JP2001139935A - 研磨用組成物 - Google Patents
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- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
- H01L21/321—After treatment
- H01L21/32115—Planarisation
- H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]
Abstract
(57)【要約】
【課題】 優秀な研磨性能を有し、半導体デバイスウェ
ーハ表面の平坦化加工に適した、Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2複
合体微粉末を主成分とした研磨用組成物を提供すること
である。 【解決手段】 Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2複合体を必須成分と
する金属酸化物微粉末、脱イオン水及び添加剤から組成
される。
ーハ表面の平坦化加工に適した、Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2複
合体微粉末を主成分とした研磨用組成物を提供すること
である。 【解決手段】 Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2複合体を必須成分と
する金属酸化物微粉末、脱イオン水及び添加剤から組成
される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は研磨用組成物、より
詳しくはＡｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2複合体を必須成分とする金
属酸化物微粉末、脱イオン水及び添加剤から組成された
半導体デバイスの化学的機械的研磨組成物に関するもの
である。
詳しくはＡｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2複合体を必須成分とする金
属酸化物微粉末、脱イオン水及び添加剤から組成された
半導体デバイスの化学的機械的研磨組成物に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】近年、集積回路（ＩＣ）の集積度が増大
するにしたがって、ウェーハのグローバル（Global）平
坦化の重要性が段々大きくなっており、このような新た
な平坦化技術として注目を浴び始めたものが化学的機械
的研磨（Chemical MechanicalPolishing；ＣＭＰ）であ
る。高集積半導体素子は、導体材料と絶縁体材料を繰り
返し蒸着させパターンを形成させることにより、製作さ
れる。パターンを形成させるとき、表面が平坦化されて
いなければ、新たなパターン層を形成させるに多くの困
難を受けることになる。集積度が増加するにしたがっ
て、フィーチャーサイズ（Feature Size）の極小化及び
多層接続（Multilevel Interconnection）が必要であ
り、このための最小条件の一つがグローバル平坦化であ
る。
するにしたがって、ウェーハのグローバル（Global）平
坦化の重要性が段々大きくなっており、このような新た
な平坦化技術として注目を浴び始めたものが化学的機械
的研磨（Chemical MechanicalPolishing；ＣＭＰ）であ
る。高集積半導体素子は、導体材料と絶縁体材料を繰り
返し蒸着させパターンを形成させることにより、製作さ
れる。パターンを形成させるとき、表面が平坦化されて
いなければ、新たなパターン層を形成させるに多くの困
難を受けることになる。集積度が増加するにしたがっ
て、フィーチャーサイズ（Feature Size）の極小化及び
多層接続（Multilevel Interconnection）が必要であ
り、このための最小条件の一つがグローバル平坦化であ
る。
【０００３】マイクロプロセッサ又はＲＡＭなどの構造
が段々多層構造、例えば６４ＤＲＡＭの３世代バージョ
ンの場合、メタル層が３層構造になっているが、膜層の
間が均一でない状態で、続いて積もっていく場合、構造
上の複雑性のため、工程進行上の問題が発生する余地が
ある。すなわち、フォト工程時、平坦でない屈折した膜
質により入射光線が乱反射されると、これにより、現像
時、フォトレジストパターンが正確にならない問題が発
生し得る。したがって、これら膜質間の構造をより単純
に構成する必要が生じ、このため、膜質の不要な成長部
を除去して、より多くの膜質が効率的に積もるようにす
るものである。現在まで知られた平坦化工程のなかで最
も能率的なものはＣＭＰである。また、これまで開発さ
れた新たな平坦化工程（SOG Etch Back/ECR Depo & Etc
hなど）は、その工程が複雑であるため、２〜５ステッ
プを進行するに対し、ＣＭＰ工程はただ一度の研磨及び
洗浄により工程が終了できる。半導体ＣＭＰ工程に使用
される研磨用組成物は、通常金属酸化物を共通に含んで
おり、被研磨材質によって、単結晶シリコン研磨用、絶
縁層研磨用、金属配線及びプラグ研磨用のように、３種
に大別できる。
