JP2015086355A - 研磨用組成物、研磨方法、及び基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ポリシリコンを含む層を有する研磨対象物を研磨する用途での使用に、より適した研磨用組成物、研磨方法、及び基板の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の研磨用組成物は、ポリシリコンを含む層を有する研磨対象物を研磨する用途で用いられ、砥粒及び酸化剤を含み、ｐＨが６以上である。好ましくは、前記砥粒としてコロイダルシリカが用いられる。また、本発明の研磨方法は、前記研磨用組成物を用いて、ポリシリコンを含む層を有する研磨対象物を研磨することを特徴とする。また、本発明の基板の製造方法は、前記研磨方法によってポリシリコンを含む層を有する基板を研磨する研磨工程を含むことを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、ポリシリコンを含む層を有する研磨対象物を研磨する用途で用いられる研磨用組成物、研磨方法、及び基板の製造方法に関する。

一般に、例えば半導体装置の製造において、近年の微細化、高密度化に伴って非常に微細なパターン形成技術が使用されている。半導体装置を構成する配線の多層化等により、積層後の半導体素子の表面構造はより複雑になり、表面膜の初期段差もより大きくなっている。基板上に形成された特定膜の初期段差を除去するための広域平坦化技術として化学機械的研磨（Chemical mechanical polishing：ＣＭＰ）工程が利用されている。ＣＭＰにより研磨する研磨対象物がポリシリコン膜を有する場合、ポリシリコン用の研磨用組成物が適用されている。

例えば、特定の初期段差を有するポリシリコン膜の研磨において、初期段差の高さ（厚みＸ（Å））を研磨速度Ｖ（Å／分）で研磨する際、段差の凸部の上面のみが選択的に研磨されれば、Ｘ／Ｖ（分）研磨することにより、段差は解消する。しかしながら、実際には、ＣＭＰ工程における化学的エッチング、研磨パッドのたわみ等により、段差の凹部の底部においても、凸部の上面よりも低い速度で研磨が進行する。

前記ポリシリコン用の研磨用組成物においても、優れた研磨用組成物として段差解消効率がより１に近いもの（凸部の上面のみがより選択的に研磨されるもの）が求められている。尚、段差解消効率は、ある研磨過程において、段差の高さ（一つの凹部において、凹部の最低部からその凹部を構成する凸部の最上部までの高さ（Å））が研磨により解消された量（Å）／前記研磨過程での総研磨量（研磨前の前記凸部の最上部高さから研磨後の凸部の最上部高さまでの距離（Å））によって求められる。

従来より、特許文献１に開示されるポリシリコン膜を研磨するために用いられる研磨用組成物が知られている。特許文献１の研磨用組成物は、砥粒としてコロイダルシリカ、アルカリとしてＴＭＡＨ、水溶性高分子としてヒドロエチルセルロース、水等を含有している。

特開２００４−２６６１５５号公報

ところが、特許文献１で使用されている研磨用組成物は、ポリシリコンに対する研磨特性、特に段差解消効率に関する要求性能が未だ不十分であるという問題があった。
本発明の目的は、ポリシリコンを含む層を有する研磨対象物を研磨する用途での使用に、より適した研磨用組成物、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、本発明の一態様では、ポリシリコンを含む層を有する研磨対象物を研磨する用途で用いられ、砥粒及び酸化剤を含み、ｐＨが６以上であることを特徴とする研磨用組成物が提供される。

前記砥粒がコロイダルシリカであることが好ましい。前記砥粒の平均一次粒子径が５ｎｍ〜４００ｎｍであることが好ましい。前記酸化剤が過酸化物であることが好ましい。さらに、分子量が１００以上である、糖類、水溶性高分子、及び界面活性剤から選ばれる少なくとも１種を含有することが好ましい。前記研磨対象物が表面に段差を有してもよい。また、研磨圧力１５．２ｋＰａ、定盤回転数９３ｒｐｍの研磨条件で、前記段差を有する研磨対象物の表面を研磨した際の段差解消効率が０．４以上であることが好ましい。

