研磨剂、研磨剂套剂及基体的研磨方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及研磨剂、研磨剂套剂及基体的研磨方法。尤其是，本发明涉及作为半 导体元件的制造技术的基体表面平坦化工序中使用的研磨剂、研磨剂套剂及基体的研磨方 法。更进一步详细来说，本发明涉及浅沟槽（Shallowtrench)隔离绝缘材料、金属前绝缘 材料、层间绝缘材料等的平坦化工序中使用的研磨剂、研磨剂套剂及基体的研磨方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，半导体元件的制造工序中，致力于高密度化和微细化的加工技术的重要 性越来越高。作为加工技术的一种，CMP(ChemicalMechanicalPolishing:化学机械研磨） 技术成为半导体元件的制造工序中对于浅沟槽隔离（STI)的形成、金属前绝缘材料或者层 间绝缘材料的平坦化、插头或嵌入金属配线的形成等必要的技术。
[0003] 作为研磨剂使用最多的是含有二氧化硅（氧化硅）粒子作为磨粒的二氧化硅系研 磨剂，所述二氧化硅（氧化硅）粒子为气相二氧化硅、胶态二氧化硅等。二氧化硅系研磨剂 的特征在于通用性高，通过适当地选择磨粒含量、pH、添加剂等，可以对不管是绝缘材料还 是导电材料的广泛种类的材料进行研磨。
[0004] 另一方面，对主要以氧化硅等绝缘材料为对象、含有铈化合物粒子作为磨粒的研 磨剂的需求也在扩大。例如，含有氧化铈（二氧化铈）粒子作为磨粒的氧化铈系研磨剂，BP 使以低于二氧化硅系研磨剂的磨粒含量，也能够高速地研磨氧化硅（例如，参照下述专利 文献1、2)。
[0005] 但是近年来在半导体元件的制造工序中，寻求达到配线的进一步微细化，研磨时 产生的研磨损伤成为问题。即，利用传统的氧化铈系研磨剂进行研磨时，即使产生微小的研 磨损伤，若该研磨损伤的大小比以前的配线宽度小，也不成为问题，但是在为了达到配线的 进一步微细化的场合下，即使微小的研磨损伤也成为问题。
[0006] 对于该问题，有人研宄了使用4价金属元素的氢氧化物粒子的研磨剂（例如，参照 下述专利文献3?5)。此外，还有人对4价金属元素的氢氧化物粒子的制造方法进行了研 宄（例如，参照下述专利文献6, 7)。这些技术通过活用4价金属元素的氢氧化物粒子所具 有的化学作用且尽量减小其机械作用，来减少因粒子引起的研磨损伤。
[0007] 此外，在为了形成STI的CMP工序等中，进行积层体的研磨，该积层体具有：配置于 具有凹凸图案的基板凸部上的止动件（stopper)(含有止动件材料的研磨停止层），配置于 将凹凸图案的凹部填埋的基板及止动件之上的绝缘材料（例如氧化硅）。在这样的研磨中， 由止动件来停止绝缘材料的研磨。即止动件在露出的阶段中使绝缘材料的研磨停止。这是 因为人为地控制绝缘材料的研磨量（绝缘材料的除去量）较困难，通过研磨绝缘材料至止 动件露出为止来控制研磨的程度。此时，有必要提高绝缘材料相对于止动件材料的研磨选 择性（研磨速度比：绝缘材料的研磨速度/止动件材料的研磨速度）。对于该课题，下述专 利文献8中公开了：研磨剂通过含有4价金属元素氢氧化物的粒子与阳离子性聚合体及多 糖类的至少其一，可以高速地研磨氧化硅、且绝缘材料相对于氮化硅的研磨选择比优异。此 夕卜，下述专利文献9中公开了：通过使用含有4价金属元素氢氧化物的粒子与皂化度95摩 尔％以下的聚乙烯醇的研磨剂，得到较高的绝缘材料相对于多晶硅的研磨速度比。 现有技术文献 专利文献
[0008] 专利文献1 :特开平10 - 106994号公报 专利文献2 :特开平08 - 022970号公报 专利文献3 :国际公开第2002/067309号 专利文献4 :国际公开第2012/070541号 专利文献5 :国际公开第2012/070542号 专利文献6 :日本专利特开2006 - 249129号公报 专利文献7 :国际公开第2012/070544号 专利文献8 :国际公开第2009/131133号 专利文献9 :国际公开第2010/143579号
