JP2002517593A - 金属cmpにおける研磨用組成物および研磨方法 - Google Patents
金属cmpにおける研磨用組成物および研磨方法Info
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- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
- H01L21/321—After treatment
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- H01L21/3105—After-treatment
- H01L21/31051—Planarisation of the insulating layers
- H01L21/31053—Planarisation of the insulating layers involving a dielectric removal step
Abstract
(57)【要約】
【構成】この発明においては、金属層(タングステン、アルミニウム、銅等)、バリア層(タンタル、窒化タンタル、チタンまたは窒化チタン)及び絶縁層(二酸化ケイ基等) からなる合成半導体構造体を研磨するための組成物を提供している。この組成物は、水性媒体、研磨剤、酸化剤、重合度が少なくとも5であり、二酸化ケイ素表面に含まれる表面基に対して親和性を有する複数の官能基を有する酸化物薄層の除去を抑制する有機ポリマーからなる。この組成物は、適宜、錯化剤および/または分散剤を含有するものであってもよい。
Description
本出願は、同時係属中の、1998年6月10日に出願された米国仮特許出願
第60/088,849号の優先権を主張する。
第60/088,849号の優先権を主張する。
【0001】
本特許出願に記載されている発明は、集積回路表面、特に、金属、バリア層お
よび絶縁層をからなる集積回路表面の研磨および平坦化に関する。
よび絶縁層をからなる集積回路表面の研磨および平坦化に関する。
【0002】
化学的/機械的平坦化(又は研磨)、すなわちCMPは、集積回路の製造途中
における半導体基板表面の様々な薄い膜の除去/平坦化を可能にする半導体産業
で使用される技術である。この技術は当初、絶縁性薄膜(SiO2 など)の研磨
に適用することに集中していたが、回路接続のために使用される金属薄膜の研磨
への適用が急速に伸びている。現在、タングステンおよびアルミニウムが、イン
ターコネクト構造体に使用される最も一般的な金属である。しかし、低いkの絶
縁体と組み合わせた銅インターコネクトは、(Al/SiO2 と比較した場合)
チップ速度を早め、必要とされる金属層の数を減らし、電力放散を最小限にし、
そして製造コストを低下させる可能性を有している。
における半導体基板表面の様々な薄い膜の除去/平坦化を可能にする半導体産業
で使用される技術である。この技術は当初、絶縁性薄膜(SiO2 など)の研磨
に適用することに集中していたが、回路接続のために使用される金属薄膜の研磨
への適用が急速に伸びている。現在、タングステンおよびアルミニウムが、イン
ターコネクト構造体に使用される最も一般的な金属である。しかし、低いkの絶
縁体と組み合わせた銅インターコネクトは、(Al/SiO2 と比較した場合)
チップ速度を早め、必要とされる金属層の数を減らし、電力放散を最小限にし、
そして製造コストを低下させる可能性を有している。
【0003】 しかし、銅インターコネクトを問題なく組み込むことは簡単なことではない。
代表的な銅インターコネクト構造体は、シリコン基板の上の二酸化ケイ素に形成
される溝(典型的には、深さが10,000オングストロームで、幅が1〜10
0ミクロン)を有する。(銅の接着を改善するために、そして絶縁構造体への銅
の拡散を抑えるために使用される)バリア層材が、典型的には、その溝が形成さ
れた後に被着される。このバリア層は、通常、タンタル、窒化タンタル、チタン
または窒化チタンのいずれかからなる。このようなバリア材はまた、溝の上の水
平な絶縁性表面にも被着される。バリア層は、典型的には厚さが<1000オン
グストロームである。次いで、溝部を埋めるために、銅が化学蒸着法または電気
メッキによってこの構造体の上部に被着される。溝を確実に完全に埋めるために
は、通常、10,000〜15,000オングストロームの銅を被着することが
必要である。次いで、CMPを使用して、溝の上の過剰な銅および溝の上の水平
なバリア材が取り除かれる。これを問題なく経済的に行うためには、銅の除去は
できる限り早くなければならず、典型的には3000オングストローム/分以上
でなければならない。さらに、溝部内の銅の除去(典型的には、「ディッシング
」と呼ばれる)を避けるために、銅薄膜の除去と匹敵し得る速度でのバリア層の
除去が必要である。さらに、バリア層の下にあるSiO2 薄膜の分解(典型的に
は、「浸食」と呼ばれる)を避け、そして全体の平坦化を向上させるために、下
に位置する絶縁性薄膜の除去速度はできる限り緩やかでなければならない。まと
めると、バリア薄膜(タンタル、窒化タンタル、チタンまたは窒化チタン)の除
去速度に対する選択度は、銅薄膜に関しては大きくなければならないが、絶縁性
薄膜(SiO2 )の除去速度に対する選択度は小さくなければならない(好まし
くは、<100:1)。
代表的な銅インターコネクト構造体は、シリコン基板の上の二酸化ケイ素に形成
される溝(典型的には、深さが10,000オングストロームで、幅が1〜10
