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JP2024141119A - Polishing composition, polishing method, and method for producing semiconductor substrate - Google Patents

Polishing composition, polishing method, and method for producing semiconductor substrate Download PDF

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JP2024141119A
JP2024141119A JP2023052593A JP2023052593A JP2024141119A JP 2024141119 A JP2024141119 A JP 2024141119A JP 2023052593 A JP2023052593 A JP 2023052593A JP 2023052593 A JP2023052593 A JP 2023052593A JP 2024141119 A JP2024141119 A JP 2024141119A
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Abstract

【課題】多結晶シリコン膜を高速で研磨し、かつ、窒化ケイ素膜および酸化ケイ素膜の少なくとも一方の研磨速度を抑えることができる研磨用組成物を提供する。【解決手段】砥粒と、アミンオキシド化合物と、を含み、pHが、5を超え10以下である研磨用組成物であって、前記砥粒は、前記研磨用組成物中で負のゼータ電位を有し、かつ平均会合度が3.0以上6.0以下であり、前記アミンオキシド化合物は、式(1)で表される構造を有する、研磨用組成物。【選択図】なし[Problem] To provide a polishing composition that can polish a polycrystalline silicon film at high speed and suppress the polishing rate of at least one of a silicon nitride film and a silicon oxide film. [Solution] The polishing composition contains abrasive grains and an amine oxide compound, and has a pH of more than 5 and not more than 10, the abrasive grains have a negative zeta potential in the polishing composition and an average degree of association of 3.0 or more and 6.0 or less, and the amine oxide compound has a structure represented by formula (1). [Selected Figure] None

Description

本発明は、研磨用組成物、研磨方法および半導体基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a polishing composition, a polishing method, and a method for manufacturing a semiconductor substrate.

近年、半導体基板表面の多層配線化に伴い、デバイスを製造する際に、半導体基板を研磨して平坦化する、いわゆる、化学的機械的研磨(Chemical Mechanical Polishing;CMP)技術が利用されている。 In recent years, with the trend toward multi-layer wiring on the surface of semiconductor substrates, a technique known as chemical mechanical polishing (CMP) is used to polish and flatten semiconductor substrates when manufacturing devices.

当該CMPは、半導体製造における各工程に適用されてきており、その一態様として、例えばトランジスタ作製におけるゲート形成工程への適用が挙げられる。トランジスタ作製の際には、金属、シリコン、酸化ケイ素、多結晶シリコン、窒化ケイ素といった材料を研磨することがあり、生産性を向上させるべく、各材料を高速で研磨する要求が存在する。かような要求に応えるため、例えば、特許文献1には、多結晶シリコンの研磨速度を向上させようとする技術が存在する。 CMP has been applied to various processes in semiconductor manufacturing, and one example of this is its application to the gate formation process in transistor fabrication. When fabricating transistors, materials such as metal, silicon, silicon oxide, polycrystalline silicon, and silicon nitride may be polished, and there is a demand for polishing each material at high speed to improve productivity. In order to meet such demands, for example, Patent Document 1 discloses a technology that aims to improve the polishing speed of polycrystalline silicon.

特開2013-041992号公報JP 2013-041992 A

本発明者は、CMPの半導体製造における各工程への適用を検討する中で、窒化ケイ素膜や酸化ケイ素膜の存在下、多結晶シリコン膜を高速で研磨することが製造上好ましい場合があることを知見した。他方、窒化ケイ素膜や酸化ケイ素膜については、研磨速度を極力低くさせる方が製造上好ましい場合があることを知見した。しかし、多結晶シリコン膜を高速で研磨し、かつ、窒化ケイ素膜または酸化ケイ素膜の研磨速度を抑えることができる研磨用組成物は未だ存在しない。 In examining the application of CMP to each step in semiconductor manufacturing, the present inventors discovered that in some cases it is preferable from a manufacturing perspective to polish a polycrystalline silicon film at high speed in the presence of a silicon nitride film or silicon oxide film. On the other hand, they discovered that in some cases it is preferable from a manufacturing perspective to keep the polishing speed as low as possible for silicon nitride films or silicon oxide films. However, there is still no polishing composition that can polish a polycrystalline silicon film at high speed while suppressing the polishing speed for a silicon nitride film or silicon oxide film.

そこで、本発明は、多結晶シリコン膜を高速で研磨し、かつ、窒化ケイ素膜および酸化ケイ素膜の少なくとも一方の研磨速度を抑え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。 The present invention aims to provide a polishing composition that can polish polycrystalline silicon films at high speeds while suppressing the polishing rate of at least one of silicon nitride films and silicon oxide films.

上記課題を解決すべく、本発明者は鋭意研究を積み重ねた。その結果、砥粒と、アミンオキシド化合物と、を含み、pHが、5を超え10以下である研磨用組成物であって、前記砥粒は、前記研磨用組成物中で負のゼータ電位を有し、かつ平均会合度が3.0以上6.0以下であり、前記アミンオキシド化合物は、下記式(1): In order to solve the above problems, the present inventors have conducted extensive research. As a result, a polishing composition containing abrasive grains and an amine oxide compound and having a pH of more than 5 and not more than 10, in which the abrasive grains have a negative zeta potential in the polishing composition and an average degree of association of 3.0 or more and 6.0 or less, and the amine oxide compound is represented by the following formula (1):

式(1)において、
~Rは、それぞれ独立して、炭素数1以上14未満のアルキル基であり、ここで、R~Rのうち少なくとも1つは炭素数8超14未満のアルキル基である、
で表される、研磨用組成物により、上記課題が解決することを見出し、本発明を完成させるに至った。
In formula (1),
R 1 to R 3 are each independently an alkyl group having 1 to less than 14 carbon atoms, and at least one of R 1 to R 3 is an alkyl group having more than 8 and less than 14 carbon atoms;
It has been found that the above problems can be solved by a polishing composition represented by the formula (I), and thus the present invention has been completed.

本発明によれば、多結晶シリコン膜を高速で研磨し、かつ、窒化ケイ素膜および酸化ケイ素膜の少なくとも一方の研磨速度を抑えることができる研磨用組成物が提供される。 The present invention provides a polishing composition that can polish polycrystalline silicon films at high speeds while suppressing the polishing rate of at least one of silicon nitride films and silicon oxide films.

以下、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。ここで示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するために例示するものであって、本発明を限定するものではない。よって、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者などにより考え得る実施可能な他の形態、使用方法および運用技術などは全て本発明の範囲、要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。本明細書に記載される実施の形態は、任意に組み合わせることにより、他の実施の形態とすることができる。また、本明細書において、特記しない限り、操作および物性等の測定は室温(20℃以上25℃以下)/相対湿度40%RH以上60%RH以下の条件で測定する。 The following describes in detail the embodiments for carrying out the present invention. The embodiments shown here are merely examples for embodying the technical ideas of the present invention, and do not limit the present invention. Therefore, all other possible embodiments, methods of use, and operational techniques that can be conceived by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention are included in the scope and gist of the present invention, as well as the invention described in the claims and their equivalents. The embodiments described in this specification can be combined in any way to form other embodiments. In addition, unless otherwise specified in this specification, operations and measurements of physical properties are performed at room temperature (20°C to 25°C) and relative humidity of 40% RH to 60% RH.

本発明は、砥粒と、アミンオキシド化合物と、を含み、pHが、5を超え10以下である研磨用組成物であって、前記砥粒は、前記研磨用組成物中で負のゼータ電位を有し、かつ平均会合度が3.0以上6.0以下であり、前記アミンオキシド化合物は、下記式(1): The present invention relates to a polishing composition that contains an abrasive grain and an amine oxide compound and has a pH of more than 5 and not more than 10, the abrasive grain has a negative zeta potential in the polishing composition and has an average degree of association of 3.0 or more and 6.0 or less, and the amine oxide compound is represented by the following formula (1):

式(1)において、
~Rは、それぞれ独立して、炭素数1以上14未満のアルキル基であり、ここで、R~Rのうち少なくとも1つは炭素数8超14未満のアルキル基である、
で表される、研磨用組成物である。このような研磨用組成物は、多結晶シリコン膜を高速で研磨し、かつ、窒化ケイ素膜および酸化ケイ素膜の少なくとも一方の研磨速度を抑えることができる。本発明者は、本発明によってこのような効果が得られるメカニズムを以下のように推定している。ただし、下記メカニズムはあくまで推測であり、これによって本発明の範囲が限定されることがない。
In formula (1),
R 1 to R 3 are each independently an alkyl group having 1 to less than 14 carbon atoms, and at least one of R 1 to R 3 is an alkyl group having more than 8 and less than 14 carbon atoms;
This polishing composition is represented by the formula: Such a polishing composition can polish a polycrystalline silicon film at high speed, and suppress the polishing rate of at least one of a silicon nitride film and a silicon oxide film. The inventors of the present invention presume the mechanism by which such an effect is obtained by the present invention as follows. However, the following mechanism is merely speculation, and the scope of the present invention is not limited thereby.

本発明では、研磨対象物は、少なくとも多結晶シリコン膜と、窒化ケイ素膜および酸化ケイ素膜の少なくとも一方と、を含むことが好ましい。本発明の研磨用組成物によれば、研磨対象物のうち、多結晶シリコン膜は高速で研磨し、窒化ケイ素膜および酸化ケイ素膜の少なくとも一方は研磨速度を抑制する効果が得られる。pHが5を超え10以下である研磨用組成物中において負のゼータ電位を有する砥粒は、多結晶シリコン膜、窒化ケイ素膜および酸化ケイ素膜に吸着しやすく、これにより研磨時に多結晶シリコン膜、窒化ケイ素膜および酸化ケイ素膜の表面上に存在する砥粒が増える。このとき、砥粒の会合度が高い場合(例えば、会合度が3.0以上6.0以下の砥粒の場合)、砥粒の形状が棒状となり、研磨対象物の表面上に滞留しやすい。これにより、さらに多結晶シリコン膜、窒化ケイ素膜および酸化ケイ素膜の研磨速度が向上する。しかしながら、窒化ケイ素膜および酸化ケイ素膜の研磨速度を向上させてしまうと、窒化ケイ素の研磨速度に対する多結晶シリコンの研磨速度の比(多結晶シリコンの研磨速度/窒化ケイ素の研磨速度)および酸化ケイ素の研磨速度に対する多結晶シリコンの研磨速度の比(多結晶シリコンの研磨速度/酸化ケイ素の研磨速度)が低くなる。本発明の研磨用組成物は、pHが5を超え10以下において、特定のアミンオキシド化合物を含有することにより、多結晶シリコン膜の研磨速度を向上させ、窒化ケイ素膜および酸化ケイ素膜の研磨速度は抑制するかまたは維持することを本発明者は見出した。なお、以下では、窒化ケイ素または酸化ケイ素の研磨速度に対する多結晶シリコンの研磨速度の比を、「多結晶シリコンの研磨選択比」とも称する。 In the present invention, the object to be polished preferably includes at least a polycrystalline silicon film and at least one of a silicon nitride film and a silicon oxide film. According to the polishing composition of the present invention, the polycrystalline silicon film of the object to be polished is polished at a high speed, and at least one of a silicon nitride film and a silicon oxide film has an effect of suppressing the polishing speed. In a polishing composition having a pH of more than 5 and not more than 10, abrasive grains having a negative zeta potential are easily adsorbed to a polycrystalline silicon film, a silicon nitride film and a silicon oxide film, and thus the number of abrasive grains present on the surface of a polycrystalline silicon film, a silicon nitride film and a silicon oxide film during polishing increases. At this time, when the degree of association of the abrasive grains is high (for example, in the case of abrasive grains having a degree of association of 3.0 or more and 6.0 or less), the shape of the abrasive grains becomes rod-like and tends to remain on the surface of the object to be polished. This further improves the polishing speed of a polycrystalline silicon film, a silicon nitride film and a silicon oxide film. However, if the polishing speed of silicon nitride film and silicon oxide film is increased, the ratio of the polishing speed of polycrystalline silicon to the polishing speed of silicon nitride (polishing speed of polycrystalline silicon/polishing speed of silicon nitride) and the ratio of the polishing speed of polycrystalline silicon to the polishing speed of silicon oxide (polishing speed of polycrystalline silicon/polishing speed of silicon oxide) will be lowered. The inventors have found that the polishing composition of the present invention, which contains a specific amine oxide compound at a pH of more than 5 and not more than 10, improves the polishing speed of polycrystalline silicon film and suppresses or maintains the polishing speed of silicon nitride film and silicon oxide film. In the following, the ratio of the polishing speed of polycrystalline silicon to the polishing speed of silicon nitride or silicon oxide is also referred to as the "polishing selectivity of polycrystalline silicon".

すなわち、特定のアミンオキシド化合物は、特定のpHにおいて、多結晶シリコン膜に吸着しやすいのではないかと考えられる。アミンオキシド化合物が多結晶シリコン膜に吸着すると、アミンオキシド化合物の窒素原子上の非共有電子対が多結晶シリコン膜表面のケイ素-ケイ素結合と相互作用し、多結晶シリコン膜表面を脆化させる。これにより、多結晶シリコン膜表面上の砥粒がさらに多結晶シリコン膜に作用しやすくなり、多結晶シリコン膜の研磨速度が向上するものと考える。 In other words, it is believed that certain amine oxide compounds are more likely to be adsorbed onto polycrystalline silicon films at certain pH levels. When an amine oxide compound is adsorbed onto a polycrystalline silicon film, the unshared electron pair on the nitrogen atom of the amine oxide compound interacts with the silicon-silicon bonds on the surface of the polycrystalline silicon film, embrittling the surface of the polycrystalline silicon film. This makes it easier for the abrasive grains on the surface of the polycrystalline silicon film to act on the polycrystalline silicon film, improving the polishing speed of the polycrystalline silicon film.

