JP2015137350A - Polishing liquid and polishing method using the same - Google Patents

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Takaaki Tanaka
孝明 田中
貴彬 松本
Takaaki Matsumoto
貴彬 松本
山下 哲朗
Tetsuro Yamashita
哲朗 山下
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polishing liquid capable of improving surface flatness of a film to be polished in a chemical mechanical polishing (CMP) technology for polishing the film to be polished formed on a surface of a substrate and a polishing method using the same.SOLUTION: There is provided a polishing liquid containing particles containing cerium oxide, a flattening agent, an organic acid compound, a pH adjustment agent, and water, where the flattening agent is an acrylic acid-based polymer, the organic acid compound is an organic compound having a sulfo group and an amino group, and pH is 4.0 to 6.0. The blended amount of the flattening agent is 0.01 to 1 mass% based on the total mass of the polishing liquid, the flattening agent is a single polymer of acrylic acid or methacrylic acid, or at least one kind selected from a copolymer of acrylic acid and methacrylic acid and a copolymer of acrylic acid or methacrylic acid and other copolymerizable monomer, and the organic acid compound is at least one kind selected from 4-aminobenzene sulfonic acid (sulfanilic acid) and amidosulfuric acid (sulfamic acid) of 0.001 to 1 mass% based on the total mass of the polishing liquid.

Description

本発明は、研磨液及びこの研磨液を用いる研磨方法に関する。より詳細には、本発明は、絶縁材料として用いられる物質を研磨するための研磨液及びこの研磨液を用いる研磨方法に関する。   The present invention relates to a polishing liquid and a polishing method using the polishing liquid. More specifically, the present invention relates to a polishing liquid for polishing a substance used as an insulating material and a polishing method using the polishing liquid.

現在のULSI半導体素子製造工程では、半導体素子の高密度化、微細化のための加工技術が研究開発されている。その加工技術の一つであるCMP(ケミカルメカニカルポリッシング:化学機械研磨)技術は、半導体素子製造工程において、層間絶縁材料の平坦化、シャロートレンチ分離(STI)形成、プラグ及び埋め込み金属配線形成等を行う際に、必須の技術となってきている。   In the current ULSI semiconductor device manufacturing process, processing techniques for increasing the density and miniaturization of semiconductor devices are being researched and developed. CMP (Chemical Mechanical Polishing) technology, which is one of the processing technologies, includes planarization of interlayer insulating material, shallow trench isolation (STI) formation, plug and embedded metal wiring formation, etc. in the semiconductor device manufacturing process. In doing so, it has become an indispensable technique.

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

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

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

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

しかしながら、配線やSTIのデザインルールの微細化の進展に伴い、上記のような酸化セリウム研磨液に対して更なる平坦性の向上が求められている。   However, with the progress of miniaturization of design rules for wiring and STI, further improvement in flatness is required for the cerium oxide polishing liquid as described above.

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、基板の表面に形成された被研磨膜を研磨するCMP技術において、被研磨膜の表面平坦性を向上させることが可能な研磨液及びこの研磨液を用いる研磨方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a CMP technique for polishing a film to be polished formed on the surface of a substrate, a polishing liquid capable of improving the surface flatness of the film to be polished and the polishing liquid An object of the present invention is to provide a polishing method using a polishing liquid.

本発明に係る研磨液は、酸化セリウムを含む粒子と、平坦化剤と、有機酸化合物と、pH調整剤と、水とを含有し、前記平坦化剤が、アクリル酸系重合体であり、前記有機酸化合物が、スルホン酸基及びスルホン酸塩基からなる群より選ばれる少なくとも1種を官能基として有する有機化合物であり、pHが4.0以上6.0以下である研磨液である。   The polishing liquid according to the present invention contains particles containing cerium oxide, a planarizing agent, an organic acid compound, a pH adjusting agent, and water, and the planarizing agent is an acrylic acid polymer, The organic acid compound is an organic compound having at least one selected from the group consisting of a sulfonic acid group and a sulfonic acid group as a functional group, and a polishing liquid having a pH of 4.0 or more and 6.0 or less.

本発明の研磨液によれば、基板の表面に形成された被研磨膜(例えば層間絶縁膜、BPSG膜(ボロン、リンをドープした二酸化珪素膜)、STI膜)を研磨するCMP技術において、被研磨膜の研磨後の表面平坦性を向上させることができる。   According to the polishing liquid of the present invention, in a CMP technique for polishing a film to be polished (for example, an interlayer insulating film, a BPSG film (boron, phosphorus-doped silicon dioxide film), an STI film) formed on the surface of a substrate. The surface flatness after polishing of the polishing film can be improved.

平坦化剤の配合量は、研磨液の全質量に対して0.01〜1質量%であることが好ましい。   The blending amount of the leveling agent is preferably 0.01 to 1% by mass with respect to the total mass of the polishing liquid.

