JP2005514799A - ハロゲンおよびハロゲン化物塩を用いた金属含有表面の平坦化方法 - Google Patents

ハロゲンおよびハロゲン化物塩を用いた金属含有表面の平坦化方法 Download PDF

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Abstract

平坦化方法は、金属含有表面（好ましくはＶＩＩＩ族金属含有表面、およびより好ましくは白金含有表面）を提供すること、およびそれをハロゲンおよびハロゲン化物塩を含む平坦化組成物の存在下で研磨表面との接触のために配置することを含む。

Description

［発明の分野］
本発明は、特に半導体素子の製造における金属含有（好ましくはＶＩＩＩ族、より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］
金属および金属酸化物の、特にＶＩＩＩ族の重い元素の被膜は、種々の電子的および電気化学的用途のために重要になりつつある。これは少なくとも、ＶＩＩＩ族金属被膜の多くが一般に酸化に対して不活性、耐酸化性であるかまたは酸素の拡散を遅延しそして良好な導体であるためである。これらの金属の特定の酸化物もこれらの特性を保有するが、しかしおそらくは程度が異なる。
したがってＶＩＩＩ族金属、それらの合金および金属酸化物、特に第２および第３周期金属（例えばＲｕ、Ｏｓ、Ｒｈ、Ｉｒ、ＰｄおよびＰｔ）の被膜は、集積回路における種々の使用のための適切な特性を有する。例えば、それらはバリア材のために集積回路に用いられ得る。それらは特に、誘電体とメモリデバイス中のシリコン基板との間のバリア層として用いるのに適している。さらにそれらは、キャパシタ中でプレート（すなわち電極）それ自体として適している。
白金は、高誘電キャパシタのための電極として用いるための候補の１つである。キャパシタは、ランダムアクセスメモリデバイス中の基礎電荷蓄積デバイス、例えば動的ランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）デバイス、静的ランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）デバイスおよびここでは強誘電性メモリ（ＦＥ ＲＡＭ）デバイスである。それらは２つの導体、例えば平行金属またはポリシリコンプレートから成り、これらは誘電体物質（ＦＥ ＲＡＭのための強誘電性誘電性物質）により互いに絶縁された電極（すなわち蓄積ノード電極および電池プレートキャパシタ電極）として作用する。したがって、ＶＩＩＩ族金属含有被膜、好ましくは白金含有被膜の加工処理のための方法および材料が引き続き必要とされている。
特に半導体素子のウェーハ製造において、ＶＩＩＩ族金属含有被膜の形成中に生じる多数の表面は均一高を有さず、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。さらにまた下にある基板に対する選択性を有する構造を形成するために余分の物質が除去される必要があり得る。基板の上面の平坦除去も特定の特徴を絶縁させるのに使用される。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、ならびに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ホルダーの使用を含む。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。テーブルおよびプラテンは、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、ウェーハホルダー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、しないこともあり、および／またはプラテンが回転と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。あるいは研磨パッドおよび研磨スラリーは、基材の少なくとも１つの表面に付着される結合剤内に分散された複数の研磨粒子を含む固定砥粒物に置き換えられ得る。
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、化学的−機械的研磨ではなく、機械的研磨を含む。そのような機械的研磨材にはアルミナおよびシリカまたは他の研磨粒子を用いて物理的に金属を除去する。残念ながら、機械的研磨材は、金属を汚す（例えば変形させる）傾向があり、ウェーハ表面の望ましくない部分の金属を残し、金属自体またはウェーハ表面の他の領域に引掻き傷を残す。さらにまた多数の市販研磨スラリーは、物質が全く除去されないかまたはその結果生じる表面がその中に欠陥を有するため、白金または他のＶＩＩＩ族金属含有表面を有効に平坦化しない。
したがって、特に半導体素子の製造において、白金および／または他の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。
［発明の要約］
