JP2002069434A - Ｃｍｐ用スラリーおよびその形成方法、ならびに半導体装置の製造方法 - Google Patents
Ｃｍｐ用スラリーおよびその形成方法、ならびに半導体装置の製造方法Info
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- JP2002069434A JP2002069434A JP2000264383A JP2000264383A JP2002069434A JP 2002069434 A JP2002069434 A JP 2002069434A JP 2000264383 A JP2000264383 A JP 2000264383A JP 2000264383 A JP2000264383 A JP 2000264383A JP 2002069434 A JP2002069434 A JP 2002069434A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高研磨速度かつ低エロージョンのメタルＣＭＰ
を実現する。 【解決手段】アルミナとシリカとを乾燥粉体の状態で混
合したものを溶液中に添加して形成したスラリーを用い
たＣＭＰにより、配線溝３の外部の不要なＡｌ膜４を除
去する。
を実現する。 【解決手段】アルミナとシリカとを乾燥粉体の状態で混
合したものを溶液中に添加して形成したスラリーを用い
たＣＭＰにより、配線溝３の外部の不要なＡｌ膜４を除
去する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＭＰ(Chemical
Mechanical Polishing)用スラリーおよびその製造方
法、ならびにＣＭＰ工程を有する半導体装置の製造方法
に関する。
Mechanical Polishing)用スラリーおよびその製造方
法、ならびにＣＭＰ工程を有する半導体装置の製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体装置の製造分野において、
半導体装置の高密度化や、半導体素子の微細化に伴い、
種々の微細加工技術が開発されている。その中でもＣＭ
Ｐ技術は、ダマシン配線を形成する上で欠かすことので
きない重要技術となっている。
半導体装置の高密度化や、半導体素子の微細化に伴い、
種々の微細加工技術が開発されている。その中でもＣＭ
Ｐ技術は、ダマシン配線を形成する上で欠かすことので
きない重要技術となっている。
【０００３】現在のメタルダマシン配線プロセスでは、
高研磨速度および低エロージョン（erosion）が得られ
るＣＭＰが望まれている。また、ＣＭＰの安定性という
観点からは、特にスラリーの安定性（分散性）が高いレ
ベルで要求されているが、これらを満足するようなプロ
セスは今のところ困難である。
高研磨速度および低エロージョン（erosion）が得られ
るＣＭＰが望まれている。また、ＣＭＰの安定性という
観点からは、特にスラリーの安定性（分散性）が高いレ
ベルで要求されているが、これらを満足するようなプロ
セスは今のところ困難である。
【０００４】一般に、研磨速度、エロージョン等のＣＭ
Ｐ特性は、研磨粒子の粒子間引力によって変化する。粒
子間引力が弱い場合、研磨速度は遅くなる。これに対し
て粒子間引力が強すぎる場合、研磨速度は速くなる。し
かし、エロージョンを抑制することはできない。粒子間
引力が強い場合、さらに以下のような問題もある。すな
わち、研磨粒子が粗大粒子のような振る舞いをするた
め、スクラッチが生じる。さらに、スラリーの安定性
（分散性）にもよるが、研磨粒子が群（粒子群）となっ
て沈殿し易くなる問題もある。
Ｐ特性は、研磨粒子の粒子間引力によって変化する。粒
子間引力が弱い場合、研磨速度は遅くなる。これに対し
て粒子間引力が強すぎる場合、研磨速度は速くなる。し
かし、エロージョンを抑制することはできない。粒子間
引力が強い場合、さらに以下のような問題もある。すな
わち、研磨粒子が粗大粒子のような振る舞いをするた
め、スクラッチが生じる。さらに、スラリーの安定性
（分散性）にもよるが、研磨粒子が群（粒子群）となっ
て沈殿し易くなる問題もある。
【０００５】従来のスラリーは、１種類の研磨粒子だけ
が分散された状態のため、同電位の研磨粒子しか存在せ
ず、研磨粒子の粒子間引力は弱い。粒子間引力を強める
方法の一つとして、スラリー中のイオン濃度を高めて塩
析により粒子間距離を縮める方法がある。これにより、
粒子単体ではなく粒子群で研磨を行えるようになり、研
磨速度は速くなる。
が分散された状態のため、同電位の研磨粒子しか存在せ
ず、研磨粒子の粒子間引力は弱い。粒子間引力を強める
方法の一つとして、スラリー中のイオン濃度を高めて塩
析により粒子間距離を縮める方法がある。これにより、
粒子単体ではなく粒子群で研磨を行えるようになり、研
磨速度は速くなる。
【０００６】しかし、上述したように、粒子間引力が強
い場合、エロージョンを抑制することはできない。さら
に上記イオン濃度を高くする方法は、被研磨対象がメタ
ルの場合、その腐食が問題となる。メタルの腐食はスラ
リーのｐＨを制御することで防げる。しかし、実用的な
スラリーとして使用できるｐＨでメタルの腐食を防ぐこ
とは困難である。以上のことから、イオン濃度を高める
方法は実用的な方法ではないといえる。
い場合、エロージョンを抑制することはできない。さら
に上記イオン濃度を高くする方法は、被研磨対象がメタ
ルの場合、その腐食が問題となる。メタルの腐食はスラ
リーのｐＨを制御することで防げる。しかし、実用的な
スラリーとして使用できるｐＨでメタルの腐食を防ぐこ
とは困難である。以上のことから、イオン濃度を高める
方法は実用的な方法ではないといえる。
【０００７】他の方法としては、互いに電位が異なる粒
