JP2015023122A - Polishing liquid and production method therefor, and polishing method - Google Patents

Polishing liquid and production method therefor, and polishing method Download PDF

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貴彬 松本
Takaaki Matsumoto
貴彬 松本
隆 篠田
Takashi Shinoda
隆 篠田
深沢 正人
Masato Fukazawa
正人 深沢
吉川 茂
Shigeru Yoshikawa
茂 吉川
貴浩 吉川
Takahiro Yoshikawa
貴浩 吉川
田中 孝明
Takaaki Tanaka
孝明 田中
山下 哲朗
Tetsuro Yamashita
哲朗 山下
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polishing liquid having small dependency on the wiring and excellent in surface planarity and over-polishing tolerance after polishing, CMP technique for polishing a polished film formed on the surface of a substrate.SOLUTION: A polishing liquid contains cerium oxide particles, an acrylic acid-based polymer, an organic compound, a pH adjustment agent, and water. The acrylic acid-based polymer is obtained by polymerizing monomer components containing at least one kind selected from acrylic acid and methacrylic acid. The polymer has at least one kind selected from a group consisting of nitric acid group, a nitric acid base, a nitrous acid group, and a nitrous acid base, as a terminal group, and the pH is 4.0-5.5.

Description

本発明は、研磨液及びその製造方法、並びに研磨方法に関する。より詳細には、本発明は、絶縁材料として用いられる物質を研磨するための研磨液及びその製造方法、並びに研磨方法に関する。   The present invention relates to a polishing liquid, a method for producing the same, and a polishing method. More specifically, the present invention relates to a polishing liquid for polishing a substance used as an insulating material, a manufacturing method thereof, and a polishing method.

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)による平坦化技術は、半導体素子製造工程において、層間絶縁膜の平坦化、STI(シャロー・トレンチ・アイソレーション)形成工程、プラグ形成工程、埋め込み金属配線形成工程(ダマシン工程)等を行う際に、必須の技術となってきている。CMP工程(CMP技術を用いた平坦化工程)は、一般に、研磨パッド(研磨布)と、基体上の被研磨材料との間にCMP用研磨液を供給しながら、前記被研磨材料を研磨することによって行われる。   In the current ULSI semiconductor device manufacturing process, processing technology for high density and miniaturization of semiconductor devices has been researched and developed. One of the processing techniques, planarization technology by CMP (Chemical Mechanical Polishing), is a planarization of an interlayer insulating film, a STI (Shallow Trench Isolation) formation process in a semiconductor element manufacturing process, It has become an indispensable technique when performing a plug formation process, a buried metal wiring formation process (damascene process), and the like. In the CMP process (planarization process using the CMP technique), the polishing material is generally polished while supplying a polishing slurry for CMP between the polishing pad (polishing cloth) and the polishing material on the substrate. Is done by.

前記CMPに用いるCMP用研磨液は、種々のものが知られている。CMP用研磨液に含まれる砥粒(研磨粒子)によって分類すると、砥粒として酸化セリウム(セリア)粒子を含むセリア系研磨液、砥粒として酸化珪素(シリカ)粒子を含むシリカ系研磨液、及び、砥粒として酸化アルミニウム(アルミナ)粒子を含むアルミナ系研磨液、砥粒として有機樹脂粒子を含む樹脂粒子系研磨液等が知られている。   Various polishing liquids for CMP used in the CMP are known. When classified according to abrasive grains (polishing particles) contained in the polishing liquid for CMP, a ceria-based polishing liquid containing cerium oxide (ceria) particles as abrasive grains, a silica-based polishing liquid containing silicon oxide (silica) particles as abrasive grains, and An alumina-based polishing liquid containing aluminum oxide (alumina) particles as abrasive grains, a resin particle-based polishing liquid containing organic resin particles as abrasive grains, and the like are known.

半導体素子製造工程において、酸化珪素等の絶縁材料を研磨するための研磨液としては、シリカ系研磨液と比較して無機絶縁材料に対する研磨速度が速い点で、セリア系研磨液が注目されている。   As a polishing liquid for polishing an insulating material such as silicon oxide in a semiconductor element manufacturing process, a ceria-based polishing liquid has attracted attention because it has a higher polishing rate for an inorganic insulating material than a silica-based polishing liquid. .

セリア系研磨液として、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、セリア系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高分子の添加剤を加える技術が記載されている。また、下記特許文献3には、不飽和二重結合を有するカルボン酸及びその塩の少なくとも一方を含む単量体を、還元性無機酸塩と酸素とをレドックス重合開始剤として重合してなる重合体を添加剤として用いることにより、配線パターンの密度差による影響の少ない均一な研磨を達成できることが記載されている。   As a ceria-based polishing liquid, the following Patent Document 1 describes a semiconductor CMP polishing liquid using high-purity cerium oxide abrasive grains. Patent Document 2 listed below describes a technique of adding a polymer additive to control the polishing rate of a ceria-based polishing liquid and improve global flatness. Patent Document 3 below discloses a polymer obtained by polymerizing a monomer containing at least one of a carboxylic acid having an unsaturated double bond and a salt thereof using a reducing inorganic acid salt and oxygen as a redox polymerization initiator. It is described that by using coalescence as an additive, it is possible to achieve uniform polishing with little influence due to the difference in density of wiring patterns.

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 国際公開第2008/032794号International Publication No. 2008/032794

前記特許文献3に記載の技術は、密度が異なる配線に対して均一に研磨を行い、配線密度依存性を小さくすることできるとされている。しかしながら、近年、配線やSTIのデザインルールの微細化の進展に伴い、セリア系研磨液に対して更なる特性の向上が求められている。このような特性の一つに平坦性の向上があり、その指標として、ディッシング(研磨終了後の表面の一部が、皿のように凹む現象)の低減が求められている。   The technique described in Patent Document 3 is said to be able to reduce the dependency on the wiring density by uniformly polishing the wirings having different densities. However, in recent years, with the progress of miniaturization of design rules of wiring and STI, further improvement of characteristics is required for ceria-based polishing liquid. One of such characteristics is improvement of flatness, and as an indicator thereof, reduction of dishing (a phenomenon in which a part of the surface after polishing is dented like a dish) is required.

また、近年、STI形成においては凸部(アクティブ部)の酸化珪素膜を完全に除去するためオーバー研磨を行うことがあるが、その際、凹部(トレンチ部)の酸化珪素膜の研磨も進行してしまいやすい。そこで、オーバー研磨耐性(オーバー研磨時に凹部(トレンチ部)の酸化珪素膜の研磨が進行しないこと)の向上も求められている。   In recent years, in the STI formation, over-polishing is sometimes performed in order to completely remove the silicon oxide film in the convex portion (active portion). At that time, polishing of the silicon oxide film in the concave portion (trench portion) also proceeds. It is easy to end up. Therefore, improvement of over-polishing resistance (no polishing of the silicon oxide film in the recess (trench) during over-polishing) is also required.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、基板の表面に形成された被研磨膜を研磨するCMP技術において、配線密度依存性が小さい上に、研磨後の表面平坦性及びオーバー研磨耐性に優れる研磨液を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and in CMP technology for polishing a film to be polished formed on the surface of a substrate, the dependency on the surface flatness after polishing and the dependence on wiring density are small. It aims at providing the polishing liquid which is excellent in over-polishing tolerance.

本発明に係る研磨液の製造方法は、酸化セリウムを含む粒子と、アクリル酸系重合体と、有機酸化合物と、pH調整剤と、水とを混合して研磨液を得る工程を備え、前記アクリル酸系重合体が、アクリル酸及びメタクリル酸からなる群より選ばれる少なくとも一種を含む単量体成分を重合させて得られる重合体であり、前記重合体が、硝酸基、硝酸塩基、亜硝酸基及び亜硝酸塩基からなる群より選ばれる少なくとも一種を末端基として有し、前記研磨液は、pHが4.0以上5.5以下である。   The method for producing a polishing liquid according to the present invention comprises a step of obtaining a polishing liquid by mixing particles containing cerium oxide, an acrylic acid polymer, an organic acid compound, a pH adjuster, and water, The acrylic acid polymer is a polymer obtained by polymerizing a monomer component containing at least one selected from the group consisting of acrylic acid and methacrylic acid, and the polymer is a nitrate group, nitrate group, nitrous acid The polishing liquid has at least one selected from the group consisting of a group and a nitrite group as a terminal group, and the polishing liquid has a pH of 4.0 or more and 5.5 or less.

