JP2000077365A

JP2000077365A - 研磨スラリー及び研磨方法

Info

Publication number: JP2000077365A
Application number: JP25927998A
Authority: JP
Inventors: Mitsuaki Iwashita; 光秋岩下; Hiroshi Ishikawa; 拓石川
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1998-08-29
Filing date: 1998-08-29
Publication date: 2000-03-14

Abstract

(57)【要約】【課題】ＣＦｘ膜に代表される有機膜をＣＭＰ処理す
る。【解決手段】有機膜Ｗ１をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ
ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）により研
磨するに際して、研磨スラリー１４として有機膜Ｗ１を
酸化する酸化剤と砥粒とを混合したもの、或いはこれに
更にｐＨ調整剤を加えたものを用いる。これにより、有
機膜の表面を効率的に研磨して平坦化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等の
被研磨体の表面に形成された有機膜を表面研磨する時に
用いる研磨スラリー及び研磨方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体デバイスを製造する場合
には、半導体ウエハ表面に成膜、エッチング、酸化、拡
散等の各種の処理を多数回繰り返し行なうことによって
所望の素子を作り上げて行く。従来、例えば配線などを
形成する場合には、配線材料となる金属薄膜を成膜し、
これにフォトレジストを用いた微細加工技術を適用して
パターンエッチングすることにより所望の配線パターン
を得ていた。この場合、ウエハの表面は配線パターンの
存否に応じて凹凸が発生することは避けられないが、デ
ザインルールがそれ程厳しくなく、しかも層数も少ない
場合にはそれ程問題は生じなかった。しかしながら、半
導体デバイスの高集積化及び高微細化傾向がより進ん
で、デザインルールも厳しくなり、更には、素子の多層
化の要請も強くなるに従って、上記したような配線パタ
ーン等に起因する表面の凹凸が多層化や微細化に対して
悪影響を与えるようになってきた。

【０００３】そこで、配線パターンを形成する際に、均
一に成膜された金属薄膜をフォトレジストを用いてパタ
ーン化する従来方法を採用するのではなく、下地の絶縁
層に予め配線パターンに対応した配線溝を形成しておい
てこの上に全体に亘って金属薄膜を成膜し、その後、こ
の金属薄膜の全面を均一に機械研磨して配線溝内に埋め
込まれた金属薄膜のみを残して、余分な金属薄膜を除去
することにより配線パターンを形成することが行なわれ
るようになってきた。この研磨プロセスは、ＣＭＰ（Ｃ
ｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈ
ｉｎｇ）と称され、これによれば、表面に凹凸を生ずる
ことなく平坦な状態で配線パターン等を形成することが
できる。この研磨プロセスは、例えば研磨布の表面に機
械的研磨粒子及び化学的研磨粒子を含む研磨スラリーを
滴下し、この研磨布をウエハの表面に押し付けて自転或
いは公転運動させることによってウエハ表面の一部を削
り取って平坦化するものである。このような研磨プロセ
スは、各層配線形成工程中におけるＳｉＯ₂ 層間絶縁層
等のエッチバック処理、ホール埋め込みプラグ金属膜の
平坦化処理、或いはＣｕメタルダマシン金属膜の平坦化
処理等の各種金属膜の平坦化処理に用いられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、絶縁膜とし
て用いられる上記したようなＳｉＯ₂ 膜や金属酸化膜に
替えて、新たな絶縁膜として、絶縁性に優れた有機膜が
開発されるに至っている。この有機膜は、例えばＣＨＦ
系有機ソースを原料ガスとして用いてプラズマＣＶＤ等
によって成膜されるＣＦｘ（フロロカーボン）膜に代表
されている。しかしながら、このＣＦｘ膜は、例えばＳ
ｉＯ₂ 粒子をＫＯＨ溶液やＮＨ₄ ＯＨ溶液に混入させて
なる従来の研磨スラリーではほとんど削ることができ
ず、ＣＭＰ処理を行なうことができない、という問題が
あった。本発明は、以上のような問題点に着目し、これ
を有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目
的は、ＣＦｘ膜に代表される有機膜をＣＭＰ処理する際
に適する研磨スラリー及び研磨方法を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に規定する発明
は、有機膜をＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎ
ｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）により研磨するに際し
て、該有機膜を酸化する酸化剤と砥粒とを含む研磨スラ
リーを用いるようにしたものである。これにより、有機
膜を効率的に研磨することが可能となる。

