专利名称：Cmp研磨剂以及研磨方法
技术领域：
本发明是半导体组件制造技术，涉及在基板表面的平坦化工序，特别是在层间绝缘膜、BPSG膜(掺杂硼、磷的二氧化硅膜)的平坦化工序、浅沟槽分离的形成工序等中所使用的半导体绝缘膜用的CMP研磨剂以及使用该研磨剂的基板的研磨方法。
背景技术：
现在的超大型集成电路具有封装密度提高的倾向，目前正在研究、开发种种微细加工技术。设计规则已经进入次半微子(sub-halfmicron)的等级。为了满足这样的苛刻的微细化要求而正在开发的技术之一为CMP(ChemicalMechanical Polishing，化学机械研磨)技术。在半导体装置的制造过程中，由于此技术能够将施加曝光的层完全平坦化，减轻曝光技术的负担，使产率稳定，因此，成为进行例如层间绝缘膜、BPSG膜的平坦化、浅沟槽分离等的时候所必须的技术。
以往，在半导体装置的制造工序中，等离子CVD(Chemical VaporDeposition，化学气相沉积法)、低压CVD等的方法形成的氧化硅绝缘膜等的无机绝缘膜层平坦化所用的CMP研磨剂，一般地考虑热解法二氧化硅系的研磨剂。热解法二氧化硅系的研磨剂是通过使二氧化硅粒子在四氯硅酸中热分解等的方法发生粒成长、进行pH调整而制造。但是，此种研磨剂无法使无机绝缘膜的研磨速度具有充分的速度，在实用化上存在研磨速度低的技术问题。
以往的平坦化层间绝缘膜的CMP技术，研磨速度对基板上被研磨膜的图案的依赖性高，根据图案密度差或尺寸差的大小，凸部的研磨速度具有相当大的差异，而且也对凹部进行研磨，因而具有无法实现晶片面内全体高平坦度的平坦化的技术课题。
而且，将层间膜平坦化的CMP技术，需要在层间膜的途中终止研磨，一般采用借助研磨时间来进行研磨量控制的操作管理方法。但是，由于不仅图案的段差形状变化，而且，研磨布的状态等也会使得研磨速度产生显著的变化，因而产生了操作管理难的问题。
设计规则0.5μm或其以上的，在集成电路内的器件分离中使用LOCOS(Local Oxidation of silicon，硅的局部氧化)，其后由于要求加工尺寸的微细化与器件隔离宽度的窄化技术，因而继续使用浅沟槽分离。浅沟槽分离为了去除基板上形成的多余的氧化硅膜而使用CMP，为了使研磨停止，在氧化硅膜的下面形成研磨速度慢的停止膜。停止膜使用氮化硅等，优选氧化硅膜与停止膜的研磨速度比值大。
另一方面，作为光罩、镜头等的玻璃表面研磨剂，使用氧化铈研磨剂。氧化铈粒子与二氧化硅粒子或氧化铝粒子相比之下硬度较低，因此，由于不易损伤研磨表面，所以对最后加工的镜面研磨是有用的，关注于此点，提出了使用氧化铈研磨剂(参见日本特开2002-353175号公报)。但是，此氧化铈研磨剂，对于近年来要求苛刻的平坦性而言，具有不一定能充分满足要求的问题。
发明内容
本发明鉴于上述问题，提供一种研磨剂以及研磨方法，在平坦化层间绝缘膜、BPSG膜、浅沟槽分离用绝缘膜的CMP技术中，能够有效、高速地研磨，且操作管理也容易进行。
本发明的CMP研磨剂，(1)涉及下述的CMP研磨剂，其含有氧化铈粒子、分散剂、水溶性高分子以及水，所述水溶性高分子为具有下述族群中的任一种化合物的N-单取代化合物骨架和N，N-二取代化合物骨架中的任一种的化合物丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺以及它们的α-取代化合物所构成的族群。
(2)此外，本发明的CMP研磨剂，涉及前述(1)所记载的CMP研磨剂，其中水溶性高分子为含有选自由下述化学式(I)以及化学式(II)构成的族群中的至少一种聚合性单体构成的重复单元的聚合物，
