JPWO2008117593A1 - Chemical mechanical polishing aqueous dispersion and semiconductor device chemical mechanical polishing method - Google Patents

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Abstract

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〜50nmであるコロイダルシリカと、(B)リン酸と、(C)ポリエチレンイミンと、(D)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。【化6】((1)式中、R1ないしR4は、各々独立して炭化水素基を表す。M−は、アニオンを表す。)The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the present invention has (A) an average particle diameter calculated from a specific surface area measured using the BET method, colloidal silica of 10 nm to 50 nm, (B) phosphoric acid, (C) Polyethyleneimine and (D) the quaternary ammonium compound shown by following General formula (1) are included, and pH is 3-5. (In the formula (1), R1 to R4 each independently represents a hydrocarbon group. M- represents an anion.)

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。   The present invention relates to an aqueous dispersion for chemical mechanical polishing and a chemical mechanical polishing method for a semiconductor device using the same.

従来の半導体素子の分離工程では、化学機械研磨(以下、「CMP」ともいう。)によってシリコン窒化膜上に形成されたシリコン酸化膜を除去し、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が用いられている。しかしながら、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、または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ていた。   In a conventional semiconductor element isolation process, the silicon oxide film formed on the silicon nitride film is removed by chemical mechanical polishing (hereinafter also referred to as “CMP”), and the silicon nitride film is dissolved by hot phosphoric acid and etched. The method is used. However, in the method of etching by dissolving the silicon nitride film with hot phosphoric acid, the etching process is controlled by time, so that a residual film may be generated or the lower layer of the silicon nitride film may be damaged. Therefore, it has been desired to remove the silicon nitride film by CMP.

シリコン酸化膜とシリコン窒化膜を同時にCMPにより除去するためには、その研磨速度比をほぼ同等とすることが必要となる。すなわち、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0.7〜1.1とすることによって、シリコン酸化膜のディッシングまたはエロージョンを発生させることなく、平坦に研磨することができる。このような課題に対して、例えば特開平11−176773号公報、特開2001−7061号公報、特開2001−35820号公報、特開2002−190458号公報、および特開2004−269577号公報には、研磨速度比をコントロールした化学機械研磨用水系分散体が開示されている。   In order to simultaneously remove the silicon oxide film and the silicon nitride film by CMP, it is necessary to make the polishing rate ratio substantially equal. That is, the silicon oxide film is dished or eroded by setting the polishing rate ratio of the silicon nitride film to the silicon oxide film (hereinafter also simply referred to as “polishing rate ratio”) to 0.7 to 1.1. And can be polished flat. For example, JP-A-11-176773, JP-A-2001-7061, JP-A-2001-35820, JP-A-2002-190458, and JP-A-2004-269577 deal with such problems. Discloses an aqueous dispersion for chemical mechanical polishing in which the polishing rate ratio is controlled.

実際の化学機械研磨は、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜の埋め込まれた基板を、定盤上に貼り付けた研磨布に押し当てて固定し、研磨布上に化学機械研磨用水系分散体を供給しながら、基板と定盤とを相対的に動かすことにより達成できる。しかしながら、研磨中に基板または定盤からの圧力やそれらの回転数を変化させると、研磨速度比を0.7〜1.1に保持することが難しいという問題があった。上記の特許文献に開示された化学機械研磨用水系分散体についても、研磨速度比を十分にコントロールできているとはいえず、実用的ではなかった。   In actual chemical mechanical polishing, the substrate embedded with silicon nitride film and silicon oxide film is pressed against the polishing cloth affixed on the surface plate and fixed, and an aqueous dispersion for chemical mechanical polishing is supplied onto the polishing cloth. However, this can be achieved by relatively moving the substrate and the surface plate. However, if the pressure from the substrate or the platen or the number of rotations thereof is changed during polishing, there is a problem that it is difficult to maintain the polishing rate ratio at 0.7 to 1.1. The chemical mechanical polishing aqueous dispersion disclosed in the above-mentioned patent document is also not practical because the polishing rate ratio cannot be sufficiently controlled.

本発明の目的は、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の研磨速度をほぼ同等とし、研磨中においてもその研磨速度比を保持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。   An object of the present invention is to provide an aqueous dispersion for chemical mechanical polishing capable of maintaining the polishing rate ratio of silicon oxide film and silicon nitride film substantially equal and maintaining the polishing rate ratio during polishing, and a chemical machine for a semiconductor device using the same. It is to provide a polishing method.

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〜50nmであるコロイダルシリカと、(B)リン酸と、(C)ポリエチレンイミンと、(D)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。   The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the present invention has (A) an average particle diameter calculated from a specific surface area measured using the BET method, colloidal silica of 10 nm to 50 nm, (B) phosphoric acid, (C) Polyethyleneimine and (D) the quaternary ammonium compound shown by following General formula (1) are included, and pH is 3-5.

Figure 2008117593
Figure 2008117593

((1)式中、RないしR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(A)成分と前記(C)成分との質量比(C)/(A)は、0.001〜0.05であることができる。
(In formula (1), R 1 to R 4 each independently represent a hydrocarbon group. M represents an anion.)
In the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the invention, the mass ratio (C) / (A) of the component (A) to the component (C) may be 0.001 to 0.05.

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)成分と前記(C)成分との質量比(C)/(B)は、0.002〜0.2であることができる。   In the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the invention, the mass ratio (C) / (B) between the component (B) and the component (C) may be 0.002 to 0.2.

本発明に係る化学機械研磨用水系分散体において、前記(C)成分の数平均分子量は、100〜2,000であることができる。   In the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the invention, the number average molecular weight of the component (C) may be 100 to 2,000.

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、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種の有機酸を含むことができる。   The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the present invention may further contain at least one organic acid selected from tartaric acid, malic acid and citric acid.

本発明に係る化学機械研磨用水系分散体において、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、1.2よりも大きくすることができる。   In the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the present invention, the ratio (Rmax / Rmin) of the major axis (Rmax) and minor axis (Rmin) of the colloidal silica particles of the component (A) is greater than 1.2. be able to.

本発明に係る化学機械研磨用水系分散体において、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、0.9以上1.1以下であることができる。   In the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the present invention, the polishing rate ratio (silicon nitride film / silicon oxide film) between the silicon nitride film and the silicon oxide film can be 0.9 or more and 1.1 or less.

本発明に係る化学機械研磨用水系分散体は、シリコン窒化膜およびシリコン酸化膜を共存する半導体装置の被研磨面を研磨するために用いることができる。   The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the present invention can be used for polishing a surface to be polished of a semiconductor device in which a silicon nitride film and a silicon oxide film coexist.

本発明に係る半導体装置の化学機械研磨方法は、上記の化学機械研磨用水系分散体を用いて、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜を共存する被研磨面を研磨し、前記シリコン酸化膜で研磨を停止させることを特徴とする。   The chemical mechanical polishing method for a semiconductor device according to the present invention uses the above chemical mechanical polishing aqueous dispersion to polish a surface to be polished on which a silicon oxide film and a silicon nitride film coexist, and polishes with the silicon oxide film. It is characterized by being stopped.

上記の化学機械研磨用水系分散体によれば、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の研磨速度をほぼ同等とすることができる。また、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研磨することができる。   According to the above chemical mechanical polishing aqueous dispersion, the polishing rates of the silicon oxide film and the silicon nitride film can be made substantially equal. Further, the polishing rate ratio can be maintained even during polishing. Accordingly, in the CMP process in which the silicon oxide film and the silicon nitride film are simultaneously polished, the silicon oxide film and the silicon nitride film can be polished while suppressing the occurrence of dishing or erosion of the silicon oxide film.

本明細書において、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との研磨速度比が「ほぼ同等」であるとは、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0.7〜1.1、好ましくは0.9〜1.1の範囲内であることをいう。   In this specification, the polishing rate ratio between the silicon oxide film and the silicon nitride film is “approximately equal” means that the polishing rate ratio of the silicon nitride film to the silicon oxide film is 0.7 to 1.1, preferably 0. It is within the range of 9 to 1.1.

例えば、薄膜トランジスタの形成工程の一部であるゲート電極の形成工程中に、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜を同時に研磨し、シリコン窒化膜の上面部分を完全に除去しなければならないという工程がある。このような工程に、本発明に係る化学機械研磨用水系分散体を適用すると、特に効果を発揮する。   For example, there is a process in which a silicon oxide film and a silicon nitride film must be polished at the same time and a top surface portion of the silicon nitride film must be completely removed during a gate electrode forming process which is a part of a thin film transistor forming process. When the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the present invention is applied to such a process, the effect is particularly exerted.

