JP2003109922A - 研磨用材料、ｃｍｐ用スラリー組成物、ルテニウムのパターン形成方法、半導体素子の製造方法及び半導体素子 - Google Patents
研磨用材料、ｃｍｐ用スラリー組成物、ルテニウムのパターン形成方法、半導体素子の製造方法及び半導体素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低い研磨圧力下においてもルテニウムの研磨
速度を向上させることができ、さらに１種類のスラリー
を用いて１段階の工程だけで化学機械的研磨工程が進め
られ絶縁膜上の欠陥を減少させると共に、研磨特性を改
善させることができるので化学機械的研磨工程を単純化
させる。 【解決手段】 ルテニウムの化学機械的研磨工程におい
て、硝酸二アンモニウムセリウム(IV)(diammonium ceri
um(IV) nitrate)[(NH4)2Ce(NO3)6]を含むスラリー組成
物を用いる。
速度を向上させることができ、さらに１種類のスラリー
を用いて１段階の工程だけで化学機械的研磨工程が進め
られ絶縁膜上の欠陥を減少させると共に、研磨特性を改
善させることができるので化学機械的研磨工程を単純化
させる。 【解決手段】 ルテニウムの化学機械的研磨工程におい
て、硝酸二アンモニウムセリウム(IV)(diammonium ceri
um(IV) nitrate)[(NH4)2Ce(NO3)6]を含むスラリー組成
物を用いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ルテニウムの化学
機械的研磨（ＣＭＰ）用スラリー及びこれを利用した研
磨工程に関し、さらに詳しくは０.１μｍ以下の工程技
術を適用するにおいて、バリウムストロンチウムチタニ
ウム[(Ba1-XSrx)TiO3：以下“BST”と略称する]膜を誘
電膜にするキャパシター（capacitor）の製造時、下部
電極に蒸着されたルテニウム（Ruthenium）膜の化学機
械的研磨工程で研磨する時に用いる研磨用材料、ＣＭＰ
用スラリー組成物、及びＣＭＰ工程を利用したルテニウ
ムのパターン形成方法、半導体素子の製造方法及び半導
体素子に関するものである。
機械的研磨（ＣＭＰ）用スラリー及びこれを利用した研
磨工程に関し、さらに詳しくは０.１μｍ以下の工程技
術を適用するにおいて、バリウムストロンチウムチタニ
ウム[(Ba1-XSrx)TiO3：以下“BST”と略称する]膜を誘
電膜にするキャパシター（capacitor）の製造時、下部
電極に蒸着されたルテニウム（Ruthenium）膜の化学機
械的研磨工程で研磨する時に用いる研磨用材料、ＣＭＰ
用スラリー組成物、及びＣＭＰ工程を利用したルテニウ
ムのパターン形成方法、半導体素子の製造方法及び半導
体素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ルテニウムは機械的特性と化学的特性が
非常に優れた貴金属であり、高性能キャパシターを製造
するのに必須の物質で、誘電膜であるBST膜に蒸着され
て下部電極として用いられるが、本発明ではこのルテニ
ウムを研磨するため化学機械的研磨工程を行うことにな
る。
非常に優れた貴金属であり、高性能キャパシターを製造
するのに必須の物質で、誘電膜であるBST膜に蒸着され
て下部電極として用いられるが、本発明ではこのルテニ
ウムを研磨するため化学機械的研磨工程を行うことにな
る。
【０００３】ここで、化学機械的研磨（Chemical Mecha
nical Polishing：以下、“ＣＭＰ”と略称する）と
は、非常に高い精密度が要求される６４メガ以上の半導
体ウェーハ生産工程に主に適用される精製プロセス（pr
ocess）であり、スラリー（slurry）とはシリコン基板
上に生じる各種絶縁膜、金属層又はポリシリコン等を平
坦にする薬品で、一般に溶媒、化合物及び研磨材（abra
sive）からなり、殆どの場合ＣＭＰ特性を向上させるた
め界面活性剤（surfactant）が少量添加される。
nical Polishing：以下、“ＣＭＰ”と略称する）と
は、非常に高い精密度が要求される６４メガ以上の半導
体ウェーハ生産工程に主に適用される精製プロセス（pr
ocess）であり、スラリー（slurry）とはシリコン基板
上に生じる各種絶縁膜、金属層又はポリシリコン等を平
坦にする薬品で、一般に溶媒、化合物及び研磨材（abra
sive）からなり、殆どの場合ＣＭＰ特性を向上させるた
め界面活性剤（surfactant）が少量添加される。
【０００４】この際、いずれの膜を研磨するかによりス
ラリーを組成する化合物及び研磨材の種類が定められる
が、例えば酸化膜を研磨するための化合物としては水酸
化カリウム（KOH）や水酸化アンモニウム（NH4OH）のよ
うなアルカリ溶液を用い、研磨材としては二酸化珪素
（SiO2）を一番広く用いる。また、例えば、金属膜を研
磨するための化合物としては過酸化水素のような酸化剤
を用い、スラリーを酸性に合せるため少量の硫酸（H2SO
4）、硝酸（HNO3）又は塩酸（HCl）を用い、研磨材とし
ては酸化アルニミウム（Al2O3）を一番広く用いる。
ラリーを組成する化合物及び研磨材の種類が定められる
が、例えば酸化膜を研磨するための化合物としては水酸
化カリウム（KOH）や水酸化アンモニウム（NH4OH）のよ
うなアルカリ溶液を用い、研磨材としては二酸化珪素
（SiO2）を一番広く用いる。また、例えば、金属膜を研
磨するための化合物としては過酸化水素のような酸化剤
を用い、スラリーを酸性に合せるため少量の硫酸（H2SO
4）、硝酸（HNO3）又は塩酸（HCl）を用い、研磨材とし
ては酸化アルニミウム（Al2O3）を一番広く用いる。
【０００５】ＣＭＰは、化学的反応と機械的研磨作用を
組み合わせたもので、化学的反応はスラリー内に含まれ
ている化合物と膜間の化学反応を意味し、機械的研磨作
用は研磨装備に加えられた力がスラリー内の研磨材に伝
えられ、既に化学的反応を受けた膜が研磨材により機械
的に剥奪されることを意味する。即ち、このようなＣＭ
Ｐ工程は回転する研磨パッドと基板が直接的に加圧接触
し、これらの界面に研磨用スラリーが提供されて成され
る。従って、基板表面はスラリーが塗布された研磨パッ
ドにより機械的及び化学的に研磨されて平坦になるた
め、スラリーの組成物により研磨速度、研磨表面の欠陥
及び腐食等の特性が異なるようになる。
組み合わせたもので、化学的反応はスラリー内に含まれ
ている化合物と膜間の化学反応を意味し、機械的研磨作
用は研磨装備に加えられた力がスラリー内の研磨材に伝
えられ、既に化学的反応を受けた膜が研磨材により機械
的に剥奪されることを意味する。即ち、このようなＣＭ
Ｐ工程は回転する研磨パッドと基板が直接的に加圧接触
し、これらの界面に研磨用スラリーが提供されて成され
る。従って、基板表面はスラリーが塗布された研磨パッ
ドにより機械的及び化学的に研磨されて平坦になるた
め、スラリーの組成物により研磨速度、研磨表面の欠陥
及び腐食等の特性が異なるようになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来には、ルテニウム
（Ruthenium）をＣＭＰ工程で研磨する時に適切で常用
化したスラリーがないので、タングステン用スラリー又
はアルミニウム用スラリーを用いてＣＭＰ工程で研磨し
たが、この場合ルテニウムの研磨速度が非常に遅く高い
研磨圧力で長時間研磨しなければならなかったため、絶
縁膜に甚だしい掻き傷（scratch）現象とスラリー滓の
ような不純物が相当多く残ることになる問題点があっ
た。
（Ruthenium）をＣＭＰ工程で研磨する時に適切で常用
化したスラリーがないので、タングステン用スラリー又
はアルミニウム用スラリーを用いてＣＭＰ工程で研磨し
たが、この場合ルテニウムの研磨速度が非常に遅く高い
研磨圧力で長時間研磨しなければならなかったため、絶
縁膜に甚だしい掻き傷（scratch）現象とスラリー滓の
ような不純物が相当多く残ることになる問題点があっ
た。
【０００７】さらに、ルテニウムは絶縁膜との付着力
（adhesion）が不良のため非常に高い研磨圧力下で長時
