WO2013077369A1 - 研磨用組成物 - Google Patents

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周吾 横田
泰之 大和
哲 鎗田
赤塚 朝彦
修一 玉田
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    • H01L29/20Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds

Definitions

  • the present invention relates to a portion containing a high mobility material such as a group IV material and a group III-V compound (hereinafter also referred to as a high mobility material portion) and a portion containing a silicon material such as silicon oxide (hereinafter referred to as a silicon material). It is related with the polishing composition used in the use which grind
  • the present invention also relates to a polishing method and a substrate manufacturing method using the polishing composition.
  • High mobility channel materials include III-V compounds such as gallium arsenide (GaAs), silicon germanium (SiGe), and germanium (Ge), which have higher electron and hole mobility than silicon and superior carrier transport properties. ), Or graphene consisting only of carbon (C) is expected.
  • GaAs gallium arsenide
  • SiGe silicon germanium
  • Ge germanium
  • C graphene consisting only of carbon
  • the high mobility material channel can be formed by polishing a polishing object having a high mobility material portion and a silicon material portion.
  • a polishing composition that can polish a high mobility material portion more selectively than a silicon material portion is used, the high mobility material portion can be efficiently removed by polishing. Further, since the oxide loss of silicon oxide or the like is reduced, a withstand voltage between the wiring layers is ensured. Further, when performing a photolithography process thereafter, exposure focus is easy because there is little oxide loss, and the process is stabilized (see Patent Document 1).
  • a polishing composition such as that described in Patent Document 2 or Patent Document 3 conventionally used for polishing a compound semiconductor substrate composed only of a Group IV compound has a high mobility material portion, a silicon material portion, When used for polishing an object to be polished, it does not exhibit sufficiently high polishing selectivity for the high mobility material portion.
  • an object of the present invention is to provide a polishing composition capable of exhibiting high polishing selectivity for a high mobility material portion when used in an application for polishing a polishing object having a high mobility material portion and a silicon material portion. Another object is to provide a polishing method and a substrate manufacturing method using the polishing composition.
  • a polishing composition for use in polishing a polishing object having a high mobility material portion and a silicon material portion, wherein Provided is a polishing composition containing abrasive grains having a primary particle diameter of 40 nm or less and an oxidizing agent.
  • This polishing composition preferably further contains a hydrolysis-inhibiting compound that binds to the surface OH groups of the silicon material portion and functions to suppress hydrolysis of the silicon material portion.
  • a polishing composition used for polishing a polishing object having a high mobility material portion and a silicon material portion comprising abrasive grains, an oxidizing agent, and the silicon
  • a polishing composition containing a hydrolysis-inhibiting compound that functions to inhibit hydrolysis of a silicon material part by binding to a surface OH group of the material part is provided.
  • polishing compositions of the first and second aspects have a neutral pH.
  • the third aspect of the present invention there is provided a method for polishing a polishing object having a high mobility material portion and a silicon material portion using the polishing composition of the first or second aspect.
  • a substrate is produced by polishing a polishing object having a high mobility material portion and a silicon material portion using the polishing composition of the first or second aspect. Provide a way to do it.
  • the polishing composition which can exhibit the high polishing selectivity with respect to a high mobility material part when it uses for the use which grind
  • the polishing composition of the present embodiment is prepared by mixing specific abrasive grains and an oxidizing agent in water. Accordingly, the polishing composition contains specific abrasive grains and an oxidizing agent.
  • the polishing composition is used for polishing a polishing object having a high mobility material portion and a silicon material portion, and more specifically, for polishing a polishing object and manufacturing a substrate.
  • the high mobility material here refers to a material having a higher mobility of electrons and holes than a silicon material.
  • Examples of high mobility materials include III-V compounds such as gallium phosphide (GaP), indium phosphide (InP), gallium arsenide (GaAs), indium arsenide (InAs), indium antimonide (InSb), etc.
  • Group IV materials such as silicon germanium (SiGe) and germanium (Ge).
  • the silicon material examples include polysilicon, silicon oxide, silicon nitride, and the like.
  • the electron mobility of indium phosphide which is a high mobility material, is 5400 cm 2 / V ⁇ s.
  • the electron mobility of the gallium arsenide 8500cm hole mobility in 2 / V ⁇ s is 400cm 2 / V ⁇ s
  • the electron mobility of the indium arsenide is 40000cm 2 /
  • the hole mobility is 500 cm 2 / V ⁇ s at V ⁇ s
  • the electron mobility of indium antimonide is 77000 cm 2 / V ⁇ s
  • the hole mobility is 850 cm 2 / V ⁇ s
  • the electron mobility of germanium is 3900cm hole mobility in 2 / V ⁇ s indicates 1900cm 2 / V ⁇ s
  • the high mobility material for silicon material with the both or one of the electron mobility and hole mobility Significantly shows a high value.
  • the abrasive grains contained in the polishing composition have an average primary particle size of 40 nm or less.
  • the polishing rate of the silicon material portion by the polishing composition is higher than that when abrasive grains having an average primary particle diameter exceeding 40 nm are used.
  • the polishing rate of the high mobility material portion is greatly reduced by the above.
  • the value of the average primary particle diameter of an abrasive grain can be calculated based on the specific surface area of the abrasive grain measured by BET method, for example.
  • the abrasive grains in the polishing composition may be either inorganic particles or organic particles.
  • the inorganic particles include particles made of a metal oxide such as silica, alumina, ceria, titania and the like.
  • the organic particles include polymethyl methacrylate (PMMA) particles. Among these, silica particles are preferable, and colloidal silica is particularly preferable.
  • the content of abrasive grains in the polishing composition is preferably 20% by mass or less, more preferably 15% by mass or less, and still more preferably 10% by mass or less. As the content of the abrasive grains decreases, the material cost of the polishing composition can be suppressed, and the aggregation of the abrasive grains is less likely to occur.
  • the average secondary particle diameter of the abrasive grains is preferably 170 nm or less, more preferably 150 nm or less, and still more preferably 120 nm or less. As the average secondary particle diameter of the abrasive grains decreases, it becomes easier to obtain a polished surface with less scratches by polishing the object to be polished using the polishing composition.