0ミクロン)を有する。(銅の接着を改善するために、そして絶縁構造体への銅
の拡散を抑えるために使用される)バリア層材が、典型的には、その溝が形成さ
れた後に被着される。このバリア層は、通常、タンタル、窒化タンタル、チタン
または窒化チタンのいずれかからなる。このようなバリア材はまた、溝の上の水
平な絶縁性表面にも被着される。バリア層は、典型的には厚さが<1000オン
グストロームである。次いで、溝部を埋めるために、銅が化学蒸着法または電気
メッキによってこの構造体の上部に被着される。溝を確実に完全に埋めるために
は、通常、10,000〜15,000オングストロームの銅を被着することが
必要である。次いで、CMPを使用して、溝の上の過剰な銅および溝の上の水平
なバリア材が取り除かれる。これを問題なく経済的に行うためには、銅の除去は
できる限り早くなければならず、典型的には3000オングストローム/分以上
でなければならない。さらに、溝部内の銅の除去(典型的には、「ディッシング
」と呼ばれる)を避けるために、銅薄膜の除去と匹敵し得る速度でのバリア層の
除去が必要である。さらに、バリア層の下にあるSiO2 薄膜の分解(典型的に
は、「浸食」と呼ばれる)を避け、そして全体の平坦化を向上させるために、下
に位置する絶縁性薄膜の除去速度はできる限り緩やかでなければならない。まと
めると、バリア薄膜(タンタル、窒化タンタル、チタンまたは窒化チタン)の除
去速度に対する選択度は、銅薄膜に関しては大きくなければならないが、絶縁性
薄膜(SiO2 )の除去速度に対する選択度は小さくなければならない(好まし
くは、<100:1)。
【0004】 このような要件を達成するために、2つの異なるスラリーを使用する2工程の
研磨プロセスが提案されている。米国特許第5,676,587号「チタン、窒
化チタン、タンタルおよび窒化タンタルに対する選択的研磨プロセス」には、最
初に(1)金属薄膜(タングステンまたは銅など)の大部分を除くためのスラリ
ーを使用し、次に(2)バリア薄膜を除くためのスラリーを使用する2工程プロ
セスが提案されている。
研磨プロセスが提案されている。米国特許第5,676,587号「チタン、窒
化チタン、タンタルおよび窒化タンタルに対する選択的研磨プロセス」には、最
初に(1)金属薄膜(タングステンまたは銅など)の大部分を除くためのスラリ
ーを使用し、次に(2)バリア薄膜を除くためのスラリーを使用する2工程プロ
セスが提案されている。
【0005】 CMPプロセス中における二酸化ケイ素の除去速度を抑えるために、以前から
二酸化ケイ素表面を不動態化する様々な添加剤が提唱されている。米国特許第5
,614,444号「金属CMPでの選択度を高めるシリカ系スラリーに添加剤
を使用する方法」には、少なくとも1つの極性成分および1つの無極性成分から
なる添加剤が、酸化物の除去を抑制するとして提唱されている。この特許には、
極性基および非極性基の両方を含有する多数の化合物が列挙されている。このよ
うな化合物は、アニオン性(カリウムブチルスルファート)、カチオン性(テト
ラブチルアンモニウムヒドロキシド)、または非イオン性(ブタノール)のいず
れかである。しかし、この特許は、必須なものとして、極性成分(基)および無
極性成分(基)の両方が存在することを請求している。
二酸化ケイ素表面を不動態化する様々な添加剤が提唱されている。米国特許第5
,614,444号「金属CMPでの選択度を高めるシリカ系スラリーに添加剤
を使用する方法」には、少なくとも1つの極性成分および1つの無極性成分から
なる添加剤が、酸化物の除去を抑制するとして提唱されている。この特許には、
極性基および非極性基の両方を含有する多数の化合物が列挙されている。このよ
うな化合物は、アニオン性(カリウムブチルスルファート)、カチオン性(テト
ラブチルアンモニウムヒドロキシド)、または非イオン性(ブタノール)のいず
れかである。しかし、この特許は、必須なものとして、極性成分(基)および無
極性成分(基)の両方が存在することを請求している。
【0006】 米国特許第5,876,490号では、高分子電解質が、スラリー中の研磨剤
粒子をコーティングするために使用されている。この高分子電解質は、スラリー
に通常の応力作用をもたらす。溶液において、高分子電解質は通常の応力作用を
示し、高分子電解質が研磨剤粒子に吸着することによって同じ作用が粒子にもた
らされる。
粒子をコーティングするために使用されている。この高分子電解質は、スラリー
に通常の応力作用をもたらす。溶液において、高分子電解質は通常の応力作用を
示し、高分子電解質が研磨剤粒子に吸着することによって同じ作用が粒子にもた
らされる。
【0007】 米国特許第5,876,490号によると、平坦化を達成するためには、研磨
剤懸濁物における高分子電解質の量は、粒子の一部が高分子電解質でコーティン
グされ、その一方で、研磨剤粒子の他の一部はコーティングされないままである
程度である。これを達成するためには、高分子電解質の重量割合は、スラリー中
の研磨剤粒子の約5重量%〜約50重量%であり、好ましくは約15重量%〜約
30重量%であり、最も好ましくは約20重量%である。これらの割合は、研磨
剤粒子および高分子電解質の相対的なサイズにいくらか依存する。
剤懸濁物における高分子電解質の量は、粒子の一部が高分子電解質でコーティン
グされ、その一方で、研磨剤粒子の他の一部はコーティングされないままである
程度である。これを達成するためには、高分子電解質の重量割合は、スラリー中
