JP2020117709A - 低研磨材濃度及び化学添加剤の組み合わせを有するシャロートレンチアイソレーション（ｓｔｉ）化学機械平坦化（ｃｍｐ）研磨 - Google Patents

低研磨材濃度及び化学添加剤の組み合わせを有するシャロートレンチアイソレーション（ｓｔｉ）化学機械平坦化（ｃｍｐ）研磨 Download PDF

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Abstract

【課題】シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）化学機械平坦化（ＣＭＰ）研磨組成物、方法及びそれを使用する装置の提供。【解決手段】ＣＭＰ研磨組成物は、セリアコートシリカ等のセリアコート無機酸化物粒子の研磨材；及び高い酸化物膜除去速度を提供するための２重の化学添加剤を含む。２重の化学添加剤は、同じ分子上に負及び正電荷を有するゼラチン化合物と、同じ分子中に複数のヒドロキシル官能基を有する非イオン性有機分子とを含む。【選択図】なし

Description

関連出願の相互参照
本件は、２０１９年１月２５日に出願された米国仮出願第６２／７９６，７８６号の利益を主張する。第６２／７９６，７８６号の開示は、参照によって本開示に組み込まれる。
本発明の背景
本発明は、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）プロセスについて高い酸化物膜除去速度を有する、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）化学機械平坦化（ＣＭＰ）組成物及び化学機械平坦化（ＣＭＰ）方法、装置に関する。
マイクロエレクトロニクスデバイスの製造において、含まれる重要な工程は、研磨、特に選択された材料を回収し、及び／又は構造を平坦化するための表面の化学機械研磨である。
例えば、ＳｉＮ層は、研磨停止層として働くように、ＳｉＯ２層の下に堆積する。係る研磨停止の働きは、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）構造において特に重要である。選択性は、酸化物研磨速度と窒化物研磨速度の比として特徴的に表現される。例は、窒化ケイ素（ＳｉＮ）と比較した二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の増加した研磨選択率である。
パターン化ＳＴＩ構造の全体的な平坦化において、ＳｉＮ膜除去速度の低減及び酸化物トレンチディッシングの低減は、考慮される２つの重要な要素である。より低いトレンチ酸化物損失は、隣接したトランジスタ間に漏れる電流を防止する。ダイにわたる（ダイ内の）不均一なトレンチ酸化物損失はトランジスタ性能及びデバイス歩留まりに影響する。深刻なトレンチ酸化物損失（高い酸化物トレンチディッシング）は、トランジスタの絶縁を悪くし、デバイス障害をもたらす。したがって、ＳＴＩ ＣＭＰ研磨組成物において酸化物トレンチディッシングの低減により、トレンチ酸化物損失を低減することは重要である。
米国特許第５，８７６，４９０号は、研磨材粒子を含有し、法線応力効果を示す研磨組成物を開示する。スラリーはさらに非研磨粒子を含有し、研磨材粒子が高台で高い研磨速度を維持する一方で、凹部（リセス）で低減された研磨速度をもたらす。これは改善された平坦化をもたらす。より具体的には、スラリーは酸化セリウム粒子及び高分子電解質を含み、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）研磨応用に用いることができる。
米国特許第６，９６４，９２３号は、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）研磨応用のための酸化セリウム粒子及び高分子電解質を含有する研磨組成物を教示する。用いられる高分子電解質は、米国特許第５，８７６，４９０号におけるものと類似したポリアクリル酸の塩を含む。セリア、アルミナ、シリカ及びジルコニアは研磨材として用いられる。係る示された高分子電解質の分子量は３００〜２０，０００であり、ただし全体で＜１００，０００である。
米国特許第６，６１６，５１４号は、化学機械研磨により、窒化ケイ素に優先して物品の表面から第１の物質を除去するのに使用される化学機械研磨スラリーを開示する。この発明による化学機械研磨スラリーは、研磨材と、水性媒体と、プロトンが解離しない有機ポリオールとを含み、前記有機ポリオールは、水性媒体中で解離性でない少なくとも３つのヒドロキシル基を有する化合物、又は水性媒体中で解離性でない少なくとも３つのヒドロキシル基を有する少なくとも１種のモノマーから形成されたポリマーを含む。
米国特許第６，９８４，５８８号は、３超のｐＨにおいて溶解性セリウム化合物を含む化学機械研磨組成物、並びに集積回路及び半導体の製造中にシングルステップにおいて窒化シリコン膜層に優先して選択的に酸化ケイ素過充填を研磨する方法を開示する。
米国特許第６，５４４，８９２号は、研磨パッドと、水と、研磨材粒子と、カルボン酸官能基とアミン及びハロゲン化物から選択された第２の官能基の両方を有する有機化合物とを用いて表面を研磨することを含む化学機械研磨により、物品の表面から窒化ケイ素に優先して二酸化ケイ素を除去する方法を開示する。
米国特許第７，２４７，０８２号は、研磨材、ｐＨ調節剤、選択比の向上剤、及び水を含む研磨組成物であって、研磨組成物の質量に基づいて、研磨材が０．５〜３０質量％の量で含有され、ｐＨ調節剤が０．０１〜３質量％の量で含有され、選択比の向上剤が０．３〜３０質量％の量で含有され、水が４５〜９９．４９質量％の量で含有され、向上剤がメチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、イソプロピルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、エチレンジアミン、１，２−ジアミノプロパン、１，３−プロパンジアミン、１，４−ブタンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−１，６−ジアミノヘキサン、６−（ジメチルアミノ）−１−ヘキサノール、ビス（３−アミノプロピル）アミン、トリエチレンテトラアミン、ジエチレングリコールビス（３−アミノプロピル）エーテル、ピペラジン、及びピペリジンからなる群から選択される１種又はそれより多くの化合物である研磨組成物を開示する。
米国特許第８，７７８，２０３号は、基材の表面上の標的材料を選択的に除去する方法を開示する。方法は、標的材料及び非標的材料を含む基材を与える工程；所定の溶存酸素濃度を達成するように研磨溶液に酸素を溶解させる工程であって、研磨溶液は約５〜約１１のｐＨを有し、研磨溶液は複数の研磨材シリカ粒子を含み、前記複数の研磨材シリカ粒子の少なくとも幾つかは、ｎ−（トリメトキシシリルプロピル）イソチオロニウムクロリドで官能化されている工程；前記研磨溶液に連続的に実質的に純粋な酸素を適用することにより、約８．６ｍｇ／Ｌ〜約１６．６ｍｇ／Ｌにて、又は約８．６ｍｇ／Ｌ〜約１６．６ｍｇ／Ｌで前記研磨溶液の所定の溶存酸素濃度を維持する工程；研磨パッド及び表面の間に研磨溶液を配置する工程；表面に研磨パッドを適用する工程；及び選択的に、標的材料の所定厚さを除去する工程を含み；研磨溶液の溶存酸素含有量を変えることにより、除去工程中の標的材料対非標的材料の除去比が変化する。
