JP2019537244A - タングステンのためのケミカルメカニカルポリッシング法 - Google Patents
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Abstract
タングステンを含有する基板をケミカルメカニカルポリッシングするためのプロセスは、基板を提供する工程；水、酸化剤、アルギン酸塩、ジカルボン酸、鉄イオン源、コロイダルシリカ砥粒、および、場合により、ｐＨ調整剤を含有する、研磨組成物を提供する工程；研磨表面を有するケミカルメカニカルポリッシングパッドを提供する工程；ポリッシングパッドと基板との間の界面に動的接触を生み出す工程；ならびに、研磨表面上、ポリッシングパッドと基板との間の界面にまたはその近くに研磨組成物を分注して、タングステンの少なくとも一部を除去する工程を含む。該プロセスは、静的コロージョン速度を低減し、かつ、タングステンのディッシングおよび下層の絶縁体のエロージョンを抑制することができる。
Description
発明の分野
本発明は、下層の絶縁体のエロージョンを抑制すると共にタングステンのディッシングを抑制し、かつ、静的コロージョン速度を低減するための、タングステンのケミカルメカニカルポリッシングの分野を対象とする。より具体的には、本発明は、下層の絶縁体のエロージョンを抑制すると共にタングステンのディッシングを抑制し、かつ、静的コロージョン速度を低減するための、タングステンのケミカルメカニカルポリッシングのための方法であって：タングステンを含有する基板を提供すること；初期成分として：水；酸化剤；アルギン酸塩；ジカルボン酸、鉄イオン源；コロイダルシリカ砥粒；および、場合により、ｐＨ調整剤を含有する、研磨組成物を提供すること；研磨表面を有するケミカルメカニカルポリッシングパッドを提供すること；ポリッシングパッドと基板との間の界面に動的接触を生み出すこと；ならびに、研磨表面上、ポリッシングパッドと基板との間の界面にまたはその近くに研磨組成物を分注することによって、タングステンの一部が基板から研磨除去される、方法を対象とする。
本発明は、下層の絶縁体のエロージョンを抑制すると共にタングステンのディッシングを抑制し、かつ、静的コロージョン速度を低減するための、タングステンのケミカルメカニカルポリッシングの分野を対象とする。より具体的には、本発明は、下層の絶縁体のエロージョンを抑制すると共にタングステンのディッシングを抑制し、かつ、静的コロージョン速度を低減するための、タングステンのケミカルメカニカルポリッシングのための方法であって：タングステンを含有する基板を提供すること；初期成分として：水；酸化剤；アルギン酸塩；ジカルボン酸、鉄イオン源；コロイダルシリカ砥粒；および、場合により、ｐＨ調整剤を含有する、研磨組成物を提供すること；研磨表面を有するケミカルメカニカルポリッシングパッドを提供すること；ポリッシングパッドと基板との間の界面に動的接触を生み出すこと；ならびに、研磨表面上、ポリッシングパッドと基板との間の界面にまたはその近くに研磨組成物を分注することによって、タングステンの一部が基板から研磨除去される、方法を対象とする。
発明の背景
集積回路および他の電子デバイスの組立において、導電材料、半導体材料および絶縁材料の複数層が、半導体ウェーハの表面に堆積されるかまたは表面から除去される。導電材料、半導体材料、および絶縁材料の薄層を、いくつかの堆積技術によって堆積することができる。現代の加工における一般的な堆積技術は、スパッタリングとしても知られている物理蒸着法（ＰＶＤ）、化学蒸着法（ＣＶＤ）、プラズマ増強化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）、および電気化学めっき法（ＥＣＰ）を含む。
集積回路および他の電子デバイスの組立において、導電材料、半導体材料および絶縁材料の複数層が、半導体ウェーハの表面に堆積されるかまたは表面から除去される。導電材料、半導体材料、および絶縁材料の薄層を、いくつかの堆積技術によって堆積することができる。現代の加工における一般的な堆積技術は、スパッタリングとしても知られている物理蒸着法（ＰＶＤ）、化学蒸着法（ＣＶＤ）、プラズマ増強化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）、および電気化学めっき法（ＥＣＰ）を含む。
材料の層が連続的に堆積および除去されるにつれて、ウェーハの最上表面は非平面になる。後続の半導体加工（例えば、メタライゼーション）はウェーハが平坦面を有することを要求するため、ウェーハを平坦化する必要がある。平坦化は、粗面、凝集した材料、結晶格子の損傷、スクラッチおよび汚染された層または材料のような、望ましくない表面トポグラフィーおよび表面欠陥を除去するのに有用である。
ケミカルメカニカルプラナリゼーション、またはケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）は、半導体ウェーハのような基板を平坦化するために使用される一般的な技術である。従来のＣＭＰでは、ウェーハはキャリアアセンブリ上に取り付けられ、ＣＭＰ装置内でポリッシングパッドと接触して配置される。このキャリアアセンブリは、ウェーハに制御可能な圧力を提供して、ウェーハをポリッシングパッドに押し付ける。このパッドは、外部駆動力によってウェーハに対して移動（例えば、回転）する。それと同時に、研磨組成物（「スラリー」）または他の研磨溶液が、ウェーハとポリッシングパッドとの間に提供される。したがって、ウェーハ表面は、パッド表面およびスラリーの化学的および機械的作用によって研磨および平坦化される。
