JP2016178099A - Polishing liquid for cmp - Google Patents

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一賀 午菴
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奥士 奥山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polishing liquid for CMP, with which it is possible to suppress polishing scratches and dishing, and to achieve a higher polishing speed and cleaning performance.SOLUTION: A polishing liquid for CMP of the present invention is used for polishing a film to be polished by mixing, at the time of polishing, a polishing material slurry containing a polishing material, a dispersant and water, with an additive solution containing an additive that includes a carboxylic acid or a water-soluble organic polymer having a carboxylate group, an inorganic acid or an inorganic acid salt and water. Polishing material particles (10) used in the polishing material are particles having a core/shell structure, a core layer (2) containing an oxide of at least one element selected from among Al, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, In, Sn, Y, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, W, Bi, Th and alkaline earth metals, and a shell layer (4) containing a 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、研磨傷やディッシングを抑制し、より高い研磨速度及び洗浄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 polishing slurry for CMP that can suppress polishing scratches and dishing and obtain a higher polishing rate and cleaning performance.

半導体装置の集積度の向上、多層配線化に伴い、メモリデバイスの記憶容量は飛躍的に増大している。これは、加工技術の微細化の進歩に支えられたものであるが、多層配線化等にも関わらず、チップサイズは大きくなり、微細化に伴い工程は増え、チップのコストアップを招いている。   As the degree of integration of semiconductor devices has increased and the number of layers has increased, the storage capacity of memory devices has increased dramatically. This is supported by the progress of miniaturization of processing technology, but despite the multilayer wiring, etc., the chip size becomes larger, the process increases with the miniaturization, and the cost of the chip is increased. .

このような状況下、高密度、微細化のための加工技術が研究開発されており、その一つとしてCMP(Chemical Mechanical Polishing:化学機械研磨)技術が導入され、広く採用されている。このCMP技術を適用することにより、例えば、半導体素子の製造工程では、層間絶縁膜やBPSG膜(ボロン、リン等をドープした二酸化ケイ素膜)の平坦化等、多くの微細化技術が具体化された。   Under such circumstances, processing technology for high density and miniaturization has been researched and developed, and as one of them, CMP (Chemical Mechanical Polishing) technology has been introduced and widely adopted. By applying this CMP technique, for example, many miniaturization techniques such as planarization of interlayer insulating films and BPSG films (silicon dioxide films doped with boron, phosphorus, etc.) are realized in the manufacturing process of semiconductor elements. It was.

そ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。STI技術において、CMPはウエハ基板上に成膜した余分の酸化ケイ素絶縁膜を除去するために使用される。
このSTI技術では、研磨を停止させるため、酸化ケイ素膜の下に研磨速度の小さい、窒化ケイ素等のストッパ膜が形成される。そのため、CMP用研磨液としては、酸化ケイ素膜とストッパ膜との研磨速度比が大きいものが望ましく、加えて、被研磨面の平坦性を得るため、これまで種々の研磨材が検討されている。
As such a miniaturization technique, for example, a so-called STI technique, known as miniaturization element isolation (Shallow Trench Isolation), is known. In the STI technique, CMP is used to remove an excess silicon oxide insulating film formed on a wafer substrate.
In this STI technique, in order to stop polishing, a stopper film such as silicon nitride having a low polishing rate is formed under the silicon oxide film. Therefore, it is desirable that the polishing liquid for CMP has a large polishing rate ratio between the silicon oxide film and the stopper film. In addition, various polishing materials have been studied so far in order to obtain flatness of the surface to be polished. .

従来、CMP用研磨液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、酸化ケイ素膜の研磨速度と窒化ケイ素膜の研磨速度との選択比が小さいことから、STI工程においては、研磨選択性に優れた酸化セリウム粒子が用いられるようになっている。   Conventionally, silica particles were generally used as abrasive particles used in CMP polishing liquids, but in the STI process, the selectivity between the polishing rate of the silicon oxide film and the polishing rate of the silicon nitride film is small. Further, cerium oxide particles having excellent polishing selectivity have been used.

例えば、特許文献1及び2には、STIのCMP工程において、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、しかも比較的研磨傷の少ない被研磨面を得られる技術について開示されている。
しかし、当該技術では、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の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膜が研磨され、窪みのような構造的欠陥が発生するディッシングと呼ばれる現象が起こり、平坦化が不十分になったり、電気的な性能が劣化したりする場合がある。ディッシングの程度はトレンチ溝の幅に依存しており、特に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。
For example, in Patent Documents 1 and 2, in an STI CMP process, an aqueous dispersion using cerium oxide as abrasive particles is used to obtain a surface to be polished having a high polishing rate and relatively few polishing flaws. Disclosed technology.
However, in this technique, for example, when excessive polishing is performed to remove the polishing residue other than the trench groove, the silicon oxide film embedded in the trench groove is polished, and a structural defect such as a depression is generated. A phenomenon called dishing occurs, and planarization may be insufficient or electrical performance may deteriorate. The degree of dishing depends on the width of the trench groove, and the dishing tends to increase particularly in a wide trench groove.

また、CMP工程に用いる研磨液中の不純物及び研磨材粒子に起因する、研磨後の基板上の汚染物質は、後工程に移る前に洗浄工程により除去されなければならないため、CMP後の洗浄方法について数多くの提案がなされている。
しかし、これら従来の洗浄方法は、研磨液中の研磨材粒子がシリカ粒子である場合には有効であるが、酸化セリウム粒子である場合には、酸化セリウム粒子がシリカ粒子に比べ、化学的に活性であり、半導体基板表面への付着力が格段に大きいことから、充分な洗浄効果が望めないという大きな問題があった。
Further, since contaminants on the substrate after polishing caused by impurities and abrasive particles in the polishing liquid used in the CMP process must be removed by the cleaning process before moving to the subsequent process, a cleaning method after CMP Many proposals have been made.
However, these conventional cleaning methods are effective when the abrasive particles in the polishing liquid are silica particles, but when the abrasive particles are cerium oxide particles, the cerium oxide particles are chemically compared to the silica particles. Since it is active and has an extremely high adhesion to the surface of the semiconductor substrate, there has been a serious problem that a sufficient cleaning effect cannot be expected.

特許第3335667号公報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、研磨傷やディッシングを抑制し、より高い研磨速度及び洗浄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 to provide a polishing slurry for CMP that can suppress polishing scratches and dishing and obtain a higher polishing rate and cleaning performance. It is.

本発明者は、上記課題を解決すべく、上記問題の原因等について検討する過程において、研磨材に用いられる研磨材粒子が、コア・シェル構造を有する粒子であり、コア層には、特定元素の酸化物が含有され、シェル層には、酸化セリウムが含有されていることにより、研磨傷やディッシングを抑制し、より高い研磨速度及び洗浄性を得ることができるCMP用研磨液を提供できることを見出し、本発明に至った。   In order to solve the above problems, the present inventor, in the process of examining the cause of the above problems, the abrasive particles used for the abrasive are particles having a core-shell structure, and the core layer has a specific element. And the shell layer contains cerium oxide, so that polishing scratches and dishing can be suppressed, and a higher polishing rate and cleaning performance can be obtained. The headline, the present invention has been reached.

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。   That is, the said subject which concerns on this invention is solved by the following means.

1.研磨材、分散剤及び水を含む研磨材スラリーと、カルボン酸又はカルボン酸塩基を有する水溶性有機高分子を含む添加剤、無機酸又は無機酸塩及び水を含む添加液とを研磨時に混合して被研磨膜の研磨に用いる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が、コア・シェル構造を有する粒子であり、
コア層には、アルミニウム(Al)、スカンジウム(Sc)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、ジルコニウム(Zr)、インジウム(In)、スズ(Sn)、イットリウム(Y)、ガトリニウム(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種の元素の酸化物が含有され、かつ、
シェル層には、酸化セリウムが含有されていることを特徴とするCMP用研磨液。
1. An abrasive slurry containing an abrasive, a dispersant and water, and an additive containing a carboxylic acid or a water-soluble organic polymer having a carboxylate group, an inorganic acid or an inorganic acid salt and water are mixed during polishing. A CMP polishing liquid used for polishing a film to be polished,
The abrasive particles used for the abrasive are particles having a core / shell structure,
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), gatrinium (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
A polishing slurry for CMP, wherein the shell layer contains cerium oxide.

2.前記CMP用研磨液の25℃におけるpHが3〜6の範囲内であり、かつ、カルボン酸基又はカルボン酸塩基を有する水溶性有機高分子の合計濃度が研磨液全質量の0.01〜0.5質量%の範囲内であることを特徴とする第1項に記載のCMP用研磨液。   2. The CMP polishing liquid has a pH of 3 to 6 at 25 ° C., and the total concentration of the water-soluble organic polymer having a carboxylic acid group or a carboxylic acid group is 0.01 to 0 based on the total mass of the polishing liquid. The polishing liquid for CMP according to item 1, wherein the polishing liquid is within a range of 0.5 mass%.

3.前記コア層と前記シェル層との間に中間層を更に備え、かつ、
前記中間層には、アルミニウム(Al)、スカンジウム(Sc)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、ジルコニウム(Zr)、インジウム(In)、スズ(Sn)、イットリウム(Y)、ガトリニウム(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種の元素の酸化物と、酸化セリウムとが含有されていることを特徴とする第1項又は第2項に記載のCMP用研磨液。
3. Further comprising an intermediate layer between the core layer and the shell layer; and
The intermediate layer includes aluminum (Al), scandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), and nickel (Ni). , Copper (Cu), zinc (Zn), gallium (Ga), germanium (Ge), zirconium (Zr), indium (In), tin (Sn), yttrium (Y), gatrinium (Gd), terbium (Tb) , Dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb), lutetium (Lu), tungsten (W), bismuth (Bi), thorium (Th) and alkaline earth metals Item 1 or Item 2 containing an oxide of at least one element selected from cerium oxide CMP polishing slurry according.

本発明の上記手段により、研磨傷やディッシングを抑制し、より高い研磨速度及び洗浄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。   By the above means of the present invention, it is possible to provide a polishing slurry for CMP that can suppress polishing scratches and dishing, and can obtain a higher polishing rate and cleaning performance.

本発明の効果の発現機構・作用機構については明確になっていないが、以下のように推察している。   The expression mechanism / action mechanism of the effect of the present invention is not clear, but is presumed as follows.

酸化セリウム粒子は、強い酸化剤として知られるように化学的に活性な性質を有しており、物理的な研磨のみを行うシリカ粒子やアルミナ粒子と比べて、高い研磨速度が得られるというメリットがある。しかしながら、目視で観察できる研磨傷が入ってしまったり、特に無機絶縁膜研磨に適用すると、絶縁膜表面に化学的に付着しやすくなるため、洗浄性の劣化が顕著である。   Cerium oxide particles have a chemically active property known as a strong oxidant, and have the advantage that a higher polishing rate can be obtained compared to silica particles or alumina particles that perform only physical polishing. is there. However, when polishing scratches that can be visually observed enter, or when applied to polishing of an inorganic insulating film, it tends to chemically adhere to the surface of the insulating film, so that the cleaning property is remarkably deteriorated.

本発明においては、コア層及び中間層にAl、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、In、Sn、Y、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、W、Bi、Th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、例えば、酸化イットリウムを含有することで、研磨の際にかかる応力に対して酸化セリウム粒子よりも壊れにくくなり、研磨対象物表面に残留する粒子を著しく低減することができる。さらに、研磨材表面に吸着して研磨対象物との直接の接触を妨げるような添加剤を含有することにより、高い圧力が加わった部分のみ表面に吸着した添加剤が剥がれて、その部分のみが化学的結合及び機械的作用による研磨が起こる。これにより余分な化学的結合を防ぐことにより、より残留粒子を減らすことが可能である。   In the present invention, Al, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, In, Sn, Y, Gd, Tb, Dy are used for the core layer and the intermediate layer. , Ho, Er, Tm, Yb, Lu, W, Bi, Th, or a salt of at least one element selected from alkaline earth metals, for example, yttrium oxide, to prevent stress applied during polishing Thus, the particles are less likely to break than cerium oxide particles, and the particles remaining on the surface of the object to be polished can be significantly reduced. Furthermore, by containing an additive that adsorbs to the surface of the abrasive and prevents direct contact with the object to be polished, the additive adsorbed on the surface is peeled off only at the part where high pressure is applied, and only that part is removed. Polishing occurs due to chemical bonding and mechanical action. Thus, it is possible to further reduce residual particles by preventing excessive chemical bonding.

