JP2015506386A - Cmp組成物、半導体装置の製造方法及びcmp組成物の使用方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(B)少なくとも1種類の、分散剤又は電荷反転剤(charge reversal agent)としての有機高分子化合物であって、ホスホン酸塩(-P(=O)(OR1)(OR2))又はホスホン酸(-P(=O)(OH)2)部分、又はそれらの脱プロトン化体をペンダント基として有し、
R1は、アルキル、アリール、アルキルアリール又はアリールアルキル、
R2は、H、アルキル、アリール、アルキルアリール又はアリールアルキル、
である有機高分子化合物と、
(C)水性媒体と、
を含むCMP組成物を発見した。このCMP組成物は、以下、(Q)又はCMP組成物(Q)と称する。
・1種類の無機粒子、
・異なる種類の無機粒子の混合物若しくは複合物、
・1種類の有機粒子、
・異なる種類の有機粒子の混合物若しくは複合物、又は、
・1種以上の無機粒子及び1種以上の有機粒子の混合物若しくは複合物と、することができる。
・金属、金属酸化物又は炭化物のような無機粒子(メタロイド、メタロイド酸化物又は炭化物を含む)、
・ポリマー粒子のような有機粒子、又は、
・無機及び有機粒子の複合物又は混合物
とすることができる。
(B1)分散剤又は電荷反転剤としての、少なくとも1種類の式(I)のポリビニルホスホン酸(nは5以上1000以下の整数)又はその塩、及び/又は、
(B2)分散剤又は電荷反転剤としての、(M1)ビニルホスホン酸及び(M2)少なくとも1種類の他のモノマーをモノマー単位として含む少なくとも1種類の共重合体又はこの共重合体の塩、
を含有する。
(B2A)分散剤又は電荷判定剤として、少なくとも1種類の共重合体又はその塩を含有し、当該共重合体は、下記(M1)、(M2)をモノマー単位として含む。
(M2)ビニル芳香族化合物、ビニル基により置換されたヘテロ環式化合物、アクリレート、メタクリレート、アクリルアミド、メタクリルアミド、アクリル酸、メタクリル酸、ビニルエーテル、ビニル基により置換された糖化合物からなる群より選択されるモノマーの少なくとも1種類。
(B)分散剤又は電荷反転剤としての、式(1)のポリビニルホスホン酸又はその塩(nは5以上1000以下の整数)を、CMP組成物中に10ppm以上800ppm以下の量、及び、
(C)水性媒体。
(B)分散剤又は電荷反転剤としての、式(1)のポリビニルホスホン酸又はその塩(nは5以上1000以下の整数)を、CMP組成物中に10質量ppm以上800質量ppm以下の量、及び、
(C)水性媒体。
(B)分散剤又は電荷反転剤として、式(1)のポリビニルホスホン酸(nは5以上1000以下の整数)、及び/又は、モノマー単位としてビニルホスホン酸及びアクリル酸を含む共重合体又はそれらの塩を、CMP組成物中に10質量ppm以上800質量ppm以下の量、
(C)水性媒体、及び、
(D)(D1)シリコン窒化物抑制剤及び/又は(D2)ポリシリコン抑制剤。
(B)分散剤又は電荷反転剤として、モノマー単位としてビニルホスホン酸及びアクリル酸を含有する共重合体又はその共重合体の塩を、CMP組成物中に10質量ppm以上800質量ppm以下の量、
(C)水性媒体、及び、
(D)(D1)シリコン窒化物抑制剤としての糖アルコール及び/又は(D2)ポリシリコン抑制剤としての、パラホルムアルデヒド、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、又はそれらの混合物。
(B)分散剤又は電荷反転剤としての、モノマー単位としてビニルホスホン酸並びにアクリル酸を含有する共重合体又はその共重合体の塩を、CMP組成物中に10質量ppm以上800質量ppm以下の量、
(C)水性媒体、及び、
(E)殺生物剤として、四級アンモニウム化合物、イソチアゾリノンをベースにした化合物、N−置換二酸化ジアゼニウム、又は、N‘−ヒドロキシ−酸化ジアゼニウム塩。
