JP2003031529A - Cmp用スラリー、およびこれを用いた半導体装置の製造方法 - Google Patents
Cmp用スラリー、およびこれを用いた半導体装置の製造方法Info
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Abstract
力低減し、しかも十分に大きな研磨速度で、メタル等の
導電性を有する所望の層を研磨可能なCMP用スラリー
を提供する。 【解決手段】 一次粒子径5nm〜50nmの第1の粒
子と、一次粒子径50nm〜100nmの第2の粒子と
を含有する分散液を含むCMP用スラリーである。分散
液中における第1の粒子の濃度は0.5〜5wt%であ
り、第2の粒子の濃度は0.01〜0.1wt%である
ことを特徴とする。前記第1の粒子は、研磨中に小粒子
径化される研磨粒子であり、前記第2の粒子は、前記第
1の粒子を小粒子径化するアシスト粒子である。
Description
方法に係り、特に、DRAMや高速ロジックLSIに搭
載されるAl、Cu、Wなどのダマシン配線を形成する
ためのCMP用スラリー、およびこれを用いた半導体装
置の製造方法に関する。
は必須のプロセスとされている。配線を形成する工程で
は、Cuの加工や1μm以上の厚膜のメタル、特にAl
の加工を、従来のRIE(Reactive Ion
Etching)プロセスにより行なうことは極めて困
難である。すなわち、次世代LSIには欠かせない配線
構造は、従来の方法で形成することができなくなりつつ
ある。
め込み(ダマシン)配線プロセスの研究・開発が急速に
進められている。
rosion)を小さく抑えるとともに、欠陥の少ない
CMPを行なうことが課題とされている。これは、配線
のデザインルールが小さくなってきたことに起因する。
例えば、次世代の配線幅は0.1μm程度であり、この
大きさは従来の研磨粒子の大きさと同程度か、あるいは
それよりも小さい。
イズに依存するので、これを低減するには、なるべく小
さい粒子を使用する必要がある。また、エロージョンを
抑制するためにも、小粒径粒子を用いることが有効であ
る。具体的には、従来は50nm以下の小粒径でかつ、
粒子が単体で分散している(0.2μm以上の2次凝集
体を形成しない)粒子を用いて研磨を行なうことが試み
られている。
粒子径のサイズコントロールが難しく、2次粒子径(凝
集体)の制御が困難であるといった問題を有している。
仮に粒径を制御できたとしても、その粒子サイズが現在
の研磨パッドの表面状態にフィットしていないために充
分な研磨速度を得ることができない。
ージョンやスクラッチといった欠陥を極力低減し、しか
も十分に大きな研磨速度で、メタル等の導電性を有する
所望の層を研磨可能なCMP用スラリーを提供すること
を目的とする。
する半導体装置の製造方法を提供することを目的とす
る。
に、本発明は、一次粒子径5nm〜50nmの第1の粒
子と、一次粒子径50nm〜100nmの第2の粒子と
を含有する分散液を含むCMP用スラリーであって、前
記分散液中における前記第1の粒子の濃度は0.5〜5
wt%であり、前記第2の粒子の濃度は0.01〜0.