本発明に係る研磨材粒子の2層構造を示す模式図Schematic diagram showing a two-layer structure of abrasive particles according to the present invention 本発明に係る研磨材粒子の3層構造を示す模式図Schematic diagram showing a three-layer structure of abrasive particles according to the present invention 本発明に係る研磨材粒子の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 particle which concerns on this invention 本発明に係る研磨材粒子の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 particle which concerns on this invention 本発明に係る研磨材粒子の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 particle which concerns on this invention 本発明に係る研磨材粒子の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 particle which concerns on this invention

本発明のCMP用研磨液は、研磨材、分散剤及び水を含む研磨材スラリーと、カルボン酸又はカルボン酸塩基を有する水溶性有機高分子を含む添加剤、無機酸又は無機酸塩及び水を含む添加液とを研磨時に混合して被研磨膜の研磨に用いるCMP用研磨液であって、研磨材に用いられる研磨材粒子が、コア・シェル構造を有する粒子であり、コア層には、アルミニウム(Al)、スカンジウム(Sc)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、ジルコニウム(Zr)、インジウム(In)、スズ(Sn)、イットリウム(Y)、ガトリニウム(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種の元素の酸化物が含有され、かつ、シェル層には、酸化セリウムが含有されていることを特徴とする。この特徴は、請求項1から請求項3までの請求項に係る発明に共通する技術的特徴である。   The polishing slurry for CMP of the present invention comprises an abrasive slurry containing an abrasive, a dispersing agent and water, an additive containing a water-soluble organic polymer having a carboxylic acid or a carboxylate group, an inorganic acid or an inorganic acid salt, and water. A polishing slurry for CMP that is used for polishing a film to be polished by mixing an additive liquid that is contained during polishing, and the abrasive particles used for the abrasive are particles having a core-shell structure. 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), Gatrinium (Gd), Terbium (Tb), Dis From rosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb), lutetium (Lu), tungsten (W), bismuth (Bi), thorium (Th) and alkaline earth metals An oxide of at least one element selected is contained, and the shell layer contains cerium oxide. This feature is a technical feature common to the inventions according to claims 1 to 3.

本発明の実施態様としては、粒子の凝集を抑制することによる、分散安定性の向上や研磨傷の抑制の観点から、CMP用研磨液の25℃におけるpHが3〜6の範囲内であり、かつ、カルボン酸基又はカルボン酸塩基を有する水溶性有機高分子の合計濃度が研磨液全質量の0.01〜0.5質量%の範囲内であることが好ましい。この実施態様においては、粒子表面の正の電位が高まるため、添加剤が粒子表面に吸着しやすくなり、本発明における研磨材粒子の特性をより向上させることができる。   As an embodiment of the present invention, the pH at 25 ° C. of the polishing liquid for CMP is in the range of 3 to 6 from the viewpoint of improving dispersion stability and suppressing polishing scratches by suppressing particle aggregation. And it is preferable that the sum total density | concentration of the water-soluble organic polymer which has a carboxylic acid group or a carboxylate group exists in the range of 0.01-0.5 mass% of polishing liquid total mass. In this embodiment, since the positive potential of the particle surface is increased, the additive is easily adsorbed on the particle surface, and the characteristics of the abrasive particles in the present invention can be further improved.

さらに、本発明においては、コア層とシェル層との間に中間層を更に備え、かつ、中間層には、アルミニウム(Al)、スカンジウム(Sc)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、ジルコニウム(Zr)、インジウム(In)、スズ(Sn)、イットリウム(Y)、ガトリニウム(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種の元素の酸化物と、酸化セリウムとが含有されていることが、研磨速度の向上の観点から好ましい。   Further, in the present invention, an intermediate layer is further provided between the core layer and the shell layer, and the intermediate 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), gatrinium (Gd), terbium (Tb), dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb), lutetium (Lu), tungsten (W), bismuth (Bi), thorium (Th) and an acid of at least one element selected from alkaline earth metals It is preferable from the viewpoint of improving the polishing rate and objects, and a cerium oxide are contained.

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、数値範囲を表す「〜」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している。   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, "-" showing a numerical range is used by the meaning containing the numerical value described before and behind that as a lower limit and an upper limit.

≪研磨材≫
<研磨材粒子の層構成>
本発明に係る研磨材としては、図1に示すとおり、コア層2と、該コア層2を被覆するシェル層4と、を有する2層のコア・シェル構造の研磨材粒子10が用いられる。
コア層2には、Al、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、In、Sn、Y、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、W、Bi、Th又はアルカリ土類金属(カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)及びラジウム(Ra))から選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物が含有されている。
シェル層4には、酸化セリウムが含有されている。
≪Abrasive material≫
<Layer configuration of abrasive particles>
As the abrasive according to the present invention, as shown in FIG. 1, an abrasive particle 10 having a two-layer core / shell structure having a core layer 2 and a shell layer 4 covering the core layer 2 is used.
The core layer 2 includes Al, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, In, Sn, Y, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Contains oxides of at least one element selected from Tm, Yb, Lu, W, Bi, Th or alkaline earth metals (calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba) and radium (Ra)) Has been.
The shell layer 4 contains cerium oxide.

研磨材粒子の層構成としては、図2に示すように、コア層2と、該コア層2を被覆する中間層6と、更にその外側に中間層6を被覆するシェル層4と、を有する3層構造であることがより好ましい。
中間層6には、Al、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、In、Sn、Y、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、W、Bi、Th及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物と、酸化セリウムと、が含有されている。
As shown in FIG. 2, the layer structure of the abrasive particles includes a core layer 2, an intermediate layer 6 that covers the core layer 2, and a shell layer 4 that covers the intermediate layer 6 on the outer side. A three-layer structure is more preferable.
The intermediate layer 6 includes Al, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, In, Sn, Y, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, An oxide of at least one element selected from Tm, Yb, Lu, W, Bi, Th, and an alkaline earth metal, and cerium oxide are contained.

より具体的には、3層構造の研磨材粒子20は、酸化イットリウム等の酸化物を含むコア層2と、コア層2の外側に形成され、酸化イットリウム等の酸化物と酸化セリウムとを含む中間層6と、中間層6の更に外側に形成され、酸化セリウムを含むシェル層4と、を有している。
例えば、図3に示されるように、コア層2には酸化セリウムはほとんど含まれておらず、酸化イットリウム等の酸化物がほぼ100mol%となっている。そして、中間層6において、酸化セリウムの含有率は、中間層6の内側(コア層2側)から、中間層6の外側(シェル層4側)へ向かって、一定の濃度勾配で組成が変化(増加)している。なお、中間層6に含まれる酸化セリウムの割合は、コア層2に含まれる酸化セリウムの割合以上であって、シェル層4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6の外側に形成されるシェル層4には、酸化セリウムが略100mol%の割合で含有されている。
シェル層4に含まれる酸化セリウムの割合は、50〜100mol%の範囲内であることが好ましく、75mol%以上であることがより好ましい。研磨材粒子の表面となるシェル層4に含まれる酸化セリウムの割合を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。
More specifically, the abrasive particle 20 having a three-layer structure includes a core layer 2 containing an oxide such as yttrium oxide, and is formed outside the core layer 2 and contains an oxide such as yttrium oxide and cerium oxide. The intermediate layer 6 and the shell layer 4 formed on the outer side of the intermediate layer 6 and containing cerium oxide are included.
For example, as shown in FIG. 3, the core layer 2 contains almost no cerium oxide, and the oxide such as yttrium oxide is almost 100 mol%. The content of cerium oxide in the intermediate layer 6 changes in composition with a constant concentration gradient from the inner side of the intermediate layer 6 (core layer 2 side) to the outer side of the intermediate layer 6 (shell layer 4 side). (It has increased. The ratio of cerium oxide included in the intermediate layer 6 may be equal to or higher than the ratio of cerium oxide included in the core layer 2 and not higher than the ratio of cerium oxide included in the shell layer 4. The shell layer 4 formed outside the intermediate layer 6 contains cerium oxide at a ratio of approximately 100 mol%.
The ratio of cerium oxide contained in the shell layer 4 is preferably in the range of 50 to 100 mol%, and more preferably 75 mol% or more. By making the ratio of cerium oxide contained in the shell layer 4 serving as the surface of the abrasive particles close to 100 mol%, an excellent polishing rate of cerium oxide can be exhibited.

その他の態様として、図4に示すような3層構造であってもよい。
すなわち、中間層6に含有される酸化イットリウム等の酸化物と酸化セリウムとの割合が、研磨材粒子の中心からの距離にかかわらず一定で、略半分ずつとなるように構成されていてもよい。
As another aspect, a three-layer structure as shown in FIG. 4 may be used.
That is, the ratio of the oxide such as yttrium oxide and cerium oxide contained in the intermediate layer 6 may be constant regardless of the distance from the center of the abrasive particles, and may be configured to be approximately half each. .

また、コア層2と中間層6とで実質的に一つの層(以下、複合層8とする。)を形成し、当該複合層8に所定の濃度勾配で酸化セリウムが含有された、複合層8とシェル層4との2層構造を有する研磨材粒子としてもよい。具体的には、図5に示すように、研磨材粒子20の中心(複合層8の中心)から、シェル層4側へ向かって、酸化セリウムの含有率が一定の濃度勾配で組成が変化(増加)するように構成されていてもよい。   The core layer 2 and the intermediate layer 6 form substantially one layer (hereinafter referred to as a composite layer 8), and the composite layer 8 contains cerium oxide with a predetermined concentration gradient. Abrasive particles having a two-layer structure of 8 and shell layer 4 may be used. Specifically, as shown in FIG. 5, the composition changes with a constant concentration gradient of cerium oxide content from the center of the abrasive particle 20 (center of the composite layer 8) toward the shell layer 4 side ( Increase).

また、図6に示すように、複合層8に含有される酸化イットリウム等の酸化物と酸化セリウムとの割合が、研磨材粒子20の中心からの距離にかかわらず一定で、略半分ずつとなるように構成されていてもよい。   Further, as shown in FIG. 6, the ratio of the oxide such as yttrium oxide and cerium oxide contained in the composite layer 8 is constant regardless of the distance from the center of the abrasive particles 20, and is approximately half each. It may be configured as follows.

なお、研磨材粒子に含まれる酸化物は、使用される際にかかる応力に対して壊れにくいものであれば、特に限定されるものではない。
また、コア層2に含まれる酸化物と中間層6に含まれる酸化物とは、同一であることが層間の結合力を保つために好ましいが、これに限定するものではなく、コア層2と中間層6とで異なる元素の酸化物が含まれていてもよい。
The oxide contained in the abrasive particles is not particularly limited as long as it is not easily broken by stress applied when used.
In addition, the oxide contained in the core layer 2 and the oxide contained in the intermediate layer 6 are preferably the same in order to maintain the bonding strength between the layers, but the present invention is not limited to this. The intermediate layer 6 may contain oxides of different elements.

<研磨材粒子の特性>
研磨材粒子は、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の微粒子化が必要になり、例えば、半導体デバイスの製造工程で使用する際には平均粒子径が2.0μm以下である必要がある。しかし、研磨材粒子の粒子径は、小さくなるほど研磨後の仕上がり表面精度が高くなるのに対して、研磨速度は遅くなる傾向があり、例えば、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、研磨材粒子の平均粒子径としては、0.02〜2.0μmの範囲内が好ましく、更には0.05〜1.5μmの範囲内がより好ましい。
また、研磨加工後の平面精度を高めるため、できるだけ粒子径が揃っており、粒子径分布変動係数が小さい研磨材を使用することが望ましい。
<Characteristics of abrasive particles>
Abrasive particles have different required levels for the particle size depending on their use, but as the finished surface accuracy after polishing becomes higher, it is necessary to make the abrasive particles finer contained in the abrasive used. When used in the manufacturing process of a semiconductor device, the average particle size needs to be 2.0 μm or less. However, the smaller the particle size of the abrasive particles, the higher the finished surface accuracy after polishing, whereas the polishing rate tends to be slow. For example, with a particle size of less than 0.02 μm, a cerium-based abrasive The advantage that the polishing rate is higher than that of colloidal silica and other abrasives is lost. Therefore, the average particle diameter of the abrasive particles 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 desirable to use an abrasive having a uniform particle size as much as possible and a small particle size distribution variation coefficient.