米国特許第６，９１４，００１号は以下を含む化学的機械研磨方法を開示する：半導体ウェハの表面と研磨パッドの表面とを接触させること；研磨パッドの表面及び半導体ウェハの表面間のインターフェイスに、研磨材粒子と、除去速度促進剤と、異なる第１及び第２のパッシベーション剤とを含有する水溶液を供給すること、ただし第１のパッシベーション剤はアニオン性、カチオン性又は非イオン性界面活性剤である；及び研磨パッドの表面に対して半導体ウェハの表面を回転させて、半導体ウェハ上の酸化物材料を除去すること。
しかしながら、これらの先に開示されたシャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）研磨組成物は、高い酸化物対窒化物選択性とともに、酸化物膜除去速度加速、ＳｉＮ膜除去速度抑制及び酸化物トレンチディッシングの低減、及び研磨されたパターン化ウェハ上のより均一な酸化物トレンチディッシングの重要性に対処しなかった。
したがって二酸化ケイ素の高い除去速度及び窒化ケイ素に対する二酸化ケイ素の高選択率に加えて、ＳＴＩ化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスにおいて、増加した酸化物膜除去速度、低減されたＳｉＮ膜除去速度及び低減された酸化物トレンチディッシング及びパターン化ウェハの研磨時の種々のサイズの酸化物トレンチ特徴にわたるより均一な酸化物トレンチディッシングを与えることができるＳＴＩ化学機械研磨の組成物、方法及び装置に対する分野内の必要が依然としてあることは、上記から容易に明らかになるはずである。
本発明の概要
本開示は、セリアコート無機酸化物研磨材の相対的な低濃度の使用により、増加した高い酸化物膜除去速度、抑制されたＳｉＮ膜除去速度及び増加したＴＥＯＳ：ＳｉＮ選択性及び研磨されたパターン化ウェハ上の低減された酸化物トレンチディッシングを提供するＳＴＩ ＣＭＰ研磨組成物、方法及び装置を提供する。
１つの側面において、本開示は：セリアコート無機酸化物粒子；負及び正電荷を有する少なくとも１種のゼラチン化合物；１つより多くのヒドロキシル官能基を有する少なくとも１種の非イオン性有機分子；溶媒；及び任意選択的に、少なくとも１種のバイオサイド；及び少なくとも１種のｐＨ調節剤を含み、２〜１２のｐＨを有する化学機械研磨組成物を提供する。
別の側面において、本開示は、以下の工程を含む、酸化ケイ素膜を含む少なくとも１つの表面を有する半導体基材の化学機械研磨（ＣＭＰ）方法を提供する：半導体基材を与える工程；研磨パッドを与える工程；セリアコート無機酸化物粒子；負及び正電荷を有する少なくとも１種のゼラチン化合物；１つより多くのヒドロキシル官能基を有する少なくとも１種の非イオン性有機分子；溶媒；及び任意選択的に、少なくとも１種のバイオサイド；及び少なくとも１種のｐＨ調節剤を含み、２〜１２のｐＨを有する化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物を与える工程；半導体基材の表面を研磨パッド及び化学機械研磨組成物と接触させる工程；及び二酸化ケイ素を含む少なくとも１つの表面を研磨する工程。
さらに別の側面において、本発明は、半導体基材；セリアコート無機酸化物粒子；負及び正電荷を有する少なくとも１種のゼラチン化合物；１つより多くのヒドロキシル官能基を有する少なくとも１種の非イオン性有機分子；溶媒；及び任意選択的に、少なくとも１種のバイオサイド；及び少なくとも１種のｐＨ調節剤を含み、２〜１２のｐＨを有する化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物；及び研磨パッドを含み、酸化ケイ素膜を含む少なくとも１つの表面が研磨パッド及び化学機械研磨組成物に接している、酸化ケイ素膜を含む少なくとも１つの表面を有する半導体基材の化学機械研磨（ＣＭＰ）のための装置を提供する。
発明の詳細な説明
パターン化ＳＴＩ構造の全体的な平坦化において、ＳｉＮ除去速度の抑制、種々のサイズの酸化物トレンチ特徴にわたる酸化物トレンチディッシングの低減、酸化物膜除去速度の加速、及び研磨材として相対的に低濃度のセリアコート無機酸化物粒子を用いることは考慮される重要な要素である。
より低いトレンチ酸化物損失は、隣接したトランジスタ間に漏れる電流を防止する。ダイにわたる（ダイ内の）不均一なトレンチ酸化物損失はトランジスタ性能及びデバイス歩留まりに影響する。深刻なトレンチ酸化物損失（高い酸化物トレンチディッシング）は、トランジスタの絶縁を悪くし、デバイス障害をもたらす。したがって、ＳＴＩ ＣＭＰ研磨組成物において酸化物トレンチディッシングの低減によってトレンチ酸化物損失を低減することは重要である。
本発明は、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）ＣＭＰ応用のための、２重の化学添加剤と、研磨材として低濃度のセリアコート複合粒子とを用いる化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物に関する。
より具体的には、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）ＣＭＰ応用のための開示した化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物は、セリアコート無機酸化物研磨材粒子、並びに酸化物膜除去速度の加速、酸化物トレンチディッシングの低減及び窒化物除去速度の抑制のための２重の化学添加剤としての２種類の化学添加剤の使用の独特の組み合わせを有する。
１つの側面において、：セリアコート無機酸化物粒子；負及び正電荷を有する少なくとも１種のゼラチン化合物；１つより多くのヒドロキシル官能基を有する少なくとも１種の非イオン性有機分子；溶媒；及び任意選択的に、少なくとも１種のバイオサイド；及び少なくとも１種のｐＨ調節剤を含み、２〜１２、好ましくは３〜１０、より好ましくは４〜９、最も好ましくは４．５〜７．５のｐＨを有する化学機械研磨組成物が提供される。
ゼラチン又はゼラチン化合物は、種々の動物の体部分又は合成化学から得られたコラーゲン由来の無色で無味な水溶性のコラーゲンペプチドである。ゼラチン化合物は有機又は無機であることができ、天然源又は合成化学のいずれかから製造されることができる。ゼラチンは同じ分子上に負及び正電荷を有し、約５０又はより少ないアミノ酸を含有する。
ゼラチンは、例えば、冷水魚の皮膚、豚の皮膚、及び牛の皮膚等の動物の皮膚から製造することができる。
本開示で開示された組成物中で用いられる第１の種類の化学添加剤は、少なくとも１種のゼラチン化合物（本開示で型Ｉと呼ばれる場合がある）であり、それは主として酸化物膜の除去速度を増加させ、ディッシング欠陥を低減する働きをする。
ゼラチン分子の分子構造は下記のように示される：
ゼラチン化合物に関して示された分子構造として、それは、同じ分子上に負及び正電荷を含有する。したがって、ゼラチン化合物は、分子の全体にわたる種々の位置で正と負両方の電荷を有する双性イオンを有する分子の種類として記載することができる。
本開示で開示された組成物中で用いられる第２の種類の化学添加剤（本開示で型ＩＩと呼ばれる場合がある）は、
からなる群から選択される一般分子構造を有する、１つより多くのヒドロキシル官能基を有する少なくとも１種の非イオン性有機分子である。
一般分子構造（ａ）において、ｎは２〜５，０００、好ましくは３〜１２、より好ましくは４〜６から選択される。
これらの一般分子構造において；Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３基は同じか異なる原子又は官能基である。
Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３は、水素、アルキル基ＣｘＨ２ｘ＋１（式中、ｘは１〜１２である。）、アルコキシ、１つ又はそれより多くのヒドロキシル基を有する有機基、置換有機スルホン酸、置換有機スルホン酸塩、置換有機カルボン酸、置換有機カルボン酸塩、有機カルボン酸エステル、有機アミン基、及びこれらの組み合わせからなる群から独立して選択され、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３のうちの少なくとも２つは水素原子である。
別の実施態様において、型ＩＩの化学添加剤は以下に示される一般構造を有する：
この構造において、１つの−ＣＨＯ官能基は末端官能基として分子の１つの端部に位置する；ｎは、２〜５，０００、３〜１２、好ましくは４〜７から選択される。
Ｒ１及びＲ２の各々は、水素、アルキル、アルコキシ、１つ又はそれより多くのヒドロキシル基を有する有機基、置換有機スルホン酸、置換有機スルホン酸塩、置換有機カルボン酸、置換有機カルボン酸塩、有機カルボン酸エステル、有機アミン基、及びこれらの組み合わせからなる群から独立して選択され、１つの−ＣＨＯ官能基は末端官能基として分子の１つの端部に位置する。
さらに別の実施態様において、型ＩＩの化学添加剤は、少なくとも１つの（ｃ）、少なくとも１つの（ｄ）、少なくとも１つの（ｅ）及びこれらの組み合わせを含む群から選択される分子構造を有する；
これらの一般分子構造において；Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、及びＲ１４は同じか異なる原子又は官能基であることができる。
構造（ｃ）、（ｄ）、及び（ｅ）について、Ｒ１〜Ｒ１４は、水素、アルキル、アルコキシ、１つ又はそれより多くのヒドロキシル基を有する有機基、置換有機スルホン酸、置換有機スルホン酸塩、置換有機カルボン酸、置換有機カルボン酸塩、有機カルボン酸エステル、及び有機アミン基からなる群から各々独立して選択され、Ｒ１〜Ｒ１４のうちの少なくとも２つは水素原子である。
さらに、別の実施態様において、型ＩＩの化学添加剤は、分子単位構造中に複数のヒドロキシル官能基を含有する少なくとも１つのポリオール分子単位と結合した少なくとも１つの六員環構造モチーフエーテルを含有するか、分子単位構造中に複数のヒドロキシル官能基を含有する少なくとも１つのポリオール分子単位と、少なくとも１つの六員環ポリオールとを含有する。ポリオールは、１つより多くののヒドロキシル基を含有する有機化合物である。
化学添加剤に関する一般分子構造は（ｆ）：
に示される。
構造（ｆ）において、一般分子構造（ｆ）中のＲ１〜Ｒ５のうちの少なくとも１つは、（ｉ）：
（式中、ｎ及びｍは同じか異なることができ；ｍ又はｎは１〜５、好ましくは１〜４、より好ましくは１〜３、最も好ましくは１〜２から独立して選択され；Ｒ６〜Ｒ９は、同じか異なる原子又は官能基であることができ；Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、及びＲ９の各々は、水素、アルキル、アルコキシ、１つ又はそれより多くのヒドロキシル基を有する有機基、置換有機スルホン酸、置換有機スルホン酸塩、置換有機カルボン酸、置換有機カルボン酸塩、有機カルボン酸エステル、有機アミン、及びこれらの組み合わせからなる群から独立して選択され；それらのうちの少なくとも２つは水素原子である。）
に示される構造を有するポリオール分子単位であり；
Ｒ１〜Ｒ５の基における残りのＲは、水素、アルキル、アルコキシ、１つ又はそれより多くのヒドロキシル基を有する有機基、置換有機スルホン酸又は塩、置換有機カルボン酸又は塩、有機カルボン酸エステル、有機アミン、（ｉｉ）：
（式中、構造（ｉｉ）は、（ｉｉ）におけるＲ１１〜Ｒ１４から１つのＲを除去することにより、酸素炭素結合を介して構造（ｆ）に結合し、残りのＲ１０〜Ｒ１４の各々は、水素、アルキル、アルコキシ、１つ又はそれより多くのヒドロキシル基を有する有機基、置換有機スルホン酸又は塩、置換有機カルボン酸又は塩、有機カルボン酸エステル、有機アミン、及びこれらの組み合わせからなる群から独立して選択される。）に示される構造を有する六員環ポリオール；及びこれらの組み合わせからなる群から独立して選択することができる。
一般分子構造（ｆ）において、基Ｒ１〜Ｒ９のＲのうちの少なくとも２つ、少なくとも４つ、又は少なくとも６つは水素原子である。したがって、化学添加剤はその分子構造中に少なくとも２つ、少なくとも４つ、又は少なくとも６つのヒドロキシル官能基を含有する。
別の実施態様において、１つより多くのヒドロキシル官能基を有する少なくとも１種の非イオン性有機分子が、以下の
（式中、構造（ａ）について、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３は、水素、アルキル基ＣｘＨ２ｘ＋１（式中、ｘは１〜１２である。）、アルコキシ、１つ又はそれより多くのヒドロキシル基を有する有機基、置換有機スルホン酸、置換有機スルホン酸塩、置換有機カルボン酸、置換有機カルボン酸塩、有機カルボン酸エステル、有機アミン基、及びこれらの組み合わせからなる群から独立して選択され、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３のうちの少なくとも２つは水素原子であり；ｎは、２〜５，０００、３〜１２、及び４〜６からなる群から選択される数である。）；
（式中、構造（ｂ）について、Ｒ１及びＲ２は、水素、アルキル、アルコキシ、１つ又はそれより多くのヒドロキシル基を有する有機基、置換有機スルホン酸、置換有機スルホン酸塩、置換有機カルボン酸、置換有機カルボン酸塩、有機カルボン酸エステル、有機アミン基、及びこれらの組み合わせからなる群から独立して選択され、１つの−ＣＨＯ官能基は、末端官能基としての分子の１つの端部に位置し；ｎは、２〜５，０００、３〜１２、及び４〜７からなる群から選択される数である。）；
（式中、構造（ｃ）、（ｄ）、及び（ｅ）について、Ｒ１〜Ｒ１４は、水素、アルキル、アルコキシ、１つ又はそれより多くのヒドロキシル基を有する有機基、置換有機スルホン酸、置換有機スルホン酸塩、置換有機カルボン酸、置換有機カルボン酸塩、有機カルボン酸エステル、及び有機アミン基からなる群から各々独立して選択され、Ｒ１〜Ｒ１４のうちの少なくとも２つは水素原子である。）；
（式中、構造（ｆ）において、Ｒ１〜Ｒ５のうちの少なくとも１つは、構造（ｉ）：
（式中、構造（ｉ）について、ｎ及びｍは１〜５から選択され；Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、及びＲ９の各々は、水素、アルキル、アルコキシ、１つ又はそれより多くのヒドロキシル基を有する有機基、置換有機スルホン酸、置換有機スルホン酸塩、置換有機カルボン酸、置換有機カルボン酸塩、有機カルボン酸エステル、及び有機アミンからなる群から独立して選択され、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、及びＲ９のうちの少なくとも２つは水素原子である。）を有するポリオール部分であり；構造（ｆ）において、Ｒ１〜Ｒ５の各々は、水素、アルキル、アルコキシ、１つ又はそれより多くのヒドロキシル基を有する有機基、置換有機スルホン酸又は塩、置換有機カルボン酸又は塩、有機カルボン酸エステル、有機アミン、及び（ｉｉ）：
