JP2009260236A - Abrasive powder, polishing method of substrate employing the same as well as solution and slurry employed for the polishing method - Google Patents

Abrasive powder, polishing method of substrate employing the same as well as solution and slurry employed for the polishing method Download PDF

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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an abrasive powder, capable of achieving both of reduction of polishing scratch and prominent polishing speed with sufficient high level in CMP (chemical mechanical polishing) technology for polishing a film formed on a substrate, and to provide a substrate polishing method employing the abrasive powder as well as a solution and slurry employed for the polishing method. <P>SOLUTION: The abrasive powder contains water, cerium oxide grain and additive, and the additive contains compound shown by a general formula (I) or a polymer having the compound as a monomeric unit. In this case, R<SP>1</SP>-R<SP>5</SP>in the general formula (I) show respectively and independently monovalent organic group or hydrogen atom which may have substituent while X<SP>1</SP>and X<SP>2</SP>show respectively and independently divalent organic group which may have substituent. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、研磨剤に関し、より詳細には、半導体素子の製造過程において基板表面を平坦化する工程、特に、シャロートレンチ分離絶縁膜、プリメタル絶縁膜、層間絶縁膜等を平坦化する工程において使用される研磨剤に関する。また、本発明は、研磨剤を用いた基板の研磨方法、並びに、これに用いる溶液及びスラリーに関する。   The present invention relates to an abrasive, and more specifically, used in a step of flattening a substrate surface in a manufacturing process of a semiconductor element, particularly in a step of flattening a shallow trench isolation insulating film, a premetal insulating film, an interlayer insulating film, and the like. Related to the abrasive. The present invention also relates to a method for polishing a substrate using an abrasive, and a solution and slurry used therefor.

近年、半導体素子の製造プロセスの分野において、半導体素子を高密度化及び微細化するための加工技術の重要性が高まっている。その一つであるCMP(ケミカル・メカニカル・ポリッシング:化学機械研磨)技術は、半導体基板の表面を平坦化する工程、例えば、シャロートレンチ分離の形成、プリメタル絶縁膜や層間絶縁膜の平坦化、プラグ及び埋め込み金属配線の形成に必須の技術となっている。   In recent years, in the field of semiconductor element manufacturing processes, the importance of processing techniques for increasing the density and miniaturization of semiconductor elements has increased. One of them is CMP (Chemical Mechanical Polishing) technology for planarizing the surface of a semiconductor substrate, for example, forming shallow trench isolation, planarizing a premetal insulating film or an interlayer insulating film, and plugging. In addition, it is an indispensable technique for forming buried metal wiring.

CMP技術において使用される研磨剤としては、例えば、フュームドシリカ系のものが知られている。フュームドシリカ系研磨剤は、四塩化珪酸を熱分解する等の方法で粒成長させ、得られた粒子が配合されたスラリーのpH調整を行うことによって製造される。フュームドシリカ系研磨剤は、従来、CVD(ケミカル・ベーパー・デポジション:化学基層成長)法や回転塗布法等の方法によって形成された絶縁膜(例えば、酸化珪素膜)の平坦化処理に使用されている。   As an abrasive | polishing agent used in CMP technique, the fumed silica type thing is known, for example. The fumed silica-based abrasive is produced by grain growth by a method such as thermal decomposition of tetrachlorosilicate and adjusting the pH of the slurry in which the obtained particles are blended. Fumed silica abrasives are conventionally used for planarization of insulating films (for example, silicon oxide films) formed by methods such as CVD (Chemical Vapor Deposition) and spin coating. Has been.

しかし、シリカ系研磨剤は、研磨速度が低いという技術課題があるため、これと比較して高い研磨速度が得られる酸化セリウム系研磨剤の使用が検討されている。酸化セリウム系研磨剤は、従来、フォトマスクやレンズ等のガラス表面を研磨するのに使用されていたものである。下記特許文献1には、酸化セリウム系研磨剤を半導体素子の製造プロセスに適用するための技術が記載されている。下記特許文献2には、親水基を有する所定の有機化合物を含有する酸化セリウム系研磨剤が記載されている。   However, since the silica-based abrasive has a technical problem that the polishing rate is low, the use of a cerium oxide-based abrasive that can obtain a higher polishing rate than this is being studied. The cerium oxide-based abrasive is conventionally used for polishing glass surfaces such as photomasks and lenses. The following Patent Document 1 describes a technique for applying a cerium oxide-based abrasive to a semiconductor element manufacturing process. Patent Document 2 listed below describes a cerium oxide-based abrasive containing a predetermined organic compound having a hydrophilic group.

特開平10−106994号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-106994 特開平08−022970号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-022970

ところで、半導体素子の微細化の更なる進展に伴い、基板を研磨する際に発生する研磨傷の低減が要求されるようになってきた。かかる要求に対し、平均粒径が小さい砥粒を含む研磨剤を使用して対処することが考えられる。しかし、平均粒径が小さい砥粒を使用すると、十分な研磨速度を達成できず、作業性が低下するという問題がある。   By the way, with further progress of miniaturization of semiconductor elements, reduction of polishing scratches generated when polishing a substrate has been demanded. It is conceivable to cope with such a demand by using an abrasive containing abrasive grains having a small average particle diameter. However, when abrasive grains having a small average particle diameter are used, there is a problem that a sufficient polishing rate cannot be achieved and workability is lowered.

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、基板の表面に形成された被研磨膜を研磨するCMP技術において、研磨傷の低減及び高い研磨速度の両方を十分高水準に達成できる研磨剤を提供することを目的とする。また、本発明は、上記研磨剤を用いた基板の研磨方法、並びに、この研磨方法に用いる溶液及びスラリーを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and in CMP technology for polishing a film to be polished formed on the surface of a substrate, polishing capable of achieving both a reduction in polishing scratches and a high polishing rate to a sufficiently high level. The purpose is to provide an agent. Another object of the present invention is to provide a method for polishing a substrate using the above-mentioned abrasive, and a solution and a slurry used in this polishing method.

本発明は、水、酸化セリウム粒子及び添加剤を含有する研磨剤であって、添加剤が下記一般式(I)で表される化合物又は当該化合物を単量体単位として有する重合体を含む研磨剤を提供する。

Figure 2009260236

一般式(I)中、R〜Rは、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい1価の有機基又は水素原子を示し、X及びXは、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい2価の有機基を示す。 The present invention is an abrasive comprising water, cerium oxide particles and an additive, the additive comprising a compound represented by the following general formula (I) or a polymer having the compound as a monomer unit: Provide the agent.
Figure 2009260236

In general formula (I), R 1 to R 5 each independently represents a monovalent organic group or a hydrogen atom which may have a substituent, and X 1 and X 2 are each independently substituted. The divalent organic group which may have a group is shown.

一般式(I)で表される化合物又はこれを単量体単位として有する重合体は、ベタイン構造を有する。ベタイン構造とは、正電荷及び負電荷を同一分子内の隣り合わない位置に持ち、正電荷を持つ原子には解離し得る水素原子が結合しておらず、分子全体としては電荷を持たない化合物構造をいう。かかる化合物は、四級アンモニウム、スルホニウム、ホスホニウムなどのカチオン構造をとり得る。   The compound represented by the general formula (I) or the polymer having this as a monomer unit has a betaine structure. A betaine structure is a compound that has positive and negative charges at non-adjacent positions in the same molecule, and no positively charged atoms are bonded to dissociable hydrogen atoms, and the molecule as a whole has no charge. Refers to the structure. Such a compound may have a cationic structure such as quaternary ammonium, sulfonium, phosphonium and the like.

本発明の研磨剤によれば、一般式(I)で表される化合物又はこれを単量体単位として有する重合体(以下、「ベタイン構造化合物」という。)のアミド基及びカルボキシル基が酸化セリウム粒子及び/又は被研磨面に作用し、従来の研磨剤と比較し、研磨速度の向上が図られる。また、イオン性の4級アンモニウム及びカルボキシル基が酸化セリウム粒子の水への分散性の向上をもたらす。酸化セリウム粒子の分散性の向上によって、当該粒子の凝集を抑制でき、粒径の大きい二次粒子に起因した研磨傷を十分に低減できる。これに加え、酸化セリウム粒子がプラスチック容器内や配管内に付着するのを抑制できる。   According to the abrasive of the present invention, the amide group and the carboxyl group of the compound represented by the general formula (I) or a polymer having this as a monomer unit (hereinafter referred to as “betaine structure compound”) are cerium oxide. It acts on the particles and / or the surface to be polished, and the polishing rate is improved as compared with conventional abrasives. Also, ionic quaternary ammonium and carboxyl groups provide improved dispersibility of cerium oxide particles in water. By improving the dispersibility of the cerium oxide particles, aggregation of the particles can be suppressed, and polishing scratches caused by secondary particles having a large particle size can be sufficiently reduced. In addition to this, it is possible to suppress the cerium oxide particles from adhering to the inside of the plastic container or the pipe.

本発明の研磨剤は、化学機械研磨(CMP)技術で使用する研磨剤として好適である。なお、本発明でいう「研磨剤」とは、基板等に形成された被研磨膜と接触し、これを研磨するために使用される組成物を意味する。   The abrasive of the present invention is suitable as an abrasive used in chemical mechanical polishing (CMP) technology. The “abrasive” as used in the present invention means a composition used for contacting and polishing a film to be polished formed on a substrate or the like.

本発明の研磨剤は、pHが3.0以上7.0以下であることが好ましい。研磨剤のpHが上記範囲内であると、研磨速度及び保存安定性を一層優れたものとすることができる。また、高い研磨速度及び研磨傷の低減の観点から、酸化セリウム粒子の平均粒径が1nm以上400nm以下であることが好ましい。   The abrasive of the present invention preferably has a pH of 3.0 or more and 7.0 or less. When the pH of the abrasive is within the above range, the polishing rate and the storage stability can be further improved. Further, from the viewpoint of high polishing rate and reduction of polishing scratches, the average particle diameter of the cerium oxide particles is preferably 1 nm or more and 400 nm or less.

