JP2019535146A - 化学的機械的平坦化スラリーおよびその形成方法 - Google Patents

化学的機械的平坦化スラリーおよびその形成方法 Download PDF

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Abstract

CMPスラリーであって、担体と、酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、ダイヤモンド、またはそれらの任意の組み合わせを含む担体中の粒子材料と、過酸化物、過硫酸塩、過マンガン酸塩、過ヨウ素酸、 過塩素酸塩、次亜塩素酸塩、ヨウ素酸、ペルオキシモノスルフェート、硝酸セリウムアンモニウム、過ヨウ素酸、フェリシアン化物、またはそれらの任意の組み合わせの群から選択される少なくとも1つの材料を含む酸化剤と、を含み、標準化研磨試験による、少なくとも500nm/時の材料除去速度指数(MRR)、および5オングストローム以下の平均粗さ指数(Ra)を有する、CMPスラリー。

Description

以下は、CMPスラリー、より詳細には、粒子材料および酸化剤を含むCMPスラリーに関する。
窒化ガリウム系構造は、短波長オプトエレクトロニクス装置、および高出力、高周波エレクトロニクス装置のための有望な材料として認識されている。しかしながら、この材料の可能性は、エピタキシャル成長装置層用の好適な格子整合基板がないことによって限定されてきた。これがバルクGaN基板の開発につながった。これらの基板の開発に伴い、表面処理技術もまた、化学的機械的平坦化(CMP)などの原子的に平滑で損傷のない表面を提供するために、研究されなければならない。その上、ウェハーボンディング、および層転写技術を含む、GaN技術をさらに拡張し得る代替プロセスは、多くの場合、よく制御されたGaN CMPプロセスの必要性をもたらす平坦化工程を必要とする。
CMPは、化学的および機械的反応の組み合わせを使用して、材料を除去し、平坦化された損傷のない表面を残す。理想的には、材料の除去は、表面を化学的に変えて機械的に弱い形態にすることによって達成される。次いで、この材料は、表面から研磨されて、バルクを乱さずに残す。平坦化は、高い点で機械的研削と化学的変換の両方の加速によって起こる。CMPスラリーは開発されてきたが、CMPスラリーの改善に対するニーズが存在する。
一態様によれば、CMPスラリーは、担体と、酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、ダイヤモンド、またはそれらの任意の組み合わせを含む担体中の粒子材料と、過酸化物、過硫酸塩、過マンガン酸塩、過ヨウ素酸、 過塩素酸塩、次亜塩素酸塩、ヨウ素酸、ペルオキシモノスルフェート、硝酸セリウムアンモニウム、過ヨウ素酸、フェリシアン化物、またはそれらの任意の組み合わせの群から選択される少なくとも1つの材料を含む酸化剤と、を含み、標準化研磨試験による、少なくとも500nm/時の材料除去速度指数(MRR)、および5オングストローム以下の平均粗さ指数(Ra)を有する。
以下は、ウェハーの化学的機械的平坦化に用いるためのCMPスラリーに関する。CMPスラリーで仕上げることができるいくつかの好適なウェハー材料は、III−V族化合物などの半導体材料を含むことができる。III−V族化合物は、元素周期表からの少なくとも1つのIII族およびV族元素を含むこれらの化合物を含むことができる。III−V族化合物のいくつかの好適な例としては、窒化ガリウム(GaN)材料などの窒化物化合物を挙げることができる。特に、CMPスラリーは、エピレディ(すなわちホモエピタキシーによる成長の準備ができている)である損傷のない表面を得るために使用することができる。
一態様によれば、CMPスラリーは、担体、担体中の粒子材料、および酸化剤を含むことができる。一実施形態によれば、担体は、スラリー中に粒子材料、酸化剤、および任意の他の成分を含有するように構成される液体材料であってもよい。担体は、極性であっても非極性材料であってもよい。少なくとも1つの実施形態において、担体は、水を含むことができる。特定の例において、担体は、本質的に脱イオン水などの水からなり得る。
CMPスラリーは、特定の含有量の担体を含むように形成することができる。例えば、スラリーは、スラリーの総重量に対して、少なくとも50重量%で、かつ99.5重量%以下の範囲内の担体の含有量を含むことができる。特に、スラリー中の担体の含有量(重量%)がスラリー中のすべての他の成分(例えば、粒子材料、酸化剤など)よりも多くなるように、担体は、スラリー中の過半の成分を表すことができる。
本明細書で言及されるように、CMPスラリーは、担体中に含まれ得る粒子材料を含むことができる。粒子材料は、CMPスラリーの使用中に材料除去操作を行うように構成される研磨材料であってもよい。少なくとも1つの実施形態において、スラリーは、スラリーの総重量に対して、30重量%以下などの特定の含有量の粒子材料を含むことができる。さらに他の例において、スラリー中の粒子材料の含有量は、25重量%以下、例えば20重量%以下、または15重量%以下、または10重量%以下、または8重量%以下、または6重量%以下、または5重量%以下、または4重量%以下、または3重量%以下、または2重量%以下、または1重量%以下などであってもよい。さらに、少なくとも1つの非限定的な実施形態において、粒子材料は、スラリーの総重量の少なくとも0.5重量%、例えば少なくとも0.8重量%、または少なくとも1重量%、または少なくとも1.3重量%、少なくとも1.5重量%、または少なくとも1.7重量%、または少なくとも2重量%、または少なくとも2.5重量%、または少なくとも3重量%、または少なくとも3.5重量%、または少なくとも4重量%、または少なくとも5重量%などの量で存在することができる。粒子材料は、上述の最小および最大パーセンテージのいずれかを含む範囲内、例えば、少なくとも0.5重量%で、かつ30重量%以下の範囲内、例えば、少なくとも0.5重量%で、かつ20重量%以下の範囲内、またはさらに少なくとも3重量%で、かつ10重量%以下を含む範囲内などを含む量で存在し得ることが理解される。
