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技術 ポリ(アミノ酸)を含む化学機械研磨(CMP)組成物

出願人 ビーエーエスエフソシエタス・ヨーロピア
発明者 ラウター,ミヒャエルランゲ,ローラントノラー,バスティアンマルテンジーベルト,マクス
出願日 2015年1月21日 (6年1ヶ月経過) 出願番号 2016-549507
公開日 2017年3月30日 (3年10ヶ月経過) 公開番号 2017-508833
状態 拒絶査定
技術分野 抗スリップ物質 洗浄、機械加工
主要キーワード フローティング保持 微小電気機械的 アインシュタインの式 統計的共重合体 下方圧力 リングキャリア 半金属炭化物 背面圧力
関連する未来課題
重要な関連分野

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課題・解決手段

(A)コロダルもしくはフューム無機粒子、またはそれらの混合物、 (B)ポリアミノ酸)およびまたはその塩、ならびに (M)水性媒体を含む、化学機械研磨(CMP)組成物

概要

背景

半導体産業において、化学機械研磨(CMPと略される)は、半導体ウエハなどの、高度な光学的、微小電気機械的、および微小電子的な、材料および装置の製造に適用される、周知の技術である。

半導体産業で使用される材料および装置の製造において、CMPは、金属表面および/または酸化物表面平坦化するために用いられる。CMPは、化学的作用機械的作用相互作用を利用し、被研磨表面平面性を達成する。化学的作用は、CMP組成物またはCMPスラリーとも称される、化学組成物によってもたらされる。機械的作用は、通常、研磨パッドによって行われ、この研磨パッドは、一般的に、被研磨表面に押し付けられ、移動プラテン上に取り付けられる。通常、プラテン運動は、直線、回転、または軌道である。

典型的なCMP処理工程において、回転ウエハホルダは、被研磨ウエハを研磨パッドに接触させる。CMP組成物は、通常、被研磨ウエハと研磨パッドの間に塗布される。

最新技術において、ポリアミノ酸)を含むCMP組成物が知られ、例えば次の文献に記載される。

特開2000−192015号公報は、酸化セリウム粒子分散剤生分解性界面活性剤、および水を含む、CMP研磨剤を開示する。高分子分散剤水溶性陰イオン性界面活性剤、水溶性非イオン性界面活性剤、水溶性陽イオン性界面活性剤、および水溶性両性界面活性剤から選ばれる、1種または2種以上の化合物が使用される。生分解性界面活性剤の好ましい例として、とりわけ、
−ポリ(アスパラギン酸)、ポリ(グルタミン酸)、ポリ(リシン)、アスパラギン酸−グルタミン酸共重合体、アスパラギン酸−リシン共重合体、およびグルタミン酸−リシン共重合体などのポリアミノ酸、ならびにそれらの誘導体、ならびに
デンプンキトサンアルギン酸カルボキシメチルセルロースメチルセルロースプルランカードランなどの多糖、およびそれらの誘導体が挙げられる。

概要

(A)コロダルもしくはフューム無機粒子、またはそれらの混合物、 (B)ポリ(アミノ酸)およびまたはその塩、ならびに (M)水性媒体を含む、化学機械研磨(CMP)組成物

目的

本発明の課題の1つは、シャロートレンチアイソレーションにおける誘電体基板表面のCMPに適し、かつ向上した研磨性能、とりわけ、二酸化ケイ素の高い材料除去速度MRR:material removal rate)と窒化ケイ素またはポリシリコンの低いMRRの組み合わせによって示される、窒化ケイ素またはポリシリコンに対する二酸化ケイ素の高い選択性を示す、CMP組成物を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

(C)コロダルもしくはフューム無機粒子、またはそれらの混合物、(D)ポリアミノ酸)およびまたはその塩、ならびに(M)水性媒体を含む、化学機械研磨(CMP)組成物

請求項2

無機粒子(A)がコロイダル粒子である、請求項1に記載のCMP組成物

請求項3

無機粒子(A)がフュームド粒子である、請求項1に記載のCMP組成物。

請求項4

無機粒子(A)がセリア粒子である、請求項1から3のいずれか一項に記載のCMP組成物。

請求項5

粒子(A)の平均粒子径が、動的光散乱技術で測定して、20nmから200nmまでである、請求項1から4のいずれか一項に記載のCMP組成物。

請求項6

ポリ(アミノ酸)(B)が、ポリ(アスパラギン酸)、ポリ(グルタミン酸)、ポリ(リシン)、アスパラギン酸−グルタミン酸共重合体、アスパラギン酸−リシン共重合体、もしくはグルタミン酸−リシン共重合体、またはそれらの塩、またはそれらの混合物である、請求項1から5のいずれか一項に記載のCMP組成物。

請求項7

ポリ(アミノ酸)(B)が、ポリ(アスパラギン酸)およびまたはその塩である、請求項1から6のいずれか一項に記載のCMP組成物。

請求項8

(C)糖をさらに含む、請求項1から7のいずれか一項に記載のCMP組成物。

請求項9

糖(C)が、単、ニ、三、四、五、六、七、八糖、もしくはそれらの酸化誘導体、もしくはそれらの還元誘導体、もしくはそれらの置換誘導体、またはそれらの混合物である、請求項1から8のいずれか一項に記載のCMP組成物。

