(57)【要約】【課題】ＩＩＩ−Ｖ族化合物材料を有する被研磨面を研磨する際に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物材料のエッチングを抑制すると共に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物材料を高速で研磨できる化学機械研磨用水系分散体、およびそれを用いた化学機械研磨方法を提供する。【解決手段】本発明に係る化学機械研磨用水系分散体は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物を有する被研磨面を研磨するための化学機械研磨用水系分散体であって、（Ａ）砥粒と、（Ｂ）下記一般式（１）および下記一般式（２）で表される化合物よりなる群から選択される少なくとも１種の化合物と、を含有することを特徴とする。    Ｒ１―Ｓ−―Ｚ＋  ・・・・・（１）    Ｚ＋―Ｓ−―Ｒ１―Ｓ−―Ｚ＋  ・・・・・（２）（式中、Ｒ１は、置換もしくは非置換のアルキル基またはアリール基を表す。Ｚ＋は水素イオン、アンモニウムイオンまたは金属イオンであり、金属イオンが多価の場合は、１価に相当する部分を表す。）【選択図】図１
2016074767.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物材料を有する被研磨面を研磨するための化学機械研磨用水系分散体であって、
（Ａ）砥粒と、
（Ｂ）下記一般式（１）および下記一般式（２）で表される化合物よりなる群から選択される少なくとも１種の化合物と、
を含有することを特徴とする、化学機械研磨用水系分散体。
Ｒ１―Ｓ−―Ｚ＋  ・・・・・（１）
Ｚ＋―Ｓ−―Ｒ１―Ｓ−―Ｚ＋  ・・・・・（２）
（式中、Ｒ１は、置換もしくは非置換のアルキル基またはアリール基を表す。Ｚ＋は水素イオン、アンモニウムイオンまたは金属イオンであり、金属イオンが多価の場合は、１価に相当する部分を表す。）
【請求項２】
前記（Ａ）砥粒が、コロイダルシリカである、請求項１に記載の化学機械研磨用水系分散体。
【請求項３】
前記（Ａ）砥粒の平均二次粒子径が、１０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の化学機械研磨用水系分散体。
【請求項４】
さらに（Ｃ）酸化剤を含有する、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の化学機械研磨用水系分散体。
【請求項５】
前記（Ｃ）酸化剤が、過酸化水素である、請求項４に記載の化学機械研磨用水系分散体。
【請求項６】
ｐＨが３以上９以下である、請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の化学機械研磨用水系分散体。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の化学機械研磨用水系分散体を用いて、ＩＩＩ−Ｖ族化合物材料を有する被研磨面を研磨することを特徴とする、化学機械研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学機械研磨用水系分散体および化学機械研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、砥粒を含んだスラリー（化学機械研磨用水系分散体）をウエハ表面に流しながら、スピンドルに貼り付けたウエハを回転テーブルの表面の研磨パッドに圧着させて研磨する、化学機械研磨（以下、「ＣＭＰ」ともいう。）が知られている。ＣＭＰでは、スラリーで研磨すべき材料層表面を酸化するという化学的メカニズムと、酸化層を機械的に削り取るという機械的メカニズムと、の両方を利用することで、被研磨面の平坦化を実現している。
【０００３】
近年、ＣＭＰは、ＬＳＩ製造工程、特に多層配線形成工程における層間絶縁膜の平坦化、金属プラグ形成、埋め込み配線（ダマシン配線）形成において頻繁に利用されるようになってきた。ゲートのソースやドレインの材質としては、これまでシリサイドなどが用いられてきたが、更なる高速性能が要求されるロジックデバイスでは、これにとって代わって、よりキャリヤ移動度の高いＩＩＩ−Ｖ族化合物材料の導入が有力視されている。
