DE602004001098T2

DE602004001098T2 - Wässrige Dispersion zum chemisch-mechanischen Polieren

Info

Publication number: DE602004001098T2
Application number: DE602004001098T
Authority: DE
Inventors: Masayuki Hattori; Nobuo Kawahashi
Original assignee: JSR Corp
Current assignee: JSR Corp
Priority date: 2003-07-01
Filing date: 2004-06-30
Publication date: 2006-11-30
Anticipated expiration: 2024-07-01
Also published as: JP2005026604A; CN1576345A; US7090786B2; TWI263672B; KR20050004039A; US20050001199A1; CN1276051C; EP1493789A1; EP1493789B1; KR100609362B1; TW200504191A; DE602004001098D1; JP4637464B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine wässrige Dispersion für chemisch/mechanisches Polieren.
Beschreibung des Stands der Technik
Die Speicherkapazität von Speichervorrichtungen ist bemerkenswert mit dem Anstieg des Integrationsgrades, der vielschichtigen Beschaltung und ähnlichem von Halbleitervorrichtungen angestiegen. Dies wird durch den Fortschritt in den Mikroherstellungs-Technologien unterstützt. Jedoch gibt es dort Probleme, wie etwa die angestiegene Chipgröße aufgrund der Verwendung der vielschichtigen Beschaltung und ähnlichem, und angestiegenen Kosten für die Herstellung der Chips, da die Anzahl der Herstellungsschritte aufgrund des Fortschrittes in den Mikroherstellungs-Technologien anstieg. In dieser Situation wurde bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen eine chemisch/mechanische Poliertechnologie in den Polierschritt der verarbeiteten Schichten, und ähnlicher, eingeführt. Die Technologie hat Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Viele Mikroherstellungs-Technologien, wie etwa das Glätten, wurden durch Anwendung der chemisch/mechanischen Poliertechnologie in die Praxis umgesetzt.
Eine Flachgrabenisolationstechnologie (shallow trench isolation technology; STI) ist z.B. als eine derartige Mikroherstellungs-Technologie bekannt (siehe z.B. japanische Patentanmeldung Offenlegungsschrift Nr. 8-22970). Verschiedene wässrige Dispersionen für das chemisch/mechanische Polieren, die für die Mikroherstellungs-Technologie verwendet werden, wurden vorgeschlagen. Um die Polierleistung von derartigen wässrigen Dispersionen zu verbessern wurden häufig organische Zusatzstoffe zugegeben. Die organischen Zusatzstoffe führen jedoch leicht zu einem Verrotten der wässrigen Dispersionen. Um dieses Problem zu vermeiden, wird ein Bestandteil zugegeben, der die wässrige Dispersion stark sauer oder stark basisch machen kann oder das Verrotten der wässrigen Dispersion unterdrücken kann. Zum Beispiel offenbart die japanische Patentanmeldung Offenlegungsschrift Nr. 2002-45681 ein Verfahren der Zugabe von Wasserstoffperoxid und ähnlichem, um das Verrotten zu unterdrücken. Die japanische Patentanmeldung Offenlegungsschrift Nr. 3-197575 offenbart ein Verfahren der Zugabe von Tetraalkylammoniumchlorid, Tetraalkylammoniumhydroxid oder ähnlichem zu einer wässrigen Dispersion, die kolloidales Siliciumoxid als ein bakterizides Mittel enthält.
Da jedoch wässrige Dispersionen für das chemisch/mechanische Polieren, die Ceroxidteilchen enthalten, welche häufig in der STI-Technologie angewendet werden, gewöhnlich in einem neutralen pH-Bereich verwendet werden, gibt es eine Beschränkung des Unterdrückens des Verrottens durch Einstellen des pH. Außerdem, da die Wirkung von Wasserstoffperoxid als ein antiseptisches Mittel nicht lange anhält, kann das Verrotten in einer Zufuhrvorrichtung für eine wässrige Dispersion bei der kontinuierlichen Verwendung für etwa eine Woche beginnen. Wenn ein herkömmlich bekanntes antiseptisches Mittel zur einer derartigen wässrigen Dispersion zugegeben wird, kann die polierte Oberfläche selbst bei aufweisen einer antiseptischen Wirkung durch Zerkratzen und Kümpeln (Dishing) beschädigt werden.
Die vorliegende Erfindung wurde abgeschlossen, um das vorhergehende Problem zu lösen, und hat die Aufgabe, eine wässrige Dispersion für das chemisch/mechanische Polieren zur Verfügung zu stellen, welche selbst dann nicht verrottet, wenn sie in einem neutralen pH-Bereich verwendet wird, nahezu keine Beschädigungen, wie etwa Kratzer und Kümpeln, auf der polierten Oberfläche erzeugt, und die Oberfläche ausreichend glätten kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorhergehende Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann durch eine wässrige Dispersion für chemisch/mechanisches Polieren erzielt werden mit: (A) abrasiven Körnern, (B) wenigstens einer Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 2-Brom-2-nitro-1,3-propandiol, 2-Brom-2-nitro-1,3-butandiol, 2,2-Dibrom-2-nitroethanol und 2,2-Dibrom-2-nitrilopropionamid, und (C) einem organischen Bestandteil, der unterschiedlich zu den Verbindungen des Bestandteils (B) ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die abrasiven Körner (A) Ceroxidteilchen.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der organische Bestandteil (C) ein wasserlösliches Polymer.
Die erfindungsgemäße wässrige Dispersion für das chemisch/mechanische Polieren wird bevorzugt für ein Flachgrabenisolationsverfahren verwendet.
Andere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden vollständiger aus der folgenden Beschreibung zu ersehen sein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die 1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform eines in der vorliegenden Erfindung zu polierenden Gegenstands veranschaulicht.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG UND DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die Bestandteile der wässrigen Dispersion für chemisch/mechanisches Polieren der vorliegenden Erfindung werden nun ausführlich beschrieben.