平坦化剤は、アクリル酸又はメタクリル酸の単独重合体であってもよく、アクリル酸とメタクリル酸との共重合体、及び、アクリル酸又はメタクリル酸と他の共重合可能な単量体との共重合体からなる群より選ばれる少なくとも1種であってもよい。   The leveling agent may be a homopolymer of acrylic acid or methacrylic acid, a copolymer of acrylic acid and methacrylic acid, and acrylic acid or methacrylic acid and other copolymerizable monomers. It may be at least one selected from the group consisting of copolymers.

スルホ基及びアミノ基を有する化合物が、研磨液の全質量に対して0.001〜1質量%であることが好ましい。   It is preferable that the compound which has a sulfo group and an amino group is 0.001-1 mass% with respect to the total mass of polishing liquid.

スルホ基及びアミノ基を有する化合物が、4−アミノベンゼンスルホン酸(スルファニル酸)、アミド硫酸(スルファミン酸)から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。   The compound having a sulfo group and an amino group is preferably at least one selected from 4-aminobenzenesulfonic acid (sulfanilic acid) and amidosulfuric acid (sulfamic acid).

本発明に係る研磨方法は、前記研磨液を用いて、絶縁材料の少なくとも一部をCMPによって除去する。   In the polishing method according to the present invention, at least a part of the insulating material is removed by CMP using the polishing liquid.

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

研磨方法の一実施形態を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows one Embodiment of the grinding | polishing method.

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

<研磨液>
本実施形態に係る研磨液は、酸化セリウムを含む粒子と、平坦化剤と、スルホ基及びアミノ基を有する化合物と、pH調整剤と、水とを混合する工程を備え、平坦化剤が、アクリル酸及びメタクリル酸からなる群より選ばれる少なくとも1種を重合させて得られる重合体であり、当該スルホ基及びアミノ基を有する化合物が、スルホン酸基及びスルホン酸塩基からなる群より選ばれる少なくとも1種を官能基として有する有機化合物であり、pHが4.0以上6.0以下である研磨液である。
<Polishing liquid>
The polishing liquid according to the present embodiment includes a step of mixing particles containing cerium oxide, a leveling agent, a compound having a sulfo group and an amino group, a pH adjusting agent, and water, A polymer obtained by polymerizing at least one selected from the group consisting of acrylic acid and methacrylic acid, wherein the compound having a sulfo group and an amino group is at least selected from the group consisting of a sulfonic acid group and a sulfonic acid group It is an organic compound having one type as a functional group, and is a polishing liquid having a pH of 4.0 or more and 6.0 or less.

(酸化セリウム粒子)
酸化セリウム粒子としては、特に制限はなく、公知のものを使用することができる。一般に、酸化セリウム粒子は、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、シュウ酸塩等のセリウム塩を酸化することによって得ることができる。酸化セリウム粒子を作製する方法としては、焼成による焼成法、又は、過酸化水素等による酸化法などが挙げられる。
(Cerium oxide particles)
There is no restriction | limiting in particular as a cerium oxide particle, A well-known thing can be used. In general, cerium oxide particles can be obtained by oxidizing cerium salts such as carbonates, nitrates, sulfates and oxalates. Examples of the method for producing the cerium oxide particles include a firing method by firing, an oxidation method using hydrogen peroxide, and the like.

TEOS−CVD法等で形成される酸化珪素膜の研磨に酸化セリウム粒子を使用する場合、酸化セリウム粒子の結晶子径(結晶子の直径)が大きく、且つ、結晶歪みが少ないほど(すなわち、結晶性が良いほど)、高速研磨が可能であるが、被研磨材料に研磨傷が入りやすい傾向がある。このような観点から、酸化セリウム粒子は、2個以上の結晶子から構成され、結晶粒界を有する粒子が好ましく、結晶子径が5〜300nmである粒子がより好ましい。   When cerium oxide particles are used for polishing a silicon oxide film formed by TEOS-CVD or the like, the larger the crystallite diameter (crystallite diameter) of the cerium oxide particles and the smaller the crystal distortion (that is, the crystal The higher the property, the faster the polishing is possible, but the material to be polished tends to have polishing scratches. From this point of view, the cerium oxide particles are preferably composed of two or more crystallites, particles having a crystal grain boundary, and more preferably particles having a crystallite diameter of 5 to 300 nm.

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

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

ここで、酸化セリウム粒子の平均粒径は、レーザ回折式粒度分布計(例えば、株式会社堀場製作所製、商品名:LA−920、屈折率:1.93、光源:He−Neレーザ、吸収0)で測定したD50の値(体積分布のメジアン径、累積中央値)を意味する。平均粒径の測定には、適切な濃度(例えば、He−Neレーザに対する測定時透過率(H)が60〜70%となる濃度)に研磨液を希釈したサンプルを用いる。また、酸化セリウム粒子を含む研磨液が、後述するように酸化セリウム粒子を水に分散させた酸化セリウム研磨液と、添加剤を水に溶解させた添加液とに分けて保存されている場合は、酸化セリウム研磨液を適切な濃度に希釈して測定することができる。   Here, the average particle diameter of the cerium oxide particles is a laser diffraction particle size distribution meter (for example, manufactured by Horiba, Ltd., trade name: LA-920, refractive index: 1.93, light source: He—Ne laser, absorption 0). ) (D50 value (median diameter of volume distribution, cumulative median value)). For the measurement of the average particle diameter, a sample in which the polishing liquid is diluted to an appropriate concentration (for example, a concentration at which the measurement transmittance (H) with respect to the He—Ne laser is 60 to 70%) is used. In addition, when the polishing liquid containing cerium oxide particles is stored separately as a cerium oxide polishing liquid in which cerium oxide particles are dispersed in water and an additive liquid in which additives are dissolved in water, as will be described later. The cerium oxide polishing liquid can be measured by diluting to an appropriate concentration.

