專利名稱：化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體及利用其的化學(xué)機(jī)械研磨方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體及利用其的化學(xué)機(jī)械研磨方法。
背景技術(shù)：
以往的實(shí)際情況是能夠在硅氧化膜、聚硅膜的化學(xué)機(jī)械研磨(以下也稱為“CMP”)中達(dá)到實(shí)用的研磨速度的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體很常見，但另一方面，能夠在硅氮化膜的CMP中達(dá)到實(shí)用的研磨速度的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體幾乎不存在。由于這樣的實(shí)際情況，因而利用將硅氮化膜形成阻擋層卜y ^ 一)、通過CMP除去在該硅氮化膜上形成的硅氧化膜的方法。然后，最終需要對作為阻擋層的硅氮化膜也進(jìn)行除去。作為除去硅氮化膜的方法，以往采用利用熱磷酸進(jìn)行蝕刻處理的方法。但是，由于該方法以時(shí)間來控制蝕刻處理，因此，有時(shí)產(chǎn)生硅氮化膜的殘膜、或?qū)璧さ南聦釉斐?損傷。于是，對于硅氮化膜也希望利用CMP來除去的方法。為了利用CMP來選擇性地除去硅氮化膜，必需使相對于硅氧化膜的硅氮化膜的研磨速度比(以下也稱為“選擇比”)充分地增大。如下所示地提出了幾種具備這樣的特性的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體。例如，在日本特開平11-176773號公報(bào)中公開了利用含有磷酸或者磷酸衍生物和粒徑為IOnm以下的二氧化硅的研磨液來對硅氮化膜選擇性地進(jìn)行研磨的方法。在日本特開2004-214667號公報(bào)中公開了利用含有磷酸、硝酸、氫氟酸、且將pH調(diào)節(jié)為I 5的研磨液來對硅氮化膜進(jìn)行研磨的方法。在日本特開2006-120728號公報(bào)中公開了含有抑制蝕刻作用的酸性添加劑、可以選擇性地研磨硅氮化膜的研磨液。

發(fā)明內(nèi)容
但是，上述在日本特開平11-176773號公報(bào)和日本特開2004-214667號公報(bào)中記載的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體中，雖然選擇比是可以令人滿意的水平，但儲藏穩(wěn)定性差，因此，難以在產(chǎn)業(yè)上利用。另一方面,上述在日本特開2006-120728號公報(bào)中記載的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體中，為了在硅氮化膜的CMP時(shí)達(dá)到實(shí)用的研磨速度，因此需要5psi左右的高研磨壓這點(diǎn)，在顯示出高選擇比的PH區(qū)域中研磨液的儲藏穩(wěn)定性差，因此存在儲存期的問題、由凝聚的磨粒導(dǎo)致的劃痕等問題。于是，本發(fā)明所涉及的幾個(gè)方式是通過解決上述課題而提供不需要高研磨壓、能夠使相對于硅氧化膜的硅氮化膜的研磨速度比充分地增大、并且儲藏穩(wěn)定性良好的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體、以及利用其的化學(xué)機(jī)械研磨方法。本發(fā)明是為了解決上述課題的至少一部分而進(jìn)行的，能夠以以下方式或者適用例的形式來實(shí)現(xiàn)。[適用例I]本發(fā)明所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的一個(gè)方式，其特征在于，含有
(A)具有選自磺基及其鹽中的至少I種官能團(tuán)的二氧化硅粒子，和(B)酸性化合物。[適用例2]在適用例I中，上述(B)酸性化合物可以是有機(jī)酸。[適用例3]在適用例I或者適用例2中，pH可以為I 6。[適用例4]在適用例3中，化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體中的上述(A) 二氧化硅粒子的電動電位可以為_20mV以下。 [適用例5]在適用例I 適用例4中的任一例中，在采用動態(tài)光散射法測定時(shí)，上述(A) 二氧化娃粒子的平均粒徑可以為15nm lOOnm。