一方、特定のアミンオキシド化合物は、窒化ケイ素膜および酸化ケイ素膜に対しては、上記のような相互作用は多結晶シリコン膜ほど強くなく、窒化ケイ素膜表面および酸化ケイ素膜表面を脆化させる作用は弱い。すなわち、窒化ケイ素膜および酸化ケイ素膜は、本発明の研磨用組成物の存在下、化学的に安定であり、pHや砥粒の電位が支配的であり、結果として多結晶シリコン膜の研磨速度向上で多結晶シリコンの研磨選択比が向上できるのではないかと推測される。以上のように、本発明の研磨用組成物は、多結晶シリコン膜は高速で研磨し、窒化ケイ素膜および酸化ケイ素膜は研磨速度を抑制することができるものと考えられる。 On the other hand, the above-mentioned interaction of certain amine oxide compounds with silicon nitride films and silicon oxide films is not as strong as with polycrystalline silicon films, and the effect of embrittling the silicon nitride film surface and silicon oxide film surface is weak. In other words, silicon nitride films and silicon oxide films are chemically stable in the presence of the polishing composition of the present invention, and the pH and the potential of the abrasive grains are dominant, and it is speculated that as a result, the polishing selectivity of polycrystalline silicon can be improved by improving the polishing speed of polycrystalline silicon films. As described above, it is believed that the polishing composition of the present invention can polish polycrystalline silicon films at high speed and suppress the polishing speed of silicon nitride films and silicon oxide films.

以上のように、本発明者は、pHが5を超え10以下である研磨用組成物中において、負のゼータ電位を有し、3.0以上6.0以下の会合度を有する砥粒と、特定のアミンオキシド化合物と、を含む研磨用組成物により、多結晶シリコン膜は高速で研磨し、窒化ケイ素膜および酸化ケイ素膜は研磨速度を抑制するという課題が解決されることを見出したのである。 As described above, the inventors have discovered that a polishing composition having a pH greater than 5 and not greater than 10, containing abrasive grains with a negative zeta potential and a degree of association of 3.0 or more and 6.0 or less, and a specific amine oxide compound, can solve the problem of polishing polycrystalline silicon films at high speeds while suppressing the polishing rate of silicon nitride films and silicon oxide films.

なお、上記メカニズムは推測に基づくものであり、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。 Note that the above mechanism is based on speculation, and the present invention is in no way limited to the above mechanism.

[研磨対象物]
本発明に係る研磨対象物は、多結晶シリコン(ポリシリコン)膜と、窒化ケイ素(Si)膜および酸化ケイ素(SiO)膜の少なくとも一方と、を含むことが好ましい。すなわち、本発明の好ましい一実施形態に係る研磨用組成物は、多結晶シリコン膜と、窒化ケイ素膜および酸化ケイ素膜の少なくとも一方と、を含む研磨対象物を研磨する用途で使用される。
[Polished object]
The object to be polished according to the present invention preferably includes a polycrystalline silicon (polysilicon) film and at least one of a silicon nitride (Si 3 N 4 ) film and a silicon oxide (SiO 2 ) film. That is, the polishing composition according to a preferred embodiment of the present invention is used for polishing an object to be polished that includes a polycrystalline silicon film and at least one of a silicon nitride film and a silicon oxide film.

本発明の一実施形態によれば、研磨対象物の用途は制限されず、半導体基板、太陽電池の基板、液晶ディスプレイ(LCD)のTFT等が挙げられる。また、それらのテストウェハ、モニターウェハ、搬送チェックウェハ、ダミーウェハ等にも好適である。 According to one embodiment of the present invention, the use of the object to be polished is not limited, and examples include semiconductor substrates, solar cell substrates, and TFTs for liquid crystal displays (LCDs). It is also suitable for use as test wafers, monitor wafers, transport check wafers, dummy wafers, etc. for these.

本発明に係る研磨対象物は、多結晶シリコン膜、窒化ケイ素膜および酸化ケイ素膜以外に他の材料を含んでいてもよい。他の材料の例としては、炭窒化ケイ素(Si)、ドープト多結晶シリコン(ドープトポリシリコン)、アンドープト非晶質シリコン(アンドープトアモルファスシリコン)、金属、SiGe等が挙げられる。 The object to be polished according to the present invention may contain other materials in addition to the polycrystalline silicon film, silicon nitride film, and silicon oxide film, such as silicon carbonitride (Si x C y N z ), doped polycrystalline silicon (doped polysilicon), undoped amorphous silicon, metal, SiGe, etc.

酸化ケイ素を含む膜の例としては、例えば、オルトケイ酸テトラエチルを前駆体として使用して生成されるTEOS(Tetraethyl Orthosilicate)タイプ酸化ケイ素膜(以下、単に「TEOS膜」とも称する)、HDP(High Density Plasma)膜、USG(Undoped Silicate Glass)膜、PSG(Phosphorus Silicate Glass)膜、BPSG(Boron-Phospho Silicate Glass)膜、RTO(Rapid Thermal Oxidation)膜等が挙げられる。 Examples of films containing silicon oxide include TEOS (Tetraethyl Orthosilicate) type silicon oxide films (hereinafter simply referred to as "TEOS films") produced using tetraethyl orthosilicate as a precursor, HDP (High Density Plasma) films, USG (Undoped Silicate Glass) films, PSG (Phosphorus Silicate Glass) films, BPSG (Boron-Phospho Silicate Glass) films, and RTO (Rapid Thermal Oxidation) films.

金属を含む膜としては、例えば、タングステン(W)膜、窒化チタン(TiN)膜、ルテニウム(Ru)膜、白金(Pt)膜、銀(Ag)膜、金(Au)膜、ハフニウム(Hf)膜、コバルト(Co)膜、パラジウム(Pd)、イリジウム(Ir)、オスミウム(Os)、ニッケル(Ni)膜、銅(Cu)膜、アルミニウム(Al)膜、タンタル(Ta)膜などが挙げられる。 Examples of films containing metals include tungsten (W) film, titanium nitride (TiN) film, ruthenium (Ru) film, platinum (Pt) film, silver (Ag) film, gold (Au) film, hafnium (Hf) film, cobalt (Co) film, palladium (Pd), iridium (Ir), osmium (Os), nickel (Ni) film, copper (Cu) film, aluminum (Al) film, and tantalum (Ta) film.

さらに、研磨対象物の形状は特に制限されない。本発明の一実施形態において、研磨用組成物は、たとえば、板状や多面体状等の、平面を有する研磨対象物の研磨に好ましく適用され得る。 Furthermore, there are no particular limitations on the shape of the object to be polished. In one embodiment of the present invention, the polishing composition can be preferably used for polishing an object to be polished that has a flat surface, such as a plate or polyhedron.

[砥粒]
本発明に係る研磨用組成物は、砥粒を含む。本発明に係る研磨用組成物に含まれる砥粒は、負のゼータ電位を有する。砥粒のゼータ電位が0mVまたは正である場合、多結晶シリコン膜の研磨速度が低くなったり、または、窒化ケイ素膜もしくは酸化ケイ素膜の研磨速度が高くなり、結果として多結晶シリコン膜の研磨速度が窒化ケイ素膜または酸化ケイ素膜の研磨速度に比べて低くなる(多結晶シリコンの研磨選択比が低くなる)。砥粒は、好ましくはアニオン変性シリカ(アニオン性基を有するシリカ)であり、より好ましくはアニオン変性コロイダルシリカ(アニオン性基を有するコロイダルシリカ)である。砥粒は、1種単独でも、または2種以上組み合わせて用いてもよい。また、砥粒は、市販品を用いてもよいし、合成品を用いてもよい。
[Abrasive grain]
The polishing composition according to the present invention contains abrasive grains. The abrasive grains contained in the polishing composition according to the present invention have a negative zeta potential. When the zeta potential of the abrasive grains is 0 mV or positive, the polishing speed of the polycrystalline silicon film is lowered, or the polishing speed of the silicon nitride film or silicon oxide film is increased, and as a result, the polishing speed of the polycrystalline silicon film is lower than the polishing speed of the silicon nitride film or silicon oxide film (the polishing selectivity of polycrystalline silicon is lowered). The abrasive grains are preferably anion-modified silica (silica having an anionic group), and more preferably anion-modified colloidal silica (colloidal silica having an anionic group). The abrasive grains may be used alone or in combination of two or more kinds. In addition, the abrasive grains may be commercially available products or synthetic products.

本発明に係る研磨用組成物は、砥粒としてアニオン変性コロイダルシリカを含むことが好ましい。アニオン変性コロイダルシリカは、表面がアニオン性基で修飾されたコロイダルシリカであり、研磨用組成物において、研磨対象物を機械的に研磨する作用を有する。 The polishing composition according to the present invention preferably contains anion-modified colloidal silica as an abrasive. Anion-modified colloidal silica is colloidal silica whose surface is modified with anionic groups, and in the polishing composition, it has the effect of mechanically polishing the object to be polished.

アニオン変性コロイダルシリカとしては、カルボキシ基、スルホン酸基、ホスホン酸基、アルミン酸基等のアニオン性基が表面に固定化されたコロイダルシリカが好ましく挙げられる。このようなアニオン性基を有するコロイダルシリカの製造方法としては、特に制限されず、例えば、末端にアニオン性基を有するシランカップリング剤とコロイダルシリカとを反応させる方法が挙げられる。 Preferred examples of anion-modified colloidal silica include colloidal silica having anionic groups, such as carboxyl groups, sulfonic acid groups, phosphonic acid groups, and aluminic acid groups, immobilized on the surface. There are no particular limitations on the method for producing colloidal silica having such anionic groups, and examples of the method include a method of reacting colloidal silica with a silane coupling agent having an anionic group at the end.

具体例として、スルホン酸基をコロイダルシリカに固定化するのであれば、例えば、“Sulfonic acid-functionalized silica through 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に過酸化水素でチオール基を酸化することにより、スルホン酸基が表面に固定化されたコロイダルシリカ(スルホン酸修飾コロイダルシリカ)を得ることができる。 As a specific example, if sulfonic acid groups are to be fixed to colloidal silica, this can be done by the method described in, for example, "Sulfonic acid-functionalized silica through of thiol groups", Chem. Commun. 246-247 (2003). Specifically, a silane coupling agent having a thiol group, such as 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, is coupled to colloidal silica, and then the thiol group is oxidized with hydrogen peroxide to obtain colloidal silica with sulfonic acid groups fixed to the surface (sulfonic acid-modified colloidal silica).

カルボキシ基をコロイダルシリカに固定化するのであれば、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、カルボキシ基が表面に固定化されたコロイダルシリカ(カルボン酸修飾コロイダルシリカ)を得ることができる。 Carboxylic groups can be immobilized on colloidal silica by, for example, the method described in "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). Specifically, a silane coupling agent containing a photoreactive 2-nitrobenzyl ester is coupled to colloidal silica, followed by light irradiation, to obtain colloidal silica with carboxyl groups immobilized on the surface (carboxylic acid-modified colloidal silica).

研磨用組成物中の砥粒のゼータ電位の下限は、-50mV以上が好ましく、-45mV以上がより好ましく、-40mV以上がさらに好ましく、-35mV以上が特に好ましく、-30mV以上が最も好ましい。また、研磨用組成物中の砥粒のゼータ電位の上限は、-1mV以下が好ましく、-5mV以下がより好ましく、-10mV以下がさらに好ましく、-15mV以下が特に好ましく、-20mV以下が最も好ましい。すなわち、研磨用組成物中の砥粒のゼータ電位は、-50mV以上-1mV以下が好ましく、-45mV以上-5mV以下がより好ましく、-40mV以上-10mV以下がさらに好ましく、-35mV以上-15mV以下が特に好ましく、-30mV以上-20mV以下が最も好ましい。 The lower limit of the zeta potential of the abrasive grains in the polishing composition is preferably -50 mV or more, more preferably -45 mV or more, even more preferably -40 mV or more, particularly preferably -35 mV or more, and most preferably -30 mV or more. The upper limit of the zeta potential of the abrasive grains in the polishing composition is preferably -1 mV or less, more preferably -5 mV or less, even more preferably -10 mV or less, particularly preferably -15 mV or less, and most preferably -20 mV or less. That is, the zeta potential of the abrasive grains in the polishing composition is preferably -50 mV or more and -1 mV or less, more preferably -45 mV or more and -5 mV or less, even more preferably -40 mV or more and -10 mV or less, particularly preferably -35 mV or more and -15 mV or less, and most preferably -30 mV or more and -20 mV or less.

上記のようなゼータ電位を有する砥粒であれば、多結晶シリコン膜をより高い研磨速度で研磨することができ、多結晶シリコン膜の研磨速度が、窒化ケイ素膜または酸化ケイ素膜の研磨速度に比べてより高くなる(多結晶シリコンの研磨選択比がより高くなる)。 Abrasive grains having the above-mentioned zeta potential can polish polycrystalline silicon films at a higher polishing rate, and the polishing rate of polycrystalline silicon films is higher than the polishing rate of silicon nitride films or silicon oxide films (the polishing selectivity of polycrystalline silicon is higher).

砥粒の平均一次粒子径は、1nm以上であることが好ましく、3nm以上であることがより好ましく、5nm以上であることがさらに好ましい。砥粒の平均一次粒子径が大きくなるにつれて、多結晶シリコン膜の研磨速度が向上する。また、砥粒の平均一次粒子径は、100nm以下であることが好ましく、50nm以下であることがより好ましく、30nm以下であることがさらに好ましい。砥粒の平均一次粒子径が小さくなるにつれて、多結晶シリコン膜の研磨速度が、窒化ケイ素膜または酸化ケイ素膜の研磨速度に比べてより高くなる(多結晶シリコンの研磨選択比がより高くなる)。 The average primary particle size of the abrasive grains is preferably 1 nm or more, more preferably 3 nm or more, and even more preferably 5 nm or more. As the average primary particle size of the abrasive grains increases, the polishing speed of the polycrystalline silicon film increases. Also, the average primary particle size of the abrasive grains is preferably 100 nm or less, more preferably 50 nm or less, and even more preferably 30 nm or less. As the average primary particle size of the abrasive grains decreases, the polishing speed of the polycrystalline silicon film becomes higher compared to the polishing speed of the silicon nitride film or silicon oxide film (the polishing selectivity of polycrystalline silicon becomes higher).

