JP2013045944A - Polishing method of substrate - Google Patents

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宗宏 太田
Shigeru Yoshikawa
茂 吉川
Takaaki Tanaka
孝明 田中
Toshio Takizawa
寿夫 瀧澤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polishing method capable of enhancing planarity of the surface after polishing, while maintaining the polishing speed for an inorganic insulating film, in the CMP technique for polishing an inorganic insulating film formed on the surface of a substrate.SOLUTION: In the polishing method of a substrate, at least a part of a polished film provided on the substrate is removed by polishing, by using a CMP polishing liquid containing a cerium oxide, an organic acid having at least one group selected from -COOM group, -Ph-OM group, -SOM group, -OSOH group, -POMgroup, and -POMgroup (In the formula, M is any one kind selected from H, NH, Na, and K, and Ph represents a phenyl group which may have a substituent group), a polymer compound having a carboxyl group, and water, having pH of 4.5-7.0, and containing 0.01-0.30 mass% of polymer compound for total mass, and a polishing pad in which multiple grooves and holes are formed.

Description

本発明は、基板の研磨方法に関する。より詳細には、本発明は、半導体素子製造技術である、基板表面の平坦化工程、特に、層間絶縁膜、BPSG膜(ボロン、リンをドープした二酸化珪素膜)の平坦化工程、シャロー・トレンチ分離(以下、「STI」という。)の形成工程等において使用される、基板の研磨方法に関する。   The present invention relates to a method for polishing a substrate. More specifically, the present invention is a semiconductor device manufacturing technique, a planarization process of a substrate surface, in particular, a planarization process of an interlayer insulating film, a BPSG film (silicon dioxide film doped with boron or phosphorus), a shallow trench. The present invention relates to a substrate polishing method used in a separation (hereinafter referred to as “STI”) formation process or the like.

現在のULSI半導体素子製造工程では、半導体素子の高密度・微細化のための加工技術が研究開発されている。その加工技術の一つである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、半導体素子製造工程において、層間絶縁膜の平坦化、STI形成、プラグ及び埋め込み金属配線形成等を行う際に、必須の技術となってきている。   In the current ULSI semiconductor device manufacturing process, processing technology for high density and miniaturization of semiconductor devices has been researched and developed. CMP (Chemical Mechanical Polishing) technology, which is one of the processing technologies, is indispensable when performing planarization of interlayer insulation films, STI formation, plugs and buried metal wiring formation, etc. in the semiconductor device manufacturing process. Has become a technology.

従来、半導体素子製造工程において、酸化珪素膜等の無機絶縁膜はプラズマ−CVD(化学気相成長)、低圧−CVD(化学気相成長)等の方法で形成されている。この無機絶縁膜を平坦化するための化学機械研磨方法として、フュームドシリカ系のCMP研磨液を用いることが一般的に検討されている。フュームドシリカ系のCMP研磨液は、四塩化珪素を熱分解する等の方法で粒成長させて得られた粒子が配合されたスラリのpHを調整することによって製造される。但し、この様なフュームドシリカ系のCMP研磨液は、研磨速度が低いという技術課題がある。   Conventionally, in a semiconductor device manufacturing process, an inorganic insulating film such as a silicon oxide film is formed by a method such as plasma-CVD (chemical vapor deposition) or low-pressure CVD (chemical vapor deposition). As a chemical mechanical polishing method for planarizing the inorganic insulating film, it is generally studied to use a fumed silica-based CMP polishing liquid. A fumed silica-based CMP polishing liquid is produced by adjusting the pH of a slurry containing particles obtained by grain growth by a method such as thermal decomposition of silicon tetrachloride. However, such a fumed silica-based CMP polishing liquid has a technical problem that the polishing rate is low.

また、デザインルール0.25μm以降の世代では、集積回路内の素子分離にSTIが用いられている。STIでは、基板上に成膜した余分な無機絶縁膜を取り除くためにCMP技術が使用される。この場合、任意の深さで研磨を停止させるために、無機絶縁膜の下に、研磨されにくい窒化珪素膜等のストッパ膜が形成される。   In the generations after the design rule 0.25 μm, STI is used for element isolation in the integrated circuit. In STI, CMP technology is used to remove excess inorganic insulating film formed on a substrate. In this case, in order to stop the polishing at an arbitrary depth, a stopper film such as a silicon nitride film that is difficult to polish is formed under the inorganic insulating film.

このような構造において、余分な無機絶縁膜を効率的に取り除くとともに、その後の研磨の進行を充分に抑制するには、無機絶縁膜とストッパ膜との研磨速度比が大きいことが望ましい。しかし、従来のコロイダルシリカ系のCMP研磨液は、無機絶縁膜とストッパ膜との研磨速度比が3程度と小さく、STI用としては実用に耐える特性を有していない。   In such a structure, it is desirable that the polishing rate ratio between the inorganic insulating film and the stopper film is large in order to efficiently remove the excess inorganic insulating film and sufficiently suppress the progress of the subsequent polishing. However, the conventional colloidal silica-based CMP polishing liquid has a polishing rate ratio as small as about 3 between the inorganic insulating film and the stopper film, and does not have a characteristic that can be practically used for STI.

一方、フォトマスクやレンズ等のガラス表面に対するCMP研磨液として、酸化セリウム粒子を含む酸化セリウムCMP研磨液が用いられている。酸化セリウム粒子は、シリカ粒子やアルミナ粒子に比べ硬度が低く、研磨に際し研磨表面に傷が入りにくいことから、仕上げ鏡面研磨に有用である。また、酸化セリウムCMP研磨液は、フュームドシリカ系やコロイダルシリカ系等のシリカCMP研磨液に比べ、研磨速度が速い利点がある。   On the other hand, a cerium oxide CMP polishing liquid containing cerium oxide particles is used as a CMP polishing liquid for glass surfaces such as photomasks and lenses. Cerium oxide particles have a lower hardness than silica particles and alumina particles, and are difficult to scratch on the polished surface during polishing, and thus are useful for finish mirror polishing. Further, the cerium oxide CMP polishing liquid has an advantage that the polishing rate is faster than that of fumed silica-based or colloidal silica-based silica CMP polishing liquid.

酸化セリウムCMP研磨液として、下記特許文献1には、高純度酸化セリウム砥粒を用いた半導体用CMP研磨液が記載されている。また、下記特許文献2には、酸化セリウムCMP研磨液の研磨速度を制御し、グローバルな平坦性を向上させるために添加剤を加える技術が記載されている。   As a cerium oxide CMP polishing liquid, the following Patent Document 1 describes a semiconductor CMP polishing liquid using high-purity cerium oxide abrasive grains. Patent Document 2 described below describes a technique of adding an additive to control the polishing rate of a cerium oxide CMP polishing liquid and improve global flatness.

特開平10−106994号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-106994 特許第3278532号公報Japanese Patent No. 3278532

近年、STIのデザインルールの微細化の進展に伴い、更なる平坦性の向上を達成できる研磨方法が求められている。   In recent years, with the progress of miniaturization of STI design rules, a polishing method capable of achieving further improvement in flatness has been demanded.

CMPを用いたSTI形成工程は、一般的に、アクティブ部(凸部)及びトレンチ部(凹部)が形成された基板上に、前記凹凸を埋め込み、かつ前記基板全体を被覆するように無機絶縁膜を成膜し、次いで、CMP研磨液を用いて余分の無機絶縁膜を研磨にて除去する。この時、トレンチ部内の無機絶縁膜が過剰に研磨されて皿状に凹む、ディッシングと呼ばれる現象が生じうる。一方で、CMP研磨液の組成を工夫することによりディッシングを解消して平坦性を改善しようとすると、無機絶縁膜に対する研磨速度が低下し、ストッパ膜が露出するまでの研磨時間が長期化してしまうという課題がある。   The STI formation process using CMP generally includes an inorganic insulating film so as to bury the irregularities and cover the entire substrate on a substrate on which an active portion (convex portion) and a trench portion (concave portion) are formed. Then, the excess inorganic insulating film is removed by polishing using a CMP polishing liquid. At this time, a phenomenon called dishing may occur in which the inorganic insulating film in the trench is excessively polished and recessed in a dish shape. On the other hand, if it is attempted to improve the flatness by eliminating the dishing by devising the composition of the CMP polishing liquid, the polishing rate for the inorganic insulating film decreases, and the polishing time until the stopper film is exposed is prolonged. There is a problem.

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無機絶縁膜を研磨するCMP技術において、無機絶縁膜に対する実用的な研磨速度を維持しつつ、研磨後の表面の平坦性を向上させることが可能な研磨方法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 a CMP technique for polishing an inorganic insulating film formed on the surface of a substrate, the surface after polishing while maintaining a practical polishing rate for the inorganic insulating film. An object of the present invention is to provide a polishing method capable of improving the flatness of the substrate.

本発明は、CMP研磨液と研磨パッドを用いた研磨方法において、所定の組成を有するCMP研磨液と所定の表面形状を有する研磨パッドとの組合せが、前記課題の解決に有効であることを見いだしたものである。   The present invention has found that, in a polishing method using a CMP polishing liquid and a polishing pad, a combination of a CMP polishing liquid having a predetermined composition and a polishing pad having a predetermined surface shape is effective in solving the above problems. It is a thing.

具体的には、本発明は、酸化セリウム、有機酸A、高分子化合物B及び水を含むCMP研磨液と、研磨パッドCを使用して、基板に設けられた被研磨膜の少なくとも一部を研磨で除去する研磨方法であって、前記有機酸Aは、−COOM基、−Ph−OM基、−SOM基、−OSOH基、−PO基及び−PO基(式中、MはH、NH、Na及びKから選択されるいずれか一種であり、Phは置換基を有していても良いフェニル基を示す。)からなる群から選択される少なくとも一つの基を有する有機酸であり、前記高分子化合物Bはカルボキシル基を有する高分子化合物であって、前記CMP研磨液は、pHが4.5〜7.0であり、前記高分子化合物Bの含有量は、CMP研磨液全質量に対して0.01〜0.30質量%であり、前記研磨パッドCには、複数の溝と複数の穴が形成されてなる研磨方法である。 Specifically, the present invention uses a CMP polishing liquid containing cerium oxide, an organic acid A, a polymer compound B, and water, and a polishing pad C, and at least a part of a film to be polished provided on a substrate. In the polishing method for removal by polishing, the organic acid A includes a —COOM group, a —Ph—OM group, a —SO 3 M group, a —OSO 3 H group, a —PO 4 M 2 group, and a —PO 3 M 2. At least selected from the group consisting of groups (wherein M is any one selected from H, NH 4 , Na and K, and Ph represents a phenyl group which may have a substituent). An organic acid having one group, the polymer compound B is a polymer compound having a carboxyl group, and the CMP polishing liquid has a pH of 4.5 to 7.0; Is contained in an amount of 0.01-0. 0 is the mass%, wherein the polishing pad C, a polishing method in which a plurality of grooves and a plurality of holes formed by formed.