[適用例6]在適用例I 適用例5中的任一例中記載的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體可以用于研磨構(gòu)成半導(dǎo)體裝置的多塊基板之中在化學(xué)機(jī)械研磨時(shí)帶有正電荷的基板。[適用例7]在適用例6中，上述帶有正電荷的基板可以為硅氮化膜。[適用例8]本發(fā)明所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨方法的一個(gè)方式，其特征在于，利用在適用例I 適用例7中的任一例中記載的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體，對構(gòu)成半導(dǎo)體裝置的多塊基板之中在化學(xué)機(jī)械研磨時(shí)帶有正電荷的基板進(jìn)行研磨。已知在構(gòu)成半導(dǎo)體裝置的基板之中硅氮化物的表面在化學(xué)機(jī)械研磨時(shí)帶有正電荷，硅氧化物的表面在化學(xué)機(jī)械研磨時(shí)帶有負(fù)電荷。因此，利用本發(fā)明所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體，由于(A)具有選自磺基及其鹽中的至少I種官能團(tuán)的二氧化硅粒子的表面帶有負(fù)電荷，因此，可以在化學(xué)機(jī)械研磨時(shí)對帶有正電荷的基板(例如，硅氮化膜)選擇性地進(jìn)行研磨。進(jìn)而，通過與(B)酸性化合物的協(xié)同效果，尤其可以使相對于硅氧化膜的硅氮化膜的研磨速度比更加增大。另外，本發(fā)明所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體在將硅氮化膜形成阻擋層、利用CMP硅氧化膜相對于硅氮化膜凹陷這樣的半導(dǎo)體裝置中，可以尤其在研磨除去硅氮化膜的用途中發(fā)揮效果。


圖I是模式地表示適于本實(shí)施方式所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨方法的使用的被處理體的截面圖。圖2是模式地表示第I研磨工序完成時(shí)的被處理體的截面圖。圖3是模式地表示第2研磨工序完成時(shí)的被處理體的截面圖。圖4是模式地表示化學(xué)機(jī)械研磨裝置的立體圖。圖5是模式地表示在實(shí)驗(yàn)例中使用的被處理體的截面圖。圖6是模式地表示預(yù)備研磨完成時(shí)的被處理體的截面圖。
圖7是模式地表示正式研磨完成時(shí)的被處理體的截面圖。
具體實(shí)施例方式下面，對本發(fā)明所涉及的優(yōu)選的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)地說明。此外，本發(fā)明不限定于下述實(shí)施方式，也包括在不變更本發(fā)明主旨的范圍中實(shí)施的各種變形例。I.化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體其特征在于，含有(A)具有選自磺基及其鹽中的至少I種官能團(tuán)的二氧化硅粒子(以下也簡稱為“(A) 二氧化硅粒子”)、和(B)酸性化合物。下面對本實(shí)施方式所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體所含有的各成分進(jìn)行詳細(xì)地說明。I. I. (A) 二氧化硅粒子 本實(shí)施方式所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體含有(A)具有選自磺基及其鹽中的至少I種官能團(tuán)的二氧化硅粒子作為磨粒。即，在本實(shí)施方式中使用的二氧化硅粒子是在其表面介由共價(jià)鍵將選自磺基及其鹽中的至少I種官能團(tuán)固定在表面上的二氧化硅粒子，不包括具有選自磺基及其鹽中的至少I種官能團(tuán)的化合物物理地或者離子地吸附在其表面這樣的二氧化硅粒子。另外，在本發(fā)明中，所謂“磺基的鹽”是指用金屬離子、銨離子等陽離子取代磺基(-SO3H)所含有的氫離子而得到的官能團(tuán)。在本實(shí)施方式中使用的二氧化硅粒子可以如下地制造。首先，準(zhǔn)備二氧化硅粒子。作為二氧化硅粒子，例如可以舉出氣相二氧化硅、膠態(tài)二氧化硅等，但從減少劃痕等研磨缺陷的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選膠態(tài)二氧化硅。膠態(tài)二氧化硅可以使用通過例如在日本特開2003-109921號公報(bào)等中記載的公知的方法制造成的膠態(tài)二氧化硅。