(57)【要約】  本開示は、プロリン及びフルオロケミカル界面活性剤を含む化学機械平坦化（ＣＭＰ）研磨組成物に関する。ウエハ研磨組成物は、実質的に研磨粒子を含まない溶液として使用することができ、この組成物は、固定研磨ＣＭＰプロセス中に使用する半導体ウエハの浅溝型素子分離（ＳＴＩ）加工における酸化物除去速度及び窒化物に対する酸化物の選択比を制御するよう調節することができる。特定の実施形態では、本開示は、ｐＨ９〜１１で、プロリン及びフルオロケミカル界面活性剤を含む固定研磨ＣＭＰ用作動液体を提供する。ＳＴＩ用の固定研磨ＣＭＰシステム及び方法で用いられるとき、代表的な作動液体は、少なくとも５００オングストローム／分の酸化物除去速度及び少なくとも５の窒化物に対する酸化物の選択比を得ることができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロリンと、
フルオロケミカル界面活性剤と、
を含む、固定研磨化学機械平坦化用の作動液体であって、
前記作動液体が実質的に研磨粒子を含まず、かつ前記プロリン及び前記フルオロケミカル界面活性剤がそれぞれ、前記作動液体が二酸化ケイ素を含む第１領域及び窒化ケイ素を含む第２領域を有するウエハの化学機械平坦化で用いられるとき、少なくとも５００オングストローム／分（Å／分）での酸化物除去速度及び少なくとも５の選択比を得るのに有効な量で存在する、作動液体。
【請求項２】
前記酸化物除去速度が少なくとも７００Å／分である、請求項１に記載の作動液体。
【請求項３】
前記選択比が少なくとも３０である、請求項１に記載の作動液体。
【請求項４】
前記作動液体のｐＨが９〜１１である、請求項１に記載の作動液体。
【請求項５】
前記作動液体のｐＨが１０〜１０．５である、請求項１に記載の作動液体。
【請求項６】
前記フルオロケミカル界面活性剤が非イオン性界面活性剤である、請求項１に記載の作動液体。
【請求項７】
前記フルオロケミカル界面活性剤が、式Ｒ１ＣＨ２ＣＨ２Ｏ（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｘＨ（式中、Ｒ１はＦ（ＣＦ２ＣＦ２）３〜８であり、ｘは≧１の整数である）を有する、請求項１に記載の作動液体。
【請求項８】
前記フルオロケミカル界面活性剤の濃度が、０．００５重量％超過かつ１．０重量％未満である、請求項１に記載の作動液体。
【請求項９】
前記フルオロケミカル界面活性剤の前記濃度が、０．２重量％〜０．６重量％である、請求項１に記載の作動液体。
【請求項１０】
プロリンの前記濃度が、１．０重量％〜４重量％である、請求項１に記載の作動液体。
【請求項１１】
プロリンの前記濃度が、２．０重量％〜３重量％である、請求項１に記載の作動液体。
【請求項１２】
複数の研磨粒子及び結合剤を含む三次元、構造化、固定化研磨物品と、
プロリン及びフルオロケミカル界面活性剤を含む作動液体と、
を含むウエハ平坦化システムであって、
前記作動液体のｐＨが９〜１１でありかつ実質的に研磨粒子を含まない、ウエハ平坦化システム。
【請求項１３】
前記研磨物品が、正確に成形された研磨複合体を含む、請求項１２に記載のウエハ平坦化システム。
【請求項１４】
誘電性酸化物を含む第１表面領域と、バリア窒化物を含む第２表面領域と、を有するウエハを提供する工程と、
前記第１及び第２表面領域を、複数の研磨粒子及び結合剤を含む三次元、構造化、固定化研磨物品と接触させる工程と、
プロリン及びフルオロケミカル界面活性剤を含む液体媒質の存在下で、前記ウエハと前記固定化研磨物品を相対的に移動させる工程と、
を含む、ウエハの化学機械平坦化方法。
【請求項１５】
前記液体媒質のｐＨが９〜１１である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記フルオロケミカル界面活性剤が、式Ｒ１ＣＨ２ＣＨ２Ｏ（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｘＨ（式中、Ｒ１はＦ（ＣＦ２ＣＦ２）３〜８であり、ｘは≧１の整数である）を有する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記液体媒質中の前記フルオロケミカル界面活性剤の前記濃度が、０．００５重量％超過かつ１．０重量％未満である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記液体媒質中のプロリン濃度が１．０重量％〜５重量％である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記酸化物除去速度が少なくとも７００Å／分である、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記選択比が少なくとも５である、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、化学機械平坦化（ＣＭＰ）用組成物に関する。