【０００４】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物材料は、例えばＦＩＮ−ＦＥＴのソースやドレインへの適用が期待されている。その形成順序としては、チャネル上のゲート誘電体層を形成するステップや前記ゲート誘電体層上にゲートを形成するステップの前にソースやドレインが形成される。ソースおよびドレインの形成プロセスの一例としては、ＳｉＮ膜の上にフォトレジストを塗布・露光・現像してパターンを形成し、それをマスクにしてＳｉＮ／ＳｉＯ２／Ｓｉの順にエッチングしてトレンチを形成し、ＣＶＤでＩＩＩ−Ｖ族化合物材料を堆積させてＩＩＩ−Ｖ族メタル膜を形成した後に、ＣＭＰによりトレンチ以外の部分のＩＩＩ−Ｖ族メタル膜やＳｉＮ膜を除去するプロセスが挙げられる（例えば特許文献１参照）。このようなＩＩＩ−Ｖ族メタル膜を除去するＣＭＰにおいては、ＩＩＩ−Ｖ族メタル膜の表層部に形成される酸化層の機械的除去と、その酸化層の除去後に露出したメタルイオンの溶解による除去の競争的研磨が同時に進行すると考えられる。
【０００５】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体ウエハを研磨する用途で使用されているスラリーとしては、例えば、水に、粗粒と細粒からなる２種類の粒子径のシリカ、ジクロロイソシアヌール酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウム、炭酸ナトリウムおよびクエン酸を混合してなるスラリーが提案されている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−６１１９６号公報
【特許文献２】特開２００４−３２７６１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したようなソース・ドレインの形成において、ＩＩＩ−Ｖ族メタル膜を化学機械研磨する場合、一定以上の研磨速度だけでなくソース・ドレイン表面の平滑性が重要となるが、従来のスラリーではソースやドレイン表面の平滑性が得られにくいという課題があった。このソース・ドレイン表面の平滑性が不良となる原因としては、ソース・ドレインの表面が黒ずんで鏡面性が失われることが多いことから、ＣＭＰ工程中のＩＩＩ−Ｖ族メタル膜のエッチング性が高すぎることが考えられる。そして、ソース・ドレ
イン表面に形成される膜の平滑性が損なわれると、不純物が混入して、ＦＥＴ性能のゆらぎの原因となることが知られている。
【０００８】
そこで、本発明に係る幾つかの態様は、上記課題を解決することで、ＩＩＩ−Ｖ族化合物材料を有する被研磨面を研磨する際に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物材料のエッチングを抑制すると共に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物材料を高速で研磨できる化学機械研磨用水系分散体、およびそれを用いた化学機械研磨方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。
【００１０】
［適用例１］
本発明に係る化学機械研磨用水系分散体の一態様は、
ＩＩＩ−Ｖ族化合物材料を有する被研磨面を研磨するための化学機械研磨用水系分散体であって、
（Ａ）砥粒と、
（Ｂ）下記一般式（１）および下記一般式（２）で表される化合物よりなる群から選択される少なくとも１種の化合物と、
を含有することを特徴とする。
Ｒ１―Ｓ−―Ｚ＋  ・・・・・（１）
Ｚ＋―Ｓ−―Ｒ１―Ｓ−―Ｚ＋  ・・・・・（２）
（式中、Ｒ１は、置換もしくは非置換のアルキル基またはアリール基を表す。Ｚ＋は水素イオン、アンモニウムイオンまたは金属イオンであり、金属イオンが多価の場合は、１価に相当する部分を表す。）
【００１１】
［適用例２］
適用例１の化学機械研磨用水系分散体において、
前記（Ａ）砥粒が、コロイダルシリカであることができる。
【００１２】
［適用例３］
適用例１または適用例２の化学機械研磨用水系分散体において、
前記（Ａ）砥粒の平均二次粒子径が、１０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であることができる。
【００１３】
［適用例４］
適用例１ないし適用例３のいずれか一例の化学機械研磨用水系分散体において、
さらに（Ｃ）酸化剤を含有することができる。
【００１４】
［適用例５］
適用例４の化学機械研磨用水系分散体において、
前記（Ｃ）酸化剤が、過酸化水素であることができる。
【００１５】
［適用例６］
適用例１ないし適用例５のいずれか一例の化学機械研磨用水系分散体において、
ｐＨが３以上９以下であることができる。
【００１６】
［適用例７］
本発明に係る化学機械研磨方法の一態様は、
