CN110997856B - 研磨液和研磨方法 - Google Patents

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Abstract

一种研磨液，其含有磨粒、分子量为210以上的膦酸化合物以及选自氨基酸和氨基酸衍生物中的至少一种，所述磨粒的硅烷醇基密度在6.5个/nm2以下，所述磨粒的缔合度在1.5以上。

Description

研磨液和研磨方法
技术领域
本发明涉及研磨液和研磨方法。本发明涉及例如可在半导体基板的布线形成工序等中的研磨中使用的研磨液和研磨方法。
背景技术
近年来，随着半导体集成电路(以下，称为“LSI”)的高集成化和高性能化，正在开发新的微细加工技术。化学机械研磨(以下，称为“CMP”)法是其中之一，是LSI制造工序(特别是，多层布线形成工序中的层间绝缘膜的平坦化、金属插塞的形成或者嵌入式布线的形成)中频繁使用的技术。例如在下述专利文献1中公开了该技术。
CMP被应用于半导体制造中的各工序，作为其中的一个形式，例如，可举出应用于晶体管制造中的栅极(gate)形成工序。在制造晶体管时，有时研磨金属、硅、氧化硅、氮化硅、多晶硅(polysilicon)等材料，要求根据晶体管结构来控制各材料的研磨速度。
在这种情况下，作为课题之一，在包含二氧化硅、氮化硅以及多晶硅的被研磨面的研磨中，存在相对于二氧化硅而言非选择性地研磨氮化硅和多晶硅的要求。在此处，“非选择性”是指，相对于二氧化硅而言，未选择性地研磨氮化硅和多晶硅，是指相对于二氧化硅的研磨速度而言，氮化硅和多晶硅的研磨速度为相同程度。
作为研磨二氧化硅、氮化硅以及多晶硅时所使用的磨粒，二氧化铈(铈土；ceria)颗粒和二氧化硅颗粒是众所周知的。
下述专利文献2中，公开了使用包含胶态二氧化铈颗粒(二氧化铈颗粒)和季甲基丙烯酰基烷基铵聚合物(阳离子性聚合物)的研磨液，同时研磨二氧化硅、氮化硅以及多晶硅的情况。
下述专利文献3中，公开了通过使用将磺酸固定于磨粒表面并具有负的ζ(zeta)电位的二氧化硅颗粒来提高氮化硅研磨速度的情况。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利第4944836号说明书
专利文献2：日本特表2016-531429号公报
专利文献3：日本专利第6028046号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，使用二氧化铈颗粒时，由于二氧化铈与二氧化硅的反应性高，因而，相对于氮化硅和多晶硅的研磨速度，二氧化硅的研磨速度过高，氮化硅和多晶硅这两者的研磨速度也提高，在此基础上，相对于二氧化硅非选择性地研磨氮化硅和多晶硅是困难的。
另外，即使在使用二氧化硅颗粒时提高氮化硅研磨速度的情况下，也难以控制二氧化硅、氮化硅以及多晶硅的研磨速度，难以相对于二氧化硅非选择性地研磨氮化硅和多晶硅。
本发明旨在解决上述问题，其目的是提供一种可相对于二氧化硅非选择性地研磨氮化硅和多晶硅的研磨液和研磨方法。
解决问题的手段
为解决上述问题，本发明人进行了各种研究，其结果发现，将特定的磨粒和特定的添加剂并用是重要的因素。
本发明的研磨液含有磨粒、分子量为210以上的膦酸化合物以及选自氨基酸和氨基酸衍生物中的至少一种，所述磨粒的硅烷醇基密度在6.5个/nm2以下，所述磨粒的缔合度在1.5以上。
本发明的研磨液能相对于二氧化硅非选择性地研磨氮化硅和多晶硅。本发明的研磨液能边对包含二氧化硅、氮化硅以及多晶硅的被研磨面进行平坦化边进行研磨。
所述磨粒优选包含胶态二氧化硅。所述磨粒的ζ电位优选为正。
本发明的研磨液的pH优选为2.0～5.0。
本发明的研磨液可用于研磨包含二氧化硅、氮化硅以及多晶硅的被研磨面。
本发明的研磨液中，氮化硅和多晶硅的研磨速度相对于二氧化硅的研磨速度的比率(氮化硅和多晶硅的研磨速度/二氧化硅的研磨速度)优选为0.80～1.20，更优选为0.80以上且小于1.20。
本发明的研磨方法具备下述工序：使用上述研磨液，研磨包含二氧化硅、氮化硅以及多晶硅的被研磨面。
发明效果
本发明可以相对于二氧化硅非选择性地研磨氮化硅和多晶硅。本发明中，当将二氧化硅的研磨速度设为1.00时，可获得0.80～1.20作为氮化硅和多晶硅的研磨速度。本发明能边对包含二氧化硅、氮化硅以及多晶硅的被研磨面进行平坦化边进行研磨。本发明可以提供研磨液在包含二氧化硅、氮化硅以及多晶硅的被研磨面的研磨中的应用。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行详细说明。
