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JP7709517B2 - 銅及びスルーシリコンビア(tsv)化学機械平坦化(cmp)のためのパッドインボトル(pib)技術 - Google Patents
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JP7709517B2 - 銅及びスルーシリコンビア(tsv)化学機械平坦化(cmp)のためのパッドインボトル(pib)技術 - Google Patents

銅及びスルーシリコンビア(tsv)化学機械平坦化(cmp)のためのパッドインボトル(pib)技術

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Description

関連出願の相互参照
本件は、2020年7月29日に出願された米国仮出願第63/058,289号の利益を主張し、それは、完全に記載されたかのように参照によって本開示に組み込まれる。
発明の背景
本発明は、概して、高度な化学機械平坦化(CMP)組成物、システム、及びプロセスのための新規なパッドインボトル(PIB:pad-in-a-bottle)技術に関する。具体的には、本発明は、高度な銅及びTSV CMP組成物、システム、並びにプロセスのためのPIB技術に関する。
CMPにおいて、ポリウレタン(PU)パッド上の凹凸は、ウェハ接触により不可逆的に変形し、組成物粒子によっても摩耗する。そのため、プロセス安定性を保証するために、パッド表面をダイヤモンドディスクで継続的に更新しなければならない。ダイヤモンドディスクが、パッド表面を切り取って、古い凹凸をなくし、新しいものを作り出す必要があるため、それらは、パッドも徐々に薄くし、その交換が必要になる(図1)。
したがって、従来のCMPは、(a)(パッド及びコンディショナーの頻繁な交換に起因して)大量の廃棄物が生じる、(b)パッドの凹凸形状が制御されておらず、接触面積分布の大きな変動が生じるなどの幾つかの弱点を有する。これらは、除去速度(RR)の変動をもたらし、とりわけ、ウェハレベルトポグラフィーに悪影響を及ぼす。
本発明は、困難な要件を満たすために開発された、高度なノード銅及びTSV CMP組成物、システム、並びにプロセスのための新しい新規のパッドインボトル(PIB)技術を開示する。
発明の概要
ニーズは、銅及びTSV基材のCMPのための、開示された組成物、方法、及び平坦化システムを用いることにより満足される。
1つの側面において、CMP研磨組成物が提供される。CMP研磨組成物は、
研磨材、
2~100μm、10~80μm、20~70μm、又は30~50μmの範囲のサイズを有するミクロンサイズのポリウレタン(PU)ビーズ;
シリコーン含有分散剤;
水などの液体キャリア;
及び任意選択的に、
キレート剤、
腐食防止剤、
有機第四級アンモニウム塩、
バイオサイド;
pH調節剤;
使用時に加えられる酸化剤を含み;
組成物のpHは、3.0~12.0;4.0~11.0;5.0~10.0;5.5~9.0;6.0~8.0;又は6.0~7.5である。
別の側面において、CMP研磨方法が提供される。CMP研磨方法は、
銅又はスルーシリコンビア(TSV)銅を含有する表面を有する半導体基材を提供すること;
研磨パッドを提供すること;
上述の化学機械研磨(CMP)配合物を提供すること;
半導体基材の表面と、研磨パッド及び化学機械研磨配合物とを接触させること;及び
半導体の表面を研磨することを含み;
Cu膜を含有する表面の少なくとも一部は、研磨パッド及び化学機械研磨配合物の両方と接触している。
さらに別の側面において、CMP研磨システムが提供される。CMP研磨システムは、
銅又はスルーシリコンビア(TSV)銅を含有する表面を有する半導体基材;
研磨パッドを提供すること;
上述の請求項の化学機械研磨(CMP)配合物を提供することを含み;
Cu膜を含有する表面の少なくとも一部は、研磨パッド及び化学機械研磨配合物の両方と接触している。
研磨材は、以下に制限されるものではないが、コロイダルシリカ又は高純度コロイダルシリカ;アルミナドープシリカ粒子などの、コロイダルシリカの格子内の他の金属酸化物によってドープされたコロイダルシリカ粒子;α-、β-、及びγ-型の酸化アルミニウムなどのコロイド状酸化アルミニウム;コロイド状で光活性の二酸化チタン、酸化セリウム、コロイド状酸化セリウム、ナノサイズの無機金属酸化物粒子、たとえばアルミナ、チタニア、ジルコニア、セリア等;ナノサイズのダイヤモンド粒子、ナノサイズの窒化ケイ素粒子;モノモーダル、バイモーダル、マルチモーダルの、コロイド状研磨材粒子;有機ポリマーに基づいた柔軟な研磨材粒子、表面がコーティングされた、若しくは改質された研磨材粒子、又は他の複合粒子、及びこれらの混合物などの粒子である。
シリコーン含有分散剤としては、以下に制限されるものではないが、水不溶性シリコーン骨格、及び表面湿潤性を提供する多くの水溶性のポリエーテルペンダント基の両方を含有するシリコーンポリエーテルが挙げられる。例は、水不溶性シリコーン骨格、並びにエチレンオキシド(EO)及びプロピレンオキシド(PO)(EO-PO)官能基のn個の繰り返し単位(nは2~25である)を含むペンダント基の両方を含有するシリコーンポリエーテルである。
腐食防止剤としては、以下に制限されるものではないが、芳香環中に1つ又は複数の窒素原子を含有するヘテロ芳香族化合物のファミリー、たとえば、1,2,4-トリアゾール、アミトロール(3-アミノ-1,2,4-トリアゾール)、ベンゾトリアゾール及びベンゾトリアゾール誘導体、テトラゾール及びテトラゾール誘導体、イミダゾール及びイミダゾール誘導体、ベンズイミダゾール及びベンズイミダゾール誘導体、ピラゾール及びピラゾール誘導体、並びにテトラゾール及びテトラゾール誘導体が挙げられる。
キレート剤(又はキレート化剤)としては、以下に制限されるものではないが、アミノ酸及びその誘導体、並びに有機アミンが挙げられる。
アミノ酸及びその誘導体としては、以下に制限されるものではないが、グリシン、D-アラニン、L-アラニン、DL-アラニン、β-アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、フェニルアミン、プロリン、セリン、トレオニン、チロシン、グルタミン、アスパラギン、グルタミン酸、アスパラギン酸、トリプトファン、ヒスチジン、アルギニン、リジン、メチオニン、システイン、イミノ二酢酸、及びこれらの組み合わせが挙げられる。
有機アミンとしては、以下に制限されるものではないが、2,2-ジメチル-1,3-プロパンジアミン、及び2,2-ジメチル-1,4-ブタンジアミン、エチレンジアミン、1,3-ジアミンプロパン、1,4-ジアミンブタン等が挙げられる。
2つの第一級アミン部分を含む有機ジアミン化合物は、二元系キレート剤と記載することができる。
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、Dow Chemical社からのKathon(商標)、Kathon(商標)CG/ICP IIが挙げられる。それらは、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-オンの有効成分を有する。
酸化剤としては、以下に制限されるものではないが、過ヨウ素酸、過酸化水素、ヨウ素酸カリウム、過マンガン酸カリウム、過硫酸アンモニウム、モリブデン酸アンモニウム、硝酸第二鉄、硝酸、硝酸カリウム、及びこれらの混合物が挙げられる。
Cu除去速度加速剤及び欠陥低減剤としての有機第四級アンモニウム塩としては、以下に制限されるものではないが、重炭酸コリン、コリン水酸化物、クエン酸二水素コリン塩、コリンエタノールアミン、重酒石酸コリンなどの様々な対イオンを有するコリン塩が挙げられる。
pH調節剤としては、以下に制限されるものではないが、以下が挙げられる:酸性の方向にpHを調節する、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。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、水酸化テトラアルキルアンモニウム、有機アミン、及びよりアルカリ性の方向にpHを調節するために用いることができる他の化学試薬などの塩基性pH調節剤も挙げられる。