適用例１ないし適用例６のいずれか一例の化学機械研磨用水系分散体を用いて、ＩＩＩ
−Ｖ族化合物材料を有する被研磨面を研磨することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
上記化学機械研磨用水系分散体によれば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物材料を有する被研磨面を研磨する際に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物材料のエッチングを抑制すると共に、ＩＩＩ−Ｖ族化合物材料を高速で研磨することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ＣＭＰ工程におけるＩＩＩ−Ｖ族化合物材料の表面状態を模式的に示す説明図である。
【図２】本実施の形態に係る化学機械研磨方法の一具体例を模式的に示す断面図である。
【図３】本実施の形態に係る化学機械研磨方法の一具体例を模式的に示す断面図である。
【図４】化学機械研磨装置を模式的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変形例も含む。
【００２０】
１．化学機械研磨用水系分散体
本発明の一実施形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物材料を有する被研磨面を研磨するための化学機械研磨用水系分散体であって、（Ａ）砥粒と、（Ｂ）下記一般式（１）および下記一般式（２）で表される化合物よりなる群から選択される少なくとも１種の化合物と、を含有することを特徴とする。
Ｒ１―Ｓ−―Ｚ＋  ・・・・・(1)
Ｚ＋―Ｓ−―Ｒ１―Ｓ−―Ｚ＋  ・・・・・(2)
（式中、Ｒ１は、置換もしくは非置換のアルキル基またはアリール基を表す。Ｚ＋は水素イオン、アンモニウムイオンまたは金属イオンであり、金属イオンが多価の場合は、１価に相当する部分を表す。）
【００２１】
本実施の形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物材料を有する被研磨面を研磨する用途に使用される。ＩＩＩ−Ｖ族化合物とは、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウム等の周期表ＩＩＩ族元素と、窒素、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマス等のＶ族元素との化合物の総称である。ＩＩＩ−Ｖ族化合物材料としては、例えば、窒化ホウ素（ＢＮ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）等が挙げられる。
【００２２】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物材料は、例えばＦＩＮ−ＦＥＴのソースやドレインへの適用が期待されているが、従来の化学機械研磨用水系分散体を用いてＩＩＩ−Ｖ族化合物材料を化学機械研磨してもエッチング作用が強く働くため、平滑な被研磨面が得られにくかった。本実施の形態に係る化学機械研磨用水系分散体によれば、ＩＩＩ−Ｖ族化合物材料に対するエッチング作用を抑制しつつ、ＩＩＩ−Ｖ族化合物材料を高速で研磨できるため、平滑な被研磨面が得られやすくなるという作用効果を奏する。
【００２３】
まず、本実施の形態に係る化学機械研磨用水系分散体を構成する各成分について説明する。
【００２４】
１．１．（Ａ）砥粒
本実施の形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、（Ａ）砥粒を含有する。（Ａ）砥粒は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物材料を機械的に研磨する効果を有する。（Ａ）砥粒としては、例えば、シリカ、セリア、アルミナ、ジルコニア、チタニア等の無機粒子が挙げられるが、被研磨面のスクラッチを抑制する観点から、シリカ粒子であることが好ましい。
【００２５】
シリカ粒子としては、（ａ）気相中で塩化ケイ素、塩化アルミニウムまたは塩化チタン等を酸素および水素と反応させるヒュームド法により合成されたヒュームドシリカ；（ｂ）金属アルコキシドから加水分解縮合して合成するゾルゲル法により合成されたシリカ；（ｃ）精製により不純物を除去した無機コロイド法等により合成されたコロイダルシリカ等が挙げられる。これらの中でも、ＩＩＩ−Ｖ族化合物材料表面のスクラッチの発生を効果的に抑制する観点から、コロイダルシリカがより好ましい。
