JP2023038579A - Chemical mechanical polishing particles - Google Patents

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Masaki Inoue
孝直 盛池
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初樹 杉原
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Abstract

To provide chemical mechanical polishing particles capable of improving the polishing rate of a silicon oxide film and reducing scratches, and a polishing liquid composition using the same, a polishing method, and a method for manufacturing a semiconductor substrate.SOLUTION: Chemical mechanical polishing particles according to an embodiment are cluster-type cerium oxide particles in which cerium oxide particles are associated, and satisfy the following conditions 1 to 4. The condition 1: Average primary particle size by BET method is 10 nm or more and 50 nm or less. The condition 2: Average particle size measured by image analysis method is 100 nm or more and 300 nm or less. The condition 3: Average sphericity measured by image analysis method is 0.76 or more. The condition 4: Average density is 6.5 g/cm3 or more.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本開示は、化学機械研磨用粒子並びに当該化学機械研磨用粒子を含む研磨液組成物、これを用いた半導体基板の製造方法及び基板の研磨方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present disclosure relates to chemical mechanical polishing particles, a polishing composition containing the chemical mechanical polishing particles, a semiconductor substrate manufacturing method using the same, and a substrate polishing method.

化学機械研磨(CMP)技術とは、加工しようとする被研磨基板の表面と研磨パッドとを接触させた状態で研磨液をこれらの接触部位に供給しつつ被研磨基板及び研磨パッドを相対的に移動させることにより、被研磨基板の表面凹凸部分を化学的に反応させると共に機械的に除去して平坦化させる技術である。 A chemical mechanical polishing (CMP) technique is a technique in which the surface of a substrate to be polished and a polishing pad are brought into contact with each other, and a polishing liquid is supplied to the contact area between the substrate and the polishing pad. This is a technique for chemically reacting uneven portions on the surface of the substrate to be polished and mechanically removing and flattening the substrate by moving the substrate.

現在では、半導体素子の製造工程における、層間絶縁膜の平坦化、シャロートレンチ素子分離構造の形成、プラグ及び埋め込み金属配線の形成等を行う際には、このCMP技術が必須の技術となっている。近年、半導体素子の多層化、高精細化が飛躍的に進み、半導体素子の歩留まり及びスループット(収量)の更なる向上が要求されるようになってきている。それに伴い、CMP工程に関しても、研磨傷(スクラッチ)フリーで且つより高速な研磨が望まれるようになってきている。 At present, this CMP technology is essential for the planarization of interlayer insulating films, the formation of shallow trench isolation structures, the formation of plugs and embedded metal wiring, etc. in the manufacturing process of semiconductor devices. . 2. Description of the Related Art In recent years, the number of layers of semiconductor elements and the increase in definition thereof have progressed dramatically, and there has been a demand for further improvement in the yield and throughput of semiconductor elements. Accordingly, in the CMP process as well, there is a growing demand for scratch-free polishing at a higher speed.

特に先端ロジック分野では、スクラッチの低減が重要な課題であり、研磨剤の改良も進んでいる。例えば研磨粒子として酸化セリウム(セリア)を用いた場合、スクラッチを低減させるためには、研磨粒子の粒子径を小さくすることが一般的に知られているが、粒子径を小さくすると、研磨速度が顕著に低下し、生産性が大幅に悪化するという問題がある。 Especially in the field of advanced logic, the reduction of scratches is an important issue, and the improvement of abrasives is also progressing. For example, when cerium oxide (ceria) is used as the abrasive particles, it is generally known to reduce the particle diameter of the abrasive particles in order to reduce scratches. There is a problem that the productivity drops significantly and the productivity deteriorates significantly.

そこで、例えば、特許文献1では、高研磨速度と良好な表面仕上げを両立する手段として、80~199nmの範囲内の二次粒度分布および少なくとも6.6g/cm3の密度を有する酸化セリウムを含む微粒子材料が提案されている。同文献の請求項11には、前記微粒子材料が1.28以下の真円度であることが記載されている。
特許文献2では、高研磨速度とスクラッチ低減とを両立する手段として、非晶質シリカ粒子上に、平均一次径が5nm以上40nm以下の結晶質セリアが配置された、酸化珪素膜用研磨用粒子が提案されている。
Therefore, for example, in Patent Document 1, cerium oxide having a secondary particle size distribution within the range of 80 to 199 nm and a density of at least 6.6 g/cm 3 is included as a means for achieving both a high polishing rate and a good surface finish. Particulate materials have been proposed. Claim 11 of the same document states that the particulate material has a circularity of 1.28 or less.
In Patent Document 2, as a means for achieving both a high polishing rate and a reduction in scratches, polishing particles for silicon oxide films in which crystalline ceria having an average primary diameter of 5 nm or more and 40 nm or less are arranged on amorphous silica particles. is proposed.

特表2011-511751公報Special table 2011-511751 publication 特開2016-127139公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-127139

近年の半導体分野においては高集積化が進んでおり、配線の複雑化や微細化が求められている。研磨用粒子として用いられる酸化セリウム粒子としては、例えば、炭酸セリウムや硝酸セリウムなどのセリウム化合物を焼成、粉砕して得られる、形状や大きさが様々な酸化セリウム粒子(以下、「不定形酸化セリウム」ともいう)が広く使用されている。しかし、不定形酸化セリウム等の研磨砥粒を用いた研磨では、多くのエッジを有する構造であることから、スクラッチを低減させることが課題であった。そのため、酸化セリウム粒子の粒径を小さくすることでスクラッチの低減を図っているが、この場合、研磨速度が低下する問題があり、酸化珪素膜の研磨速度の向上が要求されている。
また、特許文献2のような粒子はシリカを含むため、乾燥後、研磨装置の周囲に固着しやすいことが問題になることがあり、再分散性の向上が望まれている。
2. Description of the Related Art In recent years, the field of semiconductors has progressed toward higher integration, and wiring has been required to become more complicated and finer. Cerium oxide particles used as polishing particles include, for example, cerium oxide particles of various shapes and sizes obtained by firing and pulverizing cerium compounds such as cerium carbonate and cerium nitrate (hereinafter referred to as "amorphous cerium oxide ”) are widely used. However, in polishing using abrasive grains such as amorphous cerium oxide, since the structure has many edges, it has been a problem to reduce scratches. For this reason, attempts have been made to reduce the number of scratches by reducing the particle size of the cerium oxide particles.
In addition, since particles such as those disclosed in Patent Document 2 contain silica, they tend to stick to the periphery of a polishing apparatus after drying, which can be a problem.

本開示は、酸化珪素膜の研磨速度の向上とスクラッチ低減とを両立できる化学機械研磨用粒子、並びに、当該化学機械研磨用粒子を含む研磨液組成物、これを用いた研磨方法及び半導体基板の製造方法を提供する。 The present disclosure provides chemical mechanical polishing particles capable of simultaneously improving the polishing rate of a silicon oxide film and reducing scratches, a polishing liquid composition containing the chemical mechanical polishing particles, a polishing method using the same, and a semiconductor substrate. A manufacturing method is provided.

本開示は、一態様において、化学機械研磨用粒子であって、前記化学機械研磨用粒子は、酸化セリウム粒子が会合したクラスター型酸化セリウム粒子であり、下記条件1~4を満たす、化学機械研磨用粒子に関する。
条件1:BET法による平均一次粒子径が10nm以上50nm以下
条件2:画像解析法により測定された平均粒子径が100nm以上300nm以下
条件3:画像解析法により測定された平均真球度が0.76以上
条件4:平均密度が6.5g/cm3以上
In one aspect, the present disclosure relates to chemical mechanical polishing particles, wherein the chemical mechanical polishing particles are cluster-type cerium oxide particles in which cerium oxide particles are associated, and satisfy conditions 1 to 4 below. for particles.
Condition 1: Average primary particle diameter measured by BET method is 10 nm to 50 nm Condition 2: Average particle diameter measured by image analysis is 100 nm to 300 nm Condition 3: Average sphericity measured by image analysis is 0. 76 or more Condition 4: Average density of 6.5 g/cm 3 or more

本開示は、一態様において、本開示の化学機械研磨用粒子及び水系媒体を含む、研磨液組成物に関する。 The present disclosure, in one aspect, relates to a polishing composition comprising the chemical mechanical polishing particles of the present disclosure and an aqueous medium.

本開示は、一態様において、本開示の研磨液組成物を用いて被研磨膜を研磨する工程を含み、前記被研磨膜は、半導体基板の製造過程で形成される酸化珪素膜である、研磨方法に関する。 In one aspect, the present disclosure includes a step of polishing a film-to-be-polished using the polishing composition of the present disclosure, wherein the film-to-be-polished is a silicon oxide film formed in the process of manufacturing a semiconductor substrate. Regarding the method.

本開示は、一態様において、本開示の記載の研磨液組成物を用いて被研磨膜を研磨する工程を含む、半導体基板の製造方法に関する。 The present disclosure, in one aspect, relates to a method for manufacturing a semiconductor substrate, comprising polishing a film-to-be-polished using the polishing composition described in the present disclosure.

本開示によれば、酸化珪素膜の研磨速度の向上とスクラッチ低減とを両立できる化学機械研磨用粒子、並びに、当該化学機械研磨用粒子を含む研磨液組成物、これを用いた研磨方法及び半導体基板の製造方法を提供できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present disclosure, chemical mechanical polishing particles capable of simultaneously improving the polishing rate of a silicon oxide film and reducing scratches, a polishing liquid composition containing the chemical mechanical polishing particles, a polishing method using the same, and a semiconductor A method for manufacturing a substrate can be provided.

図1は、真球度の測定方法を説明するための概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a method of measuring sphericity. 図2は、化学機械研磨用粒子(A2)の走査型電子顕微鏡(以下「SEM」ともいう)観察写真の一例である。FIG. 2 is an example of a scanning electron microscope (hereinafter also referred to as “SEM”) observation photograph of the chemical mechanical polishing particles (A2).

本開示は、一態様において、所定の条件を満たすクラスター型酸化セリウム粒子を化学機械研磨用粒子として用いることにより、酸化珪素膜の研磨速度の向上とスクラッチ低減とを両立できるという知見に基づく。 In one aspect, the present disclosure is based on the finding that by using cluster-type cerium oxide particles that satisfy predetermined conditions as particles for chemical mechanical polishing, it is possible to both improve the polishing rate of a silicon oxide film and reduce scratches.

