JP2001500188A - チタニウム含有複合物を研磨するための合成物およびその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 チタニウム含有基板のケミカル−メカニカル−ポリッシングに有用な水性スラリーを提供する。この水性スラリーは、水、サブミクロン研磨粒子、酸化剤、および、モノ−、ジ−またはトリ−置換フェノールであってその置換作用基の少なくとも一つが極性を有するものから成る。合成物には、シリカの除去速度を抑制する化合物を適宜含むものとすることができる。このスラリーは、さらに、タングステン、アルミニウムまたは銅を含有する基板に有用である。

Description

【発明の詳細な説明】 チタニウム含有複合物を研磨するための合成物およびその方法 発明の背景 発明の分野 この発明は、基板、特に、シリカ、金属、チタニウムおよび／又は窒化チタン を含む基板をケミカル−メカニカル−ポリッシングするときに使用するスラリー として有用な合成物に関するものである。 関連技術の説明 従来の研磨合成物またはスラリーは、一般に、研磨粒子を含有する溶液からな る。基板の一部分、又は、基板全表面は、エラストマーパッドが基板に押しつけ られ、そのパッドと基板が相互間で動く間、スラリー中に浸されあるいはスラリ ー中で濯がれる。こうして、研磨粒子は荷重下で基板に対して押し付けられて、 パッドの横方向の動きによって研磨粒子が基板面上を横切って動き、その結果、 基板表面の磨耗及び容積的な除去をもたらす。 多くの場合、表面除去の速度は、単に、加えられる圧力の程度、パッドの回転 速度、およびスラリー粒子の化学的活性によって決まる。研磨粒子の化学的活性 を高めることが、数多くの特許の基礎になっている。例えば、アメリカ特許第4, 959,113号（ロバーツ）、同第5,382,272号（クック他）があり、これらは共にデ ラウエァ州ニューワークのローデル インコーポレイテッドに譲渡されている。 研磨速度を高めるその他の手段の一つには、それ自体が基板および／又は基板 の酸化物に対して腐食性がある成分をスラリーに添加することである。研磨粒子 と共に使用すると、かなり高い研磨速度が得られる。この工程は、しばしば、ケ ミカル−メカニカル−ポリッシング（ＣＭＰ）と呼ばれ、半導体や半導体デバイ ス、特に、集積回路の研磨に好まれる技術である。集積回路構造相互をつなぐヴ ァイスのような誘電／金属複合体構造の研磨の際に、しばしば金属成分および／ 又は金属成分の酸化物の溶解を早める添加物がスラリーに加えられる。この技術 およびこれに関連するその他の技術の目的は、回路の金属部分を優先的に取り除 いて、その結果得られる表面が、代表的にはSiO₂から成る、絶縁あるいは誘電面 と共面になることである。この工程は、平坦化と呼ばれる。 しばしば、チタニウム／窒化チタンのフィルムが、タングステンおよびアルミ ニウムを酸化ケイ素絶縁層への蒸着を促進するために使用される。ロッテン他の 論文（「タングステンＣＭＰにおけるパターン密度効果(pattem density effect s)」1995年6月27〜29日のＶＭＩＣコンフェレンス、ＩＳＭＩＣ−104/95/0491) ）は、タングステン、チタニウムおよび窒化チタンを使用した構造物を平坦化す るときに起こった問題について論じている。理想的には、チタニウム／窒化チタ ン層が、タングステン除去速度に匹敵する速度で除去されるべきであるが、チタ ニウムは非常に腐食しにくい材料である。従って、容易には酸化せず、除去が難 しい。 本願発明の目的は、シリカ、金属およびチタニウムをある形態で含む複合物に 特に効果のあるスラリー合成物を見出すことである。 発明の概要 この発明は、チタニウム含有基板のケミカル−メカニカル−ポリッシングに有 用であって、水、サブミクロン研磨粒子、酸化剤、および、モノ−、ジ−又はト リ−置換フェノールであって少なくとも一つの置換作用基が極性を有する化合物 とからなる水性スラリーを提供する。このような作用基としては、例えば、水酸 基、ニトロ基、アミン基、カルボキシル基、スルホ(sulfo)基およびフォスホ（p hospho）基があげられる。 水、サブミクロン研磨粒子、酸化剤、および、モノ−、ジ−又はトリ−置換フ ェノールであって少なくとも一つの置換作用基が極性を有する化合物とからなる 研磨スラリーを使用した、チタニウム含有基板のケミカル−メカニカル−ポリッ シングの方法を提供する。このような作用基としては、例えば、水酸基、ニトロ 基、アミン基、カルボキシル基、スルホ基およびフォスホ基があげられる。 