JP2003218067A - ＣＭＰ用溶液、ＲｕＣＭＰ用溶液及びこれらを利用するルテニウムパターン形成方法 - Google Patents
ＣＭＰ用溶液、ＲｕＣＭＰ用溶液及びこれらを利用するルテニウムパターン形成方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ルテニウムパターン形成時の、Ｒｕ層に対す
る研磨速度を向上する。それに加えて、Ｒｕ層のディッ
シング現象及び層間絶縁膜のスクラッチ現象を減少させ
る。 【解決手段】 Ｒｕ層表面の研磨に用いるＲｕ ＣＭＰ
用溶液を、硝酸セリウムアンモニウムを含んだ硝酸水溶
液とする。具体的には、０.０１〜１０Ｍ濃度の硝酸水
溶液に硝酸セリウムアンモニウムを０.０１〜１０Ｍ濃
度になるよう添加する。上述のＲｕ ＣＭＰ用溶液を利
用すれば、低い圧力下でＲｕ層の研磨速度を向上させる
ことができる。よって、Ｒｕ層のディッシング現象及び
層間絶縁膜のスクラッチ現象を減少させることができ
る。
る研磨速度を向上する。それに加えて、Ｒｕ層のディッ
シング現象及び層間絶縁膜のスクラッチ現象を減少させ
る。 【解決手段】 Ｒｕ層表面の研磨に用いるＲｕ ＣＭＰ
用溶液を、硝酸セリウムアンモニウムを含んだ硝酸水溶
液とする。具体的には、０.０１〜１０Ｍ濃度の硝酸水
溶液に硝酸セリウムアンモニウムを０.０１〜１０Ｍ濃
度になるよう添加する。上述のＲｕ ＣＭＰ用溶液を利
用すれば、低い圧力下でＲｕ層の研磨速度を向上させる
ことができる。よって、Ｒｕ層のディッシング現象及び
層間絶縁膜のスクラッチ現象を減少させることができ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ルテニウム（Ruth
enium：以下、「Ｒｕ」と記す）に対する化学的機械的
研磨（Chemical Mechanical Planarization：以下、
「ＣＭＰ」と記す）に用いるＣＭＰ用溶液及びこれを利
用したルテニウムパターン形成方法に関し、より詳しく
は金属キャパシタ（capacitor）の下部電極に用いるＲ
ｕの研磨速度及び研磨特性を向上させる硝酸水溶液及び
酸化剤を含むＣＭＰ用溶液及びこれを利用したルテニウ
ムパターン形成方法に関する。
enium：以下、「Ｒｕ」と記す）に対する化学的機械的
研磨（Chemical Mechanical Planarization：以下、
「ＣＭＰ」と記す）に用いるＣＭＰ用溶液及びこれを利
用したルテニウムパターン形成方法に関し、より詳しく
は金属キャパシタ（capacitor）の下部電極に用いるＲ
ｕの研磨速度及び研磨特性を向上させる硝酸水溶液及び
酸化剤を含むＣＭＰ用溶液及びこれを利用したルテニウ
ムパターン形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、ＤＲＡＭ素子内で金属層−誘電膜
（insulating film）−金属層キャパシタ（capacitor）
の製造時に下部電極物質で形成されて用いられているＲ
ｕは、化学的及び機械的に非常に安定した貴金属（nobl
e metal）物質でありながら、高性能半導体素子を製造
するのに必須の物質である。しかし、Ｒｕは化学的反応
性が低いため、研磨を行う場合適切に用いることができ
るスラリーがないので、タングステン用スラリーやアル
ミニウム用スラリーのような金属用スラリーを用いた。
（insulating film）−金属層キャパシタ（capacitor）
の製造時に下部電極物質で形成されて用いられているＲ
ｕは、化学的及び機械的に非常に安定した貴金属（nobl
e metal）物質でありながら、高性能半導体素子を製造
するのに必須の物質である。しかし、Ｒｕは化学的反応
性が低いため、研磨を行う場合適切に用いることができ
るスラリーがないので、タングステン用スラリーやアル
ミニウム用スラリーのような金属用スラリーを用いた。
【０００３】前記金属用スラリーはシリコン基板上に形
成された各種の金属層を平坦化するために利用する薬品
であるが、一般的に過酸化水素Ｈ2Ｏ2又はＦｅ(ＮＯ3)2
のような酸化剤とアルミナＡｌ2Ｏ3又は酸化マンガンＭ
ｎＯ2等のような研磨剤（abrasive）を含むｐＨ２〜４
ほどの強酸溶液であり、ＣＭＰ特性を向上させるため界
面活性剤（surfactant）及び分散剤等を少量さらに添加
