JP2011029515A - Abrasive, polishing method, and method of manufacturing semiconductor integrated circuit device - Google Patents

Abrasive, polishing method, and method of manufacturing semiconductor integrated circuit device 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 which is suitable for chemically and mechanically polishing a surface to be polished, containing single-crystal silicon and ensures improvement in controllability of a polishing speed in a method of manufacturing a semiconductor integrated circuit device, and to provide a polishing method. <P>SOLUTION: The abrasive is the one for chemically and mechanically polishing the surface to be polished, containing the single-crystal silicon, and contains cerium oxide particles and water-soluble polyamine and has a pH of 8 to 13. In the polishing method, the abrasive is supplied to a polishing pad and the surface to be polished, containing the single-crystal silicon, of the semiconductor integrated circuit device is brought into contact with the polishing pad to perform polishing by relative movement, and the surface to be polished is polished using the abrasive which contains the cerium oxide particles and water-soluble polyamine and has the pH of 8 to 13. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、単結晶シリコンを含む被研磨面を化学的機械的に研磨するための研磨剤、研磨方法、および半導体集積回路装置の製造方法に関する。より詳しくは、半導体集積回路装置の製造において、シリコン基板などの有する単結晶シリコンを含む被研磨面を化学的機械的研磨方法により研磨し、基板の厚さを高精度に制御するための研磨剤と研磨方法、およびその研磨方法を用いる半導体集積回路装置の製造方法に関する。   The present invention relates to an abrasive, a polishing method, and a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device for chemically and mechanically polishing a surface to be polished containing single crystal silicon. More specifically, in the manufacture of a semiconductor integrated circuit device, a polishing agent for polishing a surface to be polished containing single crystal silicon such as a silicon substrate by a chemical mechanical polishing method and controlling the thickness of the substrate with high accuracy. The present invention relates to a polishing method and a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device using the polishing method.

近年、半導体集積回路装置の高集積化・高機能化を進めるために、より高密度なパッケージングを実現する必要がある。そのため、半導体集積回路基板の高精度な薄片化技術の開発が求められている。特に、砥石などにより薄片化した後に、化学的機械的研磨方法(Chemical Mechanical Polishing:以下、CMPと示す。)により高精度に研磨する技術の重要性が高まっている。   In recent years, it is necessary to realize higher-density packaging in order to promote higher integration and higher functionality of semiconductor integrated circuit devices. Therefore, development of a highly accurate thinning technique for a semiconductor integrated circuit substrate is required. In particular, the importance of a technique of polishing with high accuracy by a chemical mechanical polishing method (hereinafter referred to as CMP) after thinning with a grindstone or the like is increasing.

例えば、標準的な200mm(8インチ)シリコン基板の厚さは725μm程度であり、300mm(12インチ)シリコン基板の厚さは775μm程度であるが、一つのパッケージにより多くのチップを搭載するために、シリコン基板の表面に半導体集積回路を形成した後、20μm以下の厚さまでシリコン基板を薄片化することがある。このような薄片化においては、グラインダーにより目的とする厚さ近くまでシリコン基板を削り取った後、最終的な厚さに精密に制御して研磨するためにCMPを用いることが多い。   For example, a standard 200 mm (8 inch) silicon substrate has a thickness of about 725 μm, and a 300 mm (12 inch) silicon substrate has a thickness of about 775 μm. In order to mount many chips in one package, After the semiconductor integrated circuit is formed on the surface of the silicon substrate, the silicon substrate may be thinned to a thickness of 20 μm or less. In such thinning, CMP is often used in order to polish the silicon substrate to a final thickness after grinding the silicon substrate to near the target thickness with a grinder.

従来から、シリコン基板のような単結晶シリコンを含む被研磨面を研磨するための研磨剤として、フュームドシリカとコロイダルシリカの少なくとも一方からなる砥粒と、塩基性化合物であるアミンとからなる組成物が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。しかし、この組成物を使用した場合には、化学的エッチング作用により高速で研磨することができるものの、研磨圧力や研磨定盤、研磨ヘッドの回転数のような研磨条件を変えた場合に、研磨速度が低速から高速まで広い範囲で変化するため、研磨速度を制御することが難しいという問題があった。   Conventionally, as a polishing agent for polishing a surface to be polished containing single crystal silicon such as a silicon substrate, a composition comprising abrasive grains composed of at least one of fumed silica and colloidal silica, and an amine which is a basic compound. The thing is proposed (for example, refer patent document 1). However, when this composition is used, it can be polished at a high speed by a chemical etching action, but if the polishing conditions such as the polishing pressure, the polishing surface plate, and the rotation speed of the polishing head are changed, the polishing is performed. Since the speed changes in a wide range from low speed to high speed, there is a problem that it is difficult to control the polishing speed.

このように、シリコン結晶体の高精度研磨剤用の砥粒としては、フュームドシリカやコロイダルシリカのような酸化ケイ素粒子を用いることが多い一方で、二酸化ケイ素膜を高速で研磨するための砥粒として、酸化セリウム粒子を用いることが知られている。また、酸化セリウム粒子を用いて多結晶シリコンを研磨する技術も提案されている(特許文献2参照)。   As described above, silicon oxide particles such as fumed silica and colloidal silica are often used as abrasive grains for high-precision abrasives of silicon crystals, while abrasives for polishing a silicon dioxide film at high speed. It is known to use cerium oxide particles as the grains. A technique for polishing polycrystalline silicon using cerium oxide particles has also been proposed (see Patent Document 2).

しかし、このような酸化セリウム粒子を結晶粒界が存在しない単結晶シリコンを研磨するための砥粒として使用することは、できないものと考えられていた。すなわち、酸化セリウム粒子を使用してのシリコン結晶体の研磨速度は極めて遅く、ほとんど研磨が進行しない。多結晶シリコンは粒界により区切られた微結晶の集合体であり、結晶粒子の表面積が大きく活性であるため、多結晶シリコンにおいては研磨が促進されるが、単結晶シリコンでは結晶粒界がなく表面が平滑なため、酸化セリウム粒子を用いて研磨を行うことは困難であると考えられていた。   However, it has been considered that such cerium oxide particles cannot be used as abrasive grains for polishing single crystal silicon having no crystal grain boundaries. That is, the polishing rate of the silicon crystal using cerium oxide particles is extremely slow, and the polishing hardly proceeds. Polycrystalline silicon is an aggregate of microcrystals separated by grain boundaries. Since the surface area of crystal grains is large and active, polishing is promoted in polycrystalline silicon, but there is no grain boundary in single crystal silicon. Since the surface was smooth, it was considered difficult to polish using cerium oxide particles.

特開昭49−111580号JP 49-1111580 A 国際公開第2006−098141号パンフレットInternational Publication No. 2006-098141 Pamphlet

本発明はこれらの問題を解決するためになされたもので、半導体集積回路装置の製造において、単結晶シリコンを含む被研磨面を化学的機械的に研磨するために好適であり、研磨速度の制御性が向上した研磨剤および研磨方法を提供することを目的としている。   The present invention has been made to solve these problems, and is suitable for chemically and mechanically polishing a surface to be polished containing single crystal silicon in the manufacture of a semiconductor integrated circuit device. An object of the present invention is to provide an abrasive and a polishing method with improved properties.

本発明者らは鋭意実験と検討を重ねることによって、酸化セリウム粒子と水溶性ポリアミンと水とを含有し、かつpHが所定の範囲にある研磨剤が、単結晶シリコンを有効に研磨することができることを見出した。   The inventors of the present invention have been able to effectively polish single crystal silicon by an abrasive that contains cerium oxide particles, a water-soluble polyamine, and water, and has a pH within a predetermined range, through repeated experiments and studies. I found that I can do it.

本発明の第1の態様は、単結晶シリコンを含む被研磨面を化学的機械的に研磨するための研磨剤であり、酸化セリウム粒子と水溶性ポリアミンと水をそれぞれ含有し、pHが8〜13の範囲にあることを特徴とする。   A first aspect of the present invention is an abrasive for chemically and mechanically polishing a surface to be polished containing single crystal silicon, containing cerium oxide particles, a water-soluble polyamine, and water, each having a pH of 8 to It is characterized by being in the range of 13.

