JP2017105980A - ストップ‐オンシリコンコーティング層添加剤 - Google Patents
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Abstract
Description
本件は、2015年9月25日に出願されたUS仮出願第62/233,251号の優先権を主張する。仮出願第62/233,251号の開示は、参照により本開示に組み入れられる。
高純度コロイド状シリカ粒子、アルミナ、セリア、ゲルマニア、シリカ、チタニア、ジルコニア、格子中のアルミナドープコロイド状シリカ及びこれらの混合物からなる群より選択される0.01質量%から20質量%の研磨剤、
0.01質量%から約10質量%の水溶性アルミニウム化合物、
任意選択的に、
0.0001質量%から約5質量%のpH調整剤、
a)非イオン性表面湿潤剤、b)アニオン性表面湿潤剤、c)カチオン性表面湿潤剤、d)両性表面湿潤剤及びこれらの混合物からなる群より選択される0.0001質量%から10質量%の界面活性剤、
0.0005質量%から約0.5質量%の浸食防止剤、
少なくとも1つの過酸化基(O‐O)を含む過酸化化合物、酸化ハロゲン化物、過ホウ酸、過ホウ酸塩、過炭酸塩、ペルオキシ酸、過マンガン酸塩、クロム酸塩、セリウム化合物、フェリシアン化物及びこれらの混合物からなる群より選択される0.01質量%から10質量%の酸化剤、及び
0.1質量%から5質量%の有機酸、
並びに
水を含み、
7より大きなpH、好ましくは約8から12、より好ましくは約10から12のpHを有する、CMP研磨組成物である。
a)少なくとも1つの表面を研磨パッドに接触させる工程と、
b)研磨組成物を少なくとも1つの表面へ輸送する工程であって、研磨組成物が、
高純度コロイド状シリカ粒子、アルミナ、セリア、ゲルマニア、シリカ、チタニア、ジルコニア、格子中のアルミナドープコロイド状シリカ及びこれらの混合物からなる群より選択される0.01質量%から20質量%の研磨剤、
0.01質量%から約10質量%の水溶性アルミニウム化合物、
任意選択的に、
0.0001質量%から約5質量%のpH調整剤、
a)非イオン性表面湿潤剤、b)アニオン性表面湿潤剤、c)カチオン性表面湿潤剤、d)両性表面湿潤剤及びこれらの混合物からなる群より選択される0.0001質量%から10質量%の界面活性剤、
0.0005質量%から約0.5質量%の浸食防止剤、
少なくとも1つの過酸化基(O‐O)を含む過酸化化合物、酸化ハロゲン化物、過ホウ酸、過ホウ酸塩、過炭酸塩、ペルオキシ酸、過マンガン酸塩、クロム酸塩、セリウム化合物、フェリシアン化物、及びこれらの混合物からなる群より選択される0.01質量%から10質量%の酸化剤、及び
0.1質量%から5質量%の有機酸、
並びに
水を含み、
7より大きなpH、好ましくは約8から12、より好ましくは約10から12のpHを有する、工程と、
c)少なくとも1つの表面を研磨組成物により研磨して第1の材料を除去し、第2の材料をストップ‐オンする工程と、を含む、方法である。
第1の材料と、少なくとも1種のケイ素を含む材料を含む第2の材料とを有する少なくとも1つの表面を含むパターン化基材、
研磨パッド、及び
少なくとも1つの表面への研磨組成物を含み、研磨組成物が、
高純度コロイド状シリカ粒子、アルミナ、セリア、ゲルマニア、シリカ、チタニア、ジルコニア、格子中のアルミナドープコロイド状シリカ及びこれらの混合物からなる群より選択される0.01質量%から20質量%の研磨剤、
0.01質量%から約10質量%の水溶性アルミニウム化合物、
任意選択的に、
0.0001質量%から約5質量%のpH調整剤、
a)非イオン性表面湿潤剤、b)アニオン性表面湿潤剤、c)カチオン性表面湿潤剤、d)両性表面湿潤剤及びこれらの混合物からなる群より選択される0.0001質量%から10質量%の界面活性剤、
0.0005質量%から約0.5質量%の浸食防止剤、
少なくとも1つの過酸化基(O‐O)を含む過酸化化合物、酸化ハロゲン化物、過ホウ酸、過ホウ酸塩、過炭酸塩、ペルオキシ酸、過マンガン酸塩、クロム酸塩、セリウム化合物、フェリシアン化物及びこれらの混合物からなる群より選択される0.01質量%から10質量%の酸化剤、及び
