JP6572734B2 - Abrasive, polishing method, and additive liquid for polishing - Google Patents

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Description

本発明は、研磨剤と研磨方法、および研磨用添加液に係り、特に、半導体集積回路の製造における化学的機械的研磨のための研磨剤と、その研磨剤を用いた研磨方法、および研磨剤を調製するための研磨用添加液に関する。   The present invention relates to an abrasive, a polishing method, and an additive solution for polishing, and in particular, an abrasive for chemical mechanical polishing in the manufacture of a semiconductor integrated circuit, a polishing method using the abrasive, and an abrasive The additive liquid for grinding | polishing for preparing this.

近年、半導体集積回路の高集積化や高機能化に伴い、半導体素子の微細化および高密度化のための微細加工技術の開発が進められている。従来から、半導体集積回路装置(以下、半導体デバイスともいう。)の製造においては、層表面の凹凸(段差)がリソグラフィの焦点深度を越えて十分な解像度が得られなくなる、などの問題を防ぐため、化学的機械的研磨法(Chemical Mechanical Polishing:以下、CMPという。)を用いて、層間絶縁膜や埋め込み配線等を平坦化することが行われている。素子の高精細化や微細化の要求が厳しくなるにしたがって、CMPによる高平坦化の重要性はますます増大している。   In recent years, along with higher integration and higher functionality of semiconductor integrated circuits, development of microfabrication techniques for miniaturization and higher density of semiconductor elements has been promoted. Conventionally, in the manufacture of a semiconductor integrated circuit device (hereinafter also referred to as a semiconductor device), in order to prevent problems such as unevenness (steps) on the surface of the layer exceeding the depth of focus of lithography, a sufficient resolution cannot be obtained. An interlayer insulating film, a buried wiring, and the like are planarized by using a chemical mechanical polishing method (hereinafter referred to as CMP). As the demand for higher definition and miniaturization of elements becomes stricter, the importance of high planarization by CMP is increasing.

また近年、半導体デバイスの製造において、半導体素子のより高度な微細化を進めるために、素子分離幅の小さいシャロートレンチによる分離法(Shallow Trench Isolation:以下、STIという。)が導入されている。   In recent years, in the manufacture of semiconductor devices, a shallow trench isolation (hereinafter referred to as STI) method using a shallow trench having a small element isolation width has been introduced in order to advance further miniaturization of semiconductor elements.

STIは、シリコン基板にトレンチ(溝)を形成し、トレンチ内に絶縁膜を埋め込むことで、電気的に絶縁された素子領域を形成する手法である。STIにおいては、まず、図1(a)に示すように、シリコン基板1の素子領域を窒化ケイ素膜2等でマスクした後、シリコン基板1にトレンチ3を形成し、トレンチ3を埋めるように二酸化ケイ素膜4等の絶縁膜を堆積する。次いで、CMPによって、凹部であるトレンチ3内の二酸化ケイ素膜4を残しながら、凸部である窒化ケイ素膜2上の二酸化ケイ素膜4を研磨して除去する。こうして、図1(b)に示すように、トレンチ3内に二酸化ケイ素膜4が埋め込まれた素子分離構造が得られる。   STI is a method of forming an electrically isolated element region by forming a trench (groove) in a silicon substrate and embedding an insulating film in the trench. In STI, first, as shown in FIG. 1A, after the element region of the silicon substrate 1 is masked with a silicon nitride film 2 or the like, a trench 3 is formed in the silicon substrate 1, and carbon dioxide is buried so as to fill the trench 3. An insulating film such as a silicon film 4 is deposited. Next, by CMP, the silicon dioxide film 4 on the silicon nitride film 2 that is the convex portion is polished and removed while leaving the silicon dioxide film 4 in the trench 3 that is the concave portion. Thus, an element isolation structure in which the silicon dioxide film 4 is embedded in the trench 3 is obtained as shown in FIG.

このようなSTIにおけるCMPでは、凹部であるトレンチ3内の二酸化ケイ素膜4の上面が、凸部である窒化ケイ素膜2の上面と面一になることが望ましい。そして、そのような二酸化ケイ素膜4の上面と窒化ケイ素膜2の上面との面一の程度を、平坦性と定義した場合、研磨前の窒化ケイ素膜2の上面から、研磨後の凹部の二酸化ケイ素膜4の上面までの厚さ(または高さ)方向に沿った距離(以下、単に「距離」という。)を、前記した平坦性を表す指標とすることができる。前記した距離が短いほど、凹部の二酸化ケイ素膜4の上面と窒化ケイ素膜2の上面とが、面一に近く、ほぼ同じ高さの面上に並ぶことになり、平坦性が良好である。   In CMP in such STI, it is desirable that the upper surface of the silicon dioxide film 4 in the trench 3 which is a concave portion is flush with the upper surface of the silicon nitride film 2 which is a convex portion. When the level of the upper surface of the silicon dioxide film 4 and the upper surface of the silicon nitride film 2 is defined as flatness, the carbon dioxide in the recess after polishing is removed from the upper surface of the silicon nitride film 2 before polishing. A distance (hereinafter simply referred to as “distance”) along the thickness (or height) direction to the upper surface of the silicon film 4 can be used as an index representing the flatness. The shorter the distance is, the closer the top surface of the silicon dioxide film 4 and the top surface of the silicon nitride film 2 are to be flush with each other, and the surfaces are almost the same height.

近年のCMP技術では、前記した平坦性の良さ(高さ)だけでなく、二酸化ケイ素膜に対する高い研磨速度がコスト面から要求されており、高い研磨速度と高い平坦性の両立が求められている。   In recent CMP techniques, not only the above-described goodness (height) of flatness but also a high polishing rate for the silicon dioxide film is required from the cost aspect, and both high polishing rate and high flatness are required. .

そのような観点から、研磨剤の研磨特性を改善する方法が提案されている。特許文献1には、層間絶縁膜、STI用絶縁膜等を平坦化するためのCMP研磨剤であって、酸化セリウム粒子、分散剤、重量平均分子量500以上20,000以下のポリカルボン酸、第1解離可能酸性基のpKa値が3.2以下である強酸(硫酸)および水を含有してなり、pHが4.0以上7.5以下の研磨剤が開示されている。   From such a viewpoint, a method for improving the polishing characteristics of the abrasive has been proposed. Patent Document 1 discloses a CMP polishing agent for planarizing an interlayer insulating film, an STI insulating film, etc., including cerium oxide particles, a dispersing agent, a polycarboxylic acid having a weight average molecular weight of 500 to 20,000, 1 A polishing agent containing a strong acid (sulfuric acid) having a pKa value of 3.2 or less and water having a pKa value of 3.2 or less and having a pH of 4.0 or more and 7.5 or less is disclosed.

しかしながら、特許文献1に示された研磨剤では、研磨により得られる基材の平坦性は良好であるが、二酸化ケイ素膜に対する研磨速度が十分に高いとはいえなかった。   However, with the polishing agent disclosed in Patent Document 1, the flatness of the substrate obtained by polishing is good, but it cannot be said that the polishing rate for the silicon dioxide film is sufficiently high.

WO2006/035771号公報WO2006 / 035771

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、良好な平坦性を確保しながら、二酸化ケイ素膜のような酸化ケイ素膜に対する十分に高い研磨速度を実現することができる研磨剤、および研磨方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems. An abrasive capable of realizing a sufficiently high polishing rate for a silicon oxide film such as a silicon dioxide film while ensuring good flatness, and polishing. It aims to provide a method.

本発明の研磨剤は、酸化セリウム粒子と、カルボン酸基および/またはカルボン酸の塩を有する水溶性有機高分子と、分子中に3級アミノ基および/またはオキシアルキレン鎖を有する水溶性ポリアミドと、水を含有し、pHが7以下であることを特徴とする。   The abrasive of the present invention comprises cerium oxide particles, a water-soluble organic polymer having a carboxylic acid group and / or a salt of carboxylic acid, a water-soluble polyamide having a tertiary amino group and / or an oxyalkylene chain in the molecule, It contains water and has a pH of 7 or less.

本発明の研磨剤において、前記水溶性ポリアミドは、主鎖および/または側鎖に前記3級アミノ基を有することが好ましい。また、前記水溶性ポリアミドは、主鎖に前記オキシアルキレン鎖を有することが好ましい。また、前記水溶性ポリアミドは、アミノエチルピペラジンおよび/または変性ポリアルキレングリコールと、ラクタムから得られる共重合体であることが好ましい。前記水溶性有機高分子は、ポリアクリル酸および/またはポリアクリル酸アンモニウムを含むことが好ましい。また、前記水溶性有機高分子は、1000〜50000の分子量を有することが好ましい。   In the abrasive of the present invention, the water-soluble polyamide preferably has the tertiary amino group in the main chain and / or side chain. The water-soluble polyamide preferably has the oxyalkylene chain in the main chain. The water-soluble polyamide is preferably a copolymer obtained from aminoethylpiperazine and / or modified polyalkylene glycol and lactam. The water-soluble organic polymer preferably contains polyacrylic acid and / or ammonium polyacrylate. The water-soluble organic polymer preferably has a molecular weight of 1000 to 50000.

前記水溶性ポリアミドの含有量は、0.00005質量%以上0.01質量%以下であることが好ましい。前記水溶性有機高分子の含有量は、0.01質量%以上0.5質量%以下であることが好ましい。前記pHは4以上6.5以下であることが好ましい。前記酸化セリウム粒子の平均二次粒子径は、0.01μm以上0.5μm以下であることが好ましい。前記酸化セリウム粒子の含有量は、0.05質量%以上2質量%以下であることが好ましい。   The water-soluble polyamide content is preferably 0.00005% by mass or more and 0.01% by mass or less. The content of the water-soluble organic polymer is preferably 0.01% by mass or more and 0.5% by mass or less. The pH is preferably 4 or more and 6.5 or less. The average secondary particle diameter of the cerium oxide particles is preferably 0.01 μm or more and 0.5 μm or less. The content of the cerium oxide particles is preferably 0.05% by mass or more and 2% by mass or less.

本発明の研磨方法は、研磨剤を供給しながら被研磨面と研磨パッドを接触させ、両者の相対運動により研磨を行う研磨方法において、前記研磨剤として本発明の研磨剤を使用し、半導体基板の酸化ケイ素からなる面を含む被研磨面を研磨することを特徴とする。   In the polishing method of the present invention, the surface to be polished and the polishing pad are brought into contact with each other while supplying the polishing agent, and polishing is performed by relative movement of both. A surface to be polished including a surface made of silicon oxide is polished.