  • the value of the average secondary particle diameter of the abrasive grains can be measured by, for example, a laser light scattering method.
  • the kind of oxidizing agent contained in polishing composition is not specifically limited, It is preferable to have a standard electrode potential of 0.3V or more.
  • a standard electrode potential of 0.3V or higher is used, compared with a case where an oxidant having a standard electrode potential of less than 0.3 V is used, the high mobility material portion of the polishing composition There is an advantage that the polishing rate is improved.
  • the oxidizing agent having a standard electrode potential of 0.3 V or more include hydrogen peroxide, sodium peroxide, barium peroxide, organic oxidizing agent, ozone water, silver (II) salt, iron (III) salt, and Permanganic acid, chromic acid, dichromic acid, peroxodisulfuric acid, peroxophosphoric acid, peroxosulfuric acid, peroxoboric acid, performic acid, peracetic acid, perbenzoic acid, perphthalic acid, hypochlorous acid, hypobromous acid, Examples include hypoiodous acid, chloric acid, chlorous acid, perchloric acid, bromic acid, iodic acid, periodic acid, sulfuric acid, persulfuric acid, citric acid, dichloroisocyanuric acid, and salts thereof.
  • hydrogen peroxide, ammonium persulfate, hypochlorous acid, periodic acid, and sodium dichloroisocyanurate are preferable because the polishing rate of
  • the standard electrode potential is expressed by the following equation when all chemical species involved in the oxidation reaction are in the standard state.
  • E0 is the standard electrode potential
  • ⁇ G0 is the standard Gibbs energy change of the oxidation reaction
  • K is its parallel constant
  • F is the Faraday constant
  • T is the absolute temperature
  • n is the number of electrons involved in the oxidation reaction. Therefore, since the standard electrode potential varies depending on the temperature, the standard electrode potential at 25 ° C. is adopted in this specification.
  • the standard electrode potential of the aqueous solution system is described in, for example, the revised 4th edition chemical handbook (basic edition) II, pp 464-468 (edited by the Chemical Society of Japan).
  • the content of the oxidizing agent in the polishing composition is preferably 0.01 mol / L or more, more preferably 0.1 mol / L or more. As the content of the oxidizing agent increases, the polishing rate of the high mobility material portion by the polishing composition is improved.
  • the content of the oxidizing agent in the polishing composition is also preferably 100 mol / L or less, more preferably 50 mol / L or less. As the content of the oxidizing agent decreases, the material cost of the polishing composition can be reduced, and the load on the processing of the polishing composition after polishing, that is, the waste liquid treatment can be reduced.
  • the pH of the polishing composition is preferably neutral, more specifically within the range of 5 or more and 9 or less.
  • the pH is neutral, there is an advantage that the polishing rate of the silicon material portion by the polishing composition is decreased.
  • a pH adjuster may be used to adjust the pH of the polishing composition to a desired value.
  • the pH adjuster to be used may be either acid or alkali, and may be any of inorganic and organic compounds.
  • polishing composition of the present embodiment abrasive grains having a small average primary particle diameter of 40 nm or less are used in order to reduce the polishing rate of the silicon material portion by the polishing composition. Therefore, this polishing composition has high polishing selectivity for the high mobility material portion.
  • the polishing rate of the silicon material portion by the polishing composition is further reduced, so that the polishing selectivity of the polishing composition with respect to the high mobility material portion is further increased improves.
  • the polishing composition of the second embodiment is prepared by mixing abrasive grains, an oxidizing agent, and a hydrolysis inhibiting compound with water. Therefore, polishing composition contains an abrasive grain, an oxidizing agent, and a hydrolysis inhibiting compound.
  • the polishing composition of the second embodiment also includes gallium phosphide, indium phosphide, gallium arsenide, indium arsenide, indium antimonide, silicon germanium, germanium, and the like.
  • the high mobility material portion is selectively used for polishing a polishing object having a high mobility material portion and a silicon material portion such as silicon oxide, and more specifically, for polishing a polishing object and manufacturing a substrate. Used for polishing purposes.
  • the abrasive grains contained in the polishing composition of the second embodiment do not need to have an average primary particle size of 40 nm or less. Except for this point, the abrasive grains in the polishing composition of the first embodiment It is the same as the abrasive grains contained in.
  • the oxidizing agent contained in the polishing composition of the second embodiment is the same as the oxidizing agent contained in the polishing composition of the first embodiment.
  • the hydrolysis-inhibiting compound contained in the polishing composition of the second embodiment functions to inhibit the hydrolysis of the silicon material part by binding to the surface OH group of the silicon material part. Specifically, it is considered that a hydrogen bond is formed between the surface OH group of the silicon material portion and the oxygen atom of the hydrolysis inhibiting compound. Further, it is considered that a hydrogen bond is formed between the surface OH group of the silicon material portion and the nitrogen atom of the hydrolysis inhibiting compound. Therefore, when the hydrolysis inhibiting compound is used, there is an advantage that the polishing rate of the silicon material portion by the polishing composition is reduced.
  • the hydrolysis-inhibiting compound is preferably a compound having an oxygen atom and a nitrogen-containing compound having a nitrogen atom.
  • the hydrolysis inhibiting compound having an oxygen atom include 1-propanol, 2-propanol, 2-propyn-1-ol, allyl alcohol, ethylene cyanohydrin, 1-butanol, 2-butanol, (S)-(+ ) -2-butanol, 2-methyl-1-propanol, t-butyl alcohol, perfluoro-t-butyl alcohol, crotyl alcohol, 1-pentanol, 2,2-dimethyl-1-propanol, 2-methyl- 2-butanol, 3-methyl-1-butanol, S-amyl alcohol, 1-hexanol, 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone, 4-methyl-2-pentanol, cyclohexanol, DL-3-hexyl Alcohol, 1-heptanol, 2-ethyl
  • hydrolysis inhibiting compounds having nitrogen atoms include bishexamethylenetriamine (BHMT), tetramethylammonium hydroxide (TMAH), tetramethylamine (TMA), tetraethylamine (TEA), dimethylamine, and trimethylamine.
