JP2020186381A - ケミカルメカニカル研磨組成物、および二酸化ケイ素よりも窒化ケイ素を研磨し、同時に二酸化ケイ素への損傷を抑制する方法 - Google Patents

ケミカルメカニカル研磨組成物、および二酸化ケイ素よりも窒化ケイ素を研磨し、同時に二酸化ケイ素への損傷を抑制する方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ＦＥＯＬ半導体加工などにおける、デバイス中の二酸化ケイ素に対する窒化ケイ素の選択的な除去を可能にし、同時に、二酸化ケイ素への損傷を抑制する酸ケミカルメカニカル研磨組成物、及び基板のケミカルメカニカルポリッシングのための方法の提供。【解決手段】アニオン性官能性コロイダルシリカ砥粒粒子、ポリビニルピロリドンポリマー、アミンカルボン酸、任意選択的に、アニオン性界面活性剤、任意選択的に、殺生物剤を含み、ｐＨが５またはより小さい、酸ケミカルメカニカル研磨組成物。【選択図】なし

Description

発明の分野
本発明は、酸ケミカルメカニカル研磨組成物、および二酸化ケイ素よりも窒化ケイ素を研磨し、同時に二酸化ケイ素への損傷を抑制する方法を対象とする。より具体的には、本発明は、ポリビニルピロリドンポリマー、アニオン性官能性コロイダルシリカ砥粒粒子およびアミンカルボン酸を含み、かつ、ｐＨが５またはより小さい酸ケミカルメカニカル研磨組成物、および二酸化ケイ素よりも窒化ケイ素を研磨し、同時に二酸化ケイ素への損傷を抑制する方法を対象とする。
発明の背景
集積回路デバイスの技術の進歩とともに、窒化ケイ素、二酸化ケイ素およびポリシリコンなどの従来材料が、所望のアーキテクチャ構成およびデバイス性能を達成および可能にするために様々な組み合わせで使用されている。慣用の研磨スラリーが、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）などにおける「窒化ケイ素上での停止」用途のために設計されてきた。さらに最近では、集積回路の密度が継続して増大してきたことで、置換メタルゲート、コンタクトプラグ、および導電性メタライゼーションによって処理された基板を含め、ケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）から恩恵を受ける新たなフロントエンドオブライン（ｆｒｏｎｔ ｅｎｄ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｎｅ）（ＦＥＯＬ）構造が導かれた。そのような構造では、窒化ケイ素は、エッチング停止層、キャッピング材料およびハードマスクとして機能する。加えて、窒化ケイ素は、拡散層またはパッシベーション層、スペーサー材料およびライナーとして利用されることが多くなっている。そのようなスキームすべてにおいて、窒化ケイ素は、酸化ケイ素またはテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）などの他の絶縁フィルムと組み合わせて使用される。したがって、ほとんどのパターン付きウェーハは、現在、窒化ケイ素および二酸化ケイ素絶縁フィルムの両方を異なる密度で含有する。さらに、そのような集積スキームを伴う加工寸法（ｆｅａｔｕｒｅ ｓｉｚｅ）工程は、二酸化ケイ素絶縁材料を除去することのない、窒化ケイ素フィルムの選択的なＣＭＰ研磨または除去を必要とする。窒化ケイ素：二酸化ケイ素の選択的ＣＭＰ研磨組成物を必要とする他の方法は、絶縁二酸化ケイ素中にトレンチをエッチングし、それを絶縁窒化ケイ素キャップで埋める「リバースＳＴＩプロセス」；および、エッチングに加えてまたはエッチングに代えてＣＭＰ研磨を使用する慣用の「エッチバックプロセス」への代替法である。そのような代替エッチングプロセスの一例が、セルフアラインコンタクト（ＳＡＣ）キャッピングである。ＳＡＣキャッピングでは、ＣＭＰ研磨によって除去されたタングステンなどの過剰な金属から置換メタルゲート（ＲＭＧ）が形成され、次いで、それが反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によってエッチダウンされることで、ウェーハ中に狭いギャップが形成される。次いで、ギャップが窒化ケイ素（ＳｉＮまたはＳｉ３Ｎ４）で埋められる。次いで、ＣＭＰ研磨が、過剰な窒化ケイ素を除去し、二酸化ケイ素表面上で停止する。いずれの場合も、ＳＡＣのような新たなＦＥＯＬアーキテクチャは、過剰な絶縁体を除去するためのＣＭＰ研磨において、逆の選択性、すなわち、高い窒化ケイ素除去速度と低い二酸化ケイ素酸化物除去速度を必要とする。
