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JP5418571B2 - CMP polishing agent and substrate polishing method - Google Patents

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JP5418571B2
JP5418571B2 JP2011243799A JP2011243799A JP5418571B2 JP 5418571 B2 JP5418571 B2 JP 5418571B2 JP 2011243799 A JP2011243799 A JP 2011243799A JP 2011243799 A JP2011243799 A JP 2011243799A JP 5418571 B2 JP5418571 B2 JP 5418571B2
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Japan
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polishing
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cerium
silicon oxide
cmp
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Japanese (ja)
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剛史 櫻田
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Hitachi Chemical Co Ltd
Showa Denko Materials Co Ltd
Resonac Corp
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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Description

本発明は、半導体素子製造工程のうち、基板表面、特に層間絶縁膜の平坦化工程またはシャロー・トレンチ分離の形成工程等において使用されるCMP(Chemical Mechanical Polishing)研磨剤及び基板の研磨方法に関する。   The present invention relates to a CMP (Chemical Mechanical Polishing) polishing agent and a substrate polishing method used in a semiconductor element manufacturing process, for example, in a flattening process of an interlayer insulating film or a forming process of shallow trench isolation.

超大規模集積回路の分野において実装密度を高めるために種々の微細加工技術が研究、開発されており、既に、デザインルールは、サブハーフミクロンのオーダーになっている。このような厳しい微細化要求を満足するための技術の一つにCMP研磨技術がある。この技術は、半導体装置の製造工程において、露光を施す層を完全に平坦化することによって微細化を可能とし、歩留まりを向上させることができるため、例えば、層間絶縁膜の平坦化やシャロー・トレンチ分離等を行う際に必要となる技術である。   Various microfabrication techniques have been researched and developed to increase the packaging density in the field of ultra-large scale integrated circuits, and the design rules are already in the order of sub-half microns. One of the techniques for satisfying such strict miniaturization requirements is a CMP polishing technique. Since this technique enables miniaturization by completely planarizing the layer to be exposed in the manufacturing process of a semiconductor device and improves the yield, for example, planarization of an interlayer insulating film or shallow trench This is a technique required when performing separation or the like.

従来、集積回路内の素子分離にはLOCOS(シリコン局所酸化)法が用いられてきたが、素子分離幅をより狭くするため、近年ではシャロー・トレンチ分離法が用いられている。シャロー・トレンチ分離法では、ウエハ基板上に成膜した余分の酸化珪素膜を除くためにCMPが必須であり、研磨を停止させるために、酸化珪素膜の下に窒化珪素膜がストッパとして形成されるのが一般的である。   Conventionally, a LOCOS (silicon local oxidation) method has been used for element isolation in an integrated circuit, but in recent years, a shallow trench isolation method has been used to narrow the element isolation width. In the shallow trench isolation method, CMP is indispensable to remove the excess silicon oxide film formed on the wafer substrate, and a silicon nitride film is formed as a stopper under the silicon oxide film to stop polishing. It is common.

半導体装置の製造工程において、プラズマ−CVD(Chemical Vapor Deposition、化学的蒸着法)、低圧−CVD等の方法で形成される酸化珪素絶縁膜等を平坦化するためのCMP研磨剤としては、従来、ヒュームドシリカを研磨粒子とするpHが9を超えるアルカリ性のシリカ系研磨剤が広く用いられてきた。一方、フォトマスクやレンズ等のガラス表面研磨剤として多用されてきた酸化セリウムを研磨粒子とする研磨剤が近年CMP研磨剤として注目されるようになった。この技術は、例えば特開平5−326469号公報に開示されている。酸化セリウム系研磨剤はシリカ系研磨剤と比べて酸化珪素膜の研磨速度が早く、研磨傷も比較的少ないという点で優るため種々の適用検討がなされ、その一部は半導体用研磨剤として実用化されるようになっている。この技術は、例えば特開平9−270402号公報に開示されている。   As a CMP polishing agent for planarizing a silicon oxide insulating film or the like formed by a method such as plasma-CVD (Chemical Vapor Deposition) or low-pressure CVD in a semiconductor device manufacturing process, Alkaline silica-based abrasives having fumed silica as abrasive particles and a pH exceeding 9 have been widely used. On the other hand, abrasives using cerium oxide as abrasive particles, which have been widely used as glass surface abrasives for photomasks and lenses, have recently attracted attention as CMP abrasives. This technique is disclosed, for example, in JP-A-5-326469. Since cerium oxide-based abrasives are superior to silica-based abrasives in that the polishing rate of silicon oxide film is faster and polishing scratches are relatively few, various application studies have been made, and some of them have been put to practical use as semiconductor abrasives It has come to be. This technique is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 9-270402.

近年、半導体素子の多層化・高精細化が進むにつれ、半導体素子の歩留り及びスループットのさらなる向上が要求されるようになってきている。それに伴い研磨剤を用いたCMPプロセスに対しても、研磨傷フリーで且つより高速な研磨が望まれるようになっている。酸化セリウム研磨剤を用いたCMPプロセスにおいて研磨傷をさらに低減する方法としては、研磨圧力もしくは定盤回転数低減といったプロセス改良法や砥粒の濃度もしくは密度低減といった研磨剤改良法が挙げられる。しかし、いずれの方法を用いた場合にも研磨速度が低下してしまう問題点があった。   In recent years, as the number of semiconductor elements increases and the definition becomes higher, further improvement in yield and throughput of the semiconductor elements has been demanded. As a result, polishing scratch-free and higher-speed polishing has been desired for CMP processes using abrasives. Examples of a method for further reducing polishing flaws in a CMP process using a cerium oxide abrasive include a process improvement method such as a reduction in polishing pressure or platen rotation speed, and an abrasive improvement method such as a reduction in abrasive concentration or density. However, there is a problem that the polishing rate is lowered when either method is used.

特開平9−270402号公報JP-A-9-270402

CMP研磨剤に係る本願発明は、研磨後の洗浄における粒子除去性能を向上させ、高い研磨速度、高平坦性を有し、かつ研磨傷を低減することのできる研磨剤を提供するものである。基板の研磨方法に係る本願発明は、研磨後の洗浄における粒子除去性能を向上させ、高い研磨速度、高平坦性を有し、かつ研磨傷を低減することのでき、歩留まり、作業性の優れたものである。   The present invention relating to a CMP abrasive provides an abrasive capable of improving particle removal performance in cleaning after polishing, having a high polishing rate and high flatness, and capable of reducing polishing scratches. The present invention relating to a substrate polishing method improves particle removal performance in cleaning after polishing, has a high polishing rate, high flatness, can reduce polishing scratches, and has excellent yield and workability. Is.

