WO2015046015A1 - 研磨用組成物、研磨方法、及び基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

　本発明の研磨用組成物は、ポリシリコンを含む層を有する研磨対象物を研磨する用途で用いられ、砥粒及び酸化剤を含み、ｐＨが６以上である。好ましくは、前記砥粒としてコロイダルシリカが用いられる。また、本発明の研磨方法は、前記研磨用組成物を用いて、ポリシリコンを含む層を有する研磨対象物を研磨することを特徴とする。また、本発明の基板の製造方法は、前記研磨方法によってポリシリコンを含む層を有する基板を研磨する研磨工程を含むことを特徴とする。

Description

研磨用組成物、研磨方法、及び基板の製造方法

　本発明は、ポリシリコンを含む層を有する研磨対象物を研磨する用途で用いられる研磨用組成物、研磨方法、及び基板の製造方法に関する。

　近年の微細化及び高密度化した半導体装置の製造において、非常に微細なパターン形成技術が使用されている。配線の多層化等の要因により、半導体装置の表面構造はより複雑になり、表面膜の初期段差もより大きくなっている。基板上に形成された特定の膜の初期段差を除去するための広域平坦化技術として化学機械的研磨（Chemical mechanical polishing：ＣＭＰ）工程が利用されている。ポリシリコン膜を有する研磨対象物のＣＭＰでは、ポリシリコン用の研磨用組成物が使用されている。

　Ｘ（Å）の初期段差を有するポリシリコン膜をＶ（Å／分）の研磨速度で研磨した場合、段差の領域の上側部分（凸部の上面）のみが選択的に研磨されれば、Ｘ／Ｖ（分）の研磨時間で段差は除去される。しかしながら、実際には、ＣＭＰ工程における化学的エッチング、研磨パッドのたわみ等が原因で、段差の領域の下側部分（凹部の底部）も、同領域の上側部分（凸部の上面）よりも低速度ではあるが、研磨される。

　前記ポリシリコン用の研磨用組成物には、以下に定義される段差解消効率が１に近いこと、すなわち、段差部分の上側（凸部の上面）をできるだけ選択的に研磨できることが求められている。段差解消効率は、研磨対象物の表面を所定の厚さだけ研磨したときに、研磨対象物表面上のある箇所における段差の研磨前と研磨後の間の差（Å）（すなわち、研磨による段差の解消量（Å））を、前記所定の厚さ（Å）で除して得られる値である。なお、段差は、隣接した凸部及び凹部によって形成される場合、凹部の最低部から凸部の最上部までの距離ともいえる。この場合、前記所定の厚さは、研磨前の凸部の最上部の高さ位置と研磨後の凸部の最上部の高さ位置との間の差に等しい。

　特許文献１には、ポリシリコン膜を研磨するために用いられる研磨用組成物が開示されている。特許文献１の研磨用組成物は、砥粒としてコロイダルシリカ、アルカリとして水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、水溶性高分子としてヒドロキシエチルセルロース、水等を含有している。

特開２００４－２６６１５５号公報

　ところが、特許文献１の研磨用組成物は、ポリシリコンの研磨特性、特に段差解消効率に関する要求性能を未だ十分に満たしていないという問題があった。
　本発明の目的は、ポリシリコンを含む層を有する研磨対象物を研磨する用途での使用に、より適した研磨用組成物を提供すること、また、その研磨用組成物を用いた研磨方法及び基板の製造方法を提供することにある。

　上記の目的を達成するために、本発明の一態様では、ポリシリコンを含む層を有する研磨対象物を研磨する用途で用いられ、砥粒及び酸化剤を含み、ｐＨが６以上であることを特徴とする研磨用組成物が提供される。

