JP2007227910A

JP2007227910A - 層間絶縁体層のケミカルメカニカルポリッシングのための組成物および方法

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Publication number: JP2007227910A
Application number: JP2007018704A
Authority: JP
Inventors: Sarah J Lane; サラ・ジェイ・レーン; Charles Yu; チャールズ・ユ
Original assignee: Rohm and Haas Electronic Materials CMP Holdings Inc; Rohm and Haas Electronic Materials LLC
Current assignee: Rohm and Haas Electronic Materials CMP Holdings Inc; Rohm and Haas Electronic Materials LLC
Priority date: 2006-01-30
Filing date: 2007-01-30
Publication date: 2007-09-06
Also published as: US20070176141A1; TW200730615A; DE102007004120A1; CN101012357A; FR2896804A1; KR20070078785A

Abstract

【課題】ＢＰＳＧの除去速度は、容易に制御されない。向上した平坦化効率のみならず、向上された除去速度および選択性を有する、ＩＬＤプロセスでシリカおよびＢＰＳＧを研磨するための組成物および方法を提供する。
【解決手段】本発明は、カルボン酸ポリマー０．０１〜５重量％、研磨剤０．０２〜６重量％、ポリビニルピロリドン０．０１〜１０重量％、カチオン化合物０〜５重量％、０〜５重量％双性イオン化合物および残余の水を含み、ポリビニルピロリドンが１００ｇ／ｍｏｌ〜１，０００，０００ｇ／ｍｏｌの平均分子量を有する、半導体ウェーハ上のシリカおよびホウ素−リン酸塩−ケイ酸塩−ガラスの研磨に有用な水性組成物である。
【選択図】なし

Description

発明の背景
本発明は、半導体ウェーハ材料のケミカルメカニカルプラナリゼーション（ＣＭＰ）に関し、特に、層間絶縁体（ＩＬＤ）プロセスにおいて、半導体構造から絶縁体層を研磨するためのＣＭＰ組成物および方法に関する。

最新の集積回路は、半導体デバイスからなる電子回路が、一体的に小さい半導体構造上に形成される、精巧なプロセスによって製造される。半導体構造上に形成される従来の半導体デバイスは、コンデンサ、抵抗、トランジスタ、ダイオードなどを含む。集積回路の先進的な製造において、何十万ものこれらの半導体デバイスは、単一の半導体構造上に形成される。

加えて、集積回路は、半導体構造の共通のシリコン基板上に隣接するダイとして配置することができる。例えば、表面レベルのスクライブ領域はダイの間に位置し、ここで、ダイは分離した集積回路を形成するために別々に切り離される。ダイの中で、半導体構造の表面は、半導体デバイスの形成によって生じる高い領域によって特徴づけられる。これらの高い領域は、アレイ（「ライン」）を形成し、半導体構造のシリコン基板上より低い高さの低い領域（「スペース」）によって分離される。

従来、半導体構造の半導体デバイスは、半導体構造の表面に導電材料および絶縁材料の層を交互に堆積し、パターニングすることによって形成される。多くの場合、次に続く層の堆積に備えて、半導体構造の表面を滑らかで平坦にすることが必要である。このように、材料堆積作業のための半導体構造の表面を準備するために、平坦化プロセスは半導体構造の表面に行われることを必要とする。

通常、平坦化は、起伏が多いか不連続な領域を充填するために、半導体構造上の酸化物または窒化物のような絶縁体の層間絶縁体層を成長または堆積することによって行われる。層間絶縁体層は整合性フィルムとして堆積する。それによって、ライン上の上方に大きな高さで延びた、垂直に上がった凸形状、およびスペース上に位置した低い高さの開いたトラフによって特徴づけられる非平坦の表面を有することをもたらす。平坦化工程は、垂直に上がった凸形状の高さ（「ステップ高さ」）を目標とする高さ（ラインのトップのレベルを超える、予め決められた距離）に減らすことであり、理想的には平坦化された表面が形成される。現在では、ＣＭＰは、所望の平面度または平坦化を成し遂げる最先端の技術である。ＣＭＰは、化学組成物（「スラリー」）で選択的に表面を攻撃しながら、機械的に表面を摩耗させ、表面材料層の除去を促進する。

