JP2011139030A - ケミカルメカニカル研磨組成物及びそれに関連する方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】３工程ＣＭＰ−ＳＴＩ法の最終工程で使用するための、酸化ケイ素及び窒化ケイ素の両方の除去を促進するケミカルメカニカル研磨組成物を提供する。
【解決手段】酸化ケイ素材料及び窒化ケイ素材料を含む基材を研磨するためのケミカルメカニカル研磨組成物であって、初期成分として、第一の物質（ジエチレントリアミンペンタキス（メチルホスホン酸））及び第二の物質（テトラメチルグアニジン）の少なくとも一つ；砥粒；及び水を含む。
【選択図】なし
【解決手段】酸化ケイ素材料及び窒化ケイ素材料を含む基材を研磨するためのケミカルメカニカル研磨組成物であって、初期成分として、第一の物質（ジエチレントリアミンペンタキス（メチルホスホン酸））及び第二の物質（テトラメチルグアニジン）の少なくとも一つ；砥粒；及び水を含む。
【選択図】なし
Description
本発明は、ケミカルメカニカル研磨組成物ならびにそれを製造する方法及びそれを使用する方法に関する。より具体的には、本発明は、酸化ケイ素材料及び窒化ケイ素材料を含む基材を研磨するためのケミカルメカニカル研磨組成物に関する。
トランジスタ及びトランジスタ部品、たとえばソース／ドレイン接合部又はチャネルストップを分離するためには、シャロートレンチ素子分離（ＳＴＩ）構造が使用される。ＳＴＩ構造は一般に、一連の絶縁材料を基材に付着させたのち、基材を研磨して過剰な絶縁材料を除去することによって形成される。従来のＳＴＩ構造の一例は、ケイ素基材上に形成された酸化物層の上に窒化ケイ素層を付着させ、基材をパターン付け及びエッチングしてフィーチャ画定部を形成し、フィーチャ画定部の酸化ケイ素充填材を付着させ、基材表面を研磨して過剰な酸化ケイ素を除去してフィーチャを形成することを含む。窒化ケイ素層は、バリヤ層、基材中のフィーチャのエッチング中のハードマスク及び後続の研磨過程における研磨ストッパとして働く。このようなＳＴＩ作製法は、下層材料の損傷を防ぐために、窒化ケイ素除去量を最小にしながら窒化ケイ素層に対して酸化ケイ素層を研磨することを要する。
ＳＴＩ基材を研磨するためにもっとも広く使用されている手法は、三つの別々の研磨工程を三つの異なる研磨スラリーとともに使用するケミカルメカニカルポリッシングシャロートレンチ素子分離（ＣＭＰ−ＳＴＩ）法である。第一の研磨工程は一般に、バルク酸化物除去のための高い砥粒レベルを有するシリカ系スラリーを使用する。第二の研磨工程は一般に、窒化ケイ素に対する酸化ケイ素の高い選択比（たとえば＞１５）を有するセリア系スラリーを使用する。第三の研磨工程の前に、バフィング工程がウェーハ面から粒子を掃去するのに役立つ。第三の研磨工程は、一部の酸化ケイ素及び窒化ケイ素を除去してトポグラフィーを矯正することができる。第三の研磨工程は最終工程であり、したがって、この工程後の基材表面の平坦さ及び欠陥率はきわめて重要である。
素子寸法が縮小するとともに、ＳＴＩ法に対する平坦さ要求はますます厳しくなる。常に存在する費用の圧力と相まって、より多くのチップ製造業者は、ずっと多大な費用及び時間を要するリバースマスキングＳＴＩ調製法に代えて、直接研磨ＣＭＰ−ＳＴＩに目を向けている。ＣＭＰ−ＳＴＩの主要なプロセス性能測定基準は、研磨後トレンチ酸化物厚さ、アクティブ区域窒化物厚さならびに両方に関するダイ内（ＷＩＤ）及びウェーハ内（ＷＩＷ）厚さ範囲である。
直接研磨ＣＭＰ−ＳＴＩ法によって呈される必要性を満たすための一つの手法がPrabhuらによって米国特許第７，０６３，５９７号に開示されている。Prabhuらは、基材を加工する方法であって、パターン付けされた絶縁材料のフィーチャ画定部を埋めるのに十分な量の、パターン付けされた絶縁材料上に配置されたバルク絶縁材料を含む基材を提供すること；バルク絶縁材料が実質的に除去されるまで第一の研磨組成物及び無砥粒研磨用品で基材を研磨すること；及び第二の研磨組成物及び固定砥粒研磨用品で基材を研磨して、残留バルク絶縁材料を除去し、フィーチャ画定部の間のパターン付けされた絶縁材料を露出させることを含む方法を教示している。
それにもかかわらず、３工程ＣＭＰ−ＳＴＩ法の最終工程で使用するための、チューニング可能であり、酸化ケイ素及び窒化ケイ素の両方の除去を促進するケミカルメカニカル研磨（ＣＭＰ）組成物及び方法の必要性がなおも存在する。
本発明の一つの態様において、初期成分として、式Ｉの第一の物質
（式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6及びＲ7それぞれは、式−（ＣＨ2）n−（ｎは、１〜１０から選択される整数である）を有する橋掛け基であり、場合によっては、前記第一の物質中の窒素の一つ以上が第四級形態で提供されることもでき、その場合、前記窒素は正電荷を帯びる）；
式IIの第二の物質
式IIの第二の物質
（式中、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12それぞれは、水素及び１〜６個の炭素原子を有するアルキル基から選択され、場合によっては、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12の二つ以上が環構造に組み合わされており、場合によっては、前記第二の物質中の窒素の一つ以上が第四級形態で提供されることもでき、その場合、前記窒素は正電荷を帯びる）；
砥粒；及び水を含むケミカルメカニカル研磨組成物が提供される。
砥粒；及び水を含むケミカルメカニカル研磨組成物が提供される。
本発明のもう一つの態様において、ケミカルメカニカル研磨組成物を製造する方法であって、式Ｉの第一の物質
（式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6及びＲ7それぞれは、式−（ＣＨ2）n−（ｎは、１〜１０から選択される整数である）を有する橋掛け基であり、場合によっては、前記第一の物質中の窒素の一つ以上が第四級形態で提供されることもでき、その場合、前記窒素は正電荷を帯びる）