　前記砥粒はコロイダルシリカであることが好ましい。前記砥粒の平均一次粒子径は５ｎｍ～４００ｎｍであることが好ましい。前記酸化剤は過酸化物であることが好ましい。前記研磨用組成物は、分子量が１００以上である、糖類、水溶性高分子、及び界面活性剤から選ばれる少なくとも１種の化合物をさらに含有することが好ましい。前記研磨対象物は表面に段差を有してもよい。また、前記研磨用組成物は、研磨圧力１５．２ｋＰａ、定盤回転数９３ｒｐｍの研磨条件で、前記段差を有する研磨対象物の表面を研磨した際の段差解消効率が０．４以上であることが好ましい。

　また、本発明の別の一様態では、前記研磨用組成物を用いて、ポリシリコンを含む層を有する研磨対象物を研磨することを特徴とする研磨方法が提供される。また、本発明のさらに別の一様態では、前記研磨方法によってポリシリコンを含む層を有する基板を研磨する研磨工程を含む基板の製造方法が提供される。

　本発明によれば、ポリシリコンを含む層を有する研磨対象物を研磨する用途に適した研磨用組成物を提供することができる。

　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、砥粒及び酸化剤を、それら単独で又は他の成分と組み合わせて、水に混合して製造される。こうして得られる研磨用組成物のｐＨは、必要に応じて、ｐＨ調整剤を用いて６以上の所望の値に調整される。前記他の成分は、分子量が１００以上である、糖類、水溶性高分子、及び界面活性剤から選ばれる少なくとも１種の化合物であることが好ましい。この研磨用組成物は、ポリシリコンを含む層を有する研磨対象物を研磨する用途で用いられる。

　砥粒の具体例としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化マンガン、炭化ケイ素、窒化ケイ素等が挙げられる。なかでも酸化ケイ素が好ましく、より好ましくは、コロイダルシリカ又はフュームドシリカである。これらの砥粒を用いた場合、より平滑な研磨面を得ることができる。砥粒は、一種を単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。

　コロイダルシリカを使用する場合、表面修飾されていないコロイダルシリカ、及び表面修飾されたコロイダルシリカのいずれでもよい。表面修飾コロイダルシリカとしては、例えば、表面にスルホン酸やカルボン酸等の有機酸が固定されたコロイダルシリカや、表面が酸化アルミニウム等の金属酸化物で置換されたコロイダルシリカが挙げられる。コロイダルシリカへの有機酸の固定は、コロイダルシリカの表面に有機酸の官能基を化学的に結合させることにより行われる。コロイダルシリカへのスルホン酸の固定は、例えば、“Sulfonic acid-functionalized silica through quantitative oxidation of thiol groups”, Chem. Commun. 246-247 (2003)に記載の方法で行うことができる。具体的には、３－メルカプトプロピルトリメトキシシラン等のチオール基を有するシランカップリング剤をコロイダルシリカにカップリングさせた後、過酸化水素でチオール基を酸化することにより、スルホン酸が表面に固定されたコロイダルシリカを得ることができる。コロイダルシリカへのカルボン酸の固定は、例えば、“Novel Silane Coupling Agents Containing a Photolabile 2-Nitrobenzyl Ester for Introduction of a Carboxy Group on the Surface of Silica Gel”, Chemistry Letters, 3, 228-229 (2000)に記載の方法で行うことができる。具体的には、光反応性２－ニトロベンジルエステルを含むシランカップリング剤をコロイダルシリカにカップリングさせた後に光照射することにより、カルボン酸が表面に固定されたコロイダルシリカを得ることができる。また、酸化アルミニウムによるコロイダルシリカ表面の置換は、例えば特開平６－１９９５１５号公報に記載されているように、コロイダルシリカにアルミニウム化合物を添加して反応させることにより行われる。具体的には、コロイダルシリカにアルミン酸アルカリを添加して加熱することにより、表面が酸化アルミニウムで置換されたコロイダルシリカを得ることができる。

　研磨用組成物中に含まれる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研磨速度が向上する。また、表面に段差のある研磨対象物を研磨した場合、段差がより効率よく解消される。

　研磨用組成物中に含まれる砥粒の平均一次粒子径は、４００ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは３００ｎｍ以下であり、更に好ましくは２００ｎｍ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、低欠陥で粗度の小さい研磨後表面を得ることが容易である。

