JP2001291684A - 化学機械研磨組成物および該組成物を使用する金属層研磨方法 - Google Patents
化学機械研磨組成物および該組成物を使用する金属層研磨方法Info
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
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- 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]
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- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高速かつ高精度の研磨方法を提供する。
【解決手段】 本発明は、化学機械組成物および研磨方
法に関するものであり、多数の研磨粒子、防蝕有効量の
トリアゾールまたはトリアゾール誘導体、酸化有効量の
フェリシアン化物塩酸化剤、および水からなり、約１〜
約６のｐＨを持つ化学機械研磨組成物、および該組成物
を用いて金属化層を研磨することにより、金属化層の少
なくとも１部を除去する工程からなる半導体ウエハ上の
金属化層の研磨方法である。
法に関するものであり、多数の研磨粒子、防蝕有効量の
トリアゾールまたはトリアゾール誘導体、酸化有効量の
フェリシアン化物塩酸化剤、および水からなり、約１〜
約６のｐＨを持つ化学機械研磨組成物、および該組成物
を用いて金属化層を研磨することにより、金属化層の少
なくとも１部を除去する工程からなる半導体ウエハ上の
金属化層の研磨方法である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハの化
学機械平面化（ＣＭＰ）に関するものであり、特に、半
導体ウエハ上の銅層のような金属層を研磨するためのＣ
ＭＰ研磨スラリーに関するものである。
学機械平面化（ＣＭＰ）に関するものであり、特に、半
導体ウエハ上の銅層のような金属層を研磨するためのＣ
ＭＰ研磨スラリーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】集積回路は、シリコンまたはカリウム砒
素ウエハのような基板上に層をパターン化することによ
り、基板上に化学的および物理的に集積されている。特
に、半導体は、誘電体フィルムの別個の層の中にタング
ステンまたは銅配線または金属化を施すことにより多層
構造を形成して作られる。金属化は、タンタル（Ｔ
ａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、チタン（Ｔｉ）、また
は窒化チタン（ＴｉＮ）からなる薄いライナーフィルム
により誘電体フィルムに接着される。この金属化層およ
びライナーフィルムはパターン化した誘電体フィルム上
に沈着され、次いで典型的には化学−機械平面化（ＣＭ
Ｐ）により研磨されて誘電体層が露出する。
素ウエハのような基板上に層をパターン化することによ
り、基板上に化学的および物理的に集積されている。特
に、半導体は、誘電体フィルムの別個の層の中にタング
ステンまたは銅配線または金属化を施すことにより多層
構造を形成して作られる。金属化は、タンタル（Ｔ
ａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、チタン（Ｔｉ）、また
は窒化チタン（ＴｉＮ）からなる薄いライナーフィルム
により誘電体フィルムに接着される。この金属化層およ
びライナーフィルムはパターン化した誘電体フィルム上
に沈着され、次いで典型的には化学−機械平面化（ＣＭ
Ｐ）により研磨されて誘電体層が露出する。
【０００３】化学機械平面化（ＣＭＰ）方法は、半導体
製造工業において周知の技術である。典型的なＣＭＰ方
法において、研磨される半導体材料の表面は、研磨パッ
ドが所定の角速度で回転している間、所定の圧力で研磨
パッドに対して保持されている。ウエハも回転すること
ができる。研磨スラリーが研磨パッドと研磨される半導
体材料面との間の界面に供給される。研磨スラリーは、
特定のｐＨで酸化により半導体材料の表面を化学的に変
化させるための酸化剤の水溶液である。さらに、機械的
研磨のためのアルミナ、シリカまたはセリア粒子のよう
な研磨粒子も研磨スラリー中に含有される。従って、典
型的ＣＭＰ方法は、酸化剤を使用する金属層の化学的変
化、研磨粒子を使用する金属層の機械的研磨、およびウ
エハ表面上の研磨パッドにより生じる摩擦力を含む。
製造工業において周知の技術である。典型的なＣＭＰ方