を提供すること；式IIの第二の物質
を提供すること；式IIの第二の物質
（式中、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12それぞれは、１〜６個の炭素原子を有するアルキル基であり、場合によっては、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12の二つ以上が環構造に組み合わされており、場合によっては、前記第二の物質中の窒素の一つ以上が第四級形態で提供されることもでき、その場合、前記窒素は正電荷を帯びる）
を提供すること；砥粒を提供すること；水を提供すること；pH調整剤を提供すること；第一の物質、第二の物質、砥粒及び水を合わせてスラリーを形成すること；及びpH調整剤をスラリーに加えてスラリーのpHを＜７に調節することを含む方法が提供される。
を提供すること；砥粒を提供すること；水を提供すること；pH調整剤を提供すること；第一の物質、第二の物質、砥粒及び水を合わせてスラリーを形成すること；及びpH調整剤をスラリーに加えてスラリーのpHを＜７に調節することを含む方法が提供される。
本発明のもう一つの態様において、基材のケミカルメカニカルポリッシングの方法であって、酸化ケイ素材料及び窒化ケイ素材料を含む基材を提供すること；第一の物質と第二の物質の少なくとも一つを提供すること（前記第一の物質は、式Ｉ
（式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6及びＲ7それぞれは、式−（ＣＨ2）n−（ｎは、１〜１０から選択される整数である）を有する橋掛け基であり、場合によっては、前記第一の物質中の窒素の一つ以上が第四級形態で提供されることもでき、その場合、前記窒素は正電荷を帯びる）
で表わされ、前記第二の物質は、式II
で表わされ、前記第二の物質は、式II
（式中、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12それぞれは、水素及び１〜６個の炭素原子を有するアルキル基から選択され、場合によっては、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12の二つ以上が環構造に組み合わされており、場合によっては、前記第二の物質中の窒素の一つ以上が第四級形態で提供されることもでき、その場合、前記窒素は正電荷を帯びる）で表わされる）
；砥粒を提供すること；水を提供すること；pH調整剤を提供すること；（ａ）第一の物質及び第二の物質の少なくとも一つ、（ｂ）砥粒、及び（ｃ）水を合わせてケミカルメカニカル研磨組成物を形成すること；pH調整剤を加えてケミカルメカニカル研磨組成物のpHを＜７に調節すること；ケミカルメカニカル研磨パッドを提供すること；ケミカルメカニカル研磨パッドと基材との界面に動的接触を生じさせること；及びケミカルメカニカル研磨組成物をケミカルメカニカル研磨パッドと基材との界面又はその近くでケミカルメカニカル研磨パッド上に小出しすることを含む、酸化ケイ素材料及び窒化ケイ素材料の少なくともいくらかが基材から除去される方法が提供される。
；砥粒を提供すること；水を提供すること；pH調整剤を提供すること；（ａ）第一の物質及び第二の物質の少なくとも一つ、（ｂ）砥粒、及び（ｃ）水を合わせてケミカルメカニカル研磨組成物を形成すること；pH調整剤を加えてケミカルメカニカル研磨組成物のpHを＜７に調節すること；ケミカルメカニカル研磨パッドを提供すること；ケミカルメカニカル研磨パッドと基材との界面に動的接触を生じさせること；及びケミカルメカニカル研磨組成物をケミカルメカニカル研磨パッドと基材との界面又はその近くでケミカルメカニカル研磨パッド上に小出しすることを含む、酸化ケイ素材料及び窒化ケイ素材料の少なくともいくらかが基材から除去される方法が提供される。
詳細な説明
本発明のケミカルメカニカル研磨組成物は、酸化ケイ素材料（たとえばＴＥＯＳ）及び窒化ケイ素材料（たとえばＳｉ3Ｎ4）を含む基材を研磨するのに有用である。本発明のケミカルメカニカル研磨組成物は、表面の平坦化及び欠陥率の最小化が肝要である３工程ＣＭＰ−ＳＴＩ法の第三の研磨工程で特に有用である。
本発明のケミカルメカニカル研磨組成物は、酸化ケイ素材料（たとえばＴＥＯＳ）及び窒化ケイ素材料（たとえばＳｉ3Ｎ4）を含む基材を研磨するのに有用である。本発明のケミカルメカニカル研磨組成物は、表面の平坦化及び欠陥率の最小化が肝要である３工程ＣＭＰ−ＳＴＩ法の第三の研磨工程で特に有用である。
本発明のケミカルメカニカル研磨組成物の独特な配合は、初期成分として組成物に加えられる第一の物質及び第二の物質の濃度を変化させることにより、ケミカルメカニカル研磨組成物の、窒化ケイ素に対する酸化ケイ素の除去速度選択比の調節を提供する。本発明のケミカルメカニカル研磨組成物は、０．２〜５．０の、窒化ケイ素に対する酸化ケイ素の調節可能な除去速度選択比を示す。好ましくは、本発明のケミカルメカニカル研磨組成物は、０．５〜２．０、より好ましくは０．７５〜１．５、さらに好ましくは０．８〜１．２、もっとも好ましくは０．９〜１．２の、窒化ケイ素に対する酸化ケイ素の除去速度選択比を示すように配合される。
本発明のケミカルメカニカル研磨組成物は、初期成分として、式Ｉ
（式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6及びＲ7それぞれは、式−（ＣＨ2）n−（ｎは、１〜１０から選択される整数である）を有する橋掛け基である）
の第一の物質を含有する。好ましくは、ｎは、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6及びＲ7それぞれに関して独立して１〜４から選択される整数である。より好ましくは、ｎは、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6及びＲ7それぞれに関して独立して２〜４から選択される整数である。もっとも好ましくは、第一の物質は、式
