JP5580441B2 - 研磨用組成物及びそれを用いた研磨方法 - Google Patents

Description

本発明は、ポリシリコンを研磨する用途において主に使用される研磨用組成物及びそれを用いた研磨方法に関する。

例えば半導体装置製造工程において、基板の上に形成されたポリシリコン膜の一部を除去するための研磨が行われることがある。このような研磨では、ポリシリコン除去速度が大きいことが望ましいのはもちろんであるが、研磨後のポリシリコン膜表面の平坦性を低下させるディッシングをできるだけ発生させないことも重要である。ディッシングとは、除去されざるべきポリシリコン膜の部分が研磨除去されることにより研磨後のポリシリコン膜表面にへこみが生じる現象をいう。従来知られている研磨用組成物の多くは、ポリシリコン除去速度及びディッシングに関する要求性能を十分に満足しておらず、実用に耐えるものではない。

本発明に関連する先行技術文献としては以下の特許文献１，２を挙げることができる。

特開２００２−１９０４５８号公報 特開２００５−１７５４９８号公報

そこで、本発明の目的は、ポリシリコンを研磨する用途でより好適に使用可能な研磨用組成物及びそれを用いた研磨方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の一態様では、ポリオキシエチレンアルキルアミノエーテル及び砥粒を含有し、ｐＨが９〜１２であり、前記ポリオキシエチレンアルキルアミノエーテルの含有量は２０〜５００ｐｐｍであり、前記砥粒はコロイダルシリカであり、前記砥粒の平均一次粒子径は１０〜１３０ｎｍであり、前記砥粒の含有量は、０．５〜７．５質量％であり、ポリシリコンを研磨する用途で用いられる研磨用組成物が提供される。

また、本発明の別の態様では、上記の研磨用組成物を用いて、ポリシリコンを研磨する研磨方法が提供される。

本発明によれば、ポリシリコンを研磨する用途でより好適に使用可能な研磨用組成物及びそれを用いた研磨方法が提供される。

以下、本発明の一実施形態を説明する。
本実施形態の研磨用組成物は、窒素含有ノニオン界面活性剤及び砥粒を、必要に応じてｐＨ調整剤とともに、水に混合することにより、ｐＨが９〜１２の範囲内になるようにして製造される。従って、研磨用組成物は、窒素含有ノニオン界面活性剤、砥粒及び水を含有し、必要に応じてｐＨ調整剤をさらに含有する。

本実施形態の研磨用組成物は、ポリシリコンを研磨する用途での使用、より具体的には、例えば単結晶シリコン基板などの基板の上に形成されたポリシリコン膜の一部を除去するための研磨での使用を主に想定したものである。

研磨用組成物中に含まれる前記窒素含有ノニオン界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルアミノエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸アミドが挙げられる。
研磨用組成物中の窒素含有ノニオン界面活性剤の含有量は２０ｐｐｍ以上であることが好ましい。窒素含有ノニオン界面活性剤の含有量が多くなるにつれて、研磨用組成物を用いて研磨された後のポリシリコン膜表面のディッシングの発生は抑制される。この点、研磨用組成物中の窒素含有ノニオン界面活性剤の含有量が２０ｐｐｍ以上であれば、研磨後のポリシリコン膜表面のディッシングの発生を実用上特に好適なレベルにまで抑制することができる。

また、研磨用組成物中の窒素含有ノニオン界面活性剤の含有量は５００ｐｐｍ以下であることが好ましい。窒素含有ノニオン界面活性剤の含有量が少なくなるにつれて、研磨用組成物によるポリシリコン除去速度は増大する。この点、研磨用組成物中の窒素含有ノニオン界面活性剤の含有量が５００ｐｐｍ以下であれば、研磨用組成物によるポリシリコン除去速度に関して実用上特に好適なレベルが得られる。

研磨用組成物中に含まれる前記砥粒としては、例えば、コロイダルシリカ、フュームドシリカ及び焼成粉砕シリカが挙げられるが、その中でもコロイダルシリカが好ましい。コロイダルシリカを用いた場合には、他の砥粒を使用した場合に比べて、研磨用組成物を用いて研磨された後のポリシリコン膜表面のディッシングの発生が大きく抑制される。