図1(先行技術)は、ポリウレタンパッド146による従来のCMP研磨を示す。 図2は、ポリウレタンパッド146及びポリウレタンビーズ(130)によるPIB CMP研磨を示す。 図3は、ポリウレタンビーズを含む(比較1)、又はポリウレタンビーズを含まない(参照及び参照1)、CMP組成物を用いたCu除去速度(Cu RR)である。 図4は、ポリウレタンビーズを含む(比較1)、又はポリウレタンビーズを含まない(参照及び参照1)、CMP組成物を用いた1.5psiのDFかつ0.6m/sのスライド速度におけるCuディッシングである。 図5は、ポリウレタンビーズを含む(比較1)、又はポリウレタンビーズを含まない(参照及び参照1)、CMP組成物を用いた1.5psiのDFかつ1.0m/sのスライド速度におけるCuディッシングである。 図6は、CMP組成物(参照)を用いたCuラインディッシングに対するスライド速度である。 図7は、CMP組成物(参照1)を用いたCuラインディッシングに対するスライド速度である。 図8は、PIB CMP組成物(比較1)を用いたCuラインディッシングに対するスライド速度である。
発明の詳細な説明
本件は、パッド凹凸の役割が、2~100μm、10~80μm、20~70μm、又は30~50μmの範囲のサイズを有する高品質のミクロンサイズのポリウレタン(PU)ビーズによって果たされる新技術を開示し;これらのサイズは、市販の研磨パッドの細孔及び凹凸のサイズに匹敵する。
ビーズは、水性組成物中にポリウレタンビーズを分散させるための分散剤としての湿潤剤(又は界面活性剤)の助けを借りて、焼成セリア、コロイダルシリカ、又は複合粒子などの研磨材粒子を有するCu CMP研磨組成物中に懸濁される。
図2は、ポリウレタンパッド146及びポリウレタンビーズ(130)によるPIB CMP研磨を示す。ビーズは、以下に記載された手段によってウェハ表面と接触し、従来の凹凸とほとんど同じように研磨を促進する。
ビーズのサイズ、及び組成物中でのそれらの濃度の両方の選択によって、ウェハと接触する「頂点」の高さ、曲率、及び面積密度のはるかに良好な制御が達成され、従来の凹凸接触に関連したプロセスのばらつきが、大幅に低減される。
ビーズの使用は、依然として研磨が起こる第二の表面、又はカウンター面を要求し、それは、我々の場合、従来のポリウレタンに基づいたパッドであり続けるが、それは、もはや研磨が起こる主要な表面ではないため、要求されるコンディショニングは最小限である。代わりに、図2のカウンター面として、安価で、部分的にコンディショニングされたパッドを用いることができる。
ポリッシャーは、2~3つのパッド及びコンディショナーを同時に用いる場合がある。典型的には、パッド及びコンディショニングディスクの寿命の終わりに、わずか2日の連続使用の後に到達する。したがって、CMPツールの各プラテンは、年間何百ものパッド及びコンディショナーを使用し、ウェハ作製施設は何十ものツール(各ツールに対して2つ又は3つのプラテンを含む)を有することができるため、パッド及びパッドコンディショナーだけについての総費用はかなりのものである。
使用したパッドを取り外し、新しいパッドを設置し、適格とするのに数時間かかる場合があるため、ツール中断時間と、新しいパッドを適格とするのに使用される消耗品とに起因するエンジニアリング及び製品の損失も重大である。使用したPUパッド、及び廃棄されたダイヤモンドディスクコンディショナーは、CMPプロセスからの廃棄物であり、それは、幾つかの環境衛生及び安全性(EHS)の問題を引き起こす。
研磨パッドついては、パッドを剥がして廃棄しなければならなくなるまでに、パッド厚さの約3分の2しか使用されない。コンディショナーについては、製品の耐用年数を制御するのは数万のダイヤモンドのうち数百のダイヤモンドに過ぎず、その後、コンディショナーを廃棄する必要がある。さらに、リサイクル又は再使用の選択肢は、パッド及びコンディショナーについては利用可能でない。我々の成果は、上記のEHS問題に対処し、多くのパッド及びダイヤモンドディスクコンディショナーの使用をなくすことによって、現在の標準的なCMPプロセスに新規の解決策を提供する。
開示された研磨組成物中で用いられるポリウレタンビーズは、2~100μm、10~80μm、20~70μm、又は30~50μmの範囲のサイズを有する。
本発明の複数の具体的な側面は、以下に概説される。
1つの側面において、CMP研磨組成物が提供される。
側面1:
研磨材、
ミクロンサイズのポリウレタン(PU)ビーズ;
シリコーン含有分散剤;
水などの液体キャリア;
及び任意選択的に、
キレート剤;
腐食防止剤;
有機第四級アンモニウム塩;
バイオサイド;
pH調節剤;
使用時に加えられる酸化剤
を含むCMP研磨組成物であって、
組成物のpHが、3.0~12.0;4.0~11.0;5.0~10.0;5.5~9.0;6.0~8.0;又は6.0~7.5である、CMP研磨組成物。
側面2:
銅又はTSV銅を含有する表面を有する半導体基材を提供すること;
研磨パッドを提供すること;
上述の化学機械研磨(CMP)配合物を提供すること;
半導体基材の表面と、研磨パッド及び化学機械研磨配合物とを接触させること;及び
半導体の表面を研磨すること
を含むCMP研磨方法であって、
Cu膜を含有する表面の少なくとも一部が、研磨パッド及び化学機械研磨配合物の両方と接触している、CMP研磨方法。
側面3:
Cu膜を含有する表面を有する半導体基材;
研磨パッドを提供すること;
上述の請求項の化学機械研磨(CMP)配合物を提供すること
を含む、CMP研磨システムであって、
Cu膜を含有する表面の少なくとも一部が、研磨パッド及び化学機械研磨配合物の両方と接触している、CMP研磨システム。
研磨材は、ナノサイズの研磨材粒子であり、以下に制限されるものではないが、コロイダルシリカ又は高純度コロイダルシリカ;アルミナドープシリカ粒子などの、コロイダルシリカの格子内の他の金属酸化物によってドープされたコロイダルシリカ粒子;α-、β-、及びγ-型の酸化アルミニウムなどのコロイド状酸化アルミニウム;コロイド状で光活性の二酸化チタン、酸化セリウム、コロイド状酸化セリウム、ナノサイズの無機金属酸化物粒子、たとえばアルミナ、チタニア、ジルコニア、セリア等;ナノサイズのダイヤモンド粒子、ナノサイズの窒化ケイ素粒子;モノモーダル、バイモーダル、マルチモーダルの、コロイド状研磨材粒子;有機ポリマーに基づいた柔軟な研磨材粒子、表面がコーティングされた、若しくは改質された研磨材粒子、又は他の複合粒子、及びこれらの混合物が挙げられる。
コロイダルシリカは、シリケート塩から製造することができ、高純度コロイダルシリカは、TEOS又はTMOSから製造することができる。コロイダルシリカ又は高純度コロイダルシリカは、モノモデル又はマルチモデルの狭い又は広い粒子サイズ分布、様々なサイズ、並びに球形、コクーン形、集合体形、及び他の形状などの様々な形状を有してよい。
ナノサイズの粒子は、球状、コクーン、集合体などの種々の形状を有してもよい。
Cu CMPスラリー中で用いられる研磨材粒子の粒子サイズは、5nm~500nm、10nm~250nm、又は25nm~100nmの範囲である。
Cu CMP研磨組成物は、0.0025質量%~25質量%;0.0025質量%~2.5質量%;0.005質量%~0.5質量%;又は0.005質量%~0.15質量%の研磨材粒子を含む。
CMP研磨組成物は、水溶液中にポリウレタンビーズを分散させるためのシリコーン含有分散剤を含む。シリコーン含有分散剤は、表面湿潤剤分散剤としても機能する。
シリコーン含有分散剤としては、以下に制限されるものではないが、水不溶性シリコーン骨格、及び表面湿潤特性を提供する多くの水溶性のポリエーテルペンダント基の両方を含有するシリコーンポリエーテルが挙げられる。例は、水不溶性シリコーン骨格、並びにエチレンオキシド(EO)及びプロピレンオキシド(PO)(EO-PO)官能基のn個の繰り返し単位(nは2~25である)を含むペンダント基の両方を含有するシリコーンポリエーテルである。
シリコーン含有分散剤の例としては、silsurf(商標)E608、silsurf(商標)J208-6、silsurf(商標)A208、silsurf(商標)CR1115、silsurf(商標)A204、silsurf(商標)A004-UP、silsurf(商標)A008-UP、silsurf(商標)B608、silsurf(商標)C208、silsurf(商標)C410、silsurf(商標)D208、silsurf(商標)D208、silsurf(商標)D208-30、silsurf(商標)Di-1010、silsurf(商標)Di-1510、silsurf(商標)Di-15-I、silsurf(商標)Di-2012、silsurf(商標)Di-5018-F、silsurf(商標)G8-I、silsurf(商標)J1015-O、silsurf(商標)J1015-O-AC、silsurf(商標)J208、silsurf(商標)J208-6、Siltech(商標)-OP-8、Siltech(商標)-OP-11、Siltech(商標)-OP-12、Siltech(商標)-OP-15、Siltech(商標)-OP-20;Siltech社からの製品;225 Wicksteed Avenue、Toronto Ontario、Canada M4H 1G5、が挙げられる。
