JP2001189290A - 化学機械研磨（ｃｍｐ）スラリー - Google Patents
化学機械研磨（ｃｍｐ）スラリーInfo
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
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- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
- H01L21/321—After treatment
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- H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体ウエハの損傷及び／又は汚染を避ける
ために金属粒子を除いた新規なＣＭＰ用スラリーを提供
する。 【解決手段】 前記課題は連続水性相を有する第１のエ
マルジョンと、第２のエマルジョンとからなるＣＭＰス
ラリーにより解決する。第１のエマルジョンは研磨粒子
を有し、第２のエマルジョンは半導体ウエハから削り出
された金属粒子を捕獲する。従って、金属粒子はＣＭＰ
中にスラリーから除去することができ、その結果、半導
体ウエハの損傷及び／又は汚染を避けることができる。
ために金属粒子を除いた新規なＣＭＰ用スラリーを提供
する。 【解決手段】 前記課題は連続水性相を有する第１のエ
マルジョンと、第２のエマルジョンとからなるＣＭＰス
ラリーにより解決する。第１のエマルジョンは研磨粒子
を有し、第２のエマルジョンは半導体ウエハから削り出
された金属粒子を捕獲する。従って、金属粒子はＣＭＰ
中にスラリーから除去することができ、その結果、半導
体ウエハの損傷及び／又は汚染を避けることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体の加工に関
し、特に、集積回路の製造中に半導体ウエハ表面を平坦
化又は研磨することに関する。
し、特に、集積回路の製造中に半導体ウエハ表面を平坦
化又は研磨することに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイス（別名、集積回路とも呼
ばれる）は、単一の半導体ウエハ上に同じ回路パターン
を形成することにより大量生産される。加工中、ウエハ
は同じダイ又はチップに切断される。一般的に半導体デ
バイスと呼ばれているが、このデバイスは、導体（例え
ば、銅、アルミニウム及びタングステン）、不導体（例
えば、二酸化珪素）及び半導体（例えば、シリコン）な
どの様々な材料から形成される。シリコンは最も一般的
に使用されている半導体であり、単結晶タイプ又は多結
晶タイプの何れの形態でも使用される。多結晶シリコン
はしばしばポリシリコン又は“ポリ”と呼ばれる。シリ
コンの導電率は、一般的に、ドーピングと呼ばれる方法
で、不純物を添加することにより調整される。
ばれる）は、単一の半導体ウエハ上に同じ回路パターン
を形成することにより大量生産される。加工中、ウエハ
は同じダイ又はチップに切断される。一般的に半導体デ
バイスと呼ばれているが、このデバイスは、導体（例え
ば、銅、アルミニウム及びタングステン）、不導体（例
えば、二酸化珪素）及び半導体（例えば、シリコン）な
どの様々な材料から形成される。シリコンは最も一般的
に使用されている半導体であり、単結晶タイプ又は多結
晶タイプの何れの形態でも使用される。多結晶シリコン
はしばしばポリシリコン又は“ポリ”と呼ばれる。シリ
コンの導電率は、一般的に、ドーピングと呼ばれる方法
で、不純物を添加することにより調整される。
【０００３】集積回路内には、数千個のデバイス（例え
ば、トランジスタ、ダイオードなど）が形成される。一
般的に、ドープされたシリコン領域とのデバイス界面に
接点が形成される。特に、金属層とデバイス活性領域と
を接続するために一般的にプラグが形成される。金属層
とその他の金属層とを接続するために一般的にバイアス
が形成される。また、集積回路上の多数のデバイス及び
個々のデバイス内の多数の領域を相互接続するための配
線ラインとして機能する相互接続も形成される。これら
の接点及び相互接続は導電性材料を用いて形成される。
ば、トランジスタ、ダイオードなど）が形成される。一
般的に、ドープされたシリコン領域とのデバイス界面に
接点が形成される。特に、金属層とデバイス活性領域と
を接続するために一般的にプラグが形成される。金属層
とその他の金属層とを接続するために一般的にバイアス
が形成される。また、集積回路上の多数のデバイス及び
個々のデバイス内の多数の領域を相互接続するための配
線ラインとして機能する相互接続も形成される。これら
