JPWO2009037903A1 - シリコン膜研磨用cmpスラリー及び研磨方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、(1)砥粒、酸化剤、カチオン性界面活性剤及び水を含有するシリコン膜研磨用CMPスラリーに関する。
酸化剤の含有量が低い前記(1)〜(7)のいずれか一つに記載のシリコン膜研磨用CMPスラリーを用いて、シリコン膜の残膜厚が前記初期段差の0.5〜1.5倍になるまで研磨を行う第一の工程、
次いで、酸化剤の含有量が高い前記(1)〜(7)のいずれか一つに記載のシリコン膜研磨用CMPスラリーを用いてシリコン膜の研磨を行う第二の工程、
を含む研磨方法に関する。
<砥粒>
本発明で用いられる砥粒は、水に分散可能で、スラリー調製前後で平均粒径の変化が小さい砥粒であれば特に制限はなく、例えば、セリア、シリカ、アルミナ、ジルコニア等を挙げることができる。これらは単独で又は二種類以上を組み合わせて使用することができる。これらのなかでも、コストの観点からシリカが好ましく、例えばヒュームドシリカやコロイダルシリカ等のシリカが好ましく、なかでも被研磨面の研磨傷低減の観点からコロイダルシリカより好ましい。
本発明で用いられる酸化剤としては、シリコン膜の表面を酸化することができれば特に制限はなく、具体的には、例えば、過酸化水素、ペルオキソ二硫酸(過硫酸)、ペルオキソ二硫酸塩(過硫酸塩)、オルト過ヨウ素酸、オルト過ヨウ素酸塩等をあげることができる。これらのなかでも、取り扱いが容易で、シリコン膜研磨用CMPスラリー調製後の安定性が良好である点で、過酸化水素を使用することが好ましい。過酸化水素は、添加することによるpHの変化が小さいため、添加量を変化させた際にpH調整が不要である点も優れている。また、研磨されるべき基板が集積回路用素子を含むシリコン基板である場合、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属による汚染は望ましくないのでこれらを含まない酸化剤が望ましい。但し、適用対象の基体が半導体素子を含まないガラス基板等である場合はこれらの金属を含む酸化剤であっても差し支えない。これら酸化剤は1種類単独で、もしくは2種類以上を混合して用いることができる。
本発明で用いられるカチオン性界面活性剤としては、水に溶解可能である特性を有するものを使用することができ、例えば、脂肪族アミン又はその塩、アルキルアミドアミン塩(R1CONH(CH2)nN(R2)(R3)・X)、モノアルキルトリメチルアンモニウム塩(R(CH3)3N・X)、ジアルキルジメチルアンモニウム塩((R)2N(CH3)2・X)、アルキルベンジルジメチルアンモニウム塩(R(CH2Ph)(CH3)2N・X)、アルキルピリジニウム塩(PyR・X)、塩化ベンゼトニウム塩(R・PhO(CH2)2O(CH2)N(CH3)2CH2Ph・X)等の第4級アンモニウム塩型カチオン性界面活性剤等が挙げられる。これらのなかでも、モノアルキルトリメチルアンモニウム塩が好ましい。
本発明のシリコン膜研磨用CMPスラリーのpHは、砥粒の分散性の観点から、4〜10の範囲内で適切に調節することが好ましい。前記pHが4未満であると、シリコン酸化膜の研磨速度が増大し、研磨の自動停止特性が得られ難くなるため、pHは好ましくは4以上、より好ましくは5以上、特に好ましくは5.5以上である。前記pHが10を超えると、スラリーの取り扱いが困難になるため、pHは好ましくは10以下、より好ましくは9以下、特に好ましくは8以下である。酸化剤として過酸化水素を用いる場合、アルカリ性のスラリー中では、過酸化水素が不安定になる場合があるため、pHは9以下とすることが好ましい。本発明におけるpHは、pHメータ(例えば、東亜ディーケーケー株式会社製商品名「HM−21P」)を用いて測定することができる。
以上のような本発明のシリコン膜用CMPスラリーは、ポリシリコン膜又はアモルファスシリコン膜等のシリコン膜のCMPに適用できる。
<シリコン研磨用CMPスラリー(I)〜(IX)の作製>
表1に示す各成分を混合し、pH6.7のシリコン研磨用CMPスラリー(I)〜(IX)を作製した。
上記実施例1〜9で作製したシリコン研磨用CMPスラリー(I)〜(IX)を定盤に貼り付けた研磨パッドに滴下しながら、図1の(b)に示す断面を有するパターン付の基板10を研磨した。パターン付の基板10は、以下により作製したものを使用した。始めに、直径(φ)8インチのSi基板70にSiN膜80を20nm形成後、その上にSiO膜90を100nm形成した。次に、フォトレジストパターンをマスクにして、SiO膜90をエッチングすることで溝を形成した。このときSiN膜80がエッチングストッパー膜となる。最後に、フォトレジストパターンを除去した後、CVD(Chemical Vapor Deposition)によってポリシリコン膜95を200nm形成した。
