JP5403262B2 - 化学機械研磨用水系分散体、および半導体装置の化学機械研磨方法 - Google Patents

Description

本発明は、化学機械研磨用水系分散体、およびそれを用いた半導体装置の化学機械研磨方法に関する。

従来、シリコン酸化膜やポリシリコン膜等の化学機械研磨（以下、「ＣＭＰ」ともいう。）に対しては、実用的な速度で研磨できる化学機械研磨用水系分散体が存在したが、シリコン窒化膜のＣＭＰに対しては実用的な速度で研磨できる化学機械研磨用水系分散体はほとんど存在しなかった。したがって、シリコン窒化膜をストッパーとして、シリコン窒化膜の上に形成されたシリコン酸化膜をＣＭＰにより除去する方法が利用されている。そして、最終的にはストッパーであるシリコン窒化膜についても除去する必要がある。

しかしながら、従来のシリコン窒化膜を熱リン酸で溶解させエッチングする方法は、エッチング処理を時間でコントロールするため、残膜が発生したり、シリコン窒化膜の下層にダメージを与えてしまうことがあった。したがって、シリコン窒化膜についてもＣＭＰにより除去することが望まれる。

一方で、シリコン酸化膜をストッパーとしてシリコン窒化膜をＣＭＰにより除去することができれば、埋め込み素子分離、セルフアラインコンタクト形成等への適用が考えられ、性能の良く信頼性の高いデバイス作製が可能になる。

ＣＭＰによりシリコン窒化膜を選択的に除去するためには、シリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜の研磨速度比（以下、単に「研磨速度比」ともいう。）を十分に大きくすることが必要となる。

特開平６−１２４９３２号公報、特開平１１−１７６７７３号公報、および特開２００４−２１４６６７号公報には、研磨速度比を大きくした化学機械研磨用水系分散体が提案されている。ところが、いずれの化学機械研磨用水系分散体についても研磨速度比が十分に大きなものではなく、実用的とはいえなかった。

本発明の目的は、シリコン窒化膜に対する研磨速度が十分に大きく、かつ、シリコン酸化膜に対する研磨速度を制御することができる化学機械研磨用水系分散体、およびそれを用いた半導体装置の化学機械研磨方法を提供することにある。

本発明に係る化学機械研磨用水系分散体は、（Ａ）ＢＥＴ法を用いて測定した比表面積から算出される平均粒径は、１０ｎｍ〜６０ｎｍであるコロイダルシリカと、（Ｂ）一分子内に二以上のカルボキシル基および一以上のヒドロキシル基を有する有機酸と、（Ｃ）下記一般式（１）で示される四級アンモニウム化合物と、を含み、かつ、ｐＨは３〜５である。

（（１）式中、Ｒ_１ないしＲ_４は、各々独立して炭化水素基を表す。Ｍ⁻は、アニオンを表す。）
本発明に係る化学機械研磨用水系分散体において、前記（Ｂ）成分は、酒石酸、リンゴ酸およびクエン酸から選択される少なくとも１種であることができる。

本発明に係る化学機械研磨用水系分散体において、さらに、リン酸またはその誘導体を含むことができる。

本発明の一態様に係る化学機械研磨用水系分散体は、シリコン窒化膜を選択的に研磨するために、さらに以下の態様を有することができる。

前記（Ａ）成分と前記（Ｂ）成分との質量比（Ｂ）／（Ａ）は、０．０２〜１０である。

前記（Ａ）成分のコロイダルシリカ粒子の長径（Ｒｍａｘ）と短径（Ｒｍｉｎ）との比率（Ｒｍａｘ／Ｒｍｉｎ）は、１．３よりも大きい。

シリコン窒化膜とシリコン酸化膜との研磨速度比（シリコン窒化膜／シリコン酸化膜）は、１０よりも大きい。

本発明に係る半導体装置の化学機械研磨方法は、上記化学機械研磨用水系分散体を用いて、シリコン酸化膜の上に形成されたシリコン窒化膜を選択的に研磨し、前記シリコン酸化膜の表面で研磨を停止することを特徴とする。

本発明の一態様に係る化学機械研磨用水系分散体は、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜を同時に研磨するために、さらに以下の態様を有することができる。

前記（Ａ）成分のコロイダルシリカ粒子の長径（Ｒｍａｘ）と短径（Ｒｍｉｎ）との比率（Ｒｍａｘ／Ｒｍｉｎ）は、１．０以上１．３以下である。

シリコン窒化膜とシリコン酸化膜との研磨速度比（シリコン窒化膜／シリコン酸化膜）は、０．７以上１．４以下である。

本発明に係る半導体装置の化学機械研磨方法は、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜を表面に有する半導体装置において、上記化学機械研磨用水系分散体を用いて、前記シリコン酸化膜および前記シリコン窒化膜を同時に研磨することを特徴とする。

本発明の一態様に係る化学機械研磨用水系分散体によれば、シリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜の研磨速度比を十分に大きくすることができるため、シリコン窒化膜を選択的に研磨することができる。本発明の一態様に係る化学機械研磨用水系分散体は、シリコン酸化膜をストッパーとし、ＣＭＰによりシリコン窒化膜に対してシリコン酸化膜がディッシングしているような半導体装置において、シリコン窒化膜を研磨除去する必要がある場合に、特に効果を発揮する。

また、本発明の一態様に係る化学機械研磨用水系分散体によれば、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜に対する研磨速度を十分に大きく、かつ、ほぼ同等とすることができるため、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜を同時に研磨することができる。

コロイダルシリカ粒子の長径および短径を模式的に示した概念図である。 コロイダルシリカ粒子の長径および短径を模式的に示した概念図である。 コロイダルシリカ粒子の長径および短径を模式的に示した概念図である。 第１の具体例の化学機械研磨工程に用いる被処理体を模式的に示した断面図である。 第１の具体例の化学機械研磨工程を模式的に示した断面図である。 第１の具体例の化学機械研磨工程を模式的に示した断面図である。 第１の実験例の化学機械研磨用水系分散体に用いる被処理体を模式的に示した断面図である。 第１の実験例の化学機械研磨工程を模式的に示した断面図である。 第１の実験例の化学機械研磨工程を模式的に示した断面図である。 第２の実験例の化学機械研磨用水系分散体に用いる被処理体を模式的に示した断面図である。 第２の実験例の化学機械研磨工程を模式的に示した断面図である。 第２の実験例の化学機械研磨工程を模式的に示した断面図である。 第３の実験例の化学機械研磨工程を模式的に示した断面図である。 第３の実験例の化学機械研磨工程を模式的に示した断面図である。