また、本発明の別の一様態では、前記研磨用組成物を用いて、ポリシリコンを含む層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が提供される。また、本発明の別の一様態では、前記研磨方法によってポリシリコンを含む層を有する基板を研磨する研磨工程を含む基板の製造方法が提供される。

本発明によれば、ポリシリコンを含む層を有する研磨対象物を研磨する用途において、より適したものとすることができる。

以下、本発明の研磨用組成物を具体化した一実施形態を説明する。
本実施形態の研磨用組成物は、砥粒、酸化剤、及び水を混合し、ｐＨを６以上に調整することにより製造される。本実施形態の研磨用組成物は、分子量が１００以上である、糖類、水溶性高分子、及び界面活性剤から選ばれる少なくとも１種を含有することが好ましい。この研磨用組成物は、ポリシリコンを含む層を有する研磨対象物を研磨する用途で用いられる。

砥粒の具体例としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化マンガン、炭化ケイ素、窒化ケイ素等が挙げられる。なかでも酸化ケイ素が好ましく、より好ましくは、コロイダルシリカ又はフュームドシリカである。これらの砥粒を用いた場合、より平滑な研磨面を得ることができる。これらの砥粒は、一種を単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。

コロイダルシリカを適用する場合、表面修飾されていないコロイダルシリカ、及び表面修飾されたコロイダルシリカのいずれも用いることができる。表面修飾コロイダルシリカとしては、例えば、表面にスルホン酸やカルボン酸等の有機酸が固定されたコロイダルシリカや、表面が酸化アルミニウム等の金属酸化物で置換されたコロイダルシリカが挙げられる。コロイダルシリカへの有機酸の固定は、コロイダルシリカの表面に有機酸の官能基を化学的に結合させることにより行われる。コロイダルシリカへのスルホン酸の固定は、例えば、“Sulfonic acid-functionalized silica through quantitative oxidation of thiol groups”, Chem. Commun. 246-247 (2003)に記載の方法で行うことができる。具体的には、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のチオール基を有するシランカップリング剤をコロイダルシリカにカップリングさせた後、過酸化水素でチオール基を酸化することにより、スルホン酸が表面に固定されたコロイダルシリカを得ることができる。コロイダルシリカへのカルボン酸の固定は、例えば、“Novel Silane Coupling Agents Containing a Photolabile 2-Nitrobenzyl Ester for Introduction of a Carboxy Group on the Surface of Silica Gel”, C hemistry Letters, 3, 228-229 (2000)に記載の方法で行うことができる。具体的には、光反応性２−ニトロベンジルエステルを含むシランカップリング剤をコロイダルシリカにカップリングさせた後に光照射することにより、カルボン酸が表面に固定されたコロイダルシリカを得ることができる。また、コロイダルシリカ表面の酸化アルミニウムによる置換は、コロイダルシリカにアルミニウム化合物を添加し反応させることにより行われる。例えば、特開平６−１９９５１５号公報に記載の方法により行うことができる。具体的には、コロイダルシリカにアルミン酸アルカリを添加して加熱することにより、表面が酸化アルミニウムで置換されたコロイダルシリカを得ることができる。

研磨用組成物中に含まれる砥粒の平均一次粒子径は、５ｎｍ以上であることが好ましく、より好ましくは１０ｎｍ以上である。砥粒の平均一次粒子径が大きくなるにつれて、研磨対象物の研磨速度が向上する。また、研磨対象物の表面に段差がある場合、段差解消特性がより向上する。

研磨用組成物中に含まれる砥粒の平均一次粒子径は、４００ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは３００ｎｍ以下であり、更に好ましくは２００ｎｍ以下である。砥粒の平均一次粒子径が小さくなるにつれて、低欠陥で粗度の小さい表面を得ることが容易である。