間研磨すれば、ルテニウムが周辺にある絶縁膜から脱落
する現象が発生し、絶縁膜と隣接したルテニウムで甚だ
しいディシング（dishing）と腐食（erosion）が発生す
ることになり素子の特性を大きく低下させる問題点があ
った。
（adhesion）が不良のため非常に高い研磨圧力下で長時
間研磨すれば、ルテニウムが周辺にある絶縁膜から脱落
する現象が発生し、絶縁膜と隣接したルテニウムで甚だ
しいディシング（dishing）と腐食（erosion）が発生す
ることになり素子の特性を大きく低下させる問題点があ
った。
【０００８】これを添付図面に基づき、詳しく検討すれ
ば次の通りである。図２は、下部電極でルテニウムを蒸
着したキャパシターを含む半導体素子の断面図である。
半導体素子の製造方法を見ると、先ず、半導体基板１の
上部に下部（半導体基板１側）からゲート酸化膜２、ゲ
ート電極３及びマスク絶縁膜４を形成し、その側壁に酸
化膜スペーサー５を形成した後、その上部全体に下部か
ら層間絶縁膜６及び窒化シリコン７を形成してからフォ
トリソグラフィー工程を行うことにより、キャパシター
コンタクトに予定されている部分を除去してコンタクト
ホールを形成する。
ば次の通りである。図２は、下部電極でルテニウムを蒸
着したキャパシターを含む半導体素子の断面図である。
半導体素子の製造方法を見ると、先ず、半導体基板１の
上部に下部（半導体基板１側）からゲート酸化膜２、ゲ
ート電極３及びマスク絶縁膜４を形成し、その側壁に酸
化膜スペーサー５を形成した後、その上部全体に下部か
ら層間絶縁膜６及び窒化シリコン７を形成してからフォ
トリソグラフィー工程を行うことにより、キャパシター
コンタクトに予定されている部分を除去してコンタクト
ホールを形成する。
【０００９】次に、前記コンタクトホールをコンタクト
プラグであるポリシリコン（polysilicon）８、チタン
シリサイド（TiSi2）９及びチタニウムアルミニウムナ
イトライド（TiAIN）１０の積層膜で埋め込んだ後、窒
化シリコン７上部に犠牲絶縁膜を形成し、犠牲絶縁膜を
パターニングすることによりコンタクトプラグを露出さ
せて犠牲絶縁膜パターン１１を形成する。
プラグであるポリシリコン（polysilicon）８、チタン
シリサイド（TiSi2）９及びチタニウムアルミニウムナ
イトライド（TiAIN）１０の積層膜で埋め込んだ後、窒
化シリコン７上部に犠牲絶縁膜を形成し、犠牲絶縁膜を
パターニングすることによりコンタクトプラグを露出さ
せて犠牲絶縁膜パターン１１を形成する。
【００１０】その次に、前記犠牲絶縁膜パターン１１上
部にルテニウム膜１２を形成し、ルテニウム膜１２全面
に犠牲感光膜を塗布した後、前記ルテニウム膜１２をエ
ッチング停止膜にするＣＭＰ工程を行って犠牲感光膜パ
ターン１３を形成した後、前記犠牲絶縁膜パターン１１
をエッチング停止膜にするＣＭＰ工程を行って前記ルテ
ニウム膜１２をパターニングすることにより下部電極を
形成することになる。この際、前記パターニング工程
は、前記犠牲感光膜及びルテニウム膜１２をＣＭＰ工程
で所定の研磨ターゲット（target）線まで研磨すること
により行われる。
部にルテニウム膜１２を形成し、ルテニウム膜１２全面
に犠牲感光膜を塗布した後、前記ルテニウム膜１２をエ
ッチング停止膜にするＣＭＰ工程を行って犠牲感光膜パ
ターン１３を形成した後、前記犠牲絶縁膜パターン１１
をエッチング停止膜にするＣＭＰ工程を行って前記ルテ
ニウム膜１２をパターニングすることにより下部電極を
形成することになる。この際、前記パターニング工程
は、前記犠牲感光膜及びルテニウム膜１２をＣＭＰ工程
で所定の研磨ターゲット（target）線まで研磨すること
により行われる。
【００１１】図３は、図２に示されたルテニウム膜１２
を、従来のスラリーを用いてＣＭＰ工程を進めた状態を
例示する断面図である。通常のＣＭＰ工程条件は研磨圧
力が３〜５psi（Pound per Square Inch）であり、回転
型（rotary type）装備の場合テーブル回転数が８０〜
１００ｒｐｍ（revolutions per minute）で、線形式
（linear type）装備の場合テーブル移動速度が６００
〜７００ｆｐｍ（feet per minute）で進められる。
を、従来のスラリーを用いてＣＭＰ工程を進めた状態を
例示する断面図である。通常のＣＭＰ工程条件は研磨圧
力が３〜５psi（Pound per Square Inch）であり、回転
型（rotary type）装備の場合テーブル回転数が８０〜
１００ｒｐｍ（revolutions per minute）で、線形式
（linear type）装備の場合テーブル移動速度が６００
〜７００ｆｐｍ（feet per minute）で進められる。
【００１２】しかし、このような一般的な工程条件を適
用する場合、ルテニウムの研磨速度が非常に低いため殆
ど研磨されないので、スラリーの供給流量を増加させ研
磨圧力を高くして比較的長時間の間ＣＭＰ工程を進めさ
せることにより、研磨速度を増加させなければならなか
った。
用する場合、ルテニウムの研磨速度が非常に低いため殆
ど研磨されないので、スラリーの供給流量を増加させ研
磨圧力を高くして比較的長時間の間ＣＭＰ工程を進めさ
せることにより、研磨速度を増加させなければならなか
った。
【００１３】その結果、図３で見られるように高い研磨
圧力により犠牲絶縁膜パターン１１に甚だしい掻き傷
（scratch）１４現象が発生し、スラリー滓又はパーテ
ィクル１５のような不純物が残存するだけでなく、犠牲
絶縁膜が露出する時点からルテニウム膜１２が犠牲絶縁
膜より過研磨（over polishing）されディシング（disi
ng）現象が深刻になり、周辺犠牲絶縁膜の腐食（erosio
n）も甚だしく発生する。さらに、犠牲絶縁膜との接着
力が弱いルテニウム膜１２に過度な物理的な力が加えら
れながら、犠牲絶縁膜パターン１１側壁に蒸着されてい
るルテニウム膜１２のパターンが歪んだり、犠牲絶縁膜
パターン１１から脱落する１６現象が発生することにな
る。
圧力により犠牲絶縁膜パターン１１に甚だしい掻き傷
（scratch）１４現象が発生し、スラリー滓又はパーテ
ィクル１５のような不純物が残存するだけでなく、犠牲
絶縁膜が露出する時点からルテニウム膜１２が犠牲絶縁
膜より過研磨（over polishing）されディシング（disi
ng）現象が深刻になり、周辺犠牲絶縁膜の腐食（erosio
n）も甚だしく発生する。さらに、犠牲絶縁膜との接着
力が弱いルテニウム膜１２に過度な物理的な力が加えら
れながら、犠牲絶縁膜パターン１１側壁に蒸着されてい
るルテニウム膜１２のパターンが歪んだり、犠牲絶縁膜
パターン１１から脱落する１６現象が発生することにな
る。
【００１４】さらに、従来にはルテニウム膜１２をＣＭ
Ｐ工程で研磨する際に研磨後発生する掻き傷１４とパー
ティクル１５が発生する問題を解決するためには、犠牲
絶縁膜用スラリーを別途用いなければならなかった。即
ち、第１段階工程でルテニウム膜１２を研磨した後、第
２段階工程で別途のスラリーを用いて犠牲絶縁膜パター
ン１１の表面だけを少し研磨しパーティクル１５が発生
する問題を解決しなければならない煩わしさがあった。
Ｐ工程で研磨する際に研磨後発生する掻き傷１４とパー
ティクル１５が発生する問題を解決するためには、犠牲
絶縁膜用スラリーを別途用いなければならなかった。即
ち、第１段階工程でルテニウム膜１２を研磨した後、第
２段階工程で別途のスラリーを用いて犠牲絶縁膜パター
ン１１の表面だけを少し研磨しパーティクル１５が発生
する問題を解決しなければならない煩わしさがあった。
【００１５】ここに、本発明は前記従来の問題点を解決
するため低い研磨圧力下でもルテニウムの研磨速度を向
上させることができ、さらに１種類のスラリーを用いて
１段階の工程だけで研磨が成されるようすることができ
る研磨用材料、ＣＭＰ用スラリー組成物、及びＣＭＰ工
程を含むルテニウムのパターン形成方法を提供すること
を目的とする。さらに、本発明では前記スラリーを利用
してＣＭＰ工程を行うことにより形成される半導体素子
の製造方法、及び前記製造方法により製造される半導体