　なお、砥粒の平均一次粒子径は、窒素吸着法（ＢＥＴ法）による砥粒の比表面積の測定値から算出することができる。
　砥粒の平均二次粒子径は、１０ｎｍ以上であることが好ましく、１５ｎｍ以上であることがより好ましく、２０ｎｍ以上であることがさらに好ましい。また、砥粒の平均二次粒子径は、４５０ｎｍ以下であることが好ましく、３５０ｎｍ以下であることがより好ましく、２２０ｎｍ以下であることがさらに好ましい。砥粒の平均二次粒子径の値がこのような範囲内であれば、研磨用組成物による研磨対象物の研磨速度はより向上し、研磨用組成物を用いて研磨した際の研磨対象物の表面における表面欠陥の発生をより抑制することができる。尚、ここでいう二次粒子とは、砥粒が研磨用組成物中で会合して形成される粒子をいい、砥粒の平均二次粒子径は、例えば動的光散乱法により測定することができる。

　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研磨速度がより向上する。

　研磨用組成物中の砥粒の含有量は、５０質量％以下であることが好ましく、より好ましくは４０質量％以下である。砥粒の含有量が少なくなるにつれて、研磨用組成物の製造コストが低減するのに加えて、研磨用組成物を用いた研磨により欠陥の少ない表面を得ることが容易である。また、砥粒の含有量が少なくなるにつれて、研磨後表面に残存する砥粒の量が低減され、その結果、残存砥粒の洗浄除去性が向上する。また、表面に段差のある研磨対象物を研磨した場合、段差がより効率よく解消される。

　研磨用組成物中に含まれる酸化剤は、６以上のｐＨ範囲において、研磨対象物であるポリシリコンの表面を化学的に研磨する働きをする。特に、段差を有する研磨対象物を研磨したときの段差の解消に寄与する。酸化剤の具体例としては、過酸化物、過ヨウ素酸、過ヨウ素酸塩、過マンガン酸塩、バナジン酸塩、次亜塩素酸塩、酸化鉄、オゾン等が挙げられる。過酸化物の具体例としては、過酸化水素、過酢酸、過炭酸塩、過酸化尿素、過塩素酸、過塩素酸塩、並びに過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム及び過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩等が挙げられる。中でも過硫酸塩及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及び環境負荷の観点から過酸化水素が特に好ましい。酸化剤は、一種を単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。

　研磨用組成物中の酸化剤の含有量は、０．０１質量％以上であることが好ましく、より好ましくは０．０３質量％以上である。酸化剤の含有量が多くなるにつれて、研磨用組成物による研磨後の表面の欠陥が抑制される。また、段差を有する研磨対象物を研磨した場合、段差がより効率よく解消される。

　研磨用組成物中の酸化剤の含有量は、１５質量％以下であることが好ましく、より好ましくは１０質量％以下である。酸化剤の含有量が少なくなるにつれて、研磨用組成物の製造コストが低減するのに加えて、使用済みの研磨用組成物の処理、すなわち廃液処理の負荷を軽減することができる。また、段差を有する研磨対象物を研磨した場合、段差がより効率よく解消される。

　研磨用組成物は６以上のｐＨを有する。研磨用組成物のｐＨは、好ましくは７以上であり、より好ましくは８以上である。研磨用組成物のｐＨの上限は特に限定されないが、好ましくは１２未満である。研磨用組成物のｐＨをこのような弱酸性からアルカリ性の範囲とすることによって、研磨用組成物によるポリシリコンの研磨特性、具体的には、ポリシリコンの研磨速度が向上する。また、段差を有する研磨対象物を研磨した場合、段差がより効率よく解消される。

　研磨用組成物のｐＨの調整に使用されるｐＨ調整剤は、公知の酸、塩基、又はそれらの塩から選択される。
　ｐＨ調整剤として使用できる酸の具体例としては、塩酸、硫酸、硝酸、フッ酸、ホウ酸、炭酸、次亜リン酸、亜リン酸及びリン酸等の無機酸や、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、乳酸、ジグリコール酸、２－フランカルボン酸、２，５－フランジカルボン酸、３－フランカルボン酸、２－テトラヒドロフランカルボン酸、メトキシ酢酸、メトキシフェニル酢酸、フェノキシ酢酸等の有機酸が挙げられる。酸は、一種を単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。