より具体的には、本開示は、ＣＭＰシステム及び方法で固定化研磨物品とともに用いることができる組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路の製造中、半導体工程で用いられる半導体ウエハは、典型的には、成膜、パターニング、及びエッチング工程を含む多くの製造工程に付される。半導体ウエハのこれらの製造工程の詳細は、トンショフ（Tonshoff）らの「ケイ素の砥粒加工（Abrasive Machining of Silicon）」（生産加工国際研究会議年報（the Annals of the International Institution for Production Engineering Research）、３９巻、２号、１９９０年、６２１〜６３５頁）に報告されている。各製造工程では、ウエハをその後の製作又は製造工程に向けて準備するために、ウエハの露出面を修正する又は磨くことが、多くの場合必要であり又は望ましい。例えば、浅溝型素子分離（ＳＴＩ）構造を有する半導体ウエハは、更なる加工の前に誘電体材料の平坦化を必要とする。
【０００３】
ウエハの露出面を修正する又は磨く１つの方法は、ウエハ表面を、液体中に分散した複数個の遊離研磨粒子を含有するスラリーによって処理するプロセスを使用する。典型的には、このスラリーは研磨パッドに適用され、次いでウエハ表面は、ウエハ表面から物質を除去する又は取り去るために、磨かれる又はパッドに対して動かされる。一般に、スラリーは、ウエハ表面と化学的に反応する添加剤も含有し、これはＣＭＰプロセスに選択性、例えば、「窒化物での停止（stop on nitride）」選択性を提供することができる。この種のプロセスは、一般的に、スラリー系化学機械平坦化（ＣＭＰ）プロセスと呼ばれる。
【０００４】
しかしながら、スラリー系ＣＭＰプロセスの１つの制限は、所望のウエハ表面トポグラフィーを達成し、ウエハ表面のディッシングを避けるために、スラリー研磨プロセスを注意深く監視しなければならないことである。２番目の制限は、遊離研磨スラリーの使用に関連するウエハ表面のスクラッチの可能性である。別の制限は、スラリーに関連する混乱状態（mess）と、ウエハ表面から取り除き、ウエハ処理に従って廃棄しなければならない多数の粒子である。これらのスラリーの取り扱い及び廃棄により、半導体ウエハ製造業者には追加の加工費用が発生する。
【０００５】
スラリー系ＣＭＰプロセスの代替手段では、研磨物品を使用して、半導体ウエハを修正する又は磨く。研磨物品を使用するＣＭＰプロセスは、例えば、ブルックスヴォート（Bruxvoort）らによる米国特許第５，９５８，７９４号及びカイサキ（Kaisaki）らによる同第６，１９４，３１７号に報告されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
開示する研磨物品は、結合剤中に分散した研磨粒子を含む構造化研磨表面を有することができる。使用中、研磨物品は、平面的で均一なウエハ表面を提供するために、しばしば流体又は作動液体の存在下で、半導体ウエハ表面と接触する場合がある。研磨物品の使用により制限の一部は克服されるが、ＣＭＰスラリーに関連する全ての制限が克服される訳ではない。この分野では、新規かつ改良された研磨組成物及びスラリーを使わないＣＭＰプロセスのための方法を絶えず探し求めている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示は、一般に、半導体ウエハの露出面を修正するための組成物、システム及び方法に関する。より具体的には、本開示は、固定研磨ＣＭＰプロセスを用いて半導体ウエハを修正するために、酸化物除去速度及び選択比を制御するよう調節され得る組成物に関する。
【０００８】
１つの態様では、本開示は、研磨粒子を実質的に含まず、プロリン及びフルオロケミカル界面活性剤を含む作動液体を提供する。ある実施形態では、作動液体は、固定化研磨物品を用いる化学機械平坦化（ＣＭＰ）において有用である。
【０００９】
別の態様では、本開示は、三次元、構造化、固定化研磨物品と、プロリン及びフルオロケミカル界面活性剤を含む作動液体と、を含むウエハ平坦化システムを提供する。ある実施形態では、固定化研磨物品は、多数の研磨粒子及び結合剤を含む。特定の実施形態では、作動液体のｐＨは９〜１１であり、実質的に研磨粒子を含まない。あるシステムでは、研磨物品は、正確に成形された研磨複合体を含む。
【００１０】
更なる態様では、本開示は、二酸化ケイ素を含む第１領域及び窒化ケイ素を含む第２領域を備えるウエハを提供し、ウエハを、複数の研磨粒子及び結合剤を含む三次元、構造化、固定化研磨物品と接触させ、プロリン及びフルオロケミカル界面活性剤を含む液体媒質の存在下でｂウエハ及び固定化研磨物品を相対的に移動させることにより、ウエハを研磨する方法を提供する。ある実施形態では、作動液体のｐＨは９〜１１である。特定の実施形態では、作動液体のｐＨは１０〜１０．５である。
【００１１】