このような研磨方法によれば、基板の表面に形成された無機絶縁膜を実用的な研磨速度で研磨しつつ、研磨後の表面の平坦性を向上させることができる。   According to such a polishing method, the flatness of the polished surface can be improved while polishing the inorganic insulating film formed on the surface of the substrate at a practical polishing rate.

本発明の研磨方法は、被研磨膜が形成された基板の該被研磨膜を研磨定盤の研磨パッドに押圧した状態で、前記CMP研磨液を被研磨膜と研磨パッドとの間に供給しながら、基板と研磨パッドとを相対的に動かして被研磨膜を研磨することが好ましい。   The polishing method of the present invention supplies the CMP polishing liquid between the film to be polished and the polishing pad in a state where the film to be polished of the substrate on which the film to be polished is pressed against the polishing pad of the polishing platen. However, it is preferable to polish the film to be polished by relatively moving the substrate and the polishing pad.

前記溝は、前記研磨パッド平面上において互いに平行な複数の溝で構成されるX溝と、前記研磨パッド平面上において前記X溝に対して垂直な複数の溝で構成されるY溝と、から構成されるXY溝を有してなることが好ましい。このような溝と、穴とを有する研磨パッドを用いて研磨することによって、より平坦性を向上させることができる。   The groove includes: an X groove constituted by a plurality of grooves parallel to each other on the polishing pad plane; and a Y groove constituted by a plurality of grooves perpendicular to the X groove on the polishing pad plane. It is preferable to have a configured XY groove. By using a polishing pad having such grooves and holes, the flatness can be further improved.

平坦性と研磨速度の両立の観点で、前記研磨パッドは、前記複数のX溝は、複数の溝が等間隔に設けられてなることが好ましい。また、前記複数のX溝及びY溝は、それぞれ、複数の溝が等間隔に設けられてなることが好ましい。さらに、前記研磨パッドは、前記X溝の間隔と前記Y溝の間隔とが等しく形成された格子状溝を有してなることが好ましい。さらに、前記パッドは円形の穴を有していることが好ましい。   From the viewpoint of achieving both flatness and polishing rate, it is preferable that the plurality of X grooves in the polishing pad are provided with a plurality of grooves at equal intervals. Further, it is preferable that the plurality of X grooves and the Y grooves are each provided with a plurality of grooves at equal intervals. Furthermore, it is preferable that the polishing pad has a grid-like groove in which the gap between the X grooves and the gap between the Y grooves are formed to be equal. Further, the pad preferably has a circular hole.

有機酸化合物の含有量は、CMP研磨液全質量基準で0.0001〜5質量%であることが好ましい。これにより研磨後の表面平坦性と研磨速度の維持の両立及び酸化セリウムの凝集の抑制を達成できる。   The content of the organic acid compound is preferably 0.0001 to 5% by mass based on the total mass of the CMP polishing liquid. As a result, it is possible to achieve both the surface flatness after polishing and the maintenance of the polishing rate and the suppression of cerium oxide aggregation.

本発明によれば、基板の表面に形成された被研磨膜(例えば、STI膜等)を研磨するCMP技術において、被研磨膜の研磨後の表面平坦性を向上させることが可能な基板の研磨方法を提供することができる。   According to the present invention, in a CMP technique for polishing a film to be polished (for example, an STI film) formed on the surface of a substrate, polishing of the substrate capable of improving surface flatness after polishing of the film to be polished A method can be provided.

研磨特性の評価基板を示す模式断面図である。It is a schematic cross section showing an evaluation substrate for polishing characteristics.

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方法は、酸化セリウム、有機酸A、高分子化合物B及び水を含むCMP研磨液と、研磨パッドCを使用して、基板に設けられた被研磨膜の少なくとも一部を研磨で除去する研磨方法であって、前記有機酸Aは、−COOM基、−Ph−OM基、−SOM基、−OSOH基、−PO基及び−PO基(式中、MはH、NH、Na及びKから選択されるいずれか一種であり、Phは置換基を有していても良いフェニル基を示す。)からなる群から選択される少なくとも一つの基を有する有機酸であり、前記高分子化合物Bはカルボキシル基を有する高分子化合物であって、前記CMP研磨液は、pHが4.5〜7.0であり、前記高分子化合物Bの含有量は、CMP研磨液全質量に対して0.01〜0.30質量%であり、前記研磨パッドCには、複数の溝と複数の穴が形成されてなる研磨方法である。以下、本実施形態に係る研磨方法について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. The polishing method according to this embodiment uses a CMP polishing liquid containing cerium oxide, an organic acid A, a polymer compound B, and water, and a polishing pad C, and at least a part of a film to be polished provided on the substrate. In the polishing method for removal by polishing, the organic acid A includes a —COOM group, a —Ph—OM group, a —SO 3 M group, a —OSO 3 H group, a —PO 4 M 2 group, and a —PO 3 M 2. At least selected from the group consisting of groups (wherein M is any one selected from H, NH 4 , Na and K, and Ph represents a phenyl group which may have a substituent). An organic acid having one group, the polymer compound B is a polymer compound having a carboxyl group, and the CMP polishing liquid has a pH of 4.5 to 7.0; The content of 0.01 relative to the total mass of the CMP polishing liquid 0.30 wt%, wherein the polishing pad C, a polishing method in which a plurality of grooves and a plurality of holes formed by formed. Hereinafter, the polishing method according to the present embodiment will be described in detail.

(1)研磨パッド
本発明の研磨方法は、研磨パッドとして複数の溝(Groove)と複数の穴(Perforation)が形成されてなる研磨パッドを使用する。従来、研磨パッドとしては、種々のものが使用されており、CMP研磨において最も一般的に用いられているのは、パッド全体への研磨液の保持のために、溝が形成されたGrooveパッドといわれるものであるが、本発明の研磨方法では、このような溝だけではなく、溝と穴の両方が形成された研磨パッドを使用する。これにより適量のスラリの保持が可能となるため、平坦性と研磨速度の両立が可能となる。
(1) Polishing Pad The polishing method of the present invention uses a polishing pad formed with a plurality of grooves and a plurality of holes as a polishing pad. Conventionally, various types of polishing pads have been used, and the most commonly used in CMP polishing is a Groove pad in which grooves are formed to hold the polishing liquid over the entire pad. However, in the polishing method of the present invention, not only such a groove but also a polishing pad in which both a groove and a hole are formed is used. As a result, an appropriate amount of slurry can be held, so that both flatness and polishing rate can be achieved.

前記研磨パッドにおいて、前記溝としては、互いに平行な複数の直線状の溝、複数の同心円状の溝、放射線状の溝、スパイラルの溝等が挙げられる。中でも、互いに平行な複数の直線状の溝であることが好ましい。また、前記研磨パッド平面上において互いに平行な複数の溝で構成されるX溝と、前記研磨パッド平面上において前記X溝に対して垂直な複数の溝で構成されるY溝と、から構成されるXY溝(XY−Groove)を有してなる研磨パッドを使用することが研磨後の表面平坦性と研磨速度の維持を両立できる点でより好ましい。   In the polishing pad, examples of the groove include a plurality of linear grooves parallel to each other, a plurality of concentric grooves, a radial groove, a spiral groove, and the like. Among these, a plurality of linear grooves parallel to each other is preferable. In addition, the X groove is composed of a plurality of grooves parallel to each other on the polishing pad plane, and the Y groove is composed of a plurality of grooves perpendicular to the X groove on the polishing pad plane. It is more preferable to use a polishing pad having an XY groove (XY-Groove) in that both surface flatness after polishing and maintenance of the polishing rate can be achieved.

前記のようなXY−Grooveと、複数の穴とを有する研磨パッドとしては、例えば、Rohm and Haas社製、商品名:IC1000/Suba400の2層構造のパッド等が挙げられるが、これと同等の形状、性能を有するパッドであれば上記のものに限定されない。   Examples of the polishing pad having XY-Groove as described above and a plurality of holes include a two-layer structure pad manufactured by Rohm and Haas, trade name: IC1000 / Suba400, and the like. The pad is not limited to the above as long as it has a shape and performance.

(2)CMP研磨液
本発明の研磨方法に使用されるCMP研磨液は、酸化セリウム、有機酸A、高分子化合物B及び水を含む。
(2) CMP polishing liquid The CMP polishing liquid used in the polishing method of the present invention contains cerium oxide, organic acid A, polymer compound B, and water.

(2.1: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、公知のものを使用することができる。一般に酸化セリウムは、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、シュウ酸塩等のセリウム化合物を酸化することによって得られる。酸化セリウム粒子を作製する方法としては、焼成又は過酸化水素等による酸化法が挙げられる。
(2.1: Cerium oxide particles)
There is no restriction | limiting in particular as a cerium oxide particle, A well-known thing can be used. In general, cerium oxide is obtained by oxidizing a cerium compound such as carbonate, nitrate, sulfate, or oxalate. Examples of the method for producing the cerium oxide particles include firing or oxidation using hydrogen peroxide.

テトラエトキシシラン(以下、「TEOS」という。)をSi源として用いるTEOS−CVD法等で形成される酸化珪素膜の研磨に酸化セリウム粒子を使用する場合、酸化セリウム粒子の結晶子径(結晶子の直径)が大きく、かつ結晶歪みが少ない程、即ち結晶性が良い程、高速研磨が可能であるが、被研磨膜に研磨傷が入りやすい傾向がある。このような観点から、酸化セリウム粒子は、2個以上の結晶子から構成され、結晶粒界を有する粒子が好ましく、結晶子径が5〜300nmである粒子がより好ましい。   When cerium oxide particles are used for polishing a silicon oxide film formed by TEOS-CVD method or the like using tetraethoxysilane (hereinafter referred to as “TEOS”) as a Si source, the crystallite diameter of the cerium oxide particles (crystallite The larger the diameter) and the smaller the crystal distortion, that is, the better the crystallinity, the faster the polishing is possible, but there is a tendency that polishing scratches are likely to enter the film to be polished. From this point of view, the cerium oxide particles are preferably composed of two or more crystallites, particles having a crystal grain boundary, and more preferably particles having a crystallite diameter of 5 to 300 nm.

酸化セリウム粒子中のアルカリ金属及びハロゲン類の含有率は、半導体素子の製造に係る研磨に好適に用いられることから、10ppm以下であることが好ましい。   The content of alkali metal and halogens in the cerium oxide particles is preferably 10 ppm or less because it is suitably used for polishing in the manufacture of semiconductor elements.

酸化セリウム粒子の平均粒径は、10〜500nmであることが好ましく、20〜400nmであることがより好ましく、50〜300nmであることが更に好ましい。酸化セリウム粒子の平均粒径が10nm以上であると、良好な研磨速度が得られる傾向があり、500nm以下であると、被研磨膜に傷がつきにくくなる傾向がある。   The average particle diameter of the cerium oxide particles is preferably 10 to 500 nm, more preferably 20 to 400 nm, and still more preferably 50 to 300 nm. When the average particle diameter of the cerium oxide particles is 10 nm or more, a good polishing rate tends to be obtained, and when it is 500 nm or less, the film to be polished tends to be hardly damaged.