本発明は、酸化セリウム粒子、水溶性高分子、セリウムとの錯形成剤及び水を含みセリウムとの錯形成剤濃度が0.1重量%以上10.0重量%以下であるCMP研磨剤に関する。
また、本発明は、錯形成剤が一般式(I)
(式中、R及びRは置換もしくは無置換アルキル基を表し、Rは水素原子または炭素数が1〜3の置換もしくは無置換アルキル基を表す)で示されるβ−ジケトンである前記のCMP研磨剤に関する。
また、本発明は、錯形成剤がアセチルアセトンである前記のCMP研磨剤に関する。
また、本発明は、水溶性高分子が水溶性陰イオン性界面活性剤及び水溶性非イオン性界面活性剤からなる群選ばれる少なくとも1種である前記のいずれかのCMP研磨剤に関する。
また、本発明は、酸化セリウム粒子、水溶性高分子、セリウムとの錯形成剤及び水を含むCMP研磨剤を研磨定盤上の研磨パッドに供給し、酸化珪素絶縁膜が形成された半導体チップである基板の被研磨面と接触させて被研磨面と研磨パッドを相対運動させて、表面に錯形成した酸化セリウム粒子を介して基板表面を研磨することを特徴とする基板の研磨方法に関する。
一般式(I)で示されるβ−ジケトンとセリウム粒子の錯形成は、一般式(II)
(式中、R、R及びRは一般式(I)におけると同意義)で示される。このように酸化セリウム粒子表面に錯形成すると、セリウム粒子表面を疎水性の有機官能基が覆う形となるため、酸化珪素等の親水性の金属を表面に有する膜との相互作用が低下し、酸化セリウム粒子の酸化珪素膜表面への付着防止効果が発現すると推定される。
The present invention relates to a cerium oxide particle, a water-soluble polymer, a complexing agent with cerium, and a CMP abrasive containing water and having a complexing agent concentration with cerium of 0.1 wt% or more and 10.0 wt% or less.
In the present invention, the complex-forming agent is represented by the general formula (I).
Wherein R 1 and R 2 represent a substituted or unsubstituted alkyl group, and R 3 represents a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 3 carbon atoms. The present invention relates to a CMP abrasive.
The present invention also relates to the aforementioned CMP abrasive wherein the complexing agent is acetylacetone.
The present invention also relates to any one of the aforementioned CMP abrasives, wherein the water-soluble polymer is at least one selected from the group consisting of a water-soluble anionic surfactant and a water-soluble nonionic surfactant.
The present invention also provides a semiconductor chip on which a silicon oxide insulating film is formed by supplying a CMP polishing agent containing cerium oxide particles, a water-soluble polymer, a complexing agent with cerium and water to a polishing pad on a polishing surface plate. The present invention relates to a method for polishing a substrate, wherein the substrate surface is polished through cerium oxide particles complexed on the surface by causing the surface to be polished and the polishing pad to move relative to each other and contacting the surface to be polished.
The complex formation between the β-diketone represented by the general formula (I) and the cerium particles is represented by the general formula (II).
(Wherein R 1 , R 2 and R 3 have the same meaning as in general formula (I)). When complexed on the surface of the cerium oxide particle in this way, the surface of the cerium particle is covered with a hydrophobic organic functional group. It is estimated that the effect of preventing adhesion of cerium oxide particles to the silicon oxide film surface is exhibited.

CMP研磨剤に係る本願発明は、研磨後の洗浄における粒子除去性能を向上させ、高い研磨速度、高平坦性を有し、かつ研磨傷を低減することのできる研磨剤を提供するものである。基板の研磨方法に係る本願発明は、研磨後の洗浄における粒子除去性能を向上させ、高い研磨速度、高平坦性を有し、かつ研磨傷を低減することのでき、歩留まり、作業性の優れたものである。   The present invention relating to a CMP abrasive provides an abrasive capable of improving particle removal performance in cleaning after polishing, having a high polishing rate and high flatness, and capable of reducing polishing scratches. The present invention relating to a substrate polishing method improves particle removal performance in cleaning after polishing, has a high polishing rate, high flatness, can reduce polishing scratches, and has excellent yield and workability. Is.

本発明の基板表面の凹凸平坦化を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows uneven | corrugated planarization of the substrate surface of this invention. 本発明を実施したCMP装置を示す図である。It is a figure which shows the CMP apparatus which implemented this invention. 本発明のCMPプロセスを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the CMP process of this invention.

本発明における酸化セリウム粒子は、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、しゅう酸塩等のセリウム化合物を焼成または酸化することによって得られる。本発明の実施例において、酸化セリウム粉末を作製する方法として焼成または過酸化水素等による酸化法が使用できる。焼成温度は350℃以上900℃以下が好ましい。   The cerium oxide particles in the present invention can be obtained by firing or oxidizing a cerium compound such as carbonate, nitrate, sulfate, or oxalate. In the embodiment of the present invention, as a method for producing the cerium oxide powder, firing or oxidation using hydrogen peroxide or the like can be used. The firing temperature is preferably 350 ° C. or higher and 900 ° C. or lower.

上記の方法により製造された酸化セリウム粒子は凝集しているため、機械的に粉砕することが好ましい。粉砕方法として、ジェットミル等による乾式粉砕や遊星ビーズミル等による湿式粉砕方法が好ましい。ジェットミルは例えば化学工業論文集第6巻第5号(1980)527〜532頁に説明されている。   Since the cerium oxide particles produced by the above method are agglomerated, it is preferably mechanically pulverized. As the pulverization method, a dry pulverization method such as a jet mill or a wet pulverization method such as a planetary bead mill is preferable. The jet mill is described, for example, in Chemical Industrial Papers Vol. 6 No. 5 (1980) pp. 527-532.

CMP研磨剤は、上記方法で合成された酸化セリウム粒子を洗浄し、水溶性高分子、セリウムとの錯形成剤、水及び必要に応じて分散剤を加えた組成物を分散させることによって得られる。洗浄は、遠心分離等で固液分離を数回繰り返す方法等が使用できる。   The CMP abrasive is obtained by washing the cerium oxide particles synthesized by the above method and dispersing a composition containing a water-soluble polymer, a complexing agent with cerium, water and, if necessary, a dispersant. . For washing, a method of repeating solid-liquid separation several times by centrifugation or the like can be used.

CMP研磨剤のpHは、3以上9以下であることが好ましく、5以上8以下であることがより好ましい。pHが3未満では、化学的作用が小さくなり、研磨速度が低下する。pHが9より大きいと、粒子が凝集して被研磨膜との接触面積が低下し、研磨速度が低下する傾向がある。また、半導体チップ研磨に使用することから、アルカリ金属及びハロゲン類の含有率は酸化セリウム粒子中10ppm以下に抑えることが好ましい。   The pH of the CMP abrasive is preferably 3 or more and 9 or less, more preferably 5 or more and 8 or less. When the pH is less than 3, the chemical action becomes small and the polishing rate decreases. When the pH is higher than 9, the particles are aggregated to reduce the contact area with the film to be polished, and the polishing rate tends to decrease. Moreover, since it uses for semiconductor chip grinding | polishing, it is preferable to suppress the content rate of an alkali metal and halogens to 10 ppm or less in a cerium oxide particle.

水に分散させた酸化セリウム粒子は完全には1ヶずつバラバラになってはいないと一般に考えられており、水に分散させた酸化セリウムの粒子径測定値は、粉体状態でのSEM写真撮影等の方法を用いて得られる1次粒子径測定値より大きくなる。   It is generally considered that the cerium oxide particles dispersed in water are not completely separated one by one, and the measured particle size of cerium oxide dispersed in water is taken by SEM photography in the powder state. It becomes larger than the primary particle diameter measurement value obtained by using the above method.

水に分散させた酸化セリウムの2次粒子径は、1nm以上300nm以下であることが望ましい。2次粒子径が1nmより小さいと、砥粒として被研磨膜への影響が低下し、研磨速度が低下する。2次粒子径が300nmより大きいと、被研磨膜との接触面積が小さくなり、研磨速度が低下する傾向がある。粒子径は、光子相関法(例えばマルバーン社製ゼータサイザー3000HS)で測定する。   The secondary particle diameter of cerium oxide dispersed in water is desirably 1 nm or more and 300 nm or less. When the secondary particle diameter is smaller than 1 nm, the influence on the film to be polished as abrasive grains decreases, and the polishing rate decreases. When the secondary particle diameter is larger than 300 nm, the contact area with the film to be polished becomes small and the polishing rate tends to decrease. The particle diameter is measured by a photon correlation method (for example, Zetasizer 3000HS manufactured by Malvern).