請求項10

糖(C)が、グルコースガラクトースサッカロース、もしくはスクラロース、もしくはそれらの誘導体および立体異性体、またはそれらの混合物である、請求項1から9のいずれか一項に記載のCMP組成物。

請求項11

組成物のpH値が4から9までの範囲内である、請求項1から10のいずれか一項に記載のCMP組成物。

請求項12

請求項1から11のいずれか一項に記載のCMP組成物の存在下で基板を化学機械研磨する工程を含む、半導体素子の製造方法。

請求項13

半導体産業で使用される基板の化学機械研磨に、請求項1から11のいずれか一項に記載のCMP組成物を使用する方法。

請求項14

基板が、(i)二酸化ケイ素、および(ii)窒化ケイ素またはポリシリコンを含む、請求項13に記載の方法。

技術分野

0001

本発明は、本質的に、化学機械研磨(CMP)組成物、および半導体産業基板研磨におけるその使用方法に関する。本発明に係るCMP組成物は、ポリアミノ酸)を含み、向上した研磨性能を示す。

背景技術

0002

半導体産業において、化学機械研磨(CMPと略される)は、半導体ウエハなどの、高度な光学的、微小電気機械的、および微小電子的な、材料および装置の製造に適用される、周知の技術である。

0003

半導体産業で使用される材料および装置の製造において、CMPは、金属表面および/または酸化物表面平坦化するために用いられる。CMPは、化学的作用機械的作用相互作用を利用し、被研磨表面平面性を達成する。化学的作用は、CMP組成物またはCMPスラリーとも称される、化学組成物によってもたらされる。機械的作用は、通常、研磨パッドによって行われ、この研磨パッドは、一般的に、被研磨表面に押し付けられ、移動プラテン上に取り付けられる。通常、プラテン運動は、直線、回転、または軌道である。

0004

典型的なCMP処理工程において、回転ウエハホルダは、被研磨ウエハを研磨パッドに接触させる。CMP組成物は、通常、被研磨ウエハと研磨パッドの間に塗布される。

0005

最新技術において、ポリ(アミノ酸)を含むCMP組成物が知られ、例えば次の文献に記載される。

0006

特開2000−192015号公報は、酸化セリウム粒子分散剤生分解性界面活性剤、および水を含む、CMP研磨剤を開示する。高分子分散剤水溶性陰イオン性界面活性剤、水溶性非イオン性界面活性剤、水溶性陽イオン性界面活性剤、および水溶性両性界面活性剤から選ばれる、1種または2種以上の化合物が使用される。生分解性界面活性剤の好ましい例として、とりわけ、
−ポリ(アスパラギン酸)、ポリ(グルタミン酸)、ポリ(リシン)、アスパラギン酸−グルタミン酸共重合体、アスパラギン酸−リシン共重合体、およびグルタミン酸−リシン共重合体などのポリアミノ酸、ならびにそれらの誘導体、ならびに
デンプンキトサンアルギン酸カルボキシメチルセルロースメチルセルロースプルランカードランなどの多糖、およびそれらの誘導体が挙げられる。

先行技術

0007

特開2000−192015号公報

発明が解決しようとする課題

0008

本発明の課題の1つは、シャロートレンチアイソレーションにおける誘電体基板表面のCMPに適し、かつ向上した研磨性能、とりわけ、二酸化ケイ素の高い材料除去速度MRR:material removal rate)と窒化ケイ素またはポリシリコンの低いMRRの組み合わせによって示される、窒化ケイ素またはポリシリコンに対する二酸化ケイ素の高い選択性を示す、CMP組成物を提供することであった。さらに、分散剤を含まず、保存時に安定であり、酸性から弱アルカリ性pH範囲ですぐに使用できるCMP組成物が求められた。

0009

さらに、それぞれのCMP処理を提供するものであった。

課題を解決するための手段

0010

したがって、
(A)コロダルもしくはフューム無機粒子、またはそれらの混合物
(B)ポリ(アミノ酸)およびまたはその塩、ならびに
(M)水性媒体
を含む、CMP組成物が見出された。

0011

さらに、前述の本発明の課題は、前記CMP組成物の存在下で基板研磨する工程を含む、半導体素子の製造方法によって達成される。

0012

さらに、本発明の課題を達成する、半導体産業において使用される基板を研磨するために本発明のCMP組成物を使用する方法が見出された。

実施例

0013

好ましい実施形態は、特許請求の範囲および明細書中で説明される。好ましい実施形態の組み合わせは、本発明の範囲内であると理解される。

0014

半導体素子は、本発明のCMP組成物存在下における基板のCMPを含む方法によって製造することができる。好ましくは、前記方法は、6未満の誘電率を有する基板である、誘電体基板のCMPを含む。前記方法は、より好ましくは、二酸化ケイ素を含む基板のCMP、最も好ましくは、二酸化ケイ素、および窒化ケイ素またはポリシリコンを含む基板のCMP、具体的には、シャロートレンチアイソレーション(STI:shallow trench isolation)素子またはその一部である基板の二酸化ケイ素層のCMP、例えば、二酸化ケイ素および窒化ケイ素またはポリシリコンを含む基板の二酸化ケイ素層のCMPを含む。