が段々多層構造、例えば６４ＤＲＡＭの３世代バージョ
ンの場合、メタル層が３層構造になっているが、膜層の
間が均一でない状態で、続いて積もっていく場合、構造
上の複雑性のため、工程進行上の問題が発生する余地が
ある。すなわち、フォト工程時、平坦でない屈折した膜
質により入射光線が乱反射されると、これにより、現像
時、フォトレジストパターンが正確にならない問題が発
生し得る。したがって、これら膜質間の構造をより単純
に構成する必要が生じ、このため、膜質の不要な成長部
を除去して、より多くの膜質が効率的に積もるようにす
るものである。現在まで知られた平坦化工程のなかで最
も能率的なものはＣＭＰである。また、これまで開発さ
れた新たな平坦化工程（SOG Etch Back/ECR Depo & Etc
hなど）は、その工程が複雑であるため、２〜５ステッ
プを進行するに対し、ＣＭＰ工程はただ一度の研磨及び
洗浄により工程が終了できる。半導体ＣＭＰ工程に使用
される研磨用組成物は、通常金属酸化物を共通に含んで
おり、被研磨材質によって、単結晶シリコン研磨用、絶
縁層研磨用、金属配線及びプラグ研磨用のように、３種
に大別できる。
【０００４】半導体ＣＭＰ工程に使用される金属酸化物
としては、発煙法又はゾルゲル（Sol-Gel）法で製造さ
れたシリカ（ＳｉＯ2）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、セリ
ア（ＣｅＯ2）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、チタニア（Ｔ
ｉＯ2）などが最も広く使用されており（ＵＳＰ ４，９
５９，１１３、ＵＳＰ ５，３５４，４９０、ＵＳＰ
５，５１６，３４６、ＷＯ ９７・４０，０３０）、最
近にはマンガニア（Ｍｎ2Ｏ 3、ＥＰ ８１６，４５
７）、シリコンニトリド（ＳｉＮ、ＥＰ ７８６，５０
４）などを使用した組成物も報告されている。これら方
法は金属酸化物をそれぞれ独立的に使用した方法に関す
るもので、選択された金属酸化物の種類によってスラリ
ーの物性及び研磨性能においてそれぞれ異なる特性を表
すことになる。例えば、シリカを使用したスラリーの場
合、酸性の条件に適用するとき、比較的不安定な分散状
態を有しながらも、研磨性能においては、粒子自体がソ
フトであるので、μ- スクラッチを誘発させない利点を
有するが、メタルスラリーで適用するときは、バリア材
（Barrier material）に対する研磨速度が遅いという欠
点を有する。これに対し、アルミナを金属酸化物として
使用した場合には、酸性条件下のシリカに比べ、安定し
た分散状態を表し、メタルスラリーで適用するときは、
バリア材に対する研磨速度が優秀である利点がある反
面、研磨後にμ−スクラッチなどの欠陥を多く誘発させ
る欠点がある。
としては、発煙法又はゾルゲル（Sol-Gel）法で製造さ
れたシリカ（ＳｉＯ2）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、セリ
ア（ＣｅＯ2）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、チタニア（Ｔ
ｉＯ2）などが最も広く使用されており（ＵＳＰ ４，９
５９，１１３、ＵＳＰ ５，３５４，４９０、ＵＳＰ
５，５１６，３４６、ＷＯ ９７・４０，０３０）、最
近にはマンガニア（Ｍｎ2Ｏ 3、ＥＰ ８１６，４５
７）、シリコンニトリド（ＳｉＮ、ＥＰ ７８６，５０
４）などを使用した組成物も報告されている。これら方
法は金属酸化物をそれぞれ独立的に使用した方法に関す
るもので、選択された金属酸化物の種類によってスラリ
ーの物性及び研磨性能においてそれぞれ異なる特性を表
すことになる。例えば、シリカを使用したスラリーの場
合、酸性の条件に適用するとき、比較的不安定な分散状
態を有しながらも、研磨性能においては、粒子自体がソ
フトであるので、μ- スクラッチを誘発させない利点を
有するが、メタルスラリーで適用するときは、バリア材
（Barrier material）に対する研磨速度が遅いという欠
点を有する。これに対し、アルミナを金属酸化物として
使用した場合には、酸性条件下のシリカに比べ、安定し
た分散状態を表し、メタルスラリーで適用するときは、
バリア材に対する研磨速度が優秀である利点がある反
面、研磨後にμ−スクラッチなどの欠陥を多く誘発させ
る欠点がある。
【０００５】最近に発表されているセリア、ジルコニ
ア、チタニア、マンガニア、シリコンニトリドなどの金
属酸化物を使用したスラリーは物性及び研磨性能の面で
どのくらい改善された結果を表すが、これら金属酸化物
の商業的製造工程がまだは安定化されていなく、価格に
おいてもシリカ及びアルミナに比べて高価である点が欠
点として指摘されている。
ア、チタニア、マンガニア、シリコンニトリドなどの金
属酸化物を使用したスラリーは物性及び研磨性能の面で
どのくらい改善された結果を表すが、これら金属酸化物
の商業的製造工程がまだは安定化されていなく、価格に
おいてもシリカ及びアルミナに比べて高価である点が欠
点として指摘されている。
【０００６】また、前記金属酸化物を２種以上混合して
使用することで、研磨性能を改善する方法も知られてい
る。例えば、シリカを主研磨剤としＡｌ2Ｏ3を少量添加