(A) Abrasive Körner
Als die in der vorliegenden Erfindung verwendeten abrasiven Körner (A) kann wenigstens eine Sorte ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus anorganischen Teilchen, organischen Teilchen und organisch-anorganischen Verbundstoffteilchen genannt werden. Als Beispiele der anorganischen Teilchen können Ceroxidteilchen, Siliciumoxidteilchen, Aluminiumoxidteilchen, Zirkonoxidteilchen und Titanoxidteilchen angegeben werden.
Als Beispiele der organischen Teilchen können Teilchen aus einem thermoplastischen Harz, wie etwa Polyvinylchlorid, Polystyrol, Styrol-Copolymere, Polyacetal, gesättigte Polyester, Polyamid, Polycarbonat, Polyolefine, wie etwa Polyethylen, Polypropylen, Poly-1-buten und Poly-4-methyl-1-penten, Olefin-Copolymere, Phenoxyharze, Poly(meth)acrylsäuren, wie etwa Polymethylmethacrylat, Poly(meth)acrlyat, (Meth)acrylsäure-Copolymere und (Meth)acrylat-Copolymere; und wärmehärtbare Harze, wie etwa Phenolharze, Harnstoffharze, Melaminharze, Epoxidharze, Alkydharze und ungesättigte Polyesterharze angegeben werden.
Als die organisch-anorganischen Verbundstoffteilchen können Verbundstoffteilchen bestehend aus wenigstens einer Sorte der vorher erwähnten anorganischen Teilchen und wenigstens einer Sorte der vorher erwähnten organischen Teilchen, die aneinander gebunden sind, angegeben werden. Hierin bezieht sich der Begriff „gebunden" auf ein Konzept, das die elektrostatische Bindung zusätzlich zu der chemischen Bindung enthält.
Obwohl es keine spezifischen Begrenzungen für den mittleren Teilchendurchmesser der abrasiven Körner (A) gibt, die zu der wässrigen Dispersion der vorliegenden Erfindung zugegeben werden können, sind abrasive Körner mit einem mittleren Teilchendurchmesser im Bereich von 0.01–3 μm bevorzugt. Wenn abrasive Körner mit einem mittleren Teilchendurchmesser in dem vorher erwähnten Bereich verwendet werden, kann eine wässrige Dispersion erhalten werden, die stabil ist und eine hohe Poliergeschwindigkeit aufweist, mit gesteuerter Ausfällung der abrasiven Körner in der wässrigen Dispersion. Der mittlere Teilchendurchmesser der abrasiven Körner ist bevorzugt in dem Bereich von 0,02–1,5 μm, bevorzugter 0,03–1 μm und insbesondere bevorzugt 0,04–0,5 μm.
Der mittlere Teilchendurchmesser der abrasiven Körner kann unter Verwendung eines Messinstruments mit dynamischer Lichtstreuung, einem Messinstrument für die Beugung der Laserstreuung und ähnlichem gemessen werden. Eine Untersuchung unter Verwendung eines Transmissionselektronenmikroskops kann ebenfalls verwendet werden, um den mittleren Teilchendurchmesser zu messen. Es ist ebenfalls möglich, die spezifische Oberfläche eines trockenen Pulvers der abrasiven Körner zu messen und den mittleren Teilchendurchmesser über die spezifische Oberfläche zu berechnen.
Die Menge der abrasiven Körner (A), die zu der erfindungsgemäßen wässrigen Dispersion gegeben werden kann, ist bevorzugt 0,1–15 Gew.-%, bevorzugter 0,2–10 Gew.-% und insbesondere bevorzugt 0,3–6 Gew.-% für 100 Gew.-% der Gesamtheit der wässrigen Dispersion. Die Menge von 0,4–3 Gew.-% ist optimal. Wenn die Menge der abrasiven Körner weniger als 0,1 Gew.-% ist, kann die wässrige Dispersion keine ausreichende Poliergeschwindigkeit aufweisen; wenn sie mehr als 15 Gew.-% ist, produzieren die abrasiven Körner leicht einen Niederschlag, welcher nur mit Schwierigkeiten redispergiert werden kann.
Abrasive Körner, die anorganische Teilchen, insbesondere Ceroxidteilchen, enthalten, sind für die Verwendung in der wässrigen Dispersion der vorliegenden Erfindung bevorzugt.
Als die Ceroxidteilchen können Teilchen erhalten durch die Behandlung von Pulvern aus Cercarbonat, Cerhydroxid, Ceroxalat und ähnliche mit Wärme in einer Oxidationsatmosphäre genannt werden. Von diesen sind aus Cercarbonat erhaltenes Ceroxidteilchen insbesondere bevorzugt.
Wenn Ceroxidteilchen als die abrasiven Körner (A) in der wässrigen Dispersion der vorliegenden Erfindung verwendet werden, kann ein Teil der Ceroxidteilchen durch eine andere Sorte von abrasiven Körnern ersetzt werden. Der Anteil der anderen Sorte von Teilchen ist bevorzugt 70 Gew.-% oder weniger, bevorzugter 50 Gew.-% oder weniger der Gesamtmenge der Ceroxidteilchen und der anderen Sorte von Teilchen.
Wenn die andere Sorte von abrasiven Teilchen zusammen mit den Ceroxidteilchen verwendet wird, kann eine derartige andere Sorte von abrasiven Körnern bevorzugt etwa den gleichen mittleren Teilchendurchmesser haben.
(B) Wenigstens eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 2-Brom-2-nitro-1,3-propandiol, 2-Brom-2-nitro-1,3-butandiol, 2,2-Dibrom-2-nitroethanol und 2,2-Dibrom-2-nitrilopropionamid
Wenigstens eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 2-Brom-2-nitro-1,3-propandiol, 2-Brom-2-nitro-1,3-butandiol, 2,2-Dibrom-2-nitroethanol und 2,2-Dibrom-2-nitrilopropionamid wird zu der wässrigen Dispersion für das chemisch/mechanische Polieren der vorliegenden Erfindung zugegeben. Von diesen Verbindungen ist 2-Brom-2-nitro-1,3-propandiol insbesondere vom Gesichtspunkt des Gleichgewichts zwischen antiseptischen Fähigkeiten und dem Zustand der polierten Oberfläche bevorzugt.