　ｐＨ調整剤として使用できる塩基の具体例としては、アルカリ金属の水酸化物又はその塩、アルカリ土類金属の水酸化物又はその塩、水酸化第四級アンモニウム又はその塩、アンモニア、アミン等が挙げられる。アルカリ金属の具体例としては、カリウム、ナトリウム等が挙げられる。塩の具体例としては、炭酸塩、炭酸水素塩、硫酸塩、酢酸塩等が挙げられる。水酸化第四級アンモニウムの具体例としては、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラブチルアンモニウム等が挙げられる。アミンの具体例としては、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、エチレンジアミン、モノエタノールアミン、Ｎ－（β－アミノエチル）エタノールアミン、ヘキサメチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、無水ピペラジン、ピペラジン六水和物、１－（２－アミノエチル）ピペラジン、Ｎ－メチルピペラジン、グアニジン等が挙げられる。塩基は、一種を単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。

　中でも、アンモニア、アンモニウム塩、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属塩、及び水酸化第四級アンモニウム化合物が塩基として好ましい。より好ましくは、アンモニア、カリウム化合物、水酸化ナトリウム、水酸化第四級アンモニウム化合物、炭酸水素アンモニウム、炭酸アンモニウム、炭酸水素ナトリウム、及び炭酸ナトリウムである。さらに好ましくは、カリウム化合物である。カリウム化合物の例としては、カリウムの水酸化物又は塩が挙げられ、具体的には、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、硫酸カリウム、酢酸カリウム、塩化カリウム等が挙げられる。

　上記酸のアンモニウム塩やアルカリ金属塩等の塩を、上記の酸に代えて、又は上記酸と組み合わせて用いることもできる。
　先に述べたとおり、研磨用組成物は、分子量が１００以上である、糖類、水溶性高分子、及び界面活性剤から選ばれる少なくとも１種の化合物を含有してもよい。かかる化合物を含有することにより、研磨用組成物による段差解消効率をより向上させることができる。以下、この化合物を便宜上、段差解消助剤ともいう。段差解消助剤は、研磨後のポリシリコン表面に親水性を付与することにより、研磨後表面に付着した汚れなどの異物の洗浄除去性を向上させる働きも有する。

　ここでいう糖類とは、後述する水溶性高分子以外の炭水化物をいい、具体的には単糖、二糖類、オリゴ糖、及びそれらの誘導体をいう。単糖の具体例としては、エリスロース等のテトロース類、リボース、キシロース、アラビノース等のペントース類、グルコース、ガラクトース、マンノース、フルクトース等のヘキソース類、セドヘプツロース等のヘプトース類等が挙げられる。二糖類の具体例としては、トレハロース、マルトース（麦芽糖）、ラクトース（乳糖）、スクロース（ショ糖）、セロビオース、ラクツロース、イソマルツロース等が挙げられる。オリゴ糖の具体例としては、ラフィノース、ゲンチアノース、メレジトース、フコシルラクトース、シアリルラクトース、マルトトリオース、セロトリオース、グルコシルトレハロース等の三糖類、並びに、スタキオース、ラクト－Ｎ－テトラオース、及びマルトテトラオース等の四糖類等が挙げられる。主として酵素反応により得られるオリゴ糖も使用可能であり、そのようなオリゴ糖の具体例としては、キシロオリゴ糖、フラクトオリゴ糖、ガラクトオリゴ糖、マルトオリゴ糖、イソマルトオリゴ糖、イヌロオリゴ糖、ラクトスクロース、乳果オリゴ糖、アガロオリゴ糖等が挙げられる。糖類の誘導体の具体例としては、糖の還元体、糖の酸化体、例えばカチオン化糖のように官能基が付加された糖、配糖体、糖とアミノ酸等との複合体等が挙げられる。単糖の誘導体の具体例としては、グルコースにアミノ基を付加したグルコサミン等が挙げられる。糖類は、一種を単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。