0.1質量%から5質量%の有機酸、
並びに
水を含み、
7より大きなpH、好ましくは約8から12、より好ましくは約10から12のpHを有し、
少なくとも1つの表面が、研磨パッド及び研磨組成物と接触している、システムである。
本開示に記載の関連するプロセスは、パターン化基材表面のバリア化学機械平滑化に関する前述の組成物の使用を伴う。
Å:オングストローム ‐長さの単位
BP:背圧、psi単位
CMP:化学機械平滑化=化学機械研磨
CS:キャリア速度
DF:下向きの力:CMP中に適用される圧力、psi単位
min:分
ml:ミリリットル
mV:ミリボルト
psi:ポンド毎平方インチ
PS:研磨ツールのプラテン回転速度、rpm(分あたりの回転数)
SF:研磨組成物フロー、ml/min
除去速度及び除去選択性
除去速度(RR)=(研磨前の膜厚み−研磨後の膜厚み)/研磨時間
CuRR:CMPツールの2.0psiの(柔らかいFujiboパッドによる)下向きの圧力において計測されたPVDCo除去速度
SiNRR:CMPツールの2.0psiの(柔らかいFujiboパッドによる)下向きの圧力において計測されたSiN除去速度
BD1RR:CMPツールの2.0psiの(柔らかいFujiboパッドによる)下向きの圧力において計測されたBD1除去速度
CoRR:CMPツールの2.0psiの(柔らかいFujiboパッドによる)下向きの圧力において計測されたCo除去速度
TaNRR:CMPツールの2.0psiの(柔らかいFujiboパッドによる)下向きの圧力において計測されたTaN除去速度。
0.10質量%、0.15質量%及び0.25質量%のアルミン酸ナトリウム(NaAlO2)が(表1に示された)コントロール組成物に加えられ、表IIに示されたようなバリアCMP研磨スラリーを得た。CMPスラリーは、次いで、SiN基材を研磨するのに用いられた。SiN除去速度の結果は、表II及び図1に示された。
例1において用いられたのと同じCMPスラリーが、銅及び低‐K(BD1)等のバリア応用に適切である複数の膜を研磨するためにも用いられた。
測定は、(酸化剤として)過酸化物を含むCMP研磨スラリーにより実施された。
0.10質量%、0.20質量%、0.25質量%及び0.3質量%のアルミン酸カリウム(KAlO2)が、(表Iに示された)コントロール組成物に加えられ、バリアCMP研磨スラリーを得た。
0.2078質量%の酢酸アルミニウム(AlAc)が(表Iに示された)コントロール組成物に加えられ、バリアCMP研磨組成物を得た。
Claims (21)
- 高純度のコロイド状シリカ粒子、アルミナ、セリア、ゲルマニア、シリカ、チタニア、ジルコニア、格子中のアルミナドープコロイド状シリカ及びこれらの混合物からなる群より選択される0.01質量%から20質量%の研磨材、
0.01質量%から約10質量%の水溶性アルミニウム化合物、
並びに
水を含み、
7より大きなpHを有する、研磨組成物。 - 前記水溶性アルミニウム化合物が、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム、酢酸アルミニウム、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム及びこれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項1に記載の研磨組成物。
- 0.0001質量%から約5質量%のpH調整剤、
a)非イオン性表面湿潤剤、b)アニオン性表面湿潤剤、c)カチオン性表面湿潤剤、d)両性表面湿潤剤及びこれらの混合物からなる群より選択される0.0001質量%から10質量%の界面活性剤、
0.0005質量%から約0.5質量%の浸食防止剤、
少なくとも1つの過酸化基(O‐O)を含む過酸化化合物、酸化ハロゲン化物、過ホウ酸、過ホウ酸塩、過炭酸塩、ペルオキシ酸、過マンガン酸塩、クロム酸塩、セリウム化合物、フェリシアン化物及びこれらの混合物からなる群より選択される0.01質量%から10質量%の酸化剤、並びに