素子を提供する。
するため低い研磨圧力下でもルテニウムの研磨速度を向
上させることができ、さらに１種類のスラリーを用いて
１段階の工程だけで研磨が成されるようすることができ
る研磨用材料、ＣＭＰ用スラリー組成物、及びＣＭＰ工
程を含むルテニウムのパターン形成方法を提供すること
を目的とする。さらに、本発明では前記スラリーを利用
してＣＭＰ工程を行うことにより形成される半導体素子
の製造方法、及び前記製造方法により製造される半導体
素子を提供する。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明の研磨用材料は、化学機械的研
磨用スラリー組成物に含まれる研磨用材料において、硝
酸二アンモニウムセリウム(IV)(diammonium cerium (I
V) nitrate)[(NH4)2Ce(NO3)6]からなることを特徴とす
る。
に、請求項１記載の発明の研磨用材料は、化学機械的研
磨用スラリー組成物に含まれる研磨用材料において、硝
酸二アンモニウムセリウム(IV)(diammonium cerium (I
V) nitrate)[(NH4)2Ce(NO3)6]からなることを特徴とす
る。
【００１７】請求項２記載の発明の化学機械的研磨（Ｃ
ＭＰ）用スラリー組成物は、硝酸二アンモニウムセリウ
ム(IV)を含むことを特徴とする。
ＭＰ）用スラリー組成物は、硝酸二アンモニウムセリウ
ム(IV)を含むことを特徴とする。
【００１８】請求項３記載の発明の化学機械的研磨（Ｃ
ＭＰ）用スラリー組成物は、研磨材を含む化学機械的研
磨用スラリー組成物において、硝酸二アンモニウムセリ
ウム(IV)と強酸溶液を含むことを特徴とする。
ＭＰ）用スラリー組成物は、研磨材を含む化学機械的研
磨用スラリー組成物において、硝酸二アンモニウムセリ
ウム(IV)と強酸溶液を含むことを特徴とする。
【００１９】請求項４記載の発明は、請求項３記載のＣ
ＭＰ用スラリー組成物において、前記硝酸二アンモニウ
ムセリウム(IV)の含量は、スラリー総重量を基準に１〜
１０重量％であることを特徴とする。
ＭＰ用スラリー組成物において、前記硝酸二アンモニウ
ムセリウム(IV)の含量は、スラリー総重量を基準に１〜
１０重量％であることを特徴とする。
【００２０】請求項５記載の発明は、請求項３記載のＣ
ＭＰ用スラリー組成物において、前記強酸溶液は、硝酸
（HNO3）、硫酸（H2SO4）、塩酸（HCl）、燐酸（H3P
O4）及びこれらの混合溶液でなる群から選択されること
を特徴とする。
ＭＰ用スラリー組成物において、前記強酸溶液は、硝酸
（HNO3）、硫酸（H2SO4）、塩酸（HCl）、燐酸（H3P
O4）及びこれらの混合溶液でなる群から選択されること
を特徴とする。
【００２１】請求項６記載の発明は、請求項３記載のＣ
ＭＰ用スラリー組成物において、前記強酸溶液は硝酸で
あり、スラリー総重量を基準に１〜１０重量％用いられ
ることを特徴とする。
ＭＰ用スラリー組成物において、前記強酸溶液は硝酸で
あり、スラリー総重量を基準に１〜１０重量％用いられ
ることを特徴とする。
【００２２】請求項７記載の発明は、請求項３記載のＣ
ＭＰ用スラリー組成物において、前記研磨材は、酸化セ
リウム（CeO2）、酸化ジルコニウム（ZrO2）、酸化アル
ミニウム（A１2O3）及びこれらの混合物でなる群から選
択されることを特徴とする。
ＭＰ用スラリー組成物において、前記研磨材は、酸化セ
リウム（CeO2）、酸化ジルコニウム（ZrO2）、酸化アル
ミニウム（A１2O3）及びこれらの混合物でなる群から選
択されることを特徴とする。
【００２３】請求項８記載の発明は、請求項３記載のＣ
ＭＰ用スラリー組成物において、前記研磨材は、粒子大
きさが１μｍ以下であることを特徴とする。
ＭＰ用スラリー組成物において、前記研磨材は、粒子大
きさが１μｍ以下であることを特徴とする。
【００２４】請求項９記載の発明は、請求項３記載のＣ
ＭＰ用スラリー組成物において、前記研磨材の含量は、
スラリー総重量を基準に１〜５重量％であることを特徴
とする。
ＭＰ用スラリー組成物において、前記研磨材の含量は、
スラリー総重量を基準に１〜５重量％であることを特徴
とする。
【００２５】請求項１０記載の発明は、請求項３記載の
ＣＭＰ用スラリー組成物において、前記組成物のｐＨ
は、１〜７であることを特徴とする。
ＣＭＰ用スラリー組成物において、前記組成物のｐＨ
は、１〜７であることを特徴とする。
【００２６】請求項１１記載の発明は、請求項１０記載
のＣＭＰ用スラリー組成物において、前記組成物のｐＨ
は、１〜３であることを特徴とする。
のＣＭＰ用スラリー組成物において、前記組成物のｐＨ
は、１〜３であることを特徴とする。
【００２７】請求項１２記載の発明は、請求項３記載の
ＣＭＰ用スラリー組成物において、緩衝液(buffer)をさ
らに含むことを特徴とする。
ＣＭＰ用スラリー組成物において、緩衝液(buffer)をさ
らに含むことを特徴とする。
【００２８】請求項１３記載の発明は、請求項１２記載
のＣＭＰ用スラリー組成物において、前記緩衝液は、有
機酸と有機酸塩の１：１混合溶液であることを特徴とす
る。
のＣＭＰ用スラリー組成物において、前記緩衝液は、有
機酸と有機酸塩の１：１混合溶液であることを特徴とす
る。
【００２９】請求項１４記載の発明は、請求項１３記載
のＣＭＰ用スラリー組成物において、前記緩衝液は、酢
酸と酢酸塩の１：１混合溶液であることを特徴とする。
のＣＭＰ用スラリー組成物において、前記緩衝液は、酢
酸と酢酸塩の１：１混合溶液であることを特徴とする。
【００３０】請求項１５記載の発明のルテニウムのパタ
ーン形成方法は、（ａ）ルテニウム膜又はルテニウム合
金膜が形成された半導体基板を用意する段階と、（ｂ）
請求項３から請求項１４のいずれか一項に記載のＣＭＰ
用スラリー組成物を利用してＣＭＰ工程を実施すること
により、前記ルテニウム膜又はルテニウム合金膜をパタ
ーニングする段階とを含むことを特徴とする。
ーン形成方法は、（ａ）ルテニウム膜又はルテニウム合
金膜が形成された半導体基板を用意する段階と、（ｂ）
請求項３から請求項１４のいずれか一項に記載のＣＭＰ
用スラリー組成物を利用してＣＭＰ工程を実施すること
により、前記ルテニウム膜又はルテニウム合金膜をパタ
ーニングする段階とを含むことを特徴とする。
【００３１】請求項１６記載の発明は、請求項１５記載
のルテニウムのパターン径瀬方法において、前記（ｂ）
段階は、１〜３psiの研磨圧力下で行われることを特徴
とする。
のルテニウムのパターン径瀬方法において、前記（ｂ）
段階は、１〜３psiの研磨圧力下で行われることを特徴
とする。
【００３２】請求項１７記載の発明は、請求項１５記載
のルテニウムのパターン形成方法において、前記（ｂ）
段階は、回転型ＣＭＰ装備を利用し行われ、テーブル回
転数は１０〜８０ｒｐｍであることを特徴とする。
のルテニウムのパターン形成方法において、前記（ｂ）
段階は、回転型ＣＭＰ装備を利用し行われ、テーブル回
転数は１０〜８０ｒｐｍであることを特徴とする。
【００３３】請求項１８記載の発明は、請求項１５記載
のルテニウムのパターン形成方法において、前記（ｂ）
段階は、線形式ＣＭＰ研磨装備内で行われ、テーブル移
動速度が１００〜６００ｆｐｍであることを特徴とす
る。
のルテニウムのパターン形成方法において、前記（ｂ）
段階は、線形式ＣＭＰ研磨装備内で行われ、テーブル移
動速度が１００〜６００ｆｐｍであることを特徴とす
る。
【００３４】請求項１９記載の発明の半導体素子の製造
方法は、（ａ）所定の下部構造を有する半導体基板上
に、層間絶縁膜及び窒化シリコン(Ｓｉ3Ｎ4)を順次積層
する段階と、（ｂ）前記結果物上にフォトリソグラフィ
ー工程を行い、キャパシターコンタクトに予定される基
板を露出させてコンタクトホールを形成する段階と、
（ｃ）前記コンタクトホール内にコンタクトプラグを形
成する段階と、（ｄ）前記結果物上に犠牲絶縁膜を積層
する段階と、（ｅ）前記犠牲絶縁膜をパターニングし、
コンタクトプラグを露出させて犠牲絶縁膜パターンを形
成する段階と、（ｆ）前記結果物上にルテニウム膜を蒸
着させる段階と、（ｇ）前記結果物全面に犠牲感光膜を