エレクトロニクス産業における基板は、半導体基材が相互接続構造の複数層を含む高い集積度を持つ。その層および構造は、単結晶シリコン、多結晶質シリコン、オルトケイ酸テトラエチル、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、タングステン、チタン、窒化チタンならびに種々の他の導電材料、半導体材料および絶縁材料のような、多種多様な材料を含む。これらの基板は、最終的な多層化相互接続構造を形成するＣＭＰを含めた種々の加工工程を要求するため、しばしば、意図する用途に応じて特定の材料に選択的である研磨組成物および加工を利用することが非常に望ましい。残念ながら、そのような研磨組成物は、絶縁材料のエロージョンを導き得る、導電材料の過度なディッシングを引き起こし得る。そのようなディッシングおよびエロージョンから生じ得る地形学的欠陥は、導電材料または絶縁材料の真下に堆積されるバリア層材料のような追加材料の基板表面からの不均一な除去をさらに導き、かつ、集積回路の性能に負の影響を与え得る望ましい品質に満たない基板表面を生産し得る。
ケミカルメカニカルポリッシングは、集積回路設計におけるタングステン配線およびコンタクトプラグの形成中にタングステンを研磨するための好ましい方法となっている。タングステンは、コンタクト／ビアプラグのために集積回路設計において頻繁に使用される。典型的には、コンタクトまたはビアホールは、下層の部品、例えば第一レベルメタライゼーションまたは配線の領域を露出させるために、基板上の絶縁層中に形成される。残念ながら、タングステンを研磨するために使用される多くのＣＭＰスラリーは、ディッシングの問題を引き起こす。ディッシングの深刻度は様々であり得るが、典型的には、ＴＥＯＳのような下層の絶縁材料のエロージョンを引き起こすのに十分深刻である。
タングステンのような金属の研磨に伴う別の問題がコロージョンである。金属のコロージョンは、ＣＭＰの一般的な副作用である。ＣＭＰ加工中、基板の表面に残る金属研磨スラリーは、ＣＭＰの効果を超えて基板を侵食し続ける。コロージョンが望まれるときもあるが、大部分の半導体加工において、コロージョンは低減または抑制されるべきである。コロージョンはまた、孔食およびキーホーリングのような表面欠陥にも寄与し得る。これらの表面欠陥は、半導体デバイスの最終的性質に大きく影響を及ぼし、その有用性を損なう。それゆえ、タングステンのディッシングおよび下層の絶縁材料（例えば、ＴＥＯＳ）のエロージョンを抑制し、かつ、静的コロージョン速度をも低減する、タングステンのためのＣＭＰポリッシング法および組成物が求められている。
発明の概要
本発明は、タングステンをケミカルメカニカルポリッシングする方法であって：タングステンおよび絶縁体を含む基板を提供すること；初期成分として：水；酸化剤；アルギン酸塩；コロイダルシリカ砥粒；ジカルボン酸またはその塩；鉄（ＩＩＩ）イオン源；および、場合により、ｐＨ調整剤を含む、ケミカルメカニカルポリッシング組成物を提供すること；研磨表面を有するケミカルメカニカルポリッシングパッドを提供すること；ケミカルメカニカルポリッシングパッドと基板との間の界面に動的接触を生み出すこと；ならびに、ケミカルメカニカルポリッシングパッドの研磨表面上、ケミカルメカニカルポリッシングパッドと基板との間の界面にまたはその近くにケミカルメカニカルポリッシング組成物を分注することを含み；タングステンの一部が基板から研磨除去される、方法を提供する。
本発明は、タングステンをケミカルメカニカルポリッシングする方法であって：タングステンおよび絶縁体を含む基板を提供すること；初期成分として：水；酸化剤；アルギン酸塩；コロイダルシリカ砥粒；ジカルボン酸またはその塩；鉄（ＩＩＩ）イオン源；および、場合により、ｐＨ調整剤を含む、ケミカルメカニカルポリッシング組成物を提供すること；研磨表面を有するケミカルメカニカルポリッシングパッドを提供すること；ケミカルメカニカルポリッシングパッドと基板との間の界面に動的接触を生み出すこと；ならびに、ケミカルメカニカルポリッシングパッドの研磨表面上、ケミカルメカニカルポリッシングパッドと基板との間の界面にまたはその近くにケミカルメカニカルポリッシング組成物を分注することを含み；タングステンの一部が基板から研磨除去される、方法を提供する。
本発明は、タングステンを研磨するケミカルメカニカル法であって：タングステンおよび絶縁体を含む基板を提供すること；初期成分として：水；酸化剤；アルギン酸塩；負のゼータ電位を有するコロイダルシリカ砥粒；ジカルボン酸またはその塩；鉄（ＩＩＩ）イオン源；および、場合により、ｐＨ調整剤を含む、ケミカルメカニカルポリッシング組成物を提供すること；研磨表面を有するケミカルメカニカルポリッシングパッドを提供すること；ケミカルメカニカルポリッシングパッドと基板との間の界面に動的接触を生み出すこと；ならびに、ケミカルメカニカルポリッシングパッドの研磨表面上、ケミカルメカニカルポリッシングパッドと基板との間の界面にまたはその近くにケミカルメカニカルポリッシング組成物を分注することを含み；タングステンの一部が基板から研磨除去され；提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物が、２００mm研磨機上、毎分８０回転のプラテン速度、毎分８１回転のキャリヤ速度、１２５mL/minのケミカルメカニカルポリッシング組成物流量、２１．４kPaの公称ダウンフォースで≧１，０００Å/minのタングステン除去速度を有し；そして、ケミカルメカニカルポリッシングパッドが、ポリマー中空コア微粒子を含有するポリウレタン研磨層およびポリウレタン含浸不織布サブパッドを含む、方法を提供する。