また、酸化セリウムの1次粒子径は、0nmより大きく300nm以下であることを要する。1次粒子径が0nmでは、全く酸化珪素膜が研磨されない。また、結晶子径が300nmより大きいと、2次粒子径が300nmより大きくなり研磨速度が低下する。酸化セリウム粒子の濃度に制限はないが、分散液の取り扱いやすさから0.5重量%以上20重量%以下の範囲が好ましい。   Moreover, the primary particle diameter of cerium oxide needs to be larger than 0 nm and not larger than 300 nm. When the primary particle diameter is 0 nm, the silicon oxide film is not polished at all. On the other hand, if the crystallite diameter is larger than 300 nm, the secondary particle diameter is larger than 300 nm and the polishing rate is lowered. Although there is no restriction | limiting in the density | concentration of a cerium oxide particle, The range of 0.5 weight% or more and 20 weight% or less is preferable from the ease of handling of a dispersion liquid.

水溶性高分子としては、ポリビニルスルホン酸、ポリメタクリル酸、ポリスチレンスルホン酸、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸誘導体、ポリ(4−ビニルピリジニウム塩)、ポリ(1(3−スルホニル)−2−ビニルピリジニウムベタイン−co−p−スチレンスルホン酸)、ポリビニルアルコール誘導体、ポリアクロレイン、ポリ(酢酸ビニル−co−メタクリル酸メチル)、ポリ(スチレン−co−無水マレイン酸)、ポリ(オレフィン−co−無水マレイン酸)、ポリアクリルアミド部分加水分解物、ポリ(アクリルアミド−co−アクリル酸)、アルギン酸、ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリル酸メチル、及びポリアクリル酸もしくはポリメタクリル酸のアンモニウム塩、アミン塩もしくはカリウム塩等の水溶性陰イオン性界面活性剤;ポリビニルピロリドン等の水溶性非イオン性界面活性剤;から選ばれた少なくとも1種を用いることができ、好ましくは、ポリメタクリル酸、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコール誘導体、ポリアクリルアミド部分加水分解物、ポリ(アクリルアミド−co−アクリル酸)、ポリアクリル酸もしくはポリメタクリル酸のアンモニウム塩、アミン塩を用いることができる。ここでアミン塩としてはN,N−ジメチルアミノエタノールによる塩等が挙げられる。また、水溶性高分子の重量平均分子量(GPC測定し、標準ポリスチレン換算した値)は、1,000〜100,000が好ましい。   Examples of water-soluble polymers include polyvinyl sulfonic acid, polymethacrylic acid, polystyrene sulfonic acid, polyacrylic acid, polyacrylic acid derivatives, poly (4-vinylpyridinium salt), poly (1 (3-sulfonyl) -2-vinylpyridinium Betaine-co-p-styrenesulfonic acid), polyvinyl alcohol derivatives, polyacrolein, poly (vinyl acetate-co-methyl methacrylate), poly (styrene-co-maleic anhydride), poly (olefin-co-maleic anhydride) ), Polyacrylamide partial hydrolyzate, poly (acrylamide-co-acrylic acid), alginic acid, polymethyl acrylate, polymethyl methacrylate, and polyacrylic acid or polymethacrylic acid ammonium salt, amine salt or potassium salt, etc. Water-soluble anionic field At least one selected from activators; water-soluble nonionic surfactants such as polyvinyl pyrrolidone can be used, and preferably polymethacrylic acid, polyacrylic acid, polyvinyl alcohol derivatives, polyacrylamide partial hydrolysates Poly (acrylamide-co-acrylic acid), ammonium salt or amine salt of polyacrylic acid or polymethacrylic acid can be used. Examples of amine salts include salts with N, N-dimethylaminoethanol. In addition, the weight average molecular weight (value measured by GPC and converted to standard polystyrene) of the water-soluble polymer is preferably 1,000 to 100,000.

水溶性高分子のモノマー単位のモル数/水溶性高分子と塩を作るアミンのモル数の比に特に制限はないが、研磨剤のpHを3以上9以下にする必要から、10/7以上10/14以下であることが好ましい。水溶性高分子は、その量が酸化セリウム粒子に対して1〜3重量倍となるようにCMP研磨剤に混合する必要がある。1重量倍未満では水溶性高分子の効果が薄れ平坦化特性が悪くなり、3重量倍を超えると、研磨速度が低くなる傾向にある。また、水溶性高分子の濃度は、取り扱い性、混合作業性等の点から1〜5重量であることが好ましい。   The ratio of the number of moles of monomer units of the water-soluble polymer / number of moles of the water-soluble polymer and the amine that forms the salt is not particularly limited, but the pH of the abrasive must be 3 or more and 9 or less, so that it is 10/7 or more. It is preferable that it is 10/14 or less. The water-soluble polymer needs to be mixed with the CMP abrasive so that the amount thereof is 1 to 3 times the weight of the cerium oxide particles. If it is less than 1 times by weight, the effect of the water-soluble polymer is diminished, resulting in poor flattening characteristics. If it exceeds 3 times by weight, the polishing rate tends to be low. Moreover, it is preferable that the density | concentration of water-soluble polymer is 1-5 weight from points, such as handleability and mixing workability | operativity.

セリウムとの錯形成剤は、セリウムと錯形成可能なものであれば特に制限はなく、例えば、α−ジケトン、一般式(I)
(式中、R及びRは置換もしくは無置換アルキル基を表し、Rは水素原子または炭素数が1〜3の置換もしくは無置換アルキル基を表す)に示したβ−ジケトン、γ−ジケトン等のジケトン、エチレンジアミン、エチレンジアミン四酢酸等のジアミンなどから選ばれた少なくとも1種を用いることができ、錯形成能力が高い点でβ−ジケトンが好ましい。
The complexing agent with cerium is not particularly limited as long as it can form a complex with cerium. For example, α-diketone, general formula (I)
(Wherein R 1 and R 2 represent a substituted or unsubstituted alkyl group, and R 3 represents a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 3 carbon atoms) β-diketone, γ- At least one selected from diketones such as diketones and diamines such as ethylenediamine and ethylenediaminetetraacetic acid can be used, and β-diketones are preferred because of their high complex-forming ability.

一般式(I)において、R及びRは置換もしくは無置換アルキル基を表し、研磨剤水溶液として取り扱うことを考慮すると、より極性で親水性となる炭素数が1〜3であることが水への溶解度が高い点でより好ましく、メチル基であることが特に好ましい。また、Rは水素原子または炭素数が1〜3の置換もしくは無置換アルキル基を表し、研磨剤水溶液として取り扱うことを考慮すると、水素原子またはメチル基であることがより好ましく、水素原子が特に好ましい。すなわち、R、Rがメチル基でありRがHである、2,4−ペンタンジオン(慣用名:アセチルアセトン)が特に好ましい。一般式(I)で示されるβ−ジケトンとセリウム粒子の錯形成は、一般式(II)
(式中、R、R及びR3は一般式(I)におけると同意義)で示される。このように酸化セリウム粒子表面に錯形成すると、セリウム粒子表面を疎水性の有機官能基が覆う形となるため、酸化珪素等の親水性の金属を表面に有する膜との相互作用が低下し、酸化セリウム粒子の酸化珪素膜表面への付着防止効果が発現すると推定される。
In general formula (I), R 1 and R 2 represent a substituted or unsubstituted alkyl group, and considering that it is handled as an aqueous abrasive solution, water having 1 to 3 carbon atoms that are more polar and hydrophilic is water. It is more preferable in terms of its high solubility in water, and a methyl group is particularly preferable. R 3 represents a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and is preferably a hydrogen atom or a methyl group in consideration of handling as an aqueous abrasive solution. preferable. That is, 2,4-pentanedione (common name: acetylacetone) in which R 1 and R 2 are methyl groups and R 3 is H is particularly preferable. The complex formation between the β-diketone represented by the general formula (I) and the cerium particles is represented by the general formula (II).
(Wherein R 1 , R 2 and R 3 have the same meaning as in general formula (I)). When complexed on the surface of the cerium oxide particles in this way, the surface of the cerium particles is covered with a hydrophobic organic functional group, so the interaction with a film having a hydrophilic metal such as silicon oxide on the surface is reduced, It is estimated that the effect of preventing adhesion of cerium oxide particles to the silicon oxide film surface is exhibited.