すなわち、砥粒の平均一次粒子径は、1nm以上100nm以下であることが好ましく、3nm以上50nm以下であることがより好ましく、5nm以上30nm以下であることがさらに好ましい。なお、砥粒の平均一次粒子径は、例えば、BET法から算出した砥粒の比表面積(SA)と、砥粒の密度とを基に算出することができる。 That is, the average primary particle size of the abrasive grains is preferably 1 nm or more and 100 nm or less, more preferably 3 nm or more and 50 nm or less, and even more preferably 5 nm or more and 30 nm or less. The average primary particle size of the abrasive grains can be calculated, for example, based on the specific surface area (SA) of the abrasive grains calculated by the BET method and the density of the abrasive grains.

また、砥粒の平均二次粒子径は、15nm以上であることが好ましく、20nm以上であることがより好ましく、25nm以上であることがさらに好ましい。砥粒の平均二次粒子径が大きくなるにつれて、研磨中の抵抗が小さくなり、多結晶シリコン膜の安定的な研磨が可能になる。また、砥粒の平均二次粒子径は、200nm以下であることが好ましく、150nm以下であることがより好ましく、100nm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が小さくなるにつれて、砥粒の単位質量当たりの表面積が大きくなり、研磨対象物との接触頻度が向上し、多結晶シリコン膜の研磨速度がより向上する。すなわち、砥粒の平均二次粒子径は、15nm以上200nm以下であることが好ましく、20nm以上150nm以下であることがより好ましく、25nm以上100nm以下であることがさらに好ましい。なお、砥粒の平均二次粒子径は、例えばレーザー回折散乱法に代表される動的光散乱法により測定することができ、具体的には実施例に記載の方法により測定された値を採用する。 The average secondary particle diameter of the abrasive grains is preferably 15 nm or more, more preferably 20 nm or more, and even more preferably 25 nm or more. As the average secondary particle diameter of the abrasive grains increases, the resistance during polishing decreases, enabling stable polishing of the polycrystalline silicon film. The average secondary particle diameter of the abrasive grains is preferably 200 nm or less, more preferably 150 nm or less, and even more preferably 100 nm or less. As the average secondary particle diameter of the abrasive grains decreases, the surface area per unit mass of the abrasive grains increases, the frequency of contact with the object to be polished increases, and the polishing speed of the polycrystalline silicon film increases. That is, the average secondary particle diameter of the abrasive grains is preferably 15 nm or more and 200 nm or less, more preferably 20 nm or more and 150 nm or less, and even more preferably 25 nm or more and 100 nm or less. The average secondary particle diameter of the abrasive grains can be measured, for example, by a dynamic light scattering method represented by a laser diffraction scattering method, and specifically, the value measured by the method described in the examples is adopted.

砥粒の平均一次粒子径に対する平均二次粒子径の比(平均二次粒子径/平均一次粒子径、以下「平均会合度」とも称する)は、3.0以上6.0以下である。砥粒の平均会合度が3.0未満の場合、砥粒が研磨対象物上で転がりやすく、研磨パットと研磨対象物との間から砥粒が逃げてしまい、効率的な研磨ができず、多結晶シリコン膜の研磨速度が低減する。砥粒の平均会合度が6.0を超えると、砥粒が研磨対象物の表面上へ滞留する傾向が高く、窒化ケイ素膜または酸化ケイ素膜の研磨速度が向上し、窒化ケイ素膜または酸化ケイ素膜の研磨速度に対する多結晶シリコン膜の研磨速度(多結晶シリコン膜の研磨選択比)が低くなる。砥粒の平均会合度は、3.5以上であることが好ましく、3.6以上であることがより好ましく、3.7以上であることがさらに好ましく、3.8以上であることが特に好ましく、4.0以上であることが最も好ましい。砥粒の平均会合度が大きくなるにつれて、多結晶シリコン膜の研磨速度がより向上する。また、砥粒の平均会合度は、5.9以下であることが好ましく、5.8以下であることがより好ましく、5.5以下であることがさらに好ましく、5.0以下であることが特に好ましく、4.8以下であることが最も好ましい。砥粒の平均会合度が小さくなるにつれて、多結晶シリコン膜の研磨速度が、窒化ケイ素膜または酸化ケイ素膜の研磨速度に比べてより高くなる(多結晶シリコンの研磨選択比がより高くなる)。すなわち、砥粒の平均会合度は、3.5以上5.9以下であることが好ましく、3.6以上5.8以下であることがより好ましく、3.7以上5.5以下であることがさらに好ましく、3.8以上5.0以下であることが特に好ましく、4.0以上4.8以下であることが最も好ましい。 The ratio of the average secondary particle diameter to the average primary particle diameter of the abrasive grains (average secondary particle diameter/average primary particle diameter, hereinafter also referred to as the "average degree of association") is 3.0 or more and 6.0 or less. If the average degree of association of the abrasive grains is less than 3.0, the abrasive grains tend to roll on the object to be polished, and the abrasive grains escape from between the polishing pad and the object to be polished, making efficient polishing impossible and reducing the polishing rate of the polycrystalline silicon film. If the average degree of association of the abrasive grains exceeds 6.0, the abrasive grains tend to remain on the surface of the object to be polished, improving the polishing rate of the silicon nitride film or silicon oxide film, and reducing the polishing rate of the polycrystalline silicon film relative to the polishing rate of the silicon nitride film or silicon oxide film (polishing selectivity of the polycrystalline silicon film). The average degree of association of the abrasive grains is preferably 3.5 or more, more preferably 3.6 or more, even more preferably 3.7 or more, particularly preferably 3.8 or more, and most preferably 4.0 or more. As the average degree of association of the abrasive grains increases, the polishing speed of the polycrystalline silicon film increases. The average degree of association of the abrasive grains is preferably 5.9 or less, more preferably 5.8 or less, even more preferably 5.5 or less, particularly preferably 5.0 or less, and most preferably 4.8 or less. As the average degree of association of the abrasive grains decreases, the polishing speed of the polycrystalline silicon film becomes higher than the polishing speed of the silicon nitride film or silicon oxide film (the polishing selectivity of polycrystalline silicon becomes higher). That is, the average degree of association of the abrasive grains is preferably 3.5 to 5.9, more preferably 3.6 to 5.8, even more preferably 3.7 to 5.5, particularly preferably 3.8 to 5.0, and most preferably 4.0 to 4.8.

なお、砥粒の平均会合度は、砥粒の平均二次粒子径の値を平均一次粒子径の値で除することにより得られる。 The average degree of association of the abrasive grains is obtained by dividing the average secondary particle size of the abrasive grains by the average primary particle size.

砥粒の一次粒子の形状は、特に制限されず、球形状であってもよいし、非球形状であってもよい。非球形状の具体例としては、三角柱や四角柱などの多角柱状、円柱状、円柱の中央部が端部よりも膨らんだ俵状、円盤の中央部が貫通しているドーナツ状、板状、中央部にくびれを有するいわゆる繭状、表面に複数の突起を有するいわゆる金平糖形状、ラグビーボール形状等、種々の形状が挙げられ、特に制限されない。 The shape of the primary particles of the abrasive grains is not particularly limited and may be spherical or non-spherical. Specific examples of non-spherical shapes include polygonal prisms such as triangular prisms and square prisms, cylinders, bale shapes in which the center of a cylinder is more bulging than the ends, donut shapes with a disk penetrating the center, plate shapes, so-called cocoon shapes with a constriction in the center, so-called confetti shapes with multiple protrusions on the surface, and rugby ball shapes, and various other shapes are not particularly limited.

砥粒の二次粒子の形状は、特に制限されず、砥粒の一次粒子が並列して2個連なったピーナッツ状、砥粒の一次粒子が並列して3個以上連なった数珠状であってもよいし、3個以上の一次粒子が一体化した会合立体型の球形状、3個以上の一次粒子が一体化した会合平面型の多角形状(例えば、三角、四角、菱形、六角等)であってもよい。これらのうち、多結晶シリコン膜の研磨速度と、窒化ケイ素膜または酸化ケイ素膜との研磨速度とが良好なバランスとなるという観点から、数珠状であるのが好ましい。 The shape of the secondary particles of the abrasive grains is not particularly limited, and may be a peanut shape in which two primary particles of the abrasive grains are connected in parallel, a rosary shape in which three or more primary particles of the abrasive grains are connected in parallel, a three-dimensional spherical shape in which three or more primary particles are integrated, or a polygonal shape in which three or more primary particles are integrated and flat (e.g., triangular, rectangular, rhombic, hexagonal, etc.). Of these, the rosary shape is preferred from the viewpoint of achieving a good balance between the polishing speed of the polycrystalline silicon film and the polishing speed of the silicon nitride film or silicon oxide film.

砥粒の大きさ(平均一次粒子径、平均二次粒子径、アスペクト比、一次粒子の形状、二次粒子の形状等)は、砥粒の製造方法の選択等により適切に制御することができる。 The size of the abrasive grains (average primary particle size, average secondary particle size, aspect ratio, primary particle shape, secondary particle shape, etc.) can be appropriately controlled by selecting the manufacturing method of the abrasive grains, etc.

本明細書において、砥粒のゼータ電位は、実施例に記載の方法によって測定される値を採用する。砥粒のゼータ電位は、砥粒が有するアニオン性基の量、研磨用組成物のpH等により調整することができる。 In this specification, the zeta potential of the abrasive grains is a value measured by the method described in the Examples. The zeta potential of the abrasive grains can be adjusted by the amount of anionic groups contained in the abrasive grains, the pH of the polishing composition, etc.

本発明に係る研磨用組成物において、砥粒は、単独でもまたは2種以上混合して用いてもよい。また、砥粒は、市販品を用いてもよいし合成品を用いてもよい。 In the polishing composition according to the present invention, the abrasive grains may be used alone or in a mixture of two or more kinds. In addition, the abrasive grains to be used may be either commercially available products or synthetic products.

研磨用組成物中の砥粒の含有量(濃度)は、特に制限されないが、研磨用組成物の全質量に対して、0.1質量%以上であることが好ましく、0.2質量%以上であることがより好ましく、0.5質量%以上であることがさらに好ましく、0.5質量%超であることが特に好ましい。また、研磨用組成物中の砥粒の含有量(濃度)の上限は、研磨用組成物の全質量に対して、10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましく、4質量%以下であることがさらに好ましく、4質量%未満であることが特に好ましい。すなわち、研磨用組成物中の砥粒の含有量(濃度)は、研磨用組成物の全質量に対して、0.1質量%以上10質量%以下であることが好ましく、0.2質量%以上5質量%以下であることがより好ましく、0.5質量%以上4質量%以下であることがさらに好ましく、0.5質量%超4質量%未満であることが特に好ましい。一実施形態において、研磨用組成物中の砥粒の含有量(濃度)は、0.01質量%以上3.0質量%以下である。 The content (concentration) of the abrasive grains in the polishing composition is not particularly limited, but is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.2% by mass or more, even more preferably 0.5% by mass or more, and particularly preferably more than 0.5% by mass, based on the total mass of the polishing composition. The upper limit of the content (concentration) of the abrasive grains in the polishing composition is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, even more preferably 4% by mass or less, and particularly preferably less than 4% by mass, based on the total mass of the polishing composition. That is, the content (concentration) of the abrasive grains in the polishing composition is preferably 0.1% by mass or more and 10% by mass or less, more preferably 0.2% by mass or more and 5% by mass or less, even more preferably 0.5% by mass or more and 4% by mass or less, and particularly preferably more than 0.5% by mass and less than 4% by mass. In one embodiment, the content (concentration) of the abrasive grains in the polishing composition is 0.01% by mass or more and 3.0% by mass or less.

砥粒の含有量がこのような範囲であれば、多結晶シリコン膜の研磨速度が、窒化ケイ素膜または酸化ケイ素膜の研磨速度に比べてより高くなる(多結晶シリコンの研磨選択比がより高くなる)。研磨用組成物が2種以上の砥粒を含む場合には、砥粒の含有量は、これらの合計量を意図する。 If the content of abrasive grains is within this range, the polishing speed of the polycrystalline silicon film will be higher than the polishing speed of the silicon nitride film or silicon oxide film (the polishing selectivity of polycrystalline silicon will be higher). When the polishing composition contains two or more types of abrasive grains, the content of the abrasive grains refers to the total amount of these.

本発明に係る研磨用組成物は、研磨用組成物中で負のゼータ電位を有する砥粒であれば、本発明の効果を阻害しない範囲内において、アニオン変性シリカ以外の他の砥粒をさらに含んでもよい。このような他の砥粒は、無機粒子、有機粒子、および有機無機複合粒子のいずれであってもよい。無機粒子の具体例としては、例えば、未変性のシリカ、アルミナ、セリア、チタニア等の金属酸化物からなる粒子、窒化ケイ素粒子、炭化ケイ素粒子、窒化ホウ素粒子が挙げられる。有機粒子の具体例としては、例えば、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)粒子が挙げられる。 The polishing composition of the present invention may further contain other abrasive grains besides anion-modified silica, so long as the abrasive grains have a negative zeta potential in the polishing composition, within a range that does not impair the effects of the present invention. Such other abrasive grains may be any of inorganic particles, organic particles, and organic-inorganic composite particles. Specific examples of inorganic particles include unmodified silica, particles made of metal oxides such as alumina, ceria, and titania, silicon nitride particles, silicon carbide particles, and boron nitride particles. Specific examples of organic particles include polymethylmethacrylate (PMMA) particles.

[アミンオキシド化合物]
本発明に係る研磨用組成物は、下記式(1)で表されるアミンオキシド化合物を含む。
[Amine oxide compounds]
The polishing composition of the present invention contains an amine oxide compound represented by the following formula (1).

式(1)において、R~Rは、それぞれ独立して、炭素数1以上14未満のアルキル基であり、ここで、R~Rのうち少なくとも1つは炭素数8超14未満のアルキル基である。炭素数1以上14未満のアルキル基としては、炭素数1以上14未満の直鎖アルキル基、分岐アルキル基または環状アルキル基のいずれであってもよいが、炭素数1以上14未満の直鎖アルキル基が好ましい。 In formula (1), R 1 to R 3 are each independently an alkyl group having 1 or more and less than 14 carbon atoms, and at least one of R 1 to R 3 is an alkyl group having more than 8 and less than 14 carbon atoms. The alkyl group having 1 or more and less than 14 carbon atoms may be any of a linear alkyl group, branched alkyl group, or cyclic alkyl group having 1 or more and less than 14 carbon atoms, but a linear alkyl group having 1 or more and less than 14 carbon atoms is preferred.