通過對這樣的二氧化硅粒子的表面進(jìn)行修飾，可以制造能在本實(shí)施方式中使用的(A)具有選自磺基及其鹽中的至少I種官能團(tuán)的二氧化硅粒子。以下例示了對二氧化硅粒子的表面進(jìn)行修飾的方法，但本發(fā)明不受到該具體例的任何限定。二氧化硅粒子表面的修飾可以應(yīng)用在日本特開2010-269985號公報(bào)、J. Ind. Eng.Chem. ,Vol. 12, No. 6，(2006)911-917等中記載的公知的方法。例如可以通過在酸性介質(zhì)中將上述二氧化硅粒子與含有巰基的硅烷偶聯(lián)劑充分地?cái)嚢?，從而使含有巰基的硅烷偶聯(lián)劑共價(jià)鍵合在上述二氧化硅粒子的表面來實(shí)現(xiàn)。作為含有巰基的硅烷偶聯(lián)劑，例如可以舉出3~疏基丙基甲基_■甲氧基娃燒、3-疏基丙基二甲氧基娃燒等。接著，通過進(jìn)一步適量添加過氧化氫并充分放置，可以獲得具有選自磺基及其鹽中的至少I種官能團(tuán)的二氧化硅粒子。(A) 二氧化硅粒子的平均粒徑可以采用動態(tài)光散射法測定本實(shí)施方式所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體而獲得。該情況下，(A) 二氧化硅粒子的平均粒徑優(yōu)選為15nm IOOnm,更優(yōu)選為30nm 70nm。如果(A) 二氧化娃粒子的平均粒徑為上述范圍，則有時(shí)能夠達(dá)到實(shí)用的研磨速度。進(jìn)而硅氧化膜的研磨速度具有能夠抑制的趨勢。作為根據(jù)動態(tài)光散射法的粒徑測定裝置，可以舉出Beckman Coulter公司制的納米粒子分析儀“DelsaNanoS”、Malvern公司制的“Zetasizer nano zs”等。此外,采用動態(tài)光散射法測定的平均粒徑表示多個(gè)一次粒子凝聚形成的二次粒子的平均粒徑?；瘜W(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的pH為I 6時(shí)，(A) 二氧化硅粒子的電動電位在化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體中是負(fù)電位，優(yōu)選其負(fù)電位為_20mV以下。如果負(fù)電位為_20mV以下，則通過粒子間的靜電斥力而有效地防止粒子彼此的凝聚、并且有時(shí)可以選擇性地研磨在化學(xué)機(jī)械研磨時(shí)帶有正電荷的基板。此外，作為電動電位測定裝置，可以舉出大塚電子株式會社制的“ELSZ-1”、Malvern公司制的“Zetasizer nano zs”等。(A) 二氧化娃粒子的電動電位可以通過增減上述含有巰基的硅烷偶聯(lián)劑的添加量來適當(dāng)調(diào)整。相對于化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的總質(zhì)量，(A) 二氧化硅粒子的含量優(yōu)選為I質(zhì)量％ 10質(zhì)量％,更優(yōu)選為2質(zhì)量％ 8質(zhì)量％,特別優(yōu)選為3質(zhì)量％ 6質(zhì)量％。I. 2. (B)酸性化合物本實(shí)施方式所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體含有(B)酸性化合物。作為(B)酸性化合物，可以舉出有機(jī)酸和無機(jī)酸。因此，本實(shí)施方式所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體可以使用選自有機(jī)酸和無機(jī)酸中的至少I種。(B)酸性化合物由于與(A) 二氧化硅粒子的協(xié)同效果而發(fā)揮著尤其使硅氮化膜的研磨速度增大的作用效果。 作為有機(jī)酸，沒有特別限制，例如可以舉出丙二酸、馬來酸、檸檬酸、蘋果酸、酒石酸、草酸、乳酸等及它們的鹽。作為無機(jī)酸，沒有特別限制，例如可以舉出磷酸、硫酸、鹽酸、硝酸等及它們的鹽。上述例示的(B)酸性化合物可以單獨(dú)使用I種，也可以將2種以上組合使用。作為(B)酸性化合物，在研磨硅氮化膜的用途中，優(yōu)選有機(jī)酸，更優(yōu)選酒石酸、蘋果酸、檸檬酸，特別優(yōu)選酒石酸。上述例示的酒石酸、蘋果酸和檸檬酸在分子內(nèi)具有2個(gè)以上羧基和I個(gè)以上羥基。由于該羥基能夠與在硅氮化膜中存在的氮素原子形成氫鍵，因此，在硅氮化膜的表面上存在大量上述例示的有機(jī)酸。