することもある。このような金属用スラリーを利用して
Ｒｕ層を研磨する場合Ｒｕは研磨速度が非常に小さいた
め、Ｒｕを平坦化するためには高い研磨圧力下で長時間
研磨しなければならない欠点がある。
成された各種の金属層を平坦化するために利用する薬品
であるが、一般的に過酸化水素Ｈ2Ｏ2又はＦｅ(ＮＯ3)2
のような酸化剤とアルミナＡｌ2Ｏ3又は酸化マンガンＭ
ｎＯ2等のような研磨剤（abrasive）を含むｐＨ２〜４
ほどの強酸溶液であり、ＣＭＰ特性を向上させるため界
面活性剤（surfactant）及び分散剤等を少量さらに添加
することもある。このような金属用スラリーを利用して
Ｒｕ層を研磨する場合Ｒｕは研磨速度が非常に小さいた
め、Ｒｕを平坦化するためには高い研磨圧力下で長時間
研磨しなければならない欠点がある。
【０００４】前記のような場合、層間絶縁膜に対するＲ
ｕ層の付着力（adhesion）が非常に低いため、Ｒｕ層が
層間絶縁膜から離脱する現象が発生し、層間絶縁膜と隣
接したＲｕ層では激しいディッシング（dishing）現象
とエロージョン（erosion）現象が発生する。それだけ
でなく、長時間のＲｕ層研磨工程で前記金属スラリー内
に含まれていた研磨剤が下部の層間絶縁膜に激しいスク
ラッチ（scratch）を発生させ、研磨工程後もスラリー
滓のような不純物が残存して素子の特性を大きく低下さ
せることもある。
ｕ層の付着力（adhesion）が非常に低いため、Ｒｕ層が
層間絶縁膜から離脱する現象が発生し、層間絶縁膜と隣
接したＲｕ層では激しいディッシング（dishing）現象
とエロージョン（erosion）現象が発生する。それだけ
でなく、長時間のＲｕ層研磨工程で前記金属スラリー内
に含まれていた研磨剤が下部の層間絶縁膜に激しいスク
ラッチ（scratch）を発生させ、研磨工程後もスラリー
滓のような不純物が残存して素子の特性を大きく低下さ
せることもある。
【０００５】従来の場合、貴金属を研磨するため、強い
塩基性溶液内に研磨剤とハロゲンを含むスラリーを導入
したことがある。（例えば、特許文献１）
塩基性溶液内に研磨剤とハロゲンを含むスラリーを導入
したことがある。（例えば、特許文献１）
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６２９０７３６号明細書（第
７頁、第２図）
７頁、第２図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特許文
献１の場合にはおおよそｐＨ１０以上の塩基性水溶液で
ある水酸化ナトリウム水溶液にＢｒ、Ｉ又はＣｌ等のハ
ロゲン元素及びアルミナ、セリウム（ＣｅＯ2）及びシ
リコン（ＳｉＯ2）等の研磨剤を含むスラリーを用いて
Ｐｔのような貴金属を研磨することができるとは記載し
ているが、Ｒｕを研磨するスラリーに対しては具体的に
開示したところがない。
献１の場合にはおおよそｐＨ１０以上の塩基性水溶液で
ある水酸化ナトリウム水溶液にＢｒ、Ｉ又はＣｌ等のハ
ロゲン元素及びアルミナ、セリウム（ＣｅＯ2）及びシ
リコン（ＳｉＯ2）等の研磨剤を含むスラリーを用いて
Ｐｔのような貴金属を研磨することができるとは記載し
ているが、Ｒｕを研磨するスラリーに対しては具体的に
開示したところがない。
【０００８】本発明の課題は低い圧力下でもＲｕ層の研
磨速度は向上されながら、Ｒｕ層のディッシング現象及
び層間絶縁膜のスクラッチ現象を減少させる、ＣＭＰ用
溶液、Ｒｕ ＣＭＰ用溶液を提供すること、及び前記Ｃ
ＭＰ用溶液、Ｒｕ ＣＭＰ用溶液を利用したルテニウム
パターン形成方法を提供することである。
磨速度は向上されながら、Ｒｕ層のディッシング現象及
び層間絶縁膜のスクラッチ現象を減少させる、ＣＭＰ用
溶液、Ｒｕ ＣＭＰ用溶液を提供すること、及び前記Ｃ
ＭＰ用溶液、Ｒｕ ＣＭＰ用溶液を利用したルテニウム
パターン形成方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、化学的機械的研磨に用いるＣＭＰ用溶液であって、
硝酸水溶液及び酸化剤を含むことを特徴とする。
は、化学的機械的研磨に用いるＣＭＰ用溶液であって、
硝酸水溶液及び酸化剤を含むことを特徴とする。
【００１０】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
