JP2001514802A - 有機重合体絶縁膜の化学機械的研磨法 - Google Patents
有機重合体絶縁膜の化学機械的研磨法Info
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Abstract
(57)【要約】
半導体基板上に高分子の絶縁性膜を形成し、平坦化し、そしてこれら膜の平坦化処理時に高い化学機械的研磨除去速度を達成する方法。硬化され、全体的に平坦化された高分子絶縁性薄膜が、半導体基板の1つの表面上に、(a)高分子の絶縁性膜組成物を半導体基板の1つの表面上に堆積させ;(b)堆積された該膜を一部硬化させ;(c)該一部硬化絶縁性膜に対して、該絶縁性膜が実質的に平坦化されるまで化学機械的研磨工程を実施し;そして(d)研磨された該膜を追加の硬化工程に付すことにより作られる。好ましい絶縁性膜はポリアリーレンエーテル重合体および/またはフッ素化ポリアリーレンエーテル重合体であり、これらは半導体基板上に回転塗布法で堆積せしめられる。該重合体は熱処理で一部硬化せしめられる。化学機械的研磨工程は全体的平坦化を達成する。もう1つの熱処理で、重合体の最終硬化が遂行される。こうして、化学機械的研磨の除去速度が完全硬化重合体膜の除去速度に比較して増大せしめられる。
Description
【発明の詳細な説明】
有機重合体絶縁膜の化学機械的研磨法
関連出願との相互参照
本出願は、1997年3月13日に出願された出願中の仮特許出願第60/0
40,448号の利益を権利として請求するものである。この米国特許出願をこ
こに引用、参照することによって、その内容が本明細書に含まれるものとする。
発明の背景 発明の分野
本発明は、半導体基板上での高分子絶縁性膜の形成とその平坦化、さらに詳し
くはこれら絶縁性膜を平坦化するときに高い化学機械的研磨除去速度を達成する
方法に関する。従来技術の説明
半導体技術では、集積回路(IC)チップ上により多くの回路をより速く形成す
るという傾向が続いている。このような超々集積化で引き続き特徴画像(featur
e)サイズの縮小化がもたらされ、その結果単一のチップ上で極めて多数のディ
バイスが利用できるようになっている。チップ表面積が限られていることにより
、配線密度は、典型的な例では、基板の上に多層配置(multi-level arrangemen
t)で大きくなり、従ってそのディバイスはこれら多重層(multiple levels)を
横断して接続されていなければならない。これらの配線は、それらが接触するよ
うに設計されている場所以外は、互いに電気的に絶縁されていなければならない
。電気的絶縁には、通常、1つの表面上に絶縁性膜を蒸着または回転塗布するこ
とが必要である。この技術分野で知られているように、有機重合体の絶縁性膜に
は集積回路の進んだ多層配線の製造に重要な用途がある。これは、集積回路配線
用の標準的絶縁体である二酸化珪素と比較して、有機重合体絶縁性膜の優れた電
気絶縁特性に起因する。二酸化珪素を、選ばれた有機重合体、特に比較的低い誘
電率を持つもの、例えば誘電率の値が3より小さいもので置き換えることにより
信号処理が速まり、電力消費が少なくなり、そして回路部品のノイズが低下する
よ
うになることは周知である。
集積回路は、典型的な例では、シリコンウェーハ基板上に同一の隣接する単位
として作られる。製造は、各種の導体、絶縁体および加工用化学薬品を含んで成
る多数の個々の薄膜を順次堆積させ、パターン化する工程を含む。配線を局所、
局所に形成することに関連した、鍵となっている処理の困難は、ディバイスの表
面地形構造(topography)である。基板表面自体が平面性に極めて欠けているだ
けでなく、ディバイスの形成プロセスがさらに表面地形構造に凹凸を作る。平面
性を失うと、層間絶縁層の厚さが不同になること、下にある材料に対する接着が
乏しくなること、段差被覆ができること、さらには焦点深度の問題が派生するこ
とに起因してバイアス(vias)が開かなくなることを含めて、製造収率に悪影響
を及ぼし得る多くの問題が引き起こされる可能性がある。益々小さくなって来て
いる特徴画像を画成するために光リソグラフィー技術が用いられるので、露光装
置の焦点深度は低下する。多重層(multiple layers)の配線を効果的に作るた
めに、多段工程プロセス中にある特定の複数の層の表面を全体的に平坦化するこ
とが必要になってきた。平坦化処理は、段々複雑になってきている集積回路を適