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

(平坦化剤)
平坦化剤は、アクリル酸系重合体である。ここで、アクリル酸系重合体とは、アクリル酸及びメタクリル酸からなる群より選ばれる少なくとも1種を重合させて得られる構造を有する重合体として定義され、その製造方法は特に制限されない。
(Flattening agent)
The leveling agent is an acrylic acid polymer. Here, the acrylic polymer is defined as a polymer having a structure obtained by polymerizing at least one selected from the group consisting of acrylic acid and methacrylic acid, and the production method thereof is not particularly limited.

平坦化剤は、アクリル酸又はメタクリル酸の単独重合体であってもよく、アクリル酸とメタクリル酸との共重合体、及び、アクリル酸又はメタクリル酸と他の共重合可能な単量体(アクリル酸及びメタクリル酸を除く)との共重合体からなる群より選ばれる少なくとも1種であってもよい。共重合体における「他の共重合可能な単量体」としては、アクリル酸及び/又はメタクリル酸と共重合可能な単量体であればよく、スチレン、エチレン、プロピレン等が挙げられる。   The leveling agent may be a homopolymer of acrylic acid or methacrylic acid, a copolymer of acrylic acid and methacrylic acid, and other copolymerizable monomers (acrylic acid or acrylic acid or methacrylic acid). It may be at least one selected from the group consisting of copolymers with acid and methacrylic acid. The “other copolymerizable monomer” in the copolymer may be any monomer that can be copolymerized with acrylic acid and / or methacrylic acid, and examples thereof include styrene, ethylene, and propylene.

平坦化剤は、アクリル酸の単独重合体であることが好ましい。平坦化剤は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。   The leveling agent is preferably a homopolymer of acrylic acid. A flattening agent can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

研磨液における平坦化剤の含有量は、研磨液の全質量に対して0.01質量%以上が好ましく、0.03質量%以上がより好ましく、0.05%以上が更に好ましい。平坦化剤の含有量は、研磨液の全質量に対して1質量%以下が好ましく、0.75質量%以下がより好ましく、0.5質量%以下が更に好ましい。平坦化剤の含有量が0.01質量%以上であり且つ1質量%以下であれば、被研磨膜の研磨速度を向上させ、且つ研磨後の表面平坦性を向上させることができる。   The content of the leveling agent in the polishing liquid is preferably 0.01% by mass or more, more preferably 0.03% by mass or more, and still more preferably 0.05% or more with respect to the total mass of the polishing liquid. The content of the leveling agent is preferably 1% by mass or less, more preferably 0.75% by mass or less, and still more preferably 0.5% by mass or less with respect to the total mass of the polishing liquid. When the content of the planarizing agent is 0.01% by mass or more and 1% by mass or less, the polishing rate of the film to be polished can be improved and the surface flatness after polishing can be improved.

平坦化剤の重量平均分子量は、特に制限はないが、100〜150000であることが好ましく、1000〜80000であることがより好ましい。分散剤の重量平均分子量が100以上であれば、酸化珪素膜又は窒化珪素膜等の被研磨材料を研磨するときに、良好な研磨速度が得られやすい傾向がある。分散剤の重量平均分子量が150000以下であれば、研磨液の保存安定性が低下しにくい傾向がある。なお、重量平均分子量は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィ)で測定し、標準ポリオキシエチレン換算した値である。   Although there is no restriction | limiting in particular in the weight average molecular weight of a planarizing agent, It is preferable that it is 100-150,000, and it is more preferable that it is 1000-80000. If the weight average molecular weight of the dispersant is 100 or more, a good polishing rate tends to be easily obtained when a material to be polished such as a silicon oxide film or a silicon nitride film is polished. If the weight average molecular weight of the dispersant is 150,000 or less, the storage stability of the polishing liquid tends to be difficult to decrease. The weight average molecular weight is a value measured by GPC (gel permeation chromatography) and converted to standard polyoxyethylene.