好ましい実施例の説明 金属とチタニウムを含む複合物のケミカル−メカニカル−ポリッシングに使用 される研磨スラリーに、モノ−、ジ−又はトリ−置換フェノール化合物であって その置換作用基の少なくとも一つが極性を有するものを添加すると、その複合物 におけるチタニウム及びその他の金属に対する高い除去速度が得られることが見 出された。このような複合物に一般に見られる他の金属は、タングステン、アル ミニウムまたは銅である。この発明はこれら金属のいずれを含む複合物にも応用 することができる。 本願発明の合成物中のサブミクロン研磨粒子は、アルミナ、シリカ、セリア及 びジルコニア等のケミカル−メカニカル−ポリッシングに使用される酸化物のい ずれかから成るものとしてもよい。研磨粒子はＣＭＰ用のスラリーに、約0.01〜 約１５重量％で使用可能である。一般には、約１〜約１０重量％の濃度で使用さ れている。アルミナが好ましい研磨粒子であり、最も好ましいのは、約５〜約７ 重量％のアルミナである。 この発明の合成物の酸化剤は普通の酸化剤、例えば、硝酸塩、ヨウ素酸塩、塩 素酸塩、過塩素酸塩、亜塩素酸塩、硫酸塩、過硫酸塩、過酸化物、オゾン処理水 (ozonated water)、過酸化水素水等のいずれからなるものであってもよい。酸化 剤はＣＭＰ用のスラリーに約0.01〜約７重量％の濃度で使用することができるが 、一般には、約１〜約７重量％の濃度で使用されている。ヨウ素酸塩が好ましい 酸化剤であり、最も好ましいのは、約２〜約４重量％のヨウ素酸カリウムである 。 この発明の合成物は、さらにSiO₂用の錯化剤又はキレート化剤として作用する 化合物を適宜含むことができる。これらは、米国特許第5,391,258号及び米国特 許第5,476,606号に非常に詳しく記載されている。これら化合物は、シリカへの 錯化に影響し得る構造に存在する、少なくとも二つの酸基を有していなければな らない。酸の種類は、分離可能陽子を有する作用基である。例えば、カルボキシ ル基、水酸基、スルホ基、フォスホ基があるが、ごれらに限定されるものではな い。カルボキシル基および水酸基は、最も広範囲に多様な有効な種類が存在する ので好ましい。特に効果があるのは、例えば、りんご酸とりんご酸塩、酒石酸と 酒石酸塩、グルコン酸とグルコン酸塩等の直鎖モノ−及びジ−カルボン酸と塩の ようなアルファ位置に水酸基を有する二以上のカルボキシル基を持つ構成である 。また、クエン酸とクエン酸塩のようなカルボキシル基に対してアルファ位置に 第二または第三水酸基を有するトリ−又はポリカルボン酸と塩が効果がある。 さらに、オルト ジ−およびポリヒドロキシ安息香酸と酸性塩、フタル酸と酸性 塩、ピロカテコール、ピロガロール、没食子酸と没食子酸塩、タンニン酸とタン ニン酸塩等のベンゼン環含有化合物も効果がある。これら錯化剤はＣＭＰ用のス ラリーに約0.1〜約７重量％で使用可能であるが、好ましくは、約２〜約４重量 ％で使用されている。 複合物におけるチタニウムおよび他の金属に対し高い除去速度を示すモノ−、 ジ−またはトリ−置換フェノール化合物は、米国特許第5,391,258号及び米国特 許第5,476,606号で記載されているシリカの除去速度を抑制する化合物であって もよい。これら化合物としては、例えぼ、サリチル酸と、５−スルホ サリチル 酸等の置換サリチル酸がある。 この発明の合成物のpHは、合成物に酸または塩基を添加することによって、調 整できる。チタニウムおよび他の金属のＣＭＰに使用される合成物のpHは、一般 に、約１〜約７の範囲である。シリカの除去速度を抑制する化合物が加えられる と、これは少なくとも二つの分離可能な酸基を有ずることになるが、第一の分離 可能な酸基のpKaが研磨合成物のPHよりもあまり大きくならないように、研磨合 成物のpHを調整することができる。 例 １ 8000オングストロームのタングステン／400オングストロームのTi₃N₄／250オ ングストロームのTiから成る表面を持つ８インチウェハを、ウエステック372Ｕ 研磨装置（Westech 372U polishing machine）上で、下記の条件において研磨し た。 プレッシャー ７psi キャリアスピード 50rpm テーブルスピード 40rpm バックプレッシャー ３psi ＩＣ 1000-Ｐ／ＳｕｂａＴＭ IVパッド（デラウェア州ニューアークのロ ーデル インコーポレイテッドから購入可能）を使用 調整スラリー１は、ヨウ素酸カリウム約３％、フタル酸水素アンモニウム約３％ 、 サブミクロンアルミナ約５％、残りは脱イオン水であった。