JP2007095945A - 化学的機械的平坦化方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ウェハを研磨する際に、高研磨速度でウェハ面内での均一性の高い研磨が可能な化学的機械的研磨方法を提供する。
【解決手段】複素環化合物を含有する金属用研磨液を研磨定盤上の研磨パッドに供給し、前記研磨パッドをウェハの被研磨面と接触させ相対運動させて研磨する半導体デバイスの化学的機械的平坦化方法であって、研磨中における前記研磨パッドの最高温度が30℃以上40℃未満であり、かつ前記最高温度と研磨終了後の前記研磨パッドの温度との差が10℃未満であることを特徴とする化学的機械的平坦化方法である。
【選択図】なし
【解決手段】複素環化合物を含有する金属用研磨液を研磨定盤上の研磨パッドに供給し、前記研磨パッドをウェハの被研磨面と接触させ相対運動させて研磨する半導体デバイスの化学的機械的平坦化方法であって、研磨中における前記研磨パッドの最高温度が30℃以上40℃未満であり、かつ前記最高温度と研磨終了後の前記研磨パッドの温度との差が10℃未満であることを特徴とする化学的機械的平坦化方法である。
【選択図】なし
Description
本発明は、半導体デバイスの製造に関するものであり、特に半導体デバイスの配線工程における研磨方法である化学的機械的平坦化方法に関する。
半導体集積回路(以下LSIと記す)で代表される半導体デバイスの開発においては、小型化・高速化のため、近年配線の微細化と積層化による高密度化・高集積化が求められている。このための技術として化学的機械的研磨(Chemical Mechanical Polishing、以下CMPと記す)等の種々の技術が用いられてきている。このCMPは層間絶縁膜等の被加工膜の表面平坦化、プラグ形成、埋め込み金属配線の形成、等を行う場合に必須の技術であり、基板の平滑化や配線形成時の余分な金属薄膜の除去を行っている(例えば、特許文献1参照。)。
CMPの一般的な方法は、円形の研磨常盤(プラテン)上に研磨パッドを貼り付け、研磨パッド表面を研磨液で浸して、パッドに基盤(ウエハー)の表面を押しつけ、その裏面から所定の圧力(研磨圧力)を加えた状態で、研磨常盤及び基盤の双方を回転させ、発生する機械的摩擦により基盤の表面を平坦化するものである。
CMPに用いる金属用研磨溶液は、一般には砥粒(例えばアルミナ、シリカ)と酸化剤(例えば過酸化水素、過硫酸)とが含まれる。基本的なメカニズムは、酸化剤によって金属表面を酸化し、その酸化皮膜を砥粒で除去することで研磨していると考えられており、例えば、下記の非特許文献1に記載されている。
CMPに用いる金属用研磨溶液は、一般には砥粒(例えばアルミナ、シリカ)と酸化剤(例えば過酸化水素、過硫酸)とが含まれる。基本的なメカニズムは、酸化剤によって金属表面を酸化し、その酸化皮膜を砥粒で除去することで研磨していると考えられており、例えば、下記の非特許文献1に記載されている。
配線用の金属としては従来からタングステンおよびアルミニウムがインターコネクト構造体に汎用されてきた。しかしながら更なる高性能化を目指し、これらの金属より配線抵抗の低い銅を用いたLSIが開発されるようになった。この銅を配線する方法としては、例えば、下記の特許文献2に記載されている、ダマシン法が知られている。また、コンタクトホールと配線用溝とを同時に層間絶縁膜に形成し、両者に金属を埋め込むデュアルダマシン法が広く用いられるようになってきた。銅金属の研磨においては、特に軟質の金属であるがため、益々高精度の研磨技術が要求されてきている。また、同時に、高生産性を発揮し得る高速金属研磨手段が求められている。
更に、昨今は生産性向上のため、LSI製造時の金属ウェハー径が益々大型化しており、現在は直径200mm以上が汎用されており、300mm以上の大きさでの製造も開始され始めた。このようなウェハーの大型化に伴い、ウェハー中心部と周辺部とでの研磨速度の差異が生じ易くなり、ウェハー面内での研磨の均一性に対する要求が益々厳しくなってきている。
金属膜の研磨を特定の温度範囲で行う技術については、下記の特許文献3に開示されており、高研磨速度とディッシングの低減を両立する方法が記載されている。
本発明者は金属の配線工程のCMPにおいて、高速研磨とウェハー面内での研磨の均一性の両立に取り組んできたが、上記の従来技術ではこれらの両立が不十分であった。
本発明者は金属の配線工程のCMPにおいて、高速研磨とウェハー面内での研磨の均一性の両立に取り組んできたが、上記の従来技術ではこれらの両立が不十分であった。
