JP2015113357A - 研磨用組成物および研磨方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体デバイス製造工程に対して、高い研磨速度でかつ好適な研磨速度比で窒化ケイ素または酸化窒化ケイ素を研磨し平坦化を行う。
【解決手段】酸化セリウム粒子と、メトニウム化合物およびアルカノールアミン化合物からなる群より選択される少なくとも一種の窒化膜研磨促進剤とを含有し、前記アルカノールアミン化合物が一級または二級アルカノールアミン化合物であり、前記酸化セリウム粒子の平均二次粒子径が50nm以上160nm以下であり、前記メトニウム化合物の濃度が0.025質量%以上1.0質量%以下であり、pHが3.5以上6未満であることを特徴とする研磨用組成物、およびそれを用いた研磨方法。
【選択図】図1
【解決手段】酸化セリウム粒子と、メトニウム化合物およびアルカノールアミン化合物からなる群より選択される少なくとも一種の窒化膜研磨促進剤とを含有し、前記アルカノールアミン化合物が一級または二級アルカノールアミン化合物であり、前記酸化セリウム粒子の平均二次粒子径が50nm以上160nm以下であり、前記メトニウム化合物の濃度が0.025質量%以上1.0質量%以下であり、pHが3.5以上6未満であることを特徴とする研磨用組成物、およびそれを用いた研磨方法。
【選択図】図1
Description
本発明は、半導体デバイス製造工程に用いられる研磨用組成物に関し、より詳しくは多層配線形成工程でのゲート形成等に使用されている、窒化ケイ素または酸化窒化ケイ素と、酸化ケイ素とを含むケイ素被研磨物が製膜された半導体デバイス基板の被研磨面を研磨するのに好適な研磨用組成物、およびそれを用いた研磨方法に関する。
近年、半導体集積回路の高集積化・高機能化にともない、微細化・高密度化のための微細加工技術の開発が求められている。特に、化学的機械的研磨法(CHemical MecHanical PolisHing:以下CMPという)による平坦化技術の重要性が高まっている。例えば、半導体デバイスの微細化や配線の多層化が進むにつれ、製造工程における各層での表面の凹凸(段差)が大きくなりやすい。この段差がフォトリソグラフィの焦点深度を越え、十分な解像度が得られなくなるという問題を防ぐために、CMPは不可欠の技術となっており、層間絶縁膜(ILD:Inter−Level Dielectrics)の平坦化、シャロートレンチ分離(STI:SHallow TrencH Isolation)、タングステンプラグ形成、銅と低誘電率膜からなる多層配線形成工程などで用いられている。多層配線形成工程でのキャパシタ、ゲート電極等においてもCMPによる平坦化が行われている。
例えば、メタルゲート電界効果トランジスタ作成において、ダミーゲート電極によるMISFET構造を形成しておき、コバルトシリサイド膜を形成し、窒化ケイ素膜で全面を被覆する。さらに、厚い酸化ケイ素膜を形成後する。その後、化学的機械的研磨法により、酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜を選択的に除去し、表面を平坦化する。これにより、ダミーゲート電極の表面が露出する。次いで、このダミーゲート電極を除去し、熱酸化によりゲート絶縁膜を形成し、全面にW等の金属膜を製膜して、化学的機械的研磨法によりゲート部以外の余分な金属膜を除去し、メタルゲートを形成する(特許文献1参照)。
また、近年、45nm世代以降のトランジスタにおけるゲート形成工程において、高誘電率材料(HigH−k膜)のゲート絶縁膜への適用およびゲート電極を従来の不純物ドープされたポリシリコンに代わり、メタル材料の適用が検討されている。
