JP2023048132A - ポリシリコンの除去速度を高める方法 - Google Patents

ポリシリコンの除去速度を高める方法 Download PDF

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Abstract

【課題】基板からのポリシリコンの除去速度を高める方法を提供する。【解決手段】基板からのポリシリコンの除去速度を高める方法であって、水と有機酸と砥粒とを含有する酸性ケミカルメカニカルポリッシングスラリーと、水と砥粒と低級アルキルアミン化合物とを含有するアルカリ溶液とを混合するステップ、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ステップ、研磨パッドと基板との間の界面に動的接触を生成するステップ及びケミカルメカニカルポリッシングスラリーとアルカリ溶液との混合物を、研磨パッドと基板との間の界面又は界面付近の研磨表面上に分注するステップを含み、ポリシリコンの一部を基板から研磨除去する。【選択図】なし

Description

本発明は、基板からのポリシリコンの除去速度を高める方法に関する。より具体的には、本発明は、水と有機酸と砥粒粒子とを含有する酸性ケミカルメカニカルポリッシングスラリーと、水と低級アルキル鎖アミン化合物とを含有するアルカリ溶液とを混合し、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し、研磨パッドと基板との間の界面に動的接触を生成し、ケミカルメカニカルポリッシングスラリーとアルカリ溶液との混合物を、研磨パッドと基板との間の界面又は界面付近の研磨表面上に分注することによって、基板からのポリシリコンの除去速度を高める方法に関し、該方法において、ポリシリコンの一部が基板から研磨除去される。
集積回路及び他の電子デバイスの製造において、導電性材料、半導体性材料及び絶縁材料の複数の層が、半導体ウェーハの表面上に堆積されるか、又は半導体ウェーハの表面から除去される。導電性材料、半導体性材料及び絶縁材料の薄層は、いくつかの堆積技術によって堆積され得る。現代の処理における一般的な堆積技術には、スパッタリングとしても知られる物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、プラズマ化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、及び電気化学めっき（ＥＣＰ）が含まれる。
材料の層が逐次堆積及び除去されるにつれて、ウェーハの最上面は非平坦になる。その後の半導体処理（例えば、メタライゼーション）では、ウェーハが平らな表面を有する必要があるため、ウェーハを平坦化する必要がある。平坦化は、粗い表面、凝集した材料、結晶格子損傷、スクラッチ、及び汚染された層若しくは材料などの望ましくない表面トポグラフィ及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又はケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）は、半導体ウェーハなどの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装置内の研磨パッドと接触して配置される。キャリア・アセンブリは、ウェーハに制御可能な圧力を加え、ウェーハを研磨パッドに押し付ける。パッドは、外部駆動力によってウェーハに対して動かされ（例えば、回転させられ）る。それと同時に、研磨組成物（「スラリー」）又は他の研磨液がウェーハと研磨パッドとの間に供給される。したがって、ウェーハ表面は、パッド表面及びスラリーの化学的作用及び機械的作用によって研磨され、平坦にされる。しかしながら、ＣＭＰには非常に多くの複雑さが伴う。各タイプの材料は、固有の研磨組成物、適切に設計された研磨パッド、研磨及びＣＭＰ後洗浄の両方のための最適化されたプロセス設定、並びに特定の材料を研磨する用途に個別に調整されなければならない他の要因を必要とする。
例えば、酸性酸化物スラリーは、２８nm以下などの中核先進技術にますます適合してきた。そのようなスラリー中に存在する砥粒は、様々な化学的アプローチ又は添加剤アプローチによって正電荷を有する。このようなスラリーは、アルカリ対応物よりもはるかに低い使用時（ＰＯＵ）シリカ重量パーセントで、優れた欠陥性及び平坦化効率（ＰＥ）性能を示す。
一方、米国特許第８，４３５，４２０号明細書に開示されているようなポリシリコンケミカルメカニカルポリッシングを含む複数のケミカルメカニカルポリッシング組成物に対して汎用である一組の消耗品に留まることが、顧客にとって非常に望ましい。ケミカルメカニカルポリッシング産業は、酸性酸化物スラリーを使用してポリシリコンを研磨することが、より良好なＰＥ及びより少ないディッシングを示すことを発見した。しかしながら、主な欠点は、ポリシリコン除去速度が比較的低いことである。例えば、ｐＨが６未満の１－２wt%のコロイダルシリカ粒子を含有する水性スラリーは、約１６００Å／minのポリシリコン除去速度をもたらす。最近、ケミカルメカニカルポリッシング業界では、酸性酸化物スラリーを用いる厚いポリシリコンの用途で、ポリシリコンの除去速度を高めることが求められており、ここでは、約２－３μmのポリシリコンを基板から除去する必要がある。