由此，通過上述例示的有機(jī)酸中的羧基發(fā)揮蝕刻作用，可以使硅氮化膜的研磨速度增大。如上所述，通過使用上述例示的酒石酸、蘋果酸、檸檬酸作為(B)酸性化合物，可以使對于硅氮化膜的研磨速度更加增大。相對于化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的總質(zhì)量，(B)酸性化合物的含量優(yōu)選為O. I質(zhì)量％ 5質(zhì)量％，更優(yōu)選為O. 2質(zhì)量％ I質(zhì)量％，特別優(yōu)選為O. 2質(zhì)量％ O. 5質(zhì)量％。I. 3.分散介質(zhì)本實(shí)施方式所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體含有分散介質(zhì)。作為分散介質(zhì)，可以舉出水、水和醇的混合介質(zhì)、含有水和與水具有相溶性的有機(jī)溶劑的混合介質(zhì)等。這些之中，優(yōu)選使用水、水和醇的混合介質(zhì)，更優(yōu)選使用水。I. 4.其它添加劑本實(shí)施方式所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體可以進(jìn)一步根據(jù)需要地添加表面活性劑、水溶性高分子、防蝕劑、PH調(diào)節(jié)劑等添加劑。下面，對各添加劑進(jìn)行說明。1.4.1.表面活性劑本實(shí)施方式所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體可以進(jìn)一步根據(jù)需要地添加表面活性劑。表面活性劑具有對化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體賦予適度的粘性的效果。優(yōu)選制備成化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的粘度在25°C下為大于等于O. 5mPa · s且小于IOmPa · S。作為表面活性劑，沒有特別限制，可以舉出陰離子性表面活性劑、陽離子性表面活性劑、非離子性表面活性劑等。作為陰離子性表面活性劑，例如可以舉出脂肪酸皂、烷基醚羧酸鹽等羧酸鹽；烷基苯磺酸鹽、烷基萘磺酸鹽、α-烯烴磺酸鹽等磺酸鹽；高級醇硫酸酯鹽、烷基醚硫酸鹽、聚氧乙稀燒基苯基釀硫酸鹽等硫酸鹽；燒基憐酸酷等憐酸酷鹽；全氣燒基化合物等含氣系表面活性劑等。作為陽離子性表面活性劑，例如可以舉出脂肪族胺鹽、脂肪族銨鹽等。作為非離子性表面活性劑，例如可以舉出炔屬甘醇、炔屬甘醇環(huán)氧乙烷加成物、炔屬醇等具有三鍵的非離子性表面活性劑；聚乙二醇型表面活性劑等。另外，也可以使用聚乙烯醇、環(huán)糊精、聚乙烯基甲基醚、羥乙基纖維素等。上述例示的表面活性劑之中，優(yōu)選烷基苯磺酸鹽，更優(yōu)選十二烷基苯磺酸鉀、十二烷基苯磺酸銨。這些表面活性劑可以單獨(dú)使用I種，也可以將2種以上組合使用。相對于化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的總質(zhì)量，表面活性劑的含量優(yōu)選為O. 001質(zhì) 量％ 5質(zhì)量％，更優(yōu)選為O. 01質(zhì)量％ O. 5質(zhì)量％，特別優(yōu)選為O. 05質(zhì)量％ O. 2質(zhì)量％。I. 4. 2.水溶性高分子本實(shí)施方式所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體可以進(jìn)一步根據(jù)需要地添加水溶性高分子。水溶性高分子具有吸附在硅氮化膜的表面上并使研磨摩擦減少的效果。通過該效果，可以減少硅氮化膜發(fā)生凹陷。作為水溶性高分子，可以舉出聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮、羥乙基纖維素等。水溶性高分子的含量可以調(diào)整成化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的粘度低于IOmPa · S。1.4.3.防蝕劑本實(shí)施方式所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體可以進(jìn)一步根據(jù)需要而添加防蝕劑。作為防蝕劑，例如可以舉出苯并三唑及其衍生物。在此，所謂苯并三唑衍生物是指將苯并三唑具有的I個(gè)或者2個(gè)以上氫原子用例如羧基、甲基、氨基、羥基等進(jìn)行取代而得到的化合物。