≪研磨材粒子の製造方法≫
以下に研磨材粒子の製造方法として、3層構造を有する研磨材粒子20の製造方法を示すが、一例であって、これに限定されるものではない。また、中間層6のないコア・シェル2層構造や、コア層2と中間層6とに区別のない2層構造にも、適宜適用することができる。
≪Method for producing abrasive particles≫
Although the manufacturing method of the abrasive particle 20 which has a 3 layer structure is shown as a manufacturing method of an abrasive particle below, it is an example and is not limited to this. Further, the present invention can be appropriately applied to a core / shell two-layer structure without the intermediate layer 6 and a two-layer structure in which the core layer 2 and the intermediate layer 6 are not distinguished.

本発明に係る研磨材粒子の製造方法は、主に、以下の5工程からなる。
(i)コア層形成工程
(ii)中間層形成工程
(iii)シェル層形成工程
(iv)固液分離工程
(v)焼成工程
以下、各工程について、順次説明する。
なお、以下では、研磨材粒子20を構成する各層について、特定元素の酸化物ではなく、炭酸塩等の塩から構成されている場合であっても、便宜上、コア層2、中間層6、シェル層4と称する。
The method for producing abrasive particles according to the present invention mainly comprises the following five steps.
(I) Core layer forming step (ii) Intermediate layer forming step (iii) Shell layer forming step (iv) Solid-liquid separation step (v) Firing step Hereinafter, each step will be described in order.
In the following, for the sake of convenience, each layer constituting the abrasive particle 20 is not composed of an oxide of a specific element but is composed of a salt such as carbonate, for the sake of convenience, the core layer 2, the intermediate layer 6, and the shell. This is referred to as layer 4.

(i)コア層形成工程
コア層形成工程では、まず、Al、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、In、Sn、Y、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、W、Bi、Th及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素の塩を含有する水溶液に尿素系化合物を添加して、Al、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、In、Sn、Y、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、W、Bi、Th及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素の塩基性炭酸塩を分散させた第1分散溶液を調整する。
(I) Core layer forming step In the core layer forming step, first, Al, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, In, Sn, Y, Gd A urea compound is added to an aqueous solution containing a salt of at least one element selected from Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, W, Bi, Th and an alkaline earth metal, and Al, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, In, Sn, Y, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, W, A first dispersion solution in which a basic carbonate of at least one element selected from Bi, Th, and an alkaline earth metal is dispersed is prepared.

Al、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、In、Sn、Y、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、W、Bi、Th及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素の塩としては、硝酸塩、塩酸塩、硫酸塩等を用いることができるが、硝酸塩を使用することが好ましい。
また、尿素系化合物としては、尿素、尿素の塩(例えば、硝酸塩、塩酸塩等)、N,N′−ジメチルアセチル尿素、N,N′−ジベンゾイル尿素、ベンゼンスルホニル尿素、p−トルエンスルホニル尿素、トリメチル尿素、テトラエチル尿素、テトラメチル尿素、トリフェニル尿素、テトラフェニル尿素、N−ベンゾイル尿素、メチルイソ尿素、エチルイソ尿素等が挙げられるが、好ましくは尿素である。
なお、以下では、尿素を用いて塩基性炭酸塩を形成させる場合について示すが、一例であって、これに限定されるものではない。
Al, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, In, Sn, Y, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, As the salt of at least one element selected from W, Bi, Th and alkaline earth metals, nitrates, hydrochlorides, sulfates and the like can be used, but it is preferable to use nitrates.
Examples of urea compounds include urea, urea salts (eg, nitrates, hydrochlorides, etc.), N, N′-dimethylacetylurea, N, N′-dibenzoylurea, benzenesulfonylurea, p-toluenesulfonylurea, Trimethylurea, tetraethylurea, tetramethylurea, triphenylurea, tetraphenylurea, N-benzoylurea, methylisourea, ethylisourea and the like can be mentioned, and urea is preferred.
In the following, a case where a basic carbonate is formed using urea will be described, but this is an example and the present invention is not limited to this.

Al、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、In、Sn、Y、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、W、Bi、Th及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素の水溶液中でのイオン濃度は0.001〜0.1mol/Lの範囲内で、尿素濃度は前述のイオン濃度の5〜50倍であることが好ましい。これは、Al、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、In、Sn、Y、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、W、Bi、Th及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素の水溶液中でのイオン濃度及び尿素の濃度が当該範囲内であれば、結果として、単分散性を示す球形状の研磨材粒子を合成することができるためである。
混合された水溶液を80℃以上で加熱撹拌し、コア層2となる、水溶液中(以下、第1分散溶液とする。)に分散された塩基性炭酸塩を成長させる。
なお、加熱撹拌の際には、十分な撹拌効率を得られれば、特に撹拌機は限定されないが、より高い撹拌効率を得るためには、ローター・ステータータイプの撹拌機を使用することが好ましい。
Al, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, In, Sn, Y, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, The ion concentration in the aqueous solution of at least one element selected from W, Bi, Th, and alkaline earth metal is in the range of 0.001 to 0.1 mol / L, and the urea concentration is 5 to 5 of the above-mentioned ion concentration. It is preferably 50 times. This is Al, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, In, Sn, Y, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb. As long as the ion concentration and urea concentration in the aqueous solution of at least one element selected from Al, Lu, W, Bi, Th, and alkaline earth metal are within the above ranges, the resulting spherical shape exhibits monodispersity. This is because the abrasive particles can be synthesized.
The mixed aqueous solution is heated and stirred at 80 ° C. or higher to grow a basic carbonate dispersed in the aqueous solution (hereinafter referred to as a first dispersion solution) to be the core layer 2.
In the case of heating and stirring, the stirrer is not particularly limited as long as sufficient stirring efficiency can be obtained. However, in order to obtain higher stirring efficiency, it is preferable to use a rotor / stator type stirrer.

(ii)中間層形成工程
中間層形成工程では、コア層形成工程により形成された塩基性炭酸塩を含む第1分散溶液に、Al、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、In、Sn、Y、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、W、Bi、Th及びアルカリ土類金属から選ばれる、コア層形成工程に用いた元素の塩、例えば、イットリウム硝酸塩を含有する水溶液とセリウムの塩を含有する水溶液とを添加する。コア層2となるイットリウムの塩基性炭酸塩の外側にイットリウムとセリウムとが混合された中間層6を形成することにより、コア層2を更に粒子成長させ、より粒子径の大きな塩基性炭酸塩を得ることができる。
第1分散溶液に添加する各水溶液の添加速度は、第1分散溶液1Lあたり0.003〜3.0mmol/minの範囲内が好ましく、特に、全添加量に占めるセリウムの割合が90mol%未満であることが好ましい。これは、添加速度及び添加量に占めるセリウムの割合が、当該範囲を外れると、形成される研磨材粒子が単分散性を示す球形状粒子とすることが難しくなるためである。
また、第1分散溶液は、上記速度で各水溶液を添加されながら、80℃以上で加熱撹拌されることが好ましい。これは、80℃以下で加熱撹拌されると、コア層形成工程において添加された尿素の分解が進まなくなり、粒子形成が阻害されるためである。
なお、コア層2の外側に中間層6が形成された粒子を分散させた分散溶液を、第2分散溶液とする。
(Ii) Intermediate layer forming step In the intermediate layer forming step, Al, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni are added to the first dispersion solution containing the basic carbonate formed in the core layer forming step. , Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, In, Sn, Y, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, W, Bi, Th, and alkaline earth metal formation A salt of an element used in the process, for example, an aqueous solution containing yttrium nitrate and an aqueous solution containing a cerium salt are added. By forming an intermediate layer 6 in which yttrium and cerium are mixed outside the basic carbonate of yttrium to be the core layer 2, the core layer 2 is further grown to form a basic carbonate having a larger particle diameter. Can be obtained.
The addition rate of each aqueous solution to be 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. In particular, the ratio of cerium in the total addition amount is less than 90 mol%. Preferably there is. This is because if the ratio of cerium in the addition rate and the addition amount is out of the range, it becomes difficult for the abrasive particles to be formed into spherical particles exhibiting monodispersity.
Moreover, it is preferable that a 1st dispersion solution is heated and stirred at 80 degreeC or more, adding each aqueous solution at the said speed | rate. This is because when heated and stirred at 80 ° C. or lower, decomposition of urea added in the core layer forming step does not proceed and particle formation is inhibited.
A dispersion solution in which particles having the intermediate layer 6 formed on the outside of the core layer 2 are dispersed is referred to as a second dispersion solution.

(iii)シェル層形成工程
シェル層形成工程では、中間層形成工程によりコア層2の外側に中間層6が形成された粒子を分散させた第2分散溶液に、セリウムの塩を含有する水溶液を添加して、中間層6の外側にセリウムの塩基性炭酸塩を含むシェル層4を形成し、更に粒子成長させる。
セリウムの塩を含む水溶液は、第2分散溶液1Lあたり0.003〜3.0mmol/minの範囲内の添加速度で、80℃以上で加熱撹拌しながら添加されることが好ましい。これは、添加速度が、当該範囲を外れると、形成される研磨材粒子が単分散性を示す球形状粒子とすることが難しくなるためである。加熱温度については、中間層形成工程の場合と同様、80℃以下で加熱撹拌されると、コア層形成工程において添加された尿素の分解が進まなくなり、粒子形成が阻害されるためである。
なお、中間層6の外側にシェル層4が形成された粒子を分散させた分散溶液を第3分散溶液とする。
(Iii) Shell layer forming step In the shell layer forming step, an aqueous solution containing a cerium salt is added to the second dispersion solution in which the particles in which the intermediate layer 6 is formed outside the core layer 2 in the intermediate layer forming step are dispersed. The shell layer 4 containing a basic carbonate of cerium is formed outside the intermediate layer 6 to further grow the particles.
The aqueous solution containing a cerium salt is preferably added with heating and stirring at 80 ° C. or higher at an addition rate in the range of 0.003 to 3.0 mmol / min per liter of the second dispersion solution. This is because if the addition rate is out of the range, it becomes difficult for the formed abrasive particles to form spherical particles exhibiting monodispersity. As for the heating temperature, as in the case of the intermediate layer forming step, when heated and stirred at 80 ° C. or lower, the decomposition of urea added in the core layer forming step does not proceed and particle formation is inhibited.
A dispersion solution in which particles having the shell layer 4 formed outside the intermediate layer 6 are dispersed is referred to as a third dispersion solution.

(iv)固液分離工程
固液分離工程では、シェル層形成工程により得られた第3分散溶液から、シェル層4まで形成された粒子を固液分離の操作により回収し、研磨材前駆体を得る。
なお、固液分離工程後、必要に応じて、得られた研磨材前駆体を乾燥し、後述の焼成工程へ移行してもよい。
(Iv) Solid-liquid separation step In the solid-liquid separation step, the particles formed up to the shell layer 4 are recovered by solid-liquid separation operation from the third dispersion obtained in the shell layer forming step, and an abrasive precursor is obtained. obtain.
In addition, after the solid-liquid separation process, the obtained abrasive precursor may be dried and transferred to a firing process described later, if necessary.

(v)焼成工程
焼成工程では、固液分離工程により得られた塩基性炭酸塩の研磨材前駆体を、空気中若しくは酸化性雰囲気中で、400℃以上で焼成する。焼成された研磨材前駆体は、酸化物となり、外側が酸化セリウムで覆われた研磨材粒子となる。
(V) Firing Step In the firing step, the basic carbonate abrasive precursor obtained by the solid-liquid separation step 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 whose outer side is covered with cerium oxide.

≪研磨材スラリー≫
本発明に係る研磨材スラリーは、例えば、上記特徴を有する研磨材粒子と研磨材粒子の水への分散剤と水とからなる組成物を分散させることによって得られる。
研磨材粒子の含有量に制限はないが、研磨材スラリーの取り扱いやすさから、研磨材スラリー100質量%に対して、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。含有量が0.1質量%以上であれば、研磨速度が低下することがなく、40質量%以下であれば、研磨材粒子の凝集を抑制することができる。
また、研磨材スラリーと後述する添加液とを混合したときのCMP用研磨液中の研磨材粒子の含有量は、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 according to the present invention can be obtained, for example, by dispersing a composition comprising abrasive particles having the above characteristics, a dispersant for the abrasive particles in water, and water.
Although there is no restriction | limiting in content of an abrasive particle, The inside of the range of 0.1-40 mass% is preferable with respect to 100 mass% of abrasive slurry from the ease of handling of an abrasive slurry, 0.5-20 mass % Is more preferable. If the content is 0.1% by mass or more, the polishing rate does not decrease, and if it is 40% by mass or less, aggregation of abrasive particles can be suppressed.
The content of the abrasive particles in the CMP polishing liquid when the abrasive slurry and the additive liquid described later are mixed is preferably in the range of 0.01 to 10% by mass, and 0.1 to 5% by mass. The range of is more preferable.

