JP2007234784A - 研磨用組成物 - Google Patents
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Abstract
【課題】ポリシリコン膜及び窒化ケイ素膜を研磨する用途において好適に使用可能な研磨用組成物を提供する。
【解決手段】本発明の研磨用組成物は、シリカ砥粒とヨウ素化合物を含有する。研磨用組成物中でのシリカ砥粒のゼータ電位は負の値を示す。シリカ砥粒の平均一次粒子径は３０ｎｍ以下であり、研磨用組成物のｐＨは４以下である。
【選択図】なし
【解決手段】本発明の研磨用組成物は、シリカ砥粒とヨウ素化合物を含有する。研磨用組成物中でのシリカ砥粒のゼータ電位は負の値を示す。シリカ砥粒の平均一次粒子径は３０ｎｍ以下であり、研磨用組成物のｐＨは４以下である。
【選択図】なし
Description
本発明は、例えば、半導体装置の製造時にポリシリコン膜及び窒化ケイ素膜を研磨する用途に使用される研磨用組成物に関する。
半導体装置の製造の現場では近年、ポリシリコン膜と窒化ケイ素膜を同時に研磨する必要に迫られている。しかしながら、ポリシリコン膜と窒化ケイ素膜の両方を二酸化ケイ素膜に比べて十分に高い研磨速度で研磨することができる研磨用組成物はこれまで知られていない。
従来、窒化ケイ素膜の研磨にはｐＨが酸性の研磨用組成物が使用されている。例えば特許文献１には、リン酸、硝酸又はフッ酸を添加することによりｐＨが１〜５に設定された研磨用組成物が開示されている。一方、ポリシリコン膜の研磨にはｐＨがアルカリ性の研磨用組成物が使用されている（例えば特許文献２参照）
特開２００４−２１４６６７号公報
特開平７−２４９６００号公報
本発明の目的は、ポリシリコン膜及び窒化ケイ素膜を研磨する用途において好適に使用可能な研磨用組成物を提供することにある。
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、シリカ砥粒とヨウ素化合物を含有し、研磨用組成物中での前記シリカ砥粒のゼータ電位は負の値を示し、前記シリカ砥粒の平均一次粒子径は３０ｎｍ以下であり、研磨用組成物のｐＨは４以下である研磨用組成物研磨用組成物を提供する。
請求項２に記載の発明は、前記シリカ砥粒が、アルミニウム粒子を表面に担持してなる請求項１に記載の研磨用組成物を提供する。
請求項３に記載の発明は、前記ヨウ素化合物が過ヨウ素酸である請求項１又は２に記載の研磨用組成物を提供する。
請求項３に記載の発明は、前記ヨウ素化合物が過ヨウ素酸である請求項１又は２に記載の研磨用組成物を提供する。
請求項４に記載の発明は、研磨用組成物中の前記シリカ砥粒の含有量が８質量％以下である請求項１〜３のいずれか一項に記載の研磨用組成物を提供する。
請求項５に記載の発明は、ポリシリコン膜及び窒化ケイ素膜を研磨する用途に使用される請求項１〜４のいずれか一項に記載の研磨用組成物を提供する。
請求項５に記載の発明は、ポリシリコン膜及び窒化ケイ素膜を研磨する用途に使用される請求項１〜４のいずれか一項に記載の研磨用組成物を提供する。
本発明によれば、ポリシリコン膜及び窒化ケイ素膜を研磨する用途において好適に使用可能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、シリカ砥粒とヨウ素化合物と水を混合して得られるものであり、シリカ砥粒、ヨウ素化合物及び水を含有し、ｐＨは４以下である。この研磨用組成物は、例えば、ポリシリコン膜及び窒化ケイ素膜を研磨する用途に使用される。
