JP2022154454A - Polishing composition, polishing method and semiconductor substrate manufacturing method - Google Patents

Polishing composition, polishing method and semiconductor substrate manufacturing method Download PDF

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Abstract

To provide means for suppressing part of a polishing target from being left unpolished and the occurrence of dishing in polishing the target including polycrystalline silicon and silicon nitride.SOLUTION: A polishing composition comprises: abrasive grains; ammonia; and at least one potassium compound selected from a group consisting of potassium hydroxide and a potassium salt. In the polishing composition, a content of the ammonia is 0.002 mass% or more and 0.5 mass% or less to a total mass of the polishing composition, and a content of the potassium compound is 0.004 mass% or more and 0.5 mass% or less to the total mass of the polishing composition.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、研磨用組成物、研磨方法、および半導体基板の製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a polishing composition, a polishing method, and a method for manufacturing a semiconductor substrate.

近年、LSI(Large Scale Integration)の高集積化、高性能化に伴って新たな微細加工技術が開発されている。化学機械研磨(chemical mechanical polishing;CMP)法もその一つであり、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る技術である。 2. Description of the Related Art In recent years, new microfabrication techniques have been developed as LSIs (Large Scale Integration) have become highly integrated and have high performance. The chemical mechanical polishing (CMP) method is one of them, and is frequently used in the LSI manufacturing process, especially in the planarization of interlayer insulating films, the formation of metal plugs, and the formation of embedded wiring (damascene wiring) in the multilayer wiring formation process. It is a technology that is used.

当該CMPは、半導体製造における各工程に適用されてきており、その一態様として、例えばトランジスタ作製におけるゲート形成工程への適用が挙げられる。トランジスタ作製の際には、シリコン、シリコン酸化膜(酸化シリコン)、多結晶シリコン(ポリシリコン)やシリコン窒化物(窒化ケイ素)といったSi含有材料を研磨することがあり、トランジスタの構造によっては、各Si含有材料の研磨レートを制御することが求められている。 The CMP has been applied to each step in semiconductor manufacturing, and one aspect thereof is application to a gate formation step in transistor fabrication, for example. Si-containing materials such as silicon, silicon oxide film (silicon oxide), polycrystalline silicon (polysilicon), and silicon nitride (silicon nitride) may be polished during transistor fabrication. There is a need to control the polishing rate of Si-containing materials.

例えば、特許文献1には、(a)金属酸化物(b)第4級アンモニウム塩基;および(c)特定の構造を有するフッ素系界面活性剤を含む、多結晶シリコン膜を研磨するための化学機械研磨用スラリーが開示されている。特許文献1によると、当該スラリーを用いることで、ディッシングの問題を解決し、かつ、面内均一性を向上させることができる、としている。なお、ディッシングとは、膜の中央部分が皿状に凹んでしまう現象を指す。 For example, U.S. Pat. No. 5,300,000 discloses a chemistry for polishing polycrystalline silicon films that includes (a) a metal oxide, (b) a quaternary ammonium base; and (c) a fluorosurfactant having a specific structure. A mechanical polishing slurry is disclosed. According to Patent Document 1, by using the slurry, the problem of dishing can be solved and the in-plane uniformity can be improved. Note that dishing refers to a phenomenon in which the central portion of the film is recessed like a dish.

特開2009-515335号公報JP 2009-515335 A

最近、ポリシリコンおよび窒化ケイ素を含む研磨対象物を研磨するという要求が高まってきている。例えば、ポリシリコンを研磨して窒化ケイ素を表出させることがある。 Recently, there has been an increasing demand for polishing workpieces containing polysilicon and silicon nitride. For example, polysilicon may be polished to reveal silicon nitride.

しかしながら、特許文献1の技術を用いてこのような研磨対象物を研磨したところ、窒化ケイ素の表面にポリシリコンの研磨残りが生じる場合があることが判明した。 However, when such an object to be polished is polished using the technique disclosed in Patent Document 1, it has been found that polysilicon polishing residue may occur on the silicon nitride surface.

したがって、本発明の目的は、ポリシリコンおよび窒化ケイ素を含む研磨対象物の研磨において、研磨残りおよびディッシングの両方を抑制できる手段を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide means capable of suppressing both polishing residue and dishing in the polishing of a polishing object containing polysilicon and silicon nitride.

上記課題を解決すべく、本発明者らは鋭意研究を積み重ねた。その結果、砥粒と、アンモニアと、特定のカリウム化合物とを含む研磨用組成物において、アンモニアの含有量とカリウム化合物の含有量とを特定の範囲内に制御することにより、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。 In order to solve the above problems, the present inventors have made extensive research. As a result, in the polishing composition containing abrasive grains, ammonia, and a specific potassium compound, the above problems can be solved by controlling the content of ammonia and the content of the potassium compound within specific ranges. and completed the present invention.

すなわち、本発明の一形態に係る研磨用組成物は、砥粒と、アンモニアと、水酸化カリウムおよびカリウム塩からなる群から選択される少なくとも1種のカリウム化合物とを含む。そして、前記アンモニアの含有量は前記研磨用組成物の総質量に対して0.002質量%以上0.5質量%以下であり、前記カリウム化合物の含有量は前記研磨用組成物の総質量に対して0.004質量%以上0.5質量%以下であることを特徴とする。 That is, the polishing composition according to one aspect of the present invention contains abrasive grains, ammonia, and at least one potassium compound selected from the group consisting of potassium hydroxide and potassium salts. The content of the ammonia is 0.002% by mass or more and 0.5% by mass or less relative to the total mass of the polishing composition, and the content of the potassium compound is relative to the total mass of the polishing composition. is 0.004% by mass or more and 0.5% by mass or less.

本発明によれば、ポリシリコンおよび窒化ケイ素を含む研磨対象物の研磨において、研磨残りおよびディッシングの両方を抑制できる。 According to the present invention, both polishing residue and dishing can be suppressed in polishing an object to be polished including polysilicon and silicon nitride.

本発明の一実施形態における金平糖形状の砥粒を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a confetti-shaped abrasive grain in one embodiment of the present invention. 研磨残りおよびディッシングの評価に用いた研磨対象物(シリコンウェーハの表面に、Poly-Siパターンを形成したもの)を模式的に表す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an object to be polished (a silicon wafer having a Poly-Si pattern formed on its surface) used for evaluation of polishing residue and dishing.

本発明は、砥粒と、アンモニアと、水酸化カリウムおよびカリウム塩からなる群から選択される少なくとも1種のカリウム化合物とを含む研磨用組成物に関する。そして、前記アンモニアの含有量は前記研磨用組成物の総質量に対して0.002質量%以上0.5質量%以下であり、前記カリウム化合物の含有量は前記研磨用組成物の総質量に対して0.004質量%以上0.5質量%以下であることを特徴とする。かような構成を有する本発明の研磨用組成物によれば、ポリシリコン(多結晶シリコン)および窒化ケイ素を含む研磨対象物の研磨において、研磨残りおよびディッシングの両方を抑制できる。より詳細には、窒化ケイ素膜を覆うように形成されたポリシリコン膜を当該窒化ケイ素膜の表面まで研磨する際に、窒化ケイ素膜の表面にポリシリコンの研磨残りが生じるのを抑えつつ、ポリシリコン膜のディッシングをも抑制することができる(ディッシング量を低減できる)。また、本発明の研磨用組成物によれば、ポリシリコンの研磨速度が十分に高くなるが、窒化ケイ素の研磨速度は低く抑えられたままである。その結果、窒化ケイ素の研磨速度に対するポリシリコンの研磨速度の比が十分に高い(選択比が高い)という効果が得られる。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a polishing composition containing abrasive grains, ammonia, and at least one potassium compound selected from the group consisting of potassium hydroxide and potassium salts. The content of the ammonia is 0.002% by mass or more and 0.5% by mass or less relative to the total mass of the polishing composition, and the content of the potassium compound is relative to the total mass of the polishing composition. is 0.004% by mass or more and 0.5% by mass or less. According to the polishing composition of the present invention having such a configuration, both polishing residue and dishing can be suppressed in polishing an object to be polished containing polysilicon (polycrystalline silicon) and silicon nitride. More specifically, when a polysilicon film formed so as to cover a silicon nitride film is polished to the surface of the silicon nitride film, polysilicon polishing residue is suppressed from being left on the surface of the silicon nitride film. Dishing of the silicon film can also be suppressed (the amount of dishing can be reduced). Further, according to the polishing composition of the present invention, the polishing rate for polysilicon is sufficiently high, but the polishing rate for silicon nitride remains low. As a result, the effect is obtained that the ratio of the polishing rate of polysilicon to the polishing rate of silicon nitride is sufficiently high (high selectivity).

上記のような効果が得られるメカニズムは、以下の通りであると考えられる。ただし、下記メカニズムはあくまで推測であり、これによって本発明の範囲が制限されることはない。 The mechanism by which the above effects are obtained is considered to be as follows. However, the mechanism described below is merely speculation, and does not limit the scope of the present invention.

アンモニアは、窒素原子に存在する非共有電子対の求核作用により、ポリシリコンのSi-Si結合の結合間距離を伸長させる働きを有する。よって、アンモニアの量が特定量以上であると、Si-Si結合が脆化し、ポリシリコンの研磨が進行しやすくなる。また、同様の理由により、ポリシリコンの研磨残りが取れやすくなる。一方、アンモニアの含有量が多いと、上記作用が大きくなり過ぎ、ディッシングが生じやすくなる(ディッシング量が増大する)。 Ammonia has the function of extending the inter-bond distance of the Si—Si bond of polysilicon due to the nucleophilic action of the lone pair of electrons present in the nitrogen atoms. Therefore, if the amount of ammonia exceeds a specific amount, the Si--Si bond becomes brittle, and polysilicon is easily polished. Also, for the same reason, polishing residues of polysilicon can be easily removed. On the other hand, if the content of ammonia is high, the above action becomes too large, and dishing tends to occur (the amount of dishing increases).

カリウム化合物は、研磨前のポリシリコン表面に存在する酸化膜を取り除く。カリウム化合物の含有量が少ないと、酸化膜を取り除くのに時間がかかり、ポリシリコンの研磨にムラが生じやすくなる。結果的にこのムラが研磨残りとなりうる。一方、カリウム化合物の含有量が多いと、砥粒と窒化ケイ素基板との間の静電的な反発力が低下することにより、窒化ケイ素の研磨速度が大きくなり、窒化ケイ素の研磨速度に対するポリシリコンの研磨速度の比が低下しうる。 The potassium compound removes oxides present on the polysilicon surface prior to polishing. If the content of the potassium compound is too small, it will take a long time to remove the oxide film, and the polishing of the polysilicon will tend to be uneven. As a result, this unevenness can become a polishing residue. On the other hand, when the potassium compound content is high, the electrostatic repulsive force between the abrasive grains and the silicon nitride substrate decreases, which increases the silicon nitride polishing rate. can reduce the polishing rate ratio of

研磨用組成物が水溶性高分子を含む場合には、水溶性高分子はポリシリコンの保護膜として機能し、ポリシリコンの研磨を抑制しうる。そのため、水溶性高分子を含む研磨用組成物は、ポリシリコンの研磨残りの問題が生じやすい。研磨用組成物中のアンモニアが基板と相互作用する電気的な力は、水溶性高分子が基板と相互作用する電気的な力よりも大きい。そのため、アンモニアは水溶性高分子よりも基板へ吸着しやすく、水溶性高分子をポリシリコンから剥がし易くする作用を発現すると考えられる。また、研磨用組成物中のカリウム化合物が特定量以上である場合も同様のメカニズムが考えられる。すなわち、カリウム化合物が基板と相互作用する電気的な力は、水溶性高分子が基板と相互作用する電気的な力よりも大きいため、カリウム化合物は水溶性高分子よりも基板へ吸着しやすく、水溶性高分子をポリシリコンから剥がし易くする作用を発現すると考えられる。したがって、研磨用組成物がアンモニアおよび特定量以上のカリウム化合物を含むことにより、砥粒による水溶性高分子の掻き取りが進行しやすくなり、ポリシリコンの研磨が促進される結果、研磨残りが生じにくくなる。 When the polishing composition contains a water-soluble polymer, the water-soluble polymer functions as a protective film for polysilicon and can suppress polishing of polysilicon. Therefore, a polishing composition containing a water-soluble polymer tends to cause the problem of polishing residue of polysilicon. The electrical force by which ammonia in the polishing composition interacts with the substrate is greater than the electrical force by which the water-soluble polymer interacts with the substrate. For this reason, ammonia is more likely to be adsorbed to the substrate than the water-soluble polymer, and is thought to exhibit the effect of facilitating the peeling of the water-soluble polymer from the polysilicon. A similar mechanism is also conceivable when the amount of potassium compound in the polishing composition is greater than or equal to a specific amount. That is, since the electrical force with which the potassium compound interacts with the substrate is greater than the electrical force with which the water-soluble polymer interacts with the substrate, the potassium compound is more easily adsorbed to the substrate than the water-soluble polymer. It is thought that the action of facilitating the peeling of the water-soluble polymer from the polysilicon is exhibited. Therefore, when the polishing composition contains ammonia and a specific amount or more of a potassium compound, the scraping of the water-soluble polymer by the abrasive grains is facilitated, and as a result, the polishing of polysilicon is promoted, resulting in a polishing residue. become difficult.

以下、本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみには限定されない。 Embodiments of the present invention will be described below. In addition, the present invention is not limited only to the following embodiments.

本明細書において、特記しない限り、操作および物性等の測定は室温(20℃以上25℃以下)/相対湿度40%RH以上50%RH以下の条件で行う。 In this specification, unless otherwise specified, operations and measurements of physical properties are performed under the conditions of room temperature (20° C. or higher and 25° C. or lower)/relative humidity of 40% RH or higher and 50% RH or lower.

また、本明細書において「(メタ)アクリル」とはアクリルおよびメタクリルを包括的に指す意味である。同様に「(メタ)アクリレート」とは、アクリレートおよびメタクリレートを包括的に指す意味である。 In addition, the term "(meth)acryl" as used herein is meant to comprehensively refer to acryl and methacryl. Similarly, "(meth)acrylate" is a generic term for acrylates and methacrylates.