0015

前記方法が、二酸化ケイ素および窒化ケイ素を含む基板のCMPを含む場合、材料除去速度に関連する、窒化ケイ素に対する二酸化ケイ素の選択性は、好ましくは20:1よりも高く、より好ましくは35:1よりも高く、最も好ましくは50:1よりも高く、具体的には70:1よりも高く、例えば90:1よりも高い。

0016

前記方法が、二酸化ケイ素およびポリシリコンを含む基板のCMPを含む場合、材料除去速度に関連する、ポリシリコンに対する二酸化ケイ素の選択性は、好ましくは50:1よりも高く、より好ましくは80:1よりも高く、最も好ましくは100:1よりも高く、具体的には120:1よりも高く、例えば180:1よりも高い。

0017

窒化ケイ素に対する二酸化ケイ素の選択性およびポリシリコンに対する二酸化ケイ素の選択性は、いずれも、ポリ(アミノ酸)(B)の種類および濃度によって、ならびに無機粒子(A)の種類によって、ならびにpH値などの他のパラメータを設定することによって調整することができる。

0018

本発明のCMP組成物は、半導体産業で使用されるいずれの基板を研磨するためにも使用される。前記CMP組成物は、好ましくは、6未満の誘電率を有する基板である誘電体基板を研磨するために、より好ましくは、二酸化ケイ素を含む基板を研磨するために、最も好ましくは、二酸化ケイ素および窒化ケイ素またはポリシリコンを含む基板を研磨するために、具体的には、シャロートレンチアイソレーション(STI)素子またはその一部である基板の二酸化ケイ素層を研磨するために、例えば、二酸化ケイ素および窒化ケイ素またはポリシリコンを含む基板の二酸化ケイ素層を研磨するために使用される。

0019

本発明のCMP組成物が、二酸化ケイ素および窒化ケイ素を含む基板を研磨するために使用される場合、材料除去速度に関連する、窒化ケイ素に対する二酸化ケイ素の選択性は、好ましくは20:1よりも高く、より好ましくは35:1よりも高く、最も好ましくは50:1よりも高く、具体的には70:1よりも高く、例えば90:1よりも高い。

0020

本発明のCMP組成物が、二酸化ケイ素およびポリシリコンを含む基板を研磨するために使用される場合、材料除去速度に関連する、ポリシリコンに対する二酸化ケイ素の選択性は、好ましくは50:1よりも高く、より好ましくは80:1よりも高く、最も好ましくは100:1よりも高く、具体的には120:1よりも高く、例えば180:1よりも高い。

0021

本発明によると、CMP組成物は、コロイダルもしくはフュームド無機粒子、またはそれらの混合物(A)を含む。

0022

一般的に、コロイダル無機粒子は湿性沈降法によって製造される無機粒子であり、フュームド無機粒子は、例えば酸素存在下での金属塩化物前駆体と水素との、例えばAerosil(登録商標)処理を用いる、高温火炎加水分解によって製造される。

0023

(A)は、
−コロイダル無機粒子の1種類のもの、
−フュームド無機粒子の1種類のもの、
− 異なる種類のコロイダルおよび/またはフュームド無機粒子の混合物であり得る。

0024

一般的に、粒子(A)は、様々な量で含有され得る。(A)の量は、対応する組成物の総質量に対して、好ましくは10質量%(「質量%」は「質量百分率」を表す)以下、より好ましくは5質量%以下、最も好ましくは2質量%以下、例えば0.75質量%以下である。(A)の量は、対応する組成物の総質量に対して、好ましくは少なくとも0.005質量%、より好ましくは少なくとも0.01質量%、最も好ましくは少なくとも0.05質量%、例えば少なくとも0.1質量%である。

0025

一般的に、粒子(A)は、様々な粒度分布で含有され得る。粒子(A)の粒度分布は、単峰性または多峰性であり得る。多峰性の場合、粒度分布は、大抵二峰性が好ましい。本発明のCMP処理において容易に再現可能な特性プロファイルおよび容易に再現可能な状態を得るよう、(A)の粒度分布は単峰性が好ましい。(A)は、単峰性の粒度分布を有することが最も好ましい。

0026

粒子(A)の平均粒子径は、広範囲で様々であり得る。平均粒子径は、水性媒体(M)中における(A)の粒度分布のd50値であり、例えば動的光散乱(DLS)法または静的光散乱(SLS)法を用いて測定することができる。これらおよびその他の方法は、当分野において周知であり、例えば、Kuntzsch Timo、Witnik Ulrike、Hollatz Michael Stintz、Ripperger Siegfried、「Characterization of Slurries Used for Chemical−Mechanical Polishing (CMP) in the Semiconductor Industry」、Chem. Eng. Technol、26(2003)、第12巻、1235頁を参照されたい。

