JP2022512431A - 銅及びルテニウムを含有する基板の化学機械研磨 - Google Patents
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Abstract
Description
(A) 少なくとも1つの無機研削粒子、
(B) カルボン酸から選択される少なくとも1つのキレート剤、
(C) 非置換の又は置換されたトリアゾールから選択される少なくとも1つの腐食防止剤、
(D) 少なくとも1つのポリオキシアルキレン基を含む少なくとも1つの非イオン性界面活性剤、
(E) アクリル酸、メタクリル酸及びマレイン酸のポリマー及びコポリマーから選択される少なくとも1つのパッド洗浄剤、
(F) 少なくとも1つの炭酸塩又は炭酸水素塩、
(G) 有機過酸化物、無機過酸化物、過硫酸塩、ヨウ素酸塩、過ヨウ素酸、過ヨウ素酸塩、過マンガン酸塩、過塩素酸、過塩素酸塩、臭素酸及び臭素酸塩からなる群から選択される少なくとも1つの酸化剤、及び
(H) 水性媒体
を含む化学機械研磨(CMP)組成物を提供する。
(1) 半導体産業で使用される基板、特に銅(Cu)、及び/又はタンタル(Ta)、窒化タンタル(TaN)、チタン(Ti)、窒化チタン(TiN)、ルテニウム(Ru)、コバルト(Co)又はそれらの合金を含む基板の化学機械研磨のための、特許請求する本発明のCMP組成物及びCMPプロセスは、改善された研磨性能を示す。特に、
(i) 好ましくは研磨される基板、例えば窒化タンタルの高い材料除去率(MRR)、
(ii) 好ましくは研磨される基板、例えばルテニウムの高い材料除去率(MRR)、
(iii) 好ましくは研磨される基板、例えば銅及び/又は低k材料の低い材料除去率(MRR)、
(iv) CMP組成物にパッド洗浄剤を添加することによる、金属デブリのないきれいなパッド研磨表面、
(v) 安全な取扱い及び有害な副生成物を最小限まで低減、又は
(vi) (i)、(ii)、(iii)、(iv)及び(v)の組み合わせ
を示す。
特許請求する本発明の1つの側面において、以下の成分:
(A) 少なくとも1つの無機研削粒子、
(B) カルボン酸から選択される少なくとも1つのキレート剤、
(C) 非置換の又は置換されたトリアゾールから選択される少なくとも1つの腐食防止剤、
(D) 少なくとも1つのポリオキシアルキレン基を含む少なくとも1つの非イオン性界面活性剤、
(E) アクリル酸、メタクリル酸及びマレイン酸のポリマー及びコポリマーから選択される少なくとも1つのパッド洗浄剤、
(F) 少なくとも1つの炭酸塩又は炭酸水素塩、
(G) 有機過酸化物、無機過酸化物、過硫酸塩、ヨウ素酸塩、過ヨウ素酸、過ヨウ素酸塩、過マンガン酸塩、過塩素酸、過塩素酸塩、臭素酸及び臭素酸塩からなる群から選択される少なくとも1つの酸化剤、及び
(H) 水性媒体
を含む化学機械研磨(CMP)組成物を提供する。
- 1種類のコロイダル無機粒子
- 1種類のヒュームド無機粒子
- 異なる種類のコロイダル無機粒子及び/又はヒュームド無機粒子の混合物
であってよい。
形状係数=4π(面積/外周2)
真球度=(Mxx-Myy)-[4Mxy2+(Myy-Mxx)2]0.5/(Mxx-Myy)+[4Mxy2+(Myy-Mxx)2]0.5
伸長度 =(1/真球度)0.5
(式中、
Mxx=Σ(x-xmean)2/N
Myy=Σ(y-ymean)2/N
Mxy=Σ [(x-xmean)*(y-ymean)]/N
N 各粒子の像を形成するピクセルの数
x、y ピクセルの座標
xmean 前記粒子の像を形成するNピクセルのx座標の平均値
ymean 前記粒子の像を形成するNピクセルのy座標の平均値)
に従って計算することができる。
が、7以下、より好ましくは6以下、最も好ましくは5.5以下、特に好ましくは5以下であるような任意の酸基である。
- b1-b2、
- b1-b2-b1、
- b2-b1-b2、
- b2-b1-b2-b1、
- b1-b2-b1-b2-b1、及び
- b2-b1-b2-b1-b2
が含まれるが、これらに限定されない。
・ (b21)オキシアルキレンモノマー単位、及び
・ (b22)オキシエチレンモノマー単位以外のオキシアルキレンモノマー単位
を含むポリオキシアルキレン基から選択され、モノマー単位(b21)は、モノマー単位(b22)と同一ではなく、(b2)のポリオキシアルキレン基は、ランダム、交互、勾配及び/又はブロック状分布のモノマー単位(b21)及び(b22)を含有する。
・ (b21)オキシエチレンモノマー単位、及び
・ (b22)オキシエチレンモノマー単位以外のオキシアルキレンモノマー単位
を含むポリオキシアルキレン基から選択され、(b2)のポリオキシアルキレン基は、ランダム、交互、勾配及び/又はブロック状分布のモノマー単位(b21)及び(b22)を含有する。
・ より好ましくは、置換基がアルキル、シクロアルキル、アリール、アルキル-シクロアルキル、アルキル-アリール、シクロアルキル-アリール及びアルキル-シクロアルキル-アリール基からなる群から選択される、置換オキシラン(X)から誘導され、
・ 最も好ましくは、アルキル-置換オキシラン(X)から誘導され、
・ 特に好ましくは、置換基が1~10個の炭素原子を有するアルキル基からなる群から選択される、置換オキシラン(X)から誘導され、
