JP2015129217A - Polishing agent, polishing agent set and method for polishing substrate - Google Patents

Polishing agent, polishing agent set and method for polishing substrate Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polishing agent, a polishing agent set and a polishing method capable of obtaining a polishing speed for a useful insulating material and improving smoothness of a substrate surface.SOLUTION: There is provided a polishing agent which comprises water, cerium oxide particles, saccharides having 140 or less carbon atoms, a nonionic surfactant and an organic acid, where the cerium oxide particles are single-crystal particles, the surface potential in the polishing agent is negative. The primary particle diameter (crystallite diameter) of abrasive grains is 1 nm or more and 300 nm or less.

Description

本発明は、研磨剤、研磨剤セット、及び、前記研磨剤又は前記研磨剤セットを用いた基体の研磨方法に関する。特に、本発明は、半導体素子の製造技術である、基体表面の平坦化工程に用いられる研磨剤、研磨剤セット、及び、前記研磨剤又は前記研磨剤セットを用いた基体の研磨方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、シャロートレンチ分離(シャロー・トレンチ・アイソレーション。以下「STI」という。)絶縁材料、プリメタル絶縁材料、層間絶縁材料等の平坦化工程において用いられる研磨剤、研磨剤セット、及び、前記研磨剤又は前記研磨剤セットを用いた基体の研磨方法に関する。   The present invention relates to an abrasive, an abrasive set, and a method for polishing a substrate using the abrasive or the abrasive set. In particular, the present invention relates to an abrasive used in a planarization process of a substrate surface, a polishing agent set, and a polishing method for a substrate using the polishing agent or the polishing agent set, which is a manufacturing technique of a semiconductor element. More specifically, the present invention relates to a polishing agent and a polishing agent set used in a planarization process of a shallow trench isolation (shallow trench isolation, hereinafter referred to as “STI”) insulating material, premetal insulating material, interlayer insulating material, and the like. Further, the present invention relates to a method for polishing a substrate using the abrasive or the abrasive set.

近年の半導体素子の製造工程では、高密度化・微細化のための加工技術の重要性がますます高まっている。加工技術の一つであるCMP(ケミカル・メカニカル・ポリッシング:化学機械研磨)技術は、半導体素子の製造工程において、STIの形成、プリメタル絶縁材料又は層間絶縁材料の平坦化、プラグ又は埋め込み金属配線の形成等に必須の技術となっている。   In recent semiconductor device manufacturing processes, the importance of processing technology for higher density and miniaturization is increasing. CMP (Chemical Mechanical Polishing), which is one of the processing techniques, is used to form STI, planarize premetal insulating material or interlayer insulating material, plug or embedded metal wiring in the manufacturing process of semiconductor devices. This technology is essential for formation.

CMP研磨剤として最も多用されているのは、砥粒として、ヒュームドシリカ、コロイダルシリカ等のシリカ(酸化珪素)粒子を含むシリカ系CMP研磨剤である。シリカ系CMP研磨剤は汎用性が高いことが特徴であり、砥粒含有量、pH、添加剤等を適切に選択することで、絶縁材料又は導電材料を問わず幅広い種類の材料を研磨できる。   The most frequently used CMP abrasive is a silica-based CMP abrasive containing silica (silicon oxide) particles such as fumed silica and colloidal silica as abrasive grains. Silica-based CMP abrasives are characterized by high versatility, and a wide variety of materials can be polished regardless of insulating materials or conductive materials by appropriately selecting the abrasive content, pH, additives, and the like.

一方で、主に酸化珪素等の絶縁材料を対象とした、砥粒としてセリウム化合物粒子を含むCMP研磨剤の需要も拡大している。例えば、酸化セリウム(セリア)粒子を砥粒として含む酸化セリウム系CMP研磨剤は、シリカ系CMP研磨剤よりも低い砥粒含有量でも高速に酸化珪素を研磨できる(例えば、下記特許文献1及び2参照)。   On the other hand, the demand for CMP abrasives containing cerium compound particles as abrasive grains, mainly for insulating materials such as silicon oxide, is increasing. For example, a cerium oxide-based CMP abrasive containing cerium oxide (ceria) particles as abrasive grains can polish silicon oxide at high speed even with a lower abrasive grain content than silica-based CMP abrasives (for example, Patent Documents 1 and 2 below) reference).

しかし、近年、半導体素子の製造工程では、更なる配線の微細化を達成することが求められており、研磨時に発生する研磨傷が問題となっている。すなわち、従来の酸化セリウム系研磨剤を用いて研磨を行った際に、微小な研磨傷が発生しても、この研磨傷の大きさが従来の配線幅より小さいものであれば問題にならなかったが、更なる配線の微細化を達成しようとする場合には、研磨傷が微小であっても問題となってしまう。   However, in recent years, in the manufacturing process of semiconductor elements, it has been required to achieve further miniaturization of wiring, and polishing scratches that occur during polishing have become a problem. That is, even when a fine polishing flaw occurs when polishing using a conventional cerium oxide-based abrasive, there is no problem if the size of the polishing flaw is smaller than the conventional wiring width. However, when trying to achieve further miniaturization of the wiring, there is a problem even if the polishing scratches are minute.

ところで、従来の酸化セリウム系研磨剤としては、セリウム原料を焼成し、これを粉砕して酸化セリウム粒子を得る方法(以下「焼成法」という。)が知られている。焼成法で得られた粒子は、精製工程で、研磨傷の原因になる大きな粒子を取り除く。しかし、取り除くことができずに研磨剤に混入した大きな粒子が研磨傷の主な原因となっていた。   By the way, as a conventional cerium oxide-based abrasive, there is known a method (hereinafter referred to as “calcination method”) in which a cerium raw material is fired and pulverized to obtain cerium oxide particles. Particles obtained by the firing method remove large particles that cause abrasive scratches in the purification step. However, large particles that could not be removed and mixed into the abrasive were the main cause of polishing scratches.

この問題に対し、粉砕しきれない粗大な酸化セリウム粒子が混入することを根本から防ぐ方法として、粉砕を用いずに微小な酸化セリウム粒子を製造する方法が検討されている(例えば、下記特許文献3参照)。これらの技術は、結晶成長法を用いた製造方法によって酸化セリウム粒子の懸濁液を得ようとするものであり、研磨剤として使用できる。このようにして得られた酸化セリウム粒子は、個々の粒子が単結晶となる。   As a method for fundamentally preventing the mixing of coarse cerium oxide particles that cannot be pulverized, a method for producing fine cerium oxide particles without using pulverization has been studied (for example, the following patent document). 3). These techniques are intended to obtain a suspension of cerium oxide particles by a manufacturing method using a crystal growth method, and can be used as an abrasive. In the cerium oxide particles thus obtained, each particle becomes a single crystal.

特開平10−106994号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-106994 特開平08−022970号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-022970 特表2010−505735号公報Special table 2010-505735 gazette

ところで、STIを形成するためのCMP工程においては、ストッパ(研磨停止層)の構成材料(以下「ストッパ材料」という。)としてポリシリコン、窒化珪素等を用いられている。通常、酸化珪素等の絶縁材料が研磨され、前記ストッパ材料の部分が露出した段階で研磨を停止するのが一般的である。この場合、平坦性を向上させること、エロージョン(ストッパ材料の過研磨)を抑制すること等の目的のために、平坦性を向上できる添加剤やストッパ材料の研磨を抑制できる添加剤を入れることで、研磨後の基板表面の平滑性を高めている。   By the way, in the CMP process for forming the STI, polysilicon, silicon nitride, or the like is used as a constituent material of the stopper (polishing stop layer) (hereinafter referred to as “stopper material”). Usually, the polishing is generally stopped when an insulating material such as silicon oxide is polished and the portion of the stopper material is exposed. In this case, for the purpose of improving the flatness and suppressing erosion (overpolishing of the stopper material), an additive capable of improving the flatness and an additive capable of suppressing the polishing of the stopper material are added. This improves the smoothness of the substrate surface after polishing.

焼成法により得られた酸化セリウム粒子を用いた研磨剤は、ポリカルボン酸系の陰イオン性の高分子ポリマや非イオン性の水溶性ポリマを添加剤として平坦性や研磨選択性を高めることができた。しかしながら、結晶成長法によって作製された酸化セリウム粒子は前記添加剤を用いた場合、STIのCMP工程に有用な絶縁材料の研磨速度を得ることが難しい。   Abrasives using cerium oxide particles obtained by the firing method can improve flatness and polishing selectivity by using polycarboxylic acid-based anionic polymer polymers and nonionic water-soluble polymers as additives. did it. However, it is difficult to obtain a polishing rate of an insulating material useful for the STI CMP process when the additive is used for the cerium oxide particles produced by the crystal growth method.

本発明は、このような技術的課題を解決しようとするものであり、焼成法で得られた酸化セリウム粒子だけでなく、結晶成長法によって作製された単結晶の酸化セリウム粒子を砥粒に用いた研磨剤であっても、有用な絶縁材料の研磨速度を得ることができると共に、基板表面の平滑性を向上させることが可能な研磨剤、研磨剤セット及び研磨方法を提供することを目的とする。   The present invention is intended to solve such a technical problem. In addition to cerium oxide particles obtained by a firing method, single crystal cerium oxide particles produced by a crystal growth method are used as abrasive grains. It is an object of the present invention to provide a polishing agent, a polishing agent set and a polishing method capable of obtaining a polishing rate of a useful insulating material and improving the smoothness of a substrate surface even with a polishing agent that has been used. To do.

本発明は、水と、酸化セリウム粒子と、炭素数が140以下の糖類と、非イオン性界面活性剤と、有機酸と、を含有する研磨剤であって、前記酸化セリウム粒子が、単結晶粒子であり、かつ、研磨剤中で表面電位が負である研磨剤に関する。   The present invention is an abrasive containing water, cerium oxide particles, a saccharide having 140 or less carbon atoms, a nonionic surfactant, and an organic acid, wherein the cerium oxide particles are single crystals. The present invention relates to an abrasive that is a particle and has a negative surface potential in the abrasive.

酸化セリウム粒子は、陰イオン性分散剤を用いて水中に分散することによって、研磨剤中での表面電位を負にしてもよい。また、前記酸化セリウム粒子は、結晶成長法によって作製されたものであることが好ましい。   The cerium oxide particles may have a negative surface potential in the abrasive by being dispersed in water using an anionic dispersant. The cerium oxide particles are preferably produced by a crystal growth method.

また、本発明は、砥粒の一次粒子径が、1nm以上300nm以下である、前記の研磨剤に関する。
また、本発明は、砥粒の一次粒子径が、1nm以上300nm以下であり、160nm以下の一次粒子径が全体の90%以上である、前記の研磨剤に関する。
また、本発明は、砥粒の一次粒子径が、1nm以上300nm以下であり、160nm以下の一次粒子径が全体の99%以上である、前記の研磨剤に関する。
なお、前記砥粒の一次粒子径とは、砥粒の結晶子径をいう。
Moreover, this invention relates to the said abrasive | polishing agent whose primary particle diameter is 1 nm or more and 300 nm or less.
The present invention also relates to the above abrasive, wherein the primary particle diameter of the abrasive grains is 1 nm or more and 300 nm or less, and the primary particle diameter of 160 nm or less is 90% or more of the whole.
The present invention also relates to the above abrasive, wherein the primary particle diameter of the abrasive grains is 1 nm or more and 300 nm or less, and the primary particle diameter of 160 nm or less is 99% or more of the whole.
The primary particle diameter of the abrasive grains refers to the crystallite diameter of the abrasive grains.

また、本発明は、糖類が、構造にカルボキシル基を含まないものである、前記の研磨剤に関する。
また、本発明は、有機酸が、炭素数が4以下のモノカルボン酸である、前記の研磨剤に関する。
Moreover, this invention relates to the said abrasive | polishing agent whose saccharide | sugar does not contain a carboxyl group in a structure.
Moreover, this invention relates to the said abrasive | polishing agent whose organic acid is C4 or less monocarboxylic acid.

本発明に係る研磨剤によれば、砥粒として、単結晶の、又は、結晶成長法により製造された酸化セリウム粒子を用いた場合でも、絶縁材料の研磨速度を過度に落とすことなく、ストッパ材料に対する絶縁材料の研磨選択性を向上できる。これにより、高度な平坦面を得ることができる。また、本発明に係る研磨剤によれば、特に、STI絶縁材料、プリメタル絶縁材料、層間絶縁材料等を平坦化するCMP技術において、これらの絶縁材料を高度に平坦化できる。さらに、本発明に係る研磨剤によれば、絶縁材料を高度に平坦化しつつ、絶縁材料を低研磨傷で研磨することもできる。   According to the polishing agent of the present invention, even when single-crystal or cerium oxide particles produced by a crystal growth method are used as abrasive grains, the stopper material does not excessively decrease the polishing rate of the insulating material. It is possible to improve the polishing selectivity of the insulating material with respect to. Thereby, a highly flat surface can be obtained. In addition, according to the polishing agent of the present invention, these insulating materials can be highly planarized, particularly in CMP technology for planarizing STI insulating materials, premetal insulating materials, interlayer insulating materials, and the like. Furthermore, according to the abrasive | polishing agent which concerns on this invention, an insulating material can also be grind | polished with a low grinding | polishing damage | wound, planarizing an insulating material highly.

炭素数が140以下の糖類の含有量は、研磨剤の全質量を基準として0.1質量%以上であることが好ましい。これにより、絶縁材料の研磨速度を落とすことなく、被研磨面における平坦性を向上できる。   The content of saccharides having 140 or less carbon atoms is preferably 0.1% by mass or more based on the total mass of the abrasive. Thereby, the flatness of the surface to be polished can be improved without reducing the polishing rate of the insulating material.

非イオン性界面活性剤の含有量は、研磨剤の全質量を基準として0.01質量%以上であることが好ましい。これにより、絶縁材料の研磨速度を落とすことなく、ストッパ材料に対する絶縁材料の研磨選択性を向上させつつ、被研磨面における平坦性を向上できる。   The content of the nonionic surfactant is preferably 0.01% by mass or more based on the total mass of the abrasive. Thereby, the flatness on the surface to be polished can be improved while improving the polishing selectivity of the insulating material with respect to the stopper material without reducing the polishing rate of the insulating material.