すなわち、本開示は、一態様において、化学機械研磨用粒子であって、前記化学機械研磨用粒子は、酸化セリウム粒子が会合したクラスター型酸化セリウム粒子であり、下記条件1~4を満たす、化学機械研磨用粒子(以下、「本開示の化学機械研磨用粒子」ともいう)に関する。
条件1:BET法による平均一次粒子径が10nm以上50nm以下
条件2:画像解析法により測定された平均粒子径が100nm以上300nm以下
条件3:画像解析法により測定された平均真球度が0.76以上
条件4:平均密度が6.5g/cm3以上
本開示の化学機械研磨用粒子によれば、酸化珪素膜の研磨速度の向上とスクラッチ低減とを両立できる。
That is, in one aspect, the present disclosure relates to chemical mechanical polishing particles, wherein the chemical mechanical polishing particles are cluster-type cerium oxide particles in which cerium oxide particles are associated, and satisfy conditions 1 to 4 below. The present invention relates to mechanical polishing particles (hereinafter also referred to as “chemical mechanical polishing particles of the present disclosure”).
Condition 1: Average primary particle diameter measured by BET method is 10 nm to 50 nm Condition 2: Average particle diameter measured by image analysis is 100 nm to 300 nm Condition 3: Average sphericity measured by image analysis is 0. 76 or more Condition 4: Average density of 6.5 g/cm 3 or more According to the chemical mechanical polishing particles of the present disclosure, it is possible to improve both the polishing rate of a silicon oxide film and reduce scratches.

本開示の効果発現のメカニズムの詳細は明らかではないが、以下のように推察される。
酸化珪素膜の研磨粒子には、一般的に、酸化セリウム粒子が使用されている。通常、酸化セリウム粒子中のセリウムは4価であり、まれに酸素(O)が脱落して3価になる。酸化セリウム粒子中の3価のセリウムは、酸化珪素膜のSi-O結合を弱めて、酸化珪素膜が脆弱化し、研磨を促進させると考えられる。酸化珪素膜の研磨用粒子として、現状、不定形酸化セリウム粒子(不定形セリア)が広く使用されている。不定形酸化セリウム粒子は、多くのエッジを有する構造であるのに対して、本開示の化学機械研磨用粒子は、BET法による平均一次粒子径が10~50nmの酸化セリウム粒子が会合したクラスター型酸化セリウム粒子であり、球形状に近しい構造を有する。そのため、本開示の化学機械研磨用粒子を含む研磨液組成物を用いれば、不定形酸化セリウム粒子を含む従来の研磨液組成物を用いる場合よりも、スクラッチの発生が抑制される。
また、通常、研磨用粒子の粒子形状が球状になると、被研磨面との摩擦抵抗の現象により、高い研磨速度を発現しにくい傾向にある。しかし、本開示の化学機械研磨用粒子は、平均一次粒子径が10~50nmの酸化セリウム粒子が会合し、画像解析法により測定された平均粒子径が100~300nmであり、図2に示されるような表面に微細な凹凸を有するクラスター型酸化セリウム粒子である。平均粒子径が100~300nmであるため、表面の微細な凹凸部の被研磨表面への接触点が多くなり、被研磨面との摩擦抵抗が向上並びに酸化珪素膜の脆弱化が促進され、高い研磨速度が発現すると考えられる。さらに、密度が6.5g/cm3以上であるため、被研磨基板との接触時への応力が発生しやすくなり、接触点が小さくとも、高い研磨効率を付与できるものと推測される。
故に、本開示の化学機械研磨用粒子の使用により、被研磨面を高速で研磨することができ、且つ、被研磨面のスクラッチの発生を抑制できると考えられる。
シリカを含む粒子では、シリカと分散剤の相互作用が小さく、乾燥時に分散剤が脱離し、シリカ粒子同士が表面水酸基(シラノール基)を介して強く結合することで、硬い凝集乾燥物が生成した結果、再分散性が悪化すると考えられる。一方、本開示の化学機械研磨用粒子を構成する酸化セリウムはシリカに比べ、分散剤との相互作用が強く、粒子間での結合が抑制されるため、再分散性が向上すると考えられる。
但し、本開示はこれらのメカニズムに限定して解釈されなくてもよい。
Although the details of the mechanism by which the effects of the present disclosure are manifested are not clear, it is speculated as follows.
Cerium oxide particles are generally used as the abrasive particles for the silicon oxide film. Normally, cerium in cerium oxide particles is tetravalent, and in rare cases oxygen (O) is dropped to become trivalent. It is believed that trivalent cerium in the cerium oxide particles weakens the Si—O bond of the silicon oxide film, weakens the silicon oxide film, and promotes polishing. At present, amorphous cerium oxide particles (unshaped ceria) are widely used as particles for polishing silicon oxide films. Amorphous cerium oxide particles have a structure with many edges, whereas the chemical mechanical polishing particles of the present disclosure are cluster-type particles in which cerium oxide particles having an average primary particle diameter of 10 to 50 nm according to the BET method are associated. It is a cerium oxide particle and has a structure close to a spherical shape. Therefore, the use of a polishing composition containing the chemical mechanical polishing particles of the present disclosure suppresses the occurrence of scratches compared to the use of a conventional polishing composition containing amorphous cerium oxide particles.
Moreover, when the particle shape of the polishing particles is spherical, it tends to be difficult to develop a high polishing rate due to the phenomenon of frictional resistance with the surface to be polished. However, in the chemical mechanical polishing particles of the present disclosure, cerium oxide particles having an average primary particle diameter of 10 to 50 nm are associated, and the average particle diameter measured by image analysis is 100 to 300 nm, as shown in FIG. It is a cluster-type cerium oxide particle having fine unevenness on its surface. Since the average particle size is 100 to 300 nm, the number of contact points of the fine irregularities on the surface with the surface to be polished increases, and the frictional resistance with the surface to be polished is improved, and the silicon oxide film becomes fragile. It is considered that the polishing rate is developed. Furthermore, since the density is 6.5 g/cm 3 or more, stress is likely to occur when contacting the substrate to be polished, and it is presumed that high polishing efficiency can be imparted even if the contact point is small.
Therefore, it is believed that the use of the chemical mechanical polishing particles of the present disclosure enables the surface to be polished to be polished at high speed and suppresses the occurrence of scratches on the surface to be polished.
In the particles containing silica, the interaction between the silica and the dispersant is small, the dispersant is detached during drying, and the silica particles are strongly bonded to each other through the surface hydroxyl groups (silanol groups), resulting in the formation of a hard aggregated dried product. As a result, it is considered that the redispersibility deteriorates. On the other hand, cerium oxide, which constitutes the chemical mechanical polishing particles of the present disclosure, has a stronger interaction with the dispersing agent than silica, suppressing bonding between particles, and is thought to improve redispersibility.
However, the present disclosure need not be construed as being limited to these mechanisms.

[化学機械研磨用粒子(成分A)]
本開示の化学機械研磨用粒子は、酸化セリウム粒子が会合したクラスター型酸化セリウム粒子であり、上記条件1~4を満たすものである。
本開示において、クラスター型酸化セリウム粒子とは、少なくとも2個以上の酸化セリウム粒子(一次粒子)が集まった二次凝集体(会合型酸化セリウム粒子)を示す(図2参照)。
[Chemical Mechanical Polishing Particles (Component A)]
The chemical mechanical polishing particles of the present disclosure are cluster-type cerium oxide particles in which cerium oxide particles are associated, and satisfy Conditions 1 to 4 above.
In the present disclosure, cluster-type cerium oxide particles refer to secondary aggregates (associated cerium oxide particles) in which at least two or more cerium oxide particles (primary particles) are aggregated (see FIG. 2).

<平均一次粒子径(条件1)>
本開示において、化学機械研磨用粒子の平均一次粒子径とは、クラスター型酸化セリウム粒子を構成する酸化セリウム粒子(一次粒子)の平均一次粒子径を示す。
本開示の化学機械研磨用粒子の平均一次粒子径は、研磨速度向上とスクラッチ低減とを両立する観点から、10nm以上であって、好ましくは20nm以上、より好ましくは25nm以上、更に好ましくは30nm以上であり、そして、同様の観点から、50nm以下であって、好ましくは45nm以下、より好ましくは40nm以下、更に好ましくは38nm以下である。本開示において、化学機械研磨用粒子の平均一次粒子径は、BET(窒素吸着)法によって算出されるBET比表面積S(m2/g)を用いて算出される。BET比表面積は、実施例に記載の方法により測定できる。
<Average primary particle size (condition 1)>
In the present disclosure, the average primary particle size of the chemical mechanical polishing particles indicates the average primary particle size of the cerium oxide particles (primary particles) that constitute the cluster-type cerium oxide particles.
The average primary particle size of the chemical mechanical polishing particles of the present disclosure is 10 nm or more, preferably 20 nm or more, more preferably 25 nm or more, and still more preferably 30 nm or more, from the viewpoint of achieving both an improvement in polishing rate and a reduction in scratches. and, from the same point of view, it is 50 nm or less, preferably 45 nm or less, more preferably 40 nm or less, and even more preferably 38 nm or less. In the present disclosure, the average primary particle size of the chemical mechanical polishing particles is calculated using the BET specific surface area S (m 2 /g) calculated by the BET (nitrogen adsorption) method. The BET specific surface area can be measured by the method described in Examples.

<BET比表面積>
本開示の化学機械研磨用粒子のBET比表面積は、研磨速度向上とスクラッチ低減とを両立する観点から、好ましくは42m2/g以下、より好ましくは33m2/g以下、更に好ましくは28m2/g以下であり、そして、同様の観点から、好ましくは18m2/g以上、より好ましくは20m2/g以上、更に好ましくは22m2/g以上である。
<BET specific surface area>
The BET specific surface area of the chemical mechanical polishing particles of the present disclosure is preferably 42 m 2 /g or less, more preferably 33 m 2 /g or less, still more preferably 28 m 2 / g, from the viewpoint of achieving both an improvement in polishing rate and a reduction in scratches. g or less, and from the same viewpoint, it is preferably 18 m 2 /g or more, more preferably 20 m 2 /g or more, and still more preferably 22 m 2 /g or more.

<平均粒子径(条件2)>
本開示の化学機械研磨用粒子の平均粒子径は、研磨速度向上とスクラッチ低減とを両立する観点から、100nm以上であって、好ましくは110nm以上、より好ましくは120nm以上、更に好ましくは125nm以上であり、そして、同様の観点から、300nm以下であって、好ましくは250nm以下、より好ましくは200nm以下、更に好ましくは150nm以下である。
本開示において、化学機械研磨用粒子の平均粒子径は、画像解析法により測定される値であり、実施例に記載する方法で測定される値である。
<Average particle size (condition 2)>
The average particle diameter of the chemical mechanical polishing particles of the present disclosure is 100 nm or more, preferably 110 nm or more, more preferably 120 nm or more, and even more preferably 125 nm or more, from the viewpoint of achieving both an improvement in polishing rate and a reduction in scratches. From the same point of view, it is 300 nm or less, preferably 250 nm or less, more preferably 200 nm or less, and even more preferably 150 nm or less.
In the present disclosure, the average particle size of the chemical mechanical polishing particles is a value measured by an image analysis method, which is a value measured by the method described in Examples.