0.1質量%から5質量%の有機酸のうちの少なくとも1種をさらに含む、請求項1に記載の研磨組成物。 - 前記浸食防止剤が、ベンゾトリアゾール(BTA)及びその誘導体、トリアゾール及びその誘導体、イミダゾール及びその誘導体、ピラゾール及びその誘導体、ベンゾイミダゾール及びその誘導体並びにこれらの組み合わせからなる群より選択される、分子内に窒素原子を含む化学添加剤であり、
前記pH調整剤が、塩酸、硝酸、硫酸、クロロ酢酸、酒石酸、コハク酸、クエン酸、リンゴ酸、マロン酸、スルホン酸、リン酸、脂肪酸、ポリカルボン酸、塩化水素及びこれらの混合物からなる群より選択され、または水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、アンモニア、4級有機アンモニウム水酸化物、エチレンジアミン、ピぺラジン、ポリエチレンイミン、変性ポリエチレンイミン及びこれらの混合物からなる群より選択され、
前記有機酸が、芳香族有機酸、アミノ酸又はこれらの塩並びにこれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項3に記載の研磨組成物。 - 前記非イオン性表面湿潤剤が、エトキシ化アルコール、エトキシ化アセチレンジオール界面活性剤、ポリエチレングリコールアルキルエーテル、プロピレングリコールアルキルエーテル、グルコシドアルキルエーテル、ポリエチレングリコールオクチルフェニルエーテル、ポリエチレングリコールアルキルフェニルエーテル、グリセロールアルキルエステル、ポリオキシエチレングリコールソルビタンアルキルエステル、ソルビタンアルキルエステル、コカミドモノエタノールアミン、コカミドジエタノールアミン、ドデシルジメチルアミンオキシド、ポリエチレングリコール及びポリプロピレングリコールのブロックコポリマー、ポリエトキシ化タローアミン、フルオロ界面活性剤並びにこれらの組み合わせからなる群より選択され、
前記アニオン性表面湿潤剤が、アルキルカルボン酸塩、アルキルポリアクリル塩、アルキル硫酸塩、アルキルリン酸塩、アルキルジカルボン酸塩、アルキルジ硫酸塩、アルキルジリン酸塩、アルコキシカルボン酸塩、アルコキシ硫酸塩、アルコキシリン酸塩、アルコキシジカルボン酸塩、アルコキシジ硫酸塩、アルコキシジリン酸塩、置換されたアリールカルボン酸塩、置換されたアリール硫酸塩、置換されたアリールリン酸塩、置換されたアリールジカルボン酸塩、置換されたアリールジ硫酸塩、置換されたアリールジリン酸塩及びこれらの組み合わせからなる群より選択され、
前記カチオン性表面湿潤剤が、疎水性鎖、並びにアミン、4級アンモニウム、ベンザルコニウム及びアルキルピリジウムイオンからなる群より選択されるカチオン電荷中心を含む分子のハロゲン化物であり、
前記両性表面湿潤剤が、主要な分子鎖上の正(カチオン性)及び負(アニオン性)の電荷の両方をそれらに相対的な対イオンと共に有する、請求項3に記載の研磨組成物。 - 高純度コロイド状シリカ粒子、水溶性アルミニウム化合物であって、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム、酢酸アルミニウム、水酸化アルミニウム及びこれらの組み合わせからなる群より選択される水溶性アルミニウム化合物を含み、8から12のpHを有する、請求項3に記載の研磨組成物。
- ベンゾトリアゾール(BTA)及びその誘導体、トリアゾール及びその誘導体並びにこれらの組み合わせからなる群より選択される浸食防止剤、水酸化カリウム、ベンゼンスルホン酸、任意選択的に、少なくとも1つの過酸化基を含む過酸化化合物をさらに含み、10から12のpHを有する、請求項6に記載の研磨組成物。
- 第1の材料と、第2の材料とを有する少なくとも1つの表面を含む半導体デバイスの化学機械平滑化のための研磨方法であって、
a)少なくとも1つの表面を研磨パッドに接触させる工程と、
b)研磨組成物を少なくとも1つの表面へ輸送する工程であって、前記研磨組成物が、
高純度コロイド状シリカ粒子、アルミナ、セリア、ゲルマニア、シリカ、チタニア、ジルコニア、格子中のアルミナドープコロイド状シリカ及びこれらの混合物からなる群より選択される0.01質量%から20質量%の研磨剤、
