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JP2003059866A - Cmp abrasive and method of polishing board - Google Patents

Cmp abrasive and method of polishing board

Info

Publication number
JP2003059866A
JP2003059866A JP2001250455A JP2001250455A JP2003059866A JP 2003059866 A JP2003059866 A JP 2003059866A JP 2001250455 A JP2001250455 A JP 2001250455A JP 2001250455 A JP2001250455 A JP 2001250455A JP 2003059866 A JP2003059866 A JP 2003059866A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
polishing
insulating film
cmp
agent
acid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001250455A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasuhiro Yamamoto
靖浩 山本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Resonac Corp
Original Assignee
Hitachi Chemical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Chemical Co Ltd filed Critical Hitachi Chemical Co Ltd
Priority to JP2001250455A priority Critical patent/JP2003059866A/en
Publication of JP2003059866A publication Critical patent/JP2003059866A/en
Pending legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an abrasive and a polishing method, which enable the high speed polishing and a high flatness level in a CMP technology, which can plavarize an interlayer insulation film and a shallow trench isolating insulation film, without producing abrasive flaws. SOLUTION: This CMP abrasive contains an insulation film dissolving agent, an agent protecting insulation film from dissolution, and water.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子製造技
術である基板表面の平坦化工程、特に、層間絶縁膜の平
坦化工程、シャロー・トレンチ分離の形成工程等におい
て使用されるCMP研磨剤。及びこれらCMP(Che
mical Mechanical Polishin
g)研磨剤を使用した基板の研磨方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a CMP polishing agent used in a step of flattening a substrate surface, which is a semiconductor element manufacturing technique, in particular, a step of flattening an interlayer insulating film and a step of forming shallow trench isolation. And these CMP (Che
medical Mechanical Polish
g) It relates to a method for polishing a substrate using an abrasive.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在の超々大規模集積回路では、実装密
度を高める傾向にあり、種々の微細加工技術が研究、開
発されている。既に、デザインルールは、サブハーフミ
クロンのオーダーになっている。このような厳しい微細
化の要求を満足するために開発されている技術の一つに
CMP技術がある。この技術は、半導体装置の製造工程
において、露光を施す層を完全に平坦化し、露光技術の
負担を軽減し、歩留まりを安定させることができるた
め、例えば、層間絶縁膜の平坦化、シャロー・トレンチ
分離(Shallow Trench Isolati
on:STI)等を行う際に必須となる技術である。
2. Description of the Related Art In the current ultra-large scale integrated circuits, there is a tendency to increase the packaging density, and various fine processing techniques have been researched and developed. Already, the design rules are on the order of sub-half micron. CMP technology is one of the technologies developed to satisfy such strict requirements for miniaturization. This technique can completely flatten the layer to be exposed in the manufacturing process of the semiconductor device, reduce the burden of the exposure technique, and stabilize the yield. Therefore, for example, the flattening of the interlayer insulating film, the shallow trench, etc. Separation (Shallow Trench Isolati
on: STI) is an indispensable technique.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】従来、半導体装置の製
造工程において、プラズマ−CVD(Chemical
Vapor Deposition、化学的蒸着法)、
低圧−CVD等の方法で形成される酸化珪素絶縁膜等無
機絶縁膜層を平坦化するためのCMP研磨剤として、シ
リカ系、セリア系の研磨剤が一般的に検討されている。
しかしながら、この様な研磨剤は無機絶縁膜に研磨傷を
発生させ、半導体デバイスの信頼性を低下させる原因と
なっている。本発明は、酸化珪素絶縁膜、低誘電率材料
等の絶縁膜を備えてなる被研磨面の研磨傷を低減するこ
とが可能なCMP研磨剤を提供するものである。
Conventionally, in the manufacturing process of a semiconductor device, plasma-CVD (Chemical) is used.
Vapor Deposition, chemical vapor deposition method),
Silica-based and ceria-based polishing agents are generally studied as CMP polishing agents for planarizing an inorganic insulating film layer such as a silicon oxide insulating film formed by a method such as low-pressure CVD.
However, such an abrasive causes polishing scratches on the inorganic insulating film, which causes a decrease in reliability of the semiconductor device. The present invention provides a CMP abrasive capable of reducing polishing scratches on a surface to be polished, which is provided with an insulating film such as a silicon oxide insulating film or a low dielectric constant material.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明は、次のものに関
する。 (1)絶縁膜溶解剤、絶縁膜の溶解保護剤及び水を含む
CMP研磨剤。 (2)絶縁膜溶解剤が強アルカリである、請求項1記載
のCMP研磨剤。 (3)絶縁膜溶解剤が含フッ酸である、請求項1記載の
CMP研磨剤。 (4)絶縁膜の溶解保護剤がポリビニルピロリドン、一
般式(I)
The present invention relates to the following. (1) A CMP abrasive containing an insulating film dissolving agent, an insulating film dissolution protecting agent, and water. (2) The CMP abrasive according to claim 1, wherein the insulating film dissolving agent is a strong alkali. (3) The CMP abrasive according to claim 1, wherein the insulating film dissolving agent is hydrofluoric acid-containing. (4) The dissolution protection agent for the insulating film is polyvinylpyrrolidone, the general formula (I)