なお、砥粒の平均一次粒子径の測定は、窒素吸着法（ＢＥＴ法）による比表面積の測定値より算出することにより求めることができる。
砥粒の平均二次粒子径の下限は、１０ｎｍ以上であることが好ましく、１５ｎｍ以上であることがより好ましく、２０ｎｍ以上であることがさらに好ましい。また、砥粒の平均二次粒子径の上限は、４５０ｎｍ以下であることが好ましく、３５０ｎｍ以下であることがより好ましく、２２０ｎｍ以下であることがさらに好ましい。このような範囲であれば、研磨用組成物による研磨対象物の研磨速度はより向上し、研磨用組成物を用いて研磨した際の研磨対象物の表面における表面欠陥の発生をより抑制することができる。尚、本実施形態における二次粒子とは、砥粒が研磨用組成物中で会合して形成する粒子をいい、この二次粒子の平均二次粒子径は、例えば動的光散乱法により測定することができる。

研磨用組成物中の砥粒の含有量は、０．１質量％以上であることが好ましく、より好ましくは１質量％以上である。砥粒の含有量が多くなるにつれて、研磨用組成物による研磨面の研磨速度がより向上する。

研磨用組成物中の砥粒の含有量は、５０質量％以下であることが好ましく、より好ましくは４０質量％以下である。砥粒の含有量が少なくなるにつれて、研磨用組成物の製造コストが低減するのに加えて、研磨用組成物を用いた研磨により欠陥の少ない表面を得ることが容易である。また、砥粒の含有量が少なくなるにつれて、研磨面への砥粒の残存量が低減され洗浄性が向上する。また、研磨対象物の表面に段差がある場合、段差解消特性がより向上する。

研磨用組成物中には酸化剤が含有される。酸化剤は、ｐＨ６以上の組成物中において、研磨対象物であるポリシリコンの表面に対して、化学的な作用を与えて化学的に研磨する。特に、段差を有する研磨対象物に対して、段差解消特性をより向上させる。酸化剤の具体例としては、過酸化物、過ヨウ素酸、過ヨウ素酸塩、過マンガン酸塩、バナジン酸塩、次亜塩素酸塩、酸化鉄、オゾン等が挙げられる。過酸化物の具体例としては、過酸化水素、過酢酸、過炭酸塩、過酸化尿素及び過塩素酸、過塩素酸塩、並びに過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム及び過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩等が挙げられる。中でも過硫酸塩及び過酸化水素が研磨速度の観点から好ましく、水溶液中での安定性及び環境負荷への観点から過酸化水素が特に好ましい。これらの酸化剤は、一種を単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。

研磨用組成物中の酸化剤の含有量は、０．０１質量％以上であることが好ましく、より好ましくは０．０３質量％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研磨後の表面の欠陥を抑制する作用に優れる。また、初期研磨面が段差を有する研磨対象物の場合、段差解消性をより向上させることができる。

研磨用組成物中の酸化剤の含有量は、１５質量％以下であることが好ましく、より好ましくは１０質量％以下である。酸化剤の含有量が少なくなるにつれて、研磨用組成物の製造コストが低減するのに加えて、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。また、初期研磨面が段差を有する研磨対象物の場合、段差解消性をより向上させることができる。

研磨用組成物のｐＨの範囲は、下限が６以上であり、好ましくは７以上であり、より好ましくは８以上である。上限は、特に限定されないが、好ましくは１２未満である。研磨用組成物のｐＨを上記の弱酸性〜アルカリ性の範囲とすることによって、ポリシリコンに対する研磨特性をより向上させることができる。具体的には、研磨速度の向上させることができる。また、研磨面が段差を有する研磨対象物の場合、段差解消特性をより向上させることができる。

研磨用組成物のｐＨは、例えばｐＨ調整剤を添加することにより調整することができる。ｐＨ調整剤としては、公知の酸、塩基、又はそれらの塩を用いることができる。
ｐＨ調整剤として使用できる酸の具体例としては、塩酸、硫酸、硝酸、フッ酸、ホウ酸、炭酸、次亜リン酸、亜リン酸及びリン酸等の無機酸や、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、２−メチル酪酸、ｎ−ヘキサン酸、３，３−ジメチル酪酸、２−エチル酪酸、４−メチルペンタン酸、ｎ−ヘプタン酸、２−メチルヘキサン酸、ｎ−オクタン酸、２−エチルヘキサン酸、安息香酸、グリコール酸、サリチル酸、グリセリン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、マレイン酸、フタル酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、乳酸、ジグリコール酸、２−フランカルボン酸、２，５−フランジカルボン酸、３−フランカルボン酸、２−テトラヒドロフランカルボン酸、メトキシ酢酸、メトキシフェニル酢酸、フェノキシ酢酸等の有機酸が挙げられる。これらの酸は、一種を単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。