塗布した後、前記ルテニウム膜をエッチング停止膜にす
るＣＭＰ工程を行って犠牲感光膜パターンを形成する段
階と、（ｈ）請求項３から請求項１４のいずれか一項に
記載のＣＭＰ用スラリー組成物を利用し、前記結果物全
面に対し前記犠牲絶縁膜パターンをエッチング停止膜に
するＣＭＰ工程を行って前記ルテニウム膜をパターニン
グすることにより、下部電極を形成する段階とを含むこ
とを特徴とする。
方法は、（ａ）所定の下部構造を有する半導体基板上
に、層間絶縁膜及び窒化シリコン(Ｓｉ3Ｎ4)を順次積層
する段階と、（ｂ）前記結果物上にフォトリソグラフィ
ー工程を行い、キャパシターコンタクトに予定される基
板を露出させてコンタクトホールを形成する段階と、
（ｃ）前記コンタクトホール内にコンタクトプラグを形
成する段階と、（ｄ）前記結果物上に犠牲絶縁膜を積層
する段階と、（ｅ）前記犠牲絶縁膜をパターニングし、
コンタクトプラグを露出させて犠牲絶縁膜パターンを形
成する段階と、（ｆ）前記結果物上にルテニウム膜を蒸
着させる段階と、（ｇ）前記結果物全面に犠牲感光膜を
塗布した後、前記ルテニウム膜をエッチング停止膜にす
るＣＭＰ工程を行って犠牲感光膜パターンを形成する段
階と、（ｈ）請求項３から請求項１４のいずれか一項に
記載のＣＭＰ用スラリー組成物を利用し、前記結果物全
面に対し前記犠牲絶縁膜パターンをエッチング停止膜に
するＣＭＰ工程を行って前記ルテニウム膜をパターニン
グすることにより、下部電極を形成する段階とを含むこ
とを特徴とする。
【００３５】請求項２０記載の発明は、請求項１９記載
の半導体素子の製造方法において、前記コンタクトプラ
グは、ポリシリコン（polysilicon）、チタンシリサイ
ド（Ti Si2）及びチタニウムアルミニウムナイトライド
（TiAIN）の積層膜で構成されることを特徴とする。
の半導体素子の製造方法において、前記コンタクトプラ
グは、ポリシリコン（polysilicon）、チタンシリサイ
ド（Ti Si2）及びチタニウムアルミニウムナイトライド
（TiAIN）の積層膜で構成されることを特徴とする。
【００３６】請求項２１記載の発明は、請求項１９記載
の半導体素子の製造方法において、犠牲絶縁膜は、酸化
膜及び酸化窒化膜でなる群から選択されることを特徴と
する。
の半導体素子の製造方法において、犠牲絶縁膜は、酸化
膜及び酸化窒化膜でなる群から選択されることを特徴と
する。
【００３７】請求項２２記載の発明は、請求項１９記載
の半導体素子の製造方法において、前記（ｈ）段階後に
前記犠牲感光膜パターンを除去し、その結果物上に誘電
膜及び上部電極を順次形成する段階をさらに含むことを
特徴とする。
の半導体素子の製造方法において、前記（ｈ）段階後に
前記犠牲感光膜パターンを除去し、その結果物上に誘電
膜及び上部電極を順次形成する段階をさらに含むことを
特徴とする。
【００３８】請求項２３記載の発明は、請求項２２記載
の半導体素子の製造方法において、前記誘電膜は、バリ
ウムストロンチウムチタニウム[(Ba1-XSrx)TiO3]膜であ
ることを特徴とする。
の半導体素子の製造方法において、前記誘電膜は、バリ
ウムストロンチウムチタニウム[(Ba1-XSrx)TiO3]膜であ
ることを特徴とする。
【００３９】請求項２４記載の発明の半導体素子は、請
求項１９から請求項２３のいずれか一項に記載の半導体
素子の製造方法により製造されることを特徴とする。
求項１９から請求項２３のいずれか一項に記載の半導体
素子の製造方法により製造されることを特徴とする。
【００４０】
【発明の実施の形態】本発明では、硝酸二アンモニウム
セリウム(IV)（Ceric Ammonium Nitrate）からなる研磨
用材料および硝酸二アンモニウムセリウム(IV)を含むこ
とを特徴とするルテニウムの化学機械的研磨用スラリー
組成物、これを利用したルテニウムのパターン形成方
法、前記スラリーを利用し化学機械的研磨工程で行うこ
とにより形成される半導体素子の製造方法及び前記製造
方法により製造される半導体素子を提供する。
セリウム(IV)（Ceric Ammonium Nitrate）からなる研磨
用材料および硝酸二アンモニウムセリウム(IV)を含むこ
とを特徴とするルテニウムの化学機械的研磨用スラリー
組成物、これを利用したルテニウムのパターン形成方
法、前記スラリーを利用し化学機械的研磨工程で行うこ
とにより形成される半導体素子の製造方法及び前記製造
方法により製造される半導体素子を提供する。
【００４１】以下、本発明を詳しく説明すれば次の通り
である。先ず、本発明では硝酸二アンモニウムセリウム
(IV)[(NH4)2Ce(NO3)6]を含む化学機械的研磨用材料およ
び硝酸二アンモニウムセリウム(IV)[(NH4)2C e(NO3)6]
を含むことを特徴とするルテニウムの化学機械的研磨
（以下、ＣＭＰ）用スラリーを提供する。本発明に係る
ルテニウムのＣＭＰ用スラリーは、蒸留水に硝酸（HN
O3）、硝酸二アンモニウムセリウム(IV)及び研磨材が含
まれたもので、硝酸の含量はスラリー総重量を基準に１
〜１０重量％であり、硝酸二アンモニウムセリウム(IV)
は１〜１０重量％であり、研磨材は１〜５重量％である
のが好ましい。
である。先ず、本発明では硝酸二アンモニウムセリウム
(IV)[(NH4)2Ce(NO3)6]を含む化学機械的研磨用材料およ
び硝酸二アンモニウムセリウム(IV)[(NH4)2C e(NO3)6]
を含むことを特徴とするルテニウムの化学機械的研磨
（以下、ＣＭＰ）用スラリーを提供する。本発明に係る
ルテニウムのＣＭＰ用スラリーは、蒸留水に硝酸（HN
O3）、硝酸二アンモニウムセリウム(IV)及び研磨材が含
まれたもので、硝酸の含量はスラリー総重量を基準に１
〜１０重量％であり、硝酸二アンモニウムセリウム(IV)
は１〜１０重量％であり、研磨材は１〜５重量％である
のが好ましい。
【００４２】硝酸及び硝酸二アンモニウムセリウム(IV)
の含量が、前記のようにスラリー総重量を基準に各々１
〜１０重量％に維持されることにより、スラリーの安定
性及び取扱い容易性を確保することができる。
の含量が、前記のようにスラリー総重量を基準に各々１
〜１０重量％に維持されることにより、スラリーの安定
性及び取扱い容易性を確保することができる。
【００４３】硝酸はスラリーのｐＨが１〜７となるよう
にし、好ましくは１〜３で強い酸性となるようにする役
割を果す。硝酸の代わりに硫酸、塩酸又は燐酸を用いて
酸性となるようにすることもできるが、硝酸が一番効果
的に用いられる。硝酸二アンモニウムセリウム(IV)は、
ルテニウム原子から電子を取り出す酸化剤（oxidizer）
としての役割を果す。
にし、好ましくは１〜３で強い酸性となるようにする役
割を果す。硝酸の代わりに硫酸、塩酸又は燐酸を用いて
酸性となるようにすることもできるが、硝酸が一番効果
的に用いられる。硝酸二アンモニウムセリウム(IV)は、
ルテニウム原子から電子を取り出す酸化剤（oxidizer）
としての役割を果す。
【００４４】このような硝酸及び硝酸二アンモニウムセ
リウム(IV)は、その含量が増加するほど同一の圧力下で
のルテニウムの研磨速度を増加させることができる。こ
れを詳しく検討してみれば、例えば、硝酸２重量％と硝
酸二アンモニウムセリウム(IV)２重量％の含量を有する
スラリーは、１psiの研磨圧力下で約６００Å（オング
ストローム）／ｍｉｎの研磨速度となる。また、例え
ば、硝酸２重量％と硝酸二アンモニウムセリウム(IV)６
重量％の含量を有するスラリーは、１psiの研磨圧力下
で約１２００Å（オングストローム）／ｍｉｎの研磨速
度となる。また、例えば、硝酸２重量％と硝酸二アンモ
ニウムセリウム(IV)１０重量％の含量を有するスラリー
は、１psiの研磨圧力下で約１４００Å（オングストロ
ーム）／ｍｉｎの研磨速度となる。また、例えば、硝酸
６重量％と硝酸二アンモニウムセリウム(IV)２重量％の
含量を有するスラリーは、１psiの研磨圧力下で約１０
５０Å（オングストローム）／ｍｉｎの研磨速度とな
る。また、例えば、硝酸１０重量％と硝酸二アンモニウ
ムセリウム(IV)２重量％の含量を有するスラリーは、１
psiの研磨圧力下で約１２００Å（オングストローム）
