JP2008252022A - 研磨組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】 研磨レートを低下させることなくウェーハ表面を親水化することができる研磨組成物を提供する。
【解決手段】 本発明の研磨組成物は、砥粒と、ジアリルアミン系重合体とを含み、残部が水である。ジアリルアミン系重合体を含むことで、研磨レートを低下させることなく研磨後のウェーハ表面を親水化することができる。さらに、ジアリルアミン系重合体の重量平均分子量を、２００以上１５０００未満とすることで凝集の発生を抑制することができる。
【選択図】 なし

Description

本発明は、ＣＭＰ（chemical mechanical polishing）に用いる研磨組成物に関する。

ＣＭＰによるシリコンウエハ研磨では、研磨後のウェーハ表面が疎水性となり、ウェーハ周辺の浮遊微粒子などの汚染粒子が付着しやすくなる。粒子汚染を防止するために、研磨直後にウェーハ表面の親水化処理を行ったり、次工程に進むまでの間、研磨直後のウェーハ表面に水を吹き付けたり、研磨直後のウェーハを水中に保管したりする必要がある。

そこで研磨組成物に親水化剤を添加することで、研磨するとともに表面の親水化も行う技術が開発されている。

研磨組成物に添加する代表的な親水化物質としては、ノニオン性高分子およびカチオン性高分子などが知られているが、ノニオン性高分子は添加することにより、研磨時のウェーハと砥粒との摩擦抵抗が減少し、研磨レートが低下する弊害がある。また、カチオン性高分子は砥粒の凝集力が高く、長期保管が困難となる。

４級以外のカチオン性高分子にはその構造に窒素と水素の結合部位を有しており、その活性水素の影響を受けて凝集が促進される傾向がある。

特許文献１記載の化学機械研磨系は、研磨剤と、液体キャリヤーと、１５０００以上の重量平均分子量を有する正電荷の高分子電解質を含んでいる。正電荷の高分子電解質として、ポリエチレンイミン、ポリアミノアミド、ポリ（ジアリルジメチルアンモニウムクロリド）などが例示されている。

特表２００５−５１８０９１号公報

特許文献１記載の化学機械研磨系の組成から、静置状態ではある程度安定しているかもしれないが研磨時の状態では凝集が発生する可能性が極めて高い。安定していたとしても正電荷の高分子電解質が砥粒を被覆することによって研磨レートは非常に低くなる。

本発明の目的は、研磨レートを低下させることなくウェーハ表面を親水化することができる研磨組成物を提供することである。

本発明は、砥粒と、ジアリルアミン系重合体とを含み、ジアリルアミン系重合体の重量平均分子量が２００以上１５０００未満であることを特徴とする研磨組成物である。

また本発明は、前記ジアリルアミン系重合体が単重合体であることを特徴とする。
また本発明は、前記ジアリルアミン系重合体がジアリルジメチルアンモニウム塩であることを特徴とする。

本発明によれば、砥粒と、ジアリルアミン系重合体とを含む研磨組成物であり、ジアリルアミン系重合体の重量平均分子量が２００以上１５０００未満である。

これにより、研磨レートを低下させることなく研磨後のウェーハ表面を親水化することができる。さらに、ジアリルアミン系重合体の重量平均分子量を、上記の範囲内とすることで凝集の発生を抑制することができる。

また本発明によれば、前記ジアリルアミン系重合体は、単重合体であることが好ましい。

また本発明によれば、前記ジアリルアミン系重合体は、ジアリルジメチルアンモニウム塩を用いることが好ましい。

本発明の研磨組成物は、砥粒と、ジアリルアミン系重合体とを含み、残部が水である。ジアリルアミン系重合体の重量平均分子量は、２００以上１５０００未満である。

ジアリルアミン系重合体を含むことで、研磨レートを低下させることなく研磨後のウェーハ表面を親水化することができる。さらに、ジアリルアミン系重合体の重量平均分子量を、２００以上１５０００未満とすることで凝集の発生を抑制することができる。

