特表 2024-508243 炭窒化ケイ素研磨組成物及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-02-26

(54)【発明の名称】炭窒化ケイ素研磨組成物及び方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20240216BHJP

   B24B 37/00 20120101ALI20240216BHJP

   C09K 3/14 20060101ALI20240216BHJP

   C09G 1/02 20060101ALI20240216BHJP

   C01B 33/14 20060101ALI20240216BHJP

【ＦＩ】

H01L21/304 622D

H01L21/304 622X

H01L21/304 622B

B24B37/00 H

C09K3/14 550D

C09K3/14 550Z

C09G1/02

C01B33/14

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023547496

(86)(22)【出願日】2022-02-04

(85)【翻訳文提出日】2023-09-29

(86)【国際出願番号】 US2022015178

(87)【国際公開番号】W WO2022170015

(87)【国際公開日】2022-08-11

(31)【優先権主張番号】63/145,842

(32)【優先日】2021-02-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】500397411

【氏名又は名称】シーエムシー マテリアルズ リミティド ライアビリティ カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100195213

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 健治

(74)【代理人】

【識別番号】100202441

【弁理士】

【氏名又は名称】岩田 純

(72)【発明者】

【氏名】ラン－タイ ルー

(72)【発明者】

【氏名】ブライアン レイス

(72)【発明者】

【氏名】ローマン エー．イバノフ

【テーマコード（参考）】

3C158

4G072

5F057

【Ｆターム（参考）】

3C158AA07

3C158AC04

3C158BA02

3C158BA04

3C158BA05

3C158BA09

3C158CB01

3C158CB03

3C158CB10

3C158DA02

3C158DA12

3C158DA17

3C158EA11

3C158EB01

3C158ED02

3C158ED10

3C158ED22

3C158ED23

4G072AA25

4G072AA28

4G072BB05

4G072CC13

4G072DD05

4G072DD06

4G072EE01

4G072GG01

4G072TT01

4G072TT30

4G072UU30

5F057AA03

5F057AA09

5F057AA17

5F057AA28

5F057BA15

5F057BB09

5F057BB14

5F057BB16

5F057BB19

5F057BB38

5F057CA12

5F057DA03

5F057EA17

5F057EA21

5F057EA29

5F057EA31

5F057EA32

(57)【要約】

炭窒化ケイ素層を含む基板を研磨するための化学機械研磨組成物であって、組成物は、水性液体基剤、液体基剤中に分散されたアニオン性コロイダルシリカ粒子、トポグラフィー制御剤を含み、これらから本質的に成り、又はこれらから成り、及び約２～約７の範囲内のｐＨを有する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

炭窒化ケイ素層を研磨するための化学機械研磨組成物であって、
水性液体基剤、
前記液体基剤中に分散されたアニオン性コロイダルシリカ粒子、
ビストリスメタン、及び
約４～約７の範囲内のｐＨ、
を含む、組成物。

【請求項2】

前記アニオン性コロイダルシリカ粒子が、前記研磨組成物中において、約－１０よりも大きいゼータ電位を有する、請求項１に記載の組成物。

【請求項3】

約１重量パーセント～約６重量パーセントの前記アニオン性コロイダルシリカ研磨材粒子を含む、請求項１に記載の組成物。

【請求項4】

約２重量パーセント～約４重量パーセントの前記アニオン性コロイダルシリカ研磨材粒子を含む、請求項１に記載の組成物。

【請求項5】

前記アニオン性コロイダルシリカ研磨材粒子が、１００ｎｍ未満の平均粒子サイズを有する、請求項１に記載の組成物。

【請求項6】

前記アニオン性コロイダルシリカ研磨材粒子が、約６０～約８０ｎｍの範囲内の平均粒子サイズを有する、請求項１に記載の組成物。

【請求項7】

約２００重量ｐｐｍ～約２０００重量ｐｐｍの前記ビストリスメタンを含む、請求項１に記載の組成物。

【請求項8】

約６００重量ｐｐｍ～約１２００重量ｐｐｍの前記ビストリスメタンを含む、請求項１に記載の組成物。

【請求項9】

約５～約６のｐＨを有する、請求項１に記載の組成物。

【請求項10】

約１重量パーセント～約６重量パーセントの前記アニオン性コロイダルシリカ研磨材粒子、
約２００重量ｐｐｍ～約２０００重量ｐｐｍの前記ビストリスメタン、
を含み、
前記アニオン性コロイダルシリカ研磨材粒子が、１００ｎｍ未満の平均粒子サイズを有する、請求項１に記載の組成物。

【請求項11】

約２重量パーセント～約４重量パーセントの前記アニオン性コロイダルシリカ研磨材粒子、
約６００重量ｐｐｍ～約１２００重量ｐｐｍの前記ビストリスメタン、
を含み、
前記アニオン性コロイダルシリカ研磨材粒子が、約６０～約８０ｎｍの範囲内の平均粒子サイズを有し、及び
前記組成物が、約５～約６のｐＨを有する、請求項１に記載の組成物。