本発明の第2の態様は、研磨剤を研磨パッドに供給し、半導体集積回路装置の単結晶シリコンを含む被研磨面と前記研磨パッドとを接触させて、両者間の相対運動により研磨する方法であって、前記研磨剤として前記第1の態様の研磨剤を使用することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, a polishing agent is supplied to a polishing pad, a surface to be polished containing single crystal silicon of a semiconductor integrated circuit device is brought into contact with the polishing pad, and polishing is performed by relative movement between the two. And the abrasive | polishing agent of a said 1st aspect is used as the said abrasive | polishing agent, It is characterized by the above-mentioned.

本発明の第3の態様は、半導体集積回路装置の製造方法であり、前記第2の態様も研磨方法により、単結晶シリコンを含む被研磨面を研磨する工程を有することを特徴とする。   A third aspect of the present invention is a method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, and the second aspect also includes a step of polishing a surface to be polished containing single crystal silicon by a polishing method.

本発明によれば、半導体集積回路装置の製造において、単結晶シリコンを含む被研磨面を、研磨速度を精密に制御して研磨することができ、研磨キズがなく高平坦化された被研磨面を得ることができる。また、砥粒濃度が低くても十分な研磨速度を有する研磨剤を得ることができる。   According to the present invention, in the manufacture of a semiconductor integrated circuit device, a surface to be polished containing single crystal silicon can be polished by precisely controlling the polishing rate, and the surface to be polished is highly planarized without polishing scratches. Can be obtained. Further, an abrasive having a sufficient polishing rate can be obtained even if the abrasive concentration is low.

本発明の研磨方法に使用可能な研磨装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the grinding | polishing apparatus which can be used for the grinding | polishing method of this invention. 本発明の実施例および比較例により得られた、研磨圧力と研磨速度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the grinding | polishing pressure and the grinding | polishing speed | velocity obtained by the Example and comparative example of this invention. 本発明の実施例および比較例により得られた、研磨定盤の回転数と研磨速度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the rotation speed of a polishing surface plate, and polishing speed obtained by the Example and comparative example of this invention.

以下に、本発明の実施の形態を、図、表、式、実施例などを使用して説明する。なお、これらの図、表、式、実施例および説明は本発明を例示するものであり、本発明の範囲を制限するものではない。本発明の趣旨に合致する限り、他の実施の形態も本発明の範疇に属し得る。また、図中、同一の符号は同一の要素を表す。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, tables, formulas, examples and the like. In addition, these figures, tables, formulas, examples, and descriptions illustrate the present invention, and do not limit the scope of the present invention. Other embodiments may belong to the category of the present invention as long as they meet the gist of the present invention. Moreover, in the figure, the same code | symbol represents the same element.

本発明に係る研磨剤は、例えば半導体集積回路装置(以下、半導体デバイスともいう)の製造において、単結晶シリコンからなる面を含む被研磨面を化学的機械的に研磨するための研磨剤であって、酸化セリウム粒子と水溶性ポリアミンと水をそれぞれ含有し、そのpHは8〜13の範囲にある。この研磨剤には分散剤を含有させてもよい。   The abrasive according to the present invention is an abrasive for chemically and mechanically polishing a surface to be polished including a surface made of single crystal silicon in the manufacture of, for example, a semiconductor integrated circuit device (hereinafter also referred to as a semiconductor device). The cerium oxide particles, water-soluble polyamine and water are contained, and the pH is in the range of 8-13. This abrasive may contain a dispersant.

本発明の研磨剤において、酸化セリウム粒子は研磨砥粒として用いられる。塩基性ではアミン物質の存在により、単結晶シリコン表面にシラノール基が形成されるため、従来からのシリカ粒子に代えて酸化セリウム粒子を砥粒として用いることで、化学反応による研磨作用が高められる。したがって、本発明の研磨剤は単結晶シリコンに対して高い(大きな)研磨速度を示す。   In the abrasive of the present invention, cerium oxide particles are used as abrasive grains. In the basic case, silanol groups are formed on the surface of the single crystal silicon due to the presence of the amine substance. Therefore, the polishing action by the chemical reaction is enhanced by using cerium oxide particles as abrasive grains instead of the conventional silica particles. Therefore, the polishing agent of the present invention exhibits a high (large) polishing rate relative to single crystal silicon.

本発明の研磨剤に含有される酸化セリウム粒子としては、例えば、特開平11−12561号公報または特開2001−35818号公報に開示されている酸化セリウム粒子を使用することができる。すなわち、硝酸セリウム(IV)アンモニウム水溶液にアルカリを加えて水酸化セリウムゲルを形成し、ろ過、洗浄、焼成を順に行なって得られた酸化セリウム粉末を使用することができる。また、高純度の炭酸セリウムを粉砕後焼成し、さらに粉砕、分級して得られた酸化セリウム粒子も使用することができるが、特にこれらに限定されない。   As the cerium oxide particles contained in the abrasive of the present invention, for example, cerium oxide particles disclosed in JP-A-11-12561 or JP-A-2001-35818 can be used. That is, a cerium oxide powder obtained by adding alkali to a cerium (IV) ammonium nitrate aqueous solution to form a cerium hydroxide gel, followed by filtration, washing and firing in this order can be used. Further, cerium oxide particles obtained by pulverizing and baking high-purity cerium carbonate, and further pulverizing and classifying the cerium carbonate can also be used, but are not particularly limited thereto.

酸化セリウム粒子の平均粒径(直径)は、研磨特性と分散安定性の観点から、0.01〜0.5μm、特に0.02〜0.3μm、さらには0.05〜0.2μmとすることが好ましい。平均粒径が大きすぎると、単結晶シリコンを含む被研磨面(例えば、半導体基板表面)にスクラッチなどの研磨キズが発生しやすくなる。平均粒径が小さすぎると、研磨速度が低くなるおそれがあるばかりでなく、単位体積当りの表面積の割合が大きくなるため、表面状態の影響を受けやすく、pHや添加剤濃度などの条件によっては凝集しやすくなる。凝集が起きると、被研磨面にスクラッチなどの研磨キズが発生しやすくなる。   The average particle diameter (diameter) of the cerium oxide particles is 0.01 to 0.5 μm, particularly 0.02 to 0.3 μm, more preferably 0.05 to 0.2 μm, from the viewpoint of polishing characteristics and dispersion stability. It is preferable. If the average particle size is too large, scratches such as scratches are likely to occur on the surface to be polished containing single crystal silicon (for example, the surface of the semiconductor substrate). If the average particle size is too small, not only the polishing rate may be lowered, but also the ratio of the surface area per unit volume increases, so it is easily affected by the surface condition, and depending on conditions such as pH and additive concentration Aggregates easily. When aggregation occurs, polishing scratches such as scratches are likely to occur on the surface to be polished.

本発明の研磨剤中における酸化セリウム粒子の濃度(含有割合)は、研磨速度を制御するうえで十分な効果を得るために、0.0001〜10.0質量%の範囲とすることが好ましい。   The concentration (content ratio) of the cerium oxide particles in the abrasive of the present invention is preferably in the range of 0.0001 to 10.0% by mass in order to obtain a sufficient effect for controlling the polishing rate.

