JP6974394B2 - 低酸化物トレンチディッシング化学機械研磨 - Google Patents
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Description
関連出願の相互参照
本特許出願は、参照により本開示に全体的に組み込まれる２０１８年６月２９日に出願された米国仮出願第６２／６９２６３３号及び第６２／６９２６３９号の優先権の利益を主張する。
本特許出願は、参照により本開示に全体的に組み込まれる２０１８年６月２９日に出願された米国仮出願第６２／６９２６３３号及び第６２／６９２６３９号の優先権の利益を主張する。
本発明の背景
本発明は、酸化物及びドープ酸化物膜の研磨のための化学機械平坦化（ＣＭＰ）に関する。
本発明は、酸化物及びドープ酸化物膜の研磨のための化学機械平坦化（ＣＭＰ）に関する。
マイクロエレクトロニクスデバイスの作製において、関与する重要な工程は、特に、選択された材料を回収し、かつ／または構造を平坦化する目的に関する化学機械研磨に関する表面の研磨である。
例えば、ＳｉＮ層は、ＳｉＯ2層の下に堆積されて、研磨ストップとして働く。係る研磨ストップの役割は、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）構造において特に重要である。選択性は、酸化物研磨速度と窒化物研磨速度の比として特徴的に表現される。例は、窒化ケイ素（ＳｉＮ）と比較される二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）の増大した研磨選択性速度である。
パターン化構造の全体的な平坦化において、酸化物トレンチディッシングの低減は、考慮すべき重要な因子である。より低いトレンチ酸化物損失は、隣接するトランジスタ間の電流漏れを防止する。ダイに亘る（ダイ内の）不均一なトレンチ酸化物損失は、トランジスタ性能及びデバイス歩留まりに影響する。深刻なトレンチ酸化物損失（高い酸化物トレンチディッシング）は、トランジスタの絶縁を悪くし、デバイス障害をもたらす。したがって、ＣＭＰ研磨組成物において、酸化物トレンチディッシングを低減することにより、トレンチ酸化物損失を低減することが重要である。
米国特許第５８７６４９０号は、研磨材粒子を含有し、通常の応力効果を示す研磨組成物を開示する。スラリーは、凹み（リセス）における研磨速度の低下をもたらす非研磨粒子をさらに含有し、一方で、研磨材粒子は高台での高い研磨速度を維持する。これは、改善された平坦化をもたらす。より具体的には、スラリーは、酸化セリウム粒子とポリマー電解質とを含み、これをシャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）研磨応用のために用いることができる。
米国特許第６９６４９２３号は、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）研磨応用のための酸化セリウム粒子及びポリマー電解質を含有する研磨組成物を教示する。用いられるポリマー電解質としては、米国特許第５８７６４９０号と同様に、ポリアクリル酸の塩が挙げられる。セリア、アルミナ、シリカ及びジルコニアが研磨材として用いられる。係る列記されたポリ電解質の分子量は、３００〜２００００であるが、全体で＜１０００００である。
米国特許第６６１６５１４号は、化学機械研磨により、窒化ケイ素に優先して、物品の表面から第一の物質を除去するのに用いられる化学機械研磨スラリーを開示する。この発明による化学機械研磨スラリーは、研磨材と、水性媒体と、プロトンが解離しない有機ポリオールとを含み、前記有機ポリオールは、水性媒体中で解離性でない少なくとも３つのヒドロキシル基を有する化合物、又は水性媒体中で解離性でない少なくとも３つのヒドロキシル基を有する少なくとも１種のモノマーから形成されたポリマーを含む。
しかし、酸化物トレンチディッシングの低減の重要性は、ＳＴＩ ＣＭＰ研磨プロセスにおいて言及されていない。
化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスにおいて、二酸化ケイ素の高い除去速度、及び窒化ケイ素に対する二酸化ケイ素の高い選択性に加えて、低減された酸化物トレンチディッシング、及び改善された過研磨ウィンドウ安定性を提供することができる化学機械研磨組成物、方法及び装置に対するこの分野内の必要が依然としてあることは、上記から容易に明らかになるはずである。
本発明の概要
本発明は、酸化物を研磨するためのＣＭＰ応用における化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物、方法及び装置を提供する。
本発明は、酸化物を研磨するためのＣＭＰ応用における化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物、方法及び装置を提供する。
本発明は、高い酸化物膜除去速度、低いＳｉＮ膜除去速度、及び高く調節可能な酸化物：ＳｉＮ選択性、研磨後のより低い全欠陥数、良好な平均粒子サイズ（ｎｍ）安定性を達成し、重要なことに、酸化物トレンチディッシングを大いに低減し、過研磨ウィンドウ安定性を改善する利益を提供する。
１つの側面において、
セリアコート無機酸化物粒子、セリアコート有機ポリマー粒子、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される研磨材粒子；
酸化物トレンチディッシング低減剤としての化学添加剤；
溶媒；及び
任意選択的に、
バイオサイド；及び
ｐＨ調節剤
を含み、
２〜１２、好ましくは３〜１０、より好ましくは４〜９のｐＨを有する、ＣＭＰ研磨組成物が提供される。
セリアコート無機酸化物粒子、セリアコート有機ポリマー粒子、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される研磨材粒子；
酸化物トレンチディッシング低減剤としての化学添加剤；
溶媒；及び
任意選択的に、
バイオサイド；及び
ｐＨ調節剤
を含み、
２〜１２、好ましくは３〜１０、より好ましくは４〜９のｐＨを有する、ＣＭＰ研磨組成物が提供される。
セリアコート無機酸化物粒子としては、以下に制限されるものではないが、セリアコートコロイダルシリカ、セリアコート高純度コロイダルシリカ、セリアコートアルミナ、セリアコートチタニア、セリアコートジルコニア、又は任意の他のセリアコート無機酸化物粒子が挙げられる。
セリアコート有機ポリマー粒子としては、以下に制限されるものではないが、セリアコートポリスチレン粒子、セリアコートポリウレタン粒子、セリアコートポリアクリレート粒子、又は任意の他のセリアコート有機ポリマー粒子が挙げられる。
好ましい研磨材粒子は、セリアコート無機酸化物粒子である、より好ましい研磨材粒子は、セリアコートシリカ粒子である。
溶媒としては、以下に制限されるものではないが、脱イオン（ＤＩ）水、蒸留水、及びアルコール有機溶媒が挙げられる。
化学添加剤は、分子単位構造中に複数のヒドロキシル官能基を含有する少なくとも１つのポリオール分子単位と結合した少なくとも１つの六員環構造モチーフエーテルを含有するか、分子単位構造中に複数のヒドロキシル官能基を含有する少なくとも１つのポリオール分子単位と、少なくとも１つの六員環ポリオールとを含有する。ポリオールは、ヒドロキシル基を含有する有機化合物である。
酸化物トレンチディッシング低減剤としての化学添加剤は、少なくとも２つ、少なくとも４つ、又は少なくとも６つのヒドロキシル官能基をその分子構造中に含有する。
化学添加剤の一般分子構造は、（ａ）に示される。
１つの実施態様において、一般分子構造におけるＲ１〜Ｒ５の群における少なくとも１つのＲは、（ｂ）に示される構造を有するポリオール分子単位である。
式中、ｎ及びｍは同じか異なることができ、ｍ又はｎは１〜５、好ましくは１〜４、より好ましくは１〜３、最も好ましくは１〜２から独立に選択される。Ｒ６〜Ｒ９は、同じか異なる原子又は官能基であることができ、各々は、水素、アルキル、アルコキシ、１つ又はそれより多くのヒドロキシル基を有する有機基、置換有機スルホン酸又は塩、置換有機カルボン酸又は塩、有機カルボン酸エステル、有機アミン、及びこれらの組み合わせからなる群から独立に選択され、
Ｒ１〜Ｒ５の群におけるＲの残りは、水素、アルキル、アルコキシ、１つ又はそれより多くのヒドロキシル基を有する有機基、置換有機スルホン酸又は塩、置換有機カルボン酸又は塩、有機カルボン酸エステル、有機アミン、及びこれらの組み合わせからなる群から独立に選択されることができる。
Ｒ１〜Ｒ５の群におけるＲの残りは、水素、アルキル、アルコキシ、１つ又はそれより多くのヒドロキシル基を有する有機基、置換有機スルホン酸又は塩、置換有機カルボン酸又は塩、有機カルボン酸エステル、有機アミン、及びこれらの組み合わせからなる群から独立に選択されることができる。