上記の研磨液によれば、基板の表面に形成された被研磨膜(例えば層間絶縁膜、BPSG膜(ボロン、リンをドープした二酸化珪素膜)、STI膜)を研磨するCMP技術において、ディッシングや配線密度依存性を低減し、またオーバー研磨耐性を向上させ、研磨後の表面平坦性を向上させることができる。   According to the polishing liquid, in the CMP technique for polishing a film to be polished (for example, an interlayer insulating film, a BPSG film (boron, silicon dioxide film doped with phosphorus), an STI film) formed on the surface of the substrate, Wiring density dependency can be reduced, over-polishing resistance can be improved, and surface flatness after polishing can be improved.

アクリル酸系重合体の配合量は、研磨液の全質量に対して0.001〜2質量%であることが好ましい。   The blending amount of the acrylic acid polymer is preferably 0.001 to 2% by mass with respect to the total mass of the polishing liquid.

アクリル酸系重合体は、アクリル酸又はメタクリル酸の単独重合体であってもよく、アクリル酸とメタクリル酸との共重合体、及び、アクリル酸又はメタクリル酸と他の共重合可能な単量体との共重合体からなる群より選ばれる少なくとも一種であってもよい。   The acrylic acid polymer may be a homopolymer of acrylic acid or methacrylic acid, a copolymer of acrylic acid and methacrylic acid, and another copolymerizable monomer of acrylic acid or methacrylic acid It may be at least one selected from the group consisting of copolymers.

前記重合体は、硝酸塩又は亜硝酸塩基を末端基として有していてもよい。   The polymer may have a nitrate or nitrite group as a terminal group.

本発明に係る研磨液は、絶縁材料の少なくとも一部をCMPによって除去するための研磨液であって、酸化セリウムを含む粒子と、アクリル酸系重合体と、有機酸化合物と、pH調整剤と、水とを含有し、アクリル酸系重合体が、アクリル酸及びメタクリル酸からなる群より選ばれる少なくとも一種を重合させて得られる重合体であり、重合体が、硝酸基、硝酸塩基、亜硝酸基及び亜硝酸塩基からなる群より選ばれる少なくとも一種を末端基として有する。   A polishing liquid according to the present invention is a polishing liquid for removing at least a part of an insulating material by CMP, and includes particles containing cerium oxide, an acrylic acid polymer, an organic acid compound, and a pH adjuster. Water, and an acrylic acid polymer is a polymer obtained by polymerizing at least one selected from the group consisting of acrylic acid and methacrylic acid, and the polymer is a nitrate group, nitrate group, nitrous acid And at least one selected from the group consisting of a group and a nitrite group as a terminal group.

本発明に係る研磨液のpHは、4.0〜5.5であることが好ましい。   The pH of the polishing liquid according to the present invention is preferably 4.0 to 5.5.

本発明によれば、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、STI膜を平坦化するCMP技術において、研磨後の表面平坦性を向上させることが可能な研磨液及びこの研磨液を用いた基板の研磨方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to improve surface flatness after polishing in a substrate surface flattening step, which is a semiconductor element manufacturing technique, in particular, a CMP technique for flattening an interlayer insulating film, a BPSG film, and an STI film. A possible polishing liquid and a method for polishing a substrate using the polishing liquid can be provided.

本発明に係る研磨方法の一例を示す模式断面図である。It is a schematic cross section showing an example of a polishing method according to the present invention.

本発明の研磨液の製造方法の一つの実施態様は、酸化セリウム粒子を含む砥粒を得る工程と、アクリル酸化合物及びメタクリル酸化合物からなる群より選ばれる少なくとも一種を含む単量体成分を重合させたアクリル酸系重合体を得る工程と、前記砥粒と、前記アクリル酸系重合体と、有機酸化合物と、水とを混合して研磨液を得る工程と、を備え、前記重合体が、硝酸基、硝酸塩基、亜硝酸基及び亜硝酸塩基からなる群より選ばれる少なくとも一種を末端基として有し、前記研磨液は、pHが4.0以上5.5以下である、研磨液の製造方法である。以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。   One embodiment of the method for producing a polishing liquid of the present invention comprises a step of obtaining abrasive grains containing cerium oxide particles and a monomer component containing at least one selected from the group consisting of acrylic acid compounds and methacrylic acid compounds. And a step of obtaining a polishing liquid by mixing the abrasive grains, the acrylic acid polymer, an organic acid compound, and water. The polishing liquid has at least one selected from the group consisting of nitrate group, nitrate group, nitrite group and nitrite group as a terminal group, and the polishing liquid has a pH of 4.0 or more and 5.5 or less. It is a manufacturing method. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

(1.アクリル酸系重合体を得る工程)
本発明の実施形態において、アクリル酸系重合体とは、アクリル酸及びメタクリル酸からなる群より選ばれる少なくとも一種を含む単量体成分を重合させて得られる重合体である。前記単量体成分は、アクリル酸又はメタクリル酸と他の共重合可能な、他の単量体(アクリル酸及びメタクリル酸を除く)を含んでいてもよい。
(1. Step of obtaining an acrylic acid polymer)
In the embodiment of the present invention, the acrylic acid polymer is a polymer obtained by polymerizing a monomer component containing at least one selected from the group consisting of acrylic acid and methacrylic acid. The monomer component may contain other monomers (excluding acrylic acid and methacrylic acid) that can be copolymerized with acrylic acid or methacrylic acid.

前記アクリル酸系重合体としては、アクリル酸の単独重合体(ポリアクリル酸)、メタクリル酸の単独重合体(ポリメタクリル酸)、アクリル酸とメタクリル酸との共重合体、アクリル酸又はメタクリル酸と前記他の単量体との共重合体、アクリル酸及びメタクリル酸と前記他の単量体との共重合体からなる群より選ばれる少なくとも一種であってもよい。中でも前記アクリル酸系重合体は、被研磨膜(例えば層間絶縁膜、BPSG膜、STI膜)への吸着が良好である点でアクリル酸の単独重合体(ポリアクリル酸)であることが好ましい。なお、アクリル酸系重合体は、一種を単独で又は二種以上を組み合わせて使用することができる。   Examples of the acrylic polymer include a homopolymer of acrylic acid (polyacrylic acid), a homopolymer of methacrylic acid (polymethacrylic acid), a copolymer of acrylic acid and methacrylic acid, acrylic acid or methacrylic acid and It may be at least one selected from the group consisting of a copolymer with the other monomer, a copolymer of acrylic acid and methacrylic acid and the other monomer. In particular, the acrylic acid polymer is preferably an acrylic acid homopolymer (polyacrylic acid) from the viewpoint of good adsorption to a film to be polished (for example, interlayer insulating film, BPSG film, STI film). In addition, an acrylic acid polymer can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

前記他の単量体(アクリル酸又はメタクリル酸と他の共重合可能な単量体)としては、例えば、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、ヘプタデセン酸等の不飽和カルボン酸;エチレン、プロピレン、スチレン等のビニル化合物が挙げられる。   Examples of the other monomer (a monomer copolymerizable with acrylic acid or methacrylic acid) include, for example, crotonic acid, pentenoic acid, hexenoic acid, heptenoic acid, octenoic acid, nonenoic acid, decenoic acid, and undecene. Examples thereof include unsaturated carboxylic acids such as acid, dodecenoic acid, tridecenoic acid, tetradecenoic acid, pentadecenoic acid, hexadecenoic acid and heptadecenoic acid; vinyl compounds such as ethylene, propylene and styrene.

本発明の研磨液の製造方法において、前記重合体が、硝酸基、硝酸塩基、亜硝酸基及び亜硝酸基からなる群より選ばれる少なくとも一種を末端基として有するようにする。前記硝酸塩基としては、硝酸アンモニウム塩基、硝酸カリウム塩基、硝酸ナトリウム塩基等が挙げられる。前記亜硝酸塩基としては、亜硝酸二アンモニウム塩基、亜硝酸二カリウム塩基、亜硝酸二ナトリウム塩基、が挙げられる。   In the method for producing a polishing liquid of the present invention, the polymer has at least one selected from the group consisting of nitrate group, nitrate group, nitrite group and nitrite group as a terminal group. Examples of the nitrate base include ammonium nitrate base, potassium nitrate base, and sodium nitrate base. Examples of the nitrite base include diammonium nitrite base, dipotassium nitrite base, and disodium nitrite base.

前記末端基は、硝酸基又は硝酸塩基であることが好ましく、硝酸塩基であることがより好ましく、硝酸アンモニウム塩基、硝酸ナトリウム塩基及び硝酸カリウム塩基からなる群より選択される少なくとも一種であることが更に好ましく、硝酸アンモニウム塩基が特に好ましい。   The terminal group is preferably a nitrate group or a nitrate group, more preferably a nitrate group, and more preferably at least one selected from the group consisting of an ammonium nitrate group, a sodium nitrate group and a potassium nitrate group, Ammonium nitrate base is particularly preferred.