の第一の物質を含有する。好ましくは、ｎは、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6及びＲ7それぞれに関して独立して１〜４から選択される整数である。より好ましくは、ｎは、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6及びＲ7それぞれに関して独立して２〜４から選択される整数である。もっとも好ましくは、第一の物質は、式
を有するジエチレントリアミンペンタキス（メチルホスホン酸）である。
場合によっては、第一の物質中の窒素の一つ以上は第四級形態で提供されることもでき、その場合、窒素は正電荷を帯びる。
本発明のケミカルメカニカル研磨組成物の初期成分としての第一の物質の添加は、酸性pHレベルで、ケミカルメカニカル研磨組成物の酸化ケイ素除去速度に対して最小限の影響しか及ぼすことなく、窒化ケイ素除去速度を高めるように作用するということがわかった。本発明のケミカルメカニカル研磨組成物の初期成分としての第一の物質の選択的添加により、ケミカルメカニカル研磨組成物によって示される窒化ケイ素除去速度を、特定の研磨用途に合うように調節することができる。
本発明のケミカルメカニカル研磨組成物は、初期成分として、第一の物質０．００１〜１重量％を含む。ケミカルメカニカル研磨組成物に使用される第一の物質の量は、窒化ケイ素除去速度を酸化ケイ素除去速度に対して調節するように選択される。いくつかの好ましい用途において、ケミカルメカニカル研磨組成物は、初期成分として、第一の物質０．００１〜０．２重量％、より好ましくは０．００８〜０．０３重量％、もっとも好ましくは０．００９〜０．０１５重量％を含む。
本発明のケミカルメカニカル研磨組成物はまた、初期成分として、式II
（式中、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12それぞれは、水素及び１〜６個の炭素原子を有するアルキル基から選択される）
の第二の物質（たとえばＮ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラメチル−Ｎ″，Ｎ″−ジエチルグアニジウム）を含有する。好ましくは、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12それぞれは、独立して、メチル基、エチル基、プロピル基及びブチル基から選択される。より好ましくは、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12それぞれは、独立して、メチル基及びエチル基から選択される。もっとも好ましくは、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12それぞれはメチル基であり、第二の物質はテトラメチルグアニジンである。場合によっては、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12の一つ以上は、１〜６個の炭素原子を有するアルキル基であり、アルキル基は、ハロゲン化されたアルキル基、たとえば完全に又は部分的にハロゲン化されたエチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、sec-ブチル又はtert-ブチル基である。場合によっては、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12の二つ以上が組み合わさって飽和又は不飽和の環構造（たとえば１−メチル−７−n-プロピル−１，５，７−トリアザビシクロ［４．４．０］デセ−５−エニウム）を形成することができる。場合によっては、第二の物質中の窒素の一つ以上は第四級形態で提供されることもでき、その場合、窒素は正電荷を帯びる。
の第二の物質（たとえばＮ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラメチル−Ｎ″，Ｎ″−ジエチルグアニジウム）を含有する。好ましくは、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12それぞれは、独立して、メチル基、エチル基、プロピル基及びブチル基から選択される。より好ましくは、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12それぞれは、独立して、メチル基及びエチル基から選択される。もっとも好ましくは、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12それぞれはメチル基であり、第二の物質はテトラメチルグアニジンである。場合によっては、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12の一つ以上は、１〜６個の炭素原子を有するアルキル基であり、アルキル基は、ハロゲン化されたアルキル基、たとえば完全に又は部分的にハロゲン化されたエチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、sec-ブチル又はtert-ブチル基である。場合によっては、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12の二つ以上が組み合わさって飽和又は不飽和の環構造（たとえば１−メチル−７−n-プロピル−１，５，７−トリアザビシクロ［４．４．０］デセ−５−エニウム）を形成することができる。場合によっては、第二の物質中の窒素の一つ以上は第四級形態で提供されることもでき、その場合、窒素は正電荷を帯びる。
本発明のケミカルメカニカル研磨組成物の初期成分としての第二の物質の添加は、酸性pHレベルで、ケミカルメカニカル研磨組成物の窒化ケイ素除去速度を低下させながら、酸化ケイ素除去速度を高めるように作用するということがわかった。本発明のケミカルメカニカル研磨組成物の初期成分としての、第一の物質と組み合わせた第二の物質の選択的添加により、ケミカルメカニカル研磨組成物によって示される酸化ケイ素及び窒化ケイ素除去速度を、特定の研磨用途に合うように調節することができる。
