JP2015120846A - 研磨剤および研磨方法 - Google Patents

研磨剤および研磨方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2015120846A
JP2015120846A JP2013266115A JP2013266115A JP2015120846A JP 2015120846 A JP2015120846 A JP 2015120846A JP 2013266115 A JP2013266115 A JP 2013266115A JP 2013266115 A JP2013266115 A JP 2013266115A JP 2015120846 A JP2015120846 A JP 2015120846A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
polishing
abrasive
group
cerium oxide
acid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2013266115A
Other languages
English (en)
Inventor
喜則 金
Yoshinori Kin
喜則 金
良治 天野
Yoshiharu Amano
良治 天野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Glass Co Ltd filed Critical Asahi Glass Co Ltd
Priority to JP2013266115A priority Critical patent/JP2015120846A/ja
Publication of JP2015120846A publication Critical patent/JP2015120846A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

【課題】酸化ケイ素膜に対する十分に高い研磨速度を維持しながら、窒化ケイ素膜に対する研磨速度を低く抑え、高い選択比を達成することができる研磨剤、および研磨方法を提供する。
【解決手段】本発明は、酸化セリウム粒子と、水と、特定のモノカルボン酸および/またはその塩を含有し、pHが3.5以上7以下である研磨剤である。前記モノカルボン酸としては、レブリン酸、N−アセチルグリシン、アセチルグリコール酸等を挙げることができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、研磨剤および研磨方法に係り、特に、半導体集積回路の製造における化学的機械的研磨のための研磨剤と、その研磨剤を用いた研磨方法に関する。
近年、半導体集積回路の高集積化や高機能化に伴い、半導体素子の微細化および高密度化のための微細加工技術の開発が進められている。従来から、半導体集積回路装置(以下、半導体デバイスともいう。)の製造においては、層表面の凹凸(段差)がリソグラフィの焦点深度を越えて十分な解像度が得られなくなるなどの問題を防ぐため、化学的機械的研磨法(Chemical Mechanical Polishing:以下CMPという。)を用いて、層間絶縁膜や埋め込み配線等を平坦化することが行われているが、素子の高精細化や微細化の要求が厳しくなるにしたがって、CMPによる高平坦化の重要性はますます増大している。
また近年、半導体デバイスの製造において、半導体素子のより高度な微細化を進めるために、素子分離幅の小さいシャロートレンチによる分離法(Shallow Trench Isolation:以下、STIという。)が導入されている。
STIは、シリコン基板にトレンチ(溝)を形成し、トレンチ内に絶縁膜を埋め込むことで、電気的に絶縁された素子領域を形成する手法である。STIにおいては、まず図1(a)に示すように、シリコン基板1の素子領域を窒化ケイ素膜2等でマスクした後、シリコン基板1にトレンチ3を形成し、トレンチ3を埋めるように二酸化ケイ素膜4等の絶縁膜を堆積する。次いで、CMPによって、凹部であるトレンチ3内の二酸化ケイ素膜4を残しながら、凸部である窒化ケイ素膜2上の二酸化ケイ素膜4を研磨し除去することで、図1(b)に示すように、トレンチ3内に二酸化ケイ素膜4が埋め込まれた素子分離構造が得られる。
このようなSTIにおけるCMPでは、二酸化ケイ素膜と窒化ケイ素膜との選択比(二酸化ケイ素膜の研磨速度と窒化ケイ素膜の研磨速度との比を意味する。以下、単に選択比ともいう。)を高くすることで、窒化ケイ素膜が露出した時点で研磨の進行を停止させることができる。このように窒化ケイ素膜をストッパー膜として用いる研磨方法では、通常の研磨方法と比べて、より平滑な面を得ることができる。
