WO2013179717A1 - 研磨用組成物 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a polishing composition suitable for polishing a polishing object having a phase change alloy.
- phase change random access memory devices also known as ovonic memory devices or PCRAM devices
- PCM Phase change material
- Typical phase change materials suitable for these applications include the various VIB (chalcogenide, eg Te or Po) and VB (eg Sb) elements of the periodic table, In, Ge, Ga, Sn, or It is used in combination with one or more metal elements such as Ag.
- VIB chalcogenide, eg Te or Po
- VB eg Sb
- a particularly useful phase change material is germanium (Ge) -antimony (Sb) -tellurium (Te) alloy (GST alloy).
- CMP chemical mechanical polishing
- phase change material to be polished is sulfur (S), cerium (Ce), germanium (Ge). , Antimony (Sb), tellurium (Te), silver (Ag), indium (In), tin (Sn), gallium (Ga), etc. at a specific rate at which the crystalline phase and the amorphous phase change reversibly.
- the physical properties of many phase change materials eg, GST
- GST phase change materials
- Patent Document 1 discloses a polishing composition intended for polishing a polishing object having a phase change alloy containing abrasive grains and a nitrogen compound.
- Patent Document 2 discloses a polishing composition for polishing a polishing object having a phase change alloy containing abrasive grains, iron ions, or an iron chelate complex.
- these inventions alone are not sufficient as a polishing composition for polishing a polishing object having a phase change alloy, and improvement has been desired.
- an object of the present invention is to provide a polishing composition that can be suitably used for polishing a polishing object having a phase change alloy.
- a polishing composition capable of obtaining a high polishing rate without depending on an oxidizing agent and a complexing agent as included in a typical polishing composition for polishing a conventional metal-containing surface is provided. There is.
- the present inventors have found a polishing composition capable of obtaining a high polishing rate for a polishing object having a phase change alloy by containing abrasive grains and a specific additive.
- the gist of the present invention is as follows.
- the polishing composition is characterized in that the polishing composition has a pH of 7.0 or more.
- Polishing composition whose phosphorus containing compound is at least 1 or more chosen from a phosphorus containing organic compound.
- polishing target object which has GST as a phase change alloy ⁇ 6>
- a polishing method comprising polishing the surface of a polishing object having a phase change alloy using the polishing composition according to any one of the above items ⁇ 1> to ⁇ 4>.
- a method for producing a substrate comprising using the polishing composition according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 4> above to polish the surface of an object to be polished having a phase change alloy.
- a polishing composition that can be suitably used for the purpose of polishing a polishing object having a phase change alloy.
- a polishing composition effective for improving the polishing rate is provided.
- the polishing composition of the present embodiment includes abrasive grains and specific additives.
- Phase change alloys are used in PRAM (Phase Change Random Access Memory) devices (also known as Ovonic Memory Devices or PCRAM Devices) in insulating amorphous and conductive crystalline phases for electronic storage applications. It is used as a material that can be electrically switched between.
- Phase change alloys suitable for these applications include various Group VIB (chalcogenide, eg, Te or Po) and VB (eg, Sb) elements of the periodic table such as In, Ge, Ga, Sn, or Ag. Combinations with one or more metal elements are utilized.
- a particularly useful phase change material is germanium (Ge) -antimony (Sb) -tellurium (Te) alloy (GST alloy).
- the polishing composition contains abrasive grains.
- the abrasive grains may be any of inorganic particles, organic particles, and organic-inorganic composite particles.
- the inorganic particles include particles made of metal oxides such as silica, alumina, ceria, titania, and silicon nitride particles, silicon carbide particles, and boron nitride particles.
- Specific examples of the organic particles include polymethyl methacrylate (PMMA) particles. Among these, silica particles are preferable, and colloidal silica is particularly preferable.
- Abrasive grains may be surface-modified.
- it can be obtained by mixing a metal such as aluminum, titanium or zirconium or an oxide thereof with abrasive grains and doping the surface of the abrasive grains.
- the silica which fixed the organic acid may be sufficient.
- the content of abrasive grains in the polishing composition is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.5% by mass or more, and further preferably 1% by mass or more. As the content of the abrasive grains increases, there is an advantage that the removal rate of the object to be polished by the polishing composition is improved.
- the content of abrasive grains in the polishing composition is also preferably 20% by mass or less, more preferably 15% by mass or less, and still more preferably 10% by mass or less. As the content of the abrasive grains decreases, the material cost of the polishing composition can be reduced, and in addition, aggregation of the abrasive grains hardly occurs. Moreover, it is easy to obtain a polished surface with few surface defects by polishing an object to be polished using the polishing composition.
- the average primary particle diameter of the abrasive grains is preferably 5 nm or more, more preferably 7 nm or more, and further preferably 10 nm or more. As the average primary particle diameter of the abrasive grains increases, there is an advantage that the removal rate of the object to be polished by the polishing composition is improved. In addition, the value of the average primary particle diameter of an abrasive grain can be calculated based on the specific surface area of the abrasive grain measured by BET method, for example.
- the average primary particle diameter of the abrasive grains is also preferably 100 nm or less, more preferably 90 nm or less, and still more preferably 80 nm or less. As the average primary particle diameter of the abrasive grains decreases, it is easy to obtain a polished surface with few surface defects by polishing the object to be polished using the polishing composition.
- the average secondary particle diameter of the abrasive grains is preferably 150 nm or less, more preferably 120 nm or less, and still more preferably 100 nm or less.
- the value of the average secondary particle diameter of the abrasive grains can be measured by, for example, a laser light scattering method.
- the average degree of association of the abrasive grains obtained by dividing the value of the average secondary particle diameter of the abrasive grains by the value of the average primary particle diameter is preferably 1.2 or more, more preferably 1.5 or more. . As the average degree of association of the abrasive grains increases, there is an advantage that the removal rate of the object to be polished by the polishing composition is improved.
- the average degree of association of the abrasive grains is also preferably 4 or less, more preferably 3 or less, and still more preferably 2 or less. As the average degree of association of the abrasive grains decreases, it is easy to obtain a polished surface with few surface defects by polishing the object to be polished using the polishing composition.
- (Additive) Polishing composition contains the specific additive which is at least 1 or more chosen from a phosphorus containing compound.
- a metal oxide is formed by oxidizing a metal to be polished with an oxidizing agent contained in the polishing composition, and further a complexing agent is used. Polishing is performed by dissolving the metal oxide.
- the specific additive contained in the polishing composition forms an insoluble brittle film by complexing with the phase change alloy surface. It is considered that a high polishing rate can be obtained by mechanical polishing.
- the phosphorus-containing organic compound refers to an organic compound containing a carbon (C) -phosphorus (P) bond, such as phosphine, phosphine oxide, phosphine sulfide, diphosphane.
- C carbon
- P phosphorus
- Phosphinic acid and phosphonic acid are preferred from the viewpoint of easily forming an insoluble brittle film by complex formation with the phase change alloy surface, and as a result, a high polishing rate can be obtained. More specifically, 2-aminoethylphosphonic acid is preferred.
- the upper limit of the content of the phosphorus-containing organic compound in the polishing composition is preferably 10% by mass, more preferably 8% by mass, and even more preferably 5% by mass. As the content of the phosphorus-containing organic compound decreases, the production cost can be reduced, which is preferable.
- the lower limit of the content of the phosphorus-containing organic compound in the polishing composition is preferably 0.001% by mass, more preferably 0.01% by mass, and still more preferably 0.1% by mass.
- the polishing rate increases as the content of the phosphorus-containing organic compound increases, which is preferable.