酸化セリウム粒子の含有量は、高い研磨速度及び研磨傷の低減の観点から、当該研磨剤100質量部に対して0.05質量部以上5質量部以下であることが好ましい。   The content of the cerium oxide particles is preferably 0.05 parts by mass or more and 5 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the abrasive from the viewpoint of high polishing rate and reduction of polishing scratches.

ベタイン構造化合物の含有量は、高い研磨速度及び研磨傷の低減の観点から、当該研磨剤100質量部に対して0.01質量部以上であることが好ましい。   The content of the betaine structural compound is preferably 0.01 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the abrasive from the viewpoint of high polishing rate and reduction of polishing scratches.

本発明の研磨剤中において、酸化セリウム粒子のゼータ電位は+10mV以上であることが好ましい。酸化セリウム粒子のゼータ電位が+10mV以上であると、研磨剤の液相中に酸化セリウム粒子を十分に分散させることができる。   In the polishing agent of the present invention, the zeta potential of the cerium oxide particles is preferably +10 mV or more. When the zeta potential of the cerium oxide particles is +10 mV or more, the cerium oxide particles can be sufficiently dispersed in the liquid phase of the abrasive.

本発明の研磨剤は、カルボン酸、アミノ酸及び両性界面活性剤から選ばれる少なくとも一種を更に含むことが好ましい。研磨剤がカルボン酸及びアミノ酸の少なくとも一方を含有すると、研磨剤のpHを安定化できる。また、研磨剤に両性界面活性剤を配合することによって、研磨剤の研磨特性を調整できる。   The abrasive of the present invention preferably further contains at least one selected from carboxylic acids, amino acids and amphoteric surfactants. When the abrasive contains at least one of carboxylic acid and amino acid, the pH of the abrasive can be stabilized. Moreover, the grinding | polishing characteristic of an abrasive | polishing agent can be adjusted by mix | blending an amphoteric surfactant with an abrasive | polishing agent.

本発明は、表面に形成された被研磨膜を有する基板の研磨方法であって、研磨定盤上の研磨布と被研磨膜とが当接するにように、基板を研磨布に押し当てるとともに、本発明の上記研磨剤を被研磨膜と研磨布との間に供給しながら基板と研磨定盤とを相対的に動かすことによって被研磨膜を研磨する、基板の研磨方法を提供する。   The present invention is a method for polishing a substrate having a film to be polished formed on the surface, and while pressing the substrate against the polishing cloth so that the polishing cloth on the polishing platen and the film to be polished are in contact with each other, Provided is a substrate polishing method for polishing a film to be polished by relatively moving a substrate and a polishing surface plate while supplying the abrasive of the present invention between the film to be polished and a polishing cloth.

本発明に係る研磨方法は、基板の被研磨膜を研磨するのに本発明の上記研磨剤を使用するため、研磨傷の低減及び優れた研磨速度の両方を十分高水準に達成できる。   Since the polishing method according to the present invention uses the above-described abrasive of the present invention to polish the film to be polished on the substrate, it is possible to achieve both a reduction in polishing scratches and an excellent polishing rate at a sufficiently high level.

本発明は、上記研磨方法に用いる溶液であって、ベタイン構造化合物を含有する溶液を提供する。また、本発明は、上記研磨方法に用いるスラリーであって、ベタイン構造化合物を含有するスラリーを提供する。以下、これらの溶液又はスラリーを「添加剤含有液」という。   The present invention provides a solution used for the above polishing method and containing a betaine structure compound. The present invention also provides a slurry for use in the polishing method, the slurry containing a betaine structure compound. Hereinafter, these solutions or slurries are referred to as “additive-containing liquids”.

本発明の研磨方法においては、酸化セリウム粒子を含有するスラリー(以下、「酸化セリウムスラリー」という。)を使用してもよい。酸化セリウムスラリーと、上記添加剤含有液とを組み合わせて使用することで、本発明に係る上記研磨方法を好適に実施できる。また、酸化セリウムスラリー及び添加剤含有液の配合比率を調整することで、研磨速度を容易に調整できるという利点がある。   In the polishing method of the present invention, a slurry containing cerium oxide particles (hereinafter referred to as “cerium oxide slurry”) may be used. By using a combination of the cerium oxide slurry and the additive-containing liquid, the polishing method according to the present invention can be suitably carried out. Moreover, there is an advantage that the polishing rate can be easily adjusted by adjusting the mixing ratio of the cerium oxide slurry and the additive-containing liquid.

本発明によれば、基板の表面に形成された被研磨膜を研磨するCMP技術において、研磨傷の低減及び優れた研磨速度の両方を十分高水準に達成できる。   According to the present invention, in the CMP technique for polishing a film to be polished formed on the surface of a substrate, both reduction of polishing flaws and excellent polishing rate can be achieved at a sufficiently high level.

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。本実施形態に係る研磨剤は、砥粒としての酸化セリウム粒子と、添加剤と、水とを含有する。まず、研磨剤に含まれる各成分について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. The abrasive | polishing agent which concerns on this embodiment contains the cerium oxide particle as an abrasive grain, an additive, and water. First, each component contained in the abrasive will be described.

(酸化セリウム粒子)
酸化セリウム粒子としては、特に制限はなく、一般に市場において入手可能なものを使用できる。例えば、Nanophase Technologies製のNanoTek(製品名)、Ferro Corporationから販売されている粒子、Advanced Nano Productsから販売されている粒子、Rhodiaから販売されている粒子、日立マクセル製のNanoPOP(製品名)等が挙げられる。
(Cerium oxide particles)
There is no restriction | limiting in particular as a cerium oxide particle, Generally what can be obtained in a market can be used. For example, NanoTek (product name) manufactured by Nanophase Technologies, particles sold by Ferro Corporation, particles sold by Advanced Nano Products, particles sold by Rhodia, NanoPOP (product name) manufactured by Hitachi Maxell, etc. Can be mentioned.

酸化セリウム粒子は、研磨剤中における平均粒径が1〜400nmであることが好ましい。酸化セリウム粒子の平均粒径は、良好な研磨速度が得られやすい点で2nm以上であることがより好ましく、10nm以上であることが更に好ましい。また、酸化セリウム粒子の平均粒径は、研磨傷の発生を抑制しやすくなる点で300nm以下であることがより好ましく、250nm以下であることが更に好ましい。なお、後述するように、研磨剤が酸化セリウム粒子を含む酸化セリウムスラリーと、添加剤含有液との二液以上に分けて保存され、使用時にこれらが混合される場合は、酸化セリウムスラリー中において、酸化セリウム粒子の平均粒径が上記範囲内であることが好ましい。   The cerium oxide particles preferably have an average particle size in the abrasive of 1 to 400 nm. The average particle diameter of the cerium oxide particles is more preferably 2 nm or more, and even more preferably 10 nm or more in that a good polishing rate can be easily obtained. Further, the average particle diameter of the cerium oxide particles is more preferably 300 nm or less, and even more preferably 250 nm or less, from the viewpoint of easily suppressing the occurrence of polishing flaws. As will be described later, when the abrasive is stored in two or more parts of a cerium oxide slurry containing cerium oxide particles and an additive-containing liquid, and these are mixed at the time of use, in the cerium oxide slurry The average particle size of the cerium oxide particles is preferably within the above range.

ここで、研磨剤中(又は酸化セリウムスラリー中)における酸化セリウム粒子の平均粒径は、レーザ回折式粒度分布計で測定したD50の値(体積分布のメジアン径、累積中央値)を意味する。具体的には、研磨剤又は酸化セリウムスラリーを100μL程度採取し、粒子含有量が0.005質量%前後になるようにイオン交換水で希釈する。このようにして得た試料をレーザ回折式粒度分布計((株)堀場製作所製、商品名:LA−920)にセットし、「D50」として表示される値を読み取る。なお、粒子含有量0.005質量%前後の試料の平均粒径を上記レーザ回折式粒度分布計(LA−920)で測定した場合、当該分布計による透過率(H)の測定値は60〜70%となる。   Here, the average particle diameter of the cerium oxide particles in the abrasive (or in the cerium oxide slurry) means the value of D50 (median diameter of volume distribution, cumulative median value) measured with a laser diffraction particle size distribution meter. Specifically, about 100 μL of abrasive or cerium oxide slurry is collected and diluted with ion-exchanged water so that the particle content is about 0.005% by mass. The sample thus obtained is set in a laser diffraction particle size distribution meter (trade name: LA-920, manufactured by Horiba, Ltd.), and the value displayed as “D50” is read. In addition, when the average particle diameter of the sample having a particle content of around 0.005% by mass is measured by the laser diffraction particle size distribution analyzer (LA-920), the measured value of transmittance (H) by the distribution meter is 60 to 60. 70%.

研磨液の酸化セリウム粒子の含有量は、研磨剤の全質量100質量部に対して0.05〜5質量部であることが好ましい。酸化セリウム粒子の含有量が0.05質量部未満であると、研磨速度が不十分となりやすく、他方、5質量部を越えると、酸化セリウム粒子が凝集しやすくなる。酸化セリウム粒子の含有量は、0.1〜2質量部であることがより好ましい。   The content of the cerium oxide particles in the polishing liquid is preferably 0.05 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total mass of the abrasive. When the content of the cerium oxide particles is less than 0.05 parts by mass, the polishing rate tends to be insufficient, and when the content exceeds 5 parts by mass, the cerium oxide particles tend to aggregate. The content of the cerium oxide particles is more preferably 0.1 to 2 parts by mass.