本発明は、表面、特に白金、ＶＩＩＩＢ族金属および／またはＩＢ族金属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。好ましくは本発明の方法は、ＶＩＩＩＢ族（すなわちＲｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｐｄ、ＯｓおよびＰｔを含む８、９および１０族）およびＩＢ族（すなわちＡｕおよびＡｇ）の第２および第３周期金属のうちの少なくとも１つを含有する表面の平坦化のために有効である。より好ましくは本発明の方法は、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、ＰｄおよびＰｔのうちの少なくとも１つを含有する表面の平坦化のために有効である。このような表面は、本明細書中では、「金属含有表面」として言及される。すなわち「金属含有表面」とは、存在する金属、好ましくは存在するＶＩＩＩＢ族およびＩＢ族のうちの少なくとも１つの金属を有する曝露領域を指す。このような曝露表面では、金属は、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。表面は、好ましくは１つまたは複数のＶＩＩＩＢ族金属および／またはＩＢ族を元素形態または（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、ならびにその酸化物、窒化物およびケイ化物の形態で含む。より好ましくは表面は、元素形態またはそのような金属のみの合金の形態で１つまたは複数のＶＩＩＩＢ族およびＩＢ族金属を含む（そして最も好ましくは本質的にそれらから成る）。
本発明の方法は、好ましくはその中に（その中に分散または溶解された）ハロゲン含有化合物およびハロゲン化物塩を含む平坦化組成物を用いて表面を平坦化することを含む。ハロゲン含有化合物の好ましい群としては、ハロゲン（例えばＦ２、Ｃｌ２、Ｂｒ２およびＩ２）、ハロゲン間化合物（例えばＣｌＢｒ、ＩＢｒ、ＩＣｌ、ＢｒＦ、ＣｌＦ、ＣｌＦ３、ＢｒＦ３、ＣｌＦ５、ＩＦ５およびＩＦ７）およびハロゲン生成化合物（例えばＸｅＦ２、ＨｇＦ２、ＳＦ４、アルキルハロゲン化物およびＸ２と有機塩基の錯体）が挙げられる。ハロゲン化物塩は、無機塩（例えばＮａＩ、ＫＣｌ、ＫＢｒおよびＮＨ４Ｆ）、または有機塩（例えばＥｔ４ＮＢｒ、Ｍｅ３ＮＨＣｌおよびＭｅ４ＮＦ）であり得る。
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。
好ましくはハロゲン含有化合物は、少なくとも約０．１重量％の量で、より好ましくは約５０重量％以下の量で組成物中に存在する。最も好ましくはハロゲン含有化合物は、約１重量％〜約１０重量％の量で組成物中に存在する。
好ましくはハロゲン化物塩は、少なくとも約０．１重量％の量で、より好ましくは約５０重量％以下の量で組成物中に存在する。最も好ましくはハロゲン化物塩は、約１重量％〜約１０重量％の量で組成物中に存在する。
平坦化組成物は任意選択で研磨粒子を含み、それにより研磨スラリーを生じ得るし、その中に埋め込まれた研磨粒子を有さない従来の研磨パッドとともに平坦化技法に用いられ得る。あるいはその中に研磨粒子を有さない平坦化組成物は、従来の研磨パッドの代わりに固定砥粒物（砥粒研磨パッドとも呼ばれる）とともに用いられ得る。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た複数の研磨粒子を含む。ハロゲン含有化合物および／またはハロゲン化物塩が研磨粒子を有する組成物（すなわち研磨スラリー）中で安定でない場合、それらは別個の送出系によりおよび／または別個の組成物中に提供され、使用時点で混合され得る。あるいは組成物は、界面活性剤、キレート剤、相間移動触媒、乳化剤または他の溶媒の添加により安定化され得る。
本発明の一態様において、以下の：基板（好ましくは半導体基板または基板アセンブリ、例えばシリコンウェーハ）の金属含有表面を研磨表面との界面に配置すること、界面近くに平坦化組成物を供給すること、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。金属含有表面は、ＶＩＩＩＢ族金属、ＩＢ族金属およびそれらの組合せからなる群から選択される金属を含む。平坦化組成物は、ハロゲン含有化合物およびハロゲン化物塩を含む。本明細書中では、「１つの（a）」または「１つの（an）」または「その（the）」とは、「１つまたは複数の」または「少なくとも１つの」を意味する。したがってハロゲン含有化合物およびハロゲン化物塩の種々の組合せは、本明細書中に記載された平坦化組成物に用いられ得る。
本発明の別の態様において、以下の：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、研磨表面を提供すること、白金含有表面の少なくとも１つの領域および研磨表面間の界面に平坦化組成物を提供すること、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であって、平坦化組成物はハロゲン含有化合物およびハロゲン化物塩を含む平坦化方法が提供される。
本発明のさらに別の態様において、以下の：基板の金属含有表面を研磨表面との界面に配置することであって、金属含有表面はＶＩＩＩＢ族金属、ＩＢ族金属およびそれらの組合せからなる群から選択される金属を含む、界面に近接して平坦化組成物を供給すること、および基板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。この実施形態において、平坦化組成物は、以下の：Ｆ２、Ｃｌ２、Ｂｒ２、Ｉ２、ＣｌＢｒ、ＩＢｒ、ＩＣｌ、ＢｒＦ、ＣｌＦ、ＣｌＦ３、ＢｒＦ３、ＣｌＦ５、ＩＦ５、ＩＦ７、ＸｅＦ２、ＨｇＦ２、ＳＦ４、アルキルハロゲン化物およびＸ２と有機塩基の錯体ならびにそれらの組合