子を含む二つのスラリーを混合して形成したスラリーを
用いる方法がある。各スラリー中の粒子すなわち分散液
中の粒子は、粒子間引力により弱い凝集体を既に形成し
ている。二つのスラリー中の粒子は互いに電位が異なる
ので、二つのスラリー中の凝集体も互いに電位が異な
る。その結果、二つのスラリーを混ぜると、電位の異な
る凝集体同士が一つの凝集体となり、より大きな凝集体
が形成されるために、研磨速度を速くすることが可能と
なる。しかし、この方法でも、エロージョンを抑制する
ことはできない。
子を含む二つのスラリーを混合して形成したスラリーを
用いる方法がある。各スラリー中の粒子すなわち分散液
中の粒子は、粒子間引力により弱い凝集体を既に形成し
ている。二つのスラリー中の粒子は互いに電位が異なる
ので、二つのスラリー中の凝集体も互いに電位が異な
る。その結果、二つのスラリーを混ぜると、電位の異な
る凝集体同士が一つの凝集体となり、より大きな凝集体
が形成されるために、研磨速度を速くすることが可能と
なる。しかし、この方法でも、エロージョンを抑制する
ことはできない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、メタルダ
マシン配線プロセスでは、高研磨速度かつ低エロージョ
ンのＣＭＰが望まれているが、従来のＣＭＰではそれら
の両立が困難であるという問題があった。
マシン配線プロセスでは、高研磨速度かつ低エロージョ
ンのＣＭＰが望まれているが、従来のＣＭＰではそれら
の両立が困難であるという問題があった。
【０００９】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、高研磨速度かつ低エロ
ージョンのＣＭＰを実現するために有効なＣＭＰ用スラ
リおよびその形成方法、ならびに高研磨速度かつ低エロ
ージョンのＣＭＰを実現できるＣＭＰ工程を有する半導
体装置の製造方法を提供することにある。
ので、その目的とするところは、高研磨速度かつ低エロ
ージョンのＣＭＰを実現するために有効なＣＭＰ用スラ
リおよびその形成方法、ならびに高研磨速度かつ低エロ
ージョンのＣＭＰを実現できるＣＭＰ工程を有する半導
体装置の製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の根底となる技術
思想は、図６に示すように、研磨速度、研磨速度、エロ
ージョン等のＣＭＰ特性が、研磨粒子の粒子間引力によ
って変化する現象を積極的に利用することにある。すな
わち、本発明は、適度の粒子間引力を有するスラリーを
用いることで、高研磨速度かつ低エロージョンのＣＭＰ
を実現するというものである。
思想は、図６に示すように、研磨速度、研磨速度、エロ
ージョン等のＣＭＰ特性が、研磨粒子の粒子間引力によ
って変化する現象を積極的に利用することにある。すな
わち、本発明は、適度の粒子間引力を有するスラリーを
用いることで、高研磨速度かつ低エロージョンのＣＭＰ
を実現するというものである。
【００１１】適度の粒子間引力を有するスラリーを実現
するために、本発明では、少なくとも種類の異なる第１
および第２の研磨粒子（例えばアルミナとシリカ）を乾
燥粉体の状態で混合したものを薬液や水等の液体中に添
加するという形成方法を採用する。
するために、本発明では、少なくとも種類の異なる第１
および第２の研磨粒子（例えばアルミナとシリカ）を乾
燥粉体の状態で混合したものを薬液や水等の液体中に添
加するという形成方法を採用する。
【００１２】このようにして形成したスラリーを調べた
ところ、第１および第２の研磨粒子からなるネットワー
クが確認された。具体的には、第１の研磨粒子と第２の
研磨粒子とが交互に繋がったネットワーク、第１の研磨
粒子の凝集体と第２の研磨粒子の凝集体とからなるネー
トワーク、またはこれらの二つのネットワークを含むネ
ットワークが確認された。三つ以上の種類の研磨粒子を
乾燥粉体で状態で混合してスラリーを形成した場合にも
同様のネットワークが確認された。
ところ、第１および第２の研磨粒子からなるネットワー
クが確認された。具体的には、第１の研磨粒子と第２の
研磨粒子とが交互に繋がったネットワーク、第１の研磨
粒子の凝集体と第２の研磨粒子の凝集体とからなるネー
トワーク、またはこれらの二つのネットワークを含むネ
ットワークが確認された。三つ以上の種類の研磨粒子を
乾燥粉体で状態で混合してスラリーを形成した場合にも
同様のネットワークが確認された。
【００１３】図７に、研磨粒子の粒子間引力の違いによ
る、研磨速度の荷重依存性を示す。図から、粒子間引力
が弱い場合（従来）、研磨速度は遅く、また研磨速度の
荷重依存性は低いことが分かる。粒子間引力が強い場合
（従来）、研磨速度は速いが、研磨速度の荷重依存性は
低いことが分かる。これに対して、粒子間引力が適当の
場合（本発明）、研磨速度の荷重依存性は高く、かつ実
用上必要な研磨速度も確保できることが分かる。
る、研磨速度の荷重依存性を示す。図から、粒子間引力
が弱い場合（従来）、研磨速度は遅く、また研磨速度の
荷重依存性は低いことが分かる。粒子間引力が強い場合
（従来）、研磨速度は速いが、研磨速度の荷重依存性は
低いことが分かる。これに対して、粒子間引力が適当の
場合（本発明）、研磨速度の荷重依存性は高く、かつ実
用上必要な研磨速度も確保できることが分かる。
【００１４】本発明の上記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記載および添付図面によって明ら
かになるであろう。
な特徴は、本明細書の記載および添付図面によって明ら
かになるであろう。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態（以下、実施形態という。）を説明する。
の実施の形態（以下、実施形態という。）を説明する。
