JP6423214B2 - 低欠陥化学機械研磨組成物 - Google Patents
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Description
本発明は、化学機械研磨の分野に関する。詳細には、本発明は、初期成分として：水、コロイダルシリカ砥粒、及び式（Ｉ）の添加剤を含有する、低欠陥化学機械研磨組成物に関する。
集積回路及び他の電子デバイスの組立において、複数層の導電材料、半導体材料及び絶縁材料が、半導体ウェーハの表面に堆積させられるか又はそこから除去される。導電材料、半導体材料及び絶縁材料の薄層は、幾つかの堆積技術によって堆積させることができる。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）、プラズマ化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）及び電気化学めっき法（ＥＣＰ）を包含する。
材料層が順に堆積及び除去されるにつれ、ウェーハの一番上の表面が平坦でなくなる。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、スクラッチ及び汚染された層又は材料のような、望ましくない表面トポグラフィー及び表面欠陥を除去するのに有用である。
化学機械平坦化、即ち、化学機械研磨（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に取り付けられ、ＣＭＰ装置内の研磨パッドと接触させて配置される。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、ウェーハを研磨パッドに押しつける。このパッドは、外部駆動力によりウェーハに対して移動する（例えば、回転）。それと同時に、研磨組成物（「スラリー」）又は他の研磨溶液が、ウェーハと研磨パッドとの間に供給される。よって、ウェーハ表面は、パッド表面及びスラリーの化学的及び機械的作用によって研磨及び平坦化される。
化学機械平坦化は、半導体デバイスの組立において、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）層上及び層間絶縁体（ＩＬＤ）又は金属間絶縁体（ＩＭＤ）層上で一般には使用される。これらの絶縁体層は、隣接する半導体と導電経路の間の電気的分離層として機能する。堆積した絶縁材料はしばしば、半導体デバイスにおけるシャロートレンチアイソレーション構造又は層間誘電絶縁体と呼ばれている。これらの構造を形成する際に、問題は、欠陥（例えば、スクラッチ）を作り出すことなく、適切な平坦性まで迅速に絶縁材料（例えば、酸化ケイ素）を研磨することに関して存在する。半導体デバイス上の構造体のサイズが縮小し続けているため、絶縁材料の研磨の平坦化及び欠陥についてかつて許容範囲にあった性能基準が、ますます許容できなくなっている。かつて許容しうると考えられたスクラッチは、今や収量を制限している。
絶縁体層の研磨に対する欠陥が大きく改善されたとされる平坦化組成物を提供する、化学機械平坦化プロセスで使用するための１つの研磨配合物が、米国特許第6,322,600号（Brewerら）に開示されている。Brewerらは、球状単分散アルキルシリケート粒子（ここで、少なくとも９０重量％の粒子が、重量平均粒径と２０％以下の差の粒径を有する）、及び液体担体（０〜９重量％の範囲のアルコール、塩基及び残りの水を含む）を含むアルコゾルを含む、９〜１１．５のｐＨを有する平坦化組成物を開示している。
それにもかかわらず、半導体システムの製造に使用するためのデバイス設計の活力ある分野をサポートするために、変化する設計ニーズに合わせて研磨特性の望ましいバランスを提供するように配合された化学機械研磨組成物に対する継続的なニーズが存在する。例えば、低欠陥の絶縁体研磨性能及び状況に応じた酸化ケイ素の除去速度を示す化学機械研磨組成物に対するニーズが依然として存在する。
本発明は、初期成分として：水、０．１〜４０重量％のコロイダルシリカ砥粒；０．００１〜５重量％の式（Ｉ）：
［式中、Ｒ１は、Ｃ１−８アルキル基であり；そしてＲ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６は、それぞれ独立に水素、ハロゲン、ヒドロキシル基及びＣ１−８アルキル基から選択される］で示される添加剤を含む、化学機械研磨組成物であって、この化学機械研磨組成物は、＜０．００００００００００１重量％の包接化合物を含有し；そしてこの化学機械研磨組成物は、＜０．００００００００００１重量％の酸化剤を含有する、化学機械研磨組成物を提供する。