0.01質量%から約10質量%の水溶性アルミニウム化合物、
並びに
水を含み、
7より大きなpHを有する、工程と、
c)少なくとも1つの表面を研磨組成物により研磨して第1の材料を除去し、第2の材料をストップ‐オンする工程と、を含み、
前記第1の材料が金属、バリア又はライナー材料、誘電材料及びこれらの組み合わせからなる群より選択され、前記第2の材料が少なくとも1種のケイ素を含む材料を含む、方法。 - 前記研磨組成物中の前記水溶性アルミニウム化合物が、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム、酢酸アルミニウム、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム及びこれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項8に記載の方法。
- 前記研磨組成物が、
0.0001質量%から約5質量%のpH調整剤、
a)非イオン性表面湿潤剤、b)アニオン性表面湿潤剤、c)カチオン性表面湿潤剤、d)両性表面湿潤剤及びこれらの混合物からなる群より選択される0.0001質量%から10質量%の界面活性剤、
0.0005質量%から約0.5質量%の浸食防止剤、
少なくとも1つの過酸化基(O‐O)を含む過酸化化合物、酸化ハロゲン化物、過ホウ酸、過ホウ酸塩、過炭酸塩、ペルオキシ酸、過マンガン酸塩、クロム酸塩、セリウム化合物、フェリシアン化物及びこれらの混合物からなる群より選択される0.01質量%から10質量%の酸化剤、並びに
0.1質量%から5質量%の有機酸のうちの少なくとも1種をさらに含む、請求項8に記載の方法。 - 前記研磨組成物中の前記浸食防止剤が、ベンゾトリアゾール(BTA)及びその誘導体、トリアゾール及びその誘導体、イミダゾール及びその誘導体、ピラゾール及びその誘導体、ベンゾイミダゾール及びその誘導体並びにこれらの組み合わせからなる群より選択される、分子内に窒素原子を含む化学添加剤であり、
前記pH調整剤が、塩酸、硝酸、硫酸、クロロ酢酸、酒石酸、コハク酸、クエン酸、リンゴ酸、マロン酸、スルホン酸、リン酸、脂肪酸、ポリカルボン酸、塩化水素及びこれらの混合物からなる群より選択され、または水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、アンモニア、4級有機アンモニウム水酸化物、エチレンジアミン、ピぺラジン、ポリエチレンイミン、変性ポリエチレンイミン及びこれらの混合物からなる群より選択され、
前記有機酸が、芳香族有機酸、アミノ酸又はこれらの塩並びにこれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項10に記載の方法。 - 前記非イオン性表面湿潤剤が、エトキシ化アルコール、エトキシ化アセチレンジオール界面活性剤、ポリエチレングリコールアルキルエーテル、プロピレングリコールアルキルエーテル、グルコシドアルキルエーテル、ポリエチレングリコールオクチルフェニルエーテル、ポリエチレングリコールアルキルフェニルエーテル、グリセロールアルキルエステル、ポリオキシエチレングリコールソルビタンアルキルエステル、ソルビタンアルキルエステル、コカミドモノエタノールアミン、コカミドジエタノールアミン、ドデシルジメチルアミンオキシド、ポリエチレングリコール及びポリプロピレングリコールのブロックコポリマー、ポリエトキシ化タローアミン、フルオロ界面活性剤並びにこれらの組み合わせからなる群より選択され、
前記アニオン性表面湿潤剤が、アルキルカルボン酸塩、アルキルポリアクリル塩、アルキル硫酸塩、アルキルリン酸塩、アルキルジカルボン酸塩、アルキルジ硫酸塩、アルキルジリン酸塩、アルコキシカルボン酸塩、アルコキシ硫酸塩、アルコキシリン酸塩、アルコキシジカルボン酸塩、アルコキシジ硫酸塩、アルコキシジリン酸塩、置換されたアリールカルボン酸塩、置換されたアリール硫酸塩、置換されたアリールリン酸塩、置換されたアリールジカルボン酸塩、置換されたアリールジ硫酸塩、置換されたアリールジリン酸塩及びこれらの組み合わせからなる群より選択され、