別の実施態様において、一般分子構造におけるＲ１〜Ｒ５の群における少なくとも１つのＲは、（ｂ）に示される構造を有するポリオール分子単位であり、一般分子構造におけるＲ１〜Ｒ５の群における少なくとも１つのＲは、（ｃ）に示される六員環ポリオールである。
式中、
ＯＲ１１、ＯＲ１２、ＯＲ１３、及びＯＲ１４の群におけるＯＲの１つは、構造（ａ）中のＯに置き換わり、
Ｒ１０、並びにＲ１０、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、及びＲ１４の群における他のＲの各々は、水素、アルキル、アルコキシ、１つ又はそれより多くのヒドロキシル基を有する有機基、置換有機スルホン酸又は塩、置換有機カルボン酸又は塩、有機カルボン酸エステル、有機アミン、及びこれらの組み合わせからなる群から独立に選択され、
Ｒ１〜Ｒ５の群におけるＲの残りは、水素、アルキル、アルコキシ、１つ又はそれより多くのヒドロキシル基を有する有機基、置換有機スルホン酸又は塩、置換有機カルボン酸又は塩、有機カルボン酸エステル、有機アミン、及びこれらの組み合わせからなる群から独立に選択されることができる。
ＯＲ１１、ＯＲ１２、ＯＲ１３、及びＯＲ１４の群におけるＯＲの１つは、構造（ａ）中のＯに置き換わり、
Ｒ１０、並びにＲ１０、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、及びＲ１４の群における他のＲの各々は、水素、アルキル、アルコキシ、１つ又はそれより多くのヒドロキシル基を有する有機基、置換有機スルホン酸又は塩、置換有機カルボン酸又は塩、有機カルボン酸エステル、有機アミン、及びこれらの組み合わせからなる群から独立に選択され、
Ｒ１〜Ｒ５の群におけるＲの残りは、水素、アルキル、アルコキシ、１つ又はそれより多くのヒドロキシル基を有する有機基、置換有機スルホン酸又は塩、置換有機カルボン酸又は塩、有機カルボン酸エステル、有機アミン、及びこれらの組み合わせからなる群から独立に選択されることができる。
一般分子構造において、Ｒ１〜Ｒ９の群におけるＲの少なくとも２つ、好ましくは少なくとも４つ、より好ましくは６つは水素原子である。
Ｒの１つだけ、たとえば一般分子構造におけるＲ１〜Ｒ５の群におけるＲ５だけがｎ＝２、かつ、ｍ＝１を有するポリオール分子単位（ｂ）であり、Ｒ１〜Ｒ９の群におけるＲの残り全てが水素原子である場合、以下の２種の化学添加剤が得られる。
１つのＲ、たとえばＲ５がｎ＝２、かつ、ｍ＝１を有するポリオール分子単位（ｂ）であり、１つのＲ、たとえばＲ２が六員環ポリオールであり、Ｒ１〜Ｒ１４の群におけるＲの残り全てが水素原子である場合、以下の化学添加剤が得られる。
好ましい化学添加剤は、マルチトール、ラクチトール、マルトトリイトール、及び組み合わせを含む。
幾つかの実施態様において、ＣＭＰ研磨組成物は、２つ又はそれより多くの部分にされ、使用の時点で混合されることができる。
別の側面において、上記の化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物を用いる、二酸化ケイ素を含む少なくとも１つの表面（たとえばテトラエチルオルトシリケート、すなわちＴＥＯＳ）を有する基材の化学機械研磨（ＣＭＰ）方法が提供される。
さらに別の側面において、記載の化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物を用いる、二酸化ケイ素を含む少なくとも１つの表面を有する基材の化学機械研磨（ＣＭＰ）装置が提供される。
研磨される酸化物膜は、化学気相堆積（ＣＶＤ）、プラズマ増強ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、高密度堆積ＣＶＤ（ＨＤＰ）、又はスピンオン酸化物膜であることができる。
上記の基材は、窒化ケイ素（ＳｉＮ）表面をさらに含むことができる。ＳｉＯ2：ＳｉＮの除去選択性は、１０超、好ましくは２０超、より好ましくは３０超である。
本発明の詳細な説明
本発明は、酸化物及びドープ酸化物膜のＣＭＰ応用研磨のための化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物、方法、及び装置に関する。
本発明は、酸化物及びドープ酸化物膜のＣＭＰ応用研磨のための化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物、方法、及び装置に関する。
パターン化構造の全体的な平坦化において、酸化物トレンチディッシングの低減は、考慮すべき重要な因子である。より低いトレンチ酸化物損失は、隣接するトランジスタ間の電流漏れを防止する。ダイに亘る、及び／又はダイ内の不均一なトレンチ酸化物損失は、トランジスタ性能及びデバイス歩留まりに影響する。深刻なトレンチ酸化物損失（高い酸化物トレンチディッシング）は、トランジスタの絶縁を悪くし、デバイス障害をもたらす。したがって、ＣＭＰ研磨組成物において、酸化物トレンチディッシングを低減することにより、トレンチ酸化物損失を低減することが重要である。
ＣＭＰ組成物は、研磨材と、好適な化学添加剤との独特な組み合わせを含む。
本発明は、化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物に酸化物トレンチディッシング低減添加剤として化学添加剤を導入することにより、酸性、中性及びアルカリ性ｐＨ条件を含む広いｐＨ範囲における低減された酸化物トレンチディッシング、ひいては改善された過研磨ウィンドウ安定性を提供する。
化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物は、高い酸化物膜除去速度、低いＳｉＮ膜除去速度、及び高いＳｉＯ2：ＳｉＮ選択性を提供する。
化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物は、最小化された研磨性能変化量で堅固なＣＭＰ研磨性能を維持することにおいて非常に重要である、研磨材粒子の良好な平均粒子サイズ及びサイズ分布安定性をさらに提供する。
１つの側面において、
セリアコート無機酸化物粒子、セリアコート有機ポリマー粒子、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される研磨材粒子；
酸化物トレンチディッシング及び全欠陥数低減剤としての化学添加剤；
溶媒；及び
任意選択的に、
バイオサイド；及び
ｐＨ調節剤
を含み、
２〜１２、好ましくは３〜１０、より好ましくは４〜９のｐＨを有する、ＣＭＰ研磨組成物が提供される。
セリアコート無機酸化物粒子、セリアコート有機ポリマー粒子、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される研磨材粒子；
酸化物トレンチディッシング及び全欠陥数低減剤としての化学添加剤；
溶媒；及び
任意選択的に、
バイオサイド；及び
ｐＨ調節剤
を含み、
２〜１２、好ましくは３〜１０、より好ましくは４〜９のｐＨを有する、ＣＭＰ研磨組成物が提供される。
セリアコート無機酸化物粒子としては、以下に制限されるものではないが、セリアコートコロイダルシリカ、セリアコート高純度コロイダルシリカ、セリアコートアルミナ、セリアコートチタニア、セリアコートジルコニア、又は任意の他のセリアコート無機酸化物粒子が挙げられる。
セリアコート有機ポリマー粒子としては、以下に制限されるものではないが、セリアコートポリスチレン粒子、セリアコートポリウレタン粒子、セリアコートポリアクリレート粒子、又は任意の他のセリアコート有機ポリマー粒子が挙げられる。
本開示で開示される発明において、平均的な平均粒子サイズ、すなわち平均粒子サイズ（ＭＰＳ）研磨材粒子は、２〜１０００ｎｍ、５〜５００ｎｍ、１５〜４００ｎｍ、又は２５〜２５０ｎｍの範囲である。ＭＰＳは、粒子の直径を指し、動的光散乱（ＤＬＳ）法を用いて測定される。
研磨材粒子の濃度は、０．０１質量％〜２０質量％、０．０５質量％〜１０質量％、又は０．１質量％〜５質量％の範囲である。
好ましい研磨材粒子は、セリアコート無機酸化物粒子であり、より好ましい研磨材粒子は、セリアコートシリカ粒子である。
溶媒としては、以下に制限されるものではないが、脱イオン（ＤＩ）水、蒸留水、及びアルコール有機溶媒が挙げられる。
好ましい溶媒はＤＩ水である。
ＣＭＰスラリーは、０．０００１質量％〜０．０５質量％、０．０００５質量％〜０．０２５質量％、又は０．００１質量％〜０．０１質量％のバイオサイドを含有することができる。
バイオサイドとしては、以下に制限されるものではないが、Ｄｕｐｏｎｔ/Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．からのＫａｔｈｏｎTM、ＫａｔｈｏｎTM ＣＧ/ＩＣＰ ＩＩ、Ｄｕｐｏｎｔ/Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．からのＢｉｏｂａｎが挙げられる。これらは、５−クロロ−２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オン、又は２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オンの活性成分を有する。
