JP2004080007A - ＰｔＣＭＰ用溶液およびＰｔパターンの形成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】Ｐｔ層の研磨速度は向上させながら、Ｐｔ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Ｐｔ ＣＭＰ用溶液及びＰｔパターンの形成方法を提供する。
【解決手段】Ｐｔ層をＣＭＰする際の研磨溶液にアルカリ水溶液および酸化剤を含ませる。
【選択図】 図５
【解決手段】Ｐｔ層をＣＭＰする際の研磨溶液にアルカリ水溶液および酸化剤を含ませる。
【選択図】 図５
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラチナ（Ｐｌａｔｉｎｕｍ；以下、「Ｐｔ」と記す）に対する化学的機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ；以下、「ＣＭＰ」と記す）用溶液に関し、より詳しくはアルカリ水溶液及び酸化剤を含むＰｔ−ＣＭＰ用溶液を利用し、金属キャパシタ（ｃａｐａｃｉｔｏｒ）の下部電極に用いられるＰｔの研磨速度及び研磨特性を向上させ、信頼性のあるＰｔパターンの形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、ＤＲＡＭ素子内で金属層−誘電膜（ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ ｆｉｌｍ）−金属層キャパシタの製造時に下部電極物質に用いられているＰｔは、化学的及び機械的に非常に安定した貴金属（ｎｏｂｌｅ 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り、前記誘電膜に電着（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｅｄ）されて電極に用いられる。
【０００３】
しかし、前記Ｐｔ層を電着する場合、素子分離（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）用酸化膜の平面幾何学的特性（ｇｅｏｍｅｔｒｙ）及び密度（ｄｅｎｓｉｔｙ）等に従い電流が不均一な勾配になるため、Ｐｔ層が不均一に形成されて層が短絡される問題点が発生する。
【０００４】
これを解決するためＰｔ層を電着した後、層上部に対するＣＭＰ工程を行いＰｔ層を平坦化させるが、このとき前記Ｐｔは化学的反応が低いため、ＣＭＰ研磨工程に適切に使用できるスラリーがない。それで、タングステン用スラリー又はアルミニウム用スラリー等のような一般的な金属用スラリーを用いて研磨工程を行ってきた。
【０００５】
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利用するもので、蒸留水又は超純水を溶媒に用いながら、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）又は酸化マンガン（ＭｎＯ２）等のような研磨剤（ａｂｒａｓｉｖｅ）を含み、第１添加剤として過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）又はフェリックナイトレート（Ｆｅ（ＮＯ３）２）のような酸化剤及びｐＨ調節剤等をさらに含むｐＨ２〜４程度の強酸溶液である。前記金属用スラリーは、ＣＭＰ特性を向上させるため界面活性剤（ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ）及び分散剤等をさらに少量添加することもある。
【０００６】
しかし、前記のような金属用スラリーを利用したＣＭＰ工程でＰｔ層の研磨速度は非常に遅いため、高い研磨圧力を加えながら長時間研磨しなければならないという欠点がある。
【０００７】
このような長時間の研磨工程は、層間絶縁膜に対するＰｔ層の付着力（ａｄｈｅｓｉｏｎ）が非常に弱いため、工程を行う間にＰｔ層が層間絶縁膜から脱離する現象が発生し、層間絶縁膜と隣接するＰｔ層の上部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。
【０００８】
さらに、長時間の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、Ｐｔ層の研磨で露出する下部の層間絶縁膜に対し激しいスクラッチ（ｓｃｒａｔｃｈ）を発生させるだけでなく、研磨工程後もスラリー残渣のような不純物が残存して素子の特性を低下させる。
【０００９】
従来の前記のような問題点を克服し、Ｐｔを効果的に研磨するため化学的活性スラリーが提供されている。このような化学的活性スラリーとして、例えば、強い塩基性水溶液上に研磨剤及びハロゲン元素を含むｐＨ１０以上のスラリー組成物を利用したものがあり、このスラリー組成物により、Ｐｔ層を効果的に研磨することができるＣＭＰ工程を実現することができる（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
【特許文献１】
米国特許第６，２９０，７３６号明細書
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ここに本発明は、Ｐｔ層の研磨速度は向上させながら、Ｐｔ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Ｐｔ ＣＭＰ用溶液を提供することを目的としている。
本発明は、前記Ｐｔ ＣＭＰ用溶液を利用してＰｔパターンの形成方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため請求項１に係る発明は、アルカリ水溶液及び酸化剤を含むことを特徴とする。
【００１３】
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記アルカリ水溶液はソジウムヒドリド、ポタシウムヒドリド、テトラメチルアンモニウムヒドリド、テトラアルキルアンモニウムヒドリド及びこれらの混合でなる群から選択されることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項１において、前記アルカリ水溶液の濃度は０．０１〜１０Ｍであることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に係る発明は、請求項１において、前記アルカリ水溶液の濃度は０．１〜５Ｍであることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に係る発明は、請求項１において、前記酸化剤は、過酸化水素又はフェリックナイトレートであることを特徴とする。
