JP2006526275A - 化学的機械研磨のための分散液 - Google Patents
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Abstract
比表面積５〜４００ｍ２／ｇを有する、熱分解的に製造されたケイ素−アルミニウム混合酸化物粉体を１〜３５質量％含有する、３〜７のｐＨ値を有する水性分散液であって、前記粉体における酸化アルミニウムの割合が、９０〜９９．９質量％又は０．０１〜１０質量％であり、前記粉体の表面が、酸化アルミニウムと二酸化ケイ素とのゾーンを含有し、前記粉体は結晶性の二酸化ケイ素のシグナルを、Ｘ線回折図において示さない水性分散液。前記分散液は、導電性金属フィルムの化学的機械研磨のために使用されてよい。
Description
本発明は、ケイ素−アルミニウム混合酸化物粉体を含有する、金属フィルムの化学的機械研磨のための水性分散液を提供する。
集積回路は、シリコン基板中又はシリコン基板上に形成された、数百万もの能動素子からなる。初めは互いに絶縁された能動素子は、機能的な回路及びコンポーネントを形成するために、共に接続される。前記素子は、公知の多層配線化手段を用いて共に接続される。
配線構造は通常は第一のメタライゼーション層、配線層、第二のメタライゼーションレベル及び時には、第三の及び引き続くメタライゼーションレベルを含有する。層間絶縁膜、例えば低い誘電率を有するドープした二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）又は窒化タンタルは、シリコン基板における様々なメタライゼーションレベルに電気的絶縁性を供給するために使用される。異なる配線レベル間の電気的接続は、メタルビアを用いて製造される。
メタルコンタクト及びビアは、配線レベル間の電気的接続を形成するために同様に使用される。メタルビア及びコンタクトは、様々な金属及び合金、例えば銅（Ｃｕ）又はタングステン（Ｗ）で充填されてよい。バリアー層、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、又はこれらの組み合わせからなるバリアー層は、一般的にメタルビア及びコンタクトにおいて、ＳｉＯ２基板に対する金属層の接着をもたらすために使用される。コンタクトレベルにおいて、バリアー層は、金属充填物とＳｉＯ２とが反応することを妨げるための分散バリアーとして働く。
半導体製造法は一般的に化学的機械研磨（ＣＭＰ）工程を含み、この間に余分な金属は除去される。化学的機械研磨において使用される分散液は、上昇した金属フィルム：バリアー層選択性を示すことが望ましい。
酸化アルミニウムを含有する分散液は、通常は前記目的のために使用される。前記分散液の不利な点は、４〜７のｐＨ範囲における、その安定性がしばしば低いことである。
フロキュレーションが生じる可能性があり、これは再現性のあるポリシング結果を達成することを不可能にする。更に、バリアー層と金属フィルムとの間の選択性が十分でなく、オーバーポリシングが起こる可能性がある。
研磨粒子の混合物を含有する分散液で、前記現象に対処することが試みられてきた。
ＵＳ６４４４１３９は金属層のポリシングのための分散液の使用を記載し、前記分散液は、ケイ素−アルミニウム混合酸化物結晶の粒子（「混合結晶研磨剤」）を、それぞれ酸化物１０〜９０質量％の可変割合で含有する。前記粒子の由来は開示されていない。
ＵＳ６４４７６９４は、金属層のポリシングのための分散液の使用を記載し、前記分散液はケイ素−酸化アルミニウム複合材を含有する。前記複合材は有利には、熱分解方法によって得られる。酸化アルミニウムの含量は有利には６７±１５質量％である。しかし、まさに、研磨粒子の前記複合材は酸性範囲において十分に安定ではない分散液を生じることが見出された。ポリシング工程において使用すると、沈降物及び／又はフロキュレーションが、クレーター及び不均一な材料除去を生じる。
本発明の対象は、良好な安定性を示し、かつ化学的機械研磨工程において、上昇した金属除去率と低いバリアー層除去率とを示す、分散液を提供することである。
前記対象は、
比表面積５〜４００ｍ２／ｇを有する、熱分解的に製造されたケイ素−アルミニウム混合酸化物粉体を１〜３５質量％含有する、３〜７のｐＨ値を有する水性分散液であって