例えば、Ｂｒａｎｃａｌｅｏｎｉらの米国特許第５，３９１，２５８号は、金属とシリカの複合材を含む、ケイ素、シリカまたはケイ素含有物品の研磨速度を高める方法について述べている。組成物は、絶縁体層の除去速度を高めるために、約３３重量％のアルミナを含む。また、組成物は、比較的柔らかいシリカ薄膜の除去率を抑制する陰イオンとともに、酸化剤を含む。抑制する陰イオンは、多数のカルボン酸のどれであってもよい。

ホウ素−リン酸塩−ケイ酸塩−ガラス（Ｂｏｒｏ−Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ−Ｇｌａｓｓ、ＢＰＳＧ）は、中間層の絶縁体膜を形成するために、半導体産業において広く使われてきた。これらのアプリケーションのために、ＢＰＳＧは、良好なギャップ充填を提供して、敏感なデバイス領域の方向へのアルカリイオンのマイグレーションに対する効果的なバリアとして作用する。さらにまた、ホウ素のＢＰＳＧフィルムへの添加は、酸化膜のガラス転移温度を効果的に低下させ、酸化膜が比較的低い温度で流れることを可能にする。このように、ＢＰＳＧは、積層されたＤＲＡＭ装置の形状のスムーズな表面を与えると同時に、高いアスペクト比の開口部を充填するために用いることができる。

残念なことに、周知のように、ＢＰＳＧの除去速度は、容易に制御されない。これは、一般的に、ＢＰＳＧ層の不純物ドーピングの濃度およびＢＰＳＧの研磨層に対して行われる熱処理の結果である。例えば、ＢＰＳＧは、高い形状（ライン）および低い領域（スペース）において、非常に高い除去速度を有する。圧力差のために、ラインの酸化物（高い領域の酸化物）は、通常、スペースの約二倍早く平坦化する。そのため、最終的に要求される酸化物の厚みにステップ高さは望まれないので、堆積した過剰な酸化物（つまり、過剰物）は、スペースの酸化物が実質的に平坦になるまで、ラインの酸化物の除去が続くことを許容することとなる。換言すれば、３５００オングストロームのステップ高さを平坦化するために、７０００オングストロームのラインの酸化物および３５００オングストロームのスペースの酸化物が取り除かれなければならない。これは、少なくとも３５００オングストロームの犠牲的な過剰酸化物を必要とし、追加の時間および費用を要する。

そのため、求められることは、向上された除去速度および選択性を有する絶縁体層のケミカルメカニカルポリッシングのための組成物および方法である。特に、必要なことは、向上した平坦化効率のみならず、向上された除去速度および選択性を有する、ＩＬＤプロセスでシリカおよびＢＰＳＧを研磨するための組成物および方法である。
本発明の記載

第１の態様において、本発明は、カルボン酸ポリマー０．０１〜５重量％、研磨剤０．０２〜６重量％、ポリビニルピロリドン０．０１〜１０重量％、カチオン化合物０〜５重量％、双性イオン化合物０〜５重量％および残余の水を含み、ポリビニルピロリドンが１００ｇ／ｍｏｌ〜１，０００，０００ｇ／ｍｏｌの平均分子量を有する、半導体ウェーハ上のシリカおよびホウ素−リン酸塩−ケイ酸塩−ガラスの研磨に有用な水性組成物を提供する。

第２の態様において、本発明は、半導体ウェーハ上のシリカおよび窒化ケイ素を研磨するための方法であって、半導体ウェーハ上のシリカおよびホウ素−リン酸塩−ケイ酸塩−ガラスを、カルボン酸ポリマー０．０１〜５重量％、研磨剤０．０２〜６重量％、ポリビニルピロリドン０．０１〜１０重量％、カチオン化合物０〜５重量％、０〜５重量％双性イオン化合物および残余の水を含み、ポリビニルピロリドンが１００ｇ／ｍｏｌ〜１，０００，０００ｇ／ｍｏｌの平均分子量である研磨組成物と接触させる工程；半導体ウェーハ上のシリカおよびホウ素−リン酸塩−ケイ酸塩−ガラスを研磨パッドで研磨する工程、を含む方法を提供する。