本発明の研磨剤に含有される水溶性ポリアミンとしては、一分子中に2個以上の1級、2級または3級アミノ基を有する水溶性の化合物であれば、どのようなものでも使用することができる。ポリアミン化合物の水溶性の程度は、研磨剤として使用される濃度において、その研磨剤の液中に完全に溶解している状態であればどの程度であってもよい。通常は、純水に1質量%以上、好ましくは5質量%以上溶解するものをいう。具体的には、水溶性ポリエーテルポリアミン、水溶性ポリアルキレンポリアミン、ポリエチレンイミン、水溶性ポリビニルアミン、水溶性ポリアリルアミン、水溶性ポリリジンおよび水溶性キトサンからなる群から選ばれる1種以上のものが好ましい。特に好ましい水溶性ポリアミンは、水溶性ポリエーテルポリアミンと水溶性ポリアルキレンポリアミンである。なお、水溶性ポリアルキレンポリアミンには、製造上環状構造を有するものが含まれる場合があるが、本発明においてはこれらの環状構造を有するアミンも水溶性ポリアミンとして使用することができる。   As the water-soluble polyamine contained in the abrasive of the present invention, any water-soluble compound having two or more primary, secondary, or tertiary amino groups in one molecule can be used. be able to. The degree of water solubility of the polyamine compound may be any degree as long as it is completely dissolved in the abrasive liquid at the concentration used as the abrasive. Usually, it is a substance that dissolves in pure water by 1% by mass or more, preferably 5% by mass or more. Specifically, at least one selected from the group consisting of water-soluble polyether polyamine, water-soluble polyalkylene polyamine, polyethyleneimine, water-soluble polyvinylamine, water-soluble polyallylamine, water-soluble polylysine and water-soluble chitosan is preferable. . Particularly preferred water-soluble polyamines are water-soluble polyether polyamines and water-soluble polyalkylene polyamines. The water-soluble polyalkylene polyamines may include those having a cyclic structure in production, but in the present invention, amines having these cyclic structures can also be used as the water-soluble polyamine.

水溶性ポリアミンの分子量は、水溶性を示す範囲の分子量である限り限定されるものではないが、重量平均分子量(Mw)で100〜10万の範囲であることが好ましく、100〜2000の範囲であることがより好ましい。Mwが100未満の場合には、配合の効果が小さい。Mwが10万を超えると、水溶性であっても研磨剤の流動性などの物性に悪影響を与えるおそれがある。さらに、Mwが200を超えると、純水への溶解性が低下する場合が多い。特に好ましい水溶性ポリアミンは、Mwが100〜2000の水溶性ポリエーテルポリアミンと水溶性ポリアルキレンポリアミンである。   The molecular weight of the water-soluble polyamine is not limited as long as the molecular weight is in the range showing water solubility, but the weight average molecular weight (Mw) is preferably in the range of 100 to 100,000, and in the range of 100 to 2000. More preferably. When Mw is less than 100, the blending effect is small. When Mw exceeds 100,000, even if it is water-soluble, it may adversely affect physical properties such as fluidity of the abrasive. Furthermore, when Mw exceeds 200, the solubility in pure water often decreases. Particularly preferred water-soluble polyamines are water-soluble polyether polyamines and water-soluble polyalkylene polyamines having an Mw of 100 to 2000.

研磨剤に水溶性ポリアミンを添加すると、単結晶シリコンに対する研磨が促進される。これは、酸化セリウム粒子の表面および被研磨面の表面への水溶性ポリアミン(例えば、ポリオキシプロピレンジアミン)の吸着効果によると考えられる。このような水溶性ポリアミンによる化学的変化を受けることで、単結晶シリコンの表面にはシラノール基が形成されるため、砥粒である酸化セリウム粒子の機械的作用や化学的作用により削られ易くなり、研磨が促進されるものと考えられる。このような研磨機構は、ガラスなどのケイ酸化合物の表面の水和層が酸化セリウム粒子により高速で研磨されるのと同じ機構である。このように、本発明の研磨剤では、水溶性ポリアミンによる化学的なエッチング作用だけではなく、酸化セリウム粒子のメカニカルな作用により研磨が促進されるため、研磨圧力、回転数などの研磨条件を変えることで、研磨速度の精密な制御を容易に行うことができる。   When water-soluble polyamine is added to the abrasive, polishing of single crystal silicon is promoted. This is considered to be due to the adsorption effect of water-soluble polyamine (for example, polyoxypropylenediamine) on the surface of the cerium oxide particles and the surface of the surface to be polished. Due to the chemical changes caused by such water-soluble polyamines, silanol groups are formed on the surface of single-crystal silicon, which makes it easy to be removed by the mechanical and chemical action of cerium oxide particles, which are abrasive grains. It is considered that polishing is promoted. Such a polishing mechanism is the same mechanism in which a hydrated layer on the surface of a silicate compound such as glass is polished at high speed by cerium oxide particles. As described above, in the polishing agent of the present invention, polishing is promoted not only by the chemical etching action by the water-soluble polyamine but also by the mechanical action of the cerium oxide particles, so that the polishing conditions such as the polishing pressure and the rotational speed are changed. Thus, precise control of the polishing rate can be easily performed.

水溶性ポリエーテルポリアミンおよび水溶性ポリアルキレンポリアミンのより好ましいMwは、酸化セリウム粒子に対する分散安定化効果が高いという観点から150〜800であり、さらに好ましいMwは150〜400である。   More preferable Mw of the water-soluble polyether polyamine and the water-soluble polyalkylene polyamine is 150 to 800 from the viewpoint that the dispersion stabilizing effect on the cerium oxide particles is high, and more preferable Mw is 150 to 400.

ここで、ポリエーテルポリアミンとは、2個以上の1級、2級または3級アミノ基と2個以上のエーテル性酸素原子をそれぞれ有する化合物を意味する。2級アミノ基(−NH−:イミノ基という。)や3級アミノ基でもよいが、1級アミノ基(−NH)がより好ましい。すなわち、本発明におけるポリエーテルポリアミンとしては、2個以上の1級アミノ基を有し、かつ2級アミノ基または3級アミノ基を実質的に有しない化合物が好ましく、特に1級アミノ基のみを2個有するポリエーテルジアミンの使用が好ましい。 Here, the polyether polyamine means a compound having two or more primary, secondary or tertiary amino groups and two or more etheric oxygen atoms. A secondary amino group (—NH—: referred to as imino group) or a tertiary amino group may be used, but a primary amino group (—NH 2 ) is more preferable. That is, the polyether polyamine in the present invention is preferably a compound having two or more primary amino groups and substantially not having a secondary amino group or a tertiary amino group. The use of two polyether diamines is preferred.

また、ポリエーテルポリアミンとしては、多価アルコールやポリエーテルポリオールの水酸基における水素原子を、アミノアルキル基に置換した構造を有する化合物が好ましい。ここで、多価アルコールとしては、2〜6価のアルコール、特に2価アルコールが好ましく、ポリエーテルポリオールとしては、2〜6価のポリオキシアルキレンポリオール、特にポリオキシアルキレンジオールが好ましい。より具体的に多価アルコールとしては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコールなどの、エーテル性酸素原子を有していてもよい炭素数2〜8の2価アルコールの使用が好ましい。また、ポリエーテルポリオールとしては、トリエチレングリコールやテトラエチレングリコールのようなポリエチレングリコール(すなわち、ポリオキシエチレンジオール)、トリプロピレングリコールやテトラプロピレングリコールのようなポリプロピレングリコール(すなわち、ポリオキシプロピレンジオール)、ポリ(オキシプロピレン・オキシエチレン)ジオールのような2種以上のオキシアルキレン基を有するポリオキシアルキレンジオールなどの、繰り返し単位が炭素数2〜6のオキシアルキレン基であるポリエーテルジオールの使用が好ましい。アミノアルキル基としては、2−アミノエチル基、2−アミノプロピル基、2−アミノ−1−メチルエチル基、3−アミノプロピル基、2−アミノ−1,1−ジメチルエチル基、4−アミノブチル基などの、炭素数2〜6のアミノアルキル基が好ましい。   The polyether polyamine is preferably a compound having a structure in which a hydrogen atom in a hydroxyl group of a polyhydric alcohol or polyether polyol is substituted with an aminoalkyl group. Here, as the polyhydric alcohol, a divalent to hexavalent alcohol, particularly, a divalent alcohol is preferable. As the polyether polyol, a divalent to hexavalent polyoxyalkylene polyol, particularly, a polyoxyalkylene diol is preferable. More specifically, the polyhydric alcohol is preferably a dihydric alcohol having 2 to 8 carbon atoms which may have an etheric oxygen atom, such as ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol and dipropylene glycol. Polyether polyols include polyethylene glycols such as triethylene glycol and tetraethylene glycol (ie, polyoxyethylene diol), polypropylene glycols such as tripropylene glycol and tetrapropylene glycol (ie, polyoxypropylene diol), It is preferable to use a polyether diol in which the repeating unit is an oxyalkylene group having 2 to 6 carbon atoms, such as a polyoxyalkylene diol having two or more oxyalkylene groups such as poly (oxypropylene / oxyethylene) diol. Examples of aminoalkyl groups include 2-aminoethyl group, 2-aminopropyl group, 2-amino-1-methylethyl group, 3-aminopropyl group, 2-amino-1,1-dimethylethyl group, 4-aminobutyl. A C2-C6 aminoalkyl group such as a group is preferred.