硝酸基及び亜硝酸基からなる群より選ばれる少なくとも一種を末端基として有する重合体を得るための方法としては、硝酸塩及び亜硝酸塩からなる群より選択される少なくとも一種の重合開始剤を用いて、前記単量体成分を重合させる方法が好ましい。   As a method for obtaining a polymer having as a terminal group at least one selected from the group consisting of nitrate groups and nitrite groups, using at least one polymerization initiator selected from the group consisting of nitrates and nitrites, A method of polymerizing the monomer component is preferred.

前記硝酸塩である重合開始剤としては、例えば、2,2´−アゾビス〔2−(5−メチル−2−イミダゾリン−2−イル)プロパン〕硝酸塩、2,2´−アゾビス〔2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン〕硝酸塩、2,2´−アゾビス〔2−(3,4,5,6−テトラヒドロピリミジン−2−イル)プロパン〕硝酸塩、2,2´−アゾビス〔2−アミジノプロパン〕硝酸塩、が挙げられ、中でも低温においても反応性が良好である点で、2,2´−アゾビス〔2−(5−メチル−2−イミダゾリン−2−イル)プロパン〕硝酸塩、2,2´−アゾビス〔2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン〕硝酸塩が好ましい。   Examples of the polymerization initiator that is nitrate include 2,2′-azobis [2- (5-methyl-2-imidazolin-2-yl) propane] nitrate, 2,2′-azobis [2- (2- Imidazolin-2-yl) propane] nitrate, 2,2'-azobis [2- (3,4,5,6-tetrahydropyrimidin-2-yl) propane] nitrate, 2,2'-azobis [2-amidinopropane Nitrate, and in particular, 2,2'-azobis [2- (5-methyl-2-imidazolin-2-yl) propane] nitrate, 2,2 'because of its good reactivity at low temperatures. -Azobis [2- (2-imidazolin-2-yl) propane] nitrate is preferred.

前記亜硝酸塩である重合開始剤としては、例えば、2,2´−アゾビス〔2−(5−メチル−2−イミダゾリン−2−イル)プロパン〕亜硝酸塩、2,2´−アゾビス〔2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン〕亜硝酸塩、2,2´−アゾビス〔2−(3,4,5,6−テトラヒドロピリミジン−2−イル)プロパン〕亜硝酸塩、2,2´−アゾビス〔2−アミジノプロパン〕亜硝酸塩、が挙げられ、中でも低温においても反応性が良好である点で2,2´−アゾビス〔2−(5−メチル−2−イミダゾリン−2−イル)プロパン〕亜硝酸塩、2,2´−アゾビス〔2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン〕亜硝酸塩が好ましい。   Examples of the polymerization initiator that is the nitrite include 2,2′-azobis [2- (5-methyl-2-imidazolin-2-yl) propane] nitrite, 2,2′-azobis [2- ( 2-Imidazolin-2-yl) propane] nitrite, 2,2′-azobis [2- (3,4,5,6-tetrahydropyrimidin-2-yl) propane] nitrite, 2,2′-azobis [ 2-amidinopropane] nitrite, and 2,2′-azobis [2- (5-methyl-2-imidazolin-2-yl) propane] nitrite in that the reactivity is good even at low temperatures. 2,2'-azobis [2- (2-imidazolin-2-yl) propane] nitrite is preferred.

(2.酸化セリウム粒子を得る工程)
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。中でも、酸化セリウム粒子は、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、シュウ酸塩等のセリウム塩を酸化して得ることが好ましい。前記酸化の方法としては、前記セリウム塩を600〜900℃で焼成する焼成法、過酸化水素等の酸化剤を用いて前記セリウム塩を酸化する化学的酸化法等が挙げられ、中でも焼成法が好ましい。
(2. Step of obtaining cerium oxide particles)
There is no restriction | limiting in particular as a cerium oxide particle, A well-known thing can be used. Among these, cerium oxide particles are preferably obtained by oxidizing cerium salts such as carbonates, nitrates, sulfates, and oxalates. Examples of the oxidation method include a firing method in which the cerium salt is fired at 600 to 900 ° C., a chemical oxidation method in which the cerium salt is oxidized using an oxidizing agent such as hydrogen peroxide, and the like. preferable.

テトラエトキシシラン(TEOS)をSi源に用いた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、且つ、結晶歪みが少ないほど(すなわち、結晶性が良いほど)、高速研磨が可能であるが、被研磨材料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 using tetraethoxysilane (TEOS) as a Si source, the crystallite diameter (crystallite diameter) of the cerium oxide particles is large. In addition, the smaller the crystal distortion (that is, the better the crystallinity), the faster the polishing is possible, but the material to be polished tends to be subject to polishing scratches. 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以上であれば、良好な研磨速度が得られる傾向があり、500nm以下であれば、被研磨材料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. If the average particle size of the cerium oxide particles is 10 nm or more, a good polishing rate tends to be obtained, and if it is 500 nm or less, the material 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(例えば堀場製作所製 商品名:LA−920、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)に研磨液を希釈したサンプルを用いる。また、酸化セリウム粒子を含む研磨液が、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ーと、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ー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 was measured with a laser diffraction particle size distribution meter (for example, product name: LA-920, refractive index: 1.93, light source: He—Ne laser, absorption 0, manufactured by Horiba Seisakusho). It means the value of D50 (median diameter of volume distribution, cumulative median value). For the measurement of the average particle diameter, a sample in which the polishing liquid is diluted 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 polishing liquid containing cerium oxide particles is stored separately in a cerium oxide slurry in which cerium oxide particles are dispersed in water and an additive liquid, measurement is performed by diluting the cerium oxide slurry to an appropriate concentration. can do.

本実施形態に係る研磨液の製造方法は、前記酸化セリウム粒子を含む砥粒の分散工程を備えていることが好ましい。分散工程では、前記酸化セリウム粒子を含む砥粒と、分散剤と、水とを混合して酸化セリウム粒子を含む砥粒を水中に分散させ、酸化セリウムスラリーを得る。分散剤の配合量は、上述した分散剤の含有量を有する研磨液が得られるように調整され、酸化セリウム粒子を含む砥粒の全質量に対して0.001〜4質量%が好ましい。   It is preferable that the manufacturing method of the polishing liquid according to this embodiment includes a dispersion step of abrasive grains containing the cerium oxide particles. In the dispersion step, the abrasive grains containing the cerium oxide particles, the dispersant, and water are mixed to disperse the abrasive grains containing the cerium oxide particles in water to obtain a cerium oxide slurry. The blending amount of the dispersant is adjusted so that a polishing liquid having the above-described content of the dispersant is obtained, and is preferably 0.001 to 4% by mass with respect to the total mass of the abrasive grains including the cerium oxide particles.

なお、本実施形態に係る研磨液の製造方法は、研磨液の特性を損なわない範囲で他の種類の粒子を含有してもよく、例えば、シリカ、アルミナ、ジルコニアが挙げられる。   In addition, the manufacturing method of the polishing liquid which concerns on this embodiment may contain another kind of particle | grain within the range which does not impair the characteristic of polishing liquid, For example, a silica, an alumina, and a zirconia are mentioned.

(3.研磨液を得る工程)
本発明の研磨液の製造方法の実施形態の一つは、酸化セリウム粒子を含む砥粒と、有機酸化合物と、前記アクリル酸系重合体と、水とを混合して研磨液を得る工程と、を備える。
(3. Step of obtaining polishing liquid)
One of the embodiments of the polishing liquid production method of the present invention is a process of obtaining a polishing liquid by mixing abrasive grains containing cerium oxide particles, an organic acid compound, the acrylic polymer, and water. .

本実施形態の研磨液の製造方法において、研磨液の構成成分は、当該研磨液となるように二液以上に分けて保存されていてもよい。例えば、酸化セリウム粒子と水とを含む酸化セリウムスラリーと、それ以外の成分(例えば、アクリル酸系重合体と、有機酸化合物と水)を含む添加剤と水とを含む添加液とに分けて保存し、両者を混合することによって研磨液を得てもよい。   In the manufacturing method of the polishing liquid of this embodiment, the constituents of the polishing liquid may be stored in two or more liquids so as to be the polishing liquid. For example, it is divided into a cerium oxide slurry containing cerium oxide particles and water, an additive containing other components (for example, an acrylic acid polymer, an organic acid compound and water), and an additive solution containing water. You may obtain a polishing liquid by preserve | saving and mixing both.