【００２６】
（Ａ）砥粒の平均二次粒子径は、好ましくは１０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下、より好ましくは２０ｎｍ以上９０ｎｍ以下である。平均二次粒子径が前記範囲内にあると、ＩＩＩ−Ｖ族化合物材料に対する研磨速度が大きくなり、スクラッチの発生が抑制され、かつ粒子の沈降・分離が発生しにくい安定な化学機械研磨用水系分散体を得ることができる。この平均二次粒子径は、動的光散乱法を測定原理とする粒度分布測定装置を用いて散乱光強度の揺らぎを観測し、光子相関法により自己相関関数を求め、キュムラント法およびヒストグラム法解析を適用することにより求めることができる。
【００２７】
（Ａ）砥粒の含有量は、化学機械研磨用水系分散体の全質量に対して、好ましくは０．５質量％以上１５質量％以下であり、より好ましくは１質量％以上１０質量％以下であり、特に好ましくは２質量％以上５質量％以下である。（Ａ）砥粒の含有量が前記範囲にあると、ＩＩＩ−Ｖ族化合物材料に対する十分な研磨速度が得られると共に、粒子の沈降・分離が発生しにくい安定な化学機械研磨用水系分散体が得られやすい。
【００２８】
１．２．（Ｂ）一般式（１）および一般式（２）で表される化合物
本実施の形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、（Ｂ）下記一般式（１）および下記一般式（２）で表される化合物よりなる群から選択される少なくとも１種の化合物（以下、「（Ｂ）成分」ともいう。）を含有する。
【００２９】
Ｒ１―Ｓ−―Ｚ＋  ・・・・・（１）
Ｚ＋―Ｓ−―Ｒ１―Ｓ−―Ｚ＋  ・・・・・（２）
（式中、Ｒ１は、置換もしくは非置換のアルキル基またはアリール基を表す。Ｚ＋は水素イオン、アンモニウムイオンまたは金属イオンであり、金属イオンが多価の場合は、１価に相当する部分を表す。）
【００３０】
（Ｂ）成分は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物材料のエッチングを抑制する効果を有する。そのメカニズムについては、以下のように考えられる。図１は、ＣＭＰ工程におけるＩＩＩ−Ｖ族化合物材料の表面状態を模式的に示す説明図である。図１におけるＲ１は、置換もしくは非置換のアルキル基またはアリール基を表す。（Ｂ）成分は、図１に示すように、ＣＭＰ工程において、ＩＩＩ−Ｖ族化合物材料１のＶ族元素と錯体を形成して、ＩＩＩ−Ｖ族化合物材料の表面に不動態皮膜２を形成することができる。かかる不動態皮膜２が形成されると、（Ｂ）成分中のＲ１によりＩＩＩ−Ｖ族化合物材料１の表面が疎水化される。これにより、ＩＩＩ−Ｖ族化合物材料１の表面で疎水性相互作用が発現して後述する（Ｃ）酸化剤の効果を局所的に弱めることができるので、ＩＩＩ−Ｖ族化合物材料１の表面がエッチング溶解から保護されると考えられる。
【００３１】
上記式（１）および上記式（２）中、Ｒ１は、置換もしくは非置換のアルキル基またはアリール基を表す。アルキル基としては、直鎖状でも分岐鎖状でもよく、炭素数３〜２０
のアルキル基が好ましく、炭素数３〜８のアルキル基がより好ましい。Ｒ１が炭素数３〜２０のアルキル基であると、１０〜３０Åの単層の不動態皮膜が形成されて、ＩＩＩ−Ｖ族化合物材料のエッチングが抑制されると共に、酸素がＩＩＩ−Ｖ族化合物材料の表面に届くのを防ぐ拡散隔膜として作用することができる。
【００３２】
好ましいアルキル基としては、例えば、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基、ｎ−オクチル基、ｎ−デシル基、ｎ−ドデシル基、ｎ−テトラデシル基、ｎ−ヘキサデシル基、ｎ−オクタデシル基、ｎ−エイコサニル基等が挙げられる。
【００３３】
また、Ｒ１がアルキル基の場合の置換基としては、ハロゲン原子、シアノ基、カルボキシル基、ヒドロキシ基、スルファニル基等が挙げられる。また、Ｒ１がアリール基の場合の置換基としては、アルキル基、ハロゲン原子、シアノ基、カルボキシル基、ヒドロキシ基、スルファニル基、アルコキシ基等が挙げられる。なお、これら置換基の位置および数は任意であり、置換基を２以上有する場合、当該置換基は同一でも異なってもよい。
【００３４】
上記式（１）および上記式（２）中、Ｚ＋は水素イオン、アンモニウムイオンまたは金属イオンを表すが、Ｚ＋が金属イオンの場合、ナトリウムイオン、カリウムイオンのような１価の金属イオンの他、１／２Ｚｎ２＋、１／２Ｃｕ２＋、１／３Ｆｅ３＋、１／４Ｓｅ４＋、１／４Ｔｅ４＋のような多価金属イオンの同価な一部も含まれる。
