JP2016175949A - CMP polishing liquid - Google Patents

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一賀 午菴
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奥士 奥山
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美千代 藤田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a CMP polishing liquid that can achieve higher polishing speeds and higher dispersion stability while suppressing the occurence of polishing flaws and dishing.SOLUTION: Provided is a CMP polishing liquid of pH 7 or less containing a polishing material, an additive having a functional group whose pKa is in a range of 4 to 9, a particular non-ionic amphiphilic surfactant, and water, and in which the polishing material particle has a core/shell structure composed of a core layer 1 and a shell layer 3, and the core layer 1 contains an oxide of at least one element selected from aluminum, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, gallium, germanium, zirconium, indium, tin, yttrium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium, tungsten, bismuth, thorium and alkaline earth metals, as well as the shell layer 3 contains cerium oxide.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、CMP用研磨液に関する。より詳しくは、研磨傷の発生とディッシングとを抑制しつつ、より高い研磨速度及び分散安定性を得ることができるCMP用研磨液に関する。   The present invention relates to a polishing liquid for CMP. More specifically, the present invention relates to a CMP polishing liquid capable of obtaining a higher polishing rate and dispersion stability while suppressing generation of polishing flaws and dishing.

近年、加工技術の微細化の進歩によって、半導体素子(いわゆるチップ)は、その集積度の向上が図られ、また、多層配線化されている。このようなチップが採用されることにより、DRAM(Dynamic Random Access Memory)やフラッシュメモリなどのメモリデバイスの記憶容量は、飛躍的に増大している。
しかし、このようなチップの集積度の向上及び多層配線化等にもかかわらず、チップのサイズが大きくなったことと、集積度の向上による微細化に伴い、チップを作製するための工程増えたことから、チップの生産コストが増加している、という問題もある。
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor elements (so-called chips) have been improved in degree of integration due to progress in miniaturization of processing technology, and have been formed into multilayer wiring. By adopting such a chip, the storage capacity of a memory device such as a DRAM (Dynamic Random Access Memory) or a flash memory has been dramatically increased.
However, in spite of such improvements in chip integration and multilayer wiring, the size of the chip has increased, and along with miniaturization due to the improvement in integration, the number of steps for manufacturing the chip has increased. For this reason, there is also a problem that the production cost of chips is increasing.

現在、上述の問題を解決すべく、更に集積度が向上し、微細化されたチップを製造する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として、研磨材粒子を用いるCMP(Chemical Mechanical Polishing:化学機械研磨)技術が広く採用されている。このCMPの技術を採用することにより、例えば、チップの製造工程において、層間絶縁層やBPSG層(ボロン、リン等をドープした酸化ケイ素絶縁層)の平坦化等、多くの微細化技術が具体化された。   At present, in order to solve the above-described problems, a processing technique for manufacturing a miniaturized chip having a higher degree of integration is being researched and developed. As one of the processing techniques, a CMP (Chemical Mechanical Polishing) technique using abrasive particles is widely adopted. By adopting this CMP technology, many miniaturization technologies such as planarization of interlayer insulating layers and BPSG layers (silicon oxide insulating layers doped with boron, phosphorus, etc.) are realized in the chip manufacturing process, for example. It was done.

このような微細化技術としては、例えば、微細化素子分離(Shallow Trench Isolation)、いわゆるSTI技術が知られている。このSTI技術においては、ウェハー基板上に成層された余分な酸化ケイ素絶縁層を除去するためにCMP技術が採用されている。また、このSTI技術では、研磨を停止させるために、酸化ケイ素絶縁層の下層に研磨速度の小さいストッパー層を形成する。このストッパー層は、窒化ケイ素等によって形成され、ストッパー層の研磨速度に対する酸化ケイ素絶縁層の研磨速度の比の値が大きいことが望ましい。   As such a miniaturization technique, for example, a so-called STI technique, known as Shallow Trench Isolation, is known. In this STI technique, a CMP technique is employed to remove an excess silicon oxide insulating layer formed on the wafer substrate. In this STI technique, in order to stop polishing, a stopper layer having a low polishing rate is formed under the silicon oxide insulating layer. This stopper layer is formed of silicon nitride or the like, and it is desirable that the ratio of the polishing rate of the silicon oxide insulating layer to the polishing rate of the stopper layer is large.

一方、さらに、被研磨面の平坦性を得るために、種々の研磨材が検討されている。
従来、CMPに用いられる研磨材粒子としてはシリカ粒子が一般的であったが、ストッパー層の研磨速度に対する酸化ケイ素絶縁層の研磨速度の比の値が小さいため、STI工程においては、当該比の値の大きな酸化セリウム粒子が用いられるようになっている。
On the other hand, in order to obtain the flatness of the surface to be polished, various abrasives have been studied.
Conventionally, silica particles were generally used as the abrasive particles used in CMP, but the ratio of the polishing rate of the silicon oxide insulating layer to the polishing rate of the stopper layer is small. Large value cerium oxide particles are used.

例えば、特許第3335667号及び特開平9−270402号公報には、STI技術においてCMP技術が採用された工程に、研磨材粒子として酸化セリウムを使用した水系分散体を用いることにより、研磨速度が速く、しかも研磨傷が比較的少ない被研磨面を得られる研磨材が開示されている。   For example, in Japanese Patent No. 3335667 and Japanese Patent Laid-Open No. 9-270402, a polishing rate is increased by using an aqueous dispersion using cerium oxide as abrasive particles in a process in which CMP technology is employed in STI technology. And the abrasive | polishing material which can obtain the to-be-polished surface with a comparatively few grinding | polishing damage | wound is disclosed.

しかしながら、開示された方法では、例えば、トレンチ溝以外の部分の研磨残りを除去するために過剰研磨を実施すると、トレンチ溝に埋め込まれた酸化ケイ素絶縁層が研磨されて、窪み又はへこみのような構造的欠陥が発生する「ディッシング」と呼ばれる現象により、平坦化が不十分になったり、電気的な性能が劣化したりする場合がある。ディッシングの程度はトレンチ溝の幅に依存し、幅の広いトレンチ溝ではディッシングが大きくなる傾向がある。   However, in the disclosed method, for example, when over-polishing is performed to remove the polishing residue other than the trench groove, the silicon oxide insulating layer embedded in the trench groove is polished to form a recess or a dent. Due to a phenomenon called “dishing” in which structural defects occur, planarization may be insufficient or electrical performance may deteriorate. The degree of dishing depends on the width of the trench groove, and dishing tends to increase in a wide trench groove.

また、開示されている酸化セリウム粒子は、従来のシリカ粒子に比べ研磨特性は優れるものの、沈降しやすい。さらに研磨特性改善のために、分散剤等の添加剤を過剰に添加すると凝集が促進され、凝集沈降が著しく分散安定性(耐久性)が低下するという大きな問題がある。   In addition, the disclosed cerium oxide particles have excellent polishing characteristics compared to conventional silica particles, but are likely to settle. Further, in order to improve polishing characteristics, if an additive such as a dispersant is added excessively, agglomeration is promoted, and agglomeration and sedimentation are remarkably deteriorated and dispersion stability (durability) is greatly deteriorated.

特許第3335667号Japanese Patent No. 3335667 特開平9−270402号公報JP-A-9-270402

本発明は、上記問題・状況に鑑みてなされたものであり、その解決課題は、研磨傷の発生とディッシングとを抑制しつつ、より高い研磨速度及び分散安定性を得ることができるCMP用研磨液を提供することである。   The present invention has been made in view of the above-described problems and circumstances, and a solution to the problem is polishing for CMP capable of obtaining higher polishing rate and dispersion stability while suppressing generation of polishing flaws and dishing. Is to provide liquid.

本発明者は、上記課題を解決すべく、上記問題の原因等について検討した結果、特定の添加剤及び非イオン性界面活性剤、並びにコア・シェル構造の研磨材粒子を含有するCMP用研磨液により、上記課題を解決することができることを見出し本発明に至った。
すなわち、本発明に係る上記課題は、以下の手段により解決される。
As a result of studying the cause of the above-mentioned problem in order to solve the above-mentioned problems, the present inventor has found that a polishing slurry for CMP containing a specific additive, a nonionic surfactant, and abrasive particles having a core-shell structure Thus, the inventors have found that the above problems can be solved, and have reached the present invention.
That is, the said subject which concerns on this invention is solved by the following means.

1.研磨材と、pKが4〜9の範囲内の官能基を有する添加剤と、親水性部分及び親油性部分を有し、前記親水性部分が500g/mol以上の数平均分子量を有する非イオン性界面活性剤と、水と、を含むpH7以下のCMP用研磨液であって、
前記研磨材に用いられる研磨材粒子は、コア層及びシェル層からなるコア・シェル構造を有し、
前記コア層は、アルミニウム(Al)、スカンジウム(Sc)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、ジルコニウム(Zr)、インジウム(In)、スズ(Sn)、イットリウム(Y)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)、タングステン(W)、ビスマス(Bi)、トリウム(Th)及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物を含有し、かつ、
前記シェル層は、酸化セリウムを含有することを特徴とするCMP用研磨液。
1. Non-ion having an abrasive, an additive having a functional group having a pKa in the range of 4 to 9, a hydrophilic part and a lipophilic part, wherein the hydrophilic part has a number average molecular weight of 500 g / mol or more A polishing slurry for CMP having a pH of 7 or less, comprising a surfactant and water,
The abrasive particles used for the abrasive have a core-shell structure consisting of a core layer and a shell layer,
The core layer is made of aluminum (Al), scandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), Copper (Cu), zinc (Zn), gallium (Ga), germanium (Ge), zirconium (Zr), indium (In), tin (Sn), yttrium (Y), gadolinium (Gd), terbium (Tb), From dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb), lutetium (Lu), tungsten (W), bismuth (Bi), thorium (Th) and alkaline earth metals Contains an oxide of at least one element selected, and
The CMP polishing liquid, wherein the shell layer contains cerium oxide.

2.前記研磨材粒子が、前記コア層と前記シェル層との間に中間層を更に有し、かつ、
前記中間層が、アルミニウム(Al)、スカンジウム(Sc)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、ジルコニウム(Zr)、インジウム(In)、スズ(Sn)、イットリウム(Y)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)、タングステン(W)、ビスマス(Bi)、トリウム(Th)及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物並びに酸化セリウムを含有することを特徴とする第1項に記載のCMP用研磨液。
2. The abrasive particles further have an intermediate layer between the core layer and the shell layer; and
The intermediate layer is made of aluminum (Al), scandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), Copper (Cu), zinc (Zn), gallium (Ga), germanium (Ge), zirconium (Zr), indium (In), tin (Sn), yttrium (Y), gadolinium (Gd), terbium (Tb), From dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb), lutetium (Lu), tungsten (W), bismuth (Bi), thorium (Th) and alkaline earth metals 2. The CMP polishing slurry according to item 1, comprising an oxide of at least one selected element and cerium oxide. Liquid.

本発明の上記手段により、研磨傷の発生とディッシングとを抑制しつつ、より高い研磨速度及び分散安定性を得ることができるCMP用研磨液を提供することができる。
本発明の効果の発現機構ないし作用機構については、明確にはなっていないが、以下のように推察している。
By the above means of the present invention, it is possible to provide a CMP polishing liquid capable of obtaining a higher polishing rate and dispersion stability while suppressing generation of polishing flaws and dishing.
The expression mechanism or action mechanism of the effect of the present invention is not clear, but is presumed as follows.

すなわち、研磨材は、研磨材粒子にセリウムを含有させることで、高い研磨速度を示すことができるが、研磨材粒子の表面にエッジが存在すると、研磨の際に傷が発生するおそれがある。また、硬度も低いため、粒子が壊れやすく、研磨時の応力を抑える必要があり、その結果、期待される十分な研磨特性が得られない。そこで、アルミニウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ジルコニウム、インジウム、スズ、イットリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、タングステン、ビスマス、トリウム及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物を含有するコア層と、酸化セリウムを含有するシェル層とを有する研磨材粒子を用いることで、研磨の際にかかる応力に対して酸化セリウム粒子よりも壊れにくくなり、適切な研磨条件かつ低濃度で十分な研磨特性を得ることができる。すなわち、高い研磨速度を維持させつつ、精密に研磨することを可能にし、ひいては、研磨傷の発生とディッシングとを抑制できることを見出した。   That is, the abrasive can exhibit a high polishing rate by containing cerium in the abrasive particles, but if there is an edge on the surface of the abrasive particles, there is a risk of scratching during polishing. Further, since the hardness is low, the particles are easily broken, and it is necessary to suppress the stress during polishing. As a result, the expected sufficient polishing characteristics cannot be obtained. Therefore, aluminum, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, gallium, germanium, zirconium, indium, tin, yttrium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, By using abrasive particles having a core layer containing an oxide of at least one element selected from lutetium, tungsten, bismuth, thorium and alkaline earth metal, and a shell layer containing cerium oxide, It becomes harder to break than cerium oxide particles with respect to the stress applied, and sufficient polishing characteristics can be obtained under appropriate polishing conditions and at a low concentration. That is, it has been found that it is possible to perform precise polishing while maintaining a high polishing rate, and consequently suppress the generation of polishing flaws and dishing.

本発明に係る一実施形態である研磨材粒子の3層構造を示す模式図The schematic diagram which shows the 3 layer structure of the abrasive particle which is one Embodiment which concerns on this invention 本発明係る一実施形態である研磨材粒子の3層構造の組成を模式的に示すグラフThe graph which shows typically the composition of the 3 layer structure of the abrasive | polishing material particle which is one Embodiment which concerns on this invention 本発明係る一実施形態である研磨材粒子の3層構造の組成を模式的に示すグラフThe graph which shows typically the composition of the 3 layer structure of the abrasive | polishing material particle which is one Embodiment which concerns on this invention 本発明係る一実施形態である研磨材粒子の2層構造の組成を模式的に示すグラフThe graph which shows typically the composition of the 2 layer structure of the abrasive | polishing material particle which is one Embodiment which concerns on this invention 本発明係る一実施形態である研磨材粒子の2層構造の組成を模式的に示すグラフThe graph which shows typically the composition of the 2 layer structure of the abrasive | polishing material particle which is one Embodiment which concerns on this invention

本発明のCMP用研磨液は、研磨材と、pKが4〜9の範囲内の官能基を有する添加剤と、親水性部分及び親油性部分を有し、前記親水性部分が500g/mol以上の数平均分子量を有する非イオン性界面活性剤と、水と、を含むpH7以下のCMP用研磨液であって、
前記研磨材に用いられる研磨材粒子は、コア層及びシェル層からなるコア・シェル構造を有し、
前記コア層は、前記特定元素の酸化物を含有し、かつ、
前記シェル層は、酸化セリウムを含有することを特徴とする。この特徴は、請求項1及び請求項2に係る発明に共通する技術的特徴である。これにより、本発明は、研磨傷の発生とディッシングとを抑制しつつ、より高い研磨速度及び分散安定性を得ることができる。
The polishing slurry for CMP of the present invention has an abrasive, an additive having a functional group having a pKa in the range of 4 to 9, a hydrophilic portion and a lipophilic portion, and the hydrophilic portion is 500 g / mol. A polishing slurry for CMP having a pH of 7 or less, comprising a nonionic surfactant having the above number average molecular weight and water,
The abrasive particles used for the abrasive have a core-shell structure consisting of a core layer and a shell layer,
The core layer contains an oxide of the specific element, and
The shell layer contains cerium oxide. This feature is a technical feature common to the inventions according to claims 1 and 2. Thereby, this invention can obtain a higher polishing rate and dispersion stability, suppressing generation | occurrence | production of a polishing flaw and dishing.

さらに、本発明においては、前記研磨材粒子が、前記コア層とシェル層との間に中間層を更に有し、かつ、
前記中間層が、前記特定元素の酸化物及び酸化セリウムを含有することが好ましい。
Furthermore, in the present invention, the abrasive particles further have an intermediate layer between the core layer and the shell layer, and
The intermediate layer preferably contains the oxide of the specific element and cerium oxide.

以下、本発明とその構成要素、及び本発明を実施するための形態・態様について詳細な説明をする。なお、本願において、「〜」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用する。
また、以下の説明において、「内側」とは研磨材粒子の中心側を意味し、「外側」とはこの「内側」の反対側(コア層の外側方向)を意味する。
また、「粒子径」とは、球体の直径を表すものとして説明を行う。
Hereinafter, the present invention, its components, and modes and modes for carrying out the present invention will be described in detail. In addition, in this application, "-" is used in the meaning which includes the numerical value described before and behind that as a lower limit and an upper limit.
Further, in the following description, “inner side” means the center side of the abrasive particles, and “outer side” means the opposite side of the “inner side” (outer direction of the core layer).
Further, the “particle diameter” will be described as representing the diameter of a sphere.

