[发明专利]研磨剂、浓缩一液式研磨剂、二液式研磨剂、基板研磨法

说明书

本申请是原申请的申请日为2010年9月14日，申请号为201080032887.2，发明名称为《研磨剂、浓缩一液式研磨剂、二液式研磨剂以及基板研磨方法》的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于对形成有被研磨膜的基板、特别是形成有氧化硅系绝缘膜的半导体基板进行研磨的研磨剂，成为该研磨剂的浓缩一液式研磨剂、二液式研磨剂以及使用该研磨剂的基板研磨方法。

背景技术

在近年的半导体元件制造工序中，用于实现高密度化、微细化的加工技术的重要性正逐渐增大。作为其中之一的化学机械研磨(Chemical MechanicalPolishing，CMP)技术成为在半导体元件的制造工序中，形成浅沟槽隔离(Shallow Trench Isolation，STI)、金属沉积前的(Pre-Metal)绝缘膜或层间绝缘膜平坦化、形成插塞(plug)以及埋入金属配线所必须的技术。

通常情况下，在CMP工序中，将形成有被研磨膜的基板的该被研磨膜抵压于研磨垫上并进行加压，一边将研磨剂供给至被研磨膜与研磨垫之间，一边使基板与研磨垫相对移动而进行研磨。此处，研磨剂、研磨垫是决定被研磨膜的研磨速度、平坦性、研磨选择性、研磨损伤数、基板面内的均一性等研磨特性的重要因素。特别是通过变更研磨剂中所含的研磨粒、添加剂的种类、研磨垫的材质、硬度等，使这些研磨特性产生较大的变化。

作为CMP工序用的研磨剂，多使用包含热解法二氧化硅(fumed silica)、胶体二氧化硅(colloidal silica)等氧化硅(二氧化硅)研磨粒的研磨剂。已知可通过适宜选择二氧化硅系研磨剂的研磨粒浓度、pH、添加剂等，而研磨种类广泛的膜。

此外，主要以氧化硅膜等氧化硅系绝缘膜为对象的包含铈化合物研磨粒的研磨剂的需要也在扩大。例如，已知含有氧化铈(二氧化铈)粒子作为研磨粒的二氧化铈系研磨剂，可以较二氧化硅系研磨剂低的研磨粒浓度而高速地研磨氧化硅系绝缘膜。

此外，已知可通过向二氧化铈系研磨剂中添加适宜的添加剂，而改善平坦性、研磨选择性。

例如，在形成STI的工序中，在硅基板上形成作为被研磨膜的氧化硅系绝缘膜，在硅基板上所挖的沟中埋入氧化硅系绝缘膜。在这样的工序中，反映在下层硅基板上所挖的沟的段差的凹凸通常产生在氧化硅系绝缘膜的表面上。此处，在研磨氧化硅系绝缘膜时，可通过适宜选择二氧化铈系研磨剂中所添加的添加剂，而提高氧化硅系绝缘膜的凸部的研磨速度相对于凹部的研磨速度的比。其结果，与氧化硅系绝缘膜的凹部相比而言更优先研磨氧化硅系绝缘膜的凸部，从而可提高研磨后的平坦性。

此外，在形成STI的工序中，通常在氧化硅系绝缘膜的下层具有氮化硅膜、多晶硅膜(pSi膜)作为研磨停止层。此处，在研磨氧化硅系绝缘膜时，可通过适宜选择二氧化铈系研磨剂中所添加的添加剂，而提高氧化硅系绝缘膜相对于研磨停止层的研磨速度比(研磨选择比)。其结果是，容易在研磨停止层露出时停止研磨，可提高研磨停止性。关于CMP工序中所使用的氧化铈(二氧化铈)系研磨剂，例如公开于专利文献1、专利文献2。

然而，近年来，随着半导体设备的电路尺寸的微细化，在CMP工序中所产生的研磨损伤正成为深刻的问题。其原因在于：如果在CMP工序中在被研磨膜上产生研磨损伤，则产生微细的晶体管(transistor)、配线的断路不良、短路不良等。

因此，作为减低研磨损伤数的方法，提出了减小研磨剂中的研磨粒的平均粒径的方法。例如，专利文献3中记载了使用微小的4价金属氢氧化物粒子作为研磨粒的研磨剂。

专利文献3中记载了可通过包含4价金属氢氧化物粒子的研磨剂，而与先前的二氧化铈系研磨剂相比减少研磨损伤数。此外，专利文献3中记载了可通过含有4价金属氢氧化物粒子与规定添加剂的研磨剂而使研磨选择比成为规定值。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平08-022970号公报

专利文献2：日本特开平10-106994号公报

专利文献3：国际公开第02/067309号小册子

发明内容

发明要解决的课题

如果半导体设备的电路尺寸微细化，则除上述的研磨损伤以外，平坦性、研磨选择比不足亦成为CMP工序中深刻的问题。

如果在CMP工序中平坦性不足，则难以在其后的光刻(photolithography)工序中高精度地形成微细的电路。因此，CMP工序中的平坦性越高越优选，从而要求可进一步提高平坦性的研磨剂。