<会合度>
本開示の化学機械研磨用粒子の会合度は、研磨速度向上とスクラッチ低減とを両立する観点から、好ましくは3以上、より好ましくは3.2以上、更に好ましくは3.5以上であり、そして、同様の観点から、好ましくは10以下、より好ましくは8.5以下、更に好ましくは6以下である。
本開示において、化学機械研磨用粒子の会合度とは、化学機械研磨用粒子の形状を表す係数であり、下記式により算出される。
会合度=平均粒子径/平均一次粒子径
本開示の化学機械研磨用粒子の会合度の調整方法としては、反応温度の制御、合成時の酸化セリウム粒子の濃度変更、一次粒子を凝集させる際の凝集剤の濃度変更等が挙げられる。
<Association degree>
The association degree of the chemical mechanical polishing particles of the present disclosure is preferably 3 or more, more preferably 3.2 or more, still more preferably 3.5 or more, from the viewpoint of achieving both improvement in polishing speed and reduction in scratches, and , from the same point of view, it is preferably 10 or less, more preferably 8.5 or less, and still more preferably 6 or less.
In the present disclosure, the association degree of the chemical mechanical polishing particles is a coefficient representing the shape of the chemical mechanical polishing particles and is calculated by the following formula.
Degree of association=average particle size/average primary particle size Methods for adjusting the degree of association of the chemical mechanical polishing particles of the present disclosure include controlling the reaction temperature, changing the concentration of the cerium oxide particles during synthesis, and controlling the concentration of the primary particles during aggregation. Examples include changing the concentration of the flocculant.

<平均真球度(条件3)>
本開示の化学機械研磨用粒子の平均真球度は、研磨速度向上とスクラッチ低減とを両立する観点から、0.76以上であって、好ましくは0.8以上、より好ましくは0.815以上、更に好ましくは0.83以上であり、そして、研磨速度低下抑制の観点から、好ましくは0.95以下、より好ましくは0.925以下、更に好ましくは0.9以下である。
本開示において、化学機械研磨用粒子の平均真球度は、少なくとも100個の化学機械研磨用粒子の真球度の平均値である。化学機械研磨用粒子の真球度は、画像解析法により測定される値であり、例えば、図1に示されるように、SEMによる観察及び画像解析ソフト等を用いて、化学機械研磨用粒子の投影面積Sと投影周囲長Lとを求め、以下の式から算出できる。
真球度=4π×S/(L)2
個々の化学機械研磨用粒子の真球度は、前記平均真球度と同様の範囲が好ましい。
<Average sphericity (Condition 3)>
The average sphericity of the chemical mechanical polishing particles of the present disclosure is 0.76 or more, preferably 0.8 or more, more preferably 0.815 or more, from the viewpoint of achieving both improvement in polishing speed and reduction in scratches. , more preferably 0.83 or more, and from the viewpoint of suppressing a decrease in polishing rate, it is preferably 0.95 or less, more preferably 0.925 or less, and still more preferably 0.9 or less.
In the present disclosure, the average sphericity of the chemical mechanical polishing particles is the average value of the sphericity of at least 100 chemical mechanical polishing particles. The sphericity of the chemical mechanical polishing particles is a value measured by an image analysis method. For example, as shown in FIG. The projected area S and the projected peripheral length L can be obtained and calculated from the following equations.
Sphericality = 4π x S/(L) 2
The sphericity of individual chemical mechanical polishing particles is preferably in the same range as the average sphericity.

<平均密度(条件4)>
本開示の化学機械研磨用粒子の平均密度は、研磨速度向上とスクラッチ低減とを両立する観点から、6.5g/cm3以上であって、好ましくは6.8g/cm3以上、より好ましくは6.9g/cm3以上、更に好ましくは7g/cm3以上であり、そして、同様の観点から、好ましくは7.15g/cm3以下、より好ましくは7.1g/cm3以下、更に好ましくは7.05g/cm3以下である。
本開示において、「密度」は、ガス置換法で測定される値をいう。平均密度は、実施例に記載の方法により測定できる。
<Average Density (Condition 4)>
The average density of the chemical mechanical polishing particles of the present disclosure is 6.5 g/cm 3 or more, preferably 6.8 g/cm 3 or more, more preferably 6.8 g/cm 3 or more, from the viewpoint of achieving both improvement in polishing rate and reduction in scratches. 6.9 g/cm 3 or more, more preferably 7 g/cm 3 or more, and from the same viewpoint, preferably 7.15 g/cm 3 or less, more preferably 7.1 g/cm 3 or less, still more preferably 7.05 g/cm 3 or less.
In the present disclosure, "density" refers to a value measured by a gas replacement method. The average density can be measured by the method described in Examples.

<酸素貯蔵量>
本開示の化学機械研磨用粒子の酸素貯蔵量は、研磨速度向上とスクラッチ低減とを両立する観点から、好ましくは50μmol/g以上、より好ましくは75μmol/g以上、更に好ましくは100μmol/g以上であり、そして、そして、酸化セリウム粒子の長期安定性の観点から、好ましくは500μmol/g以下、より好ましくは250μmol/g以下、更に好ましくは200μmol/g以下である。
本開示において、酸素貯蔵能とは、セリウムイオンの酸化還元に伴い、酸素を吸放出する機能をいい、酸素貯蔵量の数値が大きいほど、酸素貯蔵能に優れ、酸化還元特性が高いと判断できる。
本開示において、酸素貯蔵量は、熱重量示差熱分析装置を用いて測定でき、具体的には実施例に記載の方法により測定できる。化学機械研磨用粒子の酸素貯蔵量は、酸化セリウム粒子の結晶性を制御することにより調整することができる。
<Oxygen storage capacity>
The oxygen storage amount of the chemical mechanical polishing particles of the present disclosure is preferably 50 μmol/g or more, more preferably 75 μmol/g or more, and still more preferably 100 μmol/g or more, from the viewpoint of achieving both improvement in polishing speed and reduction in scratches. Yes, and from the viewpoint of long-term stability of the cerium oxide particles, it is preferably 500 μmol/g or less, more preferably 250 μmol/g or less, and even more preferably 200 μmol/g or less.
In the present disclosure, the oxygen storage capacity refers to the function of absorbing and releasing oxygen along with the oxidation-reduction of cerium ions, and it can be determined that the larger the value of the oxygen storage capacity, the better the oxygen storage capacity and the higher the oxidation-reduction characteristics. .
In the present disclosure, the oxygen storage amount can be measured using a thermogravimetric differential thermal analyzer, specifically by the method described in the Examples. The oxygen storage capacity of the chemical mechanical polishing particles can be adjusted by controlling the crystallinity of the cerium oxide particles.

本開示の化学機械研磨用粒子の表面電位は、粒子の分散安定性と研磨速度向上の両立の観点から、負であることが好ましい。 The surface potential of the chemical mechanical polishing particles of the present disclosure is preferably negative from the viewpoint of achieving both dispersion stability of the particles and improvement of the polishing rate.

本開示の化学機械研磨用粒子の形状は、スクラッチ低減の観点から、略球状であることが好ましい。
本開示の化学機械研磨用粒子は、酸化珪素膜の研磨速度向上の観点から、図2に示されるような、表面に微細な凹凸を有することが好ましい。
From the viewpoint of reducing scratches, the shape of the chemical mechanical polishing particles of the present disclosure is preferably substantially spherical.
From the viewpoint of improving the polishing rate of a silicon oxide film, the chemical mechanical polishing particles of the present disclosure preferably have fine unevenness on the surface as shown in FIG.

<化学機械研磨用粒子の製造方法>
本開示の化学機械研磨用粒子は、例えば、特開2006-82994号公報に記載の方法を参考にして製造することができる。
<Method for producing chemical mechanical polishing particles>
The chemical mechanical polishing particles of the present disclosure can be produced, for example, by referring to the method described in JP-A-2006-82994.

[研磨液組成物]
本開示は、一態様において、本開示の化学機械研磨用粒子及び水系媒体を含む、研磨液組成物(以下、「本開示の研磨液組成物」ともいう)に関する。
[Polishing liquid composition]
In one aspect, the present disclosure relates to a polishing composition (hereinafter also referred to as "polishing composition of the present disclosure") comprising the chemical mechanical polishing particles of the present disclosure and an aqueous medium.

<化学機械研磨用粒子(成分A)>
本開示の研磨液組成物は、上述した本開示の化学機械研磨用粒子(以下、「成分A」ともいう)を含有する。成分Aは、1種類でもよいし、2種以上の組合せであってもよい。
本開示の研磨液組成物中の成分Aの含有量は、研磨速度向上の観点から、好ましくは0.05質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上、更に好ましくは0.2質量%以上であり、そして、スクラッチ低減およびコスト低減の観点から、好ましくは5質量%以下、より好ましくは2.5質量%以下、更に好ましくは1質量%以下である。成分Aが2種以上の組合せである場合、成分Aの含有量はそれらの合計含有量をいう。
<Chemical Mechanical Polishing Particles (Component A)>
The polishing composition of the present disclosure contains the above-described chemical mechanical polishing particles of the present disclosure (hereinafter also referred to as “component A”). Component A may be of one type or a combination of two or more types.
The content of component A in the polishing composition of the present disclosure is preferably 0.05% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more, and still more preferably 0.2% by mass, from the viewpoint of improving the polishing rate. From the viewpoints of scratch reduction and cost reduction, the content is preferably 5% by mass or less, more preferably 2.5% by mass or less, and even more preferably 1% by mass or less. When component A is a combination of two or more, the content of component A refers to their total content.

<水系媒体>
本開示の研磨液組成物に含まれる水系媒体としては、蒸留水、イオン交換水、純水及び超純水等の水、又は、水と溶媒との混合溶媒等が挙げられる。上記溶媒としては、水と混合可能な溶媒(例えば、エタノール等のアルコール)が挙げられる。水系媒体が、水と溶媒との混合溶媒の場合、混合媒体全体に対する水の割合は、本開示の効果が妨げられない範囲であれば特に限定されなくてもよく、経済性の観点から、例えば、95質量%以上が好ましく、98質量%以上がより好ましく、実質的に100質量%が更に好ましい。被研磨基板の表面清浄性の観点から、水系媒体としては、水が好ましく、イオン交換水及び超純水がより好ましく、超純水が更に好ましい。
本開示の研磨液組成物中の水系媒体の含有量は、成分A及び必要に応じて配合される後述する任意成分を除いた残余とすることができる。
<Aqueous medium>
The aqueous medium contained in the polishing composition of the present disclosure includes water such as distilled water, ion-exchanged water, pure water and ultrapure water, or a mixed solvent of water and a solvent. Examples of the solvent include water-miscible solvents (for example, alcohol such as ethanol). When the aqueous medium is a mixed solvent of water and a solvent, the ratio of water to the entire mixed medium may not be particularly limited as long as the effects of the present disclosure are not hindered. , is preferably 95% by mass or more, more preferably 98% by mass or more, and even more preferably substantially 100% by mass. From the viewpoint of surface cleanliness of the substrate to be polished, the aqueous medium is preferably water, more preferably ion-exchanged water or ultrapure water, and still more preferably ultrapure water.
The content of the aqueous medium in the polishing composition of the present disclosure can be the remainder after removing the component A and optional components described later that are blended as necessary.