（式中、構造（ｉｉ）は、Ｒ１１〜Ｒ１４のうちの１つを除去することにより、酸素炭素結合を介して構造（ｆ）に結合し、構造（ｉｉ）について、Ｒ１０〜Ｒ１４の各々は、水素、アルキル、アルコキシ、１つ又はそれより多くのヒドロキシル基を有する有機基、置換有機スルホン酸又は塩、置換有機カルボン酸又は塩、有機カルボン酸エステル、及び有機アミンからなる群から独立して選択される。）に示される構造を有する六員環ポリオールからなる群から独立して選択され、構造（ｆ）におけるＲ１〜Ｒ９のうちの少なくとも２つは水素原子である。）からなる群から選択される一般分子構造を有し、１つより多くのヒドロキシル官能基を有する少なくとも１種の非イオン性有機分子が、０．００１質量％〜２．０質量％、０．００２５質量％〜１．０質量％、及び０．０５質量％〜０．５質量％からなる群から選択される濃度において組成物中に存在する、化学機械研磨組成物が提供される。
（本開示で型ＩＩの化学添加剤と呼ばれることもある）１つより多くのヒドロキシル官能基を有する少なくとも１種の非イオン性有機分子の例としては、マルチトール、ラクチトール、マルトトリイトール、リビトール、Ｄ−ソルビトール、マンニトール、ズルシトール、イジトール、Ｄ−（−）−フルクトース、ソルビタン、スクロース、リボース、イノシトール、グルコース、Ｄ−アラビノース、Ｌ−アラビノース、Ｄ−マンノース、Ｌ−マンノース、ｍｅｓｏ−エリトリトール、β−ラクトース、アラビノース、及びこれらの組み合わせが挙げられる。好ましい１つより多くのヒドロキシル官能基を有する少なくとも１種の非イオン性有機分子は、マルチトール、ラクチトール、マルトトリイトール、Ｄ−ソルビトール、マンニトール、ズルシトール、イジトール、Ｄ−（−）−フルクトース、スクロース、リボース、イノシトール、グルコース、Ｄ−（＋）−マンノース、β−ラクトース、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される。より好ましい１つより多くのヒドロキシル官能基を有する少なくとも１種の非イオン性有機分子は、マルチトール、ラクチトール、マルトトリイトール、Ｄ−ソルビトール、マンニトール、ズルシトール、Ｄ−（−）−フルクトース、β−ラクトース、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される。
幾つかの実施態様において、ＣＭＰ研磨組成物を２つ又はそれより多くの成分とし、使用の時点で混合することができる。
別の側面において、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）プロセスにおいて、上記の化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物を用いる二酸化ケイ素を含む少なくとも１つの表面を有する基材の化学機械研磨（ＣＭＰ）の方法が提供される。
別の側面において、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）プロセスにおいて、上記の化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物を用いる二酸化ケイ素を含む少なくとも１つの表面を有する基材の化学機械研磨（ＣＭＰ）の装置が提供される。
研磨される酸化物膜は、化学気相堆積（ＣＶＤ）、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、高密度堆積ＣＶＤ（ＨＤＰ）、又はスピンオン酸化物膜であることができる。
上に開示された基材は、窒化ケイ素表面をさらに含むことができる。ＳｉＯ２：ＳｉＮの除去選択性は、窒化ケイ素より３０より大きく、好ましくは６０より大きく、より好ましくは１００より大きい。
係る２重の化学添加剤のアプローチは、相対的に低いセリアコート無機酸化物粒子の使用を許容し、本発明の研磨組成物中で用いられる２重の化学添加剤のうちの１つからの酸化物膜除去速度加速効果によって高く望ましい酸化物膜除去速度を依然として達成する。
本開示に開示したＳＴＩ ＣＭＰ組成物は、０．０００１質量％〜２．０質量％、好ましくは０．００１質量％〜１．０質量％、より好ましくは０．００２質量％〜０．５質量％、最も好ましくは０．００２５質量％〜０．２５質量％のゼラチン化合物を酸化物膜除去速度加速剤、ＳｉＮ膜除去速度抑制剤及び酸化物トレンチディッシング低減剤として含む。
本開示に開示したＳＴＩ ＣＭＰ組成物は、０．００１質量％〜２．０％質量％、好ましくは０．００２５質量％〜１．０質量％、より好ましくは０．０５質量％〜０．５質量％の１つより多くのヒドロキシル官能基を有する少なくとも１種の非イオン性有機分子を含む。
２種類の化学添加剤（少なくとも１種のゼラチン及び１つより多くのヒドロキシル官能基を有する少なくとも１種の非イオン性有機分子）から選択され、同じＳＴＩ ＣＭＰ研磨組成物中で用いられる２重の化学添加剤は、高い酸化物膜除去速度、低いＳｉＮ膜除去速度、高く、調整可能な酸化物：ＳｉＮ選択性を達成し、より重要なことには、著しく低減された酸化物トレンチディッシングを提供し、パターン化ウェハの研磨時の過研磨ウィンドウ安定性を改善するという利点を提供する。
セリアコート無機酸化物粒子としては、以下に制限されるものではないが、セリアコートコロイダルシリカ、セリアコートアルミナ、セリアコートチタニア、セリアコートジルコニア、又は任意の他のセリアコート無機酸化物粒子が挙げられる。これらのセリアコート無機酸化物粒子は相対的な低濃度で研磨材として用いることができ、依然として、望ましく、高い酸化物膜除去速度を達成することができる。
本開示に開示した発明でのこれらのセリアコート無機酸化物粒子の粒子サイズは、１０ｎｍ〜１，０００ｎｍの範囲であり、好ましい平均粒子サイズは２０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲であり、より好ましい平均粒子サイズは５０ｎｍ〜２５０ｎｍの範囲である。
これらのセリアコート無機酸化物粒子の濃度は、０．０１質量％〜２質量％、好ましくは０．０２質量％〜０．５質量％、より好ましくは０．０２５質量％〜０．２質量％、最も好ましくは０．０５質量％〜０．１質量％の低濃度範囲にあることができる。
好ましいセリアコート無機酸化物粒子はセリアコートコロイダルシリカ粒子である。
水溶性溶媒としては、以下に制限されるものではないが、脱イオン（ＤＩ）水、蒸留水、及びアルコール有機溶媒が挙げられる。
好ましい水溶性溶媒はＤＩ水である。
ＳＴＩ ＣＭＰ組成物は、０．０００１質量％〜０．０５質量％、好ましくは０．０００５質量％〜０．０２５質量％、より好ましくは０．００１質量％〜０．０１質量％のバイオサイドを含有することができる。
バイオサイドとしては、以下に制限されるものではないが、Ｄｕｐｏｎｔ／Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．からの、ＫａｔｈｏｎＴＭ、ＫａｔｈｏｎＴＭＣＧ／ＩＣＰ ＩＩ、Ｄｕｐｏｎｔ／Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．からのＢｉｏｂａｎが挙げられる。それらは、５−クロロ−２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オン及び２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オンの活性成分を有する。
ＳＴＩ ＣＭＰ組成物はｐＨ調節剤を含有することができる。
酸性又は塩基性のｐＨ調節剤を用いて、最適化されたｐＨ値にＳＴＩ研磨組成物を調節することができる。
ｐＨ調節剤としては、以下に制限されるものではないが、硝酸、塩酸、硫酸、リン酸、他の無機又は有機酸、及びこれらの混合物が挙げられる。