法において、研磨される半導体材料の表面は、研磨パッ
ドが所定の角速度で回転している間、所定の圧力で研磨
パッドに対して保持されている。ウエハも回転すること
ができる。研磨スラリーが研磨パッドと研磨される半導
体材料面との間の界面に供給される。研磨スラリーは、
特定のｐＨで酸化により半導体材料の表面を化学的に変
化させるための酸化剤の水溶液である。さらに、機械的
研磨のためのアルミナ、シリカまたはセリア粒子のよう
な研磨粒子も研磨スラリー中に含有される。従って、典
型的ＣＭＰ方法は、酸化剤を使用する金属層の化学的変
化、研磨粒子を使用する金属層の機械的研磨、およびウ
エハ表面上の研磨パッドにより生じる摩擦力を含む。
【０００４】化学機械研磨の一つの問題は、金属化層
（たとえば銅またはタングステン）は、その下にあるラ
イナーフィルムとは一般に異なった速度で研磨されるの
で不均一な平面化が生じることである。この不均一な平
面化は、一般に過研磨（凹み形成：dishing）および誘
電体摩蝕の形で起こる。このことは、研磨される金属層
が銅であるとき特に当てはまる。なぜなら、銅は典型的
に軟かくライナーフィルム中に使用される金属（たとえ
ばタンタルおよび窒化タンタル）よりも速い速度で研磨
されるからである。速い銅研磨速度は過研磨をもたらす
ので、ラインおよびバイア（via）における銅除去速度
を低下させるために、ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）の
ような防蝕剤を研磨スラリーに含有させることができ
る。しかしながらスラリー中の防蝕剤の存在はまた、平
坦化速度の低下および低速の集積回路の製造速度の低下
をまねく。
（たとえば銅またはタングステン）は、その下にあるラ
イナーフィルムとは一般に異なった速度で研磨されるの
で不均一な平面化が生じることである。この不均一な平
面化は、一般に過研磨（凹み形成：dishing）および誘
電体摩蝕の形で起こる。このことは、研磨される金属層
が銅であるとき特に当てはまる。なぜなら、銅は典型的
に軟かくライナーフィルム中に使用される金属（たとえ
ばタンタルおよび窒化タンタル）よりも速い速度で研磨
されるからである。速い銅研磨速度は過研磨をもたらす
ので、ラインおよびバイア（via）における銅除去速度
を低下させるために、ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）の
ような防蝕剤を研磨スラリーに含有させることができ
る。しかしながらスラリー中の防蝕剤の存在はまた、平
坦化速度の低下および低速の集積回路の製造速度の低下
をまねく。
【０００５】防蝕剤の存在によって生じる低速化を克服
し、従って銅研磨速度を高める一つの方法は、化学−機
械平面化法における機械的研磨パラメーター（たとえば
キャリア回転、プレート回速、降下力、背力）を変える
ことであった。しかしながら、機械的手段による研磨速
度の増大は、操作の制御を困難にする。その結果、研磨
速度は増大するが、研磨面は所望水準の平面度を有しな
い。特に、機械的除去速度が化学的除去速度を不利なこ
とに上回り、平面でない研磨面が生じる。
し、従って銅研磨速度を高める一つの方法は、化学−機
械平面化法における機械的研磨パラメーター（たとえば
キャリア回転、プレート回速、降下力、背力）を変える
ことであった。しかしながら、機械的手段による研磨速
度の増大は、操作の制御を困難にする。その結果、研磨
速度は増大するが、研磨面は所望水準の平面度を有しな
い。特に、機械的除去速度が化学的除去速度を不利なこ
とに上回り、平面でない研磨面が生じる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】当業界でよく理解され
ているように、集積回路の製造における平面層の形成
は、このような集積回路の操作にとって本質的なことで
ある。従って集積回路用銅層のような金属層の研磨方法
の技術において、凹み形成または誘電摩蝕を生じること
なく、良好な平面化の行われる必要がある。さらに、該
技術において、金属層の平面化に不利に作用しない金属
ＣＭＰ研磨、そして特に銅ＣＭＰ研磨の速度を高める必
要がある。
ているように、集積回路の製造における平面層の形成
は、このような集積回路の操作にとって本質的なことで
ある。従って集積回路用銅層のような金属層の研磨方法
の技術において、凹み形成または誘電摩蝕を生じること
なく、良好な平面化の行われる必要がある。さらに、該
技術において、金属層の平面化に不利に作用しない金属
ＣＭＰ研磨、そして特に銅ＣＭＰ研磨の速度を高める必
要がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、制限された凹
み形成および誘電体摩蝕で金属層、特に銅層の良好な平
面化を作製する化学機械平面化（ＣＭＰ）研磨組成物を
提供することである。さらに、本発明のＣＭＰ研磨組成
物は容易に制御できる速い速度で金属層を研磨する。従
って、本発明は従来法よりも速い速度で良好な品質の集
積回路を製造する。
み形成および誘電体摩蝕で金属層、特に銅層の良好な平
面化を作製する化学機械平面化（ＣＭＰ）研磨組成物を
提供することである。さらに、本発明のＣＭＰ研磨組成
物は容易に制御できる速い速度で金属層を研磨する。従
って、本発明は従来法よりも速い速度で良好な品質の集
積回路を製造する。
【０００８】本発明のＣＭＰ研磨組成物は約１〜約６の
ｐＨでトリアゾールまたはトリアゾール誘電体とフェリ
シアン化物塩との組み合わせを提供し、上記の利益をも
たらす。特に、本発明の組成物は多数の研磨粒子、トリ
アゾールまたはトリアゾール誘導体、フェリシアン化物
塩酸化剤および水を含有し、約３〜約５のｐＨを持つ。
本発明において使用する研磨剤粒子はアルミナ、シリ
カ、またはセリア粒子、またはＣＭＰ研磨に適したその
他の粒子である。トリアゾールまたはトリアゾール誘導
体は、好ましくはベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）であ
り、防蝕効果量で好ましくは０．０５〜２Ｍ）で存在す
る。フェリシアン化物塩酸化剤は、（好ましくはフェリ
シアン化カリウム（Ｋ3Ｆｅ（ＣＮ）6）であり、酸化有
効量、（好ましくは０．０５〜２Ｍ）で存在する。約１
〜約６、好ましくは約３〜５のｐＨは、単に上記成分を
添加することにより作ることができ、または所望のｐＨ
を得るために組成物に緩衝剤を添加することができる。
ｐＨでトリアゾールまたはトリアゾール誘電体とフェリ
シアン化物塩との組み合わせを提供し、上記の利益をも
たらす。特に、本発明の組成物は多数の研磨粒子、トリ
アゾールまたはトリアゾール誘導体、フェリシアン化物
塩酸化剤および水を含有し、約３〜約５のｐＨを持つ。
本発明において使用する研磨剤粒子はアルミナ、シリ
カ、またはセリア粒子、またはＣＭＰ研磨に適したその
他の粒子である。トリアゾールまたはトリアゾール誘導
体は、好ましくはベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）であ
り、防蝕効果量で好ましくは０．０５〜２Ｍ）で存在す
る。フェリシアン化物塩酸化剤は、（好ましくはフェリ
シアン化カリウム（Ｋ3Ｆｅ（ＣＮ）6）であり、酸化有
効量、（好ましくは０．０５〜２Ｍ）で存在する。約１
〜約６、好ましくは約３〜５のｐＨは、単に上記成分を
添加することにより作ることができ、または所望のｐＨ
を得るために組成物に緩衝剤を添加することができる。
【０００９】本発明の組成物に加えて、本発明は半導体
基板上の金属化層の研磨方法を含む。特にこの方法は、
上述したＣＭＰ研磨組成物を使用して金属化層を研磨す
ることにより半導体ウエハ上の金属化層の少なくとも一
部を除去することからなる。好ましくは、本発明により
研磨される金属層は銅からなる。
基板上の金属化層の研磨方法を含む。特にこの方法は、
上述したＣＭＰ研磨組成物を使用して金属化層を研磨す
ることにより半導体ウエハ上の金属化層の少なくとも一
部を除去することからなる。好ましくは、本発明により
研磨される金属層は銅からなる。
【００１０】本発明の上記およびその他の特徴および利
点は、本発明の好ましいおよび別の実施形態を記載する
以下の詳しい説明および図面を考慮することで、当業者
にとって一層容易に明らかになるであろう。
点は、本発明の好ましいおよび別の実施形態を記載する
以下の詳しい説明および図面を考慮することで、当業者
にとって一層容易に明らかになるであろう。
【００１１】
【発明の実施の形態】図面および以下の詳しい説明にお
いて、本発明を実施できるように好ましい実施形態を詳
述する。これらの特に好ましい実施形態を参照して本発
明を説明するが、本発明は、これらの好ましい実施形態
に限定されないことが理解されるべきである。しかしな
がら、これに反して、以下の詳しい説明および添付図面
を考慮すれば本発明は多数の別法、変形および均等物を
包含することが明らかとなるであろう。図面において全
体を通じて同じ数字は同じ要素を意味する。
いて、本発明を実施できるように好ましい実施形態を詳
述する。これらの特に好ましい実施形態を参照して本発
明を説明するが、本発明は、これらの好ましい実施形態