／ｍｉｎの研磨速度となる。
リウム(IV)は、その含量が増加するほど同一の圧力下で
のルテニウムの研磨速度を増加させることができる。こ
れを詳しく検討してみれば、例えば、硝酸２重量％と硝
酸二アンモニウムセリウム(IV)２重量％の含量を有する
スラリーは、１psiの研磨圧力下で約６００Å（オング
ストローム）／ｍｉｎの研磨速度となる。また、例え
ば、硝酸２重量％と硝酸二アンモニウムセリウム(IV)６
重量％の含量を有するスラリーは、１psiの研磨圧力下
で約１２００Å（オングストローム）／ｍｉｎの研磨速
度となる。また、例えば、硝酸２重量％と硝酸二アンモ
ニウムセリウム(IV)１０重量％の含量を有するスラリー
は、１psiの研磨圧力下で約１４００Å（オングストロ
ーム）／ｍｉｎの研磨速度となる。また、例えば、硝酸
６重量％と硝酸二アンモニウムセリウム(IV)２重量％の
含量を有するスラリーは、１psiの研磨圧力下で約１０
５０Å（オングストローム）／ｍｉｎの研磨速度とな
る。また、例えば、硝酸１０重量％と硝酸二アンモニウ
ムセリウム(IV)２重量％の含量を有するスラリーは、１
psiの研磨圧力下で約１２００Å（オングストローム）
／ｍｉｎの研磨速度となる。
【００４５】さらに、硝酸２重量％と硝酸二アンモニウ
ムセリウム(IV)２重量％の含量を有するスラリーは、４
psiの研磨圧力下で約１０００Å（オングストローム）
／ｍｉｎの研磨速度となる。これらを比較してみれば分
かるように、本発明では１psiの非常に低い研磨圧力下
でも硝酸及び硝酸二アンモニウムセリウム(IV)の含量を
ある程度増加させると、研磨速度が１０００Å（オング
ストローム）／ｍｉｎ以上となるようにすることができ
る。
ムセリウム(IV)２重量％の含量を有するスラリーは、４
psiの研磨圧力下で約１０００Å（オングストローム）
／ｍｉｎの研磨速度となる。これらを比較してみれば分
かるように、本発明では１psiの非常に低い研磨圧力下
でも硝酸及び硝酸二アンモニウムセリウム(IV)の含量を
ある程度増加させると、研磨速度が１０００Å（オング
ストローム）／ｍｉｎ以上となるようにすることができ
る。
【００４６】しかし、スラリー総重量を基準に硝酸及び
硝酸二アンモニウムセリウム(IV)の含量が１０重量％以
上になれば、スラリー安定性（stabilization）を確保
することが難しく、パターンウェーハの研磨特性を悪化
させるため１〜１０重量％に維持することが必要であ
り、これと併せて低い研磨圧力で工程を進めるのがパタ
ーンウェーハの研磨特性を改善させるのに重要である。
硝酸二アンモニウムセリウム(IV)の含量が１０重量％以
上になれば、スラリー安定性（stabilization）を確保
することが難しく、パターンウェーハの研磨特性を悪化
させるため１〜１０重量％に維持することが必要であ
り、これと併せて低い研磨圧力で工程を進めるのがパタ
ーンウェーハの研磨特性を改善させるのに重要である。
【００４７】研磨材はスラリーの機械的作用を増進させ
る役割を果すものであり、本発明では粒子の大きさ（粒
径）が１μｍ以下である酸化セリウム（CeO2）、酸化ジ
ルコニウム（ZrO2）、又は酸化アルミニウム（A１2O3）
及びこれらの混合物でなる群から選択したものを用いて
掻き傷の現象を最小化させることができる。
る役割を果すものであり、本発明では粒子の大きさ（粒
径）が１μｍ以下である酸化セリウム（CeO2）、酸化ジ
ルコニウム（ZrO2）、又は酸化アルミニウム（A１2O3）
及びこれらの混合物でなる群から選択したものを用いて
掻き傷の現象を最小化させることができる。
【００４８】併せて、本発明のスラリーはｐＨが一定に
維持されるようにするため、緩衝液を含む。この際、緩
衝液としては有機酸と有機酸塩を１：１に混合した溶液
を用いるが、酢酸（acetic acid）と酢酸塩(acetate)を
１：１に混合した溶液を用いるのが好ましい。
維持されるようにするため、緩衝液を含む。この際、緩
衝液としては有機酸と有機酸塩を１：１に混合した溶液
を用いるが、酢酸（acetic acid）と酢酸塩(acetate)を
１：１に混合した溶液を用いるのが好ましい。
【００４９】以上で説明した本発明に係るスラリーは強
い酸性（strong acid）を持ち、ルテニウムの表面を腐
食させたり溶解させルテニウムの原子間の結合力と緻密
度を低下させることにより、ルテニウムの化学的特性を
変化させてＣＭＰ工程で容易に研磨され得るようにす
る。再言すれば、本発明のスラリーに添加される硝酸と
硝酸二アンモニウムセリウム(IV)の混合物は、ルテニウ
ムの腐食速度及び溶解速度を増加させ究極的にルテニウ
ムの研磨速度を向上させる。
い酸性（strong acid）を持ち、ルテニウムの表面を腐
食させたり溶解させルテニウムの原子間の結合力と緻密
度を低下させることにより、ルテニウムの化学的特性を
変化させてＣＭＰ工程で容易に研磨され得るようにす
る。再言すれば、本発明のスラリーに添加される硝酸と
硝酸二アンモニウムセリウム(IV)の混合物は、ルテニウ
ムの腐食速度及び溶解速度を増加させ究極的にルテニウ
ムの研磨速度を向上させる。
【００５０】本発明に係るルテニウムのＣＭＰ用スラリ
ーの製造方法は、次の通りである。蒸留水に研磨材の酸
化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウムを攪
拌しながら添加する。この時、研磨材の粒子等が凝集
（agglomeration）しないように約１００００ｒｐｍの
攪拌速度を維持しながら添加するとよい。その後、硝酸
及び硝酸二アンモニウムセリウム(IV)を添加してから混
合物が完全に混合され安定化するまで約３０分の間攪拌
して本発明に係るスラリーを製造することができる。こ
の際、研磨材の含量はスラリー総重量を基準に１〜５重
量％となるよう用い、硝酸及び硝酸二アンモニウムセリ
ウム(IV)の含量はスラリー総重量を基準に各々１〜１０
重量％となるよう用いる。
ーの製造方法は、次の通りである。蒸留水に研磨材の酸
化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウムを攪
拌しながら添加する。この時、研磨材の粒子等が凝集
（agglomeration）しないように約１００００ｒｐｍの
攪拌速度を維持しながら添加するとよい。その後、硝酸
及び硝酸二アンモニウムセリウム(IV)を添加してから混
合物が完全に混合され安定化するまで約３０分の間攪拌
して本発明に係るスラリーを製造することができる。こ
の際、研磨材の含量はスラリー総重量を基準に１〜５重
量％となるよう用い、硝酸及び硝酸二アンモニウムセリ
ウム(IV)の含量はスラリー総重量を基準に各々１〜１０
重量％となるよう用いる。
【００５１】次に、本発明ではルテニウムのＣＭＰ用ス
ラリーを利用したＣＭＰ工程を提供する。本発明に係る
ＣＭＰ工程、即ちルテニウムのパターン形成方法は下記
の段階を含む。 （ａ）ルテニウム膜、又はルテニウム合金膜が形成され
た半導体基板を用意する段階と、（ｂ）前述したルテニ
ウムのＣＭＰ用スラリー組成物を利用してＣＭＰ工程を
行うことにより、ルテニウム膜又はルテニウム合金膜を
パターニングする段階。
ラリーを利用したＣＭＰ工程を提供する。本発明に係る
ＣＭＰ工程、即ちルテニウムのパターン形成方法は下記
の段階を含む。 （ａ）ルテニウム膜、又はルテニウム合金膜が形成され
た半導体基板を用意する段階と、（ｂ）前述したルテニ
ウムのＣＭＰ用スラリー組成物を利用してＣＭＰ工程を
行うことにより、ルテニウム膜又はルテニウム合金膜を
パターニングする段階。
【００５２】前記ルテニウム膜、又はルテニウム合金膜
のパターニング形成方法をより詳しく説明すれば、次の
通りである。ルテニウム膜又はルテニウム合金膜が形成
された半導体基板は、ＣＭＰ装備の回転テーブルに形成
された研磨パッドに加圧接着されるが、このとき研磨パ
ットとルテニウム膜又はルテニウム合金膜の界面にスラ
リーが供給されることによりＣＭＰ工程が進められる。
本発明に係る（ｂ）段階のＣＭＰ工程では、ルテニウム
の研磨速度と犠牲絶縁膜とのパターンウェーハとの研磨
特性を考慮して研磨圧力を１〜３psiにし、回転型装備