本実施形態の研磨液の製造方法において、さらに分散剤を混合する工程を含んでもよい。この場合、分散剤は、前記酸化セリウムスラリーを得る工程で添加されることが好ましい。すなわち、前記酸化セリウムスラリーが分散剤を含むことが好ましい。   The method for producing a polishing liquid of the present embodiment may further include a step of mixing a dispersant. In this case, the dispersant is preferably added in the step of obtaining the cerium oxide slurry. That is, the cerium oxide slurry preferably contains a dispersant.

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、水溶性両性分散剤が挙げられ、中でも静電反発力が大きく分散性が良好である点で、水溶性陰イオン性分散剤が好ましい。   Examples of the dispersant include a water-soluble anionic dispersant, a water-soluble nonionic dispersant, a water-soluble cationic dispersant, and a water-soluble amphoteric dispersant. Among them, the electrostatic repulsion is large and the dispersibility is good. Therefore, a water-soluble anionic dispersant is preferable.

研磨液中における酸化セリウム粒子の含有量は、研磨液全質量基準で0.1〜20質量%が好ましく、0.1〜15質量%がより好ましく、0.5〜10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%以上であれば、良好な研磨速度が得られる傾向があり、20質量%以下であれば、粒子の凝集が抑制されて被研磨材料に傷がつきにくくなる傾向がある。   The content of the cerium oxide particles in the polishing liquid is preferably 0.1 to 20% by mass, more preferably 0.1 to 15% by mass, and still more preferably 0.5 to 10% by mass based on the total mass of the polishing liquid. If the content of the cerium oxide particles is 0.1% by mass or more, a good polishing rate tends to be obtained. If the content is 20% by mass or less, the aggregation of particles is suppressed and the material to be polished is damaged. There is a tendency to become difficult.

(有機酸化合物)
本実施形態に係る研磨液は、有機酸化合物として、有機酸及びその塩からなる群より選ばれる少なくとも一種を含有する。これにより、被研磨幕の研磨速度を向上させ、且つ研磨終了後の被研磨材料(例えば酸化珪素膜)の平坦性を向上させやすくなる。より詳細には、凹凸を有する被研磨面を研磨した場合に、研磨時間を短縮できることに加え、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しやすくなる。
(Organic acid compound)
The polishing liquid according to this embodiment contains at least one selected from the group consisting of organic acids and salts thereof as the organic acid compound. Thereby, the polishing rate of the curtain to be polished is improved, and the flatness of the material to be polished (for example, silicon oxide film) after polishing is easily improved. More specifically, in addition to shortening the polishing time when polishing a surface to be polished having irregularities, it becomes easy to suppress the phenomenon that a part is excessively polished and recessed like a dish, so-called dishing. .

有機酸化合物としては、−COOM基、フェノール性−OM基、−SOM基、−O・SOH基、−PO基及び−PO基からなる群より選ばれる少なくとも一種(Mは、H、NH、Na又はK)を有する水溶性有機化合物が好ましい。有機酸の具体例としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、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;
o−アミノフェノール、m−アミノフェノール、p−アミノフェノール等のフェノール類;
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;
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。
The organic acid compound is at least selected from the group consisting of a —COOM group, a phenolic —OM group, a —SO 3 M group, a —O · SO 3 H group, a —PO 4 M 2 group, and a —PO 3 M 2 group. A water-soluble organic compound having one type (M is H, NH 4 , Na or K) is preferable. Specific examples of the organic acid include formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, cyclohexanecarboxylic acid, phenylacetic acid, benzoic acid, o-toluic acid, m-toluic acid, p-toluic acid, o-methoxybenzoic acid. , M-methoxybenzoic 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, tetradecene Acid, pentadecenoic acid, hexadecenoic acid, heptadecenoic acid, isobutyric acid, isovaleric acid, 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, glucose Phosphoric 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, 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, quinolinic acid Quinic acid, naphthalic acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic 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, aconi Tolic acid, ascorbic acid, acetylsalicylic acid, acetylmalic acid, acetylenedicarboxylic acid, acetoxysuccinic acid, acetoacetic acid, 3-oxoglutaric acid, atropic acid, atrolactic acid, anthraquinonecarboxylic acid, anthracenecarboxylic acid, isocaproic acid, isocamphoronic 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 , Desoxalic acid, Tetrahydroxysuccinic acid, Tetramethylsuccinic acid, Tetronic acid, Dehydroacetic acid, Television acid, Tropaic acid, Vanillic acid, Paraconic acid, Hydroxyisophthalic acid, Hydroxycinnamic acid, Hydroxynaphthoic acid, o-Hydroxyphenyl Acetic 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, phenylacetic acid, phenyllactic acid, propiolic acid, sorbic acid, 2,4-hexadienedioic acid, 2-benzylidenepropionic acid, 3-benzylidenepropionic acid, benzylidenemalonic acid, benzylic acid, benzenetricarboxylic acid, 1,2 − Zendiacetic 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-methylsilicic acid Cinnamic 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, Rhodonic acid, rosoleic acid, α-ketoglutaric acid, L-alcorbic acid, iduronic acid, galacturonic acid, glucuronic acid, pyroglutamic acid, ethylenediaminetetraacetic acid, triacetic acid cyanide, aspartic acid, glutamic acid, N′-hydroxyethyl-N, N, N'-triacetic acid, nitrilo Carboxylic acids such as Li acetate;
phenols such as o-aminophenol, m-aminophenol, p-aminophenol;
Methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, propanesulfonic acid, butanesulfonic acid, pentanesulfonic acid, hexanesulfonic acid, heptanesulfonic acid, octanesulfonic acid, nonanesulfonic acid, decanesulfonic acid, undecanesulfonic acid, dodecanesulfonic acid, tridecane Sulfonic acid, tetradecanesulfonic acid, pentadecanesulfonic acid, hexadecanesulfonic acid, heptadecanesulfonic acid, octadecanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, naphthalenesulfonic acid, toluenesulfonic acid, hydroxyethanesulfonic acid, hydroxyphenolsulfonic acid, anthracenesulfonic acid, etc. Sulfonic acids of
Phosphonic acids such as decylphosphonic acid and phenylphosphonic acid are preferred.

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。 In addition, a derivative in which one or more protons in the main chain of the above carboxylic acid, sulfonic acid, and phosphonic acid are substituted with atoms or atomic groups such as F, Cl, Br, I, OH, CN, NO 2, etc. There may be.

これらの有機酸化合物は、一種類を単独で又は二種類以上を組み合わせて使用することができる。   These organic acid compounds can be used alone or in combination of two or more.

有機酸化合物の含有量は、研磨液の全質量に対して0.001〜2質量%が好ましく、0.005〜1質量%がより好ましく、0.01〜0.5質量%が更に好ましい。有機酸化合物の含有量が0.001質量%以上であれば、研磨終了後の被研磨材料(例えば酸化珪素膜)の平坦性を向上させやすくなる傾向があり、1質量%以下であれば、被研磨材料の研磨速度を充分に向上させやすくなる傾向がある。   The content of the organic acid compound is preferably 0.001 to 2% by mass, more preferably 0.005 to 1% by mass, and still more preferably 0.01 to 0.5% by mass with respect to the total mass of the polishing liquid. If the content of the organic acid compound is 0.001% by mass or more, the flatness of the material to be polished (eg, silicon oxide film) after polishing tends to be improved, and if it is 1% by mass or less, There is a tendency to sufficiently improve the polishing rate of the material to be polished.

有機酸化合物のpKaは、9未満であることが好ましく、8未満であることがより好ましく、7未満であることが更に好ましく、6未満であることが特に好ましく、5未満であることが極めて好ましい。有機酸化合物のpKaが9未満であれば、研磨液中で少なくとも一部が有機酸イオンになり、水素イオンを放出し、所望するpH領域にpHを保ちやすくなる。   The pKa of the organic acid compound is preferably less than 9, more preferably less than 8, further preferably less than 7, particularly preferably less than 6, and extremely preferably less than 5. . If the pKa of the organic acid compound is less than 9, at least part of the organic acid compound becomes an organic acid ion in the polishing liquid, and hydrogen ions are released, making it easy to maintain the pH in a desired pH region.