酸化セリウム粒子の結晶子径(一次粒子径)は、1nm以上300nm以下であることが好ましい。これにより、絶縁材料の研磨速度を落とすことなく、ストッパ材料に対する絶縁材料の研磨選択性を更に向上させつつ、研磨傷の発生を抑制できる。   The crystallite size (primary particle size) of the cerium oxide particles is preferably 1 nm or more and 300 nm or less. Thereby, generation | occurrence | production of a grinding | polishing damage | wound can be suppressed, further improving the polishing selectivity of the insulating material with respect to a stopper material, without reducing the grinding | polishing speed | rate of an insulating material.

酸化セリウム粒子の含有量は、研磨剤の全質量を基準として0.1質量%以上5質量%以下であることが好ましい。これにより、絶縁材料の研磨速度を落とすことなく、ストッパ材料に対する絶縁材料の研磨選択性を更に向上させつつ、研磨傷の発生を抑制できる。   The content of the cerium oxide particles is preferably 0.1% by mass or more and 5% by mass or less based on the total mass of the abrasive. Thereby, generation | occurrence | production of a grinding | polishing damage | wound can be suppressed, further improving the polishing selectivity of the insulating material with respect to a stopper material, without reducing the grinding | polishing speed | rate of an insulating material.

本発明に係る研磨剤のpHは、4.0以上7.0以下であることが好ましい。これにより、絶縁材料の研磨速度を落とすことなく、被研磨面における平坦性と、ストッパ材料に対する絶縁材料の研磨選択性を更に向上させつつ、研磨傷の発生を抑制できる。   The pH of the abrasive according to the present invention is preferably 4.0 or more and 7.0 or less. Accordingly, it is possible to suppress the occurrence of polishing flaws while further improving the flatness on the surface to be polished and the polishing selectivity of the insulating material with respect to the stopper material without reducing the polishing speed of the insulating material.

また、本発明の一側面は、酸化珪素を含む被研磨面を研磨する研磨方法への前記研磨剤の使用に関する。すなわち、本発明に係る研磨剤は、酸化珪素を含む被研磨面を研磨するために使用されることが好ましい。   Another aspect of the present invention relates to the use of the abrasive in a polishing method for polishing a surface to be polished containing silicon oxide. That is, the abrasive according to the present invention is preferably used for polishing a surface to be polished containing silicon oxide.

本発明に係る研磨剤セットは、前記研磨剤の構成成分が複数の液に分けて保存され、第一の液が前記酸化セリウム粒子を含み、第二の液が、炭素数が140以下の糖類、非イオン界面活性剤及び有機酸を含む。本発明に係る研磨剤セットによれば、絶縁材料の研磨速度を過度に落とすことなく、被研磨面における平坦性と、ストッパ材料に対する絶縁材料の研磨選択性を向上させることができる。   In the abrasive set according to the present invention, the constituents of the abrasive are stored separately in a plurality of liquids, the first liquid contains the cerium oxide particles, and the second liquid is a saccharide having 140 or less carbon atoms. , Nonionic surfactants and organic acids. According to the abrasive set according to the present invention, the flatness on the surface to be polished and the polishing selectivity of the insulating material with respect to the stopper material can be improved without excessively reducing the polishing rate of the insulating material.

本発明の基体の研磨方法は、前記研磨剤を用いて基体の被研磨面を研磨する工程を備えていてもよく、前記研磨剤セットにおける第一の液と第二の液とを混合して得られる研磨剤を用いて基体の被研磨面を研磨する工程を備えていてもよい。これらの研磨方法によれば、前記研磨剤又は研磨剤セットを用いることにより、従来の研磨剤を用いた場合よりも、絶縁材料の研磨速度を過度に落とすことなく、被研磨面における平坦性と、ストッパ材料に対する絶縁材料の研磨選択性を向上させつつ、研磨傷の発生を抑制できる。   The substrate polishing method of the present invention may comprise a step of polishing the surface to be polished of the substrate using the abrasive, and the first liquid and the second liquid in the abrasive set are mixed. You may provide the process of grind | polishing the to-be-polished surface of a base | substrate using the obtained abrasive | polishing agent. According to these polishing methods, by using the polishing agent or the polishing agent set, flatness on the surface to be polished can be achieved without excessively reducing the polishing rate of the insulating material as compared with the case of using the conventional polishing agent. The occurrence of polishing flaws can be suppressed while improving the polishing selectivity of the insulating material with respect to the stopper material.

また、本発明の基体の研磨方法は、除去対象物質が絶縁材料であり、ストッパ材料がポリシリコンである研磨方法であってもよい。すなわち、本発明の基体の研磨方法は、絶縁材料及びポリシリコンを有する基体の研磨方法であって、前記研磨剤を用いて絶縁材料をポリシリコンに対して選択的に研磨する工程を備えていてもよく、前記研磨剤セットにおける第一の液と第二の液とを混合して得られる研磨剤を用いて絶縁材料をポリシリコンに対して選択的に研磨する工程を備えていてもよい。これらの研磨方法によれば、前記研磨剤又は研磨剤セットを用いることにより、従来の研磨剤を用いた場合よりも、絶縁材料の研磨速度を過度に落とすことなく、被研磨面における平坦性と、ストッパ材料に対する絶縁材料の研磨選択性を向上させつつ、研磨傷の発生を抑制できる。   The substrate polishing method of the present invention may be a polishing method in which the substance to be removed is an insulating material and the stopper material is polysilicon. That is, the method for polishing a substrate according to the present invention is a method for polishing a substrate having an insulating material and polysilicon, and includes a step of selectively polishing the insulating material with respect to polysilicon using the abrasive. Alternatively, a step of selectively polishing the insulating material with respect to polysilicon using an abrasive obtained by mixing the first liquid and the second liquid in the abrasive set may be provided. According to these polishing methods, by using the polishing agent or the polishing agent set, flatness on the surface to be polished can be achieved without excessively reducing the polishing rate of the insulating material as compared with the case of using the conventional polishing agent. The occurrence of polishing flaws can be suppressed while improving the polishing selectivity of the insulating material with respect to the stopper material.

本発明によれば、例えば結晶成長法によって作製された、単結晶である酸化セリウム粒子を砥粒として用いた場合でも、絶縁材料の研磨速度を過度に落とすことなく、被研磨面における平坦性と、ストッパ材料に対する絶縁材料の研磨選択性を向上させつつ、研磨傷の発生を抑制できる研磨剤、研磨剤セット及び研磨方法を提供できる。また、本発明によれば、特に、STI絶縁材料、プリメタル絶縁材料、層間絶縁材料等を平坦化するCMP技術において、絶縁材料の研磨速度を過度に落とすことなく、被研磨面における平坦性と、ストッパ材料に対する絶縁材料の研磨選択性を向上させつつ、研磨傷の発生を抑制できる研磨剤、研磨剤セット及び研磨方法を提供できる。さらに、本発明によれば、絶縁材料を高度に平坦化しつつ、絶縁材料を低研磨傷で研磨することもできる。   According to the present invention, for example, even when cerium oxide particles that are single crystals produced by a crystal growth method are used as abrasive grains, flatness on the surface to be polished can be achieved without excessively reducing the polishing rate of the insulating material. Further, it is possible to provide a polishing agent, a polishing agent set and a polishing method capable of suppressing the generation of polishing flaws while improving the polishing selectivity of the insulating material with respect to the stopper material. In addition, according to the present invention, in particular, in CMP technology for flattening an STI insulating material, a premetal insulating material, an interlayer insulating material, etc., the flatness on the surface to be polished without excessively reducing the polishing rate of the insulating material, A polishing agent, a polishing agent set, and a polishing method that can suppress the generation of polishing flaws while improving the polishing selectivity of the insulating material with respect to the stopper material can be provided. Furthermore, according to the present invention, the insulating material can be polished with low polishing scratches while the insulating material is highly planarized.

実施例で用いたパターンウエハを示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the pattern wafer used in the Example.

以下、本発明の実施形態に係る研磨剤、研磨剤セット、及び、前記研磨剤又は前記研磨剤セットを用いた基体の研磨方法について詳細に説明する。   Hereinafter, the abrasive | polishing agent which concerns on embodiment of this invention, an abrasive | polishing agent set, and the grinding | polishing method of the base | substrate using the said abrasive | polishing agent or the said abrasive | polishing agent set are demonstrated in detail.

本実施形態に係る研磨剤は、研磨時に被研磨面に触れる組成物であり、例えばCMP研磨剤である。具体的には、本実施形態に係る研磨剤は、水と、酸化セリウム粒子と、炭素数が140以下の糖類と、非イオン界面活性剤と、有機酸と、を少なくとも含有し、前記酸化セリウムの粒子が、単結晶粒子であり、かつ、研磨剤中で表面電位が負である。以下、各構成成分、及び任意に添加できる成分について説明する。   The abrasive | polishing agent which concerns on this embodiment is a composition which touches a to-be-polished surface at the time of grinding | polishing, for example, is a CMP abrasive | polishing agent. Specifically, the abrasive according to this embodiment contains at least water, cerium oxide particles, a saccharide having 140 or less carbon atoms, a nonionic surfactant, and an organic acid, and the cerium oxide. These particles are single crystal particles and have a negative surface potential in the abrasive. Hereafter, each component and the component which can be added arbitrarily are demonstrated.

(砥粒)
本実施形態に係る研磨剤は、酸化セリウムの粒子を含み、該粒子は単結晶粒子であり、かつ、研磨剤中で表面電位が負である。表面電位が負に帯電した単結晶粒子であることにより、研磨傷等の欠陥の発生を抑制できる。表面電位は、例えば、ベックマンコールター社製、商品名:Delsa NanoCを用いて、測定できる。なお、表面電位としては、特に、限定しないが、通常、−250〜−5mVである。砥粒は、陰イオン分散処理された単結晶酸化セリウム粒子であることが好ましい。「単結晶酸化セリウム粒子」とは、結晶粒界を持たない単結晶体の酸化セリウム粒子であり、例えば、特許文献3に記載された方法により、作製できる。
(Abrasive grains)
The abrasive according to the present embodiment includes cerium oxide particles, which are single crystal particles, and have a negative surface potential in the abrasive. Due to the single crystal particles having a negatively charged surface potential, generation of defects such as polishing scratches can be suppressed. The surface potential can be measured, for example, using a product name: Delsa NanoC manufactured by Beckman Coulter. The surface potential is not particularly limited, but is usually −250 to −5 mV. The abrasive grains are preferably single-crystal cerium oxide particles that have been anion-dispersed. The “single crystal cerium oxide particles” are single crystal cerium oxide particles having no crystal grain boundaries, and can be produced by, for example, the method described in Patent Document 3.

本実施形態に係る研磨剤は、砥粒として、前記酸化セリウム粒子以外の粒子を含むことができる。このような粒子としては例えば、焼成法で得られた酸化セリウム粒子、シリカ粒子、アルミナ粒子、ジルコニア粒子、樹脂粒子等が挙げられる。   The abrasive | polishing agent which concerns on this embodiment can contain particle | grains other than the said cerium oxide particle as an abrasive grain. Examples of such particles include cerium oxide particles, silica particles, alumina particles, zirconia particles, and resin particles obtained by a firing method.

単結晶酸化セリウム粒子の結晶子径は、1nm以上300nm以下であることが好ましい。結晶子径は、TEM写真画像又はSEM画像により測定できる。さらに、160nm以下の一次粒子径が、全体の90%以上であることがより好ましく、全体の99%以上であることが特に好ましい。90%以上であることにより、絶縁材料の研磨速度を落とすことなく、ストッパ材料に対する絶縁材料の研磨選択性を更に向上させつつ、研磨傷の発生を抑制できる。なお、「全体の90%以上」であるとは、単結晶酸化セリウム粒子の個数換算においてである。   The crystallite size of the single crystal cerium oxide particles is preferably 1 nm or more and 300 nm or less. The crystallite diameter can be measured by a TEM photograph image or an SEM image. Further, the primary particle diameter of 160 nm or less is more preferably 90% or more of the whole, and particularly preferably 99% or more of the whole. By being 90% or more, it is possible to suppress the occurrence of polishing flaws while further improving the polishing selectivity of the insulating material with respect to the stopper material without reducing the polishing speed of the insulating material. Note that “90% or more of the whole” is in terms of the number of single crystal cerium oxide particles.

研磨剤、又は、後述する研磨剤セットにおける単結晶酸化セリウム粒子の結晶子径の下限は、絶縁材料の研磨速度を更に向上させる観点から、1nm以上が好ましく、10nm以上がより好ましく、20nm以上が更に好ましい。単結晶酸化セリウム粒子の結晶子径の上限は、被研磨面に傷がつくことを更に抑制する観点から、300nm以下が好ましく、200nm以下がより好ましく、150nm以下が更に好ましく、100nm以下が特に好ましく、60nm以下が極めて好ましい。前記観点から、単結晶酸化セリウム粒子の結晶子径は、1nm以上300nm以下であることがより好ましい。さらに、酸化セリウム粒子の二次粒子の平均粒径は、1nm以上150nm以下であることが好ましい。これにより、絶縁材料の研磨速度を落とすことなく、ストッパ材料に対する絶縁材料の研磨選択性を更に向上させつつ、研磨傷の発生を抑制できる。   From the viewpoint of further improving the polishing rate of the insulating material, the lower limit of the crystallite diameter of the single crystal cerium oxide particles in the abrasive or the abrasive set described later is preferably 1 nm or more, more preferably 10 nm or more, and 20 nm or more. Further preferred. The upper limit of the crystallite diameter of the single crystal cerium oxide particles is preferably 300 nm or less, more preferably 200 nm or less, still more preferably 150 nm or less, and particularly preferably 100 nm or less, from the viewpoint of further suppressing scratches on the polished surface. 60 nm or less is extremely preferable. From the above viewpoint, the crystallite diameter of the single crystal cerium oxide particles is more preferably 1 nm or more and 300 nm or less. Furthermore, the average particle diameter of the secondary particles of the cerium oxide particles is preferably 1 nm or more and 150 nm or less. Thereby, generation | occurrence | production of a grinding | polishing damage | wound can be suppressed, further improving the polishing selectivity of the insulating material with respect to a stopper material, without reducing the grinding | polishing speed | rate of an insulating material.

