JP2019199613A - 化学機械平坦化組成物用の複合研磨粒子及びその使用方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本件は、2015年1月12日に出願された米国仮出願第62/102319号、及び2015年9月21日に出願された米国仮出願第62/221379号に対する優先権を主張し、その全体の内容は、全ての適用可能な目的に関して参照により本開示に組み入れられる。
本発明は、半導体デバイスの製造に用いられる化学機械平坦化(「CMP」)研磨組成物(CMPスラリー、CMP組成物又はCMP配合物が互換可能に用いられる)、及び化学機械平坦化を実施する研磨方法に関する。特に、酸化材料で構成されたパターン化半導体ウェハの研磨に好適に用いられる複合研磨粒子を含む研磨組成物に関する。
ナノ粒子により被覆された表面を有するコア粒子を含む複合粒子;
有機カルボン酸、アミノ酸、アミドカルボン酸、N‐アシルアミノ酸、及びこれらの塩;有機スルホン酸及びその塩;有機ホスホン酸及びその塩;ポリマーカルボン酸及びその塩;ポリマースルホン酸及びその塩;ポリマーホスホン酸及びその塩;アリールアミン、アミノアルコール、脂肪族アミン、複素環アミン、ヒドロキサム酸、置換フェノール、スルホンアミド、チオール、ヒドロキシル基を有するポリオール、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される官能基を有する化合物から選択される添加剤;
水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化セシウム、水酸化アンモニウム、4級有機水酸化アンモニウム(例えば水酸化テトラメチルアンモニウム)、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるpH調節剤;及び
水である残り
を含む研磨組成物であって、
崩壊力下における複合粒子のサイズ分布の変化が10%未満であり;
コア粒子が、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、ポリマー粒子、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され;ナノ粒子が、ジルコニウム、チタン、鉄、マンガン、亜鉛、セリウム、イットリウム、カルシウム、マグネシウム、フッ素、ランタン、ストロンチウムナノ粒子、及びこれらの組み合わせからなる群の化合物から選択され;
研磨組成物が、約2〜約12;好ましくは約4〜約10;より好ましくは約4.5〜約7.5のpHを有する、研磨組成物である。
a)少なくとも1つの酸化物層を研磨パッドと接触させる工程;
b)表面に研磨組成物を輸送する工程であって、研磨組成物が、
ナノ粒子により被覆された表面を有するコア粒子を含む複合粒子;
有機カルボン酸、アミノ酸、アミドカルボン酸、N‐アシルアミノ酸、及びこれらの塩;有機スルホン酸及びその塩;有機ホスホン酸及びその塩;ポリマーカルボン酸及びその塩;ポリマースルホン酸及びその塩;ポリマーホスホン酸及びその塩;アリールアミン、アミノアルコール、脂肪族アミン、複素環アミン、ヒドロキサム酸、置換フェノール、スルホンアミド、チオール、ヒドロキシル基を有するポリオール、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される官能基を有する化合物から選択される添加剤;
水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化セシウム、水酸化アンモニウム、4級有機水酸化アンモニウム(例えば水酸化テトラメチルアンモニウム)、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるpH調節剤;及び
水である残りを含み、
崩壊力下における複合粒子のサイズ分布の変化が10%未満であり;
コア粒子が、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、ポリマー粒子、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、ナノ粒子が、ジルコニウム、チタン、鉄、マンガン、亜鉛、セリウム、イットリウム、カルシウム、マグネシウム、フッ素、ランタン、ストロンチウムナノ粒子、及びこれらの組み合わせからなる群の化合物から選択され;
研磨組成物が、2〜約12;好ましくは約4〜約10;より好ましくは約4.5〜7.5のpHを有する、前記輸送する工程;及び
c)研磨組成物により少なくとも1つの酸化物層を研磨する工程
を含む、研磨方法である。
少なくとも1つの酸化物層を有する少なくとも1つの表面を含む半導体基材;
研磨パッド;並びに
研磨組成物であって、
ナノ粒子により被覆された表面を有するコア粒子を含む複合粒子;
