JP6035346B2 - 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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Description
(B)少なくとも1種類の、分散剤又は電荷反転剤(charge reversal agent)としてのアニオン性リン酸塩(アニオニックホスフェート;anionic phosphate)又はホスホン酸塩(ホスホネート;phosphonate)と、
(C)少なくとも1種類の界面活性剤と、
(D)水性媒体と、
を含むCMP組成物の存在下で、
ボロンリンシリケートガラス(BPSG)材料を化学−機械研磨する、半導体装置の製造方法が発見された。このCMP組成物は、以下、(Q)又はCMP組成物(Q)と称する。
・無機粒子の1種の、
・異なる種類の無機粒子の混合物又は複合物、
・有機粒子の1種の、
・異なる種類の有機粒子の混合物又は複合物、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又は複合物と、することができる。
・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窒化物を含む)、
・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。
[M+ n(PO3)n] (I)
及び、一般式(II)、(III)のポリリン酸塩であって、
M+ nPnO3n+1 (II)
M+H2PnO3n+1 (III)
Mはアンモニウム、ナトリウム及び/又はカリウムであり、数nは2以上10,000以下である。式(I)、(II)又は(III)のポリリン酸塩に関し、数nは、好ましくは、2以上2,000以下、より好ましくは2以上300以下、最も好ましくは2以上50以下、特に2以上15以下、例えば3以上8以下である。
(B)分散剤また電荷反転剤である、グラハム塩(NaPO3)40−50、カルゴン(NaPO3)15−20、nが約5000のクロール塩(NaPO3)n、及びヘキサメタリン酸アンモニウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム、及びヘキサメタリン酸カリウムからなる群より選択される水溶性縮合リン酸塩、
(C)少なくとも1種類の界面活性剤、及び、
(D)水性媒体。
(B)少なくとも1種類の、分散剤又は電荷反転剤としてのアニオン性リン酸塩又はホスホン酸塩、
(C)直鎖又は分岐アルキレンオキシド単独重合体又は共重合体である、水溶性ポリマー界面活性剤、及び
(D)水性媒体。
(B)分散剤又は電荷反転剤としての、水溶性縮合リン酸塩、
(C)エチレンジアミンのエチレン−オキシド/プロピレン−オキシド共重合体である水溶性ポリマー界面活性剤、及び、
(D)水性媒体。
(B)CMP組成物中の量が2〜150質量ppmである、分散剤又は電荷反転剤としての水溶性縮合リン酸塩、
(C)CMP組成物中の量が50〜5000質量ppmの、直鎖又は分岐のアルキレンオキシド単独重合体又は共重合体である水溶性ポリマー界面活性剤、及び、
(D)水性媒体。
(B)分散剤また電荷反転剤である、グラハム塩(NaPO3)40−50、カルゴン(NaPO3)15−20、nが約5000のクロール塩(NaPO3)n、及びヘキサメタリン酸アンモニウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム、及びヘキサメタリン酸カリウムからなる群より選択され、CMP組成物中の量が2〜150質量ppmである水溶性縮合リン酸塩、
(C)CMP組成物中の量が50〜5000質量ppmの、直鎖又は分岐のアルキレンオキシド単独重合体又は共重合体である水溶性ポリマー界面活性剤、及び、
(D)水性媒体。
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)。
粒子(A)として使用するセリア粒子は、平均粒子径が100nm以上200nmのコロイダルタイプのものである。平均粒子径は、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した。これらセリア粒子は、下記ではセリア粒子(A1)とする。
CMP方法:
研磨機器:AMAT Mirr(200mmウェハを研磨可能)
研磨基板:ボロンリンシリケートガラス(BPSG)シリコン酸化物、テトラエトキシシラン(TEOS)シリコン酸化物、LPCVDシリコン窒化物及び非晶質ポリシリコンを含む多層基板
この基板を、以下、基板(S1)とする。
流量:160ml/分
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:2.0、2.5及び3.0 psi
研磨時間:60秒
研磨する基板の膜厚を、CM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を作製するために、セリア粒子(A1)、ヘキサメタリン酸ナトリウム(セリアのヘキサメタリン酸ナトリウムに対する質量比が200:1)を、超純水に分散又は溶解させた。ヘキサメタリン酸ナトリウムは分散剤として使用した。上記混合物に、界面活性剤を、1質量%保存溶液(stock solution)と共に添加した。
