JP2003347247A - Cmp polishing agent for semiconductor insulating film and method of polishing substrate - Google Patents

Cmp polishing agent for semiconductor insulating film and method of polishing substrate

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JP2003347247A
JP2003347247A JP2002153612A JP2002153612A JP2003347247A JP 2003347247 A JP2003347247 A JP 2003347247A JP 2002153612 A JP2002153612 A JP 2002153612A JP 2002153612 A JP2002153612 A JP 2002153612A JP 2003347247 A JP2003347247 A JP 2003347247A
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polishing
film
insulating film
cmp
substrate
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Inventor
Naoyuki Koyama
直之 小山
Hiroto Otsuki
裕人 大槻
Koji Haga
浩二 芳賀
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Original Assignee
Hitachi Chemical Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polishing agent and a polishing method which are capable of effectively and quickly polishing an inorganic insulating film such as a silicon oxide film or the like and enabling process control to be easily carried out in a CMP technique for flattening an interlayer insulating film, a BPSG film, and a shallow trench isolation insulating film. <P>SOLUTION: The CMP polishing agent possessing thixotropic properties of decreasing its viscosity with an increase in shear stress is used for a semiconductor insulating film in the polishing method. A substrate provided with a film to be polished is pressed against the polishing cloth of a polishing platen, the substrate and the polishing platen are moved to polish the film as the CMP polishing agent used for the semiconductor insulating film is fed between the film and the polishing cloth. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子製造技
術である、基板表面の平坦化工程、特に、層間絶縁膜、
BPSG(ボロン、リンをドープした二酸化珪素膜)膜
の平坦化工程、シャロー・トレンチ分離の形成工程等に
おいて使用される半導体絶縁膜用CMP研磨剤及びこの
CMP研磨剤を使用した基板の研磨方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device manufacturing technique, which is a step of flattening a substrate surface, particularly an interlayer insulating film,
The present invention relates to a CMP polishing agent for a semiconductor insulating film used in a step of flattening a BPSG (boron or phosphorus-doped silicon dioxide film) film, a step of forming a shallow trench isolation, and a method of polishing a substrate using the CMP polishing agent. .

【0002】[0002]

【従来の技術】現在の超々大規模集積回路では、実装密
度を高める傾向にあり、種々の微細加工技術が研究、開
発されている。既に、デザインルールは、サブハーフミ
クロンのオーダーになっている。このような厳しい微細
化の要求を満足するために開発されている技術の一つ
に、CMP(ケミカルメカニカルポリッシング)技術が
ある。この技術は、半導体装置の製造工程において、露
光を施す層を完全に平坦化し、露光技術の負担を軽減
し、歩留まりを安定させることができるため、例えば、
層間絶縁膜、BPSG膜の平坦化、シャロー・トレンチ
分離等を行う際に必須となる技術である。
2. Description of the Related Art At present, ultra-large-scale integrated circuits tend to increase the packing density, and various microfabrication techniques have been studied and developed. Already, design rules are on the order of sub-half microns. One of the technologies that have been developed to satisfy such strict requirements for miniaturization is a CMP (Chemical Mechanical Polishing) technology. This technology can completely flatten a layer to be exposed in a semiconductor device manufacturing process, reduce the burden of the exposure technology, and stabilize the yield.
This technique is essential when flattening an interlayer insulating film and a BPSG film, isolating a shallow trench, and the like.

【0003】従来、半導体装置の製造工程において、プ
ラズマ−CVD(Chemical Vapor Deposition 、化学的
蒸着法)、低圧−CVD等の方法で形成される酸化珪素
絶縁膜等の無機絶縁膜層を平坦化するためのCMP研磨
剤として、フュームドシリカ系の研磨剤が一般的に検討
されていた。フュームドシリカ系の研磨剤は、シリカ粒
子を四塩化珪酸に熱分解する等の方法で粒成長させ、p
H調整を行って製造している。しかしながら、この様な
研磨剤は無機絶縁膜の研磨速度が十分でなく、実用化に
は低研磨速度という技術課題があった。従来の層間絶縁
膜を平坦化するCMP技術では、研磨速度の基板上被研
磨膜のパターン依存性が大きく、パターン密度差或いは
サイズ差の大小により凸部の研磨速度が大きく異なり、
また凹部の研磨も進行してしまうため、ウエハ面内全体
での高いレベルの平坦化を実現することができないとい
う技術課題があった。
Conventionally, in the process of manufacturing a semiconductor device, an inorganic insulating film layer such as a silicon oxide insulating film formed by a method such as plasma-CVD (Chemical Vapor Deposition) or low-pressure-CVD is flattened. Fumed silica-based polishing agents have been generally studied as CMP polishing agents. Fumed silica-based abrasives are used to grow silica particles by a method such as pyrolysis of silica particles into tetrachlorosilicic acid.
Manufactured with H adjustment. However, such a polishing agent does not have a sufficient polishing rate for the inorganic insulating film, and there has been a technical problem of a low polishing rate for practical use. In the conventional CMP technique for flattening an interlayer insulating film, the polishing rate has a large dependence on the pattern of the film to be polished on the substrate, and the polishing rate of the projections greatly differs depending on the pattern density difference or the size difference.
Further, since the polishing of the concave portion also proceeds, there has been a technical problem that a high level of planarization cannot be realized over the entire surface of the wafer.

【0004】また、層間膜を平坦化するCMP技術で
は、層間膜の途中で研磨を終了する必要があり、研磨量
の制御を研磨時間で行うプロセス管理方法が一般的に行
われている。しかし、パターン段差形状の変化だけでな
く、研磨布の状態等でも、研磨速度が顕著に変化してし
まうため、プロセス管理が難しいという問題があった。
デザインルール0.5μm以上の世代では、集積回路内
の素子分離にLOCOS(シリコン局所酸化)が用いら
れていた。その後さらに加工寸法が微細化すると素子分
離幅の狭い技術が要求され、シャロー・トレンチ分離が
用いられつつある。シャロー・トレンチ分離では、基板
上に成膜した余分の酸化珪素膜を除くためにCMPが使
用され、研磨を停止させるために、酸化珪素膜の下に研
磨速度の遅いストッパ膜が形成される。ストッパ膜には
窒化珪素などが使用され、酸化珪素膜とストッパ膜との
研磨速度比が大きいことが望ましい。
In the CMP technique for flattening an interlayer film, it is necessary to finish polishing in the middle of the interlayer film, and a process management method for controlling a polishing amount by a polishing time is generally performed. However, there has been a problem that not only the change in the pattern step shape but also the state of the polishing cloth significantly changes the polishing rate, making process management difficult.
In the generation of the design rule of 0.5 μm or more, LOCOS (local oxidation of silicon) has been used for element isolation in an integrated circuit. After that, when the processing size is further reduced, a technique for narrowing the element isolation width is required, and the shallow trench isolation is being used. In the shallow trench isolation, CMP is used to remove an excess silicon oxide film formed on the substrate, and a stopper film having a low polishing rate is formed below the silicon oxide film to stop polishing. Silicon nitride or the like is used for the stopper film, and it is desirable that the polishing rate ratio between the silicon oxide film and the stopper film is large.