【００３５】
（Ｂ）成分の具体例としては、１−プロパンチオール、１−ブタンチオール、３−メチル−２−ブタンチオール、１−ペンタンチオール、３−メチル−２−ペンタンチオール、１−ヘキサンチオール、１−ヘプタンチオール、３，４−ジメチル−２−ペンタンチオール、３−メチル−２−ヘキサンチオール、３−メチル−２−ヘプタンチオール、１−オクタンチオ−ル、３，５−ジメチル−２−ヘキサンチオール、１−ノナンチオール、１−デカンチオール、１−ドデカンチオール、１−テトラデカンチオール、１−ヘキサデカンチオール、１−オクタデカンチオール、１−エイコサンチオール等のアルカンチオール類；１，３−プロパンジチオール、１，４−ブタンジチオール、１，５−ヘプタンジチオール、１，６−ヘキサンジチオール、１，７−ヘプタンジチオール、１，８−オクタンジチオール、１，９−ノナンジチオール、１，１０−デカンジチオール、１，１２−ドデカンジチオール、１，１４−テトラデカンジチオール、１，１６−ヘキサデカンジチオール、１，１８−オクタデカンジチオール、１，２０−エイコサンジチオール等のアルカンジチオール類；１−ベンゼンチオール、４−ブチルフェニルチオール、４−ペンチルフェニルチオール、４−ヘキシルフェニルチオール、４−ヘプチルフェニルチオール、４−オクチルフェニルチオール、４−ノニルフェニルチオール、４−デシルフェニルチオール、４−ウンデシルフェニルチオール、４−ドデシルフェニルチオール、４−トリデシルフェニルチオール、４−テトラデシルフェニルチオール、４−ブトキシフェニルチオール、４−ペンチロキシフェニルチオール、４−ヘキシロキシフェニルチオール、４−ヘプチロキシフェニルチオール、４−オクチロキシフェニルチオール、４−ノニロキシフェニルチオール、４−デシロキシフェニルチオール、４−ドデシロキシフェニルチオール、４−ウンデシロキシフェニルチオール、４−ドデシロキシフェニルチオール等のフェニルチオール類；１，４−ベンゼンジチオール等のフェニルジチオール等が挙げられる。これらの（Ｂ）成分は、１種単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。
【００３６】
（Ｂ）成分の含有量は、化学機械研磨用水系分散体の全質量に対して、好ましくは０．０１質量％以上５質量％以下であり、より好ましくは０．０５質量％以上３質量％以下であり、特に好ましくは０．１質量％以上２質量％である。（Ｂ）成分の含有量が前記範囲にあると、ＩＩＩ−Ｖ族化合物材料のエッチングを抑制する効果が十分に得られる。
【００３７】
１．３．（Ｃ）酸化剤
本実施の形態に係る化学機械研磨用水系分散体には、（Ｃ）酸化剤を添加してもよい。（Ｃ）酸化剤を添加することにより、ＩＩＩ−Ｖ族化合物材料の表面を酸化して脆弱な改質層を作り出し、ＩＩＩ−Ｖ族化合物材料を研磨しやすくする効果がある。
【００３８】
（Ｃ）酸化剤としては、例えば、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過酸化水素、硝酸第二鉄、硝酸二アンモニウムセリウム、硫酸鉄、オゾンおよび過ヨウ素酸カリウム、過酢酸などが挙げられる。これらの（Ｃ）酸化剤は、１種単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。また、これらの（Ｃ）酸化剤のうち、酸化力、保護膜との相性、および取り扱いやすさなどを考慮すると、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過酸化水素が好ましく、過酸化水素がより好ましい。
【００３９】
（Ｃ）酸化剤の含有量は、化学機械研磨用水系分散体の全質量に対して、好ましくは０．０１質量％以上１０質量％以下、より好ましくは０．１質量％以上３質量％以下、特に好ましくは０．５質量％以上１．５質量％以下である。（Ｄ）酸化剤の含有量が前記範囲未満の場合には、ＩＩＩ−Ｖ族化合物材料の表面を十分に酸化させることができない場合があり、この場合にはＩＩＩ−Ｖ族化合物材料の研磨速度が小さくなる。一方、前記範囲を超えると、ＩＩＩ−Ｖ族化合物材料のエッチング作用が強すぎる場合があり、この場合には（Ｂ）成分を添加しても平滑な被研磨面が得られにくい。
【００４０】
１．４．ｐＨ