[研磨対象物]
本発明に係る研磨用組成物は、前述したように、ポリシリコンおよび窒化ケイ素を含む研磨対象物の研磨において、研磨残りおよびディッシングの両方を抑制できる。また、前述したように、ポリシリコンおよび窒化ケイ素を含む研磨対象物に本発明の研磨用組成物を適用した場合、窒化ケイ素の研磨速度に対するポリシリコンの研磨速度の比が十分に高い(選択比が高い)という効果が得られる。そのため、本発明に係る研磨対象物は、ポリシリコンおよび窒化ケイ素を含むことが好ましい。よって、本発明の好ましい一実施形態によれば、研磨用組成物は、ポリシリコンおよび窒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。本発明の他の好ましい実施形態によれば、研磨用組成物は、窒化ケイ素に対するポリシリコンの選択的な研磨に用いられる。
[Object to be polished]
As described above, the polishing composition according to the present invention can suppress both polishing residue and dishing in polishing an object to be polished containing polysilicon and silicon nitride. Further, as described above, when the polishing composition of the present invention is applied to an object to be polished containing polysilicon and silicon nitride, the ratio of the polishing rate of polysilicon to the polishing rate of silicon nitride is sufficiently high (selectivity is high). Therefore, the object to be polished according to the present invention preferably contains polysilicon and silicon nitride. Thus, according to one preferred embodiment of the present invention, the polishing composition is used for polishing objects containing polysilicon and silicon nitride. According to another preferred embodiment of the present invention, the polishing composition is used for selective polishing of polysilicon to silicon nitride.

本発明に係る研磨対象物は、ポリシリコンおよび窒化ケイ素以外の他の材料を含みうる。他の材料としては、例えば、炭窒化ケイ素(SiCN)、酸化ケイ素、金属、SiGe等が挙げられる。 Objects to be polished according to the present invention may include other materials than polysilicon and silicon nitride. Other materials include, for example, silicon carbonitride (SiCN), silicon oxide, metals, SiGe, and the like.

酸化ケイ素を含む研磨対象物の例としては、例えば、オルトケイ酸テトラエチルを前駆体として使用して生成されるTEOSタイプ酸化ケイ素(以下、単に「TEOS-SiO」とも称する)膜、HDP(High Density Plasma)膜、USG(Undoped Silicate Glass)膜、PSG(Phosphorus Silicate Glass)膜、BPSG(Boron-Phospho Silicate Glass)膜、RTO(Rapid Thermal Oxidation)膜等が挙げられる。 Examples of polishing objects containing silicon oxide include, for example, a TEOS type silicon oxide (hereinafter also simply referred to as “TEOS-SiO”) film produced using tetraethyl orthosilicate as a precursor, HDP (High Density Plasma), ) film, USG (Undoped Silicate Glass) film, PSG (Phosphorus Silicate Glass) film, BPSG (Boron-Phospho Silicate Glass) film, RTO (Rapid Thermal Oxidation) film, and the like.

上記金属としては、例えば、タングステン、銅、アルミニウム、コバルト、ハフニウム、ニッケル、金、銀、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、オスミウム等が挙げられる。 Examples of the metal include tungsten, copper, aluminum, cobalt, hafnium, nickel, gold, silver, platinum, palladium, rhodium, ruthenium, iridium, osmium, and the like.

[砥粒]
本発明に係る研磨用組成物中に含まれる砥粒は、研磨対象物を機械的に研磨する作用を有し、研磨用組成物による研磨対象物の研磨速度を向上させる。
[Abrasive]
The abrasive grains contained in the polishing composition according to the present invention have the action of mechanically polishing the object to be polished, and improve the polishing rate of the object to be polished by the polishing composition.

本発明の研磨用組成物において、砥粒は特に制限されない。砥粒の種類としては、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア等の金属酸化物からなる粒子が挙げられる。砥粒は、単独でもまたは2種以上混合して用いてもよい。また、砥粒は、市販品を用いてもよいし合成品を用いてもよい。これら砥粒の中でも、シリカが好ましく、ヒュームドシリカ、コロイダルシリカがより好ましく、コロイダルシリカがさらに好ましい。よって、本発明の好ましい一実施形態によれば、砥粒はシリカ(シリカ粒子)を含む。より好ましい実施形態では、砥粒はコロイダルシリカ(コロイダルシリカ粒子)を含む。 In the polishing composition of the present invention, abrasive grains are not particularly limited. Types of abrasive grains include particles made of metal oxides such as silica, alumina, zirconia, and titania. Abrasive grains may be used alone or in combination of two or more. Abrasive grains may be commercially available or synthetic. Among these abrasive grains, silica is preferred, fumed silica and colloidal silica are more preferred, and colloidal silica is even more preferred. Thus, according to one preferred embodiment of the invention, the abrasive grains comprise silica (silica particles). In a more preferred embodiment, the abrasive grain comprises colloidal silica (colloidal silica particles).

コロイダルシリカの製造方法としては、ケイ酸ソーダ法、ゾルゲル法などが挙げられ、いずれの製造方法で製造されたコロイダルシリカであっても、本形態に係る砥粒として好適に用いられる。中でも、高純度で製造できるゾルゲル法により製造されたコロイダルシリカが好ましい。 Methods for producing colloidal silica include a sodium silicate method, a sol-gel method, and the like, and colloidal silica produced by any of these methods is suitably used as the abrasive grains according to the present embodiment. Among them, colloidal silica produced by a sol-gel method, which can be produced with high purity, is preferable.

本発明に係る砥粒の形状は、特に制限されず、球形状であってもよいし、非球形状であってもよい。非球形状の具体例としては、三角柱や四角柱などの多角柱状、円柱状、円柱の中央部が端部よりも膨らんだ俵状、円盤の中央部が貫通しているドーナツ状、板状、中央部にくびれを有するいわゆる繭型形状、複数の粒子が一体化しているいわゆる会合型球形状、表面に複数の突起を有するいわゆる金平糖形状、ラグビーボール形状等、種々の形状が挙げられ、特に制限されない。中でも、砥粒の形状は、金平糖形状であることが好ましい。砥粒の形状が金平糖形状であると、表面が平滑である砥粒を使用した場合に比べて、ポリシリコンに対する研磨速度が向上する。その結果、研磨残りをより一層抑制することができる。また、この際、窒化ケイ素に対する研磨速度が大きく変化しないため、窒化ケイ素の研磨速度に対するポリシリコンの研磨速度の比をより一層向上させる(高選択比とする)ことができる。よって、本発明の好ましい一実施形態によれば、砥粒の形状は金平糖形状である。 The shape of the abrasive grains according to the present invention is not particularly limited, and may be spherical or non-spherical. Specific examples of non-spherical shapes include polygonal prisms such as triangular prisms and square prisms, columnar shapes, bale shapes in which the central portion of a column swells more than the ends, donut shapes in which the central portion of a disc penetrates, and plate shapes. There are various shapes such as a so-called cocoon-shaped shape with a constriction in the center, a so-called association-type spherical shape in which a plurality of particles are integrated, a so-called confetti shape with a plurality of protrusions on the surface, and a rugby ball shape. not. Among them, the shape of the abrasive grains is preferably a confetti shape. When the shape of the abrasive grains is a confetti shape, the polishing rate for polysilicon is improved as compared with the case of using abrasive grains having a smooth surface. As a result, polishing residue can be further suppressed. In this case, since the polishing rate for silicon nitride does not change significantly, the ratio of the polishing rate for polysilicon to the polishing rate for silicon nitride can be further improved (high selectivity). Thus, according to one preferred embodiment of the present invention, the shape of the abrasive grains is a confetti shape.

本明細書において「金平糖形状」とは、粒子表面に複数の突起を有することをいう。金平糖形状の砥粒は、一または複数の実施形態において、最も小さい粒子の粒子径を基準にして、粒子径が5倍以上異なる2つ以上の粒子が凝集または融着した形状である。好ましくは、粒径が5倍以上異なる2つ以上の粒子のうちの小さい粒子が、大きな粒子に一部埋没した状態である。 As used herein, the term “confetti shape” refers to having a plurality of protrusions on the particle surface. In one or a plurality of embodiments, the confetti-shaped abrasive grains have a shape in which two or more grains having a grain size different by five times or more from the grain size of the smallest grain are aggregated or fused together. Preferably, the smaller particles of the two or more particles that differ in particle size by a factor of 5 or more are partially buried in the larger particles.

金平糖形状の砥粒が表面に有する突起の数は、粒子1つあたり平均で3つ以上であることが好ましく、より好ましくは5つ以上である。 The average number of protrusions on the surface of the confetti-shaped abrasive grains is preferably 3 or more per grain, more preferably 5 or more.

ここでいう突起とは、金平糖形状の砥粒の粒子径に比べて十分に小さい高さおよび幅を有するものである。さらに言えば、図1において点Aおよび点Bを通る曲線ABとして示されている部分の長さが、金平糖形状の砥粒の最大内接円の円周長さ、より正確には、金平糖形状の砥粒の外形を投影した輪郭に内接する最大の円の円周長さの4分の1を超えないような突起である。なお、突起の幅とは、突起の基部における幅のことをいい、図1においては点Aと点Bとの間の距離として表されるものである。また、突起の高さとは、突起の基部と、その基部から最も離れた突起の部位との間の距離のことをいい、図1においては直線ABと直交する線分CDの長さとして表されるものである。 The projections referred to here have a height and width sufficiently smaller than the particle diameter of the confetti-shaped abrasive grains. Furthermore, the length of the portion shown as curve AB passing through points A and B in FIG. It is a protrusion that does not exceed 1/4 of the circumference length of the largest circle inscribed in the contour of the projection of the outer shape of the abrasive grain. The width of the protrusion means the width at the base of the protrusion, and is expressed as the distance between points A and B in FIG. In addition, the height of the protrusion refers to the distance between the base of the protrusion and the part of the protrusion farthest from the base, and in FIG. It is a thing.

金平糖形状の砥粒が表面に有する突起の高さを、それぞれ同じ突起の基部における幅で除することにより得られる値(突起の高さ/突起の幅)の平均は、0.17以上であることが好ましく、より好ましくは0.20以上、さらに好ましくは0.22以上である。この値の平均が大きくなるにつれて、突起の形状が比較的鋭いことが理由で、研磨用組成物による研磨速度(特に、ポリシリコンの研磨速度)が向上する。 The average value (height of protrusion/width of protrusion) obtained by dividing the height of protrusions on the surface of the confetti-shaped abrasive grains by the width at the base of the same protrusion is 0.17 or more. is preferably 0.20 or more, and still more preferably 0.22 or more. As the average of this value increases, the polishing rate with the polishing composition (particularly, the polishing rate of polysilicon) increases due to the relatively sharp shape of the protrusions.

金平糖形状の砥粒が表面に有する突起の平均高さは3.5nm以上であることが好ましく、より好ましくは4.0nm以上である。この突起の平均高さが大きくなるにつれて、研磨用組成物による研磨速度(特に、ポリシリコンの研磨速度)が向上する。 The average height of protrusions on the surface of the confetti-shaped abrasive grains is preferably 3.5 nm or more, more preferably 4.0 nm or more. As the average height of the protrusions increases, the polishing rate (particularly, the polishing rate of polysilicon) with the polishing composition increases.

砥粒の形状(外形)は、走査型電子顕微鏡により確認することができる。なお、「突起の平均高さ」および「(突起の高さ/突起の幅)の平均」は、実施例に記載の方法により測定された値を採用する。 The shape (outer shape) of the abrasive grains can be confirmed with a scanning electron microscope. For "average height of protrusions" and "average of (height of protrusions/width of protrusions)", values measured by the method described in Examples are employed.

金平糖形状の砥粒は、公知の手法を適宜参照することにより当業者であれば容易に製造することができる。以下、金平糖形状の砥粒の製造方法の好ましい一形態を簡単に説明する。なお以下では、金平糖形状のシリカ粒子の一例である金平糖形状のコロイダルシリカを例に挙げてその製造方法を説明する。なお、金平糖形状のシリカ粒子としては、金平糖形状のコロイダルシリカの他に、金平糖形状のフュームドシリカが挙げられる。研磨傷の発生を抑制する観点から、金平糖形状のコロイダルシリカが好ましい。 Konpeito-shaped abrasive grains can be easily produced by those skilled in the art by appropriately referring to known techniques. A preferred embodiment of the method for producing confetti-shaped abrasive grains will be briefly described below. In the following, the production method will be described with reference to confetti-shaped colloidal silica, which is an example of confetti-shaped silica particles. In addition to the confetti-shaped colloidal silica, the confetti-shaped silica particles include fumed silica in the shape of a confetti. From the viewpoint of suppressing the occurrence of polishing scratches, confetti-shaped colloidal silica is preferable.

まず、アンモニア水が触媒として加えられたメタノールと水との混合溶液にアルコキシシランを連続的に添加して加水分解することにより、コロイダルシリカ粒子を含んだスラリーを得る。得られたスラリーを加熱してメタノールおよびアンモニアを留去する。その後、有機アルカリを触媒としてスラリーに加えてから、70℃以上の温度で再びアルコキシシランを連続的に添加して加水分解することにより、コロイダルシリカ粒子の表面に複数の突起を形成する。ここで使用が可能な有機アルカリの具体例としては、トリエタノールアミンなどのアミン化合物や、水酸化テトラメチルアンモニウムなどの第四級アンモニウム化合物が挙げられる。この方法によれば、金属不純物の含有量が1質量ppm以下の複数の突起を表面に有するシリカ粒子を容易に得ることができる。 First, a slurry containing colloidal silica particles is obtained by continuously adding alkoxysilane to a mixed solution of methanol and water to which ammonia water has been added as a catalyst and hydrolyzing the solution. The resulting slurry is heated to distill off methanol and ammonia. After that, an organic alkali is added as a catalyst to the slurry, and then alkoxysilane is added again continuously at a temperature of 70° C. or higher for hydrolysis to form a plurality of protrusions on the surface of the colloidal silica particles. Specific examples of organic alkalis that can be used here include amine compounds such as triethanolamine and quaternary ammonium compounds such as tetramethylammonium hydroxide. According to this method, it is possible to easily obtain silica particles having a plurality of protrusions on the surface and having a metal impurity content of 1 ppm by mass or less.