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。It is the conceptual diagram which showed typically the major axis and minor axis of colloidal silica particle. 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。It is the conceptual diagram which showed typically the major axis and minor axis of colloidal silica particle. 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。It is the conceptual diagram which showed typically the major axis and minor axis of colloidal silica particle. 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。It is sectional drawing which showed typically the to-be-processed object used for the chemical mechanical polishing process of a 1st specific example. 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。It is sectional drawing which showed typically the chemical mechanical polishing process of the 1st specific example. 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。It is sectional drawing which showed typically the chemical mechanical polishing process of the 1st specific example. 第1の実験例に用いる被処理体を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically the to-be-processed object used for the 1st experiment example. 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。It is sectional drawing which showed typically the chemical mechanical polishing process of the 1st experiment example. 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。It is sectional drawing which showed typically the chemical mechanical polishing process of the 1st experiment example. 第2の実験例に用いる被処理体を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically the to-be-processed object used for the 2nd experiment example. 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。It is sectional drawing which showed typically the chemical mechanical polishing process of the 2nd experiment example. 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。It is sectional drawing which showed typically the chemical mechanical polishing process of the 2nd experiment example.

以下、本発明の好適な実施形態について説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.

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。   In addition, this invention is not limited to the following embodiment, Various modifications implemented in the range which does not change the summary of this invention are also included.

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〜50nmであるコロイダルシリカと、(B)リン酸と、(C)ポリエチレンイミンと、(D)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. Chemical mechanical polishing aqueous dispersion The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to this embodiment comprises (A) colloidal silica having an average particle size calculated from a specific surface area measured using the BET method of 10 nm to 50 nm. , (B) phosphoric acid, (C) polyethyleneimine, and (D) a quaternary ammonium compound represented by the following general formula (1), and the pH is 3-5.

Figure 2008117593
Figure 2008117593

((1)式中、RないしR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。
(In formula (1), R 1 to R 4 each independently represent a hydrocarbon group. M represents an anion.)
Hereinafter, each component contained in the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to this embodiment will be described in detail.

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は、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好ましくは10nm〜50nmであり、より好ましくは12nm〜45nmであり、特に好ましくは15nm〜35nmである。コロイダルシリカの平均粒径が10nm〜50nm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、いずれの膜についても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50nm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るため、ディッシングを引き起こしてしまう。
1.1 (A) Colloidal silica The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to this embodiment includes colloidal silica as abrasive grains. The colloidal silica preferably has an average particle size calculated from a specific surface area measured using the BET method of 10 nm to 50 nm, more preferably 12 nm to 45 nm, and particularly preferably 15 nm to 35 nm. When the average particle size of the colloidal silica is in the range of 10 nm to 50 nm, the storage stability as an aqueous dispersion for chemical mechanical polishing is excellent, so that the performance (such as polishing rate) immediately after preparation can be maintained. If the average particle size of the colloidal silica is less than 10 nm, the polishing rate is too small for any film, which is not practical. On the other hand, when the average particle diameter of colloidal silica exceeds 50 nm, colloidal silica mechanically polishes the silicon oxide film, and the polishing rate of the silicon oxide film becomes too high, thereby causing dishing.

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。   The average particle diameter of colloidal silica is calculated from the specific surface area measured using the BET method with a flow-type specific surface area automatic measuring device “micrometrics FlowSorb II 2300 (manufactured by Shimadzu Corporation)”, for example.

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。   Hereinafter, a method for calculating the average particle diameter from the specific surface area of colloidal silica will be described.

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)とする。粒子n個の表面積Aは、A=nπdとなる。粒子n個の質量Nは、N=ρnπd/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/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。
Assuming that the shape of the colloidal silica particles is spherical, the diameter of the particles is d (nm) and the specific gravity is ρ (g / cm 3 ). The surface area A of n particles is A = nπd 2 . N particles mass N becomes N = ρnπd 3/6. The specific surface area S is represented by the surface area of all the constituent particles per unit mass of the powder. Then, the specific surface area S of n particles is S = A / N = 6 / ρd. By substituting the specific gravity ρ = 2.2 of colloidal silica into this equation and converting the unit, the following equation (2) can be derived.
Average particle diameter (nm) = 2727 / S (m 2 / g) (2)
In addition, all the average particle diameters of the colloidal silica in this specification are calculated based on Formula (2).

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、いずれの膜についても研磨速度が大きくなるが、スクラッチ等の欠損を引き起こすことがある。また、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。   The amount of colloidal silica added is preferably 1 to 5% by mass, more preferably 1.25 to 4% by mass, and particularly preferably 1 with respect to the mass of the chemical mechanical polishing aqueous dispersion in use. 0.5-3 mass%. When the amount of colloidal silica added is less than 1% by mass, a sufficient polishing rate cannot be obtained, which is not practical. On the other hand, if the amount of colloidal silica added exceeds 5% by mass, the polishing rate increases for any film, but defects such as scratches may occur. In addition, the cost may increase and a stable chemical mechanical polishing aqueous dispersion may not be obtained.

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1.2よりも大きく、好ましくは1.3以上3以下、より好ましくは1.4以上2.5以下である場合、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との研磨速度をほぼ同等とすることができ、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研磨することができる。   The ratio (Rmax / Rmin) between the major axis (Rmax) and minor axis (Rmin) of the colloidal silica particles is greater than 1.2, preferably 1.3 or more and 3 or less, more preferably 1.4 or more and 2.5 or less. In this case, the polishing rates of the silicon oxide film and the silicon nitride film can be made substantially equal, and the polishing rate ratio can be maintained even during polishing. Accordingly, in the CMP process in which the silicon oxide film and the silicon nitride film are simultaneously polished, the silicon oxide film and the silicon nitride film can be polished while suppressing the occurrence of dishing or erosion of the silicon oxide film.

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。   Here, the major axis (Rmax) of the colloidal silica particles means the longest distance among the distances connecting the end portions of the images of one independent colloidal silica particle image taken by a transmission electron microscope. means. The short diameter (Rmin) of the colloidal silica particle means the shortest distance among the distances connecting the end portions of the image with respect to one independent colloidal silica particle image taken by a transmission electron microscope. .

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。   For example, when the image of one independent colloidal silica particle 60a photographed by a transmission electron microscope is elliptical as shown in FIG. 1, the major axis a of the elliptical shape is determined as the major axis (Rmax) of the colloidal silica particle. Then, the minor axis b of the elliptical shape is determined as the minor diameter (Rmin) of the colloidal silica particles. As shown in FIG. 2, when an image of one independent colloidal silica particle 60b photographed by a transmission electron microscope is an aggregate of two particles, the longest distance c connecting the end portions of the image. Is determined as the long diameter (Rmax) of the colloidal silica particles, and the shortest distance d connecting the end portions of the image is determined as the short diameter (Rmin) of the colloidal silica particles. As shown in FIG. 3, when the image of one independent colloidal silica particle 60c photographed by a transmission electron microscope is an aggregate of three or more particles, the longest distance connecting the end portions of the image. e is determined as the long diameter (Rmax) of the colloidal silica particles, and the shortest distance f connecting the end portions of the image is determined as the short diameter (Rmin) of the colloidal silica particles.

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後、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。   For example, by measuring the major axis (Rmax) and minor axis (Rmin) of 50 colloidal silica particles and calculating the average value of major axis (Rmax) and minor axis (Rmin) by the above-described determination method, And the ratio of the minor axis (Rmax / Rmin) can be calculated.

1.2 (B)リン酸
本実施形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、リン酸を含む。リン酸を添加すると、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との相乗効果により達成されるものと推測される。
1.2 (B) Phosphoric acid The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to this embodiment contains phosphoric acid. When phosphoric acid is added, the polishing rate for the silicon nitride film can be increased. This is presumed to be achieved by a synergistic effect of the chemical polishing action of phosphoric acid on the silicon nitride film and the mechanical polishing action of colloidal silica.

リン酸の添加量は、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0.1〜2質量%であり、より好ましくは0.2〜1.5質量%であり、特に好ましくは0.3〜1.2質量%である。リン酸の添加量が0.1質量%未満であるとシリコン窒化膜に対する十分な研磨速度が得られず実用的ではない。一方、リン酸の添加量が2質量%を超えると、シリコン窒化膜に対する研磨速度はほぼ一定となり、それ以上添加してもコストが高くなるだけなので適さない。   The addition amount of phosphoric acid is preferably 0.1 to 2% by mass, more preferably 0.2 to 1.5% by mass with respect to the mass of the chemical mechanical polishing aqueous dispersion at the time of use, Especially preferably, it is 0.3-1.2 mass%. If the addition amount of phosphoric acid is less than 0.1% by mass, a sufficient polishing rate for the silicon nitride film cannot be obtained, which is not practical. On the other hand, if the addition amount of phosphoric acid exceeds 2% by mass, the polishing rate for the silicon nitride film becomes almost constant, and adding more is not suitable because it only increases the cost.