(スルホ基及びアミノ基を有する化合物)
本実施形態に係る研磨液は、スルホ基(−SOH)及びアミノ基(−NH、−NHR又は−NRR’)を有する化合物を含有する。これにより、被研磨膜の研磨終了後の被研磨材料(例えば酸化珪素膜)の平坦性を向上させやすくなる。より詳細には、凹凸を有する被研磨面を研磨した場合に、研磨時間を短縮できることに加え、一部が過剰に研磨されて皿のように凹む現象、いわゆるディッシングが生じることを抑制しやすくなる。スルホン酸基及びアミノ基を有する化合物は、塩を形成していてもよい。スルホン酸基及びアミノ基を有する化合物は、1種類を単独で又は2種類以上を組み合わせて使用することができる。
(Compound having sulfo group and amino group)
The polishing liquid according to this embodiment contains a compound having a sulfo group (—SO 3 H) and an amino group (—NH 2 , —NHR or —NRR ′). Thereby, it becomes easy to improve the flatness of the material to be polished (for example, a silicon oxide film) after the polishing of the film to be polished. More specifically, in addition to shortening the polishing time when polishing a surface to be polished having irregularities, it becomes easy to suppress the phenomenon that a part is excessively polished and recessed like a dish, so-called dishing. . The compound having a sulfonic acid group and an amino group may form a salt. The compound which has a sulfonic acid group and an amino group can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

スルホ基及びアミノ基を有する化合物としては、例えば、3−アミノベンゼンスルホン酸、4−アミノベンゼンスルホン酸(スルファニル酸)、アミノメタンスルホン酸、1−アミノエタンスルホン酸、2−アミノ−1−エタンスルホン酸(タウリン)、1−アミノプロパン−2−スルホン酸等のアミノスルホン酸類、アミド硫酸(スルファミン酸)、N−メチルスルファミン酸、フェニルスルファミン酸、N−シクロヘキシルスルファミン酸等のスルファミン酸類などが挙げられ、中でも、一級アミノ基(−NH)を有するものが好ましく、3−アミノベンゼンスルホン酸、4−アミノベンゼンスルホン酸等のベンゼンスルホン酸類及びアミド硫酸が更に好ましく、4−アミノベンゼンスルホン酸及びアミド硫酸が特に好ましい。 Examples of the compound having a sulfo group and an amino group include 3-aminobenzenesulfonic acid, 4-aminobenzenesulfonic acid (sulfanilic acid), aminomethanesulfonic acid, 1-aminoethanesulfonic acid, 2-amino-1-ethane. Examples thereof include aminosulfonic acids such as sulfonic acid (taurine) and 1-aminopropane-2-sulfonic acid, sulfamic acids such as amidosulfuric acid (sulfamic acid), N-methylsulfamic acid, phenylsulfamic acid, and N-cyclohexylsulfamic acid. Among them, those having a primary amino group (—NH 2 ) are preferable, benzenesulfonic acids such as 3-aminobenzenesulfonic acid and 4-aminobenzenesulfonic acid, and amidosulfuric acid are more preferable, and 4-aminobenzenesulfonic acid and Amidosulfuric acid is particularly preferred.

スルホ基及びアミノ基を有する化合物の含有量は、研磨液の全質量に対して0.001〜1質量%であることが好ましく、0.01〜0.5質量%であることがより好ましい。含有量が0.001質量%以上であれば、研磨終了後の被研磨材料(例えば酸化珪素膜)の平坦性を向上させやすくなる傾向があり、1質量%以下であれば、被研磨材料の研磨速度を充分に向上させやすくなる傾向がある。   The content of the compound having a sulfo group and an amino group is preferably 0.001 to 1% by mass, and more preferably 0.01 to 0.5% by mass with respect to the total mass of the polishing liquid. If the content is 0.001% by mass or more, the flatness of the material to be polished (eg, silicon oxide film) after polishing tends to be improved. There is a tendency to sufficiently improve the polishing rate.

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

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

(pH)
研磨液のpH(25℃)は、4.0〜6.0であることが好ましく、4.5〜5.5であることがより好ましい。pHが4.0以上であり且つ6.0以下であれば、被研磨膜の研磨速度を向上させ、且つ研磨後の表面平坦性を向上させることができる。
(PH)
The pH (25 ° C.) of the polishing liquid is preferably 4.0 to 6.0, and more preferably 4.5 to 5.5. When the pH is 4.0 or more and 6.0 or less, the polishing rate of the film to be polished can be improved and the surface flatness after polishing can be improved.

研磨液のpHは、pHメータ(例えば、横河電機株式会社製のModel PH81(商品名))を用いて測定することができる。例えば、標準緩衝液(フタル酸塩pH緩衝液pH:4.21(25℃)、中性リン酸塩pH緩衝液pH:6.86(25℃))を用いて2点校正した後、電極を研磨液に入れて、25℃で2分以上経過して安定した後の値を測定する。   The pH of the polishing liquid can be measured using a pH meter (for example, Model PH81 (trade name) manufactured by Yokogawa Electric Corporation). For example, after calibrating two points using a standard buffer solution (phthalate pH buffer solution pH: 4.21 (25 ° C.), neutral phosphate pH buffer solution pH: 6.86 (25 ° C.)), the electrode Is put into a polishing liquid, and the value after being stabilized at 25 ° C. for 2 minutes or more is measured.

