPSG膜)、在SiO2中掺杂了氟的被称为FSG(Fluorine doped silicate glass)的绝缘层、低介电常数的绝缘层、氮化硅膜(SiN膜)、氧化氮化硅膜(SiON膜)等。
作为氧化硅膜，可以列举例如热氧化膜、PETEOS膜(PlasmaEnhanced-TEOS膜)、HDPTEOS膜(High Density Plasma Enhanced-TEOS膜)、采用热CVD法得到的氧化硅膜等。
上述硼磷硅酸盐膜(BPSG膜)可以采用常压CVD法(AP-CVD法)或减压CVD法(LP-CVD法)制造。
上述被称为FSG的绝缘层，例如可以利用高密度等离子体作为促进条件，采用化学气相生长进行制造。
作为上述低介电常数的绝缘层，可以列举氧化硅系的绝缘层以及由有机聚合物形成的绝缘层。
作为低介电常数的氧化硅系的绝缘层，有采用例如旋转涂布法将原料涂布在基体上后，在氧化性环境中进行加热而制得的方法，或者将原料供给到真空中进行成膜的CVD法等。作为这样得到的低介电常数的氧化硅系绝缘层，可以列举以三乙氧基硅烷为原料的HSQ膜(氢倍半硅氧烷膜)、以四乙氧基硅烷和少量的甲基三甲氧基硅烷为原料的MSQ膜(甲基倍半硅氧烷膜)、以其他硅烷化合物为原料的低介电常数的绝缘层。作为这些低介电常数的绝缘层，也可以使用通过将适当的有机聚合物粒子等混合到原料中使用，该聚合物在加热工序中烧掉而形成空孔，从而实现了进一步低介电常数化的绝缘层。此外，还可以列举以聚亚芳基系聚合物、聚亚烯丙基醚系聚合物、聚酰亚胺系聚合物、苯并环丁烯聚合物等有机聚合物为原料的低介电常数的绝缘层等。作为这些低介电常数的绝缘层的市售的制品，可以列举JSR社制的JSR-LKD系列、Applied Materials社制的BlackDiamond、Novellus Systems社制的Coral、Dow Chemical社制SiLK等。
上述热氧化膜，可以通过将高温的硅暴露于氧化性环境中，使硅和氧或者硅和水分发生化学反应而制造。
上述PETEOS膜，例如，可以通过使用原硅酸四乙酯(TEOS)作为原料，利用等离子体作为促进条件，采用化学气相生长进行制造。
上述HDP膜，例如，可以通过使用原硅酸四乙酯(TEOS)作为原料，利用高密度等离子体作为促进条件，采用化学气相生长进行制造。
上述采用热CVD法得到的氧化硅膜，例如，可以采用常压CVD法(AP-CVD法)或减压CVD法(LP-CVD法)制造。
作为具有这样的绝缘层的被研磨物，可以列举例如后述的具有图2所示结构的晶片。
本实施方案所涉及的化学机械研磨方法，例如，可以使用(株)荏原制作所制的型号“EPO-112”、“EPO-222”等化学机械研磨装置，东京精密(株)制的型号“A-FP-210A”等化学机械研磨装置，Applied Materials社制的品名“Mirra”等化学机械研磨装置，Novellus Systems社制、品名“XCEDA”等化学机械研磨装置，(株)尼康社制的型号“NPS3301”等化学机械研磨装置，在公知的研磨条件下进行。
参照图1和图2对本实施方案所涉及的化学机械研磨方法进行具体说明，但本实施方案所涉及的化学机械研磨方法并不限于下述的方法。图1是表示本实施方案所涉及的化学机械研磨方法的一例的示意图，图2是示意地表示被研磨物4(例如半导体晶片)的一例的截面图，图3是示意地表示研磨后的被研磨物4的截面图。
应予说明，图2中，示出了被研磨物4的被研磨材料42为绝缘层的情况，如上所述，本实施方案所涉及的化学机械研磨方法中作为研磨对象的并不限于绝缘层，也可以是导电层。
此外，图2和图3表示在半导体基板41上形成沟槽(trench)元件分离区域46(参照图3)的工序。即，对于图2的被研磨物(半导体晶片)4，在半导体基板41上层叠绝缘层43、塞(stopper)层44后，设置沟43，为了将该沟43埋进去，在半导体基板41上形成了绝缘层42。使用图1所示的装置，对图2所示的绝缘层42进行研磨，如图3所示，能够在半导体基板41上形成沟槽元件分离区域46。以下对本实施方案所涉及的化学机械研磨方法进行具体说明。