有機カルボン酸、アミノ酸、アミドカルボン酸、N‐アシルアミノ酸、及びこれらの塩;有機スルホン酸及びその塩;有機ホスホン酸及びその塩;ポリマーカルボン酸及びその塩;ポリマースルホン酸及びその塩;ポリマーホスホン酸及びその塩;アリールアミン、アミノアルコール、脂肪族アミン、複素環アミン、ヒドロキサム酸、置換フェノール、スルホンアミド、チオール、ヒドロキシル基を有するポリオール、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される官能基を有する化合物から選択される添加剤;
水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化セシウム、水酸化アンモニウム、4級有機水酸化アンモニウム(例えば水酸化テトラメチルアンモニウム)、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるpH調節剤;及び
水である残りを含み、
崩壊力下における複合粒子のサイズ分布の変化が10%未満であり;
コア粒子が、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、ポリマー粒子、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され;ナノ粒子が、ジルコニウム、チタン、鉄、マンガン、亜鉛、セリウム、イットリウム、カルシウム、マグネシウム、フッ素、ランタン、ストロンチウムナノ粒子、及びこれらの組み合わせからなる群の化合物から選択され;
研磨組成物が、約2〜12;好ましくは約4〜10;より好ましくは約4.5〜7.5のpHを有する、研磨組成物を含み、
少なくとも1つの酸化物層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。
少なくとも1つの酸化物層を有する少なくとも1つの表面を含む半導体基材;
軟らかい研磨パッド;並びに
研磨組成物であって、
ナノ粒子により被覆された表面を有するコア粒子を含む複合粒子;
有機カルボン酸、アミノ酸、アミドカルボン酸、N‐アシルアミノ酸、及びこれらの塩;有機スルホン酸及びその塩;有機ホスホン酸及びその塩;ポリマーカルボン酸及びその塩;ポリマースルホン酸及びその塩;ポリマーホスホン酸及びその塩;アリールアミン、アミノアルコール、脂肪族アミン、複素環アミン、ヒドロキサム酸、置換フェノール、スルホンアミド、チオール、ヒドロキシル基を有するポリオール、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される官能基を有する化合物から選択される添加剤;
水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化セシウム、水酸化アンモニウム、4級有機水酸化アンモニウム(例えば水酸化テトラメチルアンモニウム)、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるpH調節剤;及び
水である残りを含み、
コア粒子が、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、ポリマー粒子、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され;ナノ粒子が、ジルコニウム、チタン、鉄、マンガン、亜鉛、セリウム、イットリウム、カルシウム、マグネシウム、フッ素、ランタン、ストロンチウムナノ粒子、及びこれらの組み合わせからなる群の化合物から選択され;
研磨組成物が、約2〜12;好ましくは約4〜10;より好ましくは約4.5〜7.5のpHを有する、研磨組成物を含み、
少なくとも1つの酸化物層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。
装置
Dow社により供給された研磨パッドIC1010パッド、及びFujiboにより供給された軟らかいFujibo研磨パッドが、CMPプロセスに用いられた。
TEOS 前駆体としてテトラエチルオルトシリケートを用いた化学気相堆積(CVD)による酸化物膜
HDP 高密度プラズマ(HDP)法により製造された酸化物膜
SiN膜‐窒化ケイ素膜
Å:オングストローム‐長さの単位
BP:背圧、psi単位
CMP:化学機械平坦化=化学機械研磨
CS:担体速度
DF:下向き力:CMP中に適用される圧力、単位psi
min:分
ml:ミリリットル
mV:ミリボルト
psi:ポンド/平方インチ
PS:研磨ツールのプラテン回転速度、rpm(回転/分)
SF:研磨組成物流量、ml/min
除去速度(RR)=(研磨前の膜厚さ−研磨後の膜厚さ)/研磨時間
TEOS RR=CMPツールの2.0psi(13.8kPa;軟らかいパッド)及び4.7psi(32.4kPa;硬いパッド)の下向き力において測定されたTEOS除去速度
HDP RR=CMPツールの2.0psi(13.8kPa;軟らかいパッド)及び4.7psi(32.4kPa;硬いパッド)の下向き力において測定されたHDP除去速度
SiN RR=CMPツールの2.0psi(13.8kPa;軟らかいパッド)及び4.7psi(32.4kPa;硬いパッド)の下向き力において測定されたSiN除去速度