【化2】 H(OCHCH)x−NR−(CHCHO)yH (I) (x,y:50〜200、R:炭素数が14〜18個の
アルキル基)で示されるポリ−オキシエチレン−アルキ
ルアミン化合物から選ばれた少なくとも1種である、請
求項1〜3のいずれかに記載のCMP研磨剤。 (5)絶縁膜溶解剤、絶縁膜の溶解保護剤及び水を含む
CMP研磨剤を研磨定盤上の研磨布に供給し、絶縁膜が
形成された半導体チップである基板の被研磨面と接触さ
せて被研磨面と研磨布を相対運動させ、被研磨膜のエッ
チングを防止し且つCMP研磨中は被研磨膜表面を脆弱
化させながら基板表面を研磨することを特徴とする、基
板の研磨方法。
Embedded image H (OCH 2 CH 2 ) x-NR- (CH 2 CH 2 O) yH (I) (x, y: 50 to 200, R: an alkyl group having 14 to 18 carbon atoms) The CMP abrasive according to any one of claims 1 to 3, which is at least one selected from poly-oxyethylene-alkylamine compounds. (5) An insulating film dissolving agent, an insulating film dissolution protecting agent, and a CMP polishing agent containing water are supplied to a polishing cloth on a polishing platen, and contacted with a surface to be polished of a substrate which is a semiconductor chip on which an insulating film is formed. A method for polishing a substrate, characterized in that the surface to be polished and the polishing cloth are moved relative to each other to prevent etching of the film to be polished and to polish the substrate surface while weakening the surface of the film to be polished during CMP polishing. .

【0005】上記のCMP研磨剤を用いて層間絶縁膜の
平坦化やシャロートレンチ分離を行うと、溶解保護剤が
被研磨膜表面を保護することにより、CMP研磨を行わ
ない時にはエッチングを防止する。そしてCMP研磨中
は、被研磨膜表面から溶解保護剤を除去しながら絶縁膜
溶解剤が被研磨膜表面に化学的に作用し脆弱化させ、よ
り化学作用の大きいCMP研磨を行うことによって研磨
傷を低減することを可能とする。
When the interlayer insulating film is flattened or the shallow trench is separated by using the above CMP polishing agent, the dissolution protection agent protects the surface of the film to be polished, thereby preventing etching when CMP polishing is not performed. During the CMP polishing, the insulating film dissolving agent chemically acts on the surface of the film to be polished to weaken it while removing the dissolution protecting agent from the surface of the film to be polished, and the CMP polishing having a larger chemical action is performed to thereby cause polishing scratches. It is possible to reduce

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】本発明におけるCMP研磨剤は、
上記方法にて作製した絶縁膜溶解剤、絶縁膜の溶解保護
剤及び水を含んでなる組成物を分散させることによって
得られる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The CMP abrasive according to the present invention is
It is obtained by dispersing the composition containing the insulating film dissolving agent, the insulating film dissolution protecting agent and water prepared by the above method.

【0007】絶縁膜溶解剤としては、水酸化カリウム、
水酸化ナトリウム、水酸化アンモニウム等の強アルカリ
が挙げられる。これらは1種類もしくは2種類以上を組
合わせて使用してもよい。強アルカリを主に含む場合、
研磨剤のpHは9〜14が好ましく、11〜12がより
好ましい。pH9未満では研磨速度が著しく低下し、1
4より大きいと酸化膜の表面荒れが顕著に表れる。
As the insulating film dissolving agent, potassium hydroxide,
Examples thereof include strong alkalis such as sodium hydroxide and ammonium hydroxide. These may be used alone or in combination of two or more. When mainly containing strong alkali,
The pH of the abrasive is preferably 9 to 14, and more preferably 11 to 12. If the pH is less than 9, the polishing rate will be significantly reduced and
If it is larger than 4, the surface roughness of the oxide film becomes remarkable.

