JP7153566B2 - 研磨用組成物 - Google Patents
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Description
本発明は、研磨対象物を研磨するために用いられる、砥粒と、分散媒と、添加剤とを含む、研磨用組成物であって、前記砥粒が、表面修飾されており、前記添加剤が、下記式1:
本発明において、砥粒は、表面修飾されている(本明細書において、「表面修飾砥粒」とも称する)。本発明の好ましい形態によれば、表面修飾砥粒は、砥粒の表面に有機酸が固定されていることによりなる。本発明において、砥粒として、表面修飾砥粒を用いないと、本発明の所期の効果を奏することはできない。
本発明の研磨用組成物は、研磨用組成物を構成する各成分の分散のために分散媒が用いられる。分散媒としては、有機溶媒、水が考えられるが、その中でも水を含むことが好ましい。
本発明では、研磨用組成物に、下記式1:
本発明において、研磨用組成物のpHは、5.0以下である。pHが5.0超であると、本発明の所期の効果を奏することができない。本発明において、研磨用組成物のpHは、5.0以下であればよいが、好ましくは4.6以下、より好ましくは4.3以下である。本発明の所期の効果を効率よく奏することができる。また、下限は特に制限はないが、好ましくは2.0以上であり、より好ましくは3.0以上であり、さらに好ましくは3.5以上である。その理由は、2.0以上であることによって研磨対象物(特には、ポリシリコン)の研磨速度が高くなるからである。
シリコン窒化膜としては、SiN(窒化ケイ素)、SiCN(炭窒化ケイ素)などが挙げられる。多結晶シリコンとしては、ポリシリコンが代表的である。酸化ケイ素膜としては、TEOS、メチル基を含有する酸化ケイ素、フッ素化酸化ケイ素(SiOF)などが挙げられる。
本発明の研磨用組成物の製造方法は、前記砥粒と、前記分散媒と、前記添加剤とを混合することを有し、(研磨用組成物の)pHが、5.0以下である、研磨用組成物を製造することができる方法であれば制限されない。例えば、前記砥粒と、前記添加剤と、必要に応じて他の成分とを、前記分散媒中で攪拌混合することにより得ることができる。
本発明においては、前記研磨用組成物を用いて、または前記製造方法によって研磨用組成物を得、当該研磨用組成物を用いて、研磨対象物を研磨する、研磨方法も提供される。
本発明においては、前記研磨用組成物を使って研磨することを有する、多結晶シリコンおよびシリコン窒化膜の研磨速度を向上し、かつ、酸化ケイ素膜の研磨速度を抑制する方法も提供される。前記研磨用組成物の具体的な説明は、上記の説明が妥当する。
本発明において、ポリシリコンの研磨速度(Å/min)、SiN(窒化ケイ素膜)の研磨速度(Å/min)およびTEOS(酸化ケイ素膜)の研磨速度(Å/min)が、それぞれ、500(Å/min)以上、300(Å/min)以上、100(Å/min)以下であると好ましい。より好ましくは、それぞれ、980(Å/min)以上、370(Å/min)以上、35(Å/min)以下である。なお、上記各研磨速度は、実施例に記載の方法により測定された値である。
SiN(窒化ケイ素膜)の研磨速度(Å/min)からTEOS(酸化ケイ素膜)の研磨速度(Å/min)を除した値と、ポリシリコンの研磨速度(Å/min)からTEOS(酸化ケイ素膜)の研磨速度(Å/min)を除した値と、ポリシリコンの研磨速度(Å/min)からSiN(窒化ケイ素膜)の研磨速度(Å/min)を除した値とを算出して、選択比とすると、本発明において、選択比(SiN/TEOS)、選択比(Poly-Si/TEOS)、選択比(Poly-Si/SiN)は、それぞれ、5.0以上、3.0以上、4.0以下が好ましく、10以上、25以上、2.10以下であることがより好ましい。なお、上記選択比は、実施例に記載の方法により測定された各研磨速度に基づき決定される値である。
(実施例1)
研磨用組成物を、砥粒(スルホン酸固定コロイダルシリカ;平均一次粒子径:約14nm、平均二次粒子径:約32nm、D90/D10:約2.0と;pH調整剤として硫酸と;添加剤としてテトラメチル尿素と;を、砥粒濃度が3.0質量%となるように、テトラメチル尿素の濃度が6.00g/Lとなるように、また、pHが4.0となるように、分散媒(純水)中で混合することにより調製した(混合温度:約25℃、混合時間:約10分)。なお、実施例7、16、17の砥粒の平均二次粒子径は約67nmである。
砥粒の平均一次粒子径と、砥粒濃度と、添加剤の種類と、添加剤の濃度と、pH調整剤と、pHとを、表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして研磨用組成物を作製した。
研磨対象物として、
・200mmウェハ(Poly-Si(ポリシリコン))、
・200mmウェハ(SiN(窒化ケイ素膜))、
・200mmウェハ(TEOS(酸化ケイ素膜))、
を準備し、上記で得られた研磨用組成物を用いて、各ウェハを以下の研磨条件で研磨し、研磨速度を測定した。また選択比を算出した。
研磨機:200mmウェハ用CMP片面研磨機
研磨パッド:ポリウレタン製パッド(IC1010:ロームアンドハース社製)
圧力:3psi(約20.7kPa)
プラテン(定盤)回転数:90rpm
ヘッド(キャリア)回転数:87rpm
研磨用組成物の流量:130ml/min
研磨時間:1分間。
研磨速度(研磨レート)は、以下の式により計算した。