本発明の研磨用添加液は、酸化セリウム粒子の分散液と混合して研磨剤を調製するための添加液であって、カルボン酸基および/またはカルボン酸の塩を有する水溶性有機高分子と、分子中に3級アミノ基および/またはオキシアルキレン鎖を有する水溶性ポリアミドと、水を含有し、pHが7以下であることを特徴とする。   The polishing additive liquid of the present invention is an additive liquid for preparing an abrasive by mixing with a dispersion of cerium oxide particles, and comprising a water-soluble organic polymer having a carboxylic acid group and / or a carboxylic acid salt The water-soluble polyamide having a tertiary amino group and / or oxyalkylene chain in the molecule and water, and having a pH of 7 or less.

本発明の研磨用添加液において、前記水溶性ポリアミドは、主鎖および/または側鎖に結合された前記3級アミノ基と、主鎖に結合された前記オキシアルキレン鎖の少なくとも一方を有することが好ましい。また、前記水溶性ポリアミドは、アミノエチルピペラジンおよび/または変性ポリアルキレングリコールと、ラクタムから得られる共重合体であることが好ましい。前記水溶性有機高分子は、ポリアクリル酸および/またはポリアクリル酸アンモニウムを含むことが好ましい。   In the polishing additive liquid of the present invention, the water-soluble polyamide has at least one of the tertiary amino group bonded to the main chain and / or the side chain and the oxyalkylene chain bonded to the main chain. preferable. The water-soluble polyamide is preferably a copolymer obtained from aminoethylpiperazine and / or modified polyalkylene glycol and lactam. The water-soluble organic polymer preferably contains polyacrylic acid and / or ammonium polyacrylate.

本発明において、「被研磨面」とは、研磨対象物の研磨される面であり、例えば表面を意味する。本明細書においては、半導体デバイスを製造する過程で半導体基板に現れる中間段階の表面も、「被研磨面」に含まれる。
また、本発明において、「酸化ケイ素」は具体的には二酸化ケイ素であるが、それに限定されず、二酸化ケイ素以外のケイ素酸化物も含むものとする。
さらに、「水溶性」とは、常温で水に溶解する性質をいう。
In the present invention, the “surface to be polished” is a surface to be polished of an object to be polished, such as a surface. In this specification, an intermediate stage surface that appears on a semiconductor substrate in the process of manufacturing a semiconductor device is also included in the “surface to be polished”.
In the present invention, “silicon oxide” is specifically silicon dioxide, but is not limited thereto, and includes silicon oxides other than silicon dioxide.
Furthermore, “water-soluble” refers to the property of dissolving in water at room temperature.

本発明の研磨剤および研磨方法によれば、例えば、酸化ケイ素からなる面を含む被研磨面のCMPにおいて、十分に高い平坦性を維持しながら、酸化ケイ素膜に対する高い研磨速度を達成することができる。   According to the polishing agent and polishing method of the present invention, for example, in CMP of a surface to be polished including a surface made of silicon oxide, a high polishing rate for a silicon oxide film can be achieved while maintaining sufficiently high flatness. it can.

STIにおいて、CMPにより研磨する方法を示す半導体基板の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor substrate which shows the method of grind | polishing by CMP in STI. 本発明の研磨方法に使用可能な研磨装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the grinding | polishing apparatus which can be used for the grinding | polishing method of this invention.

以下、本発明の実施形態について説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に合致する限り、他の実施の形態も本発明の範疇に属し得る。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. The present invention is not limited to the following embodiments, and other embodiments may belong to the category of the present invention as long as they match the gist of the present invention.

<研磨剤>
本発明の研磨剤は、酸化セリウム粒子と、カルボン酸基および/またはカルボン酸の塩を有する水溶性有機高分子と、分子中に3級アミノ基および/またはオキシアルキレン鎖を有する水溶性ポリアミドと、水を含有し、pHが7以下であることを特徴とする。
<Abrasive>
The abrasive of the present invention comprises cerium oxide particles, a water-soluble organic polymer having a carboxylic acid group and / or a salt of carboxylic acid, a water-soluble polyamide having a tertiary amino group and / or an oxyalkylene chain in the molecule, It contains water and has a pH of 7 or less.

本発明の研磨剤を、例えば、酸化ケイ素からなる面を含む被研磨面のCMPに使用した場合、十分に高い平坦性を維持しながら、酸化ケイ素膜に対する高い研磨速度を実現することができる。   When the polishing agent of the present invention is used for CMP of a surface to be polished including a surface made of silicon oxide, for example, a high polishing rate for the silicon oxide film can be realized while maintaining sufficiently high flatness.

本発明の研磨剤がこのように優れた研磨特性を発揮する機構については、明らかではないが、カルボン酸基および/またはカルボン酸の塩を有する水溶性有機高分子と、分子中に3級アミノ基および/またはオキシアルキレン鎖を有する水溶性ポリアミドとを含むことに起因するものと考えられる。すなわち、研磨剤に含有される、カルボン酸基および/またはカルボン酸の塩を有する水溶性有機高分子と、分子中に3級アミノ基および/またはオキシアルキレン鎖を有する水溶性ポリアミドが、pH7以下の領域で、それぞれの分子の末端基を介して、酸化セリウム粒子の表面および酸化ケイ素膜を含む被研磨面に静電的に吸着されることに依るものと考えられる。そして、このような水溶性有機高分子および水溶性ポリアミドの、酸化セリウム粒子表面への吸着の効果と、酸化ケイ素膜を含む被研磨面への吸着の効果が、最適化される結果、研磨液中での酸化セリウム粒子の分散性が損なわれることなく、酸化ケイ素膜に対する高い研磨速度と、高い平坦性の両方が得られるものと考えられる。   The mechanism by which the abrasive of the present invention exhibits such excellent polishing properties is not clear, but it is not clear that the water-soluble organic polymer having a carboxylic acid group and / or a salt of carboxylic acid, and a tertiary amino acid in the molecule. It is thought that it originates in including the water-soluble polyamide which has a group and / or an oxyalkylene chain. That is, the water-soluble organic polymer having a carboxylic acid group and / or a salt of carboxylic acid and a water-soluble polyamide having a tertiary amino group and / or an oxyalkylene chain in the molecule contained in the abrasive are pH 7 or less. In this region, it is considered that this is due to electrostatic adsorption on the surface of the cerium oxide particles and the surface to be polished including the silicon oxide film through the end groups of the respective molecules. As a result of optimizing the effect of such water-soluble organic polymer and water-soluble polyamide on the surface of the cerium oxide particles and the surface to be polished including the silicon oxide film, the polishing liquid It is considered that both a high polishing rate for the silicon oxide film and a high flatness can be obtained without impairing the dispersibility of the cerium oxide particles therein.

以下、本発明の研磨剤に含有される各成分、および液のpHについて説明する。   Hereinafter, each component contained in the abrasive | polishing agent of this invention and pH of a liquid are demonstrated.

(酸化セリウム粒子)
本発明の研磨剤に含有される酸化セリウム粒子は、研磨砥粒としての機能を有するものである。酸化セリウム粒子の種類は特に限定されないが、例えば、特開平11−12561号公報や特開2001−35818号公報に記載された方法で製造された酸化セリウム粒子を使用できる。すなわち、硝酸セリウム(IV)アンモニウム水溶液にアルカリを加えて水酸化セリウムゲルを作製し、これをろ過、洗浄、焼成して得られた酸化セリウム粒子、または高純度の炭酸セリウムを粉砕後焼成し、さらに粉砕、分級して得られた酸化セリウム粒子を使用できる。また、特表2010−505735号に記載されているように、液中でセリウム(III)塩を化学的に酸化して得られた酸化セリウム粒子も使用できる。
(Cerium oxide particles)
The cerium oxide particles contained in the abrasive of the present invention have a function as abrasive grains. Although the kind of cerium oxide particle is not particularly limited, for example, cerium oxide particles produced by the methods described in JP-A Nos. 11-12561 and 2001-35818 can be used. That is, a cerium hydroxide gel is prepared by adding an alkali to an aqueous solution of cerium (IV) ammonium nitrate, and the cerium oxide particles obtained by filtering, washing, and firing, or pulverizing and firing high-purity cerium carbonate, Cerium oxide particles obtained by pulverization and classification can be used. Further, as described in JP 2010-505735 A, cerium oxide particles obtained by chemically oxidizing a cerium (III) salt in a liquid can be used.

酸化セリウム粒子の平均粒子径は、0.01μm以上0.5μm以下が好ましく、0.03μm以上0.3μm以下がより好ましい。平均粒子径が0.5μmを超えると、被研磨面にスクラッチ等の研磨キズが発生するおそれがある。また、平均粒子径が0.01μm未満であると、研磨速度が低下するおそれがあるばかりでなく、単位体積あたりの表面積の割合が大きいため、表面状態の影響を受けやすく、pHや添加剤の濃度等の条件によっては酸化セリウム粒子が凝集しやすくなる。   The average particle diameter of the cerium oxide particles is preferably 0.01 μm or more and 0.5 μm or less, and more preferably 0.03 μm or more and 0.3 μm or less. When the average particle diameter exceeds 0.5 μm, there is a possibility that polishing scratches such as scratches may occur on the surface to be polished. Further, if the average particle size is less than 0.01 μm, not only the polishing rate may be lowered, but also the ratio of the surface area per unit volume is large, so that it is easily affected by the surface condition, and the pH and additives Depending on conditions such as concentration, cerium oxide particles tend to aggregate.

なお、酸化セリウム粒子は、液中において一次粒子が凝集した凝集粒子(二次粒子)として存在しているので、前記した酸化セリウム粒子の好ましい平均粒子径は、平均二次粒子径で表すものとする。すなわち、酸化セリウム粒子は、平均二次粒子径が0.01μm以上0.5μm以下が好ましく、0.03μm以上0.3μm以下がより好ましい。
平均二次粒子径は、純水などの分散媒中に分散した分散液を用いて、レーザー回折・散乱式などの粒度分布計を使用して測定される。
In addition, since the cerium oxide particles exist as aggregated particles (secondary particles) in which the primary particles are aggregated in the liquid, the preferable average particle size of the cerium oxide particles described above is expressed by the average secondary particle size. To do. That is, the average secondary particle diameter of the cerium oxide particles is preferably 0.01 μm or more and 0.5 μm or less, and more preferably 0.03 μm or more and 0.3 μm or less.
The average secondary particle size is measured using a dispersion liquid dispersed in a dispersion medium such as pure water, using a particle size distribution analyzer such as a laser diffraction / scattering type.