発明の詳細な説明
組成物および方法は、半導体ウェーハ上の二酸化ケイ素およびホウ素−リン酸塩−ケイ酸塩−ガラスに対する、予想外に向上した除去を提供する。組成物は、有利には、研磨工程の間、向上した選択性および制御性のためのポリビニルピロリドンを含む。特に、本発明は、半導体ウェーハ上のシリカおよびホウ素−リン酸塩−ケイ酸塩−ガラスの研磨に有用な、ポリビニルピロリドン、カルボン酸ポリマー、研磨剤および残余の水を含む、水性組成物を提供する。場合により、本発明の化合物は、平坦化の促進、ウェーハのクリア時間とシリカ除去の調整のため、カチオン化合物を含むことができる。また、組成物は、場合により、平坦化を促進して、ホウ素−リン酸塩−ケイ酸塩−ガラス除去に抑制剤として働く、双性イオン化合物を含む。本発明者は、例えば、ＢＰＳＧをシリカ〔例えば、酸化テトラエチルオルトシリケート（「ＴＥＯＳ」）〕でキャップし、本発明の組成物を使用することによって、ラインの酸化物と比較して、スペースの酸化物の除去速度を低下させることが可能であり、平坦化時間の迅速化と過剰酸化物を少なくすることを促進することを見出した。本発明は、スペースの酸化物と従来のスラリー組成物では約０．５０だったラインの酸化物との間の除去レート比約０．３０を提供することができる。

有利には、新規な研磨組成物は、酸化物除去の間、閾値圧力応答を提供するために、約０．０１〜１０重量％のポリビニルピロリドンを含む。好ましくは、ポリビニルピロリドンは、０．０１５〜５重量％で存在する。より好ましくは、ポリビニルピロリドンは、０．０２〜０．５重量％で存在する。

また、ポリビニルピロリドンの重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）によって決定され、１００〜１，０００，０００ｇ／ｍｏｌである。好ましくは、ポリビニルピロリドンは、５００〜５００，０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量を有する。より好ましくは、ポリビニルピロリドンの重量平均分子量は、約１，５００〜約１０，０００ｇ／ｍｏｌである。さらに、より高い、および、より低い平均分子量のポリビニルピロリドンの混合物を用いることができる。

ポリビニルピロリドンに加えて、組成物は、有利には、研磨粒子（後述する）のための分散剤として働く、カルボン酸ポリマーを０．０１〜５重量％含む。好ましくは、組成物は、カルボン酸ポリマーを０．０５〜１．５重量％含む。また、ポリマーは、好ましくは４，０００〜１，５００，０００の平均分子量を有する。さらに、より高い、および、より低い平均分子量カルボン酸ポリマーの混合物を用いることができる。これらのカルボン酸ポリマーは、一般的には溶液であるが、水性分散液であってもよい。カルボン酸ポリマーは、有利には、研磨粒子（後述する）のための分散剤として働くことができる。前述のポリマーの平均分子量は、ＧＰＣによって決定される。

カルボン酸ポリマーは、好ましくは、不飽和モノカルボン酸および不飽和ジカルボン酸から形成される。典型的な不飽和モノカルボン酸モノマーは、３〜６の炭素原子を含み、アクリル酸、アクリル酸オリゴマー、メタクリル酸、クロトン酸およびビニル酢酸を包含する。典型的な不飽和ジカルボン酸は、４〜８の炭素原子を含み、その無水物を包含し、例えば、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、グルタル酸、イタコン酸、イタコン酸無水物およびシクロヘキセンジカルボン酸である。さらに、上述した酸の水溶性塩も用いることができる。

特に有用なものは、約１，０００〜１，５００，０００、好ましくは３，０００〜２５０，０００、より好ましくは、２０，０００〜２００，０００の平均分子量を有している「ポリ（メタ）アクリル酸」である。ここで用いる用語「ポリ（メタ）アクリル酸」は、アクリル酸のポリマー、メタクリル酸のポリマーまたはアクリル酸とメタクリル酸のコポリマーとして定義される。平均分子量が異なるポリ（メタ）アクリル酸のブレンドは、特に好ましい。ポリ（メタ）アクリル酸のブレンドまたは混合物においては、１，０００〜１００，０００、好ましくは、数平均分子量４，０００〜４０，０００の平均分子量が小さいポリ（メタ）アクリル酸と、数平均分子量１５０，０００〜１，５００，０００、好ましくは２００，０００〜３００，０００の平均分子量が大きいポリ（メタ）アクリル酸を共に用いる。例えば、数平均分子量が大きいポリ（メタ）アクリル酸に対する数平均分子量の小さいポリ（メタ）アクリル酸の重量（％）比は、約１：１０〜１０：１、好ましくは５：１〜１：５、より好ましくは３：１〜２：３である。好ましいブレンドは、約２０，０００の数平均分子量を有するポリ（メタ）アクリル酸と約２００，０００の数平均分子量を有するポリ（メタ）アクリル酸を、２：１の重量比で含む。