【0005】一方、フォトマスクやレンズ等のガラス表
面研磨剤として、酸化セリウム研磨剤が用いられてい
る。酸化セリウム粒子はシリカ粒子やアルミナ粒子に比
べ硬度が低く、したがって、研磨表面に傷が入りにくい
ことから、仕上げ鏡面研磨に有用である。しかしなが
ら、ガラス表面研磨用酸化セリウム研磨剤にはナトリウ
ム塩を含む分散剤を使用しているため、そのまま半導体
用研磨剤として適用することはできない。
On the other hand, cerium oxide abrasives have been used as abrasives for glass surfaces such as photomasks and lenses. Cerium oxide particles have a lower hardness than silica particles and alumina particles and are therefore less likely to scratch the polished surface, and thus are useful for finish mirror polishing. However, since a cerium oxide abrasive for polishing a glass surface uses a dispersant containing a sodium salt, it cannot be directly used as an abrasive for semiconductors.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、層間絶縁
膜、BPSG膜、シャロー・トレンチ分離用絶縁膜を平
坦化するCMP技術において、酸化珪素膜等の無機絶縁
膜の研磨を効率的、高速に、かつプロセス管理も容易に
行うことができる研磨剤及び研磨法を提供するものであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a CMP technique for flattening an interlayer insulating film, a BPSG film, and an insulating film for isolating a shallow trench, which enables efficient and high-speed polishing of an inorganic insulating film such as a silicon oxide film. Another object of the present invention is to provide an abrasive and a polishing method capable of easily performing process control.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、せん断応力の
増大にともない粘度が低下するチキソトロピー特性又は
準粘性流動を示すことを特徴とする半導体絶縁膜用CM
P研磨剤(以下、CMP研磨剤と呼ぶことがある)に関
する。本発明は、また、酸化セリウム粒子、分散剤、流
体特性改質剤及び水を含む上記の半導体絶縁膜用CMP
研磨剤に関する。流体特性改質剤は、少なくとも1種類
の水溶性高分子であることがのぞましい。本発明は、ま
た、研磨する膜を形成した基板を研磨定盤の研磨布に押
しあて加圧し、上記の半導体絶縁膜用CMP研磨剤を膜
と研磨布との間に供給しながら、基板と研磨定盤を動か
して膜を研磨する基板の研磨方法に関する。
According to the present invention, there is provided a CM for a semiconductor insulating film characterized by exhibiting a thixotropy characteristic or a quasi-viscous flow in which the viscosity decreases with an increase in shear stress.
It relates to a P abrasive (hereinafter, may be referred to as a CMP abrasive). The present invention also provides a CMP for a semiconductor insulating film as described above comprising cerium oxide particles, a dispersant, a fluid property modifier and water.
For abrasives. Preferably, the fluid property modifier is at least one water-soluble polymer. The present invention also relates to a method in which a substrate on which a film to be polished is formed is pressed against a polishing cloth of a polishing platen and pressurized, and the above-described CMP slurry for a semiconductor insulating film is supplied between the film and the polishing cloth. The present invention relates to a substrate polishing method for polishing a film by moving a polishing platen.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】本発明のせん断応力の増大にとも
ない粘度が低下するチキソトロピー特性又は準粘性流動
を示すCMP研磨剤としては、例えば、酸化セリウム粒
子、分散剤、流体特性改質剤及び水を含むものが好まし
い。一般に酸化セリウムは、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、
しゅう酸塩等のセリウム化合物を酸化することによって
得られる。TEOS−CVD法等で形成される酸化珪素
膜の研磨に使用する酸化セリウム研磨剤は、一次粒子径
が大きく、かつ結晶ひずみが少ないほど、すなわち結晶
性が良いほど高速研磨が可能であるが、研磨傷が入りや
すい傾向がある。そこで、本発明で用いる酸化セリウム
粒子は、その製造方法を限定するものではないが、酸化
セリウム結晶子径は5nm以上300nm以下であるこ
とが好ましい。また、半導体チップ研磨に使用すること
から、アルカリ金属及びハロゲン類の含有率は酸化セリ
ウム粒子中10ppm以下に抑えることが好ましい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Examples of the CMP abrasives of the present invention which exhibit a thixotropic property or a quasi-viscous flow in which the viscosity decreases with an increase in shear stress include cerium oxide particles, a dispersant, a fluid property modifier and water. Is preferred. Generally, cerium oxide is carbonate, nitrate, sulfate,
It is obtained by oxidizing a cerium compound such as oxalate. A cerium oxide abrasive used for polishing a silicon oxide film formed by a TEOS-CVD method or the like can perform high-speed polishing as the primary particle diameter is larger and the crystal distortion is smaller, that is, the crystallinity is better. Polishing scratches tend to occur. Thus, the method for producing the cerium oxide particles used in the present invention is not limited, but the cerium oxide crystallite diameter is preferably 5 nm or more and 300 nm or less. Further, since it is used for polishing a semiconductor chip, the content of alkali metals and halogens is preferably suppressed to 10 ppm or less in the cerium oxide particles.

【0009】本発明において、酸化セリウム粒子を作製
する方法として焼成又は過酸化水素等による酸化法が使
用できる。焼成温度は350℃以上900℃以下が好ま
しい。上記の方法により製造された酸化セリウム粒子は
凝集しているため、機械的に粉砕することが好ましい。
粉砕方法として、ジェットミル等による乾式粉砕や遊星
ビーズミル等による湿式粉砕方法が好ましい。ジェット
ミルは、例えば化学工業論文集第6巻第5号(198
0)527〜532頁に説明されている。
In the present invention, as a method for producing cerium oxide particles, calcination or an oxidation method using hydrogen peroxide or the like can be used. The firing temperature is preferably from 350 ° C. to 900 ° C. Since the cerium oxide particles produced by the above method are agglomerated, it is preferable to mechanically pulverize the particles.
As the pulverization method, a dry pulverization method using a jet mill or the like or a wet pulverization method using a planetary bead mill or the like is preferable. The jet mill is described in, for example, Chemical Industry Transactions, Vol. 6, No. 5 (198
0) pages 527-532.

【0010】本発明におけるCMP研磨剤は、例えば、
上記の特徴を有する酸化セリウム粒子と分散剤と水から
なる組成物を分散させて分散液(又はスラリー)とし、
さらに流体特性改質剤を添加することによって得られ
る。ここで、分散液中の酸化セリウム粒子の濃度に制限
はないが、分散液の取り扱いやすさから0.5重量%以
上20重量%以下の範囲が好ましい。
[0010] The CMP polishing slurry in the present invention is, for example,
A composition comprising cerium oxide particles having the above characteristics, a dispersant, and water is dispersed to form a dispersion (or slurry),
Further, it is obtained by adding a fluid property modifier. Here, the concentration of the cerium oxide particles in the dispersion is not limited, but is preferably in the range of 0.5% by weight or more and 20% by weight or less from the viewpoint of easy handling of the dispersion.