1.3 (C)ポリエチレンイミン
本実施形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、ポリエチレンイミンを含む。ポリエチレンイミンを添加すると、シリコン酸化膜に対する研磨速度を大きくすることができる。
1.3 (C) Polyethyleneimine The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to this embodiment includes polyethyleneimine. When polyethyleneimine is added, the polishing rate for the silicon oxide film can be increased.

このメカニズムについて説明する。ポリエチレンイミンは、下記一般式(3)で表すことができる。   This mechanism will be described. Polyethyleneimine can be represented by the following general formula (3).

Figure 2008117593
Figure 2008117593

ポリエチレンイミンは、水溶液中で解離され、イオン化された状態で存在している。すなわち、[−CHCHN(CHCHNH)−]の作用基である−NHは、水中でHを受け取り、−NH となる。一方、[−CHCHNH−]の作用基である−NH基も、水溶液中でHを受け取り、−NH となり、いずれも正に帯電する。Polyethyleneimine is dissociated in an aqueous solution and exists in an ionized state. That is, —NH 2 which is a functional group of [—CH 2 CH 3 N (CH 2 CH 2 NH 2 ) —] x receives H + in water and becomes —NH 3 + . On the other hand, the —NH group which is a functional group of [—CH 2 CH 2 NH—] y also receives H + in an aqueous solution to become —NH 2 + , and both are positively charged.

pH3〜5において、シリコン酸化膜は、負に帯電する傾向があり、シリコン窒化膜は、正に帯電する傾向がある。ポリエチレンイミンは、静電的相互作用によりシリコン酸化膜表面に優先的に吸着し、シリコン酸化膜の表面を正に帯電させる。コロイダルシリカは、pH3〜5において負に帯電している。そうすると、ポリエチレンイミンが介在することにより、コロイダルシリカをシリコン酸化膜の表面に引き寄せることができるため、シリコン酸化膜の機械的研磨を促進させることができる。   At pH 3-5, the silicon oxide film tends to be negatively charged, and the silicon nitride film tends to be positively charged. Polyethyleneimine is preferentially adsorbed on the surface of the silicon oxide film by electrostatic interaction, and positively charges the surface of the silicon oxide film. Colloidal silica is negatively charged at pH 3-5. Then, colloidal silica can be attracted to the surface of the silicon oxide film by interposing polyethyleneimine, so that mechanical polishing of the silicon oxide film can be promoted.

ところで、正に帯電したポリエチレンイミンは、負に帯電したコロイダルシリカの表面に吸着した状態で存在しているとも考えられる。しかしながら、コロイダルシリカは、自身のブラウン運動または表面の凹凸形状等により、ポリエチレンイミンの吸着を妨げることができる。したがって、ポリエチレンイミンは、コロイダルシリカに吸着することなく、化学機械研磨用水系分散体中に均一に溶解した状態で存在する。   By the way, it is considered that the positively charged polyethyleneimine exists in a state of being adsorbed on the surface of the negatively charged colloidal silica. However, colloidal silica can prevent the adsorption of polyethyleneimine due to its own Brownian motion or surface irregularities. Accordingly, the polyethyleneimine is present in a state of being uniformly dissolved in the chemical mechanical polishing aqueous dispersion without being adsorbed on the colloidal silica.

ポリエチレンイミンの添加量は、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0.001〜0.1質量%であり、より好ましくは0.0025〜0.04質量%であり、特に好ましくは0.005〜0.02質量%である。ポリエチレンイミンの添加量が0.001質量%未満であると、シリコン酸化膜の研磨速度が著しく低下するため実用的ではない。一方、ポリエチレンイミンの添加量が0.1質量%を超えると、コロイダルシリカの凝集を引き起こし、分散安定性に影響を及ぼす。   The amount of polyethyleneimine added is preferably 0.001 to 0.1% by mass, more preferably 0.0025 to 0.04% by mass, based on the mass of the chemical mechanical polishing aqueous dispersion at the time of use. It is particularly preferably 0.005 to 0.02% by mass. When the amount of polyethyleneimine added is less than 0.001% by mass, the polishing rate of the silicon oxide film is remarkably reduced, which is not practical. On the other hand, when the addition amount of polyethyleneimine exceeds 0.1% by mass, aggregation of colloidal silica is caused and dispersion stability is affected.

ポリエチレンイミンの分子量は、好ましくは100〜2,000、より好ましくは200〜1,800、特に好ましくは300〜1,200である。分子量が100未満であると、ポリエチレンイミンを添加してもシリコン酸化膜の研磨速度を大きくすることができない。一方、分子量が2,000を超えると、保存安定性を損なうため適用することができない。   The molecular weight of polyethyleneimine is preferably 100 to 2,000, more preferably 200 to 1,800, and particularly preferably 300 to 1,200. If the molecular weight is less than 100, the polishing rate of the silicon oxide film cannot be increased even if polyethyleneimine is added. On the other hand, if the molecular weight exceeds 2,000, the storage stability is impaired, so that it cannot be applied.

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(C)ポリエチレンイミンの質量比(C)/(A)は、好ましくは0.001〜0.05であり、より好ましくは0.002〜0.03であり、特に好ましくは0.004〜0.02である。質量比がこの範囲内にあると、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の研磨速度をほぼ同等とすることができる。これにより、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜を共存する被研磨面において、シリコン酸化膜のディッシングの発生を抑制しながら、シリコン窒化膜を研磨することができる。質量比(C)/(A)が0.001未満になると、シリコン酸化膜の研磨速度が大きくなりすぎる場合がある。一方、質量比(C)/(A)が0.05を超えると、コロイダルシリカの凝集を引き起こし、分散安定性に影響を及ぼすことがある。また、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の双方の研磨速度が小さくなるため適さない。   In the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to this embodiment, the mass ratio (C) / (A) of (A) colloidal silica and (C) polyethyleneimine is preferably 0.001 to 0.05, and more. Preferably it is 0.002-0.03, Most preferably, it is 0.004-0.02. When the mass ratio is within this range, the polishing rates of the silicon oxide film and the silicon nitride film can be made substantially equal. Thus, the silicon nitride film can be polished while suppressing the occurrence of dishing of the silicon oxide film on the surface to be polished in which the silicon oxide film and the silicon nitride film coexist. If the mass ratio (C) / (A) is less than 0.001, the polishing rate of the silicon oxide film may become too high. On the other hand, if the mass ratio (C) / (A) exceeds 0.05, the colloidal silica may be aggregated and the dispersion stability may be affected. Further, it is not suitable because the polishing rate of both the silicon oxide film and the silicon nitride film becomes small.

本実施形態に係る化学機械研磨用水系分散体における、(B)リン酸と(C)ポリエチレンイミンとの質量比(C)/(B)は、好ましくは0.002〜0.2であり、より好ましくは0.003〜0.1であり、特に好ましくは0.005〜0.08である。質量比がこの範囲内にあると、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の研磨速度をほぼ同等とすることができる。これにより、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜を共存する被研磨面において、シリコン酸化膜のディッシングの発生を抑制しながら、シリコン窒化膜を研磨することができる。質量比(C)/(B)が0.002未満になると、シリコン酸化膜の研磨速度が小さくなりすぎる場合がある。一方、質量比(C)/(B)が0.2を超えると、コロイダルシリカの凝集を引き起こし、分散安定性に影響を及ぼすことがある。また、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の双方の研磨速度が小さくなるため適さない。   In the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to this embodiment, the mass ratio (C) / (B) of (B) phosphoric acid and (C) polyethyleneimine is preferably 0.002 to 0.2, More preferably, it is 0.003-0.1, Most preferably, it is 0.005-0.08. When the mass ratio is within this range, the polishing rates of the silicon oxide film and the silicon nitride film can be made substantially equal. Thus, the silicon nitride film can be polished while suppressing the occurrence of dishing of the silicon oxide film on the surface to be polished in which the silicon oxide film and the silicon nitride film coexist. When the mass ratio (C) / (B) is less than 0.002, the polishing rate of the silicon oxide film may become too small. On the other hand, if the mass ratio (C) / (B) exceeds 0.2, the colloidal silica may be aggregated and the dispersion stability may be affected. Further, it is not suitable because the polishing rate of both the silicon oxide film and the silicon nitride film becomes small.

1.4 (D)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。
1.4 (D) Quaternary ammonium compound The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to this embodiment includes a quaternary ammonium compound represented by the following general formula (1).

Figure 2008117593
Figure 2008117593

((1)式中、RないしR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。
(In the formula (1), R 1 to R 4 each independently represent a hydrocarbon group. M represents an anion.)
The quaternary ammonium compound is used for the purpose of adjusting the pH of the chemical mechanical polishing aqueous dispersion and suppressing the polishing rate for the silicon oxide film.

一般式(1)において、RないしR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、アリール基等が挙げられる。In the general formula (1), the hydrocarbon group represented by R 1 to R 4 may be aliphatic, aromatic, araliphatic, or alicyclic. In addition, aliphatics such as aliphatic and araliphatic may be saturated or unsaturated, and may be linear or branched. Examples of these hydrocarbon groups include linear, branched, and cyclic saturated or unsaturated alkyl groups, aralkyl groups, and aryl groups.