<分散剤>
分散剤としては、高分子分散剤、水溶性陰イオン性界面活性剤、水溶性非イオン性界面活性剤、水溶性陽イオン性界面活性剤及び水溶性両性界面活性剤から選ばれる1種又は2種以上の化合物が使用される。半導体チップ研磨に使用することから、分散剤中のナトリウムイオン、カリウムイオン等のアルカリ金属イオン、ハロゲン原子、イオウ原子等の不純物の含有率は、10ppm以下に抑えることが好ましい。
<Dispersant>
As the dispersant, one or two selected from a polymer dispersant, a water-soluble anionic surfactant, a water-soluble nonionic surfactant, a water-soluble cationic surfactant and a water-soluble amphoteric surfactant. More than one compound is used. Since it is used for semiconductor chip polishing, the content of impurities such as alkali metal ions such as sodium ions and potassium ions, halogen atoms and sulfur atoms in the dispersant is preferably suppressed to 10 ppm or less.

(高分子分散剤)
高分子分散剤としては、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等の不飽和カルボン酸の重合体やそのアンモニウム塩又はアミン塩、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸等の不飽和カルボン酸と、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル等のアクリル酸アルキル、アクリル酸ヒドロキシエチル等のアクリル酸ヒドロキシアルキル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル等のメタクリル酸アルキル、メタクリル酸ヒドロキシエチル等のメタクリル酸ヒドロキシアルキル、酢酸ビニル、ビニルアルコール等の共重合体単量体との共重合体やそのアンモニウム塩又はアミン塩等がある。
これらの重合体又は共重合体における不飽和カルボン酸は、重合前にアンモニウム塩とされていてもよい。また、これらの重合体又は共重合体における不飽和カルボン酸の割合は、1〜100mol%の範囲内であることが好ましく、10〜100mol%の範囲内であることがより好ましい。
高分子分散剤の分子量は、標準ポリスチレンの検量線を用いてゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定した重量平均分子量で、100〜100000の範囲内が好ましく、100〜50000の範囲内がより好ましく、1000〜10000の範囲内が更に好ましい。分散剤の分子量が100以上であれば、酸化ケイ素膜あるいは窒化ケイ素膜を研磨する際、十分な研磨速度を得ることができ、分散剤の分子量が100000以下であれば、粘度が低く、研磨材スラリーの保存安定性が向上する。
(Polymer dispersant)
Polymer dispersing agents include polymers of unsaturated carboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, fumaric acid and itaconic acid, and ammonium salts or amine salts thereof, and unsaturated such as acrylic acid, methacrylic acid and maleic acid. Carboxylic acid, alkyl acrylates such as methyl acrylate and ethyl acrylate, hydroxyalkyl acrylates such as hydroxyethyl acrylate, alkyl methacrylates such as methyl methacrylate and ethyl methacrylate, hydroxy methacrylates such as hydroxyethyl methacrylate Examples include copolymers with copolymer monomers such as alkyl, vinyl acetate, and vinyl alcohol, and ammonium salts or amine salts thereof.
The unsaturated carboxylic acid in these polymers or copolymers may be converted to an ammonium salt before polymerization. Moreover, it is preferable that the ratio of the unsaturated carboxylic acid in these polymers or copolymers exists in the range of 1-100 mol%, and it is more preferable that it exists in the range of 10-100 mol%.
The molecular weight of the polymer dispersant is a weight average molecular weight measured by gel permeation chromatography using a standard polystyrene calibration curve, preferably in the range of 100 to 100,000, more preferably in the range of 100 to 50,000, 1000 to More preferably within the range of 10,000. When the molecular weight of the dispersant is 100 or more, a sufficient polishing rate can be obtained when polishing the silicon oxide film or the silicon nitride film. When the molecular weight of the dispersant is 100,000 or less, the viscosity is low and the abrasive The storage stability of the slurry is improved.

上記分散剤の中でも、アクリル酸アンモニウム塩を共重合成分とした重合体、ポリアクリル酸アンモニウム塩又はポリアクリル酸アミン塩が特に好ましい。ポリアクリル酸アンモニウム塩又はポリアクリル酸アミン塩の重量平均分子量は、好ましくは1000〜100000の範囲内、より好ましくは3000〜60000の範囲内、更に好ましくは10000〜40000の範囲内である。また、ポリアクリル酸アンモニウム塩又はポリアクリル酸アミン塩の分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量)は、好ましくは1.005〜1.300の範囲内、より好ましくは1.100〜1.250の範囲内、更に好ましくは1.150〜1.200の範囲内である。重量平均分子量が1000以上、分子量分布が1.005以上であれば、研磨材粒子が凝集することがなく、重量平均分子量が100000以下、分子量分布が1.300以下であれば、研磨速度比が低下することがない。
なお、重量平均分子量及び数平均分子量は、標準ポリスチレンの検量線を用いてゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより測定したものを用いる。
Among the above dispersants, a polymer having an acrylic acid ammonium salt as a copolymerization component, a polyacrylic acid ammonium salt, or a polyacrylic acid amine salt is particularly preferable. The weight average molecular weight of the polyacrylic acid ammonium salt or the polyacrylic acid amine salt is preferably in the range of 1000 to 100,000, more preferably in the range of 3000 to 60000, and still more preferably in the range of 10,000 to 40000. The molecular weight distribution (weight average molecular weight / number average molecular weight) of the polyacrylic acid ammonium salt or polyacrylic acid amine salt is preferably in the range of 1.005 to 1.300, more preferably 1.100 to 1.250. And more preferably within the range of 1.150 to 1.200. If the weight average molecular weight is 1000 or more and the molecular weight distribution is 1.005 or more, the abrasive particles will not aggregate, and if the weight average molecular weight is 100,000 or less and the molecular weight distribution is 1.300 or less, the polishing rate ratio is There is no decline.
For the weight average molecular weight and number average molecular weight, those measured by gel permeation chromatography using a standard polystyrene calibration curve are used.

ポリアクリル酸アンモニウム塩又はポリアクリル酸アミン塩は、ポリアクリル酸と、そのカルボキシ基と等モルのアンモニア又はアミンとを混合し、中和反応させて得られるが、塩を形成していないフリーのアンモニア又はアミンの割合が10mol%以下のものが、高平坦性を得られるため特に好ましい。なお、塩を形成していないフリーのアンモニア又はアミンの量は、有機溶媒を加えてポリマーを沈殿濾過した液中のアンモニア又はアミンを定量することで確認することができる。   Polyacrylic acid ammonium salt or polyacrylic acid amine salt is obtained by mixing polyacrylic acid with its carboxy group and equimolar amount of ammonia or amine and neutralizing it. An ammonia or amine ratio of 10 mol% or less is particularly preferable because high flatness can be obtained. The amount of free ammonia or amine that does not form a salt can be confirmed by quantifying ammonia or amine in the liquid in which an organic solvent is added and the polymer is precipitated and filtered.

(水溶性陰イオン性界面活性剤)
水溶性陰イオン性界面活性剤としては、例えば、ラウリル硫酸トリエタノールアミン、ラウリル硫酸アンモニウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸トリエタノールアミン等が挙げられる。
(Water-soluble anionic surfactant)
Examples of the water-soluble anionic surfactant include lauryl sulfate triethanolamine, lauryl ammonium sulfate, polyoxyethylene alkyl ether sulfate triethanolamine, and the like.

(水溶性非イオン性界面活性剤)
水溶性非イオン性界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、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高級アルコールエーテル、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、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレン誘導体、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エート、ポリオキシエチレンソルビタントリオレエート、テトラオレイン酸ポリオキシエチレンソルビット、ポリエチレングリコールモノラウレート、ポリエチレングリコールモノステアレート、ポリエチレングリコールジステアレート、ポリエチレングリコールモノオレエート、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、アルキルアルカノールアミド等が挙げられる。
(Water-soluble nonionic surfactant)
Examples of the water-soluble nonionic surfactant include polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene cetyl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene oleyl ether, polyoxyethylene higher alcohol ether, polyoxyethylene octyl phenyl ether. , Polyoxyethylene nonylphenyl ether, polyoxyalkylene alkyl ether, polyoxyethylene derivatives, polyoxyethylene sorbitan monolaurate, polyoxyethylene sorbitan monopalmitate, polyoxyethylene sorbitan monostearate, polyoxyethylene sorbitan tristearate , Polyoxyethylene sorbitan monooleate, polyoxyethylene sorbitan trioleate, tetraoleic acid Reoxyethylene sorbit, polyethylene glycol monolaurate, polyethylene glycol monostearate, polyethylene glycol distearate, polyethylene glycol monooleate, polyoxyethylene alkylamine, polyoxyethylene hydrogenated castor oil, 2-hydroxyethyl methacrylate, alkyl alkanol Examples include amides.

(水溶性陽イオン性界面活性剤)
水溶性陽イオン性界面活性剤としては、例えば、ポリビニルピロリドン、ココナットアミンアセテート、ステアリルアミンアセテート等が挙げられる。
(Water-soluble cationic surfactant)
Examples of the water-soluble cationic surfactant include polyvinyl pyrrolidone, coconut amine acetate, stearyl amine acetate and the like.

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

(分散剤添加量)
上記分散剤は、単独又は2種類以上を組み合わせて使用することができる。
研磨材スラリー中のこれらの分散剤添加量は、スラリー中の粒子の分散性及び沈降防止、更には研磨傷と分散剤添加量との関係から、研磨材粒子100質量%に対して、0.1〜1.0質量%の範囲内が好ましく、0.3〜0.7質量%の範囲内がより好ましい。分散剤添加量が0.1質量%以上の場合、分散剤濃度が十分であるため、分散剤を介さずに粒子−粒子間の凝集を引き起こすことがなく、凝集に伴う研磨傷増加を抑制することができる。また、1.0質量%以下の場合、分散剤が過剰に存在することによる分散剤分子が橋架けとなる粒子―粒子間の凝集を引き起こすことがなく、これも研磨傷増加を抑制することができる。
(Dispersant addition amount)
The said dispersing agent can be used individually or in combination of 2 or more types.
The amount of these dispersants added to the abrasive slurry is set to 0.000% by weight with respect to 100% by mass of the abrasive particles in view of the dispersibility of the particles in the slurry and prevention of settling, and the relationship between the polishing scratches and the amount of dispersant added. The range of 1 to 1.0% by mass is preferable, and the range of 0.3 to 0.7% by mass is more preferable. When the added amount of the dispersant is 0.1% by mass or more, since the dispersant concentration is sufficient, the particles do not cause aggregation between the particles without using the dispersant, and increase in polishing scratches accompanying the aggregation is suppressed. be able to. In addition, when the amount is 1.0% by mass or less, the dispersing agent molecules are not excessively caused to cause agglomeration between particles, which causes bridging, and this also suppresses an increase in polishing scratches. it can.

(分散手段)
研磨材粒子を水中に分散させる方法としては、通常の撹拌機による分散処理の他にホモジナイザー、超音波分散機、湿式ボールミル等を用いることができる。
(Distributing means)
As a method of dispersing the abrasive particles in water, a homogenizer, an ultrasonic disperser, a wet ball mill, or the like can be used in addition to the dispersion treatment with a normal stirrer.

≪添加液≫
一方、CMP用研磨液用の添加液は、添加剤、無機酸又は無機酸塩基及び水を含有する。
≪Additive liquid≫
On the other hand, the additive liquid for the CMP polishing liquid contains an additive, an inorganic acid or an inorganic acid base, and water.