【0011】また、分散剤としては、半導体チップ研磨
に使用することから、ナトリウムイオン、カリウムイオ
ン等のアルカリ金属及びハロゲン、イオウの含有率は1
0ppm以下に抑えることが好ましく、例えば、ポリア
クリル酸アンモニウム塩や、共重合成分としてアクリル
酸アンモニウム塩を含む高分子分散剤が好ましい。ま
た、ポリアクリル酸アンモニウム塩や共重合成分として
アクリル酸アンモニウム塩を含む高分子分散剤と水溶性
陰イオン性分散剤、水溶性非イオン性分散剤、水溶性陽
イオン性分散剤、水溶性両性分散剤から選ばれた少なく
とも1種類を含む2種類以上の分散剤を使用してもよ
い。水溶性陰イオン性分散剤としては、例えば、ラウリ
ル硫酸トリエタノールアミン、ラウリル硫酸アンモニウ
ム、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸トリエタ
ノールアミン、特殊ポリカルボン酸型高分子分散剤等が
挙げられ、水溶性非イオン性分散剤としては、例えば、
ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチ
レンセチルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエ
ーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオ
キシエチレン高級アルコールエーテル、ポリオキシエチ
レンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノ
ニルフェニルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキル
エーテル、ポリオキシエチレン誘導体、ポリオキシエチ
レンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソ
ルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレンソルビ
タンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタン
トリステアレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノ
オレエート、ポリオキシエチレンソルビタントリオレエ
ート、テトラオレイン酸ポリオキシエチレンソルビッ
ト、ポリエチレングリコールモノラウレート、ポリエチ
レングリコールモノステアレート、ポリエチレングリコ
ールジステアレート、ポリエチレングリコールモノオレ
エート、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキ
シエチレン硬化ヒマシ油、アルキルアルカノールアミド
等が挙げられ、水溶性陽イオン性分散剤としては、例え
ば、ポリビニルピロリドン、ココナットアミンアセテー
ト、ステアリルアミンアセテート等が挙げられ、水溶性
両性分散剤としては、例えば、ラウリルベタイン、ステ
アリルベタイン、ラウリルジメチルアミンオキサイド、
2−アルキル−N−カルボキシメチル−N−ヒドロキシ
エチルイミダゾリニウムベタイン等が挙げられる。
Since the dispersant is used for polishing semiconductor chips, the content of alkali metals such as sodium ions and potassium ions, halogen and sulfur is 1%.
It is preferably suppressed to 0 ppm or less, and for example, a polyammonium acrylate or a polymer dispersant containing an ammonium acrylate as a copolymer component is preferable. Also, a polymer dispersant containing ammonium polyacrylate or ammonium acrylate as a copolymer component, a water-soluble anionic dispersant, a water-soluble nonionic dispersant, a water-soluble cationic dispersant, a water-soluble amphoteric Two or more dispersants including at least one selected from dispersants may be used. Examples of the water-soluble anionic dispersant include triethanolamine lauryl sulfate, ammonium lauryl sulfate, polyoxyethylene alkyl ether triethanolamine sulfate, a special polycarboxylic acid type polymer dispersant, and the like. As a dispersant, for example,
Polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene cetyl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene oleyl ether, polyoxyethylene higher alcohol ether, polyoxyethylene octyl phenyl ether, polyoxyethylene nonyl phenyl ether, polyoxyalkylene alkyl ether , Polyoxyethylene derivatives, polyoxyethylene sorbitan monolaurate, polyoxyethylene sorbitan monopalmitate, polyoxyethylene sorbitan monostearate, polyoxyethylene sorbitan tristearate, polyoxyethylene sorbitan monooleate, polyoxyethylene sorbitan Trioleate, polyoxyethylene sorbite tetraoleate, polyethylene glycol Coal monolaurate, polyethylene glycol monostearate, polyethylene glycol distearate, polyethylene glycol monooleate, polyoxyethylene alkylamine, polyoxyethylene hydrogenated castor oil, alkyl alkanolamide, etc., and water-soluble cationic dispersion Examples of the agent include polyvinylpyrrolidone, coconutamine acetate, stearylamine acetate, and the like.Examples of the water-soluble amphoteric dispersant include, for example, lauryl betaine, stearyl betaine, lauryl dimethylamine oxide,
2-alkyl-N-carboxymethyl-N-hydroxyethylimidazolinium betaine and the like.

【0012】これらの分散剤の添加量は、分散液(又は
スラリー)中又はCMP研磨剤中の粒子の分散性及び沈
降防止、さらに研磨傷と分散剤添加量との関係から酸化
セリウム粒子100重量部に対して、0.01重量部以
上2.0重量部以下の範囲が好ましい。分散剤の分子量
は、100〜50,000が好ましく、1,000〜1
0,000がより好ましい。分散剤の分子量が100未
満の場合は酸化セリウム粒子の分散性が悪くなることが
あり、分散剤の分子量が50,000を超えた場合は、
酸化珪素膜あるいは窒化珪素膜を研磨するときに、十分
な研磨速度が得られなくなることがあるからである。
The amount of the dispersant added may be set to 100 wt. The range is preferably 0.01 part by weight or more and 2.0 parts by weight or less based on parts by weight. The molecular weight of the dispersant is preferably from 100 to 50,000, and from 1,000 to 1
000 is more preferred. When the molecular weight of the dispersant is less than 100, the dispersibility of the cerium oxide particles may be deteriorated, and when the molecular weight of the dispersant exceeds 50,000,
This is because a sufficient polishing rate may not be obtained when polishing a silicon oxide film or a silicon nitride film.

【0013】これらの酸化セリウム粒子を水中に分散さ
せる方法としては、通常の攪拌機による分散処理の他に
ホモジナイザー、超音波分散機、湿式ボールミル等を用
いることができる。こうして作製された分散液(又はス
ラリー)中又はCMP研磨剤中の酸化セリウム粒子の平
均粒径(又は粒度分布の中央値)は、0.01μm〜
1.0μmであることが好ましい。酸化セリウム粒子の
平均粒径が0.01μm未満であると研磨速度が低くな
りすぎることがあり、1.0μmを超えると研磨する膜
に傷がつきやすくなることがあるからである。
As a method for dispersing the cerium oxide particles in water, a homogenizer, an ultrasonic disperser, a wet ball mill, or the like can be used in addition to the usual dispersion treatment using a stirrer. The average particle size (or the median of the particle size distribution) of the cerium oxide particles in the dispersion (or slurry) or the CMP polishing slurry thus prepared is 0.01 μm to
It is preferably 1.0 μm. If the average particle size of the cerium oxide particles is less than 0.01 μm, the polishing rate may be too low, and if it exceeds 1.0 μm, the film to be polished may be easily damaged.

【0014】準粘性挙動とは、せん断速度が増すととも
に見かけの粘度が低下する現象を指す。チキソトロピー
性も、せん断速度が増大すると見かけの粘度が低下する
特性であるが、さらに放置すると元の粘度に回復する性
質を指す。このような特性は、塗料、食品、化粧品等の
分野で広く利用されているものである。本発明のCMP
研磨剤にチキソトロピー性又は準粘性挙動を付与するた
めの流体特性改質剤に特に制限はないが、水溶性高分子
から選ばれる少なくとも1種の化合物であることがのぞ
ましい。水溶性高分子としては、アラビアガム、アラビ
ノガラクタン、アルギン酸、アルギン酸塩、アルギン酸
プロピレングリコールエステル、ガティガム、カラギー
ナン、カラヤガム、カロブビーンガム、キサンタンガ
ム、グァーガム、カルボキシメチルセルロース、カルボ
キシメチルセルロース塩、セルロース、タマリンドガ
ム、トラガカントガム、デンプングリコール酸、デンプ
ングリコール酸塩、デンプンリン酸、デンプンリン酸
塩、ファーセレラン、カードラン、デキストラン、プル
ラン、ペクチン、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸塩、
ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸塩、ポリマレイン
酸、ポリマレイン酸塩、ポリスチレンスルホン酸、ポリ
スチレンスルホン酸塩、メチルセルロース、エチルセル
ロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロ
ピルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルエチルセル
ロース、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、
ポリビニルピロリドン、ポリエチレンオキサイド、キト
サン、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミン等が好適
に使用される。水溶性高分子の重量平均分子量は500
以上であることが好ましく、その上限は特にないが、溶
解性の面で500万以下であることが好ましい。
The quasi-viscosity behavior refers to a phenomenon in which the apparent viscosity decreases as the shear rate increases. The thixotropic property is also a property in which the apparent viscosity is reduced when the shear rate is increased, but also refers to a property in which the apparent viscosity is restored to the original viscosity when left still. Such properties are widely used in the fields of paints, foods, cosmetics and the like. CMP of the present invention
The fluid property modifier for imparting thixotropy or quasi-viscosity behavior to the abrasive is not particularly limited, but is preferably at least one compound selected from water-soluble polymers. Examples of the water-soluble polymer include gum arabic, arabinogalactan, alginic acid, alginate, propylene glycol alginate, gati gum, carrageenan, karaya gum, carob bean gum, xanthan gum, guar gum, carboxymethyl cellulose, carboxymethyl cellulose salt, cellulose, tamarind gum, tragacanth gum, Starch glycolic acid, starch glycolate, starch phosphate, starch phosphate, furceleran, curdlan, dextran, pullulan, pectin, polyacrylic acid, polyacrylate,
Polymethacrylic acid, polymethacrylate, polymaleic acid, polymaleate, polystyrenesulfonic acid, polystyrenesulfonate, methylcellulose, ethylcellulose, hydroxyethylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, hydroxypropylethylcellulose, polyacrylamide, polyvinyl alcohol,
Polyvinyl pyrrolidone, polyethylene oxide, chitosan, polyethylene imine, polyallylamine and the like are preferably used. The weight average molecular weight of the water-soluble polymer is 500
It is preferable that the amount is not less than the upper limit, but it is preferably 5,000,000 or less from the viewpoint of solubility.

