JP6784798B2 - 研磨用スラリー組成物 - Google Patents
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- H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]
Description
本発明の一実施形態により、前記鉄置換の研磨粒子は、前記スラリー組成物に対して0.0001重量部ないし20重量部で含まれ得る。
本発明の一実施形態により、前記鉄置換の研磨粒子は、前記スラリー組成物に対して0.5重量部超過及び5重量部以下で含まれ得る。
本発明の一実施形態により、前記鉄置換の研磨粒子の大きさは、10nm〜300nmであり得る。
本発明の一実施形態により、前記鉄置換の研磨粒子は、前記鉄置換の研磨粒子の表面から中心までの長さ(100%)のうち、表面から30%以下の長さ領域に位置する原子位置に鉄が置換されたものであり得る。
本発明の一実施形態により、前記鉄置換の研磨粒子は、金属酸化物と、有機物又は無機物でコーティングされた金属酸化物のうち1種以上を含み、前記金属酸化物は、コロイド状態であり、前記金属酸化物は、シリカ、セリア、ジルコニア、アルミナ、チタニア、チタン酸バリウム、ゲルマニウム、二酸化マンガン及び酸化マグネシウムからなる群から選択された1種以上を含み得る。
本発明の一実施形態により、前記鉄置換の研磨粒子は、四面体配位を有する鉄イオンを含み、前記鉄置換の研磨粒子は、金属(M)−O−Fe結合、金属(M)−Fe結合(ここで、MはSi、Ce、Zr、Al、Ti、Ba、Ge、Mn及びMgから選択される)、又は、両方を含み得る。
本発明の一実施形態により、前記鉄置換の研磨粒子は、pH1ないし12で、−1mVないし−100mVジェッタ電位を有し得る。
本発明の一実施形態により、前記鉄置換の研磨粒子は、10nm〜300nmである単一サイズ粒子であるか、10nm〜300nmの2種以上の異なるサイズを有する混合粒子を含み得る。
本発明の一実施形態により、前記鉄置換の研磨粒子は、10nm〜150nmの第1サイズ及び150nm〜300nmサイズの第2サイズの粒子を含み得る。
本発明の一実施形態により、前記キレート剤は、有機酸を含み、前記有機酸は、クエン酸、リンゴ酸、マレイン酸、マロン酸、シュウ酸、コハク酸、乳酸、酒石酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、フマル酸、酢酸、酪酸、カプリン酸、カプロン酸、カプリル酸、グルタル酸、グリコール酸、ギ酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、フタル酸、プロピオン酸、ピルビン酸、ステアリン酸及び吉草酸からなる群から選択された1種以上を含み得る。
本発明の一実施形態により、前記キレート剤は、前記スラリー組成物に対して0.00001重量部ないし10重量部で含まれ得る。
本発明の一実施形態により、前記酸化剤は、過酸化水素、尿素過酸化水素、尿素、過炭酸塩、過ヨウ素酸、過ヨウ素酸塩、過塩素酸、過塩素酸塩、過臭素酸、過臭素酸塩、過ホウ酸、過ホウ酸塩、過マンガン酸、過マンガン酸塩、過硫酸塩、臭素酸塩、塩素酸塩、亜塩素酸塩、クロム酸塩、ヨウ素酸塩、ヨウ素酸、過酸化硫酸アンモニウム、過酸化ベンゾイル、過酸化カルシウム、過酸化バリウム、過酸化ナトリウム及び過酸化尿素からなる群から選択された1種以上を含み得る。
本発明の一実施形態により、前記酸化剤は、前記スラリー組成物に対して0.00001重量部ないし10重量部で含まれ得る。
本発明の一実施形態により、前記pH調整剤は、酸性物質又は塩基性物質を含み、前記酸性物質は、硝酸、塩酸、リン酸、硫酸、フッ化水素酸、臭素酸、ヨウ素酸、ギ酸、マロン酸、マレイン酸、シュウ酸、酢酸、アジピン酸、クエン酸、、プロピオン酸、フマル酸、乳酸、サリチル酸、ピメリン酸、安息香酸、コハク酸、フタル酸、酪酸、グルタル酸、グルタミン酸、グリコール酸、アスパラギン酸、酒石酸及びそれぞれの塩からなる群から選択された1種以上を含み、前記塩基性物質は、アンモニウムメチルプロパノール(ammonium methyl propanol:AMP)、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(tetra methyl ammonium hydroxide:TMAH)、水酸化アンモニウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化マグネシウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、イミダゾール及びそれぞれの塩からなる群から選択された1種以上を含み得る。
