JP2001015463A - 研磨組成物 - Google Patents

研磨組成物

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【解決手段】 半導体プロセシングに使用する化学機械
的研磨組成物であって、研磨促進剤として亜リン酸及び
／又はその塩を含有することを特徴とし、また、半導体
ウエハの表面に化学機械的研磨スラリーを適用して半導
体ウエハの表面を研磨する方法において、スラリーが水
性媒体を７０〜９９．５重量％、研磨剤を０．１〜２５
重量％、並びに亜リン酸及び／又はその塩を含む研磨促
進剤を０．０１〜２重量％含有することを特徴とする 【効果】 研磨性能に優れ、半導体プロセシングにおけ
る半導体ウエハ表面の研磨に有用である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本願発明は、半導体ウエハの
表面を研磨するのに有用な化学機械的研磨組成物に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】化学機械的研磨（ＣＭＰ）は、集積回路
を製造するフォトリソグラフィープロセスにおいて、蒸
着膜の高低差のために焦点合わせが困難になる問題に対
処するために開発された平坦化技術である。化学機械的
研磨技術は当初、大きさが０．５ミクロンオーダーの部
品の製造に適用された。部品の小型化に伴い、化学機械
的研磨技術は、より多くの層に対して適用されるように
なった。大きさが０．２５ミクロンオーダーの部品が開
発されるまでに、化学機械的研磨は主要で且つ不可欠な
平坦化技術となった。配線回路を形成するための研磨方
法では、一般に、研磨ヘッドを備えた回転プラテン（sp
inning platen ）上に半導体ウエハを取付け、研磨効率
を向上させるために、研磨粒子及びオキシダントを含有
する研磨スラリーをウエハ表面に適用する。
【０００３】米国特許第５２２５０３４号には、ＡｇＮ
Ｏ3、固体研磨粒子、並びにＨ2Ｏ2、ＨＯＣｌ、ＫＯＣ
ｌ、ＫＭｇＯ4、及びＣＨ3ＣＯＯＯＨから選択されるオ
キシダントを含有する化学機械的研磨スラリーが記載さ
れている。このスラリーは、ウエハ上に銅配線を形成す
るように、半導体ウエハ上の銅層を研磨するのに使用さ
れる。米国特許第５２０９８１６号には、化学機械的研
磨スラリーを使用してＡｌ又はＴｉ含有金属層を研磨す
る方法が記載されている。この研磨スラリーは、固体研
磨剤に加えて、約０．１〜２０容量％のＨ3ＰＯ4及び約
１〜３０容量％のＨ2Ｏ2を含有する。
【０００４】米国特許第４９５９１１３号は、水性研磨
組成物を使用して金属表面を研磨する方法が記載されて
いる。この水性研磨組成物は、水と、ＣｅＯ2、Ａｌ2Ｏ
3、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、ＳｉＯ2、ＳｉＣ、ＳｎＯ2、又
はＴｉＣ等の研磨剤と、第ＩＩＡ族、第ＩＩＩＡ族、第
ＩＶＡ族、又はＩＶＢ族の金属カチオンとクロライド、
ブロマイド、イオダイド、ナイトレート、スルフェー
ト、ホスフェート、又はパークロレートの各アニオンと
の塩とを含有する。また、この米国特許には、塩酸、硝
酸、リン酸、又は硫酸を使用して研磨組成物のｐＨ値を
１〜６の範囲に調整することも開示されている。米国特
許第５３９１２５８号には、シリコン、シリカ、又はシ
リケート複合体を研磨するための研磨組成物が記載され
ている。この研磨組成物は、研磨粒子に加えて、過酸化
水素及びフタル酸水素カリウムを含有する。
【０００５】米国特許第５１１４４３７号には、平均粒
子径０．２〜５μｍのアルミナ研磨剤と、硝酸クロム
（ＩＩＩ）、硝酸ランタン、硝酸セリウム（ＩＩＩ）ア
ンモニウム、及び硝酸ネオジムから選択される研磨促進
剤（abrasion enhancer）とを含有するアルミニウム基
板を研磨するための研磨組成物が記載されている。米国
特許第５０８４０７１号には、電子部品基板を研磨する
ための化学機械的研磨スラリーが記載されている。この
研磨スラリーは、１重量％以下のアルミナ、研磨粒子
（ＳｉＯ2、ＣｅＯ2、ＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4、Ｆｅ2Ｏ3粒子
