JP2005514798A - 固定砥粒物を用いたｖｉｉｉ族金属含有表面の平坦化方法 - Google Patents
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Abstract
平坦化方法は、ＶＩＩＩ族金属含有表面（好ましくは白金含有表面）を提供することと、それを平坦化組成物の存在下で固定砥粒物との接触のために配置することとを含み、固定砥粒物は、基材の少なくとも１つの表面に付着された結合剤内に分散される約６．５モース（Ｍｏｈｓ）以下の硬度を有する複数の研磨粒子を含むことを特徴とする。
Description
［発明の分野］
本発明は、特に半導体素子の製造におけるＶＩＩＩ族金属含有（好ましくは白金含有）表面の平坦化のための方法に関する。
本発明は、特に半導体素子の製造におけるＶＩＩＩ族金属含有（好ましくは白金含有）表面の平坦化のための方法に関する。
［発明の背景］
半導体素子の製造中、さまざまな表面が形成される。これら表面の多くは均一高を有さず、したがってウェーハ厚も均一でない。さらに表面は、結晶格子損傷、引っ掻き傷、ざらつき、あるいは泥または埃の粒子の埋没といった欠陥を有し得る。実行される種々の製造方法、例えばリソグラフィーおよびエッチングに関しては、高さ不均一性およびウェーハの表面での欠陥は、低減されるかまたは排除されねばならない。このような低減および／または排除を提供するために、種々の平坦化技法が利用可能である。このような一平坦化技法としては、機械的および／または化学的−機械的研磨（本明細書中では「ＣＭＰ」と略記）が挙げられる。
半導体素子の製造中、さまざまな表面が形成される。これら表面の多くは均一高を有さず、したがってウェーハ厚も均一でない。さらに表面は、結晶格子損傷、引っ掻き傷、ざらつき、あるいは泥または埃の粒子の埋没といった欠陥を有し得る。実行される種々の製造方法、例えばリソグラフィーおよびエッチングに関しては、高さ不均一性およびウェーハの表面での欠陥は、低減されるかまたは排除されねばならない。このような低減および／または排除を提供するために、種々の平坦化技法が利用可能である。このような一平坦化技法としては、機械的および／または化学的−機械的研磨（本明細書中では「ＣＭＰ」と略記）が挙げられる。
平坦化の方法は、全チップおよびウェーハ上で物質を除去し、好ましくは平坦表面を達成するために用いられ、時として「全域平坦」と呼ばれる。従来的には、平坦化方法、特にＣＭＰは、ウェーハ、研磨パッド、および液体中の複数の研磨粒子の分散液を含む研磨スラリーを保持するウェーハキャリアの使用を含む。研磨スラリーは、それがウェーハと研磨パッドの界面に接触するよう適用される。テーブルまたはプラテンは、その上に研磨パッドを有する。研磨パッドは、一定の圧力でウェーハに適用されて、平坦化を実施する。ウェーハおよび研磨パッドのうちの少なくとも一方が、他方に対して動かされる。いくつかの平坦化方法では、ウェーハキャリアが回転することもあり、しないこともあり、テーブルまたはプラテンが回転することもあり、および／またはプラテンが回転とは相対して線運動で動かされ得る。異なる方式で本方法を実施する利用可能な多数の種類の平坦化装置が存在する。
ウェーハ製造における研磨スラリーの使用は、いくつかの理由のために問題があることが立証されている。第一に、分散体中に複数の研磨粒子を含有する研磨スラリーは不安定になりがちである。特に研磨粒子は沈降するだけでなく、塊状になる傾向もあり、両現象が不均一なスラリー組成物を生じる。これが次に、研磨結果の広範な変動性を引き起こす。第二に、スラリーの組成物は所望の平坦化方法に非常に特有である傾向がある、すなわちあるスラリーは種々の方法に適していない可能性がある、ということは当該技術分野内で既知である。
また従来の研磨パッドは、平坦化の難しさを有する。このようなパッドは、平坦化中に磨り減って研磨力がなくなり得るか、または破片を埋め込まれるようになる。これは、パッドが再使用することができるよう、パッドが状態調節される必要性を有する。状態調節は通常、溶液の適用を伴う場合も伴わない場合も、機械的手段を用いた研磨パッドからの破片の除去を含む。状態調節されたパッドは通常、状態調節中のパッド自体から破片の除去が予測不可能であることから、その後の予測不可能な平坦化結果をもたらす。
従来の研磨パッドの代わりに用いられる固定砥粒物も既知であり、平坦化方法に用いられる。このような固定砥粒物は、基材の少なくとも１つの表面に付着された結合剤内に分散される複数の研磨粒子を含む。ある情況に関しては、固定砥粒物は有益である。しかしながら従来の研磨スラリーは通常、多数の平坦化方法に関して固定砥粒物と不適合性であ
る。
る。
白金および他のＶＩＩＩ族金属を含む表面の平坦化は通常、それらが比較的化学的に不活性であるおよび／または比較的少ない揮発性生成物を有するため、研磨プロセスの間、化学作用より多くの機械的作用を含む。そのような機械的研磨材にはアルミナおよびシリカ粒子を用いる。残念ながら、機械的研磨材は、ともに白金の清浄除去というよりむしろ光学的に検出され得る欠陥（例えば引掻き傷および粒子）の生成を引き起こす傾向がある。
したがって、特に半導体素子の製造において、白金および他のＶＩＩＩ族金属を含む基板の曝露表面を平坦化するための方法が依然として必要とされている。