本発明の一実施形態により、前記研磨用スラリー組成物は、シリコン酸化膜、金属膜、金属酸化膜及び無機酸化膜からなる群から選択された1種以上を含む薄膜の研磨に適用され得る。
本発明の一実施形態により、前記研磨用スラリー組成物は、半導体素子、ディスプレイ素子又はが2つの研磨工程に適用され得る。
本発明の一実施形態により、前記金属膜及び金属酸化膜は、それぞれ、インジウム(In)、スズ(Sn)、シリコン(Si)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、ガドリニウム(Gd)、ガリウム(Ga)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、銅(Cu)、ジンク(Zn)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、アルミニウム(Al)、ニオビウム(Nb)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、ルテニウム(Ru)、タングステン(W)、ネオジム(Nd)、ルビジウム(Rb)、金(Au)及び白金(Pt)からなる群から選択された1種以上を含み得る。
本発明の一実施形態により、前記無機酸化膜は、FTO(fluorine doped tin oxide、SnO2:F)、ITO(indium tin oxide)、IZO(indium zinc oxide)、IGZO(indium gallium zinc oxide)、AZO(Al-doped ZnO)、AGZO(Aluminum Gallium Zinc Oxide)、GZO(Ga-doped ZnO)、IZTO(Indium Zinc Tin Oxide)、IAZO(Indium Aluminum Zinc Oxide)、IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide)、IGTO(Indium Gallium Tin Oxide)、ATO(Antimony Tin Oxide)、GZO(Gallium Zinc Oxide)、IZON(IZO Nitride)、SnO2、ZnO、IrOx、RuOx及びNiOからなる群から選択された1種以上を含み得る。
本発明の一実施形態により、前記研磨用スラリー組成物を用いた対象膜の研磨時の対象膜に対する研磨速度は、100Å/min以上であり得る。
本発明の一実施形態により、前記スラリー組成物を用いた対象膜の研磨後に表面の平坦度は、5%以下であり得る。
本発明の一実施形態により、前記スラリー組成物を用いた対象膜の研磨後の素子の透明度は、研磨以前に比べて5%以上増加し得る。
コロイダルシリカ研磨粒子3重量%、硝酸鉄(Fe(NO3)3)0.05重量%及び硝酸ナトリウム(NaNO3)0.1重量%の混合溶液を添加した。その後、水酸化ナトリウム(NaOH)を用いてpH10になるまで滴定した。pHの調節されたコロイダルシリカが含まれた混合溶液を水熱反応器に入れて140℃で24時間水熱反応させ、Feイオン−置換されたコロイダルシリカ研磨粒子を製造した。
実施形態1のFeイオン置換されたコロイダルシリカ研磨粒子4重量%、酸化剤として過酸化水素0.5重量%、キレート剤としてマロン酸0.1重量%、及びpH調整剤として硝酸を添加し、pH2.5の研磨用スラリー組成物を製造した。
キレート剤を1.00重量%で含有した他は実施形態2と同じ方法に基づいて研磨用スラリー組成物を製造した。
Feイオン置換されたコロイダルシリカ研磨粒子6重量%及びキレート剤を0.07重量%で含有した他は実施形態2と同じ方法に基づいて研磨用スラリー組成物を製造した。
Feイオン置換されたコロイダルシリカ研磨粒子0.5重量%及びキレート剤を0.5重量%で含有した他は実施形態2と同じ方法に基づいて研磨用スラリー組成物を製造した。
実施形態1のFeイオン置換されたコロイダルシリカ研磨粒子1.5重量%、酸化剤として過酸化水素1.5重量%、キレート剤としてマロン酸0.1重量%、及びpH調整剤として硝酸を添加し、pH2.5の研磨用スラリー組成物を製造した。
過酸化水素含量を4.0重量%に適用した他は実施形態6と同じ方法に基づいて研磨用スラリー組成物を製造した。
市販されている一般コロイダルシリカ研磨粒子を備えた。
市販されているコロイダルシリカ研磨粒子を用いてキレート剤を適用することなく研磨粒子2重量%を適用したこと他は実施形態2と同じ方法に基づいて研磨用スラリー組成物を製造した。
市販されているコロイダルシリカ研磨粒子を使用した他は実施形態6と同じ方法に基づいて研磨用スラリー組成物を製造した。
