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JP7557532B2 - 高い酸化物除去速度を有するシャロートレンチアイソレーション化学的機械平坦化組成物 - Google Patents
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JP7557532B2 - 高い酸化物除去速度を有するシャロートレンチアイソレーション化学的機械平坦化組成物 - Google Patents

高い酸化物除去速度を有するシャロートレンチアイソレーション化学的機械平坦化組成物 Download PDF

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Description

本出願は、２０１９年１０月２４日に出願された先の米国特許出願番号６２／９２５，３７８に対する３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）に基づく優先権の利益を主張し、その内容は、参照により全体的に組み込まれる。
本発明は、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）化学的機械平坦化（ＣＭＰ）組成物及びシャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）工程のための化学的機械平坦化（ＣＭＰ）に関する。
マイクロエレクトロニクスデバイスの製造に含まれる重要な工程は研磨であり、特に選択された材料を回収する及び／又は構造を平坦化させるための、表面に対する化学的－機械的研磨である。
例えば、ＳｉＮ層は研磨停止層として機能させるために、ＳｉＯ２層の下に堆積される。このような研磨停止の役割は、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、酸化物の研磨速度と窒化物の研磨速度の比率で表されるのが特徴的である。例として、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の研磨選択速度は窒化ケイ素（ＳｉＮ）と比較して高くなる。
パターン化されたＳＴＩ構造のグローバルプラナリゼーションにおいて、酸化物トレンチディッシングを低減することは、考慮される主要因である。トレンチ酸化物の損失が低いほど、隣接するトランジスタ間の電流リークが防止される。ダイ間（ダイ内）での不均一なトレンチ酸化物の損失は、トランジスタの性能と装置の生産収率に影響を及ぼす。トレンチ酸化物の損失が激しい（酸化物トレンチディッシングが大きい）と、トランジスタの絶縁不良を引き起こし、装置の故障をもたらす。したがって、ＳＴＩ 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、トレンチ酸化物の損失を低減させることは重要である。
米国特許第５８７６４９０号は、研磨粒子を含み、正常な応力効果を示す研磨組成物を開示する。スラリーは、凹部における研磨速度の低減をもたらす非研磨粒子を更に含み、一方で研磨粒子は高所で高い研磨速度を維持する。このことは、平坦化を向上させる。より具体的には、スラリーは酸化セリウム粒子及び高分子電解質を含み、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）研磨用途に使用することができる。
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）研磨用途の酸化セリウム粒子及び高分子電解質を含む研磨組成物を教示する。使用される高分子電解質は、米国特許第５８７６４９０号のものと同様な、ポリアクリル酸の塩を含む。セリア、アルミナ、シリカ、及びジルコニアは、研磨剤として使用される。このような列挙された高分子電解質の分子量は、３００から２００００であるが、全体としては１０００００未満である。
米国特許第６６１６５１４号は、化学的機械研磨によって窒化ケイ素に優先して物品の表面から第一物質を除去する際に使用するための化学的機械研磨スラリーを開示する。当該発明による化学的機械研磨は、研磨剤、水性媒体、及びプロトンを解離しない有機ポリオールを含み、前記有機ポリオールは、水性媒体中で解離しない少なくとも３つのヒドロキシ基を有する化合物、又は水性媒体中で解離しない少なくとも３つのヒドロキシ基を有する少なくとも１つのモノマーから形成されるポリマーを含む。
しかし、これらの先に開示されたシャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）研磨組成物は、酸化物トレンチディッシング低減の重要性及び高い酸化物対窒化物選択性と共に研磨されたパターン付きウェーハ上のより均一な酸化物トレンチディッシングに対処していなかった。
また、これらの先に開示されたシャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）研磨組成物は、パターン付きウェーハ上の、ＨＤＰのような一部の酸化膜の段差の効率的な除去に対処していなかった。
したがって、ＳＴＩ化学的機械研磨（ＣＭＰ）工程においてパターン付きウェーハを研磨する際に、低減された酸化物トレンチディッシング、及び様々なサイズの酸化物トレンチ特徴に渡ってより均一な酸化物トレンチディッシングを与えることができ、窒化ケイ素に対して二酸化ケイ素の選択性が高く、かつ二酸化ケイ素の除去速度が高いことに加えて、パターン付きウェーハを研磨する際に特定の種類の酸化膜の段差を効果的に除去することができる、ＳＴＩ化学的機械研磨の組成物、方法及びシステムに対する必要性が当技術分野に残っていることは、上記から容易に明らかである。
本発明は、低減された酸化物トレンチディッシング、及び研磨パターン付きウェーハ上の様々なサイズの酸化物トレンチ特徴に渡ってより均一な酸化物トレンチディッシングを提供し、窒化ケイ素に対して二酸化ケイ素の選択性が高く、かつ二酸化ケイ素の除去速度が高いことに加えて、パターン付きウェーハを研磨する際に特定の種類の酸化膜の段差を効果的に除去する。
本発明のＳＴＩ ＣＭＰ研磨組成物は、酸性、中性、及びアルカリ性を含む広いｐＨ範囲において、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）ＣＭＰ用途の化学的機械研磨（ＣＭＰ）組成物にＳｉＮ膜除去速度抑制剤及び酸化物トレンチディッシング低減剤として化学添加物を導入することにより、高い酸化物対窒化物選択性もまた提供する。
開示されたシャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）ＣＭＰ用途の化学的機械研磨（ＣＭＰ）組成物は、セリア被覆無機酸化物研磨粒子と、酸化物トレンチディッシング低減剤及び窒化物抑制剤として適切な化学添加物とを使用するという独自の組み合わせを有する。
ある側面において、
セリア被覆無機酸化物粒子；
１つのカルボン酸基、１つのカルボン酸塩基、又はカルボン酸エステル基を有する含窒素有機芳香族又はピリジン環分子；複数のヒドロキシ官能基を有する有機分子；及びそれらの組み合わせからなる群から選択される化学添加物；
水溶性溶媒；及び
任意に
殺生物剤；及び
ｐＨ調整剤；
を含むＳＴＩ ＣＭＰ研磨組成物が提供され、
前記組成物は、２～１２、好ましくは３～１０、より好ましくは４～９、最も好ましくは４．５～７．５のｐＨを有する。