以下、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、本発明は下記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変型例も含む。

１．化学機械研磨用水系分散体
本実施形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、（Ａ）ＢＥＴ法を用いて測定した比表面積から算出される平均粒径は、１０ｎｍ〜６０ｎｍであるコロイダルシリカと、（Ｂ）一分子内に二以上のカルボキシル基および一以上のヒドロキシル基を有する有機酸と、（Ｃ）下記一般式（１）で示される四級アンモニウム化合物と、を含み、かつｐＨは３〜５である。

（（１）式中、Ｒ_１ないしＲ_４は、各々独立して炭化水素基を表す。Ｍ⁻は、アニオンを表す。）
以下、本実施形態に係る化学機械研磨用水系分散体に含まれる各成分について詳述する。

１．１ （Ａ）コロイダルシリカ
本実施形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、砥粒として、コロイダルシリカを含む。このコロイダルシリカのＢＥＴ法を用いて測定した比表面積から算出される平均粒径は、好ましくは１０ｎｍ〜６０ｎｍであり、より好ましくは１２ｎｍ〜５５ｎｍであり、特に好ましくは１５ｎｍ〜４０ｎｍである。コロイダルシリカの平均粒径が１０ｎｍ〜６０ｎｍの範囲内にあると、化学機械研磨用水系分散体としての保存安定性に優れるため、調製直後における性能（研磨速度など）を保持することができる。コロイダルシリカの平均粒径が１０ｎｍ未満であると、シリコン窒化膜の研磨速度が小さくなりすぎるため実用的ではない。一方、コロイダルシリカの平均粒径が６０ｎｍを超えると、コロイダルシリカがシリコン酸化膜を機械的に研磨するようになり、シリコン酸化膜の研磨速度が大きくなりすぎてしまう。

コロイダルシリカの平均粒径は、例えば、流動式比表面積自動測定装置「ｍｉｃｒｏｍｅｔｒｉｃｓ ＦｌｏｗＳｏｒｂ ＩＩ ２３００（株式会社島津製作所製）」により、ＢＥＴ法を用いて測定した比表面積から算出される。

以下、コロイダルシリカの比表面積から平均粒径を算出する方法について説明する。

コロイダルシリカ粒子の形状を真球状であると仮定し、粒子の直径をｄ（ｎｍ）、比重をρ（ｇ／ｃｍ^３）とする。粒子ｎ個の表面積Ａは、Ａ＝ｎπｄ^２となる。粒子ｎ個の質量Ｎは、Ｎ＝ρｎπｄ^３／６となる。比表面積Ｓは、粉体の単位質量あたりの全構成粒子の表面積で表される。そうすると、粒子ｎ個の比表面積Ｓは、Ｓ＝Ａ／Ｎ＝６／ρｄとなる。この式に、コロイダルシリカの比重ρ＝２．２を代入し、単位を換算すると、下記式（２）を導き出すことができる。
平均粒径（ｎｍ）＝２７２７／Ｓ（ｍ^２／ｇ）…（２）
なお、本明細書中におけるコロイダルシリカの平均粒径は、全て（２）式に基づいて計算している。

コロイダルシリカの添加量は、使用時における化学機械研磨用水系分散体の質量に対して、好ましくは１〜５質量％であり、より好ましくは１．２５〜４質量％であり、特に好ましくは１．５〜３質量％である。コロイダルシリカの添加量が１質量％未満になると十分な研磨速度が得られず実用的ではない。一方、コロイダルシリカの添加量が５質量％を超えるとコストが高くなるとともに安定した化学機械研磨用水系分散体を得られないことがある。

また、コロイダルシリカ粒子の形状により、シリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜の研磨速度比を制御することができる。コロイダルシリカ粒子の長径（Ｒｍａｘ）と短径（Ｒｍｉｎ）との比率Ｒｍａｘ／Ｒｍｉｎが１．３よりも大きい場合、好ましくは１．４以上３以下、より好ましくは１．５以上２．５以下である場合、シリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜の研磨速度比を十分に大きくすることができる。これにより、シリコン窒化膜を優先的に研磨するようなＣＭＰ工程において、シリコン窒化膜のディッシングまたはエロージョンの発生を抑制しながら、シリコン窒化膜を選択的に研磨して平坦化することができる。一方、コロイダルシリカ粒子の長径（Ｒｍａｘ）と短径（Ｒｍｉｎ）との比率Ｒｍａｘ／Ｒｍｉｎが１．０以上１．３以下、好ましくは１．１以上１．３以下、より好ましくは１．１以上１．２以下である場合、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の研磨速度をほぼ同じとすることができ、研磨中においてもその研磨速度比を保持することができる。これにより、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜を同時に研磨するようなＣＭＰ工程において、シリコン酸化膜のディッシングまたはエロージョンの発生を抑制しながら、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜を同時に研磨することができる。

ここで、コロイダルシリカ粒子の長径（Ｒｍａｘ）とは、透過型電子顕微鏡により撮影された一つの独立したコロイダルシリカ粒子の像について、像の端部と端部を結んだ距離のうち最も長い距離を意味する。コロイダルシリカ粒子の短径（Ｒｍｉｎ）とは、透過型電子顕微鏡により撮影された一つの独立したコロイダルシリカ粒子の像について、像の端部と端部を結んだ距離のうち最も短い距離を意味する。

例えば、図１に示すように透過型電子顕微鏡により撮影された一つの独立したコロイダルシリカ粒子６０ａの像が楕円形状である場合、楕円形状の長軸ａをコロイダルシリカ粒子の長径（Ｒｍａｘ）と判断し、楕円形状の短軸ｂをコロイダルシリカ粒子の短径（Ｒｍｉｎ）と判断する。図２に示すように、透過型電子顕微鏡により撮影された一つの独立したコロイダルシリカ粒子６０ｂの像が２つの粒子の凝集体である場合、像の端部と端部を結んだ最も長い距離ｃをコロイダルシリカ粒子の長径（Ｒｍａｘ）と判断し、像の端部と端部を結んだ最も短い距離ｄをコロイダルシリカ粒子の短径（Ｒｍｉｎ）と判断する。図３に示すように、透過型電子顕微鏡により撮影された一つの独立したコロイダルシリカ粒子６０ｃの像が３以上の粒子の凝集体である場合、像の端部と端部を結んだ最も長い距離ｅをコロイダルシリカ粒子の長径（Ｒｍａｘ）と判断し、像の端部と端部を結んだ最も短い距離ｆをコロイダルシリカ粒子の短径（Ｒｍｉｎ）と判断する。