<定义>
本说明书中，用“～”所示的数值范围表示包含将“～”的前后所记载的数值分别作为最小值和最大值的范围。本说明书中阶段性地记载的数值范围中，某阶段的数值范围的上限值或下限值可与另一阶段的数值范围的上限值或下限值进行任意组合。本说明书记载的数值范围中，其数值范围的上限值或下限值也可替换为实施例中所示的数值。“A或B”可包含A和B中的任一者，也可包含这两者。除非另有说明，否则本说明书中例示的材料可单独使用1种或将2种以上组合使用。本说明书中，组合物中存在多种与各成分相当的物质时，除非另有说明，否则组合物中各成分的含量是指组合物中存在的该多种物质的总量。
<研磨液>
本实施方式的研磨液含有磨粒、分子量为210以上的膦酸化合物以及选自氨基酸和氨基酸衍生物中的至少一种，所述磨粒的硅烷醇基密度在6.5个/nm2以下，所述磨粒的缔合度在1.5以上。本实施方式的研磨液可用作CMP研磨液。本实施方式的研磨液可用于研磨包含二氧化硅、和选自氮化硅以及多晶硅中的至少一种的被研磨面，也可用于研磨包含二氧化硅、氮化硅以及多晶硅的被研磨面。
本实施方式的研磨液可相对于二氧化硅非选择性地研磨氮化硅和多晶硅。虽然呈现这种效果的原因并不一定清楚，但本发明人推测如下。即，在上述特定分子量的膦酸化合物和氨基酸成分的存在下，膦酸化合物容易与氮化硅表面配位，氨基酸成分容易与多晶硅表面配位。而且，通过各化合物配位，被研磨面的润湿性发生变化，硅烷醇基密度低的磨粒容易作用于被研磨面。另外，由于缔合度高的磨粒的表面积大，因而，容易呈现这种作用。根据以上情况，氮化硅和多晶硅的研磨速度提高至与二氧化硅的研磨速度同等的研磨速度。
(磨粒)
本实施方式涉及的研磨液含有磨粒。作为磨粒的材质，可举出二氧化硅、氧化铝和二氧化铈等。从容易相对于二氧化硅非选择性地研磨氮化硅和多晶硅的角度来看，作为磨粒，优选包含二氧化硅，更优选包含胶态二氧化硅。
从相对于二氧化硅非选择性地研磨氮化硅和多晶硅的角度来看，磨粒的硅烷醇基密度的上限在6.5个/nm2以下。从容易相对于二氧化硅非选择性地研磨氮化硅和多晶硅的角度点来看，磨粒的硅烷醇基密度的上限优选在5.0个/nm2以下，更优选在4.2个/nm2以下，进一步优选在4.0/nm2以下，特别优选在3.0个/nm2以下，极其优选在2.0个/nm2以下，非常优选在1.7个/nm2以下，更进一步优选在1.6个/nm2以下。从容易相对于二氧化硅非选择性地研磨氮化硅和多晶硅的角度来看，磨粒的硅烷醇基密度的下限优选在1.0个/nm2以上，更优选在1.1个/nm2以上，进一步优选在1.2个/nm2以上，特别优选在1.4个/nm2以上，极其优选在1.5个/nm2以上。
硅烷醇基密度(ρ[个/nm2])可以通过下述的滴定来测定并计算。首先，量取15g颗粒(A[g])，使其分散在适量(100mL以下)的水中。接着，用0.1mol/L盐酸将pH调整至3.0～3.5。然后，加入30g氯化钠后，再加入超纯水，将总量调整至150g。接着，用0.1mol/L氢氧化钠溶液将pH调整至4.0，获得滴定用样品。将0.1mol/L氢氧化钠溶液滴入该滴定用样品中，直到pH达到9.0，求得pH从4.0到9.0所需的氢氧化钠量(B[mol])，根据下式(1)算出硅烷醇基密度。
ρ＝B·NA/A·SBET…(1)
[式中，分别地，NA(单位：个/mol)表示阿伏伽德罗数(Avogadro’s number)，SBET(单位：m2/g)表示颗粒的BET比表面积。关于BET比表面积的测定方法如后所述。]
在像胶态二氧化硅这种在分散于水等介质中的状态下可获得的二氧化硅颗粒的情况下，量取二氧化硅颗粒量(A[g])成为15g的量，以后可以按照相同的程序测定硅烷醇基密度。另外，关于研磨液中所含的二氧化硅颗粒，可以从磨液中分离并清洗二氧化硅颗粒，之后按照相同的程序，测定硅烷醇基密度。
关于上述硅烷醇基密度的计算方法的详情，例如公开于分析化学(AnalyticalChemistry)，1956年，第28卷，第12号，第1981-1983页以及日本应用物理学杂志(JapaneseJournal ofAppliedPhysics)，2003年，第42卷，第4992-4997页中。