研磨液におけるアクリル酸系重合体の含有量は、研磨液の全質量に対して0.001質量%以上が好ましく、0.01質量%以上がより好ましく、0.1質量%以上が更に好ましい。分散剤の含有量は、研磨液の全質量に対して2質量%以下が好ましく、1質量%以下がより好ましく、0.5質量%以下が更に好ましい。アクリル酸系重合体の含有量が0.001質量%以上であり且つ2質量%以下であれば、ディッシング量や配線密度依存性等を低減し、研磨後の表面平坦性を向上させることができる。   0.001 mass% or more is preferable with respect to the total mass of polishing liquid, 0.001 mass% or more is more preferable, and 0.1 mass% or more is still more preferable. The content of the dispersant is preferably 2% by mass or less, more preferably 1% by mass or less, and still more preferably 0.5% by mass or less with respect to the total mass of the polishing liquid. If the content of the acrylic acid polymer is 0.001% by mass or more and 2% by mass or less, the dishing amount, wiring density dependency, etc. can be reduced, and the surface flatness after polishing can be improved. .

アクリル酸系重合体の重量平均分子量は、特に制限はないが、100〜150000が好ましく、1000〜80000がより好ましい。アクリル酸系重合体の重量平均分子量が100以上であれば、酸化珪素膜又は窒化珪素膜等の被研磨材料を研磨するときに、良好な研磨速度が得られやすい傾向がある。アクリル酸系重合体の重量平均分子量が150000以下であれば、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、ポリマーラボラトリー社製のポリアクリル酸ナトリウム標準物質で作製した検量線を用い、サイズ排除クロマトグラフ法で測定し、ポリアクリル酸ナトリウムに換算した値である。   Although there is no restriction | limiting in particular in the weight average molecular weight of an acrylic acid polymer, 100-150,000 are preferable and 1000-80000 are more preferable. When the weight average molecular weight of the acrylic polymer is 100 or more, a good polishing rate tends to be easily obtained when polishing a material to be polished such as a silicon oxide film or a silicon nitride film. When the weight average molecular weight of the acrylic acid polymer is 150,000 or less, the storage stability of the polishing liquid tends to be difficult to decrease. In addition, a weight average molecular weight is the value converted into sodium polyacrylate, measured by a size exclusion chromatograph method using a calibration curve prepared with a sodium polyacrylate standard substance manufactured by Polymer Laboratories.

<研磨液>
本実施形態に係る研磨液は、絶縁材料の少なくとも一部をCMPによって除去するための研磨液である。本実施形態に係る研磨液は、酸化セリウムを含む粒子(以下、「酸化セリウム粒子」という。)と、アクリル酸系重合体と、有機酸化合物と、pH調整剤と、水とを含有し、アクリル酸系重合体が、アクリル酸及びメタクリル酸からなる群より選ばれる少なくとも一種を重合させて得られる重合体であり、重合体が、硝酸基、硝酸塩基、亜硝酸基及び亜硝酸塩基からなる群より選ばれる少なくとも一種を末端基として有し、pHが4.0以上5.5以下である。以下、本実施形態に係る研磨液に含まれる各成分について詳細に説明する。
<Polishing liquid>
The polishing liquid according to the present embodiment is a polishing liquid for removing at least a part of the insulating material by CMP. The polishing liquid according to the present embodiment contains particles containing cerium oxide (hereinafter referred to as “cerium oxide particles”), an acrylic acid polymer, an organic acid compound, a pH adjuster, and water. The acrylic polymer is a polymer obtained by polymerizing at least one selected from the group consisting of acrylic acid and methacrylic acid, and the polymer comprises a nitrate group, a nitrate group, a nitrite group, and a nitrite group. It has at least one selected from the group as a terminal group, and has a pH of 4.0 or more and 5.5 or less. Hereinafter, each component contained in the polishing liquid according to the present embodiment will be described in detail.

(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、研磨液中に含有されていれば特に限定されない。なお、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 is not particularly limited as long as it is the remainder of the content of each of the above-described components and is contained in the polishing liquid. The polishing liquid may further contain a solvent other than water, for example, a polar solvent such as ethanol or acetone, as necessary.

(pH調整剤)
本実施形態に係る研磨液は、pH調整剤を必要に応じて添加することにより所望のpHに調整することができる。pH調整剤としては、特に制限はないが、例えば、硝酸、硫酸、塩酸、リン酸、ホウ酸、酢酸等の酸成分;水酸化ナトリウム、アンモニア、水酸化カリウム、水酸化カルシウム等の塩基成分が挙げられる。研磨液が半導体研磨に使用される場合には、アンモニア、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もできる。
(PH adjuster)
The polishing liquid according to this embodiment can be adjusted to a desired pH by adding a pH adjuster as necessary. The pH adjuster is not particularly limited, and examples thereof include acid components such as nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, boric acid, and acetic acid; and basic components such as sodium hydroxide, ammonia, potassium hydroxide, and calcium hydroxide. Can be mentioned. When the polishing liquid is used for semiconductor polishing, ammonia and an acid component are preferably used. As the pH adjuster, an ammonium salt of a water-soluble polymer that has been partially neutralized with ammonia in advance can also be used.

(pH)
研磨液のpH(25℃)は、4.0〜5.5が好ましく、4.3〜5.2がより好ましい。pHが4.0以上であり且つ5.5以下であれば、ディッシング量や配線密度依存性等の研磨後の表面平坦性を向上させることができる。
(PH)
The pH (25 ° C.) of the polishing liquid is preferably 4.0 to 5.5, more preferably 4.3 to 5.2. If the pH is 4.0 or more and 5.5 or less, surface flatness after polishing such as dishing amount and wiring density dependency can be improved.

研磨液のpHは、pHメータ(例えば、横河電機株式会社製のModel PH81(商品名))を用いて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、電極を研磨液に入れて、25℃で2分以上経過して安定した後の値を測定する。   The pH of the polishing liquid can be measured using a pH meter (for example, Model PH81 (trade name) 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 Is put into a polishing liquid, and the value after being stabilized at 25 ° C. for 2 minutes or more is measured.

(その他の添加剤)
本実施形態に係る研磨液は、アクリル酸系重合体、pH調整剤及び有機酸化合物とは別の化合物を添加剤として含有することができる。このような添加剤としては、水溶性高分子化合物、水溶性陽イオン性化合物、水溶性陰イオン性化合物、水溶性非イオン性化合物、水溶性両性化合物等が挙げられる。研磨液を、酸化セリウムスラリーと添加液とに分けて保管する場合、これらのその他の添加剤は、添加液に含まれることが好ましい。
(Other additives)
The polishing liquid according to this embodiment can contain a compound other than the acrylic acid polymer, the pH adjuster, and the organic acid compound as an additive. Examples of such additives include water-soluble polymer compounds, water-soluble cationic compounds, water-soluble anionic compounds, water-soluble nonionic compounds, and water-soluble amphoteric compounds. When the polishing liquid is stored separately in the cerium oxide slurry and the additive liquid, these other additives are preferably included in the additive liquid.

水溶性高分子化合物としては、アルギン酸、ペクチン酸、カルボキシメチルセルロース、寒天、カードラン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ーなどが挙げられる。   Examples of water-soluble polymer compounds include polysaccharides such as alginic acid, pectinic acid, carboxymethylcellulose, agar, curdlan and pullulan; polyaspartic acid, polyglutamic acid, polylysine, polymalic acid, polyamic acid, polyamic acid ammonium salt, polyamic acid sodium salt Examples thereof include salts and polycarboxylic acids such as polyglyoxylic acid and salts thereof; vinyl polymers such as polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone and polyacrolein.

水溶性陽イオン性化合物としては、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 compound include polyvinyl pyrrolidone, coconut amine acetate, stearyl amine acetate and the like.

水溶性陰イオン性化合物としては、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化合物等が挙げられる。   Examples of the water-soluble anionic compound include lauryl sulfate triethanolamine, ammonium lauryl sulfate, polyoxyethylene alkyl ether sulfate triethanolamine, and a special polycarboxylic acid type polymer compound.

水溶性非イオン性化合物としては、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 water-soluble nonionic compounds include polyethylene glycol monolaurate, polyethylene glycol monostearate, polyethylene glycol distearate, polyethylene glycol monooleate, polyoxyethylene alkylamine, polyoxyethylene hydrogenated castor oil, 2-hydroxyethyl Methacrylate, alkyl alkanolamide and the like can be mentioned.

水溶性両性化合物としては、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 compound include lauryl betaine, stearyl betaine, lauryl dimethylamine oxide, 2-alkyl-N-carboxymethyl-N-hydroxyethylimidazolinium betaine and the like.

これらの添加剤は、一種類を単独又は二種類以上を組み合わせて使用することができる。   These additives can be used alone or in combination of two or more.

上記その他の添加剤の含有量は、研磨液全質量基準で0.01〜5質量%が好ましい。   The content of the other additives is preferably 0.01 to 5% by mass based on the total mass of the polishing liquid.