ポリアルキレンポリアミンとは、3個以上の1級、2級または3級アミノ基がアルキレン基を介して結合された化合物を意味する。分子末端には1級アミノ基が結合され、分子内(中間部)には2級アミノ基が結合された化合物が好ましい。より好ましいポリアルキレンポリアミンは、分子両末端に1級アミノ基を有し、分子内に1個以上の2級アミノ基を有する直鎖状ポリアルキレンポリアミンである。2つのアミノ基の間に挟まれたアルキレン基よりなる結合部分は、一分子内に2つ以上存在することになるが、これらのアミノ基間結合部分は互いに同一でも異なっていてもよい。全て同一であるか、あるいは、両末端の1級アミノ基に結合する2個のアミノ基間結合部分は同一で、他のアミノ基間結合部分とは異なっているものが好ましい。一つのアミノ基間結合部分に含まれる炭素数は2〜8が好ましく、特に両末端の1級アミノ基に結合する2個のアミノ基間結合部分に含まれる炭素数は2〜8、それ以外のアミノ基間結合部分に含まれる炭素数は2〜6が好ましい。   The polyalkylene polyamine means a compound in which three or more primary, secondary or tertiary amino groups are bonded via an alkylene group. A compound in which a primary amino group is bonded to the molecular end and a secondary amino group is bonded in the molecule (intermediate part) is preferable. A more preferred polyalkylene polyamine is a linear polyalkylene polyamine having a primary amino group at both ends of the molecule and one or more secondary amino groups in the molecule. There will be two or more binding moieties consisting of an alkylene group sandwiched between two amino groups, but these inter-amino group binding moieties may be the same or different from each other. All are the same, or the two amino group-bonding moieties bonded to the primary amino groups at both ends are preferably the same and different from the other amino group-bonding moieties. The number of carbon atoms contained in one amino group-bonding moiety is preferably 2-8, and in particular, the number of carbon atoms contained in two amino-amino group bonding moieties bonded to the primary amino groups at both ends is 2-8, and the others 2-6 are preferable as carbon number contained in the coupling | bond part between amino groups.

上記ポリエーテルジアミンおよびポリアルキレンポリアミンとしては、以下の式(1)で表される化合物(以下、化合物(1)とも示す。)が好ましい。
N−(R−X−)−R−NH ………(1)
As the polyether diamine and polyalkylene polyamine, a compound represented by the following formula (1) (hereinafter also referred to as compound (1)) is preferable.
H 2 N— (R—X—) k —R—NH 2 (1)

式中、Rは炭素数2〜8のアルキレン基を表し、Xは酸素原子または2級アミノ基(−NH−)を表す。Xが酸素原子である場合、式(1)で表される化合物はポリエーテルジアミンであり、Xが2級アミノ基(−NH−)である場合、式(1)で表される化合物はポリアルキレンポリアミンである。そして、化合物(1)がポリエーテルジアミンの場合、kは2〜41の整数を表し、化合物(1)がポリアルキレンポリアミンの場合、kは1〜41の整数を表す。1つの分子中の複数のRは、互いに同一であっても異なっていてもよい。   In the formula, R represents an alkylene group having 2 to 8 carbon atoms, and X represents an oxygen atom or a secondary amino group (—NH—). When X is an oxygen atom, the compound represented by the formula (1) is a polyether diamine, and when X is a secondary amino group (—NH—), the compound represented by the formula (1) is a poly It is an alkylene polyamine. And when a compound (1) is polyetherdiamine, k represents the integer of 2-41, and when a compound (1) is a polyalkylene polyamine, k represents the integer of 1-41. A plurality of R in one molecule may be the same as or different from each other.

特に、ポリエーテルジアミンとしては、下記式(2)で表される化合物(以下、化合物(2)とも示す。)が好ましく、ポリアルキレンポリアミンとしては、下記式(3)で表される化合物(以下、化合物(3)とも示す。)が好ましい。
N−R−O−(R−O−)−R−NH ………(2)
N−R−NH−(R−NH−)−R−NH ………(3)
In particular, the polyether diamine is preferably a compound represented by the following formula (2) (hereinafter also referred to as the compound (2)), and the polyalkylene polyamine is a compound represented by the following formula (3) (hereinafter referred to as “polyether diamine”). And also shown as compound (3)).
H 2 N—R 2 —O— (R 1 —O—) m —R 2 —NH 2 (2)
H 2 N—R 4 —NH— (R 3 —NH—) n —R 4 —NH 2 (3)

式中、Rはエチレン基またはプロピレン基、Rは炭素数2から6のアルキレン基、mは1〜40の整数をそれぞれ表す。RとRは同一でも異なっていてもよい。また、Rは炭素数2から6のアルキレン基、Rは炭素数2〜8のアルキレン基、nは1〜40の整数をそれぞれ表す。RとRは同一でも異なっていてもよい。 In the formula, R 1 represents an ethylene group or a propylene group, R 2 represents an alkylene group having 2 to 6 carbon atoms, and m represents an integer of 1 to 40. R 1 and R 2 may be the same or different. R 3 represents an alkylene group having 2 to 6 carbon atoms, R 4 represents an alkylene group having 2 to 8 carbon atoms, and n represents an integer of 1 to 40. R 3 and R 4 may be the same or different.

式(2)で表されるポリエーテルジアミンの具体例としては、ポリオキシプロピレンジアミン(R、Rがプロピレン基、mが1〜40の化合物)、ポリオキシエチレンジアミン(R、Rがエチレン基、mが1〜40の化合物)、4,7,10−トリオキサ−トリデカン−1,13−ジアミン(Rがエチレン基、Rがトリメチレン基、mが2の化合物)などがある。また、式(3)で表されるポリアルキレンポリアミンの具体例としては、テトラエチレンペンタミン(R、Rがエチレン基、nが2の化合物)、ペンタエチレンヘキサミン(R、Rがエチレン基、nが3の化合物)、ヘプタエチレンオクタミン(R、Rがエチレン基、nが5の化合物)、N,N’−ビス(3−アミノプロピル)−エチレンジアミン(Rがエチレン基、Rがトリメチレン基、nが1の化合物)、N,N’−ビス(2−アミノエチル)−1,4−ブタンジアミン(Rがテトラメチレン基、Rがエチレン基、nが1の化合物)などがある。 Specific examples of the polyether diamine represented by the formula (2) include polyoxypropylene diamine (R 1 and R 2 are propylene groups, m is a compound having 1 to 40), polyoxyethylene diamine (R 1 and R 2 are An ethylene group, m is a compound having 1 to 40), 4,7,10-trioxa-tridecane-1,13-diamine (a compound in which R 1 is an ethylene group, R 2 is a trimethylene group, and m is 2). Specific examples of the polyalkylene polyamine represented by the formula (3) include tetraethylenepentamine (R 3 and R 4 are ethylene groups, n is a compound of 2), pentaethylenehexamine (R 3 and R 4 are An ethylene group, a compound in which n is 3), heptaethyleneoctamine (a compound in which R 3 and R 4 are ethylene groups and n is 5), N, N′-bis (3-aminopropyl) -ethylenediamine (R 3 is ethylene) Group, R 4 is a trimethylene group, n is a compound of 1), N, N′-bis (2-aminoethyl) -1,4-butanediamine (R 3 is a tetramethylene group, R 4 is an ethylene group, and n is 1 compound).