<アニオン性分散剤(成分B)>
本開示の研磨液組成物は、アニオン性分散剤(以下、「成分B」ともいう)をさらに含むことができる。成分Bは、一又は複数の実施形態において、アニオン性基を有する化合物である。アニオン性基としては、カルボン酸基、スルホン酸基等が挙げられる。これらのアニオン性基は中和された塩の形態をとってもよい。アニオン性基が塩の形態をとる場合の対イオンとしては、金属イオン、アンモニウムイオン、アルキルアンモニウムイオン等が挙げられ、半導体基板の品質向上の観点から、アンモニウムイオンが好ましい。
<Anionic Dispersant (Component B)>
The polishing composition of the present disclosure can further contain an anionic dispersant (hereinafter also referred to as "component B"). Component B, in one or more embodiments, is a compound with anionic groups. Examples of anionic groups include carboxylic acid groups and sulfonic acid groups. These anionic groups may take the form of neutralized salts. When the anionic group takes the form of a salt, counter ions include metal ions, ammonium ions, alkylammonium ions and the like, and ammonium ions are preferred from the viewpoint of improving the quality of the semiconductor substrate.

成分Bとしては、例えば、カルボン酸基又はその塩を有するアニオン性ポリマー(成分B1)、及び、スルホン酸基又はその塩を有するアニオン性縮合物(成分B2)から選ばれる少なくとも1種が挙げられる。 Component B includes, for example, at least one selected from anionic polymers having carboxylic acid groups or salts thereof (component B1) and anionic condensates having sulfonic acid groups or salts thereof (component B2). .

カルボン酸基又はその塩を有するアニオン性ポリマー(成分B1)は、一又は複数の実施形態において、カルボン酸基又はその塩を含むポリマー、及び、カルボン酸基又はその塩とスルホン酸基又はその塩とを含むポリマーから選ばれる少なくとも1種が挙げられ、例えば、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、(メタ)アクリル酸とスチレンスルホン酸との共重合体、(メタ)アクリル酸と2-アクリルアミドプロパンスルホン酸(AMPS)との共重合体、(メタ)アクリル酸とスチレンとの共重合体、(メタ)アクリル酸とアルキル(メタ)アクリレートとの共重合体、(メタ)アクリル酸とポリアルキレングリコール(メタ)アクリレートとの共重合体、これらのアルカリ金属塩、及びこれらのアンモニウム塩から選ばれる少なくとも1種が挙げられ、酸化珪素膜の研磨速度向上とスクラッチ低減とを両立する観点、及び、半導体基板の品質向上の観点から、ポリアクリル酸及びそのアンモニウム塩から選ばれる少なくとも1種が好ましい。
スルホン酸基又はその塩を有するアニオン性縮合物(成分B2)は、一又は複数の実施形態において、スルホン酸基又はその塩を有するホルマリン縮合物が挙げられ、例えば、フェノールスルホン酸(PhS)のホルマリン縮合物、ナフタレンスルホン酸のホルマリン縮合物、ビス(4-ヒドロキシフェニル)スルホン(BisS)とフェノールスルホン酸(PhS)のホルマリン縮合物(BisS/PhS)、pクレゾールとフェノールスルホン酸(PhS)のホルマリン縮合物、ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)スルホン(BSDM)とフェノールスルホン酸(PhS)のホルマリン縮合物、及びフェノール(Ph)とフェノールスルホン酸(PhS)のホルマリン縮合物から選ばれる少なくとも1種が挙げられる。これらの中でも、酸化珪素膜の研磨速度向上とスクラッチ低減とを両立する観点から、ビス(4-ヒドロキシフェニル)スルホン(BisS)とフェノールスルホン酸(PhS)のホルマリン縮合物(BisS/PhS)が好ましい。
An anionic polymer having a carboxylic acid group or a salt thereof (component B1) is, in one or more embodiments, a polymer containing a carboxylic acid group or a salt thereof, and a carboxylic acid group or a salt thereof and a sulfonic acid group or a salt thereof. and at least one selected from polymers containing, for example, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, a copolymer of (meth)acrylic acid and styrenesulfonic acid, (meth)acrylic acid and 2-acrylamidopropanesulfone Copolymer with acid (AMPS), copolymer of (meth)acrylic acid and styrene, copolymer of (meth)acrylic acid and alkyl (meth)acrylate, (meth)acrylic acid and polyalkylene glycol ( At least one selected from a copolymer with meth)acrylate, an alkali metal salt thereof, and an ammonium salt thereof, from the viewpoint of improving both the polishing rate of a silicon oxide film and reducing scratches, and a semiconductor substrate. At least one selected from polyacrylic acid and its ammonium salt is preferable from the viewpoint of improving the quality of.
In one or more embodiments, the anionic condensate (component B2) having a sulfonic acid group or a salt thereof includes a formalin condensate having a sulfonic acid group or a salt thereof, such as phenolsulfonic acid (PhS). formalin condensate, formalin condensate of naphthalenesulfonic acid, formalin condensate of bis(4-hydroxyphenyl)sulfone (BisS) and phenolsulfonic acid (PhS) (BisS/PhS), p-cresol and phenolsulfonic acid (PhS) selected from formalin condensates, formalin condensates of bis(4-hydroxy-3-methylphenyl)sulfone (BSDM) and phenolsulfonic acid (PhS), and formalin condensates of phenol (Ph) and phenolsulfonic acid (PhS) At least 1 type is mentioned. Among these, the formalin condensate (BisS/PhS) of bis(4-hydroxyphenyl)sulfone (BisS) and phenolsulfonic acid (PhS) is preferable from the viewpoint of simultaneously improving the polishing rate of the silicon oxide film and reducing scratches. .

成分Bの重量平均分子量は、粒子の分散安定性の観点から、好ましくは300以上、より好ましくは500以上、更に好ましくは700以上であり、そして、研磨速度低下抑制の観点から、好ましくは1,000,000以下、より好ましくは500,000以下、更に好ましくは100,000以下である。
成分Bがアニオン性ポリマー(成分B1)である場合、成分B1の重量平均分子量は、粒子の分散安定性の観点から、1,000以上が好ましく、5,000以上がより好ましく、10,000以上が更に好ましく、そして、研磨速度低下抑制の観点から、1,000,000以下が好ましく、500,000以下がより好ましく、100,000万以下が更に好ましい。
成分Bがアニオン性縮合物(成分B2)である場合、成分B2の重量平均分子量は、粒子の分散安定性の観点から、300以上が好ましく、500以上がより好ましく、700以上が更に好ましく、そして、研磨速度低下抑制の観点から、20,000以下が好ましく、10,000以下がより好ましく、5,000以下が更に好ましい。
The weight-average molecular weight of component B is preferably 300 or more, more preferably 500 or more, and still more preferably 700 or more from the viewpoint of dispersion stability of particles, and preferably 1,000 or more from the viewpoint of suppressing a decrease in polishing rate. 000,000 or less, more preferably 500,000 or less, and still more preferably 100,000 or less.
When component B is an anionic polymer (component B1), the weight average molecular weight of component B1 is preferably 1,000 or more, more preferably 5,000 or more, and 10,000 or more, from the viewpoint of particle dispersion stability. From the viewpoint of suppressing a decrease in polishing rate, it is preferably 1,000,000 or less, more preferably 500,000 or less, and even more preferably 100,000,000 or less.
When Component B is an anionic condensate (Component B2), the weight average molecular weight of Component B2 is preferably 300 or more, more preferably 500 or more, still more preferably 700 or more, from the viewpoint of dispersion stability of particles, and 20,000 or less is preferable, 10,000 or less is more preferable, and 5,000 or less is still more preferable from the viewpoint of suppressing a decrease in polishing rate.

本開示において成分Bの重量平均分子量は、液体クロマトグラフィー(株式会社日立製作所製、L-6000型高速液体クロマトグラフィー)を使用し、ゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)によって下記条件で測定できる。
<測定条件:成分B1>
検出器:RI
カラム:G4000PWXL+G2500PWXL(東ソー社製)
溶離液:0.2Mリン酸緩衝液/アセトニトリル=9/1(容量比)
カラム温度:40℃
流速:1.0mL/min
標準ポリマー:分子量が既知の単分散ポリエチレングリコール
<測定条件:成分B2>
検出器:RI
カラム:TSKgelGMPWXL+TSKgelGMPWXL(東ソー社製)
溶離液:0.2Mリン酸緩衝液/アセトニトリル=7/3(容量比)
カラム温度:40℃
流速:1.0mL/min
標準ポリマー:分子量が既知の単分散ポリスチレンスルホン酸ナトリウム
In the present disclosure, the weight average molecular weight of component B can be measured under the following conditions by gel permeation chromatography (GPC) using liquid chromatography (L-6000 high performance liquid chromatography manufactured by Hitachi, Ltd.). .
<Measurement conditions: Component B1>
Detector: RI
Column: G4000PWXL + G2500PWXL (manufactured by Tosoh Corporation)
Eluent: 0.2 M phosphate buffer/acetonitrile = 9/1 (volume ratio)
Column temperature: 40°C
Flow rate: 1.0 mL/min
Standard polymer: monodisperse polyethylene glycol with known molecular weight <measurement conditions: component B2>
Detector: RI
Column: TSKgelGMPWXL + TSKgelGMPWXL (manufactured by Tosoh Corporation)
Eluent: 0.2 M phosphate buffer/acetonitrile = 7/3 (volume ratio)
Column temperature: 40°C
Flow rate: 1.0 mL/min
Standard polymer: monodisperse sodium polystyrene sulfonate with known molecular weight

本開示の研磨液組成物が成分Bを含有する場合、本開示の研磨液組成物中の成分Bの含有量は、粒子の分散安定性の観点から、好ましくは0.0001質量%以上、より好ましくは0.0025質量%以上、更により好ましくは0.005質量%以上であり、そして、研磨速度低下抑制の観点から、好ましくは0.1質量%以下、より好ましくは0.05質量%以下、更に好ましくは0.02質量%以下である。成分Bが2種以上の組合せである場合、成分Bの含有量はそれらの合計含有量である。 When the polishing composition of the present disclosure contains component B, the content of component B in the polishing composition of the present disclosure is preferably 0.0001% by mass or more, from the viewpoint of dispersion stability of particles. It is preferably 0.0025% by mass or more, still more preferably 0.005% by mass or more, and from the viewpoint of suppressing a decrease in polishing rate, preferably 0.1% by mass or less, more preferably 0.05% by mass or less. , and more preferably 0.02% by mass or less. When component B is a combination of two or more, the content of component B is their total content.