【0015】これらの流体特性改質剤は所望のpHに応
じて、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カル
シウム、アンモニア、エタノールアミン、N,N−ジメ
チルエタノールアミン等の塩基類でpHを調整してもよ
いが、研磨後の半導体デバイスへの影響の観点からアン
モニアやエタノールアミン、N,N−ジメチルエタノー
ルアミン等のアミン類が好ましい。また、塩酸、硝酸、
硫酸等の無機酸や酢酸、クエン酸等の有機酸でpHを調
整しても良い。流体特性改質剤の添加量は、CMP研磨
剤100重量部に対して0.01〜30重量部の範囲が
好ましい。添加量が少なすぎると添加効果が現れない場
合があり、多すぎると研磨速度が低下してしまう場合が
ある。
These fluid property modifiers adjust the pH with bases such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, ammonia, ethanolamine and N, N-dimethylethanolamine according to the desired pH. However, amines such as ammonia, ethanolamine, and N, N-dimethylethanolamine are preferred from the viewpoint of affecting the semiconductor device after polishing. Also, hydrochloric acid, nitric acid,
The pH may be adjusted with an inorganic acid such as sulfuric acid or an organic acid such as acetic acid or citric acid. The addition amount of the fluid property modifier is preferably in the range of 0.01 to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the CMP abrasive. If the addition amount is too small, the addition effect may not be exhibited, and if it is too large, the polishing rate may decrease.

【0016】また、本発明のCMP研磨剤中の酸化セリ
ウム粒子の濃度は、特に制限はないが、通常、0.1〜
10重量%の範囲が好ましい。本発明のCMP研磨剤
は、酸化セリウム粒子、分散剤、及び水からなる酸化セ
リウムスラリーと、流体特性改質剤及び水からなる添加
液とを分けたCMP研磨剤として保存しても、また予め
流体特性改質剤を含む研磨剤として保存しても安定した
特性が得られる。上記のCMP研磨剤で基板を研磨する
際に、添加液は、酸化セリウムスラリーと別々に研磨定
盤上に供給し、研磨定盤上で混合するか、研磨直前に酸
化セリウムスラリーと混合するか、予め流体特性改質剤
を含む研磨剤を研磨定盤上に供給する方法がとられる。
The concentration of the cerium oxide particles in the CMP polishing slurry of the present invention is not particularly limited, but is usually 0.1 to 0.1.
A range of 10% by weight is preferred. The CMP polishing slurry of the present invention can be stored as a CMP polishing slurry in which a cerium oxide slurry composed of cerium oxide particles, a dispersant, and water, and an additive liquid composed of a fluid property modifier and water are stored separately or in advance. Even when stored as an abrasive containing a fluid property modifier, stable properties can be obtained. When polishing the substrate with the above CMP abrasive, the additive liquid is supplied separately to the cerium oxide slurry on the polishing platen and mixed on the polishing platen or mixed with the cerium oxide slurry immediately before polishing. A method of supplying an abrasive containing a fluid property modifier in advance onto a polishing platen is adopted.

【0017】本発明の基板の研磨方法では、研磨する膜
を形成した基板を研磨定盤の研磨布に押しあて加圧し、
本発明のCMP研磨剤を膜と研磨布との間に供給しなが
ら、基板と研磨定盤を動かして膜を研磨する。ここで、
基板と研磨定盤を動かすとは、膜と研磨布とがCMP研
磨剤を介して擦れ合うように基板及び研磨定盤のいずれ
か一方又は両方を動かすことを意味する。
In the method of polishing a substrate according to the present invention, the substrate on which a film to be polished is formed is pressed against a polishing cloth of a polishing platen and pressurized.
While supplying the CMP polishing slurry of the present invention between the film and the polishing cloth, the film is polished by moving the substrate and the polishing platen. here,
Moving the substrate and the polishing platen means moving one or both of the substrate and the polishing platen so that the film and the polishing cloth rub against each other via the CMP polishing agent.

【0018】本発明のCMP研磨剤を使用して研磨する
膜の一例である無機絶縁膜の基板上への作製方法とし
て、低圧CVD法、プラズマCVD法等が挙げられる。
低圧CVD法による酸化珪素膜形成は、Si源としてモ
ノシラン:SiH、酸素源として酸素:Oを用い
る。このSiH−O系酸化反応を400℃以下の低
温で行わせることにより得られる。場合によっては、C
VD後1000℃又はそれ以下の温度で熱処理される。
高温リフローによる表面平坦化を図るためにリン:Pを
ドープするときには、SiH−O−PH系反応ガ
スを用いることが好ましい。プラズマCVD法は、通常
の熱平衡下では高温を必要とする化学反応が低温ででき
る利点を有する。プラズマ発生法には、容量結合型と誘
導結合型の2つが挙げられる。反応ガスとしては、Si
源としてSiH、酸素源としてNOを用いたSiH
−NO系ガスとテトラエトキシシラン(TEOS)
をSi源に用いたTEOS−O 系ガス(TEOS−
プラズマCVD法)が挙げられる。基板温度は250℃
〜400℃、反応圧力は67〜400Paの範囲が好ま
しい。このように、酸化珪素膜にはリン、ホウ素等の元
素がドープされていても良い。同様に、低圧CVD法に
よる窒化珪素膜形成は、Si源としてジクロルシラン:
SiHCl 、窒素源としてアンモニア:NH
用いる。このSiHCl−NH系酸化反応を90
0℃の高温で行わせることにより得られる。プラズマC
VD法は、反応ガスとしては、Si源としてSiH
窒素源としてNHを用いたSiH−NH系ガスが
挙げられる。基板温度は300℃〜400℃が好まし
い。
Examples of a method for forming an inorganic insulating film on a substrate, which is an example of a film to be polished using the CMP polishing slurry of the present invention, include a low pressure CVD method and a plasma CVD method.
In forming a silicon oxide film by a low-pressure CVD method, monosilane: SiH 4 is used as a Si source, and oxygen: O 2 is used as an oxygen source. It can be obtained by performing this SiH 4 —O 2 -based oxidation reaction at a low temperature of 400 ° C. or less. In some cases, C
After VD, heat treatment is performed at a temperature of 1000 ° C. or lower.
Phosphorus in order to surface planarization by a high temperature reflow: when doped with P, it is preferable to use a SiH 4 -O 2 -PH 3 system reaction gas. The plasma CVD method has an advantage that a chemical reaction requiring a high temperature can be performed at a low temperature under normal thermal equilibrium. The plasma generation method includes two types, a capacitive coupling type and an inductive coupling type. As a reaction gas, Si
SiH 4 using SiH 4 as a source and N 2 O as an oxygen source
4 -N 2 O-based gas and tetraethoxysilane (TEOS)
TEOS-O 2 based gas using the Si source (TEOS-
Plasma CVD). Substrate temperature is 250 ° C
The reaction pressure is preferably in the range of 67 to 400 Pa. As described above, the silicon oxide film may be doped with an element such as phosphorus and boron. Similarly, formation of a silicon nitride film by low-pressure CVD is performed by using dichlorosilane as a Si source:
SiH 2 Cl 2 and ammonia: NH 3 are used as a nitrogen source. This SiH 2 Cl 2 —NH 3 system oxidation reaction
It is obtained by performing at a high temperature of 0 ° C. Plasma C
The VD method uses SiH 4 as a Si gas as a reaction gas,
NH 3 SiH 4 -NH 3 based gas using the like as a nitrogen source. The substrate temperature is preferably from 300C to 400C.

