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公開番号2025126225
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-28
出願番号2025104170,2021179817
出願日2025-06-19,2021-11-02
発明の名称研磨組成物及びそれを用いる方法
出願人フジフイルムエレクトロニックマテリアルズユー.エス.エー., インコーポレイテッド
代理人弁理士法人太陽国際特許事務所
主分類H01L 21/304 20060101AFI20250821BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】ストップオン膜に対して非常に低い研磨/除去速度を達成し、かつ、これらのストップオン膜上の非常に低い欠陥及び表面粗さを達成しつつ、広範な材料を選択的に研磨する安定な水性スラリーを提供する。
【解決手段】少なくとも1種の研磨剤、少なくとも1種の窒化物除去速度減少剤、酸又は塩基及び水を含む研磨組成物において、少なくとも1種の窒化物除去速度減少剤はC4～C40炭化水素基を含む疎水性部分と、スルフィナイト基、サルフェート基、スルホネート基、カルボキシレート基、ホスフェート基及びホスホネート基からなる群から選択される少なくとも1つの基を含む親水性部分とを含む。ここで、疎水性部分と親水性部分とは0個～10個のアルキレンオキシド基によって隔てられている。研磨組成物は、約2～約6.5の範囲のpHを有していてもよい。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
少なくとも１種の研磨剤；
Ｃ１６～Ｃ２２炭化水素基を含む疎水性部分と、
ホスフェート（phosphate）基、及びホスホネート（phosphonate）基からなる群から選択される少なくとも１つの基を含む親水性部分とを含み、
前記疎水性部分と前記親水性部分とは０個のアルキレンオキシド基によって隔てられている、
少なくとも１種の窒化物除去速度減少剤；
リン酸ヘキシル、リン酸ヘキシルエチル（hexyl ethyl phosphate）、リン酸２－エチルヘキシル、又はドデシルベンゼンスルホン酸を含む、
少なくとも１種の金属防錆剤；
酸又は塩基；及び
水；
を含み、
酸化剤、塩、及びアニオン性ポリマーを含まず、かつ、２～６．５の範囲のｐＨを有する、
研磨組成物。
続きを表示（約 800 文字）【請求項２】
前記少なくとも１種の金属防錆剤は、前記研磨組成物に対して０．１ｐｐｍ～１重量％の量で存在する、
請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項３】
前記疎水性部分がＣ１６～Ｃ１８炭化水素基を含む、
請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項４】
前記少なくとも１種の窒化物除去速度減少剤は、リン酸ステアリル、オクタデシルホスホン酸、リン酸オレイル、リン酸ベヘニル、及びそれらの混合物からなる群から選ばれる、
請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項５】
前記研磨組成物が、前記窒化物除去速度減少剤を少なくとも２種含む、
請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項６】
前記少なくとも１種の窒化物除去速度減少剤は、前記研磨組成物に対して０．１ｐｐｍ～１０００ｐｐｍの量で存在する、
請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項７】
前記少なくとも１種の研磨剤が、カチオン性研磨剤、実質的に中性の研磨剤、及びアニオン性研磨剤からなる群から選ばれる、
請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項８】
前記少なくとも１種の研磨剤が、アルミナ、シリカ、チタニア、セリア、ジルコニア、それらの共形成産物（co-formed products）、被覆された研磨剤、表面修飾研磨剤、及びそれらの混合物からなる群から選ばれる、
請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項９】
前記研磨剤が、シリカベースの研磨剤である、
請求項８に記載の研磨組成物。
【請求項１０】
前記少なくとも１種の研磨剤は、前記研磨組成物に対して０．０５重量％～２０重量％の量で存在する、
請求項１に記載の研磨組成物。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本願は２０２０年１１月６日に出願された米国特許出願番号１７／０９１，２６０からの優先権を主張し、該米国特許出願の内容はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。