本発明は、タングステンを研磨するケミカルメカニカル法であって：タングステンおよび絶縁体を含む基板を提供すること；初期成分として：水；酸化剤；少なくとも５０ppmの量のアルギン酸塩；負のゼータ電位を有するコロイダルシリカ砥粒；マロン酸またはその塩；鉄（ＩＩＩ）イオン源；および、場合により、ｐＨ調整剤を含む、ケミカルメカニカルポリッシング組成物を提供すること；研磨表面を有するケミカルメカニカルポリッシングパッドを提供すること；ケミカルメカニカルポリッシングパッドと基板との間の界面に動的接触を生み出すこと；ならびに、ケミカルメカニカルポリッシングパッドの研磨表面上、ケミカルメカニカルポリッシングパッドと基板との間の界面にまたはその近くにケミカルメカニカルポリッシング組成物を分注することを含み；タングステンの一部が基板から研磨除去され；提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物が、２００mm研磨機上、毎分８０回転のプラテン速度、毎分８１回転のキャリヤ速度、１２５mL/minのケミカルメカニカルポリッシング組成物流量、２１．４kPaの公称ダウンフォースで≧１，０００Å/minのタングステン除去速度を有し；ケミカルメカニカルポリッシングパッドが、ポリマー中空コア微粒子を含有するポリウレタン研磨層およびポリウレタン含浸不織布サブパッドを含む、方法を提供する。
本発明は、タングステンをケミカルメカニカルポリッシングする方法であって：タングステンおよび絶縁体を含む基板を提供すること；初期成分として：水；０．０１〜１０wt%の酸化剤（ここで、酸化剤は、過酸化水素である）；５０ppm〜１０００ppmのアルギン酸塩；０．０１〜１０wt%の負のゼータ電位を有するコロイダルシリカ砥粒；１００〜１，４００ppmのマロン酸またはその塩；１００〜１，０００ppmの鉄（ＩＩＩ）イオン源（ここで、鉄（ＩＩＩ）イオン源は、硝酸鉄九水和物である）；および、場合により、ｐＨ調整剤を含む、ケミカルメカニカルポリッシング組成物（ここで、ケミカルメカニカルポリッシング組成物は、１〜７のｐＨを有する）を提供すること；研磨表面を有するケミカルメカニカルポリッシングパッドを提供すること；ケミカルメカニカルポリッシングパッドと基板との間の界面に動的接触を生み出すこと；ならびに、ケミカルメカニカルポリッシングパッドの研磨表面上、ケミカルメカニカルポリッシングパッドと基板との間の界面にまたはその近くにケミカルメカニカルポリッシング組成物を分注することを含み；タングステンの一部が基板から研磨除去される、方法を提供する。
本発明は、タングステンをケミカルメカニカルポリッシングする方法であって：タングステンおよび絶縁体を含む基板を提供すること；初期成分として：水；１〜３wt%の酸化剤（ここで、酸化剤は、過酸化水素である）；６００〜９００ppmのアルギン酸塩、０．２〜２wt%の負の表面電荷を有するコロイダルシリカ砥粒；１２０〜１，３５０ppmのマロン酸；２５０〜４００ppmの鉄（ＩＩＩ）イオン源（ここで、鉄（ＩＩＩ）イオン源は、硝酸鉄九水和物である）；および、場合により、ｐＨ調整剤を含む、ケミカルメカニカルポリッシング組成物（ここで、ケミカルメカニカルポリッシング組成物は、２〜２．５のｐＨを有する）を提供すること；研磨表面を有するケミカルメカニカルポリッシングパッドを提供すること；ケミカルメカニカルポリッシングパッドと基板との間の界面に動的接触を生み出すこと；ならびに、ケミカルメカニカルポリッシングパッドの研磨表面上、ケミカルメカニカルポリッシングパッドと基板との間の界面にまたはその近くにケミカルメカニカルポリッシング組成物を分注することを含み；タングステンの一部が基板から研磨除去される、方法を提供する。
前述の本発明の方法は、タングステンを研磨し、下層の絶縁体のエロージョンを抑制すると共にタングステンのディッシングを抑制するアルギン酸塩を含む、ケミカルメカニカルポリッシング組成物を使用する。該方法はまた、静的コロージョン速度をも低減する。
発明の詳細な説明
本明細書全体を通して使用される場合、以下の略称は、文脈が別途指示しない限り以下の意味を有する：℃＝摂氏度；ｇ＝グラム；Ｌ＝リットル；mL＝ミリリットル；μ＝μm＝ミクロン；kPa＝キロパスカル；Å＝オングストローム；mV＝ミリボルト；ＤＩ＝脱イオン；ppm＝１００万分の１＝mg/L；mm＝ミリメートル；cm＝センチメートル；min＝分；rpm＝毎分回転数；lb＝ポンド；kg＝キログラム；Ｗ＝タングステン；ＰＯ＝プロピレンオキシド；ＥＯ＝エチレンオキシド；ＩＣＰ−ＯＥＳ＝誘導結合プラズマ発光分光分析法；wt%＝重量パーセント；およびＲＲ＝除去速度。
本明細書全体を通して使用される場合、以下の略称は、文脈が別途指示しない限り以下の意味を有する：℃＝摂氏度；ｇ＝グラム；Ｌ＝リットル；mL＝ミリリットル；μ＝μm＝ミクロン；kPa＝キロパスカル；Å＝オングストローム；mV＝ミリボルト；ＤＩ＝脱イオン；ppm＝１００万分の１＝mg/L；mm＝ミリメートル；cm＝センチメートル；min＝分；rpm＝毎分回転数；lb＝ポンド；kg＝キログラム；Ｗ＝タングステン；ＰＯ＝プロピレンオキシド；ＥＯ＝エチレンオキシド；ＩＣＰ−ＯＥＳ＝誘導結合プラズマ発光分光分析法；wt%＝重量パーセント；およびＲＲ＝除去速度。
用語「ケミカルメカニカルポリッシング」または「ＣＭＰ」は、化学的および機械的な力だけによって基板が研磨されるプロセスを指し、基板に電気バイアスが印加されるエレクトロケミカルメカニカルポリッシング（ＥＣＭＰ）とは区別される。用語「アルギン酸塩」は、アルギン酸およびそのアニオン性多糖種（対の正に荷電した種を有する）を含む。用語「デンプン」は、グリコシド結合によって接続された多数のグルコース単位から構成される多糖を意味する。用語「ＴＥＯＳ」は、オルトケイ酸テトラエチル（Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）の分解から形成される二酸化ケイ素を意味する。用語「ａ」および「ａｎ」は、単数形と複数形の両方を指す。全ての百分率は、別途指示しない限り重量百分率である。全ての数値範囲は、包括的であり、かつ、そのような数値範囲が論理上合計して１００％になるように制約される場合を除き、あらゆる順序で組み合わせ可能である。
