(57)【要約】【課題】ウェハの粗研磨に用いられる研磨組成物を提供する。【解決手段】（Ａ）平均粒径が５〜１５０ｎｍである研磨粒子と、（Ｂ）ｐＫａ値が９〜１０であり、且つ含有量が前記研磨粒子に対して７〜２８ｗｔ％であるｐＨ安定剤と、（Ｃ）研磨促進剤と、（Ｄ）水とを含む、ウェハの粗研磨に用いられる研磨組成物を提供する。本発明に係る研磨組成物は、研磨粒子と研磨プロセスにおける副生成物のゲル化を効果的に低減し、研磨速度を向上すると同時に研磨品質の安定性を維持し、研磨パッドの性能及び寿命を向上することができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）平均粒径が５〜１５０ｎｍである研磨粒子と、
（Ｂ）ｐＫａ値が９〜１０であり、且つ含有量が前記研磨粒子に対して７〜  ２８ｗｔ％であるｐＨ安定剤と、
（Ｃ）研磨促進剤と、
（Ｄ）水と
を含む、ウェハの粗研磨に用いられる研磨組成物。
【請求項２】
前記研磨粒子は、二酸化シリコン、アルミナ、二酸化チタン、二酸化セリウム及び二酸化ジルコニウムからなる群より選択される一種又は複数種である請求項１に記載のウェハの粗研磨に用いられる研磨組成物。
【請求項３】
前記ｐＨ安定剤は、ｐＫａ値が９〜１０であるアルカノールアミン、無機酸及び有機酸からなる群より選択される一種又は複数種である請求項１に記載のウェハの粗研磨に用いられる研磨組成物。
【請求項４】
前記ｐＨ安定剤のアルカノールアミンは、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン及びトリエタノールアミンからなる群より選択される一種又は複数種である請求項３に記載のウェハの粗研磨に用いられる研磨組成物。
【請求項５】
前記ｐＨ安定剤の無機酸は、硼酸である請求項３に記載のウェハの粗研磨に用いられる研磨組成物。
【請求項６】
前記研磨促進剤は、ピペラジン、ピペラジン塩、水酸化テトラメチルアンモニウム及び水酸化テトラメチルアンモニウム塩からなる群より選択される一種又は複数種であり、その含有量が前記研磨粒子に対して１１〜３５ｗｔ％である請求項１に記載のウェハの粗研磨に用いられる研磨組成物。
【請求項７】
含有量が前記研磨粒子に対して５．９〜２０ｗｔ％であるキレート化剤をさらに含む請求項１に記載のウェハの粗研磨に用いられる研磨組成物。
【請求項８】
含有量が前記研磨粒子に対して０．１６〜０．１８ｗｔ％である界面活性剤をさらに含む請求項１に記載のウェハの粗研磨に用いられる研磨組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェハの粗研磨に用いられる研磨組成物に関し、特に研磨速度の低下を低減するためのウェハの粗研磨に用いられる研磨組成物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体工業においては、集積回路デバイスを製造するために、シリコンウェハ基材の表面を平滑に処理する必要がある。一般的には、シリコンウェハ表面を平坦化するための研磨方法としては、ウェハを研磨パッドが設けられた回転研磨機に搭載し、ウェハ表面にサブミクロン粒子を含む研磨スラリーを加えることにより、平坦化の効果を図るものがある。
【０００３】
化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、ＣＭＰ）工程は、シリコンウェハ製造の最終工程であり、ウェハ表面の微細粗さを低減することでウェハ表面を平坦化したり、表面の物理的欠陥、例えば微細スクラッチ及び凹みを除去するためのものである。ウェハ研磨が終了した後、それらのウェハは、表面欠陥が低減された鏡面を有するようになる。ウェハ研磨に用いられるＣＭＰ工程は、通常、２つ又はそれ以上のステップで行う。ウェハの粗研磨工程は、ウェハ表面の深いスクラッチを除去するため、高速研磨を必要とする研磨工程である。しかしながら、研磨時に生じた副生成物によって、例えば二酸化シリコンのような研磨粒子は懸濁能力が失われてしまい、瞬間的にゲル化して研磨パッド表面に付着することで、研磨能力の低下が引き起こされ、特に研磨速度が加速された場合には、上述した問題がさらに深刻となる。