［発明の概要］
本発明は、白金および／または別のＶＩＩＩ族第２および第３周期金属（すなわち８、９および１０族、好ましくはＲｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、ＰｄおよびＰｔ）を含む表面の平坦化に関連した多数の問題を克服する方法を提供する。このような表面は、本明細書中では、白金含有表面、より一般的にはＶＩＩＩ族金属含有表面として言及される。「ＶＩＩＩ族金属含有表面」とは、本発明に従って（例えば化学的−機械的または機械的平坦化または研磨により）平坦化される層、被膜、コーティング等として提供され得る領域の組成物の好ましくは少なくとも約１０原子％、より好ましくは少なくとも約２０原子％、最も好ましくは少なくとも約５０原子％の量で存在するＶＩＩＩ族金属（特に白金）を有する曝露領域を指す。表面は、好ましくは１つまたは複数のＶＩＩＩ族金属を元素形態または（互いとの、および／または周期表の１つまたは複数の他の金属との）それらの合金の形態で含む（そして最も好ましくは本質的にそれらから成る）。すなわち、表面は、ケイ化物または酸化物において存在するような、かなりの量の非金属、例えばシリコンまたは酸素原子を含まない。
本発明は、白金および／または別のＶＩＩＩ族第２および第３周期金属（すなわち８、９および１０族、好ましくはＲｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、ＰｄおよびＰｔ）を含む表面の平坦化に関連した多数の問題を克服する方法を提供する。このような表面は、本明細書中では、白金含有表面、より一般的にはＶＩＩＩ族金属含有表面として言及される。「ＶＩＩＩ族金属含有表面」とは、本発明に従って（例えば化学的−機械的または機械的平坦化または研磨により）平坦化される層、被膜、コーティング等として提供され得る領域の組成物の好ましくは少なくとも約１０原子％、より好ましくは少なくとも約２０原子％、最も好ましくは少なくとも約５０原子％の量で存在するＶＩＩＩ族金属（特に白金）を有する曝露領域を指す。表面は、好ましくは１つまたは複数のＶＩＩＩ族金属を元素形態または（互いとの、および／または周期表の１つまたは複数の他の金属との）それらの合金の形態で含む（そして最も好ましくは本質的にそれらから成る）。すなわち、表面は、ケイ化物または酸化物において存在するような、かなりの量の非金属、例えばシリコンまたは酸素原子を含まない。
本発明の方法は、表面を平坦化することに関する。本明細書中では、従来的に理解されるように、「平坦化すること」または「平坦化」とは、機械的に、化学的にまたはその両方による表面からの物質（その物質が大量または少量の物質であろうと）の除去を指す。これは、研磨により物質を除去することも含む。本明細書中で用いる場合、「化学的−機械的研磨」および「ＣＭＰ」とは、化学的構成成分および機械的構成成分をともに有する二元的（dual）メカニズムを指すが、この場合、腐食化学および破壊力学の両方が、ウェーハ研磨の場合と同様に物質の除去に一役を演じる。
本発明の一態様において、基板（好ましくは半導体基板または基板アセンブリ、例えばウェーハ）のＶＩＩＩ族金属含有表面を固定砥粒物との界面に配置することと、界面近くに平坦化組成物を供給することと、固定砥粒物を用いてＶＩＩＩ族金属含有表面を平坦化することと、を含む平坦化方法が提供される。上記ＶＩＩＩ族金属は、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、パラジウム、白金およびそれらの組合せからなる群から選択される。上記固定砥粒物は、基材の少なくとも１つの表面に付着された結合剤内に分散される約６．５モース（Ｍｏｈｓ）以下の硬度を有する複数の研磨粒子を含む。
本発明の別の態様では、白金含有表面（好ましくは非平坦形状を有する表面）の少なくとも１つの領域を含む半導体基板または基板アセンブリを提供することと、固定砥粒物を供給することと、白金含有表面の少なくとも１つの領域と固定砥粒物との間の界面に平坦化組成物（好ましくは酸化剤および／または錯化剤、より好ましくは酸化剤を含む）を提
供することと、固定砥粒物で白金含有表面の少なくとも１つの領域を平坦化することとを含む平坦化方法が提供される。上記固定砥粒物は基材の少なくとも１つの表面に付着された結合剤内に分散される約６．５モース（Ｍｏｈｓ）以下の硬度を有する複数の研磨粒子を含む。
供することと、固定砥粒物で白金含有表面の少なくとも１つの領域を平坦化することとを含む平坦化方法が提供される。上記固定砥粒物は基材の少なくとも１つの表面に付着された結合剤内に分散される約６．５モース（Ｍｏｈｓ）以下の硬度を有する複数の研磨粒子を含む。
本明細書中で用いる場合、「半導体基板または基板アセンブリ」とは、半導体基層のような半導体基板、またはその上に形成される１つまたは複数の層、構造または領域を有する半導体基板を指す。半導体基層は通常、ウェーハ上にシリコン物質の最下層があるか、または別の物質の上に堆積されるシリコン層がある、例えばサファイア上にシリコンがある。基板アセンブリについて言及すると、領域、接合部、種々の構造または特徴、ならびに開口部、例えばバイアス（vias）、接触開口部、高アスペクト比開口部、導電性領域、接触領域等を形成または規定するために、種々のプロセス工程が従来用いられてきた可能性がある。例えば基板アセンブリは、金属線が電気的相互接続機能のために形成されるなど、金属化が実施されるべき構造であることに言及する可能性がある。