上記のような判断手法により、例えば、５０個のコロイダルシリカ粒子の長径（Ｒｍａｘ）と短径（Ｒｍｉｎ）を測定し、長径（Ｒｍａｘ）と短径（Ｒｍｉｎ）の平均値を算出したあと、長径と短径との比率（Ｒｍａｘ／Ｒｍｉｎ）を計算して求めることができる。

１．２ （Ｂ）有機酸
本実施形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、一分子内に二以上のカルボキシル基および一以上のヒドロキシル基を有する有機酸を含む。この有機酸中のヒドロキシル基は、シリコン窒化膜中に存在する窒素原子と水素結合するため、シリコン窒化膜の表面にこの有機酸が多く存在するようになる。これにより、有機酸中のカルボキシル基は、シリコン窒化膜に対して化学的研磨作用を及ぼし、シリコン窒化膜の研磨速度を大きくすることができる。したがって、分子内にメチル基、ビニル基等の疎水性官能基を有すると、シリコン窒化膜の研磨速度を低下させるため好ましくない。一分子内に二以上のカルボキシル基および一以上のヒドロキシル基を有する有機酸としては、酒石酸、リンゴ酸、クエン酸等が挙げられる。この中でも、分子内にメチレン基を含まない酒石酸が特に好ましい。これらの有機酸は、１種単独でまたは２種以上を組み合わせて使用することができる。

有機酸の添加量は、使用時における化学機械研磨用水系分散体の質量に対して、好ましくは０．１〜５質量％であり、より好ましくは０．２〜４質量％であり、特に好ましくは０．５〜３質量％である。有機酸の添加量が０．１質量％未満になると、研磨速度が著しく低下するため実用的ではない。一方、有機酸の添加量が５質量％を超えると、これ以上有機酸の添加量を増加してもシリコン窒化膜の研磨速度はほとんど大きくならず、一方でシリコン酸化膜の研磨速度は大きくなってしまうため好ましくない。

本実施形態に係る化学機械研磨用水系分散体における、（Ａ）コロイダルシリカと（Ｂ）有機酸の質量比（Ｂ）／（Ａ）は、好ましくは０．０２〜１０であり、より好ましくは、０．０５〜８であり、特に好ましくは、０．１〜５である。質量比がこの範囲内にあると、シリコン酸化膜の研磨速度比を小さくし、シリコン窒化膜の研磨速度を大きくすることができる。これにより、シリコン窒化膜を選択的に研磨することができるとともに、シリコン酸化膜のディッシングの発生を抑制することができる。質量比（Ｂ）／（Ａ）が０．０２未満になると、シリコン窒化膜の研磨速度を十分に大きくすることができない場合がある。一方、質量比（Ｂ）／（Ａ）が１０を超えると、コロイダルシリカと有機酸との添加量のバランスが悪くなり、シリコン窒化膜を選択的に研磨することが難しくなる。

１．３ （Ｃ）四級アンモニウム化合物
本実施形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、下記一般式（１）に示される四級アンモニウム化合物を含む。

（（１）式中、Ｒ_１ないしＲ_４は、各々独立して炭化水素基を示す。Ｍ⁻は、アニオンを示す。）
上記の四級アンモニウム化合物は、化学機械研磨用水系分散体のｐＨの調整、およびシリコン酸化膜に対する研磨速度を抑制する目的で用いられる。

上記一般式（１）において、Ｒ_１ないしＲ_４で示される炭化水素基としては、脂肪族、芳香族、芳香脂肪族、または脂環族のいずれでもよい。また、脂肪族および芳香脂肪族等の脂肪族としては、飽和でも不飽和でもよいし、直鎖状でも分枝状でもよい。これらの炭化水素基として、例えば、直鎖状、分枝状、環状の飽和または不飽和のアルキル基、アラルキル基、アリール基等を挙げることができる。

アルキル基としては、通常炭素数が１〜６の低級アルキル基のものが好ましく、炭素数１〜４の低級アルキル基が特に好ましい。具体的には、例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉｓｏ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｉｓｏ−ブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｉｓｏ−ペンチル基、ｓｅｃ−ペンチル基、ｔｅｒｔ−ペンチル基、ネオペンチル基、ｎ−ヘキシル基、ｉｓｏ−ヘキシル基、ｓｅｃ−ヘキシル基、ｔｅｒｔ−ヘキシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ビニル基、ｎ−プロペニル基、ｉｓｏ−プロペニル基、ｎ−ブテニル基、ｉｓｏ−ブテニル基、ｓｅｃ−ブテニル基、ｔｅｒｔ−ブテニル基等を挙げることができる。

アラルキル基としては、通常炭素数７〜１２のものが好ましい。具体的には、例えば、ベンジル基、フェネチル基、フェニルプロピル基、フェニルブチル基、フェニルヘキシル基、メチルベンジル基、メチルフェネチル基、エチルベンジル基等が挙げられる。

アリール基としては、通常炭素数６〜１４のものが好ましい。具体的には、例えば、フェニル基、ｏ−トリル基、ｍ−トリル基、ｐ−トリル基、２，３−キシリル基、２，４−キシリル基、２，５−キシリル基、２，６−キシリル基、３，５−キシリル基、ナフチル基、アントリル基等を挙げることができる。

上記のアリール基またはアラルキル基の芳香環は、例えば、メチル基、エチル基等の低級アルキル基や、ハロゲン原子、ニトロ基、アミノ基等を、置換基として有していてもよい。