したがって、ケミカルメカニカルポリッシング産業において、基板からのポリシリコンの除去速度を高める方法を提供する必要がある。
本発明は、ポリシリコンをケミカルメカニカルポリッシングする方法に関し、
ポリシリコンを含む基板を提供するステップと；
水と、
砥粒粒子と、
有機酸と、
任意選択的に、２つの第４級アンモニウム基を含有する化合物と、
任意選択的に、殺生物剤と、
からなる酸性ケミカルメカニカルポリッシングスラリーを提供するステップと；
水と、
次式、すなわち
Figure 2023048132000001
（式中、Ｒ１及びＲ２は独立してＣ１－Ｃ４アルキルから選択され、Ｒ’はＣ１－Ｃ４アルキレンである）
を有するアミン化合物と、
任意選択的に、殺生物剤と、からなるアルカリ溶液を提供するステップと；
酸性ケミカルメカニカルポリッシングスラリーとアルカリ溶液とを混合して、水と、砥粒粒子と、有機酸と、アミン化合物と、任意選択的な殺生物剤と、任意選択的な２つの第４級アンモニウム基を含有する化合物と、からなるアルカリ性ケミカルメカニカルポリッシングスラリーを形成するステップと；
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ステップと；
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成するステップと；
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又は界面付近で、ケミカルメカニカルポリッシングパッドの研磨表面上にアルカリ性ケミカルメカニカルポリッシングスラリーを分注して、ポリシリコンの少なくとも一部を除去するステップと；を含む。
本発明はさらに、ポリシリコンをケミカルメカニカルポリッシングする方法に関し、
ポリシリコンを含む基板を提供するステップと；
水と、
砥粒粒子と、
有機酸と、
任意選択的に、２つの第４級アンモニウム基を含有する化合物と、
任意選択的に、殺生物剤と、
からなる酸性ケミカルメカニカルポリッシングスラリーを提供し、
該酸性ケミカルメカニカルポリッシングスラリーのｐＨが６未満であるステップと；
水と、
３－（ジエチルアミノ）プロピルアミン、Ｎ，Ｎ－ジメチルエチレンジアミン、Ｎ，Ｎ－ジエチレンジアミン、Ｎ，Ｎ－ジ－ｎ－ブチルエチレンジアミン、３－（ジメチルアミノ）－１－プロピルアミン、Ｎ－イソプロピル－１，３－ジプロパンジアミン、２－ジメチルアミノ－２－プロピルアミン及びそれらの混合物からなる群から選択されたアミン化合物と、
任意選択的に、殺生物剤と、からなるアルカリ溶液を提供し、
該アルカリ性ケミカルメカニカルポリッシング溶液のｐＨが７より大きいステップと；
酸性ケミカルメカニカルポリッシングスラリーをアルカリ溶液と混合して、水と、砥粒粒子と、有機酸と、アミン化合物と、任意選択的な２つの第４級アンモニウム基を含有する化合物と、任意選択的な殺生物剤と、からなるアルカリ性ケミカルメカニカルポリッシングスラリーを形成し、該アルカリ性ケミカルメカニカルポリッシングスラリーのｐＨが７より大きいステップと；
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ステップと；
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成するステップと；
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又は界面付近で、ケミカルメカニカルポリッシングパッドの研磨表面上にアルカリ性ケミカルメカニカルポリッシングスラリーを分注して、ポリシリコンの少なくとも一部を除去するステップと；を含む。
本発明のケミカルメカニカルポリッシング法は、ポリシリコン除去速度の向上、静的エッチング速度の低減を可能にし、滑らかに研磨されたポリシリコン表面を提供する。本発明の方法はまた、ＴＥＯＳ上でポリシリコンを選択的に研磨する。
本明細書を通して使用されるように、文脈が特に指示しない限り、次の略語は次の意味を有する。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、ＤＩ＝脱イオン、ppm＝百万分率＝mg/L、１wt%＝１０，０００ppm、mm＝ミリメートル、cm＝センチメートル、min＝分、rpm＝毎分回転数、lbs＝ポンド、kg＝キログラム、２．５４cm＝１インチ、Ｐｏｌｙ－Ｓｉ＝ポリシリコン、ＤＬＳ＝動的光散乱、wt%＝重量パーセント、ＲＲ＝除去率、Ｓ＝スラリー、ＰＳ＝本発明の研磨用スラリー、ＣＳ＝対照スラリー、ＥＳ＝本発明のエッチング溶液、ＣＥＳ＝比較エッチング溶液、ＰＯＵ＝使用時、ＥＤＡ＝エチレンジアミン、ＰＥＩ＝ポリエチレンイミン、ＤＥＡＭＳ＝（Ｎ，Ｎ－ジエチルアミノメチル）トリエトキシシラン、９８％（Gelest Inc.,Morrisville, PA）、ＴＭＯＳ＝オルトケイ酸テトラメチル、ＴＭＡＨ＝水酸化テトラメチルアンモニウム、ＴＥＡ＝テトラエチルアンモニウム、ＴＥＡＨ＝水酸化テトラエチルアンモニウム、
