JP7074635B2 - 帯電した研磨剤を含有する研磨組成物 - Google Patents
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Description
-Om-X-(CH2)n-Y (I)、
式中、mは1~3の整数であり;nは1~10の整数であり;Xは、Al、Si、Ti又はZrであり;Yは、カチオン性のアミノ基又はチオール基である。ある実施形態では、アニオン性研磨剤は、式(I)の末端基を含んでよく:
-Om-X-(CH2)n-Y (I)、
式中、mは1~3の整数であり;nは1~10の整数であり;Xは、Ce、Al、Si、Ti、又はZrであり;Yは酸基である。ある実施形態では、カチオン性又はアニオン性研磨剤は、組成物中に、組成物の総重量に対して約0.01重量%~約50重量%の量で存在してよい。
(RO-)3Si-(CH2)n-アニオン性/カチオン性基; 1
式中、Rは、アルキル(メチル(CH3)又はエチル(CH3CH2)など)であり;nはカップリング剤中のCH2基の数であり(典型的には、nは1~10の値を有する);アニオン性/カチオン性基は、帯電したシリカの種類に応じた(アニオン性対カチオン性)末端基を意味する。このシランカップリング剤は、加水分解縮合反応によって非イオン性シリカと反応させて、帯電した/修飾されたシリカを得ることができる。この反応は、以下のように示される:
Si-O-H/SiO2 + (RO-)3Si-(CH2)n-アニオン性/カチオン性基 → 帯電したシリカ 2
-Om-X-(CH2)n-Y (I)、
式中、mは1~3の整数であり;nは1~10の整数であり;Xは、Ce、Al、Si、Ti、又はZrであり;Yはカチオン性のアミノ基又はチオール基である。ある実施形態では、カチオン性研磨剤は、約1nm以上(例えば、約10nm以上、約100nm以上、約200nm以上、約300nm以上、約400nm以上、又は約500nm以上)から約1000nm以下(例えば、約900nm以下、約800nm以下、又は約700nm以下)の平均粒子サイズを有するセリアを含んでよい。
-Om-X-(CH2)n-Y (I)、
式中、mは1~3の整数であり;nは1~10の整数であり;Xは、Ce、Al、Si、Ti、又はZrであり;Yは酸基である。
図1及び図2は、誘電体の選択的研磨のための帯電した研磨剤を用いる全体としての概念を説明するものである。図3(実施例1:高SiN/SiO2選択性のためのアニオン性シリカ)、図4(実施例2:高SiN/P-Si選択性のためのアニオン性シリカ)、及び図5(実施例3:高SiO2/SiN選択性のためのカチオン性シリカ)は、実際の実験結果が、上記の概念と一致するものであることを示している。
この実施例は、高いSiN除去率(RR)及び低いSiO2除去率という結果が得られたCMPスラリー組成物におけるアニオン性シリカ(負に帯電したシリカ)の使用を実証するものである。
この実施例は、高いSiN除去率及び低いP-Si(ポリシリコン)除去率という結果が得られたCMPスラリー組成物におけるアニオン性シリカ(負に帯電したシリカ)の使用を実証するものである。
この実施例は、高いSiO2除去率及び低いSiN除去率という結果が得られたCMPスラリー組成物におけるカチオン性シリカ(正に帯電したシリカ)の使用を実証するものである。
本開示は、以下の実施形態を含む。
<1> a)アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、これらの共形成物、又はこれらの混合物を含むカチオン性研磨剤;
b)酸又は塩基;及び
c)水;
を含み、pH2~7であり、実質的にハロゲン化物塩を含まない研磨組成物。
<2> 前記研磨組成物が、酸化ケイ素の第一の除去率、窒化ケイ素の第二の除去率を有し、前記第一の率の前記第二の率に対する比は、少なくとも2:1である、前記<1>に記載の組成物。
<3> 前記研磨組成物が、ポリシリコンの第一の除去率、窒化ケイ素の第二の除去率を有し、前記第一の率の前記第二の率に対する比は、少なくとも2:1である、前記<1>に記載の組成物。