のＣＭＰ用溶液であって、ルテニウム用であることを特
徴とする。
のＣＭＰ用溶液であって、ルテニウム用であることを特
徴とする。
【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
のＣＭＰ用溶液であって、前記硝酸水溶液は、濃度が
０.０１〜１０Ｍであることを特徴とする。
のＣＭＰ用溶液であって、前記硝酸水溶液は、濃度が
０.０１〜１０Ｍであることを特徴とする。
【００１２】請求項４に記載の発明は、請求項１に記載
のＣＭＰ用溶液であって、前記硝酸水溶液は、濃度が
０.０１〜５Ｍであることを特徴とする。
のＣＭＰ用溶液であって、前記硝酸水溶液は、濃度が
０.０１〜５Ｍであることを特徴とする。
【００１３】請求項５に記載の発明は、請求項１に記載
のＣＭＰ用溶液であって、前記硝酸水溶液は、ｐＨ１〜
５であることを特徴とする。
のＣＭＰ用溶液であって、前記硝酸水溶液は、ｐＨ１〜
５であることを特徴とする。
【００１４】請求項６に記載の発明は、請求項１に記載
のＣＭＰ用溶液であって、前記硝酸水溶液は、ｐＨ１〜
３であることを特徴とする。
のＣＭＰ用溶液であって、前記硝酸水溶液は、ｐＨ１〜
３であることを特徴とする。
【００１５】請求項７に記載の発明は、請求項１に記載
のＣＭＰ用溶液であって、前記酸化剤は、硝酸セリウム
アンモニウム［(ＮＨ4)2Ｃｅ(ＮＯ3)6］であることを特
徴とする。
のＣＭＰ用溶液であって、前記酸化剤は、硝酸セリウム
アンモニウム［(ＮＨ4)2Ｃｅ(ＮＯ3)6］であることを特
徴とする。
【００１６】請求項８に記載の発明は、請求項１に記載
のＣＭＰ用溶液であって、前記酸化剤は、硝酸水溶液内
に濃度０.０１〜１０Ｍで含まれることを特徴とする。
のＣＭＰ用溶液であって、前記酸化剤は、硝酸水溶液内
に濃度０.０１〜１０Ｍで含まれることを特徴とする。
【００１７】請求項９に記載の発明は、請求項１に記載
のＣＭＰ用溶液であって、前記酸化剤は、硝酸水溶液内
に濃度０.０１〜５Ｍで含まれることを特徴とする。
のＣＭＰ用溶液であって、前記酸化剤は、硝酸水溶液内
に濃度０.０１〜５Ｍで含まれることを特徴とする。
【００１８】請求項１０に記載の発明は、半導体基板上
にルテニウムパターンを形成するルテニウムパターン形
成方法であって、（ａ）半導体基板上にコンタクトホー
ルを備えた層間絶縁膜を形成する段階、（ｂ）前記層間
絶縁膜上部にＲｕ層を形成する段階、及び（ｃ）前記層
間絶縁膜をエッチング停止膜に、請求項１〜請求項９の
いずれか一項に記載のＣＭＰ用溶液を用いて前記Ｒｕ層
の全面に対しＲｕ ＣＭＰ工程を行う段階を含むことを
特徴とする。
にルテニウムパターンを形成するルテニウムパターン形
成方法であって、（ａ）半導体基板上にコンタクトホー
ルを備えた層間絶縁膜を形成する段階、（ｂ）前記層間
絶縁膜上部にＲｕ層を形成する段階、及び（ｃ）前記層
間絶縁膜をエッチング停止膜に、請求項１〜請求項９の
いずれか一項に記載のＣＭＰ用溶液を用いて前記Ｒｕ層
の全面に対しＲｕ ＣＭＰ工程を行う段階を含むことを
特徴とする。
【００１９】請求項１１に記載の発明は、請求項１０に
記載のルテニウムパターン形成方法であって、前記
（ｃ）段階のあと、層間絶縁膜用スラリーを利用して前
記結果物の全面に弱い研磨工程を行う段階をさらに含む
ことを特徴とする。
記載のルテニウムパターン形成方法であって、前記
（ｃ）段階のあと、層間絶縁膜用スラリーを利用して前
記結果物の全面に弱い研磨工程を行う段階をさらに含む
ことを特徴とする。
【００２０】請求項１２に記載の発明は、請求項１０に
記載のルテニウムパターン形成方法であって、前記層間
絶縁膜は、酸化膜であることを特徴とする。
記載のルテニウムパターン形成方法であって、前記層間
絶縁膜は、酸化膜であることを特徴とする。
【００２１】請求項１３に記載の発明は、請求項１０に
記載のルテニウムパターン形成方法であって、前記ルテ
ニウムパターンは、下部電極パターンであることを特徴
とする。
記載のルテニウムパターン形成方法であって、前記ルテ
ニウムパターンは、下部電極パターンであることを特徴
とする。
【００２２】請求項１４に記載の発明は、半導体基板上
にルテニウムパターンを形成するルテニウムパターン形
成方法であって、（ａ）半導体基板上にコンタクトホー