【0008】さらに絶縁膜溶解剤としては、含フッ素酸
が挙げられる。含フッ素酸としては、以下の群から選ば
れたものが適している。トリフルオロ酢酸、トリフルオ
ロプロピオン酸、F−酪酸、F−ヘキサン酸、F−オク
タン酸、F−デカン酸、F−ドデカン酸、トリフルオロ
アクリル酸、ペンタフルオロ安息香酸、ペンタフルオロ
フェノール、トリフルオロ酢酸ナトリウム、トリフルオ
ロ酢酸カリウム、トリフルオロ酢酸アンモニウム、トリ
フルオロプロピオン酸ナトリウム、トリフルオロプロピ
オン酸カリウム、トリフルオロプロピオン酸アンモニウ
ム、F−酪酸ナトリウム、F−酪酸カリウム、F−酪酸
アンモニウム、F−ヘキサン酸ナトリウム、F−ヘキサ
ン酸カリウム、F−ヘキサン酸アンモニウム、F−オク
タン酸ナトリウム、F−オクタン酸カリウム、F−オク
タン酸アンモニウム、F−デカン酸ナトリウム、F−デ
カン酸カリウム、F−デカン酸アンモニウム、F−ドデ
カン酸ナトリウム、F−ドデカン酸カリウム、F−ドデ
カン酸アンモニウム、トリフルオロアクリル酸ナトリウ
ム、トリフルオロアクリル酸カリウム、トリフルオロア
クリル酸アンモニウム、ペンタフルオロ安息香酸ナトリ
ウム、ペンタフルオロ安息香酸カリウム、ペンタフルオ
ロ安息香酸アンモニウム、ペンタフルオロフェノールナ
トリウム、ペンタフルオロフェノールカリウム、ペンタ
フルオロフェノールアンモニウム等の有機フッ素化合物
及びそれらのアンモニウム塩;フッ化水素酸、フルオロ
燐酸、ヘキサフルオロ珪酸、テトラフルオロ硼酸、ヘキ
サフルオロチタン酸、フッ化ナトリウム、フッ化カリウ
ム、フッ化アンモニウム、二フッ化水素アンモニウム、
二フッ化水素カリウム、フルオロ燐酸ナトリウム、フル
オロ燐酸カリウム、フルオロ燐酸アンモニウム、ヘキサ
フルオロ珪酸ナトリウム、ヘキサフルオロ珪酸カリウ
ム、ヘキサフルオロ珪酸アンモニウム、テトラフルオロ
硼酸ナトリウム、テトラフルオロ硼酸カリウム、テトラ
フルオロ硼酸アンモニウム、ヘキサフルオロチタン酸ナ
トリウム、ヘキサフルオロチタン酸カリウム、ヘキサフ
ルオロチタン酸アンモニウム等の無機フッ素化合物及び
それらのアンモニウム塩;が挙げられる。但し、適用す
る基体が半導体集積回路用シリコン基板などの場合はア
ルカリ金属、アルカリ土類金属、ハロゲン化物等による
汚染は望ましくないため、酸もしくはそのアンモニウム
塩が望ましい。基体がガラス基板等である場合はその限
りではない。その中でもフッ化水素酸、F−酪酸、F−
ヘキサン酸、F−オクタン酸、F−デカン酸、F−ドデ
カン酸、トリフルオロアクリル酸、ペンタフルオロ安息
香酸がより好ましい。
Further, examples of the insulating film dissolving agent include fluorine-containing acid. As the fluorinated acid, one selected from the following group is suitable. Trifluoroacetic acid, trifluoropropionic acid, F-butyric acid, F-hexanoic acid, F-octanoic acid, F-decanoic acid, F-dodecanoic acid, trifluoroacrylic acid, pentafluorobenzoic acid, pentafluorophenol, trifluoroacetic acid Sodium, potassium trifluoroacetate, ammonium trifluoroacetate, sodium trifluoropropionate, potassium trifluoropropionate, ammonium trifluoropropionate, sodium F-butyrate, potassium F-butyrate, ammonium F-butyrate, sodium F-hexanoate , Potassium F-hexanoate, ammonium F-hexanoate, sodium F-octanoate, potassium F-octanoate, ammonium F-octanoate, sodium F-decanoate, potassium F-decanoate, ammonium F-decanoate , Sodium F-dodecanoate, potassium F-dodecanoate, ammonium F-dodecanoate, sodium trifluoroacrylate, potassium trifluoroacrylate, ammonium trifluoroacrylate, sodium pentafluorobenzoate, potassium pentafluorobenzoate, penta Organic fluorine compounds such as ammonium fluorobenzoate, pentafluorophenol sodium, pentafluorophenol potassium, pentafluorophenol ammonium and ammonium salts thereof; hydrofluoric acid, fluorophosphoric acid, hexafluorosilicic acid, tetrafluoroboric acid, hexafluorotitanic acid , Sodium fluoride, potassium fluoride, ammonium fluoride, ammonium hydrogen difluoride,
Potassium hydrogen difluoride, sodium fluorophosphate, potassium fluorophosphate, ammonium fluorophosphate, sodium hexafluorosilicate, potassium hexafluorosilicate, ammonium hexafluorosilicate, sodium tetrafluoroborate, potassium tetrafluoroborate, ammonium tetrafluoroborate, hexafluoro Inorganic fluorine compounds such as sodium titanate, potassium hexafluorotitanate, and ammonium hexafluorotitanate, and ammonium salts thereof; However, when the substrate to be applied is a silicon substrate for semiconductor integrated circuits or the like, contamination with alkali metals, alkaline earth metals, halides and the like is not desirable, and therefore acids or ammonium salts thereof are desirable. This is not the case when the substrate is a glass substrate or the like. Among them, hydrofluoric acid, F-butyric acid, F-
Hexanoic acid, F-octanoic acid, F-decanoic acid, F-dodecanoic acid, trifluoroacrylic acid, and pentafluorobenzoic acid are more preferable.

