TWI604025B - 研磨用組成物 - Google Patents
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Description
本發明係關於在將具有含有III-V族化合物材料的部分之研磨對象物進行研磨的用途中所使用研磨用組成物。本發明亦關於使用有該研磨用組成物之研磨方法及基板之製造方法。
電子或電洞的移動度比矽更高，且載子之輸送特性優異的砷化鎵(GaAs)等之III-V族化合物材料係被期待作為下一世代的半導體通道材料。III-V族化合物通道，係可將具有含有III-V族化合物材料的部分(以下，亦稱為III-V族化合物材料部分)與含有矽材料的部分(以下，亦稱為矽材料部分)之研磨對象物進行研磨而形成。此時，除了以高的研磨速度來將III-V族化合物材料部分進行研磨以外，亦謀求在研磨對象物之研磨後的表面不產生因蝕刻所造成的段差。然而，在將III-V族化合物半導體基板進行研磨之用途中以往所使用的例如專利文獻1或專利文獻2所記載之研磨用組成物，係為了III-V族化合物半導體基板所需而開發，因此在將具有含有III-V族化合物材料部分與III-V族化合物以外之材料的部分之研磨用組成物進行研磨的用途中使用時，會導致III-V族化合物材料部分過度研磨及蝕刻，而難以防止在研磨後的表面產生因蝕刻所造成的段差。
〔專利文獻1〕 日本特開昭63-150155號公報
〔專利文獻2〕 日本特開2004-327614號公報
因此本發明之目的為提供一種研磨用組成物，其係可抑制在將具有III-V族化合物材料部分之研磨對象物進行研磨後，在研磨對象物的表面產生因蝕刻所造成的段差，此外，提供一種使用有該研磨用組成物之研磨方法及基板之製造方法。
為了達成上述目的，於本發明之第1型態中，係提供一種研磨用組成物，其係在將具有III-V族化合物材料部分之研磨對象物進行研磨的用途中所使用之研磨用組成物，該研磨用組成物含有研磨粒、氧化劑、及水溶性聚合物。
水溶性聚合物，係可為在將研磨用組成物靜置於25℃的溫度之環境下一日後，會於研磨粒之表面積每1μm2吸附5000個以上之分子者。
或者，水溶性聚合物亦可為如使用研磨用組成物來將研磨對象物研磨後之III-V族化合物材料部分之水接觸
角，會比使用具有從該研磨用組成物排除水溶性聚合物的組成之其他的組成物來將前述研磨對象物研磨後之III-V族化合物材料部分之水接觸角更小之類的化合物。
或是，水溶性聚合物亦可為以化學式：R1-X1-Y1所表示之陰離子界面活性劑。惟，R1係表示烷基、烷苯基或烯基，X1係表示聚氧乙烯基、聚氧丙烯基或聚(氧乙烯．氧丙烯)基，Y1係表示SO3M1基、SO4M1基、CO2M1基或PO3M12基，M1係表示相對離子。
本發明之第2型態中，係提供一種使用上述第1型態之研磨用組成物，來將具有III-V族化合物材料部分之研磨對象物進行研磨的方法。
本發明之第3型態中，係提供一種藉由使用上述第1型態之研磨用組成物，來將具有III-V族化合物材料部分之研磨對象物進行研磨，而製造基板的方法。
若依據本發明，則可提供一種研磨用組成物，其係可抑制在將具有III-V族化合物材料部分之研磨對象物進行研磨後，在研磨對象物的表面產生因蝕刻所造成的段差，以及使用有該研磨用組成物之研磨方法及基板之製造方法。
以下，說明本發明之一實施形態。
本實施形態之研磨用組成物係將研磨粒、氧化劑與水溶性聚合物於水中進行混合而加以調製。因而，研磨用組成物係含有研磨粒、氧化劑及水溶性聚合物。
此研磨用組成物，係在將具有III-V族化合物材料部分之研磨對象物進行研磨的用途，進一步而言是在將該研磨對象物進行研磨而製造基板的用途中所使用。研磨對象物亦可進一步具有矽材料部分。III-V族化合物材料的例子係可列舉：磷化鎵(GaP)、磷化銦(InP)、砷化鎵(GaAs)、砷化銦(InAs)、銻化銦(InSb)等。此外，矽材料的例子係可列舉：多晶矽、氧化矽、氮化矽等。