金属配線形成工程のCMPでは、研磨が進行すると研磨ウェハー表面と研磨パッド表面の接触部の温度が上昇することが知られており、一般に研磨ウェハー表面と研磨パッド表面の摩擦を高めて高速に研磨するほど発熱が大きくなる。そうした場合、ウェハー径が大きいとウェハー中心部の熱が外部に逃げにくいため、ウェハー面内で温度分布を生じてしまい、それがウェハー面内の研磨の不均一性につながると考えられる。
米国特許4944836号公報
特開平2−278822号公報
特開平2001−144063号公報
ジャーナル・オブ・エレクトロケミカルソサエティ誌(Journal of Electrochemical Society)、1991年、第138巻、第11号、3460〜3464頁
本発明は、前記問題点に鑑みなされたものであり、以下の目的を達成することを課題とする。すなわち、
本発明の目的は、ウェハを研磨する際に、高研磨速度でウェハ面内での均一性の高い研磨が可能な化学的機械的研磨方法を提供することにある。
本発明の目的は、ウェハを研磨する際に、高研磨速度でウェハ面内での均一性の高い研磨が可能な化学的機械的研磨方法を提供することにある。
本発明者は鋭意検討した結果、下記の本発明の方法をより問題を解決できることを見出し、上記目的を達成するに至った。
<1> 複素環化合物を含有する金属用研磨液を研磨定盤上の研磨パッドに供給し、前記研磨パッドをウェハの被研磨面と接触させ相対運動させて研磨する半導体デバイスの化学的機械的平坦化方法であって、研磨中における前記研磨パッドの最高温度が30℃以上40℃未満であり、かつ前記最高温度と研磨終了後の前記研磨パッドの温度との差が10℃未満であることを特徴とする化学的機械的平坦化方法である。
<2> 前記複素環化合物が2個以下の窒素原子を含有する化合物であることを特徴とする前記<1>に記載の化学的機械的平坦化方法である。
<3> 前記金属用研磨液が1L中に1〜10gのコロイダルシリカを含有することを特徴とする前記<1>または<2>に記載の化学的機械的平坦化方法である。
<4> 前記金属用研磨液が個数平均粒径50〜100nmのコロイダルシリカを含有することを特徴とする前記<1>から<3>のいずれか1項に記載の化学的機械的平坦化方法である。
本発明によれば、ウェハを研磨する際に、高研磨速度でウェハ面内での均一性の高い研磨が可能な化学的機械的研磨方法を提供することができる。
本発明の化学的機械的平坦化方法は、複素環化合物を含有する金属用研磨液を研磨定盤上の研磨パッドに供給し、前記研磨パッドをウェハの被研磨面と接触させ相対運動させて研磨する半導体デバイスの化学的機械的平坦化方法であって、研磨中における前記研磨パッドの最高温度が30℃以上40℃未満であり、かつ前記最高温度と研磨終了後の前記研磨パッドの温度との差が10℃未満であることを特徴としている。
さらに好ましい態様としては、該金属用研磨液が、2個以下の窒素原子を含有する複素環化合物を有し、研磨液が1L中に1〜10gのコロイダルシリカを含有し、研磨液中に平均粒径50〜100nmのコロイダルシリカを含有することを特徴とする研磨方法が挙げられる。
以下、本発明について詳細に説明する。
さらに好ましい態様としては、該金属用研磨液が、2個以下の窒素原子を含有する複素環化合物を有し、研磨液が1L中に1〜10gのコロイダルシリカを含有し、研磨液中に平均粒径50〜100nmのコロイダルシリカを含有することを特徴とする研磨方法が挙げられる。
以下、本発明について詳細に説明する。
(研磨パッドの温度)
まず、本発明の化学的機械的平坦化方法における研磨パッドの温度について説明する。
本発明において、研磨パッドの温度とはウェハ研磨面と接触する研磨パッド表面の平均温度のことであって、該温度は放射温度計によって測定することができる。
まず、本発明の化学的機械的平坦化方法における研磨パッドの温度について説明する。
本発明において、研磨パッドの温度とはウェハ研磨面と接触する研磨パッド表面の平均温度のことであって、該温度は放射温度計によって測定することができる。
本発明の化学的機械的平坦化方法における研磨中あるいは研磨終了後(オーバーポリッシュ終了直後)の研磨パッドの温度は、以下の条件で研磨を行って測定する。
・ウェハ:直径300mmの金属配線パターンウェハ
・研磨圧力(ウェハ被研磨面と研磨パッドの接触圧力):1.378Pa(2psi)
・研磨液供給速度:300ml/min