正にパターン化する目的で、超小型電子回路ディバイス層の表面地形構造を滑ら
かにする、即ち平らにするものである。フォトリソグラフィー技術を用いて作ら
れるICの特徴画像では、リソグラフの焦点深度が極端に制限されている場合、
即ち0.35μm以下に制限されている場合、絶縁層の広域および全体的平滑化
が必要になる。本明細書で用いられる「局所(local)平滑化」なる用語は、膜
が0〜約5直線マイクロメートル(linear micrometer)の距離にわたって平面
、即ち平らになっている状態を意味する。「広域(regional)平坦化」は、膜が
約5〜約50直線マイクロメートルの距離にわたって平面、即ち平らになってい
る状態を意味する。「全体的(global)平滑化」は、膜が約50〜約1000直
線マイクロメートルの距離にわたって平面、即ち平らになっている状態を意味す
る。広域および全体的平坦化が十分になされていないと、焦点深度の欠如がリソ
グラフの処理用窓の制限されたもの(limited lithographic processing window
)として現れてくる。この技術分野では、そのような層の表面全体を本質的に平
坦化するのに、化学機械的研磨法(CMP)が効果的に用いられてきた。CMP処
理には、平ら
な区域を著しくは薄くしないで、表面地形構造上高さが高くなっている特徴画像
を速やかに除去することができるという点で、外に例を見ない利点がある。
有用なCMP法の1つの重要な特徴は、膜の除去速度が大きいということであ
る。公称2000〜4000Å/分の除去速度が現在比較的高いと考えられ、ま
た1000Å/分の除去速度が一般に比較的低いと考えられている。他の性能特
性には妥協の余地がないとして、公称2000〜4000Å/分のCMP除去速
度が望ましく、かつICの製造プロセスで許容できる速度である。このCMP除
去速度を上げる従来の方法に、研磨される膜に対してCMPプロセス中に衝突す
る研磨パッドに関連する下向きの力を大きくする方法;CMPプロセス中に使用
される研磨スラリーに含まれる粒子の大きさおよび/または濃度を大きくする方
法;スラリー溶液の化学的組成を、例えばそのpHを変え、界面活性剤または分
散剤を添加して変える方法;および比較的堅い材料より構成されるCMP研磨パ
ッドを利用する方法がある。
二酸化珪素に代えて有機重合体としての誘電体をIC配線用絶縁体として導入
することに関して、重合体膜のCMPを効率的に行う方法の必要が存在する。残
念ながら、有機重合体膜は、普通、これを十分に硬化させ、続いてSiO2系誘電体
に対して設計されたスラリーで研磨するとき、低CMP除去速度を示す。ポリア
リーレンエーテル類やフッ素化ポリアリーレンエーテル類のような重合体の化学
的組成物から作られた絶縁性膜では、色々な実験条件下で、極めて低い値(例え
ば、1000Å/分)が観察されるのである。有機重合体の誘電体およびそれら
誘電体から製造された物品の例は、米国特許第5,145,936号、同第5,
108,840号、同第5,115,082号、同第5,114,780号、同
第5,155,175号、同第5,179,188号、同第5,250,667
号、同第5,235,044号、同第5,173,542号および同第5,27
0,453号明細書に開示されている。これら全てのケースで、その絶縁性膜は
、CMP法を行う前に、ラッカーからシリコン基板上に回転塗布することにより
堆積され、次いで完全熱硬化された。
ラッカーおよび回転塗布技術を用いて薄膜形態で堆積される高分子膜には、物
理的または化学的蒸着技術(それぞれ、PVDまたはCVD)で蒸着される高分
子膜と比較するとき、特有の特性がある。回転塗布膜(spin-on films)の場合
、それらは、必ず、その膜を固め、硬化させる硬化処理を必要とする。この言及
されたタイプの高分子膜を高膜除去速度でCMP平坦化処理に付すことが可能な
改良された方法を提供することが望ましいだろう。
本発明は、有機重合体の誘電体を用い、CMPの技術と条件を採用して高CM
P除去速度を達成する方法を提供するものである。高分子の絶縁性薄膜を回転塗
布法で堆積させるとき、そのCMP研磨速度はそれら薄膜の硬化の程度の関数で
あることが見いだされた。本発明の方法によれば、堆積された膜は一部硬化され
、CMP処理に付され、次いで最終硬化に付される。堆積した重合体膜を一部だ
け硬化させるならば、それらのCMP除去速度は、CMP処理に先立ってより十