研磨用組成物中所含有之研磨粒亦可為無機粒子及有機粒子中任一者。無機粒子之具體例係可列舉：由二氧化矽、氧化鋁、氧化鈰、氧化鈦等之金屬氧化物所構成的粒子。有機粒子之具體例係可列舉：聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粒子。其中係以二氧化矽粒子為佳，特佳者為膠質二氧化矽。
研磨用組成物中之研磨粒的含量係以0.01質量%以上者為佳，較佳為0.05質量%以上，更佳為0.1質量%以上。隨著研磨粒之含量越多，越會提昇以研磨用組成物所致之III-V族化合物材料部分的研磨速度。
研磨用組成物中之研磨粒的含量又以20質量%以下者為佳，較佳為17質量%以下，更佳為15質量%以下。
隨著研磨粒的含量越少，除了越能抑制研磨用組成物之材料成本以外，還越難引起研磨粒的凝聚。
研磨粒之平均一次粒徑係以5nm以上者為佳，較佳為7nm以上，更佳為10nm以上。隨著研磨粒之平均一次粒徑越大，越會提昇以研磨用組成物所致之III-V族化合物材料部分的研磨速度。另外，研磨粒之平均一次粒徑的值，例如，係可根據以布厄特(BET)法所測量的研磨粒之比表面積而計算。
研磨粒之平均一次粒徑又以150nm以下者為佳，較佳為110nm以下，更佳為100nm以下。隨著研磨粒之平均一次粒徑越小，越容易藉由使用研磨用組成物來將研磨對象物進行研磨而得到刮痕更少的研磨面。
研磨粒之平均二次粒徑係以300nm以下者為佳，較佳為270nm以下，更佳為250nm以下。隨著研磨粒之平均二次粒徑越小，越容易藉由使用研磨用組成物來將研磨對象物進行研磨而得到刮痕較少的研磨面。研磨粒之平均二次粒徑的值，例如，可藉由雷射光散射法而測量。
研磨用組成物中所含有的氧化劑之種類雖無特別限定，但以具有0.3V以上的標準電極電位者為佳。相較於使用具有未達0.3V之標準電極電位的氧化劑之情況，於使用具有0.3V以上之標準電極電位的氧化劑之情況中，係具有以研磨用組成物所致之III-V族化合物材料部分及
矽材料部分的研磨速度會提昇之優點。具有0.3V以上之標準電極電位的氧化劑之具體例，係可列舉：過氧化氫、過氧化鈉、過氧化鋇、有機氧化劑、臭氧水、銀(II)鹽、鐵(III)鹽、以及過錳酸、鉻酸、重鉻酸、過氧二硫酸、過氧磷酸、過氧硫酸、過氧硼酸、過氧甲酸、過氧乙酸、過氧苯甲酸、過氧鄰苯二甲酸、次氯酸、次溴酸、次碘酸、氯酸、亞氯酸、過氯酸、溴酸、碘酸、過碘酸、硫酸、過硫酸、檸檬酸、二氯異三聚氰酸及此等之鹽等。此等之中，就大幅提昇以研磨用組成物所致之III-V族化合物材料部分及矽材料部分之研磨速度的觀點而言，以過氧化氫、過硫酸銨及二氯異三聚氰酸鈉為佳。
另外，標準電極電位係指與氧化反應相關之所有的化學種皆處於標準狀態時以下述式子所表示。
E0=-△G0/nF=(RT/nF)1nK
在此，E0為標準電極電位，△G0為氧化反應之標準吉布斯(Gibbs)能變化，K為該平行常數、F為法拉第常數，T為絕對溫度，n為與氧化反應相關的電子數。因而，標準電極電位會隨著溫度而變動，因此，於本說明書中採用25℃時之標準電極電位。另外，水溶液系之標準電極電位，係於例如改訂4版化學便覽(基礎編)II、pp464-468(日本化學會編)等中所記載。
研磨用組成物中之氧化劑的含量係以0.01mol/L以上
者為佳，較佳為0.1mol/L以上。隨著氧化劑之含量越多，越會提昇以研磨用組成物所致之III-V族化合物材料部分的研磨速度。