・研磨パッドとウェハ被研磨面の平均相対運動速度:2m/s
研磨装置は荏原製作所製FREX300を、研磨パッドは例えばロデール社製IC1400XY−K Grooveを用いることができる。
・ウェハ:直径300mmの金属配線パターンウェハ
・研磨圧力(ウェハ被研磨面と研磨パッドの接触圧力):1.378Pa(2psi)
・研磨液供給速度:300ml/min
・研磨パッドとウェハ被研磨面の平均相対運動速度:2m/s
研磨装置は荏原製作所製FREX300を、研磨パッドは例えばロデール社製IC1400XY−K Grooveを用いることができる。
本発明においては、研磨中における研磨パッドの最高温度が30℃以上40℃未満であるが、好ましくは30℃以上35℃未満である。当該最高温度が30℃未満では、研磨速度が低下するため好ましくない。また、当該最高温度が40℃以上では、ウェハ面内での高均一性が得られにくくなるため好ましくない。
また、同時に、前記最高温度と研磨終了後の研磨パッドの温度との差が10℃未満であるが、好ましくは8℃未満である。当該温度差が10℃以上では、ウェハ面内での高均一性が得られにくくなるため好ましくない。
また、同時に、前記最高温度と研磨終了後の研磨パッドの温度との差が10℃未満であるが、好ましくは8℃未満である。当該温度差が10℃以上では、ウェハ面内での高均一性が得られにくくなるため好ましくない。
本発明の化学的機械的平坦化方法において、研磨中における研磨パッドの最高温度を30℃以上40℃未満とし、かつ該最高温度と研磨終了後の研磨パッドの温度との差を10℃未満とする手段としては、例えば以下の金属用研磨液を用いることが挙げられる。
(1)金属用研磨液が、2個以下の窒素原子を含有する複素環化合物を含む。
(2)金属用研磨液が、1L中に1〜10gのコロイダルシリカを含む。
(3)金属用研磨液が、個数平均粒径50〜100nmのコロイダルシリカを含有する。
(1)金属用研磨液が、2個以下の窒素原子を含有する複素環化合物を含む。
(2)金属用研磨液が、1L中に1〜10gのコロイダルシリカを含む。
(3)金属用研磨液が、個数平均粒径50〜100nmのコロイダルシリカを含有する。
本発明の化学的機械的研磨方法により、例えば、直径300mmのウェハに対しても高い研磨速度と顕著なウェハ面内の高均一性が得られる。本発明では、発熱によって生じる温度上昇の範囲を適切に選んで研磨を行うため、研磨速度を大きく低下させずにウェハ面内で温度分布を生じさないことが可能であり、その結果ウェハ面内の高均一性が得られる。
(金属用研磨液)
本発明で用いる金属用研磨液は、構成成分として複素環化合物を必須成分とし、酸、酸化剤、及び砥粒などを含有することが好ましく、通常は、各成分を溶解してなる水溶液に砥粒を分散させてなるスラリーの形態をとる。
金属用研磨液が含有する各成分については、以下に詳述するが、それぞれの成分は1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本発明で用いる金属用研磨液は、構成成分として複素環化合物を必須成分とし、酸、酸化剤、及び砥粒などを含有することが好ましく、通常は、各成分を溶解してなる水溶液に砥粒を分散させてなるスラリーの形態をとる。
金属用研磨液が含有する各成分については、以下に詳述するが、それぞれの成分は1種のみを用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
本発明において「金属用研磨液」とは、研磨に使用する組成(濃度)の研磨液のみならず、使用時に必要により希釈して用いる研磨濃縮液も本発明では特に断りのない限り、研磨液と称する。濃縮液は研磨に使用する際に、水または水溶液などで希釈して、研磨に使用されるもので、希釈倍率は一般的には1〜20体積倍である。
次に、本発明に係る金属用研磨液の成分について説明する。
(複素環化合物)
本発明の金属用研磨液には、研磨対象の金属表面に不動態膜を形成する化合物として少なくとも1種の複素環化合物を含有する。
「複素環化合物」とはヘテロ原子を1個以上含んだ複素環を有する化合物である。
(複素環化合物)
本発明の金属用研磨液には、研磨対象の金属表面に不動態膜を形成する化合物として少なくとも1種の複素環化合物を含有する。
「複素環化合物」とはヘテロ原子を1個以上含んだ複素環を有する化合物である。
複素環化合物に含まれるヘテロ原子の数は限定されるものではないが、2個以下が好ましい。特に、2個以下の窒素原子を含有する複素環化合物を用いると本発明の顕著な効果が得られ、好ましい。
