JP2015065261A - Cmp用研磨液 - Google Patents
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Abstract
【課題】被研磨面におけるディッシングを抑制しつつ、より高い選択比を得ることができるCMP用研磨液を提供する。
【解決手段】CMP用研磨液は、下記の成分(イ)〜(ハ)までを含んでなる。(イ)コア層2及びシェル層4からなるコア・シェル構造を有する研磨材粒子10であって、コア層2には、特定元素の酸化物が含有され、シェル層4には、酸化セリウムが含有されている研磨材粒子10、(ロ)特定の炭素数の飽和炭化水素からなる水不溶性化合物、及び(ハ)水。
【選択図】図1
【解決手段】CMP用研磨液は、下記の成分(イ)〜(ハ)までを含んでなる。(イ)コア層2及びシェル層4からなるコア・シェル構造を有する研磨材粒子10であって、コア層2には、特定元素の酸化物が含有され、シェル層4には、酸化セリウムが含有されている研磨材粒子10、(ロ)特定の炭素数の飽和炭化水素からなる水不溶性化合物、及び(ハ)水。
【選択図】図1
Description
本発明は、CMP用研磨液に関する。より詳しくは、被研磨面におけるディッシングを抑制しつつ、より高い選択比を得ることができるCMP用研磨液に関する。
半導体装置の集積度の向上及び多層配線化に伴い、メモリデバイスの記憶容量は飛躍的に増大している。これは、加工技術の微細化の進歩に支えられたものであるが、多層配線化等にもかかわらず、半導体素子のサイズが大きくなったこと及び集積度の向上による微細化に伴い、半導体素子を作製するための工程は増え、半導体素子のコストアップを招いている。このような状況下、高密度、微細化のための加工技術が研究開発されており、その一つであるCMP(Chemical Mechanical Polishing:化学機械研磨)技術が導入され、広く採用されている。このCMPの技術を適用することにより、例えば、半導体素子の製造工程において、層間絶縁膜(以下、単に「絶縁膜」ともいう。)やBPSG膜(ボロン、リン等をドープした二酸化ケイ素膜)の平坦化等、多くの微細化技術が具体化された。
この中でも、特にタングステン膜、アルミニウム膜、銅膜等の金属配線層の研磨は特に重要な役割を果たす。すなわち、金属配線層のCMP加工には、金属配線層及びバリア金属膜などからなる金属膜に対する研磨速度が大きく、同時に二酸化ケイ素膜等の絶縁膜に対する研磨速度が小さいことが要求される。したがって、この要件を満たすため、化学的研磨と機械的研磨のバランスがよい研磨条件及びCMP用研磨液が必要となる。特に化学的な因子はこの要件を満たすために重要であり、これまで様々な提案がなされている。
金属膜用のCMP用研磨液は、一般には酸化剤、研磨材粒子及び水からなっており、必要に応じてさらに金属酸化物溶解剤、金属防食剤などが添加される。まず酸化剤によって金属膜表面を酸化して酸化層を形成し、その酸化層を研磨材粒子によって削り取るのが基本的なメカニズムとされている。凹部の金属膜表面の酸化層は研磨パッドにあまり触れず、研磨材粒子により削り取りの効果が及ばないので、CMPの進行とともに凸部の金属膜の酸化層が除去されて基板表面が平坦化される(例えば、非特許文献1参照)。
例えば、金属膜用CMP用研磨液としては、過酸化水素等の酸化剤、シリカ等の研磨材粒子に鉄イオン等の触媒を含むCMP用研磨液、シリカ粒子の平均粒径とNH4OHの添加量を適切に設定し、さらに酸化剤を含むウェハー研磨材などが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
例えば、金属膜用CMP用研磨液としては、過酸化水素等の酸化剤、シリカ等の研磨材粒子に鉄イオン等の触媒を含むCMP用研磨液、シリカ粒子の平均粒径とNH4OHの添加量を適切に設定し、さらに酸化剤を含むウェハー研磨材などが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、これら従来の金属膜用CMP用研磨液を用いて埋め込み配線を形成させる場合には、金属膜に対し高い研磨速度が得られにくく、また、二酸化ケイ素膜などの絶縁膜に対する研磨速度もほとんど変化しないため、金属膜の研磨速度に対する絶縁膜の研磨速度の比の値(以下、「選択比」という。)を十分に満足するものではなかった。さらに、埋め込まれた金属配線の表面中央部分が等方的に腐食されて窪みのような構造的欠陥が発生するディッシングと呼ばれる現象が起こり、平坦化が不十分になったり、電気的な性能が劣化したりする場合がある。また、鉄イオン等の不純物が研磨後にウェハーに残留して半導体デバイスの特性(導電性等)を悪化させたり、金属酸化物溶解剤及び金属防食剤を添加する場合には、両剤のバランスを取ることも容易ではないなど、問題も多い。
ジャーナル・オブ・エレクトロケミカルソサエティ誌(Journal of Electrochemical Society)、第138巻、第11号(1991年発行)、3460〜3464頁
本発明は、上記問題・状況に鑑みてなされたものであり、その解決課題は、被研磨面におけるディッシングを抑制しつつ、より高い選択比を得ることができるCMP用研磨液を提供することである。
本発明者は、上記課題を解決すべく、上記問題の原因等について検討する過程において、下記(イ)〜(ハ)までの成分を含んでなることを特徴とするCMP用研磨液によって、被研磨面におけるディッシングを抑制しつつ、より高い選択比を得ることができるCMP用研磨液を提供できることを見いだし、本発明に至った。
(イ)コア層及びシェル層からなるコア・シェル構造を有する研磨材粒子であって、コア層には、特定元素の酸化物が含有され、シェル層には、酸化セリウムが含有されている研磨材粒子、
(ロ)特定の炭素数の飽和炭化水素からなる水不溶性化合物、及び
(ハ)水。
すなわち、本発明に係る上記課題は、以下の手段により解決される。
(イ)コア層及びシェル層からなるコア・シェル構造を有する研磨材粒子であって、コア層には、特定元素の酸化物が含有され、シェル層には、酸化セリウムが含有されている研磨材粒子、
(ロ)特定の炭素数の飽和炭化水素からなる水不溶性化合物、及び
(ハ)水。
すなわち、本発明に係る上記課題は、以下の手段により解決される。
1.下記の成分(A)〜(C)までを含んでなることを特徴とするCMP用研磨液。
(A)コア層及びシェル層からなるコア・シェル構造を有する研磨材粒子であって、前記コア層には、アルミニウム(Al)、スカンジウム(Sc)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、ジルコニウム(Zr)、インジウム(In)、スズ(Sn)、イットリウム(Y)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)、タングステン(W)、ビスマス(Bi)、トリウム(Th)及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種類の元素の酸化物が含有され、かつ、前記シェル層には、酸化セリウムが含有されている研磨材粒子、
(B)炭素数が5〜2000の範囲内の飽和炭化水素からなる水不溶性化合物、及び
(C)水。
(A)コア層及びシェル層からなるコア・シェル構造を有する研磨材粒子であって、前記コア層には、アルミニウム(Al)、スカンジウム(Sc)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、ジルコニウム(Zr)、インジウム(In)、スズ(Sn)、イットリウム(Y)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)、タングステン(W)、ビスマス(Bi)、トリウム(Th)及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種類の元素の酸化物が含有され、かつ、前記シェル層には、酸化セリウムが含有されている研磨材粒子、
(B)炭素数が5〜2000の範囲内の飽和炭化水素からなる水不溶性化合物、及び
(C)水。
2.前記水不溶性化合物が、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン及びヘキサデカンからなる群より選ばれる少なくとも1種類の化合物であることを特徴とする第1項に記載のCMP用研磨液。
3.前記水不溶性化合物の含有量が、前記CMP用研磨液の全質量を基準として0.05〜10質量%の範囲内であることを特徴とする第1項及び第2項に記載のCMP用研磨液。
4.前記研磨材粒子が、前記コア層と前記シェル層との間に中間層を更に有し、かつ、
前記中間層には、アルミニウム(Al)、スカンジウム(Sc)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、ジルコニウム(Zr)、インジウム(In)、スズ(Sn)、イットリウム(Y)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)、タングステン(W)、ビスマス(Bi)、トリウム(Th)及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種類の元素の酸化物と、酸化セリウムとが含有されていることを特徴とする第1項から第3項までのいずれか一項に記載のCMP用研磨液。