本実施形態の研磨用組成物は、シリカ砥粒とヨウ素化合物と水を混合して得られるものであり、シリカ砥粒、ヨウ素化合物及び水を含有し、ｐＨは４以下である。この研磨用組成物は、例えば、ポリシリコン膜及び窒化ケイ素膜を研磨する用途に使用される。
研磨用組成物中のシリカ砥粒は、研磨対象物を機械的に研磨する役割を担う。
研磨用組成物に含まれるシリカ砥粒は、コロイダルシリカ、フュームドシリカ及び焼成粉砕シリカのいずれであってもよいが、その中でも好ましくはコロイダルシリカである。研磨用組成物に含まれるシリカ砥粒がコロイダルシリカである場合には、研磨用組成物を用いて研磨対象物を研磨したときに研磨対象物に発生する表面欠陥が減少する。
研磨用組成物に含まれるシリカ砥粒は、コロイダルシリカ、フュームドシリカ及び焼成粉砕シリカのいずれであってもよいが、その中でも好ましくはコロイダルシリカである。研磨用組成物に含まれるシリカ砥粒がコロイダルシリカである場合には、研磨用組成物を用いて研磨対象物を研磨したときに研磨対象物に発生する表面欠陥が減少する。
研磨用組成物に含まれるシリカ砥粒の平均一次粒子径が３ｎｍ未満の場合、さらに言えば４ｎｍ未満の場合、もっと言えば５ｎｍ未満の場合には、研磨用組成物による研磨速度が実用に不足する虞がある。従って、実用に足る研磨速度を得るためには、研磨用組成物に含まれるシリカ砥粒の平均一次粒子径は３ｎｍ以上であることが好ましく、より好ましくは４ｎｍ以上、最も好ましくは５ｎｍ以上である。
一方、ポリシリコン膜及び窒化ケイ素膜を研磨する用途に適する研磨用組成物を得るためには、研磨用組成物に含まれるシリカ砥粒の平均一次粒子径は３０ｎｍ以下であることが必須である。というのは、３０ｎｍを超える場合には、ポリシリコン膜の研磨速度が低くなるからである。ただし、研磨用組成物に含まれるシリカ砥粒の平均一次粒子径が２５ｎｍを超える場合、さらに言えば２０ｎｍを超える場合には、たとえ３０ｎｍ以下であっても、ポリシリコン膜の研磨速度がやや低くなる傾向がある。従って、研磨用組成物に含まれるシリカ砥粒の平均一次粒子径は２５ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは２０ｎｍ以下である。なお、シリカ砥粒の平均一次粒子径は、ＢＥＴ法で測定されるシリカ砥粒の比表面積と、シリカ砥粒の粒子密度とに基づいて算出されるものである。
研磨用組成物中のシリカ砥粒の含有量が０．１質量％未満の場合、さらに言えば０．３質量％未満の場合、もっと言えば０．５質量％未満の場合には、研磨用組成物による研磨速度が実用に不足する虞がある。従って、実用に足る研磨速度を得るためには、研磨用組成物中のシリカ砥粒の含有量は０．１質量％以上であることが好ましく、より好ましくは０．３質量％以上、最も好ましくは０．５質量％以上である。
一方、研磨用組成物中のシリカ砥粒の含有量が１５質量％を超える場合、さらに言えば１０質量％を超える場合、もっと言えば８質量％を超える場合には、ポリシリコン膜及び窒化ケイ素膜の研磨速度に比べて二酸化ケイ素膜の研磨速度が大きく上昇する虞がある。二酸化ケイ素膜の研磨速度が高い研磨用組成物は、半導体装置の製造時にポリシリコン膜及び窒化ケイ素膜を研磨する用途には不適である。従って、研磨用組成物中のシリカ砥粒の含有量は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、最も好ましくは８質量％以下である。