【０００４】
また、特許文献１には、ＥＤＴＡ又はレモン酸を使用して研磨溶液の黄変を低減する、研磨バリア層に用いられる研磨溶液が開示されている。また、特許文献２には、研磨パッドの鈍化又はグレージング（ｇｌａｚｉｎｇ）を低減する、非イオン性界面活性剤を含有する研磨溶液が開示されている。しかしながら、当該研磨溶液は、ウェハの粗研磨ではなく、アルミニウム又はアルミニウム合金の平坦化に用いられるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７２５３１１１号明細書
【特許文献２】米国特許第６５０９２６９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、研磨パッドの研磨速度の低下を低減し、研磨の品質を維持するとともに研磨パッドの寿命を向上することが可能な、ウェハの粗研磨に用いられる研磨組成物を如何にして開発するかが、現在解決すべき極めて重要な課題となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明は、（Ａ）平均粒径が５〜１５０ｎｍである研磨粒子と、（Ｂ）ｐＫａ値が９〜１０であり、且つ含有量が前記研磨粒子に対して７〜２８ｗｔ％であるｐＨ安定剤と、（Ｃ）研磨促進剤と、（Ｄ）水とを含む、ウェハの粗研磨に用いられる研磨組成物を提供する。
【０００８】
本発明において、研磨粒子は、二酸化シリコン、アルミナ、二酸化チタン、二酸化セリウム及び二酸化ジルコニウムからなる群より選択される一種又は複数種である。また、本発明は平均粒径の分布が比較的に小さい研磨粒子を使用することで、研磨速度の向上に有利になる。
【０００９】
本発明のウェハの粗研磨に用いられる研磨組成物において、前記ｐＨ安定剤は、アルカノールアミン、無機酸及び有機酸からなる群より選択される一種又は複数種であってもよい。前記アルカノールアミンは、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンからなる群より選択される一種又は複数種であってもよい。また、前記無機酸は、硼酸であってもよい。
【００１０】
また、研磨速度を向上するために、本発明のウェハの粗研磨に用いられる研磨組成物は研磨促進剤を含むが、前記研磨促進剤は、ピペラジン、ピペラジン塩、水酸化テトラメチルアンモニウム及び水酸化テトラメチルアンモニウム塩からなる群より選択される一種又は複数種であってもよく、且つ前記研磨促進剤の含有量は、前記研磨粒子に対して１１〜３５ｗｔ％である。また、本発明のウェハの粗研磨に用いられる研磨組成物はｐＨ調整剤をさらに含んでもよく、前記ｐＨ調整剤は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、硫酸、塩化水素酸又はリン酸から選択され、必要に応じて添加されるｐＨ調整剤によって、主として研磨組成物のｐＨ値が約１０に調整される。
【００１１】