酸化セリウム粒子は、2個以上の結晶子から構成され、結晶粒界を有するものが好ましい。このような酸化セリウム粒子を使用すると、研磨時の応力によって酸化セリウム粒子の結晶粒界が破壊され、新生面を生成しながら研磨をするので、高速研磨が可能になる。このような技術は例えば再公表特許WO99/31195号公報などに記載されている。なお、結晶粒界を有する酸化セリウム粒子と、後述する一般式(I)で表される化合物又は当該化合物を単量体単位として有する重合体とを併用すると、本発明の効果がより十分且つ確実に奏される。   The cerium oxide particles are preferably composed of two or more crystallites and have crystal grain boundaries. When such cerium oxide particles are used, the crystal grain boundary of the cerium oxide particles is broken by the stress during polishing, and polishing is performed while generating a new surface, so that high-speed polishing is possible. Such a technique is described in, for example, the republished patent WO99 / 31195. In addition, when the cerium oxide particles having a grain boundary and a compound represented by the general formula (I) described later or a polymer having the compound as a monomer unit are used in combination, the effect of the present invention is more sufficiently and surely achieved. To be played.

酸化セリウム粒子は、結晶子径が1nm以上300nm以下であることが好ましい。酸化セリウム粒子は、結晶子径が大きいほど又は結晶ひずみが少ないほど、すなわち、優れた結晶性を有するものであるほど、高速研磨が可能となる反面、研磨傷が生じやすくなる。   The cerium oxide particles preferably have a crystallite diameter of 1 nm to 300 nm. The larger the crystallite diameter or the smaller the crystal distortion, that is, the better the crystallinity of the cerium oxide particles, the higher the speed of polishing, but the more easily the polishing scratches are generated.

酸化セリウム粒子に含まれるアルカリ金属及びハロゲン類の量は、酸化セリウム粒子の全質量を基準として10ppm以下であることが好ましい。これらの成分を多く含む酸化セリウム粒子は、半導体素子の製造過程において使用するものとしては好ましくないためである。   The amount of alkali metal and halogen contained in the cerium oxide particles is preferably 10 ppm or less based on the total mass of the cerium oxide particles. This is because cerium oxide particles containing a large amount of these components are not preferred for use in the process of manufacturing semiconductor devices.

酸化セリウムは、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、しゅう酸塩のセリウム化合物を酸化することによって得られる。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を例示できる。焼成によって酸化セリウム粒子を作製する場合、焼成温度は350〜900℃とすることが好ましい。上記の方法によって作製された酸化セリウム粒子は、通常、凝集した状態であるため、凝集体を機械的に粉砕することが好ましい。粉砕方法としては、ジェットミルなどによる乾式粉砕や遊星ビーズミルなどによる湿式粉砕が好ましい。ジェットミルの説明は「化学工業論文集第6巻第5号(社団法人、化学工学会、527〜532頁、1980年)」に記述されている。   Cerium oxide is obtained by oxidizing a cerium compound of carbonate, nitrate, sulfate, or oxalate. Examples of the method for producing cerium oxide particles include firing or oxidation using hydrogen peroxide. When producing cerium oxide particles by firing, the firing temperature is preferably 350 to 900 ° C. Since the cerium oxide particles produced by the above method are usually in an aggregated state, it is preferable to mechanically pulverize the aggregate. As the pulverization method, dry pulverization using a jet mill or wet pulverization using a planetary bead mill is preferable. The description of the jet mill is described in “Chemical Industry Journal, Vol. 6 No. 5 (Japan Society for Chemical Engineering, pp. 527-532, 1980)”.

酸化セリウム粒子は水熱合成法によって作製することもできる。例えば、水酸化セリウム等の前駆体を、水中において100℃以上に加熱する方法が挙げられる。   Cerium oxide particles can also be prepared by a hydrothermal synthesis method. For example, a method of heating a precursor such as cerium hydroxide to 100 ° C. or higher in water can be mentioned.

(添加剤)
本実施形態に係る研磨剤は、添加剤を含有する。ここで「添加剤」とは、酸化セリウム粒子の分散性、研磨特性、保存安定性等を調整するために使用する物質であり、研磨剤に含まれる水、酸化セリウム粒子以外の成分を意味する。
(Additive)
The abrasive | polishing agent which concerns on this embodiment contains an additive. Here, the “additive” is a substance used for adjusting dispersibility, polishing characteristics, storage stability, etc. of the cerium oxide particles, and means components other than water and cerium oxide particles contained in the abrasive. .

研磨剤は、添加剤として下記一般式(I)で表される化合物又は当該化合物を単量体単位として有する重合体(ベタイン構造化合物)を含有する。このような化合物を添加剤として使用することで、研磨速度を向上させることができる。

Figure 2009260236

一般式(I)中、R〜Rは、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい1価の有機基又は水素原子を示し、X及びXは、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい2価の有機基を示す。 An abrasive | polishing agent contains the polymer (betaine structure compound) which has a compound represented by the following general formula (I) or the said compound as a monomer unit as an additive. The polishing rate can be improved by using such a compound as an additive.
Figure 2009260236

In general formula (I), R 1 to R 5 each independently represents a monovalent organic group or a hydrogen atom which may have a substituent, and X 1 and X 2 are each independently substituted. The divalent organic group which may have a group is shown.

一般式(I)中、R〜Rでそれぞれ示される基は、化学的に安定なものであれば特に制限はないが、好ましい例として、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、フェニル基、ベンジル基、クロル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、シアノ基等が挙げられる。これらの基は置換基を有していてもよい。これらのうちでも入手性や水への溶解性の観点から、水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基がより好ましく、水素又はメチル基が更に好ましい。 In general formula (I), groups represented by R 1 to R 5 are not particularly limited as long as they are chemically stable. Preferred examples include a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, Examples thereof include a phenyl group, a benzyl group, a chloro group, a difluoromethyl group, a trifluoromethyl group, and a cyano group. These groups may have a substituent. Among these, from the viewpoint of availability and solubility in water, a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms is more preferable, and a hydrogen or methyl group is more preferable.

一般式(I)中、X,Xでそれぞれ示される二価の有機基は、化学的に安定なものであれば特に制限はないが、好ましい例として、炭素数1〜6のアルキレン基、フェニレン基等が挙げられる。これらの基は置換基を有していてもよい。これらのうちでも入手性や水への溶解性の観点から、炭素数1〜3のアルキレン基がより好ましい。 In the general formula (I), the divalent organic groups represented by X 1 and X 2 are not particularly limited as long as they are chemically stable, but as a preferred example, an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms. And a phenylene group. These groups may have a substituent. Among these, an alkylene group having 1 to 3 carbon atoms is more preferable from the viewpoint of availability and solubility in water.

一般式(I)で表される化合物を単量体単位として有する重合体を用いる場合、一般式(I)で表される単量体のみを重合させた単独重合体であってもよく、上記一般式(I)で表される単量体とこれ以外の単量体との共重合体であってもよい。これらの重合体は、一般的に知られた重合手法(例えば、不飽和化合物のラジカル重合)によって得られる。   When using a polymer having a compound represented by the general formula (I) as a monomer unit, it may be a homopolymer obtained by polymerizing only the monomer represented by the general formula (I). A copolymer of the monomer represented by the general formula (I) and another monomer may be used. These polymers are obtained by a generally known polymerization technique (for example, radical polymerization of unsaturated compounds).

一般式(I)で表される化合物との共重合に用いる単量体は、水溶性のものが好ましい。好ましい例としては、ビニルアルコール、酢酸ビニル、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、アクリロニトリル、マレイン酸、イタコン酸、ビニルアミン、ビニルピリジン、アリルアミン、ビニルピロリドン、ビニルカプロラクタム、ビニルメチルエーテル、ビニルメチルオキサゾリジノン、ビニルホルマール、ビニルアセタール、ビニルアミン、ビニルイソブチルエーテル、アクリルアミド、メタアクリルアミド等が挙げられる。これらの化合物は、一種を単独で用いてもよく、二種類以上を組み合わせて用いてもよい。   The monomer used for copolymerization with the compound represented by formula (I) is preferably water-soluble. Preferred examples include vinyl alcohol, vinyl acetate, acrylic acid, methacrylic acid, acrylic ester, methacrylic ester, acrylonitrile, maleic acid, itaconic acid, vinylamine, vinylpyridine, allylamine, vinylpyrrolidone, vinylcaprolactam, vinyl methyl ether, Examples thereof include vinyl methyl oxazolidinone, vinyl formal, vinyl acetal, vinyl amine, vinyl isobutyl ether, acrylamide, and methacrylamide. These compounds may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more types.

研磨剤の上記ベタイン構造化合物の含有量は、研磨剤の全質量100質量部に対して下限値が0.01質量部であることが好ましく、0.02質量部であることがより好ましく、0.03質量部であることが更に好ましい。他方、ベタイン構造化合物の含有量の上限値は5質量部であることが好ましく、2質量部であることがより好ましい。ベタイン構造化合物の含有量が0.01質量部未満であると、研磨速度が不十分となりやすく、他方、5質量部を超えると、研磨剤の安定性が不十分となりやすい。   The content of the betaine structure compound in the abrasive is preferably 0.01 parts by mass, more preferably 0.02 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total mass of the abrasive, 0 More preferably, it is 0.03 parts by mass. On the other hand, the upper limit of the content of the betaine structure compound is preferably 5 parts by mass, and more preferably 2 parts by mass. When the content of the betaine structure compound is less than 0.01 parts by mass, the polishing rate tends to be insufficient, and when it exceeds 5 parts by mass, the stability of the abrasive tends to be insufficient.