【0009】含フッ素酸を主に含む場合、研磨剤のpH
が1〜5が好ましく、1.5〜4がより好ましく、2〜
3がさらに好ましい。pH1未満では酸化膜の表面荒れ
が顕著に表れ、pHが5より大きいと研磨速度が著しく
低下する。
The pH of the abrasive when it mainly contains fluorinated acid
Is preferably 1 to 5, more preferably 1.5 to 4,
3 is more preferable. When the pH is less than 1, the surface roughness of the oxide film is remarkably exhibited, and when the pH is more than 5, the polishing rate is remarkably reduced.

【0010】絶縁膜の溶解保護剤としては、以下の群か
ら選ばれたものが好適である。アルギン酸、ペクチン
酸、カルボキシメチルセルロ−ス、寒天、カ−ドラン及
びプルラン等の多糖類;グリシンアンモニウム塩及びグ
リシンナトリウム塩等のアミノ酸塩;ポリアスパラギン
酸、ポリグルタミン酸、ポリリシン、ポリリンゴ酸、ポ
リメタクリル酸、ポリメタクリル酸アンモニウム塩、ポ
リメタクリル酸ナトリウム塩、ポリアミド酸、ポリマレ
イン酸、ポリイタコン酸、ポリフマル酸、ポリ(p−ス
チレンカルボン酸)、ポリアクリル酸、ポリアクリルア
ミド、アミノポリアクリルアミド、ポリアクリル酸アン
モニウム塩、ポリアクリル酸ナトリウム塩、ポリアミド
酸、ポリアミド酸アンモニウム塩、ポリアミド酸ナトリ
ウム塩及びポリグリオキシル酸等のポリカルボン酸及び
その塩;ポリビニルアルコ−ル、ポリビニルピロリドン
及びポリアクロレイン等のビニル系ポリマ;ポリエチレ
ングリコ−ル、ポリプロピレングリコ−ル、ポリテトラ
メチレングリコ−ル、ポリエチレングリコ−ルアルキル
エ−テル、ポリエチレングリコ−ルアルケニルエ−テ
ル、アルキルポリエチレングリコ−ル、アルキルポリエ
チレングリコ−ルアルキルエ−テル、アルキルポリエチ
レングリコ−ルアルケニルエ−テル、アルケニルポリエ
チレングリコ−ル、アルケニルポリエチレングリコ−ル
アルキルエ−テル、アルケニルポリエチレングリコ−ル
アルケニルエ−テル、ポリプロピレングリコ−ルアルキ
ルエ−テル、ポリプロピレングリコ−ルアルケニルエ−
テル、アルキルポリプロピレングリコ−ル、アルキルポ
リプロピレングリコ−ルアルキルエ−テル、アルキルポ
リプロピレングリコ−ルアルケニルエ−テル、アルケニ
ルポリプロピレングリコ−ル、アルケニルポリプロピレ
ングリコ−ルアルキルエ−テル及びアルケニルポリプロ
ピレングリコ−ルアルケニルエ−テル、等のエ−テル; 一般式(I)
As the dissolution protective agent for the insulating film, one selected from the following group is suitable. Polysaccharides such as alginic acid, pectic acid, carboxymethylcellulose, agar, cardan and pullulan; amino acid salts such as glycine ammonium salt and glycine sodium salt; polyaspartic acid, polyglutamic acid, polylysine, polymalic acid, polymethacrylic acid , Polymethacrylic acid ammonium salt, polymethacrylic acid sodium salt, polyamic acid, polymaleic acid, polyitaconic acid, polyfumaric acid, poly (p-styrenecarboxylic acid), polyacrylic acid, polyacrylamide, aminopolyacrylamide, polyacrylic acid ammonium salt , Polyacrylic acid sodium salt, polyamic acid, polyamic acid ammonium salt, polyamic acid sodium salt and polyglyoxylic acid, and other polycarboxylic acids and salts thereof; polyvinyl alcohol, polyvinylpyrroli Vinyl polymers such as ethylene glycol and polyacrolein; polyethylene glycol, polypropylene glycol, polytetramethylene glycol, polyethylene glycol alkyl ether, polyethylene glycol alkenyl ether, alkyl polyethylene glycol, alkyl polyethylene glycol. -Alkyl ether ether, alkyl polyethylene glycol alkenyl ether, alkenyl polyethylene glycol, alkenyl polyethylene glycol alkyl ether, alkenyl polyethylene glycol alkenyl ether, polypropylene glycol alkyl ether, polypropylene glycol alkenyl ether
Ether, alkyl polypropylene glycol, alkyl polypropylene glycol alkyl ether, alkyl polypropylene glycol alkenyl ether, alkenyl polypropylene glycol, alkenyl polypropylene glycol alkyl ether and alkenyl polypropylene glycol alkenyl ether, etc. Tell; General formula (I)