することにより、研磨再現性を高める方法（ＵＳＰ
５，０８４，０７１）と、アルミナ（α型）を主研磨剤
としアルミナより相対的にソフトな金属酸化物を適量添
加する方法（ＷＯ ９７／１３８８９）などがある。こ
れら混合方法により製造されたスラリーは単一金属酸化
物を使用する場合より研磨速度及び研磨選択性などで改
良された結果を表すが、改善の余地が残っているといえ
る。例えば、アルミナ（α型）を主研磨剤としたスラリ
ーに少量のシリカを添加する場合は、これら粒子が単に
混合された形態で存在するため、スラリーの分散安定性
が低下して、貯蔵中に粒子間の凝固（Coagulation）な
どによる沈殿（Sedimentation）減少などが起こる。
使用することで、研磨性能を改善する方法も知られてい
る。例えば、シリカを主研磨剤としＡｌ2Ｏ3を少量添加
することにより、研磨再現性を高める方法（ＵＳＰ
５，０８４，０７１）と、アルミナ（α型）を主研磨剤
としアルミナより相対的にソフトな金属酸化物を適量添
加する方法（ＷＯ ９７／１３８８９）などがある。こ
れら混合方法により製造されたスラリーは単一金属酸化
物を使用する場合より研磨速度及び研磨選択性などで改
良された結果を表すが、改善の余地が残っているといえ
る。例えば、アルミナ（α型）を主研磨剤としたスラリ
ーに少量のシリカを添加する場合は、これら粒子が単に
混合された形態で存在するため、スラリーの分散安定性
が低下して、貯蔵中に粒子間の凝固（Coagulation）な
どによる沈殿（Sedimentation）減少などが起こる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らは前記のよ
うな従来の問題点を改良し、優秀な研磨組成物を得るた
めに研究開発を繰り返した結果、本発明を成案すること
になった。すなわち、本発明者らは新規のＡｌ2Ｏ3／Ｓ
ｉＯ2複合体微粉末を主成分とした研磨用組成物が優秀
な研磨性能を有するという事実を見つけて本発明を完成
することになった。
うな従来の問題点を改良し、優秀な研磨組成物を得るた
めに研究開発を繰り返した結果、本発明を成案すること
になった。すなわち、本発明者らは新規のＡｌ2Ｏ3／Ｓ
ｉＯ2複合体微粉末を主成分とした研磨用組成物が優秀
な研磨性能を有するという事実を見つけて本発明を完成
することになった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の旨は、脱イオン
水にＡｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2微粉末が含有されたことを特徴
とする研磨組成物に関するもので、このような組成物を
半導体ウェーハの研磨に適用すると、研磨速度に優れ、
被研磨膜質の種類による研磨選択性に優れ、研磨後に研
磨表面にμ−スクラッチなどの欠陥を生じないなどの特
性があるので、高集積デバイスの製造に適用することが
できる。
水にＡｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2微粉末が含有されたことを特徴
とする研磨組成物に関するもので、このような組成物を
半導体ウェーハの研磨に適用すると、研磨速度に優れ、
被研磨膜質の種類による研磨選択性に優れ、研磨後に研
磨表面にμ−スクラッチなどの欠陥を生じないなどの特
性があるので、高集積デバイスの製造に適用することが
できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明は半導体、フォトマスク、
ガラスディスク及び合成樹脂など、各種工業製品の研磨
に使用される研磨組成物に関するもので、特に半導体産
業において、デバイスウェーハの表面平坦化加工に適し
た研磨組成物に関するものである。より詳しくは、半導
体デバイスの製造時、ＣＭＰ技術が適用されている単結
晶シリコン、層間絶縁膜、金属配線及びプラグ、バリア
材などの研磨用スラリーの組成物に関するもので、既存
の研磨組成物に比べ、研磨速度に優れ、それぞれの被研
磨膜質に対する研磨選択性に優れ、かつ、研磨後にウェ
ーハの表面にμ−スクラッチを生じないので、高集積デ
バイス形成技術に適用できる研磨用組成物を提供するも
のである。すなわち、Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2複合体を必須
成分とする金属酸化物微粉末、脱イオン水及び添加剤か
ら組成された研磨用組成物、特に半導体デバイスの化学
的機械的研磨用組成物を提供することである。
ガラスディスク及び合成樹脂など、各種工業製品の研磨
に使用される研磨組成物に関するもので、特に半導体産
業において、デバイスウェーハの表面平坦化加工に適し
た研磨組成物に関するものである。より詳しくは、半導
体デバイスの製造時、ＣＭＰ技術が適用されている単結
晶シリコン、層間絶縁膜、金属配線及びプラグ、バリア
材などの研磨用スラリーの組成物に関するもので、既存
の研磨組成物に比べ、研磨速度に優れ、それぞれの被研
磨膜質に対する研磨選択性に優れ、かつ、研磨後にウェ
ーハの表面にμ−スクラッチを生じないので、高集積デ
バイス形成技術に適用できる研磨用組成物を提供するも
のである。すなわち、Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2複合体を必須