　水溶性高分子の具体例としては、ポリカルボン酸、ポリカルボン酸アミド、ポリカルボン酸エステル、ポリホスホン酸、ポリスチレンスルホン酸等のポリスルホン酸、多糖類、セルロース誘導体、エチレンオキサイド重合体、ビニルポリマー、カチオン性ポリマー等の水溶性重合体、及びそれらの共重合体、その塩、誘導体等が挙げられる。ポリカルボン酸、ポリカルボン酸アミド、ポリカルボン酸エステル又はポリカルボン酸塩の具体例としては、ポリアスパラギン酸、ポリグルタミン酸、ポリリシン、ポリリンゴ酸、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸アンモニウム塩、ポリメタクリル酸ナトリウム塩、ポリマレイン酸、ポリイタコン酸、ポリフマル酸、ポリ（ｐ－スチレンカルボン酸）、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、アミノポリアクリルアミド、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル、ポリアクリル酸アンモニウム塩、ポリアクリル酸ナトリウム塩、ポリアミド酸、ポリアミド酸アンモニウム塩、ポリアミド酸ナトリウム塩、ポリグリオキシル酸等が挙げられる。多糖類の具体例としては、グリコーゲン、アルギン酸、ペクチン、ペクチン酸、デンプン、アミロース、アミロペクチン、寒天、カードラン、プルラン、グアーガム、コンニャクマンナン、カラギーナン、タマリンドガム、キサンタンガム等が挙げられる。セルロース誘導体の具体例として、カルボキシメチルセルロ－ス、ヒドロキシエチルセルロース等が挙げられる。ビニルポリマーの具体例としては、ポリビニルアルコール、ポリビニルピリジン、ポリビニルピロリドン、ポリアクロレイン等が挙げられる。カチオン性ポリマーの具体例としては、カチオン化セルロース誘導体、カチオン性澱粉、カチオン化グアーガム誘導体、ジアリル４級アンモニウム塩／アクリルアミド共重合物、４級化ポリビニルピロリドン誘導体、ジシアンジアミド－ジエチレントリアミン縮合物が挙げられる。水溶性高分子は、一種を単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。

　界面活性剤の具体例としては、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤、及びノニオン性界面活性剤が挙げられる。
　アニオン性界面活性剤は、例えば、硫酸系界面活性剤、スルホン酸系界面活性剤、リン酸系界面活性剤、ホスホン酸系界面活性剤、及びカルボン酸系界面活性剤に分類される。アニオン性界面活性剤の具体例としては、アルキル硫酸エステル、ポリオキシエチレンアルキル硫酸エステル、ポリオキシエチレンアルキル硫酸、アルキル硫酸、アルキルエーテル硫酸エステル、高級アルコール硫酸エステル、アルキルリン酸エステル、アルキルベンゼンスルホン酸、α－オレフィンスルホン酸、アルキルスルホン酸、スチレンスルホン酸、アルキルナフタレンスルホン酸、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸、ポリオキシエチレンアルキルエーテル酢酸、ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸、ポリオキシエチレンアルキルリン酸エステル、ポリオキシエチレンスルホコハク酸、アルキルスルホコハク酸、又はそれらの塩、タウリン系界面活性剤、ザルコシネート系界面活性剤、イセチオネート系界面活性剤、Ｎ－アシル酸性アミノ酸系界面活性剤、高級脂肪酸塩、アシル化ポリペプチド等が挙げられる。アルキルスルホン酸又はその塩の具体例としては、ドデシルスルホン酸及びドデシルスルホン酸塩等が挙げられる。