等）、研磨促進剤として使用されるアンモニウム鉄ＥＤ
ＴＡ等の遷移金属キレート塩、及び該塩の溶剤を含有す
る。
【０００６】米国特許第５３３６５４２号には、アルミ
ナ研磨粒子と、ＥＤＴＡ等のポリアミノカルボン酸なら
びにそのナトリウム塩及びカリウム塩から選択されるキ
レート剤とを含有する研磨組成物が記載されている。こ
の組成物は、更に、ベーマイト又はアルミニウム塩を含
有しても良い。米国特許第５３４０３７０号には、タン
グステン又は窒化タングステンのフィルムを研磨するた
めの化学機械的研磨スラリーが記載され、この研磨スラ
リーは、フェリシアン化カリウム等の酸化剤、研磨剤、
及び水を含有し、ｐＨは２〜４のものである。
【０００７】米国特許第５５１６３４６号には、チタン
フィルムを化学機械的に研磨するためのスラリーについ
て記載され、このスラリーはｐＨが８未満であり、チタ
ンフィルムを複合体化するのに充分な濃度のフッ化カリ
ウムと、シリカ等の研磨剤とを含有する。ＷＯ９６／１
６４３６には、平均粒径が０．４００ミクロン未満の研
磨粒子と、オキシダントの第二鉄塩と、プロピレングリ
コール及びメチルパラベンを混合した水性界面活性剤懸
濁液とを含有する化学機械的研磨スラリーが記載されて
いる。しかしながら、半導体プロセシングにおいては、
より安価でより高い研磨力を有する研磨組成物が求めら
れている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、半導
体プロセシングにおいて用いられ、より高い研磨性能を
有する研磨組成物を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、研磨促進
剤として亜リン酸又はその塩を用いれば、より高い研磨
性能の研磨組成物が得られ、半導体プロセシングにおけ
る半導体ウエハ表面の研磨に有用であることを見出し、
本発明を完成した。
【００１０】すなわち、本発明は、半導体プロセシング
に使用する化学機械的研磨組成物であって、研磨促進剤
として亜リン酸及び／又はその塩を含有することを特徴
とする研磨組成物を提供するものである。また、本発明
は、半導体ウエハの表面に化学機械的研磨スラリーを適
用して半導体ウエハの表面を研磨する方法において、ス
ラリーが水性媒体を７０〜９９．５重量％、研磨剤を
０．１〜２５重量％、並びに亜リン酸及び／又はその塩
を含む研磨促進剤を０．０１〜２重量％含有することを
特徴とする方法を提供するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の研磨組成物は、半導体プ
ロセシングのための化学機械的研磨組成物であり、研磨
促進剤として亜リン酸及び／又はその塩を含有する。本
発明の化学機械的研磨組成物はスラリーであってもよ
く、該スラリーは、７０〜９９．５重量％の水性媒体、
０．１〜２５重量％、好ましくは０．５〜１５重量％、
より好ましくは０．５〜８重量％の研磨剤、及び０．０
１〜２重量％、好ましくは０．０３〜１重量％、より好
ましくは０．０３〜０．５重量％の研磨促進剤を含有す
る。
【００１２】本発明の化学機械的研磨組成物は、更に、
アミノ酸、アミノ酸塩、カルボン酸、カルボン酸塩、並
びにこれら酸及び／又は塩の混合物から選択される研磨
共促進剤を含有していてもよい。亜リン酸を研磨スラリ
ーに加えることにより、研磨スラリーの研磨速度を向上
させることができる。また、該研磨スラリーに更にアミ
ノ酸またはカルボン酸を配合すると、研磨スラリーの研
磨速度は更に向上する。しかし、アミノ酸またはカルボ
ン酸のみを研磨スラリーに加えても、研磨スラリーの研
磨速度を向上させることはできない。更には、後述する
例からも明らかなように、亜リン酸の方がリン酸と比べ
て、より高い研磨能力を有することが分かった。
【００１３】本発明の研磨組成物に用いられる研磨剤
は、市販されている粒子状の研磨剤であればいずれでも
よく、例えばＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＺｒＯ2、ＣｅＯ2、
ＳｉＣ、Ｆｅ2Ｏ3、ＴｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、又はこれらの
