DE602005002409T2

DE602005002409T2 - Wässrige Dispersion zum chemisch-mechanischen Polieren und chemisch-mechanisches Polierverfahren

Info

Publication number: DE602005002409T2
Application number: DE602005002409T
Authority: DE
Inventors: Norihiko Ikeda; Kazuo Nishimoto; Masayuki Hattori; Nobuo Kawahashi
Original assignee: JSR Corp
Current assignee: JSR Corp
Priority date: 2004-07-15
Filing date: 2005-07-13
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2025-07-14
Also published as: KR100737202B1; TW200602473A; JP4292117B2; US20060010781A1; DE602005002409D1; JP2006032611A; CN1721494A; US7550020B2; CN1324106C; TWI304090B; EP1616927A1; KR20060050146A; EP1616927B1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine wässrige Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren und auf ein chemisch-mechanisches Polierverfahren. Spezieller bezieht sich die Erfindung auf eine wässrige Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren, welche insbesondere zum chemisch-mechanischen Polieren von dünnen Isolierschichten beim Herstellungsverfahren von Halbleitervorrichtungen nützlich ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Durch eine Vergrößerung des Integrationsgrades und durch Ausbildung mehrerer Vielschichtverbindungen in Halbleitervorrichtungen sind die Speicherkapazitäten von Speichervorrichtungen stark vergrößert worden. Dies wird durch das Voranschreiten der Methoden zur Feinbearbeitung unterstützt. Trotz der Ausbildung mehrerer Vielschichtverbindungen wird allerdings die Chipgröße größer und nimmt die Anzahl an Verfahrensschritten mit dem Voranschreiten der Methoden zur Feinbearbeitung zu, was zu einer Vergrößerung der Chipkosten führt. Unter diesen Umständen ist die Methode des chemisch-mechanischen Polierens beim Polieren dünner Verfahrensschichten oder dergleichen eingeführt worden und findet Beachtung. Durch Einsatz dieser Methode des chemisch-mechanischen Polierens ist eine große Anzahl an Methoden zur Feinbearbeitung wie etwa einer Einebnung eingesetzt worden.
Als eine von solchen Methoden zur Feinbearbeitung ist die Oberflächen(rillen)isolierung, d. h. die so genannte STI-Methode (Shallow trench isolation), bekannt. Bei der STI-Methode wird ein chemisch-mechanisches Polieren durchgeführt, um das Übermaß einer auf einem Wafersubstrat ausgebildeten Isolierschicht zu entfernen. Bei diesem chemisch-mechanischen Polierverfahren ist die Planarität der polierten Oberfläche wichtig, und diesbezüglich sind verschiedene Poliermittel untersucht worden.
Z. B. offenbaren die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 5-326469/1993 und die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 9-270402/1997 , dass durch den Einsatz einer wässrigen Dispersion beim chemisch-mechanischen Polierschritt der STI, welche Ceroxid als Poliermittel einsetzt, eine hohe Entfernungsgeschwindigkeit erzielt und eine polierte Oberfläche mit vergleichsweise wenigen Polierkratzern erhalten wird. Allerdings gibt es bei der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 5-326469/1993 das Problem, dass eine große Anzahl an Polierkratzern auftritt, da anorganische Teilchen mit einem großen Durchmesser als Poliermittel eingesetzt werden. Bei der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 9-270402/1997 gibt es das Problem, dass die Entfernungsgeschwindigkeit gering ist, da Ceroxidteilchen mit einem kleinen durchschnittlichen Teilchendurchmesser als Poliermittel eingesetzt werden.
Da viel feinere und mit mehreren Vielschichtverbindungen versehene Halbleitervorrichtungen entwickelt worden sind, ist in den letzten Jahren eine weitere Verbesserung der Ausbeute oder des Durchsatzes der Halbleitervorrichtungen erforderlich gewesen. Bei dieser Anforderung ist ein Polieren erwünscht gewesen, welches im Wesentlichen keine Polierkratzer auf einer polierten Oberfläche nach einem chemisch-mechanischen Polieren hervorruft und eine hohe Entfernungsgeschwindigkeit liefert.
Bezüglich der Verringerung der Polierkratzer auf der polierten Oberfläche ist berichtet worden, dass oberflächenaktive Mittel wie etwa Chitosanacetat, Dodecylamin und Polyvinylpyrrolidon wirksam sind (siehe z. B. offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2000-109809 , offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2001-7061 und offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2001-185514 ). Entsprechend diesen Berichten sind die vorstehenden oberflächenaktiven Mittel zur Verringerung der Polierkratzer wirksam. Allerdings wird die Entfernungsgeschwindigkeit verringert, und eine Verbesserung des Durchsatzes ist noch nicht erzielt worden.
Des Weiteren ist bezüglich eines Polierverfahrens, um die Polierkratzer auf der polierten Oberfläche zu verringern und eine hohe Entfernungsgeschwindigkeit zu liefern, berichtet worden, dass ein Polierverfahren wirksam ist, bei dem Ceroxidteilchen moderat zu einem spezifischen durchschnittlichen Teilchendurchmesser aggregiert sind und die Aggregate im stabilen Zustand gehalten werden (siehe z. B. offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2000-252245 ). Darüber hinaus ist berichtet worden, dass eine wässrige Dispersion, welche anorganische Teilchen und Polymerteilchen mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von nicht größer als jenem der anorganischen Teilchen aufweist, und eine wässrige Dispersion, welche anorganische Poliermittel und anionische organische Teilchen aufweist, wirksam sind (siehe z. B. offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2002-204353 und offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2001-323256 ). Bei einigen Materialien der polierten Oberflächen tritt allerdings durch den Einsatz des Verfahrens oder der wässrigen Dispersionen manchmal eine große Anzahl an Polierkratzern auf oder eine ausreichende Entfernungsgeschwindigkeit kann manchmal nicht erzielt werden.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist im Lichte der vorstehend erwähnten STI-Methode gemacht worden, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine wässrige Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren, welche das Auftreten von Polierkratzern unterdrücken kann, ohne die Entfernungsgeschwindigkeit zu verringern, sowie ein chemisch-mechanisches Polierverfahren zur Beseitigung einer überschüssigen dünnen Isolierschicht durch den Einsatz der wässrigen Dispersion in dem Oberflächenrillenisolierverfahren bereitzustellen.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die wässrige Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren gemäß der vorliegenden Erfindung weist Poliermittel in einer Konzentration von nicht mehr als 1,5 Massenprozent auf, wobei die Poliermittel Verbundteilchen umfassen, welche durch Vermengen von Ceroxid und kationischen organischen Teilchen erhalten sind, und einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser in Dispersion von nicht kleiner als 1,0 μm aufweisen, wobei die Menge der vermengten kationischen organischen Teilchen nicht mehr als 100 Gewichtsteile relativ zu 100 Gewichtsteilen des Ceroxids ausmacht.
Bevorzugt weist die wässrige Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren des Weiteren ein anionisches wasserlösliches organisches Polymer auf.
Das Verfahren zur Herstellung der wässrigen Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren der vorliegenden Erfindung weist bevorzugt ein Vermengen einer Wasserdispersion, welche Ceroxid mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser in Dispersion von kleiner als 1,0 μm in einer Menge von 100 Gewichtsteilen bezüglich des Ceroxids aufweist, mit einer Wasserdispersion auf, welche kationische organische Teilchen mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser in Dispersion von kleiner als 1,0 μm in einer Menge von nicht mehr als 100 Gewichtsteilen bezüglich der kationischen organischen Teilchen umfasst.
Das chemisch-mechanische Polierverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Polieren einer dünnen Isolierschicht unter Einsatz der wässrigen Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren auf.