本開示の組成物及び方法は、研磨パッド及びスラリーよりはむしろ固定化研磨材を使用する化学機械平坦化プロセスの性能を予想以上に強化する。固定研磨ＣＭＰプロセスにおいて、プロリンを含む溶液中でフルオロケミカル界面活性剤を使用すると、窒化物での停止選択性を維持しながら、高誘電性酸化物材除去速度を達成することが見出されている。
【００１２】
誘電性物質（二酸化ケイ素のような金属酸化物）の除去速度は、ある実施形態では、作動液体の組成、特にフルオロケミカル界面活性剤の濃度に影響を受ける、固定研磨ＣＭＰプロセスの重要な特徴である可能性がある。ある実施形態では、作動液体は、少なくとも約５００オングストローム／分（Å／分）の酸化物除去速度を有するよう選択される。他の実施形態では、作動液体は、少なくとも約７００オングストローム／分（Å／分）の酸化物除去速度を有するよう選択される。
【００１３】
更なる実施形態では、作動流体の組成は、少なくとも部分的に、酸化物除去速度及び選択比を上昇させるように選択される。本開示の１つの実施形態では、浅溝型素子分離（ＳＴＩ）における窒化物除去速度を維持し、それによりＳＴＩ用固定研磨ＣＭＰプロセスの作動液体中でプロリンを使用することに関連する窒化物に対する酸化物の選択比を上昇させながら、アルカリｐＨ条件下でプロリンとともにフルオロケミカル界面活性剤を使用することにより酸化物除去速度を上昇させる。特定の実施形態では、本開示の組成は、少なくとも約５００Å／分の酸化物除去速度及び少なくとも５の窒化物に対する酸化物の選択比を実現することができる。他の代表的な実施形態では、本開示の組成物は、少なくとも７００Å／分の酸化物除去速度及び少なくとも３０の選択比を実現することができる。
【００１４】
ある実施形態では、フルオロケミカル界面活性剤の濃度は、少なくとも部分的に、酸化物除去速度を制御するよう選択される。代表的な実施形態では、フルオロケミカル界面活性剤の濃度は、作動液体の、０．００５重量％超、特定の実施形態では、少なくとも０．０２重量％であるように選択される。他の代表的な実施形態では、フルオロケミカル界面活性剤の濃度は、１．０重量％未満、特定の実施形態では、０．６重量％以下である。
【００１５】
本開示のある実施形態は、スラリー系ＣＭＰに関する分野全体に特定の利点を提供する。ある実施形態では、本開示の組成物、システム及び方法は、ウエハ表面のディッシングの減少、下方のＣＭＰパッド圧を使用する能力、及びスラリー系ＣＭＰプロセスに対して改良されたＣＭＰプロセスの制御を提供することができる。本開示の他の実施形態は、固定研磨ＣＭＰに関する分野全体に特定の利点を提供する。ある実施形態では、本開示の組成物、システム及び方法は、急速な酸化物除去速度及び例えばｐＨ９〜１１のような、弱アルカリｐＨ条件下でさえ、窒化物に対する酸化物の選択比の上昇を提供することができる。
【００１６】
上記課題を解決するための手段は、各開示される実施形態又は本開示の全ての実施及びそれらの利点を記載することを目的とするものではない。以下の発明を実施するための形態は、具体的実施形態をより具体的に例証する。他の利点は、本開示から当業者に明らかになるであろう。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本開示の文脈では、
「研磨複合体」とは、結合剤内に分布する研磨粒子を含む、構造化、三次元研磨物品を集合的に提供する複数の成形体のうち１つを指し、
「固定化研磨物品」とは、平坦化プロセス中に発生する可能性のあるものを除いて、非付着研磨粒子を実質的に含まない一体研磨物品を指し、
「正確に成形された研磨複合体」とは、ピーパー（Pieper）らによる米国特許第５，１５２，９１７号に記載されているように、複合体を型から取り外した後に保持されている型穴の反転した成形形状を有する研磨複合体であって、複合体が、研磨物品を使用する前に造形品の露出面を越えて突出する研磨粒子を実質的に含まない場合がある研磨複合体を指し、
「構造化研磨物品」とは、少なくとも隆起部が研磨粒子及び結合剤を含有する、隆起部と陥凹部を有する研磨物品を指し、
「三次元研磨物品」とは、平坦化中の一部の粒子を除去して、平坦化作用を実行することができる追加の研磨粒子が露出するように、厚さの少なくとも一部にわたり延在する多数の研磨粒子を有する研磨物品を指し、
「ウエハ」とは、ブランクウエハ（即ち、金属化及び絶縁領域のようなトポグラフィー特性を付加する目的のために加工する前のウエハ）又は加工ウエハ（即ち、ウエハ表面にトポグラフィー特性を付加する１つ以上の加工工程に供した後のウエハ）の形態の半導体ウエハを指し、
「酸化物除去速度」とは、ＣＭＰプロセス中に、ウエハから誘電性酸化物材を除去することができる、一般にオングストローム／分（Å／分）で表される速度又は速さを指す。
【００１８】
「選択比」とは、ＣＭＰプロセス中にウエハから、第１物質（例えば、二酸化ケイ素のような誘電性酸化物材）を除去できる速度と、第２物質（例えば、窒化ケイ素のようなバリア物質）を除去できる速度との比を指す。
【００１９】