続きを表示（約 4,100 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体産業は、プロセス及び集積化の革新を通じてのデバイスのさらなる小型化によりチップ性能を改善するよう不断に駆られている。化学機械研磨／平坦化（ＣＭＰ）は、トランジスタレベルにおける多くの複雑な集積スキームを可能にし、それにより向上したチップ密度を容易化するため、強力な技術である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
トランジスタは一般にフロントエンド（Front End of Line）（ＦＥＯＬ）トランジスタ作製ステップで作製される。ＦＥＯＬ材料スタックは、典型的には、金属ゲート及び誘電材料の複数のスタックを含む。各集積回路中の数十億にも及ぶ能動素子の電気的絶縁はＦＥＯＬにおける目標であり、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）プロセスを用いて達成しうる。ＳＴＩプロセスの一部をデモンストレーション目的で図１に示す。図１から見て取れるように、ＳＴＩＣＭＰプロセスの前に、熱酸化シリコン膜（thermal silicon oxide）及びＳｉＮをシリコン（例えばシリコンウェハ）の上に堆積することができ（図１（ａ））、それからこれらをエッチング除去してトレンチ／絶縁と、「アクティブ」（active）非トレンチ領域とを（トランジスタ含有領域を形成するために）形成することができる（図１（ｂ））。その後、これらのトレンチ／絶縁領域は、アクティブな非トレンチ領域同士がトレンチ内のシリコン酸化物によって絶縁されるように、シリコン酸化物（例えばＴＥＯＳ）をトレンチ中に堆積（例えば、プラズマ化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）により堆積）することにより埋めることができる（図１（ｃ））。その後、シャロートレンチ内のシリコン酸化物は維持しながらアクティブな非トレンチ領域の上の「過剰に載せられた／余分な」シリコン酸化物を選択的に除去することができる（図１（ｄ））。シリコン酸化物の選択的な除去は、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）化学機械研磨／平坦化（ＣＭＰ）プロセスにより達成され、このプロセスではシリコン窒化物（例えばＳｉＮ）に対するシリコン酸化物の高い材料除去速度（ＭＲＲ）選択性を有するＣＭＰスラリー組成物（例えば本開示に記載のＣＭＰスラリー組成物）を用いて高い速度でシリコン酸化物を除去し、好ましくはシリコン窒化物（ステップオン層）は実質的に除去しない。上記のＳＴＩＣＭＰステップの後、シリコンを露出して絶縁を完成させ、アクティブな非トレンチ領域（複数形）に形成された隣接するトランジスタ同士が互いに接触するのを防止し、それにより電気回路のショートを防止するために、エッチングを用いることができる。
【０００４】
ＳＴＩで広く用いられている誘電体膜はシリコン窒化物（例えばＳｉＮ）、シリコン酸化物（例えばＴＥＯＳ：オルトケイ酸テトラエチル）、ポリシリコン（Ｐ－Ｓｉ）、シリコン炭窒化物（例えばＳｉＣＮ）、及びlow-k/ultra-low k誘電体膜（例えばＳｉＣＯＨ）である。４５ｎｍでのhigh-k金属ゲート技術及び２２ｎｍチップ製造におけるＦｉｎＦＥＴ技術を導入することで、ＦＥＯＬにおいてＳｉＮ、ＴＥＯＳ、ＳｉＣＮ及びＰ－Ｓｉフィルムはより頻繁にかつより多くの用途で用いられ始めている。加えて、バックエンド（Back End of Line）（ＢＥＯＬ）では、従来のバリア材料（例えば、Ｔａ／ＴａＮ又はＴｉ／ＴｉＮ）の抵抗率は先進のサブ１０ｎｍ製造ノード用に効率的にスケールダウンはしないことが示されているため、これらのバリア材料は種々のＢＥＯＬ材料スタックのためにＳｉＮ、ＴＥＯＳ、ＳｉＣＮ、及びＰ－Ｓｉ等の誘電体で置き換えることができる。したがって、ＦＥＯＬ及びＢＥＯＬの両方について、これらの誘電体膜をエッチストップ層、キャッピング材料、スペーサー材料、追加的ライナー、拡散／パッシベーションバリア、ハードマスク及び／又はストップオン層として用いることができる。
【０００５】
一般的に、誘電体フィルムは先進の半導体製造においてよりずっと広範に（generously）用いられている。ＣＭＰの観点からは、誘電体を取り入れたこれらの集積体は、これらの膜に対し働く／研磨する及び／又はこれらの膜上で停止する研磨組成物（スラリー）を必要とし、これは例えばＳｉＮを除去可能だがＴＥＯＳ／Ｐ－Ｓｉを除去しない（ストップオンする）スラリー、又はＴＥＯＳ／ｐ－Ｓｉを除去可能だがＳｉＮを除去しない（ストップオンする）スラリーである。
【０００６】