本発明の基板を研磨する方法は、酸化剤；アルギン酸塩；コロイダルシリカ砥粒；ジカルボン酸またはその塩；鉄（ＩＩＩ）イオン源；および、場合により、ｐＨ調整剤を含有するケミカルメカニカルポリッシング組成物を使用して、タングステンのディッシング、下層の絶縁材料のエロージョンを抑制し、静的コロージョン速度を低減しながら、基板表面からのタングステンの除去を提供する。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法は、基板（ここで、基板は、タングステンおよび絶縁体を含む）を提供すること；初期成分として：水；好ましくは少なくとも０．０１wt%〜１０wt%の量、より好ましくは０．１wt%〜５wt%、さらにより好ましくは１wt%〜３wt%の量の酸化剤；好ましくは少なくとも５０ppm、より好ましくは５０ppm〜１０００ppm、なおより好ましくは６００ppm〜１０００ppm、さらにより好ましくは６００ppm〜９００ppmの量のアルギン酸塩；好ましくは０．０１wt%〜１０wt%、より好ましくは０．０５wt%〜７．５wt%、なおより好ましくは０．１wt%〜５wt%、さらにより好ましくは０．２wt%〜２wt%の量のコロイダルシリカ砥粒；好ましくは１００ppm〜１４００ppm、より好ましくは１２０ppm〜１３５０ppmの量のジカルボン酸、その塩またはその混合物；鉄（ＩＩＩ）イオン源、好ましくは、硝酸鉄九水和物である鉄（ＩＩＩ）イオン源；および、場合により、ｐＨ調整剤を含む、好ましくは、それからなる、ケミカルメカニカルポリッシング組成物（好ましくは、ここで、ケミカルメカニカルポリッシング組成物は、１〜７；より好ましくは１．５〜４．５；さらにより好ましくは１．５〜３．５；最も好ましくは２〜２．５のｐＨを有する）を提供すること；研磨表面を有するケミカルメカニカルポリッシングパッドを提供すること；ケミカルメカニカルポリッシングパッドと基板との間の界面に動的接触を生み出すこと；ならびに、ケミカルメカニカルポリッシングパッドの研磨表面上、ケミカルメカニカルポリッシングパッドと基板との間の界面にまたはその近くにケミカルメカニカルポリッシング組成物を分注することを含み；タングステンの少なくとも一部が基板から研磨除去される。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、基板は、タングステンおよび絶縁体を含む。より好ましくは、提供される基板は、タングステンおよび絶縁体を含む半導体基板である。最も好ましくは、提供される基板は、ＴＥＯＳのような絶縁体中に形成されたホールおよびトレンチの少なくとも１つ内に堆積されたタングステンを含む半導体基板である。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、初期成分として、提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物中に含有される水は、付随的不純物を制限するために、脱イオン水および蒸留水の少なくとも１つである。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、初期成分として、酸化剤を含有し、酸化剤は、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）、一過硫酸塩、ヨウ素酸塩、過フタル酸マグネシウム、過酢酸および他の過酸、過硫酸塩、臭素酸塩、過臭素酸塩、過硫酸塩、過酢酸、過ヨウ素酸塩、硝酸塩、鉄塩、セリウム塩、Ｍｎ（ＩＩＩ）、Ｍｎ（ＩＶ）およびＭｎ（ＶＩ）塩、銀塩、銅塩、クロム塩、コバルト塩、ハロゲン、次亜塩素酸塩ならびにそれらの混合物からなる群より選択される。より好ましくは、酸化剤は、過酸化水素、過塩素酸塩、過臭素酸塩；過ヨウ素酸塩、過硫酸塩および過酢酸から選択される。最も好ましくは、酸化剤は、過酸化水素である。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、初期成分として、０．０１〜１０wt%、より好ましくは０．１〜５wt%；最も好ましくは１〜３wt%の酸化剤を含有する。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、初期成分として、鉄（ＩＩＩ）イオン源を含有する。より好ましくは、本発明の方法において、提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、初期成分として、鉄（ＩＩＩ）イオン源を含有し、鉄（ＩＩＩ）イオン源は、鉄（ＩＩＩ）塩からなる群より選択される。最も好ましくは、本発明の方法において、提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、初期成分として、鉄（ＩＩＩ）イオン源を含有し、鉄（ＩＩＩ）イオン源は、硝酸鉄九水和物（Ｆｅ（ＮＯ３）３・９Ｈ２Ｏ）である。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、初期成分として、ケミカルメカニカルポリッシング組成物へ１〜２００ppm、好ましくは５〜１５０ppm、より好ましくは７．５〜１２５ppm、最も好ましくは１０〜１００ppmの鉄（ＩＩＩ）イオンを導入するのに十分な鉄（ＩＩＩ）イオン源を含有する。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、初期成分として、鉄（ＩＩＩ）イオン源を含有する。より好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、初期成分として、１００〜１，０００ppm、好ましくは１５０〜７５０ppm、より好ましくは２００〜５００ppm、最も好ましくは２５０〜４００ppmの鉄（ＩＩＩ）イオン源を含有する。