添加剤としては、水溶性有機高分子及び陰イオン性界面活性剤から選ばれる1種以上であり、いずれも上記の高分子分散剤及び水溶性陰イオン性界面活性剤を使用することができる。
特に、本発明においては、水溶性有機高分子として、カルボン酸基又はカルボン酸塩基を有するものが含まれることを特徴とする。具体的には、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸等のカルボン酸基を有するモノマーの単独重合体や、当該重合体のカルボン酸基の部分がアンモニウム塩等の塩となっている単独重合体が挙げられる。また、カルボン酸基を有するモノマーと、カルボン酸塩基を有するモノマーや、カルボン酸塩基を有するモノマーとカルボン酸のアルキルエステル等の誘導体との共重合体も好ましい。さらに、ポリビニルアルコール等の水溶性有機高分子類、オレイン酸アンモニウム、ラウリル硫酸アンモニウム、ラウリル硫酸トリエタノールアミン等の陰イオン性界面活性剤が好適に使用できる。
特に、カルボン酸基又はその塩を有するポリマーが好ましい。具体的には、ポリアクリル酸又はポリアクリル酸のカルボン酸基の少なくとも一部がカルボン酸アンモニウム塩基に置換されたポリマー(以下、ポリアクリル酸アンモニウムと称する。)等が挙げられる。
研磨剤中に後述する無機酸又は無機酸塩を含有させ、CMP用研磨液のpH(25℃)を3〜6の範囲内に調整するためには、ポリアクリル酸アンモニウムが特に好ましい。ポリアクリル酸アンモニウム等の水溶性有機高分子を添加剤として使用する場合、その分子量は1000〜50000の範囲内であることが好ましく、2000〜30000の範囲内であることがより好ましい。
The additive is at least one selected from water-soluble organic polymers and anionic surfactants, and any of the above-described polymer dispersants and water-soluble anionic surfactants can be used.
In particular, the present invention is characterized in that the water-soluble organic polymer includes those having a carboxylic acid group or a carboxylic acid group. Specifically, a homopolymer of a monomer having a carboxylic acid group such as acrylic acid, methacrylic acid or maleic acid, or a homopolymer in which the carboxylic acid group portion of the polymer is a salt such as an ammonium salt Can be mentioned. A copolymer of a monomer having a carboxylic acid group and a monomer having a carboxylic acid group, or a monomer having a carboxylic acid group and a derivative such as an alkyl ester of carboxylic acid is also preferred. Furthermore, water-soluble organic polymers such as polyvinyl alcohol, and anionic surfactants such as ammonium oleate, ammonium lauryl sulfate, and triethanolamine lauryl sulfate can be preferably used.
In particular, a polymer having a carboxylic acid group or a salt thereof is preferable. Specific examples include polyacrylic acid or a polymer in which at least a part of the carboxylic acid group of polyacrylic acid is substituted with an ammonium carboxylate base (hereinafter referred to as ammonium polyacrylate).
In order to contain an inorganic acid or an inorganic acid salt, which will be described later, in the abrasive and adjust the pH (25 ° C.) of the CMP polishing liquid within the range of 3 to 6, ammonium polyacrylate is particularly preferable. When a water-soluble organic polymer such as ammonium polyacrylate is used as an additive, the molecular weight is preferably in the range of 1000 to 50000, and more preferably in the range of 2000 to 30000.

添加剤は、研磨材スラリーの分散剤の種類と同一であっても異なっていてもよい。
CMP用研磨液に含有されるカルボン酸基又はカルボン酸塩基を有する水溶性有機高分子(研磨材スラリーに含有される分散剤が、カルボン酸基又はカルボン酸塩基を有する水溶性有機高分子を含む場合は、分散剤中に含まれる水溶性有機高分子と添加剤との合計)の濃度は、研磨液全質量の0.01〜0.5質量%の範囲内であることが好ましい。
The additive may be the same as or different from the type of dispersant in the abrasive slurry.
Water-soluble organic polymer having carboxylic acid group or carboxylate group contained in CMP polishing liquid (dispersant contained in abrasive slurry contains water-soluble organic polymer having carboxylic acid group or carboxylate group) In this case, the concentration of the water-soluble organic polymer and the additive contained in the dispersant is preferably in the range of 0.01 to 0.5% by mass with respect to the total mass of the polishing liquid.

無機酸又は無機酸塩としては、硝酸、硫酸、塩酸、リン酸、ホウ酸、炭酸及びそれらのアンモニウム塩又はカリウム塩等を例示できる。無機酸又は無機酸塩により、研磨液のpHを調整することができる。   Examples of the inorganic acid or inorganic acid salt include nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, boric acid, carbonic acid, and ammonium salts or potassium salts thereof. The pH of the polishing liquid can be adjusted with an inorganic acid or an inorganic acid salt.

本発明のCMP用研磨液は、研磨材スラリーと添加液とを別々に用意し、研磨時に両者を混合して使用される。理由として、研磨材スラリーと添加液とが混合された状態で保存すると、研磨材粒子が凝集して、研磨傷の発生、研磨速度の変動をもたらすからである。このため、CMP用研磨液の使用方法としては、研磨材スラリーと添加液とを別々に研磨定盤上に供給し、研磨定盤上で混合する方法、又は研磨直前に研磨材スラリーと添加液とを混合し、研磨定盤上に供給する方法が採用される。このとき、研磨材スラリーと添加液との混合比率は、最終的に目的の濃度になれば特に制限はない。   The polishing slurry for CMP of the present invention is prepared by separately preparing an abrasive slurry and an additive solution and mixing them during polishing. The reason is that if the abrasive slurry and the additive liquid are stored in a mixed state, the abrasive particles aggregate to cause generation of polishing flaws and fluctuations in the polishing rate. For this reason, as a method of using the polishing slurry for CMP, the abrasive slurry and the additive solution are separately supplied onto the polishing platen and mixed on the polishing platen, or the abrasive slurry and the additive solution immediately before polishing. Are mixed and supplied onto a polishing surface plate. At this time, the mixing ratio of the abrasive slurry and the additive liquid is not particularly limited as long as it finally reaches a target concentration.

≪研磨液pH≫
本発明におけるCMP用研磨液のpH(25℃)は、3〜6の範囲内であることが好ましい。pHは、より好ましくは3.5〜6の範囲内、更に好ましくは4〜5の範囲内である。pHが3以上であれば、平坦化特性に必要な、窒化ケイ素膜表面に吸着する添加剤の量を極端に少なくなる必要がなく、窒化ケイ素膜の表面保護が不十分となることがない。また、添加剤の電荷が小さくならず、添加剤の研磨材粒子に対する吸着力を得ることができる。さらに、研磨材粒子表面に吸着した添加剤の電荷も小さくなることがなく、電気的な反発が減ることによる研磨液の分散安定性の劣化を抑制することができる。また、pHが6以下であれば、添加剤濃度を減少させることができるため、研磨材粒子の分散安定性が得られ、凝集・沈降を抑制することができる。
≪Polishing liquid pH≫
The pH (25 ° C.) of the CMP polishing liquid in the present invention is preferably in the range of 3-6. The pH is more preferably in the range of 3.5-6, and still more preferably in the range of 4-5. If the pH is 3 or more, it is not necessary to extremely reduce the amount of additive adsorbed on the surface of the silicon nitride film, which is necessary for the planarization characteristics, and the surface protection of the silicon nitride film is not insufficient. Further, the charge of the additive is not reduced, and the adsorbing power of the additive to the abrasive particles can be obtained. Furthermore, the charge of the additive adsorbed on the surface of the abrasive particles is not reduced, and the deterioration of the dispersion stability of the polishing liquid due to the reduction of electrical repulsion can be suppressed. Further, if the pH is 6 or less, the additive concentration can be reduced, so that dispersion stability of the abrasive particles can be obtained, and aggregation / sedimentation can be suppressed.

CMP用研磨液のpHの調整は、添加液に含有される無機酸又は無機酸塩以外に、例えば、酢酸、アンモニア水等の酸又はアルカリを添加することによって行われてもよい。
また、研磨液のpHを所定の値にする方法としては、添加剤のpHを制御する方法も採用できる。例えば、添加剤としてカルボン酸とカルボン酸の塩とからなる共重合体を使用する場合、カルボン酸とカルボン酸の塩との重合比率を制御することによりpH調製する方法も採用できる。
Adjustment of the pH of the polishing liquid for CMP may be performed by adding an acid or an alkali such as acetic acid or aqueous ammonia in addition to the inorganic acid or inorganic acid salt contained in the additive liquid.
Further, as a method of setting the pH of the polishing liquid to a predetermined value, a method of controlling the pH of the additive can also be employed. For example, when a copolymer composed of a carboxylic acid and a carboxylic acid salt is used as an additive, a method of adjusting the pH by controlling the polymerization ratio of the carboxylic acid and the carboxylic acid salt can also be employed.

研磨材スラリー及び添加液の濃度調整方法としては特に限定されるものではないが、例えば、研磨時の使用濃度の2倍とし、両者を質量比1:1で混合することにより、所定の濃度とすることができる。また、保管や輸送の利便性のため、例えば、両者の濃度は、研磨材粒子や添加剤等の成分の濃度を研磨使用時の濃度の10倍程度とし、使用時に2倍濃度に希釈した後、質量比1:1で混合することにより、所定の濃度になるようにしてもよい。また、10倍濃度の研磨材スラリー、添加液及び脱イオン水を、質量比で1:1:8となるように混合することにより所定の濃度になるようにすることもできる。   Although it does not specifically limit as a density | concentration adjustment method of an abrasive slurry and an addition liquid, For example, it is set as predetermined density | concentration by making both use density | concentration at the time of grinding | polishing twice and mixing both by mass ratio 1: 1. can do. For convenience of storage and transportation, for example, the concentration of both components is about 10 times the concentration of abrasive particles and additives, etc., and is diluted to twice the concentration during use. Alternatively, a predetermined concentration may be obtained by mixing at a mass ratio of 1: 1. Moreover, it can also be made to become a predetermined density | concentration by mixing a 10-times-concentration abrasive slurry, an additive liquid, and deionized water so that it may become 1: 1: 8 by mass ratio.

≪その他添加剤≫
本発明のCMP用研磨液は、上記研磨材スラリー及び添加液をそのまま使用してもよいが、N,N−ジエチルエタノールアミン、N,N−ジメチルエタノールアミン、アミノエチルエタノールアミン等の非高分子添加剤を研磨材スラリー又は添加液に添加して、CMP用研磨液とすることもできる。これらの添加剤は、最終的なCMP用研磨液における濃度が、0.001〜20質量%になるように使用されることが好ましく、0.01〜10質量%になるように使用されることがより好ましい。
≪Other additives≫
The polishing slurry for CMP of the present invention may use the above abrasive slurry and additive solution as they are, but non-polymers such as N, N-diethylethanolamine, N, N-dimethylethanolamine, aminoethylethanolamine and the like. An additive may be added to the abrasive slurry or additive solution to provide a CMP polishing solution. These additives are preferably used so that the concentration in the final polishing liquid for CMP is 0.001 to 20% by mass, and is used to be 0.01 to 10% by mass. Is more preferable.

≪無機絶縁膜の作製方法≫
本発明のCMP用研磨液が使用される無機絶縁膜の作製方法としては、低圧CVD法、プラズマCVD法等が挙げられる。
低圧CVD法による酸化ケイ素膜形成は、Si源としてモノシラン(SiH)、酸素源として酸素(O)を用いる。このSiH−O系酸化反応を400℃以下の低温で行うことにより酸化ケイ素膜が得られる。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との2つが挙げられる。反応ガスとしては、Si源としてSiH、酸素源としてNOを用いたSiH−NO系ガスと、テトラエトキシシラン(TEOS)をSi源に用いたTEOS−O系ガス(TEOS−プラズマCVD法)が挙げられる。基板温度は250〜400℃の範囲内、反応圧力は67〜400Paの範囲内が好ましい。酸化ケイ素膜にはリン、ホウ素等の元素がドープされていてもよい。
≪Method for manufacturing inorganic insulating film≫
Examples of a method for producing an inorganic insulating film in which the polishing slurry for CMP of the present invention is used include a low pressure CVD method and a plasma CVD method.
Silicon oxide film formation by the low pressure CVD method uses monosilane (SiH 4 ) as the Si source and oxygen (O 2 ) as the oxygen source. A silicon oxide film can be obtained by performing this SiH 4 —O 2 -based oxidation reaction at a low temperature of 400 ° C. or lower. In some cases, 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 plasma generation methods, a capacitive coupling type and an inductive coupling type. As a reactive gas, SiH 4 -N 2 O-based gas using SiH 4 as an Si source, N 2 O as an oxygen source, and TEOS-O 2 -based gas (TEOS) using tetraethoxysilane (TEOS) as an Si source. -Plasma CVD method). 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. The silicon oxide film may be doped with an element such as phosphorus or boron.

同様に、低圧CVD法による窒化ケイ素膜形成は、Si源としてジクロロシラン(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℃の高温で行うことにより窒化ケイ素膜が得られる。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 silicon nitride film formation by the low pressure CVD method uses dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) as the Si source and ammonia (NH 3 ) as the nitrogen source. A silicon nitride film is 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.