酸化セリウム粒子が凝集している場合は、後述する分散剤を用いて、例えば、通常の攪拌機による分散処理の他に、ホモジナイザ、超音波分散機、湿式ボールミル等を用いる分散させることができる。   When the cerium oxide particles are aggregated, for example, a dispersing agent described later can be used for dispersion using a homogenizer, an ultrasonic disperser, a wet ball mill, or the like, in addition to a dispersion treatment using a normal stirrer.

前記の方法により分散された酸化セリウム粒子の二次粒子の平均粒径を更に小さくする方法としては、例えば、沈降分級法を用いることができる。沈降分級法は、スラリを小型遠心分離機で遠心分離後に強制沈降させ、上澄み液のみ取り出す方法である。他に、分散媒中の酸化セリウム粒子同士を高圧で衝突させる高圧ホモジナイザを用いてもよい。   As a method for further reducing the average particle size of the secondary particles of the cerium oxide particles dispersed by the above method, for example, a sedimentation classification method can be used. The sedimentation classification method is a method in which slurry is forcedly settled after being centrifuged with a small centrifuge and only the supernatant liquid is taken out. In addition, a high-pressure homogenizer that collides the cerium oxide particles in the dispersion medium with each other at high pressure may be used.

研磨剤、又は、後述する研磨剤セットにおけるスラリ中の砥粒の平均粒径の下限は、絶縁材料の研磨速度を更に向上させる観点から、1nm以上が好ましく、10nm以上がより好ましく、20nm以上が更に好ましい。砥粒の平均粒径の上限は、被研磨面に傷がつくことを更に抑制する観点から、150nm以下が好ましく、140nm以下がより好ましく、130nm以下が更に好ましく、120nm以下が特に好ましく、110nm以下が極めて好ましい。前記観点から、砥粒の平均粒径は、1nm以上150nm以下であることがより好ましい。   From the viewpoint of further improving the polishing rate of the insulating material, the lower limit of the average particle size of the abrasive grains in the slurry or the abrasive set described later is preferably 1 nm or more, more preferably 10 nm or more, and 20 nm or more. Further preferred. The upper limit of the average particle size of the abrasive grains is preferably 150 nm or less, more preferably 140 nm or less, still more preferably 130 nm or less, particularly preferably 120 nm or less, and 110 nm or less, from the viewpoint of further suppressing scratches on the surface to be polished. Is very preferred. From the above viewpoint, the average grain size of the abrasive grains is more preferably 1 nm or more and 150 nm or less.

酸化セリウム粒子の平均粒径は、具体的には、測定対象のCMP研磨液又はスラリを、測定に適した濃度に希釈して測定サンプルとし、この測定サンプルをレーザ回折散乱式粒度分布計に投入することで測定できる。酸化セリウム粒子の平均粒径は、より具体的には、株式会社堀場製作所製のLA−920(光源:He−Neレーザー及びWレーザー)を用いて以下のようにして測定できる。まず、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、測定対象のCMP研磨液又はスラリを、測定に適した濃度に希釈して測定サンプルを得る。そして、この測定サンプルをLA−920に投入し、その際に得られた算術平均径(meanサイズ)として平均粒径が得られる。   Specifically, the average particle size of the cerium oxide particles is obtained by diluting the CMP polishing liquid or slurry to be measured to a concentration suitable for measurement, and putting this measurement sample into the laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer. Can be measured. More specifically, the average particle diameter of the cerium oxide particles can be measured as follows using LA-920 (light source: He—Ne laser and W laser) manufactured by Horiba, Ltd. First, a measurement sample is obtained by diluting the CMP polishing liquid or slurry to be measured to a concentration suitable for measurement so that the transmittance (H) during measurement with respect to the He—Ne laser becomes 60 to 70%. And this measurement sample is thrown into LA-920, and an average particle diameter is obtained as an arithmetic average diameter (mean size) obtained at that time.

研磨剤、又は、後述する研磨剤セットにおけるスラリ中の砥粒の含有量は、CMP研磨液全質量を基準として0.1〜5質量%が好ましく、0.1〜3.0質量%がより好ましく、0.2〜2.0質量%が更に好ましく、0.3〜1.5質量%が特に好ましい。   The content of abrasive grains in the slurry in the abrasive or the abrasive set described later is preferably 0.1 to 5 mass%, more preferably 0.1 to 3.0 mass%, based on the total mass of the CMP polishing liquid. Preferably, 0.2 to 2.0 mass% is more preferable, and 0.3 to 1.5 mass% is particularly preferable.

研磨剤、又は、後述する研磨剤セットにおけるスラリ中の酸化セリウム粒子の含有量は、CMP研磨液全質量を基準として0.1〜5質量%が好ましく、0.1〜3.0質量%がより好ましく、0.2〜2.0質量%が更に好ましく、0.3〜1.5質量%が特に好ましい。   The content of the cerium oxide particles in the slurry in the abrasive or the abrasive set described later is preferably 0.1 to 5% by mass, and 0.1 to 3.0% by mass based on the total mass of the CMP polishing liquid. More preferably, 0.2-2.0 mass% is still more preferable, and 0.3-1.5 mass% is especially preferable.

本実施形態に係る研磨剤は、水溶性の分散剤を含んでもよい。これにより前記酸化セリウム粒子が、より安定的に水中に分散できる。ここで分散剤が水溶性であるとは、水に対する溶解度が、0.1質量%以上であることと定義される。   The abrasive according to this embodiment may include a water-soluble dispersant. Thereby, the cerium oxide particles can be more stably dispersed in water. Here, that the dispersant is water-soluble is defined as having a solubility in water of 0.1% by mass or more.

分散剤としては、水に溶解可能であれば特に制限は無く、具体的には例えば、陰イオン性分散剤、陽イオン性分散剤、非イオン性分散剤、両性分散剤等が挙げられる。研磨剤中で、酸化セリウム粒子を含む砥粒の表面電位を負にしやすい観点で、陰イオン性分散剤が好ましい。これらは一種単独で又は二種以上を組み合わせて使用できる。   The dispersant is not particularly limited as long as it can be dissolved in water, and specific examples include an anionic dispersant, a cationic dispersant, a nonionic dispersant, and an amphoteric dispersant. An anionic dispersant is preferable from the viewpoint of making the surface potential of abrasive grains containing cerium oxide particles negative in the abrasive. These can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

前記の陰イオン性分散剤としては、例えば、ラウリル硫酸トリエタノールアミン、ラウリル硫酸アンモニウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸トリエタノールアミン、ポリカルボン酸型高分子分散剤等が挙げられ、中でも、酸化セリウム粒子を含む砥粒の表面電位を負にしやすい観点で、ポリカルボン酸型高分子分散剤が好ましい。これらは一種単独で又は二種以上を組み合わせて使用できる。   Examples of the anionic dispersant include lauryl sulfate triethanolamine, ammonium lauryl sulfate, polyoxyethylene alkyl ether sulfate triethanolamine, and polycarboxylic acid type polymer dispersants. Among them, cerium oxide particles are used. A polycarboxylic acid type polymer dispersant is preferred from the viewpoint of easily making the surface potential of the abrasive grains contained negative. These can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

ポリカルボン酸型高分子分散剤の重量平均分子量は、100000以下であることが好ましい。尚、重量平均分子量は、例えば、以下の条件でGPCを用いて測定できる。
(条件)
試料:10μL
標準ポリスチレン:東ソー株式会社製標準ポリスチレン(分子量;190000、17900、9100、2980、578、474、370、266)
検出器:株式会社日立製作所製、RI−モニター、商品名「L−3000」
インテグレーター:株式会社日立製作所製、GPCインテグレーター、商品名「D−2200」
ポンプ:株式会社日立製作所製、商品名「L−6000」
デガス装置:昭和電工株式会社製、商品名「Shodex DEGAS」
カラム:日立化成株式会社製、商品名「GL−R440」、「GL−R430」、「GL−R420」をこの順番で連結して使用
溶離液:テトラヒドロフラン(THF)
測定温度:23℃
流速:1.75mL/分
測定時間:45分
The weight average molecular weight of the polycarboxylic acid type polymer dispersant is preferably 100,000 or less. In addition, a weight average molecular weight can be measured using GPC on the following conditions, for example.
(conditions)
Sample: 10 μL
Standard polystyrene: Standard polystyrene manufactured by Tosoh Corporation (molecular weight: 190000, 17900, 9100, 2980, 578, 474, 370, 266)
Detector: manufactured by Hitachi, Ltd., RI-monitor, trade name “L-3000”
Integrator: Hitachi, Ltd., GPC integrator, product name “D-2200”
Pump: Hitachi, Ltd., trade name “L-6000”
Degassing device: Showa Denko Co., Ltd., trade name "Shodex DEGAS"
Column: Hitachi Chemical Co., Ltd., trade names “GL-R440”, “GL-R430”, “GL-R420” connected in this order and used as eluent: tetrahydrofuran (THF)
Measurement temperature: 23 ° C
Flow rate: 1.75 mL / min Measurement time: 45 minutes

(添加剤)
本実施形態に係る研磨剤は、添加剤を含有できる。ここで、「添加剤」とは、研磨速度、平坦性や研磨選択性等の研磨特性;砥粒の分散性、保存安定性等の研磨剤特性などを調整するために、水及び砥粒以外に研磨剤に添加される物質を指す。
(Additive)
The abrasive | polishing agent which concerns on this embodiment can contain an additive. Here, the term “additive” refers to polishing properties such as polishing rate, flatness and polishing selectivity; and other than water and abrasive particles in order to adjust abrasive properties such as abrasive dispersibility and storage stability. Refers to a substance added to the abrasive.

[第一の添加剤:炭素数が140以下の糖類]
本実施形態に係る研磨剤は、第一の添加剤として、炭素数が140以下の糖類を含有する。第一の添加剤は、ストッパ露出後に絶縁材料が過剰に研磨されることを抑制でき、これにより高い平坦性を得ることができる。第一の添加剤が絶縁材料を被覆することにより、砥粒による研磨の進行が緩和されて研磨速度が過度に高くなることが抑制されるものと推測される。
[First additive: saccharides having 140 or less carbon atoms]
The abrasive according to this embodiment contains a saccharide having 140 or less carbon atoms as the first additive. The first additive can prevent the insulating material from being excessively polished after exposure of the stopper, thereby obtaining high flatness. It is presumed that when the first additive covers the insulating material, the progress of polishing by the abrasive grains is alleviated and the polishing rate is prevented from becoming excessively high.

炭素数が140以下の糖類としては、リボース、グルコース、フルクトース等の単糖類;スクロース、マルトース、ラフィノース、デキストリン、デキストラン、シクロデキストリン等の糖重合物などが挙げられる。   Examples of the saccharide having 140 or less carbon atoms include monosaccharides such as ribose, glucose, and fructose; sugar polymers such as sucrose, maltose, raffinose, dextrin, dextran, and cyclodextrin.

また、本実施形態に係る研磨剤に含有する糖類は、ヒドロキシル基を1つ以上水素又はアミノ基に置換されていてもよく、カルボニル基が還元されていてもよいが、カルボキシル基を含む糖誘導体(ウロン酸、アルダル酸など)を使用しないことが好ましい。カルボキシル基を含む糖類を使用しないことにより、さらに、より高い平坦性を得ることができる。   In addition, in the saccharide contained in the abrasive according to the present embodiment, one or more hydroxyl groups may be substituted with hydrogen or amino groups, and a carbonyl group may be reduced. It is preferable not to use (uronic acid, aldaric acid, etc.). By not using a saccharide containing a carboxyl group, higher flatness can be obtained.

第一の添加剤は、平坦性等の研磨特性を調整する目的で、一種を単独で又は二種類以上を組み合わせて使用できる。   A 1st additive can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types in order to adjust grinding | polishing characteristics, such as flatness.

第一の添加剤の重量平均分子量の上限は、被研磨面における平坦性を向上させる観点から、5000以下が好ましく、4500以下がより好ましく、4000以下が更に好ましく、3500以下が特に好ましく、3000以下が極めて好ましい。また、第一の添加剤の重量平均分子量の下限は、被研磨面における平坦性を更に向上させる観点から、90以上が好ましく、100以上がより好ましく、110以上が更に好ましい。前記の観点から、第一の添加剤の重量平均分子量は、90以上5000以下が好ましい。なお、重量平均分子量は、例えば、標準ポリスチレンの検量線を用いてゲルパーミエーションクロマトグラフィー法(GPC)により下記の条件で測定できる。
使用機器:日立L−6000型〔株式会社日立製作所製〕
カラム:ゲルパックGL−R420+ゲルパックGL−R430+ゲルパックGL−R440〔日立化成株式会社 商品名、計3本〕
溶離液:テトラヒドロフラン
測定温度:40℃
流量:1.75mL/分
検出器:L−3300RI〔株式会社日立製作所製〕
The upper limit of the weight average molecular weight of the first additive is preferably 5000 or less, more preferably 4500 or less, still more preferably 4000 or less, particularly preferably 3500 or less, from the viewpoint of improving flatness on the polished surface. Is very preferred. Further, the lower limit of the weight average molecular weight of the first additive is preferably 90 or more, more preferably 100 or more, and still more preferably 110 or more, from the viewpoint of further improving the flatness on the polished surface. From the above viewpoint, the weight average molecular weight of the first additive is preferably 90 or more and 5000 or less. In addition, a weight average molecular weight can be measured on condition of the following by the gel permeation chromatography method (GPC) using the calibration curve of a standard polystyrene, for example.
Equipment used: Hitachi L-6000 (manufactured by Hitachi, Ltd.)
Column: Gel Pack GL-R420 + Gel Pack GL-R430 + Gel Pack GL-R440 [Hitachi Chemical Co., Ltd., trade name, total of 3]
Eluent: Tetrahydrofuran Measurement temperature: 40 ° C
Flow rate: 1.75 mL / min Detector: L-3300RI [manufactured by Hitachi, Ltd.]