ＳＡＣでは、既存の二酸化ケイ素層よりも窒化ケイ素層を完全に取り除くことが、後続の工程における二酸化ケイ素エッチングの妨害を回避するために重要である。しかしながら、窒化ケイ素の過研磨は、窒化ケイ素ＳＡＣキャップを薄くして、電気的短絡の危険を招く。それゆえ、高選択性ＣＭＰ研磨を有するＣＭＰが重要である。その新たなＦＥＯＬアーキテクチャはすべて、所定のパターンの絶縁窒化ケイ素がシリコンウェーハに嵌め込まれた構造をもたらす。そのようなＣＭＰ研磨は、窒化ケイ素過装入の除去および平坦化を必要とし、それにより、窒化ケイ素で埋められたトレンチ、プラグまたはギャップと同一平面の面を生じさせる。下層のケイ素活性区域への損傷を防止するために、かつ、すべてのパターン密集域から窒化ケイ素を取り除くことを保証するための過研磨マージンを提供するために、許容可能な窒化ケイ素：二酸化ケイ素除去速度比が必要である。さらに、下層の二酸化ケイ素の損傷（欠陥、特に、スクラッチおよびチャターマーク）をなくすことがさらにより重要である。
したがって、二酸化ケイ素に対して窒化ケイ素を選択的に研磨し、同時に下層の二酸化ケイ素への損傷を防止する、ケミカルメカニカル研磨組成物および方法に対するニーズがある。
発明の概要
本発明は、初期成分として：
水；
アニオン性官能性コロイダルシリカ砥粒粒子；
ポリビニルピロリドンポリマー；
アミンカルボン酸；
任意選択的に、アニオン性界面活性剤；
任意選択的に、殺生物剤を含み；かつ
ｐＨが５またはより小さい、酸ケミカルメカニカル研磨組成物を対象とする。
本発明はさらに、基板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、
基板を提供する工程であって、基板が窒化ケイ素および二酸化ケイ素を含む、工程；
初期成分として：
水；
アニオン性官能性コロイダルシリカ砥粒粒子；
ポリビニルピロリドンポリマー；
アミンカルボン酸；
任意選択的に、アニオン性界面活性剤；
任意選択的に、殺生物剤を含む、ケミカルメカニカル研磨組成物であって；
ｐＨが５またはより小さい、酸ケミカルメカニカル研磨組成物を提供する工程；および
研磨表面を備えた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；
ケミカルメカニカルポリッシングパッドの研磨表面と基板との間の界面に２０．７ｋＰａのダウンフォースで動的接触を生じさせる工程；および
ケミカルメカニカル研磨組成物を、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またはその近傍においてケミカルメカニカルポリッシングパッド上へ施用する工程を含み；
基板が研磨され；そして、二酸化ケイ素に対して窒化ケイ素が選択的に基板から除去される、方法を対象とする。
本発明の酸ケミカルメカニカル研磨組成物および方法は、ＦＥＯＬ半導体加工などにおける、進歩した設計デバイス中の二酸化ケイ素に対する窒化ケイ素の選択的な除去を可能にする。同時に、酸ケミカルメカニカル研磨組成物および方法は、二酸化ケイ素への損傷を抑制する。
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：℃＝セ氏温度；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；ｍｍ＝ミリメートル；ｎｍ＝ナノメートル；ｓ＝秒；ｍｉｎ＝分；ｒｐｍ＝毎分回転数；ｍＶ＝ミリボルト；ｌｂｓ＝ポンド；ｋｇ＝キログラム；Ｍｗ＝重量平均分子量；ｐｓｉ＝重量ポンド毎平方インチ；ｌｂｆ＝重量ポンド；１ｋＰａ＝０．１４５０３８ｐｓｉ；ｗｔ％＝重量％；ｅ．ｇ．＝例えば；ＬＰＣＶＤ＝低圧化学蒸着；ＰＥＣＶＤ＝プラズマ増強化学蒸着；ＲＲ＝除去速度；ｐＩ＝等電点；ＰＳ＝本発明の研磨スラリー；ＣＳ＝比較研磨スラリー；ＰＶＰ＝ポリビニルピロリドン；ＰＥＧ＝ポリエチレングリコール；ＰＰＧ＝ポリプロピレングリコール；ＰＶＡ＝ポリビニルアルコール；ＰＡＡｍ＝ポリアクリルアミド；ＨＦ＝フッ化水素；およびＳｉＮまたはＳｉ３Ｎ４＝窒化ケイ素。
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「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酸化ケイ素を意味する。用語「等電点」は、有機酸が電場または電気泳動媒体中で移動しないｐＨを意味する。用語「組成物」および「スラリー」は、本明細書全体を通して互換的に使用される。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、別途記載のない限り重量百分率である。全ての数値範囲は、そのような数値範囲が合計で１００％に制約されることが論理的である場合を除き、閾値を包含し、かつ、任意の順序で組み合わせ可能である。