作為苯并三唑衍生物，可以舉出4-羧基苯并三唑及其鹽、7-羧基苯并三唑及其鹽、苯并三唑丁酯、I-羥基甲基苯并三唑或者I-羥基苯并三唑等。相對于化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的總質(zhì)量，防蝕劑的添加量優(yōu)選為I質(zhì)量％以下，更優(yōu)選為O. 001質(zhì)量％ O. I質(zhì)量％。I. 4. 4. pH 調(diào)節(jié)劑本實(shí)施方式所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體可以進(jìn)一步根據(jù)需要而添加pH調(diào)節(jié)劑。作為PH調(diào)節(jié)劑，例如可以舉出氫氧化鉀、乙二胺、TMAH (四甲基氫氧化銨)、氨等堿性化合物。本實(shí)施方式所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體如上所述地含有(B)酸性化合物，因此，通?？梢岳蒙鲜隼镜膲A性化合物來進(jìn)行pH的調(diào)節(jié)。I. 5. pH本實(shí)施方式所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的pH沒有特別限制，但優(yōu)選為I 6，更優(yōu)選為2 4。如果pH處于上述范圍，則可以使硅氮化膜的研磨速度更加增大，另一方面，可以使硅氧化膜的研磨速度更加減小。其結(jié)果可以選擇地研磨硅氮化膜。進(jìn)而，如果pH為2 4，則化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的儲藏穩(wěn)定性良好，因而更優(yōu)選。I. 6.用途
本實(shí)施方式所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體可以作為用于對主要構(gòu)成半導(dǎo)體裝置的多塊基板之中在化學(xué)機(jī)械研磨時(shí)帶有正電荷的基板進(jìn)行研磨的研磨材使用。作為在化學(xué)機(jī)械研磨時(shí)帶有正電荷的代表性基板，可以舉出硅氮化膜、摻雜的聚硅等。本實(shí)施方式所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體尤其適于這些之中研磨硅氮化膜的用途。此外，可以說對于本實(shí)施方式所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的相對于硅氧化膜的硅氮化膜的研磨速度比，在相同的研磨條件下各自研磨硅氧化膜、硅氮化膜時(shí)，優(yōu)選[硅氮化膜的研磨速度/硅氧化膜的研磨速度]的值為3以上，更優(yōu)選為4以上。I. 7.化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的制備方法本實(shí)施方式所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體可以通過使上述各成分溶解或者分散在水等分散介質(zhì)中來制備。使其溶解或者分散的方法沒有特別限制，只要可以均勻地溶解或者分散，則任何方法均可以應(yīng)用。另外，對于上述各成分的混合順序、混合方法也沒有特別限制。另外，本實(shí)施方式所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體也可以制備成濃縮型的原液，并在使用時(shí)用水等分散介質(zhì)進(jìn)行稀釋而使用。2.化學(xué)機(jī)械研磨方法本實(shí)施方式所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨方法其特征在于，利用上述本發(fā)明所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體對構(gòu)成半導(dǎo)體裝置的多塊基板之中在化學(xué)機(jī)械研磨時(shí)帶有正電荷的基板(例如，硅氮化膜)進(jìn)行研磨。下面，利用附圖對本實(shí)施方式所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨方法的一個(gè)具體例進(jìn)行詳細(xì)地說明。2. I.