pH電極を用いてpH値を測定した(スコット、ブルーライン、PH0−14/−5 100℃/3mol/L、塩化ナトリウム)。
これら実施例で粒子(A)として使用するセリア粒子は、一次粒子が60nm、平均粒子径が100nm以上200nmのコロイダルセリア粒子である(マルバーンインスツールメンツ社の高パフォーマンス粒子径測定器(HPPS)又はHoriba LB550のような機器を使用し、動的光散乱により測定)。これらセリア粒子は、下記ではセリア粒子(A1)とする。
これら実施例では、ポリ(ビニルホスホン酸―アクリル酸)共重合体を有機高分子化合物(B)として使用した。「Progress in Polymer Science」(2010年)、35(8)、1078〜1092頁、Lavinia Macarie、Gheorghe Ilia著、Progress in Polymer Science「ポリ(ビニルホスホン酸)及びその誘導体」のセクション3.1.1に記載されたように、ポリビニルホスホン酸は、ラジカル開始剤(アゾ型過酸化物)の存在下、水性媒体中でビニルホスホン酸の(共)重合により合成した。
CMP方法:
研磨機器:AMAT Mirr(200mmウェハを研磨可能)
研磨基板:高密度プラズマ(HDP)シリコン酸化物、又は、テトラエトキシシラン(TEOS)シリコン酸化物、LPCVDシリコン窒化物(SiN)及び非晶質ポリシリコンウェハ(poly−Si)を含む多層基板
この基板を、以下、基板(S1)とする。
研磨パッド:IC1010−kグローブパッド
コンディショナー:3M A166;インサイチュコンディショニング 5lbs
盤rpm:93rpm
キャリアrpm:87rpm
ダウンフォース:2psi又は3.5psi
研磨時間:60秒
研磨する基板の膜厚を、CMPの前と後で、Thermawave Optiprobe 2600を用いて測定した。これにより、材料除去速度が得られた。
水性研磨組成物Q1〜Q7の作製のため;
セリア粒子(A1)、
ポリビニルホスホン酸(重量平均分子量〜10,000;;pH〜1.0;nが約82の式(I)のポリビニルホスホン酸)、又は、
ポリ(ビニルホスホン酸−アクリル酸)共重合体(重量平均分子量〜30,000−40,000ダルトン、フィーケンチャーのK値が約18)、及び、
任意に更なる添加剤、
を、下記表1に挙げたように、超純水に分散又は溶解させた。通常、pH調整のため、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム及びテトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)のようなpH調整剤が使用される。水性研磨組成物Q1〜Q7作製のためには、pH調整剤として、水酸化カリウムを使用した。
実施例Q1〜Q7のCMP組成物と、それらのpH特性を下記表1に示す。ここでは、CMP組成物の水性媒体(C)は、脱イオン化水である。成分(A)、(B)、(D1)、(D2)及び(E)の量は、対応するCMP組成物の、質量%(wt%)又は百万分の一(ppm)で特定される。又は(C)以外の成分の量が、全体でCMP組成物のy質量%である場合、(C)の量は、CMP組成物の(100−y)質量%である。
表3は、異なるダウンフォース(2psi、3.5psi)で、CMP組成物Q1〜Q7を用いて基板(S1)の化学−機械研磨を行った場合の研磨性能を示し、HDP/SiN選択性は、MRRについての、高密度プラズマシリコン酸化物(HDP)のシリコン窒化物(SiN)に対する選択性であり、HDP/PolySi選択性は、MRRについての高密度プラズマシリコン酸化物(HDP)のポリシリコン((PolySi)に対する選択性である。
Claims (16)
- (A)無機粒子、有機粒子、若しくは、それらの混合物又は複合物、
(B)分散剤又は電荷判定剤としての、少なくとも1種類の有機高分子化合物であって、ホスホン酸塩(-P(=O)(OR1)(OR2))又はホスホン酸(-P(=O)(OH)2)部分、若しくはそれらの脱プロトン化体をペンダント基として有し、
