JP7234008B2 - 研磨用組成物 - Google Patents
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Description
本発明の一実施形態によれば、研磨対象物は、酸化ケイ素(SiO2)および窒化ケイ素(SiN)の少なくとも一方を含む。本発明の一実施形態によれば、研磨対象物は、酸化ケイ素(SiO2)および窒化ケイ素(SiN)を含む。かような研磨対象物に対して、本発明の実施形態の研磨用組成物を適用することによって、同様の速度で、かつ、高速に研磨できる。本発明の一実施形態において、酸化ケイ素(SiO2)としては、オルトケイ酸テトラエチル(TEOS)由来の酸化ケイ素(SiO2)が好適である。本発明の一実施形態によれば、研磨用組成物の用途は制限されないが、半導体基板に用いられることが好ましい。
本発明の一実施形態において、研磨用組成物は、砥粒を含み、前記砥粒の表面がカチオン修飾されている。表面がカチオン修飾された砥粒を用いないと本発明の所期の効果が奏されない虞がある。
本発明の一実施形態において、研磨用組成物は、スルホン酸系化合物またはその塩を含む。スルホン酸系化合物またはその塩を含まないと、本発明の所期の効果を奏することができない。
本発明の一実施形態によれば、液体キャリアとしては、有機溶媒、水(特に純水)が考えられるが、研磨対象物の汚染や他の成分の作用を阻害するという観点から、不純物をできる限り含有しない水が好ましい。具体的には、イオン交換樹脂にて不純物イオンを除去した後フィルタを通して異物を除去した純水や超純水、または蒸留水が好ましい。
本発明の一実施形態によれば、研磨用組成物のpHは、7.0未満の酸性であっても、7.0の中性であっても、7.0超の塩基性であってもよいが、好ましくは、7.0未満である。かかる実施形態であることによって、窒化ケイ素、酸化ケイ素の研磨速度を同様に向上させることができる。本発明の一実施形態によれば、研磨用組成物のpHは、6.0未満である。本発明の一実施形態によれば、研磨用組成物のpHは、5.0未満である。本発明の一実施形態によれば、研磨用組成物のpHは、4.0未満である。本発明の一実施形態によれば、研磨用組成物のpHは、3.9以下である。本発明の一実施形態によれば、研磨用組成物のpHは、3.8以下である。本発明の一実施形態によれば、研磨用組成物のpHは、3.7以下である。本発明の一実施形態によれば、研磨用組成物のpHは、3.6以下である。本発明の一実施形態によれば、研磨用組成物のpHは、3.5以下である。本発明の一実施形態によれば、研磨用組成物のpHは、3.4以下である。本発明の一実施形態によれば、研磨用組成物のpHは、3.3以下である。本発明の一実施形態によれば、研磨用組成物のpHは、3.2以下である。本発明の一実施形態によれば、研磨用組成物のpHは、3.1以下である。本発明の一実施形態によれば、研磨用組成物のpHは、3.0以下である。本発明の一実施形態によれば、研磨用組成物のpHは、3.0未満である。かような実施形態であることによって、窒化ケイ素、酸化ケイ素の研磨速度を同様に向上させることができる。本発明の一実施形態によれば、研磨用組成物のpHは、1.0以上である。本発明の一実施形態によれば、研磨用組成物のpHは、1.2以上である。本発明の一実施形態によれば、研磨用組成物のpHは、1.4以上である。本発明の一実施形態によれば、研磨用組成物のpHは、1.6以上である。本発明の一実施形態によれば、研磨用組成物のpHは、1.8以上である。本発明の一実施形態によれば、研磨用組成物のpHは、2.0以上である。本発明の一実施形態によれば、研磨用組成物のpHは、2.0超である。本発明の一実施形態によれば、研磨用組成物のpHは、2.1以上である。本発明の一実施形態によれば、研磨用組成物のpHは、2.2以上である。本発明の一実施形態によれば、研磨用組成物のpHは、2.3以上である。本発明の一実施形態によれば、研磨用組成物のpHは、2.4以上である。本発明の一実施形態によれば、研磨用組成物のpHは、2.5以上である。本発明の一実施形態によれば、研磨用組成物のpHは、2.6以上である。本発明の一実施形態によれば、研磨用組成物のpHは、2.8以上である。かような実施形態であることによって、窒化ケイ素、酸化ケイ素の研磨速度を同様に向上させることができる。