【0019】基板としては、例えば、半導体基板すなわ
ち回路素子と配線パターンが形成された段階の半導体基
板、回路素子が形成された段階の半導体基板等の半導体
基板上に酸化珪素膜層あるいは窒化珪素膜層等の無機絶
縁膜が形成された基板が使用できる。このような半導体
基板上に形成された酸化珪素膜層あるいは窒化珪素膜層
を上記CMP研磨剤で研磨することによって、酸化珪素
膜層あるいは窒化珪素膜層表面の凹凸を解消し、半導体
基板全面にわたって平滑な面とすることができる。ま
た、シャロー・トレンチ分離にも使用できる。シャロー
・トレンチ分離に使用するためには、酸化珪素膜研磨速
度と窒化珪素膜研磨速度の比、酸化珪素膜研磨速度/窒
化珪素膜研磨速度が10以上であることが必要である。
この比が10未満では、酸化珪素膜研磨速度と窒化珪素
膜研磨速度の差が小さく、シャロー・トレンチ分離をす
る際、所定の位置で研磨を停止することができなくなる
ためである。この比が10以上の場合は窒化珪素膜の研
磨速度がさらに小さくなって研磨の停止が容易になり、
シャロー・トレンチ分離により好適である。また、シャ
ロー・トレンチ分離に使用するためには、研磨時に傷の
発生が少ないことが必要である。
As the substrate, for example, a silicon oxide film layer or a silicon nitride film is formed on a semiconductor substrate such as a semiconductor substrate in which circuit elements and wiring patterns are formed, and a semiconductor substrate in which circuit elements are formed. A substrate on which an inorganic insulating film such as a layer is formed can be used. By polishing the silicon oxide film layer or the silicon nitride film layer formed on such a semiconductor substrate with the above-mentioned CMP polishing agent, unevenness on the surface of the silicon oxide film layer or the silicon nitride film layer is eliminated, and the entire surface of the semiconductor substrate is removed. It can be a smooth surface. It can also be used for shallow trench isolation. For use in shallow trench isolation, it is necessary that the ratio of the polishing rate of the silicon oxide film to the polishing rate of the silicon nitride film and the polishing rate of the silicon oxide film / the polishing rate of the silicon nitride film be 10 or more.
If the ratio is less than 10, the difference between the polishing rate of the silicon oxide film and the polishing rate of the silicon nitride film is small, and it becomes impossible to stop polishing at a predetermined position when performing shallow trench isolation. When the ratio is 10 or more, the polishing rate of the silicon nitride film is further reduced, and the polishing can be easily stopped.
More preferred is a shallow trench isolation. In addition, in order to use it for shallow trench isolation, it is necessary that the generation of scratches during polishing be small.

【0020】ここで、研磨に用いる装置としては、半導
体基板等の基板を保持するホルダーと研磨布(パッド)
を貼り付けた(回転数が変更可能なモータ等を取り付け
てある)研磨定盤を有する一般的な研磨装置が使用でき
る。研磨布としては、一般的な不織布、発泡ポリウレタ
ン、多孔質フッ素樹脂などが使用でき、特に制限がな
い。また、研磨布にはCMP研磨剤がたまるような溝加
工を施すことが好ましい。研磨条件に制限はないが、研
磨定盤の回転速度は半導体基板等の基板が飛び出さない
ように200rpm以下、より好ましくは10〜200
rpmの低回転が好ましく、半導体基板等の基板にかけ
る圧力は研磨後に傷が発生しないように9.8×10
Pa以下(1kg/cm以下)、より好ましくは1.
0〜9.8×10Pa(0.1〜1kg/cm)が
好ましい。研磨している間、研磨布と被研磨膜との間に
はCMP研磨剤をポンプ等で連続的に供給する。この供
給量に制限はないが、研磨布の表面が常にCMP研磨剤
で覆われていることが好ましく、例えば、10〜100
0ml/minで供給することが好ましい。
Here, an apparatus used for polishing includes a holder for holding a substrate such as a semiconductor substrate and a polishing cloth (pad).
A general polishing apparatus having a polishing platen on which a motor or the like whose rotation speed can be changed is attached can be used. As the polishing cloth, general nonwoven fabric, foamed polyurethane, porous fluororesin and the like can be used, and there is no particular limitation. Further, it is preferable that the polishing cloth is subjected to a groove processing for accumulating a CMP abrasive. The polishing conditions are not limited, but the rotation speed of the polishing platen is 200 rpm or less, more preferably 10 to 200 rpm so that a substrate such as a semiconductor substrate does not pop out.
A low rotation speed of rpm is preferable, and the pressure applied to a substrate such as a semiconductor substrate is 9.8 × 10 4 so that no scratch is generated after polishing.
Pa or less (1 kg / cm 2 or less), more preferably 1.
It is preferably from 0 to 9.8 × 10 4 Pa (0.1 to 1 kg / cm 2 ). During polishing, a CMP abrasive is continuously supplied between the polishing cloth and the film to be polished by a pump or the like. Although there is no limitation on the supply amount, it is preferable that the surface of the polishing cloth is always covered with the CMP polishing agent.
It is preferable to supply at 0 ml / min.

【0021】研磨終了後の半導体基板等の基板は、流水
中で良く洗浄後、スピンドライヤ等を用いて基板上に付
着した水滴を払い落としてから乾燥させることが好まし
い。また、例えば、上記のようにして半導体基板に平坦
化されたシャロー・トレンチを形成したあと、酸化珪素
絶縁膜層の上に、アルミニウム配線を形成し、その配線
間及び配線上に再度上記方法により酸化珪素絶縁膜を形
成後、上記CMP研磨剤を用いて研磨することによっ
て、絶縁膜表面の凹凸を解消し、半導体基板全面にわた
って平滑な面とする。この工程を所定数繰り返すことに
より、所望の層数の半導体を製造することができる。
It is preferable that the substrate such as a semiconductor substrate after the polishing is thoroughly washed in running water, and then water drops adhering to the substrate are removed using a spin drier or the like, and then dried. Also, for example, after forming a shallow trench flattened in a semiconductor substrate as described above, an aluminum wiring is formed on the silicon oxide insulating film layer, and between the wirings and on the wirings, again by the above-described method. After the formation of the silicon oxide insulating film, polishing is performed using the above-mentioned CMP polishing agent to eliminate irregularities on the surface of the insulating film and to make a smooth surface over the entire semiconductor substrate. By repeating this process a predetermined number of times, a desired number of semiconductor layers can be manufactured.

【0022】凹凸が存在する被研磨膜(酸化珪素膜等)
のグローバル平坦化を達成するには、凸部が選択的に研
磨されることが必要である。本発明のチキソトロピー性
又は準粘性流動を示すCMP研磨剤を用いると、凸部の
せん断力が高いため、凸部における粘度が低下し、被研
磨膜上の流体潤滑膜が薄くなり、凸部の研磨が進行しや
すくなる。一方、せん断力の低い凹部は、厚い流体潤滑
膜が形成されるため研磨されにくく、結果としてグロー
バル平坦化が達成可能となる。
A film to be polished having unevenness (such as a silicon oxide film)
In order to achieve the global flattening, it is necessary that the convex portions are selectively polished. When the thixotropic or semi-viscous flow CMP polishing agent of the present invention is used, the shearing force of the projections is high, the viscosity at the projections is reduced, the fluid lubricating film on the film to be polished becomes thinner, and the Polishing becomes easier. On the other hand, a concave portion having a low shear force is hardly polished because a thick fluid lubricating film is formed, and as a result, global flattening can be achieved.