本発明のさらに別の態様は、キャパシタまたはバリア層を形成するのに用いるための平坦化方法を提供する。好ましくは、本方法は、ウェーハ上に形成される図案のある誘電層と、該図案のある誘電層上に形成されるＶＩＩＩ族金属含有層とを有するウェーハを提供することと、上記ＶＩＩＩ族金属はロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、パラジウム、白金およびそれらの組合せからなる群から選択され、白金含有層との接触のために固定砥粒物の第一部分を配置することと、固定砥粒およびＶＩＩＩ族金属含有層間の接触部に近接して平坦化組成物を供給することと、固定砥粒物で白金含有層を平坦化することとを含み、上記固定砥粒物は、基材の少なくとも１つの表面に付着された結合剤内に分散される約６．５モース（Ｍｏｈｓ）以下の硬度を有する複数の研磨粒子を含む。
本発明による方法のいずれかにおいて、固定砥粒物は好ましくは、複数の研磨粒子、例えばＣｅＯ2粒子、Ｙ2Ｏ3粒子、Ｆｅ2Ｏ3粒子またはそれらの混合物を含む。より好ましくは複数の研磨粒子の大多数はＣｅＯ2研磨粒子である。
本発明による方法のいずれかにおいて、平坦化組成物は通常研磨粒子を含まない。あるいはそして好ましくは、平坦化組成物は、酸化剤、錯化剤またはそれらの混合物を含む。
［好ましい実施形態の説明］
本発明は、白金および／または１つまたは複数の他の第２、第３周期ＶＩＩＩ族金属を含む表面の平坦化の方法を提供する。ＶＩＩＩ族金属は、ＶＩＩＩＢ族元素または周期表の８、９および１０族の遷移金属とも呼ばれる。第２および第３周期ＶＩＩＩＢ族金属としては、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｐｄ、ＰｔおよびＯｓが挙げられる。好ましくはＲｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｐｄおよび／またはＰｔを含む表面は、本発明の方法に従って平坦化され得る。このような表面は、本明細書中では、ＶＩＩＩ族金属含有表面と呼ばれる（これは、第２および／または第３周期遷移金属を含有するものを指す）。
本発明は、白金および／または１つまたは複数の他の第２、第３周期ＶＩＩＩ族金属を含む表面の平坦化の方法を提供する。ＶＩＩＩ族金属は、ＶＩＩＩＢ族元素または周期表の８、９および１０族の遷移金属とも呼ばれる。第２および第３周期ＶＩＩＩＢ族金属としては、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｐｄ、ＰｔおよびＯｓが挙げられる。好ましくはＲｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｐｄおよび／またはＰｔを含む表面は、本発明の方法に従って平坦化され得る。このような表面は、本明細書中では、ＶＩＩＩ族金属含有表面と呼ばれる（これは、第２および／または第３周期遷移金属を含有するものを指す）。
好ましくは「ＶＩＩＩ族金属含有表面」は、本発明に従って（例えば化学的−機械的または機械的平坦化または研磨により）平坦化される層、被膜、コーティング等として提供され得る領域の組成物の少なくとも約１０原子％、より好ましくは少なくとも約２０原子％、最も好ましくは少なくとも約５０原子％の量で存在するＶＩＩＩ族金属（特に白金）を有する曝露領域を指す。
このような表面、特に白金を含む表面の平坦化は通常、物質の清浄除去というよりむしろ、汚れおよび欠陥の形成を生じ得る比較的硬い粒子、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）およ
びシリカ（ＳｉＯ2）粒子を用いた機械的方法を含む。意外にも、約６．５モース（Ｍｏｈｓ）以下の硬度を有する研磨粒子を含む固定砥粒物の使用は、汚れおよび欠陥形成の問題を低減し、そしてしばしば排除する。このような粒子としては、例えば約６モース（Ｍｏｈｓ）の硬度を有するセリア（ＣｅＯ2）、同様に約５．５モース（Ｍｏｈｓ）の硬度を有する酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）、および約６．０の硬度を有する酸化第二鉄（Ｆｅ2Ｏ3）が挙げられる。これは、約８．５モース（Ｍｏｈｓ）〜約９．０モース（Ｍｏｈｓ）の範囲の硬度を有するアルミナ研磨粒子、および約７．５モース（Ｍｏｈｓ）からの範囲の硬度を有するシリカ研磨粒子と対照を成す。
びシリカ（ＳｉＯ2）粒子を用いた機械的方法を含む。意外にも、約６．５モース（Ｍｏｈｓ）以下の硬度を有する研磨粒子を含む固定砥粒物の使用は、汚れおよび欠陥形成の問題を低減し、そしてしばしば排除する。このような粒子としては、例えば約６モース（Ｍｏｈｓ）の硬度を有するセリア（ＣｅＯ2）、同様に約５．５モース（Ｍｏｈｓ）の硬度を有する酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）、および約６．０の硬度を有する酸化第二鉄（Ｆｅ2Ｏ3）が挙げられる。これは、約８．５モース（Ｍｏｈｓ）〜約９．０モース（Ｍｏｈｓ）の範囲の硬度を有するアルミナ研磨粒子、および約７．５モース（Ｍｏｈｓ）からの範囲の硬度を有するシリカ研磨粒子と対照を成す。