【００１７】
請求項６に係る発明は、請求項１において、前記酸化剤はアルカリ水溶液に対し、１〜５０ｖｏｌ％の濃度で含まれることを特徴とする。
【００１８】
請求項７に係る発明は、請求項１において、前記酸化剤はアルカリ水溶液に対し、１〜１０ｖｏｌ％の濃度で含まれることを特徴とする。
【００１９】
請求項８に係る発明は、請求項１において、前記ＣＭＰ用溶液はｐＨ８〜１４であることを特徴とする。
【００２０】
請求項９に係る発明は、請求項１において、前記ＣＭＰ用溶液はｐＨ１０〜１４であることを特徴とする。
【００２１】
請求項１０に係る発明は、
（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）前記結果物上にＰｔ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に記載のＰｔ ＣＭＰ用溶液を用いて前記Ｐｔ層の全面に対するＰｔ ＣＭＰ工程を行う段階を含むことを特徴とする。
【００２２】
請求項１１に係る発明は、請求項１０において、前記（ｃ）段階後、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。
【００２３】
請求項１２に係る発明は、請求項１０において、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１３に係る発明は、請求項１０において、前記Ｐｔ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１４に係る発明は、
（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Ｐｔ層を形成する段階、
（ｄ）前記金属接着層が露出するまで請求項１に記載のＰｔ ＣＭＰ用溶液を用い、Ｐｔ層の全面に対するＰｔ ＣＭＰ工程を行う段階、
（ｅ）前記金属接着層の全面に対し、層間絶縁膜が露出するまで金属用スラリーを利用したＣＭＰ工程を行う段階、及び
（ｆ）前記層間絶縁膜の全面に対し、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。
【００２６】
請求項１５に係る発明は、請求項１４において、前記金属接着層は、チタニウム又はチタニウムナイトライドであることを特徴とする。
【００２７】
請求項１６に係る発明は、請求項１４において、前記層間絶縁膜は酸化膜であることを特徴とする。
【００２８】
請求項１７に係る発明は、請求項１４において、前記Ｐｔパターンは下部電極パターンであることを特徴とする。
【００２９】
請求項１８に係る発明は、ポタシウムヒドリド（ＫＯＨ）水溶液及び過酸化水素を含むことを特徴とする。
【００３０】
請求項１９に係る発明は、請求項１８において、前記Ｐｔ ＣＭＰ用溶液は、０．０１〜１０Ｍ濃度のポタシウムヒドリド水溶液及び前記ＫＯＨ水溶液内に１〜５０ｖｏｌ％で過酸化水素を含むことを特徴とする。
【００３１】
請求項２０に係る発明は、
（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Ｐｔ層を形成する段階、
（ｄ）前記金属接着層が露出するまでＰｔ層の全面に対し、請求項１８に記載のＰｔ ＣＭＰ用溶液を用いてＰｔ ＣＭＰ工程を行う段階、
（ｅ）前記金属接着層の全面に対して金属用スラリーを利用し、層間絶縁膜が露出するまでＣＭＰ工程を行う段階、及び
（ｆ）前記層間絶縁膜の全面に対し層間絶縁膜用スラリーを利用し、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。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
本発明では、アルカリ水溶液に酸化剤を添加したＰｔ ＣＭＰ用溶液を提供する。
【００３３】
前記アルカリ水溶液はソジウムヒドリド（ｓｏｄｉｕｍ ｈｙｄｒｉｄｅ）、ポタシウムヒドリド（ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｈｙｄｒｉｄｅ）、テトラメチルアンモニウムヒドリド（ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ ａｍｍｏｎｉｕｍ ｈｙｄｒｉｄｅ）、テトラアルキルアンモニウムヒドリド（ｔｅｔｒａａｌｋｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ ｈｙｄｒｉｄｅ）及びこれらの混合物の中から選択するが、最も好ましくはポタシウムヒドリド（ＫＯＨ）を用い、アルカリ水溶液の濃度は０．０１〜１０Ｍ、より好ましくは０．１〜５Ｍを維持する。
【００３４】
さらに、前記酸化剤はＰｔ原子から電子を取り出しＰｔを酸化させる物質であれば全て可能であるが、たとえば、フェリックナイトレート（Ｆｅ（ＮＯ３）２）を用いることができ、好ましくは過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）を用いる。
【００３５】
前記酸化剤は、前記アルカリ水溶液に対し１〜５０ｖｏｌ％、より好ましくは１〜１０ｖｏｌ％で含まれる。
このとき、前記アルカリ水溶液と酸化剤を含む本発明に係るＰｔ ＣＭＰ用溶液のｐＨは８〜１４、より好ましくはｐＨ１０〜１４を維持する。
【００３６】
先ず、本発明では前記製造したＰｔ ＣＭＰ用溶液の化学的反応性を調べるため、１ＭのＫＯＨ水溶液及び２ｖｏｌ％の過酸化水素を添加した１ＭのＫＯＨ水溶液に対し外部から一定の電圧を印加した後、Ｐｔ表面で発生する電気化学反応等により得られた電流値を測定した。
【００３７】
前記測定結果に従い同一の印加電位値を有する場合、酸化剤を含むＫＯＨ水溶液の電流密度がより高いことが分かる。したがって、本発明に係るＰｔ ＣＭＰ用溶液内でＰｔ層がより早く酸化することが分かる（図２参照）。
【００３８】
さらに、一般の金属用スラリー、ＫＯＨ水溶液、本発明に係る酸化剤を含むＰｔ ＣＭＰ用溶液、及び空気中でそれぞれＰｔ層を酸化させた後、Ｐｔ層が露出するまで研磨工程を行いＰｔ層の表面に形成された酸化膜の濃度を得た。このようにそれぞれの条件で得られた酸化膜の濃度を比較してみれば、本発明に係る酸化剤を添加したＰｔ ＣＭＰ用溶液内に沈漬されたＰｔ層の表面で最高の酸化膜の濃度を得ることができるので、本発明に係るＰｔ ＣＭＰ用溶液内でＰｔ表面が最も多く酸化することが分かる（図３〜図６参照）。