実施形態1のFeイオン−置換されたコロイダルシリカ研磨粒子のFeイオン置換が円滑に行われているかを確認するために、実施形態1のFeイオン−置換されたコロイダルシリカ研磨粒子を遠心分離して粒子ケーキ(cake)を110℃で24時間乾燥した後、KBrを混合してペレット(pellet)を製造し赤外線分光器で測定した。図1は、本発明の実施形態1のFeイオン−置換されたコロイダルシリカ研磨粒子と比較例1のシリカ研磨粒子の赤外線吸収のスペクトル図である。横軸は波数(wave number)を示し、縦軸は透過度(transmittance)を示す。赤外線吸収のスペクトルで668cm−1でSi−O−Fe結合ピーク(boding peak)が確認される。この分析によって、Fe−置換が円満に行われることが分かる。
実施形態1及び比較例1の研磨粒子の分散安定性を評価するために、実施形態1及び比較例1に係る研磨粒子の初期ジェッタ電位と10日後のジェッタ電位とを比較した。下記の表1は、本発明の実施形態1及び比較例1に係る研磨粒子の初期ジェッタ電位と10日後のジェッタ電位を比較したものである。
(i)実施形態及び比較例の研磨用スラリー組成物を用いて下記のような研磨条件でITO膜の含有基板を研磨した。
[研磨条件]
1.研磨装備:Bruker社のCETR CP−4
2.ウェハー:6cmX6cm ITO膜透明基板
3.プラテン圧力(platen pressure):3psi
4.スピンドルスピード(spindle speed):69rpm
5.プラテンスピード(platen speed):70rpm
6.流量(flow rate):100ml/min
[研磨条件]
1.研磨装備:KCTech社ST−01
2.プラテンスピード:100rpm
3.キャリアスピード:103rpm
4.ウェハー圧力:3.0psi
5.スラリー流量:250ml/min
6.パッド:IC1000
Claims (19)
- 鉄置換の研磨粒子と、
pH調整剤と、
キレート剤と、酸化剤、又は両方を含む、
研磨用スラリー組成物であって、
前記鉄置換の研磨粒子は、四面体配位を有する鉄イオンを含み、
前記鉄置換の研磨粒子は、金属(M)−O−Fe結合、金属(M)−Fe結合(ここで、MはSi、Ce、Zr、Al、Ti、Ba、Ge、Mn及びMgから選択される)、又は、両方を含む、前記研磨用スラリー組成物。 - 前記鉄置換の研磨粒子は、前記スラリー組成物に対して0.0001重量部ないし20重量部で含まれる、請求項1に記載の研磨用スラリー組成物。
- 前記鉄置換の研磨粒子は、前記スラリー組成物に対して0.5重量部超過及び5重量部以下で含まれる、請求項1に記載の研磨用スラリー組成物。
- 前記鉄置換の研磨粒子の大きさは、10nm〜300nmである、請求項1に記載の研磨用スラリー組成物。
- 前記鉄置換の研磨粒子は、前記鉄置換の研磨粒子の表面から中心までの長さ(100%)のうち、表面から30%以下の長さ領域に位置する原子位置に鉄が置換されたものである、請求項1に記載の研磨用スラリー組成物。
- 前記鉄置換の研磨粒子は、金属酸化物と、有機物又は無機物でコーティングされた金属酸化物のうち1種以上を含み、
前記金属酸化物は、コロイド状態であり、
前記金属酸化物は、シリカ、セリア、ジルコニア、アルミナ、チタニア、チタン酸バリウム、ゲルマニウム、二酸化マンガン及び酸化マグネシウムからなる群から選択された1種以上を含む、請求項1に記載の研磨用スラリー組成物。 - 前記鉄置換の研磨粒子は、pH1ないし12で、−1mVないし−100mVジェッタ電位を有する、請求項1に記載の研磨用スラリー組成物。
- 前記鉄置換の研磨粒子は、10nm〜300nmである単一サイズ粒子であるか、10nm〜300nmの2種以上の異なるサイズを有する混合粒子を含む、請求項1に記載の研磨用スラリー組成物。
- 前記鉄置換の研磨粒子は、10nm〜150nmの第1サイズ及び150nm〜300nmサイズの第2サイズの粒子を含む、請求項1に記載の研磨用スラリー組成物。
- 前記キレート剤は、有機酸を含み、
前記有機酸は、クエン酸、リンゴ酸、マレイン酸、マロン酸、シュウ酸、コハク酸、乳酸、酒石酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、フマル酸、酢酸、酪酸、カプリン酸、カプロン酸、カプリル酸、グルタル酸、グリコール酸、ギ酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、フタル酸、プロピオン酸、ピルビン酸、ステアリン酸及び吉草酸からなる群から選択された1種以上を含み、