  • BHMT bishexamethylenetriamine
  • TMAH tetramethylammonium hydroxide
  • TMA tetramethylamine
  • TEA tetraethylamine
  • dimethylamine and trimethylamine
  • Water-soluble alkylamines such as triethylamine, propylenediamine, methylamine, ethylamine, piperazine, piperidine, choline hydroxide (CH), amino alcohols such as triethanolamine, diethanolamine, ethanolamine, ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), diethyl
  • Water-soluble amine compounds such as sodium dithiocarbamate and chitosan are listed.
  • the content of the hydrolysis-inhibiting compound in the polishing composition is preferably 10 ppm by mass or more, more preferably 50 ppm by mass or more. As the content of the hydrolysis-inhibiting compound increases, the polishing rate of the silicon material portion by the polishing composition decreases.
  • the content of the hydrolysis-inhibiting compound in the polishing composition is preferably 100000 ppm by mass or less, more preferably 50000 ppm by mass or less. As the content of the hydrolysis-inhibiting compound decreases, the material cost of the polishing composition can be reduced, and the processing of the polishing composition after polishing, that is, the load of waste liquid treatment can be reduced. .
  • the polishing composition of the second embodiment is preferably neutral, more specifically within the range of 5 to 9.
  • the pH is neutral, there is an advantage that the polishing rate of the silicon material portion by the polishing composition is decreased.
  • a pH adjuster may be used to adjust the pH of the polishing composition of the second embodiment to a desired value.
  • the pH adjuster to be used may be either acid or alkali, and may be any of inorganic and organic compounds.
  • a hydrolysis-inhibiting compound is used to reduce the polishing rate of the silicon material portion by the polishing composition. Therefore, this polishing composition has high polishing selectivity for the high mobility material portion.
  • the polishing rate of the silicon material portion by the polishing composition is further reduced, so that the polishing selectivity of the polishing composition with respect to the high mobility material portion is further increased improves.
  • the embodiment may be modified as follows.
  • the polishing compositions of the first and second embodiments may contain two or more types of abrasive grains.
  • some abrasive grains do not necessarily have an average primary particle diameter of 40 nm or less.
  • the polishing compositions of the first and second embodiments may contain two or more kinds of oxidizing agents.
  • the polishing composition according to the second embodiment may contain two or more types of hydrolysis-inhibiting compounds.
  • the polishing composition of the first embodiment may further contain a hydrolysis-inhibiting compound.
  • a hydrolysis-inhibiting compound since the polishing rate of the silicon material portion by the polishing composition is further reduced, the polishing selectivity of the polishing composition with respect to the high mobility material portion is further improved.
  • the polishing composition of the above embodiment may further contain a known additive such as a preservative as necessary.
  • the polishing composition of the above embodiment may be a one-component type or a multi-component type including a two-component type.
  • the polishing composition of the above embodiment may be prepared by diluting a stock solution of the polishing composition with water.
  • Example 101 to 117 and Comparative Examples 101 and 102 The polishing compositions of Examples 101 to 117 and Comparative Examples 101 and 102 were prepared by mixing colloidal silica and an oxidizing agent with water together with a hydrolysis inhibiting compound and a pH adjuster as necessary. The details of the components in each polishing composition and the results of measuring the pH of each polishing composition are shown in Table 1.
  • H 2 O 2 represents hydrogen peroxide
  • APS represents ammonium persulfate.
  • Acetic acid or potassium hydroxide was used as a pH adjuster.
  • the surfaces of silicon germanium blanket wafers, germanium blanket wafers, and tetraethyl orthosilicate (TEOS) blanket wafers were subjected to the conditions shown in Table 2.
  • the values of the polishing rate required for polishing are shown in the “SiGe polishing rate” column, the “Ge polishing rate” column, and the “TEOS polishing rate” column in Table 3.
  • the value of the polishing rate is obtained by dividing the difference in wafer thickness before and after polishing measured by using an optical interference film thickness measuring device by the polishing time, and for silicon germanium blanket wafer and germanium.
  • the difference in weight of the wafer before and after polishing was determined by dividing by the density and polishing time.
  • the values obtained by dividing the polishing rate of silicon germanium by the polishing compositions of Examples 101 to 117 and Comparative Examples 101 and 102 in this way by the polishing rate of TEOS by the same polishing composition are shown in Table 3.
  • SiGe polishing rate / TEOS polishing rate the value obtained by dividing the germanium polishing rate by the TEOS polishing rate with the same polishing composition is shown in Table 3 as “Ge polishing rate / TEOS polishing rate”. "".
  • the value of the TEOS polishing rate is acceptable when it is 300 ⁇ / min or less, more preferably 200 ⁇ / min or less, and even more preferably 100 ⁇ / min or less.
  • the value obtained by dividing the polishing rate of silicon germanium by the polishing rate of TEOS is a pass level when it is 5 or more, more preferably 10 or more, and still more preferably 15 or more.
  • a value obtained by dividing the polishing rate of germanium by the polishing rate of TEOS is a pass level when the polishing rate is 10 or more.
  • the value obtained by dividing the polishing rate of silicon germanium by the polishing rate of TEOS is 5 or more, or the polishing rate of germanium is the polishing rate of TEOS.
  • the divided value was 10 or more, and a result of a level that can be satisfactorily used for the purpose of selectively polishing the high mobility material portion was obtained.
  • a value obtained by dividing the polishing rate of silicon germanium by the polishing rate of TEOS and a value obtained by dividing the polishing rate of germanium by the polishing rate of TEOS were both 10. As described above, particularly good results were obtained.
  • Example 201 to 216 and Comparative Example 201 The polishing compositions of Examples 201 to 216 and Comparative Example 201 were prepared by mixing colloidal silica and an oxidizing agent with water together with a hydrolysis inhibiting compound and a pH adjuster as necessary. Table 4 shows the details of the components in each polishing composition and the results of measuring the pH of each polishing composition.