分に硬化された同様の膜の除去速度と比較して、それよりはるかに大きく、約2
000Å/分またはそれ以上のオーダーであることが見いだされた。これらの後
者の完全硬化膜では、標準条件下でのCMP除去速度は、典型的には、約100
0Å/分以下である。本発明は、また、CMP除去速度を硬化度の関数としてプ
ロットしているデーターより構成される校正曲線をまず作り、そしてCMP除去
速度を、その利用可能な除去速度範囲にわたって、所望とされる除去速度値を決
定するために、要求に合わせて調製することにより、誘電体としての重合体のC
MP除去速度を要求に合わせて調製する方法も提供する。
発明の概要
本発明は、次の:
(a)高分子の絶縁性膜組成物を半導体基板の1つの表面上に堆積させ;
(b)堆積されたその膜を一部硬化させ;
(c)その一部硬化絶縁性膜に対して、その絶縁性膜が実質的に平坦化される
まで化学機械的研磨工程を実施し;そして
(d)研磨されたその膜を追加の硬化工程に付す
工程を含んで成る、半導体基板上に、硬化され、全体的に平坦化された高分子絶
縁性薄膜を形成する方法を提供するものである。
本発明は、また、次の:
(a)液状の高分子絶縁性膜組成物を半導体基板の1つの表面上に回転、堆積
させ;
(b)その絶縁性層を、基板表面上に連続した乾燥絶縁性層を形成し、そして
堆積されたその膜を一部硬化させるのに十分な温度でかつ十分な時間加熱し;
(c)その一部硬化絶縁性膜に対して、その絶縁性膜が実質的に平坦化される
まで化学機械的研磨工程を実施してその絶縁性層の一部分を除去し;そして
(d)研磨されたその膜を追加の硬化工程に付す
工程を含んで成る、半導体基板上に、硬化され、全体的に平坦化された高分子絶
縁性薄膜を形成する方法も提供する。
図面の簡単な説明
図1は、CMP除去速度−対−硬化時間に硬化温度を乗ずることによって得ら
れた正規化硬化エネルギーの自然対数グラフである。
好ましい態様の説明
本発明によれば、被覆された高分子絶縁性膜を一部硬化させ、続いてCMP法
を用いて全体的に平坦化し、次いでさらに十分に硬化させることにより、IC製
造ラインを改善できることが見いだされた。高分子絶縁性膜が半導体基板上に堆
積せしめられる。堆積に続いて、その絶縁性膜を、一連のホットプレートによる
逐次熱処理で一部硬化させることができる。一部硬化に続いて、その膜は標準的
な条件下でCMP処理に付されて、所望とされる程度までの、好ましくは高除去
速度での全体的平坦化を達成する。CMP処理工程(c)の後であるが、追加の
硬化工程(d)の前に、常用の、1つまたは複数の後研磨洗浄工程を用いて研磨
済み膜から粒子、その他の残渣を除去してもよい。平坦化された膜は、次いで、
被覆されたウェーハを炉の中に曝露する等の常用の方法で十分に硬化される。そ
の被覆ウェーハは、次に、所望されるとおりにさらに加工される。
典型的な例では、絶縁性膜組成物は、ICまたは他の超小型電子回路ディバイ
スに加工されるべきウェーハ基板上に適用される。本発明に適した、表面に回路
パターンを有してもよいし、あるいは有していなくてもよい平らな基板に、他を
除外するものではないが、ガリウム・砒素(GaAs)、シリコン、並びに結晶性シリ
コン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、エピタキシャルシリコンおよび
二酸化珪素(SiO2)並びにそれらの混合物のような珪素含有組成物がある。こ
れらの基板は、典型的には、直径が約2インチ(50mm)〜約12インチ(3
05mm)の範囲であるが、但し本発明はそれより大きいまたは小さい基板でも
なお有効であろう。
液状の絶縁性層、好ましくは適当な溶媒中のスピン−オンガラス(spin-on gla
ss)が周囲条件下で基板表面に適用される。その絶縁性膜組成物は、シリケート
、ホスホシリケート、シロキサン、シルセスキオキサン(silsesquioxane)、有機
の重合体および共重合体並びにそれらの混合物を含んで成る。有用な誘電体材料
に、ボリイミド類、架橋されたポリアリーレンエーテル類、ベンゾシクロブテン
およびこれらの任意のものを含有する共重合体がある。本発明に有用な高分子誘
電体材料に、式[(HSiO1.5)xOy]nを有する水素シロキサン類、式(HSiO1.5)nを有
する水素シルセスキオキサン類並びに式[(HSiO1.5)xOy(RSiO1.5)z]n、[(HSiO1.5
)x(RSiO1.5)y]nおよび[(HSiO1.5)xOy(RSiO1.5)z]nを有するヒドロオルガノシロ