本実施の形態に係る化学機械研磨用水系分散体のｐＨは、特に制限されないが、３以上９以下であることが好ましい。ｐＨが９を超えると、亜ヒ酸等の生成反応が激しくなるため、ＩＩＩ−Ｖ族化合物材料のエッチング溶解が促進される傾向がある。ｐＨ調整剤としては、例えば、水酸化カリウム、エチレンジアミン、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）、ＴＩＰＡ（トリイソプロパノールアミン）等の塩基性塩；フタル酸、マレイン酸、クエン酸等の有機酸およびこれらの塩；硝酸、塩酸、硫酸等の無機酸およびこれらの塩等が挙げられる。
【００４１】
１．５．その他の添加剤
本実施の形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、必要に応じて界面活性剤、水溶性高分子、防食剤等を添加することができる。
【００４２】
界面活性剤としては、脂肪族アミン塩、脂肪族アンモニウム塩等のカチオン性界面活性剤；カルボン酸塩、スルホン酸塩、硫酸エステル塩、リン酸エステル塩等のアニオン性界面活性剤；エーテル型界面活性剤、エーテルエステル型界面活性剤、エステル型界面活性剤、アセチレン系界面活性剤等のノニオン性界面活性剤が挙げられる。界面活性剤の含有量は、化学機械研磨用水系分散体の全質量に対して、１質量％以下、好ましくは０．００１質量％以上０．１質量％以下である。
【００４３】
水溶性高分子としては、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシエチルセルロース等が挙げられる。水溶性高分子の含有量は、化学機械研磨用水系分散体の粘度が２ｍＰａ・ｓ未満となるような範囲で調整すればよい。
【００４４】
防食剤としては、ベンゾトリアゾールおよびその誘導体が挙げられる。防食剤の含有量は、化学機械研磨用水系分散体の全質量に対して、１質量％以下、好ましくは０．００１質量％以上０．１質量％以下である。
【００４５】
１．６．化学機械研磨用水系分散体の調製方法
本実施形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、水等の溶媒に前記各成分を溶解または分散させることにより調製することができる。溶解または分散させる方法は特に限定されるものではなく、均一に溶解または分散できればどのような方法を適用してもよい。また、各成分の混合順序や混合方法についても特に限定されない。また、本実施形態に係る化学機械研磨用水系分散体は、濃縮タイプの原液として調製し、使用時に水等の溶媒で希釈して使用することもできる。また、（Ｃ）酸化剤は混合してから時間が経過すると化学機械研磨用水系分散体の組成が変化してしまう可能性があるため、（Ｃ）酸化剤を含まない組成物として一旦調製し、（Ｃ）酸化剤は使用直前に混合することが好ましい。
【００４６】
２．化学機械研磨方法
本実施の形態に係る化学機械研磨方法は、上述の化学機械研磨用水系分散体を用いて、ＩＩＩ−Ｖ族化合物材料を有する被研磨面を研磨することを特徴とする。ＩＩＩ−Ｖ族化合物材料は、例えばＦＩＮ−ＦＥＴのソース・ドレインへの適用が期待されている。以下、本実施の形態に係る化学機械研磨方法の一具体例について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４７】
図２（Ａ）ないし図３（Ｆ）は、本実施の形態に係る化学機械研磨方法を用いてソース・ドレインを形成する工程を模式的に示す断面図である。
【００４８】
まず、図２（Ａ）に示すように、シリコン基板１０（Ｓｉ）の上に、ＣＶＤ法または熱酸化法を用いてストッパーとしてのシリコン酸化膜１２（ＳｉＯ２）を形成する。さらに、シリコン酸化膜１２（ＳｉＮ）の上に、ＣＶＤ法を用いてシリコン窒化膜１４を形成する。次いで、図２（Ｂ）に示すように、シリコン窒化膜１４の上にフォトレジスト１６を塗布、露光、現像してパターンを形成する。そして、図２（Ｃ）に示すように、そのフォトレジスト１６をマスクにしてＳｉＮ／ＳｉＯ２／Ｓｉの順にエッチングしてトレンチ１８を形成する。次いで、図２（Ｄ）に示すように、ＣＶＤ法によりトレンチ１８を充填するようにＩＩＩ−Ｖ属化合物材料を堆積させて、ＩＩＩ−Ｖ族メタル膜２０を形成する。このようにして被処理体１００が得られる。
【００４９】
被処理体１００のシリコン窒化膜１４の上に堆積したトレンチ以外の部分のＩＩＩ−Ｖ族メタル膜２０を除去するために、上述の化学機械研磨用水系分散体を用いて化学機械研磨を行う。そうすると、シリコン窒化膜１４がストッパーとなり、シリコン窒化膜１４の表面で研磨を停止することができる。こうして、図３（Ｅ）に示すように、トレンチ以外の部分のＩＩＩ−Ｖ族メタル膜２０を除去することができる。
【００５０】