の接点及び相互接続は導電性材料を用いて形成される。
【０００４】様々な導電層、半導体層、絶縁層、接点及
び相互接続などを有する集積回路は、ドーピング法、蒸
着法、光リソグラフ法、エッチング法及びその他の方法
などのような様々な方法により製造される。或る工程で
は、所定のレベルの表面平坦性、均一性及び／又は粗面
性を達成しておくことがしばしば望ましい。また、ピッ
ト及びスクラッチなどのような表面欠陥を最小にするこ
とも望ましい。このような表面微欠陥は最終製品として
の半導体デバイスの性能に悪影響を及ぼし、及び／又は
その後の加工工程中に様々な問題を生起することがあ
る。
び相互接続などを有する集積回路は、ドーピング法、蒸
着法、光リソグラフ法、エッチング法及びその他の方法
などのような様々な方法により製造される。或る工程で
は、所定のレベルの表面平坦性、均一性及び／又は粗面
性を達成しておくことがしばしば望ましい。また、ピッ
ト及びスクラッチなどのような表面欠陥を最小にするこ
とも望ましい。このような表面微欠陥は最終製品として
の半導体デバイスの性能に悪影響を及ぼし、及び／又は
その後の加工工程中に様々な問題を生起することがあ
る。
【０００５】ウエハを平坦化するための一般的な方法の
一例は化学機械研磨（ＣＭＰ）として知られている。Ｃ
ＭＰは非常に広範に使用されている技術であり、スラリ
ー材料をウエハ表面に塗布し、そして、研磨パッド又は
ベルトをウエハ表面を通過させる。このスラリーは一般
的に、液体中に分散された多数の研磨粒子を有する。例
えば、米国特許第５７２８３０８号公報には、水酸化カ
リウム（ＫＯＨ）水溶液中に、シリカ（ＳｉＯ2）、ア
ルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、酸化チタン（ＴｉＯ2）及び酸化
セリウム（ＣｅＯ2）などのような金属酸化物からな
る、約１０ｎｍの粒径の、粒子を有する化学機械研磨用
の常用のスラリーが記載されている。
一例は化学機械研磨（ＣＭＰ）として知られている。Ｃ
ＭＰは非常に広範に使用されている技術であり、スラリ
ー材料をウエハ表面に塗布し、そして、研磨パッド又は
ベルトをウエハ表面を通過させる。このスラリーは一般
的に、液体中に分散された多数の研磨粒子を有する。例
えば、米国特許第５７２８３０８号公報には、水酸化カ
リウム（ＫＯＨ）水溶液中に、シリカ（ＳｉＯ2）、ア
ルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、酸化チタン（ＴｉＯ2）及び酸化
セリウム（ＣｅＯ2）などのような金属酸化物からな
る、約１０ｎｍの粒径の、粒子を有する化学機械研磨用
の常用のスラリーが記載されている。
【０００６】現用のＣＭＰスラリーには問題点がある。
例えば、スラリー中の研磨用金属粒子はウエハ表面にス
クラッチを発生させ或いはウエハ上の様々な層を汚染す
ることがある。従って、このスラリーは再使用すること
ができず、廃棄物の量を増大させる。
例えば、スラリー中の研磨用金属粒子はウエハ表面にス
クラッチを発生させ或いはウエハ上の様々な層を汚染す
ることがある。従って、このスラリーは再使用すること
ができず、廃棄物の量を増大させる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、半導体ウエハの損傷及び／又は汚染を避けるために
金属粒子を除いた新規なＣＭＰ用スラリーを提供するこ
とである。
は、半導体ウエハの損傷及び／又は汚染を避けるために
金属粒子を除いた新規なＣＭＰ用スラリーを提供するこ
とである。
【０００８】本発明の別の目的は、加工可能で、ＣＭＰ
中に再使用可能なスラリーを提供することである。
中に再使用可能なスラリーを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記課題は、連続水性相
を有する第１のエマルジョンと、第２のエマルジョンと
からなるＣＭＰスラリーにより解決される。
を有する第１のエマルジョンと、第２のエマルジョンと
からなるＣＭＰスラリーにより解決される。
【００１０】第１のエマルジョンは研磨粒子を有し、第
２のエマルジョンは半導体ウエハから削り出された金属
粒子を捕獲する。従って、金属粒子はＣＭＰ中にスラリ
ーから除去することができ、その結果、半導体ウエハの
損傷及び／又は汚染を避けることができる。好ましく
は、第２のエマルジョンは、有機相と分散水性相とから
なる。この分散水性相は分散水性酸性相からなることが
好ましい。有機相は、アルコール及びイソアルコールの
うちの少なくとも一方と、例えば、半導体ウエハから削
り出された金属粒子と反応して有機金属錯体を生成する
ための、エチレンジアミンテトラ酢酸（ＥＤＴＡ）、ジ
エチレントリアミンペンタ酢酸（ＤＰＴＡ）、８−ヒド