Ｍ⁻で示されるアニオンとしては、例えば、水酸化物イオン（ＯＨ⁻）等を挙げることができる。

上記の四級アンモニウム化合物の具体例として、例えば、以下のものが挙げられる。水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、水酸化トリメチル−２−ヒドロキシエチルアンモニウム（コリン）、水酸化テトラエチルアンモニウム（ＴＥＡＨ）、水酸化テトラプロピルアンモニウム、水酸化テトラブチルアンモニウム、水酸化モノメチルトリエチルアンモニウム、水酸化ジメチルジエチルアンモニウム、水酸化トリメチルモノエチルアンモニウム、水酸化モノメチルトリプロピルアンモニウム、水酸化ジメチルジプロピルアンモニウム、水酸化トリメチルモノプロピルアンモニウム、水酸化モノメチルトリブチルアンモニウム、水酸化ジメチルジブチルアンモニウム、水酸化トリメチルモノブチルアンモニウム、水酸化モノエチルトリプロピルアンモニウム、水酸化ジエチルジプロピルアンモニウム、水酸化トリエチルモノプロピルアンモニウム、水酸化モノエチルトリブチルアンモニウム、水酸化ジエチルジブチルアンモニウム、水酸化トリエチルモノブチルアンモニウム、水酸化モノプロピルトリブチルアンモニウム、水酸化ジプロピルジブチルアンモニウム、水酸化トリプロピルモノブチルアンモニウム、水酸化トリエチル−２−ヒドロキシエチルアンモニウム、水酸化トリプロピル−２−ヒドロキシエチルアンモニウム、水酸化トリブチル−２−ヒドロキシエチルアンモニウム、水酸化トリメチル−３−ヒドロキシプロピルアンモニウム、水酸化トリエチル−３−ヒドロキシプロピルアンモニウム、水酸化トリプロピル−３−ヒドロキシプロピルアンモニウム、水酸化トリブチル−３−ヒドロキシプロピルアンモニウム、水酸化トリメチル−４−ヒドロキシブチルアンモニウム、水酸化トリエチル−４−ヒドロキシブチルアンモニウム、水酸化トリプロピル−４−ヒドロキシブチルアンモニウム、水酸化トリブチル−４−ヒドロキシブチルアンモニウム、水酸化トリメチル−３−ヒドロキシブチルアンモニウム、水酸化トリエチル−３−ヒドロキシブチルアンモニウム、水酸化トリプロピル−３−ヒドロキシブチルアンモニウム、水酸化トリブチル−３−ヒドロキシブチルアンモニウム、水酸化ジメチルエチル−２−ヒドロキシエチルアンモニウム、水酸化メチルジエチル−２−ヒドロキシエチルアンモニウム、水酸化ジメチルエチル−３−ヒドロキシプロピルアンモニウム、水酸化メチルジエチル−３−ヒドロキシプロピルアンモニウム、水酸化ジメチルエチル−４−ヒドロキシブチルアンモニウム、水酸化メチルジエチル−４−ヒドロキシブチルアンモニウム、水酸化ジメチルエチル−３−ヒドロキシブチルアンモニウム、水酸化メチルジエチル−３−ヒドロキシブチルアンモニウム、水酸化ジメチルジ（２−ヒドロキシエチル）アンモニウム、水酸化ジメチルジ（３−ヒドロキシプロピル）アンモニウム、水酸化ジメチルジ（３−ヒドロキシブチル）アンモニウム、水酸化ジメチルジ（４−ヒドロキシブチル）アンモニウム、水酸化ジエチルジ（２−ヒドロキシエチル）アンモニウム、水酸化ジエチルジ（３−ヒドロキシプロピル）アンモニウム、水酸化ジエチルジ（３−ヒドロキシブチル）アンモニウム、水酸化ジエチルジ（４−ヒドロキシブチル）アンモニウム、水酸化メチルエチルジ（２−ヒドロキシエチル）アンモニウム、水酸化メチルエチルジ（３−ヒドロキシプロピル）アンモニウム、水酸化ジエチルジ（３−ヒドロキシブチル）アンモニウム、水酸化メチルエチルジ（４−ヒドロキシブチル）アンモニウム、水酸化メチルトリ（２−ヒドロキシエチル）アンモニウム、水酸化エチルトリ（２−ヒドロキシエチル）アンモニウム、水酸化プロピルトリ（２−ヒドロキシエチル）アンモニウム、水酸化ブチルトリ（２−ヒドロキシエチル）アンモニウム、水酸化メチルトリ（３−ヒドロキシプロピル）アンモニウム、水酸化エチルトリ（３−ヒドロキシブチル）アンモニウム、水酸化メチルトリ（４−ヒドロキシブチル）アンモニウム、水酸化エチルトリ（４−ヒドロキシブチル）アンモニウム、水酸化メチルトリ（３−ヒドロキシブチル）アンモニウム、水酸化エチルトリ（３−ヒドロキシブチル）アンモニウム。これらの中でも、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）等が特に好ましい。これらの四級アンモニウム化合物は、１種単独でまたは２種以上を組み合わせて使用することができる。

四級アンモニウム化合物の添加量は、使用時における化学機械研磨用水系分散体の質量に対して、好ましくは０．１〜５質量％であり、より好ましくは０．２〜４質量％であり、特に好ましくは０．３〜３質量％である。四級アンモニウム化合物の添加量が０．１質量％未満になると、シリコン酸化膜に対する研磨速度を抑制できず、研磨速度比を十分に大きくすることができない。一方、四級アンモニウム化合物の添加量が５質量％を超えると、シリコン窒化膜やシリコン酸化膜の表面にダメージを与え、該表面を凹凸形状としてしまうことがあるため好ましくない。

１．４ ｐＨ
本実施形態に係る化学機械研磨用水系分散体のｐＨは、３以上５以下である。ｐＨがこの範囲内にあると、シリコン窒化膜の研磨速度を大きくすることができる。これにより、シリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜の研磨速度比を十分に大きくすることができる。また、化学機械研磨用水系分散体としての保存安定性に優れるというメリットもある。より好ましいｐＨの範囲は、３以上４．５以下である。ｐＨを３未満とすると、シリコン窒化膜の研磨速度を大きくすることができず、本願発明の目的を達成することができない。一方、ｐＨを５よりも大きくすると、シリコン窒化膜の研磨速度が著しく低下するばかりでなく、化学機械研磨用水系分散体としての保存安定性にも優れない。

１．５ リン酸またはその誘導体
本実施形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、必要に応じて、リン酸またはその誘導体を含むことができる。リン酸またはその誘導体を添加すると、シリコン窒化膜に対する研磨速度を大きくすることができる。これは、リン酸のシリコン窒化膜に対する化学的研磨作用とコロイダルシリカの機械的研磨作用の相乗効果により達成されるものと推測される。これにより、シリコン窒化膜およびシリコン酸化膜に対する研磨速度を調整することができる。