从相对于二氧化硅非选择性地研磨氮化硅和多晶硅的角度来看，磨粒的缔合度(平均二次粒径/平均一次粒径)的下限为1.5以上。从容易相对于二氧化硅非选择性地研磨氮化硅和多晶硅的角度来看，磨粒的缔合度的下限优选为1.7以上，更优选为1.9以上，进一步优选为2.0以上，特别优选为2.1以上，极其优选为2.2以上。从容易相对于二氧化硅非选择性地研磨氮化硅和多晶硅的角度来看，磨粒的缔合度的上限优选为3.0以下，更优选为2.5以下，进一步优选为2.3以下。
从容易相对于二氧化硅非选择性地研磨氮化硅和多晶硅的角度来看，磨粒的平均一次粒径的上限优选为40nm以下，更优选为35nm以下，进一步优选为30nm以下。从容易相对于二氧化硅非选择性地研磨氮化硅和多晶硅的角度来看，磨粒的平均一次粒径的下限优选为15nm以上，更优选为20nm以上，进一步优选为25nm以上。
磨粒的“平均一次粒径”是指可以根据BET比表面积算出的颗粒的平均直径，其通过利用气体吸附法的吸附比表面积(以下，称为“BET比表面积”)的测定，根据下式(2a)来算出。
D1＝6/(ρ×V)…(2a)
[式中，分别地，D1表示平均一次粒径(单位：m)，ρ表示颗粒的密度(单位：kg/m3)，V表示BET比表面积(单位：m2/g)。]
更具体地，首先，用真空冷冻干燥机将颗粒进行干燥后，用研钵(磁性，100mL)将残余物细细粉碎，获得测定用样品。接着，使用汤浅离子(Yuasa Ionics)株式会社制造的BET比表面积测量装置(商品名：Autosorb 6)来测量测定用样品的BET比表面积V。然后，基于上式(2a)算出平均一次粒径D1。
另外，当颗粒为胶态二氧化硅时，颗粒的密度ρ为“ρ＝2200(kg/m3)”。在这种情况下，获得下式(2b)，通过将BET比表面积V(m2/g)代入到式(2b)中，可求出平均一次粒径D1。
D1＝2.727×10-6/V(m)＝2727/V(nm)…(2b)
从容易相对于二氧化硅非选择性地研磨氮化硅和多晶硅的角度来看，磨粒的平均二次粒径的上限优选为80nm以下，更优选为75nm以下，进一步优选为70nm以下。从容易相对于二氧化硅非选择性地研磨氮化硅和多晶硅的角度来看，磨粒的平均二次粒径的下限优选为30nm以上，更优选为40nm以上，进一步优选为50nm以上，特别优选为60nm以上。
磨粒的“平均二次粒径”可以通过动态光散射式粒度分布计(例如，COULTERElectronics公司制造的商品名：COULTER N5型)进行测定。COULTER的测定条件为：测量温度20℃，溶剂折射率1.333(相当于水)，颗粒折射率未知(Unknown)(设定)，溶剂粘度1.005mPa·s(相当于水)，运行时间(Run Time)200秒，激光入射角为90°，调整以使强度(Intensity)(散射强度，相当于浊度)落在5E+04～4E+05的范围内进行测定。当强度高于4E+05时，用水稀释后进行测定。
从容易相对于二氧化硅非选择性地研磨氮化硅和多晶硅的角度来看，研磨液中的磨粒的ζ电位优选为正，更优选为+4mV以上，进一步优选为+6mV以上，特别优选为+8mV以上，极其优选为+10mV以上。从容易相对于二氧化硅非选择性地研磨氮化硅和多晶硅的角度来看，研磨液中的磨粒的ζ电位优选为+16mV以下，更优选为+14mV以下，进一步优选为+12mV以下。
ζ电位(ζ[mV])可以使用ζ电位测定装置进行测定。此时，用纯水稀释研磨液，以使测定样品的散射强度变为1.0×104～5.0×104cps(“cps”是指每秒计数(counts persecond)(即计数每秒)，是颗粒计数的单位)，获得测定样品。接着，将测定样品放入ζ电位测定用单元(cell)中，测定ζ电位。为了将散射强度调整至上述范围，例如，将研磨液进行稀释，以使相对于研磨液100质量份，磨粒为1.7～1.8质量份。
从提高被研磨材料的研磨速度的角度来看，以研磨液的总质量为基准计，磨粒含量的下限优选为0.005质量％以上，更优选为0.01质量％以上，进一步优选为0.05质量％以上，特别优选为0.10质量％以上，极其优选为0.20质量％以上，非常优选为0.50质量％以上，更进一步优选为0.70质量％以上。从提高研磨液的储存稳定性的角度来看，以研磨液的总质量为基准计，磨粒含量的上限优选为20质量％以下，更优选为15质量％以下，进一步优选为10质量％以下，特别优选为5.0质量％以下，极其优选为3.0质量％以下，非常优选为1.5质量％以下。