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−ブテニル基等が挙げられる。   As the alkyl group, a lower alkyl group having 1 to 6 carbon atoms is usually preferable, and a lower alkyl group having 1 to 4 carbon atoms is particularly preferable. Specifically, for example, methyl group, ethyl group, n-propyl group, iso-propyl group, n-butyl group, iso-butyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, n-pentyl group, iso- Pentyl group, sec-pentyl group, tert-pentyl group, neopentyl group, n-hexyl group, iso-hexyl group, sec-hexyl group, tert-hexyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, vinyl group, n-propenyl group, Examples include iso-propenyl group, n-butenyl group, iso-butenyl group, sec-butenyl group, tert-butenyl group and the like.

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。   As the aralkyl group, those having 7 to 12 carbon atoms are usually preferred. Specific examples include a benzyl group, a phenethyl group, a phenylpropyl group, a phenylbutyl group, a phenylhexyl group, a methylbenzyl group, a methylphenethyl group, and an ethylbenzyl group.

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、アントリル基等が挙げられる。   As an aryl group, a C6-C14 thing is preferable normally. Specifically, for example, phenyl group, o-tolyl group, m-tolyl group, p-tolyl group, 2,3-xylyl group, 2,4-xylyl group, 2,5-xylyl group, 2,6- Examples include xylyl group, 3,5-xylyl group, naphthyl group, anthryl group and the like.

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。   The aromatic ring of the aryl group or aralkyl group may have, for example, a lower alkyl group such as a methyl group or an ethyl group, a halogen atom, a nitro group, an amino group, or the like as a substituent.

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。Examples of the anion represented by M include hydroxide ion (OH ) and the like.

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。   Specific examples of the quaternary ammonium compound include the following. Tetramethylammonium hydroxide (TMAH), trimethyl-2-hydroxyethylammonium hydroxide (choline), tetraethylammonium hydroxide (TEAH), tetrapropylammonium hydroxide, tetrabutylammonium hydroxide, monomethyltriethylammonium hydroxide, hydroxylated Dimethyldiethylammonium hydroxide, trimethylmonoethylammonium hydroxide, monomethyltripropylammonium hydroxide, dimethyldipropylammonium hydroxide, trimethylmonopropylammonium hydroxide, monomethyltributylammonium hydroxide, dimethyldibutylammonium hydroxide, trimethylmonobutylammonium hydroxide , Monoethyltripropylammonium hydroxide, diethyldipropylammonium hydroxide, triethyl hydroxide Nopropylammonium hydroxide, monoethyltributylammonium hydroxide, diethyldibutylammonium hydroxide, triethylmonobutylammonium hydroxide, monopropyltributylammonium hydroxide, dipropyldibutylammonium hydroxide, tripropylmonobutylammonium hydroxide, triethylhydroxide 2-hydroxyethylammonium hydroxide, tripropyl-2-hydroxyethylammonium hydroxide, tributyl-2-hydroxyethylammonium hydroxide, trimethyl-3-hydroxypropylammonium hydroxide, triethyl-3-hydroxypropylammonium hydroxide, trihydroxide hydroxide Propyl-3-hydroxypropylammonium, tributyl-3-hydroxypropylammonium hydroxide, trimethyl-4-hydride hydroxide Xibutylammonium hydroxide, triethyl-4-hydroxybutylammonium hydroxide, tripropyl-4-hydroxybutylammonium hydroxide, tributyl-4-hydroxybutylammonium hydroxide, trimethyl-3-hydroxybutylammonium hydroxide, triethyl-3 hydroxide -Hydroxybutylammonium, tripropyl-3-hydroxybutylammonium hydroxide, tributyl-3-hydroxybutylammonium hydroxide, dimethylethyl-2-hydroxyethylammonium hydroxide, methyldiethyl-2-hydroxyethylammonium hydroxide, hydroxylated Dimethylethyl-3-hydroxypropylammonium, methyldiethyl-3-hydroxypropylammonium hydroxide, dimethylethyl-4-hydroxybutylanhydride Monium, methyldiethyl-4-hydroxybutylammonium hydroxide, dimethylethyl-3-hydroxybutylammonium hydroxide, methyldiethyl-3-hydroxybutylammonium hydroxide, dimethyldi (2-hydroxyethyl) ammonium hydroxide, dimethyldihydroxide ( 3-hydroxypropyl) ammonium hydroxide, dimethyldi (3-hydroxybutyl) ammonium hydroxide, dimethyldi (4-hydroxybutyl) ammonium hydroxide, diethyldi (2-hydroxyethyl) ammonium hydroxide, diethyldi (3-hydroxypropyl) ammonium hydroxide Diethyldi (3-hydroxybutyl) ammonium hydroxide, diethyldi (4-hydroxybutyl) ammonium hydroxide, methylethyldi (2-hydroxyethyl) ammonium hydroxide , Methylethyldi (3-hydroxypropyl) ammonium hydroxide, diethyldi (3-hydroxybutyl) ammonium hydroxide, methylethyldi (4-hydroxybutyl) ammonium hydroxide, methyltri (2-hydroxyethyl) ammonium hydroxide, 2-hydroxyethyl) ammonium, propyltri (2-hydroxyethyl) ammonium hydroxide, butyltri (2-hydroxyethyl) ammonium hydroxide, methyltri (3-hydroxypropyl) ammonium hydroxide, ethyltri (3-hydroxybutyl) Ammonium, methyltri (4-hydroxybutyl) ammonium hydroxide, ethyltri (4-hydroxybutyl) ammonium hydroxide, methyltri (3-hydroxybutyl) ammonium hydroxide Hydroxide ethyltri (3-hydroxybutyl) ammonium. Among these, tetramethylammonium hydroxide (TMAH) is particularly preferable. These quaternary ammonium compounds can be used singly or in combination of two or more.

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、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との研磨速度比を適切な範囲に調整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。   The addition amount of the quaternary ammonium compound is preferably 0.1 to 5% by mass, more preferably 0.2 to 4% by mass, with respect to the mass of the chemical mechanical polishing aqueous dispersion at the time of use. Especially preferably, it is 0.3-3 mass%. When the addition amount of the quaternary ammonium compound is less than 0.1% by mass, the polishing rate ratio between the silicon oxide film and the silicon nitride film cannot be adjusted to an appropriate range. On the other hand, if the addition amount of the quaternary ammonium compound exceeds 5% by mass, the surface of the silicon nitride film or the silicon oxide film is damaged, and the surface may become uneven, which is not preferable.

1.5 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。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、3.2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 pH
The pH of the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to this embodiment is 3 or more and 5 or less. When the pH is within this range, the polishing rate of the silicon nitride film can be increased. In addition, there is an advantage that the storage stability as an aqueous dispersion for chemical mechanical polishing is excellent. A more preferable pH range is 3.2 or more and 4.5 or less. If the pH is less than 3, the polishing rate of the silicon nitride film cannot be increased, and the object of the present invention cannot be achieved. On the other hand, when the pH is higher than 5, not only the polishing rate of the silicon nitride film is remarkably lowered, but also the storage stability as an aqueous dispersion for chemical mechanical polishing is not excellent.

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 Other Additives The following additives can be added to the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to this embodiment as necessary.

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、両性界面活性剤を挙げることができる。
1.6.1 Surfactant A surfactant may be added to the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to this embodiment, if necessary. Examples of the surfactant include a cationic surfactant, an anionic surfactant, a nonionic surfactant, and an amphoteric surfactant.

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を挙げることができる。   Examples of the cationic surfactant include aliphatic amine salts and aliphatic ammonium salts.

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を挙げることができる。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を挙げることができる。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を挙げることができる。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を挙げることができる。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を挙げることができる。   Examples of the anionic surfactant include carboxylate, sulfonate, sulfate ester salt, phosphate ester salt and the like. Examples of the carboxylate include fatty acid soap and alkyl ether carboxylate. Examples of the sulfonate include alkyl benzene sulfonate, alkyl naphthalene sulfonate, and α-olefin sulfonate. Examples of the sulfate ester salt include higher alcohol sulfate ester salts and alkyl sulfate ester salts. Examples of phosphate esters include alkyl phosphate esters.

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を挙げることができる。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を挙げることができる。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を挙げることができる。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を挙げることができる。   Examples of nonionic surfactants include ether type surfactants, ether ester type surfactants, ester type surfactants, and acetylene type surfactants. Examples of the ether ester type surfactant include polyoxyethylene ether of glycerin ester. Examples of the ester type surfactant include polyethylene glycol fatty acid ester, glycerin ester, sorbitan ester and the like. Examples of the acetylenic surfactant include ethylene oxide adducts of acetylene alcohol, acetylene glycol, and acetylene diol.