研磨用組成物中の砥粒の含有量は０．１質量％以上であることが好ましく、より好ましくは０．３質量％以上、さらに好ましくは１．０質量％以上である。砥粒の含有量が多くなるにつれて、研磨用組成物によるポリシリコン除去速度は増大する。この点、研磨用組成物中の砥粒の含有量が０．１質量％以上、さらに言えば０．３質量％以上、もっと言えば１．０質量％以上であれば、研磨用組成物によるポリシリコン除去速度を実用上特に好適なレベルにまで向上させることができる。

また、研磨用組成物中の砥粒の含有量は１５質量％以下であることが好ましく、より好ましくは１０質量％以下、さらに好ましくは５．０質量％以下である。砥粒の含有量が少なくなるにつれて、研磨用組成物中での砥粒の分散性は向上する。この点、研磨用組成物中の砥粒の含有量が１５質量％以下、さらに言えば１０質量％以下、もっと言えば５．０質量％以下であれば、研磨用組成物中での砥粒の分散性を実用上特に好適なレベルにまで向上させることができる。

研磨用組成物中に含まれる砥粒の平均一次粒子径は３ｎｍ以上であることが好ましく、より好ましくは５ｎｍ以上、さらに好ましくは１０ｎｍ以上である。砥粒の平均一次粒子径が大きくなるにつれて、研磨用組成物によるポリシリコン除去速度は増大する。この点、砥粒の平均一次粒子径が３ｎｍ以上、さらに言えば５ｎｍ以上、もっと言えば１０ｎｍ以上であれば、研磨用組成物によるポリシリコン除去速度を実用上特に好適なレベルにまで向上させることができる。

また、研磨用組成物中に含まれる砥粒の平均一次粒子径は２００ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１５０ｎｍ以下、さらに好ましくは９０ｎｍ以下である。砥粒の平均一次粒子径が小さくなるにつれて、研磨用組成物中での砥粒の分散性は向上する。この点、砥粒の平均一次粒子径が２００ｎｍ以下、さらに言えば１５０ｎｍ以下、もっと言えば９０ｎｍ以下であれば、研磨用組成物中での砥粒の分散性を実用上特に好適なレベルにまで向上させることができる。

研磨用組成物中に必要に応じて含まれる前記ｐＨ調整剤は特に限定されるものではなく、研磨用組成物のｐＨを９〜１２の間の所望の値にするために適宜の量のいずれのアルカリを使用することも可能である。ｐＨ調整剤として使用可能なアルカリの具体例としては、例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム、エチルアミン及びエタノールアミンが挙げられる。

本実施形態によれば以下の作用効果を得ることができる。
本実施形態の研磨用組成物を用いてポリシリコン膜を研磨した場合、高いポリシリコン除去速度を得ることできると同時に、研磨後のポリシリコン膜表面のディッシングの発生を強く抑制することができる。従って、本実施形態の研磨用組成物は、ポリシリコンを研磨する用途、特に、基板の上に形成されたポリシリコン膜の一部を除去するための研磨で好適に使用することができる。本実施形態の研磨用組成物を用いることによって上記したような利点が得られる理由は詳細不明であるが、研磨用組成物中に含まれる窒素含有ノニオン界面活性剤によってポリシリコン膜表面が改質されることによりもたらされるものと推察される。

前記実施形態は、次のようにして変更されてもよい。
・ 前記実施形態の研磨用組成物は二種類以上の窒素含有ノニオン界面活性剤を含有してもよい。

・ 前記実施形態の研磨用組成物は二種類以上の砥粒を含有してもよい。
・ 前記実施形態の研磨用組成物には、必要に応じて、キレート剤や水溶性高分子、窒素含有ノニオン界面活性剤以外の界面活性剤、防腐剤、防黴剤、防錆剤などの添加剤を添加してもよい。

