JP6627283B2 - 研磨液及び研磨方法 - Google Patents
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Description
本実施形態に係る研磨液は、(A)アミド基を有するカルボン酸と、(B)酸化セリウム粒子と、(C)水とを少なくとも含有する。本実施形態に係る研磨液のpHは、2.0〜6.0である。以下、このような研磨液の構成について更に説明する。
(A)成分は、少なくとも一つのアミド基を有するカルボン酸である。(A)成分は、溶解性に優れる観点から、1級アミド及び2級アミドからなる群より選択される少なくとも一種が好ましく、1級アミドがより好ましい。また、高研磨選択比と、窒化ケイ素(ストッパ)露出後のパターンウエハにおいて凹部に形成された酸化ケイ素が過剰に削れてしまう現象の抑制効果との両立を容易に図ることができる観点から、モノカルボン酸及びジカルボン酸からなる群より選択される少なくとも一種が好ましく、モノカルボン酸がより好ましい。(A)成分としては、高研磨選択比と、窒化ケイ素(ストッパ)露出後のパターンウエハにおいて凹部に形成された酸化ケイ素が過剰に削れてしまう現象の抑制効果との両立をより容易に図ることができる観点から、マロンアミド酸、スクシンアミド酸及び4−カルバモイル酪酸からなる群より選択される少なくとも一種が好ましく、マロンアミド酸及びスクシンアミド酸からなる群より選択される少なくとも一種がより好ましい。(A)成分は、単独で又は二種類以上を混合して使用することができる。
(B)成分は、例えば、酸化セリウムからなり粒子状を有する粒子である。(B)成分は、どのような製造方法によって得られた酸化セリウム粒子であってもよい。酸化セリウム粒子を作製する方法としては、焼成等を用いる固相法や、塩基とセリウム塩の水溶液とを接触させた後に加熱処理を施す液相法等を適用することができる。これらの方法によって製造された酸化セリウム粒子が凝集している場合は、凝集した粒子を機械的に粉砕してもよい。粉砕方法としては、例えば、ジェットミル等による乾式粉砕や、遊星ビーズミル等による湿式粉砕方法が好ましい。
研磨液の媒体である水としては、特に制限されないが、脱イオン水、イオン交換水、超純水等が好ましい。なお、研磨液は、必要に応じて水以外の溶媒、エタノール、酢酸、アセトン等の極性溶媒などを更に含有してもよい。
本実施形態に係る研磨液のpHは、2.0〜6.0の範囲である。このようなpHを有する研磨液では、カルボン酸の酸解離度合いが変化することによる研磨液の疎水性が向上するとともに、酸化セリウム粒子のゼータ電位の符号が正となることにより酸化ケイ素への接触効率が向上すると推定される。これにより、本実施形態に係る研磨液は、窒化ケイ素に対する酸化ケイ素の研磨選択比が高まる効果を発揮することができる。
本実施形態に係る研磨液は、上述した(A)〜(C)成分に加えてpH調整剤を含有してもよい。研磨液のpHは、(A)成分の量にも依存するが、pH調整剤として最小限の酸や塩基を使用しても所望のpHを得ることができる。ただし、pH調整剤を含まなくても研磨液が所定のpH範囲にある場合は、pH調整剤を用いなくてもよい。
本実施形態に係る研磨液は、窒化ケイ素に対する酸化ケイ素の研磨選択比を更に向上させる目的、あるいは、その他の研磨特性を向上させる目的で、必要に応じて、上記(A)〜(D)成分以外の成分を(E)その他の添加剤として更に含有することができる。
研磨液は、どのような作製方法によって得られたものであるかは特に制限されず、研磨に用いる際に上述したような特徴を具備しているものであればよいが、研磨に使用する時以外は、例えば、以下の(X)通常タイプ、(Y)濃縮タイプ及び(Z)2液タイプ等の形態を有することができる。
本実施形態に係る研磨方法は、本実施形態に係る研磨液を用いて、酸化ケイ素を含む被研磨面を研磨する。研磨液を使用して基板を研磨する方法においては、通常、研磨すべき被研磨材料(被研磨膜等)を形成した基板を研磨定盤の研磨布(パッド)に押しあてて加圧し、この状態で研磨液を被研磨材料と研磨布との間に供給しながら、基板と研磨定盤を相対的に動かすことにより被研磨材料を研磨する。このような研磨方法は、特に、表面に段差を有する基板を研磨し、これにより段差を平坦化するような研磨工程に好適である。
平均粒径133nmの酸化セリウム粒子を含む水分散液を準備した。平均粒径は、BECKMANCOULTER社製のサブミクロン粒子アナライザー「N5」の単分散モードを用いて測定して得られたものである。具体的には、平均粒径としては、BECKMANCOULTER社製のサブミクロン粒子アナライザー「N5」から得られるIntensity(信号の強さ)が1.0E+4〜1.0E+6の範囲となるように酸化セリウム粒子の水分散液を調整し(水により希釈し)、240秒の測定を行い得られた結果を用いた。
