JP7209620B2 - 研磨用組成物、その製造方法ならびにこれを用いた研磨方法および基板の製造方法 - Google Patents
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Description
この際、R1~R6の少なくとも1つが、スルホ基である)
この際、R7~R14の少なくとも1つが、スルホ基である)
この際、R15~R19の少なくとも1つが、スルホ基であり、
R20~R22は、それぞれ独立して、水素原子、ヒドロキシ基、スルホ基含有しないアニオン性基、カチオン性基、炭素数2~6のアルコキシカルボニル基、またはヒドロキシ基、スルホ基を含有しないアニオン性基、カチオン性基、もしくは炭素数2~6のアルコキシカルボニル基で置換されているかもしくは非置換の炭素数1~10の炭化水素基である)
分散媒と、
を含み、
pHが7未満である、研磨用組成物である。
本発明の一形態によれば、下記化学式(1)で表される化合物およびその塩、下記化学式(2)で表される化合物およびその塩、下記化学式(3)で表される構造単位からなる重合体およびその塩、ならびに下記化学式(3)で表される構造単位と他の単量体由来の構造単位とを有する共重合体およびその塩からなる群より選択される少なくとも1種の段差改良剤と、
この際、R1~R6の少なくとも1つが、スルホ基である)
この際、R7~R14の少なくとも1つが、スルホ基である)
この際、R15~R19の少なくとも1つが、スルホ基であり、
R20~R22は、それぞれ独立して、水素原子、ヒドロキシ基、スルホ基を含有しないアニオン性基、カチオン性基、炭素数2~6のアルコキシカルボニル基、またはヒドロキシ基、スルホ基を含有しないアニオン性基、カチオン性基、もしくは炭素数2~6のアルコキシカルボニル基で置換されているか、もしくは非置換の炭素数1~10の炭化水素基である)
分散媒と、
を含み、
pHが7未満である、研磨用組成物が提供される。本発明の一形態によれば、異種材料間で意図せずに発生する段差や、パターンの粗密部分の間で意図せずに発生する段差を低減することが可能となる。
本発明の一形態に係る研磨用組成物は、異種材料間で意図せずに発生する段差や、パターンの粗密部分の間で意図せずに発生する段差を低減するため、段差改良剤を含む。
この際、R1~R6の少なくとも1つが、スルホ基である)
この際、R7~R14の少なくとも1つが、スルホ基である)
この際、R15~R19の少なくとも1つが、スルホ基であり、
R20~R22は、それぞれ独立して、水素原子、ヒドロキシ基、スルホ基を含有しないアニオン性基、カチオン性基、炭素数2~6のアルコキシカルボニル基、またはヒドロキシ基、スルホ基を含有しないアニオン性基、カチオン性基、もしくは炭素数2~6のアルコキシカルボニル基で置換されているか、もしくは非置換の炭素数1~10の炭化水素基である)。
本発明の一形態に係る研磨用組成物は、平均一次粒子径5~50nmである砥粒を含む。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。
本発明の一形態に係る研磨用組成物は、異種材料間で意図せずに発生する段差や、パターンの粗密部分の間で意図せずに発生する段差をより低減するため、ポリオキシアルキレン基含有化合物をさらに含むことが好ましい。
本発明の一形態に係る研磨用組成物は、所望のpH値へと調整するため、pH調整剤をさらに含むことが好ましい。
本発明の一形態に係る研磨用組成物には、研磨速度をより向上させるため、研磨促進剤をさらに含むことが好ましい。本明細書において、研磨促進剤とは、上記説明したpH調整剤であって、pH調整以外の化合物の作用により研磨速度を向上させうる化合物を表す。
本発明の一形態に係る研磨用組成物は、必要に応じて、錯化剤、金属防食剤、防腐剤、防カビ剤、酸化剤、還元剤、界面活性剤、水溶性高分子(本明細書においては、オキシアルキレン基を有する化合物以外の水溶性高分子を表す)等の他の添加剤をさらに含んでもよい。錯化剤、金属防食剤、防腐剤、防カビ剤、酸化剤、還元剤、界面活性剤、水溶性高分子としては、特に制限されず、それぞれ研磨用組成物の分野で用いられる公知のものを用いることができる。