なお、アルコキシシランの加水分解によりコロイダルシリカを製造する一般的な方法は、例えば作花済夫著「ゾル-ゲル法の科学」(アグネ承風社刊)の第154~156頁に記載されている。また、特開平11-60232号公報には、ケイ酸メチルまたはケイ酸メチルとメタノールの混合物を水、メタノールおよびアンモニアまたはアンモニアとアンモニウム塩からなる混合溶媒中に滴下してケイ酸メチルと水とを反応させる、繭型コロイダルシリカの製造方法の開示がある。特開2001-48520号公報には、アルキルシリケートを酸触媒で加水分解した後、アルカリ触媒を加えて加熱してケイ酸の重合を進行させて粒子成長させる、細長形状のコロイダルシリカの製造方法の開示がある。特開2007-153732号公報には、特定の種類の加水分解触媒を特定の量で使用し、易加水分解性オルガノシリケートを原料として多数の小突起を有するコロイダルシリカを製造する方法が記載されている。特開2002-338232号公報には、単分散のコロイダルシリカに凝集剤を添加することにより球状に二次凝集させる二次凝集コロイダルシリカの製造方法の記載がある。特開平07-118008号公報および国際公開第2007/018069号には、細長などの異形のコロイダルシリカを得るために、ケイ酸ソーダから得られる活性ケイ酸にカルシウム塩またはマグネシウム塩を添加することの開示がある。特開2001-11433号公報には、ケイ酸ソーダから得られる活性ケイ酸にカルシウム塩を添加することにより数珠状のコロイダルシリカを得ることの記載がある。特開2008-169102号公報には、シード粒子の表面に微小粒子を生成および成長させることで金平糖のように多数の小突起を有するコロイダルシリカが得られることが記載されている。本発明に係る金平糖形状のシリカ粒子は、これらの文献に記載の方法を単独または組み合わせて使用することにより製造することも可能である。 Incidentally, a general method for producing colloidal silica by hydrolysis of alkoxysilane is described, for example, in Sumio Sakuhana's "Sol-Gel Method Science" (published by Agne Shofusha), pp. 154-156. there is Further, in JP-A-11-60232, methyl silicate or a mixture of methyl silicate and methanol is dropped into a mixed solvent consisting of water, methanol and ammonia or ammonia and an ammonium salt to dissolve methyl silicate and water. There is a disclosure of a method for producing cocoon-shaped colloidal silica that is reacted. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-48520 discloses a method for producing elongated colloidal silica, in which alkylsilicate is hydrolyzed with an acid catalyst, and then an alkali catalyst is added and heated to promote polymerization of silicic acid and particle growth. There is disclosure. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-153732 describes a method for producing colloidal silica having a large number of small projections using a specific type of hydrolysis catalyst in a specific amount and using an easily hydrolyzable organosilicate as a raw material. there is Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-338232 describes a method for producing secondary agglomerated colloidal silica by adding a flocculant to monodisperse colloidal silica and causing secondary agglomeration into a spherical shape. Japanese Patent Laying-Open No. 07-118008 and International Publication No. 2007/018069 describe adding a calcium salt or a magnesium salt to active silicic acid obtained from sodium silicate in order to obtain colloidal silica having an irregular shape such as an elongated shape. There is disclosure. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-11433 discloses that beaded colloidal silica is obtained by adding a calcium salt to active silicic acid obtained from sodium silicate. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-169102 describes that colloidal silica having a large number of small protrusions like confetti can be obtained by generating and growing fine particles on the surface of seed particles. The confetti-shaped silica particles according to the present invention can also be produced by using the methods described in these documents alone or in combination.

本発明に係る砥粒は、シラノール基密度が低いほど(単位表面積当たりのシラノール基数が少ないほど)好ましい。シラノール基密度が低いと、砥粒とポリシリコン表面との間に存在する結合水の量が減る。そのため、砥粒がポリシリコン表面に接触しやすくなり、ポリシリコンの研磨速度をより一層向上させることができる。その結果、研磨残りをより一層抑制することができる。また、この際、窒化ケイ素に対する研磨速度が大きく変化しないため、窒化ケイ素の研磨速度に対するポリシリコンの研磨速度の比をより一層向上させる(高選択比とする)ことができる。具体的には、砥粒のシラノール基密度は0個/nm以上4個/nm以下であることが好ましい。よって、本発明の好ましい一実施形態によれば、砥粒のシラノール基密度は0個/nm以上4個/nm以下である。シラノール基密度は低いほど好ましいため、3.8個/nm以下、3.7個/nm以下、3.6個/nm以下、3.5個/nm以下の順で好ましい。なお、シラノール基密度の下限は低いほど好ましいため、0個/nmであるが、砥粒がシリカ(シリカ粒子)を含む場合は、ある程度のシラノール基が含まれてもよい。したがって、シラノール基密度の下限は、0.5個/nm以上、1.0個/nm以上、1.5個/nm以上、2.0個/nm以上であってもよい。したがって、シラノール基密度としては、好ましくは0.5個/nm以上3.8個/nm以下であり、より好ましくは1.0個/nm以上3.7個/nm以下であり、さらに好ましくは1.5個/nm以上3.6個/nm以下であり、特に好ましくは2.0個/nm以上3.5個/nm以下である。シラノール基密度は、砥粒の製造方法において、焼成等の熱処理を行うことにより低減させることができる。本明細書では、シラノール基密度は、実施例に記載の方法により測定された値を採用する。 The abrasive grains according to the present invention preferably have a lower silanol group density (a smaller number of silanol groups per unit surface area). A low silanol group density reduces the amount of bound water present between the abrasive grain and the polysilicon surface. As a result, the abrasive grains are more likely to come into contact with the polysilicon surface, and the polysilicon polishing rate can be further improved. As a result, polishing residue can be further suppressed. In this case, since the polishing rate for silicon nitride does not change significantly, the ratio of the polishing rate for polysilicon to the polishing rate for silicon nitride can be further improved (high selectivity). Specifically, the silanol group density of the abrasive grains is preferably 0/nm 2 or more and 4/nm 2 or less. Therefore, according to a preferred embodiment of the present invention, the abrasive grains have a silanol group density of 0/nm 2 or more and 4/nm 2 or less. Since the lower the silanol group density is, the more preferable it is, in order of 3.8/nm 2 or less, 3.7/nm 2 or less, 3.6/nm 2 or less, and 3.5/nm 2 or less. Since the lower limit of the silanol group density is more preferable, it is 0/nm 2 , but when the abrasive grains contain silica (silica particles), a certain amount of silanol groups may be contained. Therefore, the lower limit of the silanol group density may be 0.5/nm 2 or more, 1.0/nm 2 or more, 1.5/nm 2 or more, or 2.0/nm 2 or more. Therefore, the silanol group density is preferably 0.5/nm 2 or more and 3.8/nm 2 or less, more preferably 1.0/nm 2 or more and 3.7/nm 2 or less. more preferably 1.5/nm 2 or more and 3.6/nm 2 or less, and particularly preferably 2.0/nm 2 or more and 3.5/nm 2 or less. The silanol group density can be reduced by performing a heat treatment such as firing in the abrasive grain manufacturing method. In this specification, the value measured by the method described in Examples is adopted as the silanol group density.

さらに、砥粒は、シラノール基密度が上記範囲を満たす限り、表面修飾されていてもよい。なかでも、特に好ましいのは、有機酸を固定化したコロイダルシリカである。研磨用組成物中に含まれるコロイダルシリカの表面への有機酸の固定化は、例えばコロイダルシリカの表面に有機酸の官能基が化学的に結合することにより行われている。コロイダルシリカと有機酸を単に共存させただけではコロイダルシリカへの有機酸の固定化は果たされない。有機酸の一種であるスルホン酸をコロイダルシリカに固定化するのであれば、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に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化されたコロイダルシリカを得ることができる。あるいは、カルボン酸をコロイダルシリカに固定化するのであれば、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”, Chemistry 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化されたコロイダルシリカを得ることができる。 Furthermore, the abrasive grains may be surface-modified as long as the silanol group density satisfies the above range. Among them, colloidal silica in which an organic acid is immobilized is particularly preferred. The immobilization of the organic acid on the surface of the colloidal silica contained in the polishing composition is carried out, for example, by chemically bonding the functional groups of the organic acid to the surface of the colloidal silica. Mere coexistence of colloidal silica and an organic acid does not achieve immobilization of the organic acid on the colloidal silica. If sulfonic acid, which is a kind of organic acid, is immobilized on colloidal silica, for example, "Sulfonic acid-functionalized silica through quantitative oxidation of thiol groups", Chem. Commun. 246-247 (2003). Specifically, sulfonic acid is immobilized on the surface by coupling a silane coupling agent having a thiol group such as 3-mercaptopropyltrimethoxysilane to colloidal silica and then oxidizing the thiol group with hydrogen peroxide. colloidal silica can be obtained.あるいは、カルボン酸をコロイダルシリカに固定化するのであれば、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”, Chemistry Letters, 3, 228- 229 (2000). Specifically, colloidal silica having a carboxylic acid immobilized on the surface can be obtained by coupling a silane coupling agent containing a photoreactive 2-nitrobenzyl ester to colloidal silica and then irradiating with light. .

本発明に係る砥粒は、真密度が高いほど好ましい。真密度が高いと、ウェハーに効率的に機械的な力を伝えることができるため、その結果、研磨残りをより一層抑制することができる。また、この際、窒化ケイ素に対する研磨速度が大きく変化しないため、窒化ケイ素の研磨速度に対するポリシリコンの研磨速度の比をより一層向上させる(高選択比とする)ことができる。具体的には、真密度は1.9g/cm以上が好ましい。よって、本発明の好ましい一実施形態によれば、砥粒の真密度は1.9g/cm以上である。真密度は高いほど好ましいため、2.0g/cm以上がより好ましく、2.05g/cm以上がさらに好ましい。なお、上限値は特に制限されないが、通常3.0g/cm以下であり、2.5g/cm以下が好ましく、2.2g/cm以下がより好ましい。したがって、真密度の数値範囲としては、好ましくは1.9g/cm以上3.0g/cm以下であり、より好ましくは2.0g/cm以上2.5g/cm以下であり、さらに好ましくは2.05g/cm以上2.2g/cm以下である。真密度は、砥粒の製造方法(ゾルゲル法)において、反応温度や反応時間を調整することにより空隙率を小さくすることで制御することができる。本明細書では、真密度は、実施例に記載の方法により測定された値を採用する。 The abrasive grains according to the present invention preferably have a higher true density. When the true density is high, the mechanical force can be efficiently transmitted to the wafer, and as a result, polishing residue can be further suppressed. In this case, since the polishing rate for silicon nitride does not change significantly, the ratio of the polishing rate for polysilicon to the polishing rate for silicon nitride can be further improved (high selectivity). Specifically, the true density is preferably 1.9 g/cm 3 or more. Therefore, according to a preferred embodiment of the present invention, the abrasive grains have a true density of 1.9 g/cm 3 or more. Since the higher the true density is, the more preferable it is, 2.0 g/cm 3 or more is more preferable, and 2.05 g/cm 3 or more is even more preferable. Although the upper limit is not particularly limited, it is usually 3.0 g/cm 3 or less, preferably 2.5 g/cm 3 or less, more preferably 2.2 g/cm 3 or less. Therefore, the numerical range of the true density is preferably 1.9 g/cm 3 or more and 3.0 g/cm 3 or less, more preferably 2.0 g/cm 3 or more and 2.5 g/cm 3 or less. It is preferably 2.05 g/cm 3 or more and 2.2 g/cm 3 or less. The true density can be controlled by reducing the porosity by adjusting the reaction temperature and reaction time in the abrasive grain manufacturing method (sol-gel method). In this specification, the true density adopts the value measured by the method described in Examples.

砥粒の大きさは特に制限されない。例えば、砥粒の平均一次粒子径は、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。砥粒の平均一次粒子径が大きくなるにつれて、研磨用組成物による研磨対象物の研磨速度(特に、ポリシリコンの研磨速度)が向上する。また、砥粒の平均一次粒子径は、300nm以下であることが好ましく、100nm以下であることがより好ましく、50nm以下であることがさらに好ましく、30nm以下が特に好ましい。砥粒の平均一次粒子径が小さくなるにつれて、研磨用組成物を用いた研磨により欠陥が少ない表面を得ることが容易になる。すなわち、砥粒の平均一次粒子径は、10nm以上300nm以下であることが好ましく、15nm以上100nm以下であることがより好ましく、20nm以上50nm以下であることがさらに好ましく、20nm以上30nm以下であることが特に好ましい。なお、砥粒の平均一次粒子径は、例えば、BET法から算出した砥粒の比表面積(SA)を基に、砥粒の形状が真球であると仮定して算出することができる。本明細書では、砥粒の平均一次粒子径は、実施例に記載の方法により測定された値を採用する。 The size of abrasive grains is not particularly limited. For example, the average primary particle size of the abrasive grains is preferably 10 nm or more, more preferably 15 nm or more, and even more preferably 20 nm or more. As the average primary particle size of the abrasive grains increases, the polishing rate of the object to be polished with the polishing composition (particularly, the polishing rate of polysilicon) increases. The average primary particle size of the abrasive grains is preferably 300 nm or less, more preferably 100 nm or less, even more preferably 50 nm or less, and particularly preferably 30 nm or less. As the average primary particle size of the abrasive grains decreases, it becomes easier to obtain a surface with fewer defects by polishing with the polishing composition. That is, the average primary particle diameter of the abrasive grains is preferably 10 nm or more and 300 nm or less, more preferably 15 nm or more and 100 nm or less, further preferably 20 nm or more and 50 nm or less, and 20 nm or more and 30 nm or less. is particularly preferred. The average primary particle size of the abrasive grains can be calculated, for example, based on the specific surface area (SA) of the abrasive grains calculated by the BET method, assuming that the shape of the abrasive grains is a true sphere. In this specification, the value measured by the method described in the Examples is adopted as the average primary particle size of the abrasive grains.

また、砥粒の平均二次粒子径は、20nm以上であることが好ましく、30nm以上であることがより好ましく、35nm以上であることがさらに好ましい。砥粒の平均二次粒子径が大きくなるにつれて、研磨中の抵抗が小さくなり、安定的な研磨が可能になる。また、砥粒の平均二次粒子径は、400nm以下であることが好ましく、250nm以下であることがより好ましく、100nm以下であることがさらに好ましく、70nm以下であることが特に好ましい。砥粒の平均二次粒子径が小さくなるにつれて、砥粒の単位質量当たりの表面積が大きくなり、研磨対象物との接触頻度が向上し、研磨速度(特に、ポリシリコンの研磨速度)がより向上する。すなわち、砥粒の平均二次粒子径は、20nm以上400nm以下であることが好ましく、30nm以上250nm以下であることがより好ましく、35nm以上100nm以下であることがさらに好ましく、35nm以上70nm以下であることが特に好ましい。なお、砥粒の形状が金平糖形状である場合、ここでいう二次粒子とは、金平糖形状の砥粒が研磨用組成物中で会合して形成する粒子をいう。なお、砥粒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。本明細書では、砥粒の平均二次粒子径は、実施例に記載の方法により測定された値を採用する。 Also, the average secondary particle size of the abrasive grains is preferably 20 nm or more, more preferably 30 nm or more, and even more preferably 35 nm or more. As the average secondary particle diameter of the abrasive grains increases, the resistance during polishing decreases and stable polishing becomes possible. The average secondary particle size of the abrasive grains is preferably 400 nm or less, more preferably 250 nm or less, even more preferably 100 nm or less, and particularly preferably 70 nm or less. As the average secondary particle diameter of the abrasive grains decreases, the surface area per unit mass of the abrasive grains increases, the frequency of contact with the object to be polished increases, and the polishing speed (especially the polishing speed of polysilicon) improves further. do. That is, the average secondary particle diameter of the abrasive grains is preferably 20 nm or more and 400 nm or less, more preferably 30 nm or more and 250 nm or less, further preferably 35 nm or more and 100 nm or less, and 35 nm or more and 70 nm or less. is particularly preferred. When the shape of the abrasive grains is confetti-shaped, the secondary particles referred to herein refer to particles formed by association of confetti-shaped abrasive grains in the polishing composition. The average secondary particle size of abrasive grains can be measured, for example, by a dynamic light scattering method. In this specification, the value measured by the method described in Examples is adopted as the average secondary particle size of abrasive grains.