前記中間層には、アルミニウム(Al)、スカンジウム(Sc)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、ジルコニウム(Zr)、インジウム(In)、スズ(Sn)、イットリウム(Y)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)、タングステン(W)、ビスマス(Bi)、トリウム(Th)及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種類の元素の酸化物と、酸化セリウムとが含有されていることを特徴とする第1項から第3項までのいずれか一項に記載のCMP用研磨液。
本発明の上記手段により、被研磨面におけるディッシングを抑制しつつ、より高い選択比を得ることができるCMP用研磨液を提供することができる。
本発明の効果の発現機構ないし作用機構については、明確にはなっていないが、以下のように推察している。
本発明の効果の発現機構ないし作用機構については、明確にはなっていないが、以下のように推察している。
酸化セリウム粒子は、強い酸化剤として知られるように化学的に活性な性質を有しており、物理的な研磨のみを行うシリカ粒子やアルミナ粒子と比べて、高い研磨速度が得られるというメリットがある。
しかしながら、従来の酸化セリウム粒子は粒度分布が広く凝集しやすいことから、酸化セリウム粒子が凝集した粗大粒子を形成し、当該粗大粒子が沈降してしまい、ひいては、研磨に関わる研磨材粒子数が減少し、研磨速度が低下すると考えられる。このような研磨材粒子を層間絶縁膜研磨に適用すると、研磨液中での研磨材粒子の分散安定性が確保できず、さらに、上述のような粗大粒子が形成されるため、目視で観察できるようなディッシングが被研磨面に発生するおそれがある。また、酸化セリウム粒子は、硬度も低いため、粒子が壊れやすく、研磨時の応力を抑える必要があり、その結果、十分な研磨特性が得られない。
しかしながら、従来の酸化セリウム粒子は粒度分布が広く凝集しやすいことから、酸化セリウム粒子が凝集した粗大粒子を形成し、当該粗大粒子が沈降してしまい、ひいては、研磨に関わる研磨材粒子数が減少し、研磨速度が低下すると考えられる。このような研磨材粒子を層間絶縁膜研磨に適用すると、研磨液中での研磨材粒子の分散安定性が確保できず、さらに、上述のような粗大粒子が形成されるため、目視で観察できるようなディッシングが被研磨面に発生するおそれがある。また、酸化セリウム粒子は、硬度も低いため、粒子が壊れやすく、研磨時の応力を抑える必要があり、その結果、十分な研磨特性が得られない。
本発明においては、コア層及び中間層に、アルミニウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ジルコニウム、インジウム、スズ、イットリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、タングステン、ビスマス、トリウム又はアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種類の元素の酸化物、例えば、酸化イットリウムを含有することで、研磨の際にかかる応力に対して酸化セリウム粒子よりも壊れにくくなり、適切な条件で十分な研磨特性(被研磨面におけるディッシングの抑制及びより高い研磨速度の選択比)を得ることができる。また、粒子比重を調整することができるため、水不溶性化合物及び水との相互作用により、従来の酸化セリウム粒子よりも研磨特性の高いCMP用研磨液を提供することが可能になる。
また、本発明に係る水不溶性化合物は、絶縁膜に対する研磨速度を抑制して、選択比を改良する効果を与えるものである。このような効果が得られる理由は、研磨材粒子同士の接触に起因する過度の機械的作用がこの化合物によって軽減され、被研磨面に対する応力が軽減されるためと考えられる。
本発明のCMP用研磨液は、下記の成分(イ)〜(ハ)までを含んでなることを特徴とするCMP用研磨液である。この特徴は、請求項1から請求項4までの請求項に係る発明に共通する技術的特徴である。
(イ)コア層及びシェル層からなるコア・シェル構造を有する研磨材粒子であって、コア層には、特定元素の酸化物が含有され、シェル層には、酸化セリウムが含有されている研磨材粒子、
(ロ)特定の炭素数の飽和炭化水素からなる水不溶性化合物、及び
(ハ)水。
(イ)コア層及びシェル層からなるコア・シェル構造を有する研磨材粒子であって、コア層には、特定元素の酸化物が含有され、シェル層には、酸化セリウムが含有されている研磨材粒子、
(ロ)特定の炭素数の飽和炭化水素からなる水不溶性化合物、及び
(ハ)水。
本発明は、上記特徴を有することで、被研磨面におけるディッシングを抑制しつつ、より高い選択比を得ることができるCMP用研磨液を提供できる。
本発明の実施態様としては、本発明の効果発現の観点から、前記水不溶性化合物が、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン及びヘキサデカンからなる群より選ばれる少なくとも1種類の化合物であることが、研磨材粒子同士の接触に起因する過度の機械的作用がこの化合物によって軽減され、被研磨面に対する応力が軽減されるという効果が得られることから、好ましい。
さらに、本発明においては、前記水不溶性化合物の含有量が、前記CMP用研磨液の全質量を基準として0.05〜10質量%の範囲内であることが好ましい。これにより、絶縁膜に対する研磨抑制効果が不十分となるおそれを回避でき、かつ、被研磨面におけるディッシングの発生を抑えることができるという効果が得られる。
さらに、本発明においては、前記コア層と前記シェル層との間に中間層を更に有し、かつ、前記中間層には、特定元素の酸化物及び酸化セリウムが含有されていることが、絶縁膜に対する研磨抑制効果の観点から好ましい。
以下、本発明とその構成要素及び本発明を実施するための形態・態様について詳細な説明をする。なお、本願において、「〜」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用する。
また、以下の説明において、「内側」とは研磨材粒子の中心側を意味し、「外側」とはこの「内側」の反対側(コア層の外側方向)を意味する。
また、以下の説明において、コア層、シェル層、中間層及び複合層の各層における酸化セリウムの含有率とは、セリウム、アルミニウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ジルコニウム、インジウム、スズ、イットリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、タングステン、ビスマス、トリウム及びアルカリ土類金属の酸化物の総量に対するmol%のことをいう。
また、以下の説明において、「内側」とは研磨材粒子の中心側を意味し、「外側」とはこの「内側」の反対側(コア層の外側方向)を意味する。
また、以下の説明において、コア層、シェル層、中間層及び複合層の各層における酸化セリウムの含有率とは、セリウム、アルミニウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ジルコニウム、インジウム、スズ、イットリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、タングステン、ビスマス、トリウム及びアルカリ土類金属の酸化物の総量に対するmol%のことをいう。
(本発明のCMP用研磨液の概要)
本発明のCMP用研磨液は、下記の成分(A)〜(C)までを含んでなることを特徴とするCMP用研磨液である。
(A)コア層及びシェル層からなるコア・シェル構造を有する研磨材粒子であって、前記コア層には、アルミニウム(Al)、スカンジウム(Sc)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、ジルコニウム(Zr)、インジウム(In)、スズ(Sn)、イットリウム(Y)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)、タングステン(W)、ビスマス(Bi)、トリウム(Th)及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種類の元素の酸化物が含有され、かつ、前記シェル層には、酸化セリウムが含有されている研磨材粒子、
(B)炭素数が5〜2000の範囲内の飽和炭化水素からなる水不溶性化合物、及び
(C)水。
本発明のCMP用研磨液は、下記の成分(A)〜(C)までを含んでなることを特徴とするCMP用研磨液である。
(A)コア層及びシェル層からなるコア・シェル構造を有する研磨材粒子であって、前記コア層には、アルミニウム(Al)、スカンジウム(Sc)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、ジルコニウム(Zr)、インジウム(In)、スズ(Sn)、イットリウム(Y)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)、タングステン(W)、ビスマス(Bi)、トリウム(Th)及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種類の元素の酸化物が含有され、かつ、前記シェル層には、酸化セリウムが含有されている研磨材粒子、
(B)炭素数が5〜2000の範囲内の飽和炭化水素からなる水不溶性化合物、及び
(C)水。
(研磨材粒子)
<研磨材粒子の層構成>
本発明に係る研磨材粒子としては、図1に示すとおり、コア層2と、該コア層2を被覆するシェル層4と、を有する2層のコア・シェル構造の研磨材粒子10が用いられる。