Die Menge der wenigstens einen Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 2-Brom-2-nitro-1,3-propandiol, 2-Brom-2-nitro-1,3-butandiol, 2,2-Dibrom-2-nitroethanol und 2,2-Dibrom-2-nitrilopropionamid, die zu der wässrigen Dispersion für chemisch/mechanisches Polieren der vorliegenden Erfindung gegeben wird, ist bevorzugt 0,0002–0,2 Gew.-%, bevorzugter 0,001–0,17 Gew.-% und insbesondere bevorzugt 0,002–0,15 Gew.-% für 100 Gew.-% der gesamten wässrigen Dispersion. Die Menge von 0,003–0,12 Gew.-% ist optimal. Die Zugabe der Verbindung in einer Menge in diesem Bereich stellt eine hervorragende Ausgewogenheit zwischen der antiseptischen Fähigkeit und der Polierleistung der wässrigen Dispersion sicher.
(C) Organischer Bestandteil unterschiedlich zu dem Bestandteil (B)
Der organische Bestandteil (C), der zu der wässrigen Dispersion für das chemisch/mechanische Polieren der vorliegenden Erfindung zugegeben wird, ist wenigstens eine Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus wasserlöslichen Polymeren, oberflächenaktiven Stoffen und organischen Säuren, die unterschiedlich zu denen des Bestandteils (B) sind.
Als Beispiele der vorher erwähnten wasserlöslichen Polymere können Polyacrylsäure, Polymethacrylsäure, Polyacrylamid, Polystyrolsulfonsäure, sulfoniertes Polyisopren, Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, Copolymere gebildet aus zwei oder mehreren Monomeren, die diese Polymere aufbauen, und Cellulosederivate, wie etwa Carboxymethylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Hydroxypropylcellulose, Methylcellulose, Ethylcellulose und Ethylhydroxycellulose angegeben werden.
Von diesen sind Polyacrylsäure und Polymethacrylsäure bevorzugt.
Diese wasserlöslichen Polymere können in der Form eines Salzes sein, in welchem ein Teil oder alle Carboxylgruppen, Sulfonsäuregruppen oder Hydroxylgruppen wenigstens ein Salz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ammoniumsalz, Alkylammoniumsalz und Kaliumsalz bilden.
Die Konzentration der Gegenionen, die das vorher erwähnte Salz bilden, wie etwa ein Ammoniumion, ein Alkylammoniumion oder ein Kaliumion, ist bevorzugt 50–90 Mol und bevorzugter 60–80 Mol auf 100 Mol der Carboxylgruppen, Sulfonsäuregruppen oder Hydroxylgruppen, die in der wasserlöslichen Dispersion enthalten sind.
Das Polyethylenglycol-reduzierte massegemittelte Molekulargewicht des wasserlöslichen Polymers, das durch Gelpermeationschromatographie bestimmt wird (Lösungsmittel: Wasser, hiernach bezeichnet als „wässrige GPC") ist bevorzugt 3.000–30.000, bevorzugter 4.000–20.000 und insbesondere bevorzugt 5.000–12.000.
Wenn das wasserlösliche Polymer als der organische Bestandteil für den Bestandteil (C) unterschiedlich zu dem vorher erwähnten Bestandteil (B) in der wässrigen Dispersion für chemisch/mechanisches Polieren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist die Menge des wasserlöslichen Polymers bevorzugt 0,1–15 Gew.-% und bevorzugter 1–8 Gew.-% für 100 Gew.-% der Gesamtmenge der wässrigen Dispersion.
Als der vorher erwähnte oberflächenaktive Stoff kann jeder kationische, anionische, amphotere oder nichtionische oberflächenaktive Stoff verwendet werden.
Als Beispiele des anionischen, oberflächenaktiven Stoffs können Fettsäureseife; Carboxylate, wie etwa Alkylethercarboxylate; Sulfonate, wie etwa Alkylbenzolsulfonat, Alkylnaphthalensulfat und α-Olefinsulfonate; Sulfate, wie etwa ein Sulfat eines höheren Alkohols, Alkylethersulfat und Polyoxyethylenalkylphenylethersulfat; und Phosphate, wie etwa Alkylphosphat, angegeben werden.
Als das Salz kann das Ammoniumsalz, das Kaliumsalz, das Natriumsalz und ähnliches angegeben werden, wobei das Ammoniumsalz und das Kaliumsalz besonders bevorzugt ist.
Unter den vorher erwähnten oberflächenaktiven Stoffen sind Sulfonate bevorzugt, wobei insbesondere bevorzugte Sulfonate Kaliumdodecylbenzolsulfonat und/oder Ammoniumdodecylbenzolsulfonat sind.
Als der kationische, oberflächenaktive Stoff kann Lauryltrimethylammoniumchlorid, Stearyltrimethylammoniumchlorid, Cetyltrimethylammoniumchlorid, Stearyltrimethylammoniumchlorid, Distearyldimethylammoniumchlorid, Dialkyldimethylammoniumchlorid, Alkylimidazolin, Benzalkoniumchloridlösung und ähnliche angegeben werden. Als die Alkylgruppe, die in dem vorher erwähnten Dialkyldimethylammoniumchlorid enthalten ist, sind Alkylgruppen mit 12–18 Kohlenstoffatomen bevorzugt.
Als der amphotere, oberflächenaktive Stoff kann Betainlauryldimethylaminoacetat, Betainstearyldimethyl aminoacetat, 2-Alkyl-N-carboxymethyl-N-hydroxyethylimidazoliniumbetain, Laurylamidopropylbetain, Cocamidopropylbetain, Laurylhydroxysulfobetain, Lauryldimethylaminoxid und ähnliche angegeben werden.