本開示は、ストップオン膜（例えば、シリコン窒化物膜、並びにＳｉＣＮ（炭窒化シリコン）等の、関連するシリコン及び窒素ベースの膜）に対して非常に低い研磨／除去速度を達成し、かつこれらのストップオン膜上の非常に低い欠陥及び表面粗さを達成しつつ、広範な材料（例えば、シリコン酸化物等の酸化物）を選択的に研磨することができる、安定な水性スラリーに関する。例えば、本開示に記載の研磨組成物は、シリコン酸化物（例えばＳｉＯ
２
）を比較的高い材料除去速度（ＭＲＲ）で研磨し、シリコン窒化物（例えばＳｉＮ）又は関係する膜（例えばタングステン及びコバルト）に対してはストップオンするか又は非常に低い速度で研磨することができる。例えば、本開示に記載の研磨組成物で除去が可能なシリコン酸化物としては、ＴＥＯＳ、（例えば、オートクレーブにより誘導されるベア（bare）シリコンの酸化により生じる）熱酸化物（ＴＯＸ）、プラズマＰＶＤ（plasma enhanced PVD）蒸着（例えば高密度プラズマ又は高アスペクト比プラズマ）により形成されるシリコン酸化物、プラズマ後の表面硬化を伴うＣＶＤ蒸着により形成されるシリコン酸化物、炭素ドープシリコン酸化物（ＳｉＯＣ）、及び酸化物前駆体の液体付与及びこれに続く光又は熱に誘導される硬化により形成されるシリコン酸化物が含まれる。いくつかの例では、高ＭＲＲで除去する対象となる標的膜は、シリコン酸化物誘電体ではなく、金属又は金属酸化物又は金属窒化物であってもよい。金属、金属酸化物及び金属窒化物の一般的な例としては、金属については、銅、コバルト、ルテニウム、アルミニウム、チタン、タングステン、及びタンタル、金属酸化物については、酸化ハフニウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、及び酸化タンタル、並びに、ルテニウムの窒化物、アルミニウムの窒化物、チタンの窒化物、タングステンの窒化物、及びタンタルの窒化物が挙げられる。そのような場合、ストップオン／低除去速度膜は依然としてシリコン窒化物膜とすることができ、本開示に係る窒化物除去速度減少剤を含む研磨組成物は所望の選択性を達成するために利用することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
より具体的には、本開示は、研磨剤、窒化物除去速度減少剤、酸又は塩基、水、及び任意に（optionally）金属防錆剤（metal corrosion inhibitor）を含む研磨組成物に関する。本開示に記載の研磨組成物のｐＨは２～６．５の範囲、より具体的には２～４．５の範囲とすることができる。本開示の組成物は（例えば、使用場所で／使用時に（point of use））希釈されて、性能劣化無しに研磨組成物を形成することができる。本開示は、前記研磨組成物を用いて半導体基板を研磨する方法も論じる。
【０００８】
一つの態様では、本開示に開示された実施形態は、少なくとも１種の研磨剤、少なくとも１種の窒化物除去速度減少剤、酸又は塩基、及び水を含む研磨組成物に関する。前記窒化物除去速度減少剤はＣ４～Ｃ４０炭化水素基を含む疎水性部分と、スルフィナイト（sulfinite）基、サルフェート（sulfate）基、スルホネート（sulfonate）基、カルボキシレート（carboxylate）基、ホスフェート（phosphate）基、及びホスホネート（phosphonate）基からなる群から選択される少なくとも１つの基を含む親水性部分とを含み、前記疎水性部分と前記親水性部分とは０個～１０個のアルキレンオキシド基によって隔てられている。前記研磨組成物は、約２～約６．５の範囲のｐＨを有する。
【０００９】
別のある態様では、本開示に開示された実施形態は、少なくとも１種の研磨剤、疎水性部分と親水性部分とを含む少なくとも１種の窒化物除去速度減少剤、酸又は塩基、及び水を含む研磨組成物であって、前記研磨組成物は約２～約６．５のｐＨを有し、前記研磨組成物は、少なくともシリコン酸化物（及び任意に（optionally）その他の材料、例えば、金属又は誘電体）で覆われた（overlaid）少なくとも１つのシリコン窒化物パターンを含むパターン形成ウェハ（patterned wafer）を研磨する間、シリコン窒化物の除去速度に対するシリコン酸化物の除去速度の比が約３：１の比以上である、研磨組成物に関する。
【００１０】
さらに別のある態様では、本開示に開示された実施形態は、少なくとも１種の研磨剤、疎水性部分と親水性部分とを含む少なくとも１種の窒化物除去速度減少剤、酸又は塩基、及び水を含む研磨組成物であって、前記研磨組成物は約２～約６．５のｐＨを有し、少なくともシリコン酸化物で覆われた（overlaid）少なくともシリコン窒化物パターンを含むパターン形成ウェハを前記研磨組成物で研磨する際（ここで、研磨によりパターン形成ウェハ上のシリコン窒化物パターンを露出させる）に起こるシリコン酸化物のディッシングが約１０００オングストローム未満である、研磨組成物に関する。
（【００１１】以降は省略されています）

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