本発明に係る研磨用組成物において、砥粒の含有量(濃度)は特に制限されないが、研磨用組成物の総質量に対して、0.1質量%以上であることが好ましく、0.2質量%以上であることがより好ましく、0.5質量%以上であることがさらに好ましく、0.5質量%超であることが特に好ましい。また、砥粒の含有量の上限は、研磨用組成物の総質量に対して、20質量%以下であることが好ましく、10質量%以下であることがより好ましく、5質量%以下であることがさらに好ましく、5質量%未満であることが特に好ましい。すなわち、砥粒の含有量は、研磨用組成物の総質量に対して、0.1質量%以上20質量%以下が好ましく、0.2質量%以上10質量%以下がより好ましく、0.5質量%以上5質量%以下がさらに好ましく、0.5質量%超5質量%未満が特に好ましい。このような範囲であれば、コストを抑えながらポリシリコンの研磨速度と窒化ケイ素の研磨速度とのバランスをより向上させることができる。ゆえに、窒化ケイ素の研磨速度に対するポリシリコンの研磨速度の比(選択比)をより向上させることができる。なお、研磨用組成物が2種以上の砥粒を含む場合には、砥粒の含有量は、これらの合計量を意図する。 In the polishing composition according to the present invention, the content (concentration) of abrasive grains is not particularly limited. It is more preferably at least 0.5% by mass, even more preferably at least 0.5% by mass, and particularly preferably more than 0.5% by mass. The upper limit of the content of abrasive grains is preferably 20% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, and 5% by mass or less, relative to the total mass of the polishing composition. is more preferred, and less than 5% by mass is particularly preferred. That is, the content of abrasive grains is preferably 0.1% by mass or more and 20% by mass or less, more preferably 0.2% by mass or more and 10% by mass or less, relative to the total mass of the polishing composition. It is more preferably 5% by mass or less, and particularly preferably more than 0.5% by mass and less than 5% by mass. Within such a range, it is possible to further improve the balance between the polishing rate of polysilicon and the polishing rate of silicon nitride while suppressing costs. Therefore, the ratio (selection ratio) of the polishing rate of polysilicon to the polishing rate of silicon nitride can be further improved. In addition, when the polishing composition contains two or more kinds of abrasive grains, the content of the abrasive grains means the total amount thereof.

[アンモニア]
本発明に係る研磨用組成物中に含まれるアンモニアは、ポリシリコンの研磨を促進させる作用を有する。これはアンモニアの非共有電子対の求核作用により、ポリシリコンのSi-Si結合が脆化し、砥粒による研磨が進行しやすくなるためであると考えらえる。
[ammonia]
Ammonia contained in the polishing composition according to the present invention has a function of promoting polishing of polysilicon. This is probably because the nucleophilic action of the unshared electron pair of ammonia weakens the Si--Si bonds of polysilicon, facilitating the progress of polishing with abrasive grains.

本発明に係る研磨用組成物において、アンモニアの含有量(濃度)は、研磨用組成物の総質量に対して、0.002質量%以上0.5質量%以下である。アンモニアの含有量が0.002質量%未満であると、上記のポリシリコンの研磨を促進する作用が十分に発揮されない。その結果、研磨残りを抑制するという本発明の課題が解決されないおそれがある。一方、アンモニアの含有量が0.5質量%を超えると、上記のポリシリコンの研磨を促進する作用が大きくなり過ぎる。その結果、ディッシングを抑制するという本発明の課題が解決されないおそれがある。同様の観点から、アンモニアの含有量は、好ましくは0.004質量%以上0.2質量%以下であり、より好ましくは0.008質量%以上0.14質量%以下であり、さらに好ましくは0.01質量%以上0.1質量%以下であり、特に好ましくは0.014質量%以上0.05質量%以下である。 In the polishing composition according to the present invention, the content (concentration) of ammonia is 0.002% by mass or more and 0.5% by mass or less with respect to the total mass of the polishing composition. If the content of ammonia is less than 0.002% by mass, the action of promoting polishing of polysilicon is not sufficiently exhibited. As a result, there is a possibility that the problem of the present invention of suppressing the polishing residue may not be solved. On the other hand, if the content of ammonia exceeds 0.5% by mass, the effect of promoting the polishing of polysilicon becomes too large. As a result, there is a risk that the problem of the present invention, which is to suppress dishing, will not be solved. From the same viewpoint, the ammonia content is preferably 0.004% by mass or more and 0.2% by mass or less, more preferably 0.008% by mass or more and 0.14% by mass or less, and still more preferably 0 0.01% by mass or more and 0.1% by mass or less, and particularly preferably 0.014% by mass or more and 0.05% by mass or less.

[カリウム化合物]
本発明に係る研磨用組成物は、水酸化カリウムおよびカリウム塩からなる群から選択される少なくとも1種のカリウム化合物を含む。研磨用組成物中のカリウム化合物は、研磨前のポリシリコン表面に存在する酸化膜を取り除く作用を有する。
[Potassium compound]
The polishing composition according to the present invention contains at least one potassium compound selected from the group consisting of potassium hydroxide and potassium salts. The potassium compound in the polishing composition has the effect of removing the oxide film present on the polysilicon surface before polishing.

上記カリウム塩は、特に制限されず、カリウムの無機塩、カリウムの有機塩を適宜選択することができる。カリウムの無機塩としては、塩化カリウム、臭化カリウム、ヨウ化カリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、硝酸カリウム、硫酸カリウム、硫酸水素カリウム、過塩素酸カリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸カリウム、ピロリン酸カリウム、エチドロン酸カリウム等が挙げられる。カリウムの有機塩としては、酢酸カリウム、プロピオン酸カリウム、クエン酸カリウム等が挙げられる。 The potassium salt is not particularly limited, and inorganic salts of potassium and organic salts of potassium can be appropriately selected. Inorganic salts of potassium include potassium chloride, potassium bromide, potassium iodide, potassium carbonate, potassium hydrogen carbonate, potassium nitrate, potassium sulfate, potassium hydrogen sulfate, potassium perchlorate, potassium dihydrogen phosphate, and dipotassium hydrogen phosphate. , potassium phosphate, potassium pyrophosphate, potassium etidronate, and the like. Organic salts of potassium include potassium acetate, potassium propionate, potassium citrate and the like.

カリウム化合物の中でも、選択比を向上させる観点から、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸カリウムが好ましく、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウムがより好ましい。 Among potassium compounds, potassium hydroxide, potassium carbonate, potassium hydrogen carbonate, dipotassium hydrogen phosphate, and potassium phosphate are preferable, and potassium hydroxide, potassium carbonate, and potassium hydrogen carbonate are more preferable, from the viewpoint of improving the selectivity.

これらカリウム化合物は、1種単独でも、または2種以上組み合わせて用いてもよい。 These potassium compounds may be used singly or in combination of two or more.

本発明に係る研磨用組成物において、カリウム化合物の含有量(濃度)は、研磨用組成物の総質量に対して、0.004質量%以上0.5質量%以下である。カリウム化合物の含有量が0.004質量%未満であると、酸化膜を取り除くのに時間がかかり、ポリシリコンの研磨にムラが生じやすくなる。結果的にこのムラが研磨残りとなり、研磨残りを抑制するという本発明の課題が解決されないおそれがある。一方、カリウム化合物の含有量が0.5質量%を超えると、砥粒と窒化ケイ素基板との間の静電的な反発力が低下することにより、窒化ケイ素の研磨速度が大きくなり、窒化ケイ素の研磨速度に対するポリシリコンの研磨速度の比(選択比)が低下しうる。同様の観点から、カリウム化合物の含有量は、好ましくは0.005質量%以上0.4質量%以下であり、より好ましくは0.025質量%以上0.3質量%以下であり、さらに好ましくは0.1質量%以上0.2質量%以下である。なお、研磨用組成物が2種以上のカリウム化合物を含む場合には、カリウム化合物の含有量は、これらの合計量を意図する。 In the polishing composition according to the present invention, the content (concentration) of the potassium compound is 0.004% by mass or more and 0.5% by mass or less with respect to the total mass of the polishing composition. If the content of the potassium compound is less than 0.004% by mass, it takes a long time to remove the oxide film, which tends to cause uneven polishing of the polysilicon. As a result, this unevenness becomes a polishing residue, and there is a possibility that the problem of the present invention, which is to suppress the polishing residue, cannot be solved. On the other hand, when the content of the potassium compound exceeds 0.5% by mass, the electrostatic repulsive force between the abrasive grains and the silicon nitride substrate is reduced, resulting in an increase in the polishing rate of silicon nitride, resulting in an increase in the silicon nitride polishing rate. The ratio of the polishing rate of polysilicon to the polishing rate of polysilicon (selection ratio) may decrease. From the same viewpoint, the content of the potassium compound is preferably 0.005% by mass or more and 0.4% by mass or less, more preferably 0.025% by mass or more and 0.3% by mass or less, and still more preferably It is 0.1 mass % or more and 0.2 mass % or less. In addition, when polishing composition contains 2 or more types of potassium compounds, content of a potassium compound intends these total amounts.

本発明に係る研磨用組成物中のアンモニアの含有量に対するカリウム化合物の含有量の比(カリウム化合物/アンモニア(質量比))は、0.1以上100以下が好ましく、0.3以上70以下がより好ましく、1以上30以下がさらに好ましく、10以上20以下が特に好ましい。当該比が上記の範囲であると、ポリシリコンの研磨速度向上および研磨残り低減のバランスが良好になる。よって、本発明の好ましい一実施形態によれば、アンモニアの含有量に対するカリウム化合物の含有量の比(カリウム化合物/アンモニア(質量比))は0.1以上100以下である。 The ratio of the potassium compound content to the ammonia content (potassium compound/ammonia (mass ratio)) in the polishing composition according to the present invention is preferably 0.1 or more and 100 or less, and 0.3 or more and 70 or less. It is more preferably 1 or more and 30 or less, and particularly preferably 10 or more and 20 or less. When the ratio is within the above range, a good balance is achieved between the enhancement of the polishing rate of polysilicon and the reduction of the polishing residue. Therefore, according to a preferred embodiment of the present invention, the ratio of the potassium compound content to the ammonia content (potassium compound/ammonia (mass ratio)) is 0.1 or more and 100 or less.

[水溶性高分子]
本発明の研磨用組成物は、必要に応じて、水溶性高分子を含みうる。水溶性高分子は、研磨対象物表面に付着し、不均一又は過度なエッチングから研磨対象物表面を保護する。これにより、研磨後の表面品質が向上しうる。よって、本発明の好ましい一実施形態によれば、研磨用組成物は、水溶性高分子をさらに含む。
[Water-soluble polymer]
The polishing composition of the present invention may contain a water-soluble polymer, if desired. The water-soluble polymer adheres to the surface of the object to be polished and protects the surface of the object to be polished from uneven or excessive etching. This can improve the surface quality after polishing. Therefore, according to one preferred embodiment of the present invention, the polishing composition further comprises a water-soluble polymer.

本明細書中、「水溶性」とは、水(25℃)に対する溶解度が1g/100mL以上であることを意味し、「高分子」とは、重量平均分子量が1,000以上である(共)重合体をいう。重量平均分子量は、ゲルパーミーエーションクロマトグラフィー(GPC)によって測定することができ、具体的には、下記の測定方法により測定される値を採用する。 As used herein, “water-soluble” means that the solubility in water (25° C.) is 1 g/100 mL or more, and “polymer” means that the weight average molecular weight is 1,000 or more (common ) refers to polymers. The weight average molecular weight can be measured by gel permeation chromatography (GPC), and specifically, a value measured by the following measuring method is adopted.

(GPC測定条件)
測定装置:HLC-8320GPC(東ソー)
サンプル濃度:0.01質量%
カラム:TSKgel GMPWXL
検出器:示差屈折計
溶離液:10mM 臭化リチウム/N,N-ジメチルホルムアミド
流速:1mL/分
測定温度:40℃
分子量換算:ポリエチレングリコール換算
サンプル注入量:200μL。
(GPC measurement conditions)
Measuring device: HLC-8320GPC (Tosoh)
Sample concentration: 0.01% by mass
Column: TSKgel GMPWXL
Detector: Differential refractometer Eluent: 10 mM lithium bromide/N,N-dimethylformamide Flow rate: 1 mL/min Measurement temperature: 40°C
Molecular weight conversion: Polyethylene glycol conversion Sample injection volume: 200 μL.

なお、GPCによって測定することができない場合に限っては、分子式から算出した分子量を重量平均分子量として採用する。 The molecular weight calculated from the molecular formula is adopted as the weight-average molecular weight only when it cannot be measured by GPC.

本発明に係る水溶性高分子は、特に制限されないが、窒素原子を有することが好ましく、アミド基を有することがより好ましく、ラクタム構造(環状アミド構造)を有することがさらに好ましい。このような水溶性高分子を用いると、研磨対象物表面への保護膜の形成が進行しやすくなる。よって、本発明の好ましい一実施形態によれば、水溶性高分子は窒素原子を有する。本発明のより好ましい一実施形態によれば、水溶性高分子はアミド基を有する。本発明のさらに好ましい一実施形態によれば、水溶性高分子はラクタム構造を有する。 Although the water-soluble polymer according to the present invention is not particularly limited, it preferably has a nitrogen atom, more preferably an amide group, and even more preferably a lactam structure (cyclic amide structure). The use of such a water-soluble polymer facilitates the formation of a protective film on the surface of the object to be polished. Thus, according to one preferred embodiment of the invention, the water-soluble polymer has nitrogen atoms. According to a more preferred embodiment of the invention, the water-soluble polymer has amide groups. According to a further preferred embodiment of the invention, the water-soluble polymer has a lactam structure.