酸化セリウム粒子の含有量(含有割合または濃度)は、研磨剤の全量に対して0.05質量%以上2.0質量%以下が好ましい。特に好ましい含有量は、0.15質量%以上0.5質量%以下である。酸化セリウム粒子の含有量が0.05質量%以上2.0質量%以下の場合には、酸化ケイ素膜に対して十分に高い研磨速度が得られる。また、研磨剤の粘度も高すぎることがなく、取扱い性が良好である。   The content (content ratio or concentration) of the cerium oxide particles is preferably 0.05% by mass or more and 2.0% by mass or less with respect to the total amount of the abrasive. A particularly preferable content is 0.15% by mass or more and 0.5% by mass or less. When the content of the cerium oxide particles is 0.05% by mass or more and 2.0% by mass or less, a sufficiently high polishing rate can be obtained for the silicon oxide film. Also, the viscosity of the abrasive is not too high, and the handleability is good.

酸化セリウム粒子は、事前に媒体に分散した状態のものを使用してもよい。このとき、媒体としては水が好ましい。   As the cerium oxide particles, particles dispersed in a medium in advance may be used. At this time, water is preferable as the medium.

(水)
本発明の研磨剤には、酸化セリウム粒子を分散させ、かつ後述する水溶性有機高分子および水溶性ポリアミドを溶解させる媒体として、水が含有される。水の種類については特に限定されないものの、水溶性有機高分子や水溶性ポリアミドへの影響、不純物の混入の防止、pH等への影響を考慮して、純水、超純水、イオン交換水等を用いることが好ましい。
(water)
The abrasive of the present invention contains water as a medium in which cerium oxide particles are dispersed and a water-soluble organic polymer and a water-soluble polyamide described later are dissolved. Although there is no particular limitation on the type of water, pure water, ultrapure water, ion-exchanged water, etc. in consideration of effects on water-soluble organic polymers and water-soluble polyamides, prevention of impurity contamination, pH, etc. Is preferably used.

(水溶性有機高分子)
本発明の研磨剤に含有される水溶性有機高分子は、カルボン酸基とカルボン酸の塩の少なくとも一方を有するポリマーである。カルボン酸基および/またはカルボン酸の塩を有する水溶性有機高分子として、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、カルボン酸の塩を有するモノマーとの共重合体や、カルボン酸基を有するモノマーと、カルボン酸の塩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く用いられる。
(Water-soluble organic polymer)
The water-soluble organic polymer contained in the abrasive of the present invention is a polymer having at least one of a carboxylic acid group and a carboxylic acid salt. As the water-soluble organic polymer having a carboxylic acid group and / or a salt of carboxylic acid, specifically, a homopolymer of a monomer having a carboxylic acid group such as acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, Homopolymers in which the carboxylic acid group moiety is a salt such as an ammonium salt. Further, a copolymer of a monomer having a carboxylic acid group and a monomer having a carboxylic acid salt, a monomer having a carboxylic acid group, a monomer having a carboxylic acid salt, a derivative such as an alkyl ester of carboxylic acid, and the like These copolymers are also preferably used.

特に、アクリル酸基またはその塩の基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、また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。本発明の研磨剤がpH調整剤として無機酸を含有する場合には、研磨剤のpHを7以下の範囲に調整するために、特にポリアクリル酸アンモニウムが好ましい。   In particular, a polymer having an acrylic acid group or a salt group thereof is preferable. Specifically, polyacrylic acid or a polymer in which at least a part of the carboxylic acid group of polyacrylic acid is substituted with ammonium carboxylate (hereinafter referred to as polyammonium acrylate) and the like can be mentioned. When the abrasive of the present invention contains an inorganic acid as a pH adjuster, ammonium polyacrylate is particularly preferable in order to adjust the pH of the abrasive to a range of 7 or less.

カルボン酸基および/またはカルボン酸の塩を有する水溶性有機高分子の分子量は、1000〜50000の範囲が好ましく、特に2000〜30000の範囲が好ましい。また、水溶性有機高分子の含有量(含有割合または濃度)は、研磨剤の全量に対して0.01質量%以上0.5質量%以下が好ましい。水溶性有機高分子の含有割合が0.01質量%以上0.5質量%以下の場合には、パターン基板の研磨における平坦性が良好であり、かつ酸化ケイ素膜に対して十分な研磨速度が得られる。   The molecular weight of the water-soluble organic polymer having a carboxylic acid group and / or a salt of a carboxylic acid is preferably in the range of 1000 to 50000, particularly preferably in the range of 2000 to 30000. In addition, the content (content ratio or concentration) of the water-soluble organic polymer is preferably 0.01% by mass or more and 0.5% by mass or less with respect to the total amount of the abrasive. When the content ratio of the water-soluble organic polymer is 0.01% by mass or more and 0.5% by mass or less, the flatness in polishing the pattern substrate is good and the polishing rate sufficient for the silicon oxide film is obtained. can get.

(水溶性ポリアミド)
本発明の研磨剤に含有される水溶性ポリアミドは、分子中に3級アミノ基および/またはオキシアルキレン鎖を有し、水溶性を有するポリアミドである。
(Water-soluble polyamide)
The water-soluble polyamide contained in the abrasive of the present invention is a polyamide having a tertiary amino group and / or oxyalkylene chain in the molecule and having water solubility.

本発明の水溶性ポリアミドにおいて、分子中に存在する3級アミノ基および/またはオキシアルキレン鎖により水溶性が付与されている。3級アミノ基は、ポリアミドの主鎖に導入されていてもよいが、側鎖に結合されていてもよく、主鎖と側鎖の両方に結合されていてもよい。また、オキシアルキレン鎖は、ポリアミドの主鎖に導入されていることが好ましい。   In the water-soluble polyamide of the present invention, water solubility is imparted by a tertiary amino group and / or an oxyalkylene chain present in the molecule. The tertiary amino group may be introduced into the main chain of the polyamide, but may be bonded to the side chain, or may be bonded to both the main chain and the side chain. The oxyalkylene chain is preferably introduced into the main chain of the polyamide.

ポリアミドの主鎖に3級アミノ基を導入するモノマー化合物としては、アミノエチルピペラジン、ビスアミノプロピルピペラジン等が挙げられる。ポリアミドの側鎖に3級アミノ基を導入するモノマー化合物としては、α−ジメチルアミノ−ε−カプロラクタム等が挙げられる。以下、ポリアミドの主鎖または側鎖に3級アミノ基を導入するモノマー化合物を、アミノ基導入モノマーという。   Examples of monomer compounds that introduce tertiary amino groups into the main chain of polyamide include aminoethylpiperazine, bisaminopropylpiperazine, and the like. Examples of the monomer compound for introducing a tertiary amino group into the side chain of polyamide include α-dimethylamino-ε-caprolactam. Hereinafter, a monomer compound that introduces a tertiary amino group into the main chain or side chain of polyamide is referred to as an amino group-introducing monomer.

ポリアミドの主鎖にオキシエチレン鎖を導入するモノマー化合物としては、ポリアルキレングリコールの両末端が、ジアミンやジカルボン酸に変性された変性ポリアルキレングリコールが挙げられる。そして、ジアミンに変性されたものとしては、ビスアミノプロピルポリエチレングリコールが挙げられる。ジカルボン酸に変性されたものとしては、ビスカルボキシポリエチレングリコールが挙げられる。   Examples of the monomer compound for introducing an oxyethylene chain into the main chain of polyamide include modified polyalkylene glycol in which both ends of polyalkylene glycol are modified with diamine or dicarboxylic acid. And as what was modified | denatured by diamine, bisaminopropyl polyethyleneglycol is mentioned. Examples of those modified with dicarboxylic acid include biscarboxypolyethylene glycol.

両末端がジアミンに変性された変性ポリアルキレングリコールが使用される場合は、それと実質的に当モルのジカルボン酸が使用されることが好ましい。ジカルボン酸の例としては、アジピン酸、セバシン酸、ドデカンジカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸等が挙げられる。両末端がジカルボン酸に変性された変性ポリアルキレングリコールが使用される場合は、それと実質的に当モルのジアミンが使用されることが好ましい。ジアミンの例としては、ヘキサメチレンジアミン、メチルペンタジアミン、ノナンジアミン等の脂肪族ジアミン、p−アミノシクロヘキシルメタン等の脂環族ジアミン、メタキシリレンジアミン等の芳香族ジアミンが挙げられる。   When a modified polyalkylene glycol having both ends modified with a diamine is used, it is preferable to use a substantially equimolar amount of the dicarboxylic acid. Examples of the dicarboxylic acid include adipic acid, sebacic acid, dodecanedicarboxylic acid, terephthalic acid, isophthalic acid and the like. When a modified polyalkylene glycol having both ends modified with a dicarboxylic acid is used, it is preferable to use a substantially equimolar amount of the diamine. Examples of diamines include aliphatic diamines such as hexamethylene diamine, methylpentadiamine, and nonanediamine, alicyclic diamines such as p-aminocyclohexylmethane, and aromatic diamines such as metaxylylenediamine.

前記アミノ基導入モノマーおよび前記変性ポリアルキレングリコールを単独で重合して、または共重合して水溶性ポリアミドが得られるが、さらにラクタム類を加えた共重合により得られる水溶性ポリアミドが好ましい。すなわち、前記アミノ基導入モノマーと前記変性ポリアルキレングリコールの少なくとも一方と、ラクタム類とを共重合させることにより得られる水溶性ポリアミドが好ましく、前記アミノ基導入モノマーと前記変性ポリアルキレングリコールとラクタム類とを共重合させることにより得られる水溶性ポリアミドがより好ましい。   The amino group-introducing monomer and the modified polyalkylene glycol can be polymerized or copolymerized alone to obtain a water-soluble polyamide, and a water-soluble polyamide obtained by copolymerization with addition of lactams is preferred. That is, a water-soluble polyamide obtained by copolymerizing at least one of the amino group-introducing monomer, the modified polyalkylene glycol, and a lactam is preferable. The amino group-introducing monomer, the modified polyalkylene glycol, and the lactam Water-soluble polyamides obtained by copolymerizing are more preferred.

前記ラクタム類としては、ε−カプロラクタム、プロピオンラクタム、ヘプタンラクタム、カプリルラクタム、ウンデカンラクタム、ラウリルラクタム等が挙げられる。
水溶性ポリアミドは、アミノエチルピペラジンおよび/または変性ポリアルキレングリコールと、ラクタムから得られる共重合体であることが好ましい。
水溶性ポリアミドの市販品としては、例えば、東レ株式会社製の水溶性ナイロン(商品名「AQナイロン」)等が挙げられる。
Examples of the lactams include ε-caprolactam, propion lactam, heptane lactam, capryl lactam, undecane lactam, lauryl lactam and the like.
The water-soluble polyamide is preferably a copolymer obtained from aminoethylpiperazine and / or modified polyalkylene glycol and lactam.
Examples of commercially available water-soluble polyamides include water-soluble nylon (trade name “AQ nylon”) manufactured by Toray Industries, Inc.