シリコーン含有分散剤の濃度範囲は、0.01質量%~2.0質量%、0.025質量%~1.0質量%、又は0.05質量%~0.5質量%である。
CMPスラリーは、様々なサイズのポリウレタンビーズを含有する。
開示された研磨組成物中で用いられるポリウレタンビーズは、2~100μm、10~80μm、20~70μm、又は30~50μmの範囲のサイズを有する。
ポリウレタンビーズの濃度範囲は、0.01質量%~2.0質量%、0.025質量%~1.0質量%、又は0.05質量%~0.5質量%である。
ポリウレタンビーズは、開示された研磨材粒子とは異なる。それらは、本開示において研磨材粒子とはみなされない。
Cu除去速度加速剤及び欠陥低減剤としての有機第四級アンモニウム塩としては、以下に制限されるものではないが、コリン重炭酸塩などのコリン塩、又はコリンと他のアニオン性対イオンとの間で形成される他のすべての塩が挙げられる。
1つの実施態様において、CMPスラリーは、0.005質量%~0.25質量%、0.001質量%~0.05質量%;又は0.002質量%~0.01質量%の第四級アンモニウム塩を含有する。
別の実施態様において、CMPスラリーは、0.005質量%~0.5質量%、0.001質量%~0.25質量%;又は0.002質量%~0.1質量%の第四級アンモニウム塩を含有する。
キレート剤(又はキレート化剤)としては、以下に制限されるものではないが、アミノ酸、その誘導体、及び有機アミンが挙げられる。
アミノ酸及びその誘導体としては、以下に制限されるものではないが、グリシン、D-アラニン、L-アラニン、DL-アラニン、β-アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、フェニルアミン、プロリン、セリン、トレオニン、チロシン、グルタミン、アスパラギン、グルタミン酸、アスパラギン酸、トリプトファン、ヒスチジン、アルギニン、リジン、メチオニン、システイン、イミノ二酢酸、及びこれらの組み合わせが挙げられる。
有機アミンとしては、以下に制限されるものではないが、2,2-ジメチル-1,3-プロパンジアミン、及び2,2-ジメチル-1,4-ブタンジアミン、エチレンジアミン、1,3-ジアミンプロパン、1,4-ジアミンブタン等が挙げられる。
2つの第一級アミン部分を含む有機ジアミン化合物は、二元系キレート剤と記載することができる。
CMPスラリーは、0.1質量%~18質量%;0.5質量%~15質量%;1.0質量%~10.0質量%;又は2.0質量%~10.0質量%のキレート剤を含有する。
腐食防止剤は、あらゆる既知の報告された腐食防止剤であってよい。
腐食防止剤としては、例えば、以下に制限されるものではないが、芳香環中に1つ又は複数の窒素原子を含有するヘテロ芳香族化合物のファミリー、たとえば、1,2,4-トリアゾール、アミトロール(3-アミノ-1,2,4-トリアゾール)、ベンゾトリアゾール及びベンゾトリアゾール誘導体、テトラゾール及びテトラゾール誘導体、イミダゾール及びイミダゾール誘導体、ベンズイミダゾール及びベンズイミダゾール誘導体、ピラゾール及びピラゾール誘導体、並びにテトラゾール及びテトラゾール誘導体が挙げられる。
CMPスラリーは、0.005質量%~1.0質量%;0.01質量%~0.5質量%;又は0.025質量%~0.25質量%の腐食防止剤を含有する。
Cu化学機械研磨組成物のより安定な保管寿命を提供するための有効成分を有するバイオサイドを用いることができる。
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、Dow Chemical社からのKathon(商標)、Kathon(商標)CG/ICP IIが挙げられる。それらは、5-クロロ-2-メチル-4-イソチアゾリン-3-オン及び/又は2-メチル-4-イソチアゾリン-3-オンの有効成分を有する。
CMPスラリーは、0.0001質量%~0.05質量%;0.0001質量%~0.025質量%;又は0.0001質量%~0.01質量%のバイオサイドを含有する。
酸性若しくは塩基性の化合物、又はpH調節剤を用いて、CMP研磨組成物のpHを最適化されたpH値に調節することができる。
pH調節剤としては、以下に制限されるものではないが、以下が挙げられる:酸性の方向にpHを調節する、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。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、水酸化テトラアルキルアンモニウム、有機アミン、及びよりアルカリ性の方向にpHを調節するために用いることができる他の化学試薬などの塩基性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。
Cu研磨組成物のpHは、約3.0~約12.0;約4.0~約11.0;約5.0~約10.0;約5.5~約9.0、約6.0~約8.0;又は約6.0~約7.5である。
様々なペルオキシ無機酸化剤若しくはペルオキシ有機酸化剤、又は他のタイプの酸化剤を用いて、金属銅膜を酸化銅の混合物に酸化し、キレート剤及び腐食防止剤との迅速な反応を可能にすることができる。
酸化剤としては、以下に制限されるものではないが、過ヨウ素酸、過酸化水素、ヨウ素酸カリウム、過マンガン酸カリウム、過硫酸アンモニウム、モリブデン酸アンモニウム、硝酸第二鉄、硝酸、硝酸カリウム、及びこれらの混合物が挙げられる。好ましい酸化剤は、過酸化水素である。
CMP組成物は、0.1質量%~10質量%;0.25質量%~3質量%;又は0.5質量%~2.0質量%の酸化剤を含有する。
実験セクション
パラメータ:
Å: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:研磨組成物流量、ml/min
除去速度(RR):
Cu RR 1.5psi CMPツールの1.5psiの下向き圧力において測定された銅除去速度
Cu RR 2.0psi CMPツールの2.0psiの下向き圧力において測定された銅除去速度
Cu RR 3.0psi CMPツールの3.0psiの下向き圧力において測定された銅除去速度
全般的な実験手順
特に示されない場合、組成物中の割合はすべて質量割合である。
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。例において用いられたCMPツールは、Applied Materials、3050 Boweres Avenue、Santa Clara、California、95054によって製造された200mm Mirra(商標)ポリッシャーである。デュポン社によって供給されたIC1000パッド又は他のタイプの研磨パッドを、ブランケットウェハ研磨研究用のプラテンで用いた。パッドは、25個のダミー酸化物(TEOS前駆体、PETEOSからプラズマ増強CVDによって堆積)ウェハの研磨により調整された。ツール設定及びパッド調整を適格とするために、2つのPETEOSモニターを、Versum Materials社の平坦化プラットホームによって供給されたSyton(商標)OX-Kコロイダルシリカによりベースライン条件で研磨した。研磨実験は、ブランケットCuウェハ、及びCu MIT854 200mmパターン化ウェハを用いて行なった。これらのブランケットウェハは、Silicon Valley Microelectronics、1150 Campbell Ave、CA、95126から購入した。
デュポン社によって供給された研磨パッド、IC1000パッド又は他の研磨パッドをCu CMP中に用いた。
実施例
参照(参照)CMP組成物は、3.78質量%のグリシン、0.1892質量%のアミトロール、0.004質量%のエチレンジアミン、0.00963質量%の重炭酸コリン、0.0001質量%のKathon IIバイオサイド、及び0.0376質量%の高純度コロイダルシリカ粒子研磨材で構成された。
EO-PO湿潤官能基を含有するSilsurf E608を、シリコーン含有分散剤として用いた。
第二のCMP組成物(参照1)を、0.05質量%のSilsurf E608を参照Cu CMP組成物(参照)に加えることによって調製した。第二のCMP組成物は、参照CMP組成物に対するCMP研磨性能への分散剤の影響を検査するために用いた。
