JP7171259B2 - タングステンのための化学的機械的研磨法 - Google Patents
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-
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Description
本発明は、タングステンの化学的機械的研磨の方法であって、タングステン及び絶縁体を含む基板を提供するステップであって、タングステンフィーチャーは100μm以下の寸法を有するステップ;初期成分として水、酸化剤、10~500ppmの量のアルギニン又はその塩、コロイダルシリカ砥粒、ジカルボン酸又はその塩、鉄(III)イオン源、及び任意選択的にpH調整剤、及び任意選択的に界面活性剤、及び任意選択的に殺生物剤を含む、化学的機械的研磨組成物を提供するステップ;研磨面を有する化学的機械的研磨パッドを提供するステップ;化学的機械的研磨パッドと基板との界面に動的接触を作り出すステップ;並びに、化学的機械的研磨組成物を化学的機械的研磨パッドの研磨面上の化学的機械的研磨パッドと基板との界面又はその近傍に供給するステップを含み、タングステンの一部が研磨されて基板から除かれ、100μm以下の寸法を有するタングステンフィーチャーのディッシングが少なくとも低減される、方法を提供する。
本明細書の全体で使用されるとき、以下の略語は、特に断りない限り、以下の意味を有する:℃=摂氏度;g=グラム;L=リットル;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;mV=ミリボルト;DI=脱イオン;ppm=百万分率=mg/L;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;W=タングステン;PO=プロピレンオキシド;EO=エチレンオキシド;ICP-OES=誘導結合プラズマ発光分析法;DLS=動的光散乱;重量%=重量パーセント;及びRR=除去速度。
CnH2n+1O-POx-EOy-SO3 -
[式中、nは、12、15、18、20、22、25、28、30、35、38、40、42又は44とすることができ;xは、0、2、5、8、10、12、14、16、18、20、30、40又は50とすることができ;そしてyは、0、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、80、90又は100とすることができるが、ただし、x及びyは、同時に0とすることはできず、そして対イオンは、好ましくはナトリウムカチオン若しくはカリウムカチオンのようなアルカリ金属イオン;又はアンモニウムカチオンとすることができる]を有するアニオン性エーテル硫酸塩である。好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、アニオン性エーテル硫酸塩は、ラウリルエーテル硫酸ナトリウム(SLES)である。
スラリー配合物
本例の化学的機械的研磨組成物は、表1に列挙される量の成分を残量のDI水と合わせ、組成物のpHを45重量%水酸化カリウムで表1に列挙される最終pHに調整することにより調製された。
アルギニンCMPスラリーの化学的機械的研磨ディッシング性能
研磨実験は、Applied Materialsの200mm MIRRA(登録商標)研磨機に取り付けられた200mmブランケットウェーハ上で実施された。研磨除去速度実験は、Novellus製の200mmブランケット15kÅ厚のTEOSシートウェーハ、並びにWaferNet Inc.、Silicon Valley Microelectronics又はSKW Associates, Inc.から入手可能なW、Ti、及びTiNブランケットウェーハ上で実施された。全ての研磨実験は、特に断りない限り、典型的な下降圧力21.4kPa(3.1psi)、化学的機械的研磨組成物流量125mL/分、テーブル回転速度80rpm、キャリア回転速度81rpmにより、SP2310サブパッド(Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.から市販されている)と対にされたIC1010(商標)ポリウレタン研磨パッドを用いて実施された。研磨パッドをドレッシングするために、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)を使用した。研磨パッドをコンディショナーにより9.0ポンド(4.1kg)のダウンフォースを15分間、及び7.0ポンド(3.2kg)を15分間、80rpm(プラテン)/36rpm(コンディショナー)で用いて慣らし運転した。研磨パッドを装着外で更にコンディショニングした後、7ポンド(3.2kg)のダウンフォースを24秒間用いて研磨した。Wディッシング速度は、KLA-Tencor RS100C計測ツールを用いて求めた。ウェーハは、表2に示されるように、様々な標準線幅のフィーチャーを有していた。