(式(I)中，R1为氢、甲基、苯基、苄基、氯基、二氟甲基、三氟甲基或氰基，R2、R3各自独立地为氢原子、C1～C18的烷基链、羟甲基或乙酰基，不包含R2和R3两者都为氢原子的情形。) (式(II)中，R1为与式(I)中的R1共同的氢、甲基、苯基、苯甲基、氯基、二氟甲基、三氟甲基或氰基，R4为选自吗啉基，硫代吗啉基、吡咯烷并基、哌啶基。)(3)另外，本发明的CMP研磨剂涉及前述(1)或(2)所记载的CMP研磨剂，其中相对研磨剂100重量份，水溶性高分子的添加量为0.01～10重量份。
而且，本发明的基板研磨方法，(4)将形成有被研磨膜的基板按压在研磨台的研磨布上，一边将前述(1)～(3)中的任一个所记载的CMP研磨剂供给到被研磨膜与研磨布之间，一边使基板的被研磨膜与研磨布相对移动以研磨被研磨膜。
具体实施例方式
一般的氧化铈，通过氧化碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐、草酸盐的铈化合物而得到。用于研磨通过TEOS-CVD法等形成的氧化硅膜的氧化铈研磨剂，其一次粒径愈大，且结晶的错位愈小，即结晶性愈良好的话，则愈可能进行高速的研磨，然而具有容易造成研磨刮伤的倾向。此处本发明所使用的氧化铈粒子，虽然其制造方法并没有特别的限定，然而较佳为氧化铈结晶粒径为5～300nm。而且，由于是用于半导体制造的基板研磨，在氧化铈粒子中碱金属以及卤素类的含量较佳为抑制在10ppm或其以下。
在本发明中，氧化铈粉末的制作方法可使用焙烧或是藉由过氧化氢的氧化法，焙烧温度较佳为350～900℃。
由于依照上述方法制造的氧化铈粒子会凝结，较佳为进行机械粉碎。粉碎的方法较佳使用喷射研磨机(Jet Mill)等的干式粉碎法或使用行星珠磨机(Planet Beads Mill)等的湿式粉碎法。喷射研磨机例如在《化学工業論文集》第6卷第5号(1980)，527～532页中有说明。
本发明的CMP研磨剂，例如是将具有上述特征的氧化铈粒子和分散剂与水所构成的组合物分散，再添加后述的水溶性高分子、添加剂而得到。而且，对于各组成的添加顺序并没有特别的限定。
CMP研磨剂中的氧化铈粒子的浓度并没有特别的限制，由分散液(浆液slurry)的操作容易度来考虑的话较佳在0.5～20重量％的范围内。
而且，由于分散剂是使用于半导体制造中的基板研磨，所以，钠离子，钾离子等的碱金属以及卤素、硫的含量较佳抑制在10ppm或其以下，例如是，较佳是，含有作为聚合性单体成分的丙烯酸铵盐的高分子分散剂。另外，也可以使用含有含作为聚合性单体成分的丙烯酸铵盐的高分子分散剂和至少一种选自水溶性阴离子分散剂、水溶性非离子分散剂、水溶性阳离子分散剂和水溶性两性分散剂构成的族群中的分散剂的两种或其以上的分散剂。
水溶性阴离子分散剂例如可举出，月桂基硫酸三乙醇胺、月桂基硫酸铵、聚氧乙烯烷基醚硫酸三乙醇胺、特殊聚羧酸型高分子分散剂等。水溶性非离子分散剂例如可举出，聚氧乙烯月桂基醚、聚氧乙烯十六烷基醚、聚氧乙烯硬脂基醚、聚氧乙烯油酰醚、聚氧乙烯高级醇醚、聚氧乙烯辛基苯基醚、聚氧乙烯壬基苯基醚、聚氧烯化亚烷基醚、聚氧乙烯衍生物、聚氧乙烯山梨聚糖单月桂酸酯、聚氧乙烯山梨聚糖单棕榈酸酯、聚氧乙烯山梨聚糖单硬脂酸酯、聚氧乙烯山梨聚糖三硬脂酸酯、聚氧乙烯山梨聚糖单油酸酯，聚氧乙烯山梨聚糖三油酸酯、四油酸聚氧乙烯山梨糖醇、聚乙二醇单月桂酸酯、聚乙二醇单硬脂酸酯、聚乙二醇二硬脂酸酯、聚乙二醇单油酸酯、聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯硬化蓖麻油、烷基烷醇胺化合物等。水溶性阳离子分散剂例如可举出，聚乙烯基吡咯烷酮，椰子胺乙酸酯、硬脂胺乙酸酯等。水溶性两性分散剂，例如可举出，月桂基甜菜碱、硬脂基甜菜碱、月桂基二甲基胺氧化物、2-烷基-N-羧基甲基-N-羟基乙基咪唑鎓甜菜碱等。