基板としては、半導体基板、すなわち回路素子と配線パターンとが形成された段階の半導体基板や回路素子のみが形成された段階の半導体基板等の半導体基板上に、酸化ケイ素膜あるいは窒化ケイ素膜が形成された基板が使用できる。半導体基板上に形成された酸化ケイ素膜あるいは窒化ケイ素膜を上記CMP用研磨液で研磨することによって、酸化ケイ素膜等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、酸化ケイ素膜研磨速度と窒化ケイ素膜研磨速度の比(酸化ケイ素膜研磨速度/窒化ケイ素膜研磨速度)が、10以上であることが必要である。この比が小さすぎると、酸化ケイ素膜研磨速度と窒化ケイ素膜研磨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、研磨速度比が50以上の場合は、特に、窒化ケイ素膜の研磨速度が更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 a substrate, a silicon oxide film or a silicon nitride film is formed on a semiconductor substrate such as a semiconductor substrate at a stage where a circuit element and a wiring pattern are formed or a semiconductor substrate at a stage where only a circuit element is formed. Can be used. By polishing the silicon oxide film or silicon nitride film formed on the semiconductor substrate with the CMP polishing liquid, unevenness on the surface of the silicon oxide film or the like can be eliminated, and the entire surface of the semiconductor substrate can be made smooth.
It can also be used for shallow trench isolation. In order to use for shallow trench isolation, the ratio of the silicon oxide film polishing rate to the silicon nitride film polishing rate (silicon oxide film polishing rate / silicon nitride film polishing rate) needs to be 10 or more. If this ratio is too small, the difference between the silicon oxide film polishing rate and the silicon nitride film polishing rate becomes small, and it becomes impossible to stop polishing at a predetermined position when performing shallow trench isolation. In addition, when the polishing rate ratio is 50 or more, the polishing rate of the silicon nitride film is further reduced and polishing can be easily stopped, which is preferable for shallow trench isolation.

≪研磨装置≫
研磨装置としては、半導体基板を保持するホルダーと研磨布(パッド)とを貼り付けた、回転数が変更可能なモーター等が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、多孔質フッ素樹脂等が使用でき、特に制限されない。また、研磨布にはCMP用研磨液が保持されるような溝加工が施されていることが好ましい。
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 surface plate to which a motor capable of changing the number of rotations and the like, to which a holder for holding a semiconductor substrate and a polishing cloth (pad) are attached, can be used. As the polishing cloth, a general nonwoven fabric, foamed polyurethane, porous fluororesin, or the like can be used, and is not particularly limited. Further, it is preferable that the polishing cloth is subjected to groove processing so as to hold the polishing liquid for CMP.
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、流水中でよく洗浄後、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。
≪Cleaning≫
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.

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、酸化ケイ素絶縁膜の上に、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膜を形成後、上記CMP用研磨液を用いて研磨することによって、絶縁膜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ことができる。   After forming the flattened shallow trench in this way, an aluminum wiring is formed on the silicon oxide insulating film, and the silicon oxide insulating film is formed again between the wirings and between the wirings by the above method. By polishing using a polishing liquid for CMP, irregularities on the surface of the insulating film are eliminated, and the entire surface of the semiconductor substrate is smoothed. By repeating this step a predetermined number of times, a semiconductor having a desired number of layers can be 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膜だけでなく、所定の配線を有する配線板に形成された酸化ケイ素膜、ガラス、窒化ケイ素膜等の無機絶縁膜、フォトマスク、レンズ、プリズム等の光学ガラス、ITO等の無機導電膜、ガラス及び結晶質材料で構成される光集積回路、光スイッチング素子、光導波路、光ファイバーの端面、シンチレーター等の光学用単結晶、固体レーザ単結晶、青色レーザLED用サファイヤ基板、SiC、GaP、GaAS等の半導体単結晶、磁気ディスク用ガラス基板、磁気ヘッド等を研磨することができる。
≪Others≫
The polishing slurry for CMP of the present invention includes not only a silicon oxide film formed on a semiconductor substrate but also an inorganic insulating film such as a silicon oxide film, glass, and silicon nitride film formed on a wiring board having a predetermined wiring, a photomask Optical glass such as lenses and prisms, inorganic conductive films such as ITO, optical integrated circuits composed of glass and crystalline materials, optical switching elements, optical waveguides, optical fiber end faces, scintillator optical single crystals, solid state lasers, etc. Single crystals, sapphire substrates for blue laser LEDs, semiconductor single crystals such as SiC, GaP, and GaAS, glass substrates for magnetic disks, magnetic heads, and the like can be polished.

以下、実施例により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「%」の表示を用いるが、特に断りがない限り「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 "%" is used in an Example, unless otherwise indicated, "mass%" is represented.

≪研磨材粒子の作製≫
<研磨材粒子1の作製>
まず、0.01mol/Lのイットリウム硝酸水溶液10Lを用意し、この水溶液に、尿素が0.20mol/Lになるように添加し、十分に撹拌した後に90℃で1時間加熱撹拌した。
次いで、得られた分散溶液に、あらかじめ混合しておいた0.08mol/Lのイットリウム硝酸水溶液300mLと0.32mol/Lのセリウム硝酸水溶液300mLとの混合液を10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
次いで、得られた分散溶液に、0.4mol/Lのセリウム硝酸水溶液50mLを10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
最後に、得られた分散溶液から析出した研磨材前駆体をメンブランフィルターにて分離し、600℃で焼成して研磨材粒子1を作製した。
≪Preparation of abrasive particles≫
<Preparation of abrasive particles 1>
First, 10 L of a 0.01 mol / L yttrium nitric acid aqueous solution was prepared, urea was added to this aqueous solution so that the concentration of urea was 0.20 mol / L, and after sufficient stirring, the mixture was heated and stirred at 90 ° C. for 1 hour.
Subsequently, 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, which had been mixed in advance, was added to the obtained dispersion solution at an addition rate of 10 mL / min. The mixture was added with stirring at 0 ° C.
Subsequently, 50 mL of 0.4 mol / L cerium nitric acid aqueous solution was added to the obtained dispersion solution at 90 ° C. with heating and stirring at an addition rate of 10 mL / min.
Finally, the abrasive precursor precipitated from the obtained dispersion solution was separated by a membrane filter and fired at 600 ° C. to produce abrasive particles 1.

得られた研磨材粒子1は、粒子100個の走査型電子顕微鏡写真(SEM像)から、平均粒子径0.40μm、粒子径分布の変動係数11%の単分散粒子であることが確認された。なお、粒子径分布変動係数は以下の式で求めた。
変動係数(%)=(粒子径分布の標準偏差/平均粒子径)×100
The obtained abrasive particles 1 were confirmed to be monodisperse particles having an average particle diameter of 0.40 μm and a coefficient of variation of the particle diameter distribution of 11% from a scanning electron micrograph (SEM image) of 100 particles. . The particle size distribution variation coefficient was determined by the following formula.
Coefficient of variation (%) = (standard deviation of particle size distribution / average particle size) × 100

また、研磨材粒子1を日立ハイテクノロジーズ製集束イオンビーム(FB−2000A)により断面加工を行い、粒子中心付近を通る面を切り出した。切断面より、日立ハイテクノロジーズ製STEM−EDX(HD−2000)を使用して元素分析を行い、粒子組成の分布評価を行った結果、研磨材粒子1は3層構造であり、研磨材粒子の断面において、粒径0.3μmの酸化イットリウムのコア層、層厚0.04μmの中間層(酸化イットリウム:酸化セリウム=1:4)、最表面に層厚0.01μmの酸化セリウムのシェル層が形成されていることがわかった。   Further, the abrasive particles 1 were subjected to cross-section processing with 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 of yttrium oxide having a particle diameter of 0.3 μm, an intermediate layer having a layer thickness of 0.04 μm (yttrium oxide: cerium oxide = 1: 4), and a shell layer of cerium oxide having a layer thickness of 0.01 μm on the outermost surface. It was found that it was formed.

<研磨材粒子2の作製>
まず、0.05mol/Lのイットリウム硝酸水溶液10Lを用意し、この水溶液に、尿素が1.0mol/Lになるように添加し、十分に撹拌した後に90℃で1時間加熱撹拌した。
次いで、得られた分散溶液に、あらかじめ混合しておいた0.08mol/Lのイットリウム硝酸水溶液300mLと0.32mol/Lのセリウム硝酸水溶液300mLとの混合液を10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
次いで、得られた分散溶液に、0.4mol/Lのセリウム硝酸水溶液50mLを10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
最後に、得られた分散溶液から析出した研磨材前駆体をメンブランフィルターにて分離し、600℃で焼成して研磨材粒子2を作製した。
<Preparation of abrasive particles 2>
First, 10 L of a 0.05 mol / L yttrium nitric acid aqueous solution was prepared, and urea was added to this aqueous solution so as to have a concentration of 1.0 mol / L. After sufficiently stirring, the mixture was heated and stirred at 90 ° C. for 1 hour.
Subsequently, 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, which had been mixed in advance, was added to the obtained dispersion solution at an addition rate of 10 mL / min. The mixture was added with stirring at 0 ° C.
Subsequently, 50 mL of 0.4 mol / L cerium nitric acid aqueous solution was added to the obtained dispersion solution at 90 ° C. with heating and stirring at an addition rate of 10 mL / min.
Finally, the abrasive precursor precipitated from the obtained dispersion solution was separated by a membrane filter and fired at 600 ° C. to produce abrasive particles 2.

研磨材粒子1と同様に、研磨材粒子2の粒子径及び元素分析の評価を行った結果、研磨材粒子2は、平均粒子径0.62μm、変動係数14%の単分散粒子であり、粒径0.57μmのコア層(酸化イットリウム)、層厚0.02μmの中間層(酸化イットリウム:酸化セリウム=1:4)、層厚0.005μmのシェル層(酸化セリウム)の3層構造であった。   As in the case of the abrasive particle 1, as a result of evaluation of the particle size and elemental analysis of the abrasive particle 2, the abrasive particle 2 is a monodisperse particle having an average particle diameter of 0.62 μm and a coefficient of variation of 14%. It has a three-layer structure of a core layer (yttrium oxide) having a diameter of 0.57 μm, an intermediate layer (yttrium oxide: cerium oxide = 1: 4) having a layer thickness of 0.02 μm, and a shell layer (cerium oxide) having a layer thickness of 0.005 μm. It was.

<研磨材粒子3の作製>
まず、0.1mol/Lのイットリウム硝酸水溶液10Lを用意し、この水溶液に、尿素が2.0mol/Lになるように添加し、十分に撹拌した後に90℃で1時間加熱撹拌した。
次いで、得られた分散溶液に、あらかじめ混合しておいた0.08mol/Lのイットリウム硝酸水溶液300mLと0.32mol/Lのセリウム硝酸水溶液300mLとの混合液を10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
次いで、得られた分散溶液に、0.4mol/Lのセリウム硝酸水溶液50mLを10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
最後に、得られた分散溶液から析出した研磨材前駆体をメンブランフィルターにて分離し、600℃で焼成して研磨材粒子3を作製した。
<Preparation of abrasive particles 3>
First, 10 L of a 0.1 mol / L yttrium nitric acid aqueous solution was prepared, urea was added to this aqueous solution so as to be 2.0 mol / L, and after sufficient stirring, the mixture was heated and stirred at 90 ° C. for 1 hour.
Subsequently, 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, which had been mixed in advance, was added to the obtained dispersion solution at an addition rate of 10 mL / min. The mixture was added with stirring at 0 ° C.
Subsequently, 50 mL of 0.4 mol / L cerium nitric acid aqueous solution was added to the obtained dispersion solution at 90 ° C. with heating and stirring at an addition rate of 10 mL / min.
Finally, the abrasive precursor precipitated from the obtained dispersion solution was separated by a membrane filter and fired at 600 ° C. to produce abrasive particles 3.

研磨材粒子1と同様に、研磨材粒子3の粒子径及び元素分析の評価を行った結果、研磨材粒子3は、平均粒子径0.75μm、変動係数19%の単分散粒子であり、粒径0.72μmのコア層(酸化イットリウム)、層厚0.01μmの中間層(酸化イットリウム:酸化セリウム=1:4)、層厚0.005μmのシェル層(酸化セリウム)の3層構造であった。   As in the case of the abrasive particle 1, the particle size and elemental analysis of the abrasive particle 3 were evaluated. As a result, the abrasive particle 3 was a monodisperse particle having an average particle diameter of 0.75 μm and a coefficient of variation of 19% It has a three-layer structure of a core layer (yttrium oxide) having a diameter of 0.72 μm, an intermediate layer (yttrium oxide: cerium oxide = 1: 4) having a layer thickness of 0.01 μm, and a shell layer (cerium oxide) having a layer thickness of 0.005 μm. It was.

