JP2003510828A - 二酸化珪素cmp工程で傷および欠陥を減少するかまたは取り除くための組成物および方法 - Google Patents
二酸化珪素cmp工程で傷および欠陥を減少するかまたは取り除くための組成物および方法Info
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Abstract
Description
olishing、CMP)工程中に生じる傷および欠陥を大部分除去するかま
たは減少するための、二酸化珪素ウェハー表面の化学的機械的研磨(CMP)中
のスラリーのない環境でのカチオン性界面活性剤の使用に関する。
および塩基性のpH値でVLSI処理中にウェハーの二酸化珪素部分に化学吸着
する。
まれた研磨粒子を有するシリコンウェハー表面用のスラリーのない研磨工程に使
用される。特に研磨パッドは二酸化珪素CMP適用のための研磨剤としてCeO 2 を含有する。
削磨する。しかしながら中性またはアルカリ性条件でCMP工程中にこれらの研
磨パッドは欠陥および傷を生じ、これにより収率の損失を生じる。
化珪素ウェハーの表面を保護する組成物および方法を開発することが所望される
。
活性剤吸着、鎖長のメカニズムの依存性(Surfactant adsorp
tion at the solid liquid interface D
ependence of mechanism of chain leng
th)”J.Phys.Chem.68巻、3562−3566(1964)には
以下のことが記載される。
剤の濃度が低下し、かつ b)(水性溶液中のシリカ粒子に関するゼロゼータ電位測定から間接的に認めら
れるような)表面電荷を中和する臨界濃度から、ファン・デル・ワールスエネル
ギーの規模はCH2基1個当たり0.97kTまたは580cal/モルである
。
間に横の疎水性結合が存在することが明らかである。
る方法のための組成物が記載され、ここで加工品の表面が、水、サブミクロンS
iO2粒子、組成物の臨界凝集濃度より低い濃度の可溶性無機塩を含有する研磨
組成物にさらされ、可溶性アミンの添加により約9〜10の範囲内に組成物のp
H値が調節される。
的研磨(CHEMICAL−MECHANICAL POLISHING OF
COPPER IN GLYCEROL BASED SLURRIES)”
、Mat.Res.Soc.Symp.Proc.Vol.427、237−242(
1996)には連結部品製造に適した銅を付与する、銅金属表面のCMP処理の
ためのグリセリンおよびAl2O3研磨剤を含有するスラリーの使用が記載され
る。この処理は銅の反応性イオンエッチングの1つの選択案である。
607718号明細書に記載され、ここで溶解速度および押し込みのへこみを減
少するために多くの化合物が添加される。これらの化合物は珪酸塩、グルコース
、トラガカントゴムおよび寒天のような多くの増粘剤を含む。
(SLURRY ENGINEERING FOR SELF−STOPPIN
G、DISHING FREE SiO2−CMP)”、IEDM、349−3
52頁、C 1996、IEEEには停止層を有しないかまたは構成を限定せず
にチップ内で全体的な平坦化を達成するために、化学的機械的研磨(CMP)に
おいてSiO2用の従来のCeO2スラリーに界面活性剤が添加されたスラリー
が記載されている。
ために、他の添加剤と一緒に溶液にグリセリンが添加される、金属表面の清浄化
処理が記載される。これらの溶液は苛性溶液、硝酸塩または亜硝酸塩および場合
によりエチレングリコールまたはグリセリンのようなジオールまたはポリオール
を含有し、加工品はアルミニウム合金である。
の平坦化のための電気化学的研磨技術は米国特許第5567300号明細書に記
載されている。この明細書は輪郭の除去を目的とし、除去を促進するために非粘
性ポリオールを使用する。室温で水の1500倍の粘度を有するグリセリンは電
気エッチングに、電解液の粘度を増加し、研磨を促進するために使用される。
性によりスラリーのない系での二酸化珪素化学的機械的研磨(CMP)の欠陥制
御を改良する必要を認識していないことである。
めにスラリーのない系での化学的機械的研磨中の二酸化珪素の改良された欠陥制
御を提供することである。
に化学吸着する特別な種類のカチオン性界面活性剤の添加によりスラリーのない
系での化学的機械的研磨中の二酸化珪素の改良された欠陥制御を提供することで
ある。
ルキル−ベンジル−ジメチル−アンモニウムハリド、ピリジニウム−アルキルハ
リド、アルキル−アンモニウムエステルおよびこれらの混合物からなる、カチオ
ン性イオンを生じる群から選択されるカチオン性界面活性剤を、スラリーのない
系に添加することにより、スラリーのない系での化学的機械的研磨中の二酸化珪