第三のCMP組成物(比較1)であるPIB作用CMP組成物を、0.05質量%のSilsurf E608、及び0.10質量%の35mmサイズのポリウレタンビーズ(PUビーズ)を参照Cu CMP組成物(参照)に加えることによって調製した。
2.0質量%のHを使用時にCMP組成物に加えた。
3つの組成物は、すべて約7.15のpHを有していた。
Cu除去速度が、それらの3つのCu CMP組成物を用いて試験され、結果は表1に示され、図3に表された。
表1及び図3に示された結果として、Cu除去速度は、参照Cu組成物(参照)と比較して、第二及び第三のCMP組成物について低減された。これは、CMP研磨プロセスにおける酸化銅表面に対する分散剤のパッシベーション効果に起因する。
結果は、PIB作用CMP組成物(比較1)によるCu除去速度が、第二のCMP組成物(参照1)から得られたCu除去速度より約11%増加したことも示した。
結果は、Cu CMP組成物中でミクロンサイズのPUビーズを用いる利点のうちの1つであるCu除去速度を増加することができることを示した。
同じ3つのCMP組成物を用いて、Cuパターン化ウェハを研磨した。
Cuパターン化ウェハの研磨において、1.5psiの下向き力が、2つの異なるスライド速度、それぞれ0.6m/s又は1.0m/sで適用された。
1.5psiのDFかつ0.6m/sのスライド速度で組成物から得られたCuラインディッシングの結果が、表2に示され、図4に表された。
0.05質量%の分散剤のみの添加による組成物(参照1)について、Cuディッシングは、100x100μm及び50x50μmライン特徴で低減されたが、残り4つのCuライン特徴では低減されなかった。
0.05質量%の分散剤及び0.1質量%の35mmのPUビーズの添加による組成物(比較1)について;Cuラインディッシングは、他の2つの組成物と比較して、6つの試験されたCuライン特徴すべてにわたって著しく低減された。
効果的なCuラインディッシングの低減が、PUビーズを用いたPIB作用CMP組成物から得られた。
1.5psiのDFかつ1.0m/sのスライド速度で組成物から得られたCuラインディッシングの結果は、表3に示され、図5に表された。
0.05質量%の分散剤のみの添加による組成物(参照1)について、Cuラインディッシングは、6つの試験されたCuライン特徴すべてにわたって低減された。
0.05質量%の分散剤及び0.1質量%の35mmのPUビーズの添加による組成物(比較1)について、Cuラインディッシングは、1X1μmを除く試験されたCuライン特徴にわたって著しく低減された。
6つの試験されたCuライン特徴すべてにわたるCuラインディッシングに対する、適用された同じ下向き力1.5psiでの0.6m/s対1.0m/sのスライド速度の影響が試験され、結果は、表4、表5、表6、並びに図6、図7及び図8にそれぞれ示された。
表4及び図6に示された結果として、6つの試験されたCuライン特徴すべてにわたって、Cuラインディッシングは、スライド速度が0.6m/sから1.0m/sに増加した際に、すべて増加し、著しく変わった。
表5及び図7に示された結果として、6つの試験されたCuライン特徴すべてにわたって、Cuラインディッシングは、スライド速度が0.6m/sから1.0m/sに増加した際に、すべて減少し、著しく変わった。
表6及び図8に示された結果として、6つの試験されたCuライン特徴すべてにわたって、Cuラインディッシングは、スライド速度が0.6m/sから1.0m/sに増加した際に、35mmのPUビーズを含有するPIB作用CMP組成物について非常にわずかな変化を有する。
明白に、PUビーズを含有するPIB作用CMP組成物は、PUビーズを用いないCu研磨組成物を上回り、スライド速度の変化に対するより安定な過研磨ウィンドウを提供する。
3つの組成物を用いて、1.5psiの下向き力かつ0.6m/sのスライド速度でのCu除去速度及びCuラインディッシングが得られ、比較され、結果が表7に示された。
表7に示された結果として、PIBを使用しないCu研磨組成物と比較して、PUビーズを含有するPIB作用CMP組成物は、Cu除去速度を11%増加させただけでなく、6つの試験されたCuライン特徴すべてにわたって、31%~43%の範囲でCuラインディッシングを著しく低減させた。
PIB技術は、研磨中にウェハの横方向の振動を著しく低減することも示した。
実施例を含む上に示された本発明の実施形態は、本発明から作ることのできる例示的な多数の実施形態である。プロセスの多くの他の構成を用いることができ、プロセスにおいて用いられる材料は、具体的に開示されたもの以外の多くの材料から選択することができることが企図される。
本開示は以下も包含する。
態様1
研磨材、
ポリウレタン(PU)ビーズ;
シリコーン含有分散剤;
水;及び
任意選択的に、
アミノ酸及びその誘導体、有機アミン、並びにこれらの組み合わせからなる群から選択されるキレート剤;
腐食防止剤;
有機第四級アンモニウム塩;
バイオサイド;
pH調節剤;
酸化剤
を含む化学機械研磨(CMP)組成物であって、
前記組成物のpHが、3.0~12.0;5.5~7.5;又は6.0~7.5である、CMP組成物。
態様2
前記研磨材が、コロイダルシリカ;コロイダルシリカの格子内の他の金属酸化物によってドープされたコロイダルシリカ粒子;α-、β-、及びγ-型の酸化アルミニウムからなる群から選択されるコロイド状酸化アルミニウム;コロイド状で光活性の二酸化チタン;酸化セリウム;コロイド状酸化セリウム;アルミナ、チタニア、ジルコニア、及びセリアからなる群から選択される無機金属酸化物粒子;ダイヤモンド粒子;窒化ケイ素粒子;モノモーダル、バイモーダル、又はマルチモーダルの、コロイド状研磨材粒子;有機ポリマーに基づいた柔軟な研磨材粒子;表面がコーティングされた、又は改質された研磨材粒子;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であり;前記研磨材が、0.0025質量%~25質量%;0.0025質量%~2.5質量%;0.005質量%~0.5質量%;又は0.005質量%~0.15質量%の範囲である、上記態様1に記載のCMP組成物。
態様3
前記ポリウレタン(PU)ビーズが、2~100μm、10~80μm、20~70μm、又は30~50μmのサイズを有し、前記ポリウレタン(PU)ビーズが、0.01質量%~2.0質量%、0.025質量%~1.0質量%、又は0.05質量%~0.5質量%の範囲である、上記態様1に記載のCMP組成物。
態様4
前記シリコーン含有分散剤が、水不溶性シリコーン骨格、及び水溶性のポリエーテルペンダント基の両方を含有するシリコーンポリエーテルを含み、前記シリコーン含有分散剤が、0.01質量%~2.0質量%、0.025質量%~1.0質量%、又は0.05質量%~0.5質量%の範囲である、上記態様1に記載のCMP組成物。
態様5
前記シリコーン含有分散剤が、水不溶性シリコーン骨格、並びにエチレンオキシド(EO)及びプロピレンオキシド(PO)(EO-PO)官能基のn個の繰り返し単位(nは2~25である)を含むペンダント基の両方を含有するシリコーンポリエーテルを含む、上記態様1に記載のCMP組成物。
態様6
前記CMP組成物が、グリシン、D-アラニン、L-アラニン、DL-アラニン、β-アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、フェニルアミン、プロリン、セリン、トレオニン、チロシン、グルタミン、アスパラギン、グルタミン酸、アスパラギン酸、トリプトファン、ヒスチジン、アルギニン、リジン、メチオニン、システイン、イミノ二酢酸、2,2-ジメチル-1,3-プロパンジアミン、及び2,2-ジメチル-1,4-ブタンジアミン、エチレンジアミン、1,3-ジアミンプロパン、1,4-ジアミンブタン、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるキレート剤を含み;前記キレート剤が、0.1質量%~18質量%;0.5質量%~15質量%;1.0質量%~10.0質量%;又は2.0質量%~10.0質量%の範囲である、上記態様1に記載のCMP組成物。
態様7
前記CMP組成物が、1,2,4-トリアゾール、3-アミノ-1,2,4-トリアゾール、ベンゾトリアゾール及びベンゾトリアゾール誘導体、テトラゾール及びテトラゾール誘導体、イミダゾール及びイミダゾール誘導体、ベンズイミダゾール及びベンズイミダゾール誘導体、ピラゾール及びピラゾール誘導体、テトラゾール及びテトラゾール誘導体、並びにこれらの組み合わせからなる群から選択される腐食防止剤を含み;前記腐食防止剤が、0.005質量%~1.0質量%;0.01質量%~0.5質量%;又は0.025質量%~0.25質量%の範囲である、上記態様1に記載のCMP組成物。
