一种用于对绝缘材料进行研磨的CMP用研磨液，其含有满足下述条件(A)和(B)的氧化铈粒子、4‑吡喃酮系化合物、以及水。条件(A)：前述氧化铈粒子的平均粒径R为大于或等于50nm且小于或等于300nm。条件(B)：由使前述氧化铈粒子为具有前述平均粒径R的圆球状粒子时该圆球状粒子的比表面积S1和通过BET法测定的前述氧化铈粒子的比表面积S2给出的圆球度S2/S1为小于或等于3.15。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及CMP用研磨液和研磨方法。尤其是，本专利技术涉及在半导体设备制造工序中的化学机械抛光(CMP)中使用的CMP用研磨液和使用该CMP用研磨液的研磨方法。
技术介绍
在半导体制造领域，伴随着半导体设备的高性能化，在现有技术的延长线上的微细化技术中，兼顾高集成化和高速化正逐渐达到极限。因此，作为推进半导体元件的微细化同时在垂直方向上也进行高集成化的技术，开发了将配线多层化的技术。制造配线经多层化的半导体设备的工艺中，最重要的技术之一有CMP技术。CMP技术是使通过化学气相沉积(CVD)等形成于基板上的薄膜的表面平坦化的技术。例如，为了确保光刻的焦点深度，利用CMP的处理是不可或缺的。在半导体设备的制造过程中，CMP技术适用于例如通过BPSG、HDP-SiO2、p-TEOS等绝缘材料的研磨来形成元件分离区域的浅沟槽分离(STI)形成工序；形成层间绝缘材料(ILD)的ILD形成工序；在将绝缘材料埋入金属配线后使插塞(プラグ)(Al插塞、Cu插塞等)平坦化的插塞形成工序；形成金属的埋入配线的大马士革(damascene)工序等。STI形成工序中，以填埋预先设置于基板表面的沟槽的方式形成绝缘材料后，使用CMP用研磨液对绝缘材料的表面进行CMP使表面平坦化。此外，ILD形成工序中，一般而言设置的沟槽深，因此，与STI形成工序相比，绝缘材料形成得厚。然后，对于使用CMP用研磨液对绝缘材料的表面进行CMP使表面平坦化，是同样的。作为STI形成工序或ILD形成工序中使用的研磨液，已知各种用于对绝缘材料进行研磨的研磨液。这样的研磨液根据研磨液所含的研磨粒的种类分类为二氧化硅系研磨液、氧化铈(CeriumOxide)系研磨液、氧化铝系研磨液等。作为氧化铈系研磨液，下述专利文献1中记载了使用高纯度氧化铈研磨粒的半导体用研磨液。下述专利文献2中记载了含有具有至少两个微晶且具有晶界的氧化铈粒子的研磨液。下述专利文献3中记载了对氧化铈系研磨液的研磨速度进行控制且为了提高整体的平坦性而加入高分子添加剂的技术。前述氧化铈系研磨液均为使用将铈化合物烧成而得到的烧成氧化铈粒子作为研磨粒的研磨液。另一方面，近年来，还已知如下述专利文献4和5的研磨液那样使用胶体状的氧化铈(胶体氧化铈)粒子的研磨液。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开平10-106994号公报专利文献2：国际公开第99/31195号专利文献3：日本特许第3278532号公报专利文献4：国际公开第2008/043703号专利文献5：国际公开第2010/036358号
技术实现思路
专利技术要解决的问题前述STI形成工序、ILD形成工序等中在基板上形成绝缘材料时，根据形成绝缘材料前的基板表面的凹凸形状，绝缘材料的表面也产生凹凸。对于这样具有凹凸的表面，如果能够优先将凸部除去并慢慢地将凹部除去，则能够高效地使表面平坦化。为了应对元件分离区域的窄幅化而采用STI的情况下，对于CMP工序中使用的CMP用研磨液，要求例如以尽可能高的研磨速度将基板上形成的绝缘材料中不需要的部分(尤其是凸部的部分)除去。此外，除了这一点，还要求研磨结束后的表面精加工成平坦面。这些要求在ILD形成工序中也被要求。换言之，高效地发挥前述两种特性的CMP用研磨液可以说是在对表面具有凹凸的绝缘材料进行研磨时，凸部的研磨速度高，而且凸部和凹部的研磨速度比(凸部的研磨速度相对于凹部的研磨速度的比)大的研磨液(即高低差消除特性优异的研磨液)。可认为：在凸部和凹部的研磨速度比大的情况下，凸部被选择性地研磨，随着被研磨面的凹凸逐渐变小，研磨速度变慢，成品变得更平坦。其中，对表面具有凹凸的绝缘材料进行研磨时凸部和凹部的研磨速度比存在随着具有凹凸的绝缘材料的凸部的研磨速度相对于不具有凹凸的绝缘材料的研磨速度的比增加而增加的倾向。因此，为了获得凸部和凹部的大的研磨速度比，需要提高具有凹凸的绝缘材料的凸部的研磨速度相对于不具有凹凸的绝缘材料的研磨速度的比。例如，需要提高相对于无图形晶片(blanketwafer)的研磨速度的、图形晶片的凸部的研磨速度。然而，提高高低差消除特性并不容易。尤其是近年来，随着半导体设备的设计规则的微细化，需要精度高的加工，要求使表面的凹凸更为平坦。这样的技术背景下，要求高低差消除特性进一步提高。本专利技术要解决前述课题，其目的在于，提供一种能够获得对于具有凹凸的绝缘材料的优异的高低差消除特性的CMP用研磨液。此外，本专利技术的目的还在于，提供使用前述CMP用研磨液的研磨方法。