0027

DLSに関し、堀場製作所のLB−550V(DLS、説明書に従う動的光散乱測定)、または他のいずれのそのような機器通常用いられる。この技術は、粒子がレーザー光源(λ=650nm)を散乱させる際に、入射光に対して90°または173°の角度で検出される、粒子の流体力学直径を測定する。散乱光強度の変化量は、粒子が入射ビームを通過する際の粒子のランダムブラウン運動に起因し、時間の関数として観測される。機器によって遅延時間の関数として実行される自己相関関数は、減衰定数を抽出するために使用される。より小さい粒子は、より高速度で入射ビームを通過し、より速い減衰に相当する。

0028

これらの減衰定数は、粒子の拡散係数Dtに比例し、ストークスアインシュタインの式



に従って粒子径を算出するために用いられ、ここで懸濁液中の粒子は、(1)球状形態を有し、かつ(2)水性媒体(M)全体にわたり均一に分散している(すなわち凝集していない)と仮定される。この関係は、η=0.96mPa・s(T=22℃において)である、水性媒体(M)の粘度に顕著なずれが無いため、1質量%未満の固形分を含有する粒子分散液に当てはまると期待される。セリア分散液(A)の粒度分布は、通常、必要に応じて分散媒体または超純水希釈を行い、0.1から1.0%の固体濃度で、プラスチックキュベット内で測定される。

0029

粒子(A)の平均粒子径は、例えば、Malvern Instruments, Ltd.が提供する高性能粒子サイザー(HPPS:High Performance Particle Sizer)、または堀場製作所のLB550などの機器を用いる動的光散乱技術で測定して、好ましくは20nmから200nmまでの範囲内、より好ましくは25nmから180nmまでの範囲内、最も好ましくは30nmから170nmまでの範囲内、特に好ましくは40nmから160nmまでの範囲内、具体的には45nmから150nmまでの範囲内である。

0030

DIN ISO9277:2010−09に従って測定される、粒子(A)のBET表面は、広範囲で様々であり得る。粒子(A)のBET表面は、好ましくは1から500m2/gまでの範囲内、より好ましくは5から250m2/gまでの範囲内、最も好ましくは10から100m2/gまでの範囲内、具体的には20から90m2/gまでの範囲内、例えば25から85m2/gまでの範囲内である。

0031

粒子(A)の形状は様々であり得る。したがって、粒子(A)は、1種類または本質的に1種類の形状のものであってもよい。しかし、粒子(A)が異なる形状を有することも可能である。例えば、2種類の異なる形状の粒子(A)が存在していてもよい。例えば、(A)は、立方体、縁が面取りされた立方体、8面体、20面体、状、小結節、または突起もしくはへこみがあろうとなかろうと球の形状を有し得る。好ましくは、(A)は、本質的に球状であり、したがって一般的に突起もしくはへこみを有する。

0032

粒子(A)の化学的性質は、特に限定されない。(A)は同じ化学的性質のものであってもよく、または異なる化学的性質の粒子の混合物であってもよい。一般に、同じ化学的性質の粒子(A)が好ましい。粒子(A)は、一般的に、
半金属半金属酸化物、もしくは半金属炭化物を含む、金属、金属酸化物、もしくは金属炭化物などの無機粒子、または
− 無機粒子の混合物であり得る。

0033

粒子(A)は、コロイダルもしくはフュームド無機粒子、またはそれらの混合物である。それらの中で、金属または半金属の酸化物および炭化物が好ましい。より好ましくは、粒子(A)は、アルミナ、セリア、酸化銅酸化鉄酸化ニッケル酸化マンガンシリカ、窒化ケイ素、炭化ケイ素酸化スズチタニア炭化チタン酸化タングステン酸化イットリウムジルコニア、またはそれらの混合物もしくは複合物である。最も好ましくは、粒子(A)は、アルミナ、セリア、シリカ、チタニア、ジルコニア、またはそれらの混合物もしくは複合物である。具体的には、(A)はセリアである。例えば、(A)はコロイダルセリアである。

0034

本発明によると、CMP組成物は、
(B)ポリ(アミノ酸)を含む。

0035

一般的に、ポリ(アミノ酸)は、それぞれのN−カルボン酸無水物、または例えばポリ(グルタミン酸)などの天然由来のアミノ酸高分子重合によって合成される、技術的に合成される、主にα−アミノ酸重縮合生成物である。ポリ(アミノ酸)は、ほぼ全ての標準的なα−アミノ酸について、高分子量に至るまで、ホモ重合体としてまたは異なるアミノ酸の共重合体として、商業的に入手可能である。一般的に、ポリペプチドおよびタンパク質は、ポリ(アミノ酸)に含まれない。