(膦酸化合物)
本实施方式的研磨液含有分子量为210以上的膦酸化合物。膦酸化合物是具有膦酸基的化合物。
从容易相对于二氧化硅非选择性地研磨氮化硅和多晶硅的角度来看，膦酸化合物的分子量优选为220以上，更优选为240以上，进一步优选为260以上，特别优选为270以上，极其优选为280以上，非常优选为290以上。从容易相对于二氧化硅非选择性地研磨氮化硅和多晶硅的角度来看，膦酸化合物的分子量优选为350以下，更优选为320以下，进一步优选为310以下，特别优选为300以下。
从容易相对于二氧化硅非选择性地研磨氮化硅和多晶硅的角度来看，膦酸化合物中的膦酸基的数目优选为1以上，更优选为2以上，进一步优选为3以上。从容易相对于二氧化硅非选择性地研磨氮化硅和多晶硅的角度来看，膦酸化合物中的膦酸基的数目优选为6以下，更优选为5以下，进一步优选为4以下。
从容易相对于二氧化硅非选择性地研磨氮化硅和多晶硅的角度来看，膦酸化合物可为包含氮原子的化合物，或者可为叔胺化合物。
从容易相对于二氧化硅非选择性地研磨氮化硅和多晶硅的角度来看，膦酸化合物可具有羧基。当膦酸化合物具有羧基时，羧基的数目优选为1以上，更优选为2以上，进一步优选为3以上。从容易相对于二氧化硅非选择性地研磨氮化硅和多晶硅的角度来看，羧基的数目优选为6以下，更优选为5以下，进一步优选为4以下。
作为膦酸化合物，可举出次氮基三亚甲基膦酸、2-膦酰基丁烷-1,2,4-三羧酸、4-氨基-1-羟基丁烷-1,1-二膦酸、二苯甲基膦酸、(4-溴代丁基)膦酸、(4-溴代苯基)膦酸、1,4-亚丁基二膦酸、N,N,N',N'-乙二胺四(亚甲基膦酸)、甘氨酸-N,N-双(亚甲基膦酸)、1,6-亚己基二膦酸、1,5-亚戊基二膦酸、1,4-亚苯基二膦酸、邻亚二甲苯基二膦酸、间二甲苯二膦酸、对二甲苯二膦酸以及1-羟基-2-(1-咪唑基)乙烷-1,1-二膦酸等。从容易相对于二氧化硅非选择性地研磨氮化硅和多晶硅的角度来看，作为膦酸化合物，优选选自次氮基三亚甲基膦酸和2-膦酰基丁烷-1,2,4-三羧酸中的至少一种，更优选次氮基三亚甲基膦酸。
从容易相对于二氧化硅非选择性地研磨氮化硅和多晶硅的角度来看，以研磨液的总质量为基准计，膦酸化合物的含量的下限优选为0.005质量％以上，更优选为0.01质量％以上，进一步优选为0.02质量％以上，特别优选为0.03质量％以上，极其优选为0.05质量％以上，非常优选为0.10质量％以上，更进一步优选为0.20质量％以上。从容易相对于二氧化硅非选择性地研磨氮化硅和多晶硅的角度来看，以研磨液的总质量为基准计，膦酸化合物的含量的上限优选为10质量％以下，更优选为5.0质量％以下，进一步优选为3.0质量％以下，特别优选为1.0质量％以下，极其优选为0.50质量％以下，非常优选为0.30质量％以下。
(氨基酸成分：氨基酸和氨基酸衍生物)
本实施方式的研磨液含有选自氨基酸和氨基酸衍生物中的至少一种氨基酸成分(对应于膦酸化合物的化合物除外)。作为氨基酸衍生物，可举出氨基酸酯、氨基酸盐和肽等。氨基酸是具有氨基和羧基这两种官能团的化合物。
作为氨基酸成分，可举出α-丙氨酸、β-丙氨酸(别名：3-氨基丙酸)、2-氨基丁酸、正缬氨酸、缬氨酸、亮氨酸、正亮氨酸、异亮氨酸、别异亮氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、肌氨酸、鸟氨酸、赖氨酸、丝氨酸、苏氨酸、别苏氨酸、高丝氨酸、酪氨酸、3,5-二碘代酪氨酸、β-(3,4-二羟基苯基)-丙氨酸、甲状腺素、4-羟基脯氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸(甲硫氨酸)、乙硫氨酸、羊毛硫氨酸、胱硫醚、胱氨酸、磺基丙氨酸(cysteic acid)、天冬氨酸、谷氨酸、S-(羧甲基)-半胱氨酸、4-氨基丁酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、重氮丝氨酸、精氨酸、刀豆氨酸、瓜氨酸、δ-羟基-赖氨酸、肌酸、犬尿酸原(犬尿氨酸；kynurenine)、组氨酸、1-甲基-组氨酸、3-甲基-组氨酸、麦角硫因、色氨酸、甘氨酰甘氨酸、甘氨酰甘氨酰甘氨酸、加压素、催产素、肛褶蛙肽(Kassinin)、章鱼唾腺精(eledoisin)、胰高血糖素(glucagon)、促胰液素(secretin)、阿黑皮素原(proopiomelanocortin)、脑啡肽(enkephalin)和强啡肽原(prodynorphin)等。