に限定されないことが理解されるべきである。しかしな
がら、これに反して、以下の詳しい説明および添付図面
を考慮すれば本発明は多数の別法、変形および均等物を
包含することが明らかとなるであろう。図面において全
体を通じて同じ数字は同じ要素を意味する。
【００１２】本発明のＣＭＰ研磨スラリーは、約３〜約
５ｐＨの防蝕剤としてのトリアゾールまたはトリアゾー
ル誘導体と、酸化剤としてのフェリシアン化物塩との組
み合わせからなる。これらの成分の組み合わせが良好な
平面化を伴い高速で金属を研磨する研磨スラリー組成物
を与えることを見いだした。特に、これらの成分の組み
合わせは、制限された凹み形成で、たとえば約１，００
０〜約５，０００Å／分の速度で銅を研磨する研磨スラ
リー組成物を与える。
５ｐＨの防蝕剤としてのトリアゾールまたはトリアゾー
ル誘導体と、酸化剤としてのフェリシアン化物塩との組
み合わせからなる。これらの成分の組み合わせが良好な
平面化を伴い高速で金属を研磨する研磨スラリー組成物
を与えることを見いだした。特に、これらの成分の組み
合わせは、制限された凹み形成で、たとえば約１，００
０〜約５，０００Å／分の速度で銅を研磨する研磨スラ
リー組成物を与える。
【００１３】本発明の組成物において、トリアゾールま
たはトリアゾール誘導体は、好ましくは非置換か、また
は置換された１，２，３−トリアゾールまたは１，２，
４−トリアゾールであり、さらに好ましくは、ベンゾト
リアゾール（ＢＴＡ）である。トリアゾールまたはトリ
アゾール誘導体は、防蝕効果量で組成物中に存在する。
好ましくは、トリアゾールまたはトリアゾール誘導体は
約０．０５〜約２Ｍ、好ましくは約０．１〜約１Ｍの量
で存在する。
たはトリアゾール誘導体は、好ましくは非置換か、また
は置換された１，２，３−トリアゾールまたは１，２，
４−トリアゾールであり、さらに好ましくは、ベンゾト
リアゾール（ＢＴＡ）である。トリアゾールまたはトリ
アゾール誘導体は、防蝕効果量で組成物中に存在する。
好ましくは、トリアゾールまたはトリアゾール誘導体は
約０．０５〜約２Ｍ、好ましくは約０．１〜約１Ｍの量
で存在する。
【００１４】本発明の組成物中で使用するフェリシアン
化物塩は好ましくはフェリシアン化カリウム（Ｋ3Ｆｅ
（ＣＮ）6）であり、酸化有効量で存在する。フェリシ
アン化物塩は水和された形、または無水物の形で供給す
ることができる。好ましくは、フェリシアン化物塩は約
０．０５〜約２Ｍ、さらに好ましくは約０．１〜約１Ｍ
の量で存在する。
化物塩は好ましくはフェリシアン化カリウム（Ｋ3Ｆｅ
（ＣＮ）6）であり、酸化有効量で存在する。フェリシ
アン化物塩は水和された形、または無水物の形で供給す
ることができる。好ましくは、フェリシアン化物塩は約
０．０５〜約２Ｍ、さらに好ましくは約０．１〜約１Ｍ
の量で存在する。
【００１５】フェリシアン化物塩の外に、本発明の組成
物は、追加の酸化剤を含有することができる。ＣＭＰ研
磨に関して当業界で公知の適当な任意の酸化剤を本発明
のフェリシアン化物塩酸化剤と共に使用することができ
る。追加の酸化剤の例は、Ｈ 2Ｏ2、Ｆｅ（ＮＯ3）3、Ｈ
3ＰＯ4、 ＨＮＯ3、ＫＭｎＯ4、ＫＩＯ3、Ｋ3Ｆｅ（Ｃ
Ｎ）6、Ｃｅ（ＮＯ3）4、および過硫酸アンモニウムお
よび硝酸アンモニウム（ＮＨ4ＮＯ3）のようなアンモニ
ウム塩であるが、これらに限定されるものではない。特
に、金属化層の所望の平面化のために、必要ならばＮＨ
4ＮＯ3（強酸と弱塩基の塩）を使用してスラリー組成物
の研磨速度を減少させることができる。酸化剤は、適当
な任意の溶剤に溶解することができる。たとえば、水お
よびアルコールのような通常の溶剤を本発明で使用する
ことができる。当業者にとって明らかなように、研磨ス
ラリー中の酸化剤の濃度は、たとえば除去すべき材料、
所望の除去速度などによって変わる。好ましくは、追加
の酸化剤は、０〜約２Ｍ、さらに好ましくは０〜約１Ｍ
の量で存在する。
物は、追加の酸化剤を含有することができる。ＣＭＰ研
磨に関して当業界で公知の適当な任意の酸化剤を本発明
のフェリシアン化物塩酸化剤と共に使用することができ
る。追加の酸化剤の例は、Ｈ 2Ｏ2、Ｆｅ（ＮＯ3）3、Ｈ
3ＰＯ4、 ＨＮＯ3、ＫＭｎＯ4、ＫＩＯ3、Ｋ3Ｆｅ（Ｃ
Ｎ）6、Ｃｅ（ＮＯ3）4、および過硫酸アンモニウムお
よび硝酸アンモニウム（ＮＨ4ＮＯ3）のようなアンモニ
ウム塩であるが、これらに限定されるものではない。特
に、金属化層の所望の平面化のために、必要ならばＮＨ
4ＮＯ3（強酸と弱塩基の塩）を使用してスラリー組成物
の研磨速度を減少させることができる。酸化剤は、適当
