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TWI491717B - 研磨液與研磨方法 - Google Patents

研磨液與研磨方法 Download PDF

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TWI491717B
TWI491717B TW100127031A TW100127031A TWI491717B TW I491717 B TWI491717 B TW I491717B TW 100127031 A TW100127031 A TW 100127031A TW 100127031 A TW100127031 A TW 100127031A TW I491717 B TWI491717 B TW I491717B
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上村哲也
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富士軟片股份有限公司
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Description

研磨液與研磨方法
本發明是有關於一種於半導體積體電路的製造步驟中使用的研磨液與使用該研磨液的研磨方法。
於以半導體積體電路(以下有時記為「LSI」)為代表之半導體元件的開發中，為了小型化、高速化，近年來開始需求配線之微細化與積層化所帶的高密度化、高積體化。作為用以實現此需求的技術，開始使用化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing，以下有時記為「CMP」)等各種技術。該CMP是進行層間絕緣膜等被加工膜之表面平坦化、插塞之形成、埋設金屬配線之形成等情形時所必須的技術，並進行基板之平滑化等。
CMP的一般性方法是於圓形之研磨定盤(壓盤)上貼附研磨墊，以研磨液浸漬研磨墊表面，將基板(晶圓)之表面(被研磨面)按壓於墊上，於自其背面施加規定壓力(研磨壓力)之狀態下，使研磨定盤與基板此兩者旋轉，利用所產生之機械摩擦而使基板之表面平坦化。
CMP於近年來開始應用於半導體製造之各步驟中，作為其中一個態樣，例如可列舉於電晶體之製作中的閘極形成步驟中之應用。
此處，於先前之電晶體中，雖然製作了以於多晶矽中注入有B等雜質而成的改質多晶矽為主的閘極，但於45 nm世代以後之電晶體中，為了兼顧待機(standby)時之消耗電力之減低與高電流驅動能力，開始研究高介電常數閘極絕緣膜(High-k膜)與代替先前的多晶矽的金屬閘極電極之應用。作為應用該些之技術已提出了數種方法。例如提出了形成虛設閘極絕緣膜與虛設閘極電極，於多晶矽膜中自動對準(self-aligning)地注入雜質而形成源極-汲極擴散層，將虛設閘極絕緣膜與虛設閘極電極除去後，形成高介電常數閘極絕緣膜與金屬閘極電極的方法(例如參照專利文獻1等)。
而且，關於金屬閘極電極的形成法亦提出了數種方法。其中的一個候補是全金屬矽化閘極(Fully silicided gate、以下稱為「FUSI閘極」)。FUSI閘極可與先前之CMOS製程同樣地藉由對以多晶矽所形成之閘極電極進行金屬矽化而形成，但先前是僅僅對閘極電極之上部進行金屬矽化，相對於此，於FUSI中對閘極電極之整體進行金屬矽化。FUSI與藉由鑲嵌製程(damascene process)而形成金屬閘極電極的方法相比而言，先前的CMOS製程的訣竅(know-how)變得有用，因此於製程構築上的優點大。
於近年來，於使用此種多晶矽或改質多晶矽(以下有時僅總稱為「多晶矽等」)之閘極形成中，對於該多晶矽等、以及覆蓋其周邊的第二材料、第三材料，選擇性地進行CMP(例如參照專利文獻2、專利文獻3)。然而，若使用先前公知之研磨液藉由CMP對包含多晶矽等的被研磨體進行研磨，則存在欲作為閘極材料而殘留的多晶矽等被過剩地研磨之問題，由此進一步成為所得之LSI之性能劣化等之主要原因。
為了解決上述問題、LSI性能劣化等問題，於專利文獻4中揭示了一種研磨液，所述研磨液用於至少具有第1層以及第2層而構成的被研磨體之化學機械研磨中，所述第1層包含多晶矽或改質多晶矽，以及所述第2層包含選自由氧化矽、氮化矽、碳化矽、碳氮化矽、氧碳化矽與氧氮化矽所構成之群組之至少1種，且所述研磨液含有膠體二氧化矽粒子、有機酸與陰離子性界面活性劑，pH為1.5～7.0，且相對於第1層，可選擇性地對第2層進行研磨。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2007-12922號公報
[專利文獻2]日本專利特開平06-124932號公報
[專利文獻3]日本專利特開2009-540575號公報
[專利文獻4]日本專利特開2009-290126號公報
藉由使用專利文獻4中所揭示之研磨液，雖然對於LSI之性能劣化等問題可獲得一定的效果，但希望其進一步之提高。
因此，本發明之目的在於提供一種於半導體積體電路之製作的化學機械研磨中，研磨速度迅速，且可選擇性地抑制包含多晶矽或改質多晶矽之層的研磨，另外可實現研磨液保存時高的經時穩定性(隨著時間之經過所造成之劣化的抑制、防止性)的研磨液、與使用該研磨液之研磨方法。
用以解決所述問題之具體手段如下所示。
[1]　一種研磨液，其是至少具有第1層與第2層而構成的半導體基板之化學機械研磨中所使用的研磨液，其中第1層包含多晶矽或改質多晶矽，第2層包含選自由氧化矽、氮化矽、碳化矽、碳氮化矽、氧碳化矽與氧氮化矽所構成之群組之至少1種，其特徵在於：含有下述(1)與(2)所示之各成分，pH為1.5～5.0，且於將第1層之研磨速度設為RR(p-Si)、將第2層之研磨速度設為RR(other)之情形時，可於以RR(other)/RR(p-Si)所表示之比為1.5～200之範圍內對被研磨體進行研磨，
(1)膠體二氧化矽粒子
(2)選自磷酸、焦磷酸、多磷酸之至少1種的無機磷酸化合物。
[2]　如[1]所述之研磨液，其進一步包含通式(I)所表示之陰離子性界面活性劑作為第3成分，
R1 -SO3 X　(I)
[於通式中，R1 表示碳數為6～30的烷基、烯基、環烷基、芳基、芳烷基或2個以上該些基組合而成的基；X表示氫、鋰、鈉、鉀、銨陽離子或四級銨陽離子]。