  • H 2 O 2 represents hydrogen peroxide
  • APS represents ammonium persulfate
  • KOH represents potassium hydroxide
  • the surface of the gallium arsenide blanket wafer and the tetraethyl orthosilicate (TEOS) blanket wafer was determined by polishing under the conditions shown in Table 5.
  • the values of the polishing rate are shown in the “GaAs polishing rate” column and the “TEOS polishing rate” column in Table 6.
  • the value of the polishing rate is obtained by dividing the difference in thickness of the wafer before and after polishing measured by using an optical interference film thickness measuring device for the TEOS blanket wafer by the polishing time, and for the gallium arsenide blanket wafer, The difference in weight of the wafer before and after polishing was determined by dividing by the density and polishing time.
  • the value of the TEOS polishing rate is acceptable when it is 300 ⁇ / min or less, more preferably 200 ⁇ / min or less, and even more preferably 100 ⁇ / min or less.
  • the value obtained by dividing the polishing rate of gallium arsenide by the polishing rate of TEOS is a pass level when it is 5 or more, more preferably 10 or more, and still more preferably 15 or more.
  • the TEOS polishing rate was 100 ⁇ / min or less, or the gallium arsenide polishing rate was divided by the TEOS polishing rate.
  • the value was 15 or more, and a result that can be satisfactorily used for the purpose of selectively polishing a high mobility material portion was obtained.

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Abstract

高移動度材料を含有する部分とケイ素材料を含有する部分とを有する研磨対象物を研磨する用途で使用される本発明の研磨用組成物は、平均一次粒子径が40nm以下である砥粒と、酸化剤とを含有し、好ましくは研磨対象物のケイ素材料を含有する部分の表面OH基と結合してケイ素材料を含有する部分の加水分解を抑制する働きをする加水分解抑制化合物をさらに含有する。あるいは、本発明の研磨用組成物は、砥粒と、酸化剤と、加水分解抑制化合物とを含有する。研磨用組成物のpHは中性であることが好ましい。

Description

研磨用組成物
 本発明は、IV族材料及びIII-V族化合物などの高移動度材料を含有する部分(以下、高移動度材料部分ともいう)と酸化シリコンなどのケイ素材料を含有する部分(以下、ケイ素材料部分ともいう)とを有する研磨対象物を研磨する用途で使用される研磨用組成物に関する。本発明はまた、その研磨用組成物を用いた研磨方法及び基板の製造方法に関する。
 トランジスタの消費電力低減やパフォーマンス(動作特性)を向上させる技術のひとつとして、キャリアの移動度を高める高移動度チャネル材料の検討が進められている。キャリアの輸送特性が向上したチャネルでは、オン時のドレイン電流が高まるため、十分なオン電流を得つつ、電源電圧を下げることができる。このコンビネーションは、低い電力におけるより高いMOSFETのパフォーマンスをもたらす。
 高移動度チャネル材料としては、シリコンよりも電子や正孔の移動度が高く、キャリアの輸送特性に優れるヒ化ガリウム(GaAs)などのIII-V族化合物、シリコンゲルマニウム(SiGe)やゲルマニウム(Ge)などのIV族材料、あるいは炭素(C)のみからなるグラフェンの適用が期待されている。特に、III-V族化合物に比べて導入が容易なIV族材料を使用したチャネルが積極的に検討されている。高い結晶性を有するIII-V族化合物チャネルを所望とする形状に制御して成長させる技術はまだ確立がされていない。また、III-V族化合物チャネルは、IV族材料を使用したチャンネルに対してコスト面で劣る。
 高移動度材料チャネルは、高移動度材料部分とケイ素材料部分とを有する研磨対象物を研磨して形成することができる。この場合、ケイ素材料部分よりも高移動度材料部分を高選択的に研磨することができる研磨用組成物を用いれば、高移動度材料部分を効率的に研磨除去することが可能になる。また、酸化シリコン等のオキサイドロスが少なくなるため、配線層間の耐電圧が確保される。さらに、その後フォトリソグラフィ工程を行う際には、オキサイドロスが少ないために露光焦点合わせが容易となり、工程が安定する(特許文献1参照)。しかしながら、IV族化合物のみからなる化合物半導体基板を研磨する用途で従来使用されている例えば特許文献2又は特許文献3に記載のような研磨用組成物は、高移動度材料部分とケイ素材料部分とを有する研磨対象物を研磨する用途で使用したときに、高移動度材料部分に対する十分に高い研磨選択性を発揮しない。