前記キレート剤は、前記スラリー組成物に対して0.00001重量部ないし10重量部で含まれる、請求項1に記載の研磨用スラリー組成物。 - 前記酸化剤は、過酸化水素、尿素過酸化水素、尿素、過炭酸塩、過ヨウ素酸、過ヨウ素酸塩、過塩素酸、過塩素酸塩、過臭素酸、過臭素酸塩、過ホウ酸、過ホウ酸塩、過マンガン酸、過マンガン酸塩、過硫酸塩、臭素酸塩、塩素酸塩、亜塩素酸塩、クロム酸塩、ヨウ素酸塩、ヨウ素酸、過酸化硫酸アンモニウム、過酸化ベンゾイル、過酸化カルシウム、過酸化バリウム、過酸化ナトリウム及び過酸化尿素からなる群から選択された1種以上を含み、
前記酸化剤は、前記スラリー組成物に対して0.00001重量部ないし10重量部で含まれる、請求項1に記載の研磨用スラリー組成物。 - 前記pH調整剤は、酸性物質又は塩基性物質を含み、
前記酸性物質は、硝酸、塩酸、リン酸、硫酸、フッ化水素酸、臭素酸、ヨウ素酸、ギ酸、マロン酸、マレイン酸、シュウ酸、酢酸、アジピン酸、クエン酸、酢酸、プロピオン酸、フマル酸、乳酸、サリチル酸、ピメリン酸、安息香酸、コハク酸、フタル酸、酪酸、グルタル酸、グルタミン酸、グリコール酸、アスパラギン酸、酒石酸及びそれぞれの塩からなる群から選択された1種以上を含み、
前記塩基性物質は、アンモニウムメチルプロパノール(ammonium methyl propanol:AMP)、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(tetra
methyl ammonium hydroxide:TMAH)、水酸化アンモニウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化マグネシウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、イミダゾール及びそれぞれの塩からなる群から選択された1種以上を含む、請求項1に記載の研磨用スラリー組成物。 - 前記研磨用スラリー組成物は、シリコン酸化膜、金属膜、金属酸化膜及び無機酸化膜からなる群から選択された1種以上を含む薄膜の研磨に適用される、請求項1に記載の研磨用スラリー組成物。
- 前記研磨用スラリー組成物は、半導体素子、ディスプレイ素子又はが2つの研磨工程に適用される、請求項1に記載の研磨用スラリー組成物。
- 前記金属膜及び金属酸化膜は、それぞれ、インジウム(In)、スズ(Sn)、シリコン(Si)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、ガドリニウム(Gd)、ガリウム(Ga)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、銅(Cu)、ジンク(Zn)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、アルミニウム(Al)、ニオビウム(Nb)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、ルテニウム(Ru)、タングステン(W)、ネオジム(Nd)、ルビジウム(Rb)、金(Au)及び白金(Pt)からなる群から選択された14種以上を含む、請求項1に記載の研磨用スラリー組成物。
- 前記無機酸化膜は、FTO(fluorine doped tin oxide、SnO2:F)、ITO(indium tin oxide)、IZO(indium zinc oxide)、IGZO(indium gallium zinc oxide)、AZO(Al-doped ZnO)、AGZO(Aluminum Gallium Zinc Oxide)、GZO(Ga-doped ZnO)、IZTO(Indium Zinc Tin Oxide)、IAZO(Indium Aluminum Zinc Oxide)、 、IGTO(Indium Gallium Tin Oxide)、ATO(Antimony Tin Oxide)、GZO(Gallium Zinc Oxide)、IZON(IZO Nitride)、SnO2、ZnO、IrOx、RuOx及びNiOからなる群から選択された1種以上を含む、請求項14に記載の研磨用スラリー組成物。
- 前記研磨用スラリー組成物を用いた対象膜の研磨時の対象膜に対する研磨速度は、100Å/min以上である、請求項1に記載の研磨用スラリー組成物。
- 前記スラリー組成物を用いた対象膜の研磨後に表面の平坦度は、5%以下である、請求項1に記載の研磨用スラリー組成物。
- 前記スラリー組成物を用いた対象膜の研磨後の素子の透明度は、研磨以前に比べて5%以上増加する、請求項1に記載の研磨用スラリー組成物。
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