【０００６】この場合、請求項２に規定するように、前
記酸化剤としては、Ｈ₂ Ｏ₂ 、Ｆｅ（ＮＯ₃ ）₃ 、ＫＩ
Ｏ₃ 、ＫＯＨ、アミン系塩、ペルオキソ系塩内のいずれ
か１つを用い、請求項３に規定するように、前記砥粒
は、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、Ｚｒ₂ Ｏ ₃の内のいずれか１つを用い
のるのが好ましい。請求項４に規定するように、研磨ス
ラリーにｐＨ調整剤を添加するようにしてもよい。そし
て、請求項５に規定するように、前記ｐＨ調整剤とし
て、有機酸を用いるのが好ましく、請求項６及び７に規
定するように、前記有機酸としては、芳香族炭化水素系
酸、例えばフタル酸系化合物、或いはクエン酸系化合物
を用いてもよい。

【０００７】また、請求項８に規定するように、前記研
磨スラリーに、分散剤を添加するようにしてもよく、前
記分散剤としては、請求項９に規定するように、界面活
性剤またはキレート剤を用いることができる。

【０００８】更には、請求項１０に規定するように、前
記研磨スラリーに、反応促進剤を添加するようにしても
よい。また、請求項１１に規定するように、前記有機膜
として、ＣＦｘ絶縁膜を研磨することができる。請求項
１２から請求項２２に規定される発明は、それぞれ上記
各方法発明により特定される研磨スラリーを規定するも
のである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る研磨スラリ
ー及び研磨方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述す
る。図１は本発明方法を実施する研磨装置を示す斜視
図、図２は図１に示す装置の側面図である。この研磨装
置２は、表面に研磨層４が形成された大型の回転テーブ
ル６を有している。この研磨層４は、例えば独立した多
数の発泡体を含有した高分子化合物製の薄いパッドより
なる。この回転テーブル６の上方には、被研磨体である
例えば半導体ウエハＷを、いわゆるフェースダウンで保
持するウエハ保持機構８を設けており、このウエハ保持
機構８は、回転モータ１０に連結されている。

【００１０】これにより、ウエハＷの表面に形成されて
いる有機膜Ｗ１の研磨面を下方に向けて、これを研磨層
４に所定の力で圧接しつつウエハＷを自転させるように
なっている。この場合、ウエハＷのサイズが例えば８イ
ンチとすると、回転テーブル６の直径は、略２４インチ
程度に設定される。また、ウエハＷは、回転テーブル６
の周辺部にてフェースダウンで圧接されており、この
時、回転テーブル６の回転方向とウエハ保持機構８の回
転方向は同方向となるように設定され、ウエハ表面の各
部における研磨層４に対する相対速度が略一定となるよ
うにしている。そして、この回転テーブル６の略中心部
の上方には、スラリーノズル１２が配置されており、こ
れより流量制御された研磨スラリー１４を滴下し得るよ
うになっている。