【請求項12】

炭窒化ケイ素層を研磨するための化学機械研磨組成物であって、
水性液体基剤、
前記液体基剤中に分散されたアニオン性コロイダルシリカ粒子、
酢酸、及び
約２．５～約４の範囲内のｐＨ、
を含む、組成物。

【請求項13】

前記アニオン性コロイダルシリカ粒子が、前記研磨組成物中において、約－１０よりも大きいゼータ電位を有する、請求項１２に記載の組成物。

【請求項14】

約１重量パーセント～約６重量パーセントの前記アニオン性コロイダルシリカ研磨材粒子を含む、請求項１２に記載の組成物。

【請求項15】

約２重量パーセント～約４重量パーセントの前記アニオン性コロイダルシリカ研磨材粒子を含む、請求項１２に記載の組成物。

【請求項16】

前記アニオン性コロイダルシリカ研磨材粒子が、１００ｎｍ未満の平均粒子サイズを有する、請求項１２に記載の組成物。

【請求項17】

前記アニオン性コロイダルシリカ研磨材粒子が、約６０～約８０ｎｍの範囲内の平均粒子サイズを有する、請求項１２に記載の組成物。

【請求項18】

約３～約４のｐＨを有する、請求項１２に記載の組成物。

【請求項19】

約１重量パーセント～約６重量パーセントの前記アニオン性コロイダルシリカ研磨材粒子、
を含み、前記アニオン性コロイダルシリカ研磨材粒子が、１００ｎｍ未満の平均粒子サイズを有する、請求項１２に記載の組成物。

【請求項20】

約２重量パーセント～約４重量パーセントの前記アニオン性コロイダルシリカ研磨材粒子、
を含み、前記アニオン性コロイダルシリカ研磨材粒子が、約６０～約８０ｎｍの範囲内の平均粒子サイズを有し、及び
前記組成物が、約３～約４のｐＨを有する、請求項１２に記載の組成物。

【請求項21】

少なくとも１つの炭窒化ケイ素層を有する基板を化学機械研磨する方法であって、
（ａ）前記基板を、請求項１に記載の研磨組成物と接触させること、
（ｂ）前記基板に対して前記研磨組成物を動かすこと、及び
（ｃ）前記基板を摩滅させて前記炭窒化ケイ素層の一部分を前記基板から除去し、それによって前記基板を研磨すること、
を含む、方法。

【請求項22】

少なくとも１つの炭窒化ケイ素層を有する基板を化学機械研磨する方法であって、
（ａ）前記基板を、請求項１２に記載の研磨組成物と接触させること、
（ｂ）前記基板に対して前記研磨組成物を動かすこと、及び
（ｃ）前記基板を摩滅させて前記炭窒化ケイ素層の一部分を前記基板から除去し、それによって前記基板を研磨すること、
を含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

開示される実施形態は、化学機械研磨に関し、より詳細には、炭窒化ケイ素層を含む基板を研磨するための組成物及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

炭窒化ケイ素（ＳｉＣＮ）誘電体は、例えば誘電体層、拡散バリア、及びストップ層として、半導体デバイスにますます使用されている。ＳｉＣＮの使用は、数多くの利点を、特にデバイスサイズが小さくなるに従って提供し得る。例えば、ＳｉＣＮは、一般にＳｉＮよりも低い誘電率を有し、したがって、層はより低いキャパシタンスを有することが可能となり得る。

【0003】

ＳｉＣＮの集積化に伴う１つの問題は、適切な化学機械研磨（ＣＭＰ）性能を実現することである。例えば、適切なＳｉＣＮ除去率を実現すること、及びトポグラフィー測定指標（topography metrics）を満たすことが課題であり得る。先端半導体デバイスでのＳｉＣＮ膜の出現と共に、適切に高いＳｉＣＮ除去率及び適切なトポグラフィー制御の両方を提供する研磨組成物及び研磨方法が、本技術分野において求められている。

【発明の概要】

【0004】

炭窒化ケイ素層を含む基板を研磨するための第一の化学機械研磨組成物が開示される。研磨組成物は、水性液体基剤、液体基剤中に分散されたアニオン性コロイダルシリカ粒子、ビストリスメタンを含み、これらから本質的に成り、又はこれらから成り、及び約４～約７の範囲内のｐＨを有する。

【0005】

炭窒化ケイ素層を含む基板を研磨するための第二の化学機械研磨組成物が開示される。研磨組成物は、水性液体基剤、液体基剤中に分散されたアニオン性コロイダルシリカ粒子、酢酸を含み、これらから本質的に成り、又はこれらから成り、及び約２．５～約４の範囲内のｐＨを有する。

【0006】

炭窒化ケイ素層を含む基板を研磨するための方法がさらに開示される。方法は、ウェハを、上述した第一又は第二の研磨組成物（又は、本明細書で開示される他の組成物の何れか１つ）と接触させること、ウェハに対して研磨組成物を動かすこと、及びウェハを摩滅させて炭窒化ケイ素をウェハから除去することによって、ウェハを研磨すること、を含み得る。