水溶性ポリアミドの含有量(含有割合または濃度)は、研磨剤の全量に対して0.00005質量%以上0.01質量%以下が好ましい。水溶性ポリアミドの含有割合は、0.0001質量%以上0.005質量%以下がより好ましく、0.0005質量%以上0.005質量%以下が特に好ましい。水溶性ポリアミドの含有割合が0.00005質量%以上0.01質量%以下の場合には、酸化ケイ素膜に対して十分に高い研磨速度が得られ、かつパターン基板の研磨における平坦性も良好である。   The content (content ratio or concentration) of the water-soluble polyamide is preferably 0.00005% by mass or more and 0.01% by mass or less with respect to the total amount of the abrasive. The content of the water-soluble polyamide is more preferably 0.0001% by mass or more and 0.005% by mass or less, and particularly preferably 0.0005% by mass or more and 0.005% by mass or less. When the content of the water-soluble polyamide is 0.00005% by mass or more and 0.01% by mass or less, a sufficiently high polishing rate can be obtained for the silicon oxide film, and the flatness in polishing the pattern substrate is also good. is there.

(pH)
本発明の研磨剤のpHは、7以下であることが好ましい。研磨剤のpHが7以下の場合には、酸化ケイ素膜に対する研磨速度の向上、および平坦性の向上の効果が十分に得られ、かつ砥粒である酸化セリウム粒子の分散安定性も良好である。研磨剤のpHは、4以上6.5以下がより好ましく、4.5以上6以下がさらに好ましい。
(PH)
The pH of the abrasive of the present invention is preferably 7 or less. When the pH of the abrasive is 7 or less, the effect of improving the polishing rate and the flatness of the silicon oxide film can be sufficiently obtained, and the dispersion stability of the cerium oxide particles that are abrasive grains is also good. . The pH of the abrasive is preferably 4 or more and 6.5 or less, more preferably 4.5 or more and 6 or less.

本発明の研磨剤には、pHを7以下の所定の値にするために、pH調整剤として、種々の無機酸または無機酸塩を含有してもよい。無機酸または無機酸塩としては、特に限定されるものではないが、例えば、硝酸、硫酸、塩酸、リン酸、およびそれらのアンモニウム塩もしくはカリウム塩等を用いることができる。また、本発明の研磨剤には、pH調整剤として、種々の塩基性化合物を添加してもよい。塩基性化合物は水溶性であることが好ましいが、特に限定されない。塩基性化合物としては、例えば、アンモニア、水酸化カリウム、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドやテトラエチルアンモニウムヒドロキシド等の4級アンモニウムヒドロキシド、モノエタノールアミン、エチレンジアミン等の有機アミンなどを用いることができる。   The abrasive of the present invention may contain various inorganic acids or inorganic acid salts as a pH adjuster in order to adjust the pH to a predetermined value of 7 or less. Although it does not specifically limit as an inorganic acid or an inorganic acid salt, For example, nitric acid, a sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, those ammonium salt, potassium salt, etc. can be used. Moreover, you may add various basic compounds to the abrasive | polishing agent of this invention as a pH adjuster. The basic compound is preferably water-soluble, but is not particularly limited. Examples of basic compounds that can be used include ammonia, potassium hydroxide, quaternary ammonium hydroxides such as tetramethylammonium hydroxide and tetraethylammonium hydroxide, and organic amines such as monoethanolamine and ethylenediamine.

本発明の研磨剤には、上記成分以外に、分散剤を含有させることができる。分散剤とは、酸化セリウム粒子を純水等の分散媒中に安定的に分散させるために含有させるものである。分散剤としては、陰イオン性、陽イオン性、ノニオン性、両性の界面活性剤や、陰イオン性、陽イオン性、ノニオン性、両性の高分子化合物が挙げられ、これらの1種または2種以上を含有させることができる。また、本発明の研磨剤には、潤滑剤、粘性付与剤または粘度調節剤、防腐剤等を必要に応じて適宜含有させることができる。   In addition to the above components, the abrasive of the present invention can contain a dispersant. A dispersing agent is contained for stably dispersing cerium oxide particles in a dispersion medium such as pure water. Examples of the dispersant include anionic, cationic, nonionic, and amphoteric surfactants and anionic, cationic, nonionic, and amphoteric polymer compounds, and one or two of these. The above can be contained. Further, the abrasive of the present invention can appropriately contain a lubricant, a viscosity imparting agent or a viscosity modifier, a preservative, and the like as necessary.

本発明の研磨剤は、保管や輸送の利便性のため、酸化セリウム粒子の分散液(以下、分散液αともいう。)と、カルボン酸基および/またはカルボン酸の塩を有する水溶性有機高分子と水溶性ポリアミドを水に溶解させた水溶液(以下、水溶液βともいう。)の2液として別々に準備し、使用時に混合してもよい。なお、この水溶液βが、以下に示す研磨用添加液である。   For the convenience of storage and transportation, the abrasive of the present invention is a water-soluble organic high-molecular compound having a dispersion of cerium oxide particles (hereinafter also referred to as dispersion α) and a carboxylic acid group and / or a salt of carboxylic acid. It may be prepared separately as two solutions of an aqueous solution in which molecules and water-soluble polyamide are dissolved in water (hereinafter also referred to as aqueous solution β), and may be mixed at the time of use. This aqueous solution β is an additive solution for polishing shown below.

<研磨用添加液>
本発明の研磨用添加液は、酸化セリウム粒子の分散液(前記した分散液α)と混合して研磨剤を調製するための添加液であって、カルボン酸基および/またはカルボン酸の塩を有する水溶性有機高分子と、水溶性ポリアミドと、水を含有し、pHが7以下であることを特徴とする。研磨剤の調製において、この研磨用添加液を用いることで、研磨剤の保管や輸送の利便性を向上させることができる。
<Polishing additive>
The polishing additive liquid of the present invention is an additive liquid for preparing an abrasive by mixing with a dispersion of cerium oxide particles (the above-described dispersion α), and comprising a carboxylic acid group and / or a salt of a carboxylic acid. It has a water-soluble organic polymer, a water-soluble polyamide, and water, and has a pH of 7 or less. In the preparation of the abrasive, the use of this polishing additive liquid can improve the convenience of storage and transportation of the abrasive.

本発明の研磨用添加液において、含有されるカルボン酸基および/またはカルボン酸の塩を有する水溶性有機高分子、水溶性ポリアミド、水の各成分、および液のpHについては、前記研磨剤に含有される各成分および液のpHについて記載したものと同様である。   In the polishing additive liquid of the present invention, each of the water-soluble organic polymer, water-soluble polyamide, water component having the carboxylic acid group and / or carboxylic acid salt, and the pH of the liquid, and the pH of the liquid are described in It is the same as what was described about each component contained and pH of a liquid.

本発明の研磨用添加液において、カルボン酸基および/またはカルボン酸の塩を有する水溶性有機高分子の含有割合(濃度)は、特に限定されないが、添加液の取り扱いのし易さや、酸化セリウム粒子の分散液との混合のし易さの観点から、添加液の全量に対して0.002質量%以上50質量%以下が好ましい。   In the additive solution for polishing of the present invention, the content ratio (concentration) of the water-soluble organic polymer having a carboxylic acid group and / or a salt of carboxylic acid is not particularly limited. From the viewpoint of easy mixing with the particle dispersion, the content is preferably 0.002% by mass or more and 50% by mass or less with respect to the total amount of the additive liquid.

本発明の研磨用添加液において、水溶性ポリアミドの含有割合(濃度)は、特に限定されないが、添加液の取り扱いのし易さや、酸化セリウム粒子の分散液との混合のし易さの観点から、添加液の全量に対して0.0001質量%以上60質量%以下が好ましい。   In the polishing additive liquid of the present invention, the content (concentration) of the water-soluble polyamide is not particularly limited, but from the viewpoint of easy handling of the additive liquid and easy mixing with the dispersion liquid of cerium oxide particles. The amount is preferably 0.0001% by mass or more and 60% by mass or less based on the total amount of the additive solution.

本発明の研磨用添加液のpHは7以下であることが好ましい。研磨用添加液のpHが7以下の場合には、酸化セリウム粒子の分散液と混合することで、酸化ケイ素膜の研磨速度の向上、およびパターン基板の研磨における平坦性の向上等の効果が十分に得られ、かつ砥粒である酸化セリウム粒子の分散安定性も良好な研磨剤が得られる。研磨用添加液のpHは、4以上6.5以下がより好ましく、4.5以上6以下が特に好ましい。   The polishing additive solution of the present invention preferably has a pH of 7 or less. When the polishing additive solution has a pH of 7 or less, mixing with the dispersion of cerium oxide particles is sufficient to improve the polishing rate of the silicon oxide film and improve the flatness in polishing the pattern substrate. And an abrasive with good dispersion stability of cerium oxide particles as abrasive grains. The pH of the polishing additive solution is more preferably 4 or more and 6.5 or less, and particularly preferably 4.5 or more and 6 or less.

このような研磨用添加液と混合される酸化セリウム粒子の分散液において、液中の酸化セリウム粒子の含有割合(濃度)は、酸化セリウム粒子の分散性および分散液の取り扱いのし易さ等の観点から、0.2質量%以上40質量%以下が好ましい。1質量%以上20質量%以下がより好ましく、5質量%以上10質量%以下が特に好ましい。   In the dispersion liquid of cerium oxide particles mixed with such a polishing additive liquid, the content ratio (concentration) of the cerium oxide particles in the liquid is such as dispersibility of the cerium oxide particles and ease of handling of the dispersion liquid. From a viewpoint, 0.2 mass% or more and 40 mass% or less are preferable. 1 mass% or more and 20 mass% or less are more preferable, and 5 mass% or more and 10 mass% or less are especially preferable.

本発明の研磨用添加液を、酸化セリウム粒子の分散液と混合することで、酸化ケイ素膜に対する十分に高い平坦性を維持しながら、研磨速度が向上された、前記研磨剤を実現することができる。なお、研磨用添加液と酸化セリウム粒子の分散液との混合においては、研磨用添加液を酸化セリウム粒子の分散液に添加して混合してもよいし、研磨用添加液に酸化セリウム粒子の分散液を添加して混合してもよい。   By mixing the polishing additive liquid of the present invention with a dispersion of cerium oxide particles, it is possible to realize the above-mentioned abrasive having an improved polishing rate while maintaining sufficiently high flatness with respect to the silicon oxide film. it can. In addition, in the mixing of the polishing additive liquid and the dispersion liquid of cerium oxide particles, the polishing additive liquid may be added to and mixed with the dispersion liquid of cerium oxide particles. A dispersion may be added and mixed.