コア層2には、アルミニウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ジルコニウム、インジウム、スズ、イットリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、タングステン、ビスマス、トリウム又はアルカリ土類金属(カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)及びラジウム(Ra))から選ばれる少なくとも1種類の元素の酸化物が含有されている。
シェル層4には、酸化セリウムが含有されている。
<研磨材粒子の層構成>
本発明に係る研磨材粒子としては、図1に示すとおり、コア層2と、該コア層2を被覆するシェル層4と、を有する2層のコア・シェル構造の研磨材粒子10が用いられる。
コア層2には、アルミニウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ジルコニウム、インジウム、スズ、イットリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、タングステン、ビスマス、トリウム又はアルカリ土類金属(カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)及びラジウム(Ra))から選ばれる少なくとも1種類の元素の酸化物が含有されている。
シェル層4には、酸化セリウムが含有されている。
(中間層を有する研磨材粒子)
また、研磨材粒子は、前記コア層と前記シェル層との間に中間層を更に有することが好ましい。具体的には、図2に示すように、研磨材粒子の層構成として、コア層2と該コア層2を被覆する中間層6と、更にその外側に中間層6を被覆するシェル層4と、を有する3層構造であることが好ましい。
また、研磨材粒子は、前記コア層と前記シェル層との間に中間層を更に有することが好ましい。具体的には、図2に示すように、研磨材粒子の層構成として、コア層2と該コア層2を被覆する中間層6と、更にその外側に中間層6を被覆するシェル層4と、を有する3層構造であることが好ましい。
中間層6には、アルミニウム(Al)、スカンジウム(Sc)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、ジルコニウム(Zr)、インジウム(In)、スズ(Sn)、イットリウム(Y)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)、タングステン(W)、ビスマス(Bi)、トリウム(Th)及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種類の元素の酸化物と、酸化セリウムとが含有されていることが好ましい。
より具体的には、3層構造の研磨材粒子20は、酸化イットリウム等の酸化物を含むコア層2と、コア層2の外側に形成され、酸化イットリウム等の酸化物と酸化セリウムとを含む中間層6と、中間層6の更に外側に形成され、酸化セリウムを含むシェル層4と、を有していることが好ましい。
例えば、図3に示されるように、コア層2には酸化セリウムがほとんど含まれておらず、酸化イットリウム等の酸化物がほぼ100mol%となっている。そして、中間層6において、酸化セリウムの含有率は、中間層6の内側(コア層2側)から、中間層6の外側(シェル層4側)へ向かって、一定の濃度勾配で増加している。なお、中間層6に含まれる酸化セリウムの含有率は、コア層2に含まれる酸化セリウムの含有率以上であって、シェル層4に含まれる酸化セリウムの含有率以下であればよい。中間層6の外側に形成されるシェル層4には、酸化セリウムがほぼ100mol%の含有率で含有されている。
シェル層4に含まれる酸化セリウムの含有率は、50〜100mol%の範囲内であることが好ましく、75mol%以上であることがより好ましい。研磨材粒子の表面となるシェル層4に含まれる酸化セリウムの含有率を100mol%に近づけることで、酸化セリウムの持つ優れた研磨速度を発揮することができる。
例えば、図3に示されるように、コア層2には酸化セリウムがほとんど含まれておらず、酸化イットリウム等の酸化物がほぼ100mol%となっている。そして、中間層6において、酸化セリウムの含有率は、中間層6の内側(コア層2側)から、中間層6の外側(シェル層4側)へ向かって、一定の濃度勾配で増加している。なお、中間層6に含まれる酸化セリウムの含有率は、コア層2に含まれる酸化セリウムの含有率以上であって、シェル層4に含まれる酸化セリウムの含有率以下であればよい。中間層6の外側に形成されるシェル層4には、酸化セリウムがほぼ100mol%の含有率で含有されている。
シェル層4に含まれる酸化セリウムの含有率は、50〜100mol%の範囲内であることが好ましく、75mol%以上であることがより好ましい。研磨材粒子の表面となるシェル層4に含まれる酸化セリウムの含有率を100mol%に近づけることで、酸化セリウムの持つ優れた研磨速度を発揮することができる。
その他の態様として、図4に示すような3層構造であってもよい。
すなわち、中間層6に含有される酸化イットリウム等の酸化物と酸化セリウムとの含有率が、研磨材粒子の中心からの距離にかかわらず一定で、ほぼ半分ずつとなるように構成されていてもよい。
すなわち、中間層6に含有される酸化イットリウム等の酸化物と酸化セリウムとの含有率が、研磨材粒子の中心からの距離にかかわらず一定で、ほぼ半分ずつとなるように構成されていてもよい。
また、コア層2と中間層6とで実質的に一つの層(以下、複合層8とする。)を形成し、当該複合層8に所定の濃度勾配で酸化セリウムが含有された、複合層8とシェル層4との2層構造を有する研磨材粒子としてもよい。具体的には、図5に示すように、研磨材粒子20の中心(複合層8の中心)から、シェル層4側へ向かって、酸化セリウムの含有率が一定の濃度勾配で増加するように構成されていてもよい。
また、図6に示すように、複合層8に含有される酸化イットリウム等の酸化物と酸化セリウムとの含有率が、研磨材粒子20の中心からの距離にかかわらず一定で、ほぼ半分ずつとなるように構成されていてもよい。
なお、研磨材粒子に含まれる酸化物は、使用される際にかかる応力に対して壊れにくいものであれば、特に限定されるものではない。
また、コア層2に含まれる酸化物と中間層6に含まれる酸化物とは、同一であることが層間の結合力を保つために好ましいが、これに限定するものではなく、コア層2と中間層6とで異なる元素の酸化物が含まれていてもよい。
また、コア層2に含まれる酸化物と中間層6に含まれる酸化物とは、同一であることが層間の結合力を保つために好ましいが、これに限定するものではなく、コア層2と中間層6とで異なる元素の酸化物が含まれていてもよい。
<研磨材粒子の特性>
研磨材粒子は、その使用用途によって必要な粒子径は異なるが、研磨後の仕上がり表面精度が高くなるにつれて、当該研磨材粒子の微粒子化が必要になり、例えば、半導体デバイスの製造工程で使用する際には平均粒子径が2.0μm以下である必要がある。しかし、研磨材粒子の粒子径は、小さくなるほど研磨後の仕上がり表面精度は高くなるが、研磨速度は遅くなる傾向がある。このため、例えば、0.02μm以上の粒子径とすることで、セリウム系研磨材粒子を用いる研磨の速度がコロイダルシリカ等の研磨材粒子を用いる研磨の速度に比べて大きいという優位性が失われてしまうおそれを回避することができる。したがって、研磨材粒子の平均粒子径としては、0.02〜2.0μmの範囲内が好ましく、更には0.05〜1.5μmの範囲内がより好ましい。
また、研磨加工後の平面精度を高めるため、できるだけ粒子径が揃っており、粒子径分布変動係数が小さい研磨材を使用することが望ましい。
研磨材粒子は、その使用用途によって必要な粒子径は異なるが、研磨後の仕上がり表面精度が高くなるにつれて、当該研磨材粒子の微粒子化が必要になり、例えば、半導体デバイスの製造工程で使用する際には平均粒子径が2.0μm以下である必要がある。しかし、研磨材粒子の粒子径は、小さくなるほど研磨後の仕上がり表面精度は高くなるが、研磨速度は遅くなる傾向がある。このため、例えば、0.02μm以上の粒子径とすることで、セリウム系研磨材粒子を用いる研磨の速度がコロイダルシリカ等の研磨材粒子を用いる研磨の速度に比べて大きいという優位性が失われてしまうおそれを回避することができる。したがって、研磨材粒子の平均粒子径としては、0.02〜2.0μmの範囲内が好ましく、更には0.05〜1.5μmの範囲内がより好ましい。
また、研磨加工後の平面精度を高めるため、できるだけ粒子径が揃っており、粒子径分布変動係数が小さい研磨材を使用することが望ましい。
≪研磨材粒子の製造方法≫
以下に研磨材粒子の製造方法として、3層構造を有する研磨材粒子20の製造方法を示すが、一例であって、これに限定されるものではない。また、中間層6のないコア・シェル2層構造や、コア層2と中間層6とに区別のない2層構造にも、適宜適用することができる。
以下に研磨材粒子の製造方法として、3層構造を有する研磨材粒子20の製造方法を示すが、一例であって、これに限定されるものではない。また、中間層6のないコア・シェル2層構造や、コア層2と中間層6とに区別のない2層構造にも、適宜適用することができる。
本発明に係る研磨材粒子の製造方法は、主に、以下の5工程からなる。
(i)コア層形成工程
(ii)中間層形成工程
(iii)シェル層形成工程
(iv)固液分離工程
(v)焼成工程
