JP7250530B2 - 研磨用組成物、研磨用組成物の製造方法、研磨方法、および半導体基板の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明に係る研磨対象物は、不純物がドープされた多結晶シリコン(ポリシリコン)および不純物がドープされた非晶質シリコン(アモルファスシリコン)の少なくとも一方を含む。
本発明の研磨用組成物は、砥粒を含む。砥粒の種類としては、たとえば、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア等の金属酸化物が挙げられる。該砥粒は、単独でもまたは2種以上組み合わせても用いることができる。該砥粒は、それぞれ市販品を用いてもよいし合成品を用いてもよい。
本発明の研磨用組成物は、アルカリ金属の水酸化物、無機酸のアルカリ金属塩、無機酸のアンモニウム塩、有機酸のアルカリ金属塩、有機酸のアンモニウム塩、およびアンモニアからなる群より選択される少なくとも1種のアルカリ化合物を含む。これらアルカリ化合物を使用することにより、研磨対象物に含まれるシリコンが溶解しやすいアルカリ領域にpHを調整できるだけでなく、アルカリ化合物は研磨中において砥粒表面や研磨対象物表面へ吸着することなく大半が分散媒中に溶解しているため、シリコンの除去を阻害することがなく、効率的な研磨が実現できる。
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。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、本発明の好ましい形態によると、分散媒は水を含む。本発明のより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。最も好ましくは、分散媒は水である。
本発明の研磨用組成物のpHは、8以上であることが好ましい。pHが8以上であれば、研磨速度がより向上する効果が得られる。該pHは、8.5以上であることがより好ましく、9以上であることがさらに好ましく、9.5以上であることが特に好ましい。一方、安全性の観点から、研磨用組成物のpHは、13以下であることが好ましく、12以下であることがより好ましく、11.5以下であることがさらに好ましい。
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錯化剤、防腐剤、防カビ剤、研磨促進剤、保護膜形成剤等の、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。
本発明に係る研磨用組成物に研磨促進剤を添加することにより、研磨対象物の研磨速度がより向上する。
本発明に係る研磨用組成物に保護膜形成剤を添加することにより、研磨した後の研磨対象物の表面にディッシングや段差が生じることをより抑制することができる。
本発明の研磨用組成物の製造方法は、特に制限されず、たとえば、砥粒、アルカリ化合物、および必要に応じて他の添加剤を、分散媒(たとえば、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。したがって、本発明は、前記砥粒、前記分散媒、および前記アルカリ化合物を混合する工程を含む、本発明の研磨用組成物の製造方法を提供する。
上述のように、本発明の研磨用組成物は、不純物がドープされた多結晶シリコンおよび不純物がドープされた非晶質シリコンの少なくとも一方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、不純物がドープされた多結晶シリコンおよび不純物がドープされた非晶質シリコンの少なくとも一方を含む研磨対象物を、本発明の研磨用組成物で研磨する研磨方法を提供する。また、本発明は、不純物がドープされた多結晶シリコンおよび不純物がドープされた非晶質シリコンの少なくとも一方を含む半導体基板を前記研磨方法で研磨する工程を含む半導体基板の製造方法を提供する。
(1)リンドープトポリシリコン(リン含有量:0.05質量%)
(2)リンドープトポリシリコン(リン含有量:0.1質量%)
(3)ヒ素ドープトポリシリコン(ヒ素含有量:0.01質量%)
(4)ヒ素ドープトポリシリコン(ヒ素含有量:0.05質量%)
・p型不純物がドープされたポリシリコン
(1)ボロンドープトポリシリコン(ボロン含有量:0.05質量%)
(2)ボロンドープトポリシリコン(ボロン含有量:0.1質量%)
(3)ガリウムドープトポリシリコン(ガリウム含有量:0.05質量%)
(4)ガリウムドープトポリシリコン(ガリウム含有量:0.1質量%)。
(実施例1)
砥粒(コロイダルシリカ;平均一次粒子径:90nm、平均二次粒子径:220nm)と、アルカリ化合物として水酸化カリウムとを、砥粒濃度が1.5質量%となるように、アルカリ化合物の濃度が0.19質量%となるように、また、pHが10.0となるように、分散媒(純水)中で攪拌混合することにより、研磨用組成物を調製した(混合温度:約25℃、混合時間:約10分)。
アルカリ化合物の種類と含有量、および砥粒の含有量を下記表1のように変更したこと以外は、実施例1と同様にして、研磨用組成物を調製した。
上記実施例1~16および比較例1~4で得られた各研磨用組成物を用いて、上記の各研磨対象物を以下の研磨条件で研磨した際の研磨速度を測定した。