混合物等が挙げられる。これらの研磨剤粒子は、通常、
高純度で表面積が大きく、また、粒度分布の範囲が狭い
ため、研磨剤として研磨組成物において使用するのに適
している。
【００１４】本発明で研磨共促進剤として用いられるア
ミノ酸またはカルボン酸としては、市販されているアミ
ノ酸またはカルボン酸であればいずれでもよく、例えば
グリシン、クレアチン、アラニン、ギ酸、酢酸、プロピ
オン酸、酪酸、吉草酸、ヘキサン酸、マロン酸、グルタ
ル酸、アジピン酸、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、シュ
ウ酸等が挙げられる。これらの研磨共促進剤は、組成物
中に０．０１〜２重量％、特に０．０３〜０．１重量％
配合するのが好ましい。
【００１５】本発明の化学機械的研磨組成物は、媒体と
して水を使用することができる。研磨組成物は、水、好
ましくは通常の脱イオン水を用いて、研磨組成物のスラ
リーを製造できる。
【００１６】本発明の化学機械的研磨組成物には、更
に、化学機械的研磨組成物に通常用いられる他の成分
を、本発明の効果を損なわない範囲で適宜配合してもよ
い。従って、本発明の化学機械的研磨組成物は、本技術
分野において使用されるオキシダント、例えばＨ2Ｏ2、
Ｆｅ（ＮＯ3)3、ＫＩＯ3、ＣＨ3ＣＯＯＯＨ、ＫＭｎＯ4
等を含有していてもよい。これらのオキシダントは、組
成物中に０．１〜５重量％、特に１〜３重量％配合する
のが好ましい。また、例えば銅生成プロセスにおいて、
銅が急激に腐食してしまうのを防ぐのに用いられるベン
ゾトリアゾール及び／又はその誘導体、例えばベンゾト
リアゾール、１，３，５−トリアジン−２，４，６−ト
リオール、１，２，３−トリアゾール、３−アミノ−
１，２，４−トリアゾール、３−ニトロ−１，２，４−
トリアゾール、Purpald、ベンゾトリアゾール−５−カ
ルボン酸、３−アミノ−１，２，４−トリアゾール−５
−カルボン酸、１−ヒドロキシベンゾトリアゾール、ニ
トロベンゾトリアゾール等を含有していてもよい。これ
らのベンゾトリアゾール及び／又はその誘導体は、組成
物中に０．０１〜０．５重量％、特に０．０３〜０．２
重量％配合するのが好ましい。
【００１７】本発明の化学機械的研磨組成物は、従来使
用されてきた任意の方法によって調製できる。例えば、
研磨スラリーは以下のように製造される。すなわち、先
ず研磨粒子を水に加える。得られた混合液を、該研磨粒
子が完全に水に懸濁するまで高せん断力を加え連続的に
撹拌する。続いて、スラリー内の研磨粒子が所望の固形
分含有率になるよう、スラリー中に更に水を加える。例
えば、研磨スラリーが７０〜９９．５重量％の脱イオン
水を含有する場合、スラリーの固形分含有率は０．５〜
２５重量％、特に０．５〜１５重量％、更に０．５〜８
重量％であるのが好ましい。次いで、必要に応じて得ら
れたスラリーに上述の添加剤を加え、塩基を用いてスラ
リーのpH値を所望の範囲内に調整する。例えば、研磨す
る金属フィルムがＣｕまたはＴａＮフィルムの場合、ス
ラリーのpH値は、２．５〜７の範囲に調整するのが好ま
しい。
【００１８】
【発明の効果】本発明の研磨組成物は、研磨性能に優
れ、半導体プロセシングにおける半導体ウエハ表面の研
磨に有用である。
【００１９】
【実施例】次に実施例を挙げて本発明を更に説明する
が、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００２０】例１ 研磨剤としてシリカヒュームを用いて研磨スラリーを製
造した。得られた研磨スラリーの組成は下記の通りであ
る。 シリカヒューム：８．０重量％ 亜リン酸：０．２重量％ ベンゾトリアゾール：０．１重量％ ｐＨ調整用の塩基及び脱イオン水：残部
【００２１】例２ 例１と同様にして、下記組成の研磨スラリーを製造し
た。 シリカヒューム：８．０重量％ グリシン：０．２重量％ ベンゾトリアゾール：０．１重量％ ｐＨ調整用の塩基及び脱イオン水：残部
【００２２】例３ 例１と同様にして、下記組成の研磨スラリーを製造し
た。 シリカヒューム：８．０重量％ アジピン酸：０．２重量％ ベンゾトリアゾール：０．１重量％ ｐＨ調整用の塩基及び脱イオン水：残部