［式中、Ｒ１は、Ｃ１−８アルキル基であり；そしてＲ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６は、それぞれ独立に水素、ハロゲン、ヒドロキシル基及びＣ１−８アルキル基から選択される］で示される添加剤を含む、化学機械研磨組成物であって、この化学機械研磨組成物は、＜０．００００００００００１重量％の包接化合物を含有し；そしてこの化学機械研磨組成物は、＜０．００００００００００１重量％の酸化剤を含有する、化学機械研磨組成物を提供する。
本発明は、初期成分として：水、０．１〜４０重量％のコロイダルシリカ砥粒；０．００１〜５重量％の式（Ｉ）：
［式中、Ｒ１は、Ｃ１−８アルキル基であり；そしてＲ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６は、それぞれ独立に水素、ハロゲン、ヒドロキシル基及びＣ１−８アルキル基から選択される］で示される添加剤を含む、化学機械研磨組成物であって、この化学機械研磨組成物は、＜０．００００００００００１重量％の包接化合物を含有し；そしてこの化学機械研磨組成物は、＜０．００００００００００１重量％の酸化剤を含有し；そしてこの化学機械研磨組成物は、≧１０のｐＨを示す、化学機械研磨組成物を提供する。
［式中、Ｒ１は、Ｃ１−８アルキル基であり；そしてＲ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６は、それぞれ独立に水素、ハロゲン、ヒドロキシル基及びＣ１−８アルキル基から選択される］で示される添加剤を含む、化学機械研磨組成物であって、この化学機械研磨組成物は、＜０．００００００００００１重量％の包接化合物を含有し；そしてこの化学機械研磨組成物は、＜０．００００００００００１重量％の酸化剤を含有し；そしてこの化学機械研磨組成物は、≧１０のｐＨを示す、化学機械研磨組成物を提供する。
本発明は、初期成分として：水、０．１〜４０重量％のコロイダルシリカ砥粒；０．００１〜５重量％の式（Ｉ）の添加剤であって、この式（Ｉ）の添加剤は、式（Ia）：
［式中、Ｒ７は、Ｃ１−８アルキル基であり、Ｒ ８ は、水素、ハロゲン、ヒドロキシル基及びＣ １−８ アルキル基から選択される］で示される、添加剤を含む、化学機械研磨組成物であって、この化学機械研磨組成物は、＜０．００００００００００１重量％の包接化合物を含有し；そしてこの化学機械研磨組成物は、＜０．００００００００００１重量％の酸化剤を含有する、化学機械研磨組成物を提供する。
［式中、Ｒ７は、Ｃ１−８アルキル基であり、Ｒ ８ は、水素、ハロゲン、ヒドロキシル基及びＣ １−８ アルキル基から選択される］で示される、添加剤を含む、化学機械研磨組成物であって、この化学機械研磨組成物は、＜０．００００００００００１重量％の包接化合物を含有し；そしてこの化学機械研磨組成物は、＜０．００００００００００１重量％の酸化剤を含有する、化学機械研磨組成物を提供する。
本発明は、初期成分として：水、０．１〜４０重量％のコロイダルシリカ砥粒；０．００１〜５重量％の式（Ｉ）の添加剤であって、この式（Ｉ）の添加剤は、式（Ib）：
［式中、Ｒ ９ は、Ｃ１−８アルキル基である］で示される、添加剤を含む、化学機械研磨組成物であって、この化学機械研磨組成物は、＜０．００００００００００１重量％の包接化合物を含有し；そしてこの化学機械研磨組成物は、＜０．００００００００００１重量％の酸化剤を含有する、化学機械研磨組成物を提供する。
［式中、Ｒ ９ は、Ｃ１−８アルキル基である］で示される、添加剤を含む、化学機械研磨組成物であって、この化学機械研磨組成物は、＜０．００００００００００１重量％の包接化合物を含有し；そしてこの化学機械研磨組成物は、＜０．００００００００００１重量％の酸化剤を含有する、化学機械研磨組成物を提供する。
本発明は、初期成分として：水、０．１〜４０重量％のコロイダルシリカ砥粒；０．００１〜５重量％の式（Ｉ）の添加剤であって、この式（Ｉ）の添加剤は、式（Ic）：
で示される、添加剤を含む、化学機械研磨組成物であって、この化学機械研磨組成物は、＜０．００００００００００１重量％の包接化合物を含有し；そしてこの化学機械研磨組成物は、＜０．００００００００００１重量％の酸化剤を含有する、組成物を提供する。