加えて、カルボン酸成分をポリマー中に５〜７５重量％含むカルボン酸含有コポリマーおよびターポリマーを使用することができる。通常、そのようなポリマーは、（メタ）アクリル酸とアクリルアミドまたはメタクリルアミドのポリマー；（メタ）アクリル酸およびスチレンおよび他のビニル芳香族モノマーのポリマー；アルキル（メタ）アクリレート（アクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステル）とモノまたはジカルボン酸（例えば、アクリル酸またはメタクリル酸またはイタコン酸）のポリマー；ハロゲン（すなわち塩素、フッ素、臭素）、ニトロ、シアノ、アルコキシ、ハロアルキル、カルボキシ、アミノ、アミノアルキルのような置換基を有する置換ビニル芳香族モノマーと不飽和のモノまたはジカルボン酸とアルキル（メタ）アクリレートのポリマー；ビニルピリジン、アルキルビニルピリジン、ビニルブチロラクタム、ビニルカプロラクタムのような窒素環を含むモノエチレン性不飽和モノマーと不飽和のモノまたはジカルボン酸のポリマー；プロピレン、イソブチレンまたは１０〜２０の炭素原子を有する長鎖アルキルオレフィンのようなオレフィンと不飽和のモノまたはジカルボン酸のポリマー；酢酸ビニルおよびステアリン酸ビニルまたはハロゲン化ビニル（例えばフッ化ビニル、塩化ビニル、フッ化ビニリデン）またはビニルニトリル（例えばアクリロニトリルおよびメタクリロニトリル）のようなビニルアルコールエステルと不飽和のモノまたはジカルボン酸のポリマー；アルキル基に１〜２４の炭素原子を有するアルキル（メタ）アクリレートと不飽和のモノカルボン酸（例えばアクリル酸またはメタクリル酸）のポリマーである。これらは、本発明の新規な研磨組成物において用いることができる種々のポリマーのうちの数例のみである。また、生分解性、光分解性、またはその他の手段によって分解可能なポリマーを使用することが可能である。そのような生分解性の組成物の例は、ポリ（アクリレートコメチル‐シアノアクリレート）のセグメントを含むポリアクリル酸ポリマーである。

有利には、研磨用組成物は、シリカ除去を容易にするために、研磨剤０．２〜６重量％を含む。この範囲の中で、０．５重量％以上の量の研磨剤を有することが望ましい。また、この範囲で、２．５重量％の以下の量であることが好ましい。

研磨剤は、５０〜２００ナノメートル（ｎｍ）の平均粒径を有する。この明細書では、粒径は、研磨剤の平均粒径を意味する。より好ましくは、８０〜１５０ナノメートルの平均粒径を有する研磨剤を使用することが望ましい。８０ナノメートル以下まで研磨剤の粒径を減少させることは、研磨組成物の平坦化を向上させる傾向となるが、除去速度を減少させる傾向ともなる。

研磨剤の例は、無機酸化物、無機水酸化物、金属ホウ化物、金属炭化物、金属窒化物、ポリマー粒子およびこれらのうちの少なくとも１つを含む混合物を含む。適切な無機酸化物は、例えばシリカ（ＳｉＯ_２）、アルミナ（Ａ_１２Ｏ_３）、ジルコニア（ＺｒＯ_２）、セリア（ＣｅＯ_２）、酸化マンガン（ＭｎＯ_２）またはこれらの酸化物のうちの少なくとも１つを含む組合せを包含する。これらの無機酸化物の変性した形態、例えばポリマーで被覆した無機酸化物粒子および無機物で被覆した粒子を、所望なら使用することができる。適切な金属炭化物、ホウ化物および窒素化合物は、例えば、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭窒化ケイ素（ＳｉＣＮ）、炭化ホウ素、炭化タングステン、炭化ジルコニウム、ホウ化アルミニウム、炭化タンタル、炭化チタンまたはこれらの金属炭化物、ホウ化物および窒素化合物のうちの少なくとも１つを含む組合せを包含する。また、所望ならばダイヤモンドを研磨剤として利用することができる。代替となる研磨剤は、ポリマー粒子および被覆ポリマー粒子を含む。好ましい研磨剤は、セリアである。