【００１６】（第１の実施形態）図１は、本発明の第１
の実施形態に係るＡｌダマシン配線の形成方法を示す工
程断面図である。上記Ａｌダマシン配線は、例えばＤＲ
ＡＭや高速ロジックＬＳＩに用いるものである。
の実施形態に係るＡｌダマシン配線の形成方法を示す工
程断面図である。上記Ａｌダマシン配線は、例えばＤＲ
ＡＭや高速ロジックＬＳＩに用いるものである。
【００１７】まず、図１（ａ）に示すように、シリコン
基板１上にＳｉＯ2 系の層間絶縁膜２を堆積する。シリ
コン基板１には図示しない素子が集積形成されている。
シリコン基板１はバルク基板でもＳＯＩ基板でも良い。
基板１上にＳｉＯ2 系の層間絶縁膜２を堆積する。シリ
コン基板１には図示しない素子が集積形成されている。
シリコン基板１はバルク基板でもＳＯＩ基板でも良い。
【００１８】次に図１（ｂ）に示すように、層間絶縁膜
２の表面に深さ４００ｎｍの配線溝３を形成した後、ス
パッタリング法により厚さ６００ｎｍのＡｌ膜４を全面
に堆積する。
２の表面に深さ４００ｎｍの配線溝３を形成した後、ス
パッタリング法により厚さ６００ｎｍのＡｌ膜４を全面
に堆積する。
【００１９】最後に、図１（ｃ）に示すように、配線溝
３の外部の不要なＡｌ膜４を本発明のスラリーを用いた
ＣＭＰ法により除去し、配線溝３内にＡｌ膜４が埋め込
まれてなるＡｌダマシン配線が完成する。
３の外部の不要なＡｌ膜４を本発明のスラリーを用いた
ＣＭＰ法により除去し、配線溝３内にＡｌ膜４が埋め込
まれてなるＡｌダマシン配線が完成する。
【００２０】本発明のスラリーは、アルミナとシリカと
を乾燥粉体の状態で混合（粉体混合）したものを薬液や
水等の液体中に添加して形成したものである。本発明の
方法で形成したスラリーと、従来の方法で形成したスラ
リー、すなわちアルミナとシリカとを液体の状態で混合
（水分散体混合）して形成したスラリー、言い換えれば
アルミナ分散液とシリカ分散液とを混合して形成したス
ラリーとのそれぞれについて、Ａｌ研磨速度とアルミナ
濃度との関係を図２に、エロージョンとアルミナ濃度と
の関係を図３に示す。アルミナ濃度は、アルミナおよび
シリカに対するアルミナの質量百分率（アルミナの合計
質量×１００／（アルミナの合計質量＋シリカの合計質
量））である。
を乾燥粉体の状態で混合（粉体混合）したものを薬液や
水等の液体中に添加して形成したものである。本発明の
方法で形成したスラリーと、従来の方法で形成したスラ
リー、すなわちアルミナとシリカとを液体の状態で混合
（水分散体混合）して形成したスラリー、言い換えれば
アルミナ分散液とシリカ分散液とを混合して形成したス
ラリーとのそれぞれについて、Ａｌ研磨速度とアルミナ
濃度との関係を図２に、エロージョンとアルミナ濃度と
の関係を図３に示す。アルミナ濃度は、アルミナおよび
シリカに対するアルミナの質量百分率（アルミナの合計
質量×１００／（アルミナの合計質量＋シリカの合計質
量））である。
【００２１】図２から、従来のスラリーでは、Ａｌ研磨
速度のアルミナ濃度の依存性が小さく、実用的な研磨速
度が得られないが、本発明のスラリーでは、全砥粒中の
アルミナの割合が１０〜９０％の領域で実用的な研磨速
度が得られることが分かる。
速度のアルミナ濃度の依存性が小さく、実用的な研磨速
度が得られないが、本発明のスラリーでは、全砥粒中の
アルミナの割合が１０〜９０％の領域で実用的な研磨速
度が得られることが分かる。
【００２２】一方、図３から、従来のスラリーでは溝
（深さ４００ｎｍ、幅１００μｍ）の内部のＡｌが無く
なってしまい、エロージョンを抑制できないが、本発明
のスラリーでは、エロージョンを１００ｎｍ以下に抑制
できることが分かる。このように本発明によればエロー
ジョンを１００ｎｍ以下にできるが、実用的には１５０
ｎｍ以下であれば良い。
（深さ４００ｎｍ、幅１００μｍ）の内部のＡｌが無く
なってしまい、エロージョンを抑制できないが、本発明
のスラリーでは、エロージョンを１００ｎｍ以下に抑制
できることが分かる。このように本発明によればエロー
ジョンを１００ｎｍ以下にできるが、実用的には１５０
ｎｍ以下であれば良い。
【００２３】本発明のスラリーの形成方法の具体例は、
以下の通りである。まず、アルミナとシリカとを１：１
の割合で乾燥粉体の状態で混合し、アルミナとシリカと
の混合粉体を形成する。混合粉体の量は、スラリー中の
トータル粒子濃度が３％となるように選ぶ。次に酸化剤
の役割を果たす過硫酸アンモニウムを１％、酸化抑制剤
などの役割を果たすキノリン化合物を０．０２％含む溶
液に上記混合粉体を添加し、さらにスラリーｐＨをＫＯ
Ｈにより５に制御する。
以下の通りである。まず、アルミナとシリカとを１：１
の割合で乾燥粉体の状態で混合し、アルミナとシリカと
の混合粉体を形成する。混合粉体の量は、スラリー中の
トータル粒子濃度が３％となるように選ぶ。次に酸化剤
の役割を果たす過硫酸アンモニウムを１％、酸化抑制剤
などの役割を果たすキノリン化合物を０．０２％含む溶
液に上記混合粉体を添加し、さらにスラリーｐＨをＫＯ
Ｈにより５に制御する。
【００２４】上記スラリーを用いた場合の研磨条件は、
例えば研磨パッドにＩＣ１０００／ＳＵＢＡ４００、荷
重（ＤＦ）：３００ｇ／ｃｍ2 、トップリング（ＴＲ）
回転数：８０ｒｐｍ、ターンテーブル（ＴＴ）回転数：
８０ｒｐｍである。これにより、Ａｌ膜４を３００ｎｍ
／ｍｉｎの研磨速度で研磨でき、１５６秒の研磨時間で
オーバーポリッシング（ジャスト＋３０％）を行える。
同じオーバーポリッシングを従来のスラリーを用いたＣ
ＭＰで行うと、本実施形態の約２倍の３１５秒もかか
る。一方、エロージョンは先に説明したように１００ｎ
ｍ以下に抑制できる。
例えば研磨パッドにＩＣ１０００／ＳＵＢＡ４００、荷
重（ＤＦ）：３００ｇ／ｃｍ2 、トップリング（ＴＲ）
回転数：８０ｒｐｍ、ターンテーブル（ＴＴ）回転数：