本発明の研磨剤中における水溶性ポリアミンの濃度(含有割合)は、研磨速度、研磨剤スラリーの均一性、水溶性ポリアミンのMwなどを考慮し、適宜設定することが好ましい。研磨速度制御の十分な効果を得る観点から0.001〜20質量%の範囲が好ましい。0.01〜5質量%の範囲がより好ましく、0.05〜2質量%の範囲が特に好ましい。   The concentration (content ratio) of the water-soluble polyamine in the abrasive of the present invention is preferably set appropriately in consideration of the polishing rate, the uniformity of the abrasive slurry, the Mw of the water-soluble polyamine, and the like. From the viewpoint of obtaining a sufficient effect of controlling the polishing rate, a range of 0.001 to 20% by mass is preferable. The range of 0.01-5 mass% is more preferable, and the range of 0.05-2 mass% is especially preferable.

本発明の研磨剤には、砥粒である酸化セリウム粒子の分散媒として水が含有される。この水については、特に制限はないが、他の成分に対する影響、不純物の混入、pHなどへの影響の少なさの点から、純水、超純水、イオン交換水などを使用することが好ましい。   The abrasive of the present invention contains water as a dispersion medium for cerium oxide particles that are abrasive grains. The water is not particularly limited, but it is preferable to use pure water, ultrapure water, ion-exchanged water, or the like from the viewpoint of influence on other components, mixing of impurities, and less influence on pH and the like. .

本発明の研磨剤は、塩基性のpH領域で使用される。研磨特性と砥粒の分散安定性を考慮し、pH8〜13の範囲に調整することが好ましい。研磨剤のpHが8未満の場合には、分散性が低下するおそれがある。また、pH13を超える場合には、研磨特性上は問題ないが、被研磨面に影響を及ぼすおそれがある。すなわち、研磨速度は高いが被研磨面にキズ等を生じやすいばかりでなく、操作性(ハンドリング性)が悪化するおそれがある。   The abrasive of the present invention is used in a basic pH range. In consideration of the polishing characteristics and the dispersion stability of the abrasive grains, it is preferable to adjust the pH within the range of 8-13. When the pH of the abrasive is less than 8, the dispersibility may be lowered. On the other hand, when the pH exceeds 13, there is no problem in polishing characteristics, but there is a possibility that the surface to be polished is affected. That is, although the polishing rate is high, not only the surface to be polished is likely to be scratched but also the operability (handling property) may be deteriorated.

本発明の研磨剤においては、酸を配合することによりpHを前記範囲に調整することができる。研磨剤に配合可能な酸としては、硝酸、硫酸、塩酸、リン酸、ホウ酸、炭酸などの無機酸、およびシュウ酸、クエン酸、ギ酸、酢酸、ベンゼンスルホン酸等の有機酸を挙げることができる。これらの酸の価数は10以下であることが好ましく、より好ましくは価数が8以下の酸、さらに望ましくは価数が5以下の酸が良い。この範囲内の酸を用いると、解離性がよく、酸の添加量を抑制することができる。   In the abrasive | polishing agent of this invention, pH can be adjusted to the said range by mix | blending an acid. Examples of acids that can be incorporated into the abrasive include inorganic acids such as nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, boric acid, and carbonic acid, and organic acids such as oxalic acid, citric acid, formic acid, acetic acid, and benzenesulfonic acid. it can. The valence of these acids is preferably 10 or less, more preferably an acid having a valence of 8 or less, more preferably an acid having a valence of 5 or less. When an acid within this range is used, dissociation is good and the amount of acid added can be suppressed.

本発明の研磨剤には他の成分を含有させてもよい。含有可能な代表的な成分としては、分散剤を挙げることができる。分散剤とは、酸化セリウム粒子を純水などの分散媒中に安定的に分散させるために添加するものである。   The abrasive of the present invention may contain other components. A typical component that can be included is a dispersant. A dispersant is added to stably disperse cerium oxide particles in a dispersion medium such as pure water.

分散剤としては、陰イオン性、陽イオン性、ノニオン性、両性の界面活性剤や界面活性作用のある水溶性ポリマーを使用することができる。ここで、界面活性剤は重量平均分子量(Mw)が500以下のものをいうものとする。また本発明において、前記界面活性剤および界面活性作用のある水溶性ポリマーには、1級、2級および3級アミノ基を有する化合物を含まないものとする。   As the dispersant, an anionic, cationic, nonionic or amphoteric surfactant or a water-soluble polymer having a surfactant activity can be used. Here, the surfactant means one having a weight average molecular weight (Mw) of 500 or less. In the present invention, the surfactant and the water-soluble polymer having a surfactant action do not contain compounds having primary, secondary and tertiary amino groups.

Mwが500以下の界面活性剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩、テトラアルキルアンモニウム塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル等を挙げることができる。界面活性作用のある水溶性ポリマーとしては、ポリアクリル酸塩などのカルボン酸塩基を有する水溶性ポリマーやポリビニルピロリドンなどの他の水溶性ポリマーを挙げることができる。特に、カルボン酸アンモニウム塩基を有する水溶性ポリマーが好ましい。具体的には、ポリアクリル酸のカルボン酸基の少なくとも一部がカルボン酸アンモニウム塩基に置換されたポリマー(以下、ポリアクリル酸アンモニウムと示す。)などが挙げられる。界面活性作用のある水溶性ポリマーのMwは500を超えることが好ましく、特に800〜100,000の範囲が好ましい。   Examples of surfactants having an Mw of 500 or less include alkylbenzene sulfonates, tetraalkylammonium salts, polyoxyethylene alkyl ethers, and the like. Examples of the water-soluble polymer having a surface active action include water-soluble polymers having a carboxylate group such as polyacrylate and other water-soluble polymers such as polyvinylpyrrolidone. In particular, a water-soluble polymer having an ammonium carboxylate base is preferable. Specifically, a polymer in which at least a part of the carboxylic acid group of polyacrylic acid is substituted with a carboxylic acid ammonium base (hereinafter, referred to as ammonium polyacrylate) is exemplified. The Mw of the water-soluble polymer having a surface active action is preferably more than 500, and particularly preferably in the range of 800 to 100,000.

このような分散剤(分散作用を有する水溶性ポリマーを含む)を使用する場合、その配合割合は、酸化セリウム粒子の質量に対して0.1〜2.0質量%とすることが好ましく、0.3〜1.5質量%とすることがより好ましい。分散剤の配合割合が0.1質量%未満の場合には、砥粒である酸化セリウム粒子の分散性が不十分となりやすい。また、分散剤の配合割合が2.0質量%を超えると、被研磨面の平坦性や研磨速度に対して影響を与えやすくなる。   When such a dispersant (including a water-soluble polymer having a dispersing action) is used, the blending ratio is preferably 0.1 to 2.0% by mass with respect to the mass of the cerium oxide particles. It is more preferable to set it as 3-1.5 mass%. When the blending ratio of the dispersant is less than 0.1% by mass, the dispersibility of the cerium oxide particles that are abrasive grains tends to be insufficient. Further, when the blending ratio of the dispersant exceeds 2.0% by mass, the flatness of the surface to be polished and the polishing rate are easily affected.

本発明の研磨剤は、必ずしも前記構成成分の全てが予め混合されたものとして研磨工程に供給される必要がない。研磨工程に供給されたときにはじめて、全ての構成成分が混合されて研磨剤の組成になるようにしてもよい。例えば、酸化セリウム粒子と水および必要に応じて酸および分散剤(例えば、ポリアクリル酸アンモニウム)を含む液と、水溶性ポリアミンを含む液とに分け、研磨の際に適宜混合比率を調整して使用してもよい。また、その他の分け方で分けた2液を、適宜比率を調整して混合し使用してもよい。例えば、酸化セリウム粒子と水溶性ポリアミンと水および必要に応じて分散剤を混合した液に、pH調節などのために酸を添加し研磨剤を調製してもよい。   The abrasive according to the present invention does not necessarily have to be supplied to the polishing step as a mixture of all the constituent components. Only when it is supplied to the polishing step, all the constituent components may be mixed to form a composition of an abrasive. For example, it is divided into a liquid containing cerium oxide particles, water and, if necessary, an acid and a dispersing agent (for example, ammonium polyacrylate) and a liquid containing a water-soluble polyamine, and the mixing ratio is adjusted appropriately during polishing. May be used. Further, the two liquids divided by other division methods may be mixed and used by appropriately adjusting the ratio. For example, an abrasive may be prepared by adding an acid to a liquid in which cerium oxide particles, a water-soluble polyamine, water and, if necessary, a dispersant are mixed for pH adjustment.