例えば、ポリシリコンを用いたダミーゲート構造作成後、第1段階の研磨として、ゲート表面を被覆した酸化ケイ素膜を化学的機械的研磨方法により平坦化し、さらに、第2段階の研磨として、酸化ケイ素とハードマスクである窒化ケイ素膜を研磨し、ポリシリコンのダミーゲート電極露出を行う研磨方法の適用が提案されている。
しかしながら、この第2段階の研磨工程において、酸化ケイ素膜の研磨速度に対して窒化ケイ素膜の研磨速度が非常に低いため、窒化ケイ素膜除去中に酸化ケイ素膜部分を過剰に研磨してしまう問題があった(特許文献2参照)。
これらの問題に対し、窒化ケイ素膜の研磨に適した研磨組成物として、特許文献3では、コロイダルシリカと、分子構造中に少なくとも1つのスルホン酸基またはホスホン酸基を有し、窒化ケイ素膜に対する研磨促進剤として機能する有機酸と、水とを含有し、pHが2.5〜5.0である窒化ケイ素膜用研磨液を提案している。特許文献3の研磨用組成物は、窒化ケイ素を含む層の研磨速度が迅速であり、かつ、ポリシリコン等のケイ素系化合物を含む層の研磨を選択的に抑制しうるとしている。しかしながら、窒化ケイ素膜の研磨速度はまだ不十分であり、研磨時間が長くなり、この研磨工程のスループットが低下するという問題があった。
本発明は、前述の問題点を解決しようとするものであり、窒化ケイ素または酸化窒化ケイ素と、酸化ケイ素を含むケイ素系被研磨物が製膜された半導体デバイス基板の被研磨面の研磨に用いられ、高い研磨速度でかつ好適な研磨速度比で研磨し平坦化を行う研磨用組成物およびそれを用いた研磨方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決するための具体的な手段は以下の通りである。
本発明は、酸化セリウム粒子と、メトニウム化合物およびアルカノールアミン化合物からなる群より選択される少なくとも一種の窒化膜研磨促進剤とを含有し、前記アルカノールアミン化合物が一級または二級アルカノールアミン化合物であり、前記酸化セリウム粒子の平均二次粒子径が50nm以上160nm以下であり、前記メトニウム化合物の濃度が0.025質量%以上1.0質量%以下であり、pHが3.5以上6未満であることを特徴とする研磨用組成物を提供する。
また、本発明は、メトニウム化合物の主鎖の炭素数が2〜7である研磨用組成物を提供する。また、本発明は、アルカノールアミン化合物が、DL−1−アミノ−2−プロパノール、2−アセトアミドアルコール、2−アミノ−2−メチル−1−プロパノール、3−アミノ−1,2−プロパンジオール、2−アミノ−2−ヒドロキシメチル−1,3−プロパンジオール、エタノールアミン、およびジエタノールアミンからなる群から選ばれる少なくとも1種である研磨用組成物を提供する。また、本発明は、アルカノールアミン化合物の濃度が0.01質量%以上0.5質量%以下である研磨用組成物を提供する。また、本発明は、酸化セリウム粒子の濃度が0.05質量%以上2質量%以下である研磨用組成物を提供する。
さらに、本発明は、研磨用組成物を研磨定盤上の研磨パッドに供給しながら、被研磨物の被研磨面と研磨パッドを接触させて、両者間の相対運動により研磨する方法であって、前記研磨用組成物が上記本発明の研磨用組成物であり、前記被研磨物が半導体基板であることを特徴とする研磨方法を提供する。
本発明の研磨組成物は、半導体デバイス基板において、窒化ケイ素または酸化窒化ケイ素と、酸化ケイ素を含むケイ素被研磨物が製膜された半導体デバイス基板の被研磨面の研磨に用いることができ、窒化ケイ素膜または酸化窒化ケイ素膜を高速に研磨し、かつ、酸化ケイ素膜に対する窒化ケイ素膜または酸化窒化ケイ素膜の研磨速度比が0.35以上の研磨を可能にする研磨用組成物および研磨方法を提供することができる。