上記錯形成剤の濃度は、水への溶解性を考慮して取り扱い性、混合作業性等の点から0.1重量%以上10重量%以下であることを要し、0.5重量%以上2重量%以下であることがより好ましい。0.1重量%未満ではセリウムに対する添加量が不足して望ましい研磨傷低減効果が得られない傾向があり、10重量%より大きいと水への溶解性が低下する恐れがある。   The concentration of the complexing agent is required to be 0.1% by weight or more and 10% by weight or less from the viewpoints of handleability and mixing workability in consideration of solubility in water, and 0.5% by weight or more. More preferably, it is 2% by weight or less. If it is less than 0.1% by weight, the amount of addition to cerium tends to be insufficient, and the desired effect of reducing polishing scratches tends not to be obtained. If it is more than 10% by weight, the solubility in water may be reduced.

CMP研磨剤においては、必要に応じて研磨剤に分散剤を加えて組成物を分散させたものを使用することができる。分散剤としては、上述した水溶性高分子の他、水溶性陰イオン性分散剤、水溶性非イオン性分散剤、水溶性陽イオン性分散剤、水溶性両性分散剤から選ばれた少なくとも1種類を含む2種類以上の分散剤を使用することができる。   As the CMP abrasive, it is possible to use a dispersion obtained by adding a dispersant to the abrasive as necessary. As the dispersant, in addition to the water-soluble polymer described above, at least one selected from a water-soluble anionic dispersant, a water-soluble nonionic dispersant, a water-soluble cationic dispersant, and a water-soluble amphoteric dispersant. Two or more types of dispersants containing can be used.

水溶性陰イオン性分散剤としては、例えば、ラウリル硫酸トリエタノールアミン、ラウリル硫酸アンモニウム、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸トリエタノールアミン等が挙げられるが、後述するアニオン系水溶性高分子を用いてもよい。   Examples of the water-soluble anionic dispersant include lauryl sulfate triethanolamine, ammonium lauryl sulfate, and polyoxyethylene alkyl ether sulfate triethanolamine. An anionic water-soluble polymer described later may be used.

水溶性非イオン性分散剤としては、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、ポリオキシエチレン高級アルコールエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレン誘導体、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノパルミテート、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアレート、ポリオキシエチレンソルビタントリステアレート、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレエート、ポリオキシエチレンソルビタントリオレエート、テトラオレイン酸ポリオキシエチレンソルビット、ポリエチレングリコールモノラウレート、ポリエチレングリコールモノステアレート、ポリエチレングリコールジステアレート、ポリエチレングリコールモノオレエート、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油、アルキルアルカノールアミド等が挙げられる。   Examples of the water-soluble nonionic dispersant include polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene cetyl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene oleyl ether, polyoxyethylene higher alcohol ether, polyoxyethylene octyl phenyl ether, Polyoxyethylene nonylphenyl ether, polyoxyalkylene alkyl ether, polyoxyethylene derivative, polyoxyethylene sorbitan monolaurate, polyoxyethylene sorbitan monopalmitate, polyoxyethylene sorbitan monostearate, polyoxyethylene sorbitan tristearate, Polyoxyethylene sorbitan monooleate, polyoxyethylene sorbitan trioleate, polytetraoleate Carboxymethyl sorbit, polyethylene glycol monolaurate, polyethylene glycol monostearate, polyethylene glycol distearate, polyethylene glycol monooleate, polyoxyethylene alkyl amines, polyoxyethylene hardened castor oil, and alkyl alkanolamides.

水溶性陽イオン性分散剤としては、例えば、ココナットアミンアセテート、ステアリルアミンアセテート等が挙げられ、水溶性両性分散剤としては、例えば、ラウリルベタイン、ステアリルベタイン、ラウリルジメチルアミンオキサイド、2−アルキル−N−カルボキシメチル−N−ヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタイン等が挙げられる。   Examples of the water-soluble cationic dispersant include coconut amine acetate and stearylamine acetate. Examples of the water-soluble amphoteric dispersant include lauryl betaine, stearyl betaine, lauryl dimethylamine oxide, and 2-alkyl- N-carboxymethyl-N-hydroxyethyl imidazolinium betaine etc. are mentioned.

これらの分散剤添加量は、分散性及び沈降防止、さらに研磨傷と分散剤添加量との関係から酸化セリウム粒子100重量部に対して、0.01重量部以上2.0重量部以下の範囲が好ましい。これらの酸化セリウム粒子を水中に分散させる方法としては、通常の攪拌機による分散処理の他にホモジナイザー、超音波分散機、湿式ボールミルなどを用いることができる。   These dispersant addition amounts are in the range of 0.01 parts by weight or more and 2.0 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the cerium oxide particles from the relationship between dispersibility and settling prevention, as well as polishing scratches and dispersant addition amount. Is preferred. As a method of dispersing these cerium oxide particles in water, a homogenizer, an ultrasonic disperser, a wet ball mill or the like can be used in addition to a dispersion treatment using a normal stirrer.

CMP研磨剤を用いて研磨する対象である無機絶縁膜の作製方法として、定圧CVD法、プラズマCVD法等が挙げられる。   Examples of a method for manufacturing an inorganic insulating film to be polished using a CMP abrasive include a constant pressure CVD method and a plasma CVD method.

定圧CVD法による酸化珪素絶縁膜形成は、Si源としてモノシラン:SiH、酸素源として酸素:Oを用いる。このSiH−O系酸化反応を400℃程度以下の低温で行わせることにより得られる。高温リフローによる表面平坦化を図るためにリン:Pをドープするときには、SiH−O−PH系反応ガスを用いることが好ましい。 Formation of the silicon oxide insulating film by the constant pressure CVD method uses monosilane: SiH 4 as the Si source and oxygen: O 2 as the oxygen source. It can be obtained by performing this SiH 4 —O 2 -based oxidation reaction at a low temperature of about 400 ° C. or less. When doping phosphorus: P in order to achieve surface flattening by high-temperature reflow, it is preferable to use a SiH 4 —O 2 —PH 3 -based reactive gas.