せからなる群から選択されるハロゲン含有化合物、およびＮａＩ、ＫＣｌ、ＫＢｒ、ＮＨ４Ｆ、Ｅｔ４ＮＢｒ、Ｍｅ３ＮＨＣｌ、Ｍｅ４ＮＦおよびそれらの組合せからなる群から選択されるハロゲン化物塩を含む。
本発明のさらに別の態様において、以下の：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、研磨表面を提供すること、白金含有表面の少なくとも１つの領域および研磨表面間の界面に平坦化組成物を提供すること、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。この実施形態において、平坦化組成物は、以下の：Ｆ２、Ｃｌ２、Ｂｒ２、Ｉ２、ＣｌＢｒ、ＩＢｒ、ＩＣｌ、ＢｒＦ、ＣｌＦ、ＣｌＦ３、ＢｒＦ３、ＣｌＦ５、ＩＦ５、ＩＦ７、ＸｅＦ２、ＨｇＦ２、ＳＦ４、アルキルハロゲン化物およびＸ２と有機塩基の錯体ならびにそれらの組合せからなる群から選択されるハロゲン含有化合物、およびＮａＩ、ＫＣｌ、ＫＢｒ、ＮＨ４Ｆ、Ｅｔ４ＮＢｒ、Ｍｅ３ＮＨＣｌ、Ｍｅ４ＮＦおよびそれらの組合せからなる群から選択されるハロゲン化物塩を含む。
本発明はまた、相互連結を形成するのに用いるための平坦化方法であって、以下の：その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金属含有層とを有する半導体基板または基板アセンブリを提供することであって、金属含有層はＶＩＩＩＢ族金属、ＩＢ族金属およびそれらの組合せからなる群から選択される金属を含み、金属含有層との接触のための研磨表面の第一部分を配置すること、研磨表面と金属含有層との間の接触部に近接して平坦化組成物を供給すること、金属含有層を平坦化することとを含み、平坦化組成物はハロゲン含有化合物およびハロゲン化物塩を含む平坦化方法を提供する。
本発明はさらに、相互連結を形成するのに用いるための平坦化方法であって、以下の：その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金属含有層とを有する半導体基板または基板アセンブリを提供することであって、金属含有層はＶＩＩＩＢ族金属、ＩＢ族金属およびそれらの組合せからなる群から選択される金属を含み、金属含有層との接触のための研磨表面の第一部分を配置すること、研磨表面と金属含有層との間の接触に近接して平坦化組成物を供給すること、金属含有層を平坦化することとを含む平坦化方法を提供する。この実施形態において、平坦化組成物は、以下の：Ｆ２、Ｃｌ２、Ｂｒ２、Ｉ２、ＣｌＢｒ、ＩＢｒ、ＩＣｌ、ＢｒＦ、ＣｌＦ、ＣｌＦ３、ＢｒＦ３、ＣｌＦ５、ＩＦ５、ＩＦ７、ＸｅＦ２、ＨｇＦ２、ＳＦ４、アルキルハロゲン化物およびＸ２と有機塩基の錯体ならびにそれらの組合せからなる群から選択されるハロゲン含有化合物、およびＮａＩ、ＫＣｌ、ＫＢｒ、ＮＨ４Ｆ、Ｅｔ４ＮＢｒ、Ｍｅ３ＮＨＣｌ、Ｍｅ４ＮＦおよびそれらの組合せからなる群から選択されるハロゲン化物塩を含む。
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、あるい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、ウェーハ上のシリコン物質の最下層または別の物質の上に堆積されるシリコン層、例えばサファイア上のシリコンである。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、および開口部、例えばキャパシタプレートまたはキャパシタのためのバリア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。
［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ＶＩＩＩＢ族および／またはＩＢ族金属を含む表面の平坦化方法を提供する。ＶＩＩＩＢ族金属は、ＶＩＩＩ族元素または周期表の８、９および１０族の遷移金属としても言及される。ＩＢ族金属としては、銅三
つ組み元素（Ｃｕ、ＡｇおよびＡｕ）が挙げられる。ＩＢおよびＶＩＩＩＢ族の第２および第３周期金属が好ましく、例としてはＲｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｏｓ、ＡｕおよびＡｇが挙げられる。本発明の方法により平坦化され得る特に好ましい表面は、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｐｄおよび／またはＰｔを含む。このような表面は、本明細書中では、金属含有表面として言及される（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）。
本明細書中では「金属含有表面」は、存在する金属を有する曝露領域を含む。このような曝露領域では、金属は、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。
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／またはシリカ（ＳｉＯ２）粒子を用いた機械的方法を含む。意外にも、組成物中の複数の研磨粒子とまたは固定砥粒物と組合せてハロゲン含有化合物およびハロゲン化物を含む平坦化組成物の使用は、欠陥形成の問題を低減し、そしてしばしば排除する。