続いて、シリコン窒化膜１４を除去するために、ＳｉＯ２の研磨速度に対するＳｉＮの研磨速度が大きい（すなわち選択比の大きい）化学機械研磨用水系分散体を用いて化学機械研磨を行う。そうすると、シリコン酸化膜１２がストッパーとなり、シリコン酸化膜１２の表面で研磨を停止することができる。こうして、図３（Ｆ）に示すようなソース・ドレインが得られる。
【００５１】
上述の化学機械研磨では、例えば、図４に示すような化学機械研磨装置２００を用いることができる。図４は、化学機械研磨装置２００の模式的に示す斜視図である。スラリー供給ノズル４２からスラリー４４を供給し、かつ研磨布４６が貼付されたターンテーブル４８を回転させながら、半導体基板５０を保持したキャリアーヘッド５２を当接させることにより行う。なお、図４には、水供給ノズル５４およびドレッサー５６も併せて示してある。
【００５２】
キャリアーヘッド５２の研磨荷重は、１０〜１０００ｈＰａの範囲内で選択することができ、好ましくは３０〜５００ｈＰａである。また、ターンテーブル４８およびキャリア
ーヘッド５２の回転数は１０〜４００ｒｐｍの範囲内で適宜選択することができ、好ましくは３０〜１５０ｒｐｍである。スラリー供給ノズル４２から供給されるスラリー４４の流量は、１０〜１，０００ｃｍ３／分の範囲内で選択することができ、好ましくは５０〜４００ｃｍ３／分である。
【００５３】
この研磨工程では、市販の化学機械研磨装置を用いることができる。市販の化学機械研磨装置として、例えば、株式会社荏原製作所製、型式「ＥＰＯ−１１２」、「ＥＰＯ−２２２」；ラップマスターＳＦＴ社製、型式「ＬＧＰ−５１０」、「ＬＧＰ−５５２」；アプライドマテリアル社製、型式「Ｍｉｒｒａ」等が挙げられる。
【００５４】
３．実施例
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。実施例、比較例中の「部」および「％」は、特に断らない限り質量基準である。
【００５５】
３．１．コロイダルシリカ粒子を含む水分散体の調製
３容量のテトラエトキシシランと１容量のエタノールとを混合して原料溶液を得た。反応槽にあらかじめエタノール、イオン交換水、およびアンモニアを混合した反応溶媒を仕込んだ。反応溶媒の温度を２０℃に維持するように冷却しながら、反応溶媒９容量当たり１容量の原料溶液を反応槽に滴下して、コロイダルシリカのアルコール分散体を得た。
【００５６】
次いで、ロータリーエバポレーターを用い、得られたアルコール分散体の温度を８０℃に維持しながらイオン交換水を添加しつつアルコールを除去する操作を数回繰り返した。この操作により、コロイダルシリカ粒子を含む水分散体を調製した。この水分散体の一部を取り出しイオン交換水で希釈したサンプルについて、動的光散乱式粒度分布測定装置（株式会社堀場製作所製、型式「ＬＢ５５０」）を用い、算術平均径を平均二次粒子径として測定したところ７０ｎｍであった。
【００５７】
３．２．化学機械研磨用水系分散体の調製
イオン交換水５０質量部、上記で得られたコロイダルシリカ粒子を含む水分散体をシリカに換算して５質量部、これに１−プロパンチオール水溶液を１−プロパンチオール量に換算して０．２質量部に相当する量添加した。次いで、３０質量％過酸化水素水を過酸化水素に換算して１質量部に相当する量添加し、これらを１５分間攪拌した。最後に、表１に記載の所定のｐＨとなるようにｐＨ調整剤を加え、さらに全成分の合計量が１００質量部となるようにイオン交換水を加えた後、孔径１μｍのフィルターで濾過することにより、化学機械研磨用水系分散体Ａを得た。
【００５８】
１−プロパンチオールに変えて表１〜表２に示す成分を添加し、ｐＨ調整剤を表１〜表２に示す成分として表１〜表２に示すｐＨに調整したこと以外は、上記の化学機械研磨用水系分散体Ａの調製方法と同様にして化学機械研磨用水系分散体Ｂ〜Ｊを調製した。
【００５９】
３．３．評価方法
３．３．１．ブランケットウエハの評価
化学機械研磨装置（ラップマスターＳＦＴ社製、型式「ラップマスターＬＧＰ−５１０」）に多孔質ポリウレタン製研磨パッド（ニッタ・ハース社製、品番「ＩＣ１０００」）を装着し、化学機械研磨用水系分散体Ａ〜Ｊのいずれか１種を供給しながら、直径３インチの単結晶ＧａＡｓ基板を被研磨体として、下記研磨条件にて２分間化学機械研磨処理を行い、下記の手法によって研磨速度を評価した。その結果を表１〜表２に示す。
＜研磨条件＞
・研磨装置：ラップマスターＳＦＴ社製、型式「ラップマスターＬＧＰ−５１０」
・研磨パッド：ロデール・ニッタ株式会社製、「ＩＣ１０００／Ｋ−Ｇｒｏｏｖｅ」
・化学機械研磨用水系分散体供給速度：１００ｍＬ／分
・定盤回転数：９０ｒｐｍ
・研磨ヘッド回転数：９０ｒｐｍ
・研磨ヘッド押し付け圧：１００ｈＰａ