態様8
前記CMP組成物が、コロイダルシリカ;コロイダルシリカの格子内の他の金属酸化物によってドープされたコロイダルシリカ粒子;α-、β-、及びγ-型の酸化アルミニウムからなる群から選択されるコロイド状酸化アルミニウム;コロイド状で光活性の二酸化チタン;酸化セリウム;コロイド状酸化セリウム;アルミナ、チタニア、ジルコニア、及びセリアからなる群から選択される無機金属酸化物粒子;ダイヤモンド粒子;窒化ケイ素粒子;モノモーダル、バイモーダル、又はマルチモーダルの、コロイド状研磨材粒子;有機ポリマーに基づいた柔軟な研磨材粒子;表面がコーティングされた、又は改質された研磨材粒子;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を含み;
前記ポリウレタン(PU)ビーズが、2~100μm、10~80μm、20~70μm、又は30~50μmのサイズを有し;
前記シリコーン含有分散剤が、水不溶性シリコーン骨格、並びにエチレンオキシド(EO)及びプロピレンオキシド(PO)(EO-PO)官能基のn個の繰り返し単位(nは2~25である)を含むペンダント基の両方を含有するシリコーンポリエーテルを含み;
前記キレート剤が、グリシン、D-アラニン、L-アラニン、DL-アラニン、β-アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、フェニルアミン、プロリン、セリン、トレオニン、チロシン、グルタミン、アスパラギン、グルタミン酸、アスパラギン酸、トリプトファン、ヒスチジン、アルギニン、リジン、メチオニン、システイン、イミノ二酢酸、2,2-ジメチル-1,3-プロパンジアミン、及び2,2-ジメチル-1,4-ブタンジアミン、エチレンジアミン、1,3-ジアミンプロパン、1,4-ジアミンブタン、及びこれらの組み合わせからなる群からなる群から選択され;
前記腐食防止剤が、1,2,4-トリアゾール、3-アミノ-1,2,4-トリアゾール、ベンゾトリアゾール及びベンゾトリアゾール誘導体、テトラゾール及びテトラゾール誘導体、イミダゾール及びイミダゾール誘導体、ベンズイミダゾール及びベンズイミダゾール誘導体、ピラゾール及びピラゾール誘導体、テトラゾール及びテトラゾール誘導体、並びにこれらの組み合わせからなる群から選択される、上記態様1に記載のCMP組成物。
態様9
前記CMP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-4-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有効成分を有するバイオサイドを含み;前記バイオサイドが、0.0001質量%~0.05質量%;0.0001質量%~0.025質量%;又は0.0001質量%~0.01質量%の範囲である、上記態様1に記載のCMP組成物。
態様10
前記CMP組成物が、過ヨウ素酸、過酸化水素、ヨウ素酸カリウム、過マンガン酸カリウム、過硫酸アンモニウム、モリブデン酸アンモニウム、硝酸第二鉄、硝酸、硝酸カリウム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される酸化剤を含み;前記酸化剤が、0.1質量%~10質量%;0.25質量%~3質量%;又は0.5質量%~2.0質量%の範囲である、上記態様1に記載のCMP組成物。
態様11
前記CMP組成物が、コロイダルシリカ;コロイダルシリカの格子内の他の金属酸化物によってドープされたコロイダルシリカ粒子;α-、β-、及びγ-型の酸化アルミニウムからなる群から選択されるコロイド状酸化アルミニウム;コロイド状で光活性の二酸化チタン;酸化セリウム;コロイド状酸化セリウム;アルミナ、チタニア、ジルコニア、及びセリアからなる群から選択される無機金属酸化物粒子;ダイヤモンド粒子;窒化ケイ素粒子;モノモーダル、バイモーダル、又はマルチモーダルの、コロイド状研磨材粒子;有機ポリマーに基づいた柔軟な研磨材粒子;表面がコーティングされた、又は改質された研磨材粒子;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を含み;
前記ポリウレタン(PU)ビーズが、2~100μm、10~80μm、20~70μm、又は30~50μmのサイズを有し;
前記シリコーン含有分散剤が、水不溶性シリコーン骨格、並びにエチレンオキシド(EO)及びプロピレンオキシド(PO)(EO-PO)官能基のn個の繰り返し単位(nは2~25である)を含むペンダント基の両方を含有するシリコーンポリエーテルを含み;
前記キレート剤が、グリシン、D-アラニン、L-アラニン、DL-アラニン、β-アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、フェニルアミン、プロリン、セリン、トレオニン、チロシン、グルタミン、アスパラギン、グルタミン酸、アスパラギン酸、トリプトファン、ヒスチジン、アルギニン、リジン、メチオニン、システイン、イミノ二酢酸、2,2-ジメチル-1,3-プロパンジアミン、及び2,2-ジメチル-1,4-ブタンジアミン、エチレンジアミン、1,3-ジアミンプロパン、1,4-ジアミンブタン、及びこれらの組み合わせからなる群からなる群から選択され;
前記酸化剤が、過ヨウ素酸、過酸化水素、ヨウ素酸カリウム、過マンガン酸カリウム、過硫酸アンモニウム、モリブデン酸アンモニウム、硝酸第二鉄、硝酸、硝酸カリウム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され;
前記腐食防止剤が、1,2,4-トリアゾール、3-アミノ-1,2,4-トリアゾール、ベンゾトリアゾール及びベンゾトリアゾール誘導体、テトラゾール及びテトラゾール誘導体、イミダゾール及びイミダゾール誘導体、ベンズイミダゾール及びベンズイミダゾール誘導体、ピラゾール及びピラゾール誘導体、テトラゾール及びテトラゾール誘導体、並びにこれらの組み合わせからなる群から選択される、上記態様1に記載のCMP組成物。
態様12
前記CMP組成物が、重炭酸コリン、コリン水酸化物、クエン酸二水素コリン塩、コリンエタノールアミン、重酒石酸コリン、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される様々な対イオンを有するコリン塩からなる群から選択される有機第四級アンモニウム塩を含み;前記有機第四級アンモニウム塩が、0.005質量%~0.25質量%、0.001質量%~0.05質量%;又は0.002質量%~0.01質量%の範囲である、上記態様1に記載のCMP組成物。
態様13
前記CMP組成物が、コロイダルシリカ;コロイダルシリカの格子内の他の金属酸化物によってドープされたコロイダルシリカ粒子;α-、β-、及びγ-型の酸化アルミニウムからなる群から選択されるコロイド状酸化アルミニウム;コロイド状で光活性の二酸化チタン;酸化セリウム;コロイド状酸化セリウム;アルミナ、チタニア、ジルコニア、及びセリアからなる群から選択される無機金属酸化物粒子;ダイヤモンド粒子;窒化ケイ素粒子;モノモーダル、バイモーダル、又はマルチモーダルの、コロイド状研磨材粒子;有機ポリマーに基づいた柔軟な研磨材粒子;表面がコーティングされた、又は改質された研磨材粒子;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を含み;
前記ポリウレタン(PU)ビーズが、2~100μm、10~80μm、20~70μm、又は30~50μmのサイズを有し;
前記シリコーン含有分散剤が、水不溶性シリコーン骨格、並びにエチレンオキシド(EO)及びプロピレンオキシド(PO)(EO-PO)官能基のn個の繰り返し単位(nは2~25である)を含むペンダント基の両方を含有するシリコーンポリエーテルを含み;
前記キレート剤が、グリシン、D-アラニン、L-アラニン、DL-アラニン、β-アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、フェニルアミン、プロリン、セリン、トレオニン、チロシン、グルタミン、アスパラギン、グルタミン酸、アスパラギン酸、トリプトファン、ヒスチジン、アルギニン、リジン、メチオニン、システイン、イミノ二酢酸、2,2-ジメチル-1,3-プロパンジアミン、及び2,2-ジメチル-1,4-ブタンジアミン、エチレンジアミン、1,3-ジアミンプロパン、1,4-ジアミンブタン、及びこれらの組み合わせからなる群からなる群から選択され;
