JP6657935B2 - 研磨液 - Google Patents
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Description
本実施形態に係る研磨液は、(A)スルホンアミド基を有する化合物と、(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、2.0〜7.0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、少なくとも一つのスルホンアミド基を有する化合物である。(A)成分は、ストッパ膜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膜が過剰に削れてしまう現象の抑制効果が得易い観点から、そのpKaが9.0以上の化合物が好ましく、9.5以上の化合物がより好ましい。(A)成分としては、ストッパ膜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膜が過剰に削れてしまう現象の抑制効果が得易い観点から、メタンスルホンアミド、ベンゼンスルホンアミド、ヒドロキシベンゼンスルホンアミド(例えば、4−ヒドロキシベンゼンスルホンアミド)、アミノベンゼンスルホンアミド(例えば、4−アミノベンゼンスルホンアミド)及びカルボキシベンゼンスルホン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、後述の(D)成分に挙げられた水以外の溶媒(エタノール、アセトン等の極性溶媒など)を更に含有してもよい。
研磨液のpHが高すぎると、酸化セリウム粒子のゼータ電位の絶対値が小さくなる傾向にある。これにより粒子同士の静電的反発が弱まって、凝集が起こりやすくなるため、研磨速度が低下するおそれがある。そのため、研磨液のpHは、7.0以下であり、6.0以下が好ましく、5.0以下がより好ましく、4.5以下が更に好ましい。研磨液のpHが低すぎると、酸化ケイ素膜のゼータ電位の絶対値が小さくなり、酸化セリウム粒子との間の静電的引力が弱まって研磨速度が小さくなる傾向にある。そのため、研磨液のpHは、2.0以上であり、2.5以上が好ましく、3.0以上がより好ましい。
本実施形態に係る研磨液は、研磨速度等の研磨特性、酸化セリウムの分散性、保管安定性等の特性を調整する目的で、上記(A)〜(C)成分以外の成分を(D)その他の添加剤として更に含有することができる。その他の添加剤は、一種類単独で又は二種類以上を組み合わせて使用できる。
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。
(C)成分である水、研磨速度比を向上させる添加剤として(D)成分であるプロピオン酸、(A)成分である表1に示す化合物、(B)成分である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、CMP用研磨液を調製した。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。
(A)成分としてメタンスルホンアミド、4−ヒドロキシベンゼンスルホンアミド、又は4−アミノベンゼンスルホンアミドを含有する研磨液を調整した。
(A)成分を含まない研磨液を調製した。
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、ストッパ膜: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。
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(図1の符号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 (6)
- 酸化ケイ素を含む被研磨面の研磨に用いられる研磨液であって、
(A)スルホンアミド基を有する化合物と、(B)酸化セリウム粒子と、(C)水と、を含有し、
前記(A)成分のpKaが9.0以上であり、
pHが2.0〜7.0である、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0.0005〜1質量%である、請求項1に記載の研磨液。
- 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0.05〜5質量%である、請求項1又は2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1〜3のいずれか一項に記載の研磨液。
- 前記(B)成分が、コロイダルセリアである、請求項1〜4のいずれか一項に記載の研磨液。
- 前記(B)成分のみを砥粒として含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の研磨液。
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