【発明を実施するための形態】

【0007】

化学機械研磨組成物が開示される。１つの研磨組成物は、水性液体基剤、液体基剤中に分散されたアニオン性コロイダルシリカ粒子、ビストリスメタンを含み、これらから本質的に成り、又はこれらから成り、及び約４～約７の範囲内のｐＨを有する。別の研磨組成物は、水性液体基剤、液体基剤中に分散されたアニオン性コロイダルシリカ粒子、酢酸を含み、これらから本質的に成り、又はこれらから成り、及び約２．５～約４の範囲内のｐＨを有する。炭窒化ケイ素含有基板を研磨するために開示される組成物を用いる方法も開示される。

【0008】

開示される組成物及び方法は、様々な技術的利点及び先行技術と比較した改善を提供し得る。例えば、開示される組成物及び方法は、炭窒化ケイ素のＣＭＰ作業時における適切に高い除去率及び改善されたトポグラフィー制御を可能とし得る。

【0009】

研磨組成物は、一般に、液体基剤中に懸濁された研磨材粒子を含有する。液体基剤は、研磨材粒子及び何らかの所望に応じて含まれる化学添加剤を、研磨（例：平坦化）されるべき基板の面に適用することを促進するために用いられる。液体基剤は、脱イオン水を含む、好ましくは脱イオン水から成る、又は脱イオン水から本質的に成る。

【0010】

研磨材粒子は、液体基剤中に分散されたシリカ粒子（ヒュームドシリカ粒子及び／又はコロイダルシリカ粒子など）を含み得る。好ましい実施形態は、コロイダルシリカ粒子を含む。本明細書で用いられる場合、コロイダルシリカ粒子の用語は、構造的に異なる粒子であるヒュームドシリカを製造するために用いられる加熱又は火炎加水分解プロセスではなく、湿式プロセスを介して製造されるシリカ粒子を意味する。コロイダルシリカ粒子は、凝集していても又は凝集していなくてもよい。非凝集粒子は、球状又は球状に近い形状であってよい個々に分離した粒子であるが、他の形状を有していてもよい（概略楕円形、正方形、又は長方形の断面など）。凝集粒子は、複数の分離した粒子が一緒にクラスター化又は結合して、全体として不規則な形状を有する凝集体を形成している粒子である。凝集コロイダルシリカ粒子は、例えば、本出願の譲受人に譲渡された米国特許第９３０９４４２号明細書に開示されている。

【0011】

最も好ましい実施形態は、有利には、アニオン性コロイダルシリカ粒子を含む。「アニオン性」とは、研磨材粒子が組成物中で（例：組成物のｐＨで）負の表面電荷を有することを意味する。当業者には公知であるように、コロイダルシリカ粒子などの分散された粒子上の電荷は、本技術分野において一般にゼータ電位（又は、界面動電位）と称される。粒子のゼータ電位は、粒子の周囲にあるイオンの電荷と研磨組成物のバルク溶液（例：液体基剤及びその中に溶解している何らかの他の成分）の電荷との間の電位差を意味する。研磨組成物などの分散体のゼータ電位は、Ｍａｌｖｅｒｎ（登録商標）Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓから入手可能なＺｅｔａｓｉｚｅｒ（登録商標）、Ｂｒｏｏｋｈａｖｅｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓから入手可能なＺｅｔａＰｌｕｓ Ｚｅｔａ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ａｎａｌｙｚｅｒ、及び／又はＤｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．から入手可能な超音波方式の分光計などの市販の装置を用いて得ることができる。

【0012】

開示される研磨組成物では、アニオン性コロイダルシリカは、約５ｍＶ以上（例：約１０ｍＶ以上、約１５ｍＶ以上、又は約２０ｍＶ以上）の負電荷（負のゼータ電位）を有し得る。研磨組成物中のコロイダルシリカ粒子は、約５０ｍＶ以下の負電荷を有し得る。例えば、研磨材粒子は、約－５～約－５０ｍＶ（例：約－１０～約－５０ｍＶ、約－１５～約－４５、又は約－２０～約－４０）の範囲内のゼータ電位を有し得る。

【0013】

コロイダルシリカ粒子は、研磨組成物のｐＨでのその自然状態で、アニオン性であり得る。好ましい実施形態では、コロイダルシリカ粒子は、表面の金属ドープ、並びに／又は例えば有機酸、硫黄系の酸、リン系の酸、及び／若しくはアニオン性ポリマーを用いた化学表面処理若しくは部分的表面処理を介して、研磨組成物のｐＨでアニオン性とされる。そのような処理方法は、当業者に公知である（例：米国特許第９３８２４５０号明細書に開示されるように）。