・ 例えば、メチルオキシラン(プロピレンオキシド)及び/又はエチルオキシラン(ブチレンオキシド)から誘導される。
- ランダム:…-b21-b21-b22-b21-b22-b22-b22-b21-b22-…;
- 交互:…-b21-b22-b21-b22-b21-…;
- 勾配:…b21-b21-b21-b22-b21-b21-b22-b22-b21-b22-b22-b22-…;又は
- ブロック状:…-b21-b21-b21-b21-b22-b22-b22-b22-…
の分布を有することができる。
R14は、アルキル、アリール、アルキルアリール、又はアリールアルキルである。
(A) 金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、ケイ化物、ホウ化物、セラミック、ダイヤモンド、有機ハイブリッド粒子、無機ハイブリッド粒子及びシリカからなる群から選択される少なくとも1つの無機研削粒子、
(B) ジカルボン酸及びトリカルボン酸からなる群から選択される少なくとも1つのキレート剤、
(C) 非置換のベンゾトリアゾール、置換されたベンゾトリアゾール、非置換の1,2,3-トリアゾール、置換された1,2,3-トリアゾール、非置換の1,2,4-トリアゾール、及び置換された1,2,4-トリアゾールからなる群から選択される少なくとも1つの腐食防止剤、
(D) ポリオキシアルキレン基を含む、少なくとも1つの非イオン性界面活性剤、
(E) 40℃でゲル浸透クロマトグラフィーにより決定した数平均分子量が500g/mol以上~10000g/mol以下の範囲の、アクリル酸、メタクリル酸及びマレイン酸のポリマー及びコポリマーから選択される少なくとも1つのパッド洗浄剤、
(F) アルカリ炭酸塩又はアルカリ炭酸水素塩からなる群から選択される少なくとも1つの炭酸塩又は炭酸水素塩、
(G) 有機過酸化物、無機過酸化物、過硫酸塩、ヨウ素酸塩、過ヨウ素酸、過ヨウ素酸塩、過マンガン酸塩、過塩素酸、過塩素酸塩、臭素酸塩及び臭素酸塩からなる群から選択される少なくとも1つの酸化剤、及び
(H) 水性媒体
を含む化学機械研磨(CMP)組成物に関するものである。
(A) 金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、ケイ化物、ホウ化物、セラミック、ダイヤモンド、有機ハイブリッド粒子、無機ハイブリッド粒子及びシリカからなる群から選択される少なくとも1つの無機研削粒子、
(B) ジカルボン酸及びトリカルボン酸からなる群から選択される少なくとも1つのキレート剤、
(C) 非置換のベンゾトリアゾール、置換されたベンゾトリアゾール、非置換の1,2,3-トリアゾール、置換された1,2,3-トリアゾール、非置換の1,2,4-トリアゾール、及び置換された1,2,4-トリアゾールからなる群から選択される少なくとも1つの腐食防止剤、
(D) ポリオキシアルキレン基を含む、少なくとも1つの非イオン性界面活性剤、
(E) 40℃でゲル浸透クロマトグラフィーにより決定した数平均分子量が1000g/mol以上~7500g/mol以下の範囲の、アクリル酸、メタクリル酸及びマレイン酸のポリマー及びコポリマーから選択される少なくとも1つのパッド洗浄剤、
(F) アルカリ炭酸塩又はアルカリ炭酸水素塩からなる群から選択される少なくとも1つの炭酸塩又は炭酸水素塩、
(G) 有機過酸化物、無機過酸化物、過硫酸塩、ヨウ素酸塩、過ヨウ素酸、過ヨウ素酸塩、過マンガン酸塩、過塩素酸、過塩素酸塩、臭素酸塩及び臭素酸塩からなる群から選択される少なくとも1つの酸化剤、及び
(H) 水性媒体
を含む化学機械研磨(CMP)組成物に関するものであり、
化学機械研磨(CMP)組成物のpHは、8以上~11以下の範囲である。
(A) シリカ粒子、
(B) カルボン酸から選択されるキレート剤、
(C) トリアゾールから選択される腐食防止剤、
(D) ポリオキシアルキレン基を含む両親媒性非イオン性界面活性剤、
(E) ポリ(アクリル酸-コ-マレイン酸)コポリマーから選択されるパッド洗浄剤、
(F) 炭酸塩、
(G) 過酸化物、及び
(H) 水性媒体
を含む化学機械研磨(CMP)組成物に関するものである。
(A) シリカ粒子、
(B) クエン酸、
(C) 非置換のベンゾトリアゾール、置換されたベンゾトリアゾール、非置換の1,2,3-トリアゾール、置換された1,2,3-トリアゾール、非置換の1,2,4-トリアゾール及び置換された1,2,4-トリアゾールからなる群から選択される腐食防止剤(C)、
(D) ポリオキシアルキレン基を含む両親媒性非イオン性界面活性剤、
(E) ポリ(アクリル酸-コ-マレイン酸)コポリマーから選択されるパッド洗浄剤、
(F) アルカリ炭酸塩又はアルカリ炭酸水素塩からなる群から選択される炭酸塩又は炭酸水素塩、
(G) 有機過酸化物又は無機過酸化物、過硫酸塩、ヨウ素酸塩、過ヨウ素酸、過ヨウ素酸塩、過マンガン酸塩、過塩素酸、過塩素酸塩、臭素酸及び臭素酸塩からなる群から選択される酸化剤、及び
(H) 水性媒体
を含む化学機械研磨(CMP)組成物に関するものである。
(A) シリカ粒子、
(B) マロン酸、酒石酸、コハク酸、アジピン酸、リンゴ酸、マレイン酸、シュウ酸及びフマル酸からなる群から選択されるジカルボン酸、