このように、近年のCMP技術では、コスト面から二酸化ケイ素膜に対する高い研磨速度が要求されるのみならず、前記した選択比の高さが重要な要素として挙げられる。しかしながら、従来からのシリカ砥粒による研磨では、シリカの高い硬度による物理的研磨の側面が大きく、化学的研磨特性の寄与が大きい選択比の制御は、十分に行うことができなかった。そのため、特に高い選択比を要求されるCMPでは、砥粒として酸化セリウム粒子が用いられている。酸化セリウム粒子は、シリカ粒子と比べて硬度が低いため、研磨の際にキズ(以下、研磨キズという。)をつけにくく、また酸化ケイ素に対して特異的に高い研磨速度を有することも知られている。
砥粒として酸化セリウム粒子を含有する研磨剤の研磨特性をさらに改善する方法が提案されている。特許文献1には、アニリン等のアリールアミン、イミダゾール、キノリン等の複素環式アミン、アスパラギン酸のようなアミノカルボン酸、シクロヘキサンカルボン酸、シクロヘキシル酢酸等の環状モノカルボン酸;およびこれらの塩からなる群より選択され、pKa4〜9の添加剤を含有させた研磨剤が提案されている。
また、特許文献2には、酸化セリウム砥粒、水、および水溶性有機高分子、もしくは陰イオン性界面活性剤を含む半導体用研磨剤が提案されている。そして、ポリアクリル酸アンモニウムを含有することが記載されている。
しかしながら、特許文献1、2に示された研磨剤では、いずれも、二酸化ケイ素膜に対する十分に高い研磨速度を維持しながら、窒化ケイ素膜に対する研磨速度を低く抑え、高い選択比を達成することが困難であった。
すなわち、特許文献1に記載された研磨剤のうちで、例えば、添加剤として、分子中に六員環を有するカルボン酸であるシクロヘキサンカルボン酸を含有する研磨剤においては、二酸化ケイ素膜と窒素ケイ素膜との選択比はある程度高い値が確保されても、二酸化ケイ素膜の研磨速度が十分ではなかった。特に近年は、研磨キズの抑制の観点から、酸化セリウム粒子の粒子径を小さくし、かつ硬度の低い研磨パッドを使用する傾向にあるため、研磨速度が不足する傾向はますます顕著になってきている。さらに、特許文献1の研磨剤では、添加剤の種類によっては、砥粒である酸化セリウム粒子の分散安定性の確保が困難であるばかりでなく、例えば、添加剤として前記シクロヘキサンカルボン酸を含有する研磨剤では、シクロヘキサンカルボン酸の親水性が低いため、水系の研磨剤としての取扱いが難しいという問題があった。
さらに、特許文献2に記載された研磨剤でも、二酸化ケイ素膜に対する十分に高い研磨速度を維持しながら、窒化ケイ素膜に対する研磨速度を低く抑え、高い選択比を達成することが難しかった。
特許第4927526号公報 国際公開2004−010487号公報
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、二酸化ケイ素膜のような酸化ケイ素膜に対する十分に高い研磨速度を維持しながら、窒化ケイ素膜に対する研磨速度を低く抑え、高い選択比を達成することができる研磨剤、および研磨方法を提供することを目的とする。
本発明の研磨剤は、酸化セリウム粒子と、水と、下記一般式(1)で示されるモノカルボン酸および/またはその塩を含有し、pHが3.5以上7以下であることを特徴とする。
Figure 2015120846
…(1)
(上記式(1)中、Xは、酸素原子、メチレン基、アミノ基またはこれらの誘導体である。)
本発明の研磨剤は、前記モノカルボン酸において、Xは、下記一般式(2)または(3)で示される基であることが好ましい。
−CR− …(2)
−NR− …(3)
(上記式(2)および式(3)において、R、RおよびRはそれぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、メチル基、エチル基、メトキシ基、エトキシ基または水酸基である。)
また、本発明の研磨剤において、前記モノカルボン酸は、レブリン酸、N−アセチルグリシン、アセチルグリコール酸からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物であることが好ましい。
また、本発明の研磨剤において、前記モノカルボン酸および/またはその塩の含有量は0.001質量%以上1.0質量%以下であることが好ましい。また、前記酸化セリウム粒子の含有量は0.05質量%以上5質量%以下であることが好ましい。
本発明の研磨方法は、研磨剤を供給しながら被研磨面と研磨パッドを接触させ、両者の相対運動により研磨を行う研磨方法において、前記研磨剤として本発明の研磨剤を使用し、半導体基板の酸化ケイ素からなる面を含む被研磨面を研磨することを特徴とする。
なお、本発明において、「被研磨面」とは、研磨対象物の研磨される面であり、例えば表面を意味する。本明細書においては、半導体デバイスを製造する過程で半導体基板に現れる中間段階の表面も、「被研磨面」に含まれる。