化合物は、残余として水を含む溶液において、幅広いｐＨ範囲にわたって有効性を提供する。この溶液の有効なｐＨ範囲は、少なくとも４から９までにわたる。さらに、溶液は、不可避的な不純物を制限するために、有利には、残余の脱イオン水に依存する。本発明の研磨液のｐＨは、好ましくは４．５〜８、より好ましくは５．５〜７．５である。本発明の組成物のｐＨを調整するために使用する酸は、例えば、硝酸、硫酸、塩酸、リン酸などである。本発明の組成物のｐＨを調整するために使用する典型的な塩基は、例えば、水酸化アンモニウムおよび水酸化カリウムである。

場合により、組成物は、平坦化を促進し、窒化物除去の抑制剤として働くために、有利には、０〜５重量％の双性イオン化合物を含む。有利には、組成物は、０．０１〜１．５重量％の双性イオン化合物を含む。本発明の双性イオン化合物は、有利には、平坦化を促進することができ、窒化物除去を抑制することができる。

用語「双性イオン化合物」は、物理的な架橋（例えばＣＨ_２基）によって結合した、ほぼ等しい割合のカチオンおよびアニオン置換基を含む化合物を意味するので、化合物全体では正味中性である。本発明の双性イオン化合物は、以下の構造を含む。

式中、ｎは整数であり、Ｙは水素またはアルキル基からなり、Ｚはカルボキシ、スルフェートまたは酸素からなり、Ｍは窒素、リンまたは硫黄原子からなり、および、Ｘ_１、Ｘ_２およびＸ_３は、独立に、水素、アルキル基およびアリール基からなる群より選択される置換基からなる。

本明細書で定義されるように、用語「アルキル（ａｌｋｙｌ）」（またはａｌｋｙｌ−またはａｌｋ−）とは、好ましくは１から２０の炭素原子を含む、置換または非置換の直鎖、分枝鎖または環式炭化水素鎖をいう。アルキル基は、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、シクロプロピル、ブチル、イソブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、ｓｅｃ−ブチル、シクロブチル、ペンチル、シクロペンチル、ヘキシルおよびシクロヘキシルを含む。

用語「アリール」とは、好ましくは６から２０の炭素原子を含む、置換または非置換の芳香族炭素環式基をいう。アリール基は、単環または多環式であることができる。アリール基は、例えば、フェニル、ナフチル、ビフェニル、ベンジル、トリル、キシリル、フェニルエチル、ベンゾアート、アルキルベンゾアート、アニリンおよびＮ−アルキルアニリノを含む。

好ましい双性イオン化合物は、例えば、ベタインを含む。本発明の好ましいベタインはＮ，Ｎ，Ｎ−トリメチルアンモニオアセテートであり、以下の構造によって示される。

場合により、本発明の組成物は、０〜５重量％のカチオン化合物を含むことができる。好ましくは、組成物は、場合により、０．０１〜１．５重量％のカチオン化合物を含む。本発明のカチオン化合物は、有利には、平坦化を促進し、ウェーハのクリア時間を調整し、酸化物除去を抑制するために働くことができる。好ましいカチオン化合物は、アルキルアミン、アリールアミン、第四級アンモニウム化合物およびアルコールアミンを含む。典型的なカチオン化合物は、メチルアミン、エチルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、アニリン、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、エタノールアミンおよびプロパノールアミンを含む。

したがって、本発明は、ＩＬＤプロセスのための、半導体ウェーハ上のシリカおよびＢＰＳＧの研磨に有用な組成物を提供する。組成物は、有利には、改善したディッシング作用のためのポリビニルピロリドンを含む。特に、本発明は、０．０１〜５重量％のカルボン酸ポリマー、０．０２〜６重量％の研磨剤、０．０１〜１０重量％のポリビニルピロリドン、０〜５重量％のカチオン化合物、０〜５重量％の双性イオン化合物および残余の水を含み、ポリビニルピロリドンが１００ｇ／ｍｏｌ〜１，０００，０００ｇ／ｍｏｌの平均分子量を有する、半導体ウェーハ上のシリカおよびＢＰＳＧの研磨に有効な水性組成物を提供する。組成物は、４〜９のｐＨ範囲で、特に向上された閾値圧力応答を示す。