ＣＭＰスラリーは、ｐＨ調節剤を含有することができる。
酸性又は塩基性ｐＨ調節剤を用いて、最適化されたｐＨ値に研磨組成物を調節することができる。
酸性ｐＨ調節剤としては、以下に制限されるものではないが、硝酸、塩酸、硫酸、リン酸、他の無機又は有機酸、及びこれらの混合物が挙げられる。
ｐＨ調節剤としては、水素化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、テトラアルキルアンモニウム水酸化物、有機四級アンモニウム水酸化物化合物、有機アミン、及びよりアルカリ性方向に向けてｐＨを調節するのに用いることができる他の化学試薬等の塩基性ｐＨ調節剤も挙げられる。
ＣＭＰスラリーは、０質量％〜１質量％、０．０１質量％〜０．５質量％、又は０．１質量％〜０．２５質量％のｐＨ調節剤を含有する。
ＣＭＰスラリーは、０．０１質量％〜２０質量％、０．０２５質量％〜１０質量％、０．０５質量％〜５質量％、又は０．１〜３．０質量％の化学添加剤を酸化物トレンチディッシング及び全欠陥数低減剤として含有する。
化学添加剤は、分子単位構造中に複数のヒドロキシル官能基を含有する少なくとも１つのポリオール分子単位と結合した少なくとも１つの六員環構造モチーフエーテルを含有するか、分子単位構造中に複数のヒドロキシル官能基を含有する少なくとも１つのポリオール分子単位と、少なくとも１つの六員環ポリオールとを含有する。ポリオールは、ヒドロキシル基を含有する有機化合物である。
酸化物トレンチディッシング低減剤としての化学添加剤は、少なくとも２つ、少なくとも４つ、又は少なくとも６つのヒドロキシル官能基をその分子構造中に含有する。
化学添加剤の一般分子構造は、（ａ）に示される。
１つの実施態様において、一般分子構造におけるＲ１〜Ｒ５の群における少なくとも１つのＲは、（ｂ）に示される構造を有するポリオール分子単位である。
式中、ｎ及びｍは同じか異なることができ、ｍ又はｎは１〜５、好ましくは１〜４、より好ましくは１〜３、最も好ましくは１〜２から独立に選択され、Ｒ６〜Ｒ９は同じか異なる原子又は官能基であることができ、
Ｒ１〜Ｒ５の群におけるＲの残りは、水素、アルキル、アルコキシ、１つ又はそれより多くのヒドロキシル基を有する有機基、置換有機スルホン酸又は塩、置換有機カルボン酸又は塩、有機カルボン酸エステル、有機アミン、及びこれらの組み合わせからなる群から独立に選択されることができる。
Ｒ１〜Ｒ５の群におけるＲの残りは、水素、アルキル、アルコキシ、１つ又はそれより多くのヒドロキシル基を有する有機基、置換有機スルホン酸又は塩、置換有機カルボン酸又は塩、有機カルボン酸エステル、有機アミン、及びこれらの組み合わせからなる群から独立に選択されることができる。
別の実施態様において、一般分子構造におけるＲ１〜Ｒ５の群における少なくとも１つのＲは、（ｂ）に示される構造を有するポリオール分子単位であり、一般分子構造におけるＲ１〜Ｒ５の群における少なくとも１つのＲは、（ｃ）に示される六員環ポリオールである。
式中、
ＯＲ１１、ＯＲ１２、ＯＲ１３、及びＯＲ１４の群におけるＯＲの１つは、構造（ａ）中のＯに置き換わり、
Ｒ１０、並びにＲ１０、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、及びＲ１４の群における他のＲの各々は、水素、アルキル、アルコキシ、１つ又はそれより多くのヒドロキシル基を有する有機基、置換有機スルホン酸又は塩、置換有機カルボン酸又は塩、有機カルボン酸エステル、有機アミン、及びこれらの組み合わせからなる群から独立に選択され、
Ｒ１〜Ｒ５の群におけるＲの残りは、水素、アルキル、アルコキシ、１つ又はそれより多くのヒドロキシル基を有する有機基、置換有機スルホン酸又は塩、置換有機カルボン酸又は塩、有機カルボン酸エステル、有機アミン、及びこれらの組み合わせからなる群から独立に選択されることができる。
ＯＲ１１、ＯＲ１２、ＯＲ１３、及びＯＲ１４の群におけるＯＲの１つは、構造（ａ）中のＯに置き換わり、
Ｒ１０、並びにＲ１０、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、及びＲ１４の群における他のＲの各々は、水素、アルキル、アルコキシ、１つ又はそれより多くのヒドロキシル基を有する有機基、置換有機スルホン酸又は塩、置換有機カルボン酸又は塩、有機カルボン酸エステル、有機アミン、及びこれらの組み合わせからなる群から独立に選択され、
Ｒ１〜Ｒ５の群におけるＲの残りは、水素、アルキル、アルコキシ、１つ又はそれより多くのヒドロキシル基を有する有機基、置換有機スルホン酸又は塩、置換有機カルボン酸又は塩、有機カルボン酸エステル、有機アミン、及びこれらの組み合わせからなる群から独立に選択されることができる。
一般分子構造において、Ｒ１〜Ｒ９の群におけるＲの少なくとも２つ、好ましくは４つ、より好ましくは６つは水素原子である。
Ｒの１つだけ、たとえば一般分子構造におけるＲ１〜Ｒ５の群におけるＲ５だけがｎ＝２、かつ、ｍ＝１を有するポリオール分子単位（ｂ）であり、Ｒ１〜Ｒ９の群におけるＲの残り全てが水素原子である場合、以下の２種の化学添加剤が得られる。
１つのＲ、たとえばＲ５がｎ＝２、かつ、ｍ＝１を有するポリオール分子単位（ｂ）であり、１つのＲ、たとえばＲ２が六員環ポリオールであり、Ｒ１〜Ｒ１４の群におけるＲの残り全てが水素原子である場合、以下の化学添加剤が得られる。
好ましい化学添加剤は、マルチトール、ラクチトール、マルトトリイトール、及び組み合わせを含む。
幾つかの実施態様において、ＣＭＰ研磨組成物は、２つ又はそれより多くの部分にされ、使用の時点で混合されることができる。
別の側面において、記載の化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物を用いる、二酸化ケイ素を含む少なくとも１つの表面を有する基材の化学機械研磨（ＣＭＰ）方法が提供される。
さらに別の側面において、記載の化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物を用いる二酸化ケイ素を含む少なくとも１つの表面を有する基材の化学機械研磨（ＣＭＰ）装置が提供される。
研磨される酸化物膜は、化学気相堆積（ＣＶＤ）、プラズマ増強ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、高密度堆積ＣＶＤ（ＨＤＰ）、スピンオン酸化物膜、流動性ＣＶＤ酸化物膜、炭素ドープ酸化物膜、又は窒素ドープ酸化物膜であることができる。
上記の基材は、窒化ケイ素表面をさらに含むことができる。ＳｉＯ2：ＳｉＮの除去選択性は、１０超、好ましくは２０超、より好ましくは３０超である。
ＣＭＰ組成物のディッシング性能は、酸化物トレンチディッシング速度（Å／分）対ブランケットＨＤＰ膜除去速度（Å／分）の比により特徴づけることもできる。
この比が小さいほど、酸化物トレンチディッシングも低い。≦０．１、０．０８、０．０６、０．０５、０．０３又は０．０２の比を有するＣＭＰ組成物は、良好な酸化物ディッシング性能を与える。
ＣＭＰ研磨組成物において、研磨材粒子安定性を維持して、一貫した所望のＣＭＰ研磨性能を確実にすることは非常に重要である。
ＣＭＰ研磨組成物中で化学添加剤を用いる場合、これらの化学添加剤は、組成物中の研磨材粒子の安定性に幾らかの影響を及ぼす可能性がある。
例えば、マルチトール、ラクチトール、又はこれらの誘導体を研磨組成物中の酸化物トレンチ低減剤として用いる場合、これらの化学添加剤は、ＣＭＰ研磨組成物中のセリアコート無機酸化物研磨材の安定性に幾らかの影響を及ぼす可能性がある。
典型的には、研磨材粒子安定性は、高温にて、時間に対する平均粒子サイズ（ＭＰＳ）（ｎｍ）、及び粒子サイズ分布パラメータＤ９９（ｎｍ）変化を検査することにより試験される。
特定のサイズよりも小さいサイズを有する粒子の質量パーセントとして粒子サイズ分布を定量化することができる。例えば、パラメータＤ９９（ｎｍ）は、全てのスラリー粒子の９９質量％が、Ｄ９９（ｎｍ）以下の粒子直径を有するような粒子サイズ（直径）を表す。すなわち、Ｄ９９（ｎｍ）は、粒子の９９質量％が当たるか該当する粒子サイズである。
ＭＰＳ（ｎｍ）及びＤ９９（ｎｍ）変化が小さいほど、研磨材粒子はより安定であり、したがってＣＭＰ研磨組成物もより安定である。
粒子サイズ分布を、画像化、動的光散乱、流体力学的流体分別、ディスク遠心分離等の任意の適切な方法により測定することができる。
ＭＰＳ（ｎｍ）及びＤ９９（ｎｍ）は、本件において両方とも動的光散乱により測定される。
研磨材粒子安定性を与えるＣＭＰ組成物は、２０〜６０℃、２５〜５０℃の範囲の温度における少なくとも３０日、４０日、５０日、６０日、７０日、又は１００日の保存期間に関して≦６．０％、５．０％、３．０％、２．０％、１．０％、０．５％、０．３％、又は０．１％のＭＰＳ（ｎｍ）及びＤ９９（ｎｍ）変化を有する。