1wt%であることを特徴とするCMP用スラリーを提
供する。
ダルアルミナ、コロイダルチタンオキサイド、コロイダ
ルセリア、およびコロイダルジルコニアからなる群から
選択される少なくとも1種を含む一次粒子径5nm〜5
0nmの研磨粒子と、セリアおよびジルコニアからなる
群から選択される少なくとも1種を含む一次粒子径50
〜100nmのアシスト粒子とを含有する分散液を含む
CMP用スラリーであって、前記分散液中における前記
研磨粒子の濃度は0.5〜5wt%であり、前記アシス
ト粒子の濃度は0.01〜0.1wt%であることを特
徴とするCMP用スラリーを提供する。
形成する工程と、前記絶縁膜に溝を形成する工程と、前
記溝の内部および前記絶縁膜の上に導電性材料を堆積し
て、導電性を有する層を形成する工程と、前記絶縁膜の
上に堆積された前記導電性材料を除去して前記絶縁膜の
表面を露出させることにより、前記導電性材料を前記溝
内部に残置する工程とを具備し前記絶縁膜上に堆積され
た前記導電性材料の除去は、前述のスラリーを用いたC
MPにより行なわれることを特徴とする半導体装置の製
造方法を提供する。
受けることにより活性化および小粒子径化する研磨粒子
(第1の粒子)と、この研磨粒子の小粒径化を助けるア
シスト粒子(第2の粒子)とを、特定の濃度で配合する
ことによって、充分に大きな速度でメタルを研磨可能な
スラリーが得られることを見出した。
を研磨する研磨粒子としては、コロイダルシリカ、コロ
イダルアルミナ、コロイダルチタンオキサイド、コロイ
ダルセリア、コロイダルジルコニア、これらの混合物お
よび混晶物からなる群から選択することができる。ただ
し、研磨粒子の一次粒子径は50nm以下であり、その
下限は5nm以上である。5nm未満の場合には、充分
に大きな研磨速度を確保することが困難となり、一方、
50nmを越えると、スクラッチやエロージョンの点で
性能が低下する。
て化学的あるいは機械的に活性化、小粒子径化される。
アシスト粒子としては、セリアおよびジルコニアの少な
くとも1種を用いることができ、これらはコロイダルお
よびヒュームドのいずれであってもよい。ただし、アシ
スト粒子の一次粒子径は、50nm以上100nm以下
である。研磨粒子の一次粒子径の上限が50nmなの
で、アシスト粒子がこれより小さい場合には、研磨粒子
を小粒子径化する効果を得ることができない。一方、1
00nmを越えると、アシスト粒子自体が研磨粒子とし
て作用してしまうので、本来の研磨粒子が小粒子径化さ
れない。すなわち、アシスト粒子の一次粒子径が50n
m以上100nm以下の範囲内であれば、研磨パッドと
良好に作用して、研磨粒子を活性化・小粒径化すること
ができる。
子を任意に組み合わせて、水や有機溶剤等の溶媒に分散
してなる分散液を、本発明のCMP用スラリーとして用
いることができる。
的な研磨速度を確保するために、0.5wt%以上5w
t%以下に制限される。0.5wt%未満の場合には、
研磨パッドの凹凸に研磨粒子が埋もれてしまうので、研
磨対象であるメタル等の導電性を有する層に作用する粒
子の数が少なくなる。その結果、充分に高い研磨速度を
得ることができない。一方、5wt%を越えると、研磨
中のメタル等に局所的な粒子溜りが生じやすく、エロー
ジョンが劣化する。
度は、0.01wt%以上0.1wt%以下である。ア
シスト粒子の濃度が0.01wt%未満の場合には、研
磨粒子に作用してこれを小粒子径化するアシスト粒子が
少ないので、充分に高い研磨速度を確保することができ
ない。一方、0.1wt%を越えると、研磨が目的とさ
れる材料、すなわち導電性を有する層を選択的に研磨す
ることが不可能となる。
特に限定されず、分散液中における各粒子の濃度が上述
したような範囲内であれば、本発明の効果を得ることが
できる。
子とアシスト粒子とを、特定の濃度で含有した本発明の
スラリーは、絶縁膜に形成された溝に導電性材料を埋め
込んでダマシン配線を形成するプロセスに好適に用いら
れる。本発明のスラリーで研磨し得る導電性を有する層
はライナ材料と配線材料とを含むことができ、特にライ
ナ材料の研磨に、本発明のスラリーは好適に用いられ
る。
W、Ti、Mo、Nb、Ta、V、Ru、Ag、あるい
はこれらを主成分とする合金、さらに、前述の金属の窒
化物、ホウ化物、または酸化物を含むことができる。ま
た、導電性を有する層は、これらの材料により形成され
た単層膜であっても積層膜であってもよい。
細に説明する。
してのコロイダルセリアとを含有する本発明の実施例1
のスラリーを、Cu−CMPのタッチアップに適用した
例について説明する。
示す。
料などからなる絶縁膜11を形成し、深さ800nmの
溝を設けた。なお、半導体基板10は、バルク基板ある
いはSOI基板とすることができ、この基板には素子
(図示せず)が集積形成されている。次いで、TaNラ
イナ12を20nm、およびCu膜13を1.2μm程
度スパッタリング(シード層)+メッキ法により堆積し
た。
して、図1(a)に示すようにTaNライナ12を露出
させた。研磨をTaNライナ12でストップさせること
によって、エロージョンを抑制し、絶縁膜11、例えば
欠陥の生じ易いlow−K材料(有機系の絶縁膜)への
ダメージを低減することができる(2ndステッププロ
セス)。
図2に示す。
で回転するテーブルに貼り付けられており、このパッド
22上に、スラリー23を例えば200ml/minで
滴下する。これと同時に、ウェハーを保持したトップリ
ング21を100rpmで回転させながらパッド22に
押し付けることによって、Cu膜13の不要部分が研磨
される。
アンモニウム1wt%、酸化抑制剤としてのキナルジン
酸0.5wt%、研磨粒子としてのシリカ1wt%、お
よびpH調製剤としてのKOH 0.4wt%を水に分
散してなる分散液を含み、研磨パッド22としてIC1
000−pad(ロデール社製)を用いて3分間研磨し
た。
外は前述と同様の手法により、TaNライナ12の不要
部分を除去した。
50nmのコロイダルシリカと粒径100nmのセリア
とを純水に分散してなる分散液であり、コロイダルシリ
カおよびセリアの濃度は、それぞれ5wt%および0.