ｐＨ調節剤としては、水素化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、テトラアルキル水酸化アンモニウム、有機水酸化第４級アンモニウム化合物、有機アミン、及びよりアルカリ性の方向に向けてｐＨを調節するのに用いることができる他の化学試薬等の塩基性のｐＨ調節剤も挙げられる。
ＳＴＩ ＣＭＰ組成物は、０質量％〜１質量％；好ましくは０．０１質量％〜０．５質量％、より好ましくは０．１質量％〜０．２５質量％のｐＨ調節剤を含有する。
別の側面において、次の工程を含む、酸化ケイ素膜を含む少なくとも１つの表面を有する半導体基材の化学機械研磨（ＣＭＰ）方法が提供される：半導体基材を与える工程；研磨パッドを与える工程；セリアコート無機酸化物粒子；負及び正電荷を有する少なくとも１種のゼラチン化合物；１つより多くのヒドロキシル官能基を有する少なくとも１種の非イオン性有機分子；溶媒；及び任意選択的に、少なくとも１種のバイオサイド；及び少なくとも１種のｐＨ調節剤を含み、２〜１２のｐＨを有する化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物を与える工程；半導体基材の表面を研磨パッド及び化学機械研磨組成物と接触させる工程；及び二酸化ケイ素を含む少なくとも１つの表面を研磨する工程。
別の側面において、酸化ケイ素膜を含む少なくとも１つの表面を有する半導体基材の化学機械研磨（ＣＭＰ）のための装置であって：半導体基材；セリアコート無機酸化物粒子；負及び正電荷を有する少なくとも１種のゼラチン化合物；１つより多くのヒドロキシル官能基を有する少なくとも１種の非イオン性有機分子；溶媒；及び任意選択的に、少なくとも１種のバイオサイド；及び少なくとも１種のｐＨ調節剤を含み、２〜１２のｐＨを有する化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物；及び研磨パッドを含み、酸化ケイ素膜を含む少なくとも１つの表面が研磨パッド及び化学機械研磨組成物に接している装置が提供される。
研磨される酸化物膜は、化学気相堆積（ＣＶＤ）、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、高密度堆積ＣＶＤ（ＨＤＰ）、又はスピンオン酸化物膜であることができる。
上記で開示された基材は、窒化ケイ素表面をさらに含むことができる。ＳｉＯ２：ＳｉＮの除去選択性は、４０超、好ましくは５０超、より好ましくは９０超である。
別の側面において、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）プロセスにおいて、上記の化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物を用いて、二酸化ケイ素を含む少なくとも１つの表面を有する基材の化学機械研磨（ＣＭＰ）の方法が提供される。研磨される酸化物膜は、ＣＶＤ酸化物、ＰＥＣＶＤ酸化物、高密度酸化物、又はスピンオン酸化物膜であることができる。
以下の非限定的な例はさらに本発明を説明するために示される。
例
ＣＭＰ方法論
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施された。
用語成分
セリアコートシリカ：約１００ナノメートル（ｎｍ）の粒子サイズを有する研磨材として用いられる；係るセリアコートシリカ粒子は、約８０ナノメートル（ｎｍ）〜２００ナノメートル（ｎｍ）の範囲の粒子サイズを有することができる；
（種々のサイズを有する）セリアコートシリカ粒子は、日本のＪＧＣＣ Ｉｎｃ．によって供給された。これらのセリアコートコロイダルシリカ粒子は、アルカリ性のｐＨ、典型的には＞９．０を有する水溶液中で分散し、それは、本発明において試験されたすべてのｐＨ条件を含む広いｐＨ条件範囲において高度に負のゼータ電位を示した。
ゼラチン化合物、マルチトール、Ｄ−フルクトース、ズルシトール、Ｄ−ソルビトール等の化学添加剤及び他の化学原料物質は、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ，Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯによって供給されたか、Ａｌｌｅｎｔｏｗｎ，ＰＡのＥｖｏｎｉｋ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓによって供給された。
ＴＥＯＳ：テトラエチルオルトシリケート
研磨パッド：研磨パッド、すなわちＩＣ１０１０及び他のパッドは、ＣＭＰ中に用いられ、Ｄｏｗ Ｉｎｃ．により供給された。
パラメータ
一般
Å又はＡ：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：キャリア速度
ＤＦ：下向き力：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（ｓ）
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（回転数毎分）
ＳＦ：組成物流量、ｍｌ／ｍｉｎ
質量％：（示された成分の）質量パーセント
ＴＥＯＳ：ＳｉＮ選択性：（ＴＥＯＳの除去速度）／（ＳｉＮの除去速度）
ＨＤＰ：高密度プラズマ堆積ＴＥＯＳ
ＴＥＯＳ又はＨＤＰの除去速度：所与の下向き圧力にて測定されたＴＥＯＳ又はＨＤＰ除去速度。ＣＭＰツールの下向き圧力は以下に示された例において３．０ｐｓｉだった。
ＳｉＮ除去速度：所与の下向き圧力にて測定されたＳｉＮ除去速度。ＣＭＰツールの下向き圧力は以下に示された例において３．０ｐｓｉだった。
計測
膜は、Ｃｒｅａｔｉｖｅ Ｄｅｓｉｇｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｉｎｃ，２０５６５Ａｌｖｅｓ Ｄｒ．，Ｃｕｐｅｒｔｉｎｏ，ＣＡ，９５０１４よって製造されたＲｅｓＭａｐ ＣＤＥ、モデル１６８を用いて測定された。ＲｅｓＭａｐツールは四探針シート抵抗ツールである。膜について、５ｍｍの端部除外にて４９点の直径走査を行った。
ＣＭＰツール
用いられたＣＭＰツールは、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，３０５０Ｂｏｗｅｒｅｓ Ａｖｅｎｕｅ，Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，９５０５４によって製造された２００ｍｍのＭｉｒｒａ、又は３００ｍｍのＲｅｆｌｅｘｉｏｎ である。ＤＯＷ，Ｉｎｃ，４５１Ｂｅｌｌｅｖｕｅ Ｒｄ．，Ｎｅｗａｒｋ，ＤＥ１９７１３によって供給されたＩＣ１０００パッドを、ブランケット及びパターンウェハ研究に関してプラテン１上で用いた。
ＩＣ１０１０パッドは、コンディショナー上で７ｌｂｓの下向き力にて１８分間パッドをコンディショニングすることにより調整された。ツールの設定及びパッド調整を適格とするために、２つのタングステンモニター及び２つのＴＥＯＳモニターが、Ｖｅｒｓｕｍ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｉｎｃ．によって供給されたＶｅｒｓｕｍ（登録商標）ＳＴＩ２３０５組成物により、ベースライン条件で研磨された。
ウェハ
研磨実験は、ＰＥＣＶＤ、ＬＥＣＶＤ酸化ケイ素又は窒化ケイ素ウェハ、又はＨＤ ＴＥＯＳウェハを用いて行なわれた。これらのブランケットウェハは、Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｖａｌｌｅｙ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２９８５Ｋｉｆｅｒ Ｒｄ．，Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ，ＣＡ９５０５１から購入された。