W、TEOS除去速度及びW、TEOS最高研磨温度
W及びTEOS除去速度に関する研磨実験は、同一装置及びパラメーターを用いて、実質的に例2に記載されたとおりに実施された。TEOS除去速度は、KLA-Tencor FX200計測ツールを用いて研磨の前後に膜厚を測定することによって求めた。W除去速度は、KLA-Tencor RS100C計測ツールを用いて求めた。ウェーハは、WaferNet Inc.製、又はSilicon Valley Microelectronics製であった。結果は表3にある。
スラリー配合物
本例の化学的機械的研磨組成物は、表4~6に列挙される量の成分を残量のDI水と合わせ、組成物のpHを45重量%水酸化カリウムで表4~6に列挙される最終pHに調整することにより調製された。
アルギニンCMPスラリーの腐蝕速度抑制性能
腐蝕試験は、Wブランケットウェーハ(1cm×4cm)をスラリー試料15gに浸漬することにより行われた。Wウェーハは、10分後に試験スラリーから取り出された。次に溶液を、9,000rpmで20分間遠心分離して、スラリー粒子を除去した。上澄みをICP-OESにより分析して、タングステンの重量を求めた。腐蝕速度(Å/分)は、W質量から、エッチングウェーハ表面積を4cm2と想定して変換された。腐蝕試験の結果は表7にある。
混合及び非混合砥粒を含むスラリー配合物
本例の化学的機械的研磨組成物は、以下の表に列挙される量の成分を残量のDI水と合わせ、組成物のpHを45重量%水酸化カリウム、硝酸、又はその混合物で最終pH=2.5に調整することにより調製された。
混合対非混合砥粒のW/TEOS選択性
研磨実験は、Applied Materials 200mm Mirra(登録商標)研磨機に取り付けられた200mmブランケットウェーハで実施された。研磨除去速度実験は、Novellus製の200mmブランケット15kÅ厚のオルトケイ酸テトラエチル(TEOS)シートウェーハと、全てWafernetから入手可能なタングステン(W)ブランケットウェーハとで実施された。全ての研磨実験は、SP2310サブパッドと対にされたIC1010(商標)ポリウレタン研磨パッド(Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.から市販されている)を用いて、特に断りない限り、典型的な下降圧力21.4kPa(3.1psi)、化学的機械的研磨組成物流量125mL/分、テーブル回転速度80rpm及びキャリア回転速度81rpmで実施された。Kinik PDA33A-3 ダイヤモンドパッドコンディショナー(Kinikから市販されている)を使用して、研磨パッドをドレッシングした。研磨パッドをコンディショナーにより、ダウンフォース9.0ポンド(4.1kg)を15分間、及び7.0ポンド(3.2kg)を15分間、80rpm(プラテン)/36rpm(コンディショナー)で用いて慣らし運転した。研磨パッドを装着外で更にコンディショニングした後、7ポンド(3.2kg)のダウンフォースを24秒間用いて研磨した。TEOS除去速度は、KLA-Tencor FX200計測ツールを用いて研磨の前後に膜厚を測定することによって求めた。タングステン(W)除去速度は、KLA-Tencor RS100C計測ツールを用いて求めた。
Claims (10)
- タングステンの化学的機械的研磨の方法であって、
タングステン及び絶縁体を含む基板を提供するステップであって、タングステンフィーチャーは100μm以下の寸法を有するステップ;
初期成分として
水;
酸化剤;
10~500ppmの量の、L-アルギニンHCl、アルギニンリンゴ酸塩、N-メチル-L-アルギニン酢酸塩及びその混合物からなる群より選択されるアルギニン塩;
コロイダルシリカ砥粒;
ジカルボン酸;
鉄(III)イオン源;及び
任意選択的にpH調整剤;
任意選択的に界面活性剤;
任意選択的に殺生物剤
を含む、化学的機械的研磨組成物を提供するステップ;
研磨面を有する化学的機械的研磨パッドを提供するステップ;
化学的機械的研磨パッドと基板との界面に動的接触を作り出すステップ;並びに
化学的機械的研磨組成物を化学的機械的研磨パッドの研磨面上の化学的機械的研磨パッドと基板との界面又はその近傍に供給することによって、少なくともタングステンの一部を除去し、そしてタングステンフィーチャーのディッシングを低減するステップ