【００３９】
即ち、本発明に係るＰｔ ＣＭＰ用溶液はアルカリ水溶液と酸化剤によりＰｔ表面が物理的、化学的に物性変化を起こしながらＰｔ原子間の結合力及び緻密さを減少させるため、Ｐｔ表面の酸化速度が増加するのである。
【００４０】
このように、Ｐｔ表面が酸化した場合硬度が低くなるため研磨が容易になる。よって、同一の圧力下でＰｔを研磨する場合、一般的な金属用スラリーを利用するより、本発明に係る酸化剤を含むＰｔ ＣＭＰ用溶液を利用するのが研磨速度を増加させ、研磨をより容易にする。
【００４１】
さらに、前記本発明に係るＰｔ ＣＭＰ用溶液は従来の金属用スラリー等とは別に研磨剤を含んでいないため、露出した層間絶縁膜に上部で発生するスクラッチ現象が減少する。
【００４２】
さらに、本発明では
（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の全面にＰｔ層を形成する段階、及び
（ｃ）前記層間絶縁膜パターンをエッチング停止膜に本発明に係るＰｔ ＣＭＰ用溶液を利用し、前記Ｐｔ全面に対するＰｔ ＣＭＰ工程を行う段階を含むＰｔパターンの形成方法を提供する。
【００４３】
このとき、前記（ｃ）段階は層間絶縁膜が露出するまで本発明に係るＣＭＰ用溶液を利用し、Ｐｔ層を研磨する１次ＣＭＰ工程を行う段階、及び
層間絶縁膜用スラリーを利用し、前記露出した層間絶縁膜を研磨する２次ＣＭＰ工程を行う段階をさらに含むことができる。
【００４４】
前記工程をより詳しく説明すれば、ＣＭＰ装備の回転テーブルに形成された研磨パッドに前記Ｐｔ層が形成された素子を加圧接触した後、本発明に係るＰｔ ＣＭＰ用溶液を供給しながら前記Ｐｔ層を１次に研磨する。
【００４５】
このとき、ＣＭＰ研磨工程条件はＰｔの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下で、回転型装備の場合テーブル回転数を１０〜８０ｒｐｍに、又は線形式装備の場合テーブル移動速度を１００〜６００ｆｐｍにして行う。
【００４６】
その後、前記Ｐｔ層が研磨され層間絶縁膜が露出する時点で、前記１次研磨工程のＰｔ層と層間絶縁膜との研磨選択比の差で発生するディッシング現象を防止するため、緩衝作用（ｂｕｆｆｅｒｉｎｇ ｓｔｅｐ）の一つである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。このとき、研磨条件は前記１次研磨工程の条件と同様である。
【００４７】
前記１次及び２次ＣＭＰ工程で用いられる研磨パッドは研磨される（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）層、即ちＰｔ層の研磨特性に伴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、二つが共に積層された（ｓｔａｃｋ）パッド又は前記二つのパッドを共に用いることもある。
【００４８】
さらに、本発明ではＰｔ層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）或いはチタニウムナイトライド（ＴｉＮ）等の金属接着層（ａｄｈｅｓｉｏｎ ｌａｙｅｒ）を形成する段階をさらに含むことがある。
【００４９】
前記金属接着層を形成する段階を含むＰｔパターンの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を形成する段階、
（ｂ）前記結果物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Ｐｔ層を形成する段階、及び
（ｄ）本発明に係るＰｔ ＣＭＰ用溶液を用いて前記金属接着層が露出するまでＰｔ ＣＭＰ工程を行う段階、
（ｅ）金属用スラリーを利用し、前記層間絶縁膜が露出するまで前記金属接着層を研磨するＣＭＰ工程を行う段階、及び
（ｆ）層間絶縁膜用スラリーを利用し、前記層間絶縁膜に対し弱い研磨工程を行う段階を提供する。
【００５０】
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Ｐｔパターンは下部電極パターンに用いるのが好ましい。
前記工程をより詳しく説明すれば、ＣＭＰ装備の回転テーブルに形成された研磨パッドに、前記１次ＣＭＰ工程でＰｔ層が形成された半導体素子を加圧接触した後、本発明に係る酸化剤を含むＰｔ ＣＭＰ用溶液を供給しながら前記金属接着層が露出するまでＰｔ層を研磨する。
【００５１】
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下で、回転型装備の場合テーブル回転数を１０〜８０ｒｐｍに、又は線形式装備の場合テーブル移動速度を１００〜６００ｆｐｍにして行う。
【００５２】
その後、前記２次ＣＭＰ工程では金属用ＣＭＰスラリーを利用し、前記露出した金属接着層を層間絶縁膜が露出するまで研磨する。
【００５３】
その後、前記３次ＣＭＰ工程では前記層間絶縁膜が露出する時点で、金属接着層と層間絶縁膜との研磨選択比の差で発生するディッシング現象を防止するため、緩衝作用の一つとして、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。前記２次及び３次の研磨条件は、前記１次研磨条件と同様である。
さらに、前記２次及び３次研磨工程時に用いられる金属用ＣＭＰスラリー及び層間絶縁膜用ＣＭＰスラリーは一般的なものを用いる。
【００５４】
このような本発明に基づき製造されるＰｔ電極パターンは、図１に示されている通りである。
図１に示されているように、半導体基板１の上部に金属接着層３を形成した後、層間絶縁膜（図示省略）を順次形成する。
【００５５】
前記層間絶縁膜で下部電極が形成される所定の部位を一般のリソグラフィー工程でエッチングし、金属接着層３が露出した開口部及び層間絶縁膜パターン５を形成する。
前記結果物の全面に対しＰｔ層（図示省略）を電着した後、ＣＭＰ工程を行い下部電極としてのＰｔパターン７を形成する。
【００５６】
このとき、前記ＣＭＰ工程は回転テーブルに形成された研磨パッドに前記Ｐｔ層が形成された素子を加圧接触した後、０．１〜５ＭのＫＯＨに１〜１０ｖｏｌ％の過酸化水素を含んで製造された本発明に係るＰｔ ＣＭＰ用溶液を供給しながら、研磨圧力１〜３ｐｓｉ及び回転型装備のテーブル回転数１０〜８０ｒｐｍの条件下で層間絶縁膜が露出するまで前記Ｐｔ層を研磨する１次ＣＭＰ工程を行う。そして、層間絶縁膜が露出すれば層間絶縁膜用スラリーを利用した弱い研磨工程で層間絶縁膜を研磨する２次ＣＭＰ工程を行う。