Als der nichtionische oberflächenaktive Stoff kann Polyoxyethylenalkylamin, Alkylalkanolamide, wie etwa Palmkernölfettsäure-Diethanolamid und Laurinsäure-Diethanolamid, ein Ethylenoxid-Additionsprodukt vom Acetylenglycol und ähnliches angegeben werden.
Wenn ein oberflächenaktiver Stoff als der organische Bestandteil für den Bestandteil (C), der unterschiedlich zu dem vorher erwähnten Bestandteil (B) ist, in der wässrigen Dispersion für chemisch/mechanisches Polieren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist die Menge des oberflächenaktiven Stoffs bevorzugt 0,1–5 Gew.-%, bevorzugter 0,05–2 Gew.-% für 100 Gew.-% der Gesamtmenge der wässrigen Dispersion.
Als Beispiele der organischen Säure kann p-Toluolsulfonsäure, Isoprensulfonsäure, Gluconsäure, Milchsäure, Zitronensäure, Weinsäure, Maleinsäure, Glycolsäure, Malonsäure, Ameisensäure, Oxalsäure, Bernsteinsäure, Fumarsäure, Äpfelsäure, Phthalsäure und Aminosäuren, wie etwa Glycin, Alanin, Glutaminsäure und Tryptophan; als auch Salze dieser Säure, wie etwa das Ammoniumsalz und das Kaliumsalz angegeben werden. Als das Salz ist das Ammoniumsalz bevorzugt.
Wenn eine organische Säure als der organische Bestandteil für den Bestanteil (C), der unterschiedlich zu dem vorher erwähnten Bestandteil (B) ist, in der erfindungsgemäßen wässrigen Dispersion für chemisch/mechanisches Polieren verwendet wird, ist die Menge der organischen Säure bevorzugt 0,1–10 Gew.-% und bevorzugter 0,5–5 Gew.-% für 100 Gew.-% der Gesamtmenge der wässrigen Dispersion.
Die Menge des organischen Bestandteils für den Bestandteil (C), der unterschiedlich zu dem vorher erwähnten Bestandteil (B) ist, der zu der wässrigen Dispersion für chemisch/mechanisches Polieren der vorliegenden Erfindung zuzugeben ist, ist, in Bezug auf die Gesamtmenge des wasserlöslichen Polymers, des oberflächenaktiven Stoffs und der organischen Säure bevorzugt 0,1–15 Gew.-% und bevorzugter 0,5–8 Gew.-%.
Optionale Bestandteile
Falls erforderlich, können andere Bestandteile zu der wässrigen Dispersion in einer Menge zugegeben werden, die die antiseptischen Eigenschaften nicht nachteilig beeinflusst. Als derartige andere Bestandteile können Oxidationsmittel, wie etwa Wasserstoffperoxid, Persulfat und Heteropolysäure; Ionen von mehrwertigen Metallen, wie etwa Aluminium, Titan, Vanadium, Chrom und Eisen und ähnliche, angegeben werden.
Die erfindungsgemäße wässrige Dispersion für chemisch/mechanisches Polieren kann durch Zugabe der vorher erwähnten Bestandteile (A) bis (C) und der vorher erwähnten optionalen Bestandteile zu einem wässrigen Medium und, falls erforderlich, durch Einstellung des pH hergestellt werden.
Als das wässrige Medium kann entweder Wasser oder ein gemischtes Medium, das Wasser als seinen Hauptbestandteil enthält, wie etwa eine Mischung aus Wasser und Methanol oder ähnliches verwendet werden. Verwendung von Wasser allein als das wässrige Medium ist insbesondere bevorzugt.
Die erfindungsgemäße wässrige Dispersion für chemisch-mechanisches Polieren verursacht kein Problem des Verrottens, selbst wenn sie nahe einem neutralen pH eingestellt wird, zum Beispiel 4–10, insbesondere 6–9. Zusätzlich zu den vorher erwähnten organischen Säuren kann eine anorganische Säure, eine organische Base und eine anorganische Base für die Einstellung des pH der wässrigen Dispersion für chemisch/mechanisches Polieren der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Als Beispiele für die anorganische Säure kann Salpetersäure, Chlorwasserstoffsäure und Schwefelsäure angegeben werden. Als die organische Base kann Ethylendiamin, Ethanolamin und ähnliche angegeben werden. Als Beispiele für die anorganische Base kann Ammoniak, Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid und Lithiumhydroxid angegeben werden.
Bei der Herstellung der wässrigen Dispersion war es herkömmlicher Weise notwendig, die Bestandteile mit Wasser unmittelbar vor der Verwendung zu mischen, um das Problem des Verrottens zu vermeiden. Aus diesem Grund hatte eine herkömmliche wässrige Dispersion Probleme, wie etwa das Erfordernis eines komplizierten Zufuhrsystems, eine inkonsistente Zusammensetzung und ähnliche.
Auf der anderen Seite hat die erfindungsgemäße wässrige Dispersion für chemisch/mechanisches Polieren mit hervorragenden antiseptischen Eigenschaften kein Problem mit dem Verrotten. Aus diesem Grund ist es möglich vorhergehend eine wässrige Dispersionszusammensetzung in einer hohen Konzentration herzustellen und sie mit einem wässrigen Medium zu verdünnen, wenn die wässrige Dispersion verwendet wird. Daher hat die erfindungsgemäße wässrige Dispersion einen Vorteil des Vorsehens einer konsistenten Zusammensetzung ohne dabei ein kompliziertes Zufuhrsystem zu erfordern.
In dem chemisch/mechanischen Polierverfahren unter Verwendung der erfindungsgemäßen wässrigen Dispersion wird die wässrige Dispersion mit den Bestandteilen (A) bis (C) in den vorher erwähnten empfohlenen Mengen für das Polieren verwendet. Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen wässrigen Dispersion wird entweder ein Verfahren der Mischung der Bestandteile in den Mengen entsprechend der für das Polieren erforderlichen Zusammensetzung oder ein Verfahren der vorhergehenden Herstellung einer Zusammensetzung mit einer höheren Konzentration und Verdünnung der Zusammensetzung mit Wasser oder ähnlichem, bei Verwendung für das Polieren, eingesetzt.