[3]　如[2]所述之研磨液，其包含以選自由下述通式(II)、通式(III)、通式(IV)與通式(V)所表示之化合物所構成之群組之至少1種代替所述通式(I)所表示之陰離子性界面活性劑而作為第3成分，或者包含選自由下述通式(II)、通式(III)、通式(IV)與通式(V)所表示之化合物所構成之群組之至少1種與所述通式(I)所表示之陰離子性界面活性劑而共同作為第3成分，
R1 -O-SO3 X　(II)
[於通式(II)中，R1 表示碳數為6～30的烷基、烯基、環烷基、芳基、芳烷基或2個以上該些基組合而成的基；X表示氫原子、鈉、鉀、銨陽離子、四級銨陽離子、二乙醇胺或三乙醇胺]，
R2 -O-(CH2 CH2 O)n -SO3 X　(III)
[於通式(III)中，R2 表示碳數為6～30的烷基、烯基、環烷基、芳基、芳烷基或2個以上該些基組合而成的基；n表示1～10之整數；X與通式(II)中同義]，
[於通式(IV)中，R3 表示碳數為6～30的烷基、烯基、環烷基、芳基、芳烷基或2個以上該些基組合而成的基，X與通式(II)中同義，多個存在之X可相互相同亦可不同]，
[於通式(V)中，R4 表示碳數為1～20的伸烷基、伸炔基、伸環烷基、伸芳基、伸烷基氧基或2個以上該些基組合而成的基；R5 ～R9 分別獨立地表示氫原子、羥基、碳數為1～30的烷基、烯基、環烷基、芳基、芳烷基、磺基、羧基與包含該些基之烴基中的任意基；X與通式(II)中同義]。
[4]　如[1]～[3]中任一項所述之研磨液，其中相對於研磨液之總重量，膠體二氧化矽粒子之濃度為0.1 wt%～10 wt%。
[5]　如[1]～[4]中任一項所述之研磨液，其中膠體二氧化矽粒子之平均一次粒徑為5 nm～100 nm之範圍，且平均二次粒徑為10 nm～300 nm之範圍。
[6]　如[1]～[5]中任一項所述之研磨液，其中膠體二氧化矽粒子具有負的ζ電位，該ζ電位為-50 mV～-5 mV。
[7]　如[1]～[6]中任一項所述之研磨液，其中無機磷酸化合物之含量為0.001 wt%～10 wt%。
[8]　如[2]～[7]中任一項所述之研磨液，其中相對於研磨液之總重量，陰離子界面活性劑之濃度為0.001 wt%～1 wt%。
[9]　如[2]～[8]中任一項所述之研磨液，其中陰離子界面活性劑為多價陰離子型界面活性劑。
[10]　如[1]～[9]中任一項所述之研磨液，其中研磨液中之導電度處於0.01～12(mS/cm)之範圍。
[11]　一種半導體元件的製造方法，其特徵在於：於實施化學機械研磨(CMP)法時，實施包含如下步驟的加工處理，其中化學機械研磨法用以對至少具有第1層以及第2層而構成的半導體基板表面進行研磨，第1層包含多晶矽或改質多晶矽，第2層包含選自由氧化矽、氮化矽、碳化矽、碳氮化矽、氧碳化矽與氧氮化矽所構成之群組之至少1種，
(a)準備包含下述(1)與(2)之各成分，且pH為1.5～5.0之研磨液的步驟；
(b)於半導體基板之表面賦予研磨液而使研磨墊與此處接觸的步驟；
(c)於對半導體基板之第1層與第2層進行研磨時，一面以為了使第2層磨耗的充分時間，經由研磨液而使研磨墊與半導體基板的表面持續接觸，一面使研磨墊與半導體基板相對運動，以對被研磨體進行研磨的步驟，其中於將第1層之研磨速度設為RR(p-Si)、將第2層之研磨速度設為RR(other)之情形時，可於RR(other)/RR(p-Si)所表示之比為1.5～200之範圍內對被研磨體進行研磨；
(1)膠體二氧化矽粒子
(2)選自磷酸、焦磷酸、多磷酸之至少1種的無機磷酸化合物。
[12]　如[11]所述之半導體元件的製造方法，其中，進一步包含選自由通式(I)～通式(V)所表示之化合物所構成之群組之化合物作為第3成分，
R1 -SO3 X　(I)
[於通式(I)中，R1 表示碳數為6～30的烷基、烯基、環烷基、芳基、芳烷基或2個以上該些基組合而成的基；X表示氫原子、鋰、鈉、鉀、銨陽離子或四級銨陽離子]，
R1 -O-SO3 X　(II)
[於通式(II)中，R1 與通式(I)中同義；X表示氫原子、鈉、鉀、銨陽離子、四級銨陽離子、二乙醇胺或三乙醇胺]，
R2 -O-(CH2 CH2 O)n -SO3 X　(III)
[於通式(III)中，R2 表示碳數為6～30的烷基、烯基、環烷基、芳基、芳烷基或2個以上該些基組合而成的基；n表示1～10之整數；X與通式(II)中同義]，
[於通式(IV)中，R3 表示碳數為6～30的烷基、烯基、環烷基、芳基、芳烷基或2個以上該些基組合而成的基，X與通式(II)中同義，多個存在之X可相互相同亦可不同]，
[於通式(V)中，R4 表示碳數為1～20的伸烷基、伸炔基、伸環烷基、伸芳基、伸烷基氧基或2個以上該些基組合而成的基；R5 ～R9 分別獨立地表示氫原子、羥基、碳數為1～30的烷基、烯基、環烷基、芳基、芳烷基、磺基、羧基與包含該些基之烴基中的任意基；X與通式(II)中同義]。
[發明的效果]
藉由本發明，可提供一種於半導體積體電路之製作的化學機械研磨中，研磨速度迅速，且可選擇性地抑制包含多晶矽或改質多晶矽之層的研磨，另外可實現研磨液保存時高的經時穩定性的研磨液、與使用該研磨液之研磨方法。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
以下，本發明之研磨液是組合含有膠體二氧化矽粒子、無機磷酸化合物、視需要之特定之陰離子界面活性劑，且將pH調整為規定之區域的研磨液。藉此可達成相對於先前所提出之研磨液於CMP步驟中更良好之研磨，特別是可起到如下之優異之效果：於整體中維持迅速之研磨，且選擇性地抑制多晶矽或改質多晶矽之研磨速度。以下，對本發明基於其較佳之實施態樣而加以詳細之說明。
[研磨液]
本發明之研磨液含有下述各成分，且pH為1.5～5.0，
(1)膠體二氧化矽粒子
(2)選自磷酸、焦磷酸與多磷酸之至少1種的無機磷酸化合物。
於本發明中，所謂「研磨液」不僅表示於研磨中使用時之研磨液(亦即，視需要進行了稀釋之研磨液)，而且亦包含研磨液之濃縮液。所謂濃縮液或進行了濃縮之研磨液是表示與於研磨中使用時之研磨液相比而言，溶質之濃度被調整得更高之研磨液，是於研磨中使用時，藉由水或水溶液等加以稀釋而於研磨中使用的液體。稀釋倍率通常為1～20體積倍。於本說明書中，所謂「濃縮」與「濃縮液」是依照表示較使用狀態「更濃」與「更濃的液體」的慣用表現而使用，以與伴隨著蒸發等物理性濃縮操作的一般術語的含義不同的用法而使用。而且，於本發明中，所謂化合物是除了以該化學式等所表示之化合物以外，亦包含其鹽、其離子的含義。