研磨実験
ブランケットウェハ研究において、酸化物ブランケットウェハ及びＳｉＮブランケットウェハは、ベースライン条件で研磨された。ツールベースライン条件は次のとおりだった：テーブル速度；８７ｒｐｍ、ヘッド速度：９３ｒｐｍ、メンブレン圧力；３．０ｐｓｉＤＦ、組成物流量；２００ｍｌ／分。試験に用いられた研磨パッドは、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓによって供給されたＩＣ１０１０パッドだった。
組成物は、ＳＷＫ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ，Ｉｎｃ．２９２０Ｓｃｏｔｔ Ｂｌｖｄ．Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ９５０５４によって供給されたパターン化ウェハ（ＭＩＴ８６０）上での研磨実験に用いられた。これらのウェハはＶｅｅｃｏ ＶＸ３００ ｐｒｏｆｉｌｅｒ／ＡＦＭ装置で測定された。３つの異なるサイズのピッチ構造が、酸化物ディッシング測定に用いられた。ウェハは中心、中間、及び端部のダイ位置で測定された。
ＳＴＩ ＣＭＰ研磨組成物から得られたＴＥＯＳ：ＳｉＮ選択性：（ＴＥＯＳの除去速度）／（ＳｉＮの除去速度）は調整可能だった。
以下の実施例において、３種の参照ＳＴＩ研磨組成物が調製された。参照１（ｒｅｆ．１）組成物は、０．２質量％のセリアコートシリカ、０．０００１質量％〜０．０５質量％の範囲のバイオサイド及び脱イオン水を含んでいた。Ｒｅｆ．１は７．０のｐＨを有していた。参照２（ｒｅｆ．２）組成物は、０．２質量％のセリアコートシリカ、０．０００１質量％〜０．０５質量％の範囲のバイオサイド、０．１５質量％のＤ−ソルビトール及び脱イオン水を含んでいた。Ｒｅｆ．２も７．０のｐＨを有していた。参照３（ｒｅｆ．３）組成物は、０．２質量％のセリアコートシリカ、０．０００１質量％〜０．０５質量％の範囲のバイオサイド、魚の皮膚からの０．００８３質量％のゼラチン及び脱イオン水を含んでいた。Ｒｅｆ．３は７．０のｐＨを有していた。
２重の化学添加剤を用いる実施例研磨組成物は、０．２質量％のセリアコートシリカ、０．１５質量％のＤ−ソルビトール、冷水魚の皮膚から製造された０．００８３質量％のゼラチン、０．０００１質量％〜０．０５質量％の範囲のバイオサイド及び脱イオン水により調製された。組成物は７．０のｐＨを有していた。
例１
例１において、酸化物研磨に用いられた研磨組成物は、表１に示された。
異なる膜についての除去速度（ＲＲ、Å／ｍｉｎ）は試験され、膜除去速度及びＴＥＯＳ：ＳｉＮ膜選択性に対する２重の化学添加剤の効果が観察され、表１に示された。
用いられた研磨条件は次のとおりだった：８７／９３ｒｐｍのテーブル／ヘッド速度の３．０ｐｓｉ ＤＦ及びエクスサイチューコンディショニングにおけるダウのＩＣ１０１０パッド。
表１に示される結果として、２重の化学添加剤を有する実施例組成物はＴＥＯＳ及びＨＤＰの膜除去速度を効率よく加速した。
ｒｅｆ．３研磨組成物中の型Ｉ化学添加剤、冷水魚の皮膚から製造されたゼラチンは、同じｐＨ条件下で同じ濃度のセリアコートシリカ研磨材のみを用いたｒｅｆ．１研磨組成物と比較して、酸化物膜除去速度を著しく加速した。
ｒｅｆ．３研磨組成物中の型Ｉ化学添加剤、冷水魚の皮膚から製造されたゼラチンは、同じｐＨ条件下で同じ濃度のセリアコートシリカ研磨材のみを用いたｒｅｆ．１研磨組成物と比較して著しくＳｉＮ膜除去速度も加速した。
ｒｅｆ．２研磨組成物の中の型ＩＩ化学添加剤、Ｄ−ソルビトールは、同じｐＨ条件下で同じ濃度のセリアコートシリカ研磨材のみを用いたｒｅｆ．１研磨組成物と比較してＳｉＮ膜除去速度を著しく抑制した。したがって、ＴＥＯＳ：ＳｉＮ選択性は８：１から４０：１に増加した。
型Ｉ化学添加剤、冷水魚の皮膚から製造されたゼラチン、及び型ＩＩ化学添加剤、Ｄ−ソルビトールが実施例研磨組成物中でともに用いられた場合、酸化物膜除去速度は加速され、ＳｉＮ膜除去速度は抑制され、したがってＴＥＯＳ：ＳｉＮ選択性は、Ｒｅｆ．１試料からの８：１から実施例研磨組成物についての９４：１に著しく増加した。２重の化学添加剤に基づいた研磨組成物の９４：１のＴＥＯＳ：ＳｉＮ選択性は、型Ｉの１種若しくは型ＩＩの化学添加剤の１種のみを用いた研磨組成物、又はいずれの化学添加剤も用いない研磨組成物よりはるかに高いＴＥＯＳ：ＳｉＮ選択性である。
例２
例２において、酸化物研磨に用いられた研磨組成物は表１に示されるのと同じ物だった。
酸化物トレンチディッシング対種々の過研磨時間に対する２重の化学添加剤の効果は試験され、結果は表２に示された。
表２に示される結果として、２重の化学添加剤を用いる研磨組成物は、セリアコートシリカ研磨材のみを用いた参照試料と比較して、種々の過研磨時間に対して酸化物トレンチディッシングを著しく低減した。
２重の化学添加剤に基づいたＳＴＩ研磨組成物を、単一の化学添加剤、Ｄ−ソルビトールを用いたＳＴＩ研磨組成物ｒｅｆ．２と比較すると、種々のサイズの酸化物ピッチにわたって種々の過研磨時間に対する同様の酸化物ピッチディッシングが得られた。係る結果は、２重の化学添加剤に基づいたＳＴＩ研磨組成物中の第２の化学添加剤としてのゼラチンが、酸化物膜除去速度を著しく加速するが、依然として低い酸化物トレンチディッシング性能を維持したことを示した。
例３
例３において、酸化物研磨に用いられた研磨組成物は表１に示されるものと同じだった。
過研磨量に対する酸化物ピッチディッシングの傾きへの２重の化学添加剤の効果は試験され、結果は表３に示された。
表３に示される結果のように、研磨組成物中で２重の化学添加剤を用いることは、セリアコートシリカ研磨材のみを用いた参照試料、又は研磨組成物中で化学添加剤の単一の種類のみを用いる参照試料と比較して、過研磨量に対する酸化物ピッチディッシングの傾きを著しく低減した。
表３に示された結果は、セリアコートシリカ研磨材のみを用いた研磨組成物と比較して、Ｄ−ソルビトール又は魚の皮膚からのゼラチンのいずれかを研磨組成物中の単一の化学添加剤として用いることにより、著しくより低い、過研磨除去量に対する酸化物トレンチディッシングが提供されることも示した。
例４
例４において、酸化物研磨に用いられた研磨組成物は、表４に示された。
３つの参照ＳＴＩ研磨組成物が調製された。参照１（ｒｅｆ．１）組成物は、０．２質量％のセリアコートシリカ、０．０００１質量％〜０．０５質量％の範囲のバイオサイド及び脱イオン水を含んでいた。Ｒｅｆ．１は７．０のｐＨを有していた。参照２（ｒｅｆ．２）組成物は、０．２質量％のセリアコートシリカ、０．０００１質量％〜０．０５質量％の範囲のバイオサイド、０．２８質量％マルチトール及び脱イオン水を含んでいた。Ｒｅｆ．２も７．０のｐＨを有していた。参照３（ｒｅｆ．３）組成物は、０．２質量％のセリアコートシリカ、０．０００１質量％〜０．０５質量％の範囲のバイオサイド、０．００８３質量％の魚の皮膚からのゼラチン及び脱イオン水を含んでいた。Ｒｅｆ．３は７．０のｐＨを有していた。
２重の化学添加剤を用いる実施例研磨組成物は、０．２質量％のセリアコートシリカ、０．２８質量％のマルチトール、０．００８３質量％の冷水魚の皮膚から製造されたゼラチン、０．０００１質量％〜０．０５質量％の範囲のバイオサイド及び脱イオン水により調製された。組成物は７．０のｐＨを有していた。
異なる膜について除去速度（ＲＲ、Å／ｍｉｎ）が試験された。膜除去速度及びＴＥＯＳ：ＳｉＮ膜選択性に対する２重の化学添加剤の効果は観察され、表４に示された。