Die dünne Isolierschicht ist bevorzugt eine dünne PETEOS-Schicht, eine dünne HDP-Schicht, eine dünne, durch ein thermisches CVD-Verfahren erhaltene Siliciumoxidschicht, eine dünne Schicht aus Borphosphorsilicat oder eine dünne Schicht aus einem mit Fluor dotierten Silicatglas.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
<Wässrige Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren>
Jede Komponente der wässrigen Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren der Erfindung wird nachstehend detailliert beschrieben.
Die in der wässrigen Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren der Erfindung enthaltenen Poliermittel weisen Ceroxid auf und haben einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser in Dispersion von nicht kleiner als 1,0 μm.
Die Poliermittel, welche Ceroxid aufweisen und einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser in Dispersion von nicht kleiner als 1,0 μm haben, können irgendwelche Poliermittel sein, solange diese Anforderungen erfüllt sind, und z. B. sind die Poliermittel bevorzugt Verbundteilchen, welche Ceroxid und kationische organische Teilchen aufweisen.
Das Ceroxid kann z. B. durch Erhitzen einer vierwertigen Cerverbindung in einer oxidierenden Atmosphäre erhalten werden. Die vierwertige Cerverbindung, welche eine Ausgangssubstanz für das Ceroxid ist, ist z. B. Cerhydroxid, Cercarbonat oder Ceroxalat.
Das Ceroxid weist einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser in Dispersion von kleiner als 1,0 μm, bevorzugt nicht kleiner als 0,01 μm und kleiner als 1,0 μm, mehr bevorzugt nicht kleiner als 0,02 μm und nicht größer als 0,7 μm und noch mehr bevorzugt nicht kleiner als 0,04 μm und nicht größer als 0,5 μm auf. Durch den Einsatz des Ceroxids mit einem durchschnittlich Teilchendurchmesser in Dispersion innerhalb dieses Bereiches können Poliermittel erhalten werden, welche einen hervorragenden Ausgleich zwischen der Entfernungsgeschwindigkeit und der Dispersionsstabilität in einer wässrigen Dispersion aufweisen. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser in Dispersion kann durch ein Verfahren mit dynamischer Lichtstreuung, Diffraktometrie mit Laserstreuung, Betrachtung mit einem Transmissionselektronenmikroskop oder dergleichen gemessen werden. Von diesen Verfahren ist die Messung durch Diffraktometrie mit Laserstreuung bevorzugt, da dieses Verfahren leicht und einfach ist.
Das Ceroxid weist eine spezifische Oberfläche von bevorzugt 5 bis 100 m²/g, mehr bevorzugt 10 bis 70 m²/g und noch mehr bevorzugt 10 bis 30 m²/g auf. Durch den Einsatz des Ceroxids mit einer spezifischen Oberfläche in diesem Bereich können Poliermittel erhalten werden, welche eine hervorragende Planarität liefern können.
Die kationischen organischen Teilchen sind organische Teilchen mit einem kationischen Rest innerhalb der Teilchen. Beispiele für die kationischen Reste schließen Reste ein, welche durch die folgenden Formeln (1) bis (4) dargestellt werden. -NR₂ (1) =NR (2) -NR'NR₂ (3)
In den vorstehenden Formeln ist jedes R unabhängig ein Wasserstoffatom, eine aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen oder eine Arylgruppe mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen, und jedes R ist bevorzugt ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, mehr bevorzugt ein Wasserstoffatom oder eine Methylgruppe. R' ist ein Wasserstoffatom, eine aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen oder eine Arylgruppe mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen.
Die kationischen organischen Teilchen unterliegen keiner speziellen Beschränkung, solange sie solch einen vorstehend beschriebenen kationischen Rest aufweisen, und z. B. sind Polymerteilchen, welche solch einen kationischen Rest wie vorstehend aufweisen, Polymerteilchen, an welche ein oberflächenaktives Mittel mit einem kationischen Rest anhaftet, und dergleichen bevorzugt einsetzbar.
Wenn die kationischen organischen Teilchen Polymerteilchen mit einem kationischen Rest sind, kann der kationische Rest entweder in der Seitenkette oder am Ende des Polymers oder in beiden Positionen vorliegen.
Das Polymer mit einem kationischen Rest in der Seitenkette kann durch Homopolymerisation eines kationischen Monomers, durch Copolymerisation von 2 oder mehr kationischen Monomeren oder durch Copolymerisation eines kationischen Monomers und eines weiteren Monomers erhalten werden.
Das kationische Monomer ist z. B. ein (Meth)acrylsäureester, der eine Aminoalkylgruppe enthält, ein (Meth)acrylsäureester, der eine Aminoalkoxyalkylgruppe enthält, oder ein (Meth)acrylsäureamid, das eine N-Aminoalkylgruppe enthält.
Beispiele für die (Meth)acrylsäureester, die eine Aminoalkylgruppe enthalten, schließen 2-Dimethylaminoethyl(meth)acrylat, 2-Diethylaminoethyl(meth)acrylat, 2-Dimethylaminopropyl(meth)acrylat und 3-Dimethylaminopropyl(meth)acrylat ein.
Beispiele für die (Meth)acrylsäureester, die eine Aminoalkoxyalkylgruppe enthalten, schließen 2-(Dimethylaminoethoxy)ethyl(meth)acrylat, 2-(Diethylaminoethoxy)ethyl(meth)acrylat und 3-(Dimethylaminoethoxy)propyl(meth)acrylat ein.
Beispiele für die (Meth)acrylsäureamide, die eine N-Aminoalkylgruppe enthalten, schließen N-(2-Dimethylaminoethyl)(meth)acrylamid, N-(2-Diethylaminoethyl)(meth)acrylamid, N-(2-Dimethylaminopropyl)(meth)acrylamid und N-(3-Dimethylaminopropyl)(meth)acrylamid ein.
Von diesen Monomeren sind 2-Dimethylaminoethyl(meth)acrylat, N-(2-Dimethylaminoethyl)(meth)acrylamid und N-(3-Dimethylaminopropyl)(meth)acrylamid bevorzugt.
Das kationische Monomer kann in der Form eines Salzes vorliegen, wobei Methylchlorid, Dimethylsulfat, Diethylsulfat oder dergleichen zu dem kationischen Monomer zugegeben ist. Wenn das kationische Monomer in der Form solch eines Salzes vorliegt, ist ein Salz bevorzugt, bei dem Methylchlorid zu dem kationischen Monomer zugegeben ist. Das andere Monomer ist z. B. eine aromatische Vinylverbindung, eine ungesättigte Nitrilverbindung, ein (Meth)acrylsäureester (ausgenommen ein (Meth)acrylsäureester, welcher dem vorstehend erwähnten kationischen Monomer entspricht), eine konjugierte Dienverbindung, ein Carbonsäurevinylester oder eine Vinylhalogenid.
Beispiele für die aromatischen Vinylverbindungen schließen Styrol, α-Methylstyrol, p-Methylstyrol und Styrolhalogenid ein.
Beispiele für die ungesättigten Nitrilverbindungen schließen Acrylnitril ein.
Beispiele für die (Meth)acrylsäureester (mit Ausnahme jener, die den kationischen Monomeren entsprechen) schließen Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, Butyl(meth)acrylat, Cyclohexyl(meth)acrylat, 2-Ethylhexyl(meth)acrylat, Lauryl(meth)acrylat, Glycidyl(meth)acrylat und 2-Hydroxyethyl(meth)acrylat ein.
Beispiele für die konjugierten Dienverbindungen schließen Butadien und Isopren ein.
Beispiele für die Carbonsäurevinylester schließen Vinylacetat ein.
Beispiele für die Vinylhalogenide schließen Vinylchlorid und Vinylidenchlorid ein.