Um die Zusammensetzung mit einer höheren Konzentration herzustellen, sollte der Anteil der Bestandteile der gleiche wie jener der empfohlenen Anteile bei Verwendung zum Polieren sein. Mit Bezug auf die Menge für jeden Bestandteil in der Zusammensetzung in einer höheren Konzentration sind die abrasiven Körner des Bestandteils (A) bevorzugt 20 Gew.-% oder weniger und bevorzugter 15 Gew.-%, der Bestandteil (B) ist bevorzugt 15 Gew.-% oder weniger und bevorzugter 12 Gew.-% oder weniger und der Bestandteil (C) ist bevorzugt 30 Gew.-% oder weniger.
In jedem Fall der Herstellung der wässrigen Dispersion durch Mischung der Bestandteile in den gleichen Mengen, die für die Zusammensetzung erforderlich sind, wenn sie zum Polieren verwendet wird, oder dem Fall der Herstellung einer konzentrierten wässrigen Dispersion mit der Konzentration jedes Bestandteils in dem vorher erwähnten Bereich, wird die wässrige Dispersion der vorliegenden Erfindung nach einer Lagerung über einen langen Zeitraum nicht verrotten und kann die zu erzielende Polierleistung aufweisen ohne ein Problem des Verrottens während der Verwendung zu verursachen, wenn sie für ein chemisch/mechanisches Polierverfahren durch Verdünnung, wie erforderlich, verwendet wird.
Die erfindungsgemäße wässrige Dispersion für chemisch/mechanisches Polieren kann geeigneter Weise insbesondere bei einem Flachgrabenisolationsverfahren bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen verwendet werden und weist hervorragende Oberflächenglättungsleistungen mit minimalem Überpolieren des isolierenden Schicht (Kümpeln) und nur eine geringe Erzeugung von Kratzern (Beschädigung der Isolationsmaterialoberfläche nach Polieren) auf.
Als ein Beispiel der zu polierenden Oberfläche in dem Flachgrabenisolationsverfahren kann ein zu polierender Gegenstand mit einer wie in der 1 gezeigten Querschnittsstruktur angegeben werden. Der Gegenstand umfasst ein Substrat 11 gebildet aus Silicium oder ähnlichem und hat konvexe und konkave Bestandteile, eine Stoppschicht 12, gebildet aus Siliciumnitrid oder ähnlichem auf den konvexen Bestandteilen des Substrats 11 und eine eingebettet Isolationsschicht 13, gebildet aus einem Isolationsmaterial, um die konkaven Bestandteile des Substrats 11 und der Stoppschicht 12 zu bedecken.
Als das Material, das die vorher erwähnte eingebettete Isolationsschicht 13 bildet, können Siliciumoxid (SiO₂), eine Borphosphorsilikatglas-(BPSG-)Schicht, erzeugt durch Zugabe einer geringen Mengen von Bor und Phosphor zu Siliciumoxid, eine Isolationsschicht, die FSG (fluordotiertes Silikatglas) genannt wird, die durch Dotierung von Siliciumoxid mit Fluor erzeugt wird, eine Siliciumoxid-haltige Isolationsschicht mit einer niedrigen dielektrischen Konstante und ähnliche angegeben werden.
Als Sorten von Siliciumoxid kann eine thermisch oxidierte Schicht, eine PETEOS-Schicht (Plasmaverbesserte-TEOS-Schicht), eine HDP-Schicht (mit hochdichtem Plasma verbesserte TEOS-Schicht), eine Siliciumoxidschicht, die durch ein thermisches CVD-Verfahren erhalten wird, und ähnliche angegeben werden. Von diesen sind die PETEOS-Schicht, die HDP-Schicht und die Siliciumoxidschicht, die durch ein thermisches CVD-Verfahren erhalten wird, bevorzugt.
Die thermisch oxidierte Schicht kann durch Exposition von Silicium, das auf eine hohe Temperatur erwärmt wurde, in einer oxidierenden Atmosphäre gebildet werden, um eine chemische Reaktion des Siliciums mit Sauerstoff oder Wasser zu verursachen.
Die PETEOS-Schicht kann durch ein Wachstumsverfahren in einer chemischen Dampfphase aus Tetraethylorthosilikat (TEOS) als ein Ausgangsmaterial unter Beschleunigungsbedingungen unter Verwendung von Plasma gebildet werden.
Die HDP-Schicht kann durch ein Wachstumsverfahren in einer chemischen Dampfphase aus Tetraethylorthosilikat (TEOS) als ein Ausgangsmaterial unter Beschleunigungsbedingungen unter Verwendung eines hochdichten Plasmas erzeugt werden.
Die durch ein thermisches CVD-Verfahren erhaltene Siliciumoxidschicht kann entweder durch ein atmosphärisches CVD-Verfahren (AP-CVD-Verfahren) oder durch ein Niederdruck-CVD-Verfahren (LP-CVD-Verfahren) hergestellt werden.
Die Borphosphorsilikatglas-(BPSG-)Schicht kann entweder durch ein atmosphärisches CVD-Verfahren (AP-CVD-Verfahren) oder ein Niederdruck-CVD-Verfahren (LP-CVD-Verfahren) hergestellt werden.
Die FSG (fluordotierte Silikatglas) genannte Isolationsschicht kann durch ein Wachstumsverfahren in einer chemischen Dampfphase unter Beschleunigungsbedingungen unter Verwendung von hochdichtem Plasma erzeugt werden.