(その他の添加剤)
本実施形態に係る研磨液は、平坦化剤、スルホ基及びアミノ基を有する化合物及びpH調整剤とは別の化合物を添加剤として含有することができる。このような添加剤としては、水溶性高分子化合物、水溶性陽イオン性化合物、水溶性陰イオン性化合物、水溶性非イオン性化合物、水溶性両性化合物等が挙げられる。
(Other additives)
The polishing liquid according to this embodiment may contain a compound other than the planarizing agent, the compound having a sulfo group and an amino group, and a pH adjuster as an additive. Examples of such additives include water-soluble polymer compounds, water-soluble cationic compounds, water-soluble anionic compounds, water-soluble nonionic compounds, and water-soluble amphoteric compounds.

水溶性高分子化合物としては、アルギン酸、ペクチン酸、カルボキシメチルセルロース、寒天、カードラン及びプルラン等の多糖類;ポリアスパラギン酸、ポリグルタミン酸、ポリリシン、ポリリンゴ酸、ポリアミド酸、ポリアミド酸アンモニウム塩、ポリアミド酸ナトリウム塩及びポリグリオキシル酸等のポリカルボン酸及びその塩;ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン及びポリアクロレイン等のビニル系ポリマーなどが挙げられる。   Examples of water-soluble polymer compounds include polysaccharides such as alginic acid, pectic acid, carboxymethylcellulose, agar, curdlan and pullulan; polyaspartic acid, polyglutamic acid, polylysine, polymalic acid, polyamic acid, ammonium polyamic acid, sodium polyamic acid Examples thereof include salts and polycarboxylic acids such as polyglyoxylic acid and salts thereof; vinyl polymers such as polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone and polyacrolein.

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

水溶性陰イオン性化合物としては、ラウリル硫酸トリエタノールアミン、ラウリル硫酸アンモニウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸トリエタノールアミン、特殊ポリカルボン酸型高分子化合物等が挙げられる。   Examples of the water-soluble anionic compound include lauryl sulfate triethanolamine, ammonium lauryl sulfate, polyoxyethylene alkyl ether sulfate triethanolamine, and a special polycarboxylic acid type polymer compound.

水溶性非イオン性化合物としては、ポリエチレングリコールモノラウレート、ポリエチレングリコールモノステアレート、ポリエチレングリコールジステアレート、ポリエチレングリコールモノオレエート、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、アルキルアルカノールアミド等が挙げられる。   Examples of water-soluble nonionic compounds include polyethylene glycol monolaurate, polyethylene glycol monostearate, polyethylene glycol distearate, polyethylene glycol monooleate, polyoxyethylene alkylamine, polyoxyethylene hydrogenated castor oil, 2-hydroxyethyl Methacrylate, alkyl alkanolamide and the like can be mentioned.

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

これらの添加剤は、1種類を単独又は2種類以上を組み合わせて使用することができる。   These additives can be used alone or in combination of two or more.

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

研磨液の構成成分は、当該研磨液となるように2液以上に分けて保存されていてもよい。例えば、酸化セリウム粒子と水とを含む酸化セリウム研磨液と、添加剤と水とを含む添加液とに分けて保存されていてもよい。   The constituents of the polishing liquid may be stored in two or more liquids so as to be the polishing liquid. For example, the cerium oxide polishing liquid containing cerium oxide particles and water and the additive liquid containing an additive and water may be stored separately.

<研磨液の製造方法>
本実施形態に係る研磨液の製造方法は、例えば、酸化セリウム作製工程と、分散工程とを備えている。酸化セリウム作製工程では、焼成法、酸化法等により酸化セリウム粒子を作製する。例えば、セリウム塩を焼成して酸化セリウム粒子を得る(焼成工程)。分散工程では、酸化セリウム粒子と、分散剤と、水とを混合して酸化セリウム粒子を水中に分散させる。分散剤の配合量は、上述した分散剤の含有量を有する研磨液が得られるように調整され、酸化セリウム粒子の全質量に対して0.001〜4質量%であることが好ましい。
<Manufacturing method of polishing liquid>
The manufacturing method of the polishing liquid according to the present embodiment includes, for example, a cerium oxide production process and a dispersion process. In the cerium oxide production step, cerium oxide particles are produced by a firing method, an oxidation method, or the like. For example, cerium salt is fired to obtain cerium oxide particles (firing step). In the dispersion step, cerium oxide particles, a dispersant, and water are mixed to disperse the cerium oxide particles in water. The blending amount of the dispersant is adjusted so as to obtain a polishing liquid having the above-described dispersant content, and is preferably 0.001 to 4% by mass with respect to the total mass of the cerium oxide particles.