リン酸またはその誘導体の添加量は、使用時における化学機械研磨用水系分散体の質量に対して、好ましくは０．１〜３質量％であり、より好ましくは０．２〜２質量％であり、特に好ましくは０．３〜１質量％である。リン酸またはその誘導体の添加量が３質量％を超えると、シリコン窒化膜だけでなくシリコン酸化膜の研磨速度を大きくしてしまうため、研磨速度比を大きくすることができない場合がある。

１．６ その他の添加剤
本実施形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、必要に応じて下記の添加剤を添加することができる。

１．６．１ 界面活性剤
本実施形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、必要に応じて、界面活性剤を添加することができる。界面活性剤としては、例えば、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、両性界面活性剤等が挙げられる。

カチオン性界面活性剤としては、例えば、脂肪族アミン塩、脂肪族アンモニウム塩等が挙げられる。

アニオン性界面活性剤としては、例えば、カルボン酸塩、スルホン酸塩、硫酸エステル塩、リン酸エステル塩等が挙げられる。カルボン酸塩としては、脂肪酸せっけん、アルキルエーテルカルボン酸塩等が挙げられる。スルホン酸塩としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩等が挙げられる。硫酸エステル塩としては、例えば、高級アルコール硫酸エステル塩、アルキル硫酸エステル塩等が挙げられる。リン酸エステルとしては、例えば、アルキルリン酸エステル等が挙げられる。

非イオン性界面活性剤としては、例えば、エーテル型界面活性剤、エーテルエステル型界面活性剤、エステル型界面活性剤、アセチレン系界面活性剤等が挙げられる。エーテルエステル型界面活性剤としては、例えば、グリセリンエステルのポリオキシエチレンエーテル等が挙げられる。エステル型界面活性剤としては、例えば、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、グリセリンエステル、ソルビタンエステル等が挙げられる。アセチレン系界面活性剤としては、例えば、アセチレンアルコール、アセチレングリコール、アセチレンジオールのエチレンオキサイド付加物等が挙げられる。

両性界面活性剤としては、例えば、ベタイン系界面活性剤等が挙げられる。

これらの界面活性剤は、１種単独でまたは２種以上を組み合わせて使用することができる。

これらの界面活性剤の中では、アニオン性界面活性剤が好ましく、特にスルホン酸塩が好ましい。また、スルホン酸塩の中ではアルキルベンゼンスルホン酸塩が好ましく、特にドデシルベンゼンスルホン酸塩が好ましい。

界面活性剤の添加量は、使用時における化学機械研磨用水系分散体の質量に対して、好ましくは１質量％以下であり、より好ましくは０．００１〜０．１質量％である。界面活性剤の添加量が上記の範囲内にあると、シリコン窒化膜を研磨除去した後に、平滑な被研磨面を得ることができる。

１．６．２ 酸または塩基
本実施形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、必要に応じて、酸または塩基を添加することができる。本実施形態に係る化学機械研磨用水系分散体のｐＨは、上記のとおり３以上５以下とする必要がある。酸および塩基は、化学機械研磨用水系分散体のｐＨを調整する目的で使用することができる。

前記酸としては、例えば、有機酸（一分子内に二以上のカルボキシル基および一以上のヒドロキシル基を有する有機酸を除く。）または無機酸が挙げられる。

有機酸としては、例えば、パラトルエンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、イソプレンスルホン酸、グルコン酸、乳酸、グリコール酸、マロン酸、ギ酸、シユウ酸、コハク酸、フマル酸、マレイン酸、フタル酸等が挙げられる。

無機酸としては、例えば、硝酸、硫酸等が挙げられる。

前記塩基としては、有機塩基または無機塩基が挙げられる
有機塩基としては、例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、水酸化テトラエチルアンモニウム（ＴＥＡＨ）等が挙げられる。

無機塩基としては、例えば、アルカリ金属の水酸化物等が挙げられる。具体的には、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウム等を挙げることができる。

１．６．３ 水溶性高分子
本実施形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、必要に応じて、水溶性高分子を添加することができる。水溶性高分子は、被研磨面の表面に吸着し研磨摩擦を低減させる機能を有する。これにより、水溶性高分子を添加すると、ディッシングやコロージョンの発生を抑制することができる。

水溶性高分子としては、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシエチルセルロース等を挙げることができる。

水溶性高分子の添加量は、化学機械研磨用水系分散体の粘度が２ｍＰａ・ｓ未満となるように調整することができる。本実施形態に係る化学機械研磨用水系分散体の粘度は、水溶性高分子の重量平均分子量および添加量によってほぼ決定されるので、それらのバランスを考慮しながら調整することができる。化学機械研磨用水系分散体の粘度が２ｍＰａ・ｓを超えると研磨速度が低下することがあり、また粘度が高くなりすぎて研磨布上に安定して化学機械研磨用水系分散体を供給できないことがある。その結果、研磨布の温度上昇や研磨むら（面内均一性の劣化）等が生じて、研磨速度やディッシングのばらつきが発生することがある。

１．６．４ 防食剤
本実施形態に係る化学機械研磨用水系分散体に用いられる防食剤としては、例えば、ベンゾトリアゾールおよびその誘導体が挙げられる。ここで、ベンゾトリアゾール誘導体とは、ベンゾトリアゾールの有する１個または２個以上の水素原子を、例えば、カルボキシル基、メチル基、アミノ基、ヒドロキシル基等で置換したものをいう。ベンゾトリアゾール誘導体としては、４−カルボキシルベンゾトリアゾールおよびその塩、７−カルボキシベンゾトリアゾールおよびその塩、ベンゾトリアゾールブチルエステル、１−ヒドロキシメチルベンゾトリアゾールまたは１−ヒドロキシベンゾトリアゾール等が挙げられる。

防食剤の添加量は、使用時における化学機械研磨用水系分散体の質量に対して、好ましくは１質量％以下であり、より好ましくは０．００１〜０．１質量％である。

１．７ 化学機械研磨用水系分散体の調製方法
本実施形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、水等の溶媒に前記各成分を溶解または分散させることにより調製することができる。溶解または分散方法は特に限定されるものではなく、均一に溶解、分散できればどんな方法を適用してもよい。また、各成分の混合順序や混合方法についても特に限定されない。

本実施形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、濃縮タイプの原液として調製し、使用時に水等の溶媒で希釈して使用することもできる。