Von diesen Monomeren sind Styrol, α-Methylstyrol, Acrylnitril, Methylmethacrylat, Butylmethacrylat und 2-Hydroxyethylacrylat bevorzugt.
Des Weiteren kann, wenn erforderlich, ein Monomer mit 2 oder mehr polymerisierbaren ungesättigten Bindungen copolymerisiert werden.
Beispiele für solche Monomere schließen Divinylbenzol, Divinylbiphenyl, Ethylenglycoldi(meth)acrylat, Diethylenglycoldi(meth)acrylat, Triethylenglycoldi(meth)acrylat, Tetraethylenglycoldi(meth)acrylat, Propylenglycoldi(meth)acrylat, Dipropylenglycoldi(meth)acrylat, Tripropylenglycoldi(meth)acrylat, Tetrapropylenglycoldi(meth)acrylat, 1,4-Butandioldi(meth)acrylat, 1,6-Hexandioldi(meth)acrylat, Neopentylglycoldi(meth)acrylat, 2,2'-Bis[4-(meth)acryloyloxypropioxyphenyl]propan, 2,2'-Bis[4-(meth)acryloyloxydiethoxydiphenyl]propan, Glycerintri(meth)acrylat, Trimethylolpropantri(meth)acrylat und Pentaerythritoltetra(meth)acrylat ein.
Von diesen sind Divinylbenzol, Ethylenglycoldimethacrylat und Trimethylolpropantri(meth)acrylat bevorzugt.
Wenn die kationischen organischen Teilchen Teilchen aus einem Copolymer eines kationischen Monomers und eines weiteren Monomers sind, liegt die Menge des als Ausgangssubstanz eingesetzten kationischen Monomers im Bereich von bevorzugt 1 bis 60 Massenprozent und mehr bevorzugt 1 bis 20 Massenprozent, basierend auf der Gesamtmenge der Monomere.
Das vorstehende Polymer kann durch ein öffentlich bekanntes Verfahren unter Einsatz eines radikalischen Polymerisationsstarters hergestellt werden. Beispiele für die radikalischen Polymerisationsstarter schließen Benzoylperoxid, Kaliumpersulfat, Ammoniumpersulfat und 2,2'-Azobisisobutyronitril ein.
Das Polymer mit einem kationischen Rest am Ende kann hergestellt werden, indem als Polymerisationsstarter ein Polymerisationsstarter mit einem Rest eingesetzt wird, der an dem Ende eines Polymers verbleibt und zu einem kationischen Rest wird (hiernach manchmal als "kationischer Polymerisationsstarter" bezeichnet). Bei der Herstellung kann ein Polymer mit kationischen Resten sowohl in der Seitenkette als auch am Ende des Polymers durch eine Polymerisation erhalten werden, bei der ein kationisches Monomer als Teil oder insgesamt für die Ausgangsmonomere eingesetzt wird, z. B. durch eine Homopolymerisation oder Copolymerisation des kationischen Monomers, oder durch eine Copolymerisation des kationischen Monomers und eines weiteren, vorstehend erwähnten Monomers. Ein Polymer mit einem kationischen Rest nur am Ende des Polymers kann durch eine Polymerisation erhalten werden, bei der ein nicht kationisches als Ausgangsmonomer eingesetzt wird, z. B. durch Homopolymerisation oder Copolimerisation eines Monomers, welches von dem vorstehenden kationischen Monomer verschieden ist. Des Weiteren kann bei den vorstehenden Polymerisationen, wenn erforderlich, ein Monomer mit 2 oder mehr polymerisierbaren ungesättigten Bindungen copolymerisiert werden.
Beispiele für die kationischen Polymerisationsstarter schließen 2,2'-Azobis(2-methyl-N-phenylpropionamidin)dihydrochlorid (käuflich erhältlich von Wako Pure Chemical Industries, Ltd. unter der Handelsbezeichnung "VA-545"), 2,2'-Azobis[N-(4- chlorphenyl)-2-methylpropionamidin]dihydrochlorid (käuflich erhältlich von Wako Pure Chemical Industries, Ltd. unter der Handelsbezeichnung "VA-546"), 2,2'-Azobis[N-(4-hydroxyphenyl)-2-methylpropionamidin]dihydrochlorid (käuflich erhältlich von Wako Pure Chemical Industries, Ltd. unter der Handelsbezeichnung "VA-548"), 2,2'-Azobis[2-methyl-N-(phenylmethyl)propionamidin]dihydrochlorid (käuflich erhältlich von Wako Pure Chemical Industries, Ltd. unter der Handelsbezeichnung "VA-552"), 2,2'-Azobis[2-methyl-N-(2-propenyl)propionamidin]dihydrochlorid (käuflich erhältlich von Wako Pure Chemical Industries, Ltd. unter der Handelsbezeichnung "VA-553"), 2,2'-Azobis(2-methylpropionamidin)dihydrochlorid (käuflich erhältlich von Wako Pure Chemical Industries, Ltd. unter der Handelsbezeichnung "VA-50"), 2,2'-Azobis[N-(2-hydroxyethyl)-2-methylpropionamidin]dihydrochlorid (käuflich erhältlich von Wako Pure Chemical Industries, Ltd. unter der Handelsbezeichnung "VA-558"), 2,2'-Azobis[N-(2-carboxyethyl)-2-methylpropionamidin]hydrat (käuflich erhältlich von Wako Pure Chemical Industries, Ltd. unter der Handelsbezeichnung "VA-057"), 2,2'-Azobis[2-methyl-(5-methyl-2-imidazolin-2-yl)propan]dihydrochlorid (käuflich erhältlich von Wako Pure Chemical Industries, Ltd. unter der Handelsbezeichnung "VA-041"), 2,2'-Azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propan]dihydrochlorid (käuflich erhältlich von Wako Pure Chemical Industries, Ltd. unter der Handelsbezeichnung "VA-044"), 2,2'-Azobis[2-(4,5,6,7-tetrahydro-1H-1,3-diazepin-2-yl)propan]dihydrochlorid (käuflich erhältlich von Wako Pure Chemical Industries, Ltd. unter der Handelsbezeichnung "VA-054"), 2,2'-Azobis[2-(3,4,5,6-tetrahydropyrimidin-2-yl)propan]dihydrochlorid (käuflich erhältlich von Wako Pure Chemical Industries, Ltd. unter der Handelsbezeichnung "VA-058"), 2,2'-Azobis[2-(5-hydroxy-3,4,5,6-tetrahydropyrimidin-2-yl)propan]dihydrochlorid (käuflich erhältlich von Wako Pure Chemical Industries, Ltd. unter der Handelsbezeichnung "VA-059"), 2,2'-Azobis{2-[1-(2-hydroxyethyl)-2-imidazolin-2-yl]propan}dihydrochlorid (käuflich erhältlich von Wako Pure Chemical Industries, Ltd. unter der Handelsbezeichnung "VA-060") und 2,2'-Azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propan]dihydrochlorid (käuflich erhältlich von Wako Pure Chemical Industries, Ltd. unter der Handelsbezeichnung "VA-061") ein.
Von diesen Startern werden 2,2'Azobis(2-methylpropionamidin)dihydrochlorid (Handelsbezeichnung "V-50"), 2,2'-Azobis[N-(2-carboxylethyl)-2-methylpropionamidin]hydrat (Handelsbezeichnung "VA-057") oder 2,2'-Azobis[2-(2-imidazolin-2-yl)propan]dihydrochlorid (Handelsbezeichnung "VA-044") bevorzugt eingesetzt.