加えて、ウェーハトラックの中心またはその近くで、摩耗速度が少ない研磨パッドと共に利用されるときに、本発明は特に有効である。ＩＬＤスラリーは、ウェーハの他の領域に対して、しばしば「中心急速」現象（すなわちウェーハトラックの中心またはその近くでの、より速い速度の研磨）を示す。本発明者は、ウェーハトラックの中心またはその近くにおいて、より積極的でないウェーハのための摩耗率を有する研磨パッドが用いられるときに、本発明の組成物を用いる研磨が、中心急速現象の向上された減少を提供するということを発見した。換言すれば、研磨パッドは、ウェーハの中心付近で、弱められた研磨を提供するように構成された溝を有する。研磨パッドは、多孔質、非多孔質またはそれらの組合せであることができる。また、研磨パッドは、所望のいかなる溝形状または構成、例えば、螺旋、円形、放射状、クロスハッチまたはそれらの組合せであることができる。特に有用な溝の構成は、螺旋−放射状−螺旋の構成である。

実施例
例において、数字は本発明の実施例を示し、文字は比較例を示す。全ての例の溶液は、１．８重量％のセリア、０．２７重量％のポリアクリル酸、０．５重量％のベタインおよび０．１５重量％のエタノールアミンを含有した。本発明の実施例は、０．１重量％のポリビニルピロリドンを含有した。スラリーを、研磨剤のパッケージを化学成分のパッケージと組み合わせることによって準備した。研磨剤のパッケージを、ブレードミキサーを用いて、脱イオン水にポリアクリル酸濃縮物を溶解させ、ポリアクリル酸溶液にセリア濃縮物を加えることによって調整した。つぎに、セリア−ポリアクリル酸−水の混合液を、硝酸または水酸化アンモニウムを用いて滴定した。つぎに、混合液を、高剪断Ｋａｄｙミルに投入した。化学成分のパッケージを、適当な量の脱イオン水に、全ての残りの化学物質をブレードミキサーを用いて混合することにより溶解させ、硝酸または水酸化アンモニウムを用いて滴定し、所望の最終的なｐＨにすることによって準備した。最終的なスラリーは、研磨剤のパッケージに化学成分のパッケージを混合し、所望のｐＨに滴定することによって準備した。

実施例１
この実験は、閾値圧力応答および二酸化ケイ素とホウ素−リン酸塩−ケイ酸塩−ガラスの除去の選択性における、スラリーの存在の効果を測定した。特に、試験用ウェーハの閾値圧力応答およびラインとスペースの二酸化ケイ素とＢＰＳＧの除去の選択性について、ポリビニルピロリドンの効果を試験した。「キャップ有り」のウェーハは、９５００オングストロームのＢＰＳＧの上に５００オングストロームのＴＥＯＳ酸化物のキャップを有するＳｅｍａｔｅｃｈ社のＭＩＴ８６４（商標）マスクパターンウェーハであった。「キャップ無し」のウェーハは、１０，０００オングストロームのＢＰＳＧを有するＳｅｍａｔｅｃｈ社のＭＩＴ８６４（商標）マスクパターンウェーハであった。ウェーハの特徴は、１０００ミクロンピッチ／５００ミクロンスペースの密度５０％であった。ここで、密度５０％は、スペース幅／（スペース幅＋ライン幅）×１００％＝５０％というように、繰り返し構造のアレイの中のスペースとして定義した。例えば、スペース幅＋ライン幅＝１０００ミクロンの場合、５０％のスペースは５００ミクロンの幅を有する。ＩＣ１０００（商標）ポリウレタン研磨パッド（ＲｏｈｍａｎｄＨａａｓＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＭａｔｅｒｉａｌｓＣＭＰ社）を用い、１．５ｐｓｉのダウンフォース条件下および１５０ｃｃ／分の研磨溶液流量、５２回転／分のプラテン速度および５０回転／分のキャリア速度の下、ＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓＭｉｒｒａ（登録商標）２００ｍｍ研磨装置で、サンプルを平坦化した。研磨溶液は、硝酸または水酸化アンモニウムによって調整された６．５のｐＨを有した。全ての溶液は、残余の脱イオン水を含んだ。