成分とする金属酸化物微粉末、脱イオン水及び添加剤か
ら組成された研磨用組成物、特に半導体デバイスの化学
的機械的研磨用組成物を提供することである。
【００１０】本発明に特徴的に使用される金属酸化物は
Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2の複合体で、下記のようにＡｌＣｌ3
及びＳｉＣｌ4を原料として使用するＣｏ−Ｆｕｍｅｄ
法により製造されるものである。
Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2の複合体で、下記のようにＡｌＣｌ3
及びＳｉＣｌ4を原料として使用するＣｏ−Ｆｕｍｅｄ
法により製造されるものである。
【００１１】 このように製造されたＡｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2はＡｌ2Ｏ3と
ＳｉＯ2の単純混合形態でない複合体で、各成分が単純
混合された場合とは全く異なる独特な物性を表す。下記
の表にＤｅｇｕｓｓａ（ドイツ）で試製品で製造した
“ＶＰ ＭＯＸ ９０”を基準にしてＡｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2
複合体の物性を整理した。◇Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2複合体
の物性（Degussa（ドイツ）の試製品VP MOX 90基準）
ＳｉＯ2の単純混合形態でない複合体で、各成分が単純
混合された場合とは全く異なる独特な物性を表す。下記
の表にＤｅｇｕｓｓａ（ドイツ）で試製品で製造した
“ＶＰ ＭＯＸ ９０”を基準にしてＡｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2
複合体の物性を整理した。◇Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2複合体
の物性（Degussa（ドイツ）の試製品VP MOX 90基準）
【００１２】 主成分であるＡｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2の含量は投入する原料
の量及び反応条件を変化させることで調節することがで
き、一般的なＣｏ−Ｆｕｍｅｄ法によってはＡｌ2Ｏ3の
含量が６７±１５wt%、ＳｉＯ2含量が３３±１５wt%の
範囲のものが合成され、この範囲のものが本発明に好ま
しいものである。
の量及び反応条件を変化させることで調節することがで
き、一般的なＣｏ−Ｆｕｍｅｄ法によってはＡｌ2Ｏ3の
含量が６７±１５wt%、ＳｉＯ2含量が３３±１５wt%の
範囲のものが合成され、この範囲のものが本発明に好ま
しいものである。
【００１３】本発明において、Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2複合
体を研磨用組成物として使用するための分散液を用意す
る方法は、ダイノミル又はボールミルで高速攪拌する方
法及び高剪断（High Shear）ミキサーを使用する方法な
ど、既存の分散方法のいずれかでも使用できるが、本発
明者により新たに開発されて特許出願されたマイクロフ
リューダイザ（Microfluidizer）の原理を用いる方法
（韓国特許出願ＫＲ−９８−３９２１２）を使用する場
合より効果的に遂行できる。
体を研磨用組成物として使用するための分散液を用意す
る方法は、ダイノミル又はボールミルで高速攪拌する方
法及び高剪断（High Shear）ミキサーを使用する方法な
ど、既存の分散方法のいずれかでも使用できるが、本発
明者により新たに開発されて特許出願されたマイクロフ
リューダイザ（Microfluidizer）の原理を用いる方法
（韓国特許出願ＫＲ−９８−３９２１２）を使用する場
合より効果的に遂行できる。
【００１４】本発明において、研磨用分散液として使用
するためのＡｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2の１次粒子サイズは１０
〜１００nm、好ましくは２０〜６０nmである（ＢＥＴ測
定の結果）。１次粒子が１０nm以下と小さすぎると、研
磨速度（Removal Rate）が低下するため、生産性の側面
で好ましくなく、逆に１００nm以上と大きすぎると、研
磨速度が増加するため、生産性の側面では有利である
が、分散に困難があり、大型粒子が多量存在してμ−ス
クラッチを多量誘発するため、好ましくない。これら分
散液は、分散状態での２次平均粒子が１０〜５００nmで
あるものが好ましく、５００nm以上の粒子を多量含有す
ると分散安定性が低下して、１週日以上室温で放置する
と沈降が起こるため、ＣＭＰ工程の使用前に攪拌工程が
更に必要とされるので、好ましくない。一方、本発明に
おいて、研磨用分散液として使用するためのＡｌ2Ｏ3／
ＳｉＯ2複合体の粒子大きさは比表面積（Specific Surf
aceArea：ＢＥＴ測定）で表記でき、好ましくは２０〜
２００ｍ2／ｍの範囲である。本発明において、主研磨
剤であるＡｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2複合体の固形物濃度は、通