上記結果のとおり、本発明の研磨用組成物によれば、本発明は、多結晶シリコンのみならず、シリコン窒化膜を高速で研磨し、かつ、酸化ケイ素膜の研磨速度を抑えることができていることが分かる。なお、上記のように、より好ましくは、ポリシリコンの研磨速度(Å/min)、SiN(窒化ケイ素膜)の研磨速度(Å/min)およびTEOS(酸化ケイ素膜)の研磨速度(Å/min)が、それぞれ980(Å/min)以上、370(Å/min)以上、35(Å/min)以下であり、選択比(SiN/TEOS)、選択比(Poly-Si/TEOS)、選択比(Poly-Si/SiN)が、それぞれ、10以上、25以上、2.10以下であるが、テトラメチル尿素(実施例1、14~16)、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン(実施例2)、ジメチルイソブチルアミド(実施例8)またはクレアチン水和物(実施例11)は、これらの好ましい特性をバランスよく満たしており、特に好適であることが示唆される。
Claims (11)
- 研磨対象物を研磨するために用いられる、砥粒と、分散媒と、添加剤とを含む、研磨用組成物であって、
前記砥粒が、表面修飾されており、
前記添加剤が、下記式1:
上記式1中、
X1が、OまたはNR4であり、
X2が、単結合またはNR5であり、
R1~R5が、それぞれ独立して、水素原子;水酸基;ニトロ基;ニトロソ基;カルボキシル基、アミノ基もしくは水酸基で置換されてもよい炭素数1~4のアルキル基;またはCONH2;である、ただし、
R2と、R5とは環を形成してもよく;
X2が単結合のとき、R3は水素原子ではなく、または、R1~R3がメチル基ではなく;
X2がNR5のときであって、R1~R3およびR5のうち3つが水素原子である場合、他の1つは水素原子またはメチル基ではない;
で示され、
pHが、5.0以下であり、ただし、前記添加剤が、1,3-ジメチル-3,4,5,6-テトラヒドロ-2(1H)-ピリミジノン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、テトラメチル尿素、1,1,3,3-テトラエチル尿素、1,1-ジメチル尿素、N,N-ジエチルアセトアミド、1,1-ジエチル尿素、N,N-ジメチルアセトアミド、および、クレアチン水和物のいずれでもない、研磨用組成物。 - 前記式1中、
X1が、Oであり、
X2が、NR5であり、
R1~R3およびR5の2つ以上が、カルボキシル基、アミノ基または水酸基で置換されてもよい炭素数1~4のアルキル基である、請求項1に記載の研磨用組成物。 - 前記式1中、
X1が、NHであり、
X2が、NR5であり、
R1~R3およびR5が、それぞれ独立して、水素原子;カルボキシル基、アミノ基もしくは水酸基で置換されてもよい炭素数1~4のアルキル基;または-CONH2である、請求項1に記載の研磨用組成物。 - 前記式1中、
X2が、単結合であり、
R1~R3が、それぞれ独立して、水素原子、または、カルボキシル基、アミノ基もしくは水酸基で置換されてもよい炭素数1~4のアルキル基である、請求項1に記載の研磨用組成物。 - 前記式1中、
X1が、OまたはNHであり、
X2が、単結合またはNR5であり、
R1~R3およびR5が、それぞれ独立して、水素原子、または、カルボキシル基で置換されてもよい炭素数1~4のアルキル基である、請求項1に記載の研磨用組成物。 - 前記式1中、
X1が、Oであり、
R2と、R5とが環を形成し、
R1およびR3が、それぞれ独立して、水素原子、または、カルボキシル基、アミノ基もしくは水酸基で置換されてもよい炭素数1~4のアルキル基である、請求項1に記載の研磨用組成物。 - 前記添加剤が、1,3-ジメチル尿素、グアニル尿素リン酸塩、ジメチルイソブチルアミド、N-エチルアセトアミド、N-アセチルエチレンジアミンまたは2-アセトアミドエタノールである、請求項1に記載の研磨用組成物。
- 前記添加剤が、ジメチルイソブチルアミドである、請求項1に記載の研磨用組成物。
- 酸化剤を含まない、請求項1~8のいずれかに記載の研磨用組成物。
- 研磨対象物を研磨するために用いられる、研磨用組成物の製造方法であって、
砥粒と、分散媒と、添加剤とを混合することを有し、
前記砥粒が、表面修飾されており、
前記添加剤が、下記式1:
上記式1中、
X1が、OまたはNR4であり、
X2が、単結合またはNR5であり、
R1~R5が、それぞれ独立して、水素原子;水酸基;ニトロ基;ニトロソ基;カルボキシル基、アミノ基もしくは水酸基で置換されてもよい炭素数1~4のアルキル基;またはCONH2;である、ただし、
R2と、R5とは環を形成してもよく;
X2が単結合のとき、R3は水素原子ではなく、または、R1~R3がメチル基ではなく;
X2がNR5のときであって、R1~R3およびR5のうち3つが水素原子である場合、他の1つは水素原子またはメチル基ではない;
で示され、
pHが、5.0以下であり、前記添加剤が、1,3-ジメチル-3,4,5,6-テトラヒドロ-2(1H)-ピリミジノン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、テトラメチル尿素、1,1,3,3-テトラエチル尿素、1,1-ジメチル尿素、N,N-ジエチルアセトアミド、1,1-ジエチル尿素、N,N-ジメチルアセトアミド、および、クレアチン水和物のいずれでもない、研磨用組成物の製造方法。 - 請求項1~9のいずれか1項に記載の研磨用組成物を用いて、または
請求項10に記載の製造方法によって研磨用組成物を得、当該研磨用組成物を用いて、研磨対象物を研磨する、研磨方法。
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