【0014】

研磨材粒子は、実質的に適切ないかなる粒子サイズを有していてもよい。液体基剤中に懸濁された粒子の粒子サイズは、様々な手段を用いて業界で定められ得る。例えば、粒子サイズは、粒子を包含する最も小さい球の直径として定めることができ、例えばＣＰＳ Ｄｉｓｃ Ｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅ，Ｍｏｄｅｌ ＤＣ２４０００ＨＲ（ＣＰＳ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｐｒａｉｒｉｅｖｉｌｌｅ，Ｌｏｕｉｓｉａｎａより入手可能）又はＭａｌｖｅｒｎ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ（登録商標）から入手可能なＺｅｔａｓｉｚｅｒ（登録商標）を含む数多くの市販の装置を用いて測定することができる。研磨材粒子は、約２５ｎｍ以上（例：約３０ｎｍ以上、約４０ｎｍ以上、約５０ｎｍ以上、又は約６０ｎｍ以上）の平均粒子サイズを有し得る。研磨材粒子は、約１５０ｎｍ以下（例：約１２５ｎｍ以下、約１００ｎｍ以下、又は約８０ｎｍ以下）の平均粒子サイズを有し得る。したがって、研磨材粒子は、上記終点の何れか２つを境界値とする範囲内の平均粒子サイズを有し得る。例えば、研磨材粒子は、約２５ｎｍ～約１５０ｎｍ（例：約３０ｎｍ～約１２５ｎｍ又は約４０ｎｍ～約１００ｎｍ）の範囲内の平均粒子サイズを有し得る。好ましい実施形態は、約５０ｎｍ～約１００ｎｍ（最も好ましい範囲は、約６０ｎｍ～約８０ｎｍ）の範囲内の粒子サイズを有する。

【0015】

研磨組成物は、実質的に適切ないかなる量のコロイダルシリカ粒子を含んでもよい。研磨組成物は、使用時点で、約０．１重量％以上（例：約０．２重量％以上、約０．５重量％以上、約１重量％以上、又は約２重量％以上）のコロイダルシリカ粒子を含み得る。研磨組成物はまた、使用時点で、約２０重量％以下（例：約１０重量％以下、約８重量％以下、約６重量％以下、又は約４重量％以下）のコロイダルシリカ粒子を含み得る。したがって、研磨組成物中のシリカ粒子の使用時点での量は、上記終点の何れか２つを境界値とする範囲内であり得る。例えば、研磨組成物中のコロイダルシリカ粒子の量は、約０．１重量％～約２０重量％（例：約０．５重量％～約１０重量％又は約０．５重量％～約８重量％）の範囲内であり得る。好ましい実施形態は、約１重量％～約６重量％のコロイダルシリカ粒子を有する（最も好ましい実施形態は、使用時点で約２重量％～約４重量％のコロイダルシリカ粒子を有する）。

【0016】

第一の研磨組成物は、一般に、使用時点で約９以下の穏和な酸性ｐＨ又は中性ｐＨを有する（例：約８以下、約７以下、又は約６以下）。研磨組成物はまた、使用時点で約３以上のｐＨを有し得る（例：約４以上又は約５以上）。したがって、使用時点のｐＨは、上記終点の何れか２つを境界値とする範囲内、例えば約４～約８であり得る（例：約４～約７又は約５～約６）。好ましい実施形態では、ｐＨは、約５～約６の範囲内である（そして最も好ましくは約５．５である）。

【0017】

第二の研磨組成物は、使用時点で約７未満のｐＨ（例：約６以下、約５以下、又は約４以下）を有する酸性である。研磨組成物はまた、使用時点で約１以上のｐＨを有し得る（例：約２以上又は約３以上）。したがって、使用時点のｐＨは、上記終点の何れか２つを境界値とする範囲内、例えば約２～約６であり得る（例：約２～約５又は約２．５～約４）。好ましい実施形態では、ｐＨは、約３～約４の範囲内である（そして最も好ましくは約３．５である）。

【0018】

研磨組成物は、所望に応じて、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、及び／又は硝酸（例えば、所望されるｐＨに応じて）を例とするｐＨ調整剤を含む。研磨組成物はまた、所望に応じて、その多くが本技術分野において公知であるｐＨ緩衝系を含んでもよい。研磨組成物は、所望されるｐＨを実現及び／又は維持する目的で、適切ないかなる量のｐＨ調整剤及び／又はｐＨ緩衝剤を含んでもよい（濃縮物又は使用時点の組成物の何れか又は両方において）。第二の研磨組成物は、有利には、酢酸を含み得る。

【0019】

開示される研磨組成物は、さらに、トポグラフィー制御剤（topography control agent）を含む。好ましい実施形態では、トポグラフィー制御剤は、第三級アミン（窒素原子が３個の炭素原子に直接結合している化合物）である。最も好ましいトポグラフィー制御剤は、ビストリスメタン（本明細書において、ビストリスとも称される）である。驚くべきことに、ビストリスメタンの使用によって、ＳｉＣＮ除去率を改善することができ、さらに、ＣＭＰ作業時のトポグラフィー制御も著しく改善することができることが見出された。酢酸も、ある特定の酸性の実施形態（例：約２．５～約４の範囲内のｐＨを有する）において、適切なトポグラフィー制御剤であることが見出された。