常組成物全量に対して１〜５０重量％、好ましくは１〜
２５重量％である。固形物濃度が１重量％未満である場
合は、本発明の効果が期待できない。このような範囲内
で、被研磨膜質の性質によって好ましい範囲がもっと限
定されるが、通常、Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2複合体を研磨剤
とした組成物を半導体デバイス製造時のＣＭＰ工程のス
ラリーとして適用する場合の適正濃度は、被研磨剤が単
結晶シリコンである場合１〜５重量％、層間絶縁膜は５
〜１５重量％、金属配線／プラグ／バリア材などの金属
膜は３〜７重量％であることが更に好ましい。
するためのＡｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2の１次粒子サイズは１０
〜１００nm、好ましくは２０〜６０nmである（ＢＥＴ測
定の結果）。１次粒子が１０nm以下と小さすぎると、研
磨速度（Removal Rate）が低下するため、生産性の側面
で好ましくなく、逆に１００nm以上と大きすぎると、研
磨速度が増加するため、生産性の側面では有利である
が、分散に困難があり、大型粒子が多量存在してμ−ス
クラッチを多量誘発するため、好ましくない。これら分
散液は、分散状態での２次平均粒子が１０〜５００nmで
あるものが好ましく、５００nm以上の粒子を多量含有す
ると分散安定性が低下して、１週日以上室温で放置する
と沈降が起こるため、ＣＭＰ工程の使用前に攪拌工程が
更に必要とされるので、好ましくない。一方、本発明に
おいて、研磨用分散液として使用するためのＡｌ2Ｏ3／
ＳｉＯ2複合体の粒子大きさは比表面積（Specific Surf
aceArea：ＢＥＴ測定）で表記でき、好ましくは２０〜
２００ｍ2／ｍの範囲である。本発明において、主研磨
剤であるＡｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2複合体の固形物濃度は、通
常組成物全量に対して１〜５０重量％、好ましくは１〜
２５重量％である。固形物濃度が１重量％未満である場
合は、本発明の効果が期待できない。このような範囲内
で、被研磨膜質の性質によって好ましい範囲がもっと限
定されるが、通常、Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2複合体を研磨剤
とした組成物を半導体デバイス製造時のＣＭＰ工程のス
ラリーとして適用する場合の適正濃度は、被研磨剤が単
結晶シリコンである場合１〜５重量％、層間絶縁膜は５
〜１５重量％、金属配線／プラグ／バリア材などの金属
膜は３〜７重量％であることが更に好ましい。
【００１５】本発明において、研磨用分散液は、被研磨
膜質の材質によって種々の添加剤を添加して使用する。
例えば、単結晶シリコン及び層間絶縁膜研磨用に使用す
るときはＫＯＨなどの塩基を添加して使用し、Ｗ又はＣ
ｕなどの金属膜質及びＴｉ／ＴｉＮ、Ｔａ／ＴａＮなど
のバリア材研磨用に使用するときは酸化剤又はそのほか
の添加剤を添加して使用する。本発明に使用できる塩基
の種類はＫＯＨ、ＮＨ 4ＯＨ、Ｒ4ＮＯＨなどであり、酸
の種類はＨ3ＰＯ4、ＣＨ3ＣＯＯＨ、ＨＣｌ、ＨＦなど
である。酸化剤はＨ2Ｏ2、ＫＩＯ3、ＨＮＯ3、Ｈ3Ｐ
Ｏ4、Ｋ2Ｆｅ（ＣＮ）6、Ｎａ2Ｃｒ2Ｏ7、ＫＯＣｌ、Ｆ
ｅ（ＮＯ3）2、ＮＨ2ＯＨ、ＤＭＳＯなどであり、その
ほかの添加剤としては、蓚酸、マロン酸、コハク酸など
の２価酸と金属膜質間の研磨選択性を高めるためのポタ
シウムハイドロジェンフタラート（Potassium Hydrogen
Phthalate）、保湿性を付与して集合及び凝集を防止す
る２−ピロリジンワンなどがあり、これら添加剤は単独
又は混合で使用できる。これらの添加順序は特定される
ものではなく、Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2複合体を脱イオン水
に分散前及び分散後のいずれかに添加することができ
る。これら添加剤投与量は、前述したように、Ａｌ2Ｏ3
／ＳｉＯ2複合体１〜５重量％、より好ましくは１〜１
０重量％であり、よって脱イオン水の含量は残余量で４
０〜９８重量％である。
膜質の材質によって種々の添加剤を添加して使用する。
例えば、単結晶シリコン及び層間絶縁膜研磨用に使用す
るときはＫＯＨなどの塩基を添加して使用し、Ｗ又はＣ
ｕなどの金属膜質及びＴｉ／ＴｉＮ、Ｔａ／ＴａＮなど
のバリア材研磨用に使用するときは酸化剤又はそのほか
の添加剤を添加して使用する。本発明に使用できる塩基
の種類はＫＯＨ、ＮＨ 4ＯＨ、Ｒ4ＮＯＨなどであり、酸
の種類はＨ3ＰＯ4、ＣＨ3ＣＯＯＨ、ＨＣｌ、ＨＦなど
である。酸化剤はＨ2Ｏ2、ＫＩＯ3、ＨＮＯ3、Ｈ3Ｐ
Ｏ4、Ｋ2Ｆｅ（ＣＮ）6、Ｎａ2Ｃｒ2Ｏ7、ＫＯＣｌ、Ｆ
ｅ（ＮＯ3）2、ＮＨ2ＯＨ、ＤＭＳＯなどであり、その
ほかの添加剤としては、蓚酸、マロン酸、コハク酸など
の２価酸と金属膜質間の研磨選択性を高めるためのポタ
シウムハイドロジェンフタラート（Potassium Hydrogen
Phthalate）、保湿性を付与して集合及び凝集を防止す
る２−ピロリジンワンなどがあり、これら添加剤は単独
又は混合で使用できる。これらの添加順序は特定される