(本発明のCMP用研磨液の概要)
本発明のCMP用研磨液は、研磨材と、pKが4〜9の範囲内の官能基を有する添加剤と、親水性部分及び親油性部分を有し、前記親水性部分が500g/mol以上の数平均分子量を有する非イオン性界面活性剤と、水と、を含むpH7以下のCMP用研磨液であって、
前記研磨材に用いられる研磨材粒子は、コア層及びシェル層を有していることを特徴とする。
(Outline of polishing liquid for CMP of the present invention)
The polishing slurry for CMP of the present invention has an abrasive, an additive having a functional group having a pKa in the range of 4 to 9, a hydrophilic portion and a lipophilic portion, and the hydrophilic portion is 500 g / mol. A polishing slurry for CMP having a pH of 7 or less, comprising a nonionic surfactant having the above number average molecular weight and water,
The abrasive particles used for the abrasive have a core layer and a shell layer.

<研磨材>
一般的な研磨材には、ベンガラ(αFe)、酸化セリウム、酸化アルミニウム、酸化マンガン、酸化ジルコニウム、コロイダルシリカ等の研磨材粒子を水や油に分散させてスラリー状にしたものなどがある。本発明は、半導体デバイスやガラスの研磨加工において、研磨傷の発生とディッシングとを抑制しつつ、十分な研磨速度を得るために物理的な作用と化学的な作用の両方で研磨を行う、化学機械研磨(CMP;Chemical Mechanical Polishing)が可能な、コア層及びシェル層を有する研磨材粒子が用いられる研磨材を含有するCMP用研磨液に関するものであり、以下にその詳細を説明する。
<Abrasive>
Common abrasives include those made by dispersing abrasive particles such as bengara (αFe 2 O 3 ), cerium oxide, aluminum oxide, manganese oxide, zirconium oxide, colloidal silica in water or oil to form a slurry. is there. In the polishing process of a semiconductor device or glass, the present invention performs polishing with both physical action and chemical action in order to obtain a sufficient polishing rate while suppressing generation of polishing flaws and dishing. The present invention relates to a polishing slurry for CMP containing an abrasive in which abrasive particles having a core layer and a shell layer and capable of mechanical polishing (CMP) are used, and the details thereof will be described below.

<研磨材粒子>
本発明に係る研磨材粒子は、少なくともコア層とシェル層とを有する2層以上の構造が好ましく、コア層は、アルミニウム(Al)、スカンジウム(Sc)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、ジルコニウム(Zr)、インジウム(In)、スズ(Sn)、イットリウム(Y)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)、タングステン(W)、ビスマス(Bi)、トリウム(Th)及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物を含有し、かつ、
前記シェル層は、酸化セリウムを含有することを特徴とする。
<Abrasive particles>
The abrasive particles according to the present invention preferably have a structure of two or more layers having at least a core layer and a shell layer, and the core layer includes aluminum (Al), scandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V), Chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), gallium (Ga), germanium (Ge), zirconium (Zr), Indium (In), tin (Sn), yttrium (Y), gadolinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb), At least one selected from lutetium (Lu), tungsten (W), bismuth (Bi), thorium (Th) and alkaline earth metal By weight of oxides of elements, and,
The shell layer contains cerium oxide.

特に好ましいのは、コア層1と、中間層2と、シェル層3と、を有する3層構造の研磨材粒子である。   Particularly preferred are abrasive particles having a three-layer structure having a core layer 1, an intermediate layer 2, and a shell layer 3.

中間層は、アルミニウム(Al)、スカンジウム(Sc)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、ジルコニウム(Zr)、インジウム(In)、スズ(Sn)、イットリウム(Y)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)、タングステン(W)、ビスマス(Bi)、トリウム(Th)及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物並びに酸化セリウムを含有する。   The intermediate layer is made of aluminum (Al), scandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), gallium (Ga), germanium (Ge), zirconium (Zr), indium (In), tin (Sn), yttrium (Y), gadolinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium Selected from (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb), lutetium (Lu), tungsten (W), bismuth (Bi), thorium (Th) and alkaline earth metals At least one elemental oxide as well as cerium oxide.

3層構造の研磨材粒子は、具体的には、図1に示すように、酸化イットリウムを主成分とするコア層1と、コア層1の外側に形成される酸化イットリウム及び酸化セリウムを含む中間層2と、中間層2の外側に形成される酸化セリウムを主成分とするシェル層3とを備えている。例えば、図2Aに示す3層構造を備える研磨材粒子Aのコア層1は、酸化セリウムはほとんど含まれておらず、酸化イットリウムが主成分となっている。具体的には、コア層1の外側に形成される中間層2に含まれる酸化セリウムの割合以下であればよい。そして、中間層2において、酸化セリウムの含有率は、中間層2の外側から中間層2の内側へ一定の濃度勾配で組成が変化(減少)する。なお、中間層2に含まれる酸化セリウムの割合は、コア層1に含まれる酸化セリウムの割合以上であって、シェル層3に含まれる酸化セリウムの割合以下であればよい。中間層2の外側において形成されるシェル層3は、酸化セリウムをほぼ100mol%の割合で含有している。具体的には、シェル層3に含まれる酸化セリウムの割合は、50〜100mol%の範囲内が好ましく、特に、75mol%以上であることが好ましい。研磨材粒子Aの表面となるシェル層3に含まれる酸化セリウムの濃度を100mol%に近づけることで、酸化セリウムの持つ優れた研磨速度を発揮することができるためである。また、3層構造を備える研磨材粒子Aとして、図2Bに示すような3層構造であってもよい。即ち、中間層2において含有される酸化イットリウムと酸化セリウムの割合が、研磨材粒子Aの中心からの距離にかかわらず一定で、ほぼ半分ずつとなるように構成されていてもよい。   Specifically, as shown in FIG. 1, the abrasive particles having a three-layer structure include a core layer 1 mainly composed of yttrium oxide, and an intermediate containing yttrium oxide and cerium oxide formed outside the core layer 1. A layer 2 and a shell layer 3 mainly composed of cerium oxide formed outside the intermediate layer 2 are provided. For example, the core layer 1 of the abrasive particle A having a three-layer structure shown in FIG. 2A contains almost no cerium oxide and is mainly composed of yttrium oxide. Specifically, it may be less than or equal to the ratio of cerium oxide contained in the intermediate layer 2 formed outside the core layer 1. In the intermediate layer 2, the cerium oxide content changes (decreases) in composition at a constant concentration gradient from the outside of the intermediate layer 2 to the inside of the intermediate layer 2. In addition, the ratio of the cerium oxide contained in the intermediate | middle layer 2 should just be more than the ratio of the cerium oxide contained in the core layer 1, and below the ratio of the cerium oxide contained in the shell layer 3. The shell layer 3 formed outside the intermediate layer 2 contains cerium oxide at a ratio of approximately 100 mol%. Specifically, the ratio of cerium oxide contained in the shell layer 3 is preferably in the range of 50 to 100 mol%, and particularly preferably 75 mol% or more. This is because the excellent polishing rate of cerium oxide can be exhibited by bringing the concentration of cerium oxide contained in the shell layer 3 that becomes the surface of the abrasive particles A close to 100 mol%. The abrasive particles A having a three-layer structure may have a three-layer structure as shown in FIG. 2B. That is, the ratio of yttrium oxide and cerium oxide contained in the intermediate layer 2 may be constant regardless of the distance from the center of the abrasive particle A, and may be approximately half each.

また、コア層1及び中間層2により実質的に一つの層(複合層)を形成し、シェル層3の主成分が酸化セリウムである2層を有する研磨材粒子Aであってもよい。例えば、図2Cに示すように、コア層1と中間層2に区別がない構造であってもよい。つまり、研磨材粒子Aは、中間層2と境界がなく、酸化イットリウムと酸化セリウムの含有率がほぼ半分ずつであるコア層1と、コア層1の外側に形成される酸化セリウムを主成分とするシェル層3とから構成される構造であってもよい。また、このコア層1と中間層2により形成される実質的に一つの層となる層(複合層)は、所定の濃度勾配により酸化セリウムが含有されていてもよい。具体的には、図2Dに示すように、シェル層3側から研磨材粒子Aの中心側へ一定の濃度勾配で組成が変化(減少)する構造であってもよい。なお、研磨材粒子Aに含まれる酸化物は、使用される際にかかる応力に対して壊れにくい酸化イットリウムが含まれる酸化物を一例として説明したが、これに限定されるものではなく、アルミニウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ジルコニウム、インジウム、スズ、イットリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、タングステン、ビスマス、トリウム又はアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物が好ましい。また、研磨材粒子Aのコア層1に主成分として含まれる元素は、前記アルミニウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ジルコニウム、インジウム、スズ、イットリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、タングステン、ビスマス、トリウム又はアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物が好ましく、かつ、中間層2に含まれる元素の酸化物と同一であることが層間の結合力を保つために好ましいが、これに限定するものではない。例えば、前記アルミニウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ジルコニウム、インジウム、スズ、イットリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、タングステン、ビスマス、トリウム又はアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物がコア層1と中間層2で異なる元素の酸化物であってもよい。   Alternatively, the abrasive particles A may include two layers in which the core layer 1 and the intermediate layer 2 substantially form one layer (composite layer) and the shell layer 3 is mainly composed of cerium oxide. For example, as shown in FIG. 2C, the core layer 1 and the intermediate layer 2 may have a structure that is not distinguished. That is, the abrasive particles A are mainly composed of the core layer 1 that has no boundary with the intermediate layer 2 and has approximately half the content of yttrium oxide and cerium oxide, and cerium oxide formed outside the core layer 1. The structure comprised from the shell layer 3 to be used may be sufficient. In addition, the layer (composite layer) which is substantially one layer formed by the core layer 1 and the intermediate layer 2 may contain cerium oxide with a predetermined concentration gradient. Specifically, as shown in FIG. 2D, a structure in which the composition changes (decreases) with a constant concentration gradient from the shell layer 3 side to the center side of the abrasive particles A may be employed. In addition, although the oxide contained in the abrasive particles A has been described as an example of an oxide containing yttrium oxide that is not easily broken against stress applied when used, it is not limited thereto, and aluminum, Scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, gallium, germanium, zirconium, indium, tin, yttrium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium, tungsten, Preference is given to oxides of at least one element selected from bismuth, thorium or alkaline earth metals. The elements contained as the main component in the core layer 1 of the abrasive particles A are aluminum, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, gallium, germanium, zirconium, indium, An oxide of at least one element selected from tin, yttrium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium, tungsten, bismuth, thorium, or an alkaline earth metal is preferable, and the intermediate layer 2 Although it is preferable to maintain the same bonding strength between the layers as the oxide of the contained element, it is not limited to this. For example, the aluminum, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, gallium, germanium, zirconium, indium, tin, yttrium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium The oxide of at least one element selected from lutetium, tungsten, bismuth, thorium, or alkaline earth metal may be an oxide of an element different between the core layer 1 and the intermediate layer 2.

<研磨材粒子の製造方法>
以下に研磨材粒子Aの製造方法として、3層構造を有する研磨材粒子Aの製造方法を示すが、一例であって、これに限定されるものではなく、コア層1と中間層2とに区別のない2層構造や、中間層2のないコア・シェル2層構造であってもよい。
本発明における研磨材粒子Aの製造方法はおおむね以下の五つの工程からなる。
<Method for producing abrasive particles>
Although the manufacturing method of the abrasive particle A having a three-layer structure is shown below as the manufacturing method of the abrasive particle A, it is an example and is not limited to this, and the core layer 1 and the intermediate layer 2 A two-layer structure without distinction or a core-shell two-layer structure without the intermediate layer 2 may be used.
The method for producing abrasive particles A in the present invention generally comprises the following five steps.

1.コア層前駆体形成工程
コア層前駆体形成工程は、まず、アルミニウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ジルコニウム、インジウム、スズ、イットリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、タングステン、ビスマス、トリウム又はアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素の塩を含有する水溶液に尿素系化合物を添加して、前記アルミニウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ジルコニウム、インジウム、スズ、イットリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、タングステン、ビスマス、トリウム又はアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素の塩基性炭酸塩を分散させる第1分散溶液を調整する。なお、前記アルミニウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ジルコニウム、インジウム、スズ、イットリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、タングステン、ビスマス、トリウム又はアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素の塩としては、硝酸塩、塩酸塩、硫酸塩等を用いることができるが、硝酸塩を使用することが好ましい。また、尿素系化合物として、尿素、尿素の塩(例えば、硝酸塩、塩酸塩等)、N,N′−ジメチルアセチル尿素、N,N′−ジベンゾイル尿素、ベンゼンスルホニル尿素、p−トルエンスルホニル尿素、トリメチル尿素、テトラエチル尿素、テトラメチル尿素、トリフェニル尿素、テトラフェニル尿素、N−ベンゾイル尿素、メチルイソ尿素、エチルイソ尿素等が挙げられるが、好ましくは、尿素である。なお、以下の実施例において、コア層前駆体形成工程は、尿素を用いて塩基性炭酸塩を形成させる場合について示すが、一例であって、これに限定されるものではない。
1. Core layer precursor forming step The core layer precursor forming step is first performed by aluminum, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, gallium, germanium, zirconium, indium, tin, yttrium, Adding a urea compound to an aqueous solution containing a salt of at least one element selected from gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium, tungsten, bismuth, thorium or an alkaline earth metal, Aluminum, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, gallium, germanium, zirconium, indium, tin, yttrium, gadolinium, terbium, dysprosium A first dispersion solution is prepared in which a basic carbonate of at least one element selected from sodium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium, tungsten, bismuth, thorium, or an alkaline earth metal is dispersed. The aluminum, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, gallium, germanium, zirconium, indium, tin, yttrium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium As the salt of at least one element selected from lutetium, tungsten, bismuth, thorium or alkaline earth metal, nitrates, hydrochlorides, sulfates and the like can be used, but nitrates are preferably used. As urea compounds, urea, urea salts (eg, nitrates, hydrochlorides, etc.), N, N′-dimethylacetylurea, N, N′-dibenzoylurea, benzenesulfonylurea, p-toluenesulfonylurea, trimethyl Urea, tetraethylurea, tetramethylurea, triphenylurea, tetraphenylurea, N-benzoylurea, methylisourea, ethylisourea and the like can be mentioned, and urea is preferred. In the following examples, the core layer precursor formation step is shown as an example in which a basic carbonate is formed using urea, but is not limited thereto.

アルミニウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ジルコニウム、インジウム、スズ、イットリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、タングステン、ビスマス、トリウム又はアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素の水溶液中でのイオン濃度は、0.001mol/Lから0.1mol/Lで、尿素は前記イオン濃度の5から50倍の濃度が好ましい。これは、前記アルミニウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ジルコニウム、インジウム、スズ、イットリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、タングステン、ビスマス、トリウム又はアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素の水溶液中でのイオン濃度及び尿素のイオン濃度を、当該範囲内とすることで、単分散性を示す球状の研磨材粒子Aを合成することができるためである。
そして、混合された水溶液は、80℃以上で加熱撹拌され、水溶液中(以下、第1分散溶液とする。)に分散するコア層前駆体となる塩基性炭酸塩を成長させる。
なお、加熱撹拌の際には、十分な撹拌効率を得られれば、特に撹拌機の形状等は指定しないが、より高い撹拌効率を得るためには、ローター・ステータータイプの撹拌機を使用することが好ましい。
Aluminum, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, gallium, germanium, zirconium, indium, tin, yttrium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium, The ion concentration in the aqueous solution of at least one element selected from tungsten, bismuth, thorium or alkaline earth metal is 0.001 mol / L to 0.1 mol / L, and urea is 5 to 50 times the ion concentration. Is preferred. This is aluminum, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, gallium, germanium, zirconium, indium, tin, yttrium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, A spherical shape that exhibits monodispersity by setting the ion concentration in an aqueous solution and the ion concentration of urea in an aqueous solution of at least one element selected from ytterbium, lutetium, tungsten, bismuth, thorium, or an alkaline earth metal within this range. This is because the abrasive particles A can be synthesized.
The mixed aqueous solution is heated and stirred at 80 ° C. or higher to grow a basic carbonate serving as a core layer precursor dispersed in the aqueous solution (hereinafter referred to as a first dispersion solution).
In the case of heating and stirring, the shape of the stirrer is not particularly specified if sufficient stirring efficiency can be obtained, but in order to obtain higher stirring efficiency, a rotor / stator type stirrer should be used. Is preferred.