さらに、本発明において、「酸化ケイ素」は具体的には二酸化ケイ素であるが、それに限定されず、二酸化ケイ素以外のケイ素酸化物も含むものとする。
本発明の研磨剤および研磨方法によれば、例えば、酸化ケイ素からなる面を含む被研磨面のCMPにおいて、酸化ケイ素膜に対する十分に高い研磨速度を維持しながら、窒化ケイ素膜に対する研磨速度を低く抑え、酸化ケイ素と窒化ケイ素との高い選択比を達成することができる。
STIにおいて、CMPにより研磨する方法を示す半導体基板の断面図である。 本発明の研磨方法に使用可能な研磨装置の一例を示す図である。
以下、本発明の実施形態について説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に合致する限り、他の実施の形態も本発明の範疇に属し得る。
<研磨剤>
本発明の研磨剤は、酸化セリウム粒子と、水と、下記一般式(1)で示されるモノカルボン酸(以下、モノカルボン酸(A)という。)および/またはその塩を含有する。そして、この研磨剤のpHは、3.5以上7以下の範囲に調整されている。
Figure 2015120846
…(1)
本発明の研磨剤を、例えば、STIにおける酸化ケイ素膜(例えば、二酸化ケイ素膜)を含む被研磨面のCMPに使用した場合、酸化ケイ素膜に対して高い研磨速度を有するうえに、窒化ケイ素膜に対する研磨速度が十分に低く、酸化ケイ素膜と窒化ケイ素膜との高い選択比を達成することができる。
本発明の研磨剤が、このように優れた研磨特性を発揮する詳細な機構については不明であるが、本発明の研磨剤に含有されるモノカルボン酸(A)および/またはその塩の有するカルボキシル基が、pH3.5以上7以下の領域において、酸化セリウム粒子の表面に特異的に吸着することに起因すると考えられる。そのような吸着により、酸化セリウム粒子の表面状態の改質がなされる結果、二酸化ケイ素膜のような酸化ケイ素膜に対する研磨速度が向上したのではないかと推察される。また、モノカルボン酸(A)はγ位にカルボニル基を有しているため、吸着後の酸化セリウム粒子表面に適度な極性を与えることで粒子表面の改質の効果が最適化され、酸化セリウム粒子の分散性を損なうことなく、酸化ケイ素膜に対する高い研磨速度と、酸化ケイ素膜と窒化ケイ素膜との高い選択比の両方が得られるものと考えられる。
以下、本発明の研磨剤に含有される各成分、および液のpHについて説明する。
(酸化セリウム粒子)
本発明の研磨剤において、含有される酸化セリウム粒子は特に限定されないが、例えば、特開平11−12561号公報や特開2001−35818号公報に記載された方法で製造された酸化セリウム粒子が使用できる。すなわち、硝酸セリウム(IV)アンモニウム水溶液にアルカリを加えて水酸化セリウムゲルを作製し、これをろ過、洗浄、焼成して得られた酸化セリウム粒子、または高純度の炭酸セリウムを粉砕後焼成し、さらに粉砕、分級して得られた酸化セリウム粒子を使用できる。また、特表2010−505735号に記載されているように、液中でセリウム(III)塩を化学的に酸化したものも使用できる。
酸化セリウム粒子の平均粒子径は、0.001μm以上0.5μm以下が好ましく、特に0.03μm以上0.3μm以下が好ましい。平均粒子径が0.5μmを超えると、被研磨面にスクラッチ等の研磨キズが発生するおそれがある。また、平均粒子径が0.001μm未満であると、小さすぎると、研磨速度が低下するおそれがあるばかりでなく、単位体積あたりの表面積の割合が大きいため、表面状態の影響を受けやすく、pHや添加剤の濃度等の条件によっては凝集しやすくなる。
平均粒子径の測定には、レーザー回折・散乱式、動的光散乱式、光子相関式などの粒度分布計を使用することができる。粒子径がある程度大きく沈降しやすい場合には、レーザー回折・散乱式の粒度分布計が好ましい。なお、上記範囲はレーザー回折・散乱式の粒度分布計を用いて測定した場合の好ましい範囲であるが、動的光散乱式あるいは光子相関式の測定による好ましい範囲も同じである。
酸化セリウム粒子の含有割合(濃度)は、研磨剤の全質量に対して0.05質量%以上5.0質量%以下が好ましく、特に好ましい範囲は0.1質量%以上2.0質量%以下である。酸化セリウム粒子の含有量が0.05質量%以上5.0質量%以下の場合には、酸化ケイ素膜に対して十分に高い研磨速度が得られる。また、研磨剤の粘度も高すぎることがなく、研磨剤としての取扱いが良好である。
酸化セリウム粒子は、事前に媒体に分散してある状態のもの(以下、酸化セリウム分散液という。)を使用してもよい。媒体としては、水が好ましく使用できる。酸化セリウム分散液には、より安定な分散状態を得るための分散剤を含んでいてもよい。分散剤としては、無機酸、無機酸塩、有機酸、有機酸塩、または陰イオン性、陽イオン性、ノニオン性、両性の界面活性剤、または陰イオン性ポリマー、陽イオン性ポリマー、ノニオン性ポリマーなどが挙げられ、これらの1種または2種以上を含有させることができる。