２．化学機械研磨方法
本実施形態に係る化学機械研磨方法を、図面を用いて詳細に説明する。

２．１ 被処理体
図４に、第１の具体例の化学機械研磨方法に係る被処理体１００の一例を示す。まず、シリコン基板１０の上に、ＣＶＤ法または熱酸化法を用いて、ストッパーとしての第１のシリコン酸化膜２０を形成する。さらに、第１のシリコン酸化膜２０の上に、ＣＶＤ法を用いてシリコン窒化膜３０を形成する。

次いで、シリコン窒化膜３０をパターニングする。それをマスクとして、シリコン基板１０ないしシリコン窒化膜３０をフォトリソグラフィー法またはエッチング法を適用して連通するトレンチ５０を形成する。

最後に、トレンチ５０を充填するように、酸化シリコンを堆積させると、被処理体１００が得られる。

２．２ 化学機械研磨方法
（１）まず、被処理体１００のシリコン窒化膜３０上に堆積した第２のシリコン酸化膜４０を除去するために、シリコン窒化膜に対するシリコン酸化膜の研磨速度が大きい化学機械研磨用水系分散体を用いて化学機械研磨を行う。そうすると、シリコン窒化膜３０はストッパーとなり、シリコン窒化膜３０の表面で研磨を停止することができる。

このとき、酸化シリコンが充填されたトレンチ５０では、ディッシングが発生する。一方、シリコン窒化膜３０は、図５に示すように残存する。

（２）シリコン窒化膜３０を除去するために、本実施形態に係る化学機械研磨用水系分散体を用いて、化学機械研磨することができる。本実施形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、シリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜の研磨速度比が十分に大きいため、シリコン窒化膜３０を選択的に研磨することができる。そうすると、第１のシリコン酸化膜２０はストッパーとなり、第１のシリコン酸化膜２０の表面で研磨を停止することができる。

（３）こうして、図６に示すようなトレンチ５０に酸化シリコンが埋め込まれた半導体装置を得ることができる。第１の具体例の化学機械研磨方法は、例えば、トレンチ分離（ＳＴＩ）等に適用することができる。

３．実施例
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこの実施例により何ら限定されるものではない。

３．１ 無機砥粒を含む水分散体の調製
３．１．１ コロイダルシリカを含む水分散体の調製
容量２０００ｃｍ^３のフラスコに、２５質量％濃度のアンモニア水７０ｇ、イオン交換水４０ｇ、エタノール１７５ｇおよびテトラエトキシシラン２１ｇを投入し、１８０ｒｐｍで撹拌しながら６０℃に昇温した。６０℃のまま１時間撹拌した後冷却し、コロイダルシリカ／アルコール分散体を得た。次いで、エバポレータにより、８０℃でこの分散体にイオン交換水を添加しながらアルコール分を除去する操作を数回繰り返すことにより分散体中のアルコールを除き、コロイダルシリカを１２〜２０質量％含む水分散体を調製した。この水分散体を、イオン交換水にて０．０１質量％に希釈し、メッシュサイズが１５０マイクローメートルのＣｕグリットを有するコロジオン膜に１滴のせ、室温にて乾燥した。こうして、Ｃｕグリット上に粒子形状を崩さないように観察用のサンプルを調製した後、透過型電子顕微鏡（日立ハイテクノロジーズ社製、「Ｈ−７６５０」）を用いて撮影倍率２００００倍にて粒子の画像を撮影し、上述した方法により、合成された５０個のコロイダルシリカ粒子を測定し、長径の平均値、短径の平均値を算出し、長径と短径の比率を算出した。上述したＢＥＴ法を用いて測定した比表面積から算出した平均粒径は、１５ｎｍであった。なお、算出に用いたＢＥＴ法によるコロイダルシリカ粒子の表面積測定は、水分散体から溶液を取り除き、８００℃にて加熱処理した後、測定した値を用いた。他の粒径のコロイダルシリカは、上記方法と同様の作製方法で、適時テトラエトキシシランの添加量、撹拌時間を調整して作製した。

また、扶桑化学工業社製のコロイダルシリカ（品番：ＰＬ−１、ＰＬ−１Ｈ、ＰＬ−２Ｌ、ＰＬ−３Ｌ、ＰＬ−５、ＥＸＰ−２０１）を、超音波分散機を用いてそれぞれイオン交換水に分散させた。その後、孔径５μｍのフィルターを用いてろ過し、所定量のコロイダルシリカ粒子を含む水分散体を得た。

３．１．２ ヒュームドシリカを含む水分散体の調製
商品名「アエロジル＃９０」（日本アエロジル株式会社製）２ｋｇを、超音波分散機を用いてイオン交換水６．７ｋｇ中に分散させた。その後、孔径５μｍのフィルターを用いてろ過し、ヒュームドシリカ粒子を２３質量％含む水分散体を得た。なお、上述したＢＥＴ法を用いて測定した比表面積から算出した平均粒径は、３０ｎｍであった。

３．１．３ ヒュームドセリアを含む水分散体の調製
水酸化セリウムを９００℃で、２時間焼成することにより、酸化セリウムの粉末を得た。得られた酸化セリウムの粉末を、ビーズミルを用いてイオン交換水中に分散させて、酸化セリウムを１０質量％含む水分散体を得た。なお、上述したＢＥＴ法を用いて測定した比表面積から算出した平均粒径は、４５ｎｍであった。

３．２ 化学機械研磨用水系分散体の調製
上記のようにして調製した水分散体の所定量を容量１０００ｃｍ^３のポリエチレン製の瓶に投入し、これに表１ないし表３に記載の化合物を表に記載の含有量となるようにそれぞれ添加し、十分に撹拌した。さらにイオン交換水を加えた後、水系分散体のｐＨを確認しながら、四級アンモニウム化合物を０．１〜５質量％の範囲内で水系分散体へ徐々に添加し、水系分散体が所定のｐＨとなるように添加量を調整した。その後、孔径５μｍのフィルターでろ過し、実施例１〜１９および比較例１〜１２の化学機械研磨用水系分散体を得た。