(C) 非置換のベンゾトリアゾール、置換されたベンゾトリアゾール、非置換の1,2,3-トリアゾール、置換された1,2,3-トリアゾール、非置換の1,2,4-トリアゾール及び置換された1,2,4-トリアゾールからなる群から選択される腐食防止剤(C)、
(D) ポリオキシアルキレン基を含む両親媒性非イオン性界面活性剤、
(E) ポリ(アクリル酸-コ-マレイン酸)コポリマーから選択されるパッド洗浄剤、
(F) アルカリ炭酸塩又はアルカリ炭酸水素塩からなる群から選択される炭酸塩又は炭酸水素塩、
(G) 有機過酸化物又は無機過酸化物、過硫酸塩、ヨウ素酸塩、過ヨウ素酸、過ヨウ素酸塩、過マンガン酸塩、過塩素酸、過塩素酸塩、臭素酸及び臭素酸塩からなる群から選択される酸化剤、及び
(H) 水性媒体
を含む化学機械研磨(CMP)組成物に関するものである。
(A) シリカ粒子、
(B) マロン酸、酒石酸、コハク酸、アジピン酸、リンゴ酸、マレイン酸、シュウ酸及びフマル酸からなる群から選択されるジカルボン酸、
(C) 非置換のベンゾトリアゾール及び置換されたベンゾトリアゾールからなる群から選択される腐食防止剤(C)、
(D) ポリエチレン-ポリプロピレンエーテル、
(E) 40℃でゲル浸透クロマトグラフィーにより決定した数平均分子量が500g/mol以上~10000g/mol以下の範囲の、ポリ(アクリル酸-コ-マレイン酸)コポリマーから選択されるパッド洗浄剤、
(F) アルカリ炭酸塩又はアルカリ炭酸水素塩、及び
(H) 水性媒体
を含む化学機械研磨(CMP)組成物に関するものである。
(A) シリカ粒子、
(B) クエン酸、
(C) 非置換のベンゾトリアゾール及び置換されたベンゾトリアゾールからなる群から選択される腐食防止剤(C)、
(D) ポリエチレン-ポリプロピレンエーテル、
(E) 40℃でゲル浸透クロマトグラフィーにより決定した数平均分子量が500g/mol以上~10000g/mol以下の範囲の、ポリ(アクリル酸-コ-マレイン酸)コポリマーから選択されるパッド洗浄剤、
(F) アルカリ炭酸塩又はアルカリ炭酸水素塩、及び
(H) 水性媒体
を含む化学機械研磨(CMP)組成物に関するものである。
(A) 金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、ケイ化物、ホウ化物、セラミック、ダイヤモンド、有機/無機ハイブリッド粒子及びシリカからなる群から選択される少なくとも1つの無機研削粒子、
(B) ジカルボン酸及びトリカルボン酸からなる群から選択される少なくとも1つのキレート剤、
(C) 非置換のベンゾトリアゾール、置換されたベンゾトリアゾール、非置換の1,2,3-トリアゾール、置換された1,2,3-トリアゾール、非置換の1,2,4-トリアゾール、及び置換された1,2,4-トリアゾールからなる群から選択される少なくとも1つの腐食防止剤、
(D) ポリオキシアルキレン基を含む、少なくとも1つの非イオン性界面活性剤、
(E) 40℃でゲル浸透クロマトグラフィーにより決定した数平均分子量が500g/mol以上~10000g/mol以下の範囲の、アクリル酸、メタクリル酸及びマレイン酸のポリマー及びコポリマーから選択される少なくとも1つのパッド洗浄剤、
(F) アルカリ炭酸塩又はアルカリ炭酸水素塩からなる群から選択される少なくとも1つの炭酸塩又は炭酸水素塩、
(G) 有機過酸化物又は無機過酸化物、過硫酸塩、ヨウ素酸塩、過ヨウ素酸、過ヨウ素酸塩、過マンガン酸塩、過塩素酸、過塩素酸塩、臭素酸及び臭素酸塩からなる群から選択される少なくとも1つの酸化剤、及び
(H) 水性媒体
を含む化学機械研磨(CMP)組成物に関するものであり、
化学機械研磨(CMP)組成物のpHは、8以上~11以下の範囲である。
(A) 0.01wt.%以上~5wt.%以下の、少なくとも1つの無機研削粒子、
(B) 0.001wt.%以上~2.5wt.%以下の、カルボン酸から選択される少なくとも1つのキレート剤、
(C) 0.001wt.%以上~1wt.%以下の、非置換の又は置換されたトリアゾールから選択される少なくとも1つの腐食防止剤、
(D) 0.01wt.%以上~1wt.%以下の、少なくとも1つのポリオキシアルキレン基を含む少なくとも1つの非イオン性界面活性剤、
(E) 0.001wt.%以上~1wt.%以下の、アクリル酸、メタクリル酸及びマレイン酸のポリマー及びコポリマーから選択される少なくとも1つのパッド洗浄剤、
(F) 0.001wt.%以上~1wt.%以下の、少なくとも1つの炭酸塩又は炭酸水素塩、
(G) 1wt.%以上~2wt.%以下の、有機過酸化物、無機過酸化物、過硫酸塩、ヨウ素酸塩、過ヨウ素酸、過ヨウ素酸塩、過マンガン酸塩、過塩素酸、過塩素酸塩、臭素酸及び臭素酸塩からなる群から選択される少なくとも1つの酸化剤、及び
(H) 水性媒体
を含む化学機械研磨(CMP)組成物に関するものであり、
質量パーセンテージは、各場合において、化学機械研磨組成物(CMP)の総質量に基づく。
(A) 0.01wt.%以上~5wt.%以下の、少なくとも1つの無機研削粒子、
(B) 0.001wt.%以上~2.5wt.%以下の、カルボン酸から選択される少なくとも1つのキレート剤、
(C) 0.001wt.%以上~1wt.%以下の、非置換の又は置換されたトリアゾールから選択される少なくとも1つの腐食防止剤、