素の改良された欠陥制御を提供することである。それぞれのカチオン性界面活性
剤イオンを得るために、アニオン基を変動することができる。
たはアルカリ性のpH条件下で、臨界ミセル濃度(界面活性剤が自己凝集する傾
向を有する濃度を超える濃度)より少ないかまたは0.1モル/リットル未満の
量の、アルキル−トリメチルアンモニウムハリド、アルキル−ベンジル−ジメチ
ル−アンモニウムハリド、ピリジニウム−アルキルハリド、アルキル−アンモニ
ウムエステルおよびこれらの混合物の群から選択される、カチオン性界面活性剤
の添加により達成される。
の溶液中の石英のゼータ電位に関する炭化水素鎖長の効果を示すグラフである。
の詳細な説明により理解される。
良された欠陥制御を保護または提供するために、特定の種類のカチオン性界面活
性剤の添加物を添加し、研磨の傷および欠陥を減少した。これらの界面活性剤は
中性およびアルカリ性pH条件でシリカ表面に化学吸着し、これによりウェハー
表面を研磨の傷および欠陥から保護する。研磨すべきウェハーがパッド表面に対
向する面で削磨し、典型的にパッドはこれに埋め込まれた研磨材料としてCeO 2 を含有する。
性溶液が研磨に使用され、本発明が機能するいかなる理論にも結びつくことを希
望しないけれども、カチオン性界面活性剤の添加物がシリカ表面に化学吸着し、
シリカ表面と正の電荷のヘッドグループとの相互結合に影響を及ぼすことは確実
である。
される。1)C6〜C18のアルキル長さを有するアルキル−トリメチル−アン
モニウムハリド、このうちヘキサデシル−トリメチル−アンモニウムブロミドが
有利である、2)C6〜C18のアルキル長さを有するアルキル−ベンジル−ジ
メチル−アンモニウムハリド、このうちヘキサデシル−ベンジル−ジメチル−ア
ンモニウムブロミドおよびドデシル−ベンジル−ジメチル−アンモニウムブロミ
ドが有利である、3)C6〜C18のアルキル基を有するピリジニウム−アルキ
ルハリド、このうちセチル−ピリジニウムクロリドが有利である、および4)C 6 〜C18のアルキル基を有するアルキル−アンモニウムエステル、このうちド
デシルアンモニウムアセテートが有利である、およびこれらの混合物。
ことができる。選択的に4つの種類のカチオン性界面活性剤の1種以上が圧倒的
な量で存在する界面活性剤の混合物を、少量のアニオン性界面活性剤および/ま
たは非イオン性界面活性剤と混合することができる。
ており、カチオン性界面活性剤吸着の例はSiO2とのアルキルアミンの相互作
用により説明される。吸着自由エネルギーは2つの主な用語を有する。シリコン
表面と正の電荷のヘッドグループとの相互結合を含む、電気的相互作用の用語と
、すでに言及されたソマスンダラン等の文献に記載された、水性溶液から疎水性
基を除去するために必要なエネルギーを含むファン・デル・ワールスの用語であ
る。ソマスンダラン等の文献で以下のことが判明した。
アセテートおよびアンモニウムアセテートの溶液中の石英のゼータ電位に関する
炭化水素鎖長の効果を示す、図1のグラフに示されるように)および B)ファン・デル・ワールスエネルギー規模により評価される、表面電荷を中和
する臨界濃度(水性溶液中のシリカ粒子に関するゼロゼータ電位測定から間接的
に認められるように)がCH2基1個当たり0.97kTまたは580cal/
モルである。
とを示唆する。鎖長が増加するとともにゼータ電位に必要な臨界濃度は逆に減少
する。
剤が自己凝集する傾向を有する濃度を超える濃度)が0.1モル/リットル未満
の濃度範囲である。
ジニウムハリドに関する臨界ミセル濃度、CMCである。
に移動することが理解できる。
での4つの種類のカチオン性化合物の使用は、0.1モル/リットル未満である
有効な濃度を必要とする。
たはこれより高い値を得るために必要な濃度に近い濃度が最も有効であり、これ
は典型的には0.01〜1ミリモル/リットルである。有利にはカチオン性界面
活性剤の濃度は選択される個々の界面活性剤の臨界ミセル濃度(CMC)より低
い。
ラリーのない系中で、圧倒的な量のカチオン性界面活性剤と組み合わせて使用す
ることができる。アニオン性ポリマーの使用が有利であり、それというのも化学
的機械的研磨装置中の研磨パッドがこれに埋め込まれたCeO2粒子を有し、こ
れらの粒子がCMP作業中にパッドから取り出されるので、これらの粒子を被覆
することが必要であるためである。これらの状況のために、ポリアクリル酸また
はアンモニウムアクリレートのような一般的なアニオン性ポリマー2質量%未満
、有利には約0.01〜約1質量%を、水性系中でカチオン性界面活性剤と組み
合わせて使用することができる。
するために、分子量10000未満のポリアクリルアミドまたはポリビニルアル
