[发明专利]CMP用二氧化硅、水性分散液以及CMP用二氧化硅的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及CMP用二氧化硅、水性分散液以及CMP用二氧化硅的制造方法。

背景技术

伴随着半导体设备的高度集成化，布线技术越发朝向微细化且多层化的方向发展。而且，由于上述布线技术的多层化使得半导体基板表面的高低差变大，且布线相对于基板的倾斜变得陡峭，因此，存在导致形成于基板上部的布线的加工精度或可靠性下降的倾向。

为了解决上述问题，化学机械研磨法(以下也称为“CMP法”)受到关注。CMP法是同时发挥利用磨料等的颗粒产生的机械除去作用和利用加工液产生的化学溶除作用的研磨方法，并且，使用将二氧化硅或氧化铝等的微粒混合、分散于碱性或酸性的化学水溶液中而形成的研磨剂(水性分散液)和研磨垫。以硅晶片表面为例，与其认为是利用磨料直接进行削除，通常会认为是利用磨料将形成于晶片表面的水合物膜除去而进行加工，其特征在于，加工变质层深度也基本接近完全消失，从而能够高效率地精加工成镜面。

根据加工对象，选择研磨垫、磨料以及加工液的种类、浓度、pH等进行加工。例如，在针对氧化膜(SiO₂)进行的CMP中，使用以KOH等的碱性控制了pH的二氧化硅浆料，切断Si-O-Si键形成Si(OH)₄等的水合物后，利用微粒除去。另一方面，对于金属的CMP考虑了下述机理，即：利用在添加了氧化剂的酸性溶液中分散氧化铝或二氧化硅颗粒而形成的浆料，并由微粒除去形成于金属表面的金属氧化膜。

上述CMP法在半导体设备的制造工序中作为使硅氧化膜等层间绝缘膜、或形成布线层的铝、钨、铜等金属膜、或TiN、TaN、SiN等材料平坦化的方法，近年来得到迅速普及。关于该CMP法中所使用的研磨剂，要求其具有对研磨对象的污染少、划伤(划痕)少、研磨效率高、研磨硅氧化膜的选择比高等各种性能。

上述研磨剂的性能大部分依靠作为主原料的二氧化硅或氧化铈等磨料成分。例如，以往经常使用的将烘制二氧化硅用于磨料的研磨剂，虽然纯度佳且研磨效率高，但是，在CMP法中由于有化学成分的影响从而导致存在经常产生划痕的问题。在将硅胶用于磨料的研磨剂的情况下，虽然减少了划痕，但与烘制二氧化硅相比研磨效率低，纯度方面也存在问题。在将氧化铈用于磨料的情况下，虽然已知研磨效率高，但是因为分散稳定性差而导致的刮痕多，且纯度方面也存在问题。

在专利文献1中，对使用了硅胶和烘制二氧化硅的化学机械研磨用浆料(以下也称为“CMP用浆料”)的划伤(划痕)特性进行了比较，其结果是，存在使用烘制二氧化硅的CMP用浆料显示出较之使用硅胶的CMP用浆料产生更多划痕这一倾向。

【现有技术文献】

【专利文献】

专利文献1：日本专利、特许第4257687号

在上述CMP法中，当发生划伤时，设备的布线会发生断线或短路的情况，因此成为导致设备的成品率大幅下降的原因。另一方面，从确保生产率的观点来看，CMP法中也要求具有一定值以上的研磨速率。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而完成的，其课题在于提供一种能够确保适当高的研磨速率并且能够减少研磨时的划伤的CMP用二氧化硅、使用了该CMP用二氧化硅的水性分散液、以及CMP用二氧化硅的制造方法。

本申请发明者们为了解决上述课题而致力进行研究后发现：在将二氧化硅、尤其是烘制二氧化硅用作CMP用的磨料时，二氧化硅的颗粒密度和原始粒径分布会对划伤的发生带来重要的影响。关于上述二氧化硅的颗粒密度和原始粒径分布如何影响研磨时的划伤的发生，其机理还不清楚。但是，本申请发明者们认为：是不是由于当二氧化硅的颗粒密度低时凝聚颗粒作为磨料被按压于被研磨面上时的弹性变形变大，从而导致容易发生划伤。另外，本申请发明者们还认为：是不是由于当二氧化硅的原始粒径分布变大时，同样地，作为磨料的凝聚颗粒的颗粒形状或粒度分布上的偏差变大，从而也导致容易发生划伤。

而且，本申请发明者们发现：通过进行现有技术下从未尝试过的控制，即，将二氧化硅的颗粒密度增大为特定值并且将二氧化硅的原始粒径分布减小为特定值，由此即使利用于CMP法中也能够明显减少研磨时的划伤，从而完成了本发明。

即，本发明的CMP用二氧化硅的特征在于满足以下的(A)～(C)：

(A)BET比表面积为40m²/g以上180m²/g以下，

(B)通过氦气比重瓶法测量的颗粒密度为2.24g/cm³以上，