本發明之研磨液可於應用多晶矽或改質多晶矽作為電極材料，藉由CMP而實施半導體積體電路中之閘極電極之形成時適宜地使用。更具體而言，本發明之研磨液可於製作半導體積體電路時之平坦化步驟中，於至少具有第1層以及第2層而構成的被研磨體的化學機械研磨中使用，其中第1層包含多晶矽或改質多晶矽，第2層包含選自由氧化矽、氮化矽、碳化矽、碳氮化矽、氧碳化矽與氧氮化矽所構成之群組之至少1種。
本發明之研磨液之特徵在於含有所述(1)與(2)所示之各成分，且pH為1.5～5.0，藉此可相對於包含多晶矽或改質多晶矽的第1層，更加選擇性地研磨所述包含選自由氧化矽、氮化矽、碳化矽、碳氮化矽、氧碳化矽、與氧氮化矽所構成之群組之至少1種的第2層。
關於相對於所述第1層更選擇性地研磨第2層，本發明之研磨液較佳的是於將所述第1層之研磨速度設為RR(p-Si)，將所述第2層之研磨速度設為RR(other)之情形時，可於以RR(other)/RR(p-Si)所表示之比為1.5～200之範圍內對所述被研磨體進行研磨的研磨液。以RR(other)/RR(p-Si)所表示之比更佳的是3～100之範圍。藉由使RR(other)/RR(p-Si)所表示之比為此種範圍內，可抑制對於第1層之不希望之研磨，而且亦可有效地抑制由於在研磨時對第1層與其基礎層之膜界面所施加之過剩之應力而產生的第1層之不均勻之剝離。
因此，藉由使用本發明之研磨液，即使於LSI之製作中，藉由CMP而實施包含多晶矽或改質多晶矽而構成的閘極電極之形成之情形時，該閘極電極亦不被過度研磨；另一方面，對於要求迅速研磨之除多晶矽或改質多晶矽以外之包含矽系材料的層，亦可迅速地進行研磨。
[膠體二氧化矽粒子]
本發明之研磨液含有膠體二氧化矽粒子，較佳的是成為研磨粒之至少一部分，表面顯示負的ζ電位的膠體二氧化矽粒子。作為此種膠體二氧化矽粒子，並無特別的限制，較佳的是藉由在具有正電荷的膠體二氧化矽粒子之表面吸附陰離子性化合物，而於表面顯示負的ζ電位的膠體二氧化矽粒子。亦即，較佳的是藉由將具有正電荷之膠體二氧化矽粒子與陰離子性化合物加以調配，於研磨液系統中，於膠體二氧化矽粒子之表面吸附陰離子性化合物，從而使膠體二氧化矽粒子之表面顯示負的ζ電位。
作為由此而對表面進行了修飾或改質的膠體二氧化矽粒子，較佳的是於粒子內部並不含有鹼金屬等雜質，且由烷氧基矽烷之水解而所得的膠體二氧化矽粒子。另一方面，雖然亦可使用藉由自鹼性矽酸鹽水溶液中除去鹼之方法而製造的膠體二氧化矽粒子，但於此情形時，存在殘留於粒子內部之鹼金屬緩緩地溶出，對研磨性能造成影響之虞。自此種觀點考慮，更佳的是以烷氧基矽烷之水解而所得之膠體二氧化矽粒子為原料。
(陰離子性化合物)
首先，對作為表面顯示負的ζ電位的膠體二氧化矽粒子之1種的於表面吸附有陰離子性化合物的膠體二氧化矽粒子加以說明。
此處所使用之陰離子性化合物若為通常之陰離子性化合物則可為任意化合物，可為無機陰離子性化合物亦可為有機陰離子性化合物。但後述之陰離子性界面活性劑除外。
自使所述膠體二氧化矽粒子之表面為負的ζ電位，控制研磨速度之觀點考慮，較佳的是相對於研磨液之總重量，研磨液中之所述陰離子性化合物之濃度為0.00005 wt%～1 wt%。更佳的是0.0001 wt%～1 wt%，特佳的是0.001 wt%～1 wt%。
使陰離子性化合物與具有正電荷之膠體二氧化矽粒子作用，可獲得表面顯示負的ζ電位的膠體二氧化矽粒子這一現象可藉由如下之方式而確認。
亦即，可根據於含有氧化劑、腐蝕抑制劑之研磨液A中添加所述陰離子性化合物而獲得研磨液B時，研磨液B之研磨速度是否成為研磨液A(添加所述陰離子性化合物前之研磨液)之研磨速度之80%以下而確認。較佳的是研磨速度成為使用所述研磨液A之情形時的50%以下。
藉由所述方法可確認：形成了表面顯示負的ζ電位的膠體二氧化矽粒子；以及由於該表面顯示負的ζ電位的膠體二氧化矽粒子，而使研磨選擇性提高。
為了使如上所述之陰離子性化合物吸附於膠體二氧化矽粒子之表面，亦可僅僅將上述化合物與膠體二氧化矽粒子加以混合。
藉此，於具有若干負電荷之膠體二氧化矽粒子表面吸附如上所述之結構的陰離子性化合物，獲得表面顯示負的ζ電位的膠體二氧化矽粒子。
此處，於本發明中，膠體二氧化矽粒子之表面之ζ電位例如可藉由電泳法、超音波振動法之手段而進行測定。具體的測定機器可使用DT-1200(Nihon Rufuto Co.,Ltd.)等。
ζ電位之範圍並無特別之限定，較佳的是-50 mV～-3 mV，更佳的是-30 mV～-3 mV，特佳的是-20 mV～-5 mV。
成為原料之膠體二氧化矽粒子之粒徑可根據使用目的而適宜選擇。作為膠體二氧化矽粒子之粒徑，平均一次粒徑較佳的是5 nm～100 nm之範圍，更佳的是10 nm～100 nm之範圍，進一步更佳的是10 nm～80 nm之範圍。而且，膠體二氧化矽粒子之平均二次粒徑較佳的是10 nm～300 nm之範圍，更佳的是20 nm～300 nm之範圍，進一步更佳的是20 nm～200 nm之範圍。
作為本發明之膠體二氧化矽粒子，特佳的形態是平均一次粒徑為5 nm～100 nm之範圍，且平均二次粒徑為10 nm～300 nm之範圍。
藉由使膠體二氧化矽粒子之粒徑滿足上述範圍，可有效地抑制研磨損傷之產生。
此處，本發明之膠體二氧化矽粒子之平均一次粒徑表示為：求出體積基準的粒度累積曲線，該曲線之累積度數為50%之點的粒徑。
另外，該膠體二氧化矽粒子之平均一次粒徑可藉由電子顯微鏡(穿透型)等而測定。
而且，膠體二氧化矽粒子之一部分締合而形成的二次粒子之平均粒徑(平均二次粒徑)表示為於藉由動態光散射法而所得的粒度分布中所求得的平均粒徑。求出粒度分布的測定裝置例如使用堀場製作所製造的LB-500等。
相對於研磨液(以下是指於研磨中使用時之研磨液，亦即，於以水或水溶液加以稀釋之情形時為稀釋後的研磨液。以後之「於研磨中使用時之研磨液」亦同義)之總重量，本發明之研磨液中的膠體二氧化矽粒子之含量較佳的是0.5 wt%～10 wt%，更佳的是0.5 wt%～8 wt%，特佳的是1 wt%～7 wt%。亦即，膠體二氧化矽粒子之含量於以充分之研磨速度對第2層進行研磨之方面考慮較佳的是0.5 wt%以上，於保存穩定性之方面考慮較佳的是10 wt%以下。
於本發明之研磨液中，亦可於不損及本發明之效果的範圍內併用膠體二氧化矽粒子以外之研磨粒，於此情形時，於所有研磨粒中，表面顯示負的ζ電位之膠體二氧化矽粒子的含有比例較佳的是50 wt%以上，特佳的是80 wt%以上。所含有的研磨粒亦可均為表面顯示負的ζ電位的膠體二氧化矽粒子。