炭素数1以上14未満のアルキル基の具体例としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tet-ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、2-エチルヘキシル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、3,7-ジメチルオクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基(ラウリル基)、トリデシル基等が挙げられる。 Specific examples of alkyl groups having 1 or more and less than 14 carbon atoms include, for example, methyl, ethyl, propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, sec-butyl, tet-butyl, pentyl, isopentyl, neopentyl, 2-ethylhexyl, hexyl, heptyl, octyl, 3,7-dimethyloctyl, nonyl, decyl, undecyl, dodecyl (lauryl), and tridecyl groups.

ここで、式(1)において、R~Rのうち少なくとも1つは炭素数8超14未満のアルキル基である。すなわち、本発明に係るアミンオキシド化合物は、3つのアルキル基のうち少なくとも1つは炭素数8超14未満のアルキル基を有する。アミンオキシド化合物が少なくとも1つは炭素数8超14未満のアルキル基を有することで、多結晶シリコン膜へ作用しやすくなり、多結晶シリコン膜の研磨速度を向上させることができる。炭素数8超14未満のアルキル基以外のアルキル基は、炭素数1以上8以下のアルキル基であってもよい。アミンオキシド化合物は、炭素数8超14未満のアルキル基を少なくとも1つ有していればよく、炭素数8超14未満のアルキル基を2つまたは3つ有していてもよいが、好ましくは炭素数8超14未満のアルキル基を1つのみ有するのが好ましい。 Here, in formula (1), at least one of R 1 to R 3 is an alkyl group having more than 8 and less than 14 carbon atoms. That is, in the amine oxide compound according to the present invention, at least one of the three alkyl groups has more than 8 and less than 14 carbon atoms. By having at least one alkyl group having more than 8 and less than 14 carbon atoms, the amine oxide compound can easily act on the polycrystalline silicon film, and the polishing rate of the polycrystalline silicon film can be improved. The alkyl group other than the alkyl group having more than 8 and less than 14 carbon atoms may be an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms. The amine oxide compound is required to have at least one alkyl group having more than 8 and less than 14 carbon atoms, and may have two or three alkyl groups having more than 8 and less than 14 carbon atoms, but preferably has only one alkyl group having more than 8 and less than 14 carbon atoms.

炭素数8超14未満のアルキル基としては、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基(ラウリル基)、トリデシル基等が挙げられる。炭素数8超14未満のアルキル基としては、炭素数9以上13以下のアルキル基であるのがより好ましく、炭素数10以上12以下のアルキル基であるのがさらに好ましく、炭素数10または12のアルキル基であるのが特に好ましい。 Examples of alkyl groups having more than 8 and less than 14 carbon atoms include nonyl, decyl, undecyl, dodecyl (lauryl), and tridecyl groups. As alkyl groups having more than 8 and less than 14 carbon atoms, alkyl groups having 9 to 13 carbon atoms are more preferred, alkyl groups having 10 to 12 carbon atoms are even more preferred, and alkyl groups having 10 or 12 carbon atoms are particularly preferred.

一実施形態において、アミンオキシド化合物は、炭素数8超14未満のアルキル基を1つのみ有する。よって、当該形態のアミンオキシド化合物は、炭素数8超14未満のアルキル基を1つと、炭素数1以上8以下のアルキル基を2つ有する。すなわち、一実施形態では、式(1)において、RおよびRは、それぞれ独立して、炭素数1以上8以下のアルキル基であり、Rは、炭素数8超14未満のアルキル基である。 In one embodiment, the amine oxide compound has only one alkyl group having more than 8 and less than 14 carbon atoms. Thus, this form of amine oxide compound has one alkyl group having more than 8 and less than 14 carbon atoms and two alkyl groups having from 1 to 8 carbon atoms. That is, in one embodiment, in formula (1), R 1 and R 2 are each independently an alkyl group having from 1 to 8 carbon atoms, and R 3 is an alkyl group having more than 8 and less than 14 carbon atoms.

一実施形態において、アミンオキシド化合物は、炭素数8超14未満のアルキル基を3つ有する。すなわち、一実施形態では、式(1)において、R~Rは、それぞれ独立して、炭素数8超14未満のアルキル基である。 In one embodiment, the amine oxide compound has three alkyl groups having more than 8 and less than 14 carbon atoms. That is, in one embodiment, in formula (1), R 1 to R 3 are each independently an alkyl group having more than 8 and less than 14 carbon atoms.

一実施形態において、アミンオキシド化合物は、炭素数8超14未満のアルキル基を2つと、炭素数1以上8以下のアルキル基を1つ有する。すなわち、一実施形態では、式(1)において、RおよびRは、それぞれ独立して、炭素数8超14未満のアルキル基であり、Rは、炭素数1以上8以下のアルキル基である。 In one embodiment, the amine oxide compound has two alkyl groups having more than 8 and less than 14 carbon atoms and one alkyl group having from 1 to 8 carbon atoms. That is, in one embodiment, in formula (1), R1 and R2 are each independently an alkyl group having more than 8 and less than 14 carbon atoms, and R3 is an alkyl group having from 1 to 8 carbon atoms.

好ましい形態としては、アミンオキシド化合物は、炭素数8超14未満のアルキル基を1つと、炭素数1以上8以下のアルキル基を2つ有する。アミンオキシド化合物が上記構成となることで、多結晶シリコン膜の研磨速度と、窒化ケイ素膜または酸化ケイ素膜との研磨速度とが良好なバランスとなる。 In a preferred embodiment, the amine oxide compound has one alkyl group having more than 8 and less than 14 carbon atoms, and two alkyl groups having 1 to 8 carbon atoms. The amine oxide compound has the above composition, which provides a good balance between the polishing speed of the polycrystalline silicon film and the polishing speed of the silicon nitride film or silicon oxide film.

アミンオキシド化合物の具体例としては、デシルジメチルアミンオキシド、メチルジデシルアミンオキシド、デシルジエチルアミンオキシド、エチルジデシルアミンオキシド、デシルジプロピルアミンオキシド、プロピルジデシルアミンオキシド、ドデシルジメチルアミンオキシド、メチルジドデシルアミンオキシド、ドデシルジエチルアミンオキシド、エチルジドデシルアミンオキシド、ドデシルジプロピルアミンオキシド、プロピルジドデシルアミンオキシド、トリデシルジメチルアミンオキシド、メチルジトリデシルアミンオキシド、トリデシルジエチルアミンオキシド、エチルジトリデシルアミンオキシド、トリ(トリデシル)アミンオキシド、デシルジ(トリデシル)アミンオキシド等が挙げられる。これらのうち、アミンオキシド化合物としては、多結晶シリコン膜の研磨選択比の観点から、デシルジメチルアミンオキシド、メチルジデシルアミンオキシド、デシルジエチルアミンオキシド、エチルジデシルアミンオキシド、ドデシルジメチルアミンオキシド、メチルジドデシルアミンオキシド、ドデシルジエチルアミンオキシド、エチルジドデシルアミンオキシドが好ましい。アミンオキシド化合物は、デシルジメチルアミンオキシドおよびドデシルジメチルアミンオキシドの少なくとも一方であるのがさらに好ましい。 Specific examples of amine oxide compounds include decyl dimethylamine oxide, methyl didecylamine oxide, decyl diethylamine oxide, ethyl didecylamine oxide, decyl dipropylamine oxide, propyl didecylamine oxide, dodecyl dimethylamine oxide, methyl didodecylamine oxide, dodecyl diethylamine oxide, ethyl didodecylamine oxide, dodecyl dipropylamine oxide, propyl didodecylamine oxide, tridecyl dimethylamine oxide, methyl ditridecylamine oxide, tridecyl diethylamine oxide, ethyl ditridecylamine oxide, tri(tridecyl)amine oxide, and decyl di(tridecyl)amine oxide. Among these, the amine oxide compound is preferably decyl dimethylamine oxide, methyl didecylamine oxide, decyl diethylamine oxide, ethyl didecylamine oxide, dodecyl dimethylamine oxide, methyl didodecylamine oxide, dodecyl diethylamine oxide, or ethyl didodecylamine oxide, from the viewpoint of the polishing selectivity of the polycrystalline silicon film. The amine oxide compound is more preferably at least one of decyl dimethylamine oxide and dodecyl dimethylamine oxide.

本発明に係る研磨用組成物において、アミンオキシド化合物は、単独でもまたは2種以上混合して用いてもよい。また、アミンオキシド化合物は、市販品を用いてもよいし合成品を用いてもよい。 In the polishing composition according to the present invention, the amine oxide compound may be used alone or in a mixture of two or more kinds. In addition, the amine oxide compound may be a commercially available product or a synthetic product.

研磨用組成物中のアミンオキシド化合物の含有量(濃度)は、特に制限されないが、研磨用組成物の全質量に対して、0.001質量%以上であることが好ましく、0.002質量%以上であることがより好ましく、0.005質量%以上であることがさらに好ましく、0.01質量%以上であることが特に好ましく、0.03質量%以上であることが最も好ましい。また、研磨用組成物中のアミンオキシド化合物の含有量(濃度)の上限は、研磨用組成物の全質量に対して、5質量%以下であることが好ましく、1質量%以下であることがより好ましく、0.5質量%以下であることがさらに好ましく、0.2質量%以下であることが特に好ましく、0.1質量%以下であることが最も好ましい。すなわち、アミンオキシド化合物の含有量(濃度)は、研磨用組成物の全質量に対して、0.001質量%以上5質量%以下であることが好ましく、0.002質量%以上1質量%以下であることがより好ましく、0.005質量%以上0.5質量%以下であることがさらに好ましく、0.01質量%以上0.2質量%以下であることが特に好ましく、0.03質量%0.1質量%以下であることが最も好ましい。一実施形態において、研磨用組成物中のアミンオキシド化合物の含有量(濃度)は、0.01質量%以上0.1質量%以下である。 The content (concentration) of the amine oxide compound in the polishing composition is not particularly limited, but is preferably 0.001% by mass or more, more preferably 0.002% by mass or more, even more preferably 0.005% by mass or more, particularly preferably 0.01% by mass or more, and most preferably 0.03% by mass or more, based on the total mass of the polishing composition. The upper limit of the content (concentration) of the amine oxide compound in the polishing composition is preferably 5% by mass or less, more preferably 1% by mass or less, even more preferably 0.5% by mass or less, particularly preferably 0.2% by mass or less, and most preferably 0.1% by mass or less, based on the total mass of the polishing composition. That is, the content (concentration) of the amine oxide compound is preferably 0.001% by mass or more and 5% by mass or less, more preferably 0.002% by mass or more and 1% by mass or less, even more preferably 0.005% by mass or more and 0.5% by mass or less, particularly preferably 0.01% by mass or more and 0.2% by mass or less, and most preferably 0.03% by mass or less and 0.1% by mass or less, relative to the total mass of the polishing composition. In one embodiment, the content (concentration) of the amine oxide compound in the polishing composition is 0.01% by mass or more and 0.1% by mass or less.

アミンオキシド化合物の含有量(濃度)がこのような範囲であれば、多結晶シリコン膜の研磨速度が、窒化ケイ素膜または酸化ケイ素膜の研磨速度に比べてより高くなる(多結晶シリコンの研磨選択比がより高くなる)。研磨用組成物が2種以上のアミンオキシド化合物を含む場合には、アミンオキシド化合物の含有量(濃度)は、これらの合計量を意図する。 When the content (concentration) of the amine oxide compound is within this range, the polishing speed of the polycrystalline silicon film is higher than the polishing speed of the silicon nitride film or silicon oxide film (the polishing selectivity of polycrystalline silicon is higher). When the polishing composition contains two or more types of amine oxide compounds, the content (concentration) of the amine oxide compound refers to the total amount of these.

[窒素原子とホスホン酸基とを有する化合物]
本発明に係る研磨用組成物は、窒素原子とホスホン酸基とを有する化合物をさらに含んでいてもよい。窒素原子とホスホン酸基とを有する化合物は、多結晶シリコン膜を脆化させることができ、多結晶シリコン膜の研磨速度をさらに向上させることができ、多結晶シリコンの研磨選択比をさらに向上させることができる。
[Compound Having Nitrogen Atom and Phosphonic Acid Group]
The polishing composition according to the present invention may further contain a compound having a nitrogen atom and a phosphonic acid group. The compound having a nitrogen atom and a phosphonic acid group can embrittle the polycrystalline silicon film, further improve the polishing speed of the polycrystalline silicon film, and further improve the polishing selectivity of the polycrystalline silicon.

窒素原子とホスホン酸基とを有する化合物としては、例えば、ニトリロトリスメチレンホスホン酸またはその塩、アレンドロン酸またはその塩の三水和物、アレンドロン酸またはその塩、(1-アミノエチル)ホスホン酸またはその塩、N,N,N,N-エチレンジアミンテトラキス(メチレンホスホン酸)またはその塩、およびグリシンN,N-ビス(メチレンホスホン酸)またはその塩からなる群から選択される少なくとも一種である。これらのうち、ニトリロトリスメチレンホスホン酸またはその塩、N,N,N,N-エチレンジアミンテトラキス(メチレンホスホン酸)またはその塩が好ましい。 The compound having a nitrogen atom and a phosphonic acid group is, for example, at least one selected from the group consisting of nitrilotrismethylenephosphonic acid or a salt thereof, alendronic acid or a salt thereof trihydrate, alendronic acid or a salt thereof, (1-aminoethyl)phosphonic acid or a salt thereof, N,N,N,N-ethylenediaminetetrakis(methylenephosphonic acid) or a salt thereof, and glycine N,N-bis(methylenephosphonic acid) or a salt thereof. Of these, nitrilotrismethylenephosphonic acid or a salt thereof, and N,N,N,N-ethylenediaminetetrakis(methylenephosphonic acid) or a salt thereof are preferred.

