JPH10172936A

JPH10172936A - 研磨用組成物

Info

Publication number: JPH10172936A
Application number: JP32561896A
Authority: JP
Inventors: Shiro Miura; 浦司朗三; Atsunori Kawamura; 村篤紀河; Kazumasa Tamai; 井一誠玉
Original assignee: Fujimi Inc
Current assignee: Fujimi Inc
Priority date: 1996-12-05
Filing date: 1996-12-05
Publication date: 1998-06-26

Abstract

(57)【要約】【課題】被研磨面を研磨する速度が大きく、リサイク
ル使用した場合、使用回数を重ねても被研磨面を研磨す
る速度の低下が小さく、加工プロセスを安定化すること
ができる研磨用組成物の提供。【解決手段】コロイダルシリカおよび水を含んでなる
研磨用組成物であって、その電気伝導率が３０〜５００
０μＳ／ｃｍであることを特徴とする研磨用組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体、フォトマ
スク、各種メモリーハードディスク用基盤および合成樹
脂等各種工業製品またはその部材の研磨に使用される研
磨用組成物に関し、特に半導体産業等におけるデバイス
ウェーハの表面平坦化加工に好適な研磨用組成物に関す
るものである。

【０００２】さらに詳しくは、本発明は、従来よりＣＭ
Ｐ技術（詳細後記）が適用されている層間絶縁膜である
二酸化ケイ素の研磨において高効率であり、優れた研磨
表面を形成することができる研磨用組成物に関するもの
で、特にリサイクル使用においても二酸化ケイ素膜を研
磨する速度の低下率が小さく、加工安定性が良好である
研磨用組成物に関するものである。

【０００３】

【従来の技術】近年のコンピューターを始めとする所謂
ハイテク製品の進歩は目覚ましく、これに使用される部
品、例えばＵＬＳＩ、は年々高集積化・高速化の一途を
たどっている。これに伴い、半導体装置のデザインルー
ルは年々微細化が進み、デバイス製造プロセスでの焦点
深度は浅くなり、パターン形成面に要求される平坦性は
厳しくなってきている。

【０００４】また、配線の微細化による配線抵抗の増大
に対処するため、デバイスの多層化による配線長の短縮
が行われているが、形成されたパターン表面の段差が多
層化の障害として問題化してきている。

【０００５】このような微細化および多層化を行うに当
たっては、そのプロセス中で段差を取り除くための所望
表面の平坦化を行うことが必要であり、この手法とし
て、これまではスピンオングラス、レジストエッチバッ
クおよびその他の平坦化法が用いられていた。

【０００６】しかし、これらの手法では、部分的な平坦
化は可能であるが、次世代のデバイスに要求されるグロ
ーバルプレナリゼーション（完全平坦化）を達成するこ
とは困難な状況であり、現在では機械的ないし物理的研
磨と化学的研磨とを組み合わせたメカノケミカル研磨加
工による平坦化（Chemical Mechanical Polishing、以
下「ＣＭＰ」という）が検討されるようになってきてい
る。

【０００７】このＣＭＰに限らず、半導体ウェーハの各
種の研磨においては、研磨用組成物中に金属不純物、特
にナトリウム、の混入には注意が払われている。これ
は、研磨加工後の洗浄過程において金属不純物が完全に
除去されないと、半導体としての電気特性を変動させて
しまうからである。このために研磨用組成物には高純度
であることが求められており、必然的にその原材料に対
しても高純度であることが要求されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような背景から、
半導体ウェーハの研磨用組成物に用いる研磨材として、
フュームドシリカが用いられることが多い。研磨材とし
て用いられるシリカのうち、フュームドシリカは他のシ
リカ、例えばコロイダルシリカ、に比べて高純度のもの
が得易いと同時に、研磨の対象となる二酸化ケイ素膜を
研磨する速度が大きいという特徴がある。このため、従
来のＣＭＰ加工においては、フュームドシリカおよび水
をベースに、水酸化カリウム、アンモニア、およびその
他を添加した研磨用組成物が使用されることが多かっ
た。