研磨用組成物中之氧化劑的含量又以100mol/L以下者為佳，較佳為50mol/L以下。隨著氧化劑的含量越少，除了越能抑制研磨用組成物之材料成本以外，還能減輕研磨使用後之研磨用組成物的處理，亦即廢液處理之負荷。
研磨用組成物中所含有的水溶性聚合物之種類雖無特別限定，但可使用如在將研磨用組成物靜置於25℃的溫度之環境下一日後，會於研磨粒之表面積每1μm2吸附5000個以上之分子之類的水溶性聚合物，例如具有聚氧伸烷基鏈之非離子性化合物。具有聚氧伸烷基鏈之非離子性聚合物的具體例係可列舉：聚乙二醇、聚丙二醇、聚氧乙烯(以下，稱為POE)伸烷基二甘油基醚、POE烷基醚、POE去水山梨醇脂肪酸酯、POE烷基苯基醚、POE二醇脂肪酸酯、POE己糖醇酐脂肪酸酯、POE聚丙烯烷基醚、及聚氧丙烯/聚氧乙烯之嵌段/無規共聚物。於使用有此類之水溶性聚合物的情況中，藉由特定的量以上之水溶性聚合物會吸附於研磨粒的表面而使研磨粒之性質產生變化的結果，可抑制在研磨對象物的表面產生凹陷或侵蝕。
或者，亦可使用羥基、羧基、胺基及醚基等之具有親水性基的水溶性聚合物。於使用有如此之水溶性聚合物的
情況中，藉由研磨用組成物中之水溶性聚合物吸附於具有疏水性之III-V族化合物材料部分的表面而提昇該表面之浸潤性的結果，可抑制在研磨對象物的表面產生因蝕刻所造成的段差。水溶性聚合物所具有的親水性基的數目係每一分子以3個以上為佳，較佳為5個以上，更佳為10個以上。水溶性聚合物所具有的親水性基之數目越多，則越會提高對於III-V族化合物材料部分之親水效果，其結果能進一步抑制因蝕刻所造成的段差之產生。
水溶性聚合物較佳為如使用研磨用組成物來將研磨對象物研磨後之III-V族化合物材料部分之水接觸角，會比使用具有從該研磨用組成物排除水溶性聚合物的組成之其他的組成物來將相同研磨對象物研磨後之III-V族化合物材料部分之水接觸角更小之種類的化合物，較佳為由如57度以下，更佳為50度以下，再更佳為45度以下之種類的化合物中選擇使用。如此之水溶性聚合物的具體例係可列舉：多醣類之海藻酸、果膠酸、羧甲基纖維素、澱粉、寒天、卡特蘭多醣及支鏈澱粉、醇化合物之聚乙二醇、聚丙三醇、戊醇、聚丙二醇及聚乙烯醇(其中聚乙二醇、聚丙三醇及聚丙二醇係為醇化合物且為聚醚)、具有聚氧伸烷基鏈之非離子化合物之POE伸烷基二甘油基醚、POE烷基醚及單油酸POE(6)山梨糖醇、多元羧酸或其鹽之聚天冬胺酸、聚麩胺酸、聚離胺酸、聚蘋果酸、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸銨鹽、聚甲基丙烯酸鈉鹽、聚馬來酸、聚衣康酸、聚富馬酸、聚(p-苯乙烯羧酸)、聚丙烯酸、
聚丙烯醯胺、胺基聚丙烯醯胺、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸銨鹽、聚丙烯酸鈉鹽、聚醯胺酸、聚醯胺酸銨鹽、聚醯胺酸鈉鹽、聚乙醛酸、多元羧酸醯胺、多元羧酸酯及多元羧酸鹽。
研磨用組成物中之水溶性聚合物的含量係以10質量ppm以上者為佳，較佳為50質量ppm以上，更佳為100質量ppm以上。隨著水溶性聚合物之含量越多，因蝕刻所造成的段差之產生越會受到抑制。
研磨用組成物中之水溶性聚合物的含量又以100000質量ppm以下者為佳，較佳為50000質量ppm以下，更佳為10000質量ppm以下。隨著水溶性聚合物之含量越少，越不易引起研磨用組成物中之研磨粒的凝聚，其結果研磨用組成物之保存安定性會提昇。
水溶性聚合物的分子量係以100以上者為佳，較佳為300以上。隨著水溶性聚合物之分子量越大，因蝕刻所造成的段差之產生越會受到抑制。
水溶性聚合物的分子量係以500000以下者為佳，較佳為300000以下。隨著水溶性聚合物之分子量越小，越不易引起研磨用組成物中之研磨粒的凝聚，其結果研磨用組成物之保存安定性會提昇。