平坦化組成物は、スラリー平坦化（すなわち研磨粒子を含まない研磨パッドを用いた、平坦化組成物が研磨粒子を含む従来の平坦化方法）に、あるいは固定砥粒平坦化に用いられ得る。したがって本明細書中で用いる場合、「研磨表面」とは、研磨パッドまたは固定砥粒物を指す。好ましくはスラリー平坦化は、本発明の方法に用いられる。好ましくは平坦化組成物中に存在する場合、組成物は、組成物の総重量に対して約１重量％〜約３０重量％、より好ましくは約１重量％〜約１５重量％の量で研磨粒子を含む。
広範な種々の研磨粒子は、研磨スラリー中にまたは固定砥粒物中に用いられ得る。通常このような研磨粒子は、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。
適切な研磨粒子の例としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）、セリア（ＣｅＯ２）、チタニア（ＴｉＯ２）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）二酸化タンタル（ＴａＯ２）および酸化ニオブ（ＮｂＯ２）が挙げられるが、これらに限定されない。好ましい研磨粒子としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）、セリア（ＣｅＯ２）、チタニア（ＴｉＯ２）およびジルコニア（ＺｒＯ２）が挙げられる。所望により、研磨粒子の種々の組合せが用いられ得る。
本発明による特定の方法では、好ましくは複数の研磨粒子（研磨スラリー中または固定砥粒物中）の大多数はＡｌ２Ｏ３粒子である。
平坦化組成物は、その中に（その中に溶解または分散された）ハロゲン含有化合物およびハロゲン化物塩を含む。好ましいこのような化合物は、そのまま（ｉｎ ｓｉｔｕ）でＸ３ −種を生成する。限定的であるよう意図しないが、しかしこの種は金属の除去を助ける化学的反応種である、と考えられる。
ハロゲン含有化合物の好ましい群としては、ハロゲン、ハロゲン間化合物およびハロゲン生成化合物が挙げられる。ハロゲンとしては、Ｆ２、Ｃｌ２、Ｂｒ２およびＩ２が挙げられる。ハロゲン間化合物は一般に、４つの化学量論：ＸＹ、ＸＹ３、ＸＹ５およびＸＹ
７（式中、Ｘは重ハロゲンである）で存在する。いくつかの三元化合物、例えばＩＦＣｌ２およびＩＦ２Ｃｌも既知である。六原子系に関しては、フッ化物のみが既知である。本発明で用いるための好ましいハロゲン間化合物としては、例えばＣｌＢｒ、ＩＢｒ、ＩＣｌ、ＢｒＦ、ＣｌＦ、ＣｌＦ３、ＢｒＦ３、ＣｌＦ５、ＩＦ５およびＩＦ７が挙げられる。ハロゲン生成化合物としては、例えばＸｅＦ２、ＨｇＦ２、ＳＦ４、アルキルハロゲン化物およびＸ２と有機塩基の錯体、例えばＮＲ３（ここで、Ｒは有機基、好ましくはＣ１〜Ｃ３０有機基である）、ジオキサン、クラウンエーテル、アザクラウン等が挙げられる。
より好ましい群のハロゲン含有化合物としては、ＸｅＦ２、Ｂｒ２、Ｃｌ２およびＩ２が挙げられる。最も好ましい群のハロゲン含有化合物としては、ＸｅＦ２およびＢｒ２が挙げられる。ハロゲン含有化合物は、室温で固体、液体または気体であり得る。好ましくはそれらは、平坦化組成物に用いられる液体媒体中で可溶性である。このようなハロゲン含有化合物の種々の組合せが用いられ得る。
好ましくはハロゲン含有化合物は、組成物の総重量に対して、少なくとも約０．１重量％の量で、より好ましくは約５０重量％以下の量で組成物中に存在する。最も好ましくはハロゲン含有化合物は、組成物の総重量に対して、約１重量％〜約１０重量％の量で組成物中に存在する。
ハロゲン化物塩は、無機塩（例えばＮａＩ、ＫＣｌ、ＫＢｒおよびＮＨ４Ｆ）、または有機塩（例えばＥｔ４ＮＢｒ、Ｍｅ３ＮＨＣｌおよびＭｅ４ＮＦ）であり得る。好ましい群のハロゲン化物塩としては、ＫＢｒ、ＫＣｌおよびＮＨ４Ｆが挙げられる。ハロゲン化物塩は、通常室温で固体である。このようなハロゲン含有化合物の種々の組合せが用いられ得る。
好ましくはハロゲン化物塩は、組成物の総重量に対して、少なくとも約０．１重量％の量で、より好ましくは約５０重量％以下の量で組成物中に存在する。最も好ましくはハロゲン化物塩は、組成物の総重量に対して、約１重量％〜約１０重量％の量で組成物中に存在する。
ハロゲン含有化合物およびハロゲン化物塩は、通常平坦化組成物中の液体媒体中に溶解されるが、しかしそれらは分散されることもある。液体媒体は通常水であるが、しかし特に水との混合物中に用いられる場合、有機液体、例えばメタノール、アセトニトリル、アセトン、グリコールが用いられ得る。所望により、液体の種々の組合せが用いられ得る。
他の添加剤は、所望の作用のために同様に含まれ得る。例えば本発明の組成物の安定性を強化するために、界面活性剤、キレート剤、相間移動触媒、乳化剤または他の溶媒が用いられ得る。界面活性剤（例えばポリエチレングリコール、ポリオキシエチレンエーテルまたはポリプロピレングリコール）も湿潤性を強化し、摩擦を低減するために用いられ得る。他の添加剤としては、所望の粘度を達成するための増粘剤（例えばＣＡＲＢＯＰＯＬ）、所望のｐＨを達成するための緩衝剤（例えば有機酸塩）が挙げられるが、これらに限定されない。好ましくは組成物は、これらの構成成分の水溶液である。