【0011】[0011]

【化3】 H(OCHCH)x−NR−(CHCHO)yH (I) (x,y:50〜200、R:炭素数が14〜18個の
アルキル基)で示されるポリ−オキシエチレン−アルキ
ルアミン化合物;等が挙げられ,1種類もしくは2種以
上を混合して使用してもよい。但し、適用する基体が半
導体集積回路用シリコン基板などの場合はアルカリ金
属、アルカリ土類金属、ハロゲン化物等による汚染は望
ましくないため、酸もしくはそのアンモニウム塩が望ま
しい。基体がガラス基板等である場合はその限りではな
い。その中でもポリビニルピロリドン、ポリ−オキシエ
チレン−アルキルアミン化合物が好ましい。
Embedded image H (OCH 2 CH 2 ) x-NR- (CH 2 CH 2 O) yH (I) (x, y: 50 to 200, R: an alkyl group having 14 to 18 carbon atoms) Poly-oxyethylene-alkylamine compound; and the like, and one kind or a mixture of two or more kinds may be used. However, when the substrate to be applied is a silicon substrate for semiconductor integrated circuit or the like, contamination with alkali metals, alkaline earth metals, halides and the like is not desirable, and therefore acids or ammonium salts thereof are desirable. This is not the case when the substrate is a glass substrate or the like. Among them, polyvinylpyrrolidone and poly-oxyethylene-alkylamine compounds are preferable.

【0012】CMP研磨剤には、必要に応じてさらに砥
粒を添加しても良い。砥粒としては、シリカ、アルミ
ナ、セリア、チタニア、ジルコニア、ゲルマニア、炭化
珪素等の無機物砥粒、ポリスチレン、ポリアクリル、ポ
リ塩化ビニル等の有機物砥粒が挙げられる。
Abrasive grains may be further added to the CMP polishing agent, if necessary. Examples of the abrasive grains include inorganic abrasive grains such as silica, alumina, ceria, titania, zirconia, germania and silicon carbide, and organic abrasive grains such as polystyrene, polyacryl and polyvinyl chloride.

【0013】絶縁膜の溶解剤成分の配合量は、CMP研
磨剤の総重量100gに対して0〜0.05molとす
ることが好ましく、0.00005mol〜0.005
molとすることがより好ましい。この配合量が0.0
5molを超えると、前述したCMP研磨剤のpHを好
ましい範囲内に調節するのが困難となる。
The amount of the solubilizer component in the insulating film is preferably 0 to 0.05 mol, and 0.00005 mol to 0.005 per 100 g of the total weight of the CMP abrasive.
More preferably, it is mol. This compounded amount is 0.0
If it exceeds 5 mol, it becomes difficult to adjust the pH of the CMP polishing agent within the preferable range.

【0014】絶縁膜の溶解保護剤成分の配合量は、CM
P研磨剤の総重量に対して0.001〜5重量%とする
ことが好ましく、0.005重量%〜1重量%とするこ
とがより好ましい。この配合量が0.001重量%未満
では、エッチング抑制において保護膜形成剤との併用効
果が現れない傾向があり5重量%を超えるとCMP速度
が低下してしまう傾向がある。絶縁膜の溶解保護剤の重
量平均分子量は500〜5,000,000であること
が好ましく、2000〜500,000であることがよ
り好ましく、5000〜50,000であることがさら
に好ましい。重量平均分子量が500未満では高いCM
P速度が発現しない傾向にあり、重量平均分子量が50
0万より大きいと溶解性が低下する。これらを用いるに
際しては、重量平均分子量が異なる少なくとも2種以上
を組み合わせることができる。同種の溶解保護剤であっ
ても、異種の溶解保護剤であってもよい。
The amount of the dissolution protection agent component of the insulating film is CM
It is preferably 0.001 to 5% by weight, and more preferably 0.005 to 1% by weight, based on the total weight of the P abrasive. If the content is less than 0.001% by weight, the effect of combined use with the protective film-forming agent may not appear in suppressing etching, and if it exceeds 5% by weight, the CMP rate tends to decrease. The weight average molecular weight of the dissolution protective agent for the insulating film is preferably 500 to 5,000,000, more preferably 2000 to 500,000, and further preferably 5000 to 50,000. CM with a weight average molecular weight of less than 500 is high
There is a tendency that the P speed does not appear, and the weight average molecular weight is 50.
If it is more than 0,000, the solubility will decrease. When using these, it is possible to combine at least two kinds having different weight average molecular weights. The same type of dissolution protecting agent or different types of dissolution protecting agents may be used.