プラズマCVD法は、通常の熱平衡下では高温を必要とする化学反応が低温でできる利点を有する。プラズマ発生法には、容量結合型と誘導結合型の2つが挙げられる。反応ガスとしては、Si源としてSiH、酸素源としてNOを用いたSiH−NO系ガスとテトラエトキシシラン(TEOS)をSi源に用いたTEOS−O系ガス(TEOS−プラズマCVD法)が挙げられる。基板温度は250℃〜400℃、反応圧力は67〜400Paの範囲が好ましい。酸化珪素絶縁膜にはリン、ホウ素等の元素がド−プされていても良い。 The plasma CVD method has an advantage that a chemical reaction requiring a high temperature can be performed at a low temperature under normal thermal equilibrium. There are two plasma generation methods, capacitive coupling type and inductive coupling type. The reaction as a gas, SiH 4 as an Si source, an oxygen source as N 2 O was used was SiH 4 -N 2 O-based gas and TEOS-O 2 based gas using tetraethoxysilane (TEOS) in an Si source (TEOS- Plasma CVD method). The substrate temperature is preferably 250 to 400 ° C., and the reaction pressure is preferably 67 to 400 Pa. The silicon oxide insulating film may be doped with an element such as phosphorus or boron.

同様に、低圧CVD法による窒化珪素膜形成は、Si源としてジクロルシラン:SiHCl、窒素源としてアンモニア:NHを用いる。このSiHCl−NH系酸化反応を900℃の高温で行わせることにより得られる。プラズマCVD法は、Si源としてSiH、窒素源としてNHを用いたSiH−NH系ガスが挙げられる。基板温度は300〜400℃が好ましい。 Similarly, silicon nitride film formation by low pressure CVD uses dichlorosilane: SiH 2 Cl 2 as a Si source and ammonia: NH 3 as a nitrogen source. It can be obtained by performing this SiH 2 Cl 2 —NH 3 oxidation reaction at a high temperature of 900 ° C. Examples of the plasma CVD method include SiH 4 —NH 3 gas using SiH 4 as a Si source and NH 3 as a nitrogen source. The substrate temperature is preferably 300 to 400 ° C.

基板として、図1(a)(b)に示す様に、半導体基板すなわち回路素子と配線パターンが形成された段階の半導体基板、回路素子が形成された段階の半導体基板等の半導体基板上に酸化珪素膜或いは酸化珪素膜及び窒化珪素膜が形成された基板が使用できる。このような半導体基板上に形成された酸化珪素膜層を上記研磨剤で研磨することによって、酸化珪素膜層表面の凹凸を解消し、半導体基板全面に渡って平滑な面とする。   As shown in FIGS. 1A and 1B, the substrate is oxidized on a semiconductor substrate such as a semiconductor substrate, that is, a semiconductor substrate at a stage where a circuit element and a wiring pattern are formed, or a semiconductor substrate at a stage where a circuit element is formed. A substrate on which a silicon film or a silicon oxide film and a silicon nitride film are formed can be used. By polishing the silicon oxide film layer formed on such a semiconductor substrate with the above-mentioned polishing agent, unevenness on the surface of the silicon oxide film layer is eliminated, and a smooth surface is formed over the entire surface of the semiconductor substrate.

具体的には、酸化セリウム粒子、水溶性高分子、セリウムとの錯形成剤及び水を含むCMP研磨剤を研磨定盤上の研磨パッドに供給し、酸化珪素絶縁膜が形成された半導体チップである基板の被研磨面と接触させて被研磨面と研磨パッドを相対運動させて、表面に錯形成した酸化セリウム粒子を介して基板表面を研磨する。   Specifically, a CMP chip containing cerium oxide particles, a water-soluble polymer, a complexing agent with cerium and water is supplied to a polishing pad on a polishing surface plate, and a semiconductor chip on which a silicon oxide insulating film is formed. The surface to be polished is brought into contact with the surface to be polished of a substrate and the surface to be polished and the polishing pad are moved relative to each other to polish the surface of the substrate through the cerium oxide particles complexed on the surface.

シャロー・トレンチ分離の場合には、酸化珪素膜層の凹凸を解消しながら下層の窒化珪素層まで研磨することによって、素子分離部に埋め込んだ酸化珪素膜のみを残す。この際、ストッパーとなる窒化珪素との研磨速度比が大きければ、研磨のプロセスマージンが大きくなる。また、シャロー・トレンチ分離に使用するためには、研磨時に傷発生が少ないことも必要である。   In the case of shallow trench isolation, only the silicon oxide film embedded in the element isolation portion is left by polishing the underlying silicon nitride layer while eliminating the unevenness of the silicon oxide film layer. At this time, if the polishing rate ratio with the silicon nitride serving as a stopper is large, the polishing process margin becomes large. In addition, in order to use for shallow trench isolation, it is also necessary to reduce the generation of scratches during polishing.

ここで、研磨する装置としては、半導体基板を保持するホルダーと研磨布(パッド)を貼り付けた(回転数が変更可能なモータ等を取り付けてある)定盤を有する一般的な研磨装置が使用できる。図2は本発明において使用するCMP装置を示す概略図である。研磨定盤18の上に貼り付けられた研磨パッド17の上に、酸化セリウム粒子、水溶性高分子、セリウムとの錯形成剤及び水を含むCMP研磨剤を供給し、半導体チップである基板13に形成された酸化珪素絶縁膜14を被研磨面としてウエハホルダ11に貼り付け、酸化珪素絶縁膜14を研磨パッドと接触させ、被研磨面と研磨パッドを相対運動、具体的にはウエハホルダ11と研磨定盤18を回転させてCMPすなわち基板の研磨を行う構造となっている。   Here, as a polishing apparatus, a general polishing apparatus having a surface plate with a holder for holding a semiconductor substrate and a polishing cloth (pad) attached (a motor etc. capable of changing the number of rotations) is used. it can. FIG. 2 is a schematic view showing a CMP apparatus used in the present invention. A CMP polishing agent containing cerium oxide particles, a water-soluble polymer, a complexing agent with cerium, and water is supplied onto a polishing pad 17 affixed on a polishing surface plate 18, and a substrate 13 which is a semiconductor chip. The silicon oxide insulating film 14 formed on the surface is attached to the wafer holder 11 as a surface to be polished, the silicon oxide insulating film 14 is brought into contact with the polishing pad, and the surface to be polished and the polishing pad are moved relative to each other. The surface plate 18 is rotated to perform CMP, that is, polishing of the substrate.

研磨パッドとしては、一般的な不織布、発泡ポリウレタン、多孔質フッ素樹脂などが使用でき、特に制限がない。また、研磨パッドには研磨剤が溜まる様な溝加工を施すことが好ましい。研磨条件には制限はないが、定盤の回転速度は半導体が飛び出さない様に100min−1以下の低回転が好ましい。被研磨膜を有する半導体基板の研磨パッドへの押しつけ圧力が10〜100kPaであることが好ましく、研磨速度のウエハ面内均一性及びパターンの平坦性を満足するためには、20〜50kPaであることがより好ましい。研磨している間、研磨パッドには研磨剤をポンプ等で連続的に供給する。この供給量には制限はないが、研磨パッドの表面が常に研磨剤で覆われていることが好ましい。 As the polishing pad, a general nonwoven fabric, foamed polyurethane, porous fluororesin, or the like can be used, and there is no particular limitation. Further, it is preferable that the polishing pad is subjected to groove processing so that an abrasive is collected. The polishing conditions are not limited, but the rotation speed of the surface plate is preferably low rotation of 100 min −1 or less so that the semiconductor does not jump out. The pressure applied to the polishing pad of the semiconductor substrate having the film to be polished is preferably 10 to 100 kPa, and 20 to 50 kPa to satisfy the uniformity of the polishing rate within the wafer surface and the flatness of the pattern. Is more preferable. During polishing, a polishing agent is continuously supplied to the polishing pad by a pump or the like. Although there is no restriction | limiting in this supply amount, It is preferable that the surface of a polishing pad is always covered with the abrasive | polishing agent.