ここで、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(例えばMalvern社製、商品名:Master Sizer Microplus、屈折率:1.93、光源:He−Neレーザ、吸収:0)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。平均粒径の測定には、適切な濃度(例えば、He−Neレーザに対する測定時透過率(H)が60〜70%となる濃度)にCMP研磨液を希釈したサンプルを用いる。また、酸化セリウムCMP研磨液が、後述するように酸化セリウム粒子を水に分散させた酸化セリウムスラリと、添加剤を水に溶解させた添加液とに分けて保存されている場合は、酸化セリウムスラリを適切な濃度に希釈して測定することができる。   Here, the average particle diameter of the cerium oxide particles is a laser diffraction particle size distribution analyzer (for example, product name: Master Sizer Microplus, refractive index: 1.93, light source: He-Ne laser, absorption: 0, manufactured by Malvern). It means the measured D50 value (median diameter of volume distribution, cumulative median value). For the measurement of the average particle diameter, a sample obtained by diluting the CMP polishing liquid to an appropriate concentration (for example, a concentration at which the measurement transmittance (H) for a He—Ne laser is 60 to 70%) is used. In addition, when the cerium oxide CMP polishing liquid is stored separately as a cerium oxide slurry in which cerium oxide particles are dispersed in water and an additive solution in which an additive is dissolved in water, as will be described later, The slurry can be measured by diluting to an appropriate concentration.

酸化セリウム粒子の含有量は、CMP研磨液全質量基準で0.1〜20質量%が好ましく、0.1〜5質量%がより好ましく、0.5〜1.5質量%が更に好ましい。酸化セリウム粒子の含有量が0.1質量%以上であると、良好な研磨速度が得られる傾向があり、20質量%以下であると、粒子の凝集が抑制されて被研磨膜に傷がつきにくくなる傾向がある。   The content of the cerium oxide particles is preferably 0.1 to 20% by mass, more preferably 0.1 to 5% by mass, and still more preferably 0.5 to 1.5% by mass based on the total mass of the CMP polishing liquid. When the content of the cerium oxide particles is 0.1% by mass or more, a good polishing rate tends to be obtained. When the content is 20% by mass or less, aggregation of the particles is suppressed and the film to be polished is damaged. There is a tendency to become difficult.

(2.2:有機酸A)
[有機酸化合物及び又はその塩]
本発明に係る研磨方法に使用されるCMP研磨液は、添加剤として有機酸Aを含有する。これにより、研磨終了後の被研磨膜(例えば、酸化珪素膜等)の平坦性を向上させることができる。より詳細には、凹凸を有する被研磨面を研磨した場合に、一部が過剰に研磨されて皿のように凹む現象、いわゆるディッシングが生じることを抑制することができる。この効果は、有機酸化合物及び又はその塩と酸化セリウム粒子とを併用し、かつ、後述する所定の形状の研磨パッドと併用することにより、より効率的に得られる。
(2.2: Organic acid A)
[Organic acid compound and / or salt thereof]
The CMP polishing liquid used in the polishing method according to the present invention contains an organic acid A as an additive. As a result, the flatness of the film to be polished (for example, a silicon oxide film) after polishing can be improved. More specifically, when a surface to be polished having irregularities is polished, it is possible to suppress the phenomenon that a part of the surface is excessively polished and recessed like a dish, so-called dishing. This effect can be obtained more efficiently by using an organic acid compound and / or a salt thereof and cerium oxide particles in combination with a polishing pad having a predetermined shape described later.

前記有機酸Aは、−COOM基、−Ph−OM基、−SOM基、−OSOH基、−PO基及び−PO基(式中、MはH、NH、Na及びKから選択されるいずれか一種であり、Phは置換基を有していても良いフェニル基を示す。)からなる群から選択される少なくとも一つの基を有する有機酸である。 The organic acid A includes a —COOM group, a —Ph—OM group, a —SO 3 M group, a —OSO 3 H group, a —PO 4 M 2 group, and a —PO 3 M 2 group (wherein M is H, NH 4 , an organic acid having at least one group selected from the group consisting of any one selected from Na and K, and Ph being a phenyl group which may have a substituent.

具体例としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ウンデカン酸、ラウリン酸、トリデカン酸、ミスチリン酸、ペンタデカン酸、パルミチン酸、ヘプタデカン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、シクロヘキサンカルボン酸、フェニル酢酸、安息香酸、o−トルイル酸、m−トルイル酸、p−トルイル酸、o−メトキシ安息香酸、m−メトキシ安息香酸、p−メトキシ安息香酸、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、ペンテン酸、ヘキセン酸、ヘプテン酸、オクテン酸、ノネン酸、デセン酸、ウンデセン酸、ドデセン酸、トリデセン酸、テトラデセン酸、ペンタデセン酸、ヘキサデセン酸、ヘプタデセン酸、イソ酪酸、イソ吉草酸、ケイ皮酸、キナルジン酸、ニコチン酸、1−ナフトエ酸、2−ナフトエ酸、ピコリン酸、ビニル酢酸、フェニル酢酸、フェノキシ酢酸、2−フランカルボン酸、メルカプト酢酸、レブリン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、1,9−ノナンジカルボン酸、1,10−デカンジカルボン酸、1,11−ウンデカンジカルボン酸、1,12−ドデカンジカルボン酸、1,13−トリデカンジカルボン酸、1,14−テトラデカンジカルボン酸、1,15−ペンタデカンジカルボン酸、1,16−ヘキサデカンジカルボン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、メサコン酸、キノリン酸、キニン酸、ナフタル酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、グリコール酸、乳酸、3−ヒドロキシプロピオン酸、2−ヒドロキシ酪酸、3−ヒドロキシ酪酸、4−ヒドロキシ酪酸、3−ヒドロキシ吉草酸、5−ヒドロキシ吉草酸、キナ酸、キヌレン酸、サリチル酸、酒石酸、アコニット酸、アスコルビン酸、アセチルサリチル酸、アセチルリンゴ酸、アセチレンジカルボン酸、アセトキシコハク酸、アセト酢酸、3−オキソグルタル酸、アトロパ酸、アトロラクチン酸、アントラキノンカルボン酸、アントラセンカルボン酸、イソカプロン酸、イソカンホロン酸、イソクロトン酸、2−エチル−2−ヒドロキシ酪酸、エチルマロン酸、エトキシ酢酸、オキサロ酢酸、オキシ二酢酸、2−オキソ酪酸、カンホロン酸、クエン酸、グリオキシル酸、グリシド酸、グリセリン酸、グルカル酸、グルコン酸、クロコン酸、シクロブタンカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸、ジフェニル酢酸、ジ−O−ベンゾイル酒石酸、ジメチルコハク酸、ジメトキシフタル酸、タルトロン酸、タンニン酸、チオフェンカルボン酸、チグリン酸、デソキサル酸、テトラヒドロキシコハク酸、テトラメチルコハク酸、テトロン酸、デヒドロアセト酸、テレビン酸、トロパ酸、バニリン酸、パラコン酸、ヒドロキシイソフタル酸、ヒドロキシケイ皮酸、ヒドロキシナフトエ酸、o−ヒドロキシフェニル酢酸、m−ヒドロキシフェニル酢酸、p−ヒドロキシフェニル酢酸、3−ヒドロキシ−3−フェニルプロピオン酸、ピバル酸、ピリジンジカルボン酸、ピリジントリカルボン酸、ピルビン酸、α−フェニルケイ皮酸、フェニルグリシド酸、フェニルコハク酸、フェニル酢酸、フェニル乳酸、プロピオル酸、ソルビン酸、2,4−ヘキサジエン二酸、2−ベンジリデンプロピオン酸、3−ベンジリデンプロピオン酸、ベンジリデンマロン酸、ベンジル酸、ベンゼントリカルボン酸、1,2−ベンゼンジ酢酸、ベンゾイルオキシ酢酸、ベンゾイルオキシプロピオン酸、ベンゾイルギ酸、ベンゾイル酢酸、O−ベンゾイル乳酸、3−ベンゾイルプロピオン酸、没食子酸、メソシュウ酸、5−メチルイソフタル酸、2−メチルクロトン酸、α−メチルケイ皮酸、メチルコハク酸、メチルマロン酸、2−メチル酪酸、o−メトキシケイ皮酸、p−メトキシケイ皮酸、メルカプトコハク酸、メルカプト酢酸、o−ラクトイル乳酸、リンゴ酸、ロイコン酸、ロイシン酸、ロジゾン酸、ロゾール酸、α−ケトグルタル酸、L−アルコルビン酸、イズロン酸、ガラクツロン酸、グルクロン酸、ピログルタミン酸、エチレンジアミン四酢酸、シアン化三酢酸、アスパラギン酸、グルタミン酸、N′−ヒドロキシエチル−N,N,N′−トリ酢酸、ニトリロトリ酢酸等のカルボン酸、又は、フェノール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、o−クロロフェノール、m−クロロフェノール、p−クロロフェノール、o−アミノフェノール、m−アミノフェノール、p−アミノフェノール、o−ニトロフェノール、m−ニトロフェノール、p−ニトロフェノール、2,4−ジニトロフェノール、2,4,6−トリニトロフェノール、カテコール、レゾルシノール、ヒドロキノン等のフェノール類、又は、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、プロパンスルホン酸、ブタンスルホン酸、ペンタンスルホン酸、ヘキサンスルホン酸、ヘプタンスルホン酸、オクタンスルホン酸、ノナンスルホン酸、デカンスルホン酸、ウンデカンスルホン酸、ドデカンスルホン酸、トリデカンスルホン酸、テトラデカンスルホン酸、ペンタデカンスルホン酸、ヘキサデカンスルホン酸、ヘプタデカンスルホン酸、オクタデカンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸、トルエンスルホン酸、ヒドロキシエタンスルホン酸、ヒドロキシフェノールスルホン酸、アントラセンスルホン酸等のスルホン酸、又は、デシルホスホン酸、フェニルホスホン酸等のホスホン酸が好ましい。また上記のカルボン酸、スルホン酸、ホスホン酸の主鎖のプロトンを1つ又は2つ以上、F、Cl、Br、I、OH、CN、NO等の原子又は原子団で置換した誘導体であってもよい。 Specific examples include formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, caproic acid, enanthic acid, caprylic acid, pelargonic acid, capric acid, undecanoic acid, lauric acid, tridecanoic acid, mytilic acid, pentadecanoic acid, palmitic acid, Heptadecanoic acid, stearic acid, oleic acid, linoleic acid, linolenic acid, cyclohexanecarboxylic acid, phenylacetic acid, benzoic acid, o-toluic acid, m-toluic acid, p-toluic acid, o-methoxybenzoic acid, m-methoxybenzoic acid Acid, p-methoxybenzoic acid, acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, pentenoic acid, hexenoic acid, heptenoic acid, octenoic acid, nonenoic acid, decenoic acid, undecenoic acid, dodecenoic acid, tridecenoic acid, tetradecenoic acid, pentadecenoic acid, Hexadecenoic acid, heptadecenoic acid, isobutyric acid, isovaleric acid, keto Cinnamic acid, quinaldic acid, nicotinic acid, 1-naphthoic acid, 2-naphthoic acid, picolinic acid, vinylacetic acid, phenylacetic acid, phenoxyacetic acid, 2-furancarboxylic acid, mercaptoacetic acid, levulinic acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid Acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, 1,9-nonanedicarboxylic acid, 1,10-decanedicarboxylic acid, 1,11-undecanedicarboxylic acid, 1,12-dodecanedicarboxylic acid Acid, 1,13-tridecanedicarboxylic acid, 1,14-tetradecanedicarboxylic acid, 1,15-pentadecanedicarboxylic acid, 1,16-hexadecanedicarboxylic acid, maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, citraconic acid, mesaconic acid, Quinolic acid, quinic acid, naphthalic acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid Acid, glycolic acid, lactic acid, 3-hydroxypropionic acid, 2-hydroxybutyric acid, 3-hydroxybutyric acid, 4-hydroxybutyric acid, 3-hydroxyvaleric acid, 5-hydroxyvaleric acid, quinic acid, kynurenic acid, salicylic acid, tartaric acid, Aconitic acid, ascorbic acid, acetylsalicylic acid, acetylmalic acid, acetylenedicarboxylic acid, acetoxysuccinic acid, acetoacetic acid, 3-oxoglutaric acid, atropaic acid, atrolactic acid, anthraquinone carboxylic acid, anthracene carboxylic acid, isocaproic acid, isocamphoric acid, Isocrotonic acid, 2-ethyl-2-hydroxybutyric acid, ethylmalonic acid, ethoxyacetic acid, oxaloacetic acid, oxydiacetic acid, 2-oxobutyric acid, camphoric acid, citric acid, glyoxylic acid, glycidic acid, glyceric acid, glucaric acid, glucone acid , Croconic acid, cyclobutanecarboxylic acid, cyclohexanedicarboxylic acid, diphenylacetic acid, di-O-benzoyltartaric acid, dimethylsuccinic acid, dimethoxyphthalic acid, tartronic acid, tannic acid, thiophenecarboxylic acid, tiglic acid, desoxolic acid, tetrahydroxysuccinic acid , Tetramethylsuccinic acid, tetronic acid, dehydroacetic acid, terevic acid, tropic acid, vanillic acid, paraconic acid, hydroxyisophthalic acid, hydroxycinnamic acid, hydroxynaphthoic acid, o-hydroxyphenylacetic acid, m-hydroxyphenylacetic acid, p-hydroxyphenylacetic acid, 3-hydroxy-3-phenylpropionic acid, pivalic acid, pyridinedicarboxylic acid, pyridinetricarboxylic acid, pyruvic acid, α-phenylcinnamic acid, phenylglycidic acid, phenylsuccinic acid, Nyl acetic acid, phenyl lactic acid, propiolic acid, sorbic acid, 2,4-hexadienedioic acid, 2-benzylidenepropionic acid, 3-benzylidenepropionic acid, benzylidenemalonic acid, benzylic acid, benzenetricarboxylic acid, 1,2-benzenediacetic acid, Benzoyloxyacetic acid, benzoyloxypropionic acid, benzoylformic acid, benzoylacetic acid, O-benzoyllactic acid, 3-benzoylpropionic acid, gallic acid, mesooxalic acid, 5-methylisophthalic acid, 2-methylcrotonic acid, α-methylcinnamic acid, Methylsuccinic acid, methylmalonic acid, 2-methylbutyric acid, o-methoxycinnamic acid, p-methoxycinnamic acid, mercaptosuccinic acid, mercaptoacetic acid, o-lactoyllactic acid, malic acid, leuconic acid, leucine acid, rosinic acid, Rosoleic acid, α-ketoglutaric acid, -Alcorbic acid, iduronic acid, galacturonic acid, glucuronic acid, pyroglutamic acid, ethylenediaminetetraacetic acid, cyanided triacetic acid, aspartic acid, glutamic acid, N'-hydroxyethyl-N, N, N'-triacetic acid, nitrilotriacetic acid, etc. Carboxylic acid or phenol, o-cresol, m-cresol, p-cresol, o-chlorophenol, m-chlorophenol, p-chlorophenol, o-aminophenol, m-aminophenol, p-aminophenol, o -Phenols such as nitrophenol, m-nitrophenol, p-nitrophenol, 2,4-dinitrophenol, 2,4,6-trinitrophenol, catechol, resorcinol, hydroquinone, methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid Propane sul Phosphonic acid, butanesulfonic acid, pentanesulfonic acid, hexanesulfonic acid, heptanesulfonic acid, octanesulfonic acid, nonanesulfonic acid, decanesulfonic acid, undecanesulfonic acid, dodecanesulfonic acid, tridecanesulfonic acid, tetradecanesulfonic acid, pentadecanesulfone Acid, hexadecane sulfonic acid, heptadecane sulfonic acid, octadecane sulfonic acid, benzene sulfonic acid, naphthalene sulfonic acid, toluene sulfonic acid, hydroxyethane sulfonic acid, hydroxyphenol sulfonic acid, sulfonic acid such as anthracene sulfonic acid, or decylphosphonic acid Phosphonic acids such as phenylphosphonic acid are preferred. Further, it is a derivative in which one or more protons in the main chain of the carboxylic acid, sulfonic acid, and phosphonic acid are substituted with atoms or atomic groups such as F, Cl, Br, I, OH, CN, and NO 2. May be.