別の側面において、
セリア被覆無機酸化物粒子；
１つのカルボン酸基、１つのカルボン酸塩基、又は１つのカルボン酸エステル基を有する含窒素有機芳香族又はピリジン環分子；
複数のヒドロキシ官能基を有する非イオン性有機分子；
水溶性溶媒；及び
任意に
殺生物剤；及び
ｐＨ調整剤；
を含むＳＴＩ ＣＭＰ研磨組成物が提供され、
１つのカルボン酸基、１つのカルボン酸塩基、又は１つのカルボン酸エステル基を有する前記含窒素有機芳香族又はピリジン環分子は、以下の一般的な分子構造を有し、
Figure 0007557532000001
 前記Ｒは、水素原子、金属陽イオン、又はアルキル基ＣｎＨ２ｎ＋１であり、ｎは１～１２、好ましくは１～６、より好ましくは１～３であり；
前記組成物は、２～１２、好ましくは３～１０、より好ましくは４～９、最も好ましくは４．５～７．５のｐＨを有する。
セリア被覆無機酸化物粒子としては、セリア被覆コロイダルシリカ、セリア被覆高純度コロイダルシリカ、セリア被覆アルミナ、セリア被覆チタニア、セリア被覆ジルコニア、又はその他のセリア被覆無機金属酸化物粒子が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
水溶性溶媒としては、脱イオン（ＤＩ）水、蒸留水、及びアルコール系有機溶媒が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
化学添加物は、ＳｉＮ膜の除去速度抑制剤及び酸化物トレンチディッシング低減剤として機能する。
１つのカルボン酸基、１つのカルボン酸塩基、又は１つのカルボン酸エステル基を有する含窒素有機芳香族又はピリジン環分子である化学添加物の一般的な分子構造を以下に示す。
Figure 0007557532000002
一般的な分子構造において、－ＣＯＯＲ基は、以下に示すように環の２位、３位、又は４位に位置する炭素原子に結合することができる。
Figure 0007557532000003
ここで、Ｒは、水素原子、金属陽イオン、及びアルキル基ＣｎＨ２ｎ＋１とすることができ、ｎは１～１２、好ましくは１～６、より好ましくは１～３である。
以下の３つの化学添加物は、Ｒが水素原子である場合に１つのカルボン酸基を有する含窒素有機芳香族又はピリジン環分子である。
Figure 0007557532000004
Ｒが金属陽イオンである場合、以下のような一般的な分子構造を示す。
Figure 0007557532000005
 ここで、陽イオンはナトリウムイオン、カリウムイオン、又はアンモニウムイオンとすることができる。
Ｒがアルキル基ＣｎＨ２ｎ＋１である場合、ｎは１～１２、好ましくは１～６、より好ましくは１～３であり、化学添加物はピリジンカルボン酸エステルである。
複数のヒドロキシ官能基を有する有機分子である化学添加物の一般的な分子構造の１つを以下に示す。
Figure 0007557532000006
一般的な分子構造において、ｎは１～５０００、好ましくは２～１２、より好ましくは３～６から選択される。
これらの一般的な分子構造において、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、及びＲ４基は、同一又は異なる原子若しくは官能基とすることができる。
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、及びＲ４は、水素、ｎが１～１２、好ましくは１～６、より好ましくは１～３であるアルキル基ＣｎＨ２ｎ＋１、アルコキシ、１つ以上のヒドロキシ基を有する有機基、置換有機スルホン酸、置換有機スルホン酸塩、置換有機カルボン酸、置換有機カルボン酸塩、有機カルボン酸エステル、有機アミノ基、及びそれらの組み合わせからなる群から独立して選択することができ；少なくとも２個以上、好ましくは４個以上が水素原子である。
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４が全て水素原子である場合、化学添加物は複数のヒドロキシ官能基を有する。このような化学添加物の分子構造の幾つかの例を、以下に示す。
Figure 0007557532000007
複数のヒドロキシ官能基を有する有機分子である化学添加物の他の一般的な分子構造を以下に示す。
Figure 0007557532000008
これらの一般的な分子構造において、Ｒ基のＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、及びＲ７は、同一又は異なる原子若しくは官能基であることができる。
一般的な分子構造において、ｎは１～５０００、好ましくは１～１００、より好ましくは１～１２、最も好ましくは２～６から選択される。
各々のＲ基は、水素、ｎが１～１２、好ましくは１～６、より好ましくは１～３であるアルキル基ＣｎＨ２ｎ＋１、アルコキシ、１つ以上のヒドロキシ基を有する有機基、置換有機スルホン酸、置換有機スルホン酸塩、置換有機カルボン酸、置換有機カルボン酸塩、有機カルボン酸エステル、有機アミノ基、及びそれらの組み合わせからなる群から独立して選択することができ、それらの少なくとも２個以上、好ましくは４個以上、より好ましくは６個以上が水素原子である。
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６及びＲ７が全て水素原子である場合、複数のヒドロキシ官能基を有する化学添加物が提供される。
このような化学添加物の分子構造の幾つかの例を、以下に示す。
Figure 0007557532000009
別の側面において、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）工程において上記で説明された化学的機械研磨（ＣＭＰ）組成物を用いて、二酸化ケイ素を含む少なくとも１つの表面を有する基板を化学的機械研磨（ＣＭＰ）する方法が提供される。
別の側面において、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）工程において上記で説明された化学的機械研磨（ＣＭＰ）組成物を用いて、二酸化ケイ素を含む少なくとも１つの表面を有する基板を化学的機械研磨（ＣＭＰ）するシステムが提供される。
研磨された酸化膜は、化学気相成長（ＣＶＤ）、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、高密度蒸着ＣＶＤ（ＨＤＰ）、又はスピンオン酸化膜とすることができる。
上記で開示された基板は、窒化ケイ素の表面を更に含むことができる。ＳｉＯ２：ＳｉＮの除去選択性は、窒化ケイ素よりも大きく、１０より大きく、好ましくは３０より大きく、より好ましくは５０より大きい。
ブランケット膜及びＰ５０μｍＲＲ（Å／ｍｉｎ．）に対するピコリン酸の影響
膜ＲＲ（Ａ／ｍｉｎ．）とＴＥＯＳ：ＳｉＮ選択性に対するピコリン酸の影響
酸化物トレンチディッシング速度などに対するピコリン酸の影響
膜ＲＲ（Ａ／ｍｉｎ．）に対するピコリン酸の影響
膜ＲＲ（Ａ／ｍｉｎ．）とＴＥＯＳ：ＳｉＮ選択性に対するピコリン酸の異なるｐＨでの影響
酸化物トレンチ損失（Ａ／ｓｅｃ．）に対するピコリン酸の異なるｐＨでの影響
酸化物トレンチディッシング速度（Ａ／ｓｅｃ．）に対するピコリン酸の異なるｐＨでの影響