R1は、アルキル、アリール、アルキルアリール又はアリールアルキルであり、
R2は、H、アルキル、アリール、アルキルアリール又はアリールアルキルである
有機高分子化合物、及び、
(C)水性媒体、
を含有する、化学機械研磨(CMP)組成物。 - 前記CMP組成物は、当該CMP組成物の全質量に対し、ポリエチレンオキシド/ポリプロピレンオキシド共重合体を含有しない、若しくは、ポリエチレンオキシド/ポリプロピレンオキシド共重合体を0.5ppm未満含有する請求項1に記載のCMP組成物。
- (B)は、ペンダント基としてホスホン酸(‐P(=O)(OH)2)部分又はその脱プロトン化体を含む、分散剤又は電荷反転剤としての、少なくとも1種類の有機高分子化合物である請求項1又は2に記載のCMP組成物。
- (B)は、
(B2)分散剤又は電荷反転剤としての、少なくとも1種類の共重合体若しくはその共重合体の塩であって、当該共重合体は、
(M1)ビニルホスホン酸、及び、
(M2)少なくとも1種類の他のモノマー
をモノマー単位として含む請求項1〜4のいずれか1項に記載のCMP組成物。 - (B)は、
(B2A)分散剤又は電荷反転剤としての、少なくとも1種類の共重合体若しくはその共重合体の塩であって、当該共重合体は、
(M1)ビニルホスホン酸、及び、
(M2)ビニル芳香族化合物、ビニル基により置換されたヘテロ環式化合物、アクリレート、メタクリレート、アクリルアミド、メタクリルアミド、アクリル酸、メタクリル酸、ビニルエーテル、ビニル基により置換された糖化合物からなる群より選択される少なくとも1種類のモノマー、
をモノマー単位として含む請求項1〜5のいずれか1項記載のCMP組成物。 - (B)は、(B2a)分散剤又は電荷反転剤としての、少なくとも1種類の共重合体若しくはその共重合体の塩であって、当該共重合体は、ビニルホスホン酸及びアクリル酸をモノマー単位として含む請求項1〜6のいずれか1項に記載のCMP組成物。
- ゲル浸透クロマトグラフィーにより測定される(B)の重量平均分子量が、1000ダルトン以上20000ダルトン以下の範囲にある請求項1〜7のいずれか1項に記載のCMP組成物。
- 前記粒子(A)がセリア粒子である請求項1〜8のいずれか1項に記載のCMP組成物。
- 動的光散乱により測定される前記粒子(A)の平均粒子径が、50nm以上250nm以下である請求項1〜9のいずれか1項に記載のCMP組成物。
- 前記CMP組成物のpH値が5.5以上9以下である請求項1〜10のいずれか1項に記載のCMP組成物。
- SiN抑制剤(D1)として、糖アルコールを更に含有する請求項1〜11のいずれか1項に記載のCMP組成物。
- (A)CMP組成物中に0.05質量%以上4質量%以下の量の、動的光散乱により測定される平均粒子径が50nm以上250nm以下のセリア粒子、
(B)CMP組成物中に10ppm以上800ppm以下の量の、分散剤又は電荷反転剤としての式(I)のポリビニルホスホン酸若しくはその塩(nは5以上1000以下の整数)、及び、
(C)水性媒体、
を含む請求項1又は請求項2に記載のCMP組成物。 - (A)CMP組成物中に0.05質量%以上4質量%以下の量の、動的光散乱により測定される平均粒子径が50nm以上250nm以下のセリア粒子、
(B)CMP組成物中に10質量ppm以上800質量ppm以下の量の、分散剤又は電荷反転剤としての共重合体若しくはその塩であって、当該共重合体がモノマー単位としてビニルホスホン酸及びアクリル酸を含む共重合体又はその塩、及び、
(c)水性媒体、
を含む請求項1又は請求項2に記載のCMP組成物。 - 請求項1〜14のいずれか1項に記載のCMP組成物の存在下で、基板を化学−機械研磨する工程を含む半導体装置の製造方法。
- 請求項1〜14のいずれか1項に記載のCMP組成物を、シリコン窒化物及び/又はポリシリコンを含む基板の化学−機械研磨に使用する方法。
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