ｐＨ調整剤として使用できる塩基の具体例としては、アルカリ金属の水酸化物又はその塩、アルカリ土類金属の水酸化物又はその塩、水酸化第四級アンモニウム又はその塩、アンモニア、アミン等が挙げられる。アルカリ金属としては、カリウム、ナトリウム等が挙げられる。塩としては、炭酸塩、炭酸水素塩、硫酸塩、酢酸塩等が挙げられる。第四級アンモニウムとしては、テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム等が挙げられる。

水酸化第四級アンモニウム化合物としては、水酸化第四級アンモニウム又はその塩を含み、具体例としては、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラブチルアンモニウム等が挙げられる。

アミンの具体例としては、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、エチレンジアミン、モノエタノールアミン、Ｎ−（β−アミノエチル）エタノールアミン、ヘキサメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、無水ピペラジン、ピペラジン六水和物、１−（２−アミノエチル）ピペラジン、Ｎ−メチルピペラジン、グアニジン等が挙げられる。これらの塩基は、一種を単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。

これらの塩基の中でも、アンモニア、アンモニウム塩、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属塩、及び水酸化第四級アンモニウム化合物が好ましい。より好ましくは、アンモニア、カリウム化合物、水酸化ナトリウム、水酸化第四級アンモニウム化合物、炭酸水素アンモニウム、炭酸アンモニウム、炭酸水素ナトリウム、及び炭酸ナトリウムが適用される。また、研磨用組成物には、塩基として、カリウム化合物を含むことがさらに好ましい。カリウム化合物としては、カリウムの水酸化物又は塩が挙げられ、具体的には水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、硫酸カリウム、酢酸カリウム、塩化カリウム等が挙げられる。これらの塩基は、一種を単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。

上記酸のアンモニウム塩やアルカリ金属塩等の塩を、上記の酸に代えて、又は上記酸と組み合わせて用いることもできる。
研磨用組成物中には、分子量が１００以上である、糖類、水溶性高分子、及び界面活性剤から選ばれる少なくとも１種を配合してもよい。かかる成分を配合することにより、段差解消効率をより向上させることができる。また、研磨後のポリシリコン表面に親水性を付与することにより研磨後の洗浄性を良くし、汚れの付着等を防ぐことができる。

糖類は、後述する水溶性高分子以外の炭水化物を示し、具体的には単糖、二糖類、オリゴ糖、及びそれらの誘導体を示す。単糖の具体例としては、エリスロース等のテトロース類、リボース、キシロース、アラビノース等のペントース類、グルコース、ガラクトース、マンノース、フルクトース等のヘキソース類、セドヘプツロース等のヘプトース類等が挙げられる。二糖類の具体例としては、トレハロース、マルトース（麦芽糖）、ラクトース（乳糖）、スクロース（ショ糖）、セロビオース、ラクツロース、イソマルツロース等が挙げられる。オリゴ糖の具体例としては、ラフィノース、ゲンチアノース、メレジトース、フコシルラクトース、シアリルラクトース、マルトトリオース、セロトリオース、グルコシルトレハロース等の三糖類、並びに、スタキオース、ラクト−Ｎ−テトラオース、及びマルトテトラオース等の四糖類等が挙げられる。主として酵素反応により得られるオリゴ糖の具体例として、キシロオリゴ糖、フラクトオリゴ糖、ガラクトオリゴ糖、マルトオリゴ糖、イソマルトオリゴ糖、イヌロオリゴ糖、ラクトスクロース、乳果オリゴ糖、アガロオリゴ糖等が挙げられる。