特定の例において、粒子材料としては、酸化物、ホウ化物、炭化物、窒化物、またはそれらの組み合わせを挙げることができる。少なくとも1つの実施形態において、粒子材料は、研磨粒子であってもよい。粒子材料としては、アルミナ、シリカ、ジルコニア、セリア、二酸化マンガン、酸化鉄、またはそれらの組み合わせなどの1種以上の酸化物を挙げることができる。好適な炭化物としては、炭化ケイ素、炭化ホウ素、またはそれらの組み合わせを挙げることができる。少なくとも1つの実施形態において、研磨粒子は、本質的にアルミナからなり得る。さらに別の実施形態において、研磨粒子は、本質的にシリカからなり得る。さらに別の実施形態において、粒子材料としては、ダイヤモンド、窒化ホウ素、またはそれらの任意の組み合わせなどの特定の材料を含み得る、超砥粒材料を挙げることができる。
1つの非限定的な実施形態において、研磨粒子は、CMPスラリーの特定の性能を促進する特定の硬度を有することができる。例えば、研磨粒子は、少なくとも7、例えば少なくとも8、またはさらに少なくとも9のモース硬度を有することができる。
特定の例において、粒子材料は、スラリーの性能の向上を促進し得る特定の組成物を含むことができる。例えば、粒子材料としては、水和または多形形態のアルミナを挙げることができる。水和アルミナのいくつかの好適で非限定的な例としては、ベーマイト、ギブサイト、バイヤライト、ダイアスポア、またはそれらの組み合わせを挙げることができる。一実施形態によれば、多形アルミナは、カイ相アルミナ、イータ相アルミナ、ロー相アルミナ、ガンマ相アルミナ、シータ相アルミナ、カッパ相アルミナ、デルタ相アルミナ、アルファ相アルミナ、またはそれらの任意の組み合わせを挙げることができる。
1つの特定の実施形態において、アルミナ含有材料は、アルファアルミナを含むことができ、かつアルファアルミナの過半含有量を含有することができる。例えば、粒子材料は、粒子材料の総重量に対して、少なくとも60重量%、例えば少なくとも70重量%、または少なくとも80重量%、または少なくとも90重量%、またはさらに少なくとも95重量%のアルファアルミナを含むことができる。一実施形態において、粒子材料は、本質的にアルファアルミナからなる。
別の実施形態において、粒子材料としては、例えばアルファ相アルミナに加えて、カイ相アルミナ、イータ相アルミナ、ロー相アルミナ、ガンマ相アルミナ、シータ相アルミナ、カッパ相アルミナ、デルタ相アルミナ、またはそれらの組み合わせなどのアルミナの遷移相などの、少なくとも1つの他の多形形態アルミナを挙げることができる。少なくとも1つの例において、遷移相アルミナは、本質的にシータ相アルミナからなる。より具体的には、粒子材料中に存在する遷移相アルミナの全体が、シータ相アルミナであってもよい。
粒子材料は、スラリーの性能の向上を促進し得る一定含有量の遷移相アルミナを含むことができる。例えば、粒子材料は、粒子材料の総重量に対して、少なくとも0.5重量%の遷移相アルミナを含むことができる。別の例において、粒子材料中の遷移相アルミナの含有量は、粒子材料の総重量に対して、少なくとも0.8重量%、または少なくとも1重量%、または少なくとも1.5重量%、少なくとも2重量%、または少なくとも2.5重量%、または少なくとも3重量%、または少なくとも3.5重量%、または少なくとも4重量%、または少なくとも4.5重量%、またはさらに少なくとも5重量%であってもよい。さらに、少なくとも1つの非限定的な実施形態において、粒子材料は、粒子材料の総重量に対して、20重量%以下の遷移相アルミナ、例えば粒子材料の総重量に対して、19重量%以下の遷移相アルミナ、または18重量%以下、または17重量%以下、または16重量%以下、または15重量%以下、または14重量%以下、または13重量%以下。または12重量%以下、または11重量%以下、または10重量%以下、または9重量%以下、または8重量%以下、または7重量%以下、または6重量%以下、または5重量%以下、または4重量%以下、または3重量%以下、または2重量%以下、または1.5重量%以下、または1重量%以下、または0.5重量%以下、または0.1重量%以下、またはさらに0.01重量%以下などを含むことができる。粒子材料中の遷移相アルミナの含有量は、上述の最小および最大パーセンテージのいずれかを含む範囲内、例えば少なくとも0.5重量%で、かつ20重量%以下の範囲内、または少なくとも1重量%で、かつ10重量%以下の範囲内、または少なくとも2重量%で、かつ10重量%以下を含む範囲内などを含んでもよい。
本明細書で言及されるように、粒子材料としては、水和アルミナ材料を挙げることができ、より具体的には、遷移相アルミナと水和アルミナ(すなわち水酸化アルミニウム)の組み合わせを挙げることができる。特定の例において、粒子材料中の水酸化アルミニウムの含有量(重量%)は、粒子材料中の遷移相アルミナの含有量(重量%)より多くてもよい。
一実施形態によれば、粒子材料は、粒子材料の総重量に対して、少なくとも0.1重量%、例えば少なくとも0.5重量%、または少なくとも1重量%、または少なくとも1.5重量%、または少なくとも2重量%、または少なくとも2.5重量%、または少なくとも3重量%、または少なくとも3.5重量%、または少なくとも4重量%、または少なくとも4.5重量%、または少なくとも5重量%、または少なくとも5.5重量%、または少なくとも6重量%、または少なくとも6.5重量%、または少なくとも7重量%、または少なくとも7.5重量%、または少なくとも8重量%、または少なくとも8.5重量%、または少なくとも9重量%、または少なくとも10重量%などの水酸化アルミニウム量を含むことができる。別の非限定的な実施形態において、粒子材料は、10重量%以下、例えば9.5重量%以下、または9重量%以下、または8.5重量%以下、または8重量%以下、または7.5重量%以下、または7重量%以下、または6.5重量%以下、または6重量%以下、または5.5重量%以下、または5重量%以下、または4.5重量%以下、または4重量%以下、または3.5重量%以下、または3重量%以下、または2.5重量%以下、または2重量%以下、またはさらに1.5重量%以下などの水酸化アルミニウム量を含むことができる。粒子材料中の水酸化アルミニウムの含有量は、上述の最小および最大パーセンテージのいずれかを含む範囲内、例えば、少なくとも0.1重量%で、かつ10重量%以下の範囲内、または少なくとも1重量%で、かつ5重量%以下の範囲内、または少なくとも1重量%で、かつ3重量%以下を含む範囲内などを含んでもよい。