以下の非制限的な例は、本発明をさらに説明するために提示される。
ＣＭＰ方法論
以下に示される例において、ＣＭＰ実験は、以下に与えられる手順及び実験条件を用いて実施された。
以下に示される例において、ＣＭＰ実験は、以下に与えられる手順及び実験条件を用いて実施された。
用語
成分
セリアコートシリカ：約２０ナノメートル（ｎｍ）〜５００ナノメートル（ｎｍ）の範囲の平均粒子サイズを有する研磨材として用いられる。
成分
セリアコートシリカ：約２０ナノメートル（ｎｍ）〜５００ナノメートル（ｎｍ）の範囲の平均粒子サイズを有する研磨材として用いられる。
（種々のサイズの）セリアコートシリカ粒子は、日本のＪＧＣ Ｉｎｃ．により供給された。
マルチトール、ラクチトール等の化学添加剤、及び他の化学原料は、ミズーリ州、セントルイスのＳｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈにより供給された。
ＴＥＯＳ：テトラエチルオルトシリケート
研磨パッド：研磨パッド、すなわちＩＣ１０１０及び他のパッドは、ＣＭＰ中に用いられ、Ｄｏｗ Ｉｎｃ．により供給された。
パラメータ
一般
Å又はＡ：オングストローム−長さの単位
一般
Å又はＡ：オングストローム−長さの単位
ＢＰ：背圧、ｐｓｉ単位
ＣＭＰ：化学機械平坦化＝化学機械研磨
ＣＳ：キャリア速度
ＤＦ：下向き圧力：ＣＭＰ中に適用される圧力、ｐｓｉ単位
ｍｉｎ：分
ｍｌ：ミリリットル
ｍＶ：ミリボルト
ｐｓｉ：ポンド毎平方インチ
ＰＳ：研磨ツールのプラテン回転速度、ｒｐｍ（回転数毎分）
ＳＦ：スラリー流量、ｍｌ／ｍｉｎ
Ｗｔ％：（列記された成分の）質量パーセント
ＴＥＯＳ：ＳｉＮ選択性：（ＴＥＯＳの除去速度）／（ＳｉＮの除去速度）
ＨＤＰ：高密度プラズマ堆積ＴＥＯＳ
ＴＥＯＳ又はＨＤＰ除去速度：所与の下向き圧力にて測定されたＴＥＯＳ又はＨＤＰ除去速度。ＣＭＰツールの下向き圧力は、例において２．０、３．０、又は４．０ｐｓｉであった。
ＳｉＮ除去速度：所与の下向き圧力にて測定されたＳｉＮ除去速度。ＣＭＰツールの下向き圧力は、例において３．０ｐｓｉであった。
計測
膜は、Ｃｒｅａｔｉｖｅ Ｄｅｓｉｇｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｉｎｃ，２０５６５Ａｌｖｅｓ Ｄｒ．，Ｃｕｐｅｒｔｉｎｏ，ＣＡ，９５０１４により製造されたＲｅｓＭａｐ ＣＤＥ、モデル１６８を用いて測定された。ＲｅｓＭａｐツールは、４点プローブシート抵抗ツールである。膜について、５ｍｍ端部除外にて４９点の直径走査を行った。
膜は、Ｃｒｅａｔｉｖｅ Ｄｅｓｉｇｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｉｎｃ，２０５６５Ａｌｖｅｓ Ｄｒ．，Ｃｕｐｅｒｔｉｎｏ，ＣＡ，９５０１４により製造されたＲｅｓＭａｐ ＣＤＥ、モデル１６８を用いて測定された。ＲｅｓＭａｐツールは、４点プローブシート抵抗ツールである。膜について、５ｍｍ端部除外にて４９点の直径走査を行った。
ＣＭＰツール
用いられたＣＭＰツールは、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，３０５０Ｂｏｗｅｒｅｓ Ａｖｅｎｕｅ，Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，９５０５４により製造された２００ｍｍＭｉｒｒａ又は３００ｍｍＲｅｆｌｅｘｉｏｎである。ＤＯＷ，Ｉｎｃ，４５１Ｂｅｌｌｅｖｕｅ Ｒｄ．，Ｎｅｗａｒｋ，ＤＥ １９７１３により供給されたＩＣ１０００パッドを、ブランケット及びパターンウェハ研究に関してプラテン１上で用いた。
用いられたＣＭＰツールは、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，３０５０Ｂｏｗｅｒｅｓ Ａｖｅｎｕｅ，Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，９５０５４により製造された２００ｍｍＭｉｒｒａ又は３００ｍｍＲｅｆｌｅｘｉｏｎである。ＤＯＷ，Ｉｎｃ，４５１Ｂｅｌｌｅｖｕｅ Ｒｄ．，Ｎｅｗａｒｋ，ＤＥ １９７１３により供給されたＩＣ１０００パッドを、ブランケット及びパターンウェハ研究に関してプラテン１上で用いた。
ＩＣ１０１０又は他のパッドは、コンディショナー上で７ｌｂｓの下向き力にて１８分間パッドをコンディショニングすることにより調整された。ツールの設定及びパッド調整を適格とするために、２つのタングステンモニターと２つのＴＥＯＳモニターが、Ｖｅｒｓｕｍ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｉｎｃ．により供給されたＶｅｒｓｕｍ（登録商標）ＳＴＩ２３０５スラリーにより、ベースライン条件で研磨された。
ウェハ
研磨実験は、ＰＥＣＶＤ又はＬＥＣＶＤ又はＨＤ ＴＥＯＳウェハを用いて実施された。これらのブランケットウェハは、Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｖａｌｌｅｙ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２９８５ Ｋｉｆｅｒ Ｒｄ.,Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ,ＣＡ９５０５１から購入した。
研磨実験は、ＰＥＣＶＤ又はＬＥＣＶＤ又はＨＤ ＴＥＯＳウェハを用いて実施された。これらのブランケットウェハは、Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｖａｌｌｅｙ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２９８５ Ｋｉｆｅｒ Ｒｄ.,Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ,ＣＡ９５０５１から購入した。
研磨実験
ブランケットウェハ研究において、酸化物ブランケットウェハ及びＳｉＮブランケットウェハは、ベースライン条件で研磨された。ツールベースライン条件は、テーブル速度；８７ｒｐｍ、ヘッド速度：９３ｒｐｍ、メンブレン圧：３．０ｐｓｉ、チューブ間圧力：３．１ｐｓｉ、保持リング圧：５．１ｐｓｉ、スラリー流速：２００ｍｌ／分であった。
ブランケットウェハ研究において、酸化物ブランケットウェハ及びＳｉＮブランケットウェハは、ベースライン条件で研磨された。ツールベースライン条件は、テーブル速度；８７ｒｐｍ、ヘッド速度：９３ｒｐｍ、メンブレン圧：３．０ｐｓｉ、チューブ間圧力：３．１ｐｓｉ、保持リング圧：５．１ｐｓｉ、スラリー流速：２００ｍｌ／分であった。
スラリーは、ＳＷＫ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ，Ｉｎｃ．２９２０Ｓｃｏｔｔ Ｂｌｖｄ．Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ９５０５４により供給されたパターン化ウェハ（ＭＩＴ８６０）の研磨に用いられた。これらのウェハは、Ｖｅｅｃｏ ＶＸ３００プロファイラー／ＡＦＭ装置で測定された。酸化物ディッシング測定に関して、３つの異なるサイズのピッチ構造が用いられた。ウェハは、中心、中央、及び端部のダイ位置で測定された。
ＣＭＰ研磨組成物から得られたＴＥＯＳ：ＳｉＮ選択性：（ＴＥＯＳの除去速度）／（ＳｉＮの除去速度）は調節可能であった。
実施例
以下の実施例において、０．２質量％のセリアコートシリカ、０．０００１質量％〜０．０５質量％の範囲のバイオサイド、及び脱イオン水を含む参照（ｒｅｆ．）研磨組成物が調製された。
以下の実施例において、０．２質量％のセリアコートシリカ、０．０００１質量％〜０．０５質量％の範囲のバイオサイド、及び脱イオン水を含む参照（ｒｅｆ．）研磨組成物が調製された。
研磨組成物は、参照（０．２質量％のセリアコートシリカ、０．０００１質量％〜０．０５質量％の範囲のバイオサイド、及び脱イオン水）、及び０．０１質量％〜２．０質量％の範囲の化学添加剤により調製された。
異なるｐＨ条件の例で用いられた組成物を除く例における全ての組成物は、５．３５のｐＨを有していた。
酸性ｐＨ条件及びアルカリ性ｐＨ条件のために用いられるｐＨ調節剤は、それぞれ硝酸及び水酸化アンモニウムであった。
例１
例１において、研磨組成物は、表１に示されるように調製された。化学添加剤マルチトール又はラクチトールは、それぞれ０．２８質量％にて用いられた。
例１において、研磨組成物は、表１に示されるように調製された。化学添加剤マルチトール又はラクチトールは、それぞれ０．２８質量％にて用いられた。
異なる膜についての除去速度（ＲＲ、Å／ｍｉｎ）が試験された。２種の選択された化学添加剤マルチトール及びラクチトールの膜除去速度及び選択性への影響が観察された。