【0015】砥粒の配合量は、CMP研磨剤の総重量に
対して0.01〜10重量%とすることが好ましく、
0.05重量%〜5重量%とすることがより好ましい。
この配合量が0.01重量%未満では砥粒を含有する効
果がなく、10重量%を超えるとCMPによる研磨速度
は飽和し、それ以上加えても増加が見られない。
The blending amount of the abrasive grains is preferably 0.01 to 10% by weight with respect to the total weight of the CMP abrasive,
It is more preferable that the content be 0.05% by weight to 5% by weight.
If the blending amount is less than 0.01% by weight, the effect of containing abrasive grains is not exerted, and if it exceeds 10% by weight, the polishing rate by CMP is saturated, and no increase is observed even if it is added more.

【0016】CMP研磨剤が使用される絶縁膜として
は、酸化珪素絶縁膜、有機低誘電率材料、無機低誘電率
材料等が挙げられる。これらは1種類もしくは2種類以
上を組合わせて使用してもよい。上記絶縁膜の作製方法
としては、低圧CVD法、プラズマCVD法等が挙げら
れる。例えば、低圧CVD法による酸化珪素膜形成は、
Si源としてモノシラン:SiH、酸素源として酸
素:Oを用いる。このSiH−O系酸化反応を4
00℃以下の低温で行わせることにより得られる。場合
によっては、CVD後1000℃またはそれ以下の温度
で熱処理される。高温リフローによる表面平坦化を図る
ためにリン:Pをドープするときには、SiH−O
−PH系反応ガスを用いることが好ましい。プラズマ
CVD法は、通常の熱平衡下では高温を必要とする化学
反応が低温でできる利点を有する。プラズマ発生法に
は、容量結合型と誘導結合型の2つが挙げられる。反応
ガスとしては、Si源としてSiH、酸素源としてN
Oを用いたSiH−NO系ガスとテトラエトキシ
シラン(TEOS)をSi源に用いたTEOS−O
ガス(TEOS−プラズマCVD法)が挙げられる。基
板温度は250℃〜400℃、反応圧力は67〜400
Paの範囲が好ましい。このように、本発明の酸化珪素
膜にはリン、ホウ素等の元素がドープされていても良
い。同様に、低圧CVD法による窒化珪素膜形成は、S
i源としてジクロルシラン:SiHCl、窒素源と
してアンモニア:NHを用いる。このSiHCl
−NH系酸化反応を900℃の高温で行わせることに
より得られる。プラズマCVD法は、反応ガスとして
は、Si源としてSiH、窒素源としてNHを用い
たSiH−NH系ガスが挙げられる。基板温度は3
00℃〜400℃が好ましい。
Examples of the insulating film in which the CMP polishing agent is used include a silicon oxide insulating film, an organic low dielectric constant material and an inorganic low dielectric constant material. These may be used alone or in combination of two or more. Examples of the method for forming the insulating film include a low pressure CVD method and a plasma CVD method. For example, forming a silicon oxide film by the low pressure CVD method
Monosilane: SiH 4 is used as the Si source, and oxygen: O 2 is used as the oxygen source. This SiH 4 —O 2 system oxidation reaction is
It is obtained by carrying out at a low temperature of 00 ° C. or lower. In some cases, heat treatment is performed at a temperature of 1000 ° C. or lower after CVD. When phosphorus: P is doped to achieve surface flattening by high temperature reflow, SiH 4 —O 2
It is preferable to use a PH 3 -based reaction gas. The plasma CVD method has an advantage that a chemical reaction that requires a high temperature under normal thermal equilibrium can be performed at a low temperature. There are two plasma generation methods, a capacitive coupling type and an inductive coupling type. As the reaction gas, SiH 4 is used as the Si source, and N is used as the oxygen source.
Examples thereof include SiH 4 —N 2 O based gas using 2 O and TEOS—O 2 based gas (TEOS-plasma CVD method) using tetraethoxysilane (TEOS) as a Si source. Substrate temperature is 250 ° C to 400 ° C, reaction pressure is 67 to 400
The range of Pa is preferable. Thus, the silicon oxide film of the present invention may be doped with elements such as phosphorus and boron. Similarly, the silicon nitride film formation by the low pressure CVD method is
Dichlorosilane: SiH 2 Cl 2 is used as the i source, and ammonia: NH 3 is used as the nitrogen source. This SiH 2 Cl 2
It can be obtained by carrying out the —NH 3 -based oxidation reaction at a high temperature of 900 ° C. In the plasma CVD method, SiH 4 —NH 3 system gas using SiH 4 as a Si source and NH 3 as a nitrogen source can be used as a reaction gas. Substrate temperature is 3
00 ° C to 400 ° C is preferable.

