JP2010501121A - 固定磨き剤ｃｍｐのための選択性化学薬剤 - Google Patents

Abstract

選択的除去率及び低ディッシングで基板表面を平坦化するための方法及び組成物が提供される。一実施形態は、第１の誘電体物質及び第２の誘電体物質を配設した基板上に配設された誘電体を選択的に除去するための方法を提供する。この方法は、一般に、固定研き剤研摩パッドに近接して上記基板を配置し、少なくとも１つの有機化合物及び界面活性剤を有する研き剤無し研摩組成物を、上記基板と上記研摩パッドとの間に投与し、上記第１の誘電体物質に対して上記第２の誘電体物質を選択的に研磨することを含む。
【選択図】 図５

Description

発明の背景

発明の分野
[0001]本発明の実施形態は、一般的に、半導体デバイスの平坦化と、研摩技法を使用して物質を除去するための方法及び組成物とに関する。

関連技術の説明
[0002]０．５ミクロン以下（サブハーフミクロン）及びそれより小さな特徴部を高い信頼性で生成することは、半導体デバイスの超大規模集積（ＶＬＳＩ）及び超々大規模集積（ＵＬＳＩ）の次世代のための重要な技術の１つである。しかしながら、ＶＬＳＩ及びＵＬＳＩ技術における相互接続の寸法が縮小してきたことにより、処理能力に対する更なる要求が出てきている。このような技術の心臓部であるマルチレベル相互接続は、ビア、コンタクト、ライン及びその他の相互接続のような高アスペクト比の特徴部を精密に処理することを必要としている。これらの相互接続を高い信頼性で形成することは、ＶＬＳＩ及びＵＬＳＩを成功させる上で重要であり、また、個々の基板及びダイの回路密度及び品質を増大させる努力を続けていく上でも重要である。

[0003]マルチレベル相互接続は、そこに特徴部を形成するために基板表面への物質の堆積及び基板表面からの物質の除去を順次行うことにより形成される。物質の層が順次堆積され除去されていくにつれて、基板の最上表面は、その表面に亘って平坦でなくなっていくことがあり、更なる処理を行う前に平坦化を行う必要が出てくる。表面の平坦化、又は表面の「研摩(polishing)」とは、全体的に均一で平坦な表面を形成するように基板の表面から物質を除去する処理である。平坦化は、過剰に堆積された物質を除去するのに有用であり、また、後の処理のために均一な表面を与えるため、粗い表面、集塊物質、結晶格子損傷、スクラッチ及び汚染層又は物質のような、望ましくない表面形状及び表面欠陥を除去するのに有用である。

[0004]化学機械平坦化、又は化学機械研摩（ＣＭＰ）は、基板を平坦化するのに使用される普通の技術である。従来のＣＭＰ技法においては、基板キャリヤ又は研摩ヘッドが、キャリヤアセンブリに取り付けられ、ＣＭＰ装置における研摩媒体と接触するように配置される。キャリヤアセンブリは、基板を研摩媒体へ押し付けるようにその基板に対して制御可能な圧力を与える。基板及び研摩媒体は、互いに相対的な運動により移動される。

[0005]基板表面から物質を除去する上で化学的作用を引き起こすため、研摩媒体へ研摩組成物が与えられる。その研摩組成物は、基板と研摩媒体との間の化学的作用を高めるため研き剤(abrasive)物質を含むことができる。こうして、ＣＭＰ装置は、化学的作用及び機械的作用の両方を引き起こすため研摩組成物を投与しながら、基板の表面と研摩媒体との間に研摩又は摩擦移動を行わせる。このような化学的作用及び機械的作用により、過剰の堆積物質が除去されると共に、基板表面の平坦化がなされる。

[0006]化学機械研摩は、浅いトレンチ分離（ＳＴＩ）構造部を形成するのにも使用される。ＳＴＩ構造部は、形成中に基板表面におけるトランジスタを分離したり、ソース／ドレイン接合又はチャネルストッパのようなトランジスタの構成部分を分離したりするのに、使用できる。ＳＴＩ構造部は、一連の誘電体物質を堆積し、過剰の又は望ましくない誘電体物質を除去するため基板表面を研摩することにより、形成される。ＳＴＩ構造部を形成する実施例としては、シリコン基板表面に形成された酸化物層上に窒化シリコン層を堆積し、特徴画成部を形成するように基板表面をパターン化及びエッチングし、特徴画成部の酸化シリコン充填物を堆積し、また、基板表面を研磨して過剰の酸化シリコンを除去し、特徴部を形成することを含むものがある。その窒化シリコン層は、バリヤ層、基板の特徴部のエッチング中のハードマスク、及び／又はその後の研摩処理中の研摩ストッパとして作用することができる。このようなＳＴＩ形成処理は、酸化物及びシリコンのような下層の物質を損傷しないようにするため、研摩処理中に除去される窒化シリコンの量を最少として、窒化シリコン層に対して酸化シリコン層を研摩することを必要としている。