以下、本発明の研磨組成物について詳細に説明する。
本発明の研磨組成物に含まれるジアリルアミン系重合体としては、ジアリルジメチルアンモニウム塩などの単重合体、およびジアリルメチルエチルアンモニウムエチルサルフェイト−二酸化硫黄、ジアリルジメチルアンモニウムクロリド−二酸化硫黄、ジアリルジメチルアンモニウムクロリド−アクリルアミドなどの共重合体などが挙げられる。これらの中でも単重合体が好ましく、ジアリルジメチルアンモニウム塩が好ましい。

さらに、ジアリルジメチルアンモニウム塩としては、ハロゲン化物、硝酸塩、硫酸塩および酢酸塩などが挙げられ、これらの中でもハロゲン化物であるジアリルジメチルアンモニウムクロリドが特に好ましい。

ジアリルジメチルアンモニウム塩は、研磨組成物中でハロゲンおよび酸が遊離し、これによって研磨促進機能が発揮され、研磨レートの低下を防ぐことができるのである。

このように、ジアリルアミン系重合体は、ウェーハの親水化剤として働くとともに、研磨促進剤としても機能する。

本発明の研磨物におけるジアリルアミン系重合体の重量平均分子量は、２００以上１５０００未満である。好ましくは、２００以上１００００以下である。

ジアリルアミン系重合体の重量平均分子量が２００未満の場合、ウェーハ表面の親水化が不十分となり、１５０００以上の場合、砥粒の凝集が発生する。

本発明の研磨組成物におけるジアリルアミン系重合体の含有量は、研磨組成物全量の
０．００５〜１０重量％であり、０．００５重量％未満では、ウェーハ表面の親水化が不十分となり、１０重量％を越えると砥粒の凝集が発生する。

本発明の研磨組成物に含まれる砥粒としては、この分野で常用されるものを使用でき、たとえば、コロイダルシリカ、ヒュームドシリカ、コロイダルアルミナ、ヒュームドアルミナおよびセリアなどが挙げられる。

本発明の研磨組成物における砥粒の含有量は、研磨組成物全量の０．０５〜５重量％である。０．０５重量％未満では、研磨レートが低下し、５重量％を越えると砥粒の凝集が発生する。

本発明の研磨組成物において、好ましいｐＨの範囲は、９．５〜１１．０であり、より好ましくは１０．２〜１０．８である。

本発明の研磨組成物には、上記の組成に加えてさらに、カチオン性界面活性剤およびｐＨ調整剤などを含んでいてもよい。

カチオン性界面活性剤としては、少なくとも第４級アンモニウム化合物を含むことが好ましい。第４級アンモニウム化合物としては、テトラメチルアンモニウム塩、テトラエチルアンモニウム塩、テトラブチルアンモニウム塩が好ましく、さらに好ましくはこれらの水酸化物、特にＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）である。

本発明の研磨組成物におけるカチオン性界面活性剤の含有量は、研磨組成物全量の０．００１〜１重量％である。０．００１重量％未満では、研磨レートが低下し、１重量％を越えるとウェーハの表面粗さが大きくなる。

ｐＨ調整剤としては、炭酸カリウム、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化カルシウム、水酸化リチウムなどが挙げられ、これらの中でも炭酸カリウムが好ましい。

本発明の研磨用組成物は、たとえば以下のような工程で製造する。
（１）アルカリ水溶液および砥粒分散液の調製
ジアリルアミン系重合体と、陽イオン界面活性剤およびｐＨ調整剤とを添加してアルカリ水溶液を得る。
砥粒を水中に分散させて砥粒分散液を得る。

（２）混合
砥粒分散液とアルカリ水溶液とを混合し、本発明の研磨用組成物を得る。

以下では、本発明の実施例および比較例について説明する。
［砥粒安定性］
まず、ジアリルアミン系重合体の重量平均分子量、および含有量を変えたときの砥粒の安定性を検討した。

