JP7152217B2 - シャロートレンチアイソレーションにおいて使用するための水性シリカスラリー組成物、及びそれらの使用方法 - Google Patents
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Description
1.本発明により、水性ケミカルメカニカルプラナリゼーション研磨(CMP研磨)組成物は、カチオン性窒素原子を含む、複数の細長いか、湾曲しているか、若しくは節のあるコロイダルシリカ粒子の分散液、又は複数の球状コロイダルシリカ粒子の分散液とのこれらの混合物(例えば、平均粒子について、1.8:1~3:1の粒子の最長寸法対最長寸法に垂直なその直径のアスペクト比を有するもの)、及び0.001~0.5重量%、又は好ましくは10~500ppmの、ジアリルアンモニウム塩、好ましくはハロゲン化物塩のような、カチオン性アミン基を有するジアリルアミン塩のカチオン性コポリマー(ハロゲン化ジアリルアンモニウムと二酸化硫黄とのコポリマーなど)、又はハロゲン化ジアリルアルキルアンモニウム、好ましくは、ジアリルモノメチルアンモニウム塩、好ましくは、ハロゲン化物塩など、好ましくは塩化ジアリルモノメチルアンモニウムなどのような、カチオン性アミン基を有するジアリルアルキルアミン塩と二酸化硫黄とのコポリマー、又はこれらの混合物を含み、ここで、組成物は、1~4.5、又は好ましくは2.5~4.3のpHを有しており、そして更に、細長いか、湾曲しているか、又は節のあるシリカ粒子の分散液の量は、組成物の総重量に基づいて、固形分として0.5~30重量%、又は好ましくは1~25重量%、又は更に好ましくは1~20重量%の範囲である。
2.上記第1項に記載の水性CMP研磨組成物により、組成物は、カチオン性窒素原子を含む、複数の細長いか、湾曲しているか、又は節のあるコロイダルシリカ粒子の分散液と、複数の球状コロイダルシリカ粒子の分散液との混合物を含み、ここで、細長いか、湾曲しているか、又は節のあるコロイダルシリカ粒子の分散液の量は、組成物中のコロイダルシリカ粒子の総固形分重量に基づいて、80~99.9重量%、又は好ましくは95~99.9重量%の範囲である。
3.シリカ粒子の分散液中のシリカ粒子の重量平均粒径(CPS)又はシリカ粒子の混合物のそのような粒径の加重平均が、10nm~200nm、又は好ましくは25nm~80nmの範囲である、上記第1又は2項のいずれかに記載の水性CMP研磨組成物。
4.ジアリルアンモニウム塩と二酸化硫黄とのカチオン性コポリマーが、45~55モル%、又は好ましくは48~52モル%のカチオン性アミン基を有するジアリルアミン塩(ジアリルアンモニウム塩など、好ましくはハロゲン化物塩など)と、45~55モル%、又は好ましくは48~52モル%の二酸化硫黄とのコポリマーを含むか、あるいはジアリルアルキルアンモニウム塩、又はハロゲン化ジアリルアルキルアンモニウム、好ましくはジアリルモノメチルアンモニウム塩など、好ましくはハロゲン化物塩など、好ましくは塩化ジアリルモノメチルアンモニウムのような、カチオン性アミン基を有するジアリルアルキルアミン塩と二酸化硫黄とのカチオン性コポリマーが、45~55モル%、又は好ましくは48~52モル%のジアリルモノメチルアンモニウム塩と、45~55モル%、又は好ましくは48~52モル%の二酸化硫黄とのコポリマーを含む、上記第1、2又は3項のいずれかに記載の水性CMP研磨組成物。
5.カチオン性アミン基を有するジアリルアミン塩、好ましくはハロゲン化物塩と二酸化硫黄とのカチオン性コポリマー、又はカチオン性アミン基を有するジアリルアルキルアミン塩、好ましくはハロゲン化物塩、若しくは更に好ましくはハロゲン化アンモニウムと二酸化硫黄とのカチオン性コポリマー、又はこれらの混合物の加重平均が、1,000~15,000、又は好ましくは2,000~12,000の重量平均分子量を有する、上記第1、2、3又は4項のいずれかに記載の水性CMP研磨組成物。
6.本発明の別の態様により、水性CMP研磨組成物の使用方法は、CMP研磨パッド及び上記第1~5項のいずれかに記載の水性CMP研磨組成物で基板を研磨することを含む。
7.基板が、二酸化ケイ素又はオルトケイ酸テトラエチル(TEOS)と窒化ケイ素(SiN又はSi3N4又はこれらの混合物)の両方を含み、そして研磨によって、少なくとも3:1、例えば、3:1~25:1、又は好ましくは8:1~18:1、例えば、少なくとも8:1の酸化物:窒化物除去速度比が得られる、第6項に記載の本発明の方法。