【００５７】
前記１次及び２次ＣＭＰ工程で用いられる研磨パッドはソフトパッド、ハードパッド、二つが共に積層されたパッド又は前記二つのパッドを共に用いることができる。
【００５８】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づき詳しく説明する。但し、実施例は発明を例示するだけのもので、本発明が下記の実施例により限定されるのではない。
【００５９】
〔実施例１．本発明に係るＰｔ ＣＭＰ用溶液の製造〕
超純水１０００ｍＬにＫＯＨ１ｍｏｌｅを含み、１ＭのＫＯＨ水溶液を製造した後、これを攪拌しながら過酸化水素を前記ＫＯＨ水溶液の２ｖｏｌ％の濃度になるよう含んだ。前記結果物が完全に混合され安定化するまで、１０分以上さらに攪拌してＰｔ ＣＭＰ用溶液を製造した。
【００６０】
〔実験例１．本発明に係るＰｔ ＣＭＰ用溶液の化学的反応性〕
前記実施例１で製造した２ｖｏｌ％の過酸化水素が含まれた１ＭのＫＯＨ水溶液及び酸化剤を含まない１ＭのＫＯＨ水溶液にＰｔ層を沈漬した後、二つの溶液に電圧を印加してＰｔ表面で発生する電流を比較した結果を図２に示した。
電位が０．４Ｅ／ＶＡｇ／ＡｇＣｌの場合、酸化剤を含まない１ＭのＫＯＨ水溶液が１×１０−５Ａｍ−２の電流密度値を有することに比べ、２ｖｏｌ％の過酸化水素を含む１ＭのＫＯＨ水溶液は約０．０５Ａｍ−２の非常に高い電流密度値を示した。したがって、本発明に係るＰｔ溶液内のＰｔ層表面で酸化がより多く発生することが分かった。
【００６１】
〔実験例２．幾多の条件でのＰｔ表面の酸化〕
（ｉ）研磨剤にセリア（ＣｅＯ２）を用いながら、ｐＨ６の一般金属用スラリー（図３ａ参照）、（ｉｉ）１ＭのＫＯＨ水溶液（図４参照）、及び（ｉｉｉ）２ｖｏｌ％の酸化剤を含む１ＭのＫＯＨ水溶液（図５参照）にそれぞれＰｔを沈漬して酸化させた後、常温でＡＥＳ（Ａｕｇｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を利用して分当り５０Ａの速度でＰｔ表面を研磨し、酸化膜が形成された部分が全部除去される時間を測定した。
さらに、空気中にＰｔを露出させて酸化させた後、同一の速度でＰｔ表面を研磨して酸化した部分が全部除去される時間を測定した（図６参照）。
【００６２】
このとき、図３〜図６は研磨時間に対するＰｔ、Ｏ及びＣ等の元素濃度を示したもので、研磨初期にはＰｔの濃度よりＰｔ表面に形成された酸化膜の濃度が高かったが、徐々に研磨工程が進められるほど酸化膜の濃度が低くなり研磨されるＰｔの濃度が増加することが分かる。
前記研磨工程で、形成された酸化膜が除去されるまでの研磨時間で前記幾種類のスラリー内でＰｔ表面に酸化膜が浸透した深さの厚さ（Ａ）、即ちＰｔ表面を最も多く酸化させるスラリーが分かるので、これを下記表１に示した。
【００６３】
【表１】
【００６４】
このような結果に基づき、一般金属用スラリーより、本発明に係る酸化剤を含むアルカリ水溶液に沈漬されたＰｔ表面が最も多く酸化することが分かる。したがって、前記のように形成された酸化膜によりＰｔ層の研磨速度が増加し、研磨効果が向上する。
【００６５】
【発明の効果】
上述のように、本発明に係るアルカリ水溶液に酸化剤を添加したＣＭＰ用溶液をＰｔ研磨工程に利用する場合、低い圧力下でＰｔ層の研磨速度は向上させることができ、Ｐｔ層のディッシング現象を減少させることができ、従来の金属用スラリーと異なり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ることができるため、半導体工程上の段差の除去及び素子分離（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）工程に対する技術進歩をもたらすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により製造されたＰｔ電極の断面概略図である。
【図２】本発明に係る溶液を利用したＰｔ電位−電流関係図である。
【図３】幾多の溶液条件におけるＰｔ酸化膜の生成程度を示すグラフである。
【図４】幾多の溶液条件におけるＰｔ酸化膜の生成程度を示すグラフである。
【図５】幾多の溶液条件におけるＰｔ酸化膜の生成程度を示すグラフである。
【図６】幾多の溶液条件におけるＰｔ酸化膜の生成程度を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 半導体基板
３ 金属接着層
５ 層間絶縁膜パターン
７ Ｐｔパターン
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラチナ（Ｐｌａｔｉｎｕｍ；以下、「Ｐｔ」と記す）に対する化学的機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ；以下、「ＣＭＰ」と記す）用溶液に関し、より詳しくはアルカリ水溶液及び酸化剤を含むＰｔ−ＣＭＰ用溶液を利用し、金属キャパシタ（ｃａｐａｃｉｔｏｒ）の下部電極に用いられるＰｔの研磨速度及び研磨特性を向上させ、信頼性のあるＰｔパターンの形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、ＤＲＡＭ素子内で金属層−誘電膜（ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ ｆｉｌｍ）−金属層キャパシタの製造時に下部電極物質に用いられているＰｔは、化学的及び機械的に非常に安定した貴金属（ｎｏｂｌｅ 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り、前記誘電膜に電着（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｅｄ）されて電極に用いられる。
【０００３】
しかし、前記Ｐｔ層を電着する場合、素子分離（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）用酸化膜の平面幾何学的特性（ｇｅｏｍｅｔｒｙ）及び密度（ｄｅｎｓｉｔｙ）等に従い電流が不均一な勾配になるため、Ｐｔ層が不均一に形成されて層が短絡される問題点が発生する。
【０００４】