ジクアット＝Ｎ，Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’Ｎ’－ヘキサブチル－１，４－ブタンジアンモニウムジヒドロキシド、ＳｉＮ＝窒化ケイ素
「ケミカルメカニカルポリッシング」又は「ＣＭＰ」という用語は、化学的及び機械的な力のみによって基板が研磨されるプロセスを指し、電気バイアスが基板に印加される電気化学機械研磨（ＥＣＭＰ）とは区別される。「スラリー」という用語は、水に懸濁した、水よりも高密度の固体の混合物を意味する。「溶液」という用語は、副成分（溶質）が主成分（溶媒）に実質的に均一に溶解している混合物を意味し、溶媒は水である。「ケムパック」という用語は、１つ以上の低級アルキルアミン化合物を含有するアルカリ性水溶液を意味する。「ポリシリコン」という用語は、多結晶シリコン（ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ）又はマルチクリスタル・シリコン（ｍｕｌｔｉ－ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ）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。「アルキレン」という用語は、メチレン：－ＣＨ２－やエチレン：－ＣＨ２－ＣＨ２－などの二重結合の開環によってアルカンから誘導されると見なされる二価の飽和脂肪族基又は部分、あるいは異なる炭素原子から２個の水素原子を除去することによってアルカンから誘導されると見なされる二価の飽和脂肪族基又は部分を意味する。「アルキル」という用語は、一般式：ＣｎＨ２ｎ＋１（式中、「ｎ」は整数であり、「イル」末端は一つの水素を除去することによって形成されたアルカンの断片を意味する）を有する有機基を意味する。「平坦」という用語は、長さ及び幅の２つの寸法を有する実質的に平らな表面又は平らなトポグラフィを意味する。「組成物」及び「スラリー」という用語は、本明細書全体を通して互換的に使用される。「１つの（ａ）」及び「１つの（ａｎ）」という用語は、単数及び複数の両方を指す。ＫＬＥＢＯＳＯＬ（商標）１５９８－Ｂ２５粒子などのＫＬＥＢＯＳＯＬ（商標）粒子（AZ Electronic Materials社製、DuPont Electronics,Inc.から入手可能）は、水ガラス法によって調製される。特に断らない限り、すべてのパーセンテージは重量による。すべての数値範囲は両端を含み、そのような数値範囲が合計して最大１００％に制約されることが論理的である場合を除いて、任意の順序で組み合わせることができる。
本発明の、ポリシリコンを含有する基板を研磨する方法は、
水と、砥粒粒子と、有機酸と、任意選択的に、２つの第４級アンモニウム基を含有する化合物と、任意選択的に、殺生物剤と、からなる酸性ケミカルメカニカルポリッシングスラリーを提供するステップと；
水と、次式、すなわち
Figure 2023048132000002
（式中、Ｒ１及びＲ２は独立してＣ１－Ｃ４アルキルから選択され、Ｒ’はＣ１－Ｃ４アルキレンである）
を有するアミン化合物と、任意選択的に殺生物剤と、からなるアルカリ性水溶液を提供するステップと；
酸性ケミカルメカニカルポリッシングスラリーとアルカリ性水溶液とを混合して、水と、砥粒粒子と、有機酸と、アミン化合物と、任意選択的な殺生物剤と、任意選択的な２つの第４級アンモニウム基を含有する化合物と、からなるアルカリ性ケミカルメカニカルポリッシングスラリーを形成するステップと；を含む。
好ましくは、ポリシリコンを含む基板をケミカルメカニカルポリッシングする方法において、提供されるケミカルメカニカルポリッシングスラリー及び溶液に含まれる水は、付随的な不純物を制限するために、脱イオン化されたもの及び蒸留されたものの少なくとも一方である。
好ましくは、ケミカルメカニカルポリッシングスラリーに使用される砥粒は、無機酸化物、無機水酸化物、無機水酸化物酸化物、金属ホウ化物、金属炭化物、金属窒化物、及び前述の少なくとも１つを含む混合物からなる群から選択される。適切な無機酸化物には、例えば、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、セリア（ＣｅＯ２）、酸化マンガン（ＭｎＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、又は前述の酸化物の少なくとも１つを含む組み合わせが含まれる。所望であれば、これらの無機酸化物の修飾形態、例えば無機被覆粒子も利用することができる。適切な金属炭化物、ホウ化物及び窒化物には、例えば、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭窒化ケイ素（ＳｉＣＮ）、炭化ホウ素、炭化タングステン、炭化ジルコニウム、ホウ化アルミニウム、炭化タンタル、炭化チタン、又は前述の金属炭化物、ホウ化物及び窒化物の少なくとも１つを含む組み合わせが含まれる。より好ましくは、砥粒はコロイダルシリカ砥粒である。好ましくは、コロイダルシリカ砥粒は、フュームドシリカ、沈降シリカ及び凝集シリカの少なくとも１つを含む。