前記腐食防止剤が、1,2,4-トリアゾール、3-アミノ-1,2,4-トリアゾール、ベンゾトリアゾール及びベンゾトリアゾール誘導体、テトラゾール及びテトラゾール誘導体、イミダゾール及びイミダゾール誘導体、ベンズイミダゾール及びベンズイミダゾール誘導体、ピラゾール及びピラゾール誘導体、テトラゾール及びテトラゾール誘導体、並びにこれらの組み合わせからなる群から選択され;
前記酸化剤が、過ヨウ素酸、過酸化水素、ヨウ素酸カリウム、過マンガン酸カリウム、過硫酸アンモニウム、モリブデン酸アンモニウム、硝酸第二鉄、硝酸、硝酸カリウム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され;
前記有機第四級アンモニウム塩が、重炭酸コリン、コリン水酸化物、クエン酸二水素コリン塩、コリンエタノールアミン、重酒石酸コリン、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される様々な対イオンを有するコリン塩からなる群から選択される、上記態様1に記載のCMP組成物。
態様14
前記CMP組成物が、硝酸、塩酸、硫酸、リン酸、他の無機又は有機酸、及び酸性の方向にpHを調節するこれらの組み合わせからなる群から選択されるか、水素化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、水酸化テトラアルキルアンモニウム、有機アミン、及びアルカリ性の方向にpHを調節するこれらの組み合わせからなる群から選択されるpH調節剤を含み;前記CMP組成物が、約5.5~約9.0;約6.0~約8.0;又は約6.0~約7.5のpHを有する、上記態様1に記載のCMP組成物。
態様15
前記CMP組成物が、コロイダルシリカ粒子と、水不溶性シリコーン骨格、並びにエチレンオキシド(EO)及びプロピレンオキシド(PO)(EO-PO)官能基のn個の繰り返し単位(nは2~25である)を含むペンダント基の両方を含有するシリコーンポリエーテルを含むシリコーン含有分散剤と、ポリウレタン(PU)ビーズとを含む、上記態様1に記載のCMP組成物。
態様16
前記CMP組成物が、コロイダルシリカ粒子;水不溶性シリコーン骨格、並びにエチレンオキシド(EO)及びプロピレンオキシド(PO)(EO-PO)官能基のn個の繰り返し単位(nは2~25である)を含むペンダント基の両方を含有するシリコーンポリエーテルを含むシリコーン含有分散剤;ポリウレタン(PU)ビーズ;グリシン、D-アラニン、L-アラニン、DL-アラニン、β-アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、フェニルアミン、プロリン、セリン、トレオニン、チロシン、グルタミン、アスパラギン、グルタミン酸、アスパラギン酸、トリプトファン、ヒスチジン、アルギニン、リジン、メチオニン、システイン、イミノ二酢酸、2,2-ジメチル-1,3-プロパンジアミン、及び2,2-ジメチル-1,4-ブタンジアミン、エチレンジアミン、1,3-ジアミンプロパン、1,4-ジアミンブタン、及びこれらの組み合わせからなる群からなる群から選択されるキレート剤;及び1,2,4-トリアゾール、3-アミノ-1,2,4-トリアゾール、ベンゾトリアゾール及びベンゾトリアゾール誘導体、テトラゾール及びテトラゾール誘導体、イミダゾール及びイミダゾール誘導体、ベンズイミダゾール及びベンズイミダゾール誘導体、ピラゾール及びピラゾール誘導体、テトラゾール及びテトラゾール誘導体、並びにこれらの組み合わせからなる群から選択される腐食防止剤を含む、上記態様1に記載のCMP組成物。
態様17
前記CMP組成物が、コロイダルシリカ粒子;水不溶性シリコーン骨格、並びにエチレンオキシド(EO)及びプロピレンオキシド(PO)(EO-PO)官能基のn個の繰り返し単位(nは2~25である)を含むペンダント基の両方を含有するシリコーンポリエーテルを含むシリコーン含有分散剤;ポリウレタン(PU)ビーズ;グリシン、D-アラニン、L-アラニン、DL-アラニン、β-アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、フェニルアミン、プロリン、セリン、トレオニン、チロシン、グルタミン、アスパラギン、グルタミン酸、アスパラギン酸、トリプトファン、ヒスチジン、アルギニン、リジン、メチオニン、システイン、イミノ二酢酸、2,2-ジメチル-1,3-プロパンジアミン、及び2,2-ジメチル-1,4-ブタンジアミン、エチレンジアミン、1,3-ジアミンプロパン、1,4-ジアミンブタン、及びこれらの組み合わせからなる群からなる群から選択されるキレート剤;1,2,4-トリアゾール、3-アミノ-1,2,4-トリアゾール、ベンゾトリアゾール及びベンゾトリアゾール誘導体、テトラゾール及びテトラゾール誘導体、イミダゾール及びイミダゾール誘導体、ベンズイミダゾール及びベンズイミダゾール誘導体、ピラゾール及びピラゾール誘導体、テトラゾール及びテトラゾール誘導体、並びにこれらの組み合わせからなる群から選択される腐食防止剤;及び過ヨウ素酸、過酸化水素、ヨウ素酸カリウム、過マンガン酸カリウム、過硫酸アンモニウム、モリブデン酸アンモニウム、硝酸第二鉄、硝酸、硝酸カリウム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される酸化剤を含む、上記態様1に記載のCMP組成物。
態様18
前記CMP組成物が、グリシンと、アミトロールと、エチレンジアミンと、重炭酸コリンと、バイオサイドと、コロイダルシリカ粒子と、水不溶性シリコーン骨格、並びにエチレンオキシド(EO)及びプロピレンオキシド(PO)(EO-PO)官能基のn個の繰り返し単位(nは2~25である)を含むペンダント基の両方を含有するシリコーンポリエーテルを含むシリコーン含有分散剤と、ポリウレタン(PU)ビーズとを含む、上記態様1に記載のCMP組成物。
態様19
前記CMP組成物が、グリシンと、アミトロールと、エチレンジアミンと、重炭酸コリンと、バイオサイドと、コロイダルシリカ粒子と、水不溶性シリコーン骨格、並びにエチレンオキシド(EO)及びプロピレンオキシド(PO)(EO-PO)官能基のn個の繰り返し単位(nは2~25である)を含むペンダント基の両方を含有するシリコーンポリエーテルを含むシリコーン含有分散剤と、ポリウレタン(PU)ビーズとを含み、前記CMP組成物が、5.5~9.0のpHを有する、上記態様1に記載のCMP組成物。
態様20
前記CMP組成物が、グリシンと、アミトロールと、エチレンジアミンと、重炭酸コリンと、バイオサイドと、コロイダルシリカ粒子と、水不溶性シリコーン骨格、並びにエチレンオキシド(EO)及びプロピレンオキシド(PO)(EO-PO)官能基のn個の繰り返し単位(nは2~25である)を含むペンダント基の両方を含有するシリコーンポリエーテルを含むシリコーン含有分散剤と、ポリウレタン(PU)ビーズとを含み、前記CMP組成物が、6.0~8.0のpHを有する、上記態様1に記載のCMP組成物。
態様21
銅又はスルーシリコンビア(TSV)銅を含有する表面を有する半導体基材を提供する工程と;
研磨パッドを提供する工程と;
上記態様1~20のいずれかに記載の化学機械研磨(CMP)組成物を提供する工程と;
前記半導体基材の表面と、前記研磨パッド及び前記化学機械研磨(CMP)組成物とを接触させる工程と;
前記銅又はTSV銅を含有する表面を研磨する工程と
を含む、半導体基材を化学機械研磨する方法。
態様22
銅又はスルーシリコンビア(TSV)銅を含有する表面を有する半導体基材;
研磨パッド;
上記態様1~20のいずれかに記載の化学機械研磨(CMP)組成物を含む、化学機械研磨システムであって、
前記銅又はTSV銅を含有する表面の少なくとも一部が、前記研磨パッド及び前記化学機械研磨配合物の両方と接触している、化学機械研磨システム。

Claims (20)

  1. 研磨材、
    ポリウレタン(PU)ビーズ;
    シリコーン含有分散剤;
    水;
    アミノ酸及びその誘導体、有機アミン、並びにこれらの組み合わせからなる群から選択されるキレート剤;
    及び
    任意選択的に、
    腐食防止剤;
    有機第四級アンモニウム塩;
    バイオサイド;
    pH調節剤;
    酸化剤
    からなる群から選択される少なくとも1種
    を含む、銅又はスルーシリコンビア(TSV)銅を含有する表面を有する半導体基材を化学機械研磨するための化学機械研磨(CMP)組成物であって、
    前記組成物のpHが、3.0~12.0である、前記CMP組成物。