−前記粉体における酸化アルミニウムの割合が、９０〜９９．９質量％又は０．０１〜１０質量％であり、
−前記粉体の表面が、酸化アルミニウムと二酸化ケイ素とのゾーン（ｚｏｎｅ）を含有し、
−前記粉体は結晶性の二酸化ケイ素のシグナルを、Ｘ線回折図（ｄｉｆｆｒａｃｔｏｇｒａｍ）において示さない
ことを特徴とする水性分散液により得られた。
比表面積５〜４００ｍ２／ｇを有する、熱分解的に製造されたケイ素−アルミニウム混合酸化物粉体を１〜３５質量％含有する、３〜７のｐＨ値を有する水性分散液であって
−前記粉体における酸化アルミニウムの割合が、９０〜９９．９質量％又は０．０１〜１０質量％であり、
−前記粉体の表面が、酸化アルミニウムと二酸化ケイ素とのゾーン（ｚｏｎｅ）を含有し、
−前記粉体は結晶性の二酸化ケイ素のシグナルを、Ｘ線回折図（ｄｉｆｆｒａｃｔｏｇｒａｍ）において示さない
ことを特徴とする水性分散液により得られた。
本発明による分散液は、熱分解的に製造されたケイ素−アルミニウム混合酸化物粉体を含有する。適した粉体は、例えば「共煙霧（ｃｏ−ｆｕｍｅｄ）」工程によって製造された粉体で、前記工程においては二酸化ケイ素と酸化アルミニウムの前駆体は、混合され、次に炎において燃焼される。
ＤＥ−Ａ−１９８４７１６１に記載された混合酸化物粉体もまた適している。
酸化アルミニウムで部分的に覆われている二酸化ケイ素粉体、又は二酸化ケイ素で部分的に覆われている酸化アルミニウム粉体も、本発明による分散液に適している。前記粉体の製造はＵＳ−Ａ−２００３−２２０８１に記載されている。
粉体は本発明では、その酸化アルミニウム含量が９０〜９９．９質量％又は０．０１〜１０質量％になるように選択されなくてはならない。本発明による分散液に適した粉体においては、表面は酸化アルミニウムと二酸化ケイ素とのゾーンを含み、かつ結晶性の二酸化ケイ素のシグナルが、Ｘ線回折図において見えない。
特定の適用に対しては、本発明による分散液が、酸化剤０．３〜２０質量％を含有する場合に有利であってよい。過酸化水素、過酸化水素アダクト、例えば尿素アダクト、有機過酸、無機過酸、イミノ過酸、過硫酸塩、過ホウ酸塩、過炭酸塩、酸化金属塩、及び／又は上記の混合物が前記目的のために使用されてよい。
過酸化水素は、特に有利に使用されてよい。本発明による分散液のその他の構成要素に比較して、いくつかの酸化剤のより低い安定性のために、酸化剤を分散液の使用の直前まで添加しないほうが良い可能性がある。
本発明による分散液は、更に、ｐＨ調節物質、酸化活性剤、腐食阻害剤及び／又は界面活性剤のグループからの添加剤を含有してよい。
ｐＨ値は酸又は塩基によって設定されてよい。使用してよい酸は、無機酸、有機酸又は前記の酸の混合物である。
特に使用してよい無機酸は、リン酸、亜リン酸、硝酸、硫酸、前記酸の混合物及び前記酸の、酸性的に反応する塩である。
有利に使用してよい有機酸は、一般式ＣｎＨ２ｎ＋１ＣＯ２Ｈ［式中、ｎ＝０〜６又はｎ＝８、１０、１２、１４、１６］のカルボン酸又は一般式ＨＯ２Ｃ（ＣＨ２）ｎＣＯ２Ｈ［式中、ｎ＝０〜４］のジカルボン酸又は一般式Ｒ１Ｒ２Ｃ（ＯＨ）ＣＯ２Ｈ［式中、Ｒ１＝Ｈ、Ｒ２＝ＣＨ３、ＣＨ２ＣＯ２Ｈ、ＣＨ（ＯＨ）ＣＯ２Ｈ］のヒドロキシカルボン酸又はフタル酸又はサリチル酸、又は前記の酸の酸性的に反応する塩又は前記酸及び前記酸の塩の混合物である。
ｐＨ値を、アンモニア、アルカリ金属水酸化物又はアミンの添加によって増加させてよい。アンモニア及び水酸化カリウムは、特に有利である。
適した酸化活性剤は、Ａｇ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｏｓ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｖの金属塩及びこれらの混合物であってよい。カルボン酸、ニトリル、尿素類、アミド及びエステルもまた適する。硝酸鉄（ＩＩ）は、特に有利であるようである。酸化剤及びポリシング課題に応じて、酸化触媒の濃度は、０．００１〜２質量％の範囲内で変化してよい。０．０１〜０．０５質量％の範囲が殊に有利である可能性がある。
適した腐食阻害剤、これは本発明による分散液において、０．００１〜２質量％の割合において存在してよいが、窒素含有複素環のグループ、例えばベンゾトリアゾール、置換したベンズイミダゾール、置換したピラジン、置換したピラゾール、グリシン及びこれらの混合物を含有する。