- a phosphorus-containing inorganic compound for example, phosphoric acid, hypophosphoric acid, peroxomonophosphoric acid, peroxodiphosphoric acid, polyphosphoric acid (diphosphoric acid, triphosphoric acid, tetraphosphoric acid) , Metaphosphoric acid, diamidophosphoric acid, amidophosphoric acid, hexafluorophosphoric acid, hexachlorophosphoric acid, phenylphosphoric acid, apatite, phosphomolybdic acid, phosphotungstic acid, diphosphomolybdic acid, diphosphotungstic acid, ultraphosphoric acid, three Phosphorus bromide, phosphorous pentabromide, phosphorous dibromide nitride, phosphorous trichloride, phosphorous pentachloride, phosphorous tetrachloride, phosphorous dichloride, phosphorous trichloride, phosphorous dinitride, phospho
- Phosphoric acid hypophosphoric acid, peroxomonophosphoric acid, peroxodiphosphoric acid, polyphosphoric acid from the viewpoint of easily forming an insoluble brittle film by complexing with the surface of the phase change alloy, resulting in high polishing rate.
- the phosphorus-containing inorganic compound may be a salt.
- the said phosphorus containing inorganic compound may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.
- the upper limit of the content of the phosphorus-containing organic compound in the polishing composition is preferably 10% by mass, more preferably 8% by mass, and even more preferably 5% by mass. As the content of the phosphorus-containing organic compound decreases, the production cost can be reduced, which is preferable.
- the lower limit of the content of the phosphorus-containing organic compound in the polishing composition is preferably 0.001% by mass, more preferably 0.01% by mass, and still more preferably 0.1% by mass.
- the polishing rate increases as the content of the phosphorus-containing organic compound increases, which is preferable.
- the lower limit of the pH of the polishing composition is 7.0. When the pH of the polishing composition is 7.0 or more, it is easy to form an insoluble brittle film by complexing with the phase change alloy surface, and as a result, a high polishing rate can be obtained.
- the lower limit of the pH of the polishing composition is preferably It is essential to be 7.0.
- the upper limit of the pH of the polishing composition is not particularly limited, but is preferably 12 and more preferably 10. As the pH is lowered, the operability of the polishing composition is improved.
- the pH adjuster used as necessary to adjust the pH of the polishing composition to a desired value may be either acid or alkali, and may be any of inorganic and organic compounds. .
- the polishing composition can further contain an oxidizing agent.
- the oxidizing agent has an action of oxidizing the surface of the object to be polished, and when an oxidizing agent is added to the polishing composition, there is an effect of improving the polishing rate by the polishing composition.
- polishing with a typical polishing composition for polishing a conventional metal-containing surface causes excessive polishing. This is considered to be based on the difference in characteristics between a metal (for example, Cu) used in a conventional semiconductor and a phase change alloy, and when the object to be polished has a phase change alloy, the content of the oxidizing agent is preferably low.
- the upper limit of the content of the oxidizing agent in the polishing composition is preferably 10% by mass, more preferably 5% by mass. As the content of the oxidizing agent decreases, excessive oxidation of the phase change alloy by the oxidizing agent is less likely to occur, and excessive polishing can be suppressed.
- the lower limit of the content of the oxidizing agent in the polishing composition is preferably 0.1% by mass, more preferably 0.3% by mass. As the content of the oxidizing agent increases, the polishing rate is improved.
- An oxidizing agent that can be used is, for example, a peroxide.
- the peroxide include, for example, hydrogen peroxide, peracetic acid, percarbonate, urea peroxide and perchloric acid, and persulfates such as sodium persulfate, potassium persulfate and ammonium persulfate.
- persulfate and hydrogen peroxide are preferable from the viewpoint of polishing rate, and hydrogen peroxide is particularly preferable from the viewpoint of stability in an aqueous solution and environmental load.
- the polishing composition can further contain a complexing agent.
- the complexing agent contained in the polishing composition has a function of chemically etching the surface of the phase change alloy, and functions to improve the polishing rate by the polishing composition.
- polishing with a typical polishing composition for polishing a conventional metal-containing surface will cause excessive etching and consequently excessive polishing. This is considered to be based on the difference in characteristics between a metal (for example, Cu) used in a conventional semiconductor and a phase change alloy.
- the content of the complexing agent is preferably low. .
- the upper limit of the content of the complexing agent in the polishing composition is preferably 10% by mass, more preferably 1% by mass. As the content of the complexing agent decreases, excessive etching of the phase change alloy by the complexing agent is less likely to occur. As a result, excessive polishing can be suppressed.
- the lower limit of the content of the complexing agent in the polishing composition is preferably 0.01% by mass, more preferably 0.1% by mass. As the complexing agent content increases, the etching effect on the phase change alloy increases. As a result, improvement of the polishing rate by the polishing composition is promoted.
- Complexing agents that can be used are, for example, inorganic acids, organic acids, and amino acids.
- specific examples of the inorganic acid include sulfuric acid, nitric acid, boric acid, carbonic acid, hypophosphorous acid, phosphorous acid and phosphoric acid.
- organic acids include formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, 2-methylbutyric acid, n-hexanoic acid, 3,3-dimethylbutyric acid, 2-ethylbutyric acid, 4-methylpentanoic acid, n-heptanoic acid, 2-methylhexanoic acid, n-octanoic acid, 2-ethylhexanoic acid, benzoic acid, glycolic acid, salicylic acid, glyceric acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid Maleic acid, phthalic acid, malic acid, tartaric acid, citric acid and lactic acid.
- Organic sulfuric acids such as methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid and isethionic acid can also be used.
- a salt such as an alkali metal salt of an inorganic acid or an organic acid may be used instead of the inorganic acid or the organic acid or in combination with the inorganic acid or the organic acid.
- amino acids include, for example, glycine, ⁇ -alanine, ⁇ -alanine, N-methylglycine, N, N-dimethylglycine, 2-aminobutyric acid, norvaline, valine, leucine, norleucine, isoleucine, phenylalanine, proline, Sarcosine, ornithine, lysine, taurine, serine, threonine, homoserine, tyrosine, bicine, tricine, 3,5-diiodo-tyrosine, ⁇ - (3,4-dihydroxyphenyl) -alanine, thyroxine, 4-hydroxy-proline, cysteine , Methionine, ethionine, lanthionine, cystathionine, cystine, cysteic acid, aspartic acid, glutamic acid, S- (carboxymethyl) -cysteine, 4-aminobutyric acid, asparagine,
- the polishing composition can further contain a metal anticorrosive.
- a metal anticorrosive when an oxidizing agent and / or a complexing agent is contained in the polishing composition, alleviates oxidation of the phase change alloy surface by the oxidizing agent and phase change by the oxidizing agent. It reacts with metal ions generated by oxidation of the metal on the surface of the alloy to form an insoluble complex. As a result, etching to the phase change alloy by the complexing agent can be suppressed, and excessive polishing can be suppressed.
- the type of metal corrosion inhibitor that can be used is not particularly limited, but is preferably a heterocyclic compound.
- the number of heterocyclic rings in the heterocyclic compound is not particularly limited.
- the heterocyclic compound may be a monocyclic compound or a polycyclic compound having a condensed ring.
- heterocyclic compound as a metal anticorrosive examples include, for example, a pyrrole compound, a pyrazole compound, an imidazole compound, a triazole compound, a tetrazole compound, a pyridine compound, a pyrazine compound, a pyridazine compound, a pyridine compound, an indolizine compound, an indole compound, Indole compounds, indazole compounds, purine compounds, quinolidine compounds, quinoline compounds, isoquinoline compounds, naphthyridine compounds, phthalazine compounds, quinoxaline compounds, quinazoline compounds, cinnoline compounds, buteridine compounds, thiazole compounds, isothiazole compounds, oxazole compounds, isoxazole compounds and Examples thereof include nitrogen-containing heterocyclic compounds such as furazane compounds.