　カチオン性界面活性剤は、例えば、ポリオキシエチレンアルキルアミン型界面活性剤、アルキルアルカノールアミド型界面活性剤、アルキルアミン塩型界面活性剤、アミンオキサイド型界面活性剤、第四級アンモニウム塩型界面活性剤、及び三級アミドアミン型界面活性剤に分類される。カチオン性界面活性剤の具体例としては、ココナットアミンアセテート、ステアリルアミンアセテート、ラウリルジメチルアミンオキサイド、ステアリン酸ジメチルアミノプロピルアミド、アルキルトリメチルアンモニウム塩、アルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルベンジルジメチルアンモニウム塩等が挙げられる。

　両性界面活性剤には、アルキルベタイン系界面活性剤、アルキルアミンオキシド系界面活性剤等に分類される。両性界面活性剤の具体例としては、ココベタイン、ラウラミドプロピルベタイン、コカミドプロピルベタイン、ラウロアンホ酢酸ナトリウム、ココアンホ酢酸ナトリウム、ヤシ油脂肪酸アミドプロピルベタイン、ラウリルベタイン（ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン）等が挙げられる。

　ノニオン性界面活性剤の具体例には、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ショ糖脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、アルキルアルカノールアミド等が含まれる。

　界面活性剤は、一種を単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
　段差解消助剤の分子量は、好ましくは１００以上、より好ましくは２００以上、さらに好ましくは３００以上である。段差解消助剤の分子量が１００以上の場合、研磨用組成物による段差解消効率が向上する。段差解消助剤の分子量の上限は特に限定されないが、好ましくは５００，０００以下であり、より好ましくは４００，０００以下であり、さらに好ましくは３００，０００以下である。段差解消助剤の分子量が５００，０００以下であると、水溶液中での段差解消助剤の分散性が向上する。尚、ここでいう分子量は、段差解消助剤が、単量体の繰り返し構造を有するポリマーの場合、質量平均分子量である。質量平均分子量の測定は、公知の方法、例えばＧＰＣ－ＭＡＬＳ法で行うことができる。比較的低分子量の水溶性ポリマーの質量平均分子量は、ＮＭＲ法により測定してもよい。

　研磨用組成物中の段差解消助剤の含有量は、０．０００１質量％（１ｐｐｍ）以上であることが好ましく、より好ましくは０．００１質量％（１０ｐｐｍ）以上である。段差解消助剤の含有量が多くなるにつれて、研磨用組成物による段差解消効率がより向上する。

　研磨用組成物中の段差解消助剤の含有量は、５質量％以下であることが好ましく、より好ましくは０．５質量％以下である。段差解消助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より向上する。

　本実施形態で用いられる研磨用組成物は、本発明の効果を阻害しない範囲内において、必要に応じて、その他の添加剤をさらに含有してもよい。その他の添加剤の例としては、ｐＨ安定剤（緩衝剤）、分散媒又は溶媒、防腐剤、防カビ剤、防錆剤、キレート剤、砥粒の分散性を向上させる分散剤、砥粒の凝集体の再分散を容易にする分散助剤等が挙げられる。

　ｐＨ安定剤は、例えば、弱酸と強塩基の組み合わせの塩、又は弱酸と弱塩基の組み合わせの塩である。ｐＨ安定剤の具体例としては、炭酸カリウム等が挙げられる。
　分散媒又は溶媒は、研磨用組成物中の各成分を分散又は溶解するために使用される。分散媒又は溶媒は水であることが好ましい。他の成分の作用を阻害しないように、不純物をできる限り含有しない水を使用することがより好ましい。そのような水の具体例としては、イオン交換樹脂を使って不純物イオンを除去した後、フィルタを通して異物を除去した純水、あるいは超純水又は蒸留水が挙げられる。

　防腐剤及び防カビ剤の具体例としては、２－メチル－４－イソチアゾリン－３－オンや５－クロロ－２－メチル－４－イソチアゾリン－３－オン等のイソチアゾリン系防腐剤、パラオキシ安息香酸エステル類、フェノキシエタノール等が挙げられる。防腐剤及び防カビ剤は、一種を単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。