好ましくは、本発明のケミカルメカニカルポリッシング組成物に使用される砥粒は、１００nm以下（より好ましくは、１～１００nm）の平均粒径を有する。より好ましくは、本発明のケミカルメカニカルポリッシング組成物に使用される砥粒は、動的光散乱法（ＤＬＳ）によって測定される１００nm以下（好ましくは、１～１００nm、より好ましくは１０～８０nm、さらに好ましくは２０～８０nm、最も好ましくは６０～３０nm）の平均粒径を有するコロイダルシリカ砥粒である。
最も好ましくは、本発明の基板研磨方法において、コロイダルシリカ砥粒粒子は、水ガラス法により作製されたコロイダルシリカ砥粒粒子である。水ガラス法によって製造された市販されているコロイダルシリカ砥粒粒子の例は、ＫＬＥＢＯＳＯＬ（商標）１５９８－Ｂ２５スラリー（AZ Electronics Materials社製、DuPont Electronics,Inc.から入手可能）である。このようなコロイダルシリカ砥粒は、窒素含有シラン化合物と混合することができる。そのような混合物の例は、ＫＬＥＢＯＳＯＬ（商標）１５９８－Ｂ２５スラリー（AZ Electronics Materials社製、DuPont Electronics,Inc.から入手可能）ｐｌｕｓ（１wt%シリカに対して０．０１～０．０２wt% ＤＥＡＭＳ）である。
任意選択的ではあるが、好ましくは、水性酸性砥粒スラリーは、Ｎ，Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’，Ｎ’－ヘキシルブチル－１，４－ブタンジアンモニウムジヒドロキシド（ＨＢＢＡＨ）などの２つの第４級アンモニウム基を含有する化合物を含む。このような化合物は、高いポリシリコン除去速度を維持しながら、貯蔵、輸送及び熱老化中のスラリーの安定化を高めるために水性酸性スラリーに含まれる。これらの化合物は、従来の量、好ましくは１～１００ppm、より好ましくは５～５０ppm ＰＯＵで水性酸性砥粒スラリーに含まれる。
本発明のケミカルメカニカルポリッシング組成物に含めることができるさらなる窒素含有化合物は、リジン、グルタミン、グリシン、イミノ二酢酸、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、セリン及びトレオニンなどの１～８個の炭素原子を有するアミノ酸である。
好ましくは、ケミカルメカニカルポリッシングスラリーは、６wt%以下の砥粒粒子、より好ましくは０．０１～５wt%、さらに好ましくは０．０５～３wt%、さらにより好ましくは１～３wt%、さらにより好ましくは１～２wt%の砥粒粒子を含有する。
本発明の方法における水性酸性スラリーは、６未満、好ましくは３～５、より好ましくは４～５のｐＨを提供するために１つ以上の有機酸を含む。有機酸には、ジカルボン酸が含まれるが、それだけに限られない。ジカルボン酸には、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、それらの塩又はそれらの混合物が含まれるが、それだけに限られない。より好ましくは、ケミカルメカニカルポリッシングスラリーはジカルボン酸を含有し、ジカルボン酸は、シュウ酸、コハク酸、酒石酸、それらの塩及びそれらの混合物からなる群から選択される。さらにより好ましくは、ジカルボン酸は、シュウ酸、コハク酸、それらの塩及びそれらの混合物からなる群から選択される。最も好ましくは、ジカルボン酸はコハク酸又はその塩である。
酸性ケミカルメカニカルポリッシングスラリーは、１～２，６００ppm、好ましくは１００～１，４００ppm、より好ましくは１００～１，３５０ppm、さらにより好ましくは１００～１，０００ppmの、ジカルボン酸などの有機酸を含有することができ、ジカルボン酸は、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、それらの塩又はそれらの混合物を含むが、これらに限定されない。
ケムパック又はアルカリ性水溶液に含まれるアミン化合物は、１０～１０，０００ppm、好ましくは５０～５０００ppm、より好ましくは１００～５０００ppm、最も好ましくは１００～２５００ppmの量である。