【０００９】しかし、ＣＭＰ加工は高コストであるとい
う問題点を有している。これはＣＭＰプロセスが複雑で
あること、それに伴い設備投資が必要であること、ＣＭ
Ｐ加工に用いられる研磨用組成物をはじめとする消耗品
が高価であること、およびその他の理由に起因してい
る。消耗品が高価である理由のひとつとして、フューム
ドシリカが高価であることが挙げられる。この点から、
より安価なコロイダルシリカを用いることが検討されて
いる。すなわち、比較的純度が低いコロイダルシリカを
イオン交換処理したり、製造法を改良することで高純度
のコロイダルシリカを得て、研磨用組成物に利用するこ
とが検討されている。

【００１０】一方、比較的高価なフュームドシリカを含
む研磨用組成物に関しても、様々な面からコストダウン
の検討がなされている。

【００１１】そのうちのひとつとしてＣＭＰ加工に用い
る研磨用組成物をリサイクル使用することが考えられて
きた。しかし、研磨用組成物をリサイクル使用した場
合、使用回数を重ねるにつれて研磨用組成物が、被研磨
面、例えば二酸化ケイ素膜、を研磨する速度が徐々に低
下してしまうために、加工プロセスが安定しない、とい
う問題点があった。

【００１２】本発明者らは、これら問題点を解決するた
めに研究を重ねた結果、コロイダルシリカおよび水を含
んでなる研磨用組成物に対して、その電気伝導率を３０
〜５０００μＳ／ｃｍとすることで、その研磨用組成物
をリサイクル使用した場合に、被研磨面、例えば二酸化
ケイ素膜、を研磨する速度の低下を抑えることができ、
加工プロセスを安定化できることを見出した。コロイダ
ルシリカを含んでなる従来の研磨用組成物は、研磨速度
を高めるためか、大量のイオン性化合物を含んでおり、
このために本発明の研磨用組成物よりも大きな電気伝導
率を有していた。これに対して、特定の電気伝導率を有
する本発明の研磨用組成物が、研磨速度を著しく損なう
ことなく、リサイクル使用した場合にも研磨速度の低下
が小さいことは驚くべきことであった。

【００１３】本発明は、ＣＭＰ加工に用いられる研磨用
組成物に従来から求められていた、被研磨面の研磨速度
が大きく、優れた研磨表面が得られ、またその他の基本
的な研磨性能を損なうことがないという性能に加え、特
にその研磨用組成物をリサイクル使用した場合、使用回
数を重ねても被研磨面を研磨する速度の低下が小さく、
加工プロセスを安定化することができる研磨用組成物を
提供することを目的とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】

［発明の概要］＜要旨＞本発明の研磨用組成物は、コロイダルシリカお
よび水を含んでなる研磨用組成物であって、その電気伝
導率が３０〜５０００μＳ／ｃｍであること、を特徴と
するものである。

【００１５】＜効果＞本発明の研磨用組成物は、被研磨
面を研磨する速度が大きく、またリサイクル使用した場
合に、従来あったような電気伝導率の高い研磨用組成物
に対して、使用回数を重ねたときの被研磨面を研磨する
速度の低下が小さくなっており、加工プロセスを安定化
することができる。

【００１６】［発明の具体的説明］＜コロイダルシリカ＞本発明の研磨用組成物には、主研
磨材としてコロイダルシリカを含んでなる。本発明でい
うコロイダルシリカは、水性コロイダルシリカまたはゲ
ルであり、これらは液中にある無定形シリカの安定な分
散体のすべてを包括する。これらのコロイダルシリカの
製造法には、湿式法、シリカゲル解膠法、イオン交換
法、有機ケイ素化合物の加水分解法、およびその他があ
るが、本発明のコロイダルシリカを製造する方法は、本
発明の効果を損なわない限り、特に限定されない。

【００１７】なお、本発明に用いるコロイダルシリカ
は、金属含有量が少ないことが好ましい。これは、製造
法により金属含有量を下げるほかに、イオン交換処理な
どにより精製することにより達成される。