ルを備えた層間絶縁膜パターンを形成する段階、（ｂ）
前記層間絶縁膜パターン上に金属接着層を形成する段
階、（ｃ）前記金属接着層上部にＲｕ層を形成する段
階、（ｄ）前記金属接着層が露出するまでＲｕ層の全面
に対し、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載のＣ
ＭＰ用溶液を用いてＲｕ ＣＭＰ工程を行う段階、
（ｅ）前記結果物の全面に対し、層間絶縁膜が露出する
まで金属用スラリーを利用して前記金属接着層を研磨す
るＣＭＰ工程を行う段階、及び（ｆ）前記結果物の全面
に対し、層間絶縁膜用スラリーを利用して弱い研磨工程
を行う段階をさらに含むことを特徴とする。
にルテニウムパターンを形成するルテニウムパターン形
成方法であって、（ａ）半導体基板上にコンタクトホー
ルを備えた層間絶縁膜パターンを形成する段階、（ｂ）
前記層間絶縁膜パターン上に金属接着層を形成する段
階、（ｃ）前記金属接着層上部にＲｕ層を形成する段
階、（ｄ）前記金属接着層が露出するまでＲｕ層の全面
に対し、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載のＣ
ＭＰ用溶液を用いてＲｕ ＣＭＰ工程を行う段階、
（ｅ）前記結果物の全面に対し、層間絶縁膜が露出する
まで金属用スラリーを利用して前記金属接着層を研磨す
るＣＭＰ工程を行う段階、及び（ｆ）前記結果物の全面
に対し、層間絶縁膜用スラリーを利用して弱い研磨工程
を行う段階をさらに含むことを特徴とする。
【００２３】請求項１５に記載の発明は、請求項１４に
記載のルテニウムパターン形成方法であって、前記層間
絶縁膜は、酸化膜であることを特徴とする。
記載のルテニウムパターン形成方法であって、前記層間
絶縁膜は、酸化膜であることを特徴とする。
【００２４】請求項１６に記載の発明は、請求項１４に
記載のルテニウムパターン形成方法であって、前記ルテ
ニウムパターンは、下部電極パターンであることを特徴
とする。
記載のルテニウムパターン形成方法であって、前記ルテ
ニウムパターンは、下部電極パターンであることを特徴
とする。
【００２５】請求項１７に記載の発明は、ルテニウムに
対する化学的機械的研磨に用いるＲｕ ＣＭＰ用溶液で
あって、濃度０.０１〜５Ｍの硝酸水溶液、及び前記硝
酸水溶液内に濃度０.０１〜５Ｍで硝酸セリウムアンモ
ニウムを含むことを特徴とする。
対する化学的機械的研磨に用いるＲｕ ＣＭＰ用溶液で
あって、濃度０.０１〜５Ｍの硝酸水溶液、及び前記硝
酸水溶液内に濃度０.０１〜５Ｍで硝酸セリウムアンモ
ニウムを含むことを特徴とする。
【００２６】請求項１８に記載の発明は、半導体基板上
にルテニウムパターンを形成するルテニウムパターン形
成方法であって、（ａ）半導体基板上にコンタクトホー
ルを備えた層間絶縁膜パターンを形成する段階、（ｂ）
前記層間絶縁膜パターン上に金属接着層を形成する段
階、（ｃ）前記金属接着層の上部にＲｕ層を形成する段
階、（ｄ）前記金属接着層が露出するまでＲｕ層の全面
に対し、請求項１７に記載のＲｕ ＣＭＰ用溶液を用い
てＲｕ ＣＭＰ工程を行う段階、（ｅ）前記結果物の全
面に対し、層間絶縁膜が露出するまで金属用スラリーを
利用して前記金属接着層を研磨するＣＭＰ工程を行う段
階、及び（ｆ）前記結果物の全面に対し、層間絶縁膜用
スラリーを利用して弱い研磨工程を行う段階をさらに含
むことを特徴とする。
にルテニウムパターンを形成するルテニウムパターン形
成方法であって、（ａ）半導体基板上にコンタクトホー
ルを備えた層間絶縁膜パターンを形成する段階、（ｂ）
前記層間絶縁膜パターン上に金属接着層を形成する段
階、（ｃ）前記金属接着層の上部にＲｕ層を形成する段
階、（ｄ）前記金属接着層が露出するまでＲｕ層の全面
に対し、請求項１７に記載のＲｕ ＣＭＰ用溶液を用い
てＲｕ ＣＭＰ工程を行う段階、（ｅ）前記結果物の全
面に対し、層間絶縁膜が露出するまで金属用スラリーを
利用して前記金属接着層を研磨するＣＭＰ工程を行う段
階、及び（ｆ）前記結果物の全面に対し、層間絶縁膜用
スラリーを利用して弱い研磨工程を行う段階をさらに含
むことを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】本発明では、硝酸水溶液に酸化剤
を添加したＣＭＰ用溶液を提供する。このとき、前記Ｃ