以下、各工程について、順次説明する。
なお、以下では、研磨材粒子20を構成する各層について、特定元素の酸化物ではなく、炭酸塩等の塩から構成されている場合であっても、便宜上、コア層2、中間層6、シェル層4と称する。
(i)コア層形成工程
(ii)中間層形成工程
(iii)シェル層形成工程
(iv)固液分離工程
(v)焼成工程
以下、各工程について、順次説明する。
なお、以下では、研磨材粒子20を構成する各層について、特定元素の酸化物ではなく、炭酸塩等の塩から構成されている場合であっても、便宜上、コア層2、中間層6、シェル層4と称する。
(i)コア層形成工程
コア層形成工程では、まず、アルミニウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ジルコニウム、インジウム、スズ、イットリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、タングステン、ビスマス、トリウム及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種類の元素の塩を含有する水溶液に尿素系化合物を添加して、アルミニウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ジルコニウム、インジウム、スズ、イットリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、タングステン、ビスマス、トリウム及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種類の元素の塩基性炭酸塩を分散させた第1分散溶液を調整する。
コア層形成工程では、まず、アルミニウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ジルコニウム、インジウム、スズ、イットリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、タングステン、ビスマス、トリウム及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種類の元素の塩を含有する水溶液に尿素系化合物を添加して、アルミニウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ジルコニウム、インジウム、スズ、イットリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、タングステン、ビスマス、トリウム及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種類の元素の塩基性炭酸塩を分散させた第1分散溶液を調整する。
アルミニウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ジルコニウム、インジウム、スズ、イットリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、タングステン、ビスマス、トリウム及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種類の元素の塩としては、硝酸塩、塩酸塩、硫酸塩等を用いることができるが、硝酸塩を使用することが好ましい。
また、尿素系化合物としては、尿素、尿素の塩(例えば、硝酸塩、塩酸塩等)、N,N′−ジメチルアセチル尿素、N,N′−ジベンゾイル尿素、ベンゼンスルホニル尿素、p−トルエンスルホニル尿素、トリメチル尿素、テトラエチル尿素、テトラメチル尿素、トリフェニル尿素、テトラフェニル尿素、N−ベンゾイル尿素、メチルイソ尿素、エチルイソ尿素等が挙げられるが、好ましくは尿素である。
なお、以下では、尿素を用いて塩基性炭酸塩を形成させる場合について示すが、一例であって、これに限定されるものではない。
また、尿素系化合物としては、尿素、尿素の塩(例えば、硝酸塩、塩酸塩等)、N,N′−ジメチルアセチル尿素、N,N′−ジベンゾイル尿素、ベンゼンスルホニル尿素、p−トルエンスルホニル尿素、トリメチル尿素、テトラエチル尿素、テトラメチル尿素、トリフェニル尿素、テトラフェニル尿素、N−ベンゾイル尿素、メチルイソ尿素、エチルイソ尿素等が挙げられるが、好ましくは尿素である。
なお、以下では、尿素を用いて塩基性炭酸塩を形成させる場合について示すが、一例であって、これに限定されるものではない。
アルミニウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ジルコニウム、インジウム、スズ、イットリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、タングステン、ビスマス、トリウム及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種類の元素の水溶液中でのイオン濃度は0.001〜0.1mol/Lの範囲内で、尿素濃度は前述のイオン濃度の5〜50倍の範囲内であることが好ましい。これは、アルミニウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ジルコニウム、インジウム、スズ、イットリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、タングステン、ビスマス、トリウム及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種類の元素の水溶液中でのイオン濃度及び尿素の濃度が当該範囲内であれば、結果として、単分散性を示す球形状の研磨材粒子を合成することができるためである。
混合された水溶液を80℃以上で加熱撹拌し、水溶液中(以下、第1分散溶液とする。)に分散された塩基性炭酸塩を成長させ、コア層2を形成する。
なお、加熱撹拌の際には、十分な撹拌効率を得られれば、特に撹拌機は限定されないが、より高い撹拌効率を得るためには、ローター・ステータータイプの撹拌機を使用することが好ましい。
混合された水溶液を80℃以上で加熱撹拌し、水溶液中(以下、第1分散溶液とする。)に分散された塩基性炭酸塩を成長させ、コア層2を形成する。
なお、加熱撹拌の際には、十分な撹拌効率を得られれば、特に撹拌機は限定されないが、より高い撹拌効率を得るためには、ローター・ステータータイプの撹拌機を使用することが好ましい。
(ii)中間層形成工程
中間層形成工程では、コア層形成工程により形成された塩基性炭酸塩を含む第1分散溶液に、アルミニウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ジルコニウム、インジウム、スズ、イットリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、タングステン、ビスマス、トリウム及びアルカリ土類金属から選ばれる、コア層形成工程に用いた元素の塩、例えば、イットリウム硝酸塩を含有する水溶液とセリウムの塩を含有する水溶液とを添加する。コア層2となるイットリウムの塩基性炭酸塩の外側にイットリウムとセリウムとが混合された中間層6を形成することにより、コア層2を更に粒子成長させ、より粒子径の大きな塩基性炭酸塩を得ることができる。
第1分散溶液に添加する各水溶液の添加速度は、第1分散溶液1Lあたり0.003〜3.0mmol/minの範囲内が好ましく、特に、全添加量に占めるセリウムの割合が90mol%未満であることが好ましい。これは、添加量に占めるセリウムの割合又は添加速度が、当該範囲を外れると、形成される研磨材粒子が単分散性を示す球形状粒子とすることが難しくなるためである。
また、第1分散溶液は、上記速度で各水溶液を添加されながら、80℃以上で加熱撹拌されることが好ましい。これは、80℃以下で加熱撹拌されると、コア層形成工程において添加された尿素の分解が進まなくなり、粒子形成が阻害されるためである。
なお、コア層2の外側に中間層6が形成された粒子を分散させた分散溶液を、第2分散溶液とする。
中間層形成工程では、コア層形成工程により形成された塩基性炭酸塩を含む第1分散溶液に、アルミニウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ジルコニウム、インジウム、スズ、イットリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、タングステン、ビスマス、トリウム及びアルカリ土類金属から選ばれる、コア層形成工程に用いた元素の塩、例えば、イットリウム硝酸塩を含有する水溶液とセリウムの塩を含有する水溶液とを添加する。コア層2となるイットリウムの塩基性炭酸塩の外側にイットリウムとセリウムとが混合された中間層6を形成することにより、コア層2を更に粒子成長させ、より粒子径の大きな塩基性炭酸塩を得ることができる。
第1分散溶液に添加する各水溶液の添加速度は、第1分散溶液1Lあたり0.003〜3.0mmol/minの範囲内が好ましく、特に、全添加量に占めるセリウムの割合が90mol%未満であることが好ましい。これは、添加量に占めるセリウムの割合又は添加速度が、当該範囲を外れると、形成される研磨材粒子が単分散性を示す球形状粒子とすることが難しくなるためである。
また、第1分散溶液は、上記速度で各水溶液を添加されながら、80℃以上で加熱撹拌されることが好ましい。これは、80℃以下で加熱撹拌されると、コア層形成工程において添加された尿素の分解が進まなくなり、粒子形成が阻害されるためである。