TEOS/SiNの選択性=同じ下向き力(psi/kPa)におけるTEOS RR/SiN RR;HDP/SiNの選択性=同じ下向き力(psi/kPa)における=HDP RR/SiN RR
全てのパーセントは、別段の指摘がない限り質量%である。
以下に示される例において、CMP実験は、以下に与えられる手順及び実験条件を用いて実行された。例において用いられたCMPツールは、Applied Materials、3050 Boweres Avenue、Santa Clara、California、95054により製造されたMirra(登録商標)である。Narubeni America Corporationにより供給されたFujibo H7000HNパッドは、ブランケットウェハ研磨研究に関してプラテン上で用いられた。パッドは、25回ダミー酸化物(TEOS前駆体からプラズマ増強CVDにより堆積された、PETEOS)ウェハを研磨することにより調整された。ツール設定及びパッド調整を適格とするために、2つのPETEOSモニターが、ベースライン条件において、Air Products Chemical Incorporationにより供給されたSyton(登録商標)OX‐Kコロイド状シリカにより研磨された。
TEOS:15000Å
HDP:10000Å
セリアコートシリカ粒子は、コア粒子としてシリカと、シリカ粒子表面上にセリアナノ粒子とを有する複合粒子であった。LPC(大きい粒子カウント)は、スラリー中に大きい粒子がいくつあるかを示す。広く受け入れられている概念として、引っかき傷は、通常大きい粒子により生じる。通常、より高いLPCを有するスラリーは、より低いLPCを有するスラリーと比較して、欠陥のより悪い性能を与える。LPCは、光遮蔽又は光学的検知方式(Single Particle Optical Sizing(SPOS))等の光学的手法により典型的に測定される。
CMP組成物は、0.5質量%の研磨材、0.077質量%のアンモニウムポリアクリレート(分子量16000〜18000)、水酸化アンモニウム及び水を含んでいた。CMP組成物のpHは5であった。
全てのCMP組成物は、同じ化学構成を有していたが、セリアコートシリカ研磨材の量(質量%)は異なっていた。全てのCMP組成物は、0.077質量%のアンモニウムポリアクリレート(分子量16000〜18000)、水酸化アンモニウムを有していた。CMP組成物のpHは7であった。
全てのCMP組成物は、同じ化学構成を有していたが、アンモニウムポリアクリレート(分子量16000〜18000)の量(質量%)は異なっていた。全てのCMP組成物は:研磨材として0.25質量%のセリアコートシリカ、水酸化アンモニウムを含んでいた。CMP組成物のpHは5であった。
全てのCMP組成物は、研磨材として0.25質量%のセリアコートシリカ、0.077質量%のアンモニウムポリアクリレート(分子量16000〜18000)、水酸化アンモニウムを含んでいた。CMP組成物のpHは5又は7であった。
全てのCMP組成物は、研磨材として0.5質量%のセリアコートシリカ、0.077質量%のアンモニウムポリアクリレート(分子量16000〜18000)、水酸化アンモニウムを含んでいた。CMP組成物のpHは5であった。
3つのCMP配合物A、B及びCが、異なる研磨材料により製造された。全ての配合物は、0.5質量%の研磨粒子、0.077質量%のアンモニウムポリアクリレート(分子量16000〜18000)を含み、pHは5〜6に調節された。
水、0.5%の研磨粒子、0.077%のアンモニウムポリアクリレート(分子量16000〜18000)、pHを5に調節する水酸化アンモニウムを含む3つのスラリー配合物(D、E、F)が、異なる研磨粒子を用いて調製された。
水中での粒子の分散が、崩壊力下すなわち超音波崩壊下での安定性に関して試験された。
Claims (21)
- ナノ粒子により被覆された表面を有するコア粒子を含む複合粒子;
有機カルボン酸、アミノ酸、アミドカルボン酸、N‐アシルアミノ酸、及びこれらの塩;有機スルホン酸及びその塩;有機ホスホン酸及びその塩;ポリマーカルボン酸及びその塩;ポリマースルホン酸及びその塩;ポリマーホスホン酸及びその塩;アリールアミン、アミノアルコール、脂肪族アミン、複素環アミン、ヒドロキサム酸、置換フェノール、スルホンアミド、チオール、ヒドロキシル基を有するポリオール、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される官能基を有する化合物から選択される添加剤;
水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化セシウム、水酸化アンモニウム、4級有機水酸化アンモニウム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるpH調節剤;及び
水である残り
を含む研磨組成物であって、
