JPWO2011058816A1 - Cmp研磨液、並びに、これを用いた研磨方法及び半導体基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
酸化セリウム粒子は、粒子状を有するものであればどのようなものでもよい。酸化セリウム粒子は、その製造方法を限定するものではないが、従来公知の酸化セリウム粒子を広く一般的に使用することができる。
アセチレン化合物としては、例えば、アルキン類、アセチレンアルコール類及びアセチレングリコール類から選ばれる少なくとも一種が挙げられる。アルキン類としては、1−デシン、5−デシン等が挙げられる。アセチレンアルコール類としては、3,5−ジメチル−1−ヘキシン−3−オール、2,4−ジメチル−5−ヘキシン−3−オール等が挙げられる。アセチレングリコール類としては、下記一般式(1)で表される化合物等が挙げられる。これらのアセチレン化合物は、単独で又は二種類以上を組み合わせて使用することができる。
第2の添加剤は、凹凸を有する被研磨面を研磨する際に、被研磨面に吸着して保護膜を形成し、研磨パッドが接触しない凹部において研磨が進行することを抑制し、凸部を優先的に研磨することに好適な化合物である。第2実施形態に係るCMP研磨液において、第2の添加剤は、アニオン性置換基を有するビニル化合物を単量体成分として含む組成物を重合させて得られるアニオン性高分子化合物又はその塩である。なお、第2の添加剤が被研磨面に吸着して保護膜を形成することにより、研磨傷の発生が多少抑えられる傾向があるが、単独での使用では、その効果は充分ではない。第2の実施形態に係るCMP研磨液では、第1の添加剤と第2の添加剤とを併用することにより、顕著な研磨傷低減効果が得られる。
(条件)
試料:10μL
標準ポリスチレン:東ソー株式会社製標準ポリスチレン(重量平均分子量:190000、17900、9100、2980、578、474、370、266)
検出器:株式会社日立製作所社製、RI−モニター、商品名「L−3000」
インテグレーター:株式会社日立製作所社製、GPCインテグレーター、商品名「D−2200」
ポンプ:株式会社日立製作所社製、商品名「L−6000」
デガス装置:昭和電工株式会社製、商品名「Shodex DEGAS」
カラム:日立化成工業株式会社製、商品名「GL−R440」、「GL−R430」、「GL−R420」をこの順番で連結して使用
溶離液:テトラヒドロフラン(THF)
測定温度:23℃
流速:1.75mL/分
測定時間:45分
CMP研磨液の媒体である水としては、特に制限されないが、脱イオン水、イオン交換水、超純水等が好ましい。CMP研磨液における水の含有量は、上記含有成分の含有量の残部でよく、CMP研磨液中に含有されていれば特に限定されない。なお、CMP研磨液は、必要に応じて水以外の溶媒、例えばエタノール、酢酸、アセトン等の極性溶媒等を更に含有してもよい。
CMP研磨液には、酸化セリウム粒子を水に分散させるために分散剤を添加することができる。分散剤としては、水溶性ノニオン性分散剤、水溶性カチオン性分散剤、水溶性両性分散剤等の公知の分散剤を使用することができる。また、分散剤としては、第2の添加剤であるアニオン性高分子化合物と同じ化合物及び異なる化合物のいずれも使用することができる。分散剤としてアニオン性高分子化合物を用いる場合には、CMP研磨液全体におけるアニオン性高分子化合物の含有量を上記第2の添加剤の含有量の範囲内とすることや、他の含有成分を混合する前に、他の含有成分に影響を与えない程度に少量のアニオン性高分子化合物を酸化セリウム粒子と予め混合することが好ましい。
CMP研磨液のpHは、CMP研磨液の保存安定性を向上させ研磨傷の発生を更に抑制する観点から、3〜10の範囲が好ましい。CMP研磨液のpHは、上記pH調整剤により調整可能である。
本実施形態に係る研磨方法は、上記CMP研磨液を用いて、基体に形成された被研磨膜を研磨する工程を備える。本実施形態に係る半導体基板の製造方法は、上記CMP研磨液を用いて半導体基板に形成された被研磨膜を研磨する工程を備える。被研磨膜は、例えば、酸化ケイ素膜等の無機絶縁膜である。
(酸化セリウム粒子の作製)
酸化セリウム粒子を焼成法により作製した。すなわち、炭酸セリウム約6kgをアルミナ製容器に入れ、800℃で2時間空気中で焼成することにより黄白色の焼成粉末を約3kg得た。線源をCuKα線とするX線回折法でこの焼成粉末の相同定を行ったところ酸化セリウムであることを確認した。また、粉末X線回折パターンから求められる酸化セリウム結晶の(111)面による回折ピークの半値幅は0.31°であった。
表1,2に示すように、平均粒径が0.18μm又は0.20μmの酸化セリウム粒子を分散剤を使用して水に分散させ、分散液を得た。得られた分散液に表1,2に示す第2の添加剤の水溶液を添加し、更に第1の添加剤を加えて、表1,2に示す配合量で各成分を含有するCMP研磨液を得た。なお、分散剤の配合量は、第1,第2の添加剤の配合量に影響を与えない程度の少量とした。
φ200mmのシリコン(Si)基板上に、プラズマ−CVD法で厚さ1000nmの酸化ケイ素(SiO2)膜を成膜して、被研磨膜として平坦な酸化ケイ素膜を有するベアウエハを得た。
研磨終了後のベアウエハについて、AMAT製Complusを用いて、検出異物サイズを0.2μmに設定して異物を検出した。検出される異物には、傷以外の付着物が含まれるため、SEMで各異物を観察し、凹みを研磨傷と判断し、研磨傷数をカウントした。なお、測定には、死角面積3000mm2のφ200mmベアウエハを使用した。研磨傷数の測定結果を表1,2に示す。