【0017】所定の基板として、半導体基板すなわち回
路素子とアルミニウム配線が形成された段階の半導体基
板、回路素子が形成された段階の半導体基板等の半導体
基板上に酸化珪素絶縁膜層が形成された基板等が使用で
きる。このような半導体基板上に形成された酸化珪素絶
縁膜層を、研磨剤で研磨することによって、酸化珪素絶
縁膜層表面の凹凸を解消し、半導体基板全面に渡って平
滑な面とする。ここで、研磨する装置としては、半導体
基板を保持するホルダーと研磨布(パッド)を貼り付け
た(回転数が変更可能なモータ等を取り付けてある)定
盤を有する一般的な研磨装置が使用できる。研磨布とし
ては、一般的な不織布、発泡ポリウレタン、多孔質フッ
素樹脂などが使用でき、特に制限がない。また、研磨布
にはスラリーが溜まる様な溝加工を施すことが好まし
い。研磨条件には制限はないが、ホルダーと定盤の回転
速度は、半導体基板が飛び出さない様にそれぞれ100
rpm以下の低回転が好ましく、半導体基板にかける圧
力は、研磨後に傷が発生しない様に100kPa(1k
g/cm)以下が好ましい。研磨している間、研磨布
には研磨剤をポンプ等で連続的に供給する。この供給量
に制限はないが、研磨布の表面が常に研磨剤で覆われて
いることが好ましい。
As a predetermined substrate, a silicon oxide insulating film layer is formed on a semiconductor substrate, that is, a semiconductor substrate in which a circuit element and aluminum wiring are formed, a semiconductor substrate in which a circuit element is formed, and the like. A substrate or the like can be used. By polishing the silicon oxide insulating film layer formed on such a semiconductor substrate with an abrasive, unevenness on the surface of the silicon oxide insulating film layer is eliminated, and a smooth surface is formed over the entire surface of the semiconductor substrate. Here, as a polishing device, a general polishing device having a holder for holding a semiconductor substrate and a surface plate to which a polishing cloth (pad) is attached (a motor or the like whose rotation speed is changeable) is used is used. it can. As the polishing cloth, general non-woven cloth, foamed polyurethane, porous fluororesin, etc. can be used without any particular limitation. Further, it is preferable that the polishing cloth is grooved so that the slurry is accumulated. The polishing conditions are not limited, but the rotation speeds of the holder and the surface plate are set to 100 to prevent the semiconductor substrate from popping out.
A low rotation speed of rpm or less is preferable, and the pressure applied to the semiconductor substrate is 100 kPa (1 kPa) so that scratches do not occur after polishing.
g / cm 2 ) or less is preferable. During polishing, an abrasive is continuously supplied to the polishing cloth with a pump or the like. Although there is no limitation on the supply amount, it is preferable that the surface of the polishing cloth is always covered with an abrasive.

【0018】研磨終了後の半導体基板は、流水中で良く
洗浄後、スピンドライヤ等を用いて半導体基板上に付着
した水滴を払い落としてから乾燥させることが好まし
い。このようにして平坦化されたシャロー・トレンチを
形成したあと、絶縁膜層の上に、アルミニウム配線を形
成し、その配線間及び配線上に再度上記方法により絶縁
膜を形成後、上記CMP研磨剤を用いて研磨することに
よって、絶縁膜表面の凹凸を解消し、半導体基板全面に
わたって平滑な面とする。この工程を所定数繰り返すこ
とにより、所望の層数の半導体を製造する。
It is preferable that the semiconductor substrate after the polishing is thoroughly washed in running water, and then water droplets adhering to the semiconductor substrate are removed by using a spin dryer or the like and then dried. After the shallow trenches thus flattened are formed, aluminum wirings are formed on the insulating film layer, and the insulating film is formed again between the wirings and on the wirings by the above method. By polishing with, the unevenness of the surface of the insulating film is eliminated and the entire surface of the semiconductor substrate is made smooth. By repeating this process a predetermined number of times, a semiconductor having a desired number of layers is manufactured.

【0019】[0019]

【実施例】(実施例1)脱イオン水1000gにポリビ
ニルピロリドン(重量平均分子量:30,000)を
0.1g添加し30分間撹拌混合した。続いてフッ化水
素酸を添加してpH=3に調整し、30分間撹拌混合し
たものをCMP研磨剤とした。
Example 1 To 1000 g of deionized water, 0.1 g of polyvinylpyrrolidone (weight average molecular weight: 30,000) was added, and the mixture was stirred and mixed for 30 minutes. Subsequently, hydrofluoric acid was added to adjust the pH to 3, and the mixture was stirred and mixed for 30 minutes to obtain a CMP abrasive.