これを解決するためＰｔ層を電着した後、層上部に対するＣＭＰ工程を行いＰｔ層を平坦化させるが、このとき前記Ｐｔは化学的反応が低いため、ＣＭＰ研磨工程に適切に使用できるスラリーがない。それで、タングステン用スラリー又はアルミニウム用スラリー等のような一般的な金属用スラリーを用いて研磨工程を行ってきた。
【０００５】
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利用するもので、蒸留水又は超純水を溶媒に用いながら、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）又は酸化マンガン（ＭｎＯ２）等のような研磨剤（ａｂｒａｓｉｖｅ）を含み、第１添加剤として過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）又はフェリックナイトレート（Ｆｅ（ＮＯ３）２）のような酸化剤及びｐＨ調節剤等をさらに含むｐＨ２〜４程度の強酸溶液である。前記金属用スラリーは、ＣＭＰ特性を向上させるため界面活性剤（ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ）及び分散剤等をさらに少量添加することもある。
【０００６】
しかし、前記のような金属用スラリーを利用したＣＭＰ工程でＰｔ層の研磨速度は非常に遅いため、高い研磨圧力を加えながら長時間研磨しなければならないという欠点がある。
【０００７】
このような長時間の研磨工程は、層間絶縁膜に対するＰｔ層の付着力（ａｄｈｅｓｉｏｎ）が非常に弱いため、工程を行う間にＰｔ層が層間絶縁膜から脱離する現象が発生し、層間絶縁膜と隣接するＰｔ層の上部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。
【０００８】
さらに、長時間の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、Ｐｔ層の研磨で露出する下部の層間絶縁膜に対し激しいスクラッチ（ｓｃｒａｔｃｈ）を発生させるだけでなく、研磨工程後もスラリー残渣のような不純物が残存して素子の特性を低下させる。
【０００９】
従来の前記のような問題点を克服し、Ｐｔを効果的に研磨するため化学的活性スラリーが提供されている。このような化学的活性スラリーとして、例えば、強い塩基性水溶液上に研磨剤及びハロゲン元素を含むｐＨ１０以上のスラリー組成物を利用したものがあり、このスラリー組成物により、Ｐｔ層を効果的に研磨することができるＣＭＰ工程を実現することができる（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
【特許文献１】
米国特許第６，２９０，７３６号明細書
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ここに本発明は、Ｐｔ層の研磨速度は向上させながら、Ｐｔ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Ｐｔ ＣＭＰ用溶液を提供することを目的としている。
本発明は、前記Ｐｔ ＣＭＰ用溶液を利用してＰｔパターンの形成方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため請求項１に係る発明は、アルカリ水溶液及び酸化剤を含むことを特徴とする。
【００１３】
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記アルカリ水溶液はソジウムヒドリド、ポタシウムヒドリド、テトラメチルアンモニウムヒドリド、テトラアルキルアンモニウムヒドリド及びこれらの混合でなる群から選択されることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項１において、前記アルカリ水溶液の濃度は０．０１〜１０Ｍであることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に係る発明は、請求項１において、前記アルカリ水溶液の濃度は０．１〜５Ｍであることを特徴とする。
【００１６】
請求項５に係る発明は、請求項１において、前記酸化剤は、過酸化水素又はフェリックナイトレートであることを特徴とする。
【００１７】
請求項６に係る発明は、請求項１において、前記酸化剤はアルカリ水溶液に対し、１〜５０ｖｏｌ％の濃度で含まれることを特徴とする。
【００１８】
請求項７に係る発明は、請求項１において、前記酸化剤はアルカリ水溶液に対し、１〜１０ｖｏｌ％の濃度で含まれることを特徴とする。
【００１９】
請求項８に係る発明は、請求項１において、前記ＣＭＰ用溶液はｐＨ８〜１４であることを特徴とする。
【００２０】
請求項９に係る発明は、請求項１において、前記ＣＭＰ用溶液はｐＨ１０〜１４であることを特徴とする。
【００２１】
請求項１０に係る発明は、
（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）前記結果物上にＰｔ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に記載のＰｔ ＣＭＰ用溶液を用いて前記Ｐｔ層の全面に対するＰｔ ＣＭＰ工程を行う段階を含むことを特徴とする。
【００２２】
請求項１１に係る発明は、請求項１０において、前記（ｃ）段階後、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。
【００２３】
請求項１２に係る発明は、請求項１０において、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１３に係る発明は、請求項１０において、前記Ｐｔ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１４に係る発明は、
（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Ｐｔ層を形成する段階、
（ｄ）前記金属接着層が露出するまで請求項１に記載のＰｔ ＣＭＰ用溶液を用い、Ｐｔ層の全面に対するＰｔ ＣＭＰ工程を行う段階、
（ｅ）前記金属接着層の全面に対し、層間絶縁膜が露出するまで金属用スラリーを利用したＣＭＰ工程を行う段階、及び
（ｆ）前記層間絶縁膜の全面に対し、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。
【００２６】