な任意の溶剤に溶解することができる。たとえば、水お
よびアルコールのような通常の溶剤を本発明で使用する
ことができる。当業者にとって明らかなように、研磨ス
ラリー中の酸化剤の濃度は、たとえば除去すべき材料、
所望の除去速度などによって変わる。好ましくは、追加
の酸化剤は、０〜約２Ｍ、さらに好ましくは０〜約１Ｍ
の量で存在する。
【００１６】上記成分は、好ましくは水および研磨粒子
からなる水性研磨スラリーに供給される。さらに、本発
明の組成物は、添加剤などを含有する水性相中に分散さ
れた錯化剤を含有する有機相を含む乳化物の形をとるこ
とができる。
からなる水性研磨スラリーに供給される。さらに、本発
明の組成物は、添加剤などを含有する水性相中に分散さ
れた錯化剤を含有する有機相を含む乳化物の形をとるこ
とができる。
【００１７】本発明において使用する研磨粒子は、アル
ミナ、シリカ、セリア、チタニア、ゲルマニアまたはジ
ルコニア、またはＣＭＰ法で金属層を研磨するために使
用するのに適しているその他の任意の粒子である。さら
に、本発明は、これらの粒子の組み合わせも包含するこ
とができる。好ましくは、本発明は約５〜約３０重量
％、さらに好ましくは約１０〜約２５重量％の量で研磨
粒子を含有する。研磨粒子は好ましくは約５０〜約３０
０ｎｍ、さらに好ましくは、約８０〜約１８０ｎｍの平
均粒径を持つ。
ミナ、シリカ、セリア、チタニア、ゲルマニアまたはジ
ルコニア、またはＣＭＰ法で金属層を研磨するために使
用するのに適しているその他の任意の粒子である。さら
に、本発明は、これらの粒子の組み合わせも包含するこ
とができる。好ましくは、本発明は約５〜約３０重量
％、さらに好ましくは約１０〜約２５重量％の量で研磨
粒子を含有する。研磨粒子は好ましくは約５０〜約３０
０ｎｍ、さらに好ましくは、約８０〜約１８０ｎｍの平
均粒径を持つ。
【００１８】本発明の組成物は、約１〜約６、さらに好
ましくは約３〜約５のｐＨを持つ。所望のｐＨは、フェ
リシアン化物塩および場合により追加の酸化剤を使用す
ることにより簡単に作ることができるが、本発明の組成
物は所望のｐＨを作るために緩衝剤を含有することもで
きる。たとえば、酢酸カリウム、酢酸、水酸化アンモニ
ウム、水酸化カリウム、アミン、硝酸、リン酸、フッ化
水素酸、塩酸、硫酸、有機酸などを本発明で使用して所
望のｐＨを得ることができる。さらに、本発明の組成物
は、スラリーのアグロメレーションを防止するために、
スラリーに添加することのできる表面活性剤のようなそ
の他の添加剤を含有することができる。
ましくは約３〜約５のｐＨを持つ。所望のｐＨは、フェ
リシアン化物塩および場合により追加の酸化剤を使用す
ることにより簡単に作ることができるが、本発明の組成
物は所望のｐＨを作るために緩衝剤を含有することもで
きる。たとえば、酢酸カリウム、酢酸、水酸化アンモニ
ウム、水酸化カリウム、アミン、硝酸、リン酸、フッ化
水素酸、塩酸、硫酸、有機酸などを本発明で使用して所
望のｐＨを得ることができる。さらに、本発明の組成物
は、スラリーのアグロメレーションを防止するために、
スラリーに添加することのできる表面活性剤のようなそ
の他の添加剤を含有することができる。
【００１９】本発明によれば、組成物中の化学成分の量
を制御することにより金属研磨速度を制御することがで
きる。たとえば、研磨速度はフェリシアン化物イオン濃
度を高めたときに増大する傾向があり、硝酸アンモニウ
ムまたはＢＴＡ濃度を高めたときに減少する傾向があ
る。従って、研磨速度は、研磨される金属表面に適用さ
れるときに、これらの成分の組成物中の濃度を変えるこ
とによってその場(in situ)で制御することができる。
さらに、金属除去速度は典型的にスラリー組成物のｐＨ
に依存するので、ｐＨを変え、従って研磨速度を変える
ために緩衝剤の存在を利用することができる。従って、
研磨速度は制御することができるので、本発明によれば
過研磨の量を減少させることができる。
を制御することにより金属研磨速度を制御することがで
きる。たとえば、研磨速度はフェリシアン化物イオン濃
度を高めたときに増大する傾向があり、硝酸アンモニウ
ムまたはＢＴＡ濃度を高めたときに減少する傾向があ
る。従って、研磨速度は、研磨される金属表面に適用さ
れるときに、これらの成分の組成物中の濃度を変えるこ
とによってその場(in situ)で制御することができる。
さらに、金属除去速度は典型的にスラリー組成物のｐＨ
に依存するので、ｐＨを変え、従って研磨速度を変える
ために緩衝剤の存在を利用することができる。従って、
研磨速度は制御することができるので、本発明によれば