の場合テーブル回転数を１０〜８０ｒｐｍにし、線形式
装備の場合テーブル移動速度を１００〜６００ｆｐｍに
設定し、ＣＭＰ工程を進めるとき終点検出装置（End-Po
int Detector；EPD）を用いて犠牲絶縁膜の露出する時
点を感知することができるようにするとよい。
のパターニング形成方法をより詳しく説明すれば、次の
通りである。ルテニウム膜又はルテニウム合金膜が形成
された半導体基板は、ＣＭＰ装備の回転テーブルに形成
された研磨パッドに加圧接着されるが、このとき研磨パ
ットとルテニウム膜又はルテニウム合金膜の界面にスラ
リーが供給されることによりＣＭＰ工程が進められる。
本発明に係る（ｂ）段階のＣＭＰ工程では、ルテニウム
の研磨速度と犠牲絶縁膜とのパターンウェーハとの研磨
特性を考慮して研磨圧力を１〜３psiにし、回転型装備
の場合テーブル回転数を１０〜８０ｒｐｍにし、線形式
装備の場合テーブル移動速度を１００〜６００ｆｐｍに
設定し、ＣＭＰ工程を進めるとき終点検出装置（End-Po
int Detector；EPD）を用いて犠牲絶縁膜の露出する時
点を感知することができるようにするとよい。
【００５３】終点検出装置を用いることにより、犠牲絶
縁膜が露出される時点の感知が可能なためルテニウム
膜、又はルテニウム合金膜が犠牲絶縁膜より過研磨され
ないようにすることにより、ディシング及び周辺犠牲絶
縁膜が腐食するのを防止することができる。
縁膜が露出される時点の感知が可能なためルテニウム
膜、又はルテニウム合金膜が犠牲絶縁膜より過研磨され
ないようにすることにより、ディシング及び周辺犠牲絶
縁膜が腐食するのを防止することができる。
【００５４】本発明に係るルテニウムのＣＭＰ用スラリ
ーを用い、ルテニウムをパターニングした半導体素子を
添付図面に基づき検討してみれば、次の通りである。図
１は、本発明のスラリーを用いてルテニウムをパターニ
ングした半導体素子の断面図であり、前述した図２のキ
ャパシターのルテニウム膜（１２）を前記で説明した本
発明のスラリーを用いてＣＭＰ工程を進めた場合を例示
したものである。
ーを用い、ルテニウムをパターニングした半導体素子を
添付図面に基づき検討してみれば、次の通りである。図
１は、本発明のスラリーを用いてルテニウムをパターニ
ングした半導体素子の断面図であり、前述した図２のキ
ャパシターのルテニウム膜（１２）を前記で説明した本
発明のスラリーを用いてＣＭＰ工程を進めた場合を例示
したものである。
【００５５】図１で示されるように、前記本発明に係る
工程条件によりＣＭＰ工程がなされる場合、犠牲絶縁膜
パターン１１上に発生する欠陥とルテニウム膜１２が脱
落する現象を防ぎ研磨特性を改善させることができるよ
うになる。
工程条件によりＣＭＰ工程がなされる場合、犠牲絶縁膜
パターン１１上に発生する欠陥とルテニウム膜１２が脱
落する現象を防ぎ研磨特性を改善させることができるよ
うになる。
【００５６】即ち、装備の種類により異なるが一般に装
備が許容することができる最小研磨圧力である１〜３ps
iでＣＭＰ工程を進める場合、犠牲絶縁膜パターン１１
によく付着しているルテニウム膜１２を得ることがで
き、欠陥と掻き傷が発生することも防止することができ
る。さらに、本発明のスラリーを用いてルテニウムをＣ
ＭＰ工程で研磨するときは、犠牲絶縁膜用スラリーを別
途に使用することなく、１段階の工程だけで研磨をする
ことができる長所がある。
備が許容することができる最小研磨圧力である１〜３ps
iでＣＭＰ工程を進める場合、犠牲絶縁膜パターン１１
によく付着しているルテニウム膜１２を得ることがで
き、欠陥と掻き傷が発生することも防止することができ
る。さらに、本発明のスラリーを用いてルテニウムをＣ
ＭＰ工程で研磨するときは、犠牲絶縁膜用スラリーを別
途に使用することなく、１段階の工程だけで研磨をする
ことができる長所がある。
【００５７】本発明では、さらにルテニウムのＣＭＰ用
スラリーを利用してルテニウムをパターニングすること
により形成される半導体素子の製造方法を提供する。
スラリーを利用してルテニウムをパターニングすること
により形成される半導体素子の製造方法を提供する。
【００５８】本発明に係る半導体素子の製造方法は、下
記の段階を含む。 （ａ）所定の下部構造２、３、４、５を有する半導体基
板１上に、層間絶縁膜６及び窒化シリコン７を順次積層
する段階と、（ｂ）前記結果物上にフォトリソグラフィ
ー工程を行い、キャパシターコンタクトに予定される基
板を露出させてコンタクトホールを形成する段階と、
（ｃ）前記コンタクトホール内にコンタクトプラグ８、
９、１０を形成する段階と、（ｄ）前記結果物上に犠牲
絶縁膜を積層する段階と、（ｅ）前記犠牲絶縁膜をパタ
ーニングし、コンタクトプラグを露出させて犠牲絶縁膜
パターン１１を形成する段階と、（ｆ）前記結果物上に
ルテニウム膜１２を蒸着させる段階と、（ｇ）前記結果
物全面に犠牲感光膜を塗布した後、ルテニウム膜１２を
エッチング停止膜にするＣＭＰ工程を行って犠牲感光膜
パターン１３を形成する段階と、（ｈ）本発明のスラリ
ー組成物を利用し、前記結果物全面に対し犠牲絶縁膜パ
ターン１１をエッチング停止膜にするＣＭＰ工程を行
い、前記ルテニウム膜１２をパターニングして下部電極
を形成する段階。
記の段階を含む。 （ａ）所定の下部構造２、３、４、５を有する半導体基
板１上に、層間絶縁膜６及び窒化シリコン７を順次積層
する段階と、（ｂ）前記結果物上にフォトリソグラフィ
ー工程を行い、キャパシターコンタクトに予定される基
板を露出させてコンタクトホールを形成する段階と、
（ｃ）前記コンタクトホール内にコンタクトプラグ８、
９、１０を形成する段階と、（ｄ）前記結果物上に犠牲
絶縁膜を積層する段階と、（ｅ）前記犠牲絶縁膜をパタ
ーニングし、コンタクトプラグを露出させて犠牲絶縁膜
パターン１１を形成する段階と、（ｆ）前記結果物上に
ルテニウム膜１２を蒸着させる段階と、（ｇ）前記結果
物全面に犠牲感光膜を塗布した後、ルテニウム膜１２を
エッチング停止膜にするＣＭＰ工程を行って犠牲感光膜
パターン１３を形成する段階と、（ｈ）本発明のスラリ
ー組成物を利用し、前記結果物全面に対し犠牲絶縁膜パ
ターン１１をエッチング停止膜にするＣＭＰ工程を行
い、前記ルテニウム膜１２をパターニングして下部電極
を形成する段階。
【００５９】前記（ａ）段階で所定の下部構造を有する
半導体基板１は、図１に示されたように半導体基板１の
上部に下部（半導体基板１側）からゲート酸化膜２、ゲ
ート電極３及びマスク絶縁膜４が形成され、その側壁に
酸化膜スペーサー５が形成されたものであり、前記
（ｃ）段階のコンタクトプラグはポリシリコン８、チタ
ンシリサイド９及びチタニウムアルミニウムナイトライ
ド１０の積層膜で構成され、さらに前記（ｄ）段階の犠
牲絶縁膜は酸化膜又は酸化窒化膜である。
半導体基板１は、図１に示されたように半導体基板１の
上部に下部（半導体基板１側）からゲート酸化膜２、ゲ
ート電極３及びマスク絶縁膜４が形成され、その側壁に
酸化膜スペーサー５が形成されたものであり、前記
（ｃ）段階のコンタクトプラグはポリシリコン８、チタ
ンシリサイド９及びチタニウムアルミニウムナイトライ
ド１０の積層膜で構成され、さらに前記（ｄ）段階の犠
牲絶縁膜は酸化膜又は酸化窒化膜である。
【００６０】次いで、前記犠牲感光膜を除去した後、そ
の結果物上に誘電膜及び上部電極を順次形成すればキャ
パシターが得られる。この際、前記誘電膜がBST膜であ
るのが好ましい。
の結果物上に誘電膜及び上部電極を順次形成すればキャ
パシターが得られる。この際、前記誘電膜がBST膜であ
るのが好ましい。
【００６１】併せて、本発明では前記本発明に係る半導
体素子の製造方法により製造される半導体素子を提供す
る。
体素子の製造方法により製造される半導体素子を提供す
る。
【００６２】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明すれ
ば、次の通りである。但し、本発明が下記の実施例によ
り限定されるのではない。
ば、次の通りである。但し、本発明が下記の実施例によ
り限定されるのではない。
【００６３】Ｉ．本発明に係るＣＭＰ用スラリーの製造