對於本發明之研磨液而言，可與膠體二氧化矽粒子併用之研磨粒可列舉氣相法二氧化矽(fumed silica)、二氧化鈰、氧化鋁、二氧化鈦等。該些併用研磨粒之大小較佳的是與表面顯示負的ζ電位的膠體二氧化矽粒子同等或者為其以上，而且2倍以下。
[特定之無機磷酸化合物]
本發明之研磨液含有選自磷酸(H3 PO4 )、焦磷酸(H4 P2 O7 )與多磷酸之至少1種無機磷酸化合物。此處，多磷酸表示包含縮合磷酸(Hn +2 Pn O3n+1 )與偏磷酸(HPO3 )n ，n表示3以上之整數。
藉由添加該化合物，對於氮化矽之研磨速度(RRa)相對於未添加該化合物時之研磨速度(RRb)具有(RRa)>(RRb)之關係之情形時，可定義為該化合物具有作為對於氮化矽之促進劑的功能。可根據該關係之有無而進行該化合物是否具有作為對於氮化矽之促進劑的功能的判斷。
研磨液中所含有之無機磷酸化合物可僅為1種，亦可併用2種以上。相對於於研磨中使用時之研磨液之重量，研磨液中之無機磷酸化合物之含量較佳的是0.001 wt%～15 wt%，更佳的是0.005 wt%～10 wt%，進一步更佳的是0.05 wt%～5 wt%。亦即，無機磷酸化合物之含量於達成充分之研磨速度之方面考慮較佳的是上述下限值以上，自維持良好之平坦性之方面考慮較佳的是上述上限值以下。
[特定之陰離子性界面活性劑]
較佳的是本發明之研磨液含有至少1種下述通式(I)～通式(V)之任意式所表示之陰離子性界面活性劑。
R1 -SO3 X　(I)
[於通式中，R1 表示碳數為6～30的烷基、烯基、環烷基、芳基、芳烷基或2個以上該些基組合而成的基。X表示氫、鋰、鈉、鉀、銨陽離子或四級銨陽離子。]
R1 -O-SO3 X　(II)
[於通式(II)中，R1 表示碳數為6～30的烷基、烯基、環烷基、芳基、芳烷基或2個以上該些基組合而成的基。X表示氫原子、鈉、鉀、銨陽離子、四級銨陽離子、二乙醇胺、或三乙醇胺。]
R2 -O-(CH2 CH2 O)n -SO3 X　(III)
[於通式(III)中，R2 表示碳數為6～30的烷基、烯基、環烷基、芳基、芳烷基或2個以上該些基組合而成的基。n表示1～10之整數。X與通式(II)中同義。]
[於通式(IV)中，R3 表示碳數為6～30的烷基、烯基、環烷基、芳基、芳烷基或2個以上該些基組合而成的基，X與通式(II)中同義，多個存在之X可相互相同亦可不同。]
[於通式(V)中，R4 表示碳數為1～20的伸烷基、伸炔基、伸環烷基、伸芳基、伸烷基氧基或2個以上該些基組合而成的基。R5 ～R9 分別獨立地表示氫原子、羥基、碳數為1～30的烷基、烯基、環烷基、芳基、芳烷基、磺基、羧基與包含該些基之烴基中的任意基。X與通式(II)中同義。]
上述陰離子性界面活性劑之較佳具體例如下所示。本發明並不限定於該些化合物。
[化7]
陰離子性界面活性劑可使用1種，亦可使用2種以上。相對於於研磨中使用時之研磨液之重量，陰離子性界面活性劑之含量較佳的是0.001 wt%～1 wt%，更佳的是0.01 wt%～1 wt%，進一步更佳的是0.1 wt%～1 wt%。藉由使陰離子性界面活性劑之含量為該範圍，可使多晶矽之研磨速度之抑制效果變良好。
此處，關於界面活性劑之作用，包含推斷而對概略加以說明。多晶矽之表面相對於其他膜而言為疏水性的，因此可吸附界面活性劑。例如，於添加陰離子界面活性劑之情形時，可推斷其以界面活性劑之疏水部朝向多晶矽表面，陰離子性親水部朝向外部之形狀進行排列。即，於添加陰離子界面活性劑之情形時，於多晶矽表面形成吸附層，其表面電荷具有陰離子性。此處，於存在具有負的ζ電位之膠體二氧化矽粒子之情形時，由於相互之負電荷，於膠體二氧化矽粒子與多晶矽之間斥力起作用。由於該斥力，且亦由於所共存之無機磷酸化合物之作用，兩者之接觸次數減少，結果研磨速度得到大幅抑制。
[有機酸]
而且，於本發明之研磨液中，可於不損及本發明之效果的範圍內，併用一般的其他有機酸。
作為其他有機酸，較理想的是水溶性有機酸，例如可列舉水溶性之有機酸或胺基酸。該有機酸或胺基酸之例子例如更佳的是選自以下之群組之化合物。
亦即，有機酸例如可列舉甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、2-甲基丁酸、正己酸、3,3-二甲基丁酸、2-乙基丁酸、4-甲基戊酸、正庚酸、2-甲基己酸、正辛酸、2-乙基己酸、苯甲酸、乙醇酸、水楊酸、甘油酸、草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、馬來酸、鄰苯二甲酸、蘋果酸、酒石酸、檸檬酸、乳酸、羥基乙基亞胺基二乙酸、亞胺基二乙酸、乙醯胺基亞胺基二乙酸、次氮基三丙酸、次氮基三甲基膦酸、二羥基乙基甘胺酸、三(羥甲基)甲基甘胺酸、與該些有機酸之銨鹽或鹼金屬鹽等鹽、或該些之混合物等。
而且，胺基酸例如可列舉甘胺酸、L-丙胺酸、β-丙胺酸、L-2-胺基丁酸、L-正纈胺酸、L-纈胺酸、L-白胺酸、L-甘白胺酸、L-異白胺酸、L-別異白胺酸、L-苯丙胺酸、L-脯胺酸、肌胺酸、L-鳥胺酸、L-離胺酸、牛磺酸、L-絲胺酸、L-蘇胺酸、L-別蘇胺酸、L-高絲胺酸、L-酪胺酸、3,5-二碘-L-酪胺酸、β-(3,4-二羥基苯基)-L-丙胺酸、L-甲狀腺素、4-羥基-L-脯胺酸、L-半胱胺酸、L-甲硫胺酸、L-乙硫胺基丁酸、L-羊毛硫胺酸、L-胱硫醚、L-胱胺酸、L-半胱胺酸、L-天冬胺酸、L-麩胺酸、S-(羧甲基)-L-半胱胺酸、4-胺基丁酸、L-天冬醯胺、L-麩醯胺、偶氮絲胺酸、L-精胺酸、L-刀豆胺酸、L-瓜胺酸、δ-羥基-L-離胺酸、肌酸、L-犬尿胺酸、L-組胺酸、1-甲基-L-組胺酸、3-甲基-L-組胺酸、麥角組織胺基硫、L-色胺酸、放線菌素C1、蜂毒明肽、血管收縮素I、血管收縮素II與抗蛋白酶等。
可進一步併用之有機酸可列舉次氮基三乙酸、二乙三胺五乙酸、乙二胺四乙酸、草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、馬來酸、鄰苯二甲酸、蘋果酸、酒石酸、檸檬酸、氧二乙酸、2-呋喃甲酸、2,5-呋喃二甲酸、3-呋喃甲酸、2-四氫呋喃甲酸、氧二乙酸、甲氧基乙酸、甲氧基苯乙酸、苯氧基乙酸或該些之混合物等。該些有機酸中，自可達成良好之選擇比之方面考慮，較佳的是乙二胺四乙酸、草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、馬來酸、鄰苯二甲酸、蘋果酸、酒石酸、檸檬酸、氧二乙酸，更佳的是草酸、己二酸、庚二酸、馬來酸、蘋果酸、酒石酸、檸檬酸、氧二乙酸。