請求項１５に係る発明は、請求項１４において、前記金属接着層は、チタニウム又はチタニウムナイトライドであることを特徴とする。
【００２７】
請求項１６に係る発明は、請求項１４において、前記層間絶縁膜は酸化膜であることを特徴とする。
【００２８】
請求項１７に係る発明は、請求項１４において、前記Ｐｔパターンは下部電極パターンであることを特徴とする。
【００２９】
請求項１８に係る発明は、ポタシウムヒドリド（ＫＯＨ）水溶液及び過酸化水素を含むことを特徴とする。
【００３０】
請求項１９に係る発明は、請求項１８において、前記Ｐｔ ＣＭＰ用溶液は、０．０１〜１０Ｍ濃度のポタシウムヒドリド水溶液及び前記ＫＯＨ水溶液内に１〜５０ｖｏｌ％で過酸化水素を含むことを特徴とする。
【００３１】
請求項２０に係る発明は、
（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Ｐｔ層を形成する段階、
（ｄ）前記金属接着層が露出するまでＰｔ層の全面に対し、請求項１８に記載のＰｔ ＣＭＰ用溶液を用いてＰｔ ＣＭＰ工程を行う段階、
（ｅ）前記金属接着層の全面に対して金属用スラリーを利用し、層間絶縁膜が露出するまでＣＭＰ工程を行う段階、及び
（ｆ）前記層間絶縁膜の全面に対し層間絶縁膜用スラリーを利用し、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。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
本発明では、アルカリ水溶液に酸化剤を添加したＰｔ ＣＭＰ用溶液を提供する。
【００３３】
前記アルカリ水溶液はソジウムヒドリド（ｓｏｄｉｕｍ ｈｙｄｒｉｄｅ）、ポタシウムヒドリド（ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｈｙｄｒｉｄｅ）、テトラメチルアンモニウムヒドリド（ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ ａｍｍｏｎｉｕｍ ｈｙｄｒｉｄｅ）、テトラアルキルアンモニウムヒドリド（ｔｅｔｒａａｌｋｙｌａｍｍｏｎｉｕｍ ｈｙｄｒｉｄｅ）及びこれらの混合物の中から選択するが、最も好ましくはポタシウムヒドリド（ＫＯＨ）を用い、アルカリ水溶液の濃度は０．０１〜１０Ｍ、より好ましくは０．１〜５Ｍを維持する。
【００３４】
さらに、前記酸化剤はＰｔ原子から電子を取り出しＰｔを酸化させる物質であれば全て可能であるが、たとえば、フェリックナイトレート（Ｆｅ（ＮＯ３）２）を用いることができ、好ましくは過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）を用いる。
【００３５】
前記酸化剤は、前記アルカリ水溶液に対し１〜５０ｖｏｌ％、より好ましくは１〜１０ｖｏｌ％で含まれる。
このとき、前記アルカリ水溶液と酸化剤を含む本発明に係るＰｔ ＣＭＰ用溶液のｐＨは８〜１４、より好ましくはｐＨ１０〜１４を維持する。
【００３６】
先ず、本発明では前記製造したＰｔ ＣＭＰ用溶液の化学的反応性を調べるため、１ＭのＫＯＨ水溶液及び２ｖｏｌ％の過酸化水素を添加した１ＭのＫＯＨ水溶液に対し外部から一定の電圧を印加した後、Ｐｔ表面で発生する電気化学反応等により得られた電流値を測定した。
【００３７】
前記測定結果に従い同一の印加電位値を有する場合、酸化剤を含むＫＯＨ水溶液の電流密度がより高いことが分かる。したがって、本発明に係るＰｔ ＣＭＰ用溶液内でＰｔ層がより早く酸化することが分かる（図２参照）。
【００３８】
さらに、一般の金属用スラリー、ＫＯＨ水溶液、本発明に係る酸化剤を含むＰｔ ＣＭＰ用溶液、及び空気中でそれぞれＰｔ層を酸化させた後、Ｐｔ層が露出するまで研磨工程を行いＰｔ層の表面に形成された酸化膜の濃度を得た。このようにそれぞれの条件で得られた酸化膜の濃度を比較してみれば、本発明に係る酸化剤を添加したＰｔ ＣＭＰ用溶液内に沈漬されたＰｔ層の表面で最高の酸化膜の濃度を得ることができるので、本発明に係るＰｔ ＣＭＰ用溶液内でＰｔ表面が最も多く酸化することが分かる（図３〜図６参照）。
【００３９】
即ち、本発明に係るＰｔ ＣＭＰ用溶液はアルカリ水溶液と酸化剤によりＰｔ表面が物理的、化学的に物性変化を起こしながらＰｔ原子間の結合力及び緻密さを減少させるため、Ｐｔ表面の酸化速度が増加するのである。
【００４０】
このように、Ｐｔ表面が酸化した場合硬度が低くなるため研磨が容易になる。よって、同一の圧力下でＰｔを研磨する場合、一般的な金属用スラリーを利用するより、本発明に係る酸化剤を含むＰｔ ＣＭＰ用溶液を利用するのが研磨速度を増加させ、研磨をより容易にする。
【００４１】
さらに、前記本発明に係るＰｔ ＣＭＰ用溶液は従来の金属用スラリー等とは別に研磨剤を含んでいないため、露出した層間絶縁膜に上部で発生するスクラッチ現象が減少する。
【００４２】
さらに、本発明では
（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の全面にＰｔ層を形成する段階、及び
（ｃ）前記層間絶縁膜パターンをエッチング停止膜に本発明に係るＰｔ ＣＭＰ用溶液を利用し、前記Ｐｔ全面に対するＰｔ ＣＭＰ工程を行う段階を含むＰｔパターンの形成方法を提供する。
【００４３】
このとき、前記（ｃ）段階は層間絶縁膜が露出するまで本発明に係るＣＭＰ用溶液を利用し、Ｐｔ層を研磨する１次ＣＭＰ工程を行う段階、及び
層間絶縁膜用スラリーを利用し、前記露出した層間絶縁膜を研磨する２次ＣＭＰ工程を行う段階をさらに含むことができる。
【００４４】
前記工程をより詳しく説明すれば、ＣＭＰ装備の回転テーブルに形成された研磨パッドに前記Ｐｔ層が形成された素子を加圧接触した後、本発明に係るＰｔ ＣＭＰ用溶液を供給しながら前記Ｐｔ層を１次に研磨する。
【００４５】
このとき、ＣＭＰ研磨工程条件はＰｔの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下で、回転型装備の場合テーブル回転数を１０〜８０ｒｐｍに、又は線形式装備の場合テーブル移動速度を１００〜６００ｆｐｍにして行う。
【００４６】
その後、前記Ｐｔ層が研磨され層間絶縁膜が露出する時点で、前記１次研磨工程のＰｔ層と層間絶縁膜との研磨選択比の差で発生するディッシング現象を防止するため、緩衝作用（ｂｕｆｆｅｒｉｎｇ ｓｔｅｐ）の一つである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。このとき、研磨条件は前記１次研磨工程の条件と同様である。