由浆液状的研磨剂中的粒子分散性与防沉淀角度考虑，进而由研磨刮伤与分散剂添加量的关系的角度考虑的话，相对于100重量份的氧化铈粒子，这些的分散剂添加量较佳为0.01～2.0重量份的范围。分散剂的分子量，较佳为100～50,000，更佳为1,000～10,000。这是由于，分散剂的分子量末满100时，在研磨氧化硅膜或氮化硅膜时，无法得到充分的研磨速度，分散剂的分子量超过50,000时，粘度变高，CMP研磨剂的保存安定性降低。
将这些氧化铈粒子分散在水中的方法，除了采用一般的搅拌机进行分散处理之外，也可以使用均质器、超音波分散机、湿式球磨机等。
按照上述方法制作的CMP研磨剂中的氧化铈粒子的平均粒径较佳为0.01～1.0μm。这是由于，氧化铈的平均粒径未满0.01μm的话，研磨速度会过于降低，超过1.0μm的话容易对所研磨的膜造成伤害。
尚且，本发明中，氧化铈粒子的平均粒径，根据需要将浆液稀释至适当浓度，采用激光衍射式粒度分布计进行测量，取粒径的中间值。
本发明的水溶性高分子，只要是具有下述族群中的任一种化合物的N-单取代化合物骨架和N，N-二取代化合物骨架的任一种即可丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺以及它们的α-取代化合物所构成的族群，没有特别的限制。
水溶性高分子较佳为通过自由基聚合所得的重量平均分子量为500或其以上的化合物。
较佳为水溶性高分子是包含选自由下述化学式(I)以及化学式(II)
所表示的单体构成的族群中的至少一种聚合性单体所构成的重复单元的聚合物。也可以使用同时使用前述一般式(I)以及(II)所表示的单体的共聚物。
而且，上式(I)中，R1为氢、甲基、苯基、苄基、氯基、二氟甲基、三氟甲基或氰基。R2、R3各自独立为氢原子、C1～C18的烷基链、羟甲基或乙酰基，不包含R2和R3两者都为氢原子的情形。
上式(II)中，R1与式(1)的R1相同，即为氢、甲基、苯基、苄基、氯代基、二氟甲基、三氟甲基或氰基。R4为吗啉基，硫代吗 啉基、吡咯烷并基、哌啶基。)前述一般式(I)以及(II)以外的单体，例如可举出丙烯酸、C1～C18的丙烯酸酯、甲基丙烯酸、C1～C18的甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺、乙烯基醇、丙烯腈、乙烯基吡咯烷酮、乙烯基吡啶、乙酸乙烯酯、马来酸、富马酸、衣康酸、对苯乙烯羧酸等的可自由基聚合的单体等。
本发明的具有丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺以及它们的α-取代化合物所构成的族群中的任一种化合物的N-单取代化合物骨架和N，N-二取代化合物骨架中的任一种的化合物可例举出，N-甲基丙烯酰胺、N-乙基丙烯酰胺、N-丙基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、N-丁基丙烯酰胺、N-异丁基丙烯酰胺、N-特丁基丙烯酰胺、N-庚基丙烯酰胺，N-辛基丙烯酰胺、N-特辛基丙烯酰胺、N-十二烷基丙烯酰胺、N-十八烷基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、N-乙酰基丙烯酰胺、N-二丙酮丙烯酰胺、N-甲基甲基丙烯酰胺，N-乙基甲基丙烯酰胺、N-丙基甲基丙烯酰胺、N-异丙基甲基丙烯酰胺、N-丁基甲基丙烯酰胺、N-异丁基甲基丙烯酰胺、N-特丁基甲基丙烯酰胺、N-庚基甲基丙烯酰胺、N-辛基甲基丙烯酰胺、N-特丁基甲基丙烯酰胺、N-庚基甲基丙烯酰胺、N-辛基甲基丙烯酰胺、N-特辛基甲基丙烯酰胺、N-十二烷基甲基丙烯酰胺、N-十八烷基甲基丙烯酰胺、N-羟甲基甲基丙烯酰胺、N-乙酰基甲基丙烯酰胺、N-二丙酮甲基丙烯酰胺等的具有N-单取代化合物骨架的化合物类；N，N-二甲基丙烯酰胺