以下に、本発明の実施の形態を図、表、式、実施例等を使用して説明する。なお、これらの図、表、式、実施例等および説明は本発明を例示するものであり、本発明の範囲を制限するものではない。本発明の趣旨に合致する限り他の実施の形態も本発明の範疇に属し得る。
[研磨剤]
本発明の研磨用組成物は、窒化ケイ素または酸化窒化ケイ素と、酸化ケイ素とを含むケイ素被研磨物が製膜された半導体デバイス基板の被研磨面の研磨に用いられ、ケイ素系被研磨物を化学的機械的に研磨するための研磨用組成物である。
本発明の研磨用組成物は、窒化ケイ素または酸化窒化ケイ素と、酸化ケイ素とを含むケイ素被研磨物が製膜された半導体デバイス基板の被研磨面の研磨に用いられ、ケイ素系被研磨物を化学的機械的に研磨するための研磨用組成物である。
本発明の研磨用組成物は、酸化セリウム粒子と、メトニウム化合物およびアルカノールアミン化合物からなる群から選択される少なくとも一種の窒化膜研磨促進剤とを含有し、前記アルカノールアミン化合物が一級または二級アルカノールアミン化合物であり、前記酸化セリウム粒子の平均二次粒子径が50nm以上160nm以下であり、前記メトニウム化合物の濃度が0.025質量%以上1.0質量%以下であり、pHが3.5以上6未満であり、スラリーの形状を有する。
本発明の研磨用組成物は、酸化ケイ素膜に対する、窒化ケイ素膜または酸化窒化ケイ素膜の研磨速度の比が0.35以上であることが好ましく、0.5以上がより好ましく、0.9以上がさらに好ましい。このような範囲で研磨することにより、窒化ケイ素膜または酸化窒化ケイ素膜の高い研磨速度を維持しつつ、酸化ケイ素膜の過剰な研磨を抑制することが可能になる。
なお、本発明の研磨用組成物のpHは3.5以上6未満である。pHを前記の範囲に調整するために、pH調整剤を添加できる。pHを3.5以上6未満とした場合には、窒化ケイ素膜または酸化窒化ケイ素膜の研磨速度が速い。pHが3.5未満の場合は、窒化ケイ素膜または酸化窒化ケイ素膜の研磨速度が遅く、pH6以上の場合は、砥粒である酸化セリウム粒子の分散安定性が悪化する。以下、本発明の研磨用組成物の各成分およびpH調整剤について詳述する。
(研磨砥粒)
本発明の研磨用組成物に含有される酸化セリウムの平均粒径は、50nm以上160nm以下である。上記範囲の平均粒径を有する酸化セリウム(セリア)粒子は、窒化ケイ素または酸化窒化ケイ素と、酸化ケイ素とからなるケイ素系被研磨物を化学的および機械的作用により研磨することで、研磨が促進される。平均粒径が50nm未満の場合は、機械的作用が弱く研磨速度が低下し、平均粒径が160nmを超える場合は、被研磨面への機械的なダメージによるスクラッチ等が発生するおそれがある。酸化セリウム粒子の平均粒径は、60nm以上130nm以下が好ましい。
本発明の研磨用組成物に含有される酸化セリウムの平均粒径は、50nm以上160nm以下である。上記範囲の平均粒径を有する酸化セリウム(セリア)粒子は、窒化ケイ素または酸化窒化ケイ素と、酸化ケイ素とからなるケイ素系被研磨物を化学的および機械的作用により研磨することで、研磨が促進される。平均粒径が50nm未満の場合は、機械的作用が弱く研磨速度が低下し、平均粒径が160nmを超える場合は、被研磨面への機械的なダメージによるスクラッチ等が発生するおそれがある。酸化セリウム粒子の平均粒径は、60nm以上130nm以下が好ましい。
なお、砥粒として含有される酸化セリウム粒子は、液中において一次粒子が凝集した凝集粒子(二次粒子)として存在しているので、酸化セリウム粒子の好ましい粒径を、平均粒径(平均凝集粒径)で表すものとする。平均粒子径は、研磨用組成物の調合に用いられる酸化セリウム粒子を純水等の分散媒中に分散した砥粒液を用いて、例えば動的光散乱を用いた粒度分布計を用いて測定して得られる。