また、図3は本発明におけるCMPプロセスを示す図である。研磨パッドの表面状態を常に同一にしてCMPを行うため、CMPの前に研磨パッドのコンディショニング工程を入れる。具体的には、ダイヤモンド粒子のついたドレッサを用いて少なくとも水を含む液で研磨を行う。続いて本発明の研磨工程を実施し、さらに、1)研磨後の基板に付着した粒子等の異物を除去するためのブラシ洗浄、2)研磨剤等を水に置換するためのメガソニック洗浄、3)基板表面から水を除去するためのスピン乾燥、からなるウエハ洗浄工程を加える。   FIG. 3 shows a CMP process in the present invention. In order to perform CMP with the surface state of the polishing pad always kept the same, a polishing pad conditioning step is inserted before CMP. Specifically, polishing is performed with a liquid containing at least water using a dresser with diamond particles. Subsequently, the polishing process of the present invention was performed, and 1) brush cleaning for removing foreign substances such as particles adhering to the substrate after polishing, 2) megasonic cleaning for replacing the abrasive and the like with water, 3) Add a wafer cleaning process consisting of spin drying to remove water from the substrate surface.

研磨終了後の半導体基板は、流水中で良く洗浄後、スピンドライヤ等を用いて半導体基板上に付着した水滴を払い落としてから乾燥させることが好ましい。このようにして、Si基板上にシャロー・トレンチ分離を形成したあと、酸化珪素絶縁膜層及びその上にアルミニウム配線を形成し、その上に形成した酸化珪素絶縁膜を平坦化する。平坦化された酸化珪素絶縁膜層の上に、第2層目のアルミニウム配線を形成し、その配線間および配線上に再度上記方法により酸化珪素膜を形成後、上記研磨剤を用いて研磨することによって、酸化珪素絶縁膜表面の凹凸を解消し、半導体基板全面に渡って平滑な面とする。この工程を所定数繰り返すことにより、所望の層数の半導体を製造する。   The semiconductor substrate after the polishing is preferably washed in running water, and then dried after removing water droplets adhering to the semiconductor substrate using a spin dryer or the like. Thus, after shallow trench isolation is formed on the Si substrate, a silicon oxide insulating film layer and an aluminum wiring are formed thereon, and the silicon oxide insulating film formed thereon is planarized. A second-layer aluminum wiring is formed on the planarized silicon oxide insulating film layer, and a silicon oxide film is formed again between the wirings and on the wiring by the above method, followed by polishing with the above-described polishing agent. As a result, unevenness on the surface of the silicon oxide insulating film is eliminated, and a smooth surface is obtained over the entire surface of the semiconductor substrate. By repeating this process a predetermined number of times, a desired number of semiconductor layers are manufactured.

CMP研磨剤は、半導体基板に形成された酸化珪素膜や窒化珪素膜だけでなく、所定の配線を有する配線板に形成された酸化珪素膜、ガラス、窒化珪素等の無機絶縁膜、フォトマスク・レンズ・プリズムなどの光学ガラス、ITO等の無機導電膜、ガラス及び結晶質材料で構成される光集積回路・光スイッチング素子・光導波路、光ファイバ−の端面、シンチレ−タ等の光学用単結晶、固体レ−ザ単結晶、青色レ−ザ用LEDサファイア基板、SiC、GaP、GaAS等の半導体単結晶、磁気ディスク用ガラス基板、磁気ヘッド等の基板を研磨するために使用される。   CMP abrasives are not only silicon oxide films and silicon nitride films formed on semiconductor substrates, but also silicon oxide films formed on wiring boards having predetermined wiring, glass, inorganic insulating films such as silicon nitride, photomasks Optical single crystals such as optical glass such as lenses and prisms, inorganic conductive films such as ITO, glass, and crystalline materials, optical integrated circuits, optical switching elements, optical waveguides, end faces of optical fibers, scintillators, etc. It is used for polishing substrates such as solid laser single crystals, LED sapphire substrates for blue lasers, semiconductor single crystals such as SiC, GaP, and GaAS, glass substrates for magnetic disks, and magnetic heads.

以下、実施例により本発明を説明する。   Hereinafter, the present invention will be described by way of examples.

実施例1
(添加液Aの作製)重量平均分子量6000で、アンモニウムイオンのモル数/ポリアクリル酸中のカルボキシル基のモル数=1のポリアクリル酸アンモニウム塩を脱イオン水で希釈し、3重量%の水溶液(添加液A)とした。
Example 1
(Preparation of Additive Solution A) A polyacrylic acid ammonium salt having a weight average molecular weight of 6000, the number of moles of ammonium ions / the number of moles of carboxyl groups in polyacrylic acid = 1 was diluted with deionized water, and a 3 wt% aqueous solution. (Addition liquid A).

(添加液Bの作製)炭酸セリウム水和物2kgを白金製容器に入れ、850℃で2時間空気中で焼成することにより黄白色の酸化セリウム粒子を約1kg得た。上記作製の酸化セリウム粒子1kg、アセチルアセトン10g、ポリアクリル酸アンモニウム塩水溶液(重量平均分子量15000、40重量%)23g及び脱イオン水8967gを混合し、撹拌しながら超音波分散を10分間施した。得られたスラリーを1μmフィルターを介してろ過し、さらに脱イオン水を加えて2倍に希釈した(酸化セリウム粒子濃度5重量%)。 (Preparation of Additive Solution B) 2 kg of cerium carbonate hydrate was placed in a platinum container and baked in air at 850 ° C. for 2 hours to obtain about 1 kg of yellowish white cerium oxide particles. 1 kg of the cerium oxide particles prepared above, 10 g of acetylacetone, 23 g of an aqueous solution of ammonium polyacrylate (weight average molecular weight 15000, 40% by weight) and 8967 g of deionized water were mixed and subjected to ultrasonic dispersion for 10 minutes while stirring. The obtained slurry was filtered through a 1 μm filter, and further deionized water was added to dilute it twice (cerium oxide particle concentration 5 wt%).

(研磨剤の作製)上記の添加液A/添加液B/脱イオン水の重量比2/1で混合し、酸化セリウム粒子濃度1.7重量%、ポリマ濃度2重量%のCMP研磨剤を作成した。研磨剤のpHは6.8であった。研磨剤原液を用いる光子相関法により2次粒子径を測定したところ、その中央値は270nmであった。 (Preparation of polishing agent) The above-mentioned additive solution A / addition solution B / deionized water was mixed at a weight ratio of 2/1 to prepare a CMP polishing agent having a cerium oxide particle concentration of 1.7% by weight and a polymer concentration of 2% by weight. did. The pH of the abrasive was 6.8. When the secondary particle diameter was measured by a photon correlation method using an abrasive stock solution, the median value was 270 nm.

(絶縁膜層及びシャロートレンチ分離層の研磨)8インチSi基板上にLine/Space幅が0.05〜5mmで高さが1000nmのAl配線Line部を形成した後、その上にTEOS−プラズマCVD法で酸化珪素膜を2000nm形成した絶縁膜層パターンウエハを作製する。上記のCMP研磨剤で、3分間研磨(定盤回転数:50min−1、研磨荷重:30kPa、研磨剤供給量:200ml/分)した。その結果、研磨後の凸部と凹部の段差が40nmとなり高平坦性を示した。 (Polishing of insulating film layer and shallow trench isolation layer) After forming an Al wiring Line portion having a Line / Space width of 0.05 to 5 mm and a height of 1000 nm on an 8-inch Si substrate, TEOS-plasma CVD is performed thereon. An insulating film layer pattern wafer in which a silicon oxide film is formed to 2000 nm by this method is produced. Polishing was performed with the above CMP abrasive for 3 minutes (rotation speed of platen: 50 min −1 , polishing load: 30 kPa, abrasive supply amount: 200 ml / min). As a result, the level difference between the convex and concave portions after polishing was 40 nm, indicating high flatness.