〔実施例１〕蒸留水１０Ｌに粒子大きさが１μｍ以下で
ある酸化セリウムを粒子等が凝集しないよう約１０００
０ｒｐｍの攪拌速度を維持しながら添加した後、硝酸及
び硝酸二アンモニウムセリウム(IV)を添加してからこの
混合物が完全に混合されながら安定化するまで、約３０
分の間攪拌して本発明に係るスラリーを製造した。この
際、酸化セリウムの含量は製造されたスラリー総重量を
基準に１重量％となるよう用い、硝酸及び硝酸二アンモ
ニウムセリウム(IV)は製造されたスラリー総重量を基準
に各々２重量％となるよう用いた。
ある酸化セリウムを粒子等が凝集しないよう約１０００
０ｒｐｍの攪拌速度を維持しながら添加した後、硝酸及
び硝酸二アンモニウムセリウム(IV)を添加してからこの
混合物が完全に混合されながら安定化するまで、約３０
分の間攪拌して本発明に係るスラリーを製造した。この
際、酸化セリウムの含量は製造されたスラリー総重量を
基準に１重量％となるよう用い、硝酸及び硝酸二アンモ
ニウムセリウム(IV)は製造されたスラリー総重量を基準
に各々２重量％となるよう用いた。
【００６４】〔実施例２〕硝酸二アンモニウムセリウム
(IV)の含量が、総重量を基準に２重量％の代わりに６重
量％となるよう用いることを除いては、実施例１と同様
の方法で本発明に係るスラリーを製造した。
(IV)の含量が、総重量を基準に２重量％の代わりに６重
量％となるよう用いることを除いては、実施例１と同様
の方法で本発明に係るスラリーを製造した。
【００６５】〔実施例３〕硝酸二アンモニウムセリウム
(IV)の含量が、総重量を基準に２重量％の代わりに１０
重量％となるよう用いることを除いては、実施例１と同
様の方法で本発明に係るスラリーを製造した。
(IV)の含量が、総重量を基準に２重量％の代わりに１０
重量％となるよう用いることを除いては、実施例１と同
様の方法で本発明に係るスラリーを製造した。
【００６６】〔実施例４〕硝酸の含量が、スラリー総重
量を基準に２重量％の代わりに６重量％となるよう用い
ることを除いては、実施例１と同様の方法で本発明に係
るスラリーを製造した。
量を基準に２重量％の代わりに６重量％となるよう用い
ることを除いては、実施例１と同様の方法で本発明に係
るスラリーを製造した。
【００６７】〔実施例５〕硝酸の含量が、スラリー総重
量を基準に２重量％の代わりに１０重量％となるよう用
いることを除いては、実施例１と同様の方法で本発明に
係るスラリーを製造した。
量を基準に２重量％の代わりに１０重量％となるよう用
いることを除いては、実施例１と同様の方法で本発明に
係るスラリーを製造した。
【００６８】II．本発明に係るＣＭＰ用スラリーを用い
たＣＭＰ工程 〔実施例６〕回転型装備を用い、テーブル回転数を２０
ｒｐｍに設けてウェーハ回転数を８０ｒｐｍに設定し、
実施例１て製造したスラリーを用いて１psiの研磨圧力
でルテニウム膜にＣＭＰ工程を進めた（研磨速度：約６
００Å（オングストローム）／ｍｉｎ）。ＣＭＰ工程を
進める時、終点検出装置を用いて犠牲絶縁膜の露出する
時点を感知することができるようにした。
たＣＭＰ工程 〔実施例６〕回転型装備を用い、テーブル回転数を２０
ｒｐｍに設けてウェーハ回転数を８０ｒｐｍに設定し、
実施例１て製造したスラリーを用いて１psiの研磨圧力
でルテニウム膜にＣＭＰ工程を進めた（研磨速度：約６
００Å（オングストローム）／ｍｉｎ）。ＣＭＰ工程を
進める時、終点検出装置を用いて犠牲絶縁膜の露出する
時点を感知することができるようにした。
【００６９】〔実施例７〕実施例１で製造したスラリー
の代りに、実施例２で製造したスラリーを用いることを
除いては、実施例６と同様の方法でルテニウム膜にＣＭ
Ｐ工程を進めた（研磨速度：約１２００Å（オングスト
ローム）／ｍｉｎ）。
の代りに、実施例２で製造したスラリーを用いることを
除いては、実施例６と同様の方法でルテニウム膜にＣＭ
Ｐ工程を進めた（研磨速度：約１２００Å（オングスト
ローム）／ｍｉｎ）。
【００７０】〔実施例８〕実施例１で製造したスラリー
の代りに、実施例３で製造したスラリーを用いることを
除いては、実施例６と同様の方法でルテニウム膜にＣＭ
Ｐ工程を進めた（研磨速度：約１４００Å（オングスト
ローム）／ｍｉｎ）。
の代りに、実施例３で製造したスラリーを用いることを
除いては、実施例６と同様の方法でルテニウム膜にＣＭ
Ｐ工程を進めた（研磨速度：約１４００Å（オングスト
ローム）／ｍｉｎ）。
【００７１】〔実施例９〕実施例１で製造したスラリー
の代りに、実施例４で製造したスラリーを用いることを
除いては、実施例６と同様の方法でルテニウム膜にＣＭ
Ｐ工程を進めた（研磨速度：約１０５０Å（オングスト
ローム）／ｍｉｎ）。
の代りに、実施例４で製造したスラリーを用いることを
除いては、実施例６と同様の方法でルテニウム膜にＣＭ
Ｐ工程を進めた（研磨速度：約１０５０Å（オングスト
ローム）／ｍｉｎ）。
【００７２】〔実施例１０〕実施例１で製造したスラリ
ーの代りに、実施例５で製造したスラリーを用いること
を除いては、実施例６と同様の方法でルテニウム膜にＣ
ＭＰ工程を進めた（研磨速度：約１２００Å（オングス
トローム）／ｍｉｎ）。
ーの代りに、実施例５で製造したスラリーを用いること
を除いては、実施例６と同様の方法でルテニウム膜にＣ
ＭＰ工程を進めた（研磨速度：約１２００Å（オングス
トローム）／ｍｉｎ）。
【００７３】〔実施例１１〕線形式装備を用い、テーブ
ル移動速度を５００ｆｐｍに設けてウェーハ回転数を２
０ｒｐｍに設定し、実施例１で製造したスラリーを用い
て１.５psiの研磨圧力でルテニウム膜にＣＭＰ工程を進
めた（研磨速度：約１０００Å（オングストローム）／
ｍｉｎ）。
ル移動速度を５００ｆｐｍに設けてウェーハ回転数を２
０ｒｐｍに設定し、実施例１で製造したスラリーを用い
て１.５psiの研磨圧力でルテニウム膜にＣＭＰ工程を進
めた（研磨速度：約１０００Å（オングストローム）／
ｍｉｎ）。
【００７４】〔比較例１〕回転型装備を用い、テーブル
回転数を２０ｒｐｍに設けてウェーハ回転数を８０ｒｐ
ｍに設定し、タングステン用スラリー（CABOT社のSSW２
０００ スラリー）を用いて４psiの研磨圧力でルテニウ
ム膜にＣＭＰ工程を進めた（研磨速度：約１０Å（オン
グストローム）／ｍｉｎ）。
回転数を２０ｒｐｍに設けてウェーハ回転数を８０ｒｐ
ｍに設定し、タングステン用スラリー（CABOT社のSSW２
０００ スラリー）を用いて４psiの研磨圧力でルテニウ
ム膜にＣＭＰ工程を進めた（研磨速度：約１０Å（オン
グストローム）／ｍｉｎ）。
【００７５】〔比較例２〕回転型装備を用い、テーブル
回転数を２０ｒｐｍに設けてウェーハ回転数を８０ｒｐ
ｍに設定し、アルミニウム用スラリー（CABOT社のEPA５
６８０スラリー）を用いて４psiの研磨圧力でルテニウ
ム膜にＣＭＰ工程を進めた（研磨速度：約３００Å（オ
ングストローム）／ｍｉｎ）。
回転数を２０ｒｐｍに設けてウェーハ回転数を８０ｒｐ
ｍに設定し、アルミニウム用スラリー（CABOT社のEPA５
６８０スラリー）を用いて４psiの研磨圧力でルテニウ
ム膜にＣＭＰ工程を進めた（研磨速度：約３００Å（オ
ングストローム）／ｍｉｎ）。
【００７６】なお、本発明では、蒸留水に硝酸と硝酸二
アンモニウムセリウム(IV)を添加してスラリー組成物を
製造したが、この他にも別の添加剤を含ませることがで
き、通常のスラリー組成物に硝酸と硝酸二アンモニウム
セリウム(IV)を添加することも有効である。
アンモニウムセリウム(IV)を添加してスラリー組成物を
製造したが、この他にも別の添加剤を含ませることがで
き、通常のスラリー組成物に硝酸と硝酸二アンモニウム
セリウム(IV)を添加することも有効である。
【００７７】
【発明の効果】以上で説明したように、本発明による硝
酸二アンモニウムセリウム(IV)を含むスラリーを用いて
化学機械的研磨工程を行うことにより、低い研磨圧力下
においてもルテニウムの研磨速度を向上させることがで
き、さらに１種類のスラリーを用いて１段階の工程だけ
で化学機械的研磨工程が進められ絶縁膜上の欠陥を減少
させると共に、研磨特性を改善させることができて化学