過研磨の量を減少させることができる。
【００２０】図１は、本発明によりＣＭＰ研磨にかける
ことのできる予備成形された未研磨の半導体構造物１０
を示す。一般に、半導体構造物１０を作るために、シリ
コンまたはゲルマニウム砒素ウエハのような半導体基板
またはウエハ１４上に誘電体層１２が沈着され、平面化
される。誘電体層１２は、典型的に二酸化ケイ素（Ｓｉ
Ｏ2）、ホウ素リンシリケートガラス（ＢＰＳＧ）、ま
たはリンシリケートガラス（ＰＳＧ）を含む。誘電体層
１２の表面を平面化した後、原型デザインに従いエッチ
ングして、その中に一連の溝（ライン）および孔（バイ
ア）を形成する。たとえば図１は溝１６を示している。
その後、タンタル（Ｔａ）、および窒化タンタル（Ｔａ
Ｎ）、またはチタン（Ｔｉ）、および窒化チタン（Ｔｉ
Ｎ）の薄いライナーフィルム１８を、溝および孔を含む
誘電体層のエッチング面の上に形成する。次に銅または
タングステンのような金属をライナーフィルムの上に重
ねて溝および孔を充填する金属化層２０を形成する。好
ましくはライナーフィルム１８はＴａ／ＴａＮ層であ
り、金属化層２０は銅である。
ことのできる予備成形された未研磨の半導体構造物１０
を示す。一般に、半導体構造物１０を作るために、シリ
コンまたはゲルマニウム砒素ウエハのような半導体基板
またはウエハ１４上に誘電体層１２が沈着され、平面化
される。誘電体層１２は、典型的に二酸化ケイ素（Ｓｉ
Ｏ2）、ホウ素リンシリケートガラス（ＢＰＳＧ）、ま
たはリンシリケートガラス（ＰＳＧ）を含む。誘電体層
１２の表面を平面化した後、原型デザインに従いエッチ
ングして、その中に一連の溝（ライン）および孔（バイ
ア）を形成する。たとえば図１は溝１６を示している。
その後、タンタル（Ｔａ）、および窒化タンタル（Ｔａ
Ｎ）、またはチタン（Ｔｉ）、および窒化チタン（Ｔｉ
Ｎ）の薄いライナーフィルム１８を、溝および孔を含む
誘電体層のエッチング面の上に形成する。次に銅または
タングステンのような金属をライナーフィルムの上に重
ねて溝および孔を充填する金属化層２０を形成する。好
ましくはライナーフィルム１８はＴａ／ＴａＮ層であ
り、金属化層２０は銅である。
【００２１】半導体構造物１０を形成した後、金属化層
２０および溝、または孔の外側にあるライナーフィルム
１８の部分がＣＭＰ研磨によって誘電体表面から除去さ
れてその下にある誘電体層１２が露出する。特に、上述
したＣＭＰ研磨組成物を使用して、金属化層の一部がま
ず除去されて図２に示すようにライナーフィルム１８が
露出する。次に、図３に示すようにライナーフィルム１
８が除去されて、誘電体層１２が露出する。本発明によ
れば、ライナーフィルム１８は、上述したＣＭＰ研磨ス
ラリー、または異なるスラリーを使用することにより除
去することができる。研磨工程における最適の除去量
は、たとえば所望の全加工時間、研磨速度および凹み形
成に対する金属化材料の感受性のようなファクターによ
って予め決められることは当業者にとって明らかなこと
であろう。さらに、当業者によって理解されるように、
キャリア回転、プレート回転、降下力、背力などのよう
な研磨操作のある種の特性が除去速度に影響する。
２０および溝、または孔の外側にあるライナーフィルム
１８の部分がＣＭＰ研磨によって誘電体表面から除去さ
れてその下にある誘電体層１２が露出する。特に、上述
したＣＭＰ研磨組成物を使用して、金属化層の一部がま
ず除去されて図２に示すようにライナーフィルム１８が
露出する。次に、図３に示すようにライナーフィルム１
８が除去されて、誘電体層１２が露出する。本発明によ
れば、ライナーフィルム１８は、上述したＣＭＰ研磨ス
ラリー、または異なるスラリーを使用することにより除
去することができる。研磨工程における最適の除去量
は、たとえば所望の全加工時間、研磨速度および凹み形
成に対する金属化材料の感受性のようなファクターによ
って予め決められることは当業者にとって明らかなこと
であろう。さらに、当業者によって理解されるように、
キャリア回転、プレート回転、降下力、背力などのよう
な研磨操作のある種の特性が除去速度に影響する。
【００２２】金属化層２０および溝および孔を充填する
ライナーフィルム１８の部分は、ＣＭＰ研磨工程におい
て除去されないことが好ましい。換言すれば、本発明に
よれば、凹み形成、または過研磨は、好ましくは殆ど生
じないか、全く生じない。従ってＣＭＰ研磨工程の間に
除去される金属化層２０およびライナーフィルム１８の
量に関して、本題は半導体構造物１０の溝および孔の中
の金属化層およびライナーフィルムを包含しない。
ライナーフィルム１８の部分は、ＣＭＰ研磨工程におい