<4> 前記カチオン性研磨剤が、コロイド状アルミナ、コロイド状シリカ、又はコロイド状チタニアを含む、前記<1>に記載の組成物。
<5> 前記カチオン性研磨剤が、カチオン性コロイド状シリカ、又は塩基固定化非イオン性シリカを含む、前記<1>に記載の組成物。
<6> 前記シリカが、テトラメチルオルトシリケートからゾルゲル反応によって作製される、前記<5>に記載の組成物。
<7> 前記カチオン性研磨剤が、式(I)の末端基を含み:
-O m -X-(CH 2 ) n -Y (I)、
式中、mは、1~3の整数であり;nは、1~10の整数であり;Xは、Al、Si、Ti、又はZrであり;Yは、カチオン性のアミノ又はチオール基である、前記<1>に記載の組成物。
<8> 前記カチオン性研磨剤が、前記研磨組成物中に、前記研磨組成物の総重量に対して0.01重量%~50重量%の量で存在する、前記<1>に記載の組成物。
<9> 前記酸が、ギ酸、酢酸、マロン酸、クエン酸、プロピオン酸、リンゴ酸、アジピン酸、コハク酸、乳酸、シュウ酸、ヒドロキシエチリデンジホスホン酸、2-ホスホノ-1,2,4-ブタントリカルボン酸、アミノトリメチレンホスホン酸、ヘキサメチレンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)、ビス(ヘキサメチレン)トリアミンホスホン酸、アミノ酢酸、過酢酸、酢酸カリウム、フェノキシ酢酸、グリシン、ビシン、ジグリコール酸、グリセリン酸、トリシン、アラニン、ヒスチジン、バリン、フェニルアラニン、プロリン、グルタミン、アスパラギン酸、グルタミン酸、アルギニン、リジン、チロシン、安息香酸、硝酸、硫酸、亜硫酸、リン酸、ホスホン酸、塩酸、過ヨウ素酸、及びこれらの混合物から成る群より選択される、前記<1>に記載の組成物。
<10> 前記塩基が、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化セシウム、水酸化アンモニウム、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン、モノエタノールアミン、水酸化テトラブチルアンモニウム、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化リチウム、イミダゾール、トリアゾール、アミノトリアゾール、テトラゾール、ベンゾトリアゾール、トリトリアゾール、ピラゾール、イソチアゾール、及びこれらの混合物から成る群より選択される、前記<1>に記載の組成物。
<11> 前記酸又は塩基が、前記研磨組成物中に、前記研磨組成物の総重量に対して0.0001重量%~30重量%の量で存在する、前記<1>に記載の組成物。
<12> 前記カチオン性研磨剤が、1nm~5000nmの平均粒子サイズを有する、前記<1>に記載の組成物。
<13> 前記研磨組成物が、0mV~+100mVのゼータ電位を有する、前記<1>に記載の組成物。
<14> 前記研磨組成物が、0.01mS/cm~100mS/cmの導電性を有する、前記<1>に記載の組成物。
<15> a)1nm~5000nmの平均粒子サイズを有するセリアを含むカチオン性研磨剤;
b)酸又は塩基;及び
c)水;
を含み、pH2~7であり、実質的にハロゲン化物塩を含まない研磨組成物。
<16> 窒化ケイ素、並びに酸化ケイ素及びポリシリコンのうちの少なくとも1つを基材の表面に有する前記基材に、カチオン性研磨剤、酸又は塩基、及び水を含み、約2~約7のpHを有する研磨組成物を適用すること;並びに
パッドを前記基材と接触させ、前記パッドを前記基材に対して動かすこと、
を含む方法であって、前記方法は、第一の率で酸化ケイ素及びポリシリコンのうちの少なくとも一方の少なくとも一部を除去し、前記方法は、第二の率で窒化ケイ素の少なくとも一部を除去し、前記第一の率の前記第二の率に対する比は、少なくとも2:1である、方法。
<17> 前記第一の率の前記第二の率に対する比が、少なくとも10:1である、前記<16>に記載の方法。