で示される、添加剤を含む、化学機械研磨組成物であって、この化学機械研磨組成物は、＜０．００００００００００１重量％の包接化合物を含有し；そしてこの化学機械研磨組成物は、＜０．００００００００００１重量％の酸化剤を含有する、組成物を提供する。
本発明は、基板の化学機械研磨のための方法であって、基板（ここでこの基板は、酸化ケイ素を含む）を提供する工程；本発明の化学機械研磨組成物を提供する工程；研磨面を持つ化学機械研磨パッドを提供する工程；化学機械研磨組成物を、化学機械研磨パッドの研磨面上の化学機械研磨パッドと基板との界面又は界面付近に分注する工程；及び化学機械研磨パッドと基板との界面に０．６９〜３４．５kPaのダウンフォースで動的接触を作り出す工程を含む方法であって、この基板は研磨され；少量の酸化ケイ素が基板から除去される、方法を提供する。
本発明は、基板の化学機械研磨のための方法であって、基板（ここでこの基板は、酸化ケイ素を含む）を提供する工程；本発明の化学機械研磨組成物を提供する工程；研磨面を持つ化学機械研磨パッドを提供する工程；化学機械研磨組成物を、化学機械研磨パッドの研磨面上の化学機械研磨パッドと基板との界面又は界面付近に分注する工程；及び化学機械研磨パッドと基板との界面に０．６９〜３４．５kPaのダウンフォースで動的接触を作り出す工程を含む方法であって、この基板は研磨され；少量の酸化ケイ素が基板から除去され；この化学機械研磨組成物は、≧１，０００Å/分の酸化ケイ素除去速度を示し；そしてこの化学機械研磨組成物は、サイズ＞０．１６μmを有する研磨後SP1欠陥数≦７０の達成を容易にする、方法を提供する。
本発明は、基板の化学機械研磨のための方法であって、基板（ここでこの基板は、酸化ケイ素を含む）を提供する工程；本発明の化学機械研磨組成物を提供する工程；研磨面を持つ化学機械研磨パッドを提供する工程；化学機械研磨組成物を、化学機械研磨パッドの研磨面上の化学機械研磨パッドと基板との界面又は界面付近に分注する工程；及び化学機械研磨パッドと基板との界面に０．６９〜３４．５kPaのダウンフォースで動的接触を作り出す工程を含む方法であって、この基板は研磨され；少量の酸化ケイ素が基板から除去され；この化学機械研磨組成物は、≧１，０００Å/分の酸化ケイ素除去速度を示し；そしてこの化学機械研磨組成物は、サイズ＞０．１６μmを有する研磨後SP1スクラッチ数≦２５の達成を容易にする、方法を提供する。
本発明は、基板の化学機械研磨のための方法であって、基板（ここでこの基板は、酸化ケイ素を含む）を提供する工程；本発明の化学機械研磨組成物を提供する工程；研磨面を持つ化学機械研磨パッドを提供する工程；化学機械研磨組成物を、化学機械研磨パッドの研磨面上の化学機械研磨パッドと基板との界面又は界面付近に分注する工程；及び化学機械研磨パッドと基板との界面に０．６９〜３４．５kPaのダウンフォースで動的接触を作り出す工程を含む方法であって、この基板は研磨され；少量の酸化ケイ素が基板から除去され；この化学機械研磨組成物は、≧１，０００Å/分の酸化ケイ素除去速度を示し；この化学機械研磨組成物は、サイズ＞０．１６μmを有する研磨後SP1欠陥数≦７０の達成を容易にし；そしてこの化学機械研磨組成物は、サイズ＞０．１６μmを有する研磨後SP1スクラッチ数≦２５の達成を容易にする、方法を提供する。
詳細な説明
本発明の化学機械研磨組成物は、酸化ケイ素を含む基板を研磨するために設計される。本発明の化学機械研磨組成物は、初期成分として、式（Ｉ）：
［式中、Ｒ１は、Ｃ１−８アルキル基であり；そしてＲ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６は、それぞれ独立に水素、ハロゲン、ヒドロキシル基及びＣ１−８アルキル基から選択される］で示される添加剤を含有する。この式（Ｉ）の添加剤は、コロイダルシリカ砥粒の導電性及びゼータ電位に及ぼす作用を最小限に抑えながら、化学機械研磨組成物中のコロイダルシリカ砥粒を安定化して経時的に凝集しないようにする。
本発明の化学機械研磨組成物は、酸化ケイ素を含む基板を研磨するために設計される。本発明の化学機械研磨組成物は、初期成分として、式（Ｉ）：
［式中、Ｒ１は、Ｃ１−８アルキル基であり；そしてＲ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６は、それぞれ独立に水素、ハロゲン、ヒドロキシル基及びＣ１−８アルキル基から選択される］で示される添加剤を含有する。この式（Ｉ）の添加剤は、コロイダルシリカ砥粒の導電性及びゼータ電位に及ぼす作用を最小限に抑えながら、化学機械研磨組成物中のコロイダルシリカ砥粒を安定化して経時的に凝集しないようにする。