本発明のケミカルメカニカル研磨組成物および方法は、窒化ケイ素（ＳｉＮまたはＳｉ３Ｎ４）および二酸化ケイ素（ＴＥＯＳ）を含む基板を研磨するのに有用であり、ここでの窒化ケイ素除去速度は、二酸化ケイ素除去速度に対して選択的である。加えて、本発明のケミカルメカニカル研磨組成物および方法は、スクラッチマーク（表面に生じた長い損傷の線）、チャターマーク（砥粒の転がり損傷）およびディボット（単一の浅い損傷）などのシリコンウェーハ欠陥を抑制する。本発明の方法において使用されるケミカルメカニカル研磨組成物は、水；アニオン性官能性コロイダルシリカ砥粒粒子；１つまたは複数の非イオン性ポリビニルピロリドンポリマー、１つまたは複数のアミンカルボン酸；任意選択的にアニオン性界面活性剤；任意選択的に殺生物剤を含有し（好ましくはそれらからなり）；そして、ここでのケミカルメカニカル研磨組成物は、５またはより小さいｐＨを有する。好ましくは、本発明のケミカルメカニカル研磨組成物のｐＨは、２〜５、より好ましくは、３〜５、最も好ましくは、３〜４である。
非イオン性ポリビニルピロリドンポリマーは、１０００またはより大きな（ｅ．ｇ． １０００〜１，０００，０００）重量平均分子量を有する。好ましくは、非イオン性ポリビニルピロリドンポリマーは、１０００〜５００，０００（ｅ．ｇ． １０００〜４５０，０００または１０００〜３５０，０００または１００００〜５０，０００）の重量平均分子量を有し、より好ましくは、本発明のポリビニルピロリドンポリマーは、３５００〜３６０，０００（ｅ．ｇ． ３５００〜２５０，０００または３５００〜１５０，０００）の重量平均分子量を有し、さらにより好ましくは、本発明の非イオン性ポリビニルピロリドンポリマーは、３５００〜１００，０００（ｅ．ｇ． ３５００〜８０，０００または３５００〜６０，０００）の重量平均分子量を有し、最も好ましくは、ポリビニルピロリドンポリマーは、３５００〜５０，０００（ｅ．ｇ． ３５００〜２０，０００または３５００〜１０，０００）の重量平均分子量を有する。本発明のポリビニルピロリドンは、一般式：
Figure 2020186381
［式中、「ｎ」は、１より大きな整数であり、好ましくは、ｎは、１０〜５０または例えば１０〜３２の整数である］
を有する。
１つまたは複数の非イオン性ポリビニルピロリドンポリマーを、本発明のケミカルメカニカル研磨組成物中に、初期成分として、０．００１ｗｔ％またはより多く（ｅ．ｇ． ０．００１ｗｔ％〜１ｗｔ％または０．００１ｗｔ％〜０．５ｗｔ％）の量で含めることができる。好ましくは、１つまたは複数のポリビニルピロリドンポリマーは、ケミカルメカニカル研磨組成物中に、０．００５ｗｔ％〜０．２５ｗｔ％（ｅ．ｇ． ０．００５ｗｔ％〜０．１５ｗｔ％または０．００５ｗｔ％〜０．１ｗｔ％）の量で含まれ、より好ましくは、１つまたは複数のポリビニルピロリドンポリマーは、０．０１ｗｔ％〜０．１ｗｔ％（ｅ．ｇ． ０．０１ｗｔ％〜０．０８ｗｔ％または０．０１ｗｔ％〜０．０６ｗｔ％）の量で含まれ、最も好ましくは、非イオン性ポリビニルピロリドンポリマーは、ケミカルメカニカル研磨組成物中に、０．０５ｗｔ％〜０．１ｗｔ％（ｅ．ｇ． ０．０５ｗｔ％〜０．０８ｗｔ％または０．０５ｗｔ％〜０．０７ｗｔ％）の量で含まれる。
本発明のケミカルメカニカルポリッシング法において使用されるケミカルメカニカル研磨組成物中に含有される水は、好ましくは、付随する不純物を制限するために、脱イオンされた水および蒸留された水の少なくとも一方である。
本発明のケミカルメカニカル研磨組成物によれば、アニオン性官能性コロイダルシリカ砥粒粒子組成物は、複数の球状のシリカ粒子を含むことのできる分散または混合状態の複数の細長い、湾曲したまたは節のあるシリカ粒子を生成するために、慣用のゾルゲル重合によってまたは水ガラスの懸濁重合によって作製されたコロイダルシリカ粒子の分散物を含むが、それらに限定されない。
細長い、湾曲したまたは節のあるアニオン性官能性コロイダルシリカ粒子の分散物は、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）またはテトラメトキシシラン（ＴＭＯＳ）のような前駆体から公知の様式で形成されたシラノールの加水分解縮合による懸濁重合から作製することができる。細長い、湾曲したまたは節のあるコロイダルシリカ粒子を作製するためのプロセスは、公知であり、例えば、Ｈｉｇｕｃｈｉらに対する米国特許第８，５２９，７８７号に見いだすことができる。加水分解縮合は、前駆体を、水性懸濁液中、水酸化アルキルアンモニウム、エトキシプロピルアミン（ＥＯＰＡ）などのアルコキシアルキルアミン、アルキルアミンまたは水酸化カリウム、好ましくは、水酸化テトラメチルアンモニウムなどの塩基性触媒の存在下で反応させることを含む。細長い、湾曲したまたは節のあるシリカ粒子は、５以下のｐＨでアニオン性である。