なお、コア層2の外側に中間層6が形成された粒子を分散させた分散溶液を、第2分散溶液とする。
(iii)シェル層形成工程
シェル層形成工程では、中間層形成工程によりコア層2の外側に中間層6が形成された粒子を分散させた第2分散溶液に、セリウムの塩を含有する水溶液を添加して、中間層6の外側にセリウムの塩基性炭酸塩を含むシェル層4を形成し、更に粒子成長させる。
セリウムの塩を含む水溶液は、第2分散溶液1Lあたり0.003〜3.0mmol/minの範囲内の添加速度で、80℃以上で加熱撹拌しながら添加されることが好ましい。これは、添加速度が、当該範囲を外れると、形成される研磨材粒子が単分散性を示す球形状粒子とすることが難しくなるためである。加熱温度については、中間層形成工程の場合と同様、80℃以下で加熱撹拌されると、コア層形成工程において添加された尿素の分解が進まなくなり、粒子形成が阻害されるためである。
なお、中間層6の外側にシェル層4が形成された粒子を分散させた分散溶液を第3分散溶液とする。
シェル層形成工程では、中間層形成工程によりコア層2の外側に中間層6が形成された粒子を分散させた第2分散溶液に、セリウムの塩を含有する水溶液を添加して、中間層6の外側にセリウムの塩基性炭酸塩を含むシェル層4を形成し、更に粒子成長させる。
セリウムの塩を含む水溶液は、第2分散溶液1Lあたり0.003〜3.0mmol/minの範囲内の添加速度で、80℃以上で加熱撹拌しながら添加されることが好ましい。これは、添加速度が、当該範囲を外れると、形成される研磨材粒子が単分散性を示す球形状粒子とすることが難しくなるためである。加熱温度については、中間層形成工程の場合と同様、80℃以下で加熱撹拌されると、コア層形成工程において添加された尿素の分解が進まなくなり、粒子形成が阻害されるためである。
なお、中間層6の外側にシェル層4が形成された粒子を分散させた分散溶液を第3分散溶液とする。
(iv)固液分離工程
固液分離工程では、シェル層形成工程により得られた第3分散溶液から、シェル層4まで形成された粒子を固液分離の操作により回収し、研磨材粒子前駆体を得る。
なお、固液分離工程後、必要に応じて、得られた研磨材粒子前駆体を乾燥し、後述の焼成工程へ移行してもよい。
固液分離工程では、シェル層形成工程により得られた第3分散溶液から、シェル層4まで形成された粒子を固液分離の操作により回収し、研磨材粒子前駆体を得る。
なお、固液分離工程後、必要に応じて、得られた研磨材粒子前駆体を乾燥し、後述の焼成工程へ移行してもよい。
(v)焼成工程
焼成工程では、固液分離工程により得られた塩基性炭酸塩の研磨材粒子前駆体を、空気中若しくは酸化性雰囲気中で、400℃以上で焼成する。焼成された研磨材粒子前駆体は、酸化物となり、外側が酸化セリウムで覆われた研磨材粒子となる。
焼成工程では、固液分離工程により得られた塩基性炭酸塩の研磨材粒子前駆体を、空気中若しくは酸化性雰囲気中で、400℃以上で焼成する。焼成された研磨材粒子前駆体は、酸化物となり、外側が酸化セリウムで覆われた研磨材粒子となる。
(飽和炭化水素からなる水不溶性化合物)
本発明のCMP用研磨液は、炭素数が5〜2000の範囲内の飽和炭化水素からなる水不溶性化合物を含んで成る。本発明において、水不溶性化合物は、5〜2000の範囲内の飽和炭化水素からなる群から選ばれる少なくとも1種類の水不溶性化合物であればよい。
本発明のCMP用研磨液において、この水不溶性化合物は絶縁膜に対する研磨速度を抑制して、選択比を改良する効果を与えるものである。ここで、このような効果が得られる理由は、研磨材粒子同士の接触に起因する過度の機械的作用がこの化合物によって軽減され、被研磨面に対する応力が軽減されるためと考えられる。
なお、本発明における水不溶性化合物とは、25℃、1atmの条件下における水100gに対する溶解度が、1g未満である化合物のことをいう。
本発明のCMP用研磨液は、炭素数が5〜2000の範囲内の飽和炭化水素からなる水不溶性化合物を含んで成る。本発明において、水不溶性化合物は、5〜2000の範囲内の飽和炭化水素からなる群から選ばれる少なくとも1種類の水不溶性化合物であればよい。
本発明のCMP用研磨液において、この水不溶性化合物は絶縁膜に対する研磨速度を抑制して、選択比を改良する効果を与えるものである。ここで、このような効果が得られる理由は、研磨材粒子同士の接触に起因する過度の機械的作用がこの化合物によって軽減され、被研磨面に対する応力が軽減されるためと考えられる。
なお、本発明における水不溶性化合物とは、25℃、1atmの条件下における水100gに対する溶解度が、1g未満である化合物のことをいう。
これらの飽和炭化水素は水に不溶性であれば任意のものを用いることができるが、一般に、炭素数が5〜2000の範囲内の直鎖構造、側鎖構造又は環状構造を有する飽和炭化水素からなる群より選ばれる少なくとも1種類の化合物である。具体的には、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ヘキサデカン及びその他の飽和炭化水素、例えば流動パラフィンが挙げられる。
これらの水不溶性化合物は、任意の方法でCMP用研磨液中に添加、混合することができるが、一般に研磨液中に分散するように配合することが必要である。具体的には、水溶性溶媒中に水不溶性化合物を分散させた懸濁液の状態で研磨液中に添加、混合するか、研磨液又はその媒体に直接水不溶性化合物を添加してから分散させる。
水不溶性化合物の含有量(添加量)は、CMP用研磨液の全質量を基準にして、0.05〜10質量%の範囲内であることが好ましく、より好ましくは0.1〜5質量%の範囲内である。水不溶性化合物の添加量が、0.05質量%以上であると、絶縁膜に対する研磨抑制効果が不十分となるおそれを回避できる。また、上記水不溶性化合物の添加量が10質量%以下であると、水不溶性化合物が研磨液中に均一に分散しないおそれを回避できるため、均一な研磨状態が確保でき、ひいては、被研磨面におけるディッシングの発生を抑えることができる。
(水)
本発明の媒体は水である。水は、前記研磨材粒子及び水不溶性化合物が正確にその役割を果たせるよう、不純物を極力減らしたものであることが好ましい。すなわち、イオン交換樹脂にて不純物イオンを除去し、フィルターを通して懸濁物を除去したもの、又は蒸留水が好ましい。特に好ましいのは超純水である。なお、超純水とは、水温が25℃のとき、比抵抗が18MΩ・cm以上で、JISK0551に準じた方法で測定された全有機炭素TOCが0.05mg/L未満である水のことをいう。
本発明の媒体は水である。水は、前記研磨材粒子及び水不溶性化合物が正確にその役割を果たせるよう、不純物を極力減らしたものであることが好ましい。すなわち、イオン交換樹脂にて不純物イオンを除去し、フィルターを通して懸濁物を除去したもの、又は蒸留水が好ましい。特に好ましいのは超純水である。なお、超純水とは、水温が25℃のとき、比抵抗が18MΩ・cm以上で、JISK0551に準じた方法で測定された全有機炭素TOCが0.05mg/L未満である水のことをいう。
(CMP用研磨液)
本発明におけるCMP用研磨液は、例えば、上記の特徴を有する研磨材粒子及び水不溶性化合物を水に混合し、分散させることにより調製する。ここで、研磨材粒子の含有量に制限はないが、分散液の取り扱いやすさから0.01〜15質量%の範囲内が好ましく、0.1〜5質量%の範囲内がより好ましい。この濃度が0.01質量%以上であると、研磨速度が低下するおそれを回避でき、15質量%以下であると、研磨材粒子が凝集するおそれを回避できる。
ここで、水不溶性化合物は、前記したように、あらかじめ溶媒に分散させた分散液の状態で研磨材粒子分散液に添加することもできる。分散液は、水に水不溶性化合物及び必要に応じて乳化剤を添加したものを、高速撹拌又は超音波分散などの任意の方法で混合することにより調製される。この水不溶性化合物の分散液は、研磨直前に、研磨材粒子を直接混合してCMP用研磨液とすることもできる。
本発明におけるCMP用研磨液は、例えば、上記の特徴を有する研磨材粒子及び水不溶性化合物を水に混合し、分散させることにより調製する。ここで、研磨材粒子の含有量に制限はないが、分散液の取り扱いやすさから0.01〜15質量%の範囲内が好ましく、0.1〜5質量%の範囲内がより好ましい。この濃度が0.01質量%以上であると、研磨速度が低下するおそれを回避でき、15質量%以下であると、研磨材粒子が凝集するおそれを回避できる。
ここで、水不溶性化合物は、前記したように、あらかじめ溶媒に分散させた分散液の状態で研磨材粒子分散液に添加することもできる。分散液は、水に水不溶性化合物及び必要に応じて乳化剤を添加したものを、高速撹拌又は超音波分散などの任意の方法で混合することにより調製される。この水不溶性化合物の分散液は、研磨直前に、研磨材粒子を直接混合してCMP用研磨液とすることもできる。
本発明のCMP用研磨液は、更にpHを調整するためにpH調整剤を添加し、その他の目的で各種界面活性剤などの添加剤を適宜混合することができる。pH調整剤は、CMP用研磨液の安定性の向上、使用安全性の向上又は研磨特性の最適化のために用いられる。pHを下げるために用いるpH調整剤としては、塩酸、硝酸、硫酸及びその他の酸が挙げられる。一方、pHを上げる目的のためには、例えば水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、アンモニア、その他のアルカリが挙げられる。本発明のCMP用研磨液のpHについては、特に制限されないが、25℃において、1〜7の範囲内が好ましい。
(分散手段)