ある実施形態では、本開示は、実質的に研磨粒子を含まず、プロリン及びフルオロケミカル界面活性剤を含む作動液体が、固定研磨ＣＭＰプロセスで用いられる、組成物、システム及び方法を提供する。ある実施形態では、組成物は、固定研磨ＣＭＰシステムで固定化研磨物品とともに用いられる作動液体である。固定研磨ＣＭＰ組成物、システム及び方法は、パターン化ウエハの浅溝型素子分離（ＳＴＩ）にとって有用であり、それは、米国特許第６，９９７，７８５号（ルーブ（Rueb）ら）に記載されているように、「窒化物での停止」酸化物除去選択性を得るために作動液体中で選択的化学作用を用いることが望ましい場合がある。
【００２０】
ＳＴＩでは、基材と複数の浅溝型素子分離構造を有するウエハが提供される。浅溝型素子分離構造は、典型的には、窒化ケイ素層を成膜及びパターン形成して、ウエハの表面上にマスクを形成し、次いで当業者に既知である任意のエッチングプロセスを用いて溝を形成することにより、形成される。誘電層は、浅溝型素子分離構造の表面上及び浅溝型素子分離構造間の空隙に成膜することができる。例えば二酸化ケイ素のような種々の誘電性物質を用いることができる。本開示の文脈で用いるとき、「二酸化ケイ素」は、二酸化ケイ素、並びに、例えば、フッ素、ホウ素及び／又はリンのドープされた二酸化ケイ素のような、二酸化ケイ素のドープされた別形を指す。
【００２１】
誘電層の一部は、次いで、本開示のＣＭＰプロセスを用いて除去されて、所望のパターンを形成する。研磨された誘電物質及び窒化物マスク層は、一般に、平面を形成する。マスク層は、浅溝型素子分離構造がＣＭＰプロセスにさらされるのを防ぐ、ＣＭＰプロセスの停止層として機能する。マスク層は、典型的には、窒化物材料、例えば窒化ケイ素を用いて製造される。本開示による固定化研磨物品及び作動液体の使用すると、スラリー系ＣＭＰプロセスと比較して、固定研磨ＣＭＰプロセスにおけるウエハのディッシングを低減できることが示されている。
【００２２】
本開示のプロセスで有用なＣＭＰ装置は、市販されており、当業者に既知である。代表的なＣＭＰ装置は、アプライド・マテリアルズ社（Applied Materials）（カリフォルニア州サンタクララ（Santa Clara））から市販されており、例えば、「アプライド・マテリアルズ（Applied Materials Mirra）Ｍｉｒｒａ（商標）ＣＭＰポリッシャー」及び「リフレクション・ウェブ（REFLEXION WEB）（商標）」として販売されている装置がある。本開示のプロセスで有用なＣＭＰ装置は、例えば、ブルックスヴォート（Bruxvoort）らによる、米国特許第５，９５８，７９４号及びカイサキ（KAISAKI）らによる米国特許第６，１９４，３１７号に報告されているように、固定化研磨物品に取り付けることができる。
【００２３】
研磨物品を用いて、液体媒質（即ち、作動液体）の存在下で、ウエハの露出面を研磨することができる。本開示の方法で有用な研磨物品は、典型的には、２５０〜１，０００ミリメートルの範囲の直径を有する。研磨物品は、少なくとも５回転／分（ＲＰＭ）、より好ましくは１０ＲＰＭの速度で回転することができる。研磨物品は、好ましくは、最大１０，０００ＲＰＭ、より好ましくは最大１，０００ＲＰＭ、更により好ましくは最大２５０ＲＰＭ、最も好ましくは最大６０ＲＰＭの速度で回転する。ある実施形態では、研磨物品及びウエハは、同じ方向に回転することができる。他の実施形態では、ウエハ及び研磨物品は、反対方向に回転することができる。
【００２４】
研磨物品はまた、例えばシート、ロール、又はベルトを含む他の形状で提供することもできる。これらの形状では、研磨物品は、例えば、研磨作業中、ＣＭＰプロセスに連続的に送り込むことができる。
【００２５】
研磨物品は、長持ちするように選択してよい、例えば、研磨物品は、少なくとも部分的に、最少数の異なるウエハを研磨するように選択することができる。研磨物品はまた、酸化物除去速度に基づいて選択してもよい。更に、研磨物品は、所望の平坦性、表面仕上げ及び最低限のディッシングを有する半導体ウエハを得る能力に基づいて選択してよい。材料、所望の構造及び研磨物品を製造するために用いられるプロセスは、これらの基準を満たしていようといまいと、全て影響を及ぼす。
【００２６】
本開示のＣＭＰプロセスで有用な研磨物品としては、ブルックスヴォート（BRUXVOORT）らによる米国特許第５，９５８，７９４号及びカイサキ（KAISAKI）らによる同第６，１９４，３１７号により報告されているものが挙げられる。特定の実施形態では、三次元、構造化、固定化研磨物品が用いられる。ある実施形態では、研磨物品はセリア研磨粒子を含む。更なる実施形態では、研磨物品は、正確に成形された研磨複合体を含む。
【００２７】
本開示のプロセスで有用なセリア粒子を含む、正確に成形された研磨複合体を有する代表的な研磨物品としては、３Ｍ社（3M COMPANY）（ミネソタ州セントポール（ST. PAUL））から市販されており、「３ＭスラリーフリーＣＭＰ固定研磨材（3M SLURRYFREE CMP FIXED ABRASIVE）３１５２」及び「３ＭスラリーフリーＣＭＰ固定研磨材（3M SLURRYFREE CMP FIXED ABRASIVE）３１５４」として販売されているものが挙げられる。現在、正確に成形された研磨複合体を有する好ましい研磨物品は、３Ｍ社（3M COMPANY）（ミネソタ州セントポール（ST. PAUL））により商品名ＳＷＲ５４２−１２５／１０として販売されている固定化研磨パッドである。