コロイダルシリカ砥粒粒子の１つまたは複数の分散物中のアニオン性官能基は、刊行物ＷＯ２０１０１３４５４２Ａ１に開示されているようなスルホン酸とすることができる。この刊行物において、シリカのスルホン酸修飾は、スルホン酸基へと化学変換することができる官能基を有するシランカップリング剤をシリカに加えてコロイダルシリカにし、次いで、その官能基をスルホン酸基へと変換することを含む。例えば、メルカプト基、スルフィド基またはそれらの組み合わせを有するシリカカップリング剤である３−メルカプトプロピルトリメトキシシランを、過酸化水素などの酸化剤の使用によってスルホン酸基へと変換することができる。シリカ表面上の別のアニオン性官能基は、ホスホン酸基とすることができる。好ましくは、本発明のケミカルメカニカル研磨組成物中のコロイダルシリカ砥粒は、５またはより小さなｐＨで−５ｍＶ〜−５０ｍＶのゼータ電位を有する。そのようなゼータ電位は、コロイド安定性および窒化ケイ素と酸化ケイ素の除去速度比を制御するのに役立つ。
市販の湾曲したまたは節のあるアニオン性コロイダルシリカ粒子の例は、商品名ＰＬ−１−ＤおよびＰＬ−３−Ｄ砥粒スラリーでＦｕｓｏ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．， Ｏｓａｋａ， ＪＰ（Ｆｕｓｏ）から入手可能である。
好ましくは、コロイダルシリカは、＜２００ｎｍ、より好ましくは、１０ｎｍ〜１５０ｎｍ、最も好ましくは、１０ｎｍ〜５０ｎｍの平均粒径を有する。コロイダルシリカ砥粒粒子は、本発明のケミカルメカニカル研磨組成物中に、初期成分として、０．１ｗｔ％〜１０ｗｔ％、好ましくは、０．５ｗｔ％〜５ｗｔ％、より好ましくは、０．５ｗｔ％〜１ｗｔ％、最も好ましくは、０．５ｗｔ％〜０．８ｗｔ％の量で含まれる。
１つまたは複数のアミンカルボン酸が本発明のケミカルメカニカル研磨組成物中に含まれる。１つまたは複数のアミンカルボン酸は、５に等しいまたはより小さなｐＩ、好ましくは２〜４のｐＩを有する。そのようなアミンカルボン酸の例は、アスパラギン酸（ｐＩ＝２．７７）、グルタミン酸（ｐＩ＝３．２２）、ニコチン酸（ｐＩ＝３．４３５）およびピコリン酸（ｐＩ＝３．１６）である。好ましくは、アミンカルボン酸は、ピコリン酸またはニコチン酸である。最も好ましくは、アミンカルボン酸は、ニコチン酸である。
１つまたは複数のアミンカルボン酸は、本発明のケミカルメカニカル研磨組成物中に、初期成分として、０．０１ｗｔ％またはより多くの量で含まれる。好ましくは、１つまたは複数のアミンカルボン酸は、０．０１ｗｔ％〜１ｗｔ％の量で含まれ、より好ましくは、１つまたは複数のアミンカルボン酸は、ケミカルメカニカル研磨組成物中に、０．０５ｗｔ％〜０．１ｗｔ％、最も好ましくは、０．０６ｗｔ％〜０．１ｗｔ％の量で含まれる。
任意選択的に、１つまたは複数のアニオン性界面活性剤を本発明のケミカルメカニカル研磨組成物中に含めることができる。そのようなアニオン性界面活性剤は、（Ｃ６〜Ｃ１６）アルキル、アリールまたはアルキルアリール疎水性基、好ましくは、（Ｃ６〜Ｃ１０）アルキル、アリールまたはアルキルアリール疎水性基を有するエトキシ化アニオン性界面活性剤を含むが、それらに限定されず、好ましくは、エトキシ化アニオン性界面活性剤は、エトキシ化アニオン性硫酸塩界面活性剤である。好ましいアニオン性硫酸塩界面活性剤の例は、アンモニウムエーテル硫酸塩などのエトキシ化アルキルエーテル硫酸塩である。そのようなアニオン性界面活性剤は、研磨中にシリコンウェーハの粗さを低減させるためにケミカルメカニカル研磨組成物中に含まれる。市販のアルキルエーテル硫酸塩界面活性剤の一例は、Ｓｔｅｐａｎ（登録商標）から入手可能なＣＥＤＡＰＡＬ（登録商標）ＦＡ−４０３アンモニウムエーテル硫酸塩界面活性剤である。
ケミカルメカニカル研磨組成物中に１つまたは複数のアニオン性界面活性剤が含まれるとき、これらは、初期成分として、０．００１ｗｔ％またはより多くの量で含まれる。好ましくは、これらは、０．００１ｗｔ％〜１ｗｔ％、より好ましくは、０．００２ｗｔ％〜０．０１ｗｔ％、最も好ましくは、０．００３ｗｔ％〜０．０１ｗｔ％の量で含まれる。