0036

一般的に、いずれのポリ(アミノ酸)(B)も使用できる。

0037

本発明によると、ポリ(アミノ酸)(B)は、ホモ重合体または共重合体であり得、合わせてポリ(アミノ酸)(B)とも略される。共重合体は、例えば、ブロック共重合体、または統計的共重合体であってもよい。ホモ重合体または共重合体は、例えば直鎖状分岐状、くし形樹状、絡み合ったもの、または架橋したものなど、様々な構造を有し得る。好ましくは、ポリ(アミノ酸)(B)は、ポリ(アスパラギン酸)、ポリ(グルタミン酸)、ポリ(リシン)、アスパラギン酸−グルタミン酸共重合体、アスパラギン酸−リシン共重合体、もしくはグルタミン酸−リシン共重合体、またはそれらの塩もしくは混合物であり、より好ましくは、(B)は、ポリ(アスパラギン酸)、ポリ(グルタミン酸)、ポリ(リシン)、またはそれらの塩もしくは混合物であり、最も好ましくは、(B)は、ポリ(アスパラギン酸)、ポリ(グルタミン酸)、またはそれらの塩もしくは混合物であり、具体的には(B)は、ポリ(アスパラギン酸)またはその塩であり、例えばポリアスパラギン酸ナトリウムである。

0038

一般的に、ポリ(アミノ酸)は、広範囲な平均分子量Mwを有することができる。ポリ(アミノ酸)(B)は、好ましくは200から10000g/molまでの範囲内、より好ましくは400から6000g/molまでの範囲内、最も好ましくは600から5000g/molまでの範囲内、特に好ましくは800から4000g/molまでの範囲内の、例えばゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によって測定できる、平均分子量Mwを有する。

0039

一般的に、ポリ(アミノ酸)(B)は、様々な量で含有され得る。(B)の量は、対応する組成物の総質量に対して、好ましくは5質量%以下、より好ましくは1質量%以下、最も好ましくは0.5質量%以下、具体的には0.15質量%以下、例えば0.08質量%以下である。(B)の量は、対応する組成物の総質量に対して、好ましくは少なくとも0.0001質量%、より好ましくは少なくとも0.001質量%、最も好ましくは少なくとも0.002質量%、具体的には少なくとも0.006質量%、例えば少なくとも0.01質量%である。

0040

本発明のCMP組成物は、さらに任意で少なくとも1種の糖(C)、例えば1種の糖を含有することができる。本発明によると、糖は、その置換誘導体、例えばハロゲン置換誘導体であってもよい。糖は、10を超える単糖単位を含有する糖重合体であるような多糖ではない。好ましくは、糖は、単、ニ、三、四、五、六、七、八糖、もしくはそれらの酸化誘導体、もしくはそれらの還元誘導体、もしくはそれらの置換誘導体、またはそれらの混合物であり、より好ましくは、糖は、グルコースガラクトースサッカロース、もしくはスクラロース、もしくはそれらの誘導体および立体異性体、またはそれらの混合物であり、最も好ましくは、糖は、ガラクトースもしくはスクラロース、もしくはそれらの誘導体および立体異性体、またはそれらの混合物であり、例えば糖は、ガラクトースである。

0041

存在する場合、糖(C)は、様々な量で含有され得る。(C)の量は、対応する組成物の総質量に対して、好ましくは4質量%以下、より好ましくは1質量%以下、最も好ましくは0.5質量%以下、例えば0.25質量%以下である。(C)の量は、対応する組成物の総質量に対して、好ましくは少なくとも0.005質量%、より好ましくは少なくとも0.01質量%、最も好ましくは少なくとも0.05質量%、例えば少なくとも0.08質量%である。

0042

本発明のCMP組成物は、さらに任意で少なくとも1種の腐食防止剤(D)、例えば2種の腐食防止剤を含有することができる。好ましい腐食防止剤は、ジアゾールトリアゾールテトラゾール、およびそれらの誘導体、例えばベンゾトリアゾールまたはトリルトリアゾールである。好ましい腐食防止剤の他の例は、アセチレンアルコール、またはアミンの塩もしくは付加物、およびアミド部分を含むカルボン酸の塩もしくは付加物である。

0043

存在する場合、腐食防止剤(D)は、様々な量で含有され得る。(D)の量は、対応する組成物の総質量に対して、好ましくは10質量%以下、より好ましくは5質量%以下、最も好ましくは2.5質量%以下、例えば1.5質量%以下である。(D)の量は、対応する組成物の総質量に対して、好ましくは少なくとも0.01質量%、より好ましくは少なくとも0.1質量%、最も好ましくは少なくとも0.3質量%、例えば少なくとも0.8質量%である。

0044

本発明のCMP組成物は、さらに任意で少なくとも1種の酸化剤(E)、例えば1種の酸化剤を含有することができる。一般的に、酸化剤は、被研磨基板またはその層の1つを酸化させることができる化合物である。好ましくは、(E)は、過型(per−type)酸化剤である。より好ましくは、(E)は、過酸化物過硫酸塩過塩素酸塩、過臭素酸塩、過ヨウ素酸塩、過マンガン酸塩、またはそれらの誘導体である。最も好ましくは、(E)は、過酸化物または過硫酸塩である。具体的には(E)は、過酸化物である。例えば(E)は過酸化水素である。

0045

存在する場合、酸化剤(E)は、様々な量で含有され得る。(E)の量は、対応する組成物の総質量に対して、好ましくは20質量%以下、より好ましくは10質量%以下、最も好ましくは5質量%以下、例えば2質量%以下である。(E)の量は、対応する組成物の総質量に対して、好ましくは少なくとも0.05質量%、より好ましくは少なくとも0.1質量%、最も好ましくは少なくとも0.5質量%、例えば少なくとも1質量%である。