研磨用添加液と酸化セリウム粒子の分散液との混合比率は、特に限定されず、混合後の研磨剤において、水溶性有機高分子および水溶性ポリアミドの含有割合(濃度)が、研磨剤の全量に対して、それぞれ0.01質量%以上0.5質量%以下および0.00005質量%以上0.01質量%以下となればよい。研磨用添加液および酸化セリウム粒子の分散液の混合のし易さの観点からは、研磨用添加液:酸化セリウム粒子の分散液=130:1〜1:130の質量比率で混合することが好ましい。   The mixing ratio of the polishing additive liquid and the dispersion liquid of the cerium oxide particles is not particularly limited. In the mixed abrasive, the content ratio (concentration) of the water-soluble organic polymer and the water-soluble polyamide is the total amount of the abrasive. On the other hand, it may be 0.01% by mass or more and 0.5% by mass or less and 0.00005% by mass or more and 0.01% by mass or less, respectively. From the viewpoint of easy mixing of the polishing additive liquid and the dispersion liquid of cerium oxide particles, it is preferable to mix them at a mass ratio of polishing additive liquid: cerium oxide particle dispersion liquid = 130: 1 to 1: 130. .

なお、酸化セリウム粒子の分散液(分散液α)と本発明の研磨用添加液(水溶液β)との2液に分け、これらを混合して研磨剤を調製する場合は、分散液αにおける酸化セリウム粒子の含有割合(濃度)、および研磨用添加液(水溶液β)における水溶性有機高分子と水溶性ポリアミドの各濃度を、研磨剤として使用される際の2倍〜100倍の濃度に濃縮して調製し、濃縮された両液を混合した後、研磨剤としての使用時に希釈して所定の濃度にすることができる。より具体的には、例えば、分散液αにおける酸化セリウム粒子の濃度と、研磨用添加液における水溶性有機高分子および水溶性ポリアミドの各濃度を、いずれも10倍にして調製した場合、分散液αを10質量部、研磨用添加液を10質量部、水を80質量部の割合で混合し、10倍に希釈して研磨剤とすることができる。   In addition, when dividing into two liquids, the dispersion liquid of cerium oxide particles (dispersion liquid α) and the polishing additive liquid of the present invention (aqueous solution β), and mixing them to prepare an abrasive, oxidation in the dispersion liquid α Concentration of cerium particles (concentration) and each concentration of water-soluble organic polymer and water-soluble polyamide in polishing additive solution (aqueous solution β) are concentrated to 2 to 100 times the concentration when used as an abrasive. The two solutions prepared and concentrated can be mixed and then diluted to a predetermined concentration when used as an abrasive. More specifically, for example, when the concentration of cerium oxide particles in the dispersion α and the concentration of each of the water-soluble organic polymer and the water-soluble polyamide in the polishing additive liquid are both increased by 10 times, α can be mixed with 10 parts by weight, polishing additive solution at 10 parts by weight, and water at 80 parts by weight, and diluted 10 times to obtain an abrasive.

<研磨剤の調製方法>
本発明の研磨剤を調製するには、純水やイオン交換水等の水に前記酸化セリウム粒子を分散させた分散液に、カルボン酸基および/またはカルボン酸の塩を有する水溶性有機高分子および水溶性ポリアミドを加えて混合する方法などが用いられる。混合後、撹拌機等を用いて所定時間撹拌することで、均一な研磨剤が得られる。また、混合後、超音波分散機を用いることで、より良好な分散状態を得ることもできる。
<Preparation method of abrasive>
In order to prepare the abrasive of the present invention, a water-soluble organic polymer having a carboxylic acid group and / or a carboxylic acid salt in a dispersion obtained by dispersing the cerium oxide particles in water such as pure water or ion-exchanged water. And a method in which water-soluble polyamide is added and mixed. After mixing, a uniform abrasive is obtained by stirring for a predetermined time using a stirrer or the like. Moreover, a better dispersion state can also be obtained by using an ultrasonic disperser after mixing.

本発明の研磨剤は、必ずしも予め構成成分をすべて混合したものとして、研磨の場に供給する必要はない。研磨剤は、研磨の場に供給される際に、研磨成分が混合されて所望の組成になっても良い。   The abrasive of the present invention does not necessarily have to be supplied to the polishing site as a mixture of all components. When the polishing agent is supplied to the polishing site, the polishing component may be mixed to have a desired composition.

本発明の研磨剤は、保管や輸送の利便性のため、酸化セリウム粒子の分散液(分散液α)と、前記した研磨用添加液(水溶液β)の2液として別々に準備し、使用時に混合してもよい。分散液αと水溶液βとの2液に分け、これらを混合して研磨剤を調製する場合は、前記したように、水溶液βにおける水溶性有機高分子や水溶性ポリアミドの濃度を、研磨剤使用時の例えば10倍程度に濃縮しておき、混合後所定の濃度になるように水で希釈してから使用しても良い。   For the convenience of storage and transportation, the abrasive of the present invention is prepared separately as two liquids of a dispersion liquid of cerium oxide particles (dispersion liquid α) and the above-mentioned polishing additive liquid (aqueous solution β). You may mix. When preparing an abrasive by dividing the dispersion α into an aqueous solution β and mixing them, the concentration of the water-soluble organic polymer or water-soluble polyamide in the aqueous solution β is used as described above. For example, it may be concentrated to about 10 times that of the time and diluted with water to a predetermined concentration after mixing.

<研磨方法>
本発明の実施形態の研磨方法は、前記した研磨剤を供給しながら研磨対象物の被研磨面と研磨パッドとを接触させ、両者の相対運動により研磨を行う方法である。ここで、研磨が行われる被研磨面は、例えば、半導体基板の二酸化ケイ素からなる面を含む表面である。半導体基板としては、前記したSTI用の基板が好ましい例として挙げられる。本発明の研磨方法は、半導体デバイスの製造において、多層配線間の層間絶縁膜の平坦化のための研磨にも有効である。
<Polishing method>
A polishing method according to an embodiment of the present invention is a method in which a surface to be polished and a polishing pad of a polishing target are brought into contact with each other while supplying the above-described polishing agent, and polishing is performed by relative movement of both. Here, the surface to be polished is a surface including a surface made of silicon dioxide of a semiconductor substrate, for example. As a semiconductor substrate, the above-mentioned STI substrate is a preferred example. The polishing method of the present invention is also effective for polishing for planarizing an interlayer insulating film between multilayer wirings in the manufacture of a semiconductor device.

STI用基板における二酸化ケイ素膜としては、テトラエトキシシラン(TEOS)を原料にしてプラズマCVD法で成膜された、いわゆるPE−TEOS膜が挙げられる。また、二酸化ケイ素膜として、高密度プラズマCVD法で成膜された、いわゆるHDP膜も挙げることができる。窒化ケイ素膜としては、シランまたはジクロロシランとアンモニアを原料として、低圧CVD法やプラズマCVD法で成膜したものが挙げられる。   Examples of the silicon dioxide film in the STI substrate include a so-called PE-TEOS film formed by plasma CVD using tetraethoxysilane (TEOS) as a raw material. In addition, as the silicon dioxide film, a so-called HDP film formed by a high-density plasma CVD method can also be given. Examples of the silicon nitride film include films formed by low-pressure CVD or plasma CVD using silane or dichlorosilane and ammonia as raw materials.

本発明の研磨剤を使用し前記した方法で研磨を行うことにより、平坦性を向上できる。平坦性の評価は、例えば、STI用のパターンウェハを用いて行う。STI用のパターンの研磨は、窒化ケイ素膜が露出した時点で停止することが望ましく、パターンウェハの窒化ケイ素膜が削れていないほど、平坦性には有利である。
本発明においては、後述するように、パターンウェハにおいて、研磨前の窒化ケイ素膜の上面から研磨後の凹部の二酸化ケイ素膜の上面までの距離を、平坦性の指標としたが、窒化ケイ素膜の膜厚の減少量を平坦性の指標とすることもできる。
By using the abrasive of the present invention and polishing by the method described above, the flatness can be improved. The flatness is evaluated using, for example, an STI pattern wafer. The polishing of the STI pattern is desirably stopped when the silicon nitride film is exposed, and the flatness is more advantageous as the silicon nitride film of the pattern wafer is not scraped.
In the present invention, as will be described later, in the patterned wafer, the distance from the upper surface of the silicon nitride film before polishing to the upper surface of the silicon dioxide film in the concave portion after polishing was used as an index of flatness. The amount of film thickness reduction can also be used as an index of flatness.

本発明の実施形態の研磨方法には、公知の研磨装置を使用できる。図2は、本発明の研磨方法に使用可能な研磨装置の一例を示す図である。
この研磨装置20は、STI基板のような半導体基板21を保持する研磨ヘッド22と、研磨定盤23と、研磨定盤23の表面に貼り付けられた研磨パッド24と、研磨パッド24に研磨剤25を供給する研磨剤供給配管26とを備えている。研磨剤供給配管26から研磨剤25を供給しながら、研磨ヘッド22に保持された半導体基板21の被研磨面を研磨パッド24に接触させ、研磨ヘッド22と研磨定盤23とを相対的に回転運動させて研磨を行うように構成されている。なお、本発明の実施形態に使用される研磨装置はこのような構造のものに限定されない。
A known polishing apparatus can be used for the polishing method of the embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing an example of a polishing apparatus that can be used in the polishing method of the present invention.
The polishing apparatus 20 includes a polishing head 22 that holds a semiconductor substrate 21 such as an STI substrate, a polishing surface plate 23, a polishing pad 24 attached to the surface of the polishing surface plate 23, and an abrasive agent on the polishing pad 24. And an abrasive supply pipe 26 for supplying 25. While supplying the polishing agent 25 from the polishing agent supply pipe 26, the polishing surface of the semiconductor substrate 21 held by the polishing head 22 is brought into contact with the polishing pad 24, and the polishing head 22 and the polishing surface plate 23 are rotated relatively. It is configured to polish by moving. Note that the polishing apparatus used in the embodiment of the present invention is not limited to such a structure.

研磨ヘッド22は、回転運動だけでなく直線運動をしてもよい。また、研磨定盤23および研磨パッド24は、半導体基板21と同程度またはそれ以下の大きさであってもよい。その場合は、研磨ヘッド22と研磨定盤23とを相対的に移動させることにより、半導体基板21の被研磨面の全面を研磨できるようにすることが好ましい。さらに、研磨定盤23および研磨パッド24は回転運動を行うものでなくてもよく、例えばベルト式で一方向に移動するものであってもよい。   The polishing head 22 may perform not only rotational movement but also linear movement. Further, the polishing surface plate 23 and the polishing pad 24 may be as large as or smaller than the semiconductor substrate 21. In that case, it is preferable that the entire surface to be polished of the semiconductor substrate 21 can be polished by relatively moving the polishing head 22 and the polishing surface plate 23. Furthermore, the polishing surface plate 23 and the polishing pad 24 do not have to perform a rotational movement, and may be, for example, a belt type that moves in one direction.