本実施形態に係る研磨剤は、酸化セリウム粒子の分散性、研磨特性、保存安定性を調整する目的で、ベタイン構造化合物以外の添加剤を更に含有してもよい。例えば、従来公知の添加剤をベタイン構造化合物による効果を損なわない範囲で適宜使用できる。   The abrasive | polishing agent which concerns on this embodiment may further contain additives other than a betaine structure compound in order to adjust the dispersibility of a cerium oxide particle, polishing characteristics, and storage stability. For example, conventionally known additives can be appropriately used as long as the effects of the betaine structure compound are not impaired.

pHを安定化させる目的でカルボン酸類やアミノ酸類を使用でき、研磨特性を調整する目的で両性界面活性剤、陰イオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤等を使用できる。これらの添加剤の総量は、研磨剤の全質量100質量部に対して0.01〜10質量部であることが好ましい。当該総量が0.01質量部未満であると、これらの添加剤による効果が不十分となりやすく、他方、10質量部を超えると沈殿物が生じやすく、各成分を十分均一に分散させることが困難となりやすい。   Carboxylic acids and amino acids can be used to stabilize the pH, and amphoteric surfactants, anionic surfactants, nonionic surfactants, cationic surfactants, etc. can be used to adjust the polishing characteristics. Can be used. The total amount of these additives is preferably 0.01 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total mass of the abrasive. If the total amount is less than 0.01 parts by mass, the effect of these additives tends to be insufficient, while if it exceeds 10 parts by mass, precipitates are likely to occur, making it difficult to disperse each component sufficiently uniformly. It is easy to become.

カルボン酸類としては、水への溶解性を有していれば特に制限されないが、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、乳酸等が挙げられる。   Carboxylic acids are not particularly limited as long as they have solubility in water, and examples thereof include formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, caproic acid, and lactic acid.

アミノ酸類としては、水への溶解性を有していれば特に制限されないが、例えば、アルギニン、リシン、アスパラギン酸、グルタミン酸、アスパラギン、グルタミン、ヒスチジン、プロリン、チロシン、トリプトファン、セリン、トレオニン、グリシン、アラニン、β−アラニン、メチオニン、システイン、フェニルアラニン、ロイシン、バリン、イソロイシン等が挙げられる。   The amino acids are not particularly limited as long as they have solubility in water.For example, arginine, lysine, aspartic acid, glutamic acid, asparagine, glutamine, histidine, proline, tyrosine, tryptophan, serine, threonine, glycine, Examples include alanine, β-alanine, methionine, cysteine, phenylalanine, leucine, valine, and isoleucine.

両性界面活性剤としては、水への溶解性を有していれば特に制限されないが、例えば、ベタイン、β−アラニンベタイン、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。   The amphoteric surfactant is not particularly limited as long as it has solubility in water. For example, betaine, β-alanine betaine, lauryl betaine, stearyl betaine, lauryl dimethylamine oxide, 2-alkyl-N-carboxyl. And methyl-N-hydroxyethylimidazolinium betaine.

陰イオン性界面活性剤としては、水への溶解性を有していれば特に制限されないが、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る。   The anionic surfactant is not particularly limited as long as it has solubility in water. For example, lauryl sulfate triethanolamine, lauryl ammonium sulfate, polyoxyethylene alkyl ether sulfate triethanolamine, special polycarboxylic acid Type polymer dispersant and the like.

非イオン性界面活性剤としては、水への溶解性を有していれば特に制限されないが、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、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、アルキルアルカノールアミド等が挙げられる。   The nonionic surfactant is not particularly limited as long as it has solubility in water. 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, poly Oxyethylene sorbitan monostearate, polyoxyethylene sorbitan tristearate, polyoxyethylene sorbitan monooleate, polyoxyethylene Vitan trioleate, polyoxyethylene sorbite tetraoleate, polyethylene glycol monolaurate, polyethylene glycol monostearate, polyethylene glycol distearate, polyethylene glycol monooleate, polyoxyethylene alkylamine, polyoxyethylene hydrogenated castor oil, 2 -Hydroxyethyl methacrylate, alkyl alkanolamides and the like.

陽イオン性界面活性剤としては、水への溶解性を有していれば特に制限されないが、例えば、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る。   The cationic surfactant is not particularly limited as long as it has solubility in water, and examples thereof include coconut amine acetate and stearyl amine acetate.

上記界面活性剤のうち、分散性安定性が向上する観点から、両性界面活性剤が好ましく、ベタイン、β−アラニンベタインがさらに好ましい。   Among the above surfactants, amphoteric surfactants are preferable from the viewpoint of improving dispersibility stability, and betaine and β-alanine betaine are more preferable.

研磨剤の研磨特性を調整する観点から、重量平均分子量500以上500万未満の水溶性高分子を研磨剤に配合してもよい。水溶性高分子の重量平均分子量が500未満であると、水溶性高分子を配合しても研磨特性を十分に調整することができず、他方、500万以上であると、研磨剤の粘度が高くなり、取扱いにくくなる。水溶性高分子の重量平均分子量は、1000以上20万未満であることがより好ましい。   From the viewpoint of adjusting the polishing characteristics of the abrasive, a water-soluble polymer having a weight average molecular weight of 500 or more and less than 5 million may be added to the abrasive. If the weight average molecular weight of the water-soluble polymer is less than 500, the polishing characteristics cannot be sufficiently adjusted even if the water-soluble polymer is blended. It becomes expensive and difficult to handle. The weight average molecular weight of the water-soluble polymer is more preferably 1000 or more and less than 200,000.

水溶性高分子の具体例としては、アルギン酸、ペクチン酸、カルボキシメチルセルロース、寒天、カードラン、プルラン等の多糖類;ポリアスパラギン酸、ポリグルタミン酸、ポリリシン、ポリリンゴ酸、ポリアミド酸、ポリマレイン酸、ポリイタコン酸、ポリフマル酸、ポリ(p−スチレンカルボン酸)、ポリアミド酸アンモニウム塩、ポリアミド酸ナトリウム塩、ポリグリオキシル酸等のポリカルボン酸及びその塩;ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクロレイン等のビニル系ポリマ;ポリエチレングリコール等が挙げられる。   Specific examples of the water-soluble polymer include polysaccharides such as alginic acid, pectic acid, carboxymethylcellulose, agar, curdlan, pullulan; polyaspartic acid, polyglutamic acid, polylysine, polymalic acid, polyamic acid, polymaleic acid, polyitaconic acid, Polycarboxylic acids such as polyfumaric acid, poly (p-styrenecarboxylic acid), polyamic acid ammonium salt, polyamic acid sodium salt, polyglyoxylic acid and the like; vinyl polymers such as polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone and polyacrolein; polyethylene glycol Etc.

研磨剤の上記水溶性高分子の含有量は、研磨剤の全質量100質量部に対して、0.01〜5質量部であることが好ましい。水溶性高分子の含有量が0.01質量部未満であると、水溶性高分子による効果が不十分となりやすく、他方、5質量部を超えると沈殿物が生じやすく、各成分を十分均一に分散させることが困難となりやすい。   It is preferable that content of the said water-soluble polymer of an abrasive | polishing agent is 0.01-5 mass parts with respect to 100 mass parts of total mass of an abrasive | polishing agent. If the content of the water-soluble polymer is less than 0.01 parts by mass, the effect of the water-soluble polymer tends to be insufficient, while if it exceeds 5 parts by mass, precipitates are likely to occur, and each component is sufficiently uniform. Difficult to disperse easily.

本実施形態の研磨剤によれば、CMP技術によって半導体基板を研磨する際、研磨傷の低減及び高い研磨速度の両方を十分高水準に達成できる。すなわち、添加剤に含まれるベタイン構造化合物のイオン性の4級アンモニウム及びカルボキシル基によって酸化セリウム粒子の水への分散性が向上する。このため、酸化セリウム粒子の凝集を抑制でき、粒径の大きい二次粒子に起因した研磨傷を十分に低減できる。これに加え、ベタイン構造化合物のアミド基及びカルボキシル基が酸化セリウム粒子及び/又は被研磨膜に作用し、高い研磨速度を達成できる。   According to the polishing agent of the present embodiment, it is possible to achieve both a reduction in polishing scratches and a high polishing rate at a sufficiently high level when polishing a semiconductor substrate by CMP technology. That is, the dispersibility of cerium oxide particles in water is improved by the ionic quaternary ammonium and carboxyl groups of the betaine structure compound contained in the additive. For this reason, aggregation of cerium oxide particles can be suppressed, and polishing scratches caused by secondary particles having a large particle diameter can be sufficiently reduced. In addition, the amide group and carboxyl group of the betaine structure compound act on the cerium oxide particles and / or the film to be polished, and a high polishing rate can be achieved.

(研磨剤の調製方法)
本実施形態に係る研磨剤は、酸化セリウム粒子、ベタイン構造化合物及び水の混合液を攪拌し、液相中に酸化セリウム粒子を分散させることによって得られる。必要に応じてベタイン構造化合物以外の添加剤を更に添加してもよい。
(Abrasive preparation method)
The abrasive | polishing agent which concerns on this embodiment is obtained by stirring the liquid mixture of a cerium oxide particle, a betaine structure compound, and water, and disperse | distributing a cerium oxide particle in a liquid phase. If necessary, additives other than the betaine structure compound may be further added.

酸化セリウム粒子を液相に分散させる方法としては、通常の攪拌機による処理の他にホモジナイザ、超音波分散機、湿式ボールミル等を用いることができる。分散方法、粒径制御方法については、例えば、分散技術大全集(情報機構、2005年7月)に記述されている方法を用いることができる。   As a method for dispersing the cerium oxide particles in the liquid phase, a homogenizer, an ultrasonic disperser, a wet ball mill, or the like can be used in addition to the treatment with a normal stirrer. As the dispersion method and the particle size control method, for example, the method described in the complete collection of dispersion technologies (Information Organization, July 2005) can be used.

研磨剤のpHは、研磨剤の保存安定性及び高い研磨速度の観点から、3.0以上7.0以下の範囲に調整することが好ましい。pH調整には、酸成分又はアンモニア、水酸化ナトリウム、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)等のアルカリ成分を使用できる。pHを安定させるため、研磨剤に緩衝液を添加してもよい。緩衝液としては、例えば、酢酸塩緩衝液、フタル酸塩緩衝液等が挙げられる。   The pH of the abrasive is preferably adjusted to a range of 3.0 or more and 7.0 or less from the viewpoint of storage stability of the abrasive and a high polishing rate. For pH adjustment, an acid component or an alkali component such as ammonia, sodium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide (TMAH) can be used. In order to stabilize the pH, a buffer solution may be added to the abrasive. Examples of the buffer solution include an acetate buffer solution and a phthalate buffer solution.