0046

本発明のCMP組成物は、さらに任意で少なくとも1種の錯化剤(F)、例えば1種の錯化剤を含有することができる。一般的に、錯化剤は、被研磨基板またはその層の1つのイオン錯化することができる化合物である。好ましくは、(F)は、少なくとも2つのCOOH基を有するカルボン酸、N含有カルボン酸、N含有スルホン酸、N含有硫酸、N含有ホスホン酸、N含有リン酸、またはそれらの塩である。より好ましくは、(F)は、少なくとも2つのCOOH基を有するカルボン酸、N含有カルボン酸、またはそれらの塩である。最も好ましくは、(F)は、アミノ酸またはその塩である。例えば(F)は、グリシンセリンアラニンヒスチジン、またはそれらの塩である。

0047

存在する場合、錯化剤(F)は、様々な量で含有され得る。(F)の量は、対応する組成物の総質量に対して、好ましくは20質量%以下、より好ましくは10質量%以下、最も好ましくは5質量%以下、例えば2質量%以下である。(F)の量は、対応する組成物の総質量に対して、好ましくは少なくとも0.05質量%、より好ましくは少なくとも0.1質量%、最も好ましくは少なくとも0.5質量%、例えば少なくとも1質量%である。

0048

本発明のCMP組成物は、さらに任意で少なくとも1種の殺生物剤(G)、例えば1種の殺生物剤を含有することができる。一般的に、殺生物剤は、化学的または生物学的な方法によって、任意の有害な生物を抑止、無害化、または任意の有害な生物に対し制御効果を発揮する化合物である。好ましくは、(G)は、4級アンモニウム化合物イソチアゾリノン系化合物、N置換ジアゼニウムジオキシド、またはN’−ヒドロキシ−ジアゼニウムオキシド塩である。より好ましくは、(G)は、N置換ジアゼニウムジオキシドまたはN’−ヒドロキシ−ジアゼニウムオキシド塩である。

0049

存在する場合、殺生物剤(G)は、様々な量で含有され得る。存在する場合、(G)の量は、対応する組成物の総質量に対して、好ましくは0.5質量%以下、より好ましくは0.1質量%以下、最も好ましくは0.05質量%以下、具体的には0.02質量%以下、例えば0.008質量%以下である。存在する場合、(G)の量は、対応する組成物の総質量に対して、好ましくは少なくとも0.0001質量%、より好ましくは少なくとも0.0005質量%、最も好ましくは少なくとも0.001質量%、具体的には少なくとも0.003質量%、例えば少なくとも0.006質量%である。

0050

本発明によると、CMP組成物は、水性媒体(M)を含有する。(M)は、1種の水性媒体、または異なる種類の水性媒体の混合物であり得る。

0051

一般的に、水性媒体(M)は、水を含有する、いずれの媒体でもよい。好ましくは、水性媒体(M)は、水と、水に対し混和性を有する有機溶媒(例えばアルコール、好ましくはC1〜C3アルコール、またはアルキレングリコール誘導体)の混合物である。より好ましくは、水性媒体(M)は水である。最も好ましくは、水性媒体(M)は脱イオン水である。

0052

(M)以外の成分の総量がCMP組成物のx質量%であるとすると、(M)の量は、CMP組成物の(100−x)質量%である。

0053

定性および研磨性能などの、本発明に係るCMP組成物の特性は、それぞれ対応する組成物のpHに依存し得る。使用される組成物、または本発明に係る組成物のpH値は、それぞれ、好ましくは3から11までの範囲内、より好ましくは3.5から9までの範囲内、最も好ましくは3.8から8.5までの範囲内、特に好ましくは4から8までの範囲内、例えば、4.2から7.8までの範囲内である。

0054

必要に応じて、本発明に係るCMP組成物は、pH調整剤、安定剤などが挙げられるがそれらに限定されない、様々な他の添加剤をそれぞれ含有してもよい。前記他の添加剤は、例えば、CMP組成物に通例使用されるものであり、したがって当業者に知られている。そのような添加は、例えば、分散液を安定させることができるか、または研磨性能もしくは異なる層間の選択性を向上させることができる。

0055

存在する場合、前記添加剤は、様々な量で含有され得る。前記添加剤の量は、対応する組成物の総質量に対して、好ましくは10質量%以下、より好ましくは1質量%以下、最も好ましくは0.1質量%以下、例えば0.01質量%以下である。前記添加剤の量は、対応する組成物の総質量に対して、好ましくは少なくとも0.0001質量%、より好ましくは少なくとも0.001質量%、最も好ましくは少なくとも0.01質量%、例えば少なくとも0.1質量%である。

0056

本発明の文脈において、分散剤を含まないとは、例えばポリアクリル酸などの、水溶性陰イオン性、水溶性非イオン性、水溶性陽イオン性、および水溶性両性界面活性剤を組成物が含まないか、または組成物の総質量に対して50ppm未満で含むことを意味する。