約６．５モース（Ｍｏｈｓ）以下の硬度を有する複数の研磨粒子を含む固定砥粒物が、平坦化組成物とともにまたは伴わずに、したがって種々の平坦化方法に、例えば機械的または化学的−機械的方法に用いられ得る。本発明による方法のいずれかにおいて、固定砥粒は、好ましくは複数のＣｅＯ2粒子、Ｙ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3またはそれらの混合物を含む。より好ましくは、複数の研磨粒子の大多数はＣｅＯ2粒子である。
通常研磨粒子は、平均で約１０ナノメートル（ｎｍ）〜約５，０００ｎｍ、さらにしばしば約３０ｎｍ〜約１，０００ｎｍの粒径（すなわち粒子の最大寸法）の範囲である。好ましい実施形態に関しては、適切な研磨粒子は約１００ｎｍ〜約３００ｎｍの平均粒径を有する。
注目に値すべきなのは、本発明の方法は、「非平面性」（すなわち「非平坦性」）形状を含む表面、すなわち表面の他の領域より高い領域を含む表面を平坦化するのに特に有益である、というのは意味がある。非平面形状を有する表面の例としては、波状層を有するもの、またはキャパシタの場合と同様の構造を有するものが挙げられる。通常「非平面性」（すなわち「非平坦性」）表面は、表面の他の領域より少なくとも約２，００オングストローム高い、好ましくは少なくとも約５００オングストローム高い、より好ましくは少なくとも約２，０００オングストローム高い領域を有する。本発明の方法に用いられる固定砥粒物は、平面性または平坦性である表面（例えば半導体基板アセンブリ中のブランケット層、あるいは高低差で約２００オングストローム未満である領域を有する他の表面）と比較して、非平面性形状を有する表面からの物質のより高い除去率での除去に寄与する。好ましくは非平面性形状を有する表面からの物質の除去率は、一般的平面または平坦表面からの物質の除去率の少なくとも約１０倍、そしてしばしば約２５倍という多さである。
注目に値すべきなのは、本発明の方法が、他の物質、二酸化ケイ素よりむしろ、表面から白金または他のＶＩＩＩ族金属を除去するのに特に有益である。これは、例えばかなりの量の酸化物層（例えばＴＥＯＳまたはＢＰＳＧ層）など下層を除去することなく、白金含有または他のＶＩＩＩ族金属含有層から物質を選択的に除去するに際して重要である。好ましくはＶＩＩＩ族金属が元素形態（合金を含む）である非平面形状を有するＶＩＩＩ族金属含有表面からの物質の除去に関する選択性は、誘電層からの物質（例えば二酸化ケイ素、窒化ケイ素、ＢＰＳＧ）に対して、化学およびプロセス条件によって、約１０：１〜約２５：１の範囲内である。この選択的比率は、例えば１つまたは複数の酸化剤および／または錯化剤を含む平坦化組成物の使用に伴ってさらに増大され得る。比較すると、ＶＩＩＩ族金属含有平面性（すなわち平坦性）表面からの物質の除去に関する選択性は、酸化物含有表面からの物質に対して、同一固定砥粒物およびプロセス条件を用いて、約１：１である。
選択性を増強するために、平坦化組成物は好ましくは本発明の方法に用いられる。好ましくは適切な組成物は、平坦化を助けるために酸化剤および／または錯化剤（より好ましくは酸化剤）、ならびに他の添加剤、例えば湿潤性を強化し、摩擦を低減するための界面
活性剤、所望の粘度を達成するための増粘剤、所望のｐＨを達成するための緩衝剤等を含む。好ましくは組成物は、これらの構成成分の水溶液である。より好ましくは平坦化組成物は、約１．５〜約３のｐＨを有する。好ましい酸化作用物質（すなわち酸化剤）としては、例えば硝酸セリウムアンモニウム、硫酸セリウムアンモニウム等が挙げられる。適切な平坦化組成物の例は、出願人の譲受人の同時係属中米国特許出願第１０／０２８，２４９号（２００１年１２月２１日出願、表題：酸化剤を用いたＶＩＩＩ族金属含有表面の平坦化方法（METHODS FOR PLANARIZATION OF GROUP VIII METAL-CONTAINING SURFACES USING OXIDIZING AGENTS）、第１０／０２８，０４０号（２００１年１２月２１日出願、表題：錯化剤を用いたＶＩＩＩ族金属含有表面の平坦化方法（METHODS FOR PLANARIZATION OF
GROUP VIII METAL-CONTAINING SURFACES USING COMPLEXING AGENTS）、および第１０／０３２，３５７号（２００１年１２月２１日出願、表題：酸化ガスを用いたＶＩＩＩ族金属含有表面の平坦化方法（METHODS FOR PLANARIZATION OF GROUP VIII METAL-CONTAINING
SURFACES USING OXIDIZING GASES）に開示されている。