研磨装置:日本エンギス株式会社製 ラッピングマシーン EJ-380IN-CH
研磨パッド:ニッタ・ハース株式会社製 硬質ポリウレタンパッド IC1010
研磨圧力:3.0psi(20.7kPa)(なお、1psi=6894.76Paである)
研磨定盤回転数:60rpm
ヘッド(キャリア)回転数:100rpm
研磨用組成物の供給:掛け流し
研磨用組成物供給量:100mL/分
研磨時間:60秒。
研磨速度(研磨レート)は、以下の式により計算した。なお、10Å=1nmである。
下記表2に示すような粒径が異なる砥粒を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、研磨用組成物を調製した。なお、実施例17~19のいずれも、アルカリ化合物として水酸化カリウムを用い、その濃度は0.19質量%とした。
下記表3に示す研磨促進剤を添加したこと以外は、実施例1と同様にして、各研磨用組成物を調製した。得られた各研磨用組成物を用いて、上記の評価1と同様にして、上記の各研磨対象物を研磨条件で研磨した際の研磨速度を測定した。
下記表5に示すように、アルカリ化合物の種類と量、研磨促進剤の種類と量、および保護膜形成剤の種類と量を変更したこと以外は、実施例1と同様にして、各研磨用組成物を調製した。
・PVP2:ポリビニルピロリドン、重量平均分子量40000
・PEG:ポリエチレングリコール、重量平均分子量200。
アルカリ化合物の種類および含有量、砥粒の種類および含有量、ならびに保護膜形成剤の種類および含有量を下記表7のように変更したこと以外は、実施例1と同様にして、研磨用組成物を調製した。
・PVP1:ポリビニルピロリドン、重量平均分子量10000
・PVP2:ポリビニルピロリドン、重量平均分子量40000
・PVP3:ポリビニルピロリドン、重量平均分子量360000
・HEC:ヒドロキシエチルセルロース、重量平均分子量1200000
・PVA-PVP:ビニルアルコール・ビニルピロリドン グラフト共重合体; 主鎖はビニルアルコール重合体(重量平均分子量80000)であり、側鎖としてビニルピロリドン重合体(側鎖部全体の重量平均分子量80000)が結合している
・SURF1:モノn-オクチルホスフェート
・SURF2:ラウリル硫酸アンモニウム
・EO-PO-EO:エチレンオキサイド-プロピレンオキサイド-エチレンオキサイド ブロック共重合体、両端のEO部はほぼ同一の重量であり、各々共重合体全体の約10重量%の割合で含まれる。また全体の重量平均分子量は1250である
・H2O2:過酸化水素。
ディッシング量測定については、まず、それぞれの不純物がドープされた多結晶シリコン(ポリシリコン)において、絶縁膜が露出するまで研磨された、100μm幅の配線と100μm幅の絶縁膜とが交互に並んだ領域を有するウェーハを用意した。その後、実施例1~16の研磨速度評価と同じ研磨条件で、実施例50~63に記載の各研磨用組成物を用いて研磨を行った。その後、ワイドエリアAFM WA-1300(日立建機株式会社製)を用いてディッシング量(絶縁膜を基準とした場合の、それぞれの不純物がドープされた多結晶シリコンの凹み深さ)を測定した(単位:Å)。
Claims (11)
- 不純物がドープされた多結晶シリコンおよび不純物がドープされた非晶質シリコンの少なくとも一方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であって、
砥粒と、
分散媒と、
アルカリ金属の水酸化物、無機酸のアルカリ金属塩、無機酸のアンモニウム塩、有機酸のアルカリ金属塩、有機酸のアンモニウム塩、およびアンモニアからなる群より選択される少なくとも1種のアルカリ化合物と、
を含み、pHが8以上である、研磨用組成物。 - 前記砥粒はコロイダルシリカである、請求項1に記載の研磨用組成物。
- 前記砥粒の平均一次粒子径は20nm以上300nm以下である、請求項1または2に記載の研磨用組成物。
- 前記砥粒の平均二次粒子径は50nm以上500nm以下である、請求項1~3のいずれか1項に記載の研磨用組成物。
- 前記砥粒の含有量は、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。
- 前記アルカリ化合物は、水酸化カリウム、無機酸のカリウム塩、無機酸のアンモニウム塩、有機酸のカリウム塩、有機酸のアンモニウム塩、およびアンモニアから選択される少なくとも1種である、請求項1~5のいずれか1項に記載の研磨用組成物。
- 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。
- 前記研磨促進剤は、アミノ基を有する化合物である、請求項7に記載の研磨用組成物。
- 前記砥粒、前記分散媒、および前記アルカリ化合物を混合する工程を含む、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、不純物がドープされた多結晶シリコンおよび不純物がドープされた非晶質シリコンの少なくとも一方を含む研磨対象物を研磨する工程を含む、研磨方法。
- 不純物がドープされた多結晶シリコンおよび不純物がドープされた非晶質シリコンの少なくとも一方を含む半導体基板を、請求項10に記載の研磨方法により研磨する工程を有する、半導体基板の製造方法。
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