前記コア粒子が、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、ポリマー粒子、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され;前記ナノ粒子が、ジルコニウム、チタン、鉄、マンガン、亜鉛、セリウム、イットリウム、カルシウム、マグネシウム、フッ素、ランタン、ストロンチウムナノ粒子、及びこれらの組み合わせからなる群の化合物から選択され;
崩壊力下における複合粒子のサイズ分布の変化が10%未満であり;
約2〜約12のpHを有する、研磨組成物。 - 前記コア粒子がシリカ粒子であり、前記ナノ粒子がセリアナノ粒子であり、前記複合粒子がセリアコートシリカ複合粒子である、請求項1に記載の研磨組成物。
- 前記複合粒子が、単結晶セリアナノ粒子により被覆された表面を有するアモルファスシリカセリア粒子である、請求項2に記載の研磨組成物。
- pHが4〜10の範囲であり、崩壊力下における複合粒子のサイズ分布の変化が5%未満である、請求項1に記載の研磨組成物。
- セリアコートシリカ複合粒子、ポリアクリル酸(PAA)又は塩、ポリ(メチルメタクリレート)(PMMA)、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される添加剤;水酸化アンモニウムを含み、4.5〜7.5の範囲のpHを有し、崩壊力下における複合粒子のサイズ分布の変化が2%未満である、請求項1に記載の研磨組成物。
- 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から選択される界面活性剤;及び
テトラメチルアンモニウムクロライド、テトラエチルアンモニウムクロライド、テトラプロピルアンモニウムクロライド、アルキル鎖が1〜約20炭素原子の範囲であるアルキルベンジルジメチルアンモニウムクロライド、アルキル鎖が1〜約20炭素原子の範囲であるアルキルベンジルジメチルアンモニウムヒドロキシド、亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸ナトリウム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される生体成長阻害剤
を更に含む、請求項1に記載の研磨組成物。 - 少なくとも1つの酸化物層を有する少なくとも1つの表面を含む半導体基材の化学機械平坦化のための研磨方法であって、
a)前記少なくとも1つの酸化物層を研磨パッドと接触させる工程;
b)前記少なくとも1つの表面に研磨組成物を輸送する工程であって、前記研磨組成物が、
ナノ粒子により被覆された表面を有するコア粒子を含む複合粒子;
有機カルボン酸、アミノ酸、アミドカルボン酸、N‐アシルアミノ酸、及びこれらの塩;有機スルホン酸及びその塩;有機ホスホン酸及びその塩;ポリマーカルボン酸及びその塩;ポリマースルホン酸及びその塩;ポリマーホスホン酸及びその塩;アリールアミン、アミノアルコール、脂肪族アミン、複素環アミン、ヒドロキサム酸、置換フェノール、スルホンアミド、チオール、ヒドロキシル基を有するポリオール、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される官能基を有する化合物から選択される添加剤;
水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化セシウム、水酸化アンモニウム、4級有機水酸化アンモニウム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるpH調節剤;及び
水である残りを含み、
崩壊力下における複合粒子のサイズ分布の変化が10%未満であり;
前記コア粒子が、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、ポリマー粒子、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、前記ナノ粒子が、ジルコニウム、チタン、鉄、マンガン、亜鉛、セリウム、イットリウム、カルシウム、マグネシウム、フッ素、ランタン、ストロンチウムナノ粒子、及びこれらの組み合わせからなる群の化合物から選択され;
前記研磨組成物が、約2〜約12のpHを有する、前記輸送する工程;及び
c)前記研磨組成物により前記少なくとも1つの酸化物層を研磨する工程
を含む、研磨方法。 - 前記ナノ粒子がセリアナノ粒子であり、前記ナノ粒子がセリアナノ粒子であり、前記複合粒子が単結晶セリアナノ粒子により被覆された表面を有するアモルファスシリカセリア粒子である、請求項7に記載の方法。
- 前記研磨組成物が、4〜10の範囲のpHを有し、崩壊力下における複合粒子のサイズ分布の変化が5%未満である、請求項7に記載の方法。
- 前記研磨組成物が、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から選択される界面活性剤;及び