0057

本発明に係るCMP組成物の例

0058

E1:
(A)フュームド無機粒子、
(B)ポリ(アミノ酸)、および
(M)水性媒体。

0059

E2:
(A)コロイダル無機粒子、
(B)ポリ(アミノ酸)、および
(M)水性媒体。

0060

E3:
(A)対応するCMP組成物の総質量に対して、0.008から1.8質量%までの量のコロイダルセリア粒子、
(B)ポリ(アミノ酸)、および
(M)水性媒体。

0061

E4:
(A)動的光散乱技術によって測定されたセリア粒子の平均粒子径が20nmから200nmまでの、コロイダルもしくはフュームドセリア粒子、またはそれらの混合物
(B)ポリ(アスパラギン酸)、ポリ(グルタミン酸)、ポリ(リシン)、アスパラギン酸−グルタミン酸共重合体、アスパラギン酸−リシン共重合体、もしくはグルタミン酸−リシン共重合体、またはそれらの塩、またはそれらの混合物、
(M)水。

0062

E5:
(A)対応するCMP組成物の総質量に対して、0.008から1.8質量%までの量のコロイダルセリア粒子、
(B)対応するCMP組成物の総質量に対して、0.001から2.5質量%までの量のポリ(アスパラギン酸)、および
(M)水性媒体。

0063

E6:
(A)対応するCMP組成物の総質量に対して、0.008から1.8質量%までの量のコロイダルセリア粒子、
(B)対応するCMP組成物の総質量に対して、0.001から2.5質量%までの量のポリ(アスパラギン酸)、および
(C)糖
(M)水性媒体。

0064

E7:
(A)動的光散乱技術によって測定されたセリア粒子の平均粒子径が20nmから200nmまでの、コロイダルもしくはフュームドセリア粒子、またはそれらの混合物
(B)は、ポリ(アスパラギン酸)、ポリ(グルタミン酸)、ポリ(リシン)、アスパラギン酸−グルタミン酸共重合体、アスパラギン酸−リシン共重合体、もしくはグルタミン酸−リシン共重合体、またはそれらの塩、またはそれらの混合物、
(C)糖であって、(C)は、単、ニ、三、四、五、六、七、八糖、もしくはそれらの酸化誘導体、もしくはそれらの還元誘導体、もしくはそれらの置換誘導体、またはそれらの混合物である。
(M)は水である

0065

E8:
(A)動的光散乱技術によって測定された粒子(A)の平均粒子径が35nmから180nmまでである、対応するCMP組成物の総質量に対して、0.008から1.8質量%までの量のコロイダルセリア粒子
(B)対応するCMP組成物の総質量に対して、0.001から2.5質量%までの量のポリ(アスパラギン酸)、および
(C)対応するCMP組成物の総質量に対して、0.008から3質量%までの量の糖、および
(M)水性媒体。

0066

CMP組成物を製造する方法は、一般的に知られている。これらの方法は、本発明のCMP組成物の製造に適用され得る。これは、前述の成分(A)、(B)、および任意の成分(C)から(G)を、水性媒体(M)中に、好ましくは水中に分散または溶解させ、任意で酸、塩基緩衝剤、またはpH調整剤を添加してpH値を調整することによって行うことができる。この目的のため、慣習的かつ標準的な混合方法および混合装置(例えば攪拌槽高せん断インペラ、超音波ミキサホモジナイザノズル、または向流式ミキサなど)を使用することができる。

0067

本発明のCMP組成物は、水性媒体(M)中に、粒子(A)を分散させ、ポリ(アミノ酸)(B)および任意のさらなる添加剤を分散および/または溶解させることによって、好ましく製造される。

0068

研磨処理は、一般的に知られ、かつ集積回路を備えるウエハの製造においてCMPに慣習的に使用される条件に従う、方法および設備を用いて行うことができる。研磨処理を行うことができる設備に対する制限はない。

0069

当分野で知られるように、CMP処理の典型的な設備は、研磨パッドで覆われる回転プラテンで構成される。軌道研磨機も使用されている。ウエハは、キャリアまたはチャック上に取り付けられる。ウエハの処理される面は、研磨パッドに対向している(片側研磨処理)。保持リングでウエハを水平位置に固定する。

0070

一般的にキャリアの下には、より大口径のプラテンも水平に位置付けされ、被研磨ウエハの表面に対して水平な表面をもたらす。平坦化処理の間、プラテン上の研磨パッドはウエハ表面に接触する。

0071

材料損失を生じさせるために、ウエハは研磨パッドに押圧される。キャリアおよびプラテンはいずれも、通常、キャリアおよびプラテンから垂直に延びるそれらの各軸の周りを回転するよう構成される。回転するキャリアの軸は、回転プラテンに対する相対位置に固定されたままでもよく、またはプラテンに対して水平方向に振動してもよい。必ずしもそうとは限らないが、キャリアの回転方向は、通常、プラテンの回転方向と同じである。必ずしもそうとは限らないが、キャリアおよびプラテンの回転速度は、一般的に、異なる値に設定される。本発明のCMP処理において、本発明のCMP組成物は、通常、連続流として、または液滴法で研磨パッド上に塗布される。通例、プラテンの温度は、10から70℃までの温度に設定される。

