研磨劑、研磨劑套劑及基體的研磨方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及研磨劑、研磨劑套劑及基體的研磨方法。尤其是，本發(fā)明涉及作為半 導(dǎo)體元件的制造技術(shù)的基體表面平坦化工序中使用的研磨劑、研磨劑套劑及基體的研磨方 法。更進(jìn)一步詳細(xì)來說，本發(fā)明涉及淺溝槽（Shallowtrench)隔離絕緣材料、金屬前絕緣 材料、層間絕緣材料等的平坦化工序中使用的研磨劑、研磨劑套劑及基體的研磨方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，半導(dǎo)體元件的制造工序中，致力于高密度化和微細(xì)化的加工技術(shù)的重要 性越來越高。作為加工技術(shù)的一種，CMP(ChemicalMechanicalPolishing:化學(xué)機(jī)械研磨） 技術(shù)成為半導(dǎo)體元件的制造工序中對于淺溝槽隔離（STI)的形成、金屬前絕緣材料或者層 間絕緣材料的平坦化、插頭或嵌入金屬配線的形成等必要的技術(shù)。
[0003] 作為研磨劑使用最多的是含有二氧化硅（氧化硅）粒子作為磨粒的二氧化硅系研 磨劑，所述二氧化硅（氧化硅）粒子為氣相二氧化硅、膠態(tài)二氧化硅等。二氧化硅系研磨劑 的特征在于通用性高，通過適當(dāng)?shù)剡x擇磨粒含量、pH、添加劑等，可以對不管是絕緣材料還 是導(dǎo)電材料的廣泛種類的材料進(jìn)行研磨。
[0004] 另一方面，對主要以氧化硅等絕緣材料為對象、含有鈰化合物粒子作為磨粒的研 磨劑的需求也在擴(kuò)大。例如，含有氧化鈰（二氧化鈰）粒子作為磨粒的氧化鈰系研磨劑，BP 使以低于二氧化硅系研磨劑的磨粒含量，也能夠高速地研磨氧化硅（例如，參照下述專利 文獻(xiàn)1、2)。
[0005] 但是近年來在半導(dǎo)體元件的制造工序中，尋求達(dá)到配線的進(jìn)一步微細(xì)化，研磨時 產(chǎn)生的研磨損傷成為問題。即，利用傳統(tǒng)的氧化鈰系研磨劑進(jìn)行研磨時，即使產(chǎn)生微小的研 磨損傷，若該研磨損傷的大小比以前的配線寬度小，也不成為問題，但是在為了達(dá)到配線的 進(jìn)一步微細(xì)化的場合下，即使微小的研磨損傷也成為問題。
[0006] 對于該問題，有人研宄了使用4價金屬元素的氫氧化物粒子的研磨劑（例如，參照 下述專利文獻(xiàn)3?5)。此外，還有人對4價金屬元素的氫氧化物粒子的制造方法進(jìn)行了研 宄（例如，參照下述專利文獻(xiàn)6, 7)。這些技術(shù)通過活用4價金屬元素的氫氧化物粒子所具 有的化學(xué)作用且盡量減小其機(jī)械作用，來減少因粒子引起的研磨損傷。
[0007] 此外，在為了形成STI的CMP工序等中，進(jìn)行積層體的研磨，該積層體具有：配置于 具有凹凸圖案的基板凸部上的止動件（stopper)(含有止動件材料的研磨停止層），配置于 將凹凸圖案的凹部填埋的基板及止動件之上的絕緣材料（例如氧化硅）。在這樣的研磨中， 由止動件來停止絕緣材料的研磨。即止動件在露出的階段中使絕緣材料的研磨停止。這是 因為人為地控制絕緣材料的研磨量（絕緣材料的除去量）較困難，通過研磨絕緣材料至止 動件露出為止來控制研磨的程度。此時，有必要提高絕緣材料相對于止動件材料的研磨選 擇性（研磨速度比：絕緣材料的研磨速度/止動件材料的研磨速度）。對于該課題，下述專 利文獻(xiàn)8中公開了：研磨劑通過含有4價金屬元素氫氧化物的粒子與陽離子性聚合體及多 糖類的至少其一，可以高速地研磨氧化硅、且絕緣材料相對于氮化硅的研磨選擇比優(yōu)異。此 夕卜，下述專利文獻(xiàn)9中公開了：通過使用含有4價金屬元素氫氧化物的粒子與皂化度95摩 爾％以下的聚乙烯醇的研磨劑，得到較高的絕緣材料相對于多晶硅的研磨速度比。 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn)
[0008] 專利文獻(xiàn)1 :特開平10 - 106994號公報 專利文獻(xiàn)2 :特開平08 - 022970號公報 專利文獻(xiàn)3 :國際公開第2002/067309號 專利文獻(xiàn)4 :國際公開第2012/070541號 專利文獻(xiàn)5 :國際公開第2012/070542號 專利文獻(xiàn)6 :日本專利特開2006 - 249129號公報 專利文獻(xiàn)7 :國際公開第2012/070544號 專利文獻(xiàn)8 :國際公開第2009/131133號 專利文獻(xiàn)9 :國際公開第2010/143579號

【發(fā)明內(nèi)容】