ケミカルメカニカル研磨組成物に使用される第二の物質の量は、酸化ケイ素及び窒化ケイ素除去速度を調節するように選択される。本発明のケミカルメカニカル研磨組成物は、好ましくは、初期成分として、第二の物質０．００１〜５重量％を含む。より好ましくは、ケミカルメカニカル研磨組成物は、初期成分として、第二の物質０．０１〜１重量％、さらに好ましくは０．０１〜０．５重量％、なおさらに好ましくは０．０１〜０．１重量％、もっとも好ましくは０．０２〜０．０６重量％を含む。
本発明のケミカルメカニカル研磨組成物に使用される砥粒の量は、酸化ケイ素及び窒化ケイ素除去速度を調節するように選択することができる。ケミカルメカニカル研磨組成物中の砥粒濃度の増大は、酸化ケイ素除去速度及び窒化ケイ素除去速度を高めるように作用する。好ましくは、ケミカルメカニカル研磨組成物は、４００〜１１００Å/minの酸化ケイ素除去速度；及び４００〜１１００Å/minの窒化ケイ素除去速度を示すのに十分な濃度の砥粒を含有するように配合される。
本発明のケミカルメカニカル研磨組成物における使用に適した砥粒としては、たとえば、無機酸化物、無機水酸化物、無機水酸化酸化物、金属ホウ化物、金属炭化物、金属窒化物、ポリマー粒子及び前記の少なくとも一つを含む混合物がある。適当な無機酸化物としては、たとえば、シリカ（ＳｉＯ2）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、セリア（ＣｅＯ2）、酸化マンガン（ＭｎＯ2）、酸化チタン（ＴｉＯ2）又は前記酸化物の少なくとも一つを含む組み合わせがある。望むならば、これらの無機酸化物の修飾形態、たとえば有機ポリマー被覆無機酸化物粒子及び無機被覆粒子を使用することもできる。適当な金属炭化物、ホウ化物及び窒化物としては、たとえば、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭窒化ケイ素（ＳｉＣＮ）、炭化ホウ素、炭化タングステン、炭化ジルコニウム、ホウ化アルミニウム、炭化タンタル、炭化チタン又は前記金属炭化物、ホウ化物及び窒化物の少なくとも一つを含む組み合わせがある。好ましくは、砥粒はコロイダルシリカ砥粒である。ケミカルメカニカルポリッシングのための本方法における使用に適したコロイダルシリカ砥粒は、沈降シリカ及び凝集シリカの少なくとも一つを含有する。
本発明のいくつかの実施態様において、ケミカルメカニカル研磨組成物に使用される砥粒は、≦１００nmの平均粒度を有するコロイダルシリカである。これらの実施態様のいくつかの態様において、コロイダルシリカは１〜１００nmの平均粒度を有する。これらの実施態様のいくつかの態様において、コロイダルシリカは１〜５０nmの平均粒度を有する。これらの実施態様のいくつかの態様において、コロイダルシリカは１〜４０nmの平均粒度を有する。これらの実施態様のいくつかの態様において、コロイダルシリカは１〜３０nmの平均粒度を有する。これらの実施態様のいくつかの態様において、コロイダルシリカは２０〜３０nmの平均粒度を有する。
本発明のいくつかの実施態様において、使用されるケミカルメカニカル研磨組成物は砥粒１〜４０重量％を含有する。これらの実施態様のいくつかの態様において、使用されるケミカルメカニカル研磨組成物は砥粒１〜２５重量％を含有する。これらの実施態様のいくつかの態様において、使用されるケミカルメカニカル研磨組成物は砥粒１〜１０重量％を含有する。これらの実施態様のいくつかの態様において、使用されるケミカルメカニカル研磨組成物は砥粒１〜５重量％を含有する。
本発明のいくつかの実施態様において、使用されるケミカルメカニカル研磨組成物は、コロイダルシリカ砥粒１〜４０重量％、好ましくは１〜２５重量％、より好ましくは１〜１０重量％、もっとも好ましくは１〜５重量％を含有し、コロイダルシリカ砥粒は、≦１００nm、好ましくは１〜１００nm、より好ましくは１〜５０nm、さらに好ましくは１〜４０nm、なおさらに好ましくは１〜３０nm、もっとも好ましくは２０〜３０nmの平均粒度を有する。
本発明のケミカルメカニカル研磨組成物に使用される水は、好ましくは、偶発的な不純物を制限するために、脱イオン水及び蒸留水の少なくとも一つである。
本発明のケミカルメカニカル研磨組成物は、＜７、より好ましくは≦５、さらに好ましくは≦２〜４、もっとも好ましくは２〜３のpHを有する。ケミカルメカニカル研磨組成物は無機pH調整剤を含むことができる。本発明のいくつかの実施態様において、pH調整剤は、無機酸（たとえば硝酸、硫酸、塩酸及びリン酸）及び無機塩基（たとえば水酸化カリウム）から選択される。これらの実施態様のいくつかの態様において、pH調整剤は、硝酸（ＨＮＯ3）及び水酸化カリウム（ＫＯＨ）の少なくとも一つである。これらの実施態様のいくつかの態様において、pH調整剤はリン酸である。
場合によっては、本発明のケミカルメカニカル研磨組成物は、初期成分として、第一の物質０．００１〜１重量％（好ましくは０．００１〜０．２重量％、より好ましくは０．００８〜０．０３重量％、もっとも好ましくは０．００９〜０．０１５重量％）；第二の物質０．００１〜５重量％（好ましくは０．０１〜１重量％、より好ましくは０．０１〜０．５重量％、さらに好ましくは０．０１〜０．１重量％、もっとも好ましくは０．０２〜０．０６重量％）；砥粒１〜４０重量％（好ましくは１〜２５重量％、より好ましくは１〜１０重量％、もっとも好ましくは１〜５重量％）；及び水を含み、＜７（好ましくは≦５、より好ましくは２〜４、もっとも好ましくは２〜３）のpHで４００〜１１００Å/minの酸化ケイ素除去速度、４００〜１１００Å/minの窒化ケイ素除去速度及び０．２〜４．０（好ましくは０．５〜２．０、より好ましくは０．７５〜１．５、さらに好ましくは０．８〜１．２、もっとも好ましくは０．９〜１．１）の窒化ケイ素に対する酸化ケイ素の選択比を示すように配合されており；好ましくは、第一の物質はジエチレントリアミンペンタキス（メチルホスホン酸）であり、第二の物質はテトラメチルグアニジンである。
本発明のケミカルメカニカルポリッシング法で使用されるケミカルメカニカル研磨組成物は、場合によっては、分散剤、界面活性剤、緩衝剤、消泡剤及び殺生物剤から選択されるさらなる添加物をさらに含む。