2.中間層前駆体形成工程
中間層前駆体形成工程は、コア層前駆体形成工程により形成された塩基性炭酸塩を含む第1分散溶液に、アルミニウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、ジルコニウム、インジウム、スズ、イットリウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、タングステン、ビスマス、トリウム又はアルカリ土類金属から選ばれる、コア層前駆体形成工程において含まれていた元素の塩、例えばイットリウム硝酸塩を含有する水溶液とセリウム(Ce)の塩を含有する水溶液を添加する。そして、例えば、コア層前駆体であるイットリウムの塩基性炭酸塩の外側にイットリウムとセリウムが混合された中間層前駆体を形成させることによりコア層前駆体を粒子成長させ、より粒子径の大きな塩基性炭酸塩を得る。具体的には、第1分散溶液に添加する水溶液の添加速度は、第1分散溶液1Lあたり0.003〜3.0mmol/minの範囲内が好ましく、特に、添加量に占めるセリウム(Ce)の割合が90mol%未満であることが好ましい。これは、添加速度及び添加量に占めるセリウム(Ce)の割合が、当該範囲を外れると、形成される研磨材粒子Aが単分散性を示す球状粒子とすることが難しくなるためである。また、第1分散溶液は、前記速度で水溶液を添加されながら、80℃以上で加熱撹拌されることが好ましい。これは、80℃以下で加熱撹拌されると、コア層前駆体形成工程において添加された尿素の分解が進まなくなり、粒子形成が阻害されるためである。ここで、コア層前駆体の外側に中間層前駆体が形成された粒子を分散させる分散溶液を第2分散溶液とする。
2. Intermediate layer precursor forming step The intermediate layer precursor forming step is performed by adding aluminum, scandium, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, the first dispersion solution containing the basic carbonate formed by the core layer precursor forming step. Selected from cobalt, nickel, copper, zinc, gallium, germanium, zirconium, indium, tin, yttrium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium, tungsten, bismuth, thorium or alkaline earth metals, An aqueous solution containing a salt of an element contained in the core layer precursor forming step, for example, yttrium nitrate and an aqueous solution containing a cerium (Ce) salt are added. Then, for example, by forming an intermediate layer precursor in which yttrium and cerium are mixed on the outside of the basic carbonate of yttrium that is the core layer precursor, the core layer precursor is grown to form a base having a larger particle diameter. Water carbonate is obtained. Specifically, the addition rate of the aqueous solution added to the first dispersion solution is preferably within a range of 0.003 to 3.0 mmol / min per liter of the first dispersion solution, and in particular, cerium (Ce) occupying the added amount. The proportion is preferably less than 90 mol%. This is because if the rate of cerium (Ce) occupying the addition rate and the addition amount is out of the range, it is difficult for the abrasive particles A to be formed to be spherical particles exhibiting monodispersity. The first dispersion solution is preferably heated and stirred at 80 ° C. or higher while the aqueous solution is added at the above rate. This is because when heated and stirred at 80 ° C. or lower, decomposition of urea added in the core layer precursor forming step does not proceed and particle formation is inhibited. Here, the dispersion solution in which the particles in which the intermediate layer precursor is formed outside the core layer precursor is dispersed is referred to as a second dispersion solution.

3.シェル層前駆体形成工程
シェル層前駆体形成工程は、中間層前駆体形成工程によりコア層前駆体の外側に中間層前駆体が形成された粒子を分散させる第2分散溶液に、セリウム(Ce)の塩を含有する水溶液を添加して、中間層前駆体の外側にセリウム(Ce)の塩基性炭酸塩が主成分であるシェル層前駆体を形成させることで、さらに粒子成長させる。セリウム(Ce)の塩を含む水溶液は、該水溶液1Lあたり0.003〜3.0mmol/minの範囲内の添加速度で、80℃以上で加熱撹拌しながら添加されることが好ましい。これは、添加速度が、当該範囲を外れると、形成される研磨材粒子Aが単分散性を示す球状粒子とすることが難しくなるためである。加熱温度については、中間層前駆体形成工程の場合と同様、80℃以下で加熱撹拌されると、コア層前駆体形成工程において添加された尿素の分解が進まなくなり、粒子形成が阻害されるためである。ここで、中間層前駆体の外側にシェル層前駆体が形成された粒子を分散させる分散溶液を第3分散溶液とする。
3. Shell Layer Precursor Forming Step The shell layer precursor forming step includes cerium (Ce) in the second dispersion solution in which the particles having the intermediate layer precursor formed on the outside of the core layer precursor by the intermediate layer precursor forming step are dispersed. By adding an aqueous solution containing the above salt, a shell layer precursor containing cerium (Ce) basic carbonate as a main component is formed outside the intermediate layer precursor to further grow the particles. The aqueous solution containing a salt of cerium (Ce) is preferably added while heating and stirring at 80 ° C. or higher at an addition rate within a range of 0.003 to 3.0 mmol / min per liter of the aqueous solution. This is because if the addition rate is out of the range, it is difficult for the abrasive particles A to be formed to be spherical particles exhibiting monodispersity. As for the heating temperature, as in the case of the intermediate layer precursor forming step, when heated and stirred at 80 ° C. or lower, decomposition of urea added in the core layer precursor forming step does not proceed and particle formation is inhibited. It is. Here, the dispersion solution in which the particles in which the shell layer precursor is formed outside the intermediate layer precursor is dispersed is referred to as a third dispersion solution.

4.固液分離工程
固液分離工程は、シェル層前駆体形成工程により得られた第3分散溶液からシェル層前駆体が中間層前駆体の外側に形成された固体を固液分離の操作により回収し、研磨材前駆体を得る。なお、固液分離工程において、必要に応じて得られた研磨材前駆体を乾燥した後に、焼成工程へ移行してもよい。
4). Solid-liquid separation step The solid-liquid separation step recovers the solid in which the shell layer precursor is formed outside the intermediate layer precursor from the third dispersion obtained in the shell layer precursor formation step by the operation of solid-liquid separation. To obtain an abrasive precursor. In the solid-liquid separation step, the abrasive precursor obtained as necessary may be dried and then transferred to the firing step.

5.焼成工程
焼成工程は、固液分離により得られた塩基性炭酸塩の研磨材前駆体を空気中又は酸化性雰囲気中で、400℃以上で焼成する。焼成された研磨材前駆体は、酸化物となり、外側が酸化セリウムで覆われた研磨材粒子Aとなる。
5. Firing step In the firing step, the basic carbonate abrasive precursor obtained by solid-liquid separation is fired at 400 ° C. or higher in air or in an oxidizing atmosphere. The baked abrasive precursor becomes an oxide, and becomes an abrasive particle A whose outer side is covered with cerium oxide.

<研磨材の粒子径と研磨速度、表面精度>
研磨材粒子Aは、その使用用途によって粒子径に対する要求レベルは異なるが、研磨傷の減少及び平坦性の向上など、研磨後の仕上がり表面精度が高くなるにつれて、使用される研磨材に含まれる研磨材粒子Aの微粒子化が必要になり、例えば、半導体デバイスの製造工程で使用するには平均粒子径が2.0μm以下である必要がある。研磨材の粒子径が小さくなるほど、研磨後の仕上がり表面精度が高くなるのに対して、研磨速度は粒子径が小さいほど遅くなる傾向があるので、0.02μm未満の粒子径では、セリウム系研磨材の研磨速度が、コロイダルシリカ等の研磨材に比べて速いという優位性が失われてしまう。したがって、研磨材粒子Aの平均粒子径としては0.02〜2.0μmの範囲内が好ましく、さらに0.05〜1.5μmの範囲内がより好ましい。
また、研磨加工後の平面精度を高めるためには、できるだけ粒子径が揃っており、粒子径分布変動係数(以下、単に「変動係数」ともいう。)が小さい研磨材粒子Aを使用することが望ましい。
また、研磨材粒子Aの変動係数が小さいと、凝集を促進するような、平均よりも著しく大きな粒子径の研磨材粒子を含まないことになり、分散安定性が向上するため、好ましい。
<Abrasive particle size, polishing speed, surface accuracy>
The abrasive particles A have different required levels for the particle diameter depending on their use, but as the finished surface accuracy after polishing such as reduction of polishing scratches and improvement of flatness becomes higher, polishing contained in the abrasive used. The material particles A need to be finely divided. For example, the average particle size needs to be 2.0 μm or less for use in the manufacturing process of a semiconductor device. The smaller the particle size of the abrasive, the higher the finished surface accuracy after polishing. On the other hand, the smaller the particle size, the slower the polishing rate. The superiority that the polishing rate of the material is faster than that of an abrasive such as colloidal silica is lost. Therefore, the average particle diameter of the abrasive particles A is preferably in the range of 0.02 to 2.0 μm, and more preferably in the range of 0.05 to 1.5 μm.
Further, in order to increase the planar accuracy after the polishing process, it is necessary to use abrasive particles A that have the same particle diameter as much as possible and have a small particle diameter distribution coefficient of variation (hereinafter also simply referred to as “variation coefficient”). desirable.
Further, it is preferable that the coefficient of variation of the abrasive particles A is small, since it does not include abrasive particles having a particle size significantly larger than the average that promotes aggregation, and dispersion stability is improved.

<研磨材スラリー>
本発明における研磨材スラリーは、例えば、上記の特徴を有する研磨材粒子Aと研磨材粒子Aの水への分散剤と水からなる組成物を分散させることによって得られる。ここで、研磨材粒子Aの含有量に制限はないが、分散液の取り扱いやすさから0.1〜40質量%の範囲内が好ましく、0.5〜20質量%の範囲内がより好ましい。この濃度が0.1質量%以上であると、研磨速度が低下するおそれを回避でき、40質量%以下であると、研磨材粒子Aが凝集するおそれを回避できる。また、研磨材スラリーと添加液を混合したときのCMP用研磨液中の研磨材粒子Aの含有量は、0.01〜10質量%の範囲内が好ましく、0.1〜5質量%の範囲内がより好ましい。
<Abrasive slurry>
The abrasive slurry in the present invention is obtained, for example, by dispersing a composition comprising abrasive particles A having the above characteristics, a dispersant for the abrasive particles A in water and water. Here, although there is no restriction | limiting in content of abrasive particle A, the inside of the range of 0.1-40 mass% is preferable from the ease of handling of a dispersion liquid, and the inside of the range of 0.5-20 mass% is more preferable. When this concentration is 0.1% by mass or more, it is possible to avoid a possibility that the polishing rate is lowered, and when it is 40% by mass or less, it is possible to avoid a possibility that the abrasive particles A are aggregated. Further, the content of the abrasive particles A in the CMP polishing liquid when the abrasive slurry and the additive liquid are mixed is preferably in the range of 0.01 to 10% by mass, and in the range of 0.1 to 5% by mass. The inside is more preferable.

<pK4〜9の範囲内の官能基を有する添加剤>
本発明におけるCMP用研磨液に含有される添加剤は、表面を研磨材粒子Aとの相互作用に対してより受容し、研磨されているシリコン含有誘電層の表面特性を改変するために、CMP用研磨液に含まれる。
CMP用研磨液のpHは、添加剤とシリコン含有誘電層の表面との間の相互作用を決定するのに重要な役割を果たす。本発明のCMP用研磨液のpHは、液温25℃にて7以下、好ましくは6.5以下(例えば、5.5以下)である。CMP用研磨液は、典型的には少なくとも2、好ましくは少なくとも3(例えば、少なくとも3.5)のpHを有する。
<Additive having a functional group in the range of pK a 4 to 9>
The additive contained in the CMP polishing liquid in the present invention accepts the surface more for interaction with the abrasive particles A, and in order to modify the surface characteristics of the silicon-containing dielectric layer being polished. It is included in the polishing liquid.
The pH of the CMP polishing liquid plays an important role in determining the interaction between the additive and the surface of the silicon-containing dielectric layer. The CMP polishing liquid of the present invention has a pH of 7 or less, preferably 6.5 or less (for example, 5.5 or less) at a liquid temperature of 25 ° C. The CMP polishing liquid typically has a pH of at least 2, preferably at least 3 (eg, at least 3.5).

添加剤がこのpHの範囲内でシリコン含有誘電層と相互作用するために、添加剤は、液温25℃において4〜9の範囲内、好ましくは4〜7(例えば、4〜6)の範囲内のpK(水中)を有する官能基を保持することが望ましい。更に、添加剤が、約−1より正(例えば、正味電荷=0、+1、+2等)の全体的な正味電荷を有することが望ましい。正味電荷は、4〜9の範囲内のpKを有する官能基がプロトン化される場合に、添加剤の電荷であると決定される。 In order for the additive to interact with the silicon-containing dielectric layer within this pH range, the additive should be in the range of 4-9, preferably in the range of 4-7 (eg 4-6) at a liquid temperature of 25 ° C. It is desirable to retain a functional group having an inner pK a (in water). Furthermore, it is desirable for the additive to have an overall net charge that is more positive than about −1 (eg, net charge = 0, +1, +2, etc.). The net charge is determined to be the charge of the additive when a functional group having a pKa in the range of 4-9 is protonated.

添加剤の官能基は、任意の好適な官能基であってもよく、典型的には、アミン、カルボン酸、アルコール、チオール、スルホンアミド、イミド、ヒドロキサム酸、バルビツール酸、ヒドラジン、アミドキシム(amidoxine)、それらの塩及びそれらの組合せから選択される。これら官能基を保持し、4〜9の範囲内のpKを有する添加剤には、アリールアミン、アミノアルコール、脂肪族アミン、複素環式アミン、ヒドロキサム酸、アミノカルボン酸、環式モノカルボン酸、不飽和モノカルボン酸、置換フェノール、スルホンアミド、チオール及びそれらの組合せからなる群から選択される一つ又は複数の化合物が含まれる。好ましくは、添加剤は、アリールアミン、複素環式アミン、アミノカルボン酸及びそれらの組合せからなる群から選択される一つ又は複数の化合物を含む。先述の添加剤はいずれも、塩、例えば塩酸塩、ヒドロブロミド塩、硫酸塩、スルホン酸塩、トリフルオロメタンスルホン酸塩、酢酸塩、トリフルオロ酢酸塩、ピクリン酸塩、ペルフルオロ酪酸塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩又はハロゲン化物塩等からなる群から選択される塩の形態で存在してもよい。 The functional group of the additive may be any suitable functional group and is typically an amine, carboxylic acid, alcohol, thiol, sulfonamide, imide, hydroxamic acid, barbituric acid, hydrazine, amidoxime. ), Their salts and combinations thereof. Retain these functional groups, the additive having a pK a in the range of 4 to 9, arylamine, amino alcohols, aliphatic amines, heterocyclic amines, hydroxamic acids, aminocarboxylic acids, cyclic monocarboxylic acids , One or more compounds selected from the group consisting of unsaturated monocarboxylic acids, substituted phenols, sulfonamides, thiols and combinations thereof. Preferably, the additive comprises one or more compounds selected from the group consisting of arylamines, heterocyclic amines, aminocarboxylic acids and combinations thereof. All of the aforementioned additives are salts such as hydrochloride, hydrobromide salt, sulfate, sulfonate, trifluoromethanesulfonate, acetate, trifluoroacetate, picrate, perfluorobutyrate, sodium salt, The salt may be present in the form of a salt selected from the group consisting of potassium salt, ammonium salt, halide salt and the like.

アリールアミンは、4〜9の範囲内のpKを有する任意の好適なアリールアミンであり得る。好ましくは、アリールアミンは、一級アリールアミンである。アリールアミンは、C1〜12アルキル、C1〜12アルコキシ、C6〜12アリール、カルボン酸、スルホン酸、ホスホン酸、ヒドロキシル、チオール、スルホンアミド、アセトアミド、それらの塩及びそれらの組合せからなる群から選択される一つ又は複数の置換基で随意に置換されていてもよい。例えば、アリールアミンは、アニリン、4−クロロアニリン、3−メトキシアニリン、N−メチルアニリン、4−メトキシアニリン、p−トルイジン、アントラニル酸、3−アミノ−4−ヒドロキシベンゼンスルホン酸、アミノベンジルアルコール、アミノベンジルアミン、1−(2−アミノフェニル)ピロール、1−(3−アミノフェニル)エタノール、2−アミノフェニルエーテル、2,5−ビス−(4−アミノフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール、2−(2−アミノフェニル)−1H−1,3,4−トリアゾール、2−アミノフェノール、3−アミノフェノール、4−アミノフェノール、ジメチルアミノフェノール、2−アミノチオールフェノール、3−アミノチオールフェノール、4−アミノチオールフェノール、4−アミノフェニルメチルスルフィド、2−アミノベンゼンスルホンアミド、オルタニル酸、3−アミノベンゼンボロン酸、5−アミノイソフタル酸、スルファセタミド、スルファニル酸、o−アルサニル酸、p−アルサニル酸、(3R)−3−(4−トリフルオロメチルフェニルアミノ)ペンタン酸アミド、それらの塩及びそれらの組合せであり得る。 The arylamine can be any suitable arylamine having a pKa in the range of 4-9. Preferably, the arylamine is a primary arylamine. The arylamine is a group consisting of C1-12 alkyl, C1-12 alkoxy, C6-12 aryl, carboxylic acid, sulfonic acid, phosphonic acid, hydroxyl, thiol, sulfonamide, acetamide, salts thereof and combinations thereof Optionally substituted with one or more substituents selected from For example, arylamine includes aniline, 4-chloroaniline, 3-methoxyaniline, N-methylaniline, 4-methoxyaniline, p-toluidine, anthranilic acid, 3-amino-4-hydroxybenzenesulfonic acid, aminobenzyl alcohol, Aminobenzylamine, 1- (2-aminophenyl) pyrrole, 1- (3-aminophenyl) ethanol, 2-aminophenyl ether, 2,5-bis- (4-aminophenyl) -1,3,4-oxa Diazole, 2- (2-aminophenyl) -1H-1,3,4-triazole, 2-aminophenol, 3-aminophenol, 4-aminophenol, dimethylaminophenol, 2-aminothiolphenol, 3-amino Thiolphenol, 4-aminothiolphenol, 4-amino Phenylmethyl sulfide, 2-aminobenzenesulfonamide, orthonilic acid, 3-aminobenzeneboronic acid, 5-aminoisophthalic acid, sulfacetamide, sulfanilic acid, o-arsanilic acid, p-arsanilic acid, (3R) -3- (4 -Trifluoromethylphenylamino) pentanoic acid amides, their salts and combinations thereof.