水溶性高分子が窒素原子(好ましくはアミド基、より好ましくはラクタム構造)を有する場合、当該水溶性高分子は、窒素原子(好ましくはアミド基、より好ましくはラクタム構造)を有するモノマーに由来する構造単位を、構造単位全体に対して50質量%超の割合で含みうる。当該水溶性高分子中の窒素原子(好ましくはアミド基、より好ましくはラクタム構造)を有するモノマーに由来する構造単位の含有量は、好ましくは70質量%以上、より好ましくは80質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上である。特に好ましくは100質量%、すなわち窒素原子(好ましくはアミド基、より好ましくはラクタム構造)を有するモノマーのホモポリマーである。 When the water-soluble polymer has a nitrogen atom (preferably an amide group, more preferably a lactam structure), the water-soluble polymer is derived from a monomer having a nitrogen atom (preferably an amide group, more preferably a lactam structure). Structural units can be contained in a ratio of more than 50% by mass based on the total structural units. The content of structural units derived from a monomer having a nitrogen atom (preferably an amide group, more preferably a lactam structure) in the water-soluble polymer is preferably 70% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, and further Preferably, it is 90% by mass or more. Particularly preferred is 100% by mass, ie, a homopolymer of a monomer having a nitrogen atom (preferably an amide group, more preferably a lactam structure).

窒素原子(好ましくはアミド基、より好ましくはラクタム構造)を有するモノマーとしては、N-アクリロイルモルホリン、N-ビニルピペリジン、N-ビニルイミダゾール、N-ビニルカルバゾール、(メタ)アクリルアミド;N-メチル(メタ)アクリルアミド、N-エチル(メタ)アクリルアミド、N-イソプロピル(メタ)アクリルアミド、N-n-ブチル(メタ)アクリルアミド、N-sec-ブチル(メタ)アクリルアミド、N-tert-ブチル(メタ)アクリルアミド等のN-アルキル(メタ)アクリルアミド;N,N-ジメチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジエチル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジプロピル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジイソプロピル(メタ)アクリルアミド、N,N-ジ(n-ブチル)(メタ)アクリルアミド、N,N-ジ(tert-ブチル)(メタ)アクリルアミド等のN,N-ジアルキル(メタ)アクリルアミド;N-ヒドロキシメチル(メタ)アクリルアミド、N-ヒドロキシエチル(メタ)アクリルアミド等のN-ヒドロキシアルキル(メタ)アクリルアミド;N-ビニルアセトアミド等のN-ビニルカルボン酸アミド;N-(2-ヒドロキシエチル)(メタ)アクリルアミド、N-(2-ヒドロキシプロピル)(メタ)アクリルアミド、N-(1-ヒドロキシプロピル)(メタ)アクリルアミド、N-(3-ヒドロキシプロピル)(メタ)アクリルアミド、N-(2-ヒドロキシブチル)(メタ)アクリルアミド、N-(3-ヒドロキシブチル)(メタ)アクリルアミド、N-(4-ヒドロキシブチル)(メタ)アクリルアミド等のN-ヒドロキシアルキル(メタ)アクリルアミド;N-メトキシメチル(メタ)アクリルアミド、N-メトキシエチル(メタ)アクリルアミド、N-ブトキシメチル(メタ)アクリルアミド等のN-アルコキシアルキル(メタ)アクリルアミド;N,N-ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、N-ビニル-2-ピロリドン、N-メチルビニルピロリドン、N-ビニル-2-カプロラクタム等が挙げられる。中でも、研磨対象物表面の保護、ポリシリコンの研磨速度向上および研磨残り低減のバランスを考慮すると、N-ビニル-2-ピロリドン、N-アクリロイルモルホリンが好ましく、N-ビニル-2-ピロリドンがより好ましい。 Monomers having a nitrogen atom (preferably an amide group, more preferably a lactam structure) include N-acryloylmorpholine, N-vinylpiperidine, N-vinylimidazole, N-vinylcarbazole, (meth)acrylamide; N-methyl (meth ) acrylamide, N-ethyl (meth)acrylamide, N-isopropyl (meth)acrylamide, Nn-butyl (meth)acrylamide, N-sec-butyl (meth)acrylamide, N-tert-butyl (meth)acrylamide, etc. N-alkyl (meth)acrylamide; N,N-dimethyl (meth)acrylamide, N,N-diethyl (meth)acrylamide, N,N-dipropyl (meth)acrylamide, N,N-diisopropyl (meth)acrylamide, N, N-di(n-butyl)(meth)acrylamide, N,N-dialkyl(meth)acrylamide such as N,N-di(tert-butyl)(meth)acrylamide; N-hydroxymethyl(meth)acrylamide, N- N-hydroxyalkyl (meth)acrylamide such as hydroxyethyl (meth)acrylamide; N-vinylcarboxylic acid amide such as N-vinylacetamide; N-(2-hydroxyethyl) (meth)acrylamide, N-(2-hydroxypropyl) ) (meth)acrylamide, N-(1-hydroxypropyl)(meth)acrylamide, N-(3-hydroxypropyl)(meth)acrylamide, N-(2-hydroxybutyl)(meth)acrylamide, N-(3- hydroxybutyl) (meth)acrylamide, N-hydroxyalkyl (meth)acrylamide such as N-(4-hydroxybutyl) (meth)acrylamide; N-methoxymethyl (meth)acrylamide, N-methoxyethyl (meth)acrylamide, N - N-alkoxyalkyl (meth)acrylamides such as butoxymethyl (meth)acrylamide; N,N-dimethylaminopropyl (meth)acrylamide, N-vinyl-2-pyrrolidone, N-methylvinylpyrrolidone, N-vinyl-2- caprolactam and the like. Among them, N-vinyl-2-pyrrolidone and N-acryloylmorpholine are preferable, and N-vinyl-2-pyrrolidone is more preferable, in consideration of the balance between protecting the surface of the object to be polished, improving the polishing speed of polysilicon and reducing polishing residue. .

これら窒素原子(好ましくはアミド基、より好ましくはラクタム構造)を有するモノマーは、1種単独でも、または2種以上組み合わせて用いてもよい。 These nitrogen atom-containing monomers (preferably amide groups, more preferably lactam structures) may be used singly or in combination of two or more.

窒素原子(好ましくはアミド基、より好ましくはラクタム構造)を有するモノマーは、必要に応じて、当該モノマーと共重合可能な他の共重合性モノマー由来の構造単位を含んでいてもよい。 A monomer having a nitrogen atom (preferably an amide group, more preferably a lactam structure) may optionally contain a structural unit derived from another copolymerizable monomer copolymerizable with the monomer.

他の共重合性モノマーとしては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、カルボキシエチルアクリレート、カルボキシペンチルアクリレート、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、イソクロトン酸等のカルボキシ基含有モノマー;無水マレイン酸、無水イタコン酸等の酸無水物基含有モノマー;メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n-ブチル(メタ)アクリレート、sec-ブチル(メタ)アクリレート、t-ブチル(メタ)アクリレート、n-プロピル(メタ)アクリレート、n-ヘキシル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート等のアルキル(メタ)アクリレートモノマー;シクロへキシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシルオキシアルキル(メタ)アクリレート、t-ブチルシクロヘキシルオキシエチル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、ジシクロペンタニル(メタ)アクリレート等の脂環構造を有する(メタ)アクリレートモノマー;2-メトキシエチル(メタ)アクリレート、2-エトキシエチル(メタ)アクリレート、メトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、エトキシジエチレングリコール(メタ)アクリレート、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート等のアルコキシ基またはオキシアルキレン基を含有する(メタ)アクリレートモノマー;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のシアノ基含有モノマー;エチレン、プロピレン、ブタジエン、イソプレン、イソブチレン等のオレフィン;スチレン、α-メチルスチレン、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、アルキルビニルエーテル、ビニルトルエン、ビニルピリジン、イタコン酸ジアルキルエステル、フマル酸ジアルキルエステル、ビニルアルコール、アリルアルコール、メチルビニルケトン、アリルトリメチルアンモニウムクロライド、ジメチルアリルビニルケトン等が挙げられる。 Examples of other copolymerizable monomers include carboxy group-containing monomers such as acrylic acid, methacrylic acid, carboxyethyl acrylate, carboxypentyl acrylate, itaconic acid, maleic acid, fumaric acid, crotonic acid, and isocrotonic acid; maleic anhydride, Acid anhydride group-containing monomers such as itaconic anhydride; methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, sec-butyl (meth) acrylate, t-butyl (meth) acrylate, n- Alkyl (meth)acrylate monomers such as propyl (meth)acrylate, n-hexyl (meth)acrylate, 2-ethylhexyl (meth)acrylate; cyclohexyl (meth)acrylate, cyclohexyloxyalkyl (meth)acrylate, t-butylcyclohexyl (Meth)acrylate monomers having an alicyclic structure such as oxyethyl (meth)acrylate, isobornyl (meth)acrylate, dicyclopentanyl (meth)acrylate; 2-methoxyethyl (meth)acrylate, 2-ethoxyethyl (meth) (Meth)acrylate monomers containing an alkoxy group or an oxyalkylene group such as acrylates, methoxydiethylene glycol (meth)acrylate, ethoxydiethylene glycol (meth)acrylate, methoxypolyethylene glycol (meth)acrylate, polypropylene glycol mono(meth)acrylate; acrylonitrile, cyano group-containing monomers such as methacrylonitrile; olefins such as ethylene, propylene, butadiene, isoprene and isobutylene; dialkyl itaconic acid, dialkyl fumaric acid, vinyl alcohol, allyl alcohol, methyl vinyl ketone, allyltrimethylammonium chloride, dimethyl allyl vinyl ketone, and the like.

これら他の共重合性モノマーは、1種単独でも、または2種以上を組み合わせても用いることができる。 These other copolymerizable monomers can be used singly or in combination of two or more.

窒素原子(好ましくはアミド基、より好ましくはラクタム構造)を有する水溶性高分子の好ましい具体例としては、ポリN-ビニルピロリドン(PVP)、ポリビニルピロリドン-ポリビニルアルコールコポリマーが挙げられる。中でも、研磨対象物表面の保護、ポリシリコンの研磨速度向上および研磨残り低減のバランスを考慮すると、ポリN-ビニルピロリドン(PVP)、ポリビニルピロリドン-ポリビニルアルコールコポリマーが好ましく、ポリN-ビニルピロリドン(PVP)がより好ましい。 Preferred specific examples of water-soluble polymers having nitrogen atoms (preferably amide groups, more preferably lactam structures) include poly-N-vinylpyrrolidone (PVP) and polyvinylpyrrolidone-polyvinylalcohol copolymers. Among them, poly N-vinylpyrrolidone (PVP) and polyvinylpyrrolidone-polyvinyl alcohol copolymer are preferable in consideration of the balance between protecting the surface of the object to be polished, improving the polishing speed of polysilicon and reducing polishing residue, and polyN-vinylpyrrolidone (PVP) ) is more preferred.

水溶性高分子の重量平均分子量(Mw)の下限は、特に制限されないが、1000以上が好ましく、1000超がより好ましく、1500以上がさらに好ましく、1500超がさらにより好ましく、5000以上が特に好ましく、5000超が最も好ましい。水溶性高分子の重量平均分子量の上限は、特に制限されないが、100000以下が好ましく、100000未満がより好ましく、90000以下がさらに好ましく、90000未満がさらにより好ましく、80000以下が特に好ましく、80000未満が特により好ましく、55000以下が最も好ましい。すなわち、水溶性高分子の重量平均分子量は、1000以上100000以下が好ましく、1000超100000未満がより好ましく、1500以上90000以下がさらに好ましく、1500超90000未満がさらにより好ましく、5000以上80000以下が特に好ましく、5000超80000未満が特により好ましく、5000超55000以下が最も好ましい。上記範囲の重量平均分子量を有する水溶性高分子であれば、溶解性に優れ、窒化ケイ素の研磨速度に対するポリシリコンの研磨速度の比(選択比)をより向上させることができる。また、上記範囲の重量平均分子量を有する水溶性高分子であれば、ポリシリコンの研磨速度をより向上させることができる。 The lower limit of the weight-average molecular weight (Mw) of the water-soluble polymer is not particularly limited, but is preferably 1000 or more, more preferably more than 1000, still more preferably 1500 or more, even more preferably more than 1500, particularly preferably 5000 or more, Greater than 5000 is most preferred. The upper limit of the weight average molecular weight of the water-soluble polymer is not particularly limited, but is preferably 100,000 or less, more preferably less than 100,000, still more preferably 90,000 or less, even more preferably less than 90,000, particularly preferably 80,000 or less, and less than 80,000. It is particularly more preferred, and 55,000 or less is most preferred. That is, the weight average molecular weight of the water-soluble polymer is preferably 1000 or more and 100000 or less, more preferably more than 1000 and less than 100000, more preferably 1500 or more and 90000 or less, even more preferably 1500 or more and less than 90000, and particularly 5000 or more and 80000 or less. More than 5,000 and less than 80,000 are particularly preferable, and more than 5,000 and 55,000 or less are most preferable. A water-soluble polymer having a weight-average molecular weight within the above range is excellent in solubility and can further improve the ratio (selection ratio) of the polishing rate of polysilicon to the polishing rate of silicon nitride. Moreover, if the water-soluble polymer has a weight-average molecular weight within the above range, the polishing rate of polysilicon can be further improved.

水溶性高分子の重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により測定することができる。 The weight average molecular weight of the water-soluble polymer can be measured by gel permeation chromatography (GPC).

水溶性高分子の含有量(濃度)は特に制限されないが、研磨用組成物の総質量に対して、0.0001質量%以上であることが好ましく、0.0005質量%以上であることがより好ましく、0.001質量%以上であることがさらに好ましい。また、水溶性高分子の含有量の上限は、研磨用組成物の総質量に対して、10質量%以下であることが好ましく、1質量%以下であることがより好ましく、0.1質量%以下であることがさらに好ましい。すなわち、水溶性高分子の含有量は、研磨用組成物の総質量に対して、0.0001質量%以上10質量%以下が好ましく、0.0005質量%以上1質量%以下がより好ましく、0.001質量%以上0.1質量%以下がさらに好ましい。このような含有量の範囲であれば、コストを抑えながら、窒化ケイ素の研磨速度に対するポリシリコンの研磨速度の比(選択比)をより向上させることができる。また、このような含有量の範囲であれば、ポリシリコンの研磨速度をより向上させることができる。なお、研磨用組成物が2種以上の水溶性高分子を含む場合には、水溶性高分子の含有量は、これらの合計量を意図する。 The content (concentration) of the water-soluble polymer is not particularly limited, but is preferably 0.0001% by mass or more, more preferably 0.0005% by mass or more, relative to the total mass of the polishing composition. Preferably, it is more preferably 0.001% by mass or more. The upper limit of the content of the water-soluble polymer is preferably 10% by mass or less, more preferably 1% by mass or less, and 0.1% by mass, relative to the total mass of the polishing composition. More preferably: That is, the content of the water-soluble polymer is preferably 0.0001% by mass or more and 10% by mass or less, more preferably 0.0005% by mass or more and 1% by mass or less, relative to the total mass of the polishing composition. 001% by mass or more and 0.1% by mass or less is more preferable. Within such a content range, the ratio (selection ratio) of the polishing rate of polysilicon to the polishing rate of silicon nitride (selectivity) can be further improved while suppressing costs. Further, within such a content range, the polishing rate of polysilicon can be further improved. In addition, when polishing composition contains 2 or more types of water-soluble polymers, content of water-soluble polymers intends these total amounts.