活性剤、所望の粘度を達成するための増粘剤、所望のｐＨを達成するための緩衝剤等を含む。好ましくは組成物は、これらの構成成分の水溶液である。より好ましくは平坦化組成物は、約１．５〜約３のｐＨを有する。好ましい酸化作用物質（すなわち酸化剤）としては、例えば硝酸セリウムアンモニウム、硫酸セリウムアンモニウム等が挙げられる。適切な平坦化組成物の例は、出願人の譲受人の同時係属中米国特許出願第１０／０２８，２４９号（２００１年１２月２１日出願、表題：酸化剤を用いたＶＩＩＩ族金属含有表面の平坦化方法（METHODS FOR PLANARIZATION OF GROUP VIII METAL-CONTAINING SURFACES USING OXIDIZING AGENTS）、第１０／０２８，０４０号（２００１年１２月２１日出願、表題：錯化剤を用いたＶＩＩＩ族金属含有表面の平坦化方法（METHODS FOR PLANARIZATION OF
GROUP VIII METAL-CONTAINING SURFACES USING COMPLEXING AGENTS）、および第１０／０３２，３５７号（２００１年１２月２１日出願、表題：酸化ガスを用いたＶＩＩＩ族金属含有表面の平坦化方法（METHODS FOR PLANARIZATION OF GROUP VIII METAL-CONTAINING
SURFACES USING OXIDIZING GASES）に開示されている。
本発明の方法に用いるのに適した平坦化組成物は好ましくは、固定砥粒物と加工中の製作品の表面との界面に供給される場合、本質的に研磨粒子を含まない、と理解されるべきである。しかしながら、固定砥粒物および／または固定砥粒／表面界面で固定砥粒物から除去され得る研磨粒子の一方または両方を平坦化組成物と組合せることにより、平坦化は成し遂げられる、と意図される。いずれにしても、研磨粒子は通常最初に用いられる組成物中に存在しない。すなわちそれらは、研磨界面の外にある供給源から供給されない。
本発明に用いる適切な固定砥粒は既知であり、例えば米国特許第５，６９２，９５０号（Rutherford等）および国際特許公開公報ＷＯ９８／０６５４１に記載されている。概して固定砥粒は、基材の一表面に付着される三次元固定砥粒素子を形成する結合剤内に分散された複数の研磨粒子を含む。市販の固定砥粒物は、東京スミツカゲキ（Tokyo Sumitsu Kageki）およびエベラ株式会社（Ebera Corporation）（ともに日本）、ならびにミネソタ採鉱製造会社（Minnesota Mining and Manufacturing Company） (３Ｍカンパニー（Company）)（St. Paul, MN）から入手可能である。好ましい固定砥粒物の一例は、「ＳＷＲ１５９」の商品名で３Ｍカンパニー（Company）から市販されているセリアベースのパッドである。
図面は、本発明の方法についてのさらなる情報を提供する。図１Ａは、平坦化により除去される物質で充填された特徴を有する本発明による平坦化前のウェーハ１０の一部分を示す。ウェーハ部分１０は、その上に形成された接合部１６を有する基板アセンブリ１２を含む。次にキャパシタおよび／またはバリア層物質１９が基板アセンブリ１２および接合部１６上に形成される。キャパシタおよび／またはバリア層物質１９は、任意の導体、例えば白金または任意の他の適切な導電性第２または第３周期ＶＩＩＩ族金属含有キャパシタおよび／またはバリア物質であり得る。一般に、図１Ａに示したように、キャパシタおよび／またはバリア層１９の非平面性上面１３は、本発明に従って平坦化または他の加工処理を施される。その結果生じるウェーハ１０（図１Ｂに示す）は、ウェーハ１０の厚みが全ウェーハ１０全体で実質的に均一であるよう平坦化された上面１７を含み、したがってウェーハはここではキャパシタおよび／またはバリア構造層１４を含む。
図２Ａは、平坦化により除去される物質の共形層（conformal layer）を有する特徴を有する本発明による平坦化前のウェーハ２０の一部分を示す。ウェーハ部分２０は、その上に形成された図案のある誘電層２６を有する基板アセンブリ２２を含む。このような図案のある誘電層２６は、種々の構造に、特にキャパシタ構造に用いられ得る。図案のある誘電層２６は、金属領域間に電気絶縁性を提供する任意の物質（例えば二酸化ケイ素、窒化ケイ素またはＢＰＳＧ）から形成され得る。次に電極層２９が、基板アセンブリ２２および図案のある誘電層２６上に形成される。電極層２９は、白金または任意の他の適切な
導電性第２または第３周期ＶＩＩＩＢ族またはＩＢ族金属含有物質であり得る。一般に、図２Ａに示したように、電極層２９の非平面性上面２３は、本発明に従って平坦化または他の加工処理を施される。その結果生じるウェーハ２０（図２Ｂに示す）は、ウェーハ２０の厚みが全ウェーハ２０全体で実質的に均一であるよう平坦化された上面２７を含み、したがってウェーハはここでは、キャパシタ構造を形成するパターン誘電性物質２６内に絶縁された電導性領域２４を含む。所望により平坦化前に、共形層２９および開口部２４は平坦化後に除去されるフォトレジストまたは他の物質で被覆され、したがって研磨材は開口部２４中に落下しない。
導電性第２または第３周期ＶＩＩＩＢ族またはＩＢ族金属含有物質であり得る。一般に、図２Ａに示したように、電極層２９の非平面性上面２３は、本発明に従って平坦化または他の加工処理を施される。その結果生じるウェーハ２０（図２Ｂに示す）は、ウェーハ２０の厚みが全ウェーハ２０全体で実質的に均一であるよう平坦化された上面２７を含み、したがってウェーハはここでは、キャパシタ構造を形成するパターン誘電性物質２６内に絶縁された電導性領域２４を含む。所望により平坦化前に、共形層２９および開口部２４は平坦化後に除去されるフォトレジストまたは他の物質で被覆され、したがって研磨材は開口部２４中に落下しない。