化学機械研磨組成物中の式（Ｉ）の添加剤の包含に起因する酸化ケイ素の除去速度の変化（Å/分として測定）に関して、本明細書及び添付の請求の範囲において使用される「実質的に変化していない」という用語は、酸化ケイ素の除去速度が≦１０％変化することを意味する。即ち、以下の式は、酸化ケイ素除去速度が実質的に変化していないとき成立する：
（（（Ｂ０−Ｂ）の絶対値）／Ｂ０）×１００≦１０
［式中、Ｂは、初期成分として式（Ｉ）の添加剤を含有する本発明の化学機械研磨組成物の酸化ケイ素除去速度（Å/分）であり；Ｂ０は、式（Ｉ）の添加剤が化学機械研磨組成物に存在しないことを除いて同一条件下で得られる酸化ケイ素除去速度である］。
（（（Ｂ０−Ｂ）の絶対値）／Ｂ０）×１００≦１０
［式中、Ｂは、初期成分として式（Ｉ）の添加剤を含有する本発明の化学機械研磨組成物の酸化ケイ素除去速度（Å/分）であり；Ｂ０は、式（Ｉ）の添加剤が化学機械研磨組成物に存在しないことを除いて同一条件下で得られる酸化ケイ素除去速度である］。
本発明の化学機械研磨組成物中の式（Ｉ）の添加剤の包含により得られる欠陥性能を記述するために本明細書及び添付の請求の範囲において使用される「改善された研磨欠陥性能」という用語は、以下の式が成立することを意味する：
Ｘ＜Ｘ０
［式中、Ｘは、実施例に明記される研磨条件下で測定された、初期成分として本発明の式（Ｉ）の添加剤を含有する化学機械研磨組成物に対する欠陥（即ち、ＣＭＰ／フッ化水素後のスクラッチ）であり；そしてＸ０は、式（Ｉ）の添加剤が化学機械研磨組成物に存在しないことを除いて同一条件下で得られる欠陥（即ち、ＣＭＰ／フッ化水素後のスクラッチ）である］。
Ｘ＜Ｘ０
［式中、Ｘは、実施例に明記される研磨条件下で測定された、初期成分として本発明の式（Ｉ）の添加剤を含有する化学機械研磨組成物に対する欠陥（即ち、ＣＭＰ／フッ化水素後のスクラッチ）であり；そしてＸ０は、式（Ｉ）の添加剤が化学機械研磨組成物に存在しないことを除いて同一条件下で得られる欠陥（即ち、ＣＭＰ／フッ化水素後のスクラッチ）である］。
本発明の化学機械研磨組成物に含有される水は、偶発的な不純物を制限するために、好ましくは脱イオン水及び蒸留水の少なくとも一方である。
本発明の化学機械研磨組成物は、初期成分として、０．１〜４０重量％（好ましくは、５〜２５重量％；更に好ましくは、１０〜２０重量％；最も好ましくは、１４〜１７重量％）のコロイダルシリカ砥粒を含む。好ましくは、このコロイダルシリカ砥粒は、≦２００nm（更に好ましくは１０〜２００nm；更になお好ましくは、７０〜１７０nm；最も好ましくは１００〜１５０nm）の平均粒径を示す。好ましくは、このコロイダルシリカ砥粒は、非球体の長く伸びた形態を示す。最も好ましくは、このコロイダルシリカ砥粒は、ヘマタイトのピーナツ形の形態を示す。
本発明の化学機械研磨組成物は、好ましくは、初期成分として、０．００１〜５重量％（好ましくは、０．１〜１重量％；更に好ましくは、０．２５〜０．７５重量％；最も好ましくは、０．５〜０．７重量％）の式（Ｉ）：
［式中、Ｒ１は、Ｃ１−８アルキル基（好ましくは、Ｃ１−５アルキル基；更に好ましくは、Ｃ２−４アルキル基；最も好ましくは、Ｃ３アルキル基）であり；そしてＲ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６は、それぞれ独立に水素、ハロゲン、ヒドロキシル基及びＣ１−８アルキル基（好ましくは、水素、ヒドロキシル基及びＣ１−５アルキル基；更に好ましくは、水素及びＣ１−５アルキル基；最も好ましくは、水素）から選択される］で示される添加剤を含む。好ましくは、本発明の化学機械研磨組成物は、初期成分として、式（Ｉ）の添加剤であって、この式（Ｉ）の添加剤は、式（Ia）：
［式中、Ｒ７は、Ｃ１−８アルキル基（好ましくは、Ｃ１−５アルキル基；更に好ましくは、Ｃ２−４アルキル基；最も好ましくは、Ｃ３アルキル基）であり；そしてＲ ８ は、水素、ハロゲン、ヒドロキシル基及びＣ１−８アルキル基（好ましくは、水素、ヒドロキシル基及びＣ１−５アルキル基；更に好ましくは、水素及びＣ１−５アルキル基；最も好ましくは、水素）から選択される］で示される、添加剤を含む。更に好ましくは、本発明の化学機械研磨組成物は、初期成分として、式（Ｉ）の添加剤であって、この式（Ｉ）の添加剤は、式（Ib）：