  2. 前記研磨材が、コロイダルシリカ;コロイダルシリカの格子内の他の金属酸化物によってドープされたコロイダルシリカ粒子;α-、β-、及びγ-型の酸化アルミニウムからなる群から選択されるコロイド状酸化アルミニウム;コロイド状で光活性の二酸化チタン;酸化セリウム;コロイド状酸化セリウム;アルミナ、チタニア、ジルコニア、及びセリアからなる群から選択される無機金属酸化物粒子;ダイヤモンド粒子;窒化ケイ素粒子;モノモーダル、バイモーダル、又はマルチモーダルの、コロイド状研磨材粒子;有機ポリマーに基づいた柔軟な研磨材粒子;表面がコーティングされた、又は改質された研磨材粒子;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であり;前記研磨材が、0.005質量%~0.5質量%の範囲である、請求項1に記載のCMP組成物。
  3. 前記ポリウレタン(PU)ビーズが、10~80μmのサイズを有し、前記ポリウレタン(PU)ビーズが、0.025質量%~1.0質量%の範囲である、請求項1に記載のCMP組成物。
  4. 前記シリコーン含有分散剤が、水不溶性シリコーン骨格、及び水溶性のポリエーテルペンダント基の両方を含有するシリコーンポリエーテルを含み、前記シリコーン含有分散剤が、0.025質量%~1.0質量%の範囲である、請求項1に記載のCMP組成物。
  5. 前記シリコーン含有分散剤が、水不溶性シリコーン骨格、並びにエチレンオキシド(EO)及びプロピレンオキシド(PO)(EO-PO)官能基のn個の繰り返し単位(nは2~25である)を含むペンダント基の両方を含有するシリコーンポリエーテルを含み、前記シリコーン含有分散剤が、0.025質量%~1.0質量%の範囲である、請求項1に記載のCMP組成物。
  6. 前記CMP組成物が、グリシン、D-アラニン、L-アラニン、DL-アラニン、β-アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、フェニルアミン、プロリン、セリン、トレオニン、チロシン、グルタミン、アスパラギン、グルタミン酸、アスパラギン酸、トリプトファン、ヒスチジン、アルギニン、リジン、メチオニン、システイン、イミノ二酢酸、2,2-ジメチル-1,3-プロパンジアミン、及び2,2-ジメチル-1,4-ブタンジアミン、エチレンジアミン、1,3-ジアミンプロパン、1,4-ジアミンブタン、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるキレート剤を含み;前記キレート剤が、0.5質量%~15質量%の範囲である、請求項1に記載のCMP組成物。
  7. 前記CMP組成物が、1,2,4-トリアゾール、3-アミノ-1,2,4-トリアゾール、ベンゾトリアゾール及びベンゾトリアゾール誘導体、テトラゾール及びテトラゾール誘導体、イミダゾール及びイミダゾール誘導体、ベンズイミダゾール及びベンズイミダゾール誘導体、ピラゾール及びピラゾール誘導体、テトラゾール及びテトラゾール誘導体、並びにこれらの組み合わせからなる群から選択される腐食防止剤をさらに含み;前記腐食防止剤が、0.005質量%~1.0質量%の範囲である、請求項1に記載のCMP組成物。
  8. 前記CMP組成物が、コロイダルシリカ;コロイダルシリカの格子内の他の金属酸化物によってドープされたコロイダルシリカ粒子;α-、β-、及びγ-型の酸化アルミニウムからなる群から選択されるコロイド状酸化アルミニウム;コロイド状で光活性の二酸化チタン;酸化セリウム;コロイド状酸化セリウム;アルミナ、チタニア、ジルコニア、及びセリアからなる群から選択される無機金属酸化物粒子;ダイヤモンド粒子;窒化ケイ素粒子;モノモーダル、バイモーダル、又はマルチモーダルの、コロイド状研磨材粒子;有機ポリマーに基づいた柔軟な研磨材粒子;表面がコーティングされた、又は改質された研磨材粒子;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を含み;
    前記ポリウレタン(PU)ビーズが、10~80μmのサイズを有し;
    前記シリコーン含有分散剤が、水不溶性シリコーン骨格、並びにエチレンオキシド(EO)及びプロピレンオキシド(PO)(EO-PO)官能基のn個の繰り返し単位(nは2~25である)を含むペンダント基の両方を含有するシリコーンポリエーテルを含み;
    前記キレート剤が、グリシン、D-アラニン、L-アラニン、DL-アラニン、β-アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、フェニルアミン、プロリン、セリン、トレオニン、チロシン、グルタミン、アスパラギン、グルタミン酸、アスパラギン酸、トリプトファン、ヒスチジン、アルギニン、リジン、メチオニン、システイン、イミノ二酢酸、2,2-ジメチル-1,3-プロパンジアミン、及び2,2-ジメチル-1,4-ブタンジアミン、エチレンジアミン、1,3-ジアミンプロパン、1,4-ジアミンブタン、及びこれらの組み合わせからなる群からなる群から選択され;
    前記腐食防止剤が、1,2,4-トリアゾール、3-アミノ-1,2,4-トリアゾール、ベンゾトリアゾール及びベンゾトリアゾール誘導体、テトラゾール及びテトラゾール誘導体、イミダゾール及びイミダゾール誘導体、ベンズイミダゾール及びベンズイミダゾール誘導体、ピラゾール及びピラゾール誘導体、テトラゾール及びテトラゾール誘導体、並びにこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項1に記載のCMP組成物。
  9. 前記CMP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-4-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有効成分を有するバイオサイドをさらに含み;前記バイオサイドが、0.0001質量%~0.05質量%の範囲である、請求項1に記載のCMP組成物。
  10. 前記CMP組成物が、過ヨウ素酸、過酸化水素、ヨウ素酸カリウム、過マンガン酸カリウム、過硫酸アンモニウム、モリブデン酸アンモニウム、硝酸第二鉄、硝酸、硝酸カリウム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される酸化剤を含み;前記酸化剤が、0.1質量%~10質量%の範囲である、請求項1に記載のCMP組成物。
  11. 前記CMP組成物が、コロイダルシリカ;コロイダルシリカの格子内の他の金属酸化物によってドープされたコロイダルシリカ粒子;α-、β-、及びγ-型の酸化アルミニウムからなる群から選択されるコロイド状酸化アルミニウム;コロイド状で光活性の二酸化チタン;酸化セリウム;コロイド状酸化セリウム;アルミナ、チタニア、ジルコニア、及びセリアからなる群から選択される無機金属酸化物粒子;ダイヤモンド粒子;窒化ケイ素粒子;モノモーダル、バイモーダル、又はマルチモーダルの、コロイド状研磨材粒子;有機ポリマーに基づいた柔軟な研磨材粒子;表面がコーティングされた、又は改質された研磨材粒子;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を含み;
    前記ポリウレタン(PU)ビーズが、10~80μmのサイズを有し;
    前記シリコーン含有分散剤が、水不溶性シリコーン骨格、並びにエチレンオキシド(EO)及びプロピレンオキシド(PO)(EO-PO)官能基のn個の繰り返し単位(nは2~25である)を含むペンダント基の両方を含有するシリコーンポリエーテルを含み;
    前記キレート剤が、グリシン、D-アラニン、L-アラニン、DL-アラニン、β-アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、フェニルアミン、プロリン、セリン、トレオニン、チロシン、グルタミン、アスパラギン、グルタミン酸、アスパラギン酸、トリプトファン、ヒスチジン、アルギニン、リジン、メチオニン、システイン、イミノ二酢酸、2,2-ジメチル-1,3-プロパンジアミン、及び2,2-ジメチル-1,4-ブタンジアミン、エチレンジアミン、1,3-ジアミンプロパン、1,4-ジアミンブタン、及びこれらの組み合わせからなる群からなる群から選択され;
    前記酸化剤が、過ヨウ素酸、過酸化水素、ヨウ素酸カリウム、過マンガン酸カリウム、過硫酸アンモニウム、モリブデン酸アンモニウム、硝酸第二鉄、硝酸、硝酸カリウム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され;
    前記腐食防止剤が、1,2,4-トリアゾール、3-アミノ-1,2,4-トリアゾール、ベンゾトリアゾール及びベンゾトリアゾール誘導体、テトラゾール及びテトラゾール誘導体、イミダゾール及びイミダゾール誘導体、ベンズイミダゾール及びベンズイミダゾール誘導体、ピラゾール及びピラゾール誘導体、テトラゾール及びテトラゾール誘導体、並びにこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項1に記載のCMP組成物。