In dem Fall, dass die kationischen organischen Teilchen Polymerteilchen sind, an welchen ein oberflächenaktives Mittel mit einem kationischen Rest anhaftet, weist das Polymer bevorzugt einen neutralen oder anionischen Rest auf. Solch ein Polymer kann durch Homopolymerisation eines weiteren, vorstehend erwähnten Monomers oder eines Monomers mit einem anionischen Rest oder durch Copolymerisation von 2 oder mehr Monomeren eines weiteren Monomers, eines Monomers mit 2 oder mehr polymerisierbaren ungesättigten Bindungen und eines Monomers mit einem anionischen Rest durch ein öffentlich bekanntes Verfahren unter Einsatz des vorstehend genannten radikalischen Polymersationstarters (welcher nicht der vorstehend genannte kationische Polymerisationsstarter ist) hergestellt werden.
Für das Monomer mit einem anionischen Rest ist z. B. der vorstehend genannte Carbonsäurevinylester einsetzbar. Das Monomer mit einem anionischen Rest wird hier in einer Menge von bevorzugt 1 bis 60 Massenprozent und mehr bevorzugt 1 bis 30 Massenprozent eingesetzt, basierend auf der Gesamtmenge der Monomere.
Beispiele für die oberflächenaktiven Mittel mit einem kationischen Rest schließen Alkylpyridinylchlorid, Alkylaminacetat, Alkylammoniumchlorid, Alkylamin und reaktive kationische oberflächenaktive Mittel ein, wie sie in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 60-235631/1985 beschrieben werden, wie etwa Diallylammoniumhalogenid.
Das oberflächenaktive Mittel mit einem kationischen Rest wird in einer Menge von bevorzugt 10 bis 300 Massenteilen und mehr bevorzugt 10 bis 100 Massenteilen eingesetzt, basierend auf 100 Massenteilen des Polymers.
Man kann das oberflächenaktive Mittel durch ein zweckmäßiges Verfahren dazu bringen, an dem Polymer anzuhaften. Z. B. wird eine Polymerteilchen enthaltende Dispersion zubereitet, und zu der Dispersion wird eine Lösung eines oberflächenaktiven Mittels zugegeben, wodurch das oberflächenaktive Mittel an dem Polymer angehaftet werden kann.
Die kationischen organischen Teilchen weisen einen durchschnittlich Teilchendurchmesser in Dispersion von bevorzugt kleiner als 1,0 μm, mehr bevorzugt nicht kleiner als 0,02 und kleiner als 1,0 μm und insbesondere bevorzugt nicht kleiner als 0,04 und nicht größer als 0,6 μm auf. Des Weiteren weist der durchschnittliche Teilchendurchmesser in Dispersion der kationischen organischen Teilchen bevorzugt nahezu das gleiche Niveau wie jener des Ceroxids auf und beträgt mehr bevorzugt 60 bis 200% des durchschnittlichen Teilchendurchmesser in Dispersion des Ceroxids. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser in Dispersion kann durch ein Verfahren mit dynamischer Lichtstreuung, durch Diffraktometrie mit Laserstreuung, durch Betrachtung mit einem Transmissionselektronenmikroskop oder dergleichen gemessen werden.
Die in der wässrigen Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren der Erfindung enthaltenen Poliermittel können erhalten werden, indem das Ceroxid mit den kationischen organischen Teilchen vermengt wird. Das Vermengen des Ceroxids mit den kationischen organischen Teilchen kann durch irgendeines der folgenden Verfahren erfolgen. (1) Eine das Ceroxid enthaltende wässrige Dispersion und eine die kationischen organischen Teilchen enthaltende wässrige Dispersion werden unabhängig zubereitet und diese wässrigen Dispersionen werden vermengt. (2) Eine wässrige Dispersion, welche eines von dem Ceroxid und den kationischen organischen Teilchen enthält, wird zubereitet, und zu der wässrigen Dispersion wird das andere in der Form eines Feststoffs (oder eines Pulvers) zugegeben. (3) Die beiden Komponenten, welche beide in der Form eines Feststoffs (oder eines Pulvers) vorliegen, werden vermengt und die Mischung wird in einem wässrigen Medium dispergiert. Von diesen Verfahren ist das Verfahren (1) bevorzugt.
Im Falle des Verfahrens (1) ist es möglich, dass eine wässrige Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren, welche durch vorausgehendes Vermengen einer das Ceroxid enthaltenden wässrigen Dispersion mit einer die kationischen organischen Teilchen enthaltenden wässrigen Dispersion hergestellt ist, für chemisch-mechanisches Polieren eingesetzt wird, oder es ist auch möglich, dass eine das Ceroxid enthaltende wässrige Dispersion und eine die kationischen organischen Teilchen enthaltende wässrige Dispersion zubereitet werden und sie miteinander in einer Leitung eines Gerätes zum chemisch-mechanischen Polieren oder auf einem Polierbelag miteinander in Kontakt gebracht und dadurch vermengt werden, um Poliermittel zu erzeugen.
Die eingesetzte Menge der kationischen organischen Teilchen beträgt nicht mehr als 100 Massenteile, bevorzugt 1 bis 100 Massenteile, mehr bevorzugt 1 bis 50 Massenteile und noch mehr bevorzugt 1 bis 20 Massenteile, basierend auf 100 Massenteilen des Ceroxids.
Die wie vorstehend erhaltenen Poliermittel weisen Ceroxid auf und haben einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser in Dispersion von nicht kleiner als 1,0 μm. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser in Dispersion beträgt bevorzugt 1,0 bis 10 μm, mehr bevorzugt 1,0 bis 5,0 μm und noch mehr bevorzugt 1 bis 2,5 μm. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser in Dispersion kann durch ein Verfahren mit dynamischer Lichtstreuung, durch Diffraktometrie mit Laserstreuung, durch Betrachtung mit einem Transmissionselektronenmikroskop oder dergleichen gemessen werden.
Das Ceroxid bildet bevorzugt zusammen mit den kationischen organischen Teilchen Verbundteilchen aus. Die Ausbildung der Verbundteilchen ist nicht speziell beschränkt, und das Ceroxid und die kationischen organischen Teilchen, welche ein unterschiedliches Vorzeichen des Zetapotenzials aufweisen, sind bevorzugt durch elektrostatische Kraft verbunden. Die Ausbildung der Verbundteilchen kann durch eine Zunahme des durchschnittlichen Teilchendurchmessers in Dispersion der Poliermittel relativ zu einem jeden des Ceroxids und der kationischen organischen Teilchen beobachtet werden.
Die wässrige Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren der Erfindung weist die Poliermittel in einer Menge von nicht mehr als 1,5 Massenprozent auf. Der Gehalt beträgt bevorzugt 0,1 bis 1,5 Massenprozent und mehr bevorzugt 0,5 bis 1,0 Massenprozent.
Die wässrige Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren der Erfindung weist die Poliermittel auf, welche Ceroxid aufweisen und einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser in Dispersion von nicht kleiner als 1,0 μm haben, und zusätzlich kann ein wasserlösliches organisches Polymer mit anionischen Gruppen, eine Säure, eine Base oder dergleichen beliebig zugegeben sein.
Das wasserlösliche organische Polymer mit anionischen Gruppen kann zugegeben sein, um die Dispersionsstabilität der Poliermittel zu verbessern und gleichzeitig das Auftreten von Oberflächenfehlern einer polierten Oberfläche weiter zu verringern. Beispiele für die anionischen Gruppen schließen eine Carboxylgruppe und eine Sulfongruppe ein.
Das wasserslösliche organische Polymer mit Carboxylgruppen als anionischen Gruppen ist z. B. eine Polyglutaminsäure oder ein (Co)polymer einer ungesättigten Carbonsäure. Das wasserlösliche organische Polymer mit Sulfongruppen als anionischen Gruppen ist z. B. ein (Co)polymer eines ungesättigten Monomers mit Sulfongruppen.