被處理體圖I是模式地表示適于本實(shí)施方式所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨方法的使用的被處理體的截面圖。被處理體100可以經(jīng)過以下的工序(I) (4)來形成。(I)首先，準(zhǔn)備硅基板10。在硅基板10上可以形成(沒有圖示出)晶體管等功能設(shè)備。(2)接著，采用CVD法或者熱氧化法在硅基板10上形成第I氧化硅膜12。進(jìn)一步采用CVD法在第I硅氧化膜12上形成硅氮化膜14。(3)接著，將硅氮化膜14圖案化。將其作為掩膜，應(yīng)用光刻法或者蝕刻法形成溝道20。(4)接著，采用高密度等離子體CVD法使第2硅氧化膜16堆積以填充溝道20，從而獲得被處理體100。2. 2.化學(xué)機(jī)械研磨方法2. 2. I.第I研磨工序首先，為了除去堆積在圖I所示的被處理體100的硅氮化膜14上的第2硅氧化膜16，利用硅氧化膜的選擇比大的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體進(jìn)行第I研磨工序。圖2是模式地表示第I研磨工序完成時(shí)的被處理體的截面圖。在第I研磨工序中，硅氮化膜14形成阻擋層，可以在硅氮化膜14的表面停止研磨。此時(shí)，在填充有氧化硅的溝道20中產(chǎn)生凹陷。由此，如圖2所示，剩下硅氮化膜14，但在硅氮化膜14上常常殘留第2硅氧化膜16的研磨殘?jiān)?。該研磨殘?jiān)袝r(shí)對之后的硅氮化膜14的研磨造成影響。2. 2. 2.第2研磨工序
接著，為了除去圖2所示的硅氮化膜14，利用上述本實(shí)施方式所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體進(jìn)行第2研磨工序。圖3是模式地表示第2研磨工序完成時(shí)的被處理體的截面圖。對于本實(shí)施方式所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體，由于相對于硅氧化膜的硅氮化膜的研磨速度充分地大，硅氧化膜的研磨速度不極端地低，所以可以不受到硅氧化膜的研磨殘?jiān)挠绊?，順利地研磨除去硅氮化?4。這樣可以獲得圖3所示的在溝道20中嵌入氧化硅的半導(dǎo)體裝置。本實(shí)施方式所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨方法可以用于例如溝道分離(STI)等。2. 3.化學(xué)機(jī)械研磨裝置在上述第I研磨工序和第2研磨工序中可以使用例如圖4所示的化學(xué)機(jī)械研磨裝置200。圖4是模式地表示化學(xué)機(jī)械研磨裝置200的立體圖。各研磨工序通過如下方式進(jìn)行一邊由漿料供給噴嘴42供給漿料(化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體)44且使粘貼有研磨布46的轉(zhuǎn)臺48旋轉(zhuǎn),一邊使保持半導(dǎo)體基板50的支座頭(carrier head)52抵接。此外,在圖4中也一并示出了水供給噴嘴54和修整器56。
支座頭52的推壓力可以在10 1，OOOhPa的范圍內(nèi)進(jìn)行選擇，優(yōu)選為30 500hPa。另外，轉(zhuǎn)臺48和支座頭52的轉(zhuǎn)速可以在10 400rpm的范圍內(nèi)進(jìn)行適當(dāng)選擇，優(yōu)選為30 150rpm。由漿料供給噴嘴42供給的漿料(化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體)44的流量可以在10 1，OOOmL/分鐘的范圍內(nèi)進(jìn)行選擇，優(yōu)選為50 400mL/分鐘。作為市售的研磨裝置，例如可以舉出株式會社荏原制作所制的型號“EP0-112”、“EP0-222” ；Lapmaster SFT 公司制的型號 “LGP-510”、“LGP_552” ;Applied Material 公司制的型號 “Mirra”、“Reflexion” 等。3.實(shí)施例下面，通過實(shí)施例來說明本發(fā)明，但本發(fā)明不限定于這些實(shí)施例。3. I.含有膠態(tài)二氧化硅的水分散體的制備在容量為2000cm3的燒瓶中加入25質(zhì)量％濃度的氨水70g、離子交換水40g、乙醇175g和四乙氧基硅烷21g，邊在180rpm下攪拌邊升溫到60°C。保持60°C攪拌I小時(shí)后冷卻，從而獲得膠態(tài)二氧化硅/醇分散體。接著，利用蒸發(fā)器，進(jìn)行邊在80°C下在該分散體中添加離子交換水邊除去醇組分的操作，將此操作重復(fù)數(shù)次，從而除去分散體中的醇，制備出固體成分濃度為15%的水分散體。對于取出該水分散體的一部分用離子交換水稀釋得到的試樣，利用動態(tài)光散射式粒徑測定裝置(株式會社堀場制作所制，型號“LB550”)測定算術(shù)平均徑作為平均粒徑，結(jié)果為35nm。其它平均粒徑(10nm、50nm、70nm、130nm)的膠態(tài)二氧化娃水分散體通過采用與上