ものではなく、Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2複合体を脱イオン水
に分散前及び分散後のいずれかに添加することができ
る。これら添加剤投与量は、前述したように、Ａｌ2Ｏ3
／ＳｉＯ2複合体１〜５重量％、より好ましくは１〜１
０重量％であり、よって脱イオン水の含量は残余量で４
０〜９８重量％である。
【００１６】本発明は新規のＡｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2複合体
微粉末を使用した研磨用組成物に関するもので、本発明
により製造された研磨用組成物を半導体ウェーハの研磨
に適用すると、研磨速度が優秀であり、研磨後、研磨表
面にμ−スクラッチ結果を起こさない特性を有し、特
に、層間絶縁膜（ＳｉＯ2）に対する研磨選択性が優秀
であるので、シャロートレンチアイソレイション（Shal
low Trench Isolation）工程に適したなど、高集積デバ
イスの製造時に有用に適用し得る特徴がある。
微粉末を使用した研磨用組成物に関するもので、本発明
により製造された研磨用組成物を半導体ウェーハの研磨
に適用すると、研磨速度が優秀であり、研磨後、研磨表
面にμ−スクラッチ結果を起こさない特性を有し、特
に、層間絶縁膜（ＳｉＯ2）に対する研磨選択性が優秀
であるので、シャロートレンチアイソレイション（Shal
low Trench Isolation）工程に適したなど、高集積デバ
イスの製造時に有用に適用し得る特徴がある。
【００１７】以下、実施例に基づいて本発明を具体的に
説明する。下記の実施例は例示的意味を有し、本発明の
保護範囲を制限するものではない。 ［実施例］ ＜Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2複合体分散液の製造＞Ａｌ2Ｏ3／
ＳｉＯ2複合体パウダー（VP MOX 90、Degussa社製）
１．３kg及び脱イオン水８．６kgの混合物を２０Ｌのポ
リエチレン容器に入れ、１０００rpmで２時間プリミッ
クス（Premix）させた後、高圧分散装置を用いて、圧力
脈動が１８，０００±１，８００psiの範囲に維持され
るようにした後、１回通過させて分散させた。分散され
たサンプルは、５μｍデプスフィルタ（Depth filter）
で濾過させた後、粒度分析器（Zetasizer、Malvern社
製）を用いて粒子分布及び平均大きさを測定した結果、
粒子分布は１０〜４００nmであり、平均大きさは１８０
nmであった。 実施例１ 前記用意したＡｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2複合体分散液５Ｌに２
０％−ＫＯＨ溶液を適宜添加してｐＨを１１．０に調整
したものを研磨剤とし、６インチウェーハ単結晶シリコ
ン（Ｓｉ）を被研磨膜質として、下記のような研磨条件
下で２分間研磨したあと、研磨により除去された厚さの
変化から、研磨速度及びWithin Wafer Non-Uniformity
（ＷＩＷＮＵ）を測定し、ＫＬＡ（TENCOR社製）機器を
用いてμ−スクラッチの発生数を測定した。 ＜研磨条件＞ ○研磨機 Model：６ＥＣ（STRASBAUGH社製） ○研磨条件： −パッドタイプ：IC1000/SubaIV Stacked（Rodel社製） −プラテン速度：９０rpm −クイル（Quill）速度：３０rpm −圧力：８psi −背圧（Back Pressure）：０psi −温度：２５℃ −スラリー流量：１５０ml/min ○研磨結果：
説明する。下記の実施例は例示的意味を有し、本発明の
保護範囲を制限するものではない。 ［実施例］ ＜Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2複合体分散液の製造＞Ａｌ2Ｏ3／
ＳｉＯ2複合体パウダー（VP MOX 90、Degussa社製）
１．３kg及び脱イオン水８．６kgの混合物を２０Ｌのポ
リエチレン容器に入れ、１０００rpmで２時間プリミッ
クス（Premix）させた後、高圧分散装置を用いて、圧力
脈動が１８，０００±１，８００psiの範囲に維持され
るようにした後、１回通過させて分散させた。分散され
たサンプルは、５μｍデプスフィルタ（Depth filter）
で濾過させた後、粒度分析器（Zetasizer、Malvern社
製）を用いて粒子分布及び平均大きさを測定した結果、
粒子分布は１０〜４００nmであり、平均大きさは１８０
nmであった。 実施例１ 前記用意したＡｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2複合体分散液５Ｌに２
０％−ＫＯＨ溶液を適宜添加してｐＨを１１．０に調整
したものを研磨剤とし、６インチウェーハ単結晶シリコ
ン（Ｓｉ）を被研磨膜質として、下記のような研磨条件
下で２分間研磨したあと、研磨により除去された厚さの
変化から、研磨速度及びWithin Wafer Non-Uniformity
（ＷＩＷＮＵ）を測定し、ＫＬＡ（TENCOR社製）機器を