特定の実施形態に関しては、平坦化組成物は複数の研磨粒子を含む。他の実施形態に関しては、平坦化組成物は、固定砥粒物および製作品表面の界面に供給される場合、本質的に研磨粒子を含まない。しかしながらこれら後者の実施形態では、平坦化は、平坦化組成物と組合せて、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により成し遂げられる、と意図される。いずれにしても、研磨粒子は通常、最初に適用されたのと同様に組成物中に存在するわけではなく、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。
好ましくは本発明による方法は、大気圧で、そして約４０°Ｆ（約４℃）〜約１４５°Ｆ（約６２℃）、より好ましくは約２４°Ｃ〜約１１５°Ｆ（約４６℃）の温度で実行される。しかしながら多くの場合、固定砥粒物を用いた金属の平坦化中は周囲温度またはそれより低い温度を保持するのが望ましい。これは、低スラリー温度が平坦化中のスラリー組成物中の研磨粒子の不十分な分散を生じると思われるスラリー平坦化においては（すなわち平坦化組成物が研磨粒子を含む従来の平坦化方法においては）実際的であることは稀である。したがってスラリー平坦化中は高温が通常利用されるが、温度が高すぎると平坦化組成物の酸化ガス濃度が低くなりすぎる可能性がある。
本発明の方法を実施するための種々の平坦化アセンブリまたはユニットは容易に利用可能であり、添付の特許請求の範囲に記載されているような本発明の範囲により明確に意図される。このような平坦化アセンブリは、平坦化を達成するための種々の方法で、例えば回転、移動、圧力などにより、研磨パッドまたは固定砥粒物と基板表面（例えばウェーハ表面）との間に界面を作り得る。平坦化組成物は通常、種々の方法により、例えば滴下、噴霧または他の計量分配手段により、あるいは研磨パッドを予備浸漬することにより、界面またはその近くに導入されるが、しかし導入の他の位置および方法であっても使用され得る。
通常の平坦化機械において、研磨パッドは、プラテンまたはテーブル、通常吸引を用いて基板（例えばウェーハ）を支持するために基板ホルダーを含むキャリアアセンブリ、ならびにプラテンを回転させるおよび／または往復運動させるためのドライブアセンブリおよび／または平坦化中に基板ホルダーを回転させるおよび／または平行移動させるためのドライブアセンブリ上に固定される。したがって従来の平坦化機械は、キャリアアセンブリ、研磨パッドを、またはキャリアアセンブリと研磨パッドの両方を回転させる。概して平坦化機械は、その硬度が研磨粒子の硬度より低く、基板へのその付着が元の表面物質より低い基板の表面で平坦化反応生成物を生成し、そして研磨粒子を用いて反応生成物を除去するために用いられる。
通常研磨パッドは、その中に埋没された研磨粒子を伴ってまたは伴わずに、円板形にされて、一定速度または可変速度で固定平面および軸の周りを回転可能である。通常、回転速度は、約２回転／分（ｒｐｍ）〜約２００ｒｐｍの範囲である。
通常研磨パッドは、平坦化組成物で予備浸漬され、引き続き再湿潤される。研磨パッドがその中に埋没された研磨粒子を含まず、平坦化組成物が研磨粒子を含む場合には、これは研磨スラリーと呼ばれる。平坦化組成物は、種々の技法を用いて研磨パッドと基板表面との間の界面に適用され得る。例えば組成物の構成成分部分は、別個に適用され、界面でまたは界面との接触直前に混合され得る。平坦化組成物は、パッドを通してそれをポンプ輸送することにより適用され得る。あるいはそれはパッドの前縁に適用され得るが、しかしこれは、平坦化されている表面全体の平坦化組成物の均一分布（これが望ましい）を提供しない可能性がある。
研磨パッドは、研磨スラリーとともに用いられる広範な種々の従来の研磨パッドのいずれかであり得る。それらは、ポリウレタン、ポリエステル、アクリル、アクリル酸エステルコポリマー、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、セルロース、セルロースエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリシロキサン、ポリカーボネート、エポキシド、フェノール樹脂等のような物質から製造され得る。それらの例としては、例えばポリウレタンベースの発泡物質が挙げられるが、この場合、パッドの発泡セル壁がウェーハ表面での反応生成物の除去を助長し、そしてパッド内の孔がパッド／ウェーハ界
面へのスラリーの供給を助ける。それらは、表面パターンをエンボス加工することにより形成され得る凹凸特徴を含み得る。例えば研磨パッドは、より均一なスラリー送出およびより有効な破片除去のために、パッドの表面の同心楕円の連続溝を有し得る。市販の研磨パッドは、「ＵＲＩＩ」、「Ｓｙｃａｍｏｒｅ」および「Ｐｏｌｙｔｅｘ」の商品名でRodel (Phoenix, AZ)から入手可能である。研磨パッドの例は、米国特許第６，０３９，６３３号（Chopra）にも開示されている。
概して固定砥粒物は、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。それらは、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。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。このような固定砥粒物は、平坦化組成物中に研磨粒子を伴ってまたは伴わずに、本明細書中に記載されたような平坦化組成物とともに用いられ得る。