酸化セリウム分散液の調製には、超音波分散機や湿式ジェットミル、キャビテーションミルなどを用いることができる。超音波分散機は、超音波のエネルギーにより凝集体をほぐして、砥粒である酸化セリウム粒子を水中に分散させる装置であり、例えば、日本精機製作所社製超音波ホモジナイザーUSシリーズ等が挙げられる。湿式ジェットミルは、砥粒同士を衝突させ、衝突の運動エネルギーにより凝集体をほぐして砥粒を水中に分散させる装置であり、例えば、スギノマシン社製スターバースト等が挙げられる。キャビテーションミルは、高速剪断力、キャビテーション等の作用により砥粒を水中に分散させる装置であり、例えば、吉田機械興業社製ナノヴェイタ等が挙げられる。
(水)
本発明の研磨剤には、酸化セリウム粒子を分散させる媒体として、水が含有される。水の含有量は研磨剤全体の50質量%以上99.9質量%以下が好ましく、80質量%以上99.9質量%以下がさらに好ましく、90質量%以上99質量%以下が特に好ましい。水の種類については特に制限はないものの、他の成分への影響、不純物の混入の防止、pH等への影響を考慮して、純水、超純水、イオン交換水等を用いることが好ましい。
(モノカルボン酸(A)および/またはその塩)
本発明の研磨剤には、下記式(1)で示されるモノカルボン酸(A)および/またはモノカルボン酸(A)の塩が含有される。
Figure 2015120846
…(1)
(上記式(1)中、Xは、酸素原子、メチレン基、アミノ基またはこれらの誘導体である。)
Xがメチレン基またはメチレン基の誘導体である場合には、Xは、下記一般式(2)で表すことができる。
−CR− …(2)
上記式(2)中、RおよびRはそれぞれ独立して、水素原子または置換されていてもよい低級アルキル基である。R、Rは、低級アルキル基である場合には、その炭素数が大きすぎるとモノカルボン酸(A)の水溶性が著しく低下する。そのため、モノカルボン酸(A)の水溶性と、酸化ケイ素膜の研磨速度および選択比の向上の点から、RおよびRはそれぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、メチル基、エチル基、メトキシ基、エトキシ基および水酸基から選ばれる1基であることが好ましく、水素原子またはメチル基であることがより好ましい。RおよびRは、互いに同一であってもよく、異なっていてもよい。
Xがアミノ基またはアミノ基の誘導体である場合には、Xは、下記一般式(3)で表わすことができる。
−NR− …(3)
上記式(3)中、Rは、水素原子または置換されていてもよい低級アルキル基である。上記と同様に、水溶性の観点と、酸化ケイ素膜の研磨速度および選択比の向上の点から、Rは、水素原子、ハロゲン原子、メチル基、エチル基、メトキシ基、エトキシ基および水酸基から選ばれる1基であることが好ましい。
二酸化ケイ素膜のような酸化ケイ素膜の研磨速度および選択比の向上の点で、前記モノカルボン酸(A)は、Xがメチレン基であるレブリン酸、Xが(−NH−)基であるN−アセチルグリシン、Xが酸素原子であるアセチルグリコール酸からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物であることが好ましい。
さらに、このようなモノカルボン酸(A)の塩としては、モノカルボン酸(A)のカルボキシル基がアンモニウム塩、4級アンモニウム塩や、カリウム塩のようなアルカリ金属塩、カルシウム塩、マグネシウム塩、バリウム塩のようなアルカリ土類金属塩を形成したモノカルボン酸塩が挙げられる。
研磨剤にこのようなモノカルボン酸(A)および/またはその塩を含有させることで、砥粒である酸化セリウム粒子の表面状態が改善され、酸化ケイ素膜(例えば、二酸化ケイ素膜)に対する研磨速度の向上、および酸化ケイ素膜と窒化ケイ素膜との選択比の向上が達成される。
前記モノカルボン酸(A)および/またはその塩の含有量(濃度)は、研磨剤全体の0.001質量%以上1.0質量%以下であることが好ましい。含有量が前記範囲の場合には、酸化ケイ素膜の研磨速度および選択比の向上効果が十分に得られ、かつ酸化セリウム粒子の分散安定性も良好である。モノカルボン酸(A)および/またはその塩の含有量は、研磨剤全体の0.01質量%以上0.5質量%以下がより好ましく、0.02質量%以上0.1質量%以下が特に好ましい。
(pH)
本発明の研磨剤のpHは、3.5以上7以下であることが好ましい。研磨剤のpHが前記範囲の場合には、酸化ケイ素膜の研磨速度および選択比の向上効果が十分に得られ、かつ酸化セリウム粒子の分散安定性も良好である。研磨剤のpHは、3.5以上6.5以下がより好ましく、4以上5.5以下がさらに好ましい。なお、液のpHは液温により若干変化するが、研磨剤のpHは25℃におけるpHとする。