また、本発明のウェハの粗研磨に用いられる研磨組成物は、他の態様において、含有量が前記研磨粒子に対して５．９〜２０ｗｔ％であるキレート化剤と、含有量が前記研磨粒子に対して０．１６〜０．１８ｗｔ％である界面活性剤とを、それぞれさらに含んでもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る研磨組成物は、ウェハの粗研磨に用いられ、研磨粒子と研磨プロセスにおける副生成物とがゲル化して研磨パッドに付着することを効果的に低減し、研磨速度を向上すると同時に研磨品質の安定性を維持し、研磨パッドの変色を抑制し、研磨パッドの性能及び寿命を向上することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、具体的な実施例を用いて本発明の実施形態を説明する。この技術分野に精通した者は、本明細書の記載内容によって簡単に本発明の利点や効果を理解できる。本発明は、その他の異なる実施例によって施行又は応用を加えることが可能であり、本明細書の記載内容も、異なる観点や応用に基づき、本発明の主旨を逸脱しない範囲で様々な修正や変更が可能である。
【００１４】
本発明は、（Ａ）平均粒径が５〜１５０ｎｍである研磨粒子と、（Ｂ）ｐＫａ値が９〜１０であり、且つ含有量が前記研磨粒子に対して７〜２８ｗｔ％であるｐＨ安定剤と、（Ｃ）研磨促進剤と、（Ｄ）水とを含む、ウェハの粗研磨に用いられる研磨組成物を提供する。
【００１５】
前記研磨粒子は、二酸化シリコン、アルミナ、二酸化チタン、二酸化セリウム及び二酸化ジルコニウムからなる群より選択される一種又は複数種である。また、本発明は平均粒径の分布が比較的に小さい研磨粒子を使用することで、研磨速度の向上に有利になる。
【００１６】
本発明のウェハの粗研磨に用いられる研磨組成物において、前記ｐＨ安定剤は、ｐＫａ値が９〜１０であるアルカノールアミン、無機酸及び有機酸からなる群より選択される一種又は複数種であってもよい。前記アルカノールアミンは、モノエタノールアミン（ｐＫａ＝９．５０）、ジエタノールアミン（ｐＫａ＝９．９３）及びトリエタノールアミン（ｐＫａ＝９．８）からなる群より選択される一種又は複数種であってもよい。前記無機酸は、例えば硼酸（ｐＫａ＝９．２３）であってもよい。また、本発明の組成物においてｐＨ安定剤を添加することで、ウェハの粗研磨を行う場合に本発明に係る研磨組成物のｐＨ値を９〜１０．５に維持することができ、局所のｐＨ値が過剰な酸性又はアルカリ性を示すことを回避し、研磨粒子と研磨プロセスにおける副生成物とがゲル化して研磨パッドに付着することを効果的に低減し、研磨速度を向上すると同時に研磨品質の安定性を維持し、研磨パッドの変色を抑制し、研磨パッドの性能及び寿命を向上することができる。
【００１７】
また、研磨速度を向上するために、本発明のウェハの粗研磨に用いられる研磨組成物は研磨促進剤を含むが、前記研磨促進剤は、ピペラジン、ピペラジン塩、水酸化テトラメチルアンモニウム及び水酸化テトラメチルアンモニウム塩からなる群より選択される一種又は複数種であってもよく、且つその含有量は、前記研磨粒子に対して１１〜３５ｗｔ％である。また、本発明のウェハの粗研磨に用いられる研磨組成物はｐＨ調整剤をさらに含んでもよく、前記ｐＨ調整剤は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、硫酸、塩化水素酸又はリン酸から選択され、必要に応じて添加されるｐＨ調整剤によって、主として研磨組成物のｐＨ値が約１０に調整される。
【００１８】
また、本発明のウェハの粗研磨に用いられる研磨組成物は、他の態様において、含有量が前記研磨粒子に対して５．９〜２０ｗｔ％であるキレート化剤と、含有量が前記研磨粒子に対して０．１６〜０．１８ｗｔ％である界面活性剤とを、それぞれさらに含んでもよい。具体的な実施例において、ニトリロ三酢酸のナトリウム塩をキレート化剤として使用するが、もちろん、ニトリロ三酢酸をキレート化剤として直接使用してもよい。
【実施例】
【００１９】
以下、本発明の特徴及び効果について特定の具体的な実施例を用いて説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２０】