さらに別の実施形態において、粒子材料としては、アルファアルミナ、遷移相アルミナ、および水酸化アルミニウムの組み合わせを挙げることができる。そのような実施形態において、アルファアルミナの含有量は、水酸化アルミニウムの含有量より多くてもよい。その上、そのような実施形態において、水酸化アルミニウムの含有量は、粒子材料中の遷移相アルミナの含有量より多くてもよい。
本明細書の特定の実施形態は、粒子材料が特定の種類の酸化物、炭化物、および/または窒化物を含み得ることを言及したが、特定の実施形態において、粒子材料は、特定の種を本質的に含まなくても、または特定の種を含まなくてもよいことが理解される。例えば、1つの非限定的な実施形態において、粒子材料は、酸化チタン、二酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化セシウム、ホウ化物、窒化物、炭化物、ダイヤモンド、またはそれらの任意の組み合わせを本質的に含み得ない。参照物質を本質的に含まない組成物への本明細書での言及は、参照物質を全く含まないか、または微量の参照物質を含む組成物への言及である。参照物質が微量で存在するような場合、そのような量は組成物の特性に影響を及ぼすのに十分ではない。
一態様によれば、CMPスラリーは、酸化剤を含むことができる。酸化剤のいくつかの好適な例としては、例えば過酸化物、過硫酸塩、過マンガン酸塩、過ヨウ素酸、 過塩素酸塩、次亜塩素酸塩、ヨウ素酸、ペルオキシモノスルフェート、硝酸セリウムアンモニウム、過ヨウ素酸、フェリシアン化物、またはそれらの任意の組み合わせなどの材料が挙げられる。少なくとも1つの実施形態において、酸化剤は、過マンガン酸カリウム(KMnO)を含む。より特定の例において、酸化剤は、本質的に過マンガン酸カリウム(KMnO)からなり得る。
酸化剤は、スラリー中に特定の量で存在することができ、それはスラリーの性能の向上を促進することができる。例えば、スラリーは、少なくとも1g/L(グラム/リットル)で、かつ20g/L以下の範囲内の量で酸化剤の含有量を含むことができる。酸化剤のg/Lでの含有量へのすべての言及は、スラリーのリットルへの言及である。少なくとも1つの実施形態において、酸化剤は、少なくとも2g/L、例えば少なくとも3g/L、または少なくとも4g/L、または少なくとも5g/Lの量で存在することができる。さらに、1つの非限定的な実施形態において、スラリーは、18g/L以下、例えば16g/L以下、または14g/L以下、または12g/L以下、または10g/L以下、または8g/L以下、または6g/L以下、または4g/L以下の酸化剤の含有量を含むことができる。スラリー中の酸化剤の含有量は、上述の最小および最大値のいずれかを含む範囲内、例えば、少なくとも2g/Lで、かつ18g/L以下を含む範囲内、例えば、少なくとも3g/Lで、かつ16g/L以下の範囲内、またはさらに少なくとも4g/Lで、かつ10g/L以下の範囲内などを含み得ることが理解される。
一態様によれば、CMPスラリーは、任意に共粒子を含むことができる。共粒子は、粒子材料とは異なる別個の粒子であり得る。共粒子は、研磨能力を有することができるが、必ずしもそうである必要はない。少なくとも1つの実施形態において、共粒子は、粒子材料の硬度よりも小さい硬度を有することができる。例えば、共粒子は、8以下、例えば7以下、または6以下などのモース硬度を有することができる。
少なくとも1つの実施形態において、共粒子は、例えば酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、またはそれらの任意の組み合わせなどの材料を含むことができる。特定の例において、共粒子は、アルミニウム、カルシウム、ナトリウム、ケイ素、チタン、セリウム、マグネシウム、またはそれらの任意の組み合わせの群から選択される元素を含むことができる。特定の例において、共粒子は、シリケートなどの酸化物、より具体的には、アルミノシリケートまたはボロシリケート材料であってもよい。少なくとも1つの実施形態において、共粒子は、本質的にアルミノシリケートからなり得る。別の実施形態において、共粒子は、本質的にアルミノシリケートからなり得る。
CMPスラリーは、CMPスラリーの性能の向上を促進し得る特定の含有量の共粒子を含有することができる。例えば、スラリーは、スラリーの総重量に対して、20重量%以下の共粒子を含むことができる。さらに他の例において、スラリー中の共粒子の含有量は、18重量%以下、例えば15重量%以下、または12重量%以下、または10重量%以下、または8重量%以下、または6重量%以下、または5重量%以下、または4重量%以下、または3重量%以下、または2重量%以下、または1重量%以下などであってもよい。さらに、少なくとも1つの非限定的な実施形態において、共粒子は、スラリーの総重量の少なくとも0.1重量%、例えば少なくとも0.2重量%、または少なくとも0.3重量%、または少なくとも0.5重量%、または少なくとも0.8重量%、または少なくとも1重量%、または少なくとも1.3重量%、少なくとも1.5重量%、または少なくとも1.7重量%、または少なくとも2重量%、または少なくとも2.5重量%、または少なくとも3重量%、または少なくとも3.5重量%、または少なくとも4重量%、または少なくとも5重量%などの量で存在することができる。共粒子は、上述の最小および最大パーセンテージのいずれかを含む範囲内、例えば、少なくとも0.1重量%で、かつ20重量%以下の範囲内、例えば、少なくとも0.1重量%で、かつ10重量%以下の範囲内、またはさらに少なくとも0.2重量%で、かつ5重量%以下を含む範囲内などを含む量で存在し得ることが理解される。