【0020】

開示される実施形態は、実質的に適切ないかなる量のトポグラフィー制御剤（例：ビストリスメタン）を含んでもよい。研磨組成物は、使用時点で、約５０重量ｐｐｍ以上（例：約１００ｐｐｍ以上、約２００ｐｐｍ以上、約４００ｐｐｍ以上、又は約６００ｐｐｍ以上）のトポグラフィー制御剤を含み得る。研磨組成物はまた、使用時点で、約５０００重量ｐｐｍ以下（例：約２０００ｐｐｍ以下、約１６００ｐｐｍ以下、約１４００ｐｐｍ以下、又は約１２００ｐｐｍ以下）のトポグラフィー制御剤を含み得る。したがって、研磨組成物中のトポグラフィー制御剤の使用時点での量は、上記終点の何れか２つを境界値とする範囲内であり得る。例えば、研磨組成物中のトポグラフィー制御剤の量は、約５０重量ｐｐｍ～約５０００重量ｐｐｍの範囲内であり得る（例：約１００ｐｐｍ～約２０００ｐｐｍ、約２００ｐｐｍ～約１６００ｐｐｍ、約４００ｐｐｍ～約１４００ｐｐｍ、又は約６００ｐｐｍ～約１２００ｐｐｍ）。

【0021】

研磨組成物は、所望に応じて、殺生物剤をさらに含んでもよい。殺生物剤は、イソチアゾリノン殺生物剤を例とする適切ないかなる殺生物剤を含んでもよい。研磨組成物中の殺生物剤の量は、典型的には、使用時点又は濃縮物中で約１ｐｐｍ～約５０ｐｐｍ、好ましくは約１ｐｐｍ～約２０ｐｐｍの範囲内である。

【0022】

研磨組成物は、適切ないかなる技術を用いて製造されてもよく、そのうちの多くは当業者に公知である。研磨組成物は、バッチプロセス又は連続プロセスで製造されてよい。一般に、研磨組成物は、その成分をいかなる順番で組み合わせることによって製造されてもよい。「成分」の用語は、本明細書で用いられる場合、個々の原材料（例：シリカ粒子、トポグラフィー制御剤、及び所望に応じて含まれてよい他の何らかの化合物が挙げられる）を含む。

【0023】

例えば、トポグラフィー制御剤は、懸濁されたシリカ研磨材を含む分散体に直接添加され得る。成分は、充分な混合を実現するために、適切ないかなる技術を用いて一緒にブレンドされてもよい。そのようなブレンド／混合の技術は、当業者に公知である。研磨組成物は、有利には、上述の物理的特性を有するコロイダルシリカ及び他の所望に応じて含まれてよい成分を含む、ワンパッケージシステムとして供給され得る。

【0024】

本発明の研磨組成物はまた、使用前に適切な量の水で希釈することを意図している濃縮物として提供されてもよい。そのような実施形態では、研磨組成物濃縮物は、研磨材粒子、トポグラフィー制御剤、及び所望に応じて含まれてよい他の成分を、濃縮物を適切な量の水で希釈した後に研磨組成物の各成分が各成分に対して上記で述べた適切な範囲内の量で研磨組成物中に存在することになるような量で含み得る。例えば、成分の各々は、濃縮物を等体積（又は質量）の水（例：等体積（又は質量）の水の２回分、等体積（又は質量）の水の３回分、等体積（又は質量）の水の４回分、又は等体積（又は質量）の水の９回分）で希釈した場合に、各成分が各成分に対して上記で述べた範囲内の量で研磨組成物中に存在することになるように、各成分に対して上記で述べた使用時点の濃度よりも約２倍（例：約３倍、約４倍、約５倍、又は約１０倍）多い量で、各々研磨組成物中に存在し得る。さらに、当業者であれば理解されるように、濃縮物は、他の成分が少なくとも部分的に又は完全に濃縮物中で溶解されることを確保する目的で、最終研磨組成物中に存在する水の適切な割合を含有し得る。

【0025】

１つの例としての実施形態では、研磨濃縮物は、水性液体基剤、少なくとも１０重量パーセントのアニオン性シリカ粒子、トポグラフィー制御剤のビストリスメタンを含んでよく、約４～約７（又は約５～約６）の範囲内のｐＨを有し得る。研磨濃縮物は、適切な濃度のアニオン性シリカ粒子及びビストリスメタンを含む研磨組成物を得るために、使用前に脱イオン水で希釈され得る。

【0026】

別の例としての実施形態では、研磨濃縮物は、水性液体基剤、少なくとも１０重量パーセントのアニオン性シリカ粒子、酢酸を含んでよく、約２．５～約４（又は約３～約４）の範囲内のｐＨを有し得る。研磨濃縮物は、適切な濃度のアニオン性シリカ粒子を含む研磨組成物を得るために、使用前に脱イオン水で希釈され得る。

【0027】

本発明の研磨方法は、化学機械研磨（ＣＭＰ）装置と合わせての使用に特に適している。典型的には、装置は、使用時に作動し、軌道運動、直線運動、又は円運動から生ずる速度を有するプラテン、プラテンと接触しており、作動時にプラテンと共に動く研磨パッド、及び研磨パッドの面に接触させ、それに対して動かすことによって研磨されることになる基板を保持するキャリア、を含む。基板の研磨は、基板を、研磨パッド及び本発明の研磨組成物と接触して配置し、続いて、炭窒化ケイ素層の少なくとも一部分を摩滅させ、それによって基板を研磨するように、基板上の炭窒化ケイ素層に対して研磨パッドを動かすことによって行われる。