さらに、N−アシル−N−メチルグリシン、N−アシル−N−メチル−β−アラニン、N−アシルグルタミン酸等のN−アシルアミノ酸、ポリオキシエチレンアルキルエーテルカルボン酸、アシル化ペプチド、アルキルベンゼンスルホン酸、直鎖型アルキルベンゼンスルホン酸、アルキルナフタレンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸ホルマリン重縮合物、メラミンスルホン酸ホルマリン重縮合物、ジアルキルスルホコハク酸エステル、スルホコハク酸アルキル、ポリオキシエチレンアルキルスルホコハク酸、アルキルスルホ酢酸、α−オレフィンスルホン酸、N−アシルメチルタウリン、ジメチル−5−スルホイソフタレート、硫酸化油、高級アルコール硫酸エステル、第2級高級アルコール硫酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸、第2級アルコールエトキシサルフェート、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸、モノグリサルフェート、脂肪酸アルキロールアマイド硫酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルリン酸、アルキルリン酸等も好ましく使用できる。前記有機酸Aは塩であってもよい。これらは1種類を単独で又は2種類以上を組み合わせて使用することができる。   Furthermore, N-acyl amino acids such as N-acyl-N-methylglycine, N-acyl-N-methyl-β-alanine, N-acyl glutamic acid, polyoxyethylene alkyl ether carboxylic acid, acylated peptide, alkylbenzene sulfonic acid, Linear alkylbenzene sulfonic acid, alkyl naphthalene sulfonic acid, naphthalene sulfonic acid formalin polycondensate, melamine sulfonic acid formalin polycondensate, dialkyl sulfosuccinate, alkyl sulfosuccinate, polyoxyethylene alkyl sulfosuccinic acid, alkyl sulfoacetic acid, α- Olefin sulfonic acid, N-acylmethyl taurine, dimethyl-5-sulfoisophthalate, sulfated oil, higher alcohol sulfate, secondary higher alcohol sulfate, polyoxyethylene alkyl ether Terusulfuric acid, secondary alcohol ethoxysulfate, polyoxyethylene alkylphenyl ether sulfuric acid, monoglycolate, fatty acid alkylol amide sulfate, polyoxyethylene alkyl ether phosphoric acid, polyoxyethylene alkyl phenyl ether phosphoric acid, alkyl phosphoric acid, etc. Can also be preferably used. The organic acid A may be a salt. These can be used alone or in combination of two or more.

中でも、−SOM基を有する有機酸が好ましく、MがHであるスルホン酸であることがより好ましく、芳香族スルホン酸であることが更に好ましく、トルエンスルホン酸であることが特に好ましく、p−トルエンスルホン酸が極めて好ましい。 Among them, an organic acid having a —SO 3 M group is preferable, a sulfonic acid in which M is H is more preferable, an aromatic sulfonic acid is further preferable, and a toluenesulfonic acid is particularly preferable. -Toluenesulfonic acid is very particularly preferred.

前記有機酸Aの含有量は、CMP研磨液全質量基準で0.0001〜5質量%が好ましく、0.001〜2質量%がより好ましく、0.01〜0.5質量%が更に好ましい。有機酸の含有量が0.0001質量%以上であると、研磨終了後の被研磨膜(例えば、酸化珪素膜等)の平坦性を向上させることができる傾向があり、5質量%以下であると、被研磨膜の研磨速度を充分に向上する傾向がある。   The content of the organic acid A is preferably 0.0001 to 5% by mass, more preferably 0.001 to 2% by mass, and still more preferably 0.01 to 0.5% by mass based on the total mass of the CMP polishing liquid. When the content of the organic acid is 0.0001% by mass or more, the flatness of the film to be polished (eg, a silicon oxide film) after polishing tends to be improved, and the content is 5% by mass or less. And, there is a tendency to sufficiently improve the polishing rate of the film to be polished.

(2.3:高分子化合物B)
[カルボン酸基又はカルボン酸塩基を有する水溶性有機高分子]
本発明に係る研磨方法に使用されるCMP研磨液は、カルボン酸基又はカルボン酸塩基を有する高分子化合物Bを含有する。ここで、高分子化合物Bは塩であってもよい。これにより、研磨終了後の被研磨膜(例えば酸化珪素膜)の平坦性を向上させることができる。より詳細には、凹凸を有する被研磨面を研磨した場合に、一部が過剰に研磨されて皿のように凹む現象、いわゆるディッシングが生じることを抑制することができる。この効果は、高分子化合物Bと有機酸Aと酸化セリウム粒子とを併用することにより、より効率的に得られる。
高分子化合物Bの含有量は、CMP研磨液全質量に対して0.01〜0.30質量%である。高分子化合物Bの含有量が0.01質量%以上であると、ディッシングの発生が抑制される傾向があり、0.30質量%以下であると、CMP研磨液に含まれる砥粒の安定性が向上する傾向がある。
(2.3: Polymer compound B)
[Water-soluble organic polymer having a carboxylic acid group or a carboxylic acid group]
The CMP polishing liquid used in the polishing method according to the present invention contains a polymer compound B having a carboxylic acid group or a carboxylic acid group. Here, the polymer compound B may be a salt. Thereby, the flatness of the film to be polished (for example, a silicon oxide film) after completion of polishing can be improved. More specifically, when a surface to be polished having irregularities is polished, it is possible to suppress the phenomenon that a part of the surface is excessively polished and recessed like a dish, so-called dishing. This effect can be obtained more efficiently by using the polymer compound B, the organic acid A, and the cerium oxide particles in combination.
Content of the high molecular compound B is 0.01-0.30 mass% with respect to CMP polishing liquid total mass. When the content of the polymer compound B is 0.01% by mass or more, dishing tends to be suppressed, and when the content is 0.30% by mass or less, the stability of the abrasive grains contained in the CMP polishing liquid. Tend to improve.