ＭＰ用溶液はルテニウムＣＭＰ用溶液であるのが好まし
い。前記ＣＭＰ用溶液は硝酸水溶液の濃度が０.０１Ｍ
以下になると、酸化剤に用いられる硝酸セリウムアンモ
ニウム（Ceric Ammonium Nitrate：［(ＮＨ4)2Ｃｅ(Ｎ
Ｏ3)6］）が安定して酸化剤に作用することができな
い。したがって、前記硝酸水溶液の濃度は０.０１〜１
０Ｍ、好ましくは０.０１〜５Ｍであり、ｐＨは１〜
５、好ましくは１〜３である。
を添加したＣＭＰ用溶液を提供する。このとき、前記Ｃ
ＭＰ用溶液はルテニウムＣＭＰ用溶液であるのが好まし
い。前記ＣＭＰ用溶液は硝酸水溶液の濃度が０.０１Ｍ
以下になると、酸化剤に用いられる硝酸セリウムアンモ
ニウム（Ceric Ammonium Nitrate：［(ＮＨ4)2Ｃｅ(Ｎ
Ｏ3)6］）が安定して酸化剤に作用することができな
い。したがって、前記硝酸水溶液の濃度は０.０１〜１
０Ｍ、好ましくは０.０１〜５Ｍであり、ｐＨは１〜
５、好ましくは１〜３である。
【００２８】さらに、前記酸化剤はＲｕ原子から電子を
取り出してＲｕを酸化させる物質で硝酸セリウムアンモ
ニウムを用い、前記硝酸水溶液内に濃度０.０１〜１０
Ｍ、好ましくは０.０１〜５Ｍに含まれるのが好まし
い。このとき、前記酸化剤は硝酸水溶液でなるＣＭＰ用
溶液のｐＨが１〜５、好ましくはｐＨ１〜３の範囲を外
れないよう添加するのが好ましい。
取り出してＲｕを酸化させる物質で硝酸セリウムアンモ
ニウムを用い、前記硝酸水溶液内に濃度０.０１〜１０
Ｍ、好ましくは０.０１〜５Ｍに含まれるのが好まし
い。このとき、前記酸化剤は硝酸水溶液でなるＣＭＰ用
溶液のｐＨが１〜５、好ましくはｐＨ１〜３の範囲を外
れないよう添加するのが好ましい。
【００２９】このように、本発明に係るＲｕ ＣＭＰ用
溶液は硝酸水溶液と酸化剤によりＲｕの表面を酸化させ
て物理的、化学的物性の変化をもたらし、その結果、Ｒ
ｕの原子間結合力及び緻密度が減少して表面の腐食速度
及び溶解速度が増加し、同一の圧力下で研磨速度が増加
するため研磨が容易になる。
溶液は硝酸水溶液と酸化剤によりＲｕの表面を酸化させ
て物理的、化学的物性の変化をもたらし、その結果、Ｒ
ｕの原子間結合力及び緻密度が減少して表面の腐食速度
及び溶解速度が増加し、同一の圧力下で研磨速度が増加
するため研磨が容易になる。
【００３０】なお、前記本発明に係るＲｕ ＣＭＰ用溶
液は従来のＣＭＰ用スラリー等とは別に、研磨剤を含ん
でいないため層間絶縁膜に発生するスクラッチ現象が減
少する。
液は従来のＣＭＰ用スラリー等とは別に、研磨剤を含ん
でいないため層間絶縁膜に発生するスクラッチ現象が減
少する。
【００３１】さらに、本発明に係るＲｕ ＣＭＰ用溶液
の製造方法は次の通りである。０.０１〜１０Ｍ濃度の
硝酸水溶液を製造した後、攪拌しながら硝酸セリウムア
ンモニウムを前記硝酸水溶液内に０.０１〜１０Ｍ濃度
になるよう添加する。前記結果物が完全に混合されて安
定化するまで約３０分間さらに攪拌し、本発明に係るＲ
ｕ ＣＭＰ用溶液を製造する。
の製造方法は次の通りである。０.０１〜１０Ｍ濃度の
硝酸水溶液を製造した後、攪拌しながら硝酸セリウムア
ンモニウムを前記硝酸水溶液内に０.０１〜１０Ｍ濃度
になるよう添加する。前記結果物が完全に混合されて安
定化するまで約３０分間さらに攪拌し、本発明に係るＲ
ｕ ＣＭＰ用溶液を製造する。
【００３２】さらに、前記のように製造したＲｕ ＣＭ
Ｐ用溶液で （ａ）半導体基板上にコンタクトホールを備えた層間絶
縁膜パターンを形成する段階、（ｂ）前記層間絶縁膜パ
ターン上にＲｕ層を形成する段階、及び（ｃ）本発明に
係るＲｕ ＣＭＰ用溶液を用い、前記Ｒｕ層の全面に対
してＲｕ ＣＭＰ工程を行う段階を含むルテニウムパタ
ーン形成方法を提供する。このとき、前記（ｃ）段階の
あと、層間絶縁膜用スラリーを利用して前記結果物の全
面に対し弱い研磨（touch polishing）工程を行う段階
をさらに含むことができる。
Ｐ用溶液で （ａ）半導体基板上にコンタクトホールを備えた層間絶
縁膜パターンを形成する段階、（ｂ）前記層間絶縁膜パ
ターン上にＲｕ層を形成する段階、及び（ｃ）本発明に
係るＲｕ ＣＭＰ用溶液を用い、前記Ｒｕ層の全面に対
してＲｕ ＣＭＰ工程を行う段階を含むルテニウムパタ
ーン形成方法を提供する。このとき、前記（ｃ）段階の