首先，如图1所示，在轴旋转的定盘2上固定研磨垫1。另一方面，将被研磨物4安装在加压头3的一端。加压头3将被研磨物4挤压到研磨垫1的表面，同时加压头3自身旋转和移动，由此使被研磨物4在研磨垫1的表面上滑动。
在此，从研磨垫1的上方，向研磨垫1表面提供本实施方案所涉及的化学机械研磨用水系分散体6，同时使被研磨物4在研磨垫1的表面上滑动，由此将被研磨物4的被研磨材料(绝缘层)42(参照图2)除去。由此，如图3所示，在半导体基板41上形成沟槽元件分离区域46。
应予说明，如图1所示，本实施方案所涉及的化学机械研磨用水系分散体6，例如，可以由配置在研磨垫1上方的水系分散体供给部5提供。
作为上述研磨垫，可以使用公知的研磨垫，可以使用例如RodelNitta社制、商品名“IC1000/SUBA400”、“IC1010、SUBA系列”“Polytex系列”等。此外，研磨时可以在中途更换为种类不同的研磨垫。
3.实施例
以下列举实施例对本发明更具体地进行说明，但本发明不限于下述实施例。
3-1.实施例1
3-1-1.二氧化铈水分散体的调制
在750℃下将碳酸铈煅烧4小时，然后与离子交换水混合，使用氧化锆珠用珠磨机进行粉碎，分散72小时。将得到的二氧化铈的水分散体静置，分取上清液中相当于90质量％的部分，由此得到含有二氧化铈35.8质量％的二氧化铈的水分散体。
在得到的二氧化铈含量为35.8质量％的水分散体中添加离子交换水，将二氧化铈含量调节到5质量％，调制成5质量％二氧化铈水分散体。此时的pH为5.3。
3-1-2.细孔容积、BET比表面积的测定
使3-1-1.中得到的二氧化铈水分散体干燥，采取0.3g，使用Quantachrome社制全自动气体吸附量装置Autosorb-1型号“AS1MP-LP”，通过采用气体吸附法的BET多点法测定吸附等温线。作为前处理条件，在真空度0.665×10-5Pa以下、300℃下进行1小时脱气。然后，以Ar为吸附气体，以He为净化气体，在相对压力范围0.00002～0.999、饱和蒸汽压204mmHg、真空度0.665×10-5Pa以下，在吸附侧42点、脱离侧10点的条件下进行测定。采用B.J.H.(Barrett-Joyner-Halenda)法对得到的数据进行解析，结果细孔容积为0.16ml/g，由BET法算出的比表面积为34cm2/g。
3-1-3.D99值的测定
D99值使用采用激光衍射法的粒度分布测定装置“LA-920”(堀场制作所(株)制)对3-1-1.中得到的二氧化铈水分散体进行测定。此时，平均粒径为182nm，D99值为0.7μm。
3-1-4.化学机械研磨
在以下的条件下进行化学机械研磨。
研磨条件
研磨装置：(株)荏原制作所制、型号“EPO-112”
研磨垫：Rodel Nitta(株)制、“IC1000/SUBA400”
定盘转数：100次/分钟
研磨头转数：107次/分钟
研磨头压紧压力：350hPa
研磨用水系分散体供给速度：200ml/分钟
研磨时间：1分钟
3-1-5.研磨速度的评价方法
3-1-5-1.研磨速度评价用的化学机械研磨用水系分散体的调制
向3-1-1.中得到的5质量％二氧化铈水分散体中添加离子交换水，得到含有0.5质量％的二氧化铈的化学机械研磨用水系分散体。
3-1-5-2.化学机械研磨速度的评价
使用3-1-5-1.的化学机械研磨用水系分散体，使用形成有热氧化膜作为绝缘层的8英寸硅晶片，在3-1-4中记载的条件下进行化学机械研磨。使用光干涉式膜厚计“NanoSpec 6100”(Nanometrics Japan(株)制)测定被研磨材料的研磨处理前后的膜厚，由因化学机械研磨而减少的膜厚和研磨时间算出研磨速度。其结果，研磨速度为500nm/分钟。此外，没有发现产生擦伤。