アミノアルコールは、4〜9の範囲内のpKを有する任意の好適なアミノアルコールであり得る。例えば、アミノアルコールは、トリエタノールアミン、ベンジルジエタノールアミン、トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン、ヒドロキシルアミン、テトラサイクリン、それらの塩及びそれらの組合せからなる群から選択してもよい。好ましくは、アミノアルコールは、三級アミノアルコールである。 The amino alcohol can be any suitable amino alcohol having a pKa in the range of 4-9. For example, the amino alcohol may be selected from the group consisting of triethanolamine, benzyldiethanolamine, tris (hydroxymethyl) aminomethane, hydroxylamine, tetracycline, salts thereof, and combinations thereof. Preferably, the amino alcohol is a tertiary amino alcohol.

脂肪族アミンは、4〜9の範囲内のpKを有する任意の好適な脂肪族アミンであり得る。好適な脂肪族アミンには、メトキシアミン、ヒドロキシルアミン、N−メチルヒドロキシルアミン、N,O−ジメチルヒドロキシルアミン、β−ジフルオロエチルアミン、エチレンジアミン、トリエチレンジアミン、ジエチルブチルアミノ−(2−ヒドロキシフェニル)メチル)ホスホネート、イミノエタン、イミノブタン、トリアリルアミン、シアノアミン(例えば、アミノアセトニトリル、ジエチルアミノアセトニトリル、2−アミノ−2−シアノプロパン、(イソプロピルアミノ)プロピオニトリル、(ジエチルアミノ)プロピオニトリル、アミノプロピオニトリル、ジシアノジエチルアミン、3−(ジメチルアミノ)プロピオニトリル、それらの塩及びそれらの組合せが含まれる。また、脂肪族アミンはヒドラジンであってもよい。好ましくは、ヒドラジンは、ヒドラジン、メチルヒドラジン、テトラメチルヒドラジン、N,N−ジエチルヒドラジン、フェニルヒドラジン、N,N−ジメチルヒドラジン、トリメチルヒドラジン、エチルヒドラジン、それらの塩(例えば、塩酸塩)及びそれらの組合せからなる群から選択される一つ又は複数の化合物を含む。 The aliphatic amine can be any suitable aliphatic amine having a pKa in the range of 4-9. Suitable aliphatic amines include methoxyamine, hydroxylamine, N-methylhydroxylamine, N, O-dimethylhydroxylamine, β-difluoroethylamine, ethylenediamine, triethylenediamine, diethylbutylamino- (2-hydroxyphenyl) methyl) Phosphonate, iminoethane, iminobutane, triallylamine, cyanoamine (eg, aminoacetonitrile, diethylaminoacetonitrile, 2-amino-2-cyanopropane, (isopropylamino) propionitrile, (diethylamino) propionitrile, aminopropionitrile, dicyanodiethylamine , 3- (dimethylamino) propionitrile, salts thereof, and combinations thereof, and the aliphatic amine may be hydrazine. Preferably, hydrazine is hydrazine, methyl hydrazine, tetramethyl hydrazine, N, N-diethyl hydrazine, phenyl hydrazine, N, N-dimethyl hydrazine, trimethyl hydrazine, ethyl hydrazine, salts thereof (for example, hydrochloride) and the like. One or more compounds selected from the group consisting of:

複素環式アミンは、単環式、二環式及び三環式アミンを含む、4〜9の範囲内のpKを有する任意の好適な複素環式アミンであってもよい。典型的には、環状アミンは、一つ又は複数の窒素原子、並びに炭素、炭素及び酸素、並びに炭素及び硫黄等の一つ又は複数のほかの原子を含む3員、4員、5員又は6員環式構造である。好ましくは、環状アミンは、5員又は6員環式構造である。複素環式アミンは、H、OH、COOH、SOH、POH、Br、Cl、I、F、NO、ヒドラジン、C1〜8アルキル(随意にOH、COOH、Br、Cl、I又はNOで置換されている)、C6〜12アリール(随意にOH、COOH、Br、I又はNOで置換されている)、C(O)H、C(O)R(ここでRは、C1〜8アルキル又はC6〜12アリール)及びC1〜8アルケニルからなる群から選択される一つ又は複数の置換基により随意に置換されている。望ましくは、複素環式アミンは、少なくとも一つの非置換ヘテロ環窒素を含有する。例えば、複素環式アミンは、イミダゾール、1−メチルイミダゾール、2−メチルイミダゾール、2−エチルイミダゾール、2−ヒドロキシメチルイミダゾール、1−メチル−2−ヒドロキシメチルイミダゾール、ベンズイミダゾール、キノリン、イソキノリン、ヒドロキシキノリン、メラミン、ピリジン、ビピリジン、2−メチルピリジン、4−メチルピリジン、2−アミノピリジン、3−アミノピリジン、2,3−ピリジンジカルボン酸、2,5−ピリジンジカルボン酸、2,6−ピリジンジカルボン酸、5−ブチル−2−ピリジンカルボン酸、4−ヒドロキシ−2−ピリジンカルボン酸、3−ヒドロキシ−2−ピリジンカルボン酸、2−ピリジンカルボン酸、3−ベンゾイル−2−ピリジンカルボン酸、6−メチル−2−ピリジンカルボン酸、3−メチル−2−ピリジンカルボン酸、6−ブロモ−2−ピリジンカルボン酸、6−クロロ−2−ピリジンカルボン酸、3,6−ジクロロ−2−ピリジンカルボン酸、4−ヒドラジノ−3,5,6−トリクロロ−2−ピリジンカルボン酸、キノリン、イソキノリン、2−キノリンカルボン酸、4−メトキシ−2−キノリンカルボン酸、8−ヒドロキシ−2−キノリンカルボン酸、4,8−ジヒドロキシ−2−キノリンカルボン酸、7−クロロ−4−ヒドロキシ−2−キノリンカルボン酸、5,7−ジクロロ−4−ヒドロキシ−2−キノリンカルボン酸、5−ニトロ−2−キノリンカルボン酸、1−イソキノリンカルボン酸、3−イソキノリンカルボン酸、アクリジン、ベンゾキノリン、ベンゾアクリジン、クロニジン、アナバシン、ノミコチン(nomicotine)、トリアゾロピリジン、ピリドキシン、セロトニン、ヒスタミン、ベンゾジアゼピン、アジリジン、モルホリン、1,8−ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデセン−7(DABCO)、ヘキサメチレンテトラミン、ピペラジン、N−ベンゾイルピペラジン、1−トシルピペラジン、N−カルボエトキシピペラジン、1,2,3−トリアゾール、1,2,4−トリアゾール、2−アミノチアゾール、ピロール、ピロール−2−カルボン酸及びそのアルキル、ハロ又はカルボン酸置換誘導体、3−ピロリン−2−カルボン酸、エチルピロリン、ベンジルピロリン、シクロヘキシルピロリン、トリルピロリン、テトラゾール、5−シクロプロピルテトラゾール、5−メチルテトラゾール、5−ヒドロキシテトラゾール、5−フェノキシテトラゾール、5−フェニルテトラゾール、それらの塩、並びにそれらの組合せであってもよい。また、複素環式アミンは、イミド、アミニジン又はバルビツール酸化合物であってもよい。例えば、好適なイミドには、フルオロウラシル、メチルチオウラシル、5,5−ジフェニルヒダントイン、5,5−ジメチル−2,4−オキサゾリジンジオン、フタルイミド、スクシンイミド、3,3−メチルフェニルグルタルイミド、3,3−ジメチルスクシンイミド、それらの塩及びそれらの組合せが含まれる。好適なアミニジンには、イミダゾ[2,3−b]チオキサゾール(thioxazole)、ヒドロキシイミドアゾ[2,3−a]イソインドール、それらの塩及びそれらの組合せが含まれる。好適なバルビツール酸には、5,5−メチルフェニルバルビツール酸、1,5,5−トリメチルバルビツール酸、ヘキソバルビタール、5,5−ジメチルバルビツール酸、1,5−ジメチル−5−フェニルバルビツール酸、それらの塩及びそれらの組合せが含まれる。 The heterocyclic amine may be any suitable heterocyclic amine having a pKa in the range of 4-9, including monocyclic, bicyclic and tricyclic amines. Typically, the cyclic amine is a 3-, 4-, 5-, or 6-containing one or more nitrogen atoms and one or more other atoms such as carbon, carbon and oxygen, and carbon and sulfur. It is a membered cyclic structure. Preferably, the cyclic amine is a 5 or 6 membered cyclic structure. Heterocyclic amines, H, OH, COOH, SO 3 H, PO 3 H, Br, Cl, OH I, F, NO 2, hydrazine, a C 1 to 8 alkyl (optionally, COOH, Br, Cl, I Or substituted with NO 2 ), C 6-12 aryl (optionally substituted with OH, COOH, Br, I or NO 2 ), C (O) H, C (O) R (where R Is optionally substituted with one or more substituents selected from the group consisting of C 1-8 alkyl or C 6-12 aryl) and C 1-8 alkenyl. Desirably, the heterocyclic amine contains at least one unsubstituted heterocyclic nitrogen. For example, heterocyclic amines include imidazole, 1-methylimidazole, 2-methylimidazole, 2-ethylimidazole, 2-hydroxymethylimidazole, 1-methyl-2-hydroxymethylimidazole, benzimidazole, quinoline, isoquinoline, hydroxyquinoline. , Melamine, pyridine, bipyridine, 2-methylpyridine, 4-methylpyridine, 2-aminopyridine, 3-aminopyridine, 2,3-pyridinedicarboxylic acid, 2,5-pyridinedicarboxylic acid, 2,6-pyridinedicarboxylic acid 5-butyl-2-pyridinecarboxylic acid, 4-hydroxy-2-pyridinecarboxylic acid, 3-hydroxy-2-pyridinecarboxylic acid, 2-pyridinecarboxylic acid, 3-benzoyl-2-pyridinecarboxylic acid, 6-methyl -2-pyridinecal Acid, 3-methyl-2-pyridinecarboxylic acid, 6-bromo-2-pyridinecarboxylic acid, 6-chloro-2-pyridinecarboxylic acid, 3,6-dichloro-2-pyridinecarboxylic acid, 4-hydrazino-3 , 5,6-trichloro-2-pyridinecarboxylic acid, quinoline, isoquinoline, 2-quinolinecarboxylic acid, 4-methoxy-2-quinolinecarboxylic acid, 8-hydroxy-2-quinolinecarboxylic acid, 4,8-dihydroxy-2 -Quinolinecarboxylic acid, 7-chloro-4-hydroxy-2-quinolinecarboxylic acid, 5,7-dichloro-4-hydroxy-2-quinolinecarboxylic acid, 5-nitro-2-quinolinecarboxylic acid, 1-isoquinolinecarboxylic acid , 3-isoquinolinecarboxylic acid, acridine, benzoquinoline, benzoacridine, clonidine, anabasine, Mycotine, triazolopyridine, pyridoxine, serotonin, histamine, benzodiazepine, aziridine, morpholine, 1,8-diazabicyclo [5,4,0] undecene-7 (DABCO), hexamethylenetetramine, piperazine, N-benzoylpiperazine 1-tosylpiperazine, N-carboethoxypiperazine, 1,2,3-triazole, 1,2,4-triazole, 2-aminothiazole, pyrrole, pyrrole-2-carboxylic acid and its alkyl, halo or carboxylic acid substitutions Derivatives, 3-pyrroline-2-carboxylic acid, ethylpyrroline, benzylpyrroline, cyclohexylpyrroline, tolylpyrroline, tetrazole, 5-cyclopropyltetrazole, 5-methyltetrazole, 5-hydroxytetrazole It may be sol, 5-phenoxytetrazole, 5-phenyltetrazole, salts thereof, and combinations thereof. The heterocyclic amine may also be an imide, an aminidine or a barbituric acid compound. For example, suitable imides include fluorouracil, methylthiouracil, 5,5-diphenylhydantoin, 5,5-dimethyl-2,4-oxazolidinedione, phthalimide, succinimide, 3,3-methylphenylglutarimide, 3,3- Dimethyl succinimide, their salts and combinations thereof are included. Suitable aminidins include imidazo [2,3-b] thioxazole, hydroxyimidoazo [2,3-a] isoindole, their salts and combinations thereof. Suitable barbituric acids include 5,5-methylphenyl barbituric acid, 1,5,5-trimethylbarbituric acid, hexobarbital, 5,5-dimethylbarbituric acid, 1,5-dimethyl-5- Phenyl barbituric acid, their salts and combinations thereof are included.

ヒドロキサム酸は、4〜9の範囲内のpKを有する任意の好適なヒドロキサム酸であり得る。好適なヒドロキサム酸には、ホルモヒドロキサム酸(formohydroxamic acid)、アセトヒドロキサム酸、ベンゾヒドロキサム酸、サリチルヒドロキサム酸、2−アミノベンゾヒドロキサム酸、2−クロロベンゾヒドロキサム酸、2−フルオロベンゾヒドロキサム酸、2−ニトロベンゾヒドロキサム酸、3−ニトロベンゾヒドロキサム酸、4−アミノベンゾヒドロキサム酸、4−クロロベンゾヒドロキサム酸、4−フルオロベンゾヒドロキサム酸、4−ニトロベンゾヒドロキサム酸、4−ヒドロキシベンゾヒドロキサム酸、それらの塩及びそれらの組合せが含まれる。 The hydroxamic acid can be any suitable hydroxamic acid having a pKa in the range of 4-9. Suitable hydroxamic acids include formohydroxamic acid, acetohydroxamic acid, benzohydroxamic acid, salicylhydroxamic acid, 2-aminobenzohydroxamic acid, 2-chlorobenzohydroxamic acid, 2-fluorobenzohydroxamic acid, 2-fluoro Nitrobenzohydroxamic acid, 3-nitrobenzohydroxamic acid, 4-aminobenzohydroxamic acid, 4-chlorobenzohydroxamic acid, 4-fluorobenzohydroxamic acid, 4-nitrobenzohydroxamic acid, 4-hydroxybenzohydroxamic acid, salts thereof And combinations thereof.

アミノカルボン酸は、4〜9の範囲内のpKを有する任意の好適なアミノカルボン酸であり得る。プロリン、グリシン及びフェニルグリシン等のある一般的なアミノカルボン酸化合物は、カルボン酸部分については2〜2.5の範囲内及びアミノ部分については9〜10の範囲内のpKを有し、本発明の状況で使用するには好適ではない。対照的に、グルタミン酸、ベータ−ヒドロキシグルタミン酸、アスパラギン酸、アスパラギン、アザセリン、システイン、ヒスチジン、3−メチルヒスチジン、シトシン、7−アミノセファロスポラン酸及びカモシン(camosine)等のアミノカルボン酸は、各々4〜9の範囲内の範囲のpKを有する官能基を含有している。 The aminocarboxylic acid can be any suitable aminocarboxylic acid having a pKa in the range of 4-9. Proline, common amino acid compounds of such glycine and phenylglycine for carboxylic acid moieties have a pK a in the range of 9-10 for range and amino moieties of 2 to 2.5, the Not suitable for use in the context of the invention. In contrast, aminocarboxylic acids such as glutamic acid, beta-hydroxyglutamic acid, aspartic acid, asparagine, azaserine, cysteine, histidine, 3-methylhistidine, cytosine, 7-aminocephalosporanic acid and camosine are each 4 to It contains functional groups with a pKa in the range of 9.