【００２８】
本開示のプロセスを用いるＣＭＰプロセス中、作動液体は、研磨物品とウエハとの間の境界面に存在する。典型的には、平坦化中、作動液体は研磨物品とウエハとの間の境界面へ一貫して流れている。液体流量は、典型的には、少なくとも約１０ミリリットル／分（ＭＬ／分）、より好ましくは少なくとも２５ＭＬ／分である。液体流量は、典型的には、最大約１０，０００ＭＬ／分、より好ましくは最大約５００ＭＬ／分、最も好ましくは最大２５０ＭＬ／分である。
【００２９】
本開示の作動液体は、プロリン及びフルオロケミカル界面活性剤とを含み、実質的に研磨粒子を含まない。ある実施形態では、Ｌ−プロリンをフルオロケミカル界面活性剤とともに用いてよい。作動液体はまた、水及び添加剤（錯化剤、緩衝剤、分散剤等のような）を含んでよい。
【００３０】
ある実施形態では、作動液体のＰＨは少なくとも約９に調節されている。他の実施形態では、作動液体のＰＨは少なくとも約１０に調節されている。特定の現在の好ましい実施形態では、作動液体のＰＨは約１０．５に調節されている。特定のこれらの実施形態では、作動液体のＰＨは約１１以下に調節されている。ある実施形態では、作動液体のＰＨは約１０．５以下に調節されている。ある実施形態では、作動液体のＰＨは約９〜約１１の範囲に調節されている。ある実施形態では、作動液体のＰＨは約１０〜約１０．５の範囲に調節されている。ＰＨは、例えばＫＯＨ又はＮＨ４ＯＨの添加を含む、当業者に既知である方法及び溶液を用いて調節することができる。ある実施形態では、作動液体は緩衝化されている。ある実施形態では、作動液体は、他のアミノ酸、例えばヒスチジン、グリシン、リジン、アルギニン等を用いて緩衝化してもよい。
【００３１】
ある実施形態では、作動液体は少なくとも０．１重量％のプロリンを含む。他の実施形態では、作動液体は少なくとも０．５重量％のプロリンを含む。更なる実施形態では、作動液体は少なくとも１重量％のプロリンを含む。ある実施形態では、作動液体は約２．５重量％のプロリンを含む。特定のこれらの実施形態では、作動液体は最大８重量％のプロリンを含む。ある実施形態では、作動液体は最大５重量％のプロリンを含む。更なる実施形態では、作動液体は最大３重量％のプロリンを含む。
【００３２】
フルオロケミカル界面活性剤は、実質上、界面活性特性を示す任意の高度に又は完全にフッ素化されている化合物であってよい。ある実施形態では、フルオロケミカル界面活性剤は非イオン性界面活性剤である。特定の現在の好ましい実施形態では、フルオロケミカル界面活性剤は、式Ｒ１ＣＨ２ＣＨ２Ｏ（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）ｘＨ（式中、Ｒ１はＦ（ＣＦ２ＣＦ２）３−８であり、ｘは１≧の整数である）を有する。好適なフルオロケミカル界面活性剤としては、ゾニール（Zonyl）（商標）界面活性剤（Ｅ．Ｉ．デュポン・ド・ヌムール社（E.I. DuPont de Nemours Corp.）、デラウェア州ウィルミントン（Wilmington）により製造されている）及びフルオラッド（Fluorad）（商標）界面活性剤（３Ｍ社（3M COMPANY）、ミネソタ州セントポール（St. Paul）により製造されている）が挙げられる。好ましいフルオロケミカル界面活性剤としては、ゾニール（Zonyl）（商標）ＦＳＮ並びに３Ｍ  Ｌ１９９０９、３Ｍ  Ｌ１９３３０及び３Ｍノベック（Novec）（商標）４４３２界面活性剤が挙げられる。
【００３３】
本開示のプロセスで有用なフルオロケミカル界面活性剤の濃度（「濃度」）は、対照誘電体（例えば二酸化ケイ素）除去速度、誘電体のバリア層に対する（例えば、二酸化ケイ素の窒化ケイ素に対する）選択性、又はこれらの組み合わせを制御するように選択することができる。ある代表的な実施形態では、フルオロケミカル界面活性剤濃度は、０．００５％を超えるように選択される。特定の代表的な実施形態では、フルオロケミカル界面活性剤濃度は、作動液体の少なくとも０．０１重量％であるように選択される。他の代表的な実施形態では、少なくとも０．０２重量％のフルオロケミカル界面活性剤濃度を用いることができる。更なる代表的な実施形態では、少なくとも０．２重量％のフルオロケミカル界面活性剤濃度を用いることができる。更なる代表的な実施形態では、少なくとも０．６重量％のフルオロケミカル界面活性剤濃度を用いることができる。
【００３４】