[0007]ＳＴＩ基板は、典型的に、従来の研き剤無し研摩媒体及び研き剤含有研摩スラリーを使用して研摩される。しかしながら、従来の研摩用品及び研き剤含有研摩スラリーでＳＴＩ基板を研摩すると、基板表面が過剰研磨されてしまい、ＳＴＩ特徴部に凹部が形成されてしまったり、基板表面にマイクロスクラッチのような、その他の形状欠陥が形成されてしまったりすることがあると観察されている。この過剰研磨及びＳＴＩ特徴部における凹部の形成のような現象は、ディッシングと称されている。このようなディッシングは、非常に望ましくないものである。何故ならば、基板特徴部のディッシングは、トランジスタ及びトランジスタの構成要素を互いに分離させることができずに短絡を生じさせてしまうことで、デバイス形成に悪影響を及ぼすことがあるからである。更に又、基板の過剰研磨は、窒化物を無くしてしまうことにより、下層のシリコン基板を露出させてしまい、研摩又は化学的作用により基板が損傷させられてしまい、それにより、デバイス品質及び性能に悪影響が及ぶこともある。

[0008]図１Ａから図１Ｃは、ディッシング及び窒化物減量の現象を例示する概略図である。図１Ａは、パターン形成されたＳＴＩ基板の実施例を示しており、基板１０上には、熱酸化物層１５が配設され、この熱酸化物層１５上に窒化シリコン層２０のような研摩／エッチングストップ層が配設されており、特徴画成部３５を有するようにパターン形成されている。これら特徴画成部３５は、次いで、酸化シリコン物質のような誘電体充填物質３０で充填され、過剰の誘電体充填物質４０がそれら特徴画成部３５及び窒化シリコン層２０の上に形成された状態となっている。

[0009]図１Ｂは、過剰の誘電体充填物質４０を除去するための従来の技法による研摩で観察されたディッシングの現象を例示している。酸化シリコン物質３０を窒化シリコン層２０まで研摩する間に、酸化シリコン物質３０が過剰研磨されて、残留誘電体充填物質３０が除去されてしまうことがあり、これにより、特徴画成部３５における誘電体充填物質３０に凹部４５のような表面欠陥が形成されてしまうことがある。特徴画成部３５における誘電体充填物質３０の望ましい量からのディッシング５０の量は、点線で表されている。

[0010]図１Ｃは、従来の研摩処理での基板表面の過多の研摩による窒化シリコン層２０の表面からの窒化物減量を例示している。窒化シリコンの減量は、窒化シリコンの望ましい量６０からの窒化シリコンの過多の除去又は窒化シリコン層の「薄化」の形をとる。窒化シリコン減量は、熱酸化物層１５及び基板１０の早期露出を招くこともある。このような窒化シリコン減量がなされてしまうと、その窒化シリコン層２０が、研摩中又はその後の処理中において、下層の基板物質の損傷又は汚染を防止したり又はそのような損傷又は汚染を制限したりすることができなくなってしまう。

[0011]固定研き剤研摩用品でのＳＴＩ研摩によると、従来のスラリー研摩処理に比べて、ディッシングが減少し、研摩の均一性が改善されることが示されている。固定研き剤研摩用品は、一般的に、収納媒体又はバインダーに保持された固定研き剤粒子を含み、これは、収納媒体に固着した複数の幾何学的研き剤複合要素と共に基板表面に対する機械的作用を与える。しかしながら、従来の固定研き剤研摩処理は、本来的に、酸化物物質の除去率が低く、研摩時間が長くなってしまい、基板スループットが減少してしまう。基板表面に形成された特徴部の充填を確実にするため、過剰充填(overfill)と称される過剰物質堆積を基板表面に対して行うような従来の堆積処理においては、処理時間が更に増大してしまう。

[0012]処理スループットを増大させるためＳＴＩ特徴部を形成するのに酸化物過剰充填の範囲を制限するような幾つかの方法が試みられている。その１つの方法は、複数の堆積ステップ、例えば、基板特徴部を堆積し、エッチング戻しし、再充填するような高密度プラズマ化学気相堆積（ＨＤＰ ＣＶＤ）及びエッチングステップを使用することを含むものである。別の１つの方法は、基板表面に堆積された過剰充填部を薄くするためにスパッタ又はエッチング処理を使用するものである。その他の方法は、固定研き剤研摩用品を使用するように形状を残すようにして酸化物膜をエッチングするため後堆積ウエットエッチング処理を使用することを含むものである。しかしながら、これらの処理では、集積の複雑さが増してしまったり、処理時間が増し、基板スループットが減少してしまったりもすることが観察されている。

[0013]従って、ディッシングを最少又は減少させ且つ下層物質の減量を最少又は減少させるようにして、誘電体物質の除去を行えるようにする方法及びそれに関連する研摩装置が必要とされている。

[0014]本発明の実施形態は、一般的に、選択除去率及び低ディッシングで基板表面を平坦化するための方法及び組成物を提供する。

[0015]一実施形態は、第１の誘電体物質及び第２の誘電体物質が配設されている基板上に配設された誘電体を選択的に除去するための方法を提供する。この方法は、一般的に、固定研き剤研摩パッドに近接して上記基板を配置するステップと、少なくとも１つの有機化合物及び少なくとも１つの研摩増強化合物を有する研き剤無し研摩組成物を、上記基板と上記研摩パッドとの間に投与するステップと、上記第１の誘電体物質に対して上記第２の誘電体物質を選択的に研摩するステップと、を含む。一実施形態では、上記第２の誘電体物質は、上記第１の誘電体物質よりも高い除去率にて除去される。