その上、CMPスラリーは、粒子比値CP/PMが定義されるように、粒子材料(PM)の含有量(重量%)対共粒子(CP)の含有量(重量%)の特定の関係をもたらすように形成することができる。一実施形態において、粒子材料の含有量は、CMPスラリー中の共粒子の含有量以上であってもよい。例えば、粒子比値(CP/PM)は、1以下、例えば0.95以下、または0.9以下、または0.8以下、または0.7以下、または0.6以下、または0.5以下、または0.4以下、または0.3以下、または0.2以下、または0.1以下であってもよい。さらに、少なくとも1つの非限定的な実施形態において、粒子比値(CP/PM)は、少なくとも0.01、または少なくとも0.05、または少なくとも0.1、または少なくとも0.15、または少なくとも0.2、または少なくとも0.25、または少なくとも0.3、または少なくとも0.35、または少なくとも0.4、または少なくとも0.45、または少なくとも0.5、または少なくとも0.55、または少なくとも0.6、または少なくとも0.65、または少なくとも0.7、または少なくとも0.75、または少なくとも0.8、または少なくとも0.85、または少なくとも0.9であってもよい。粒子比値は、上述の最小および最大値のいずれかを含む範囲内、例えば、少なくとも0.05で、かつ0.95以下の範囲内、例えば、少なくとも0.05で、かつ0.7以下の範囲内、またはさらに少なくとも0.1で、かつ0.5以下を含む範囲内などを含み得ることが理解される。
共粒子は、例えば粒子材料、酸化剤、または他の添加剤などを含む、CMPスラリー中の1種以上の成分と特定の相乗作用を有することができる。その上、CMPスラリーは、共粒子のブレンドを含むことができ、ブレンドは、少なくとも2つの異なる種類の共粒子を含むことが理解される。異なる種類の共粒子は、硬度、組成、平均粒径、平均結晶子径、粒子形状、含有量、またはそれらの任意の組み合わせに基づいて互いに異なり得る。
一実施形態によれば、CMPスラリーは、任意に1種以上の添加剤を含むことができる。そのような添加剤のいくつかの好適な例としては、界面活性剤、分散剤、キレート剤、緩衝剤、pH調整剤、またはそれらの任意の組み合わせを挙げることができる。
CMPスラリー中の1種以上の添加剤の含有量は、例えば、担体、粒子材料、酸化剤、および/または共粒子などを含む他の成分の含有量より少なくてもよい。1つの特定の実施形態において、添加剤は、スラリー中に少なくとも1g/L(グラム/リットル)で、かつ20g/L以下の範囲内の量で存在することができる。この含有量は、1種の添加剤の含有量、または全添加剤の総含有量を指し得ることが理解される。添加剤のグラム/リットルへの本明細書での言及は、スラリー1リットル当たりの材料(すなわち添加剤)のグラムを指すと理解される。少なくとも1つの実施形態において、1種以上の添加剤は、少なくとも2g/L、例えば少なくとも3g/L、または少なくとも4g/L、または少なくとも5g/Lの量で存在することができる。さらに、1つの非限定的な実施形態において、スラリーは、18g/L以下、例えば16g/L以下、または14g/L以下、または12g/L以下、または10g/L以下、または8g/L以下、または6g/L以下、または4g/L以下の1種以上の添加剤の含有量を含むことができる。スラリー中の1種以上の添加剤の含有量は、上述の最小および最大値のいずれかを含む範囲内、例えば、少なくとも2g/Lで、かつ18g/L以下の範囲内、例えば、少なくとも2g/Lで、かつ12g/L以下の範囲内、またはさらに少なくとも2g/Lで、かつ8g/L以下の範囲内などを含み得ることが理解される。
少なくとも1つの実施形態において、CMPスラリーは、pH調整剤を含むことができ、それは、酸、塩基、またはそれらの組み合わせを含むことができる。1つの特定の実施形態において、CMPスラリーは、酸を含むことができ、酸性pHを有することができる。例えば、スラリーは、6以下、例えば5以下、または4以下、または3以下、または2以下、または1.5以下、または1以下などのpHを有することができる。さらに、1つの非限定的な実施形態において、CMPスラリーは、少なくとも0.5、例えば少なくとも0.8、または少なくとも1、または少なくとも1.3、または少なくとも1.5、または少なくとも1.7、または少なくとも2、または少なくとも2.5、または少なくとも3、または少なくとも3.5、または少なくとも4などのpHを有することができる。CMPスラリーのpHは、上述の最小および最大値のいずれかを含む範囲内、例えば、少なくとも0.5で、かつ6以下の範囲内、例えば、少なくとも1で、かつ4以下を含む範囲内、または少なくとも1で、かつ3以下を含む範囲内などを含み得ることが理解される。
少なくとも別の実施形態において、本明細書の実施形態のCMPスラリーは、特定の材料を含み得る基板を研磨するのに使用することができる。具体的には、一実施形態によれば、本明細書の実施形態のCMPスラリーは、III−N族半導体材料、例えばGaN半導体材料、またはAlN半導体材料、またはInN半導体材料、またはInAlN半導体材料、またはBN半導体材料、またはTlN半導体材料などを含み得る基板を研磨するために使用することができる。さらに別の実施形態によれば、本明細書の実施形態のCMPスラリーは、III−V族半導体材料、例えばGaAs半導体材料、またはInGaAS半導体材料、またはGaP半導体材料、またはInSb半導体材料、またはInAs半導体材料、またはBAs半導体材料、またはAlAs半導体材料、またはAlSb半導体材料などを含み得る基板を研磨するために使用することができる。さらに別の実施形態によれば、本明細書の実施形態のCMPスラリーは、IV族半導体材料、例えばSi半導体材料、またはGe半導体材料、またはSiGe半導体材料、またはSiSn半導体材料、またはダイヤモンド半導体材料、またはグラフェン半導体材料、またはSiC半導体材料、またはGeSn半導体材料などを含み得る基板を研磨するために使用することができる。