ロキシキノリン、ビピリジン又はオルト−フェナントロ
リンなどのような少なくとも１種類の錯生成剤とからな
ることが好ましい。
２のエマルジョンは半導体ウエハから削り出された金属
粒子を捕獲する。従って、金属粒子はＣＭＰ中にスラリ
ーから除去することができ、その結果、半導体ウエハの
損傷及び／又は汚染を避けることができる。好ましく
は、第２のエマルジョンは、有機相と分散水性相とから
なる。この分散水性相は分散水性酸性相からなることが
好ましい。有機相は、アルコール及びイソアルコールの
うちの少なくとも一方と、例えば、半導体ウエハから削
り出された金属粒子と反応して有機金属錯体を生成する
ための、エチレンジアミンテトラ酢酸（ＥＤＴＡ）、ジ
エチレントリアミンペンタ酢酸（ＤＰＴＡ）、８−ヒド
ロキシキノリン、ビピリジン又はオルト−フェナントロ
リンなどのような少なくとも１種類の錯生成剤とからな
ることが好ましい。
【００１１】有機相は、有機金属錯体を拡散により有機
相と分散水性相との間の界面に輸送することが好まし
い。有機金属錯体は前記界面で分解され、錯生成剤を有
機相中に放出し、そして、金属粒子を分散水性相中に放
出する。
相と分散水性相との間の界面に輸送することが好まし
い。有機金属錯体は前記界面で分解され、錯生成剤を有
機相中に放出し、そして、金属粒子を分散水性相中に放
出する。
【００１２】前記課題は、本発明のＣＭＰスラリーの製
造方法によっても解決される。本発明のＣＭＰスラリー
の製造方法は、半導体ウエハから削り出された金属粒子
を捕獲するための第２のエマルジョンを生成するステッ
プと、第１のエマルジョンを画成するために前記第２の
エマルジョンを連続水性相中に乳化させるステップと、
前記連続水性相に研磨粒子を添加するステップとからな
る。好ましくは、前記第２のエマルジョンを生成するス
テップは、分散水性相を有機相中に乳化させることから
なる。これにより、金属粒子はＣＭＰ中にスラリーから
除去することができ、その結果、半導体ウエハの損傷及
び／又は汚染を避けることができる。
造方法によっても解決される。本発明のＣＭＰスラリー
の製造方法は、半導体ウエハから削り出された金属粒子
を捕獲するための第２のエマルジョンを生成するステッ
プと、第１のエマルジョンを画成するために前記第２の
エマルジョンを連続水性相中に乳化させるステップと、
前記連続水性相に研磨粒子を添加するステップとからな
る。好ましくは、前記第２のエマルジョンを生成するス
テップは、分散水性相を有機相中に乳化させることから
なる。これにより、金属粒子はＣＭＰ中にスラリーから
除去することができ、その結果、半導体ウエハの損傷及
び／又は汚染を避けることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１を参照しながら、本発明のＣ
ＭＰスラリー１０について説明する。ＣＭＰスラリー１
０は、連続水性相（ＡＱE）１２を有する第１のエマル
ジョン１１と、第２のエマルジョン１３とを含有する。
エマルジョンは、通常コロイドサイズよりも大きな小滴
の、不混和液中に、乳化剤と共に又は無しに、分散され
た液体を含有する系である。第１のエマルジョン１１
は、当業者に公知である、シリカ、アルミナ又はセリア
などのような研磨粒子１８を含有する。第２のエマルジ
ョン１３は、有機相（ＯＲＧ）１４と、半導体ウエハ２
０から削り出された金属粒子を捕獲するための分散水性
相（ＡＱI）１６とからなる。
ＭＰスラリー１０について説明する。ＣＭＰスラリー１
０は、連続水性相（ＡＱE）１２を有する第１のエマル
ジョン１１と、第２のエマルジョン１３とを含有する。
エマルジョンは、通常コロイドサイズよりも大きな小滴
の、不混和液中に、乳化剤と共に又は無しに、分散され
た液体を含有する系である。第１のエマルジョン１１
は、当業者に公知である、シリカ、アルミナ又はセリア
などのような研磨粒子１８を含有する。第２のエマルジ
ョン１３は、有機相（ＯＲＧ）１４と、半導体ウエハ２
０から削り出された金属粒子を捕獲するための分散水性
相（ＡＱI）１６とからなる。
【００１４】半導体ウエハ２０は金属層２２を含む。こ
の金属層２２は例えば、銅、タンタル、チタン、窒化タ
ンタル、又は集積回路の製造に通常使用されるその他の
任意の金属などである。金属粒子は、半導体ウエハ２０
と研磨器具２４（例えば、パッド又はベルト）との間の
界面でスラリー１０を使用するＣＭＰ法による処理中に
金属層２２から削り出される。このような金属粒子は前
記のように、半導体ウエハを損傷及び／又は汚染する。
スラリー１０は第２のエマルジョン１３中でこの金属粒
子を捕獲する。その結果、この金属粒子を除去できるば
かりか、半導体ウエハ２０の各層を損傷及び／又は汚染