<研磨材粒子4の作製>
まず、0.01mol/Lのイットリウム硝酸水溶液10Lを用意し、この水溶液に、尿素が0.20mol/Lになるように添加し、十分に撹拌した後に90℃で1時間加熱撹拌した。
次いで、得られた分散溶液に、0.4mol/Lのイットリウム硝酸水溶液300mLを(10−0.16t)mL/minの添加速度で、0.4mol/Lのセリウム硝酸水溶液300mLを(0.16t)mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。ただし、tは時間(分)を表す。
次いで、得られた分散溶液に、0.4mol/Lのセリウム硝酸水溶液50mLを10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
最後に、得られた分散溶液から析出した研磨材前駆体をメンブランフィルターにて分離し、600℃で焼成して研磨材粒子4を作製した。
なお、研磨材粒子4の中間層における酸化セリウム含有量は、コア層側からシェル層側に向かって、一定の濃度勾配で増加していた。
<Preparation of abrasive particles 4>
First, 10 L of a 0.01 mol / L yttrium nitric acid aqueous solution was prepared, urea was added to this aqueous solution so that the concentration of urea was 0.20 mol / L, and after sufficient stirring, the mixture was heated and stirred at 90 ° C. for 1 hour.
Subsequently, 300 mL of 0.4 mol / L cerium nitric acid aqueous solution (0.16 t) was added to the obtained dispersion solution at an addition rate of (10-0.16 t) mL / min. ) The mixture was added at 90 ° C. with heating and stirring at an addition rate of mL / min. However, t represents time (minutes).
Subsequently, 50 mL of 0.4 mol / L cerium nitric acid aqueous solution was added to the obtained dispersion solution at 90 ° C. with heating and stirring at an addition rate of 10 mL / min.
Finally, the abrasive precursor precipitated from the obtained dispersion solution was separated by a membrane filter and fired at 600 ° C. to produce abrasive particles 4.
In addition, the cerium oxide content in the intermediate layer of the abrasive particles 4 increased with a constant concentration gradient from the core layer side to the shell layer side.

研磨材粒子1と同様に、研磨材粒子4の粒子径及び元素分析の評価を行った結果、研磨材粒子4は、平均粒子径0.37μm、変動係数15%の単分散粒子であり、粒径0.24μmのコア層(酸化イットリウム)、層厚0.06μmの中間層(酸化イットリウム:酸化セリウム=1:1)、層厚0.005μmのシェル層(酸化セリウム)の3層構造であった。   As in the case of the abrasive particle 1, the particle size and elemental analysis of the abrasive particle 4 were evaluated. As a result, the abrasive particle 4 was a monodisperse particle having an average particle size of 0.37 μm and a coefficient of variation of 15%. It has a three-layer structure of a core layer (yttrium oxide) having a diameter of 0.24 μm, an intermediate layer (yttrium oxide: cerium oxide = 1: 1) having a layer thickness of 0.06 μm, and a shell layer (cerium oxide) having a layer thickness of 0.005 μm. It was.

<研磨材粒子5の作製>
まず、0.005mol/Lのイットリウムと0.005mol/Lのセリウムとを含む硝酸水溶液10Lを用意し、尿素が0.20mol/Lになるように添加し、十分に撹拌した後に90℃で1時間加熱撹拌した。
次いで、得られた分散溶液に、あらかじめ混合しておいた0.08mol/Lのイットリウム硝酸水溶液600mLと0.32mol/Lのセリウム硝酸水溶液600mLとの混合液を10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
次いで、得られた分散溶液に、0.4mol/Lのセリウム硝酸水溶液50mLを10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
最後に、得られた分散溶液から析出した研磨材前駆体をメンブランフィルターにて分離し、600℃で焼成して研磨材粒子5を作製した。
<Preparation of abrasive particles 5>
First, 10 L of an aqueous nitric acid solution containing 0.005 mol / L yttrium and 0.005 mol / L cerium was prepared and added so that urea was 0.20 mol / L. Stir for hours.
Next, a mixture of 600 mL of 0.08 mol / L yttrium nitric acid aqueous solution and 600 mL of 0.32 mol / L cerium nitric acid aqueous solution, which had been mixed in advance, was added to the obtained dispersion solution at an addition rate of 10 mL / min. The mixture was added with stirring at 0 ° C.
Subsequently, 50 mL of 0.4 mol / L cerium nitric acid aqueous solution was added to the obtained dispersion solution at 90 ° C. with heating and stirring at an addition rate of 10 mL / min.
Finally, the abrasive precursor precipitated from the obtained dispersion solution was separated by a membrane filter and fired at 600 ° C. to produce abrasive particles 5.

研磨材粒子1と同様に、研磨材粒子5の粒子径及び元素分析の評価を行った結果、研磨材粒子5は、平均粒子径0.38μm、変動係数19%の単分散粒子であり、中心部に酸化イットリウムと酸化セリウムとが混在した、粒径0.31μmの複合層と、層厚0.035μmのシェル層(酸化セリウム)とからなる2層構造であった。なお、複合層における、直径0.25〜0.31μmの領域には、中心部に比べてセリウム比の高い領域が存在していた。   As in the case of the abrasive particles 1, the particle size and elemental analysis of the abrasive particles 5 were evaluated. As a result, the abrasive particles 5 were monodisperse particles having an average particle diameter of 0.38 μm and a coefficient of variation of 19%, It was a two-layer structure consisting of a composite layer having a particle size of 0.31 μm and a shell layer (cerium oxide) having a layer thickness of 0.035 μm, in which yttrium oxide and cerium oxide were mixed. In the composite layer, the region having a diameter of 0.25 to 0.31 μm had a region with a higher cerium ratio than the center portion.

<研磨材粒子6の作製>
まず、0.01mol/Lのイットリウム硝酸水溶液10Lを用意し、この水溶液に、尿素が0.20mol/Lになるように添加し、十分に撹拌した後に90℃で1時間加熱撹拌した。
次いで、得られた分散溶液に、0.40mol/Lのイットリウム硝酸水溶液600mLを10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
次いで、得られた分散溶液に、0.4mol/Lのセリウム硝酸水溶液50mLを10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
最後に、得られた分散溶液から析出した研磨材前駆体をメンブランフィルターにて分離し、600℃で焼成して研磨材粒子6を作製した。
<Preparation of abrasive particles 6>
First, 10 L of a 0.01 mol / L yttrium nitric acid aqueous solution was prepared, urea was added to this aqueous solution so that the concentration of urea was 0.20 mol / L, and after sufficient stirring, the mixture was heated and stirred at 90 ° C. for 1 hour.
Next, 600 mL of a 0.40 mol / L yttrium nitric acid aqueous solution was added to the obtained dispersion solution at 90 ° C. with heating and stirring at an addition rate of 10 mL / min.
Subsequently, 50 mL of 0.4 mol / L cerium nitric acid aqueous solution was added to the obtained dispersion solution at 90 ° C. with heating and stirring at an addition rate of 10 mL / min.
Finally, the abrasive precursor precipitated from the obtained dispersion solution was separated by a membrane filter and fired at 600 ° C. to produce abrasive particles 6.

研磨材粒子1と同様に、研磨材粒子6の粒子径及び元素分析の評価を行った結果、研磨材粒子6は、平均粒子径0.45μm、変動係数15%の単分散粒子であり、粒径0.43μmのコア層(酸化イットリウム)、層厚0.01μmのシェル層(酸化セリウム)の2層構造であった。   As in the case of the abrasive particles 1, the particle size and elemental analysis of the abrasive particles 6 were evaluated. As a result, the abrasive particles 6 were monodisperse particles having an average particle size of 0.45 μm and a coefficient of variation of 15%. It had a two-layer structure of a core layer (yttrium oxide) having a diameter of 0.43 μm and a shell layer (cerium oxide) having a layer thickness of 0.01 μm.

<研磨材粒子7の作製>
まず、水10Lを用意し、尿素が0.20mol/Lになるように添加し、十分に撹拌した後に90℃になるまで加熱撹拌した。
次いで、得られた分散溶液に、あらかじめ混合しておいた0.08mol/Lのイットリウム硝酸水溶液600mLと0.32mol/Lのセリウム硝酸水溶液600mLとの混合液を10mL/minの添加速度で、90℃で加熱撹拌しながら添加した。
最後に、得られた分散溶液から析出した研磨材前駆体をメンブランフィルターにて分離し、600℃で焼成して研磨材粒子7を作製した。
<Preparation of abrasive particles 7>
First, 10 L of water was prepared, urea was added so as to have a concentration of 0.20 mol / L, and the mixture was sufficiently stirred and then heated and stirred until it reached 90 ° C.
Next, a mixture of 600 mL of 0.08 mol / L yttrium nitric acid aqueous solution and 600 mL of 0.32 mol / L cerium nitric acid aqueous solution, which had been mixed in advance, was added to the obtained dispersion solution at an addition rate of 10 mL / min. The mixture was added with stirring at 0 ° C.
Finally, the abrasive precursor precipitated from the obtained dispersion solution was separated by a membrane filter and fired at 600 ° C. to produce abrasive particles 7.

研磨材粒子1と同様に、研磨材粒子6の粒子径及び元素分析の評価を行った結果、研磨材粒子7は、平均粒子径0.40μm、変動係数13%の単分散粒子であり、酸化イットリウム:酸化セリウム=1:4の1層構造であった。   As in the case of the abrasive particles 1, the particle size and elemental analysis of the abrasive particles 6 were evaluated. It was a one-layer structure of yttrium: cerium oxide = 1: 4.

<研磨材粒子8の作製>
炭酸セリウム水和物2kgを白金製容器に入れ、800℃で2時間、空気中で焼成することにより、黄白色の粉末を約1kg得た。この粉末をX線回折法で相同定を行ったところ、酸化セリウムであることを確認した。この酸化セリウム粉末1kgを、ジェットミルを用いて乾式粉砕して、研磨材粒子8を作製した。
<Preparation of abrasive particles 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 pulverized using a jet mill to produce abrasive particles 8.

研磨材粒子8は、粒径1〜3μmの大きな多結晶粒子と、粒径0.5〜1μmの多結晶粒子が混在した多分散粒子の酸化セリウム1層構造であった。   The abrasive particles 8 had a cerium oxide monolayer structure of polydispersed particles in which large polycrystalline particles having a particle size of 1 to 3 μm and polycrystalline particles having a particle size of 0.5 to 1 μm were mixed.

<研磨材粒子9〜11の作製>
研磨材粒子1の作製において、イットリウム硝酸水溶液をそれぞれアルミニウム硝酸水溶液、マンガン硝酸水溶液、タングステン硝酸水溶液に変更した以外は同様にして、研磨材粒子9〜11を作製した。
<Preparation of abrasive particles 9-11>
Abrasive particles 9 to 11 were produced in the same manner except that the yttrium nitric acid aqueous solution was changed to an aluminum nitric acid aqueous solution, a manganese nitric acid aqueous solution, and a tungsten nitric acid aqueous solution, respectively.

研磨材粒子1と同様に、研磨材粒子9〜11の粒子径及び元素分析の評価を行った。   Similarly to the abrasive particle 1, the particle diameter and elemental analysis of the abrasive particles 9 to 11 were evaluated.

研磨材粒子9の平均粒子径は0.35μm、変動係数15%の単分散粒子であり、粒径0.26μmのコア層(酸化アルミニウム)、層厚0.04μmの中間層(酸化アルミニウム:酸化セリウム=1:4)、層厚0.005μmのシェル層(酸化セリウム)の3層構造であった。   The abrasive particles 9 are monodisperse particles having an average particle size of 0.35 μm and a coefficient of variation of 15%, a core layer (aluminum oxide) having a particle size of 0.26 μm, and an intermediate layer (aluminum oxide: oxidized) having a layer thickness of 0.04 μm. Cerium = 1: 4) and a three-layer structure of a shell layer (cerium oxide) having a layer thickness of 0.005 μm.

研磨材粒子10の平均粒子径は0.40μm、変動係数17%の単分散粒子であり、粒径0.30μmのコア層(酸化マンガン)、層厚0.04μmの中間層(酸化マンガン:酸化セリウム=1:4)、層厚0.01μmのシェル層(酸化セリウム)の3層構造であった。   The abrasive particles 10 are monodisperse particles having an average particle size of 0.40 μm and a variation coefficient of 17%, a core layer (manganese oxide) having a particle size of 0.30 μm, and an intermediate layer (manganese oxide: oxidized) having a layer thickness of 0.04 μm. Cerium = 1: 4) and a three-layer structure of a shell layer (cerium oxide) having a layer thickness of 0.01 μm.