図３に示したような一般的に例証した一平坦化アセンブリ１００は、ウェーハ部分１０（図１Ａおよび１Ｂに示す）がその一部であるウェーハ１０２を保持する回転ウェーハキャリアプラットフォーム１３５を含む。平坦化組成物は通常、固定砥粒物１４２およびウェーハ１０２間の界面にまたはその近くに導入される。固定砥粒物１４２は次に、プラテン１１０およびウェーハ１０２間に供給される。
図３に示したように、固定砥粒物１４２は連続方式で供給されるが、この場合、供給ロール１２０は、プラテン１１０およびウェーハ１０２間の研磨界面に延長固定砥粒物１４２を供給する。固定砥粒物１４２の一部分の研磨寿命が尽きた後、固定砥粒物１４２は前進させられて、巻き取りロール１２３に巻きつけられる。あるいは限定サイズの固定砥粒物は、離散的方式で、すなわち非連続的に用いるためにプラテン１１０に付着され得る。
任意選択で、平坦化前に固定砥粒物を予備湿潤させるのに役立ち得るステーション（図示せず）が提供されるが、あるいはそれは異なるウェーハの平坦化間に固定砥粒物を洗い流すのに役立ち得る。固定砥粒物１４２は、ステーションに進められ、回転ドラム１２２ａに極近接しておかれ、溶液がステーションに提供され、そしてウェーハと最終的に接触する固定砥粒表面に、例えば滴下、噴霧または他の計量分配手段により適用される。より好ましくは溶液は水溶液であり、より好ましくは溶液は水または本発明による平坦化組成物である。溶液の適用後、固定砥粒物１４２は次に、平坦化のためにウェーハの表面と接触するよう配置される。
固定砥粒物１４２は、平坦化プロセス中、平坦化組成物の存在下でウェーハ１０２の表面（例えば図１Ａに示したようなウェーハ１０の表面１３）と接触する。通常ホルダー１３２が取り付けられたキャリアアーム１３９に適用される下向力により、圧力がかけられ得るが、しかしプラテン１１０から適用され得る裏側圧力が本発明により検討される。好ましくは本発明による方法は、大気圧で、そして約４℃〜約６２℃の範囲の温度で実行される。一実施形態では、ウェーハホルダー１３２および／またはプラテン１１０はともに、当業者が容易に理解するように、モーターまたは駆動手段（図示せず）により回転され、動かされ得る。
ウェーハホルダー１３２は、矢印「Ｒ」により指示された円方向に選定速度でウェーハ１０２を回転し、そして固定砥粒物１４２の一部分を横切って、制御圧力下でウェーハ１０２を動かす。ウェーハ１０２は、それが動かされると、固定砥粒物１４２と接触する。当業者に既知であるように、ウェーハ１０２の表面と接触するようになる固定砥粒物１４２の面積は、ウェーハ１０２が動かされると変わる。例えば固定砥粒物１４２は、その後研磨されるウェーハが固定砥粒上の第二の位置に曝露されるよう、ウェーハの最大直径未満である距離を動かされ得る。好ましくは固定砥粒上の第二位置は、その直前に行なわれるウェーハの研磨に利用されなかった少なくとも一部分を含む。したがって固定砥粒上の第二位置の全部または一部は、その直前に行なわれるウェーハの研磨に利用されなかった部分を含み得る。固定砥粒物１４２が動かされ得る適切な距離の１つは、ウェーハの最大直径の約１．０％未満である。したがって約８インチ（約２０．３ｃｍ）の最大直径を有
するウェーハに関しては、固定砥粒物１４２が動かされ得る距離は約０．２５インチ（約０．６４ｃｍ）である。固定砥粒物１４２が動かされ得る別の適切な距離は、ウェーハの最大直径と実質的に等しい距離である。
するウェーハに関しては、固定砥粒物１４２が動かされ得る距離は約０．２５インチ（約０．６４ｃｍ）である。固定砥粒物１４２が動かされ得る別の適切な距離は、ウェーハの最大直径と実質的に等しい距離である。
供給系（図示せず）は、固定砥粒物１４２の頂上に、好ましくはウェーハ１０２の表面と固定砥粒物１４２との間の界面または接触区域にまたはその近くに、特定流量で平坦化組成物を導入する。平坦化組成物は、固定砥粒周囲の種々の位置に導入され得る。例えば平坦化組成物は、固定砥粒物１４２上から、例えば滴下、噴霧または他の計量分配手段により導入され得る。
図４に示したように、図３の線分Ａ−Ａに延びて、ウェーハキャリアプラットフォーム１３５のウェーハホルダー１３２中に直接組入れられた計量分配メカニズムに組成物を供給することにより、組成物はウェーハ／固定砥粒物界面にまたはその近くに導入され得る。複数の供給口１６０がウィーハホルダー１３２の外縁に沿って配置されており、これらの供給口１６０を通して組成物が計量分配される。組成物は、平坦化プロセス中、任意の所定時間で全部またはいくつかの供給口を通して計量分配され得る。図４に示したように、複数の供給口１６０の好ましい一配列は、ウェーハホルダー１３２のウェーハ付着部分１０２’の外周を取り巻いて存在するが、しかし他の配列も可能である。
ウェーハホルダー１３２は、好ましくは約２００〜６００ミリメートル／秒の速度で回転される。図５に示したように、ウェーハホルダー１３２は、好ましくは固定砥粒物１４２を含むプラテン１１０と接触して矢印「Ｃ」により示される経路で回転する。ウェーハホルダー１３２の速度はその場合、「Ｃ」の長さに関連する。ウェーハ１０２の表面は、固定砥粒物１４２が表面を平坦化し得るよう、固定砥粒物１４２に対して並列に保持される。