少なくとも別の実施形態において、本明細書の実施形態のCMPスラリーは、特定の材料からなり得る基板を研磨するのに使用することができる。具体的には、一実施形態によれば、本明細書の実施形態のCMPスラリーは、III−N族半導体材料、例えばGaN半導体材料、またはAlN半導体材料、またはInN半導体材料、またはInAlN半導体材料、またはBN半導体材料、またはTlN半導体材料など、からなり得る基板を研磨するために使用することができる。さらに別の実施形態によれば、本明細書の実施形態のCMPスラリーは、III−V族半導体材料、例えばGaAs半導体材料、またはInGaAS半導体材料、またはGaP半導体材料、またはInSb半導体材料、またはInAs半導体材料、またはBAs半導体材料、またはAlAs半導体材料、またはAlSb半導体材料など、からなり得る基板を研磨するために使用することができる。さらに別の実施形態によれば、本明細書の実施形態のCMPスラリーは、IV族半導体材料、例えばSi半導体材料、またはGe半導体材料、またはSiGe半導体材料、またはSiSn半導体材料、またはダイヤモンド半導体材料、またはグラフェン半導体材料、またはSiC半導体材料、またはGeSn半導体材料など、からなり得る基板を研磨するために使用することができる。
本明細書の実施形態のCMPスラリーは、他のCMPスラリーと比較して顕著な性能を実証した。具体的には、このCMPスラリーは、材料除去速度と平均粗さ指数との組み合わせが可能であり、これは従来のCMPスラリーと比較した場合、顕著である。例えば、少なくとも1つの実施形態において、このCMPスラリーは、標準化研磨試験による、少なくとも500nm/時の材料除去速度指数(MRR)、および5オングストローム以下の平均粗さ指数(Ra)を有することができる。
標準化研磨試験は、直径4インチのGaNウェハー(Ga面)上で行われる。初期平均表面粗さ10〜12Åを有する3枚のGaNウェハーを、アルミナディスク(直径4.3インチ、厚さ0.16インチ)上にワックスマウントし、36インチSpeedfam GPAW研磨器上の型板に入れる。Eminess IC 1000螺旋溝研磨パッドを用いて、研磨をウェハー上で行う。ウェハーを6.4psiの下方研磨圧力で50RPMのプラテン回転速度で処理する。スラリー流速を20ml/分に設定し、研磨プロセスを開始する前に1分間研磨パッドの中心に加える。ウェハーを3回の60分間隔で合計180分の処理時間で処理する。研磨プロセス中のパッド温度を31〜32℃の間に維持する。処理後、ウェハーをPVAスポンジおよび脱イオン水を用いて洗浄する。ウェハーを超音波浴に30℃で10分間入れる。ウェハーの表面をPVAスポンジを用いて乾燥させる。最後に、ウェハーをイソプロパノールをあらかじめ浸したクリーンルームワイプで洗浄する。標準化研磨試験は、直径4インチのGaNウェハー上で行われるべきであるが、CMP研磨スラリーは、例えば少なくとも2インチ、または少なくとも4インチ、または少なくとも6インチおよびそれ以上の直径を有するウェハーを含む、任意の範囲のウェハーに適用可能であることが理解される。
材料除去速度は、研磨前後のウェハーの質量の変化によって決定される。前後のウェハーの質量の変化を研磨に費やした時間で割って、材料除去速度を計算する。ウェハーの質量は、ベンチトップスケールを用いて測定される。ウェハーの表面粗さは、Bruker Dimension Icon原子間力顕微鏡を用いて決定される。その測定器は、ScanAsyst Tappingモードを用いて、ウェハーの10×10μm領域をマッピングする。3つすべてのウェハーについての結果を測定し平均して、CMPスラリーの平均表面粗さ指数値を計算する。
本明細書での言及および一実施形態によれば、CMPスラリーは、標準化研磨試験に従って少なくとも500nm/時の平均材料除去速度指数(MRR)を有することができる。別の実施形態において、平均材料除去速度指数(MRR)は、例えば、少なくとも510nm/時、または少なくとも520nm/時、または少なくとも530nm/時、または少なくとも540nm/時、または少なくとも550nm/時、または少なくとも560nm/時、または少なくとも570nm/時、または少なくとも580nm/時、または少なくとも590nm/時、または少なくとも600nm/時、または少なくとも610nm/時、または少なくとも620nm/時、または少なくとも630nm/時、または少なくとも640nm/時、または少なくとも650nm/時、または少なくとも660nm/時、または少なくとも670nm/時、または少なくとも680nm/時、または少なくとも690nm/時、または少なくとも700nm/時、または少なくとも710nm/時、または少なくとも720nm/時、または少なくとも730nm/時、または少なくとも740nm/時、または少なくとも750nm/時、または少なくとも760nm/時、または少なくとも770nm/時、または少なくとも780nm/時、または少なくとも790nm/時、または少なくとも800など、より大きくてもよい。さらに、少なくとも1つの非限定的な実施形態において、平均材料除去速度指数(MRR)は、2000nm/時以下、または1900nm/時以下、または1800nm/時以下、または1700nm/時以下、または1600nm/時以下、または1500nm/時以下、または1400nm/時以下、または1300nm/時以下、または1200nm/時以下、または1100nm以下時以下、または1000nm/時以下、または900nm/時以下、または800nm/時以下であってもよい。平均材料除去速度指数(MRR)は、上述の最小および最大値のいずれかを含む範囲内、例えば、少なくとも500nm/時で、かつ2000nm以下を含む範囲内、例えば、少なくとも500nm/時で、かつ1800nm/時以下を含む範囲内、または少なくとも700nm/時で、かつ1800nm/時以下を含む範囲内などを含み得ることが理解される。