両性界面活性剤としては、例えば、ベタイン系界面活性剤を挙げることができる。   Examples of amphoteric surfactants include betaine surfactants.

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。   These surfactants can be used singly or in combination of two or more.

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。   Among these surfactants, anionic surfactants are preferable, and sulfonates are particularly preferable. Of the sulfonates, alkylbenzene sulfonates are preferred, and dodecylbenzene sulfonate is particularly preferred.

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。   The addition amount of the surfactant is preferably 1% by mass or less, more preferably 0.001 to 0.1% by mass with respect to the mass of the chemical mechanical polishing aqueous dispersion at the time of use. When the addition amount of the surfactant is within the above range, a smooth polished surface can be obtained after the silicon nitride film is removed by polishing.

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。本実施の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。
1.6.2 Acid or Base The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to this embodiment may contain an acid or a base as necessary. The pH of the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the present embodiment needs to be 3 or more and 5 or less as described above. The acid and base can be used for the purpose of adjusting the pH of the chemical mechanical polishing aqueous dispersion.

前記酸としては、例えば、有機酸または無機酸(リン酸を除く。)を挙げることができる。   Examples of the acid include organic acids and inorganic acids (excluding phosphoric acid).

有機酸としては、例えば、酒石酸、リンゴ酸、クエン酸、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、フタル酸等が好ましい。これらの有機酸の中では、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、酒石酸、リンゴ酸、クエン酸が特に好ましい。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。また、これらの有機酸は、リン酸の添加によるpHの急激な変化を防ぐための緩衝作用も有する。   Examples of organic acids include tartaric acid, malic acid, citric acid, p-toluenesulfonic acid, dodecylbenzenesulfonic acid, isoprenesulfonic acid, gluconic acid, lactic acid, glycolic acid, malonic acid, formic acid, oxalic acid, succinic acid, and fumaric acid. Maleic acid, phthalic acid and the like are preferable. Among these organic acids, tartaric acid, malic acid, and citric acid having two or more carboxyl groups and one or more hydroxyl groups in one molecule are particularly preferable. Since the hydroxyl group in the organic acid is hydrogen-bonded with a nitrogen atom existing in the silicon nitride film, a large amount of the organic acid is present on the surface of the silicon nitride film. Thereby, the carboxyl group in the organic acid exerts a chemical polishing action on the silicon nitride film, and the polishing rate of the silicon nitride film can be increased. These organic acids also have a buffering action for preventing a rapid change in pH due to the addition of phosphoric acid.

無機酸としては、例えば、硝酸、硫酸等を挙げることができる。   Examples of inorganic acids include nitric acid and sulfuric acid.

前記塩基としては、有機塩基または無機塩基を挙げることができる。   Examples of the base include organic bases and inorganic bases.

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)等を挙げることができる。   Examples of the organic base include tetramethylammonium hydroxide (TMAH) and tetraethylammonium hydroxide (TEAH).

無機塩基としては、例えば、アルカリ金属の水酸化物を挙げることができる。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。   Examples of the inorganic base include alkali metal hydroxides. Specific examples include sodium hydroxide, potassium hydroxide, rubidium hydroxide, cesium hydroxide and the like.

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。
1.6.3 Water-soluble polymer The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to this embodiment may contain a water-soluble polymer, if necessary. The water-soluble polymer has a function of adsorbing to the surface of the surface to be polished and reducing polishing friction. Thereby, when a water-soluble polymer is added, the occurrence of dishing and corrosion can be suppressed.

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。   Examples of the water-soluble polymer include polyacrylamide, polyacrylic acid, polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, and hydroxyethyl cellulose.

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。本発明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。   The addition amount of the water-soluble polymer can be adjusted so that the viscosity of the chemical mechanical polishing aqueous dispersion is less than 2 mPa · s. Since the viscosity of the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the present invention is substantially determined by the weight average molecular weight and the addition amount of the water-soluble polymer, it can be adjusted in consideration of the balance between them. When the viscosity of the chemical mechanical polishing aqueous dispersion exceeds 2 mPa · s, the polishing rate may decrease, and the viscosity becomes too high to stably supply the chemical mechanical polishing aqueous dispersion on the polishing cloth. There is. As a result, an increase in the temperature of the polishing cloth, uneven polishing (deterioration of in-plane uniformity), and the like may occur, resulting in variations in polishing rate and dishing.

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を挙げることができる。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を挙げることができる。
1.6.4 Anticorrosive Agent Examples of the anticorrosive agent used in the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to this embodiment include benzotriazole and derivatives thereof. Here, the benzotriazole derivative means one obtained by substituting one or more hydrogen atoms of benzotriazole with, for example, a carboxyl group, a methyl group, an amino group, a hydroxyl group or the like. Examples of the benzotriazole derivatives include 4-carboxylbenzotriazole and its salt, 7-carboxybenzotriazole and its salt, benzotriazole butyl ester, 1-hydroxymethylbenzotriazole, 1-hydroxybenzotriazole and the like.

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。   The amount of the anticorrosive added is preferably 1% by mass or less, more preferably 0.001 to 0.1% by mass, based on the mass of the chemical mechanical polishing aqueous dispersion at the time of use.

1.7 化学機械研磨用水系分散体の調製方法
本実施の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。
1.7 Preparation Method of Chemical Mechanical Polishing Aqueous Dispersion The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the present embodiment can be prepared by dissolving or dispersing each of the above components in a solvent such as water. The dissolution or dispersion method is not particularly limited, and any method may be applied as long as it can be uniformly dissolved and dispersed. Also, the mixing order and mixing method of each component are not particularly limited.

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。   The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to this embodiment can be prepared as a concentrated stock solution and diluted with a solvent such as water when used.

2.化学機械研磨方法および半導体装置の製造方法
本実施形態に係る化学機械研磨方法および半導体装置の製造方法を、図面を用いて詳細に説明する。
2. Chemical Mechanical Polishing Method and Semiconductor Device Manufacturing Method A chemical mechanical polishing method and a semiconductor device manufacturing method according to this embodiment will be described in detail with reference to the drawings.

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。
2.1 Object to be treated FIG. 4 shows an example of an object to be treated 100 according to the chemical mechanical polishing method of the first specific example. First, a first silicon oxide film 20 as a stopper is formed on the silicon substrate 10 using a CVD method or a thermal oxidation method. Further, a silicon nitride film 30 is formed on the first silicon oxide film 20 by using the CVD method.

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ないしシリコン酸化膜20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。   Next, the silicon nitride film 30 is patterned. Using this as a mask, a trench 50 is formed to communicate the silicon substrate 10 or the silicon oxide film 20 by applying a photolithography method or an etching method.

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。   Finally, when silicon oxide is deposited so as to fill the trench 50, the workpiece 100 is obtained.

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比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。これにより、図5に示すように、第2のシリコン酸化膜40の大部分を除去することができる。
2.2 Chemical Mechanical Polishing Method (1) First, in order to remove the second silicon oxide film 40 deposited on the silicon nitride film 30 of the workpiece 100, the polishing rate ratio of the silicon oxide film to the silicon nitride film is Chemical mechanical polishing is performed using a large chemical mechanical polishing aqueous dispersion. Thereby, as shown in FIG. 5, most of the second silicon oxide film 40 can be removed.

(2)図5に示すような、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜を共存する被研磨面に対して、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。第2のシリコン酸化膜40を研磨していくと、シリコン窒化膜30が発現する。ここで、従来の化学機械研磨用水系分散体を用いて研磨した場合には、シリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜の研磨速度比が大きいため、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なかった。   (2) As shown in FIG. 5, a chemical mechanical polishing can be performed on the surface to be polished in which the silicon oxide film and the silicon nitride film coexist using the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to this embodiment. . As the second silicon oxide film 40 is polished, the silicon nitride film 30 appears. Here, when polishing using a conventional chemical mechanical polishing aqueous dispersion, the polishing rate ratio of the silicon nitride film to the silicon oxide film is large, so that the occurrence of dishing of the silicon oxide film cannot be suppressed. It was.

ところが、本実施形態に係る化学機械研磨用水系分散体を用いて研磨すると、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の研磨速度を研磨時においてほぼ同等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しながら、シリコン窒化膜を研磨することができる。すなわち、本実施形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、常に平坦な状態を保ちながら、被研磨面を全面的に研磨することができる。   However, when polishing is performed using the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the present embodiment, the polishing rate of the silicon oxide film and the silicon nitride film can be made substantially equal during polishing. The silicon nitride film can be polished while suppressing this. That is, the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to this embodiment can polish the entire surface to be polished while always maintaining a flat state.

(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。本実施形態に係る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) Thus, a semiconductor device in which silicon oxide is embedded in the trench 50 as shown in FIG. 6 can be obtained. The chemical mechanical polishing method according to the present embodiment can be applied to, for example, trench isolation (STI).