糖類の誘導体としては、糖の還元体、糖の酸化体、糖に別の官能基を付加したもの、例えばカチオン化糖、配糖体、糖とアミノ酸等との複合体等が挙げられる。単糖の誘導体の具体例としては、グルコースにアミノ基を付加したグルコサミン等が挙げられる。これらの糖類は、一種を単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。

水溶性高分子の具体例としては、ポリカルボン酸、ポリカルボン酸アミド、ポリカルボン酸エステル、ポリホスホン酸、ポリスチレンスルホン酸等のポリスルホン酸、多糖類、セルロース誘導体、エチレンオキサイド重合体、ビニルポリマー、カチオン性ポリマー等の水溶性重合体、及びそれらの共重合体、その塩、誘導体等が挙げられる。ポリカルボン酸、ポリカルボン酸アミド、ポリカルボン酸エステル又はポリカルボン酸塩の具体例としては、ポリアスパラギン酸、ポリグルタミン酸、ポリリシン、ポリリンゴ酸、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸アンモニウム塩、ポリメタクリル酸ナトリウム塩、ポリマレイン酸、ポリイタコン酸、ポリフマル酸、ポリ（ｐ−スチレンカルボン酸）、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、アミノポリアクリルアミド、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル、ポリアクリル酸アンモニウム塩、ポリアクリル酸ナトリウム塩、ポリアミド酸、ポリアミド酸アンモニウム塩、ポリアミド酸ナトリウム塩、ポリグリオキシル酸等が挙げられる。多糖類の具体例としては、グリコーゲン、アルギン酸、ペクチン、ペクチン酸、デンプン、アミロース、アミロペクチン、寒天、カードラン、プルラン、グアーガム、コンニャクマンナン、カラギーナン、タマリンドガム、キサンタンガム等が挙げられる。セルロース誘導体の具体例として、カルボキシメチルセルロ−ス、ヒドロキシエチルセルロース等が挙げられる。ビニル系ポリマーの具体例としては、ポリビニルアルコール、ポリビニルピリジン、ポリビニルピロリドン、ポリアクロレイン等が挙げられる。カチオン性ポリマーの具体例としては、カチオン化セルロース誘導体、カチオン性澱粉、カチオン化グアーガム誘導体、ジアリル４級アンモニウム塩／アクリルアミド共重合物、４級化ポリビニルピロリドン誘導体、ジシアンジアミド−ジエチレントリアミン縮合物が挙げられる。これらの水溶性高分子は、一種を単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。

界面活性剤としては、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤、及びノニオン性界面活性剤が挙げられる。
アニオン性界面活性剤は、例えば、硫酸系、スルホン酸系、リン酸系、ホスホン酸系、及びカルボン酸系に分類される。アニオン界面活性剤の具体例としては、アルキル硫酸エステル、ポリオキシエチレンアルキル硫酸エステル、ポリオキシエチレンアルキル硫酸、アルキル硫酸、アルキルエーテル硫酸エステル、高級アルコール硫酸エステル、アルキルリン酸エステル、アルキルベンゼンスルホン酸、α−オレフィンスルホン酸、アルキルスルホン酸、スチレンスルホン酸、アルキルナフタレンスルホン酸、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸、ポリオキシエチレンアルキルエーテル酢酸、ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸、ポリオキシエチレンアルキルリン酸エステル、ポリオキシエチレンスルホコハク酸、アルキルスルホコハク酸、又はそれらの塩、タウリン系界面活性剤、ザルコシネート系界面活性剤、イセチオネート系界面活性剤、Ｎ−アシル酸性アミノ酸系界面活性剤、高級脂肪酸塩、アシル化ポリペプチド等が挙げられる。アルキルスルホン酸又はその塩の具体例としては、ドデシルスルホン酸及びドデシルスルホン酸塩等が挙げられる。