（実施例１）
砥粒 ：シリカ粒子 ０．１重量％
ジアリルアミン系重合体：ジアリルジメチルアンモニウムクロリド
（重量平均分子量８５００）
０．１，１．０，１０重量％
陽イオン界面活性剤 ：ＴＭＡＨ ０．２重量％
ｐＨ調整剤 ：炭酸カリウム １重量％

（比較例１）
砥粒 ：シリカ粒子 ０．１重量％
ジアリルアミン系重合体：ジアリルジメチルアンモニウムクロリド
（重量平均分子量４００００）
０．１，１．０，１０重量％
陽イオン界面活性剤 ：ＴＭＡＨ ０．２重量％
ｐＨ調整剤 ：炭酸カリウム １重量％

（比較例２）
砥粒 ：シリカ粒子 ０．１重量％
ジアリルアミン系重合体：ジアリルジメチルアンモニウムクロリド
（重量平均分子量２０００００）
０．１，１．０，１０重量％
陽イオン界面活性剤 ：ＴＭＡＨ ０．２重量％
ｐＨ調整剤 ：炭酸カリウム １重量％

ジアリルアミン系重合体の含有量としては、０．１重量％、１．０重量％、１０重量％に変化させた。

砥粒の安定性は、室温（２３℃）下で１４日間静置した後、目視にて凝集の発生を確認した。結果を表１に示す。○は凝集が発生せず、×は凝集が発生したことを示す。

重量平均分子量が８５００（＜１５０００）である実施例１は、含有量にかかわらず凝集は発生しなかった。重量平均分子量が４００００（≧１５０００）である比較例１および重量平均分子量が２０００００（≧１５０００）である比較例２は、０．１重量％という低含有量でも凝集が発生し、さらに高含有量でも当然に凝集が発生した。

［研磨試験］
実施例１を用いて以下の条件で研磨試験を行い、研磨レートおよび表面親水性について評価した。ジアリルアミン系重合体の含有量としては、０．１重量％、１．０重量％に変化させた。
被研磨物：８インチシリコンウェーハ
研磨装置：Ｓｔｒａｓｂａｕｇｈ２０”枚葉式
研磨パッド：Ｗｈｉｔｅｘ ＲＧ−Ｓ
研磨定盤回転速度：１１５ｒｐｍ
キャリア回転速度：１００ｒｐｍ
研磨荷重面圧：１５０ｈＰａ
半導体研磨用組成物の流量：３００ｍｌ/ｍｉｎ
研磨時間：４分間
研磨パッドリンス時間；３０秒間

研磨レートは、単位時間当たりに研磨によって除去されたウェーハの厚み（μｍ／ｍｉｎ）で表される。研磨によって除去されたウェーハの厚みは、ウェーハ重量の減少量を測定し、ウェーハの研磨面の面積で割ることで算出した。
表面親水性は、研磨後のウェーハ表面の親水部分面積を目視にて判断した。

研磨レートおよび表面親水性の結果を表２に示す。○は研磨後のウェーハ被研磨面全面が親水化され、×は撥水部分があったことを示す。

研磨試験の結果から、実施例１は、研磨レートを低下させることなくウェーハの表面親水性を実現できることがわかった。

以上のように、本発明の研磨組成物は、砥粒の凝集を発生させず、研磨レートを低下させることなくウェーハ表面を親水化することができる。

Claims (3)

1. 砥粒と、ジアリルアミン系重合体とを含み、ジアリルアミン系重合体の重量平均分子量が２００以上１５０００未満であることを特徴とする研磨組成物。
2. 前記ジアリルアミン系重合体が単重合体であることを特徴とする請求項１記載の研磨組成物。
3. 前記ジアリルアミン系重合体がジアリルジメチルアンモニウム塩であることを特徴とする請求項２記載の研磨組成物。