することなく、ＣＭＰ処理中にスラリー１０を連続的に
再循環させることもできる。
の金属層２２は例えば、銅、タンタル、チタン、窒化タ
ンタル、又は集積回路の製造に通常使用されるその他の
任意の金属などである。金属粒子は、半導体ウエハ２０
と研磨器具２４（例えば、パッド又はベルト）との間の
界面でスラリー１０を使用するＣＭＰ法による処理中に
金属層２２から削り出される。このような金属粒子は前
記のように、半導体ウエハを損傷及び／又は汚染する。
スラリー１０は第２のエマルジョン１３中でこの金属粒
子を捕獲する。その結果、この金属粒子を除去できるば
かりか、半導体ウエハ２０の各層を損傷及び／又は汚染
することなく、ＣＭＰ処理中にスラリー１０を連続的に
再循環させることもできる。
【００１５】次に、図２を参照しながら、第１及び第２
のエマルジョン１２，１４間の金属粒子の輸送について
説明する。分散水性相１６は好ましくは分散水性酸性相
である。有機相１４は、例えば、アルコール及びイソア
ルコールのうちの少なくとも一方からなり、更に、好ま
しくは、少なくとも１種類の錯生成剤を含有する。この
錯生成剤は、例えば、半導体ウエハ２０の金属層２２か
ら削り出された金属粒子と反応し、有機金属錯体を生成
するための配位子Ｒを含有する、エチレンジアミンテト
ラ酢酸（ＥＤＴＡ）、ジエチレントリアミンペンタ酢酸
（ＤＰＴＡ）、８−ヒドロキシキノリン、ビピリジン又
はオルト−フェナントロリンなどである。例えば、ジエ
チレントリアミンペンタ酢酸（ＤＰＴＡ）は、銅、タグ
ステン又はタンタルに対して特に好適であり、８−ヒド
ロキシキノリンは、アルミニウムに対して特に好適であ
り、ビピリジンは、銅に対して特に好適である。図示さ
れているように、金属層２２から削り出された金属粒子
は例えば、スラリー１０中で銅イオンＣｕ+2を生成す
る。この銅イオンＣｕ+2は、連続水性相１２と有機相１
４との間の界面２６において、錯生成剤と化学反応する
ことにより、有機金属錯体ＣｕXＲを即座に生成する。
のエマルジョン１２，１４間の金属粒子の輸送について
説明する。分散水性相１６は好ましくは分散水性酸性相
である。有機相１４は、例えば、アルコール及びイソア
ルコールのうちの少なくとも一方からなり、更に、好ま
しくは、少なくとも１種類の錯生成剤を含有する。この
錯生成剤は、例えば、半導体ウエハ２０の金属層２２か
ら削り出された金属粒子と反応し、有機金属錯体を生成
するための配位子Ｒを含有する、エチレンジアミンテト
ラ酢酸（ＥＤＴＡ）、ジエチレントリアミンペンタ酢酸
（ＤＰＴＡ）、８−ヒドロキシキノリン、ビピリジン又
はオルト−フェナントロリンなどである。例えば、ジエ
チレントリアミンペンタ酢酸（ＤＰＴＡ）は、銅、タグ
ステン又はタンタルに対して特に好適であり、８−ヒド
ロキシキノリンは、アルミニウムに対して特に好適であ
り、ビピリジンは、銅に対して特に好適である。図示さ
れているように、金属層２２から削り出された金属粒子
は例えば、スラリー１０中で銅イオンＣｕ+2を生成す
る。この銅イオンＣｕ+2は、連続水性相１２と有機相１
４との間の界面２６において、錯生成剤と化学反応する
ことにより、有機金属錯体ＣｕXＲを即座に生成する。
【００１６】次いで、有機相１４は有機金属錯体ＣｕX
Ｒを拡散により、有機相１４と分散水性相１６との間の
界面２８に輸送する。その後、この界面２８において、
有機金属錯体ＣｕXＲは化学反応により分解され、配位
子Ｒは有機相１４に戻され、そして、銅イオンＣｕ+2は
分散水性相１６中に放出される。その後、錯生成剤の放
出配位子Ｒは、有機相１４と分散水性相１６との間の界
面２８において、金属イオン（例えば、銅イオンＣ
ｕ+2）との錯化反応に再利用される。有機相１４と分散
水性相１６との間の界面２８におけるこの化学反応は、
有機金属錯体ＣｕXＲの輸送を高める、有機相間の連続
的な化学電位傾度を生じる。
Ｒを拡散により、有機相１４と分散水性相１６との間の
界面２８に輸送する。その後、この界面２８において、
有機金属錯体ＣｕXＲは化学反応により分解され、配位
子Ｒは有機相１４に戻され、そして、銅イオンＣｕ+2は
分散水性相１６中に放出される。その後、錯生成剤の放
出配位子Ｒは、有機相１４と分散水性相１６との間の界
面２８において、金属イオン（例えば、銅イオンＣ
ｕ+2）との錯化反応に再利用される。有機相１４と分散
水性相１６との間の界面２８におけるこの化学反応は、
有機金属錯体ＣｕXＲの輸送を高める、有機相間の連続
的な化学電位傾度を生じる。
【００１７】前記のように、分散水性相１６は水性酸性
分散相であることができ、連続水性相１２と分散水性相
１６との間のｐＨ差は、有機相１４間の金属輸送のため
の化学電位傾度に作用することができる。有機相１４間
に連続的な駆動力を有することにより、界面２６に多量