　次に、本実施形態の研磨方法及び基板の製造方法について説明する。
　本実施形態の研磨方法及び基板の製造方法では、上述した研磨用組成物を使用して、ポリシリコンを含む層を有する基板の表面が研磨される。この場合、ポリシリコンを良好に研磨することができる。特に、配線の多層化等に起因する段差を表面に有している基板を研磨したときに、段差を効率よく解消することができる。先に述べたとおり、研磨対象物の表面を所定の厚さだけ研磨したときに、研磨対象物表面上のある箇所における段差の研磨前と研磨後の間の差（Å）を、前記所定の厚さ（Å）で除して得られる値である段差解消効率は、それが１に近いほど、段差の領域の上側部分（凸部の上面）が選択的に研磨されることにより効率的に段差が解消されることを示す。段差解消効率は、研磨圧力１５．２ｋＰａ、定盤回転数９３ｒｐｍの研磨条件下において０．４以上が好ましく、０．５以上がより好ましい。

　本実施形態の研磨用組成物を用いることにより、ポリシリコン膜上の段差が効率よく解消される理由は不明であるが、以下のことが推測される。一般的に、弱酸性からアルカリ性のｐＨ範囲においてはポリシリコンの溶解が起こるため、段差の領域の上側部分（凸部の上面）だけでなく同領域の下側部分（凹部の底部）も除去が進むことにより、結果として段差解消効率は低くなってしまう。しかしながら、ポリシリコン膜は、研磨用組成物中の酸化剤によって酸化されることにより、弱酸性からアルカリ性のｐＨ範囲であっても溶解を受けにくくなる。これが、本実施形態の研磨用組成物を用いることにより段差解消効率が向上する理由と考えられる。

　更に、分子量１００以上である、糖類、水溶性高分子、及び界面活性剤から選ばれる少なくとも１種の化合物である段差解消助剤を添加した場合、段差解消助剤がポリシリコンの酸化した部分に水素結合や疎水性相互作用で吸着することにより、保護膜が形成される。その結果、段差の領域の下側部分（凹部の底部）が溶解を受けて除去されるのをより一層防ぐことができる。したがって、段差解消助剤を使用することで、研磨用組成物による段差解消効率はさらに向上する。

　尚、上記した段差解消のメカニズムは推測によるものであり、本発明は上記メカニズムに何ら限定されるものではない。
　上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。

　（１）上記実施形態の研磨用組成物を用いることにより、ポリシリコンを良好に研磨することができる。具体的には、上記実施形態の研磨用組成物を用いてポリシリコンを含む層を研磨した場合、高いポリシリコン除去速度を得ることができると同時に、ポリシリコンを含む層の表面にある段差を効率よく解消することができる。よって、上記実施形態の研磨用組成物は、ポリシリコンを含む層を研磨する用途、特に、そのポリシリコンを含む層の表面にある段差を研磨除去する用途において好適に使用することができる。

　（２）上記実施形態の研磨用組成物が段差解消助剤を含有する場合には、段差解消効率をさらに向上させることができる。
　なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。

　・上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って調製されてもよい。
　・上記実施形態の研磨用組成物を用いて研磨される研磨対象物は、ポリシリコンを含む層を有してさえいればよく、ポリシリコン以外からなる層をさらに有するものであってもよい。

　・上記実施形態の研磨用組成物は、酸化剤とそれ以外の研磨用組成物の成分を別々に研磨装置に供給して研磨装置内で混合させることにより調製されてもよい。酸化剤とそれ以外の研磨用組成物の成分は、研磨装置に付属の研磨用組成物供給タンク内において混合してもよい。

　・上記実施形態の研磨用組成物を用いて研磨される研磨対象物の表面は、平坦でも段差を有してもよい。段差の大きさは特に限定されず、一般的な半導体装置のパターン形成技術によって生じるのと同程度の大きさの段差であればよい。研磨用組成物は、例えば１００Å以上、さらに言えば１０００Å以上の段差を表面に有する研磨対象物の研磨に使用することができる。