キサン類がある。これら重合体の式の各々において、x=約6〜約20であり、
y=1〜約3であり、z=約6〜約20であり、n=1〜約4,000であり、
そしてRは各々独立にH、C1〜C8アルキルまたはC6〜C12アリールである。
その重量平均分子量は約1,000〜約220,000の範囲であることができ
る。好ましい態様において、nは約100〜約800の範囲であって、これは約
5,000〜45,000の分子量を与える。nが約250〜約650であって
、約14,000〜約36,000の分子量を与えるのがさらに好ましい。本発
明の着想内で有用な重合体に、他を排除するものではないが、水素シロキサン、
水素シルセスキオキサン、水素メチルシロキサン、水素エチルシロキサン、水素
ブロピルシロキサン、水素ブチルシロキサン、水素tert−ブチルシロキサン、水
素フェニルシロキサン、水素メチルシルセスキオキサン、水素エチルシルセスキ
オキサン、水素プロピルシルセスキオキサン、水素ブチルシルセスキオキサン、
水素tert−ブチルシルセスキオキサンおよび水素フェニルシルセスキオキサンお
よびそれらの混合物がある。水素オルガノシロキサン類、ポリアリーレンエーテ
ル類、フッ素化ポリアリーレンエーテル類およびそれらの混合物が好ましい。好
ましい有機重合体に、フッ素化および非フッ素化重合体、特にアライドシグナル
社(AlliedSignal Inc.)から商標名・フレア(FLARETM)で入手できるフッ素化
および非フッ素化ポリ
(アリールエーテル)類およびそれらの共重合体混合物がある。本発明での使用
に適した好ましいシロキサン物質は、アライドシグナル社から商標名・アックガ
ラス(Accuglass:登録商標)で市販されているものである。重合体成分は、組
成物に対して約10〜約30重量%の量で存在するのが好ましい。さらに好まし
い範囲は、組成物に対して約15〜約30重量%であり、そして同基準で約17
〜約25重量%の範囲が最も好ましい。
本発明の組成物は少なくとも1種の溶媒から成る溶媒成分を含む。適した溶媒
は、他を排除するものではないが、水および有機溶媒を前記誘電体材料の均一な
溶液または分散液を形成するのに十分な量で含むものである。有用な線状溶媒の
例として、他を排除するものではないが、デカメチルテトラシロキサン、1,3
−ジオクチルテトラメチルジシロキサン、オクタメチルトリシロキサン、ペンタ
メチルジシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、1,1,3,3,5,5−ヘ
キサメチルトリシロキサン、1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、1,
3−ビス−(トリメチルシロキシ)−1,3−ジメチルシロキサン、ビス(トリ
メチルシロキシ)エチルシラン、ビス(トリメチルシロキシ)メチルシラン、デ
カメチルテトラシロキサン、ドデカメチルペンタシロキサン、1,1,1,3,
3,5,5−ヘプタメチルトリシロキサン、ヘキサエチルジシロキサン、ヘプタ
メチルトリシロキサンおよび1,1,3,3−テトライソプロピルジシロキサン
が挙げられる。有用な環状溶媒の例には、他を排除するものではないが、デカメ
チルシクロペンタシロキサン、ヘキサエチルシクロトリシロキサン、ヘキサメチ
ルシクロトリシロキサン、1,3,5,7−テトラメチルシクロテトラシロキサ
ン、ペンタメチルシクロペンタシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサ
ン、式(CH3HSiO)3-5を有するメチルヒドロシクロシロキサン類、1,3,5,7
−テトラエチルシクロテトラシロキサンおよび1,3,5,7−テトラメチルシ
クロテトラシロキサンがある。本発明のこれら溶媒のブレンドが特に好ましいこ
とが見いだされた。そのようなブレンドを形成することによって、基板上の組成
物の蒸発速度を精密に調整することが可能になるからである。溶媒成分は組成物
全体にその組成物に対して約70〜約90重量%の量で存在するのが好ましく、
同基準で約70〜約85重量%の量で存在するのがさらに好ましく、そして同基
準で約75〜約83重量%の量で存在するのが最も好ましい。
誘電体材料は、この技術分野で周知の、常用の回転塗布法(spin coating)、浸
漬塗布法(dip coating)、吹付法(spraying)またはメニスカス塗布法(meniscu