[0016]別の実施形態は、窒化物物質上に配設された酸化物物質を選択的に除去するように基板を処理するための方法を提供する。この方法は、一般的に、固定研き剤研摩パッドに近接して上記基板を配置するステップと、少なくとも１つの有機化合物、少なくとも１つの界面活性剤と、少なくとも１つのｐＨ調整剤及び脱イオン化水を有する研き剤無し研摩組成物を、上記基板と上記研摩パッドとの間に投与するステップと、上記酸化物物質と上記窒化物物質との除去率の比が約１０：１以上となるようにして、上記酸化物物質及び上記窒化物物質を除去するステップと、を含む。

[0017]別の実施形態は、固定研き剤研摩パッドを使用して誘電体物質を除去するための研き剤の無い組成物を提供する。一実施形態では、この組成物は、最初に、少なくとも１つの有機化合物と、少なくとも１つの研摩増強化合物と、少なくとも１つのｐＨ調整剤と、脱イオン化水と、から成る。一実施形態では、上記少なくとも１つの研摩増強化合物は、界面活性剤を含む。

[0018]本発明の前述したような特徴を詳細に理解できるように、概要について簡単に前述したような本発明について、幾つかを添付図面に例示している実施形態に関して、以下より特定して説明する。しかしながら、添付図面は、本発明の典型的な実施形態のみを例示しているのであって、従って、本発明の範囲をそれに限定するものではなく、本発明は、均等の効果を発揮できる他の実施形態を包含できるものであることに、注意されたい。

ディッシング及び窒化物減量の現象を例示する概略図である。 ディッシング及び窒化物減量の現象を例示する概略図である。 ディッシング及び窒化物減量の現象を例示する概略図である。 化学機械研摩装置の概略図である。 本発明の一実施形態による処理ステップを例示するフローチャートである。 ここに説明する方法によって基板を研摩する一実施形態を例示する概略図である。 ここに説明する方法によって基板を研摩する一実施形態を例示する概略図である。 Ｌ-プロリン／ＫＯＨ研摩流体と、フルオロ界面活性剤の約０．０５重量％を加えたＬ-プロリン／ＫＯＨ研摩流体とについて、研摩圧力の関数として、酸化物除去率を示す図表である。

詳細な説明

[0024]理解を容易とするため、図において共通な同一の要素を示すのに、可能な限り、同一の参照符号を使用している。１つの実施形態の要素及び／又は処理ステップは、特に繰り返し述べなくとも、他の実施形態に効果的に組み入れることができるものと考えられる。

[0025]本発明の実施形態について、全て、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手できる、ApplidReflexion（登録商標）ＬＫ ＣＭＰシステム、Applid Reflexion（登録商標）ＬＫタングステンＣＭＰシステム、Applid Reflexion（登録商標）ＬＫ ＥＣＭＰシステム、ApplidReflexion（登録商標）ＬＫ銅ＣＭＰシステム及びApplid Reflexion（登録商標）ＬＫ ＳＴＩ ＣＭＰのような化学機械研摩処理装置を使用して実施することのできる平坦化処理及び組成物に関して、以下、説明する。ここに説明する方法又は組成物を使用して化学機械研摩を行うことができるどのようなシステムも効果的に使用することができる。他の適当な研摩装置の実施例としては、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手できるApplidMirra Mesa（登録商標）ＣＭＰシステムがある。以下の装置の説明は、例示であり、本発明の範囲を限定するものとして考えるべきでなく、また、解釈すべきでない。

[0026]図２は、ＣＭＰ装置１００の概略図である。このＣＭＰ装置１００は、一般的に、研摩ヘッド１０２、研摩プラテン１０８、及び研摩プラテン１０８上に配設される研摩パッド１０６を含む。研摩ヘッド１０２は、そこに基板１１２を保持することができる。研摩プラテン１０８は、線状ウエブ、線状ベルトプラテン又は回転プラテンであってよい。ＣＭＰシステムは、更に、回転コンベア、研摩ヘッド１０２を保持するため回転コンベアから吊り下げられた少なくとも１つの研磨ヘッドアセンブリ１０４、及び回転コンベアに結合され回転コンベアを移動させて、研磨ヘッドアセンブリ１０４をプラテンの上に配置するようにする位置決め部材を含むことができる。研磨ヘッドアセンブリ１０４は、基板１１２へ制御された圧力１１０を与えて、基板１１２を研磨パッド１０６に対して押し付けるようにする。ここで使用できる研磨パッド１０６の実施例としては、研摩材として酸化セリウムを使用する、ミネソタ州セントポールの３Ｍから入手できるＭ３１００ SlurryFree（商標）ＣＭＰ固定研き剤パッド及びこれも３Ｍから入手できるＭ３１５２ SlurryFree（商標）ＣＭＰ固定研き剤パッドのような固定研き剤研摩パッドがある。固定研き剤物質は、一般的に、可撓性裏張り材に配設された複数の研き剤要素を含む。一実施形態では、それら研き剤要素は、高分子バインダーに懸濁された研き剤粒子から形成された種々な幾何学形状を有している。研摩材物質は、パッドの形でも、ウエブの形であってもよい。