於併用上述其他有機酸之情形時，相對於研磨中使用時之研磨液之重量，有機酸之總含量較佳的是0.01 wt%～10 wt%，更佳的是0.1 wt%～10 wt%，進一步更佳的是0.5 wt%～5 wt%。
[其他成分]
另外，於本發明之研磨液中，除了上述之必須成分以外，亦可視需要添加任意之成分。以下對亦可任意使用之其他成分加以說明。
(腐蝕抑制劑)
於本發明之研磨液中亦可含有吸附於被研磨表面而形成皮膜，從而控制金屬表面之腐蝕的腐蝕抑制劑。本發明中之腐蝕抑制劑較佳的是含有於分子內具有3個以上氮原子，且具有縮環結構的雜芳香環化合物。此處，「3個以上氮原子」較佳的是構成縮環之原子，此種雜芳香環化合物較佳的是苯并三唑與於該苯并三唑中導入各種取代基而成的衍生物。
可於本發明中使用之腐蝕抑制劑可列舉：苯并三唑(以下亦稱為「BTA」)、1,2,3-苯并三唑、5,6-二甲基-1,2,3-苯并三唑、1-(1,2-二羧基乙基)苯并三唑、1-[N,N-雙(羥基乙基)胺基甲基]苯并三唑、1-(羥基甲基)苯并三唑等，其中更佳的是選自1,2,3-苯并三唑、5,6-二甲基-1,2,3-苯并三唑、1-(1,2-二羧基乙基)苯并三唑、1-[N,N-雙(羥基乙基)胺基甲基]苯并三唑與1-(羥基甲基)苯并三唑。
此種腐蝕抑制劑的添加量相對於於研磨中使用時的研磨液的重量而言較佳的是0.01 wt%～0.2 wt%，更佳的是0.05 wt%～0.2 wt%。亦即，此種腐蝕抑制劑的添加量自不使凹陷擴大之方面考慮較佳的是0.01 wt%以上，自保存穩定性之方面考慮較佳的是0.2 wt%以下。
(氧化劑)
本發明之研磨液亦可含有對研磨對象之金屬進行氧化的化合物(氧化劑)。
氧化劑例如可列舉過氧化氫、過氧化物、硝酸鹽、碘酸鹽、過碘酸鹽、次氯酸鹽、亞氯酸鹽、氯酸鹽、過氯酸鹽、過硫酸鹽、重鉻酸鹽、高錳酸鹽、臭氧水、與銀(II)鹽、鐵(III)鹽，其中可較佳地使用過氧化氫。
另外，作為鐵(III)鹽，例如除了硝酸鐵(III)、氯化鐵(III)、硫酸鐵(III)、溴化鐵(III)等無機鐵(III)鹽以外，亦可較佳地使用鐵(III)之有機錯鹽。
(pH調整劑)
本發明之研磨液必須為pH為1.5～5.0。下限值若為左側之值以上則並無特別之限定，較佳的是pH為1.5以上，更佳的是pH為1.7以上，進一步更佳的是pH為1.8以上，特佳的是pH為2.0以上。上限值亦無特別之限制，較佳的是pH為4.5以下，更佳的是pH為4.0以下。本發明之研磨液於pH為該範圍內可發揮優異之效果。
為了將研磨液之pH調整為上述範圍，可使用鹼/酸或緩衝劑。
鹼/酸或緩衝劑可較佳地列舉氨、氫氧化銨與四甲基氫氧化銨等有機氫氧化銨、二乙醇胺、三乙醇胺、三異丙醇胺等烷醇胺類等非金屬鹼性試劑，氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰等鹼金屬氫氧化物，硝酸、硫酸、磷酸等無機酸，碳酸鈉等碳酸鹽、磷酸三鈉等磷酸鹽、硼酸鹽、四硼酸鹽、羥基苯甲酸鹽等。特佳之鹼性試劑為氫氧化銨、氫氧化鉀、氫氧化鋰與四甲基氫氧化銨。
鹼/酸或緩衝劑之添加量若為將pH維持為較佳之範圍的量即可，於1 L之於研磨中使用時之研磨液中，較佳的是0.0001 mol～1.0 mol，更佳的是0.003 mol～0.5 mol。另外，於本發明中，若無特別之限定，則可藉由於後述實例中所採用之測定方法而測定pH。
(螯合劑)
本發明之研磨液為了使所混入之多價金屬離子等之不良影響減低，較佳的是視需要含有螯合劑(亦即硬水軟化劑)。
螯合劑為鈣或鎂之沈澱抑制劑亦即通用之硬水軟化劑或其類似化合物，例如可列舉次氮基三乙酸、二乙三胺五乙酸、乙二胺四乙酸、N,N,N-胺基三亞甲基膦酸、乙二胺-N,N,N',N'-四亞甲基磺酸、反式環己二胺四乙酸、1,2-二胺基丙烷四乙酸、二醇醚二胺四乙酸、乙二胺鄰羥基苯乙酸、乙二胺二琥珀酸(SS體)、N-(2-羧酸酯基乙基)-L-天冬醯胺、β-丙胺酸二乙酸、2-膦酸基丁烷-1,2,4-三甲酸、1-羥基亞乙基-1,1-二膦酸、N,N'-雙(2-羥基苄基)乙二胺-N,N'-二乙酸、1,2-二羥基苯-4,6-二磺酸等。
螯合劑亦可視需要併用2種以上。
螯合劑之添加量若為可充分地對所混入之多價金屬離子等金屬離子進行封端的量即可，例如於1 L的於研磨中使用時之研磨液中，以成為0.0003 mol～0.07 mol之方式進行添加。
[半導體基板(研磨對象)]
可適宜地應用本發明之研磨液的研磨對象是至少具有第1層1以及第2層2而構成的被研磨體(半導體基板)，其中第1層1包含多晶矽或改質多晶矽，第2層2包含選自由氧化矽、氮化矽、碳化矽、碳氮化矽、氧碳化矽與氧氮化矽所構成之群組之至少1種(參照圖1(a))。更詳細而言，可於應用多晶矽或改質多晶矽作為電極材料，藉由CMP實施半導體積體電路中的閘極電極之形成時適宜使用。
另外，本發明中之「改質多晶矽」是表示於多晶矽中包含摻雜有B或P等雜質元素之矽。
通常情況下，於形成閘極電極時，於基板表面形成由氧化矽等所構成之層，藉由蝕刻等於其上形成凹部，於所形成之凹部填充多晶矽或改質多晶矽而形成第1層1。其次，於其表面積層包含選自由氧化矽、氮化矽、碳化矽、碳氮化矽、氧碳化矽與氧氮化矽所構成之群組之至少1種的第2層2而作為阻障層。
於閘極電極形成用之CMP中，自該第2層2表面開始研磨，進行第2層2之研磨，於第1層1表面露出時，檢測出研磨速度急速降低而結束第2層2之研磨，對於此時之第2層表面21，閘極電極中所使用之多晶矽或改質多晶矽表面(第1層表面11)之過度研磨得到抑制。所謂改質多晶矽是表示於多晶矽中摻雜有B、P等雜質的多晶矽。
其後，將除作為電極而發揮功能的多晶矽或改質多晶矽以及其周邊部的所必須的氧化矽層以外的部分藉由蝕刻而除去，由此而形成閘極電極。
另外，於圖1(a)～圖1(b)中，1為第1層，2為第2層，3為第3層(SiN層)，4為介電質層(Low-k材料層)，51為n型半導體層，52為p型半導體層，6為Si基板，7為絕緣體層，11為第1層表面，21為第2層表面。d為研磨深度，S1 為第3層正上面，S2 為第1層正上面。
[導電度]
本發明之研磨液較佳的是其導電度為0.01～12(mS/cm)，更佳的是1～12(mS/cm)，特佳的是3～10(mS/cm)。導電度的測定方法並無特別的限定，若無特別限制則採用後述實例中所記載的方法。
[研磨方法]
本發明之研磨方法是使用前文所述的本發明之研磨液的方法，其特徵在於：將研磨液供給至研磨定盤上之研磨墊上，使該研磨定盤旋轉，藉此使該研磨墊與被研磨體之被研磨面接觸且使其相對運動而進行研磨。