05wt%とした。こうしたスラリーを用いてTaNラ
イナ12の研磨を行なったところ、TaNの研磨速度は
43nm/minと著しく大きかった。
分散液中では、ゼータ電位の関係から正(+)に帯電し
たセリア粒子31の周囲には、負(−)に帯電したコロ
イダルシリカ粒子32が図3(a)に示すように吸着し
て存在する。セリアは、本来SiO2(シリカ)を研磨
する粒子であるため、CMPストレスが加わることによ
りセリアとシリカとが反応する。その結果、図3(b)
に示すようにシリカ粒子32が活性化および小粒子化さ
れて、小粒径のシリカ粒子33が生じた。こうして、理
想的な粒径および分散状態のシリカ粒子33が、研磨対
象であるTaNに擦り付けられるために、充分に大きな
速度でTaNを研磨することができた。
が100nmと大きくパッドとの相互作用が良好であ
る。このため、セリア粒子の表面に存在するコロイダル
シリカ粒子の研磨効率が高められたことも、TaNの大
きな研磨速度の要因の一つと考えられる。
ては、TaN研磨速度は40nm/min程度(具体的
には40±10nm/min)、SiO2研磨速度は2
0nm/min程度(具体的には20±10nm/mi
n)であることが望ましい。また、研磨対象の下層に傷
が生じるのを避けるために、小粒径の粒子を用いて研磨
することが必要である。
カおよびアシスト粒子としてのセリア粒子を水に分散し
てなる分散液を用いた場合のTaNの研磨速度と、アシ
スト粒子の一次粒子径との関係を図4のグラフに示す。
なお、コロイダルシリカの一次粒子径は50nmとし、
分散液中における濃度は5wt%とした。セリア粒子の
一次粒子径は50nmから200nmの間で変化させ、
分散液中における濃度は0.01wt%、0.1wt%
の2種類について示した。図4のグラフ中、aおよびb
は、分散液中のセリア粒子の濃度がそれぞれ0.01w
t%および0.1wt%の場合について表わしている。
のみを、5wt%の濃度で含有する分散液でのTaNの
研磨速度は、2.8nm/minである。一方、一次粒
子径100nmのセリア粒子のみを、0.05wt%の
濃度で含有する分散液でのTaNの研磨速度は、4.5
nm/minである。いずれの粒子も、単独で用いた場
合には実用的な研磨速度が得られない。これに対して、
図4に示されるように本実施例のスラリーでは、実用的
な研磨速度でTaNを研磨することが可能となった。
イダルシリカおよびアシスト粒子としてのセリア粒子を
含有する分散液を用いた場合のSiO2の研磨速度と、
アシスト粒子の粒径との関係を示す。コロイダルシリカ
の一次粒子径は50nmとし、分散液中における濃度は
5wt%とした。セリア粒子の一次粒子径は50nmか
ら200nmの間で変化させ、分散液中における濃度は
0.01wt%、0.1wt%の2種類について示し
た。図5のグラフ中、cおよびdは、分散液中のセリア
粒子の濃度がそれぞれ0.01wt%および0.1wt
%の場合について表わしている。なお、1次粒子径が5
0nmのシリカ粒子のみを、5wt%の濃度で含有する
分散液でのSiO2の研磨速度は、8nm/minであ
る。一方、一次粒子径100nmのセリア粒子のみを、
0.05wt%の濃度で含有する分散液でのSiO2の
研磨速度は、11nm/minである。また、グラフ中
には示していないが、一次粒子径5nmのコロイダルシ
リカを5wt%、一次粒子径50nmのセリア粒子を
0.01wt%含有する分散液を用いた場合には、Si
O2の研磨速度は、20nm/min程度であった。
粒子の粒径が100nmを越えると、SiO2の研磨速
度が大きくなりすぎる。また、アシスト粒子の濃度が
0.1wt%を越えてもSiO2の研磨速度が大きくな
りすぎ、ダマシン配線間のSiO2がなくなってしまい
凹凸が生じる。この凹凸は、ダマシン配線を多層化した
際に凹部にメタル残りが生じ、線間および層間のショー
トの原因となる。したがって、アシスト粒子であるセリ
ア粒子の濃度は、0.1wt%以下に制限される。
てのコロイダルシリカ粒子と、アシスト粒子としてのセ
リア粒子とを用い、各粒子の一次粒子径および濃度を規
定したスラリーについて説明した。こうしたスラリーを
用いてTaNライナをCMPにより除去することによっ
て、エロージョンの小さく、スクラッチのないCuダマ
シン配線を形成することが可能となった。以上の例で
は、アシスト粒子としてコロイダルセリアを用いたが、
ヒュームドセリアを用いても同様の効果が得られる。
載されているシリカ・セリア混合系スラリーにおいて
は、SiO2の研磨速度の大きなセリア(一次粒子径5
0nm)の濃度は、最低でも3wt%である。この場
合、SiO2研磨速度は200nm/minと大きすぎ
る。また、ヒュームド法で形成されたシリカは2次凝集
が大きく、粒の形状も不揃いなので研磨対象の下層(例
えば絶縁膜)へのスクラッチが懸念される。いずれも、
上述したようなタッチアップ工程には適用することがで
きない。