本発明に係る研磨用組成物において、窒素原子とホスホン酸基とを有する化合物は、単独でもまたは2種以上混合して用いてもよい。また、窒素原子とホスホン酸基とを有する化合物は、市販品を用いてもよいし合成品を用いてもよい。 In the polishing composition according to the present invention, the compound having a nitrogen atom and a phosphonic acid group may be used alone or in combination of two or more kinds. In addition, the compound having a nitrogen atom and a phosphonic acid group may be a commercially available product or a synthetic product.

研磨用組成物中の窒素原子とホスホン酸基とを有する化合物の含有量(濃度)は、特に制限されないが、研磨用組成物の全質量に対して、0.001質量%以上であることが好ましく、0.002質量%以上であることがより好ましく、0.005質量%以上であることがさらに好ましく、0.01質量%以上であることが特に好ましく、0.03質量%以上であることが最も好ましい。また、研磨用組成物中の窒素原子とホスホン酸基とを有する化合物の含有量(濃度)の上限は、研磨用組成物の全質量に対して、5質量%以下であることが好ましく、1質量%以下であることがより好ましく、0.5質量%以下であることがさらに好ましく、0.2質量%以下であることが特に好ましく、0.1質量%以下であることが最も好ましい。すなわち、窒素原子とホスホン酸基とを有する化合物の含有量(濃度)は、研磨用組成物の全質量に対して、0.001質量%以上5質量%以下であることが好ましく、0.002質量%以上1質量%以下であることがより好ましく、0.005質量%以上0.5質量%以下であることがさらに好ましく、0.01質量%以上0.2質量%以下であることが特に好ましく、0.03質量%0.1質量%以下であることが最も好ましい。一実施形態において、研磨用組成物中の窒素原子とホスホン酸基とを有する化合物の含有量(濃度)は、0.01質量%以上0.1質量%以下である。 The content (concentration) of the compound having a nitrogen atom and a phosphonic acid group in the polishing composition is not particularly limited, but is preferably 0.001% by mass or more, more preferably 0.002% by mass or more, even more preferably 0.005% by mass or more, particularly preferably 0.01% by mass or more, and most preferably 0.03% by mass or more, based on the total mass of the polishing composition. The upper limit of the content (concentration) of the compound having a nitrogen atom and a phosphonic acid group in the polishing composition is preferably 5% by mass or less, more preferably 1% by mass or less, even more preferably 0.5% by mass or less, particularly preferably 0.2% by mass or less, and most preferably 0.1% by mass or less, based on the total mass of the polishing composition. That is, the content (concentration) of the compound having a nitrogen atom and a phosphonic acid group is preferably 0.001% by mass or more and 5% by mass or less, more preferably 0.002% by mass or more and 1% by mass or less, even more preferably 0.005% by mass or more and 0.5% by mass or less, particularly preferably 0.01% by mass or more and 0.2% by mass or less, and most preferably 0.03% by mass or less and 0.1% by mass or less, based on the total mass of the polishing composition. In one embodiment, the content (concentration) of the compound having a nitrogen atom and a phosphonic acid group in the polishing composition is 0.01% by mass or more and 0.1% by mass or less.

[pHおよびpH調整剤]
本発明に係る研磨用組成物のpHは、5を超え10以下である。研磨用組成物のpHが5以下の場合、研磨用組成物中において砥粒の研磨対象物への吸着性が低くなり、多結晶シリコン膜の研磨速度が低下する。研磨用組成物のpHが10を超える場合、窒化ケイ素膜および酸化ケイ素膜の研磨速度が高くなり、多結晶シリコンの研磨選択比が低くなる。研磨用組成物のpHは、好ましくは5.5以上であり、より好ましくは5.8以上であり、さらに好ましくは6.0以上であり、特に好ましくは6.5以上であり、最も好ましくは6.8以上である。研磨用組成物のpHは、好ましくは9.8以下であり、より好ましくは9.5以下であり、さらに好ましくは8.0以下であり、特に好ましくは7.8以下であり、最も好ましくは7.5以下である。すなわち、研磨用組成物のpHは、好ましくは5.5以上9.8以下であり、より好ましくは5.8以上9.5以下であり、さらに好ましくは6.0以上8.0以下であり、特に好ましくは6.5以上7.8以下であり、最も好ましくは6.8以上7.5以下である。一実施形態において、研磨用組成物のpHは、6以上9未満である。研磨用組成物のpHがこのような範囲であれば、多結晶シリコン膜の研磨速度が、窒化ケイ素膜または酸化ケイ素膜の研磨速度に比べてより高くなる(多結晶シリコンの研磨選択比がより高くなる)。
[pH and pH adjusters]
The pH of the polishing composition according to the present invention is more than 5 and 10 or less. When the pH of the polishing composition is 5 or less, the adsorption of the abrasive grains to the object to be polished in the polishing composition is reduced, and the polishing rate of the polycrystalline silicon film is reduced. When the pH of the polishing composition is more than 10, the polishing rate of the silicon nitride film and the silicon oxide film is increased, and the polishing selectivity of the polycrystalline silicon is reduced. The pH of the polishing composition is preferably 5.5 or more, more preferably 5.8 or more, even more preferably 6.0 or more, particularly preferably 6.5 or more, and most preferably 6.8 or more. The pH of the polishing composition is preferably 9.8 or less, more preferably 9.5 or less, even more preferably 8.0 or less, particularly preferably 7.8 or less, and most preferably 7.5 or less. That is, the pH of the polishing composition is preferably 5.5 or more and 9.8 or less, more preferably 5.8 or more and 9.5 or less, even more preferably 6.0 or more and 8.0 or less, particularly preferably 6.5 or more and 7.8 or less, and most preferably 6.8 or more and 7.5 or less. In one embodiment, the pH of the polishing composition is 6 or more and less than 9. If the pH of the polishing composition is in such a range, the polishing rate of the polycrystalline silicon film becomes higher than the polishing rate of the silicon nitride film or the silicon oxide film (the polishing selectivity of the polycrystalline silicon becomes higher).

本発明の研磨用組成物において、pHを、5を超え10以下に調整するためpH調整剤を含んでいてもよい。pH調整剤としては、無機酸、有機酸、アルカリ等がある。これらは1種単独でもまたは2種以上を組み合わせて使ってもよい。 The polishing composition of the present invention may contain a pH adjuster to adjust the pH to more than 5 and not more than 10. Examples of pH adjusters include inorganic acids, organic acids, and alkalis. These may be used alone or in combination of two or more.

pH調整剤として使用できる無機酸の具体例としては、例えば、塩酸、硫酸、硝酸、フッ酸、ホウ酸、炭酸、次亜リン酸、亜リン酸およびリン酸が挙げられる。これらのうち、塩酸、硫酸、硝酸またはリン酸が好ましく、硝酸がより好ましい。硝酸をpH調整剤として用いることにより、多結晶シリコン膜に対する研磨選択性を向上することができ、多結晶シリコン膜に対する研磨速度を好適に向上することができる。 Specific examples of inorganic acids that can be used as pH adjusters include hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, hydrofluoric acid, boric acid, carbonic acid, hypophosphorous acid, phosphorous acid, and phosphoric acid. Of these, hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, and phosphoric acid are preferred, and nitric acid is more preferred. By using nitric acid as a pH adjuster, the polishing selectivity for the polycrystalline silicon film can be improved, and the polishing speed for the polycrystalline silicon film can be suitably improved.

pH調整剤として使用できる有機酸の具体例としては、例えば、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、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、10-カンファースルホン酸およびイセチオン酸等が挙げられる。 Specific examples of organic acids that can be used as pH adjusters include formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, 2-methylbutyric acid, n-hexanoic acid, 3,3-dimethylbutyric acid, 2-ethylbutyric acid, 4-methylpentanoic acid, n-heptanoic acid, 2-methylhexanoic acid, n-octanoic acid, 2-ethylhexanoic acid, benzoic acid, glycolic acid, salicylic acid, glyceric acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, maleic acid, phthalic acid, malic acid, tartaric acid, citric acid, lactic acid, diglycolic acid, 2-furancarboxylic acid, 2,5-furandicarboxylic acid, 3-furancarboxylic acid, 2-tetrahydrofurancarboxylic acid, methoxyacetic acid, methoxyphenylacetic acid, phenoxyacetic acid, methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, 10-camphorsulfonic acid, and isethionic acid.

無機酸または有機酸の代わりにあるいは無機酸または有機酸と組み合わせて、無機酸または有機酸のアルカリ金属塩等の塩をpH調整剤として用いてもよい。弱酸と強塩基、強酸と弱塩基、または弱酸と弱塩基の組み合わせの場合には、pHの緩衝作用を期待することができる。 In place of or in combination with an inorganic or organic acid, a salt such as an alkali metal salt of an inorganic or organic acid may be used as a pH adjuster. In the case of a combination of a weak acid and a strong base, a strong acid and a weak base, or a weak acid and a weak base, a pH buffering effect can be expected.

pH調整剤として使用できるアルカリの具体例としては、例えば、アンモニア、第1族元素の水酸化物(例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム)、第2族元素の水酸化物(例えば、水酸化バリウム)、水酸化第四級アンモニウム(例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド)またはその塩等を挙げることができる。塩の例としては、炭酸塩、炭酸水素塩、硫酸塩、酢酸塩等が挙げられる。これらのうち、アンモニア、第1族元素の水酸化物が好ましく、アンモニアがより好ましい。アンモニアをpH調整剤として用いることにより、多結晶シリコン膜に対する研磨選択性を向上することができ、多結晶シリコン膜に対する研磨速度を好適に向上することができる。 Specific examples of alkalis that can be used as pH adjusters include ammonia, hydroxides of Group 1 elements (e.g., sodium hydroxide, potassium hydroxide), hydroxides of Group 2 elements (e.g., barium hydroxide), quaternary ammonium hydroxides (e.g., tetramethylammonium hydroxide), or salts thereof. Examples of salts include carbonates, hydrogen carbonates, sulfates, acetates, and the like. Of these, ammonia and hydroxides of Group 1 elements are preferred, and ammonia is more preferred. By using ammonia as a pH adjuster, the polishing selectivity for polycrystalline silicon films can be improved, and the polishing speed for polycrystalline silicon films can be suitably improved.

一実施形態において、本発明に係る研磨用組成物は、硝酸およびアンモニアから選択される1種以上のpH調整剤をさらに含有する。これより、多結晶シリコン膜に対する研磨選択性を向上することができ、多結晶シリコン膜に対する研磨速度を好適に向上することができる。 In one embodiment, the polishing composition of the present invention further contains one or more pH adjusters selected from nitric acid and ammonia. This can improve the polishing selectivity for the polycrystalline silicon film and can favorably improve the polishing rate for the polycrystalline silicon film.

pH調整剤の含有量は、本発明の効果を奏する範囲内で適宜調整することによって選択することができる。なお、研磨用組成物のpHは、例えばpHメータ(例えば、株式会社堀場製作所製pHメータ(型番:LAQUA))により測定することができる。 The content of the pH adjuster can be selected by appropriately adjusting it within the range in which the effects of the present invention are achieved. The pH of the polishing composition can be measured, for example, with a pH meter (for example, a pH meter (model number: LAQUA) manufactured by Horiba, Ltd.).

[分散媒]
本発明に係る研磨用組成物は、各成分を分散するための分散媒を含むことが好ましい。分散媒としては、水;メタノール、エタノール、エチレングリコール等のアルコール類;アセトン等のケトン類等や、これらの混合物などが例示できる。これらのうち、分散媒としては水が好ましい。すなわち、本発明の好ましい形態によると、分散媒は水を含む。本発明のより好ましい形態によると、分散媒は実質的に水からなる。なお、上記の「実質的に」とは、本発明の効果が達成され得る限りにおいて、水以外の分散媒が含まれ得ることを意図する。より具体的には、分散媒は、好ましくは90質量%以上100質量%以下の水と0質量%以上10質量%以下の水以外の分散媒とからなり、より好ましくは99質量%以上100質量%以下の水と0質量%以上1質量%以下の水以外の分散媒とからなる。最も好ましくは、分散媒は水である。
[Dispersion medium]
The polishing composition according to the present invention preferably contains a dispersion medium for dispersing each component. Examples of the dispersion medium include water; alcohols such as methanol, ethanol, and ethylene glycol; ketones such as acetone, and mixtures thereof. Of these, water is preferred as the dispersion medium. That is, according to a preferred embodiment of the present invention, the dispersion medium contains water. According to a more preferred embodiment of the present invention, the dispersion medium is substantially composed of water. Note that the above "substantially" means that a dispersion medium other than water may be included as long as the effects of the present invention can be achieved. More specifically, the dispersion medium is preferably composed of 90% by mass or more and 100% by mass or less of water and 0% by mass or more and 10% by mass or less of a dispersion medium other than water, and more preferably 99% by mass or more and 100% by mass or less of water and 0% by mass or more and 1% by mass or less of a dispersion medium other than water. Most preferably, the dispersion medium is water.

研磨用組成物に含まれる成分の作用を阻害しないようにするという観点から、分散媒は、不純物をできる限り含有しない水が好ましい。具体的には、イオン交換樹脂に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や超純水、または蒸留水がより好ましい。 From the viewpoint of not inhibiting the action of the components contained in the polishing composition, it is preferable that the dispersion medium contains as few impurities as possible. Specifically, it is more preferable to use pure water or ultrapure water that has been filtered to remove foreign matter after removing impurity ions with an ion exchange resin, or distilled water.