前記カチオン性表面湿潤剤が、疎水性鎖、並びにアミン、4級アンモニウム、ベンザルコニウム及びアルキルピリジウムイオンからなる群より選択されるカチオン電荷中心を含む分子のハロゲン化物であり、
前記両性表面湿潤剤が、主要な分子鎖上の正(カチオン性)及び負(アニオン性)の電荷の両方をそれらに相対的な対イオンと共に有する、請求項10に記載の方法。 - 前記研磨組成物が、高純度コロイド状シリカ粒子、水溶性化合物であって、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム、酢酸アルミニウム、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム及びこれらの組み合わせからなる群より選択される水溶性化合物を含み、8から12のpHを有し、前記第1の材料が、Cu、W、Co、Al及びこれらの組み合わせからなる群より選択される金属膜、Ta、TaN、Ti、TiN、Ru及びこれらの組み合わせからなる群より選択されるバリア又はライナー膜、低k材料誘電膜並びにこれらの組み合わせからなる群より選択され、前記少なくとも1種のケイ素を含む材料が、窒化ケイ素、酸化ケイ素、炭化ケイ素及びこれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項10に記載の方法。
- 前記研磨組成物が、ベンゾトリアゾール(BTA)及びその誘導体、トリアゾール及びその誘導体並びにこれらの組み合わせからなる群より選択される浸食防止剤、水酸化カリウム、ベンゼンスルホン酸、任意選択的に、少なくとも1つの過酸化基を含む過酸化化合物をさらに含み、10から12のpHを有する、請求項13に記載の方法。
- 化学機械平滑化のためのシステムであって、システムが、
金属、バリア又はライナー材料、誘電材料及びこれらの組み合わせからなる群より選択される第1の材料と、少なくとも1種のケイ素を含む材料を含む第2の材料とを有する少なくとも1つの表面を含むパターン化基材、
研磨パッド、及び
少なくとも1つの表面への研磨組成物を含み、前記研磨組成物が、
高純度コロイド状シリカ粒子、アルミナ、セリア、ゲルマニア、シリカ、チタニア、ジルコニア、格子中のアルミナドープコロイド状シリカ及びこれらの混合物からなる群より選択される0.01質量%から20質量%の研磨剤、
0.01質量%から約10質量%の水溶性アルミニウム化合物、
並びに
水を含み、
7より大きなpHを有し、
前記少なくとも1つの表面が、研磨パッド及び研磨組成物と接触している、システム。 - 前記研磨組成物中の前記水溶性アルミニウム化合物が、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム、酢酸アルミニウム、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム及びこれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項15に記載のシステム。
- 前記研磨組成物が、
0.0001質量%から約5質量%のpH調整剤、
a)非イオン性表面湿潤剤、b)アニオン性表面湿潤剤、c)カチオン性表面湿潤剤、d)両性表面湿潤剤及びこれらの混合物からなる群より選択される0.0001質量%から10質量%の界面活性剤、
0.0005質量%から約0.5質量%の浸食防止剤、
少なくとも1つの過酸化基(O‐O)を含む過酸化化合物、酸化ハロゲン化物、過ホウ酸、過ホウ酸塩、過炭酸塩、ペルオキシ酸、過マンガン酸塩、クロム酸塩、セリウム化合物、フェリシアン化物及びこれらの混合物からなる群より選択される0.01質量%から10質量%の酸化剤、並びに
0.1質量%から5質量%の有機酸のうちの少なくとも1種をさらに含む、請求項15に記載のシステム。 - 前記研磨組成物中の前記浸食防止剤が、ベンゾトリアゾール(BTA)及びその誘導体、トリアゾール及びその誘導体、イミダゾール及びその誘導体、ピラゾール及びその誘導体、ベンゾイミダゾール及びその誘導体並びにこれらの組み合わせからなる群より選択される、分子内に窒素原子を含む化学添加剤であり、