从容易相对于二氧化硅非选择性地研磨氮化硅和多晶硅的角度来看，氨基酸成分中，优选低分子量的氨基酸。具体而言，优选分子量为300以下的氨基酸，更优选分子量为250以下的氨基酸，进一步优选分子量为200以下的氨基酸。作为这样的氨基酸，可举出α-丙氨酸(分子量89)、β-丙氨酸(分子量89)、丝氨酸(分子量105)、组氨酸(分子量155)、甘氨酰甘氨酸(分子量132)以及甘氨酰甘氨酰甘氨酸(分子量189)等。
从容易相对于二氧化硅非选择性地研磨氮化硅和多晶硅的角度来看，以研磨液的总质量为基准计，氨基酸成分的含量的下限优选为0.005质量％以上，更优选为0.01质量％以上，进一步优选为0.02质量％以上，特别优选为0.03质量％以上，极其优选为0.05质量％以上，非常优选为0.10质量％以上，更进一步优选为0.20质量％以上。从容易相对于二氧化硅非选择性地研磨氮化硅和多晶硅的角度来看，以研磨液的总质量为基准计，氨基酸成分的含量的上限优选为10质量％以下，更优选为5.0质量％以下，进一步优选为3.0质量％以下，特别优选为1.0质量％以下，极其优选为0.50质量％以下，非常优选为0.30质量％以下。
(其它成分)
本实施方式的研磨液可进一步含有其它添加剂(上述膦酸化合物和上述氨基酸化合物除外)。作为添加剂，可举出分子量小于210的膦酸化合物、水溶性高分子以及氧化剂(例如，过氧化氢)等。
作为水溶性高分子，可举出聚丙烯酸、聚丙烯酸共聚物、聚丙烯酸盐和聚丙烯酸共聚物盐等聚丙烯酸系聚合物；聚甲基丙烯酸和聚甲基丙烯酸盐等聚甲基丙烯酸系聚合物；聚丙烯酰胺；聚二甲基丙烯酰胺；海藻酸、果胶酸、羧甲基纤维素、琼脂、可德兰多糖(curdlan)、糊精、环糊精和短梗霉聚糖(pullulan)等多糖类；聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮和聚丙烯醛(polyacrolein)等乙烯系聚合物；聚甘油和聚甘油衍生物等甘油系聚合物；以及聚乙二醇等。
本实施方式的研磨液可含有水。作为水，可举出去离子水和超纯水等。水的含量并没有特别限定，可为除了其它构成成分的含量以外的研磨液的残余部分。
(pH)
从容易相对于二氧化硅非选择性地研磨氮化硅和多晶硅的角度来看，本实施方式的研磨液的pH的下限优选为1.0以上，更优选为1.5以上，进一步优选为2.0以上，特别优选为2.2以上，极其优选为2.4以上，非常优选为2.5以上，更进一步优选为2.7以上。从容易相对于二氧化硅非选择性地研磨氮化硅和多晶硅的角度来看，pH的上限优选为6.0以下，更优选为5.0以下，进一步优选为4.0以下，特别优选为3.0以下，极其优选为小于3.0。从上述角度来看，研磨液的pH优选为1.0～6.0，更优选为2.0～5.0。研磨液的pH定义为液体温度25℃时的pH。
研磨液的pH可以通过以下物质来调整：无机酸和有机酸等酸成分；氨、氢氧化钠、四甲基氢氧化铵(TMAH)、咪唑和烷醇胺等碱成分等。另外，为了稳定pH，可添加缓冲剂。此外，也可添加缓冲剂作为缓冲液(包含缓冲剂的液体)。作为这种缓冲液，可举出乙酸盐缓冲液和邻苯二甲酸盐缓冲液等。
本实施方式的研磨液的pH可使用pH计(例如，株式会社堀场制作所(HORIBA,Ltd.)制造的Model F-51)进行测定。具体而言，例如，使用标准缓冲液(邻苯二甲酸盐pH缓冲液，pH：4.01；中性磷酸盐pH缓冲液，pH：6.86；硼酸盐pH缓冲液，pH：9.18)进行3点校正后，将电极放入研磨液中，通过上述测定装置测量经过3分钟以上稳定后的pH。标准缓冲液和研磨液的液温均设为25℃。
本实施方式的研磨液可作为至少包含磨粒、膦酸化合物和氨基酸成分的一液式研磨液进行保存，或者可作为多液式(例如二液式)的研磨液套剂进行保存，其中，该多液式(例如二液式)的研磨液套剂是将所述研磨液的构成成分分为浆料和添加液以使得混合浆料(第一液)和添加液(第二液)而形成所述研磨液。浆料，例如，至少包含磨粒和水。添加液，例如，至少包含膦酸化合物、氨基酸成分和水。另外，上述研磨液的构成成分也可作为分成三液以上的研磨液套剂而进行保存。
