研磨劑、研磨劑組件及使用該研磨劑的基板研磨方法
【專利說明】
[0001] 本發(fā)明是申請(qǐng)?zhí)枮?009801142670(國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/JP2009/057956)、申請(qǐng)日 為2009年4月22日、發(fā)明名稱為"研磨劑及使用該研磨劑的基板研磨方法"的發(fā)明申請(qǐng)的 分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明設(shè)及一種研磨劑、保管該研磨劑時(shí)的研磨劑組件及使用該研磨劑的基板研 磨方法，該研磨劑用于作為半導(dǎo)體元件制造技術(shù)的基板表面平坦化工序，尤其是淺槽隔離 絕緣膜、鍛金屬前（pre-metal)絕緣膜、層間絕緣膜等的平坦化工序。
【背景技術(shù)】
[0003] 在近年的半導(dǎo)體元件制造工序中，用于高密度化、微細(xì)化的加工技術(shù)的重要性日 益增加。其中之一的CMP(化emical Mechanical化lishing :化學(xué)機(jī)械研磨）技術(shù)，在半導(dǎo) 體元件的制造工序中，是淺槽隔離的形成、鍛金屬前絕緣膜或?qū)娱g絕緣膜的平坦化、插塞和 嵌入式金屬配線的形成所必須的技術(shù)。
[0004] W化在半導(dǎo)體元件的制造工序中，為了對(duì)通過CVD (Chemical Vapor Deposition :化學(xué)氣相沉積）法或旋轉(zhuǎn)涂布法等方法形成的氧化娃膜等絕緣膜進(jìn)行平坦 化，普遍研究熱解法二氧化娃系的研磨劑。熱解法二氧化娃系研磨劑通過熱分解四氯化娃 等方法使顆粒成長(zhǎng)、進(jìn)行抑調(diào)整而制造。
[0005] 然而，運(yùn)樣的二氧化娃研磨劑存在研磨速度低的技術(shù)問題。此外，在設(shè)計(jì)規(guī)則為 0. 25μπιW下的時(shí)代，在集成電路內(nèi)的元件隔離中使用淺槽隔離。
[0006] 在淺槽隔離中，為了除去在基板上成膜的多余的氧化娃膜而使用CMP，為了使研磨 停止而在氧化娃膜下形成研磨速度慢的停止膜。停止膜中使用氮化娃等，期望氧化娃膜與 停止膜的研磨速度比大。對(duì)于W往的膠體二氧化娃系研磨劑而言，上述的氧化娃膜與停止 膜的研磨速度比比較小，為3左右，不具有作為淺槽隔離用的耐受實(shí)用的特性。
[0007] 另一方面，作為光掩模、透鏡等玻璃的表面研磨劑，使用氧化姉系研磨劑。氧化姉 系研磨劑與二氧化娃系研磨劑或氧化侶系研磨劑相比，具有研磨速度快的優(yōu)點(diǎn)。
[0008] 近年，使用采用有高純度氧化姉研磨顆粒的半導(dǎo)體用研磨劑。例如，該技術(shù)公開于 專利文獻(xiàn)1。此外，已知為了控制氧化姉系研磨劑的研磨速度、提高總體平坦性而添加添加 劑。例如，該技術(shù)公開于專利文獻(xiàn)2。
[0009] 近年，半導(dǎo)體元件制造工序進(jìn)一步向微細(xì)化發(fā)展，研磨時(shí)發(fā)生的研磨損傷開始成 為問題。對(duì)于該問題，嘗試減小上述的使用了氧化姉的研磨劑的氧化姉粒子的平均粒徑，但 是當(dāng)平均粒徑降低時(shí)，機(jī)械作用降低，所W存在研磨速度降低的問題。