<研磨方法>
本実施形態に係る研磨方法では、前記研磨液を用いて、絶縁材料の少なくとも一部をCMPによって除去する。本実施形態に係る研磨方法では、例えば、表面に絶縁材料を有する基板を研磨する(基板の研磨方法)。本実施形態に係る研磨方法は、例えば、準備工程と基板配置工程と研磨工程とを有している。準備工程では、表面に絶縁材料を有する基板を用意する。基板配置工程では、絶縁材料が研磨布に対向するように基板を配置する。研磨工程では、例えば、絶縁材料の少なくとも一部を除去する。研磨工程では、例えば、絶縁材料が形成された基板の当該絶縁材料を研磨定盤の研磨布に押圧した状態で、研磨布と絶縁材料との間に研磨液を供給して、基板と研磨定盤とを相対的に動かして絶縁材料の少なくとも一部を研磨する。絶縁材料の形状は、特に限定されず、例えば膜状(絶縁膜)である。
<Polishing method>
In the polishing method according to this embodiment, at least a part of the insulating material is removed by CMP using the polishing liquid. In the polishing method according to the present embodiment, for example, a substrate having an insulating material on the surface is polished (substrate polishing method). The polishing method according to the present embodiment includes, for example, a preparation process, a substrate arrangement process, and a polishing process. In the preparation step, a substrate having an insulating material on the surface is prepared. In the substrate placement step, the substrate is placed so that the insulating material faces the polishing cloth. In the polishing step, for example, at least a part of the insulating material is removed. In the polishing step, for example, a polishing liquid is supplied between the polishing cloth and the insulating material in a state where the insulating material of the substrate on which the insulating material is formed is pressed against the polishing cloth of the polishing surface plate, so that the substrate and the polishing plate are fixed. At least a part of the insulating material is polished by moving the board relatively. The shape of the insulating material is not particularly limited, and is, for example, a film shape (insulating film).

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絶縁材料(例えば無機絶縁材料)が形成された基板が挙げられる。そして、絶縁材料としては、例えば、酸化珪素膜、窒化珪素膜、及び、酸化珪素膜の複合膜等の無機絶縁材料が挙げられる。このような半導体基板上に形成された絶縁材料を、本実施形態に係る研磨液で研磨することによって、絶縁材料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、本実施形態に係る研磨液は、STIにも使用できる。   As a substrate, an insulating material (for example, an inorganic insulating material) is provided on a semiconductor substrate such as a substrate related to semiconductor element manufacture, for example, a semiconductor substrate at a stage where a circuit element and a wiring pattern are formed, A substrate on which is formed. Examples of the insulating material include inorganic insulating materials such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a composite film of a silicon oxide film. By polishing the insulating material formed on such a semiconductor substrate with the polishing liquid according to the present embodiment, unevenness on the surface of the insulating material can be eliminated, and a smooth surface can be obtained over the entire surface of the semiconductor substrate. Further, the polishing liquid according to this embodiment can also be used for STI.

以下、絶縁材料が形成された半導体基板の場合を例に挙げて、本実施形態に係る研磨方法を更に詳細に説明する。図1は、研磨方法の一例を示す模式断面図である。まず、図1(A)に示すように、凹部及び凸部により構成される凹凸が表面に形成されたウエハ1と、ウエハ1の凸部上に形成された窒化珪素膜2とを有する基板100を準備する。次に、図1(B)に示すように、ウエハ1の表面の凹凸を埋めるように酸化珪素膜3をプラズマTEOS法等によって堆積して基板200を得る。   Hereinafter, the polishing method according to the present embodiment will be described in more detail by taking the case of a semiconductor substrate on which an insulating material is formed as an example. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a polishing method. First, as shown in FIG. 1 (A), a substrate 100 having a wafer 1 having concave and convex portions formed on its surface and a silicon nitride film 2 formed on the convex portion of the wafer 1. Prepare. Next, as shown in FIG. 1B, a silicon oxide film 3 is deposited by plasma TEOS or the like so as to fill the irregularities on the surface of the wafer 1 to obtain a substrate 200.

そして、前記研磨液を用いて、ウエハ1の凸部上の窒化珪素膜2が露出するまで酸化珪素膜3を研磨して除去する。研磨終了後の基板においては、図1(C)に示すように、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を引いた値であるディッシング量6が小さいことが好ましい。   Then, using the polishing liquid, the silicon oxide film 3 is polished and removed until the silicon nitride film 2 on the convex portion of the wafer 1 is exposed. In the substrate after polishing, as shown in FIG. 1C, it is preferable that the dishing amount 6 that 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 is small. .

研磨装置としては、被研磨材料を有する半導体基板等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、研磨布(パッド)を貼り付け可能な研磨定盤と、を有する一般的な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型番:EPO−111、Applied Materials社製の商品名:MIRRA、Reflexion(「MIRRA」、「Reflexion」は登録商標)を使用できる。   The polishing apparatus generally includes a holder for holding a semiconductor substrate having a material to be polished and a polishing surface plate to which a motor capable of changing the number of rotations is attached and to which a polishing cloth (pad) can be attached. A typical polishing apparatus can be used. As the polishing apparatus, for example, model number: EPO-111 manufactured by Ebara Manufacturing Co., Ltd., and product names: MIRRA, Reflexion (“MIRRA” and “Reflexion” are registered trademarks) manufactured by Applied Materials, Inc. can be used.

研磨布としては、一般的な不織布、発泡ポリウレタン、多孔質フッ素樹脂等を特に制限なく使用できる。また、研磨布には、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 cloth, a general nonwoven fabric, foamed polyurethane, porous fluororesin and the like can be used without particular limitation. Moreover, it is preferable that the polishing cloth is subjected to groove processing so that the polishing liquid is accumulated.

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200min−1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、研磨布に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、研磨布の表面が常に研磨液で覆われていることが好ましい。 Although there is no limitation on polishing conditions, the rotation speed of the surface plate is preferably low rotation of 200 min −1 or less so that the semiconductor substrate does not pop out, and the pressure (working load) applied to the semiconductor substrate does not cause scratches after polishing. Thus, 100 kPa or less is preferable. During polishing, the polishing liquid is continuously supplied to the polishing cloth with a pump or the like. Although there is no restriction | limiting in this supply amount, it is preferable that the surface of polishing cloth is always covered with polishing liquid.

研磨終了後の半導体基板は、流水中でよく洗浄後、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.

このように被研磨材料である絶縁材料を前記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、絶縁材料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絶縁材料を形成後、前記研磨液を用いて当該絶縁材料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 insulating material, which is the material to be polished, with the polishing liquid in this manner, surface irregularities can be eliminated and a smooth surface can be obtained over the entire surface of the semiconductor substrate. After the flattened shallow trench is formed, aluminum wiring is formed on the insulating material, the insulating material is formed again between the wirings and on the wiring, and then the insulating material is polished using the polishing liquid. Get a smooth surface. By repeating this step a predetermined number of times, a semiconductor substrate having a desired number of layers can be manufactured.

本実施形態に係る研磨液により研磨される絶縁材料としては、例えば、酸化珪素膜、窒化珪素膜等の無機絶縁材料が挙げられる。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よい。無機絶縁材料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 insulating material polished by the polishing liquid according to the present embodiment include inorganic insulating materials such as 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 material, 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℃が好ましく、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窒化珪素膜が得られる。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. A silicon nitride film is obtained by performing this SiH 2 Cl 2 —NH 3 -based oxidation reaction 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.

本実施形態に係る研磨液及び研磨方法は、半導体基板に形成された絶縁材料だけでなく、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。本実施形態に係る研磨液及び研磨方法は、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材料、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(インジウムスズ酸化物)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 polishing liquid and the polishing method according to the present embodiment can be applied not only to the insulating material formed on the semiconductor substrate but also to various semiconductor device manufacturing processes. The polishing liquid and the 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 material such as glass and silicon nitride, polysilicon, Al, Cu, Ti, TiN, Optical integrated circuit / light composed of films mainly containing W, Ta, TaN, etc., optical glass such as photomask / lens / prism, inorganic conductive film such as ITO (indium tin oxide), glass and crystalline material Switching elements / optical waveguides, optical fiber end faces, optical single crystals such as scintillators, solid state laser single crystals, blue laser LED sapphire substrates, semiconductor single crystals such as SiC, GaP, and GaAs, glass substrates for magnetic disks, magnetic heads, etc. It can also be applied to polishing.