［製造例］ウェハの粗研磨に用いられる研磨組成物の配合
表１における各実施例及び比較例の研磨組成物を下記のステップに基づいて製造した。
【００２１】
まず、容器に純水又は脱イオン水を添加し、次に研磨促進剤、そしてｐＨ安定剤を添加し、その後、必要に応じてｐＨ調整剤を添加してｐＨ値を約１０に調整した。また、必要に応じてキレート化剤及び界面活性剤を添加して、最後に研磨粒子を添加した。上述した配合工程は、いずれも各成分が均一に混合された後に行った。
【００２２】
［テスト例］配合された研磨組成物を使用してウェハの研磨を行う。
この実施例において、研磨パッド（製品名：ＳＵＢＡ６００）が搭載された研磨機（ＳＥＣＵＬＡＲ  ＸＪ−３６）を使用して、６インチウェハを研磨した。この研磨機は、４つの研磨ヘッドを有し、一つの研磨ヘッドには３枚の６インチウェハが搭載可能である。研磨プロセスにおいて、研磨機のウェハキャリア表面の温度は３１〜３４℃であり、回転速度は５０ＲＰＭであり、研磨ヘッドの圧力は０．１２Ｍｐａであり、研磨組成物スラリーの流速は８Ｌ／ｍｉｎである。研磨開始後、ウェハの厚さの変化を一時間毎に記録するとともに研磨パッドの色を肉眼で観察した。研磨パッドが黄褐色に変化した場合は、研磨パッドの寿命が尽きたと判定する。また、研磨用の研磨組成物スラリーを研磨パッドの寿命が尽きるまで回収使用し続けた。
【００２３】
本発明において、研磨速度の低下のパーセンテージは、下記の計算式に示すように、最初の一時間の研磨速度（Ａ）と最後の一時間の研磨速度（Ｂ）との差値を最初の一時間の研磨速度（Ａ）で割ることによって得られる。
【００２４】
研磨速度の低下＝［（Ａ−Ｂ／Ａ）］×１００％
研磨パッドの総除去量は、ウェハ全体が研磨除去された厚さの合計である。
【００２５】
【表１】
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ＴＭＡＨ：  Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ  ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ，水酸化テトラメチルアンモニウム。
ＮＴＡ：  Ｎｉｔｒｉｌｏｔｒｉａｃｅｔａｔｅ，ニトリロトリ酢酸。
ＤＰ７５３０：  ＰＯ／ＥＯ  共重合体。
ＳＥＱ７Ｇ：アニオン型分散キレート化剤（台界化学工業株式会社製）。
ｐＨ調整剤：必要に応じて添加し、主として組成物のｐＨ値を約１０に調整する。
【００２６】
表１において、ｐＨ安定剤、研磨促進剤、ｐＨ調整剤、キレート化剤及び界面活性剤の含有量は、二酸化シリコン（１００重量部）に対する含有量を基に計算されたものである。
【００２７】
このテスト例に用いられる研磨組成物は、さらに水が添加され、固形物を１ｗｔ％含有した状態に配合された後に使用される。通常、研磨に用いられる研磨組成物は、その固形物含有量が０．５〜２０ｗｔ％である。
【００２８】
表１の結果から、ウェハをｐＨ安定剤を含まない研磨組成物スラリーで研磨した場合、研磨速度の低下は極めて顕著であり、ウェハをｐＨ安定剤を含有した本発明に係る研磨組成物で研磨した場合、研磨パッドの研磨速度の低下を大幅に低減し、研磨の品質を維持し、研磨パッドの寿命が尽きる前にウェハの厚さを多く除去することができるため、研磨パッドの寿命を大幅に向上することが分かる。
【００２９】
上記の実施の形態は本発明の原理および効果・機能を例示的に説明するに過ぎず、本発明は、これらによって限定されるものではない。本発明に係る実質的な技術内容は、特許請求の範囲に定義される。本発明は、この技術分野に精通した者により本発明の主旨を逸脱しない範囲で色々な修飾や変更をすることが可能であり、そうした修飾や変更は本発明の特許請求の範囲に入るものである。