本発明の一実施形態によれば、研磨用組成物は、酸化剤、金属防食剤、防腐剤、防カビ剤、水溶性高分子、難溶性の有機物を溶解するための有機溶媒等の他の成分をさらに含んでもよい。
本発明の一実施形態によれば、研磨用組成物の製造方法は、特に制限されず、例えば、上述の特定の砥粒と、スルホン酸系化合物またはその塩とを、液体キャリアで攪拌混合することにより得ることができる。各成分を混合する際の温度は特に制限されないが、10~40℃が好ましく、溶解速度を上げるために加熱してもよい。また、混合時間も特に制限されない。
本発明の一実施形態によれば、研磨用組成物は、窒化ケイ素および酸化ケイ素の研磨に好適に用いられる。よって、本発明の一実施形態によれば、研磨方法は、上記の研磨用組成物を用いて、または、上記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、窒化ケイ素および酸化ケイ素を含む研磨対象物を研磨することを有する、研磨方法である。
本発明の一実施形態によれば、上記の研磨方法を有する、半導体基板の製造方法も提供される。かかる実施形態によって、半導体基板の生産効率が向上する。
(研磨用組成物の調製)
液体キャリアとしての純水に、砥粒として表面にアミノ基が固定化されたコロイダルシリカ(シラノール基数:1.8個/nm2、平均一次粒子径:35nm、平均二次粒子径:70nm、平均会合度:2.0)を、最終の研磨用組成物100質量%に対し0.5質量%、硫酸を最終の研磨用組成物に対し0.005mol/Lとなる量で加え、pH調整剤としてのKOHをpHが2.9となるように加えることで、実施例1の研磨用組成物を調製した。
砥粒の単位表面積あたりのシラノール基数(単位:個/nm2)は、以下の測定方法または計算方法により、各パラメータを測定または算出した後、下記の方法により算出した。
ρは、平均シラノール基密度(シラノール基数)(個/nm2)を表わし;
cは、滴定に用いた水酸化ナトリウム溶液の濃度(mol/L)を表わし;
Vは、pHを4.0から9.0に上げるのに要した水酸化ナトリウム溶液の容量(L)
を表わし;
NAは、アボガドロ定数(個/mol)を表わし;
Cは、砥粒の合計質量(固形分)(g)を表わし;
Sは、砥粒のBET比表面積の加重平均値(nm2/g)を表わす。
また、砥粒の平均一次粒子径は、マイクロメリティックス社製の“Flow Sorb II 2300”を用いて測定されたBET法による砥粒の比表面積と、砥粒の密度とから算出した。また、砥粒の平均二次粒子径は、日機装株式会社製 動的光散乱式粒子径・粒度分布装置 UPA-UTI151により測定した。
研磨用組成物(液温:25℃)のpHは、pHメーター(株式会社 堀場製作所製 型番:LAQUA)により確認した。
(研磨用組成物の調製)
各成分の種類および含有量、並びに研磨用組成物のpHを下記表1に示すように変更した以外は実施例1と同様に操作して、各研磨用組成物を調製した。
各研磨用組成物を使用して、研磨対象物の表面を下記の条件で研磨した。研磨対象物としては、シリコン基板表面に形成した、膜厚2500Åの窒化ケイ素と、膜厚10000ÅのTEOS(酸化ケイ素)とをそれぞれ使用した。
研磨装置:卓上研磨機(日本エンギス社製 EJ-380IN)