【0028】

基板は、化学機械研磨組成物により、適切ないかなる研磨パッド（例：研磨面）を用いて平坦化又は研磨されてもよい。適切な研磨パッドとしては、例えば、織布及び不織布の研磨パッドが挙げられる。さらに、適切な研磨パッドは、密度、硬度、厚さ、圧縮性、圧縮時に反発する能力、及び圧縮係数が様々である適切ないかなるポリマーを含んでいてもよい。適切なポリマーとしては、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニル、ナイロン、フルオロカーボン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリアクリレート、ポリエーテル、ポリエチレン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリプロピレン、これらの共成形品（co-formed products）、及びこれらの混合物が挙げられる。

【0029】

本開示が数多くの実施形態を含むことは理解される。これらの実施形態は、限定されるものではないが、以下の実施形態を含む。

【0030】

第一の実施形態では、炭窒化ケイ素層を研磨するための化学機械研磨組成物は、水性液体基剤、液体基剤中に分散されたアニオン性コロイダルシリカ粒子、ビストリスメタン、及び約４～約７の範囲内のｐＨを含む。

【0031】

第二の実施形態は、第一の実施形態を含んでよく、アニオン性コロイダルシリカ粒子は、研磨組成物中において、約－１０よりも大きいゼータ電位を有する。

【0032】

第三の実施形態は、第一及び第二の実施形態のうちの何れか１つを含んでよく、約１重量パーセント～約６重量パーセントのアニオン性コロイダルシリカ研磨材粒子を含む。

【0033】

第四の実施形態は、第一～第三の実施形態のうちの何れか１つを含んでよく、約２重量パーセント～約４重量パーセントのアニオン性コロイダルシリカ研磨材粒子を含む。

【0034】

第五の実施形態は、第一～第四の実施形態のうちの何れか１つを含んでよく、アニオン性コロイダルシリカ研磨材粒子は、１００ｎｍ未満の平均粒子サイズを有する。

【0035】

第六の実施形態は、第一～第五の実施形態のうちの何れか１つを含んでよく、アニオン性コロイダルシリカ研磨材粒子は、約６０～約８０ｎｍの範囲内の平均粒子サイズを有する。

【0036】

第七の実施形態は、第一～第六の実施形態のうちの何れか１つを含んでよく、約２００重量ｐｐｍ～約２０００重量ｐｐｍのビストリスメタンを含む。

【0037】

第八の実施形態は、第一～第七の実施形態のうちの何れか１つを含んでよく、約６００重量ｐｐｍ～約１２００重量ｐｐｍのビストリスメタンを含む。

【0038】

第九の実施形態は、第一～第八の実施形態のうちの何れか１つを含んでよく、約５～約６のｐＨを有する。

【0039】

第十の実施形態は、第一～第九の実施形態のうちの何れか１つを含んでよく、約１重量パーセント～約６重量パーセントのアニオン性コロイダルシリカ研磨材粒子、約２００重量ｐｐｍ～約２０００重量ｐｐｍのビストリスメタンを含み、アニオン性コロイダルシリカ研磨材粒子は、１００ｎｍ未満の平均粒子サイズを有する。

【0040】

第十一の実施形態は、第一～第十の実施形態のうちの何れか１つを含んでよく、約２重量パーセント～約４重量パーセントのアニオン性コロイダルシリカ研磨材粒子、約６００重量ｐｐｍ～約１２００重量ｐｐｍのビストリスメタンを含み、アニオン性コロイダルシリカ研磨材粒子は、約６０～約８０ｎｍの範囲内の平均粒子サイズを有し、及び組成物は、約５～約６のｐＨを有する。

【0041】

第十二の実施形態では、炭窒化ケイ素層を研磨するための化学機械研磨組成物は、水性液体基剤、液体基剤中に分散されたアニオン性コロイダルシリカ粒子、酢酸、及び約２．５～約４の範囲内のｐＨを含む。

【0042】

第十三の実施形態は、第十二の実施形態を含んでよく、アニオン性コロイダルシリカ粒子は、研磨組成物中において、約－１０よりも大きいゼータ電位を有する。

【0043】

第十四の実施形態は、第十二及び第十三の実施形態のうちの何れか１つを含んでよく、約１重量パーセント～約６重量パーセントのアニオン性コロイダルシリカ研磨材粒子を含む。

【0044】

第十五の実施形態は、第十二～第十四の実施形態のうちの何れか１つを含んでよく、約２重量パーセント～約４重量パーセントのアニオン性コロイダルシリカ研磨材粒子を含む。

【0045】

第十六の実施形態は、第十二～第十五の実施形態のうちの何れか１つを含んでよく、アニオン性コロイダルシリカ研磨材粒子は、１００ｎｍ未満の平均粒子サイズを有する。

【0046】

第十七の実施形態は、第十二～第十六の実施形態のうちの何れか１つを含んでよく、アニオン性コロイダルシリカ研磨材粒子は、約６０～約８０ｎｍの範囲内の平均粒子サイズを有する。