フルオロケミカル界面活性剤の最大好適濃度は、例えば、ＣＭＰプロセス中に摩擦の発生により誘発される聞き取れる程の「軋み音（squeeling）」により、容易に確定され、この軋み音は数種のフルオロケミカル界面活性剤では約０．２重量％を超える濃度で生じる場合がある。あるいは、最大好適濃度は、例えば、固定化研磨パッドの表面からウエハを取り外す（即ち、「脱チャック（de-chucking）」）間、ウエハの望ましくない滑りを目視観測することにより測定でき、この滑りは数種のフルオロケミカル界面活性剤では約０．５重量％を超える濃度で生じる場合がある。特定の代表的な実施形態では、１．０％未満のフルオロケミカル界面活性剤濃度を用いることができる。他の代表的な実施形態では、０．６％以下のフルオロケミカル界面活性剤濃度を用いることができる。更なる代表的な実施形態では、フルオロケミカル界面活性剤濃度は、作動液体の０．２重量％以下、特に代表的な実施形態では、０．０２重量％以下である。
【００３５】
本開示の加工パラメータは、本開示により導かれる当業者が所望の除去速度及び／又は選択性を達成するように選択してよい。例えば、プロリン及びフルオロケミカル界面活性剤の濃度、並びに作動液体のｐＨは、誘電材料の除去速度を制御するように調節することができる。ある実施形態では、フルオロケミカル界面活性剤の濃度は、誘電材料の除去速度を制御するように調節される。所望の除去速度又は選択性を達成するのに必要なフルオロケミカル界面活性剤の適切な濃度を決定するために、異なる濃度を有する一連の少なくとも２種の作動液体を試験し、最適濃度を決定することができる。同様に、所望の除去速度又は選択性のための作動液体のｐＨを決定するために、異なるｐＨ水準を有する一連の少なくとも２種の作動液体を試験し、最適ｐＨ水準を決定することができる。
【００３６】
誘電性材料（例えば、二酸化ケイ素のような金属酸化物）の除去速度は、ある実施形態では、作動液体の組成、具体的にはフルオロケミカル界面活性剤の濃度により影響を受ける、固定研磨ＣＭＰプロセスの重要な特徴である可能性がある。ある実施形態では、作動液体は、少なくとも約５００オングストローム／分（Å／分）の酸化物除去速度を有するように選択される。他の実施形態では、作動液体は、少なくとも１０００Å／分の酸化物除去速度を有するように選択される。更なる実施形態では、作動液体は、少なくとも２，０００Å／分の酸化物除去速度を有するように選択される。更なる実施形態では、作動液体は、少なくとも２，５００Å／分の酸化物除去速度を有するように選択される。更なる実施形態では、作動液体は、少なくとも約３，０００Å／分の酸化物除去速度を有するように選択される。
【００３７】
選択比、つまり、酸化物除去速度と窒化物除去速度との比は、ＣＭＰで有用な、具体的には浅溝型素子分離で有用な窒化物での停止選択性の１つの指標として受け止めることができる。ある実施形態では、作動液体は、誘電体（例えば酸化物）のバリア層（窒化物）に対する選択比が少なくとも約５であるように選択される。他の実施形態では、作動液体は、誘電体のバリア層に対する選択比が少なくとも約２０であるように選択される。特定の実施形態では、作動液体は、誘電体のバリア層に対する選択比が少なくとも約５０であるように選択される。更なる実施形態では、作動液体は、誘電体のバリア層に対する選択比が少なくとも約１００であるように選択される。更なる実施形態では、作動液体は、誘電体のバリア層に対する選択比が少なくとも約２５０であるように選択される。
【００３８】
更なる実施形態では、作動液体の組成は、少なくとも部分的に、酸化物除去速度及び選択比を上昇させるように選択される。本開示の１つの実施形態では、アルカリｐＨ条件下で、プロリンとともにフルオロケミカル界面活性剤を使用すると、浅溝型素子分離（ＳＴＩ）における窒化物除去速度を保持し、それによりＳＴＩ用固定研磨ＣＭＰプロセスの作動液体中でプロリンを使用することに関連する窒化物に対する酸化物の選択比を上昇させながら、酸化物除去速度が上昇する。特定の実施形態では、本開示の組成物は、少なくとも約５００Å／分の酸化物除去速度及び少なくとも５の窒化物に対する酸化物の選択比を実現することができる。ある代表的な実施形態では、本開示の組成物は、少なくとも７００Å／分の酸化物除去速度及び少なくとも３０の選択比を実現することができる。他の代表的な実施形態では、本開示の組成物は、少なくとも約１０００Å／分の酸化物除去速度及び少なくとも５０の窒化物に対する酸化物の選択比を実現することができる。更なる実施形態では、本開示の組成物は、少なくとも２０００Å／分の酸化物除去速度及び少なくとも１００の窒化物に対する酸化物の選択比を実現するように改変することができる。更なる実施形態では、本開示の組成物は、少なくとも約３０００Å／分の酸化物除去速度及び少なくとも２５０の窒化物に対する酸化物の選択比を実現するように改変することができる。
【００３９】
本発明の利点及び他の実施形態は、以下の実施例により更に例証されるが、これらの実施例に列挙される特定の材料及び量、並びに他の条件及び詳細が、本発明を過度に制限すると解釈してはならない。例えば、作動液体の組成並びにカチオン選択及び濃度は変化してもよい。全ての部及び百分率は、特に指定のない限り、重量によるものである。
【実施例】
【００４０】
実施例全体を通して表１に示す材料表記を用いる。以下の実施例では全ての組成の百分率は、作動液体の重量％として表される。