また、図1(a)に示す様に、8インチSi基板に一辺350nm〜0.1mm四方の凸部、深さが400nmの凹部を形成し、凸部密度がそれぞれ2〜40%となるようなシャロートレンチ分離層パターンウエハを作製した。続いて図1(b)に示す様に、凸部上に酸化窒素膜を100nm形成し、その上にTEOS−プラズマCVD法で酸化珪素膜を600nm成膜した。上記のCMP研磨剤で、このパターンウエハを2分間研磨(定盤回転数:50min−1、研磨荷重:30kPa、研磨剤供給量:200ml/分)した。その結果、図1(c)の様に、凸部の研磨は窒化珪素膜でストップし、研磨後の段差は40nmとなり、高平坦性を示した。いずれの研磨においても研磨傷は観察されなかった。 Further, as shown in FIG. 1 (a), convex portions with sides of 350 nm to 0.1 mm square and concave portions with a depth of 400 nm are formed on an 8-inch Si substrate so that the density of the convex portions is 2 to 40%, respectively. A shallow trench isolation layer pattern wafer was fabricated. Subsequently, as shown in FIG. 1B, a nitric oxide film having a thickness of 100 nm was formed on the convex portion, and a silicon oxide film having a thickness of 600 nm was formed thereon by TEOS-plasma CVD. The patterned wafer was polished for 2 minutes with the above-described CMP abrasive (plate rotation speed: 50 min −1 , polishing load: 30 kPa, abrasive supply amount: 200 ml / min). As a result, as shown in FIG. 1C, the polishing of the convex portion was stopped by the silicon nitride film, and the level difference after the polishing was 40 nm, indicating high flatness. No scratches were observed in any polishing.

(絶縁膜層ブランケットウエハの研磨)次に、8インチの酸化珪素膜ブランケットウエハ及び窒化珪素ブランケットウエハを上記のCMP研磨剤で各々研磨(定盤回転数:50min−1、研磨荷重:30kPa、研磨剤供給量:200ml/分)した。研磨後、ウエハをホルダーから取り外して、脱イオン水を流しながらPVAスポンジブラシで洗浄した。洗浄後、ウエハをスピンドライヤー上で1000min−1で1分間回転させて水滴を除去した。最後にレーザー散乱式異物検査装置を用いて乾燥済みウエハ表面の異物を数えた。 (Polishing of insulating film layer blanket wafer) Next, the 8-inch silicon oxide film blanket wafer and the silicon nitride blanket wafer were each polished with the above-described CMP abrasives (rotation speed of platen: 50 min −1 , polishing load: 30 kPa, polishing) (Agent supply amount: 200 ml / min). After polishing, the wafer was removed from the holder and washed with a PVA sponge brush while flowing deionized water. After cleaning, the wafer was rotated on a spin dryer at 1000 min −1 for 1 minute to remove water droplets. Finally, the foreign matter on the surface of the dried wafer was counted using a laser scattering type foreign matter inspection apparatus.

その結果、酸化珪素膜については、研磨速度が150nm/分、0.2μm以上の異物はウエハ1枚当たり30個であった。また、窒化珪素膜については、研磨速度が5nm/分となり、0.2μm以上の異物はウエハ1枚当たり50個であった。また、いずれの研磨においても研磨傷は観察されなかった。   As a result, with respect to the silicon oxide film, the polishing rate was 150 nm / min, and there were 30 foreign matters of 0.2 μm or more per wafer. Further, with respect to the silicon nitride film, the polishing rate was 5 nm / min, and there were 50 foreign matters of 0.2 μm or more per wafer. In addition, no polishing scratches were observed in any polishing.

実施例2
(研磨剤の作製)実施例1の添加液Bの作製において使用するアセチルアセトンの量を10g→1000gとし、それに伴い脱イオン水の量を8967g→7977gとすること以外は、実施例1と同一にしてCMP研磨剤を作製した。研磨剤のpHは6.6で、2次粒子径の中央値は250nmであった。
Example 2
(Preparation of abrasive) Same as Example 1 except that the amount of acetylacetone used in the preparation of additive liquid B in Example 1 was changed from 10 g to 1000 g, and the amount of deionized water was changed from 8967 g to 7777 g accordingly. A CMP abrasive was prepared. The pH of the abrasive was 6.6, and the median secondary particle size was 250 nm.

(絶縁膜層及びシャロートレンチ分離層の研磨)上記の通り作製したCMP研磨剤を用いて、実施例1と同一の絶縁膜層パターンウエハを、同一の研磨条件で5分間研磨した。その結果、研磨後の凸部と凹部の段差が55nmとなった。 (Polishing of Insulating Film Layer and Shallow Trench Separation Layer) Using the CMP abrasive prepared as described above, the same insulating film layer pattern wafer as in Example 1 was polished for 5 minutes under the same polishing conditions. As a result, the level difference between the convex and concave portions after polishing was 55 nm.

また、上記のCMP研磨剤を用いて、実施例1と同様にシャロートレンチ分離層パターンウエハの凸部上に酸化窒素膜を100nm形成しその上にTEOS−プラズマCVD法で酸化珪素膜を600nm成膜したものを実施例1と同一の研磨条件で4分間研磨した。その結果、研磨後の段差は42nmとなり高平坦性を示した。いずれの研磨においても研磨傷は観察されなかった。   Further, using the above-described CMP abrasive, a nitrogen oxide film having a thickness of 100 nm is formed on the convex portion of the shallow trench isolation layer pattern wafer in the same manner as in Example 1, and a silicon oxide film having a thickness of 600 nm is formed thereon by TEOS-plasma CVD. The film was polished for 4 minutes under the same polishing conditions as in Example 1. As a result, the level difference after polishing was 42 nm, indicating high flatness. No scratches were observed in any polishing.

(絶縁膜層ブランケットウエハの研磨)次に、実施例1と同一の8インチ酸化珪素膜ブランケットウエハ及び窒化珪素膜ブランケットウエハについても上記のCMP研磨剤を用いて実施例1と同一の研磨条件で各々研磨した。 (Polishing of insulating film layer blanket wafer) Next, the same 8-inch silicon oxide film blanket wafer and silicon nitride film blanket wafer as in Example 1 were also subjected to the same polishing conditions as in Example 1 using the above-described CMP abrasive. Each was polished.

その結果、酸化珪素膜については、研磨速度が80nm/分、0.2μm以上の異物はウエハ1枚当たり20個であった。また、窒化珪素膜については、研磨速度が6nm/分となり、0.2μm以上の異物はウエハ1枚当たり40個であった。また、いずれの研磨においても研磨傷は観察されなかった。   As a result, for the silicon oxide film, the polishing rate was 80 nm / min, and there were 20 foreign matters of 0.2 μm or more per wafer. The silicon nitride film had a polishing rate of 6 nm / min, and there were 40 foreign matters of 0.2 μm or more per wafer. In addition, no polishing scratches were observed in any polishing.