の研磨剤粒子の約5重量%〜約50重量%であり、好ましくは約15重量%〜約
30重量%であり、最も好ましくは約20重量%である。これらの割合は、研磨
剤粒子および高分子電解質の相対的なサイズにいくらか依存する。
【0008】 高分子電解質を含有する米国特許第5,876,490号のスラリー組成物は
、好ましくは、研磨剤粒子を既に含有するスラリーに高分子電解質を加え、これ
によって研磨剤粒子の一部を「その場」でコーティングして調製される。別の手
順として、研磨剤粒子の一部を予備コーティングし、次いで、コーティングされ
ない残りの研磨剤粒子を含有するスラリーと混合してもよい。さらに、研磨剤粒
子の一部を前処理して、その研磨剤粒子がスラリーからの高分子電解質をより良
く吸着するものとすることが望ましい。
、好ましくは、研磨剤粒子を既に含有するスラリーに高分子電解質を加え、これ
によって研磨剤粒子の一部を「その場」でコーティングして調製される。別の手
順として、研磨剤粒子の一部を予備コーティングし、次いで、コーティングされ
ない残りの研磨剤粒子を含有するスラリーと混合してもよい。さらに、研磨剤粒
子の一部を前処理して、その研磨剤粒子がスラリーからの高分子電解質をより良
く吸着するものとすることが望ましい。
【0009】 米国特許第5,391,258号、同第5,476,606号、同第5,73
8,800号および同第5,770,103号は、CMPスラリーにおいて、二
酸化ケイ素の除去を抑制する化合物について記載している。これらの特許は、こ
の出願において参照され、本明細書の一部をなす。
8,800号および同第5,770,103号は、CMPスラリーにおいて、二
酸化ケイ素の除去を抑制する化合物について記載している。これらの特許は、こ
の出願において参照され、本明細書の一部をなす。
【0010】
この発明の課題は、従来のスラリーに改善をもたらすことである。
【0011】
本発明は、驚くべきことに、金属CMP中に酸化物薄膜の除去を弱めることが
見出された1つまたは複数の有機ポリマーに関するもので、従来のスラリーを上
回る改善をもたらす。本発明の有機ポリマーは、炭素骨格を有し、その骨格から
官能基が延びている、高分子量の有機ポリマーである。官能基は二酸化ケイ素表
面と強く相互作用し、その結果、かなりの程度で二酸化ケイ素薄膜の除去を抑え
る保護層となる。官能基とヒドロキシル表面との相互作用のメカニズムは、極性
種の水素結合(ヒドロキシル基の相互作用など)において認められるが、これに
限定されるものではない。有機ポリマーは、さらには、重合度が少なくとも3(
すなわち、分子内で3つのモノマーユニットが重合)であり、より好ましくは1
0よりも大きく、最も好ましくは50よりも大きい高分子量の有機物質として定
義される。有機ポリマーは、二酸化ケイ素表面に含まれる表面基(すなわち、シ
ラノールおよびシロキサン)に対して親和性を有する複数の官能基からなる。こ
れらの官能基は、一般には、ヒドロキシ、カルボキシ、カルボニル、アルコキシ
、スルホニルおよびホスホニルなどの極性基であるが、これらに限定されるもの
ではない。このタイプの有機ポリマー分子の例としては、ポリビニルアルコール
、ポリビニルピロリドン、ポリメタクリル酸メチル、ポリホルムアルデヒド、ポ
リエチレンオキシド、ポリエチレングリコールおよびポリメタクリル酸などがあ
る。
見出された1つまたは複数の有機ポリマーに関するもので、従来のスラリーを上
回る改善をもたらす。本発明の有機ポリマーは、炭素骨格を有し、その骨格から
官能基が延びている、高分子量の有機ポリマーである。官能基は二酸化ケイ素表
面と強く相互作用し、その結果、かなりの程度で二酸化ケイ素薄膜の除去を抑え
る保護層となる。官能基とヒドロキシル表面との相互作用のメカニズムは、極性
種の水素結合(ヒドロキシル基の相互作用など)において認められるが、これに
限定されるものではない。有機ポリマーは、さらには、重合度が少なくとも3(
すなわち、分子内で3つのモノマーユニットが重合)であり、より好ましくは1
0よりも大きく、最も好ましくは50よりも大きい高分子量の有機物質として定
義される。有機ポリマーは、二酸化ケイ素表面に含まれる表面基(すなわち、シ
ラノールおよびシロキサン)に対して親和性を有する複数の官能基からなる。こ
れらの官能基は、一般には、ヒドロキシ、カルボキシ、カルボニル、アルコキシ
、スルホニルおよびホスホニルなどの極性基であるが、これらに限定されるもの
ではない。このタイプの有機ポリマー分子の例としては、ポリビニルアルコール
、ポリビニルピロリドン、ポリメタクリル酸メチル、ポリホルムアルデヒド、ポ
リエチレンオキシド、ポリエチレングリコールおよびポリメタクリル酸などがあ
る。
【0012】 これらと同じ化合物の多くが、上記の米国特許第5,876,490号におい
て、研磨剤粒子をコーティングするのに有用であるとして記載されている。それ
らを二酸化ケイ素の速度抑制剤として使用することは、米国特許第5,876,
490号には記載されていない。さらに、本発明の高分子電解質は、スラリー中
の研磨剤粒子の約5重量%未満の濃度で二酸化ケイ素の速度抑制剤として効果的
であることが見出された。それらはまた、約10,000よりも大きな分子量を
有するときに効果的であることも見出された。
て、研磨剤粒子をコーティングするのに有用であるとして記載されている。それ
らを二酸化ケイ素の速度抑制剤として使用することは、米国特許第5,876,