研磨装置:ロータリータイプ(アプライドマテリアルズ社製、Mirra)
研磨パッド:発泡ポリウレタン樹脂製研磨パッド
パッドグルーブ:同心円
研磨圧力:140hPa
ウエハー基板の回転数:90回/分
研磨定盤の回転数:90回/分
スラリー流量:200ml/分
研磨時間:光学式終点検出方法による終点検出後、30秒間オーバー研磨。
<シリコン研磨用CMPスラリー(X)〜(XII)の作製>
表3に示す各成分を混合し、シリコン研磨用CMPスラリー(X)〜(XIII)を作製した。
<シリコン研磨用CMPスラリー(XIII)〜(XV)の作製>
表4に示す各成分を混合し、シリコン研磨用CMPスラリー(XIII)〜(XV)を作製した。
<シリコン研磨用CMPスラリー(XVI)〜(XX)の作製>
表5に示す各成分を混合し、シリコン研磨用CMPスラリー(XVI)〜(XX)を作製した。
Claims (14)
- 砥粒、酸化剤、カチオン性界面活性剤及び水を含有するシリコン膜研磨用CMPスラリー。
- 前記カチオン性界面活性剤が、脂肪族アミン、モノキルトリメチルアンモニウム塩、メトニウムジヒドロキシド又はその塩から選ばれる少なくとも一種である請求項1記載のシリコン膜研磨用CMPスラリー。
- 前記酸化剤が、過酸化水素である請求項1又は2記載のシリコン膜研磨用CMPスラリー。
- pHが4〜10である請求項1〜3のいずれか一項に記載のシリコン膜研磨用CMPスラリー。
- 前記酸化剤の含有量が、シリコン膜研磨用CMPスラリー100質量部に対して0.1〜20.0質量部である請求項1〜4のいずれか一項に記載のシリコン膜研磨用CMPスラリー。
- 前記カチオン性界面活性剤の含有量が、シリコン膜研磨用CMPスラリー100質量部に対して0.0001〜0.1質量部である請求項1〜5のいずれか一項に記載のシリコン膜研磨用CMPスラリー。
- 被研磨膜がポリシリコン膜又はアモルファスシリコン膜である請求項1〜6のいずれか一項に記載のシリコン膜研磨用CMPスラリー。
- 被研磨膜が形成された基板を研磨定盤の研磨布に押しあて加圧し、請求項1〜7のいずれか一項に記載のシリコン膜研磨用CMPスラリーを被研磨膜と研磨布との間に供給しながら、前記被研磨膜が形成された基板と研磨定盤を動かして被研磨膜を研磨する、基板の研磨方法。
- 凹部及び凸部からなる下地と前記下地を表面に沿って被覆するシリコン膜とを有する基板の、前記シリコン膜を研磨して前記下地の凸部を露出させる研磨工程において、前記請求項1〜7のいずれか一項に記載のシリコン膜研磨用CMPスラリーを用いて研磨を行うことを特徴とする基板の研磨方法。
- 前記シリコン膜研磨用CMPスラリー100質量部中の酸化剤の含有量が、0.1〜5.0質量部であることを特徴とする請求項9記載の研磨方法。
- 前記凹部及び凸部からなる下地の上層に形成されたシリコン膜を有する基板の、前記シリコン膜を研磨して、前記下地が露出する前に研磨を停止する研磨工程において、前記請求項1〜7のいずれか一項に記載のシリコン膜研磨用CMPスラリーを用いて研磨を行うことを特徴とする基板の研磨方法。
- 前記シリコン膜研磨用CMPスラリー100質量部中の酸化剤の含有量が、0.3〜20.0質量部であることを特徴とする請求項11記載の研磨方法。
- 凹部及び凸部を有し、研磨されるべきシリコン膜の膜厚が、前記凹部及び凸部の初期段差の2倍を越える膜厚でシリコン膜が形成された基板の、前記シリコン膜を研磨する方法であって、
酸化剤の含有量が低い前記請求項1〜7のいずれか一項に記載のシリコン膜研磨用CMPスラリーを用いてシリコン膜の残膜厚が前記初期段差の0.5〜1.5倍になるまで研磨を行う第一の工程、
次いで、酸化剤の含有量が高い前記請求項1〜7のいずれか一項に記載のシリコン膜研磨用CMPスラリーを用いてシリコン膜の研磨を行う第二の工程、
を含む研磨方法。 - 前記第一の工程で用いるシリコン膜研磨用CMPスラリー100質量部中の酸化剤の含有量が0.1質量部未満であり、前記第二の工程で用いるシリコン膜研磨用CMPスラリー100質量部中の酸化剤の含有量が0.1〜20.0質量部であることを特徴とする請求項13記載の研磨方法。
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