テトラメチルアンモニウムクロライド、テトラエチルアンモニウムクロライド、テトラプロピルアンモニウムクロライド、アルキル鎖が1〜約20炭素原子の範囲であるアルキルベンジルジメチルアンモニウムクロライド、アルキル鎖が1〜約20炭素原子の範囲であるアルキルベンジルジメチルアンモニウムヒドロキシド、亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸ナトリウム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される生体成長阻害剤
を更に含む、請求項7に記載の方法。 - 前記研磨組成物が、セリアコートシリカ複合粒子、ポリアクリル酸(PAA)又は塩、ポリ(メチルメタクリレート)(PMMA)及びこれらの組み合わせからなる群から選択される添加剤;水酸化アンモニウムを含み;4.5〜7.5の範囲のpHを有し、崩壊力下における複合粒子のサイズ分布の変化が2%未満である、請求項7に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの酸化物層が、酸化ケイ素層である、請求項7に記載の方法。
- 前記研磨パッドが軟らかいパッドである、請求項7に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの酸化物層に関する研磨除去速度が、500Å/min以上である、請求項13に記載の方法。
- 化学機械平坦化のためのシステムであって、
少なくとも1つの酸化物層を有する少なくとも1つの表面を含む半導体基材;
研磨パッド;並びに
研磨組成物であって、
ナノ粒子により被覆された表面を有するコア粒子を含む複合粒子;
有機カルボン酸、アミノ酸、アミドカルボン酸、N‐アシルアミノ酸、及びこれらの塩;有機スルホン酸及びその塩;有機ホスホン酸及びその塩;ポリマーカルボン酸及びその塩;ポリマースルホン酸及びその塩;ポリマーホスホン酸及びその塩;アリールアミン、アミノアルコール、脂肪族アミン、複素環アミン、ヒドロキサム酸、置換フェノール、スルホンアミド、チオール、ヒドロキシル基を有するポリオール、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される官能基を有する化合物から選択される添加剤;
水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化セシウム、水酸化アンモニウム、4級有機水酸化アンモニウム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるpH調節剤;及び
水である残りを含み、
崩壊力下における複合粒子のサイズ分布の変化が10%未満であり;
前記コア粒子が、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、ポリマー粒子、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され;前記ナノ粒子が、ジルコニウム、チタン、鉄、マンガン、亜鉛、セリウム、イットリウム、カルシウム、マグネシウム、フッ素、ランタン、ストロンチウムナノ粒子、及びこれらの組み合わせからなる群の化合物から選択され;
約2〜約12のpHを有する研磨組成物を含み、
少なくとも1つの酸化物層が前記研磨パッド及び前記研磨組成物と接触している、システム。 - 前記ナノ粒子がセリアナノ粒子であり、前記ナノ粒子がセリアナノ粒子であり、前記複合粒子が単結晶セリアナノ粒子により被覆された表面を有するアモルファスシリカセリア粒子である、請求項15に記載のシステム。
- 前記研磨組成物が、4〜10の範囲のpHを有し、崩壊力下における複合粒子のサイズ分布の変化が5%未満である、請求項15に記載のシステム。
- 前記研磨組成物が、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から選択される界面活性剤;及び
テトラメチルアンモニウムクロライド、テトラエチルアンモニウムクロライド、テトラプロピルアンモニウムクロライド、アルキル鎖が1〜約20炭素原子の範囲であるアルキルベンジルジメチルアンモニウムクロライド、アルキル鎖が1〜約20炭素原子の範囲であるアルキルベンジルジメチルアンモニウムヒドロキシド、亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸ナトリウム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される生体成長阻害剤
を更に含む、請求項15に記載のシステム。 - 前記研磨組成物が、セリアコートシリカ複合粒子、ポリアクリル酸(PAA)又は塩、ポリ(メチルメタクリレート)(PMMA)及びこれらの組み合わせからなる群から選択される添加剤;水酸化アンモニウムを含み;4.5〜7.5の範囲のpHを有し、崩壊力下における複合粒子のサイズ分布の変化が2%未満である、請求項15に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの酸化物層が、酸化ケイ素層である、請求項15に記載のシステム。
- 前記研磨パッドが軟らかいパッドである、請求項15に記載のシステム。
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