- pyrazole compound examples include 1H-pyrazole, 4-nitro-3-pyrazole carboxylic acid, and 3,5-pyrazole carboxylic acid.
- imidazole compound examples include, for example, imidazole, 1-methylimidazole, 2-methylimidazole, 4-methylimidazole, 1,2-dimethylpyrazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 2-isopropylimidazole, and benzimidazole. 5,6-dimethylbenzimidazole, 2-aminobenzimidazole, 2-chlorobenzimidazole and 2-methylbenzimidazole.
- triazole compound examples include, for example, 1,2,3-triazole, 1,2,4-triazole, 1-methyl-1,2,4-triazole, methyl-1H-1,2,4-triazole- 3-carboxylate, 1,2,4-triazole-3-carboxylic acid, methyl 1,2,4-triazole-3-carboxylate, 3-amino-1H-1,2,4-triazole, 3-amino- 5-benzyl-4H-1,2,4-triazole, 3-amino-5-methyl-4H-1,2,4-triazole, 3-nitro-1,2,4-triazole, 3-bromo-5 Nitro-1,2,4-triazole, 4- (1,2,4-triazol-1-yl) phenol, 4-amino-1,2,4-triazole, 4-amino-3,5-dipropyl-4H -1, , 4-triazole, 4-amino-3,5-dimethyl-4H-1,2,4-triazole, 4-amino-3,5-dip
- tetrazole compound examples include 1H-tetrazole, 5-methyltetrazole, 5-aminotetrazole, and 5-phenyltetrazole.
- indole compounds include 1H-indole, 1-methyl-1H-indole, 2-methyl-1H-indole, 3-methyl-1H-indole, 4-methyl-1H-indole, 5-methyl- Examples include 1H-indole, 6-methyl-1H-indole, and 7-methyl-1H-indole.
- the indazole compound include 1H-indazole and 5-amino-1H-indazole.
- phase change alloy Since these heterocyclic compounds have high chemical or physical adsorptive power to the phase change alloy, a stronger protective film is formed on the surface of the phase change alloy. This can suppress excessive etching of the phase change alloy after polishing with the polishing composition. As a result, excessive polishing can be suppressed.
- the upper limit of the content of the metal anticorrosive in the polishing composition is preferably 10% by mass, more preferably 5% by mass, and even more preferably 1% by mass. As the content of the metal anticorrosive decreases, the polishing rate of the polishing composition is improved.
- the lower limit of the content of the metal anticorrosive in the polishing composition is preferably 0.001% by mass, more preferably 0.01% by mass, and still more preferably 0.1% by mass. As the content of the metal anticorrosive increases, excessive etching of the phase change alloy after polishing with the polishing composition can be suppressed. As a result, excessive polishing can be suppressed.
- a polishing method for polishing the surface of an object to be polished having a phase change alloy using the polishing composition of the present invention there is provided a polishing method for polishing the surface of an object to be polished having a phase change alloy using the polishing composition of the present invention.
- a pad that can be used in this polishing method a general nonwoven fabric, foamed polyurethane, porous fluororesin, or the like can be used, and there is no particular limitation. Further, the polishing pad may be grooved so that the polishing composition accumulates.
- the lower limit of the hardness of the polishing pad for polishing a polishing object having a phase change alloy is preferably a Shore D hardness of 50.
- the polishing composition according to the embodiment of the present invention has an advantage that a high polishing rate can be obtained without containing abrasive grains. From such a viewpoint, the lower limit of Shore D hardness is more preferably 60.
- the upper limit of the hardness of the polishing pad for polishing a polishing object having a phase change alloy is preferably Shore D hardness 99.
- the lower the Shore D hardness of the pad the harder it is to scratch the object to be polished. From such a viewpoint, the upper limit of Shore D hardness is more preferably 95. If the pad hardness is less than 50, the mechanical action of the pad becomes small, and the polishing rate decreases. In addition, Shore D hardness does not become a value of 100 or more from the definition.
- the Shore D hardness of the pad can be measured with a Shore D hardness meter.
- the polishing pad having a Shore D hardness of 50 or more may be either a foam or a non-foamed material such as cloth or nonwoven fabric.
- the polishing pad material is polyurethane, acrylic, polyester, acrylic-ester copolymer, polytetrafluoro Resins such as polyamide, polyimide, polyimide amide, polysiloxane copolymer, oxirane compound, phenol resin, polystyrene, polycarbonate, epoxy resin such as ethylene, polypropylene, polyethylene, poly-4-methylpentene, cellulose, cellulose ester, nylon and aramid Can be used.
- a metal oxide is formed by oxidizing a metal to be polished with an oxidizing agent contained in the polishing composition, and further a complexing agent is used. Polishing is performed by dissolving the metal oxide.
- the specific additive contained in the polishing composition forms an insoluble brittle film by complexing with the surface of the phase change alloy, and the brittle film is made into abrasive grains. It is thought that it is mechanically polished. As a result, the polishing rate can be improved.
- the embodiment may be modified as follows. -The polishing composition of the said embodiment may further contain well-known additives like surfactant, water-soluble polymer, and antiseptic
- the polishing composition of the above embodiment may be a one-component type or a multi-component type including a two-component type.
- the polishing composition of the said embodiment may be prepared by diluting the undiluted
- the polishing compositions of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 24 were prepared by mixing each component so as to have the composition shown in Table 1.
- the type of additive selected from the phosphorus-containing compound contained in each polishing composition is selected, and in the comparative example, the type is selected from the phosphorus-containing compound.
- Types of additives selected from additives other than additives, complexing agents and anticorrosives included in typical polishing compositions for polishing conventional metal-containing surfaces contained in each polishing composition Indicates.
- content (mass%)” column the content of the additive in each polishing composition is shown.
- “-” notation indicates that the additive is not contained.
- the pH in each polishing composition is shown.
- the “abrasive grain” column indicates the abrasive grain concentration in each polishing composition. (Abrasive grains use colloidal silica having an average secondary particle diameter of about 60 nm (average primary particle diameter of 30 nm))
- hydrogen peroxide is contained in each polishing composition. It is added so that it may become 1 mass%.
- the pH was adjusted to a predetermined value by adding an inorganic acid or an inorganic base.
- Table 2 shows blanket wafers containing GST alloys (the ratio by mass of Ge, Sb and Te is 2: 2: 5) using the polishing compositions of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 24. Polished under conditions. The polishing rate when polishing for a certain period of time under the conditions shown in Table 2 was obtained by dividing the difference in thickness of the blanket wafer before and after polishing obtained from the measurement of the sheet resistance by the DC 4 probe method by the polishing time. The results are shown in the “Polishing rate” column of the “Evaluation” column of Table 1.
- the evaluation standard is a polishing composition using the same additive, and a polishing composition having an alkali pH polishing rate of 1.25 times or more and a polishing rate of 100 kg / min or more is better than an acidic pH. It was judged. Moreover, although not described in Table 1, when the polishing composition had a pH lower than 7.0, the dispersion stability of the abrasive grains was poor, whereas the polishing composition had a pH of 7.0 or higher. In this case, the dispersion stability of the abrasive grains was good.