好ましくは、本発明のケミカルメカニカル研磨組成物は、初期成分として、第一の物質としてのジエチレントリアミンペンタキス（メチルホスホン酸）及び第二の物質としてのテトラメチルグアニジンを含む。
本発明のケミカルメカニカル研磨組成物を製造する方法は、式Ｉの第一の物質を提供すること（式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6及びＲ7それぞれは、式−（ＣＨ2）n−（ｎは、１〜１０から選択される整数であり、好ましくは、ｎは、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6及びＲ7それぞれに関して独立して１〜４から選択される整数であり、より好ましくは、ｎは、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6及びＲ7それぞれに関して独立して２〜４から選択される整数である）を有する橋掛け基である）（もっとも好ましくは、第一の物質はジエチレントリアミンペンタキス（メチルホスホン酸）である）（場合によっては、第一の物質中の窒素の一つ以上が第四級形態で提供されることもでき、その場合、窒素は正電荷を帯びる）；式IIの第二の物質を提供すること（式中、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12それぞれは、水素及び１〜６個の炭素原子を有するアルキル基から選択され（たとえばＮ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラメチル−Ｎ″，Ｎ″−ジエチルグアニジウム）、好ましくは、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12それぞれは、独立してメチル基、エチル基、プロピル基及びブチル基から選択され、より好ましくは、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12それぞれは、独立してメチル基及びエチル基から選択され、もっとも好ましくは、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12それぞれはメチル基であり、第二の物質はテトラメチルグアニジンである）（場合によっては、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12の一つ以上は、１〜６個の炭素原子を有するアルキル基であり、アルキル基は、ハロゲン化されたアルキル基、たとえば完全に又は部分的にハロゲン化されたエチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、sec-ブチル又はtert-ブチル基である）（場合によっては、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12の二つ以上が組み合わさって飽和又は不飽和の環構造（たとえば１−メチル−７−n-プロピル−１，５，７−トリアザビシクロ［４．４．０］デセ−５−エニウム）を形成する）（場合によっては、第二の物質中の窒素の一つ以上は第四級形態で提供されることもでき、その場合、窒素は正電荷を帯びる）；砥粒を提供すること；水を提供すること；pH調整剤を提供すること；第一の物質、第二の物質、砥粒及び水を合わせてスラリーを形成すること；及びpH調整剤をスラリーに加えてスラリーのpHを＜７（好ましくは≦５、より好ましくは２〜４、もっとも好ましくは２〜３）に調節することを含む。使用されるpH調整剤は、好ましくは、無機pH調整剤を含む。たとえば、pH調整剤は、無機酸（たとえば硝酸、硫酸、塩酸及びリン酸）及び無機塩基（たとえば水酸化カリウム）から選択されることができる。好ましくは、pH調整剤は、硝酸（ＮＨＯ3）及び水酸化カリウム（ＫＯＨ）の少なくとも一つである。
本発明の基材のケミカルメカニカルポリッシングの方法は、酸化ケイ素材料及び窒化ケイ素材料を含む基材を提供すること；本発明のケミカルメカニカル研磨組成物を提供すること；ケミカルメカニカル研磨パッドを提供すること；ケミカルメカニカル研磨パッドと基材との界面に動的接触を生じさせること；及びケミカルメカニカル研磨組成物をケミカルメカニカル研磨パッドと基材との界面又はその近くでケミカルメカニカル研磨組パッド上に小出しすることを含み、酸化ケイ素材料及び窒化ケイ素材料の少なくともいくらかが基材から除去される。
好ましくは、本発明の、酸化ケイ素材料及び窒化ケイ素材料を含む基材のケミカルメカニカルポリッシングの方法において、本発明のケミカルメカニカル研磨組成物は、好ましくは、０．２〜４．０の、窒化ケイ素に対する酸化ケイ素の除去速度選択比を示すように配合される。より好ましくは、ケミカルメカニカル研磨組成物は、０．５〜２．０、さらに好ましくは０．７５〜１．５、なおさらに好ましくは０．８〜１．２、もっとも好ましくは０．９〜１．２の、窒化ケイ素に対する酸化ケイ素の除去速度選択比を示すように配合される。
好ましくは、本発明の、酸化ケイ素材料及び窒化ケイ素材料を含む基材のケミカルメカニカルポリッシングの方法において、本発明のケミカルメカニカル研磨組成物は、好ましくは、４００〜１１００Å/minの酸化ケイ素除去速度；及び４００〜１１００Å/minの窒化ケイ素除去速度を示すように配合される。
好ましくは、本発明のケミカルメカニカルポリッシング法は、基材とケミカルメカニカル研磨パッドとを押し合わせる加圧能力（すなわち研磨パッド圧力）を適用することを含む。好ましくは、研磨パッド圧力は３〜３５kPaである。より好ましくは、研磨パッド圧力は１０〜３０kPaである。もっとも好ましくは、研磨パッド圧力は１７〜２５kPaである。