最も好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、初期成分として、１００〜１，０００ppm、好ましくは１５０〜７５０ppm、より好ましくは２００〜５００ppm、最も好ましくは２５０〜４００ppmの鉄（ＩＩＩ）イオン源を含有し、鉄（ＩＩＩ）イオン源は、硝酸鉄九水和物（Ｆｅ（ＮＯ３）３・９Ｈ２Ｏ）である。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、初期成分として、アルギン酸塩を含有し、アルギン酸塩は、アルギン酸およびそのアニオン性種の１以上を含み、アルギン酸塩のアニオン性種は、アルカリ金属カチオン、セシウムカチオン、マグネシウムカチオン、カルシウムカチオン、バリウムカチオン、アルミニウムカチオン、遷移金属カチオン、および有機の正に荷電した種からなる群より選択される１以上の正に荷電した対イオン種をさらに含む。好ましくは、アニオン性種は、アルカリ金属カチオン、マグネシウムカチオン、カルシウムカチオン、バリウムカチオンおよびアルミニウムカチオンからなる群より選択される１以上の対カチオンをさらに含む。より好ましくは、１以上のカチオン種は、アルカリ金属カチオン、マグネシウムカチオン、カルシウムカチオンおよびバリウムカチオンからなる群より選択される。さらにより好ましくは、１以上のカチオン種は、アルカリ金属カチオンからなる群より選択され、アルカリ金属カチオン種がナトリウムまたはカリウムであることが好ましく、より好ましくは、アルカリ金属カチオン種はナトリウムであり、アルギン酸塩種が褐藻類由来のアルギン酸ナトリウム塩であることが最も好ましい。好ましくは、正に荷電した有機種は、プロピレングリコールである。好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、初期成分として、少なくとも５０ppm、より好ましくは５０ppm〜１０００ppm、なおより好ましくは６００ppm〜１０００ppm、さらにより好ましくは６００ppm〜９００ppmのアルギン酸塩を含有する。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、負のゼータ電位を有するコロイダルシリカ砥粒を含有する。より好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、永久的な負のゼータ電位を有するコロイダルシリカ砥粒を含有し、ケミカルメカニカルポリッシング組成物は、１〜７、好ましくは１．５〜４．５；より好ましくは１．５〜３．５；さらにより好ましくは２〜２．５のｐＨを有する。さらにより好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、永久的な負のゼータ電位を有するコロイダルシリカ砥粒を含有し、ケミカルメカニカルポリッシング組成物は、−０．１mV〜−２０mVのゼータ電位によって示された場合に、１〜７、好ましくは１．５〜４．５；より好ましくは１．５〜３．５；さらにより好ましくは２〜２．５のｐＨを有する。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、初期成分として、コロイダルシリカ砥粒を含有し、コロイダルシリカ砥粒は、動的光散乱技術によって測定した場合に、≦１００nm、好ましくは５〜１００nm；より好ましくは１０〜６０nm；最も好ましくは２０〜６０nmの平均粒径を有する。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、０．０１〜１０wt%、好ましくは０．０５〜７．５wt%、より好ましくは０．１〜５wt%、最も好ましくは０．２〜２wt%のコロイダルシリカ砥粒を含有する。好ましくは、コロイダルシリカ砥粒は、負のゼータ電位を有する。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、初期成分として、ジカルボン酸を含有し、ジカルボン酸は、マロン酸、シュウ酸、コハク酸、アジピン酸、マレイン酸、リンゴ酸、グルタル酸、酒石酸、その塩またはその混合物を含むが、これら限定されない。より好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、初期成分として、ジカルボン酸を含有し、ジカルボン酸は、マロン酸、シュウ酸、コハク酸、酒石酸、その塩およびその混合物からなる群より選択される。さらにより好ましくは、提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、初期成分として、ジカルボン酸を含有し、ジカルボン酸は、マロン酸、シュウ酸、コハク酸、その塩およびその混合物からなる群より選択される。最も好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、初期成分として、ジカルボン酸であるマロン酸またはその塩を含有する。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、初期成分として、１〜２，６００ppm、好ましくは１００〜１，４００ppm、より好ましくは１２０〜１，３５０ppm、さらにより好ましくは１３０〜１，１００ppmのジカルボン酸を含有し、ジカルボン酸は、マロン酸、シュウ酸、コハク酸、アジピン酸、マレイン酸、リンゴ酸、グルタル酸、酒石酸、その塩またはその混合物を含むが、これら限定されない。より好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、初期成分として、１〜２，６００ppmのマロン酸またはその塩を含有する。