環式モノカルボン酸は、4〜9の範囲内のpKを有する任意の好適な環式モノカルボン酸であり得る。シリコン含有誘電層の研磨に使用することが以前に示唆されているジカルボン酸及びポリカルボン酸は、所望の範囲のpKを有し得るが、無機研磨材の望ましくない凝集、接着又は急速沈殿に結び付く総電荷を有する。望ましくは、環式カルボン酸化合物は、C4〜12の環式アルキル又はC6〜12アリール基を含む。環式カルボン酸化合物は、H、OH、COOH、Br、Cl、I、F、NO、ヒドラジン、C1〜8アルキル(随意にOH、COOH、Br、Cl、I又はNOで置換されている)、C6〜12アリール(随意にOH、COOH、Br、I又はNOで置換されている)、C(O)H、C(O)R(ここでRは、C1〜8アルキル又はC6〜12アリール)及びC1〜8アルケニルからなる群から選択される一つ又は複数の置換基により随意に置換されている。好ましくは、環式カルボン酸化合物は、ジヒドロキシ安息香酸又はポリヒドロキシ安息香酸ではない。好適な環式モノカルボン酸化合物には、安息香酸、C1〜12アルキル置換安息香酸、C1〜12アルコキシ置換安息香酸、ナフタレン2−カルボン酸、シクロヘキサンカルボン酸、シクロヘキシル酢酸、2−フェニル酢酸、4−ヒドロキシ安息香酸、3−ヒドロキシ安息香酸、2−ピペリジンカルボン酸、シクロプロパンカルボン酸(例えば、cis−及びtrans−2−メチルシクロプロパンカルボン酸)、それらの塩及びそれらの組合せが含まれる。特に好ましい研磨添加剤は、4−ヒドロキシ安息香酸、シクロヘキサンカルボン酸、安息香酸、それらの塩及びそれらの組合せである。 The cyclic monocarboxylic acid can be any suitable cyclic monocarboxylic acid having a pKa in the range of 4-9. Dicarboxylic acids and polycarboxylic acids can be used for polishing has been suggested previously a silicon-containing dielectric layer may have a pK a of the desired range, undesirable agglomeration of the inorganic abrasive, the adhesive or rapid precipitation It has a total charge associated with it. Desirably, the cyclic carboxylic acid compound comprises a C4-12 cyclic alkyl or C6-12 aryl group. Cyclic carboxylic acid compound, H, OH, COOH, Br , Cl, I, F, NO 2, hydrazine, a C 1 to 8 alkyl (optionally OH, COOH, Br, Cl, substituted with I or NO 2 C 6-12 aryl (optionally substituted with OH, COOH, Br, I or NO 2 ), C (O) H, C (O) R (where R is C 1-8 alkyl). Or C 6-12 aryl) and optionally substituted by one or more substituents selected from the group consisting of C 1-8 alkenyl. Preferably, the cyclic carboxylic acid compound is not dihydroxybenzoic acid or polyhydroxybenzoic acid. Suitable cyclic monocarboxylic acid compounds include benzoic acid, C 1-12 alkyl substituted benzoic acid, C 1-12 alkoxy substituted benzoic acid, naphthalene 2-carboxylic acid, cyclohexane carboxylic acid, cyclohexyl acetic acid, 2-phenyl acetic acid, 4-hydroxybenzoic acid, 3-hydroxybenzoic acid, 2-piperidinecarboxylic acid, cyclopropanecarboxylic acid (eg cis- and trans-2-methylcyclopropanecarboxylic acid), their salts and combinations thereof are included. Particularly preferred polishing additives are 4-hydroxybenzoic acid, cyclohexanecarboxylic acid, benzoic acid, their salts and combinations thereof.

不飽和モノカルボン酸は、4〜9の範囲内のpKを有する任意の好適な不飽和モノカルボン酸(例えば、アルケンカルボン酸)であり得る。典型的には、不飽和モノカルボン酸は、C3〜6アルカ−2−エン酸である。好ましくは、不飽和モノカルボン酸は、ケイ皮酸、プロペン酸(例えば、アクリル酸、3−クロロプロプ−2−エンカルボン酸)、ブテン酸(例えば、クロトン酸、3−クロロブタ−2−エンカルボン酸、4−クロロブタ−2−エンカルボン酸)、ペンテン酸(例えばcis−又はtrans−2−ペンテン酸、2−メチル−2−ペンテン酸)、ヘキセン酸(例えば、2−ヘキセン酸、3−エチル−2−ヘキセン酸)、それらの塩及びそれらの組合せからなる群から選択される一つ又は複数の化合物を含む。 The unsaturated monocarboxylic acid can be any suitable unsaturated monocarboxylic acid (eg, alkene carboxylic acid) having a pKa in the range of 4-9. Typically, the unsaturated monocarboxylic acid is a C 3-6 alk-2-enoic acid. Preferably, the unsaturated monocarboxylic acid is cinnamic acid, propenoic acid (eg acrylic acid, 3-chloroprop-2-enecarboxylic acid), butenoic acid (eg crotonic acid, 3-chlorobut-2-enecarboxylic acid). 4-chlorobut-2-enecarboxylic acid), pentenoic acid (eg cis- or trans-2-pentenoic acid, 2-methyl-2-pentenoic acid), hexenoic acid (eg 2-hexenoic acid, 3-ethyl- 2-hexenoic acid), their salts and combinations thereof.

置換フェノールは、4〜9の範囲内のpKを有する任意の好適な置換フェノールであり得る。好ましくは、置換フェノールは、ニトロ、クロロ、ブロモ、フルオロ、シアノ、アルコキシカルボニル、アルカノイル、アシル、アルキルスルホニル及びそれらの組合せから選択される置換基を含有する。好適なニトロフェノールには、ニトロフェノール、2,6−ジハロ−4−ニトロフェノール、2,6−ジ−C1〜12アルキル−4−ニトロフェノール、2,4−ジニトロフェノール、2,6−ジニトロフェノール、3,4−ジニトロフェノール、2−C1〜12アルキル−4,6−ジニトロフェノール、2−ハロ−4,6−ジニトロフェノール、ジニトロ−o−クレゾール、ピクリン酸等のトリニトロフェノール、それらの塩及びそれらの組合せが含まれる。 The substituted phenol can be any suitable substituted phenol having a pKa in the range of 4-9. Preferably, the substituted phenol contains a substituent selected from nitro, chloro, bromo, fluoro, cyano, alkoxycarbonyl, alkanoyl, acyl, alkylsulfonyl and combinations thereof. Suitable nitrophenols include nitrophenol, 2,6-dihalo-4-nitrophenol, 2,6-di- C1-12 alkyl-4-nitrophenol, 2,4-dinitrophenol, 2,6-dinitro. Trinitrophenol such as phenol, 3,4-dinitrophenol, 2- C1-12 alkyl-4,6-dinitrophenol, 2-halo-4,6-dinitrophenol, dinitro-o-cresol, picric acid, etc. And salts thereof.

スルホンアミドは、4〜9の範囲内のpKを有する任意の好適なスルホンアミドであり得る。好適なスルホンアミドには、N−クロロトリルスルホンアミド、ジクロロフェナミド、マフェナイド、ニメスリド、スルファメチゾール、スルファペリン、スルファセタミド、スルファジアジン、スルファジメトキシン、スルファメタジン、スルファピリジン、スルファキノキサリン、それらの塩及びそれらの組合せが含まれる。 The sulfonamide can be any suitable sulfonamide having a pKa in the range of 4-9. Suitable sulfonamides include N-chlorotolylsulfonamide, dichlorophenamide, mafenide, nimesulide, sulfamethizole, sulfaperine, sulfacetamide, sulfadiazine, sulfadimethoxine, sulfamethazine, sulfapyridine, sulfaquinoxaline, salts thereof and the like Is included.

チオールは、4〜9の範囲内のpKを有する任意の好適なチオールであり得る。好適なチオールには、硫化水素、システアミン、システイニルシステイン、メチステイン、チオフェノール、p−クロロチオフェノール(p−cholorthiophenol)、o−アミノチオフェノール、o−メルカプトフェニル酢酸、p−ニトロベンゼンチオール、2−メルカプトエタンスルホナート、N−ジメチルシステアミン、ジプロピルシステアミン、ジエチルシステアミン、メルカプトエチルモルホリン、メチルチオグリコラート、メルカプトエチルアミン、N−トリメチルシステイン、グルタチオン、メルカプトエチルピペリジン(mercaptoethylepiperidine)、ジエチルアミノプロパンチオール、それらの塩及びそれらの組合せが含まれる。 The thiol can be any suitable thiol having a pKa in the range of 4-9. Suitable thiols include hydrogen sulfide, cysteamine, cysteinyl cysteine, methsteine, thiophenol, p-chlorothiophenol, o-aminothiophenol, o-mercaptophenylacetic acid, p-nitrobenzenethiol, 2 -Mercaptoethanesulfonate, N-dimethylcysteamine, dipropylcysteamine, diethylcysteamine, mercaptoethylmorpholine, methylthioglycolate, mercaptoethylamine, N-trimethylcysteine, glutathione, mercaptoethylpiperidine, diethylaminopropanethiol, salts thereof And combinations thereof.

添加剤がアリールアミンである場合、添加剤は、好ましくは、アニリン、アントラニル酸、アミノフェノール、オルタニル酸、それらの塩及びそれらの組合せからなる群から選択される一つ又は複数の化合物を含む。添加剤が複素環式アミン化合物である場合、添加剤は、好ましくは、イミダゾール、キノリン、ピリジン、2−メチルピリジン、2−ピリジンカルボン酸、ピリジンジカルボン酸、2−キノリンカルボン酸、モルホリン、ピペラジン、トリアゾール、ピロール、ピロール−2−カルボン酸、テトラゾール、それらの塩及びそれらの組合せからなる群から選択される一つ又は複数の化合物を含む。添加剤がアミノカルボン酸化合物である場合、添加剤は、好ましくは、グルタミン酸、アスパラギン酸、システイン、ヒスチジン、それらの塩及びそれらの組合せからなる群から選択される一つ又は複数の化合物を含む。添加剤が環式モノカルボン酸化合物である場合、添加剤は、好ましくは、安息香酸、シクロヘキサンカルボン酸、シクロヘキシル酢酸、2−フェニル酢酸、それらの塩及びそれらの組合せからなる群から選択される一つ又は複数の化合物を含む。   When the additive is an arylamine, the additive preferably comprises one or more compounds selected from the group consisting of aniline, anthranilic acid, aminophenol, alternic acid, salts thereof and combinations thereof. When the additive is a heterocyclic amine compound, the additive is preferably imidazole, quinoline, pyridine, 2-methylpyridine, 2-pyridinecarboxylic acid, pyridinedicarboxylic acid, 2-quinolinecarboxylic acid, morpholine, piperazine, It includes one or more compounds selected from the group consisting of triazole, pyrrole, pyrrole-2-carboxylic acid, tetrazole, salts thereof, and combinations thereof. When the additive is an aminocarboxylic acid compound, the additive preferably comprises one or more compounds selected from the group consisting of glutamic acid, aspartic acid, cysteine, histidine, salts thereof, and combinations thereof. When the additive is a cyclic monocarboxylic acid compound, the additive is preferably selected from the group consisting of benzoic acid, cyclohexanecarboxylic acid, cyclohexylacetic acid, 2-phenylacetic acid, their salts, and combinations thereof. One or more compounds.

CMP用研磨液は、典型的には5質量%以下の添加剤(例えば、2質量%以下の研磨添加剤)を含む。CMP用研磨液は、典型的には0.005質量%以上の添加剤(例えば、0.01質量%以上の研磨添加剤)を含む。好ましくは、CMP用研磨液は、1質量%以下(例えば、0.5質量%以下又は0.2質量%以下)の添加剤を含む。好ましくは、添加剤は、アリールアミン、アミノアルコール、脂肪族アミン、複素環式アミン、ヒドロキサム酸、アミノカルボン酸、環式モノカルボン酸、不飽和モノカルボン酸、置換フェノール、スルホンアミド、チオール、それらの塩及びそれらの組合せからなる群から選択される一つ又は複数の化合物を含む。   The polishing liquid for CMP typically contains 5% by mass or less of an additive (for example, 2% by mass or less of a polishing additive). The CMP polishing liquid typically contains 0.005% by mass or more of an additive (for example, 0.01% by mass or more of a polishing additive). Preferably, the CMP polishing liquid contains 1% by mass or less (for example, 0.5% by mass or less or 0.2% by mass or less) of an additive. Preferably, the additive is an arylamine, amino alcohol, aliphatic amine, heterocyclic amine, hydroxamic acid, aminocarboxylic acid, cyclic monocarboxylic acid, unsaturated monocarboxylic acid, substituted phenol, sulfonamide, thiol, they Or one or more compounds selected from the group consisting of combinations thereof.

(非イオン性界面活性剤)
界面活性剤の親水性部分は、オキシエチレン(−O−CH−CH−)反復単位、ビニルアルコール[−CH−CH(OH)−]反復単位、ソルビタン基、高度に置換された飽和又は部分的不飽和C6〜30アルキル又はそれらの組合せ(例えば、ポリオキシエチレンソルビタン)を含むか、から本質的になるか又はからなる。高度に置換された飽和又は部分的不飽和C6〜30アルキルは、好ましくは、一つ又は複数の親水性官能基、例えばヒドロキシ基で置換されている。非イオン性界面活性剤の親水性部分は、典型的には少なくとも500g/mol(例えば、1000g/mol以上、1500g/mol以上又は3000g/mol以上)の分子量を有する。本発明における研磨材粒子と併せて500g/molを超える数平均分子量を有する非イオン性界面活性剤を用いると、ディッシングを著しく低減することができ、好ましい。
ポリマー性又はオリゴマー性の親水性物質の場合、分子量は、好ましくは数平均分子量である。非常に高い数平均分子量を有する化合物は、スラリーの取扱い、研磨性能及びスラリー安定性に弊害のある粘性増加をもたらす場合がある。したがって、1000000g/mol未満(つまり、100000g/mol未満、50000g/mol未満又は10000g/mol未満)の数平均分子量を有する親水性部分を有する界面活性剤を使用することが好ましい。
(Nonionic surfactant)
The hydrophilic part of the surfactant is highly substituted with oxyethylene (—O—CH 2 —CH 2 —) repeating units, vinyl alcohol [—CH 2 —CH 2 (OH) —] repeating units, sorbitan groups. Contains, consists essentially of or consists of saturated or partially unsaturated C6-30 alkyl or combinations thereof (e.g., polyoxyethylene sorbitan). The highly substituted saturated or partially unsaturated C6-30 alkyl is preferably substituted with one or more hydrophilic functional groups, such as hydroxy groups. The hydrophilic portion of the nonionic surfactant typically has a molecular weight of at least 500 g / mol (eg, 1000 g / mol or more, 1500 g / mol or more, or 3000 g / mol or more). When a nonionic surfactant having a number average molecular weight exceeding 500 g / mol is used together with the abrasive particles in the present invention, dishing can be remarkably reduced, which is preferable.
In the case of a polymeric or oligomeric hydrophilic substance, the molecular weight is preferably a number average molecular weight. A compound having a very high number average molecular weight may result in an increase in viscosity that is detrimental to slurry handling, polishing performance and slurry stability. Accordingly, it is preferable to use a surfactant having a hydrophilic portion having a number average molecular weight of less than 1000000 g / mol (that is, less than 100000 g / mol, less than 50000 g / mol or less than 10000 g / mol).

界面活性剤の親油性部分は、6〜30個の炭化水素単位(例えば、10〜20個の炭化水素単位)が存在する炭化水素部分を含有するシリコン非含有断片であってもよい。好ましくは、炭化水素部分は、アルキル基、アルキル置換アリール基、アルコキシ置換アリール基及びアリール基置換アルキル基又はアリール基である。   The lipophilic portion of the surfactant may be a silicon-free fragment that contains a hydrocarbon portion in which there are 6-30 hydrocarbon units (eg, 10-20 hydrocarbon units). Preferably, the hydrocarbon moiety is an alkyl group, an alkyl substituted aryl group, an alkoxy substituted aryl group, and an aryl group substituted alkyl group or an aryl group.