研磨速度超过400nm/分钟，则研磨速度极其良好，为200～400nm/分钟时，研磨速度良好，小于200nm/分钟时，研磨速度通常可以判定为不良。
3-1-6.擦伤的评价方法
3-1-6-1.擦伤评价用的化学机械研磨用水系分散体的调制
向3-1-1.中得到的5质量％二氧化铈水分散体中添加离子交换水，稀释为液体中的二氧化铈含量达到0.5质量％，再添加阴离子性水溶性高分子(重均分子量为10,000的聚丙烯酸铵)的水溶液(浓度：30质量％)，即相对于化学机械研磨用水系分散体全体添加聚丙烯酸铵，采用上述3-1-5.的方法调节阴离子性水溶性高分子的量以使研磨速度达到18-20nm/min，调制得到化学机械研磨用水系分散体。
3-1-6-2.擦伤的评价
使用3-1-6-1.的化学机械研磨用水系分散体，使用形成有热氧化膜作为绝缘层的8英寸硅晶片，在3-1-4.的研磨条件下进行研磨。采用KLATencor(株)制“KLA2351”对研磨后的热氧化膜进行缺陷检查。首先，在像素尺寸0.39μm、阈值(threshold)20的条件下对晶片表面的全范围，计测“KLA2351”作为“缺陷”计数的数目。然后，对这些“缺陷”是擦伤还是附着的灰尘进行分类，计测晶片整个面的擦伤数。应予说明，晶片缺陷检查装置作为缺陷计数的缺陷中，所谓不是擦伤的缺陷，可以列举例如附着的灰尘、晶片制造时产生的污点等。此时，缺陷数为193个，擦伤为19个。
该值为50个/面以下时，擦伤数极其良好，为51～100个/面时，擦伤数为良好，为101个/面以上时，可以将擦伤数判定为不良。
3-2.实施例2～8和比较例1～4
除了使用具有表1所示细孔容积的二氧化铈的水分散体以外，与实施例1同样地进行评价。将化学机械研磨用水系分散体的调制条件、(A)磨粒的细孔容积、BET比表面积、D99值、研磨速度、缺陷数和擦伤数的结果与实施例1的结果一并示于表1。
[表1]
Figure C20068004718500301
X磨粒的沉淀剧烈，不能评价。
XX化学机械研磨用水系分散体的研磨速度显著降低，不能评价。
应予说明，表1中，“X”表示磨粒的沉淀剧烈，不能评价；“XX”表示化学机械研磨用水系分散体的研磨速度显著降低，不能评价。
如表1所示，使用实施例1～8的化学机械研磨用水系分散体对绝缘层进行研磨时，研磨速度和擦伤数均良好。由此确认，实施例1～8的化学机械研磨用水系分散体，例如，作为在微细元件分离区域的形成工序中将多余的绝缘层除去时使用的化学机械研磨用水系分散体，具有极其良好的性能。
另一方面，由比较例1～4的结果可以理解，磨粒的细孔容积小于0.14ml/g时，研磨速度良好，但擦伤数多，比较例1～4的水系分散体不适合作为化学机械研磨用水系分散体。
3-3.实施例9和比较例5
3-3-1.(D)辅助粒子(有机聚合物粒子)的调制
3-3-1-1.合成例1(阳离子性有机聚合物粒子(a)的调制)
将作为单体的甲基丙烯酸甲酯60质量份和苯乙烯40质量份、作为聚合引发剂的2，2’-偶氮双(2-甲基-N-苯基丙酰脒)二盐酸化物(商品名“V-545”、和光纯药工业(株)制)1.0质量份、作为表面活性剂的阳离子性表面活性剂“QUARTAMIN 24P”(花王(株)制)1重量份、作为非离子系表面活性剂的“EMULGEN 147”(花王(株)制)1质量份和离子交换水400质量份混合，在氮气环境下边进行搅拌边升温到70℃，在该温度下聚合5小时，由此得到含有阳离子性有机聚合物粒子(a)19.7质量％的水分散体。
对于所得到的有机粒子(a)，采用激光衍射法测定得到的平均粒径为167nm，此外，有机聚合物粒子(a)的ζ电位为+27mV。
3-3-1-2.合成例2、3、4(阳离子性有机聚合物粒子(b)、(c)的调制)和合成例5(阴离子性有机聚合物粒子(d)的调制)
除了使用的单体、聚合引发剂和表面活性剂的种类和量如表2所记载以外，与合成例1同样地实施，得到分别含有阳离子性有机聚合物粒子(b)、(c)和阴离子性有机聚合物(d)的水分散体。将各合成例中有机聚合物粒子的平均粒径和ζ电位示于表2。