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. Examples Hereinafter, the present invention will be described by way of examples. However, the present invention is not limited to the examples.

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、表1に記載の固形分濃度の水分散体を調製した。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子径は、15nmであった。なお、算出に用いたBET法による表面積測定は、コロイダルシリカ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。また、透過型電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社製、「H−7650」)にて撮影倍率20000倍の条件で粒子の画像を撮影し、先に述べた方法で50個のコロイダルシリカ粒子を測定し、長径および短径の平均値を算出し、長径と短径の比率を算出した。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。
3.1 Preparation of Aqueous Dispersion Containing Inorganic Abrasive Grains 3.1.1 Preparation of Aqueous Dispersion Containing Colloidal Silica In a flask with a capacity of 2000 cm 3 , 70 g of 25% strength by weight ammonia water, 40 g of ion-exchanged water, and 175 g of ethanol Then, 21 g of tetraethoxysilane was added, and the temperature was raised to 60 ° C. while stirring at 180 rpm. The mixture was stirred at 60 ° C. for 1 hour and then cooled to obtain a colloidal silica / alcohol dispersion. Subsequently, the alcohol in the dispersion is removed by repeating the operation of removing the alcohol content several times while adding ion-exchanged water to the dispersion at 80 ° C. using an evaporator, and the aqueous dispersion having the solid content concentration shown in Table 1 is removed. The body was prepared. The average particle size calculated from the specific surface area measured using the BET method described above was 15 nm. In addition, the surface area measurement by BET method used for calculation used the value measured after removing the solution from colloidal silica and heat-processing at 800 degreeC. In addition, a particle image was taken with a transmission electron microscope (H-7650, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation) under the conditions of a photographing magnification of 20000 times, and 50 colloidal silica particles were measured by the method described above. The average value of the major axis and the minor axis was calculated, and the ratio of the major axis to the minor axis was calculated. Colloidal silica having other particle sizes was prepared by adjusting the addition amount of tetraethoxysilane and the stirring time in a timely manner by the same production method as described above.

また、扶桑化学工業社製のコロイダルシリカ(品番;PL−1、PL−2、PL−2L、PL−3、PL−3L、PL−3H、PL−5、EXP−101)を用いて同様に水分散体を調製した。   Similarly, using colloidal silica (product number; PL-1, PL-2, PL-2L, PL-3, PL-3L, PL-3H, PL-5, EXP-101) manufactured by Fuso Chemical Industry Co., Ltd. An aqueous dispersion was prepared.

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子径は、30nmであった。
3.1.2 Preparation of Aqueous Dispersion Containing Fumed Silica 2 kg of trade name “Aerosil # 90” (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.) was dispersed in 6.7 kg of ion-exchanged water using an ultrasonic disperser. . Then, it filtered using the filter of 5 micrometers of hole diameters, and obtained the water dispersion containing 23 mass% of fumed silica particles. In addition, the average particle diameter computed from the specific surface area measured using BET method mentioned above was 30 nm.

平均粒子径54nmのヒュームドシリカを含む水分散体は、上記の「アエロジル#90」に代えて、商品名「アエロジル#50」(日本アエロジル株式会社製)を用いて、同様の操作を行い調製した。   An aqueous dispersion containing fumed silica having an average particle size of 54 nm was prepared by performing the same operation using the trade name “Aerosil # 50” (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.) instead of the above “Aerosil # 90”. did.

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子径は、45nmであった。
3.1.3 Preparation of aqueous dispersion containing fumed ceria Ceric oxide powder was obtained by baking cerium hydroxide at 900 ° C. for 2 hours. The obtained cerium oxide powder was dispersed in ion-exchanged water using a bead mill to obtain an aqueous dispersion containing 10% by mass of cerium oxide. The average particle size calculated from the specific surface area measured using the BET method described above was 45 nm.

一方、水酸化セリウムを700℃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子径は、20nmであった。   On the other hand, the powder of cerium oxide was obtained by baking cerium hydroxide at 700 ° C. for 2 hours. The obtained cerium oxide powder was dispersed in ion-exchanged water using a bead mill to obtain an aqueous dispersion containing 10% by mass of cerium oxide. The average particle size calculated from the specific surface area measured using the BET method described above was 20 nm.

3.2 化学機械研磨用水系分散体の調製
「3.1 無機砥粒を含む水分散体の調製」において調製された水分散体の所定量を容量1000cmのポリエチレン製の瓶に投入し、これに、リン酸、ポリエチレンイミン、およびその他の添加剤を所定の含有量となるようにそれぞれ添加し十分に混合撹拌した。なお、ポリエチレンイミンは、日本触媒社製の製品(品番;SP−003、SP−006、SP−012、SP−018、SP−200)を用いた。その後、撹拌をしながら必要に応じて界面活性剤水溶液を添加した。さらにイオン交換水を加え、四級アンモニウム化合物を0.1〜5質量%の範囲内で所定のpHを確認しながら徐々に添加し、所定のpHとなるように分散体を調整した後、孔径5μmのフィルターで濾過し、実施例、比較例、および参考例に用いる化学機械研磨用水系分散体を得た。
3.2 Preparation of chemical mechanical polishing aqueous dispersion A predetermined amount of the aqueous dispersion prepared in “3.1 Preparation of aqueous dispersion containing inorganic abrasive grains” is put into a polyethylene bottle having a capacity of 1000 cm 3 , To this, phosphoric acid, polyethyleneimine, and other additives were respectively added so as to have a predetermined content, and sufficiently mixed and stirred. Polyethyleneimine used was a product (product number; SP-003, SP-006, SP-012, SP-018, SP-200) manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd. Then, surfactant aqueous solution was added as needed, stirring. Further, ion-exchanged water was added, and the quaternary ammonium compound was gradually added while confirming a predetermined pH within a range of 0.1 to 5% by mass, and the dispersion was adjusted to have a predetermined pH. Filtration was performed with a 5 μm filter to obtain an aqueous dispersion for chemical mechanical polishing used in Examples, Comparative Examples, and Reference Examples.

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)によって予め測定しておき、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4に示す。
3.3 Chemical Mechanical Polishing Test Using the chemical mechanical polishing aqueous dispersion prepared in “3.2 Preparation of Chemical Mechanical Polishing Aqueous Dispersion”, a silicon substrate with a silicon nitride film or silicon oxide film having a diameter of 8 inches was used. As the object to be polished, chemical mechanical polishing was performed under the following <Polishing Conditions 1>.
<Polishing condition 1>
・ Polishing equipment: Model “EPO-112” manufactured by Ebara Corporation
・ Polishing pad: “IC1000 / K-Groove” manufactured by Rodel Nitta Co., Ltd.
・ Chemical mechanical polishing aqueous dispersion supply speed: 200 mL / min ・ Surface plate rotation speed: 90 rpm
・ Rotation speed of polishing head: 90 rpm
Polishing head pressing pressure: 280 hPa
3.3.1 Calculation of Polishing Rate For each of the 8-inch diameter silicon nitride film or the substrate with the silicon oxide film as the object to be polished, the film thickness before polishing is measured by the optical interference film thickness meter “NanoSpec 6100” (Nanometrics). -It measured beforehand by Japan Co., Ltd. and grind | polished for 1 minute on said conditions. The film thickness of the polished object after polishing was similarly measured using an optical interference film thickness meter, and the difference between the film thickness before and after polishing, that is, the film thickness decreased by chemical mechanical polishing was determined. Then, the polishing rate was calculated from the film thickness decreased by chemical mechanical polishing and the polishing time. The results are shown in Tables 1 to 4.

Figure 2008117593
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3.4 実施例1〜15、比較例1〜15
実施例1〜15、比較例1〜15は、表1ないし表4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。
3.4 Examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 to 15
Examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 to 15 are obtained by partially changing the components or concentrations of the chemical mechanical polishing aqueous dispersion as described in Tables 1 to 4.

実施例1〜15の化学機械研磨用水系分散体では、いずれも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0.7〜1.1の範囲内にある。したがって、実施例1〜15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、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜を共有する平坦な被研磨面において、シリコン酸化膜のディッシングの発生を抑制しながら、シリコン窒化膜を研磨することができる。   In each of the chemical mechanical polishing aqueous dispersions of Examples 1 to 15, the polishing rate ratio of the silicon nitride film to the silicon oxide film is in the range of 0.7 to 1.1. Therefore, when chemical mechanical polishing is performed using the chemical mechanical polishing aqueous dispersions of Examples 1 to 15, dishing of the silicon oxide film occurs on the flat surface to be polished that shares the silicon oxide film and the silicon nitride film. The silicon nitride film can be polished while suppressing.

比較例1および2は、砥粒としてヒュームドシリカを含有するスラリーを適用した例である。いずれの場合もシリコン窒化膜の研磨速度が大きく、本願発明の目的を達成することができない。   Comparative Examples 1 and 2 are examples in which a slurry containing fumed silica as abrasive grains was applied. In either case, the polishing rate of the silicon nitride film is high and the object of the present invention cannot be achieved.