このような高分子化合物Bの具体例としては、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸等のカルボン酸基を有するモノマの単独重合体や、当該重合体のカルボン酸基の部分がアンモニウム塩等の単独重合体が挙げられる。また、カルボン酸基を有するモノマと、カルボン酸塩基を有するモノマとカルボン酸のアルキルエステル等の誘導体との共重合体も好ましい。さらに具体的には、ポリアクリル酸、又はポリアクリル酸のカルボン酸基の一部が、カルボン酸アンモニウム塩基に置換されたポリマ(以下、「ポリアクリル酸アンモニウム」と称する。)等が挙げられる。   Specific examples of such a high molecular compound B include a homopolymer of a monomer having a carboxylic acid group such as acrylic acid, methacrylic acid, and maleic acid, and a carboxylic acid group portion of the polymer being a single salt such as an ammonium salt. A polymer is mentioned. A copolymer of a monomer having a carboxylic acid group, a monomer having a carboxylic acid group, and a derivative such as an alkyl ester of carboxylic acid is also preferred. More specifically, polyacrylic acid or a polymer in which a part of the carboxylic acid group of the polyacrylic acid is substituted with an ammonium carboxylate base (hereinafter referred to as “polyammonium acrylate”) and the like can be mentioned.

(その他の添加剤)
本発明に係る研磨方法に使用されるCMP研磨液は、有機酸化合物及び又はその塩、及びカルボン酸基又はカルボン酸塩基を有する水溶性有機高分子とは別の添加剤として水溶性高分子を使用することができる。このような水溶性高分子としては、例えば、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、カードラン及び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、ポリアミド酸アンモニウム塩、ポリアミド酸ナトリウム塩及び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及びポリアクロレイン等のビニル系ポリマ等が挙げられる。
(Other additives)
The CMP polishing liquid used in the polishing method according to the present invention includes a water-soluble polymer as an additive different from the water-soluble organic polymer having an organic acid compound and / or a salt thereof, and a carboxylic acid group or a carboxylic acid group. Can be used. Examples of such water-soluble polymers include polysaccharides such as alginic acid, pectic acid, carboxymethylcellulose, agar, curdlan and pullulan; polyaspartic acid, polyglutamic acid, polylysine, polymalic acid, polyamic acid, polyamic acid ammonium salt And polycarboxylic acids such as polyamic acid sodium salt and polyglyoxylic acid and salts thereof; and vinyl polymers such as polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone and polyacrolein.

これら水溶性高分子の重量平均分子量は、500以上が好ましい。なお、重量平均分子量は、GPC(Gel Permeation Chromatography:ゲル浸透クロマトグラフィー)で測定し、標準ポリオキシエチレン換算した値である。また、これら水溶性高分子の含有量は、CMP研磨液全質量基準で0.03〜0.08質量%が好ましい。   These water-soluble polymers preferably have a weight average molecular weight of 500 or more. The weight average molecular weight is a value obtained by measuring with GPC (Gel Permeation Chromatography) and converting to standard polyoxyethylene. Further, the content of these water-soluble polymers is preferably 0.03 to 0.08% by mass based on the total mass of the CMP polishing liquid.

(水)
水としては、特に制限されないが、脱イオン水、イオン交換水、超純水等が好ましい。水の含有量は、上記各含有成分の含有量の残部でよく、CMP研磨液中に含有されていれば特に限定されない。なお、CMP研磨液は、必要に応じて水以外の溶媒、例えばエタノール、アセトン等の極性溶媒等を更に含有してもよい。
(water)
Although it does not restrict | limit especially as water, Deionized water, ion-exchange water, ultrapure water, etc. are preferable. The water content may be the remainder of the content of each of the above-described components, and is not particularly limited as long as it is contained in the CMP polishing liquid. The CMP polishing liquid may further contain a solvent other than water, for example, a polar solvent such as ethanol or acetone, if necessary.

(分散剤)
本発明に係る研磨方法に使用されるCMP研磨液には、酸化セリウム粒子を分散させるための分散剤を用いることができる。分散剤としては、例えば、水溶性陰イオン性分散剤、水溶性非イオン性分散剤、水溶性陽イオン性分散剤、水溶性両性分散剤等が挙げられ、中でも、水溶性陰イオン性分散剤が好ましい。これらは1種類を単独で又は2種類以上を組み合わせて使用することができる。
(Dispersant)
In the CMP polishing liquid used in the polishing method according to the present invention, a dispersing agent for dispersing cerium oxide particles can be used. Examples of the dispersant include a water-soluble anionic dispersant, a water-soluble nonionic dispersant, a water-soluble cationic dispersant, a water-soluble amphoteric dispersant, and the like, among others, a water-soluble anionic dispersant. Is preferred. These can be used alone or in combination of two or more.

水溶性陰イオン性分散剤としては、共重合成分としてアクリル酸を含む高分子及びその塩が好ましく、当該高分子の塩がより好ましい。共重合成分としてアクリル酸を含む高分子及びその塩としては、例えば、ポリアクリル酸及びそのアンモニウム塩、アクリル酸とメタクリル酸との共重合体及びそのアンモニウム塩、並びに、アクリル酸アミドとアクリル酸との共重合体及びそのアンモニウム塩等が挙げられる。   As the water-soluble anionic dispersant, a polymer containing acrylic acid as a copolymerization component and a salt thereof are preferable, and a salt of the polymer is more preferable. Polymers containing acrylic acid as a copolymerization component and salts thereof include, for example, polyacrylic acid and ammonium salts thereof, copolymers of acrylic acid and methacrylic acid and ammonium salts thereof, and acrylic amides and acrylic acids. And copolymers thereof and ammonium salts thereof.

その他の水溶性陰イオン性分散剤としては、例えば、ラウリル硫酸トリエタノールアミン、ラウリル硫酸アンモニウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸トリエタノールアミン、特殊ポリカルボン酸型高分子分散剤等が挙げられる。   Examples of other water-soluble anionic dispersants include lauryl sulfate triethanolamine, lauryl ammonium sulfate, polyoxyethylene alkyl ether sulfate triethanolamine, and special polycarboxylic acid type polymer dispersants.

また、水溶性非イオン性分散剤としては、例えば、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。   Examples of the water-soluble nonionic dispersant include polyethylene glycol monolaurate, polyethylene glycol monostearate, polyethylene glycol distearate, polyethylene glycol monooleate, polyoxyethylene alkylamine, and polyoxyethylene hydrogenated castor oil. , 2-hydroxyethyl methacrylate, alkyl alkanolamide and the like.

水溶性陽イオン性分散剤としては、例えば、ポリビニルピロリドン、ココナットアミンアセテート、ステアリルアミンアセテート等が挙げられる。   Examples of the water-soluble cationic dispersant include polyvinyl pyrrolidone, coconut amine acetate, stearyl amine acetate and the like.

水溶性両性分散剤としては、例えば、ラウリルベタイン、ステアリルベタイン、ラウリルジメチルアミンオキサイド、2−アルキル−N−カルボキシメチル−N−ヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタイン等が挙げられる。   Examples of the water-soluble amphoteric dispersant include lauryl betaine, stearyl betaine, lauryl dimethylamine oxide, 2-alkyl-N-carboxymethyl-N-hydroxyethylimidazolinium betaine and the like.

分散剤の含有量は、酸化セリウム粒子の分散性を向上させて沈降を抑制し、被研磨膜の研磨傷を更に減らす観点から、CMP研磨液全質量基準で0.01〜10質量%の範囲が好ましい。   The content of the dispersant is in the range of 0.01 to 10% by mass based on the total mass of the CMP polishing liquid from the viewpoint of improving the dispersibility of the cerium oxide particles to suppress sedimentation and further reducing polishing scratches on the polishing target film. Is preferred.

分散剤の重量平均分子量は、特に制限はないが、100〜150000が好ましく、1000〜20000がより好ましい。分散剤の分子量が100以上であると、酸化珪素膜又は窒化珪素膜等の被研磨膜を研磨するときに、良好な研磨速度が得られやすい傾向がある。分散剤の分子量が150000以下であると、CMP研磨液の保存安定性が低下しにくい傾向がある。なお、重量平均分子量は、GPCで測定し、標準ポリオキシエチレン換算した値である。   Although the weight average molecular weight of a dispersing agent does not have a restriction | limiting in particular, 100-150,000 are preferable and 1000-20000 are more preferable. When the molecular weight of the dispersant is 100 or more, a good polishing rate tends to be easily obtained when a film to be polished such as a silicon oxide film or a silicon nitride film is polished. When the molecular weight of the dispersant is 150,000 or less, the storage stability of the CMP polishing liquid tends to be difficult to decrease. The weight average molecular weight is a value measured by GPC and converted to standard polyoxyethylene.

本発明に係る研磨方法に使用されるCMP研磨液を半導体素子の製造における研磨に使用する場合には、分散剤中のナトリウムイオン等のアルカリ金属、及びハロゲン、イオウの含有率は、10ppm以下であることが好ましい。   When the CMP polishing liquid used in the polishing method according to the present invention is used for polishing in the production of semiconductor elements, the content of alkali metals such as sodium ions, halogen, and sulfur in the dispersant is 10 ppm or less. Preferably there is.

(CMP研磨液の調製・保存・研磨方法)
本発明に係る研磨方法に使用されるCMP研磨液は、例えば、酸化セリウム粒子と水とを配合して粒子を分散させ、さらに有機酸化合物及び又はその塩、及びカルボン酸基又はカルボン酸塩基を有する水溶性有機高分子を添加することによって得られる。本実施形態に係るCMP研磨液は、酸化セリウム粒子、有機酸化合物及び又はその塩、及びカルボン酸基又はカルボン酸塩基を有する水溶性有機高分子、水、及び、任意に水溶性高分子を含む一液式CMP研磨液として保存してもよく、酸化セリウム粒子及び水を含む酸化セリウムスラリ(第1の液)と、有機酸化合物及び又はその塩、及びカルボン酸基又はカルボン酸塩基を有する水溶性有機高分子及び水を含む添加液(第2の液)とに構成成分を分けた二液式CMP研磨液として保存してもよい。
(Preparation / preservation / polishing method of CMP polishing liquid)
The CMP polishing liquid used in the polishing method according to the present invention includes, for example, a mixture of cerium oxide particles and water to disperse the particles, and further, an organic acid compound and / or a salt thereof, and a carboxylic acid group or a carboxylic acid base. It can be obtained by adding a water-soluble organic polymer. The CMP polishing liquid according to this embodiment includes cerium oxide particles, an organic acid compound and / or a salt thereof, a water-soluble organic polymer having a carboxylic acid group or a carboxylate group, water, and optionally a water-soluble polymer. A cerium oxide slurry (first liquid) containing cerium oxide particles and water, an organic acid compound and / or a salt thereof, and a water solution having a carboxylic acid group or a carboxylic acid base may be stored as a one-part CMP polishing liquid. It may be stored as a two-component CMP polishing liquid in which components are separated into an additive liquid (second liquid) containing a conductive organic polymer and water.