の金属イオンが殺到することは無い。有機相１４間の金
属輸送は拡散により限定されるが、界面２６及び２８に
おける化学錯体生成反応及び化学錯体分解反応によって
は制限されない。
分散相であることができ、連続水性相１２と分散水性相
１６との間のｐＨ差は、有機相１４間の金属輸送のため
の化学電位傾度に作用することができる。有機相１４間
に連続的な駆動力を有することにより、界面２６に多量
の金属イオンが殺到することは無い。有機相１４間の金
属輸送は拡散により限定されるが、界面２６及び２８に
おける化学錯体生成反応及び化学錯体分解反応によって
は制限されない。
【００１８】次に、図３及び図４を参照しながら、本発
明によるＣＭＰによるシステム２９及び方法について説
明する。特に、図４に示された本発明のシステム２９
は、スラリープロセッサ３０と研磨装置３１とを有す
る。研磨装置３１はパッド又はベルトのような研磨器具
２４を有する。研磨装置３１は、半導体ウエハ２０と研
磨器具２４との間で、これらの間のスラリー１０と共に
相対運動する。半導体ウエハ２０、研磨器具２１又はこ
れら双方はＣＭＰ中、回転される。スラリープロセッサ
３０は、使用済スラリーを収容する第１の脱乳化器３２
と、第１の脱乳化器３２の下流側の第２の脱乳化器３３
と、第２の脱乳化器３３の下流側の金属分離器３４と、
両方の脱乳化器及び金属分離器に接続された乳化器３６
とを有する。
明によるＣＭＰによるシステム２９及び方法について説
明する。特に、図４に示された本発明のシステム２９
は、スラリープロセッサ３０と研磨装置３１とを有す
る。研磨装置３１はパッド又はベルトのような研磨器具
２４を有する。研磨装置３１は、半導体ウエハ２０と研
磨器具２４との間で、これらの間のスラリー１０と共に
相対運動する。半導体ウエハ２０、研磨器具２１又はこ
れら双方はＣＭＰ中、回転される。スラリープロセッサ
３０は、使用済スラリーを収容する第１の脱乳化器３２
と、第１の脱乳化器３２の下流側の第２の脱乳化器３３
と、第２の脱乳化器３３の下流側の金属分離器３４と、
両方の脱乳化器及び金属分離器に接続された乳化器３６
とを有する。
【００１９】図３を参照しながら、本発明のＣＭＰ法を
説明する。本発明のＣＭＰ法はブロック４０で開始す
る。スラリー１０は、研磨装置３１における、半導体ウ
エハ２０と研磨器具２４との間の界面へ給送される。こ
こで、スラリー１０は、図１及び図２に関連して前記に
説明したように、複合エマルジョン（ＡＱI／ＯＲＧ／
ＡＱE）であることが好ましい。第２のエマルジョン
（ＡＱI／ＯＲＧ）１３は、連続水性相（ＡＱE）１２内
で乳化され、第１のエマルジョン１１を画成する。分散
水性相（ＡＱI）１６は有機相（ＯＲＧ）１４中で乳化
され、第２のエマルジョン１３を画成する。また、前記
で詳細に説明したように、分散水性相（ＡＱ I）１６は
半導体ウエハ２０から削り出された金属粒子（例えば、
金属イオン）を捕獲する。言うまでもなく、当業者に公
知なように、添加剤、研磨剤、腐食防止剤などをスラリ
ー１０の連続水性相１２に添加することができる。
説明する。本発明のＣＭＰ法はブロック４０で開始す
る。スラリー１０は、研磨装置３１における、半導体ウ
エハ２０と研磨器具２４との間の界面へ給送される。こ
こで、スラリー１０は、図１及び図２に関連して前記に
説明したように、複合エマルジョン（ＡＱI／ＯＲＧ／
ＡＱE）であることが好ましい。第２のエマルジョン
（ＡＱI／ＯＲＧ）１３は、連続水性相（ＡＱE）１２内
で乳化され、第１のエマルジョン１１を画成する。分散
水性相（ＡＱI）１６は有機相（ＯＲＧ）１４中で乳化
され、第２のエマルジョン１３を画成する。また、前記
で詳細に説明したように、分散水性相（ＡＱ I）１６は
半導体ウエハ２０から削り出された金属粒子（例えば、
金属イオン）を捕獲する。言うまでもなく、当業者に公
知なように、添加剤、研磨剤、腐食防止剤などをスラリ
ー１０の連続水性相１２に添加することができる。
【００２０】ブロック４４において、金属粒子を含有す
る使用済スラリー１０は収集され、第１の脱乳化器３２
へ給送される。ブロック４６において、使用済スラリー
１０は、連続水性相１２と第２のエマルジョン１３へ脱
乳化される。金属粒子を含有する第２のエマルジョン１
３は、第２の脱乳化器３３へ給送される。ブロック４８
において、第２のエマルジョン１３は、有機相１４と分
散水性相１６へ脱乳化される。金属粒子を含有する分散
水性相１６は金属分離器３４へ給送される。ブロック５
０において、分散水性相１６から金属粒子が除去され、
そして、ブロック５２において、廃棄される。
る使用済スラリー１０は収集され、第１の脱乳化器３２
へ給送される。ブロック４６において、使用済スラリー
１０は、連続水性相１２と第２のエマルジョン１３へ脱