【００１１】次に、以上のように構成された研磨装置２
を用いて行なわれる本発明の研磨方法及び研磨スラリー
について説明する。前述のように、被研磨体である半導
体ウエハＷは、フェースダウンでウエハ保持機構８に支
持され、回転テーブル６の表面の研磨層４の表面に圧接
された状態で、このウエハＷを自転させつつ回転テーブ
ル６も同時に回転させる。ウエハＷ及び回転テーブル６
の回転数は、特に限定されないがそれぞれ共に５０ｒｐ
ｍ程度である。そして、スラリーノズル１２からは所定
の供給量で研磨スラリー１４を滴下し、これによりウエ
ハＷの表面の有機膜Ｗ１をＣＭＰにより研磨する。この
有機膜Ｗ１としては、例えば層間絶縁膜としてプラズマ
ＣＶＤにより、或いは塗布により形成されたＣＦｘ（フ
ロロカーボン）膜が適用される。スラリー１４の供給量
は、ウエハサイズやこの回転数や回転テーブル６の回転
数にもよるが、例えば２００〜２５０ｃｃ／ｍｉｎ程度
である。

【００１２】また、本発明の特徴とする研磨スラリー１
４としては、酸化剤と砥粒とを混合させたものを用い
る。また、これにｐＨ調整剤を加えるようにしてもよ
い。ここで、酸化剤は有機膜Ｗ１と化学的に反応するも
のであり、この酸化剤としては、Ｈ₂ Ｏ₂ （過酸化水素
水）、Ｆｅ（ＮＯ₃ ）₃ （硝酸第２鉄）、ＫＩＯ₃ （ヨ
ウソ酸カリウム）等の酸性酸化剤や、ＫＯＨ（水酸化カ
リウム）、塩酸ヒドロキシアミンやモノエタノールアミ
ン等の強アルカリ性であるアミン系塩、ペルオキソ系化
合物等のアルカリ性酸化剤を用いることができる。そし
て、このペルオキソ系化合物としては、ペルオキソ硝酸
塩、ペルオキソ炭酸塩、ペルオキソチタン酸、ペルオキ
ソチタン酸塩等を用いることができる。また、砥粒は化
学的に反応した有機膜Ｗ１を機械的に削り取るものであ
り、この砥粒としてはＡｌ₂ Ｏ₃ （アルミナ）の粒子、
Ｚｒ₂ Ｏ₃ （酸化ジルコニウム）の粒子を用いることが
できる。

【００１３】また、ｐＨ調整剤は、スラリーのｐＨ調整
を行なうものであり、ここでは有機酸を用いる。この有
機酸としては、芳香族炭化水素系酸が好ましく、例えば
フタル酸カリウム等のフタル酸系のもの、或いはクエン
酸カリウム等のクエン酸系化合物を用いることができ
る。上述のようにこのｐＨ調整剤はスラリーのｐＨ調整
を目的としているので、酸化剤として酸性のものを用い
た時には酸性の調整剤を用い、また、酸化剤としてアル
カリ性のものを用いた時には、アルカリ性の調整剤を用
いる。特に、酸化剤としてアルカリ性のものを用いた時
には、研磨機能を発揮するために、ｐＨ１２以上の強ア
ルカリ性のスラリーとする。スラリーの組成に関して
は、砥粒を０．１〜１０重量％とし、残部を酸化剤もし
くはこれにｐＨ調整剤を加えた溶液で構成する。これに
より、ＣＦｘ等の有機膜Ｗ１を効率的に研磨することが
できる。従って、この有機膜Ｗ１をウエハＷの層間絶縁
膜として用いた場合に、これを効率的に平坦に研磨する
ことができる。また、上記スラリーに、更に分散剤や反
応促進剤を添加するようにしてもよい。

【００１４】この分散剤は、砥粒の沈降を防止して均一
拡散を行なうためのものであり、この分散剤としては界
面活性剤やキレート剤を用いることができる。例えば酸
化剤として酸性のものを用いた時には、酸性のキレート
剤を添加し、また、酸化剤としてアルカリ性のものを用
いた時には、アルカリ性界面活性剤を用い、中和反応が
生じないようにする。この分散剤を用いることにより、
砥粒が沈殿せずに均一に分散された状態となるので、研
磨をより効率的に行なうことができる。また、反応促進
剤は、酸化反応を促進させる触媒として機能するもので
あり、この反応促進剤としては、酸化剤としてＨ₂ Ｏ₂
を用いた時にはＭｎＯ₂ 、ＴｉＯ₂ 等を適用することが
できる。この反応促進剤を加えることにより、化学的酸
化反応を促進させることができるので、研磨レートを更
に向上させることが可能となる。