また、複素環は単環であっても縮合環を有する多環であってもよい。単環の場合の員数は、好ましくは5〜7であり、特に好ましくは5である。縮合環を有する場合の環数は、好ましくは2または3である。
これらの複素環として具体的に、以下のものが挙げられる。すなわち、
ピロール環、チオフェン環、フラン環、ピラン環、チオピラン環、イミダゾール環、ピラゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、ピロリジン環、ピラゾリジン環、イミダゾリジン環、イソオキサゾリジン環、イソチアゾリジン環、ピペリジン環、ピペラジン環、モルホリン環、チオモルホリン環、クロマン環、チオクロマン環、イソクロマン環、イソチオクロマン環、インドリン環、イソインドリン環、ピリンジン環、インドリジン環、インドール環、インダゾール環、キノリジン環、イソキノリン環、キノリン環、ナフチリジン環、フタラジン環、キノキサリン環、キナゾリン環、シンノリン環、プテリジン環、アクリジン環、ペリミジン環、フェナントロリン環、カルバゾール環、カルボリン環、フェナジン環、アンチリジン環、チアジアゾール環、オキサジアゾール環、ベンズイミダゾール環、ベンズオキサゾール環、ベンズチアゾール環、ベンズチアジアゾール環、ベンズフロキサン環、ナフトイミダゾール環等が挙げられる。
ピロール環、チオフェン環、フラン環、ピラン環、チオピラン環、イミダゾール環、ピラゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、ピロリジン環、ピラゾリジン環、イミダゾリジン環、イソオキサゾリジン環、イソチアゾリジン環、ピペリジン環、ピペラジン環、モルホリン環、チオモルホリン環、クロマン環、チオクロマン環、イソクロマン環、イソチオクロマン環、インドリン環、イソインドリン環、ピリンジン環、インドリジン環、インドール環、インダゾール環、キノリジン環、イソキノリン環、キノリン環、ナフチリジン環、フタラジン環、キノキサリン環、キナゾリン環、シンノリン環、プテリジン環、アクリジン環、ペリミジン環、フェナントロリン環、カルバゾール環、カルボリン環、フェナジン環、アンチリジン環、チアジアゾール環、オキサジアゾール環、ベンズイミダゾール環、ベンズオキサゾール環、ベンズチアゾール環、ベンズチアジアゾール環、ベンズフロキサン環、ナフトイミダゾール環等が挙げられる。
複素環が有しうる置換基としては、例えばハロゲン原子、アルキル基(直鎖、分岐又は環状のアルキル基であり、ビシクロアルキル基のように多環アルキル基であっても、活性メチン基を含んでもよい)、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、アミノ基、ヘテロ環基が挙げられる。さらに、複数の置換基のうち2以上が互いに結合して環を形成してもよく、例えば、芳香環、脂肪族炭化水素環、複素環などを形成することもできる。
本発明で特に好ましく用いることができる複素環化合物の具体例としては、これらに限定されるものではないが以下のものが挙げられる。
すなわち、イミダゾール、ピラゾール、ベンズイミダゾール、インダゾール、ベンズチアゾール、2,2'−ビピリジル、1,10−フェナントロリン、ピリダジン、ピラジン等である。
すなわち、イミダゾール、ピラゾール、ベンズイミダゾール、インダゾール、ベンズチアゾール、2,2'−ビピリジル、1,10−フェナントロリン、ピリダジン、ピラジン等である。
本発明で用いる複素環化合物は、単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。また、本発明で用いる複素環化合物は、常法に従って合成できるほか、市販品を使用してもよい。
本発明で用いる複素環化合物の添加量は、総量として、研磨に使用する際の金属用研磨液(即ち、水または水溶液で希釈する場合は希釈後の金属用研磨液。以降の「研磨に使用する際の金属用研磨液」も同意である。)の1L中、0.0001〜0.1molが好ましく、より好ましくは0.0005〜0.05mol、更に好ましくは0.0005〜0.01molである。
(酸化剤)
本発明の金属用研磨液は、研磨対象の金属を酸化できる化合物(酸化剤)を含有することが好ましい。
具体的には、過酸化水素、過酸化物、硝酸塩、ヨウ素酸塩、過ヨウ素酸塩、次亜塩素酸塩、亜塩素酸塩、塩素酸塩、過塩素酸塩、過硫酸塩、重クロム酸塩、過マンガン酸塩、オゾン水および銀(II)塩、鉄(III)塩が挙げられるが、過酸化水素がより好ましく用いられる。
