JP2015074737A - 化学機械研磨用水系分散体および化学機械研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のスラリー等で化学機械研磨において、エッチング性が高くソースやドレイン上に形成されるＩＩＩ−Ｖ族メタル膜の平滑性が損われる。ＩＩＩ−Ｖ族材料のエッチングを低減でき、かつ、ＩＩＩ−Ｖ族材料を高速で研磨できる化学機械研磨用水系分散体、及びそれを用いた化学機械研磨方法の提供。
【解決手段】ＩＩＩ−Ｖ族材料２０を有する被研磨面を研磨する為の化学機械研磨用水系分散体であって、（Ａ）砥粒と（Ｂ）Ｃ３〜８のヒドロキシアルキル基を有するアルカノールアミンと（Ｃ）酸化剤とを含有する化学機械研磨用水系分散体。（Ａ）砥粒がコロイダルシリカで、二次粒子径が１０〜１５０ｎｍであり、（Ｂ）成分がモノイソプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミン及びトリイソプロパノールアミンからなる群から選択される少なくとも一種の化合物であり、（Ｃ）酸化剤が過酸化水素である、化学機械研磨用水系分散体。
【選択図】図１

Description

本発明は、化学機械研磨用水系分散体および化学機械研磨方法に関する。

近年、化学機械研磨（以下、「ＣＭＰ」ともいう。）は、ＬＳＩ製造工程、特に多層配線形成工程における層間絶縁膜の平坦化、金属プラグ形成、埋め込み配線（ダマシン配線）形成において頻繁に利用されている。ゲートのソースやドレインの材質としては、これまでシリサイドなどが用いられてきたが、更なる高速性能が要求されるロジックデバイスでは、これにとって代わって、よりキャリヤ移動度の高いＩＩＩ−Ｖ族材料の導入が有力視されている。

ＩＩＩ−Ｖ族材料は、例えばＦＩＮ−ＦＥＴのソースやドレインへの適用が期待されている。その形成順序としては、チャネル上のゲート誘電体層を形成するステップや前記ゲート誘電体層上にゲートを形成するステップの前にソースやドレインが形成される。ソースおよびドレインの形成プロセスの一例としては、ＳｉＮ膜の上にフォトレジストを塗布、露光、現像してパターンを形成し、それをマスクにしてＳｉＮ／ＳｉＯ_２／Ｓｉの順にエッチングしてトレンチを形成し、ＣＶＤでＩＩＩ−Ｖ族材料を堆積させてＩＩＩ−Ｖ族メタル膜を形成した後に、ＣＭＰによりトレンチ以外の部分のＩＩＩ−Ｖ族メタル膜やＳｉＮ膜を除去するプロセスが挙げられる（例えば特許文献１参照）。

このような研磨工程に用いられる化学機械研磨用水系分散体には従来も、砥粒としてジルコニア粒子、セリア粒子、アルミナ粒子やシリカ粒子等を使用し、研磨膜の化学特性に合わせて硫酸、硝酸、酢酸や水酸化カリウム、アンモニア等によって好適なｐＨに調整された組成物が用いられてきた。ＩＩＩ−Ｖ族メタル膜を除去するＣＭＰでは、ＩＩＩ−Ｖ族メタル膜の表層部に形成される酸化層の機械的除去と、その酸化層の除去後に露出したメタルイオンの溶解による除去と、の競争的研磨が同時に進行するが、機械的除去が優勢になるように化学機械研磨用水系分散体の組成を調整することにより、比較的高圧となる凸部から優先的に研磨し平坦化を行うことができ、研磨終了時におけるトレンチ部のＩＩＩ−Ｖ族メタル膜の厚さを制御することができる。

上述したソースやドレインの形成において、上述の化学機械研磨用水系分散体を用いてＳｉ化合物膜とＩＩＩ−Ｖ族メタル膜とを研磨する場合、一定以上の研磨速度だけでなくソース及びドレイン表面の平滑性が特に重要となる。ソースやドレイン上に形成される膜の平滑性が損なわれると、そこに不純物が混入し、ＦＥＴゆらぎの原因となることが知られている。この問題を解決するために、従来、ＧａＡｓ基板の作製では、硫酸酸性の溶液や臭素−アルコール溶液による処理が一般的に行われており、例えば特許文献２では基板の品質を向上させる観点からアンモニア溶液による処理が提案されている。また、更なる品質向上の観点から、例えば特許文献３ではアンモニアではなくトリエタノールアミン等のアミンを用いる技術が提案されている。また、上述したソースやドレインの形成に用いられるものではないが、例えば特許文献４では、ケイ素又はゲルマニウム結晶のインゴットからスライスされたウエハを平坦に研磨するための研磨スラリーとして、水溶性のカルボキシメチレンゴム又はキサンタンガム、及びシリカを含有する研磨スラリーが提案されている。この研磨スラリーには、必要に応じてアルカノールアミン等の水溶性有機アミンをｐＨ調整剤として使用できることが記載されている。