試験結果は、表１及び図１に示された。
表１及び図１に示される結果のように、研磨組成物への化学添加剤マルチトール又はラクチトールの添加は、ＳｉＮ除去速度を大いに抑制し、一方で、依然として高いＴＥＯＳ及びＨＤＰ膜除去速度を与え、したがって酸化物：ＳｉＮ膜研磨選択性を大いに増加させた。
例２
例２において、研磨組成物は、表２に示されるように調製された。化学添加剤マルチトール又はラクチトールは、それぞれ０．２８質量％にて用いられた。全てのサンプルは、５．３５のｐＨを有していた。
例２において、研磨組成物は、表２に示されるように調製された。化学添加剤マルチトール又はラクチトールは、それぞれ０．２８質量％にて用いられた。全てのサンプルは、５．３５のｐＨを有していた。
異なる過研磨時間なし又はありでの酸化物トレンチディッシングが試験された。
過研磨時間に対する酸化物トレンチディッシングへのマルチトール又はラクチトールの影響が観察された。
試験結果は、表２及び図２に示された。
表２及び図２に示される結果のように、化学添加剤マルチトール又はラクチトールの添加による研磨組成物は、６０秒又は１２０秒の過研磨（ＯＰ）時間が適用された場合に、１００μｍピッチ及び２００μｍピッチそれぞれで低い酸化物トレンチディッシングを与えた。
組成物は、化学添加剤マルチトール又はラクチトールを有さない参照研磨組成物と比較して、大きな酸化物トレンチディッシングの低減を与えた。
表３に、酸化物トレンチディッシング速度（Å／ｍｉｎ）対ブランケットＨＤＰ膜除去速度（Å／ｍｉｎ）の比を示した。
表３に示される結果のように、研磨組成物への酸化物トレンチディッシング低減剤としてのマルチトール又はラクチトールの添加は、トレンチディッシング速度対ブランケットＨＤＰ膜除去速度の比を大いに低減した。この比が低いほど、酸化物トレンチディッシングも低い。
酸化物トレンチディッシング対ＯＰ除去量の傾きは、表４及び図３に示された。
表４及び図３に示された結果は、化学添加剤マルチトール又はラクチトールを含む組成物がより低い傾きを与えたことを示し、このことは、低い酸化物トレンチディッシング、さらに過研磨工程において除去される酸化物膜を維持する良好な過研磨ウィンドウを示した。
表４及び図３に示されたように、マルチトール又はラクチトール等の化学添加剤、及びセリアコートシリカを含むＣＭＰ研磨組成物は、セリアコートシリカ研磨材に基づく参照サンプルについて得られた傾き値と比較して、はるかに低い傾き値を再び示した。
例３
例３において、トレンチ酸化物損失速度は、参照、及びマルチトール又はラクチトールを含む実施例組成物を用いる研磨組成物に関して比較された。
例３において、トレンチ酸化物損失速度は、参照、及びマルチトール又はラクチトールを含む実施例組成物を用いる研磨組成物に関して比較された。
試験結果は、表５及び図４に示された。
表４に示される結果のように、研磨組成物への酸化物トレンチディッシング低減剤としてのマルチトール又はラクチトールの添加に関し、トレンチ損失速度は、係る化学添加剤を用いない参照サンプルに対して大いに低減された。
例４
組成物は、表６に示されるように調製された。参照組成物は、いかなる化学添加剤も用いなかった。実施例組成物は、研磨材としての０．２質量％のセリアコートシリカ、化学添加剤としての０．２８質量％のラクチトール、バイオサイド、ＤＩ水、及び種々のｐＨ条件を与えるｐＨ調節剤を含んでいた。
組成物は、表６に示されるように調製された。参照組成物は、いかなる化学添加剤も用いなかった。実施例組成物は、研磨材としての０．２質量％のセリアコートシリカ、化学添加剤としての０．２８質量％のラクチトール、バイオサイド、ＤＩ水、及び種々のｐＨ条件を与えるｐＨ調節剤を含んでいた。
種々の膜についての除去速度（ＲＲ、Å／ｍｉｎ）が試験された。膜除去速度及び選択性に対するｐＨ条件の影響が観察された。
試験結果は、表６及び図５に示された。
表６及び図５に示される結果のように、酸化物トレンチディッシング低減剤としてラクチトールを有する実施例組成物は、３つの異なるｐＨ条件（酸性、中性及びアルカリ性）において、類似の高いＴＥＯＳ及びＨＤＰ膜除去速度を与え、同様にＳｉＮ膜除去速度を抑制した。高いＴＥＯＳ：ＳｉＮ選択性も維持された。
表６及び図５に示される結果のように、酸化物トレンチディッシング低減剤としてラクチトールを有する実施例組成物は、３つの異なるｐＨ条件（酸性、中性及びアルカリ性）において、類似の高いＴＥＯＳ及びＨＤＰ膜除去速度を与え、同様にＳｉＮ膜除去速度を抑制した。高いＴＥＯＳ：ＳｉＮ選択性も維持された。
さらに、研磨時間に対し、化学添加剤としてラクチトールを含まない、又は含む組成物を用いて酸化物トレンチディッシングが試験された。
過研磨時間に対する酸化物トレンチディッシングへの異なるｐＨ条件におけるラクチトール含有研磨組成物の影響が観察された。
試験結果は、表７及び図６に示された。
表７及び図６に示される結果のように、化学添加剤ラクチトールを含む研磨組成物は、３つの異なる試験されたｐＨ条件において、６０秒又は１２０秒の過研磨時間が適用された際に、１００μｍピッチ、及び２００μｍピッチそれぞれで低い酸化物トレンチディッシングを与えた。
酸化物トレンチディッシング低減剤としてラクチトールを含む組成物は、化学添加剤ラクチトールを有さない参照研磨組成物と比較して、大きな酸化物トレンチディッシングの低減を与えた。
異なるｐＨにおける酸化物トレンチディッシング速度（Å／ｍｉｎ）対ブランケットＨＤＰ膜ＲＲ（Å／ｍｉｎ）の比は、表８に示された。
表８に示される結果のように、研磨組成物への酸化物トレンチディッシング低減剤としてのラクチトールの添加は、ｐＨ５．３５において参照サンプルに関して得られる比と比較して、異なるｐＨ条件におけるトレンチディッシング速度対ブランケットＨＤＰ膜除去速度の比を大いに低減した。
酸化物トレンチディッシング対ＯＰ除去量の傾きは、表９及び図７に示された。
表９及び図７に示された結果は、化学添加剤ラクチトールを含む組成物が、より小さいトレンチディッシング対過研磨除去量の傾きを与えたことを示し、このことは、３つの試験されたｐＨ条件全てにおいて、低い酸化物トレンチディッシング、さらに過研磨工程において除去される酸化物膜を維持する良好な過研磨ウィンドウを示した。
トレンチ酸化物損失速度が、（異なるｐＨ条件において）ラクチトールを用いる研磨組成物と、ｐＨ５．３５においてラクチトールを用いない参照との間で比較された。
結果は、表１０及び図８に示された。
表１０及び図８に示される結果のように、ラクチトールを用いない参照サンプルと比較して、異なるｐＨ条件において、ラクチトールを含む研磨組成物に関し、トレンチ損失速度は大いに低減された。
種々のｐＨ条件において得られた研磨試験結果は、酸性、中性、又はアルカリ性ｐＨ条件の広いｐＨ範囲で、開示された化学添加剤を含むＣＭＰ研磨組成物を用いることができることを示す。
例５
この例において、化学添加剤を有する組成物中のセリアコートシリカ研磨材粒子の安定性は、平均粒子サイズの変化と粒子サイズ分布Ｄ９９の変化を測定することにより検査された。
この例において、化学添加剤を有する組成物中のセリアコートシリカ研磨材粒子の安定性は、平均粒子サイズの変化と粒子サイズ分布Ｄ９９の変化を測定することにより検査された。
参照組成物は、０．２質量％のセリアコートシリカ研磨材、及び非常に低濃度のバイオサイドを用いて調製され、ｐＨは５．３５に調節された。
実施例組成物は、０．２質量％又は他の質量％のセリアコートシリカ研磨材、非常に低濃度のバイオサイド、種々の濃度の酸化物トレンチディッシング低減剤としてのマルチトール又はラクチトールを用いて製造され、ｐＨは５．３５に調節された。
研磨組成物の研磨材粒子安定性試験は、５０℃において少なくとも１０日間実施された。
研磨材粒子のＭＰＳ（ｎｍ）及びＤ９９（ｎｍ）は、動的光散乱（ＤＬＳ）法を用いて測定された。
安定性試験結果は、表１１及び図９に示された。
データは、０．２質量％のセリアコートシリカ粒子が、５０℃において２２日までに８．２６×１０-4未満及び０．４％未満の平均粒子サイズ変化を有していたことを示した。
０．２質量％のセリアコートシリカ粒子は、０．１５質量％のマルチトール、及び０．１５質量％のラクチトールをそれぞれ有する組成物中で、５０℃において３２日目までに０．１％未満及び２．７％未満の平均粒子サイズ変化を有していた。
データは、０．２質量％のセリアコートシリカ粒子が、０．１５質量％のマルチトール、及び０．１５質量％のラクチトールをそれぞれ有する組成物中で、５０℃において３２日目までに１．８％未満及び１．３％未満のＤ９９変化を有していたことも示した。
異なるＭＰＳ（１２０ｎｍ）を有する研磨材粒子を用いて、追加の安定性試験が実施され、マルチトールを含む組成物を用いてより長く（６２日）実施された。結果は、表１２及び図１０に示された。
データは、０．２質量％のセリアコートシリカ粒子が、５０℃において６２日目までにそれぞれ８．５×１０-4未満及び０．６３％未満のＭＰＳ及びＤ９９変化を有していたことも示した。