[0010] 對(duì)于該問題，正在研究使用有4價(jià)金屬氨氧化物粒子的研磨劑，該技術(shù)公開于專 利文獻(xiàn)3。該技術(shù)發(fā)揮了 4價(jià)金屬氨氧化物粒子的化學(xué)作用，且極力減小機(jī)械作用，因此意 圖兼顧降低粒子造成的研磨損傷、提高研磨速度。
[0011] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 陽〇1引專利文獻(xiàn)
[0013] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開平10-106994號(hào)公報(bào)
[0014] 專利文獻(xiàn)2:日本特開平08-022970號(hào)公報(bào)
[0015] 專利文獻(xiàn)3:國(guó)際公開第02/067309號(hào)小冊(cè)子

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 然而，由于研磨速度一般優(yōu)選為高，因此，人們一直在尋求一種研磨劑，其在將研 磨損傷抑制在較低程度的同時(shí)，還能進(jìn)一步地高速研磨。一般來說，研磨速度通過增加研磨 顆粒的濃度而提高，但是，同時(shí)也提高了研磨損傷增加的可能。因此，期望不增加研磨顆粒 的濃度而可W高速研磨的研磨劑。
[0017] 此外，在淺槽隔離用研磨劑的情況下，要求得到氧化娃與氮化娃的研磨速度比，即 得到高的選擇比。關(guān)于運(yùn)一點(diǎn)，雖然所述專利文獻(xiàn)3記載了所記載的研磨劑也可得到規(guī)定 的選擇比，但由于選擇比越大越好，因此，人們尋求具有更高選擇比的研磨劑。
[0018] 本發(fā)明提供一種研磨劑及使用了該研磨劑的基板研磨方法，該研磨劑在使淺槽隔 離絕緣膜、鍛金屬前絕緣膜、層間絕緣膜等平坦化的CMP技術(shù)中，能夠高速且低研磨損傷地 研磨絕緣膜。
[0019] 進(jìn)一步地，提供一種氧化娃膜與停止膜的研磨速度比高的研磨劑、保管該研磨劑 時(shí)的研磨劑組件及使用有該研磨劑的基板研磨方法。
[0020] 進(jìn)一步地，提供即便是在低的研磨顆粒濃度下也可W高速研磨的研磨劑。
[0021] 解決問題的技術(shù)方案
[0022] 本發(fā)明的特征在于，提供一種研磨劑，其含有4價(jià)金屬氨氧化物粒子及作為添加 劑的、陽離子性的聚合物和陽離子性的多糖類中的至少一者。
[0023] 該添加劑所含的氨基作用于4價(jià)金屬氨氧化物粒子和/或被研磨膜。此時(shí)，推定 通過氨基-氧化娃膜、氨基-停止膜的相互作用的差別，帶來高的氧化娃膜與停止膜的研磨 速度比。即上述氨基尤其是與氧化娃膜和停止膜分別相互作用、根據(jù)場(chǎng)合而吸附，但是，該 相互作用的程度存在差別。例如，雖然對(duì)于氧化娃的影響小，但對(duì)于停止膜則成為保護(hù)膜從 而阻礙研磨。因此，推測(cè)：作為結(jié)果，研磨速度產(chǎn)生差別。
[0024] 而且，陽離子性的聚合物和陽離子性的多糖類，對(duì)于研磨顆粒濃度低濃度化也具 有效果。研磨中，產(chǎn)生研磨墊的切削屑，一部分的研磨顆粒被吸附于切削屑，成為無助于研 磨的無效研磨顆粒。如將研磨顆粒濃度設(shè)為低濃度，則不能無視所述吸附導(dǎo)致的無效研磨 顆粒，研磨速度降低。另一方面，陽離子性的聚合物或陽離子性的多糖類吸附于研磨墊的切 削屑，使表面的電荷變化為正電荷、抑制研磨顆粒的吸附。由此，無效研磨顆粒減少，即便是 設(shè)為低研磨顆粒濃度也可W得到實(shí)用的研磨速度，出于成本、廢棄物的觀點(diǎn)考慮是有效的。