してのコロイダルジルコニアとを含有する本発明の実施
例2のスラリーを、W−CMPのタッチアップに適用し
た例について説明する。
について説明する。図6(a)に示されるように、ジル
コニア粒子41の周囲には、コロイダルシリカ粒子42
が吸着している。図6(b)の拡大図に示されるよう
に、コロイダルシリカ粒子42中には細孔43が存在し
ており、CMPストレスを受けることによって、このコ
ロイダルシリカ粒子42は粉砕される。こうして、図6
(a)に示されるような小粒径のシリカ粒子44が生じ
る。この粒子は、理想的な粒径および分散状態で存在す
るので、研磨対象の研磨速度を高めることができる。
す。
板50上に絶縁膜51を形成し、深さ250nmの溝を
設けた。なお、半導体基板50は、バルク基板あるいは
SOI基板とすることができ、この基板には素子(図示
せず)が集積形成されている。次いで、TiNライナ5
2を20nm、およびW膜53を300nm、CVD法
により堆積した。
て、図7(b)に示すようにTiNライナ52を露出さ
せた。研磨をTiNライナ52でストップさせることに
よって、エロージョンを小さく抑えることができる。
(2ndステッププロセス)。
従来用いられている酸化剤として硝酸鉄が4wt%配合
されたアルミナ分散液を用い、図2に示した装置により
3分間研磨した。
外は前述と同様の手法により、TiNライナ52の不要
部分を除去した。
15nmのコロイダルシリカと粒径100nmのジルコ
ニアとを純水に分散してなる分散液であり、コロイダル
シリカおよびジルコニアの濃度は、それぞれ3wt%お
よび0.05wt%とした。こうしたスラリーを用いて
TiNライナ52の研磨を行なったところ、TiNの研
磨速度は40nm/minと著しく大きかった。
いるので、0.1μmダマシン配線を形成することがで
きる。
のみを、3wt%の濃度で含有する分散液でのTiNの
研磨速度は、5nm/minである。一方、粒径100
nmのジルコニア粒子のみを、0.05wt%の濃度で
含有する分散液でのTiNの研磨速度は、5nm/mi
n未満である。いずれの粒子も、単独で用いた場合に
は、実用的な研磨速度が得られない。
ロイダルシリカ粒子と、アシスト粒子としてのジルコニ
ア粒子とを用い、各粒子の一次粒子径および濃度を規定
したスラリーについて説明した。こうしたスラリーを用
いてTiNライナをCMPにより除去することによっ
て、エロージョンの小さく、スクラッチのないWダマシ
ン配線を形成することが可能となった。以上の例では、
アシスト粒子としてコロイダルジルコニアを用いたが、
ヒュームドジルコニアを用いても同様の効果が得られ
る。
本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形が可能であ
る。
粒子とを水等に分散してなる分散液に、必要に応じて通
常用いられる添加剤を配合して、本発明のCMP用スラ
リーを調製することもできる。具体的には、添加剤とし
ては、酸化剤、界面活性剤、酸化抑制剤、およびpH調
整剤などが挙げられる。
O8、K2S2O8、硝酸鉄、および硝酸アンモニウムセリ
ウムなどが挙げられる。
塩、ドデシルベンゼンスルホン酸塩、ポリオキシエチレ
ンラウリルエーテル、脂肪酸塩、およびポリオキシエチ
レンアルキルアミンなどが挙げられる。
アゾール)、カルボキシ基を有するアミンなどが挙げら
れ、pH調整剤としては、アンモニア水、KOH、硝
酸、クエン酸、シュウ酸、およびコハク酸などが挙げら
れる。
常使用される量で配合すればよい。
エロージョンやスクラッチといった欠陥を極力低減し、
しかも十分に大きな研磨速度で、メタル等の導電性を有
する所望の層を研磨可能なCMP用スラリーが提供され
る。また本発明によれば、高性能のダマシン配線を有す
る半導体装置の製造方法が提供される。
に搭載されるAl、Cu、Wなどのダマシン配線の形成
に極めて有効に用いられ、その工業的価値は絶大であ
る。
法を表わす工程断面図。
図。
磨粒子およびアシスト粒子の作用を説明する図。
との関係を説明するグラフ図。
度との関係を説明するグラフ図。
研磨粒子およびアシスト粒子の作用を説明する図。
方法を説明する工程断面図。
Claims (6)
- 【請求項1】 一次粒子径5nm〜50nmの第1の粒
子と、一次粒子径50nm〜100nmの第2の粒子と
を含有する分散液を含むCMP用スラリーであって、前
記分散液中における前記第1の粒子の濃度は0.5〜5
wt%であり、前記第2の粒子の濃度は0.01〜0.
1wt%であることを特徴とするCMP用スラリー。 - 【請求項2】 前記第1の粒子は、研磨中に小粒子径化
される研磨粒子であり、前記第2の粒子は、前記第1の
粒子を小粒子径化するアシスト粒子であることを特徴と
する請求項1に記載のCMP用スラリー。 - 【請求項3】 コロイダルシリカ、コロイダルアルミ
ナ、コロイダルチタンオキサイド、コロイダルセリア、
およびコロイダルジルコニアからなる群から選択される