加えて、界面活性剤は、2,4,7,9−テトラメチル−5−デシン−4,7−ジオールエトキシレート等のテトラアルキルデシン頭部基及びオキシエチレン尾部基を含むか、から本質的になるか又はからなる任意のアセチレングリコール界面活性剤を含んでいてもよい。界面活性剤は、ポリオキシエチレンアルキルエーテル及びポリオキシエチレンアルカン酸エステル等の両親媒性非イオン性界面活性剤であってもよく、そのアルキル部分は、飽和されているか又は部分的に不飽和であってもよく、随意に分岐しているC6〜30アルキルである。例えば、両親媒性非イオン性界面活性剤は、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレンモノラウレート、ポリオキシエチレンモノステアレート、ポリオキシエチレンジステアレート又はポリオキシエチレンモノオレアートを含んでいてもよい。同様に、界面活性剤は、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル又はポリオキシエチレンジノニルフェニルエーテル(polyoxyethylene dinonyphenyl ether)等のポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル又はポリオキシエチレンアルキルシクロヘキシルエーテルであってもよく、そのアルキル基は、C6〜30アルキルであり、飽和されているか又は部分的に不飽和であってもよく、随意に分岐していてもよい。 In addition, the surfactant may comprise a tetraalkyldecine head group such as 2,4,7,9-tetramethyl-5-decyne-4,7-diol ethoxylate and an oxyethylene tail group. May comprise any acetylene glycol surfactant. The surfactant may be an amphiphilic nonionic surfactant such as polyoxyethylene alkyl ether and polyoxyethylene alkanoic acid ester, the alkyl portion of which is saturated or partially unsaturated. Optionally, it is optionally branched C 6-30 alkyl. For example, amphiphilic nonionic surfactants are polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene cetyl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene oleyl ether, polyoxyethylene monolaurate, polyoxyethylene monostearate , Polyoxyethylene distearate or polyoxyethylene monooleate. Similarly, the surfactant is a polyoxyethylene alkylphenyl ether or a polyoxyethylene alkyl cyclohexyl ether such as polyoxyethylene octyl phenyl ether, polyoxyethylene nonyl phenyl ether or polyoxyethylene dinonyl phenyl ether. The alkyl group may be C 6-30 alkyl, may be saturated or partially unsaturated, and may optionally be branched.

また、両親媒性非イオン性界面活性剤は、ソルビタンアルカン酸エーテル又はポリオキシエチレンソルビタンアルカン酸エステルを含んでいてもよく、そのアルキル部分は、飽和されていてもよく又は部分的に不飽和であってもよく、随意に分岐していてもよいC6〜30アルキルである。例えば、両親媒性非イオン性界面活性剤は、ソルビタンモノラウレート、ソルビタンセスキオレアート(sorbitan sequioleate)、ソルビタンモノパルミテート、ソルビタンモノステアレート、ソルビタンセキオレアート、ソルビタントリオレアート又はソルビタントリステアレート、並びにポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタントリステアレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレアート、ポリオキシエチレンソルビタントリオレアート又はポリオキシエチレンソルビタンテトラオレアートを含んでいてもよい。 The amphiphilic nonionic surfactant may also include a sorbitan alkanoic acid ether or a polyoxyethylene sorbitan alkanoic acid ester, the alkyl portion of which may be saturated or partially unsaturated. C 6-30 alkyl which may be optionally branched. For example, the amphiphilic nonionic surfactant is sorbitan monolaurate, sorbitan sesquioleate, sorbitan monopalmitate, sorbitan monostearate, sorbitan schioleate, sorbitan trioleate or sorbitan tristearate. And polyoxyethylene sorbitan monolaurate, polyoxyethylene sorbitan monopalmitate, polyoxyethylene sorbitan monostearate, polyoxyethylene sorbitan tristearate, polyoxyethylene sorbitan monooleate, polyoxyethylene sorbitan trioleate or poly Oxyethylene sorbitan tetraoleate may be included.

あるいは、界面活性剤は、ポリジメチコン部分及び親水性酸素含有部分(例えば、ポリオキシエチレン、ポリオキシエチレン及びポリオキシプロピレン又はポリオキシエチレン及びポリエチレン又はアルキルポリグルコース、アルキルグルコースのエトキシ化エステル若しくはジエステル)を含むか、から本質的になるか又はからなるポリジメチコンブロック又はグラフトコポリマーを含んでいてもよい。このブロック又はグラフトコポリマーは、上記の親水性部分の組合せ、例えば、ポリオキシエチレン及びポリオキシプロピレンコポリマー等に結合されたポリジメチコン部分を含んでいてもよい。   Alternatively, the surfactant is a polydimethicone moiety and a hydrophilic oxygen-containing moiety (eg, polyoxyethylene, polyoxyethylene and polyoxypropylene or polyoxyethylene and polyethylene or alkylpolyglucose, an ethoxylated ester or diester of alkylglucose). A polydimethicone block or graft copolymer comprising, consisting essentially of or consisting of The block or graft copolymer may comprise a polydimethicone moiety bonded to a combination of the above hydrophilic moieties, such as polyoxyethylene and polyoxypropylene copolymers.

界面活性剤は、好ましくは、界面活性剤の親水性親油性バランス(HLB)値により決定することができるような親水性である。HLB値は、界面活性剤の水中溶解度の指標であり、従って、界面活性剤の親水性部分の質量%量(例えば、エチレンオキシドの質量%量)と関連している。界面活性剤HLB値は、ある場合、エチレンオキシド基を含有する非イオン性界面活性剤の場合には、界面活性剤のエチレンオキシド基の質量パーセント(質量%)量に20を掛けた値と等しい値で近似することができ、0〜20の範囲内の間の値を示す。低HLB値は、親油性界面活性剤(つまり、少量の親水基を有する)を示し、高HLB値は、親水性界面活性剤(多量の疎水基を有する)を示す。10以上のHLBを有する非イオン性界面活性剤は、「親水性」非イオン性界面活性剤であると分類されており、10未満のHLBを有する非イオン性界面活性剤は、「親油性」と分類されている(The HLB System、ICI United States, Inc社から出版、1976年を参照)。好ましい実施形態では、非イオン性界面活性剤は、親水性非イオン性界面活性剤であり、従って少なくとも10(例えば、少なくとも12)のHLBを有する。好ましい実施形態では、非イオン性界面活性剤は、19未満(例えば、18未満)のHLBを有する親水性界面活性剤である。   The surfactant is preferably hydrophilic so that it can be determined by the hydrophilic / lipophilic balance (HLB) value of the surfactant. The HLB value is an indicator of the solubility of the surfactant in water and is therefore related to the weight percent of the hydrophilic portion of the surfactant (eg, the weight percent of ethylene oxide). The surfactant HLB value, in some cases, in the case of a nonionic surfactant containing an ethylene oxide group, is equal to a value obtained by multiplying the mass percent (mass%) amount of the ethylene oxide group of the surfactant by 20. It can be approximated and shows values between 0-20. A low HLB value indicates a lipophilic surfactant (ie, having a small amount of hydrophilic groups), and a high HLB value indicates a hydrophilic surfactant (having a large amount of hydrophobic groups). Nonionic surfactants having an HLB of 10 or more have been classified as “hydrophilic” nonionic surfactants, and nonionic surfactants having an HLB of less than 10 are “lipophilic”. (Published by The HLB System, ICI United States, Inc., see 1976). In a preferred embodiment, the nonionic surfactant is a hydrophilic nonionic surfactant and thus has an HLB of at least 10 (eg, at least 12). In a preferred embodiment, the nonionic surfactant is a hydrophilic surfactant having an HLB of less than 19 (eg, less than 18).

好ましい界面活性剤には、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル及びポリオキシエチレン(polyoxyetheylene)ジノニルフェニルエーテル(例えば、Rhone−Poulenc社製のIGEPAL(登録商標)界面活性剤、BASF社製ICANOL(登録商標)界面活性剤及びBASF社製のLutensol(登録商標)界面活性剤)、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンコポリマー(例えば、BASF社製のPluronic(登録商標)界面活性剤)及びポリジメチコンコポリマー(compolymer)(例えば、GE Silicons社製Silwet(登録商標)界面活性剤)が含まれる。   Preferred surfactants include polyoxyethylene nonylphenyl ether and polyoxyethylene dinonyl phenyl ether (eg, IGEPAL® surfactant from Rhone-Poulenc, ICANOL® from BASF) Surfactants and BASF's Lutensol® surfactants), polyoxyethylene-polyoxypropylene copolymers (eg, Pluronic® surfactants from BASF) and polydimethicone copolymers (compomer) ( For example, Silwet (registered trademark) surfactant manufactured by GE Silicones).

典型的には、界面活性剤は、少なくとも10ppm、好ましくは少なくとも20ppm(例えば、少なくとも50ppm、少なくとも約100ppm、少なくとも150ppm又は少なくとも200ppm)の濃度で、研磨組成物中に存在する。典型的には、界面活性剤は、多くても10000ppm、好ましくは多くても1000ppm(例えば、多くても750ppm又は多くても500ppm)の濃度で存在する。   Typically, the surfactant is present in the polishing composition at a concentration of at least 10 ppm, preferably at least 20 ppm (eg, at least 50 ppm, at least about 100 ppm, at least 150 ppm or at least 200 ppm). Typically, the surfactant is present at a concentration of at most 10,000 ppm, preferably at most 1000 ppm (eg, at most 750 ppm or at most 500 ppm).

(無機絶縁層作製方法)
本発明のCMP用研磨液が使用される無機絶縁層の作製方法として、低圧CVD法、プラズマCVD法等が挙げられる。低圧CVD法による酸化ケイ素絶縁層の形成は、ケイ素(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℃以下の低温で行わせることにより得られる。場合によっては、CVD後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。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二つが挙げられる。反応ガスとしては、Si源としてSiH、酸素源として一酸化二窒素(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℃の範囲内、反応圧力は67〜400Paの範囲内が好ましい。このように、本発明の酸化ケイ素絶縁層にはリン、ホウ素等の元素がドープされていても良い。
(Inorganic insulating layer manufacturing method)
Examples of a method for manufacturing an inorganic insulating layer in which the polishing slurry for CMP of the present invention is used include a low pressure CVD method and a plasma CVD method. Formation of the silicon oxide insulating layer by the low pressure CVD method uses monosilane: SiH 4 as a silicon (Si) source and oxygen: O 2 as an oxygen source. It can be obtained by performing this SiH 4 —O 2 oxidation reaction at a low temperature of 400 ° C. or lower. In some cases, heat treatment is performed at a temperature of 1000 ° C. or lower after CVD. When doping phosphorus: P in order to achieve surface flattening by high-temperature reflow, it is preferable to use a SiH 4 —O 2 —PH 3 -based reactive gas. 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 types of plasma generation methods: capacitive coupling type and inductive coupling type. The reaction gases, SiH 4, TEOS-O SiH 4 -N 2 O -based gas and tetraethoxysilane using dinitrogen monoxide (N 2 O) a (TEOS) was used in the Si source as an oxygen source as Si source 2 type gas (TEOS-plasma CVD method) is mentioned. The substrate temperature is preferably in the range of 250 to 400 ° C., and the reaction pressure is preferably in the range of 67 to 400 Pa. Thus, the silicon oxide insulating layer of the present invention may be doped with elements such as phosphorus and boron.

同様に、低圧CVD法による窒化ケイ素層の形成は、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得られる。プラズマCVD法は、反応ガスとしては、Si源としてSiH、窒素源としてNHを用いたSiH−NH系ガスが挙げられる。基板温度は300〜400℃の範囲内が好ましい。 Similarly, the formation of the silicon nitride layer by the low pressure CVD method uses dichlorosilane: SiH 2 Cl 2 as the Si source and ammonia: NH 3 as the nitrogen source. It can be obtained by performing this SiH 2 Cl 2 —NH 3 oxidation reaction at a high temperature of 900 ° C. In the plasma CVD method, examples of the reactive gas include SiH 4 —NH 3 -based gas using SiH 4 as the Si source and NH 3 as the nitrogen source. The substrate temperature is preferably in the range of 300 to 400 ° C.

基板として、半導体基板すなわち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酸化ケイ素絶縁層あるいは窒化ケイ素層が形成された基板が使用できる。このような半導体基板上に形成された酸化ケイ素絶縁層あるいは窒化ケイ素層を上記CMP用研磨液で研磨することによって、酸化ケイ素絶縁層の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、シャロー・トレンチ分離にも使用できる。シャロー・トレンチ分離に使用するためには、酸化ケイ素絶縁層を研磨する速度と窒化ケイ素層を研磨する速度の比の値である「酸化ケイ素絶縁層研磨速度/窒化ケイ素層研磨速度」が10以上であることが必要である。この比の値が小さすぎると、酸化ケイ素絶縁層を研磨する速度と窒化ケイ素層を研磨する速度の差が小さくなり、シャロー・トレンチ分離をする際、所定の位置で研磨を停止することができなくなる。また、この比の値が50以上の場合は、特に、窒化ケイ素層を研磨する速度がさらに小さくなって研磨の停止が容易になり、シャロー・トレンチ分離により好適である。   As the substrate, there is a semiconductor substrate, that is, a semiconductor substrate at a stage where a circuit element and a wiring pattern are formed, a semiconductor substrate such as a semiconductor substrate at a stage where a circuit element is formed, and a substrate in which a silicon oxide insulating layer or a silicon nitride layer is formed. Can be used. By polishing the silicon oxide insulating layer or silicon nitride layer formed on such a semiconductor substrate with the above-mentioned polishing liquid for CMP, unevenness on the surface of the silicon oxide insulating layer is eliminated, and a smooth surface over the entire surface of the semiconductor substrate is obtained. can do. It can also be used for shallow trench isolation. In order to use for shallow trench isolation, the ratio of the rate of polishing the silicon oxide insulating layer to the rate of polishing the silicon nitride layer is “silicon oxide insulating layer polishing rate / silicon nitride layer polishing rate” of 10 or more. It is necessary to be. If the value of this ratio is too small, the difference between the polishing speed of the silicon oxide insulating layer and the polishing speed of the silicon nitride layer is reduced, and polishing can be stopped at a predetermined position when performing shallow trench isolation. Disappear. In addition, when the value of this ratio is 50 or more, the rate of polishing the silicon nitride layer is further reduced and polishing can be easily stopped, which is more preferable for shallow trench isolation.

(研磨装置)
研磨する装置としては、半導体基板を保持するホルダーと研磨布(パッド)を貼り付けた(回転数が変更可能なモーター等を取り付けてある)定盤を有する一般的な研磨装置が使用できる。研磨布としては、一般的な不織布、発泡ポリウレタン、多孔質フッ素樹脂などが使用でき、特に制限がない。また、研磨布にはCMP用研磨液がたまるような溝加工を施すことが好ましい。研磨条件には制限はないが、定盤の回転速度は半導体基板が飛び出さないように200rpm以下の低回転が好ましく、半導体基板にかける圧力は研磨後に傷が発生しないように1kg/cm以下が好ましい。シャロー・トレンチ分離に使用するためには、研磨時に傷の発生が少ないことが必要である。研磨している間、研磨布にはスラリーをポンプ等で連続的に供給する。この供給量には制限はないが、研磨布の表面が常にスラリーで覆われていることが好ましい。
(Polishing equipment)
As a polishing apparatus, a general polishing apparatus having a holder for holding a semiconductor substrate and a surface plate to which a polishing cloth (pad) is attached (a motor or the like whose rotation speed can be changed) is attached. As an abrasive cloth, a general nonwoven fabric, a polyurethane foam, a porous fluororesin, etc. can be used, and there is no restriction | limiting in particular. Further, it is preferable that the polishing cloth is subjected to groove processing so that the polishing liquid for CMP is accumulated. The polishing conditions are not limited, but the rotation speed of the surface plate is preferably low rotation of 200 rpm or less so that the semiconductor substrate does not jump out, and the pressure applied to the semiconductor substrate is 1 kg / cm 2 or less so that no scratches are generated after polishing. Is preferred. In order to be used for shallow trench isolation, it is necessary that scratches are less likely to occur during polishing. During polishing, slurry 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 the slurry.

(洗浄)
研磨終了後の半導体基板は、流水中で良く洗浄後、スピンドライヤー等を用いて半導体基板上に付着した水滴を払い落としてから乾燥させることが好ましい。このようにして平坦化されたシャロー・トレンチを形成したあと、酸化ケイ素絶縁層の上に、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上記方法により酸化ケイ素絶縁層を形成後、上記CMP用研磨液を用いて研磨することによって、絶縁層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。この工程を所定数繰り返すことにより、所望の層数の半導体を製造する。
(Washing)
The semiconductor substrate after completion of polishing is preferably washed in running water and then dried after removing water droplets adhering to the semiconductor substrate using a spin dryer or the like. After forming the flattened shallow trench in this way, an aluminum wiring is formed on the silicon oxide insulating layer, and after forming the silicon oxide insulating layer again between the wirings and on the wiring by the above method, By polishing using a polishing liquid for CMP, irregularities on the surface of the insulating layer are eliminated, and the entire surface of the semiconductor substrate is smoothed. By repeating this process a predetermined number of times, a desired number of semiconductor layers are manufactured.