【００６０】
＜研磨速度の評価＞
精密天秤を用いて研磨処理後の単結晶ＧａＡｓ基板の重量を測定し、化学機械研磨により減少した重量と比重から膜厚を計算し、それと研磨時間から研磨速度を算出した。評価基準は下記の通りであり、研磨速度と評価結果を表１〜表２に併せて示す。
・ＧａＡｓ基板の研磨速度が２０００Å／分以上であった場合、良好であるとして「○」・ＧａＡｓ基板の研磨速度が２０００Å／分未満であった場合、不良であるとして「×」
【００６１】
＜表面ヘイズの評価＞
研磨処理後の単結晶ＧａＡｓ基板の表面を目視にて観察した。評価基準は下記の通りであり、その評価結果を表１〜表２に併せて示す。
・ＧａＡｓ基板の表面に異常酸化や腐食がない好ましい状態である場合は「○」
・ＧａＡｓ基板の表面に異常酸化や腐食が認められ、ＧａＡｓ膜の溶出があり、研磨性能が不良である場合は「×」
【００６２】
３．３．２．ＧａＡｓ溶出速度の評価
膜厚０．５ｍｍの３インチＧａＡｓ単結晶ウエハを、上記で得られた化学機械研磨用水系分散体Ａ〜Ｊのいずれか１種に１分間浸漬した。２分後、そのウエハを取り出し、蒸留水で洗浄、乾燥させた後、処理後の重量を測定し、減少した重量と比重から膜厚を計算し、それと浸漬時間から溶出速度を算出した。ＧａＡｓ膜の溶出速度が、１５０Å／ｍｉｎ以下であった場合は良好「〇」であると判断し、１５０Å／ｍｉｎを超えている場合を不良「×」であると判断した。その結果を表１〜表２に示す。
【００６３】
３．４．評価結果
実施例１〜４、比較例１〜６で使用した化学機械研磨用水系分散体の組成、および評価結果を下表１〜２に示す。
【００６４】
【表１】
2016074767.tif 000003
【００６５】
【表２】
2016074767.tif 000004
【００６６】
なお、表中の略称「ＴＩＰＡ」は、トリイソプロパノールアミンのことである。
【００６７】
上表１からわかるように、実施例１〜４の化学機械研磨用水系分散体を用いた場合には、いずれも、ＧａＡｓ膜の研磨において高い研磨速度が達成され、またＧａＡｓ膜のエッチング溶解が抑制され、かつ、腐食の抑制された良好な被研磨面を得ることができた。
【００６８】
上表２からわかるように、比較例１〜５の化学機械研磨用水系分散体を用いた場合には、高い研磨速度が達成されたものの、ＧａＡｓ膜のエッチング溶解を抑制できず、また基板表面に腐食が発生して鏡面に仕上げられなかった。一方、比較例６の化学機械研磨用水系分散体を用いた場合には、十分な研磨速度が得られないことが判った。
【００６９】
なお、本発明に係る化学機械研磨用水系分散体は、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＧａＮ、ＧａＳｂ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ等のＩＩＩ−Ｖ族メタルを主な研磨対象とするが、Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｖ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ａｇ、Ｍｇ、ＭｎまたはＳｉの化合物からなる層、これらの元素または化合物からなる層を含む積層構造に対しても有効であると期待される。
【００７０】
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を包含する。また本発明は、上記の実施形態で説明した構成の本質的でない部分を他の構成に置き換えた構成を包含する。さらに本発明は、上記の実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成をも包含する。さらに本発明は、上記の実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成をも包含する。
【符号の説明】
【００７１】
１…ＩＩＩ−Ｖ族化合物材料、２…不動態皮膜、１０…シリコン基板、１２…シリコン酸化膜、１４…シリコン窒化膜、１６…フォトレジスト、１８…トレンチ、２０…ＩＩＩ−Ｖ族メタル膜、４４…スラリー、４６…研磨布、４８…ターンテーブル、５０…半導体基板、５２…キャリアーヘッド、５４…水供給ノズル、５６…ドレッサー、１００…被処理体、２００…化学機械研磨装置
【図１】
2016074767.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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