回転ウェーハホルダーに特に留意しながら上記で説明してきたが、しかし平坦化に関しては、ウェーハホルダーおよびプラテンはともに互いに対応して動くことができる、と理解されるべきである。例えばウェーハホルダーは旋回／回転し、そしてプラテンは回転するかまたは軌道を描いて回転することができる。さらにウェーハホルダーまたはプラテンは静止することができる。
上記の詳細な説明は、明瞭に理解するために示しただけである。不要な限定はないことがそれらから理解されるべきである。本発明は示され、説明された正確な詳細に限定されるものではなく、当業者に明らかな変更は、特許請求の範囲に規定された本発明内に含まれる。例えば上記の説明は半導体ベースの基板の平坦化に集中したが、一方、本発明の組成物および方法も、多数の他の考え得る用途の１つとして、例えばガラス製品およびコンタクトレンズの研磨に適用可能である。本明細書中に列挙した全ての特許、特許文書および出版物の全開示内容は、各々が個々に参照により援用された場合と同様に、参照により本明細書中で援用される。
１０ ． ウェーハ
１２ ． 基板アセンブリ
１３ ． 非平面性上面
１４ ． キャパシタおよび／またはバリア構造層
１６ ． 接合部
１６’． 接合部
１７ ． 実質的に均一であるよう平坦化された上面
１９ ． キャパシタおよび／またはバリア層物質
１９’． キャパシタおよび／またはバリア層物質
２０ ． ウェーハ
２２ ． 基板アセンブリ
２３ ． 非平面性上面
２４ ． 電導性領域
２６ ． 図案のある誘電層
２７ ． 実質的に均一であるよう平坦化された上面
２９ ． 電極層
１００ ． 平坦化アセンブリ
１０２ ． ウェーハ
１０２’． ウェーハ
１１０ ． プラテン
１２０ ． 供給ロール
１２２ａ． 回転ドラム
１２３ ． 巻き取りロール
１３２ ． ウェーハホルダー
１３５ ． ウェーハキャリアプラットフォーム
１３９ ． キャリアアーム
１４２ ． 固定砥粒物
１６０ ． 供給口
１２ ． 基板アセンブリ
１３ ． 非平面性上面
１４ ． キャパシタおよび／またはバリア構造層
１６ ． 接合部
１６’． 接合部
１７ ． 実質的に均一であるよう平坦化された上面
１９ ． キャパシタおよび／またはバリア層物質
１９’． キャパシタおよび／またはバリア層物質
２０ ． ウェーハ
２２ ． 基板アセンブリ
２３ ． 非平面性上面
２４ ． 電導性領域
２６ ． 図案のある誘電層
２７ ． 実質的に均一であるよう平坦化された上面
２９ ． 電極層
１００ ． 平坦化アセンブリ
１０２ ． ウェーハ
１０２’． ウェーハ
１１０ ． プラテン
１２０ ． 供給ロール
１２２ａ． 回転ドラム
１２３ ． 巻き取りロール
１３２ ． ウェーハホルダー
１３５ ． ウェーハキャリアプラットフォーム
１３９ ． キャリアアーム
１４２ ． 固定砥粒物
１６０ ． 供給口
Claims (38)
- 平坦化方法であって、
基板のＶＩＩＩ族金属含有表面を固定砥粒物との界面に配置することと、
前記界面に近接して平坦化組成物を供給することと、
前記固定砥粒物で前記基板表面を平坦化すること、
とを含み、
前記ＶＩＩＩ族金属はロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、パラジウム、白金およびそれらの組合せからなる群から選択され、
前記固定砥粒物は基材の少なくとも１つの表面に付着された結合剤内に分散される約６．５モース（Ｍｏｈｓ）以下の硬度を有する複数の研磨粒子を含むことを特徴とする、平坦化方法。 - 前記基板の前記ＶＩＩＩ族金属含有表面は非平坦形状を有する、請求項１に記載の平坦化方法。
- 前記基板の前記ＶＩＩＩ族金属含有表面は元素形態のＶＩＩＩ族金属またはその合金を含む、請求項１に記載の平坦化方法。
- 前記ＶＩＩＩ族金属含有表面は白金元素を含む、請求項３に記載の平坦化方法。
- 前記ＶＩＩＩ族金属含有表面は白金合金を含む、請求項３に記載の平坦化方法。
- 前記ＶＩＩＩ族金属は約１０原子％またはそれ以上の量で存在する、請求項１に記載の平坦化方法。
- 前記ＶＩＩＩ族金属は約２０原子％またはそれ以上の量で存在する、請求項６に記載の平坦化方法。
- 前記ＶＩＩＩ族金属は約５０原子％またはそれ以上の量で存在する、請求項７に記載の平坦化方法。
- 前記基板はウェーハである、請求項１に記載の平坦化方法。
- 前記複数の研磨粒子はＣｅＯ2、Ｙ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3またはそれらの混合物を含む、請求項１に記載の平坦化方法。
- 前記複数の研磨粒子の大多数がＣｅＯ2研磨粒子である、請求項１０に記載の平坦化方法。
- 前記平坦化組成物は酸化剤、錯化剤またはそれらの混合物を含む、請求項１に記載の平坦化方法。
- 前記ＶＩＩＩ族金属含有表面は誘電層に対して少なくとも約１０：１の選択的比率で除去される、請求項１に記載の平坦化方法。
- 平坦化方法であって、
白金含有表面の少なくとも１つの領域を含む半導体基板または基板アセンブリを提供することと、
固定砥粒物を供給することと、