0072

ウエハへの荷重は、例えば、バッキングフィルムと称されることの多い軟質パッドで覆われた、鋼製平板によって加えることができる。より高度な設備が使用される場合は、空気または窒素圧負荷された可撓性膜が、パッド上にウエハを押し付ける。そのような膜キャリアは、硬質研磨パッドを使用する場合、硬質プラテンを用いる設計のキャリアの圧力分布と比較してウエハ上の下向きの圧力分布がより均一になるので、下向きの力の低い方法に好ましい。本発明によると、ウエハ上の圧力分布を制御する選択肢を備えるキャリアも使用することができる。それらは通常、互いに独立してある程度まで負荷され得る、多数の異なるチャンバを用いて設計される。

0073

さらなる詳細については、WO2004/063301A1、とりわけ、図2と併せて、16頁、[0036]段落から18頁、[0040]段落が参照される。

0074

本発明のCMP処理によって、および/または本発明のCMP組成物を使用することによって、優れた機能を有する、誘電体層を含む集積回路を備えるウエハを得ることができる。

0075

本発明のCMP組成物は、すぐに使用できるスラリーとして、CMP処理に使用することができ、それらは長い有効期間を有し、かつ長期間にわたって安定した粒度分布を示す。したがって、それらは、取り扱いおよび保存が容易である。それらは、とりわけ二酸化ケイ素の高い材料除去速度(MRR)と窒化ケイ素またはポリシリコンの低いMRRの組み合わせに関連して、優れた研磨性能を示す。その各成分の量は最小まで抑えられるため、本発明に係るCMP組成物は、それぞれ費用効率の高い方法で使用することができる。

0076

実施例および比較例
CMP試験のための基本手順を以下に説明する。

0077

200mmSiO2ウエハ用の標準的なCMP処理:
Strasbaugh nSpire(Model 6EC)、ViPRRフローティング保持リングキャリア
下方圧力:2.0psi(138mbar);
背面圧力:0.5psi(34.5mbar);
保持リング圧力:2.5psi(172mbar);
研磨テーブルキャリア速度:95/86rpm;
スラリー流速:200ml/min;
研磨時間:60秒;
パッドコンディショニングインサイチュ、4.0lbs(18N);
研磨パッド:Suba4積層パッド上のIC1000A2、xy kまたは溝付きk(R&H);
バッキングフィルム:Strasbaugh、DF200(136穴);
コンディショニングディスク:3M S60;
パッドは、新しい種類のスラリーをCMPに使用する前に、3回のスイープによってコンディショニングされる。

0078

スラリーは、局所供給装置内で攪拌する。

0079

(半)透明ブランケットウエハ用の標準的な分析手順
Filmmetrics F50を用いる光学的膜厚測定よって除去を測定する。各ウエハについて、CMPの前および後で49点の走査径(端部5mmを除く)を測定する。F50で測定したウエハ上の各点について、CMP前後の膜厚の差から膜厚損失を計算する。49点の走査径から得られたデータの平均によって総合的な除去が与えられ、標準偏差によって(不)均一性が与えられる。

0080

除去速度に関して、総合的な材料除去と主研磨工程の時間との商が用いられる。

0081

CMP試験に使用される標準フィルム
SiO2フィルム:PE TEOS;
Si3N4フィルム:PECVDまたはLPCVD
ポリSiフィルム:ドープ;

0082

スラリー製造の標準的な手順:
ポリ(アスパラギン酸)塩の水溶液を調製する。この溶液にコロイダルセリア粒子(30%原液)を攪拌下で添加する。糖(ガラクトースまたはスクラロース)の水溶液(10%原液)を添加する。

0083

アンモニア水溶液(0.1%)またはHNO3(0.1%)をスラリーに添加してpHを調整する。pH値は、pH複合電極(Schott、blue line 22pH)で測定する。

0084

差分の水を添加し、濃度を調整してもよい。

0085

実施例で使用される無機粒子(A)
60nmの平均一次粒子径BET表面積測定を用いて測定)を有し、かつ99nmの平均二次粒子径(d50値)(堀場製作所の機器によって、動的光散乱技術を用いて測定)を有するコロイダルセリア粒子(例えばRhodia、HC60)を用いた。

0086

例えばLanxessが提供するBaypure(登録商標)DS100として商業的に入手可能な、2000から3000g/molまでの分子量を有するポリ(アスパラギン酸)のナトリウム塩を使用した。

0087

表1:実施例1から7および比較例V1からV4のCMP組成物、それらのpH値、ならびにこれらの組成物を用いるCMP処理における、MRR(材料除去速度)および選択性のデータ。ここで水性媒体(M)は脱イオン水である(質量%=質量百分率、ポリSi=ポリシリコン)。

0088

0089

本発明に係る実施例1から7のCMP組成物は、分散安定性、窒化ケイ素に対する酸化ケイ素の選択性、およびポリシリコンに対する酸化ケイ素の選択性に関して、向上した性能を示している。本発明に係るCMP組成物を使用することによって、選択性は、ポリシリコンに対する酸化ケイ素の選択性については16倍まで高めることができ、窒化ケイ素に対する酸化ケイ素の選択性については10倍まで高めることができる。化合物(B)および(C)の量を変化させることによって、幅広い範囲内で選択性を調整することができる。

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