(D) 0.01wt.%以上~1wt.%以下の、少なくとも1つのポリオキシアルキレン基を含む少なくとも1つの非イオン性界面活性剤、
(E) 0.001wt.%以上~1wt.%以下の、ポリ(アクリル酸-コ-マレイン酸)コポリマーから選択される少なくとも1つのパッド洗浄剤、
(F) 0.001wt.%以上~1wt.%以下の、少なくとも1つの炭酸塩又は炭酸水素塩、
(G) 1wt.%以上~2wt.%以下の、有機過酸化物、無機過酸化物、過硫酸塩、ヨウ素酸塩、過ヨウ素酸、過ヨウ素酸塩、過マンガン酸塩、過塩素酸、過塩素酸塩、臭素酸及び臭素酸塩からなる群から選択される少なくとも1つの酸化剤、及び
(H) 水性媒体
を含む化学機械研磨(CMP)組成物に関するものであり、
質量パーセンテージは、各場合において、化学機械研磨組成物(CMP)の総質量に基づき、そして
化学機械研磨(CMP)組成物のpHは、8以上~11以下の範囲である。
(A) 0.01wt.%以上~5wt.%以下の、コロイダルシリカ、
(B) 0.001wt.%以上~2.5wt.%以下の、マロン酸、酒石酸、コハク酸、アジピン酸、リンゴ酸、マレイン酸、シュウ酸及びフマル酸からなる群から選択されるジカルボン酸、
(C) 0.001wt.%以上~1wt.%以下の、非置換のベンゾトリアゾール及び置換されたベンゾトリアゾールからなる群から選択される少なくとも1つの腐食防止剤、
(D) 0.01wt.%以上~1wt.%以下の、少なくとも1つのポリオキシアルキレン基を含む少なくとも1つの非イオン性界面活性剤、
(E) 0.001wt.%以上~1wt.%以下の、40℃でゲル浸透クロマトグラフィーにより決定した数平均分子量が500g/mol以上~10000g/mol以下の範囲である、ポリ(アクリル酸-コ-マレイン酸)コポリマーから選択される少なくとも1つのパッド洗浄剤、
(F) 0.001wt.%以上~1wt.%以下の、アルカリ炭酸塩又はアルカリ炭酸水素塩、及び
(H) 水性媒体
を含む化学機械研磨(CMP)組成物に関するものであり、
質量パーセンテージは、各場合において、化学機械研磨組成物(CMP)の総質量に基づく。
(A) 0.01wt.%以上~5wt.%以下の、コロイダルシリカ、
(B) 0.001wt.%以上~2.5wt.%以下の、クエン酸、
(C) 0.001wt.%以上~1wt.%以下の、非置換のベンゾトリアゾール及び置換されたベンゾトリアゾールからなる群から選択される少なくとも1つの腐食防止剤、
(D) 0.01wt.%以上~1wt.%以下の、少なくとも1つのポリオキシアルキレン基を含む少なくとも1つの非イオン性界面活性剤、
(E) 0.001wt.%以上~1wt.%以下の、ポリ(アクリル酸-コ-マレイン酸)コポリマーから選択される少なくとも1つのパッド洗浄剤、
(F) 0.001wt.%以上~1wt.%以下の、アルカリ炭酸塩又はアルカリ炭酸水素塩、及び
(H) 水性媒体
を含む化学機械研磨(CMP)組成物に関するものであり、
質量パーセンテージは、各場合において、化学機械研磨組成物(CMP)の総質量に基づき、そして
化学機械研磨(CMP)組成物のpHは、9.25以上~11以下の範囲である。
(A) 0.01wt.%以上~3wt.%以下の、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、ケイ化物、ホウ化物、セラミック、ダイヤモンド、有機ハイブリッド粒子、無機ハイブリッド粒子及びシリカからなる群から選択される少なくとも1つの無機研削粒子、
(B) 0.01wt.%以上~1wt.%以下の、ジカルボン酸及びトリカルボン酸からなる群から選択される少なくとも1つのキレート剤、
(C) 0.001wt.%以上~1wt.%以下の、非置換のベンゾトリアゾール、置換されたベンゾトリアゾール、非置換の1,2,3-トリアゾール、置換された1,2,3-トリアゾール、非置換の1,2,4-トリアゾール、及び置換された1,2,4-トリアゾールからなる群から選択される少なくとも1つの腐食防止剤、
(D) 0.002wt.%以上~0.5wt.%以下の、少なくとも1つのポリオキシアルキレン基を含む少なくとも1つの非イオン性界面活性剤、
(E) 0.001wt.%以上~0.5wt.%以下の、ポリ(アクリル酸-コ-マレイン酸)コポリマーから選択される少なくとも1つのパッド洗浄剤、
(F) 0.001wt.%以上~1wt.%以下の、アルカリ炭酸塩又はアルカリ炭酸水素塩からなる群から選択される少なくとも1つの炭酸塩又は炭酸水素塩、及び
(G) 1wt.%以上~2wt.%以下の、有機過酸化物、無機過酸化物、過硫酸塩、ヨウ素酸塩、過ヨウ素酸、過ヨウ素酸塩、過マンガン酸塩、過塩素酸、過塩素酸塩、臭素酸及び臭素酸塩からなる群から選択される少なくとも1つの酸化剤、及び
(H) 水性媒体
を含む化学機械研磨(CMP)組成物に関するものであり、
質量パーセンテージは、各場合において、化学機械研磨組成物(CMP)の総質量に基づく。
(A) 0.01wt.%以上~1.8wt.%以下の、コロイダルシリカ、
(B) 0.01wt.%以上~1wt.%以下の、ジカルボン酸及びトリカルボン酸からなる群から選択される少なくとも1つのキレート剤、