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Abstract
研磨用組成物は、相変化合金を有する研磨対象物を研磨する用途で使用される。研磨用組成物は、砥粒及びリン含有化合物から選ばれる少なくとも1以上である添加剤を含有し、pHが7.0以上であることを特徴とする。
Description
本発明は、相変化合金を有する研磨対象物の研磨に適した研磨用組成物に関する。
PRAM(相変化ランダムアクセスメモリ)デバイス(オボニックメモリデバイス又はPCRAMデバイスとしても知られている)には、電子記憶用途のための絶縁性非晶質相と伝導性結晶性相との間で電気的に切り換えることができる相変化材料(PCM)が利用される。これらの用途に適した典型的相変化材料には、周期表の種々のVIB族(カルコゲニド、例えば、Te又はPo)及びVB族(例えば、Sb)元素が、In、Ge、Ga、Sn、又はAgなどの1種又は複数種の金属元素との組合せで利用される。特に有用な相変化材料は、ゲルマニウム(Ge)-アンチモン(Sb)-テルル(Te)合金(GST合金)である。これらの材料は、加熱/冷却速度、温度、及び時間に依存して、物理的状態を可逆的に変化させ得る。他の有用な合金には、インジウムアンチモナイト(InSb)が含まれる。PRAMデバイス中の記憶情報は、異なった物理的な相又は状態の伝導特性により、損失を最小にして保存される。
半導体基材(例えば集積回路)の金属含有表面を研磨する方法としては、化学的機械的研磨(CMP)が知られている。CMPで用いられる研磨用組成物は、典型的には、砥粒、酸化剤、錯化剤を含有して効果的にエッチングを利用して研磨する。
このようなCMPは、相変化材料を使用する記憶デバイスを製作するために利用することができる。しかしながら、銅(Cu)またはタングステン(W)のような単一の成分からなる従来の金属層とは異なり、研磨される相変化材料は、硫黄(S)、セリウム(Ce)、ゲルマニウム(Ge)、アンチモン(Sb)、テルル(Te)、銀(Ag)、インジウム(In)、スズ(Sn)、ガリウム(Ga)などが結晶相および非結晶質相を可逆的に相変化する特定の割合で混合されてなり、多くの相変化材料(例えば、GST)の物理的性質は、PCMチップ中で利用される他の材料と比較して「軟質」である点など従来の金属層材料の特性と異なるため、現行の金属含有表面を研磨するための研磨用組成物をそのまま適用することは困難であった。
このような状況の中、相変化合金を有する研磨対象物の研磨に適した研磨用組成物について種々の検討がなされている。例えば、特許文献1には、砥粒及び窒素化合物を含む相変化合金を有する研磨対象物の研磨を目的とした研磨用組成物が開示されている。また、特許文献2には、砥粒、鉄イオン又は鉄キレート錯体を含む相変化合金を有する研磨対象物の研磨を目的とした研磨用組成物が開示されている。しかし、これらの発明だけでは相変化合金を有する研磨対象物の研磨を目的とした研磨用組成物としては十分ではなく、改良が望まれていた。
そこで本発明の目的は、相変化合金を有する研磨対象物を研磨する用途で好適に用いることができる研磨用組成物を提供することにある。特に、従来の金属含有表面を研磨するための典型的な研磨用組成物に含まれるような酸化剤及び錯化剤に依存せず、高い研磨速度を得ることができる研磨用組成物を提供することにある。
本発明者らは、鋭意検討の結果、砥粒と特定の添加剤を含むことで、相変化合金を有する研磨対象物に対して高い研磨速度を得ることができる研磨用組成物を見出した。
すなわち、本発明の要旨は下記の通りである。
<1>相変化合金を有する研磨対象物を研磨する用途で使用される研磨用組成物であって、砥粒及び添加剤を含み、前記添加剤がリン含有化合物から選ばれる少なくとも1以上であり、前記研磨用組成物のpHが7.0以上であることを特徴とする研磨用組成物。
<2>砥粒が、コロイダルシリカである研磨用組成物。
<3>リン含有化合物が、リン含有有機化合物から選ばれる少なくとも1以上である研磨用組成物。
<4>リン含有化合物が、リン含有無機化合物から選ばれる少なくとも1以上である研磨用組成物。
<5>相変化合金としてGSTを有する研磨対象物を研磨する用途で使用される研磨用組成物。
<6>上記<1>~<4>のいずれかの研磨用組成物を用いて、相変化合金を有する研磨対象物の表面を研磨することを特徴とする研磨方法。
<7>上記<1>~<4>のいずれかの研磨用組成物を用いて、相変化合金を有する研磨対象物の表面を研磨する工程を有することを特徴とする基板の製造方法。
<1>相変化合金を有する研磨対象物を研磨する用途で使用される研磨用組成物であって、砥粒及び添加剤を含み、前記添加剤がリン含有化合物から選ばれる少なくとも1以上であり、前記研磨用組成物のpHが7.0以上であることを特徴とする研磨用組成物。
<2>砥粒が、コロイダルシリカである研磨用組成物。
<3>リン含有化合物が、リン含有有機化合物から選ばれる少なくとも1以上である研磨用組成物。
<4>リン含有化合物が、リン含有無機化合物から選ばれる少なくとも1以上である研磨用組成物。
<5>相変化合金としてGSTを有する研磨対象物を研磨する用途で使用される研磨用組成物。
<6>上記<1>~<4>のいずれかの研磨用組成物を用いて、相変化合金を有する研磨対象物の表面を研磨することを特徴とする研磨方法。
<7>上記<1>~<4>のいずれかの研磨用組成物を用いて、相変化合金を有する研磨対象物の表面を研磨する工程を有することを特徴とする基板の製造方法。
本発明によれば、相変化合金を有する研磨対象物を研磨する用途で好適に用いることができる研磨用組成物が提供される。特に、研磨速度向上に効果的な研磨用組成物が提供される。
以下、本発明の一実施形態を説明する。
本実施形態の研磨用組成物は、砥粒と特定の添加剤を含む。
この研磨用組成物は、相変化合金を有する研磨対象物を研磨する用途で使用される。相変化合金は、PRAM(相変化ランダムアクセスメモリ)デバイス(オボニックメモリデバイス又はPCRAMデバイスとしても知られている)において、電子記憶用途のための絶縁性非晶質相と伝導性結晶性相との間で電気的に切り換えることができる材料として利用されるものである。これらの用途に適した相変化合金として、周期表の種々のVIB族(カルコゲニド、例えば、Te又はPo)及びVB族(例えば、Sb)元素が、In、Ge、Ga、Sn、又はAgなどの1種又は複数種の金属元素との組合せが利用される。特に有用な相変化材料は、ゲルマニウム(Ge)-アンチモン(Sb)-テルル(Te)合金(GST合金)である。
(砥粒)
研磨用組成物は、砥粒を含有する。砥粒は、無機粒子、有機粒子、及び有機無機複合粒子のいずれであってもよい。無機粒子の具体例としては、例えば、シリカ、アルミナ、セリア、チタニアなどの金属酸化物からなる粒子、並びに窒化ケイ素粒子、炭化ケイ素粒子及び窒化ホウ素粒子が挙げられる。有機粒子の具体例としては、例えばポリメタクリル酸メチル(PMMA)粒子が挙げられる。その中でもシリカ粒子が好ましく、特に好ましいのはコロイダルシリカである。
(砥粒)