分散液は、更に安定化されてよく、例えばケイ素−アルミニウム混合酸化物粉体の沈降、酸化剤のフロキュレーション及び分解に対して、非イオン、カチオン、アニオン又は両性型の、少なくとも１種類の界面活性物質０．００１〜１０質量％を添加することにより更に安定化されてよい。
ケイ素−アルミニウム混合酸化物粉体に加えて、本発明による分散液は、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化ジルコニウム及び二酸化チタンを含むグループからの少なくとも１つの更なる金属酸化物粉体を含有してもよい。本発明による分散液において前記粉体の性質及び割合は、目的とするポリシング課題によって決定される。前記粉体の割合は、ケイ素−アルミニウム混合酸化物粉体に対して、有利には２０質量％より多くない。
本発明は、分散装置及び／又は粉砕装置での分散液の製造方法をも提供し、前記装置は、少なくとも２００ｋＪ／ｍ３のエネルギー入力を供給する。前記装置は、ローター−ステーター原理によって操作する系、例えばウルトラチュラックス（Ｕｌｔｒａ−Ｔｕｒｒａｘ）機械、又は撹拌ボールミルを含む。遊星運動型ニーダー／ミキサーでもって、高エネルギー入力は可能である。前記系の効力はしかし、粒子を破砕するために要求される上昇した剪断エネルギーを入力するために、処理される混合物の十分に高い粘度と関連する。
高圧ホモゲナイザーを用いて分散液を得ることが可能であり、前記分散液において、ケイ素−アルミニウム混合酸化物粉体は、１５０ｎｍよりも小さい、殊に有利には１００ｎｍよりも小さいアグリゲートの状態で存在する。
前記装置において、懸濁液の、２つの加圧した予備分散流は、ノズルを通って圧抜きされる。前記の、２つの分散噴流は、正確に互いに衝突し、かつ粒子は互いを粉砕する。その他の実施態様において、前記予備分散流は同様に、上昇した圧力にまで加圧され、しかし粒子は、壁の装甲領域に衝突する。前記操作は、より小さな粒子サイズを得るために所望するだけ繰り返してよい。
前記分散装置及び粉砕装置は、組み合わせて使用してもよい。酸化剤及び添加剤を、分散の間の適当な様々な時間点において添加してよい。酸化剤及び酸化活性剤を、例えば、場合によって低いエネルギー入力でもって、分散の終了まで混和しないことが有利であることもある。
本発明は、導電性金属フィルムの化学的機械研磨のための、本発明による分散液の使用をも提供する。前記フィルムは、銅、アルミニウム、タングステン、チタン、モリブデン、ニオブ及びタンタルからなるフィルムであってよい。
本発明は、絶縁性バリアー層に設けられた導電性金属フィルムの化学的機械研磨のための、本発明による分散液の使用をも提供する。前記金属フィルムは、金属、銅、アルミニウム、タングステン、チタン、モリブデン、ニオブ、タンタルを含む。前記バリアー層は、例えば、二酸化ケイ素又は窒化タンタルからなってよい。
実施例：
分散液
粉体Ｐｎ（表１）の固体含量２及び５質量％を有する分散液Ｄｎ／ｍを、ウルトラチュラックス（ＩＫＡによって製造された）を用いた分散により製造した。ここでは、添え字ｎは使用した粉体を示し、ｍは前記分散液中の粉体の固体含量を示す。分散液Ｄ３/５は、例えば、粉体Ｐ３を５質量％を含有する。前記分散液を次に、ＫＯＨでもってｐＨ４〜５、又はｐＨ６にまで調整し、グリシン１．３質量％及び過酸化水素７．５質量％を添加した。
分散液
粉体Ｐｎ（表１）の固体含量２及び５質量％を有する分散液Ｄｎ／ｍを、ウルトラチュラックス（ＩＫＡによって製造された）を用いた分散により製造した。ここでは、添え字ｎは使用した粉体を示し、ｍは前記分散液中の粉体の固体含量を示す。分散液Ｄ３/５は、例えば、粉体Ｐ３を５質量％を含有する。前記分散液を次に、ＫＯＨでもってｐＨ４〜５、又はｐＨ６にまで調整し、グリシン１．３質量％及び過酸化水素７．５質量％を添加した。
粉体Ｐ４及びＰ５及び関連する分散液は、比較例である。
ポリシング試験
ポリシングツール及びパラメーター
ポリシング機械：４６ｃｍプラテン及び６”ウェハキャリアーを有するＭＥＣＡＰＯＬ Ｅ４６０ （ＳＴＥＡＧ）
ポリシングパッド：ＩＣ１４００ （ＲＯＤＥＬ Ｃｏｒｐ．）