このような研磨装置20の研磨条件には特に制限はないが、研磨ヘッド22に荷重をかけて研磨パッド24に押し付けることでより研磨圧力を高め、研磨速度を向上させることができる。研磨圧力は0.5〜50kPa程度が好ましく、研磨速度における半導体基板21の被研磨面内の均一性、平坦性、スクラッチなどの研磨欠陥防止の観点から、3〜40kPa程度がより好ましい。研磨定盤23および研磨ヘッド22の回転数は、50〜500rpm程度が好ましいがこれに限定されない。また、研磨剤25の供給量については、研磨剤の組成や上記各研磨条件等により適宜調整される。   The polishing conditions of the polishing apparatus 20 are not particularly limited, but by applying a load to the polishing head 22 and pressing it against the polishing pad 24, the polishing pressure can be increased and the polishing rate can be improved. The polishing pressure is preferably about 0.5 to 50 kPa, and more preferably about 3 to 40 kPa from the viewpoints of uniformity in the polished surface of the semiconductor substrate 21 at the polishing rate, flatness, and prevention of polishing defects such as scratches. The rotation speed of the polishing surface plate 23 and the polishing head 22 is preferably about 50 to 500 rpm, but is not limited thereto. The supply amount of the abrasive 25 is appropriately adjusted depending on the composition of the abrasive and the above polishing conditions.

研磨パッド24としては、不織布、発泡ポリウレタン、多孔質樹脂、非多孔質樹脂などからなるものを使用することができる。研磨パッド24への研磨剤25の供給を促進し、あるいは研磨パッド24に研磨剤25が一定量溜まるようにするために、研磨パッド24の表面に格子状、同心円状、らせん状などの溝加工を施してもよい。また、必要に応じて、パッドコンディショナーを研磨パッド24の表面に接触させて、研磨パッド24表面のコンディショニングを行いながら研磨してもよい。   As the polishing pad 24, one made of nonwoven fabric, foamed polyurethane, porous resin, non-porous resin, or the like can be used. In order to promote the supply of the polishing agent 25 to the polishing pad 24 or to collect a certain amount of the polishing agent 25 on the polishing pad 24, groove processing such as a lattice shape, a concentric circle shape, and a spiral shape on the surface of the polishing pad 24. May be applied. Further, if necessary, the pad conditioner may be brought into contact with the surface of the polishing pad 24 to perform polishing while conditioning the surface of the polishing pad 24.

本発明の研磨方法によれば、半導体デバイスの製造における層間絶縁膜の平坦化やSTI用絶縁膜の平坦化等のCMP処理において、酸化ケイ素(例えば、二酸化ケイ素)からなる被研磨面を高い研磨速度で研磨することができるうえに、高い平坦性を実現することができる。   According to the polishing method of the present invention, a surface to be polished made of silicon oxide (for example, silicon dioxide) is highly polished in a CMP process such as planarization of an interlayer insulating film or STI insulating film in manufacturing a semiconductor device. In addition to being able to polish at a high speed, high flatness can be realized.

以下、本発明を実施例および比較例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
例1〜10、例12および例15が実施例であり、例11、例13および例14が比較例である。以下の例において、「%」は、特に断らない限り質量%を意味する。また、特性値は下記の方法により測定し評価した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention concretely, this invention is not limited to these Examples.
Examples 1 to 10, Example 12 and Example 15 are examples, and Examples 11, 13 and 14 are comparative examples. In the following examples, “%” means mass% unless otherwise specified. The characteristic values were measured and evaluated by the following methods.

[pH]
pHは、東亜ディーケーケー社製のpHメータHM−30Rを使用して測定した。
[PH]
The pH was measured using a pH meter HM-30R manufactured by Toa DKK Corporation.

[平均二次粒子径]
平均二次粒子径は、レーザー散乱・回折式の粒度分布測定装置(堀場製作所製、装置名:LA−920)を使用して測定した。
[Average secondary particle size]
The average secondary particle size was measured using a laser scattering / diffraction particle size distribution analyzer (manufactured by Horiba, Ltd., apparatus name: LA-920).

[研磨特性]
研磨特性は、全自動CMP研磨装置(Applied Materials社製、装置名:Mirra)を用いて測定し評価した。研磨パッドは、2層パッド(Rodel社製、商品名:IC−1400、K−groove)を使用し、研磨パッドのコンディショニングには、ダイヤモンドパッドコンディショナー(スリーエム社製、商品名:A165)を使用した。研磨条件は、研磨圧力を21kPa、研磨定盤の回転数を77rpm、研磨ヘッドの回転数を73rpmとした。また、研磨剤の供給速度は200ミリリットル/分とした。
[Polishing characteristics]
The polishing characteristics were measured and evaluated using a fully automatic CMP polishing apparatus (Applied Materials, apparatus name: Mirra). As the polishing pad, a two-layer pad (Rodel, trade name: IC-1400, K-groove) was used, and for the polishing pad conditioning, a diamond pad conditioner (3M, trade name: A165) was used. . The polishing conditions were a polishing pressure of 21 kPa, a polishing platen rotation speed of 77 rpm, and a polishing head rotation speed of 73 rpm. The supply rate of the abrasive was 200 ml / min.

研磨速度の測定のために、研磨対象物(被研磨物)として、8インチシリコンウェハ上に、テトラエトキシシランを原料にプラズマCVDにより二酸化ケイ素膜が成膜された二酸化ケイ素膜付きブランケット基板を用いた。   In order to measure the polishing rate, a blanket substrate with a silicon dioxide film in which a silicon dioxide film is formed by plasma CVD using tetraethoxysilane as a raw material on an 8-inch silicon wafer is used as an object to be polished (object to be polished). It was.

また、研磨の平坦性評価のために、被研磨物として、市販のテスト用STIパターン基板(International SEMATECH社製、商品名:864CMP000)を用いた。
このパターン基板には、8インチシリコンウェハ上に、STIのパターンを模した凹部と凸部のパターンが形成されている。パターンとしては、各部の幅を0.5μm〜500μmの範囲で変えて、凹部と凸部が交互に形成されたライン&スペースパターンと、凹部と凸部の幅の和が100μmで、凸部の幅を10μmから90μmの範囲で変えたストライプパターンのそれぞれが形成されている。そして、凸部上に研磨停止層として形成された窒化ケイ素膜の膜厚は90nmであり、トレンチの深さは350nmである。また、パターン基板の全面は、テトラエトキシシランを原料にしてプラズマCVDで成膜された、膜厚が500nmの二酸化ケイ素膜で覆われている。
In addition, for the evaluation of polishing flatness, a commercially available test STI pattern substrate (trade name: 864CMP000, manufactured by International SEMATECH) was used as an object to be polished.
On this pattern substrate, a concave and convex pattern simulating an STI pattern is formed on an 8-inch silicon wafer. As the pattern, the width of each part is changed in the range of 0.5 μm to 500 μm, the line & space pattern in which the concave part and the convex part are alternately formed, and the sum of the widths of the concave part and the convex part is 100 μm. Each of the stripe patterns with the width changed in the range of 10 μm to 90 μm is formed. The film thickness of the silicon nitride film formed as a polishing stopper layer on the convex portion is 90 nm, and the depth of the trench is 350 nm. The entire surface of the pattern substrate is covered with a silicon dioxide film having a thickness of 500 nm, which is formed by plasma CVD using tetraethoxysilane as a raw material.

前記したブランケット基板およびパターン基板上に成膜された二酸化ケイ素膜の膜厚の測定には、KLA−Tencor社の膜厚計UV−1280SEを使用した。ブランケット基板において、二酸化ケイ素膜の研磨前の膜厚と1分間研磨後の膜厚との差を求めることで、研磨速度を算出した。そして、基板の面内49点の研磨速度より得られた前記研磨速度の平均値を求め、二酸化ケイ素膜の研磨速度(オングストローム/分)とした。   A KLA-Tencor film thickness meter UV-1280SE was used to measure the film thickness of the silicon dioxide film formed on the blanket substrate and pattern substrate. In the blanket substrate, the polishing rate was calculated by determining the difference between the film thickness of the silicon dioxide film before polishing and the film thickness after polishing for 1 minute. And the average value of the said polishing rate obtained from the polishing rate of 49 points | pieces in the surface of a board | substrate was calculated | required, and it was set as the polishing rate (angstrom / min) of the silicon dioxide film.

研磨の平坦性の評価では、前記パターン基板の、凹部と凸部の幅の和が100μmの領域で凸部の幅が70μmのストライプパターンにおいて、窒化ケイ素膜が露出するまで研磨し、さらに30秒間研磨を追加した。そして、研磨後のパターン基板において、凹部と凸部の幅がいずれも50μmのライン&スペースパターンにおける凹部の二酸化ケイ素膜の上面からシリコン層までの距離d、すなわち凹部の二酸化ケイ素膜の膜厚を、前記方法で測定した。そして、この距離dの、基準値dとの差を求めた。ここで、基準値dは、研磨前の窒化ケイ素膜の上面を基準にし、研磨前の窒化ケイ素膜の上面からシリコン層までの距離(この距離は、研磨前の窒化ケイ素膜の膜厚に相当し、90nmである)と、窒化ケイ素膜の下面の中心点と、この中心点から窒化ケイ素膜の下面に対して垂直に下ろした線がトレンチの底面から平行に引いた線と交わった点までの距離との和(350nm)を、基準値とした。こうして算出された前記距離dと基準値dとの差(d−d)は、研磨前の窒化ケイ素膜の上面から研磨後の凹部の二酸化ケイ素膜の上面までの距離であり、この値を平坦性の指標とした。 In the evaluation of the flatness of the polishing, the pattern substrate is polished until the silicon nitride film is exposed in a stripe pattern in which the sum of the width of the concave portion and the convex portion is 100 μm and the width of the convex portion is 70 μm, and further for 30 seconds. Added polishing. Then, in the patterned substrate after polishing, the distance d from the upper surface of the silicon dioxide film in the concave portion to the silicon layer in the line and space pattern in which the widths of the concave portion and the convex portion are both 50 μm, that is, the film thickness of the silicon dioxide film in the concave portion , Measured by the above method. Then, the distance d, and obtains the difference between the reference value d 0. Here, the reference value d 0 is based on the upper surface of the silicon nitride film before polishing, and the distance from the upper surface of the silicon nitride film before polishing to the silicon layer (this distance is the film thickness of the silicon nitride film before polishing). The center point of the lower surface of the silicon nitride film, and the line perpendicular to the lower surface of the silicon nitride film intersected with the line drawn in parallel from the bottom surface of the trench. The sum (350 nm) with the distance to was used as a reference value. The difference (d 0 −d) between the distance d calculated in this way and the reference value d 0 is the distance from the upper surface of the silicon nitride film before polishing to the upper surface of the silicon dioxide film in the recessed portion after polishing. Was used as an index of flatness.