本開示の研磨液組成物が成分Bを含有する場合、本開示の研磨液組成物における成分Aの含有量と成分Bの含有量との質量比A/Bは、研磨速度低下抑制の観点から、好ましくは5以上、より好ましくは10以上、更により好ましくは25以上であり、そして、粒子の分散安定性の観点から、好ましくは500以下、より好ましくは250以下、更に好ましくは100以下である。 When the polishing composition of the present disclosure contains component B, the mass ratio A/B between the content of component A and the content of component B in the polishing composition of the present disclosure is , preferably 5 or more, more preferably 10 or more, still more preferably 25 or more, and from the viewpoint of the dispersion stability of the particles, preferably 500 or less, more preferably 250 or less, still more preferably 100 or less .

[その他の成分]
本開示の研磨液組成物は、本開示の効果が損なわれない範囲で、その他の成分をさらに配合してなるものであってもよい。その他の成分としては、例えば、pH調整剤、pH緩衝剤、成分B以外の界面活性剤、成分B以外のポリマー、増粘剤、分散剤、防錆剤、防腐剤、塩基性物質、研磨速度向上剤、カウンターイオン等が挙げられる。
本開示の研磨液組成物がその他の成分をさらに含有する場合、本開示の研磨液組成物中のその他の成分の含有量は、研磨速度向上の観点から、0.001質量%以上が好ましく、0.0025質量%以上がより好ましく、0.01質量%以上が更に好ましく、そして、1質量%以下が好ましく、0.5質量%以下がより好ましく、0.1質量%以下が更に好ましい。
[Other ingredients]
The polishing composition of the present disclosure may further contain other components as long as the effects of the present disclosure are not impaired. Other components include, for example, pH adjusters, pH buffers, surfactants other than component B, polymers other than component B, thickeners, dispersants, rust inhibitors, antiseptics, basic substances, and polishing speed. Enhancers, counter ions and the like are included.
When the polishing composition of the present disclosure further contains other components, the content of the other components in the polishing composition of the present disclosure is preferably 0.001% by mass or more from the viewpoint of improving the polishing rate. 0.0025% by mass or more is more preferable, 0.01% by mass or more is still more preferable, and 1% by mass or less is preferable, 0.5% by mass or less is more preferable, and 0.1% by mass or less is even more preferable.

[研磨液組成物の製造方法]
本開示の研磨液組成物は、例えば、成分A及び水系媒体、並びに、所望により上述した任意成分(成分B、その他の成分)を公知の方法で配合する工程を含む製造方法によって製造できる。例えば、本開示の研磨液組成物は、少なくとも成分A及び水系媒体を配合してなるものとすることができる。成分Aが複数種類の化学機械研磨用粒子の組合せである場合、成分Aは、複数種類の化学機械研磨用粒子をそれぞれ配合することにより得ることができる。本開示において「配合する」とは、成分A及び水系媒体、並びに必要に応じて上述した任意成分(成分B、その他の成分)を同時に又は順に混合することを含む。混合する順序は特に限定されない。前記配合は、例えば、ホモミキサー、ホモジナイザー、超音波分散機及び湿式ボールミル等の混合器を用いて行うことができる。本開示の研磨液組成物の製造方法における各成分の配合量は、上述した本開示の研磨液組成物中の各成分の含有量と同じとすることができる。
[Method for producing polishing composition]
The polishing composition of the present disclosure can be produced, for example, by a production method that includes a step of blending component A and an aqueous medium, and optionally the above optional components (component B and other components) by a known method. For example, the polishing composition of the present disclosure can be made by blending at least component A and an aqueous medium. When component A is a combination of multiple types of chemical mechanical polishing particles, component A can be obtained by blending multiple types of chemical mechanical polishing particles. In the present disclosure, "blending" includes mixing component A and an aqueous medium, and optionally the above optional components (component B and other components) simultaneously or in order. The order of mixing is not particularly limited. The blending can be performed using a mixer such as a homomixer, a homogenizer, an ultrasonic disperser, and a wet ball mill. The blending amount of each component in the method for producing the polishing composition of the present disclosure can be the same as the content of each component in the polishing composition of the present disclosure described above.

本開示の研磨液組成物の実施形態は、全ての成分が予め混合された状態で市場に供給される、いわゆる1液型であってもよいし、使用時に混合される、いわゆる2液型であってもよい。2液型の研磨液組成物としては、例えば、成分Aを含む第1液と、成分Bを含む第2液とから構成され、使用時に第1液と第2液とが混合されるものが挙げられる。第1液と第2液との混合は、研磨対象の表面への供給前に行われてもよいし、これらは別々に供給されて被研磨基板の表面上で混合されてもよい。第1液及び第2液はそれぞれ必要に応じて上述した任意成分を含有することができる。 Embodiments of the polishing composition of the present disclosure may be a so-called one-component type in which all components are premixed and supplied to the market, or a so-called two-component type in which they are mixed at the time of use. There may be. The two-part polishing composition is composed of, for example, a first liquid containing a component A and a second liquid containing a component B, and the first liquid and the second liquid are mixed at the time of use. mentioned. The first liquid and the second liquid may be mixed before being supplied to the surface to be polished, or they may be separately supplied and mixed on the surface of the substrate to be polished. The first liquid and the second liquid can each contain the optional components described above as necessary.

本開示の研磨液組成物のpHは、粒子の分散安定性の観点から、3.5以上が好ましく、4以上がより好ましく、4.5以上が更に好ましく、そして、研磨速度向上の観点から、9以下が好ましく、8.5以下がより好ましく、8以下が更に好ましく、8未満が更に好ましく、7以下が更に好ましく、6以下が更に好ましい。同様の観点から、本開示の研磨液組成物のpHは、3.5以上9以下が好ましく、4以上8.5以下がより好ましく、4.5以上8以下が更に好ましく、4.5以上8未満が更に好ましく、4.5以上7以下が更に好ましく、4.5以上6以下が更に好ましい。本開示において、研磨液組成物のpHは、25℃における値であって、pHメータを用いて測定でき、具体的には、実施例に記載の方法で測定できる。 The pH of the polishing composition of the present disclosure is preferably 3.5 or higher, more preferably 4 or higher, and even more preferably 4.5 or higher, from the viewpoint of dispersion stability of particles. 9 or less is preferable, 8.5 or less is more preferable, 8 or less is still more preferable, less than 8 is still more preferable, 7 or less is still more preferable, and 6 or less is even more preferable. From the same viewpoint, the pH of the polishing composition of the present disclosure is preferably 3.5 to 9, more preferably 4 to 8.5, even more preferably 4.5 to 8, and 4.5 to 8. Less than is more preferable, 4.5 or more and 7 or less is still more preferable, and 4.5 or more and 6 or less is still more preferable. In the present disclosure, the pH of the polishing composition is a value at 25° C. and can be measured using a pH meter, specifically by the method described in Examples.

本開示において「研磨液組成物中の各成分の含有量」とは、研磨時、すなわち、研磨液組成物の研磨への使用を開始する時点での前記各成分の含有量をいう。本開示の研磨液組成物は、その安定性が損なわれない範囲で濃縮された状態で保存および供給されてもよい。この場合、製造・輸送コストを低くできる点で好ましい。そしてこの濃縮液は、必要に応じて水で適宜希釈して研磨工程で使用することができる。希釈割合としては5~100倍が好ましい。 In the present disclosure, "the content of each component in the polishing composition" refers to the content of each component at the time of polishing, that is, when the polishing composition is started to be used for polishing. The polishing composition of the present disclosure may be stored and supplied in a concentrated state to the extent that its stability is not impaired. In this case, it is preferable in that manufacturing and transportation costs can be reduced. This concentrated solution can be diluted with water as necessary and used in the polishing process. The dilution ratio is preferably 5 to 100 times.

[被研磨膜]
本開示の研磨液組成物を用いて研磨される被研磨膜としては、例えば、酸化珪素膜が挙げられる。したがって、本開示の研磨液組成物は、酸化珪素膜の研磨を必要とする工程に使用でき、例えば、半導体基板の素子分離構造を形成する工程で行われる酸化珪素膜の研磨、層間絶縁膜を形成する工程で行われる酸化珪素膜の研磨、埋め込み金属配線を形成する工程で行われる酸化珪素膜の研磨、又は、埋め込みキャパシタを形成する工程で行われる酸化珪素膜の研磨、3次元NAND型フラッシュメモリ等の3次元半導体装置の製造工程で行われる酸化珪素膜の研磨等に好適に使用できる。
[Film to be Polished]
Examples of films to be polished that are polished using the polishing composition of the present disclosure include silicon oxide films. Therefore, the polishing composition of the present disclosure can be used in a process that requires polishing of a silicon oxide film. Polishing of a silicon oxide film in a forming process, polishing of a silicon oxide film in a process of forming an embedded metal wiring, or polishing of a silicon oxide film in a process of forming an embedded capacitor, three-dimensional NAND flash It can be suitably used for polishing a silicon oxide film performed in the manufacturing process of three-dimensional semiconductor devices such as memories.

[研磨液キット]
本開示は、その他の態様において、本開示の研磨液組成物を製造するためのキット(以下、「本開示の研磨液キット」ともいう)に関する。
本開示の研磨液キットとしては、例えば、成分A及び水系媒体を含む研磨砥粒分散液と、成分Bを含む添加剤水溶液と、を相互に混合されない状態で含む、研磨液キット(2液型研磨液組成物)が挙げられる。前記研磨砥粒分散液と前記添加剤水溶液とは、使用時に混合され、必要に応じて水系媒体を用いて希釈される。前記研磨砥粒分散液に含まれる水系媒体は、研磨液組成物の調製に使用する水系媒体の全量でもよいし、一部でもよい。前記添加剤水溶液には、研磨液組成物の調製に使用する水系媒体の一部が含まれていてもよい。前記研磨砥粒分散液及び前記添加剤水溶液にはそれぞれ必要に応じて、上述した任意成分(その他の成分)が含まれていてもよい。
本開示の研磨液キットによれば、酸化珪素膜の研磨速度の向上とスクラッチ低減とを両立できる研磨液組成物を得ることができる。
[Polishing liquid kit]
In another aspect, the present disclosure relates to a kit for producing the polishing composition of the present disclosure (hereinafter also referred to as "polishing liquid kit of the present disclosure").
As the polishing liquid kit of the present disclosure, for example, a polishing liquid kit (two-liquid type polishing liquid composition). The abrasive grain dispersion and the additive aqueous solution are mixed at the time of use and diluted with an aqueous medium as necessary. The aqueous medium contained in the abrasive grain dispersion may be the total amount or a part of the aqueous medium used for preparing the polishing composition. The aqueous additive solution may contain a part of the aqueous medium used for preparing the polishing composition. The abrasive grain dispersion and the additive aqueous solution may each contain the optional components (other components) described above, if necessary.
According to the polishing liquid kit of the present disclosure, it is possible to obtain a polishing liquid composition capable of improving the polishing rate of a silicon oxide film while reducing scratches.