特開２０１１−６１１９６号公報 特公平０１−０３９６５０号公報 特公平０７−０５３６４０号公報 特公昭６１−１４６５５号公報

しかしながら、上述したようなソース・ドレインの形成において、ＩＩＩ−Ｖ族メタル膜とＳｉ化合物膜とを従来のスラリーで化学機械研磨する場合や従来の処理液で処理する場合には、ソースやドレイン表面の平滑性が得られにくいという課題があった。このソース・ドレイン表面の平滑性が不良となる原因としては、ソース・ドレインの表面が黒ずんで鏡面性が失われることが多いことから、ＣＭＰ工程中のＩＩＩ−Ｖ族メタル膜のエッチング性が高すぎることが考えられる。

そこで、本発明に係る幾つかの態様は、上記課題を解決することで、ＩＩＩ−Ｖ族材料を有する被研磨面を研磨する際に、ＩＩＩ−Ｖ族材料のエッチングを低減でき、かつ、ＩＩＩ−Ｖ族材料を高速で研磨できる化学機械研磨用水系分散体、およびそれを用いた化学機械研磨方法を提供するものである。

本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。

［適用例１］
本発明に係る化学機械研磨用水系分散体の一態様は、
ＩＩＩ−Ｖ族材料を有する被研磨面を研磨するための化学機械研磨用水系分散体であって、
（Ａ）砥粒と、
（Ｂ）炭素数３〜８のヒドロキシアルキル基を有するアルカノールアミンと、
（Ｃ）酸化剤と、
を含有することを特徴とする。

［適用例２］
適用例１の化学機械研磨用水系分散体において、
前記（Ａ）砥粒が、コロイダルシリカであることができる。

［適用例３］
適用例１または適用例２の化学機械研磨用水系分散体において、
前記（Ａ）砥粒の平均二次粒子径が、１０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であることができる。

［適用例４］
適用例１ないし適用例３のいずれか一例の化学機械研磨用水系分散体において、
前記（Ｂ）成分が、モノイソプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミンおよびトリイソプロパノールアミンよりなる群から選択される少なくとも１種の化合物であることができる。

［適用例５］
適用例１ないし適用例４のいずれか一例の化学機械研磨用水系分散体において、
前記（Ｃ）酸化剤が、過酸化水素であることができる。

［適用例６］
適用例１ないし適用例５のいずれか一例の化学機械研磨用水系分散体において、
ｐＨが１０以下であることができる。

［適用例７］
本発明に係る化学機械研磨方法の一態様は、
適用例１ないし適用例６のいずれか一例の化学機械研磨用水系分散体を用いて、ＩＩＩ−Ｖ族材料を有する被研磨面を研磨することを特徴とする。

上記化学機械研磨用水系分散体によれば、ＩＩＩ−Ｖ族材料を有する被研磨面を研磨する際に、ＩＩＩ−Ｖ族材料のエッチングを低減でき、かつ、ＩＩＩ−Ｖ族材料を高速で研磨することができる。

本実施の形態に係る化学機械研磨方法の一具体例を模式的に示す断面図である。 化学機械研磨装置を模式的に示す斜視図である。

以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形例も含む。

１．化学機械研磨用水系分散体
本発明の一実施の形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、ＩＩＩ−Ｖ族材料を有する被研磨面を研磨するための化学機械研磨用水系分散体であって、（Ａ）砥粒と、（Ｂ）炭素数３〜８のヒドロキシアルキル基を有するアルカノールアミンと、（Ｃ）酸化剤と、を含有することを特徴とする。

本実施の形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、ＩＩＩ−Ｖ族材料を有する被研磨面を研磨する用途に使用される。ＩＩＩ−Ｖ族化合物とは、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウム等の周期表ＩＩＩ族元素と、窒素、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマス等のＶ族元素と、の化合物の総称である。ＩＩＩ−Ｖ族材料としては、例えば、窒化ホウ素（ＢＮ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）、ヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）、アンチモン化インジウムガリウム（ＩｎＧａＳｂ）等が挙げられる。