第一の添加剤の含有量の下限は、被研磨面における平坦性を更に向上させる観点から、研磨剤の全質量を基準として0.1質量%以上が好ましく、0.3質量%以上がより好ましく、0.5質量%以上が更に好ましい。第一の添加剤の含有量の上限は、適度な研磨速度を得る観点から、研磨剤の全質量を基準として5.0質量%以下が好ましく、3.0質量%以下がより好ましく、2.0質量%以下が更に好ましい。前記の観点から、第一の添加剤の含有量は、研磨剤の全質量を基準として0.1質量%以上5.0質量%以下が好ましい。なお、第一の添加剤として複数の化合物を用いる場合、各化合物の含有量の合計が前記範囲を満たしていることが好ましい。   The lower limit of the content of the first additive is preferably 0.1% by mass or more and more preferably 0.3% by mass or more based on the total mass of the abrasive from the viewpoint of further improving the flatness on the polished surface. Preferably, 0.5 mass% or more is more preferable. The upper limit of the content of the first additive is preferably 5.0% by mass or less, more preferably 3.0% by mass or less, based on the total mass of the abrasive, from the viewpoint of obtaining an appropriate polishing rate. 0 mass% or less is still more preferable. From the above viewpoint, the content of the first additive is preferably 0.1% by mass or more and 5.0% by mass or less based on the total mass of the abrasive. In addition, when using a some compound as a 1st additive, it is preferable that the sum total of content of each compound satisfy | fills the said range.

[第二の添加剤:非イオン界面活性剤]
本実施形態に係る研磨剤は、第一の添加剤の他に、第二の添加剤として非イオン界面活性剤を含有する。
[Second additive: nonionic surfactant]
The abrasive | polishing agent which concerns on this embodiment contains a nonionic surfactant as a 2nd additive other than a 1st additive.

第二の添加剤は、ストッパ材料を被覆することにより、砥粒によるストッパ材料の研磨速度が過度に高くなることを抑制する効果がある。これにより、本実施形態に係る研磨剤によれば、ストッパ材料に対する絶縁材料の研磨選択性を向上させることができる。   By coating the stopper material, the second additive has an effect of suppressing an excessive increase in the polishing rate of the stopper material by the abrasive grains. Thereby, according to the abrasive | polishing agent which concerns on this embodiment, the grinding | polishing selectivity of the insulating material with respect to a stopper material can be improved.

前記の非イオン性界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンスチレン化フェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンエーテル誘導体、ポリオキシプロピレングリセリルエーテル、ポリエチレングリコール、メトキシポリエチレングリコール、アセチレン系ジオールのオキシエチレン付加体等のエーテル型界面活性剤;ソルビタン脂肪酸エステル、グリセロールボレイト脂肪酸エステル等のエステル型界面活性剤;ポリオキシエチレンアルキルアミン等のアミノエーテル型界面活性剤;ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレングリセロールボレイト脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルエステル等のエーテルエステル型界面活性剤;脂肪酸アルカノールアミド、ポリオキシエチレン脂肪酸アルカノールアミド等のアルカノールアミド型界面活性剤;アセチレン系ジオールのオキシエチレン付加体;ポリビニルピロリドン;ポリアクリルアミド、ポリジメチルアクリルアミド等のアクリルアミド系重合体などが挙げられる。   Examples of the nonionic surfactant include polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene styrenated phenyl ether, polyoxyethylene alkyl allyl ether, polyoxyethylene polyoxypropylene ether derivative, polyoxypropylene glyceryl ether, and polyethylene. Ether type surfactants such as oxyethylene adducts of glycol, methoxypolyethylene glycol and acetylenic diols; ester type surfactants such as sorbitan fatty acid esters and glycerol borate fatty acid esters; amino ether type interfaces such as polyoxyethylene alkylamines Activator; polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester, polyoxyethylene glycerol borate fatty acid ester, polyoxyethylene alkyl ester Ether ester surfactants such as fatty acid alkanolamides, alkanolamide surfactants such as polyoxyethylene fatty acid alkanolamides; oxyethylene adducts of acetylenic diols; polyvinylpyrrolidone; acrylamides such as polyacrylamide and polydimethylacrylamide A polymer etc. are mentioned.

非イオン性界面活性剤の含有量は、CMP研磨液全質量を基準として、0.01〜1.0質量%が好ましく、0.02〜0.7質量%がより好ましく、0.03〜0.5質量%が更に好ましい。非イオン性界面活性剤の含有量が1.0質量%以下であると、酸化ケイ素膜の研磨速度が更に向上する。非イオン性界面活性剤の含有量が0.01質量%以上であると、ポリシリコン膜の研磨速度の増加を更に抑制できる。尚、前記分散剤として非イオン性界面活性剤を使用する場合には、分散剤としての非イオン性界面活性剤と、添加液中の非イオン性界面活性剤の合計量が前記範囲を満たすことが好ましい。   The content of the nonionic surfactant is preferably 0.01 to 1.0% by mass, more preferably 0.02 to 0.7% by mass, and 0.03 to 0% based on the total mass of the CMP polishing liquid. More preferably, 5% by mass. When the content of the nonionic surfactant is 1.0% by mass or less, the polishing rate of the silicon oxide film is further improved. When the content of the nonionic surfactant is 0.01% by mass or more, an increase in the polishing rate of the polysilicon film can be further suppressed. When a nonionic surfactant is used as the dispersant, the total amount of the nonionic surfactant as the dispersant and the nonionic surfactant in the additive solution satisfies the above range. Is preferred.

[第三の添加剤:有機酸]
本実施形態に係る研磨剤は、第三の添加剤として有機酸を含有する。
[Third additive: Organic acid]
The abrasive | polishing agent which concerns on this embodiment contains an organic acid as a 3rd additive.

第三の添加剤は、酸化セリウム粒子と絶縁材料の表面反応性に影響を与える効果により、有用な絶縁材料の研磨速度を得ることができる。これにより、本実施形態に係る研磨剤によれば、ストッパ材料に対する絶縁材料の研磨選択性を向上させることができる。   The third additive can obtain a useful polishing rate of the insulating material due to the effect of affecting the surface reactivity of the cerium oxide particles and the insulating material. Thereby, according to the abrasive | polishing agent which concerns on this embodiment, the grinding | polishing selectivity of the insulating material with respect to a stopper material can be improved.

前記の有機酸としては、カルボン酸、アミノ酸等が挙げられる。これらは、一種を単独で又は二種類以上を組み合わせて使用できる。中でも、砥粒の分散性と研磨特性のバランスに優れる観点から、カルボン酸及びアミノ酸が好ましい。   Examples of the organic acid include carboxylic acid and amino acid. These can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types. Among these, carboxylic acids and amino acids are preferred from the viewpoint of excellent balance between abrasive dispersibility and polishing characteristics.

カルボン酸は、pHを安定化させると共に絶縁材料の研磨速度を更に向上させる効果がある。カルボン酸としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、乳酸等が挙げられ、酢酸、プロピオン酸が好ましい。   Carboxylic acid has the effect of stabilizing the pH and further improving the polishing rate of the insulating material. Examples of the carboxylic acid include formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, caproic acid, lactic acid and the like, and acetic acid and propionic acid are preferable.

アミノ酸は、4価金属元素の水酸化物を含む砥粒の分散性を向上させ、絶縁材料の研磨速度を更に向上させる効果がある。アミノ酸としては、アルギニン、リシン、アスパラギン酸、グルタミン酸、アスパラギン、グルタミン、ヒスチジン、プロリン、チロシン、トリプトファン、セリン、トレオニン、グリシン、アラニン、β−アラニン、メチオニン、システイン、フェニルアラニン、ロイシン、バリン、イソロイシン等が挙げられ、グリシン、アラニンが好ましい。なお、アミノ酸はカルボキシル基を有するが、カルボン酸とは異なるものとする。   An amino acid has an effect of improving the dispersibility of abrasive grains containing a hydroxide of a tetravalent metal element and further improving the polishing rate of the insulating material. Amino acids include arginine, lysine, aspartic acid, glutamic acid, asparagine, glutamine, histidine, proline, tyrosine, tryptophan, serine, threonine, glycine, alanine, β-alanine, methionine, cysteine, phenylalanine, leucine, valine, isoleucine, etc. And glycine and alanine are preferable. In addition, although an amino acid has a carboxyl group, it shall differ from carboxylic acid.

(研磨剤の特性)
本実施形態に係る研磨剤のpH(25℃)の下限は、絶縁材料の研磨速度を更に向上させる観点から、4.0以上が好ましく、4.2以上がより好ましく、4.4以上が更に好ましく、4.6以上が特に好ましい。また、pHの上限は、絶縁材料の研磨速度を更に向上させる観点から、7.0以下が好ましく、6.8以下がより好ましく、6.6以下が更に好ましい。前記の観点から、研磨剤のpHは、4.0以上7.0以下であることが好ましい。
(Abrasive properties)
The lower limit of the pH (25 ° C.) of the abrasive according to this embodiment is preferably 4.0 or more, more preferably 4.2 or more, and even more preferably 4.4 or more, from the viewpoint of further improving the polishing rate of the insulating material. 4.6 or more is preferable. The upper limit of the pH is preferably 7.0 or less, more preferably 6.8 or less, and even more preferably 6.6 or less from the viewpoint of further improving the polishing rate of the insulating material. From the above viewpoint, the pH of the abrasive is preferably 4.0 or more and 7.0 or less.

研磨剤のpHは、アンモニア、水酸化ナトリウム、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)、イミダゾール等のアルカリ成分などによって調整可能である。また、pHを安定化させるため、緩衝剤を添加してもよい。また、緩衝液(緩衝剤を含む液)として緩衝剤を添加してもよい。このような緩衝液としては、酢酸塩緩衝液、フタル酸塩緩衝液等が挙げられる。   The pH of the abrasive can be adjusted by alkali components such as ammonia, sodium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide (TMAH), and imidazole. A buffer may be added to stabilize the pH. Moreover, you may add a buffer as a buffer (liquid containing a buffer). Examples of such a buffer include acetate buffer and phthalate buffer.

本実施形態に係る研磨剤のpHは、一般的なガラス電極を用いたpHメータによって測定できる。pHの測定には、具体的には、例えば、株式会社堀場製作所の商品名:Model(F−51)を使用できる。添加液のpHは、フタル酸塩pH標準液(pH:4.01)と、中性リン酸塩pH標準液(pH:6.86)と、ホウ酸塩pH標準液(pH:9.18)とをpH標準液として用い、pHメータを3点校正した後、pHメータの電極を添加液に入れて、2分以上経過して安定した後の値を測定することで得られる。このとき、標準緩衝液と添加液の液温は、例えば、共に25℃とできる。なお、スラリのpHも同様の手法により測定できる。   The pH of the abrasive according to this embodiment can be measured with a pH meter using a general glass electrode. Specifically, for example, trade name: Model (F-51) manufactured by HORIBA, Ltd. can be used for measuring pH. The pH of the additive solution is as follows: phthalate pH standard solution (pH: 4.01), neutral phosphate pH standard solution (pH: 6.86), and borate pH standard solution (pH: 9.18). ) Is used as a pH standard solution, the pH meter is calibrated at three points, the electrode of the pH meter is placed in the additive solution, and the value after 2 minutes has elapsed and stabilized is measured. At this time, the liquid temperatures of the standard buffer solution and the additive solution can both be 25 ° C., for example. The pH of the slurry can be measured by the same method.

本実施形態に係る研磨剤は、砥粒と、第一の添加剤と、第二の添加剤と、第三の添加剤と水とを少なくとも含む一液式研磨剤として保存してもよく、スラリ(第一の液)と添加液(第二の液)とを混合して前記研磨剤となるように前記研磨剤の構成成分をスラリと添加液とに分けた複数液式(例えば二液式)の研磨剤セットとして保存してもよい。スラリは、例えば、砥粒を少なくとも含む。添加液は、例えば、第一の添加剤、第二の添加剤及び第三の添加剤からなる群より選択される少なくとも一種を含む。第一の添加剤、第二の添加剤、第三の添加剤、水溶性高分子及び緩衝剤は、スラリ及び添加液のうち添加液に含まれることが好ましい。なお、前記研磨剤の構成成分は、三液以上に分けた研磨剤セットとして保存してもよい。例えば、前記研磨剤の構成成分は、砥粒及び水を含むスラリと、第一の添加剤及び水を含む添加液と、第二の添加剤及び水を含む添加液とに分けて保存されてもよい。   The abrasive according to this embodiment may be stored as a one-part abrasive containing at least abrasive grains, a first additive, a second additive, a third additive and water, A multiple liquid type (for example, two liquids) in which the constituents of the abrasive are divided into the slurry and the additive liquid so that the slurry (first liquid) and the additive liquid (second liquid) are mixed to become the abrasive. It may be stored as an abrasive set of formula). The slurry includes at least abrasive grains, for example. The additive liquid contains, for example, at least one selected from the group consisting of a first additive, a second additive, and a third additive. It is preferable that the first additive, the second additive, the third additive, the water-soluble polymer, and the buffering agent are included in the additive liquid among the slurry and the additive liquid. The constituents of the abrasive may be stored as an abrasive set divided into three or more liquids. For example, the constituents of the abrasive are stored separately in a slurry containing abrasive grains and water, an additive liquid containing a first additive and water, and an additive liquid containing a second additive and water. Also good.

前記研磨剤セットにおいては、研磨直前又は研磨時に、スラリ及び添加液が混合されて研磨剤が作製される。また、一液式研磨剤は、水の含有量を減じた研磨剤用貯蔵液として保存されると共に、研磨時に水で希釈して用いられてもよい。複数液式の研磨剤セットは、水の含有量を減じたスラリ用貯蔵液、添加液用貯蔵液として保存されると共に、研磨時に水で希釈して用いられてもよい。   In the abrasive set, slurry and additive liquid are mixed immediately before or during polishing to produce an abrasive. In addition, the one-component abrasive is stored as an abrasive storage solution with a reduced water content, and may be diluted with water during polishing. The multi-liquid type abrasive set may be stored as a slurry storage solution or an additive storage solution with a reduced water content, and may be diluted with water during polishing.