s coating)の各方法で基板に適用することができる。回転塗布法が最も好まし
い。基板上の絶縁性膜の厚さは基板に適用される液状誘電体材料の量に依存して
変わるが、それは、典型的には約500Å〜約2ミクロン、好ましくは約300
0〜約9000Åの範囲であることができる。基板に適用される液状誘電体材料
の量は約1〜約10ml、好ましくは約2〜約8ml範囲で代えることができる
。好ましい態様では、この液状材料は公知の回転塗布技術により基板の上表面の
上に回転塗布される。誘電体材料は溶液から適用されるのが好ましいが、この場
合その溶液は、それを基板表面を横断して均一に広げるために、その溶液を基板
の中央に適用し、次いで回転ホイール上で約500〜約6000、好ましくは約
1500〜約4000rpmの範囲の速度で、約5〜約60秒間、好ましくは約
10〜約30秒間回転塗布する。
誘電体材料を基板に適用した後、その誘導体材料−基板の組み合わせは、その
絶縁性膜内に存在する残留溶媒を全て蒸発させ、そしてその絶縁性膜を一部硬化
させるのに十分な温度で十分な時間加熱される。この加熱により、基板上に連続
した、一部硬化された乾燥絶縁性膜ができる。一部硬化の所望とされる程度は、
当業者であれば過度の実験を行わなくても決定することができる。絶縁性膜の密
度と化学的性質の変化は、そのCMP除去の受け易さを変化させる。温度または
熱に対する曝露時間の増大は、絶縁性層の化学的および機械的性質を高める方向
で変化させ、それによってCMP除去速度の変化を引き起こす。除去は、絶縁性
層材料の性質、および適用される特定CMP処理用化学的スラリーと機械的圧力
条件に従ってより高いまたはより低い速度に固定することができる。一般的にい
えば、誘電体材料被覆基板は、約50〜約400℃、さらに好ましくは約50〜
約250℃の温度で、約0.5〜約10分間、さらに好ましくは約1〜約3分間
加熱される。この加熱はホットプレートで行うのが好ましいが、オーブン中で行
うこともできる。1つの好ましい態様では、誘電体材料は、初めに約50℃で約
30秒〜約1分間加熱され、次いで約150℃で約30秒〜約1分間加熱され、
そして三度目に約250℃で約30秒〜約1分間加熱される。このような加熱の
結果、その液状誘電体材料は一部架橋し、凝固する。誘電体材料コーティングが
加熱された後に得られる膜の厚さは、約0.2〜約3.0マイクロメートル、好
ましくは約0.5〜約2.5マイクロメートル、最も好ましくは約0.7〜約2
.0マイクロメートルの範囲である。このような硬化は、この技術分野で周知の
方法で電子線に曝露することによっても行うことができる。本発明により作られ
る膜が示す厚さの標準偏差は、一般に、平均膜厚に対して2%未満、好ましくは
1%未満である。
絶縁性層が一部硬化された後、その絶縁性層に対して公知の技術に従ってCM
P処理が行われる。そのような技術の詳細はこの技術分野で周知であって、例え
ば米国特許第5,516,729号明細書を参照されたい。この米国特許をここ
に引用、参照することによって、それが本明細書に含まれるものとする。この化
学機械的研磨工程は、一般に、絶縁性層を、典型的にはアルカリ性シリカ、酸性
シリカ、ヒュームドシリカのようなシリカ、またはジルコニウム、セリウム、ク
ロム、マンガン、アルミニウム、錫、ランタン、シリカ、銅、鉄、マグネシウム
、チタン、タングステン、亜鉛のような金属の酸化物、およびそれらの混合物を
含んで成る粉末研磨材スラリーを用いて研磨することにより行われる。他の研磨
材として、ダイヤモンド、グラファイト、炭化珪素、炭化ジルコニウム等々を挙
げることができる。研磨は、発泡ウレタン製研磨パッドのような研磨パッドを使
用し、約2〜約20ポンド/平方インチ、好ましくは約5〜約10ポンド/平方
インチの圧力を採用して行われる。使用できるスラリーの中に、粒度が約14〜
約250nm、好ましくは約14〜約160nmである酸化ジルコニウムまたは
酸化セリウムがある。スラリー組成物のpHは約2.8〜約11の範囲であるの
が好ましく、約10.3〜11の範囲であるのがさらに好ましい。特に有用なス
ラリー材料に、他を排除するものではないが、イリノイ州(Illinois)、オーロラ
(Aurora)のカボット社(Cabot Corporation)から市販される、pH10.3
のヒュームドシリカであるSC112;アリゾナ州(Arizona)、スコッツデイル(Scot