Das (Co)polymer einer ungesättigten Carbonsäure ist ein Homopolymer einer ungesättigten Carbonsäure oder ein Copolymer einer ungesättigten Carbonsäure und eines weiteren Monomers. Die ungesättigte Carbonsäure ist z. B. (Meth)acrylsäure. Das andere Monomer ist z. B. (Meth)acrylamid, (Meth)acrylsäureester, Styrol, Butadien oder Isopren. Beispiele für die (Meth)acrylsäureester schließen Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat und Benzyl(meth)acrylat ein.
Das (Co)polymer des ungesättigten Monomers mit Sulfongruppen ist ein Homopolymer eines ungesättigten Monomers mit Sulfongruppen oder ein Copolymer eines ungesättigten Monomers mit Sulfongruppen und eines weiteren Monomers. Beispiele für die ungesättigten Monomere mit Sulfongruppen schließen Stryolsulfonsäure, Naphthalinsulfonsäure und Isoprensulfonsäure ein. Für das weitere Monomer kann das gleiche Monomer eingesetzt werden, wie es vorausgehend beispielhaft als Ausgangssubstanz für das Copolymer der ungesättigten Carbonsäure angegeben wurde.
Von den vorstehenden wasserlöslichen organischen Polymeren mit anionischen Gruppen werden bevorzugt (Co)polymere der ungesättigten Carbonsäure eingesetzt, und insbesondere bevorzugt wird Poly(meth)acrylsäure eingesetzt.
Für das wasserlösliche organische Polymer mit anionischen Gruppen kann ein Polymer eingesetzt werden, bei dem ein Teil oder alle der enthaltenden anionischen Gruppen Salze bilden. In diesem Fall ist das Gegenion z. B. ein Ammoniumion, ein Alkylammoniumion oder ein Kaliumion.
Das wasserlösliche organische Polymer mit anionischen Gruppen, welches in der wässrigen Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren der Erfindung enthalten ist, weist, ausgedrückt als Polyethylenglycol, ein gewichtgemitteltes Molekulargewicht, gemessen durch Gelpermeationschromatographie unter Einsatz von Wasser als Lösungsmittel, von bevorzugt 3000 bis 30000, mehr bevorzugt 4000 bis 20000 und noch mehr bevorzugt 5000 bis 11000 auf. Durch den Einsatz des wasserlöslichen Polymers mit anionischen Gruppen und mit einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht in diesem Bereich zeigt sich die Wirkung, dass die Dispersionsstabilität der Poliermittel verbessert wird und dass gleichzeitig ein Auftreten von Oberflächenfehlern einer polierten Oberfläche weitergehend verringert wird.
Zu der wässrigen Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren der Erfindung ist das wasserlösliche organische Polymer mit anionischen Gruppen in einer Menge von bevorzugt nicht mehr als 600 Massenteilen, mehr bevorzugt 60 bis 600 Massenteilen, noch mehr bevorzugt 60 bis 500 Massenteilen und insbesondere bevorzugt 60 bis 450 Massenteilen relativ zu 100 Massenteilen der Poliermittel zugegeben, welche Ceroxid aufweisen und einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser in Dispersion von nicht kleiner als 1,0 μm haben. Durch den Einsatz des wasserlöslichen Polymers in einer Menge innerhalb dieses Bereichs kann eine wässrige Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren erhalten werden, welche einen hervorragenden Ausgleich zwischen der Dispersionsstabilität der Poliermittel und der Entfernungsgeschwindigkeit aufweist.
Die Säure kann zugegeben sein, um den pH einzustellen, und kann die Stabilität der wässrigen Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren der Erfindung verstärken und kann des Weiteren die Entfernungsgeschwindigkeit verbessern. Die Säure ist nicht speziell beschränkt, und irgendeine von einer organischen Säure und einer anorganischen Säure kann eingesetzt werden.
Beispiele für die organischen Säuren schließen Paratoluolsulfonsäure, Isoprensulfonsäure, Gluconsäure, Milchsäure, Zitronensäure, Weinsäure, Äpfelsäure, Glycolsäure, Malonsäure, Ameisensäure, Oxalsäure, Bernsteinsäure, Fumarsäure, Maleinsäure und Phthalsäure ein. Beispiele für die anorganischen Säuren schließen Salpetersäure, Salzsäure und Schwefelsäure ein. Diese organischen Säuren und anorganischen Säuren können einzeln oder in einer Kombination von 2 oder mehreren Arten eingesetzt werden. Des Weiteren können eine organische Säure und eine anorganische Säure in Kombination eingesetzt werden.
Die Säure wird in einer Menge von bevorzugt nicht mehr als 2 Massenprozent und mehr bevorzugt nicht mehr als 1 Massenprozent eingesetzt, basierend auf 100 Massenprozenten der wässrigen Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren.
Die Base kann zugegeben sein, um den pH einzustellen und um die Dispergierbarkeit der Poliermittel und die Entfernungsgeschwindigkeit weiter zu verbessern. Die Base ist nicht speziell beschränkt, und irgendeine von einer organischen Base und einer anorganischen Base kann eingesetzt werden.
Beispiele für die organischen Basen schließen stickstoffhaltige organische Verbindungen wie etwa Ethylendiamin und Ethanolamin ein. Beispiele für die anorganischen Basen schließen Ammoniak, Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid und Lithiumhydroxid ein. Diese organischen Basen und anorganischen Basen können einzeln oder in einer Kombination von zwei oder mehr Sorten eingesetzt werden. Des Weiteren können eine organische Base und eine anorganische Base in Kombination eingesetzt werden.
Die Base wird in einer Menge von bevorzugt nicht mehr als 1 Massenprozent und mehr bevorzugt nicht mehr als 0,5 Massenprozent eingesetzt, basierend auf 100 Massenprozent der wässrigen Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren.
Die wässrige Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren der Erfindung wird so zubereitet, dass die vorstehend erwähnten Inhaltsstoffe in einem zweckmäßigen Medium dispergiert oder gelöst sind. Das für die wässrige Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren der Erfindung eingesetzte Medium ist z. B. Wasser, ein gemischtes Medium aus Wasser und einem Alkohol oder ein gemischtes Medium aus Wasser und einem organischen Lösungsmittel, welches kein Alkohol ist. Beispiele für die Alkohole schließen Methanol und Ethanol ein. Es ist bevorzugt, für das Medium der wässrigen Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren der Erfindung Wasser einzusetzen.
Die wässrige Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren weist einen pH von bevorzugt 4 bis 12 auf. Wenn der pH in diesem Bereich liegt, hat die wässrige Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren eine hohe Entfernungsgeschwindigkeit und kann eine polierte Oberfläche mit verringerten Polierkratzern liefern, und darüber hinaus weist die wässrige Dispersion selber eine hervorragende Stabilität auf.
Die wässrige Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren der Erfindung kann so zubereitet sein, dass alle der vorstehend erwähnten Inhaltsstoffe jeweils in der vorstehend genannten empfohlenen Menge enthalten sind, oder kann so zubereitet sein, dass ein Konzentrat die vorstehend genannten Mischungsverhältnisse einhält und vor der Verwendung für das chemisch-mechanische Polieren verdünnt wird.
In dem Fall, dass die wässrige Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren als Konzentrat zubereitet ist, ist es im Hinblick auf die Langzeitstabilität der wässrigen Dispersion bevorzugt, die Menge der Poliermittel auf nicht mehr als 20 Massenprozent einzuregeln.
<Chemisch-mechanisches Polierverfahren>
Das chemisch-mechanische Polierverfahren der Erfindung besteht darin, eine dünne Isolierschicht unter Einsatz der wässrigen Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren zu polieren. Spezieller können z. B. das Polieren von dünnen Isolierschichten in einem Oberflächenrillenisolierverfahren (STI-Verfahren) oder das Polieren von dünnen Isolierzwischenschichten mehrschichtiger Leitungssubstrate erwähnt werden.