スラリー１のpHは約 ４である。スラリー２には、ヨウ素酸カリウム約２％、サリチル酸約１％、サブ ミクロンアルミナ約５％が含まれている。スラリー２および、後述するスラリー ３、４、５のpHは約3.5である。pHの調整は、必要に応じて、酸（硝酸）または 塩基（水酸化アンモニウム）を添加することによって行う。スラリー３は、スラ リー２と同じものに、過酸化水素の３０％の水溶液として、過酸化水素約３％を 添加した。表１には、全三層、タングステン層、チタニウムを含む二層について のクリアタイムの結果が示されている。 例 ２ 例２においては、例１と同じウェーハ、研磨条件、調整スラリー１が使用され ている。サリチル酸誘導体、５−スルホ サリチル酸が、サリチル酸の代わりに 、スラリー４、５において使用されている。クリアタイムは下記表２の通りであ った。 例 ３ 例３においては、10000オングストロームのアルミニウム／500オングストロー ムのTiN／350オングストロームのTiからなる面を持つ８インチウェーハが、例１ 、２と同様に研磨された。使用されたスラリー１、４は、例２で記載したものと 同じである。クリアタイムは以下、表３の通りであった。 上述の例より、モノ−、ジ−またはトリ−置換フェノールであって、その置換 作用基の少なくとも一つが極性を有する、例えば、サリチル酸及びその誘導体は 、チタニウムおよび窒化チタニウムの除去速度を速め、タングステン、アルミニ ウムまたは銅等のその他の金属を含有する複合物の研磨に効果的であり得ること が明らかである 上述事項は、本願発明に関するいかなる限定をも意図するものではなく、本願 発明の範囲の限定はすべて、以下に添付されている請求項に記載されている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウ グアングウエイ アメリカ合衆国 デラウェア州 19711 ニューアーク モーニング トーヴ ドラ イブ 357 (72)発明者 クック リー メルボルン アメリカ合衆国 ペンシルヴェニア州 19310 スティールヴィル ブライソン ロード 20

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． チタニウム含有基板のケミカル−メカニカル−ポリッシングに有用な水性 スラリーであって、水、サブミクロン研磨粒子、酸化剤、および、モノ−、ジ −またはトリ−置換フェノールであって、その置換作用基の少なくとも一つが 極性を有するものからなる合成物。 ２． 前記サブミクロン研磨粒子がアルミナであるこどを特徴とする請求項１記 載の合成物。 ３． 前記酸化剤がヨウ素酸カリウムを含むことを特徴とする請求項１記載の合 成物。 ４． 前記酸化剤が、さらに過酸化水素を含むことを特徴とする請求項３記載の 合成物。 ５． さらに、シリカの除去速度を抑制する化合物を含むことを特徴とする請求 項１記載の合成物。 ６． さらに、シリカの除去速度を抑制する化合物を含むことを特徴とする請求 項２記載の合成物。 ７． さらに、シリカの除去速度を抑制する化合物を含むことを特徴とする請求 項３記載の合成物。 ８． さらに、シリカの除去速度を抑制する化合物を含むことを特徴とする請求 項４記載の合成物。 ９． 前記モノ−、ジ−またはトリ−置換フェノールがサリチル酸または置換サ リチル酸であることを特徴とする請求項１記載の合成物。 １０．チタニウム含有基板が研磨パッドに押しつけられ、この基板とパッドがそ の相互間で動かされ、研磨工程においてこのパッドに研磨合成物が付与される チタニウム含有基板を研磨する方法であって、前記研磨合成物が、水、サブミ クロン研磨粒子、酸化剤、および、モノ−、ジ−またはトリ−置換フェノール であって、その置換作用基の少なくとも一つが極性を有するものからなるもの であることを特徴とする研磨方法。 １１．前記サブミクロン研磨粒子がアルミナであることを特徴とする請求項１０ 記載の方法。 １２．前記酸化剤がヨウ素酸カリウムからなることを特徴とする請求項１０記載 の方法。 １３．前記酸化剤が、さらに、過酸化水素を含むことを特徴とする請求項１２記 載の方法。 １４．前記合成物が、さらに、シリカの除去速度を抑制する化合物を含むことを 特徴とする請求項１０記載の方法。 １５．前記基板がさらにタングステンを含有するものであることを特徴とする請 求項１０記載の方法。 １６．前記基板がさらにアルミニウムを含有するものであることを特徴とする請 求項１０記載の方法。 １７．前記基板がさらに銅を含有するものであることを特徴とする請求項１０記 載の方法。