好ましくは、アミン化合物は、３－（ジエチルアミノ）プロピルアミン、Ｎ，Ｎ－ジメチルエチレンジアミン、Ｎ，Ｎ－ジエチレンジアミン、Ｎ，Ｎ－ジ－ｎ－ブチルエチレンジアミン、３－（ジメチルアミノ）－１－プロピルアミン、Ｎ－イソプロピル－１、３－ジプロパンジアミン、２－ジメチルアミノ－２－プロピルアミン、及びそれらの混合物からなる群から選択される。より好ましくは、アミン化合物は、３－（ジエチルアミノ）プロピルアミン、Ｎ，Ｎ－ジメチルエチレンジアミン、及びそれらの混合物からなる群から選択される。最も好ましくは、アミン化合物は、３－（ジエチルアミノ）プロピルアミンである。
本発明の、ポリシリコンを含む基板を研磨する方法において、アミンを含有するアルカリ性水溶液は、７を超えるｐＨを有する。好ましくは、アルカリ性水溶液は７超～１３のｐＨを有する。より好ましくは、アルカリ性水溶液は８～１２のｐＨを有する。さらにより好ましくは、アルカリ性水溶液のｐＨは１０～１２である。最も好ましくは、１０～１１．５、例えば１０．５～１１．５のｐＨが最も好ましい範囲である。
任意選択的に、ケミカルメカニカルポリッシングスラリー及び水溶液は、殺生物剤、例えば、ＫＯＲＤＥＸ（商標）ＭＬＸ（９．５～９．９ｗｔ％のメチル－４－イソチアゾリン－３－オン、８９．１～８９．５wt%の水及び≦１．０％の関連する反応生成物）、又は２－メチル－４－イソチアゾリン－３－オン及び５－クロロ－２－メチル－４－イソチアゾリン－３－オン（それぞれがThe Dow Chemical Companyによって製造）の活性成分を含有するＫＡＴＨＯＮ（商標）ＩＣＰ ＩＩＩを含有することができる（ＫＡＴＨＯＮ（商標）及びＫＯＲＤＥＸ（商標）は、DuPont Electronics,Inc.の商標である）。そのような殺生物剤は、当業者に知られているように、従来の量で本発明のケミカルメカニカルポリッシングスラリー及び水溶液に含めることができる。
水性酸性スラリーとアルカリ性水溶液は、当技術分野で既知の任意の従来の方法によって一緒に混合して、水性アルカリ性ケミカルメカニカルポリッシングスラリーを形成することができる。典型的には、調整可能な速度を有する磁気ミキサーを使用して、酸性スラリーとアルカリ溶液とを混合することができる。混合は室温で行う。酸性スラリー及びアルカリ溶液は、１：１００から１００：１、好ましくは１：７から７：１、より好ましくは１：３から３：１、最も好ましくは１：１の重量比で混合される。混合は、ポリッシャ・プラテン上で、又はポリッシャ・プラテンに酸性スラリー及びアルカリ溶液を塗布する前に行うことができる。
混合された酸性スラリーとケムパック若しくはアルカリ性水溶液は、７を超えるｐＨを有する水性アルカリ性ケミカルメカニカルポリッシングスラリーを形成する。酸性スラリーとケムパックとの混合は、短鎖アルキルアミンに起因して混合物をアルカリ性ｐＨに上昇させる。混合プロセス中の酸性スラリーのｐＨの比較的急速な上昇は、砥粒粒子の凝集を防止する。好ましくは、水性アルカリ性ケミカルメカニカルポリッシングスラリーは７超～１３のｐＨを有し、より好ましくは、水性アルカリ性ケミカルメカニカルポリッシングスラリーは８～１２のｐＨを有し、さらにより好ましくは、水性アルカリ性ケミカルメカニカルポリッシングスラリーは１０～１２のｐＨを有する。最も好ましくは、１０～１１．５、例えば１０．５～１１．５のｐＨが最も好ましい範囲である。
好ましくは、本発明の水性アルカリ性ケミカルメカニカルポリッシングスラリーは、水、砥粒粒子、有機酸、次式、すなわち
Figure 2023048132000003
（式中、Ｒ１及びＲ２は独立してＣ１－Ｃ４アルキルから選択され、Ｒ’はＣ１－Ｃ４アルキレン）を有するアミン化合物、任意選択的な２つの第４級アンモニウム基を含有する化合物、及び任意選択的な殺生物剤からなり、該水性アルカリ性ケミカルメカニカルポリッシングスラリーのｐＨは、１０より大きい。
好ましくは、本発明の水性アルカリ性ケミカルメカニカルポリッシングスラリー中のアミン化合物は、３－（ジエチルアミノ）プロピルアミン、Ｎ，Ｎ－ジメチルエチレンジアミン、Ｎ，Ｎ－ジエチレンジアミン、Ｎ，Ｎ－ジ－ｎ－ブチルエチレンジアミン、３－（ジメチルアミノ）－１－プロピルアミン、Ｎ－イソプロピル－１、３－ジプロパンジアミン、２－ジメチルアミノ－２－プロピルアミン、及びそれらの混合物からなる群から選択される。より好ましくは、アミン化合物は、３－（ジエチルアミノ）プロピルアミン、Ｎ，Ｎ－ジメチルエチレンジアミン、及びそれらの混合物からなる群から選択される。最も好ましくは、本発明の水性アルカリ性ケミカルメカニカルポリッシングスラリー中のアミン化合物は３－（ジエチルアミノ）プロピルアミンである。
好ましくは、水性アルカリ性ケミカルメカニカルポリッシングスラリーは、６wt%以下の砥粒粒子、より好ましくは０．０１～５wt%、さらに好ましくは０．０５～３wt%、さらにより好ましくは１～３wt%、さらにより好ましくは１～２wt%の砥粒粒子を含有する。
水性アルカリ性ケミカルメカニカルポリッシングスラリーは、１～２，６００ppm、好ましくは１００～１，４００ppm、より好ましくは１００～１，３５０ppm、さらにより好ましくは１００～１，０００ppmの有機酸を含有することができる。好ましくは、有機酸はジカルボン酸である。