本發明之研磨液存在如下情形：1.為濃縮液，於使用時添加水或水溶液進行稀釋而作為使用液之情形；2.以次項所述的水溶液的形態準備各成分，將該些加以混合，視需要添加水進行稀釋而作為使用液之情形；3.調製為使用液之情形。於本發明之研磨方法中，可應用任意情形之研磨液。
作為研磨中使用之裝置可使用具有如下部件的一般的研磨裝置：固定器，保持具有被研磨面之被研磨體(例如形成有導電性材料膜之晶圓等)；研磨定盤(安裝有可變更轉速之馬達等)，貼附有研磨墊。研磨墊可使用一般的不織布、泡沫聚胺酯、多孔質氟樹脂等，並無特別之限制。而且，對研磨條件並無限制，研磨定盤之旋轉速度較佳的是被研磨體並不飛出之200 rpm以下之低速旋轉。於研磨墊上按壓具有被研磨面(被研磨膜)之被研磨體的壓力較佳的是0.68 kPa～34.5 kPa，為了滿足研磨速度之被研磨體之面內均勻性與圖案之平坦性，更佳的是3.40 kPa～20.7 kPa。
於進行研磨時，以泵等將研磨液連續地供給至研磨墊。
將研磨結束後的被研磨體於流水中充分清洗後，使用旋轉乾燥器等將被研磨體上所附著之水滴拂落然後使其乾燥。
於本發明中，如上述1.之方法那樣對濃縮液進行稀釋時，可使用如下所示之水溶液。水溶液是預先含有氧化劑、有機酸、添加劑、界面活性劑中之至少1種以上的水，使該水溶液中所含有之成分與被稀釋之濃縮液中所含有之成分的合計成分成為於研磨時所使用之研磨液(使用液)之成分。
於如上所述那樣以水溶液對濃縮液進行稀釋而使用之情形時，可將難以溶解之成分製成水溶液之形態後進行調配，因此可調製進一步被濃縮之濃縮液。
而且，作為於濃縮液中添加水或水溶液而進行稀釋之方法，存在有如下之方法：使供給濃縮之研磨液的配管與供給水或水溶液之配管於中途合流而進行混合，將混合而被稀釋的研磨液之使用液供給至研磨墊上。濃縮液與水或水溶液之混合可採用如下通常所進行之方法：於施加壓力之狀態下通過狹窄之通路而使液體彼此碰撞混合之方法；於配管中裝入玻璃管等填充物，反覆進行使液體流分流分離、合流的方法；於配管中設置藉由動力而旋轉之葉片之方法等。
研磨液之供給速度較佳的是10 ml/min～1000 ml/min，為了滿足研磨速度之被研磨面內均勻性與圖案之平坦性，更佳的是170 ml/min～800 ml/min。
另外，作為藉由水或水溶液等對濃縮液進行稀釋，且進行研磨之方法，存在有如下之方法：獨立地設置供給研磨液之配管與供給水或水溶液之配管，分別自各個配管將規定量之液體供給至研磨墊，藉由研磨墊與被研磨面之相對運動而進行混合並進行研磨。而且，亦可使用如下之方法：於1個容器中放入規定量之濃縮液與水或水溶液而加以混合，然後將該混合之研磨液供給至研磨墊而進行研磨。
而且，作為其他的研磨方法，存在有如下之方法：將研磨液所應含有之成分分為至少2種構成成分，於使用該些成分時，添加水或水溶液加以稀釋而供給至研磨定盤上之研磨墊，使其與被研磨面接觸，使被研磨面與研磨墊相對運動而進行研磨。
而且，將溶解度低之添加劑分為2種構成成分(A)與(B)，例如將氧化劑、添加劑與界面活性劑作為構成成分(A)，將有機酸、添加劑、界面活性劑與水作為構成成分(B)，於使用該些成分時添加水或水溶液，稀釋構成成分(A)與構成成分(B)而加以使用。
於如上所述之例之情形時，必須分別供給構成成分(A)、構成成分(B)、水或水溶液之3個配管，稀釋混合存在有將3個配管與供給至研磨墊之1個配管連結，於該配管內進行混合之方法，於此情形時，亦可將2個配管連結，然後連結另1個配管。具體而言是將包含難以溶解之添加劑的構成成分與其他構成成分加以混合，延長混合路徑而確保溶解時間，然後進一步連結水或水溶液之配管的方法。
其他的混合方法存在有：如上所述那樣直接將3個配管分別導至研磨墊，藉由研磨墊與被研磨面之相對運動而進行混合之方法；或者於1個容器中將3種構成成分加以混合，然後將稀釋後之研磨液供給至研磨墊的方法。
於上述之研磨方法中，使包含氧化劑之1種構成成分為40℃以下，將其他構成成分加溫至室溫～100℃之範圍，於將1種構成成分與其他構成成分加以混合時，或者添加水或水溶液進行稀釋時，可使液溫為40℃以下。該方法利用了若溫度高則溶解度變高的現象，可提高研磨液之溶解度低之原料的溶解度，因此為較佳的方法。
藉由將上述其他構成成分加溫至室溫～100℃之範圍而使其溶解的原料，若溫度下降則析出至溶液中，因此於使用低溫狀態之其他構成成分之情形時，必須預先進行加溫而使所析出之原料溶解。於此，可使用：對進行加溫使原料溶解之其他構成成分進行送液的手段；對包含析出物之液體加以攪拌後進行送液，對配管進行加溫而使其溶解的手段。進行了加溫之其他構成成分若將包含氧化劑之1種構成成分之溫度提高至40℃以上，則存在氧化劑分解之虞，因此於對該進行了加溫之其他構成成分與包含氧化劑之1種構成成分進行混合之情形時，較佳的是使之成為40℃以下。
如上所述，於本發明中，亦可將研磨液成分分割為兩份以上，直接供給至被研磨面。於此情形時，較佳的是分割為包含氧化物之成分與含有有機酸之成分而進行供給。而且，亦可將研磨液製成濃縮液，與稀釋水分開供給至被研磨面。
於本發明中，於應用將研磨液成分分割為二份以上而供給至被研磨面的方法之情形時，其供給量是表示來自各配管之供給量之合計。
[墊]
可於本發明之研磨方法中應用之研磨用研磨墊可為無發泡結構墊亦可為發泡結構墊。前者是如塑膠板那樣將硬質之合成樹脂散裝材料用於墊中者。而且，後者進一步存在有獨立發泡體(乾式發泡系)、連續發泡體(濕式發泡系)、2層複合物(積層系)這3種，特別是2層複合物(積層系)較佳。發泡可均勻亦可不均勻。
另外，亦可含有在研磨中通常所使用之研磨粒(例如二氧化鈰、二氧化矽、氧化鋁、樹脂等)。而且，根據硬度分別有軟質研磨粒與硬質研磨粒，可為任意種，於積層系中較佳的是於各個層中使用不同硬度之研磨粒。材質較佳的是不織布、人造皮革、聚醯胺、聚胺酯、聚酯、聚碳酸酯等。而且，於與被研磨面接觸之面，亦可實施格子溝/孔/同心溝/螺旋狀溝等加工。
[晶圓]
作為藉由本發明之研磨液而進行CMP之對象被研磨體的晶圓，直徑較佳的200 mm以上，特佳的是300 mm以上。於直徑為300 mm以上時可顯著地發揮本發明之效果。
[研磨裝置]