[分散媒]
本発明の研磨用組成物は、各成分を分散するための分散媒を含むことが好ましい。分散媒としては、水;メタノール、エタノール、エチレングリコール等のアルコール類;アセトン等のケトン類等や、これらの混合物などが例示できる。これらのうち、分散媒としては水が好ましい。すなわち、本発明のより好ましい形態によると、分散媒は水を含む。本発明のさらに好ましい形態によると、分散媒は実質的に水からなる。なお、上記の「実質的に」とは、本発明の目的効果が達成され得る限りにおいて、水以外の分散媒が含まれ得ることを意図し、より具体的には、好ましくは90質量%以上100質量%以下の水と0質量%以上10質量%以下の水以外の分散媒とからなり、より好ましくは99質量%以上100質量%以下の水と0質量%以上1質量%以下の水以外の分散媒とからなる。上記したように、さらに好ましくは、分散媒は水のみからなる。
[Dispersion medium]
The polishing composition of the present invention preferably contains a dispersion medium for dispersing each component. Examples of the dispersion medium include water; alcohols such as methanol, ethanol and ethylene glycol; ketones such as acetone; and mixtures thereof. Among these, water is preferable as the dispersion medium. That is, according to a more preferred form of the invention, the dispersion medium contains water. According to a further preferred form of the invention, the dispersion medium consists essentially of water. In addition, the above-mentioned "substantially" means that a dispersion medium other than water can be included as long as the objective effect of the present invention can be achieved, and more specifically, preferably 90% by mass or more. Consisting of 100% by mass or less of water and 0% by mass to 10% by mass of a dispersion medium other than water, more preferably 99% by mass to 100% by mass of water and 0% by mass to 1% by mass of water other than water and a dispersion medium of As described above, more preferably, the dispersion medium consists only of water.

研磨用組成物に含まれる成分の作用を阻害しないようにするという観点から、分散媒としては、不純物をできる限り含有しない水が好ましく、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、または蒸留水がより好ましい。 From the viewpoint of not inhibiting the action of the components contained in the polishing composition, the dispersion medium is preferably water containing as few impurities as possible. It is more preferable to use pure water, ultrapure water, or distilled water from which foreign matter has been removed through a filter.

[pH]
本発明の研磨用組成物のpHは、特に制限されないが、9.0以上であることが好ましく、9.0以上13.0以下がより好ましく、9.5以上12.0以下がさらに好ましく、10.0以上11.5以下が特に好ましく、10.5以上11.5以下が最も好ましい。pHが9.0以上であるとポリシリコンの研磨速度を向上させることができ、pHが13.0以下であると窒化ケイ素の研磨速度を低く抑えることができる。pHが上記範囲であれば、窒化ケイ素の研磨速度に対するポリシリコンの研磨速度の比(選択比)を十分に大きくすることができる。なお、研磨用組成物のpHは、後述の実施例に記載の方法により測定された値を採用する。
[pH]
The pH of the polishing composition of the present invention is not particularly limited, but is preferably 9.0 or higher, more preferably 9.0 or higher and 13.0 or lower, and further preferably 9.5 or higher and 12.0 or lower. 10.0 or more and 11.5 or less are particularly preferable, and 10.5 or more and 11.5 or less are most preferable. When the pH is 9.0 or more, the polishing rate of polysilicon can be improved, and when the pH is 13.0 or less, the polishing rate of silicon nitride can be kept low. If the pH is within the above range, the ratio (selection ratio) of the polishing rate of polysilicon to the polishing rate of silicon nitride can be sufficiently increased. For the pH of the polishing composition, the value measured by the method described in Examples below is adopted.

本発明の研磨用組成物においては、アンモニアおよびカリウム化合物がpH調整剤としての役割も果たす。これらの成分のみだけで所望のpHが得られ難い場合は、本発明の効果を阻害しない範囲内において、pH調整剤を添加してpHを調整してもよい。 In the polishing composition of the present invention, the ammonia and potassium compounds also serve as pH adjusters. If it is difficult to obtain the desired pH with these components alone, a pH adjuster may be added to adjust the pH within a range that does not impair the effects of the present invention.

pH調整剤は酸、ならびにアンモニアおよびカリウム化合物以外の塩基のいずれであってもよく、また、無機化合物および有機化合物のいずれであってもよい。pH調整剤は、単独でもまたは2種以上混合しても用いることができる。 The pH adjuster may be any acid or base other than ammonia and potassium compounds, and may be any inorganic or organic compound. The pH adjusters may be used alone or in combination of two or more.

pH調整剤として用いられる酸の具体例としては、例えば、硫酸、硝酸、ホウ酸、炭酸、次亜リン酸、亜リン酸、およびリン酸等の無機酸;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、クエン酸および乳酸などのカルボン酸、ならびにメタンスルホン酸、エタンスルホン酸およびイセチオン酸等の有機硫酸等の有機酸等が挙げられる。 Specific examples of acids used as pH adjusters include inorganic acids such as sulfuric acid, nitric acid, boric acid, carbonic acid, hypophosphorous acid, phosphorous acid, and phosphoric acid; formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, Valeric acid, 2-methylbutyric acid, n-hexanoic acid, 3,3-dimethylbutyric acid, 2-ethylbutyric acid, 4-methylpentanoic acid, n-heptanoic acid, 2-methylhexanoic acid, n-octanoic acid, 2-ethyl carboxylic acids such as hexanoic acid, benzoic acid, glycolic acid, salicylic acid, glyceric acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, maleic acid, phthalic acid, malic acid, tartaric acid, citric acid and lactic acid Acids and organic acids such as organic sulfuric acids such as methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid and isethionic acid.

pH調整剤として用いられる塩基の具体例としては、例えば、カリウム以外の第1族元素の水酸化物または塩、第2族元素の水酸化物または塩、水酸化第4級アンモニウムまたはその塩等が挙げられる。塩の具体例としては、炭酸塩、炭酸水素塩、硫酸塩、酢酸塩等が挙げられる。 Specific examples of bases used as pH adjusters include hydroxides or salts of group 1 elements other than potassium, hydroxides or salts of group 2 elements, quaternary ammonium hydroxides or salts thereof, and the like. is mentioned. Specific examples of salts include carbonates, hydrogen carbonates, sulfates, acetates, and the like.

pH調整剤の添加量は、特に制限されず、研磨用組成物が所望のpHとなるように適宜調整すればよい。 The amount of the pH adjuster to be added is not particularly limited, and may be appropriately adjusted so that the polishing composition has a desired pH.

[研磨用組成物の電気伝導度(EC)]
本発明の研磨用組成物の電気伝導度(EC)の下限は、好ましくは0.01mS/cm以上であり、より好ましくは0.1mS/cm以上である。また、本発明の研磨用組成物の電気伝導度(EC)の上限は、好ましくは10mS/cm以下であり、より好ましくは3mS/cm以下である。上記したような範囲であれば、砥粒同士の反発を適切に調整して、(特にポリシリコンに対する)十分な研磨速度および安定性を確保できる。研磨用組成物の電気伝導度は、アンモニアの量、カリウム化合物の種類および量、pH調整剤の種類および量等により調整することができる。なお、研磨用組成物の電気伝導度は、後述の実施例に記載の方法により測定された値を採用する。
[Electrical conductivity (EC) of polishing composition]
The lower limit of the electrical conductivity (EC) of the polishing composition of the invention is preferably 0.01 mS/cm or more, more preferably 0.1 mS/cm or more. The upper limit of the electrical conductivity (EC) of the polishing composition of the invention is preferably 10 mS/cm or less, more preferably 3 mS/cm or less. Within the range described above, the repulsion between abrasive grains can be appropriately adjusted to ensure a sufficient polishing rate and stability (particularly for polysilicon). The electrical conductivity of the polishing composition can be adjusted by adjusting the amount of ammonia, the type and amount of the potassium compound, the type and amount of the pH adjuster, and the like. For the electrical conductivity of the polishing composition, the value measured by the method described in Examples below is adopted.

[その他の成分]
本発明の研磨用組成物は、本発明の効果が著しく妨げられない範囲で、界面活性剤、錯化剤、防腐剤、防カビ剤等の、研磨用組成物に用いられ得る公知の添加剤を、必要に応じてさらに含有してもよい。
[Other ingredients]
The polishing composition of the present invention contains known additives that can be used in polishing compositions, such as surfactants, complexing agents, preservatives, and antifungal agents, as long as the effects of the present invention are not significantly hindered. may be further included as necessary.

本発明に係る研磨用組成物は、酸化剤を実質的に含有しないことが好ましい。研磨用組成物中に酸化剤が含まれていると、研磨対象物(例えばポリシリコン)の表面を酸化して酸化膜を生じさせ、研磨時間が長くなってしまう虞がある。ここでいう酸化剤の具体例としては、過酸化水素(H)、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム、ジクロロイソシアヌル酸ナトリウム等が挙げられる。なお、研磨用組成物が酸化剤を実質的に含有しないとは、少なくとも意図的には酸化剤を含有させないことをいう。したがって、原料や製法等に由来して微量の酸化剤が不可避的に含まれている研磨用組成物は、ここでいう酸化剤を実質的に含有しない研磨用組成物の概念に包含される。例えば、研磨用組成物中における酸化剤の濃度は、好ましくは0.001質量%以下、より好ましくは0.0001質量%以下、さらに好ましくは0.00001質量%以下(下限:0質量%)である。 The polishing composition according to the present invention preferably does not substantially contain an oxidizing agent. If the polishing composition contains an oxidizing agent, the surface of the object to be polished (for example, polysilicon) may be oxidized to form an oxide film, resulting in a longer polishing time. Specific examples of the oxidizing agent here include hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), sodium persulfate, ammonium persulfate, sodium dichloroisocyanurate and the like. In addition, the fact that the polishing composition does not substantially contain an oxidizing agent means that it does not contain an oxidizing agent at least intentionally. Therefore, a polishing composition that inevitably contains a small amount of oxidizing agent due to its raw material, manufacturing method, or the like is included in the concept of a polishing composition that does not substantially contain an oxidizing agent. For example, the concentration of the oxidizing agent in the polishing composition is preferably 0.001% by mass or less, more preferably 0.0001% by mass or less, and still more preferably 0.00001% by mass or less (lower limit: 0% by mass). be.

[研磨用組成物の製造方法]
本発明の研磨用組成物の製造方法は、特に制限されず、例えば、砥粒、アンモニア、カリウム化合物、および必要に応じて水溶性高分子、他の添加剤を、分散媒(例えば、水)中で攪拌混合することにより得ることができる。各成分の詳細は上述した通りである。なお、通常、アンモニアはアンモニア水の形態で、カリウム化合物はカリウム水溶液の形態で、各成分と混合される。したがって、本発明は、砥粒、アンモニア水およびカリウム化合物水溶液を混合する工程を含む、研磨用組成物の製造方法を提供する。
[Method for producing polishing composition]
The method for producing the polishing composition of the present invention is not particularly limited. It can be obtained by stirring and mixing in The details of each component are as described above. In general, ammonia is mixed with each component in the form of aqueous ammonia, and the potassium compound is in the form of aqueous potassium solution. Accordingly, the present invention provides a method for producing a polishing composition, comprising the step of mixing abrasive grains, ammonia water and an aqueous potassium compound solution.

各成分を混合する際の温度は特に制限されないが、10℃以上40℃以下が好ましく、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、均一混合できれば特に制限されない。 The temperature at which each component is mixed is not particularly limited, but is preferably 10° C. or higher and 40° C. or lower, and may be heated to increase the dissolution rate. Also, the mixing time is not particularly limited as long as uniform mixing can be achieved.

[研磨方法および半導体基板の製造方法]
上述のように、本発明の研磨用組成物は、ポリシリコンおよび窒化ケイ素を含む研磨対象物の研磨に好適に用いられる。よって、本発明は、前記研磨用組成物を用いてポリシリコンおよび窒化ケイ素を含む研磨対象物を研磨する、研磨方法を提供する。
[Polishing Method and Semiconductor Substrate Manufacturing Method]
As described above, the polishing composition of the present invention is suitably used for polishing objects containing polysilicon and silicon nitride. Accordingly, the present invention provides a polishing method for polishing an object to be polished containing polysilicon and silicon nitride using the polishing composition.

さらに、本発明は、前記研磨方法を有する半導体基板の製造方法を提供する。さらに本発明は、当該半導体基板の製造方法により得られる、半導体基板を提供する。 Furthermore, the present invention provides a method for manufacturing a semiconductor substrate, which includes the above polishing method. Furthermore, the present invention provides a semiconductor substrate obtained by the method for manufacturing the semiconductor substrate.

研磨装置としては、研磨対象物を有する基板等を保持するホルダーと回転数を変更可能なモータ等とが取り付けてあり、研磨パッド(研磨布)を貼り付け可能な研磨定盤を有する一般的な研磨装置を使用することができる。 As a polishing apparatus, a holder that holds a substrate having an object to be polished and a motor that can change the number of rotations are attached, and a polishing surface plate to which a polishing pad (abrasive cloth) can be attached is generally used. Polishing equipment can be used.

研磨パッドとしては、一般的な不織布、ポリウレタン、および多孔質フッ素樹脂等を特に制限なく使用することができる。研磨パッドには、研磨液が溜まるような溝加工が施されていることが好ましい。 As the polishing pad, general non-woven fabric, polyurethane, porous fluororesin, and the like can be used without particular limitation. It is preferable that the polishing pad is grooved so that the polishing liquid is accumulated.