研磨剤のpHは、pHメータ(例えば、横河電機株式会社製の Model pH81)を用いて測定することができる。例えば、フタル酸塩pH緩衝液(pH4.21)と中性リン酸塩pH緩衝液(pH6.86)を標準緩衝液として用いてpHメータを2点校正した後、pHメータの電極を研磨剤に入れて、2分以上経過して安定した後の値を測定する。このとき、標準緩衝液及び研磨剤の液温がいずれも25℃となるように調整する。   The pH of the abrasive can be measured using a pH meter (for example, Model pH81 manufactured by Yokogawa Electric Corporation). For example, after calibrating two pH meters using a phthalate pH buffer solution (pH 4.21) and a neutral phosphate pH buffer solution (pH 6.86) as standard buffers, the electrode of the pH meter is used as an abrasive. And measure the value after 2 minutes or more has stabilized. At this time, the temperature of the standard buffer solution and the abrasive is adjusted so as to be 25 ° C.

研磨液中に酸化セリウム粒子(砥粒)を十分均一に分散させるには、研磨剤中において酸化セリウム粒子が帯電していることが好ましい。酸化セリウム粒子のゼータ電位は+10mV以上であることが好ましく、+10〜+70mVの範囲内であることがより好ましい。ゼータ電位測定には、例えば、マルバーン社製のゼータサイザー3000HS(商品名)を使用できる。ゼータ電位を測定するに際しては、研磨剤の散乱光量が上記ゼータサイザー3000HSの推奨範囲内となるように研磨剤を水で希釈する。   In order to disperse cerium oxide particles (abrasive grains) sufficiently uniformly in the polishing liquid, the cerium oxide particles are preferably charged in the polishing agent. The zeta potential of the cerium oxide particles is preferably +10 mV or more, and more preferably in the range of +10 to +70 mV. For zeta potential measurement, for example, Zeta Sizer 3000HS (trade name) manufactured by Malvern can be used. In measuring the zeta potential, the abrasive is diluted with water so that the amount of scattered light of the abrasive is within the recommended range of the zeta sizer 3000HS.

研磨剤は、使用される段階で酸化セリウム粒子、添加剤及び水が混合されていればよいため、保存時はこれらの成分が別々の容器に収容されたものであってもよい。例えば、酸化セリウム粒子及び水を少なくとも含む酸化セリウムスラリーと、添加剤及び水を少なくとも含む添加剤含有液とに分けて保存する二液式研磨剤としてもよい。また、水の含有量を少なくした状態の研磨剤の濃縮液を調製しておき、これを水で希釈して使用してもよい。二液式研磨剤の場合も同様に、酸化セリウムスラリー及び添加剤含有液の濃縮液をそれぞれ調製しておき、これらを水で希釈して使用してもよい。   Since the polishing agent only needs to be mixed with the cerium oxide particles, the additive, and water at the stage of use, these components may be stored in separate containers during storage. For example, it is good also as a two-pack type abrasive | polishing agent which divides and preserve | saves into the cerium oxide slurry which contains a cerium oxide particle and water at least, and the additive containing liquid which contains an additive and water at least. Alternatively, a concentrated concentrate of an abrasive with a reduced water content may be prepared and used after diluting with water. Similarly, in the case of a two-component abrasive, a concentrated solution of a cerium oxide slurry and an additive-containing solution may be prepared, and these may be diluted with water for use.

(基板の研磨方法)
本実施形態に係る研磨方法は、半導体素子の製造過程において、表面に被研磨膜が形成された半導体基板を研磨し、表面を平坦化するものである。半導体基板としては、シャロートレンチ分離パターン、ゲートパターン又は配線パターン等が形成された半導体基板が挙げられる。被研磨膜としては、これらのパターン上に形成された絶縁膜、例えば酸化珪素膜や窒化珪素膜等が挙げられる。このような半導体基板上に形成された絶縁膜を上記研磨剤で研磨することによって、絶縁膜表面の凹凸を解消し、半導体基板全面を平滑な面とすることができる。
(Substrate polishing method)
The polishing method according to the present embodiment polishes a semiconductor substrate having a surface to be polished formed on the surface in the process of manufacturing a semiconductor element, and planarizes the surface. Examples of the semiconductor substrate include a semiconductor substrate on which a shallow trench isolation pattern, a gate pattern, a wiring pattern, or the like is formed. Examples of the film to be polished include insulating films formed on these patterns, such as a silicon oxide film and a silicon nitride film. By polishing the insulating film formed on such a semiconductor substrate with the above-described abrasive, unevenness on the surface of the insulating film can be eliminated and the entire surface of the semiconductor substrate can be made smooth.

なお、半導体基板の表面上に絶縁膜を更に形成する方法として、低圧CVD法、準常圧CVD法及びプラズマCVD法等に代表されるCVD法、回転する基板に液体原料を塗布する回転塗布法などが挙げられる。   In addition, as a method for further forming an insulating film on the surface of the semiconductor substrate, a CVD method represented by a low pressure CVD method, a quasi-atmospheric pressure CVD method, a plasma CVD method, etc., a spin coating method in which a liquid material is applied to a rotating substrate Etc.

低圧CVD法による酸化珪素膜は、例えば、モノシラン(SiH)と酸素(O)を熱反応させることによって形成される。低圧CVD法による窒化珪素膜は、例えばジクロルシラン(SiHCl)とアンモニア(NH)を熱反応させることによって形成される。準常圧CVD法による酸化珪素膜は、例えばテトラエトキシシラン(Si(OC)とオゾン(O)を熱反応させることによって形成される。プラズマCVD法による酸化珪素膜は、例えばモノシランと二酸化窒素(NO)をプラズマ反応させることによって形成される。また、テトラエトキシシランと酸素をプラズマ反応させることによって酸化珪素膜が形成される。プラズマCVD法による窒化珪素膜は、例えばモノシラン、アンモニア及び窒素(N)をプラズマ反応させることによって形成される。 The silicon oxide film formed by the low-pressure CVD method is formed, for example, by thermally reacting monosilane (SiH 4 ) and oxygen (O 2 ). The silicon nitride film formed by the low pressure CVD method is formed, for example, by thermally reacting dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) and ammonia (NH 3 ). The silicon oxide film formed by the quasi-atmospheric pressure CVD method is formed, for example, by thermally reacting tetraethoxysilane (Si (OC 2 H 5 ) 4 ) and ozone (O 3 ). The silicon oxide film formed by the plasma CVD method is formed, for example, by causing a plasma reaction between monosilane and nitrogen dioxide (N 2 O). In addition, a silicon oxide film is formed by plasma reaction of tetraethoxysilane and oxygen. The silicon nitride film formed by the plasma CVD method is formed, for example, by reacting monosilane, ammonia, and nitrogen (N 2 ) with plasma.

回転塗布法による酸化珪素膜は、例えば無機ポリシラザンや無機シロキサン等を含む液体原料を基板上に塗布した後、加熱して熱硬化反応させることによって形成される。   The silicon oxide film formed by the spin coating method is formed, for example, by applying a liquid raw material containing inorganic polysilazane, inorganic siloxane, or the like on the substrate, and then heating and causing a thermosetting reaction.

上記のような方法で得られた酸化珪素膜、窒素珪素膜等の絶縁膜の膜質を安定化させるため、必要に応じて200℃〜1000℃の温度で熱処理をしてもよい。また、酸化珪素膜は、埋込み性を高めるためのホウ素(B)、リン(P)、炭素(C)等を微量含有するものであってもよい。   In order to stabilize the film quality of an insulating film such as a silicon oxide film or a nitrogen silicon film obtained by the above method, heat treatment may be performed at a temperature of 200 ° C. to 1000 ° C. as necessary. Further, the silicon oxide film may contain a trace amount of boron (B), phosphorus (P), carbon (C), and the like for improving the embedding property.

本実施形態に係る研磨方法は、上述の研磨剤を使用することの他は、従来公知の研磨方法と同様にして実施できる。例えば、研磨定盤上の研磨布と被研磨膜とが当接するにように、半導体基板を研磨布に押し当て、上述の研磨剤を被研磨膜と研磨布との間に供給しながら、研磨定盤を回転させて表面を研磨する。   The polishing method according to this embodiment can be carried out in the same manner as a conventionally known polishing method except that the above-described abrasive is used. For example, the semiconductor substrate is pressed against the polishing cloth so that the polishing cloth on the polishing platen comes into contact with the polishing film, and polishing is performed while supplying the above-described abrasive between the polishing film and the polishing cloth. Rotate the surface plate to polish the surface.

研磨装置としては、半導体基板等の被研磨膜を有する基板を保持可能なホルダーと、研磨布(パッド)を貼り付け可能な研磨定盤とを有する一般的なものが使用できる。基板ホルダー及び研磨定盤の回転数をそれぞれ変更可能な研磨装置を使用することが好ましい。市販されている研磨装置としては、株式会社荏原製作所製の研磨装置(型番:EPO−111)を例示できる。   As a polishing apparatus, a general apparatus having a holder capable of holding a substrate having a film to be polished such as a semiconductor substrate and a polishing surface plate to which a polishing cloth (pad) can be attached can be used. It is preferable to use a polishing apparatus that can change the number of rotations of the substrate holder and the polishing surface plate. An example of a commercially available polishing apparatus is a polishing apparatus (model number: EPO-111) manufactured by Ebara Corporation.

研磨定盤に貼り付ける研磨布としては、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を例示できる。研磨剤がたまるような溝加工が施された研磨布を使用すると、上記研磨液の特性を活かせる点で好ましい。   Examples of the polishing cloth to be affixed to the polishing surface plate include general nonwoven fabrics, polyurethane foams, and porous fluororesins. It is preferable to use a polishing cloth that has been grooved so that the abrasive is accumulated, in that the characteristics of the polishing liquid can be utilized.