前記白金含有表面の少なくとも１つの領域と前記固定砥粒物との間の界面に平坦化組成物を提供することと、
前記固定砥粒物で前記白金含有表面の少なくとも１つの領域を平坦化すること、
とを含み、
前記固定砥粒物は基材の少なくとも１つの表面に付着された結合剤内に分散される約６．５モース（Ｍｏｈｓ）以下の硬度を有する複数の研磨粒子を含むことを特徴とする、平坦化方法。 - 前記白金含有表面は非平坦形状を有する、請求項１４に記載の平坦化方法。
- 前記白金は約１０原子％またはそれ以上の量で存在する、請求項１４に記載の平坦化方法。
- 前記白金含有表面は白金元素を含む、請求項１４に記載の平坦化方法。
- 前記白金含有表面は白金合金を含む、請求項１４に記載の平坦化方法。
- 前記基板アセンブリはウェーハである、請求項１４に記載の平坦化方法。
- 前記複数の研磨粒子はＣｅＯ2、Ｙ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3またはそれらの混合物を含む、請求項１４に記載の平坦化方法。
- 前記複数の研磨粒子の大多数がＣｅＯ2研磨粒子である、請求項２０に記載の平坦化方法。
- 前記平坦化組成物は酸化剤、錯化剤またはそれらの混合物を含む、請求項１４に記載の平坦化方法。
- 前記ＶＩＩＩ族金属含有表面は酸化物層に対して少なくとも約１０：１の選択的比率で除去される、請求項１４に記載の平坦化方法。
- 平坦化方法であって、
非平坦形状を有する白金含有表面の少なくとも１つの領域を含む半導体基板または基板アセンブリを提供することと、
固定砥粒物を供給することと、
前記白金含有表面の少なくとも１つの領域と前記固定砥粒物との間の界面に平坦化組成物を提供することと、
前記固定砥粒物で前記白金含有表面の少なくとも１つの領域を平坦化すること、
とを含み、
前記固定砥粒物はＣｅＯ2、Ｙ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3およびそれらの組合せの群から選択される複数の研磨粒子を含むことを特徴とする、平坦化方法。 - 平坦化方法であって、
非平坦形状を有する白金含有表面の少なくとも１つの領域を含む半導体基板または基板アセンブリを提供することと、
固定砥粒物を供給することと、
前記白金含有表面の少なくとも１つの領域と前記固定砥粒物との間の界面に平坦化組成物を提供することと、
前記固定砥粒物で前記白金含有表面の少なくとも１つの領域を平坦化すること、
とを含み、
前記固定砥粒物は複数のＣｅＯ2研磨粒子を含むことを特徴とする、平坦化方法。 - 平坦化方法であって、
非平坦形状を有する白金含有表面の少なくとも１つの領域を含む半導体基板または基板アセンブリを提供することと、
固定砥粒物を供給することと、
前記白金含有表面の少なくとも１つの領域と前記固定砥粒物との間の界面に酸化剤、錯化剤またはそれらの組合せを含む平坦化組成物を提供することと、
前記固定砥粒物で前記白金含有表面の少なくとも１つの領域を平坦化すること、
とを含み、
前記固定砥粒物は複数のＣｅＯ2研磨粒子を含むことを特徴とする、平坦化方法。 - キャパシタまたはバリア層を形成するのに用いるための平坦化方法であって、
ウェーハ上に形成される図案のある誘電層と、該図案のある誘電層上に形成されるＶＩＩＩ族金属含有層とを有するウェーハを提供することと、
前記白金含有層との接触のために固定砥粒物の第一部分を配置することと、
前記固定砥粒および前記ＶＩＩＩ族金属含有層間の接触に近接して平坦化組成物を供給することと、
前記固定砥粒物で前記白金含有層を平坦化すること、
とを含み、
前記ＶＩＩＩ族金属はロジウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、パラジウム、白金およびそれらの組合せからなる群から選択され、
前記固定砥粒物は基材の少なくとも１つの表面に付着された結合剤内に分散される約６．５モース（Ｍｏｈｓ）以下の硬度を有する複数の研磨粒子を含むことを特徴とする、平坦化方法。 - 前記基板の前記ＶＩＩＩ族金属含有表面は元素形態のＶＩＩＩ族金属またはその合金を含む、請求項２７に記載の平坦化方法。
- 前記ＶＩＩＩ族金属含有表面は白金元素を含む、請求項２８に記載の平坦化方法。
- 前記ＶＩＩＩ族金属含有表面は白金合金を含む、請求項２７に記載の平坦化方法。
- 前記ＶＩＩＩ族金属は約１０原子％またはそれ以上の量で存在する、請求項２７に記載の平坦化方法。
- 前記ＶＩＩＩ族金属は約２０原子％またはそれ以上の量で存在する、請求項３１に記載の平坦化方法。
- 前記ＶＩＩＩ族金属は約５０原子％またはそれ以上の量で存在する、請求項３２に記載の平坦化方法。
- 前記基板はウェーハである、請求項２７に記載の平坦化方法。
- 前記複数の研磨粒子はＣｅＯ2、Ｙ2Ｏ3、Ｆｅ2Ｏ3またはそれらの混合物を含む、請求項２７に記載の平坦化方法。
- 前記複数の研磨粒子の大多数がＣｅＯ2研磨粒子である、請求項３５に記載の平坦化方法。
- 前記平坦化組成物は酸化剤、錯化剤またはそれらの混合物を含む、請求項２７に記載の平坦化方法。
- 前記ＶＩＩＩ族金属含有表面は酸化物層に対して少なくとも約１０：１の選択的比率で除去される、請求項２７に記載の平坦化方法。
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