JP2001514802A

JP2001514802A - 有機重合体絶縁膜の化学機械的研磨法

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Publication number: JP2001514802A
Application number: JP53976998A
Authority: JP
Inventors: ヘンドリックス，ニール・エイチ; タワリー，ダニエル・エル
Original assignee: アライドシグナル・インコーポレーテッド
Priority date: 1997-03-13
Filing date: 1998-03-12
Publication date: 2001-09-11
Also published as: AU6698298A; WO1998040911A1; US6153525A; KR20000076183A; KR100499688B1

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６０／０４０，４４８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５，２７０，４５３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ＣＭＰ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２０００Å／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１０００Å／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ＣＭＰ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（３０５ｍｍ）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[(HSiO_1.5)_xO_y]_nを有する水素シロキサン類、式(HSiO_1.5)_nを有する水素シルセスキオキサン類並びに式[(HSiO_1.5)_xO_y(RSiO_1.5)_z]_n、[(HSiO_1.5 )_x(RSiO_1.5)_y]_nおよび[(HSiO_1.5)_xO_y(RSiO_1.5)_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（FLARE^TM）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３０００〜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ＣＭＰ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１１ｐｓｉ（７７．３gm/mm²）である市販の研磨機を用いて行うのが好ましい。ＣＭＰ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１５０℃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（ FLARE^TM）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（０．４６ｍ／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。ＣＭＰ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、４８．２７×１０³Ｐａ（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３２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，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＵ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＥＥ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims

【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２０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、[(HSiO_1.5)_xO_y]_n(HSiO_1.5)_n、[(HSiO_1.5)_xO_y(RSiO_1. ₅ )_z]_n、[(HSiO_1.5)_x(RSiO_1.5)_y]_nおよび[(HSiO_1.5)_xO_y(RSiO_1.5)_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。