８０ｒｐｍである。これにより、Ａｌ膜４を３００ｎｍ
／ｍｉｎの研磨速度で研磨でき、１５６秒の研磨時間で
オーバーポリッシング（ジャスト＋３０％）を行える。
同じオーバーポリッシングを従来のスラリーを用いたＣ
ＭＰで行うと、本実施形態の約２倍の３１５秒もかか
る。一方、エロージョンは先に説明したように１００ｎ
ｍ以下に抑制できる。
【００２５】したがって、本実施形態によれば、高研磨
速度かつ低エロージョンのメタルＣＭＰを実現でき、従
来よりもスループット、信頼性等の点で優れたＡｌダマ
シン配線プロセスおよびＡｌダマシン配線を実現できる
ようになる。
速度かつ低エロージョンのメタルＣＭＰを実現でき、従
来よりもスループット、信頼性等の点で優れたＡｌダマ
シン配線プロセスおよびＡｌダマシン配線を実現できる
ようになる。
【００２６】（第２の実施形態）図４は、本発明の第２
の実施形態に係るＣｕダマシン配線の形成方法を示す工
程断面図である。上記Ｃｕダマシン配線は、例えばＤＲ
ＡＭや高速ロジックＬＳＩに用いるものである。
の実施形態に係るＣｕダマシン配線の形成方法を示す工
程断面図である。上記Ｃｕダマシン配線は、例えばＤＲ
ＡＭや高速ロジックＬＳＩに用いるものである。
【００２７】まず、図４（ａ）に示すように、シリコン
基板１１上にＳｉＯ2 系の層間絶縁膜１２を堆積する。
第１の実施形態と同様に、シリコン基板１１には図示し
ない素子が集積形成され、またシリコン基板１１はバル
ク基板でもＳＯＩ基板でも良い。
基板１１上にＳｉＯ2 系の層間絶縁膜１２を堆積する。
第１の実施形態と同様に、シリコン基板１１には図示し
ない素子が集積形成され、またシリコン基板１１はバル
ク基板でもＳＯＩ基板でも良い。
【００２８】次に図４（ｂ）に示すように、層間絶縁膜
１２の表面に深さ４００ｎｍの配線溝１３を形成し、次
にスパッタリング法により厚さ３０ｎｍのＴａＮライナ
ー膜１４を堆積し、続いてスパッタリング法を用いてシ
ード層としてのＣｕ膜を形成した後、メッキ法を用いて
配線本体としてのＣｕ膜を形成し、合計膜厚が８００ｎ
ｍのＣｕ膜１５をＴａＮライナー膜１４上に形成する。
１２の表面に深さ４００ｎｍの配線溝１３を形成し、次
にスパッタリング法により厚さ３０ｎｍのＴａＮライナ
ー膜１４を堆積し、続いてスパッタリング法を用いてシ
ード層としてのＣｕ膜を形成した後、メッキ法を用いて
配線本体としてのＣｕ膜を形成し、合計膜厚が８００ｎ
ｍのＣｕ膜１５をＴａＮライナー膜１４上に形成する。
【００２９】次に図４（ｃ）に示すように、配線溝１３
の外部の不要なＣｕ膜１５を本発明のＣｕ−ＣＭＰ用の
スラリーを用いたＣＭＰ法により除去する（ファースト
ポリッシング）。
の外部の不要なＣｕ膜１５を本発明のＣｕ−ＣＭＰ用の
スラリーを用いたＣＭＰ法により除去する（ファースト
ポリッシング）。
【００３０】本発明のＣｕ−ＣＭＰ用のスラリーの形成
方法の具体例は、以下の通りである。まず、アルミナと
シリカとを８：２の割合で乾燥粉体の状態で混合し、ア
ルミナとシリカとの混合粉体を形成する。混合粉体の量
は、スラリー中のトータル粒子濃度が１％となるように
選ぶ。次に酸化剤の役割を果たす過硫酸アンモニウムを
１％、酸化抑制剤の役割を果たすピコリン酸などを０．
５％含む溶液に上記混合粉体を添加し、さらにスラリー
ｐＨをＫＯＨにより８に制御する。
方法の具体例は、以下の通りである。まず、アルミナと
シリカとを８：２の割合で乾燥粉体の状態で混合し、ア
ルミナとシリカとの混合粉体を形成する。混合粉体の量
は、スラリー中のトータル粒子濃度が１％となるように
選ぶ。次に酸化剤の役割を果たす過硫酸アンモニウムを
１％、酸化抑制剤の役割を果たすピコリン酸などを０．
５％含む溶液に上記混合粉体を添加し、さらにスラリー
ｐＨをＫＯＨにより８に制御する。
【００３１】上記Ｃｕ−ＣＭＰ用のスラリーを用いた場
合の研磨条件は、例えば研磨パッドにＩＣ１０００／Ｓ
ＵＢＡ４００、ＤＦ：３００ｇ／ｃｍ2 、ＴＲ回転数：
１００ｒｐｍ、ＴＴ回転数：１００ｒｐｍである。これ
により、Ｃｕ膜１５を３００ｎｍ／ｍｉｎの研磨速度で
研磨でき、２１０秒の研磨時間でオーバーポリッシング
（ジャスト＋３０％）を行える。
合の研磨条件は、例えば研磨パッドにＩＣ１０００／Ｓ
ＵＢＡ４００、ＤＦ：３００ｇ／ｃｍ2 、ＴＲ回転数：
１００ｒｐｍ、ＴＴ回転数：１００ｒｐｍである。これ
により、Ｃｕ膜１５を３００ｎｍ／ｍｉｎの研磨速度で
研磨でき、２１０秒の研磨時間でオーバーポリッシング
（ジャスト＋３０％）を行える。
【００３２】最後に、図４（ｄ）に示すように、配線溝
１３の外部の不要なＴａＮライナー膜１４を本発明のＴ
ａＮ−ＣＭＰ用のスラリーを用いたＣＭＰ法により除去
する（タッチアップ）。
１３の外部の不要なＴａＮライナー膜１４を本発明のＴ
ａＮ−ＣＭＰ用のスラリーを用いたＣＭＰ法により除去
する（タッチアップ）。
【００３３】本発明のＴａＮ−ＣＭＰ用のスラリーの形
成方法の具体例は、以下の通りである。まず、アルミナ
とシリカとを１：１の割合で乾燥粉体の状態で混合し、
アルミナとシリカとの顆粒状の混合粉体を形成する。混
合粉体の量は、スラリー中のトータル粒子濃度が３％と
なるように選ぶ。次に使用する直前にエチレンジアミン
０．１％水溶液（ｐＨ１１）に上記顆粒状の混合粉体を
添加し、分散させる。使用する直前に分散させる理由
は、強アルカリでのシリカ溶解を軽減するためである。
顆粒状にするのは、適度な粒子間引力を容易に得られ、
さらに取り扱いも容易になるからである。顆粒状ではな
い通常の粉体は、パサパサしており、大気中に舞うため
に取り扱いにくい。
成方法の具体例は、以下の通りである。まず、アルミナ
とシリカとを１：１の割合で乾燥粉体の状態で混合し、
アルミナとシリカとの顆粒状の混合粉体を形成する。混
合粉体の量は、スラリー中のトータル粒子濃度が３％と