述方法相同的方法適當(dāng)調(diào)整四乙氧基硅烷的添加量和攪拌時(shí)間來制作。此外，在表中，將按上述方式得到的通常含有膠態(tài)二氧化硅的水分散體稱為“二氧化硅類型B”。3.2.含有磺基修飾膠態(tài)二氧化硅的水分散體的制備在離子交換水50g中加入乙酸5g，邊攪拌邊進(jìn)一步緩慢地滴加含有巰基的硅烷偶聯(lián)劑(信越化學(xué)工業(yè)株式會社制，商品名“KBE803”)5g。30分鐘后，添加在“3. I.含有膠態(tài)二氧化硅的水分散體的制備”中制備的水分散體lOOOg，進(jìn)一步繼續(xù)攪拌I小時(shí)。之后，力口入31%過氧化氫水200g，在室溫下放置48小時(shí)，由此獲得具有選自磺基及其鹽中的至少I種官能團(tuán)的膠態(tài)二氧化硅。對于取出該水分散體的一部分用離子交換水稀釋得到的試樣，利用動態(tài)光散射式粒徑測定裝置(株式會社堀場制作所制，型號“LB550”)測定算術(shù)平均徑作為平均粒徑，結(jié)果為35nm。對于其它平均粒徑(10nm、50nm、70nm、130nm)的膠態(tài)二氧化娃水分散體，也可以與
上述方法同樣地用磺基修飾膠態(tài)二氧化硅的表面。對于上述以外的磺基修飾膠態(tài)二氧化硅水分散體的平均粒徑也與上述方法同樣地進(jìn)行測定，結(jié)果不能確認(rèn)平均粒徑的增減。此外，在表中，將按上述方式得到的含有磺基修飾膠態(tài)二氧化硅的水分散體稱為
“二氧化硅類型A”。3.3.化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的制備 將規(guī)定量的在“3. 2.含有磺基修飾膠態(tài)二氧化硅的水分散體的制備”中制備的水分散體加入到容量為IOOOcm3的聚乙烯制的瓶中，以達(dá)到表記載的含量的方式向其中分別添加表記載的酸性物質(zhì),并充分?jǐn)嚢琛Ｖ?邊攪拌邊加入離子交換水,調(diào)節(jié)成規(guī)定的二氧化硅濃度后，進(jìn)一步使用氨使其為表中記載的規(guī)定的pH。之后，用孔徑為5 μ m的過濾器過濾，從而獲得實(shí)施例I 10和比較例I 5的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體。對于得到的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體，利用電動電位測定裝置(大塚電子株式會社制，型號“ELSZ-1”)測定磺基修飾膠態(tài)二氧化硅的電動電位。將其結(jié)果一并示于表I和表2。3.4.化學(xué)機(jī)械研磨試驗(yàn)利用在“3. 3.化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的制備”中制備的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體，將帶有直徑為8英寸的硅氮化膜或者硅氧化膜的硅基板作為被研磨體，在下述的研磨條件I下對各自的膜進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨。<研磨條件1>·研磨裝置株式會社荏原制作所制，型號“EP0-112”·研磨墊片RodeI · Nitta 株式會社制，“IC1000/ K -Groove”·化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體供給速度200mL/分鐘 平臺轉(zhuǎn)速90rpm 研磨頭轉(zhuǎn)速90rpm 研磨頭推壓力140hPa3.4. I.研磨速度的計(jì)算對各個(gè)作為被研磨體的帶有直徑為8英寸的硅氮化膜或者硅氧化膜的基板，利用NANOMETRICS JAPAN株式會社制的光干涉式膜厚計(jì)“NanoSpec 6100”預(yù)先測定研磨前的膜厚，在上述條件下進(jìn)行I分鐘研磨。同樣地利用光干涉式膜厚計(jì)測定研磨后的被研磨體的膜厚，并求得研磨前與研磨后的膜厚差，即由化學(xué)機(jī)械研磨減少的膜厚。