【发明内容】
发明要解决的课题
[0009] 近年来，在为了形成STI的CMP工序等中，为了提高平坦性及抑制腐蚀（止动件材 料的过度研磨）等目的，需要进一步地提高绝缘材料相对于止动件材料的研磨选择性。
[0010] 而本发明者发现，专利文献8及9中公开的研磨剂，没有形成图案的覆盖晶圆（无 图晶圆、blanketwafer)以及形成了模拟图案的有图晶圆（patternwafer)中的凸部图案 密度大的部分（凸部图案密集的部分。例如，凸部图案密度在50%以上的部分）中，绝缘材 料相对于止动件材料的研磨选择性虽然被提高，但是有图晶圆中的凸部图案密度小的部分 (凸部图案粗的部分。例如，凸部图案密度不足50%的部分）中，止动件材料被过度研磨， 绝缘材料相对于止动件材料的研磨选择性还有改善的余地。
[0011] 可是，在为了形成STI的CMP工序等中，在研磨氧化硅等绝缘材料且止动件露出的 阶段使研磨停止后，为了避免绝缘材料在止动件上残存，有时即使在止动件露出后也会对 绝缘材料进行多余的研磨。该多余的研磨称之为"过度（over)研磨"。例如，将在与研磨绝 缘材料直至止动件露出的时间A相同长度的时间（相当于时间A的100%的时间）下进行 的研磨称之为" 100 %过度研磨"。
[0012] 然而，如果进行过度研磨，相对较早露出的止动件材料部分，比相对较晚露出的止 动件材料部分经过更长时间的研磨，所以有时被研磨过度。此时，同一有图晶圆内，止动件 的厚度变得局部不均，给最终得到的设备（半导体元件等）带来不利影响。而且，确认了在 有图晶圆中的凸部图案密度小的部分中这样的现象较显著，因此，寻求即使进行过度研磨 时，也不依赖于凸部图案密度而对止动件材料的研磨速度进行抑制。
[0013] 本发明为了解决这些课题而完成，以提供研磨剂、研磨剂套剂及基体的研磨方法 为目的，所述研磨剂、研磨剂套剂及基体的研磨方法可以提高绝缘材料相对于止动件材料 的研磨选择性，同时还在使用止动件的绝缘材料的研磨中，即使进行过度研磨时也可以不 依赖凸部图案密度而对止动件材料的研磨速度进行抑制。 解决课题的手段
[0014]与此相对，本发明人发现，将具有芳香环及聚氧化烯链的高分子化合物与阳离子 性聚合物并用时，绝缘材料相对于止动件材料的研磨选择性与以往相比具有进一步提高的 效果，同时，即使进行过度研磨时，也可以不依赖凸部图案密度而抑制止动件材料的研磨速 度。
[0015] 本发明涉及的研磨剂含有：液态介质、含4价金属元素的氢氧化物的磨粒、具有芳 香环及聚氧化烯链的高分子化合物、以及阳离子性聚合物，高分子化合物的重均分子量在 1000以上。
[0016] 根据本发明的研磨剂，可以提高绝缘材料相对于止动件材料的研磨选择性。此外， 根据本发明的研磨剂，使用止动件对凸部图案密度小的部分的绝缘材料进行研磨的话，即 使进行过度研磨时，也可以抑制止动件材料的研磨速度。因此，在使用止动件对绝缘材料的 研磨中，即使进行过度研磨时，也可以不依赖凸部图案密度而抑制止动件材料的研磨速度。 因此，根据本发明的研磨剂，使用止动件的绝缘材料的研磨中，即使进行过度研磨时，也可 以不依赖凸部图案密度，提高绝缘材料相对于止动件材料的研磨选择性。
[0017]不过，虽然多年来作为所述止动件材料使用氮化硅，但是近年来在为了形成STI的CMP工序等中，为了进一步提高平坦性，使用多晶硅作为止动件材料的情形在增加。此 时，从提高绝缘材料相对多晶硅的研磨选择性方面出发，需要抑制多晶硅的研磨速度。但是 以往的研磨剂中，绝缘材料相对多晶娃的研磨选择性还有改善的余地。
[0018]与此相对，根据本发明的研磨剂，可以提高绝缘材料相对多晶硅的研磨选择性。此 夕卜，根据本发明的研磨剂，使用多晶硅作为止动件材料对凸部图案密度小的部分的绝缘材 料进行研磨时，即使进行过度研磨时，也可以抑制多晶硅的研磨速度。因此，在使用多晶硅 作为止动件材料对绝缘材料的研磨中，即使进行过度研磨时，也可以不依赖凸部图案密度 而抑制多晶硅的研磨速度。因此，根据本发明的研磨剂，使用多晶硅作为止动