8.研磨ダウンフォースが、6.9kPa(1psi)~41.5kPa(6psi)、又は好ましくは12kPa(1.8psi)~36kPa(5.2psi)の範囲である、上記第6又は7項のいずれかに記載の基板を研磨するための本発明の方法。
9.CMP研磨組成物が、全部で0.5~5重量%、又は好ましくは1~3重量%の、細長いか、湾曲しているか、若しくは節のあるコロイダルシリカ粒子、球状コロイダルシリカ粒子、又はこれらの混合物の分散液の総固形分含量を含む、上記第6、7又は8項のいずれかに記載の基板を研磨するための本発明の方法。このCMP研磨組成物は、濃縮液として保存及び輸送されて、次に基板の研磨時に水で希釈されてもよい。
以下の実施例において、特に断りない限り、温度及び圧力の条件は、周囲温度又は室温及び標準圧力である。
以下の材料が、以下の表Aに列挙されるものを含めて、以下の実施例に使用された:
コポリマー2は、製造業者による報告で3,000の重量平均分子量(MW)(ポリエチレングリコール標準を用いたGPC)を有する、塩化ジアリルモノメチルアンモニウムと二酸化硫黄との1:1コポリマーで(PAS-2201CL, Nitto Boseke Co. Ltd, Fukushima, JP)ある;
スラリーB:セリアスラリー、pH5.2、ポリアクリル酸分散剤、0.75重量%未希釈セリア固形分、使用時に1:3希釈。
スラリーAは、pH4.5未満で正に荷電する。
実施例に使用される種々のシリカ粒子は上記表Aに列挙される。
POU:使用時点(Point of use);RR:除去速度(Removal rate);
POUでのpH:使用時点でのpH(POUでのpH)は、示された濃縮組成物を水で示された固形分含量まで希釈後の除去速度試験中に測定されたものとした。
除去速度:除去速度試験において、IC 1010(商標)又は他の示されたCMP研磨パッド(The Dow Chemical Company, Midland, MI (Dow))を有する、Mirra(商標)(200mm)研磨機又は「Mirra RR」(Applied Materials, Santa Clara, CA)研磨装置を使用し、MITマスクでの特定のフィーチャ%(ウェーハにおけるその総面積に対する活性又は高度領域の面積に相当する)を有するSTIパターンウェーハ基板(SKW-3ウェーハ、SKW, Inc. Santa Clara, CA)を、後述の表1に定義されるCMP研磨組成物を用いて、ダウンフォース 20.7kPa(3psi)、スラリー流量 150mL/分、プラテン速度 93rpm及びキャリア速度 87rpmで研磨した。研磨中、3.17kg(7lbf)圧力のKinik(商標)AD3CS-211250-1FNコンディショニングディスク(Kinik Company, Taiwan)で、100%インサイツコンディショニングを用いてパッドをコンディショニングした。
多段階CMP研磨-P1(第1工程)及びP2(後工程):第1工程又はP1プロセスにおいて、オーバーバーデンの高密度プラズマ酸化物(HDP)膜が除去されるようにCMP研磨を行った。この膜を、VP6000(商標)ポリウレタンCMP研磨パッド(Dow、ショアD(2秒)硬度:53)及びスラリーEを使用して、研磨ダウンフォース 20.7kPa(3psi)及びプラテン速度 93rpmを適用することによって研磨した。ウェーハの中央ダイ上の50%パターン密度(PD)フィーチャに完全な平坦化が達成されたとき、P1研磨を停止した。この時点で、50%のフィーチャ上に約500Å HDP膜が残っていた。しかし、10%及び20%PDフィーチャのような、より小さいフィーチャでは、HDP膜は完全に除去され、下層の窒化物膜が露出した。>50% PDのフィーチャは依然として窒化物膜上にかなりの誘電体膜を有していた。P2に移行する前に、OnTrak DSS-200 Synergy(商標)ツール(Lam Research, Fremont, CA)でSP100洗浄化学物質(TMAHを含む)を用いてパターン化ウェーハを洗浄して、ウェーハからセリア粒子を除去した。P2研磨は、1010(商標)グルーヴデザイン(Dow)を有するIC(商標)ポリウレタン研磨パッド(Dow、ショアD(2秒)硬度:70)及び示されたスラリー組成物を使用し、研磨ダウンフォース 20.7kPa(3psi)及びプラテン速度 93rpmを用いて行われた。50%パターン密度フィーチャについて、研磨終点は、HDPが除去され、窒化物膜が露出した時点として定義された。トレンチ酸化物損失は、各段階の研磨イベントの50%パターン密度フィーチャでモニターされた。100%パターン密度フィーチャ上のHDP酸化物の除去も測定した。過剰研磨は、窒化ケイ素が50%パターン密度フィーチャ上に露出した後、100%フィーチャ上で除去されたHDP膜の量として定義される。選択性は、100%フィーチャ上での窒化ケイ素除去速度の比対HDP酸化物除去速度の比として計算された。全ての誘電体膜の厚さ及び除去速度は、KLA-Tencor(商標)FX200計測ツール(KLA Tencor, Milpitas, CA)を使用して、3mmのエッジを除外した49点らせん走査を用いて、研磨前後の膜厚を測定することによって測定された。更なる研磨の詳細は、以下の表Bに記載される。