Die vorher erwähnte Siliciumoxid-haltige Isolationsschicht mit einer niedrigen dielektrischen Konstante kann durch Aufbringen eines Ausgangsmaterials auf einem Substrat durch ein Walzenbeschichtungsverfahren und Erwärmen in einer oxidierenden Atmosphäre erhalten werden. Als Beispiele der Siliciumoxid-haltigen Isolationsschicht und einer niedrigen dielektrischen Konstante, die auf diese Art und Weise erhalten wird, kann eine HSQ-Schicht (Wasserstoffsilsequioxan-Schicht) und eine MSQ-Schicht (Methylsilsesquioxan-Schicht), die Methyltrimethoxysilan zusätzlich zu Tetraethoxysilan als einen Teil des Ausgangsmaterials enthalten, angegeben werden. Überdies können isolierende Schichten mit einer niedrigen dielektrischen Konstante hergestellt aus einem organischen Polymer, wie etwa ein Polyarylenpolymer, Polyarylenetherpolymer, Polyimidpolymer oder Benzocyclobutenpolymer als ein Ausgangsmaterial angegeben werden.
Um die Oberfläche des zu polierenden Gegenstandes durch das chemisch/mechanische Polierverfahren unter Verwendung der erfindungsgemäßen wässrigen Dispersion für chemisch/mechanisches Polieren zu polieren, können kommerziell erhältliche chemische/mechanische Poliervorrichtungen, wie etwa EPO-112 und EPO-222, hergestellt durch Ebara Corp., LGP-510 und LGP-552, hergestellt durch Lapmaster SFT Corp., Mirra, hergestellt durch Applied Materials, Inc., Teres, hergestellt durch Ram Research Co., und AVANTI 472, hergestellt durch Speed Fam-IPEC Co., Ltd., verwendet werden.
Jedes der bekannten Polierkissen kann für das Polieren der Oberfläche des durch das chemisch/mechanische Polierverfahren unter Verwendung der erfindungsgemäßen wässrigen Dispersion für chemisch/mechanisches Polieren zu polierenden Gegenstandes verwendet werden. Als Beispiele können IC1000/SUBA400, IC1010, die SUBA-Reihen, die Polytex-Reihen (alle hergestellt durch Rodel Nitta Co.) angegeben werden.
Polierbedingungen, die für den Zweck des Polierens geeignet sind, können eingesetzt werden. Zum Beispiel können die folgenden Bedingungen angegeben werden.

Zufuhrrate der wässrigen Dispersion: 100–300 mL/min
Kopfdruck: 200–600 g/cm²
Tischdrehung: 5–100 U/min
Kopfdrehung: 50–100 U/min

BEISPIELE
Herstellung eines Konzentrats einer wässrigen Dispersion für chemisch/mechanisches Polieren
Herstellungsbeispiel 1
(1) Herstellung einer Dispersion, die abrasive Körner (A) enthält
35 Gewichtsteile Ceroxid, das durch Erwärmen von Cercarbonat in der Luft erhalten wird, wurden in 65 Gewichtsteile ionenausgetauschtes Wasser gegeben. Die Mischung wurde auf pH 5,0 durch Zugabe von Salpetersäure eingestellt. Die resultierende Mischung wurde in eine Kugelmühle (hergestellt durch Ashizawa Co., Ltd.) gegeben und unter Verwendung von Zirkoniumoxidperlen mit einem Durchmesser von 1 mm pulverisiert und durch ein 5 μm Filter filtriert, um eine Dispersion mit Ceroxidteilchen mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 0,14 μm zu erhalten. Der Teilchendurchmesser wurde unter Verwendung einer Messvorrichtung für die Teilchendurchmesserverteilung, SALD-200A, hergestellt durch Shimadzu Corp. gemessen.
(2) Herstellung einer wässrigen Lösung, die den organischen Bestandteil (C), der unterschiedlich zum Bestandteil (B) ist, enthält
Eine wässrige Lösung mit 5 Gew.-% KOH wurde zu einer wässrigen Lösung gegeben, die 40 Gew.-% Polyacrylsäure mit einem Polyethylenglycol-reduzierte massegemittelte Molekulargewicht von 6.000, gemessen durch wässrige GPC, enthält, gegeben, um eine wässrige Lösung zu erhalten, die Kaliumpolyacrylat mit einem Neutralisationsgrad von 70% enthält.
(3) Herstellung eines Konzentrats einer wässrigen Dispersion für chemisch/mechanisches Polieren
Die Ceroxidteilchen enthaltende Dispersion, die vorher in (1) hergestellt wurde, eine wässrige Lösung von 5 Gew.-% 2-Brom-2-Nitro-1,3-Propandiol und die wässrige Lösung, die die Polyacrylsäure enthält, die vorher in (2) hergestellt wurde, wurden in einem vorher bestimmten Verhältnis gemischt, gefolgt durch die Zugabe von ionenausgetauschtem Wasser, um ein Konzentrat (S-1) einer wässrigen Dispersion für chemisch/mechanisches Polieren zu erhalten, welche 10 Gew.-% Ceroxidteilchen, 0,004 Gew.-% 2-Brom-2-nitro-1,3-propandiol und 25 Gew.-% Kaliumsalz der Polyacrylsäure (Neutralisationsgrad = 70%) enthält.
Herstellungsbeispiele 2 bis 16, Vergleichsherstellungsbeispiele 1 bis 7
Die Konzentrate (S-1) bis (S-16) und (R-1) bis (R-7) von wässrigen Dispersionen für chemisch/mechanisches Polieren wurden in nahezu der gleichen Art und Weise wie in dem Herstellungsbeispiel 1, unter Verwendung der Bestandteile in den Sorten und Mengen, wie in der Tabelle 1 gezeigt, erhalten.
Der mittlere Teilchendurchmesser der abrasiven Körner wurde durch Einstellung der Zeit für den Mühlvorgang unter Verwendung der Kugelmühle in der Herstellung der Dispersion, die die abrasiven Körner (A) enthält, gemäß dem vorhergehenden (1) geändert.