上述研磨液套剂中，在即将研磨之前或研磨时，混合浆料和添加液，制作研磨液。另外，一液式研磨液可作为减少了液体介质含量的研磨液用存储液来保存，同时，在研磨时用液体介质稀释而使用。多液式的研磨液套剂可作为减少了液体介质含量的浆料用存储液和添加液用存储液而进行保存，同时，在研磨时用液体介质稀释而使用。
<研磨方法>
本实施方式的研磨方法具备下述研磨工序，该研磨工序中，使用本实施方式的研磨液，研磨包含二氧化硅、选自氮化硅和多晶硅中的至少一种的被研磨面。例如，本实施方式的研磨方法具备以下研磨工序：该研磨工序中，使用本实施方式的研磨液，研磨包含二氧化硅、氮化硅和多晶硅的被研磨面。作为研磨工序中使用的研磨液，可为上述一液式研磨液，或者可为通过将上述研磨液套剂中的浆料和添加液混合而得的研磨液。研磨工序中，可以同时研磨二氧化硅、氮化硅和多晶硅。在这种情况下，可以边对包含二氧化硅、氮化硅和多晶硅的被研磨面进行平坦化边研磨。
研磨工序中，例如，在将基体的被研磨面按压于研磨平台的研磨垫(研磨布)上的状态下，将上述研磨液供给入被研磨面与研磨垫之间，使基体与研磨平台相对移动，研磨被研磨面。研磨工序中，例如，通过研磨除去二氧化硅、氮化硅和多晶硅的各至少一部分。
作为为研磨对象的基体，可举出被研磨基板等。作为被研磨基板，例如，可举出在半导体制造中涉及的基板(例如，形成有STI(shallow trench isolation，浅沟槽隔离)图案、栅极图案和布线图案等的半导体基板)上形成有被研磨材料的基体。作为被研磨材料，可举出氧化硅、氮化硅和多晶硅等。被研磨材料可为膜状(被研磨膜)，或者可为氧化硅膜、氮化硅膜和多晶硅膜等。
本实施方式的研磨方法中，作为研磨装置，可以使用具有保持器(holder)和研磨平台的一般研磨装置，其中，所述保持器能保持具有被研磨面的基体，所述研磨平台能贴附研磨垫。可在保持器和研磨平台的各个中，安装有旋转数可变的马达等。作为研磨装置，例如，可以使用APPLIED MATERIALS公司制造的研磨装置：Reflexion。
作为研磨垫，可以使用一般的无纺布、发泡体和非发泡体等。作为研磨垫的材料，可以使用以下物质：聚氨酯、丙烯酸(酯)系树脂、聚酯、丙烯酸酯共聚物、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚-4-甲基戊烯、纤维素、纤维素酯、聚酰胺(例如，尼龙(商品名)和聚芳酰胺)、聚酰亚胺、聚酰亚胺酰胺、聚硅氧烷共聚物、环氧乙烷化合物、酚树脂、聚苯乙烯、聚碳酸酯以及环氧树脂等树脂。
氮化硅和多晶硅的研磨速度相对于二氧化硅的研磨速度的比率的下限优选为0.80以上，更优选为0.85以上，进一步优选为0.90以上，特别优选为0.95以上。氮化硅和多晶硅的研磨速度相对于二氧化硅的研磨速度的比率的上限优选为1.20以下，更优选为小于1.20，进一步优选为1.15以下，特别优选为1.10以下，极其优选为1.05以下。从上述角度来看，上述比率优选为0.80～1.20，更优选为0.80以上且小于1.20。
实施例
以下，通过实施例对本发明进行更详细地说明。其中，只要不脱离本发明的技术思想，本发明就不限定于这些实施例。例如，研磨液的材料种类及其混合比率可为本实施例所记载的种类和比率以外的种类和比率，研磨对象的组成和结构也可为本实施例记载的组成和结构以外的组成和结构。
<磨粒的准备>
准备具有表1所示物性的胶态二氧化硅A～C。
<CMP研磨液的制备>
(实施例1)
在容器中分别放入0.20质量份的表2所示的添加剂A(次氮基三亚甲基膦酸，分子量：299.05)和添加剂B(甘氨酸)。随后，注入X质量份的超纯水后，搅拌混合，以使添加剂A和添加剂B溶解。接着，加入相当于1.0质量份的胶态二氧化硅A作为二氧化硅颗粒，获得实施例1的CMP研磨液。另外，上述超纯水的X质量份是以CMP研磨液的合计成为100质量份的方式计算求得。
(实施例2～4和比较例1～7)
使用表2和表3所示的各成分，进行与实施例1相同的操作，获得实施例2～4和比较例1～7的CMP研磨液。2-膦酰基丁烷-1,2,4-三羧酸的分子量为270.13，1-羟基乙烷-1,1-二膦酸的分子量为206.03。
<评价>
(CMP研磨液的pH)
按照以下条件测定CMP研磨液的pH。结果如表2和表3所示。
测定温度：25℃
测定装置：株式会社堀场制作所(HORIBA,Ltd.)制造的Model F-51