tsdale)のローデル社(Rodel Corporation)から市販される、pH11.0の
ヒュームドシリカであるILD1300;およびカボット社から市販されるpH10
.8のヒュームドシリカであるSS25がある。CMP処理は、IPEC/ウェステク社
(IPEC/Westech)から得られるアバンチ(Avanti)372または472のような
、定盤速度が約10〜約10rpm、好ましくは約25〜約60rpm、研磨パ
ッドから絶縁性膜表面に向かう下向きの圧力が約5psi(3.5gm/mm2)〜約
20psi(14.1gm/mm2)、好ましくは約7psi(49.2gm/mm2)〜約1
1psi(77.3gm/mm2)である市販の研磨機を用いて行うのが好ましい。C
MPは約0.5〜約60分間、好ましくは約0.5〜約30分間、さらに好まし
くは約0.5〜約60分間行うことができる。典型的な例で除去される絶縁性層
の量は、適用された絶縁性層の厚さに依存する。
CMP処理後、絶縁性層は、最終硬化サイクルを、この層を緻密化し、そして
その化学的組成を変えるのに必要なレベルで、それに必要な期間受ける。好まし
い硬化の態様においては、絶縁性層は、その層をさらに硬化させるために、その
絶縁性組成物に漸増機械的固化と化学的変化をもたらすべく、約250〜約1,
000℃の温度で約5〜約240分間、さらに好ましくは約300〜約800℃
の温度で約30〜約120分間、最も好ましくは約350〜約450℃の温度で
約30〜約120分間加熱される。硬化は、また、電子線に曝露することによっ
ても行うことができる。
本発明によれば、まず、CMP除去速度を、堆積された膜に対する時間と温度
の曝露条件によって定量化された硬化度の関数としてプロットしているデーター
から構成される校正曲線を作ることにより、誘電体としての重合体のCMP除去
速度を要求通りに調整することが可能なる。例えば、特定のポリアリーレンエー
テルの場合、硬化度の関数としての除去速度の自然対数にはおおよそ一次の関係
がある。この校正曲線を利用することにより、後続のCMP除去速度を特定の硬
化度に合わせて調整することが可能になる。例えば、CMP除去速度を一度選ぶ
と、特定温度における硬化時間の程度が決まる。しかして、絶縁性膜をそのよう
な硬化条件に付し、次いで所望とされるCMP除去速度に付すことができる。気
付かれるように、絶縁性膜を、CMP処理中に塑性変形により著しくゆがめるこ
となく研磨するのに要する程度まで固めるには、例えばホットプレート上で約1
50℃において約30〜60秒というある最低の硬化程度が必要とされる。重合
体のCMP除去速度は、かくして、CMP除去速度を硬化度の関数としてプロッ
トしているデーターから構成される校正曲線をまず作り、そしてそのCMP除去
速度を要求通りに調整して終点を決定することにより求めることができる。ポリ
アリーレンエーテルまたはフッ素化ポリアリーレンエーテルの膜のような誘電体
としての重合体のCMP除去速度を要求に合わせて調整するこの方法は、CMP
除去速度−対−特定温度の熱処理における曝露時間の関係を求め;この関係範囲
内で所望とされるCMP除去速度を選び;この関係を用いてその所望除去速度に
相当する熱処理を利用可能な除去速度の範囲にわたって選択し;上記の膜をその
所望除去速度についての関係から決定された熱処理に付し;そして熱処理された
その膜を選択されたCMP除去速度に付し、それによって全体的な平坦化を達成
する諸工程を含んで成るだろう。
次の非限定実施例は、本発明を例証するために役立てるものである。
実施例1
アライドシグナル社から入手できるポリ(アリールエーテル)であるフレア(
FLARETM)2.0の膜のCMP応答性を、色々なパラメーターの関数として求める
ために実験を行って、特にCMP応答性におけるロール・キュア・エネルギー・
プレー(role cure energy plays)を決定した。ウェーハ試料の調製:
〜7.2KÅのフレア2.0重合体を10KÅのサーマルオキシド(thermal o
xide)膜を下層として有する100mmの下塗りシリコンウェーハ上に回転塗布
することにより膜を作成した。これら実験試料の膜厚を適切な膜定数を用いてい
るテンカー(Tencor)SM300で測定した。これら試料の回転塗布の塗布条件
、ベーキング条件および硬化条件を表1に示す。
研磨パラメーター:
平らなウェーハキャリアーと有孔IC/000/スバルvパッドスタック(perforate