或者，本實施形態之研磨用組成物亦可含有以化學式：R1-X1-Y1所表示之陰離子界面活性劑作為水溶性聚合物。
惟，R1係表示烷基、烷苯基或烯基，X1係表示聚氧
乙烯基、聚氧丙烯基或聚(氧乙烯．氧丙烯)基，Y1係表示SO3M1基、SO4M1基、CO2M1基或PO3M12基。SO3M1基、SO4M1基、CO2M1基及PO3M12基之M1係表示相對離子。相對離子係例如：銨陽離子、胺類陽離子、及鋰陽離子、鈉陽離子、鉀陽離子之類的鹼金屬陽離子等並無特別限定。此外，並不需要所有的相對離子皆被取代，一部分為氫亦無妨。使用有如此之陰離子界面活性劑作為水溶性聚合物的情況中，藉由陰離子界面活性劑電吸附於研磨對象物之III-V族化合物材料部分形成保護膜，而降低III-V族化合物材料部分之表面與研磨粒之間的親和性的結果，可抑制在研磨對象物的表面產生凹陷。
若依據本實施形態則可得到以下之作用效果。
於本實施形態之研磨用組成物中，為了抑制因蝕刻所造成的段差在研磨對象物的表面產生，而使用有與研磨對象物之III-V族化合物材料部分進行相互作用的水溶性聚合物。因此，此研磨用組成物，係適合使用於將具有含有III-V族化合物材料的部分之研磨對象物進行研磨的用途中。
前述實施形態亦可變更如下。
．前述實施形態之研磨用組成物亦可含有二種以上之研磨粒。
．前述實施形態之研磨用組成物亦可含有二種以上之氧化劑。
．前述實施形態之研磨用組成物亦可含有二種以上之
水溶性聚合物。
．前述實施形態之研磨用組成物亦可進一步因應需要而含有如防蝕劑之類所周知的添加劑。
．前述實施形態之研磨用組成物亦可為一液型，亦可為預先製成二液型之多液型。
．前述實施形態之研磨用組成物亦可藉由將研磨用組成物之原液以水來進行稀釋而調製。
接著，說明本發明之實施例及比較例。
藉由將膠質二氧化矽、氧化劑及水溶性聚合物與水進行混合，而調製出實施例1~12之研磨用組成物。此外，藉由將膠質二氧化矽及氧化劑與水進行混合，而調製出比較例1之研磨用組成物。將各研磨用組成物中之成分的詳細內容顯示於表1。
針對實施例1~12之各研磨用組成物，如下述方式來測量出於膠質二氧化矽之每單位表面積吸附的水溶性聚合物之分子數。亦即，在將研磨用組成物靜置於25℃的溫度之環境下一日後，以20000rpm之旋轉速度進行離心分離2小時將上澄液予以回收。使用燃燒觸媒氧化方式之有機碳測定裝置來計測所回收的上澄液中之全有機碳量。此外，另外準備具有從該研磨用組成物排除膠質二氧化矽的組成之組成物，靜置於25℃的溫度之環境下一日後，相同地使用燃燒觸媒氧化方式之有機碳測定裝置來計測所該組成物中之全有機碳量。接著，藉由從此當中減去相對應之
研磨用組成物的上澄液中之全有機碳量，而計算出研磨用組成物中之水溶性聚合物相對於膠質二氧化矽的全吸附量。於膠質二氧化矽之每單位表面積吸附的水溶性聚合物之分子數，係可從上述方式所計算出的吸附量根據膠質二氧化矽的表面積及水溶性聚合物的分子量來進行計算。將其結果顯示於表2之「膠質二氧化矽每1μm2之吸附分子數」欄。
使用實施例1~12及比較例1之各研磨用組成物，將以表3中所記載的條件來將砷化鎵空白晶圓(blanket wafer)的表面研磨後所求出的研磨速度之值顯示於表2的「GaAs之研磨速度」欄。研磨速度之值係藉由將研磨前後之晶圓的重量之差除以密度與研磨時間而求得。
將研磨後之砷化鎵空白晶圓以純水洗淨，吹附乾燥空氣而乾燥後，使用市售之接觸角評價裝置利用θ/2法來測量出水接觸角。將其結果顯示於表2之「水接觸角」欄。
將砷化鎵空白晶圓裁切成2cm四方大小的小片晶圓，在25℃下浸漬於實施例1~12及比較例1之各研磨用組成物中5分鐘。將浸漬前後之小片晶圓的重量之差與依據砷化鎵的比重(5.3g/cm3)所換算出的砷化鎵之蝕刻速度顯示於表2之「GaAs之蝕刻速度」欄。