[0027]ＣＭＰ装置１００は、化学的作用及び機械的作用の両方を与えるため、研き剤粒子を伴う又は研き剤粒子を伴わない研摩組成物１１８又はスラリーを投与しながら、基板１１２の表面と研摩パッド１０６との間に外力１１６を加えることにより、基板１１２の表面と研摩パッド１０６との間で、直線方向又は回転方向の研摩又は摩擦移動を行わせる。

化学機械研摩処理及び組成物
[0028]本発明の実施形態は、ＣＭＰ処理、及び有機化合物、例えば、アミノ酸及び研摩増強化合物、例えば、界面活性剤からなる組成物を含む。一実施形態では、窒化物物質上に酸化物物質を配設した基板を処理するための方法が提供される。この方法は、固定研き剤研摩パッドに近接して基板を配置し、基板と研摩パッドとの間に研摩組成物を投与し、窒化物物質よりも高い除去率にて酸化物物質を除去することを含む。研摩増強化合物と組み合わせて有機化合物を含む研摩組成物及び固定研き剤研摩パッドによれば、異なる誘電体物質を研摩するための除去率を変えることができ、ディッシングを減少させ且つ隣接層の減量を減少させることができる。

[0029]別の実施形態では、本発明は、少なくとも１つの有機化合物、少なくとも１つの研摩増強化合物、少なくとも１つのｐＨ調整剤及び脱イオン化水を含む、誘電体物質を除去するための化学機械研摩組成物を提供する。有機化合物と研摩増強化合物とを組み合わせることにより、固定研き剤パッドでの研摩選択性を改善することができた。

[0030]図３は、基板表面を平坦化するための処理の一実施形態を例示するフローチャートである。固定研き剤研摩パッド、及び少なくとも１つの有機化合物及び研摩増強化合物を含む研摩組成物を使用して基板表面を平坦化する方法２００が提供される。ステップ２１０において、少なくとも第１の誘電体物質及び第２の誘電体物質を上に堆積させた基板が、固定研き剤研摩パッドを有する研摩装置に配置される。ステップ２２０において、少なくとも１つの有機化合物及び研摩増強化合物を含む研摩組成物が、研摩装置に配設された固定研き剤研摩パッドへ付与され、そこで、その研摩組成物におけるその少なくとも１つの有機化合物と研摩増強化合物とにより、１つ以上の誘電体物質に対する除去率が変更される。ステップ２３０において、基板と固定研き剤研摩パッドとが接触させられ、１つ以上の誘電体物質が、他の誘電体物よりも高い除去率において基板表面から除去される。

[0031]ここで使用されるように、用語「基板」は、研摩されるべき物体を指しており、例えば、種々の物質を上に配設したシリコンベースの物質を含むものである。ステップ２１０により研摩される基板は、酸化シリコン及び窒化シリコンのような一連の誘電体層に形成された浅いトレンチ分離構造部を含む。本発明は、半導体デバイスの製造において通常使用される誘電体物質、例えば、種々な化学気相堆積（ＣＶＤ）技法及びそれらの組合せにより堆積されるような、二酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、リンドープシリコンガラス（ＰＳＧ）、ホウ素ドープシリコンガラス（ＢＳＧ）、ホウ素−リンドープシリコンガラス（ＢＰＳＧ）、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＱＳ）及びシランから誘導された二酸化シリコンの化学機械研摩を意図している。

[0032]ステップ２２０において固定研き剤研摩パッドへ分配される研摩組成物は、少なくとも１つの有機化合物を、その研摩組成物の約０．５重量パーセント（wt.％）と約１０wt.％との間の量において含むことができる。この研摩組成物においては、好ましくは、約２．５wt.％と約４wt.％との間の有機化合物の濃度が使用される。最も好ましくは、その少なくとも１つの有機化合物の濃度は、その組成物の約２．５wt.％である。この研摩組成物は、このＣＭＰシステムに配設された又はその近くに配設された貯蔵媒体から、例えば、約５ミリリットル／分と約５００ミリリットル／分との間の流量で固定研き剤研摩パッドへと分配され又は供給される。

[0033]この組成物において有効な有機化合物は、１つ以上の誘電体物質の除去率を、他の誘電体物質に関して選択的に変更できるようなものである。一実施形態では、この有機化合物は、窒化シリコン物質に対するよりも、酸化シリコン物質に対してより高い除去率を与えるようなものが選択される。これら有機化合物の実施例としては、例えば、グリシン、プロライン、アルギニン、ヒスチジン、リシン及びそれらの組合せのような、アミノ（ＮＨ_２）及びカルボキシル（−ＣＯＯＨ）末端を有するアミノ酸及びそれらの誘導体がある。他の有機化合物の実施例としては、ピコリン酸、ウイスコンシン州ミルトンのTomahProducts社から入手できるAmphoteric４００のような、アミン及びカルボキシル酸官能基を有する両性化合物、ヒドロキシル酸、例えば、グルコン及びラテック酸、ポリアニオンポリマー、例えば、ポリアクリル酸及びポリビニルスルホナートがある。