【００４７】
前記１次及び２次ＣＭＰ工程で用いられる研磨パッドは研磨される（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）層、即ちＰｔ層の研磨特性に伴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、二つが共に積層された（ｓｔａｃｋ）パッド又は前記二つのパッドを共に用いることもある。
【００４８】
さらに、本発明ではＰｔ層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）或いはチタニウムナイトライド（ＴｉＮ）等の金属接着層（ａｄｈｅｓｉｏｎ ｌａｙｅｒ）を形成する段階をさらに含むことがある。
【００４９】
前記金属接着層を形成する段階を含むＰｔパターンの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を形成する段階、
（ｂ）前記結果物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Ｐｔ層を形成する段階、及び
（ｄ）本発明に係るＰｔ ＣＭＰ用溶液を用いて前記金属接着層が露出するまでＰｔ ＣＭＰ工程を行う段階、
（ｅ）金属用スラリーを利用し、前記層間絶縁膜が露出するまで前記金属接着層を研磨するＣＭＰ工程を行う段階、及び
（ｆ）層間絶縁膜用スラリーを利用し、前記層間絶縁膜に対し弱い研磨工程を行う段階を提供する。
【００５０】
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Ｐｔパターンは下部電極パターンに用いるのが好ましい。
前記工程をより詳しく説明すれば、ＣＭＰ装備の回転テーブルに形成された研磨パッドに、前記１次ＣＭＰ工程でＰｔ層が形成された半導体素子を加圧接触した後、本発明に係る酸化剤を含むＰｔ ＣＭＰ用溶液を供給しながら前記金属接着層が露出するまでＰｔ層を研磨する。
【００５１】
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下で、回転型装備の場合テーブル回転数を１０〜８０ｒｐｍに、又は線形式装備の場合テーブル移動速度を１００〜６００ｆｐｍにして行う。
【００５２】
その後、前記２次ＣＭＰ工程では金属用ＣＭＰスラリーを利用し、前記露出した金属接着層を層間絶縁膜が露出するまで研磨する。
【００５３】
その後、前記３次ＣＭＰ工程では前記層間絶縁膜が露出する時点で、金属接着層と層間絶縁膜との研磨選択比の差で発生するディッシング現象を防止するため、緩衝作用の一つとして、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。前記２次及び３次の研磨条件は、前記１次研磨条件と同様である。
さらに、前記２次及び３次研磨工程時に用いられる金属用ＣＭＰスラリー及び層間絶縁膜用ＣＭＰスラリーは一般的なものを用いる。
【００５４】
このような本発明に基づき製造されるＰｔ電極パターンは、図１に示されている通りである。
図１に示されているように、半導体基板１の上部に金属接着層３を形成した後、層間絶縁膜（図示省略）を順次形成する。
【００５５】
前記層間絶縁膜で下部電極が形成される所定の部位を一般のリソグラフィー工程でエッチングし、金属接着層３が露出した開口部及び層間絶縁膜パターン５を形成する。
前記結果物の全面に対しＰｔ層（図示省略）を電着した後、ＣＭＰ工程を行い下部電極としてのＰｔパターン７を形成する。
【００５６】
このとき、前記ＣＭＰ工程は回転テーブルに形成された研磨パッドに前記Ｐｔ層が形成された素子を加圧接触した後、０．１〜５ＭのＫＯＨに１〜１０ｖｏｌ％の過酸化水素を含んで製造された本発明に係るＰｔ ＣＭＰ用溶液を供給しながら、研磨圧力１〜３ｐｓｉ及び回転型装備のテーブル回転数１０〜８０ｒｐｍの条件下で層間絶縁膜が露出するまで前記Ｐｔ層を研磨する１次ＣＭＰ工程を行う。そして、層間絶縁膜が露出すれば層間絶縁膜用スラリーを利用した弱い研磨工程で層間絶縁膜を研磨する２次ＣＭＰ工程を行う。
【００５７】
前記１次及び２次ＣＭＰ工程で用いられる研磨パッドはソフトパッド、ハードパッド、二つが共に積層されたパッド又は前記二つのパッドを共に用いることができる。
【００５８】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づき詳しく説明する。但し、実施例は発明を例示するだけのもので、本発明が下記の実施例により限定されるのではない。
【００５９】
〔実施例１．本発明に係るＰｔ ＣＭＰ用溶液の製造〕
超純水１０００ｍＬにＫＯＨ１ｍｏｌｅを含み、１ＭのＫＯＨ水溶液を製造した後、これを攪拌しながら過酸化水素を前記ＫＯＨ水溶液の２ｖｏｌ％の濃度になるよう含んだ。前記結果物が完全に混合され安定化するまで、１０分以上さらに攪拌してＰｔ ＣＭＰ用溶液を製造した。
【００６０】
〔実験例１．本発明に係るＰｔ ＣＭＰ用溶液の化学的反応性〕
前記実施例１で製造した２ｖｏｌ％の過酸化水素が含まれた１ＭのＫＯＨ水溶液及び酸化剤を含まない１ＭのＫＯＨ水溶液にＰｔ層を沈漬した後、二つの溶液に電圧を印加してＰｔ表面で発生する電流を比較した結果を図２に示した。
電位が０．４Ｅ／ＶＡｇ／ＡｇＣｌの場合、酸化剤を含まない１ＭのＫＯＨ水溶液が１×１０−５Ａｍ−２の電流密度値を有することに比べ、２ｖｏｌ％の過酸化水素を含む１ＭのＫＯＨ水溶液は約０．０５Ａｍ−２の非常に高い電流密度値を示した。したがって、本発明に係るＰｔ溶液内のＰｔ層表面で酸化がより多く発生することが分かった。
【００６１】
〔実験例２．幾多の条件でのＰｔ表面の酸化〕
（ｉ）研磨剤にセリア（ＣｅＯ２）を用いながら、ｐＨ６の一般金属用スラリー（図３ａ参照）、（ｉｉ）１ＭのＫＯＨ水溶液（図４参照）、及び（ｉｉｉ）２ｖｏｌ％の酸化剤を含む１ＭのＫＯＨ水溶液（図５参照）にそれぞれＰｔを沈漬して酸化させた後、常温でＡＥＳ（Ａｕｇｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を利用して分当り５０Ａの速度でＰｔ表面を研磨し、酸化膜が形成された部分が全部除去される時間を測定した。
さらに、空気中にＰｔを露出させて酸化させた後、同一の速度でＰｔ表面を研磨して酸化した部分が全部除去される時間を測定した（図６参照）。
【００６２】