て除去されないことが好ましい。換言すれば、本発明に
よれば、凹み形成、または過研磨は、好ましくは殆ど生
じないか、全く生じない。従ってＣＭＰ研磨工程の間に
除去される金属化層２０およびライナーフィルム１８の
量に関して、本題は半導体構造物１０の溝および孔の中
の金属化層およびライナーフィルムを包含しない。
【００２３】図３に示すように、金属化層２０およびラ
イナーフィルム１８の研磨は、ライナーフィルムが除去
されて、誘電体層１２が露出した後に停止されることが
好ましい。終点検出の方法、および装置は当業界におい
て周知であり、本発明とともに通常の適当な任意の方法
を使用することができる。たとえば、終点は金属化層２
０およびライナーフィルム１８の平均厚さに基づく研磨
時間、および該金属およびライナーフィルム研磨速度を
評価することによって簡単に決定することができる。別
法として、当業界で公知の通常の任意の終点監視システ
ムを使用することができる。好ましくは、インサイチュ
の方法が使用される。インサイチュ終点検出方法として
は、たとえば米国特許第５，０３６，０１５号に記載さ
れているような摩擦変化を検出する方法、たとえば米国
特許第５，２２２，３２９号および同第５，２４０，５
５２号に記載されているような音響的方法、および例え
ば米国特許第５，１９６，３５３号および同第５，６４
３，０５０号に記載されているような熱的方法がある。
イナーフィルム１８の研磨は、ライナーフィルムが除去
されて、誘電体層１２が露出した後に停止されることが
好ましい。終点検出の方法、および装置は当業界におい
て周知であり、本発明とともに通常の適当な任意の方法
を使用することができる。たとえば、終点は金属化層２
０およびライナーフィルム１８の平均厚さに基づく研磨
時間、および該金属およびライナーフィルム研磨速度を
評価することによって簡単に決定することができる。別
法として、当業界で公知の通常の任意の終点監視システ
ムを使用することができる。好ましくは、インサイチュ
の方法が使用される。インサイチュ終点検出方法として
は、たとえば米国特許第５，０３６，０１５号に記載さ
れているような摩擦変化を検出する方法、たとえば米国
特許第５，２２２，３２９号および同第５，２４０，５
５２号に記載されているような音響的方法、および例え
ば米国特許第５，１９６，３５３号および同第５，６４
３，０５０号に記載されているような熱的方法がある。
【００２４】研磨工程が一旦完了すると、露出された誘
電体層１２は、典型的には脱イオン水で洗浄され、バフ
掛けされ、すなわち研磨または再平面化されて、ＣＭＰ
工程中に誘電体表面の中に形成された引掻き、または埋
没粒子のようなあらゆる欠陥が除去される。バフ工程は
当業界で周知のものであり、適当な方法は当業者にとっ
て明らかである。
電体層１２は、典型的には脱イオン水で洗浄され、バフ
掛けされ、すなわち研磨または再平面化されて、ＣＭＰ
工程中に誘電体表面の中に形成された引掻き、または埋
没粒子のようなあらゆる欠陥が除去される。バフ工程は
当業界で周知のものであり、適当な方法は当業者にとっ
て明らかである。
【００２５】
【発明の効果】本発明の化学機械平面化（ＣＭＰ）研磨
組成物およびこれに対応する方法は、速い除去速度で金
属層を研磨し、凹み形成および誘電体摩蝕が少ない金属
層の良好な平面化を与えるために使用することができ
る。本発明の組成物、および方法は、典型的に凹み形成
の影響を受けやすい感受性のある銅を良好な平面化度で
研磨するのに特に有用である。特にトリアゾールまたは
トリアゾール誘導体とフェリシアン化物酸化剤を約３〜
約５のｐＨで組み合わせることにより、本発明のＣＭＰ
研磨組成物が容易に制御することのできる方法で、銅の
ような金属層を高速で研磨して、良好な平面化を与える
ことが見出されたのである。したがって、本発明は良好
な品質の集積回路が、従来の方法を比較してより速く製
造されることを可能にする。
組成物およびこれに対応する方法は、速い除去速度で金
属層を研磨し、凹み形成および誘電体摩蝕が少ない金属
層の良好な平面化を与えるために使用することができ
る。本発明の組成物、および方法は、典型的に凹み形成
の影響を受けやすい感受性のある銅を良好な平面化度で
研磨するのに特に有用である。特にトリアゾールまたは
トリアゾール誘導体とフェリシアン化物酸化剤を約３〜
約５のｐＨで組み合わせることにより、本発明のＣＭＰ
研磨組成物が容易に制御することのできる方法で、銅の
ような金属層を高速で研磨して、良好な平面化を与える
ことが見出されたのである。したがって、本発明は良好