Beispiele für die dünnen Isolierschichten, welche in dem STI-Verfahren poliert werden, und für die dünnen Isolierschichten der mehrschichtigen Leitungssubstrate schließen eine dünne, thermisch oxidierte Schicht, eine dünne PETEOS-Schicht (dünne, mit Plasma verstärkte TEOS-Schicht), eine dünne HDP-Schicht (dünne, mit hochdichtem Plasma verstärkte TEOS-Schicht) und eine dünne, durch ein thermisches CVD-Verfahren erhaltene Siliciumoxidschicht, eine dünne Schicht aus Borphosphorsilicat (dünne BPSG-Schicht), eine FSG (mit Fluor dotiertes Silicatglas) genannte dünne Isolierschicht, welche durch Dotieren von SiO₂ mit Fluor erhalten wird, eine dünne Isolierschicht auf Siliciumoxidbasis mit niedriger dielektrischer Konstante sowie eine dünne Isolierschicht mit niedriger dielektrischer Konstante ein, welche ein organisches Polymer als Ausgangssubstanz einsetzt.
Die dünne, thermisch oxidierte Schicht ist eine dünne Schicht, welche erzeugt wird, indem Silicium bei hoher Temperatur einer oxidierenden Atmosphäre ausgesetzt wird, um Silicium und Sauerstoff oder Silicium und Wasser chemischen reagieren zu lassen.
Die dünne PETEOS-Schicht ist eine dünne Schicht, welche durch chemische Dampfabscheidung unter Einsatz von Tetraethylorthosilicat (TEOS) als Ausgangssubstanz und unter Ausnutzung von Plasma als beschleunigende Bedingungen erzeugt wird.
Die dünne HDP-Schicht ist eine dünne Schicht, welche durch chemische Dampfabscheidung unter Einsatz von Tetraethylorthosilicat (TEOS) als Ausgangssubstanz und unter Ausnutzung eines hochdichten Plasmas als beschleunigenden Bedingungen erzeugt wird.
Die dünne, durch ein thermisches CVD-Verfahren erhaltene Siliciumoxidschicht ist eine dünne Schicht, welche durch ein CVD-Verfahren bei Atmosphärendruck (AP-CVD-Verfahren) oder ein CVD-Verfahren unter geringem Druck (LP-CVD-Verfahren) erhalten wird.
Die dünne Schicht aus Borphosphorsilicat (dünne BPSG-Schicht) ist eine dünne Schicht, welche durch ein CVD-Verfahren bei Atmosphärendruck (AP-CVD-Verfahren) oder durch ein CVD-Verfahren bei geringem Druck (LP-CVD-Verfahren) erzeugt wird.
Die dünne Isolierschicht, welche mit FSG bezeichnet wird, ist eine dünne Schicht, welche durch chemische Dampfabscheidung unter Einsatz eines hochdichten Plasmas als beschleunigenden Bedingungen erzeugt wird.
Die dünne Isolierschicht auf Siliciumoxidbasis mit niedriger dielektrischer Konstante kann erhalten werden, indem ein Substrat z. B. durch ein Schleuderbeschichtungsverfahren mit einer Ausgangssubstanz beschichtet und dann das Substrat in einer oxidierenden Atmosphäre erhitzt wird. Beispiele für die dünnen Isolierschichten auf Siliciumoxidbasis mit niedriger dielektrischer Konstante, die wie vorstehend erhalten werden, schließen eine dünne HSQ-Schicht (dünne Wasserstoffsilsesquioxanschicht), welche Triethoxysilan als Ausgangssubstanz einsetzt, eine dünne MSQ-Schicht (dünne Methylsilsesquioxanschicht), welche Tetraethoxysilan und eine geringe Menge Methyltrimethoxysilan als Ausgangssubstanzen einsetzt, und eine dünne Isolierschicht mit geringer dielektrischer Konstante ein, welche eine andere Silanverbindung als Rohmaterial einsetzt. Zudem ist eine dünne Isolierschicht mit einer viel tieferen dielektrischen Konstante, welche erhalten wird, indem geeignete organische Polymerteilchen bei der Herstellung einer dünnen Isolierschicht mit niedriger dielektrischer Konstante mit der Ausgangssubstanz vermengt werden, ebenfalls einsetzbar. In dem Heizschritt wird das organische Polymer weggebrannt, sodass Poren ausgebildet werden, und daher zeigt die dünne Isolierschicht eine viel tiefere dielektrische Konstante. Beispiele für die geeigneten organischen Polymerteilchen schließen "NEWPOL PE61" ein (Handelsbezeichnung, erhältlich von Sanyo Chemical Industries, Ltd., ein Polyethylenoxid/Polypropylenoxid/Polyethylenoxid-Blockcopolymer).
Beispiele für die dünnen Isolierschichten mit niedriger dielektrischer Konstante, welche ein organisches Polymer als Ausgangssubstanz einsetzen, schließen dünne Isolierschichten mit niedriger dielektrischer Konstante ein, welche ein organisches Polymer wie etwa ein Polymer auf Polyarylenbasis, ein Polymer auf Polyarylenetherbasis, ein Polymer auf Polyimidbasis oder ein Polymer auf Benzocyclobutenbasis als Ausgangssubstanz einsetzen.
Unter dem Gesichtspunkt, dass die Wirkung der Erfindung maximiert wird, sind von diesen dünnen Isolierschichten die dünne PETEOS-Schicht, die dünne HDP-Schicht, die dünne, durch ein thermisches CVD-Verfahren erhaltene Siliciumoxidschicht, die dünne BPSG-Schicht und die mit FSG bezeichnete dünne Isolierschicht bevorzugt, und die dünne PETEOS-Schicht ist besonders bevorzugt.
Das chemisch-mechanische Polierverfahren der Erfindung kann bei zweckmäßigen Bedingungen unter Einsatz eines käuflich erhältlichen Gerätes für chemisch-mechanisches Polieren durchgeführt werden. Beispiele für die käuflich erhältlichen Geräte für chemisch-mechanisches Polieren schließen "EPO-112" und "EPO-222" (hergestellt von Ebara Corporation) und "Mirra-Mesa" (hergestellt von Applied Materials Inc.) ein.
Das chemisch-mechanische Polierverfahren kann zum Polieren von dünnen Isolierschichten bei einem Herstellungsverfahren für Halbleitervorrichtungen eingesetzt werden. Insbesondere kann das chemisch-mechanische Polierverfahren vorzugsweise zum Polieren im Herstellungsverfahren von Halbleitervorrichtungen mit den vorstehend erwähnten dünnen Isolierschichten eingesetzt werden.
WIRKUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden eine wässrige Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren, welche das Auftreten von Polierkratzern unterdrücken kann, ohne die Entfernungsgeschwindigkeit in dem Schritt des Entfernens von dünnen Isolierschichten des Herstellungsverfahrens von Halbleitervorrichtungen zu verringern, und ein chemisch-mechanisches Polierverfahren bereitgestellt, welches unter Einsatz der wässrigen Dispersion in dem Oberflächenrillenisolierverfahren eine überschüssige dünne Isolierschicht entfernen kann. Gemäß dem Verfahren der Erfindung können durch Entfernen einer dünnen überschüssigen Isolierschicht in dem Oberflächenrillenisolierverfahren Oberflächenfehler der polierten Oberfläche verringert werden, und ein effizientes chemisch-mechanisches Polieren kann erfolgen.
BEISPIELE
Die vorliegende Erfindung wird des Weiteren mit Bezug auf die folgenden Beispiele beschrieben, aber es soll so verstanden werden, dass die Erfindung in keiner Weise durch diese Beispiele beschränkt ist.