[表2]
Figure C20068004718500321
应予说明，表2中的简称等分别表示以下内容。
聚合引发剂：
V-545：商品名、和光纯药工业(株)制，2，2’-偶氮双(2-甲基-N-苯基丙酰脒)二盐酸化物
V-50：商品名、和光纯药工业(株)制，2，2’-偶氮双(2-甲基丙酰二胺)二盐酸化物
表面活性剂：
QUARTAMIN 24P：商品名，花王(株)制，月桂基三甲基氯化铵27％溶液(阳离子性表面活性剂)
EMULGEN 147：商品名，花王(株)制，聚氧乙烯月桂醚(非离子性表面活性剂)
ER-30：商品名“Adeka Reasoap ER-30”，(株)ADEKA制(非离子反应性表面活性剂)
PD-420：商品名“LATEMUL PD-420”，花王(株)制(非离子反应性表面活性剂)
DBSA：十二烷基苯磺酸铵(阴离子性表面活性剂)
表1中各成分所对应的数字分别为聚合反应时该成分的添加量(质量份)。“-”表示没有添加该栏所对应的成分。
3-3-2.化学机械研磨用水系分散体X的调制
在预先装入容器中的离子交换水中，加入作为(A)磨粒的上述调制的二氧化铈的水分散体，进行稀释以使化学机械研磨用水系分散体的浓缩物中的二氧化铈含量达到5质量％。在该浓缩物中加入含有阳离子性有机聚合物粒子(a)作为(D)辅助粒子的水分散体，使化学机械研磨用水系分散体的浓缩物中的该有机聚合物粒子(a)的含量达到1.0质量％。对该混合物继续搅拌30分钟。然后，边继续搅拌边加入含有5质量％阴离子性水溶性高分子(Mw为10,000的聚丙烯酸铵)作为(C)水溶性高分子的水溶液，使化学机械研磨用水系分散体的浓缩物中该聚丙烯酸铵的含量达到2.0质量％，再搅拌30分钟。用孔径5μm的聚丙烯制深度过滤器对其进行过滤，得到含有5质量％(A)磨粒(二氧化铈)的化学机械研磨用水系分散体X的浓缩物。
将该浓缩物X与实施例1同样地供给到3-1-6.记载的化学机械研磨试验中。
此外，除了使用含有具有表1所示特性的二氧化铈作为(A)磨粒的水分散体以外，在与实施例9同样的条件下，得到表3所示的比较例5的化学机械研磨用水系分散体的浓缩物，与实施例1同样地供给到3-1-6.记载的化学机械研磨试验中。
3-4.实施例10、11和比较例6、7
在实施例9中，除了代替实施例1中使用的(A)磨粒而使用实施例2中使用的(A)磨粒，并且(D)辅助粒子和(C)水溶性高分子的种类和量如表3所记载以外，与实施例9同样地调制实施例10的化学机械研磨用水系分散体的浓缩物。此外，在实施例9中，除了(D)辅助粒子和(C)水溶性高分子的种类和量如表3所记载以外，与实施例9同样地调制实施例11的化学机械研磨用水系分散体的浓缩物。
对于这些浓缩物，与实施例1同样地进行3-1-6.的化学机械研磨试验。将结果示于表2。
此外，除了使用具有表1所示特性的二氧化铈作为(A)磨粒以外，在与实施例10、11同样的条件下，得到比较例6、7的化学机械研磨用水系分散体的浓缩物，供给到3-1-6.的化学机械研磨试验中。
如表1所示，使用实施例9～11的化学机械研磨用水系分散体对绝缘层进行研磨时，缺陷数、擦伤数均良好。由此确认，实施例9～11的化学机械研磨用水系分散体，例如，作为在微细元件分离区域的形成工序中将多余的绝缘层除去时使用的化学机械研磨用水系分散体，具有极其良好的性能。
另一方面，由比较例6、7的结果可以理解，(A)磨粒的细孔容积小于0.14ml/g时，缺陷数和擦伤数多，比较例6、7的水系分散体不适合作为化学机械研磨用水系分散体。
3-5.参考例1
在实施例9中，除了代替实施例1中使用的(A)磨粒而使用实施例3中使用的(A)磨粒，并且使(D)辅助粒子的种类为阴离子性有机聚合物粒子(d)以外，与实施例9同样地调制参考例1的化学机械研磨用水系分散体的浓缩物，与实施例9同样地供给到3-1-6.的化学机械研磨试验中。其结果，如表2所示，在使用了阴离子性有机聚合物(d)的情况下，与实施例9不同，缺陷数、擦伤数均增加。可以理解为不适合作为化学机械研磨用水系分散体。