パターン付きＳＴＩ構造のグローバルプラナリゼーションにおいて、ＳｉＮ除去速度を抑制すること及び酸化物トレンチディッシングを低減すること及び様々な大きさの酸化物トレンチの特徴に渡って、より均一な酸化物トレンチディッシングを提供することは、考慮される主要因である。トレンチ酸化物の損失がより低減することにより、隣接するトランジスタ間の電流リークが防止される。ダイ全体（ダイ内）で均一でないトレンチ酸化物の損失は、トランジスタの性能及び装置の生産収率に影響を及ぼす。トレンチ酸化物の損失が激しい（酸化物トレンチディッシングが大きい）と、トランジスタの絶縁不良が起こり、結果として装置が故障する。したがって、ＳＴＩ ＣＭＰ研磨組成物における酸化物トレンチディッシングを低減させることによって、トレンチ酸化物の損失を低減させることは重要である。
本発明は、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）ＣＭＰ用途における化学的機械研磨（ＣＭＰ）組成物に関する。
より具体的には、開示されたシャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）ＣＭＰ用途における化学的機械研磨（ＣＭＰ）組成物は、セリア被覆無機酸化物研磨粒子と、酸化物トレンチディッシング低減剤及び窒化物抑制剤として適切な化学添加物とを使用する独自の組み合わせを有する。
適切な化学添加物には、２種類の化学添加物、すなわち１種類目の化学添加物は、１つのカルボン酸基、カルボン酸塩基、又はカルボン酸エステル基を有する含窒素有機芳香族又はピリジン環分子であり、２種類目の化学添加物は、複数のヒドロキシ官能基を有する有機分子である化学添加物、及びその組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。
１種類目の化学添加物は、１つのカルボン酸基、１つのカルボン酸塩基、又は１つのカルボン酸エステル基を有する含窒素有機芳香族又はピリジン環分子である。これらのカルボン酸基、カルボン酸塩基、又はカルボン酸エステル基は、それぞれ環の２位、３位、又は４位に位置する炭素原子と結合することができる。
２種類目の化学添加物は、２つ以上、すなわち複数のヒドロキシ官能基を有する非イオン性及び非芳香族性の有機分子である。
化学添加物は、高い酸化膜除去速度、低いＳｉＮ膜除去速度、高くかつ調整可能な酸化物：ＳｉＮ選択性を達成するという恩恵をもたらし、より重要なことは、パターン付きウェーハを研磨しながら望みの段差除去速度を提供し、パターン付きウェーハを研磨する際に、酸化物トレンチディッシングを著しく低減し、研磨ウインドウ安定性を向上させることである。
ある側面において、
セリア被覆無機酸化物粒子；
１つのカルボン酸基、１つのカルボン酸塩基、又は１つのカルボン酸エステル基を有する含窒素有機芳香族又はピリジン環分子；
複数のヒドロキシ官能基を有する有機分子；及び
それらの組み合わせからなる群から選択された化学添加物；
水溶性溶媒；及び
任意に
殺生物剤；及び
ｐＨ調整剤；
を含むＳＴＩ ＣＭＰ研磨組成物が提供され、
前記組成物は、２～１２、好ましくは３～１０、より好ましくは４～９、最も好ましくは４．５～７．５のｐＨを有する。
別の側面において、
セリア被覆無機酸化物粒子；
１つのカルボン酸基、１つのカルボン酸塩基、又は１つのカルボン酸エステル基を有する含窒素有機芳香族又はピリジン環分子；
複数のヒドロキシ官能基を有する非イオン性有機分子；
水溶性溶媒；及び
任意に
殺生物剤；及び
ｐＨ調整剤；
を含むＳＴＩ ＣＭＰ研磨組成物が提供され、
１つのカルボン酸基、１つのカルボン酸塩基、又は１つのカルボン酸エステル基を有する前記含窒素有機芳香族又はピリジン環分子は、以下の一般的な分子構造を有し
Figure 0007557532000010
 前記Ｒは、水素原子、金属陽イオン、又はアルキル基ＣｎＨ２ｎ＋１であり、ｎは１～１２、好ましくは１～６、より好ましくは１～３であり、
前記組成物は、２～１２、好ましくは３～１０、より好ましくは４～９、最も好ましくは４．５～７．５のｐＨを有する。
セリア被覆無機酸化物粒子としては、セリア被覆コロイダルシリカ、セリア被覆高純度コロイダルシリカ、セリア被覆アルミナ、セリア被覆チタニア、セリア被覆ジルコニア、又はその他のセリア被覆無機金属酸化物粒子が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
本明細書で開示された発明における、これらセリア被覆無機酸化物粒子の粒子径は、１０ｎｍ～１０００ｎｍの範囲にあり、好ましい平均粒子径は、２０ｎｍ～５００ｎｍの範囲にあり、より好ましい平均粒子径は、５０ｎｍ～２５０ｎｍの範囲にある。
これらセリア被覆無機酸化物粒子の濃度は、０．０１重量％～２０重量％の範囲にあり、好ましい濃度は０．０５重量％～１０重量％の範囲にあり、より好ましい濃度は０．１重量％～５重量％の範囲にある。
好ましいセリア被覆無機酸化物粒子は、セリア被覆コロイダルシリカ粒子である。
水溶性溶媒としては、脱イオン（ＤＩ）水、蒸留水、及びアルコール系有機溶媒が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
好ましい水溶性溶媒は、ＤＩ水である。
ＳＴＩ ＣＭＰ組成物は、０．０００１重量％～０．０５重量％、好ましくは０．０００５重量％～０．０２５重量％、より好ましくは０．００１重量％～０．０１重量％の殺生物剤を含んでもよい。
殺生物剤としては、Ｄｕｐｏｎｔ／Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．のＤｕｐｏｎｔ／Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．ＢｉｏｂａｎのＫａｔｈｏｎＴＭ、ＫａｔｈｏｎＴＭ ＣＧ／ＩＣＰ ＩＩが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらは、５－クロロ－２－メチル－４－イソチアゾリン－３－オン及び２－メチル－４－イソチアゾリン－３－オンを有効成分として有する。
ＳＴＩ ＣＭＰ組成物は、ｐＨ調整剤を含んでもよい。
酸性又は塩基性のｐＨ調整剤を使用して、ＳＴＩ ＣＭＰ組成物を最適なｐＨ値に調整することができる。
ｐＨ調整剤としては、硝酸、塩酸、硫酸、リン酸、その他の無機酸又は有機酸、及びこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
ｐＨ調整剤としては、水素化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、テトラアンモニウムヒドロキシド、有機第四級アンモニウムヒドロキシド化合物、有機アミン、及びｐＨをよりアルカリ性側に調整するために使用できるその他の化学試薬のような、塩基性ｐＨ調整剤もまた挙げられる。
ＳＴＩ ＣＭＰ組成物は、０重量％～１重量％、好ましくは０．０１重量％～０．５重量％、より好ましくは０．１重量％～０．２５重量％のｐＨ調整剤を含む。
ＳＴＩ ＣＭＰ組成物は、１つのカルボン酸基、１つのカルボン酸塩基、又は１つのカルボン酸エステル基を有する含窒素有機芳香族又はピリジン環分子である、０．０００１重量％～２．０重量％、０．０００２重量％～１．０重量％、又は０．０００５重量％～０．５重量％の化学添加物を含む。
ＳＴＩ ＣＭＰ組成物は、複数のヒドロキシ官能基を有する有機分子である、０．０００１重量％～２．０重量％、０．００１重量％～１．０重量％、又は０．００５重量％～０．７５重量％の化学添加物を含む。