[0034]この組成物において有効な研摩増強化合物は、一般的に、１つ以上の誘電体物質の除去率を他の誘電体物質に関して選択的に変更できるような界面活性剤を含む。金属及び金属イオンのような物質及び処理中に生成される副生物の溶解又は溶解度を増大させ、研摩組成物における研摩材粒子の凝集の可能性を減少させ、且つ研摩組成物の成分の化学的安定性を改善し且つそれらの分解を減少させるのに、界面活性剤が使用される。その１つ以上の界面活性剤の濃度は、その研摩組成物の約０．００１wt.％と約１wt.％との間であることができる。この研摩組成物の一実施形態では、約０．０５wt.％と約０．１wt.％との間の濃度が使用される。

[0035]この１つ以上の界面活性剤としては、非イオン界面活性剤並びにアニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、両性界面活性剤及びツビッターイオン界面活性剤のような２つ以上の官能基を有するイオン界面活性剤を含むイオン界面活性剤がある。分散剤又は分散助剤も、ここで使用される界面活性剤であると考えられる。高分子研摩材を含む組成物は、広いｐＨ範囲に亘って安定であり、互いに凝集することがなく、それにより、組成物における界面活性剤又は分散助剤を減少させても又は全く無くしても、それら研摩材を使用できるようになる。

[0036]研摩増強化合物の実施例は、一般的には、DuPont（商標）Zony（登録商標）ＦＳ−６１０のようなアニオン界面活性剤、DuPont（商標）Zony（登録商標）ＦＳＮのような非イオン界面活性剤、セチルピリジニウムブロマイド水和物のようなカチオン界面活性剤及びAmphoteric４００のような両性界面活性剤を含む。更に別に、非イオンフルオロ界面活性剤としては、３Ｍ（商標）Novec（商標）ＦＣ−４４３０及びオハイオ州フェアローンのOmnovaSolutions社から入手できるPolyFox（商標）ＰＦ−１５１Ｎ及びＰＦ−１５４Ｎがある。

[0037]研摩組成物は、正又は負の電荷が基板表面に発生され適当に荷電された有機アミノ酸化合物を吸引するが如くして、研摩性能を改善するように研摩組成物のｐＨを調整するための少なくとも１つのｐＨ調整剤をも含むことができる。このような組成物における少なくとも１つのｐＨ調整剤は、その組成物のｐＨレベルを約４と約１２との間に調整するように加えられる。例えば、ｐＨ調整剤は、約７と約１１との間のｐＨ、例えば、約１０．５のｐＨを生成するに十分な量だけ組成物に加えられる。この少なくとも１つのｐＨ調整剤は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）及び水酸化アンモニウムのような塩基又は硝酸又は硫酸のような酸を含むことができる。

[0038]このような少なくとも１つのｐＨ調整剤は、パッド潤滑剤又は冷却剤として作用することができ、シリコンベースの誘電体物質の水和作用を増大したり又は減少させたりして、シラノール（Ｓｉ−ＯＨ）基を形成し、それにより、基板表面からの物質の除去を増強させることができる。この少なくとも１つのｐＨ調整剤は、また、研摩組成物と１つ以上の表面誘電体物質との間の特定の錯体の選択形成に影響を及ぼし、従って、異なる表面誘電体物質の除去率に影響を及ぼす。例えば、酸性ｐＨは、酸化シリコンにおけるシラノールの形成を増大し、その研摩組成物の酸化シリコン物質との錯化能力を増大するが、その研摩組成物の窒化シリコン物質との錯化能力を増大しない。

[0039]この研摩組成物が固定研き剤ＣＭＰにおいて効果的に作用するための１つの可能な機構は、その少なくとも１つの有機化合物が窒化シリコン膜のシラノール（Ｓｉ−ＯＨ）表面基と錯化することができて、その窒化シリコン膜の除去を抑制することができるというものである。別の可能な機構は、研摩組成物におけるその少なくとも１つの有機化合物が、基板表面の少なくとも１つの物質上に除去耐性又は不動態化層を形成することにより、誘電体物質の除去率を変更することができるというものであり、このような除去率の変更は、この場合において、ｐＨを増大すると増長される。

[0040]研摩組成物の一実施例は、約０．５wt.％と約１０wt.％との間のプロリン、例えば、約２．５wt.％のプロリンと、約０．０００１wt.％と約１wt.％との間の界面活性剤、例えば、約０．０５wt.％のフルオロ界面活性剤と、約１０．５のｐＨレベルを生成するに十分な量のｐＨ調整剤としての水酸化カリウムと、を含む。基板表面から物質を除去するため、研摩パッドの約１wt.％と約５０wt.％との間の等価濃度において酸化セリウム系の研き剤を含む固定研き剤研摩パッドを、研摩組成物と共に使用することができる。