上記表１に示したように、ポリビニルピロリドンの添加は、二酸化ケイ素およびＢＰＳＧについて、組成物の閾値圧力応答および選択性を提供した。例えば、実施例１において、組成物は、ＴＥＯＳ酸化物のキャップ有りのウェーハで２４オングストロームのステップ高さの残留とともに、わずか１４８０オングストロームのスペース厚さの損失を示した。また、組成物は、スペース／ラインの酸化物の除去レート比０．３１を示した。換言すれば、ラインのＢＰＳＧは、スペースのＢＰＳＧの３倍の速度で除去された。それに比べて、キャップ無しのウェーハ上に用いた場合、組成物は、向上した閾値圧力応答および選択性を示さなかった。例えば、組成物（実施例１）は、キャップ無しのウェーハで２６５オングストロームのステップ高さの残留とともに、２１００オングストロームのスペース厚さの損失を示した。また、組成物は、スペース／ラインの酸化物の除去レート比０．４４を示した。さらに、試料Ａの組成物は、キャップの有無にかかわらず、向上した閾値圧力応答および選択性を示さなかった。例えば、試料Ａの組成物は、ＴＥＯＳ酸化物のキャップ有りのウェーハで２５５０オングストローム、キャップ無しのウェーハで３２００オングストロームのスペース厚さの損失を示した。換言すれば、試料のＡ組成物が、本発明の組成物の向上した閾値圧力応答および選択性を示さなかったので、スペース／ラインの酸化物が実質的に平坦になる前に、もっと大きなＢＰＳＧの損失が必要とされた。

実施例２
この実験は、閾値圧力応答および二酸化ケイ素とホウ素−リン酸塩−ケイ酸塩−ガラス除去の選択性における、スラリーの存在の影響を測定した。特に、試験用ウェーハの閾値圧力応答およびラインとスペースの二酸化ケイ素とＢＰＳＧの除去の選択性について、ポリビニルピロリドンの効果を試験した。ウェーハの特徴が密度９０％であったことを除き、全ての条件は上記の実施例１と同様だった。

上記表２に示したように、ポリビニルピロリドンの添加は、二酸化ケイ素およびＢＰＳＧについて、組成物の閾値圧力応答および選択性を提供した。例えば、実施例２において、組成物は、ＴＥＯＳ酸化物のキャップ有りのウェーハで３８オングストロームのステップ高さの残留とともに、わずか２０００オングストロームのスペース厚さの損失を示した。それに比べて、キャップ無しのウェーハに用いた場合、組成物は、同じ水準の向上した閾値圧力応答および選択性を示さなかった。例えば、組成物は、キャップ有りのウェーハで６４オングストロームのステップ高さの残留とともに、２８００オングストロームのスペース厚さの損失を示した。加えて、試料Ｂの組成物は、キャップの有無にかかわらず、向上した閾値圧力応答および選択性を示さなかった。例えば、試料Ｂの組成物は、ＴＥＯＳ酸化物のキャップ有りのウェーハで３４１２オングストローム、キャップ無しのウェーハで４１８０オングストロームのスペース厚さの損失を示した。換言すれば、試料Ｂの組成物が、本発明の組成物の向上した閾値圧力応答および選択性を示さなかったので、スペース／ラインの酸化物が実質的に平坦になる前に、もっと大きなＢＰＳＧの損失が必要とされた。

実施例３
この実験は、閾値圧力応答および二酸化ケイ素とホウ素−リン酸塩−ケイ酸塩−ガラス除去の選択性における、スラリーの存在の影響を測定した。特に、試験用ウェーハの閾値圧力応答およびラインとスペースの二酸化ケイ素とＢＰＳＧの除去の選択性について、ポリビニルピロリドンの効果を試験した。ウェーハの特徴が密度１０％であったことを除き、全ての条件は上記の実施例１と同様だった。

上記表３に示したように、ポリビニルピロリドンの添加は、二酸化ケイ素およびＢＰＳＧについて、組成物の閾値圧力応答および選択性を提供した。例えば、実施例３において、組成物は、ＴＥＯＳ酸化物のキャップ有りのウェーハで２９オングストロームのステップ高さの残留とともに、わずか１６００オングストロームのスペース厚さの損失を示した。それに比べて、キャップ無しのウェーハに用いた場合、組成物は、同じ水準の向上した閾値圧力応答および選択性を示さなかった。例えば、組成物は、キャップ無しのウェーハで９３オングストロームのステップ高さの残留とともに、２１４０オングストロームのスペース厚さの損失を示した。加えて、試料Ｃの組成物は、キャップの有無にかかわらず、向上した閾値圧力応答および選択性を示さなかった。例えば、試料Ｃの組成物は、ＴＥＯＳ酸化物のキャップ有りのウェーハで２６００オングストローム、キャップ無しのウェーハで４１００オングストロームのスペース厚さの損失を示した。換言すれば、試料Ｃの組成物が、本発明の組成物の向上した閾値圧力応答および選択性を示さなかったので、スペース／ラインの酸化物が実質的に平坦になる前に、もっと大きなＢＰＳＧの損失が必要とされた。