【００１５】次に、本発明の研磨スラリーの評価を行な
ったので、その評価結果を比較例と共に説明する。実施
例１〜３は、本発明の研磨スラリーを示し、比較例１、
２は従来の研磨スラリーを示す。各スラリーの成分組成
は、表１に示し、また、その研磨レートを表２に示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】

【表２】

【００１８】実施例１の研磨スラリーの組成は、酸化剤
としてのＨ₂ Ｏ₂ とｐＨ調整剤としてのフタル酸カリウ
ムとを含む水溶液に５重量％のアルミナを混合したもの
であり、実施例２の研磨スラリーの組成は、酸化剤とし
てのＫＩＯ₃ とｐＨ調整剤としてのフタル酸カリウムと
を含む水溶液に５重量％のアルミナを混合したものであ
る。また、実施例３の研磨スラリーの組成は、酸化剤と
してのＦｅ（ＮＯ₃ ）₃ を含む水溶液に５重量％のアル
ミナを混合したものである。一方、比較例１の研磨スラ
リーの組成は、ＫＯＨ水溶液（ｐＨ１１）に１０重量％
のＳｉＯ₂ を混合したものであり、比較例２の研磨スラ
リーの組成は、ＮＨ₄ ＯＨ溶液に１０重量％のＳｉＯ₂
を混合したものである。研磨条件に関して、研磨スラリ
ーの供給量は、全て同じで２００ｃｃ／ｍｉｎ、ウエハ
Ｗ及び回転テーブル６の回転数は共に５０ｒｐｍ、研磨
時の温度は、共に２３℃の室温程度である。また、ウエ
ハＷの押圧力は、共に０．２１ｋｇ／ｃｍ² 程度であ
る。

【００１９】この表２に示す結果から明らかなように、
従来の研磨スラリーではＣＦｘ膜はほとんど削り取るこ
とができなかったが、本発明の研磨スラリーによれば、
ウエハのＣＦｘ膜は中央部と周縁部も共に削り取ること
ができることが判明した。特に、実施例１及び３の場合
にその研磨レートは１３００〜２９００Å／ｍｉｎ程度
の範囲にもなり、良好にＣＦｘ膜を研磨できることが判
明した。尚、ここでは有機膜としてＣＦｘ膜を例にとっ
て説明したが、これに限定されず、他の有機膜を用いて
もよいのは勿論である。また、被研磨体として半導体ウ
エハを例にとって説明したが、ガラス基板、或いはＬＣ
Ｄ基板等に成膜された有機膜を研磨する場合にも、本発
明を適用できるのは勿論である。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の研磨スラ
リー及び研磨方法によれば、次のように優れた作用効果
を発揮することができる。ＣＦｘ膜等の有機膜をＣＭＰ
により研磨するために、酸化剤と砥粒とを含む研磨スラ
リー、或いはこれにｐＨ調整剤を添加してなる研磨スラ
リーを用いるようにしたので、有機膜を効率的に研磨す
ることができる。この研磨スラリーに、分散剤を添加す
ることにより、砥粒を均一に分散させることができ、研
磨効率を一層向上させることができる。更には、研磨ス
ラリーに、触媒の機能を有する反応促進剤を添加するこ
とにより、有機膜の酸化反応が促進され、研磨効率を更
に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を実施する研磨装置を示す斜視図で
ある。