[0041]ステップ２３０において、基板と固定研き剤研摩パッドとが接触させられ、１つの誘電体物質が他の誘電体物質より高い除去率において基板表面から除去される。その物質は、約５０Å／分と約５０００Å／分との間の率で除去される。一実施形態では、ここに説明する組成物において有機化合物を使用することにより、酸化シリコンのような第１の物質と窒化シリコンのような第２の物質との間の除去率の比又は選択性を、約１０：１以上とすることができる。別の実施形態では、ここに説明する処理により、第１の物質と第２の物質との除去率の比を、約１００：１以上から約１２００：１以上までとすることができる。しかしながら、それら除去率及び除去率の比は、使用する処理パラメータ及び研摩組成物により変えることができる。

[0042]ステップ２３０における研摩処理の実施例は、研摩システムに配設された研摩パッドの場合、約１０rpmと約２００rpmとの間の速度で基板に対して研摩パッドを移動させることを含む。その研摩媒体は、円形又は回転プラテン研摩システムに配設された研摩パッドの場合、約１０rpmと約１００rpmとの間の速度で基板に対して、移動させられる。この研摩処理に対して機械的作用を与えるため、基板と研摩パッドとの間に、約０．５ポンド／平方インチと約６．０ポンド／平方インチとの間の圧力を加えることができる。別の仕方として、本発明は、回転プラテン、回転線状プラテン及び軌道研摩プラテンのような種々な研摩プラテンにおいて基板を研摩することを考えている。

[0043]図４Ａ及び図４Ｂは、基板表面からの物質の選択除去を例示している。図４Ａは、ＳＴＩ形成処理のため堆積された基板物質の実施例を示している。熱酸化物層３１５及び窒化シリコン層３２０が、シリコン基板（又はドープシリコン層）３１０上に配設されパターン形成される。熱酸化物層３１５、窒化シリコン層３２０及びシリコン基板３１０は、特徴画成部３３５を形成するためエッチングされ、それから、酸化シリコン物質３３０を堆積することにより充填される。それから、酸化シリコン３３０は、窒化シリコン層を露出させるため、ここに説明した研摩組成物を使用して研摩される。研摩が続けられ、酸化シリコン物質３３０が除去され、図４Ｂに示されるように、窒化シリコン層３２０は、実質的に研摩されないままに残される。このような研摩処理の終了の後に、その窒化シリコン層３２０は、更なる基板処理の前に、除去することができる。

[0044]図５は、Ｌ-プロリン／ＫＯＨ研摩流体と、フルオロ界面活性剤の約０．０５wt.％を加えたＬ-プロリン／ＫＯＨ研摩流体とについて、研摩圧力の関数として、酸化物除去率を示す図表５００を示している。Ｌ-プロリン／ＫＯＨ研摩流体の場合の除去率と、フルオロ界面活性剤を加えたＬ-プロリン／ＫＯＨ研摩流体の場合の除去率とを比較することにより、３ポンド／平方インチの研摩圧力にてＬ-プロリン溶液で典型的に観測される除去率が、フルオロ界面活性剤の使用時には、実質的により低い研摩圧力にて達成されることが分かる。プロリンベースの研摩流体へフルオロ界面活性剤の少量、例えば、０．００２wt.％と０．２wt.％との間の量を加えることにより、研摩流体のｐＨ値又はアミノ酸濃度を変更せずとも、酸化物除去率を劇的に増大させることができる。このような増大した除去率によれば、フルオロ界面活性剤を含まない現在使用できる研摩流体を使用して達成できるよりも、より大きな処理ウインドウとすることが可能となる。現在の処理を使用して達成される除去率と等価な除去率は、相当により低い研摩圧力にて得ることができる。より低い研摩圧力を使用すると、より低いプラテン及びヘッド回転速度としても、研摩中に望ましくない振動を生ずることがなく、より低い研摩圧力でウエハ内不均一性を改善することができる。何故ならば、より低い保持リング／研摩圧力を使用するときには、サブパッド跳ね返り作用を減少することができるからである。

[0045]少なくとも１つの有機化合物、例えば、アミノ酸、及び研摩増強化合物、例えば、界面活性剤を、適切な濃度及びｐＨにて加えることにより、固定研き剤ＣＭＰの性能及び融通性が大きく増強される。酸化シリコン除去率が大きく増大され、一方、窒化シリコン除去率は、抑制される。このような増強により、研摩時間をより短くすることができ、スループットを増大することができ、より厚いオーバーバーデン基板の研摩を行うことができ、広範囲の特徴部サイズ及び密度（例えば、ロジック用途）を有する基板の研摩を行うことができ、ウエハ内均一性及びダイ内均一性を改善することができ、ディッシング及び窒化物減量を最少とすることができ、ウエハからウエハに亘る研摩安定性を改善することができ、オーバポリッシュによる性能低下を減少させることができ、且つパッド湿潤を改善することができるようになる。