任意選択的に、１つまたは複数の殺生物剤をケミカルメカニカル研磨組成物中に含めることができる。そのような殺生物剤は、各々Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙによって製造されている、ＫＯＲＤＥＫ（商標）ＭＬＸ（９．５〜９．９％のメチル−４−イソチアゾリン−３−オン、８９．１〜８９．５％の水および≦１．０％の関連反応生成物）、または、２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オンおよび５−クロロ−２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オンの有効成分を含有するＫＡＴＨＯＮ（商標）ＩＣＰ ＩＩＩ（ＫＡＴＨＯＮおよびＫＯＲＤＥＸは、Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙの商標である）を含むが、それらに限定されない。ケミカルメカニカル研磨組成物中に殺生物剤が含まれることが好ましい。
殺生物剤は、本発明のケミカルメカニカル研磨組成物中に、初期成分として、０．００１ｗｔ％〜０．１ｗｔ％、好ましくは、０．００１ｗｔ％〜０．０５ｗｔ％、より好ましくは、０．０１ｗｔ％〜０．０５ｗｔ％、なおより好ましくは、０．０１ｗｔ％〜０．０２５ｗｔ％の量で含めることができる。
本発明のケミカルメカニカルポリッシング法において使用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とすることができる。ケミカルメカニカルポリッシングパッドは、任意に、織布ポリッシングパッドおよび不織布ポリッシングパッドから選択することができる。ケミカルメカニカルポリッシングパッドは、種々の密度、硬さ、厚さ、圧縮率および弾性率の任意の好適なポリマーから作製することができる。ケミカルメカニカルポリッシングパッドは、必要に応じて溝が刻まれていても、穴が開けられていてもよい。本発明のケミカルメカニカルポリッシング法において使用されるケミカルメカニカル研磨組成物は、低い公称ポリッシングパッド圧力、例えば３〜３５ｋＰａでの操作を可能にする。好ましくは、研磨は、毎分９３回転数のプラテン速度、毎分８７回転数のキャリヤ速度、２００ｍＬ／ｍｉｎまたは２５０ｍＬ／ｍｉｎのケミカルメカニカル研磨組成物流量、２００ｍｍまたは３００ｍｍの研磨機上２０．７ｋＰａの公称ダウンフォースで行われ；ここでの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。
以下の例は、本発明を例証することを意図しており、その範囲を限定することを意図するものではない。
例１
ケミカルメカニカル研磨組成物
以下のケミカルメカニカル研磨組成物は、研磨スラリーであり、これを下の表１に開示される成分および量を含むように調製した。エーテル（−Ｏ−）、ヒドロキシル（−ＯＨ）または＞Ｎ−Ｃ（＝Ｏ）−官能基を含有する非イオン性ポリマーを、選択した窒化ケイ素研磨スラリーに加えた。成分を残部である脱イオン水と合わせた。加えて、各スラリーは、０．０１６７ｗｔ％のＫＯＲＤＥＫ（商標）ミックス（水中１０ｗｔ％のメチルイソチアゾリノン）殺生物剤を含んだ。各スラリーのｐＨは、３．５であった。
Figure 2020186381
Figure 2020186381
Figure 2020186381
Figure 2020186381
Figure 2020186381
［式中、「ｎ」は、１より大きな整数である］
例２
ＳｉＮ対ＴＥＯＳの研磨選択性および欠陥抑制
研磨条件：
以下のツールを研磨実験に使用した：
ＡＭＡＴ Ｒｅｆｌｅｘｉｏｎ研磨機
ＩＣ１０００（１０１０溝）パッド
Ｓａｅｓｏｌ ＡＫ４５ ＡＭ０２ＢＳＬ８０３１Ｃ１ディスク
２０．７ｋＰａ（３ｐｓｉ）ダウンフォース
９３／８７ｒｐｍのテーブル／キャリヤ速度
７ ｌｂｆ圧での１００％の現場コンディショニング
２５０ｍＬ／ｍｉｎのスラリー流量
３００ｍｍの二酸化ケイ素（ＴＥＯＳ）およびＬＰＣＶＤ窒化ケイ素をブランケットウェーハ研究に使用した。
ＨＦ ＣＭＰ（ＳＰ２ｘｐ）後の欠陥計数：各スラリーについて欠陥モニタウェーハとして３つのＴＥＯＳウェーハを使用した。各欠陥ウェーハを、３ｐｓｉ、９３／８７ｒｐｍおよび２５０ｍＬ／ｍｉｎのスラリー流量で６０ｓ研磨した。次いで、Ｍ３３０７−２９４９ ＶｅｅｃｏＴＭ ＨＦクリーナー（Ｖｅｅｃｏ， Ｈｏｒｓｈａｍ， ＰＡ）を使用して、ウェーハを１．９２ｗｔ．％のＨＦ溶液に所与の基板の２００Åを除去するのに十分な時間曝した。次いで、ウェーハをＳｕｒｆｓｃａｎ（商標）ＳＰ２ｘｐ計測ツール（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ， Ｍｉｌｐｉｔａｓ， ＣＡ）上でスキャンしてＨＦ後の欠陥ウェーハマップを得て、続いて、１００の無作為の欠陥をスクラッチ、チャターマークおよびディボットについて自動ＳＥＭ検査した。Ｋｌａｒｉｔｙ欠陥ソフトウェア（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ， Ｍｉｌｐｉｔａｓ， ＣＡ）を使用して、各ウェーハについてＣＭＰ後の総欠陥計数を抽出した。欠陥計数は、可能な限り低くすべきである。これらの３つのウェーハの平均値をとり、ベースラインスラリーのものに対して正規化した。