本発明の一形態に係る研磨用組成物は、分散媒を含む。
本発明の一形態に係る研磨用組成物は、pHが7未満である。
本発明の一形態に係る研磨用組成物、後述する本発明のその他の一形態に係る研磨方法および本発明のさらなる他の一形態に係る基板の製造方法を適用する研磨対象物は、特に制限されず、CMP分野で用いられる公知の研磨対象物に適用することができる。研磨対象物としては、例えば、金属、ケイ素-酸素結合を有する研磨対象物、ケイ素-ケイ素結合を有する研磨対象物、ケイ素-窒素結合を有する研磨対象物などが挙げられる。
ケイ素-窒素結合を有する材料としては、特に制限されないが、例えば、窒化ケイ素(SiN)、炭窒化ケイ素(SiCN)などが挙げられる。
その他ケイ素を含む材料としては、上記ケイ素-窒素結合を有する材料以外のケイ素を含む材料であれば特に制限されないが、例えば以下のようなものが挙げられる。
ケイ素-酸素結合を有する材料としては、特に制限されないが、例えば、TEOS等の酸化ケイ素、BD(ブラックダイヤモンド:SiOCH)、FSG(フルオロシリケートグラス)、HSQ(水素シルセスキオキサン)、CYCLOTENE、SiLK、MSQ(Methyl silsesquioxane)等が挙げられる。
ケイ素-ケイ素結合を有する研磨対象物としては、特に制限されないが、例えば、ポリシリコン、アモルファスシリコン、単結晶シリコン、n型ドープ単結晶シリコン、p型ドープ単結晶シリコン、SiGe等のSi系合金等が挙げられる。
本発明の他の一形態は、平均一次粒子径が5~50nmである砥粒、段差改良剤、および分散媒を混合することを含む、本発明の一形態に係る研磨用組成物の製造方法である。この際、必要に応じて任意に用いられうる各種添加剤を、さらに攪拌混合してもよい。添加される各種添加剤の詳細については、上述した通りである。
本発明のその他の一形態は、本発明の一形態に係る研磨用組成物を用いて、研磨対象物を研磨することを含む、研磨方法である。
溶媒としての水に、表1に示す砥粒、段差改良剤、ならびに必要に応じてポリオキシアルキレン基含有化合物、および他の添加剤を表1に示す濃度および含有量となるよう添加し、攪拌混合して研磨用組成物を得た(混合温度約25℃、混合時間:約10分)。ここで、研磨用組成物のpHは表1に示すpH調整剤で調整し、pHメーター(株式会社堀場製作所製 型番:LAQUA(登録商標))により確認した。
砥粒A:スルホン酸を表面に固定したコロイダルシリカ(平均一次粒子径:14nm、平均二次粒子径:36nm)
砥粒B:スルホン酸を表面に固定したコロイダルシリカ(平均一次粒子径:32nm、平均二次粒子径:70nm)
(段差改良剤および研磨促進剤)
化合物C:m-キシレンスルホン酸(添加はm-キシレンスルホン酸二水和物の状態で行った。)
化合物D:2-ナフトール-6-スルホン酸ナトリウム(添加は2-ナフトール-6-スルホン酸ナトリウム六水和物の状態で行った。)
化合物E:1-ナフタレンスルホン酸ナトリウム
化合物F:p-トルイジン-2-スルホン酸
化合物G:パラスチレンスルホン酸とスチレンの共重合体(重量平均分子量2万、パラスチレンスルホン酸由来の構造単位:スチレン由来の構造単位=50:50(モル比))
化合物H:パラスチレンスルホン酸とスチレンの共重合体(重量平均分子量4千、パラスチレンスルホン酸由来の構造単位:スチレン由来の構造単位=90:10(モル比))
化合物I:イセチオン酸
化合物J:タウリン
化合物K:ドデシルベンゼンスルホン酸
化合物L:N-メチル-D-グルカミン
化合物M:ポリアクリル酸(重量平均分子量2万)
(重量平均分子量)
上記化合物G、化合物Hおよび化合物M、ならびにポリオキシアルキレン基含有化合物の重量平均分子量の測定条件は、下記の通りである。
型式:Prominence + ELSD検出器(ELSD-LTII)
カラム:VP-ODS(株式会社島津製作所製)
移動相 A:MeOH
B:酢酸1%水溶液
流量:1mL/min
検出器:ELSD temp.40℃、Gain 8、N2GAS 350kPa
オーブン温度:40℃
注入量:40μL。
次いで、得られた研磨用組成物の特性を評価した。