あと、層間絶縁膜用スラリーを利用して前記結果物の全
面に対し弱い研磨（touch polishing）工程を行う段階
をさらに含むことができる。
【００３３】前記工程をより詳しく説明すると、前記Ｒ
ｕ ＣＭＰ工程でＲｕ層が形成された半導体素子をＣＭ
Ｐ装備の回転テーブルに形成された研磨パッドに加圧接
触した後、本発明に係るＲｕ ＣＭＰ溶液を供給してＲ
ｕ層を研磨する。このとき、ＣＭＰ研磨工程条件はＲｕ
の研磨速度と層間絶縁膜の研磨特性を考慮し研磨圧力１
〜３ｐｓｉ、回転型装備の場合テーブル回転数１０〜８
０ｒｐｍ及び線形式装備の場合、テーブル移動速度１０
０〜６００ｆｐｍで行う。その後、前記Ｒｕ層と層間絶
縁膜の研磨選択比の差で発生するディッシング（dishin
g）現象を防ぐための緩衝作用（buffering step）の１
つとして、層間絶縁膜が露出する時点で層間絶縁膜用ス
ラリーを利用した弱い研磨（touch polishing）工程を
行う。
ｕ ＣＭＰ工程でＲｕ層が形成された半導体素子をＣＭ
Ｐ装備の回転テーブルに形成された研磨パッドに加圧接
触した後、本発明に係るＲｕ ＣＭＰ溶液を供給してＲ
ｕ層を研磨する。このとき、ＣＭＰ研磨工程条件はＲｕ
の研磨速度と層間絶縁膜の研磨特性を考慮し研磨圧力１
〜３ｐｓｉ、回転型装備の場合テーブル回転数１０〜８
０ｒｐｍ及び線形式装備の場合、テーブル移動速度１０
０〜６００ｆｐｍで行う。その後、前記Ｒｕ層と層間絶
縁膜の研磨選択比の差で発生するディッシング（dishin
g）現象を防ぐための緩衝作用（buffering step）の１
つとして、層間絶縁膜が露出する時点で層間絶縁膜用ス
ラリーを利用した弱い研磨（touch polishing）工程を
行う。
【００３４】前記ＣＭＰ工程で用いられる研磨パッドは
研磨される（application）層、即ち、Ｒｕ層の研磨特
性に従い異なる性質のパッドを用いるが、例えば、研磨
される層の均一度（uniformity）を高めるときはソフト
（soft）パッド、平面化度（planarity）を高めるとき
はハード（hard）パッドを用い、二種類が全て積層され
た（stack）パッド、又は前記２つのパッドを共に用い
ることもある。
研磨される（application）層、即ち、Ｒｕ層の研磨特
性に従い異なる性質のパッドを用いるが、例えば、研磨
される層の均一度（uniformity）を高めるときはソフト
（soft）パッド、平面化度（planarity）を高めるとき
はハード（hard）パッドを用い、二種類が全て積層され
た（stack）パッド、又は前記２つのパッドを共に用い
ることもある。
【００３５】さらに、本発明ではＲｕ間の接着性を増加
させるため、前記（ａ）段階後、（ｂ）段階前に層間絶
縁膜の全面にチタニウムＴｉ或いは窒化チタンＴｉＮ等
の金属接着層（adhesion layer）をさらに形成すること
ができる（図１参照）。
させるため、前記（ａ）段階後、（ｂ）段階前に層間絶
縁膜の全面にチタニウムＴｉ或いは窒化チタンＴｉＮ等
の金属接着層（adhesion layer）をさらに形成すること
ができる（図１参照）。
【００３６】前記金属接着層を利用したルテニウムパタ
ーン形成過程は、下記のように （ａ）半導体基板上にコンタクトホールを備えた層間絶
縁膜パターンを形成する段階、（ｂ）前記層間絶縁膜パ
ターン上に金属接着層を形成する段階、（ｃ）前記金属
接着層上部にＲｕ層を形成する段階、（ｄ）前記金属接
着層が露出するまでＲｕ層の全面に対し、本発明に係る
ＲｕＣＭＰ用溶液を用いてＲｕ ＣＭＰ工程を行う段
階、（ｅ）前記結果物の全面に対し、層間絶縁膜が露出
するまで金属用スラリーを利用して前記金属接着層を研
磨するＣＭＰ工程を行う段階、及び（ｆ）前記結果物の
全面に対し、層間絶縁膜用スラリーを利用して弱い研磨
工程を行う段階をさらに含む。このとき、前記層間絶縁
膜は酸化膜を利用して形成するのが好ましく、前記ルテ
ニウムパターンは下部電極パターンに用いるのが好まし
い。
ーン形成過程は、下記のように （ａ）半導体基板上にコンタクトホールを備えた層間絶
縁膜パターンを形成する段階、（ｂ）前記層間絶縁膜パ
ターン上に金属接着層を形成する段階、（ｃ）前記金属
接着層上部にＲｕ層を形成する段階、（ｄ）前記金属接
着層が露出するまでＲｕ層の全面に対し、本発明に係る