本発明の研磨剤には、pHを所定の値にするために、pH調整剤として、種々の無機酸または無機酸塩を含有してもよい。無機酸または無機酸塩としては、特に制限するものではないが、例えば硝酸、硫酸、塩酸、リン酸、ホウ酸、炭酸およびそれらのアンモニウム塩、もしくはカリウム塩等を用いることができる。また、実施形態の研磨剤には、pH調整剤として、種々の塩基性化合物を添加してもよい。塩基性化合物は水溶性であることが好ましいが、特にこれに限定するものではない。例えば、アンモニア、水酸化カリウム、及びテトラメチルアンモニウムヒドロキシド(以下、TMAHという。)やテトラエチルアンモニウムヒドロキシド等の4級アンモニウムヒドロキシド、モノエタノールアミン、エチレンジアミン等を用いることができる。
本発明の研磨剤には、上記成分以外に、凝集防止剤または分散剤を含有させることができる。分散剤とは、酸化セリウム粒子を純水等の分散媒中に安定的に分散させるために含有させるものである。分散剤としては、陰イオン性、陽イオン性、ノニオン性、両性の界面活性剤や、陰イオン性、陽イオン性、ノニオン性、両性の高分子化合物が挙げられ、これらの1種または2種以上を含有させることができる。また、本発明の研磨剤には、潤滑剤、粘性付与剤または粘度調節剤、防腐剤等を必要に応じて適宜含有させることができる。
本発明の研磨剤を調製するには、純水やイオン交換水等の水に、前記酸化セリウム分散液と、モノカルボン酸(A)および/またはその塩を加えて混合する方法が用いられる。混合後、撹拌機等を用いて所定時間撹拌することで、均一な研磨剤が得られる。また、混合後、超音波分散機を用いて、より良好な分散状態を得ることもできる。
本発明の研磨剤は、保管や輸送の利便性のため、砥粒である酸化セリウム粒子や添加剤であるモノカルボン酸(A)および/またはその塩の濃度を、研磨剤使用時の濃度の例えば10倍程度に濃縮しておき、使用時に希釈して所定の濃度になるようにしてもよい。また、前記酸化セリウム分散液と、モノカルボン酸(A)および/またはその塩を含む水溶液を別々に準備し、使用時に混合して所定の濃度になるようにしてもよい。
<研磨方法>
本発明の実施形態の研磨方法は、前記した研磨剤を供給しながら研磨対象物の被研磨面と研磨パッドとを接触させ、両者の相対運動により研磨を行う方法である。ここで、研磨が行われる被研磨面は、例えば、半導体基板の二酸化ケイ素からなる面を含む表面である。半導体基板としては、前記したSTI用の基板が好ましい例として挙げられる。本発明の研磨剤は、半導体デバイスの製造において、多層配線間の層間絶縁膜の平坦化のための研磨にも有効である。
STI用基板における二酸化ケイ素膜としては、テトラエトキシシラン(TEOS)を原料にプラズマCVD法で成膜された、いわゆるPE−TEOS膜が挙げられる。また、二酸化ケイ素膜として、高密度プラズマCVD法で成膜された、いわゆるHDP膜も例示することができる。窒化ケイ素膜としては、シランまたはジクロロシランとアンモニアを原料として、低圧CVD法やプラズマCVD法で成膜したものが挙げられる。
本発明の実施形態の研磨方法には、公知の研磨装置を使用できる。図2は、本発明の研磨方法に使用可能な研磨装置の一例を示す図である。
この研磨装置20は、STI基板のような半導体基板21を保持する研磨ヘッド22と、研磨定盤23と、研磨定盤23の表面に貼り付けられた研磨パッド24と、研磨パッド24に研磨剤25を供給する研磨剤供給配管26とを備えている。研磨剤供給配管26から研磨剤25を供給しながら、研磨ヘッド22に保持された半導体基板21の被研磨面を研磨パッド24に接触させ、研磨ヘッド22と研磨定盤23とを相対的に回転運動させて研磨を行うように構成されている。なお、本発明の実施形態に使用される研磨装置はこのような構造のものに限定されない。
研磨ヘッド22は、回転運動だけでなく直線運動をしてもよい。また、研磨定盤23および研磨パッド24は、半導体基板21と同程度またはそれ以下の大きさであってもよい。その場合は、研磨ヘッド22と研磨定盤23とを相対的に移動させることにより、半導体基板21の被研磨面の全面を研磨できるようにすることが好ましい。さらに、研磨定盤23および研磨パッド24は回転運動を行うものでなくてもよく、例えばベルト式で一方向に移動するものであってもよい。
このような研磨装置20の研磨条件には特に制限はないが、研磨ヘッド22に荷重をかけて研磨パッド24に押し付けることでより研磨圧力を高め、研磨速度を向上させることができる。研磨圧力は0.5〜50kPa程度が好ましく、研磨速度における半導体基板21の被研磨面内の均一性、平坦性、スクラッチなどの研磨欠陥防止の観点から、3〜40kPa程度がより好ましい。研磨定盤23および研磨ヘッド22の回転数は、50〜500rpm程度が好ましいがこれに限定されない。また、研磨剤25の供給量については、研磨剤の組成や上記各研磨条件等により適宜調整される。