半導体装置の製造時にポリシリコン膜及び窒化ケイ素膜を研磨する用途に適する研磨用組成物を得るためには、研磨用組成物中でのシリカ砥粒のゼータ電位は負の値を示すことが必須である。というのは、ゼータ電位がゼロ又は正の値を示す場合には、窒化ケイ素膜の研磨速度が低くなったり、ポリシリコン膜及び窒化ケイ素膜の研磨速度よりも二酸化ケイ素膜の研磨速度が高くなったりするからである。ただし、研磨用組成物中でのシリカ砥粒のゼータ電位が−１０ｍＶよりも高い場合、さらに言えば−１５ｍＶよりも高い場合には、たとえ負の値であっても、窒化ケイ素膜の研磨速度がやや低くなる傾向や二酸化ケイ素膜の研磨速度がやや高くなる傾向がある。従って、研磨用組成物中でのシリカ砥粒のゼータ電位は−１０ｍＶ以下であることが好ましく、より好ましくは−１５ｍＶ以下である。
ｐＨが４以下である本実施形態の研磨用組成物中でのシリカ砥粒のゼータ電位を負の値とするために、本実施形態ではシリカ砥粒の表面にアルミニウム粒子を担持させている。当然ながらアルミニウム粒子の粒子径はシリカ砥粒の粒子径よりも小さい。
研磨用組成物中のヨウ素化合物は、研磨用組成物によるポリシリコン膜の研磨速度を向上する働きを有する。
研磨用組成物に含まれるヨウ素化合物は、オルト過ヨウ素酸（Ｈ５ＩＯ６）、メタ過ヨウ素酸（ＨＩＯ４）、メソ過ヨウ素酸（Ｈ３ＩＯ５）、２オルト過ヨウ素酸（Ｈ８Ｉ２Ｏ１１）及び２メソ過ヨウ素酸（Ｈ４Ｉ２Ｏ９）のいずれであってもよいが、その中でも好ましくはオルト過ヨウ素酸である。オルト過ヨウ素酸は入手が比較的容易であるうえに、研磨用組成物に含まれるヨウ素化合物がオルト過ヨウ素酸である場合には安定な研磨用組成物が得られやすい。
研磨用組成物に含まれるヨウ素化合物は、オルト過ヨウ素酸（Ｈ５ＩＯ６）、メタ過ヨウ素酸（ＨＩＯ４）、メソ過ヨウ素酸（Ｈ３ＩＯ５）、２オルト過ヨウ素酸（Ｈ８Ｉ２Ｏ１１）及び２メソ過ヨウ素酸（Ｈ４Ｉ２Ｏ９）のいずれであってもよいが、その中でも好ましくはオルト過ヨウ素酸である。オルト過ヨウ素酸は入手が比較的容易であるうえに、研磨用組成物に含まれるヨウ素化合物がオルト過ヨウ素酸である場合には安定な研磨用組成物が得られやすい。
ポリシリコン膜及び窒化ケイ素膜を研磨する用途に適する研磨用組成物を得るためには、研磨用組成物中のヨウ素化合物の含有量は、研磨用組成物のｐＨが４以下となる量であることが必須である。研磨用組成物のｐＨが４となる量よりも研磨用組成物中のヨウ素化合物の含有量が少ない場合、すなわち、研磨用組成物のｐＨが４を超える場合には、ポリシリコン膜の研磨速度が低くなる。ただし、研磨用組成物のｐＨが３を超える場合、さらに言えば２．５を超える場合には、たとえ４以下であっても、ポリシリコン膜の研磨速度がやや低下する虞がある。従って、研磨用組成物のｐＨは３以下であることが好ましく、より好ましくは２．５以下である。すなわち、研磨用組成物中のヨウ素化合物の含有量は、研磨用組成物のｐＨが３以下となる量であることが好ましく、より好ましくは研磨用組成物のｐＨが２．５以下となる量である。
一方、研磨用組成物のｐＨが１未満の場合、さらに言えば研磨用組成物のｐＨが１．５未満の場合には、研磨用組成物中でのシリカ砥粒のゼータ電位が高くなり、その結果、窒化ケイ素膜の研磨速度が低くなったり、二酸化ケイ素膜の研磨速度が高くなったりする虞がある。従って、研磨用組成物のｐＨは１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。すなわち、研磨用組成物中のヨウ素化合物の含有量は、研磨用組成物のｐＨが１以上となる量であることが好ましく、より好ましくは研磨用組成物のｐＨが１．５以上となる量である。
本実施形態によれば以下の利点が得られる。