比較例3および4は、砥粒としてヒュームドセリアを含有するスラリーを適用した例である。いずれの場合もシリコン酸化膜の研磨速度が大きく、適切な研磨速度比を得ることができないため、本願発明の目的を達成することができない。   Comparative Examples 3 and 4 are examples in which a slurry containing fumed ceria as abrasive grains was applied. In either case, since the polishing rate of the silicon oxide film is high and an appropriate polishing rate ratio cannot be obtained, the object of the present invention cannot be achieved.

比較例5は、砥粒として平均粒径6nmのコロイダルシリカを含有するスラリーを適用した例である。シリコン窒化膜の研磨速度が大きく、適切な研磨速度比を得ることができないため、本願発明の目的を達成することができない。   Comparative Example 5 is an example in which a slurry containing colloidal silica having an average particle diameter of 6 nm is applied as abrasive grains. Since the polishing rate of the silicon nitride film is high and an appropriate polishing rate ratio cannot be obtained, the object of the present invention cannot be achieved.

比較例6は、砥粒として平均粒径70nmのコロイダルシリカを用いた例である。シリコン酸化膜の研磨速度が大きすぎ、適切な研磨速度比を得ることができないため、本願発明の目的を達成することができない。   Comparative Example 6 is an example in which colloidal silica having an average particle diameter of 70 nm was used as the abrasive grains. Since the polishing rate of the silicon oxide film is too high and an appropriate polishing rate ratio cannot be obtained, the object of the present invention cannot be achieved.

比較例7は、pHが3未満のスラリーを適用した例である。シリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜の研磨速度が小さくなってしまうため、本願発明の目的を達成することができない。   Comparative Example 7 is an example in which a slurry having a pH of less than 3 was applied. Since the polishing rate of the silicon nitride film with respect to the silicon oxide film is reduced, the object of the present invention cannot be achieved.

比較例8は、pHが5を超えたスラリーを適用した例である。コロイダルシリカの凝集が認められ、評価試験を行うことができなかった。   Comparative Example 8 is an example in which a slurry having a pH exceeding 5 was applied. Aggregation of colloidal silica was observed, and the evaluation test could not be performed.

比較例9は、砥粒として平均粒径70nmのコロイダルシリカを含有し、かつpHが5を超えたスラリーを適用した例である。コロイダルシリカの凝集が認められ、評価試験を行うことができなかった。   Comparative Example 9 is an example in which a slurry containing colloidal silica having an average particle diameter of 70 nm as an abrasive grain and having a pH exceeding 5 was applied. Aggregation of colloidal silica was observed, and the evaluation test could not be performed.

比較例10〜13は、ポリエチレンイミンを含有しないスラリーを適用した例である。ポリエチレンイミンを含有しないスラリーでは、シリコン酸化膜に対する研磨速度とシリコン窒化膜に対する研磨速度のバランスを保てない傾向が認められるため、本願発明の目的を達成することができない。   Comparative Examples 10 to 13 are examples in which a slurry containing no polyethyleneimine was applied. In the slurry not containing polyethyleneimine, the tendency of not being able to maintain the balance between the polishing rate for the silicon oxide film and the polishing rate for the silicon nitride film is recognized, so the object of the present invention cannot be achieved.

比較例14は、砥粒として平均粒径51.9nmのコロイダルシリカを含有し、かつpHが3未満のスラリーを適用した例である。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くなりすぎてしまうため、本願発明の目的を達成することができない。   Comparative Example 14 is an example in which a slurry containing colloidal silica having an average particle diameter of 51.9 nm as an abrasive grain and having a pH of less than 3 was applied. Since the polishing rate of the silicon oxide film with respect to the silicon nitride film becomes too high, the object of the present invention cannot be achieved.

比較例15は、リン酸を含有せず、数平均分子量が20,000のポリエチレンイミンを含有するスラリーを適用した例である。リン酸を含有せず、ポリエチレンイミンの分子量が大きすぎるため、化学機械研磨用水系分散体中にポリエチレンイミン由来の沈殿が確認された。したがって、評価することができなかった。   Comparative Example 15 is an example in which a slurry containing polyethyleneimine containing no phosphoric acid and having a number average molecular weight of 20,000 is applied. Since it did not contain phosphoric acid and the molecular weight of polyethyleneimine was too large, precipitation derived from polyethyleneimine was confirmed in the chemical mechanical polishing aqueous dispersion. Therefore, it could not be evaluated.

以上のように、比較例1〜15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。   As described above, the chemical mechanical polishing aqueous dispersions of Comparative Examples 1 to 15 cannot achieve the object of the present invention.

3.5 実施例16〜19
実施例16〜19は、A液(リン酸4質量%、ポリエチレンイミン[分子量600]0.05質量%および水酸化テトラメチルアンモニウムを適量添加し、pHを3.7としたもの)とB液(平均粒径15nmのコロイダルシリカを12.5質量%添加し、pHを7としたもの)をあらかじめ調製し、A液とB液と脱イオン水を表5に記載の割合で混合して得られた化学機械研磨用水系分散体を用いて、「3.3 化学機械研磨試験」を実施した例である。
3.5 Examples 16-19
In Examples 16 to 19, liquid A (4% by mass of phosphoric acid, polyethyleneimine [molecular weight 600] 0.05% by mass and tetramethylammonium hydroxide were added in an appropriate amount to adjust the pH to 3.7) and liquid B (12.5% by mass of colloidal silica having an average particle size of 15 nm is added to adjust the pH to 7) is prepared in advance, and A liquid, B liquid, and deionized water are mixed in the proportions shown in Table 5. This is an example in which the “3.3 chemical mechanical polishing test” was carried out using the obtained chemical mechanical polishing aqueous dispersion.

実施例16は、実施例1と同様の組成となる。実施例16の化学機械研磨試験の結果は、実施例1と全く同じであった。このことから、組成が同一であれば、添加剤の添加順序等は、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜の研磨速度にほとんど影響を及ぼさないことがわかる。   Example 16 has the same composition as Example 1. The result of the chemical mechanical polishing test of Example 16 was exactly the same as that of Example 1. From this, it can be seen that if the compositions are the same, the order of addition of the additives has little influence on the polishing rate of the silicon oxide film or silicon nitride film.

実施例17〜19は、A液とB液と脱イオン水の割合を種々変化させて得られた化学機械研磨用水系分散体を用いて、「3.3 化学機械研磨試験」を実施した例である。実施例17〜19のように、A液とB液と脱イオン水の割合を調整すれば、研磨速度比を0.7〜1.1に制御できることがわかる。   Examples 17 to 19 are examples in which “3.3 chemical mechanical polishing test” was performed using chemical mechanical polishing aqueous dispersions obtained by variously changing the ratios of liquid A, liquid B, and deionized water. It is. It can be seen that the polishing rate ratio can be controlled to 0.7 to 1.1 by adjusting the ratios of the A liquid, the B liquid, and the deionized water as in Examples 17 to 19.

Figure 2008117593
Figure 2008117593

実施例20〜22は、実施例15で得られた化学機械研磨用水系分散体を用いて、研磨条件を種々変化させて、「3.3 化学機械研磨試験」を実施した例である。研磨条件は、研磨荷重、化学機械研磨用水系分散体の流量、テーブル回転数、ヘッド回転数の4つであり、これらの条件を種々変化させた。実施例15で得られた化学機械研磨用水系分散体は、いずれの研磨条件においても研磨速度比を0.7〜1.1とすることができた。このことより、本実施の形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、研磨条件によって変動することのない安定した研磨速度比を提供できることがわかる。   Examples 20 to 22 are examples in which the “3.3 chemical mechanical polishing test” was performed using the chemical mechanical polishing aqueous dispersion obtained in Example 15 and variously changing the polishing conditions. There were four polishing conditions: polishing load, flow rate of the chemical mechanical polishing aqueous dispersion, table rotation speed, and head rotation speed, and these conditions were variously changed. The chemical mechanical polishing aqueous dispersion obtained in Example 15 was able to achieve a polishing rate ratio of 0.7 to 1.1 under any polishing condition. This shows that the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to the present embodiment can provide a stable polishing rate ratio that does not vary depending on the polishing conditions.

Figure 2008117593
Figure 2008117593

3.6 実験例
3.6.1 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、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。
3.6 Experimental Example 3.6.1 First Experimental Example Chemical mechanical polishing was performed using a test wafer embedded with a silicon nitride film in advance. Specifically, the object to be processed 200 is a test wafer manufactured by 864 CMP (advanced materials technology, having a cross-sectional structure as shown in FIG. 7, and the silicon nitride film 32 is formed from the bottom of the polysilicon film 12. The thickness up to the top is about 500 nm, the thickness of the silicon oxide film 22 is about 10 nm, and the thickness of the silicon nitride film 32 is about 150 nm.