酸化剤の添加量は、研磨に使用する際の金属用研磨液の1L中、0.003mol〜8molとすることが好ましく、0.03mol〜6molとすることがより好ましく、0.1mol〜4molとすることが特に好ましい。即ち、酸化剤の添加量は、金属の酸化が十分で高いCMP速度を確保する点で0.003mol以上が好ましく、研磨面の荒れ防止の点から8mol以下が好ましい。
本発明の金属用研磨液は、研磨対象の金属を酸化できる化合物(酸化剤)を含有することが好ましい。
具体的には、過酸化水素、過酸化物、硝酸塩、ヨウ素酸塩、過ヨウ素酸塩、次亜塩素酸塩、亜塩素酸塩、塩素酸塩、過塩素酸塩、過硫酸塩、重クロム酸塩、過マンガン酸塩、オゾン水および銀(II)塩、鉄(III)塩が挙げられるが、過酸化水素がより好ましく用いられる。
酸化剤の添加量は、研磨に使用する際の金属用研磨液の1L中、0.003mol〜8molとすることが好ましく、0.03mol〜6molとすることがより好ましく、0.1mol〜4molとすることが特に好ましい。即ち、酸化剤の添加量は、金属の酸化が十分で高いCMP速度を確保する点で0.003mol以上が好ましく、研磨面の荒れ防止の点から8mol以下が好ましい。
(酸)
本発明に係る金属用研磨液は更に酸を含有することが好ましい。ここでいう酸は、金属の酸化剤ではなく、酸化の促進、pH調整、緩衝剤としての作用を有する。
酸の例として、その範囲で、例えば、無機酸、有機酸、アミノ酸が挙げられる。
無機酸としては、硫酸、硝酸、ホウ酸、燐酸などが挙げられ、無機酸の中では燐酸が好ましい。
本発明に係る金属用研磨液は更に酸を含有することが好ましい。ここでいう酸は、金属の酸化剤ではなく、酸化の促進、pH調整、緩衝剤としての作用を有する。
酸の例として、その範囲で、例えば、無機酸、有機酸、アミノ酸が挙げられる。
無機酸としては、硫酸、硝酸、ホウ酸、燐酸などが挙げられ、無機酸の中では燐酸が好ましい。
本発明においては特に有機酸やアミノ酸が存在することが好ましい。
有機酸としては、水溶性のものが望ましい。以下の群から選ばれたものがより適している。ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、2−メチル酪酸、n−ヘキサン酸、3,3−ジメチル酪酸、2−エチル酪酸、4−メチルペンタン酸、n−ヘプタン酸、2−メチルヘキサン酸、n−オクタン酸、2−エチルヘキサン酸、安息香酸、グリコール酸、サリチル酸、グリセリン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、マレイン酸、フタル酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、乳酸、ヒドロキシエチルイミノ二酢酸、イミノ二酢酸、ジヒドロキシエチルグリシン、及びそれらのアンモニウム塩やアルカリ金属塩等の塩、硫酸、硝酸、アンモニア、アンモニウム塩類、又はそれらの混合物等が挙げられる。これらの中ではギ酸、マロン酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、ヒドロキシエチルイミノ二酢酸、イミノ二酢酸、ジヒドロキシエチルグリシン等が好適である。
有機酸としては、水溶性のものが望ましい。以下の群から選ばれたものがより適している。ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、2−メチル酪酸、n−ヘキサン酸、3,3−ジメチル酪酸、2−エチル酪酸、4−メチルペンタン酸、n−ヘプタン酸、2−メチルヘキサン酸、n−オクタン酸、2−エチルヘキサン酸、安息香酸、グリコール酸、サリチル酸、グリセリン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、マレイン酸、フタル酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、乳酸、ヒドロキシエチルイミノ二酢酸、イミノ二酢酸、ジヒドロキシエチルグリシン、及びそれらのアンモニウム塩やアルカリ金属塩等の塩、硫酸、硝酸、アンモニア、アンモニウム塩類、又はそれらの混合物等が挙げられる。これらの中ではギ酸、マロン酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、ヒドロキシエチルイミノ二酢酸、イミノ二酢酸、ジヒドロキシエチルグリシン等が好適である。