なるように選ぶ。次に使用する直前にエチレンジアミン
０．１％水溶液（ｐＨ１１）に上記顆粒状の混合粉体を
添加し、分散させる。使用する直前に分散させる理由
は、強アルカリでのシリカ溶解を軽減するためである。
顆粒状にするのは、適度な粒子間引力を容易に得られ、
さらに取り扱いも容易になるからである。顆粒状ではな
い通常の粉体は、パサパサしており、大気中に舞うため
に取り扱いにくい。
【００３４】上記ＴａＮ−ＣＭＰ用のスラリーを用いた
場合の研磨条件は、例えば研磨パッドにＰｏｌｉｔｅｘ
−Ｐａｄ、ＤＦ：３００ｇ／ｃｍ2 、ＴＲ回転数：５０
ｒｐｍ、ＴＴ回転数：５０ｒｐｍである。
場合の研磨条件は、例えば研磨パッドにＰｏｌｉｔｅｘ
−Ｐａｄ、ＤＦ：３００ｇ／ｃｍ2 、ＴＲ回転数：５０
ｒｐｍ、ＴＴ回転数：５０ｒｐｍである。
【００３５】本実施形態によれば、第１の実施形態と同
様に高研磨速度かつ低エロージョンのメタルＣＭＰを実
現でき、その結果として従来よりもスループット、信頼
性等の点で優れたＣｕダマシン配線プロセスおよびＣｕ
ダマシン配線を実現できるようになる。
様に高研磨速度かつ低エロージョンのメタルＣＭＰを実
現でき、その結果として従来よりもスループット、信頼
性等の点で優れたＣｕダマシン配線プロセスおよびＣｕ
ダマシン配線を実現できるようになる。
【００３６】（第３の実施形態）図５は、本発明の第３
の実施形態に係るＷダマシン配線の形成方法を示す工程
断面図である。上記Ｗダマシン配線は、例えばＤＲＡＭ
や高速ロジックＬＳＩに用いるものである。
の実施形態に係るＷダマシン配線の形成方法を示す工程
断面図である。上記Ｗダマシン配線は、例えばＤＲＡＭ
や高速ロジックＬＳＩに用いるものである。
【００３７】まず、図５（ａ）に示すように、シリコン
基板２１上にＳｉＯ2 系の層間絶縁膜２２を堆積する。
第１の実施形態と同様に、シリコン基板２１には図示し
ない素子が集積形成され、またシリコン基板２１はバル
ク基板でもＳＯＩ基板でも良い。
基板２１上にＳｉＯ2 系の層間絶縁膜２２を堆積する。
第１の実施形態と同様に、シリコン基板２１には図示し
ない素子が集積形成され、またシリコン基板２１はバル
ク基板でもＳＯＩ基板でも良い。
【００３８】次に図５（ｂ）に示すように、層間絶縁膜
１２の表面に深さ４００ｎｍの配線溝２３を形成した
後、スパッタリング法により第１のライナー膜としての
厚さ３０ｎｍのＴｉ膜２４を形成し、さらに５００℃の
窒素アニールによりＴｉ膜２４の表面に第２のライナー
膜としてのＴｉＮ膜２５を形成する。その後、同図
（ｂ）に示すように、ＣＶＤ法により厚さ５００ｎｍの
Ｗ膜２６をＴｉＮ膜２５上に堆積する。
１２の表面に深さ４００ｎｍの配線溝２３を形成した
後、スパッタリング法により第１のライナー膜としての
厚さ３０ｎｍのＴｉ膜２４を形成し、さらに５００℃の
窒素アニールによりＴｉ膜２４の表面に第２のライナー
膜としてのＴｉＮ膜２５を形成する。その後、同図
（ｂ）に示すように、ＣＶＤ法により厚さ５００ｎｍの
Ｗ膜２６をＴｉＮ膜２５上に堆積する。
【００３９】次に図５（ｃ）に示すように、配線溝２３
の外部の不要なＷ膜２６を周知のＷ−ＣＭＰ用のスラリ
ー（例えば硝酸第二鉄とアルミナなどを含むもの）を用
いたＣＭＰ法により除去する（ファーストポリッシン
グ）。
の外部の不要なＷ膜２６を周知のＷ−ＣＭＰ用のスラリ
ー（例えば硝酸第二鉄とアルミナなどを含むもの）を用
いたＣＭＰ法により除去する（ファーストポリッシン
グ）。
【００４０】最後に、図５（ｄ）に示すように、配線溝
２３の外部の不要なＴｉ膜２４、ＴｉＮ膜２５を本発明
のＴｉ／ＴｉＮ−ＣＭＰ用のスラリーを用いたＣＭＰ法
により除去する（タッチアップ）。
２３の外部の不要なＴｉ膜２４、ＴｉＮ膜２５を本発明
のＴｉ／ＴｉＮ−ＣＭＰ用のスラリーを用いたＣＭＰ法
により除去する（タッチアップ）。
【００４１】本発明のＴｉ／ＴｉＮ−ＣＭＰ用のスラリ
ーの形成方法の具体例は、以下の通りである。まず、ア
ルミナとシリカ１とシリカ２とを３：３：３の割合で乾
燥粉体の状態で混合し、アルミナとシリカとの混合粉体
を形成する。次に酸化剤の役割を果たす過硫酸アンモニ
ウムを０．５％含む溶液に上記混合粉体を添加し、さら
にスラリーｐＨをアンモニア水により４に制御する。
ーの形成方法の具体例は、以下の通りである。まず、ア
ルミナとシリカ１とシリカ２とを３：３：３の割合で乾
燥粉体の状態で混合し、アルミナとシリカとの混合粉体
を形成する。次に酸化剤の役割を果たす過硫酸アンモニ
ウムを０．５％含む溶液に上記混合粉体を添加し、さら
にスラリーｐＨをアンモニア水により４に制御する。
【００４２】上記Ｔｉ／ＴｉＮ−ＣＭＰ用のスラリーを
用いた場合の研磨条件は、例えばＰｏｌｉｔｅｘ−Ｐａ
ｄ、ＤＦ：３００ｇ／ｃｍ2 、ＴＲ回転数：５０ｒｐ
ｍ、ＴＴ回転数：５０ｒｐｍ、研磨時間１００秒であ
る。
用いた場合の研磨条件は、例えばＰｏｌｉｔｅｘ−Ｐａ
ｄ、ＤＦ：３００ｇ／ｃｍ2 、ＴＲ回転数：５０ｒｐ
ｍ、ＴＴ回転数：５０ｒｐｍ、研磨時間１００秒であ
る。
【００４３】タッチアップでは、Ｗ膜２６、ＴｉＮ膜２
５、Ｔｉ膜２４およびＳｉＯ2 系の層間絶縁膜２２の研
磨速度がいずれも１０〜２０ｎｍ／ｍｉｎであることが
望ましい。このレートバランスを実現するために、上記
具体例では、アルミナとシリカ１（表面積：５０ｍ2 ／
ｇ）でＷとＳｉＯ2 の研磨速度を制御し、シリカ２（表
面積：３００ｍ2 ／ｇ）でＴｉとＴｉＮの研磨速度を制
御している。
５、Ｔｉ膜２４およびＳｉＯ2 系の層間絶縁膜２２の研
磨速度がいずれも１０〜２０ｎｍ／ｍｉｎであることが
望ましい。このレートバランスを実現するために、上記
具体例では、アルミナとシリカ１（表面積：５０ｍ2 ／
ｇ）でＷとＳｉＯ2 の研磨速度を制御し、シリカ２（表