ＩＩＩ−Ｖ族材料は、例えばＦＩＮ−ＦＥＴのソースやドレインへの適用が期待されているが、従来の化学機械研磨用水系分散体を用いてＩＩＩ−Ｖ族材料を化学機械研磨してもエッチング作用が強く働いてしまうため、平滑な被研磨面が得られにくかった。本実施の形態に係る化学機械研磨用水系分散体によれば、ＩＩＩ−Ｖ族材料に対するエッチング作用を低減し、かつ、ＩＩＩ−Ｖ族材料を高速で研磨できるため、平滑な被研磨面が得られやすくなるという作用効果を奏する。

まず、本実施の形態に係る化学機械研磨用水系分散体を構成する各成分について説明する。

１．１．（Ａ）砥粒
本実施の形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、（Ａ）砥粒を含有する。（Ａ）砥粒は、ＩＩＩ−Ｖ族材料を機械的に研磨する効果を有する。（Ａ）砥粒としては、例えば、シリカ、セリア、アルミナ、ジルコニア、チタニア等の無機粒子が挙げられる。

シリカ粒子としては、（ａ）気相中で塩化ケイ素、塩化アルミニウムまたは塩化チタン等を酸素および水素と反応させるヒュームド法により合成されたヒュームドシリカ；（ｂ）金属アルコキシドから加水分解縮合して合成するゾルゲル法により合成されたシリカ；（ｃ）精製により不純物を除去した無機コロイド法等により合成されたコロイダルシリカ等が挙げられる。これらの中でも、ＩＩＩ−Ｖ族材料表面のスクラッチの発生を抑制する観点から、コロイダルシリカが好ましい。

（Ａ）砥粒の平均二次粒子径は、好ましくは１０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下、より好ましくは２０ｎｍ以上９０ｎｍ以下である。平均二次粒子径が前記範囲内にあると、ＩＩＩ−Ｖ族材料に対する研磨速度が大きく、スクラッチの発生が抑制され、かつ粒子の沈降・分離が発生しにくい安定な化学機械研磨用水系分散体を得ることができる。この平均二次粒子径は、動的光散乱法を測定原理とする粒度分布測定装置を用いて散乱光強度の揺らぎを観測し、光子相関法により自己相関関数を求め、キュムラント法およびヒストグラム法解析を適用することにより求めることができる。

（Ａ）砥粒の含有量は、化学機械研磨用水系分散体の全質量に対して、好ましくは０．５質量％以上１５質量％以下であり、より好ましくは１質量％以上１０質量％以下であり、特に好ましくは２質量％以上８質量％以下である。（Ａ）砥粒の含有量が前記範囲にあると、ＩＩＩ−Ｖ族材料に対する十分な研磨速度が得られると共に、粒子の沈降・分離が発生しにくい安定な化学機械研磨用水系分散体が得られやすい。

１．２．（Ｂ）炭素数３〜８のヒドロキシアルキル基を有するアルカノールアミン
本実施の形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、（Ｂ）炭素数３〜８のヒドロキシアルキル基を有するアルカノールアミン（以下、「（Ｂ）成分」ともいう。）を含有する。

アルカノールアミンとは、アンモニア（ＮＨ_３）の水素原子のうちの少なくとも１つがヒドロキシアルキル基で置換された化合物のことである。本実施の形態に係る化学機械研磨用水系分散体では、アルカノールアミンの中でも炭素数が３〜８のヒドロキシアルキル基を有するものを使用することができる。ヒドロキシアルキル基の炭素数が３〜８のアルカノールアミンを添加することにより、ＩＩＩ−Ｖ族材料の表面において（Ｂ）成分のアルコキシ基とアミノ基を利用して環状構造（錯体）が形成されて吸着し、ＩＩＩ−Ｖ族材料をヒドロキシアルキル基で効果的に保護することができるため、ＩＩＩ−Ｖ族材料のエッチングを低減することができると考えられる。また、（Ｂ）成分がＩＩＩ−Ｖ族材料の表面に吸着しても（Ｃ）酸化剤の機能を阻害しないため、ＩＩＩ−Ｖ族材料を高速で研磨することが可能となる。ヒドロキシアルキル基の炭素数が３未満のアルカノールアミンを使用した場合には、ＩＩＩ−Ｖ族材料に吸着するものの、保護性能が低くなる傾向があり、ＩＩＩ−Ｖ族材料のエッチングを低減する能力が小さくなる。一方、ヒドロキシアルキル基の炭素数が８を超えるアルカノールアミンは、水への溶解性が低くなるため、ＩＩＩ−Ｖ族材料のエッチングを低減することが困難となる。