测定方法：使用标准缓冲液(邻苯二甲酸盐pH缓冲液，pH：4.01(25℃)；中性磷酸盐pH缓冲液，pH：6.86(25℃)；硼酸盐pH缓冲液，pH：9.18(25℃))进行3点校正后，将电极放入CMP研磨液中，通过上述测定装置测量经过3分钟以上稳定后的pH。
(ζ电位)
按如下所述测定CMP研磨液中的磨粒的ζ电位。作为ζ电位测定装置，使用贝克曼库尔特(Beckman Coulter)公司制造的商品名：DELSANANO C。用纯水稀释CMP研磨液，以使得ζ电位测定装置中测定样品的散射强度变为1.0×104～5.0×104cps，获得测定样品。接着，将测定样品放入ζ电位测定用单元中，测定ζ电位。结果如表2和表3所示。
(研磨速度)
使用获得的CMP研磨液，在下述研磨条件下研磨下述3类毯覆式(blanket)基板。
[毯覆式基板]
·在硅基板上具有厚度为
Figure BDA0002380371560000141
的二氧化硅膜的毯覆式基板。
·在硅基板上具有厚度为
Figure BDA0002380371560000142
的氮化硅膜的毯覆式基板。
·在硅基板上具有厚度为
Figure BDA0002380371560000143
的多晶硅膜的毯覆式基板。
[研磨条件]
·研磨装置：CMP用研磨机Reflexion LK(由APPLIED MATERIALS公司制造)
·研磨垫：聚氨酯制造的垫Fujibo H800(富士纺(Fujibo)爱媛株式会社制造)
·研磨压力：10kPa
·平台旋转数：93rpm
·头旋转速：87rpm
·CMP研磨液的供给量：300mL/min
·研磨时间：60秒
[研磨速率和研磨选择比的计算]
使用Filmetrics株式会社制造的光干涉式膜厚测定装置(装置名称：F80)，测定研磨前后的被研磨膜(二氧化硅膜、氮化硅膜和多晶硅膜)的膜厚，算出膜厚的变化量。测定79点的膜厚，使用膜厚的平均值，算出膜厚的变化量。基于膜厚的变化量和研磨时间，根据下式算出被研磨膜的研磨速度。结果如表2和表3所示。
Figure BDA0002380371560000144
另外，计算当将二氧化硅的研磨速度设为1.00时的氮化硅和多晶硅的研磨选择比。结果如表2和表3所示。
[表1]
Figure BDA0002380371560000151
[表2]
Figure BDA0002380371560000161
[表3]
Figure BDA0002380371560000171
实施例中，可知当将二氧化硅的研磨速度设为1.00时，氮化硅和多晶硅的研磨速度为0.80～1.20，可以相对于二氧化硅非选择性地研磨氮化硅和多晶硅。
在磨粒的缔合度小的比较例1中，可知：无法相对于二氧化硅非选择性地研磨氮化硅。在磨粒的硅烷醇基密度大的比较例2中，可知：无法相对于二氧化硅非选择性地研磨氮化硅和多晶硅。在不使用膦酸化合物和氨基酸成分中的至少一者的比较例3～7中，可知：无法相对于二氧化硅非选择性地研磨氮化硅和多晶硅。

Claims (40)

1.一种研磨液，其含有：
磨粒、
分子量为210以上的膦酸化合物、
选自氨基酸和氨基酸衍生物中的至少一种氨基酸成分；
所述磨粒的硅烷醇基密度在6.5个/nm2以下，
所述磨粒的缔合度在1.5~3.0，
所述磨粒包含二氧化硅，
以研磨液的总质量为基准计，所述磨粒的含量为0.10质量％~5.0质量％，所述膦酸化合物的含量为0.005质量％~1.0质量％，所述氨基酸成分的含量为0.005质量％~1.0质量％。
2.根据权利要求1所述的研磨液，其中，所述磨粒包含胶态二氧化硅。
3.根据权利要求1或2所述的研磨液，其中，所述磨粒的硅烷醇基密度在2.0个/nm2以下。
4.根据权利要求1或2所述的研磨液，其中，所述磨粒的硅烷醇基密度在1.0个/nm2以上。
5.根据权利要求1或2所述的研磨液，其中，所述磨粒的缔合度在2.0以上。
6.根据权利要求1或2所述的研磨液，其中，所述磨粒的平均一次粒径为40nm以下。
7.根据权利要求1或2所述的研磨液，其中，所述磨粒的平均一次粒径为15nm以上。
8.根据权利要求1或2所述的研磨液，其中，所述磨粒的平均二次粒径为80nm以下。
9.根据权利要求1或2所述的研磨液，其中，所述磨粒的平均二次粒径为30nm以上。
10.根据权利要求1或2所述的研磨液，其中，所述磨粒的ζ电位为正。