【００１８】本発明で用いるコロイダルシリカは、砥粒
としてメカニカルな作用により被研磨面を研磨するもの
である。その粒子径は、ＢＥＴ法により測定した比表面
積から算出した球換算平均粒子径で、一般に５〜２００
ｎｍ、好ましくは１０〜１５０ｎｍ、である。平均粒子
径が２００ｎｍを超えると、被研磨物の表面粗さが大き
くなったり、スクラッチなどの問題が発生することがあ
り、逆に５ｎｍ未満であると研磨速度が極端に小さくな
り実用的ではない。

【００１９】本発明に用いるコロイダルシリカの含有量
は、研磨用組成物全量に対して、一般に０．０５〜５０
重量％、好ましくは０．１〜３０重量％、である。コロ
イダルシリカの含有量が余りに少ないと研磨速度が極端
に小さくなって実用的ではなく、逆に余りに多くても、
均一分散が保てなくなり、かつ組成物の粘度が過大とな
って取扱い困難となることがある。

【００２０】＜塩基性カリウム化合物＞本発明の研磨用
組成物には、塩基性カリウム化合物をさらに添加するこ
とが好ましい。使用する塩基性カリウム化合物は、ケミ
カルな作用により被研磨面の研磨を促進するものであ
る。また、この塩基性カリウム化合物は主研磨材である
フュームドシリカの分散剤としても作用する。

【００２１】使用する塩基性カリウム化合物は、本発明
の効果を損なわないものであればいかなるものを用いる
ことができる。好ましい塩基性カリウム化合物として
は、水酸化物、リン酸塩、ピロリン酸塩、亜リン酸塩、
炭酸塩、ケイ酸塩、ホウ酸塩、次亜塩素酸塩、次亜臭素
酸塩、ならびにカルボン酸塩、例えばグルコン酸塩、乳
酸塩、クエン酸塩、酒石酸塩、リンゴ酸塩、グリコール
酸塩、マロン酸塩、ギ酸塩、およびシュウ酸塩、が挙げ
られ、弱酸の塩であることが好ましい。

【００２２】研磨用組成物中の塩基性カリウム化合物の
含有量は、もし使用するのであれば、研磨用組成物の全
量に対して、１．５重量％以下であることが好ましい。
塩基性カリウム化合物の含有量が余りに多いと、リサイ
クル使用する場合に、初期の二酸化ケイ素膜を研磨する
速度はやや大きくなる傾向にあるが、使用回数を重ねた
場合に研磨する速度の低下が大きくなる。

【００２３】＜研磨用組成物＞本発明の研磨用組成物
は、一般に上記の各成分、すなわちコロイダルシリカ、
および必要に応じて塩基性カリウム化合物を所望の含有
率で水に混合し、分散または溶解させることにより調製
される。前記の各成分、または必要に応じて添加する各
種添加剤（詳細後記）を分散または溶解させる順序は特
に限定されず、例えば、コロイダルシリカを分散させた
ものに塩基性カリウム化合物を溶解させてもよいし、塩
基性カリウム化合物が溶解した水溶液にコロイダルシリ
カを分散させてもよい。さらには、水にコロイダルシリ
カおよび塩基性カリウム化合物を同時に混合して、分散
および／または溶解を同時に行ってもよい。さらに、本
発明の研磨用組成物は塩基性カリウム化合物を含んでな
るが、研磨用組成物中で塩基性カリウム化合物を得ても
よい。すなわち、中性または酸性のカリウム塩、例えば
塩化カリウムや硝酸カリウムなど、と、塩基性化合物、
例えば水酸化ナトリウム、とを併用し、研磨用組成物中
で塩基性カリウム化合物を加えたのと同等の状態を作り
出すことも可能である。しかし、この方法では後述する
電気伝導率が大きくなりすぎたり、余分なイオンが存在
することになって不純物の問題も発生するので、塩基性
カリウム化合物を直接使用することが普通である。

【００２４】また、上記の研磨用組成物の調製に際して
は、製品の品質保持や安定化を図る目的や、被加工物の
種類、加工条件およびその他の研磨加工上の必要に応じ
て、各種の公知の添加剤をさらに加えてもよい。