アミノ酸としては、水溶性のものが好ましい。以下の群から選ばれたものがより適している。
グリシン、L−アラニン、β−アラニン、L−2−アミノ酪酸、L−ノルバリン、L−バリン、L−ロイシン、L−ノルロイシン、L−イソロイシン、L−アロイソロイシン、L−フェニルアラニン、L−プロリン、サルコシン、L−オルニチン、L−リシン、タウリン、L−セリン、L−トレオニン、L−アロトレオニン、L−ホモセリン、L−チロシン、3,5−ジヨ−ド−L−チロシン、β−(3,4−ジヒドロキシフェニル)−L−アラニン、L−チロキシン、
グリシン、L−アラニン、β−アラニン、L−2−アミノ酪酸、L−ノルバリン、L−バリン、L−ロイシン、L−ノルロイシン、L−イソロイシン、L−アロイソロイシン、L−フェニルアラニン、L−プロリン、サルコシン、L−オルニチン、L−リシン、タウリン、L−セリン、L−トレオニン、L−アロトレオニン、L−ホモセリン、L−チロシン、3,5−ジヨ−ド−L−チロシン、β−(3,4−ジヒドロキシフェニル)−L−アラニン、L−チロキシン、
4−ヒドロキシ−L−プロリン、L−システィン、L−メチオニン、L−エチオニン、L−ランチオニン、L−シスタチオニン、L−シスチン、L−システィン酸、L−アスパラギン酸、L−グルタミン酸、S−(カルボキシメチル)−L−システィン、4−アミノ酪酸、L−アスパラギン、L−グルタミン、アザセリン、L−アルギニン、L−カナバニン、L−シトルリン、δ−ヒドロキシ−L−リシン、クレアチン、L−キヌレニン、L−ヒスチジン、1−メチル−L−ヒスチジン、3−メチル−L−ヒスチジン、エルゴチオネイン、L−トリプトファン、アクチノマイシンC1、アパミン、アンギオテンシンI、アンギオテンシンII及びアンチパイン等のアミノ酸。
特に、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、グリシン、グリコール酸、β−アラニン、ヒドロキシエチルイミノ二酢酸、イミノ二酢酸、ジヒドロキシエチルグリシンについては実用的なCMP速度を維持しつつ、エッチング速度を効果的に抑制できるという点で好ましい。
特に、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、グリシン、グリコール酸、β−アラニン、ヒドロキシエチルイミノ二酢酸、イミノ二酢酸、ジヒドロキシエチルグリシンについては実用的なCMP速度を維持しつつ、エッチング速度を効果的に抑制できるという点で好ましい。
酸の添加量は、研磨に使用する際の研磨液の1L中、0.0005〜0.5molとすることが好ましく、0.005mol〜0.3molとすることがより好ましく、0.01mol〜0.1molとすることが特に好ましい。即ち、酸の添加量は、エッチングの抑制の点から0.5mol以下が好ましく、充分な効果を得る上で0.0005mol以上が好ましい。
(砥粒)
本発明の金属用研磨液は砥粒を含有することが好ましい。好ましい砥粒としては、例えば、シリカ(沈降シリカ、フュームドシリカ、コロイダルシリカ、合成シリカ)、セリア、アルミナ、チタニア、ジルコニア、ゲルマニア、酸化マンガン、炭化ケイ素、ポリスチレン、ポリアクリル、ポリテレフタレートなどが挙げられる。特に、コロイダルシリカを用いると、本発明の顕著な効果が得られ、好ましい。
本発明の金属用研磨液は砥粒を含有することが好ましい。好ましい砥粒としては、例えば、シリカ(沈降シリカ、フュームドシリカ、コロイダルシリカ、合成シリカ)、セリア、アルミナ、チタニア、ジルコニア、ゲルマニア、酸化マンガン、炭化ケイ素、ポリスチレン、ポリアクリル、ポリテレフタレートなどが挙げられる。特に、コロイダルシリカを用いると、本発明の顕著な効果が得られ、好ましい。
砥粒の添加量としては、使用する際の金属用研磨液1L中に0.05〜20gの砥粒を含むことが好ましく、特に0.2〜5gの砥粒を含むと本発明の効果が顕著に得られ、好ましい。
また、砥粒は個数平均粒径5〜200nmが好ましく、特に個数平均粒径20〜70nmの砥粒を用いると本発明の効果が顕著に得られ、好ましい。なお、個数平均粒径とは、金属用研磨液中に含まれる砥粒について全粒子の粒径の算術平均であり、例えば 動的光散乱法またはレーザー回折法もしくは電子顕微鏡法を用いて測定できる。
本発明の効果をより顕著に発揮し得るという観点から、金属用研磨液は、1L中に1〜10gのコロイダルシリカを含有することが好ましい。該コロイダルシリカの含有量は、より好ましくは1L中に3〜8gである。