研磨定盤の回転速度は、半導体基板が飛び出さないように200min−1以下とすることが好ましい。また、研磨定盤に半導体基板を押し当てる圧力(加工荷重)は、100kPa以下とすることが好ましい。加工荷重が100kPaを超えると、研磨傷が発生しやすくなる。半導体基板を研磨している間、研磨布には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研磨剤で覆われていることが好ましい。 The rotation speed of the polishing surface plate is preferably 200 min −1 or less so that the semiconductor substrate does not jump out. The pressure (working load) for pressing the semiconductor substrate against the polishing surface plate is preferably 100 kPa or less. When the processing load exceeds 100 kPa, polishing scratches are likely to occur. While the semiconductor substrate is being polished, an abrasive is continuously supplied to the polishing cloth with a pump or the like. Although there is no restriction | limiting in this supply amount, it is preferable that the surface of polishing cloth is always covered with the abrasive | polishing agent.

一液式研磨剤(酸化セリウム粒子、添加剤及び水を含有する研磨剤)を使用する場合、研磨剤を研磨定盤上に直接供給することができる。研磨剤の濃縮液を使用する場合、濃縮液を予め水で希釈して所望の濃度となるように調整すればよい。あるいは、濃縮液及び水を別々の配管で送液し、これらを合流又は混合させ、研磨定盤上に供給してもよい。   When using a one-pack type abrasive (abrasive containing cerium oxide particles, additives and water), the abrasive can be supplied directly onto the polishing surface plate. When using a concentrated solution of an abrasive, the concentrated solution may be previously diluted with water and adjusted to a desired concentration. Alternatively, the concentrated solution and water may be sent through separate pipes, and these may be combined or mixed and supplied onto the polishing platen.

二液式研磨剤を使用する場合、酸化セリウムスラリー及び添加剤含有液を別々の配管で送液し、これらを合流又は混合させて研磨定盤上に供給することができる。酸化セリウムスラリー及び添加剤含有液の濃縮液を使用する場合、これら二液と水とを混合して所望の濃度となるように調整すればよい。あるいは、酸化セリウムスラリーの濃縮液、添加剤含有液の濃縮液及び水を別々の配管で送液し、これらを合流又は混合させ、研磨定盤上に供給してもよい。二液式研磨剤を使用する場合、これら二液の配合比率を任意に変えられることによって研磨速度の調整が可能となる。   When using a two-pack type abrasive | polishing agent, a cerium oxide slurry and an additive containing liquid can be sent by separate piping, and these can be combined or mixed and supplied on a polishing surface plate. When using the concentrated liquid of the cerium oxide slurry and the additive-containing liquid, these two liquids and water may be mixed and adjusted to a desired concentration. Alternatively, the concentrated solution of the cerium oxide slurry, the concentrated solution of the additive-containing solution, and water may be sent through separate pipes, and these may be combined or mixed and supplied onto the polishing platen. When using a two-component abrasive, the polishing rate can be adjusted by arbitrarily changing the mixing ratio of these two components.

研磨終了後、流水中で半導体基板を十分に洗浄し、当該基板に付着した粒子を除去することが好ましい。洗浄には純水とともに希フッ酸又はアンモニア水を使用してもよい。また、洗浄効率を高めるため、ブラシを使用してもよい。スピンドライヤ等を用いて半導体基板に付着した水滴を払い落とした後、乾燥させることが好ましい。   After the polishing, it is preferable to sufficiently wash the semiconductor substrate in running water to remove particles adhering to the substrate. For cleaning, dilute hydrofluoric acid or ammonia water may be used together with pure water. Further, a brush may be used to increase the cleaning efficiency. It is preferable to dry the water droplets adhered to the semiconductor substrate using a spin dryer or the like and then dry.

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、酸化珪素膜又は窒素珪素膜のような絶縁膜を研磨する場合を例示したが、絶縁膜以外の膜の研磨に本発明の研磨剤を使用してもよい。かかる膜としては、例えば、Hf系、Ti系又はTa系酸化物等の高誘電率膜;シリコン、アモルファスシリコン、ポリシリコン、SiC、SiGe、Ge、GaN、GaP、GaAs又は有機半導体等の半導体膜;GeSbTeなどの相変化膜;ITOなどの無機導電膜;ポリイミド系、ポリベンゾオキサゾール系、アクリル系、エポキシ系又はフェノール系等のポリマ樹脂膜などが挙げられる。   The preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, but the present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above-described embodiment, the case where an insulating film such as a silicon oxide film or a nitrogen silicon film is polished is exemplified, but the polishing agent of the present invention may be used for polishing a film other than the insulating film. Examples of such films include high dielectric constant films such as Hf-based, Ti-based, and Ta-based oxides; semiconductor films such as silicon, amorphous silicon, polysilicon, SiC, SiGe, Ge, GaN, GaP, GaAs, and organic semiconductors. Phase change film such as GeSbTe; inorganic conductive film such as ITO; polymer resin film such as polyimide, polybenzoxazole, acrylic, epoxy or phenol.

また、本発明の研磨剤は、膜状の材料のみならず、ガラス、シリコン、SiC、SiGe、Ge、GaN、GaP、GaAs、サファイヤ又はプラスチック等の各種基板材料にも適用できる。   Moreover, the abrasive | polishing agent of this invention is applicable not only to a film-form material but to various board | substrate materials, such as glass, silicon, SiC, SiGe, Ge, GaN, GaP, GaAs, sapphire, or a plastic.

更に、本発明の研磨剤及び研磨方法は、半導体素子の製造過程のみならず、TFT、有機EL等の画像表示装置、フォトマスク、レンズ、プリズム、光ファイバー、単結晶シンチレータ等の光学部品、光スイッチング素子、光導波路等の光学素子、固体レーザ、青色レーザLED等の発光素子、磁気ディスク、磁気ヘッド等の磁気記憶装置の製造過程においても適用することができる。   Furthermore, the polishing agent and polishing method of the present invention are not limited to semiconductor device manufacturing processes, but include image display devices such as TFTs and organic ELs, photomasks, lenses, prisms, optical fibers, optical components such as single crystal scintillators, and optical switching. The present invention can also be applied in the process of manufacturing magnetic storage devices such as elements, optical elements such as optical waveguides, light emitting elements such as solid lasers and blue laser LEDs, magnetic disks, and magnetic heads.

<酸化セリウムの合成>
炭酸セリウム水和物40kgをアルミナ製容器に入れ、これを空気中において830℃で2時間焼成して黄白色の粒子を20kg得た。この粒子が酸化セリウムであることをX線回折法による相同定によって確認した。
<Synthesis of cerium oxide>
40 kg of cerium carbonate hydrate was put in an alumina container, which was fired in air at 830 ° C. for 2 hours to obtain 20 kg of yellowish white particles. It was confirmed by phase identification by X-ray diffraction that the particles were cerium oxide.

焼成によって得られた酸化セリウム粒子は、粒子径が30〜100μmであった。この酸化セリウム粒子(15kg)の乾式粉砕をジェットミルを用いて行なった。乾式粉砕後の酸化セリウム粒子の比表面積をBET法で測定した結果、9m/gであった。以下の実施例及び比較例においては、この酸化セリウム粒子を用いた。 The cerium oxide particles obtained by firing had a particle size of 30 to 100 μm. The cerium oxide particles (15 kg) were dry pulverized using a jet mill. It was 9 m < 2 > / g as a result of measuring the specific surface area of the cerium oxide particle after dry-grinding by BET method. In the following examples and comparative examples, the cerium oxide particles were used.

<添加剤Xの合成>
アセトン100mL及びN,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド15.6gを混合し、氷浴上、β−プロピオラクトン7.2g及びアセトン50mLの混合物を加えた。次いで、氷浴上で6時間、室温で17時間攪拌した後、混合物をろ過することによって白色粉末を採取した。アセトンで洗浄した後、真空下で乾燥し、下記一般式(II)で表される化合物17.3gを得た。収率は76%であった。以下、この化合物を「添加剤X」という。
<Synthesis of Additive X>
100 mL of acetone and 15.6 g of N, N-dimethylaminopropyl acrylamide were mixed, and a mixture of 7.2 g of β-propiolactone and 50 mL of acetone was added on an ice bath. Subsequently, after stirring for 6 hours on an ice bath and 17 hours at room temperature, a white powder was collected by filtering the mixture. After washing with acetone, it was dried under vacuum to obtain 17.3 g of a compound represented by the following general formula (II). The yield was 76%. Hereinafter, this compound is referred to as “additive X”.

Figure 2009260236
Figure 2009260236

<添加剤Yの合成>
冷却管を備えた500mLのセパラブルフラスコに、上記一般式(II)で表される化合物5.0g及び水94g入れ、窒素気流中、80℃に加熱した。この後、過硫酸アンモニウム155mg及び水1gの混合物を加え、攪拌しながら80℃で2時間反応させた。室温まで冷却し、上記一般式(II)で表される化合物の重合体の水溶液を得た。この重合体の重量平均分子量を静的光散乱法によって測定した。すなわち、マルバーン社製のゼータサイザーナノ(商品名)を使用し、0.05〜4mg/mLの濃度の散乱光量を測定し、Debyeプロットを行って求めた。この際、屈折率の濃度増分(dn/dC)は、示差屈折計(大塚電子製、商品名:DRM−3000)を用いて測定した。なお、測定は水を溶媒とし、25℃の条件下で行った。その結果、当該重合体の重量平均分子量Mwは36000であった。以下、この重合体を「添加剤Y」という。
<Synthesis of Additive Y>
In a 500 mL separable flask equipped with a condenser, 5.0 g of the compound represented by the above general formula (II) and 94 g of water were placed and heated to 80 ° C. in a nitrogen stream. Thereafter, a mixture of 155 mg of ammonium persulfate and 1 g of water was added and reacted at 80 ° C. for 2 hours with stirring. After cooling to room temperature, an aqueous solution of a polymer of the compound represented by the general formula (II) was obtained. The weight average molecular weight of this polymer was measured by a static light scattering method. That is, by using Zetasizer Nano (trade name) manufactured by Malvern, the amount of scattered light having a concentration of 0.05 to 4 mg / mL was measured, and a Debye plot was performed. At this time, the refractive index concentration increment (dn / dC) was measured using a differential refractometer (trade name: DRM-3000, manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.). Note that the measurement was carried out under the condition of 25 ° C. using water as a solvent. As a result, the weight average molecular weight Mw of the polymer was 36000. Hereinafter, this polymer is referred to as “additive Y”.