【００２５】すなわち、さらに加える添加剤の好適な例
としては、（イ）コロイダルシリカ以外の二酸化ケイ素
類、例えばフュームドシリカ、プレシピテイテッドシリ
カ、およびその他、（ロ）セルロース類、例えばセルロ
ース、カルボキシメチルセルロース、およびヒドロキシ
エチルセルロース、（ハ）水溶性アルコール類、例えば
エタノール、プロパノール、およびエチレングリコー
ル、（ニ）界面活性剤、例えばアルキルベンゼンスルホ
ン酸ソーダおよびナフタリンスルホン酸のホルマリン縮
合物、（ホ）有機ポリアニオン系物質、例えばリグニン
スルホン酸塩、およびポリアクリル酸塩、（ヘ）無機塩
類、例えば硫酸アンモニウム、塩化マグネシウム、酢酸
カリウム、および硝酸アルミニウム、（ト）水溶性高分
子（乳化剤）類、例えばポリビニルアルコール、（チ）
酸化アルミニウム類、例えばアルミナゾル、およびフュ
ームドアルミナ、（リ）酸化ジルコニウム類、例えばフ
ュームドジルコニア、（ヌ）酸化チタニウム類、、例え
ばフュームドチタニア、およびその他、が挙げられる。

【００２６】本発明の研磨用組成物は、上記のようにし
て調製されるものであるが、その電気伝導率は３０〜５
０００μＳ／ｃｍ、好ましくは５０〜４０００μＳ／ｃ
ｍ、である。電気伝導率が、３０μＳ／ｃｍ未満である
と、その研磨用組成物は十分な研磨速度を得ることが困
難であり、また５０００μＳ／ｃｍを超えると、研磨用
組成物リサイクル使用したときに、使用回数が重なった
ときの研磨速度の低下が大きくなる。また、本発明の研
磨用組成物は塩基性化合物を安定に含むために、ｐＨが
７以上であることがふつうである。

【００２７】また、本発明の研磨用組成物は、比較的高
濃度の原液として調製して貯蔵または輸送などをし、実
際の研磨加工時に希釈して使用することもできる。前述
の好ましい濃度範囲は、実際の研磨加工時のものとして
記載したのであり、このような使用方法をとる場合、貯
蔵または輸送などをされる状態においてはより高濃度の
溶液となることは言うまでもない。

【００２８】上述のようにして調製された本発明の研磨
用組成物は、優れた研磨面が得られることより、半導体
デバイス、フォトマスク、各種メモリーハードディスク
用基盤、合成樹脂およびその他の研磨に使用可能である
が、本発明の研磨用組成物をリサイクル使用した場合、
使用回数を重ねても二酸化ケイ素膜を研磨する速度の低
下が抑えられており、加工の安定性が良好であることか
ら、半導体産業におけるデバイスウェーハのＣＭＰ加工
技術において好適である。

【００２９】以下は、本発明の研磨用組成物を例を用い
て具体的に説明するものである。なお、本発明は、その
要旨を超えない限り、以下に説明する諸例の構成に限定
されない。

【００３０】

【発明の実施の形態】

＜研磨用組成物の内容および調製＞まず、研磨材である
コロイダルシリカを撹拌機を用いて水に分散させて、研
磨材濃度２０重量％のスラリーを調製した。次いでこの
スラリーに塩基性カリウム化合物を表１に記載した割合
で添加混合して、実施例１〜４および比較例１〜３の試
料を調製した。なお、実施例４の試料には塩基性カリウ
ム化合物は添加しなかった。

【００３１】＜電気伝導率測定＞実施例１〜４および比
較例１〜３のそれぞれの試料について、組成物調製後、
同一条件にて電気伝導率を測定した。得られた結果は表
１に示したとおりである。

【００３２】＜研磨試験＞次に、実施例１〜４および比
較例１〜３の試料による研磨試験を行った。被加工物と
しては、熱酸化法により二酸化ケイ素膜を成膜した６イ
ンチ・シリコンウェーハ（外径約１５０ｍｍ）の基盤を
使用し、それぞれ二酸化ケイ素膜の膜付き面を研磨し
た。