アミンは、２５～１０，０００ppm、好ましくは５０～１００００ppm、より好ましくは５０～５０００ppm、最も好ましくは１００～２５００ppmの量で水性アルカリ性ケミカルメカニカルポリッシングスラリーに含まれる。
任意選択的であるが、好ましくは、本発明の水性アルカリ性ケミカルメカニカルポリッシングスラリーは、記載されるような２つの第４級アンモニウム基を含有する化合物を含む。
上記の殺生物剤は、当業者によく知られている従来の量で本発明の水性アルカリ性ケミカルメカニカルスラリーに含めることができる。
より好ましくは、本発明の水性アルカリ性ケミカルメカニカルポリッシングスラリーは、水、１～３wt%砥粒粒子、１００～１，３５０ppmのジカルボン酸、次式、すなわち
Figure 2023048132000004
（式中、Ｒ１及びＲ２は独立してＣ１－Ｃ４アルキルから選択され、Ｒ’はＣ１－Ｃ４アルキレン）を有する５０～５０００ppmのアミン化合物、任意選択的な２つの第４級アンモニウム基を含有する化合物、及び任意選択的な殺生物剤からなり、該水性アルカリ性ケミカルメカニカルポリッシングスラリーのｐＨは、１０超～１１．５である。
さらにより好ましくは、本発明の水性アルカリ性ケミカルメカニカルポリッシングスラリーは、水と、１～２wt%の砥粒粒子と、１００～１０００ppmのジカルボン酸と、１００～２５００ppmのアミン化合物と、からなり、該アミン化合物は、３－（ジエチルアミノ）プロピルアミン、Ｎ，Ｎ－ジメチルエチレンジアミン、Ｎ，Ｎ－ジエチレンジアミン、Ｎ，Ｎ－ジ－ｎ－ブチルエチレンジアミン、３－（ジメチルアミノ）－１－プロピルアミン、Ｎ－イソプロピル－１、３－ジプロパンジアミン、２－ジメチルアミノ－２－プロピルアミン、及びそれらの混合物からなる群から選択される。より好ましくは、アミン化合物は、３－（ジエチルアミノ）プロピルアミン、Ｎ，Ｎ－ジメチルエチレンジアミン及びそれらの混合物、任意選択的に、２つの第４級アンモニウム基を含有する化合物、及び任意選択的に、殺生物剤からなる群から選択され、水性アルカリ性ケミカルメカニカルポリッシングスラリーのｐＨは１０．５～１１．５である。
好ましくは、提供される基板は、ポリシリコン、及びＴＥＯＳやＳｉＮなどの絶縁体を含む半導体基板であり、より好ましくは、基板は、ポリシリコン及びＴＥＯＳを含む半導体である。
好ましくは、本発明の基板研磨方法において、提供されるケミカルメカニカルポリッシングパッドは、当技術分野で既知の任意の適切な研磨パッドであり得る。当業者は、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、本発明の基板研磨方法において、提供されるケミカルメカニカルポリッシングパッドは、織布研磨パッド及び不織布研磨パッドから選択される。さらにより好ましくは、本発明の基板研磨方法において、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、本発明の基板研磨方法において、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、及びポリウレタン含浸不織サブパッドを含む。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、本発明の基板研磨方法において、提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、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又は界面付近に設けられたケミカルメカニカルポリッシングパッドの研磨表面上に分注される。
好ましくは、本発明の基板研磨方法において、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で、研磨される基板の表面に対して垂直な０．６９～３４．５kPaのダウンフォースで動的接触が生成される。
本発明の、ポリシリコンを含む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、３００mm研磨機でプラテン速度が９３～１２３回転／min、キャリア速度が８７～１１７回転／min、ケミカルメカニカルポリッシング組成物の流量が４０～３００mL/min、公称ダウンフォースが２１．４～２４．１kPaを用い、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及びポリウレタン含浸不織サブパッドを含む場合に、５００Å／min以上のポリシリコン除去速度、好ましくは、７００Å／min以上、より好ましくは、１０００Å／min以上、さらに好ましくは、１２００Å／min以上、さらにより好ましくは、２０００Å／minより高いポリシリコン除去速度を有する。