本発明の研磨用組成物の酸化セリウム粒子の含有割合(濃度)は、十分な研磨速度を得るために、0.05質量%以上2質量%以下とすることが好ましい。酸化セリウム粒子の含有割合が0.05質量%未満では、十分な研磨速度を得ることが難しく、2質量%を超えると分散性の低下や、スラリーに含まれる粗大粒子数の増加により、研磨面でスクラッチ発生頻度が増加するおそれや、研磨後のウエハ洗浄において、砥粒のウエハへの付着残りが増加するおそれもある。より好ましい含有割合は0.1質量%以上1.0質量%以下であり、さらに好ましい含有割合は0.2質量%以上0.6質量%以下である。
(窒化膜研磨促進剤)
本発明の研磨用組成物に含有される窒化膜研磨促進剤であるメトニウム化合物、アルカノールアミン化合物は、理由については定かではないが、窒化ケイ素膜表面との化学的作用により、膜表面にSi(OH)4の反応層生成に寄与していると考えられる。この反応層は速やかに砥粒で除去可能であることから、反応層生成を促進することにより、窒化ケイ素膜を高い研磨速度で研磨することが可能になると考えられる。
本発明の研磨用組成物に含有される窒化膜研磨促進剤であるメトニウム化合物、アルカノールアミン化合物は、理由については定かではないが、窒化ケイ素膜表面との化学的作用により、膜表面にSi(OH)4の反応層生成に寄与していると考えられる。この反応層は速やかに砥粒で除去可能であることから、反応層生成を促進することにより、窒化ケイ素膜を高い研磨速度で研磨することが可能になると考えられる。
前記メトニウム化合物は、主鎖の炭素数が2〜7が好ましく、4〜7がより好ましい。炭素数が2未満の場合は、研磨促進効果が不十分であり、また、炭素数が7を超える場合は、砥粒である酸化セリウム粒子の分散性を悪化させるおそれがある。
前記メトニウム化合物の濃度は、0.025質量%以上1.0質量%以下が好ましく、0,04質量%以上0.6質量%以下がより好ましい。0.025質量%未満の場合は研磨促進効果が不十分であり、1.0質量%を超える場合は、逆に研磨速度の低下を生じ、さらに砥粒である酸化セリウム粒子の分散性が悪くなるおそれがある。
本発明において用いられるメトニウム化合物の具体例としては、臭化ジメトニウム、臭化ペンタメトニウム、ヨウ化ペンタメトニウム、塩化ヘキサメトニウム、塩化ヘキサメトニウム二水和物、臭化ヘプタメトニウム、ヨウ化ヘプタメトニウム、塩化ヘプタメトニウムなどが挙げられる。特に塩化ヘキサメトニウム、塩化ヘキサメトニウム二水和物が好ましい。
前記アルカノールアミン化合物は、DL−1−アミノ−2−プロパノール、2−アセトアミドアルコール、2−アミノ−2−メチル−1−プロパノール、3−アミノ−1,2−プロパンジオール、2−アミノ−2−ヒドロキシメチル−1,3−プロパンジオール、エタノールアミン、およびジエタノールアミンからなる群から選ばれる一級または二級アミンであることが好ましい。三級アミンを有する場合は、窒化ケイ素膜の研磨速度が低下する傾向がある。
前記アルカノールアミン化合物の濃度は、0.01質量%以上0.5質量%以下が好ましく、0.05質量%以上0.3質量%以下がより好ましい。0.01質量%未満の場合は研磨促進効果が不十分であり、0.5質量%を超える場合は、砥粒である酸化セリウム粒子の分散性を悪化する傾向にある。
(pH調整剤)
本発明の研磨用組成物のpHは、pH調整剤である酸または塩基性化合物の添加・配合により調整することができる。酸としては、硝酸、硫酸、リン酸、塩酸のような無機酸を使用できる。硝酸の使用が好ましい。塩基性化合物としては、アンモニア、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、テトラメチルアンモニウム等の4級アンモニウム化合物を使用できる。水酸化カリウムの使用が好ましい。