【図２】図１に示す装置の側面図である。

【符号の説明】

２研磨装置４研磨層６回転テーブル８ウエハ保持機構１２スラリーノズル１４研磨スラリーＷ被研磨体（半導体ウエハ）Ｗ１有機膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機膜をＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭ
ｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）により研磨
するに際して、該有機膜を酸化する酸化剤と砥粒とを含
む研磨スラリーを用いることを特徴とする研磨方法。
【請求項２】前記酸化剤としてＨ₂ Ｏ₂ 、Ｆｅ（ＮＯ
₃ ）₃ 、ＫＩＯ₃ 、ＫＯＨ、アミン系塩、ペルオキソ系
塩のうちいずれか１つを用いることを特徴とする請求項
１に記載の研磨方法。
【請求項３】前記砥粒としてＡｌ₂ Ｏ₃ またはＺｒ₂
Ｏ ₃を用いることを特徴とする請求項１または請求項２
に記載の研磨方法。
【請求項４】前記研磨スラリーにｐＨ調整剤を添加し
たものを用いることを特徴とする請求項１〜請求項３の
いずれか１つに記載の研磨方法。
【請求項５】前記ｐＨ調整剤として有機酸系液体を用
いることを特徴とする請求項４に記載の研磨方法。
【請求項６】前記有機酸として芳香族炭化水素系酸を
用いることを特徴とする請求項５に記載の研磨方法。
【請求項７】前記芳香族炭化水素系酸としてフタル酸
系化合物またはクエン酸系化合物を用いることを特徴と
する請求項６に記載の研磨方法。
【請求項８】前記研磨スラリーに分散剤を添加したも
のを用いることを特徴とする請求項１〜請求項７のいず
れか１つに記載の研磨方法。
【請求項９】前記分散剤として界面活性剤またはキレ
ート剤を用いることを特徴とする請求項８に記載の研磨
方法。
【請求項１０】前記研磨スラリーに反応促進剤を添加
したものを用いることを特徴とする請求項１〜請求項９
のいずれか１つに記載の研磨方法。
【請求項１１】前記有機膜はＣＦｘ絶縁膜であること
を特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１つに記
載の研磨方法。
【請求項１２】有機膜をＣＭＰにより研磨する際に用
いる研磨スラリーにおいて、前記有機膜を酸化する酸化
剤と砥粒とを含んで形成されたことを特徴とする研磨ス
ラリー。
【請求項１３】前記酸化剤は、Ｈ₂ Ｏ₂ 、Ｆｅ（ＮＯ
₃ ）₃ 、ＫＩＯ₃ 、ＫＯＨ、アミン系塩、ペルオキソ系
塩のうちいずれか１つであることを特徴とする請求項１
２に記載の研磨スラリー。
【請求項１４】前記砥粒は、Ａｌ₂ Ｏ₃ またはＺｒ₂
Ｏ ₃であることを特徴とする請求項１２または請求項１
３に記載の研磨スラリー。
【請求項１５】さらにｐＨ調整剤を添加したことを特
徴とする請求項１２〜請求項１４のいずれか１つに記載
の研磨スラリー。
【請求項１６】ｐＨ調整剤は有機酸であることを特徴
とする請求項１５に記載の研磨スラリー。
【請求項１７】前記有機酸は芳香族炭化水素系酸であ
ることを特徴とする請求項１６に記載の研磨スラリー。
【請求項１８】前記芳香族炭化水素系酸はフタル酸系
化合物またはクエン酸系化合物であることを特徴とする
請求項１７に記載の研磨スラリー。
【請求項１９】さらに分散剤を添加したことを特徴と
する請求項１２〜請求項１８のいずれか１つに記載の研
磨スラリー。
【請求項２０】前記分散剤は界面活性剤またはキレー
ト剤であることを特徴とする請求項１９記載の研磨スラ
リー。
【請求項２１】さらに反応促進剤を添加したことを特
徴とする請求項１２〜請求項２０のいずれか１つに記載
の研磨スラリー。
【請求項２２】前記有機膜はＣＦｘ絶縁膜であること
を特徴とする請求項１２〜請求項２１のいずれか１つに
記載の研磨スラリー。