特開平11-204520公報 特開2010-130009公報 特表2010-519740公報
 そこで本発明の目的は、高移動度材料部分とケイ素材料部分とを有する研磨対象物を研磨する用途で使用したときに高移動度材料部分に対する高い研磨選択性を発揮することができる研磨用組成物を提供すること、またその研磨用組成物を用いた研磨方法及び基板の製造方法を提供することにある。
 上記の目的を達成するために、本発明の第1の態様では、高移動度材料部分とケイ素材料部分とを有する研磨対象物を研磨する用途で使用される研磨用組成物であって、平均一次粒子径が40nm以下である砥粒と、酸化剤とを含有する研磨用組成物を提供する。
 この研磨用組成物は、前記ケイ素材料部分の表面OH基と結合してケイ素材料部分の加水分解を抑制する働きをする加水分解抑制化合物をさらに含有することが好ましい。
 本発明の第2の態様では、高移動度材料部分とケイ素材料部分とを有する研磨対象物を研磨する用途で使用される研磨用組成物であって、砥粒と、酸化剤と、前記ケイ素材料部分の表面OH基と結合してケイ素材料部分の加水分解を抑制する働きをする加水分解抑制化合物とを含有する研磨用組成物を提供する。
 上記第1及び第2の態様の研磨用組成物は中性のpHを有することが好ましい。
 本発明の第3の態様では、上記第1又は第2の態様の研磨用組成物を用いて、高移動度材料部分とケイ素材料部分とを有する研磨対象物を研磨する方法を提供する。
 本発明の第4の態様では、上記第1又は第2の態様の研磨用組成物を用いて、高移動度材料部分とケイ素材料部分とを有する研磨対象物を研磨することにより、基板を製造する方法を提供する。
 本発明によれば、高移動度材料部分とケイ素材料部分とを有する研磨対象物を研磨する用途で使用したときに高移動度材料部分に対する高い研磨選択性を発揮することができる研磨用組成物と、その研磨用組成物を用いた研磨方法及び基板の製造方法とが提供される。
 以下、本発明の第1の実施形態を説明する。
 本実施形態の研磨用組成物は、特定の砥粒と、酸化剤を水に混合して調製される。従って、研磨用組成物は、特定の砥粒、及び酸化剤を含有する。
 この研磨用組成物は、高移動度材料部分とケイ素材料部分とを有する研磨対象物を研磨する用途、さらに言えばその研磨対象物を研磨して基板を製造する用途において高移動度材料部分を選択的に研磨する目的で使用される。ここでいう高移動度材料とは、シリコン材料よりも電子や正孔の移動度が高い材料をいう。高移動度材料の例としては、リン化ガリウム(GaP)、リン化インジウム(InP)、ヒ化ガリウム(GaAs)、ヒ化インジウム(InAs)、アンチモン化インジウム(InSb)などのIII-V族化合物や、シリコンゲルマニウム(SiGe)およびゲルマニウム(Ge)などのIV族材料が挙げられる。また、ケイ素材料の例としては、ポリシリコン、酸化シリコン、窒化シリコン等が挙げられる。例えば、電子移動度1600cm/V・s及び正孔移動度430cm/V・sであるシリコン材料に対し、高移動度材料であるリン化インジウムの電子移動度は5400cm/V・sで正孔移動度は200cm/V・s、ヒ化ガリウムの電子移動度は8500cm/V・sで正孔移動度は400cm/V・s、ヒ化インジウムの電子移動度は40000cm/V・sで正孔移動度は500cm/V・s、アンチモン化インジウムの電子移動度は77000cm/V・sで正孔移動度は850cm/V・s、そしてゲルマニウムの電子移動度は3900cm/V・sで正孔移動度は1900cm/V・sを示し、シリコン材料に対して高移動度材料は電子移動度及び正孔移動度の両方又は片方について有意に高い値を示す。
 (砥粒)
 研磨用組成物中に含まれる砥粒は、40nm以下の平均一次粒子径を有している。40nm以下という平均一次粒子径の小さい砥粒を使用した場合、平均一次粒子径が40nmを超える砥粒を使用した場合に比べて、研磨用組成物によるケイ素材料部分の研磨速度が研磨用組成物による高移動度材料部分の研磨速度よりも大きく低下するという有利がある。なお、砥粒の平均一次粒子径の値は、例えば、BET法で測定される砥粒の比表面積に基づいて計算することができる。
 研磨用組成物中の砥粒は、無機粒子及び有機粒子のいずれであってもよい。無機粒子の具体例としては、シリカ、アルミナ、セリア、チタニアなどの金属酸化物からなる粒子が挙げられる。有機粒子の具体例としては、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)粒子が挙げられる。その中でもシリカ粒子が好ましく、特に好ましいのはコロイダルシリカである。
 研磨用組成物中の砥粒の含有量は、20質量%以下であることが好ましく、より好ましくは15質量%以下、さらに好ましくは10質量%以下である。砥粒の含有量が少なくなるにつれて、研磨用組成物の材料コストを抑えることができるのに加え、砥粒の凝集が起こりにくくなる。
 砥粒の平均二次粒子径は170nm以下であることが好ましく、より好ましくは150nm以下、さらに好ましくは120nm以下である。砥粒の平均二次粒子径が小さくなるにつれて、研磨用組成物を用いて研磨対象物を研磨することによりスクラッチのより少ない研磨面を得ることが容易になる。砥粒の平均二次粒子径の値は、例えば、レーザー光散乱法により測定することができる。
 (酸化剤)
 研磨用組成物中に含まれる酸化剤の種類は特に限定されないが、0.3V以上の標準電極電位を有していることが好ましい。0.3V以上の標準電極電位を有する酸化剤を使用した場合には、0.3V未満の標準電極電位を有する酸化剤を使用した場合に比べて、研磨用組成物による高移動度材料部分の研磨速度が向上するという有利がある。0.3V以上の標準電極電位を有する酸化剤の具体例としては、過酸化水素、過酸化ナトリウム、過酸化バリウム、有機酸化剤、オゾン水、銀(II)塩、鉄(III)塩、並びに過マンガン酸、クロム酸、重クロム酸、ペルオキソ二硫酸、ペルオキソリン酸、ペルオキソ硫酸、ペルオキソホウ酸、過ギ酸、過酢酸、過安息香酸、過フタル酸、次亜塩素酸、次亜臭素酸、次亜ヨウ素酸、塩素酸、亜塩素酸、過塩素酸、臭素酸、ヨウ素酸、過ヨウ素酸、硫酸、過硫酸、クエン酸、ジクロロイソシアヌル酸及びそれらの塩等が挙げられる。これらの中でも、研磨用組成物による高移動度材料部分の研磨速度が大きく向上することから、過酸化水素、過硫酸アンモニウム、次亜塩素酸、過ヨウ素酸、及びジクロロイソシアヌル酸ナトリウムが好ましい。