【0023】本発明のCMP研磨剤は、半導体基板に形
成された酸化珪素膜だけでなく、所定の配線を有する配
線板に形成された酸化珪素膜、ガラス、窒化珪素等の無
機絶縁膜、ポリシリコン、Al、Cu、Ti、TiN、
W、Ta、TaN等を主として含有する膜、フォトマス
ク・レンズ・プリズム等の光学ガラス、ITO等の無機
導電膜、ガラス及び結晶質材料で構成される光集積回路
・光スイッチング素子・光導波路、光ファイバーの端
面、シンチレータ等の光学用単結晶、固体レーザ単結
晶、青色レーザLED用サファイヤ基板、SiC、Ga
P、GaAS等の半導体単結晶、磁気ディスク用ガラス
基板、磁気ヘッド等を研磨することができる。
The CMP polishing slurry of the present invention can be used not only for a silicon oxide film formed on a semiconductor substrate, but also for a silicon oxide film formed on a wiring board having predetermined wiring, an inorganic insulating film such as glass and silicon nitride, and a polycrystalline silicon. Silicon, Al, Cu, Ti, TiN,
A film mainly containing W, Ta, TaN, etc., an optical glass such as a photomask, a lens, a prism, etc., an inorganic conductive film such as ITO, an optical integrated circuit / optical switching element / optical waveguide composed of glass and a crystalline material; Optical fiber end face, optical single crystal such as scintillator, solid-state laser single crystal, sapphire substrate for blue laser LED, SiC, Ga
A semiconductor single crystal such as P or GaAs, a glass substrate for a magnetic disk, a magnetic head, or the like can be polished.

【0024】[0024]

【実施例】以下、本発明の実施例及びその比較例によっ
て本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの
実施例に限定されるものではない。 実施例1 (酸化セリウム粒子の作製)炭酸セリウム水和物2kg
を白金製容器に入れ、800℃で2時間空気中で焼成す
ることにより黄白色の粉末を約1kg得た。この粉末を
X線回折法で相同定を行ったところ酸化セリウムである
ことを確認した。焼成粉末粒子径は30〜100μmで
あった。焼成粉末粒子表面を走査型電子顕微鏡で観察し
たところ、酸化セリウムの粒界が観察された。粒界に囲
まれた酸化セリウム一次粒子径を測定したところ、体積
分布の中央値が190nm、最大値が500nmであっ
た。酸化セリウム粉末1kgをジェットミルを用いて乾
式粉砕を行った。粉砕粒子について走査型電子顕微鏡で
観察したところ、一次粒子径と同等サイズの小さな粒子
の他に、1〜3μmの大きな粉砕残り粒子と0.5〜1
μmの粉砕残り粒子が混在していた。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples of the present invention and Comparative Examples thereof, but the present invention is not limited to these Examples. Example 1 (Preparation of cerium oxide particles) 2 kg of cerium carbonate hydrate
Was placed in a platinum container, and calcined at 800 ° C. for 2 hours in the air to obtain about 1 kg of a yellowish white powder. When this powder was subjected to phase identification by an X-ray diffraction method, it was confirmed that the powder was cerium oxide. The particle diameter of the calcined powder was 30 to 100 μm. When the surface of the fired powder particles was observed with a scanning electron microscope, grain boundaries of cerium oxide were observed. When the primary particle diameter of cerium oxide surrounded by the grain boundaries was measured, the median of the volume distribution was 190 nm and the maximum was 500 nm. 1 kg of cerium oxide powder was dry-ground using a jet mill. Observation of the pulverized particles with a scanning electron microscope revealed that, in addition to the small particles having the same size as the primary particle diameter, large pulverized residual particles of 1 to 3 μm and 0.5 to 1
Residual particles of μm were mixed.

【0025】(酸化セリウムスラリー及び酸化セリウム
研磨剤の作製)上記作製の酸化セリウム粒子1kgとポ
リアクリル酸アンモニウム塩水溶液(40重量%)23
gと脱イオン水8977gを混合し、撹拌しながら超音
波分散を10分間施した。得られたスラリーを1ミクロ
ンフィルターでろ過をし、さらに脱イオン水を加えるこ
とにより5wt%スラリーを得た。スラリーpHは8.
3であった。スラリー粒子をレーザ回折式粒度分布計で
測定するために、適当な濃度に希釈して測定した結果、
粒子径の中央値が190nmであった。上記の酸化セリ
ウムスラリー(固形分:5重量%)600gと流体特性
改質剤として分子量900,000のポリアクリルアミ
ド18gと脱イオン水2382gを混合して、流体特性
改質剤を添加した酸化セリウム研磨剤(固形分:1重量
%)を作製した。その研磨剤pHは8.1であった。ま
た、研磨剤中の酸化セリウム粒子をレーザ回折式粒度分
布計で測定するために、適当な濃度に希釈して測定した
結果、粒子径の中央値が190nmであった。
(Preparation of Cerium Oxide Slurry and Cerium Oxide Abrasive) 1 kg of the cerium oxide particles prepared above and an aqueous solution of ammonium polyacrylate (40% by weight) 23
g and deionized water (8977 g) were mixed and subjected to ultrasonic dispersion for 10 minutes while stirring. The obtained slurry was filtered through a 1-micron filter, and further 5% by weight of slurry was obtained by adding deionized water. The slurry pH is 8.
It was 3. As a result of diluting the slurry particles to an appropriate concentration to measure with a laser diffraction type particle size distribution meter,
The median particle size was 190 nm. 600 g of the above-mentioned cerium oxide slurry (solid content: 5% by weight), 18 g of polyacrylamide having a molecular weight of 900,000 as a fluid property modifier, and 2382 g of deionized water were mixed, and cerium oxide polishing to which a fluid property modifier was added. An agent (solid content: 1% by weight) was prepared. The pH of the abrasive was 8.1. Further, in order to measure the cerium oxide particles in the abrasive with a laser diffraction type particle size distribution analyzer, the cerium oxide particles were diluted to an appropriate concentration and measured. As a result, the median value of the particle diameter was 190 nm.

【0026】(絶縁膜層の研磨)直径200mmのSi
基板上にライン/スペース 幅が0.05〜5mmで高
さが1000nmのAl配線のライン部を形成した後、
その上にTEOS−プラズマCVD法で酸化珪素膜を2
000nm形成したパターンウエハを作製する。保持す
る基板取り付け用の吸着パッドを貼り付けたホルダーに
上記パターンウエハをセットし、多孔質ウレタン樹脂製
の研磨パッドを貼り付けた直径600mmの定盤上に酸
化珪素面を下にしてホルダーを載せ、さらに加工荷重を
2.94×10Pa(300gf/cm)に設定し
た。定盤上に上記の酸化セリウム研磨剤(固形分:1重
量%)を200ml/minの速度で滴下しながら、定
盤及びウエハを50rpmで2分間回転させ、酸化珪素
膜を研磨した。研磨後のウエハを純水で良く洗浄後、乾
燥した。同様に、研磨時間を3分、4分、5分、6分に
して上記パターンウエハの研磨を行った。光干渉式膜厚
測定装置を用いて、研磨前後の膜厚差を測定し、研磨速
度を計算した。ライン/スペース 幅1mmのライン部
分の研磨速度Rとライン/スペース 幅3mmのライ
ン部分の研磨速度R、及びライン/スペース 幅5m
mのライン部分の研磨速度Rとの研磨速度比R/R
及びR/Rは、研磨時間2〜4分の間は、研磨時
間とともに値が大きくなり、研磨時間4〜6分ではほぼ
一定であった。研磨速度のパターン幅依存性が一定にな
った研磨時間4分の場合、ライン/スペース 幅1mm
のライン部分の研磨速度Rは344nm/分(研磨量
1377nm)、ライン/スペース 幅3mmのライン
部分の研磨速度Rは335nm/分(研磨量1338
nm)、ライン/スペース 幅5mmのライン部分の研
磨速度Rは315nm/分(研磨量1259nm)で
あり、研磨速度比R/R及びR/Rは、それぞ
れ0.91及び0.97であった。また、研磨時間が5
分、6分の場合の各ライン/スペース 幅のライン部分
の研磨量は4分の場合とほぼ同じであり、4分以降研磨
がほとんど進行していないことがわかった。
(Polishing of insulating film layer) Si having a diameter of 200 mm
After forming a line portion of Al wiring having a line / space width of 0.05 to 5 mm and a height of 1000 nm on a substrate,
A silicon oxide film is formed thereon by TEOS-plasma CVD method.
A patterned wafer having a thickness of 000 nm is manufactured. The above-mentioned pattern wafer is set on a holder to which a suction pad for attaching a substrate to be held is attached, and the holder is placed on a surface plate having a diameter of 600 mm to which a polishing pad made of porous urethane resin is attached, with the silicon oxide surface down. Further, the processing load was set to 2.94 × 10 4 Pa (300 gf / cm 2 ). While the cerium oxide abrasive (solid content: 1% by weight) was dropped on the surface plate at a rate of 200 ml / min, the surface plate and the wafer were rotated at 50 rpm for 2 minutes to polish the silicon oxide film. The polished wafer was thoroughly washed with pure water and then dried. Similarly, the pattern wafer was polished by setting the polishing time to 3 minutes, 4 minutes, 5 minutes, and 6 minutes. The difference in film thickness before and after polishing was measured using an optical interference type film thickness measuring device, and the polishing rate was calculated. Polishing speed of line portions of the line / space width 1 mm R 1 and polishing speed R 3 of the line portion of the line / space width 3 mm, and the line / space width 5m
The polishing rate ratio R 5 / R to the polishing rate R 5 at the line portion of m
The values of 1 and R 3 / R 1 increased with the polishing time during the polishing time of 2 to 4 minutes, and were almost constant during the polishing time of 4 to 6 minutes. In the case of a polishing time of 4 minutes when the pattern width dependence of the polishing rate is constant, the line / space width is 1 mm
The polishing rate R 1 of the line portion of 344 nm / min (amount of polishing 1377nm), the polishing rate R 3 of the line portion of the line / space width 3mm is 335 nm / min (amount of polishing 1338
nm), the polishing rate R 5 of the line portion of the line / space width 5mm is 315 nm / min (amount of polishing 1259Nm), the polishing rate ratio R 5 / R 1 and R 3 / R 1 are each 0.91 and 0 0.97. The polishing time is 5
The polishing amount of the line portion of each line / space width in the case of minutes and 6 minutes was almost the same as that in the case of 4 minutes, and it was found that the polishing hardly progressed after 4 minutes.