用いられる研磨工程条件は次のとおりだった：８７／９３ｒｐｍのテーブル／ヘッド速度の３．０ｐｓｉのＤＦ及びエクスサイチューコンディショニングにおけるダウのＩＣ１０１０パッド。
表４に示される結果のように、２重の化学添加剤を用いることは、ＴＥＯＳ及びＨＤＰの膜除去速度を効率よく加速した。
ｒｅｆ．３研磨組成物中の型Ｉ化学添加剤、冷水魚の皮膚から製造されたゼラチンは、同じｐＨ条件下で同じ濃度のセリアコートシリカ研磨材のみを用いたｒｅｆ．１研磨組成物と比較して、酸化物膜除去速度を著しく加速した。
ｒｅｆ．３研磨組成物中の型Ｉ化学添加剤、冷水魚の皮膚から製造されたゼラチンは、同じｐＨ条件下で同じ濃度のセリアコートシリカ研磨材のみを用いたｒｅｆ．１研磨組成物と比較して、著しくＳｉＮ膜除去速度も加速した。
ｒｅｆ．２研磨組成物中の型ＩＩ化学添加剤、マルチトールは、同じｐＨ条件下で同じ濃度のセリアコートシリカ研磨材のみを用いたｒｅｆ．１研磨組成物と比較して、ＳｉＮ膜除去速度を著しく抑制した。したがって、ＴＥＯＳ：ＳｉＮ選択性は８：１から６０：１に増加した。
実施例研磨組成物中で型Ｉ化学添加剤、冷水魚の皮膚から製造されたゼラチン、及び型ＩＩ化学添加剤、マルチトールをともに用いた場合、酸化物膜除去速度は加速され、ＳｉＮ膜除去速度は低いままであり、したがって、ＴＥＯＳ：ＳｉＮ選択性はＲｅｆ．１試料からの８：１から実施例研磨組成物についての１２３：１に増加した。２重の化学添加剤に基づいた研磨組成物の１２３：１のＴＥＯＳ：ＳｉＮ選択性は、型Ｉの１種若しくは型ＩＩの化学添加剤の１種のみを用いた研磨組成物、又はいずれの化学添加剤も用いない研磨組成物よりはるかに高いＴＥＯＳ：ＳｉＮ選択性である。
例５
例５において、酸化物研磨に用いられた研磨組成物は、表５に示された。
３種の参照試料が研磨試験に用いられた。これらは例４中で用いられた参照試料と同じである。実施例研磨組成物は、０．２の質量％のセリアコートシリカ、０．０００１質量％〜０．０５質量％の範囲のバイオサイド、０．２８質量％マルチトール及び０．００８３質量％の冷水魚の皮膚から製造されたゼラチン、及び脱イオン水を用いて製造された。組成物は７．０のｐＨを有していた。
種々の過研磨時間に対する酸化物トレンチディッシングは、これらの試料を用いて試験された。結果は表５に示された。
表５に示される結果のように、研磨組成物中での２重の添加剤の使用は、著しく増加したＴＥＯＳ及びＨＤＰ膜除去速度を提供したが、依然としてＰ１００ミクロン又はＰ２００ミクロンピッチ上の過研磨時間に対する非常に近い酸化物トレンチディッシングを与えた。
例６
例６において、酸化物研磨に用いられた研磨組成物は、表６に示された。
３つの参照試料が研磨試験に用いられた。これらは、例４中で用いられた参照試料と同じである。実施例研磨組成物は、０．２質量％のセリアコートシリカ、０．０００１質量％〜０．０５質量％の範囲のバイオサイド、０．２８質量％のマルチトール及び０．００８３の質量％の冷水魚の皮膚からのゼラチン、及び脱イオン水を用いて製造された。組成物は７．０のｐＨを有していた。
参照試料に対して同じ濃度のセリアコートシリカ研磨材を有する実施例試料を用いた酸化物トレンチディッシング対過研磨量の傾きに対する２重の添加剤の効果が試験され、結果は表６に示された。
表６に示される結果のように、研磨組成物における２重の添加剤の添加は、セリアコートシリカ研磨材のみを用いた参照試料、又は研磨組成物中で単一の化学添加剤のみを用いた参照試料と比較して、著しく増加したＴＥＯＳ及びＨＤＰ膜除去速度、並びに過研磨量に対する酸化物ピッチディッシングの最も低い傾きを提供した。
実施例を含む上に示された本発明の実施形態は、本発明から作ることのできる例示的な多数の実施形態である。プロセスの多くの他の構成を用いることができ、プロセスにおいて用いられる材料は、具体的に開示されたもの以外の多くの材料から選択することができることが企図される。

Claims (24)

  1. セリアコート無機酸化物粒子；
    負及び正電荷を有する少なくとも１種のゼラチン化合物；
    １つより多くのヒドロキシル官能基を有する少なくとも１種の非イオン性有機分子；
    溶媒；及び
    任意選択的に、少なくとも１種のバイオサイド；及び
    少なくとも１種のｐＨ調節剤を含み、
    ２〜１２のｐＨを有する、化学機械研磨組成物。
  2. ｐＨが３〜１０である、請求項１に記載の化学機械研磨組成物。
  3. ｐＨが４〜９である、請求項２に記載の化学機械研磨組成物。
  4. ｐＨが４．５〜７．５である、請求項３に記載の化学機械研磨組成物。
  5. 前記セリアコート無機酸化物粒子が、セリアコートコロイダルシリカ、セリアコート高純度コロイダルシリカ、セリアコートアルミナ、セリアコートチタニア、セリアコートジルコニア粒子及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、前記粒子が、０．０１質量％〜２０質量％、０．０５質量％〜１０質量％、及び０．１質量％〜５質量％からなる群から選択される濃度範囲にて組成物中に存在する、請求項１に記載の化学機械研磨組成物。
  6. 前記セリアコート無機酸化物粒子が、セリアコートコロイダルシリカ、セリアコート高純度コロイダルシリカ、セリアコートアルミナ、セリアコートチタニア、セリアコートジルコニア粒子及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、前記粒子が、０．０１質量％〜２質量％、０．０２質量％〜０．５質量％、０．０２５質量％〜０．２質量％、及び０．０５質量％〜０．１質量％からなる群から選択される濃度範囲にて組成物中に存在する、請求項１に記載の化学機械研磨組成物。
  7. 前記水溶性溶媒が、脱イオン（ＤＩ）水、蒸留水、及びアルコール有機溶媒からなる群から選択される、請求項１に記載の化学機械研磨組成物。
  8. 前記少なくとも１種のゼラチン化合物が、０．０００１質量％〜２．０質量％、０．００１質量％〜１．０質量％、０．００２質量％〜０．５質量％、及び０．００２５質量％〜０．２５質量％からなる群から選択される濃度範囲にて組成物中に存在する、請求項１に記載の化学機械研磨組成物。
  9. 前記少なくとも１種のゼラチン化合物が、冷水魚の皮膚、豚の皮膚、又は牛の皮膚を含む動物の皮膚から製造された、請求項８に記載の化学機械研磨組成物。
  10. 前記少なくとも１種のゼラチン化合物が、以下の化学構造：
    を有する化合物を含む、請求項８に記載の化学機械研磨組成物。
  11. 前記１つより多くのヒドロキシル官能基を有する少なくとも１種の非イオン性有機分子が：
    （式中、構造（ａ）について、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３は、水素、アルキル基ＣｘＨ２ｘ＋１（式中、ｘは１〜１２である。）、アルコキシ、１つ又はそれより多くのヒドロキシル基を有する有機基、置換有機スルホン酸、置換有機スルホン酸塩、置換有機カルボン酸、置換有機カルボン酸塩、有機カルボン酸エステル、有機アミン基、及びこれらの組み合わせからなる群から独立して選択され、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３のうちの少なくとも２つが水素原子であり；ｎは、２〜５，０００、３〜１２、及び４〜６からなる群から選択される数である。）；