最も好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、初期成分として、１００〜１，４００ppm、より好ましくは１２０〜１，３５０ppm、さらにより好ましくは１３０〜１，３５０ppmのジカルボン酸であるマロン酸またはその塩を含有する。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、１〜７のｐＨを有する。より好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、１．５〜４．５のｐＨを有する。さらにより好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、１．５〜３．５のｐＨを有する。最も好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、２〜２．５のｐＨを有する。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、ｐＨ調整剤を場合により含有する。好ましくは、ｐＨ調整剤は、無機および有機のｐＨ調整剤からなる群より選択される。好ましくは、ｐＨ調整剤は、無機酸および無機塩基からなる群より選択される。より好ましくは、ｐＨ調整剤は、硝酸および水酸化カリウムからなる群より選択される。最も好ましくは、ｐＨ調整剤は、水酸化カリウムである。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカルポリッシングパッドは、当技術分野において公知の任意の好適なポリッシングパッドであることができる。当業者であれば、本発明の方法において使用するための適切なケミカルメカニカルポリッシングパッドを選択することを知っている。より好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカルポリッシングパッドは、織布および不織布ポリッシングパッドから選択される。さらにより好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカルポリッシングパッドは、ポリウレタン研磨層を含む。最も好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカルポリッシングパッドは、ポリマー中空コア微粒子を含有するポリウレタン研磨層およびポリウレタン含浸不織布サブパッドを含む。好ましくは、提供されるケミカルメカニカルポリッシングパッドは、研磨表面上に少なくとも１つの溝を有する。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、提供されるケミカルメカニカルポリッシングパッドの研磨表面上、ケミカルメカニカルポリッシングパッドと基板との間の界面にまたはその近くに分注される。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカルポリッシングパッドと基板との間の界面に、研磨される基板の表面に対して垂直に０．６９〜３４．５kPaのダウンフォースで動的接触が生み出される。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、≧１，０００Å/min；好ましくは≧１，５００Å/min；より好ましくは≧２，０００Å/minのタングステン除去速度を有する。より好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、≧１，０００Å/min；好ましくは≧１，５００Å/min；より好ましくは≧２，０００Å/minのタングステン除去速度；および≧５のＷ／ＴＥＯＳ選択比を有する。さらにより好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、タングステンは、≧１，０００Å/min；好ましくは≧１，５００Å/min；より好ましくは≧２，０００Å/minの除去速度；および５〜１５のＷ／ＴＥＯＳ選択比で基板から除去される。最も好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、タングステンは、２００mm研磨機上、毎分８０回転のプラテン速度、毎分８１回転のキャリヤ速度、１２５mL/minのケミカルメカニカルポリッシング組成物流量、２１．４kPaの公称ダウンフォースで≧１，０００Å/min；好ましくは≧１，５００Å/min；より好ましくは≧２，０００Å/minの除去速度；およびＷ／ＴＥＯＳ選択比で基板から除去され；そして、ケミカルメカニカルポリッシングパッドは、ポリマー中空コア微粒子を含有するポリウレタン研磨層およびポリウレタン含浸不織布サブパッドを含む。
以下の実施例に示すように、本発明のアルギン酸塩ＣＭＰ法は、下層のＴＥＯＳのエロージョンを抑制すると共にタングステンのディッシングを抑制し、かつ、静的コロージョン速度をさらに抑制する。
実施例１
スラリー配合物
表１に列挙した量の成分（残部がＤＩ水である）を合わせ、４５wt%水酸化カリウムで組成物のｐＨを表１に列挙した最終ｐＨに調整することによって、この実施例のケミカルメカニカルポリッシング組成物を調製した。
スラリー配合物
表１に列挙した量の成分（残部がＤＩ水である）を合わせ、４５wt%水酸化カリウムで組成物のｐＨを表１に列挙した最終ｐＨに調整することによって、この実施例のケミカルメカニカルポリッシング組成物を調製した。
実施例２
多糖ＣＭＰスラリーの静的コロージョン速度性能