、N，N-二乙基丙烯酰胺、N，N-二丙基丙烯酰胺、N，N-二异丙基丙烯酰胺、N，N-二丁基丙烯酰胺、N，N-二异丁基丙烯酰胺、N，N-二特丁基丙烯酰胺、N，N-二庚基丙烯酰胺、N，N-二辛基丙烯酰胺，N，N-二特辛基丙烯酰胺，N，N-二(十二烷基)丙烯酰胺、N，N-二(十八烷基)丙烯酰胺、N，N-二羟甲基丙烯酰胺、N，N-二乙酰基丙烯酰胺、N，N-二(二丙酮)丙烯酰胺、N，N-二甲基甲基丙烯酰胺-N，N-二乙基甲基丙烯酰胺、N，N-二丙基甲基丙烯酰胺、N，N-二异丙基甲基丙烯酰胺、N，N-二丁基甲基丙烯酰胺、N，N-二异丁基甲基丙烯酰胺、N，N-二特丁基甲基丙烯酰胺、N，N-二庚基甲基丙烯酰胺、N，N-二辛基甲基丙烯酰胺、N，N-二特辛基甲基丙烯酰胺、N，N-二(十二烷基)甲基丙烯酰胺、N，N-二(十八烷基)甲基丙烯酰胺、N，N-二羟甲基甲基丙烯酰胺，N，N-二乙酰基甲基丙烯酰胺、N，N-二(二丙酮)甲基丙烯酰胺、丙烯酰哌啶、丙烯酰吗啉、丙烯酰硫代吗啉、丙烯酰吡咯烷等的具有N，N-二取代化合物骨架的化合物。这些化合物可以单独使用一种或两种或更多种组合使用。
相对研磨剂100重量份，水溶性高分子的添加量较佳为0.01～10重量份的范围。此添加量过少的话无法得到高平坦化特性，过多的话会产生由于凝胶化所致的流动性降低的情况。
而且，本发明的研磨剂为了控制粘度、pH、表面张力等的液状特性，亦可以与其它水溶性聚合物合并使用。水溶性聚合物并没有特别的限制，例如可举出藻酸，果胶酸、羧基甲基纤维素、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸胺盐、聚马来酸、聚衣康酸、聚富马酸、聚对苯乙烯羧酸、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸铵盐、聚酰胺酸、聚酰胺酸铵盐、聚乙烯基醇，聚乙烯基吡咯烷酮等的乙烯基类聚合物；非离子性界面活性剂等。水溶性聚合物的重均分子量为500或其以上的话较佳。
本发明的研磨剂除了上述材料以外，亦可以在不妨害研磨剂的作用效果的范围内，将染料，颜料等的着色剂或pH调整剂等的一般添加在研磨剂中的添加剂进行添加。
由平坦性的角度考虑，本发明的pH值较佳为6～9。pH值可通过酸或氨、四甲基铵氢氧化物等的碱成分进行调整。
本发明的研磨剂，无论是以氧化铈粒子、分散剂以及水所构成的氧化铈浆液与含有水溶性高分子的添加剂以及水所构成的添加液两者分开的二液式CMP研磨剂进行保存，还是以预先含有添加剂的一液式研磨剂进行保存，都能够得到稳定的特性。
以氧化铈浆液与添加剂分开的二液式CMP研磨剂进行保存时，通过随意改变此二液的配比，可以调整平坦化特性与研磨速度。二液式的情况下，添加液通过与氧化铈浆液分开的配管输送液体，可以采用将它们的配管合流而在就要到达供给配管出口之前进行混合以供给到研磨台的方法，或采用在就要研磨之前与氧化铈浆液进行混合的方法。
使用本发明的CMP研磨剂制作无机绝缘膜的方法，例如可举出，低压CVD法、等离子CVD法等。利用低压CVD形成氧化硅膜的方法，使用作为硅源的单硅烷SiH4，作为氧源的氧O2。该SiH4-O2系氧化反应是在400℃或其以下的低温下进行的。视需要可以在CVD后进行1000℃或其以下的热处理。为了使表面平坦化使用高温热回流而掺杂磷时，较佳为使用SiH4-O2-PH3系反应气体。