(C) 0.001wt.%以上~1wt.%以下の、非置換のベンゾトリアゾール又は置換されたベンゾトリアゾールからなる群から選択される少なくとも1つの腐食防止剤、
(D) 0.002wt.%以上~0.5wt.%以下の、少なくとも1つのポリオキシアルキレン基を含む少なくとも1つの非イオン性界面活性剤、
(E) 0.001wt.%以上~0.5wt.%以下の、ポリ(アクリル酸-コ-マレイン酸)コポリマーから選択される少なくとも1つのパッド洗浄剤、
(F) 0.001wt.%以上~1wt.%以下の、アルカリ炭酸塩又はアルカリ炭酸水素塩からなる群から選択される少なくとも1つの炭酸塩又は炭酸水素塩、及び
(G) 1wt.%以上~2wt.%以下の、有機過酸化物、無機過酸化物、過硫酸塩、ヨウ素酸塩、過ヨウ素酸、過ヨウ素酸塩、過マンガン酸塩、過塩素酸、過塩素酸塩、臭素酸及び臭素酸塩からなる群から選択される少なくとも1つの酸化剤、及び
(H) 水性媒体
を含む化学機械研磨(CMP)組成物に関するものであり、
質量パーセンテージは、各場合において、化学機械研磨組成物(CMP)の総質量に基づき、そして
化学機械研磨(CMP)組成物のpHは、9.25以上~11以下の範囲である。
(i) 銅、及び/又は
(ii) タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン、ルテニウム、コバルト、又はそれらの合金
を含む。
(i) 銅、及び/又は
(ii) タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン、ルテニウム、又はそれらのルテニウム合金
を含む。
(i) 好ましくは研磨される基板、例えば、タンタル、窒化タンタル又はそれらの合金の高い材料除去率(MRR)、
(ii) 好ましくは研磨される基板、例えば、ルテニウム又はそのルテニウム合金の高い材料除去率(MRR)、
(iii) 好ましくは研磨される基板、例えば、銅及び/又は低k材料の低材料除去率(MRR)、
(iv) CMP組成物にパッド洗浄剤を添加することによる、金属デブリのないきれいなパッド研磨表面。
以下において、本開示を以下に記載の特定の実施形態に限定することを意図することなく、本開示をさらに説明するための実施形態のリストを提供する。
(B) カルボン酸から選択される少なくとも1つのキレート剤、
(C) 非置換の又は置換されたトリアゾールから選択される少なくとも1つの腐食防止剤、
(D) 少なくとも1つのポリオキシアルキレン基を含む少なくとも1つの非イオン性界面活性剤、
(E) アクリル酸、メタクリル酸及びマレイン酸のポリマー及びコポリマーから選択される少なくとも1つのパッド洗浄剤、
(F) 少なくとも1つの炭酸塩又は炭酸水素塩、
(G) 有機過酸化物、無機過酸化物、過硫酸塩、ヨウ素酸塩、過ヨウ素酸、過ヨウ素酸塩、過マンガン酸塩、過塩素酸、過塩素酸塩、臭素酸及び臭素酸塩からなる群から選択される少なくとも1つの酸化剤、及び
(H) 水性媒体
を含む、化学機械研磨(CMP)組成物。
(B) 0.001wt.%以上~2.5wt.%以下の、カルボン酸から選択される少なくとも1つのキレート剤、
(C) 0.001wt.%以上~1wt.%以下の、非置換の又は置換されたトリアゾールから選択される少なくとも1つの腐食防止剤、
(D) 0.01wt.%以上~1wt.%以下の、少なくとも1つのポリオキシアルキレン基を含む少なくとも1つの非イオン性界面活性剤、
(E) 0.001wt.%以上~1wt.%以下の、アクリル酸、メタクリル酸及びマレイン酸のポリマー及びコポリマーから選択される少なくとも1つのパッド洗浄剤、
(F) 0.001wt.%以上~1wt.%以下の、少なくとも1つの炭酸塩又は炭酸水素塩、
(G) 1wt.%以上~2wt.%以下の、有機過酸化物、無機過酸化物、過硫酸塩、ヨウ素酸塩、過ヨウ素酸、過ヨウ素酸塩、過マンガン酸塩、過塩素酸、過塩素酸塩、臭素酸及び臭素酸塩からなる群から選択される少なくとも1つの酸化剤、及び
(H) 水性媒体
を含み、
質量パーセンテージは、各場合において、化学機械研磨組成物(CMP)の総質量に基づく、
実施形態1から16のいずれか1項に記載の化学機械研磨(CMP)組成物。
(B) ジカルボン酸及びトリカルボン酸からなる群から選択される少なくとも1つのキレート剤、
(C) 非置換のベンゾトリアゾール、置換されたベンゾトリアゾール、非置換の1,2,3-トリアゾール、置換された1,2,3-トリアゾール、非置換の1,2,4-トリアゾール、及び置換された1,2,4-トリアゾールからなる群から選択される少なくとも1つの腐食防止剤、
(D) ポリオキシアルキレン基を含む、少なくとも1つの非イオン性界面活性剤、
(E) アクリル酸、メタクリル酸及びマレイン酸のポリマー及びコポリマーから選択される少なくとも1つのパッド洗浄剤、
(F) アルカリ炭酸塩又はアルカリ炭酸水素塩からなる群から選択される少なくとも1つの炭酸塩又は炭酸水素塩、
(G) 有機過酸化物、無機過酸化物、過硫酸塩、ヨウ素酸塩、過ヨウ素酸、過ヨウ素酸塩、過マンガン酸塩、過塩素酸、過塩素酸塩、臭素酸塩及び臭素酸塩からなる群から選択される少なくとも1つの酸化剤、及び
(H) 水性媒体
を含む、
実施形態1から17のいずれか1項に記載の化学機械研磨(CMP)組成物。