研磨条件については、例えば、研磨定盤の回転速度は、10rpm(0.17s-1)以上500rpm(8.3s-1)以下が好ましい。研磨対象物を有する基板にかける圧力(研磨圧力)は、0.5psi(3.4kPa)以上10psi(68.9kPa)以下が好ましい。研磨パッドに研磨用組成物を供給する方法も特に制限されず、例えば、ポンプ等で連続的に供給する方法が採用される。この供給量に制限はないが、研磨パッドの表面が常に本発明の研磨用組成物で覆われていることが好ましい。 Regarding the polishing conditions, for example, the rotational speed of the polishing platen is preferably 10 rpm (0.17 s −1 ) or more and 500 rpm (8.3 s −1 ) or less. The pressure (polishing pressure) applied to the substrate having the object to be polished is preferably 0.5 psi (3.4 kPa) or more and 10 psi (68.9 kPa) or less. The method of supplying the polishing composition to the polishing pad is also not particularly limited, and, for example, a method of continuously supplying it using a pump or the like is adopted. The amount supplied is not limited, but it is preferred that the surface of the polishing pad is always covered with the polishing composition of the present invention.

研磨終了後、基板を流水中で洗浄し、スピンドライヤ等により基板上に付着した水滴を払い落として乾燥させることにより、金属を含む層を有する基板が得られる。 After polishing, the substrate is washed in running water, water droplets adhering to the substrate are removed by a spin dryer or the like, and the substrate is dried to obtain a substrate having a layer containing a metal.

本発明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。また、本発明の研磨用組成物は、研磨用組成物の原液を水などの希釈液を使って、例えば10倍以上に希釈することによって調製されてもよい。 The polishing composition of the present invention may be of a one-component type or a multi-component type such as a two-component type. Also, the polishing composition of the present invention may be prepared by diluting a stock solution of the polishing composition with a diluent such as water, for example, 10-fold or more.

(研磨速度)
本発明の実施形態において、ポリシリコンの研磨速度は、2000Å/min以上であると好ましく、3000Å/min以上であることがより好ましく、3100Å/min以上であることがさらに好ましく、3200Å/min以上であることが特に好ましい。また、本発明の実施形態において、窒化ケイ素の研磨速度は、100Å/min以下であると好ましく、80Å/min以下であることがより好ましく、50Å/min以下であることがさらに好ましく、20Å/min以下が特に好ましい。
(選択比)
本発明の研磨用組成物を用いてポリシリコンおよび窒化ケイ素を含む研磨対象物を研磨すると、高い窒化ケイ素の研磨速度に対するポリシリコンの研磨速度の比(高い窒化ケイ素に対するポリシリコンの選択比)を達成できる。具体的には、本発明の実施形態において、窒化ケイ素の研磨速度に対するポリシリコンの研磨速度の比(選択比)は、10以上であることが好ましく、20以上であることがより好ましく、30以上であることがさらに好ましく、70以上であることがさらにより好ましく、100以上であることが特に好ましく、150以上であることが最も好ましい。なお、窒化ケイ素の研磨速度に対するポリシリコンの研磨速度の比(選択比)は、高いほど好ましいため、上限は特に制限されないが、通常300以下であり、好ましくは200以下である。
(polishing speed)
In an embodiment of the present invention, the polysilicon polishing rate is preferably 2000 Å/min or more, more preferably 3000 Å/min or more, even more preferably 3100 Å/min or more, and 3200 Å/min or more. It is particularly preferred to have Further, in the embodiment of the present invention, the polishing rate of silicon nitride is preferably 100 Å/min or less, more preferably 80 Å/min or less, further preferably 50 Å/min or less, further preferably 20 Å/min. The following are particularly preferred.
(Selection ratio)
When an object to be polished containing polysilicon and silicon nitride is polished using the polishing composition of the present invention, the ratio of the polishing rate of polysilicon to the high polishing rate of silicon nitride (high selectivity of polysilicon to silicon nitride) is achievable. Specifically, in the embodiment of the present invention, the ratio (selection ratio) of the polishing rate of polysilicon to the polishing rate of silicon nitride is preferably 10 or more, more preferably 20 or more, and 30 or more. more preferably 70 or more, particularly preferably 100 or more, and most preferably 150 or more. The ratio (selection ratio) of the polishing rate of polysilicon to the polishing rate of silicon nitride is preferably as high as possible.

本明細書において、ポリシリコンおよび窒化ケイ素の研磨速度は、実施例に記載の方法により算出される値を採用する。本明細書において、窒化ケイ素の研磨速度に対するポリシリコンの研磨速度の比(選択比)は、実施例に記載の方法により算出される値を採用する。 In this specification, values calculated by the method described in Examples are used as the polishing rates for polysilicon and silicon nitride. In the present specification, the ratio (selection ratio) of the polishing rate of polysilicon to the polishing rate of silicon nitride is a value calculated by the method described in Examples.

本発明を、以下の実施例および比較例を用いてさらに詳細に説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。なお、特記しない限り、「%」および「部」は、それぞれ、「質量%」および「質量部」を意味する。 The present invention will be described in more detail with the following examples and comparative examples. However, the technical scope of the present invention is not limited only to the following examples. Unless otherwise specified, "%" and "parts" mean "% by mass" and "parts by mass" respectively.

<砥粒の粒子径>
砥粒の平均一次粒子径は、マイクロメリテックス社製の“Flow SorbII 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-UT151により測定した。
<Particle size of abrasive grains>
The average primary particle size of the abrasive grains was calculated from the specific surface area of the abrasive grains measured by the BET method using "Flow Sorb II 2300" manufactured by Micromeritex and the density of the abrasive grains. The average secondary particle size of the abrasive grains was measured using a dynamic light scattering type particle size/particle size distribution apparatus UPA-UT151 manufactured by Nikkiso Co., Ltd.

<砥粒の形状>
砥粒の形状(外形)は、走査型電子顕微鏡(SEM)SU8000(株式会社日立ハイテク製)を用いて観察された画像(倍率:500k倍)から、20個の砥粒粒子に存在する各突起について突起の高さおよび突起の幅を測定した。そして、突起の高さの平均値を算出することで「突起の平均高さ」を求めた。また、各突起について突起の高さ/突起の幅を求め、これらの平均値を算出した。
<Shape of abrasive grains>
The shape (outer shape) of the abrasive grains was observed using a scanning electron microscope (SEM) SU8000 (manufactured by Hitachi High-Tech Co., Ltd.) from an image (magnification: 500k times). The height of the protrusion and the width of the protrusion were measured. Then, by calculating the average value of the heights of the protrusions, the "average height of the protrusions" was obtained. Also, the height of the protrusion/the width of the protrusion was determined for each protrusion, and the average value of these values was calculated.

<シラノール基密度>
砥粒の単位表面積あたりのシラノール基密度(単位:個/nm)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。
<Silanol group density>
The silanol group density per unit surface area of the abrasive grain (unit: number/nm 2 ) was calculated by the following method after each parameter was measured or calculated by the following measurement method or calculation method.

より具体的には、下記式中のCは、砥粒の合計質量であり、下記式中のSは、砥粒のBET比表面積である。さらに具体的には、まず、固形分として1.50gの砥粒を200mlビーカーに採取し、100mlの純水を加えてスラリーとした後、30gの塩化ナトリウムを添加して溶解する。次に、1N塩酸を添加してスラリーのpHを約3.0~3.5に調整した後、スラリーが150mlになるまで純水を加える。このスラリーに対して、自動滴定装置(平沼産業株式会社製、COM-1700)を使用して、25℃で0.1N水酸化ナトリウム水溶液を用いてpHが4.0になるよう調整し、さらに、pH滴定によってpHを4.0から9.0に上げるのに要した0.1N水酸化ナトリウム水溶液の容量V[L]を測定する。平均シラノール基密度(個/nm)は、下記式により算出できる。 More specifically, C in the following formula is the total mass of the abrasive grains, and S in the following formula is the BET specific surface area of the abrasive grains. More specifically, first, 1.50 g of abrasive grains as a solid content are collected in a 200 ml beaker, 100 ml of pure water is added to make a slurry, and then 30 g of sodium chloride is added and dissolved. Next, after adding 1N hydrochloric acid to adjust the pH of the slurry to about 3.0 to 3.5, pure water is added until the slurry becomes 150 ml. For this slurry, using an automatic titrator (manufactured by Hiranuma Sangyo Co., Ltd., COM-1700), the pH is adjusted to 4.0 using a 0.1N sodium hydroxide aqueous solution at 25 ° C., and further , the volume V [L] of 0.1N aqueous sodium hydroxide solution required to raise the pH from 4.0 to 9.0 by pH titration. The average silanol group density (number/nm 2 ) can be calculated by the following formula.

Figure 2022154454000001
Figure 2022154454000001

上記式中、
ρは、平均シラノール基密度(個/nm)を表わし;
cは、滴定に用いた水酸化ナトリウム水溶液の濃度(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水溶液の容量(L
)を表わし;
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(nm/g)を表わす。
In the above formula,
ρ represents the average silanol group density (number/nm 2 );
c represents the concentration (mol/L) of the aqueous sodium hydroxide solution used for titration;
V is the volume of sodium hydroxide solution required to raise the pH from 4.0 to 9.0 (L
) represents;
NA represents the Avogadro constant (number/mol);
C represents the total mass (solid content) of the abrasive grains (g);
S represents the weighted average value (nm 2 /g) of the BET specific surface area of the abrasive grains.

<砥粒の真密度(g/cm)>
砥粒の真密度(g/cm)は、下記方法によって測定される。詳細には、まず、るつぼに砥粒水分散液を固形分(砥粒)で約15gとなるように入れ、市販のホットプレートを使用して、約200℃で水分を蒸発させる。さらに、砥粒の空隙に残留した水分も除去するために、電気炉(アドバンテック東洋株式会社製、焼成炉)にて300℃で1時間の熱処理を行い、処理後の乾燥砥粒を乳鉢で擂り潰す。次に、あらかじめ精密天秤(株式会社エー・アンド・デイ製、GH-202)にて重量を測定した100ml比重瓶(Wa(g))に、上記にて作製した乾燥砥粒を10g入れて重量を測定した(Wb(g))後、エタノールを20ml加えて、減圧したデシケータ内で30分間脱気する。その後、比重瓶内をエタノールで満たし、栓をして重量を測定する(Wc(g))。砥粒の重量測定を終えた比重瓶は内容物を廃棄し、洗浄後にエタノールで満たし重量を測定する(Wd)。これらの重量と測定時のエタノールの温度(t(℃))から、式1および式2で真密度を算出する。
<True density of abrasive grains (g/cm 3 )>
The true density (g/cm 3 ) of abrasive grains is measured by the following method. Specifically, first, an aqueous abrasive dispersion is placed in a crucible so that the solid content (abrasive grains) is about 15 g, and a commercially available hot plate is used to evaporate water at about 200°C. Furthermore, in order to remove moisture remaining in the voids of the abrasive grains, heat treatment is performed at 300°C for 1 hour in an electric furnace (manufactured by Advantech Toyo Co., Ltd., firing furnace), and the dry abrasive grains after treatment are ground in a mortar. crush. Next, 10 g of the dry abrasive grains prepared above were placed in a 100 ml pycnometer (Wa (g)) whose weight was measured in advance with a precision balance (GH-202, manufactured by A&D Co., Ltd.). After measuring (Wb(g)), 20 ml of ethanol is added and degassed for 30 minutes in a desiccator under reduced pressure. Thereafter, the pycnometer is filled with ethanol, stoppered, and the weight is measured (Wc (g)). After the weight measurement of the abrasive grains, the contents of the pycnometer are discarded, and after washing, the pycnometer is filled with ethanol and the weight is measured (Wd). The true density is calculated by equations 1 and 2 from these weights and the temperature of ethanol (t (° C.)) at the time of measurement.

Figure 2022154454000002
Figure 2022154454000002

Figure 2022154454000003
Figure 2022154454000003

<研磨用組成物のpH>
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:F-72 LAQUA(登録商標))により測定した。
<pH of Polishing Composition>
The pH of the polishing composition (liquid temperature: 25° C.) was measured with a pH meter (model number: F-72 LAQUA (registered trademark) manufactured by Horiba, Ltd.).

<研磨用組成物の電気伝導度>
研磨用組成物の電気伝導度(EC)は、卓上型電気伝導度計(株式会社堀場製作所製、型番:DS-71 LAQUA(登録商標))により測定した。
<Electrical conductivity of polishing composition>
The electrical conductivity (EC) of the polishing composition was measured with a desktop electrical conductivity meter (manufactured by Horiba, Ltd., model number: DS-71 LAQUA (registered trademark)).

[実施例1]
砥粒としてコロイダルシリカ(平均一次粒子径:30nm、平均二次粒子径:60nm、形状:金平糖形状(突起の平均高さ:5nm、「突起の高さ/突起の幅」の平均値:0.3)、シラノール基密度:3.5個/nm、真密度:2.05g/cm)を3質量%、添加剤1として水溶性高分子であるポリビニルピロリドン(PVP)(重量平均分子量(Mw):8000)を10ppm、添加剤2として濃度29質量%のアンモニア水をアンモニア(NH)換算で0.003質量%、添加剤3として濃度49質量%の水酸化カリウム水溶液を水酸化カリウム(KOH)換算で0.196質量%の最終濃度とそれぞれなるように、分散媒である純水に室温(25℃)で加えてから30分攪拌混合し、pHが11の研磨用組成物を得た。得られた研磨用組成物の電気伝導度を測定したところ、2.3mS/cmであった。
[Example 1]
Colloidal silica as abrasive grains (average primary particle size: 30 nm, average secondary particle size: 60 nm, shape: confetti shape (average height of protrusions: 5 nm, average value of "protrusion height/protrusion width": 0.5 nm). 3), silanol group density: 3.5 groups/nm 2 , true density: 2.05 g/cm 3 ) is 3% by mass, and additive 1 is a water-soluble polymer polyvinylpyrrolidone (PVP) (weight average molecular weight ( Mw): 8000) is 10 ppm, 29% by mass of ammonia water as additive 2 is 0.003% by mass in terms of ammonia (NH 3 ), and 49% by mass of potassium hydroxide aqueous solution is used as additive 3. Add to pure water as a dispersion medium at room temperature (25° C.) to a final concentration of 0.196% by mass in terms of (KOH) and stir and mix for 30 minutes to obtain a polishing composition having a pH of 11. Obtained. The electrical conductivity of the resulting polishing composition was measured and found to be 2.3 mS/cm.

[実施例2~7、比較例1~8]
砥粒の量、添加剤1~3のそれぞれの種類および量、ならびに研磨用組成物のpHを、下記表1のように変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例2~7、および比較例1~8の各研磨用組成物を調製した。そして、得られた各研磨用組成物の電気伝導度を測定し、結果を下記表1に示す。なお、下記表1において「-」と表示されているものは、その剤を含んでいないことを示す。なお、比較例6は、添加剤2としてテトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)を用い、添加剤3として炭酸カリウム(KCO)を用いた。
[Examples 2 to 7, Comparative Examples 1 to 8]
Examples 2 to 2 were prepared in the same manner as in Example 1, except that the amount of abrasive grains, the types and amounts of additives 1 to 3, and the pH of the polishing composition were changed as shown in Table 1 below. 7 and Comparative Examples 1 to 8 were prepared. Then, the electrical conductivity of each polishing composition obtained was measured, and the results are shown in Table 1 below. In Table 1 below, "-" indicates that the agent is not included. In Comparative Example 6, tetramethylammonium hydroxide (TMAH) was used as additive 2, and potassium carbonate (K 2 CO 3 ) was used as additive 3.