研磨用組成物は、砥粒を含有する。砥粒は、無機粒子、有機粒子、及び有機無機複合粒子のいずれであってもよい。無機粒子の具体例としては、例えば、シリカ、アルミナ、セリア、チタニアなどの金属酸化物からなる粒子、並びに窒化ケイ素粒子、炭化ケイ素粒子及び窒化ホウ素粒子が挙げられる。有機粒子の具体例としては、例えばポリメタクリル酸メチル(PMMA)粒子が挙げられる。その中でもシリカ粒子が好ましく、特に好ましいのはコロイダルシリカである。
砥粒は表面修飾されていてもよい。例えば、アルミニウム、チタン又はジルコニウムなどの金属あるいはそれらの酸化物を砥粒と混合して砥粒の表面にドープさせることにより得ることができる。あるいは、有機酸を固定化したシリカであってもよい。
研磨用組成物中の砥粒の含有量は0.1質量%以上であることが好ましく、より好ましくは0.5質量%以上、さらに好ましくは1質量%以上である。砥粒の含有量が多くなるにつれて、研磨用組成物による研磨対象物の除去速度が向上する利点がある。
研磨用組成物中の砥粒の含有量はまた、20質量%以下であることが好ましく、より好ましくは15質量%以下、さらに好ましくは10質量%以下である。砥粒の含有量が少なくなるにつれて、研磨用組成物の材料コストを抑えることができるのに加え、砥粒の凝集が起こりにくい。また、研磨用組成物を用いて研磨対象物を研磨することにより表面欠陥の少ない研磨面を得られやすい。
砥粒の平均一次粒子径は5nm以上であることが好ましく、より好ましくは7nm以上、さらに好ましくは10nm以上である。砥粒の平均一次粒子径が大きくなるにつれて、研磨用組成物による研磨対象物の除去速度が向上する有利がある。なお、砥粒の平均一次粒子径の値は、例えば、BET法で測定される砥粒の比表面積に基づいて計算することができる。
砥粒の平均一次粒子径はまた、100nm以下であることが好ましく、より好ましくは90nm以下、さらに好ましくは80nm以下である。砥粒の平均一次粒子径が小さくなるにつれて、研磨用組成物を用いて研磨対象物を研磨することにより表面欠陥の少ない研磨面を得られやすい。
砥粒の平均二次粒子径は150nm以下であることが好ましく、より好ましくは120nm以下、さらに好ましくは100nm以下である。砥粒の平均二次粒子径の値は、例えば、レーザー光散乱法により測定することができる。
砥粒の平均二次粒子径の値を平均一次粒子径の値で除することにより得られる砥粒の平均会合度は1.2以上であることが好ましく、より好ましくは1.5以上である。砥粒の平均会合度が大きくなるにつれて、研磨用組成物による研磨対象物の除去速度が向上する利点がある。
砥粒の平均会合度はまた、4以下であることが好ましく、より好ましくは3以下、さらに好ましくは2以下である。砥粒の平均会合度が小さくなるにつれて、研磨用組成物を用いて研磨対象物を研磨することにより表面欠陥の少ない研磨面を得られやすい。
(添加剤)
研磨用組成物は、リン含有化合物から選ばれる少なくとも1以上である特定の添加剤を含む。従来の金属含有表面を研磨するための典型的な研磨用組成物では、その研磨用組成物に含まれる酸化剤で研磨対象の金属を酸化して金属酸化物を形成し、さらに錯化剤で金属酸化物を溶解することで研磨する。それに対して本発明の研磨用組成物は、その研磨用組成物に含まれる上記特定の添加剤が、相変化合金表面と錯形成して不溶性の脆性膜を形成し、その脆性膜を砥粒で機械的に研磨することで高い研磨速度が得られると考えられる。
(添加剤)
研磨用組成物は、リン含有化合物から選ばれる少なくとも1以上である特定の添加剤を含む。従来の金属含有表面を研磨するための典型的な研磨用組成物では、その研磨用組成物に含まれる酸化剤で研磨対象の金属を酸化して金属酸化物を形成し、さらに錯化剤で金属酸化物を溶解することで研磨する。それに対して本発明の研磨用組成物は、その研磨用組成物に含まれる上記特定の添加剤が、相変化合金表面と錯形成して不溶性の脆性膜を形成し、その脆性膜を砥粒で機械的に研磨することで高い研磨速度が得られると考えられる。
添加剤としてのリン含有化合物としてリン含有有機化合物を用いる場合、当該リン含有有機化合物は炭素(C)-リン(P)結合を含む有機化合物をいい、例えば、ホスフィン、ホスフィンオキシド、ホスフィンスルフィド、ジホスファン、などの3価リンの酸及びハロゲン化物、ホスホニウム塩、ホスホン酸、ホスフィン酸及びこれらの誘導体、が挙げられる。相変化合金表面と錯形成して不溶性の脆性膜を形成しやすく、その結果として高い研磨速度が得られるという観点から、ホスフィン酸及びホスホン酸が好ましく、より具体的には、2-アミノエチルホスホン酸、1-ヒドロキシエチリデン-1,1-ジホスホン酸、アミノトリ(メチレンホスホン酸)、エチレンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)、ジエチレントリアミンペンタ(メチレンホスホン酸)、エタン-1,1,-ジホスホン酸、エタン-1,1,2-トリホスホン酸、エタン-1-ヒドロキシ-1,1-ジホスホン酸、エタン-1-ヒドロキシ-1,1,2-トリホスホン酸、エタン-1,2-ジカルボキシ-1,2-ジホスホン酸、メタンヒドロキシホスホン酸、2-ホスホノブタン-1,2-ジカルボン酸、1-ホスホノブタン-2,3,4-トリカルボン酸、α-メチルホスホノコハク酸、フェニルホスホン酸、ホスフィン酸なる群より選択される少なくとも1以上の化合物を含有することが好ましい。上記有機リン化合物は、塩であってもよい。また、上記有機リン化合物は1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
研磨用組成物中のリン含有有機化合物の含有量の上限は、10質量%であることが好ましく、より好ましくは8質量%、さらに好ましくは5質量%である。リン含有有機化合物の含有量が少なくなるにつれて、製造コストを下げることができるので好ましい。
研磨用組成物中のリン含有有機化合物の含有量の下限は、0.001質量%であることが好ましく、より好ましくは0.01質量%、さらに好ましくは0.1質量%である。リン含有有機化合物の含有量が多くなるにつれて、研磨速度が高くなるので好ましい。
添加剤としてのリン含有化合物としてリン含有無機化合物を用いる場合、例えば、リン酸、次リン酸、ペルオキソ一リン酸、ペルオキソ二リン酸、ポリリン酸(二リン酸、三リン酸、四リン酸)、メタリン酸、ジアミドリン酸、アミドリン酸、ヘキサフルオロリン酸、ヘキサクロロリン酸、フェニルリン酸、リン灰石、ホスホモリブデン酸、ホスホタングステン酸、ジホスホモリブデン酸、ジホスホタングステン酸、ウルトラリン酸、三臭化リン、五臭化リン、二臭化窒化リン、三塩化リン、五塩化リン、四塩化二リン、二塩化フッ化リン、二塩化三フッ化リン、二塩化窒化リン、四塩化三酸化リン、テトラクロロリン酸、三シアン化リン、三フッ化リン、五フッ化リン、四フッ化二リン、三ヨウ化リン、四ヨウ化二リン、窒化リン、酸化リン(一酸化リン、二酸化リン、三酸化二リン、五酸化二リン、六酸化四リン、十酸化四リン)、臭化ホスホリル、塩化ホスホリル、フッ化ホスホリル、窒化ホスホリル、ジホスホリルテトラアミド、硫化リン(五硫化二リン、三硫化四リン、五硫化四リン、七硫化四リン)、臭化チオホスホリル、塩化チオホスホリル、水素化リン、トリス(イソシアン酸)リン、トリス(イソシアン酸)ホスホリル、トリス(イソチオシアン酸)リン、トリス(イソチオシアン酸)ホスホリル、セレン化リン、三セレン化二リン、三セレン化四リン、五セレン化二リン、フッ化チオホスホリル、ヨウ化チオホスホリル、ホスホリルアミド、窒化チオホスホリル、チオホスホリルアミド、イソチオシアン酸ホスホリル、リン、リン化物(リン化亜鉛、リン化アルミニウム、リン化イットリウム、リン化イリジウム、リン化カリウム、リン化ガリウム、リン化カルシウム、リン化オスミウム、リン化カドミウム、リン化金、リン化インジウム、リン化ウラン、リン化クロム、リン化珪素、リン化銀、リン化ゲルマニウム、リン化コバルト、リン化ジルコニウム、リン化水銀、リン化スカンジウム、リン化スズ、リン化タリウム、リン化タングステン、リン化タンタル、リン化チタン、リン化鉄、リン化銅、リン化トリウム、リン化ナトリウム、リン化ニオブ、リン化ニッケル、リン化ネプツウム、リン化白金、リン化バナジウム、リン化ハフニウム、リン化パラジウム、リン化バリウム、リン化プルトニウム、リン化ベリリウム、リン化ホウ素、リン化マグネシウム、リン化マンガン、リン化モリブデン、リン化ランタン、リン化リチウム、リン化ルテニウム、リン化レニウム、リン化ロジウムなど)が挙げられる。