［式中、Ｒ ９ は、Ｃ１−８アルキル基（好ましくは、Ｃ１−５アルキル基；更に好ましくは、Ｃ２−４アルキル基；最も好ましくは、Ｃ３アルキル基）である］で示される、添加剤を含む。最も好ましくは、本発明の化学機械研磨組成物は、初期成分として、式（Ｉ）の添加剤であって、この式（Ｉ）の添加剤は、式（Ic）：
で示される、添加剤を含む。
［式中、Ｒ１は、Ｃ１−８アルキル基（好ましくは、Ｃ１−５アルキル基；更に好ましくは、Ｃ２−４アルキル基；最も好ましくは、Ｃ３アルキル基）であり；そしてＲ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６は、それぞれ独立に水素、ハロゲン、ヒドロキシル基及びＣ１−８アルキル基（好ましくは、水素、ヒドロキシル基及びＣ１−５アルキル基；更に好ましくは、水素及びＣ１−５アルキル基；最も好ましくは、水素）から選択される］で示される添加剤を含む。好ましくは、本発明の化学機械研磨組成物は、初期成分として、式（Ｉ）の添加剤であって、この式（Ｉ）の添加剤は、式（Ia）：
［式中、Ｒ７は、Ｃ１−８アルキル基（好ましくは、Ｃ１−５アルキル基；更に好ましくは、Ｃ２−４アルキル基；最も好ましくは、Ｃ３アルキル基）であり；そしてＲ ８ は、水素、ハロゲン、ヒドロキシル基及びＣ１−８アルキル基（好ましくは、水素、ヒドロキシル基及びＣ１−５アルキル基；更に好ましくは、水素及びＣ１−５アルキル基；最も好ましくは、水素）から選択される］で示される、添加剤を含む。更に好ましくは、本発明の化学機械研磨組成物は、初期成分として、式（Ｉ）の添加剤であって、この式（Ｉ）の添加剤は、式（Ib）：
［式中、Ｒ ９ は、Ｃ１−８アルキル基（好ましくは、Ｃ１−５アルキル基；更に好ましくは、Ｃ２−４アルキル基；最も好ましくは、Ｃ３アルキル基）である］で示される、添加剤を含む。最も好ましくは、本発明の化学機械研磨組成物は、初期成分として、式（Ｉ）の添加剤であって、この式（Ｉ）の添加剤は、式（Ic）：
で示される、添加剤を含む。
本発明の化学機械研磨組成物は、好ましくはｐＨ≧１０で（更に好ましくは、１０〜１２のｐＨで；最も好ましくは、１０〜１１のｐＨで）の研磨のために設計される。本発明の化学機械研磨組成物は、場合により無機及び有機ｐＨ調整剤を包含することができる。好ましくは、このオプションのｐＨ調整剤は、無機酸又は無機塩基から選択される。最も好ましくは、このオプションのｐＨ調整剤は、硝酸、硫酸、塩酸、リン酸、硫酸カリウム及び水酸化カリウムから選択される。
本発明の化学機械研磨法に使用される化学機械研磨組成物濃縮物は、好ましくは包接化合物を含まない。本明細書及び添付の請求の範囲において使用されるとき「包接化合物」という用語は、他のイオン、原子又は分子を識別し、これらを、分子内又は分子凝集体内に形成される空孔に種々の相互作用により捕捉する化合物（例えば、シクロデキストリン、シクロファン、中性ポリリガンド、環状ポリアニオン、環状ポリカチオン、及び環状ペプチド）を意味する。本明細書及び添付の請求の範囲において使用されるとき「包接化合物を含まない」という用語は、この化学機械研磨組成物が、＜０．００００００００００１重量％（更に好ましくは、その検出限界未満）の包接化合物を含有することを意味する。
本発明の化学機械研磨組成物は、好ましくは酸化剤を含まない。本明細書及び添付の請求の範囲において使用されるとき「酸化剤を含まない」という用語は、この化学機械研磨組成物が、＜０．００００００００００１重量％（更に好ましくは、その検出限界未満）の酸化剤［過酸化水素、硝酸塩、ヨウ素酸塩、過ヨウ素酸塩、次亜塩素酸塩、亜塩素酸塩、塩素酸塩、過塩素酸塩、過硫酸塩、重クロム酸塩、過マンガン酸塩、オゾン処理水、銀（II）塩、鉄（III）塩、過硫酸塩（例えば、モノ過硫酸アンモニウム、及びジ過硫酸カリウム）及び過ヨウ素酸塩（例えば、過ヨウ素酸カリウム）など］を含有することを意味する。
本発明の化学機械研磨組成物は、好ましくはペルオキシ酸化剤を含まない。本明細書及び添付の請求の範囲において使用されるとき「ペルオキシ酸化剤」という用語は、過酸化水素、過酸化尿素、過炭酸塩、過酸化ベンゾイル、過酢酸、過酸化ナトリウム、過酸化ジ−tert−ブチル、モノ過硫酸塩、ジ過硫酸塩、及び鉄（III）化合物のような、ペルオキシ酸化剤を意味する。本明細書及び添付の請求の範囲において使用されるとき「ペルオキシ酸化剤を含まない」という用語は、この化学機械研磨組成物が、＜０．００００００００００１重量％のペルオキシ酸化剤（更に好ましくは、ペルオキシ酸化剤の検出限界未満）を含有することを意味する。