d IC1000/Subal V pad stack)を使用しているIPEC472研磨機でCMP処理を行
った。研磨プロセスのパラメーターを表2に示す。それらの研磨条件下で、パッ
ドに対するウェーハの線速度を測定すると、90.17フィート/分(0.46
m/秒)であった。 試験に使用したスラリーの説明
CMPスラリーは市販酸化物であるカボットSS-12スラリーであった。このス
ラリーは、pH11.0の水性媒体に分散されたヒュームドSiO2粒子を含んで成
るものであった。KOHを上記SS-12のpH調節剤として用い、また上記スラリーの
比重は約1.072であった。そのエネルギー値は、硬化および/またはベーキ
ング温度に硬化および/またはベーキングプロセス中の時間の長さを乗ずること
によって導かれた正規化エネルギー値である。ベーキングだけを行った2個の試
料の場合、その膜はほとんど直ちに除去された。これは下層のサーマルオキシド
膜の除去速度に基づくもので、それは実験を行う前及び後に研磨されたサーマル
オキシド対照ウェーハと本質的に同じであった。この結果に基づいて、ベーキン
グだけを行った試料について速度を見積もると、50,000Å/分と決定され
た。CMP処理に先だって膜の一部硬化を行うことにより、許容できる除去速度
を得ることができることは明らかである。研磨の前に一部硬化されたこれら試料
は、許容できる表面の質と均一性を有していると思われる。本実施例の結果は、
回転塗布有機誘電体材料は、その膜がCMP処理に先立って一部硬化されるとい
う条件で、常用の酸化物CMPスラリーで研磨され得ることを示している。CM
P処理前の一部硬化は、完全硬化がCMP処理後に必要になることを示している
。最後に、速度−対−硬化エネルギーの関係に適合された式の形は、硬化エネル
ギーが少なくなると、それにつれて速度は硬化エネルギーの僅かな逸脱に対して
も非常に敏感になることを示唆している。
実施例2
ウェーハ試料を実施例1におけるように調製した。硬化プロセスがフレア重合
体のCMP挙動に影響を及ぼす程度を、3回の異なる熱硬化プロセスを受けてい
るウェーハを研磨することにより求めた。2個のウェーハは150℃のホットプ
レートによるベーキングを1分間受けただけのものであり、2個のウェーハは同
じベーキングと、それに加えて炉による300℃で30分間の追加の硬化を受け
たものであり、そして2個のウェーハは150℃で1分問ベーキングされ、そし
て425℃で1時間硬化されたものであった。膜の酸化を防ぐために、ベーキン
グプロセスと硬化プロセスは全てN2環境中で行われた。これらのウェーハを、
次に、市販のICパッドと市販のアルカリ性SiO2系スラリーを用いて、48.2
7×103Pa(7.0psi)の圧力および0.53m/秒の線速度において
2分間研磨した。図1はこの試験の結果を示すものである。図1のx−軸は、硬
化時間(分)に硬化温度(℃)を乗ずることによって得られる。y−軸は、除去
速度の自然対数である。ベーキングされただけのウェーハでは、フレア重合体が
完全に剥ぎ取られた。これらのウェーハに割り当てられた除去速度は、下層サー
マルオキシド膜の測定された除去速度に基づいて評価された。下層サーマルオキ
シド膜の測定された除去速度は、そのフレア重合体がCMP処理を開始して2、
3秒以内に剥ぎ取られ、その結果評価された除去速度は非常に高かったことを示
している。
実施例3
2個のウェーハ試料を実施例1におけるように調製する。全ウェーハが150
℃のホットプレートによるベーキングを1分間受け、1個のウェーハは同じべー
キングと、それに加えて炉による300℃で30分間の追加の硬化を受け、そし
て1個のウェーハは150℃で1分間ベーキングされ、そして425℃で1時間
硬化される。膜の酸化を防ぐために、ベーキングプロセスと硬化プロセスは全て
N2環境中で行われる。これらのウェーハは、次に、市販のICパッドと市販の
アルカリ性SiO2系スラリーを用いて、48.27×103Pa(7.0psi)
の圧力および0.53m/秒の線速度において2分間研磨される。これらのウェ
ーハは、続いて、最終硬化状態になるまでベーキングされる。これより分かるよ
うに、一部硬化重合体膜についての化学機械的研磨の除去速度は、完全硬化重合
体膜の除去速度に比較して増大する。
【手続補正書】
【提出日】平成11年9月17日(1999.9.17)
【補正内容】
1.明細書の[請求の範囲]を次のとおり補正します。
『1.次の:
(a)高分子の絶縁性膜組成物を半導体基板の1つの表面上に堆積させ;