研磨パッド:IC1000(ダウケミカル社製)
研磨圧力:3psi
研磨定盤の回転速度:60rpm
キャリアの回転速度:60rpm
研磨用組成物の供給量:50mL/min
研磨時間:60sec
In-situ dressing(その場ドレッシング)
ワークサイズ:30mm四方。
各研磨用組成物について、下記項目について測定し評価を行った。
研磨速度(Å/min)は、下記式(1)により計算した。
実施例の研磨用組成物によれば、窒化ケイ素の研磨速度および酸化ケイ素の研磨速度のいずれもが40Å/min以上であり、かつ、窒化ケイ素の研磨速度/酸化ケイ素の研磨速度が、0.6以上2.0未満であるため、2種以上の研磨対象物を同様の速度で、かつ、高速に研磨できていると言える。これに対し、比較例の研磨用組成物では、窒化ケイ素の研磨速度および酸化ケイ素の研磨速度の少なくとも一方が40Å/min未満であるか、あるいは、窒化ケイ素の研磨速度/酸化ケイ素の研磨速度が、0.6未満であるため、2種以上の研磨対象物を同様の速度で、かつ、高速に研磨できていると言えない。
Claims (12)
- 窒化ケイ素および酸化ケイ素を含む研磨対象物を研磨するために用いられる、研磨用組成物であって、
砥粒と、スルホン酸系化合物またはその塩と、液体キャリアとを含み、
前記砥粒は、その表面がカチオン修飾されており、単位表面積あたりのシラノール基数が、0個/nm2を超えて2.5個/nm2以下であり、前記窒化ケイ素の研磨速度(Å/min)/前記酸化ケイ素の研磨速度(Å/min)が0.6以上1.7以下となるように設計されている、研磨用組成物。 - 前記スルホン酸系化合物が、上記式Aで示される、請求項2に記載の研磨用組成物。
- X1、X2、X3およびX4が、それぞれ独立して、水酸基または置換されてもよい炭素数1~3のアルキル基である、請求項2または3に記載の研磨用組成物。
- 前記修飾が、化学結合によるものである、請求項1~4のいずれか1項に記載の研磨用組成物。
- 酸化剤を実質的に含まない、請求項1~5のいずれか1項に記載の研磨用組成物。
- pHが、7.0未満である、請求項1~6のいずれか1項に記載の研磨用組成物。
- pHが、2.0超4.0未満である、請求項7に記載の研磨用組成物。
- 前記窒化ケイ素の研磨速度(Å/min)/前記酸化ケイ素の研磨速度(Å/min)が0.81~1.2である、請求項1~8のいずれか1項に記載の研磨用組成物。
- 上記式A中、X 1 およびX 2 のいずれもが、非置換の炭素数1~3のアルキル基、
X 1 およびX 2 のいずれかが、アミノ基で置換された炭素数1~3のアルキル基、
あるいは、
X 1 およびX 2 のいずれかが、置換されてもよい炭素数6~10のフェニル基である、請求項2~9のいずれか1項に記載の研磨用組成物。 - 上記式A中、X 1 およびX 2 のいずれもが、非置換の炭素数1~3のアルキル基、
X 1 およびX 2 のいずれかが、アミノ基で置換された炭素数1~3のアルキル基、
あるいは、
X 1 およびX 2 のいずれかが、炭素数1~3のアルキル基で置換された炭素数6~10のフェニル基である、請求項10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、研磨用組成物であって、
砥粒と、
スルホン酸系化合物またはその塩と、
液体キャリアと
を含み、
前記砥粒は、その表面がカチオン修飾されており、単位表面積あたりのシラノール基数が、0個/nm 2 を超えて2.5個/nm 2 以下であり、
前記スルホン酸系化合物またはその塩が、アミノ基を有する、あるいは、非置換の炭素数1~3のアルキル基を有する、研磨用組成物。
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