ＲｕＣＭＰ用溶液を用いてＲｕ ＣＭＰ工程を行う段
階、（ｅ）前記結果物の全面に対し、層間絶縁膜が露出
するまで金属用スラリーを利用して前記金属接着層を研
磨するＣＭＰ工程を行う段階、及び（ｆ）前記結果物の
全面に対し、層間絶縁膜用スラリーを利用して弱い研磨
工程を行う段階をさらに含む。このとき、前記層間絶縁
膜は酸化膜を利用して形成するのが好ましく、前記ルテ
ニウムパターンは下部電極パターンに用いるのが好まし
い。
【００３７】前記工程をより詳しく説明すると、前記１
次ＣＭＰ工程でＲｕ層が形成された半導体素子を、ＣＭ
Ｐ装備の回転テーブルに形成された研磨パッドに加圧し
て接触した後、本発明に係るＲｕ ＣＭＰ溶液を供給し
てＲｕを研磨する。このとき、ＣＭＰ研磨工程条件は前
述のように、研磨速度と層間絶縁膜の研磨特性を考慮し
て研磨圧力１〜３ｐｓｉ、回転型装備の場合テーブル回
転数１０〜８０ｒｐｍ、及び線形式装備の場合テーブル
移動速度１００〜６００ｆｐｍで行う。
次ＣＭＰ工程でＲｕ層が形成された半導体素子を、ＣＭ
Ｐ装備の回転テーブルに形成された研磨パッドに加圧し
て接触した後、本発明に係るＲｕ ＣＭＰ溶液を供給し
てＲｕを研磨する。このとき、ＣＭＰ研磨工程条件は前
述のように、研磨速度と層間絶縁膜の研磨特性を考慮し
て研磨圧力１〜３ｐｓｉ、回転型装備の場合テーブル回
転数１０〜８０ｒｐｍ、及び線形式装備の場合テーブル
移動速度１００〜６００ｆｐｍで行う。
【００３８】その後、前記金属用ＣＭＰスラリーを利用
して金属接着層を研磨する（図２参照）。そして、前記
金属接着層と層間絶縁膜の研磨選択比の差で発生するデ
ィッシング現象を防ぐため、緩衝作用の１つとして、層
間絶縁膜が露出する時点で層間絶縁膜用スラリーを利用
した弱い研磨工程を行う（図３参照）。このとき、前記
金属用ＣＭＰスラリーと層間絶縁膜用ＣＭＰスラリーは
一般的なものを用いる。
して金属接着層を研磨する（図２参照）。そして、前記
金属接着層と層間絶縁膜の研磨選択比の差で発生するデ
ィッシング現象を防ぐため、緩衝作用の１つとして、層
間絶縁膜が露出する時点で層間絶縁膜用スラリーを利用
した弱い研磨工程を行う（図３参照）。このとき、前記
金属用ＣＭＰスラリーと層間絶縁膜用ＣＭＰスラリーは
一般的なものを用いる。
【００３９】
【発明の効果】上述のように、本発明の硝酸水溶液に硝
酸セリウムアンモニウムを添加したＲｕ ＣＭＰ用溶
液、及びこれを利用した研磨工程は低い圧力下でＲｕ層
の研磨速度は向上させ、Ｒｕ層のディッシング現象を減
少させるだけでなく従来の金属用スラリーと別に研磨剤
を含んでいないので、研磨時に発生する層間絶縁膜のス
クラッチ現象を減少させて半導体工程上の段差除去及び
素子分離（isolation）工程に対する技術進歩をもたら
すことができる。
酸セリウムアンモニウムを添加したＲｕ ＣＭＰ用溶
液、及びこれを利用した研磨工程は低い圧力下でＲｕ層
の研磨速度は向上させ、Ｒｕ層のディッシング現象を減
少させるだけでなく従来の金属用スラリーと別に研磨剤
を含んでいないので、研磨時に発生する層間絶縁膜のス
クラッチ現象を減少させて半導体工程上の段差除去及び
素子分離（isolation）工程に対する技術進歩をもたら
すことができる。
【図１】本発明に係るＲｕ ＣＭＰ用溶液を利用したＣ
ＭＰ前に、ルテニウム層が形成されている金属パターン
の断面写真である。
ＭＰ前に、ルテニウム層が形成されている金属パターン
の断面写真である。
【図２】本発明に係るＲｕ ＣＭＰ用溶液を利用したル
テニウムＣＭＰ後の金属パターンの表面写真である。
テニウムＣＭＰ後の金属パターンの表面写真である。
【図３】本発明に係るＲｕ ＣＭＰ用溶液を利用したＣ
ＭＰのあと、ルテニウム層が除去された金属パターンの
断面写真である。
ＭＰのあと、ルテニウム層が除去された金属パターンの
断面写真である。
Claims (18)
- 【請求項１】化学的機械的研磨に用いるＣＭＰ用溶液で
あって、 硝酸水溶液及び酸化剤を含むことを特徴とするＣＭＰ用
溶液。 - 【請求項２】前記ＣＭＰ用溶液は、ルテニウム用である
ことを特徴とする請求項１に記載のＣＭＰ用溶液。 - 【請求項３】前記硝酸水溶液は、濃度が０.０１〜１０
Ｍであることを特徴とする請求項１に記載のＣＭＰ用溶
液。 - 【請求項４】前記硝酸水溶液は、濃度が０.０１〜５Ｍ