なお、二液式CMP研磨液の場合は、分散剤は酸化セリウムスラリに含まれることが好ましい。有機酸化合物及び又はその塩、及びカルボン酸基又はカルボン酸塩基を有する水溶性有機高分子以外の添加剤は、酸化セリウムスラリと添加液のいずれに含まれてもよいが、酸化セリウム粒子の分散安定性に影響がない点で、添加液に含まれることが好ましい。   In the case of a two-component CMP polishing liquid, the dispersant is preferably contained in the cerium oxide slurry. Additives other than the water-soluble organic polymer having an organic acid compound and / or a salt thereof, and a carboxylic acid group or a carboxylic acid group may be included in either the cerium oxide slurry or the additive solution, but the dispersion of the cerium oxide particles It is preferable to be contained in the additive liquid in that it does not affect the stability.

酸化セリウムスラリと添加液とを分けた二液式CMP研磨液として保存する場合、これら二液の配合を任意に変えることにより平坦化特性と研磨速度の調整が可能となる。二液式CMP研磨液を用いて研磨する場合、酸化セリウムスラリ及び添加液をそれぞれ別の配管で送液し、これらの配管を供給配管出口の直前で合流させて両液を混合して研磨定盤上に供給する方法や、研磨直前に酸化セリウムスラリと添加液とを混合する方法を用いることができる。   When storing as a two-component CMP polishing liquid in which the cerium oxide slurry and the additive liquid are separated, the planarization characteristics and polishing rate can be adjusted by arbitrarily changing the combination of these two liquids. When polishing with a two-component CMP polishing solution, the cerium oxide slurry and additive solution are sent through separate pipes, and these pipes are joined just before the supply pipe outlet to mix the two solutions and polish the polishing. A method of supplying on a board or a method of mixing a cerium oxide slurry and an additive solution immediately before polishing can be used.

本発明に係る研磨方法に使用されるCMP研磨液は、所望のpHに調整して研磨に供することができる。pH調整剤としては特に制限はないが、アルカリ金属類、アンモニア水、酸成分が挙げられる。CMP研磨液が半導体研磨に使用される場合には、アルカリ金属類よりも、アンモニア水、酸成分が好適に使用される。pH調整剤としては、予めアンモニアで部分的に中和された水溶性高分子のアンモニウム塩を使用することができる。   The CMP polishing liquid used in the polishing method according to the present invention can be adjusted to a desired pH and used for polishing. Although there is no restriction | limiting in particular as a pH adjuster, Alkali metals, ammonia water, and an acid component are mentioned. When the CMP polishing liquid is used for semiconductor polishing, ammonia water and an acid component are preferably used rather than alkali metals. As the pH adjuster, an ammonium salt of a water-soluble polymer that has been partially neutralized with ammonia in advance can be used.

CMP研磨液のpHは4.5〜7.0であり、4.5〜6.0が好ましく、4.9〜5.5がより好ましい。pHが4.5以上であると、CMP研磨液の保存安定性が向上する傾向があり、7.0以下であると、被研磨膜の傷の発生数が減少する傾向がある。CMP研磨液のpHは、pHメータ(例えば、横河電機株式会社製の商品名:Model PH81)で測定することができる。例えば、標準緩衝液(フタル酸塩pH緩衝液pH:4.21(25℃)、中性りん酸塩pH緩衝液pH:6.86(25℃))を用いて2点校正した後、電極をCMP研磨液に入れて、2分以上経過して安定した後の値を測定する。   The pH of the CMP polishing liquid is 4.5 to 7.0, preferably 4.5 to 6.0, and more preferably 4.9 to 5.5. If the pH is 4.5 or more, the storage stability of the CMP polishing liquid tends to be improved, and if it is 7.0 or less, the number of scratches on the film to be polished tends to decrease. The pH of the CMP polishing liquid can be measured with a pH meter (for example, trade name: Model PH81 manufactured by Yokogawa Electric Corporation). For example, after calibrating two points using a standard buffer solution (phthalate pH buffer solution pH: 4.21 (25 ° C.), neutral phosphate pH buffer solution pH: 6.86 (25 ° C.)), the electrode In a CMP polishing liquid, and the value after 2 minutes or more has been stabilized is measured.

本発明に係る基板の研磨方法は、被研磨膜が形成された基板の被研磨膜を研磨定盤の研磨パッドに押圧した状態で、上記CMP研磨液を被研磨膜と研磨パッド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して被研磨膜を研磨する。   In the method for polishing a substrate according to the present invention, the CMP polishing liquid is applied between the film to be polished and the polishing pad in a state where the film to be polished on the substrate on which the film to be polished is pressed against the polishing pad of the polishing surface plate. While supplying, the film to be polished is polished by relatively moving the substrate and the polishing surface plate.

基板としては、半導体素子製造に係る基板、例えば回路素子と配線パターンが形成された段階の半導体基板、回路素子が形成された段階の半導体基板等の半導体基板上に無機絶縁膜が形成された基板が挙げられる。そして、被研磨膜としては、例えば酸化珪素膜、あるいは窒化珪素膜及び酸化珪素膜の複合膜等の無機絶縁膜が挙げられる。このような半導体基板上に形成された無機絶縁膜を、本発明に係る研磨方法に使用されるCMP研磨液で研磨することによって、無機絶縁膜表面の凹凸を解消し、半導体基板全面にわたって平滑な面とすることができる。また、本発明に係る研磨方法に使用されるCMP研磨液は、シャロー・トレンチ分離にも使用できる。   As a substrate, a substrate related to semiconductor element manufacture, for example, a substrate having a circuit element and a wiring pattern formed thereon, a substrate having an inorganic insulating film formed on a semiconductor substrate such as a semiconductor substrate in which a circuit element is formed, etc. Is mentioned. Examples of the film to be polished include an inorganic insulating film such as a silicon oxide film or a composite film of a silicon nitride film and a silicon oxide film. By polishing the inorganic insulating film formed on such a semiconductor substrate with the CMP polishing liquid used in the polishing method according to the present invention, unevenness on the surface of the inorganic insulating film is eliminated, and the entire surface of the semiconductor substrate is smooth. It can be a surface. Further, the CMP polishing liquid used in the polishing method according to the present invention can also be used for shallow trench isolation.

以下、無機絶縁膜が形成された半導体基板の場合を例に挙げて、基板の研磨方法を更に詳細に説明する。   Hereinafter, the method for polishing a substrate will be described in more detail by taking the case of a semiconductor substrate on which an inorganic insulating film is formed as an example.

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するホルダーと、回転数が変更可能なモータ等が取り付けてあり、研磨パッドを貼り付け可能な研磨定盤と、を有する一般的な研磨装置が使用できる。研磨装置としては、例えば、株式会社荏原製作所製の研磨装置、型番:EPO−111等を使用できる。   The polishing apparatus generally includes a holder for holding a substrate having a film to be polished, such as a semiconductor substrate, and a polishing surface plate to which a motor capable of changing the number of rotations is attached and a polishing pad can be attached. A simple polishing apparatus can be used. As a polishing apparatus, for example, a polishing apparatus manufactured by Ebara Corporation, model number: EPO-111, or the like can be used.

研磨パッドとしては、一般的な不織布、発泡ポリウレタン、多孔質フッ素樹脂等を特に制限なく使用できる。また、研磨パッドには、CMP研磨液が溜まるような溝加工が施されていることが好ましい。   As the polishing pad, a general nonwoven fabric, foamed polyurethane, porous fluororesin, or the like can be used without particular limitation. Further, it is preferable that the polishing pad is grooved so as to collect the CMP polishing liquid.

研磨条件に制限はないが、定盤の回転速度は、半導体基板が飛び出さないように200回転/分以下の低回転が好ましく、半導体基板にかける圧力(加工荷重)は、研磨後に傷が発生しないように100kPa以下が好ましい。研磨している間は、研磨パッド上にCMP研磨液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、研磨パッドの表面が常にCMP研磨液で覆われていることが好ましい。   The polishing conditions are not limited, but the rotation speed of the surface plate is preferably low rotation of 200 rotations / minute or less so that the semiconductor substrate does not pop out, and the pressure (working load) applied to the semiconductor substrate is scratched after polishing. 100 kPa or less is preferable. During polishing, a CMP polishing liquid is continuously supplied onto the polishing pad by a pump or the like. Although the supply amount is not limited, it is preferable that the surface of the polishing pad is always covered with a CMP polishing liquid.

研磨終了後の半導体基板は、流水中で良く洗浄後、スピンドライヤ等を用いて半導体基板上に付着した水滴を払い落として、乾燥させることが好ましい。   The semiconductor substrate after polishing is preferably washed in running water, and then dried by removing water droplets adhering to the semiconductor substrate using a spin dryer or the like.

このように被研磨膜である無機絶縁膜をCMP研磨液で研磨することによって、表面の凹凸を解消し、半導体基板全面にわたって平滑な面が得られる。平坦化されたシャロー・トレンチを形成した後は、無機絶縁膜の上にアルミニウム配線を形成し、その配線間及び配線上に再度無機絶縁膜を形成後、CMP研磨液を用いて当該無機絶縁膜を研磨して平滑な面を得る。この工程を所定数繰り返すことにより、所望の層数を有する半導体基板を製造することができる。   By polishing the inorganic insulating film, which is the film to be polished, with the CMP polishing liquid in this way, surface irregularities are eliminated and a smooth surface can be obtained over the entire surface of the semiconductor substrate. After the planarized shallow trench is formed, an aluminum wiring is formed on the inorganic insulating film, an inorganic insulating film is formed again between and on the wiring, and the inorganic insulating film is then formed using a CMP polishing liquid. To obtain a smooth surface. By repeating this step a predetermined number of times, a semiconductor substrate having a desired number of layers can be manufactured.

本実施形態に係るCMP研磨液により研磨される無機絶縁膜としては、例えば酸化珪素膜、窒化珪素膜が挙げられる。酸化珪素膜は、リン、ホウ素等の元素がドープされていても良い。無機絶縁膜の作製方法としては、低圧CVD法、プラズマCVD法等が挙げられる。   Examples of the inorganic insulating film polished by the CMP polishing liquid according to this embodiment include a silicon oxide film and a silicon nitride film. The silicon oxide film may be doped with an element such as phosphorus or boron. As a method for manufacturing the inorganic insulating film, a low pressure CVD method, a plasma CVD method, or the like can be given.

低圧CVD法による酸化珪素膜形成は、Si源としてモノシラン:SiH、酸素源として酸素:Oを用いる。このSiH−O系酸化反応を、400℃以下の低温で行うことにより酸化珪素膜が得られる。場合によっては、CVDにより得られた酸化珪素膜は、1000℃又はそれ以下の温度で熱処理される。高温リフローによる表面平坦化を図るために、酸化珪素膜にリン:Pをドープするときには、SiH−O−PH系反応ガスを用いることが好ましい。 The silicon oxide film formation by the low pressure CVD method uses monosilane: SiH 4 as the Si source and oxygen: O 2 as the oxygen source. A silicon oxide film can be obtained by performing this SiH 4 —O 2 -based oxidation reaction at a low temperature of 400 ° C. or lower. In some cases, the silicon oxide film obtained by CVD is heat-treated at a temperature of 1000 ° C. or lower. In order to planarize the surface by high-temperature reflow, when doping silicon: P with phosphorus: P, it is preferable to use a SiH 4 —O 2 —PH 3 -based reactive gas.