面積：３００ｍ2 ／ｇ）でＴｉとＴｉＮの研磨速度を制
御している。
【００４４】この種のタッチアップ工程では、絶縁膜部
分とメタル部分との間の電位差により、粒子の研磨の寄
与の仕方が異なるため、従来のスラリーを用いたＣＭＰ
ではアレイ端などのシニング（thinning）を抑制するこ
とは困難であった。
分とメタル部分との間の電位差により、粒子の研磨の寄
与の仕方が異なるため、従来のスラリーを用いたＣＭＰ
ではアレイ端などのシニング（thinning）を抑制するこ
とは困難であった。
【００４５】これに対して、本発明のスラリーを用いた
ＣＭＰでは、スラリー中にプラスの研磨粒子（アルミ
ナ：第１の無機質粒子）とマイナスの研磨粒子（シリ
カ：第２の無機質粒子）が存在するため、絶縁膜部分と
メタル部分との間の電位差の影響を受けず、研磨粒子が
絶縁膜部分およびメタル部分にバランス良く働きかける
ことができ、シニングを効果的に抑制することができ
る。さらに、ＣＭＰ直後、基板上に残留した研磨剤は、
凝集状態を保持しているので、スクライブ洗浄などによ
り容易に除去できる。そのため、本発明のスラリーを用
いることで、ダストの低減化を図れるようになる。その
他、第１の実施形態と同様な効果が得られる。
ＣＭＰでは、スラリー中にプラスの研磨粒子（アルミ
ナ：第１の無機質粒子）とマイナスの研磨粒子（シリ
カ：第２の無機質粒子）が存在するため、絶縁膜部分と
メタル部分との間の電位差の影響を受けず、研磨粒子が
絶縁膜部分およびメタル部分にバランス良く働きかける
ことができ、シニングを効果的に抑制することができ
る。さらに、ＣＭＰ直後、基板上に残留した研磨剤は、
凝集状態を保持しているので、スクライブ洗浄などによ
り容易に除去できる。そのため、本発明のスラリーを用
いることで、ダストの低減化を図れるようになる。その
他、第１の実施形態と同様な効果が得られる。
【００４６】以上、本発明の実施形態について説明した
が、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではな
い。例えば、研磨時の荷重、トップリングおよびターン
テーブルの回転数は適宜変更可能である。
が、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではな
い。例えば、研磨時の荷重、トップリングおよびターン
テーブルの回転数は適宜変更可能である。
【００４７】また、研磨粒子となり得る物質は、上記実
施形態で述べたものを含めて、Ａｌ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｃ
ｒ、Ｃｅ、Ｔｉ、ＣおよびＦｅからなる元素群から選ば
れた少なくとも一つの元素を主成分とする酸化物、炭化
物もしくは窒化物、または上記元素群から選ばれた少な
くとも二つの元素の混合物もしくは混晶物があげられ
る。酸化剤としては、過硫酸アンモニウムの他に、過酸
化水素水、硝酸第二鉄、または硝酸二アンモニウムセリ
ウムが使用可能である。
施形態で述べたものを含めて、Ａｌ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｃ
ｒ、Ｃｅ、Ｔｉ、ＣおよびＦｅからなる元素群から選ば
れた少なくとも一つの元素を主成分とする酸化物、炭化
物もしくは窒化物、または上記元素群から選ばれた少な
くとも二つの元素の混合物もしくは混晶物があげられ
る。酸化剤としては、過硫酸アンモニウムの他に、過酸
化水素水、硝酸第二鉄、または硝酸二アンモニウムセリ
ウムが使用可能である。
【００４８】また、上記実施形態では説明を簡単にする
ために一つのダマシン配線について説明したが、実プロ
セスでは配線幅の異なる複数のダマシン配線を同一レイ
ヤーの層間絶縁膜中に形成することがある。このような
場合、本発明のスラリーを用いたＣＭＰにより配線溝外
の余剰な金属膜を除去すれば、ディッシングのばらつき
を効果的に抑制することができる。さらに配線密度が異
なる複数のダマシン配線の領域を同一レイヤーの層間絶
縁膜中に形成する場合にも同様な効果が得られる。ま
た、上記実施形態ではいわゆるシングルダマシン配線の
場合について説明したが、本発明はデュアルダマシン配
線にも適用できる。さらにまた、本発明は配線以外に
も、例えばダマシンゲート型ＭＯＳトランジスタのメタ
ルゲート電極のＣＭＰ工程にも適用できる。
ために一つのダマシン配線について説明したが、実プロ
セスでは配線幅の異なる複数のダマシン配線を同一レイ
ヤーの層間絶縁膜中に形成することがある。このような
場合、本発明のスラリーを用いたＣＭＰにより配線溝外
の余剰な金属膜を除去すれば、ディッシングのばらつき
を効果的に抑制することができる。さらに配線密度が異
なる複数のダマシン配線の領域を同一レイヤーの層間絶
縁膜中に形成する場合にも同様な効果が得られる。ま
た、上記実施形態ではいわゆるシングルダマシン配線の
場合について説明したが、本発明はデュアルダマシン配
線にも適用できる。さらにまた、本発明は配線以外に
も、例えばダマシンゲート型ＭＯＳトランジスタのメタ
ルゲート電極のＣＭＰ工程にも適用できる。
【００４９】さらに、上実施形態では、アルミナとシリ
カとなどの複数の種類の異なる無機質粒子を乾燥粉体の
状態で混合したものを液体中に添加したが、混合しない
で各無機質粒子を同時または別々に液体中に添加しても
良い。また、被研磨膜となり得る膜は、上記実施形態で
述べたものを含めて、Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎ
ｂ、ＴａおよびＶからなる元素群から選ばれた金属から
なる単層もしくは積層の金属膜、または前記元素群から
選ばれた少なくとも一つの元素を主成分とする合金、窒
化物、ホウ化物もしくは酸化物からなる膜があげられ
る。