11.根据权利要求1或2所述的研磨液，其中，所述磨粒的ζ电位为+16mV以下。
12.根据权利要求1或2所述的研磨液，其中，以研磨液的总质量为基准计，所述磨粒的含量为0.50质量％以上。
13.根据权利要求1或2所述的研磨液，其中，以研磨液的总质量为基准计，所述磨粒的含量为3.0质量％以下。
14.根据权利要求1或2所述的研磨液，其中，所述膦酸化合物的分子量为280以上。
15.根据权利要求1或2所述的研磨液，其中，所述膦酸化合物的分子量为350以下。
16.根据权利要求1或2所述的研磨液，其中，所述膦酸化合物中的膦酸基的数目为3以上。
17.根据权利要求1或2所述的研磨液，其中，所述膦酸化合物中的膦酸基的数目为6以下。
18.根据权利要求1或2所述的研磨液，其中，所述膦酸化合物中的膦酸基的数目为4以下。
19.根据权利要求1或2所述的研磨液，其中，所述膦酸化合物包括包含氮原子的化合物。
20.根据权利要求1或2所述的研磨液，其中，所述膦酸化合物包括叔胺化合物。
21.根据权利要求1或2所述的研磨液，其中，所述膦酸化合物具有羧基。
22.根据权利要求1或2所述的研磨液，其中，所述膦酸化合物中的羧基的数目为3以上。
23.根据权利要求1或2所述的研磨液，其中，所述膦酸化合物中的羧基的数目为6以下。
24.根据权利要求1或2所述的研磨液，其中，所述膦酸化合物中的羧基的数目为4以下。
25.根据权利要求1或2所述的研磨液，其中，所述膦酸化合物包括选自次氮基三亚甲基膦酸、2-膦酰基丁烷-1,2,4-三羧酸、4-氨基-1-羟基丁烷-1,1-二膦酸、二苯甲基膦酸、（4-溴代丁基）膦酸、（4-溴代苯基）膦酸、1,4-亚丁基二膦酸、N,N,N',N'-乙二胺四（亚甲基膦酸）、甘氨酸-N,N-双（亚甲基膦酸）、1,6-亚己基二膦酸、1,5-亚戊基二膦酸、1,4-亚苯基二膦酸、邻亚二甲苯基二膦酸、间二甲苯二膦酸、对二甲苯二膦酸以及1-羟基-2-（1-咪唑基）乙烷-1,1-二膦酸中的至少一种。
26.根据权利要求1或2所述的研磨液，其中，所述膦酸化合物包括选自次氮基三亚甲基膦酸和2-膦酰基丁烷-1,2,4-三羧酸中的至少一种。
27.根据权利要求1或2所述的研磨液，其中，以研磨液的总质量为基准计，所述膦酸化合物的含量为0.10质量％以上。
28.根据权利要求1或2所述的研磨液，其中，以研磨液的总质量为基准计，所述膦酸化合物的含量为0.50质量％以下。
29.根据权利要求1或2所述的研磨液，其中，所述氨基酸成分包括分子量为300以下的氨基酸。
30.根据权利要求1或2所述的研磨液，其中，以研磨液的总质量为基准计，所述氨基酸成分的含量为0.10质量％以上。
31.根据权利要求1或2所述的研磨液，其中，以研磨液的总质量为基准计，所述氨基酸成分的含量为0.50质量％以下。
32.根据权利要求1或2所述的研磨液，其中，所述研磨液的pH为1.0以上。
33.根据权利要求1或2所述的研磨液，其中，所述研磨液的pH为6.0以下。
34.根据权利要求1或2所述的研磨液，其中，所述研磨液的pH为2.0～5.0。
35.根据权利要求1或2所述的研磨液，其中，所述研磨液用于研磨包含二氧化硅、氮化硅以及多晶硅的被研磨面。
36.根据权利要求1或2所述的研磨液，其中，氮化硅和多晶硅的研磨速度相对于二氧化硅的研磨速度的比率为0.80～1.20。
37.根据权利要求1或2所述的研磨液，其中，氮化硅和多晶硅的研磨速度相对于二氧化硅的研磨速度的比率为0.80以上且小于1.20。
38.一种研磨液套剂，其将研磨液的构成成分分为第一液和第二液，第一液和第二液混合后会形成权利要求1～37中任一项所述的研磨液，其特征在于，
所述第一液包含所述磨粒和水，
所述第二液包含所述膦酸化合物、所述氨基酸成分和水。
39.一种研磨方法，其具备下述工序：
使用权利要求1～37中任一项所述的研磨液或者通过将权利要求38所述的研磨液套剂中的所述第一液和所述第二液混合而得到的研磨液，研磨包含二氧化硅和选自氮化硅以及多晶硅中的至少一种的被研磨面。
40.一种研磨方法，其具备下述工序：
使用权利要求1～37中任一项所述的研磨液或者通过将权利要求38所述的研磨液套剂中的所述第一液和所述第二液混合而得到的研磨液，研磨包含二氧化硅、氮化硅以及多晶硅的被研磨面。
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