(B) 0.001wt.%以上~2.5wt.%以下の、ジカルボン酸及びトリカルボン酸からなる群から選択される少なくとも1つのキレート剤、
(C) 0.001wt.%以上~1wt.%以下の、非置換のベンゾトリアゾール、置換されたベンゾトリアゾール、非置換の1,2,3-トリアゾール、置換された1,2,3-トリアゾール、非置換の1,2,4-トリアゾール、及び置換された1,2,4-トリアゾールからなる群から選択される少なくとも1つの腐食防止剤、
(D) 0.01wt.%以上~1wt.%以下の、少なくとも1つのポリオキシアルキレン基を含む少なくとも1つの非イオン性界面活性剤、
(E) 0.001wt.%以上~1wt.%以下の、ポリ(アクリル酸-コ-マレイン酸)コポリマーから選択される少なくとも1つのパッド洗浄剤、
(F) 0.001wt.%以上~1wt.%以下の、アルカリ炭酸塩又はアルカリ炭酸水素塩からなる群から選択される少なくとも1つの炭酸塩又は炭酸水素塩、及び
(G) 1wt.%以上~2wt.%以下の、有機過酸化物、無機過酸化物、過硫酸塩、ヨウ素酸塩、過ヨウ素酸、過ヨウ素酸塩、過マンガン酸塩、過塩素酸、過塩素酸塩、臭素酸及び臭素酸塩からなる群から選択される少なくとも1つの酸化剤、及び
(H) 水性媒体
を含み、
質量パーセンテージは、各場合において、化学機械研磨組成物(CMP)の総質量に基づく、
実施形態1から18のいずれか1項に記載の化学機械研磨(CMP)組成物。
(i) 銅、及び/又は
(ii) タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン、ルテニウム、又はそれらのルテニウム合金
を含む、実施形態22に記載の使用方法。
特許請求する本発明を以下の実施例によって詳細に説明する。より詳細には、以下に特定する試験方法は、本願の一般的な開示の一部であり、特定の作業例に限定するものではない。
銅及び/又はルテニウムでコーティングされたウェーハを研磨するために、シリカベースのスラリーを使用した。スラリー組成物は以下を含んでいた:
(A) 無機研削剤:Fuso Chemical Corporation社からFuso(登録商標)PL-3の商品名で市販されているシリカ粒子
(B) キレート剤:Sigma-Aldrich社から入手可能なクエン酸
(C) 腐食防止剤:Sigma-Aldrich社から入手可能なベンゾトリアゾール(BTA)
(D) 非イオン性界面活性剤、入手可能なポリエチレン-ポリプロピレンエーテル(Triton(登録商標)DF16)
(E) パッド洗浄剤、BASF SE社、Ludwigshafenから入手可能な質量平均分子量3000g/molのポリ(アクリル酸-コ-マレイン酸)(Planapur(登録商標)CP12SEG)
(F) Sigma-Aldrich社から入手可能な炭酸塩、K2CO3
(G) 入手可能な酸化剤H2O2、及び
(H) 水
酸化剤(G)(1%H2O2)は、スラリーが化学機械研磨(CMP)に使用される直前(1~15分)に添加した。
スラリー組成物の調製手順
スラリー組成物中の成分を完全に混合し、そして全ての混合工程を攪拌しながら行う。超純水(UPW)中に所望の量のそれぞれの化合物を溶解することにより各化合物(B)、(C)、(D)、(E)、(F)及び(G)の水性原液を調製する。成分の原液において、溶解をサポートするために、KOHを好ましくは使用する。KOHにより、原液を~pH9に調整する。(B)の原液は、10wt.%のそれぞれの添加剤の濃度を有し、(C)、(D)及び(E)の原液は1.0wt.%のそれぞれの添加剤の濃度を有する。(A)において、供給元から提供され、典型的に約20wt.%~30wt.%の研削剤濃度を有する分散体を使用する。酸化剤(G)を30wt.%の原液として使用する。
35nmの平均一次粒度(d1)、70nmの平均二次粒度(d2)(Horiba製機器による動的光散乱技術を用いて決定した)(例えば、Fuso(登録商標)PL-3)、及び約46m2/gの比表面積を有する繭形のコロイダルシリカ粒子(A1)を使用した。
20wt.%固形分を有する水性繭形シリカ粒子分散体を炭素ホイル上に分散させ、乾燥させた。エネルギーフィルタ型透過電子顕微鏡(EF-TEM)(120キロボルト)及び走査型電子顕微鏡二次電子画像(SEM-SE)(5キロボルト)を使用して、乾燥した分散体を解析した。2k、16ビット、0.6851nm/ピクセルの解像度を有するEF-TEM画像を解析に使用した。ノイズ抑制後の閾値を使用して、画像を2値化処理した。その後、粒子を手作業で分離した。重なり粒子及び端の粒子を区別し、これは解析に使用しなかった。上記で定義したECD、形状係数及び真球度を計算し、統計的に分類した。
装置: Mirra-mesa(Applied Materials社)
下方圧力: すべての基板で1.5psi、Ru 2psi
研磨テーブル/キャリア速度: 93/87rpm
スラリー流量: 200ml/分
研磨時間: Ru60秒、Cu60秒、TEOS60秒、TaN60秒、BD2 60秒
研磨パッド: Fujibo H800NW
コンディショニングツール: AMAT CMP装置用3M A189Lダイヤモンド研磨ディスク、5lbfのダウンフォースによるin-situコンディショニング