Ｗブランケットウェーハ（１cm×４cm）をスラリー試料１５ｇ中に浸漬することによって静的コロージョン試験を実施した。１０分後、Ｗウェーハを試験スラリーから取り出した。その後、溶液を９，０００rpmで２０分間遠心分離して、スラリー粒子を除去した。上清をＩＣＰ−ＯＥＳによって分析して、タングステンの重量を決定した。４cm2のエッチングウェーハ表面積を仮定して、Ｗの質量から静的コロージョン速度（Å/min）を換算した。静的コロージョン試験の結果は、表２である。
多糖ＣＭＰスラリーの静的コロージョン速度性能
Ｗブランケットウェーハ（１cm×４cm）をスラリー試料１５ｇ中に浸漬することによって静的コロージョン試験を実施した。１０分後、Ｗウェーハを試験スラリーから取り出した。その後、溶液を９，０００rpmで２０分間遠心分離して、スラリー粒子を除去した。上清をＩＣＰ−ＯＥＳによって分析して、タングステンの重量を決定した。４cm2のエッチングウェーハ表面積を仮定して、Ｗの質量から静的コロージョン速度（Å/min）を換算した。静的コロージョン試験の結果は、表２である。
静的コロージョン速度試験の結果は、アルギン酸塩を含有するケミカルメカニカルポリッシングスラリーが、対照スラリー（ＣＳ−１）および多糖デンプンを含むスラリー（ＰＳ−１）よりも良好に、Ｗ含有ウェーハにおける静的コロージョンを効果的に低減したことを示した。
実施例３
ケミカルメカニカルポリッシング−アルギン酸塩ＣＭＰスラリーのディッシングおよびエロージョン性能
Applied Materialsの２００mm MIRRA（登録商標）研磨機に設置した２００mmのブランケットウェーハ上で研磨実験を実施した。研磨除去速度実験は、２００mmのブランケット１５kÅ厚のＴＥＯＳシートウェーハ＋Silicon Valley Microelectronicsから市販されているＷ、Ｔｉ、およびＴｉＮブランケットウェーハ上で実施した。別途指定しない限り、全ての研磨実験は、SP2310サブパッドと合わせたIC1010（商標）ポリウレタンポリッシングパッド（Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.から市販）を使用して、２１．４kPa（３．１psi）の典型的なダウン圧、１２５mL/minのケミカルメカニカルポリッシング組成物流量、８０rpmのテーブル回転速度および８１rpmのキャリヤ回転速度で実施した。Kinik PDA33A-3ダイアモンドパッドコンディショナー（Kinik Companyから市販）を使用して、ポリッシングパッドをドレッシングした。ポリッシングパッドを、コンディショナーにより、８０rpm（プラテン）／３６rpm（コンディショナー）で、９．０lb（４．１kg）のダウンフォースを使用して１５分間、７．０lb（３．２kg）のダウンフォースを使用して１５分間ブレイクインした。研磨の前に、７lb（３．２kg）のダウンフォースを使用して２４秒間、ポリッシングパッドをエクスサイチューでさらにコンディショニングした。研磨の前後でKLA-Tencor FX200計測ツールを使用して膜厚さを測定することによって、ＴＥＯＳエロージョン深さを決定した。KLA-Tencor RS100C計測ツールを使用してＷ除去およびディッシング速度を決定した。ウェーハは、表３Ａおよび３Ｂに示すような様々な標準ライン幅形状を有していた。この実施例の表中、分子はＷを指し、分母はＴＥＯＳを指す。
ケミカルメカニカルポリッシング−アルギン酸塩ＣＭＰスラリーのディッシングおよびエロージョン性能
Applied Materialsの２００mm MIRRA（登録商標）研磨機に設置した２００mmのブランケットウェーハ上で研磨実験を実施した。研磨除去速度実験は、２００mmのブランケット１５kÅ厚のＴＥＯＳシートウェーハ＋Silicon Valley Microelectronicsから市販されているＷ、Ｔｉ、およびＴｉＮブランケットウェーハ上で実施した。別途指定しない限り、全ての研磨実験は、SP2310サブパッドと合わせたIC1010（商標）ポリウレタンポリッシングパッド（Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.から市販）を使用して、２１．４kPa（３．１psi）の典型的なダウン圧、１２５mL/minのケミカルメカニカルポリッシング組成物流量、８０rpmのテーブル回転速度および８１rpmのキャリヤ回転速度で実施した。Kinik PDA33A-3ダイアモンドパッドコンディショナー（Kinik Companyから市販）を使用して、ポリッシングパッドをドレッシングした。ポリッシングパッドを、コンディショナーにより、８０rpm（プラテン）／３６rpm（コンディショナー）で、９．０lb（４．１kg）のダウンフォースを使用して１５分間、７．０lb（３．２kg）のダウンフォースを使用して１５分間ブレイクインした。研磨の前に、７lb（３．２kg）のダウンフォースを使用して２４秒間、ポリッシングパッドをエクスサイチューでさらにコンディショニングした。研磨の前後でKLA-Tencor FX200計測ツールを使用して膜厚さを測定することによって、ＴＥＯＳエロージョン深さを決定した。KLA-Tencor RS100C計測ツールを使用してＷ除去およびディッシング速度を決定した。ウェーハは、表３Ａおよび３Ｂに示すような様々な標準ライン幅形状を有していた。この実施例の表中、分子はＷを指し、分母はＴＥＯＳを指す。
全体的に見て、アルギン酸塩を含んだスラリーは、デンプンを含んだスラリーを超える改善された性能を示した。アルギン酸塩スラリーは、Ｗの全体的に低減されたディッシングおよびＴＥＯＳの低減されたエロージョンを示した。
実施例４
Ｗ、ＴＥＯＳ除去速度およびＷ、ＴＥＯＳ最大研磨温度
ＷおよびＴＥＯＳ除去速度についての研磨実験は、実質的に実施例３に記載の通り、同じ装置およびパラメーターを使用して実施した。ウェーハは、Silicon Valley Microelectronicsのものであった。結果は、表４である。