本発明の化学機械研磨法は、好ましくは、基板（ここでこの基板は、酸化ケイ素を含む）を提供する工程；≧１０のｐＨ（更に好ましくは、１０〜１２のｐＨ；最も好ましくは、１０〜１１のｐＨ）を有する本発明の化学機械研磨組成物を提供する工程；研磨面を持つ化学機械研磨パッドを提供する工程（好ましくは、ここでこの化学機械研磨パッドは、ポリマー中空コア微粒子及びポリウレタン含浸不織布サブパッドを含有するポリウレタン研磨層を含む）；化学機械研磨組成物を研磨面上に分注する工程；研磨面を基板に対して動かす工程を含むが、ここで少なくとも少量の酸化ケイ素は、基板を研磨するために基板から除去される。
本発明の化学機械研磨法において研磨される基板は、酸化ケイ素を含む。基板中の酸化ケイ素は、当該分野において既知の任意の適切な酸化ケイ素材料であってよい；例えば、ホウリンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）、プラズマエッチングしたオルトケイ酸テトラエチル（ＰＥＴＥＯＳ）、熱酸化物、ドープしていないケイ酸塩ガラス、高密度プラズマ（ＨＤＰ）酸化物。
本発明の化学機械研磨法において使用される化学機械研磨パッドは、当該分野において既知の任意の適切な研磨パッドであってよい。この化学機械研磨パッドは、好ましくは織物及び不織布研磨パッドから選択することができる。この化学機械研磨パッドは、種々の密度、硬度、厚さ、圧縮率及び弾性率の任意の適切なポリマーから作ることができる。この化学機械研磨パッドは、必要に応じて溝切り及び穿孔することができる。
好ましくは、本発明の化学機械研磨法において、化学機械研磨組成物は、化学機械研磨パッドの研磨面上の化学機械研磨パッドと基板との界面又は界面付近に分注される。
好ましくは、本発明の化学機械研磨法は、化学機械研磨パッドと基板との界面に０．６９〜３４．５kPaのダウンフォースで動的接触を作り出す工程を含み；ここで、この化学機械研磨組成物は、≧１，０００Å/分（好ましくは、≧１，５００Å/分；更に好ましくは、≧２，０００Å/分；最も好ましくは、≧２，５００Å/分）の酸化ケイ素除去速度を示し、そしてこの化学機械研磨組成物は、サイズ＞０．１６μmを有する研磨後SP1欠陥数≦７０（好ましくは、≦６０；更に好ましくは≦５０）（本明細書の実施例に記載される方法により測定）の達成を容易にする。
好ましくは、本発明の化学機械研磨法は、化学機械研磨パッドと基板との界面に０．６９〜３４．５kPaのダウンフォースで動的接触を作り出す工程を含み；ここで、この化学機械研磨組成物は、≧１，０００Å/分（好ましくは、≧１，５００Å/分；更に好ましくは、≧２，０００Å/分；最も好ましくは、≧２，５００Å/分）の酸化ケイ素除去速度を示し、そしてこの化学機械研磨組成物は、サイズ＞０．１６μmを有する研磨後SP1スクラッチ数≦２５（好ましくは、≦２０；更に好ましくは≦１５）（本明細書の実施例に記載される方法により測定）の達成を容易にする。
本発明の化学機械研磨法において使用される化学機械研磨組成物に含有される式（Ｉ）（更に好ましくは、式（Ia）；更に好ましくは、式（Ib）；最も好ましくは式（Ic））の添加剤は、好ましくは酸化ケイ素の除去速度に実質的には作用を及ぼさない（１分当たりのオングストローム（Å/分）として測定される）。即ち、酸化ケイ素除去速度は、本発明の化学機械研磨組成物中の式（Ｉ）の添加剤の包含により「実質的に変化していない」。
本発明の化学機械研磨法において使用される化学機械研磨組成物に含有される式（Ｉ）（更に好ましくは、式（Ia）；更に好ましくは、式（Ib）；最も好ましくは式（Ic））の添加剤は、研磨欠陥性能の改善をもたらす。好ましくは、化学機械研磨組成物中の式（Ｉ）（更に好ましくは、式（Ia）；更に好ましくは、式（Ib）；最も好ましくは式（Ic））の添加剤の初期成分としての包含は、実施例に明記される研磨条件下で測定されるとき、研磨欠陥（即ち、ＣＭＰ／フッ化水素後のスクラッチ）の≧２５％；更に好ましくは≧３０％；最も好ましくは≧４０％の減少を提供する。即ち、下記式の少なくとも１つが好ましくは成立する：
（ｉ） （Ｘ０−Ｘ）／Ｘ×１００≧２５；
（ii） （Ｘ０−Ｘ）／Ｘ×１００≧３０；及び
（iii） （Ｘ０−Ｘ）／Ｘ×１００≧４０；
［式中、Ｘは、実施例に明記される研磨条件下で測定されるとき、式（Ｉ）の添加剤を含有する化学機械研磨組成物に対する研磨欠陥（即ち、ＣＭＰ／フッ化水素後のスクラッチ）であり；そしてＸ０は、式（Ｉ）の添加剤が化学機械研磨組成物に存在しないことを除いて同一条件下で得られる研磨欠陥（即ち、ＣＭＰ／フッ化水素後のスクラッチ）である］。