・ 研磨用組成物中でのシリカ砥粒のゼータ電位が負の値を示すため、本実施形態の研磨用組成物は二酸化ケイ素膜に比べて十分に高い研磨速度で窒化ケイ素膜を研磨する能力を有する。また、研磨用組成物中のヨウ素化合物の含有量が研磨用組成物のｐＨが４以下となる量であるため、本実施形態の研磨用組成物は二酸化ケイ素膜に比べて十分に高い研磨速度でポリシリコン膜を研磨する能力を有する。従って、本実施形態の研磨用組成物は、ポリシリコン膜及び窒化ケイ素膜を研磨する用途に適する。
・ 研磨用組成物中でのシリカ砥粒のゼータ電位が負の値を示すため、本実施形態の研磨用組成物は二酸化ケイ素膜に比べて十分に高い研磨速度で窒化ケイ素膜を研磨する能力を有する。また、研磨用組成物中のヨウ素化合物の含有量が研磨用組成物のｐＨが４以下となる量であるため、本実施形態の研磨用組成物は二酸化ケイ素膜に比べて十分に高い研磨速度でポリシリコン膜を研磨する能力を有する。従って、本実施形態の研磨用組成物は、ポリシリコン膜及び窒化ケイ素膜を研磨する用途に適する。
・ 本実施形態では、ヨウ素化合物を添加することにより研磨用組成物のｐＨを４以下に設定している。ヨウ素化合物の代わりに、ヨウ素化合物と構造の類似する塩素化合物（例えば過塩素酸）を使用しても研磨用組成物のｐＨを４以下に設定することは可能であるが、その場合、ポリシリコン膜の研磨速度が低くなり、ポリシリコン膜及び窒化ケイ素膜を研磨する用途に適する研磨用組成物を得ることはできない。同様に、ヨウ素化合物の代わりにリン酸や硝酸、酢酸などの酸を使用した場合も、ポリシリコン膜の研磨速度が低くなり、ポリシリコン膜及び窒化ケイ素膜を研磨する用途に適する研磨用組成物を得ることはできない。それに対し、ヨウ素化合物を使用して研磨用組成物のｐＨを４以下に設定した場合には、ポリシリコン膜の研磨速度が高くなり、ポリシリコン膜及び窒化ケイ素膜を研磨する用途に適する研磨用組成物を得ることができる。
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には必要に応じてキレート剤、水溶性高分子、界面活性剤、防腐剤、防黴剤、防錆剤等を添加してもよい。
・ 前記実施形態の研磨用組成物には必要に応じてキレート剤、水溶性高分子、界面活性剤、防腐剤、防黴剤、防錆剤等を添加してもよい。
・ 前記実施形態の研磨用組成物は、ポリシリコン膜及び窒化ケイ素膜以外の研磨対象物を研磨する用途で使用されてもよい。
・ 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って調製されてもよい。原液は研磨用組成物に比べて体積が小さいので貯蔵や輸送に有利である。
・ 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って調製されてもよい。原液は研磨用組成物に比べて体積が小さいので貯蔵や輸送に有利である。
次に、本発明の実施例及び比較例を説明する。
水に砥粒を必要に応じて混合し、さらにｐＨが所望の値となるようにヨウ素化合物又はそれに代わる化合物を必要に応じて混合することにより実施例１〜６及び比較例１〜１７の研磨用組成物を調製した。研磨用組成物中の砥粒及びヨウ素化合物又はそれに代わる化合物の詳細、研磨用組成物のｐＨ並びに研磨用組成物中での砥粒のゼータ電位は表１に示すとおりである。なお、ゼータ電位の測定には、Dispersion Technology社の超音波方式粒度分布・ゼータ電位測定装置ＤＴ−１２００を使用した。