(その他)
本発明のCMP用研磨液は、半導体基板に形成された酸化ケイ素絶縁層だけでなく、所定の配線を有する配線板に形成された酸化ケイ素絶縁層、ガラス、窒化ケイ素等の無機絶縁層、フォトマスク・レンズ・プリズムなどの光学ガラス、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、シンチレーター等の光学用単結晶、固体レーザー単結晶、青色レーザー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ができる。
(Other)
The polishing liquid for CMP of the present invention includes not only a silicon oxide insulating layer formed on a semiconductor substrate, but also a silicon oxide insulating layer formed on a wiring board having a predetermined wiring, an inorganic insulating layer such as glass and silicon nitride, a photo Optical glass such as masks, lenses, and prisms, inorganic conductive films such as ITO, optical integrated circuits / optical switching elements / waveguides composed of glass and crystalline materials, optical fiber end faces, optical single crystals such as scintillators, solids Laser single crystals, blue laser LED sapphire substrates, semiconductor single crystals such as SiC, GaP, and GaAS, magnetic disk glass substrates, magnetic heads, and the like can be polished.

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例において「部」あるいは「%」の表示を用いるが、特に断りがない限り「質量部」あるいは「質量%」を表す。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto. In addition, although the display of "part" or "%" is used in an Example, unless otherwise indicated, "part by mass" or "mass%" is represented.

(研磨材粒子の作製)
<研磨材粒子1>
(1)0.01mol/Lのイットリウム硝酸水溶液10Lを用意し、この水溶液に、尿素が0.20mol/Lになるように添加し、十分に撹拌した後に90℃で一時間加熱撹拌した。
(2)前記(1)で得られた分散溶液に、あらかじめ混合しておいた0.08mol/Lのイットリウム硝酸水溶液300mLと0.32mol/Lのセリウム硝酸水溶液300mLの混合液を10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
(3)前記(2)で得られた分散溶液に、0.4mol/Lのセリウム硝酸水溶液50mLを10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
(4)前記(3)で得られた分散溶液から析出した研磨材前駆体をメンブランフィルターにて分離し、600℃で焼成して研磨材粒子1を得た。
(5)得られた研磨材粒子1は、平均粒子径0.40μm、粒子径分布の変動係数11%の単分散粒子であった。ここで、平均粒子径は走査型電子顕微鏡(SEM)で撮影された研磨材粒子100個の写真から求め、粒子径分布変動係数は以下の式で求めた。
変動係数(%)=(粒子径分布の標準偏差/平均粒子径)×100
(6)研磨材粒子を日立ハイテクノロジーズ製集束イオンビーム(FB−2000A)により断面加工を行い、粒子中心付近を通る面を切り出した。切断面より、日立ハイテクノロジーズ製STEM−EDX(HD−2000)を使用して元素分析を行い、粒子組成の分布評価を行った結果、研磨材粒子1は3層構造であり、研磨材粒子の断面において、粒子径が0.3μmのコア層(酸化イットリウム)、厚さ0.04μmの中間層(イットリウム含有量:セリウム含有量=1:4)、最表面に酸化セリウムのシェル層が形成されていることがわかった。
(Preparation of abrasive particles)
<Abrasive particle 1>
(1) 10 L of 0.01 mol / L yttrium nitric acid aqueous solution was prepared, and urea was added to this aqueous solution so that the concentration of urea was 0.20 mol / L. After sufficiently stirring, the mixture was heated and stirred at 90 ° C. for 1 hour.
(2) A mixed solution of 0.08 mol / L yttrium nitric acid aqueous solution (300 mL) and 0.32 mol / L cerium nitric acid aqueous solution (300 mL) mixed in advance was added to the dispersion obtained in (1) at 10 mL / min. The addition was carried out at 90 ° C. while stirring with heating.
(3) To the dispersion obtained in (2) above, 50 mL of a 0.4 mol / L cerium nitric acid aqueous solution was added at 90 ° C. with heating and stirring at an addition rate of 10 mL / min.
(4) The abrasive precursor precipitated from the dispersion obtained in (3) was separated by a membrane filter, and fired at 600 ° C. to obtain abrasive particles 1.
(5) The obtained abrasive particles 1 were monodispersed particles having an average particle size of 0.40 μm and a particle size distribution coefficient of variation of 11%. Here, the average particle size was determined from a photograph of 100 abrasive particles taken with a scanning electron microscope (SEM), and the particle size distribution variation coefficient was determined by the following equation.
Coefficient of variation (%) = (standard deviation of particle size distribution / average particle size) × 100
(6) The abrasive particles were subjected to cross-section processing using a focused ion beam (FB-2000A) manufactured by Hitachi High-Technologies, and a surface passing through the vicinity of the particle center was cut out. From the cut surface, elemental analysis was performed using STEM-EDX (HD-2000) manufactured by Hitachi High-Technologies, and the particle composition distribution was evaluated. As a result, the abrasive particle 1 has a three-layer structure. In the cross section, a core layer (yttrium oxide) having a particle size of 0.3 μm, an intermediate layer (yttrium content: cerium content = 1: 4) having a thickness of 0.04 μm, and a cerium oxide shell layer formed on the outermost surface. I found out.

<研磨材粒子2>
(1)0.05mol/Lのイットリウム硝酸水溶液10Lを用意し、この水溶液に、尿素が1.0mol/Lになるように添加し、十分に撹拌した後に90℃で一時間加熱撹拌した。
(2)前記(1)で得られた分散溶液に、あらかじめ混合しておいた0.08mol/Lのイットリウム硝酸水溶液300mLと0.32mol/Lのセリウム硝酸水溶液300mLの混合液を10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
(3)前記(2)で得られた分散溶液に、0.4mol/Lのセリウム硝酸水溶液50mLを10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
(4)前記(3)で得られた分散溶液から析出した研磨材前駆体をメンブランフィルターにて分離し、600℃で焼成して研磨材粒子2を得た。
(5)研磨材粒子1と同様に、研磨材粒子2の粒子径及び元素分析の評価を行った。平均粒子径0.62μm、変動係数14%の単分散粒子であり、粒子径が0.57μmのコア層(酸化イットリウム)、厚さ0.02μmの中間層(イットリウム含有量:セリウム含有量=1:4)、シェル層が酸化セリウムの3層構造であった。
<Abrasive particle 2>
(1) 10 L of 0.05 mol / L yttrium nitric acid aqueous solution was prepared, and urea was added to this aqueous solution so that the concentration of urea was 1.0 mol / L. After sufficiently stirring, the mixture was heated and stirred at 90 ° C. for 1 hour.
(2) A mixed solution of 0.08 mol / L yttrium nitric acid aqueous solution (300 mL) and 0.32 mol / L cerium nitric acid aqueous solution (300 mL) mixed in advance was added to the dispersion obtained in (1) at 10 mL / min. The addition was carried out at 90 ° C. while stirring with heating.
(3) To the dispersion obtained in (2) above, 50 mL of a 0.4 mol / L cerium nitric acid aqueous solution was added at 90 ° C. with heating and stirring at an addition rate of 10 mL / min.
(4) The abrasive precursor precipitated from the dispersion obtained in (3) above was separated by a membrane filter and fired at 600 ° C. to obtain abrasive particles 2.
(5) As with the abrasive particles 1, the particle size and elemental analysis of the abrasive particles 2 were evaluated. Monodispersed particles having an average particle size of 0.62 μm and a coefficient of variation of 14%, a core layer (yttrium oxide) having a particle size of 0.57 μm, and an intermediate layer having a thickness of 0.02 μm (yttrium content: cerium content = 1) : 4) The shell layer had a three-layer structure of cerium oxide.

<研磨材粒子3>
(1)0.1mol/Lのイットリウム硝酸水溶液10Lを用意し、この水溶液に、尿素が2.0mol/Lになるように添加し、十分に撹拌した後に90℃で一時間加熱撹拌した。
(2)前記(1)で得られた分散溶液に、あらかじめ混合しておいた0.08mol/Lのイットリウム硝酸水溶液300mLと0.32mol/Lのセリウム硝酸水溶液300mLの混合液を10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
(3)前記(2)で得られた分散溶液に、0.4mol/Lのセリウム硝酸水溶液50mLを10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
(4)前記(3)で得られた分散溶液から析出した研磨材前駆体をメンブランフィルターにて分離し、600℃で焼成して研磨材粒子3を得た。
(5)得られた研磨材粒子3は平均粒子径0.75μm、変動係数19%の単分散粒子であり、粒子径が0.72μmのコア層(酸化イットリウム)、厚さ0.01μmの中間層(イットリウム含有量:セリウム含有量=1:4)、シェル層が酸化セリウムの3層構造であった。
<Abrasive particle 3>
(1) 10 L of a 0.1 mol / L yttrium nitric acid aqueous solution was prepared, urea was added to this aqueous solution so that the concentration of urea was 2.0 mol / L, and after sufficient stirring, the mixture was heated and stirred at 90 ° C. for 1 hour.
(2) A mixed solution of 0.08 mol / L yttrium nitric acid aqueous solution (300 mL) and 0.32 mol / L cerium nitric acid aqueous solution (300 mL) mixed in advance was added to the dispersion obtained in (1) at 10 mL / min. The addition was carried out at 90 ° C. while stirring with heating.
(3) To the dispersion obtained in (2) above, 50 mL of a 0.4 mol / L cerium nitric acid aqueous solution was added at 90 ° C. with heating and stirring at an addition rate of 10 mL / min.
(4) The abrasive precursor precipitated from the dispersion obtained in (3) above was separated by a membrane filter and fired at 600 ° C. to obtain abrasive particles 3.
(5) The obtained abrasive particles 3 are monodisperse particles having an average particle diameter of 0.75 μm and a coefficient of variation of 19%, a core layer (yttrium oxide) having a particle diameter of 0.72 μm, and an intermediate thickness of 0.01 μm. The layer (yttrium content: cerium content = 1: 4) and the shell layer had a three-layer structure of cerium oxide.

<研磨材粒子4>
(1)0.01mol/Lのイットリウム硝酸水溶液10Lを用意し、この水溶液に、尿素が0.20mol/Lになるように添加し、十分に撹拌した後に90℃で一時間加熱撹拌した。
(2)前記(1)で得られた分散溶液に、0.4mol/Lのイットリウム硝酸水溶液300mLを(10−0.16t)mL/minの添加速度で、0.4mol/Lのセリウム硝酸水溶液300mLを(0.16t)mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。ただし、tは時間(分)を表す。
(3)前記(2)で得られた分散溶液に、0.4mol/Lのセリウム硝酸水溶液50mLを10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
(4)前記(3)で得られた分散溶液から析出した研磨材前駆体をメンブランフィルターにて分離し、600℃で焼成して研磨材粒子4を得た。
(5)得られた研磨材粒子4は平均粒子径0.37μm、変動係数15%の単分散粒子であり、粒子径が0.24μmのコア層(酸化イットリウム)、厚さ0.06μmの中間層(イットリウム含有量:セリウム含有量=1:1であり、コア層側からシェル層側に向けてセリウムの含有量が一定の濃度勾配で増加する中間層)、シェル層が酸化セリウムの3層構造であった。
<Abrasive particle 4>
(1) 10 L of 0.01 mol / L yttrium nitric acid aqueous solution was prepared, and urea was added to this aqueous solution so that the concentration of urea was 0.20 mol / L. After sufficiently stirring, the mixture was heated and stirred at 90 ° C. for 1 hour.
(2) To the dispersion obtained in (1), 300 mL of 0.4 mol / L yttrium nitric acid aqueous solution is added at a rate of (10-0.16 t) mL / min, and 0.4 mol / L cerium nitric acid aqueous solution is added. 300 mL was added with heating and stirring at 90 ° C. at an addition rate of (0.16 t) mL / min. However, t represents time (minutes).
(3) To the dispersion obtained in (2) above, 50 mL of a 0.4 mol / L cerium nitric acid aqueous solution was added at 90 ° C. with heating and stirring at an addition rate of 10 mL / min.
(4) The abrasive precursor precipitated from the dispersion obtained in (3) above was separated by a membrane filter and fired at 600 ° C. to obtain abrasive particles 4.
(5) The obtained abrasive particles 4 are monodisperse particles having an average particle size of 0.37 μm and a coefficient of variation of 15%, a core layer (yttrium oxide) having a particle size of 0.24 μm, and an intermediate thickness of 0.06 μm. 3 layers (intermediate layer with yttrium content: cerium content = 1: 1, cerium content increasing from core layer side to shell layer side with a constant concentration gradient), shell layer is 3 layers of cerium oxide It was a structure.

<研磨材粒子5>
(1)0.005mol/Lのイットリウムと0.005mol/Lのセリウムを含む硝酸水溶液10Lを用意し、尿素が0.20mol/Lになるように添加し、十分に撹拌した後に90℃で一時間加熱撹拌した。
(2)前記(1)で得られた分散溶液に、あらかじめ混合しておいた0.08mol/Lのイットリウム硝酸水溶液600mLと0.32mol/Lのセリウム硝酸水溶液600mLの混合液を10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
(3)前記(2)で得られた分散溶液に、0.4mol/Lのセリウム硝酸水溶液50mLを10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
(4)前記(3)で得られた分散溶液から析出した研磨材前駆体をメンブランフィルターにて分離し、600℃で焼成して研磨材粒子5を得た。
(5)得られた研磨材粒子5は平均粒子径0.38μm、変動係数19%の単分散粒子である。研磨材粒子5は、中心部に酸化イットリウムと酸化セリウムが混在した0.31μmの複合層と、層厚0.035μmの酸化セリウムからなるシェル層とにより構成された実質的な2層構造であった。なお、中心部の複合層の直径0.25〜0.31μmの領域には複合層からシェル層に向けて中心部よりセリウム比が高い領域が存在していた。
<Abrasive particle 5>
(1) Prepare 10 L of nitric acid aqueous solution containing 0.005 mol / L yttrium and 0.005 mol / L cerium, add urea so that the concentration is 0.20 mol / L, and stir well at 90 ° C. Stir for hours.
(2) A mixture of 600 mL of a 0.08 mol / L yttrium nitric acid aqueous solution and 600 mL of a 0.32 mol / L cerium nitric acid aqueous solution previously mixed with the dispersion obtained in (1) above was added at 10 mL / min. The addition was carried out at 90 ° C. while stirring with heating.
(3) To the dispersion obtained in (2) above, 50 mL of a 0.4 mol / L cerium nitric acid aqueous solution was added at 90 ° C. with heating and stirring at an addition rate of 10 mL / min.
(4) The abrasive precursor precipitated from the dispersion obtained in (3) was separated with a membrane filter and fired at 600 ° C. to obtain abrasive particles 5.
(5) The obtained abrasive particles 5 are monodisperse particles having an average particle size of 0.38 μm and a coefficient of variation of 19%. The abrasive particles 5 have a substantially two-layer structure composed of a 0.31 μm composite layer in which yttrium oxide and cerium oxide are mixed in the center and a shell layer made of cerium oxide having a layer thickness of 0.035 μm. It was. In the region having a diameter of 0.25 to 0.31 μm in the central composite layer, there was a region having a higher cerium ratio than the central portion from the composite layer to the shell layer.

<研磨材粒子6>
(1)0.01mol/Lのイットリウム硝酸水溶液10Lを用意し、この水溶液に、尿素が0.20mol/Lになるように添加し、十分に撹拌した後に90℃で一時間加熱撹拌した。
(2)前記(1)で得られた分散溶液に、あらかじめ混合しておいた0.40mol/Lのイットリウム硝酸水溶液600mLを10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
(3)前記(2)で得られた分散溶液に、0.4mol/Lのセリウム硝酸水溶液50mLを10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
(4)前記(3)で得られた分散溶液から析出した研磨材前駆体をメンブランフィルターにて分離し、600℃で焼成して研磨材粒子6を得た。
(5)得られた研磨材粒子6は平均粒子径0.45μm、変動係数15%の単分散粒子であり、粒子径が0.43μmのコア層(酸化イットリウム)と、酸化セリウムから構成されるシェル層との2層構造であった。
<Abrasive particle 6>
(1) 10 L of 0.01 mol / L yttrium nitric acid aqueous solution was prepared, and urea was added to this aqueous solution so that the concentration of urea was 0.20 mol / L. After sufficiently stirring, the mixture was heated and stirred at 90 ° C. for 1 hour.
(2) To the dispersion obtained in (1) above, 600 mL of a 0.40 mol / L yttrium nitric acid aqueous solution previously mixed was added at 90 ° C. with heating and stirring at an addition rate of 10 mL / min.
(3) To the dispersion obtained in (2) above, 50 mL of a 0.4 mol / L cerium nitric acid aqueous solution was added at 90 ° C. with heating and stirring at an addition rate of 10 mL / min.
(4) The abrasive precursor precipitated from the dispersion obtained in (3) above was separated by a membrane filter and fired at 600 ° C. to obtain abrasive particles 6.
(5) The obtained abrasive particles 6 are monodisperse particles having an average particle size of 0.45 μm and a coefficient of variation of 15%, and are composed of a core layer (yttrium oxide) having a particle size of 0.43 μm and cerium oxide. It was a two-layer structure with a shell layer.