490号には記載されていない。さらに、本発明の高分子電解質は、スラリー中
の研磨剤粒子の約5重量%未満の濃度で二酸化ケイ素の速度抑制剤として効果的
であることが見出された。それらはまた、約10,000よりも大きな分子量を
有するときに効果的であることも見出された。
【0013】 本発明の別の局面は、金属および絶縁体をからなる基板の研磨方法である。こ
こで、基板は研磨パッドに押しつけられ、基板とパッドはその相互間で互いに動
き、研磨用組成物が研磨操作中にこのパッドに対して加えられる。本発明の研磨
用組成物は、このような方法に有用である。
こで、基板は研磨パッドに押しつけられ、基板とパッドはその相互間で互いに動
き、研磨用組成物が研磨操作中にこのパッドに対して加えられる。本発明の研磨
用組成物は、このような方法に有用である。
【0014】
本発明において使用されるスラリーは、下記の一般的な手順で調製された。い
ずれの場合においても、最初に化学添加剤を脱イオン水に溶解させる。化学添加
剤のすべてが脱イオン水に溶解した後、pHを所望する値に調節する。別の容器
で、脱イオン水に無機酸化物研磨剤粒子からなる研磨剤パッケージを混合する。
研磨剤パッケージのpHも同様に所望する値に調節する。スラリー配合調製の最
後の工程は、水性の化学パッケージを水性の研磨剤パッケージと混合することで
ある。先行技術とは逆に、高分子電解質の添加剤は、いかなる特別な研磨剤の吸
着を必要とすることなくこの水溶液に加えられる。
ずれの場合においても、最初に化学添加剤を脱イオン水に溶解させる。化学添加
剤のすべてが脱イオン水に溶解した後、pHを所望する値に調節する。別の容器
で、脱イオン水に無機酸化物研磨剤粒子からなる研磨剤パッケージを混合する。
研磨剤パッケージのpHも同様に所望する値に調節する。スラリー配合調製の最
後の工程は、水性の化学パッケージを水性の研磨剤パッケージと混合することで
ある。先行技術とは逆に、高分子電解質の添加剤は、いかなる特別な研磨剤の吸
着を必要とすることなくこの水溶液に加えられる。
【0015】 典型的には、化学的研磨剤には、酸化剤、本発明の有機ポリマー除去速度抑制
剤、および必要に応じて、錯化剤および/または分散剤が含まれる。この化学パ
ッケージの混合順序は、すべての添加剤が完全に溶解するように決めることのみ
が必要である。
剤、および必要に応じて、錯化剤および/または分散剤が含まれる。この化学パ
ッケージの混合順序は、すべての添加剤が完全に溶解するように決めることのみ
が必要である。
【0016】 「高等無機化学 (Advanced Inorganic Chemistry) 」(エフ.エー.コットン
(F.A. Cotton) 及び ジー. ウィルキンソン (G. Wilkinson) 著、第3版、ウィ
リィ インターサイエンス (Wiley Interscience) )において定義されているよ
うに、錯体は以下の通りである。即ち、『用語「配位化合物」および「錯体」は
、中心の原子が一組の外側または配位子の原子により取り囲まれ、それによって
系のエネルギーが低下(すなわち、E>0および/またはG<0)する荷電また
は非荷電のすべての化学種を包含するように広く定義することができる。中性錯
体の例としてはSF6 があり、中心のS原子が6個のF原子により八面体配置で
取り囲まれている。陽性錯体の例としては[Cu(NH3 )4 ]2+があり、中心
のCu原子が4個のNH3 分子により四面体配置で取り囲まれている。陰性錯体
の例として[Cu(Cl)5 ]3-があり、中心のCu原子が5個のCl原子によ
り五角両錐体配置で取り囲まれている。』 本発明のスラリーにおいて錯化剤と
呼ばれる一般的な配位子の例としては、酢酸、クエン酸、アセト酢酸エチル、グ
リコール酸、グリオキシル酸、乳酸、リンゴ酸、シュウ酸、サリチル酸、ジエチ
ルジチオカルバミン酸ナトリウム、コハク酸、酒石酸、チオグリコール酸、グリ
シン、アラニン、アスパラギン酸、エチレンジアミン、トリメチレンジアミン、
1,2−エタンジチオール、1,4−ジチオスレイトール、ビス(メチルチオ)
メタン、ジメチルジチオカルバマート、5−メチル−3,4−チアジアゾール−
2−チオール、マロン酸、グルタル酸、3−ヒドロキシ酪酸、プロピオン酸、フ
タル酸、イソフタル酸、3−ヒドロキシサリチル酸、3,5−ジヒドロキシサリ
チル酸、および没食子酸が揚げられる。
(F.A. Cotton) 及び ジー. ウィルキンソン (G. Wilkinson) 著、第3版、ウィ
リィ インターサイエンス (Wiley Interscience) )において定義されているよ
うに、錯体は以下の通りである。即ち、『用語「配位化合物」および「錯体」は
、中心の原子が一組の外側または配位子の原子により取り囲まれ、それによって
系のエネルギーが低下(すなわち、E>0および/またはG<0)する荷電また
は非荷電のすべての化学種を包含するように広く定義することができる。中性錯
体の例としてはSF6 があり、中心のS原子が6個のF原子により八面体配置で
取り囲まれている。陽性錯体の例としては[Cu(NH3 )4 ]2+があり、中心
のCu原子が4個のNH3 分子により四面体配置で取り囲まれている。陰性錯体
の例として[Cu(Cl)5 ]3-があり、中心のCu原子が5個のCl原子によ
り五角両錐体配置で取り囲まれている。』 本発明のスラリーにおいて錯化剤と
呼ばれる一般的な配位子の例としては、酢酸、クエン酸、アセト酢酸エチル、グ
リコール酸、グリオキシル酸、乳酸、リンゴ酸、シュウ酸、サリチル酸、ジエチ