[研磨方法]
本開示は、一態様において、本開示の研磨液組成物を用いて被研磨膜を研磨する工程を含み、前記被研磨膜は、半導体基板の製造過程で形成される酸化珪素膜である、研磨方法(以下、「本開示の研磨方法」ともいう)に関する。本開示の研磨方法を使用することにより、酸化珪素膜の研磨速度の向上とスクラッチ低減とを両立可能であるため、品質が向上した半導体基板の生産性を向上できる。本開示の研磨方法における研磨の方法及び条件は、後述する本開示の半導体基板の製造方法と同じようにすることができる。
[Polishing method]
In one aspect, the present disclosure includes a step of polishing a film-to-be-polished using the polishing composition of the present disclosure, wherein the film-to-be-polished is a silicon oxide film formed in the process of manufacturing a semiconductor substrate. The present invention relates to a method (hereinafter also referred to as “polishing method of the present disclosure”). By using the polishing method of the present disclosure, it is possible to improve the polishing speed of a silicon oxide film and reduce scratches, thereby improving the productivity of semiconductor substrates with improved quality. The polishing method and conditions in the polishing method of the present disclosure can be the same as those of the semiconductor substrate manufacturing method of the present disclosure, which will be described later.

[半導体基板の製造方法]
本開示は、一態様において、本開示の研磨液組成物を用いて酸化珪素膜を研磨する工程(研磨工程)を含む、半導体基板の製造方法(以下、「本開示の半導体基板の製造方法」ともいう)に関する。
本開示の半導体基板の製造方法によれば、酸化珪素膜の研磨速度の向上とスクラッチ低減とを両立可能であるため、品質が向上した半導体基板を効率よく製造できる。
[Method for manufacturing semiconductor substrate]
In one aspect of the present disclosure, a method for manufacturing a semiconductor substrate (hereinafter referred to as "method for manufacturing a semiconductor substrate of the present disclosure") includes a step of polishing a silicon oxide film using a polishing composition of the present disclosure (polishing step). Also called).
According to the method for manufacturing a semiconductor substrate of the present disclosure, it is possible to improve the polishing speed of a silicon oxide film and reduce scratches, so that a semiconductor substrate with improved quality can be efficiently manufactured.

本開示の半導体基板の製造方法の一又は複数の実施形態としては、まず、シリコン基板を酸化炉内で酸素に晒すことよりその表面に二酸化シリコン層を成長させ、次いで、当該二酸化シリコン層上に窒化珪素(Si34)膜又はポリシリコン膜等の研磨ストッパ膜を、例えばCVD法(化学気相成長法)にて形成する。次に、シリコン基板と前記シリコン基板の一方の主面側に配置された研磨ストッパ膜とを含む基板、例えば、シリコン基板の二酸化シリコン層上に研磨ストッパ膜が形成された基板に、フォトリソグラフィー技術を用いてトレンチを形成する。次いで、例えば、シランガスと酸素ガスを用いたCVD法により、トレンチ埋め込み用の被研磨膜である酸化珪素(SiO2)膜を形成し、研磨ストッパ膜が被研磨膜(酸化珪素膜)で覆われた被研磨基板を得る。酸化珪素膜の形成により、前記トレンチは酸化珪素膜の酸化珪素で満たされ、研磨ストッパ膜の前記シリコン基板側の面の反対面は酸化珪素膜によって被覆される。このようにして形成された酸化珪素膜のシリコン基板側の面の反対面は、下層の凸凹に対応して形成された段差を有する。次いで、CMP法により、酸化珪素膜を、少なくとも研磨ストッパ膜のシリコン基板側の面の反対面が露出するまで研磨し、より好ましくは、酸化珪素膜の表面と研磨ストッパ膜の表面とが面一になるまで酸化珪素膜を研磨する。本開示の研磨液組成物は、このCMP法による研磨を行う工程に用いることができる。酸化珪素膜の下層の凹凸に対応して形成された凸部の幅は、例えば、0.1μm以上5000μm以下であり、凹部の幅は、例えば、0.1μm以上5000μm以下である。 As one or more embodiments of the method for manufacturing a semiconductor substrate of the present disclosure, first, a silicon substrate is exposed to oxygen in an oxidation furnace to grow a silicon dioxide layer on the surface thereof, and then a silicon dioxide layer is grown on the silicon dioxide layer. A polishing stopper film such as a silicon nitride (Si 3 N 4 ) film or a polysilicon film is formed by, eg, CVD (chemical vapor deposition). Next, a substrate including a silicon substrate and a polishing stopper film disposed on one main surface side of the silicon substrate, for example, a substrate having a polishing stopper film formed on a silicon dioxide layer of a silicon substrate is subjected to a photolithographic technique. is used to form trenches. Next, a silicon oxide (SiO 2 ) film, which is a film to be polished for embedding trenches, is formed by, for example, a CVD method using silane gas and oxygen gas, and the polishing stopper film is covered with the film to be polished (silicon oxide film). A substrate to be polished is obtained. By forming the silicon oxide film, the trench is filled with the silicon oxide of the silicon oxide film, and the surface of the polishing stopper film opposite to the silicon substrate side is covered with the silicon oxide film. The surface of the silicon oxide film thus formed opposite to the surface facing the silicon substrate has steps formed corresponding to the unevenness of the lower layer. Next, the silicon oxide film is polished by a CMP method until at least the surface of the polishing stopper film opposite to the silicon substrate side is exposed, and more preferably, the surface of the silicon oxide film and the surface of the polishing stopper film are flush with each other. Polish the silicon oxide film until it becomes The polishing liquid composition of the present disclosure can be used in this step of polishing by the CMP method. The width of the protrusion formed corresponding to the unevenness of the lower layer of the silicon oxide film is, for example, 0.1 μm or more and 5000 μm or less, and the width of the recess is, for example, 0.1 μm or more and 5000 μm or less.

CMP法による研磨では、被研磨基板の表面と研磨パッドとを接触させた状態で、本開示の研磨液組成物をこれらの接触部位に供給しつつ被研磨基板及び研磨パッドを相対的に移動させることにより、被研磨基板の表面の凹凸部分を平坦化させる。
なお、本開示の半導体基板の製造方法において、シリコン基板の二酸化シリコン層と研磨ストッパ膜との間に他の絶縁膜が形成されていてもよいし、被研磨膜(例えば、酸化珪素膜)と研磨ストッパ膜(例えば、窒化珪素膜)との間に他の絶縁膜が形成されていてもよい。
In the CMP method, while the surface of the substrate to be polished and the polishing pad are in contact with each other, the substrate to be polished and the polishing pad are relatively moved while supplying the polishing liquid composition of the present disclosure to the contact area. As a result, uneven portions on the surface of the substrate to be polished are flattened.
In the method of manufacturing a semiconductor substrate according to the present disclosure, another insulating film may be formed between the silicon dioxide layer of the silicon substrate and the polishing stopper film. Another insulating film may be formed between the polishing stopper film (for example, silicon nitride film).

前記研磨工程において、研磨パッドの回転数は、例えば、30~200rpm/分、被研磨基板の回転数は、例えば、30~200rpm/分、研磨パッドを備えた研磨装置に設定される研磨荷重は、例えば、20~500g重/cm2、研磨液組成物の供給速度は、例えば、10~500mL/分以下に設定できる。研磨液組成物が2液型研磨液組成物の場合、第1液及び第2液のそれぞれの供給速度(又は供給量)を調整することで、被研磨膜及び研磨ストッパ膜のそれぞれの研磨速度や、被研磨膜と研磨ストッパ膜との研磨速度比(研磨選択性)を調整できる。 In the polishing step, the number of revolutions of the polishing pad is, for example, 30 to 200 rpm/min, the number of revolutions of the substrate to be polished is, for example, 30 to 200 rpm/min, and the polishing load set to the polishing apparatus equipped with the polishing pad is , for example, 20 to 500 g weight/cm 2 , and the supply rate of the polishing composition can be set, for example, to 10 to 500 mL/min or less. When the polishing liquid composition is a two-component polishing liquid composition, the respective polishing speeds of the film-to-be-polished and the polishing stopper film can be adjusted by adjusting the supply speed (or supply amount) of each of the first and second liquids. Also, the polishing rate ratio (polishing selectivity) between the film to be polished and the polishing stopper film can be adjusted.

前記研磨工程において、被研磨膜(酸化珪素膜)の研磨速度は、生産性向上の観点から、50nm/分以上が好ましく、80nm/分以上がより好ましく、90nm/分以上が更に好ましい。 In the polishing step, the polishing rate of the film to be polished (silicon oxide film) is preferably 50 nm/min or more, more preferably 80 nm/min or more, and even more preferably 90 nm/min or more, from the viewpoint of improving productivity.

以下、実施例により本開示を説明するが、本開示はこれに限定されるものではない。 EXAMPLES The present disclosure will be described below with reference to Examples, but the present disclosure is not limited thereto.

1.各パラメータの測定方法
(1)研磨液組成物のpH
研磨液組成物の25℃におけるpH値は、pHメータ(東亜電波工業社製、「HM-30G」)を用いて測定した値であり、pHメータの電極を研磨液組成物へ浸漬して1分後の数値である。
1. Measurement method of each parameter (1) pH of polishing composition
The pH value of the polishing composition at 25° C. is a value measured using a pH meter (“HM-30G” manufactured by Toa Denpa Kogyo Co., Ltd.). It is the number after minutes.

(2)化学機械研磨用粒子の平均一次粒径
化学機械研磨用粒子の平均一次粒径(nm)は、下記BET(窒素吸着)法によって得られる比表面積S(m2/g)を用い、酸化セリウム粒子の真密度を7.2g/cm3として算出した。
なお、化学機械研磨用粒子A-5の表面には酸化珪素粒子上に酸化セリウムが均一に存在しているという過程で、酸化セリウム粒子の理論密度を用いて計算した。
(2) Average Primary Particle Size of Chemical Mechanical Polishing Particles The average primary particle size (nm) of the chemical mechanical polishing particles is determined using the specific surface area S (m 2 /g) obtained by the BET (nitrogen adsorption) method described below. The true density of the cerium oxide particles was calculated as 7.2 g/cm 3 .
The theoretical density of the cerium oxide particles was used for the calculation in the process that cerium oxide was uniformly present on the silicon oxide particles on the surface of the chemical mechanical polishing particles A-5.