前記pH調整剤が、塩酸、硝酸、硫酸、クロロ酢酸、酒石酸、コハク酸、クエン酸、リンゴ酸、マロン酸、スルホン酸、リン酸、脂肪酸、ポリカルボン酸、塩化水素及びこれらの混合物からなる群より選択され、または水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、アンモニア、4級有機アンモニウム水酸化物、エチレンジアミン、ピぺラジン、ポリエチレンイミン、変性ポリエチレンイミン及びこれらの混合物からなる群より選択され、
前記有機酸が、芳香族有機酸、アミノ酸又はこれらの塩並びにこれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項17に記載のシステム。 - 前記非イオン性表面湿潤剤が、エトキシ化アルコール、エトキシ化アセチレンジオール界面活性剤、ポリエチレングリコールアルキルエーテル、プロピレングリコールアルキルエーテル、グルコシドアルキルエーテル、ポリエチレングリコールオクチルフェニルエーテル、ポリエチレングリコールアルキルフェニルエーテル、グリセロールアルキルエステル、ポリオキシエチレングリコールソルビタンアルキルエステル、ソルビタンアルキルエステル、コカミドモノエタノールアミン、コカミドジエタノールアミン、ドデシルジメチルアミンオキシド、ポリエチレングリコール及びポリプロピレングリコールのブロックコポリマー、ポリエトキシ化タローアミン、フルオロ界面活性剤並びにこれらの組み合わせからなる群より選択され、
前記アニオン性表面湿潤剤が、アルキルカルボン酸塩、アルキルポリアクリル塩、アルキル硫酸塩、アルキルリン酸塩、アルキルジカルボン酸塩、アルキルジ硫酸塩、アルキルジリン酸塩、アルコキシカルボン酸塩、アルコキシ硫酸塩、アルコキシリン酸塩、アルコキシジカルボン酸塩、アルコキシジ硫酸塩、アルコキシジリン酸塩、置換されたアリールカルボン酸塩、置換されたアリール硫酸塩、置換されたアリールリン酸塩、置換されたアリールジカルボン酸塩、置換されたアリールジ硫酸塩、置換されたアリールジリン酸塩及びこれらの組み合わせからなる群より選択され、
前記カチオン性表面湿潤剤が、疎水性鎖、並びにアミン、4級アンモニウム、ベンザルコニウム及びアルキルピリジウムイオンからなる群より選択されるカチオン電荷中心を含む分子のハロゲン化物であり、
前記両性表面湿潤剤が、主要な分子鎖上の正(カチオン性)及び負(アニオン性)の電荷の両方をそれらに相対的な対イオンと共に有する、請求項17に記載のシステム。 - 前記研磨組成物が、高純度コロイド状シリカ粒子、水溶性アルミニウム化合物であって、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム、酢酸アルミニウム、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、水酸化アルミニウム及びこれらの組み合わせからなる群より選択される水溶性アルミニウム化合物を含み、8から12のpHを有し、
前記金属膜が、Cu、W、Co、Al及びこれらの組み合わせからなる群より選択され、前記バリア又はライナー膜が、Ta、TaN、Ti、TiN、Ru及びこれらの組み合わせからなる群より選択され、前記誘電膜が、低k材料であり、
前記少なくとも1種のケイ素を含む材料が、窒化ケイ素、酸化ケイ素、炭化ケイ素及びこれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項17に記載のシステム。 - 前記研磨組成物が、ベンゾトリアゾール(BTA)及びその誘導体、トリアゾール及びその誘導体並びにこれらの組み合わせからなる群より選択される浸食防止剤、水酸化カリウム、ベンゼンスルホン酸、任意選択的に、少なくとも1つの過酸化基を含む過酸化化合物をさらに含み、10から12のpHを有する、請求項20に記載のシステム。
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