１つのカルボン酸基、１つのカルボン酸塩基、又は１つのカルボン酸エステル基を有する含窒素有機芳香族又はピリジン環分子である、化学添加物の一般的な分子構造を以下に示す。
Figure 0007557532000011
一般的な分子構造において、－ＣＯＯＲ基は、以下に示すように環の２位、３位、又は４位に位置する炭素原子に結合することができる。
Figure 0007557532000012
ここで、Ｒは、水素原子、金属陽イオン、又はアルキル基ＣｎＨ２ｎ＋１とすることができ、ｎは１～１２、好ましくは１～６、より好ましくは１～３である。
Ｒが水素原子の場合、化学添加物は以下に示すような、カルボン酸基を１つ有する含窒素有機芳香族又はピリジン環分子である。
Figure 0007557532000013
Ｒが金属陽イオンの場合、次のような一般的な分子構造を表す。
Figure 0007557532000014
 ここで、陽イオンは、ナトリウムイオン、カリウムイオン、又はアンモニウムイオンとすることができる。
Ｒがアルキル基ＣｎＨ２ｎ＋１である場合、ｎは１～１２、好ましくは１～６、より好ましくは１～３であり、化学添加物はピリジンカルボン酸エステルである。
複数のヒドロキシ官能基を有する有機分子である２種類目の化学添加物の一般的な分子構造の一つを以下に示す。
Figure 0007557532000015
一般的な分子構造において、ｎは１～５０００、好ましくは２～１２、より好ましくは３～６から選択される。
これらの一般的な分子構造において、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、及びＲ４基は、同一又は異なる原子若しくは官能基であることができる。
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、及びＲ４は、水素、ｎが１～１２、好ましくは１～６、より好ましくは１～３であるアルキルＣｎＨ２ｎ＋１、アルコキシ、１つ以上のヒドロキシ基を有する有機基、置換有機スルホン酸、置換有機スルホン酸塩、置換有機カルボン酸、置換有機カルボン酸塩、有機カルボン酸エステル、有機アミノ基、及びそれらの組み合わせからなる群から独立して選択することができ、少なくとも２個以上、好ましくは４個以上が水素原子である。
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、及びＲ４がすべて水素原子である場合、化学添加物は複数のヒドロキシ官能基を有する。このような化学添加物の分子構造の幾つかの例を以下に示す。
Figure 0007557532000016
複数のヒドロキシ官能基を有する２種類目の化学添加物における別の一般的な分子構造を以下に示す。
Figure 0007557532000017
これらの一般的な分子構造において、Ｒ基のＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、及びＲ７は、同一又は異なる原子若しくは官能基であることができる。
一般的な分子構造において、ｎは１～５０００、好ましくは１～１００、より好ましくは１～１２、最も好ましくは２～６から選択される。
各々のＲ基は、水素、アルキル（ＣｎＨ２ｎ＋１、ｎが１～１２、好ましくは１～６、より好ましくは１～３である）、アルコキシ、１つ以上のヒドロキシ基を有する有機基、置換有機スルホン酸、置換有機スルホン酸塩、置換有機カルボン酸、置換有機カルボン酸塩、有機カルボン酸エステル、有機アミノ基、及びそれらの組み合わせからなる群から独立して選択することができ、少なくとも２個以上、好ましくは４個以上、より好ましくは６個以上が水素原子である。
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６及びＲ７が全て水素原子である場合、複数のヒドロキシ官能基を有する化学添加物が提供される。
このような化学添加物の分子構造の幾つかの例を以下に示す。
Figure 0007557532000018
別の側面において、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）工程において上記で説明された化学的機械研磨（ＣＭＰ）組成物を用いて、二酸化ケイ素を含む少なくとも１つの表面を有する基板を化学的機械研磨（ＣＭＰ）する方法が提供される。
別の側面において、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）工程において上記で説明された化学的機械研磨（ＣＭＰ）組成物を用いて、二酸化ケイ素を含む少なくとも１つの表面を有する基板を化学的機械研磨（ＣＭＰ）するシステムが提供される。
研磨された酸化膜は、化学気相成長（ＣＶＤ）、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、高密度蒸着ＣＶＤ（ＨＤＰ）、又はスピンオン酸化膜とすることができる。
上記で開示された基板は、窒化ケイ素の表面を更に含むことができる。ＳｉＯ２：ＳｉＮの除去選択性は、１０より大きく、好ましくは２０より大きく、より好ましくは３０より大きい。
別の側面において、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）工程における上記で説明された化学的機械研磨（ＣＭＰ）組成物を用いて、二酸化ケイ素を含む少なくとも１つの表面を有する基板を化学的機械研磨（ＣＭＰ）する方法が提供される。研磨された酸化膜は、ＣＶＤ酸化物、ＰＥＣＶＤ酸化物、高密度酸化物、又はスピンオン酸化膜とすることができる。
本発明を更に説明するために、以下の非限定的な実施例を示す。
ＣＭＰの手法
以下に示す例において、以下に示す手順及び実験条件でＣＭＰ実験を行った。
用語集、構成要素
セリア被覆シリカ：約１００ナノメートル（ｎｍ）の粒子径を有する研磨剤として使用され、このようなセリア被覆シリカ粒子は、約２０ナノメートル（ｎｍ）～約５００ナノメートル（ｎｍ）の範囲の粒子径を有することができる。
セリア被覆シリカ粒子（様々な粒子径）は、日本のＪＧＣＣ社によって供給された。
ピコリン酸、マルチトール、Ｄ－フルクトース、ズルシトール、Ｄ－ソルビトール及びその他の化学原料などの化学添加物は、ミズーリ州セントルイスのＳｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ社から供給された。
ＴＥＯＳ：オルトケイ酸テトラエチル
研磨パッド：研磨パッド、ＩＣ１０００、ＩＣ１０１０、及びその他のパッドは、ＣＭＰの際に使用し、ＤＯＷ社から供給された。
パラメータ 一般
Å又はＡ：オングストローム（ｓ）－長さの単位
ＢＰ：背圧、単位はｐｓｉ
ＣＭＰ：化学的機械平坦化＝化学的機械研磨
ＣＳ：搬送速度
ＤＦ：ダウンフォース：ＣＭＰの際にかかる圧力、単位はｐｓｉ
ｍｉｎ：分
ｍｌ：ミリリットル
ｍＶ：ミリボルト
ｐｓｉ：重量ポンド毎平方インチ
ＰＳ：研磨工具のプラテン回転速度、単位はｒｐｍ（１分間あたりの回転数）
ＳＦ：組成流量、ｍｌ／ｍｉｎ
Ｗｔ．％又は％：（記載された成分の）重量パーセント
ＴＥＯＳ：ＳｉＮ選択性：（ＴＥＯＳの除去速度）／（ＳｉＮの除去速度）
ＨＤＰ：高密度プラズマ蒸着ＴＥＯＳ
ＴＥＯＳ又はＨＤＰの除去速度：所定のダウン圧で測定されたＴＥＯＳ又はＨＤＰの除去速度。ＣＭＰツールのダウン圧は、上記の例では２．０ｐｓｉ、３．０ｐｓｉ、又は４．０ｐｓｉであった。