【0047】

第十八の実施形態は、第十二～第十七の実施形態のうちの何れか１つを含んでよく、約３～約４のｐＨを有する。

【0048】

第十九の実施形態は、第十二～第十八の実施形態のうちの何れか１つを含んでよく、約１重量パーセント～約６重量パーセントのアニオン性コロイダルシリカ研磨材粒子を含み、アニオン性コロイダルシリカ研磨材粒子は、１００ｎｍ未満の平均粒子サイズを有する。

【0049】

第二十の実施形態は、第十二～第十九の実施形態のうちの何れか１つを含んでよく、約２重量パーセント～約４重量パーセントのアニオン性コロイダルシリカ研磨材粒子を含み、ここで、アニオン性コロイダルシリカ研磨材粒子は、約６０～約８０ｎｍの範囲内の平均粒子サイズを有し、及び組成物は、約３～約４のｐＨを有する。

【0050】

第二十一の実施形態では、少なくとも１つの炭窒化ケイ素層を有する基板を化学機械研磨する方法は、（ａ）基板を、第一～第二十の実施形態に開示される研磨組成物のうちの何れか１つと接触させること、（ｂ）基板に対して研磨組成物を動かすこと、及び（ｃ）基板を摩滅させて炭窒化ケイ素層の一部分を基板から除去し、それによって基板を研磨すること、を含む。

【0051】

以下の例は、本発明をさらに例証するものであるが、当然、いかなる形であっても本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

【実施例】

【0052】

例１
この例は、アニオン性コロイダルシリカ粒子の充填量及び平均サイズがＳｉＣＮ及び酸化ケイ素の除去率に及ぼす影響を示す。この例では、６つの研磨組成物を評価した。各研磨組成物は、アニオン性コロイダルシリカ粒子、１５００重量ｐｐｍの酢酸、７５ｐｐｍのＫｏｒｄｅｘ ＭＬＸ殺生物剤を３．５のｐＨで含んでいた。アニオン性コロイダルシリカ粒子は、組成物中において、－３６～－３９ｍＶのゼータ電位を有していた。組成物１Ａ及び１Ｄ中のコロイダルシリカの平均粒子サイズは、７０ｎｍであった。組成物１Ｂ及び１Ｅ中のコロイダルシリカの平均粒子サイズは、１００ｎｍであった。組成物１Ｃ及び１Ｆ中のコロイダルシリカの平均粒子サイズは、１２０ｎｍであった。組成物１Ａ～１Ｃは、１重量パーセントのアニオン性コロイダルシリカを含んでおり、組成物１Ｄ～１Ｆは、６重量パーセントのアニオン性コロイダルシリカを含んでいた。

【0053】

ＳｉＣＮウェハ及びＦＣＶＤ酸化ケイ素ウェハ（Ｓｉｌｙｂより入手可能）を、ＧＮＰ ＰＯＬＩ－５００研磨装置上、プラテン速度１１３ｒｐｍ、ヘッド速度８７ｒｐｍ、下向きの力２ｐｓｉ（約１３．８ｋＰａ）、及びスラリー流量１５０ｍｌ／分で、６０秒間にわたって研磨した。ブランケットＳｉＣＮ及びＦＣＶＤ酸化物の除去率を表１に示す。
表１

【表1】

【0054】

表１に示した結果から容易に明らかなように、最も高いＳｉＣＮ除去率及び最も高いＳｉＣＮ対ＦＣＶＤ Ｏｘ選択性は、平均粒子サイズ７０ｎｍのコロイダルシリカを用いることで実現されている。この組成物では、ＳｉＣＮ除去率は、シリカの含有量による影響を概ね受けていないが、ＦＣＶＤ Ｏｘに対しては、シリカ含有量の増加と共に明らかに増加している。

【0055】

例２
この例は、ｐＨ及び添加剤の種類がＳｉＣＮ及び酸化ケイ素の除去率に及ぼす影響を示す。この例では、９つの研磨組成物を評価した。各研磨組成物は、１重量パーセントの平均粒子サイズが７０ｎｍであるアニオン性コロイダルシリカ粒子及び１００ｐｐｍのＫｏｒｄｅｘ ＭＬＸ殺生物剤を含んでいた。組成物２Ａ～２Ｅは、１５００重量ｐｐｍの酢酸をさらに含んでいた。組成物２Ｆ～２Ｉは、８７２重量ｐｐｍのビストリスメタンをさらに含んでいた。組成物のｐＨ値は、表２に示されるように、２．３～７の範囲内であった。アニオン性コロイダルシリカ粒子は、組成物中において、－３６～－３９ｍＶのゼータ電位を有していた。

【0056】

ＳｉＣＮウェハ及びＦＣＶＤ酸化ケイ素］ウェハを、ＧＮＰ ＰＯＬＩ－５００研磨装置上、プラテン速度１１３ｒｐｍ、ヘッド速度８７ｒｐｍ、下向きの力１ｐｓｉ（約６．８９ｋＰａ）、及びスラリー流量１５０ｍｌ／分で、６０秒間にわたって研磨した。ブランケットＳｉＣＮ及びＦＣＶＤ酸化物の除去率を表２に示す。
表２