研磨材粒子を水中に分散させる方法としては、通常の撹拌機による分散処理の他にホモジナイザー、超音波分散機、湿式ボールミルなどを用いることができる。
研磨材粒子を水中に分散させる方法としては、通常の撹拌機による分散処理の他にホモジナイザー、超音波分散機、湿式ボールミルなどを用いることができる。
(研磨装置)
研磨する装置としては、半導体基板を保持するホルダーと研磨布(パッド)を貼り付けた(回転数が変更可能なモーター等を取り付けてある)定盤を有する一般的な研磨装置が使用できる。研磨布としては、一般的な不織布、発泡ポリウレタン、多孔質フッ素樹脂などが使用でき、特に制限がない。また、研磨布にはCMP用研磨液がたまるような溝加工を施すことが好ましい。研磨条件には制限はないが、定盤の回転速度は半導体基板が飛び出さないように200rpm以下の低回転が好ましく、半導体基板にかける圧力は研磨後に傷が発生しないように9.8×104Pa以下が好ましい。研磨している間、研磨布にはスラリーをポンプ等で連続的に供給する。この供給量には制限はないが、研磨布の表面が常にスラリーで覆われていることが好ましい。
研磨する装置としては、半導体基板を保持するホルダーと研磨布(パッド)を貼り付けた(回転数が変更可能なモーター等を取り付けてある)定盤を有する一般的な研磨装置が使用できる。研磨布としては、一般的な不織布、発泡ポリウレタン、多孔質フッ素樹脂などが使用でき、特に制限がない。また、研磨布にはCMP用研磨液がたまるような溝加工を施すことが好ましい。研磨条件には制限はないが、定盤の回転速度は半導体基板が飛び出さないように200rpm以下の低回転が好ましく、半導体基板にかける圧力は研磨後に傷が発生しないように9.8×104Pa以下が好ましい。研磨している間、研磨布にはスラリーをポンプ等で連続的に供給する。この供給量には制限はないが、研磨布の表面が常にスラリーで覆われていることが好ましい。
(洗浄)
研磨終了後の半導体基板は、流水中で良く洗浄後、スピンドライヤー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から乾燥させることが好ましい。
研磨終了後の半導体基板は、流水中で良く洗浄後、スピンドライヤー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から乾燥させることが好ましい。
なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例において「部」あるいは「%」の表示を用いるが、特に断りがない限り「質量部」あるいは「質量%」を表す。
≪研磨材粒子の作製≫
<研磨材粒子1の作製>
まず、0.01mol/Lのイットリウム硝酸水溶液10Lを用意し、この水溶液に、尿素が0.20mol/Lになるように添加し、十分に撹拌した後に90℃で1時間加熱撹拌した。
次いで、得られた分散溶液に、あらかじめ混合しておいた0.08mol/Lのイットリウム硝酸水溶液300mLと0.32mol/Lのセリウム硝酸水溶液300mLとの混合液を10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
次いで、得られた分散溶液に、0.4mol/Lのセリウム硝酸水溶液50mLを10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
最後に、得られた分散溶液から析出した研磨材粒子前駆体をメンブランフィルターにて分離し、600℃で焼成して研磨材粒子1を作製した。
<研磨材粒子1の作製>
まず、0.01mol/Lのイットリウム硝酸水溶液10Lを用意し、この水溶液に、尿素が0.20mol/Lになるように添加し、十分に撹拌した後に90℃で1時間加熱撹拌した。
次いで、得られた分散溶液に、あらかじめ混合しておいた0.08mol/Lのイットリウム硝酸水溶液300mLと0.32mol/Lのセリウム硝酸水溶液300mLとの混合液を10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
次いで、得られた分散溶液に、0.4mol/Lのセリウム硝酸水溶液50mLを10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
最後に、得られた分散溶液から析出した研磨材粒子前駆体をメンブランフィルターにて分離し、600℃で焼成して研磨材粒子1を作製した。
得られた研磨材粒子1は、粒子100個の走査型電子顕微鏡写真(SEM像)から、平均粒子径0.40μm、粒子径分布の変動係数11%の単分散粒子であることが確認された。なお、粒子径分布変動係数は以下の式で求めた。
変動係数(%)=(粒子径分布の標準偏差/平均粒子径)×100
変動係数(%)=(粒子径分布の標準偏差/平均粒子径)×100
また、研磨材粒子1を日立ハイテクノロジーズ製集束イオンビーム加工観察装置(FB−2000A)により断面加工を行い、粒子中心付近を通る面を切り出した。切断面より、日立ハイテクノロジーズ製STEM−EDX(HD−2000)を使用して元素分析を行い、粒子組成の分布評価を行った結果、研磨材粒子1は3層構造であり、研磨材粒子の断面において、粒径0.3μmの酸化イットリウムのコア層、層厚0.04μmの中間層(酸化イットリウム:酸化セリウム=1:4)、最表面に層厚0.01μmの酸化セリウムのシェル層が形成されていることがわかった。
<研磨材粒子2の作製>
まず、0.05mol/Lのイットリウム硝酸水溶液10Lを用意し、この水溶液に、尿素が1.0mol/Lになるように添加し、十分に撹拌した後に90℃で1時間加熱撹拌した。
次いで、得られた分散溶液に、あらかじめ混合しておいた0.08mol/Lのイットリウム硝酸水溶液300mLと0.32mol/Lのセリウム硝酸水溶液300mLとの混合液を10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
次いで、得られた分散溶液に、0.4mol/Lのセリウム硝酸水溶液50mLを10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
最後に、得られた分散溶液から析出した研磨材粒子前駆体をメンブランフィルターにて分離し、600℃で焼成して研磨材粒子2を作製した。
まず、0.05mol/Lのイットリウム硝酸水溶液10Lを用意し、この水溶液に、尿素が1.0mol/Lになるように添加し、十分に撹拌した後に90℃で1時間加熱撹拌した。
次いで、得られた分散溶液に、あらかじめ混合しておいた0.08mol/Lのイットリウム硝酸水溶液300mLと0.32mol/Lのセリウム硝酸水溶液300mLとの混合液を10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
次いで、得られた分散溶液に、0.4mol/Lのセリウム硝酸水溶液50mLを10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
最後に、得られた分散溶液から析出した研磨材粒子前駆体をメンブランフィルターにて分離し、600℃で焼成して研磨材粒子2を作製した。
研磨材粒子1と同様に、研磨材粒子2の粒子径及び元素分析の評価を行った結果、研磨材粒子2は、平均粒子径0.62μm、変動係数14%の単分散粒子であり、粒径0.57μmのコア層(酸化イットリウム)、層厚0.02μmの中間層(酸化イットリウム:酸化セリウム=1:4)、層厚0.005μmのシェル層(酸化セリウム)の3層構造であった。
<研磨材粒子3の作製>
まず、0.1mol/Lのイットリウム硝酸水溶液10Lを用意し、この水溶液に、尿素が2.0mol/Lになるように添加し、十分に撹拌した後に90℃で1時間加熱撹拌した。
次いで、得られた分散溶液に、あらかじめ混合しておいた0.08mol/Lのイットリウム硝酸水溶液300mLと0.32mol/Lのセリウム硝酸水溶液300mLとの混合液を10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
次いで、得られた分散溶液に、0.4mol/Lのセリウム硝酸水溶液50mLを10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
最後に、得られた分散溶液から析出した研磨材粒子前駆体をメンブランフィルターにて分離し、600℃で焼成して研磨材粒子3を作製した。
まず、0.1mol/Lのイットリウム硝酸水溶液10Lを用意し、この水溶液に、尿素が2.0mol/Lになるように添加し、十分に撹拌した後に90℃で1時間加熱撹拌した。
次いで、得られた分散溶液に、あらかじめ混合しておいた0.08mol/Lのイットリウム硝酸水溶液300mLと0.32mol/Lのセリウム硝酸水溶液300mLとの混合液を10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
次いで、得られた分散溶液に、0.4mol/Lのセリウム硝酸水溶液50mLを10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
最後に、得られた分散溶液から析出した研磨材粒子前駆体をメンブランフィルターにて分離し、600℃で焼成して研磨材粒子3を作製した。
研磨材粒子1と同様に、研磨材粒子3の粒子径及び元素分析の評価を行った結果、研磨材粒子3は、平均粒子径0.75μm、変動係数19%の単分散粒子であり、粒径0.72μmのコア層(酸化イットリウム)、層厚0.01μmの中間層(酸化イットリウム:酸化セリウム=1:4)、層厚0.005μmのシェル層(酸化セリウム)の3層構造であった。