用于解决问题的方法为了解决前述课题，本专利技术人等对CMP用研磨液中配合的研磨粒和添加剂反复进行了深入研究。本专利技术人等使用具有各种形状的研磨粒和作为添加剂的各种有机化合物，调制了多种研磨液。使用这些研磨液对绝缘材料进行研磨，并进行研磨特性的评价。结果，本专利技术人等发现，通过使用具有特定形状的研磨粒和作为添加剂的具有特定化学结构的化合物，可获得对于具有凹凸的绝缘材料的高低差消除特性优异的研磨液。本专利技术涉及的CMP用研磨液的第一实施方式是一种用于对绝缘材料进行研磨的CMP用研磨液，其含有满足下述条件(A)和(B)的氧化铈粒子、下述通式(1)所表示的4-吡喃酮系化合物、以及水。条件(A)：前述氧化铈粒子的平均粒径R为大于或等于50nm且小于或等于300nm。条件(B)：由使前述氧化铈粒子为具有前述平均粒径R的圆球状粒子时该圆球状粒子的比表面积S1和通过BET法测定的前述氧化铈粒子的比表面积S2给出的圆球度S2/S1为小于或等于3.15。[化1][式中，X11、X12和X13各自独立地为氢原子或1价的取代基。]根据第一实施方式涉及的CMP用研磨液，能够获得对于具有凹凸的绝缘材料的优异的高低差消除特性，在对表面具有凹凸的绝缘材料进行研磨时，能够获得凸部的高研磨速度以及凸部和凹部的大研磨速度比。这样的CMP用研磨液适合于具有凹凸的绝缘材料的研磨，能够高效地消除具有凹凸的绝缘材料的凹凸(高低差)。此外，根据第一实施方式涉及的CMP用研磨液，能够以良好的研磨速度对不具有凹凸的绝缘材料进行研磨。此外，根据第一实施方式涉及的CMP用研磨液，能够不严重依赖于被研磨面的状态而实现高研磨速度。因此，第一实施方式涉及的CMP用研磨液具有即使是用以往的研磨液较难获得高研磨速度的半导体材料也能够进行高速研磨的优点。第一实施方式涉及的CMP用研磨液即使在例如对具有存储单元的半导体基板那样表面具有T字形状或格子形状的凹部或凸部的绝缘材料进行研磨的情况下也能够发挥优异的研磨特性。虽然实现这些效果的主要原因未必清楚，但本专利技术人推测如下。圆球度S2/S1小到某种程度，意味着粒子的形状接近完美的球体(圆球)。推测为：这样圆球度小的粒子时，与形状不接近圆球的粒子相比，能够与被研磨面接触的粒子数变多。即，推测为：研磨粒与绝缘材料表面的化学结合部位变多。在这样研磨粒与绝缘材料的结合部位多的状态下，通过使研磨液含有具有特定化学结构的4-吡喃酮系化合物，研磨粒与绝缘材料的相互作用变大。由此推测，研磨时承受与凹部相比高的负荷(承受强摩擦力)的凸部的研磨有效地进行。推测为：在这样研磨粒与绝缘材料的结合部位多的状态下，由于4-吡喃酮系化合物的影响，研磨粒与绝缘材料的相互作用大，因而摩本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种CMP用研磨液，用于对绝缘材料进行研磨，所述CMP用研磨液含有满足下述条件(A)和(B)的氧化铈粒子、下述通式(1)所表示的4‑吡喃酮系化合物、以及水，条件(A)：所述氧化铈粒子的平均粒径R为大于或等于50nm且小于或等于300nm，条件(B)：由使所述氧化铈粒子为具有所述平均粒径R的圆球状粒子时该圆球状粒子的比表面积S1和通过BET法测定的所述氧化铈粒子的比表面积S2给出的圆球度S2/S1为小于或等于3.15，[化1]式中，X11、X12和X13各自独立地为氢原子或1价的取代基。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.09 JP 2014-141670;2014.07.09 JP 2014-141671.一种CMP用研磨液，用于对绝缘材料进行研磨，所述CMP用研磨液含有满足下述条件(A)和(B)的氧化铈粒子、下述通式(1)所表示的4-吡喃酮系化合物、以及水，条件(A)：所述氧化铈粒子的平均粒径R为大于或等于50nm且小于或等于300nm，条件(B)：由使所述氧化铈粒子为具有所述平均粒径R的圆球状粒子时该圆球状粒子的比表面积S1和通过BET法测定的所述氧化铈粒子的比表面积S2给出的圆球度S2/S1为小于或等于3.15，[化1]式中，X11、X12和X13各自独立地为氢原子或1价的取代基。2.一种CMP用研磨液，用于对绝缘材料进行研磨，所述CMP用研磨液含有满足下述条件(A)和(B)的氧化铈粒子、下述通式(1)所表示的4-吡喃酮系化合物、具有芳香环和聚氧化烯链的高分子化合物、阳离子性聚合物、以及水，条件(A)：所述氧化铈粒子的平均粒径R为大于或等于50nm且小于或等于300nm，条件(B)：由使所述氧化铈粒子为具有所述平均粒径R的圆球状粒子时该圆球状粒子的比表面积S1和通过BET法测定的所述氧化铈粒子的比表面积S2给出的圆球度S2/S1为小于或等于3.15，[...
【专利技术属性】
技术研发人员：筱田隆，太田宗宏，山村奈央，木野爱子，
申请(专利权)人：日立化成株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP
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