したがって、本発明は、シャロートレンチ分離プロセスのための、半導体ウェーハ上の、シリカおよびホウ素−リン酸塩−ケイ酸塩−ガラスの研磨に有用な組成物を提供する。組成物は、有利には、研磨プロセスにおける向上された選択性および制御性のために、ポリビニルピロリドンを含む。特に、本発明は、半導体ウェーハ上の、シリカおよびホウ素−リン酸塩−ケイ酸塩−ガラスの研磨に有用な、ポリビニルピロリドン、カルボン酸ポリマー、研磨剤および残余の水を含む水性組成物を提供する。場合により、本発明の化合物は、平坦化を促進し、ウェーハのクリア時間およびシリカの除去を調整するために、カチオン化合物を含むことができる。また、組成物は、平坦化を促進し、ＢＰＳＧ除去に対して抑制剤として働くために、場合により、双性イオン化合物を含む。本発明の上記実施例では、ＴＥＯＳ酸化物によるキャップを有するＢＰＳＧを用いたが、本発明はそのように制限されないことに注意されたい。例えば、本発明の組成物は、ＴＥＯＳ酸化物によるキャップを有するリンケイ酸ガラス（ＰＳＧ）、ホウケイ酸塩ガラス（ＢＳＧ）、高密度プラズマ（ＨＤＰ）酸化ケイ素層、ドーピングされていないケイ酸塩ガラス（ＵＳＧ）、高温（ＨＴ）−ＵＳＧまたはプラズマ促進（ＰＥ）酸化ケイ素層に用いることができる。

Claims

カルボン酸ポリマー０．０１〜５重量％、研磨剤０．０２〜６重量％、ポリビニルピロリドン０．０１〜１０重量％、カチオン化合物０〜５重量％、双性イオン化合物０〜５重量％および残余の水を含み、ポリビニルピロリドンが１００ｇ／ｍｏｌ〜１，０００，０００ｇ／ｍｏｌの平均分子量を有する、半導体ウェーハ上のシリカおよびホウ素−リン酸塩−ケイ酸塩−ガラスの研磨に有用な水性組成物。
組成物が、ポリビニルピロリドン０．０２〜１重量％を含む、請求項１記載の組成物。
ポリビニルピロリドンが、１，５００ｇ／ｍｏｌ〜１０，０００ｇ／ｍｏｌの平均分子量を有する、請求項１記載の組成物。
双性イオン化合物が、下記の構造を有する：

（式中、ｎは、整数であり、Ｙは、水素またはアルキル基からなり、Ｚは、カルボキシ、スルフェートまたは酸素からなり、Ｍは、窒素、リンまたは硫黄原子からなり、Ｘ_１、Ｘ_２およびＸ_３は、独立に、水素、アルキル基およびアリール基からなる群から選択される置換基からなる）、請求項１記載の組成物。
カルボン酸ポリマーが、ポリアクリル酸である、請求項１記載の組成物。
カチオン化合物が、アルキルアミン、アリールアミン、第四級アンモニウム化合物およびアルコールアミンを含む群から選択される、請求項１記載の組成物。
研磨剤が、セリアである、請求項１の組成物。
水性組成物が、ｐＨ４〜９を有する、請求項１記載の組成物。
半導体ウェーハ上のシリカおよびホウ素−リン酸塩−ケイ酸塩−ガラスを研磨するための方法であって、
半導体ウェーハ上のシリカおよび窒化ケイ素を、カルボン酸ポリマー０．０１〜５重量％、研磨剤０．０２〜６重量％、ポリビニルピロリドン０．０１〜１０重量％、カチオン化合物０〜５重量％、双性イオン化合物０〜５重量％および残余の水を含み、ポリビニルピロリドンが１００ｇ／ｍｏｌ〜１，０００，０００ｇ／ｍｏｌの平均分子量である研磨組成物と接触させる工程；
半導体ウェーハ上のシリカおよびホウ素−リン酸塩−ケイ酸塩−ガラスを研磨パッドで研磨する工程
を含む方法。
組成物が、ポリビニルピロリドン０．０２〜１重量％を含む、請求項９記載の方法。