各平坦化周期の継続期間を低減するために高研磨率（すなわち物質が基板から除去される比率）を有することは非常に望ましく、研磨率は、好ましくは均一平坦表面を生じるために基板全体で均一である。好ましくは研磨率は、精確な、再現可能な結果を提供するよう制御される。また好ましくは、平坦化プロセスは、一周期で（すなわち一工程で）実行される。すなわち、特定表面からの任意の物質の除去のためには、任意の介入すすぎ周期を伴わずに１回のみの平坦化周期が存在する。次にこの平坦化プロセスの後には、通常研磨粒子が用いられない後平坦化清浄プロセスが続く。
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、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図案のある誘電層１６を有する基板アセンブリ１２を含む。このような図案のある誘電層１６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１６は、金属領域（例えば二酸化ケイ素、窒化ケイ素またはＢＰＳＧ）間に電気絶縁性を提供する任意の物質から形成され得る。次に電極層１９が基板アセンブリ１２および図案のある誘電層１６上に形成される。電極層１９は、白金あるい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１Ａに示したように、電極層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、キャパシタ構造を構成するパターン誘電性物質１６内に絶縁された導電性領域１４を含む。
図１は、半導体素子の製造における不均一性、例えば高さの差を有する表面を例証するためにのみ示されている。本発明は、非平坦面に関する使用に限定されない。本発明は、実質的に平坦な表面に関する使用にも有益である。例えば本発明による方法は、全平坦化プロセス中、表面が平坦化されているプロセスが実質的に平坦状態である終了時でも、有益である。
種々の特定のそして好ましい実施形態および技法をさらに例証するために、以下の実施例を提示する。しかしながら本発明の範囲を逸脱しない限り、多数の変更および修正がなされ得る、と理解されるべきである。
スパッターされた白金金属の２，７００Åのブランケット層を含有するウェーハから、試験試料を切断した。任意の研磨前にシート抵抗に関して試料上のいくつかの位置を測定し、金属厚をシート抵抗と直接相関させた。研磨材としてＡｌ２Ｏ３を含有するRodelのＣＭＰスラリー３０ｍｌにＢｒ２（Mallinckrodt Specialty Chemicals, Paris, KY）０．２ｍＬおよびＫＢｒ（Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI）０．４３ｇを添加することにより、スラリーを調製した。試料をブーラーミニメット（Ｂｅｕｈｌｅｒ Ｍｉｎｉｍｅｔ）１０００ポリッシャー上の担体に固定し、数ミリリットルの調製スラリーが添加されたRodel研磨パッド上で研磨した。１５ポンドの圧力および５０回転／分（ｒｐｍ）の速度を用いて、研磨を実行した。２分後、試料をすすぎ、乾燥して、シート抵抗を再び測定した。より高いシート抵抗値が、除去された被膜の９００Åという算定概算値（または約４５０Å／分という除去率）を生じた。比較すると、添加されたハロゲンおよびハロゲン化物塩を伴わない同一スラリーは、同様の試料のシート抵抗の変化をほとんど生じないで、引掻き傷および基板から離層された被膜のいくつかの領域を生じただけであった。
上記の詳細な説明および実施例は、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。
本発明に従って平坦化プロセスが実施される前のウェーハの一部分の横断面図である。 本発明に従って平坦化プロセスが実施された後のウェーハの一部分の横断面図である。
符号の説明
１０ ．ウェーハ
１２ ．基板アセンブリ
１３ ．非平面性上面
１４ ．導電性領域
１６ ．図案のある誘電層
１６’．図案のある誘電層
１７ ．実質的に均一であるよう平坦化された上面
１９ ．電極層
１９’．電極層

Claims (50)

  1. 平坦化方法であって、
    基板の金属含有表面を研磨表面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、
    前記基板表面を平坦化すること、
    とを含み、
    前記金属含有表面はＶＩＩＩＢ族金属、ＩＢ族金属およびそれらの組合せからなる群から選択される金属を含み、
    前記平坦化組成物はハロゲン含有化合物およびハロゲン化物塩を含むことを特徴とする、平坦化方法。
  2. 前記基板の前記金属含有表面は、元素形態またはその合金であるＶＩＩＩＢ族金属、ＩＢ族金属およびそれらの組合せからなる群から選択される金属を含む、請求項１に記載の平坦化方法。
  3. 前記基板の前記金属含有表面は、ＶＩＩＩＢ族第２周期金属、ＶＩＩＩＢ族第３周期金属、ＩＢ族金属第２周期金属、ＩＢ族第３周期金属およびそれらの組合せからなる群から選択される金属を含む、請求項１に記載の平坦化方法。
  4. 前記基板の前記金属含有表面はＲｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、ＩｒおよびＲｕからなる群から選択される金属を含む、請求項３に記載の平坦化方法。
  5. 前記金属含有表面は白金元素を含む、請求項４に記載の平坦化方法。
  6. 前記金属は約５０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。