(3)化学機械研磨用粒子のBET比表面積
化学機械研磨用粒子の比表面積は、全自動比表面積測定装置(Macsorb HM model-1201、マウンテック社製)を用いて窒素吸着法(BET法)により測定した。前処理処理として、化学機械研磨用粒子を、650℃で1時間熱風乾燥した後、メノウ乳鉢で細かく粉砕しサンプル作成した。その後、サンプルをガラスセルに投入し、装置にセットし、測定直前に窒素雰囲気下、300℃、45分間乾燥した後、BET比表面積の測定を実施した。
(3) BET Specific Surface Area of Chemical Mechanical Polishing Particles The specific surface area of the chemical mechanical polishing particles is determined by the nitrogen adsorption method (BET method) using a fully automatic specific surface area measuring device (Macsorb HM model-1201, manufactured by Mountec). It was measured. As a pretreatment, the chemical mechanical polishing particles were dried with hot air at 650° C. for 1 hour, and then finely pulverized in an agate mortar to prepare a sample. After that, the sample was placed in a glass cell, set in an apparatus, dried in a nitrogen atmosphere at 300° C. for 45 minutes immediately before measurement, and then measured for BET specific surface area.

(4)化学機械研磨用粒子の平均粒子径
化学機械研磨用粒子の平均粒子径は、化学機械研磨用粒子を、走査型電子顕微鏡(SEM)商品名「S-4800」(10kV、10~15万倍、日立ハイテク社製)により当該製造業者が添付した説明書に従って資料を観察し、SEM像を撮影する。このデータを解析ソフト「WinROOF 2015」(販売元:三谷商事)を用いて識別可能な個々の化学機械研磨用粒子の円相当径を求め、100個以上の円相当径を求め、それを平均粒径として算出した。
(4) Average particle size of chemical mechanical polishing particles 10,000 times, manufactured by Hitachi High-Tech), the material is observed according to the instructions attached by the manufacturer, and the SEM image is taken. Using this data analysis software "WinROOF 2015" (sold by Mitani Shoji Co., Ltd.), the equivalent circle diameter of each chemical mechanical polishing particle that can be identified was determined, and the equivalent circle diameter of 100 or more particles was determined. Calculated as diameter.

(5)化学機械研磨用粒子の会合度
化学機械研磨用粒子の会合度は、下記式を用いることにより算出した。
会合度=平均粒子径/平均一次粒子径
(5) Degree of Association of Particles for Chemical Mechanical Polishing The degree of association of the particles for chemical mechanical polishing was calculated using the following formula.
Degree of association = average particle size/average primary particle size

(6)化学機械研磨用粒子の平均真球度
化学機械研磨用粒子の平均真球度は、化学機械研磨用粒子を、走査型電子顕微鏡(SEM)商品名「S-4800」(10kV、10~15万倍、日立ハイテク社製)により当該製造業者が添付した説明書に従って資料を観察し、SEM像を撮影する。このデータを解析ソフト「WinROOF 2015」(販売元:三谷商事)を用いて識別可能な粒子一個の投影面積(S)と当該粒子の周長(L)を下記の式を用いることで真球度を算出した。なお、下記表1の数値は、100個の化学機械研磨用粒子の真球度を求めた後、これらの平均値を算出したものである。
・真球度=4π×S/(L)2
(6) Average sphericity of chemical mechanical polishing particles 150,000 times (manufactured by Hitachi High-Tech Co., Ltd.), the material is observed according to the instructions attached by the manufacturer, and an SEM image is taken. Using the analysis software "WinROOF 2015" (sold by Mitani Shoji Co., Ltd.), the projected area (S) of each particle that can be identified and the circumference (L) of the particle can be calculated using the following formula. was calculated. The numerical values in Table 1 below are obtained by calculating the average value of the sphericity of 100 chemical mechanical polishing particles.
・Sphericality = 4π x S/(L) 2

(7)化学機械研磨用粒子の酸素貯蔵量
化学機械研磨用粒子の酸素貯蔵量は、熱重量示差熱分析装置(Thermo plus TG8110、Rigaku製)により、下記に示す方法により測定した。
化学機械研磨用粒子分散液を600℃で3時間熱風乾燥した後、メノウ乳鉢で細かく粉砕した。その後、化学機械研磨用粒子をPtパンに入れ、装置にセットした。窒素:水素=1:1のガスを装置内に充填し、室温から800℃まで昇温し、化学機械研磨用粒子の還元を実施した。800℃に保持したまま、系内を窒素置換し、30分保持した。次いで、酸素:窒素=1:9のガスにて化学機械研磨用粒子を酸化させた。この際に化学機械研磨用粒子が吸収する酸素量を用い、酸素貯蔵量(μmol/g)を算出した。
(7) Oxygen Storage Amount of Chemical Mechanical Polishing Particles The oxygen storage amount of the chemical mechanical polishing particles was measured by the following method using a thermogravimetric differential thermal analyzer (Thermo plus TG8110, manufactured by Rigaku).
After the chemical mechanical polishing particle dispersion was dried with hot air at 600° C. for 3 hours, it was finely pulverized in an agate mortar. After that, the chemical mechanical polishing particles were placed in a Pt pan and set in the apparatus. A gas of nitrogen:hydrogen=1:1 was filled in the apparatus, and the temperature was raised from room temperature to 800° C. to reduce the chemical mechanical polishing particles. While maintaining the temperature at 800° C., the inside of the system was replaced with nitrogen and maintained for 30 minutes. Then, the chemical mechanical polishing particles were oxidized with a gas of oxygen:nitrogen=1:9. At this time, the amount of oxygen absorbed by the chemical mechanical polishing particles was used to calculate the oxygen storage amount (μmol/g).

(8)化学機械研磨用粒子の平均密度
化学機械研磨用粒子の平均密度は、全自動真密度測定装置(Macpycno MP-310、マウンテック社製)により測定した。前処理処理として、化学機械研磨用粒子を、650℃で1時間熱風乾燥した後、メノウ乳鉢で細かく粉砕しサンプル作成した。その後、サンプルを試料ポッドに投入し、Heガスを用い、平均密度の測定を実施した。
(8) Average Density of Chemical Mechanical Polishing Particles The average density of the chemical mechanical polishing particles was measured using a fully automatic true density measuring device (Macpycno MP-310, manufactured by Mountec). As a pretreatment, the chemical mechanical polishing particles were dried with hot air at 650° C. for 1 hour, and then finely pulverized in an agate mortar to prepare a sample. After that, the sample was put into a sample pod, and the average density was measured using He gas.

2.研磨液組成物の調製(実施例1~10及び比較例1~3)
化学機械研磨用粒子(表1及び表3に示す成分A、非成分A)、分散剤(表2及び表3に示す成分B)及び水を混合して実施例1~10及び比較例1~3の研磨液組成物を得た。各研磨液組成物中の各成分の含有量は、表3に示すとおりである。水の含有量は、成分A又は非成分Aと成分Bとを除いた残余である。pH調整はアンモニアもしくは硝酸を用いて実施した。
2. Preparation of polishing composition (Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 3)
Chemical mechanical polishing particles (component A and non-component A shown in Tables 1 and 3), dispersant (component B shown in Tables 2 and 3) and water were mixed to obtain Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 1. No. 3 polishing composition was obtained. The content of each component in each polishing composition is as shown in Table 3. The water content is the remainder after component A or non-component A and component B are removed. pH adjustments were performed using ammonia or nitric acid.

実施例1~10及び比較例1~3の研磨液組成物の調製に用いた成分A、非成分A及び成分Bの詳細は表1、表2及び下記に示すとおりである。
(成分A)
A1:クラスター型酸化セリウム粒子[BET比表面積:32.0m2/g]
A2:クラスター型酸化セリウム粒子[BET比表面積:23.9m2/g]
成分A1及びA2は、セリウム塩を加水分解して核セリアを生成させ、核セリアの存在下で別途用意したセリウム塩を加水分解して核セリアを成長させることにより得たものである。また、成分A2のSEM観察写真を図2に示した。
(非成分A)
A3:不定形セリア[BET比表面積:21.5m2/g]
A4:コロイダルセリア[BET比表面積:10.0m2/g]
A5:シリカ粒子上に酸化セリウム粒子を被覆させた複合粒子[BET比表面積:23.8m2/g]
(成分B)
B1:ポリアクリル酸アンモニウム
B2:BisS/PhSホルマリン縮合物[ビス(4-ヒドロキシフェニル)スルホンとフェノールスルホン酸のホルマリン縮合物、モル比(BisS/PhS):80/20]
The details of Component A, Non-Component A and Component B used in the preparation of the polishing compositions of Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 3 are shown in Tables 1 and 2 and below.
(Component A)
A1: Cluster-type cerium oxide particles [BET specific surface area: 32.0 m 2 /g]
A2: Cluster-type cerium oxide particles [BET specific surface area: 23.9 m 2 /g]
Components A1 and A2 were obtained by hydrolyzing a cerium salt to produce core ceria, and hydrolyzing a separately prepared cerium salt in the presence of the core ceria to grow the core ceria. In addition, FIG. 2 shows an SEM observation photograph of component A2.
(Non-component A)
A3: Amorphous ceria [BET specific surface area: 21.5 m 2 /g]
A4: Colloidal ceria [BET specific surface area: 10.0 m 2 /g]
A5: Composite particles in which cerium oxide particles are coated on silica particles [BET specific surface area: 23.8 m 2 /g]
(Component B)
B1: Ammonium polyacrylate B2: BisS/PhS formalin condensate [formalin condensate of bis(4-hydroxyphenyl) sulfone and phenolsulfonic acid, molar ratio (BisS/PhS): 80/20]

Figure 2023038579000002
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Figure 2023038579000003
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3.研磨液組成物(実施例1~10及び比較例1~3)の評価
(1)試験片(ブランケット基板)の作製
シリコンウェーハの片面に、TEOS-プラズマCVD法で厚さ2000nmの酸化珪素膜(ブランケット膜)を形成したものから、40mm×40mmの正方形片を切り出し、酸化珪素膜試験片(ブランケット基板)を得た。
3. Evaluation of polishing composition (Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 3) (1) Preparation of test piece (blanket substrate) On one side of a silicon wafer, a 2000 nm thick silicon oxide film ( A 40 mm×40 mm square piece was cut from the substrate on which the blanket film) was formed to obtain a silicon oxide film test piece (blanket substrate).