[その他の成分]
本発明に係る研磨用組成物は、本発明の効果を阻害しない範囲内において、錯化剤、防腐剤、防カビ剤、酸化剤、界面活性剤、水溶性高分子、溶解助剤等の、研磨用組成物に用いられ得る公知の添加剤をさらに含有してもよい。本発明に係る研磨用組成物のpHは、5を超え10以下である。このため、研磨用組成物は、防カビ剤を含むことがより好ましい。すなわち、本発明の一実施形態では、研磨用組成物は、砥粒、アミンオキシド化合物および分散媒、ならびに窒素原子とホスホン酸基とを有する化合物、pH調整剤、および防カビ剤からなる群より選択される少なくとも一種から実質的に構成される。本発明の一実施形態では、研磨用組成物は、砥粒、アミンオキシド化合物および分散媒、ならびに窒素原子とホスホン酸基とを有する化合物、pH調整剤、および防カビ剤からなる群より選択される少なくとも1種から実質的に構成される。ここで、「研磨用組成物が、砥粒、アミンオキシド化合物および分散媒、ならびに窒素原子とホスホン酸基とを有する化合物、pH調整剤、および防カビ剤からなる群より選択される少なくとも1種から実質的に構成される」とは、砥粒、アミンオキシド化合物、分散媒、窒素原子とホスホン酸基とを有する化合物、pH調整剤、および防カビ剤からなる群より選択される少なくとも1種の合計含有量が、研磨用組成物に対して、99質量%を超える(上限:100質量%)ことを意図する。好ましくは、研磨用組成物は、砥粒、アミンオキシド化合物、分散媒、窒素原子とホスホン酸基とを有する化合物、pH調整剤、および防カビ剤から構成される(上記合計含有量=100質量%)。
[Other ingredients]
The polishing composition according to the present invention may further contain known additives that can be used in polishing compositions, such as complexing agents, preservatives, fungicides, oxidizing agents, surfactants, water-soluble polymers, and dissolution aids, within the range that does not inhibit the effects of the present invention. The pH of the polishing composition according to the present invention is more than 5 and 10 or less. For this reason, it is more preferable that the polishing composition contains a fungicide. That is, in one embodiment of the present invention, the polishing composition is substantially composed of at least one selected from the group consisting of abrasive grains, an amine oxide compound, a dispersion medium, and a compound having a nitrogen atom and a phosphonic acid group, a pH adjuster, and a fungicide. In one embodiment of the present invention, the polishing composition is substantially composed of at least one selected from the group consisting of abrasive grains, an amine oxide compound, a dispersion medium, and a compound having a nitrogen atom and a phosphonic acid group, a pH adjuster, and a fungicide. Here, "the polishing composition is substantially composed of at least one selected from the group consisting of abrasive grains, an amine oxide compound, a dispersion medium, and a compound having a nitrogen atom and a phosphonic acid group, a pH adjuster, and an antifungal agent" means that the total content of at least one selected from the group consisting of abrasive grains, an amine oxide compound, a dispersion medium, a compound having a nitrogen atom and a phosphonic acid group, a pH adjuster, and an antifungal agent is more than 99% by mass (upper limit: 100% by mass) relative to the polishing composition. Preferably, the polishing composition is composed of abrasive grains, an amine oxide compound, a dispersion medium, a compound having a nitrogen atom and a phosphonic acid group, a pH adjuster, and an antifungal agent (the total content = 100% by mass).

防カビ剤(防腐剤)は、特に制限されず、所望の用途、目的に応じて適切に選択できる。具体的には、1,2-ベンゾイソチアゾール-3(2H)-オン(BIT)、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、およびフェノキシエタノール等が挙げられる。 There are no particular limitations on the antifungal agent (preservative), and it can be appropriately selected according to the desired use and purpose. Specific examples include isothiazoline preservatives such as 1,2-benzisothiazol-3(2H)-one (BIT), 2-methyl-4-isothiazolin-3-one, and 5-chloro-2-methyl-4-isothiazolin-3-one, as well as phenoxyethanol.

[研磨方法および半導体基板の製造方法]
本発明に係る研磨用組成物は、例えば、多結晶シリコンと、窒化ケイ素および酸化ケイ素の少なくとも一方と、を含む研磨対象物の研磨に好適に用いられる。よって、本発明は、本発明に係る研磨用組成物を用いて、研磨対象物を研磨することを有する、研磨方法を提供する。また、本発明は、本発明に係る研磨用組成物を用いて、半導体基板を研磨することを有する、半導体基板の製造方法を提供する。また、本発明は、半導体基板を、本発明に係る研磨方法により研磨することを有する、半導体基板の製造方法を提供する。
[Polishing method and manufacturing method of semiconductor substrate]
The polishing composition according to the present invention is preferably used for polishing an object to be polished, for example, containing polycrystalline silicon and at least one of silicon nitride and silicon oxide. Thus, the present invention provides a polishing method comprising polishing an object to be polished with the polishing composition according to the present invention. The present invention also provides a method for producing a semiconductor substrate comprising polishing a semiconductor substrate with the polishing composition according to the present invention. The present invention also provides a method for producing a semiconductor substrate comprising polishing a semiconductor substrate by the polishing method according to the present invention.

研磨装置としては、研磨対象物を有する基板等を保持するホルダーと回転数を変更可能なモーター等とが取り付けてあり、研磨パッド(研磨布)を貼り付け可能な研磨定盤を有する一般的な研磨装置を使用することができる。 As a polishing device, a general polishing device can be used that is equipped with a holder for holding a substrate or the like having an object to be polished, a motor that can change the rotation speed, and a polishing platen onto which a polishing pad (polishing cloth) can be attached.

研磨パッドとしては、一般的な不織布、ポリウレタン、および多孔質フッ素樹脂等を特に制限なく使用することができる。研磨パッドには、研磨液が溜まるような溝加工が施されていることが好ましい。 As the polishing pad, general nonwoven fabric, polyurethane, porous fluororesin, etc. can be used without any particular restrictions. It is preferable that the polishing pad has grooves to allow the polishing liquid to accumulate.

研磨条件については、例えば、研磨定盤およびキャリアの回転速度は、10rpm(0.17s-1)以上500rpm(8.33s-1)が好ましい。研磨対象物を有する基板にかける圧力(研磨圧力)は、0.5psi(3.4kPa)以上10psi(68.9kPa)が好ましい。 Regarding the polishing conditions, for example, the rotation speed of the polishing platen and carrier is preferably 10 rpm (0.17 s −1 ) to 500 rpm (8.33 s −1 ), and the pressure applied to the substrate having the object to be polished (polishing pressure) is preferably 0.5 psi (3.4 kPa) to 10 psi (68.9 kPa).

研磨パッドに研磨用組成物を供給する方法も特に制限されず、例えば、ポンプ等で連続的に供給する方法が採用される。この供給量に制限はないが、研磨パッドの表面が常に本発明に係る研磨用組成物で覆われていることが好ましい。 There are no particular limitations on the method of supplying the polishing composition to the polishing pad, and for example, a method of continuously supplying it using a pump or the like is used. There is no limit to the amount of supply, but it is preferable that the surface of the polishing pad is always covered with the polishing composition of the present invention.

研磨終了後、基板を流水中で洗浄し、スピンドライヤ等により基板上に付着した水滴を払い落として乾燥させることにより、金属を含む層を有する基板が得られる。 After polishing is complete, the substrate is washed with running water, and the water droplets adhering to the substrate are removed using a spin dryer or the like, followed by drying to obtain a substrate having a metal-containing layer.

本発明に係る研磨用組成物は、一液型であってもよいし、二液型をはじめとする多液型であってもよい。また、本発明に係る研磨用組成物は、研磨用組成物の原液を水などの希釈液を使って、例えば3倍以上(または、例えば5倍以上)に希釈することによって調製されてもよい。 The polishing composition of the present invention may be a one-component type or a multi-component type, such as a two-component type. The polishing composition of the present invention may also be prepared by diluting the stock solution of the polishing composition, for example, 3 times or more (or, for example, 5 times or more) with a diluent such as water.

[研磨速度]
本発明に係る研磨用組成物を用いて研磨した場合、多結晶シリコン膜の研磨速度は、好ましくは1500Å/min以上7000Å/min以下であり、より好ましくは2000Å/min以上6800Å/min以下であり、さらに好ましくは2200Å/min以上6500Å/min以下であり、特に好ましくは2500Å/min以上6000Å/min以下である。本発明に係る研磨用組成物を用いて研磨した場合、窒化ケイ素膜および/または酸化ケイ素膜の研磨速度は、好ましくは150Å/min以下であり、より好ましくは100Å/min以下であり、さらに好ましくは50Å/min以下であり、特に好ましくは40Å/min以下である。窒化ケイ素膜および/または酸化ケイ素膜の研磨速度の下限は、特に制限はないが、実用上、5Å/min以上である。
[Polishing speed]
When polishing is performed using the polishing composition of the present invention, the polishing rate of the polycrystalline silicon film is preferably 1500 Å/min to 7000 Å/min, more preferably 2000 Å/min to 6800 Å/min, even more preferably 2200 Å/min to 6500 Å/min, and particularly preferably 2500 Å/min to 6000 Å/min. When polishing is performed using the polishing composition of the present invention, the polishing rate of the silicon nitride film and/or silicon oxide film is preferably 150 Å/min or less, more preferably 100 Å/min or less, even more preferably 50 Å/min or less, and particularly preferably 40 Å/min or less. The lower limit of the polishing rate of the silicon nitride film and/or silicon oxide film is not particularly limited, but is practically 5 Å/min or more.

[研磨選択比]
本発明に係る研磨用組成物が多結晶シリコンおよび窒化ケイ素を含む研磨対象物を研磨する用途で使用された場合、窒化ケイ素の研磨速度に対する多結晶シリコンの研磨速度の比(多結晶シリコン/窒化ケイ素)は、50以上であるのが好ましく、60以上であるのがより好ましく、70以上であるのがさらに好ましく、75以上であるのが特に好ましく、80以上であるのが最も好ましい。また、本発明に係る研磨用組成物が多結晶シリコンおよび酸化ケイ素を含む研磨対象物を研磨する用途で使用された場合、酸化ケイ素の研磨速度に対する多結晶シリコンの研磨速度の比(多結晶シリコン/酸化ケイ素)は、40以上であるのが好ましく、50以上であるのがより好ましく、55以上であるのがさらに好ましく、60以上であるのが特に好ましく、70以上であるのが最も好ましい。
[Polishing selectivity]
When the polishing composition according to the present invention is used for polishing an object to be polished that contains polycrystalline silicon and silicon nitride, the ratio of the polishing rate of polycrystalline silicon to the polishing rate of silicon nitride (polycrystalline silicon/silicon nitride) is preferably 50 or more, more preferably 60 or more, even more preferably 70 or more, particularly preferably 75 or more, and most preferably 80 or more. When the polishing composition according to the present invention is used for polishing an object to be polished that contains polycrystalline silicon and silicon oxide, the ratio of the polishing rate of polycrystalline silicon to the polishing rate of silicon oxide (polycrystalline silicon/silicon oxide) is preferably 40 or more, more preferably 50 or more, even more preferably 55 or more, particularly preferably 60 or more, and most preferably 70 or more.

本発明の実施形態を詳細に説明したが、これは説明的かつ例示的なものであって限定的ではなく、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって解釈されるべきであることは明らかである。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail, it is clear that the same are illustrative and exemplary and are not limiting, and the scope of the present invention should be interpreted by the appended claims.

本発明は、下記態様および形態を包含する。 The present invention includes the following aspects and configurations:

[1]砥粒と、アミンオキシド化合物と、を含み、pHが、5を超え10以下である研磨用組成物であって、
前記砥粒は、前記研磨用組成物中で負のゼータ電位を有し、かつ平均会合度が3.0以上6.0以下であり、
前記アミンオキシド化合物は、下記式(1):
[1] A polishing composition comprising an abrasive grain and an amine oxide compound, and having a pH of more than 5 and not more than 10,
the abrasive grains have a negative zeta potential in the polishing composition and an average degree of association of 3.0 or more and 6.0 or less;
The amine oxide compound is represented by the following formula (1):

式(1)において、
~Rは、それぞれ独立して、炭素数1以上12以下のアルキル基であり、ここで、R~Rのうち少なくとも1つは炭素数8超14未満のアルキル基である、
で表される、研磨用組成物。
In formula (1),
R 1 to R 3 are each independently an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and at least one of R 1 to R 3 is an alkyl group having more than 8 and less than 14 carbon atoms;
The polishing composition represented by the formula:

[2]前記アミンオキシド化合物は、前記炭素数8超14未満のアルキル基を1つのみ有する、上記[1]に記載の研磨用組成物。 [2] The polishing composition according to [1] above, in which the amine oxide compound has only one alkyl group having more than 8 and less than 14 carbon atoms.

[3]前記アミンオキシド化合物は、デシルジメチルアミンオキシドおよびドデシルジメチルアミンオキシドの少なくとも一方である、上記[1]または[2]に記載の研磨用組成物。 [3] The polishing composition according to [1] or [2] above, wherein the amine oxide compound is at least one of decyl dimethylamine oxide and dodecyl dimethylamine oxide.

[4]窒素原子とホスホン酸基とを有する化合物をさらに含有する、上記[1]~[3]のいずれかに記載の研磨用組成物。 [4] The polishing composition according to any one of [1] to [3] above, further containing a compound having a nitrogen atom and a phosphonic acid group.

[5]前記窒素原子とホスホン酸基とを有する化合物は、ニトリロトリスメチレンホスホン酸またはその塩、アレンドロン酸またはその塩の三水和物、アレンドロン酸またはその塩、(1-アミノエチル)ホスホン酸またはその塩、N,N,N,N-エチレンジアミンテトラキス(メチレンホスホン酸)またはその塩、およびグリシンN,N-ビス(メチレンホスホン酸)またはその塩からなる群から選択される少なくとも一種である、上記[1]~[4]のいずれかに記載の研磨用組成物。 [5] The polishing composition according to any one of [1] to [4] above, wherein the compound having a nitrogen atom and a phosphonic acid group is at least one selected from the group consisting of nitrilotrismethylenephosphonic acid or a salt thereof, alendronic acid or a salt thereof trihydrate, alendronic acid or a salt thereof, (1-aminoethyl)phosphonic acid or a salt thereof, N,N,N,N-ethylenediaminetetrakis(methylenephosphonic acid) or a salt thereof, and glycine N,N-bis(methylenephosphonic acid) or a salt thereof.

[6]前記砥粒は、アニオン変性コロイダルシリカである、上記[1]~[5]のいずれかに記載の研磨用組成物。 [6] The polishing composition according to any one of [1] to [5] above, wherein the abrasive grains are anion-modified colloidal silica.