別の様態および本明細書での言及において、CMPスラリーは、標準化研磨試験に従って特定の平均粗さ指数を有することができる。少なくとも1つの実施形態において、平均粗さ指数(Ra)は、5オングストローム以下、例えば、4.5オングストローム以下、または4.2オングストローム以下、または4.0オングストローム以下、または3.8オングストローム以下、または3.5オングストローム以下、または3.2オングストローム以下、または3.0オングストローム以下、または2.8オングストローム以下、または2.5オングストローム以下、または2.2オングストローム以下、または2.0オングストローム以下、または1.8オングストローム以下、または1.5オングストローム以下、または1.2オングストローム以下、または1.0以下であってもよい。1つの非限定的な実施形態において、平均粗さ指数は、少なくとも0.1オングストローム、例えば、少なくとも0.5オングストローム、または少なくとも0.8オングストローム、または少なくとも1オングストローム、または少なくとも1.2オングストローム、または少なくとも1.5オングストロームであってもよい。実施形態のCMPスラリーは、上述の最小および最大値のいずれかを含む範囲内、例えば、少なくとも0.1オングストロームで、5オングストローム以下を含む範囲内、例えば、少なくとも0.1オングストロームで、3オングストローム以下を含む範囲内、またはさらに少なくとも0.1オングストロームで、2オングストローム以下を含む範囲内などを含む平均粗さ指数を有し得ることが理解される。その上、CMPスラリーの前述の平均粗さ指数値は、上述の任意の前述の平均材料除去速度指数値と組み合わせることができる。
前述の実施形態のCMPスラリーは、好適な担体材料を選択し、粒子材料、酸化剤、共粒子、および任意の他の添加剤などの所望の成分をスラリーに添加することによって形成することができる。担体と成分を好適な様式で一緒に混合して、担体中の成分の均一な分散およびCMPスラリーの形成を確実にすることができる。次いで、当業者には理解されるように、スラリーは、化学的機械的平坦化プロセスで用いることができる。
多くの異なる態様および実施形態が可能である。それらの態様および実施形態のいくつかが本明細書に記載される。本明細書を読んだ後、当業者は、それらの態様および実施形態が単に例証的なものであり、本発明の範囲を限定しないことを理解する。実施形態は、下記に列挙される実施形態のうちのいずれか1つ以上に従い得る。
実施形態1。CMPスラリーであって、
担体と、
酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、ダイヤモンド、またはそれらの任意の組み合わせを含む担体中の粒子材料と、
過酸化物、過硫酸塩、過マンガン酸塩、過ヨウ素酸、 過塩素酸塩、次亜塩素酸塩、ヨウ素酸、ペルオキシモノスルフェート、硝酸セリウムアンモニウム、過ヨウ素酸、フェリシアン化物、またはそれらの任意の組み合わせの群から選択される少なくとも1つの材料を含む酸化剤と、を含み、
標準化研磨試験による、少なくとも500nm/時の材料除去速度指数(MRR)、および5オングストローム以下の平均粗さ指数(Ra)を有する、CMPスラリー。
実施形態2。酸性pHであることをさらに含む、実施形態1に記載のCMPスラリー。
実施形態3。pHが6以下で、かつ少なくとも0.5である、実施形態2に記載のCMPスラリー。
実施形態4。平均材料除去速度指数(MRR)が、少なくとも510nm/時、または少なくとも520nm/時、または少なくとも530nm/時、または少なくとも540nm/時、または少なくとも550nm/時、または少なくとも560nm/時、または少なくとも570nm/時、または少なくとも580nm/時、または少なくとも590nm/時、または少なくとも600nm/時、または少なくとも610nm/時、または少なくとも620nm/時、または少なくとも630nm/時、または少なくとも640nm/時、または少なくとも650nm/時、または少なくとも660nm/時、または少なくとも670nm/時、または少なくとも680nm/時、または少なくとも690nm/時、または少なくとも700nm/時、または少なくとも710nm/時、または少なくとも720nm/時、または少なくとも730nm/時、または少なくとも740nm/時、または少なくとも750nm/時、または少なくとも760nm/時、または少なくとも770nm/時、または少なくとも780nm/時、または少なくとも790nm/時、または少なくとも800である、実施形態1に記載のCMPスラリー。
実施形態5。平均材料除去速度指数(MRR)が、2000nm/時以下、または1900nm/時以下、または1800nm/時以下、または1700nm/時以下、1600nm/時以下、または1500nm/時以下、または1400nm/時以下、または1300nm/時以下、または1200nm/時以下、または1100nm/時以下、または1000nm/時以下、または900nm/時以下、または800nm/時以下である、実施形態1に記載のCMPスラリー。
実施形態6。平均粗さ指数が、4.5オングストローム以下、または4.2オングストローム以下、または4.0オングストローム以下、または3.8オングストローム以下、または3.5オングストローム以下、または3.2オングストローム以下、または3.0オングストローム以下、または2.8オングストローム以下、または2.5オングストローム以下、または2.2オングストローム以下、または2.0オングストローム以下、または1.8オングストローム以下、または1.5オングストローム以下、または1.2オングストローム以下、または1.0以下である、実施形態1に記載のCMPスラリー。
実施形態7。平均粗さ指数が、少なくとも0.1オングストローム、または少なくとも0.5オングストローム、または少なくとも0.8オングストローム、または少なくとも1オングストローム、または少なくとも1.2オングストローム、または少なくとも1.5オングストロームである、実施形態1に記載のCMPスラリー。
実施形態8。担体が水を含む、実施形態1に記載のCMPスラリー。
実施形態9。粒子材料が組成物の総重量に対して、少なくとも0.5重量%で、かつ30重量%以下の量で存在する、実施形態1に記載のCMPスラリー。
実施形態10。界面活性剤、分散剤、キレート剤、緩衝剤、およびpH調整剤からなる群から選択される1種以上の添加剤をさらに含む、実施形態1に記載のCMPスラリー。
実施形態11。添加剤の総含有量が少なくとも1g/Lで、かつ20g/L以下を含む範囲内である、実施形態10に記載のCMPスラリー。
実施形態12。酸化剤が過マンガン酸カリウム(KMnO)を含む、実施形態1に記載のCMPスラリー。
実施形態13。酸化剤が過マンガン酸カリウム(KMnO)からなる、実施形態1に記載のCMPスラリー。