等离子CVD法的有利点是可以在低温下进行在通常的平衡下需要高温的化学反应。等离子的发生可例举电容耦合型与感应耦合型两种。反应气体，例如是作为硅源使用SiH4、作为氧源使用N2O的SiH4-N2O系气体，和作为硅源使用四乙氧基硅烷(TEOS)的TEOS-O2系气体(TEOS-等离子CVD法)。基板温度较佳为250～400℃，反应压力较佳为67～400Pa的范围。由此，也可以在适用本发明的研磨剂的氧化硅膜中掺杂有磷，硼等的元素。同样的，通过低压CVD法形成氮化硅膜的方法，使用作为硅源的二氯硅烷SiH2Cl2、作为氮源的氨NH3。此SiH2Cl2-NH3系氧化反应是在900℃的高温下进行。等离子CVD法例如是，反应气体可使用，以SiH4作为硅源、以NH3作为氮源的SiH4-NH3系气体。基板温度较佳为300～400℃。
本发明的研磨方法，其特征为使用上述本发明的研磨剂研磨基板的被研磨膜。基板可以使用例如是半导体制造中的基板，亦即是形成电路器件与配线图案阶段的半导体基板、形成电路器件阶段的半导体基板等的在半导体基板上形成有无机绝缘层的基板。因此，被研磨膜可举出前述无机绝缘层例如氧化硅膜层或氮化硅膜层以及氧化硅膜层等。
因此，本发明的研磨方法是在研磨台的研磨布上按压形成有被研磨膜的基板，并将本发明的研磨剂供给到被研磨膜与研磨布之间，边使基板的被研磨膜与研磨布相对移动边研磨被研磨膜。具体而言，使研磨装置的基板与研磨台的至少一个移动即可。形成被研磨膜的基板，可举出如上所述至少形成有氧化硅膜层的半导体基板。以下，在形成有无机绝缘层的半导体基板的情况下，说明本发明的研磨方法。
采用上述CMP研磨剂研磨形成于半导体基板上的氧化硅膜层或氮化硅膜层，以消除氧化硅膜层表面的凹凸，能够使半导体基板的全表面成为平滑的面。而且也可以使用于浅沟槽分离。为了使用于浅沟槽分离，氧化硅膜研磨速度与氮化硅膜研磨速度之比，即氧化硅膜研磨速度/氮化硅膜研磨速度较佳为10或其以上。此比值末满10的话，氧化硅膜研磨速度与氮化硅膜研磨速度差小，在进行浅沟槽分离时，具有无法在规定的位置停止研磨的倾向。此比值大于10的话氮化硅膜的研磨速度会更小而使得研磨容易停止，较适合用于浅沟槽分离。而且，为了使用于浅沟槽分离，较佳是研磨时不易发生伤痕。
研磨装置也可以使用具有抓持半导体基板的抓持器和贴附有研磨布(布垫)，且装设有可变更回转数的马达等的研磨台的一般研磨装置。研磨台上的研磨布可使用一般所使用的无纺布、发泡聚氨酯、多孔性氟树脂等，无特别的限制。而且在研磨布上为了容易汇集CMP研磨剂也可以施以沟加工。研磨条件没有限制，但是研磨台的回转速度较佳设定为200rpm或其以下的低速回转以使半导体基板不飞出，施加于半导体基板的压力较佳为约98kPa(1kg/cm2)或其以下以使研磨后不会产生伤痕。研磨期间以泵等连续地在研磨布上供给浆液状的本发明的研磨液。研磨剂的供给量没有限制，较佳为使研磨布的表面经常的覆盖有研磨剂。
研磨结束的半导体基板，在流动的水中充分洗净后，亦可以使用旋转干燥机等将附着在半导体基板上的水滴甩落以进行干燥。依此方式形成平坦化的浅沟槽后，在氧化硅绝缘膜层上形成铝导线，进而在此导线之间以及导线上再度以上述方法形成氧化硅绝缘膜后，通过使用上述CMP研磨剂同样的进行研磨，消除绝缘膜表面的凹凸，从而使半导体基板的全表面平滑。通过重复此工序一定的次数，能够制得所希望的层数。
在达成具有凹凸的被研磨膜(氧化硅膜)的整体平坦化时，有必要选择性的对凸部进行研磨。如果使用本发明的含有水溶性高分子的CMP研磨剂的话，则在氧化铈粒子与被研磨膜之间水溶性高分子作为缓冲剂而发挥作用。即，实现研磨负荷小的凹部的被研磨膜受到保护，而实现研磨负荷大的凸部的被研磨膜将水溶性高分子排除以选择性的进行研磨，而能够达成图案依赖性小的整体平坦化。
本发明的CMP研磨剂以及研磨方法，不仅对形成于半导体基板上的氧化硅膜可进行研磨，还可以对在具有规定导线的配线板上所形成的氧化硅膜、玻璃、氮化硅等的无机绝缘膜，含有有机硅聚合物、Al、Cu、Ti、TiN、W、Ta、TaN等为主的膜，光罩、透镜、棱镜等的光学玻璃，ITO等的无机导电膜，玻璃以及结晶质材料所构成的光集成电路、光开关器件、光波导器件、光纤的端面，闪烁器等的光学用单结晶，固体雷射单结晶，蓝色激光LED用蓝宝石基板，SiC、GaP、GaAs等的半导体单结晶，磁性碟盘用玻璃基板、磁头等进行研磨。