ＳｉＮの除去速度：所定のダウン圧で測定されたＳｉＮの除去速度。ＣＭＰツールのダウン圧は、上記の例では３．０ｐｓｉであった。
計測学
膜は、Ｃｒｅａｔｉｖｅ Ｄｅｓｉｇｎ Ｅｎｇｅｅｒｉｎｇ社（２０５６５ Ａｌｖｅｓ Ｄｒ．，Ｃｕｐｅｒｔｉｎｏ，ＣＡ，９５０１４）製のＲｅｓＭａｐ ＣＤＥ，モデル１６８を使用して測定した。ＲｅｓＭａｐツールは、４点プローブのシート抵抗ツールである。膜の５ｍｍエッジエクスクルージョンで４９点の直径スキャンを行った。
ＣＭＰツール
ＣＭＰツールは、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社（３０５０ Ｂｏｗｅｒｅｓ Ａｖｅｎｕｅ，Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，９５０５４）製の２００ｍｍ Ｍｉｒｒａ、又は３００ｍｍ Ｒｅｆｌｅｘｉｏｎを使用した。ＤＯＷ社（４５１ Ｂｅｌｌｅｖｕｅ Ｒｄ．，Ｎｅｗａｒｋ，ＤＥ １９７１３）によって供給されたＩＣ１０００パッドは、ブランケット及びパターン付きウェーハの検討のために、プラテン１上で使用された。
ＩＣ１０１０パッド又は他のパッドは、１８分間パッドを調整することによって慣らした。コンディショナーのダウンフォースは７ポンドである。工具の設定とパッドの慣らしを確認するために、２つのタングステンモニター及び２つのＴＥＯＳモニターは、基準条件でＶｅｒｓｕｍ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社によって供給された、Ｖｅｒｓｕｍ（登録商標）ＳＴＩ２３０５組成物で研磨された。
ウェーハ
研磨実験は、ＰＥＣＶＤ又はＬＥＣＶＤ又はＨＤ ＴＥＯＳウェーハを用いて行った。これらのブランケットウェーハは、Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｖａｌｌｅｙ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社（２９８５ Ｋｉｆｅｒ Ｒｄ．，Ｓａｎｔａ，ＣＡ ９５０５１）から購入した。
研磨実験
ブランケットウェーハの検討では、酸化物ブランケットウェーハ、及びＳｉＮブランケットウェーハを基準条件で研磨した。工具基準条件は、テーブル速度が８７ｒｐｍ、ヘッド速度が９３ｒｐｍ、膜圧力が２．０ｐｓｉ、チューブ間圧力が２．０ｐｓｉ、保持リング圧力が２．９ｐｓｉ、組成流量が２００ｍｌ／ｍｉｎであった。
この組成物は、ＳＷＫ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ社（２９２０ Ｓｃｏｔｔ Ｂｌｖｄ．Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ，ＣＡ ９５０５４）から供給された、パターン付きウェーハ（ＭＩＴ８６０）上の研磨実験に使用された。これらのウェーハは、ＶｅｅｃｏＶＸ３００型彫機／ＡＦＭ装置で測定した。酸化膜ディッシングの測定には、３種類の異なる大きさのピッチ構造を使用した。ウェーハは、中心、中間部、端のダイ位置で測定された。
ＳＴＩ 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、調整可能であった。
以下の実施例において、１．０重量％のセリウム被覆シリカ粒子、０．１重量％のＤ－ソルビトール、０．０００１重量％～０．０５重量％の殺生物剤、及び脱イオン水を含むＳＴＩ Ｐ１（ＳＴＩ Ｐ１工程は、積み過ぎた酸化膜を比較的高い除去速度で取り除くことである）研磨組成物は、参考として調製された。
研磨組成物は、参考（１．０重量％のセリウム被覆シリカ粒子、０．０００１重量％～０．０５重量％の殺生物剤、及び脱イオン水）及び０．００２５重量％～０．２８重量％の範囲において、開示された化学添加物で調製された。
実施例の表は、％は重量％、ｐｐｍは重量ｐｐｍとした。
実施例１
実施例１では、酸化物Ｐ１工程研磨に使用された研磨組成物を表１に示す。標準試料は、１．０重量％のセリア被覆シリカに非常に低濃度の殺生物剤と０．１重量％のＤ－ソルビトールを足したものを用いて調製した。２種類目の化学添加物であるピコリン酸は、試験試料の中にそれぞれ０．００２重量％及び０．０２重量％で使用された。
全ての標準試料及び試験試料のｐＨ値は、５．３５前後で同じであった。
Figure 0007557532000019
種々の膜の除去速度（Å／ｍｉｎでのＲＲ）を試験した。膜除去速度及びピッチ５０μｍトレンチ酸化物除去速度及び活性酸化物除去速度に対する化学添加物ピコリン酸の効果を観察し、その結果を表１に示し、図１に図示した。
種々の膜の除去速度（Å／ｍｉｎでのＲＲ）を試験した。膜除去速度及びピッチ５０μｍトレンチ酸化物除去速度及び活性酸化物除去速度に対する化学添加物ピコリン酸の効果を観察し、その結果を表１に示し、図１に図示した。
Ｐ１酸化物研磨工程の条件は、Ｄｏｗ社のＩＣ１０１０パッドを３．７ｐｓｆダウンフォースで、テーブル／ヘッド速度は８７／９３で、ｅｘ－ｓｉｔｕコンディショニングで行った。
表１及び図１に示す結果より、研磨組成物へのピコリン酸の添加は、高いＨＤＰ膜除去速度を依然として与えながら、ピッチ５０μｍ特徴のトレンチ酸化物除去速度を効果的に高め、パターン付きウェーハの酸化膜トレンチ除去速度を増加させた。
実施例２
実施例２では、酸化物Ｐ２工程（ＳＴＩ Ｐ２ ＣＭＰ工程は、比較的低い酸化膜除去速度を使用し、酸化物パターン付きウェーハを研磨するためにＳＴＩ ＣＭＰ工程で使用された工程でもある）研磨で使用された研磨組成物を表２に示す。標準試料は、０．２重量％のセリア被覆シリカに非常に低濃度の殺生物剤と０．１５重量％のＤ－ソルビトールを足したものを用いて調製した。２種類目の化学添加物であるピコリン酸は、試験試料の中に０．００２重量％で使用された。
全ての標準試料及び試験試料のｐＨ値は、５．３５前後で同じであった。
種々の膜の除去速度（Å／ｍｉｎでのＲＲ）を試験した。膜除去速度及びＴＥＯＳ：ＳｉＮ選択性に対する化学添加物ピコリン酸の効果を観察し、その結果を表２に示し、図２に図示した。
Figure 0007557532000020
表２及び図２に示す結果より、研磨組成物へのピコリン酸の添加は、ＴＥＯＳ及びＨＤＰ膜除去速度を効果的に高め、その上ＴＥＯＳ：ＳｉＮ選択性を増加させた。
したがって、研磨組成物は向上したＴＥＯＳ膜及びＨＤＰ膜の除去速度と、高い酸化物：ＳｉＮ選択性を与えた。
Ｐ２酸化物研磨の研磨条件は、Ｄｏｗ社のＩＣ１０１０パッドを２．７ｐｓｆダウンフォースで、テーブル／ヘッド速度は８６／８５で、ｉｎ－ｓｉｔｕコンディショニングで行った。
酸化物トレンチディッシング速度、ＳｉＮ膜損失速度、及び酸化物トレンチ損失速度対ブランケット膜除去速度の比に対するＰ２工程研磨組成物における化学的添加物である、ピコリン酸の影響が試験された。その結果を表３に示し、図３に図示した。
Figure 0007557532000021
表３及び図３に示す結果より、研磨組成物へのピコリン酸の添加は、Ｐ２００ ＳｉＮ損失除去速度に影響を及ぼさず、比較的低いトレンチ酸化物損失速度及び酸化物トレンチディッシング速度を依然として維持していることを示した。
実施例３
実施例３では、酸化物Ｐ２工程研磨で使用された研磨組成物を表４に示す。標準試料は、０．２重量％のセリア被覆シリカに非常に低濃度の殺生物剤と０．２８重量％のマルチトールを足したものを用いて調製した。２種類目の化学添加物であるピコリン酸は、試験試料の中で０．００７５重量％が使用された。全ての標準試料及び試験試料のｐＨ値は、５．３５前後で同じであった。