ルジチオカルバミン酸ナトリウム、コハク酸、酒石酸、チオグリコール酸、グリ
シン、アラニン、アスパラギン酸、エチレンジアミン、トリメチレンジアミン、
1,2−エタンジチオール、1,4−ジチオスレイトール、ビス(メチルチオ)
メタン、ジメチルジチオカルバマート、5−メチル−3,4−チアジアゾール−
2−チオール、マロン酸、グルタル酸、3−ヒドロキシ酪酸、プロピオン酸、フ
タル酸、イソフタル酸、3−ヒドロキシサリチル酸、3,5−ジヒドロキシサリ
チル酸、および没食子酸が揚げられる。
【0017】 本発明のスラリーは、必要に応じて、分散剤を含むことができる。
【0018】 本発明の組成物における酸化剤は、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、オゾン処理水および酸素処理水
などの一般的な酸化剤のいずれかから構成され得る。酸化剤は、CMP用スラリ
ーにおいて約0.01重量%〜約7重量%の濃度で使用することができる。一般
には、酸化剤は、約1重量%〜約7重量%の濃度で使用される。ヨウ素酸塩が好
ましい酸化剤の一つてある。最も好ましいものは、約2重量%〜約4重量%のヨ
ウ素酸カリウムである。
塩、亜塩素酸塩、硫酸塩、過硫酸塩、過酸化物、オゾン処理水および酸素処理水
などの一般的な酸化剤のいずれかから構成され得る。酸化剤は、CMP用スラリ
ーにおいて約0.01重量%〜約7重量%の濃度で使用することができる。一般
には、酸化剤は、約1重量%〜約7重量%の濃度で使用される。ヨウ素酸塩が好
ましい酸化剤の一つてある。最も好ましいものは、約2重量%〜約4重量%のヨ
ウ素酸カリウムである。
【0019】 下記に示される実施例では、試験スラリーにおける研磨剤成分として、シリカ
およびチタニアを主に使用した。しかし、任意の金属酸化物または研磨用研磨剤
(アルミナ、セリア、ジルコニア、炭酸バリウムまたはダイヤモンドなど)もま
た使用することができる。
およびチタニアを主に使用した。しかし、任意の金属酸化物または研磨用研磨剤
(アルミナ、セリア、ジルコニア、炭酸バリウムまたはダイヤモンドなど)もま
た使用することができる。
【0020】
特に別途示さない限り、下記の実施例で使われている割合はすべて、説明され
ているスラリーにおける重量比である。
ているスラリーにおける重量比である。
【0021】 実施例1 表1は、錯化剤および酸化剤の含有量を変えて、銅、タンタルおよび(TEO
Sから得られた)二酸化ケイ素のウエハーを研磨した結果を示す。これらの実験
は、アイペック(IPEC)社のウェステック(Westech)372U研磨機において、
ローデル(Rodel) 社のIC1400パッドを使用して、5psiの押さえ圧、6
0rpmのキャリア速度、50rpmのプラテン速度、および110ml/分の
スラリー流速という条件下で行った。6インチのシートウエハーを使用した。本
実施例におけるすべてのスラリーは10%のコロイドシリカ研磨剤(クレボゾル
(Klebosol) 1498)を含有し、pH10.5とした。水酸化カリウムの量を
いろいろ変えて、スラリーをそのpHに調節した。
Sから得られた)二酸化ケイ素のウエハーを研磨した結果を示す。これらの実験
は、アイペック(IPEC)社のウェステック(Westech)372U研磨機において、
ローデル(Rodel) 社のIC1400パッドを使用して、5psiの押さえ圧、6
0rpmのキャリア速度、50rpmのプラテン速度、および110ml/分の
スラリー流速という条件下で行った。6インチのシートウエハーを使用した。本
実施例におけるすべてのスラリーは10%のコロイドシリカ研磨剤(クレボゾル
(Klebosol) 1498)を含有し、pH10.5とした。水酸化カリウムの量を
いろいろ変えて、スラリーをそのpHに調節した。
【0022】
【表1】
【0023】 これらの結果は、銅およびタンタルの両方について大きな除去速度を得るため
には、水溶液において両金属の溶解度を大きくする錯化剤を有し、かつ過酸化水
素などの酸化剤を含有することが必要であることを示している。このような成分
の組合せによって、銅の除去速度とタンタルの除去速度の間での良好な選択度(
ほぼ2:1)を保ちながら、銅の十分な除去速度を確保することが可能である。
本実施例からは、さらに、二酸化ケイ素の除去速度を抑えるための追加成分が必
要であることが明らかである。
には、水溶液において両金属の溶解度を大きくする錯化剤を有し、かつ過酸化水
素などの酸化剤を含有することが必要であることを示している。このような成分
の組合せによって、銅の除去速度とタンタルの除去速度の間での良好な選択度(
ほぼ2:1)を保ちながら、銅の十分な除去速度を確保することが可能である。
本実施例からは、さらに、二酸化ケイ素の除去速度を抑えるための追加成分が必
要であることが明らかである。
【0024】 実施例2 表2は、酸化物の除去を抑制すると考えられる作用剤の含有量を変えて、銅お
よび(TEOSから得られた)二酸化ケイ素のウエハーを研磨した結果を示す。
これらの実験は、アイペック (IPEC) 社のウェステック(Westech) 372U研磨
機において、ローデル(Rodel) 社のIC1400パッドを使用して、5psiの
押さえ圧、3psiの背圧、60rpmのキャリア速度、50rpmのプラテン
速度、および110ml/分のスラリー流速という条件下で行った。6インチの
シートウエハーを使用した。本実施例におけるすべてのスラリーは、10%のコ