実施例Q1〜Q7のCMP組成物と、そのpH特性を下記表1に示す。ここで、CMP組成物の水性媒体(D)は脱イオン化水である。成分(A)、(B)、(C)の量は、対応するCMP組成物の百万分の一(ppm)又は質量パーセント(質量%)で特定した。(D)以外の成分の量が、全体でCMP組成物のy質量%である場合、(D)の量は、CMP組成物の(100−y)質量%である。
表2に、CMP組成物Q1〜Q7を用いた基板(S1)の化学−機械研磨処理におけるBPSG/TEOS選択性データを示す。実施例5、6及び8〜15では、1よりも低いBPSG/TEOS選択性が得られた。
Claims (13)
- 化学機械研磨(CMP)組成物の存在下で、ボロンリンシリケートガラス(BPSG)層及びテトラエチルオルトケイ酸塩(TEOS)層を化学機械研磨する工程を含む半導体装置の製造方法であって、
前記CMP組成物が、
(A)無機粒子、有機粒子又はそれらの混合物若しくは複合体と、
(B)少なくとも1種類の、分散剤又は電荷反転剤であるアニオン性リン酸塩又はホスホン酸塩と、
(C)少なくとも1種類の界面活性剤と、
(D)水性媒体と、
を含み、
BPSGのTEOSに対する選択性が0.5:1〜1:1であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記粒子(A)は無機粒子である請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記粒子(A)はセリア粒子である請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記粒子(A)の動的光散乱により測定される平均粒子径が、50nm以上250nm以下である請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記アニオン性リン酸塩又はホスホン酸塩は、水溶性縮合リン酸塩からなる群より選択される請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記水溶性縮合リン酸塩(B)は、一般式(I)のメタリン酸塩:
[M+ n(PO3)n] (I)
と、一般式(II)、(III)のポリリン酸塩:
M+ nPnO3n+1 (II)、
M+H2PnO3n+1 (III)
と、からなる群より選択され、Mはアンモニウム、ナトリウム及び/又はカリウムであり、nは2以上10,000以下である請求項5に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記アニオン性リン酸塩又はホスホン酸塩(B)は、ポリビニルホスホネート、及び/又は、モノマー単位としてビニルホスホン酸及び他のモノマーを含む共重合体の脱プロトン化体である請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記アニオン性リン酸塩又はホスホン酸塩(B)は、ゲル浸透クロマトグラフィーにより測定される重量平均分子量が1,000ダルトン以上70,000ダルトン以下のポリビニルホスホネートである請求項7に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記界面活性剤(C)は、水溶性ポリマー界面活性剤である請求項1〜8のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記水溶性ポリマー界面活性剤(C)は、直鎖又は分岐アルキレンオキシド単独重合体又は共重合体である請求項9に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記直鎖又は分岐アルキレンオキシド単独重合体又は共重合体(C)は、エチレンオキシド及びプロピレンオキシドモノマー単位を含むブロック共重合体である請求項9に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記CMP組成物のpH値は、4以上10以下である請求項1〜11のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記CMP組成物が、
(A)動的光散乱により測定される平均粒子径が50nm以上250nm以下のセリア粒子であって、その量が前記CMP組成物の0.05質量%以上1.5質量%以下であるセリア粒子と、
(B)分散剤又は電荷反転剤としての水溶性縮合リン酸塩であって、その量が前記CMP組成物の2質量ppm以上150質量ppm以下である水溶性縮合リン酸塩と、
(C)直鎖又は分岐アルキレンオキシド単独重合体又は共重合体である水溶性ポリマー界面活性剤であって、その量が前記CMP組成物の50質量ppm以上5000質量ppm以下である水溶性ポリマー界面活性剤と、
(D)水性媒体と、
を含有する請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
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