別段の指示がある場合、研磨された基板は、ブランケットウェーハ研究に使用される再生テトラエトキシシリケート(TEOS)ウェーハ(TENR)であった。
研磨は、50% PDフィーチャを有するSTIウェーハ基板上に、上記の表1に列挙された示されたスラリーを用いて行われた。研磨は、示されたスラリーを使用して多段階で行われた。結果を以下の表2に示す。性能基準Aはトレンチ酸化物損失(Å)である;性能基準BはSiN損失(Å)である;そして性能基準Aはディッシング(Å)である。
比較例1*の組成物と比較して、実施例2及び3の組成物はより良好なディッシング及びトレンチ酸化物損失を示す。
Claims (10)
- カチオン性窒素原子を含む、複数の細長いか、湾曲しているか、若しくは節のあるコロイダルシリカ粒子の分散液、又は球状コロイダルシリカ粒子の分散液とのこれらの混合物、及び0.001~0.5重量%の、カチオン性アミン基を有するジアリルアミン塩と二酸化硫黄とのカチオン性コポリマー、カチオン性アミン基を有するジアリルアルキルアミン塩と二酸化硫黄とのコポリマー、又はこれらの混合物を含む水性ケミカルメカニカルプラナリゼーション研磨(CMP研磨)組成物であって、1~4.5のpHを有しており、そして更に、細長いか、湾曲しているか、又は節のあるコロイダルシリカ粒子の分散液の量が、0.5~30重量%の範囲である(全ての重量は組成物の総重量に基づく)、組成物。
- 細長いか、湾曲しているか、又は節のあるコロイダルシリカ粒子の分散液が、平均粒子について、1.8:1~3:1の最長寸法対最長寸法に垂直なその直径のアスペクト比を有する、請求項1に記載の水性CMP研磨組成物。
- 細長いか、湾曲しているか、又は節のあるコロイダルシリカ粒子の分散液と、球状コロイダルシリカ粒子の分散液との混合物を含む、請求項1に記載の水性CMP研磨組成物であって、細長いか、湾曲しているか、又は節のあるコロイダルシリカ粒子の分散液の量が、組成物中のコロイダルシリカ粒子の総固形分重量に基づいて、80~99.9重量%の範囲である、組成物。
- カチオン性コポリマー又はこれらの混合物の量が、10~500ppmの範囲である、請求項1に記載の水性CMP研磨組成物。
- ジアリルアミン塩の任意のカチオン性コポリマーが、塩化ジアリルアンモニウムと二酸化硫黄とのコポリマーを含み、そしてジアリルアルキルアミン塩の任意のカチオン性コポリマーが、塩化ジアリルモノメチルアンモニウムと二酸化硫黄とのコポリマーを含む、請求項1に記載の水性CMP研磨組成物。
- カチオン性アミン基を有するジアリルアミン塩と二酸化硫黄との任意のカチオン性コポリマーが、45~55モル%のカチオン性アミン基を有するジアリルアミン塩と、45~55モル%の二酸化硫黄とのコポリマーを含み、そしてカチオン性アミン基を有するジアリルモノメチルアミン塩と二酸化硫黄との任意のカチオン性コポリマーが、45~55モル%のカチオン性アミン基を有するジアリルモノメチルアミン塩と、45~55モル%の二酸化硫黄とのコポリマーを含む、請求項5に記載の水性CMP研磨組成物。
- カチオン性アミン基を有するジアリルアミン塩と二酸化硫黄との任意のカチオン性コポリマー、又はカチオン性アミン基を有するジアリルアルキルアミン塩と二酸化硫黄との任意のカチオン性コポリマーが、1,000~15,000の重量平均分子量を有する、請求項5に記載の水性CMP研磨組成物。
- 組成物が、2.5~4.3のpHを有する、請求項1に記載の水性CMP研磨組成物。
- CMP研磨パッド及び水性CMP研磨組成物で基板を研磨することを含む、請求項1に記載の水性CMP研磨組成物の使用方法。
- 基板が、二酸化ケイ素と窒化ケイ素の両方を含み、そして研磨によって、3:1~25:1の酸化物:窒化物除去速度比が得られる、請求項9に記載の方法。
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