水に砥粒を必要に応じて混合し、さらにｐＨが所望の値となるようにヨウ素化合物又はそれに代わる化合物を必要に応じて混合することにより実施例１〜６及び比較例１〜１７の研磨用組成物を調製した。研磨用組成物中の砥粒及びヨウ素化合物又はそれに代わる化合物の詳細、研磨用組成物のｐＨ並びに研磨用組成物中での砥粒のゼータ電位は表１に示すとおりである。なお、ゼータ電位の測定には、Dispersion Technology社の超音波方式粒度分布・ゼータ電位測定装置ＤＴ−１２００を使用した。
表１中、“ＳｉＯ２（１２）”は平均一次粒子径が１２ｎｍのコロイダルシリカを表し、“ＳｉＯ２（８）”は平均一次粒子径が８ｎｍのコロイダルシリカを表し、“ＳｉＯ２（１２）＊”はアルミニウム粒子が表面に担持された平均一次粒子径が１２ｎｍのコロイダルシリカを表し、“ＳｉＯ２（３４）＊”はアルミニウム粒子が表面に担持された平均一次粒子径が３４ｎｍのコロイダルシリカを表し、“Ａｌ２Ｏ３（２５）”は平均一次粒子径が２５ｎｍのアルミナゾルを表し、“Ａｌ２Ｏ３（９０）”は平均一次粒子径が９０ｎｍのアルミナゾルを表し、“Ｈ５ＩＯ６”はオルト過ヨウ素酸を表し、“ＮＨ３”はアンモニアを表し、“Ｈ３ＰＯ４”はリン酸を表し、“Ｈ５ＣｌＯ６”はオルト過塩素酸を表し、“ＨＮＯ３”は硝酸を表し、Ｈ２ＳＯ４は硫酸を表す。
実施例１〜６及び比較例１〜１７の各研磨用組成物を用いて、ポリシリコン膜付き基板、窒化ケイ素膜付き基板及び二酸化ケイ素膜（ＴＥＯＳ膜）付き基板を表２に示す条件で研磨した。各基板のサイズは縦３２ｍｍ×横３２ｍｍである。
表１の“研磨速度”欄には、研磨前後の各基板の厚さの差を研磨時間で除することにより求められるポリシリコン膜の研磨速度、窒化ケイ素膜の研磨速度及び二酸化ケイ素膜の研磨速度を示す。基板の厚さの測定には、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を使用した。
表１の“選択比”欄には、二酸化ケイ素膜の研磨速度に対するポリシリコン膜の研磨速度の比率及び二酸化ケイ素膜の研磨速度に対する窒化ケイ素膜の研磨速度の比率を示す。
前記実施形態より把握できる技術的思想について以下に記載する。
・ 請求項１〜５のいずれか一項に記載の研磨用組成物を用いて、ポリシリコン膜及び窒化ケイ素膜を同時に研磨することを特徴とする研磨方法。これによれば、ポリシリコン膜及び窒化ケイ素膜を好適に研磨することができる。
・ 請求項１〜５のいずれか一項に記載の研磨用組成物を用いて、ポリシリコン膜及び窒化ケイ素膜を同時に研磨することを特徴とする研磨方法。これによれば、ポリシリコン膜及び窒化ケイ素膜を好適に研磨することができる。
Claims (5)
- シリカ砥粒とヨウ素化合物を含有する研磨用組成物であって、
研磨用組成物中での前記シリカ砥粒のゼータ電位は負の値を示し、前記シリカ砥粒の平均一次粒子径は３０ｎｍ以下であり、研磨用組成物のｐＨは４以下であることを特徴とする研磨用組成物。 - 前記シリカ砥粒が、アルミニウム粒子を表面に担持してなることを特徴とする請求項１に記載の研磨用組成物。
- 前記ヨウ素化合物が過ヨウ素酸であることを特徴とする請求項１又は２に記載の研磨用組成物。
- 研磨用組成物中の前記シリカ砥粒の含有量が８質量％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の研磨用組成物。
- ポリシリコン膜及び窒化ケイ素膜を研磨する用途に使用されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の研磨用組成物。
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