コールのような非イオン性ポリマーを界面活性剤の複合溶液混合物に1質量%よ
り少ない濃度水準で、有利には約0.01質量%の量で添加することができる。
タおよびLD−50値を表IIに記載する。
の1kT寄与率に接近してシリカ表面に化学吸着し、界面活性剤の添加の増加と
ともに正の値へゼータ電位が変化することが明らかである。
性界面活性剤および/または非イオン性界面活性剤の混合物を含有する水性溶液
が、中性またはアルカリ性条件下でウェハー表面のシリカ部分に吸着し、界面活
性剤で被覆された保護層を形成し、これによりスラリーのないCMP作業中の傷
または研磨欠陥が減少する。
スのような他のドープした二酸化珪素に利用できることは理解されるべきである
。
びその相当部分により定義される本発明の一般的な構想の理念または範囲から逸
脱することなく種々の変形を行うことができる。
中の石英のゼータ電位に関する炭化水素鎖長の効果を示すグラフである。
ンモニウムハロゲン化物、アルキル−ベンジル−ジメチル−アンモニウムハロゲ ン化物、ピリジニウム−アルキルハロゲン化物、アルキルアンモニウムエステル
、およびこれらの混合物からなる群から選択され、その際アルキルがC6〜C1 8 である請求項2記載の組成物。
記載の組成物。
Claims (16)
- 【請求項1】 カチオン性界面活性剤を有する、二酸化珪素加工品を化学的
機械的に研磨するためのスラリーのない水性組成物であり、カチオン性界面活性
剤が可溶性であり、かつ中性からアルカリ性のpH条件下でイオン化され、前記
カチオン性界面活性剤がスラリーのない水性組成物中に臨界ミセル濃度より少な
い量で存在する、二酸化珪素加工品を化学的機械的に研磨するためのスラリーの
ない水性組成物。 - 【請求項2】 前記臨界ミセル濃度より少ない前記の量が0.1モル/リッ
トル未満である請求項1記載の組成物。 - 【請求項3】 前記カチオン性界面活性剤がアルキル−ベンジル−ジメチル
−アンモニウム化合物である請求項2記載の組成物。 - 【請求項4】 アルキル−トリメチル−アンモニウムハリドがヘキサデシル
−トリメチル−アンモニウムブロミドである請求項3記載の組成物。 - 【請求項5】 前記カチオン性界面活性剤がアルキル−ベンジル−ジメチル
−アンモニウムハリドである請求項2記載の組成物。 - 【請求項6】 前記アルキル−ベンジル−ジメチル−アンモニウムハリドが
ヘキサデシル−ベンジル−ジメチル−アンモニウムブロミドおよびドデシル-ベ
ンジル−ジメチル−アンモニウムブロミドからなる群から選択される請求項5記
載の組成物。 - 【請求項7】 前記カチオン性界面活性剤がピリジニウム−アルキルハリド
である請求項2記載の組成物。 - 【請求項8】 前記ピリジニウム−アルキルハリドがセチル−ピリジニウム
−クロリドである請求項7記載の組成物。 - 【請求項9】 前記カチオン性界面活性剤がアルキル−アンモニウムエステ
ルである請求項2記載の組成物。 - 【請求項10】 前記アルキル−アンモニウムエステルがドデシル−アンモ
ニウムアセテートである請求項9記載の組成物。 - 【請求項11】 アニオン性ポリマーが前記カチオン性界面活性剤の質量に
対して約2質量%未満の量で付加的に存在する請求項2記載の組成物。 - 【請求項12】 前記アニオン性ポリマーがポリアクリル酸およびアンモニ
ウムアクリレートからなる群から選択される請求項11記載の組成物。 - 【請求項13】 非イオン性ポリマーが前記カチオン性界面活性剤の質量に
対して約1質量%未満の量で付加的に存在する請求項2記載の組成物。 - 【請求項14】 前記非イオン性ポリマーがポリアクリルアミドおよびポリ
ビニルアルコールからなる群から選択される請求項13記載の組成物。 - 【請求項15】 二酸化珪素加工品の化学的機械的研磨中に傷および欠陥を
減少する方法において、前記加工品の表面をスラリーのない研磨組成物にさらし
、研磨組成物はカチオン性界面活性剤を有し、カチオン性界面活性剤が可溶性で
あり、かつ中性からアルカリ性のpH条件下でイオン化され、前記カチオン性界
面活性剤がスラリーのない水性組成物中に臨界ミセル濃度より少ない量で存在す
ることを特徴とする、二酸化珪素加工品の化学的機械的研磨中に傷および欠陥を
減少する方法。前記カチオン性界面活性剤が、アルキル−トリメチル−アンモニ
ウムハリド、アルキル−ベンジル−ジメチル−アンモニウムハリド、ピリジニウ
ム−アルキルハリド、アルキルアンモニウムエステル、およびこれらの混合物か
らなる群から選択され、その際アルキルがC6〜C18である請求項2記載の組
成物。 - 【請求項16】 前記カチオン性界面活性剤がブロミドを含有する請求項2
記載の組成物。
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