（Ｂ）成分中のヒドロキシアルキル基の炭素数は３〜８であるが、ＩＩＩ−Ｖ族材料への吸着性及び保護性の観点から、３〜７であることが好ましく、３〜６であることがより好ましく、３〜５であることが特に好ましい。また、（Ｂ）成分は、アンモニアの水素原子のうち少なくとも１つが炭素数３〜８のヒドロキシアルキル基で置換されていればよく、それ以外の水素原子は、例えばアルキル基、シクロアルキル基、フェニル基、ニトロ基等で置換されていてもよい。

（Ｂ）成分の具体例としては、アンモニアの水素原子の１つがヒドロキシアルキル基で置換された化合物、例えばモノ（ｎ−プロパノール）アミン、モノイソプロパノールアミン、Ｎ−メチルプロパノールアミン、Ｎ−エチルプロパノールアミン、Ｎ−プロピルプロパノールアミン、Ｎ−ブチルプロパノールアミン、Ｎ−ペンチルプロパノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルプロパノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジエチルプロパノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジプロピルプロパノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジブチルプロパノールアミン、モノ（ｎ−ブタノール）アミン、モノイソブタノールアミン、Ｎ−メチルブタノールアミン、Ｎ−エチルブタノールアミン、Ｎ−プロピルブタノールアミン、Ｎ−ブチルブタノールアミン、Ｎ−ペンチルブタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルブタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジエチルブタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジプロピルブタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジブチルブタノールアミン、モノ（ｎ−ペンタノール）アミン、Ｎ−メチルペンタノールアミン、Ｎ−エチルペンタノールアミン、Ｎ−プロピルペンタノールアミン、Ｎ−ブチルペンタノールアミン、Ｎ−ペンチルペンタノールアミン、モノ（ｎ−ヘキサノール）アミン、Ｎ−メチルヘキサノールアミン、Ｎ−エチルヘキサノールアミン、Ｎ−プロピルヘキサノールアミン、Ｎ−ブチルヘキサノールアミン、Ｎ−ペンチルヘキサノールアミン、モノ（ｎ−ヘプタノール）アミン、Ｎ−メチルヘプタノールアミン、Ｎ−エチルヘプタノールアミン、Ｎ−プロピルヘプタノールアミン、Ｎ−ブチルヘプタノールアミン、Ｎ−ペンチルヘプタノールアミン、モノ（ｎ−オクタノール）アミン、Ｎ−メチルオクタノールアミン、Ｎ−エチルオクタノールアミン、Ｎ−プロピルオクタノールアミン、Ｎ−ブチルオクタノールアミン、Ｎ−ペンチルオクタノールアミン等；アンモニアの水素原子の２つがヒドロキシアルキル基で置換された化合物、例えばジ（ｎ−プロパノール）アミン、ジイソプロパノールアミン、Ｎ−メチルジプロパノールアミン、Ｎ−エチルジプロパノールアミン、Ｎ−プロピルジプロパノールアミン、Ｎ−ブチルジプロパノールアミン、Ｎ−ペンチルジプロパノールアミン、Ｎ−ヘキシルジプロパノールアミン、Ｎ−ヘプチルジプロパノールアミン、Ｎ−オクチルジプロパノールアミン、ジ（ｎ−ブタノール）アミン、ジイソブタノールアミン、Ｎ−メチルジブタノールアミン、Ｎ−エチルジブタノールアミン、Ｎ−プロピルジブタノールアミン、Ｎ−ブチルジブタノールアミン、Ｎ−ペンチルジブタノールアミン、Ｎ−ヘキシルジブタノールアミン、Ｎ−ヘプチルジブタノールアミン、Ｎ−オクチルジブタノールアミン、ジ（ｎ−ペンタノール）アミン、ジ（ｎ−ヘキサノールアミン）、ジ（ｎ−ヘプタノール）アミン、ジ（ｎ−オクタノール）アミン等；アンモニアの水素原子の３つがヒドロキシアルキル基で置換された化合物、例えばトリ（ｎ−プロパノール）アミン、トリイソプロパノールアミン、トリ（ｎ−ブタノール）アミン、トリイソブタノールアミン、トリ（ｎ−ペンタノール）アミン、トリ（ｎ−ヘキサノール）アミン、トリ（ｎ−ヘプタノール）アミン、トリ（ｎ−オクタノール）アミン等が挙げられる。これらの（Ｂ）成分は、１種単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