３．３ 化学機械研磨試験
「３．２ 化学機械研磨用水系分散体の調製」において調製した化学機械研磨用水系分散体を用いて、直径８インチのシリコン窒化膜またはシリコン酸化膜付きシリコン基板を被研磨体として、下記の＜研磨条件１＞で化学機械研磨を行った。
＜研磨条件１＞
・研磨装置：（株）荏原製作所製、型式「ＥＰＯ−１１２」
・研磨パッド：ロデール・ニッタ（株）製、「ＩＣ１０００／Ｋ−Ｇｒｏｏｖｅ」
・化学機械研磨用水系分散体供給速度：２００ｍＬ／分
・定盤回転数：９０ｒｐｍ
・研磨ヘッド回転数：９０ｒｐｍ
・研磨ヘッド押し付け圧：２８０ｈＰａ
３．３．１ 研磨速度の算出
被研磨体である直径８インチのシリコン窒化膜またはシリコン酸化膜付き基板のそれぞれについて、研磨前の膜厚を光干渉式膜厚計「ＮａｎｏＳｐｅｃ ６１００」（ナノメトリクス・ジャパン（株）製）によってあらかじめ測定しておき、上記の条件で１分間研磨を行った。研磨後の被研磨体の膜厚を、同様に光干渉式膜厚計を用いて測定し、研磨前と研磨後の膜厚の差、すなわち化学機械研磨により減少した膜厚を求めた。そして、化学機械研磨により減少した膜厚および研磨時間から研磨速度を算出した。この結果を表１ないし表３に示す。

３．４ 実施例１〜１９、比較例１〜１２
実施例１〜１９、比較例１〜１２は、表１ないし表３に記載のとおり、化学機械研磨用水系分散体の成分または濃度を一部変更したものである。表１ないし表３には、試験結果についても併せて示している。

実施例１〜１４の化学機械研磨用水系分散体は、長径／短径の比率がいずれも１．３よりも大きいコロイダルシリカ粒子を含有している。実施例１〜１４の化学機械研磨用水系分散体のシリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜の研磨速度比は、いずれも１０よりも大きく十分に高いといえる。よって、実施例１〜１４の化学機械研磨用水系分散体を用いて化学機械研磨を行うと、シリコン窒化膜を選択的に研磨することができる。

一方、実施例１５〜１９の化学機械研磨用水系分散体は、長径／短径の比率がいずれも１．０以上１．３以下のコロイダルシリカ粒子を含有している。実施例１５〜１９の化学機械研磨用水系分散体のシリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜の研磨速度比は、いずれも０．９〜１．２である。よって、実施例１５〜１９の化学機械研磨用水系分散体を用いて化学機械研磨を行うと、シリコン窒化膜およびシリコン酸化膜を同時に研磨することができる。

比較例１は、砥粒を用いずに、酒石酸と水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）を用いた例である。砥粒レスの場合、研磨速度が不十分であり適用できない。

比較例２は、砥粒としてヒュームドシリカと、二つのカルボキシル基とエチル基を有するコハク酸、ｐＨ調製剤として水酸化カリウムを用いた例である。これについても研磨速度が不十分であり適用できない。

比較例３は、砥粒にヒュームドシリカを用いた例である。十分に大きな研磨速度比が得られず適用できない。

比較例４は、砥粒としてヒュームドセリアを用いた例である。シリコン酸化膜に対する研磨速度比が大きくなってしまうため適用できない。

比較例５、６、７は、コロイダルシリカを使用して、所定の有機酸を使用せず、それぞれ酢酸、コハク酸、メタノールを用いた例である。いずれの場合も、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜の研磨速度が不十分であり適用できない。

比較例８は、コロイダルシリカの平均粒径が６ｎｍのものを使用した例である。研磨速度が不十分であり適用できない。

比較例９は、四級アンモニウム化合物を添加しない例である。シリコン酸化膜に対する研磨速度比が大きくなってしまうため適用できない。

比較例１０は、コロイダルシリカの平均粒径が８０ｎｍのものを使用した例である。研磨傷が多数発生してしまい、評価することができなかった。

比較例１１は、ｐＨが５．５の例である。シリコン酸化膜に対する研磨速度比が大きくなってしまうため適用できない。

比較例１２は、ｐＨが２．３の例である。シリコン酸化膜に対する研磨速度比が大きくなってしまうため適用できない。

以上のように、比較例１ないし１２の化学機械研磨用水系分散体では、本願発明の目的を達成することができない。

３．５ 実験例
３．５．１ 第１の実験例
あらかじめシリコン窒化膜が埋め込まれたテスト用ウエハを用いて、化学機械研磨を行った。具体的には、被処理体２００として８６４ＣＭＰ（アドバンスマテリアルズテクノロジー社製のテスト用ウエハであり、図７に示すような断面構造を有するもので、ポリシリコン膜１２の底部からシリコン窒化膜３２の上部までの厚さが約５００ｎｍ、第１のシリコン酸化膜２２の厚さが約１０ｎｍ、シリコン窒化膜３２の厚さが約１５０ｎｍのもの）を用いた。

前記テスト用ウエハは、あらかじめＪＳＲ社製ＣＭＳ４３０１および４３０２を使用して、下記の＜研磨条件２＞で１５０秒間、化学機械研磨を行った。
＜研磨条件２＞
・研磨装置：（株）荏原製作所製、型式「ＥＰＯ−１１２」
・研磨パッド：ロデール・ニッタ（株）製、「ＩＣ１０００／Ｋ−Ｇｒｏｏｖｅ」
・化学機械研磨用水系分散体供給速度：２００ｍＬ／分
・定盤回転数：１００ｒｐｍ
・研磨ヘッド回転数：１０７ｒｐｍ
・研磨ヘッド押し付け圧：３５０ｈＰａ
化学機械研磨後の被研磨面は、図８に示すように、シリコン窒化膜３２の上にあった第２のシリコン酸化膜４２が完全に除去されていた。光干渉式膜厚計「ＮａｎｏＳｐｅｃ ６１００」よりパターン密度５０％の１００μｍピッチ内におけるシリコン窒化膜３２の厚さを測定したところ、シリコン窒化膜３２の厚さは約１４０ｎｍであった。

また、シリコン窒化膜３２に対するシリコン酸化膜４２のディッシングの深さを触針式段差測定装置「ＨＲＰ２４０」にて測定したところ、ディッシングの深さは約１４０ｎｍであった。

最後に、実施例１の化学機械研磨用水系分散体を使用して、＜研磨条件１＞で１５０秒間研磨を行った。

化学機械研磨後、図９に示すように、被研磨面内のシリコン窒化膜３２の厚さは、ほぼ０ｎｍあった。パターン密度５０％の１００μｍピッチ内におけるディッシングの深さも、ほぼ０ｎｍであった。