実施形態14。酸化剤が少なくとも1g/Lで、かつ20g/L以下を含む範囲内の量で存在する、実施形態1に記載のCMPスラリー。
実施形態15。酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、ダイヤモンド、またはそれらの任意の組み合わせのうちの少なくとも1つを含む共粒子をさらに含む、実施形態1に記載のCMPスラリー。
実施形態16。共粒子が、アルミニウム、カルシウム、ナトリウム、ケイ素、チタン、セリウム、マグネシウム、マンガン、鉄、またはそれらの任意の組み合わせの群から選択される少なくとも1つの元素を含む、実施形態15に記載のCMPスラリー。
実施形態17。共粒子がシリケートを含む、実施形態15に記載のCMPスラリー。
実施形態18。共粒子がアルミノシリケートを含む、実施形態15に記載のCMPスラリー。
実施形態19。共粒子が本質的にアルミノシリケートからなる、実施形態15に記載のCMPスラリー。
実施形態20。粒子材料が少なくとも50重量%のアルミナ粒子を含む、実施形態1記載のCMPスラリー。
実施形態21。粒子材料が本質的にアルミナからなる、実施形態1に記載のCMPスラリー。
実施形態22。粒子材料が少なくとも1つのアルミナの遷移相を含む、実施形態1に記載のCMPスラリー。
実施形態23。粒子材料が、粒子材料の総重量に対して、少なくとも0.5重量%で、かつ20重量%以下の遷移相アルミナを含む、実施形態1に記載のCMPスラリー。
実施形態24。粒子材料が水酸化アルミニウムを含む、実施形態1に記載のCMPスラリー。
実施形態25。水酸化アルミニウムが粒子材料の総重量に対して、少なくとも0.1重量%で、かつ10重量%以下の量で存在する、実施形態24に記載のCMPスラリー。
実施形態26。粒状材料が、アルファアルミナ、遷移相アルミナ、および水酸化アルミニウムを含み、アルファアルミナの含有量が水酸化アルミニウムの含有量よりも多く、水酸化アルミニウムの含有量が遷移相アルミナの含有量よりも多い、実施形態1に記載のCMPスラリー。
実施形態27。少なくとも2インチ、または少なくとも4インチ、または少なくとも6インチの直径を有するウェハー上で使用するために構成される、実施形態1のCMPスラリー。
実施形態28。エピレディである損傷のない表面を得るためにウェハー上で使用するために構成される、実施形態1のCMPスラリー。
実施形態29。CMPスラリーが、III−N族半導体材料を含む基板を研磨するために使用される、実施形態1に記載のCMPスラリー。
実施形態30。CMPスラリーが、GaN半導体材料、またはAlN半導体材料、InN半導体材料、またはInAlN半導体材料、またはBN半導体材料、またはTlN半導体材料を含む基板を研磨するために使用される、実施形態29に記載のCMPスラリー。
実施形態31。CMPスラリーが、III−V族半導体材料を含む基板を研磨するために使用される、実施形態1に記載のCMPスラリー。
実施形態32。CMPスラリーが、GaAs半導体材料、またはInGaAS半導体材料、またはGaP半導体材料、またはInSb半導体材料、またはInAs半導体材料、またはBAs半導体材料、またはAlAs半導体材料、またはAlSb半導体材料を含む基板を研磨するために使用される、実施形態31に記載のCMPスラリー。
実施形態33。CMPスラリーが、IV族半導体材料を含む基板を研磨するために使用される、実施形態1に記載のCMPスラリー。
実施形態34。CMPスラリーが、Si半導体材料、またはGe半導体材料、またはSiGe半導体材料、またはSiSn半導体材料、またはダイヤモンド半導体材料、またはグラフェン半導体材料、またはSiC半導体材料、またはGeSn半導体材料を含む基板を研磨するために使用される、実施形態33に記載のCMPスラリー。
実施形態35。CMPスラリーが、III−N族半導体材料からなる基板を研磨するために使用される、実施形態1に記載のCMPスラリー。
実施形態36。CMPスラリーが、GaN半導体材料、またはAlN半導体材料、InN半導体材料、またはInAlN半導体材料、またはBN半導体材料、またはTlN半導体材料からなる基板を研磨するために使用される、実施形態35に記載のCMPスラリー。
実施形態37。CMPスラリーが、III−V族半導体材料からなる基板を研磨するために使用される、実施形態1に記載のCMPスラリー。
実施形態38。CMPスラリーが、GaAs半導体材料、またはInGaAS半導体材料、またはGaP半導体材料、またはInSb半導体材料、またはInAs半導体材料、またはBAs半導体材料、またはAlAs半導体材料、またはAlSb半導体材料からなる基板を研磨するために使用される、実施形態37に記載のCMPスラリー。
実施形態39。CMPスラリーが、IV族半導体材料からなる基板を研磨するために使用される、実施形態1に記載のCMPスラリー。
実施形態40。CMPスラリーが、Si半導体材料、またはGe半導体材料、またはSiGe半導体材料、またはSiSn半導体材料、またはダイヤモンド半導体材料、またはグラフェン半導体材料、またはSiC半導体材料、またはGeSn半導体材料からなる基板を研磨するために使用される、実施形態39に記載のCMPスラリー。
実施例1
実施形態の1つを代表するCMPスラリーを試料1として形成した。試料1は、約95〜97重量%の脱イオン水と、約93〜96重量%のアルファアルミナ、3〜5重量%のギブサイト、および0.5〜2重量%のシータアルミナ(合計100%)を含んだ約2〜3重量%のアルミナ材料と、0.55重量%の酸化剤と、0.54重量%のアルミノシリケート分散剤の共粒子と、を含んでいた。試料1は、約1.5のpHを有していた。
試料1を標準化研磨試験に従って試験したところ、約800nm/時の材料除去速度指数および約0.2オングストロームの平均粗さ指数(Ra)を示した。
実施例2
実施形態の1つを代表するCMPスラリーを試料2として形成した。試料2は、96.95重量%の脱イオン水と、約93〜96重量%のアルファアルミナ、3〜5重量%のギブサイト、および0.5〜2重量%のシータアルミナ(合計100%)を含んだ2重量%のアルミナ材料と、0.55重量%の過マンガン酸カリウム(すなわち、酸化剤)と、0.5重量%のアルミノシリケート分散剤の共粒子と、を含んでいた。試料2は、約1.5のpHを有していた。