を含む方法。 - 提供される化学的機械的研磨組成物が、200mm研磨機でプラテン速度80回転/分、キャリア速度81回転/分、化学的機械的研磨組成物流量125mL/分、公称ダウンフォース21.4kPaで、タングステン除去速度≧1500Å/分を有しており;そして化学的機械的研磨パッドが、高分子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布サブパッドを含む、請求項1記載の方法。
- 提供される化学的機械的研磨組成物が、初期成分として
水;
0.01~10重量%の酸化剤(ここで、酸化剤は過酸化水素である);
30~500ppmの、L-アルギニンHCl、アルギニンリンゴ酸塩、N-メチル-L-アルギニン酢酸塩及びその混合物からなる群より選択されるアルギニン塩;
0.01~15重量%のコロイダルシリカ砥粒;
1~2,600ppmのジカルボン酸;
100~1,100ppmの鉄(III)イオン源(ここで、鉄(III)イオン源は硝酸第二鉄である);及び
任意選択的にpH調整剤;
任意選択的に界面活性剤;
任意選択的に殺生物剤
を含み;そして
化学的機械的研磨組成物が、pH1~7を有する、請求項1記載の方法。 - 提供される化学的機械的研磨組成物が、200mm研磨機でプラテン速度80回転/分、キャリア速度81回転/分、化学的機械的研磨組成物流量125mL/分、公称ダウンフォース21.4kPaで、タングステン除去速度≧1500Å/分を有しており;そして化学的機械的研磨パッドが、高分子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布サブパッドを含む、請求項3記載の方法。
- 提供される化学的機械的研磨組成物が、初期成分として
水;
0.1~5重量%の酸化剤(ここで、酸化剤は過酸化水素である);
30~250ppmの、L-アルギニンHCl、アルギニンリンゴ酸塩、N-メチル-L-アルギニン酢酸塩及びその混合物からなる群より選択されるアルギニン塩;
0.05~10重量%のコロイダルシリカ砥粒;
100~1,400ppmのジカルボン酸;
150~1000ppmの鉄(III)イオン源(ここで、鉄(III)イオン源は硝酸第二鉄である);及び
任意選択的にpH調整剤;
任意選択的にアニオン性エーテル硫酸塩界面活性剤
を含み;そして
化学的機械的研磨組成物が、pH1.5~4.5を有する、請求項1記載の方法。 - 提供される化学的機械的研磨組成物が、200mm研磨機でプラテン速度80回転/分、キャリア速度81回転/分、化学的機械的研磨組成物流量125mL/分、公称ダウンフォース21.4kPaで、タングステン除去速度≧1500Å/分を有しており;そして化学的機械的研磨パッドが、高分子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布サブパッドを含む、請求項5記載の方法。
- 提供される化学的機械的研磨組成物が、初期成分として
水;
0.1~3重量%の酸化剤(ここで、酸化剤は過酸化水素である);
30~250ppmの、L-アルギニンHCl、アルギニンリンゴ酸塩、N-メチル-L-アルギニン酢酸塩及びその混合物からなる群より選択されるアルギニン塩;
0.1~5重量%のコロイダルシリカ砥粒;
120~1,350ppmのジカルボン酸(ここで、ジカルボン酸は、マロン酸である);
150~850ppmの鉄(III)イオン源(ここで、鉄(III)イオン源は硝酸第二鉄である);及び
任意選択的にpH調整剤;
任意選択的にアニオン性エーテル硫酸塩界面活性剤
を含み;そして
化学的機械的研磨組成物が、pH1.5~3.5を有する、請求項1記載の方法。 - 提供される化学的機械的研磨組成物が、200mm研磨機でプラテン速度80回転/分、キャリア速度81回転/分、化学的機械的研磨組成物流量125mL/分、公称ダウンフォース21.4kPaで、タングステン除去速度≧1500Å/分を有しており;そして化学的機械的研磨パッドが、高分子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布サブパッドを含む、請求項7記載の方法。
- コロイダルシリカ砥粒が、大平均粒径のものと小平均粒径のものとを併せ含む混合コロイダルシリカ砥粒である、請求項7記載の方法。
- 混合コロイダルシリカ砥粒が、40~50nmの小平均径粒子及び70~100nmの大平均径粒子を含む、請求項9記載の方法。
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