研磨パッド24としては、不織布、発泡ポリウレタン、多孔質樹脂、非多孔質樹脂などからなるものを使用することができる。研磨パッド24の硬度については、特に限定されないが、研磨キズの低減の観点からは、硬度が低い方が好ましく、具体的にはショアDが40未満が好ましい。また、研磨パッド24への研磨剤25の供給を促進し、あるいは研磨パッド24に研磨剤25が一定量溜まるようにするために、研磨パッド24の表面に格子状、同心円状、らせん状などの溝加工が施されていてもよい。また、必要に応じて、パッドコンディショナーを研磨パッド24の表面に接触させて、研磨パッド24表面のコンディショニングを行いながら研磨してもよい。
本発明の研磨方法によれば、半導体デバイスの製造における層間絶縁膜の平坦化やSTI用絶縁膜の平坦化等のCMP処理において、酸化ケイ素(例えば、二酸化ケイ素)からなる被研磨面を高い研磨速度で研磨することができる。また、酸化ケイ素膜と窒化ケイ素膜との高い選択比を達成することができる。
以下、本発明を実施例および比較例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。例1〜4が実施例、例5〜8が比較例である。以下の例において、「%」は、特に断らない限り質量%を意味する。また、特性値は下記の方法により測定し評価した。
[pH]
pHは、東亜ディーケーケー社製のpHメータHM−30Rを使用して測定した。
[平均粒子径]
平均粒子径は、レーザー散乱・回折式の粒度分布測定装置(堀場製作所製、装置名:LA−950)を使用して測定した。
[研磨特性]
研磨特性は、全自動CMP研磨装置(Applied Materials社製、装置名:Mirra)を用いて評価した。研磨パッドは、ショアD値34の軟質多孔質樹脂製パッドを使用し、研磨パッドのコンディショニングには、ダイヤモンドパッドコンディショナー(スリーエム社製、商品名:A3700)を使用した。研磨条件は、研磨剤の供給速度を200ミリリットル/分、研磨圧力を21kPa、研磨定盤の回転数を77rpm、研磨ヘッドの回転数を73rpmとし、研磨を1分間行った。
研磨対象物(被研磨物)としては、テトラエトキシシランを原料にプラズマCVDにより二酸化ケイ素膜が成膜された8インチブランケット(シリコン)基板と、CVDにより窒化ケイ素膜が成膜された8インチブランケット(シリコン)基板とを用い、二酸化ケイ素膜の研磨速度と窒化ケイ素膜の研磨速度をそれぞれ測定した。そして、二酸化ケイ素膜と窒化ケイ素膜の選択比(二酸化ケイ素膜の研磨速度/窒化ケイ素膜の研磨速度)を求めた。
なお、研磨速度の測定には、KLA−Tencor社の膜厚計UV−1280SEを使用した。そして、研磨前の膜厚と1分間研磨後の膜厚との差を求めることで、研磨速度を算出した。基板の面内49点の研磨速度より得られた研磨速度の平均値(nm/分)を、研磨速度の評価指標とした。
例1
イオン交換水に、砥粒として平均粒子径0.07μmの酸化セリウム粒子を含む酸化セリウム分散液を、研磨剤の全質量に対する酸化セリウム粒子濃度が0.5%になるように加え、さらにレブリン酸を濃度が0.02%になるように加えて撹拌し、さらにTMAHを加えてpHを4.2に調整して、研磨剤(1)を調製した。
例2
イオン交換水に、例1と同じ酸化セリウム分散液を、研磨剤の全質量に対する酸化セリウム粒子濃度が0.5%になるように加え、N−アセチルグリシンを濃度が0.02%になるように加えて撹拌し、さらにTMAHを加えてpHを4.2に調整して、研磨剤(2)を調製した。
例3
イオン交換水に、例1と同じ酸化セリウム分散液を、研磨剤の全質量に対する酸化セリウム粒子濃度が0.25%になるように加え、レブリン酸を濃度0.05%となるように加えて攪拌し、TMAHを用いてpHを4.8に調整することにより研磨剤(3)を調製
した。
例4
イオン交換水に、例1と同じ酸化セリウム分散液を、研磨剤の全質量に対する酸化セリウム粒子濃度が0.25%になるように加え、N−アセチルグリシンを濃度が0.05%になるように加えて撹拌し、さらにTMAHを加えてpHを4.8に調整して、研磨剤(4)を調製した。
例5
イオン交換水に、例1と同じ酸化セリウム分散液を、研磨剤の全質量に対する酸化セリウム粒子濃度が砥粒濃度0.5%となるように加えて攪拌して研磨剤(5)を調製した。研磨剤(5)のpHは4.5であった。
例6