（ｉ） （Ｘ０−Ｘ）／Ｘ×１００≧２５；
（ii） （Ｘ０−Ｘ）／Ｘ×１００≧３０；及び
（iii） （Ｘ０−Ｘ）／Ｘ×１００≧４０；
［式中、Ｘは、実施例に明記される研磨条件下で測定されるとき、式（Ｉ）の添加剤を含有する化学機械研磨組成物に対する研磨欠陥（即ち、ＣＭＰ／フッ化水素後のスクラッチ）であり；そしてＸ０は、式（Ｉ）の添加剤が化学機械研磨組成物に存在しないことを除いて同一条件下で得られる研磨欠陥（即ち、ＣＭＰ／フッ化水素後のスクラッチ）である］。
以下の実施例において、本発明の幾つかの実施態様が今や詳細に記述される。
比較例Ｃ１〜Ｃ２及び実施例１
比較例Ｃ１〜Ｃ２及び実施例１の化学機械研磨組成物は、表１にリストされる量で成分を合わせ、残りは脱イオン水として、組成物のｐＨを水酸化カリウムで表１にリストされる最終ｐＨに調整することにより調製した。
比較例Ｃ１〜Ｃ２及び実施例１の化学機械研磨組成物は、表１にリストされる量で成分を合わせ、残りは脱イオン水として、組成物のｐＨを水酸化カリウムで表１にリストされる最終ｐＨに調整することにより調製した。
比較例ＰＣ１〜ＰＣ２及び実施例Ｐ１
化学機械研磨除去速度実験
二酸化ケイ素除去速度研磨試験は、それぞれ、比較例ＰＣ１〜ＰＣ２及び実施例Ｐ１において、比較例Ｃ１〜Ｃ２及び実施例１により調製した化学機械研磨組成物を用いて実施した。具体的には、化学機械研磨組成物のそれぞれについての二酸化ケイ素除去速度が表１に特定される。研磨除去速度実験は、SEMATECH SVTC製の２００mmブランケット１ｋ ＴＥＯＳシートウェーハで実施した。Applied Materialsの２００mm Mirra（登録商標）研磨機を使用した。全ての研磨実験は、IC1010（商標）ポリウレタン研磨パッド（Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.から販売されている）を２０．７kPa（３psi）のダウンフォース、２００ml/分の化学機械研磨スラリー組成物流量、９３rpmのテーブル回転速度及び８７rpmのキャリア回転速度で用いて実施した。研磨パッドをコンディショニングするために、Diagrid（登録商標）AD3BG-150855ダイヤモンドパッドコンディショナー（Kinik Companyから販売されている）を使用した。研磨パッドは、コンディショナーで１４．０lbs（６．３５kg）のダウンフォースを用いて２０分間ならした。研磨パッドは、９lbs（４．１kg）のダウンフォースを用いて１０分間、研磨に先立ってエクスサイチュー（ex situ）で更にコンディショニングした。研磨パッドは、９lbs（４．１kg）のダウンフォースで研磨パッドの中心から１．７〜９．２inの範囲で、１０スイープ／分で研磨中インサイチュー（in situ）で更にコンディショニングした。除去速度は、KLA-Tencor FX200計測ツールを用いて、３mmの端を除いた４９点の渦巻状走査を利用して、研磨前後のフィルム厚さを測定することにより求めた。除去速度実験の結果は、表２に提供される。
化学機械研磨除去速度実験
二酸化ケイ素除去速度研磨試験は、それぞれ、比較例ＰＣ１〜ＰＣ２及び実施例Ｐ１において、比較例Ｃ１〜Ｃ２及び実施例１により調製した化学機械研磨組成物を用いて実施した。具体的には、化学機械研磨組成物のそれぞれについての二酸化ケイ素除去速度が表１に特定される。研磨除去速度実験は、SEMATECH SVTC製の２００mmブランケット１ｋ ＴＥＯＳシートウェーハで実施した。Applied Materialsの２００mm Mirra（登録商標）研磨機を使用した。全ての研磨実験は、IC1010（商標）ポリウレタン研磨パッド（Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.から販売されている）を２０．７kPa（３psi）のダウンフォース、２００ml/分の化学機械研磨スラリー組成物流量、９３rpmのテーブル回転速度及び８７rpmのキャリア回転速度で用いて実施した。研磨パッドをコンディショニングするために、Diagrid（登録商標）AD3BG-150855ダイヤモンドパッドコンディショナー（Kinik Companyから販売されている）を使用した。研磨パッドは、コンディショナーで１４．０lbs（６．３５kg）のダウンフォースを用いて２０分間ならした。研磨パッドは、９lbs（４．１kg）のダウンフォースを用いて１０分間、研磨に先立ってエクスサイチュー（ex situ）で更にコンディショニングした。研磨パッドは、９lbs（４．１kg）のダウンフォースで研磨パッドの中心から１．７〜９．２inの範囲で、１０スイープ／分で研磨中インサイチュー（in situ）で更にコンディショニングした。除去速度は、KLA-Tencor FX200計測ツールを用いて、３mmの端を除いた４９点の渦巻状走査を利用して、研磨前後のフィルム厚さを測定することにより求めた。除去速度実験の結果は、表２に提供される。