如表2所示，相較於未含有水溶性聚合物之比較例1的情況，於含有水溶性聚合物的實施例1~11之研磨用組成物的情況中，砷化鎵之蝕刻速度被認定為降低。根據此結果所得之教示為：在抑制因蝕刻所造成的段差之產生方面水溶性聚合物係為有效。
Claims (10)
- 一種研磨用組成物，其係在將於同一平面上鄰接而具有含有III-V族化合物材料的部分與含有III-V族化合物以外之材料的部分之研磨對象物的含有III-V族化合物材料的部分與含有III-V族化合物以外之材料的部分進行研磨的用途中所使用的研磨用組成物，其特徵為，含有研磨粒、氧化劑、以及水溶性聚合物，前述研磨粒為無機氧化物，前述水溶性聚合物為由下述(a)~(c)中選出之至少一種；(a)將研磨用組成物靜置於25℃的溫度之環境下一日後，於前述研磨粒之表面積每1μm2吸附5000個以上之分子的水溶性聚合物、(b)具有親水性基之水溶性聚合物，且其係使用研磨用組成物來將前述研磨對象物研磨後之含有III-V族化合物材料的部分之水接觸角，會比使用具有從該研磨用組成物排除水溶性聚合物的組成之其他的組成物來將前述研磨對象物研磨後之含有III-V族化合物材料的部分之水接觸角更小的水溶性聚合物、(c)以化學式：R1-X1-Y1所表示的陰離子界面活性劑(其中，R1係表示烷基、烷苯基或烯基，X1係表示聚氧乙烯基、聚氧丙烯基或聚(氧乙烯‧氧丙烯)基，Y1係表示SO3M1基、SO4M1基、CO2M1基或PO3M12基(其中，M1係表示相對離子))。
- 如申請專利範圍第1項之研磨用組成物，其中在 將研磨用組成物靜置於25℃的溫度之環境下一日後，於前述研磨粒之表面積每1μm2吸附5000個以上之前述水溶性聚合物的分子。
- 如申請專利範圍第1項之研磨用組成物，其中前述水溶性聚合物係具有親水性基，使用研磨用組成物來將前述研磨對象物研磨後之含有III-V族化合物材料的部分之水接觸角，會比使用具有從該研磨用組成物排除水溶性聚合物的組成之其他的組成物來將前述研磨對象物研磨後之含有III-V族化合物材料的部分之水接觸角更小。
- 如申請專利範圍第1項之研磨用組成物，其中前述水溶性化合物係為以化學式：R1-X1-Y1(其中，R1係表示烷基、烷苯基或烯基，X1係表示聚氧乙烯基、聚氧丙烯基或聚(氧乙烯‧氧丙烯)基，Y1係表示SO3M1基、SO4M1基、CO2M1基或PO3M12基(其中，M1係表示相對離子))所表示的陰離子界面活性劑。
- 如申請專利範圍第1項之研磨用組成物，其中研磨用組成物中之前述水溶性聚合物的含量，為10~100000質量ppm。
- 如申請專利範圍第1項之研磨用組成物，其中前述水溶性聚合物的分子量，為100~500000。
- 如申請專利範圍第1項之研磨用組成物，其中前述研磨粒為二氧化矽。
- 如申請專利範圍第7項之研磨用組成物，其中前 述研磨粒為膠質二氧化矽。
- 一種研磨方法，其特徵為，使用如申請專利範圍第1項~第8項中任一項之研磨用組成物，來將於同一平面上鄰接而具有含有III-V族化合物材料的部分與含有III-V族化合物以外之材料的部分之研磨對象物的含有III-V族化合物材料的部分與含有III-V族化合物以外之材料的部分進行研磨。
- 一種基板之製造方法，其特徵為，具有使用如申請專利範圍第1項~第8項中任一項之研磨用組成物，來將於同一平面上鄰接而具有含有III-V族化合物材料的部分與含有III-V族化合物以外之材料的部分之研磨對象物的含有III-V族化合物材料的部分與含有III-V族化合物以外之材料的部分進行研磨的步驟。
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