プラズマCVD法は、通常の熱平衡下では高温を必要とする化学反応が低温でできる利点を有する。プラズマ発生法には、容量結合型と誘導結合型の2つが挙げられる。反応ガスとしては、Si源としてSiH、酸素源としてNOを用いたSiH−NO系ガスとテトラエトキシシラン(TEOS)をSi源に用いたTEOS−O系ガス(TEOS−プラズマCVD法)が挙げられる。基板温度は、250〜400℃、反応圧力は、67〜400Paが好ましい。 The plasma CVD method has an advantage that a chemical reaction requiring a high temperature can be performed at a low temperature under normal thermal equilibrium. There are two plasma generation methods, capacitive coupling type and inductive coupling type. The reaction gases, SiH 4 as an Si source, an oxygen source as N 2 O was used was SiH 4 -N 2 O-based gas and TEOS-O-based gas using tetraethoxysilane (TEOS) in an Si source (TEOS-plasma CVD method). The substrate temperature is preferably 250 to 400 ° C., and the reaction pressure is preferably 67 to 400 Pa.

低圧CVD法による窒化珪素膜形成は、Si源としてジクロルシラン:SiHCl、窒素源としてアンモニア:NHを用いる。このSiHCl−NH系酸化反応を、900℃の高温で行わせることにより得られる。プラズマCVD法による窒化珪素膜形成は、反応ガスとしては、Si源としてSiH、窒素源としてNHを用いたSiH−NH系ガスが挙げられる。基板温度は、300〜400℃が好ましい。 Silicon nitride film formation by the low pressure CVD method uses dichlorosilane: SiH 2 Cl 2 as a Si source and ammonia: NH 3 as a nitrogen source. This SiH 2 Cl 2 —NH 3 -based oxidation reaction can be obtained by carrying out at a high temperature of 900 ° C. In the formation of a silicon nitride film by the plasma CVD method, examples of the reactive gas include SiH 4 —NH 3 based gas using SiH 4 as the Si source and NH 3 as the nitrogen source. The substrate temperature is preferably 300 to 400 ° C.

本実施形態に係るCMP研磨液及び基板の研磨方法は、半導体基板に形成された無機絶縁膜だけでなく、各種半導体装置の製造プロセス等にも適用することができる。本実施形態に係るCMP研磨液及び基板の研磨方法は、例えば、所定の配線を有する配線板に形成された酸化珪素膜、ガラス、窒化珪素等の無機絶縁膜、ポリシリコン、Al、Cu、Ti、TiN、W、Ta、TaN等を主として含有する膜、フォトマスク・レンズ・プリズム等の光学ガラス、ITO(酸化インジウムスズ)等の無機導電膜、ガラス及び結晶質材料で構成される光集積回路、光スイッチング素子、光導波路、光ファイバーの端面、シンチレータ等の光学用単結晶、固体レーザ単結晶、青色レーザLED用サファイヤ基板、SiC、GaP、GaAs等の半導体単結晶、磁気ディスク用ガラス基板、磁気ヘッド等を研磨することにも適用することができる。   The CMP polishing liquid and the substrate polishing method according to the present embodiment can be applied not only to the inorganic insulating film formed on the semiconductor substrate but also to manufacturing processes of various semiconductor devices. The CMP polishing liquid and the substrate polishing method according to the present embodiment include, for example, a silicon oxide film formed on a wiring board having a predetermined wiring, an inorganic insulating film such as glass and silicon nitride, polysilicon, Al, Cu, and Ti. , TiN, W, Ta, TaN and other films, optical glasses such as photomasks, lenses, and prisms, inorganic conductive films such as ITO (indium tin oxide), glass, and crystalline integrated circuits Optical switching elements, optical waveguides, optical fiber end faces, scintillator and other optical single crystals, solid state laser single crystals, blue laser LED sapphire substrates, SiC, GaP, GaAs and other semiconductor single crystals, magnetic disk glass substrates, magnetic It can also be applied to polishing a head or the like.

以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention, this invention is not restrict | limited to these Examples.

(酸化セリウム粉末の作製)
市販の炭酸セリウム水和物:40kgをアルミナ製容器に入れ、830℃、空気中で2時間焼成することにより黄白色の粉末を20kg得た。この粉末の相同定をX線回折法で行ったところ酸化セリウムであることを確認した。得られた酸化セリウム粉末:20kgを、ジェットミルを用いて乾式粉砕し、粉末状の酸化セリウムを得た。
(Production of cerium oxide powder)
Commercially available cerium carbonate hydrate: 40 kg was placed in an alumina container and baked in air at 830 ° C. for 2 hours to obtain 20 kg of yellowish white powder. When the phase of this powder was identified by X-ray diffraction, it was confirmed that the powder was cerium oxide. The obtained cerium oxide powder: 20 kg was dry pulverized using a jet mill to obtain powdered cerium oxide.

(実施例1)
前記で作製した酸化セリウム:200.0gと、脱イオン水:795.0gとを混合し、ポリアクリル酸アンモニウム水溶液(重量平均分子量:8000、40質量%):5gを添加して、攪拌しながら超音波分散を行い、酸化セリウム分散液を得た。超音波分散は、超音波周波数:400kHz、分散時間:20分で行った。
Example 1
The cerium oxide prepared above: 200.0 g and deionized water: 795.0 g were mixed, and an aqueous solution of ammonium polyacrylate (weight average molecular weight: 8000, 40% by mass): 5 g was added with stirring. Ultrasonic dispersion was performed to obtain a cerium oxide dispersion. The ultrasonic dispersion was performed at an ultrasonic frequency of 400 kHz and a dispersion time of 20 minutes.

その後、1リットル容器(高さ:170mm)に1kgの酸化セリウム分散液を入れて静置し、沈降分級を行なった。分級時間:15時間後、水面からの深さ130mmより上の上澄みをポンプでくみ上げた。得られた上澄みの酸化セリウム分散液を、次いで固形分濃度が5質量%になるように、脱イオン水で希釈して酸化セリウムスラリを得た。   Thereafter, 1 kg of a cerium oxide dispersion was placed in a 1 liter container (height: 170 mm) and allowed to stand to perform sedimentation classification. Classification time: After 15 hours, the supernatant above a depth of 130 mm from the water surface was pumped up. The obtained supernatant cerium oxide dispersion was then diluted with deionized water to obtain a cerium oxide slurry so that the solid content concentration was 5% by mass.

酸化セリウムスラリ中における酸化セリウムの平均粒径(D50)を測定するため、He−Neレーザに対する測定時透過率(H)が60〜70%になるように前記スラリを希釈して、測定サンプルとした。この測定サンプルをMalvern社製のレーザ回折式粒度分布計、商品名:Master Sizer Microplusを用い、屈折率:1.93、吸収:0として測定したところ、D50の値は200nmであった。   In order to measure the average particle diameter (D50) of cerium oxide in the cerium oxide slurry, the slurry was diluted so that the transmittance (H) at the time of measurement with respect to the He—Ne laser was 60 to 70%. did. When this measurement sample was measured using a laser diffraction particle size distribution meter manufactured by Malvern, trade name: Master Sizer Microplus, with a refractive index of 1.93 and an absorption of 0, the value of D50 was 200 nm.

有機酸としてp−トルエンスルホン酸:0.83gと、高分子化合物としてポリアクリル酸(重量平均分子量:4000、固形分:40質量%):10gと脱イオン水:9000gとを混合し、25質量%アンモニア水溶液を加えてpHを4.5に調整した。なお、pHは、pHメータ(横河電機株式会社製の商品名:Model PH81)を用いて、標準緩衝液(フタル酸塩pH緩衝液pH:4.21(25℃)、中性りん酸塩pH緩衝液pH:6.86(25℃))を用いて2点校正した後、電極を測定対象に入れて、2分以上経過して安定した後の値を測定した。ここに、前記の酸化セリウムスラリ:660gを添加した後、再度アンモニア水溶液を加えて、pHを5.0に調整した。最後に濃度調整のため、全量が10000gとなるように脱イオン水を加えCMP研磨液とした。   P-Toluenesulfonic acid: 0.83 g as an organic acid, and polyacrylic acid (weight average molecular weight: 4000, solid content: 40% by mass): 10 g and deionized water: 9000 g as a polymer compound are mixed to obtain 25 mass. % Aqueous ammonia was added to adjust the pH to 4.5. In addition, pH was measured using a pH meter (trade name: Model PH81 manufactured by Yokogawa Electric Corporation), standard buffer solution (phthalate pH buffer solution pH: 4.21 (25 ° C.), neutral phosphate. After calibrating two points using a pH buffer solution (pH: 6.86 (25 ° C.)), the electrode was placed in the measurement object, and the value after 2 minutes had passed and stabilized was measured. After adding 660 g of the cerium oxide slurry, an aqueous ammonia solution was added again to adjust the pH to 5.0. Finally, in order to adjust the concentration, deionized water was added so that the total amount became 10,000 g to obtain a CMP polishing liquid.

また、前記と同様に測定サンプルを調製して、CMP研磨液中の粒子の平均粒径をレーザ回折式粒度分布計で測定した結果、D50の値は200nmであった。   Further, a measurement sample was prepared in the same manner as described above, and the average particle size of the particles in the CMP polishing liquid was measured with a laser diffraction particle size distribution meter. As a result, the value of D50 was 200 nm.

(絶縁膜の研磨)
研磨試験ウエハとして、SEMATECH社製の商品名:パタンウエハ864(直径:200mm)とアドバンテック社製のTEOSブランケットウエハ(直径:200mm、初期膜厚:1000nm)用いた。パタンウエハ864とこれを用いた研磨特性の評価方法を、図1を用いて説明する。
(Insulating film polishing)
As a polishing test wafer, trade name: pattern wafer 864 (diameter: 200 mm) manufactured by SEMATECH and TEOS blanket wafer (diameter: 200 mm, initial film thickness: 1000 nm) manufactured by Advantech Co., Ltd. were used. A pattern wafer 864 and a polishing characteristic evaluation method using the pattern wafer 864 will be described with reference to FIG.

図1(a)は、ウエハ2の一部分を拡大した模式断面図である。ウエハ2の表面には複数の溝が形成されていて、ウエハ2の凸部表面には厚さ150nmの窒化珪素膜1が形成されている。溝の深さ(凸部の表面から凹部の底面までの深さ)は500nmである。以下、凸部をアクティブ部、凹部をトレンチ部という。なお、ウエハ2には、100μm/100μmのトレンチ部/アクティブ部と、20μm/80μm、80μm/20μmのトレンチ部/アクティブ部とが形成されている。   FIG. 1A is a schematic cross-sectional view in which a part of the wafer 2 is enlarged. A plurality of grooves are formed on the surface of the wafer 2, and a silicon nitride film 1 having a thickness of 150 nm is formed on the surface of the convex portion of the wafer 2. The depth of the groove (depth from the surface of the convex portion to the bottom surface of the concave portion) is 500 nm. Hereinafter, the convex portion is referred to as an active portion, and the concave portion is referred to as a trench portion. The wafer 2 has a trench / active part of 100 μm / 100 μm and a trench / active part of 20 μm / 80 μm and 80 μm / 20 μm.