[7]pHが、6以上9未満である、上記[1]~[6]のいずれかに記載の研磨用組成物。 [7] The polishing composition according to any one of [1] to [6] above, having a pH of 6 or more and less than 9.

[8]硝酸およびアンモニアから選択される1種以上のpH調整剤をさらに含有する、上記[1]~[7]のいずれかに記載の研磨用組成物。 [8] The polishing composition according to any one of [1] to [7] above, further comprising one or more pH adjusters selected from nitric acid and ammonia.

[9]多結晶シリコンと、窒化ケイ素および酸化ケイ素の少なくとも一方と、を含む研磨対象物を研磨する用途で使用される、上記[1]~[8]のいずれかに記載の研磨用組成物。 [9] The polishing composition according to any one of [1] to [8] above, which is used for polishing an object to be polished that contains polycrystalline silicon and at least one of silicon nitride and silicon oxide.

[10]多結晶シリコンおよび窒化ケイ素を含む研磨対象物を研磨する用途で使用され、前記窒化ケイ素の研磨速度に対する前記多結晶シリコンの研磨速度の比(多結晶シリコンの研磨速度/窒化ケイ素の研磨速度)が80以上である、上記[9]に記載の研磨用組成物。 [10] The polishing composition according to [9] above, which is used for polishing an object containing polycrystalline silicon and silicon nitride, and the ratio of the polishing speed of the polycrystalline silicon to the polishing speed of the silicon nitride (polishing speed of polycrystalline silicon/polishing speed of silicon nitride) is 80 or more.

[11]多結晶シリコンおよび酸化ケイ素を含む研磨対象物を研磨する用途で使用され、前記酸化ケイ素の研磨速度に対する前記多結晶シリコンの研磨速度の比(多結晶シリコンの研磨速度/酸化ケイ素の研磨速度)が60以上である、上記[9]に記載の研磨用組成物。 [11] The polishing composition according to [9] above, which is used for polishing an object containing polycrystalline silicon and silicon oxide, and the ratio of the polishing rate of the polycrystalline silicon to the polishing rate of the silicon oxide (polishing rate of polycrystalline silicon/polishing rate of silicon oxide) is 60 or more.

[12]上記[1]~[11]のいずれかに記載の研磨用組成物を用いて、多結晶シリコンと、窒化ケイ素および酸化ケイ素の少なくとも一方と、を含む研磨対象物を研磨する工程を含む、研磨方法。 [12] A polishing method comprising a step of polishing an object containing polycrystalline silicon and at least one of silicon nitride and silicon oxide using the polishing composition described in any one of [1] to [11] above.

[13]多結晶シリコンと、窒化ケイ素および酸化ケイ素の少なくとも一方と、を含む半導体基板を上記[12]に記載の研磨方法により研磨する工程を有する、半導体基板の製造方法。 [13] A method for manufacturing a semiconductor substrate, comprising a step of polishing a semiconductor substrate containing polycrystalline silicon and at least one of silicon nitride and silicon oxide by the polishing method described in [12] above.

本発明を、以下の実施例及び比較例を用いてさらに詳細に説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。なお、特記しない限り、「%」及び「部」は、それぞれ、「質量%」及び「質量部」を意味する。 The present invention will be described in more detail using the following examples and comparative examples. However, the technical scope of the present invention is not limited to the following examples. Unless otherwise specified, "%" and "parts" mean "% by mass" and "parts by mass", respectively.

<砥粒の平均一次粒子径>
砥粒の平均一次粒子径は、マイクロメリティックス社製の“Flow Sorb II 2300”を用いて測定されたBET法によるシリカ粒子の比表面積と、砥粒の密度とから算出した。
<Average primary particle size of abrasive grains>
The average primary particle size of the abrasive grains was calculated from the specific surface area of the silica particles measured by the BET method using "Flow Sorb II 2300" manufactured by Micromeritics, and the density of the abrasive grains.

<砥粒の平均二次粒子径>
砥粒の平均二次粒子径は、動的光散乱式粒子径・粒度分布装置 UPA-UTI151(日機装株式会社製)により、体積平均粒子径(体積基準の算術平均径;Mv)として測定した。
<Average secondary particle size of abrasive grains>
The average secondary particle diameter of the abrasive grains was measured as the volume average particle diameter (arithmetic mean diameter based on volume; Mv) using a dynamic light scattering particle diameter/particle size distribution device UPA-UTI151 (manufactured by Nikkiso Co., Ltd.).

<砥粒の平均会合度>
砥粒の平均会合度は、砥粒の平均二次粒子径の値を砥粒の平均一次粒子径の値で除することにより算出した。
<Average degree of association of abrasive grains>
The average degree of association of the abrasive grains was calculated by dividing the value of the average secondary particle size of the abrasive grains by the value of the average primary particle size of the abrasive grains.

<砥粒のゼータ電位>
研磨用組成物中の砥粒のゼータ電位は、研磨用組成物をマルバーン・パナリティカル社製、Zetasizer Nanoに供し、測定温度25℃の条件下でレーザードップラー法(電気泳動光散乱測定法)にて測定し、得られるデータをSmoluchowskiの式で解析することにより、算出した。
<Zeta potential of abrasive grains>
The zeta potential of the abrasive grains in the polishing composition was measured by subjecting the polishing composition to a Zetasizer Nano manufactured by Malvern Panalytical and measuring it by a laser Doppler method (electrophoretic light scattering measurement method) at a measurement temperature of 25°C, and calculating it by analyzing the obtained data using the Smoluchowski formula.

<砥粒の形状>
砥粒の形状は、HD-2700 形走査透過電子顕微鏡(株式会社日立ハイテク製)を用いて、以下の手順に従って砥粒の画像観察を行い、解析した。
<Shape of abrasive grain>
The shape of the abrasive grains was analyzed by observing images of the abrasive grains using a HD-2700 scanning transmission electron microscope (manufactured by Hitachi High-Tech Corporation) according to the following procedure.

砥粒をアルコール中に分散させた後(砥粒濃度0.01質量%)、乾燥させたものを透過型電子顕微鏡(TEM)に設置し、5.0kVにて電子線照射を行い、倍率50000倍から200000倍で観察視野を数点撮影した。 After dispersing the abrasive grains in alcohol (abrasive grain concentration 0.01% by mass), the dried sample was placed in a transmission electron microscope (TEM) and irradiated with an electron beam at 5.0 kV. Several observation fields were photographed at magnifications from 50,000 to 200,000 times.

撮影されたTEM画像において、下記の基準に基づき、砥粒の形状を確認した。
(砥粒形状の基準)
TEM画像において下記形状のものが50個数%以上で観測された場合、その形状を有する砥粒と判断する。
・数珠状…球状砥粒が3個以上連結して並んでおり、端に位置する砥粒同士が連結していないもの
・ピーナッツ状…球状砥粒が2個連結して並んでいるもの。
In the TEM images taken, the shape of the abrasive grains was confirmed based on the following criteria.
(Standards for abrasive grain shape)
When grains having the following shapes are observed in TEM images at 50% or more by number, the grains are judged to have that shape.
- Bead-shaped: Three or more spherical abrasive grains are connected together in a row, with the grains at the ends not connected to each other. - Peanut-shaped: Two spherical abrasive grains are connected together in a row.

<研磨用組成物のpH>
研磨用組成物のpHは、ガラス電極式水素イオン濃度指示計(株式会社堀場製作所製 型番:F-23)を使用し、標準緩衝液(フタル酸塩pH緩衝液pH:4.01(25℃)、中性リン酸塩pH緩衝液pH:6.86(25℃)、炭酸塩pH緩衝液pH:10.01(25℃))を用いて3点校正した後で、ガラス電極を研磨用組成物に入れて、2分以上経過して安定した後の値をpH値とした。
<pH of Polishing Composition>
The pH of the polishing composition was measured using a glass electrode type hydrogen ion concentration indicator (Model No. F-23, manufactured by Horiba, Ltd.) and three-point calibration was performed using standard buffer solutions (phthalate pH buffer solution pH: 4.01 (25°C), neutral phosphate pH buffer solution pH: 6.86 (25°C), carbonate pH buffer solution pH: 10.01 (25°C)). The glass electrode was then placed in the polishing composition and the value after stabilization for at least 2 minutes was recorded as the pH value.

<研磨用組成物の電気伝導度>
研磨用組成物の電気伝導度(EC)は、卓上型電気伝導度計(株式会社堀場製作所製、型番:DS-71 LAQUA(登録商標))により測定した。
<Electrical Conductivity of Polishing Composition>
The electrical conductivity (EC) of the polishing composition was measured using a tabletop electrical conductivity meter (manufactured by Horiba, Ltd., model number: DS-71 LAQUA (registered trademark)).

[砥粒の調製]
[砥粒1~3の調製]
アニオン変性コロイダルシリカとして、スルホン酸修飾コロイダルシリカ(“Sulfonic acid-functionalized silica through quantitative oxidation of thiol groups”, Chem. Commun. 246-247 (2003)に記載の方法で、砥粒1~3のアニオン変性コロイダルシリカを作製した。
[Preparation of abrasive grains]
[Preparation of Abrasive Grains 1 to 3]
As the anion-modified colloidal silica, sulfonic acid-modified colloidal silica was used (Abrasive grains 1 to 3 were prepared by the method described in “Sulfonic acid-functionalized silica through quantitative oxidation of thiol groups”, Chem. Commun. 246-247 (2003)).

・砥粒1:平均一次粒子径:22nm、平均二次粒子径80nm、平均会合度:3.6
・砥粒2:平均一次粒子径:11nm、平均二次粒子径50nm、平均会合度:4.5
・砥粒3:平均一次粒子径:35nm、平均二次粒子径70nm、平均会合度:2。
Abrasive grain 1: average primary particle size: 22 nm, average secondary particle size: 80 nm, average degree of association: 3.6
Abrasive grain 2: average primary particle size: 11 nm, average secondary particle size: 50 nm, average degree of association: 4.5
Abrasive grain 3: average primary particle size: 35 nm, average secondary particle size: 70 nm, average degree of association: 2.

[砥粒4の調製]
特開2005-162533号公報の実施例1に記載の方法と同様にして、シリカゾルの水分散液(シリカ濃度=20質量%)1Lに対してシランカップリング剤としてγ-アミノプロピルトリエトキシシラン(APTES)を0.113mmolの濃度(0.113mM)で使用して、平均一次粒子径:22nm、平均二次粒子径:80nm、平均会合度:3.6)の砥粒4であるカチオン変性コロイダルシリカを作製した。
[Preparation of Abrasive Grain 4]
In the same manner as in Example 1 of JP 2005-162533 A, cation-modified colloidal silica as abrasive grains 4 (average primary particle size: 22 nm, average secondary particle size: 80 nm, average degree of association: 3.6) was prepared using γ-aminopropyltriethoxysilane (APTES) at a concentration of 0.113 mmol (0.113 mM) as a silane coupling agent per 1 L of an aqueous dispersion of silica sol (silica concentration=20% by mass).

[研磨用組成物の調製]
(実施例1)
砥粒として上記で得られた砥粒1(アニオン変性コロイダルシリカ)を最終濃度2質量%となるように、分散媒である純水に室温(25℃)で加えた。さらに、最終濃度0.014mMとなるように防カビ剤として2-メチル-4-イソチアゾリン-3-オン(THE DOW CHEMICAL COMPANY製)を加え混合液を得た。
[Preparation of Polishing Composition]
Example 1
The above-obtained abrasive grain 1 (anion-modified colloidal silica) was added to the dispersion medium, pure water, at room temperature (25° C.) to a final concentration of 2% by mass. Furthermore, 2-methyl-4-isothiazolin-3-one (manufactured by THE DOW CHEMICAL COMPANY) was added as an antifungal agent to a final concentration of 0.014 mM to obtain a mixed solution.

その後、アミンオキシド化合物としてデシルジメチルアミンオキシド(ライオン・スペシャリティケミカル株式会社製)を最終濃度0.05質量%となるように加え、pH調整剤としてアンモニアをpH9となるように加え、室温(25℃)で30分攪拌混合し、研磨用組成物A1を調製した。得られた研磨用組成物A1のpHを測定すると9であり、電気伝導度は2mS/cmであった。 Then, decyldimethylamine oxide (manufactured by Lion Specialty Chemical Co., Ltd.) was added as an amine oxide compound to a final concentration of 0.05 mass%, and ammonia was added as a pH adjuster to a pH of 9, followed by stirring and mixing for 30 minutes at room temperature (25°C) to prepare polishing composition A1. The pH of the resulting polishing composition A1 was measured to be 9, and the electrical conductivity was 2 mS/cm.

得られた研磨用組成物中の砥粒1(アニオン変性コロイダルシリカ)のゼータ電位を、上記の方法に従い測定したところ、-35mVであった。さらに、研磨用組成物中の砥粒1(アニオン変性コロイダルシリカ)の粒子径は、用いた砥粒1(アニオン変性コロイダルシリカ)の粒子径と同様であった。 The zeta potential of the abrasive grain 1 (anion-modified colloidal silica) in the resulting polishing composition was measured according to the method described above and found to be -35 mV. Furthermore, the particle size of the abrasive grain 1 (anion-modified colloidal silica) in the polishing composition was the same as the particle size of the abrasive grain 1 (anion-modified colloidal silica) used.