相変化合金表面と錯形成して不溶性の脆性膜を形成しやすく、その結果として高い研磨速度が得られるという観点から、リン酸、次リン酸、ペルオキソ一リン酸、ペルオキソ二リン酸、ポリリン酸(二リン酸、三リン酸、四リン酸)、メタリン酸、ジアミドリン酸、アミドリン酸、ヘキサフルオロリン酸、ヘキサクロロリン酸、フェニルリン酸からなる群より選択される少なくとも1以上の化合物を含有することが好ましく、リン酸及びフェニルリン酸からなる群より選択される少なくとも1以上の化合物を含有することがより好ましい。上記リン含有無機化合物は、塩であってもよい。また、上記リン含有無機化合物は1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
研磨用組成物中のリン含有有機化合物の含有量の上限は、10質量%であることが好ましく、より好ましくは8質量%、さらに好ましくは5質量%である。リン含有有機化合物の含有量が少なくなるにつれて、製造コストを下げることができるので好ましい。
研磨用組成物中のリン含有有機化合物の含有量の下限は、0.001質量%であることが好ましく、より好ましくは0.01質量%、さらに好ましくは0.1質量%である。リン含有有機化合物の含有量が多くなるにつれて、研磨速度が高くなるので好ましい。
(研磨用組成物のpH及びpH調整剤)
研磨用組成物のpHの下限は、7.0である。研磨用組成物のpHが7.0以上である場合、相変化合金表面と錯形成して不溶性の脆性膜を形成しやすく、その結果として高い研磨速度が得られる。また、pHが高くなるほど、研磨用組成物中の砥粒の分散性が向上し、その結果として研磨後の研磨対象物の表面精度が向上するので好ましく、研磨用組成物のpHの下限は、7.0であることが必須である。
(研磨用組成物のpH及びpH調整剤)
研磨用組成物のpHの下限は、7.0である。研磨用組成物のpHが7.0以上である場合、相変化合金表面と錯形成して不溶性の脆性膜を形成しやすく、その結果として高い研磨速度が得られる。また、pHが高くなるほど、研磨用組成物中の砥粒の分散性が向上し、その結果として研磨後の研磨対象物の表面精度が向上するので好ましく、研磨用組成物のpHの下限は、7.0であることが必須である。
研磨用組成物のpHの上限は特に限定されないが、12であることが好ましく、より好ましくは10である。pHが低くなるにつれて、研磨用組成物の操作性が向上する。
研磨用組成物のpHを所望の値に調整するために必要に応じて使用されるpH調整剤は酸及びアルカリのいずれであってもよく、また無機及び有機の化合物のいずれであってもよい。
(酸化剤)
研磨用組成物には、酸化剤をさらに含有させることができる。酸化剤は研磨対象物の表面を酸化する作用を有し、研磨用組成物中に酸化剤を加えた場合には、研磨用組成物による研磨速度の向上効果がある。しかし、研磨対象物が相変化合金を有する場合、従来の金属含有表面を研磨するための典型的な研磨用組成物で研磨すると、過度な研磨を引き起こす。これは、従来の半導体で使用される金属(例えばCu)と相変化合金の特性の違いに基づくと考えられ、研磨対象物が相変化合金を有する場合は酸化剤の含有量は低いほうが好ましい。
(酸化剤)
研磨用組成物には、酸化剤をさらに含有させることができる。酸化剤は研磨対象物の表面を酸化する作用を有し、研磨用組成物中に酸化剤を加えた場合には、研磨用組成物による研磨速度の向上効果がある。しかし、研磨対象物が相変化合金を有する場合、従来の金属含有表面を研磨するための典型的な研磨用組成物で研磨すると、過度な研磨を引き起こす。これは、従来の半導体で使用される金属(例えばCu)と相変化合金の特性の違いに基づくと考えられ、研磨対象物が相変化合金を有する場合は酸化剤の含有量は低いほうが好ましい。
研磨用組成物中の酸化剤の含有量の上限は、10質量%であることが好ましく、より好ましくは5質量%である。酸化剤の含有量が少なくなるにつれて、酸化剤による相変化合金の過剰な酸化が起こりにくくなり、過度な研磨を抑制することができる。
研磨用組成物中の酸化剤の含有量の下限は、0.1質量%であることが好ましく、より好ましくは0.3質量%である。酸化剤の含有量が多くなるにつれて、研磨速度の向上を助長する。
使用可能な酸化剤は、例えば過酸化物である。過酸化物の具体例としては、例えば、過酸化水素、過酢酸、過炭酸塩、過酸化尿素および過塩素酸、ならびに過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウムおよび過硫酸アンモニウムなどの過硫酸塩が挙げられる。中でも過硫酸塩および過酸化水素が研磨速度の観点から好ましく、水溶液中での安定性および環境負荷への観点から過酸化水素が特に好ましい。
(錯化剤)
研磨用組成物には、錯化剤をさらに含有させることができる。研磨用組成物中に含まれる錯化剤は、相変化合金の表面を化学的にエッチングする作用を有し、研磨用組成物による研磨速度を向上させる働きをする。しかし、研磨対象物が相変化合金を有する場合、従来の金属含有表面を研磨するための典型的な研磨用組成物で研磨すると、過剰なエッチングを引き起こし、その結果過度な研磨を引き起こす。これは、従来の半導体で使用される金属(例えばCu)と相変化合金の特性の違いに基づくと考えられ、研磨対象物が相変化合金を有する場合は錯化剤の含有量は低いほうが好ましい。
(錯化剤)
研磨用組成物には、錯化剤をさらに含有させることができる。研磨用組成物中に含まれる錯化剤は、相変化合金の表面を化学的にエッチングする作用を有し、研磨用組成物による研磨速度を向上させる働きをする。しかし、研磨対象物が相変化合金を有する場合、従来の金属含有表面を研磨するための典型的な研磨用組成物で研磨すると、過剰なエッチングを引き起こし、その結果過度な研磨を引き起こす。これは、従来の半導体で使用される金属(例えばCu)と相変化合金の特性の違いに基づくと考えられ、研磨対象物が相変化合金を有する場合は錯化剤の含有量は低いほうが好ましい。
研磨用組成物中の錯化剤の含有量の上限は、10質量%であることが好ましく、より好ましくは1質量%である。錯化剤の含有量が少なくなるにつれて、錯化剤による相変化合金に対する過剰なエッチングが起こりにくくなる。その結果、過剰な研磨を抑制することができる。