研磨速度は、窒化ケイ素(SiN)およびTEOSの各200mmウェハについて、研磨前後の膜厚をそれぞれ光干渉式膜厚測定装置により求め、その差を研磨時間で除することにより評価した。ここで、研磨条件は以下の通りである。
研磨機:200mmウェハ用CMP片面研磨機
パッド:ポリウレタン製パッド
圧力:3.2psi(約22.1kPa)
定盤回転数:90rpm
研磨用組成物の流量:130mL/min
研磨時間:1分間
研磨対象物:200mmウェハ(SiN、TEOS)
SiN:低圧化学気相成長法(LPCVD)で製造されたもの 厚さ3500Å
TEOS:物理気相成長法(PVD)で製造されたもの(以下、PVDで製造されたTEOSをP-TEOSとも称する) 厚さ10000Å
(段差緩和量)
段差緩和量については、以下の構成を有する8インチSiN/P-TEOSパターンウェハを研磨し、パターンの凸部について、P-TEOS層が露出する時点までSiN層を削り取り、ウェハ上にP-TEOSとSiNとからなるパターン面を形成した。ここで、研磨条件は、研磨対象物を以下に示す8インチSiN/P-TEOSパターンウェハに変更し、研磨時間を変更した以外は前述のTEOSおよびSiNの研磨速度で用いた条件と同様とした。次いで、得られたパターン面について、ラインアンドスペースが1μm/1μmである部分について、P-TEOS部分を基準高さとして、P-TEOS部分と隣接するSiN部分との段差の高さX(Å)を、AFM(原子間力顕微鏡)(AFM WA1300 日立建機ファインテック株式会社製)を用いて測定した。そして、段差緩和量を、研磨前のSiN層の段差600(Å)からX(Å)を引いた差分として算出した。
仕様
1層目:SiN 厚さ700Å(パターン有、パターンは1層目と対応、段差600Å)
2層目:P-TEOS 厚さ1000Å(パターン有、段差600Å)
3層目:Bare-Si。
パターン凸部でのP-TEOS層露出時点からさらに25秒間研磨を継続すること以外は、段差緩和量の評価と同様の研磨条件で8インチSiN/P-TEOSパターンウェハを研磨し、ウェハ上にP-TEOSとSiNとからなるパターン面を形成した。
Claims (11)
- 平均一次粒子径が5~50nmである砥粒と、
m-キシレンスルホン酸、m-キシレンスルホン酸の塩、2-ナフトール-6-スルホン酸、2-ナフトール-6-スルホン酸の塩、p-トルイジン-2-スルホン酸、およびp-トルイジン-2-スルホン酸の塩からなる群より選択される少なくとも1種の段差改良剤と、
分散媒と、
を含み、
pHが7未満である、
ケイ素-窒素結合を有する材料と、ケイ素-酸素結合を有する材料とを含む研磨対象物を研磨するために用いられる、
研磨用組成物。 - 前記砥粒の平均一次粒子径は、5~25nmであり、前記pHは、2以上7未満である、請求項1に記載の研磨用組成物。
- 前記砥粒は、シリカである、請求項1または2に記載の研磨用組成物。
- 前記砥粒は、表面に有機酸を固定したシリカである、請求項1~3のいずれか1項に記載の研磨用組成物。
- ポリオキシアルキレン基含有化合物をさらに含む、請求項1~4のいずれか1項に記載の研磨用組成物。
- 前記ポリオキシアルキレン基含有化合物は、ゲルパーミーエーションクロマトグラフィー(GPC)による分子量分布(ポリエチレングリコール換算)が2つ以上のピークを有する、請求項5に記載の研磨用組成物。
- 研磨促進剤をさらに含む、請求項1~6のいずれか1項に記載の研磨用組成物。
- 前記段差改良剤の含有量は、0.001g/L以上5g/L以下である、請求項1~7のいずれか1項に記載の研磨用組成物。
- 前記平均一次粒子径が5~50nmである砥粒、前記段差改良剤、および前記分散媒を混合することを含む、請求項1~8のいずれか1項に記載の研磨用組成物の製造方法。
- 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、ケイ素-窒素結合を有する材料と、ケイ素-酸素結合を有する材料とを含む研磨対象物を研磨することを含む、研磨方法。
- 請求項10に記載の研磨方法で、ケイ素-窒素結合を有する材料と、ケイ素-酸素結合を有する材料とを含む研磨対象物を研磨することを含む、基板の製造方法。
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