【表2】

【0057】

表２に示されるデータから容易に明らかであるように、ＳｉＣＮ除去率は、全体としてｐＨの上昇と共に減少している。ビストリスメタンを含む組成物も、酢酸を含む組成物と比較して、改善されたＳｉＣＮ除去率、低減されたＦＣＶＤ酸化物除去率、及び著しく改善されたＳｉＣＮ：ＦＣＶＤ選択性を有することが観察された（特にｐＨ５．５及び６）。

【0058】

例３
この例は、パターン化ウェハのエロージョン性能に対する開示される組成物の有効性を示す。この例では、８つの研磨組成物を評価した。組成物３Ａ～３Ｈは、上記で述べた例２の組成物２Ａ～２Ｈと同じであった。

【0059】

組成物３Ａ～３Ｅでは、ＳｉＣＮパターン化ウェハを１２０秒間にわたって研磨し、続いてさらに３０秒間オーバー研磨して、ウェハに完全除去を施した。組成物３Ｆ～３Ｈでは、ＳｉＣＮパターン化ウェハを１２０秒間にわたって研磨し、続いてさらに１２０秒間オーバー研磨して、ウェハに完全除去を施した。研磨は、ＧＮＰ ＰＯＬＩ－５００研磨装置上、プラテン速度１１３ｒｐｍ、ヘッド速度８７ｒｐｍ、下向きの力１ｐｓｉ（約６．８９ｋＰａ）、及びスラリー流量１５０ｍｌ／分で行った。酸化物のエロージョンを、様々なピッチ及び幅のいくつかの部位で評価した（表３の部位１、２、３、及び４）。各部位での酸化物エロージョン性能を、Ａは最も低いエロージョン（最も好ましい性能）を表し、Ｃは最も高いエロージョン（最も好ましくない性能）を表し、Ｂは中間範囲の性能を表すＡ、Ｂ、Ｃスケールでまとめ、概要を示した。
表３

【表3】

【0060】

表３に示す結果から明らかなように、トポグラフィー制御剤のビストリスメタンを含む組成物３Ｆ、３Ｇ、及び３Ｈは、一貫して優れた酸化物エロージョン性能を実現した。さらに、例２及び３から、組成物３Ｆ、３Ｇ、及び３Ｈ（２Ｆ、２Ｇ、及び２Ｈ）が、高いＳｉＣＮ除去率、低いＦＣＶＤ酸化物除去率、及び最も好ましいトポグラフィーを提供するという点で優れていることも明らかである。さらに、組成物３Ｂ及び３Ｃも、好ましいエロージョン性能を実現することが観察された。さらに、例２及び３から、組成物３Ｂ及び３Ｃ（２Ｂ及び２Ｃ）も、好ましいトポグラフィーに加えて高いＳｉＣＮ除去率を提供することが明らかである。これらの組成物を用いて実現される高い除去率を考慮すると、組成物３Ｂ及び３Ｃが、有利には、プロセスの柔軟性をもたらし得ること、及びエロージョン性能が、様々なプロセスパラメータ（プラテン速度及び下向きの力など）を調節することによってさらに改善され得ることが理解される。

【0061】

本発明を記載する文脈における（特に以下の請求項の文脈における）用語「１つの（a）」及び「１つの（an）」及び「その（the）」及び類似の指示対象（referents）の使用は、本明細書において他が示されない限り、又は文脈に明らかに矛盾しない限り、単数及び複数の両方を含むと解釈されたい。「含む（comprising）」、「有する（having）」、「含む（including）」、及び「含有する（containing）」の用語は、他に記載のない限り、非限定的用語（すなわち、「含むが、限定されない」を意味する）として解釈されたい。本明細書における値の範囲の列挙は、本明細書において他が示されない限り、その範囲内に含まれる別々の値の各々に個別に言及する簡潔な方法として利用することを単に意図するものであり、別々の値の各々は、それが本明細書において個別に列挙されているかのごとく、本明細書に援用される。本明細書で述べるすべての方法は、本明細書において他が示されない限り、又は文脈に明らかに矛盾しない限り、適切ないかなる順番で行われてもよい。本明細書で提供されるあらゆる例又は例示的言語（例：「など」）の使用は、本発明をより良く明らかにすることを単に意図するものであり、他の主張のない限り、本発明の範囲に制限を課すものではない。本明細書中のいかなる言語も、特許請求されていない要素を本発明の実施に不可欠であると示すものとして解釈されるべきではない。

【0062】

本発明の好ましい実施形態が、本発明を実施するための本発明者らが知る最良の形態を含めて本明細書に記載されている。これらの好ましい実施形態の変型例は、当業者であれば、上述の記載内容を読むことで明らかとなろう。本発明者らは、当業者であれば、そのような変型例を適宜利用するものと考えており、本発明者らは、本発明が、本明細書に具体的に記載されている以外の方法で実施されることを意図している。したがって、本発明は、適用法に許可される場合、本明細書に添付の請求項に記載される主題のすべての改変及び均等物を含む。さらに、上述の要素の何れの組み合わせも、その考え得るすべての変型例について、本明細書において他が示されない限り、又は文脈に明らかに矛盾しない限り、本発明に包含される。

【国際調査報告】