研磨用組成物中の錯化剤の含有量の下限は、0.01質量%であることが好ましく、より好ましくは0.1質量%である。錯化剤の含有量が多くなるにつれて、相変化合金へのエッチング効果が増す。その結果、研磨用組成物による研磨速度の向上を助長する。
使用可能な錯化剤は、例えば、無機酸、有機酸、およびアミノ酸である。無機酸の具体例としては、例えば、硫酸、硝酸、ホウ酸、炭酸、次亜リン酸、亜リン酸およびリン酸が挙げられる。有機酸の具体例としては、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、2-メチル酪酸、n-ヘキサン酸、3,3-ジメチル酪酸、2-エチル酪酸、4-メチルペンタン酸、n-ヘプタン酸、2-メチルヘキサン酸、n-オクタン酸、2-エチルヘキサン酸、安息香酸、グリコール酸、サリチル酸、グリセリン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、マレイン酸、フタル酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸および乳酸が挙げられる。メタンスルホン酸、エタンスルホン酸およびイセチオン酸などの有機硫酸も使用可能である。無機酸または有機酸の代わりにあるいは無機酸または有機酸と組み合わせて、無機酸または有機酸のアルカリ金属塩などの塩を用いてもよい。アミノ酸の具体例としては、例えば、グリシン、α-アラニン、β-アラニン、N-メチルグリシン、N,N-ジメチルグリシン、2-アミノ酪酸、ノルバリン、バリン、ロイシン、ノルロイシン、イソロイシン、フェニルアラニン、プロリン、サルコシン、オルニチン、リシン、タウリン、セリン、トレオニン、ホモセリン、チロシン、ビシン、トリシン、3,5-ジヨード-チロシン、β-(3,4-ジヒドロキシフェニル)-アラニン、チロキシン、4-ヒドロキシ-プロリン、システイン、メチオニン、エチオニン、ランチオニン、シスタチオニン、シスチン、システイン酸、アスパラギン酸、グルタミン酸、S-(カルボキシメチル)-システイン、4-アミノ酪酸、アスパラギン、グルタミン、アザセリン、アルギニン、カナバニン、シトルリン、δ-ヒドロキシ-リシン、クレアチン、ヒスチジン、1-メチル-ヒスチジン、3-メチル-ヒスチジンおよびトリプトファンが挙げられる。その中でも錯化剤としては、研磨向上の観点から、グリシン、アラニン、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、グリコール酸、イセチオン酸またはそれらの塩が好ましい。
(金属防食剤)
研磨用組成物には、金属防食剤をさらに含有させることができる。研磨用組成物中に金属防食剤を加えた場合には、研磨用組成物を用いて研磨した後の相変化合金にディッシング等の表面欠陥がより生じにくくなる効果がある。また、その金属防食剤は、研磨用組成物中に酸化剤及び/又は錯化剤が含まれている場合には、酸化剤による相変化合金表面の酸化を緩和するとともに、酸化剤による相変化合金表面の金属の酸化により生じる金属イオンと反応して不溶性の錯体を生成する働きをする。その結果、錯化剤による相変化合金へのエッチングを抑制することができ、過度な研磨を抑制することができる。
(金属防食剤)
研磨用組成物には、金属防食剤をさらに含有させることができる。研磨用組成物中に金属防食剤を加えた場合には、研磨用組成物を用いて研磨した後の相変化合金にディッシング等の表面欠陥がより生じにくくなる効果がある。また、その金属防食剤は、研磨用組成物中に酸化剤及び/又は錯化剤が含まれている場合には、酸化剤による相変化合金表面の酸化を緩和するとともに、酸化剤による相変化合金表面の金属の酸化により生じる金属イオンと反応して不溶性の錯体を生成する働きをする。その結果、錯化剤による相変化合金へのエッチングを抑制することができ、過度な研磨を抑制することができる。
使用可能な金属防食剤の種類は特に限定されないが、好ましくは複素環化合物である。複素環化合物中の複素環の員数は特に限定されない。また、複素環化合物は、単環化合物であってもよいし、縮合環を有する多環化合物であってもよい。
金属防食剤としての複素環化合物の具体例は、例えば、ピロール化合物、ピラゾール化合物、イミダゾール化合物、トリアゾール化合物、テトラゾール化合物、ピリジン化合物、ピラジン化合物、ピリダジン化合物、ピリンジン化合物、インドリジン化合物、インドール化合物、イソインドール化合物、インダゾール化合物、プリン化合物、キノリジン化合物、キノリン化合物、イソキノリン化合物、ナフチリジン化合物、フタラジン化合物、キノキサリン化合物、キナゾリン化合物、シンノリン化合物、ブテリジン化合物、チアゾール化合物、イソチアゾール化合物、オキサゾール化合物、イソオキサゾール化合物およびフラザン化合物などの含窒素複素環化合物が挙げられる。ピラゾール化合物の具体例として、例えば、1H-ピラゾール、4-ニトロ-3-ピラゾールカルボン酸および3,5-ピラゾールカルボン酸が挙げられる。イミダゾール化合物の具体例としては、例えば、イミダゾール、1-メチルイミダゾール、2-メチルイミダゾール、4-メチルイミダゾール、1,2-ジメチルピラゾール、2-エチル-4-メチルイミダゾール、2-イソプロピルイミダゾール、ベンゾイミダゾール、5,6-ジメチルベンゾイミダゾール、2-アミノベンゾイミダゾール、2-クロロベンゾイミダゾールおよび2-メチルベンゾイミダゾールが挙げられる。トリアゾール化合物の具体例としては、例えば、1,2,3-トリアゾール、1,2,4-トリアゾール、1-メチル-1,2,4-トリアゾール、メチル-1H-1,2,4-トリアゾール-3-カルボキシレート、1,2,4-トリアゾール-3-カルボン酸、1,2,4-トリアゾール-3-カルボン酸メチル、3-アミノ-1H-1,2,4-トリアゾール、3-アミノ-5-ベンジル-4H-1,2,4-トリアゾール、3-アミノ-5-メチル-4H-1,2,4-トリアゾール、3-ニトロ-1,2,4-トリアゾール、3-ブロモ-5-ニトロ-1,2,4-トリアゾール、4-(1,2,4-トリアゾール-1-イル)フェノール、4-アミノ-1,2,4-トリアゾール、4-アミノ-3,5-ジプロピル-4H-1,2,4-トリアゾール、4-アミノ-3,5-ジメチル-4H-1,2,4-トリアゾール、4-アミノ-3,5-ジペプチル-4H-1,2,4-トリアゾール、5-メチル-1,2,4-トリアゾール-3,4-ジアミン、1-ヒドロキシベンゾトリアゾール、1-アミノベンゾトリアゾール、1-カルボキシベンゾトリアゾール、5-クロロ-1H-ベンゾトリアゾール、5-ニトロ-1H-ベンゾトリアゾール、5-カルボキシ-1H-ベンゾトリアゾール、5,6-ジメチル-1H-ベンゾトリアゾール、1-(1’’,2’-ジカルボキシエチル)ベンゾトリアゾールが挙げられる。テトラゾール化合物の具体例としては、例えば、1H-テトラゾール、5-メチルテトラゾール、5-アミノテトラゾール、および5-フェニルテトラゾールが挙げられる。インドール化合物の具体例としては、例えば、1H-インドール、1-メチル-1H-インドール、2-メチル-1H-インドール、3-メチル-1H-インドール、4-メチル-1H-インドール、5-メチル-1H-インドール、6-メチル-1H-インドール、および7-メチル-1H-インドールが挙げられる。インダゾール化合物の具体例としては、例えば、1H-インダゾールおよび5-アミノ-1H-インダゾールが挙げられる。これらの複素環化合物は、相変化合金への化学的または物理的吸着力が高いため、より強固な保護膜を相変化合金表面に形成する。このことは、研磨用組成物を用いて研磨した後の相変化合金の過剰なエッチングを抑制することができる。その結果、過剰な研磨を抑制することができる。