<研磨材粒子7>
(1)水10Lを用意し、尿素が0.20mol/Lになるように添加し、十分に撹拌した後に90℃になるまで加熱撹拌した。
(2)前記(1)で得られた分散溶液に、あらかじめ混合しておいた0.08mol/Lのイットリウム硝酸水溶液600mLと0.32mol/Lのセリウム硝酸水溶液600mLの混合液を10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
(3)前記(2)で得られた分散溶液から析出した研磨材前駆体をメンブランフィルターにて分離し、600℃で焼成して研磨材粒子7を得た。
(4)得られた研磨材粒子7は平均粒子径0.40μm、変動係数13%の単分散粒子であり、イットリウム含有量:セリウム含有量=1:4の1層構造であった。
<Abrasive particle 7>
(1) 10 L of water was prepared, urea was added so that it might be 0.20 mol / L, and after stirring sufficiently, it was heated and stirred until it reached 90 ° C.
(2) A mixture of 600 mL of a 0.08 mol / L yttrium nitric acid aqueous solution and 600 mL of a 0.32 mol / L cerium nitric acid aqueous solution previously mixed with the dispersion obtained in (1) above was added at 10 mL / min. The addition was carried out at 90 ° C. while stirring with heating.
(3) The abrasive precursor precipitated from the dispersion obtained in (2) above was separated with a membrane filter and fired at 600 ° C. to obtain abrasive particles 7.
(4) The obtained abrasive particles 7 were monodisperse particles having an average particle diameter of 0.40 μm and a coefficient of variation of 13%, and had a single layer structure of yttrium content: cerium content = 1: 4.

<研磨材粒子8>
炭酸セリウム水和物2kgを白金製容器に入れ、800℃で2時間、空気中で焼成することにより、黄白色の粉末を約1kg得た。この粉末をX線回折法で相同定を行ったところ酸化セリウムであることを確認した。この酸化セリウム粉末1kgをジェットミルを用いて乾式粉砕して、研磨材粒子8を得た。
得られた研磨材粒子8は1〜3μmの範囲内の大きな多結晶粒子と0.5〜1μmの範囲内の多結晶粒子が混在した多分散粒子(変動係数88.2%)の酸化セリウム1層構造であった。
<Abrasive particle 8>
By putting 2 kg of cerium carbonate hydrate in a platinum container and firing in air at 800 ° C. for 2 hours, about 1 kg of yellowish white powder was obtained. When this powder was phase-identified by X-ray diffraction, it was confirmed to be cerium oxide. 1 kg of this cerium oxide powder was dry-ground using a jet mill to obtain abrasive particles 8.
The obtained abrasive particles 8 are polydisperse particles (variation coefficient 88.2%) of cerium oxide 1 in which large polycrystalline particles in the range of 1 to 3 μm and polycrystalline particles in the range of 0.5 to 1 μm are mixed. It was a layer structure.

(CMP用研磨液1の調製)
上記研磨材粒子1の10gと、添加剤として2−ピリジンカルボン酸20g、非イオン性界面活性剤としてポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル(Rhonc−Poulcnc社製「IGEPAL CO−890」、親水性物質の数平均分子量1760[g/mol])1.5g及びイオン水978.5gを混合し、撹拌をしながら超音波分散を行いながら、水酸化アンモニウムでpHを5(液温25℃)に調整した。得られたスラリーを0.8ミクロンフィルターで濾過し、さらに脱イオン水を加え、再度pHを5(液温25℃)に調整することにより研磨材粒子0.1質量%のCMP用研磨液1を得た。
(Preparation of polishing liquid 1 for CMP)
10 g of the above abrasive particles 1, 20 g of 2-pyridinecarboxylic acid as an additive, polyoxyethylene nonylphenyl ether (“IGEPAL CO-890” manufactured by Rhonc-Polcnc) as the nonionic surfactant, the number of hydrophilic substances 1.5 g (average molecular weight 1760 [g / mol]) and 978.5 g of ionic water were mixed, and the pH was adjusted to 5 (liquid temperature 25 ° C.) with ammonium hydroxide while performing ultrasonic dispersion while stirring. The obtained slurry is filtered through a 0.8 micron filter, deionized water is further added, and the pH is adjusted to 5 (liquid temperature 25 ° C.) again, whereby polishing slurry 1 for CMP containing 0.1% by weight of abrasive particles. Got.

(CMP用研磨液の調製)
CMP用研磨液の組成のうち、研磨材粒子、非イオン性界面活性剤を表1に示す種類と濃度にする以外は、CMP用研磨液1と同様に調製することで評価に用いるCMP用研磨液を得た。比較目的のために、界面活性剤を含有していないCMP用研磨液も調製した。
(Preparation of polishing liquid for CMP)
Polishing for CMP used for evaluation by preparing in the same manner as the polishing liquid for CMP 1 except that the composition and concentration of the abrasive particles and nonionic surfactant in the polishing liquid for CMP are changed to those shown in Table 1. A liquid was obtained. For comparison purposes, a polishing slurry for CMP containing no surfactant was also prepared.

Figure 2016175949
Figure 2016175949

(研磨速度の評価)
研磨装置(ロジテック社製;製品名「PM5」)の2層タイプの半導体装置研磨用パッド(ニッタ・ハース(株)製;製品名「IC1000/SUBA400」)を貼り付けた定盤上に、基板取り付け用の吸着パッドを取り付けたホルダーにTEOS−プラズマCVD法で作製した酸化ケイ素絶縁層を形成した直径125mmのシリコンウェハーを絶縁層面を下にしてセットし、研磨荷重が300g/cmになるように重りをのせた。定盤上に表1に記載の各CMP用研磨液50mL/minの速度で滴下しながら、定盤を40rpmで2分間回転させ、絶縁層を研磨した。
研磨後ウェハーをホルダーから取り外して、流水で良く洗浄後、超音波洗浄機によりさらに20分間洗浄した。洗浄後、スピンドライヤーで水滴を除去し、120℃の乾燥機で10分間乾燥させた。光干渉式膜厚測定装置((株)チノー製:製品名「IRM8599B」)を用いて、研磨前後の層厚変化を測定し、研磨速度を計算した。
結果を表2に示す。
(Evaluation of polishing rate)
A substrate on a surface plate on which a polishing pad (manufactured by Logitech Co., Ltd .; product name “PM5”) of a two-layer type semiconductor device polishing pad (manufactured by Nitta Haas; product name “IC1000 / SUBA400”) is attached. A silicon wafer with a diameter of 125 mm, on which a silicon oxide insulating layer produced by TEOS-plasma CVD method is formed, is set on a holder with a suction pad for mounting, with the insulating layer face down, so that the polishing load is 300 g / cm 2. The weight was put on. While dropping on the surface plate at a rate of 50 mL / min for each CMP polishing liquid described in Table 1, the surface plate was rotated at 40 rpm for 2 minutes to polish the insulating layer.
After polishing, the wafer was removed from the holder, washed thoroughly with running water, and further washed with an ultrasonic cleaner for 20 minutes. After washing, water droplets were removed with a spin dryer and dried for 10 minutes with a 120 ° C. dryer. Using an optical interference type film thickness measuring device (manufactured by Chino Co., Ltd .: product name “IRM8599B”), the layer thickness change before and after polishing was measured, and the polishing rate was calculated.
The results are shown in Table 2.

同様にして、TEOS−プラズマCVD法で作製した酸化ケイ素絶縁層の代わりに低圧CVD法で作製した窒化ケイ素層を同じ条件で研磨し、研磨前後の層厚変化を測定し、研磨速度を計算した。また、層厚測定の結果から、TEOS−プラズマCVD法で作製した酸化ケイ素絶縁層及び低圧CVD法で作製した窒化ケイ素層は、ウェハー全面にわたって均一の厚さになっていることがわかった。
結果を表2に示す。
Similarly, a silicon nitride layer produced by low-pressure CVD instead of a silicon oxide insulating layer produced by TEOS-plasma CVD was polished under the same conditions, the change in layer thickness before and after polishing was measured, and the polishing rate was calculated. . From the results of the layer thickness measurement, it was found that the silicon oxide insulating layer produced by the TEOS-plasma CVD method and the silicon nitride layer produced by the low pressure CVD method had a uniform thickness over the entire surface of the wafer.
The results are shown in Table 2.

上述のようにして計算された研磨速度から、酸化ケイ素絶縁層研磨速度/窒化ケイ素層研磨速度(研磨速度の比の値)を計算した。
結果を表2に示す。
From the polishing rate calculated as described above, the silicon oxide insulating layer polishing rate / silicon nitride layer polishing rate (the value of the ratio of the polishing rates) was calculated.
The results are shown in Table 2.

(研磨傷の評価)
また、水銀灯の光源下での目視観察では絶縁層表面に傷は見られなかったが、さらにウェハーの外観検査装置(オリンパス(株)製:製品名「オリンパスAL−2000」)で詳細に観察した。
結果を表2に示す。
(Evaluation of polishing scratches)
In addition, the surface of the insulating layer was not scratched by visual observation under a mercury lamp light source, but was further observed in detail with a wafer appearance inspection device (manufactured by Olympus Corporation: product name “Olympus AL-2000”). .
The results are shown in Table 2.

(ディッシングの評価)
同様にして、20μm角で高さが5000Åの凸部を100μm間隔で形成した酸化ケイ素絶縁層を研磨し、凸部が研磨されたときの凸部と凹部の中間点のへこみ量を走査型プローブ顕微鏡((株)エポリードサービス製:製品名「SPI3800N/SPA−400」)で求めた。ディッシングは、このへこみ量で評価した。
結果を表2に示す。
(Dishing rating)
Similarly, a silicon oxide insulating layer in which convex portions of 20 μm square and a height of 5000 mm are formed at intervals of 100 μm is polished, and the amount of dent at the midpoint between the convex portions and the concave portions when the convex portions are polished is scanned by the scanning probe. It calculated | required with the microscope (Corporation | KK EPOLLYD service: Product name "SPI3800N / SPA-400"). Dishing was evaluated by this amount of dents.
The results are shown in Table 2.

(分散安定性の評価)
それぞれのCMP用研磨液を調製後、3日間放置してから、この研磨液を用いて研磨速度、研磨傷及びディッシングの評価を上述と同様にして行った。各CMP用研磨液は、研磨前に超音波分散機で5分間分散してから使用した。
結果を表2に示す。
(Evaluation of dispersion stability)
Each of the CMP polishing liquids was prepared and allowed to stand for 3 days, and the polishing rate, polishing scratches, and dishing were evaluated in the same manner as described above using this polishing liquid. Each CMP polishing liquid was used after being dispersed for 5 minutes by an ultrasonic disperser before polishing.
The results are shown in Table 2.

Figure 2016175949
Figure 2016175949

表2に示した結果より、実施例1〜15は、比較例1〜13に比べて、研磨傷の発生とディッシングとを抑制しつつ、より高い研磨速度及び分散安定性を得ることが認められた。詳しくは、下記のように考察される。
実施例1〜15は、研磨材粒子の変動係数が小さいため、研磨傷の発生とディッシングとを抑制しつつ、より高い研磨速度を実現できたと考えられる。また、実施例1〜15は、研磨材粒子の変動係数が小さいことから、凝集を促進するような粒子径の大きな研磨材粒子を含まないため、凝集が促進されず、分散安定性が向上したと考えられる。
一方、比較例10〜13の研磨材粒子は、変動係数が大きいことから、粒子径の大きな研磨材粒子を実施例1〜15よりも多く含むと考えられる。このため、比較例10〜13は、研磨傷の発生とディッシングとを抑制できなかったと考えられる。さらには、比較例10〜13は、凝集が促進するような粒子径の大きな研磨材粒子を含むため、凝集沈降が著しく、分散安定性が低下したと考えられる。
また、比較例1〜7については非イオン性界面活性剤の親水性物質500g/mol以下であること、比較例8〜9についてはセリウムとイットリウムの単層の複合粒子であることから、表面のセリウム分布が不均一である可能性があり、分散剤や界面活性剤の粒子表面への吸着が不均一となり、研磨傷の発生とディッシングとを抑制できず、また、凝集が促進され、分散安定性が低下したと考えられる。
From the results shown in Table 2, it is recognized that Examples 1 to 15 obtain higher polishing rate and dispersion stability while suppressing generation of polishing flaws and dishing as compared with Comparative Examples 1 to 13. It was. Details are considered as follows.
In Examples 1 to 15, since the coefficient of variation of the abrasive particles is small, it is considered that a higher polishing rate could be realized while suppressing generation of polishing flaws and dishing. In addition, since Examples 1 to 15 do not include abrasive particles having a large particle diameter that promote aggregation, since the coefficient of variation of abrasive particles is small, aggregation is not promoted, and dispersion stability is improved. it is conceivable that.
On the other hand, since the abrasive particles of Comparative Examples 10 to 13 have a large coefficient of variation, it is considered that the abrasive particles having a large particle diameter are included more than in Examples 1 to 15. For this reason, it is considered that Comparative Examples 10 to 13 could not suppress the generation of polishing scratches and dishing. Furthermore, since Comparative Examples 10 to 13 contain abrasive particles having a large particle size that promote aggregation, aggregation and sedimentation are remarkably considered, and dispersion stability is considered to have decreased.
Moreover, since it is 500 g / mol or less of the hydrophilic substance of a nonionic surfactant about Comparative Examples 1-7, since it is a single particle composite particle of cerium and yttrium about Comparative Examples 8-9, There is a possibility that the cerium distribution is non-uniform, the adsorption of the dispersing agent or surfactant to the particle surface becomes non-uniform, the generation of polishing scratches and dishing cannot be suppressed, the aggregation is promoted, and the dispersion is stable It is considered that the sex has declined.

1 コア層
2 中間層
3 シェル層
A 研磨材粒子
1 Core layer 2 Intermediate layer 3 Shell layer A Abrasive particles

Claims (2)

研磨材と、pKが4〜9の範囲内の官能基を有する添加剤と、親水性部分及び親油性部分を有し、前記親水性部分が500g/mol以上の数平均分子量を有する非イオン性界面活性剤と、水と、を含むpH7以下のCMP用研磨液であって、
前記研磨材に用いられる研磨材粒子は、コア層及びシェル層からなるコア・シェル構造を有し、
前記コア層は、アルミニウム(Al)、スカンジウム(Sc)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、ジルコニウム(Zr)、インジウム(In)、スズ(Sn)、イットリウム(Y)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)、タングステン(W)、ビスマス(Bi)、トリウム(Th)及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物を含有し、かつ、
前記シェル層は、酸化セリウムを含有することを特徴とするCMP用研磨液。
Non-ion having an abrasive, an additive having a functional group having a pKa in the range of 4 to 9, a hydrophilic part and a lipophilic part, wherein the hydrophilic part has a number average molecular weight of 500 g / mol or more A polishing slurry for CMP having a pH of 7 or less, comprising a surfactant and water,
The abrasive particles used for the abrasive have a core-shell structure consisting of a core layer and a shell layer,
The core layer is made of aluminum (Al), scandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), Copper (Cu), zinc (Zn), gallium (Ga), germanium (Ge), zirconium (Zr), indium (In), tin (Sn), yttrium (Y), gadolinium (Gd), terbium (Tb), From dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb), lutetium (Lu), tungsten (W), bismuth (Bi), thorium (Th) and alkaline earth metals Contains an oxide of at least one element selected, and
The CMP polishing liquid, wherein the shell layer contains cerium oxide.
前記研磨材粒子が、前記コア層と前記シェル層との間に中間層を更に有し、かつ、
前記中間層が、アルミニウム(Al)、スカンジウム(Sc)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、ジルコニウム(Zr)、インジウム(In)、スズ(Sn)、イットリウム(Y)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)、タングステン(W)、ビスマス(Bi)、トリウム(Th)及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物並びに酸化セリウムを含有することを特徴とする請求項1に記載のCMP用研磨液。
The abrasive particles further have an intermediate layer between the core layer and the shell layer; and
The intermediate layer is made of aluminum (Al), scandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), Copper (Cu), zinc (Zn), gallium (Ga), germanium (Ge), zirconium (Zr), indium (In), tin (Sn), yttrium (Y), gadolinium (Gd), terbium (Tb), From dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb), lutetium (Lu), tungsten (W), bismuth (Bi), thorium (Th) and alkaline earth metals The oxide for CMP according to claim 1, comprising an oxide of at least one element selected and cerium oxide. Migakueki.
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