用いてμ−スクラッチの発生数を測定した。 ＜研磨条件＞ ○研磨機 Model：６ＥＣ（STRASBAUGH社製） ○研磨条件： −パッドタイプ：IC1000/SubaIV Stacked（Rodel社製） −プラテン速度：９０rpm −クイル（Quill）速度：３０rpm −圧力：８psi −背圧（Back Pressure）：０psi −温度：２５℃ −スラリー流量：１５０ml/min ○研磨結果：
【００１８】 ＊ＷＩＷＮＵ＝（標準偏差／平均研磨速度）×１００ 実施例２ 実施例１において、被研磨膜質として、単結晶シリコン
の代わりに層間絶縁膜（ＳｉＯ2）及びＳｉＮをそれぞ
れ使用したことを除き、実施例１と同方法で研磨性能を
評価した。 ○研磨結果
の代わりに層間絶縁膜（ＳｉＯ2）及びＳｉＮをそれぞ
れ使用したことを除き、実施例１と同方法で研磨性能を
評価した。 ○研磨結果
【００１９】 実施例３ 前記Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2複合体分散液５Ｌに脱イオン水
５Ｌを更に添加して、固形物濃度を６．５重量％に調整
した後、酸化剤として５０％−Ｈ2Ｏ2を０．４Ｌ添加し
た後、Ｈ2ＳＯ4及びＨＮＯ3を添加して、ｐＨを３に調
整した。Ｗ及びＳｉＯ2が塗布されたそれぞれの６イン
チウェーハを被研磨膜質とし、実施例１の方法で研磨性
能を評価した。 ○研磨結果
５Ｌを更に添加して、固形物濃度を６．５重量％に調整
した後、酸化剤として５０％−Ｈ2Ｏ2を０．４Ｌ添加し
た後、Ｈ2ＳＯ4及びＨＮＯ3を添加して、ｐＨを３に調
整した。Ｗ及びＳｉＯ2が塗布されたそれぞれの６イン
チウェーハを被研磨膜質とし、実施例１の方法で研磨性
能を評価した。 ○研磨結果
【００２０】 実施例４ 前記Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2複合体分散液５Ｌに脱イオン水
５Ｌを更に添加して固形物濃度を６．５重量％に調整し
た後、酸化剤として５０％−Ｈ2Ｏ2を０．４Ｌ添加した
後、Ｈ2ＳＯ4、ＨＮＯ3及びアンモニアを使用してｐＨ
を６．５に調整した。Ｃｕ及びＳｉＯ2が塗布されたそ
れぞれの６インチウェーハを被研磨膜質として実施例１
の方法で研磨性能を評価した。 ○研磨結果
５Ｌを更に添加して固形物濃度を６．５重量％に調整し
た後、酸化剤として５０％−Ｈ2Ｏ2を０．４Ｌ添加した
後、Ｈ2ＳＯ4、ＨＮＯ3及びアンモニアを使用してｐＨ
を６．５に調整した。Ｃｕ及びＳｉＯ2が塗布されたそ
れぞれの６インチウェーハを被研磨膜質として実施例１
の方法で研磨性能を評価した。 ○研磨結果
【００２１】 比較例１〜３ 実施例１において、Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2複合体分散液の
代わりに、下記のように単一金属酸化物を使用し同一方
法で分散液を製造して使用したことを除き、実施例１と
同一方法でスラリーを製造し研磨性能を評価した。○Ａ
ｌ2Ｏ3分散液：粒子分布；１０〜７２０nm、平均；２５
５nm ○ＳｉＯ2分散液：粒子分布；１０〜４００nm、平均；
１７５nm ○ＣｅＯ2分散液：粒子分布；１０〜１１００nm、平
均；４５０nm ○研磨結果
代わりに、下記のように単一金属酸化物を使用し同一方
法で分散液を製造して使用したことを除き、実施例１と
同一方法でスラリーを製造し研磨性能を評価した。○Ａ
ｌ2Ｏ3分散液：粒子分布；１０〜７２０nm、平均；２５
５nm ○ＳｉＯ2分散液：粒子分布；１０〜４００nm、平均；
１７５nm ○ＣｅＯ2分散液：粒子分布；１０〜１１００nm、平
均；４５０nm ○研磨結果
【００２２】 比較例４〜６ 実施例２において、Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2複合体分散液の
代わりに、つぎのようにほかの成分の金属酸化物分散液
を使用したことを除き、実施例２と同一方法でスラリー
を製造して研磨性能を評価した。
代わりに、つぎのようにほかの成分の金属酸化物分散液
を使用したことを除き、実施例２と同一方法でスラリー
を製造して研磨性能を評価した。
【００２３】 比較例７〜９ 実施例３において、Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2複合体分散液の
代わりに、つぎのようにほかの成分の金属酸化物分散液
を使用したことを除き、実施例３と同一方法でスラリー
を製造して研磨性能を評価した。
代わりに、つぎのようにほかの成分の金属酸化物分散液
を使用したことを除き、実施例３と同一方法でスラリー
を製造して研磨性能を評価した。
【００２４】 比較例１０〜１２ 実施例４において、Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2複合体の代わり
に、つぎのようにほかの成分の金属酸化物分散液を使用
したことを除き、実施例４と同一方法でスラリーを製造
して研磨性能を評価した。
に、つぎのようにほかの成分の金属酸化物分散液を使用
したことを除き、実施例４と同一方法でスラリーを製造
して研磨性能を評価した。
【００２５】
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の研磨用組
成物は、研磨速度に優れ、研磨後にウェーハの表面にμ
−スクラッチを生じないので、半導体産業におけるデバ
イスウェーハ表面の平坦化加工に適する。