【0027】比較例1 (酸化セリウム粒子の作製)炭酸セリウム水和物2kg
を白金製容器に入れ、800℃で2時間空気中で焼成す
ることにより黄白色の粉末を約1kg得た。この粉末を
X線回折法で相同定を行ったところ酸化セリウムである
ことを確認した。焼成粉末粒子径は30〜100μmで
あった。焼成粉末粒子表面を走査型電子顕微鏡で観察し
たところ、酸化セリウムの粒界が観察された。粒界に囲
まれた酸化セリウム一次粒子径を測定したところ、体積
分布の中央値が190nm、最大値が500nmであっ
た。酸化セリウム粉末1kgをジェットミルを用いて乾
式粉砕を行った。粉砕粒子について走査型電子顕微鏡で
観察したところ、一次粒子径と同等サイズの小さな粒子
の他に、1〜3μmの大きな粉砕残り粒子と0.5〜1
μmの粉砕残り粒子が混在していた。
Comparative Example 1 (Preparation of cerium oxide particles) 2 kg of cerium carbonate hydrate
Was placed in a platinum container, and calcined at 800 ° C. for 2 hours in the air to obtain about 1 kg of a yellowish white powder. When this powder was subjected to phase identification by an X-ray diffraction method, it was confirmed that the powder was cerium oxide. The particle diameter of the calcined powder was 30 to 100 μm. When the surface of the fired powder particles was observed with a scanning electron microscope, grain boundaries of cerium oxide were observed. When the primary particle diameter of cerium oxide surrounded by the grain boundaries was measured, the median of the volume distribution was 190 nm and the maximum was 500 nm. 1 kg of cerium oxide powder was dry-ground using a jet mill. Observation of the pulverized particles with a scanning electron microscope revealed that, in addition to the small particles having the same size as the primary particle diameter, large pulverized residual particles of 1 to 3 μm and 0.5 to 1
Residual particles of μm were mixed.

【0028】(酸化セリウムスラリー及び酸化セリウム
研磨剤の作製)上記作製の酸化セリウム粒子1kgとポ
リアクリル酸アンモニウム塩水溶液(40重量%)23
gと脱イオン水8977gを混合し、撹拌しながら超音
波分散を10分間施した。得られたスラリーを1ミクロ
ンフィルターでろ過をし、さらに脱イオン水を加えるこ
とにより5wt%研磨剤を得た。スラリーpHは8.3
であった。上記の酸化セリウムスラリー(固形分:5重
量%)600gと脱イオン水2400gを混合して、酸
化セリウム研磨剤(固形分:1重量%)を作製した。そ
の研磨剤pHは7.4であり、また、研磨剤中の酸化セ
リウム粒子をレーザ回折式粒度分布計で測定するため
に、適当な濃度に希釈して測定した結果、粒子径の中央
値が190nmであった。
(Preparation of Cerium Oxide Slurry and Cerium Oxide Abrasive) 1 kg of the cerium oxide particles prepared above and an aqueous solution of ammonium polyacrylate (40% by weight) 23
g and deionized water (8977 g) were mixed and subjected to ultrasonic dispersion for 10 minutes while stirring. The obtained slurry was filtered through a 1-micron filter, and 5% by weight of an abrasive was obtained by adding deionized water. The slurry pH is 8.3
Met. 600 g of the above cerium oxide slurry (solid content: 5% by weight) and 2400 g of deionized water were mixed to prepare a cerium oxide abrasive (solid content: 1% by weight). The pH of the abrasive was 7.4, and the cerium oxide particles in the abrasive were diluted to an appropriate concentration for measurement by a laser diffraction type particle size distribution analyzer. It was 190 nm.

【0029】(絶縁膜層の研磨)直径200mmのSi
基板上にライン/スペース 幅が0.05〜5mmで高
さが1000nmのAl配線のライン部を形成した後、
その上にTEOS−プラズマCVD法で酸化珪素膜を2
000nm形成したパターンウエハを作製する。保持す
る基板取り付け用の吸着パッドを貼り付けたホルダーに
上記パターンウエハをセットし、多孔質ウレタン樹脂製
の研磨パッドを貼り付けた直径600mmの定盤上に酸
化珪素膜面を下にしてホルダーを載せ、さらに加工荷重
を2.94×10Pa(300gf/cm)に設定
した。定盤上に上記の酸化セリウムスラリー(固形分:
1重量%)を200ml/minの速度で滴下しなが
ら、定盤及びウエハを50rpmで1分間回転させ、酸
化珪素膜を研磨した。研磨後のウエハを純水で良く洗浄
後、乾燥した。同様に、研磨時間を1.5分、2分にし
て上記パターンウエハの研磨を行った。ライン/スペー
ス 幅1mmのライン部分の研磨速度Rとライン/ス
ペース 幅3mmのライン部分の研磨速度R、及びラ
イン/スペース 幅5mmのライン部分の研磨速度R
との研磨速度比R /R及びR/Rは、研磨時間
1〜2分の間ではほぼ一定であった。研磨速度のパター
ン幅依存性が研磨時間により一定である研磨時間が1.
5分の場合、ライン/スペース 幅1mmのライン部分
の研磨速度Rは811nm/分(研磨量1216n
m)、ライン/スペース 幅3mmのライン部分の研磨
速度R は616nm/分(研磨量924nm)、ライ
ン/スペース 幅5mmのライン部分の研磨速度R
497nm/分(研磨量746nm)であり、研磨速度
比R/R及びR/Rは、それぞれ0.61及び
0.76であった。研磨時間2分では、ライン/スペー
ス 幅0.05〜1mmのライン部分で、研磨が酸化珪
素膜の下地のAl配線まで達してしまった。
(Polishing of insulating film layer) Si having a diameter of 200 mm
Line / space width on the substrate is high with a width of 0.05 to 5 mm
After forming a line portion of Al wiring having a thickness of 1000 nm,
A silicon oxide film is formed thereon by TEOS-plasma CVD method.
A patterned wafer having a thickness of 000 nm is manufactured. Hold
To the holder to which the suction pad for attaching the substrate
Set the above pattern wafer, made of porous urethane resin
Acid on a 600 mm diameter platen with a polishing pad
Place the holder with the silicon oxide film face down, and further process the load
To 2.94 × 104Pa (300 gf / cm2Set to
did. The cerium oxide slurry (solid content:
1% by weight) at a rate of 200 ml / min.
Then, rotate the platen and the wafer at 50 rpm for 1 minute,
The silicon oxide film was polished. Wash the polished wafer well with pure water
After that, it was dried. Similarly, set the polishing time to 1.5 minutes and 2 minutes.
Thus, the pattern wafer was polished. Line / Spa
Polishing speed R of line part with width 1mm1And line / s
Pace Polishing speed R of the line part with a width of 3 mm3, And la
In / space Polishing rate R of line part with 5mm width5
And polishing rate ratio R 5/ R1And R3/ R1Is the polishing time
It was almost constant between 1 and 2 minutes. Polishing rate putter
Polishing time in which the width dependence is constant depending on the polishing time.
For 5 minutes, line / space 1mm wide line part
Polishing rate R1Is 811 nm / min (polishing amount 1216 n
m), line / space Polishing of line part with 3mm width
Speed R 3Is 616 nm / min (polishing amount 924 nm)
/ Space Polishing speed R of 5mm wide line part5Is
497 nm / min (polishing amount 746 nm), and polishing rate
Ratio R5/ R1And R3/ R1Are 0.61 and
0.76. With a polishing time of 2 minutes, line / space
In the line area of 0.05 to 1 mm width, polishing is
It has reached the Al wiring underlying the base film.