    （式中、構造（ｂ）について、Ｒ１及びＲ２は、水素、アルキル、アルコキシ、１つ又はそれより多くのヒドロキシル基を有する有機基、置換有機スルホン酸、置換有機スルホン酸塩、置換有機カルボン酸、置換有機カルボン酸塩、有機カルボン酸エステル、有機アミン基及びこれらの組み合わせからなる群から独立して選択され、１つの−ＣＨＯ官能基は、末端官能基として分子の１つの端部に位置し；ｎは、２〜５，０００、３〜１２、及び４〜７からなる群から選択される数である。）；
    （式中、構造（ｃ）、（ｄ）、及び（ｅ）について、Ｒ１〜Ｒ１４は、水素、アルキル、アルコキシ、１つ又はそれより多くのヒドロキシル基を有する有機基、置換有機スルホン酸、置換有機スルホン酸塩、置換有機カルボン酸、置換有機カルボン酸塩、有機カルボン酸エステル、及び有機アミン基からなる群から各々独立して選択され、Ｒ１〜Ｒ１４のうちの少なくとも２つは水素原子である。）；
    （式中、構造（ｆ）において、Ｒ１〜Ｒ５のうちの少なくとも１つは、構造（ｉ）：
    （式中、構造（ｉ）について、ｎ及びｍは１〜５から選択され；Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、及びＲ９の各々は、水素、アルキル、アルコキシ、１つ又はそれより多くのヒドロキシル基を有する有機基、置換有機スルホン酸、置換有機スルホン酸塩、置換有機カルボン酸、置換有機カルボン酸塩、有機カルボン酸エステル、及び有機アミンからなる群から独立して選択され、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、及びＲ９のうちの少なくとも２つは水素原子である。）を有するポリオール部分であり；
    構造（ｆ）において、Ｒ１〜Ｒ５の各々は、水素、アルキル、アルコキシ、１つ又はそれより多くのヒドロキシル基を有する有機基、置換有機スルホン酸又は塩、置換有機カルボン酸又は塩、有機カルボン酸エステル、有機アミン、及び（ｉｉ）：
    （式中、構造（ｉｉ）は、Ｒ１１〜Ｒ１４のうちの１つを除去することにより、酸素炭素結合を介して構造（ｆ）に結合し、構造（ｉｉ）について、Ｒ１０〜Ｒ１４の各々は、水素、アルキル、アルコキシ、１つ又はそれより多くのヒドロキシル基を有する有機基、置換有機スルホン酸又は塩、置換有機カルボン酸又は塩、有機カルボン酸エステル、及び有機アミンからなる群から独立して選択される。）に示される構造を有する六員環ポリオールからなる群から独立して選択され、構造（ｆ）におけるＲ１〜Ｒ９のうちの少なくとも２つは水素原子である。）
    からなる群から選択される一般分子構造を有し、
    前記１つより多くのヒドロキシル官能基を有する少なくとも１種の非イオン性有機分子が、０．００１質量％〜２．０質量％、０．００２５質量％〜１．０質量％、及び０．０５質量％〜０．５質量％からなる群から選択される濃度において組成物中に存在する、請求項１に記載の化学機械研磨組成物。
  12. 前記１つより多くのヒドロキシル官能基を有する少なくとも１種の非イオン性有機分子が、マルチトール、ラクチトール、マルトトリイトール、リビトール、Ｄ−ソルビトール、マンニトール、ズルシトール、イジトール、Ｄ−（−）−フルクトース、ソルビタン、スクロース、リボース、イノシトール、グルコース、Ｄ−アラビノース、Ｌ−アラビノース、Ｄ−マンノース、Ｌ−マンノース、ｍｅｓｏ−エリトリトール、β−ラクトース、アラビノース、Ｄ−（＋）−マンノース、β−ラクトース、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１に記載の組成物。
  13. 前記１つより多くのヒドロキシル官能基を有する少なくとも１種の非イオン性有機分子が、マルチトール、ラクチトール、マルトトリイトール、Ｄ−ソルビトール、マンニトール、ズルシトール、Ｄ−（−）−フルクトース、β−ラクトース、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１２に記載の組成物。
  14. 前記組成物が少なくとも１種のバイオサイドをさらに含み、前記バイオサイドが５−クロロ−２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オン及び２−メチル−−イソチアゾリン−３−オンを含み、前記バイオサイドが、０．０００１質量％〜０．０５質量％、０．０００５質量％〜０．０２５質量％、及び０．００１質量％〜０．０１質量％からなる群から選択される濃度にて存在する、請求項１に記載の化学機械研磨組成物。
  15. 前記組成物が少なくとも１種のｐＨ調節剤を含み、
    前記ｐＨ調節剤が、酸性ｐＨ条件について、硝酸、塩酸、硫酸、リン酸、他の無機又は有機酸及びこれらの混合物からなる群から選択され；又は
    アルカリ性ｐＨ条件について、水素化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、テトラアルキル水酸化アンモニウム、有機水酸化第４級アンモニウム化合物、有機アミン、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、
    前記ｐＨ調節剤が、０質量％〜１質量％、０．０１質量％〜０．５質量％、及び０．１質量％〜０．２５質量％からなる群から選択される組成物にて組成物中に存在する、請求項１に記載の化学機械研磨組成物。
  16. セリアコートコロイダルシリカを含み；前記少なくとも１種のゼラチン化合物が冷水魚の皮膚、豚の皮膚、牛の皮膚、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され；前記１つより多くのヒドロキシル官能基を有する少なくとも１種の非イオン性有機分子がズルシトール、Ｄ−ソルビトール、マルチトール、ラクチトール、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１に記載の化学機械研磨組成物。
  17. 半導体基材を与える工程；
    研磨パッドを与える工程；
    請求項１に記載の化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物を与える工程；
    半導体基材の表面を研磨パッド及び化学機械研磨組成物と接触させる工程；及び
    二酸化ケイ素を含む少なくとも１つの表面を研磨する工程を含む、酸化ケイ素膜を含む少なくとも１つの表面を有する半導体基材の化学機械研磨（ＣＭＰ）方法。
  18. 前記酸化ケイ素膜がＳｉＯ２膜である、請求項１７に記載の方法。
  19. 前記半導体基材が、窒化ケイ素表面をさらに含み、酸化ケイ素：窒化ケイ素の除去選択性が４０を超える、請求項１８に記載の方法。
  20. 酸化ケイ素：窒化ケイ素の除去選択性が９０を超える、請求項１９に記載の方法。
  21. 酸化ケイ素膜を含む少なくとも１つの表面を有する半導体基材の化学機械研磨（ＣＭＰ）のための装置であって、：
    ａ．半導体基材；
    ｂ．請求項１に記載の化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物；及び
    ｃ．研磨パッドを含み、
    前記酸化ケイ素膜を含む少なくとも１つの表面が前記研磨パッド及び前記化学機械研磨組成物に接している、装置。
  22. 前記酸化ケイ素膜がＳｉＯ２膜である、請求項２１に記載の装置。
  23. 前記半導体基材が、窒化ケイ素表面をさらに含み、酸化ケイ素：窒化ケイ素の除去選択性が４０を超える、請求項２２に記載の装置。
  24. 酸化ケイ素：窒化ケイ素の除去選択性が９０を超える、請求項２３に記載の装置。
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