装置: GnP(G&P Technology社)
下方圧力: クーポンウェーハに対して2psi
研磨テーブル/キャリア速度: 93/87rpm
スラリー流速: 200ml/分
研磨時間: メイン研磨でRu60秒、Cu60秒、TEOS60秒、TaN60秒、BD2 60秒
研磨パッド: Fujibo H800NW
コンディショニングツール: A189L
コンディショニングタイプ: in-situ、振動、60秒のメイン研磨で65rpm、ダウンフォース5lbf
Cu及びRu膜: Registage RG-120/RT-80、4点プローブ装置(NAPSON Corporation社)
TEOS: Opti-Probe2600(Therma Wave,KLA-Tencor)
TaN: Resistage RG-120/RT-80、4点プローブ装置(NAPSON Corporation社)
BD1: Opti-Probe2600(Therma Wave,KLA-Tencor社)
膜厚は49点スキャン(5mmの端を除く)でCMP前後に測定した。厚さの減少を平均し、研磨時間で割って材料除去率(MRR)を算出した。
Cuでコーティングされたウェーハ: Resistage RG-120/RT-80、4点プローブ装置(NAPSON Corporation社)
TaN: Resistage RG-120/RT-80、4点プローブ装置(NAPSON Corporation社)
TEOS: Opti-Probe2600(Therma Wave,KLA-Tencor)
BD2: Opti-Probe2600(Therma Wave,KLA-Tencor)
BD1: Opti-Probe2600(Therma Wave,KLA-Tencor)
pH値は、pH複合電極(Schott、ブルーライン22pH電極)を用いて測定した。
化学機械研磨(CMP)では一般に、CMPプロセスでは望まれない研磨デブリが生じる。さらに、研磨パッドに吸着・蓄積されたデブリは、ウェーハ上にさらなる欠陥を発生させ、望ましくないさらなる欠陥をもたらす可能性がある。従って、パッド表面へのデブリの吸着を防止しなければならない。様々なスラリー組成及び様々なパラメータの影響を評価するために、次のような試験方法を開発し、パッド汚染実験と名付けた。パッド汚染実験は、研磨中に様々なデブリを発生させるために、銅(Cu)イオンを用いる場合及び用いない場合の2つの方法で行った。スラリーは前述のように調製した。
銅イオンを用いるパッド汚染実験は、Fujibo H804パッドで研磨する前に、50ppmのCuSO4.5H2Oをスラリーに添加してから混合物をパッドに塗布し、コーティングされたルテニウム膜がウェーハ表面から完全に除去されるまでルテニウム(Ru)ウェーハを研磨して行った。その後、パッドを研磨機から外して完全に乾燥させた。パッドの写真を撮影し、画像処理ソフトを使用して画像解析を行った。この実験では、パッド上にルテニウム及び銅のデブリが蓄積しているようであった。この実験では、パッド上の汚れ(種の蓄積)を分析しやすいように、白いパッドであるFujibo H804を使用した。
銅(Cu)イオンを用いるパッド汚染実験
Cuイオンを用いるパッド汚染実験は、Fujibo H804パッドで研磨する前のスラリーに50ppmのCuSO4.5H2Oを添加してから混合物をパッドに塗布し、クーポン表面からコーティングされたルテニウム膜が完全に除去されるまで、クーポンサイズが30mmx30mmのルテニウム(Ru)を研磨して行った。(ルテニウムクーポンは200mmのRuウェーハから切り出した。)研磨後、パッドを研磨機から取り出し、完全に乾燥させた。Ruクーポンを研磨したパッドに円形の汚染が観察された。パッドの小片を切り取り、画像処理ソフトを使用してさらに解析するために取り出した。このパッド汚染実験では、パッド上にRu及びCuのデブリが蓄積しているようであった。この実験では、パッド上の汚染(種の蓄積)を分析しやすいように、白いパッドであるFujibo H804を使用した。
銅イオンを用いないパッド汚染実験のため、スラリーをパッドに塗布し、コーティングされたルテニウム膜がクーポン表面から完全に除去されるまで、ルテニウムクーポンを研磨して行った。その後、パッドを研磨機から取り出して完全に乾燥させた。パッドの写真を撮影し、画像処理ソフトを使用して画像解析を行った。各実験には新しいパッドを使用した。この実験では、研磨パッド上にRuのデブリが蓄積されているようであった。
パッド汚染実験は、様々なスラリー組成物の比較のために定量化した。パッド汚染実験を行った後、使用した研磨パッドを研磨機から取り出し、室温で乾燥させた。所定の照明条件(すべてのパッドで同じ)でデジタルカメラを使ってパッドの写真を撮影し、グレースケール分析用のソフトウェアを使って写真の所定の領域(500x500ピクセル)を切り取った。このソフトウェアは、0(暗い)から255(白い)の間の値を生成する。パッドの写真を定量的に分析するために、分析されたピクセル領域の平均値を取った。