さらに、粒子安定性試験は、より高濃度のセリアコートシリカ研磨材（０．２質量％超）、及び酸化物トレンチディッシング低減剤としてより高濃度のマルチトール（０．１５質量％超）を含む研磨組成物について５０℃にて実施された。
試験結果は、表１３及び図１１に示された。
データは、０．８質量％のセリアコートシリカ粒子が、それぞれ０．６質量％のマルチトールを有する組成物において、５０℃において４２日目まで、それぞれ０．４１％未満及び０．２３％未満のＭＰＳ及びＤ９９変化を有していたことも示した。
１．６質量％のセリアコートシリカ粒子は、それぞれ１．２質量％のマルチトールを有する組成物において、５０℃において４２日目まで、それぞれ１．２％未満及び１．６％未満のＭＰＳ及びＤ９９変化を有していた。
２．４質量％のセリアコートシリカ粒子は、それぞれ１．８質量％のマルチトールを有する組成物において、５０℃において４２日目まで、それぞれ０．３３％未満及び０．２３％未満のＭＰＳ及びＤ９９変化を有していた。
表９、１０、及び１１、並びに図９、１０、及び１１に示される結果のように、研磨材としてのセリアコートシリカ粒子と共に、マルチトール又はラクチトールが酸化物トレンチディッシング低減剤としてとして用いられた場合、粒子ＭＰＳ（ｎｍ）及び粒子サイズ分布Ｄ９９（ｎｍ）の変化が、高温試験温度においてさえ、それぞれ１．８％未満及び２．７％未満であったように、研磨組成物は、非常に良好な研磨材粒子サイズ安定性を示した。
したがって、研磨材粒子は、開示されたＣＭＰ研磨組成物中で安定であった。
例６
以下の３種の研磨組成物は、欠陥数試験のために調製された。
以下の３種の研磨組成物は、欠陥数試験のために調製された。
第一のサンプルは、０．５質量％の焼成セリア研磨材、０．０５質量％のポリアクリレート塩、及び低濃度のバイオサイドを用いて製造された。第一のサンプルは、焼成セリア研磨材、及び分散及びトレンチディッシング低減のための化学添加剤としてのポリアクリレート塩で構成された既知の研磨ＣＭＰ組成物であるため、選ばれた。
第二のサンプルは、０．２質量％のセリアコートシリカ研磨材、０．２８質量％のマルチトール、及び低濃度のバイオサイドを用いて調製され、第三のサンプルは、０．２質量％のセリアコートシリカ研磨材、０．２８質量％のラクチトール、及び低濃度のバイオサイドを用いて調製された。全ての３種の配合物は、５．３５のｐＨ値を有する。
比較のために用いられる類似の誘電体膜除去速度を得るために、より高濃度の焼成セリア研磨材が、サンプル１中で用いられた。
研磨されたＴＥＯＳ及びＳｉＮウェハ上の全欠陥数は、上記の３種の研磨組成物を用いて比較された。全欠陥数結果は、表１４及び図１２に示された。
表１２及び図１２に示される全欠陥数結果のように、研磨材としてセリアコートシリカ粒子、及びトレンチディッシング低減剤としてマルチトール又はラクチトールのいずれかを用いる研磨組成物は、焼成セリア研磨材、及び化学添加剤としてのポリアクリレート塩で構成された既知の研磨組成物を用いて得られた全欠陥数より大いに低い、研磨されたＴＥＯＳ及びＳｉＮウェハ上での全欠陥数を与えた。
したがって、本発明におけるＣＭＰ研磨組成物は、研磨中、及び研磨後の低減された全欠陥数を与える。
実施例を含む上記に示された本発明の実施態様は、本発明から作り出すことのできる種々の例示的な実施態様である。種々の他の構成のプロセスを用いることができ、プロセスにおいて用いられる材料を、具体的に開示されたもの以外の種々の材料から選択することができることが企図される。
Claims (26)
- セリアコートコロイダルシリカ、セリアコート高純度コロイダルシリカ、セリアコートアルミナ、セリアコートチタニア、セリアコートジルコニア粒子、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるセリアコート無機酸化物粒子；セリアコートポリスチレン粒子、セリアコートポリウレタン粒子、セリアコートポリアクリレート粒子、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるセリアコート有機ポリマー粒子；及びこれらの組み合わせからなる群から選択される研磨材粒子；
化学添加剤；
脱イオン（ＤＩ）水、蒸留水、及びアルコール有機溶媒からなる群から選択される溶媒；及び
任意選択的に、
バイオサイド；及び
ｐＨ調節剤
を含み、
２〜１２のｐＨを有する化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物であって、
前記化学添加剤が、（ａ）
（１）
（ｉ）Ｒ１〜Ｒ５の群における少なくとも１つのＲは、（ｂ）：
に示される構造を有するポリオール分子単位であり、かつ、
（ｉｉ）Ｒ１〜Ｒ５の群における他のＲの各々は、水素、アルキル、アルコキシ、１つ又はそれより多くのヒドロキシル基を有する有機基、置換有機スルホン酸又は塩、置換有機カルボン酸又は塩、有機カルボン酸エステル、有機アミン、及びこれらの組み合わせからなる群から独立に選択される；及び
（２）
（ｉ）Ｒ１〜Ｒ５の群における少なくとも１つのＲは、（ｂ）：
に示される構造を有するポリオール分子単位であり、
（ｉｉ）Ｒ１〜Ｒ５の群における少なくとも１つのＲは、（ｃ）：
Ｒ１０、並びにＲ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、及びＲ１４の群における他のＲの各々は、水素、アルキル、アルコキシ、１つ又はそれより多くのヒドロキシル基を有する有機基、置換有機スルホン酸又は塩、置換有機カルボン酸又は塩、有機カルボン酸エステル、有機アミン、及びこれらの組み合わせからなる群から独立に選択される。）
に示される六員環ポリオールであり、かつ、
（ｉｉｉ）Ｒ１〜Ｒ５の群における他のＲの各々は、水素、アルキル、アルコキシ、１つ又はそれより多くのヒドロキシル基を有する有機基、置換有機スルホン酸又は塩、置換有機カルボン酸又は塩、有機カルボン酸エステル、有機アミン、及びこれらの組み合わせからなる群から独立に選択される；
からなる群から選択される。）；
に示されるように、その分子構造中に少なくとも４つのヒドロキシル官能基を有する、化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物（ただし、アニオン性リン酸塩分散剤を含むものを除く）。 - 前記研磨材粒子が、０．０５質量％〜１０質量％の範囲であり、５ｎｍ〜５００ｎｍの範囲の平均粒子サイズを有し、
前記化学添加剤が、０．０１質量％〜２０．０質量％の範囲であり、その分子構造中に少なくとも６つのヒドロキシル官能基を有し、
前記組成物が３〜１０のｐＨを有する、請求項１に記載の化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物。 - 研磨材粒子が、２０〜６０℃の範囲の温度における≧３０日の保存期間に亘って≦５．０％の平均粒子サイズＭＰＳ（ｎｍ）及びＤ９９（ｎｍ）の変化を有し、Ｄ９９（ｎｍ）は、９９質量％の粒子が入る粒子サイズである、請求項２に記載の化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物。
- 前記研磨材粒子が、５ｎｍ〜５００ｎｍの範囲の平均粒子サイズを有し、０．０５質量％〜１０質量％の濃度を有し、
前記化学添加剤が、（１）から選択されるＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、及びＲ５（群Ｒ１〜Ｒ５におけるＲ）を有し、０．０５質量％〜５質量％の範囲であり、
前記組成物が３〜１０のｐＨを有し、
前記研磨材粒子が、２０〜６０℃の範囲の温度における≧３０日の保存期間に亘って≦３．０％の平均粒子サイズＭＰＳ（ｎｍ）及びＤ９９（ｎｍ）の変化を有し、Ｄ９９（ｎｍ）は、９９質量％の粒子が入る粒子サイズである、請求項１に記載の化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物。 - ポリオール分子単位（ｂ）が、以下：
前記溶媒が脱イオン（ＤＩ）水であり、
前記セリアコートコロイダルシリカ粒子が、≦２．０％の平均粒子サイズＭＰＳ（ｎｍ）及びＤ９９（ｎｍ）の変化を有する、請求項４に記載の化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物。 - 前記研磨材粒子が、５ｎｍ〜５００ｎｍの範囲の平均粒子サイズを有し、０．０５質量％〜１０質量％の濃度を有し、
前記化学添加剤が、（２）から選択されるＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、及びＲ５（群Ｒ１〜Ｒ５におけるＲ）を有し、０．０５質量％〜５質量％の範囲であり、
前記組成物が３〜１０のｐＨを有し、