カとなどの複数の種類の異なる無機質粒子を乾燥粉体の
状態で混合したものを液体中に添加したが、混合しない
で各無機質粒子を同時または別々に液体中に添加しても
良い。また、被研磨膜となり得る膜は、上記実施形態で
述べたものを含めて、Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎ
ｂ、ＴａおよびＶからなる元素群から選ばれた金属から
なる単層もしくは積層の金属膜、または前記元素群から
選ばれた少なくとも一つの元素を主成分とする合金、窒
化物、ホウ化物もしくは酸化物からなる膜があげられ
る。
【００５０】さらにまた、上記実施形態には種々の段階
の発明が含まれており、開示される複数の構成要件にお
ける適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得
る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つか
の構成要件が削除されても、発明の効果の欄で述べられ
ている効果が得られる場合には、この構成要件が削除さ
れた構成が発明として抽出され得る。その他、本発明の
要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。
の発明が含まれており、開示される複数の構成要件にお
ける適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得
る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つか
の構成要件が削除されても、発明の効果の欄で述べられ
ている効果が得られる場合には、この構成要件が削除さ
れた構成が発明として抽出され得る。その他、本発明の
要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。
【００５１】
【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、適
度の粒子間引力を有するスラリーを用いることで、高研
磨速度かつ低エロージョンのＣＭＰを実現することがで
きるようになる。
度の粒子間引力を有するスラリーを用いることで、高研
磨速度かつ低エロージョンのＣＭＰを実現することがで
きるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＡｌダマシン配
線の形成方法を示す工程断面図
線の形成方法を示す工程断面図
【図２】本発明のスラリーを用いたＣＭＰのＡｌ研磨速
度とアルミナ濃度との関係および従来のスラリーを用い
たＣＭＰのそれを示す図
度とアルミナ濃度との関係および従来のスラリーを用い
たＣＭＰのそれを示す図
【図３】本発明のスラリーを用いたＣＭＰのエロージョ
ンとアルミナ濃度との関係および従来のスラリーを用い
たＣＭＰのそれを示す図
ンとアルミナ濃度との関係および従来のスラリーを用い
たＣＭＰのそれを示す図
【図４】本発明の第２の実施形態に係るＣｕダマシン配
線の形成方法を示す工程断面図
線の形成方法を示す工程断面図
【図５】本発明の第３の実施形態に係るＷダマシン配線
の形成方法を示す工程断面図
の形成方法を示す工程断面図
【図６】ＣＭＰ特性（研磨速度、研磨速度、エロージョ
ン、スクラッチ）と研磨粒子の粒子間引力との関係を示
す図
ン、スクラッチ）と研磨粒子の粒子間引力との関係を示
す図
【図７】研磨粒子の粒子間引力の違いによる、研磨速度
の荷重依存性を示す図
の荷重依存性を示す図
１…シリコン基板 ２…層間絶縁膜 ３…配線溝 ４…Ａｌ膜（配線） １１…シリコン基板 １２…層間絶縁膜 １３…配線溝 １４…ＴａＮライナー膜 １５…Ｃｕ膜（配線） ２１…シリコン基板 ２２…層間絶縁膜 ２３…配線溝 ２４…Ｔｉ膜 ２５…ＴｉＮ膜 ２６…Ｗ膜（配線）
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｈ０１Ｌ 21/304 ６２２ Ｈ０１Ｌ 21/304 ６２２Ｄ ６２２Ｘ 21/306 21/306 Ｍ (72)発明者 矢野 博之 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 松井 之輝 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 福島 大 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 川橋 信夫 東京都中央区築地２丁目11番24号 ジェイ エスアール株式会社内 (72)発明者 服部 雅幸 東京都中央区築地２丁目11番24号 ジェイ エスアール株式会社内 (72)発明者 窪田 清信 東京都中央区築地２丁目11番24号 ジェイ エスアール株式会社内 Ｆターム(参考） 3C058 CB03 CB10 DA02 DA12 DA17 5F043 AA24 DD10 DD16 FF07 GG10
Claims (11)
- 【請求項１】種類の異なる第１および第２の研磨粒子を
含み、かつ第１および第２の研磨粒子からなるネットワ
ークを液体中に含むことを特徴とするＣＭＰ用スラリ
ー。 - 【請求項２】前記ネットワークは、前記第１の研磨粒子
と前記第２の研磨粒子とが交互に繋がったネットワー
ク、前記第１の研磨粒子の凝集体と前記第２の研磨粒子
の凝集体とからなるネートワーク、またはこれらの二つ
のネットワークを含むネットワークであることを特徴と
する請求項１に記載のＣＭＰ用スラリー。 - 【請求項３】前記第１および第２の研磨粒子に対する前
記第１の研磨粒子の質量百分率が１０〜９０％であるこ
とを特徴とする請求項１に記載のＣＭＰ用スラリー。 - 【請求項４】前記第１および第２の研磨粒子の他に、こ
れらとは種類の異なる第３の研磨粒子をさらに含み、前