<18> 前記研磨組成物と酸化ケイ素又はポリシリコンとの間のゼータ電位差が、20mV以上であり、前記研磨組成物と窒化ケイ素との間のゼータ電位差が、20mV以下である、前記<16>に記載の方法。
<19> 前記カチオン性研磨剤が、セリア、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、これらの共形成物、又はこれらの混合物を含む、前記<16>に記載の方法。
<20> 前記方法が、前記基材上の酸化ケイ素及びポリシリコンのうちの少なくとも一方の実質的にすべてを除去する、前記<16>に記載の方法。
<21> 前記基材上の窒化ケイ素の少なくとも一部を除去することをさらに含む、前記<20>に記載の方法。
<22> 前記基材が、金属、酸化金属、窒化金属、及び誘電体材料から成る群より選択される追加の材料をさらに含む、前記<16>に記載の方法。
<23> 前記研磨組成物によって処理された前記基材から半導体デバイスを製造することをさらに含む、前記<16>に記載の方法。
<24> a)アニオン性研磨剤;
b)酸又は塩基;及び
c)水;
を含み、pH2~7であり、窒化ケイ素の第一の除去率、ポリシリコンの第二の除去率を示し、前記第一の率の前記第二の率に対する比は、少なくとも2:1である、研磨組成物。
<25> 前記第一の率の前記第二の率に対する比が、少なくとも8:1である、前記<24>に記載の組成物。
<26> 前記アニオン性研磨剤が、セリア、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、これらの共形成物、又はこれらの混合物を含む、前記<24>に記載の組成物。
<27> 前記アニオン性研磨剤が、コロイド状アルミナ、コロイド状シリカ、又はコロイド状チタニアを含む、前記<24>に記載の組成物。
<28> 前記アニオン性研磨剤が、アニオン性コロイド状シリカ、又は酸固定化非イオン性シリカを含む、前記<24>に記載の組成物。
<29> 前記シリカが、テトラメチルオルトシリケートからゾルゲル反応によって作製される、前記<28>に記載の組成物。
<30> 前記アニオン性研磨剤が、式(I)の末端基を含み:
-O m -X-(CH 2 ) n -Y (I)、
式中、mは、1~3の整数であり;nは、1~10の整数であり;Xは、Ce、Al、Si、Ti、又はZrであり;Yは、酸基である、前記<24>に記載の組成物。
<31> 前記アニオン性研磨剤が、前記研磨組成物中に、前記研磨組成物の総重量に対して0.01重量%~50重量%の量で存在する、前記<24>に記載の組成物。
<32> 前記酸が、ギ酸、酢酸、マロン酸、クエン酸、プロピオン酸、リンゴ酸、アジピン酸、コハク酸、乳酸、シュウ酸、ヒドロキシエチリデンジホスホン酸、2-ホスホノ-1,2,4-ブタントリカルボン酸、アミノトリメチレンホスホン酸、ヘキサメチレンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)、ビス(ヘキサメチレン)トリアミンホスホン酸、アミノ酢酸、過酢酸、酢酸カリウム、フェノキシ酢酸、グリシン、ビシン、ジグリコール酸、グリセリン酸、トリシン、アラニン、ヒスチジン、バリン、フェニルアラニン、プロリン、グルタミン、アスパラギン酸、グルタミン酸、アルギニン、リジン、チロシン、安息香酸、硝酸、硫酸、亜硫酸、リン酸、ホスホン酸、塩酸、過ヨウ素酸、及びこれらの混合物から成る群より選択される、前記<24>に記載の組成物。
<33> 前記塩基が、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化セシウム、水酸化アンモニウム、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン、モノエタノールアミン、水酸化テトラブチルアンモニウム、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化リチウム、イミダゾール、トリアゾール、アミノトリアゾール、テトラゾール、ベンゾトリアゾール、トリトリアゾール、ピラゾール、イソチアゾール、及びこれらの混合物から成る群より選択される、前記<24>に記載の組成物。