除去速度：除去速度（ＲＲ）を、１分間研磨において除去された量から判定した。３つのウェーハの平均値を表２に報告する。除去された量は、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ（商標）ＦＸ２００計測ツール（ＫＬＡ Ｔｅｎｃｏｒ， Ｍｉｌｐｉｔａｓ， ＣＡ）を使用し、３ｍｍのエッジ除外で６５点のスパイラルスキャンを使用して、研磨の前後の絶縁フィルムの厚さの変化から判定した。
Figure 2020186381
ポリビニルピロリドンの非イオン性ポリマーは、ポリビニルピロリドン非イオン性ポリマーを含まなかった比較スラリーと比べて顕著な欠陥抑制を示した。加えて、３５００および１０，０００の重量平均分子量を有する非イオン性ポリビニルピロリドンポリマーを含んだケミカルメカニカル研磨スラリーは、改善されたＴＥＯＳに対するＳｉＮへの選択性を示した。
例３
ケミカルメカニカル研磨組成物
以下のケミカルメカニカル研磨組成物は、研磨スラリーであり、これを下の表３に開示される成分および量を含むように調製した。＞Ｎ−Ｃ（＝Ｏ）−官能基を含有する非イオン性ポリマーを、選択した窒化ケイ素研磨スラリーに加えた。成分を残部である脱イオン水と合わせた。加えて、各スラリーは、０．０１６７ｗｔ％のＫＯＲＤＥＫ（商標）ミックス（水中１０ｗｔ％のメチルイソチアゾリノン）殺生物剤を含んだ。各スラリーのｐＨは、３．５であった。
Figure 2020186381
Figure 2020186381
Figure 2020186381
［式中、「ｎ」は、１より大きな整数である］
例４
ＳｉＮ対ＴＥＯＳの研磨選択性および欠陥抑制
上の例３におけるケミカルメカニカル研磨組成物についての研磨条件、ＨＦ後（ＳＰ２ｘｐ）欠陥計数および除去速度は、上の例２の装置を使用し、その手順に従って行った。
Figure 2020186381
＞Ｎ−Ｃ（＝Ｏ）−官能性を含有する非イオン性ポリマーを比較した。非イオン性ポリビニルピロリドンを含有するケミカルメカニカル研磨組成物は、非イオン性ポリマーを含まなかったスラリーならびにＰＡＡｍを含有したケミカルメカニカル研磨スラリーに対して顕著な欠陥改善を示した。
例５
ケミカルメカニカル研磨組成物
以下のケミカルメカニカル研磨組成物は、研磨スラリーであり、これを下の表５に開示される成分および量を含むように調製した。＞Ｎ−Ｃ（＝Ｏ）−官能基を含有する非イオン性ポリマーを、選択した窒化ケイ素研磨スラリーに加えた。成分を残部である脱イオン水と合わせた。加えて、各スラリーは、０．０１６７ｗｔ％のＫＯＲＤＥＫ（商標）ミックス（水中１０ｗｔ％のメチルイソチアゾリノン）殺生物剤を含んだ。各スラリーのｐＨは、３．５であった。
Figure 2020186381
例６
ＳｉＮ対ＴＥＯＳの研磨選択性および欠陥抑制
上の例５におけるケミカルメカニカル研磨組成物についての研磨条件、ＨＦ後（ＳＰ２ｘｐ）欠陥計数および除去速度は、上の例２の装置を使用し、その手順に従って行った。
Figure 2020186381
非イオン性ポリビニルピロリドンを含有するケミカルメカニカル研磨組成物は、ポリビニルピロリドン非イオン性ポリマーを含まなかったスラリーに対して顕著な欠陥改善を示した。
例７
ケミカルメカニカル研磨組成物
以下のケミカルメカニカル研磨組成物は、研磨スラリーであり、これを下の表７に開示される成分および量を含むように調製した。成分を残部である脱イオン水と合わせた。加えて、各スラリーは、０．０１６７ｗｔ％のＫＯＲＤＥＫ（商標）ミックス（水中１０ｗｔ％のメチルイソチアゾリノン）殺生物剤を含んだ。各スラリーのｐＨは、３．５であった。
Figure 2020186381
例８
ＳｉＮ対ＴＥＯＳの研磨選択性、欠陥抑制およびポリシリコンの粗さ
上の例７におけるケミカルメカニカル研磨組成物についての研磨条件、ＨＦ後（ＳＰ２ｘｐ）欠陥計数および除去速度は、上の例２の装置を使用し、その手順に従って行った。粗さは、Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ ｐｒｏｆｉｌｅｒ（ＤＡＦＰ）（Ｂｕｎｋｅｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ， Ｂｉｌｌｅｒｉｃａ， ＭＡ， Ｍｏｄｅｌ＃３２００）を使用して測定した。ＤＡＦＰは、先鋭プローブ（半径１０ｎｍ未満）と短距離にある表面との間（プローブサンプル距離間隔０．２〜１０ｎｍ）の力を測定することによってナノスケールの３次元プロファイルを提供した。
Figure 2020186381