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、酸化セリウム粒子を含む酸化セリウム粉末を得た。
(Production of cerium oxide powder)
40 kg of commercially available cerium carbonate hydrate 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 the X-ray diffraction method, it was confirmed to be cerium oxide. 20 kg of the obtained cerium oxide powder was dry-ground using a jet mill to obtain a cerium oxide powder containing cerium oxide particles.

(アクリル酸系重合体の作製)
(ポリアクリル酸Aの作製)
脱イオン水140gと2−プロパノール140gを攪拌機、温度計、窒素導入口を備えた1リットルの合成用フラスコに投入し、攪拌しながら80℃まで昇温後、アクリル酸246gと2,2´−アゾビス〔2−(イミダゾリン−2−イル)プロパン〕36gと60質量%硝酸30g及び脱イオン水168gを混合した溶液を窒素雰囲気下でそれぞれ120分かけて同時にフラスコ内に滴下した。その後85℃で120分攪拌した後、40℃以下まで冷却し不揮発分を40質量%に調整して、末端に硝酸塩基を有するポリアクリル酸A(アクリル酸の単独重合体)を得た。得られたポリアクリル酸の分子量測定を、ポリマーラボラトリー社製のポリアクリル酸ナトリウム標準物質で作製した検量線を用い、サイズ排除クロマトグラフ法で測定したところ、その重量平均分子量は2400(ポリアクリル酸ナトリウム換算値)であった。
(Preparation of acrylic acid polymer)
(Preparation of polyacrylic acid A)
140 g of deionized water and 140 g of 2-propanol were put into a 1 liter synthesis flask equipped with a stirrer, a thermometer, and a nitrogen inlet, and the temperature was raised to 80 ° C. while stirring. A solution obtained by mixing 36 g of azobis [2- (imidazolin-2-yl) propane], 30 g of 60% by mass nitric acid and 168 g of deionized water was simultaneously added dropwise into the flask over 120 minutes in a nitrogen atmosphere. Thereafter, the mixture was stirred at 85 ° C. for 120 minutes, and then cooled to 40 ° C. or lower to adjust the non-volatile content to 40% by mass to obtain polyacrylic acid A (acrylic acid homopolymer) having a nitrate group at the terminal. The molecular weight of the obtained polyacrylic acid was measured by size exclusion chromatography using a calibration curve prepared with a sodium polyacrylate standard substance manufactured by Polymer Laboratories. The weight average molecular weight was 2400 (polyacrylic acid). Sodium equivalent value).

(ポリアクリル酸Bの作製)
脱イオン水250gを攪拌機、温度計、窒素導入口を備えた1リットルの合成用フラスコに投入し、窒素ガス雰囲気下で攪拌しながら90℃に昇温後、アクリル酸130gと2,2´−アゾビス〔2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン〕硫酸塩14gとをメタノール130gに溶解させたものを2時間かけてフラスコ中に注入した。その後90℃で3時間保温後、40℃以下まで冷却し不揮発分を40質量%に調整して、末端に硫酸塩基を有するポリアクリル酸B(アクリル酸の単独重合体)を得た。得られたポリアクリル酸の分子量を測定したところ、重量平均分子量は2500(ポリアクリル酸ナトリウム換算値)であった。
(Preparation of polyacrylic acid B)
250 g of deionized water was put into a 1 liter synthesis flask equipped with a stirrer, a thermometer and a nitrogen inlet, and the temperature was raised to 90 ° C. while stirring in a nitrogen gas atmosphere. Then, 130 g of acrylic acid and 2,2′- A solution prepared by dissolving 14 g of azobis [2- (2-imidazolin-2-yl) propane] sulfate in 130 g of methanol was poured into the flask over 2 hours. Thereafter, the mixture was kept at 90 ° C. for 3 hours, and then cooled to 40 ° C. or lower to adjust the non-volatile content to 40% by mass to obtain polyacrylic acid B (a homopolymer of acrylic acid) having a sulfate group at the terminal. When the molecular weight of the obtained polyacrylic acid was measured, the weight average molecular weight was 2500 (as converted to sodium polyacrylate).

(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、分散剤として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
Mixing 200.0 g of the cerium oxide prepared above and 795.0 g of deionized water, adding 5 g of an ammonium polyacrylate aqueous solution (weight average molecular weight: 8000, 40% by mass) as a dispersing agent, and stirring. Ultrasonic dispersion was performed to obtain a cerium oxide dispersion. 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ーを得た。   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. After 15 hours of classification time, 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ー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ーを希釈して、測定サンプルとした。この測定サンプルをレーザ回折式粒度分布計Mastersizer Microplus(Malvern社製、商品名(「Mastersizer」は登録商標))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150nm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 measurement transmittance (H) with respect to the He—Ne laser was 60 to 70%, did. When this measurement sample was measured with a laser diffraction particle size distribution meter Mastersizer Microplus (product name of Malvern, trade name ("Mastersizer" is a registered trademark)) as a refractive index of 1.93 and absorption of 0, the value of D50 is It was 150 nm.

有機酸化合物としてp−トルエンスルホン酸2gと、脱イオン水700gとを混合し、アクリル酸系重合体として重量平均分子量2400で40質量%である末端基が硝酸塩基であるポリアクリル酸(上記ポリアクリル酸A)水溶液6.25g加えて、アンモニア水(25質量%)を加えてpH4.5に調整した。さらに脱イオン水を加えて、全体量750gとして添加液とした。   2 g of p-toluenesulfonic acid as an organic acid compound and 700 g of deionized water are mixed, and an acrylic acid polymer is polyacrylic acid having a weight average molecular weight of 2400 and a terminal group of 40% by mass as a nitrate group (the above poly 6.25 g of acrylic acid A) aqueous solution was added, and aqueous ammonia (25% by mass) was added to adjust the pH to 4.5. Further, deionized water was added to make the total amount of 750 g as an additive solution.

ここに、前記の酸化セリウムスラリー200gを添加して、アンモニア水(25質量%)を加えて、pH5.0に調整し、さらに脱イオン水を加えて、全量を1000gとし、研磨液(酸化セリウム固形分:1.0質量%)を作製した。   200 g of the above cerium oxide slurry is added, and ammonia water (25% by mass) is added to adjust the pH to 5.0. Further, deionized water is added to make the total amount 1000 g, and the polishing liquid (cerium oxide) Solid content: 1.0% by mass).

また、前記と同様に測定サンプルを調製して、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150nm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 polishing liquid was measured with a laser diffraction particle size distribution meter. As a result, the value of D50 was 150 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)を用いた。この研磨試験ウエハ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 the polishing test wafer, a trade name: pattern wafer 864 (diameter: 200 mm) manufactured by SEMATECH was used. The polishing test wafer and a method for evaluating polishing characteristics using the wafer will be described with reference to FIG.

図1(A)は、ウエハ1の一部分を拡大した模式断面図である。ウエハ1の表面には複数の溝が形成されていて、ウエハ1の凸部表面には厚さ150nmの窒化珪素膜2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段差)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1には、100μm/100μm、20μm/80μm、80μm/20μmのトレンチ部/アクティブ部が形成されている。   FIG. 1A is an enlarged schematic cross-sectional view of a part of the wafer 1. A plurality of grooves are formed on the surface of the wafer 1, and a silicon nitride film 2 having a thickness of 150 nm is formed on the convex surface of the wafer 1. The depth of the groove (step difference 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 1 is formed with trench / active portions of 100 μm / 100 μm, 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 a 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2表面で研磨を終了し、このときの研磨に要した時間を研磨時間とし、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、研磨時間は短いほうが良く、ディッシング量6は小さい方が良い。   FIG. 1C is a schematic cross-sectional view in which a part of a polishing test wafer after polishing the silicon oxide film 3 is enlarged. Polishing is completed on the surface of the silicon nitride film 2 in the active region, and the time required for polishing at this time is defined as polishing time, and a value obtained by subtracting the thickness 5 of the silicon oxide film 3 in the trench from the depth 4 of the trench. The dishing amount is 6. It should be noted that the polishing time should be shorter and the dishing amount 6 should be smaller.

このような研磨試験ウエハの研磨には研磨装置(Applied Materials社製、商品名:MIRRA)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。研磨装置の研磨定盤に、多孔質ウレタン樹脂製の研磨布(溝形状=パーフォレートタイプ:Rohm and Haas社製、型番:IC1010)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5psi(約34.5kPa)に設定した。   A polishing apparatus (manufactured by Applied Materials, trade name: MIRRA) 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 cloth made of porous urethane resin (groove shape = perforate type: manufactured by Rohm and Haas, model number: IC1010) was attached to the polishing surface plate of the polishing apparatus. Further, the holder was placed on the polishing surface plate with the insulating film (silicon oxide film) surface as the film to be polished facing down, and the processing load was set to 5 psi (about 34.5 kPa).