【００３３】研磨および研磨用組成物のリサイクルは以
下の方法で行った。まず、二酸化ケイ素膜付きウェーハ
を研磨機に装填して下記の条件にて３分間研磨した。引
き続いてウェーハを研磨機から取り出した後、研磨パッ
ドをドレッシング器材を使用して純水にて１分間洗浄し
た。一方、研磨に使用した研磨用組成物を回収し、ポン
プを使用して目開き１０μｍのフィルターと目開き５μ
ｍのフィルターで順次濾過し、次の研磨に使用した。上
記の一連の作業を１セットし、これを６セット繰り返し
た。

【００３４】研磨条件研磨機片面研磨機（定盤径５７０ｍｍ）研磨機定盤ポリウレタン製の積層研磨パッド（Ｒｏ
ｄｅｌ社（米国）製ＩＣ一１０００／Ｓｕｂａ４００）加工圧力４９０ｇ／ｃｍ² 定盤回転数３５ｒｐｍ研磨剤供給量１５０ｃｃ／分

【００３５】研磨後、ウェーハを順次洗浄、乾燥した
後、研磨によるウェーハの膜厚減をそれぞれのウェーハ
あたり６０点測定することにより、研磨速度を求めた。
また、６セット目の研磨速度を１セット目のそれで除す
ることにより、二酸化ケイ素膜を研磨する速度の低下率
を求めた。得られた結果は表１に示すとおりであった。

【００３６】表１電気速度添加伝導研磨速度[nm/分] 維持塩基性カリウム量率率化合物の種類 [g/l] [μS 1st 2nd 3rd 4th 5th 6th [%] /cm] 実施例１水酸化カリウム 10 2050 112 113 114 113 113 112 100.0 実施例２ピロリン酸カリウム 4.5 4000 87 87 86 86 86 86 97.7 実施例３炭酸カリウム 6 4000 88 87 87 86 86 86 97.7 実施例４（なし） 0 80 70 70 70 70 70 70 100.0 比較例１水酸化カリウム 20 7000 115 115 112 110 108 105 91.3 比較例２ピロリン酸カリウム 20 14000 89 87 86 83 83 81 91.0比較例３炭酸カリウム 20 12500 90 89 87 85 83 82 91.1

【００３７】表１の結果より、本発明の研磨用組成物
は、従来あったような電気伝導率の高い研磨用組成物に
比較して研磨速度はほとんど損なわれておらず、さらに
リサイクル使用された場合にも、電気伝導率の高い研磨
用組成物に比べて研磨速度の低下が小さくなっており、
安定した研磨速度が得られることがわかる。

【００３８】また、これらの試験に用いたいずれのウェ
ーハにも、スクラッチなどの表面欠陥は発生しておら
ず、研磨表面の状態には特に問題は見出されなかった。

【００３９】

【発明の効果】本発明の研磨用組成物は、リサイクル使
用した場合、使用回数を重ねても研磨速度の低下が小さ
く、リサイクル初期の高い研磨速度を安定に維持するこ
とが可能であり、加工プロセスを安定化できることは
［発明の概要］の項に前記したとおりである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＧ１１Ｂ 5/84 Ｇ１１Ｂ 5/84 Ａ (72)発明者玉井一誠愛知県西春日井郡西枇杷島町地領二丁目１番地の１株式会社フジミインコーポレーテッド内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コロイダルシリカおよび水を含んでなる研
磨用組成物であって、その電気伝導率が３０〜５０００
μＳ／ｃｍであることを特徴とする研磨用組成物。
【請求項２】塩基性カリウム化合物をさらに含んでな
る、請求項１に記載の研磨用組成物。
【請求項３】塩基性カリウム化合物が、弱酸のカリウム
塩である、請求項２に記載の研磨用組成物。
【請求項４】塩基性カリウム化合物が、水酸化物、リン
酸塩、ピロリン酸塩、亜リン酸塩、炭酸塩、ケイ酸塩、
ホウ酸塩、次亜塩素酸塩、次亜臭素酸塩、およびカルボ
ン酸塩からなる群から選ばれる、請求項２または３のい
ずれか１項に記載の研磨用組成物。
【請求項５】塩基性カリウム化合物の含有量が、研磨用
組成物の全量を基準にして１．５重量％以下である、請
求項２〜４のいずれか１項に記載の研磨用組成物。
【請求項６】コロイダルシリカの一次粒子径が５〜２０
０ｎｍである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の研
磨用組成物。