一液式研磨剤の場合、研磨定盤上への研磨剤の供給方法としては、研磨剤を直接送液して供給する方法;研磨剤用貯蔵液及び水を別々の配管で送液し、これらを合流、混合させて供給する方法;あらかじめ研磨剤用貯蔵液及び水を混合しておき供給する方法等を用いることができる。   In the case of a one-pack type abrasive, as a method of supplying the abrasive onto the polishing surface plate, a method of feeding and supplying the abrasive directly; a storage solution for abrasive and water are sent through separate pipes, A method in which these are combined, mixed and supplied; a method in which an abrasive stock solution and water are mixed and supplied in advance can be used.

スラリと添加液とに分けた複数液式の研磨剤セットとして保存する場合、これらの液の配合を任意に変えることにより研磨速度の調整ができる。研磨剤セットを用いて研磨する場合、研磨定盤上への研磨剤の供給方法としては、下記に示す方法がある。例えば、スラリと添加液とを別々の配管で送液し、これらの配管を合流、混合させて供給する方法;スラリ用貯蔵液、添加液用貯蔵液及び水を別々の配管で送液し、これらを合流、混合させて供給する方法;あらかじめスラリ、添加液を混合しておき供給する方法;あらかじめスラリ用貯蔵液、添加液用貯蔵液及び水を混合しておき供給する方法等を用いることができる。また、前記研磨剤セットにおけるスラリと添加液とをそれぞれ研磨定盤上へ供給する方法を用いることもできる。この場合、研磨定盤上においてスラリ及び添加液が混合されて得られる研磨剤を用いて被研磨面が研磨される。   When storing as a slurry set of multiple liquids divided into slurry and additive liquid, the polishing rate can be adjusted by arbitrarily changing the composition of these liquids. In the case of polishing using an abrasive set, methods for supplying the abrasive onto the polishing surface plate include the following methods. For example, the slurry and the additive liquid are sent through separate pipes, and these pipes are combined, mixed and supplied; the slurry storage liquid, the additive liquid storage liquid and water are sent through separate pipes, A method of supplying these by merging and mixing them; a method of supplying a mixture of slurry and additive solution in advance; a method of supplying a mixture of slurry storage solution, storage solution for additive solution and water in advance, etc. Can do. Moreover, the method of supplying the slurry and additive liquid in the said abrasive | polishing agent set on a polishing surface plate, respectively can also be used. In this case, the surface to be polished is polished using an abrasive obtained by mixing the slurry and the additive liquid on the polishing platen.

(基体の研磨方法)
本実施形態に係る基体の研磨方法は、前記一液式研磨剤を用いて基体の被研磨面を研磨する研磨工程を備えていてもよく、前記研磨剤セットにおけるスラリと添加液を混合して得られる研磨剤を用いて基体の被研磨面を研磨する研磨工程を備えていてもよい。また、本実施形態に係る基体の研磨方法は、絶縁材料及びポリシリコンを有する基体の研磨方法であってもよく、例えば、前記一液式研磨剤、又は、前記研磨剤セットにおけるスラリと添加液とを混合して得られる研磨剤を用いて、絶縁材料をポリシリコンに対して選択的に研磨する研磨工程を備えていてもよい。この場合、基体は、例えば、絶縁材料を含む部材と、ポリシリコンを含む部材とを有していてもよい。
(Substrate polishing method)
The substrate polishing method according to the present embodiment may include a polishing step of polishing the surface to be polished of the substrate using the one-part polishing agent, and the slurry and additive liquid in the polishing agent set are mixed. You may provide the grinding | polishing process of grind | polishing the to-be-polished surface of a base | substrate using the obtained abrasive | polishing agent. Further, the substrate polishing method according to this embodiment may be a method for polishing a substrate having an insulating material and polysilicon. For example, the one-part abrasive or the slurry and additive liquid in the abrasive set And a polishing step of selectively polishing the insulating material with respect to polysilicon using a polishing agent obtained by mixing the above. In this case, the base may have, for example, a member containing an insulating material and a member containing polysilicon.

研磨工程では、例えば、被研磨材料を有する基体の該被研磨材料を研磨定盤の研磨パッド(研磨布)に押圧した状態で、前記研磨剤を被研磨材料と研磨パッドとの間に供給し、基体と研磨定盤とを相対的に動かして被研磨材料の被研磨面を研磨する。研磨工程では、例えば、被研磨材料の少なくとも一部を研磨により除去する。   In the polishing step, for example, the abrasive is supplied between the material to be polished and the polishing pad in a state where the material to be polished of the substrate having the material to be polished is pressed against the polishing pad (polishing cloth) of the polishing surface plate. The surface to be polished of the material to be polished is polished by relatively moving the substrate and the polishing surface plate. In the polishing step, for example, at least a part of the material to be polished is removed by polishing.

研磨対象である基体としては、基板等が挙げられ、例えば、半導体素子製造に係る基板(例えば、STIパターン、ゲートパターン、配線パターン等が形成された半導体基板)上に被研磨材料が形成された基板が挙げられる。被研磨材料としては、酸化珪素等の絶縁材料;ポリシリコン、窒化珪素等のストッパ材料などが挙げられる。被研磨材料は、単一の材料であってもよく、複数の材料であってもよい。複数の材料が被研磨面に露出している場合、それらを被研磨材料と見なすことができる。被研磨材料は、膜状であってもよく、酸化珪素膜、ポリシリコン膜、窒化珪素膜等であってもよい。   Examples of the substrate to be polished include a substrate. For example, a material to be polished is formed on a substrate for manufacturing a semiconductor element (for example, a semiconductor substrate on which an STI pattern, a gate pattern, a wiring pattern, etc. are formed). A substrate is mentioned. Examples of materials to be polished include insulating materials such as silicon oxide; stopper materials such as polysilicon and silicon nitride. The material to be polished may be a single material or a plurality of materials. When a plurality of materials are exposed on the surface to be polished, they can be regarded as materials to be polished. The material to be polished may be in the form of a film, and may be a silicon oxide film, a polysilicon film, a silicon nitride film, or the like.

このような基板上に形成された被研磨材料(例えば酸化珪素等の絶縁材料)を前記研磨剤で研磨し、余分な部分を除去することによって、被研磨材料の表面の凹凸を解消し、被研磨材料の表面全体にわたって平滑な面とできる。本実施形態に係る研磨剤は、酸化珪素を含む被研磨面を研磨するために使用されることが好ましい。   The material to be polished (such as an insulating material such as silicon oxide) formed on such a substrate is polished with the above-mentioned abrasive and the excess portion is removed, thereby eliminating the unevenness on the surface of the material to be polished and A smooth surface can be formed over the entire surface of the abrasive material. The abrasive according to this embodiment is preferably used for polishing a surface to be polished containing silicon oxide.

本実施形態では、少なくとも表面に酸化珪素を含む絶縁材料と、絶縁材料の下層に配置されたストッパ(研磨停止層)と、ストッパの下に配置された半導体基板とを有する基体における絶縁材料を研磨できる。ストッパを構成するストッパ材料は、絶縁材料よりも研磨速度が低い材料であり、ポリシリコン、窒化珪素等が好ましい。このような基体では、ストッパが露出した時に研磨を停止させることにより、絶縁材料が過剰に研磨されることを防止できるため、絶縁材料の研磨後の平坦性を向上させることができる。なお、ストッパが露出した時に研磨を停止させるとは、前記ストッパ全て除去されるより前に(所定の厚みを残した状態で)研磨を終了することをいう。   In this embodiment, an insulating material in a base body having an insulating material containing at least silicon oxide on the surface, a stopper (polishing stop layer) disposed under the insulating material, and a semiconductor substrate disposed under the stopper is polished. it can. The stopper material constituting the stopper is a material whose polishing rate is lower than that of the insulating material, and polysilicon, silicon nitride and the like are preferable. In such a base, since the polishing is stopped when the stopper is exposed, the insulating material can be prevented from being excessively polished, and thus the flatness of the insulating material after polishing can be improved. Stopping the polishing when the stopper is exposed means that the polishing is finished (with a predetermined thickness left) before all the stoppers are removed.

本実施形態に係る研磨剤により研磨される被研磨材料の作製方法としては、低圧CVD法、準常圧CVD法、プラズマCVD法等のCVD法;回転する基板に液体原料を塗布する回転塗布法などが挙げられる。   As a method for producing a material to be polished by the polishing agent according to the present embodiment, a low pressure CVD method, a quasi-atmospheric pressure CVD method, a plasma CVD method or the like CVD method; a spin coating method in which a liquid material is applied to a rotating substrate Etc.

酸化珪素は、低圧CVD法を用いて、例えば、モノシラン(SiH)と酸素(O)を熱反応させることにより得られる。また、酸化珪素は、準常圧CVD法を用いて、例えば、テトラエトキシシラン(Si(OC)とオゾン(O)を熱反応させることにより得られる。その他の例として、テトラエトキシシランと酸素をプラズマ反応させることにより、同様に酸化珪素が得られる。 Silicon oxide can be obtained, for example, by thermally reacting monosilane (SiH 4 ) and oxygen (O 2 ) using a low pressure CVD method. Silicon oxide can be obtained, for example, by thermally reacting tetraethoxysilane (Si (OC 2 H 5 ) 4 ) and ozone (O 3 ) using a quasi-atmospheric pressure CVD method. As another example, silicon oxide is similarly obtained by causing plasma reaction between tetraethoxysilane and oxygen.

酸化珪素は、回転塗布法を用いて、例えば、無機ポリシラザン、無機シロキサン等を含む液体原料を基板上に塗布し、炉体等で熱硬化反応させることにより得られる。   Silicon oxide is obtained, for example, by applying a liquid raw material containing inorganic polysilazane, inorganic siloxane or the like on a substrate using a spin coating method and performing a thermosetting reaction in a furnace body or the like.

ポリシリコンの作製方法としては、モノシランを熱反応させる低圧CVD法、モノシランをプラズマ反応させるプラズマCVD法等が挙げられる。   Examples of the method for producing polysilicon include a low pressure CVD method in which monosilane is thermally reacted, a plasma CVD method in which monosilane is subjected to plasma reaction, and the like.

窒化珪素の作製方法としては、例えば、ジクロルシランとアンモニアを熱反応させる低圧CVD法、モノシラン、アンモニア及び窒素をプラズマ反応させるプラズマCVD法等が挙げられる。以上のような方法で得られた窒化珪素には、材質を調整するために、炭素、水素等のように、シリコンと窒素以外の元素が含まれていてもよい。   As a method for producing silicon nitride, for example, a low pressure CVD method in which dichlorosilane and ammonia are thermally reacted, a plasma CVD method in which monosilane, ammonia and nitrogen are subjected to plasma reaction, and the like can be given. The silicon nitride obtained by the above method may contain elements other than silicon and nitrogen, such as carbon and hydrogen, in order to adjust the material.

以上のような方法で得られた酸化珪素、ポリシリコン、窒化珪素等の材質を安定化させるために、必要に応じて200〜1000℃の温度で熱処理をしてもよい。また、以上のような方法で得られた酸化珪素には、埋込み性を高めるために微量のホウ素(B)、リン(P)、炭素(C)等が含まれていてもよい。   In order to stabilize materials such as silicon oxide, polysilicon, and silicon nitride obtained by the above method, heat treatment may be performed at a temperature of 200 to 1000 ° C. as necessary. Further, the silicon oxide obtained by the above method may contain a small amount of boron (B), phosphorus (P), carbon (C) or the like in order to improve the embedding property.

以下、絶縁材料が形成された半導体基板の研磨方法を一例に挙げて、本実施形態に係る研磨方法を説明する。本実施形態に係る研磨方法において、研磨装置としては、被研磨面を有する半導体基板等の基体を保持可能なホルダーと、研磨パッドを貼り付け可能な研磨定盤とを有する一般的な研磨装置を使用できる。ホルダー及び研磨定盤のそれぞれには、回転数が変更可能なモータ等が取り付けてある。研磨装置としては、例えば、APPLIED MATERIALS社製の研磨装置:MIRRA3400を使用できる。   Hereinafter, the polishing method according to this embodiment will be described by taking a polishing method of a semiconductor substrate on which an insulating material is formed as an example. In the polishing method according to the present embodiment, as a polishing apparatus, a general polishing apparatus having a holder capable of holding a substrate such as a semiconductor substrate having a surface to be polished and a polishing surface plate to which a polishing pad can be attached. Can be used. Each of the holder and the polishing surface plate is provided with a motor capable of changing the rotation speed. As a polishing apparatus, for example, a polishing apparatus: MIRRA 3400 manufactured by APPLIED MATERIALS can be used.

研磨パッドとしては、一般的な不織布、発泡体、非発泡体等が使用できる。研磨パッドの材質としては、ポリウレタン、アクリル、ポリエステル、アクリル−エステル共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ4−メチルペンテン、セルロース、セルロースエステル、ポリアミド(例えば、ナイロン(登録商標)及びアラミド)、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリシロキサン共重合体、オキシラン化合物、フェノール樹脂、ポリスチレン、ポリカーボネート、エポキシ樹脂等の樹脂が使用できる。研磨パッドの材質としては、特に、研磨速度及び平坦性の観点から、発泡ポリウレタン及び非発泡ポリウレタンが好ましい。研磨パッドには、研磨剤がたまるような溝加工が施されていることが好ましい。   As the polishing pad, a general nonwoven fabric, foam, non-foam, or the like can be used. As a material of the polishing pad, polyurethane, acrylic, polyester, acrylic-ester copolymer, polytetrafluoroethylene, polypropylene, polyethylene, poly-4-methylpentene, cellulose, cellulose ester, polyamide (for example, nylon (registered trademark) and Aramid), polyimide, polyimide amide, polysiloxane copolymer, oxirane compound, phenol resin, polystyrene, polycarbonate, epoxy resin and the like can be used. As the material of the polishing pad, in particular, foamed polyurethane and non-foamed polyurethane are preferable from the viewpoint of polishing speed and flatness. It is preferable that the polishing pad is grooved so as to collect the abrasive.