<評価>
各研磨用組成物を用いた際の研磨速度、研磨残りおよびディッシングを下記の方法で評価した。
<Evaluation>
The polishing rate, polishing residue and dishing when using each polishing composition were evaluated by the following methods.

(研磨装置および研磨条件)
研磨装置:アプライド・マテリアルズ製200mm用CMP片面研磨装置 Mirra(登録商標)
研磨パッド:ニッタ・デュポン株式会社製 硬質ポリウレタンパッド IC1010
研磨圧力:2psi(1psi=6894.76Pa)
研磨定盤回転数:103rpm
ヘッド(キャリア)回転数:97rpm
研磨用組成物の供給:掛け流し
研磨用組成物供給量:200mL/分
研磨時間:60秒。
(Polishing equipment and polishing conditions)
Polishing device: 200 mm CMP single-sided polishing device Mirra (registered trademark) manufactured by Applied Materials
Polishing pad: Hard polyurethane pad IC1010 manufactured by Nitta DuPont Co., Ltd.
Polishing pressure: 2 psi (1 psi = 6894.76 Pa)
Polishing surface plate rotation speed: 103 rpm
Head (carrier) rotation speed: 97 rpm
Supply of polishing composition: free-flowing Amount of supply of polishing composition: 200 mL/min Polishing time: 60 seconds.

(研磨対象物)
下記の3種類の膜をそれぞれ形成した。
(object to be polished)
The following three types of films were formed respectively.

(1)シリコンウェーハ(200mm、ブランケットウェーハ、株式会社アドバンテック製)の表面に、厚さ5000Åのポリシリコン(Poly-Si)膜を形成したもの。 (1) A polysilicon (Poly-Si) film having a thickness of 5000 Å is formed on the surface of a silicon wafer (200 mm, blanket wafer, manufactured by Advantech Co., Ltd.).

(2)シリコンウェーハ(200mm、ブランケットウェーハ、株式会社アドバンテック製)の表面に、厚さ2000Åの窒化ケイ素(SiN)膜を形成したもの。 (2) A silicon wafer (200 mm, blanket wafer, manufactured by Advantech Co., Ltd.) on which a silicon nitride (SiN) film having a thickness of 2000 Å is formed.

(3)シリコンウェーハ(200mm、ブランケットウェーハ、株式会社アドバンテック製)の表面に、8インチのPoly-Siパターンを形成したもの。
なお、Poly-Siパターンは以下の3層からなる。
1層目は、シリコンウェーハの上に形成された厚さ1,000ÅのプラズマTEOS-SiO膜である。
2層目は、1層目の上に形成されたセマテックの854パターンが施された厚さ500ÅのSiN膜である。
3層目は、2層目の上に形成された厚さ2,000ÅのPoly-Si膜である。
図2は、上記(3)の研磨対象物を模式的に表した断面図である。図2に示すように、研磨対象物10は、シリコンウェーハ1の上に、TEOS-SiO膜2、パターンが施されたSiN膜3、Poly-Si膜4の3層が積層されている。図2中、H1はライン幅を示し、H2はスペース幅を示す。また、図2中、T1はSiN膜3の厚さを示し、T2はTEOS-SiO膜2の厚さ(SiN膜3のライン上におけるTEOS-SiO膜2の表面からSiN膜3の表面までの高さ)を示す。
(3) An 8-inch Poly-Si pattern is formed on the surface of a silicon wafer (200 mm, blanket wafer, manufactured by Advantech Co., Ltd.).
The Poly-Si pattern consists of the following three layers.
The first layer is a plasma TEOS-SiO film with a thickness of 1,000 Å formed on a silicon wafer.
The second layer is a 500 Å thick SiN film formed on the first layer and having a Sematech 854 pattern.
The third layer is a Poly-Si film with a thickness of 2,000 Å formed on the second layer.
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the object to be polished of (3) above. As shown in FIG. 2, the object to be polished 10 has three layers, a TEOS-SiO film 2, a patterned SiN film 3, and a Poly-Si film 4, laminated on a silicon wafer 1. As shown in FIG. In FIG. 2, H1 indicates the line width and H2 indicates the space width. 2, T1 indicates the thickness of the SiN film 3, and T2 indicates the thickness of the TEOS-SiO film 2 (the distance from the surface of the TEOS-SiO film 2 to the surface of the SiN film 3 on the line of the SiN film 3). height).

[研磨速度]
上記で得られた各研磨用組成物を用いて、上記(1)および(2)のテストウェーハを上記研磨条件にてそれぞれ60秒間研磨した。そして、研磨速度(研磨レート)を、以下の式により計算した。
[Polishing speed]
Using each of the polishing compositions obtained above, the test wafers of (1) and (2) above were polished for 60 seconds under the above polishing conditions. Then, the polishing speed (polishing rate) was calculated by the following formula.

Figure 2022154454000004
Figure 2022154454000004

膜厚は、光学式膜厚測定器(ASET-f5x:ケーエルエー・テンコール社製)により求めて、研磨前後の膜厚の差を研磨時間で除することにより研磨速度(研磨レート)(Å/分)を評価した。なお、下記表1では、ポリシリコンの研磨速度および窒化ケイ素の研磨速度を、それぞれ、「poly-Si」および「SiN」の欄に記す。 The film thickness is determined by an optical film thickness measuring device (ASET-f5x: manufactured by KLA-Tencor Co., Ltd.), and the difference in film thickness before and after polishing is divided by the polishing time to obtain the polishing speed (polishing rate) (Å/min.). ) was evaluated. In Table 1 below, the polishing rate of polysilicon and the polishing rate of silicon nitride are indicated in the columns of "poly-Si" and "SiN", respectively.

[研磨残り]
上記式により求めたポリシリコンの研磨速度を用いて、2000Åのポリシリ
コンを研磨するのにかかる時間を算出し、上記(3)を研磨した。研磨後の(3)の窒化ケイ素膜の上に残存しているポリシリコンの膜厚を光学式膜厚測定器(ASET-f5x:ケーエルエー・テンコール社製)を用いて測定した。このときの膜厚を研磨残りとし、下記の3段階判定基準により判定した。△以上であれば、実用上許容できる。
[Polishing residue]
Using the polishing rate of polysilicon obtained from the above formula, the time required to polish 2000 Å of polysilicon was calculated, and the above (3) was polished. The film thickness of the polysilicon remaining on the silicon nitride film of (3) after polishing was measured using an optical film thickness measuring device (ASET-f5x: manufactured by KLA-Tencor Corporation). The film thickness at this time was regarded as a polishing residue, and was judged according to the following three-stage judgment criteria. If it is Δ or more, it is practically acceptable.

3段階判定基準
(判定):(研磨残り)
○:5Å未満
△:5Å以上15Å未満
×:15Å以上
[ディッシング]
実施例1~7および比較例1~8の各研磨用組成物を用いて、上記(3)のテストウェーハを上記研磨条件にて窒化ケイ素膜の全面が露出するまで研磨した。そして、窒化ケイ素膜とポリシリコン膜とのディッシング量(ディッシング深さ)を原子間力顕微鏡(ブルカージャパン社製、INSIGHT-CAP)を用いて窒化ケイ素100μm、ポリシリコン100μmの配線幅部分(図2におけるH1、H2の部分)を測定し、下記の4段階判定基準により判定した。△以上であれば、実用上許容できる。
3-stage judgment criteria (judgment): (remaining polishing)
○: Less than 5 Å △: 5 Å or more and less than 15 Å ×: 15 Å or more [Dishing]
Using the polishing compositions of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 8, the test wafers of (3) above were polished under the above polishing conditions until the entire surface of the silicon nitride film was exposed. Then, the amount of dishing (dishing depth) between the silicon nitride film and the polysilicon film was measured using an atomic force microscope (INSIGHT-CAP manufactured by Bruker Japan Co., Ltd.) at the wiring width portion of 100 μm silicon nitride and 100 μm polysilicon (FIG. 2). H1 and H2 portions in ) were measured and judged according to the following 4-step judgment criteria. If it is Δ or more, it is practically acceptable.

4段階判定基準
(判定):(ディッシング量)
◎ :200Å未満
○ :200Å以上300Å未満
△ :300Å以上400Å未満
× :400Å以上。
Four-stage judgment criteria (judgment): (dishing amount)
⊚: less than 200 Å ○: 200 Å or more and less than 300 Å Δ: 300 Å or more and less than 400 Å ×: 400 Å or more.

評価結果を下記表1に示す。 The evaluation results are shown in Table 1 below.

Figure 2022154454000005
Figure 2022154454000005

表1から明らかなように、実施例1~7の研磨用組成物は、比較例1~8の研磨用組成物と比べて、研磨残りおよびディッシングの両方を低減できることが分かった。中でも、実施例1、4~7の研磨用組成物は、他の実施例と比べて研磨残りの低減効果が特に優れていた。とりわけ、実施例1、5および6の研磨用組成物は、ディッシングの低減効果についても特に優れていた。さらに、実施例1および6の研磨用組成物は、選択比(ポリシリコンの研磨速度/窒化ケイ素の研磨速度)も高いことから、ポリシリコンおよび窒化ケイ素を含む研磨対象物を研磨する用途に非常に好適であると考えられる。 As is clear from Table 1, it was found that the polishing compositions of Examples 1-7 can reduce both polishing residue and dishing compared to the polishing compositions of Comparative Examples 1-8. Among them, the polishing compositions of Examples 1 and 4 to 7 were particularly excellent in the effect of reducing polishing residue as compared with the other Examples. In particular, the polishing compositions of Examples 1, 5 and 6 were particularly excellent in the effect of reducing dishing. Furthermore, the polishing compositions of Examples 1 and 6 also have a high selectivity (polysilicon polishing rate/silicon nitride polishing rate), and therefore are very suitable for polishing objects containing polysilicon and silicon nitride. It is considered suitable for

一方、比較例1~5および7の研磨用組成物は、アンモニアの含有量が0.002質量%未満、または、カリウム化合物の含有量が0.004質量%未満もしくは0.5質量%を超える例であるが、研磨残りが多いため、実用に適さない。 On the other hand, the polishing compositions of Comparative Examples 1 to 5 and 7 had an ammonia content of less than 0.002% by mass, or a potassium compound content of less than 0.004% by mass or more than 0.5% by mass. Although it is an example, it is not suitable for practical use because there is a lot of polishing residue.

比較例6の研磨用組成物は、特開2015-70008号公報に記載されている実施例10においてキレート剤を添加しなかったことを除いて比較例6の研磨用組成物と同様の組成を有する。比較例6の結果からも分かるように、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)のような第4級アンモニウム塩では、研磨残りの低減効果は得られない。 The polishing composition of Comparative Example 6 has the same composition as the polishing composition of Comparative Example 6 except that no chelating agent was added in Example 10 described in JP-A-2015-70008. have. As can be seen from the results of Comparative Example 6, a quaternary ammonium salt such as tetramethylammonium hydroxide (TMAH) is not effective in reducing polishing residue.

比較例8の研磨用組成物は、アンモニアの含有量が0.5質量%を超える例であるが、ディッシング量が多いために、実用に適さない。 The polishing composition of Comparative Example 8, which has an ammonia content of more than 0.5% by mass, is not suitable for practical use because of its large amount of dishing.

Claims (11)

砥粒と、アンモニアと、水酸化カリウムおよびカリウム塩からなる群から選択される少なくとも1種のカリウム化合物とを含む研磨用組成物であって、
前記アンモニアの含有量は前記研磨用組成物の総質量に対して0.002質量%以上0.5質量%以下であり、
前記カリウム化合物の含有量は前記研磨用組成物の総質量に対して0.004質量%以上0.5質量%以下である、研磨用組成物。
A polishing composition comprising abrasive grains, ammonia, and at least one potassium compound selected from the group consisting of potassium hydroxide and potassium salts,
The ammonia content is 0.002% by mass or more and 0.5% by mass or less with respect to the total mass of the polishing composition,
The polishing composition, wherein the content of the potassium compound is 0.004% by mass or more and 0.5% by mass or less with respect to the total mass of the polishing composition.
水溶性高分子をさらに含む、請求項1に記載の研磨用組成物。 The polishing composition according to claim 1, further comprising a water-soluble polymer. 前記水溶性高分子はラクタム構造を有する、請求項2に記載の研磨用組成物。 3. The polishing composition according to claim 2, wherein said water-soluble polymer has a lactam structure. pHが9.0以上である、請求項1~3のいずれか1項に記載の研磨用組成物。 The polishing composition according to any one of claims 1 to 3, which has a pH of 9.0 or higher. 前記アンモニアの含有量に対する前記カリウム化合物の含有量の比(カリウム化合物/アンモニア(質量比))は0.1以上100以下である、請求項1~4のいずれか1項に記載の研磨用組成物。 The polishing composition according to any one of claims 1 to 4, wherein the ratio of the content of the potassium compound to the content of the ammonia (potassium compound/ammonia (mass ratio)) is 0.1 or more and 100 or less. thing. 前記砥粒のシラノール基密度は0個/nm以上4個/nm以下である、請求項1~5のいずれか1項に記載の研磨用組成物。 The polishing composition according to any one of claims 1 to 5, wherein the abrasive grains have a silanol group density of 0/nm 2 or more and 4/nm 2 or less. 前記砥粒の形状は金平糖形状である、請求項1~6のいずれか1項に記載の研磨用組成物。 The polishing composition according to any one of claims 1 to 6, wherein the shape of the abrasive grains is a confetti shape. 前記砥粒の真密度は1.9g/cm以上である、請求項1~7のいずれか1項に記載の研磨用組成物。 The polishing composition according to any one of claims 1 to 7, wherein the abrasive grains have a true density of 1.9 g/cm 3 or more. 請求項1~8のいずれか1項に記載の研磨用組成物を用いて、ポリシリコンおよび窒化ケイ素を含む研磨対象物を研磨する、研磨方法。 A polishing method comprising polishing an object to be polished containing polysilicon and silicon nitride using the polishing composition according to any one of claims 1 to 8. 請求項9に記載の方法を有する、半導体基板の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor substrate, comprising the method of claim 9 . 請求項10の半導体基板の製造方法により得られる、半導体基板。 A semiconductor substrate obtained by the method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 10 .
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