乳化される。金属粒子を含有する第２のエマルジョン１
３は、第２の脱乳化器３３へ給送される。ブロック４８
において、第２のエマルジョン１３は、有機相１４と分
散水性相１６へ脱乳化される。金属粒子を含有する分散
水性相１６は金属分離器３４へ給送される。ブロック５
０において、分散水性相１６から金属粒子が除去され、
そして、ブロック５２において、廃棄される。
【００２１】乳化器３６は、第２の脱乳化器３３からの
有機相を収容し、更に、金属分離器３４からの金属粒子
を含有しない分散水性相１６を収容する。ブロック５４
において、分散水性相１６は有機相中で乳化され、乳化
の第１工程で第２のエマルジョン１３を再生する。乳化
器３６は第１の脱乳化器３２からの連続水性相１２も収
容する。その後、ブロック５６において、第２のエマル
ジョン１３は連続水性相１２中で乳化され、第１のエマ
ルジョン１１を再生し、スラリー１０を完成させる。そ
の後、複合エマルジョン（ＡＱI／ＯＲＧ／ＡＱE）とし
てのスラリー１０は、図３の処理ループ内で再循環さ
れ、研磨装置３１へ給送される。従って、前記のよう
に、スラリー１０は、半導体ウエハ２０の各層（例え
ば、金属層２２）を損傷及び／又は汚染することなく、
ＣＭＰ処理中に連続的に再循環させることができる。
有機相を収容し、更に、金属分離器３４からの金属粒子
を含有しない分散水性相１６を収容する。ブロック５４
において、分散水性相１６は有機相中で乳化され、乳化
の第１工程で第２のエマルジョン１３を再生する。乳化
器３６は第１の脱乳化器３２からの連続水性相１２も収
容する。その後、ブロック５６において、第２のエマル
ジョン１３は連続水性相１２中で乳化され、第１のエマ
ルジョン１１を再生し、スラリー１０を完成させる。そ
の後、複合エマルジョン（ＡＱI／ＯＲＧ／ＡＱE）とし
てのスラリー１０は、図３の処理ループ内で再循環さ
れ、研磨装置３１へ給送される。従って、前記のよう
に、スラリー１０は、半導体ウエハ２０の各層（例え
ば、金属層２２）を損傷及び／又は汚染することなく、
ＣＭＰ処理中に連続的に再循環させることができる。
【００２２】乳化器３６と第１及び第２の脱乳化器３
２，３３に関して、エマルジョンは２種類の液体を一緒
に振盪するか又は何らかの形の撹拌を行いながら、一方
の相を一滴毎に他方の相へ添加することにより容易に生
成することができる。このような撹拌は例えば、高強度
超音波による暴露などである。代表的な乳化装置では、
２種類の液体を高速回転ローター及び固定子との間の狭
いスリットを強制的に通過させる。安定なエマルジョン
の生成は入念にコントロールしなければならない。なぜ
なら、エマルジョンは、撹拌方法、乳化剤の特性及び使
用量及び温度変化の変動に対して敏感だからである。エ
マルジョンは様々な方法により脱乳化させることができ
る。例えば、エマルジョン液滴と反対側の電荷の多価イ
オンの添加、化学作用、凍結、加熱、エージング、遠心
分離、高電位交流電界の印加及び低強度超音波による処
理などの方法を使用できる。
２，３３に関して、エマルジョンは２種類の液体を一緒
に振盪するか又は何らかの形の撹拌を行いながら、一方
の相を一滴毎に他方の相へ添加することにより容易に生
成することができる。このような撹拌は例えば、高強度
超音波による暴露などである。代表的な乳化装置では、
２種類の液体を高速回転ローター及び固定子との間の狭
いスリットを強制的に通過させる。安定なエマルジョン
の生成は入念にコントロールしなければならない。なぜ
なら、エマルジョンは、撹拌方法、乳化剤の特性及び使
用量及び温度変化の変動に対して敏感だからである。エ
マルジョンは様々な方法により脱乳化させることができ
る。例えば、エマルジョン液滴と反対側の電荷の多価イ
オンの添加、化学作用、凍結、加熱、エージング、遠心
分離、高電位交流電界の印加及び低強度超音波による処
理などの方法を使用できる。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第１のエマルジョンは研磨粒子を有し、第２のエマルジ
ョンは半導体ウエハから削り出された金属粒子を捕獲す
る。従って、金属粒子はＣＭＰ中にスラリーから除去す
ることができ、その結果、半導体ウエハの損傷及び／又
は汚染を避けることができ、更にＣＭＰ処理中にスラリ
ーを連続的に再循環させることもできる。
第１のエマルジョンは研磨粒子を有し、第２のエマルジ
ョンは半導体ウエハから削り出された金属粒子を捕獲す
る。従って、金属粒子はＣＭＰ中にスラリーから除去す
ることができ、その結果、半導体ウエハの損傷及び／又
は汚染を避けることができ、更にＣＭＰ処理中にスラリ
ーを連続的に再循環させることもできる。
【図１】本発明による、半導体ウエハと研磨器具との界