研磨用組成物中の金属防食剤の含有量の上限は、10質量%であることが好ましく、より好ましくは5質量%、さらに好ましくは1質量%である。金属防食剤の含有量が少なくなるにつれて、研磨用組成物による研磨速度が向上する効果がある。
研磨用組成物中の金属防食剤の含有量の下限は、0.001質量%であることが好ましく、より好ましくは0.01質量%、さらに好ましくは0.1質量%である。金属防食剤の含有量が多くなるにつれて、研磨用組成物を用いて研磨した後の相変化合金の過剰なエッチングを抑制することができる。その結果、過剰な研磨を抑制することができる。
本発明の別の実施形態では、本発明の研磨用組成物用いて、相変化合金を有する研磨対象物の表面を研磨する研磨方法を提供する。本研磨方法で使用できるパッドとしては、一般的な不織布、発泡ポリウレタン、多孔質フッ素樹脂などが使用でき、特に制限はない。また、研磨パッドには研磨用組成物が溜まる様な溝加工が施されていても良い。
相変化合金を有する研磨対象物を研磨する研磨パッドの硬度の下限は、ショアD硬度50であるのが好ましい。パッドのショアD硬度が高いほど、パッドの機械的作用が大きくなり、研磨速度が向上する。また、本発明の実施形態における研磨用組成物においては、砥粒を含まずとも高い研磨速度を得ることができるという利点がある。そのような観点から、より好ましくはショアD硬度の下限が60である。
相変化合金を有する研磨対象物を研磨する研磨パッドの硬度の上限は、ショアD硬度99であるのが好ましい。パッドのショアD硬度が低いほど、研磨対象物に傷が入りにくくなる。そのような観点から、さらに好ましくはショアD硬度の上限は95である。パッド硬度50未満ではパッドの機械的作用が小さくなり、研磨速度が低下する。なお、ショアD硬度は定義上から100以上の値にならない。パッドのショアD硬度はショアD硬度計で測定できる。
ショアD硬度50以上の研磨パッドは、発泡体と、布、不織布等の非発泡体とのどちらでもよく、研磨パッドの材質としてはポリウレタン、アクリル、ポリエステル、アクリル-エステル共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ4-メチルペンテン、セルロース、セルロースエステル、ナイロン及びアラミド等のポリアミド、ポリイミド、ポリイミドアミド、ポリシロキサン共重合体、オキシラン化合物、フェノール樹脂、ポリスチレン、ポリカーボネート、エポキシ樹脂等の樹脂が使用できる。
本実施形態によれば以下の作用及び効果が得られる。
従来の金属含有表面を研磨するための典型的な研磨用組成物では、その研磨用組成物に含まれる酸化剤で研磨対象の金属を酸化して金属酸化物を形成し、さらに錯化剤で金属酸化物を溶解することで研磨する。それに対して本実施形態の研磨用組成物は、その研磨用組成物に含まれる特定の添加剤が、相変化合金表面と錯形成して不溶性の脆性膜を形成し、その脆性膜を砥粒で機械的に研磨していると考えられる。その結果、研磨速度を向上することができる。
前記実施形態は次のように変更されてもよい。
・ 前記実施形態の研磨用組成物は、必要に応じて、界面活性剤や水溶性高分子、防腐剤のような公知の添加剤をさらに含有してもよい。
・ 前記実施形態の研磨用組成物は一液型であってもよいし、二液型を始めとする多液型であってもよい。
・ 前記実施形態の研磨用組成物は、研磨用組成物の原液を水で希釈することにより調製されてもよい。
・ 前記実施形態の研磨用組成物は、必要に応じて、界面活性剤や水溶性高分子、防腐剤のような公知の添加剤をさらに含有してもよい。
・ 前記実施形態の研磨用組成物は一液型であってもよいし、二液型を始めとする多液型であってもよい。
・ 前記実施形態の研磨用組成物は、研磨用組成物の原液を水で希釈することにより調製されてもよい。
次に、本発明の実施例及び比較例を説明する。
表1に記載の組成となるように各成分を混合することにより、実施例1~6及び比較例1~24の研磨用組成物を調整した。表1の“添加剤”欄の“種類”欄には、実施例においては各研磨用組成物中に含まれるリン含有化合物から選ばれる添加剤の種類を、比較例においてはリン含有化合物から選ばれる添加剤以外の添加剤、各研磨用組成物中に含まれる従来の金属含有表面を研磨するための典型的な研磨用組成物に含まれる錯化剤、防食剤から選定した添加剤の種類を示す。また、“含有量(質量%)”欄には、各研磨用組成物中の当該添加剤の含有量を示す。同欄において、“-”表記は当該添加剤を含有していないことを示す。表1の“pH”欄には、各研磨用組成物中のpHを示す。また、“砥粒”欄には、各研磨用組成物中の砥粒濃度を示す。(砥粒は、約60nmの平均二次粒子径(平均一次粒子径30nm)を有するコロイダルシリカを使用)なお、表1中には示していないが、各研磨組成中には過酸化水素を2.1質量%になるように添加している。また、pHは無機酸又は無機塩基を添加して所定の値に調整した。
実施例1~6及び比較例1~24の各研磨用組成物を用いて、GST合金(Ge、Sb及びTeの質量%比は2:2:5)を含むブランケットウェーハを、表2に示す条件で研磨した。表2に示す条件で一定時間研磨したときの研磨速度について、直流4探針法によるシート抵抗の測定から求められる研磨前後のブランケットウェーハの厚みの差を研磨時間で除することにより求めた。その結果を表1の“評価”欄の“研磨速度”欄に示す。なお、評価基準は、同じ添加剤を使用した研磨用組成物において、酸性pHに比べてアルカリpHの研磨速度が1.25倍以上、且つ研磨速度が100Å/min以上の研磨用組成物を良好と判断した。また、表1には記載していないが、研磨用組成物のpHが7.0より低い場合は、砥粒の分散安定が悪かったのに対し、研磨用組成物のpHが7.0以上の場合は、砥粒の分散安定性が良好であった。
Claims (7)
- 相変化合金を有する研磨対象物を研磨する用途で使用される研磨用組成物であって、
砥粒及び添加剤を含み、
前記添加剤がリン含有化合物から選ばれる少なくとも1以上であり、
前記研磨用組成物のpHが7.0以上であることを特徴とする研磨用組成物。 - 前記砥粒が、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。
- 前記リン含有化合物がリン含有有機化合物から選ばれる少なくとも1以上である、請求項1又は2に記載の研磨用組成物。
- 前記リン含有化合物がリン含有無機化合物から選ばれる少なくとも1以上である、請求項1又は2に記載の研磨用組成物。
- 前記相変化合金がGSTである、請求項1~4のいずれか一項に記載の研磨用組成物。
- 請求項1~4のいずれか一項に記載の研磨用組成物を用いて、相変化合金を有する研磨対象物の表面を研磨することを特徴とする研磨方法。
- 請求項1~4のいずれか一項に記載の研磨用組成物を用いて、相変化合金を有する研磨対象物の表面を研磨する工程を有することを特徴とする基板の製造方法。
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