(実施例1)
酸化セリウム粒子12.5g、脱イオン水236g、添加剤X1.25g及び1N硝酸120μLを混合し、攪拌しながら超音波分散を行なった。ろ過精度1μmのフィルタを用いて混合液のろ過処理を行った。その後、酸化セリウム粒子の含有量が0.5質量%になるように、脱イオン水を加えて研磨剤を得た。
(Example 1)
12.5 g of cerium oxide particles, 236 g of deionized water, 1.25 g of additive X, and 120 μL of 1N nitric acid were mixed and subjected to ultrasonic dispersion while stirring. The mixed solution was filtered using a filter having a filtration accuracy of 1 μm. Thereafter, deionized water was added so that the content of the cerium oxide particles was 0.5% by mass to obtain an abrasive.

研磨剤中の酸化セリウム粒子の平均粒径(D50)を測定するため、粒子含有量が0.005質量%程度になるように研磨剤を水で希釈して試料を得た。レーザ回折式粒度分布計((株)堀場製作所製、商品名:LA−920)を使用して測定を行った。なお、屈折率を1.93とし、透過度を68%とした。結果を表1に示す。   In order to measure the average particle diameter (D50) of the cerium oxide particles in the abrasive, the abrasive was diluted with water so that the particle content was about 0.005% by mass to obtain a sample. Measurement was performed using a laser diffraction particle size distribution meter (trade name: LA-920, manufactured by Horiba, Ltd.). The refractive index was 1.93 and the transmittance was 68%. The results are shown in Table 1.

研磨剤中の酸化セリウム粒子のゼータ電位を測定するため、適当な濃度となるように研磨剤を水で希釈した試料を得た。ゼータサイザー3000HS(商品名、マルバーン社製)を用いてゼータ電位測定を行った。結果を表1に示す。   In order to measure the zeta potential of the cerium oxide particles in the abrasive, a sample was obtained by diluting the abrasive with water so as to obtain an appropriate concentration. Zeta potential measurement was performed using a Zeta Sizer 3000HS (trade name, manufactured by Malvern). The results are shown in Table 1.

(実施例2)
酸化セリウム粒子50g、脱イオン水442.5g、L−トリプトファン2.5g及び1N硝酸200μLを混合し、攪拌しながら超音波分散を行なった。ろ過精度1μmのフィルタを用いて混合液のろ過処理を行った。その後、酸化セリウム粒子の含有量が1質量%になるように、脱イオン水を加えて酸化セリウムスラリーの濃縮液を得た。
(Example 2)
50 g of cerium oxide particles, 442.5 g of deionized water, 2.5 g of L-tryptophan and 200 μL of 1N nitric acid were mixed and subjected to ultrasonic dispersion while stirring. The mixed solution was filtered using a filter having a filtration accuracy of 1 μm. Thereafter, deionized water was added so that the content of the cerium oxide particles was 1% by mass to obtain a concentrated cerium oxide slurry.

酸化セリウムスラリーの濃縮液250gと、添加剤含有液50g(添加剤X0.5g及び水49.5gを含有)と、水200gとを混合した。これにより、添加剤Xの含有量が0.1質量%の研磨剤を得た。平均粒径(D50)及びゼータ電位の測定は実施例1と同様にして行った。結果を表1に示す。   250 g of concentrated cerium oxide slurry, 50 g of additive-containing liquid (containing 0.5 g of additive X and 49.5 g of water), and 200 g of water were mixed. Thereby, an abrasive having an additive X content of 0.1% by mass was obtained. The average particle size (D50) and zeta potential were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

(実施例3)
添加剤Xの含有量が0.3質量%となるように、酸化セリウムスラリーの濃縮液と、添加剤含有液と、水とを混合したことの他は、実施例2と同様にして研磨剤を得た。平均粒径(D50)及びゼータ電位の測定は実施例1と同様にして行った。結果を表1に示す。
(Example 3)
An abrasive as in Example 2 except that the concentrated solution of the cerium oxide slurry, the additive-containing liquid, and water were mixed so that the content of the additive X was 0.3% by mass. Got. The average particle size (D50) and zeta potential were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

(比較例1)
添加剤含有液を使用せずに研磨剤を調製したこと、すなわち、酸化セリウムスラリーの濃縮液250gと、水250gとを混合したことの他は、実施例2と同様にして添加剤Xを含有しない研磨剤を得た。平均粒径(D50)及びゼータ電位の測定は実施例1と同様にして行った。結果を表1に示す。
(Comparative Example 1)
Contains additive X in the same manner as in Example 2 except that the abrasive was prepared without using the additive-containing liquid, that is, 250 g of concentrated cerium oxide slurry was mixed with 250 g of water. Not obtained abrasive. The average particle size (D50) and zeta potential were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

(実施例4)
酸化セリウム粒子50g、脱イオン水449g及び酢酸1.0gを混合し、攪拌しながら超音波分散を行なった。ろ過精度1μmのフィルタを用いて混合液のろ過処理を行った。その後、酸化セリウム粒子の含有量が1質量%になるように、脱イオン水を加えて酸化セリウムスラリーの濃縮液を得た。
Example 4
50 g of cerium oxide particles, 449 g of deionized water and 1.0 g of acetic acid were mixed and subjected to ultrasonic dispersion while stirring. The mixed solution was filtered using a filter having a filtration accuracy of 1 μm. Thereafter, deionized water was added so that the content of the cerium oxide particles was 1% by mass to obtain a concentrated cerium oxide slurry.

酸化セリウムスラリーの濃縮液250gと、添加剤含有液50g(添加剤X0.5g及び水49.5gを含有)と、水200gとを混合した。これにより、添加剤Xの含有量が0.1質量%の研磨剤を得た。平均粒径(D50)及びゼータ電位の測定は実施例1と同様にして行った。結果を表1に示す。   250 g of concentrated cerium oxide slurry, 50 g of additive-containing liquid (containing 0.5 g of additive X and 49.5 g of water), and 200 g of water were mixed. Thereby, an abrasive having an additive X content of 0.1% by mass was obtained. The average particle size (D50) and zeta potential were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

(比較例2)
添加剤含有液を使用せずに研磨剤を調製したこと、すなわち、酸化セリウムスラリーの濃縮液250gと、水250gとを混合したこと、並びに、アンモニア水を添加することによってpHを4.76に調整したことの他は、実施例4と同様にして添加剤Xを含有しない研磨剤を得た。平均粒径(D50)及びゼータ電位の測定は実施例1と同様にして行った。結果を表1に示す。
(Comparative Example 2)
The polishing agent was prepared without using an additive-containing liquid, that is, 250 g of concentrated cerium oxide slurry was mixed with 250 g of water, and the pH was adjusted to 4.76 by adding aqueous ammonia. Except having adjusted, it carried out similarly to Example 4, and obtained the abrasive | polishing agent which does not contain the additive X. The average particle size (D50) and zeta potential were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

(比較例3)
酸化セリウム粒子1kg、市販のポリアクリル酸アンモニウム塩水溶液(40質量%)23g及び脱イオン水8977gを混合し、攪拌しながら超音波分散を行った。ろ過精度1μmのフィルタを用いて混合液のろ過処理を行った。その後、酸化セリウム粒子の含有量が5質量%となるように、脱イオン水を加えて酸化セリウムスラリーの濃縮液を得た。
(Comparative Example 3)
1 kg of cerium oxide particles, 23 g of a commercially available ammonium polyacrylate salt solution (40% by mass) and 8977 g of deionized water were mixed and subjected to ultrasonic dispersion while stirring. The mixed solution was filtered using a filter having a filtration accuracy of 1 μm. Thereafter, deionized water was added so that the content of the cerium oxide particles was 5% by mass to obtain a concentrated cerium oxide slurry.

酸化セリウムスラリーの濃縮液100gと、水900gとを混合した。pHが約5となるように混合液に1N硝酸を加えて研磨剤(酸化セリウム粒子含有量:0.5質量%)を得た。平均粒径(D50)及びゼータ電位の測定は実施例1と同様にして行った。結果を表1に示す。   100 g of concentrated cerium oxide slurry was mixed with 900 g of water. 1N nitric acid was added to the mixture so that the pH was about 5 to obtain an abrasive (cerium oxide particle content: 0.5 mass%). The average particle size (D50) and zeta potential were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

<研磨剤の評価試験>
(凸部研磨速度)
図1,2に示すように、直径200mmのシリコン基板1上に厚さ100nmの窒化珪素(SiN)膜2を成膜し、更にトレンチ3を形成した。次いで、図3に示すように、トレンチ3を酸化珪素(SiO)からなる絶縁膜4で埋め込み、評価用ウエハを作製した。このようなウエハを複数準備した。
<Abrasive evaluation test>
(Polish polishing speed)
As shown in FIGS. 1 and 2, a silicon nitride (SiN) film 2 having a thickness of 100 nm was formed on a silicon substrate 1 having a diameter of 200 mm, and a trench 3 was further formed. Next, as shown in FIG. 3, the trench 3 was filled with an insulating film 4 made of silicon oxide (SiO 2 ) to produce an evaluation wafer. A plurality of such wafers were prepared.