表３に報告される化学機械研磨組成物の欠陥性能は、研磨後及びフッ化水素の研磨後洗浄（「Pst-HF」）後に走査型電子顕微鏡を用いて求めた。Pst-HF洗浄後の全てのＴＥＯＳウェーハは、KLA-Tencorから販売されるSurfscan（登録商標）SP1欠陥検査システムを用いて検査した。欠陥情報は、そのウェーハ上の座標を含めて、KLARF（KLA Results File）に記録し、次にこれをKLA-Tencorから販売されるeDR-5200欠陥検証システムに移した。１００個の欠陥画像のランダム試料を選択して、eDR-5200システムにより検証した。これら１００個の画像は、種々の欠陥タイプ、例えば、チャターマーク（スクラッチ）、粒子及びパッドくずに分類した。これら１００個の画像からの分類結果に基づいて、ウェーハ上のスクラッチの総数を求めた。
Claims (9)
- 基板の化学機械研磨のための方法であって、
基板（ここでこの基板は、酸化ケイ素を含む）を提供する工程；
化学機械研磨組成物を提供する工程であって、化学機械研磨組成物は、
初期成分として：
水、
０．１〜４０重量％のコロイダルシリカ砥粒；
０．００１〜５重量％の式（Ｉ）：
［式中、Ｒ１は、Ｃ１−８アルキル基であり；そしてＲ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６は、それぞれ独立に水素、ハロゲン、ヒドロキシル基及びＣ１−８アルキル基から選択される］で示される添加剤を含み；
この化学機械研磨組成物は、＜０．００００００００００１重量％の包接化合物を含有し；そしてこの化学機械研磨組成物は、＜０．００００００００００１重量％の酸化剤を含有する、工程；
研磨面を持つ化学機械研磨パッドを提供する工程；
化学機械研磨組成物を、化学機械研磨パッドの研磨面上に、化学機械研磨パッドと基板との界面又は界面付近にて分注する工程；及び
化学機械研磨パッドと基板との界面に０．６９〜３４．５kPaのダウンフォースで動的接触を作り出す工程
を含む方法であって、この基板は研磨され；少量の酸化ケイ素が基板から除去される、方法。 - 化学機械研磨組成物が、≧１０のｐＨを示す、請求項１に記載の方法。
- 化学機械研磨組成物が、２００mm研磨機上で９３回転/分のテーブル回転速度、８７回転/分のキャリア回転速度、２００ml/分の化学機械研磨組成物流量、２０．７kPaのダウンフォースで、≧１，０００Å/分のＴＥＯＳ除去速度を示し；そして化学機械研磨パッドが、ポリウレタン含浸不織布パッドである、請求項１に記載の方法。
- 式（Ｉ）の添加剤が、式（Ia）：
［式中、Ｒ７は、Ｃ１−８アルキル基であり、Ｒ８は、水素、ハロゲン、ヒドロキシル基及びＣ１−８アルキル基から選択される］で示される、請求項１に記載の方法。 - 式（Ｉ）の添加剤が、式（Ib）：
［式中、Ｒ９は、Ｃ１−８アルキル基である］で示される、請求項１に記載の方法。 - 式（Ｉ）の添加剤が、式（Ic）：
で示される、請求項１に記載の方法。 - 化学機械研磨組成物が、≧１，０００Å/分の酸化ケイ素除去速度を示し；そして化学機械研磨組成物が、サイズ＞０．１６μmを有する研磨後SP1欠陥数≦７０の達成を容易にする、請求項１に記載の方法。
- 化学機械研磨組成物が、≧１，０００Å/分の酸化ケイ素除去速度を示し；そして化学機械研磨組成物が、サイズ＞０．１６μmを有する研磨後SP1スクラッチ数≦２５の達成を容易にする、請求項１に記載の方法。
- 化学機械研磨組成物が、≧１，０００Å/分の酸化ケイ素除去速度を示し；化学機械研磨組成物が、サイズ＞０．１６μmを有する研磨後SP1欠陥数≦７０の達成を容易にし；そして化学機械研磨組成物が、サイズ＞０．１６μmを有する研磨後SP1スクラッチ数≦２５の達成を容易にする、請求項１に記載の方法。
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