面におけるＣＭＰスラリーの模式図である。
面におけるＣＭＰスラリーの模式図である。
【図２】本発明による、第１及び第２のエマルジョン間
の金属の移動を模式的に説明するＣＭＰスラリーの拡大
模式図である。
の金属の移動を模式的に説明するＣＭＰスラリーの拡大
模式図である。
【図３】本発明によるスラリーを使用する化学機械研磨
の基本的工程を例証する流れ図である。
の基本的工程を例証する流れ図である。
【図４】本発明によるスラリーを使用する処理用のＣＭ
Ｐシステムの模式的ブロック図である。
Ｐシステムの模式的ブロック図である。
１０ ＣＭＰスラリー １１ 第１のエマルジョン １２ 連続水性相 １３ 第２のエマルジョン １４ 有機相 １６ 分散水性相 １８ 研磨粒子 ２０ 半導体ウエハ ２２ 金属層 ２４ 研磨器具 ２６ 界面 ２８ 界面 ２９ ＣＭＰシステム ３０ スラリープロセッサ ３１ 研磨装置 ３２ 脱乳化器 ３３ 脱乳化器 ３４ 金属分離器 ３６ 乳化器
───────────────────────────────────────────────────── 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 13/00 Ｃ０９Ｋ 13/00 Ｈ０１Ｌ 21/306 Ｈ０１Ｌ 21/306 Ｍ (71)出願人 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊｅ ｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 セレシュ マンシン マーチャント アメリカ合衆国、32835 フロリダ、オー ランド、バインランド オークス ブルバ ード 8214 (72)発明者 プラディップ クマー ロイ アメリカ合衆国、32835 フロリダ、オー ランド、ヒドン イベイ コート 7706
Claims (27)
- 【請求項１】 金属を含む半導体ウエハを研磨するため
の化学機械研磨（ＣＭＰ）スラリーであって、該スラリ
ーは、 (a)連続水性相からなる第１のエマルジョンと、 (b)第２のエマルジョンとからなり、 前記第１のエマルジョンは研磨粒子を含有し、 前記第２のエマルジョンは、半導体ウエハから削り出さ
れた金属粒子を捕獲する、ことを特徴とする化学機械研
磨（ＣＭＰ）スラリー。 - 【請求項２】 前記第２のエマルジョンは有機相と分散
水性相とからなる、ことを特徴とする請求項１に記載の
ＣＭＰスラリー。 - 【請求項３】 前記分散水性相は分散水性酸性相からな
る、ことを特徴とする請求項２に記載のＣＭＰスラリ
ー。 - 【請求項４】 前記有機相はアルコール及びイソアルコ
ールのうちの少なくとも一方からなる、ことを特徴とす
る請求項２に記載のＣＭＰスラリー。 - 【請求項５】 前記有機相は、有機金属錯体を生成する
ために、前記半導体ウエハから削り出された金属粒子と
反応するための少なくとも１種類の錯生成剤を含有す
る、ことを特徴とする請求項２に記載のＣＭＰスラリ
ー。 - 【請求項６】 前記少なくとも１種類の錯生成剤は、エ
チレンジアミンテトラ酢酸（ＥＤＴＡ）、ジエチレント
リアミンペンタ酢酸（ＤＰＴＡ）、８−ヒドロキシキノ
リン、ビピリジン及びオルト−フェナントロリンのうち
の少なくとも１種類からなる、ことを特徴とする請求項
５に記載のＣＭＰスラリー。 - 【請求項７】 前記有機相は、拡散により、前記有機金
属錯体を、前記有機相と前記分散水性相との間の界面へ
輸送する、ことを特徴とする請求項５に記載のＣＭＰス
ラリー。 - 【請求項８】 前記錯生成剤を前記有機相中に放出する
ために、かつ、前記金属粒子を前記分散水性相中に放出
するために、前記有機金属錯体を前記界面で分解する、
ことを特徴とする請求項７に記載のＣＭＰスラリー。 - 【請求項９】 前記研磨粒子はシリカ、セリア及びアル
ミナのうちの少なくとも１種類からなる、ことを特徴と
する請求項１に記載のＣＭＰスラリー。 - 【請求項１０】 金属を含む半導体ウエハを研磨するた
めの化学機械研磨（ＣＭＰ）スラリーであって、該スラ
リーは、 (a)研磨粒子を含有する連続水性相からなる第１のエマ
ルジョンと、 (b)第２のエマルジョンとからなり、 前記第２のエマルジョンは、前記金属用の少なくとも１
種類の錯生成剤を含有する有機相と、分散水性相とから
なる、ことを特徴とする化学機械研磨（ＣＭＰ）スラリ
ー。 - 【請求項１１】 前記第２のエマルジョンは、前記半導
体ウエハから削り出された金属粒子を捕獲する、ことを
特徴とする請求項１０に記載のＣＭＰスラリー。 - 【請求項１２】 前記分散水性相は分散水性酸性相から
なる、ことを特徴とする請求項１０に記載のＣＭＰスラ
リー。 - 【請求項１３】 前記有機相はアルコール及びイソアル