In der Tabelle 1 bezeichnet PAA-K das Kaliumsalz der Polyacrylsäure (mit einem Polyethylenglycol-reduziertem Gewichtsdurchschnitt Molekulargewicht von 6.000, gemessen durch wässrige GPC), in welchem ein Teil der Carboxylgruppen mit Kaliumionen neutralisiert wurden. Der Grad der in der Tabelle 1 gezeigten Neutralisation wurde durch Einstellung der Menge der wässrigen Lösung mit 5 Gew.-% KOH, die vorher in (2) zuzugeben ist, eingestellt.
PAA-NH₄ bezeichnet das Ammoniumsalz der Polyacrylsäure (mit einem Polyethylenglycol-reduzierte massegemittelte Molekulargewicht von 6.000, gemessen durch wässrige GPC) in welchem ein Teil der Carboxylgruppen mit Ammoniumionen neutralisiert wurden. PAA-NH₄ wurde vorher in (2) unter Verwendung von Wasser mit 28 Gew.-% Ammoniak anstelle der wässrigen Lösung mit 5 Gew.-% KOH erhalten. Der Grad der in der Tabelle 1 gezeigten Neutralisation wurde durch Einstellung der Menge des Wassers mit 28 Gew.-% Ammoniak geändert.
Ammoniumcitrat wurde als eine wässrige Lösung mit 20 Gew.-% zugegeben.
DBS-NH₄ bezeichnet Ammoniumdodecylbenzolsulfat, welches als eine wässrige Lösung mit 20 Gew.-% zugegeben wurde.
Wasserstoffperoxid wurde als eine wässrige Lösung mit 30 Gew.-% zugegeben.

BNP steht für 2-Brom-2-nitro-1,3-propandiol;
BNB für 2-Brom-2-nitro-1,3-butandiol;
DBNE für 2,2-Dibrom-2-nitroethanol;
DBNPA für 2,2-Dibrom-3-nitrilopropionamid;
TMA-CL für Tetramethylammoniumchlorid; und
TEA-OH für Tetraethylammoniumhydroxid. Alle diese Bestandteile wurden als eine wässrige Lösung mit 5 Gew.-% zugegeben.

Das Symbol „-" in Tabelle 1 gibt an, dass der Bestandteil nicht zugegeben wurde.
Beispiel 1
Das Konzentrat (S-1) der wässrigen Dispersion für chemisch/mechanisches Polieren, das in dem vorhergehenden Herstellungsbeispiel hergestellt wurde, wurde 20-fach mit ionenausgetauschtem Wasser verdünnt. Die Polierleistung und die antiseptische Fähigkeit der auf diese Weise hergestellten wässrigen Dispersion für chemisch/mechanisches Polieren wurde wie folgt bewertet.
(1) Bewertung der Poliergeschwindigkeit
Ein 8-Zoll Wafer mit einer thermisch oxidierten Schicht wurde als ein zu polierender Gegenstand für chemisch/mechanisches Polieren unter Verwendung von EPO-112 (eine chemisch/mechanische Poliervorrichtung hergestellt durch Ebara Corp.) unter den folgenden Bedingungen verwendet, um die Poliergeschwindigkeit aus der durch das Polieren entfernten Dicke und der Polierzeit zu berechnen. Die Ergebnisse werden in der Tabelle 2 gezeigt.
Polierkissen: IC1000/SUBA400 (P) hergestellt durch Rodel Nitta Co.

Kopfdruck: 400 g/cm²
Tischdrehung: 70 U/min
Kopfdrehung: 70 U/min
Zufuhrrate der wässrigen Dispersion für
chemisch/mechanisches Polieren: 200 mL/min
Polierzeit: 3 Minuten

(2) Bewertung der Anzahl der Kratzer
Der 8-Zoll Wafer mit einer thermisch oxidierten Schicht wurde unter den gleichen Bedingungen wie vorher bei der Bewertung der Poliergeschwindigkeit in (1) poliert, mit der Ausnahme, dass die Polierzeit 2 Minuten war. Die Anzahl der Kratzer wurde durch Untersuchung der Waferoberfläche unter Verwendung eines Dunkelfeld- Waferuntersuchungssystems, KLA2112 (hergestellt durch KLA-Tencor Corp.) untersucht. Die Anzahl der Kratzer auf der gesamten Waferoberfläche wird in der Tabelle 2 gezeigt.
(3) Bewertung des Kümpelns (Dishing)
Ein strukturierter Wafer SKW-7 (hergestellt durch SKW Associates, Inc., der einem zu polierenden Gegenstand bei dem Flachgrabenisolationsverfahren entspricht, Leitungsbreite: 250 μm, laminierte Isolationsmaterialschichtdicke: 2.000 nm, anfänglicher Niveauunterschied: 900 nm) wurde unter den gleichen Bedingungen wie vorher bei der Bewertung der Poliergeschwindigkeit unter (1) poliert, mit der Ausnahme, dass die aus der folgenden Formel bestimmte Polierzeit eingesetzt wurde. Der anfängliche Niveauunterschied bezeichnet hierin den vertikalen Niveauunterschied zwischen den konkaven Strukturen und den flachen Bereichen in der eingebetteten Isolationsschicht 13 in der 1.

Polierzeit (Minute) = 1,15 × 2.000 (nm)/(Poliergeschwindigkeit berechnet gemäß der Poliergeschwindigkeitsbewertung (1) (nm/min))

Das Kümpeln wurde an einer Stelle mit einer Leitungsbreite von 250 nm auf dem polierten Material wurde unter Verwendung eines Mikroaufbauoberflächenprofilmessers P-10 (hergestellt durch KLA-Tencor Corp.) bewertet. Die Ergebnisse werden in der Tabelle 2 gezeigt.
(4) Bewertung der antiseptischen Fähigkeit
Eine wässrige Lösung mit 5 Gew.-% KOH wurde zu einer wässrigen Lösung gegeben, die 40 Gew.-% Polyacrylsäure mit einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht von 6.000 enthält, um eine wässrige Lösung zu erhalten, die Kaliumpolyacrylat mit einem Neutralisationsgrad von 70% enthält. Die Lösung wurde mit nicht sterilisiertem industriellem Wasser verdünnt, um eine wässrige Lösung der Polyacrylsäure mit einer Konzentration von 1 Gew.-% und pH 7 zu erhalten.