<Herstellung einer Wasserdispersion von Ceroxid>
<Herstellungsbeispiel 1>
Bastnaesit wurde in Salpetersäure gelöst, und dann wurde drei Mal in der Form eines Carbonats umkristallisiert, was das Carbonat eines hochreinen Cers ergab. Das Carbonat wurde an der Luft für 5 Stunden bei 900°C erhitzt, um Ceroxid zu erhalten. Das Ceroxid wird mit einer Kugelmühle unter Verwendung von Zirkoniumoxidkugeln pulverisiert und dann mit einem hydraulischen Elutriator klassifiziert.
Die so erhaltenen Ceroxidteilchen wurden in destilliertem Wasser in Gegenwart von Salpetersäure dispergiert, und der pH der Dispersion wurde auf 6 eingestellt, was eine Wasserdispersion von Ceroxid ergab, die 15 Massenprozent Ceroxid mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser in Dispersion (Sekundärteilchendurchmesser) von 0,24 μm enthielt.
<Synthese organischer Teilchen>
<Synthesebeispiel 1>
(Herstellung einer Wasserdispersion, welche kationische Polymerteilchen (a) enthält)
In einen 2-Literkolben wurden 70 Massenteile Styrol, 20 Massenteile Methylmethacrylat und 10 Massenteile eines Methylchloridaddukts von N-(3-Dimethylaminopropyl)acrylamid (erhältlich von KOHJIN Co., Ltd., Handelsbezeichnung: DMAPAAQ) als Monomere, 1 Massenteil eines azoartigen Polymerisationsstarters (erhältlich von Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Handelsbezeichnung: V50) als ein Polymerisationstarter, 5 Massenteile einer 27 massenprozentigen wässrigen Lösung von Dodecyltrimethylammoniumchlorid (erhältlich von KAO Corporation, Handelsbezeichnung: QUARTAMIN 24P) als ein oberflächenaktives Mittel und 400 Massenteile destillierten Wassers als Lösungsmittel eingefüllt. Die Mischung wurde unter Rühren in einer Stickstoffgasatmosphäre auf 70°C erhitzt, gefolgt von einer Polymerisation bei 70°C für 6 Stunden. Somit wurde eine wässrige Dispersion erhalten, welche Teilchen auf Basis eines Styrol/Methylmethacrylat-Copolymers (hiernach als "kationische Polymerteilchen (a)" bezeichnet) mit kationischen Resten und mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser in Dispersion von 0,31 μm enthielt. Die Polymerisationsausbeute betrug 95%. Das Zetapotential der Polymerteilchen (a) wurde mittels eines Zetapotential-Analysators unter Einsatz eines Laser-Doppler-elektrophoretischen Lichtstreuungsverfahrens (hergestellt von BECKMAN COULTER Corporation, Model: DELSA440) gemessen und betrug im Ergebnis +25 mV.
<Synthesevergleichsbeispiel 1>
(Herstellung einer Wasserdispersion, die anionische Polymerteilchen (b) enthält)
In einen 2-Literkolben wurden 50 Massenteile Styrol, 20 Massenteile Acrylnitril und 30 Massenteile Methylmethacrylat als Monomere, 1 Massenteil Ammoniumperoxid als Polymerisationsstarter, 2 Massenteile Polyoxyethylenalkylphenylether (erhältlich von KAO Corporation, Handlesbezeichnung: EMULGEN 920) als oberflächenaktives Mittel und 400 Massenteile destilliertes Wasser eingefüllt. Die Mischung wurde unter Rühren in einer Stickstoffgasatmosphäre auf 70°C erhitzt, gefolgt von einer Polymerisation bei 70°C für 6 Stunden. Somit wurde eine Wasserdispersion erhalten, die Teilchen auf Basis eines Styrol/Methylmethacrylat-Copolymers (hiernach als "anionische Polymerteilchen (b)" bezeichnet) mit anionischen Resten und mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser in Dispersion von 0,42 μm enthielt. Die Polymerisationsausbeute betrug 94%. Das Zetapotential dieser Polymerteilchen wurde auf die gleiche Weise wie im Synthesebeispiel 1 gemessen und betrug im Ergebnis –16 mV.
<Synthesebeispiele 2 bis 4>
Die kationischen Polymerteilchen (c), (d) und (e) wurden auf die gleiche Weise wie im Synthesebeispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme, dass die Arten und die Mengen der Monomere, der Polymerisationsstarter und des oberflächenaktiven Mittels so abgewandelt wurden, wie es in Tabelle 1 gezeigt ist. Die durchschnittlichen Teilchendurchmesser in Dispersion und die Zetapotentiale dieser Polymerteilchen sind in Tabelle 1 angegeben.
<Herstellung einer Lösung, die ein wasserlösliches organisches Polymer mit einer anionischen Gruppe enthält>
<Herstellungsbeispiel 2>

Zu einer wässrigen Lösung, die in einer Menge von 40 Massenprozent Polyacrylsäure enthielt (gewichtsgemitteltes Molekulargewicht ausgedrückt in Polyethylenglycol und gemessen durch GPC unter Verwendung von Wasser als Lösungsmittel: 8000), wurden 28 Massenprozent Ammoniakwasser in solch einer Menge zugegeben, dass 80% der Carboxylgruppen der Polyacrylsäure neutralisiert wurden. Tabelle 1

	Synthesebeispiel 1	Synthesevergleichsbeispiel 1	Synthesebeispiel 2	Synthesebeispiel 3	Synthesebeispiel 4
Polymerteilchen	(a)	(b)	(c)	(d)	(e)
Monomer
Styrol	70	50	30	50	–
Acrylnitril	–	20	–	15	60
Methylmethacrylat	20	30	70	20	35
DMAPAAQ	10	–	–	10	–
Divinylbenzol	–	–	–	5	5
Polymerisationsstarter
V-50	1	–	1	–	1
Benzoylperoxid	–	–	–	1	–
Amminiumpersulfat	–	1	–	–	–
oberflächenaktives Mittel
QUARTAMIN 24P	5	–	1	–	2
EMULGEN 920	–	2	–	1	–
NOIGEN RN20	–	–	2	2	5
durchschnittlicher Teilchendurchmesser (μm)	0,31	0,42	0,26	0,16	0,10
Zetapotential	+25mV	–16mV	+31mV	–15mV	+35mV

Anmerkung:

Eine, einer jeden Komponente entsprechende Zahl bezeichnet die Menge (Massenteil (e)) der Komponente, die in der Polymerisationsreaktion zugegeben ist.
"–" gibt an, dass die Komponente der entsprechenden Spalte nicht zugegeben wurde.
DMAPAAQ: Methylchloridaddukt von N-(3-Dimethylamminopropyl)acrylamid (erhältlich von KOHJIN Co., Ltd.)
V-50: Diwasserstoffsalz von 2,2'-Azobis(2-methylpropionamidin) (erhältlich von Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
QUARTAMIN 24P: 27 massenprozentige wässrige Lösung von Dodecyltrimethylammoniumchlorid (erhältlich von KAO Corporation)
EMULGEN 920: Polyoxyethylenalkylphenylether (erhältlich von KAO Corporation)
NOIGEN RN20: nichtionisches oberflächenaktives Mittel (erhältlich von DAI-ICHI KOGYO SEIYAKU CO., LTD.)

<Beispiel 1>
(1) Herstellung einer wässrigen Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren
Es wurden die im Herstellungsbeispiel 1 zubereitete Wasserdispersion von Ceroxid in einer Menge, welche 10 Massenteilen Ceroxid entspricht, die im Synthesebeispiel 1 synthetisierte wässrige Dispersion, welche die kationischen Polymerteilchen (a) enthält, in einer Menge, welche 2 Massenteilen der kationischen Polymerteilchen (a) entspricht, und die im Herstellungsbeispiel 2 zubereitete Lösung, welche ein wasserlösliches Polymer enthält, in einer Menge, die 25 Massenprozent des wasserlöslichen Polymers entspricht, vermengt, um ein Konzentrat einer wässrigen Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren herzustellen.