また、本発明の効果をより顕著に発揮し得るという観点から、個数平均粒径50〜100nmのコロイダルシリカを含有することが好ましい。該コロイダルシリカの個数平均粒径は、より好ましくは55〜85nmである。
また、本発明の効果をより顕著に発揮し得るという観点から、個数平均粒径50〜100nmのコロイダルシリカを含有することが好ましい。該コロイダルシリカの個数平均粒径は、より好ましくは55〜85nmである。
本発明の金属用研磨液は、さらに他の成分を含有してもよく、例えば、界面活性剤、親溶性ポリマー、及び、その他の添加剤を挙げることができる。
(界面活性剤/親水性ポリマー)
本発明の研磨液は、界面活性剤や親水性ポリマーを含有することが好ましい。
界面活性剤と親水性ポリマーは、いずれも被研磨面の接触角を低下させる作用を有して、均一な研磨を促す作用を有する。用いられる界面活性剤や親水性ポリマーとしては、以下の群から選ばれたものが好適である。
陰イオン界面活性剤として、カルボン酸塩、スルホン酸塩、硫酸エステル塩、リン酸エステル塩が挙げられ、陽イオン界面活性剤として、脂肪族アミン塩、脂肪族4級アンモニウム塩、塩化ベンザルコニウム塩、塩化ベンゼトニウム、ピリジニウム塩、イミダゾリニウム塩が挙げられ、両性界面活性剤として、カルボキシベタイン型、アミノカルボン酸塩、イミダゾリニウムベタイン、レシチン、アルキルアミンオキサイドを挙げることができ、非イオン界面活性剤として、エーテル型、エーテルエステル型、エステル型、含窒素型が挙げられ、また、フッ素系界面活性剤などが挙げられる。
さらに、親水性ポリマーとしては、ポリエチレングリコール等のポリグリコール類、ポリビニルアルコール、ポロビニルピロリドン、アルギン酸等の多糖類、ポリメタクリル酸等のカルボン酸含有ポリマー等が挙げられる。
(界面活性剤/親水性ポリマー)
本発明の研磨液は、界面活性剤や親水性ポリマーを含有することが好ましい。
界面活性剤と親水性ポリマーは、いずれも被研磨面の接触角を低下させる作用を有して、均一な研磨を促す作用を有する。用いられる界面活性剤や親水性ポリマーとしては、以下の群から選ばれたものが好適である。
陰イオン界面活性剤として、カルボン酸塩、スルホン酸塩、硫酸エステル塩、リン酸エステル塩が挙げられ、陽イオン界面活性剤として、脂肪族アミン塩、脂肪族4級アンモニウム塩、塩化ベンザルコニウム塩、塩化ベンゼトニウム、ピリジニウム塩、イミダゾリニウム塩が挙げられ、両性界面活性剤として、カルボキシベタイン型、アミノカルボン酸塩、イミダゾリニウムベタイン、レシチン、アルキルアミンオキサイドを挙げることができ、非イオン界面活性剤として、エーテル型、エーテルエステル型、エステル型、含窒素型が挙げられ、また、フッ素系界面活性剤などが挙げられる。
さらに、親水性ポリマーとしては、ポリエチレングリコール等のポリグリコール類、ポリビニルアルコール、ポロビニルピロリドン、アルギン酸等の多糖類、ポリメタクリル酸等のカルボン酸含有ポリマー等が挙げられる。
なお、上記のものは、酸もしくはそのアンモニウム塩の方が、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ハロゲン化物等による汚染がなく望ましい。上記例示化合物の中でもシクロヘキサノール、ポリアクリル酸アンモニウム塩、ポリビニルアルコール、コハク酸アミド、ポロビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックポリマーがより好ましい。
これらの界面活性剤や親水性ポリマーの重量平均分子量としては、500〜100000が好ましく、特には2000〜50000が好ましい。
界面活性剤及び/又は親水性ポリマーの添加量は、総量として、研磨に使用する際の金属用研磨液の1L中、0.001〜10gとすることが好ましく、0.01〜5gとすることがより好ましく0.1〜3gとすることが特に好ましい。
(アルカリ剤/緩衝剤)
本発明の金属用研磨液は、所定のpHとすべく、アルカリ剤又は緩衝剤を添加されることが好ましい。
アルカリ剤(及び緩衝剤)としては、水酸化アンモニウム及びテトラメチルアンモニウムハイドロキサイドなどの有機水酸化アンモニウム、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミンなどのようなアルカノールアミン類などの非金属アルカリ剤、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムなどのアルカリ金属水酸化物、炭酸ナトリウムなどの炭酸塩、リン酸三ナトリウムなどのリン酸塩、ホウ酸塩、四ホウ酸塩、ヒドロキシ安息香酸塩などを挙げることができる。