研磨条件に制限はないが、研磨定盤の回転速度は、半導体基板が飛び出さないように200min−1以下が好ましく、半導体基板にかける研磨圧力(加工荷重)は、研磨傷が発生することを充分に抑制する観点から、300kPa以下が好ましい。研磨している間、ポンプ等で連続的に研磨剤を研磨パッドに供給することが好ましい。この供給量に制限はないが、研磨パッドの表面が常に研磨剤で覆われていることが好ましい。 Although there is no limitation on the polishing conditions, the rotation speed of the polishing platen is preferably 200 min −1 or less so that the semiconductor substrate does not pop out, and the polishing pressure (processing load) applied to the semiconductor substrate is such that polishing flaws occur. From the viewpoint of sufficient suppression, 300 kPa or less is preferable. During polishing, it is preferable to continuously supply the polishing agent to the polishing pad with a pump or the like. Although there is no restriction | limiting in this supply amount, it is preferable that the surface of a polishing pad is always covered with the abrasive | polishing agent.

研磨終了後の半導体基板は、流水中でよく洗浄して基板に付着した粒子を除去することが好ましい。洗浄には、純水以外に希フッ酸又はアンモニア水を併用してもよく、洗浄効率を高めるためにブラシを併用してもよい。また、洗浄後は、半導体基板に付着した水滴を、スピンドライヤ等を用いて払い落としてから半導体基板を乾燥させることが好ましい。   The semiconductor substrate after the polishing is preferably washed well under running water to remove particles adhering to the substrate. For cleaning, dilute hydrofluoric acid or ammonia water may be used in addition to pure water, and a brush may be used in combination to increase cleaning efficiency. Further, after cleaning, it is preferable to dry the semiconductor substrate after water droplets adhering to the semiconductor substrate are removed using a spin dryer or the like.

本実施形態に係る研磨剤、研磨剤セット及び研磨方法は、プリメタル絶縁材料の研磨にも使用できる。プリメタル絶縁材料としては、酸化珪素の他、例えば、リン−シリケートガラス、ボロン−リン−シリケートガラスが使用され、更に、シリコンオキシフロリド、フッ化アモルファスカーボン等も使用できる。   The abrasive | polishing agent, abrasive | polishing agent set, and grinding | polishing method which concern on this embodiment can be used also for grinding | polishing of a premetal insulating material. As the premetal insulating material, for example, phosphorus-silicate glass and boron-phosphorus-silicate glass are used in addition to silicon oxide, and silicon oxyfluoride, fluorinated amorphous carbon, and the like can also be used.

本実施形態に係る研磨剤、研磨剤セット及び研磨方法は、酸化珪素等の絶縁材料以外の材料にも適用できる。このような材料としては、Hf系、Ti系、Ta系酸化物等の高誘電率材料;シリコン、アモルファスシリコン、SiC、SiGe、Ge、GaN、GaP、GaAs、有機半導体等の半導体材料;GeSbTe等の相変化材料;ITO等の無機導電材料;ポリイミド系、ポリベンゾオキサゾール系、アクリル系、エポキシ系、フェノール系等のポリマ樹脂材料などが挙げられる。   The abrasive | polishing agent, abrasive | polishing agent set, and grinding | polishing method which concern on this embodiment are applicable also to materials other than insulating materials, such as a silicon oxide. Examples of such materials include high dielectric constant materials such as Hf-based, Ti-based, and Ta-based oxides; semiconductor materials such as silicon, amorphous silicon, SiC, SiGe, Ge, GaN, GaP, GaAs, and organic semiconductors; GeSbTe Inorganic conductive materials such as ITO; Polymer resins such as polyimides, polybenzoxazoles, acrylics, epoxies, and phenols.

本実施形態に係る研磨剤、研磨剤セット及び研磨方法は、膜状の研磨対象だけでなく、ガラス、シリコン、SiC、SiGe、Ge、GaN、GaP、GaAs、サファイヤ又はプラスチック等から構成される各種基板にも適用できる。   The polishing agent, the polishing agent set, and the polishing method according to the present embodiment are not only film-like objects to be polished, but also various types composed of glass, silicon, SiC, SiGe, Ge, GaN, GaP, GaAs, sapphire, plastic, or the like. It can also be applied to substrates.

本実施形態に係る研磨剤、研磨剤セット及び研磨方法は、半導体素子の製造だけでなく、TFT、有機EL等の画像表示装置;フォトマスク、レンズ、プリズム、光ファイバー、単結晶シンチレータ等の光学部品;光スイッチング素子、光導波路等の光学素子;固体レーザ、青色レーザLED等の発光素子;磁気ディスク、磁気ヘッド等の磁気記憶装置の製造に用いることができる。   The polishing agent, the polishing agent set, and the polishing method according to the present embodiment are not only for manufacturing semiconductor elements, but also for image display devices such as TFTs and organic ELs; optical parts such as photomasks, lenses, prisms, optical fibers, and single crystal scintillators Optical elements such as optical switching elements and optical waveguides; light emitting elements such as solid lasers and blue laser LEDs; and magnetic storage devices such as magnetic disks and magnetic heads.

以下に、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples, but the present invention is not limited thereto.

<陰イオン分散処理された単結晶酸化セリウム>
以下、実施例の単結晶酸化セリウムは、RHODIA OPERATIONS社で作製された酸化セリウム〔製品名:HC60(2−)、酸化セリウム:30質量%〕を10質量%に希釈した希釈研磨液Aを用いて行った。
<Single-crystal cerium oxide treated with anion dispersion>
Hereinafter, as the single crystal cerium oxide of the example, diluted polishing liquid A obtained by diluting cerium oxide (product name: HC60 (2-), cerium oxide: 30% by mass) manufactured by RHODIA OPERATIONS to 10% by mass is used. I went.

(結晶子の確認)
走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、RHODIA OPERATIONS社製HC60(2−)の乾燥粉末を観察したところ、一次粒子径が約40nm〜約300nmであり、40nm〜160nmの酸化セリウム粒子が全体の99%以上であった。また、粉砕法で製造される酸化セリウムで認められる10nm以下や500nm以上の酸化セリウム粒子は認められず、幅の狭い結晶子径分布であった。更に結晶粒界は認められず、単結晶の酸化セリウムであった。
(Confirmation of crystallite)
Using a scanning electron microscope (SEM), when the dried powder of HC60 (2-) manufactured by RHODIA OPERATIONS was observed, the primary particle diameter was about 40 nm to about 300 nm, and the cerium oxide particles of 40 nm to 160 nm were entirely present. It was 99% or more. Further, cerium oxide particles of 10 nm or less or 500 nm or more, which are recognized in cerium oxide produced by a pulverization method, were not recognized, and the crystallite size distribution was narrow. Further, no grain boundary was observed, and it was a single crystal cerium oxide.

(平均粒径の測定)
株式会社堀場製作所製、商品名:LA−920を用いてRHODIA OPERATIONS社製HC60(2−)の平均粒径を測定したところ、103.5nmであった。
(Measurement of average particle size)
The average particle diameter of HC60 (2-) manufactured by RHODIA OPERATIONS was measured using a product name manufactured by HORIBA, Ltd., trade name: LA-920, and found to be 103.5 nm.

測定法は下記のとおりである。まず、4.0質量%に希釈したHC60(2−)希釈液を作製した。分散媒の超純水118gと前記HC60(2−)希釈液138μlを投入して測定を行い、メジアン径として表示される値を読み取った。   The measuring method is as follows. First, an HC60 (2-) diluted solution diluted to 4.0% by mass was prepared. Measurement was performed by adding 118 g of ultrapure water as a dispersion medium and 138 μl of the HC60 (2-) diluted solution, and the value displayed as the median diameter was read.

(砥粒の表面電位)
ベックマンコールター社製、商品名:Delsa NanoCを用いて、RHODIA OPERATIONS社製HC60(2−)の表面電位を測定したところ、約−50mVであった。
(Abrasive surface potential)
When the surface potential of HC60 (2-) manufactured by RHODIA OPERATIONS was measured using a product name: Delsa NanoC manufactured by Beckman Coulter, it was about -50 mV.

測定法は下記のとおりである。まず、0.002質量%に希釈したHC60(2−)希釈液を作製した。前記HC60(2−)希釈液をセルに投入して装置にセットして測定を行い、3回連続測定して表示される平均値を読み取った。   The measuring method is as follows. First, an HC60 (2-) diluted solution diluted to 0.002% by mass was prepared. The HC60 (2-) diluted solution was put into a cell and set in an apparatus for measurement, and an average value displayed by three consecutive measurements was read.

<CMP研磨剤の調製>
[実施例1]
D−グルコース10.0質量%(分子量:180)、界面活性剤A(2,4,7,9−テトラメチル−5−デシン−4,7−ジオールのポリエトキシレート)1.0質量%、酢酸0.08質量%、イミダゾール0.1質量%及び水88.82質量%を含有する添加液用貯蔵液100gと、希釈研磨液A67gと、純水833gを混合することで、酸化セリウム粒子を0.67質量%、グルコースを1.0質量%、界面活性剤Aを0.1質量%、酢酸を0.008質量%含有するpH6.1のCMP研磨剤を調製した。
<Preparation of CMP abrasive>
[Example 1]
D-glucose 10.0% by mass (molecular weight: 180), surfactant A (polyethoxylate of 2,4,7,9-tetramethyl-5-decyne-4,7-diol) 1.0% by mass, By mixing 100 g of an additive liquid storage solution containing acetic acid 0.08 mass%, imidazole 0.1 mass% and water 88.82 mass%, diluted polishing liquid A 67 g, and pure water 833 g, the cerium oxide particles are mixed. A CMP abrasive having a pH of 6.1 containing 0.67% by mass, glucose 1.0% by mass, surfactant A 0.1% by mass, and acetic acid 0.008% by mass was prepared.

[実施例2]
糖類を変更する以外は実施例1と同様にして、酸化セリウム粒子を0.67質量%、フルクトース(分子量:182)を1.0質量%、界面活性剤Aを0.1質量%、酢酸を0.008質量%含有するpH6.0のCMP研磨剤を調製した。
[Example 2]
Except for changing the saccharide, the same procedure as in Example 1 was performed, except that cerium oxide particles were 0.67% by mass, fructose (molecular weight: 182) was 1.0% by mass, surfactant A was 0.1% by mass, and acetic acid was added. A CMP abrasive having a pH of 6.0 and containing 0.008% by mass was prepared.

[実施例3]
糖類を変更する以外は実施例1と同様にして、酸化セリウム粒子を0.67質量%、スクロース(分子量:342)を1.0質量%、界面活性剤Aを0.1質量%、酢酸を0.008質量%含有するpH6.0のCMP研磨剤を調製した。
[Example 3]
Except for changing the saccharide, the same procedure as in Example 1 was performed, except that cerium oxide particles were 0.67% by mass, sucrose (molecular weight: 342) was 1.0% by mass, surfactant A was 0.1% by mass, and acetic acid was added. A CMP abrasive having a pH of 6.0 and containing 0.008% by mass was prepared.

[実施例4]
糖類を変更する以外は実施例1と同様にして、酸化セリウム粒子を0.67質量%、マルトース(分子量:342)を1.0質量%、界面活性剤Aを0.1質量%、酢酸を0.008質量%含有するpH6.0のCMP研磨剤を調製した。
[Example 4]
Except for changing the saccharide, the same procedure as in Example 1 was performed, except that cerium oxide particles were 0.67% by mass, maltose (molecular weight: 342) was 1.0% by mass, surfactant A was 0.1% by mass, and acetic acid was added. A CMP abrasive having a pH of 6.0 and containing 0.008% by mass was prepared.

[実施例5]
糖類を変更する以外は実施例1と同様にして、酸化セリウム粒子を0.67質量%、デキストリン(三和澱粉工業株式会社製:サンデック#300、分子量:4000、「サンデック」は登録商標)を1.0質量%、界面活性剤Aを0.1質量%、酢酸を0.008質量%含有するpH6.0のCMP研磨剤を調製した。
[Example 5]
Except for changing the saccharide, in the same manner as in Example 1, 0.67% by mass of cerium oxide particles, dextrin (manufactured by Sanwa Starch Co., Ltd .: Sandeck # 300, molecular weight: 4000, “Sandeck” is a registered trademark) A CMP abrasive having a pH of 6.0 containing 1.0% by mass, 0.1% by mass of surfactant A and 0.008% by mass of acetic acid was prepared.

[実施例6]
界面活性剤を変更する以外は実施例1と同様にして、酸化セリウム粒子を0.67質量%、グルコース(分子量:182)を1.0質量%、界面活性剤B(ポリオキシエチレンスチレン化フェニルエーテル)を0.1質量%、酢酸を0.008質量%含有するpH6.1のCMP研磨剤を調製した。
[Example 6]
Except for changing the surfactant, the same procedure as in Example 1 was performed, except that cerium oxide particles were 0.67% by mass, glucose (molecular weight: 182) was 1.0% by mass, and surfactant B (polyoxyethylene styrenated phenyl) was used. A CMP abrasive having a pH of 6.1 containing 0.1% by mass of ether and 0.008% by mass of acetic acid was prepared.

[実施例7]
有機酸を変更する以外は実施例1と同様にして、酸化セリウム粒子を0.67質量%、グルコース(分子量:182)を1.0質量%、界面活性剤Aを0.1質量%、プロピオン酸を0.008質量%含有するpH6.6のCMP研磨剤を調製した。
[Example 7]
Except for changing the organic acid, the same procedure as in Example 1 was carried out, except that cerium oxide particles were 0.67% by mass, glucose (molecular weight: 182) was 1.0% by mass, surfactant A was 0.1% by mass, and propion. A CMP abrasive having a pH of 6.6 containing 0.008% by mass of acid was prepared.

[比較例1]
ポリアクリル酸1.0質量%(分子量:4000)、界面活性剤A(2,4,7,9−テトラメチル−5−デシン−4,7−ジオールのポリエトキシレート)0.8質量%、酢酸0.08質量%、25%アンモニア水0.28質量%及び水97.84質量%を含有する添加液用貯蔵液100gと、希釈研磨液A67gと、純水833gを混合することで、糖類を含まない、酸化セリウム粒子を0.67質量%、ポリアクリル酸を0.1質量%、界面活性剤Aを0.08質量%、酢酸を0.008質量%含有するpH5.2のCMP研磨剤を調製した。
[Comparative Example 1]
Polyacrylic acid 1.0% by mass (molecular weight: 4000), surfactant A (polyethoxylate of 2,4,7,9-tetramethyl-5-decyne-4,7-diol) 0.8% by mass, By mixing 100 g of an additive liquid storage solution containing 0.08% by mass of acetic acid, 0.28% by mass of 25% aqueous ammonia and 97.84% by mass of water, 67 g of diluted polishing liquid A, and 833 g of pure water, -Free CMP polishing at pH 5.2, containing 0.67% by mass of cerium oxide particles, 0.1% by mass of polyacrylic acid, 0.08% by mass of surfactant A, and 0.008% by mass of acetic acid An agent was prepared.