少なくとも1種を含む一次粒子径5nm〜50nmの研
磨粒子と、セリアおよびジルコニアからなる群から選択
される少なくとも1種を含む一次粒子径50〜100n
mのアシスト粒子とを含有する分散液を含むCMP用ス
ラリーであって、前記分散液中における前記研磨粒子の
濃度は0.5〜5wt%であり、前記アシスト粒子の濃
度は0.01〜0.1wt%であることを特徴とするC
MP用スラリー。 - 【請求項4】 半導体基板上に絶縁膜を形成する工程
と、 前記絶縁膜に溝を形成する工程と、 前記溝の内部および前記絶縁膜の上に導電性材料を堆積
して、導電性を有する層を形成する工程と、 前記絶縁膜の上に堆積された前記導電性材料を除去して
前記絶縁膜の表面を露出させることにより、前記導電性
材料を前記溝内部に残置する工程とを具備し前記絶縁膜
上に堆積された前記導電性材料の除去は、請求項1ない
し3のいずれか1項に記載のスラリーを用いたCMPに
より行なわれることを特徴とする半導体装置の製造方
法。 - 【請求項5】 前記導電性を有する層は、ライナ材料と
配線材料とを含むことを特徴とする請求項4に記載の半
導体装置の製造方法。 - 【請求項6】 前記導電性を有する層は、Cu、Al、
W、Ti、Mo、Nb、Ta、V、Ru、Ag、これら
を主成分とする合金、窒化物、ホウ化物、もしくは酸化
物を含む単層膜または積層膜であることを特徴とする請
求項4に記載の半導体装置の製造方法。
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Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005500173A (ja) * | 2001-08-20 | 2005-01-06 | サムソン コーニング カンパニー,リミテッド | シリカ−コーティングされたセリアを含む研磨スラリー |
JP2005072499A (ja) * | 2003-08-27 | 2005-03-17 | Fujimi Inc | 研磨用組成物及びそれを用いる研磨方法 |
WO2006025539A1 (en) * | 2004-08-30 | 2006-03-09 | Showa Denko K.K. | Polishing slurry, production method of glass substrate for information recording medium and production method of information recording medium |
JP2007273910A (ja) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Fujifilm Corp | 研磨用組成液 |
US7332104B2 (en) | 2003-06-18 | 2008-02-19 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Slurry for CMP, polishing method and method of manufacturing semiconductor device |
JP2009509784A (ja) * | 2005-09-30 | 2009-03-12 | サン−ゴバン セラミックス アンド プラスティクス,インコーポレイティド | 研磨スラリー及び当該研磨スラリーを利用する方法 |
JP2009218555A (ja) * | 2008-02-14 | 2009-09-24 | Hitachi Chem Co Ltd | Cmp研磨液及び研磨方法 |
JP2010036290A (ja) * | 2008-08-04 | 2010-02-18 | Jsr Corp | 回路基板の製造に用いる化学機械研磨用水系分散体、回路基板の製造方法、回路基板および多層回路基板 |
JP2010519157A (ja) * | 2007-02-20 | 2010-06-03 | エボニック デグサ ゲーエムベーハー | セリウム酸化物およびコロイド状二酸化ケイ素を含む分散液 |
JP2011507785A (ja) * | 2007-12-22 | 2011-03-10 | エボニック デグサ ゲーエムベーハー | 酸化セリウム及びコロイド状二酸化ケイ素を含有する分散液 |
WO2017081835A1 (ja) * | 2015-11-10 | 2017-05-18 | 信越化学工業株式会社 | 合成石英ガラス基板用研磨剤及びその製造方法、並びに合成石英ガラス基板の研磨方法 |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003014251A1 (en) * | 2001-08-09 | 2003-02-20 | Hitachi Maxell, Ltd. | Non-magnetic particles having a plate shape and method for production thereof, abrasive material, polishing article and abrasive fluid comprising such particles |
US20080141594A1 (en) * | 2001-09-28 | 2008-06-19 | Mikio Kishimoto | Non-magnetic plate-form particles, method for producing the same, and abrasive, abrasive member and abrasive liquid comprising the same |
TWI340060B (en) * | 2003-11-20 | 2011-04-11 | Doi Toshiro | Polishing apparatus and method of polishing work piece |
JP2007266500A (ja) * | 2006-03-29 | 2007-10-11 | Toshiba Corp | タッチアップcmp用スラリーおよび半導体装置の製造方法 |
US7723234B2 (en) * | 2006-11-22 | 2010-05-25 | Clarkson University | Method for selective CMP of polysilicon |
DE102007035992A1 (de) * | 2007-05-25 | 2008-11-27 | Evonik Degussa Gmbh | Ceroxid, Siliciumdioxid oder Schichtsilikat und Aminosäure enthaltende Dispersion |
US8022025B1 (en) * | 2010-01-27 | 2011-09-20 | Nanophase Technologies Corporation | Heterocoagulate, and compositions and method for polishing and surface treatment |
US9153451B2 (en) | 2012-12-12 | 2015-10-06 | Micron Technology, Inc. | Method of forming a planar surface for a semiconductor device structure, and related methods of forming a semiconductor device structure |
CN103992743B (zh) * | 2014-05-09 | 2018-06-19 | 杰明纳微电子股份有限公司 | 含有二氧化铈粉体与胶体二氧化硅混合磨料的抛光液及其制备工艺 |
WO2019099655A1 (en) | 2017-11-15 | 2019-05-23 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Composition for conducting material removal operations and method for forming same |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5264010A (en) | 1992-04-27 | 1993-11-23 | Rodel, Inc. | Compositions and methods for polishing and planarizing surfaces |
US6217416B1 (en) * | 1998-06-26 | 2001-04-17 | Cabot Microelectronics Corporation | Chemical mechanical polishing slurry useful for copper/tantalum substrates |
JP3784988B2 (ja) | 1999-03-18 | 2006-06-14 | 株式会社東芝 | 半導体装置の製造方法 |
JP2001298008A (ja) * | 2000-04-14 | 2001-10-26 | Sony Corp | 研磨方法および研磨装置 |
WO2002001616A1 (fr) * | 2000-06-29 | 2002-01-03 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Procede de traitement d'une plaquette de semi-conducteur et plaquette de semi-conducteur |