成物は、研磨速度に優れ、研磨後にウェーハの表面にμ
−スクラッチを生じないので、半導体産業におけるデバ
イスウェーハ表面の平坦化加工に適する。
───────────────────────────────────────────────────── 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 13/06 １０１ 13/06 １０１ Ｈ０１Ｌ 21/304 ６２２ Ｈ０１Ｌ 21/304 ６２２Ｄ (72)発明者 張 斗遠 大韓民國大田市儒城區田▲みん▼洞世宗Ａ ＰＴ103−1503号 Ｆターム(参考） 3C058 AA07 CA01 CB01 DA02 DA12
Claims (11)
- 【請求項１】 Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2複合体を必須成分と
した金属酸化物微粉末、脱イオン水及び添加剤から構成
されたことを特徴とする研磨用組成物。 - 【請求項２】 前記Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2複合体微粉末
は、ＡｌＣｌ3とＳｉＣｌ4を原料とし、Ｃｏ−Ｆｕｍｅ
ｄ法により製造されることを特徴とする請求項１記載の
研磨用組成物。 - 【請求項３】 前記Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2複合体微粉末
は、Ａｌ2Ｏ3の含量が６７±１５wt%、ＳｉＯ2含量が３
３±１５wt%であることを特徴とする請求項１記載の研
磨用組成物。 - 【請求項４】 前記Ａｌ2Ｏ3／Ｓｉｏ2複合体微粉末は、
比表面積が２０〜２００ｍ2／ｇの範囲であることを特
徴とする請求項１記載の研磨用組成物。 - 【請求項５】 前記Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2複合体の粒子サ
イズは、分散状態で１０〜５００nmであることを特徴と
する請求項１記載の研磨用組成物。 - 【請求項６】 前記Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2複合体微粉末の
含量が１〜５０重量％であることを特徴とする請求項１
記載の研磨用組成物。 - 【請求項７】 前記金属酸化物微粉末はＡｌ2Ｏ3／Ｓｉ
Ｏ2複合体単独であるか、又は、これに、シリカ、アル
ミナ、セリア、ジルコニア、チタニアなどから構成され
た群から選択された１種以上を混合したものであること
を特徴とする請求項１記載の研磨用組成物。 - 【請求項８】 前記添加剤は、ＫＯＨ、ＮＨ4ＯＨ、Ｒ4
ＮＯＨ、Ｈ3ＰＯ4、ＣＨ3ＣＯＯＨ、ＨＣｌ、ＨＦ、Ｈ2
Ｏ2、ＫＩＯ3、ＨＮＯ3、Ｈ3ＰＯ4、Ｋ2Ｆｅ（Ｃ
Ｎ）6、Ｎａ2Ｃｒ2Ｏ7、ＫＯＣｌ、Ｆｅ（ＮＯ3）2、Ｎ
Ｈ2ＯＨ、ＤＭＳＯ、蓚酸、マロン酸、コハク酸、ポタ
シウムハイドロジェンフタラート、２−ピロリジンワン
などから選択される１種以上であることを特徴とする請
求項１記載の研磨用組成物。 - 【請求項９】 Ａｌ2Ｏ3／ＳｉＯ2複合体を必須成分と
する金属酸化物微粉末１〜５０重量％、脱イオン水４０
〜９８重量％及び添加剤１〜１０重量％から組成された
ことを特徴とする半導体デバイスの化学的機械的研磨用
組成物。 - 【請求項１０】 前記半導体デバイスが、Ｓｉ、ＳｉＯ
2、ＳｉＮ、Ｗ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｃｕ、ＴａＮなどから
なるウェーハ膜質であることを特徴とする請求項９記載
の研磨用組成物。 - 【請求項１１】 前記半導体デバイスが半導体シャロー
トレンチアイソレイション（Shallow Trench Isolatio
n）の化学的機械的研磨工程を受けることを特徴とする
請求項９記載の研磨用組成物。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019990050159A KR20010046395A (ko) | 1999-11-12 | 1999-11-12 | 연마용 조성물 |
| KR1999-50159 | 1999-11-12 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001139935A true JP2001139935A (ja) | 2001-05-22 |
Family
ID=19619750
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000233384A Pending JP2001139935A (ja) | 1999-11-12 | 2000-08-01 | 研磨用組成物 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6447694B1 (ja) |
| JP (1) | JP2001139935A (ja) |
| KR (1) | KR20010046395A (ja) |
| CN (1) | CN1171963C (ja) |
| TW (1) | TW573000B (ja) |
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