図1(b)は、研磨試験ウエハの一部分を拡大した模式断面図である。研磨試験ウエハは、アクティブ領域表面からの酸化珪素膜3の厚さが600nmとなるように、プラズマTEOS法によってアクティブ領域及びトレンチ部に酸化珪素膜3が形成されている。研磨試験では、研磨試験ウエハの酸化珪素膜3を研磨して平坦化を行う。   FIG. 1B is an enlarged schematic cross-sectional view of a part of the polishing test wafer. In the polishing test wafer, the silicon oxide film 3 is formed in the active region and the trench portion by the plasma TEOS method so that the thickness of the silicon oxide film 3 from the surface of the active region becomes 600 nm. In the polishing test, the silicon oxide film 3 of the polishing test wafer is polished and planarized.

図1(c)は、酸化珪素膜3を研磨した後の研磨試験ウエハの一部分を拡大した模式断面図である。アクティブ領域の窒化珪素膜1表面で研磨を終了し、このときのトレンチ部の深さ4からトレンチ部内の酸化珪素膜3の厚さ5を引いた値をディッシング量6とする。なお、ディッシング量6は小さい方が良い。   FIG. 1C is a schematic cross-sectional view showing an enlarged part of a polishing test wafer after polishing the silicon oxide film 3. Polishing is finished on the surface of the silicon nitride film 1 in the active region, and the dishing amount 6 is a value obtained by subtracting the thickness 5 of the silicon oxide film 3 in the trench portion from the depth 4 of the trench portion at this time. The dishing amount 6 should be small.

このような研磨試験ウエハの研磨には研磨装置(株式会社荏原製作所製、型番:EPO−111)を用いた。基板取り付け用の吸着パッドを貼り付けたホルダーに研磨試験ウエハをセットした。研磨装置の直径:600mmの研磨定盤に、研磨パッド(溝形状=XY−Perforation、Rohm and Haas社製、型番:IC1000/Suba400)を貼り付けた。更に、被研磨膜である絶縁膜(酸化珪素被膜)面を下にして前記ホルダーを研磨定盤上に載せ、加工荷重を350gf/cm(34.3kPa)に設定した。 A polishing apparatus (manufactured by Ebara Corporation, model number: EPO-111) was used for polishing the polishing test wafer. A polishing test wafer was set in a holder on which a suction pad for mounting the substrate was attached. A polishing pad (groove shape = XY-Performation, manufactured by Rohm and Haas, model number: IC1000 / Suba400) was attached to a polishing platen having a diameter of 600 mm of the polishing apparatus. Further, the holder was placed on a polishing surface plate with the insulating film (silicon oxide film) surface, which is a film to be polished, facing down, and the processing load was set to 350 gf / cm 2 (34.3 kPa).

前記研磨定盤上に前記酸化セリウムCMP研磨液を300ミリリットル/分の速度で滴下しながら、研磨定盤と研磨試験ウエハとをそれぞれ60回転/分で作動させて、ウエハの中心に最も近い場所に存在する100μm/100μmのアクティブ部/トレンチ部にあるアクティブ部の膜厚が600nmから0nmになるまで研磨した。研磨後の研磨試験ウエハは、アンモニア水と純水で良く洗浄後、乾燥した。   While the cerium oxide CMP polishing solution is dropped on the polishing platen at a rate of 300 ml / min, the polishing platen and the polishing test wafer are operated at 60 revolutions / min. Polishing was performed until the film thickness of the active part in the active part / trench part of 100 μm / 100 μm existing in the substrate became 600 nm to 0 nm. The polished test wafer after polishing was thoroughly washed with ammonia water and pure water and then dried.

研磨後の研磨試験ウエハについて、100μm/100μmのアクティブ部/トレンチ部にあるトレンチ部の残膜厚をナノメトリクス社製の干渉式膜厚測定装置、商品名:ナノスペック/AFT5100を用いて測定し、ディッシング量を評価した。   About the polishing test wafer after polishing, the remaining film thickness of the trench part in the active part / trench part of 100 μm / 100 μm is measured using an interference-type film thickness measuring device manufactured by Nanometrics, Inc., trade name: Nanospec / AFT5100 The dishing amount was evaluated.

TEOSブランケットウエハに関しては、研磨時間を60秒とした以外はパタンウエハ864と同条件で研磨し、膜厚の減少量から研磨速度を算出した。   The TEOS blanket wafer was polished under the same conditions as the pattern wafer 864 except that the polishing time was 60 seconds, and the polishing rate was calculated from the amount of decrease in film thickness.

実施例2〜11及び比較例1〜5は、実施例1と同様の操作により、表1の濃度になるように、ポリアクリル酸量とpHを調整したCMP研磨液を作成した。酸化セリウムスラリの量及びp−トルエンスルホン酸の量はすべて一定である。これらのCMP研磨液を実施例1のCMP研磨液と同様に研磨試験を行い、ディッシング量と研磨速度を測定した。   In Examples 2 to 11 and Comparative Examples 1 to 5, CMP polishing liquids were prepared by adjusting the polyacrylic acid amount and pH so that the concentrations shown in Table 1 were obtained by the same operation as in Example 1. The amount of cerium oxide slurry and the amount of p-toluenesulfonic acid are all constant. These CMP polishing liquids were subjected to a polishing test in the same manner as the CMP polishing liquid of Example 1, and the dishing amount and polishing rate were measured.

表1に示すとおり、実施例1〜11では、研磨速度が180nm/min以上と充分な研磨速度を保持したまま、比較例1、2及び4よりもディッシング量が小さいことが明らかであり、本発明の研磨方法により、研磨後の表面の平坦性を向上できることが確認された。   As shown in Table 1, in Examples 1 to 11, it is clear that the dishing amount is smaller than Comparative Examples 1, 2 and 4 while maintaining a polishing rate of 180 nm / min or more and a sufficient polishing rate. It was confirmed that the flatness of the surface after polishing can be improved by the polishing method of the invention.

Figure 2013045944
Figure 2013045944

1 窒化珪素膜
2 ウエハ
3 酸化珪素膜
4 トレンチ部の深さ
5 研磨後のトレンチ部酸化珪素膜厚
6 ディッシング量
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon nitride film 2 Wafer 3 Silicon oxide film 4 Depth of trench part 5 Thickness of silicon oxide film in trench after polishing 6 Dishing amount

Claims (9)

酸化セリウム、有機酸A、高分子化合物B及び水を含むCMP研磨液と、研磨パッドCを使用して、基板に設けられた被研磨膜の少なくとも一部を研磨で除去する研磨方法であって、
前記有機酸Aは、−COOM基、−Ph−OM基、−SOM基、−OSOH基、−PO基及び−PO基(式中、MはH、NH、Na及びKから選択されるいずれか一種であり、Phは置換基を有していても良いフェニル基を示す。)からなる群から選択される少なくとも一つの基を有する有機酸であり、
前記高分子化合物Bはカルボキシル基を有する高分子化合物であって、
前記CMP研磨液のpHは4.5〜7.0であって、
前記高分子化合物Bの含有量が、研磨液全質量に対して0.01〜0.30質量%であって、
前記研磨パッドCには、複数の溝と複数の穴が形成されてなる、
研磨方法。
A polishing method in which at least a part of a film to be polished provided on a substrate is removed by polishing using a CMP polishing liquid containing cerium oxide, an organic acid A, a polymer compound B and water and a polishing pad C. ,
The organic acid A includes a —COOM group, a —Ph—OM group, a —SO 3 M group, a —OSO 3 H group, a —PO 4 M 2 group, and a —PO 3 M 2 group (wherein M is H, NH 4 , an organic acid having at least one group selected from the group consisting of any one selected from Na and K, and Ph representing a phenyl group which may have a substituent.
The polymer compound B is a polymer compound having a carboxyl group,
The CMP polishing liquid has a pH of 4.5 to 7.0,
The content of the polymer compound B is 0.01 to 0.30% by mass with respect to the total mass of the polishing liquid,
The polishing pad C is formed with a plurality of grooves and a plurality of holes.
Polishing method.
被研磨膜が形成された基板の該被研磨膜を研磨パッドに押圧した状態で、CMP研磨液を被研磨膜と研磨パッドとの間に供給しながら、基板と研磨パッドとを相対的に動かして被研磨膜を研磨する、請求項1記載の研磨方法。   While the polishing film of the substrate on which the film to be polished is pressed against the polishing pad, the substrate and the polishing pad are moved relatively while supplying the CMP polishing liquid between the film to be polished and the polishing pad. The polishing method according to claim 1, wherein the film to be polished is polished. 溝は、研磨パッド平面上において互いに平行な複数の溝で構成されるX溝と、前記研磨パッド平面上において前記X溝に対して垂直な複数の溝で構成されるY溝と、から構成されるXY溝を有してなる請求項1又は2記載の研磨方法。   The groove is composed of an X groove composed of a plurality of grooves parallel to each other on the polishing pad plane, and a Y groove composed of a plurality of grooves perpendicular to the X groove on the polishing pad plane. The polishing method according to claim 1, further comprising an XY groove. 研磨パッド上の複数のX溝は、複数の溝が等間隔に設けられてなる請求項3記載の研磨方法。   The polishing method according to claim 3, wherein the plurality of X grooves on the polishing pad are provided with a plurality of grooves at equal intervals. 研磨パッド上の複数のX溝及びY溝は、それぞれ、複数の溝が等間隔に設けられてなる請求項3又は4記載の研磨方法。   The polishing method according to claim 3 or 4, wherein each of the plurality of X grooves and Y grooves on the polishing pad is provided with a plurality of grooves at equal intervals. 研磨パッドは、X溝の間隔とY溝の間隔とが等しく形成された格子状溝を有してなる請求項5記載の研磨方法。   6. The polishing method according to claim 5, wherein the polishing pad has a lattice-like groove in which the interval between the X grooves and the interval between the Y grooves are formed to be equal. 被研磨膜は、酸化珪素を含む膜である請求項1〜6のいずれかに記載の研磨方法。   The polishing method according to claim 1, wherein the film to be polished is a film containing silicon oxide. 被研磨膜は、基板上の回路素子及び/若しくは配線パターン上に形成された、又はシャロー・トレンチ分離層に形成された酸化珪素を含む膜である請求項1〜7のいずれかに記載の研磨方法。   The polishing film according to claim 1, wherein the film to be polished is a film containing silicon oxide formed on a circuit element and / or a wiring pattern on a substrate or formed in a shallow trench isolation layer. Method. 有機酸Aの含有量は、研磨液全質量基準で0.0001〜5質量%である請求項1〜8のいずれかに記載の研磨方法。   The polishing method according to any one of claims 1 to 8, wherein the content of the organic acid A is 0.0001 to 5% by mass based on the total mass of the polishing liquid.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20230022939A (en) * 2018-12-19 2023-02-16 후지필름 일렉트로닉 머티리얼스 유.에스.에이., 아이엔씨. Polishing compositions and methods of using same
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