前記研磨材粒子が、２０〜６０℃の範囲の温度における≧３０日の保存期間に亘って≦３．０％の平均粒子サイズＭＰＳ（ｎｍ）及びＤ９９（ｎｍ）の変化を有し、Ｄ９９（ｎｍ）は、９９質量％の粒子が入る粒子サイズである、請求項１に記載の化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物。 - ポリオール分子単位（ｂ）が、以下：
前記溶媒が脱イオン（ＤＩ）水であり、
前記セリアコートコロイダルシリカ粒子が、≦２．０％の平均粒子サイズＭＰＳ（ｎｍ）及びＤ９９（ｎｍ）の変化を有する、請求項６に記載の化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物。 - 前記組成物が、
セリアコートコロイダルシリカ粒子；
マルチトール、ラクチトール、マルトトリイトール、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される化学添加剤；及び
水
を含む、請求項１に記載の化学機械研磨組成物。 - ５−クロロ−２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オン、２−メチル−イソチアゾリン−３−オン、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される活性成分を有する０．０００１質量％〜０．０５質量％のバイオサイド；
酸性ｐＨ条件に関して硝酸、塩酸、硫酸、リン酸、他の無機又は有機酸、及びこれらの混合物からなる群から選択されるか、アルカリ性ｐＨ条件に関して水素化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、テトラアルキルアンモニウム水酸化物、有機四級アンモニウム水酸化物化合物、有機アミン、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される０質量％〜１質量％のｐＨ調節剤；及び
これらの組み合わせ
からなる群から選択される１つを含む、請求項１に記載の化学機械研磨組成物。 - （ａ）半導体基材を与えることと；
（ｂ）研磨パッドを与えることと；
（ｃ）
セリアコートコロイダルシリカ、セリアコート高純度コロイダルシリカ、セリアコートアルミナ、セリアコートチタニア、セリアコートジルコニア粒子、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるセリアコート無機酸化物粒子；セリアコートポリスチレン粒子、セリアコートポリウレタン粒子、セリアコートポリアクリレート粒子、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるセリアコート有機ポリマー粒子；及びこれらの組み合わせからなる群から選択される研磨材粒子；
化学添加剤；
脱イオン（ＤＩ）水、蒸留水、及びアルコール有機溶媒からなる群から選択される溶媒；及び
任意選択的に、
バイオサイド；及び
ｐＨ調節剤
を含み、
２〜１２のｐＨを有する化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物であって、
前記化学添加剤が、（ａ）
（１）
（ｉ）Ｒ１〜Ｒ５の群における少なくとも１つのＲは、（ｂ）：
に示される構造を有するポリオール分子単位であり、かつ、
（ｉｉ）Ｒ１〜Ｒ５の群における他のＲの各々は、水素、アルキル、アルコキシ、１つ又はそれより多くのヒドロキシル基を有する有機基、置換有機スルホン酸又は塩、置換有機カルボン酸又は塩、有機カルボン酸エステル、有機アミン、及びこれらの組み合わせからなる群から独立に選択される；及び
（２）
（ｉ）Ｒ１〜Ｒ５の群における少なくとも１つのＲは、（ｂ）：
に示される構造を有するポリオール分子単位であり、
（ｉｉ）Ｒ１〜Ｒ５の群における少なくとも１つのＲは、（ｃ）：
Ｒ１０、並びにＲ１０、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、及びＲ１４の群における他のＲの各々は、水素、アルキル、アルコキシ、１つ又はそれより多くのヒドロキシル基を有する有機基、置換有機スルホン酸又は塩、置換有機カルボン酸又は塩、有機カルボン酸エステル、有機アミン、及びこれらの組み合わせからなる群から独立に選択される。）
に示される六員環ポリオールであり、かつ、
（ｉｉｉ）Ｒ１〜Ｒ５の群における他のＲの各々は、水素、アルキル、アルコキシ、１つ又はそれより多くのヒドロキシル基を有する有機基、置換有機スルホン酸又は塩、置換有機カルボン酸又は塩、有機カルボン酸エステル、有機アミン、及びこれらの組み合わせからなる群から独立に選択される；
からなる群から選択される。）；
に示されるように、その分子構造中に少なくとも４つのヒドロキシル官能基を有する、化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物（ただし、アニオン性リン酸塩分散剤を含むものを除く）を与えることと；
（ｄ）前記半導体基材の表面を前記研磨パッド及び前記化学機械研磨組成物と接触させることと；
（ｅ）二酸化ケイ素膜を含む少なくとも１つの表面を研磨することと
を含む、酸化ケイ素膜を含む少なくとも１つの表面を有する半導体基材の化学機械研磨（ＣＭＰ）方法であって、
前記酸化ケイ素膜が、化学気相堆積（ＣＶＤ）、プラズマ増強ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、高密度堆積ＣＶＤ（ＨＤＰ）、又はスピンオン酸化ケイ素膜、流動性ＣＶＤ酸化物膜、炭素ドープ酸化物膜、窒素ドープ酸化物膜、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される方法。 - 前記化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物が、
５ｎｍ〜５００ｎｍの範囲の平均粒子サイズを有する０．０５質量％〜１０質量％の研磨材粒子；
少なくとも６つのヒドロキシル官能基を分子構造中に有する０．０１質量％〜２０．０質量％の化学添加剤
を含み、
前記研磨材粒子が、２０〜６０℃の範囲の温度における≧３０日の保存期間に亘って≦５．０％の平均粒子サイズＭＰＳ（ｎｍ）及びＤ９９（ｎｍ）の変化を有し、Ｄ９９（ｎｍ）は、９９質量％の粒子が入る粒子サイズであり、
前記化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物が３〜１０のｐＨを有する、請求項１０に記載の方法。 - 前記化学添加剤が、（１）から選択されるＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、及びＲ５（群Ｒ１〜Ｒ５におけるＲ）を有し；
前記研磨材粒子が、２０〜６０℃の範囲の温度における≧３０日の保存期間に亘って≦３．０％の平均粒子サイズＭＰＳ（ｎｍ）及びＤ９９（ｎｍ）の変化を有し、Ｄ９９（ｎｍ）は、９９質量％の粒子が入る粒子サイズであり、
酸化物トレンチディッシング速度（Å／ｍｉｎ）対ブランケット酸化物膜除去速度（Å／ｍｉｎ）の比が≦０．１である、請求項１１に記載の方法。 - 前記化学添加剤中のポリオール分子単位（ｂ）が、以下：
前記溶媒が脱イオン（ＤＩ）水であり、
前記研磨材粒子が、≦２．０％の平均粒子サイズＭＰＳ（ｎｍ）及びＤ９９（ｎｍ）の変化を有し、
酸化物トレンチディッシング速度（Å／ｍｉｎ）対ブランケット酸化物膜除去速度（Å／ｍｉｎ）の比が≦０．０５である、請求項１２に記載の方法。 - 前記研磨材粒子が、セリアコートコロイダルシリカ粒子であり、
前記化学添加剤が、（２）から選択されるＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、及びＲ５（群Ｒ１〜Ｒ５におけるＲ）を有し、
前記研磨材粒子が、２０〜６０℃の範囲の温度における≧３０日の保存期間に亘って≦３．０％の平均粒子サイズＭＰＳ（ｎｍ）及びＤ９９（ｎｍ）の変化を有し、Ｄ９９（ｎｍ）は、９９質量％の粒子が入る粒子サイズであり、
酸化物トレンチディッシング速度（Å／ｍｉｎ）対ブランケットＨＤＰ膜除去速度（Å／ｍｉｎ）の比が≦０．１である、請求項１１に記載の方法。 - 前記化学添加剤中のポリオール分子単位（ｂ）が、以下：
前記溶媒が脱イオン（ＤＩ）水であり、
前記研磨材粒子が、≦２．０％の平均粒子サイズＭＰＳ（ｎｍ）及びＤ９９（ｎｍ）の変化を有し、
酸化物トレンチディッシング速度（Å／ｍｉｎ）対ブランケット酸化物膜除去速度（Å／ｍｉｎ）の比が≦０．０５である、請求項１４に記載の方法。 - 前記組成物が、
セリアコートコロイダルシリカ粒子；
マルチトール、ラクチトール、マルトトリイトール、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される化学添加剤；及び
水
を含む、請求項１１に記載の方法。 - 前記組成物が、