種々の膜の除去速度（Å／ｍｉｎでのＲＲ）を試験した。膜除去速度及びＴＥＯＳ：ＳｉＮ選択性に対する化学添加物ピコリン酸の効果を観察し、その結果を表４に示し、図４に図示した。
研磨部品及び条件は、Ｄｏｗ社の研磨パッド、３Ｍ社のコンディショニングディスク、２．０ｐｓｆダウンフォースで、ｅｘ－ｓｉｔｕコンディショニングで、テーブル／ヘッド回転数は５０／４８ｒｐｍで行った。
Figure 0007557532000022
表４及び図４に示す結果より、研磨組成物への化学添加物ピコリン酸の添加は、ＴＥＯＳ及びＨＤＰ膜除去速度を低下させ、したがって、ＴＥＯＳ：ＳｉＮ選択性を低下させた。
実施例４
実施例４では、酸化物Ｐ２工程研磨で使用された研磨組成物を表５に示す。標準試料は、０．２重量％のセリア被覆シリカに非常に低濃度の殺生物剤と０．２８重量％のマルチトールを足したものを用いて、ｐＨ値は５．３５で調製した。２種類目の化学添加物であるピコリン酸は、試験試料の中に０．００７５重量％で、異なるｐＨ条件で使用された。
種々の膜の除去速度（Å／ｍｉｎでのＲＲ）を試験した。膜除去速度及びＴＥＯＳ：ＳｉＮ選択性に対する異なるｐＨ条件での化学添加物ピコリン酸の効果を観察し、その結果を表５に示し、図５に図示した。
研磨部品及び条件は、Ｄｏｗ社の研磨パッド、３Ｍ社のコンディショニングディスク、２．０ｐｓｆダウンフォースで、ｅｘ－ｓｉｔｕコンディショニングで、テーブル／ヘッド回転数は５０／４８ｒｐｍで行った。
表５及び図５に示す結果より、２種類目の化学添加物ピコリン酸を同じ濃度で異なるｐＨ条件とした場合、ＨＤＰ膜及びＴＥＯＳ膜除去速度は、研磨組成物のｐＨが増加するほど、いずれも次第に増加した。
Figure 0007557532000023
ＳｉＮ膜除去速度は、研磨組成物のｐＨが増加するに伴い、徐々に低下した。ＴＥＯＳ：ＳｉＮ選択性は、研磨組成物のｐＨが増加するに伴い、徐々に増加した。６２：１のＴＥＯＳ：ＳｉＮ選択性は、ｐＨが６．５で達成された。
Figure 0007557532000024
酸化物トレンチ損失速度に対する、同濃度及び異なるｐＨ条件での化学添加物ピコリン酸の効果を観察し、その結果を表６に示し、図６に図示した。
研磨部品及び条件は、Ｄｏｗ社の研磨パッド、３Ｍ社のコンディショニングディスク、２．０ｐｓｆダウンフォースで、ｅｘ－ｓｉｔｕコンディショニングで、テーブル／ヘッド回転数は５０／４８ｒｐｍで行った。
表６及び図６に示す結果より、２種類目の化学添加物ピコリン酸を同じ濃度で異なるｐＨ条件とした場合、３種類の異なる大きさのピッチにおける酸化物トレンチ損失速度は、研磨組成物のｐＨが増加するほど、次第に減少した。
酸化物トレンチディッシング速度に対する、同濃度及び異なるｐＨ条件での化学添加物ピコリン酸の効果を観察し、その結果を表７に示し、図７に図示した。
研磨部品及び条件は、Ｄｏｗ社の研磨パッド、３Ｍ社のコンディショニングディスク、２．０ｐｓｆダウンフォースで、ｅｘ－ｓｉｔｕコンディショニングで、テーブル／ヘッド回転数は５０／４８ｒｐｍで行った。
Figure 0007557532000025
表７及び図７に示す結果より、２種類目の化学添加物ピコリン酸を同じ濃度で異なるｐＨ条件とした場合、３種類の異なる大きさのピッチにおける酸化物トレンチディッシング速度は、研磨組成物のｐＨが増加するほど、次第に減少した。
上述の実施例を含む本発明の実施形態は、本発明を行うことができる多数の実施形態を例示するものである。この工程の多数の他の構成が使用されてもよく、この工程で使用される材料は、具体的に開示されたもの以外の多数の材料から選出されてもよいことが期待される。
以下の項目［態様１］～［態様２８］に本発明の実施形態の例を列記する。
［態様１］
セリア被覆無機酸化物粒子；
１つのカルボン酸基、１つのカルボン酸塩基、又は１つのカルボン酸エステル基を有する含窒素有機芳香族又はピリジン環分子；
複数のヒドロキシ官能基を有する非イオン性有機分子；
水溶性溶媒；及び
任意に
殺生物剤；及び
ｐＨ調整剤；
を含む化学的機械研磨組成物であって、
１つのカルボン酸基、１つのカルボン酸塩基、又は１つのカルボン酸エステル基を有する前記含窒素有機芳香族又はピリジン環分子は、以下の一般的な分子構造を有し、
前記Ｒは、水素原子、金属陽イオン、又はアルキル基Ｃ ｎ Ｈ ２ｎ＋１ であり、ｎは１～１２、好ましくは１～６、より好ましくは１～３であり、
前記組成物は、２～１２、好ましくは３～１０、より好ましくは４～９、最も好ましくは４．５～７．５のｐＨを有する、化学的機械研磨組成物。
［態様２］
前記セリア被覆無機金属酸化物粒子が、セリア被覆コロイダルシリカ、セリア被覆高純度コロイダルシリカ、セリア被覆アルミナ、セリア被覆チタニア、セリア被覆ジルコニア、及びそれらの組み合わせからなる群から選択され、前記粒子が０．０１重量％～２０重量％、好ましくは０．０５重量％～１０重量％、より好ましくは０．１重量％～５重量％の範囲にある、態様１に記載の化学的機械研磨組成物。
［態様３］
前記水溶性溶媒が、脱イオン（ＤＩ）水、蒸留水、及びアルコール系有機溶媒からなる群から選択される、態様１に記載の化学的機械研磨組成物。
［態様４］
１つのカルボン酸基、１つのカルボン酸塩基、又は１つのカルボン酸エステル基を有する前記含窒素有機芳香族又はピリジン環分子が、０．０００１重量％～２．０重量％、０．０００５重量％～１．０重量％、又は０．０００５重量％～０．５重量％の範囲にある、態様１に記載の化学的機械研磨組成物。
［態様５］
複数のヒドロキシ官能基を有する前記有機分子が、０．０００１重量％～２．０重量％、０．００１重量％～１．０重量％、又は０．００５重量％～０．７５重量％の範囲にある、態様１に記載の化学的機械研磨組成物。
［態様６］
前記含窒素有機芳香族又はピリジン環分子中の－ＣＯＯＲ基が、以下に示すように環の２位、３位又は４位に位置する炭素原子に結合することができる、態様１に記載の化学的機械研磨組成物。
［態様７］
前記含窒素有機芳香族又はピリジン環分子中の－ＣＯＯＲ基のＲが水素原子であり、－ＣＯＯＨ基が、以下に示すように環の２位、３位又は４位に位置する炭素原子に結合することができる、態様１に記載の化学的機械研磨組成物。
［態様８］
前記含窒素有機芳香族又はピリジン環分子中の－ＣＯＯＲ基のＲが、ナトリウムイオン、カリウムイオン、及びアンモニウムイオンからなる群から選択される金属陽イオンＭ ＋ である、態様１に記載の化学的機械研磨組成物。
［態様９］
前記含窒素有機芳香族又はピリジン環分子中の－ＣＯＯＲ基のＲが、ｎが１～１２、好ましくは１～６、より好ましくは１～３であるアルキル基Ｃ ｎ Ｈ ２ｎ＋１ であり、前記含窒素有機芳香族又はピリジン環分子がピリジンカルボン酸エステルである、態様１に記載の化学的機械研磨組成物。
［態様１０］
複数のヒドロキシ官能基を有する前記非イオン性有機分子は、以下の一般的な分子構造を有しており、
ｎは１～５０００、好ましくは２～１２、より好ましくは３～６から選択され、
Ｒ基のＲ１、Ｒ２、Ｒ３、及びＲ４は、同一又は異なる原子若しくは官能基であり、水素、ｎが１～１２、好ましくは１～６、より好ましくは１～３であるアルキル基Ｃ ｎ Ｈ ２ｎ＋１ 、アルコキシ、１つ以上のヒドロキシ基を有する有機基、置換有機スルホン酸、置換有機スルホン酸塩、置換有機カルボン酸、置換有機カルボン酸塩、有機カルボン酸エステル、有機アミノ基、及びそれらの組み合わせからなる群から独立して選択することができ、Ｒ基の少なくとも２個以上、好ましくは４個以上が全て水素原子である、態様１に記載の化学的機械研磨組成物。