Die wässrige Lösung wurde bei 35°C für 28 Tage stehengelassen, um eine wässrige Verrottungsmodelllösung mit einer Bakterienkonzentration von 10³ pro cm³ zu erhalten.
Die wässrige Verrottungsmodelllösung wurde mit der wässrigen Lösung für chemisch/mechanisches Polieren, die aus dem Konzentrat (S-1) in einem Gewichtsverhältnis von 1:9 hergestellt wurde, gemischt. Die Mischung wurde als eine Testlösung für die Messung der Zellanzahl nach Kultivierung bei 35°C für 7 Tage unter Verwendung eines vereinfachten mikrobiellen Testkits Easikult TTC (hergestellt durch Orion Diagnostica Co.) verwendet. Die Ergebnisse werden in der Tabelle 2 gezeigt.
Beispiele 2 bis 16, Vergleichsbeispiele 1 bis 7 Die Polierleistung und die antiseptische Fähigkeit wurden in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 1 bewertet, mit der Ausnahme der Verwendung der in der Tabelle 2 gezeigten Konzentrate anstelle des Konzentrats (S-1) der wässrigen Dispersion für chemisch/mechanisches Polieren in Verdünnungsverhältnissen, die in der Tabelle 2 gezeigt werden. Die Ergebnisse werden in der Tabelle 2 gezeigt.
TABELLE 2
Es ist aus der Tabelle 2 ersichtlich, dass die 5 wässrigen Dispersionen für chemisch/mechanisches Polieren der Vergleichsbeispiele 1, 5, 6 und 7, zu welchen der Bestandteil (B) nicht zugegeben war, 10³–10⁴ Bakterien/cm³ enthalten, was eine schlechte antiseptische Fähigkeit anzeigt. Diese wässrigen Dispersionen erzeugten ebenfalls eine große Anzahl an Kratzern. Zusätzlich wiesen die wässrigen Dispersionen der Vergleichsbeispiele 1 und 7 keine ausreichende Poliergeschwindigkeit auf, was ihre mangelnde Eignung als eine wässrige Dispersion für chemisch/mechanisches Polieren zeigt.
Die Vergleichsbeispiele 2, 3 und 4 sind Beispiele für wässrige Dispersionen, zu welchen herkömmlich bekannte antiseptische Mittel anstelle des Bestandteils (B) zugegeben wurden. Die wässrige Dispersion des Vergleichsbeispiels 2 enthielt 10³ Bakterien/cm³ bei der Bewertung der antiseptischen Fähigkeit, was ihre schlechte antiseptische Fähigkeit zeigt. Zusätzlich war die Anzahl der Kratzer größer und die Poliergeschwindigkeit war nicht befriedigend. Die wässrigen Dispersionen der Vergleichsbeispiele 3 und 4 zeigten kein Problem bei der Bewertung der antiseptischen Fähigkeit. Jedoch hatten diese wässrigen Dispersionen Probleme bei der Anzahl der Kratzer, dem Kümpeln und der Poliergeschwindigkeit, was ihre mangelnde Eignung als eine wässrige Dispersion für chemisch/mechanisches Polieren zeigt.
Andererseits war in den Experimenten der Beispiele 1 bis 16 unter Verwendung der erfindungsgemäßen wässrigen Dispersionen für chemisch/mechanisches Polieren sowohl die Anzahl der Kratzer und das Kümpeln hervorragend, die Poliergeschwindigkeit war ausreichend und es gab keine Probleme bei der antiseptischen Fähigkeit.
Wie vorher beschrieben ist die wässrige Dispersion für chemisch/mechanisches Polieren der vorliegenden Erfindung frei von dem Problem des Verrottens, selbst wenn sie in einem neutralen pH-Bereich gelagert und verwendet wird, und erzeugt eine hervorragend polierte Oberfläche mit nahezu keinen Kümpeln oder Kratzern, insbesondere wenn sie in dem STI-Verfahren bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen verwendet wird.
Eine wässrige Dispersion wird offenbart mit: (A) abrasiven Körnern, (B) wenigstens einer Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 2-Brom-2-nitro-1,3-propandiol, 2-Brom-2-nitro-1,3-butandiol, 2,2-Dibrom-2-nitroethanol und 2,2-Dibrom-2-nitrilopropionamid, und (C) einem organischen Bestandteil, der unterschiedlich zu den Verbindungen des Bestandteils (B) ist. Die wässrige Dispersion hatte kein Problem des Verrottens, selbst wenn sie in einem neutralen pH-Bereich gelagert oder verwendet wurde und erzeugte eine hervorragend polierte Oberfläche mit nahezu keinen Kümpeln oder Kratzern, insbesondere wenn sie bei dem STI-Verfahren für die Herstellung von Halbleitervorrichtungen verwendet wird.

Claims

Wässrige Dispersion für chemisch/mechanisches Polieren mit: (A) abrasiven Körnern, (B) wenigstens einer Verbindung ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 2-Brom-2-nitro-1,3-propandiol, 2-Brom-2-nitro-1,3-butandiol, 2,2-Dibrom-2-nitroethanol und 2,2-Dibrom-2-nitrilopropionamid, und (C) einem organischen Bestandteil, der unterschiedlich zu den Verbindungen des Bestandteils (B) ist.
Wässrige Dispersion für chemisch/mechanisches Polieren nach Anspruch 1, wobei die abrasiven Körner (A) Ceroxidteilchen sind.
Wässrige Dispersion für chemisch/mechanisches Polieren nach Anspruch 1, wobei der organische Bestandteil (C) ein wasserlösliches Polymer umfasst.
Wässrige Dispersion für chemisch/mechanisches Polieren nach Anspruch 1, welche für ein Flachgrabenisolationsverfahren verwendet wird.