【００２３】例４ 例１と同様にして、下記組成の研磨スラリーを製造し
た。 シリカヒューム：８．０重量％ 亜リン酸：０．２重量％ グリシン：０．２重量％ ベンゾトリアゾール：０．１重量％ ｐＨ調整用の塩基及び脱イオン水：残部
【００２４】例５ 例１と同様にして、下記組成の研磨スラリーを製造し
た。 シリカヒューム：８．０重量％ 亜リン酸：０．２重量％ アジピン酸：０．２重量％ ベンゾトリアゾール：０．１重量％ ｐＨ調整用の塩基及び脱イオン水：残部
【００２５】例６ 例１と同様にして、下記組成の研磨スラリーを製造し
た。 シリカヒューム：８．０重量％ 亜リン酸：０．２重量％ ギ酸：０．２重量％ ベンゾトリアゾール：０．１重量％ ｐＨ調整用の塩基及び脱イオン水：残部
【００２６】例７ 研磨剤としてコロイダルシリカを用いて研磨スラリーを
製造した。得られた研磨スラリーの組成は下記の通りで
ある。 コロイダルシリカ：１２．０重量％ 亜リン酸：０．２重量％ アジピン酸：０．２重量％ ベンゾトリアゾール：０．１重量％ ｐＨ調整用の塩基及び脱イオン水：残部
【００２７】例８ 研磨剤としてアルミナヒュームを用いて研磨スラリーを
製造した。得られた研磨スラリーの組成は下記の通りで
ある。 アルミナヒューム：８．０重量％ 亜リン酸：０．２重量％ ベンゾトリアゾール：０．１重量％ ｐＨ調整用の塩基及び脱イオン水：残部
【００２８】例９ 例８と同様にして、下記組成の研磨スラリーを製造し
た。 アルミナヒューム：８．０重量％ グリシン：０．２重量％ ベンゾトリアゾール：０．１重量％ ｐＨ調整用の塩基及び脱イオン水：残部
【００２９】例１０ 例１と同様にして、下記組成の研磨スラリーを製造し
た。 シリカヒューム：８．０重量％ リン酸：０．２重量％ グリシン：０．２重量％ ベンゾトリアゾール：０．１重量％ ｐＨ調整用の塩基及び脱イオン水：残部
【００３０】例１１ 例１と同様にして下記組成の研磨スラリーを製造した。 シリカヒューム：８．０重量％ リン酸：０．２重量％ アジピン酸：０．２重量％ ベンゾトリアゾール：０．１重量％ ｐＨ調整用の塩基及び脱イオン水：残部
【００３１】試験例 例１〜１１で得られた研磨スラリーについて、以下の方
法により研磨性能を評価した。結果を表１に示す。
【００３２】 Ｃ．ウエハ： ＣｕフィルムおよびＴａＮフィルム：シ
リコンバレーのマイクロエレクトロニクス社から入手可
能な市販品。厚さ０．８５±５％マイクロメーターのＣ
ｕフィルムおよびＴａＮフィルムをＰＶＤ法により６イ
ンチのシリコンウエハ上に蒸着させることにより得られ
る。 Ｄ．スラリー：各実施例で得られたスラリーを３０％Ｈ
2Ｏ2と容積比９：１で混合し、均一に撹拌して調製し
た。
【００３３】（研磨試験の手順）研磨対象ウエハの厚さ
を、研磨試験の前後に厚さ測定手段により測定する。金
属フィルムの面積抵抗率は４点プローブにより測定す
る。膜厚は下記の式により求められる。
【００３４】（数１） Ｔ×Ｒ＝抵抗係数
【００３５】ここで、Ｔはフィルム厚（Å）、Ｒは面積
抵抗率（Ω／ｃｍ2）を示す。抵抗係数は各種金属フィ
ルムによって一定となる。本発明ではＫＬＡテンコール
（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ）社のモデルＲＳ７５を用いて
金属フィルムの厚さを測定した。研磨速度は以下のよう
にして測定される。まずモデルＲＳ７５を用いて金属フ
ィルムの厚さＴ1を測定する。実施例で得られたスラリ
ーを用い、金属フィルムを上記の条件で１分間研磨す
る。研磨後、ソリッドステート・イクイップメント社の
エバーグリーンモデル１０Ｘを用いてウエハを洗浄す
る。ウエハをスプレー乾燥した後、モデルＲＳ７５を用
いて金属フィルムの厚さＴ2を測定する。各例のスラリ
ーによる金属フィルムの研磨速度はＴ1−Ｔ2で表され
る。
【００３６】
【表１】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０９Ｋ 13/04 １０１ Ｃ０９Ｋ 13/04 １０１ 13/06 13/06 １０１ １０１ Ｈ０１Ｌ 21/306 Ｈ０１Ｌ 21/306 Ｍ (72)発明者 カン−フア リー 台湾，カオシュン，カン サン タウン, タ ペン６ス ヴィレッジ，エヌオー. 148 (72)発明者 ツイ−ピン ヤー 台湾，カオシュン，クサン ディストリク ト，ネイウェイ ロード，レーン459，エ ヌオー．11