以下の実施例は、本発明を例示するためのものであり、本発明の範囲を限定するためのものではない。
実施例１
スラリー配合物
本実施例の水性酸性ケミカルメカニカルポリッシングスラリーは、ＫＬＥＢＯＳＯＬ（商標）１５９８－Ｂ２５又はＫＬＥＢＯＳＯＬ（商標）１５９８－Ｂ２５ｐｌｕｓ（１ｗｔ％シリカに対して０．０１～０．０２ｗｔ％ ＤＥＡＭＳ）の砥粒を室温で水と混合することによって調製した。混合は、従来の実験室用磁気ミキサーを用いて行った。ｐＨをコハク酸又は硝酸のいずれかで調整した。
Figure 2023048132000005
実施例２
本発明のケミカルメカニカルポリッシングスラリー
以下の表に示すように、本発明のケミカルメカニカルポリッシング組成物を調製した。アミンを上記の実施例１のスラリーと混合した。成分を室温で混合した。
Figure 2023048132000006
実施例３
比較ケミカルメカニカルポリッシングスラリー
以下の表に示すように、比較ケミカルメカニカルポリッシング組成物を調製した。アミンを上記の実施例１のスラリーと混合した。成分を室温で混合した。
Figure 2023048132000007
実施例４
ポリシリコン除去速度及びＴＥＯＳ除去速度
上記の表２及び表３の研磨スラリーの研磨実験を、Ｓｔｒａｓｂａｕｇｈ ６ＥＣ研磨機に設置された２０．３２ｃｍ（８インチ）角のブランケットウェーハで行った。研磨除去速度実験は、Novellus社製の２０．３２cm角のブランケット１５kÅ厚ＴＥＯＳシートウェーハ、及びWaferNet Inc.、Silicon Valley Microelectronics又はSKW Associates,Inc.から入手可能なポリシリコンブランケットウェーハで行った。すべての研磨実験は、（Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.から市販されている）ＳＰ２３１０サブパッドと対になったＩＣ１０１０ポリウレタン研磨パッドを使用して、２１．４kPa（３．１psi）の典型的なダウンフォース、１５０mL/minのケミカルメカニカルポリッシング組成物流量、９３rpmのテーブル回転速度及び８７rpmのキャリア回転速度で行った。Ｋｉｎｉｋ ＰＤＡ３３Ａ－３ダイヤモンドパッドコンディショナー（Kinik Companyから市販されている）を使用して研磨パッドを表面仕上げ（ｄｒｅｓｓ）した。研磨パッドを、８０rpm（プラテン）／３６rpm（コンディショナー）において、１５分間９ポンド（４．１kg）及び１５分間７ポンド（３．２kg）のダウンフォースを使用して、コンディショナーで慣らした（ｂｒｏｋｅｎ ｉｎ）。研磨の前に、７ポンド（３．２kg）のダウンフォースを使用して２４秒間、研磨パッドを現場外（ｅｘ－ｓｉｔｕ）でさらにコンディショニングした。ポリシリコン除去速度及びＴＥＯＳ除去速度は、ＫＬＡ ＡＳＥＴ Ｆ５Ｘ計測ツールを使用して決定した。
Figure 2023048132000008
実施例５
ポリシリコンの静的エッチング速度
エッチング水溶液を以下の表５に示す。各水溶液は、ｐＨ調整なしで２５００ppmのアミンを含有していた。ＣＥＳ１は、水及びｐＨ＝４．４４を維持するのに十分な量のコハク酸のみを含んでいた。静的コロージョン試験は、ポリシリコンブランケットウェーハ（直径２０cm）を２０００ｇのサンプルに浸漬することによって行った。ポリシリコンウェーハを３０分後に試験溶液から除去した。ポリシリコン膜のエッチング前後の厚さは、ＫＬＡ Ｓｐｅｃｔｒａｌ ＦＸ２００計測ツールを使用して測定した。総除去量は、エッチング前の厚さからエッチング後の厚さを差し引くことによって決定した（ウェーハ上の４９点で測定）。次いで、静的エッチング速度（Å／min）を全除去（Å／３０min）によって計算した。標準偏差は、エッチングの均一性を反映したウェーハ全体のエッチング速度の４９点の値から計算した。
Figure 2023048132000009
ＥＳ１及びＣＥＳ１は、表面の観察可能な粗面化なしに、ウェーハが滑らかで透明に見える最良の結果を有した。対照的に、ＣＥＳ２及びＣＥＳ３は、それらの表面に実質的に観察可能に粗面化していた。ＣＥＳ４は、若干、観察可能な表面粗面化しており、ＣＥＳ５の表面は、著しい粗面化を伴っており品質に乏しいように見えた。
実施例６
Ｎ，Ｎ－ジメチルエチレンジアミン及びエチレンジアミンのポリシリコン静的エッチング速度
各水溶液は、２５００ppmのＮ，Ｎ－ジメチルエチレンジアミン又はエチレンジアミンを含有していた。各溶液は、ｐＨ調整なしでそのままにした。
静的コロージョン試験は、ポリシリコンブランケットウェーハ（直径２０cm）を２０００ｇのサンプルに浸漬することによって行った。ポリシリコンウェーハを３０分後に試験溶液から除去した。総除去量は、エッチング前の厚さからエッチング後の厚さを差し引くことによって決定した（ウェーハ上の４９点で測定）。次いで、静的エッチング速度（Å／min）を全除去（Å／３０min）によって計算した。標準偏差は、エッチングの均一性を反映したウェーハ全体のエッチング速度の４９点の値から計算した。