半導体デバイスの被研磨面が単結晶シリコンからなる面を含む場合、本発明の研磨剤を使用すると研磨速度の制御が容易となる。そのため、半導体デバイスの製造において、単結晶シリコンを含む被研磨面を研磨するときに研磨厚の高精度の制御が可能となる。また、本発明の研磨剤は、砥粒である酸化セリウム粒子の凝集がないため、分散安定性にも優れており、研磨欠陥を発生させることがない点でも有利である。   When the surface to be polished of the semiconductor device includes a surface made of single crystal silicon, the polishing rate can be easily controlled by using the abrasive of the present invention. Therefore, in manufacturing a semiconductor device, it is possible to control the polishing thickness with high accuracy when polishing a surface to be polished containing single crystal silicon. Moreover, since the abrasive | polishing agent of this invention does not have aggregation of the cerium oxide particle | grains which are abrasive grains, it is excellent also in the dispersion stability and the point which does not generate | occur | produce a polishing defect.

本発明の研磨剤は、半導体デバイスに形成されたシリコン基板の裏面を薄片化するために研磨する場合に、特に有用である。   The abrasive | polishing agent of this invention is especially useful when grind | polishing in order to make the back surface of the silicon substrate formed in the semiconductor device into thin pieces.

本発明の研磨剤を用いて単結晶シリコンを含む半導体デバイスの被研磨面を研磨する場合には、研磨剤を研磨パッドに供給し、半導体デバイスの被研磨面と研磨パッドとを接触させ、両者間の相対運動により研磨する。   When polishing the polished surface of a semiconductor device containing single crystal silicon using the polishing agent of the present invention, the polishing agent is supplied to the polishing pad, the polished surface of the semiconductor device and the polishing pad are brought into contact with each other, Polishing by relative movement between.

本発明の研磨方法において、研磨装置としては公知の研磨装置を使用することができる。図1は、本発明の実施形態に使用可能な研磨装置の一例を示す図である。この研磨装置は、単結晶シリコンを含む被研磨面を有する半導体デバイス1を保持する研磨ヘッド2と、研磨定盤3と、研磨定盤3の表面に貼り付けられた研磨パッド4と、研磨パッド4に研磨剤5を供給する研磨剤供給配管6とを備えている。そして、研磨ヘッド2に保持された半導体デバイス1を研磨パッド4に接触させ、研磨ヘッド2と研磨定盤3とを相対的に回転運動させて研磨を行うように構成されている。なお、本発明の実施形態に使用される研磨装置はこのような構造のものに限定されない。   In the polishing method of the present invention, a known polishing apparatus can be used as the polishing apparatus. FIG. 1 is a diagram showing an example of a polishing apparatus that can be used in an embodiment of the present invention. The polishing apparatus includes a polishing head 2 that holds a semiconductor device 1 having a surface to be polished containing single crystal silicon, a polishing surface plate 3, a polishing pad 4 that is attached to the surface of the polishing surface plate 3, and a polishing pad. 4 is provided with an abrasive supply pipe 6 for supplying the abrasive 5. Then, the semiconductor device 1 held by the polishing head 2 is brought into contact with the polishing pad 4, and the polishing head 2 and the polishing surface plate 3 are relatively rotated to perform polishing. Note that the polishing apparatus used in the embodiment of the present invention is not limited to such a structure.

研磨ヘッド2は、回転運動だけでなく直線運動をしてもよい。また、研磨定盤3および研磨パッド4は、半導デバイス1と同程度またはそれ以下の大きさであってもよい。その場合は、研磨ヘッド2と研磨定盤3とを相対的に移動させることにより、半導体デバイス1の全面を研磨できるようにすることが好ましい。さらに、研磨定盤3および研磨パッド4は回転運動を行なうものでなくてもよく、例えばベルト式で一方向に移動するものであってもよい。   The polishing head 2 may perform a linear motion as well as a rotational motion. Further, the polishing surface plate 3 and the polishing pad 4 may be as large as or smaller than the semiconductor device 1. In that case, it is preferable that the entire surface of the semiconductor device 1 can be polished by relatively moving the polishing head 2 and the polishing surface plate 3. Furthermore, the polishing surface plate 3 and the polishing pad 4 do not have to perform rotational movement, and may move in one direction, for example, by a belt type.

このような研磨装置の研磨条件には特に制限はないが、研磨ヘッド2に荷重をかけて研磨パッド4に押しつけることで、より研磨圧力を高め、研磨速度を向上させることができる。研磨圧力は0.5〜50kPa程度が好ましく、研磨速度の半導体デバイス1内均一性、平坦性、スクラッチなどの研磨欠陥防止の観点から、3〜40kPa程度がより好ましい。研磨定盤3および研磨ヘッド2の回転数は、50〜500rpm程度が好ましいがこれに限定されない。   The polishing conditions of such a polishing apparatus are not particularly limited, but by applying a load to the polishing head 2 and pressing it against the polishing pad 4, the polishing pressure can be further increased and the polishing rate can be improved. The polishing pressure is preferably about 0.5 to 50 kPa, and more preferably about 3 to 40 kPa from the viewpoint of preventing polishing defects such as uniformity in the semiconductor device 1 at the polishing rate, flatness, and scratches. The number of rotations of the polishing surface plate 3 and the polishing head 2 is preferably about 50 to 500 rpm, but is not limited thereto.

研磨パッド4としては、一般的な不織布、発泡ポリウレタン、多孔質樹脂、非多孔質樹脂などからなるものを使用することができる。また、研磨パッド4への研磨剤5の供給を促進し、あるいは研磨パッド4に研磨剤5が一定量溜まるようにするために、研磨パッド4の表面に格子状、同心円状、らせん状などの溝加工が施されていてもよい。   As the polishing pad 4, one made of a general nonwoven fabric, foamed polyurethane, porous resin, non-porous resin or the like can be used. Further, in order to promote the supply of the polishing agent 5 to the polishing pad 4 or to collect a certain amount of the polishing agent 5 on the polishing pad 4, the surface of the polishing pad 4 has a lattice shape, a concentric circle shape, a spiral shape, or the like. Groove processing may be performed.

以下、本発明の実施例を説明する。実施例において「%」は、特に断らない限り質量%を意味する。また、特性値は下記の方法により測定し評価したものである。   Examples of the present invention will be described below. In the examples, “%” means mass% unless otherwise specified. The characteristic values are measured and evaluated by the following methods.

[pH]
横河電機社製のpH81−11を使用し25℃で測定した。
[PH]
Measurement was performed at 25 ° C. using pH81-11 manufactured by Yokogawa Electric Corporation.

[砥粒の平均粒径]
レーザー散乱・回折装置(堀場製作所製、商品名LA−920)を使用して求めた。
[Average grain size of abrasive grains]
It calculated | required using the laser scattering / diffraction apparatus (The Horiba make, brand name LA-920).

[研磨特性]
(1)研磨条件
全自動CMP研磨装置(Applied Materials社製、商品名Mirra)を使用して研磨を行った。研磨パッドはRodel社製の2層パッドIC−1010のK−grooveを使用し、研磨パッドのコンディショニングには、三菱マテリアル社製のMEC100−PH3.5Lを使用した。研磨剤の供給速度は200ミリリットル/分とし、研磨時間は5分間とした。
[Polishing properties]
(1) Polishing conditions Polishing was performed using a fully automatic CMP polishing apparatus (product name: Mirra, manufactured by Applied Materials). The polishing pad used was a 2-layer pad IC-1010 K-groove manufactured by Rodel, and MEC100-PH3.5L manufactured by Mitsubishi Materials was used for conditioning the polishing pad. The supply rate of the abrasive was 200 ml / min, and the polishing time was 5 minutes.

(2)被研磨物
片面鏡面加工された8インチシリコンウエハ基板を使用し、研磨剤の研磨特性を測定した。
(2) Object to be polished Using an 8-inch silicon wafer substrate with a single-side mirror finish, the polishing characteristics of the abrasive were measured.