[比較例2]
糖類を含まない以外は実施例1と同様にして、酸化セリウム粒子を0.67質量%、界面活性剤Aを0.1質量%、酢酸を0.008質量%含有するpH6.0のCMP研磨剤を調製した。
[Comparative Example 2]
CMP polishing at pH 6.0 containing 0.67% by mass of cerium oxide particles, 0.1% by mass of surfactant A and 0.008% by mass of acetic acid, as in Example 1 except that no saccharide was contained. An agent was prepared.

[比較例3]
界面活性剤を含まない以外は実施例1と同様にして、酸化セリウム粒子を0.67質量%、グルコース(分子量:182)を1.0質量%、酢酸を0.008質量%含有するpH6.0のCMP研磨剤を調製した。
[Comparative Example 3]
PH 6 containing 0.67% by mass of cerium oxide particles, 1.0% by mass of glucose (molecular weight: 182), and 0.008% by mass of acetic acid in the same manner as in Example 1 except that the surfactant is not included. A zero CMP abrasive was prepared.

[比較例4]
有機酸を含まない以外は実施例1と同様にして、酸化セリウム粒子を0.67質量%、グルコース(分子量:182)を1.0質量%、界面活性剤Aを0.1質量%含有するpH6.0のCMP研磨剤を調製した。
[Comparative Example 4]
Except for not containing an organic acid, the same procedure as in Example 1 was carried out, containing cerium oxide particles at 0.67% by mass, glucose (molecular weight: 182) at 1.0% by mass, and surfactant A at 0.1% by mass. A CMP abrasive having a pH of 6.0 was prepared.

<液状特性評価>
CMP研磨剤のpH、及び、CMP研磨剤中の酸化セリウムの平均粒径を下記の条件で評価した。
<Liquid property evaluation>
The pH of the CMP abrasive and the average particle diameter of cerium oxide in the CMP abrasive were evaluated under the following conditions.

(研磨液中での砥粒の表面電位)
ベックマンコールター社製、商品名:Delsa NanoCを用いて、研磨液中に含まれる砥粒の表面電位を測定したところ、約−250〜−5mVの範囲であった。
(Surface potential of abrasive grains in polishing liquid)
When the surface potential of the abrasive grains contained in the polishing liquid was measured using a product name: Delsa NanoC manufactured by Beckman Coulter, it was in the range of about -250 to -5 mV.

(pH)
測定温度:25±5℃
測定装置:株式会社堀場製作所製、型番F−51
測定方法:標準緩衝液(フタル酸塩pH緩衝液、pH:4.01(25℃);中性リン酸塩pH緩衝液、pH6.86(25℃);ホウ酸塩pH緩衝液、pH9.18(25℃))を用いて3点校正した後、電極をCMP研磨剤に入れて、2分以上経過して安定した後のpHを前記測定装置により測定した。
(PH)
Measurement temperature: 25 ± 5 ° C
Measuring device: manufactured by HORIBA, Ltd., model number F-51
Measurement method: standard buffer (phthalate pH buffer, pH: 4.01 (25 ° C.); neutral phosphate pH buffer, pH 6.86 (25 ° C.); borate pH buffer, pH 9. 18 (25 ° C.) was used to calibrate the three points, and then the electrode was put in a CMP abrasive and the pH after being stabilized after 2 minutes or more was measured with the measuring device.

(平均粒径)
株式会社堀場製作所製、商品名:LA−920を用いてCMP研磨剤中の酸化セリウム粒子の平均粒径を測定した。測定法は下記のとおりである。分散媒の超純水118.0gとCMP研磨剤824μlを投入して測定を行い、メジアン径として表示される値を読み取った。
(Average particle size)
The average particle diameter of the cerium oxide particles in the CMP abrasive was measured using a product name: LA-920, manufactured by HORIBA, Ltd. The measuring method is as follows. Measurement was performed by adding 118.0 g of ultrapure water as a dispersion medium and 824 μl of CMP abrasive, and the value displayed as the median diameter was read.

<CMP評価>
CMP研磨剤を用いて下記研磨条件で被研磨基板を研磨した。
<CMP evaluation>
The substrate to be polished was polished under the following polishing conditions using a CMP abrasive.

(CMP研磨条件)
・研磨装置:MIRRA3400(APPLIED MATERIALS社製)
・CMP研磨剤流量:200mL/分
・被研磨基板:
(パターンなしウエハ)
パターンが形成されていないブランケットウエハとして、厚さ1μmの酸化珪素膜をシリコン基板上にプラズマCVD法で形成した基板を用いた。
(パターンウエハ)
模擬パターンが形成されたパターンウエハとして、SEMATECH社製、864ウエハ(商品名、直径:200mm)を用いた。当該パターンウエハは、ストッパ膜としてポリシリコン膜をシリコン基板上に積層後、露光工程においてトレンチを形成し、ポリシリコン膜及びトレンチを埋めるようにシリコン基板及びポリシリコン膜の上に絶縁膜として酸化珪素膜(SiO膜)を積層することにより得られたウエハであった。酸化珪素膜は、HDP(High Density Plasma)法により成膜されたものであった。
・研磨パッド:独立気泡を持つ発泡ポリウレタン樹脂(ローム・アンド・ハース・ジャパン株式会社製、型番IC1010)、ショアD硬度:60
・研磨圧力:21.0kPa(3.0psi)
・基板と研磨定盤との相対速度:85m/分
・研磨時間:ブランケットウエハは、1分間研磨を行った。パターンウエハは、ストッパ膜であるポリシリコン膜が露出するまで研磨を行った。また、ポリシリコン膜が露出するまでにかかった研磨時間と同じ時間更に削り込むことにより、ディッシングの進行度合いの確認を行なった。
・洗浄:CMP処理後、超音波水による洗浄を行った後、スピンドライヤで乾燥させた。
(CMP polishing conditions)
Polishing device: MIRRA 3400 (Applied Materials)
・ CMP abrasive flow rate: 200 mL / min ・ Polished substrate:
(Unpatterned wafer)
As a blanket wafer on which no pattern was formed, a substrate in which a silicon oxide film having a thickness of 1 μm was formed on a silicon substrate by a plasma CVD method was used.
(Pattern wafer)
An 864 wafer (trade name, diameter: 200 mm) manufactured by SEMATECH was used as a pattern wafer on which a simulated pattern was formed. In the patterned wafer, after a polysilicon film is stacked on the silicon substrate as a stopper film, a trench is formed in an exposure process, and a silicon oxide as an insulating film is formed on the silicon substrate and the polysilicon film so as to fill the polysilicon film and the trench. It was a wafer obtained by laminating a film (SiO 2 film). The silicon oxide film was formed by the HDP (High Density Plasma) method.
Polishing pad: foamed polyurethane resin with closed cells (Rohm and Haas Japan, model number IC1010), Shore D hardness: 60
Polishing pressure: 21.0 kPa (3.0 psi)
-Relative speed between substrate and polishing platen: 85 m / min-Polishing time: Blanket wafer was polished for 1 minute. The pattern wafer was polished until the polysilicon film as a stopper film was exposed. Further, the progress of dishing was confirmed by further grinding for the same time as the polishing time taken until the polysilicon film was exposed.
-Cleaning: After CMP treatment, cleaning with ultrasonic water was performed, followed by drying with a spin dryer.

前記パターンウエハとしては、ライン&スペースが100μmピッチ、且つ、凸部パターン密度(面積)が20%、50%、80%である部分を有するものを使用した。パターンウエハは、模擬的なパターンとして、ポリシリコン膜でマスクされたActive部(凸部)と、溝が形成されたTrench部(凹部)とが交互に並んだパターンを有している。例えば、「ライン&スペースが100μmピッチ」とは、ライン部とスペ−ス部との幅の合計が、100μmであることを意味する。また、例えば、「ライン&スペースが100μmピッチ、且つ、凸部パターン密度が20%」とは、凸部幅20μmの凸部と幅80μmの凹部とが交互に並んだパターンを意味する。   As the pattern wafer, a wafer having a line and space of 100 μm pitch and a convex pattern density (area) of 20%, 50%, and 80% was used. The pattern wafer has a pattern in which active parts (convex parts) masked with a polysilicon film and trench parts (concave parts) in which grooves are formed are alternately arranged as a simulated pattern. For example, “the line and space has a pitch of 100 μm” means that the total width of the line portion and the space portion is 100 μm. For example, “the line and space is 100 μm pitch and the convex pattern density is 20%” means a pattern in which convex portions having a convex portion width of 20 μm and concave portions having a width of 80 μm are alternately arranged.

パターンウエハにおいて、酸化珪素膜の膜厚は、シリコン基板及びポリシリコン膜のいずれの上においても600nmであった。具体的には、図1に示すように、シリコン基板1上のポリシリコン膜2の膜厚は150nmであり、酸化珪素膜3の凸部の膜厚は600nmであり、酸化珪素膜3の凹部の膜厚は600nmであり、酸化珪素膜3の凹部深さは500nm(トレンチ深さ350nm+ポリシリコン膜厚150nm)であった。   In the pattern wafer, the thickness of the silicon oxide film was 600 nm on both the silicon substrate and the polysilicon film. Specifically, as shown in FIG. 1, the thickness of the polysilicon film 2 on the silicon substrate 1 is 150 nm, the thickness of the convex portion of the silicon oxide film 3 is 600 nm, and the concave portion of the silicon oxide film 3 is formed. The thickness of the concave portion of the silicon oxide film 3 was 500 nm (trench depth 350 nm + polysilicon film thickness 150 nm).

パターンウエハの研磨評価に際しては、公知のCMP研磨剤(ヒュームドシリカ)を用いて前記ウエハを研磨することにより、100μmピッチ50%密度パターンで、図1に示す酸化珪素膜3の膜厚が約250nmの状態となったウエハを用いた。具体的には、Cabot Corporation製SS−25と純水を1:1で配合した研磨剤を用いて、55秒研磨したウエハを用いた。   When polishing the pattern wafer, the silicon oxide film 3 shown in FIG. 1 has a film thickness of about 100 μm and a 50% density pattern by polishing the wafer using a known CMP abrasive (fumed silica). A wafer in a state of 250 nm was used. Specifically, a wafer polished for 55 seconds using an abrasive prepared by mixing SS-25 manufactured by Cabot Corporation and pure water at a ratio of 1: 1 was used.

<研磨品評価>
[ブランケットウエハ研磨速度]
前記条件で研磨及び洗浄した被研磨膜(酸化珪素膜)の研磨速度(酸化珪素研磨速度:SiORR)を次式より求めた。なお、研磨前後での被研磨膜の膜厚差は、光干渉式膜厚装置(フィルメトリクス社製、商品名:F80)を用いて求めた。
(研磨速度:RR)=(研磨前後での被研磨膜の膜厚差(nm))/(研磨時間(分))
<Polished product evaluation>
[Blanket wafer polishing speed]
The polishing rate (silicon oxide polishing rate: SiO 2 RR) of the film to be polished (silicon oxide film) polished and cleaned under the above conditions was obtained from the following equation. In addition, the film thickness difference of the film to be polished before and after polishing was determined using an optical interference film thickness apparatus (manufactured by Filmetrics, trade name: F80).
(Polishing rate: RR) = (Thickness difference of the film to be polished before and after polishing (nm)) / (Polishing time (min))

[パターンウエハ評価]
前記条件で研磨及び洗浄したパターンウエハの凸部のポリシリコン膜又は酸化珪素膜の残膜厚、及び、凹部の酸化珪素膜の残膜厚を測定して残段差量(ディッシング)を次式より求めた。なお、研磨前後での被研磨膜の膜厚は、光干渉式膜厚装置(ナノメトリクス社製、商品名:Nanospec AFT−5100)を用いて求めた。
残段差(ディッシング)=(350+ポリシリコン膜厚(nm))−(凹部の酸化珪素膜の残膜厚(nm))
[Pattern wafer evaluation]
By measuring the remaining film thickness of the polysilicon film or silicon oxide film on the convex part of the patterned wafer polished and cleaned under the above conditions and the residual film thickness of the silicon oxide film in the concave part, the amount of remaining step (dishing) is obtained from the following equation: Asked. The film thickness of the film to be polished before and after polishing was determined using an optical interference film thickness apparatus (manufactured by Nanometrics, trade name: Nanospec AFT-5100).
Residual step (dishing) = (350 + polysilicon film thickness (nm)) − (residual film thickness of recessed silicon oxide film (nm))

[研磨傷評価]
前記条件で研磨及び洗浄した被研磨基板(酸化珪素膜を有するブランケットウエハ基板)を0.5質量%のフッ化水素の水溶液に15秒間浸漬した後に、60秒間水洗した。続いて、ポリビニルアルコールブラシを用いて、水を供給しながら被研磨膜表面を1分間洗浄した後に、乾燥させた。APPLIED MATERIALS社製Complusを用いて、被研磨膜表面の0.2μm以上の欠陥を検出した。さらに、Complusで得られた欠陥検出座標とAPPLIED MATERIALS社製SEM Visionとを用いて、被研磨膜表面を観測したところ、被研磨膜表面における0.2μm以上の研磨傷の個数は、実施例及び比較例のいずれにおいても0〜10(個/ウエハ)程度であり、研磨傷の発生が充分に抑制されていた。
[Polishing scratch evaluation]
The substrate to be polished (blanket wafer substrate having a silicon oxide film) polished and cleaned under the above conditions was immersed in an aqueous solution of 0.5% by mass of hydrogen fluoride for 15 seconds, and then washed with water for 60 seconds. Subsequently, the surface of the film to be polished was washed for 1 minute while supplying water using a polyvinyl alcohol brush, and then dried. A defect of 0.2 μm or more on the surface of the film to be polished was detected using Complis made by APPLIED MATERIALS. Further, when the surface of the film to be polished was observed using the defect detection coordinates obtained by Complus and SEM Vision made by APPLIED MATERIALS, the number of polishing scratches of 0.2 μm or more on the surface of the film to be polished was In any of the comparative examples, it was about 0 to 10 (pieces / wafer), and the generation of polishing scratches was sufficiently suppressed.