(実施例2~5、比較例1~8)
各成分の種類およびその濃度、並びにpHを下記表1のように変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例2~5の各研磨用組成物A2~A5および比較例1~8の各研磨用組成物B1~B8を調製した。なお、窒素原子とホスホン酸基とを有する化合物(表1中、「添加剤」と表記)は、pH調整剤の添加前に添加し、添加後にpH調整剤によりpHを調整した。窒素原子とホスホン酸基とを有する化合物としては、ニトリロトリスメチレンホスホン酸(製品名:キレストPH-320、キレスト株式会社製)を用いた。各研磨用組成物の構成を下記表1に示す。下記表1中の「-」は、その剤を使用しなかったことを表す。なお、各研磨用組成物のpH、各研磨用組成物中の砥粒の粒子径を測定したところ、表1に示す値となった。
(Examples 2 to 5, Comparative Examples 1 to 8)
Polishing compositions A2 to A5 of Examples 2 to 5 and polishing compositions B1 to B8 of Comparative Examples 1 to 8 were prepared in the same manner as in Example 1, except that the type and concentration of each component, and the pH were changed as shown in Table 1 below. The compound having a nitrogen atom and a phosphonic acid group (shown as "additive" in Table 1) was added before the addition of the pH adjuster, and the pH was adjusted with the pH adjuster after the addition. Nitrilotrismethylenephosphonic acid (product name: Chelest PH-320, manufactured by Chelest Co., Ltd.) was used as the compound having a nitrogen atom and a phosphonic acid group. The composition of each polishing composition is shown in Table 1 below. "-" in Table 1 below indicates that the agent was not used. The pH of each polishing composition and the particle size of the abrasive grains in each polishing composition were measured, and the values shown in Table 1 were obtained.

[評価]
〈研磨用組成物の研磨速度の評価〉
各研磨用組成物A1~A5およびB1~B8を用いて、各研磨対象物の表面を下記の条件で研磨した。研磨対象物としては、以下の(1)~(3)を準備した。
[evaluation]
<Evaluation of Polishing Rate of Polishing Composition>
Using each of the Polishing Compositions A1 to A5 and B1 to B8, the surface of each object to be polished was polished under the following conditions. The following objects to be polished (1) to (3) were prepared.

(1)多結晶シリコン膜(poly-Si膜):表面に厚さ5000Åの多結晶シリコン膜を形成したシリコンウェーハ
(2)窒化ケイ素膜(Si膜):表面に厚さ2000Åの窒化ケイ素膜を形成したシリコンウェーハ(200mm、ブランケットウェーハ)
(3)酸化ケイ素膜(TEOS膜):表面に厚さ10000ÅのTEOSタイプ酸化ケイ素(SiO)膜を形成したシリコンウェーハ(200mm、ブランケットウェーハ)。
(1) Polycrystalline silicon film (poly-Si film): A silicon wafer with a 5000 Å thick polycrystalline silicon film formed on the surface. (2) Silicon nitride film (Si 3 N 4 film): A silicon wafer (200 mm, blanket wafer) with a 2000 Å thick silicon nitride film formed on the surface.
(3) Silicon oxide film (TEOS film): A silicon wafer (200 mm, blanket wafer) having a TEOS type silicon oxide (SiO 2 ) film formed on its surface to a thickness of 10,000 Å.

(研磨装置および研磨条件)
研磨装置:アプライド・マテリアルズ製200mm用CMP片面研磨装置 Mirra
研磨パッド:ニッタ・ハース株式会社製 硬質ポリウレタンパッド IC1010
研磨圧力:4.0psi(1psi=6894.76Pa)
研磨定盤回転数:47rpm
ヘッド(キャリア)回転数:43rpm
研磨用組成物の供給:掛け流し
研磨用組成物供給量:200mL/分
研磨時間:60秒。
(Polishing Equipment and Polishing Conditions)
Polishing equipment: Applied Materials 200mm CMP single-sided polishing equipment Mirra
Polishing pad: Nitta Haas Co., Ltd. Hard polyurethane pad IC1010
Polishing pressure: 4.0 psi (1 psi = 6894.76 Pa)
Polishing platen rotation speed: 47 rpm
Head (carrier) rotation speed: 43 rpm
Supply of polishing composition: flowing Polishing composition supply amount: 200 mL/min Polishing time: 60 seconds.

(研磨速度の算出)
各研磨対象物について、研磨前後の厚みを光学式膜厚測定器(ASET-f5x:ケーエルエー・テンコール株式会社製)で求めた。膜厚は、光学式膜厚測定器(ASET-f5x:ケーエルエー・テンコール社製)によって求めた。
(Calculation of Polishing Rate)
The thickness of each object to be polished before and after polishing was measured using an optical film thickness measuring device (ASET-f5x: manufactured by KLA Tencor Co., Ltd.) The film thickness was measured using an optical film thickness measuring device (ASET-f5x: manufactured by KLA Tencor Co., Ltd.).

各研磨対象物において、研磨前後の膜厚の差[(研磨前の厚み)-(研磨後の厚み)]を研磨時間で除することにより、それぞれの研磨対象物における研磨速度を算出した。多結晶シリコン膜について、1500Å/min以上であれば、実用可能であるが、2000Å/min以上であるのが好ましい。多結晶シリコン膜と窒化ケイ素膜との研磨速度比について、多結晶シリコン膜の研磨速度/窒化ケイ素膜の研磨速度(表1中、poly-Si/Si)が50以上であれば、実用可能である。多結晶シリコン膜と酸化ケイ素膜との研磨速度比について、多結晶シリコン膜の研磨速度/酸化ケイ素膜の研磨速度(表1中、poly-Si/TEOS)が40以上であれば、実用可能である。 The polishing rate for each object to be polished was calculated by dividing the difference in film thickness before and after polishing [(thickness before polishing)-(thickness after polishing)] by the polishing time. For polycrystalline silicon film, a polishing rate of 1500 Å/min or more is practical, but 2000 Å/min or more is preferable. For the polishing rate ratio between polycrystalline silicon film and silicon nitride film, a polishing rate of polycrystalline silicon film/polishing rate of silicon nitride film (poly-Si/Si 3 N 4 in Table 1) of 50 or more is practical. For the polishing rate ratio between polycrystalline silicon film and silicon oxide film, a polishing rate of polycrystalline silicon film/polishing rate of silicon oxide film (poly-Si/TEOS in Table 1) of 40 or more is practical.

以上の評価結果を表1に併せて示す。表1において、多結晶シリコン膜は「poly-Si」で示し、窒化ケイ素膜は「Si」で示し、TEOS膜は「SiO」で示す。 The above evaluation results are also shown in Table 1. In Table 1, the polycrystalline silicon film is indicated as "poly-Si", the silicon nitride film is indicated as "Si 3 N 4 ", and the TEOS film is indicated as "SiO 2 ".

上記表1から明らかなように、実施例の研磨用組成物は、多結晶シリコン膜の研磨速度が高く、かつ、窒化ケイ素膜および酸化ケイ素膜の少なくとも一方の研磨速度を抑えることができ、多結晶シリコン膜の研磨速度比が高いものが得られることがわかる。一方、比較例の研磨用組成物は、多結晶シリコン膜の研磨速度が低かったり、窒化ケイ素膜および/または酸化ケイ素膜の研磨速度が高すぎたり等により、多結晶シリコン膜の研磨速度比が高いものが得られないことがわかる。 As is clear from Table 1 above, the polishing compositions of the Examples have a high polishing rate for polycrystalline silicon films and can suppress the polishing rate for at least one of silicon nitride films and silicon oxide films, resulting in a high polishing rate ratio for polycrystalline silicon films. On the other hand, the polishing compositions of the Comparative Examples do not provide a high polishing rate ratio for polycrystalline silicon films because the polishing rate for polycrystalline silicon films is low or the polishing rate for silicon nitride films and/or silicon oxide films is too high.

よって、本発明に係る研磨用組成物は、多結晶シリコン膜を高速で研磨し、かつ、窒化ケイ素膜および酸化ケイ素膜の少なくとも一方の研磨速度を抑えることができることがわかる。 Therefore, it can be seen that the polishing composition of the present invention can polish polycrystalline silicon films at high speeds and suppress the polishing rate of at least one of silicon nitride films and silicon oxide films.

なお、上記表1は、多結晶シリコン膜を有する研磨対象物、窒化ケイ素膜を有する研磨対象物、および酸化ケイ素膜を有する研磨対象物を別々に研磨して得られた結果である。しかしながら、多結晶シリコンと、窒化ケイ素および酸化ケイ素の少なくとも一方と、を有する研磨対象物を研磨した場合であっても、上記表1と同様の研磨速度および多結晶シリコンの研磨選択比の結果が得られると推測される。 The above Table 1 shows the results obtained by separately polishing an object having a polycrystalline silicon film, an object having a silicon nitride film, and an object having a silicon oxide film. However, it is presumed that the same polishing speed and polishing selectivity of polycrystalline silicon as those in Table 1 above will be obtained even when polishing an object having polycrystalline silicon and at least one of silicon nitride and silicon oxide.

Claims (13)

砥粒と、アミンオキシド化合物と、を含み、pHが、5を超え10以下である研磨用組成物であって、
前記砥粒は、前記研磨用組成物中で負のゼータ電位を有し、かつ平均会合度が3.0以上6.0以下であり、
前記アミンオキシド化合物は、下記式(1):
式(1)において、
~Rは、それぞれ独立して、炭素数1以上14未満のアルキル基であり、ここで、R~Rのうち少なくとも1つは炭素数8超14未満のアルキル基である、
で表される、
研磨用組成物。
A polishing composition comprising an abrasive grain and an amine oxide compound, the polishing composition having a pH of more than 5 and not more than 10,
the abrasive grains have a negative zeta potential in the polishing composition and an average degree of association of 3.0 or more and 6.0 or less;
The amine oxide compound is represented by the following formula (1):
In formula (1),
R 1 to R 3 are each independently an alkyl group having 1 to less than 14 carbon atoms, and at least one of R 1 to R 3 is an alkyl group having more than 8 and less than 14 carbon atoms;
Represented by
Polishing composition.
前記アミンオキシド化合物は、前記炭素数8超14未満のアルキル基を1つのみ有する、請求項1に記載の研磨用組成物。 The polishing composition according to claim 1, wherein the amine oxide compound has only one alkyl group having more than 8 and less than 14 carbon atoms. 前記アミンオキシド化合物は、デシルジメチルアミンオキシドおよびドデシルジメチルアミンオキシドの少なくとも一方である、請求項1または2に記載の研磨用組成物。 The polishing composition according to claim 1 or 2, wherein the amine oxide compound is at least one of decyl dimethylamine oxide and dodecyl dimethylamine oxide. 窒素原子とホスホン酸基とを有する化合物をさらに含有する、請求項1または2に記載の研磨用組成物。 The polishing composition according to claim 1 or 2, further comprising a compound having a nitrogen atom and a phosphonic acid group. 前記窒素原子とホスホン酸基とを有する化合物は、ニトリロトリスメチレンホスホン酸またはその塩、アレンドロン酸またはその塩の三水和物、アレンドロン酸またはその塩、(1-アミノエチル)ホスホン酸またはその塩、N,N,N,N-エチレンジアミンテトラキス(メチレンホスホン酸)またはその塩、およびグリシンN,N-ビス(メチレンホスホン酸)またはその塩からなる群から選択される少なくとも一種である、請求項4に記載の研磨用組成物。 The polishing composition according to claim 4, wherein the compound having a nitrogen atom and a phosphonic acid group is at least one selected from the group consisting of nitrilotrismethylenephosphonic acid or a salt thereof, alendronic acid or a salt thereof trihydrate, alendronic acid or a salt thereof, (1-aminoethyl)phosphonic acid or a salt thereof, N,N,N,N-ethylenediaminetetrakis(methylenephosphonic acid) or a salt thereof, and glycine N,N-bis(methylenephosphonic acid) or a salt thereof. 前記砥粒は、アニオン変性コロイダルシリカである、請求項1または2に記載の研磨用組成物。 The polishing composition according to claim 1 or 2, wherein the abrasive grains are anion-modified colloidal silica. pHが、6以上9未満である、請求項1または2に記載の研磨用組成物。 The polishing composition according to claim 1 or 2, having a pH of 6 or more and less than 9. 硝酸およびアンモニアから選択される1種以上のpH調整剤をさらに含有する、請求項1または2に記載の研磨用組成物。 The polishing composition according to claim 1 or 2, further comprising one or more pH adjusters selected from nitric acid and ammonia. 多結晶シリコンと、窒化ケイ素および酸化ケイ素の少なくとも一方と、を含む研磨対象物を研磨する用途で使用される、請求項1または2に記載の研磨用組成物。 The polishing composition according to claim 1 or 2, which is used for polishing an object to be polished that contains polycrystalline silicon and at least one of silicon nitride and silicon oxide. 多結晶シリコンおよび窒化ケイ素を含む研磨対象物を研磨する用途で使用され、
前記窒化ケイ素の研磨速度に対する前記多結晶シリコンの研磨速度の比(多結晶シリコンの研磨速度/窒化ケイ素の研磨速度)が80以上である、請求項9に記載の研磨用組成物。
Used to polish objects including polycrystalline silicon and silicon nitride,
10. The polishing composition according to claim 9, wherein the ratio of the polishing rate of the polycrystalline silicon to the polishing rate of the silicon nitride (polishing rate of the polycrystalline silicon/polishing rate of the silicon nitride) is 80 or more.
多結晶シリコンおよび酸化ケイ素を含む研磨対象物を研磨する用途で使用され、
前記酸化ケイ素の研磨速度に対する前記多結晶シリコンの研磨速度の比(多結晶シリコンの研磨速度/酸化ケイ素の研磨速度)が60以上である、請求項9に記載の研磨用組成物。
It is used to polish objects containing polycrystalline silicon and silicon oxide.
10. The polishing composition according to claim 9, wherein a ratio of a polishing rate of the polycrystalline silicon to a polishing rate of the silicon oxide (polishing rate of the polycrystalline silicon/polishing rate of the silicon oxide) is 60 or more.
請求項1に記載の研磨用組成物を用いて、多結晶シリコンと、窒化ケイ素および酸化ケイ素の少なくとも一方と、を含む研磨対象物を研磨する工程を含む、研磨方法。 A polishing method comprising a step of polishing an object containing polycrystalline silicon and at least one of silicon nitride and silicon oxide using the polishing composition according to claim 1. 多結晶シリコンと、窒化ケイ素および酸化ケイ素の少なくとも一方と、を含む半導体基板を請求項12に記載の研磨方法により研磨する工程を有する、半導体基板の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor substrate, comprising a step of polishing a semiconductor substrate containing polycrystalline silicon and at least one of silicon nitride and silicon oxide by the polishing method according to claim 12.
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