【0030】比較例2 (絶縁膜層の研磨)直径200mmのSi基板上にライ
ン/スペース 幅が0.05〜5mmで高さが1000
nmのAl配線のライン部を形成した後、その上にTE
OS−プラズマCVD法で酸化珪素膜を2000nm形
成したパターンウエハを作製する。酸化セリウム研磨剤
の代わりに市販シリカスラリーを用いた以外は実施例1
と同様にして、2分間研磨を行った。この市販スラリー
のpHは10.3で、SiO 粒子を12.5wt%含
んでいるものである。研磨条件は実施例1と同一であ
る。同様に、研磨時間を3分、4分、5分、6分にして
上記パターンウエハの研磨を行った。光干渉式膜厚測定
装置を用いて、研磨前後の膜厚差を測定し、研磨速度を
計算した。ライン/スペース 幅1mmのライン部分の
研磨速度Rとライン/スペース 幅3mmのライン部
分の研磨速度R、及びライン/スペース幅5mmのラ
イン部分の研磨速度Rとの研磨速度比R/R及び
/Rは、研磨時間2〜5分の間は、研磨時間とと
もに値が大きくなり、研磨時間5〜6分ではほぼ一定で
あった。研磨速度のパターン幅依存性が一定になった研
磨時間が5分の場合、ライン/スペース 幅1mmのラ
イン部分の研磨速度Rは283nm/分(研磨量14
16nm)、ライン/スペース 幅3mmのライン部分
の研磨速度Rは218nm/分(研磨量1092n
m)、ライン/スペース幅5mmのライン部分の研磨速
度Rは169nm/分(研磨量846nm)であり、
研磨速度比R/R及びR/Rは、それぞれ0.
60及び0.77であった。また、研磨時間が6分の場
合の各ライン/スペース 幅のライン部分の研磨速度は
5分の場合とほぼ同じであり、研磨速度のパターン幅依
存性が一定になった後も同様の速度で研磨が進行してし
まうことがわかった。
Comparative Example 2 (Polishing of insulating film layer)
/ Space width is 0.05-5mm and height is 1000
After forming a line portion of Al wiring of nm, TE
2000-nm silicon oxide film by OS-plasma CVD
The formed pattern wafer is manufactured. Cerium oxide abrasive
Example 1 except that a commercial silica slurry was used in place of
Polishing was performed for 2 minutes in the same manner as described above. This commercial slurry
PH is 10.3 and SiO 2Contains 12.5 wt% of particles
Is what you are doing. The polishing conditions were the same as in Example 1.
You. Similarly, set the polishing time to 3 minutes, 4 minutes, 5 minutes, and 6 minutes.
The pattern wafer was polished. Optical interference type film thickness measurement
Using a device, measure the difference in film thickness before and after polishing and determine the polishing rate.
Calculated. Line / space 1mm wide line part
Polishing rate R1And line / space 3mm wide line
Minute polishing rate R3And line / space width 5mm
Polishing speed R of in part5And polishing rate ratio R5/ R1as well as
R3/ R1The polishing time is between 2 and 5 minutes.
The value becomes large, and it is almost constant in the polishing time of 5 to 6 minutes.
there were. Polishing with constant pattern width dependence of polishing rate
If polishing time is 5 minutes, line / space width 1mm
Polishing speed R of in part1Is 283 nm / min (polishing amount 14
16 nm), line / space 3 mm wide line portion
Polishing rate R3Is 218 nm / min (polishing amount 1092 n
m), polishing speed of the line portion with a line / space width of 5 mm
Degree R5Is 169 nm / min (polishing amount 846 nm),
Polishing rate ratio R5/ R1And R3/ R1Is 0.
60 and 0.77. If the polishing time is 6 minutes,
Polishing rate for each line / space width line
It is almost the same as the case of 5 minutes.
Polishing proceeds at the same rate even after the
I knew it would work.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明により、層間絶縁膜、BPSG
膜、シャロー・トレンチ分離用絶縁膜等を平坦化するC
MP技術において、酸化珪素膜等の無機絶縁膜の研磨を
効率的、高速に、かつプロセス管理も容易に行うことが
できる研磨剤及び研磨法を提供することができる。
According to the present invention, an interlayer insulating film, BPSG
For flattening film, shallow trench isolation insulating film, etc.
In the MP technology, it is possible to provide a polishing agent and a polishing method capable of efficiently, rapidly, and easily performing process control of an inorganic insulating film such as a silicon oxide film.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 芳賀 浩二 茨城県日立市東町四丁目13番1号 日立化 成工業株式会社山崎事業所内 Fターム(参考) 3C058 AA07 CB03 DA02 DA13 DA17   ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (72) Inventor Koji Haga             4-13-1, Higashicho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi             Seiko Kogyo Co., Ltd., Yamazaki Office F term (reference) 3C058 AA07 CB03 DA02 DA13 DA17

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 せん断応力の増大にともない粘度が低下
するチキソトロピー特性又は準粘性流動を示すことを特
徴とする半導体絶縁膜用CMP研磨剤。
1. A CMP polishing slurry for a semiconductor insulating film, which exhibits a thixotropy characteristic or a quasi-viscosity flow in which the viscosity decreases as the shear stress increases.
【請求項2】 酸化セリウム粒子、分散剤、流体特性改
質剤及び水を含む請求項1記載の半導体絶縁膜用CMP
研磨剤。
2. The CMP for a semiconductor insulating film according to claim 1, further comprising cerium oxide particles, a dispersant, a fluid property modifier, and water.
Abrasive.
【請求項3】 流体特性改質剤が、少なくとも1種類の
水溶性高分子である請求項1又は2記載の半導体絶縁膜
用CMP研磨剤。
3. The CMP polishing slurry for a semiconductor insulating film according to claim 1, wherein the fluid property modifier is at least one water-soluble polymer.
【請求項4】 研磨する膜を形成した基板を研磨定盤の
研磨布に押しあて加圧し、請求項1〜3いずれか記載の
半導体絶縁膜用CMP研磨剤を膜と研磨布との間に供給
しながら、基板と研磨定盤を動かして膜を研磨する基板
の研磨方法。
4. The substrate on which a film to be polished is formed is pressed against a polishing cloth of a polishing platen and pressurized, and the CMP polishing slurry for a semiconductor insulating film according to claim 1 is interposed between the film and the polishing cloth. A substrate polishing method in which a film is polished by moving a substrate and a polishing platen while supplying the substrate.
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