例1
AQナイロンP−95(商品名、東レ株式会社製)(以下、水溶性ポリアミドAと示す。)を、添加液の全量に対する含有割合(濃度)が0.002%になるように純水に加え、さらに分子量5000のポリアクリル酸アンモニウムを濃度が0.106%になるように加えた後、硝酸を加えてpHを5に調整し添加液を得た。この添加液1000gに、平均二次粒子径0.10μmの酸化セリウム粒子を純水に分散させた濃度0.5%の酸化セリウム分散液1000gを加え、撹拌し混合して、研磨剤(1)を得た。
なお、水溶性ポリアミドA、ポリアクリル酸アンモニウムおよび酸化セリウム粒子の研磨剤(1)の全量に対する含有割合(濃度)は、それぞれ0.001%、0.0531%および0.25%になる。
Example 1
AQ nylon P-95 (trade name, manufactured by Toray Industries, Inc.) (hereinafter referred to as water-soluble polyamide A) is added to pure water so that the content ratio (concentration) with respect to the total amount of the additive solution is 0.002%. Further, after adding ammonium polyacrylate having a molecular weight of 5000 to a concentration of 0.106%, nitric acid was added to adjust the pH to 5 to obtain an additive solution. A 1000 g concentration of 0.5% cerium oxide dispersion in which cerium oxide particles having an average secondary particle size of 0.10 μm are dispersed in pure water is added to 1000 g of the additive solution, and the mixture is stirred and mixed to obtain an abrasive (1) Got.
In addition, the content rate (concentration) with respect to the whole quantity of abrasive | polishing agent (1) of water-soluble polyamide A, polyacrylic acid ammonium, and a cerium oxide particle | grain becomes 0.001%, 0.0531%, and 0.25%, respectively.

例2
水溶性ポリアミドAの代わりに、AQナイロンT−70(商品名、東レ株式会社製)(以下、水溶性ポリアミドBと示す。)を、添加液の全量に対する濃度が0.002%になるように純水に加え、添加液を調製した。それ以外は例1と同様にして、研磨剤(2)を得た。
Example 2
Instead of water-soluble polyamide A, AQ nylon T-70 (trade name, manufactured by Toray Industries, Inc.) (hereinafter referred to as water-soluble polyamide B) is adjusted to a concentration of 0.002% with respect to the total amount of the additive solution. In addition to pure water, an additive solution was prepared. Other than that was carried out similarly to Example 1, and obtained the abrasive | polishing agent (2).

例3
水溶性ポリアミドAの添加液の全量に対する濃度を0.0002%とし、研磨剤の全量に対する濃度を0.0001%にした。それ以外は例1と同様にして、研磨剤(3)を得た。
Example 3
The concentration with respect to the total amount of the water-soluble polyamide A additive solution was 0.0002%, and the concentration with respect to the total amount of the abrasive was 0.0001%. Other than that was carried out similarly to Example 1, and obtained the abrasive | polishing agent (3).

例4
水溶性ポリアミドAの添加液の全量に対する濃度を0.001%とし、研磨剤の全量に対する濃度を0.0005%に変更した。それ以外は例1と同様にして、研磨剤(4)を得た。
Example 4
The concentration with respect to the total amount of the water-soluble polyamide A additive solution was 0.001%, and the concentration with respect to the total amount of the abrasive was changed to 0.0005%. Other than that was carried out similarly to Example 1, and obtained the abrasive | polishing agent (4).

例5
水溶性ポリアミドAの添加液の全量に対する濃度を0.004%とし、研磨剤の全量に対する濃度を0.002%に変更した。それ以外は例1と同様にして、研磨剤(5)を得た。
Example 5
The concentration with respect to the total amount of the water-soluble polyamide A additive solution was changed to 0.004%, and the concentration with respect to the total amount of the abrasive was changed to 0.002%. Other than that was carried out similarly to Example 1, and obtained the abrasive | polishing agent (5).

例6
添加液のpHを4.5に変更した。それ以外は例1と同様にして、研磨剤(6)を得た。
Example 6
The pH of the additive solution was changed to 4.5. Other than that was carried out similarly to Example 1, and obtained the abrasive | polishing agent (6).

例7
硝酸を加えてpHを5に調整した後、KOHを加えてpHを6に調整した。それ以外は例1と同様にして、研磨剤(7)を得た。
Example 7
Nitric acid was added to adjust the pH to 5, and then KOH was added to adjust the pH to 6. Otherwise in the same manner as in Example 1, an abrasive (7) was obtained.

例8
ポリアクリル酸アンモニウムの添加液の全量に対する濃度を0.0426%とし、研磨剤の全量に対する濃度を、0.0213%に変更した。それ以外は例1と同様にして、研磨剤(8)を得た。
Example 8
The concentration with respect to the total amount of the ammonium polyacrylate additive solution was 0.0426%, and the concentration with respect to the total amount of the abrasive was changed to 0.0213%. Otherwise in the same manner as in Example 1, an abrasive (8) was obtained.

例9
ポリアクリル酸アンモニウムの添加液の全量に対する濃度を0.17%とし、研磨剤の全量に対する濃度を0.085%に変更した。それ以外は例1と同様にして、研磨剤(9)を得た。
Example 9
The concentration relative to the total amount of the ammonium polyacrylate additive solution was changed to 0.17%, and the concentration relative to the total amount of the abrasive was changed to 0.085%. Other than that was carried out similarly to Example 1, and obtained abrasive | polishing agent (9).

例10
分子量5000のポリアクリル酸アンモニウムの代わりに、分子量5000のポリアクリル酸を使用した。それ以外は例1と同様にして、研磨剤(10)を得た。
Example 10
Instead of ammonium polyacrylate having a molecular weight of 5000, polyacrylic acid having a molecular weight of 5000 was used. Other than that was carried out similarly to Example 1, and obtained the abrasive | polishing agent (10).

例11
添加液の調製において、水溶性ポリアミドAを使用しなかった。すなわち、分子量5000のポリアクリル酸アンモニウムを、研磨剤の全量に対する濃度が0.0531%(添加液の全量に対する濃度0.1062%)になるように純水に加えた後、硝酸を加えてpHを5に調整し添加液を得た。それ以外は例1と同様にして、研磨剤(11)を得た。
Example 11
In the preparation of the additive solution, water-soluble polyamide A was not used. That is, ammonium polyacrylate having a molecular weight of 5000 was added to pure water so that the concentration relative to the total amount of the abrasive was 0.0531% (the concentration relative to the total amount of the additive solution was 0.1062%), and then nitric acid was added to adjust the pH. Was adjusted to 5 to obtain an additive solution. Other than that was carried out similarly to Example 1, and obtained the abrasive | polishing agent (11).

例12
平均二次粒子径0.10μmの酸化セリウム粒子を純水に分散させた酸化セリウム分散液の代わりに、平均二次粒子径0.18μmの酸化セリウム粒子を純水に分散させた酸化セリウム分散液を使用した。それ以外は例1と同様にして、研磨剤(12)を得た。
Example 12
Instead of the cerium oxide dispersion in which cerium oxide particles having an average secondary particle diameter of 0.10 μm are dispersed in pure water, a cerium oxide dispersion in which cerium oxide particles having an average secondary particle diameter of 0.18 μm are dispersed in pure water It was used. Otherwise in the same manner as in Example 1, an abrasive (12) was obtained.

例13
添加液の調製において、水溶性ポリアミドAを使用しなかった。すなわち、分子量5000のポリアクリル酸アンモニウムを、研磨剤の全量に対する濃度が0.0531%(添加液の全量に対する濃度0.1062%)になるように純水に加えた後、硝酸を加えてpHを5に調整し添加液を得た。それ以外は例12と同様にして、研磨剤(13)を得た。
Example 13
In the preparation of the additive solution, water-soluble polyamide A was not used. That is, ammonium polyacrylate having a molecular weight of 5000 was added to pure water so that the concentration relative to the total amount of the abrasive was 0.0531% (the concentration relative to the total amount of the additive solution was 0.1062%), and then nitric acid was added to adjust the pH. Was adjusted to 5 to obtain an additive solution. Otherwise in the same manner as in Example 12, an abrasive (13) was obtained.

例14
AQナイロンP−95(水溶性ポリアミドA)を、添加液の全量に対する含有割合(濃度)が0.002%になるように純水に加え、硝酸を加えてpHを5に調整し添加液を得た。この添加液1000gに、平均二次粒子径0.10μmの酸化セリウム粒子を純水に分散させた濃度0.5%の酸化セリウム分散液1000gを加え、撹拌し混合して、研磨剤(14)を得た。
なお、水溶性ポリアミドA、酸化セリウム粒子の研磨剤(14)の全量に対する含有割合(濃度)は、それぞれ0.001%および0.25%になる。
Example 14
AQ nylon P-95 (water-soluble polyamide A) is added to pure water so that the content ratio (concentration) with respect to the total amount of the additive solution is 0.002%, and nitric acid is added to adjust the pH to 5, and the additive solution is added. Obtained. 1000 g of this additive solution is added with 1000 g of 0.5% cerium oxide dispersion in which cerium oxide particles having an average secondary particle size of 0.10 μm are dispersed in pure water, and the mixture is stirred and mixed to obtain an abrasive (14). Got.
The content ratio (concentration) of the water-soluble polyamide A and the cerium oxide particles with respect to the total amount of the abrasive (14) is 0.001% and 0.25%, respectively.

例15
水溶性ポリアミドAの代わりに、AQナイロンP−70(商品名、東レ株式会社製)(以下、水溶性ポリアミドCと示す。)を、添加液の全量に対する濃度が0.002%になるように純水に加え、添加液を調製した。それ以外は例1と同様にして、研磨剤(15)を得た。
Example 15
Instead of water-soluble polyamide A, AQ nylon P-70 (trade name, manufactured by Toray Industries, Inc.) (hereinafter referred to as water-soluble polyamide C) is adjusted to a concentration of 0.002% with respect to the total amount of the additive solution. In addition to pure water, an additive solution was prepared. Otherwise in the same manner as in Example 1, an abrasive (15) was obtained.