５−クロロ−２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オン、２−メチル−イソチアゾリン−３−オン、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される活性成分を有する０．０００１質量％〜０．０５質量％のバイオサイド；
酸性ｐＨ条件に関して硝酸、塩酸、硫酸、リン酸、他の無機又は有機酸、及びこれらの混合物からなる群から選択されるか、アルカリ性ｐＨ条件に関して水素化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、テトラアルキルアンモニウム水酸化物、有機四級アンモニウム水酸化物化合物、有機アミン、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される０質量％〜１質量％のｐＨ調節剤；及び
これらの組み合わせ
からなる群から選択される１つを含む、請求項１１に記載の方法。 - 前記半導体基材が、窒化ケイ素表面をさらに含み、酸化ケイ素：窒化ケイ素の除去選択性が２０超である、請求項１０に記載の方法。
- ａ．半導体基材；
ｂ．研磨パッド；並びに
ｃ．
セリアコートコロイダルシリカ、セリアコート高純度コロイダルシリカ、セリアコートアルミナ、セリアコートチタニア、セリアコートジルコニア粒子、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるセリアコート無機酸化物粒子；セリアコートポリスチレン粒子、セリアコートポリウレタン粒子、セリアコートポリアクリレート粒子、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるセリアコート有機ポリマー粒子；及びこれらの組み合わせからなる群から選択される研磨材粒子；
化学添加剤；
脱イオン（ＤＩ）水、蒸留水、及びアルコール有機溶媒からなる群から選択される溶媒；及び
任意選択的に、
バイオサイド；及び
ｐＨ調節剤
を含み、
２〜１２のｐＨを有する化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物であって、
前記化学添加剤が、（ａ）
（１）
（ｉ）Ｒ１〜Ｒ５の群における少なくとも１つのＲは、（ｂ）：
に示される構造を有するポリオール分子単位であり、かつ、
（ｉｉ）Ｒ１〜Ｒ５の群における他のＲの各々は、水素、アルキル、アルコキシ、１つ又はそれより多くのヒドロキシル基を有する有機基、置換有機スルホン酸又は塩、置換有機カルボン酸又は塩、有機カルボン酸エステル、有機アミン、及びこれらの組み合わせからなる群から独立に選択される；及び
（２）
（ｉ）Ｒ１〜Ｒ５の群における少なくとも１つのＲは、（ｂ）：
に示される構造を有するポリオール分子単位であり、
（ｉｉ）Ｒ１〜Ｒ５の群における少なくとも１つのＲは、（ｃ）：
Ｒ１０、並びにＲ１０、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、及びＲ１４の群における他のＲの各々は、水素、アルキル、アルコキシ、１つ又はそれより多くのヒドロキシル基を有する有機基、置換有機スルホン酸又は塩、置換有機カルボン酸又は塩、有機カルボン酸エステル、有機アミン、及びこれらの組み合わせからなる群から独立に選択される。）
に示される六員環ポリオールであり、かつ、
（ｉｉｉ）Ｒ１〜Ｒ５の群における他のＲの各々は、水素、アルキル、アルコキシ、１つ又はそれより多くのヒドロキシル基を有する有機基、置換有機スルホン酸又は塩、置換有機カルボン酸又は塩、有機カルボン酸エステル、有機アミン、及びこれらの組み合わせからなる群から独立に選択される；
からなる群から選択される。）；
に示されるように、その分子構造中に少なくとも４つのヒドロキシル官能基を有する、化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物（ただし、アニオン性リン酸塩分散剤を含むものを除く）
を含む、酸化ケイ素膜を含む少なくとも１つの表面を有する半導体基材の化学機械研磨（ＣＭＰ）装置であって、
前記酸化ケイ素膜が、化学気相堆積（ＣＶＤ）、プラズマ増強ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、高密度堆積ＣＶＤ（ＨＤＰ）、又はスピンオン酸化ケイ素膜；及び流動性ＣＶＤ酸化物膜、炭素ドープ酸化物膜、窒素ドープ酸化物膜、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、
前記酸化ケイ素膜を含む少なくとも１つの表面が、前記研磨パッド及び前記化学機械研磨組成物と接触している装置。 - 前記化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物が、
５ｎｍ〜５００ｎｍの範囲の平均粒子サイズを有する０．０５質量％〜１０質量％の研磨材粒子；
少なくとも６つのヒドロキシル官能基を分子構造中に有する０．０１質量％〜２０．０質量％の化学添加剤
を含み、
前記研磨材粒子が、２０〜６０℃の範囲の温度における≧３０日の保存期間に亘って≦５．０％の平均粒子サイズＭＰＳ（ｎｍ）及びＤ９９（ｎｍ）の変化を有し、Ｄ９９（ｎｍ）は、９９質量％の粒子が入る粒子サイズであり、
前記化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物が３〜１０のｐＨを有する、請求項１９に記載の装置。 - 前記化学添加剤が、（１）から選択されるＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、及びＲ５（群Ｒ１〜Ｒ５におけるＲ）を有し；
前記研磨材粒子が、２０〜６０℃の範囲の温度における≧３０日の保存期間に亘って≦３．０％の平均粒子サイズＭＰＳ（ｎｍ）及びＤ９９（ｎｍ）の変化を有し、Ｄ９９（ｎｍ）は、９９質量％の粒子が入る粒子サイズであり、
酸化物トレンチディッシング速度（Å／ｍｉｎ）対ブランケット酸化物膜除去速度（Å／ｍｉｎ）の比が≦０．１である、請求項１９に記載の装置。 - 前記化学添加剤中のポリオール分子単位（ｂ）が、以下：
前記溶媒が脱イオン（ＤＩ）水であり、
前記研磨材粒子が、≦２．０％の平均粒子サイズＭＰＳ（ｎｍ）及びＤ９９（ｎｍ）の変化を有し、
酸化物トレンチディッシング速度（Å／ｍｉｎ）対ブランケット酸化物膜除去速度（Å／ｍｉｎ）の比が≦０．０５である、請求項２１に記載の装置。 - 前記研磨材粒子が、セリアコートコロイダルシリカ粒子であり、
前記化学添加剤が、（２）から選択されるＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、及びＲ５（群Ｒ１〜Ｒ５におけるＲ）を有し、
前記研磨材粒子が、２０〜６０℃の範囲の温度における≧３０日の保存期間に亘って≦３．０％の平均粒子サイズＭＰＳ（ｎｍ）及びＤ９９（ｎｍ）の変化を有し、Ｄ９９（ｎｍ）は、９９質量％の粒子が入る粒子サイズであり、
酸化物トレンチディッシング速度（Å／ｍｉｎ）対ブランケットＨＤＰ膜除去速度（Å／ｍｉｎ）の比が≦０．１である、請求項１９に記載の装置。 - 前記化学添加剤中のポリオール分子単位（ｂ）が、以下：
前記溶媒が脱イオン（ＤＩ）水であり、
前記セリアコートコロイダルシリカ粒子が、≦２．０％の平均粒子サイズＭＰＳ（ｎｍ）及びＤ９９（ｎｍ）の変化を有し、
酸化物トレンチディッシング速度（Å／ｍｉｎ）対ブランケット酸化物膜除去速度（Å／ｍｉｎ）の比が≦０．０５である、請求項２３に記載の装置。 - 前記組成物が、
セリアコートコロイダルシリカ粒子；
マルチトール、ラクチトール、マルトトリイトール、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される化学添加剤；及び
水
を含む、請求項１９に記載の装置。 - 前記組成物が、
５−クロロ−２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オン、２−メチル−イソチアゾリン−３−オン、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される活性成分を有する０．０００１質量％〜０．０５質量％のバイオサイド；
酸性ｐＨ条件に関して硝酸、塩酸、硫酸、リン酸、他の無機又は有機酸、及びこれらの混合物からなる群から選択されるか、アルカリ性ｐＨ条件に関して水素化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、テトラアルキルアンモニウム水酸化物、有機四級アンモニウム水酸化物化合物、有機アミン、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される０質量％〜１質量％のｐＨ調節剤；及び
これらの組み合わせ
からなる群から選択される１つを含む、請求項１９に記載の装置。
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