  7. 前記基板は半導体基板または基板アセンブリである、請求項１に記載の平坦化方法。
  8. 前記研磨表面は研磨パッドを含み、前記平坦化組成物は複数の研磨粒子を含む、請求項１に記載の平坦化方法。
  9. 一工程で実行される請求項１に記載の平坦化方法。
  10. 前記ハロゲン含有化合物は、ハロゲン、ハロゲン間化合物、ハロゲン生成化合物およびそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１に記載の平坦化方法。
  11. 前記ハロゲン含有化合物は、Ｆ２、Ｃｌ２、Ｂｒ２、Ｉ２、ＣｌＢｒ、ＩＢｒ、ＩＣｌ、ＢｒＦ、ＣｌＦ、ＣｌＦ３、ＢｒＦ３、ＣｌＦ５、ＩＦ５、ＩＦ７、ＸｅＦ２、ＨｇＦ２、ＳＦ４、アルキルハロゲン化物およびＸ２と有機塩基の錯体ならびにそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１０に記載の平坦化方法。
  12. 前記ハロゲン化物塩は無機塩である、請求項１に記載の平坦化方法。
  13. 前記無機ハロゲン化物塩はＮａＩ、ＫＣｌ、ＫＢｒ、ＮＨ４Ｆおよびそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１２に記載の平坦化方法。
  14. 前記ハロゲン化物塩は有機塩である請求項１記載の平坦化方法。
  15. 前記有機塩はＥｔ４ＮＢｒ、Ｍｅ３ＮＨＣｌ、Ｍｅ４ＮＦおよびそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１４に記載の平坦化方法。
  16. 前記ハロゲン含有化合物は少なくとも約０．１重量％の量で前記平坦化組成物中に存在し、前記ハロゲン化物塩は少なくとも約０．１重量％の量で前記平坦化組成物中に存在する、請求項１に記載の平坦化方法。
  17. 前記研磨表面は固定砥粒物を含む、請求項１に記載の平坦化方法。
  18. 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、
    研磨表面を提供することと、
    前記白金含有表面の少なくとも１つの領域および前記研磨表面間の界面に平坦化組成物を提供することと、
    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、
    前記平坦化組成物はハロゲン含有化合物およびハロゲン化物塩を含むことを特徴とする、平坦化方法。
  19. 前記基板の前記白金含有表面は白金を元素形態で含む、請求項１８に記載の平坦化方法。
  20. 前記白金は約５０原子％またはそれ以上の量で存在する、請求項１８に記載の平坦化方法。
  21. 前記半導体基板または基板アセンブリはシリコンウェーハである、請求項１８に記載の平坦化方法。
  22. 前記研磨表面は研磨パッドを含み、前記平坦化組成物は複数の研磨粒子を含む、請求項１８に記載の平坦化方法。
  23. 前記ハロゲン含有化合物は、ハロゲン、ハロゲン間化合物、ハロゲン生成化合物およびそれらの組合せからなる群から選択される、請求項１８に記載の平坦化方法。
  24. 前記ハロゲン含有化合物は、Ｆ２、Ｃｌ２、Ｂｒ２、Ｉ２、ＣｌＢｒ、ＩＢｒ、ＩＣｌ、ＢｒＦ、ＣｌＦ、ＣｌＦ３、ＢｒＦ３、ＣｌＦ５、ＩＦ５、ＩＦ７、ＸｅＦ２、ＨｇＦ２、ＳＦ４、アルキルハロゲン化物およびＸ２と有機塩基の錯体ならびにそれらの組合せからなる群から選択される、請求項２３に記載の平坦化方法。
  25. 前記ハロゲン化物塩は無機塩である、請求項１８に記載の平坦化方法。
  26. 前記無機ハロゲン化物塩はＮａＩ、ＫＣｌ、ＫＢｒ、ＮＨ４Ｆおよびそれらの組合せからなる群から選択される、請求項２５に記載の平坦化方法。
  27. 前記ハロゲン化物塩は有機塩である、請求項１８に記載の平坦化方法。
  28. 前記有機塩はＥｔ４ＮＢｒ、Ｍｅ３ＮＨＣｌ、Ｍｅ４ＮＦおよびそれらの組合せからなる群から選択される、請求項２７に記載の平坦化方法。
  29. 前記ハロゲン含有化合物は少なくとも約０．１重量％の量で前記平坦化組成物中に存在し、前記ハロゲン化物塩は少なくとも約０．１重量％の量で前記平坦化組成物中に存在する、請求項１８に記載の平坦化方法。
  30. 前記研磨表面は固定砥粒物を含む、請求項１８に記載の平坦化方法。
  31. 平坦化方法であって、
    基板の金属含有表面を研磨表面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、
    前記基板表面を平坦化すること、
    とを含み、
    前記金属含有表面はＶＩＩＩＢ族金属、ＩＢ族金属およびそれらの組合せからなる群から選択される金属を含み、
    前記平坦化組成物は、
    Ｆ２、Ｃｌ２、Ｂｒ２、Ｉ２、ＣｌＢｒ、ＩＢｒ、ＩＣｌ、ＢｒＦ、ＣｌＦ、ＣｌＦ３、ＢｒＦ３、ＣｌＦ５、ＩＦ５、ＩＦ７、ＸｅＦ２、ＨｇＦ２、ＳＦ４、アルキルハロゲン化物およびＸ２と有機塩基の錯体ならびにそれらの組合せからなる群から選択されるハロゲン含有化合物と、
    ＮａＩ、ＫＣｌ、ＫＢｒ、ＮＨ４Ｆ、Ｅｔ４ＮＢｒ、Ｍｅ３ＮＨＣｌ、Ｍｅ４ＮＦおよびそれらの組合せからなる群から選択されるハロゲン化物塩とを含むことを特徴とする、平坦化方法。
  32. 前記ハロゲン含有化合物は約１重量％〜約１０重量％の量で前記平坦化組成物中に存在する、請求項３１に記載の平坦化方法。