　次に、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。
　実施例１～９では、砥粒にｐＨ調整剤及び水を添加し、さらに酸化剤を添加して研磨用組成物を調製した。実施例１０～２０においては、砥粒にｐＨ調整剤及び水を添加し、さらに酸化剤及び段差解消助剤又はその他の添加剤を添加して研磨用組成物を調製した。比較例１～５では、砥粒にｐＨ調整剤及び水を添加して研磨用組成物を調製した。各例の研磨用組成物中の成分の詳細、及び各例の研磨用組成物のｐＨを測定した結果を表１に示す。

　表１中、Ａは、平均一次粒子径が３０ｎｍでかつ平均二次粒子径が６２ｎｍであるコロイダルシリカ、Ｂは、平均一次粒子径が１０ｎｍでかつ平均二次粒子径が２５ｎｍであるコロイダルシリカ、Ｃは、平均一次粒子径が９０ｎｍでかつ平均二次粒子径が１８０ｎｍであるコロイダルシリカを示す。

　表１中の分子量は、段差解消助剤又はその他の添加剤が、単量体の繰り返し構造を有するポリマーの場合、質量平均分子量を示す。
　表１の“ポリシリコン膜の研磨レート”欄は、各例の研磨用組成物を用いて直径２００ｍｍのポリシリコン膜ブランケットウエハの表面を表２に示す条件で研磨したときのポリシリコン除去速度を示す。ポリシリコン除去速度の値は、大日本スクリーン製造株式会社の光干渉式膜厚測定装置“ラムダエースＶＭ－２０３０”を使用して測定される研磨前後の各基板の厚さの差を研磨時間（６０秒）で除することにより求めた。

　表１の“段差解消効率”欄は、直径２００ｍｍでかつ初期段差２０００Åのポリシリコン膜パターンウエハの表面を、各例の研磨用組成物を用いて表２に示す条件で１０００Åの厚さだけ研磨したときの段差解消効率を示す。段差解消効率の値は、初期段差と研磨後に残った段差との間の差である段差解消量（Å）を、研磨した厚さ（Å）（ここでは１０００Å）で除することにより求めた。尚、段差は原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて測定した。

　表１に示すように、実施例１～９では実用上満足できるレベルのポリシリコンの研磨速度が得られた。また、高い段差解消効率も得られた。段差解消助剤を含有する研磨用組成物を用いた実施例１０～１９においては、段差解消効率がさらに向上することが確認された。それに対し、ｐＨが６未満である研磨用組成物を用いた比較例１，２では、実用上満足できるレベルのポリシリコンの研磨速度が得られなかった。また、酸化剤を含有しない研磨用組成物を用いた比較例３～５では、段差解消効率の劣る結果となった。

Claims (10)

1. 　ポリシリコンを含む層を有する研磨対象物を研磨する用途で用いられ、砥粒及び酸化剤を含み、ｐＨが６以上であることを特徴とする研磨用組成物。
2. 　前記砥粒がコロイダルシリカであることを特徴とする請求項１に記載の研磨用組成物。
3. 　前記砥粒の平均一次粒子径が５ｎｍ～４００ｎｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の研磨用組成物。
4. 　前記酸化剤が過酸化物であることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の研磨用組成物。
5. 　さらに、分子量が１００以上である、糖類、水溶性高分子、及び界面活性剤から選ばれる少なくとも１種の化合物を含有することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の研磨用組成物。
6. 　さらに、ｐＨ調整剤としてアルカリ金属の水酸化物を含有することを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の研磨用組成物。
7. 　前記研磨対象物は、表面に段差を有することを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載の研磨用組成物。
8. 　研磨圧力１５．２ｋＰａ、定盤回転数９３ｒｐｍの研磨条件で、前記段差を有する研磨対象物の表面を研磨した際の段差解消効率が０．４以上であることを特徴とする請求項７に記載の研磨用組成物。
9. 　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、ポリシリコンを含む層を有する研磨対象物を研磨することを特徴とする研磨方法。
10. 　請求項９に記載の研磨方法によってポリシリコンを含む層を有する基板を研磨する研磨工程を含むことを特徴とする基板の製造方法。