Ｗ、ＴＥＯＳ除去速度およびＷ、ＴＥＯＳ最大研磨温度
ＷおよびＴＥＯＳ除去速度についての研磨実験は、実質的に実施例３に記載の通り、同じ装置およびパラメーターを使用して実施した。ウェーハは、Silicon Valley Microelectronicsのものであった。結果は、表４である。
アルギン酸塩スラリーのＷ／ＴＥＯＳ選択比は、デンプンスラリーほど高くはなかったが、本発明のアルギン酸塩ケミカルメカニカルポリッシング組成物は、依然として、１０００Å/minを超える良好なＷ ＲＲおよび良好なＷ／ＴＥＯＳ選択比を示した。
Claims (8)
- タングステンをケミカルメカニカルポリッシングする方法であって：
タングステンおよび絶縁体を含む基板を提供すること；
初期成分として：
水；
酸化剤；
アルギン酸塩；
コロイダルシリカ砥粒；
ジカルボン酸、
鉄（ＩＩＩ）イオン源；および
場合により、ｐＨ調整剤を含む、ケミカルメカニカルポリッシング組成物を提供すること；
研磨表面を有するケミカルメカニカルポリッシングパッドを提供すること；
ケミカルメカニカルポリッシングパッドと基板との間の界面に動的接触を生み出すこと；ならびに
ケミカルメカニカルポリッシングパッドの研磨表面上、ケミカルメカニカルポリッシングパッドと基板との間の界面にまたはその近くにケミカルメカニカルポリッシング組成物を分注して、タングステンの少なくとも一部を除去することを含む、方法。 - 提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物が、２００mm研磨機上、毎分８０回転のプラテン速度、毎分８１回転のキャリヤ速度、１２５mL/minのケミカルメカニカルポリッシング組成物流量、２１．４kPaの公称ダウンフォースで≧１，０００Å/minのタングステン除去速度を有し；そして、ケミカルメカニカルポリッシングパッドが、ポリマー中空コア微粒子を含有するポリウレタン研磨層およびポリウレタン含浸不織布サブパッドを含む、請求項１に記載の方法。
- 提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物が、初期成分として：
水；
０．０１〜１０wt%の酸化剤（ここで、酸化剤は、過酸化水素である）；
５０〜１０００ppmのアルギン酸塩；
０．０１〜１０wt%のコロイダルシリカ砥粒；
１〜２，６００ppmのジカルボン酸；
１００〜１，０００ppmの鉄（ＩＩＩ）イオン源（ここで、鉄（ＩＩＩ）イオン源は、硝酸鉄九水和物である）；および
場合により、ｐＨ調整剤を含み；
ケミカルメカニカルポリッシング組成物が１〜７のｐＨを有する、請求項１に記載の方法。 - 提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物が、２００mm研磨機上、毎分８０回転のプラテン速度、毎分８１回転のキャリヤ速度、１２５mL/minのケミカルメカニカルポリッシング組成物流量、２１．４kPaの公称ダウンフォースで≧１，０００Å/minのタングステン除去速度を有し；そして、ケミカルメカニカルポリッシングパッドが、ポリマー中空コア微粒子を含有するポリウレタン研磨層およびポリウレタン含浸不織布サブパッドを含む、請求項３に記載の方法。
- 提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物が、初期成分として：
水；
０．１〜５wt%の酸化剤（ここで、酸化剤は、過酸化水素である）；
６００〜１０００ppmのアルギン酸塩；
０．０５〜７．５wt%のコロイダルシリカ砥粒；
１００〜１，４００ppmのジカルボン酸；
１５０〜７５０ppmの鉄（ＩＩＩ）イオン源（ここで、鉄（ＩＩＩ）イオン源は、硝酸鉄である）；および
場合により、ｐＨ調整剤を含み；
ケミカルメカニカルポリッシング組成物が１．５〜４．５のｐＨを有する、請求項１に記載の方法。 - 提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物が、２００mm研磨機上、毎分８０回転のプラテン速度、毎分８１回転のキャリヤ速度、１２５mL/minのケミカルメカニカルポリッシング組成物流量、２１．４kPaの公称ダウンフォースで≧１，０００Å/minのタングステン除去速度を有し；そして、ケミカルメカニカルポリッシングパッドが、ポリマー中空コア微粒子を含有するポリウレタン研磨層およびポリウレタン含浸不織布サブパッドを含む、請求項５に記載の方法。
- 提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物が、初期成分として：
水；
０．１〜３wt%の酸化剤（ここで、酸化剤は、過酸化水素である）；
６００〜９００ppmのアルギン酸塩；
０．１〜５wt%のコロイダルシリカ砥粒；
１２０〜１，３５０ppmのジカルボン酸（ここで、ジカルボン酸は、マロン酸である）；
２００〜５００ppmの鉄（ＩＩＩ）イオン源（ここで、鉄（ＩＩＩ）イオン源は、硝酸鉄である）；および
場合により、ｐＨ調整剤を含み；
ケミカルメカニカルポリッシング組成物が１．５〜３．５のｐＨを有する、請求項１に記載の方法。 - 提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物が、２００mm研磨機上、毎分８０回転のプラテン速度、毎分８１回転のキャリヤ速度、１２５mL/minのケミカルメカニカルポリッシング組成物流量、２１．４kPaの公称ダウンフォースで≧１，０００Å/minのタングステン除去速度を有し；そして、ケミカルメカニカルポリッシングパッドが、ポリマー中空コア微粒子を含有するポリウレタン研磨層およびポリウレタン含浸不織布サブパッドを含む、請求項７に記載の方法。
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