【００４１】
【表１】
2010514222.tif 000002
【００４２】
比較例Ａ
ＳＷＲ５４２−１２５／１０三次元、構造化、固定化研磨パッド（３Ｍ社（3M COMPANY）、ミネソタ州セントポール（St. Paul）製）を用いて、Ｍｉｒｒａ装置（アプライド・マテリアルズ社（Applied Materials, Inc.）、カリフォルニア州サンタクララ（Santa Clara））上で、以下の研磨試験を実施した。各１１枚のウエハの試験手順を記載する前に、脱イオン水中で５０回転／分（ｒｐｍ）及び５走査／分で作動する、ダウンフォース４ｋｇ（９ポンド）の、モルガン（Morgan）ＣＭＰ−２００００ＴＳコンディショナー（モルガン・アドバンスト・セラミックス社（Morgan Advanced Ceramics, Inc.）、カリフォルニア州ヘイワード（Hayward））により、３６秒間表面をコンディショニングすることにより、既に用いた固定化研磨パッドを調製した。
【００４３】
コンディショニングに続いて、水酸化カリウムを用いてｐＨ１０．５に調節されている、脱イオン水中の２．５％Ｌ−プロリン溶液を含む作動液体を用いて、２０．７ｋＰａ（３ｐｓｉ）及び３０ｒｐｍで６０秒間、１０枚の２００ｍｍテトラエチルシリケート（ＴＥＯＳ）膜付きウエハ（blanket tetraethylsilicate （TEOS） blanket wafers）を研磨した。研磨溶液は、２００ｍＬ／分で供給した。次いで、試験する作動液体を用いて、１０枚の２００ｍｍ  ＴＥＯＳ膜付きウエハを研磨し、酸化ケイ素除去速度を規定し、続いて、１枚の予め洗浄してある０．１７ミクロンのＤＲＡＭウエハを研磨し、窒化ケイ素除去速度を規定した。オプティプローブ（Optiprobe）２６００（サーマ・ウェイブ（Therma-Wave）、カリフォルニア州フレモント（Fremont））を用いて、研磨前後のそれぞれの材料の厚さを測定することにより、除去速度を得た。固定研磨ＣＭＰプロセスでフルオロケミカル界面活性剤を用いず、ｐＨ１０．５で２．５％Ｌ−プロリンを用いた研磨結果を表２に示す。
【００４４】
【表２】
2010514222.tif 000003
【００４５】
（実施例１）
ｐＨ１０．５の、０．０２％ゾニール（Zonyl）ＦＳＮ及び２．５％Ｌ−プロリンを含有する作動液体では、平均酸化物除去速度が１００６．９０Å／分、窒化物除去速度が１２．０Å／分、選択比が８３．９であった。
【００４６】
（実施例２）
ｐＨ１０．５の、０．２％ゾニール（Zonyl）ＦＳＮ及び２．５％Ｌ−プロリンを含有する作動液体では、平均酸化物除去速度が１２５０．８０Å／分、窒化物除去速度が５．０Å／分、選択比が２５０．１６であった。
【００４７】
（実施例３）
ｐＨ１０．５の、０．０２％ゾニール（Zonyl）ＦＳＮ及び２．５％Ｌ−プロリンを含有する作動液体では、平均酸化物除去速度が８０１．２０Å／分、窒化物除去速度が１１．０Å／分、選択比が７２．８３であった。
【００４８】
（実施例４）
ｐＨ１０．５の、０．２％ゾニール（Zonyl）ＦＳＮ及び２．５％Ｌ−プロリンを含有する作動液体では、平均酸化物除去速度が１０５０．３８Å／分、窒化物除去速度が２９．０Å／分、選択比が３８．１１であった。
【００４９】
比較例Ｂ
１０枚の２００ｍｍＴＥＯＳ膜付きウエハ及び１枚の予め洗浄してある０．１７ミクロンのダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）ウエハの一連の７セットを、ｐＨ１０．５の２．５％Ｌ−プロリンを含有する作動液体を用いて研磨した。酸化物除去速度が４７７．４２±１０４．０１Å／分、窒化物除去速度が２１．４３±６．０８Å／分、選択比が２３．７６±７．４３であった。
【００５０】
追加試験を以下のように実施した。まず、新しいＳＷＲ５４２−１２５／１０三次元、構造化、固定化研磨パッドを、脱イオン水中で５０ｒｐｍ及び１２走査／分で作動する、ダウンフォース４ｋｇ（９ポンド）の、モルガン（Morgan）ＣＭＰ−２００００ＴＳコンディショナーにより、３００秒間コンディショニングした。コンディショニングに続いて、水酸化カリウムを用いてｐＨ１０．５に調節されている、脱イオン水中の２．５％Ｌ−プロリン溶液を含む作動液体を用いて、２０．７ｋＰａ（３ｐｓｉ）及び３０ｒｐｍで６０秒間、２５枚の２００ｍｍ膜付きＴＥＯＳウエハを研磨した。各６枚のウエハの試験手順の前に、脱イオン水中で５０ｒｐｍ及び１２走査／分で作動する、ダウンフォース４ｋｇ（９ポンド）の、モルガン（Morgan）ＣＭＰ−２００００ＴＳコンディショナーにより、５分間表面をコンディショニングすることにより、パッドを調製した。
【００５１】
コンディショニングに続いて、水酸化カリウムを用いてｐＨ１０．５に調節されている、脱イオン水中の２．５％Ｌ−プロリン溶液を含む作動液体を用いて、２０．７ｋＰａ（３ポンド／平方インチ、ｐｓｉ）及び３０ｒｐｍで６０秒間、５枚の２００ｍｍ膜付きＴＥＯＳウエハを研磨した。研磨溶液は２００ｍＬ／分で供給した。次いで、試験する作動液体を用いて、３枚の２００ｍｍ  ＴＥＯＳ膜付きウエハを研磨して、酸化物除去速度を規定し、続いて１枚の予め洗浄してある０．１７ミクロンのＤＲＡＭウエハを研磨して、窒化ケイ素除去速度を規定した。オプティプローブ２６００を用いて、研磨前後のそれぞれの材料の厚さを測定することにより、除去速度を得た。