機械的研磨工程を単純化させることができる。併せて、
本発明により化学機械的研磨工程が容易で単純化するた
め工程マージンを増加させることができ、これにより素
子収率を増進させることができる。
酸二アンモニウムセリウム(IV)を含むスラリーを用いて
化学機械的研磨工程を行うことにより、低い研磨圧力下
においてもルテニウムの研磨速度を向上させることがで
き、さらに１種類のスラリーを用いて１段階の工程だけ
で化学機械的研磨工程が進められ絶縁膜上の欠陥を減少
させると共に、研磨特性を改善させることができて化学
機械的研磨工程を単純化させることができる。併せて、
本発明により化学機械的研磨工程が容易で単純化するた
め工程マージンを増加させることができ、これにより素
子収率を増進させることができる。
【図１】本発明のスラリーを用いてルテニウム膜をパタ
ーニングした半導体素子の断面図である。
ーニングした半導体素子の断面図である。
【図２】下部電極としてルテニウム膜を蒸着したキャパ
シターを含む半導体素子の断面図である。
シターを含む半導体素子の断面図である。
【図３】従来のスラリーを用いてルテニウム膜をパター
ニングした半導体素子の断面図である。
ニングした半導体素子の断面図である。
１ 半導体基板
２ ゲート酸化膜
３ ゲート電極
４ マスク絶縁膜
５ 酸化膜スペーサー
６ 層間絶縁膜
７ 窒化シリコン（Si3N4）
８ ポリシリコン
９ チタンシリサイド（TiSi2）
１０ チタニウムアルミニウムナイトライド（TiAIN）
１１ 犠牲絶縁膜パターン
１２ ルテニウム膜
１３ 犠牲感光膜パターン
１４ 掻き傷
１５ スラリー滓又はパーティクル
１６ 絶縁膜から脱落したルテニウム
─────────────────────────────────────────────────────
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）
Ｃ０９Ｋ 3/14 Ｃ０９Ｋ 3/14 ５５０Ｚ
Ｈ０１Ｌ 21/3205 Ｈ０１Ｌ 21/88 Ｋ
21/8242 27/10 ６２１Ｃ
27/108
Ｆターム(参考） 3C058 AA07 CB02 DA02 DA13 DA17
5F033 HH17 JJ04 JJ27 JJ32 QQ50
VV10 VV16
5F083 AD21 AD24 GA27 JA14 JA35
JA36 JA38 JA39 JA40 MA05
MA06 MA17 PR06 PR40
Claims (24)
- 【請求項１】化学機械的研磨用スラリー組成物に含まれ
る研磨用材料において、 硝酸二アンモニウムセリウム(IV)[(NH4)2Ce(NO3)6]から
なることを特徴とする研磨用材料。 - 【請求項２】硝酸二アンモニウムセリウム(IV)を含むこ
とを特徴とする化学機械的研磨（ＣＭＰ）用スラリー組
成物。 - 【請求項３】研磨材を含む化学機械的研磨用スラリー組
成物において、 硝酸二アンモニウムセリウム(IV)と強酸溶液を含むこと
を特徴とする化学機械的研磨（ＣＭＰ）用スラリー組成
物。 - 【請求項４】前記硝酸二アンモニウムセリウム(IV)の含
量は、スラリー総重量を基準に１〜１０重量％であるこ
とを特徴とする請求項３記載のＣＭＰ用スラリー組成
物。 - 【請求項５】前記強酸溶液は、硝酸（HNO3）、硫酸（H2
SO4）、塩酸（HCl）、燐酸（H3PO4）及びこれらの混合
溶液でなる群から選択されることを特徴とする請求項３
記載のＣＭＰ用スラリー組成物。 - 【請求項６】前記強酸溶液は硝酸であり、スラリー総重
量を基準に１〜１０重量％用いられることを特徴とする
請求項３記載のＣＭＰ用スラリー組成物。 - 【請求項７】前記研磨材は、酸化セリウム（CeO2）、酸
化ジルコニウム（ZrO2）、酸化アルミニウム（A１2O3）
及びこれらの混合物でなる群から選択されることを特徴
とする請求項３記載のＣＭＰ用スラリー組成物。 - 【請求項８】前記研磨材は、粒子大きさが１μｍ以下で
あることを特徴とする請求項３記載のＣＭＰ用スラリー
組成物。 - 【請求項９】前記研磨材の含量は、スラリー総重量を基
準に１〜５重量％であることを特徴とする請求項３記載
のＣＭＰ用スラリー組成物。 - 【請求項１０】前記組成物のｐＨは、１〜７であること
を特徴とする請求項３記載のＣＭＰ用スラリー組成物。 - 【請求項１１】前記組成物のｐＨは、１〜３であること
を特徴とする請求項１０記載のＣＭＰ用スラリー組成
物。 - 【請求項１２】緩衝液(buffer)をさらに含むことを特徴
とする請求項３記載のＣＭＰ用スラリー組成物。 - 【請求項１３】前記緩衝液は、有機酸と有機酸塩の１：
１混合溶液であることを特徴とする請求項１２記載のＣ
ＭＰ用スラリー組成物。 - 【請求項１４】前記緩衝液は、酢酸と酢酸塩の１：１混
合溶液であることを特徴とする請求項１３記載のＣＭＰ
用スラリー組成物。 - 【請求項１５】（ａ）ルテニウム膜又はルテニウム合金
膜が形成された半導体基板を用意する段階と、 （ｂ）請求項３から請求項１４のいずれか一項に記載の
ＣＭＰ用スラリー組成物を利用してＣＭＰ工程を実施す
ることにより、前記ルテニウム膜又はルテニウム合金膜
をパターニングする段階とを含むことを特徴とするルテ
ニウムのパターン形成方法。 - 【請求項１６】前記（ｂ）段階は、１〜３psiの研磨圧
力下で行われることを特徴とする請求項１５記載のルテ
ニウムのパターン形成方法。 - 【請求項１７】前記（ｂ）段階は、回転型ＣＭＰ装備を
利用し行われ、テーブル回転数は１０〜８０ｒｐｍであ
ることを特徴とする請求項１５記載のルテニウムのパタ
ーン形成方法。 - 【請求項１８】前記（ｂ）段階は、線形式ＣＭＰ研磨装
備内で行われ、テーブル移動速度が１００〜６００ｆｐ
ｍであることを特徴とする請求項１５記載のルテニウム
のパターン形成方法。 - 【請求項１９】（ａ）所定の下部構造を有する半導体基
板上に、層間絶縁膜及び窒化シリコン(Ｓｉ3Ｎ4)を順次
積層する段階と、 （ｂ）前記結果物上にフォトリソグラフィー工程を行
い、キャパシターコンタクトに予定される基板を露出さ
せてコンタクトホールを形成する段階と、 （ｃ）前記コンタクトホール内にコンタクトプラグを形
成する段階と、 （ｄ）前記結果物上に犠牲絶縁膜を積層する段階と、 （ｅ）前記犠牲絶縁膜をパターニングし、コンタクトプ
ラグを露出させて犠牲絶縁膜パターンを形成する段階
と、 （ｆ）前記結果物上にルテニウム膜を蒸着させる段階
と、 （ｇ）前記結果物全面に犠牲感光膜を塗布した後、前記
ルテニウム膜をエッチング停止膜にするＣＭＰ工程を行
って犠牲感光膜パターンを形成する段階と、 （ｈ）請求項３から請求項１４のいずれか一項に記載の
ＣＭＰ用スラリー組成物を利用し、前記結果物全面に対
し前記犠牲絶縁膜パターンをエッチング停止膜にするＣ
ＭＰ工程を行って前記ルテニウム膜をパターニングする
ことにより、下部電極を形成する段階とを含むことを特
徴とする半導体素子の製造方法。 - 【請求項２０】前記コンタクトプラグは、ポリシリコン
（polysilicon）、チタンシリサイド（TiSi2）及びチタ
ニウムアルミニウムナイトライド（TiAIN）の積層膜で
構成されることを特徴とする請求項１９記載の半導体素
子の製造方法。 - 【請求項２１】犠牲絶縁膜は、酸化膜及び酸化窒化膜で
なる群から選択されることを特徴とする請求項１９記載
の半導体素子の製造方法。 - 【請求項２２】前記（ｈ）段階後に前記犠牲感光膜パタ
ーンを除去し、その結果物上に誘電膜及び上部電極を順
次形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１
９記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項２３】前記誘電膜は、バリウムストロンチウム
チタニウム[(Ba1-XSrx)TiO3]膜であることを特徴とする
請求項２２記載の半導体素子の製造方法。 - 【請求項２４】請求項１９から請求項２３のいずれか一
項に記載の半導体素子の製造方法により製造されること
を特徴とする半導体素子。
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