 なお、標準電極電位とは、酸化反応に関与するすべての化学種が標準状態にあるときに次式で表される。
 E0=-△G0/nF=(RT/nF)lnK
 ここで、E0は標準電極電位、△G0は酸化反応の標準ギブスエネルギー変化、Kはその平行定数、Fはファラデー定数、Tは絶対温度、nは酸化反応に関与する電子数である。従って、標準電極電位は温度により変動するので、本明細書中においては25℃における標準電極電位を採用している。なお、水溶液系の標準電極電位は、例えば改訂4版化学便覧(基礎編)II、pp464-468(日本化学会編)等に記載されている。
 研磨用組成物中の酸化剤の含有量は0.01mol/L以上であることが好ましく、より好ましくは0.1mol/L以上である。酸化剤の含有量が多くなるにつれて、研磨用組成物による高移動度材料部分の研磨速度が向上する。
 研磨用組成物中の酸化剤の含有量はまた、100mol/L以下であることが好ましく、より好ましくは50mol/L以下である。酸化剤の含有量が少なくなるにつれて、研磨用組成物の材料コストを抑えることができるのに加え、研磨使用後の研磨用組成物の処理、すなわち廃液処理の負荷を軽減することができる。
 (pH調整剤)
 研磨用組成物のpHは中性であること、より具体的には5以上9以下の範囲内であることが好ましい。pHが中性である場合には、研磨用組成物によるケイ素材料部分の研磨速度が低下するという有利がある。
 研磨用組成物のpHを所望の値に調整するのにpH調整剤を使用してもよい。使用するpH調整剤は酸及びアルカリのいずれであってもよく、また無機及び有機の化合物のいずれであってもよい。
 本実施形態によれば以下の作用効果が得られる。
 ・ 本実施形態の研磨用組成物では、研磨用組成物によるケイ素材料部分の研磨速度を低下させるために、40nm以下という平均一次粒子径の小さい砥粒が使用されている。そのため、この研磨用組成物は高移動度材料部分に対する高い研磨選択性を有する。
 ・ 研磨用組成物のpHが中性である場合には、研磨用組成物によるケイ素材料部分の研磨速度がさらに低下するために、高移動度材料部分に対する研磨用組成物の研磨選択性がさらに向上する。
 以下、本発明の第2の実施形態を説明する。
 第2の実施形態の研磨用組成物は、砥粒と酸化剤と加水分解抑制化合物を水に混合して調製される。従って、研磨用組成物は、砥粒、酸化剤及び加水分解抑制化合物を含有する。
 第2の実施形態の研磨用組成物も、第1の実施形態の研磨用組成物と同様、リン化ガリウム、リン化インジウム、ヒ化ガリウム、ヒ化インジウム、アンチモン化インジウム、シリコンゲルマニウムおよびゲルマニウムなどの高移動度材料部分と酸化シリコンなどのケイ素材料部分とを有する研磨対象物を研磨する用途、さらに言えばその研磨対象物を研磨して基板を製造する用途において高移動度材料部分を選択的に研磨する目的で使用される。
 (砥粒)
 第2の実施形態の研磨用組成物中に含まれる砥粒は、40nm以下の平均一次粒子径を有している必要がなく、この点を除けば第1の実施形態の研磨用組成物中に含まれる砥粒と同じである。
 (酸化剤)
 第2の実施形態の研磨用組成物中に含まれる酸化剤は、第1の実施形態の研磨用組成物中に含まれる酸化剤と同じである。
 (加水分解抑制化合物)
 第2の実施形態の研磨用組成物中に含まれる加水分解抑制化合物は、ケイ素材料部分の表面OH基と結合してケイ素材料部分の加水分解を抑制する働きをする。詳細には、ケイ素材料部分の表面OH基と加水分解抑制化合物の持つ酸素原子の間で水素結合が形成されると考えられる。また、ケイ素材料部分の表面OH基と加水分解抑制化合物のもつ窒素原子との間で水素結合が形成されると考えられる。そのため、加水分解抑制化合物を使用した場合には、研磨用組成物によるケイ素材料部分の研磨速度が低下するという有利がある。このメカニズムを考えると、加水分解抑制化合物は酸素原子を持つ化合物及び窒素原子を持つ窒素含有化合物であることが好ましい。酸素原子を持つ加水分解抑制化合物の具体例としては、1-プロパノール、2-プロパノール、2-プロピン-1-オール、アリルアルコール、エチレンシアノヒドリン、1-ブタノール、2-ブタノール、(S)-(+)-2-ブタノール、2-メチル-1-プロパノール、t-ブチルアルコール、パーフルオロ-t-ブチルアルコール、クロチルアルコール、1-ペンタノール、2,2-ジメチル-1-プロパノール、2-メチル-2-ブタノール、3-メチル-1-ブタノール、S-アミルアルコール、1-ヘキサノール、4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン、4-メチル-2-ペンタノール、シクロヘキサノール、DL-3-ヘキシルアルコール、1-ヘプタノール、2-エチルヘキシルアルコール、(S)-(+)-2-オクタノール、1-オクタノール、DL-3-オクチルアルコール、2-ヒドロキシベンジルアルコール、2-ニトロベンジルアルコール、3,5-ジヒドロキシベンジルアルコール、3,5-ジニトロベンジルアルコール、3-フルオロベンジルアルコール、3-ヒドロキシベンジルアルコール、4-フルオロベンジルアルコール、4-ヒドロキシベンジルアルコール、ベンジルアルコール、m-(トリフルオロメチル)ベンジルアルコール、m-アミノベンジルアルコール、m-ニトロベンジルアルコール、o-アミノベンジルアルコール、o-ヒドロキシベンジルアルコール、p-ヒドロキシベンジルアルコール、p-ニトロベンジルアルコール、2-(p-フルオロフェニル)エタノール、2-アミノフェネチルアルコール、2-メトキシベンジルアルコール、2-メチル-3-ニトロベンジルアルコール、2-メチルベンジルアルコール、2-ニトロフェネチルアルコール、2-フェニルエタノール、3,4-ジメチルベンジルアルコール、3-メチル-2-ニトロベンジルアルコール、3-メチル-4-ニトロベンジルアルコール、3-メチルベンジルアルコール、4-フルオロフェネチルアルコール、4-ヒドロキシ-3-メトキシベンジルアルコール、4-メトキシベンジルアルコール、4-メチル-3-ニトロベンジルアルコール、5-メチル-2-ニトロベンジルアルコール、DL-α-ヒドロキシエチルベンゼン、o-(トリフルオロメチル)ベンジルアルコール、p-(トリフルオロメチル)ベンジルアルコール、p-アミノフェネチルアルコール、p-ヒドロキシフェニルエタノール、p-メチルベンジルアルコール及びS-フェネチルアルコール、アセチレングリコール等のアルコール、4-メチルフェノール、4-エチルフェノール及び4-プロピルフェノール等のフェノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、カプリリルグリコール、ブチレングリコール、アセチレンジオール等のグリコール、n-デカノル-n-メチル-D-グルカミン、n-オクタノイル-n-メチル-D-グルカミン、n-ノナイノル-n-メチル-D-グルカミンなどのグルカミン、グリセリンエステル、ソルビタンエステル、メトキシ酢酸、エトキシ酢酸、3-エトキシプロピオン酸、ポリオキシエチレン(以下、POEという)ソルビタン脂肪酸エステル、POEグリコール脂肪酸エステル、POEヘキシタン脂肪酸エステル及びアラニンエチルエステル等のエステル、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ポリエチレングリコールアルキルエーテル、ポリエチレングリコールアルケニルエーテル、アルキルポリエチレングリコール、アルキルポリエチレングリコールアルキルエーテル、アルキルポリエチレングリコールアルケニルエーテル、アルケニルポリエチレングリコール、アルケニルポリエチレングリコールアルキルエーテル、アルケニルポリエチレングリコールアルケニルエーテル、ポリプロピレングリコールアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールアルケニルエーテル、アルキルポリプロピレングリコール、アルキルポリプロピレングリコールアルキルエーテル、アルキルポリプロピレングリコールアルケニルエーテル、アルケニルポリプロピレングリコール、アルケニルポリプロピレングリコールアルキルエーテル及びアルケニルポリプロピレングリコールアルケニルエーテル、POEアルキレンジグリセリルエーテル、POEアルキルエーテル、POEアルキルフェニルエーテル、POEポリプロピレンアルキルエーテル等のエーテル、及びポリオキシプロピレン/ポリオキシエチレンのブロック/ランダムコポリマー等が挙げられる。
 また、窒素原子を持つ加水分解抑制化合物の具体例としては、ビスヘキサメチレントリアミン(BHMT)、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)、テトラメチルアミン(TMA)、テトラエチルアミン(TEA)、ジメチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、プロピレンジアミン、メチルアミン、エチルアミン、ピペラジン、ピペリジン等の水溶性アルキルアミン、水酸化コリン(CH)、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン、エタノールアミン等のアミノアルコール類、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム、キトサン等の水溶性アミン化合物が挙げられる。
 研磨用組成物中の加水分解抑制化合物の含有量は10質量ppm以上であることが好ましく、より好ましくは50質量ppm以上である。加水分解抑制化合物の含有量が多くなるにつれて、研磨用組成物によるケイ素材料部分の研磨速度が低下する。
 研磨用組成物中の加水分解抑制化合物の含有量はまた、100000質量ppm以下であることが好ましく、より好ましくは50000質量ppm以下である。加水分解抑制化合物の含有量が少なくなるにつれて、研磨用組成物の材料コストを抑えることができるのに加え、研磨使用後の研磨用組成物の処理、すなわち廃液処理の負荷を軽減することができる。
 (pH調整剤)
 第2の実施形態の研磨用組成物も、第1の実施形態の研磨用組成物と同様、中性であること、より具体的には5以上9以下の範囲内であることが好ましい。pHが中性である場合には、研磨用組成物によるケイ素材料部分の研磨速度が低下するという有利がある。
 第2の実施形態の研磨用組成物のpHを所望の値に調整するのにpH調整剤を使用してもよい。使用するpH調整剤は酸及びアルカリのいずれであってもよく、また無機及び有機の化合物のいずれであってもよい。
 第2の実施形態によれば以下の作用効果が得られる。
 ・ 第2の実施形態の研磨用組成物では、研磨用組成物によるケイ素材料部分の研磨速度を低下させるために、加水分解抑制化合物が使用されている。そのため、この研磨用組成物は高移動度材料部分に対する高い研磨選択性を有する。
 ・ 研磨用組成物のpHが中性である場合には、研磨用組成物によるケイ素材料部分の研磨速度がさらに低下するために、高移動度材料部分に対する研磨用組成物の研磨選択性がさらに向上する。
 前記実施形態は次のように変更されてもよい。
 ・ 第1及び第2の実施形態の研磨用組成物は、二種類以上の砥粒を含有してもよい。第1の実施形態の研磨用組成物が二種類以上の砥粒を含有する場合、一部の砥粒については必ずしも40nm以下の平均一次粒子径を有している必要はない。
 ・ 第1及び第2の実施形態の研磨用組成物は、二種類以上の酸化剤を含有してもよい。
 ・ 第2の実施形態の研磨用組成物は、二種類以上の加水分解抑制化合物を含有してもよい。
 ・ 第1の実施形態の研磨用組成物は、加水分解抑制化合物をさらに含有してもよい。この場合、研磨用組成物によるケイ素材料部分の研磨速度がさらに低下するために、高移動度材料部分に対する研磨用組成物の研磨選択性がさらに向上する。
 ・ 前記実施形態の研磨用組成物は、防腐剤のような公知の添加剤を必要に応じてさらに含有してもよい。
 ・ 前記実施形態の研磨用組成物は一液型であってもよいし、二液型をはじめとする多液型であってもよい。
 ・ 前記実施形態の研磨用組成物は、研磨用組成物の原液を水で希釈することにより調製されてもよい。
 次に、本発明の実施例及び比較例を説明する。
 (実施例101~117及び比較例101,102)
 コロイダルシリカ及び酸化剤を、必要に応じて加水分解抑制化合物及びpH調整剤とともに水と混合することにより、実施例101~117及び比較例101,102の研磨用組成物を調製した。各研磨用組成物中の成分の詳細、及び各研磨用組成物のpHを測定した結果を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1中、“H”は過酸化水素を表し、“APS”は過硫酸アンモニウムを表す。pH調整剤としては酢酸又は水酸化カリウムを使用した。