然后，由化學(xué)機(jī)械研磨減少的膜厚和研磨時(shí)間計(jì)算出研磨速度。將該結(jié)果一并示于表I 2。3. 4. 2.儲藏穩(wěn)定性的評價(jià)將500cc的在“3. 3.化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體的制備”項(xiàng)中制作的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體加入500cc的塑料瓶(U瓶)中，在25°C的環(huán)境下儲藏2周。對于儲藏前后平均粒徑的變化，利用動態(tài)光散射式粒徑測定裝置(株式會社堀場制作所制，型號“LB550”)測定算術(shù)平均徑作為平均粒徑。對于儲藏前的粒徑，在儲藏后的平均粒徑的增大小于5%時(shí)判斷成儲藏穩(wěn)定性非常良好為“◎”，增大大于等于5%且小于10%時(shí)判斷成良好為“〇”，增大大于等于10%時(shí)判斷成差為“ X ”而記載于表中。3.4.3.評價(jià)結(jié)果在實(shí)施例I 10中，相對于硅氧化膜的硅氮化膜的研磨速度被提高到3以上。比較例I是使用磺基修飾膠態(tài)二氧化硅但不含有酸性物質(zhì)的例子。在這種情況下，研磨速度比不足，不能應(yīng)用。比較例2 4是使用通常的膠態(tài)二氧化硅、變更了酸性物質(zhì)種類的例子。在任一比較例中，均為相對于硅氧化膜的硅氮化膜的研磨速度比小，儲藏穩(wěn)定性差，因而不能應(yīng)用。比較例5是使用了平均粒徑小的通常的膠態(tài)二氧化硅的例子。雖然研磨速度比提高，但研磨速度過小，儲藏穩(wěn)定性差，因而不能應(yīng)用。 [表 I]
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體，含有 (A)具有選自磺基及其鹽中的至少I種官能團(tuán)的二氧化硅粒子，和 (B)酸性化合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體，其中，所述(B)酸性化合物為有機(jī)酸。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體，其中，pH為I 6。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體，其中，化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體中的所述(A) 二氧化硅粒子的電動電位為_20mV以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求I 4中任一項(xiàng)所述的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體，其中，在采用動態(tài)光散射法測定時(shí)，所述(A) 二氧化娃粒子的平均粒徑為15nm lOOnm。
6.根據(jù)權(quán)利要求I 5中任一項(xiàng)所述的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體，其用于研磨構(gòu)成半導(dǎo)體裝置的多塊基板之中在化學(xué)機(jī)械研磨時(shí)帶有正電荷的基板。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體，其中，所述帶有正電荷的基板為硅氮化膜。
8.一種化學(xué)機(jī)械研磨方法，其特征在于，利用權(quán)利要求I 7中任一項(xiàng)所述的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體對構(gòu)成半導(dǎo)體裝置的多塊基板之中在化學(xué)機(jī)械研磨時(shí)帶有正電荷的基板進(jìn)行研磨。
全文摘要
本發(fā)明所涉及的化學(xué)機(jī)械研磨用水系分散體，其特征在于，含有(A)具有選自磺基及其鹽中的至少1種官能團(tuán)的二氧化硅粒子、和(B)酸性化合物。
文檔編號H01L21/304GK102741985SQ20118000785
公開日2012年10月17日 申請日期2011年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月1日
發(fā)明者吉尾浩平, 山中達(dá)也, 竹村彰浩, 金野智久 申請人:Jsr株式會社