实施例其次，以下例举实施例与比较例进行说明本发明，然而本发明并不限于这些实施例。而且，合成例的「份」是表示重量份。
将2kg的碳酸铈水合物置入铂制容器，通过在空气中在800℃下焙烧2小时得到黄白色的粉末约1kg。将此粉末以X射线衍射法进行鉴定后，确认氧化铈存在。焙烧粉末粒径为30～100μm。以扫描电子显微镜观察焙烧粉末粒子的表面后，观察氧化铈的晶粒边界。对于被晶粒边界所围的氧化铈的一次粒径进行测定后，体积分布的中央值为190nm，最大值为500nm。
使用喷射式研磨机对1kg氧化铈粉末进行干式粉碎。以扫描电子显微镜观察粉碎粒子后，除了与一次粒径同尺寸的小粒子之外，混合存在有1～3μm的大的粉碎残留粒子以及0.5～1μm的粉碎残留粒子。
(合成例1)将去离子水400份置入2升的烧瓶中，在氮气气体环境下边搅拌边升温至90℃后，将溶解有1份聚合引发剂(和光纯药工业股份有限公司制，商品名「v-085」)的100份N，N-二甲基丙烯酰胺以1小时的时间注入烧瓶中。其后于90℃下保温5小时后，冷却至室温并取出得到水溶性高分子溶液。
(合成例2)将95份丙烯酰吗啉、5份丙烯酸以与合成例1相同的条件聚合，冷却至室温后，以氨水将pH调整至7.8得到水溶性高分子溶液。
(合成例3)将95份N-异丙基丙烯酰胺、5份丙烯酸以与合成例1相同的条件聚合，冷却至室温后，以氨水将pH调整至7.5得到水溶性高分子溶液。
(实施例1研磨剂例1)将上述制作的1kg氧化铈粒子，23g聚丙烯酸铵盐水溶液(40重量％)与8977g去离子水混合，边搅拌边以超音波分散10分钟。所得的浆液以1微米过滤器进行过滤，再加入去离子水得到5重量％的氧化铈浆液。
浆液的pH值为8.3，为了以激光衍射式粒度分布计测定浆液粒子，稀释至适当浓度进行测量，结果是粒径的中央值为190nm。
将上述的600g氧化铈浆液(固体成分5重量％)，合成例1所得的30g水溶性高分子溶液与2370g去离子水混合，制得含有水溶性高分子的氧化铈研磨剂(固体成分1重量％)。此研磨剂的pH值为8.1。而且，为了以激光衍射式粒度分布计测定研磨剂中的粒子，稀释至适当浓度以行测量，结果是粒径的中央值为190nm。
(实施例2研磨剂例2)除了水溶性高分子溶液采用合成例2的溶液之外，以与研磨剂例1相同的方法进行调整和评价。研磨剂的pH值为7.8。而且，为了以激光衍射式粒度分布计测定研磨剂中的粒子，稀释至适当浓度进行测量，结果是粒径的中央值也为190nm。
(实施例3研磨剂例3)除了水溶性高分子溶液采用合成例3的溶液之外，以与研磨剂例1以及研磨剂例2相同的方式进行调整和评价。研磨剂的pH值为7.5。而且，为了以激光衍射式粒度分布计测定研磨剂中的粒子，稀释至适当浓度进行测定，结果是粒径的中央值也为190nm。
(实施例1研磨例1)在直径200mm的硅基板上形成线(Line)/间隔(Space)宽度为0.05～5mm、高度为1000nm的Al导线线部后，于其上以TEOS-等离子CVD法形成2000nm的氧化硅膜，制作图案化晶片。
将上述所制作的图案化晶片(以下称为晶片)设置在研磨装置的贴附有安装抓持基板用的吸着垫的抓持器上。将抓持器以晶片的绝缘膜(氧化硅膜)朝下，载置于贴附有多孔质聚氨酯树脂制的研磨垫(研磨布)的、直径600mm的研磨台上，进一步将加工负荷设定为29.4kPa(300gf/cm2)。
一边将研磨剂例1的氧化铈研磨剂(固体成分1重量％)以200cc/min的速度滴在研磨台上，一边将研磨台与晶片以50rpm回转2分钟，研磨图案化晶片的绝缘层。研磨后的晶片以纯水充分洗净后进行干燥。同样地，以研磨时间3分钟、4分钟、5分钟，6分钟进行上述图案化晶片的研磨。