 実施例101~117及び比較例101,102の各研磨用組成物を用いて、シリコンゲルマニウムブランケットウェーハ、ゲルマニウムブランケットウェーハ、及びオルトケイ酸テトラエチル(TEOS)ブランケットウェーハの表面を、表2に記載の条件で研磨したときに求められる研磨速度の値を表3の“SiGeの研磨速度”欄、“Geの研磨速度”欄、及び“TEOSの研磨速度”欄に示す。研磨速度の値は、TEOSブランケットウェーハについては光干渉式膜厚測定装置を用いて測定される研磨前後のウェーハの厚みの差を研磨時間で除することにより求め、シリコンゲルマニウムブランケットウェーハ及びゲルマニウムについては、研磨前後のウェーハの重量の差を密度と研磨時間で除することによって求めた。また、こうして求めた実施例101~117及び比較例101,102の各研磨用組成物によるシリコンゲルマニウムの研磨速度を同じ研磨用組成物によるTEOSの研磨速度で除して得られる値を表3の“SiGeの研磨速度/TEOSの研磨速度”欄に、ゲルマニウムの研磨速度を同じ研磨用組成物によるTEOSの研磨速度で除して得られる値を表3の“Geの研磨速度/TEOSの研磨速度”欄に示す。
 TEOSの研磨速度の値は、300Å/min以下の場合に合格レベルであるが、より好ましくは200Å/min以下、さらに好ましくは100Å/min以下である。シリコンゲルマニウムの研磨速度をTEOSの研磨速度で除した値は、5以上の場合に合格レベルであるが、より好ましくは10以上、さらに好ましくは15以上である。ゲルマニウムの研磨速度をTEOSの研磨速度で除した値は、10以上の場合に合格レベルである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 表3に示すように、実施例101~117の研磨用組成物の場合には、シリコンゲルマニウムの研磨速度をTEOSの研磨速度で除した値が5以上又はゲルマニウムの研磨速度をTEOSの研磨速度で除した値が10以上であり、高移動度材料部分を選択的に研磨する目的で満足に使用できるレベルの結果が得られた。特に、pHを7に調整した実施例101,103,105~116はシリコンゲルマニウムの研磨速度をTEOSの研磨速度で除した値、およびゲルマニウムの研磨速度をTEOSの研磨速度で除した値が共に10以上であり、特に良好な結果が得られた。
 これに対し、比較例101の研磨用組成物の場合には、シリコンゲルマニウムの研磨速度をTEOSの研磨速度で除した値が5未満で合格レベルに達しておらず、高移動度材料部分を選択的に研磨する目的で満足に使用できるレベルの結果が得られなかった。
 (実施例201~216及び比較例201)
 コロイダルシリカ及び酸化剤を、必要に応じて加水分解抑制化合物及びpH調整剤とともに水と混合することにより、実施例201~216及び比較例201の研磨用組成物を調製した。各研磨用組成物中の成分の詳細、及び各研磨用組成物のpHを測定した結果を表4に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 表4中、“H”は過酸化水素を表し、“APS”は過硫酸アンモニウムを表し、“KOH”は水酸化カリウムを表す。
 実施例201~216及び比較例201の各研磨用組成物を用いて、ヒ化ガリウムブランケットウェーハ及びオルトケイ酸テトラエチル(TEOS)ブランケットウェーハの表面を、表5に記載の条件で研磨したときに求められる研磨速度の値を表6の“GaAsの研磨速度”欄及び“TEOSの研磨速度”欄に示す。研磨速度の値は、TEOSブランケットウェーハについては光干渉式膜厚測定装置を用いて測定される研磨前後のウェーハの厚みの差を研磨時間で除することにより求め、ヒ化ガリウムブランケットウェーハについては、研磨前後のウェーハの重量の差を密度と研磨時間で除することによって求めた。また、こうして求めた実施例201~216及び比較例201の各研磨用組成物によるヒ化ガリウムの研磨速度を同じ研磨用組成物によるTEOSの研磨速度で除して得られる値を表6の“GaAsの研磨速度/TEOSの研磨速度”欄に示す。
 TEOSの研磨速度の値は、300Å/min以下の場合に合格レベルであるが、より好ましくは200Å/min以下、さらに好ましくは100Å/min以下である。ヒ化ガリウムの研磨速度をTEOSの研磨速度で除した値は、5以上の場合に合格レベルであるが、より好ましくは10以上、さらに好ましくは15以上である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
 表6に示すように、実施例201~216の研磨用組成物の場合には、TEOSの研磨速度が100Å/min以下であるか、あるいはヒ化ガリウムの研磨速度をTEOSの研磨速度で除した値が15以上であり、高移動度材料部分を選択的に研磨する目的で満足に使用できるレベルの結果が得られた。
 これに対し、比較例201の研磨用組成物の場合には、ヒ化ガリウムの研磨速度をTEOSの研磨速度で除した値が合格レベルに達しておらず、高移動度材料部分を選択的に研磨する目的で満足に使用できるレベルの結果が得られなかった。

Claims (6)

  1.  高移動度材料を含有する部分とケイ素材料を含有する部分とを有する研磨対象物を研磨する用途で使用される研磨用組成物であって、平均一次粒子径が40nm以下である砥粒と、酸化剤とを含有することを特徴とする研磨用組成物。
  2.  前記ケイ素材料を含有する部分の表面OH基と結合してケイ素材料を含有する部分の加水分解を抑制する働きをする加水分解抑制化合物をさらに含有する、請求項1に記載の研磨用組成物。
  3.  高移動度材料を含有する部分とケイ素材料を含有する部分とを有する研磨対象物を研磨する用途で使用される研磨用組成物であって、砥粒と、酸化剤と、前記ケイ素材料を含有する部分の表面OH基と結合してケイ素材料を含有する部分の加水分解を抑制する働きをする加水分解抑制化合物とを含有することを特徴とする研磨用組成物。
  4.  研磨用組成物が中性のpHを有する、請求項1~3のいずれか一項に記載の研磨用組成物。
  5.  請求項1~4のいずれか一項に記載の研磨用組成物を用いて、高移動度材料を含有する部分とケイ素材料を含有する部分とを有する研磨対象物を研磨することを特徴とする研磨方法。
  6.  請求項1~4のいずれか一項に記載の研磨用組成物を用いて、高移動度材料を含有する部分とケイ素材料を含有する部分とを有する研磨対象物を研磨する工程を有することを特徴とする基板の製造方法。
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