［態様１１］
複数のヒドロキシ官能基を有する前記非イオン性有機分子が、
及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、態様１に記載の化学的機械研磨組成物。
［態様１２］
複数のヒドロキシ官能基を有する前記非イオン性有機分子が、以下の一般構造を有し、
ｎは１～５０００、好ましくは１～１００、より好ましくは１～１２、最も好ましくは２～６から選択され、
Ｒ基のＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、及びＲ７は、同一又は異なる原子若しくは官能基であり、水素、ｎが１～１２、好ましくは１～６、より好ましくは１～３であるアルキル基Ｃ ｎ Ｈ ２ｎ＋１ 、アルコキシ、１以上のヒドロキシ基を有する有機基、置換有機スルホン酸、置換有機スルホン酸塩、置換有機カルボン酸、置換有機カルボン酸塩、有機カルボン酸エステル、有機アミノ基、及びそれらの組み合わせからなる群から独立して選択することができ、Ｒ基の少なくとも２個以上、好ましくは４個以上、より好ましくは６個以上が水素原子である、態様１に記載の化学的機械研磨組成物。
［態様１３］
複数のヒドロキシ官能基を有する前記非イオン性有機分子が、以下の一般構造を有し、
ｎは１～５０００、好ましくは１～１００、より好ましくは１～１２、最も好ましくは２～６から選択され、
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、及びＲ７が全て水素原子である、態様１に記載の化学的機械研磨組成物。
［態様１４］
複数のヒドロキシ官能基を有する前記非イオン性有機分子が、
及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、態様１に記載の化学的機械研磨組成物。
［態様１５］
前記組成物が、セリア被覆コロイダルシリカ粒子；複数のヒドロキシ官能基を有する前記非イオン性有機分子；ピリジン環の２位、３位又は４位に位置する炭素原子に、１つのカルボン酸、カルボン酸塩、又はカルボン酸エステルが結合した前記ピリジン環分子；及び水を含む、態様１に記載の化学的機械研磨組成物。
［態様１６］
前記組成物が、セリア被覆コロイダルシリカ粒子；ラクチトール、マルチトール、ズルシトール、及びＤ－ソルビトールからなる群から選択された少なくとも１つ；ピリジン環の２位、３位又は４位に位置する炭素原子に、１つのカルボン酸、カルボン酸塩、又はカルボン酸エステルが結合した前記ピリジン環分子；及び水を含む、態様１に記載の化学的機械研磨組成物。
［態様１７］
前記組成物が、セリア被覆コロイダルシリカ粒子；ラクチトール、マルチトール、ズルシトール、及びＤ－ソルビトールからなる群から選択された少なくとも１つ；２－ピコリン酸、３－ピリジンカルボン酸（3-Pyridinrcarboxylic Acid）、４－ピリジンカルボン酸（4-Pyridinrcarboxylic Acid）からからなる群から選択された少なくとも１つを含む、態様１に記載の化学的機械研磨組成物。
［態様１８］
前記組成物が、セリア被覆コロイダルシリカ粒子；ラクチトール、マルチトール、ズルシトール、及びＤ－ソルビトールからなる群から選択された少なくとも１つ；及び２－ピコリン酸を含む、態様１に記載の化学的機械研磨組成物。
［態様１９］
前記組成物が、有効成分の５－クロロ－２－メチル－４－イソチアゾリン－３－オン及び２－メチル－４－イソチアゾリン－３－オンを有する、０．０００１重量％～０．０５重量％、好ましくは０．０００５重量％～０．０２５重量％、より好ましくは０．００１重量％～０．０１重量％の前記殺生物剤を更に含む、態様１に記載の化学的機械研磨組成物。
［態様２０］
前記組成物が、酸性のｐＨ条件では硝酸、塩酸、硫酸、リン酸、その他の無機酸又は有機酸、及びそれらの混合物からなる群から選択された、又はアルカリ性のｐＨ条件では、水素化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、テトラアンモニウムヒドロキシド、有機第四級アンモニウムヒドロキシド化合物、有機アミン、及びそれらの混合物からなる群から選択された、０重量％～１重量％、好ましくは０．０１重量％～０．５重量％、より好ましくは０．１重量％～０．２５重量％の前記ｐＨ調整剤を更に含む、態様１に記載の化学的機械研磨組成物。
［態様２１］
シリコン酸化膜を含む少なくとも１つの表面を有する半導体基板の化学的機械研磨（ＣＭＰ）方法であって、
前記半導体基板を提供すること；
研磨パッドを提供すること；
態様１～２０のいずれかに記載の化学的機械研磨組成物を提供すること；
前記半導体基板の前記少なくとも１つの表面に前記研磨パッド及び前記化学的機械研磨組成物を接触させること；及び
前記シリコン酸化膜を含む前記少なくとも１つの表面を研磨すること
を含む方法。
［態様２２］
前記シリコン酸化膜が、化学気相成長（ＣＶＤ）、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、高密度蒸着ＣＶＤ（ＨＤＰ）、又はスピンオン酸化膜からなる群から選択される、態様２１に記載の方法。
［態様２３］
前記シリコン酸化膜がＳｉＯ ２ 膜である、態様２１に記載の方法。
［態様２４］
前記半導体基板が、窒化ケイ素膜を含む少なくとも１つの表面を更に有し、酸化ケイ素：窒化ケイ素の除去選択性が１０よりも大きく、好ましくは３０よりも大きく、より好ましくは５０よりも大きい、態様２１に記載の方法。
［態様２５］
シリコン酸化膜を含む少なくとも１つの表面を有する半導体基板の化学的機械研磨（ＣＭＰ）システムであって、
ａ．前記半導体基板；
ｂ．態様１～２０のいずれかに記載の化学的機械研磨組成物；
ｃ．研磨パッド；
を含み、
前記シリコン酸化膜を含む前記少なくとも１つの表面が、前記研磨パッド及び前記化学的機械研磨組成物に接触している、システム。
［態様２６］
前記シリコン酸化膜が、化学気相成長（ＣＶＤ）、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、高密度蒸着ＣＶＤ（ＨＤＰ）、又はスピンオン酸化膜からなる群から選択される、態様２５に記載のシステム。
［態様２７］
前記シリコン酸化膜がＳｉＯ ２ 膜である、態様２５に記載のシステム。
［態様２８］
前記半導体基板が、窒化ケイ素膜を含む少なくとも１つの表面を更に有し、酸化ケイ素膜を含む前記少なくとも１つの表面及び窒化ケイ素膜を含む前記少なくとも１つの表面が、前記研磨パッド及び前記化学的機械研磨組成物で研磨されるときに、窒化ケイ素膜を含む前記少なくとも１つの表面は、前記研磨パッド及び前記化学的機械研磨組成物と接触し、酸化ケイ素：窒化ケイ素の除去選択性が１０よりも大きく、好ましくは３０よりも大きく、より好ましくは５０よりも大きい、態様２５に記載のシステム。

Claims (23)

  1. セリア被覆無機酸化物粒子；
    １つのカルボン酸基、１つのカルボン酸塩基、又は１つのカルボン酸エステル基を有する含窒素有機芳香族又はピリジン環分子；
    複数のヒドロキシ官能基を有する非イオン性有機分子；
    水溶性溶媒；及び
    任意に
    殺生物剤；及び