  12. 前記CMP組成物が、重炭酸コリン、コリン水酸化物、クエン酸二水素コリン塩、コリンエタノールアミン、重酒石酸コリン、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される様々な対イオンを有するコリン塩からなる群から選択される有機第四級アンモニウム塩を含み;前記有機第四級アンモニウム塩が、0.005質量%~0.25質量%の範囲である、請求項1に記載のCMP組成物。
  13. 前記CMP組成物が、コロイダルシリカ;コロイダルシリカの格子内の他の金属酸化物によってドープされたコロイダルシリカ粒子;α-、β-、及びγ-型の酸化アルミニウムからなる群から選択されるコロイド状酸化アルミニウム;コロイド状で光活性の二酸化チタン;酸化セリウム;コロイド状酸化セリウム;アルミナ、チタニア、ジルコニア、及びセリアからなる群から選択される無機金属酸化物粒子;ダイヤモンド粒子;窒化ケイ素粒子;モノモーダル、バイモーダル、又はマルチモーダルの、コロイド状研磨材粒子;有機ポリマーに基づいた柔軟な研磨材粒子;表面がコーティングされた、又は改質された研磨材粒子;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を含み;
    前記ポリウレタン(PU)ビーズが、10~80μmのサイズを有し;
    前記シリコーン含有分散剤が、水不溶性シリコーン骨格、並びにエチレンオキシド(EO)及びプロピレンオキシド(PO)(EO-PO)官能基のn個の繰り返し単位(nは2~25である)を含むペンダント基の両方を含有するシリコーンポリエーテルを含み;
    前記キレート剤が、グリシン、D-アラニン、L-アラニン、DL-アラニン、β-アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、フェニルアミン、プロリン、セリン、トレオニン、チロシン、グルタミン、アスパラギン、グルタミン酸、アスパラギン酸、トリプトファン、ヒスチジン、アルギニン、リジン、メチオニン、システイン、イミノ二酢酸、2,2-ジメチル-1,3-プロパンジアミン、及び2,2-ジメチル-1,4-ブタンジアミン、エチレンジアミン、1,3-ジアミンプロパン、1,4-ジアミンブタン、及びこれらの組み合わせからなる群からなる群から選択され;
    前記腐食防止剤が、1,2,4-トリアゾール、3-アミノ-1,2,4-トリアゾール、ベンゾトリアゾール及びベンゾトリアゾール誘導体、テトラゾール及びテトラゾール誘導体、イミダゾール及びイミダゾール誘導体、ベンズイミダゾール及びベンズイミダゾール誘導体、ピラゾール及びピラゾール誘導体、テトラゾール及びテトラゾール誘導体、並びにこれらの組み合わせからなる群から選択され;
    前記酸化剤が、過ヨウ素酸、過酸化水素、ヨウ素酸カリウム、過マンガン酸カリウム、過硫酸アンモニウム、モリブデン酸アンモニウム、硝酸第二鉄、硝酸、硝酸カリウム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され;
    前記有機第四級アンモニウム塩が、重炭酸コリン、コリン水酸化物、クエン酸二水素コリン塩、コリンエタノールアミン、重酒石酸コリン、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される様々な対イオンを有するコリン塩からなる群から選択される、請求項1に記載のCMP組成物。
  14. 前記CMP組成物が、硝酸、塩酸、硫酸、リン酸、他の無機又は有機酸、及び酸性の方向にpHを調節するこれらの組み合わせからなる群から選択されるか、水素化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、水酸化テトラアルキルアンモニウム、有機アミン、及びアルカリ性の方向にpHを調節するこれらの組み合わせからなる群から選択されるpH調節剤を含み;前記CMP組成物が、5.5~9.0のpHを有する、請求項1に記載のCMP組成物。
  15. 前記CMP組成物が、コロイダルシリカ粒子;水不溶性シリコーン骨格、並びにエチレンオキシド(EO)及びプロピレンオキシド(PO)(EO-PO)官能基のn個の繰り返し単位(nは2~25である)を含むペンダント基の両方を含有するシリコーンポリエーテルを含むシリコーン含有分散剤;ポリウレタン(PU)ビーズ;グリシン、D-アラニン、L-アラニン、DL-アラニン、β-アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、フェニルアミン、プロリン、セリン、トレオニン、チロシン、グルタミン、アスパラギン、グルタミン酸、アスパラギン酸、トリプトファン、ヒスチジン、アルギニン、リジン、メチオニン、システイン、イミノ二酢酸、2,2-ジメチル-1,3-プロパンジアミン、及び2,2-ジメチル-1,4-ブタンジアミン、エチレンジアミン、1,3-ジアミンプロパン、1,4-ジアミンブタン、及びこれらの組み合わせからなる群からなる群から選択される少なくとも2種のキレート剤;1,2,4-トリアゾール、3-アミノ-1,2,4-トリアゾール、ベンゾトリアゾール及びベンゾトリアゾール誘導体、テトラゾール及びテトラゾール誘導体、イミダゾール及びイミダゾール誘導体、ベンズイミダゾール及びベンズイミダゾール誘導体、ピラゾール及びピラゾール誘導体、テトラゾール及びテトラゾール誘導体、並びにこれらの組み合わせからなる群から選択される腐食防止剤;及び過ヨウ素酸、過酸化水素、ヨウ素酸カリウム、過マンガン酸カリウム、過硫酸アンモニウム、モリブデン酸アンモニウム、硝酸第二鉄、硝酸、硝酸カリウム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される酸化剤を含む、請求項1に記載のCMP組成物。
  16. 前記CMP組成物が、グリシンと、アミトロールと、エチレンジアミンと、重炭酸コリンと、バイオサイドと、コロイダルシリカ粒子と、水不溶性シリコーン骨格、並びにエチレンオキシド(EO)及びプロピレンオキシド(PO)(EO-PO)官能基のn個の繰り返し単位(nは2~25である)を含むペンダント基の両方を含有するシリコーンポリエーテルを含むシリコーン含有分散剤と、ポリウレタン(PU)ビーズとを含む、請求項1に記載のCMP組成物。
  17. 前記CMP組成物が、グリシンと、アミトロールと、エチレンジアミンと、重炭酸コリンと、バイオサイドと、コロイダルシリカ粒子と、水不溶性シリコーン骨格、並びにエチレンオキシド(EO)及びプロピレンオキシド(PO)(EO-PO)官能基のn個の繰り返し単位(nは2~25である)を含むペンダント基の両方を含有するシリコーンポリエーテルを含むシリコーン含有分散剤と、ポリウレタン(PU)ビーズとを含み、前記CMP組成物が、5.5~9.0のpHを有する、請求項1に記載のCMP組成物。
  18. 前記CMP組成物が、グリシンと、アミトロールと、エチレンジアミンと、重炭酸コリンと、バイオサイドと、コロイダルシリカ粒子と、水不溶性シリコーン骨格、並びにエチレンオキシド(EO)及びプロピレンオキシド(PO)(EO-PO)官能基のn個の繰り返し単位(nは2~25である)を含むペンダント基の両方を含有するシリコーンポリエーテルを含むシリコーン含有分散剤と、ポリウレタン(PU)ビーズとを含み、前記CMP組成物が、6.0~8.0のpHを有する、請求項1に記載のCMP組成物。
  19. 銅又はスルーシリコンビア(TSV)銅を含有する表面を有する半導体基材を提供する工程と;
    研磨パッドを提供する工程と;
    請求項1に記載の化学機械研磨(CMP)組成物を提供する工程と;
    前記半導体基材の表面と、前記研磨パッド及び前記化学機械研磨(CMP)組成物とを接触させる工程と;
    前記銅又はTSV銅を含有する表面を研磨する工程と
    を含む、半導体基材を化学機械研磨する方法。
  20. 銅又はスルーシリコンビア(TSV)銅を含有する表面を有する半導体基材;
    研磨パッド;
    請求項1に記載の化学機械研磨(CMP)組成物を含む、化学機械研磨システムであって、
    前記銅又はTSV銅を含有する表面の少なくとも一部が、前記研磨パッド及び前記化学機械研磨配合物の両方と接触している、化学機械研磨システム。
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