好ましくは、本発明の基材のケミカルメカニカルポリッシングの方法は、酸化ケイ素材料及び窒化ケイ素材料を含む基材を提供すること；第一の物質及び第二の物質の少なくとも一つを提供すること（好ましくは、第一の物質及び第二の物質の両方を提供すること）（第一の物質は式Ｉの物質であり、式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6及びＲ7それぞれは、式−（ＣＨ2）n−（ｎは、１〜１０から選択される整数であり、好ましくは、ｎは、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7それぞれに関して独立して１〜４から選択される整数であり、より好ましくは、ｎは、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7それぞれに関して独立して２〜４から選択される整数である）を有する橋掛け基である（もっとも好ましくは、第二の物質はジエチレントリアミンペンタキス（メチルホスホン酸）である）（場合によっては、第一の物質中の窒素の一つ以上が第四級形態で提供されることもでき、その場合、窒素は正電荷を帯びる）；第二の物質は式IIの物質であり、式IIの第二の物質を提供すること（式中、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12それぞれは、水素及び１〜６個の炭素原子を有するアルキル基から選択され（たとえばＮ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラメチル−Ｎ″，Ｎ″−ジエチルグアニジウム）、好ましくは、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12それぞれは、独立してメチル基、エチル基、プロピル基及びブチル基から選択され、より好ましくは、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12それぞれは、独立してメチル基及びエチル基から選択され、もっとも好ましくは、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12それぞれはメチル基であり、第二の物質はテトラメチルグアニジンである）（場合によっては、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12の一つ以上は、１〜６個の炭素原子を有するアルキル基であり、アルキル基は、ハロゲン化されたアルキル基、たとえば完全に又は部分的にハロゲン化されたエチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、sec-ブチル又はtert-ブチル基である）（場合によっては、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12の二つ以上が組み合わさって飽和又は不飽和の環構造（たとえば１−メチル−７−n-プロピル−１，５，７−トリアザビシクロ［４．４．０］デセ−５−エニウム）を形成する）（場合によっては、第二の物質中の窒素の一つ以上は第四級形態で提供されることもでき、その場合、窒素は正電荷を帯びる）；水を提供すること；pH調整剤を提供すること；（ａ）第一の物質及び第二の物質の少なくとも一つ、（ｂ）砥粒、及び（ｃ）水を合わせてケミカルメカニカル研磨組成物を形成すること；pH調整剤を加えてケミカルメカニカル研磨組成物のpHを＜７に調節すること；ケミカルメカニカル研磨パッドを提供すること；ケミカルメカニカル研磨パッドと基材との界面に動的接触を生じさせること；及びケミカルメカニカル研磨組成物をケミカルメカニカル研磨パッドと基材との界面又はその近くでケミカルメカニカル研磨パッド上に小出しすることを含み、酸化ケイ素材料及び窒化ケイ素材料の少なくともいくらかが基材から除去され；提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、０．２〜４．０（より好ましくは０．５〜２．０、さらに好ましくは０．７５〜１．５、なおさらに好ましくは０．８〜１．２、もっとも好ましくは０．９〜１．２）の、窒化ケイ素に対する酸化ケイ素の除去速度選択比を示し；２００mm研磨機上、毎分９３回転のプラテン速度、毎分８７回転のキャリヤ速度、２００ml/minのケミカルメカニカル研磨組成物流量及び２０．７kPaの公称ダウンフォースで４００〜１１００Å/minの酸化ケイ素除去速度を示し；４００〜１１００Å/minの窒化ケイ素除去速度を示し；ケミカルメカニカル研磨パッドは、フェルト基材上に被覆された微孔性ポリウレタン研磨層を含む（たとえば、Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.から市販されているPolitex（商標）研磨パッド）。
好ましくは、本発明の基材のケミカルメカニカルポリッシングの方法は、酸化ケイ素材料及び窒化ケイ素材料を含む基材を提供すること；第一の物質及び第二の物質の少なくとも一つを提供すること（好ましくは、第一の物質及び第二の物質の両方を提供すること）（第一の物質は式Ｉの物質であり、式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6及びＲ7それぞれは、式−（ＣＨ2）n−（ｎは、１〜１０から選択される整数であり、好ましくは、ｎは、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6及びＲ7それぞれに関して独立して１〜４から選択される整数であり、より好ましくは、ｎは、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6及びＲ7それぞれに関して独立して２〜４から選択される整数である）を有する橋掛け基である）（もっとも好ましくは、第二の物質はジエチレントリアミンペンタキス（メチルホスホン酸）である）（場合によっては、第一の物質中の窒素の一つ以上が第四級形態で提供されることもでき、その場合、窒素は正電荷を帯びる）；第二の物質は式IIの物質であり、式IIの第二の物質を提供すること（式中、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12それぞれは、水素及び１〜６個の炭素原子を有するアルキル基から選択され（たとえばＮ，Ｎ，Ｎ′，Ｎ′−テトラメチル−Ｎ″，Ｎ″−ジエチルグアニジウム）、好ましくは、