実施例
[0046]ここに説明される研摩処理の一実施例は、酸化セリウム研き剤粒子を含む固定研き剤研摩パッドへ、約５０ミリリットル／分と約５００ミリリットル／分との間の流量において研摩組成物を分配することを含む。その研摩組成物は、約０．５wt.％と約１０wt.％との間のプロリン、例えば、約２．５wt.％のプロリンと、約０．０００１wt.％から約１wt.％までの界面活性剤、例えば、約０．０５重量パーセントの界面活性剤と、約１０．０と１２との間のｐＨ、例えば、約１０．５のｐＨを生成するに十分な量のｐＨ調整剤としての水酸化カリウムと、を含む。基板を平坦化するのに、約３０秒と約３００秒との間の研摩持続時間の場合に、約１ポンド／平方インチと約６ポンド／平方インチとの間の研摩圧力及び約１０rpmと約１００rpmとの間の研摩速度を使用することができる。

[0047]前述した成分及び処理パラメータは、例示であり、本発明をこれに限定するものと解釈されるべきでない。１００Å／分以上の望ましい除去率、平坦面において止めるための望ましい選択性、窒化物において止めるための望ましい選択性、基板表面から除去されるべき望ましい物質の性質及び量とするため、それらの成分及び濃度を変えることができると考えられる。実施例として、図３におけるステップ２１０、２２０及び２３０は、１つの連続動作の部分として行うこともできるし、２つ以上の別々の動作として行うこともできる。例えば、本発明は、異なるステップを１つ以上のプラテンにおいて行うこと、また、ある幾つかの処理ステップの部分を異なるプラテンにおいて行うこと、も考えている。

[0048]本発明は、また、２００６年６月２０日に発行され「POLISHINGPROCESSES FOR SHALLOW TRENCH ISOLATION SUBSTRATES」と題する米国特許第７，０６３，５９７号明細書及び２００３年９月１８日に公開され「STIPOLISH ENHANCEMENT USING FIXED ABRASIVES WITH AMINO ACID ADDITIVES」と題する米国特許出願公告第２００３／０１７６１５１号明細書に記載された処理及び組成物を含めて浅いトレンチ分離基板のための他の処理及び組成物の変形をも考えている。これら明細書の記載は、本明細書と競合しない範囲においてここに援用される。例えば、過剰負担が課せられた酸化物のバルクを除去するため第１のプラテンにスラリーを使用する第１のステップ、平坦化処理を完了するため第２のプラテンでの固定研き剤研摩を行う第２のステップ及び粒子すすぎ洗いステップを含む処理は、本発明で変形することができる。

[0049]研摩増強組成物を加えることにより、研摩処理パラメータを設定する上での融通性が増す。例えば、研摩速度及び／又はダウンフォース条件を増すことなく、酸化物除去率を増大することができる。

[0050]別の実施形態では、研摩組成物の濃縮物が与えられる。固定研摩材ＣＭＰのための研摩組成物は、主として水を含み、酸化物除去性能を増強するために加えられる特定の化学薬剤の量は少量である。例えば、研摩組成物の一実施形態は、約２wt.％と４wt.％との間の濃度においてプロリンのような選択性増強添加剤を含む。界面活性剤の濃度は、約０．１wt.％とすることができる。溶液のｐＨは、ＫＯＨのような濃縮塩基を１wt.％より少ない量添加することにより調整される。水は、研摩組成物の大部分（全流体体積の９５％から９８％）を占める主成分である。顧客のサイトで正しい濃度へと希釈することができるような濃縮物を輸送することは、コスト的により有効である。

[0051]一実施形態では、固定研き剤ＣＭＰでウエハを研摩するのに使用される研摩組成物より少なくとも５倍以上に濃縮された濃縮研摩組成物が与えられる。別の実施形態では、この濃縮研摩組成物は、使用する研摩組成物より少なくとも１０倍以上に濃縮されている。ある特定の実施形態では、ウエハを研摩するために使用される研摩組成物のＬ−プロリン濃度は、１００ミリリットルの水当たり２．５ｇから４ｇである。その使用する研摩組成物より５倍以上に濃縮された濃縮研摩組成物の場合には、そのＬ−プロリンの濃度は、例えば、１００ミリリットル当たり１２．５ｇから２０ｇに増大しているであろう。その使用する研摩組成物より１０倍以上に濃縮されている濃縮研摩組成物の場合には、そのＬ−プロリンの濃度は、１００ミリリットル当たり２５ｇから４０ｇに増大するであろうが、これは、プロリンの水溶性（２５℃）のための文献値である１００ミリリットル当たり１６２ｇより十分低い。この濃縮研摩組成物は、約１％のフルオロ界面活性剤を含む。

[0052]流体ｐＨを１０から１１の範囲内に、最も普通には１０．５に調整するのに、ＫＯＨが使用される。プロリンは、この範囲においてｐＨ緩衝剤として作用し、従って、目標とするｐＨが増大する（１０→１１）及び／又はプロリン濃度が増大する（２．５wt.％→４wt.％）につれて、実質的により多くのＫＯＨを加えなければならない。研摩流体における典型的なＫＯＨ濃度は、約０．２５％であり、高いｐＨ、高いプロリン濃度の場合において、約０．９パーセットまでである。１０倍濃縮では、これらの値は、２．５％から９％となろう。従って、研摩流体成分の全ては、１０倍濃縮溶液の場合の溶解性又は分散限界内に十分入る。