可使用本發明之研磨液而實施研磨之裝置並無特別之限定，可列舉MA-300D(Musashino-denshi)、Mirra Mesa CMP、Reflexion CMP(Applied Materials)、FREX200、FREX300(荏原製作所)、NPS3301、NPS2301(尼康)、A-FP-310A、A-FP-210A(東京精密)、2300 TERES(Lam Research Corporation)、Momentum(Speedfam IPEC)等。
[實例]
以下，藉由實例對本發明加以更具體之說明，但本發明只要不超出其主旨，則並不限定於以下之實例。
[實例1]
<研磨液之調製>
調製具有表1中所示之組成與pH之研磨液。另外，除了表中所示之各成分以外，以成為表中所記載之pH之方式添加氨水與硝酸而進行調製，添加純水使總量成為1,000 mL。
本說明書之各實例中所使用之膠體二氧化矽粒子(A1～A9)如下述表A所示。另外，A1～A9由扶桑化學股份有限公司製造。另外，表A中之平均1次粒徑、平均2次粒徑之測定方法是藉由SEM對研磨粒子進行觀測之結果的平均值。
[表A]
[表B]
<評價方法>
-研磨裝置-
研磨裝置使用Musashino-denshi製造之裝置「MA-300D」，於下述條件下，一面供給漿料，一面將下述所示之晶圓作為研磨對象物，以下述之條件進行研磨，進行研磨液之評價。
平台轉速：112 rpm
頭轉速：113 rpm
研磨壓力：18.4 kPa
研磨墊：Rodel Nitta Corporation製造IC1400 XY-K-Pad
研磨液供給速度：50 ml/min
-研磨對象物-
作為研磨對象物，使用將如圖1(a)所示那樣於Si基板上分別成膜有作為第1層之多晶矽層(p-Si層)、作為第2層之氧化矽層(SiO2 層)、作為第3層之氮化矽層(Si3 N4 層)的8吋晶圓截斷為6 cm×6 cm之截斷晶圓。
-研磨速度、研磨速度比-
作為研磨速度，對多晶矽層(p-Si層)、氧化矽層(SiO2 層)與氮化矽層(Si3 N4 層)之各個測定研磨前後之層厚(nm)，藉由下述式而算出。另外，層厚可藉由非接觸式膜厚測定器FE-33(大塚電子製造)而測定。
研磨速度(nm/min)=(研磨前之層厚-研磨後之層厚)/研磨時間
而且，至於以RR(other)/RR(p-Si)所表示之研磨速度比，對p-Si層與SiO2 層、p-Si層與Si3 N4 層而算出。
將所得之結果示於表1。
-經時穩定性-
經時穩定性可於60℃之條件下對各研磨液進行2週之強制加溫後，測定隨時間經過前後之膠體二氧化矽粒子之平均粒徑(MPS)而進行比較。另外，平均粒徑(MPS)可藉由動態光散射式粒徑分布測定裝置LB-500(大塚電子製造)而測定。
AA：隨時間經過前後之變化為3%以下，穩定性極高。
A：隨時間經過前後之變化為5%以下，穩定性高。
B：隨時間經過前後之變化為10%以下，於穩定性方面存在擔憂(於實用上並無問題之級別)。
C：隨時間經過前後之變化為10%以上，於穩定性方面存在問題(於使用上無法使用之級別)。
-ζ電位-
粒子之ζ電位可藉由以下之方法而測定。
此處，於本發明中，膠體二氧化矽粒子之表面的ζ電位是使用DT-1200(Nihon Rufuto Co.,Ltd.)，測定評價液之原液而進行評價。
-pH-
表中之pH是於室溫(20℃)下，藉由HORIBA公司製造之F-51(商品名)而測定之值。
-導電度-
此處，於本發明中，研磨液之導電度可藉由使用導電係數計GM-60G(TOA-DKK)，測定評價液之原液而進行評價。
[表1-1]
[表1-2]
[表1-3]
[表1-4]
[表1-5]
[表1-6]
[表2]
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1．．．第1層
2．．．第2層
3．．．第3層(SiN層)
4．．．介電質層(Low-k材料層)
6．．．Si基板
7．．．絕緣體層
11．．．第1層表面/多晶矽或改質多晶矽表面/第1層研磨面
21．．．第2層表面/第2層研磨面
51．．．n型半導體層
52．．．p型半導體層
d．．．研磨深度
S1 ．．．第3層正上面
S2 ．．．第1層正上面
圖1(a)～圖1(b)是表示作為應用本發明之研磨液之一實施形態的基板之截面圖，圖1(a)為研磨前之狀態，圖1(b)為研磨後之狀態。
1．．．第1層
2．．．第2層
3．．．第3層(SiN層)
4．．．介電質層(Low-k材料層)
6．．．Si基板
7．．．絕緣體層
11．．．第1層表面
21．．．第2層表面
51．．．n型半導體層
52．．．p型半導體層
d．．．研磨深度
S1 ．．．第3層正上面
S2 ．．．第1層正上面

Claims (16)

  1. 一種研磨液，其是至少具有第1層與第2層而構成的半導體基板之化學機械研磨中所使用的研磨液，其中所述第1層包含多晶矽或改質多晶矽，所述第2層包含選自由氧化矽與氮化矽所構成之群組之至少1種，其特徵在於：含有下述(1)與(2)所示之各成分，pH為1.5~5.0，導電度處於0.01~12(mS/cm)之範圍，下述(2)無機磷酸化合物之含量為0.001wt%~15wt%，且於將所述第1層之研磨速度設為RR(p-Si)、將所述第2層之研磨速度設為RR(other)之情形時，可於以RR(other)/RR(p-Si)所表示之比為1.5~200之範圍內對被研磨體進行研磨，(1)膠體二氧化矽粒子(2)選自磷酸、焦磷酸、多磷酸之至少1種的無機磷酸化合物。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之研磨液，其中pH為1.5~2.5。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之研磨液，其中pH為1.5~2.0。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項的其中一項所述之研磨液，其進一步包含通式(I)所表示之陰離子性界面活性劑作為第3成分， R1 -SO3 X (I)[於通式(I)中，R1 表示碳數為6~30的烷基、烯基、環烷基、芳基、芳烷基或2個以上該些基組合而成的基；X表示氫、鋰、鈉、鉀、銨陽離子或四級銨陽離子]。