比較例1
(研磨剤の作製)実施例1の添加液Bの作製において使用するアセチルアセトンを10g→0となくすこと、及びそれに伴い脱イオン水の量を8967g→8977gとすること以外は、実施例1と同一にしてCMP研磨剤を作製した。研磨剤のpHは6.8で、2次粒子径の中央値は280nmであった。
Comparative Example 1
(Preparation of abrasive) Same as Example 1, except that acetylacetone used in preparation of additive liquid B of Example 1 is eliminated from 10 g → 0 and the amount of deionized water is changed from 8967 g → 8977 g accordingly. Thus, a CMP abrasive was prepared. The pH of the abrasive was 6.8, and the median secondary particle size was 280 nm.

(絶縁膜層及びシャロートレンチ分離層の研磨)上記の通り作製したCMP研磨剤を用いて、実施例1と同一の絶縁膜層パターンウエハを、同一の研磨条件で3分間研磨した。その結果、研磨後の凸部と凹部の段差が45nmとなった。 (Polishing of Insulating Film Layer and Shallow Trench Separation Layer) Using the CMP abrasive prepared as described above, the same insulating film layer pattern wafer as in Example 1 was polished for 3 minutes under the same polishing conditions. As a result, the level difference between the convex and concave portions after polishing was 45 nm.

また、上記のCMP研磨剤を用いて、実施例1と同様にシャロートレンチ分離層パターンウエハの凸部上に酸化窒素膜を100nm形成しその上にTEOS−プラズマCVD法で酸化珪素膜を600nm成膜したものを実施例1と同一の研磨条件で2分間研磨した。その結果、研磨後の段差は40nmとなり高平坦性を示した。いずれの研磨においても研磨傷は観察されなかった。   Further, using the above-described CMP abrasive, a nitrogen oxide film having a thickness of 100 nm is formed on the convex portion of the shallow trench isolation layer pattern wafer in the same manner as in Example 1, and a silicon oxide film having a thickness of 600 nm is formed thereon by TEOS-plasma CVD. The film was polished for 2 minutes under the same polishing conditions as in Example 1. As a result, the level difference after polishing was 40 nm, indicating high flatness. No scratches were observed in any polishing.

(絶縁膜層ブランケットウエハの研磨)次に、実施例1と同一の8インチ酸化珪素膜ブランケットウエハ及び窒化珪素膜ブランケットウエハについても上記のCMP研磨剤を用いて実施例1と同一の研磨条件で各々研磨した。 (Polishing of insulating film layer blanket wafer) Next, the same 8-inch silicon oxide film blanket wafer and silicon nitride film blanket wafer as in Example 1 were also subjected to the same polishing conditions as in Example 1 using the above-described CMP abrasive. Each was polished.

その結果、酸化珪素膜については、研磨速度が160nm/分、0.2μm以上の異物はウエハ1枚当たり200個であった。また、窒化珪素膜については、研磨速度が6nm/分となり、0.2μm以上の異物はウエハ1枚当たり200個であった。また、研磨による研磨傷については、酸化珪素膜ブランケットウエハにおいてのみわずかに傷が観察された。   As a result, with respect to the silicon oxide film, the polishing rate was 160 nm / min, and there were 200 foreign matters of 0.2 μm or more per wafer. Further, with respect to the silicon nitride film, the polishing rate was 6 nm / min, and there were 200 foreign matters of 0.2 μm or more per wafer. As for the scratches caused by polishing, slight scratches were observed only on the silicon oxide film blanket wafer.

セリウムとの錯形成剤濃度が0.1重量%以上10.0重量%以下である酸化セリウム粒子、水溶性高分子、セリウムとの錯形成剤及び水を含むCMP研磨剤を用いた実施例1に対して比較例1は、研磨速度に関しては同等であるが、研磨後の洗浄による異物すなわち粒子除去性能が劣る。また、研磨傷に関しても、実施例1は比較例1に優っており、高研磨速度、高平坦化性、低研磨傷の両立が可能であることが分かった。   Example 1 using CMP abrasive containing cerium oxide particles, water-soluble polymer, complexing agent with cerium and water having concentration of complexing agent with cerium of 0.1 wt% or more and 10.0 wt% or less On the other hand, Comparative Example 1 is equivalent in terms of the polishing rate, but is inferior in the performance of removing foreign matter, that is, particles by cleaning after polishing. Also, with respect to polishing scratches, Example 1 was superior to Comparative Example 1, and it was found that a high polishing rate, high flatness, and low polishing scratches could be achieved.

1 Si基板
2 窒化珪素膜
3 酸化珪素膜
11 ウエハホルダ
12 リテーナ
13 半導体チップである基板
14 酸化珪素絶縁膜
15 研磨剤供給機構
16 酸化セリウム粒子、水溶性高分子、セリウムとの錯形成剤及び水を含む研磨剤
17 研磨パッド
18 研磨定盤
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Si substrate 2 Silicon nitride film 3 Silicon oxide film 11 Wafer holder 12 Retainer 13 Substrate which is a semiconductor chip 14 Silicon oxide insulating film 15 Abrasive supply mechanism 16 Cerium oxide particles, water-soluble polymer, complexing agent with cerium and water Including abrasive 17 Polishing pad 18 Polishing surface plate

Claims (4)

余分の酸化珪素膜を除くためのCMP研磨剤であって、
酸化セリウム粒子、水溶性高分子、β−ジケトンから選択されるセリウムとの錯形成剤及び水を含み、
錯形成剤が一般式(I)

式中、R 及びR は置換もしくは無置換アルキル基を表し、R は水素原子または炭素数が1〜3の置換もしくは無置換アルキル基を表す)で示されるβ−ジケトンであり、
セリウムとの錯形成剤濃度が0.1重量%以上10.0重量%以下であり、かつ
pHが8以下である、CMP研磨剤。
A CMP abrasive for removing an excess silicon oxide film,
Cerium oxide particles, water-soluble polymer, complexing agent with cerium selected from β-diketone and water,
The complexing agent is represented by the general formula (I)

( Wherein R 1 and R 2 represent a substituted or unsubstituted alkyl group, and R 3 represents a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 3 carbon atoms),
Ri complexing agent concentration of 0.1 wt% to 10.0 wt% der less of cerium, and
A CMP abrasive having a pH of 8 or less .
錯形成剤がアセチルアセトンである請求項1記載のCMP研磨剤。 CMP abrasive of claim 1 Symbol placement complexing agent is acetylacetone. 水溶性高分子が水溶性陰イオン性界面活性剤及び水溶性非イオン性界面活性剤からなる群選ばれる少なくとも1種である請求項1又は2に記載のCMP研磨剤。 C MP polishing agent according to claim 1 or 2 is at least one water-soluble polymer is selected the group consisting of water soluble anionic surfactant and water-soluble nonionic surfactant. 請求項1〜3のいずれか1項に記載のCMP研磨剤を研磨定盤上の研磨パッドに供給し、酸化珪素絶縁膜が形成された半導体チップである基板の被研磨面と接触させて被研磨面と研磨パッドを相対運動させて、表面に錯形成した酸化セリウム粒子を介して基板表面を研磨し、余分の酸化珪素絶縁膜を除くことを特徴とする基板の研磨方法。 A CMP abrasive according to any one of claims 1 to 3 is supplied to a polishing pad on a polishing surface plate and brought into contact with a surface to be polished of a substrate which is a semiconductor chip on which a silicon oxide insulating film is formed. A polishing method for a substrate, wherein a polishing surface and a polishing pad are moved relative to each other to polish the substrate surface through cerium oxide particles complexed on the surface, thereby removing an excess silicon oxide insulating film.
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