アニオン性界面活性剤アンモニウムエーテル硫酸塩は、欠陥およびスクラッチ抑制を含めＳｉＮ：ＴＥＯＳ研磨性能に影響を与えなかった。しかしながら、アニオン性界面活性剤は、多結晶質シリコンフィルム上の表面粗さを低減するのに役立った。
例９
ケミカルメカニカル研磨組成物
以下のケミカルメカニカル研磨組成物は、研磨スラリーであり、これを下の表９に開示される成分および量を含むように調製した。成分を残部である脱イオン水と合わせた。加えて、各スラリーは、０．０１６７ｗｔ％のＫＯＲＤＥＫ（商標）ミックス（水中１０ｗｔ％のメチルイソチアゾリノン）殺生物剤を含んだ。水酸化アンモニウムでＣＳ−８およびＣＳ−９をアルカリ性ｐＨ値に調整した。
Figure 2020186381
例１０
ＳｉＮおよびＴＥＯＳ除去速度に対するｐＨ効果
研磨条件：
以下のツールを研磨実験に使用した：
Ｓｔｒａｕｓｂａｕｇｈ ６ＥＥ研磨機
ＩＣ１０００（１０１０溝）パッド
Ｓａｅｓｏｌ ＡＫ４５ ＡＭ０２ＢＳＬ８０３１Ｃ１ディスク
２０．７ｋＰａ（３ｐｓｉ）ダウンフォース
９３／８７ｒｐｍのテーブル／キャリヤ速度
７ ｌｂｆ圧での１００％の現場コンディショニング
２００ｍＬ／ｍｉｎのスラリー流量
２００ｍｍの二酸化ケイ素（ＴＥＯＳ）およびＰＥＣＶＤ窒化ケイ素をブランケットウェーハ研究に使用した。
除去速度：除去速度（ＲＲ）を、１分間研磨において除去された量から判定した。３つのウェーハの平均値を表１０に報告する。除去された量は、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ（商標）ＦＸ２００計測ツール（ＫＬＡ Ｔｅｎｃｏｒ， Ｍｉｌｐｉｔａｓ， ＣＡ）を使用し、３ｍｍのエッジ除外で６５点のスパイラルスキャンを使用して、研磨の前後の絶縁フィルムの厚さの変化から判定した。
Figure 2020186381
ＳｉＮ除去速度は、ｐＨ５超で顕著に減少した。したがって、アルカリ性ｐＨの範囲は、ＴＥＯＳに対してＳｉＮを選択的に研磨することに適さないことが示された。

Claims (8)

  1. 初期成分として：
    水；
    アニオン性官能性コロイダルシリカ砥粒粒子；
    ポリビニルピロリドンポリマー；
    アミンカルボン酸；
    任意選択的に、アニオン性界面活性剤；
    任意選択的に、殺生物剤を含み；かつ
    ｐＨが５またはより小さい、酸ケミカルメカニカル研磨組成物。
  2. 初期成分として：
    水；
    アニオン性官能性コロイダルシリカ砥粒粒子；
    ポリビニルピロリドンポリマーであって、１０００またはより大きな重量平均分子量を有する、ポリビニルピロリドンポリマー；
    アミンカルボン酸；
    任意選択的に、アニオン性界面活性剤；
    殺生物剤を含み；かつ
    ｐＨが２〜５である、請求項１に記載のケミカルメカニカル研磨組成物。
  3. 初期成分として：
    水；
    ０．１重量％〜１０重量％のアニオン性官能性コロイダルシリカ砥粒粒子；
    ０．００１重量％またはより多くのポリビニルピロリドンポリマーであって、３０００〜５００，０００の重量平均分子量を有する、ポリビニルピロリドンポリマー；
    アミンカルボン酸であって、５未満の等電点を有するアミンカルボン酸；
    アニオン性界面活性剤；
    殺生物剤を含み；かつ
    ｐＨが３〜５である、請求項２に記載のケミカルメカニカル研磨組成物。
  4. 初期成分として：
    水；
    ０．５重量％〜５重量％のアニオン性官能性コロイダルシリカ砥粒粒子；
    ０．００５重量％〜０．２５重量％のポリビニルピロリドンポリマーであって、３５００〜３６０，０００の重量平均分子量を有する、ポリビニルピロリドンポリマー；
    ０．０１重量％またはより多くのアミンカルボン酸であって、５未満の等電点を有するアミンカルボン酸；
    ０．００１重量％またはより多くのアニオン性界面活性剤；
    ０．００１重量％〜０．１重量％の殺生物剤を含み；かつ
    ｐＨが３〜４である、請求項３に記載のケミカルメカニカル研磨組成物。
  5. 基板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：
    基板を提供する工程であって、基板が窒化ケイ素および二酸化ケイ素を含む、工程；
    初期成分として：
    水；
    アニオン性官能性コロイダルシリカ砥粒粒子；
    ポリビニルピロリドンポリマー；
    アミンカルボン酸；
    任意選択的に、アニオン性界面活性剤；
    任意選択的に、殺生物剤を含み；かつ
    ｐＨが５またはより小さい、酸ケミカルメカニカル研磨組成物を提供する工程；および