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12それぞれは、独立してメチル基、エチル基、プロピル基及びブチル基から選択され、より好ましくは、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12それぞれは、独立してメチル基及びエチル基から選択され、もっとも好ましくは、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12それぞれはメチル基であり、第二の物質はテトラメチルグアニジンである）（場合によっては、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12の一つ以上は、１〜６個の炭素原子を有するアルキル基であり、アルキル基は、ハロゲン化されたアルキル基、たとえば完全に又は部分的にハロゲン化されたエチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、sec-ブチル又はtert-ブチル基である）（場合によっては、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12の二つ以上が組み合わさって飽和又は不飽和の環構造（たとえば１−メチル−７−n-プロピル−１，５，７−トリアザビシクロ［４．４．０］デセ−５−エニウム）を形成する）（場合によっては、第二の物質中の窒素の一つ以上は第四級形態で提供されることもでき、その場合、窒素は正電荷を帯びる）；水を提供すること；pH調整剤を提供すること；（ａ）第一の物質及び第二の物質の少なくとも一つ、（ｂ）砥粒、及び（ｃ）水を合わせてケミカルメカニカル研磨組成物を形成すること；pH調整剤を加えてケミカルメカニカル研磨組成物のpHを＜７に調節すること；ケミカルメカニカル研磨パッドを提供すること；ケミカルメカニカル研磨パッドと基材との界面に動的接触を生じさせること；及びケミカルメカニカル研磨組成物をケミカルメカニカル研磨パッドと基材との界面又はその近くでケミカルメカニカル研磨パッド上に小出しすることを含み、酸化ケイ素材料及び窒化ケイ素材料の少なくともいくらかが基材から除去され；ケミカルメカニカル研磨組成物は、初期成分として、第一の物質０．００１〜１重量％（好ましくは０．００１〜０．２重量％、より好ましくは０．００８〜０．０３重量％、もっとも好ましくは０．００９〜０．０１５重量％）；第二の物質０．００１〜５重量％（好ましくは０．０１〜１重量％、より好ましくは０．０１〜０．５重量％、さらに好ましくは０．０１〜０．１重量％、もっとも好ましくは０．０２〜０．０６重量％）；砥粒１〜４０重量％（好ましくは１〜２５重量％、より好ましくは１〜１０重量％、もっとも好ましくは１〜５重量％）；及び水を含み、ケミカルメカニカル研磨組成物は、＜７（好ましくは≦５、より好ましくは２〜４、もっとも好ましくは２〜３）のpHで、２００mm研磨機上、毎分９３回転のプラテン速度、毎分８７回転のキャリヤ速度、２００ml/minのケミカルメカニカル研磨組成物流量及び２０．７kPaの公称ダウンフォースで４００〜１１００Å/minの酸化ケイ素除去速度、４００〜１１００Å/minの窒化ケイ素除去速度及び０．２〜４．０（好ましくは０．５〜２．０、より好ましくは０．７５〜１．５、さらに好ましくは０．８〜１．２、もっとも好ましくは０．９〜１．２）の、窒化ケイ素に対する酸化ケイ素の選択比を示すように配合されており（もっとも好ましくは、第一の物質はジエチレントリアミンペンタキス（メチルホスホン酸）であり、第二の物質はテトラメチルグアニジンである）；ケミカルメカニカル研磨パッドは、フェルト基材上に被覆された微孔性ポリウレタン研磨層を含む（たとえば、Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.から市販されているPolitex（商標）研磨パッド）。
ケミカルメカニカル研磨組成物
表１に示す量の成分を合わせ、成分のpHを硝酸又は水酸化カリウムによって表１に示す最終pHに調節することにより、試験されるケミカルメカニカル研磨組成物（ＣＭＰＣ）を調製した。
表１に示す量の成分を合わせ、成分のpHを硝酸又は水酸化カリウムによって表１に示す最終pHに調節することにより、試験されるケミカルメカニカル研磨組成物（ＣＭＰＣ）を調製した。
研磨試験
２００mmブランケットウェーハ、具体的にはＴＥＯＳ絶縁体ウェーハ及び窒化ケイ素ウェーハを使用して、表１に記載されたケミカルメカニカル研磨組成物を試験した。Applied MaterialsのAMAT Mirra（登録商標）２００mm研磨機を使用し、フェルト基材上に被覆され、クロスパターンでエンボス加工されたPolitex（商標）HIエンボス加工微孔性ポリウレタン（Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.から市販されている）を使用して実施例のブランケットウェーハのすべてを研磨した。実施例のすべてで使用した研磨条件は、９３rpmのプラテン速度、８７rpmのキャリヤ速度、２００ml/minの研磨媒流量及び２０．７kPaのダウンフォースを含むものであった。研磨実験それぞれの除去速度を表２に示す。除去速度は、ブランケットウェーハ上の研磨の前後の膜厚さから計算したものであることに留意すること。具体的には、ＴＥＯＳウェーハ及び窒化ケイ素ウェーハの除去速度は、KLA-Tencorから市販されているSpectraFX 200光学薄膜計測システムを使用して測定した。
２００mmブランケットウェーハ、具体的にはＴＥＯＳ絶縁体ウェーハ及び窒化ケイ素ウェーハを使用して、表１に記載されたケミカルメカニカル研磨組成物を試験した。Applied MaterialsのAMAT Mirra（登録商標）２００mm研磨機を使用し、フェルト基材上に被覆され、クロスパターンでエンボス加工されたPolitex（商標）HIエンボス加工微孔性ポリウレタン（Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.から市販されている）を使用して実施例のブランケットウェーハのすべてを研磨した。実施例のすべてで使用した研磨条件は、９３rpmのプラテン速度、８７rpmのキャリヤ速度、２００ml/minの研磨媒流量及び２０．７kPaのダウンフォースを含むものであった。研磨実験それぞれの除去速度を表２に示す。除去速度は、ブランケットウェーハ上の研磨の前後の膜厚さから計算したものであることに留意すること。具体的には、ＴＥＯＳウェーハ及び窒化ケイ素ウェーハの除去速度は、KLA-Tencorから市販されているSpectraFX 200光学薄膜計測システムを使用して測定した。