<34> 前記酸又は塩基が、前記研磨組成物中に、前記研磨組成物の総重量に対して0.0001重量%~30重量%の量で存在する、前記<24>に記載の組成物。
<35> 前記アニオン性研磨剤が、1nm~5000nmの平均粒子サイズを有する、前記<24>に記載の組成物。
<36> 前記研磨組成物が、0mV~-100mVの範囲内のゼータ電位を有する、前記<24>に記載の組成物。
<37> 前記組成物が、0.01mS/cm~100mS/cmの範囲内の導電性を有する、前記<29>に記載の組成物。
<38> 窒化ケイ素及びポリシリコンを基材の表面に有する前記基材に、アニオン性研磨剤、酸又は塩基、及び水を含み、2~7のpHを有する研磨組成物を適用すること;並びに
パッドを前記基材と接触させ、前記パッドを前記基材に対して動かすこと
を含む方法であって、前記方法は、第一の率で窒化ケイ素の少なくとも一部を除去し、前記方法は、第二の率でポリシリコンの少なくとも一部を除去し、前記第一の率の前記第二の率に対する比は、少なくとも2:1である、方法。
<39> 前記第一の率の前記第二の率に対する比が、少なくとも8:1である、前記<38>に記載の方法。
<40> 前記研磨組成物と窒化ケイ素との間のゼータ電位差が、20mV以上であり、前記研磨組成物とポリシリコンとの間のゼータ電位差が、20mV以下である、前記<38>に記載の方法。
<41> 前記方法が、前記基材上の窒化ケイ素を実質的にすべて除去する、前記<38>に記載の方法。
<42> 前記基材上のポリシリコンの少なくとも一部を除去することをさらに含む、前記<38>に記載の方法。
<43> 前記基材が、金属、酸化金属、窒化金属、及び誘電体材料から成る群より選択される追加の材料をさらに含む、前記<38>に記載の方法。
<44> 前記研磨組成物によって処理された前記基材から半導体デバイスを製造することをさらに含む、前記<38>に記載の方法。
Claims (22)
- a)アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、これらの共形成物、又はこれらの混合物を含むカチオン性研磨剤;
b)酸又は塩基;及び
c)水;
を含み、pH2~7であり、ハロゲン化物塩及び界面活性剤を含まない研磨組成物であって、
前記研磨組成物が、ポリシリコンの第一の除去率、窒化ケイ素の第二の除去率を有し、前記第一の除去率の前記第二の除去率に対する比は、少なくとも10:1である、
研磨組成物。 - 前記研磨組成物が、酸化ケイ素の第三の除去率を更に有し、前記第三の除去率の前記第二の除去率に対する比は、少なくとも2:1である、請求項1に記載の組成物。
- 前記第一の除去率の前記第二の除去率に対する比は、少なくとも15:1である、請求項1又は請求項2に記載の組成物。
- 前記カチオン性研磨剤が、コロイド状アルミナ、コロイド状シリカ、又はコロイド状チタニアを含む、請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の組成物。
- 前記カチオン性研磨剤が、カチオン性コロイド状シリカ、又は塩基固定化非イオン性シリカを含む、請求項1~請求項4のいずれか1項に記載の組成物。
- 前記シリカが、テトラメチルオルトシリケートからゾルゲル反応によって作製される、請求項1~請求項5のいずれか1項に記載の組成物。
- 前記カチオン性研磨剤が、式(I)の末端基を含み:
-Om-X-(CH2)n-Y (I)、
式中、mは、1~3の整数であり;nは、1~10の整数であり;Xは、Al、Si、Ti、又はZrであり;Yは、カチオン性のアミノ又はチオール基である、請求項1~請求項6のいずれか1項に記載の組成物。 - 前記カチオン性研磨剤が、前記研磨組成物中に、前記研磨組成物の総重量に対して0.01重量%~50重量%の量で存在する、請求項1~請求項7のいずれか1項に記載の組成物。