    ｐＨ調整剤；
    を含む化学的機械研磨組成物であって、
    １つのカルボン酸基、１つのカルボン酸塩基、又は１つのカルボン酸エステル基を有する前記含窒素有機芳香族又はピリジン環分子は、以下の一般的な分子構造を有し、
    前記Ｒは、水素原子、金属陽イオン、又はアルキル基ＣｎＨ２ｎ＋１であり、ｎは１～１２であり、
    前記組成物は、２～１２のｐＨを有し、
    前記セリア被覆無機酸化物粒子が、セリア被覆コロイダルシリカ、セリア被覆高純度コロイダルシリカ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択され、
    前記複数のヒドロキシ官能基を有する非イオン性有機分子が、
    及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、化学的機械研磨組成物。
  2. 前記粒子が０．０１重量％～２０重量％の範囲にある、請求項１に記載の化学的機械研磨組成物。
  3. 前記水溶性溶媒が、脱イオン（ＤＩ）水、蒸留水、及びアルコール系有機溶媒からなる群から選択される、請求項１に記載の化学的機械研磨組成物。
  4. １つのカルボン酸基、１つのカルボン酸塩基、又は１つのカルボン酸エステル基を有する前記含窒素有機芳香族又はピリジン環分子が、０．０００１重量％～２．０重量％の範囲にある、請求項１に記載の化学的機械研磨組成物。
  5. 複数のヒドロキシ官能基を有する前記有機分子が、０．０００１重量％～２．０重量％の範囲にある、請求項１に記載の化学的機械研磨組成物。
  6. 前記含窒素有機芳香族又はピリジン環分子中の－ＣＯＯＲ基が、以下に示すように環の２位、３位又は４位に位置する炭素原子に結合することができる、請求項１に記載の化学的機械研磨組成物。
  7. 前記含窒素有機芳香族又はピリジン環分子中の－ＣＯＯＲ基のＲが水素原子であり、－ＣＯＯＨ基が、以下に示すように環の２位、３位又は４位に位置する炭素原子に結合することができる、請求項１に記載の化学的機械研磨組成物。
  8. 前記含窒素有機芳香族又はピリジン環分子中の－ＣＯＯＲ基のＲが、ナトリウムイオン、カリウムイオン、及びアンモニウムイオンからなる群から選択される金属陽イオンＭ＋である、請求項１に記載の化学的機械研磨組成物。
  9. 前記含窒素有機芳香族又はピリジン環分子中の－ＣＯＯＲ基のＲが、ｎが１～１２であるアルキル基ＣｎＨ２ｎ＋１であり、前記含窒素有機芳香族又はピリジン環分子がピリジンカルボン酸エステルである、請求項１に記載の化学的機械研磨組成物。
  10. 前記組成物が、セリア被覆コロイダルシリカ粒子；複数のヒドロキシ官能基を有する前記非イオン性有機分子；ピリジン環の２位、３位又は４位に位置する炭素原子に、１つのカルボン酸、カルボン酸塩、又はカルボン酸エステルが結合した前記ピリジン環分子；及び水を含む、請求項１に記載の化学的機械研磨組成物。
  11. 前記組成物が、セリア被覆コロイダルシリカ粒子；ラクチトール、マルチトール、ズルシトール、及びＤ－ソルビトールからなる群から選択された少なくとも１つ；ピリジン環の２位、３位又は４位に位置する炭素原子に、１つのカルボン酸、カルボン酸塩、又はカルボン酸エステルが結合した前記ピリジン環分子；及び水を含む、請求項１に記載の化学的機械研磨組成物。
  12. 前記組成物が、セリア被覆コロイダルシリカ粒子；ラクチトール、マルチトール、ズルシトール、及びＤ－ソルビトールからなる群から選択された少なくとも１つ；２－ピコリン酸、３－ピリジンカルボン酸（3-Pyridinrcarboxylic Acid）、４－ピリジンカルボン酸（4-Pyridinrcarboxylic Acid）からからなる群から選択された少なくとも１つを含む、請求項１に記載の化学的機械研磨組成物。
  13. 前記組成物が、セリア被覆コロイダルシリカ粒子；ラクチトール、マルチトール、ズルシトール、及びＤ－ソルビトールからなる群から選択された少なくとも１つ；及び２－ピコリン酸を含む、請求項１に記載の化学的機械研磨組成物。
  14. 前記組成物が、有効成分の５－クロロ－２－メチル－４－イソチアゾリン－３－オン及び２－メチル－４－イソチアゾリン－３－オンを有する、０．０００１重量％～０．０５重量％の前記殺生物剤を更に含む、請求項１に記載の化学的機械研磨組成物。
  15. 前記組成物が、酸性のｐＨ条件では硝酸、塩酸、硫酸、リン酸、その他の無機酸又は有機酸、及びそれらの混合物からなる群から選択された、又はアルカリ性のｐＨ条件では、水素化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、テトラアンモニウムヒドロキシド、有機第四級アンモニウムヒドロキシド化合物、有機アミン、及びそれらの混合物からなる群から選択された、０重量％～１重量％の前記ｐＨ調整剤を更に含む、請求項１に記載の化学的機械研磨組成物。
  16. シリコン酸化膜を含む少なくとも１つの表面を有する半導体基板の化学的機械研磨（ＣＭＰ）方法であって、
    前記半導体基板を提供すること；
    研磨パッドを提供すること；
    請求項１～１５のいずれかに記載の化学的機械研磨組成物を提供すること；
    前記半導体基板の前記少なくとも１つの表面に前記研磨パッド及び前記化学的機械研磨組成物を接触させること；及び
    前記シリコン酸化膜を含む前記少なくとも１つの表面を研磨すること
    を含む方法。
  17. 前記シリコン酸化膜が、化学気相成長（ＣＶＤ）、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、高密度蒸着ＣＶＤ（ＨＤＰ）、又はスピンオン酸化膜からなる群から選択される、請求項１６に記載の方法。
  18. 前記シリコン酸化膜がＳｉＯ２膜である、請求項１６に記載の方法。
  19. 前記半導体基板が、窒化ケイ素膜を含む少なくとも１つの表面を更に有し、酸化ケイ素：窒化ケイ素の除去選択性が１０よりも大きい、請求項１６に記載の方法。
  20. シリコン酸化膜を含む少なくとも１つの表面を有する半導体基板の化学的機械研磨（ＣＭＰ）システムであって、
    ａ．前記半導体基板；
    ｂ．請求項１～１５のいずれかに記載の化学的機械研磨組成物；
    ｃ．研磨パッド；
    を含み、
    前記シリコン酸化膜を含む前記少なくとも１つの表面が、前記研磨パッド及び前記化学的機械研磨組成物に接触している、システム。
  21. 前記シリコン酸化膜が、化学気相成長（ＣＶＤ）、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、高密度蒸着ＣＶＤ（ＨＤＰ）、又はスピンオン酸化膜からなる群から選択される、請求項２０に記載のシステム。
  22. 前記シリコン酸化膜がＳｉＯ２膜である、請求項２０に記載のシステム。
  23. 前記半導体基板が、窒化ケイ素膜を含む少なくとも１つの表面を更に有し、酸化ケイ素膜を含む前記少なくとも１つの表面及び窒化ケイ素膜を含む前記少なくとも１つの表面が、前記研磨パッド及び前記化学的機械研磨組成物で研磨されるときに、窒化ケイ素膜を含む前記少なくとも１つの表面は、前記研磨パッド及び前記化学的機械研磨組成物と接触し、酸化ケイ素：窒化ケイ素の除去選択性が１０よりも大きい、請求項２０に記載のシステム。
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