絶縁膜4の初期膜厚は凸部(図3のXに相当)で580nm、凹部(図3のYに相当)で610nmであった。またトレンチ3の深さ(図3のZに相当)は460nmであった。また、窒化珪素が形成された領域のサイズは横100μm、縦100μmとし、隣接する同領域の間隔(トレンチ3の幅)は59μmとした。   The initial film thickness of the insulating film 4 was 580 nm at the convex portion (corresponding to X in FIG. 3) and 610 nm at the concave portion (corresponding to Y in FIG. 3). The depth of the trench 3 (corresponding to Z in FIG. 3) was 460 nm. The size of the region where silicon nitride was formed was 100 μm wide and 100 μm long, and the interval between adjacent regions (the width of the trench 3) was 59 μm.

実施例1〜4及び比較例1〜3において調製した研磨剤をそれぞれ使用し、評価用ウエハの化学機械研磨を以下のようにして実施した。まず、研磨装置(株式会社荏原製作所製、型番EPO−111)の基板ホルダーに上記ウエハを固定した。一方、直径600mmの研磨定盤に多孔質ウレタン樹脂製の研磨パッドIC−1000(ロデール社製、溝形状:パーフォレート)を貼り付けた。絶縁膜4面が研磨パッドに接するように基板ホルダーを研磨定盤に押し付けた。なお、加工荷重は30kPaに設定した。200mL/分で研磨パッド上に研磨剤を滴下しながら、定盤と基板ホルダーとをいずれも50min−1で回転させてウエハを40秒間研磨した。研磨後の評価用ウエハを純水でよく洗浄後、乾燥した。 The abrasives prepared in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 were used, respectively, and chemical mechanical polishing of the evaluation wafer was performed as follows. First, the wafer was fixed to a substrate holder of a polishing apparatus (model number EPO-111, manufactured by Ebara Corporation). On the other hand, a polishing pad IC-1000 made of porous urethane resin (manufactured by Rodel, groove shape: perforate) was attached to a polishing surface plate having a diameter of 600 mm. The substrate holder was pressed against the polishing surface plate so that the surface of the insulating film 4 was in contact with the polishing pad. The processing load was set to 30 kPa. While dropping the abrasive onto the polishing pad at 200 mL / min, both the surface plate and the substrate holder were rotated at 50 min −1 to polish the wafer for 40 seconds. The polished evaluation wafer was thoroughly washed with pure water and then dried.

その後、光干渉式膜厚装置(ナノメトリクス社製、商品名:Nanospec AFT−5100)を用いて、凹部の絶縁膜4の残膜厚、凸部の絶縁膜4の残膜厚をそれぞれ測定した。ここで、「凸部の絶縁膜厚の減少量(nm)」を「研磨時間(分)」で除すことによって、凸部研磨速度(単位:nm/分)を算出した。   Then, the remaining film thickness of the insulating film 4 of a recessed part and the remaining film thickness of the insulating film 4 of a convex part were measured using the optical interference type film thickness apparatus (Nanometrics company make, brand name: Nanospec AFT-5100), respectively. . Here, the convex portion polishing rate (unit: nm / min) was calculated by dividing the “reduction amount of the insulating film thickness of the convex portion (nm)” by the “polishing time (minute)”.

(研磨傷数の評価)
厚さ1000nmの酸化珪素膜が全面に形成された直径200mmのシリコン基板を複数準備した。実施例及び比較例において調製した研磨剤をそれぞれ使用し、上記の凸部研磨速度を求めた場合と同様にして酸化珪素膜の研磨を行った。研磨後のウエハを純水、フッ酸、アンモニア水でよく洗浄した後、乾燥した。走査型電子顕微鏡を利用した欠陥検査装置を用いて研磨傷数をカウントした。
(Evaluation of the number of polishing scratches)
A plurality of silicon substrates having a diameter of 200 mm on which a silicon oxide film having a thickness of 1000 nm was formed on the entire surface was prepared. Each of the polishing agents prepared in Examples and Comparative Examples was used, and the silicon oxide film was polished in the same manner as in the case of obtaining the above-described convex portion polishing rate. The polished wafer was thoroughly washed with pure water, hydrofluoric acid, and ammonia water, and then dried. The number of polishing flaws was counted using a defect inspection apparatus using a scanning electron microscope.

(ポリプロピレン容器への付着性の評価)
実施例1〜4及び比較例1〜3において調製した研磨剤をポリプロピレン容器にそれぞれ収容した。ポリプロピレン容器の内面に酸化セリウム粒子等が付着するか否かを目視により観察して評価した。
(Evaluation of adhesion to polypropylene containers)
The abrasive | polishing agent prepared in Examples 1-4 and Comparative Examples 1-3 was accommodated in the polypropylene container, respectively. Whether or not cerium oxide particles or the like adhere to the inner surface of the polypropylene container was visually observed and evaluated.

実施例1〜4及び比較例1〜3において調製した研磨剤の評価結果を表1に示す。なお、表1における相対研磨傷数は、比較例3の研磨剤を使用した場合の研磨傷数を基準として算出したものである。   Table 1 shows the evaluation results of the abrasives prepared in Examples 1-4 and Comparative Examples 1-3. In addition, the relative number of polishing flaws in Table 1 is calculated based on the number of polishing flaws when the abrasive of Comparative Example 3 is used.

Figure 2009260236
Figure 2009260236

表1に示したように、上記一般式(II)で表される化合物を研磨剤に含有せしめることによって、研磨速度の向上及び研磨傷の低減がもたらされる。   As shown in Table 1, when the compound represented by the general formula (II) is contained in the abrasive, the polishing rate is improved and the polishing scratches are reduced.

窒化珪素膜及びトレンチが形成されたシリコン基板を示す部分平面図である。It is a fragmentary top view which shows the silicon substrate in which the silicon nitride film and the trench were formed. 図1に示したシリコン基板のII−II線断面図である。It is the II-II sectional view taken on the line of the silicon substrate shown in FIG. 絶縁膜埋め込み後のシリコン基板を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the silicon substrate after an insulating film embedding.

符号の説明Explanation of symbols

1…シリコン基板、2…窒化珪素膜、3…トレンチ、4…絶縁膜(被研磨膜)。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon substrate, 2 ... Silicon nitride film, 3 ... Trench, 4 ... Insulating film (film to be polished).

Claims (10)

水、酸化セリウム粒子及び添加剤を含有する研磨剤であって、
前記添加剤が下記一般式(I)で表される化合物又は当該化合物を単量体単位として有する重合体を含む研磨剤。
Figure 2009260236

[一般式(I)中、R〜Rは、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい1価の有機基又は水素原子を示し、X及びXは、それぞれ独立に、置換基を有していてもよい2価の有機基を示す。]
An abrasive containing water, cerium oxide particles and additives,
A polishing agent comprising a compound represented by the following general formula (I) or a polymer having the compound as a monomer unit.
Figure 2009260236

[In General Formula (I), R 1 to R 5 each independently represents a monovalent organic group which may have a substituent or a hydrogen atom, and X 1 and X 2 each independently represent The divalent organic group which may have a substituent is shown. ]
pHが3.0以上7.0以下であり且つ前記酸化セリウム粒子の平均粒径が1nm以上400nm以下である、請求項1に記載の研磨剤。   The abrasive | polishing agent of Claim 1 whose pH is 3.0 or more and 7.0 or less and whose average particle diameter of the said cerium oxide particle is 1 nm or more and 400 nm or less. 前記酸化セリウム粒子の含有量は、当該研磨剤100質量部に対して0.05質量部以上5質量部以下である、請求項1又は2に記載の研磨剤。   The abrasive according to claim 1 or 2, wherein the content of the cerium oxide particles is 0.05 parts by mass or more and 5 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the abrasive. 上記一般式(I)で表される化合物又は当該化合物を単量体単位として有する重合体の含有量は、当該研磨剤100質量部に対して0.01質量部以上である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の研磨剤。   The content of the compound represented by the general formula (I) or the polymer having the compound as a monomer unit is 0.01 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the abrasive. The abrasive | polishing agent as described in any one of 3. 当該研磨剤中において、前記酸化セリウム粒子のゼータ電位が+10mV以上である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の研磨剤。   The abrasive | polishing agent as described in any one of Claims 1-4 whose zeta potential of the said cerium oxide particle is + 10mV or more in the said abrasive | polishing agent. 前記添加剤は、カルボン酸、アミノ酸及び両性界面活性剤から選ばれる少なくとも一種を更に含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の研磨剤。   The said additive is an abrasive | polishing agent as described in any one of Claims 1-5 which further contains at least 1 type chosen from carboxylic acid, an amino acid, and an amphoteric surfactant. 化学機械研磨に使用するためのものである、請求項1〜6のいずれか一項に記載の研磨剤。   The abrasive according to any one of claims 1 to 6, which is for use in chemical mechanical polishing. 表面に形成された被研磨膜を有する基板の研磨方法であって、
研磨定盤上の研磨布と前記被研磨膜とが当接するにように、前記基板を前記研磨布に押し当てるとともに、請求項1〜7のいずれか一項に記載の研磨剤を前記被研磨膜と前記研磨布との間に供給しながら前記基板と前記研磨定盤とを相対的に動かすことによって前記被研磨膜を研磨する、基板の研磨方法。
A method for polishing a substrate having a film to be polished formed on a surface,
While pressing the said board | substrate against the said polishing cloth so that the polishing cloth on the polishing surface plate and the said to-be-polished film may contact | abut, the abrasive | polishing agent as described in any one of Claims 1-7 is said to be polished. A method for polishing a substrate, wherein the film to be polished is polished by relatively moving the substrate and the polishing platen while being supplied between the film and the polishing cloth.
上記一般式(I)で表される化合物又は当該化合物を単量体単位として有する重合体を含有する、請求項8に記載の基板の研磨方法に用いる溶液。   The solution used for the grinding | polishing method of the board | substrate of Claim 8 containing the polymer which has the compound represented by the said general formula (I), or the said compound as a monomer unit. 上記一般式(I)で表される化合物又は当該化合物を単量体単位として有する重合体を含有する、請求項8に記載の基板の研磨方法に用いるスラリー。   The slurry used for the grinding | polishing method of the board | substrate of Claim 8 containing the polymer which has the compound represented by the said general formula (I), or the said compound as a monomer unit.
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