【0020】上記作製した研磨剤を用いて、8インチウ
エハ上の酸化珪素膜(膜厚1000nm)を、研磨荷重
30kPa、定盤及びキャリア回転数50rpm、研磨
剤供給量200ml/min、研磨時間1分間)で研磨
した。
Using the above-prepared polishing agent, a silicon oxide film (thickness: 1000 nm) on an 8-inch wafer was polished at a polishing load of 30 kPa, a platen and a carrier rotation speed of 50 rpm, a polishing agent supply rate of 200 ml / min, and a polishing time of 1 For 1 minute).

【0021】研磨後の酸化珪素膜を干渉膜厚計(ラムダ
A:大日本スクリーン製)で面内X−Y方向に10点測
定したところ、残存膜厚は900nm/minであり、
面内膜厚均一性は3%であった。また、研磨した酸化珪
素膜を欠陥検査装置(SFS−6220:KLA−Te
ncor製)で欠陥数を測定したところ、0.2μm以
上の欠陥数は10個/ウエハだった。その後、ウエハ外
観検査顕微鏡(AL2000:オリンパス製)で欠陥部
を観察したところ研磨傷はなく全て異物だった。
The silicon oxide film after polishing was measured with an interference film thickness meter (Lambda A: manufactured by Dainippon Screen Co., Ltd.) at 10 points in the in-plane XY directions, and the residual film thickness was 900 nm / min.
The in-plane film thickness uniformity was 3%. In addition, the polished silicon oxide film is subjected to a defect inspection device (SFS-6220: KLA-Te).
The number of defects of 0.2 μm or more was 10 / wafer. After that, when the defective portion was observed with a wafer visual inspection microscope (AL2000: made by Olympus), there were no polishing scratches and all were foreign substances.

【0022】[0022]

【発明の効果】本発明により絶縁膜溶解剤、絶縁膜の溶
解保護剤及び水を含むCMP研磨剤を提供することがで
きる。また、このCMP研磨剤を用いて、被研磨膜のエ
ッチングを防止し且つCMP研磨中は被研磨膜表面を脆
弱化させながら研磨することすることにより、研磨傷を
発生することなく高速研磨し、高平坦化することが可能
な基板の研磨方法を適用できる。
The present invention can provide a CMP abrasive containing an insulating film dissolving agent, an insulating film dissolution protecting agent and water. Further, by using this CMP polishing agent to prevent etching of the film to be polished and to polish while polishing the surface of the film to be weakened during CMP polishing, high-speed polishing without causing polishing scratches, A method of polishing a substrate that can be highly planarized can be applied.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁膜溶解剤、絶縁膜の溶解保護剤及び
水を含むCMP研磨剤。
1. A CMP abrasive containing an insulating film dissolving agent, an insulating film dissolution protecting agent and water.
【請求項2】 絶縁膜溶解剤が強アルカリである、請求
項1記載のCMP研磨剤。
2. The CMP abrasive according to claim 1, wherein the insulating film dissolving agent is a strong alkali.
【請求項3】 絶縁膜溶解剤が含フッ酸である、請求項
1記載のCMP研磨剤。
3. The CMP polishing agent according to claim 1, wherein the insulating film dissolving agent is hydrofluoric acid-containing.
【請求項4】 絶縁膜の溶解保護剤がポリビニルピロリ
ドン、一般式(I) 【化1】 H(OCHCH)x−NR−(CHCHO)yH (I) (x,y:50〜200、R:炭素数が14〜18個の
アルキル基)で示されるポリ−オキシエチレン−アルキ
ルアミン化合物から選ばれた少なくとも1種である、請
求項1〜3のいずれかに記載のCMP研磨剤。
4. A dissolution protecting agent for an insulating film is polyvinylpyrrolidone, represented by the general formula (I): H (OCH 2 CH 2 ) x-NR- (CH 2 CH 2 O) yH (I) (x, y : 50 to 200, R: at least one selected from the poly-oxyethylene-alkylamine compounds represented by R: an alkyl group having 14 to 18 carbon atoms). CMP abrasive.
【請求項5】 絶縁膜溶解剤、絶縁膜の溶解保護剤及び
水を含むCMP研磨剤を研磨定盤上の研磨布に供給し、
絶縁膜が形成された半導体チップである基板の被研磨面
と接触させて被研磨面と研磨布を相対運動させ、被研磨
膜のエッチングを防止し且つCMP研磨中は被研磨膜表
面を脆弱化させながら基板表面を研磨することを特徴と
する、基板の研磨方法。
5. A CMP abrasive containing an insulating film dissolving agent, an insulating film dissolution protecting agent and water is supplied to a polishing cloth on a polishing platen,
The surface to be polished is relatively moved by bringing the surface to be polished into contact with the surface to be polished of the substrate which is the semiconductor chip on which the insulating film is formed, and the surface of the film to be polished is weakened during CMP polishing. A method for polishing a substrate, which comprises polishing the surface of the substrate while performing the polishing.
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