研磨材粒子11の平均粒子径は0.70μm、変動係数15%の単分散粒子であり、0.52μmのコア層(酸化タングステン)、層厚0.08μmの中間層(酸化タングステン:酸化セリウム=1:4)、層厚0.01μmのシェル層(酸化セリウム)の3層構造であった。   The abrasive particles 11 are monodisperse particles having an average particle diameter of 0.70 μm and a coefficient of variation of 15%, a core layer (tungsten oxide) of 0.52 μm, and an intermediate layer (tungsten oxide: cerium oxide = 0.08 μm). 1: 4) and a three-layer structure of a shell layer (cerium oxide) having a layer thickness of 0.01 μm.

≪研磨材スラリーの調製≫
<研磨材スラリー1の調製>
研磨材粒子1を125g、分散剤として重量平均分子量5000のポリアクリル酸アンモ二ウム塩水溶液(40質量%)2.2g、及び脱イオン水2372gを混合し、撹拌しながら超音波分散を行った。超音波周波数40kHz、分散時間10分として分散を実施した。得られたスラリーを0.8ミクロンフィルターで濾過し、更に脱イオン水を加えることにより研磨材粒子1の含有量が2質量%の研磨材スラリー1を調製した。研磨材スラリー1のpH(25℃)は7.7であった。
≪Preparation of abrasive slurry≫
<Preparation of abrasive slurry 1>
125 g of abrasive particles 1 and 2.2 g of an aqueous ammonium polyacrylate salt solution (40% by mass) having a weight average molecular weight of 5000 as a dispersant and 2372 g of deionized water were mixed and subjected to ultrasonic dispersion while stirring. . Dispersion was performed with an ultrasonic frequency of 40 kHz and a dispersion time of 10 minutes. The obtained slurry was filtered through a 0.8 micron filter, and deionized water was further added to prepare an abrasive slurry 1 having an abrasive particle 1 content of 2 mass%. The pH (25 ° C.) of the abrasive slurry 1 was 7.7.

<研磨材スラリー2〜11の調製>
研磨材スラリー1の調製において、研磨材粒子1を研磨材粒子2〜11に変更した以外は同様にして、研磨材スラリー2〜11を調製した。
それぞれの研磨材スラリーのpH(25℃)を、表1に示す。
<Preparation of abrasive slurry 2-11>
In the preparation of the abrasive slurry 1, abrasive slurries 2 to 11 were prepared in the same manner except that the abrasive particles 1 were changed to the abrasive particles 2 to 11.
Table 1 shows the pH (25 ° C.) of each abrasive slurry.

≪添加液の調製≫
添加剤として重量平均分子量5000のポリアクリル酸アンモニウム塩水溶液(40質量%)を調製し、これを脱イオン水中に表1に示す濃度になるように調製した後、硝酸水溶液でpH調整を行い、これを添加液とした。表1には、研磨材スラリーと添加液とを混合したときのCMP用研磨液のpH(25℃)を示す。
なお、CMP用研磨液119に用いる添加液には、ポリアクリル酸アンモニウム塩を添加せず、CMP用研磨液120に用いる添加液では、硝酸によるpH調整を行わなかった。
≪Preparation of additive liquid≫
After preparing a polyacrylic acid ammonium salt aqueous solution (40 mass%) having a weight average molecular weight of 5000 as an additive, and adjusting this to a concentration shown in Table 1 in deionized water, pH adjustment is performed with a nitric acid aqueous solution, This was used as an additive solution. Table 1 shows the pH (25 ° C.) of the polishing slurry for CMP when the abrasive slurry and the additive solution are mixed.
In addition, the polyacrylic acid ammonium salt was not added to the additive liquid used for CMP polishing liquid 119, and pH adjustment with nitric acid was not performed in the additive liquid used for CMP polishing liquid 120.

Figure 2016178099
Figure 2016178099

≪評価≫
以上のようにして調製した研磨材スラリー1〜11と添加液とを、表1に示す組み合わせ(CMP用研磨液101〜125)で用い、下記の各評価を行った。
≪Evaluation≫
The abrasive slurries 1 to 11 and the additive liquid prepared as described above were used in the combinations shown in Table 1 (CMP polishing liquids 101 to 125), and the following evaluations were performed.

<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(ロデールニッタ(株)社製;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膜を形成した直径125mmのシリコンウエハを絶縁膜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に示す組み合わせで、研磨材スラリー(固形分:5質量%)と添加液とを各々25ml/minの速度で送り、定盤の直前で1液になるようにノズルを調節して滴下しながら、定盤を40rpmで2分間回転させ、絶縁膜を研磨した。
研磨後、ウエハをホルダーから取り外して、流水でよく洗浄後、超音波洗浄機により更に20分間洗浄した。洗浄後、スピンドライヤーで水滴を除去し、120℃の乾燥機で10分間乾燥させた。光干渉式膜厚測定装置((株)チノー社製:製品名「IRM8599B」)を用いて、研磨前後の膜厚変化を測定し、研磨速度を計算した。
結果を表2に示す。
<Evaluation of polishing rate>
A substrate is mounted on a surface plate on which a polishing pad (Rodel Nitta Co., Ltd .; product name “IC1000 / Suba400”) of a two-layer type polishing apparatus (product name “PM5”) of a polishing apparatus (Product name “PM5”) is attached. A silicon wafer with a diameter of 125 mm on which a silicon oxide film produced by TEOS-plasma CVD method is set in a holder with a suction pad for use is set with the insulating film face down so that the polishing load is 300 g / cm 2. I put a weight on it. Abrasive slurry (solid content: 5% by mass) and additive liquid are fed at a rate of 25 ml / min each on the surface plate in the combination shown in Table 1, and the nozzle is adjusted so that it becomes one liquid immediately before the surface plate. While dropping, the surface plate was rotated at 40 rpm for 2 minutes to polish the insulating film.
After polishing, the wafer was removed from the holder, washed thoroughly with running water, and then 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 Corporation: product name “IRM8599B”), the change in film thickness 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膜の代わりに低圧CVD法で作製した窒化ケイ素膜を同じ条件で研磨し、研磨前後の膜厚変化を測定し、研磨速度を計算した。また、膜厚測定の結果から、TEOS−プラズマCVD法で作製した酸化ケイ素膜及び低圧CVD法で作製した窒化ケイ素膜は、ウエハ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 film produced by low-pressure CVD instead of a silicon oxide film produced by TEOS-plasma CVD was polished under the same conditions, the change in film thickness before and after polishing was measured, and the polishing rate was calculated. From the results of film thickness measurement, it was found that the silicon oxide film produced by the TEOS-plasma CVD method and the silicon nitride film 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.

<研磨傷の評価>
水銀灯の光源下での目視観察では絶縁膜表面に傷は見られなかったが、更にウエハの外観検査装置(オリンパス(株)社製: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>
The surface of the insulating film 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.

<平坦性(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膜を研磨し、凸部が研磨されたときの凸部と凹部の中間点のへこみ(ディッシング)量を走査型プローブ顕微鏡(セイコーインスツルメンツ社製:製品名「SPI3800N/SPA400」)で求め、平坦性を評価した。
結果を表2に示す。
<Evaluation of flatness (dishing)>
Similarly, a silicon oxide film in which convex portions having a height of 5000 μm and a height of 5000 μm are formed at intervals of 100 μm is polished, and the amount of dent (dishing) between the convex portion and the concave portion when the convex portion is polished is scanned. The flatness was evaluated using a scanning probe microscope (manufactured by Seiko Instruments Inc .: product name “SPI3800N / SPA400”).
The results are shown in Table 2.

<洗浄性の評価>
研磨速度の評価と同様にして、TEOS−プラズマCVD法で作製した酸化ケイ素膜及び低圧CVD法で作製した窒化ケイ素膜を研磨した後、その各研磨面から試料を抽出し、ICP分析(検出限界は3×10個/cm)により、残留セリウム量(原子数)を評価した。
結果を表2に示す。
<Evaluation of detergency>
Similar to the evaluation of the polishing rate, after polishing the silicon oxide film prepared by TEOS-plasma CVD method and the silicon nitride film prepared by low pressure CVD method, samples were extracted from each polished surface and analyzed by ICP (detection limit) 3 × 10 8 / cm 2 ), the amount of residual cerium (number of atoms) was evaluated.
The results are shown in Table 2.

Figure 2016178099
Figure 2016178099

<まとめ>
表2から明らかなように、本発明のCMP用研磨液101〜118は、比較例のCMP用研磨液119〜125と比較して、酸化ケイ素膜の研磨速度及び酸化ケイ素膜と窒化ケイ素膜との研磨速度比、研磨傷、平坦性並びに洗浄性において優れていた。
以上から、コア・シェル構造を有する粒子であり、コア層には、Al、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、In、Sn、Y、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、W、Bi、Th及びアルカリ土類金属から選ばれる少なくとも1種の元素の酸化物が含有され、かつ、シェル層には、酸化セリウムが含有されている研磨材粒子を用いたCMP用研磨液が、研磨傷やディッシングを抑制し、より高い研磨速度及び洗浄性を得ることに有用であることがわかる。
<Summary>
As is apparent from Table 2, the polishing liquids 101 to 118 for CMP of the present invention were compared with the polishing liquids for polishing CMP 119 to 125 of the comparative example and the polishing rate of the silicon oxide film and the silicon oxide film and the silicon nitride film. The polishing rate ratio, polishing scratches, flatness and cleanability were excellent.
From the above, particles having a core-shell structure, and the core layer includes Al, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, In, Sn, The shell layer contains an oxide of at least one element selected from Y, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, W, Bi, Th, and an alkaline earth metal, It can be seen that the CMP polishing liquid using abrasive particles containing cerium oxide is useful for suppressing polishing scratches and dishing and obtaining a higher polishing rate and cleaning performance.

2 コア層
4 シェル層
6 中間層
8 複合層
10,20 研磨材粒子
2 Core layer 4 Shell layer 6 Intermediate layer 8 Composite layers 10 and 20 Abrasive particles

Claims (3)

研磨材、分散剤及び水を含む研磨材スラリーと、カルボン酸又はカルボン酸塩基を有する水溶性有機高分子を含む添加剤、無機酸又は無機酸塩及び水を含む添加液とを研磨時に混合して被研磨膜の研磨に用いる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が、コア・シェル構造を有する粒子であり、
コア層には、アルミニウム(Al)、スカンジウム(Sc)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、ジルコニウム(Zr)、インジウム(In)、スズ(Sn)、イットリウム(Y)、ガトリニウム(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種の元素の酸化物が含有され、かつ、
シェル層には、酸化セリウムが含有されていることを特徴とするCMP用研磨液。
An abrasive slurry containing an abrasive, a dispersant and water, and an additive containing a carboxylic acid or a water-soluble organic polymer having a carboxylate group, an inorganic acid or an inorganic acid salt and water are mixed during polishing. A CMP polishing liquid used for polishing a film to be polished,
The abrasive particles used for the abrasive are particles having a core / shell structure,
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), gatrinium (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
A polishing slurry for CMP, wherein the shell layer contains cerium oxide.
前記CMP用研磨液の25℃におけるpHが3〜6の範囲内であり、かつ、カルボン酸基又はカルボン酸塩基を有する水溶性有機高分子の合計濃度が研磨液全質量の0.01〜0.5質量%の範囲内であることを特徴とする請求項1に記載のCMP用研磨液。   The CMP polishing liquid has a pH of 3 to 6 at 25 ° C., and the total concentration of the water-soluble organic polymer having a carboxylic acid group or a carboxylic acid group is 0.01 to 0 based on the total mass of the polishing liquid. The polishing liquid for CMP according to claim 1, wherein the polishing liquid is in the range of 0.5 mass%. 前記コア層と前記シェル層との間に中間層を更に備え、かつ、
前記中間層には、アルミニウム(Al)、スカンジウム(Sc)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、ジルコニウム(Zr)、インジウム(In)、スズ(Sn)、イットリウム(Y)、ガトリニウム(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種の元素の酸化物と、酸化セリウムとが含有されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のCMP用研磨液。
Further comprising an intermediate layer between the core layer and the shell layer; and
The intermediate layer includes aluminum (Al), scandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), and nickel (Ni). , Copper (Cu), zinc (Zn), gallium (Ga), germanium (Ge), zirconium (Zr), indium (In), tin (Sn), yttrium (Y), gatrinium (Gd), terbium (Tb) , Dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb), lutetium (Lu), tungsten (W), bismuth (Bi), thorium (Th) and alkaline earth metals The oxide of at least 1 sort (s) chosen from these, and cerium oxide are contained, The claim 1 or Claim characterized by the above-mentioned CMP polishing slurry according to 2.
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