3-6.参考例2、3
在实施例9的化学机械研磨用水系分散体X中，除了使(C)阴离子性水溶性高分子的含量分别为0.1质量％和10质量％以外，与实施例9同样地调制参考例2和3的化学机械研磨用水系分散体。
从表2所示的参考例2的结果可知，如果(C)水溶性高分子的添加量为0.1质量％，则化学机械研磨用水系分散体的稳定性非常差，化学机械研磨用水系分散体的平均粒径超过1μm，最大粒径超过5μm，过滤时水系分散体的一部分被捕捉。另一方面，从参考例3的结果可知，如果(C)水溶性高分子的添加量为10质量％，则化学机械研磨用水系分散体的研磨速度显著降低到5nm/min，不能使用。
如上所述，由参考例2的结果确认，由于(C)水溶性高分子的使用量相对于(A)磨粒的使用量(100质量份)小于5质量份，因此化学机械水系分散体的稳定性非常差，不能供给化学机械研磨用，另一方面，从参考例3的结果确认，由于(C)水溶性高分子的使用量相对于(A)磨粒的使用量(100质量份)超过100质量份，因而化学机械研磨用水系分散体的研磨速度显著降低，不能作为化学机械研磨用水系分散体使用。
[表3]
采用本发明的化学机械研磨方法，能够以良好的研磨速度将多余的绝缘层或导电层除去，并且能够得到擦伤数少的绝缘层或导电层。
本发明的化学机械研磨用水系分散体和化学机械研磨方法，例如，适合用于半导体装置的制造中使用的导电层或绝缘层的平坦化。
更具体地说，本发明的化学机械研磨用水系分散体，例如，适合用于半导体装置的微细化元件分离(沟槽分离)工序中的绝缘层的平坦化。

Claims (6)

1.化学机械研磨用水系分散体，其含有：
100质量份的含二氧化铈的无机粒子作为(A)细孔容积为0.14ml/g以上的磨粒，
(B)分散介质，
5～100质量份的阴离子性水溶性高分子作为(C)水溶性高分子，以及
5～100质量份的阳离子性有机聚合物粒子作为(D)辅助粒子。
2.如权利要求1所述的化学机械研磨用水系分散体，其中，上述(A)磨粒，由BET法算出的比表面积为15.0m2/g以上，并且在使用了激光衍射法的粒度分布测定得到的体积粒径分布中，从粒径小的粒子开始累计该粒子的体积比例而得到的合计体积比例达到99％时的粒径，即D99值为1μm以下。
3.如权利要求1所述的化学机械研磨用水系分散体，所述阳离子性有机聚合物粒子具有选自下述式(1)～(4)的基团，
-NR2(1)
＝NR(2)
-NR′NR2(3)
式(1)～(3)中，R各自独立地为氢原子、碳原子数1～30的脂肪族烃基或碳原子数6～30的芳基；式(3)中，R’为氢原子、碳原子数1～30的脂肪族烃基或碳原子数6～30的芳基。
4.化学机械研磨方法，其包括：在半导体装置的制造中，使用权利要求1所述的化学机械研磨用水系分散体，对导电层或绝缘层进行研磨而使之平坦。
5.化学机械研磨方法，其包括：使用分散体，在半导体装置的制造中对导电层或绝缘层进行研磨而使之平坦；
所述分散体通过将权利要求1所述的化学机械研磨用水系分散体与选
自(B)分散介质、(C)水溶性高分子、(D)辅助粒子、(E)pH调节剂、
(F)表面活性剂和(G)防腐剂中的至少1种成分混合而得到。
6.用于调制化学机械研磨用水系分散体的试剂盒，其是用于将第1液体和第2液体混合，调制化学机械研磨用水系分散体的试剂盒，其中，含有上述第1液体和上述第2液体；
上述第1液体含有权利要求1所述的化学机械研磨用水系分散体；
上述第2液体含有选自(B)分散介质、(C)水溶性高分子、(D)辅助粒子、(E)pH调节剂、(F)表面活性剂和(G)防腐剂中的1种以上的成分。
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