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之研磨液，其包含以選自由下述通式(II)、通式(III)、通式(IV)與通式(V)所表示之化合物所構成之群組之至少1種代替所述通式(I)所表示之陰離子性界面活性劑而作為所述第3成分，或者包含選自由下述通式(II)、通式(III)、通式(IV)與通式(V)所表示之化合物所構成之群組之至少1種與所述通式(I)所表示之陰離子性界面活性劑而共同作為所述第3成分，R1 -O-SO3 X (II)[於通式(II)中，R1 表示碳數為6~30的烷基、烯基、環烷基、芳基、芳烷基或2個以上該些基組合而成的基；X表示氫原子、鈉、鉀、銨陽離子、四級銨陽離子、二乙醇胺或三乙醇胺]，R2 -O-(CH2 CH2 O)n -SO3 X (III)[於通式(III)中，R2 表示碳數為6~30的烷基、烯 基、環烷基、芳基、芳烷基或2個以上該些基組合而成的基；n表示1~10之整數；X與通式(II)中同義]， [於通式(IV)中，R3 表示碳數為6~30的烷基、烯基、環烷基、芳基、芳烷基或2個以上該些基組合而成的基，X與通式(II)中同義，多個存在之X可相互相同亦可不同]， [於通式(V)中，R4 表示碳數為1~20的伸烷基、伸炔基、伸環烷基、伸芳基、伸烷基氧基或2個以上該些基組合而成的基；R5 ~R9 分別獨立地表示氫原子、羥基、碳數為1~30的烷基、烯基、環烷基、芳基、芳烷基、磺基、羧基與包含該些基之烴基中的任意基；X與通式(II)中同義]。
  6. 如申請專利範圍第1項至第3項的其中一項所述之研磨液，其中相對於研磨液之總重量，所述膠體二氧化矽粒子之濃度為0.1wt%~10wt%。
  7. 如申請專利範圍第1項至第3項的其中一項所述之研磨液，其中所述膠體二氧化矽粒子之平均一次粒徑為5nm~100nm之範圍，且平均二次粒徑為10nm~300nm之範圍。
  8. 如申請專利範圍第1項至第3項的其中一項所述之研磨液，其中所述膠體二氧化矽粒子具有負的ζ電位，該ζ電位為-50mV~-5mV。
  9. 如申請專利範圍第1項至第3項的其中一項所述之研磨液，其中僅由所述膠體二氧化矽粒子、所述磷酸化合物以及水構成含有成分。
  10. 如申請專利範圍第4項所述之研磨液，其中僅由所述膠體二氧化矽粒子、所述磷酸化合物、下述通式(I)~通式(V)的其中之一所表示之陰離子性界面活性劑以及水構成含有成分，R1 -SO3 X (I)[於通式(I)中，R1 表示碳數為6~30的烷基、烯基、環烷基、芳基、芳烷基或2個以上該些基組合而成的基；X表示氫、鋰、鈉、鉀、銨陽離子或四級銨陽離子]，R1 -O-SO3 X (II)[於通式(II)中，R1 表示碳數為6~30的烷基、烯基、 環烷基、芳基、芳烷基或2個以上該些基組合而成的基；X表示氫原子、鈉、鉀、銨陽離子、四級銨陽離子、二乙醇胺或三乙醇胺]，R2 -O-(CH2 CH2 O)n -SO3 X (III)[於通式(III)中，R2 表示碳數為6~30的烷基、烯基、環烷基、芳基、芳烷基或2個以上該些基組合而成的基；n表示1~10之整數；X與通式(II)中同義]， [於通式(IV)中，R3 表示碳數為6~30的烷基、烯基、環烷基、芳基、芳烷基或2個以上該些基組合而成的基，X與通式(II)中同義，多個存在之X可相互相同亦可不同]， [於通式(V)中，R4 表示碳數為1~20的伸烷基、伸炔基、伸環烷基、伸芳基、伸烷基氧基或2個以上該些基 組合而成的基；R5 ~R9 分別獨立地表示氫原子、羥基、碳數為1~30的烷基、烯基、環烷基、芳基、芳烷基、磺基、羧基與包含該些基之烴基中的任意基；X與通式(II)中同義]。
  11. 如申請專利範圍第4項所述之研磨液，其中相對於研磨液之總重量，所述陰離子界面活性劑之濃度為0.001wt%~1wt%。
  12. 如申請專利範圍第4項所述之研磨液，其中所述陰離子界面活性劑為多價陰離子型界面活性劑。
  13. 如申請專利範圍第1項至第3項的其中一項所述之研磨液，其中所述磷酸化合物為H3 PO4 、H4 P2 O7 、Hn+2 Pn O3n+1 或(HPO3 )n 。
  14. 如申請專利範圍第1項至第3項的其中一項所述之研磨液，其中相對於氧化矽以及氮化矽的兩者，以RR(other)/RR(p-Si)所表示之比為1.5~200之範圍。
  15. 一種半導體元件的製造方法，其特徵在於：於實施化學機械研磨(CMP)法時，實施包含如下步驟的加工處理，其中所述化學機械研磨法用以對至少具有第1層以及第2層而構成的半導體基板表面進行研磨，所述第1層包含多晶矽或改質多晶矽，所述第2層包含選自由氧化矽與氮化矽所構成之群組之至少1種，(a)準備如申請專利範圍第1項至第3項的其中一項所述之研磨液的步驟；(b)於半導體基板之表面賦予所述研磨液而使研磨墊 與此處接觸的步驟；(c)於對所述半導體基板之所述第1層與第2層進行研磨時，一面以為了使所述第2層磨耗的充分時間，經由所述研磨液而使所述研磨墊與所述半導體基板的表面持續接觸，一面使所述研磨墊與所述半導體基板相對運動，以對被研磨體進行研磨的步驟，其中於將所述第1層之研磨速度設為RR(p-Si)、將所述第2層之研磨速度設為RR(other)之情形時，可於RR(other)/RR(p-Si)所表示之比為1.5~200之範圍內對所述被研磨體進行研磨。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之半導體元件的製造方法，其中，所述研磨液進一步包含選自由通式(I)~通式(V)所表示之化合物所構成之群組之陰離子界面活性劑作為第3成分，R1 -SO3 X (I)[於通式(I)中，R1 表示碳數為6~30的烷基、烯基、環烷基、芳基、芳烷基或2個以上該些基組合而成的基；X表示氫原子、鋰、鈉、鉀、銨陽離子或四級銨陽離子]，R1 -O-SO3 X (II)[於通式(II)中，R1 與通式(I)中同義；X表示氫原子、鈉、鉀、銨陽離子、四級銨陽離子、二乙醇胺或三乙 醇胺]，R2 -O-(CH2 CH2 O)n -SO3 X (III)[於通式(III)中，R2 表示碳數為6~30的烷基、烯基、環烷基、芳基、芳烷基或2個以上該些基組合而成的基；n表示1~10之整數；X與通式(II)中同義]， [於通式(IV)中，R3 表示碳數為6~30的烷基、烯基、環烷基、芳基、芳烷基或2個以上該些基組合而成的基，X與通式(II)中同義，多個存在之X可相互相同亦可不同]， [於通式(V)中，R4 表示碳數為1~20的伸烷基、伸炔基、伸環烷基、伸芳基、伸烷基氧基或2個以上該些基組合而成的基；R5 ~R9 分別獨立地表示氫原子、羥基、碳數為1~30的烷基、烯基、環烷基、芳基、芳烷基、磺基、 羧基與包含該些基之烴基中的任意基；X與通式(II)中同義]。
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