ロイドシリカ研磨剤(クレボゾル (Klebosol) 1498)、3%のシュウ酸、0
.2%の水酸化アンモニウム、0.2%の過酸化水素を含有し、水酸化カリウム
の量をいろいろ変えて、列記されたpHに調節した。下記の実験で使用されたポ
リビニルピロリドン(PVP)は10,000〜30,000ダルトンの分子量
を有する(すなわち、90から270の間の重合度を有する)。極性基および長
鎖の炭化水素テイルを有する従来の界面活性剤であるドデシル硫酸ナトリウム(
SDS)も、比較のために試験している。
よび(TEOSから得られた)二酸化ケイ素のウエハーを研磨した結果を示す。
これらの実験は、アイペック (IPEC) 社のウェステック(Westech) 372U研磨
機において、ローデル(Rodel) 社のIC1400パッドを使用して、5psiの
押さえ圧、3psiの背圧、60rpmのキャリア速度、50rpmのプラテン
速度、および110ml/分のスラリー流速という条件下で行った。6インチの
シートウエハーを使用した。本実施例におけるすべてのスラリーは、10%のコ
ロイドシリカ研磨剤(クレボゾル (Klebosol) 1498)、3%のシュウ酸、0
.2%の水酸化アンモニウム、0.2%の過酸化水素を含有し、水酸化カリウム
の量をいろいろ変えて、列記されたpHに調節した。下記の実験で使用されたポ
リビニルピロリドン(PVP)は10,000〜30,000ダルトンの分子量
を有する(すなわち、90から270の間の重合度を有する)。極性基および長
鎖の炭化水素テイルを有する従来の界面活性剤であるドデシル硫酸ナトリウム(
SDS)も、比較のために試験している。
【0025】
【表2】
【0026】 これらの結果は、銅の除去速度を高くし二酸化ケイ素の除去速度を低くする(
すなわち、選択度を大きくする)ためには、銅の除去速度を抑制しない一方で、
二酸化ケイ素の除去速度を抑制するPVPなどの成分を追加することが必要であ
ることを示している。さらに、SDSのような従来の界面活性剤は、酸化物薄膜
または銅薄膜の除去速度には大した影響を及ぼさないことが認められる。
すなわち、選択度を大きくする)ためには、銅の除去速度を抑制しない一方で、
二酸化ケイ素の除去速度を抑制するPVPなどの成分を追加することが必要であ
ることを示している。さらに、SDSのような従来の界面活性剤は、酸化物薄膜
または銅薄膜の除去速度には大した影響を及ぼさないことが認められる。
【0027】 実施例3 表3は、錯化剤および酸化剤の含有量を変えて、銅およびタンタルのウエハー
を研磨した結果を示す。これらの実験は、アイペック (IPEC) 社のウェステック
(Westech) 372U研磨機において、ローデル(Rodel) 社のIC1400パッド
を使用して、5psiの押さえ圧、3psiの背圧、60rpmのキャリア速度
、50rpmのプラテン速度、および110ml/分のスラリー流速という条件
下で行った。6インチのシートウエハーを使用した。本実施例におけるすべての
スラリーは、10%のコロイドシリカ研磨剤(クレボゾル (Klebosol) 1498
)、0.75%のPVPを含有し、硝酸または水酸化カリウムの量を変えてpH
を調節した。
を研磨した結果を示す。これらの実験は、アイペック (IPEC) 社のウェステック
(Westech) 372U研磨機において、ローデル(Rodel) 社のIC1400パッド
を使用して、5psiの押さえ圧、3psiの背圧、60rpmのキャリア速度
、50rpmのプラテン速度、および110ml/分のスラリー流速という条件
下で行った。6インチのシートウエハーを使用した。本実施例におけるすべての
スラリーは、10%のコロイドシリカ研磨剤(クレボゾル (Klebosol) 1498
)、0.75%のPVPを含有し、硝酸または水酸化カリウムの量を変えてpH
を調節した。
【0028】
【表3】
【0029】 これらの結果は、良好なタンタルの除去速度を保ちながら銅の除去速度を高く
するためには、スラリーが酸化剤および錯化剤の両方を含有することが必要であ
ることを示している。
するためには、スラリーが酸化剤および錯化剤の両方を含有することが必要であ
ることを示している。
【0030】 実施例4 表4は、2つの異なるpHレベルで、銅、タンタル、窒化タンタルおよびチタ
ンのウエハーを研磨した結果を示す。これらの実験は、アイペック (IPEC) 社の
ウェステック(Westech) 372U研磨機において、ローデル(Rodel) 社のIC1
400パッドを使用して、5psiの押さえ圧、3psiの背圧、50rpmの
キャリア速度、60rpmのプラテン速度、および120ml/分のスラリー流
速という条件下で行った。6インチのシートウエハーを使用した。本実施例にお
けるすべてのスラリーは、7%のチタニア研磨剤(デガッサ(Degussa) P−25
)、0.7%のPVP、4%のシュウ酸、1%の過酸化水素を含有し、水酸化カ
リウムの量を変えて特定のpHに調節した。
ンのウエハーを研磨した結果を示す。これらの実験は、アイペック (IPEC) 社の
ウェステック(Westech) 372U研磨機において、ローデル(Rodel) 社のIC1
400パッドを使用して、5psiの押さえ圧、3psiの背圧、50rpmの
キャリア速度、60rpmのプラテン速度、および120ml/分のスラリー流
速という条件下で行った。6インチのシートウエハーを使用した。本実施例にお
けるすべてのスラリーは、7%のチタニア研磨剤(デガッサ(Degussa) P−25