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100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。
The test wafer was previously subjected to chemical mechanical polishing for 100 seconds under the following <Polishing condition 2> using CMS4301 and 4302 manufactured by JSR.
<Polishing condition 2>
・ Polishing equipment: Model “EPO-112” manufactured by Ebara Corporation
・ Polishing pad: “IC1000 / K-Groove” manufactured by Rodel Nitta Co., Ltd.
・ Chemical mechanical polishing aqueous dispersion supply speed: 200 mL / min ・ Surface plate rotation speed: 100 rpm
-Polishing head rotation speed: 107 rpm
・ Polishing head pressing pressure: 350 hPa
As shown in FIG. 8, most of the silicon oxide film 42 on the silicon nitride film 32 has been removed from the polished surface after chemical mechanical polishing. When the thickness of the silicon oxide film 42 on the silicon nitride film 32 within a 100 μm pitch with a pattern density of 50% was measured by an optical interference type film thickness meter “NanoSpec 6100”, the thickness of the silicon oxide film 42 was about 100 nm. It was.

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。   Further, in order to measure the level difference of the silicon nitride film 32, the level difference was not confirmed when measured with a stylus type level difference measuring device “HRP240”.

次に、実施例1に係る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。   Next, the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to Example 1 was used for polishing for 180 seconds under the above <Polishing Condition 1>.

その結果、図9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。   As a result, a semiconductor device as shown in FIG. 9 was obtained. The thickness of the silicon nitride film 32 on the polished surface after polishing was approximately 0 nm. The dishing amount of the second silicon oxide film 42 in a 100 μm pitch with a pattern density of 50% was also almost 0 nm.

このことから、実施例1に係る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。   For this reason, when the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to Example 1 is used, the polishing rates of the silicon nitride film and the silicon oxide film can be made substantially the same, so that the occurrence of dishing of the silicon oxide film is suppressed. It can be seen that it is effective in removing the silicon nitride film.

3.6.2 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。
3.6.2 Second Experimental Example Chemical mechanical polishing was performed using a test wafer embedded with a silicon nitride film in advance. Specifically, the object to be processed 300 is a test wafer manufactured by 864 CMP (advanced materials technology) having a cross-sectional structure as shown in FIG. 10, and the top of the silicon nitride film 32 from the bottom of the silicon film 14. The thickness of the silicon oxide film 22 is about 10 nm, and the thickness of the silicon nitride film 32 is about 150 nm.

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。   The test wafer was previously subjected to chemical mechanical polishing for 100 seconds under the above <Polishing condition 2> using CMS4301 and 4302 manufactured by JSR.

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。   As shown in FIG. 11, most of the silicon oxide film 42 on the silicon nitride film 32 was removed from the surface to be polished after chemical mechanical polishing. When the thickness of the silicon oxide film 42 on the silicon nitride film 32 within a 100 μm pitch with a pattern density of 50% was measured by an optical interference type film thickness meter “NanoSpec 6100”, the thickness of the silicon oxide film 42 was about 100 nm. It was.

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。   Further, in order to measure the level difference of the silicon nitride film 32, the level difference was not confirmed when measured with a stylus type level difference measuring device “HRP240”.

次に、実施例9に係る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。   Next, the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to Example 9 was used for polishing for 180 seconds under the above <Polishing Condition 1>.

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。   As a result, a semiconductor device as shown in FIG. 12 was obtained. The thickness of the silicon nitride film 32 on the polished surface after polishing was approximately 0 nm. The dishing amount of the second silicon oxide film 42 in a 100 μm pitch with a pattern density of 50% was also almost 0 nm.

このことから、実施例9に係る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。   From this, when the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to Example 9 is used, the polishing rate of the silicon nitride film and the silicon oxide film can be made substantially the same, so that the occurrence of dishing of the silicon oxide film is suppressed. It can be seen that it is effective in removing the silicon nitride film.

3.6.3 第3の実験例
被処理体300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。
3.6.3 Third Experimental Example The workpiece 300 was subjected to chemical mechanical polishing by the same method as in Experimental Example 1.

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の上にあった第2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。   As shown in FIG. 11, most of the second silicon oxide film 42 on the silicon nitride film 32 was removed from the polished surface after chemical mechanical polishing. When the thickness of the silicon oxide film 42 on the silicon nitride film 32 within a 100 μm pitch with a pattern density of 50% was measured by an optical interference type film thickness meter “NanoSpec 6100”, the thickness of the silicon oxide film 42 was about 100 nm. It was.

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。   Further, in order to measure the level difference of the silicon nitride film 32, the level difference was not confirmed when measured with a stylus type level difference measuring device “HRP240”.

次に、実施例1に係る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。   Next, the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to Example 1 was used for polishing for 180 seconds under the above <Polishing Condition 1>.

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。   As a result, a semiconductor device as shown in FIG. 12 was obtained. The thickness of the silicon nitride film 32 on the polished surface after polishing was approximately 0 nm. The dishing amount of the second silicon oxide film 42 in a 100 μm pitch with a pattern density of 50% was also almost 0 nm.

このことから、実施例1に係る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。   Therefore, when the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to Example 1 is used, the polishing rates of the silicon nitride film and the silicon oxide film can be made substantially the same, so that the occurrence of dishing of the silicon oxide film is suppressed. It can be seen that it is effective in removing the silicon nitride film.

Claims (9)

(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〜50nmであるコロイダルシリカと、
(B)リン酸と、
(C)ポリエチレンイミンと、
(D)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、化学機械研磨用水系分散体。
Figure 2008117593
((1)式中、RないしRは、各々独立して炭化水素基を表す。Mは、アニオンを表す。)
(A) The average particle size calculated from the specific surface area measured using the BET method is colloidal silica of 10 nm to 50 nm;
(B) phosphoric acid;
(C) polyethyleneimine;
(D) a quaternary ammonium compound represented by the following general formula (1);
And a chemical mechanical polishing aqueous dispersion having a pH of 3 to 5.
Figure 2008117593
(In formula (1), R 1 to R 4 each independently represent a hydrocarbon group. M represents an anion.)
請求項1において、
前記(A)成分と前記(C)成分との質量比(C)/(A)は、0.001〜0.05である、化学機械研磨用水系分散体。
In claim 1,
The chemical mechanical polishing aqueous dispersion, wherein the mass ratio (C) / (A) of the component (A) to the component (C) is 0.001 to 0.05.
請求項1または2において、
前記(B)成分と前記(C)成分との質量比(C)/(B)は、0.002〜0.2である、化学機械研磨用水系分散体。
In claim 1 or 2,
The chemical mechanical polishing aqueous dispersion, wherein the mass ratio (C) / (B) of the component (B) to the component (C) is 0.002 to 0.2.
請求項1ないし3のいずれかにおいて、
前記(C)成分の数平均分子量は、100〜2,000である、化学機械研磨用水系分散体。
In any of claims 1 to 3,
The chemical mechanical polishing aqueous dispersion, wherein the number average molecular weight of the component (C) is 100 to 2,000.
請求項1ないし4のいずれかにおいて、
さらに、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種の有機酸を含む、化学機械研磨用水系分散体。
In any of claims 1 to 4,
An aqueous dispersion for chemical mechanical polishing further comprising at least one organic acid selected from tartaric acid, malic acid and citric acid.
請求項1ないし5のいずれかにおいて、
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、1.2よりも大きい、化学機械研磨用水系分散体。
In any of claims 1 to 5,
The chemical mechanical polishing aqueous dispersion wherein the ratio (Rmax / Rmin) of the major axis (Rmax) to the minor axis (Rmin) of the colloidal silica particles of the component (A) is greater than 1.2.
請求項1ないし6のいずれかにおいて、
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、0.9以上1.1以下である、化学機械研磨用水系分散体。
In any one of Claims 1 thru | or 6.
A chemical mechanical polishing aqueous dispersion having a polishing rate ratio of silicon nitride film to silicon oxide film (silicon nitride film / silicon oxide film) of 0.9 to 1.1.
請求項1ないし7のいずれかにおいて、
シリコン窒化膜およびシリコン酸化膜を共存する半導体装置の被研磨面を研磨するための化学機械研磨用水系分散体。
In any one of Claims 1 thru | or 7,
A chemical mechanical polishing aqueous dispersion for polishing a surface to be polished of a semiconductor device in which a silicon nitride film and a silicon oxide film coexist.
請求項1ないし8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、シリコン酸化膜およびシリコン窒化膜を共存する被研磨面を研磨し、前記シリコン酸化膜で研磨を停止させる、半導体装置の化学機械研磨方法。   The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to claim 1 is used to polish a surface to be polished on which a silicon oxide film and a silicon nitride film coexist, and the polishing is stopped at the silicon oxide film. Chemical mechanical polishing method for semiconductor devices.
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