これらの（Ｂ）成分の中でも、ＩＩＩ−Ｖ族材料の高研磨速度とエッチング抑制作用とのバランスが特に優れている観点から、モノイソプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミンおよびトリイソプロパノールアミンよりなる群から選択される少なくとも１種の化合物であることが好ましい。

また、ヒドロキシアルキル基の炭素数が同じ（Ｂ）成分で比較した場合、ＩＩＩ−Ｖ族材料の研磨速度及びエッチング抑制効果は、アンモニアの水素原子の３つがヒドロキシアルキル基で置換された化合物＞アンモニアの水素原子の２つがヒドロキシアルキル基で置換された化合物＞アンモニアの水素原子の１つがヒドロキシアルキル基で置換された化合物の順に小さくなる傾向がある。したがって、ジイソプロパノールアミンおよびトリイソプロパノールアミンであることがより好ましく、トリイソプロパノールアミンであることが特に好ましい。

（Ｂ）成分の含有量は、化学機械研磨用水系分散体の全質量に対して、好ましくは０．００１質量％以上５質量％以下であり、より好ましくは０．００３質量％以上３質量％以下である。（Ｂ）成分の含有量が前記範囲にあると、ＩＩＩ−Ｖ族材料のエッチングを抑制する効果が十分に得られる。

１．３．（Ｃ）酸化剤
本実施の形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、（Ｃ）酸化剤を含有する。（Ｃ）酸化剤を含有することにより、ＩＩＩ−Ｖ族材料の表面を酸化して脆弱な改質層を作り出し、ＩＩＩ−Ｖ族材料を研磨しやすくする効果がある。

（Ｃ）酸化剤としては、例えば、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過酸化水素、硝酸第二鉄、硝酸二アンモニウムセリウム、硫酸鉄、オゾンおよび過ヨウ素酸カリウム、過酢酸などが挙げられる。これらの（Ｃ）酸化剤は、１種単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。また、これらの（Ｃ）酸化剤のうち、酸化力、保護膜との相性、および取り扱いやすさなどを考慮すると、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過酸化水素が好ましく、過酸化水素がより好ましい。

（Ｃ）酸化剤の含有量は、化学機械研磨用水系分散体の全質量に対して、好ましくは０．０１質量％以上１０質量％以下、より好ましくは０．１質量％以上３質量％以下、特に好ましくは０．５質量％以上１．５質量％以下である。（Ｃ）酸化剤の含有量が前記範囲未満の場合には、ＩＩＩ−Ｖ族材料の表面を十分に酸化させることができないため、ＩＩＩ−Ｖ族材料の研磨速度が小さくなることがある。一方、前記範囲を超えると、ＩＩＩ−Ｖ族材料のエッチング作用が強くなりすぎるため、（Ｂ）成分を添加しても平滑な被研磨面が得られにくい。

１．４．ｐＨ
本実施の形態に係る化学機械研磨用水系分散体のｐＨは、特に制限されないが、１０以下であることが好ましく、７以上９以下であることがより好ましい。ｐＨが１０を超えると、ＩＩＩ−Ｖ族材料の腐食が発生しやすくなる傾向がある。ｐＨ調整剤としては、例えば、水酸化カリウム、エチレンジアミン、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）等の塩基性化合物；フタル酸、マレイン酸、クエン酸等の有機酸およびこれらの塩；硝酸、塩酸、硫酸等の無機酸およびこれらの塩等が挙げられる。なお、（Ｂ）成分がｐＨ調整剤としての役目を果たすため、（Ｂ）成分を添加した際の化学機械研磨用水系分散体のｐＨが１０以下である場合には、特にｐＨ調整剤を添加しなくてもよい。

１．５．その他の添加剤
本実施の形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、必要に応じて界面活性剤、水溶性高分子、防食剤等を添加することができる。