(b)堆積された該膜を一部硬化させ;
(c)該一部硬化絶縁性膜に対して、該絶縁性膜が実質的に平坦化されるまで
化学機械的研磨工程を実施し;そして
(d)研磨された該膜を追加の硬化工程に付す
工程を含んで成る、半導体基板上に、硬化され、全体的に平坦化された高分子絶
縁性薄膜を形成する方法。
2.工程(b)を、絶縁性膜組成物および基板を約50〜約400℃の温度で
約5〜約10分間加熱することにより行う、請求の範囲第1項の方法。
3.化学機械的研磨処理を約2000〜約4000Å/分の膜除去速度で行う
、請求の範囲第1項の方法。
4.絶縁性膜組成物が、ポリアリーレンエーテル類、フッ素化ポリアリーレン
エーテル類またはそれらの混合物と有機溶媒を含んで成る、請求の範囲第1項の
方法。』
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
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SG,SI,SK,SL,TR,TT,UA,UZ,V
N,YU,ZW
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.次の: (a)高分子の絶縁性膜組成物を半導体基板の1つの表面上に堆積させ; (b)堆積された該膜を一部硬化させ; (c)該一部硬化絶縁性膜に対して、該絶縁性膜が実質的に平坦化されるまで 化学機械的研磨工程を実施し;そして (d)研磨された該膜を追加の硬化工程に付す; 工程を含んで成る、半導体基板上に、硬化され、全体的に平坦化された高分子絶 縁性薄膜を形成する方法。 2.工程(a)を回転塗布法により行う、請求の範囲第1項の方法。 3.工程(b)を、絶縁性膜組成物および基板を、該基板上に連続した、一部 硬化された乾燥絶縁性膜を形成するのに十分な温度で該乾燥絶縁性膜の形成に十 分な時間加熱することにより行う、請求の範囲第1項の方法。 4.化学機械的研磨処理を、シリカを含んで成る研磨材を用いて、約2〜約2 0ポンド/平方インチの絶縁性膜上圧力で行う、請求の範囲第1項の方法。 5.化学機械的研磨処理を、ダイヤモンド、グラファイト、炭化珪素、炭化ジ ルコニウム、アルカリ性シリカ、酸性シリカ、ヒュームドシリカ、およびジルコ ニウム、セリウム、クロム、マンガン、アルミニウム、錫、ランタン、シリカ、 銅、鉄、マグネシウム、チタン、タングステン、亜鉛の酸化物、並びにそれらの 混合物より成る群から選ばれる研磨材を用いて行う、請求の範囲第1項の方法。 6.化学機械的研磨処理を約2000〜約4000Å/分の膜除去速度で行う 、請求の範囲第1項の方法。 7.工程(d)を、約250〜約1,000℃の温度で約5〜約240分間加 熱することにより行う、請求の範囲第1項の方法。 8.絶縁性膜組成物が、シリケート類、ホスホシリケート類、シロキサン類、 シルセスキオキサン、有機重合体、同共重合体およびそれらの混合物より成る群 から選ばれる物質を含んで成る、請求の範囲第1項の方法。 9.絶縁性膜組成物が、ポリアリーレンエーテル類、架橋されたポリアリーレ ンエーテル類、フッ素化ポリアリーレンエーテル類、ポリイミド類、ベンゾシク ロブテン、ポリイミドを含有する共重合体、ポリアリーレンエーテルを含有する 共重合体およびそれらの混合物より成る群から選ばれる物質を含んで成る、請求 の範囲第1項の方法。 10.絶縁性膜組成物がポリアリーレンエーテル類、フッ素化ポリアリーレン エーテル類またはそれらの混合物と有機溶媒を含んで成る、請求の範囲第1項の 方法。 11.絶縁性膜組成物が、[(HSiO1.5)xOy]n(HSiO1.5)n、[(HSiO1.5)xOy(RSiO1. 5 )z]n、[(HSiO1.5)x(RSiO1.5)y]nおよび[(HSiO1.5)xOy(RSiO1.5)z]n(式中、x= 約6〜約20であり、y=1〜約3であり、z=約6〜約20であり、n=1〜 約4,000であり、そしてRは各々独立にH、C1〜C8アルキルまたはC6〜 C12アリールである。)より成る群から選ばれる式を有する少なくとも1種の重 合体を含んで成る、請求の範囲第1項の方法。 12.研磨された絶縁性膜を、工程(c)に続いて、しかし工程(d)の前に洗 浄して該研磨済み膜から粒子および残渣を除去する工程をさらに含む、請求の範 囲第1項の方法。
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