・ 前記実施形態の研磨用組成物は、研磨用組成物の原液を水で希釈することによって調製されてもよい。

次に、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。
実施例１〜１４，１８〜２３、参考例１５〜１７及び比較例１，２では、砥粒にｐＨ調整剤及び水を添加し、さらに窒素含有ノニオン界面活性剤を添加して研磨用組成物を調製した。比較例３〜５では、砥粒にｐＨ調整剤及び水を添加し、さらに窒素含有ノニオン界面活性剤に代わる化合物を添加して研磨用組成物を調製した。各例の研磨用組成物中の窒素含有ノニオン界面活性剤又はそれに代わる化合物と砥粒の詳細、並びに各例の研磨用組成物のｐＨを測定した結果を表１に示す。なお、各例において使用したｐＨ調整剤は水酸化テトラメチルアンモニウムである。

表１中、
Ａ１は、平均一次粒子径が１０ｎｍであるコロイダルシリカ、
Ａ２は、平均一次粒子径が３０ｎｍであるコロイダルシリカ、
Ａ３は、平均一次粒子径が７０ｎｍであるコロイダルシリカ、
Ａ４は、平均一次粒子径が９０ｎｍであるコロイダルシリカ、
Ａ５は、平均一次粒子径が１３０ｎｍであるコロイダルシリカ、
Ｂ１は、下記の構造式（１）で表わされるポリオキシエチレンアルキルアミノエーテル（ｍ＝５）、
Ｂ２は、下記の構造式（２）で表わされるポリオキシエチレン脂肪酸アミド（ｍ＝５）、Ｂ３は、下記の構造式（３）で表わされる平均分子量約１２０万のヒドロシキエチルセルロース（ｍ＝２〜３）、
Ｂ４は、下記の構造式（４）で表わされるポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール（ｍ１＋ｍ２＝２５、ｎ＝３０）、
Ｂ５は、下記の構造式（５）で表わされるポリオキシエチレンアルキルエーテル（ｍ＝１０）を表す。

表１の“ポリシリコン除去速度”欄には、各例の研磨用組成物を用いて直径２００ｍｍのポリシリコン膜ブランケットウエハの表面を表２に示す条件で研磨したときのポリシリコン除去速度を示す。ポリシリコン除去速度の値は、大日本スクリーン製造株式会社の光干渉式膜厚測定装置“ラムダエースＶＭ−２０３０”を使用して測定される研磨前後の各基板の厚さの差を研磨時間（６０秒）で除することにより求めた。

表１の“ディッシング量”欄には、各例の研磨用組成物を用いて直径２００ｍｍのポリシリコン膜パターンウエハの表面を表２に示す条件で研磨した後に測定されるディッシング量（ディッシングによるへこみ部分の深さ）を示す。ポリシリコン膜パターンウエハの研磨は、エンドポイントシグナルが検出された後、エンドポイントシグナルが検出されるまでの研磨時間の４０％の時間に相当する時間だけさらに継続の後に終了させた。

表１に示すように、各実施例の研磨用組成物によれば、ポリシリコン除去速度に関して５００Å／分以上という実用に足るレベルの値が得られ、ディッシング量に関しても７００Å以下という実用に足るレベルの値が得られた。これに対し、ｐＨが９〜１２の範囲から外れる比較例１，２の研磨用組成物では、ポリシリコン除去速度に関して５００Å／分未満と実用に足るレベルの値が得られなかった。また、窒素含有ノニオン界面活性剤を含有していない比較例３〜５の研磨用組成物では、ディッシング量に関して７００Å超と実用に足るレベルの値が得られなかった。

Claims (2)

1. ポリオキシエチレンアルキルアミノエーテル及び砥粒を含有し、ｐＨが９〜１２であり、
   前記ポリオキシエチレンアルキルアミノエーテルの含有量は２０〜５００ｐｐｍであり、
   前記砥粒はコロイダルシリカであり、
   前記砥粒の平均一次粒子径は１０〜１３０ｎｍであり、
   前記砥粒の含有量は、０．５〜７．５質量％であり、
   ポリシリコンを研磨する用途で用いられることを特徴とする研磨用組成物。
2. 請求項１に記載の研磨用組成物を用いて、ポリシリコンを研磨することを特徴とする研磨方法。