カチオン性界面活性剤は、例えば、ポリオキシエチレンアルキルアミン、アルキルアルカノールアミド、アルキルアミン塩、アミンオキサイド、第四級アンモニウム塩、及び三級アミドアミン型界面活性剤に分類される。カチオン性界面活性剤の具体例としては、ココナットアミンアセテート、ステアリルアミンアセテート、ラウリルジメチルアミンオキサイド、ステアリン酸ジメチルアミノプロピルアミド、アルキルトリメチルアンモニウム塩、アルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルベンジルジメチルアンモニウム塩等が挙げられる。

両性界面活性剤の具体例には、アルキルベタイン系、アルキルアミンオキシド系等が含まれる。両性界面活性剤の具体例としては、ココベタイン、ラウラミドプロピルベタイン、コカミドプロピルベタイン、ラウロアンホ酢酸ナトリウム、ココアンホ酢酸ナトリウム、ヤシ油脂肪酸アミドプロピルベタイン、ラウリルベタイン（ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン）等が挙げられる。

ノニオン性界面活性剤の具体例には、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ショ糖脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、アルキルアルカノールアミド等が含まれる。これらの界面活性剤は、一種を単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。

糖類、水溶性高分子、及び界面活性剤から選ばれる少なくとも１種の化合物の分子量は、好ましくは１００以上、より好ましくは２００以上、さらに好ましくは、３００以上である。尚、化合物が、単量体の繰り返し構造を有するポリマーの場合、化合物の分子量は、質量平均分子量を示す。上記化合物の分子量が、１００以上の場合、段差解消効率をより向上させることができる。上記化合物の分子量の上限は、特に限定されないが、好ましくは５００，０００以下であり、より好ましくは４００，０００以下であり、さらに好ましくは３００，０００以下である。分子量が５００，０００以下であると、水溶液における分散性をより向上できる。尚、質量平均分子量の測定は、公知の測定方法、例えばＧＰＣ−ＭＡＬＳ法で行うことができる。比較的低分子量の水溶性ポリマーの場合、質量平均分子量の測定は、ＮＭＲ法により測定してもよい。

研磨用組成物中の分子量が１００以上である、糖類、水溶性高分子、及び界面活性剤から選ばれる少なくとも１種の含有量は、０．０００１質量％（１ｐｐｍ）以上であることが好ましく、より好ましくは０．００１質量％（１０ｐｐｍ）以上である。含有量が多くなるにつれて、段差解消効率がより向上する。

研磨用組成物中の分子量が１００以上である、糖類、水溶性高分子、及び界面活性剤から選ばれる少なくとも１種の含有量は、５質量％以下であることが好ましく、より好ましくは０．５質量％以下である。含有量が少なくなるにつれて、研磨速度がより向上する。

本実施形態で用いられる研磨用組成物は、本発明の効果を阻害しない範囲内において、必要に応じて、その他の添加剤を含有してもよい。その他の添加剤として、上記以外のｐＨ安定剤（緩衝剤）、分散媒又は溶媒、防腐剤、防カビ剤、防錆剤、キレート剤、砥粒の分散性を向上させる分散剤、砥粒の凝集体の再分散を容易にする分散助剤等が挙げられる。

ｐＨ安定剤としては、例えば、弱酸と強塩基、又は弱酸と弱塩基の組み合わせの塩が挙げられる。ｐＨ安定剤の具体例としては、炭酸カリウム等が挙げられる。
分散媒又は溶媒としては、各成分を分散又は溶解するために配合される。分散媒又は溶媒の具体例としては、水が好ましく、他の成分の作用を阻害することを抑制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より好ましい。不純物をできる限り含有しない水の具体的としては、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、又は蒸留水が挙げられる。

防腐剤及び防カビ剤の具体例としては、２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オンや５−クロロ−２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オン等のイソチアゾリン系防腐剤、パラオキシ安息香酸エステル類、フェノキシエタノール等が挙げられる。これら防腐剤及び防カビ剤は、一種を単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。