コールのうちの少なくとも一方からなる、ことを特徴と
する請求項１０に記載のＣＭＰスラリー。 - 【請求項１４】 有機金属錯体を生成するために、前記
少なくとも１種類の錯生成剤は前記半導体ウエハから削
り出された金属粒子と反応する、ことを特徴とする請求
項１０に記載のＣＭＰスラリー。 - 【請求項１５】 前記有機相は、拡散により、前記有機
金属錯体を、前記有機相と前記分散水性相との間の界面
へ輸送する、ことを特徴とする請求項１４に記載のＣＭ
Ｐスラリー。 - 【請求項１６】 前記錯生成剤を前記有機相中に放出す
るために、かつ、前記金属粒子を前記分散水性相中に放
出するために、前記有機金属錯体を前記界面で分解す
る、ことを特徴とする請求項１５に記載のＣＭＰスラリ
ー。 - 【請求項１７】 前記少なくとも１種類の錯生成剤は、
エチレンジアミンテトラ酢酸（ＥＤＴＡ）、ジエチレン
トリアミンペンタ酢酸（ＤＰＴＡ）、８−ヒドロキシキ
ノリン、ビピリジン及びオルト−フェナントロリンのう
ちの少なくとも１種類からなる、ことを特徴とする請求
項１０に記載のＣＭＰスラリー。 - 【請求項１８】 前記研磨粒子はシリカ、セリア及びア
ルミナのうちの少なくとも１種類からなる、ことを特徴
とする請求項１０に記載のＣＭＰスラリー。 - 【請求項１９】 金属を含む半導体ウエハを研磨するた
めの化学機械研磨（ＣＭＰ）スラリーの製造方法であっ
て、該方法は、 (A)前記半導体ウエハから削り出された金属粒子を捕獲
するための第２のエマルジョンを生成するステップと、 (B)第１のエマルジョンを画成するために、前記第２の
エマルジョンを連続水性相中に乳化させるステップと、 (C)前記連続水性相に研磨粒子を添加するステップとか
らなる、ことを特徴とする化学機械研磨（ＣＭＰ）スラ
リーの製造方法。 - 【請求項２０】 前記第２のエマルジョンを生成するス
テップ(A)は、分散水性相を前記有機相中で乳化させる
ことからなる、ことを特徴とする請求項１９に記載の方
法。 - 【請求項２１】 前記分散水性相は分散水性酸性相から
なる、ことを特徴とする請求項２０に記載の方法。 - 【請求項２２】 前記有機相はアルコール及びイソアル
コールのうちの少なくとも一方からなる、ことを特徴と
する請求項２０に記載の方法。 - 【請求項２３】 前記有機相は、有機金属錯体を生成す
るために、前記半導体ウエハから削り出された金属粒子
と反応するための少なくとも１種類の錯生成剤を含有す
る、ことを特徴とする請求項２０に記載の方法。 - 【請求項２４】 前記少なくとも１種類の錯生成剤は、
エチレンジアミンテトラ酢酸（ＥＤＴＡ）、ジエチレン
トリアミンペンタ酢酸（ＤＰＴＡ）、８−ヒドロキシキ
ノリン、ビピリジン及びオルト−フェナントロリンのう
ちの少なくとも１種類からなる、ことを特徴とする請求
項２３に記載の方法。 - 【請求項２５】 前記有機相は、拡散により、前記有機
金属錯体を、前記有機相と前記分散水性相との間の界面
へ輸送する、ことを特徴とする請求項２３に記載の方
法。 - 【請求項２６】 前記錯生成剤を前記有機相中に放出す
るために、かつ、前記金属粒子を前記分散水性相中に放
出するために、前記有機金属錯体を前記界面で分解す
る、ことを特徴とする請求項２５に記載の方法。 - 【請求項２７】 前記研磨粒子はシリカ、セリア及びア
ルミナのうちの少なくとも１種類からなる、ことを特徴
とする請求項１９に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/413742 | 1999-10-06 | ||
| US09/413,742 US6458289B1 (en) | 1999-10-06 | 1999-10-06 | CMP slurry for polishing semiconductor wafers and related methods |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001189290A true JP2001189290A (ja) | 2001-07-10 |
Family
ID=23638429
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000307040A Pending JP2001189290A (ja) | 1999-10-06 | 2000-10-06 | 化学機械研磨（ｃｍｐ）スラリー |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6458289B1 (ja) |
| JP (1) | JP2001189290A (ja) |
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