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体プロセシングに使用する化学機械
    的研磨組成物であって、研磨促進剤として亜リン酸及び
    ／又はその塩を含有することを特徴とする研磨組成物。
  2. 【請求項２】 水性媒体を７０〜９９．５重量％、研磨
    剤を０．１〜２５重量％、及び研磨促進剤を０．０１〜
    ２重量％含有するスラリーである請求項１記載の研磨組
    成物。
  3. 【請求項３】 研磨剤が、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｚｒ
    Ｏ2、ＣｅＯ2、ＳｉＣ、Ｆｅ2Ｏ3、ＴｉＯ2、Ｓｉ
    3Ｎ4、又はこれらの混合物である請求項２記載の研磨組
    成物。
  4. 【請求項４】 更に、アミノ酸、アミノ酸塩、カルボン
    酸、カルボン酸塩、並びにこれらの酸及び／又は塩の混
    合物から選択される研磨共促進剤を含有する請求項１〜
    ３のいずれか１項記載の研磨組成物。
  5. 【請求項５】 アミノ酸が、グリシン、クレアチン、又
    はアラニンである請求項４記載の研磨組成物。
  6. 【請求項６】 カルボン酸が、ギ酸、酢酸、プロピオン
    酸、酪酸、吉草酸、ヘキサン酸、マロン酸、グルタル
    酸、アジピン酸、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、又はシ
    ュウ酸である請求項４記載の研磨組成物。
  7. 【請求項７】 更に、トリアゾール化合物及び／又はそ
    の誘導体を含有する請求項２〜６のいずれか１項記載の
    研磨組成物。
  8. 【請求項８】 更に、オキシダントを含有する請求項２
    〜７のいずれか１項記載の研磨組成物。
  9. 【請求項９】 半導体ウエハの表面に化学機械的研磨剤
    スラリーを適用して半導体ウエハの表面を研磨する方法
    において、スラリーが水性媒体を７０〜９９．５重量
    ％、研磨剤を０．１〜２５重量％、並びに亜リン酸及び
    ／又はその塩を含む研磨促進剤を０．０１〜２重量％含
    有することを特徴とする方法。
  10. 【請求項１０】 研磨剤が、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｚｒ
    Ｏ2、ＣｅＯ2、ＳｉＣ、Ｆｅ2Ｏ3、ＴｉＯ2、Ｓｉ
    3Ｎ4、又はこれらの混合物である請求項９記載の方法。
  11. 【請求項１１】 研磨剤スラリーが、更にアミノ酸、ア
    ミノ酸塩、カルボン酸、カルボン酸塩、並びにこれらの
    酸及び／又は塩の混合物から選択される研磨共促進剤を
    含有する請求項９又は１０記載の方法。
  12. 【請求項１２】 アミノ酸が、グリシン、クレアチン、
    又はアラニンである請求項１１記載の方法。
  13. 【請求項１３】 カルボン酸が、ギ酸、酢酸、プロピオ
    ン酸、酪酸、吉草酸、ヘキサン酸、マロン酸、グルタル
    酸、アジピン酸、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、又はシ
    ュウ酸である請求項１１記載の方法。
  14. 【請求項１４】 研磨剤スラリーが、更にトリアゾール
    化合物及び／又はその誘導体を含有する請求項９〜１３
    のいずれか１項記載の方法。
  15. 【請求項１５】 研磨剤スラリーが、更にオキシダント
    を含有する請求項９〜１３のいずれか１項記載の方法。
JP2000110937A 1999-06-16 2000-04-12 研磨組成物 Expired - Lifetime JP4850994B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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