本発明の研磨用組成物のpHは、pH調整剤である酸または塩基性化合物の添加・配合により調整することができる。酸としては、硝酸、硫酸、リン酸、塩酸のような無機酸を使用できる。硝酸の使用が好ましい。塩基性化合物としては、アンモニア、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、テトラメチルアンモニウム等の4級アンモニウム化合物を使用できる。水酸化カリウムの使用が好ましい。
これらの酸、または塩基性化合物の含有割合(濃度)は、研磨剤のpHを所定の範囲(pHが3.5以上6未満、より好ましくは3.5以上5以下)に調整する量とする。
(分散媒)
本発明の研磨用組成物においては、分散媒として水が含有される。水は、酸化セリウム粒子を安定に分散させるとともに、その他の成分を分散・溶解するための媒体である。水については、特に制限はないが、配合成分に対する影響、不純物の混入、pH等への影響の観点から、純水、超純水、イオン交換水(脱イオン水)が好ましい。
本発明の研磨用組成物においては、分散媒として水が含有される。水は、酸化セリウム粒子を安定に分散させるとともに、その他の成分を分散・溶解するための媒体である。水については、特に制限はないが、配合成分に対する影響、不純物の混入、pH等への影響の観点から、純水、超純水、イオン交換水(脱イオン水)が好ましい。
(研磨剤の調製および任意成分)
本発明の研磨用組成物は、前記した成分が前記所定の割合で含有され、酸化セリウム粒子については均一に分散し、それ以外の成分については均一に溶解した混合状態になるように調製され使用される。混合には、研磨剤の製造に通常用いられる撹拌混合方法、例えば、超音波分散機、ホモジナイザー等による撹拌混合方法を採れる。本発明に係る研磨用組成物は、必ずしも予め構成する研磨成分をすべて混合したものとして研磨の場に供給する必要はない。研磨の場に供給する際に、研磨成分が混合されて研磨用組成物の組成になってもよい。
本発明の研磨用組成物は、前記した成分が前記所定の割合で含有され、酸化セリウム粒子については均一に分散し、それ以外の成分については均一に溶解した混合状態になるように調製され使用される。混合には、研磨剤の製造に通常用いられる撹拌混合方法、例えば、超音波分散機、ホモジナイザー等による撹拌混合方法を採れる。本発明に係る研磨用組成物は、必ずしも予め構成する研磨成分をすべて混合したものとして研磨の場に供給する必要はない。研磨の場に供給する際に、研磨成分が混合されて研磨用組成物の組成になってもよい。
本発明の研磨剤には、本発明の趣旨に反しない限り、凝集防止剤または分散剤、潤滑剤、粘性付与剤または粘度調節剤、防腐剤等を必要に応じて適宜含有させることができる。
[研磨対象物]
本発明の研磨用組成物が研磨する研磨対象物(被研磨物)としては、窒化ケイ素または酸化窒化ケイ素と、酸化ケイ素を含むケイ素系被研磨物である。より詳細には、トランジスタにおけるゲート形成工程において用いられる。
本発明の研磨用組成物が研磨する研磨対象物(被研磨物)としては、窒化ケイ素または酸化窒化ケイ素と、酸化ケイ素を含むケイ素系被研磨物である。より詳細には、トランジスタにおけるゲート形成工程において用いられる。
[研磨方法]
本発明の研磨用組成物を用いて、研磨対象物である窒化ケイ素、酸化窒化ケイ素、または酸化ケイ素のいずれかのケイ素系材料が製膜された半導体デバイス基板の被研磨面を研磨する方法としては、研磨用組成物を研磨パッドに供給しながら、研磨対象物の被研磨面と研磨パッドとを接触させ、両者間の相対運動により研磨を行う研磨方法が好ましい。