試料2を標準化研磨試験に従って試験したところ、800nm/時の材料除去速度指数および1.31オングストロームの平均粗さ指数(Ra)を示した。標準化研磨試験後の研磨加工品の目視検査では、加工品の表面に傷がないことを示した。
実施例3
比較用のCMPスラリーを試料3として形成した。試料3は、97.38重量%の脱イオン水と、約93〜96重量%のアルファアルミナ、3〜5重量%のギブサイト、および0.5〜2重量%のシータアルミナ(合計100%)を含んだ2重量%のアルミナ材料と、0.12重量%の過酸化水素(すなわち、酸化剤)と、0.5重量%のアルミノシリケート分散剤の共粒子と、を含んでいた。試料3は、約1.5のpHを有していた。
試料3を標準化研磨試験に従って試験したところ、478nm/時の材料除去速度指数および7.78オングストロームの平均粗さ指数(Ra)を示した。標準化研磨試験後の研磨加工品の目視検査では、加工品の表面に多数の傷および穴があることを示した。
実施例4
比較用のCMPスラリーを試料4として形成した。試料4は、96.7重量%の脱イオン水と、約93〜96重量%のアルファアルミナ、3〜5重量%のギブサイト、および0.5〜2重量%のシータアルミナ(合計100%)を含んだ2重量%のアルミナ材料と、0.8重量%の過ヨウ素酸カリウム(すなわち、酸化剤)と、0.5重量%のアルミノシリケート分散剤の共粒子と、を含んでいた。試料4は、約1.5のpHを有していた。
試料4を標準化研磨試験に従って試験したところ、456nm/時の材料除去速度指数および5.60オングストロームの平均粗さ指数(Ra)を示した。標準化研磨後の研磨加工品の目視検査では、加工品の表面に多数の傷および穴があることを示した。
上記開示された主題は、例示的であり、制限的ではないと見なされるべきであり、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の範囲内に入るそのような修正、拡張、および他の実施形態のすべてを網羅することを意図する。したがって、本発明の範囲は、法律で許容される最大限度まで、以下の特許請求の範囲およびそれら均等物の最も広い許容可能な解釈によって決定されるべきであり、前述の発明を実施するための形態によって制限または限定されるものではない。
開示の要約は、特許法を遵守するために提供され、特許請求の範囲または意味を解釈または限定するために使用されないことを理解して提出される。加えて、上記の発明を実施するための形態では、本開示を合理化する目的で、様々な特徴をまとめてグループ化するか、単一の実施形態で記載することができる。この開示は、請求された実施形態が各請求項に明示的に記載されている以上の特徴を必要とするという意図を反映するものとして解釈されるべきではない。むしろ、以下の特許請求の範囲が反映するように、本発明の主題は、開示された実施形態のいずれのすべての特徴よりも少ないものに向けられ得る。したがって、以下の請求項は、発明を実施するための形態に組み込まれ、各請求項は、別々に請求される主題を定義するものとして独立している。

Claims (15)

  1. CMPスラリーであって、
    担体と、
    酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、ダイヤモンド、またはそれらの任意の組み合わせを含む前記担体中の粒子材料と、
    過酸化物、過硫酸塩、過マンガン酸塩、過ヨウ素酸、 過塩素酸塩、次亜塩素酸塩、ヨウ素酸、ペルオキシモノスルフェート、硝酸セリウムアンモニウム、過ヨウ素酸、フェリシアン化物、またはそれらの任意の組み合わせの群から選択される少なくとも1つの材料を含む酸化剤と、を含み、
    標準化研磨試験による、少なくとも500nm/時の材料除去速度指数(MRR)、および5オングストローム以下の平均粗さ指数(Ra)を有する、CMPスラリー。
  2. 酸性pHをさらに有する、請求項1に記載のCMPスラリー。
  3. 前記pHが6以下で、かつ少なくとも0.5である、請求項2に記載のCMPスラリー。
  4. 前記平均材料除去速度指数(MRR)が少なくとも510nm/時で、かつ2000nm/時以下である、請求項1に記載のCMPスラリー。
  5. 前記平均粗さ指数が4.5オングストローム以下で、かつ少なくとも0.1オングストロームである、請求項1に記載のCMPスラリー。
  6. 前記担体が水を含む、請求項1に記載のCMPスラリー。
  7. 前記粒子材料が前記組成物の総重量に対して少なくとも0.5重量%で、かつ30重量%以下の量で存在する、請求項1に記載のCMPスラリー。
  8. 界面活性剤、分散剤、キレート剤、緩衝剤、およびpH調整剤からなる群から選択される1種以上の添加剤をさらに含む、請求項1に記載のCMPスラリー。
  9. 前記添加剤の総含有量が少なくとも1g/Lで、かつ20g/L以下の範囲内である、請求項8に記載のCMPスラリー。
  10. 前記酸化剤が過マンガン酸カリウム(KMnO)を含む、請求項1に記載のCMPスラリー。
  11. 前記酸化剤が少なくとも1g/Lで、かつ20g/L以下の範囲内の量で存在する、請求項1に記載のCMPスラリー。
  12. 酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、ダイヤモンド、またはそれらの任意の組み合わせのうちの少なくとも1つを含む共粒子をさらに含む、請求項1に記載のCMPスラリー。
  13. 前記共粒子が、アルミニウム、カルシウム、ナトリウム、ケイ素、チタン、セリウム、マグネシウム、マンガン、鉄、またはそれらの任意の組み合わせの群から選択される少なくとも1つの元素を含む、請求項12に記載のCMPスラリー。
  14. 前記粒子材料が少なくとも50重量%のアルミナ粒子を含む、請求項1記載のCMPスラリー。
  15. 前記CMPスラリーが、III−N族半導体材料、または第III−V族半導体材料、または第IV族半導体材料を含む基板を研磨するために使用される、請求項1に記載のCMPスラリー。

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