記第１、第２および第３の研磨粒子の合計質量に対す
る、前記第１の研磨粒子、前記第２の研磨粒子および前
記第３の研磨粒子のそれぞれの質量百分率が全て１０％
以上であることを特徴とする請求項１に記載のＣＭＰ用
スラリー。 - 【請求項５】前記第１および第２の研磨粒子は、Ａｌ、
Ｃｕ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｃｅ、Ｔｉ、ＣおよびＦｅからなる
元素群から選ばれた少なくとも一つの元素を主成分とす
る酸化物、炭化物もしくは窒化物、または前記元素群か
ら選ばれた少なくとも二つの元素の混合物もしくは混晶
物であることを特徴とする請求項１に記載のＣＭＰ用ス
ラリー。 - 【請求項６】酸化剤をさらに含むことを特徴とする請求
項１に記載のＣＭＰ用スラリー。 - 【請求項７】前記酸化剤は、過硫酸アンモニウム、過酸
化水素水、硝酸第二鉄、または硝酸二アンモニウムセリ
ウムであることを特徴とする請求項６に記載のＣＭＰ用
スラリー。 - 【請求項８】第１の研磨粒子と、この第１の研磨粒子と
は種類が異なる第２の研磨粒子とを粉体の状態で混合す
る工程と、 この混合された前記第１および第２の研磨粒子を液体に
添加する工程とを有することを特徴するＣＭＰ用スラリ
ーの形成方法。 - 【請求項９】前記混合された第１および第２の研磨粒子
は顆粒状であることを特徴とする請求項８に記載のＣＭ
Ｐ用スラリーの形成方法。 - 【請求項１０】表面に溝を有する絶縁膜上に、前記溝を
埋め込むように、導電性を有する膜を堆積する工程と、 請求項１ないし７のいずれか１項に記載のＣＭＰ用スラ
リーを用いたＣＭＰ法により、前記溝の外の前記導電性
を有する膜を除去する工程とを有することを特徴とする
半導体装置の製造方法。 - 【請求項１１】前記導電性を有する膜は、Ｃｕ、Ａｌ、
Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｂ、ＴａおよびＶからなる元素群か
ら選ばれた金属からなる単層もしくは積層の金属膜、ま
たは前記元素群から選ばれた少なくとも一つの元素を主
成分とする合金、窒化物、ホウ化物もしくは酸化物から
なる膜であることを特徴とする請求項１０に記載の半導
体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000264383A JP2002069434A (ja) | 2000-08-31 | 2000-08-31 | Ｃｍｐ用スラリーおよびその形成方法、ならびに半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000264383A JP2002069434A (ja) | 2000-08-31 | 2000-08-31 | Ｃｍｐ用スラリーおよびその形成方法、ならびに半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002069434A true JP2002069434A (ja) | 2002-03-08 |
Family
ID=18751809
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000264383A Pending JP2002069434A (ja) | 2000-08-31 | 2000-08-31 | Ｃｍｐ用スラリーおよびその形成方法、ならびに半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002069434A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100525076B1 (ko) * | 2002-12-10 | 2005-11-02 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 화학적 기계적 연마용 슬러리 |
| JPWO2008013226A1 (ja) * | 2006-07-28 | 2009-12-17 | 昭和電工株式会社 | 研磨組成物 |
| US7833431B2 (en) | 2005-12-01 | 2010-11-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Aqueous dispersion for CMP, polishing method and method for manufacturing semiconductor device |
-
2000
- 2000-08-31 JP JP2000264383A patent/JP2002069434A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100525076B1 (ko) * | 2002-12-10 | 2005-11-02 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 화학적 기계적 연마용 슬러리 |
| US7833431B2 (en) | 2005-12-01 | 2010-11-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Aqueous dispersion for CMP, polishing method and method for manufacturing semiconductor device |
| JPWO2008013226A1 (ja) * | 2006-07-28 | 2009-12-17 | 昭和電工株式会社 | 研磨組成物 |
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