[0053]本発明の種々な実施形態について前述してきたのであるが、本発明の基本的な範囲から逸脱せずに、本発明の他の更なる実施形態が考えられるものであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって決定されるものである。

１０…基板、１５…熱酸化物層（酸化シリコン物質）、２０…窒化シリコン層、３０…誘電体充填物質、３５…特徴画成部、４０…過剰の誘電体充填物質、４５…凹部、５０…ディッシング、６０…窒化シリコンの望ましい量、１００…ＣＭＰ装置、１０２…研摩ヘッド、１０４…研摩ヘッドアセンブリ、１０６…研摩パッド、１０８…研摩プラテン、１１０…圧力、１１２…外力、１１８…研摩組成物、３１０…シリコン基板（ドープシリコン層）、３１５…熱酸化物層、３２０…窒化シリコン層、３３０…酸化シリコン層（酸化シリコン物質）、３３５…特徴画成部、５００…図表

Claims (20)

1. 第１の誘電体物質及び第２の誘電体物質を配設している基板に配設された誘電体を選択的に除去するための方法において、
   固定研き剤研摩パッドに近接して上記基板を配置するステップと、
   少なくとも１つの有機化合物及び少なくとも１つの研摩増強化合物を内部に有する研き剤の無い研摩組成物を、上記基板と上記研摩パッドとの間に投与するステップと、
   上記第１の誘電体物質に対して上記第２の誘電体物質を選択的に研摩するステップと、を含む方法。
2. 上記少なくとも１つの研摩増強化合物は、フルオロ界面活性剤である、請求項１に記載の組成物。
3. 上記少なくとも１つの有機化合物は、グリシン、プロリン、アルギニン、ヒスチジン、リシン及びピコリン酸からなる群から選択されたアミノ酸を含む、請求項２に記載の組成物。
4. 上記研摩組成物は、更に、少なくとも１つのｐＨ調整剤及び脱イオン化水を含む、請求項１に記載の方法。
5. 上記基板は、第１の誘電体層及び第２の誘電体層を備える浅いトレンチ分離構造部を含む、請求項１に記載の方法。
6. 上記第１の誘電体物質は、窒化シリコンであり、上記第２の誘電体物質は、酸化シリコンである、請求項１に記載の方法。
7. 上記酸化シリコン及び上記窒化シリコンは、約１０：１以上の除去率の比にて除去される、請求項６に記載の方法。
8. 窒化物物質上に配設された酸化物物質を選択的に除去するように基板を処理するための方法において、
   固定研き剤研摩パッドに近接して上記基板を配置するステップと、
   少なくとも１つの有機化合物、少なくとも１つのフルオロ界面活性剤と、少なくとも１つのｐＨ調整剤及び脱イオン化水を有する研き剤無し研摩組成物を、上記基板と上記研摩パッドとの間に投与するステップと、
   上記酸化物物質と上記窒化物物質との除去率の比が約１０：１以上となるようにして、上記酸化物物質及び上記窒化物物質を除去するステップと、
   を含む方法。
9. 上記酸化物物質は、酸化シリコンであり、上記窒化物物質は、窒化シリコンである、請求項８に記載の方法。
10. 上記酸化物物質及び上記窒化物物質は、上記酸化物物質と上記窒化物物質との除去率の比が約１００：１から約２０００：１になるようにして除去される、請求項８に記載の方法。
11. 上記少なくとも１つの有機化合物は、プロリンを含む、請求項８に記載の方法。
12. 上記研摩組成物は、約０．５重量％と約１０重量％との間の上記少なくとも１つの有機化合物と、約０．０００１重量％と約１重量％との間の上記少なくとも１つのフルオロ界面活性剤と、を含む、請求項８に記載の方法。
13. 上記研摩組成物のｐＨは、約７から約１１の間である、請求項８に記載の方法。
14. 固定研き剤研摩パッドを使用して誘電体物質を除去するための研き剤無し研摩組成物において、最初に、
    少なくとも１つの有機化合物と、
    少なくとも１つの研摩増強化合物と、
    少なくとも１つのｐＨ調整剤と、
    脱イオン化水と、
    からなる組成物。
15. 上記少なくとも１つの研摩増強化合物は、界面活性剤を含む、請求項１４に記載の組成物。
16. 上記少なくとも１つの有機化合物は、グリシン、プロリン、アルギニン、ヒスチジン、リシン及びピコリン酸からなる群から選択されたアミノ酸である、請求項１５に記載の組成物。
17. 上記少なくとも１つの研摩増強化合物は、フルオロ界面活性剤を含む、請求項１６に記載の組成物。
18. 上記界面活性剤は、アニオン界面活性剤、非イオン界面活性剤、カチオン界面活性剤及び両性界面活性剤からなる群から選択される、請求項１５に記載の組成物。
19. 上記組成物は、約７から約１１の間のｐＨ値を有する、請求項１５に記載の組成物。
20. 上記研摩組成物は、約０．５重量％と約１０重量％との間の上記少なくとも１つの有機化合物と、約０．０００１重量％と約１重量％との間の上記少なくとも１つの研摩増強化合物と、を含む、請求項１５に記載の組成物。
    

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