本発明の研磨用組成物を用いて、研磨対象物である窒化ケイ素、酸化窒化ケイ素、または酸化ケイ素のいずれかのケイ素系材料が製膜された半導体デバイス基板の被研磨面を研磨する方法としては、研磨用組成物を研磨パッドに供給しながら、研磨対象物の被研磨面と研磨パッドとを接触させ、両者間の相対運動により研磨を行う研磨方法が好ましい。
上記研磨方法において、研磨装置としては従来公知の研磨装置を使用することができる。
図1に、本発明の実施形態に使用可能な研磨装置の一例を示すが、本発明の実施形態に使用される研磨装置はこのような構造のものに限定されるものではない。
図1に、本発明の実施形態に使用可能な研磨装置の一例を示すが、本発明の実施形態に使用される研磨装置はこのような構造のものに限定されるものではない。
図1に示す研磨装置10においては、研磨定盤1がその垂直な軸心C1の回りに回転可能に支持された状態で設けられており、この研磨定盤1は、定盤駆動モータ2により、図に矢印で示す方向に回転駆動されるようになっている。この研磨定盤1の上面には、公知の研磨パッド3が貼り着けられている。
一方、研磨定盤1上の軸心C1から偏心した位置には、下面において前記ケイ素系材料が製膜された半導体デバイス基板4を吸着または保持枠等を用いて保持する基板保持部材(キャリヤ)5が、その軸心C2の回りに回転可能でかつ軸心C2方向に移動可能に支持されている。この基板保持部材5は、図示しないワーク駆動モータにより、あるいは上記研磨定盤1から受ける回転モーメントにより、矢印で示す方向に回転されるように構成されている。基板保持部材5の下面、すなわち上記研磨パッド3と対向する面には、研磨対象物4が保持されている。半導体デバイス基板4は、所定の荷重で研磨パッド3に押圧されるようになっている。
また、基板保持部材5の近傍には、滴下ノズル6等が設けられており、図示しないタンクから送出された本発明の研磨用組成物7が研磨定盤1上に供給されるようになっている。
このような研磨装置10による研磨に際しては、研磨定盤1およびそれに貼り着けられた研磨パッド3と、基板保持部材5およびその下面に保持された半導体デバイス基板4とが、定盤駆動モータ2およびワーク駆動モータによりそれぞれの軸心の回りに回転駆動された状態で、滴下ノズル6等から研磨用組成物7が研磨パッド3の表面に供給されつつ、基板保持部材5に保持された半導体デバイス基板4がその研磨パッド3に押し付けられる。それにより、半導体デバイス基板4の被研磨面、すなわち研磨パッド3に対向する面が化学的機械的に研磨される。
基板保持部材5は、回転運動だけでなく直線運動をしてもよい。また、研磨定盤1および研磨パッド3も回転運動を行うものでなくてもよく、例えばベルト式で一方向に移動するものであってもよい。
このような研磨装置10による研磨条件には特に制限はないが、基板保持部材5に荷重をかけて研磨パッド3に押し付けることでより研磨圧力を高め、研磨速度を向上させることが可能である。研磨圧力は5〜50kPa程度が好ましく、被研磨面内における研磨速度の均一性、平坦性、スクラッチ等の研磨欠陥防止の観点から、7〜35kPa程度がより好ましい。研磨定盤1および基板保持部材5の回転数は、50〜500rpm程度が好ましいがこれに限定されない。また、研磨用組成物7の供給量については、被研磨面の構成材料や研磨液の組成、上記研磨条件等により適宜調整され選択される。
研磨パッド3としては、一般的な不織布、発泡ポリウレタン、多孔質樹脂、非多孔質樹脂等からなるものを使用できる。また、研磨パッド3への研磨用組成物7の供給を促進し、あるいは研磨パッド3に研磨用組成物7が一定量溜まるようにするために、研磨パッド3の表面に格子状、同心円状、らせん状などの溝加工が施されていてもよい。さらに、必要により、パッドコンディショナーを研磨パッド3の表面に接触させて、研磨パッド3表面のコンディショニングを行いながら研磨してもよい。