)、0.7%のPVP、4%のシュウ酸、1%の過酸化水素を含有し、水酸化カ
リウムの量を変えて特定のpHに調節した。
【0031】
【表4】
【0032】 これらの結果は、PVPなどの酸化物抑制剤を使用することによって、非常に
高いCu:SiO2 選択度(100:1よりも大きい) が得られることを示して
いる。
高いCu:SiO2 選択度(100:1よりも大きい) が得られることを示して
いる。
【0033】 実施例5 表5は、パターン化したウエハーを研磨した結果を示す。これらの実験はアイ
ペック (IPEC) 社のウェステック(Westech) 372U研磨機において行った。サ
ンプル1については、ローデル(Rodel) 社のIC1400/K−XYパッドを、
3psiの押さえ圧、2psiの背圧、40rpmのキャリア速度、65rpm
のプラテン速度、および150ml/分のスラリー流速という研磨条件で使用し
た。サンプル2については、ロデール(Rodel) 社のIC1000パッドを、4p
siの押さえ圧、3psiの背圧、75rpmのキャリア速度、60rpmのプ
ラテン速度、および150ml/分のスラリー流速という条件下で使用した。本
実施例におけるすべてのスラリーは、7%のチタニア研磨剤(デガッサ(Degussa
) P−25)、0.7%のPVP、4%のシュウ酸、1%の過酸化水素を含有し
、水酸化カリウムの量を変えて特定のpHに調節した。
ペック (IPEC) 社のウェステック(Westech) 372U研磨機において行った。サ
ンプル1については、ローデル(Rodel) 社のIC1400/K−XYパッドを、
3psiの押さえ圧、2psiの背圧、40rpmのキャリア速度、65rpm
のプラテン速度、および150ml/分のスラリー流速という研磨条件で使用し
た。サンプル2については、ロデール(Rodel) 社のIC1000パッドを、4p
siの押さえ圧、3psiの背圧、75rpmのキャリア速度、60rpmのプ
ラテン速度、および150ml/分のスラリー流速という条件下で使用した。本
実施例におけるすべてのスラリーは、7%のチタニア研磨剤(デガッサ(Degussa
) P−25)、0.7%のPVP、4%のシュウ酸、1%の過酸化水素を含有し
、水酸化カリウムの量を変えて特定のpHに調節した。
【0034】
【表5】
【0035】 これらの結果は、PVPなどの化合物を含むスラリーに晒された酸化物浸食は
、典型的に認められる酸化物浸食よりもはるかに小さいことを示している。
、典型的に認められる酸化物浸食よりもはるかに小さいことを示している。
【0036】 実施例6 ポリマー添加剤の使用が、広範囲の使用レベルで効果的であることが示されて
いる。本実施例では、上記のスラリー調製法を使用して、PVPを、総研磨剤に
対して約4%のレベルで銅研磨用スラリーに加えた。研磨性能を、ストラスボー
(Strasbauch) 6ECを使用して、5psiの押さえ力および80rpmのプラ
テン速度で測定した。スラリー流速は150ml/分であった。
いる。本実施例では、上記のスラリー調製法を使用して、PVPを、総研磨剤に
対して約4%のレベルで銅研磨用スラリーに加えた。研磨性能を、ストラスボー
(Strasbauch) 6ECを使用して、5psiの押さえ力および80rpmのプラ
テン速度で測定した。スラリー流速は150ml/分であった。
【0037】 本実施例では、試験スラリーは、酸化剤としてのKIO3、および銅錯化剤と
しての乳酸、ならびにスラリー中に存在する研磨剤に対して4%のPVPを含有
していた。研磨除去速度の結果は下記の表6の通りである。
しての乳酸、ならびにスラリー中に存在する研磨剤に対して4%のPVPを含有
していた。研磨除去速度の結果は下記の表6の通りである。
【0038】
【表6】
【0039】 表7のデータに基づくと、良好な選択度および低い酸化物除去速度を得るため
には、金属研磨用スラリーにおいてPVPが低い濃度で利用できることが明らか
である。
には、金属研磨用スラリーにおいてPVPが低い濃度で利用できることが明らか
である。
【0040】 上述の実施例および考察は、特許請求項に記載している本発明の範囲を限定す
るものではない。
るものではない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ケジェライス エリザベス アメリカ合衆国 デラウェア州 19711 ニューアーク クリスティナ ミル ロー ド 413 (72)発明者 イー クリスティン アメリカ合衆国 デラウェア州 19713 ニューアーク クリスティアナ ロード 758 アパートメント 806 (72)発明者 ピアース ケイス ジー. アメリカ合衆国 デラウェア州 19713 ニューアーク ベニー ストリート 54− ビー (72)発明者 ラック クレイグ ディー. アメリカ合衆国 デラウェア州 19808 ウィルミングトン グリーンウッド ドラ イブ 438 (72)発明者 トーマス テレンス エム, アメリカ合衆国 オハイオ州 44060 メ ントール グローブウッド ドライブ 8029 (72)発明者 ブルケ ピーター エー. アメリカ合衆国 ペンシルヴァニア州 19311 エイヴォンデール インターラッ チェン コート 104 (72)発明者 ゲットマン デイヴィット アメリカ合衆国 デラウェア州 19701 ベア クリスティアナ メドーズ 3909 (72)発明者 レーン サラー アメリカ合衆国 メリーランド州 21921 エルクトン ラッセル ロード 162 Fターム(参考) 3C049 AA07 CA04 CB01 CB03 5E343 AA22 EE33 FF23