であることを特徴とする請求項１に記載のＣＭＰ用溶
液。 - 【請求項５】前記硝酸水溶液は、ｐＨ１〜５であること
を特徴とする請求項１に記載のＣＭＰ用溶液。 - 【請求項６】前記硝酸水溶液は、ｐＨ１〜３であること
を特徴とする請求項１に記載のＣＭＰ用溶液。 - 【請求項７】前記酸化剤は、硝酸セリウムアンモニウム
［(ＮＨ4)2Ｃｅ(ＮＯ3)6］であることを特徴とする請求
項１に記載のＣＭＰ用溶液。 - 【請求項８】前記酸化剤は、硝酸水溶液内に濃度０.０
１〜１０Ｍで含まれることを特徴とする請求項１に記載
のＣＭＰ用溶液。 - 【請求項９】前記酸化剤は、硝酸水溶液内に濃度０.０
１〜５Ｍで含まれることを特徴とする請求項１に記載の
ＣＭＰ用溶液。 - 【請求項１０】半導体基板上にルテニウムパターンを形
成するルテニウムパターン形成方法であって、 （ａ）半導体基板上にコンタクトホールを備えた層間絶
縁膜を形成する段階、 （ｂ）前記層間絶縁膜上部にＲｕ層を形成する段階、及
び（ｃ）前記層間絶縁膜をエッチング停止膜に、請求項
１〜請求項９のいずれか一項に記載のＣＭＰ用溶液を用
いて前記Ｒｕ層の全面に対しＲｕ ＣＭＰ工程を行う段
階を含むことを特徴とするルテニウムパターン形成方
法。 - 【請求項１１】前記（ｃ）段階のあと、層間絶縁膜用ス
ラリーを利用して前記結果物の全面に弱い研磨工程を行
う段階をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載
のルテニウムパターン形成方法。 - 【請求項１２】前記層間絶縁膜は、酸化膜であることを
特徴とする請求項１０に記載のルテニウムパターン形成
方法。 - 【請求項１３】前記ルテニウムパターンは、下部電極パ
ターンであることを特徴とする請求項１０に記載のルテ
ニウムパターン形成方法。 - 【請求項１４】半導体基板上にルテニウムパターンを形
成するルテニウムパターン形成方法であって、 （ａ）半導体基板上にコンタクトホールを備えた層間絶
縁膜パターンを形成する段階、 （ｂ）前記層間絶縁膜パターン上に金属接着層を形成す
る段階、 （ｃ）前記金属接着層上部にＲｕ層を形成する段階、 （ｄ）前記金属接着層が露出するまでＲｕ層の全面に対
し、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載のＣＭＰ
用溶液を用いてＲｕ ＣＭＰ工程を行う段階、 （ｅ）前記結果物の全面に対し、層間絶縁膜が露出する
まで金属用スラリーを利用して前記金属接着層を研磨す
るＣＭＰ工程を行う段階、及び （ｆ）前記結果物の全面に対し、層間絶縁膜用スラリー
を利用して弱い研磨工程を行う段階をさらに含むことを
特徴とするルテニウムパターン形成方法。 - 【請求項１５】前記層間絶縁膜は、酸化膜であることを
特徴とする請求項１４に記載のルテニウムパターン形成
方法。 - 【請求項１６】前記ルテニウムパターンは、下部電極パ
ターンであることを特徴とする請求項１４に記載のルテ
ニウムパターン形成方法。 - 【請求項１７】ルテニウムに対する化学的機械的研磨に
用いるＲｕ ＣＭＰ用溶液であって、 濃度０.０１〜５Ｍの硝酸水溶液、及び前記硝酸水溶液
内に濃度０.０１〜５Ｍで硝酸セリウムアンモニウムを
含むことを特徴とするＲｕ ＣＭＰ用溶液。 - 【請求項１８】半導体基板上にルテニウムパターンを形
成するルテニウムパターン形成方法であって、 （ａ）半導体基板上にコンタクトホールを備えた層間絶
縁膜パターンを形成する段階、 （ｂ）前記層間絶縁膜パターン上に金属接着層を形成す
る段階、 （ｃ）前記金属接着層の上部にＲｕ層を形成する段階、 （ｄ）前記金属接着層が露出するまでＲｕ層の全面に対
し、請求項１７に記載のＲｕ ＣＭＰ用溶液を用いてＲ
ｕ ＣＭＰ工程を行う段階、 （ｅ）前記結果物の全面に対し、層間絶縁膜が露出する
まで金属用スラリーを利用して前記金属接着層を研磨す
るＣＭＰ工程を行う段階、及び （ｆ）前記結果物の全面に対し、層間絶縁膜用スラリー
を利用して弱い研磨工程を行う段階をさらに含むことを
特徴とするルテニウムパターン形成方法。
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
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