Figure 2023048132000010
ＥＳ２は、ＣＥＳ６とは対照的に、ポリシリコンの静的エッチング速度の大幅な低下を示した。

Claims (10)

  1. ポリシリコ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、
    ポリシリコンを含む基板を提供するステップと；
    水と、
    砥粒粒子と、
    有機酸と、
    任意選択的に、２つの第４級アンモニウム基を含有する化合物と、
    任意選択的に、殺生物剤と、
    からなる酸性ケミカルメカニカルポリッシングスラリーを提供するステップと；
    水と、
    次式、すなわち
    Figure 2023048132000011
    （式中、Ｒ１及びＲ２は独立してＣ１－Ｃ４アルキルから選択され、Ｒ’はＣ１－Ｃ４アルキレンである）
    を有するアミン化合物と、
    任意選択的に、殺生物剤と、からなるアルカリ溶液を提供するステップと；
    酸性ケミカルメカニカルポリッシングスラリーとアルカリ溶液とを混合して、水と、砥粒粒子と、有機酸と、アミン化合物と、任意選択的な殺生物剤と、任意選択的な２つの第４級アンモニウム基を含有する化合物と、からなるアルカリ性ケミカルメカニカルポリッシングスラリーを形成するステップと；
    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ステップと；
    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成するステップと；
    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又は界面付近で、ケミカルメカニカルポリッシングパッドの研磨表面上にアルカリ性ケミカルメカニカルポリッシングスラリーを分注して、ポリシリコンの少なくとも一部を除去するステップと；を含む方法。
  2. 前記砥粒粒子が、無機酸化物、無機水酸化物、無機水酸化物酸化物、金属ホウ化物、金属炭化物、金属窒化物、及びそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
  3. 前記アミンが、３－（ジエチルアミノ）プロピルアミン、Ｎ，Ｎ－ジメチルエチレンジアミン、Ｎ，Ｎ－ジエチレンジアミン、Ｎ，Ｎ－ジ－ｎ－ブチルエチレンジアミン、３－（ジメチルアミノ）－１－プロピルアミン、Ｎ－イソプロピル－１、３－ジプロパンジアミン、２－ジメチルアミノ－２－プロピルアミン、及びそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
  4. 前記有機酸がジカルボン酸である、請求項１に記載の方法。
  5. 前記ジカルボン酸が、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、それらの塩及びそれらの混合物からなる群から選択される、請求項４に記載の方法。
  6. 前記酸性スラリーのｐＨが６未満である、請求項１に記載の方法。
  7. 前記アルカリ性スラリーのｐＨが７より大きい、請求項１に記載の方法。
  8. 前記第２のアルカリ性ケミカルメカニカルポリッシングスラリーが、２００mm研磨機でプラテン速度が９３～１２３回転／min、キャリア速度が８７～１１７回転／min、ケミカルメカニカルポリッシングスラリーの流量が１２５～３００mL/min、公称ダウンフォースが２１．４～２４．１kPaを用い、前記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及びポリウレタン含浸不織サブパッドを含む場合に、５００Å／min以上のポリシリコン除去速度を有する、請求項１に記載の方法。
  9. 水と、
    砥粒粒子と、
    次式、すなわち
    Figure 2023048132000012
    （式中、Ｒ１及びＲ２は独立してＣ１－Ｃ４アルキルから選択され、Ｒ’はＣ１－Ｃ４アルキレンである）
    を有するアミン化合物と、
    有機酸と、
    任意選択的に、２つの第４級アンモニウム基を含有する化合物と、
    任意選択的に、殺生物剤と、からなり、
    ｐＨが１０より大きい、ケミカルメカニカルポリッシング組成物。
  10. 前記アミン化合物が、３－（ジエチルアミノ）プロピルアミン、Ｎ，Ｎ－ジメチルエチレンジアミン、Ｎ，Ｎ－ジエチレンジアミン、Ｎ，Ｎ－ジ－ｎ－ブチルエチレンジアミン、３－（ジメチルアミノ）－１－プロピルアミン、Ｎ－イソプロピル－１、３－ジプロパンジアミン、２－ジメチルアミノ－２－プロピルアミン、及びそれらの混合物からなる群から選択される、請求項９に記載のケミカルメカニカルポリッシング組成物。
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