<研磨材粒子4の作製>
まず、0.01mol/Lのイットリウム硝酸水溶液10Lを用意し、この水溶液に、尿素が0.20mol/Lになるように添加し、十分に撹拌した後に90℃で1時間加熱撹拌した。
次いで、得られた分散溶液に、0.4mol/Lのイットリウム硝酸水溶液300mLを(10−0.16t)mL/minの添加速度で、0.4mol/Lのセリウム硝酸水溶液300mLを(0.16t)mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。ただし、tは時間(分)を表す。
次いで、得られた分散溶液に、0.4mol/Lのセリウム硝酸水溶液50mLを10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
最後に、得られた分散溶液から析出した研磨材粒子前駆体をメンブランフィルターにて分離し、600℃で焼成して研磨材粒子4を作製した。
なお、研磨材粒子4の中間層における酸化セリウム含有量は、コア層側からシェル層側に向かって、一定の濃度勾配で増加していた。
まず、0.01mol/Lのイットリウム硝酸水溶液10Lを用意し、この水溶液に、尿素が0.20mol/Lになるように添加し、十分に撹拌した後に90℃で1時間加熱撹拌した。
次いで、得られた分散溶液に、0.4mol/Lのイットリウム硝酸水溶液300mLを(10−0.16t)mL/minの添加速度で、0.4mol/Lのセリウム硝酸水溶液300mLを(0.16t)mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。ただし、tは時間(分)を表す。
次いで、得られた分散溶液に、0.4mol/Lのセリウム硝酸水溶液50mLを10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
最後に、得られた分散溶液から析出した研磨材粒子前駆体をメンブランフィルターにて分離し、600℃で焼成して研磨材粒子4を作製した。
なお、研磨材粒子4の中間層における酸化セリウム含有量は、コア層側からシェル層側に向かって、一定の濃度勾配で増加していた。
研磨材粒子1と同様に、研磨材粒子4の粒子径及び元素分析の評価を行った結果、研磨材粒子4は、平均粒子径0.37μm、変動係数15%の単分散粒子であり、粒径0.24μmのコア層(酸化イットリウム)、層厚0.06μmの中間層(酸化イットリウム:酸化セリウム=1:1)、層厚0.005μmのシェル層(酸化セリウム)の3層構造であった。
<研磨材粒子5の作製>
まず、0.005mol/Lのイットリウムと0.005mol/Lのセリウムとを含む硝酸水溶液10Lを用意し、尿素が0.20mol/Lになるように添加し、十分に撹拌した後に90℃で1時間加熱撹拌した。
次いで、得られた分散溶液に、あらかじめ混合しておいた0.08mol/Lのイットリウム硝酸水溶液600mLと0.32mol/Lのセリウム硝酸水溶液600mLとの混合液を10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
次いで、得られた分散溶液に、0.4mol/Lのセリウム硝酸水溶液50mLを10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
最後に、得られた分散溶液から析出した研磨材粒子前駆体をメンブランフィルターにて分離し、600℃で焼成して研磨材粒子5を作製した。
まず、0.005mol/Lのイットリウムと0.005mol/Lのセリウムとを含む硝酸水溶液10Lを用意し、尿素が0.20mol/Lになるように添加し、十分に撹拌した後に90℃で1時間加熱撹拌した。
次いで、得られた分散溶液に、あらかじめ混合しておいた0.08mol/Lのイットリウム硝酸水溶液600mLと0.32mol/Lのセリウム硝酸水溶液600mLとの混合液を10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
次いで、得られた分散溶液に、0.4mol/Lのセリウム硝酸水溶液50mLを10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
最後に、得られた分散溶液から析出した研磨材粒子前駆体をメンブランフィルターにて分離し、600℃で焼成して研磨材粒子5を作製した。
研磨材粒子1と同様に、研磨材粒子5の粒子径及び元素分析の評価を行った結果、研磨材粒子5は、平均粒子径0.38μm、変動係数19%の単分散粒子であり、中心部に酸化イットリウムと酸化セリウムとが混在した、粒径0.31μmの複合層と、層厚0.035μmのシェル層(酸化セリウム)とからなる2層構造であった。なお、複合層における、直径0.25〜0.31μmの範囲内の領域には、中心部に比べてセリウム比の高い領域が存在していた。
<研磨材粒子6の作製>
まず、0.01mol/Lのイットリウム硝酸水溶液10Lを用意し、この水溶液に、尿素が0.20mol/Lになるように添加し、十分に撹拌した後に90℃で1時間加熱撹拌した。
次いで、得られた分散溶液に、0.40mol/Lのイットリウム硝酸水溶液600mLを10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
次いで、得られた分散溶液に、0.4mol/Lのセリウム硝酸水溶液50mLを10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
最後に、得られた分散溶液から析出した研磨材粒子前駆体をメンブランフィルターにて分離し、600℃で焼成して研磨材粒子6を作製した。
まず、0.01mol/Lのイットリウム硝酸水溶液10Lを用意し、この水溶液に、尿素が0.20mol/Lになるように添加し、十分に撹拌した後に90℃で1時間加熱撹拌した。
次いで、得られた分散溶液に、0.40mol/Lのイットリウム硝酸水溶液600mLを10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
次いで、得られた分散溶液に、0.4mol/Lのセリウム硝酸水溶液50mLを10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
最後に、得られた分散溶液から析出した研磨材粒子前駆体をメンブランフィルターにて分離し、600℃で焼成して研磨材粒子6を作製した。
研磨材粒子1と同様に、研磨材粒子6の粒子径及び元素分析の評価を行った結果、研磨材粒子6は、平均粒子径0.45μm、変動係数15%の単分散粒子であり、粒径0.43μmのコア層(酸化イットリウム)、層厚0.01μmのシェル層(酸化セリウム)の2層構造であった。
<研磨材粒子7の作製>
まず、水10Lを用意し、尿素が0.20mol/Lになるように添加し、十分に撹拌した後に90℃になるまで加熱撹拌した。
次いで、得られた分散溶液に、あらかじめ混合しておいた0.08mol/Lのイットリウム硝酸水溶液600mLと0.32mol/Lのセリウム硝酸水溶液600mLとの混合液を10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
最後に、得られた分散溶液から析出した研磨材粒子前駆体をメンブランフィルターにて分離し、600℃で焼成して研磨材粒子7を作製した。
まず、水10Lを用意し、尿素が0.20mol/Lになるように添加し、十分に撹拌した後に90℃になるまで加熱撹拌した。
次いで、得られた分散溶液に、あらかじめ混合しておいた0.08mol/Lのイットリウム硝酸水溶液600mLと0.32mol/Lのセリウム硝酸水溶液600mLとの混合液を10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
最後に、得られた分散溶液から析出した研磨材粒子前駆体をメンブランフィルターにて分離し、600℃で焼成して研磨材粒子7を作製した。
研磨材粒子1と同様に、研磨材粒子7の粒子径及び元素分析の評価を行った結果、研磨材粒子7は、平均粒子径0.40μm、変動係数13%の単分散粒子であり、酸化イットリウム:酸化セリウム=1:4の1層構造であった。
<研磨材粒子8の作製>
炭酸セリウム水和物2kgを白金製容器に入れ、800℃で2時間、空気中で焼成することにより、黄白色の粉末を約1kg得た。この粉末をX線回折法で相同定を行ったところ、酸化セリウムであることを確認した。この酸化セリウム粉末1kgを、ジェットミルを用いて乾式粉砕して、研磨材粒子8を作製した。
炭酸セリウム水和物2kgを白金製容器に入れ、800℃で2時間、空気中で焼成することにより、黄白色の粉末を約1kg得た。この粉末をX線回折法で相同定を行ったところ、酸化セリウムであることを確認した。この酸化セリウム粉末1kgを、ジェットミルを用いて乾式粉砕して、研磨材粒子8を作製した。
研磨材粒子8は、粒径1〜3μmの範囲内の大きな多結晶粒子と、粒径0.5〜1μmの範囲内の多結晶粒子が混在した多分散粒子の酸化セリウム1層構造であった。
(CMP用研磨液の調製)
研磨材粒子の種類及び添加量並びに水不溶性化合物の種類及び添加量(含有量)を表1に示すとおりで混合し、撹拌をしながら超音波分散を行い、CMP用研磨液101〜141を調製した。超音波周波数は40kHzで、分散時間10分で分散を実施した。
研磨材粒子の種類及び添加量並びに水不溶性化合物の種類及び添加量(含有量)を表1に示すとおりで混合し、撹拌をしながら超音波分散を行い、CMP用研磨液101〜141を調製した。超音波周波数は40kHzで、分散時間10分で分散を実施した。