發(fā)明要解決的課題
[0009] 近年來，在為了形成STI的CMP工序等中，為了提高平坦性及抑制腐蝕（止動件材 料的過度研磨）等目的，需要進(jìn)一步地提高絕緣材料相對于止動件材料的研磨選擇性。
[0010] 而本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，專利文獻(xiàn)8及9中公開的研磨劑，沒有形成圖案的覆蓋晶圓（無 圖晶圓、blanketwafer)以及形成了模擬圖案的有圖晶圓（patternwafer)中的凸部圖案 密度大的部分（凸部圖案密集的部分。例如，凸部圖案密度在50%以上的部分）中，絕緣材 料相對于止動件材料的研磨選擇性雖然被提高，但是有圖晶圓中的凸部圖案密度小的部分 (凸部圖案粗的部分。例如，凸部圖案密度不足50%的部分）中，止動件材料被過度研磨， 絕緣材料相對于止動件材料的研磨選擇性還有改善的余地。
[0011] 可是，在為了形成STI的CMP工序等中，在研磨氧化硅等絕緣材料且止動件露出的 階段使研磨停止后，為了避免絕緣材料在止動件上殘存，有時即使在止動件露出后也會對 絕緣材料進(jìn)行多余的研磨。該多余的研磨稱之為"過度（over)研磨"。例如，將在與研磨絕 緣材料直至止動件露出的時間A相同長度的時間（相當(dāng)于時間A的100%的時間）下進(jìn)行 的研磨稱之為" 100 %過度研磨"。
[0012] 然而，如果進(jìn)行過度研磨，相對較早露出的止動件材料部分，比相對較晚露出的止 動件材料部分經(jīng)過更長時間的研磨，所以有時被研磨過度。此時，同一有圖晶圓內(nèi)，止動件 的厚度變得局部不均，給最終得到的設(shè)備（半導(dǎo)體元件等）帶來不利影響。而且，確認(rèn)了在 有圖晶圓中的凸部圖案密度小的部分中這樣的現(xiàn)象較顯著，因此，尋求即使進(jìn)行過度研磨 時，也不依賴于凸部圖案密度而對止動件材料的研磨速度進(jìn)行抑制。
[0013] 本發(fā)明為了解決這些課題而完成，以提供研磨劑、研磨劑套劑及基體的研磨方法 為目的，所述研磨劑、研磨劑套劑及基體的研磨方法可以提高絕緣材料相對于止動件材料 的研磨選擇性，同時還在使用止動件的絕緣材料的研磨中，即使進(jìn)行過度研磨時也可以不 依賴凸部圖案密度而對止動件材料的研磨速度進(jìn)行抑制。 解決課題的手段
[0014]與此相對，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，將具有芳香環(huán)及聚氧化烯鏈的高分子化合物與陽離子 性聚合物并用時，絕緣材料相對于止動件材料的研磨選擇性與以往相比具有進(jìn)一步提高的 效果，同時，即使進(jìn)行過度研磨時，也可以不依賴凸部圖案密度而抑制止動件材料的研磨速 度。
[0015] 本發(fā)明涉及的研磨劑含有：液態(tài)介質(zhì)、含4價金屬元素的氫氧化物的磨粒、具有芳 香環(huán)及聚氧化烯鏈的高分子化合物、以及陽離子性聚合物，高分子化合物的重均分子量在 1000以上。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的研磨劑，可以提高絕緣材料相對于止動件材料的研磨選擇性。此外， 根據(jù)本發(fā)明的研磨劑，使用止動件對凸部圖案密度小的部分的絕緣材料進(jìn)行研磨的話，即 使進(jìn)行過度研磨時，也可以抑制止動件材料的研磨速度。因此，在使用止動件對絕緣材料的 研磨中，即使進(jìn)行過度研磨時，也可以不依賴凸部圖案密度而抑制止動件材料的研磨速度。 因此，根據(jù)本發(fā)明的研磨劑，使用止動件的絕緣材料的研磨中，即使進(jìn)行過度研磨時，也可 以不依賴凸部圖案密度，提高絕緣材料相對于止動件材料的研磨選擇性。
[0017]不過，雖然多年來作為所述止動件材料使用氮化硅，但是近年來在為了形成STI的CMP工序等中，為了進(jìn)一步提高平坦性，使用多晶硅作為止動件材料的情形在增加。此 時，從提高絕緣材料相對多晶硅的研磨選擇性方面出發(fā)，需要抑制多晶硅的研磨速度。但是 以往的研磨劑中，絕緣材料相對多晶娃的研磨選擇性還有改善的余地。
[0018]與此相對，根據(jù)本發(fā)明的研磨劑，可以提高絕緣材料相對多晶硅的研磨選擇性。此 夕卜，根據(jù)本發(fā)明的研磨劑，使用多晶硅作為止動件材料對凸部圖案密度小的部分的絕緣材 料進(jìn)行研磨時，即使進(jìn)行過度研磨時，也可以抑制多晶硅的研磨速度。因此，在使用多晶硅 作為止動件材料對絕緣材料的研磨中，即使進(jìn)行過度研磨時，也可以不依賴凸部圖案密度 而抑制多晶硅的研磨速度。因此，根據(jù)本發(fā)明的研磨劑，使用多晶硅作為止動