    研磨表面を備えた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；
    ケミカルメカニカルポリッシングパッドの研磨表面と基板との間の界面に２０．７ｋＰａのダウンフォースで動的接触を生じさせる工程；および
    ケミカルメカニカル研磨組成物を、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またはその近傍においてケミカルメカニカルポリッシングパッド上へ施用する工程を含み；
    基板が研磨され；そして、二酸化ケイ素よりも窒化ケイ素が選択的に基板から除去される、方法。
  6. 提供されるケミカルメカニカル研磨組成物が、初期成分として：
    水；
    アニオン性官能性コロイダルシリカ砥粒粒子；
    ポリビニルピロリドンポリマーであって、１０００またはより大きな重量平均分子量を有する、ポリビニルピロリドンポリマー；
    アミンカルボン酸；
    任意選択的に、アニオン性界面活性剤；
    殺生物剤を含み；かつ
    ケミカルメカニカル研磨組成物のｐＨが２〜５であり；そして
    研磨表面を備えた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；
    ケミカルメカニカルポリッシングパッドの研磨表面と基板との間の界面に２０．７ｋＰａのダウンフォースで動的接触を生じさせる工程；および
    ケミカルメカニカル研磨組成物を、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またはその近傍においてケミカルメカニカルポリッシングパッド上へ施用する工程を含み；
    基板が研磨され；そして、二酸化ケイ素よりも窒化ケイ素が選択的に基板から除去される、請求項５に記載の方法。
  7. ケミカルメカニカル研磨組成物が、初期成分として：
    水；
    ０．１重量％〜１０重量％のアニオン性官能性コロイダルシリカ砥粒粒子；
    ０．００１重量％またはより多くのポリビニルピロリドンポリマーであって、３０００〜５００，０００の重量平均分子量を有する、ポリビニルピロリドンポリマー；
    アミンカルボン酸であって、５未満の等電点を有するアミンカルボン酸；
    アニオン性界面活性剤；
    殺生物剤を含み；かつ
    ケミカルメカニカル研磨組成物のｐＨが３〜５であり；そして
    研磨表面を備えた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；
    ケミカルメカニカルポリッシングパッドの研磨表面と基板との間の界面に２０．７ｋＰａのダウンフォースで動的接触を生じさせる工程；および
    ケミカルメカニカル研磨組成物を、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またはその近傍においてケミカルメカニカルポリッシングパッド上へ施用する工程を含み；
    基板が研磨され；そして、二酸化ケイ素よりも窒化ケイ素が選択的に基板から除去される、請求項６に記載の方法。
  8. ケミカルメカニカル研磨組成物が、初期成分として：
    水；
    ０．５重量％〜５重量％のアニオン性官能性コロイダルシリカ砥粒粒子；
    ０．００５重量％〜０．２５重量％のポリビニルピロリドンポリマーであって、３５００〜３６０，０００の重量平均分子量を有する、ポリビニルピロリドンポリマー；
    ０．０１重量％またはより多くのアミンカルボン酸であって、５未満の等電点を有するアミンカルボン酸；
    ０．００１重量％またはより多くのアニオン性界面活性剤；
    ０．００１重量％〜０．１重量％の殺生物剤を含み；かつ
    ケミカルメカニカル研磨組成物のｐＨが３〜４であり；そして
    研磨表面を備えた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；
    ケミカルメカニカルポリッシングパッドの研磨表面と基板との間の界面に２０．７ｋＰａのダウンフォースで動的接触を生じさせる工程；および
    ケミカルメカニカル研磨組成物を、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またはその近傍においてケミカルメカニカルポリッシングパッド上へ施用する工程を含み；
    基板が研磨され；そして、二酸化ケイ素よりも窒化ケイ素が選択的に基板から除去される、請求項７に記載の方法。
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