(評価用基板の作製)
基板1:CVD法で作製した厚さ1000nmのタングステン膜(金属膜)を形成した6インチ(150mm)シリコンウェハー
基板2:熱酸化法で作製した厚さ900nmの二酸化ケイ素膜(絶縁膜)を形成した6インチ(150mm)シリコンウェハー
基板3:二酸化ケイ素膜中に幅100μm及び深さ0.5μmの配線溝(凹部)と、幅100μmの絶縁膜部(凸部)とが交互に並んだストライプ状のパターン部を形成し、次に公知のスパッタ法によってバリア金属膜として厚さ30nmの窒化チタン膜を形成し、さらに同様にスパッタ法により配線金属であるタングステン膜(金属配線層)を1.0μm形成して公知の熱処理によって埋め込んだ6インチ(150mm)シリコンウェハー
基板1:CVD法で作製した厚さ1000nmのタングステン膜(金属膜)を形成した6インチ(150mm)シリコンウェハー
基板2:熱酸化法で作製した厚さ900nmの二酸化ケイ素膜(絶縁膜)を形成した6インチ(150mm)シリコンウェハー
基板3:二酸化ケイ素膜中に幅100μm及び深さ0.5μmの配線溝(凹部)と、幅100μmの絶縁膜部(凸部)とが交互に並んだストライプ状のパターン部を形成し、次に公知のスパッタ法によってバリア金属膜として厚さ30nmの窒化チタン膜を形成し、さらに同様にスパッタ法により配線金属であるタングステン膜(金属配線層)を1.0μm形成して公知の熱処理によって埋め込んだ6インチ(150mm)シリコンウェハー
(研磨速度の評価)
研磨装置として、ロジテック社製の研磨装置「PM5」を用い、この定盤上に2層タイプの半導体装置研磨用パッド(ニッタ・ハース(株)製;製品名「IC1000(登録商標)/Suba(登録商標)400」)を貼り付けた。次いで、定盤上方に配設された基板取り付け用の吸着パッドを取り付けたホルダーに、基板1をタングステン膜が定盤側となるようにセットし、この上に研磨圧力が4.8×104Paとなるように重りをのせた。定盤上に、上記のCMP用研磨液を50ml/minの速度で滴下しながら、定盤を40rpmで3分間回転させ、タングステン膜(表2におけるW膜)を研磨した。
研磨後、ウェハーをホルダーから取り外して、流水でよく洗浄後、超音波洗浄機により更に20分間洗浄した。洗浄後、スピンドライヤーで水滴を除去し、120℃の乾燥機で10分間乾燥させた。光干渉式膜厚測定装置((株)チノー製:製品名「IRM8599B」)を用いて、研磨前後の膜厚変化を測定し、タングステン膜(W膜)の研磨速度を計算した。
結果を表2に示す。
研磨装置として、ロジテック社製の研磨装置「PM5」を用い、この定盤上に2層タイプの半導体装置研磨用パッド(ニッタ・ハース(株)製;製品名「IC1000(登録商標)/Suba(登録商標)400」)を貼り付けた。次いで、定盤上方に配設された基板取り付け用の吸着パッドを取り付けたホルダーに、基板1をタングステン膜が定盤側となるようにセットし、この上に研磨圧力が4.8×104Paとなるように重りをのせた。定盤上に、上記のCMP用研磨液を50ml/minの速度で滴下しながら、定盤を40rpmで3分間回転させ、タングステン膜(表2におけるW膜)を研磨した。
研磨後、ウェハーをホルダーから取り外して、流水でよく洗浄後、超音波洗浄機により更に20分間洗浄した。洗浄後、スピンドライヤーで水滴を除去し、120℃の乾燥機で10分間乾燥させた。光干渉式膜厚測定装置((株)チノー製:製品名「IRM8599B」)を用いて、研磨前後の膜厚変化を測定し、タングステン膜(W膜)の研磨速度を計算した。
結果を表2に示す。
同様にして、基板1の代わりに基板2を同じ条件で研磨し、研磨前後の膜厚変化を測定し、二酸化ケイ素膜(SiO2膜)の研磨速度を計算した。また、膜厚測定の結果から、基板1及び基板2ともに、ウェハー全面にわたって均一の厚さになっていることがわかった。
結果を表2に示す。
結果を表2に示す。
また、上述のようにして計算したW膜及びSiO2膜の研磨速度から、選択比(W膜の研磨速度/SiO2膜の研磨速度)を計算した。
結果を表2に示す。
結果を表2に示す。
(ディッシングの評価)
各CMP用研磨液を用いて基板3を上記と同様の研磨条件で、基板表面全面で、パターンの凸部の二酸化ケイ素膜が露出するまで研磨を行った。そして触針式段差計(株式会社アルバック製、Dektak V−200Si)を用いて、配線金属部幅100μm、絶縁膜部幅100μmが交互に並んだストライプ状のパターン部の研磨後の表面形状を測定し、絶縁膜部に対する配線金属部の膜減り量であるディッシング量(Å)を求めた。
結果を表2に示す。
各CMP用研磨液を用いて基板3を上記と同様の研磨条件で、基板表面全面で、パターンの凸部の二酸化ケイ素膜が露出するまで研磨を行った。そして触針式段差計(株式会社アルバック製、Dektak V−200Si)を用いて、配線金属部幅100μm、絶縁膜部幅100μmが交互に並んだストライプ状のパターン部の研磨後の表面形状を測定し、絶縁膜部に対する配線金属部の膜減り量であるディッシング量(Å)を求めた。
結果を表2に示す。
(まとめ)
表2に示した結果より、CMP用研磨液101〜130(本発明)までは、CMP用研磨液131〜141(比較例)までに比べて、選択比及びディッシング量の点で良好なことが認められた。
表2に示した結果より、CMP用研磨液101〜130(本発明)までは、CMP用研磨液131〜141(比較例)までに比べて、選択比及びディッシング量の点で良好なことが認められた。
2 コア層
4 シェル層
6 中間層
8 複合層
10、20 研磨材粒子
4 シェル層
6 中間層
8 複合層
10、20 研磨材粒子
Claims (4)
- 下記の成分(A)〜(C)までを含んでなることを特徴とするCMP用研磨液。
(A)コア層及びシェル層からなるコア・シェル構造を有する研磨材粒子であって、前記コア層には、アルミニウム(Al)、スカンジウム(Sc)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、ジルコニウム(Zr)、インジウム(In)、スズ(Sn)、イットリウム(Y)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)、タングステン(W)、ビスマス(Bi)、トリウム(Th)及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種類の元素の酸化物が含有され、かつ、前記シェル層には、酸化セリウムが含有されている研磨材粒子、
(B)炭素数が5〜2000の範囲内の飽和炭化水素からなる水不溶性化合物、及び
(C)水。 - 前記水不溶性化合物が、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン及びヘキサデカンからなる群より選ばれる少なくとも1種類の化合物であることを特徴とする請求項1に記載のCMP用研磨液。
- 前記水不溶性化合物の含有量が、前記CMP用研磨液の全質量を基準として0.05〜10質量%の範囲内であることを特徴とする請求項1及び請求項2に記載のCMP用研磨液。
- 前記研磨材粒子が、前記コア層と前記シェル層との間に中間層を更に有し、かつ、
前記中間層には、アルミニウム(Al)、スカンジウム(Sc)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、ジルコニウム(Zr)、インジウム(In)、スズ(Sn)、イットリウム(Y)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)、タングステン(W)、ビスマス(Bi)、トリウム(Th)及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種類の元素の酸化物と、酸化セリウムとが含有されていることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載のCMP用研磨液。
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Cited By (1)
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WO2021235054A1 (ja) * | 2020-05-21 | 2021-11-25 | 信越化学工業株式会社 | 合成石英ガラス基板用の研磨剤及びその研磨剤の製造方法、及び合成石英ガラス基板の研磨方法 |
-
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WO2021235054A1 (ja) * | 2020-05-21 | 2021-11-25 | 信越化学工業株式会社 | 合成石英ガラス基板用の研磨剤及びその研磨剤の製造方法、及び合成石英ガラス基板の研磨方法 |
JP2021183655A (ja) * | 2020-05-21 | 2021-12-02 | 信越化学工業株式会社 | 合成石英ガラス基板用の研磨剤及びその研磨剤の製造方法、及び合成石英ガラス基板の研磨方法 |
CN115605554A (zh) * | 2020-05-21 | 2023-01-13 | 信越化学工业株式会社(Jp) | 合成石英玻璃基板用的抛光剂及该抛光剂的制备方法、以及合成石英玻璃基板的抛光方法 |
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