イオン交換水に、例1と同じ酸化セリウム分散液を、研磨剤の全質量に対する酸化セリウム粒子濃度が0.5%になるように加え、シクロヘキサンカルボン酸を濃度が0.05%になるように加えて撹拌し、さらにTMAHを加えてpHを4.9に調整して、研磨剤(6)を調製した。
例7
イオン交換水に、例1と同じ酸化セリウム分散液を、研磨剤の全質量に対する酸化セリウム粒子濃度が0.5%になるように加え、ポリアクリル酸を濃度が0.05%となるように加えて攪拌し、さらにTMAHを加えてpHを4.8に調整して、研磨剤(7)を調整した。
上記例1〜7で得られた研磨剤(1)〜(7)の研磨特性(二酸化ケイ素膜の研磨速度、窒化ケイ素膜の研磨速度、および選択比)をそれぞれ上記した方法で測定した。測定結果を、研磨剤の組成およびpHとともに表1に示す。
例8
イオン交換水に、例1と同じ酸化セリウム分散液を、研磨剤の全質量に対する酸化セリウム粒子濃度が0.5%になるように加え、レブリン酸を濃度が0.05%となるように加えて攪拌し、さらにTMAHを用いてpHを8に調整して研磨剤(8)を調製した。この研磨剤(8)に対して、調製後一週間経過した時点で分散安定性を目視で確認したところ、すでに凝集が始まっており沈殿が発生していた。そして、再度の分散は困難であった。
Figure 2015120846
表1から、以下のことがわかる。すなわち、例1〜4において、酸化セリウム粒子と、水と、実施形態のモノカルボン酸(A)であるレブリン酸またはN−アセチルグリシンをそれぞれ含有し、pHが3.5以上7以下である研磨剤(1)〜(4)を用いて研磨を行うことで、二酸化ケイ素膜に対する高い研磨速度が得られ、かつ二酸化ケイ素膜と窒化ケイ素膜との選択比が極めて高くなることがわかる。
それに対して、添加剤であるモノカルボン酸(A)を含有しない研磨剤(5)、添加剤として六員環を有するモノカルボン酸であるシクロヘキサンカルボン酸を含有する研磨剤(6)、ポリアクリル酸を含有する研磨剤(7)をそれぞれ用いた例5〜7では、二酸化ケイ素膜に対する研磨速度が低く、かつ二酸化ケイ素膜と窒化ケイ素膜との選択比も低くなることがわかる。
また、添加剤としてレブリン酸を含有するが、pHが7超である例8の研磨剤(8)では、保存中に砥粒の凝集による沈殿が発生し、研磨剤としての使用自体が困難であることがわかる。
本発明によれば、例えば、酸化ケイ素からなる面を含む被研磨面のCMPにおいて、酸化ケイ素膜に対する十分に高い研磨速度を維持しながら、窒化ケイ素膜の研磨速度を低く抑え、酸化ケイ素膜と窒化ケイ素膜との高い選択比を達成することができる。したがって、本発明の研磨剤および研磨方法は、半導体デバイス製造におけるSTI用絶縁膜の平坦化に好適している。
1…シリコン基板、2…窒化ケイ素膜、3…トレンチ、4…酸化ケイ素膜、20…研磨装置、21…半導体基板、22…研磨ヘッド、23…研磨定盤、24…研磨パッド、25…研磨剤、26…研磨剤供給配管。

Claims (6)

  1. 酸化セリウム粒子と、水と、下記一般式(1)で示されるモノカルボン酸および/またはその塩を含有し、pHが3.5以上7以下であることを特徴とする研磨剤。
    Figure 2015120846
    …(1)
    (上記式(1)中、Xは酸素原子、メチレン基、アミノ基またはこれらの誘導体である。)
  2. 前記モノカルボン酸において、Xは、下記一般式(2)または(3)で示される基である請求項1に記載の研磨剤。
    −CR− …(2)
    −NR− …(3)
    (上記式(2)および式(3)において、R、RおよびRはそれぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、メチル基、エチル基、メトキシ基、エトキシ基または水酸基である。)
  3. 前記モノカルボン酸は、レブリン酸、N−アセチルグリシン、アセチルグリコール酸からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物である請求項1または2に記載の研磨剤。
  4. 前記モノカルボン酸および/またはその塩の含有量は0.001質量%以上1.0質量%以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の研磨剤。
  5. 前記酸化セリウム粒子の含有量は0.05質量%以上5質量%以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の研磨剤。
  6. 研磨剤を供給しながら被研磨面と研磨パッドを接触させ、両者の相対運動により研磨を行う研磨方法において、前記研磨剤として請求項1〜5のいずれか1項に記載の研磨剤を使用し、半導体基板の酸化ケイ素からなる面を含む被研磨面を研磨することを特徴とする研磨方法。