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

基板としては、半導体素子製造に係る基板、例えば回路素子と配線パターンが形成された段階の半導体基板、回路素子が形成された段階の半導体基板等の半導体基板上に絶縁材料(例えば無機絶縁材料)が形成された基板が挙げられる。そして、絶縁材料としては、例えば、酸化珪素膜、窒化珪素膜、及び、酸化珪素膜の複合膜等の無機絶縁材料が挙げられる。このような半導体基板上に形成された絶縁材料を、本実施形態に係る研磨液で研磨することによって、絶縁材料表面の凹凸を解消し、半導体基板全面にわたって平滑な面とすることができる。また、本実施形態に係る研磨液は、シャロートレンチ分離にも使用できる。   As a substrate, an insulating material (for example, an inorganic insulating material) on a semiconductor substrate such as a substrate related to semiconductor element manufacture, for example, a semiconductor substrate at a stage where a circuit element and a wiring pattern are formed, or a semiconductor substrate at a stage where a circuit element is formed A substrate on which is formed. Examples of the insulating material include inorganic insulating materials such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a composite film of a silicon oxide film. By polishing the insulating material formed on such a semiconductor substrate with the polishing liquid according to the present embodiment, unevenness on the surface of the insulating material can be eliminated, and a smooth surface can be obtained over the entire surface of the semiconductor substrate. Further, the polishing liquid according to the present embodiment can also be used for shallow trench isolation.

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

そして、前記研磨液を用いて、ウエハ1の凸部上の窒化珪素膜2が露出するまで酸化珪素膜3を研磨して除去する。研磨終了後の基板においては、図1(C)に示すように、トレンチ部の深さ4からトレンチ部内の酸化珪素膜3の厚さ5を引いた値であるディッシング量6が小さいことが好ましい。   Then, using the polishing liquid, the silicon oxide film 3 is polished and removed until the silicon nitride film 2 on the convex portion of the wafer 1 is exposed. In the substrate after polishing, as shown in FIG. 1C, it is preferable that the dishing amount 6 that is a value obtained by subtracting the thickness 5 of the silicon oxide film 3 in the trench portion from the depth 4 of the trench portion is small. .

研磨装置としては、被研磨材料を有する半導体基板等を保持するホルダーと、回転数が変更可能なモータ等が取り付けてあり、研磨布(パッド)を貼り付け可能な研磨定盤と、を有する一般的な研磨装置が使用できる。研磨装置としては、例えば、株式会社荏原製作所製の研磨装置、型番:EPO−111、Applied Materials社製、商品名:MIRRA、Reflexion(「MIRRA」、「Reflexion」は、登録商標)等を使用できる。   The polishing apparatus generally includes a holder for holding a semiconductor substrate having a material to be polished and a polishing surface plate to which a motor capable of changing the number of rotations is attached and to which a polishing cloth (pad) can be attached. A typical polishing apparatus can be used. As a polishing apparatus, for example, a polishing apparatus manufactured by Ebara Manufacturing Co., Ltd., model number: EPO-111, manufactured by Applied Materials, trade name: MIRRA, Reflexion (“MIRRA”, “Reflexion” are registered trademarks), etc. can be used. .

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

研磨条件に制限はないが、定盤の回転速度は、半導体基板が飛び出さないように回転数200min−1以下の低回転が好ましく、半導体基板にかける圧力(加工荷重)は、研磨後に傷が発生しないように100kPa以下が好ましい。研磨している間は、研磨布に研磨液をポンプ等で連続的に供給する。この供給量に制限はないが、研磨布の表面が常に研磨液で覆われていることが好ましい。 The polishing conditions are not limited, but the rotation speed of the surface plate is preferably a low rotation of 200 min −1 or less so that the semiconductor substrate does not pop out, and the pressure (working load) applied to the semiconductor substrate is scratched after polishing. 100 kPa or less is preferable so that it does not occur. During polishing, the polishing liquid is continuously supplied to the polishing cloth with a pump or the like. Although there is no restriction | limiting in this supply amount, it is preferable that the surface of polishing cloth is always covered with polishing liquid.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

その後、1リットル容器(高さ:170mm)に1kgの酸化セリウム分散液を入れて静置し、沈降分級を行なった。分級時間15時間後、水面からの深さ13cmより上の上澄みをポンプでくみ上げた。得られた上澄みの酸化セリウム分散液を、次いで固形分濃度が5質量%になるように、脱イオン水で希釈して酸化セリウムスラリーを得た。   Thereafter, 1 kg of a cerium oxide dispersion was placed in a 1 liter container (height: 170 mm) and allowed to stand to perform sedimentation classification. After 15 hours of classification time, the supernatant above a depth of 13 cm from the water surface was pumped up. The obtained supernatant cerium oxide dispersion was then diluted with deionized water to obtain a cerium oxide slurry so that the solid content concentration was 5% by mass.

酸化セリウムスラリー中における酸化セリウムの平均粒径(D50)を測定するため、He−Neレーザに対する測定時透過率(H)が60〜70%になるように前記スラリーを希釈して、測定サンプルとした。この測定サンプルをレーザ回折式粒度分布計(例えば株式会社堀場製作所製、商品名:LA−920、屈折率:1.93、光源:He−Neレーザ、吸収0)で測定したところ、D50の値は100nmであった。   In order to measure the average particle diameter (D50) of cerium oxide in the cerium oxide slurry, the slurry was diluted so that the measurement transmittance (H) with respect to the He—Ne laser was 60 to 70%, did. When this measurement sample was measured with a laser diffraction particle size distribution analyzer (for example, manufactured by HORIBA, Ltd., trade name: LA-920, refractive index: 1.93, light source: He—Ne laser, absorption 0), the value of D50 was measured. Was 100 nm.