水、各種添加剤、前記酸化セリウム粒子を含む水分散液の順に同一容器内に配合した後に混合して、表1の成分を含むCMP用研磨液を調製した。CMP用研磨液のpHは、硝酸又はアンモニア水を用いて、表1に示す値に調整した。pHは、電気化学計器株式会社製の型番PHL−40を用いて測定した。
研磨液中の添加剤としてスクシンアミド酸を用いた。
比較例1として、添加剤を含まない研磨液を用いた。比較例2〜4として、研磨液中の添加剤としてそれぞれブチルアミド、プロピオン酸、ピコリン酸を用いた。
CMP評価用試験ウエハとして、パターンが形成されていないブランケットウエハ(Blanketウエハ)と、パターンが形成されているパターンウエハ(パターン付きウエハ)とを使用した。ブランケットウエハとして、酸化ケイ素膜をシリコン(Si)基板(直径:300mm)上に有するウエハ、及び、窒化ケイ素膜をシリコン(Si)基板(直径:300mm)上に有するウエハを用いた。パターンウエハとして、SEMATECH社製の商品名「パターンウエハ764」(直径:300mm、ストッパ:窒化ケイ素膜)を用いた。
[ブランケットウエハにおける酸化ケイ素膜及び窒化ケイ素膜の研磨速度]
フィルメトリクス株式会社製光干渉式膜厚測定装置(装置名:F80)を用いて、研磨前後の被研磨膜(酸化ケイ素膜及び窒化ケイ素膜)の膜厚を測定し、膜厚変化量の平均から、ブランケットウエハにおける被研磨膜の研磨速度を算出した。なお、研磨は30秒間行った。研磨速度の単位はnm/minである。
上記の方法から得られたブランケットウエハにおける酸化ケイ素膜の研磨速度をブランケットウエハにおける窒化ケイ素膜の研磨速度で除することで、窒化ケイ素膜に対する酸化ケイ素膜の研磨選択比を算出した。
窒化ケイ素膜に対する酸化ケイ素膜の研磨選択比が50以上である実施例1及び比較例3,4の研磨液を用いて、パターンウエハの研磨評価を行った。
パターンウエハの中でも、シリコン基板のアクティブ部(凸部)の幅(図1の符号5)とトレンチ部の幅(図1の符号4)とがそれぞれ50μm、50μmのパターン部を評価対象とした。セリア系スラリを用いて予め、アクティブ部の酸化ケイ素膜6の膜厚が180nmとなるまで研磨を行ったパターンウエハを使用した。前記パターンウエハを、各種研磨液を用いてアクティブ部の窒化ケイ素膜が露出するまで研磨し、さらに、ブランケットウエハの酸化ケイ素膜の研磨時間から算出された、ブランケットウエハの酸化ケイ素膜が100nm削れる研磨時間で追研磨した。アクティブ部の窒化ケイ素膜が露出した時点でのトレンチ部の酸化ケイ素膜の膜厚と、100nm削れる研磨時間で追研磨した後のトレンチ部の酸化ケイ素膜の膜厚との差から、トレンチ部の酸化ケイ素膜の削れ量を算出した。パターンウエハの各部の膜厚は、光干渉式膜厚装置(ナノメトリクス社製、Nanospec AFT−5100)を用いて測定した。
Claims (9)
- 酸化ケイ素を研磨して、当該酸化ケイ素の下に形成された窒化ケイ素を露出させた後に、酸化ケイ素及び窒化ケイ素を含む被研磨面を研磨するために用いられる研磨液であって、
(A)アミド基を有するカルボン酸と、(B)酸化セリウム粒子と、(C)水と、を含有し、
前記(A)成分が、モノカルボン酸及びジカルボン酸からなる群より選択される少なくとも一種を含み、
前記(B)成分の含有量が当該研磨液の全質量を基準として0.05〜0.25質量%であり、
pHが2.0〜6.0である、研磨液。 - 前記(A)成分がモノカルボン酸を含む、請求項1に記載の研磨液。
- 前記(A)成分が、1級アミド及び2級アミドからなる群より選択される少なくとも一種を含む、請求項1又は2に記載の研磨液。
- 前記(A)成分が1級アミドを含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の研磨液。
- 前記(A)成分が、マロンアミド酸、スクシンアミド酸及び4−カルバモイル酪酸からなる群より選択される少なくとも一種を含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の研磨液。
- 前記(A)成分の含有量が当該研磨液の全質量を基準として0.005〜1質量%である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の研磨液。
- 前記(B)成分の平均粒径が20〜300nmである、請求項1〜6のいずれか一項に記載の研磨液。
- 前記(B)成分が、液相法を利用して合成される酸化セリウム粒子である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の研磨液。
- 酸化ケイ素を研磨して、当該酸化ケイ素の下に形成された窒化ケイ素を露出させた後に、請求項1〜8のいずれか一項に記載の研磨液を用いて、酸化ケイ素及び窒化ケイ素を含む被研磨面を研磨する、研磨方法。
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