次に、本実施形態の研磨用組成物を用いた研磨方法、及び本実施形態の研磨用組成物の作用について説明する。
本実施形態の研磨用組成物を用いた研磨方法は、上述した研磨用組成物を使用して、研磨対象物であるポリシリコンを含む層を有する基板表面を研磨する方法を含む。それにより、研磨対象物であるポリシリコンに対する研磨特性をより向上させることができる。特に基板の表面に配線の多層化等に起因する段差、例えば初期段差が生じているときに、段差解消特性を向上させることができる。段差解消特性は、ある研磨過程において、段差の高さ（一つの凹部において、凹部の最低部からその凹部を構成する凸部の最上部までの高さ（Å））が研磨により解消された量（Å）／前記研磨過程での総研磨量（研磨前の前記凸部の最上部高さから研磨後の凸部の最上部高さまでの距離（Å））によって求められる段差解消効率によって評価することができる。かかる値が１に近いほど凸部の上面のみが選択的に研磨され、研磨効率をより優れたものとすることができる。段差解消効率は、研磨圧力１５．２ｋＰａ、定盤回転数９３ｒｐｍの研磨条件で研磨した場合、０．４以上が好ましく、０．５以上がより好ましい。

本実施形態の研磨用組成物を用いることにより、ポリシリコン膜に対する段差解消効率が良好になる詳細な理由は不明であるが、以下のメカニズムによると推測される。一般的に、弱酸性からアルカリ性のｐＨにおいてポリシリコンは溶解する。その結果、研磨していない凹部の部分も溶解が起こり、段差解消効率は低いものとなってしまう。しかしながら、本発明のように、ポリシリコンの溶解が起こるｐＨ領域で酸化剤を入れることによってポリシリコン膜を酸化し、溶解を防ぐことができると思料される。したがって、研磨している面（凸部上面）のみポリシリコンが削られていくため段差解消効率が向上するものと考えられる。

更に、分子量１００以上である、糖類、水溶性高分子、及び界面活性剤から選ばれる少なくとも１種の成分を添加した場合、それらの成分が上記ポリシリコンの酸化膜に対して、水素結合や疎水性相互作用で吸着することにより保護膜を形成する。その結果、研磨していない凹部の部分の溶解を一層防ぎ、研磨している面（凸部上面）のみポリシリコンが削られていくため段差解消効率がより向上するものと考えられる。つまり、分子量１００以上である、糖類、水溶性高分子、及び界面活性剤から選ばれる少なくとも１種の成分は、段差を解消する添加剤として機能する。

尚、上記のメカニズムは推測によるものであり、本発明は上記メカニズムに何ら限定されるものではない。
上記実施形態の研磨用組成物によれば、以下のような効果を得ることができる。

（１）上記実施形態では、研磨対象物であるポリシリコンに対する研磨特性をより向上させることができる。具体的には、本実施形態の研磨用組成物を用いてポリシリコンを含む層を研磨した場合、高いポリシリコン除去速度を得ることができると同時に、研磨後のポリシリコンを含む層の表面の段差解消特性を向上させることができる。

したがって、特に表面に段差が形成されているポリシリコンを含む層を有する研磨対象物を研磨する際、より効率的な研磨を行うことができる。よって、本実施形態の研磨用組成物は、ポリシリコンを含む層を研磨する用途、特に、表面に段差が形成されているポリシリコンを含む層において段差を除去するための研磨用途において好適に使用することができる。

（２）上記実施形態の研磨用組成物では、好ましくは分子量１００以上である、糖類、水溶性高分子、及び界面活性剤から選ばれる少なくとも１種の成分が添加される。よって、段差解消効率をより向上させることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上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って調製されてもよい。

・上記実施形態の研磨用組成物は、研磨対象物としてポリシリコンを含む層であれば適用することができ、ポリシリコン以外からなる層が一部含まれていてもよい。
・上記実施形態の研磨用組成物において、成分の一つである酸化剤は、研磨用組成物の製造過程で添加する必要はなく、研磨装置につなぎこむ際に混合してもよく、研磨装置付属の研磨用組成物を供給するタンク内において混合してもよい。

・上記実施形態の研磨用組成物が適用される研磨対象物の表面は、平坦でも段差を有してもよい。段差を有する場合、段差の高さは特に限定されず、一般的な半導体装置のパターン形成技術によって生ずる段差であれば適用することができる。例えば、１００Å以上を挙げることができ、１０００Å以上であっても適用することができる。