このとき、図３〜図６は研磨時間に対するＰｔ、Ｏ及びＣ等の元素濃度を示したもので、研磨初期にはＰｔの濃度よりＰｔ表面に形成された酸化膜の濃度が高かったが、徐々に研磨工程が進められるほど酸化膜の濃度が低くなり研磨されるＰｔの濃度が増加することが分かる。
前記研磨工程で、形成された酸化膜が除去されるまでの研磨時間で前記幾種類のスラリー内でＰｔ表面に酸化膜が浸透した深さの厚さ（Ａ）、即ちＰｔ表面を最も多く酸化させるスラリーが分かるので、これを下記表１に示した。
【００６３】
【表１】
このような結果に基づき、一般金属用スラリーより、本発明に係る酸化剤を含むアルカリ水溶液に沈漬されたＰｔ表面が最も多く酸化することが分かる。したがって、前記のように形成された酸化膜によりＰｔ層の研磨速度が増加し、研磨効果が向上する。
【００６５】
【発明の効果】
上述のように、本発明に係るアルカリ水溶液に酸化剤を添加したＣＭＰ用溶液をＰｔ研磨工程に利用する場合、低い圧力下でＰｔ層の研磨速度は向上させることができ、Ｐｔ層のディッシング現象を減少させることができ、従来の金属用スラリーと異なり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ることができるため、半導体工程上の段差の除去及び素子分離（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）工程に対する技術進歩をもたらすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により製造されたＰｔ電極の断面概略図である。
【図２】本発明に係る溶液を利用したＰｔ電位−電流関係図である。
【図３】幾多の溶液条件におけるＰｔ酸化膜の生成程度を示すグラフである。
【図４】幾多の溶液条件におけるＰｔ酸化膜の生成程度を示すグラフである。
【図５】幾多の溶液条件におけるＰｔ酸化膜の生成程度を示すグラフである。
【図６】幾多の溶液条件におけるＰｔ酸化膜の生成程度を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 半導体基板
３ 金属接着層
５ 層間絶縁膜パターン
７ Ｐｔパターン
Claims (20)
- アルカリ水溶液及び酸化剤を含むことを特徴とするＰｔ ＣＭＰ用溶液。
- 前記アルカリ水溶液はソジウムヒドリド、ポタシウムヒドリド、テトラメチルアンモニウムヒドリド、テトラアルキルアンモニウムヒドリド及びこれらの混合でなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載のＰｔ ＣＭＰ用溶液。
- 前記アルカリ水溶液の濃度は０．０１〜１０Ｍであることを特徴とする請求項１に記載のＰｔ ＣＭＰ用溶液。
- 前記アルカリ水溶液の濃度は０．１〜５Ｍであることを特徴とする請求項１に記載のＰｔ ＣＭＰ用溶液。
- 前記酸化剤は、過酸化水素又はフェリックナイトレートであることを特徴とする請求項１に記載のＰｔ ＣＭＰ用溶液。
- 前記酸化剤はアルカリ水溶液に対し、１〜５０ｖｏｌ％の濃度で含まれることを特徴とする請求項１に記載のＰｔ ＣＭＰ用溶液。
- 前記酸化剤はアルカリ水溶液に対し、１〜１０ｖｏｌ％の濃度で含まれることを特徴とする請求項１に記載のＰｔ ＣＭＰ用溶液。
- 前記ＣＭＰ用溶液はｐＨ８〜１４であることを特徴とする請求項１に記載のＰｔ ＣＭＰ用溶液。
- 前記ＣＭＰ用溶液はｐＨ１０〜１４であることを特徴とする請求項１に記載のＰｔ ＣＭＰ用溶液。
- （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）前記結果物上にＰｔ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に記載のＰｔ ＣＭＰ用溶液を用いて前記Ｐｔ層の全面に対するＰｔ ＣＭＰ工程を行う段階を含むことを特徴とするＰｔパターンの形成方法。 - 前記（ｃ）段階後、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Ｐｔパターンの形成方法。
- 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Ｐｔパターンの形成方法。
- 前記Ｐｔ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Ｐｔパターンの形成方法。
- （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Ｐｔ層を形成する段階、
（ｄ）前記金属接着層が露出するまで請求項１に記載のＰｔ ＣＭＰ用溶液を用い、Ｐｔ層の全面に対するＰｔ ＣＭＰ工程を行う段階、
（ｅ）前記金属接着層の全面に対し、層間絶縁膜が露出するまで金属用スラリーを利用したＣＭＰ工程を行う段階、及び
（ｆ）前記層間絶縁膜の全面に対し、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Ｐｔパターンの形成方法。 - 前記金属接着層は、チタニウム又はチタニウムナイトライドであることを特徴とする請求項１４に記載のＰｔパターンの形成方法。
- 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Ｐｔパターンの形成方法。
- 前記Ｐｔ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Ｐｔパターンの形成方法。
- ポタシウムヒドリド（ＫＯＨ）水溶液及び過酸化水素を含むことを特徴とするＰｔ ＣＭＰ用溶液。
- 前記Ｐｔ ＣＭＰ用溶液は、０．０１〜１０Ｍ濃度のポタシウムヒドリド水溶液及び前記ＫＯＨ水溶液内に１〜５０ｖｏｌ％で過酸化水素を含むことを特徴とする請求項１８に記載のＰｔ ＣＭＰ用溶液。
- （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Ｐｔ層を形成する段階、
（ｄ）前記金属接着層が露出するまでＰｔ層の全面に対し、請求項１８に記載のＰｔ ＣＭＰ用溶液を用いてＰｔ ＣＭＰ工程を行う段階、
（ｅ）前記金属接着層の全面に対して金属用スラリーを利用し、層間絶縁膜が露出するまでＣＭＰ工程を行う段階、及び
（ｆ）前記層間絶縁膜の全面に対し層間絶縁膜用スラリーを利用し、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Ｐｔパターンの形成方法。
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