[0025] 本發(fā)明設(shè)及W下的（1)~（14)的技術(shù)方案。
[00%] (1) -種研磨劑，含有水、4價(jià)的金屬氨氧化物粒子及添加劑，該添加劑含有陽離 子性的聚合物和陽離子性的多糖類中的至少一者。
[0027] (2) -種研磨劑，含有水、4價(jià)的金屬氨氧化物粒子及添加劑，所述添加劑中的至 少一種成分選自W下的[1]~[6]組成的組：
[0028] [1]氨基糖或具有氨基糖的多糖類；
[0029] 凹乙抱亞胺聚合物或其衍生物；
[0030] [3]締丙胺聚合物或其衍生物；
[0031] [4]二締丙基胺聚合物或其衍生物；
[0032][引乙締胺聚合物或其衍生物；
[0033] [6]含有選自下述通式（I)~（IV)的組中的至少一種單體成分的聚合物：
[0034]
[0035] 通式（I)~（IV)中，Ri~Rs分別獨(dú)立地表示氨原子或1價(jià)的有機(jī)基團(tuán)，X表 不2價(jià)的有機(jī)基團(tuán)。
[0036] (3)根據(jù)所述（1)或（2)所述的研磨劑，所述4價(jià)金屬氨氧化物粒子的平均粒徑為 Inm ~ 400nm〇
[0037] (4)根據(jù)所述（1)~做中任一項(xiàng)所述的研磨劑，研磨劑的抑值為3.0~7.0。
[0038] (5)根據(jù)所述（1)~（4)中任一項(xiàng)所述的研磨劑，所述4價(jià)金屬氨氧化物粒子的含 有量相對(duì)于100重量份的研磨劑為0. 001重量份~5重量份。
[0039] (6)根據(jù)所述（1)~（5)中任一項(xiàng)所述的研磨劑，所述4價(jià)金屬氨氧化物粒子在研 磨劑中的ζ電位為+10mVW上。 W40] (7)根據(jù)所述（1)~（6)中任一項(xiàng)所述的研磨劑，所述陽離子性的聚合物和陽離子 性的多糖類的合計(jì)含有量相對(duì)于100重量份的研磨劑為0.0001重量份W上。
[0041] (8)根據(jù)所述（1)~（7)中任一項(xiàng)所述的研磨劑，所述添加劑為殼聚糖及其衍生物 中的任一者。
[00創(chuàng) （9)根據(jù)所述（1)~做中任一項(xiàng)所述的研磨劑，進(jìn)一步含有聚乙締醇。
[00創(chuàng) （10)根據(jù)所述（1)~（9)中任一項(xiàng)所述的研磨劑，其用于研磨至少在表面含有氧 化娃的被研磨面。 W44] (11)根據(jù)所述（1)~（10)中任一項(xiàng)所述的研磨劑，4價(jià)金屬氨氧化物為稀±類金 屬氨氧化物及氨氧化錯(cuò)中的至少一者。
[0045] (12)-種基板研磨方法，將形成有被研磨膜的基板放到研磨平臺(tái)的研磨布上并加 壓，一邊向被研磨膜與研磨布之間供給所述（1)~（11)中任一項(xiàng)所述的研磨劑、一邊使基 板和研磨平臺(tái)相對(duì)運(yùn)動(dòng)而研磨被研磨膜。
[0046] (13)根據(jù)所述（12)所述的研磨方法，使用肖氏D級(jí)硬度為70W上的研磨布作為 所述研磨布。
[0047] (14) 一種研磨劑組件，其為將漿體與添加液分開保存、在即將研磨前或研磨時(shí)混 合而形成所述（1)~（11)中任一項(xiàng)所述的研磨劑的研磨劑組件，漿體含有4價(jià)金屬氨氧化 物粒子及水，添加液含有添加劑和水。 W48] 發(fā)明效果