Das Konzentrat wurde mit ultrareinem Wasser verdünnt, sodass der Ceroxidgehalt 0,8 Massenprozent betrug (entsprechend 0,96 Massenprozent der Poliermittel, welche Ceroxid umfassen), um eine wässrige Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren herzustellen. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser in Dispersion der in der so zubereiteten wässrigen Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren enthaltenen Poliermittel wurde durch Laserdiffraktometrie gemessen und betrug im Ergebnis 1,57 μm.
(2) Chemisch-mechanisches Polieren
Unter Verwendung einer dünnen PETEOS-Schicht mit einem Durchmesser von 8 Inch als zu polierendes Material wurde unter den folgenden Bedingungen und unter Einsatz der vorstehend hergestellten wässrigen Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren chemisch-mechanisch poliert.
Poliergerät: Modell "EPO-112", hergestellt von Ebara Corporation
Polierbelag: IC1000/SUBA400, erhältlich von Rodel Nitta Company
Zufuhrgeschwindigkeit der wässrigen Dispersion: 200 ml/min
Drehgeschwindigkeit des Drehtisches: 100 U/min
Drehgeschwindigkeit des Polierkopfes: 107 U/min
Druck des Polierkopfes: 450 g/cm²
Polierzeit: 3 min
(3) Bewertung der Entfernungsgeschwindigkeit
Die Dicke der dünnen Schicht des zu polierenden Materials wurde vor und nach dem chemisch-mechanischen Polieren unter Verwendung eines optischen interferroartigen Messgerätes für die Dicke dünner Schichten, "NanoSpec 6100" (hergestellt von Nanometrics Japan Ltd.), gemessen und die Differenz zwischen den resultierenden Werten wurde durch die Polierzeit dividiert, um die Entfernungsgeschwindigkeit zu bestimmen. Die Entfernungsgeschwindigkeit ist in Tabelle 2 angegeben.
Wenn dieser Wert nicht kleiner als 20 nm/min war, wurde die Entfernungsgeschwindigkeit mit gut bewertet, und wenn der Wert kleiner als 20 nm/min war, wurde die Entfernungsgeschwindigkeit als schlecht bewertet.
(4) Bewertung der Anzahl an Kratzern
Die dünne PETEOS-Schicht wurde nach dem Polieren mittels eines "KLA2351", hergestellt von KLA-Tencor Corporation, bezüglich Fehlstellen untersucht. Zuerst wurden "Fehlstellen" auf der gesamten Oberfläche des Wafers mit dem "KLA2351" unter den Bedingungen einer Pixelgröße von 0,39 μm und eines Schwellenwerts von 50 gezählt. Dann wurden aus diesen Fehlstellen 250 Fehlstellen zufällig ausgewählt, und sie wurden betrachtet, um zu prüfen, ob jede Fehlstelle ein Kratzer oder irgendetwas anderes als ein Kratzer (z. B. anhaftender Staub) war. Dann wurde das Verhältnis der Kratzer zu den "Fehlstellen" berechnet, und aus dem Verhältnis wurde die Anzahl an Kratzern pro gesamter Oberfläche des Wafers berechnet. Das Ergebnis ist in Tabelle 2 angegeben.
Wenn dieser Wert nicht höher lag als 50 Kratzer/Oberfläche, wurde die Anzahl an Kratzern als äußerst gut bewertet, wenn der Wert 51 bis 100 Kratzer/Oberfläche betrug, wurde die Anzahl an Kratzern als gut bewertet, und wenn der Wert nicht kleiner als 101 Kratzer/Oberfläche war, wurde die Anzahl an Kratzern als schlecht bewertet.
<Beispiele 2 bis 6 und Vergleichsbeispiele 1 bis 4>
Ein Konzentrat wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Art und die Menge jeder Komponente so abgewandelt wurden, wie es in Tabelle 2 angegeben ist. Dann wurde eine wässrige Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren hergestellt und auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben.
Im Vergleichsbeispiel 5 wies die polierte Oberfläche nach dem Polieren eine äußerst schlechte Gleichmäßigkeit auf, und daher wurde eine Bewertung der Kratzer nicht durchgeführt.
Wie es in Tabelle 2 gezeigt ist, betrug in jedem der Beispiele 1 bis 6 die Entfernungsgeschwindigkeit nicht weniger als 20 nm/min und war ausreichend groß, und daneben war die Anzahl an Kratzern klein, und somit waren die Poliereigenschaften und das Leistungsmerkmal des Polierens hervorragend. Andererseits war in jedem der Vergleichsbeispiele 1 und 4 die Entfernungsgeschwindigkeit der dünnen PETEOS-Schicht unzureichend und die Anzahl an Kratzern war groß, was zu einem Problem führt. Obwohl in den Vergleichsbeispielen 2 und 3 die Entfernungsgeschwindigkeit kein Problem aufwies, war die Anzahl an Kratzern groß, sodass sich die praktische Verwendung als schwierig erwies. Obwohl im Vergleichsbeispiel 5 die Entfernungsgeschwindigkeit zufriedenstellend war, war die Gleichmäßigkeit der polierten Oberfläche nach dem Polieren äußerst schlecht.
Eine wässrige Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren weist Poliermittel in einer Konzentration von nicht mehr als 1,5 Massenprozent auf, wobei die Poliermittel Ceroxid aufweisen und einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser in Dispersion von nicht kleiner als 1,0 μm haben. Ein chemisch-mechanisches Polierverfahren weist das Polieren einer dünnen Isolierschicht unter Verwendung der wässrigen Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren auf. Durch die Verwendung der wässrigen Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren kann das Auftreten von Polierkratzern unterdrückt werden, ohne die Entfernungsgeschwindigkeit zu verringern.

Claims

Wässrige Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren, die Poliermittel in einer Konzentration von nicht mehr als 1,5 Massenprozent aufweist, wobei die Poliermittel Verbundteilchen aufweisen, welche durch Vermengen von Ceroxid und kationischen organischen Teilchen erhalten sind und einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser in Dispersion von nicht kleiner als 1,0 μm haben, wobei die Menge der vermengten kationischen organischen Teilchen nicht mehr als 100 Massenteile relativ zu 100 Massenteilen des Ceroxids beträgt.
Wässrige Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren nach Anspruch 1, die des Weiteren ein anionisches wasserlösliches organisches Polymer aufweist.
Verfahren zur Herstellung der wässrigen Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren nach Anspruch 1, welches ein Vermengen einer wässrigen Dispersion, die Ceroxid mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser in Dispersion von kleiner als 1,0 μm in einer Menge von 100 Massenteilen bezüglich des Ceroxids aufweist, mit einer Wasserdispersion, die kationische organische Teilchen mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser in Dispersion von kleiner als 1,0 μm in einer Menge von nicht mehr als 100 Massenteilen bezüglich der kationischen organischen Teilchen aufweist, umfasst.
Chemisch-mechanisches Polierverfahren, welches ein Polieren einer dünnen Isolierschicht unter Verwendung der wässrigen Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren nach Anspruch 1 oder 2 aufweist.
Chemisch-mechanisches Polierverfahren nach Anspruch 4, wobei die dünne Isolierschicht eine dünne PETEOS-Schicht, eine dünne HDP-Schicht, eine dünne, durch ein thermisches CVD-Verfahren erhaltene Siliciumoxidschicht, eine dünne Schicht aus Borphosphorsilicat oder eine dünne Schicht aus mit Fluor dotiertem Silicatglas ist.