このことから、実施例１の化学機械研磨用水系分散体は、シリコン窒化膜のシリコン酸化膜に対する研磨速度比が十分に大きいため、シリコン窒化膜を選択的に研磨できることがわかる。

３．５．２ 第２の実験例
あらかじめシリコン窒化膜が埋め込まれたテスト用ウエハを用いて、化学機械研磨を行った。具体的には、被処理体３００として８６４ＣＭＰ（アドバンスマテリアルズテクノロジー社製のテスト用ウエハであり、図１０に示すような断面構造を有するもので、シリコン膜１４の底部からシリコン窒化膜３２の上部までの厚さが約５００ｎｍ、シリコン酸化膜２２の厚さが約１０ｎｍ、シリコン窒化膜３２の厚さが約１５０ｎｍのもの。）を用いた。

前記テスト用ウエハは、あらかじめＪＳＲ社製ＣＭＳ４３０１および４３０２を使用して、上記の＜研磨条件２＞で１００秒間化学機械研磨を行った。

化学機械研磨後の被研磨面は、図１１に示すように、シリコン窒化膜３２上のシリコン酸化膜４２の大部分が除去されていた。光干渉式膜厚計「ＮａｎｏＳｐｅｃ ６１００」よりパターン密度５０％の１００μｍピッチ内におけるシリコン窒化膜３２上のシリコン酸化膜４２の厚さを測定したところ、シリコン酸化膜４２の厚さは約１００ｎｍであった。

また、シリコン窒化膜３２の段差量を測定するために、触針式段差測定装置「ＨＲＰ２４０」にて測定したところ、段差は確認されなかった。

次に、実施例１５の化学機械研磨用水系分散体を用いて、上記の＜研磨条件１＞で１８０秒間研磨を行った。

その結果、図１２に示すような半導体装置が得られた。研磨後の被研磨面におけるシリコン窒化膜３２の厚さは、ほぼ０ｎｍであった。パターン密度５０％の１００μｍピッチ内における第２のシリコン酸化膜４２のディッシング量もほぼ０ｎｍであった。

このことから、実施例１５の化学機械研磨用水系分散体を用いると、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜の研磨速度をほぼ同じとすることができるため、シリコン酸化膜のディッシングの発生を抑制することができ、シリコン窒化膜を除去する上で有効であることがわかる。

３．５．３ 第３の実験例
被処理体３００（図１０参照）について、実験例１と同様の方法により化学機械研磨を行った。

化学機械研磨後の被研磨面は、図１３に示すように、シリコン窒化膜３２の上にあった第２のシリコン酸化膜４２が完全に除去されていた。光干渉式膜厚計「ＮａｎｏＳｐｅｃ
６１００」よりパターン密度５０％の１００μｍピッチ内におけるシリコン窒化膜３２の厚さを測定したところ、シリコン窒化膜３２の厚さは約１４０ｎｍであった。

また、シリコン窒化膜３２に対するシリコン酸化膜４２のディッシングの深さを触針式段差測定装置「ＨＲＰ２４０」にて測定したところ、ディッシングの深さは約１４０ｎｍであった。

最後に、実施例１の化学機械研磨用水系分散体を使用して、＜研磨条件１＞で１５０秒間研磨を行った。

化学機械研磨後、図１４に示すように、被研磨面内のシリコン窒化膜３２の厚さは、ほぼ０ｎｍあった。パターン密度５０％の１００μｍピッチ内におけるディッシングの深さも、ほぼ０ｎｍであった。

このことから、実施例１の化学機械研磨用水系分散体は、シリコン窒化膜のシリコン酸化膜に対する研磨速度比が十分に大きいため、シリコン窒化膜を選択的に研磨できることがわかる。

Claims (10)

1. （Ａ）ＢＥＴ法を用いて測定した比表面積から算出される平均粒径が１０ｎｍ〜６０ｎｍであるコロイダルシリカと、
   （Ｂ）一分子内に二以上のカルボキシル基および一以上のヒドロキシル基を有する有機酸と、
   （Ｃ）下記一般式（１）で示される四級アンモニウム化合物と、
   を含み、かつ、ｐＨは３〜５である、シリコン窒化膜を研磨するための化学機械研磨用水系分散体。
   

   

   （（１）式中、Ｒ_１ないしＲ_４は、各々独立して炭化水素基を表す。Ｍ⁻は、アニオンを表す。）
2. 請求項１において、
   前記（Ｂ）成分は、酒石酸、リンゴ酸およびクエン酸から選択される少なくとも１種である、化学機械研磨用水系分散体。
3. 請求項１または請求項２において、
   さらに、リン酸またはその誘導体を含む、化学機械研磨用水系分散体。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、
   前記（Ａ）成分と前記（Ｂ）成分との質量比（Ｂ）／（Ａ）は、０．０２〜１０である、化学機械研磨用水系分散体。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、
   前記（Ａ）成分のコロイダルシリカ粒子の長径（Ｒｍａｘ）と短径（Ｒｍｉｎ）との比率（Ｒｍａｘ／Ｒｍｉｎ）は、１．３よりも大きい、化学機械研磨用水系分散体。
6. 請求項４または請求項５において、
   シリコン窒化膜とシリコン酸化膜との研磨速度比（シリコン窒化膜／シリコン酸化膜）は、１０よりも大きい、化学機械研磨用水系分散体。
7. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、
   前記（Ａ）成分のコロイダルシリカ粒子の長径（Ｒｍａｘ）と短径（Ｒｍｉｎ）との比率（Ｒｍａｘ／Ｒｍｉｎ）は、１．０以上１．３以下である、化学機械研磨用水系分散体。
8. 請求項７において、
   シリコン窒化膜とシリコン酸化膜との研磨速度比（シリコン窒化膜／シリコン酸化膜）は、０．７以上１．４以下である、化学機械研磨用水系分散体。
9. シリコン酸化膜の上にシリコン窒化膜が形成された半導体装置において、請求項４ないし請求項６のいずれか１項に記載の化学機械研磨用水系分散体を用いて、前記シリコン窒化膜を選択的に研磨し、前記シリコン酸化膜の表面で研磨を停止する、半導体装置の化学機械研磨方法。
10. シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜を表面に有する半導体装置において、請求項７または請求項８に記載の化学機械研磨用水系分散体を用いて、前記シリコン酸化膜および前記シリコン窒化膜を同時に研磨する、半導体装置の化学機械研磨方法。

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