SCREEN製のRE−3000を用いてベアウエハにおける酸化ケイ素膜の研磨前後の膜厚を測定し、1分当たりの研磨速度を算出した。研磨速度の測定結果を表1,2に示す。
パターンウエハ研磨後、Line/Spece=500/500μm、100/100μmの部分で、研磨後に残った段差(研磨後残段差)を測定した。結果を表1,2に示す。なお、表1,2では、Line/Spece=500/500μmの部分の段差を「段差500/500」として示し、Line/Spece=100/100μmの部分の段差を「段差100/100」として示した。
A:アクリル酸とアクリル酸メチルとを共重合して得られた重量平均分子量10000のポリアクリル酸アンモニウム塩(東亞合成(株)製、製品名A6114)。
B、D:亜硫酸カリウムを開始剤にアクリル酸モノマーを重合して得られた重量平均分子量4000のポリアクリル酸カリウム塩。
C:2,2’−アゾビスイソブチロニトルを開始剤にアクリル酸モノマーを重合して得られた重量平均分子量4000のポリアクリル酸アンモニウム塩。
E:亜硫酸アンモニウムを開始剤にアクリル酸モノマーを重合して得られた重量平均分子量4000のポリアクリル酸アンモニウム塩。
(条件)
試料:10μL
標準ポリスチレン:東ソー株式会社製標準ポリスチレン(重量平均分子量:190000、17900、9100、2980、578、474、370、266)
検出器:株式会社日立製作所社製、RI−モニター、商品名「L−3000」
インテグレーター:株式会社日立製作所社製、GPCインテグレーター、商品名「D−2200」
ポンプ:株式会社日立製作所社製、商品名「L−6000」
デガス装置:昭和電工株式会社製、商品名「Shodex DEGAS」
カラム:日立化成工業株式会社製、商品名「GL−R440」、「GL−R430」、「GL−R420」をこの順番で連結して使用
溶離液:テトラヒドロフラン(THF)
測定温度:23℃
流速:1.75mL/分
測定時間:45分
実施例9〜14及び比較例6〜9では、酸化セリウムの平均粒径を0.18μmに固定して、研磨特性に対する第1の添加剤の濃度の影響を観察した。同時に、研磨特性に対する酸化セリウム粒子の濃度の影響を確認するため、実施例13及び14では酸化セリウム濃度を0.50質量%に固定し、実施例9〜12、比較例6〜9では酸化セリウム濃度を1.00質量%に固定した。なお、主に平坦化剤として機能する第2の添加剤は添加しなかった。
実施例15〜19、比較例10〜12では、研磨特性に対する第1の添加剤の濃度による影響を観察した。実施例1〜8と同様にして、表4に示す各配合量で各成分を含有するCMP研磨液を作製した。各CMP研磨液を用いて、ベアウエハについて研磨傷数及び研磨速度を測定し、パターンウエハについて研磨後に残った段差を測定した。なお、実施例15〜19、比較例10〜12における各測定は、同日に行った。各測定結果を表4に示す。
実施例20〜22では、CMP研磨液の供給方法が研磨特性に与える影響を観察した。
Claims (12)
- 酸化セリウム粒子と、アセチレン結合を有する有機化合物と、水とを含み、
前記アセチレン結合を有する有機化合物の含有量が、CMP研磨液全質量基準で0.00001質量%以上0.01質量%以下である、CMP研磨液。 - 前記酸化セリウム粒子及び前記水を含む第1の液と、前記アセチレン結合を有する有機化合物及び前記水を含む第2の液とを混合して得られる、請求項1に記載のCMP研磨液。
- 酸化セリウム粒子と、アセチレン結合を有する有機化合物と、アニオン性置換基を有するビニル化合物を単量体成分として含む組成物を重合させて得られるアニオン性高分子化合物又はその塩と、水とを含み、
前記アセチレン結合を有する有機化合物の含有量が、CMP研磨液全質量基準で0.000001質量%以上0.05質量%未満である、CMP研磨液。 - 前記酸化セリウム粒子及び前記水を含む第3の液と、前記アセチレン結合を有する有機化合物、前記アニオン性高分子化合物又はその塩並びに前記水を含む第4の液とを混合して得られる、請求項3に記載のCMP研磨液。
- 前記アニオン性置換基を有するビニル化合物が、アクリル酸及びメタクリル酸から選ばれる少なくとも一種である、請求項3又は4に記載のCMP研磨液。
- 前記アニオン性高分子化合物又はその塩の含有量が、前記アセチレン結合を有する有機化合物の含有量より多い、請求項3〜5のいずれか一項に記載のCMP研磨液。
- 前記アニオン性高分子化合物又はその塩の含有量が、CMP研磨液全質量基準で0.01〜2.00質量%である、請求項3〜6のいずれか一項に記載のCMP研磨液。
- 前記アセチレン結合を有する有機化合物が、アセチレングリコール類である、請求項1〜7のいずれか一項に記載のCMP研磨液。
- 前記アセチレングリコール類が、2,4,7,9−テトラメチル−5−デシン−4,7−ジオールである、請求項8又は9に記載のCMP研磨液。
- 請求項1〜10のいずれか一項に記載のCMP研磨液を用いて、基体に形成された被研磨膜を研磨する工程を備える、研磨方法。
- 請求項1〜10のいずれか一項に記載のCMP研磨液を用いて半導体基板に形成された無機絶縁膜を研磨する工程を備える、半導体基板の製造方法。
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