スルホ基及びアミノ基を有する化合物として4−アミノベンゼンスルホン酸18.2gと、脱イオン水700gとを混合し、平坦化剤として重量平均分子量4000で40質量%である末端基がスルホン酸アンモニウム塩であるポリアクリル酸水溶液8.75gを加えて、アンモニア水(25質量%)を加えてpH4.5に調整した。更に脱イオン水を加えて、全体量750gとして添加液とした。   As a compound having a sulfo group and an amino group, 18.2 g of 4-aminobenzenesulfonic acid and 700 g of deionized water are mixed, and a terminal group having a weight average molecular weight of 4000 and 40% by mass is used as a leveling agent. 8.75 g of an aqueous polyacrylic acid solution was added, and aqueous ammonia (25% by mass) was added to adjust the pH to 4.5. Further, deionized water was added to make the total amount of 750 g as an additive solution.

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

また、前記と同様に測定サンプルを調製して、研磨液中の粒子の平均粒径をレーザ回折式粒度分布計で測定した結果、D50の値は100nmであった。   Further, a measurement sample was prepared in the same manner as described above, and the average particle size of the particles in the polishing liquid was measured with a laser diffraction particle size distribution meter. As a result, the value of D50 was 100 nm.

(絶縁膜の研磨)
研磨試験ウエハとして、SEMATECH社製の商品名:パタンウエハ864(直径:200mm)を用いた。この研磨試験ウエハとこれを用いた研磨特性の評価方法を、図1を用いて説明する。
(Insulating film polishing)
As the polishing test wafer, a trade name: pattern wafer 864 (diameter: 200 mm) manufactured by SEMATECH was used. The polishing test wafer and a method for evaluating polishing characteristics using the wafer will be described with reference to FIG.

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

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

図1(C)は、酸化珪素膜3を研磨した後の研磨試験ウエハの一部分を拡大した模式断面図である。アクティブ領域の窒化珪素膜2表面で研磨を終了し、このときの研磨に要した時間を研磨時間とし、トレンチ部の深さ4からトレンチ部内の酸化珪素膜3の厚さ5を引いた値をディッシング量6とする。なお、ディッシング量6は小さい方が良い。   FIG. 1C is a schematic cross-sectional view in which a part of a polishing test wafer after polishing the silicon oxide film 3 is enlarged. Polishing is completed on the surface of the silicon nitride film 2 in the active region, and the time required for polishing at this time is defined as polishing time, and a value obtained by subtracting the thickness 5 of the silicon oxide film 3 in the trench from the depth 4 of the trench. The dishing amount is 6. The dishing amount 6 should be small.

このような研磨試験ウエハの研磨には研磨装置(Applied Materials社製、商品名:MIRRA)を用いた。基板取り付け用の吸着パッドを貼り付けたホルダーに研磨試験ウエハをセットした。研磨装置の研磨定盤に、多孔質ウレタン樹脂製の研磨布(溝形状=パーフォレートタイプ:Rohm and Haas社製、型番:IC1010)を貼り付けた。更に、被研磨膜である絶縁膜(酸化珪素被膜)面を下にして前記ホルダーを研磨定盤上に載せ、加工荷重を5psi(34.5kPa)に設定した。   A polishing apparatus (manufactured by Applied Materials, trade name: MIRRA) was used for polishing the polishing test wafer. A polishing test wafer was set in a holder on which a suction pad for mounting the substrate was attached. A polishing cloth made of porous urethane resin (groove shape = perforate type: manufactured by Rohm and Haas, model number: IC1010) was attached to the polishing surface plate of the polishing apparatus. Further, the holder was placed on the polishing surface plate with the insulating film (silicon oxide film) surface as the film to be polished facing down, and the processing load was set to 5 psi (34.5 kPa).

前記研磨定盤上に前記酸化セリウム研磨液を150ミリリットル/分の速度で滴下しながら、研磨定盤と研磨試験ウエハとをそれぞれ回転数125min−1で作動させて、研磨試験ウエハを研磨した。研磨後の研磨試験ウエハは、純水で良く洗浄後、乾燥した。 While the cerium oxide polishing liquid was dropped on the polishing platen at a rate of 150 ml / min, the polishing platen and the polishing test wafer were each operated at a rotational speed of 125 min −1 to polish the polishing test wafer. The polished test wafer after polishing was thoroughly washed with pure water and then dried.