JP2013266115A 2013-12-24 2013-12-24 研磨剤および研磨方法 Pending JP2015120846A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013266115A JP2015120846A (ja) 2013-12-24 2013-12-24 研磨剤および研磨方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013266115A JP2015120846A (ja) 2013-12-24 2013-12-24 研磨剤および研磨方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2015120846A true JP2015120846A (ja) 2015-07-02

Family

ID=53532765

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013266115A Pending JP2015120846A (ja) 2013-12-24 2013-12-24 研磨剤および研磨方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2015120846A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018044046A (ja) * 2016-09-13 2018-03-22 旭硝子株式会社 研磨剤と研磨方法、および研磨用添加液

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018044046A (ja) * 2016-09-13 2018-03-22 旭硝子株式会社 研磨剤と研磨方法、および研磨用添加液
US10570314B2 (en) 2016-09-13 2020-02-25 AGC Inc. Polishing agent, polishing method, and liquid additive for polishing
TWI773685B (zh) * 2016-09-13 2022-08-11 日商Agc股份有限公司 研磨劑及研磨方法、與研磨用添加液

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5516604B2 (ja) Cmp用研磨液及びこれを用いた研磨方法
JP5444625B2 (ja) Cmp研磨液、基板の研磨方法及び電子部品
KR102387640B1 (ko) 연마제와 연마 방법, 및 연마용 첨가액
JP2016154208A (ja) 研磨剤、研磨方法および半導体集積回路装置の製造方法
JP5157908B2 (ja) 半導体集積回路装置用研磨剤、研磨方法および半導体集積回路装置の製造方法
KR102444499B1 (ko) 연마용 조성물 및 그것을 사용한 연마 방법
JPWO2010052990A1 (ja) 研磨剤、研磨方法および半導体集積回路装置の製造方法
KR20160009644A (ko) 적어도 하나의 iii-v 재료를 포함하는 물질 또는 층을 연마하기 위한 cmp 조성물의 용도
JP6435689B2 (ja) 研磨剤と研磨方法、および研磨用添加液
JP2006278522A (ja) 半導体集積回路装置用研磨剤、研磨方法および半導体集積回路装置の製造方法
JPWO2004015021A1 (ja) Cmp研磨剤および基板の研磨方法
JP7121696B2 (ja) 低酸化物トレンチディッシング化学機械研磨
JP2007318072A (ja) 研磨液組成物
JP2009272601A (ja) 研磨剤、これを用いた基板の研磨方法並びにこの研磨方法に用いる溶液及びスラリー
JP2019087660A (ja) 研磨剤と研磨方法、および研磨用添加液
JP6191433B2 (ja) 研磨剤および研磨方法
CN114341287B (zh) 用于多晶硅化学机械抛光的组合物及方法
KR20170012415A (ko) 높은 제거 속도 및 낮은 결함성을 갖는, 폴리실리콘 및 질화물에 비해 산화물에 대해 선택적인 cmp 조성물
JP2015120846A (ja) 研磨剤および研磨方法
JP6551136B2 (ja) Cmp用研磨液及び研磨方法
JP2023142077A (ja) 酸化珪素膜用研磨液組成物
TW201829676A (zh) 具有改善之凹陷及圖案選擇性之對氧化物及氮化物有選擇性之cmp組成物
JP2018053138A (ja) 金属酸化物粒子分散液
KR20190072978A (ko) 다결정실리콘을 함유하는 웨이퍼의 연마 슬러리 조성물
JP2006287051A (ja) 半導体基板研磨液組成物用添加剤