使用光干涉式膜厚测定装置测定研磨前后的膜厚差，计算研磨速度。线/间隔宽度1mm的线部分的研磨速度R1与线/间隔宽度3mm的线部分的研磨速度R3的研磨速度比R3/R1，以及线/间隔宽度1mm的线部分的研磨速度R1与线/间隔宽度5mm的线部分的研磨速度R5的研磨速度比R5/R1，在研磨时间2～4分钟的情况，随着研磨时间延长而上述值变大，且研磨时间为4～6分钟时基本达到一定。
研磨速度的图案宽度依赖性达到一定的研磨时间为4分钟的情况下，线/间隔宽度1mm的线部分的研磨速度R1为344nm/分(研磨量1376nm)，线/间隔宽度3mm的线部分的研磨速度R3为335nm/分(研磨量1340nm)，线/间隔宽度5mm的线部分的研磨速度R5为315nm/分(研磨量1260nm)，研磨速度比R5/R1与R3/R1分别为0.92和0.97。而且，研磨时间为5分钟、6分钟的情况下，其各线/间隔宽度的线部分的研磨量与4分钟的情况几乎相同，从而得知在4分钟以后几乎没有进行研磨。
(实施例2研磨例2)除了改为使用研磨剂例2的氧化铈研磨剂以外，与研磨例1相同的对图案化晶片进行研磨。与研磨例1相同，使用光干涉式膜厚测定装置以测量研磨前后的膜厚差，并计算研磨速度。线/间隔宽度1mm的线部分的研磨速度R1与线/间隔宽度3mm的线部分的研磨速度R3的研磨速度比R3/R1，以及线/间隔宽度1mm的线部分的研磨速度R1与线/间隔宽度5mm的线部分的研磨速度R5的研磨速度比R5/R1，在研磨时间2～4分钟的情况，随着研磨时间延长上述值变大，且研磨时间为4～6分钟时基本达到一定。
研磨速度的图案宽度依赖性达到一定的研磨时间为4分钟的情况，线/间隔宽度1mm的线部分的研磨速度R1为343nm/分(研磨量1372nm)，线/间隔宽度3mm的线部分的研磨速度R3为335nm/分(研磨量1338nm)，线/间隔宽度5mm的线部分的研磨速度R5为313nm/分(研磨量1252nm)，研磨速度比R5/R1与R3/R1分别为0.91和0.98。而且，研磨时间为5分钟、6分钟的情况下，各线/间隔宽度的线部分的研磨量与4分钟的情况几乎相同，从而得知在4分钟以后几乎没有进行研磨。
(实施例3研磨例3)除了改为使用研磨剂例3的氧化铈研磨剂以外，与研磨例1和2相同的对图案化晶片进行研磨。与研磨例1和2相同，使用光干涉式膜厚测定装置以测量研磨前后的膜厚差，并计算研磨速度。线/间隔宽度1mm的线部分的研磨速度R1与线/间隔宽度3mm的线部分的研磨速度R3的研磨速度比R3/R1，以及线/间隔宽度1mm的线部分的研磨速度R1与线/间隔宽度5mm的线部分的研磨速度R5的研磨速度比R5/R1，在研磨时间2～4分钟的情况下，随着研磨时间延长上述值变大，且研磨时间为4～6分钟时基本达到一定。
研磨速度的图案宽度依赖性达到一定的研磨时间为4分钟的情况下，线/间隔宽度1mm的线部分的研磨速度R1为346nm/分(研磨量1384nm)，线/间隔宽度3mm的线部分的研磨速度R3为337nm/分(研磨量1348nm)，线/间隔宽度5mm的线部分的研磨速度R5为317nm/分(研磨量1268nm)，研磨速度比R5/R1与R3/R1分别为0.92和0.97。而且，研磨时间为5分钟、6分钟时，其各线/间隔宽度的线部分的研磨量与4分钟时几乎相同，从而得知在4分钟以后几乎没有进行研磨。
(比较例1)(氧化铈研磨剂的制备)与上述实施例1相同的方法得到5重量％的氧化铈浆液。浆液的pH值为8.3。此氧化铈浆液600g(固体成分5重量％)与去离子水2400g混合，制得氧化铈研磨剂A(固体成分1重量％)。该研磨剂的pH值为7.4，而且，为了以激光衍射式粒度分布计测量研浆粒子，稀释至适当浓度进行测量，结果是粒径的中央值为190nm。