【００５２】
（実施例５）
ｐＨ１０．５の、０．２％３Ｍ  Ｌ１９３３０フルオロケミカル界面活性剤及び２．５％Ｌ−プロリンを含有する作動液体では、平均酸化物除去速度が５１３．６７Å／分、窒化物除去速度が２．０Å／分、選択比が２５６．８３であった。
【００５３】
比較例Ｃ
この比較例は、５００Å／分の酸化物除去速度を得るのに有効な量を下回るフルオロケミカル界面活性剤の使用について示す。ｐＨ１１．０の、０．００５％３Ｍ  Ｌ１９９０９及び２．５％Ｌ−プロリンを含有する作動液体では、平均酸化物除去速度が２６０．３３Å／分、窒化物除去速度が２４．０Å／分、選択比が１０．８４であった。
【００５４】
（実施例６）
ｐＨ１１．０の、０．０２％３Ｍ  Ｌ１９９０９及び２．５％Ｌ−プロリンを含有する作動液体では、平均酸化物除去速度が７０５．３３Å／分、窒化物除去速度が８．０Å／分、選択比が８８．１６であった。
【００５５】
（実施例７）
ｐＨ１１．０の、０．２％３Ｍ  Ｌ１９９０９及び２．５％Ｌ−プロリンを含有する作動液体では、平均酸化物除去速度が５４７．００Å／分、窒化物除去速度が９．０Å／分、選択比が６０．７８であった。
【００５６】
実施例１〜８及び比較例Ｂ及びＣの結果を表３に要約する。
【００５７】
【表３】
2010514222.tif 000004
【００５８】
比較例Ｄ
３枚の２００ｍｍＴＥＯＳ膜付きウエハの一連の３セットを、ｐＨ１０．５の、２．５％Ｌ−プロリンを含有する作動液体を用いて研磨した。酸化物除去速度は４７５．５５Å／分であった。
【００５９】
（実施例９）
３種のフルオロケミカル界面活性剤（表１の３Ｍ  Ｌ１９９０９、３Ｍ  ＦＣ４４３２及びデュポンゾニール（DuPont Zonyl）ＦＳＮ）を、ｐＨ１０．５の、２．５％のＬ−プロリンを含む作動液体中の様々な濃度で、Ｍｉｒｒａ  ＣＭＰポリッシャー（アプライド・マテリアルズ社（Applied Materials）、カリフォルニア州サンタクララ（Santa Clara））内のＳＷＲ５４２−１２５／１０固定化研磨パッド（３Ｍ社（3M Company）、ミネソタ州セントポール（St. Paul）から入手可能）を用いて個々に評価した。用いたＳＷＲ５４２パッドをＭｉｒｒａキャリア内に定置した。このパッドを、まず、脱イオン水中で、フォース４ｋｇ（９ポンド）、５０ｒｐｍ、１２走査／分で、５分間コンディショニングして慣らした。１０枚の膜付きＴＥＯＳウエハを、ｐＨ１０．５の、２．５％Ｌ−プロリンの作動液体中で、圧力２０．７ｋＰａ（３ｐｓｉ）、３０ｒｐｍで６０秒間起動した。次いで、１連の作動液体を以下の方式で起動した。
１．５分間のコンディショニングサイクル（上記のような）を起動した。
２．５枚の膜付きＴＥＯＳウエハを、上記のように、Ｌ−プロリン化学物質中で起動した。
３．５枚の膜付きＴＥＯＳウエハを、
表４に示す濃度で添加されたフルオロケミカル界面活性剤を含む、Ｌ−プロリン化学物質中で、上記のように起動した。
【００６０】
表４に示すように、０．０２％の界面活性剤濃度では、３Ｍ  Ｌ１９９０９は、ゾニール（Zonyl）ＦＳＮと少なくとも同程度、フルオロケミカル界面活性剤を含まない対照の約２倍の研磨速度が得られた。０．２％の濃度では、酸化物除去速度は更に速かったが、ＦＣ４４３２及びＬ１９９０９界面活性剤では強い摩擦がみられた。摩擦は、研磨中、うるさく甲高い「軋み」不快音を発生させた。更に、０．６％濃度の３Ｍ  ＦＣ４４３２及び３Ｍ  Ｌ１９９０９では、脱チャック（パッド表面からウエハを取り外す）の間、幾つかのウエハが滑った。ゾニールＦＳＮは、摩擦により誘発される軋みも、脱チャック中のウエハの滑りも示さなかった。
【００６１】
【表４】
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【００６２】
本発明の構造及び機能の詳細とともに、上記開示で記載した本開示の多数の特徴及び利点においてさえも、本開示は例示のみであることを理解されたい。特に作動液体中の界面活性剤濃度及び使用方法において詳細に至るまで、本発明の原理の範囲内にて、添付の特許請求の範囲で表された用語の定義、並びにそれらの構造及び方法の等価物により示される最大限まで変更を行うことが可能である。
【００６３】
本開示の範疇及び原理から逸脱することなく様々な修正を行えることが、上記の説明から当業者に明らかとなり、また、本開示が、先に記載した例示的な実施形態に過度に限定されるものではないことが、理解されるべきである。本開示の様々な実施形態について説明した。これら及び他の実施形態は、以下の特許請求の範囲に含まれる。
【国際調査報告】
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