前記研磨定盤上に前記セリア系研磨液を150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90min−1で作動させて、研磨試験ウエハを研磨した。研磨後の研磨試験ウエハは、純水で良く洗浄後、乾燥した。 While dropping the ceria-based polishing liquid at a rate of 150 ml / min on the polishing platen, the polishing platen and the polishing test wafer were each operated at 90 min −1 to polish the polishing test wafer. The polished test wafer after polishing was thoroughly washed with pure water and then dried.

研磨後の研磨試験ウエハについて、100μm/100μmの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ナノスペック/AFT5100(商品名)を用いて測定し、ディッシング量を評価した。   With respect to the polished test wafer after polishing, the remaining film thickness of the 100 μm / 100 μm trench portion was measured using an interference type film thickness measuring device Nanospec / AFT5100 (trade name) manufactured by Nanometrics, and the dishing amount was evaluated.

研磨後の研磨試験ウエハについて、20μm/80μm及び80μm/20μmのトレンチ部の残膜厚を上記膜圧測定装置で測定し、2箇所の残膜厚の差の絶対値を配線密度依存性の指標と定義して、配線密度依存性を評価した。   For the polished test wafer after polishing, the remaining film thickness of the 20 μm / 80 μm and 80 μm / 20 μm trench portions was measured with the above film pressure measuring device, and the absolute value of the difference between the remaining film thicknesses at the two locations was used as an index of wiring density dependency And the wiring density dependency was evaluated.

研磨後の研磨試験ウエハについて、100μm/100μmのアクティブ部の残膜厚が0Åとなった研磨時間の30%分追加研磨(オーバー研磨)を行い、そのオーバー研磨時の100μm/100μmのトレンチ部の酸化珪素膜の研磨速度をオーバー研磨耐性と定義して、オーバー研磨耐性を評価した。   The polished test wafer after polishing is subjected to additional polishing (over polishing) for 30% of the polishing time when the remaining film thickness of the active part of 100 μm / 100 μm becomes 0 mm, and the trench part of 100 μm / 100 μm at the time of over polishing is subjected to The polishing rate of the silicon oxide film was defined as over-polishing resistance, and over-polishing resistance was evaluated.

(実施例2〜3及び比較例1〜3)
実施例1と同様に表1の配合量及びpHとなるように、セリア系研磨液を作製した。評価結果は表1に示す。表1から本発明により提供される研磨液により、ディッシング、配線密度依存性及びオーバー研磨耐性の向上が達成されることが明らかとなった。
(Examples 2-3 and Comparative Examples 1-3)
A ceria-based polishing liquid was prepared so that the blending amount and pH shown in Table 1 were obtained in the same manner as in Example 1. The evaluation results are shown in Table 1. From Table 1, it became clear that the polishing liquid provided by the present invention achieves improved dishing, wiring density dependency and over-polishing resistance.

Figure 2015023122
Figure 2015023122

1…ウエハ、2…窒化珪素膜、3…酸化珪素膜、4…トレンチ部の溝の深さ、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 ... Wafer, 2 ... Silicon nitride film, 3 ... Silicon oxide film, 4 ... Groove depth of trench part, 5 ... Trench part silicon oxide film thickness after grinding | polishing, 6 ... Dishing amount.

Claims (12)

酸化セリウムを含む粒子と、アクリル酸系重合体と、有機酸化合物と、pH調整剤と、水とを混合して研磨液を得る工程を備える研磨液の製造方法であって、
前記アクリル酸系重合体が、アクリル酸及びメタクリル酸からなる群より選ばれる少なくとも一種を含む単量体成分を重合させて得られる重合体であり、
前記アクリル酸系重合体が、硝酸基、硝酸塩基、亜硝酸基及び亜硝酸塩基からなる群より選ばれる少なくとも一種を末端基として有し、
前記研磨液は、pHが4.0以上5.5以下である、研磨液の製造方法。
A method for producing a polishing liquid comprising a step of mixing a particle containing cerium oxide, an acrylic acid polymer, an organic acid compound, a pH adjuster, and water to obtain a polishing liquid,
The acrylic acid polymer is a polymer obtained by polymerizing a monomer component containing at least one selected from the group consisting of acrylic acid and methacrylic acid,
The acrylic polymer has at least one selected from the group consisting of nitrate group, nitrate group, nitrite group and nitrite group as a terminal group,
The method for producing a polishing liquid, wherein the polishing liquid has a pH of 4.0 or more and 5.5 or less.
アクリル酸系重合体の配合量が、研磨液の全質量に対して0.001〜2質量%である、請求項1に記載の研磨液の製造方法。   The manufacturing method of the polishing liquid of Claim 1 whose compounding quantity of an acrylic acid polymer is 0.001-2 mass% with respect to the total mass of polishing liquid. アクリル酸系重合体が、アクリル酸又はメタクリル酸の単独重合体である、請求項1又は2に記載の研磨液の製造方法。   The manufacturing method of the polishing liquid of Claim 1 or 2 whose acrylic acid polymer is a homopolymer of acrylic acid or methacrylic acid. アクリル酸系重合体が、アクリル酸とメタクリル酸との共重合体、及び、アクリル酸又はメタクリル酸と他の共重合可能な単量体との共重合体からなる群より選ばれる少なくとも一種である、請求項1又は2に記載の研磨液の製造方法。   The acrylic polymer is at least one selected from the group consisting of a copolymer of acrylic acid and methacrylic acid, and a copolymer of acrylic acid or methacrylic acid and another copolymerizable monomer. The manufacturing method of the polishing liquid of Claim 1 or 2. アクリル酸系重合体が、硝酸塩基を末端基として有する、請求項1〜4のいずれかに記載の研磨液の製造方法。   The method for producing a polishing liquid according to any one of claims 1 to 4, wherein the acrylic polymer has a nitrate group as a terminal group. 絶縁材料の少なくとも一部をCMPによって除去するための研磨液であって、
酸化セリウムを含む粒子と、アクリル酸系重合体と、有機酸化合物と、pH調整剤と、水とを含有し、
前記アクリル酸系重合体が、アクリル酸及びメタクリル酸からなる群より選ばれる少なくとも一種を重合させて得られる重合体であり、
前記アクリル酸系重合体が、硝酸基、硝酸塩基、亜硝酸基及び亜硝酸塩基からなる群より選ばれる少なくとも一種を末端基として有する、研磨液。
A polishing liquid for removing at least a part of an insulating material by CMP,
Containing particles containing cerium oxide, an acrylic acid polymer, an organic acid compound, a pH adjuster, and water;
The acrylic acid polymer is a polymer obtained by polymerizing at least one selected from the group consisting of acrylic acid and methacrylic acid,
Polishing liquid in which the acrylic acid polymer has at least one selected from the group consisting of nitrate group, nitrate group, nitrite group and nitrite group as a terminal group.
アクリル酸系重合体の含有量が、研磨液の全質量に対して0.001〜2質量%である、請求項6に記載の研磨液。   The polishing liquid according to claim 6, wherein the content of the acrylic acid polymer is 0.001 to 2 mass% with respect to the total mass of the polishing liquid. アクリル酸系重合体が、アクリル酸又はメタクリル酸の単独重合体である、請求項6又は7に記載の研磨液。   The polishing liquid according to claim 6 or 7, wherein the acrylic polymer is a homopolymer of acrylic acid or methacrylic acid. アクリル酸系重合体が、アクリル酸とメタクリル酸との共重合体、及び、アクリル酸又はメタクリル酸と他の共重合可能な単量体との共重合体からなる群より選ばれる少なくとも一種である、請求項6又は7に記載の研磨液。   The acrylic polymer is at least one selected from the group consisting of a copolymer of acrylic acid and methacrylic acid, and a copolymer of acrylic acid or methacrylic acid and another copolymerizable monomer. The polishing liquid according to claim 6 or 7. アクリル酸系重合体が、硝酸塩基を末端基として有する、請求項6〜9のいずれかに記載の研磨液。   The polishing liquid according to any one of claims 6 to 9, wherein the acrylic acid polymer has a nitrate group as a terminal group. pHが4.0〜5.5である、請求項6〜10のいずれかに記載の研磨液。   The polishing liquid according to any one of claims 6 to 10, wherein the pH is 4.0 to 5.5. 請求項6〜11のいずれかに記載の研磨液を用いて、絶縁材料の少なくとも一部をCMPによって除去する、研磨方法。   A polishing method wherein at least a part of an insulating material is removed by CMP using the polishing liquid according to claim 6.
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