除了使用上述制作的氧化铈研磨剂A作为研磨剂，且研磨台与晶片以50rpm回转1分钟以外，与研磨例1～3相同的对图案化晶片的绝缘膜进行研磨。研磨后的晶片以纯水充分洗净、干燥。
同样地，以研磨时间1.5分钟、2分钟对上述图案化晶片进行研磨。
与实施例的研磨例1～3相同，使用光干涉式膜厚测量装置，测量研磨前后的膜厚差以计算研磨速度。
线/间隔宽度1mm的线部分的研磨速度R1与线/间隔宽度3mm的线部分的研磨速度R3的研磨速度比R3/R1，以及线/间隔宽度1mm的线部分的研磨速度R1与线/间隔宽度5mm的线部分的研磨速度R5的研磨速度比R5/R1，在研磨时间1～2分钟的情况下几乎保持一定。研磨速度的图案宽度依赖性随研磨时间延长达到一定的研磨时间为1.5分钟的情况下，线/间隔宽度1mm的线部分的研磨速度R1为811nm/分(研磨量1216nm)，线/间隔宽度3mm的线部分的研磨速度R3为616nm/分(研磨量924nm)，线/间隔宽度5mm的线部分的研磨速度R5为497nm/分(研磨量746nm)，研磨速度比R5/R1与R3/R1分别为0.61和0.76。而且，研磨时间为2分钟时，线/间隔宽度0.05～1mm的线部分，被研磨到氧化硅膜底下的Al导线。
产业上的可利用性根据本发明，能够提供一种研磨剂以及研磨方法，在平坦化层间绝缘膜、BPSG膜、浅沟槽分离用绝缘膜等的CMP技术中，对氧化硅等的膜的研磨能够有效、高速且操作管理容易地进行。
权利要求
1.一种CMP研磨剂，其特征在于，其含有氧化铈粒子、分散剂、水溶性高分子以及水，前述水溶性高分子为具有下述族群中的任一种化合物的N-单取代化合物骨架和N，N-二取代化合物骨架中的任一种的化合物丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺以及它们的α-取代化合物所构成的族群。
2.如权利要求1所述的CMP研磨剂，其中，所述水溶性高分子为含有选自由下述化学式(I)和下述化学式(II)构成的族群中的至少一种聚合性单体构成的重复单元的聚合物， 式(I)中，R1为氢、甲基、苯基、苄基、氯基、二氟甲基、三氟甲基或氰基，R2、R3分别独立地表示氢、C1～C18的烷基链、羟甲基或乙酰基，不包含R2和R3两者都为氢原子的情形； 式(II)中，R1与式(1)的R1相同，R4为吗啉基、硫代吗啉基、吡咯烷并基、哌啶基。
3.如权利要求1或2所述的CMP研磨剂，其中，相对于所述研磨剂100重量份，所述水溶性高分子的添加量为0.01～10重量份。
4.一种研磨方法，其特征在于将形成有被研磨膜的基板按压在研磨台的研磨布上，一边将权利要求1～3中任一项所述的CMP研磨剂供给到被研磨膜和研磨布之间，一边使基板的被研磨膜与研磨布相对移动而研磨被研磨膜。
全文摘要
本发明提供了一种CMP研磨剂以及研磨方法，其中CMP研磨剂含有氧化铈粒子、分散剂、水溶性高分子以及水，所述水溶性高分子为具有下述族群中的任一种化合物的N－单取代化合物骨架和N，N－二取代化合物骨架中的任一种的化合物丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺以及它们的α－取代化合物所构成的族群。其中相对研磨剂100重量份，水溶性高分子优选为0.01～10重量份。从而，在平坦化层间绝缘膜、BPSG膜、浅沟槽分离用绝缘膜等的CMP技术中，能够有效、高速地研磨，且操作管理也能容易地进行。
文档编号B24B37/00GK1745460SQ20048000320
公开日2006年3月8日 申请日期2004年1月30日 优先权日2003年1月31日
发明者深泽正人, 吉田诚人, 小山直之, 大槻裕人, 山岸智明, 榎本和宏, 芳贺浩二, 仓田靖 申请人:日立化成工业株式会社