US20020173243A1 (en) * | 2001-04-05 | 2002-11-21 | Costas Wesley D. | Polishing composition having organic polymer particles |
-
2001
- 2001-07-18 JP JP2001218531A patent/JP3895949B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2002
- 2002-07-18 US US10/197,602 patent/US6896590B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005500173A (ja) * | 2001-08-20 | 2005-01-06 | サムソン コーニング カンパニー,リミテッド | シリカ−コーティングされたセリアを含む研磨スラリー |
US7332104B2 (en) | 2003-06-18 | 2008-02-19 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Slurry for CMP, polishing method and method of manufacturing semiconductor device |
JP4574140B2 (ja) * | 2003-08-27 | 2010-11-04 | 株式会社フジミインコーポレーテッド | 研磨用組成物及びそれを用いる研磨方法 |
JP2005072499A (ja) * | 2003-08-27 | 2005-03-17 | Fujimi Inc | 研磨用組成物及びそれを用いる研磨方法 |
WO2006025539A1 (en) * | 2004-08-30 | 2006-03-09 | Showa Denko K.K. | Polishing slurry, production method of glass substrate for information recording medium and production method of information recording medium |
JP2006096977A (ja) * | 2004-08-30 | 2006-04-13 | Showa Denko Kk | 研磨スラリー、情報記録媒体用ガラス基板の製造方法、及び情報記録媒体の製造方法 |
US8029687B2 (en) | 2004-08-30 | 2011-10-04 | Showa Denko K.K. | Polishing slurry, production method of glass substrate for information recording medium and production method of information recording medium |
JP2009509784A (ja) * | 2005-09-30 | 2009-03-12 | サン−ゴバン セラミックス アンド プラスティクス,インコーポレイティド | 研磨スラリー及び当該研磨スラリーを利用する方法 |
JP2007273910A (ja) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Fujifilm Corp | 研磨用組成液 |
JP2010519157A (ja) * | 2007-02-20 | 2010-06-03 | エボニック デグサ ゲーエムベーハー | セリウム酸化物およびコロイド状二酸化ケイ素を含む分散液 |
JP2011507785A (ja) * | 2007-12-22 | 2011-03-10 | エボニック デグサ ゲーエムベーハー | 酸化セリウム及びコロイド状二酸化ケイ素を含有する分散液 |
JP2009218555A (ja) * | 2008-02-14 | 2009-09-24 | Hitachi Chem Co Ltd | Cmp研磨液及び研磨方法 |
JP2010036290A (ja) * | 2008-08-04 | 2010-02-18 | Jsr Corp | 回路基板の製造に用いる化学機械研磨用水系分散体、回路基板の製造方法、回路基板および多層回路基板 |
WO2017081835A1 (ja) * | 2015-11-10 | 2017-05-18 | 信越化学工業株式会社 | 合成石英ガラス基板用研磨剤及びその製造方法、並びに合成石英ガラス基板の研磨方法 |
JPWO2017081835A1 (ja) * | 2015-11-10 | 2018-08-30 | 信越化学工業株式会社 | 合成石英ガラス基板用研磨剤及びその製造方法、並びに合成石英ガラス基板の研磨方法 |
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