(2)酸化珪素膜の研磨速度
実施例1~10及び比較例1~3の各研磨液組成物を用いて、下記研磨条件で上記試験片(酸化珪素膜のブランケット基板)を研磨した。
<研磨条件>
研磨装置:片面研磨機[TriboLab CMP、Bruker社製]
研磨パッド:硬質ウレタンパッド「IC-1000/Suba400、ニッタ・デュポン社製]
定盤回転数:100rpm
ヘッド回転数:107rpm
研磨荷重:300g重/cm2
研磨液供給量:50mL/分
研磨時間:1分間
研磨前及び研磨後において、光干渉式膜厚測定装置(VM-1230、SCREENセミコンダクターソリューションズ社製)を用いて、酸化珪素膜の膜厚を測定した。
酸化珪素膜(被研磨膜)の研磨速度は下記式により算出した。結果を表3に示した。
酸化珪素膜の研磨速度(Å/分)
=[研磨前の酸化珪素膜厚さ(Å)-研磨後の酸化珪素膜厚さ(Å)]/研磨時間(分)
(2) Polishing Rate of Silicon Oxide Film Using the polishing liquid compositions of Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 3, the test pieces (blanket substrates of silicon oxide films) were polished under the following polishing conditions.
<Polishing conditions>
Polishing device: Single-sided polishing machine [TriboLab CMP, manufactured by Bruker]
Polishing pad: hard urethane pad "IC-1000/Suba400, manufactured by Nitta Dupont"
Surface plate rotation speed: 100 rpm
Head rotation speed: 107 rpm
Polishing load: 300g weight/cm 2
Polishing liquid supply rate: 50 mL/min Polishing time: 1 minute Before and after polishing, the film thickness of the silicon oxide film was measured using an optical interference film thickness measuring device (VM-1230, manufactured by SCREEN Semiconductor Solutions Co., Ltd.). bottom.
The polishing rate of the silicon oxide film (film to be polished) was calculated by the following formula. Table 3 shows the results.
Polishing rate of silicon oxide film (Å/min)
= [silicon oxide film thickness before polishing (Å) - silicon oxide film thickness after polishing (Å)]/polishing time (minutes)

(3)スクラッチの測定方法
研磨後、洗浄および乾燥した、酸化珪素膜のブランケット基板を平坦基板に貼り付け、マクロ欠陥装置(Micro-MAX VMX-3100、Mipox社製)により測定した。基板をマクロ欠陥装置にセット後、光源を照射し、倍率20倍、チルト角-5°の条件にて計測した。結果を表3に示した。尚、本開示において、「スクラッチ」とは、マクロ欠陥装置により検出される長さが1μm以上の傷を指す。
(3) Scratch Measurement Method After polishing, a cleaned and dried silicon oxide film blanket substrate was attached to a flat substrate, and the scratches were measured using a macro defect apparatus (Micro-MAX VMX-3100, manufactured by Mipox). After setting the substrate in the macro defect apparatus, it was irradiated with a light source and measured at a magnification of 20 and a tilt angle of -5°. Table 3 shows the results. In the present disclosure, "scratches" refer to flaws with a length of 1 μm or more that are detected by a macrodefect device.

(4)再分散性の評価方法
研磨液組成物の再分散性は、乾燥前後の化学機械研磨用粒子の粒子径を、ディスク遠心式粒子径分布測定装置(CPS DC24000UHR、CPS Instrument社製)により下記測定条件にて測定した。具体的には、下記条件にて作成した研磨液組成物の、ディスク遠心式粒子径分布測定装置により得られる重量換算での粒度分布において小径側からの累積頻度が99%となる粒径(以下D99)を測定し、下記式によりD99の増大率を求め、再分散性の指標とした。D99の増大率は低いほど、再分散性が高いと評価できる。再分散性の評価は下記評価基準に基づいて行い、結果を表3に示した。
・D99増大率=[D99(乾燥後)-D99(乾燥前)]/D99乾燥前×100
<D99測定用サンプルの作成>
・乾燥前:実施例1~10及び比較例1~3の各研磨液組成物
・乾燥後:実施例1~10及び比較例1~3の各研磨液組成物を各10gサンプル瓶に投入し、室温にて乾燥させた。その後、蒸発した水分量を求め、同量の超純水を加え、超音波照射し、再分散させた。
<測定条件>
測定範囲:0.02~3μm
粒子の消衰係数:0.1
粒子の形状因子:1.2 or 1.0
回転数:17,000rpm
測定温度:25℃
<評価基準>
A:D99増大率が10%以下
B:D99増大率が10%超100%以下
C:D99増大率が100%超
(4) Method for evaluating redispersibility The redispersibility of the polishing composition was evaluated by measuring the particle diameter of the chemical mechanical polishing particles before and after drying with a disc centrifugal particle size distribution analyzer (CPS DC24000UHR, manufactured by CPS Instrument). It was measured under the following measurement conditions. Specifically, the particle size (hereinafter referred to as D99) was measured, and the rate of increase in D99 was obtained from the following formula and used as an index of redispersibility. It can be evaluated that the lower the D99 increase rate, the higher the redispersibility. Evaluation of redispersibility was performed based on the following evaluation criteria, and the results are shown in Table 3.
・ D99 increase rate = [D99 (after drying) - D99 (before drying)] / D99 before drying x 100
<Preparation of sample for D99 measurement>
・Before drying: Each polishing composition of Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 3 ・After drying: 10 g of each polishing composition of Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 3 was put into a sample bottle. , and dried at room temperature. After that, the amount of evaporated water was determined, the same amount of ultrapure water was added, ultrasonic waves were applied, and the mixture was dispersed again.
<Measurement conditions>
Measurement range: 0.02-3 μm
Extinction coefficient of particles: 0.1
Particle shape factor: 1.2 or 1.0
Rotation speed: 17,000 rpm
Measurement temperature: 25°C
<Evaluation Criteria>
A: D99 increase rate is 10% or less B: D99 increase rate is more than 10% and 100% or less C: D99 increase rate is more than 100%

Figure 2023038579000004
Figure 2023038579000004

表3に示されるように、化学機械研磨用粒子として、条件1~4を満たすクラスター型酸化セリウム粒子(成分A)を使用した実施例1~10は、比較例1~3の化学機械研磨用粒子(非成分A)を用いるよりも、高研磨速度で酸化珪素膜を研磨でき、且つ、研磨された酸化珪素膜におけるスクラッチが低減していた。さらに、実施例1~10の研磨液組成物の再分散性は良好であった。 As shown in Table 3, Examples 1 to 10 using cluster-type cerium oxide particles (Component A) satisfying Conditions 1 to 4 as chemical mechanical polishing particles are comparable to Comparative Examples 1 to 3 for chemical mechanical polishing. Compared to using particles (non-component A), the silicon oxide film could be polished at a higher polishing rate, and the number of scratches on the polished silicon oxide film was reduced. Furthermore, the redispersibility of the polishing compositions of Examples 1 to 10 was good.

本開示の研磨液組成物は、高密度化又は高集積化用の半導体基板の製造方法において有用である。 The polishing composition of the present disclosure is useful in methods of manufacturing semiconductor substrates for high density or high integration.

Claims (11)

化学機械研磨用粒子であって、
前記化学機械研磨用粒子は、酸化セリウム粒子が会合したクラスター型酸化セリウム粒子であり、下記条件1~4を満たす、化学機械研磨用粒子。
条件1:BET法による平均一次粒子径が10nm以上50nm以下
条件2:画像解析法により測定された平均粒子径が100nm以上300nm以下
条件3:画像解析法により測定された平均真球度が0.76以上
条件4:平均密度が6.5g/cm3以上
chemical mechanical polishing particles,
The chemical mechanical polishing particles are cluster-type cerium oxide particles in which cerium oxide particles are associated, and satisfy the following conditions 1 to 4.
Condition 1: Average primary particle diameter measured by BET method is 10 nm to 50 nm Condition 2: Average particle diameter measured by image analysis is 100 nm to 300 nm Condition 3: Average sphericity measured by image analysis is 0. 76 or more Condition 4: Average density of 6.5 g/cm 3 or more
前記化学機械研磨用粒子の平均真球度が0.8以上である、請求項1に記載の化学機械研磨用粒子。 2. The chemical mechanical polishing particles according to claim 1, wherein the chemical mechanical polishing particles have an average sphericity of 0.8 or more. 前記化学機械研磨用粒子の平均密度が6.8g/cm3以上である、請求項1又は2に記載の化学機械研磨用粒子。 3. The chemical mechanical polishing particles according to claim 1, wherein the chemical mechanical polishing particles have an average density of 6.8 g/cm 3 or more. 前記化学機械研磨用粒子の酸素貯蔵量が50μmol/g以上である、請求項1から3のいずれかに記載の化学機械研磨用粒子。 4. The chemical mechanical polishing particles according to claim 1, wherein the chemical mechanical polishing particles have an oxygen storage amount of 50 μmol/g or more. 前記化学機械研磨用粒子の酸素貯蔵量が75μmol/g以上である、請求項1から4のいずれかに記載の化学機械研磨用粒子。 5. The chemical mechanical polishing particles according to claim 1, wherein the chemical mechanical polishing particles have an oxygen storage amount of 75 μmol/g or more. 前記化学機械研磨用粒子の会合度が3以上10以下である、請求項1から5のいずれかに記載の化学機械研磨用粒子。 6. The chemical mechanical polishing particles according to claim 1, wherein the chemical mechanical polishing particles have an association degree of 3 or more and 10 or less. 請求項1から6のいずれかに記載の化学機械研磨用粒子及び水系媒体を含む、研磨液組成物。 A polishing composition comprising the chemical mechanical polishing particles according to any one of claims 1 to 6 and an aqueous medium. アニオン性分散剤をさらに含む、請求項7に記載の研磨液組成物。 8. The polishing composition according to claim 7, further comprising an anionic dispersant. 前記アニオン性分散剤は、カルボン酸基又はその塩を有するアニオン性ポリマー、及び、スルホン酸基又はその塩を有するアニオン性縮合物から選ばれる少なくとも1種である、請求項8に記載の研磨液組成物。 The polishing liquid according to claim 8, wherein the anionic dispersant is at least one selected from an anionic polymer having a carboxylic acid group or a salt thereof and an anionic condensate having a sulfonic acid group or a salt thereof. Composition. 請求項7から9のいずれかに記載の研磨液組成物を用いて被研磨膜を研磨する工程を含み、前記被研磨膜は、半導体基板の製造過程で形成される酸化珪素膜である、研磨方法。 10. Polishing comprising polishing a film-to-be-polished using the polishing composition according to any one of claims 7 to 9, wherein the film-to-be-polished is a silicon oxide film formed in the process of manufacturing a semiconductor substrate. Method. 請求項7から9のいずれかに記載の研磨液組成物を用いて被研磨膜を研磨する工程を含む、半導体基板の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor substrate, comprising the step of polishing a film-to-be-polished using the polishing composition according to any one of claims 7 to 9.
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