次に、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。
各実施例では、砥粒にｐＨ調整剤及び水を添加し、さらに酸化剤を添加して研磨用組成物を調製した。また、実施例１０〜２０においては、特定の糖類等の添加剤をさらに添加して研磨用組成物を調製した。各比較例では、砥粒にｐＨ調整剤及び水を添加して調製した。各例の研磨用組成物中の成分の詳細、及び各例の研磨用組成物のｐＨを測定した結果を表１に示す。

表１中、
Ａは、平均一次粒子径が３０ｎｍ、平均二次粒子径が６２ｎｍであるコロイダルシリカ、
Ｂは、平均一次粒子径が１０ｎｍ、平均二次粒子径が２５ｎｍであるコロイダルシリカ、
Ｃは、平均一次粒子径が９０ｎｍ、平均二次粒子径が１８０ｎｍであるコロイダルシリカを示す。

表１中の分子量は、単量体の繰り返し構造を有するポリマーの場合、質量平均分子量を示す。
表１の“ポリシリコン膜の研磨レート”欄は、各例の研磨用組成物を用いて直径２００ｍｍのポリシリコン膜ブランケットウエハの表面を表２に示す条件で研磨したときのポリシリコン除去速度を示す。ポリシリコン除去速度の値は、大日本スクリーン製造株式会社の光干渉式膜厚測定装置“ラムダエースＶＭ−２０３０”を使用して測定される研磨前後の各基板の厚さの差を研磨時間（６０秒）で除することにより求めた。

表１の“段差解消効率”は、まず直径２００ｍｍのポリシリコン膜パターンウエハの表面に形成されている初期段差の高さ２０００Åを、各例の研磨用組成物を用いて表２に示す条件で研磨し、研磨量を一律１０００Åとした。段差解消効率は、初期段差から研磨後に残った段差の高さを引いた段差解消量（Å）／実際に研磨した研磨量（Å）（ここでは１０００Å）により求めた。尚、段差は原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて測定した。

表１に示すように、各実施例ではポリシリコン膜で実用上満足できるレベルの研磨速度が得られた。また、各実施例ではポリシリコン膜の段差解消効率が高く、優れた段差解消性能を有することが確認された。また、特定分子量の糖類等を添加した実施例１０〜１９においては、段差解消効率をより向上できることが確認された。それに対し、ｐＨが６未満である比較例１，２では、ポリシリコンに対する実用上満足できるレベルの研磨速度が得られなかった。また、比較例３，４は、酸化剤を含有していないため、段差解消効率の劣る結果となった。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。
（ａ）さらにｐＨ調整剤としてアルカリ金属の水酸化物を含有することを特徴とする前記研磨用組成物。

Claims (9)

1. ポリシリコンを含む層を有する研磨対象物を研磨する用途で用いられ、砥粒及び酸化剤を含み、ｐＨが６以上であることを特徴とする研磨用組成物。
2. 前記砥粒がコロイダルシリカであることを特徴とする請求項１に記載の研磨用組成物。
3. 前記砥粒の平均一次粒子径が５ｎｍ〜４００ｎｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の研磨用組成物。
4. 前記酸化剤が過酸化物であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の研磨用組成物。
5. さらに、分子量が１００以上である、糖類、水溶性高分子、及び界面活性剤から選ばれる少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の研磨用組成物。
6. 前記研磨対象物は、表面に段差を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の研磨用組成物。
7. 研磨圧力１５．２ｋＰａ、定盤回転数９３ｒｐｍの研磨条件で、前記段差を有する研磨対象物の表面を研磨した際の段差解消効率が０．４以上であることを特徴とする請求項６に記載の研磨用組成物。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の研磨用組成物を用いて、ポリシリコンを含む層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。
9. 請求項８に記載の研磨方法によってポリシリコンを含む層を有する基板を研磨する研磨工程を含むことを特徴とする基板の製造方法。