GnP研磨機を検証し、200mmのMirra Mesa及びGnPの2つの研磨プラットフォームの相関関係を確立するために、200mm研磨機で得られた既存の結果からいくつかの処方を選び、これらの処方を用いるパッド汚染実験をGnP研磨機でも繰り返し行った。図1は、Cuイオンを用いる場合及び用いない場合の、GnPのルテニウムクーポン研磨と、200mmのMirra Mesaウェーハ研磨との相関結果を示したものである。図1に示すように、GnPのルテニウムクーポン研磨と200mmのMirra Mesaウェーハ研磨との間には、妥当な相関関係がある。生成されたパッド汚染結果は、ルテニウムウェーハ/クーポンのサイズとは無関係であると結論づけることができる。
表1及び表2は、様々な基板及び銅イオンを用いる場合及び用いない場合のパッド汚染の材料除去率(MRR)を示す。Planapur(登録商標)CP12SEGを添加することで、これらの添加剤を含まないスラリーと比較して、pH9.25で、ルテニウム、銅及びルテニウムデブリの吸着が防止された。表1及び表2は、パッド洗浄剤Planapur(登録商標)CP12SEGをBTAと共に使用した場合に最もきれいなパッド表面が得られる効果を示す。表2は、材料除去率に最も顕著な効果をもたらすpHを示す。
Claims (15)
- (A) 少なくとも1つの無機研削粒子、
(B) カルボン酸から選択される少なくとも1つのキレート剤、
(C) 非置換の又は置換されたトリアゾールから選択される少なくとも1つの腐食防止剤、
(D) 少なくとも1つのポリオキシアルキレン基を含む少なくとも1つの非イオン性界面活性剤、
(E) アクリル酸、メタクリル酸及びマレイン酸のポリマー及びコポリマーから選択される少なくとも1つのパッド洗浄剤、
(F) 少なくとも1つの炭酸塩又は炭酸水素塩、
(G) 有機過酸化物、無機過酸化物、過硫酸塩、ヨウ素酸塩、過ヨウ素酸、過ヨウ素酸塩、過マンガン酸塩、過塩素酸、過塩素酸塩、臭素酸及び臭素酸塩からなる群から選択される少なくとも1つの酸化剤、及び
(H) 水性媒体
を含む、化学機械研磨(CMP)組成物。 - 前記少なくとも1つの無機研削粒子(A)が、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、ケイ化物、ホウ化物、セラミック、ダイヤモンド、有機ハイブリッド粒子、無機ハイブリッド粒子及びシリカ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(CMP)組成物。
- 前記少なくとも1つの無機研削粒子(A)の濃度が、前記化学機械研磨組成物の総質量に基づいて、0.01wt.%以上~10wt.%以下の範囲である、請求項1に記載の化学機械研磨(CMP)組成物。
- 前記カルボン酸が、ジカルボン酸及びトリカルボン酸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(CMP)組成物。
- 前記少なくとも1つのキレート剤(B)の濃度が、前記化学機械研磨組成物の総質量に基づいて、0.001wt.%以上~2.5wt.%以下の範囲である、請求項1に記載の化学機械研磨(CMP)組成物。
- 前記トリアゾールが、非置換のベンゾトリアゾール、置換されたベンゾトリアゾール、非置換の1,2,3-トリアゾール、置換された1,2,3-トリアゾール、非置換の1,2,4-トリアゾール、及び置換された1,2,4-トリアゾール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(CMP)組成物。
- 前記少なくとも1つの腐食防止剤(C)の濃度が、前記化学機械研磨組成物の総質量の0.001wt.%以上~1wt.%以下の範囲である、請求項1に記載の化学機械研磨(CMP)組成物。
- 少なくとも1つのポリオキシアルキレン基を含む前記非イオン性界面活性剤(D)の濃度が、前記化学機械研磨組成物の総質量に基づいて、0.01wt.%以上~10wt.%以下の範囲である、請求項1に記載の化学機械研磨(CMP)組成物。
- 前記少なくとも1つのパッド洗浄剤が、ポリ(アクリル酸-コ-マレイン酸)から選択される、請求項1に記載の化学機械研磨(CMP)組成物。
- 前記アクリル酸、メタクリル酸及びマレイン酸のポリマー及びコポリマーが、500g/mol以上~10000g/mol以下の範囲の数平均分子量を有する、請求項1に記載の化学機械研磨(CMP)組成物。
- 前記パッド洗浄剤(E)の濃度が、前記化学機械研磨組成物の総質量に基づいて、0.001wt.%以上~1wt.%以下の範囲である、請求項1に記載の化学機械研磨(CMP)組成物。
- 前記化学機械研磨組成物のpHが8~11の範囲である、請求項1に記載の化学機械研磨(CMP)組成物。
- 請求項1から12のいずれか1項に記載の化学機械研磨(CMP)組成物の存在下における、基板の化学機械研磨を含む半導体デバイスの製造方法。
- 前記基板が少なくとも1つの銅層及び/又は少なくとも1つのルテニウム層を含む、請求項13に記載の方法。
- 半導体産業で使用される基板の化学機械研磨のための、請求項1から12のいずれか1項に記載の化学機械研磨組成物の使用方法であって、前記基板が
(i) 銅、及び/又は
(ii) タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン、ルテニウム、又はそれらのルテニウム合金
を含む、使用方法。
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