な品質の集積回路が、従来の方法を比較してより速く製
造されることを可能にする。
【００２６】本発明の以上の記載、および添付図面を参
照すれば、当業者はそれらからの変更および変形をする
ことができるであろう。これらの変更および変形は、本
題の特許請求の範囲の精神および範囲内に含まれるもの
である。
照すれば、当業者はそれらからの変更および変形をする
ことができるであろう。これらの変更および変形は、本
題の特許請求の範囲の精神および範囲内に含まれるもの
である。
【図１】本発明による予備成形された未研磨半導体構造
物の断面図である。
物の断面図である。
【図２】本発明によるＣＭＰ研磨によってライナーフィ
ルム上に重ねられている金属化層が除去された図１の半
導体構造物の断面図である。
ルム上に重ねられている金属化層が除去された図１の半
導体構造物の断面図である。
【図３】本発明によるＣＭＰ研磨した後の半導体構造物
の断面図である。
の断面図である。
１０ 半導体構造物 １２ 誘電体層 １４ 半導体基板 １８ ライナーフィルム ２０ 金属化層
フロントページの続き (72)発明者 スダーンシュ ミスラ アメリカ合衆国 32837 フロリダ，オー ランド，ブライトモア サークル 5124 (72)発明者 プラディップ クマール ロイ アメリカ合衆国 32819 フロリダ，オー ランド，ヒドゥン アイビー コート 7706
Claims (20)
- 【請求項１】 多数の研磨粒子と、防蝕有効量のトリア
ゾールと、またはトリアゾール誘導体と、酸化有効量の
フェリシアン化物塩酸化剤と、水とからなり、約１〜約
６のｐＨを持つ化学機械平面化研磨組成物。 - 【請求項２】 前記トリアゾール、またはトリアゾール
誘導体は、ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）である請求項
１に記載の研磨組成物。 - 【請求項３】 前記フェリシアン化物塩はフェリシアン
化カリウムである請求項１に記載の研磨組成物。 - 【請求項４】 約３〜約５のｐＨを持つ請求項１に記載
の研磨組成物。 - 【請求項５】 前記防蝕有効量のトリアゾール、または
トリアゾール誘導体の量は、約０．０５〜約２Ｍであ
る、請求項１に記載の研磨組成物。 - 【請求項６】 前記酸化有効量のフェリシアン化物塩の
量は約０．０５〜約２Ｍである、請求項１に記載の研磨
組成物。 - 【請求項７】 前記研磨粒子はアルミナ粒子である請求
項１に記載の研磨組成物。 - 【請求項８】 前記研磨粒子はシリカ粒子である請求項
１に記載の研磨組成物。 - 【請求項９】 さらに、緩衝剤を含む請求項１に記載の
研磨組成物。 - 【請求項１０】 多数の研磨粒子と、約０．０５〜約２
Ｍのベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）と、約０．０５〜約
２Ｍのフェリシアン化カリウムと、水とからなり、約３
〜約５のｐＨを持つ化学機械平面化研磨スラリー。 - 【請求項１１】 多数の研磨粒子と、防蝕有効量のトリ
アゾール、またはトリアゾール誘導体と、酸化有効量の
フェリシアン化物塩酸化剤と、水とからなり、約１〜約
６のｐＨを持つ化学機械研磨組成物を用いて金属化層を
研磨することにより前記金属化層の少なくとも一部を除
去する工程からなる半導体ウエハ上の金属化層の研磨方
法。 - 【請求項１２】 前記金属化層は銅からなる請求項１１
に記載の方法。 - 【請求項１３】 前記トリアゾール、またはトリアゾー
ル誘導体はベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）である請求項
１１に記載の方法。 - 【請求項１４】 前記フェリシアン化物塩はフェリシア
ン化カリウムである、請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１５】 前記ｐＨは約３〜約５である請求項１
１に記載の方法。 - 【請求項１６】 前記防蝕有効量のトリアゾール、また
はトリアゾール誘導体の量は、約０．０５〜約２Ｍであ
る、請求項１１に記載の方法。 - 【請求項１７】 前記酸化有効量のフェリシアン化物塩
の量は約０．０５〜約２Ｍである、請求項１１に記載の
方法。 - 【請求項１８】 前記研磨粒子はアルミナ粒子である請
求項１１に記載の方法。 - 【請求項１９】 前記研磨粒子はシリカ粒子である請求
項１１に記載の方法。 - 【請求項２０】 前記研磨組成物はさらに、緩衝剤を含
む請求項１１に記載の方法。
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