界面活性剤としては、脂肪族アミン塩、脂肪族アンモニウム塩等のカチオン性界面活性剤；カルボン酸塩、スルホン酸塩、硫酸エステル塩、リン酸エステル塩等のアニオン性界面活性剤；エーテル型界面活性剤、エーテルエステル型界面活性剤、エステル型界面活性剤、アセチレン系界面活性剤等のノニオン性界面活性剤が挙げられる。界面活性剤の含有量は、化学機械研磨用水系分散体の全質量に対して、１質量％以下、好ましくは０．００１質量％以上０．１質量％以下である。

水溶性高分子としては、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシエチルセルロース等が挙げられる。水溶性高分子の含有量は、化学機械研磨用水系分散体の粘度が２ｍＰａ・ｓ未満となるような範囲で調整すればよい。

防食剤としては、ベンゾトリアゾールおよびその誘導体が挙げられる。防食剤の含有量は、化学機械研磨用水系分散体の全質量に対して、１質量％以下、好ましくは０．００１質量％以上０．１質量％以下である。

１．６．化学機械研磨用水系分散体の調製方法
本実施の形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、水等の溶媒に前記各成分を溶解または分散させることにより調製することができる。溶解または分散させる方法は特に限定されるものではなく、均一に溶解または分散できればどのような方法を適用してもよい。また、各成分の混合順序や混合方法についても特に限定されない。また、本実施の形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、濃縮タイプの原液として調製し、使用時に水等の溶媒で希釈して使用することもできる。

２．化学機械研磨方法
本実施の形態に係る化学機械研磨方法は、上述の化学機械研磨用水系分散体を用いて、ＩＩＩ−Ｖ族材料を有する被研磨面を研磨することを特徴とする。ＩＩＩ−Ｖ族材料は、例えばＦＩＮ−ＦＥＴのソース・ドレインへの適用が期待されている。以下、本実施の形態に係る化学機械研磨方法の一具体例について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１（Ａ）ないし図１（Ｆ）は、本実施の形態に係る化学機械研磨方法を用いてソース・ドレインを形成する工程を模式的に示す断面図である。

まず、図１（Ａ）に示すように、シリコン基板１０（Ｓｉ）の上に、ＣＶＤ法または熱酸化法を用いてストッパーとしてのシリコン酸化膜１２（ＳｉＯ_２）を形成する。さらに、シリコン酸化膜１２の上に、ＣＶＤ法を用いてシリコン窒化膜１４（ＳｉＮ）を形成する。次いで、図１（Ｂ）に示すように、シリコン窒化膜１４の上にフォトレジスト１６を塗布、露光、現像してパターンを形成する。そして、図１（Ｃ）に示すように、そのフォトレジスト１６をマスクにしてＳｉＮ／ＳｉＯ_２／Ｓｉの順にエッチングしてトレンチ１８を形成する。次いで、図１（Ｄ）に示すように、ＣＶＤ法によりトレンチ１８を充填するようにＩＩＩ−Ｖ族材料を堆積させて、ＩＩＩ−Ｖ族メタル膜２０を形成する。このようにして被処理体１００が得られる。

被処理体１００のシリコン窒化膜１４の上に堆積したトレンチ以外の部分のＩＩＩ−Ｖ族メタル膜２０を除去するために、上述の化学機械研磨用水系分散体を用いて化学機械研磨を行う。そうすると、シリコン窒化膜１４がストッパーとなり、シリコン窒化膜１４の表面で研磨を停止することができる。こうして、図１（Ｅ）に示すように、トレンチ以外の部分のＩＩＩ−Ｖ族メタル膜２０を除去することができる。

続いて、シリコン窒化膜１４を除去するために、ＳｉＯ_２の研磨速度に対するＳｉＮの研磨速度が大きい（すなわち選択比の大きい）化学機械研磨用水系分散体を用いて化学機械研磨を行う。そうすると、シリコン酸化膜１２がストッパーとなり、シリコン酸化膜１２の表面で研磨を停止することができる。こうして、図１（Ｆ）に示すようなソース・ドレインが得られる。

上述の化学機械研磨では、例えば、図２に示すような化学機械研磨装置２００を用いることができる。図２は、化学機械研磨装置２００を模式的に示す斜視図である。スラリー供給ノズル４２からスラリー４４を供給し、かつ研磨布４６が貼付されたターンテーブル４８を回転させながら、半導体基板５０を保持したキャリアーヘッド５２を当接させることにより行う。なお、図２には、水供給ノズル５４およびドレッサー５６も併せて示してある。