(3)研磨特性の測定・評価方法
研磨速度の測定には、KLA−Tencor社製の膜厚計UV−1280SEを使用した。研磨後の被研磨面の表面粗さの測定には、Veeco社製の原子間力顕微鏡Dimension3100を使用した。
(3) Measurement / evaluation method of polishing characteristics For measurement of the polishing rate, a film thickness meter UV-1280SE manufactured by KLA-Tencor was used. For measurement of the surface roughness of the polished surface after polishing, an atomic force microscope Dimension 3100 manufactured by Veeco was used.

実施例1〜7
砥粒である酸化セリウム粒子と、分散剤であるMw5000のポリアクリル酸アンモニウムと、水溶性ポリアミンであるペンタエチレンヘキサミン(和光純薬社製、商品名ペンタエチレンヘキサミン:ペンタエチレンヘキサミンと環状アミンとの混合物であり、ペンタエチレンヘキサミンの含有割合は40〜50%)および硝酸を、脱イオン水中で撹拌しながら混合し、液の全質量に対する酸化セリウム粒子の濃度(含有割合)が0.25%、ポリアクリル酸アンモニウムの濃度が530ppm、硝酸の濃度が240ppm、ペンタエチレンヘキサミン(環状アミンとの混合物)の濃度が0.10%の研磨剤Aを調製した。この研磨剤AのpHは9.9であり、砥粒である酸化セリウム粒子の平均粒径は0.17μmであった。
Examples 1-7
Abrasive grain cerium oxide particles, dispersant Mw5000 ammonium acrylate, water-soluble polyamine pentaethylenehexamine (trade name pentaethylenehexamine: product of pentaethylenehexamine and cyclic amine, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) The content ratio of pentaethylenehexamine is 40-50%) and nitric acid are mixed with stirring in deionized water, and the concentration (content ratio) of cerium oxide particles with respect to the total mass of the liquid is 0.25%, Abrasive A having a concentration of ammonium polyacrylate of 530 ppm, a concentration of nitric acid of 240 ppm, and a concentration of pentaethylenehexamine (mixture with cyclic amine) of 0.10% was prepared. The pH of this abrasive A was 9.9, and the average particle diameter of the cerium oxide particles as the abrasive grains was 0.17 μm.

次いで、こうして得られた研磨剤Aの研磨特性(8インチシリコンウエハ基板の研磨速度)を、研磨圧および研磨定盤と研磨ヘッドの回転数を変えてそれぞれ測定した。測定結果を表1に示す。   Next, the polishing characteristics (polishing speed of the 8-inch silicon wafer substrate) of the abrasive A thus obtained were measured by changing the polishing pressure and the rotation speed of the polishing platen and the polishing head. The measurement results are shown in Table 1.

実施例8
液の全質量に対する酸化セリウム粒子の濃度(含有割合)が500ppm、ポリアクリル酸アンモニウムの濃度が106ppm、硝酸の濃度が48ppm、ペンタエチレンヘキサミン(環状アミンとの混合物)の濃度が0.10%の研磨剤Bを調製した。研磨圧力20.7kPa、研磨定盤の回転数127rpm、研磨ヘッドの回転数123rpmで研磨特性を測定した。測定結果を表1に示す。
Example 8
The concentration (content ratio) of cerium oxide particles with respect to the total mass of the liquid is 500 ppm, the concentration of ammonium polyacrylate is 106 ppm, the concentration of nitric acid is 48 ppm, and the concentration of pentaethylenehexamine (a mixture with cyclic amine) is 0.10%. Abrasive B was prepared. The polishing characteristics were measured at a polishing pressure of 20.7 kPa, a polishing platen rotating speed of 127 rpm, and a polishing head rotating speed of 123 rpm. The measurement results are shown in Table 1.

実施例9
液の全質量に対する酸化セリウム粒子の濃度(含有割合)が125ppm、ポリアクリル酸アンモニウムの濃度が27ppm、硝酸の濃度が12ppm、ペンタエチレンヘキサミン(環状アミンとの混合物)の濃度が0.10%の研磨剤Cを調製した。研磨圧力20.7kPa、研磨定盤の回転数127rpm、研磨ヘッドの回転数123rpmで研磨特性を測定した。測定結果を表1に示す。
Example 9
The concentration (content ratio) of cerium oxide particles with respect to the total mass of the liquid is 125 ppm, the concentration of ammonium polyacrylate is 27 ppm, the concentration of nitric acid is 12 ppm, and the concentration of pentaethylenehexamine (mixture with cyclic amine) is 0.10%. Abrasive C was prepared. The polishing characteristics were measured at a polishing pressure of 20.7 kPa, a polishing platen rotating speed of 127 rpm, and a polishing head rotating speed of 123 rpm. The measurement results are shown in Table 1.

実施例10
液の全質量に対する酸化セリウム粒子の濃度(含有割合)が25ppm、ポリアクリル酸アンモニウムの濃度が5ppm、硝酸の濃度が2ppm、ペンタエチレンヘキサミン(環状アミンとの混合物)の濃度が0.10%の研磨剤Dを調製した。研磨圧力20.7kPa、研磨定盤の回転数127rpm、研磨ヘッドの回転数123rpmで研磨特性を測定した。測定結果を表1に示す。
Example 10
The concentration (content ratio) of cerium oxide particles with respect to the total mass of the liquid is 25 ppm, the concentration of ammonium polyacrylate is 5 ppm, the concentration of nitric acid is 2 ppm, and the concentration of pentaethylenehexamine (mixture with cyclic amine) is 0.10%. Abrasive D was prepared. The polishing characteristics were measured at a polishing pressure of 20.7 kPa, a polishing platen rotating speed of 127 rpm, and a polishing head rotating speed of 123 rpm. The measurement results are shown in Table 1.

実施例11〜15
液の全質量に対する酸化セリウム粒子の濃度(含有割合)が6ppm、ポリアクリル酸アンモニウムの濃度が1ppm、硝酸の濃度が1ppm、ペンタエチレンヘキサミン(環状アミンとの混合物)の濃度が0.10%の研磨剤Eを調製した。次いで、こうして得られた研磨剤Eの研磨特性(8インチシリコンウエハ基板の研磨速度)を、研磨圧および研磨定盤と研磨ヘッドの回転数を変えてそれぞれ測定した。測定結果を表1に示す。
Examples 11-15
The concentration (content ratio) of cerium oxide particles with respect to the total mass of the liquid is 6 ppm, the concentration of ammonium polyacrylate is 1 ppm, the concentration of nitric acid is 1 ppm, and the concentration of pentaethylenehexamine (mixture with cyclic amine) is 0.10%. Abrasive E was prepared. Next, the polishing characteristics (polishing speed of the 8-inch silicon wafer substrate) of the abrasive E thus obtained were measured by changing the polishing pressure and the rotation speed of the polishing platen and the polishing head. The measurement results are shown in Table 1.

比較例1〜7
コロイダルシリカと水と塩基性有機化合物とを含有する研磨剤F(フジミインコーポレーテッド社製のPlanerite6103)を使用し、実施例1〜7と同様に研磨圧力および研磨定盤と研磨ヘッドの回転数を変えて、研磨特性を測定した。測定結果を表1に示す。
Comparative Examples 1-7
Using polishing agent F (Planetite 6103 manufactured by Fujimi Incorporated) containing colloidal silica, water and a basic organic compound, the polishing pressure and the number of rotations of the polishing platen and the polishing head were set in the same manner as in Examples 1-7. At the same time, the polishing characteristics were measured. The measurement results are shown in Table 1.