- 前記酸が、ギ酸、酢酸、マロン酸、クエン酸、プロピオン酸、リンゴ酸、アジピン酸、コハク酸、乳酸、シュウ酸、ヒドロキシエチリデンジホスホン酸、2-ホスホノ-1,2,4-ブタントリカルボン酸、アミノトリメチレンホスホン酸、ヘキサメチレンジアミンテトラ(メチレンホスホン酸)、ビス(ヘキサメチレン)トリアミンホスホン酸、アミノ酢酸、過酢酸、酢酸カリウム、フェノキシ酢酸、グリシン、ビシン、ジグリコール酸、グリセリン酸、トリシン、アラニン、ヒスチジン、バリン、フェニルアラニン、プロリン、グルタミン、アスパラギン酸、グルタミン酸、アルギニン、リジン、チロシン、安息香酸、硝酸、硫酸、亜硫酸、リン酸、ホスホン酸、塩酸、過ヨウ素酸、及びこれらの混合物から成る群より選択される、請求項1~請求項8のいずれか1項に記載の組成物。
- 前記塩基が、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化セシウム、水酸化アンモニウム、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン、モノエタノールアミン、水酸化テトラブチルアンモニウム、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化リチウム、イミダゾール、トリアゾール、アミノトリアゾール、テトラゾール、ベンゾトリアゾール、トリトリアゾール、ピラゾール、イソチアゾール、及びこれらの混合物から成る群より選択される、請求項1~請求項9のいずれか1項に記載の組成物。
- 前記酸又は塩基が、前記研磨組成物中に、前記研磨組成物の総重量に対して0.0001重量%~30重量%の量で存在する、請求項1~請求項10のいずれか1項に記載の組成物。
- 前記カチオン性研磨剤が、1nm~5000nmの平均粒子サイズを有する、請求項1~請求項11のいずれか1項に記載の組成物。
- 前記研磨組成物が、0mV~+100mVのゼータ電位を有する、請求項1~請求項12のいずれか1項に記載の組成物。
- 前記研磨組成物が、0.01mS/cm~100mS/cmの導電性を有する、請求項1~請求項13のいずれか1項に記載の組成物。
- 窒化ケイ素及びポリシリコンを基材の表面に有する前記基材に、請求項1~請求項14のいずれか1項に記載の研磨組成物を適用すること;並びに
パッドを前記基材と接触させ、前記パッドを前記基材に対して動かすこと、
を含む方法。 - 前記第一の除去率の前記第二の除去率に対する比が、少なくとも20:1である、請求項15に記載の方法。
- 前記研磨組成物とポリシリコンとの間のゼータ電位差が、20mV以上であり、前記研磨組成物と窒化ケイ素との間のゼータ電位差が、20mV以下である、請求項15又は請求項16に記載の方法。
- 前記方法が、前記基材上のポリシリコンのすべてを除去する、請求項15~請求項17のいずれか1項に記載の方法。
- 前記基材上の窒化ケイ素の少なくとも一部を除去することをさらに含む、請求項18に記載の方法。
- 前記基材が、金属、酸化金属、窒化金属、及び誘電体材料から成る群より選択される追加の材料をさらに含む、請求項15~請求項19のいずれか1項に記載の方法。
- 前記研磨組成物によって処理された前記基材から半導体デバイスを製造することをさらに含む、請求項15~請求項20のいずれか1項に記載の方法。
- a)アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、これらの共形成物、又はこれらの混合物を含むカチオン性研磨剤;
b)酸又は塩基;及び
c)水;
を含み、pH2~7であり、ハロゲン化物塩及び界面活性剤を含まない研磨組成物であって、
前記カチオン性研磨剤は、前記研磨組成物の1重量%~5重量%であり、
前記研磨組成物が、ポリシリコンの第一の除去率、窒化ケイ素の第二の除去率を有し、前記第一の除去率の前記第二の除去率に対する比は、少なくとも2:1であり、
前記研磨組成物が、酸化ケイ素の第三の除去率を更に有し、前記第三の除去率の前記第二の除去率に対する比は、少なくとも2:1である、
研磨組成物。
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