Claims (16)
- 【請求項1】 金属および絶縁体からなる基板の化学的−機械的研磨に有用
な水性スラリーである組成物であって、水、サブミクロン研磨粒子、酸化剤、及
び、酸化物薄膜の除去を抑制する有機ポリマーからなり、前記有機ポリマーは、
重合度が少なくとも3であって、二酸化ケイ基表面に含まれる表面基に対して親
和性を有する複数の官能基を有することを特徴とする組成物。 - 【請求項2】 前記官能基が、ヒドロキシ、カルボキシ、カルボニル、アル
コキシ、スルホニル、及び、ホスホニルからなるグループから得られるものであ
ることを特徴とする請求項1記載の組成物。 - 【請求項3】 前記有機化合物が、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロ
リドン、ポリメタクリル酸メチル、ポリホルムアルデヒド、ポリエチレンオキシ
ド、ポリエチレングリコール、および、ポリメタクリル酸からなるグループから
得られるものであることを特徴とする請求項2記載の組成物。 - 【請求項4】 前記有機化合物が、ポリビニルピロリドンであることを特徴
とする請求項3記載の組成物。 - 【請求項5】 前記有機化合物が、この組成物に存在する前記サブミクロン
研磨粒子量に対して5重量%以下の濃度でこの組成物に存在していることを特徴
とする請求項1記載の組成物。 - 【請求項6】 前記有機化合物が10,000よりも大きい分子量を有する
ことを特徴とする請求項1記載の組成物。 - 【請求項7】 この組成物が、さらに、錯化剤を含むことを特徴とする請求
項1記載の組成物。 - 【請求項8】 この組成物が、さらに、分散剤を含むことを特徴とする請求
項1記載の組成物。 - 【請求項9】 金属及び絶縁体からなる基板の研磨方法であって、この基板
が研磨パットに対して押し付けられ、この基板とパッドが相互間で相対して移動
し、研磨工程において研磨組成物がパッドに加えられるものであり、この研磨組
成物が、水、サブミクロン研磨粒子、酸化剤、及び、酸化物薄膜の除去を抑制す
る有機ポリマーからなり、前記有機ポリマーは、重合度が少なくとも3であって
、二酸化ケイ基表面に含まれる表面基に対して親和性を有する複数の官能基を有
することを特徴とする方法。 - 【請求項10】前記官能基が、ヒドロキシ、カルボキシ、カルボニル、アル
コキシ、スルホニル、及び、ホスホニルからなるグループから得られるものであ
ることを特徴とする請求項9記載の方法。 - 【請求項11】前記有機化合物が、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロ
リドン、ポリメタクリル酸メチル、ポリホルムアルデヒド、ポリエチレンオキシ
ド、ポリエチレングリコール、および、ポリメタクリル酸からなるグループから
得られるものであることを特徴とする請求項10記載の方法。 - 【請求項12】前記有機化合物が、ポリビニルピロリドンであることを特徴
とする請求項11記載の方法。 - 【請求項13】前記有機化合物が、この組成物に存在する前記サブミクロン
研磨粒子量に対して5重量%以下の濃度でこの組成物に存在していることを特徴
とする請求項9記載の方法。 - 【請求項14】前記有機化合物が10,000よりも大きい分子量を有する
ことを特徴とする請求項9記載の方法。 - 【請求項15】前記組成物が、さらに、錯化剤を含むことを特徴とする請求
項9記載の方法。 - 【請求項16】前記組成物が、さらに、分散剤を含むことを特徴とする請求
項9記載の方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US8884998P | 1998-06-10 | 1998-06-10 | |
US60/088,849 | 1998-06-10 | ||
PCT/US1999/013244 WO1999064527A1 (en) | 1998-06-10 | 1999-06-10 | Composition and method for polishing in metal cmp |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
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Family
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000553521A Pending JP2002517593A (ja) | 1998-06-10 | 1999-06-10 | 金属cmpにおける研磨用組成物および研磨方法 |
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---|---|
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JP (1) | JP2002517593A (ja) |
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WO (1) | WO1999064527A1 (ja) |
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