こうして例1〜15で得られた研磨剤(1)〜(15)の組成およびpHを、表1に示す。
次いで、例1〜15で得られた研磨剤(1)〜(15)の研磨特性(二酸化ケイ素膜の研磨速度、研磨の平坦性)を、それぞれ前記方法で測定した。測定結果を表2および表3に示す。ここで、平均二次粒子径が0.10μmの酸化セリウム粒子が含有された研磨剤(1)〜(11)、(14)および(15)を使用した場合の研磨特性(二酸化ケイ素膜の研磨速度、研磨の平坦性)を表2に、平均二次粒子径が0.18μmの酸化セリウム粒子が含有された研磨剤(12)〜(13)を使用した場合の研磨特性(二酸化ケイ素膜の研磨速度、研磨の平坦性)を表3に、それぞれ示す。
The compositions and pH of the abrasives (1) to (15) thus obtained in Examples 1 to 15 are shown in Table 1.
Next, the polishing properties (polishing rate of silicon dioxide film, flatness of polishing) of the abrasives (1) to (15) obtained in Examples 1 to 15 were measured by the above-described methods. The measurement results are shown in Table 2 and Table 3. Here, polishing characteristics when polishing agents (1) to (11), (14) and (15) containing cerium oxide particles having an average secondary particle diameter of 0.10 μm were used (polishing of silicon dioxide film) Table 2 shows the polishing characteristics when the polishing agents (12) to (13) containing cerium oxide particles having an average secondary particle size of 0.18 μm are used (the speed and polishing flatness). Table 3 shows the polishing rate and flatness of polishing).

Figure 0006572734
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Figure 0006572734
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表1および表2から、平均二次粒子径0.10μmの酸化セリウム粒子と、ポリアクリル酸またはその塩と、分子中に3級アミノ基および/またはオキシアルキレン鎖を有する水溶性ポリアミドと、水とを含有し、pHが7以下である例1〜10および例15の研磨剤(1)〜(10)および(15)を用いて研磨を行うことで、研磨後のパターン基板の平坦性は十分に良好であり、かつ二酸化ケイ素膜に対する高い研磨速度が得られることがわかる。   From Tables 1 and 2, cerium oxide particles having an average secondary particle size of 0.10 μm, polyacrylic acid or a salt thereof, a water-soluble polyamide having a tertiary amino group and / or oxyalkylene chain in the molecule, and water The flatness of the patterned substrate after polishing is obtained by polishing using the polishing agents (1) to (10) and (15) of Examples 1 to 10 and Example 15 having a pH of 7 or less. It can be seen that it is sufficiently good and a high polishing rate for the silicon dioxide film can be obtained.

それに対して、平均二次粒子径0.10μmの酸化セリウム粒子と、ポリアクリル酸塩を含有し、水溶性ポリアミドを含有しない例11の研磨剤(11)を用いた場合には、例1〜10に比べて、二酸化ケイ素膜に対する研磨速度が低下するばかりでなく、パターン基板の平坦性も悪くなることがわかる。
また、平均二次粒子径0.10μmの酸化セリウム粒子と水溶性ポリアミドを含有し、ポリアクリル酸塩を含有しない例14の研磨剤(14)を用いた場合には、例1〜10に比べて、二酸化ケイ素膜に対する研磨速度は高いが、パターン基板の平坦性が非常に悪くなることがわかる。
On the other hand, when the polishing agent (11) of Example 11 containing cerium oxide particles having an average secondary particle size of 0.10 μm and polyacrylate and no water-soluble polyamide was used, Compared to 10, not only the polishing rate for the silicon dioxide film is decreased, but also the flatness of the pattern substrate is deteriorated.
Moreover, when the abrasive | polishing agent (14) of Example 14 which contains cerium oxide particle | grains with an average secondary particle diameter of 0.10 micrometer and water-soluble polyamide and does not contain polyacrylate is used, it compares with Examples 1-10. Thus, it can be seen that the polishing rate for the silicon dioxide film is high, but the flatness of the pattern substrate is very poor.

また、表1および表3から、平均二次粒子径0.18μmの酸化セリウム粒子と、ポリアクリル酸塩と、分子中に3級アミノ基および/またはオキシアルキレン鎖を有する水溶性ポリアミドと、水を含有し、pHが7以下である例12の研磨剤(12)を用いて研磨を行うことで、研磨後のパターン基板の平坦性は十分に良好であり、かつ二酸化ケイ素膜に対する高い研磨速度が得られることがわかる。   From Tables 1 and 3, cerium oxide particles having an average secondary particle diameter of 0.18 μm, polyacrylate, a water-soluble polyamide having a tertiary amino group and / or oxyalkylene chain in the molecule, water By performing polishing using the polishing agent (12) of Example 12 having a pH of 7 or less, the flatness of the patterned substrate after polishing is sufficiently good and a high polishing rate for the silicon dioxide film It can be seen that

それに対して、平均二次粒子径0.18μmの酸化セリウム粒子と、ポリアクリル酸塩を含有し、水溶性ポリアミドを含有しない例13の研磨剤(13)を用いた場合には、例12に比べて、二酸化ケイ素膜に対する研磨速度が低下するばかりでなく、パターン基板の平坦性も悪くなることがわかる。   On the other hand, when the polishing agent (13) of Example 13 containing cerium oxide particles having an average secondary particle size of 0.18 μm, polyacrylate and no water-soluble polyamide was used, In comparison, it can be seen that not only the polishing rate for the silicon dioxide film decreases, but also the flatness of the pattern substrate deteriorates.

本発明によれば、例えば、酸化ケイ素からなる面を含む被研磨面のCMPにおいて、平坦性を十分に高く維持しながら、酸化ケイ素膜に対する研磨速度を向上させることができる。したがって、本発明の研磨剤および研磨方法は、半導体デバイス製造におけるSTI用絶縁膜の平坦化に好適している。   According to the present invention, for example, in CMP of a surface to be polished including a surface made of silicon oxide, the polishing rate for the silicon oxide film can be improved while maintaining the flatness sufficiently high. Therefore, the abrasive | polishing agent and polishing method of this invention are suitable for planarization of the insulating film for STI in semiconductor device manufacture.

1…シリコン基板、2…窒化ケイ素膜、3…トレンチ、4…酸化ケイ素膜、20…研磨装置、21…半導体基板、22…研磨ヘッド、23…研磨定盤、24…研磨パッド、25…研磨剤、26…研磨剤供給配管。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Silicon substrate, 2 ... Silicon nitride film, 3 ... Trench, 4 ... Silicon oxide film, 20 ... Polishing apparatus, 21 ... Semiconductor substrate, 22 ... Polishing head, 23 ... Polishing surface plate, 24 ... Polishing pad, 25 ... Polishing Agent, 26 ... abrasive supply pipe.

Claims (11)

酸化セリウム粒子と、カルボン酸基および/またはカルボン酸の塩を有する水溶性有機高分子と、分子中に3級アミノ基および/またはオキシアルキレン鎖を有する水溶性ポリアミドと、水を含有し、pHが7以下であり、前記水溶性ポリアミドは、アミノエチルピペラジンおよび/または変性ポリアルキレングリコールと、ラクタムから得られる共重合体であことを特徴とする研磨剤。 It contains cerium oxide particles, a water-soluble organic polymer having a carboxylic acid group and / or a salt of carboxylic acid, a water-soluble polyamide having a tertiary amino group and / or oxyalkylene chain in the molecule, water, and pH Ri der but 7 or less, the water-soluble polyamide, polishing agent characterized and aminoethylpiperazine and / or modified polyalkylene glycols, Ru copolymer der obtained from a lactam, the. 前記水溶性有機高分子は、ポリアクリル酸および/またはポリアクリル酸アンモニウムを含む、請求項1に記載の研磨剤。 The abrasive according to claim 1, wherein the water-soluble organic polymer contains polyacrylic acid and / or ammonium polyacrylate. 前記水溶性有機高分子は、1000〜50000の分子量を有する、請求項1または2に記載の研磨剤。 The abrasive according to claim 1 or 2, wherein the water-soluble organic polymer has a molecular weight of 1000 to 50000. 前記水溶性ポリアミドの含有量は、0.00005質量%以上0.01質量%以下である、請求項1〜のいずれか1項に記載の研磨剤。 The abrasive according to any one of claims 1 to 3 , wherein a content of the water-soluble polyamide is 0.00005 mass% or more and 0.01 mass% or less. 前記水溶性有機高分子の含有量は、0.01質量%以上0.5質量%以下である、請求項1〜のいずれか1項に記載の研磨剤。 The abrasive according to any one of claims 1 to 4 , wherein the content of the water-soluble organic polymer is 0.01% by mass or more and 0.5% by mass or less. 前記pHは4以上6.5以下である、請求項1〜のいずれか1項に記載の研磨剤。 The abrasive according to any one of claims 1 to 5 , wherein the pH is 4 or more and 6.5 or less. 前記酸化セリウム粒子の平均二次粒子径は、0.01μm以上0.5μm以下である、請求項1〜のいずれか1項に記載の研磨剤。 The abrasive | polishing agent of any one of Claims 1-6 whose average secondary particle diameter of the said cerium oxide particle is 0.01 micrometer or more and 0.5 micrometer or less. 前記酸化セリウム粒子の含有量は、0.05質量%以上2質量%以下である、請求項1〜のいずれか1項に記載の研磨剤。 The abrasive according to any one of claims 1 to 7 , wherein a content of the cerium oxide particles is 0.05% by mass or more and 2% by mass or less. 研磨剤を供給しながら被研磨面と研磨パッドを接触させ、両者の相対運動により研磨を行う研磨方法において、前記研磨剤として請求項1〜のいずれか1項に記載の研磨剤を使用し、半導体基板の酸化ケイ素からなる面を含む被研磨面を研磨することを特徴とする研磨方法。 In a polishing method in which a surface to be polished and a polishing pad are brought into contact with each other while supplying an abrasive, and polishing is performed by relative movement between the two, the abrasive according to any one of claims 1 to 8 is used as the abrasive. A polishing method comprising polishing a surface to be polished including a surface made of silicon oxide of a semiconductor substrate. 酸化セリウム粒子の分散液と混合して研磨剤を調製するための添加液であって、
カルボン酸基および/またはカルボン酸の塩を有する水溶性有機高分子と、分子中に3級アミノ基および/またはオキシアルキレン鎖を有する水溶性ポリアミドと、水を含有し、pHが7以下であり、前記水溶性ポリアミドは、アミノエチルピペラジンおよび/または変性ポリアルキレングリコールと、ラクタムから得られる共重合体であことを特徴とする研磨用添加液。
An additive solution for preparing an abrasive by mixing with a dispersion of cerium oxide particles,
A water-soluble organic polymer having a carboxylic acid group and / or a salt of carboxylic acid, a water-soluble polyamide having a tertiary amino group and / or oxyalkylene chain in the molecule, and water, and having a pH of 7 or less Ri, wherein said water-soluble polyamide, and aminoethylpiperazine and / or modified polyalkylene glycols, Ru copolymer der obtained from a lactam, the polishing additive liquid, characterized in that.
前記水溶性有機高分子は、ポリアクリル酸および/またはポリアクリル酸アンモニウムを含む、請求項10に記載の研磨用添加液。 The polishing additive liquid according to claim 10, wherein the water-soluble organic polymer contains polyacrylic acid and / or ammonium polyacrylate.
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