以下、本発明を実施例および比較例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
(例1〜17は実施例、例18〜25は比較例)
(1)研磨剤組成物の調製
(1−1)
例1〜25の各研磨液を、以下に示すようにして調製した。まず、表1に示す平均粒子径の酸化セリウム粒子が分散した各砥粒液を用い、さらに各砥粒液に脱イオン水を加え5分間撹拌し、超音波分散、フィルターリングを施して、表1に記載の研磨剤組成物中の砥粒濃度(%)に対し、2倍の濃度になるように砥粒液Pを500g作製した。(以下、実施例において「%」はこのような質量比の割合をしめす。)
(1)研磨剤組成物の調製
(1−1)
例1〜25の各研磨液を、以下に示すようにして調製した。まず、表1に示す平均粒子径の酸化セリウム粒子が分散した各砥粒液を用い、さらに各砥粒液に脱イオン水を加え5分間撹拌し、超音波分散、フィルターリングを施して、表1に記載の研磨剤組成物中の砥粒濃度(%)に対し、2倍の濃度になるように砥粒液Pを500g作製した。(以下、実施例において「%」はこのような質量比の割合をしめす。)
(1−2)
次に脱イオン水中に、各種研磨促進剤を表1に記載の2倍の濃度で添加し、さらに、砥粒液Pと混合した際に、表1に記載の所定のpHになるように、pH調整剤である硝酸または水酸化カリウムを溶解し、各種添加剤液を500g作製した。
次に脱イオン水中に、各種研磨促進剤を表1に記載の2倍の濃度で添加し、さらに、砥粒液Pと混合した際に、表1に記載の所定のpHになるように、pH調整剤である硝酸または水酸化カリウムを溶解し、各種添加剤液を500g作製した。
(1−3)
次に、500gの各砥粒液Pと500gの各種添加剤液を、撹拌しながら混合することにより、表1に記載の各種研磨組成物1kgを作製した。なお、酸化セリウム粒子の粒度分布測定は、砥粒液Pを用いてレーザー散乱・回折装置(堀場製作所製、商品名:LA−920)を使用し測定した。また、pHの測定は横河電機社製のpH81−11で行った。例22、23については、研磨促進剤を含有しないため、各500gの砥粒液Pと500gの脱イオン水を撹拌しながら混合することにより作製した。
次に、500gの各砥粒液Pと500gの各種添加剤液を、撹拌しながら混合することにより、表1に記載の各種研磨組成物1kgを作製した。なお、酸化セリウム粒子の粒度分布測定は、砥粒液Pを用いてレーザー散乱・回折装置(堀場製作所製、商品名:LA−920)を使用し測定した。また、pHの測定は横河電機社製のpH81−11で行った。例22、23については、研磨促進剤を含有しないため、各500gの砥粒液Pと500gの脱イオン水を撹拌しながら混合することにより作製した。
(研磨速度評価)
各種研磨用組成物を用いて、窒化ケイ素膜および酸化ケイ素膜の研磨速度評価を行った。
各種研磨用組成物を用いて、窒化ケイ素膜および酸化ケイ素膜の研磨速度評価を行った。
(評価方法)
研磨装置としてCMP研磨装置(Applied Materials社製、商品名:Mirra)を使用して研磨を行った。このとき研磨パッドはRodel社製の2層パッドIC−1400、K−grooveを使用し、研磨パッドのコンディショニングには、三菱マテリアル社製のMEC100−PH3.5Lを使用した。例1〜25の各研磨用組成物は、研磨圧力が13.8kPa、研磨定盤および研磨ヘッドの回転数は全て77rpmおよび73rpmで、研磨時間は全て1分間で行った。