それぞれのポリシングしたウェハの後、ダイアモンドセグメントでのパッドコンディショニング
スラリー速度：１２０ｍｌ／ｍｉｎ
ポリシングパラメーター：運転圧力：１０−１２５ｋＰａ
（１．４５〜１８．１３ｐｓｉ）
標準：４５及び６０ｋＰａ
逆側圧力：１０ｋＰａ
ωｐ=ωｃ＝４０ｒｐｍ；スウィープ＝４ｃｍ
ポリシング時間：２ｍｉｎ
後洗浄：
ポリシング後、基板を３０秒間脱イオン水でリンスし、次に両面をスプレージェット及びメガソニック補助を有するブラシクリーニングユニットにおいて洗浄し、次にスピン乾燥した。
ポリシングツール及びパラメーター
ポリシング機械：４６ｃｍプラテン及び６”ウェハキャリアーを有するＭＥＣＡＰＯＬ Ｅ４６０ （ＳＴＥＡＧ）
ポリシングパッド：ＩＣ１４００ （ＲＯＤＥＬ Ｃｏｒｐ．）
それぞれのポリシングしたウェハの後、ダイアモンドセグメントでのパッドコンディショニング
スラリー速度：１２０ｍｌ／ｍｉｎ
ポリシングパラメーター：運転圧力：１０−１２５ｋＰａ
（１．４５〜１８．１３ｐｓｉ）
標準：４５及び６０ｋＰａ
逆側圧力：１０ｋＰａ
ωｐ=ωｃ＝４０ｒｐｍ；スウィープ＝４ｃｍ
ポリシング時間：２ｍｉｎ
後洗浄：
ポリシング後、基板を３０秒間脱イオン水でリンスし、次に両面をスプレージェット及びメガソニック補助を有するブラシクリーニングユニットにおいて洗浄し、次にスピン乾燥した。
使用したウェハ
銅：全表面にわたり、１４０ｎｍ酸化物、５０ｎｍＴａＮ及び約５００又は１０００ｎｍＰＶＤ銅を有する６”ウェハ
窒化タンタル：全表面にわたり、１４０ｎｍ酸化物及び約１００ｎｍＰＶＤ窒化タンタルを有する６”ウェハ
評価
ポリシング速度は、層厚の違いから決定される。Ｃｕ及びＴａＮの層厚は、層（Ｗａｆｅｒｐｒｏｂｅｒ ＡＶＴ １１０）の電気抵抗を測定することで決定した。
銅：全表面にわたり、１４０ｎｍ酸化物、５０ｎｍＴａＮ及び約５００又は１０００ｎｍＰＶＤ銅を有する６”ウェハ
窒化タンタル：全表面にわたり、１４０ｎｍ酸化物及び約１００ｎｍＰＶＤ窒化タンタルを有する６”ウェハ
評価
ポリシング速度は、層厚の違いから決定される。Ｃｕ及びＴａＮの層厚は、層（Ｗａｆｅｒｐｒｏｂｅｒ ＡＶＴ １１０）の電気抵抗を測定することで決定した。
ポリシング結果は表３に示されている。本発明による分散液Ｄ１〜Ｄ３は、上昇した除去率と良好なＣｕ：ＴａＮ選択性と良好な安定性とを示す。酸化アルミニウム含量６７質量％を有する「共煙霧」ケイ素−アルミニウム混合酸化物粉体を含有する分散液Ｄ４も、上昇した除去率と良好な選択性とを示し、しかし分散液Ｄ４の安定性は、本発明による分散液Ｄ１〜Ｄ３の安定性より著しく低い。選択性に関して、本発明による分散液Ｄ１〜Ｄ３は、酸化アルミニウム分散液Ｄ５よりも著しい利点を示す。
Claims (6)
- 比表面積５〜４００ｍ２／ｇを有する、熱分解的に製造されたケイ素−アルミニウム混合酸化物粉体を１〜３５質量％含有する、３〜７のｐＨ値を有する水性分散液であって、
−前記粉体における酸化アルミニウムの割合が、９０〜９９．９質量％又は０．０１〜１０質量％であり、
−前記粉体の表面が、酸化アルミニウムと二酸化ケイ素とのゾーンを含有し、
−前記粉体は結晶性の二酸化ケイ素のシグナルを、Ｘ線回折図において示さない
ことを特徴とする水性分散液。 - 分散液は、酸化剤０．３〜２０質量％を含有することを特徴とする、請求項１記載の水性分散液。
- 添加剤を含有することを特徴とする、請求項１又は２記載の水性分散液。
- ケイ素−アルミニウム混合酸化物粉体に加えて、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化ジルコニウム及び二酸化チタンを含むグループからの少なくとも１つの更なる金属酸化物粉体を含有することを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の水性分散液。
- 導電性金属フィルムの化学的機械研磨のための、請求項１から４までのいずれか１項記載の水性分散液の使用。
- 絶縁性バリアー層に設けられた導電性金属フィルムの化学的機械研磨のための、請求項１から４までのいずれか１項記載の水性分散液の使用。
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