Claims (10)
- 初期成分として、
式Ｉの第一の物質
（式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6及びＲ7それぞれは、式−（ＣＨ2）n−（ｎは、１〜１０から選択される整数である）を有する橋掛け基であり、場合によっては、前記第一の物質中の窒素の一つ以上が第四級形態で提供されることもでき、その場合、前記窒素は正電荷を帯びる）；
式IIの第二の物質、
（式中、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12それぞれは、水素及び１〜６個の炭素原子を有するアルキル基から選択され、場合によっては、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12の二つ以上が環構造に組み合わされており、場合によっては、前記第二の物質中の窒素の一つ以上が第四級形態で提供されることもでき、その場合、前記窒素は正電荷を帯びる）；
砥粒；及び
水
を含むケミカルメカニカル研磨組成物。 - 初期成分として、前記第一の物質０．００１〜１重量％；前記第二の物質０．００１〜５重量％；砥粒１〜４０重量％；及び水を含む、請求項１記載のケミカルメカニカル研磨組成物。
- ２〜４のpHを有する、請求項２記載のケミカルメカニカル研磨組成物。
- 前記第一の物質がジエチレントリアミンペンタキス（メチルホスホン酸）であり、前記第二の物質がテトラメチルグアニジンである、請求項３記載のケミカルメカニカル研磨組成物。
- 前記砥粒が、１〜５０nmの平均粒度を有するコロイダルシリカである、請求項４記載のケミカルメカニカル研磨組成物。
- 分散剤、界面活性剤、緩衝剤、消泡剤及び殺生物剤から選択されるさらなる添加物をさらに含む、請求項１記載のケミカルメカニカル研磨組成物。
- ケミカルメカニカル研磨組成物を製造する方法であって、
式Ｉの第一の物質
（式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6及びＲ7それぞれは、式−（ＣＨ2）n−（ｎは、１〜１０から選択される整数である）を有する橋掛け基であり、場合によっては、前記第一の物質中の窒素の一つ以上が第四級形態で提供されることもでき、その場合、前記窒素は正電荷を帯びる）
を提供すること；
式IIの第二の物質
（式中、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12それぞれは、水素及び１〜６個の炭素原子を有するアルキル基から選択され、場合によっては、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12の二つ以上が環構造に組み合わされており、場合によっては、前記第二の物質中の窒素の一つ以上が第四級形態で提供されることもでき、その場合、前記窒素は正電荷を帯びる）
を提供すること；
砥粒を提供すること；
水を提供すること；
pH調整剤を提供すること；
前記第一の物質、前記第二の物質、前記砥粒及び前記水を合わせてスラリーを形成すること；ならびに
前記pH調整剤を前記スラリーに加えて前記スラリーのpHを＜７に調節すること
を含む方法。 - 基材のケミカルメカニカルポリッシングの方法であって、
酸化ケイ素材料及び窒化ケイ素材料を含む基材を提供すること；
第一の物質及び第二の物質の少なくとも一つを提供すること（前記第一の物質が、式Ｉ
（式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6及びＲ7それぞれは、式−（ＣＨ2）n−（ｎは、１〜１０から選択される整数である）を有する橋掛け基であり、場合によっては、前記第一の物質中の窒素の一つ以上が第四級形態で提供されることもでき、その場合、前記窒素は正電荷を帯びる）で表わされ、
前記第二の物質が式II
（式中、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12それぞれは、水素及び１〜６個の炭素原子を有するアルキル基から選択され、場合によっては、Ｒ8、Ｒ9、Ｒ10、Ｒ11及びＲ12の二つ以上が環構造に組み合わされており、場合によっては、前記第二の物質中の窒素の一つ以上が第四級形態で提供されることもでき、その場合、前記窒素は正電荷を帯びる）で表わされる）
砥粒を提供すること；
水を提供すること；
pH調整剤を提供すること；
（ａ）前記第一の物質及び前記第二の物質の少なくとも一つ、（ｂ）前記砥粒、及び（ｃ）前記水を合わせてケミカルメカニカル研磨組成物を形成すること；
前記pH調整剤を加えて前記ケミカルメカニカル研磨組成物のpHを＜７に調節すること；
ケミカルメカニカル研磨パッドを提供すること；
前記ケミカルメカニカル研磨パッドと前記基材との界面に動的接触を生じさせること；ならびに
前記ケミカルメカニカル研磨組成物を前記ケミカルメカニカル研磨パッドと前記基材との前記界面又はその近くで前記ケミカルメカニカル研磨パッド上にディスペンスすること
を含む、前記酸化ケイ素材料及び前記窒化ケイ素材料の少なくともいくらかが前記基材から除去される方法。 - 前記ケミカルメカニカル研磨組成物が、０．２〜４．０の、窒化ケイ素に対する酸化ケイ素の除去速度選択比を示す、請求項８記載の方法。
- 前記ケミカルメカニカル研磨組成物が、４００〜１１００Å/minの酸化ケイ素除去速度；及び４００〜１１００Å/minの窒化ケイ素除去速度を示す、請求項９記載の方法。
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