Figure 2011029515
Figure 2011029515

次に、表1に示す測定結果において、研磨剤Aを使用し、研磨定盤の回転数を127rpm、研磨ヘッドの回転数を123rpmとした実施例3,4および7の研磨速度を、研磨圧力に対してプロットした。このグラフを、図2に研磨剤Aとして示す。また比較のために、研磨剤Fを使用し、研磨定盤および研磨ヘッドの回転数を実施例3,4および7と同様にした比較例3,4および7の研磨速度を、研磨圧力に対してプロットしたグラフを、研磨剤Fとして図2に示す。   Next, in the measurement results shown in Table 1, the polishing speeds of Examples 3, 4 and 7 were determined using the polishing agent A, the rotation speed of the polishing platen was 127 rpm, and the rotation speed of the polishing head was 123 rpm. Plotted against. This graph is shown as abrasive A in FIG. For comparison, the polishing rate of Comparative Examples 3, 4 and 7 in which the polishing agent F was used and the rotation speeds of the polishing platen and the polishing head were the same as those in Examples 3, 4 and 7, was compared with the polishing pressure. The graph plotted in this manner is shown in FIG.

さらに、表1に示す測定結果において、研磨剤Aを使用し研磨圧力を27.6kPaとした実施例5,6および7の研磨速度を、研磨定盤の回転数に対してプロットした。このグラフを、図3に研磨剤Aとして示す。また比較のために、研磨剤Fを使用し研磨圧力を実施例5,6および7と同じ27.6kPaとした比較例5,6および7の研磨速度を、研磨定盤の回転数に対してプロットしたグラフを、研磨剤Fとして図3に示す。   Further, in the measurement results shown in Table 1, the polishing rates of Examples 5, 6 and 7 in which the polishing agent A was used and the polishing pressure was 27.6 kPa were plotted against the number of rotations of the polishing platen. This graph is shown as abrasive A in FIG. For comparison, the polishing rate of Comparative Examples 5, 6 and 7 using the polishing agent F and the polishing pressure of 27.6 kPa as in Examples 5, 6 and 7 is the rotation speed of the polishing platen. The plotted graph is shown in FIG.

図2および図3のグラフから、以下のことがわかる。すなわち、研磨剤Aを使用して研磨を行った実施例1〜7によれば、従来からの研磨剤Fを使用して研磨を行った比較例1〜7に比べて、研磨速度の線形性が大きい。すなわち、研磨圧力や研磨定盤の回転数を変化させたとき、その変化に比例して研磨速度が変化する度合い(比例度)が大きい。したがって、研磨圧力や研磨定盤、研磨ヘッドの回転数などの研磨条件による研磨速度の制御性が大きくなっている。   The following can be understood from the graphs of FIGS. 2 and 3. That is, according to Examples 1-7 which grind | polished using the abrasive | polishing agent A, compared with the comparative examples 1-7 which grind | polished using the conventional abrasive | polishing agent F, the linearity of polishing rate Is big. That is, when the polishing pressure or the rotation speed of the polishing surface plate is changed, the degree (proportionality) of changing the polishing rate in proportion to the change is large. Therefore, the controllability of the polishing rate according to the polishing conditions such as the polishing pressure, the polishing surface plate, and the rotation speed of the polishing head is increased.

実施例16
研磨剤Aを使用し、研磨圧力27.6kPa、研磨定盤の回転数127rpm、研磨ヘッドの回転数123rpmで5分間研磨を行った。そして、研磨前後での被研磨面の表面粗さ(Ra)をそれぞれ測定した。測定結果を表2に示す。
Example 16
Polishing was performed for 5 minutes by using the polishing agent A at a polishing pressure of 27.6 kPa, a polishing platen rotating speed of 127 rpm, and a polishing head rotating speed of 123 rpm. And the surface roughness (Ra) of the to-be-polished surface before and behind grinding | polishing was each measured. The measurement results are shown in Table 2.

比較例8
研磨剤Fを使用し実施例8と同じ条件(研磨圧力27.6kPa、研磨定盤の回転数127rpm、研磨ヘッドの回転数123rpm)で5分間研磨を行った。そして、研磨前後での被研磨面の表面粗さ(Ra)をそれぞれ測定した。測定結果を表2に示す。
Comparative Example 8
Polishing was performed for 5 minutes using the polishing agent F under the same conditions as in Example 8 (polishing pressure 27.6 kPa, polishing plate rotation speed 127 rpm, polishing head rotation speed 123 rpm). And the surface roughness (Ra) of the to-be-polished surface before and behind grinding | polishing was each measured. The measurement results are shown in Table 2.

Figure 2011029515
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表2の測定結果から、研磨剤Aを使用した実施例16では、研磨後の被研磨面が、従来からの研磨剤Fを使用した比較例8と同等の表面粗さ(Ra)を有していることがわかる。したがって、研磨剤Aを使用することで、研磨キズがなく高平坦化された被研磨面が得られることがわかる。   From the measurement results of Table 2, in Example 16 using the polishing agent A, the polished surface after polishing has a surface roughness (Ra) equivalent to that of Comparative Example 8 using the conventional polishing agent F. You can see that Therefore, it can be seen that by using the polishing agent A, it is possible to obtain a polished surface having no polishing scratches and high flatness.

本発明の研磨剤および研磨方法によれば、半導体集積回路装置の製造において、単結晶シリコンを含む被研磨面を、研磨速度を精密に制御して研磨することができ、研磨キズがなく高平坦化された被研磨面を得ることができる。   According to the polishing agent and the polishing method of the present invention, in the manufacture of a semiconductor integrated circuit device, a surface to be polished containing single crystal silicon can be polished by precisely controlling the polishing rate, and there is no polishing flaw and high flatness. A polished surface can be obtained.

1…半導体デバイス、2…研磨ヘッド、3…研磨定盤、4…研磨パッド、5…研磨剤、6…研磨剤供給配管。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor device, 2 ... Polishing head, 3 ... Polishing surface plate, 4 ... Polishing pad, 5 ... Polishing agent, 6 ... Polishing agent supply piping.

Claims (7)

単結晶シリコンを含む被研磨面を化学的機械的に研磨するための研磨剤であり、
酸化セリウム粒子と水溶性ポリアミンと水をそれぞれ含有し、
pHが8〜13の範囲にあることを特徴とする研磨剤。
A polishing agent for chemically and mechanically polishing a surface to be polished containing single crystal silicon,
Containing cerium oxide particles, water-soluble polyamine and water,
An abrasive having a pH in the range of 8-13.
前記水溶性ポリアミンが、水溶性ポリエーテルポリアミンと水溶性ポリアルキレンポリアミンからなる群から選ばれる1種以上の化合物である請求項1に記載の研磨剤。   The abrasive according to claim 1, wherein the water-soluble polyamine is one or more compounds selected from the group consisting of a water-soluble polyether polyamine and a water-soluble polyalkylene polyamine. 前記水溶性ポリアミンの重量平均分子量が100〜100,000の範囲にある請求項1または2に記載の研磨剤。   The abrasive according to claim 1 or 2, wherein the water-soluble polyamine has a weight average molecular weight in the range of 100 to 100,000. 前記水溶性ポリアミンは、ペンタエチレンヘキサミンおよび/またはポリオキシプロピレンジアミンであることを特徴とする請求項3に記載の研磨剤。   The abrasive according to claim 3, wherein the water-soluble polyamine is pentaethylenehexamine and / or polyoxypropylenediamine. 前記水溶性ポリアミンが0.01〜20質量%の範囲で含有されている請求項1〜4のいずれか1項に記載の研磨剤。   The abrasive | polishing agent of any one of Claims 1-4 in which the said water-soluble polyamine is contained in 0.01-20 mass%. 研磨剤を研磨パッドに供給し、半導体集積回路装置の単結晶シリコンを含む被研磨面と前記研磨パッドとを接触させて、両者間の相対運動により研磨する方法であって、前記研磨剤として請求項1〜5のいずれか1項に記載の研磨剤を使用する研磨方法。   A method of supplying a polishing agent to a polishing pad, bringing a polishing surface containing single crystal silicon of a semiconductor integrated circuit device into contact with the polishing pad, and polishing by relative movement between the two, and claiming as the polishing agent Item 6. A polishing method using the abrasive according to any one of Items 1 to 5. 請求項6に記載の研磨方法により、単結晶シリコンを含む被研磨面を研磨する工程を有する半導体集積回路装置の製造方法。   A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device, comprising a step of polishing a surface to be polished containing single crystal silicon by the polishing method according to claim 6.
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