キャリアーヘッド５２の研磨荷重は、１０〜１０００ｈＰａの範囲内で選択することができ、好ましくは３０〜５００ｈＰａである。また、ターンテーブル４８およびキャリアーヘッド５２の回転数は１０〜４００ｒｐｍの範囲内で適宜選択することができ、好ましくは３０〜１５０ｒｐｍである。スラリー供給ノズル４２から供給されるスラリー４４の流量は、１０〜１，０００ｃｍ^３／分の範囲内で選択することができ、好ましくは５０〜４００ｃｍ^３／分である。

この研磨工程では、市販の化学機械研磨装置を用いることができる。市販の化学機械研磨装置として、例えば、株式会社荏原製作所製、型式「ＥＰＯ−１１２」、「ＥＰＯ−２２２」；ラップマスターＳＦＴ社製、型式「ＬＧＰ−５１０」、「ＬＧＰ−５５２」；アプライドマテリアル社製、型式「Ｍｉｒｒａ」等が挙げられる。

３．実施例
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。実施例、比較例中の「部」および「％」は、特に断らない限り質量基準である。

３．１．コロイダルシリカ粒子を含む水分散体の調製
３容量のテトラエトキシシランと１容量のエタノールとを混合して原料溶液を得た。反応槽にあらかじめエタノール、イオン交換水、およびアンモニアを混合した反応溶媒を仕込んだ。反応溶媒の温度を２０℃に維持するように冷却しながら、反応溶媒９容量当たり１容量の原料溶液を反応槽に滴下して、コロイダルシリカのアルコール分散体を得た。

次いで、ロータリーエバポレーターを用い、得られたアルコール分散体の温度を８０℃に維持しながらイオン交換水を添加しつつアルコールを除去する操作を数回繰り返した。この操作により、コロイダルシリカ粒子を含む水分散体を調製した。この水分散体の一部を取り出しイオン交換水で希釈したサンプルについて、動的光散乱式粒度分布測定装置（株式会社堀場製作所製、型式「ＬＢ５５０」）を用い、算術平均径を平均二次粒子径として測定したところ７０ｎｍであった。

３．２．化学機械研磨用水系分散体の調製
イオン交換水５０質量部、上記で得られたコロイダルシリカ粒子を含む水分散体をシリカに換算して５質量部、過酸化水素に換算して１質量部に相当する量の３０質量％過酸化水素水を添加し、これらを１５分間撹拌した。最後に、全成分の合計量が１００質量部、表１に記載の所定のｐＨとなるようにトリイソプロパノールアミン及びイオン交換水を加えた後、孔径１μｍのフィルターで濾過することにより、化学機械研磨用水系分散体Ａを得た。

トリイソプロパノールアミンに変えて表１に示す成分を添加して表１に示すｐＨに調整したこと以外は、上記の化学機械研磨用水系分散体Ａの調製方法と同様にして化学機械研磨用水系分散体Ｂ〜Ｈを調製した。

３．３．評価方法
３．３．１．ブランケットウエハの評価
化学機械研磨装置（ラップマスターＳＦＴ社製、型式「ラップマスターＬＧＰ−５１０」）に多孔質ポリウレタン製研磨パッド（ニッタ・ハース社製、品番「ＩＣ１０００」）を装着し、化学機械研磨用水系分散体Ａ〜Ｈのいずれか１種を供給しながら、直径３インチの単結晶ＧａＡｓ基板を被研磨体として、下記研磨条件にて２分間化学機械研磨処理を行い、下記の手法によって研磨速度を評価した。その結果を表１に示す。
＜研磨条件＞
・研磨装置：ラップマスターＳＦＴ社製、型式「ラップマスターＬＧＰ−５１０」
・研磨パッド：ロデール・ニッタ株式会社製、「ＩＣ１０００／Ｋ−Ｇｒｏｏｖｅ」
・化学機械研磨用水系分散体供給速度：１００ｍＬ／分
・定盤回転数：９０ｒｐｍ
・研磨ヘッド回転数：９０ｒｐｍ
・研磨ヘッド押し付け圧：１００ｈＰａ

＜研磨速度の評価＞
精密天秤を用いて研磨処理後の単結晶ＧａＡｓ基板の重量を測定し、化学機械研磨により減少した重量と比重から膜厚を計算し、それと研磨時間から研磨速度を算出した。評価基準は下記の通りであり、研磨速度と評価結果を表１に併せて示す。
・ＧａＡｓ基板の研磨速度が２０００Å／分以上であった場合、良好であるとして「○」・ＧａＡｓ基板の研磨速度が２０００Å／分未満であった場合、不良であるとして「×」