研磨後の研磨試験ウエハについて、トレンチ部/アクティブ部:100μm/100μmのトレンチ部の残膜厚をナノメトリクス社製の干渉式膜厚測定装置NanoSpec/AFT5100(商品名(「NanoSpec」は、登録商標。))を用いて測定し、ディッシング量を評価した。評価結果を表1に示す。   For the polished test wafer after polishing, the remaining film thickness of the trench part / active part: 100 μm / 100 μm is determined by using the interference type film thickness measuring device NanoSpec / AFT5100 manufactured by Nanometrics (trade name (“NanoSpec” is a registered trademark). ))) And the dishing amount was evaluated. The evaluation results are shown in Table 1.

研磨後の研磨試験ウエハについて、トレンチ部/アクティブ部:20μm/80μm及び80μm/20μmのトレンチ部の残膜厚を上記膜厚測定装置で測定し、2箇所の残膜厚の差の絶対値を配線密度依存性の指標と定義して、配線密度依存性を評価した。評価結果を表1に示す。なお、配線密度依存性は小さい方がよい。   With respect to the polished test wafer after polishing, the remaining film thickness of the trench part / active part: 20 μm / 80 μm and 80 μm / 20 μm trench part is measured by the above-mentioned film thickness measuring apparatus, and the absolute value of the difference between the remaining film thicknesses at the two locations is obtained. It was defined as an index of wiring density dependence, and wiring density dependence was evaluated. The evaluation results are shown in Table 1. In addition, it is better that the wiring density dependency is small.

(実施例2及び比較例1〜3)
実施例1と同様に表1の配合量及びpHとなるように、酸化セリウム研磨液を作製し、研磨特性を評価した。評価結果は表1に示す。表1から本発明により提供される研磨液では、ディッシングの抑制及び配線密度依存性の抑制が達成されることが明らかとなった。
(Example 2 and Comparative Examples 1 to 3)
Similarly to Example 1, a cerium oxide polishing liquid was prepared so as to have the blending amount and pH shown in Table 1, and the polishing characteristics were evaluated. The evaluation results are shown in Table 1. From Table 1, it became clear that the polishing liquid provided by the present invention achieves the suppression of dishing and the dependency on the wiring density.

Figure 2015137350
Figure 2015137350

1…ウエハ、2…窒化珪素膜、3…酸化珪素膜、4…トレンチ部の溝の深さ、5…研磨後のトレンチ部酸化珪素膜厚、6…ディッシング量、100,200…基板。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wafer, 2 ... Silicon nitride film, 3 ... Silicon oxide film, 4 ... Depth of trench of trench part, 5 ... Trench part silicon oxide film thickness after grinding | polishing, 6 ... Dishing amount, 100,200 ... Substrate.

Claims (7)

酸化セリウムを含む粒子と、平坦化剤と、有機酸化合物と、pH調整剤と、水とを含有し、
前記平坦化剤が、アクリル酸系重合体であり、
前記有機酸化合物が、スルホ基及びアミノ基を有する有機化合物であり、
pHが4.0以上6.0以下である研磨液。
Containing particles containing cerium oxide, a leveling agent, an organic acid compound, a pH adjuster, and water;
The leveling agent is an acrylic acid polymer;
The organic acid compound is an organic compound having a sulfo group and an amino group,
Polishing liquid whose pH is 4.0 or more and 6.0 or less.
前記平坦化剤の配合量が、研磨液の全質量に対して0.01〜1質量%である、請求項1に記載の研磨液。   The polishing liquid according to claim 1, wherein the blending amount of the leveling agent is 0.01 to 1% by mass with respect to the total mass of the polishing liquid. 前記平坦化剤が、アクリル酸又はメタクリル酸の単独重合体である、請求項1又は2に記載の研磨液。   The polishing liquid according to claim 1 or 2, wherein the leveling agent is a homopolymer of acrylic acid or methacrylic acid. 前記平坦化剤が、アクリル酸とメタクリル酸との共重合体、及び、アクリル酸又はメタクリル酸と他の共重合可能な単量体との共重合体からなる群より選ばれる少なくとも1種である、請求項1又は2に記載の研磨液。   The leveling agent is at least one selected from the group consisting of a copolymer of acrylic acid and methacrylic acid, and a copolymer of acrylic acid or methacrylic acid and another copolymerizable monomer. The polishing liquid according to claim 1 or 2. 前記有機酸化合物が、研磨液の全質量に対して0.001〜1質量%である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の研磨液。   The polishing liquid according to any one of claims 1 to 4, wherein the organic acid compound is 0.001 to 1% by mass relative to the total mass of the polishing liquid. 前記有機酸化合物が、4−アミノベンゼンスルホン酸(スルファニル酸)、アミド硫酸(スルファミン酸)から選ばれる少なくとも1種である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の研磨液。   The polishing liquid according to claim 1, wherein the organic acid compound is at least one selected from 4-aminobenzenesulfonic acid (sulfanilic acid) and amidosulfuric acid (sulfamic acid). 請求項1〜6のいずれか一項に記載の研磨液を用いて、絶縁材料の少なくとも一部をCMPによって除去する、研磨方法。   A polishing method, wherein at least a part of an insulating material is removed by CMP using the polishing liquid according to claim 1.
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