[0049] 根據(jù)本發(fā)明，其目的在于提供一種研磨劑及使用有該研磨劑的基板研磨方法，該 研磨劑在使淺槽隔離絕緣膜、預(yù)金屬絕緣膜、層間絕緣膜等平坦化的CMP技術(shù)中，能夠高速 且低研磨損傷地研磨絕緣膜。
[0050] 進(jìn)一步地，本發(fā)明的目的在于，提供一種氧化娃膜與停止膜的研磨速度比高的研 磨劑、保管該研磨劑時(shí)的研磨劑組件及使用有該研磨劑的基板研磨方法。
【附圖說明】
[0051] 圖1為評(píng)價(jià)用晶片的部分放大剖視圖；
[0052] 圖2為評(píng)價(jià)用晶片的俯視圖；
[0053] 圖3為顯示圖2的凹凸區(qū)域分布的部分放大圖。
【具體實(shí)施方式】
[0054] 本發(fā)明的研磨劑是指，含有水、4價(jià)金屬氨氧化物粒子及添加劑，研磨時(shí)使之與被 研磨膜接觸的組合物。W下，對(duì)各成分及可任意添加的成分依次進(jìn)行說明。
[0055] 在本發(fā)明的研磨劑中，應(yīng)用4價(jià)金屬氨氧化物粒子作為研磨顆粒。4價(jià)金屬氨氧化 物粒子與二氧化娃、氧化姉等現(xiàn)有的研磨顆粒相比，其與氧化娃的反應(yīng)性高、研磨速度高， 從上述角度考慮是優(yōu)選的。
[0056] 作為4價(jià)金屬氨氧化物粒子，優(yōu)選使用稀±類金屬氨氧化物及氨氧化錯(cuò)中的至少 一者。也可從稀±類金屬氨氧化物及氨氧化錯(cuò)中選擇兩種W上而使用。作為稀±類金屬氨 氧化物，從研磨速度高的角度考慮，優(yōu)選使用氨氧化姉。
[0057] 作為4價(jià)金屬氨氧化物粒子的制作方法，可W使用混合4價(jià)金屬鹽與堿液的方法。 該方法例如，在"希±類①科學(xué)（稀±類的科學(xué)）"（足立吟也編，株式會(huì)社化學(xué)同人，1999 年）304~305頁(yè)進(jìn)行了說明。 陽05引作為4價(jià)的金屬鹽，優(yōu)選例如Μ(S〇4) 2、Μ(畑4) 2 (N03)e、Μ(畑4) 4 (S〇4) 4 (其中，Μ表示 稀±類元素）、Zr(S〇4)2· 4&0。尤其是，更優(yōu)選化學(xué)活性的Ce。
[0059] 堿液可W使用氨水、氨氧化鐘、氨氧化鋼。優(yōu)選使用氨水。對(duì)于由上述方法合成的 4價(jià)金屬氨氧化物粒子，可W通過清洗而除去金屬雜質(zhì)。金屬氨氧化物的清洗可W使用通過 離屯、分離等重復(fù)數(shù)次固液分離的方法。
[0060] 由于上述所得的4價(jià)金屬氨氧化物粒子凝聚，因此，優(yōu)選通過適宜的方法使之分 散于水中。作為使4價(jià)金屬氨氧化物分散于作為主要分散介質(zhì)的水中的方法，除了通常的 使用攬拌機(jī)的分散處理之外，可W使用均質(zhì)器、超聲波分散器、濕球磨等的方法。對(duì)于分散 方法、粒徑控制方法，可w使用例如"分散技術(shù)大全集（分散技術(shù)大全集）（株式會(huì)社情報(bào) 機(jī)構(gòu)，2005年7月）中所記述的方法。
[0061] 對(duì)于由此制作的研磨劑中的4價(jià)金屬氨氧化物粒子的平均粒徑而言，出于避免研 磨速度過低的角度考慮，優(yōu)選為InmW上、更優(yōu)選為2nmW上、更加優(yōu)選為lOnmW上。此外， 作為上限，出于難W損傷研磨的膜的角度考慮，優(yōu)選為400nmW下、更優(yōu)