  33. 前記ハロゲン化物塩は約１重量％〜約１０重量％の量で前記平坦化組成物中に存在する、請求項３１に記載の平坦化方法。
  34. 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、
    研磨表面を提供することと、
    前記白金含有表面の少なくとも１つの領域および前記研磨表面間の界面に平坦化組成物を提供することと、
    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、
    前記平坦化組成物は、
    Ｆ２、Ｃｌ２、Ｂｒ２、Ｉ２、ＣｌＢｒ、ＩＢｒ、ＩＣｌ、ＢｒＦ、ＣｌＦ、ＣｌＦ３、ＢｒＦ３、ＣｌＦ５、ＩＦ５、ＩＦ７、ＸｅＦ２、ＨｇＦ２、ＳＦ４、アルキルハロゲン化物およびＸ２と有機塩基の錯体ならびにそれらの組合せからなる群から選択されるハロゲン含有化合物と、
    ＮａＩ、ＫＣｌ、ＫＢｒ、ＮＨ４Ｆ、Ｅｔ４ＮＢｒ、Ｍｅ３ＮＨＣｌ、Ｍｅ４ＮＦおよびそれらの組合せからなる群から選択されるハロゲン化物塩とを含むことを特徴とする、平坦化方法。
  35. 前記ハロゲン含有化合物は約１重量％〜約１０重量％の量で前記平坦化組成物中に存在する、請求項３４に記載の平坦化方法。
  36. 前記ハロゲン化物塩は約１重量％〜約１０重量％の量で前記平坦化組成物中に存在する、請求項３４に記載の平坦化方法。
  37. 相互連結を形成するのに用いるための平坦化方法であって、
    半導体基板または基板アセンブリの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金属含有層とを有する半導体基板または基板アセンブリを提供することと、
    前記金属含有層との接触のための研磨表面の第一部分を配置することと、
    前記研磨表面と前記金属含有層との間の接触部に近接して平坦化組成物を供給することと、
    前記金属含有層を平坦化すること、
    とを含み、
    前記金属含有層はＶＩＩＩＢ族金属、ＩＢ族金属およびそれらの組合せからなる群から選択される金属を含み、
    前記平坦化組成物はハロゲン含有化合物およびハロゲン化物塩を含むことを特徴とする、平坦化方法。
  38. 前記研磨表面は研磨パッドを含み、前記平坦化組成物は複数の研磨粒子を含む、請求項３７に記載の平坦化方法。
  39. 前記ハロゲン含有化合物は、ハロゲン、ハロゲン間化合物、ハロゲン生成化合物およびそれらの組合せからなる群から選択される、請求項３７に記載の平坦化方法。
  40. 前記ハロゲン含有化合物は、Ｆ２、Ｃｌ２、Ｂｒ２、Ｉ２、ＣｌＢｒ、ＩＢｒ、ＩＣｌ、ＢｒＦ、ＣｌＦ、ＣｌＦ３、ＢｒＦ３、ＣｌＦ５、ＩＦ５、ＩＦ７、ＸｅＦ２、ＨｇＦ２、ＳＦ４、アルキルハロゲン化物およびＸ２と有機塩基の錯体ならびにそれらの組合せからなる群から選択される、請求項３９に記載の平坦化方法。
  41. 前記ハロゲン化物塩は無機塩である、請求項３７に記載の平坦化方法。
  42. 前記無機ハロゲン化物塩はＮａＩ、ＫＣｌ、ＫＢｒ、ＮＨ４Ｆおよびそれらの組合せからなる群から選択される、請求項４１に記載の平坦化方法。
  43. 前記ハロゲン化物塩は有機塩である、請求項３７に記載の平坦化方法。
  44. 前記有機塩はＥｔ４ＮＢｒ、Ｍｅ３ＮＨＣｌ、Ｍｅ４ＮＦおよびそれらの組合せからなる群から選択される、請求項４３に記載の平坦化方法。
  45. 前記ハロゲン含有化合物は少なくとも約０．１重量％の量で前記平坦化組成物中に存在する、請求項３７に記載の平坦化方法。
  46. 前記ハロゲン含有化合物は約１重量％〜約１０重量％の量で前記平坦化組成物中に存在する、請求項４５に記載の平坦化方法。
  47. 前記ハロゲン化物塩は少なくとも約０．１重量％の量で前記平坦化組成物中に存在する、請求項３７に記載の平坦化方法。
  48. 前記ハロゲン化物塩は約１重量％〜約１０重量％の量で前記平坦化組成物中に存在する、請求項４７に記載の平坦化方法。
  49. 前記研磨表面は固定砥粒物を含む、請求項３７に記載の平坦化方法。
  50. 相互連結を形成するのに用いるための平坦化方法であって、
    半導体基板または基板アセンブリの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金属含有層とを有する半導体基板または基板アセンブリを提供することと、
    前記金属含有層との接触のための研磨表面の第一部分を配置することと、
    前記研磨表面と前記金属含有層との間の接触に近接して平坦化組成物を供給することと、
    前記金属含有層を平坦化すること、
    とを含み、
    前記金属含有層はＶＩＩＩＢ族金属、ＩＢ族金属およびそれらの組合せからなる群から選択される金属を含み、
    前記平坦化組成物は、
    Ｆ２、Ｃｌ２、Ｂｒ２、Ｉ２、ＣｌＢｒ、ＩＢｒ、ＩＣｌ、ＢｒＦ、ＣｌＦ、ＣｌＦ３、ＢｒＦ３、ＣｌＦ５、ＩＦ５、ＩＦ７、ＸｅＦ２、ＨｇＦ２、ＳＦ４、アルキルハロゲン化物およびＸ２と有機塩基の錯体ならびにそれらの組合せからなる群から選択されるハロゲン含有化合物と、
    ＮａＩ、ＫＣｌ、ＫＢｒ、ＮＨ４Ｆ、Ｅｔ４ＮＢｒ、Ｍｅ３ＮＨＣｌ、Ｍｅ４ＮＦおよびそれらの組合せからなる群から選択されるハロゲン化物塩とを含むことを特徴とする、平坦化方法。
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