３．３．２．ＧａＡｓ溶出速度の評価
膜厚０．５ｍｍの３インチＧａＡｓ単結晶ウエハを、上記で得られた化学機械研磨用水系分散体Ａ〜Ｈのいずれか１種に１分間浸漬した。２分後、そのウエハを取り出し、蒸留水で洗浄、乾燥させた後、処理後の重量を測定し、減少した重量と比重から膜厚を計算し、それと浸漬時間から溶出速度を算出した。ＧａＡｓ膜の溶出速度が、２００Å／ｍｉｎ未満であった場合は良好「〇」であると判断し、２００Å／ｍｉｎ以上であった場合を不良「×」であると判断した。その結果を表１に示す。

３．４．評価結果
実施例１〜４、比較例１〜４で使用した化学機械研磨用水系分散体の組成、および評価結果を下表１に示す。

上表１からわかるように、実施例１〜４の化学機械研磨用水系分散体を用いた場合には、いずれも、ＧａＡｓ膜の研磨において高い研磨速度が達成され、またＧａＡｓ膜のエッ
チング溶解が低減されることがわかった。また、実施例１〜３の結果より、ヒドロキシアルキル基の炭素数が同じ（Ｂ）成分を使用した場合であっても、ヒドロキシアルキル基で置換されている数が大きい（Ｂ）成分の方が、ＧａＡｓ膜の研磨においてより高い研磨速度が達成され、かつ、ＧａＡｓ膜のエッチング溶解がより低減されることがわかった。

比較例２〜４の化学機械研磨用水系分散体においては、アンモニアやエタノールアミンを用いることで高い研磨速度が達成されたものの、ＧａＡｓ膜のエッチング溶解を低減できなかった。比較例１の化学機械研磨用水系分散体においては、水酸化カリウムでｐＨを調整したが、ＧａＡｓ膜の研磨において十分な研磨速度が得られなかった。

なお、本発明に係る化学機械研磨用水系分散体は、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＮ、ＧａＳｂ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＳｂ等のＩＩＩ−Ｖ族メタルを主な研磨対象とするが、Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｖ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ａｇ、Ｍｇ、Ｍｎ、ＨｆまたはＳｉの化合物からなる層、これらの元素または化合物からなる層を含む積層構造に対しても有効であると期待される。

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を包含する。また本発明は、上記の実施形態で説明した構成の本質的でない部分を他の構成に置き換えた構成を包含する。さらに本発明は、上記の実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成をも包含する。さらに本発明は、上記の実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成をも包含する。

１０…シリコン基板、１２…シリコン酸化膜、１４…シリコン窒化膜、１６…フォトレジスト、１８…トレンチ、２０…ＩＩＩ−Ｖ族メタル膜、４２…スラリー供給ノズル、４４…スラリー、４６…研磨布、４８…ターンテーブル、５０…半導体基板、５２…キャリアーヘッド、５４…水供給ノズル、５６…ドレッサー、１００…被処理体、２００…化学機械研磨装置

Claims (7)

1. ＩＩＩ−Ｖ族材料を有する被研磨面を研磨するための化学機械研磨用水系分散体であって、
   （Ａ）砥粒と、
   （Ｂ）炭素数３〜８のヒドロキシアルキル基を有するアルカノールアミンと、
   （Ｃ）酸化剤と、
   を含有することを特徴とする、化学機械研磨用水系分散体。
2. 前記（Ａ）砥粒が、コロイダルシリカである、請求項１に記載の化学機械研磨用水系分散体。
3. 前記（Ａ）砥粒の平均二次粒子径が、１０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の化学機械研磨用水系分散体。
4. 前記（Ｂ）成分が、モノイソプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミンおよびトリイソプロパノールアミンよりなる群から選択される少なくとも１種の化合物である、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の化学機械研磨用水系分散体。
5. 前記（Ｃ）酸化剤が、過酸化水素である、請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の化学機械研磨用水系分散体。
6. ｐＨが１０以下である、請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の化学機械研磨用水系分散体。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の化学機械研磨用水系分散体を用いて、ＩＩＩ−Ｖ族材料を有する被研磨面を研磨することを特徴とする、化学機械研磨方法。

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