なお、酸化珪素膜が除去しきれず、ポリシリコン膜が露出しなかった部分については、その部分において残った酸化珪素の膜厚を測定した(表中では、*付きの数字が酸化珪素の残膜厚を示す)。この場合、ポリシリコン膜厚の差は測定していない。   Note that for the portion where the silicon oxide film could not be removed and the polysilicon film was not exposed, the film thickness of the silicon oxide remaining in the portion was measured (in the table, the number with * indicates the remaining silicon oxide film) Indicates thickness). In this case, the difference in the polysilicon film thickness is not measured.

実施例1〜7及び比較例1〜4で得られた各測定結果を表1及び表2に示す。   Tables 1 and 2 show the measurement results obtained in Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 4, respectively.

Figure 2015129217
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Figure 2015129217
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以下、表1及び表2に示す結果について詳しく説明する。   Hereinafter, the results shown in Tables 1 and 2 will be described in detail.

実施例1において、20%〜80%密度部のp−Si膜厚は、148nm以上であり、比較例よりp−Si膜の研磨が抑制されている。また、残段差は、それぞれ19nm(20%密度部)、3nm(50%密度部)、0nm(80%密度部)であり、比較例よりディッシングが抑制されている結果が得られた。   In Example 1, the p-Si film thickness of the 20% to 80% density part is 148 nm or more, and polishing of the p-Si film is suppressed as compared with the comparative example. Further, the remaining steps were 19 nm (20% density part), 3 nm (50% density part), and 0 nm (80% density part), respectively, and a result in which dishing was suppressed from the comparative example was obtained.

実施例2において、20%〜80%密度部のp−Si膜厚は、148nm以上であり、比較例よりp−Si膜の研磨が抑制されている。また、残段差は、それぞれ18nm(20%密度部)、4nm(50%密度部)、0nm(80%密度部)であり、比較例よりディッシングが抑制されている結果が得られた。   In Example 2, the p-Si film thickness of the 20% to 80% density part is 148 nm or more, and polishing of the p-Si film is suppressed as compared with the comparative example. Further, the remaining steps were 18 nm (20% density part), 4 nm (50% density part), and 0 nm (80% density part), respectively, and a result in which dishing was suppressed from the comparative example was obtained.

実施例3において、20%〜80%密度部のp−Si膜厚は、148nm以上であり、比較例よりp−Si膜の研磨が抑制されている。また、残段差は、それぞれ18nm(20%密度部)、4nm(50%密度部)、0nm(80%密度部)であり、比較例よりディッシングが抑制されている結果が得られた。   In Example 3, the p-Si film thickness of the 20% to 80% density part is 148 nm or more, and polishing of the p-Si film is suppressed as compared with the comparative example. Further, the remaining steps were 18 nm (20% density part), 4 nm (50% density part), and 0 nm (80% density part), respectively, and a result in which dishing was suppressed from the comparative example was obtained.

実施例4において、20%〜80%密度部のp−Si膜厚は、148nm以上であり、比較例よりp−Si膜の研磨が抑制されている。また、残段差は、それぞれ13nm(20%密度部)、3nm(50%密度部)、0nm(80%密度部)であり、比較例よりディッシングが抑制されている結果が得られた。   In Example 4, the p-Si film thickness of the 20% to 80% density part is 148 nm or more, and polishing of the p-Si film is suppressed as compared with the comparative example. Further, the remaining steps were 13 nm (20% density part), 3 nm (50% density part), and 0 nm (80% density part), respectively, and a result in which dishing was suppressed from the comparative example was obtained.

実施例5において、20%〜80%密度部のp−Si膜厚は、146nm以上であり、比較例よりp−Si膜の研磨が抑制されている。また、残段差は、それぞれ36nm(20%密度部)、8nm(50%密度部)、0nm(80%密度部)であり、比較例よりディッシングが抑制されている結果が得られた。   In Example 5, the p-Si film thickness of the 20% to 80% density part is 146 nm or more, and polishing of the p-Si film is suppressed as compared with the comparative example. Further, the remaining steps were 36 nm (20% density part), 8 nm (50% density part), and 0 nm (80% density part), respectively, and a result in which dishing was suppressed from the comparative example was obtained.

実施例6において、20%〜80%密度部のp−Si膜厚は、146nm以上であり、比較例よりp−Si膜の研磨が抑制されている。また、残段差は、それぞれ16nm(20%密度部)、2nm(50%密度部)、0nm(80%密度部)であり、比較例よりディッシングが抑制されている結果が得られた。   In Example 6, the p-Si film thickness of the 20% to 80% density part is 146 nm or more, and polishing of the p-Si film is suppressed as compared with the comparative example. Further, the remaining steps were 16 nm (20% density part), 2 nm (50% density part), and 0 nm (80% density part), respectively, and a result in which dishing was suppressed from the comparative example was obtained.

実施例7において、20%〜80%密度部のp−Si膜厚は、148nm以上であり、比較例よりp−Si膜の研磨が抑制されている。また、残段差は、それぞれ28nm(20%密度部)、2nm(50%密度部)、0nm(80%密度部)であり、比較例よりディッシングが抑制されている結果が得られた。   In Example 7, the p-Si film thickness of the 20% to 80% density part is 148 nm or more, and polishing of the p-Si film is suppressed as compared with the comparative example. Further, the remaining steps were 28 nm (20% density part), 2 nm (50% density part), and 0 nm (80% density part), respectively, and a result in which dishing was suppressed from the comparative example was obtained.

比較例1において、SiORRは53nm/分であった。また、パターンウエハ評価では、凸部の酸化珪素膜を190秒で除去することはできなかった。 In Comparative Example 1, the SiO 2 RR was 53 nm / min. Further, in the pattern wafer evaluation, the silicon oxide film on the convex portion could not be removed in 190 seconds.

比較例2において、20%〜80%密度部のp−Si膜厚は、140nm以上であり、実施例と同じくらいp−Si膜の研磨が抑制されている。また、残段差は、それぞれ160nm(20%密度部)、77nm(50%密度部)、23nm(80%密度部)であった。   In Comparative Example 2, the p-Si film thickness of the 20% to 80% density part is 140 nm or more, and polishing of the p-Si film is suppressed as much as in the example. The remaining steps were 160 nm (20% density part), 77 nm (50% density part), and 23 nm (80% density part), respectively.

比較例3において、20%〜80%密度部のp−Si膜厚は、それぞれ100nm(20%密度部)、148nm(50%密度部)、148nm(80%密度部)であった。また、残段差は、それぞれ10nm(20%密度部)、6nm(50%密度部)、0nm(80%密度部)であるが、20%密度p−Siが大きく研磨されている。   In Comparative Example 3, the p-Si film thicknesses of the 20% to 80% density part were 100 nm (20% density part), 148 nm (50% density part), and 148 nm (80% density part), respectively. The remaining steps are 10 nm (20% density part), 6 nm (50% density part), and 0 nm (80% density part), respectively, but the 20% density p-Si is greatly polished.

比較例4において、SiORRは180nm/分であった。また、パターンウエハ評価では、凸部の酸化珪素膜を190秒で除去することはできなかった。 In Comparative Example 4, the SiO 2 RR was 180 nm / min. Further, in the pattern wafer evaluation, the silicon oxide film on the convex portion could not be removed in 190 seconds.

本発明によれば、被研磨面における平坦性と、ストッパ材料に対する絶縁材料の研磨選択性を向上させつつ、研磨傷の発生を抑制できるが可能な研磨剤、研磨剤セット及び研磨方法を提供できる。また、本発明によれば、特に、STI絶縁材料、プリメタル絶縁材料、層間絶縁材料等を平坦化するCMP技術において、研磨傷の発生を抑制しつつ、高度な平坦性を得ることが可能な研磨剤、研磨剤セット及び研磨方法を提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a polishing agent, a polishing agent set, and a polishing method capable of suppressing generation of polishing flaws while improving flatness on a surface to be polished and polishing selectivity of an insulating material with respect to a stopper material. . Further, according to the present invention, in particular, in CMP technology for flattening an STI insulating material, a premetal insulating material, an interlayer insulating material, etc., polishing capable of obtaining a high level of flatness while suppressing generation of polishing flaws. An abrasive, an abrasive set and a polishing method can be provided.

1…シリコン基板、2…ポリシリコン膜、3…酸化珪素膜。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon substrate, 2 ... Polysilicon film, 3 ... Silicon oxide film.

Claims (16)

水と、酸化セリウム粒子と、炭素数が140以下の糖類と、非イオン性界面活性剤と、有機酸と、を含有する研磨剤であって、前記酸化セリウム粒子が、単結晶粒子であり、かつ、研磨剤中で表面電位が負である、研磨剤。   An abrasive containing water, cerium oxide particles, a saccharide having 140 or less carbon atoms, a nonionic surfactant, and an organic acid, wherein the cerium oxide particles are single crystal particles, An abrasive having a negative surface potential in the abrasive. 砥粒の一次粒子径が、1nm以上300nm以下である、請求項1に記載の研磨剤。   The abrasive | polishing agent of Claim 1 whose primary particle diameters of an abrasive grain are 1 nm or more and 300 nm or less. 砥粒の一次粒子径が、1nm以上300nm以下であり、160nm以下の一次粒子径が全体の90%以上である、請求項1に記載の研磨剤。   The abrasive | polishing agent of Claim 1 whose primary particle diameter of an abrasive grain is 1 nm or more and 300 nm or less, and whose primary particle diameter of 160 nm or less is 90% or more of the whole. 砥粒の一次粒子径が、1nm以上300nm以下であり、160nm以下の一次粒子径が全体の99%以上である、請求項1に記載の研磨剤。   The abrasive | polishing agent of Claim 1 whose primary particle diameter of an abrasive grain is 1 nm or more and 300 nm or less, and whose primary particle diameter of 160 nm or less is 99% or more of the whole. 糖類が、カルボキシル基を含まないものである、請求項1〜4のいずれか一項に記載の研磨剤。   The abrasive | polishing agent as described in any one of Claims 1-4 whose saccharide | sugar does not contain a carboxyl group. 糖類の含有量が、研磨剤の全質量を基準として0.1質量%以上である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の研磨剤。   The abrasive | polishing agent as described in any one of Claims 1-5 whose content of saccharides is 0.1 mass% or more on the basis of the total mass of an abrasive | polishing agent. 非イオン性界面活性剤の含有量が、研磨剤の全質量を基準として0.01質量%以上である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の研磨剤。   The abrasive | polishing agent as described in any one of Claims 1-6 whose content of a nonionic surfactant is 0.01 mass% or more on the basis of the total mass of an abrasive | polishing agent. 有機酸が、炭素数が4以下のモノカルボン酸である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の研磨剤。   The abrasive | polishing agent as described in any one of Claims 1-7 whose organic acid is C4 or less monocarboxylic acid. 砥粒の含有量が、研磨剤の全質量を基準として0.1質量%以上5質量%以下である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の研磨剤。   The abrasive | polishing agent as described in any one of Claims 1-8 whose content of an abrasive grain is 0.1 to 5 mass% on the basis of the total mass of an abrasive | polishing agent. pHが4.0以上7.0以下である、請求項1〜9のいずれか一項に記載の研磨剤。   The abrasive | polishing agent as described in any one of Claims 1-9 whose pH is 4.0 or more and 7.0 or less. 酸化珪素を含む被研磨面を研磨するために使用される、請求項1〜10のいずれか一項に記載の研磨剤。   The abrasive | polishing agent as described in any one of Claims 1-10 used in order to grind | polish the to-be-polished surface containing a silicon oxide. 請求項1〜11のいずれか一項に記載の研磨剤の構成成分が複数の液に分けて保存され、第一の液が砥粒を含み、第二の液が糖類、界面活性剤及び有機酸からなるそれぞれの群より選択される少なくとも一種を含む、研磨剤セット。   The constituents of the abrasive according to any one of claims 1 to 11 are stored separately in a plurality of liquids, the first liquid contains abrasive grains, and the second liquid is a saccharide, a surfactant and an organic substance. An abrasive set comprising at least one selected from the group consisting of acids. 請求項1〜11のいずれか一項に記載の研磨剤を用いて基体の被研磨面を研磨する工程を備える、基体の研磨方法。   A method for polishing a substrate, comprising a step of polishing a surface to be polished of the substrate using the abrasive according to any one of claims 1 to 11. 請求項12に記載の研磨剤セットにおける第一の液と第二の液を混合して得られる研磨剤を用いて基体の被研磨面を研磨する工程を備える、基体の研磨方法。   A method for polishing a substrate, comprising a step of polishing a surface to be polished of a substrate using an abrasive obtained by mixing the first liquid and the second liquid in the abrasive set according to claim 12. 絶縁材料及びポリシリコンを有する基体の研磨方法であって、請求項1〜11のいずれか一項に記載の研磨剤を用いて前記絶縁材料を前記ポリシリコンに対して選択的に研磨する工程を備える、基体の研磨方法。   A method for polishing a substrate having an insulating material and polysilicon, comprising: selectively polishing the insulating material with respect to the polysilicon using the abrasive according to any one of claims 1 to 11. A method for polishing a substrate. 絶縁材料及びポリシリコンを有する基体の研磨方法であって、請求項12に記載の研磨剤セットにおける第一の液と第二の液を混合して得られる研磨剤を用いて前記絶縁材料を前記ポリシリコンに対して選択的に研磨する工程を備える、基体の研磨方法。   A method for polishing a substrate having an insulating material and polysilicon, wherein the insulating material is formed using an abrasive obtained by mixing a first liquid and a second liquid in the abrasive set according to claim 12. A method for polishing a substrate comprising a step of selectively polishing polysilicon.
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