研磨装置としてCMP研磨装置(Applied Materials社製、商品名:Mirra)を使用して研磨を行った。このとき研磨パッドはRodel社製の2層パッドIC−1400、K−grooveを使用し、研磨パッドのコンディショニングには、三菱マテリアル社製のMEC100−PH3.5Lを使用した。例1〜25の各研磨用組成物は、研磨圧力が13.8kPa、研磨定盤および研磨ヘッドの回転数は全て77rpmおよび73rpmで、研磨時間は全て1分間で行った。
被研磨物としての半導体基板には、窒化ケイ素膜を製膜した8インチシリコンウエハ基板と、酸化ケイ素膜を製膜した8インチシリコンウエハ基板を使用し、研磨速度の測定にはKLA−Tencor社製の膜厚計UV−1280SEを使用し、研磨前の膜厚と研磨後の膜厚の差分から研磨速度(オングストローム/分)を算出した。結果を表2に示す。なお、表2においては、オングストロームをAで表した。
本発明の研磨組成物である例1〜17は、比較例である本発明範囲外の砥粒の平均粒子径である例18〜20、本発明範囲外の研磨促進剤濃度である例21、および研磨促進剤を含まない例22、23、pHが本発明の範囲外である例24、本発明範囲外の三級アルカノールアミンである例25に比べて、窒化ケイ素膜で高い研磨速度を示し、酸化ケイ素膜に対する窒化ケイ素膜の研磨速度比において、0.35以上の高い値を示した。
本発明の研磨用組成物は、窒化ケイ素または酸化窒化ケイ素を高い研磨速度で研磨でき、かつ酸化ケイ素に対して好適な研磨速度比を示すことから、半導体デバイス製造工程、特に、多層配線形成工程でのゲート作成工程における平坦化工程に適用される。
1…研磨定盤、2…定盤駆動モータ、3…研磨パッド、4…研磨対象物、5…基板保持部材、6…滴下ノズル、7…研磨液、10…研磨装置。
Claims (6)
- 酸化セリウム粒子と、メトニウム化合物およびアルカノールアミン化合物からなる群より選択される少なくとも一種の窒化膜研磨促進剤とを含有し、前記アルカノールアミン化合物が一級または二級アルカノールアミン化合物であり、前記酸化セリウム粒子の平均二次粒子径が50nm以上160nm以下であり、前記メトニウム化合物の濃度が0.025質量%以上1.0質量%以下であり、pHが3.5以上6未満であることを特徴とする研磨用組成物。
- 前記メトニウム化合物の主鎖の炭素数が2〜7である、請求項1に記載の研磨用組成物。
- 前記アルカノールアミン化合物が、DL−1−アミノ−2−プロパノール、2−アセトアミドアルコール、2−アミノ−2−メチル−1−プロパノール、3−アミノ−1,2−プロパンジオール、2−アミノ−2−ヒドロキシメチル−1,3−プロパンジオール、エタノールアミン、およびジエタノールアミンからなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項1または2に記載の研磨用組成物。
- 前記アルカノールアミン化合物の濃度が0.01質量%以上0.5質量%以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の研磨用組成物。
- 前記酸化セリウム粒子の濃度が0.05質量%以上2質量%以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の研磨用組成物。
- 研磨用組成物を研磨定盤上の研磨パッドに供給しながら、被研磨物の被研磨面と研磨パッドを接触させて、両者間の相対運動により研磨する方法であって、前記研磨用組成物が請求項1〜5のいずれか1項に記載のものであり、前記被研磨物が半導体基板であることを特徴とする研磨方法。
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