特に好ましいアルカリ剤として水酸化アンモニウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム及びテトラメチルアンモニウムハイドロキサイドである。
本発明の金属用研磨液は、所定のpHとすべく、アルカリ剤又は緩衝剤を添加されることが好ましい。
アルカリ剤(及び緩衝剤)としては、水酸化アンモニウム及びテトラメチルアンモニウムハイドロキサイドなどの有機水酸化アンモニウム、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミンなどのようなアルカノールアミン類などの非金属アルカリ剤、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムなどのアルカリ金属水酸化物、炭酸ナトリウムなどの炭酸塩、リン酸三ナトリウムなどのリン酸塩、ホウ酸塩、四ホウ酸塩、ヒドロキシ安息香酸塩などを挙げることができる。
特に好ましいアルカリ剤として水酸化アンモニウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム及びテトラメチルアンモニウムハイドロキサイドである。
アルカリ剤(及び緩衝剤)の添加量としては、pHが好ましい範囲に維持される量であればよく、研磨に使用する際の金属用研磨液の1L中、0.0001mol〜1.0molとすることが好ましく0.003mol〜0.5molとすることがより好ましい。
研磨に使用する際の金属用研磨液のpHは3〜12が好ましく、より好ましくは4〜9であり、特に5〜8が好ましい。この範囲において本発明の金属液は特に優れた効果を発揮する。上記アルカリ剤(緩衝剤)、酸剤によって研磨液のpHを上記好ましい範囲に調整するものである。
研磨に使用する際の金属用研磨液のpHは3〜12が好ましく、より好ましくは4〜9であり、特に5〜8が好ましい。この範囲において本発明の金属液は特に優れた効果を発揮する。上記アルカリ剤(緩衝剤)、酸剤によって研磨液のpHを上記好ましい範囲に調整するものである。
(キレート剤)
本発明に係る金属用研磨液は、混入する多価金属イオンなどの悪影響を低減させるために、必要に応じてキレート剤(すなわち硬水軟化剤)を含有していてもよい。
キレート剤としては、カルシウムやマグネシウムの沈澱防止剤である汎用の硬水軟化剤やその類縁化合物を用いることができ、必要に応じてこれらを2種以上併用しても良い。
キレート剤の添加量は混入する多価金属イオンなどの金属イオンを封鎖するのに充分な量であれば良く、例えば、研磨に使用する際の金属用研磨液の1L中、0.0003mol〜0.07molになるように添加する。
本発明に係る金属用研磨液は、混入する多価金属イオンなどの悪影響を低減させるために、必要に応じてキレート剤(すなわち硬水軟化剤)を含有していてもよい。
キレート剤としては、カルシウムやマグネシウムの沈澱防止剤である汎用の硬水軟化剤やその類縁化合物を用いることができ、必要に応じてこれらを2種以上併用しても良い。
キレート剤の添加量は混入する多価金属イオンなどの金属イオンを封鎖するのに充分な量であれば良く、例えば、研磨に使用する際の金属用研磨液の1L中、0.0003mol〜0.07molになるように添加する。
次に、研磨される半導体集積回路ウェハについて説明する。
(配線金属材料)
本発明における研磨対象は銅又は銅合金からなる配線を持つLSIであり、銅合金の中でも銀を含有する銅合金が適している。銅合金に含有される銀含量は、10質量%以下、さらには1質量%以下で優れた効果を発揮し、0.00001〜0.1質量%の範囲である銅合金において最も優れた効果を発揮する。
(配線金属材料)
本発明における研磨対象は銅又は銅合金からなる配線を持つLSIであり、銅合金の中でも銀を含有する銅合金が適している。銅合金に含有される銀含量は、10質量%以下、さらには1質量%以下で優れた効果を発揮し、0.00001〜0.1質量%の範囲である銅合金において最も優れた効果を発揮する。
(配線の太さ)
本発明の対象である半導体は、例えばDRAMデバイス系ではハーフピッチで0.15μm以下で特には0.10μm以下、更には0.08μm以下、一方、MPUデバイス系では0.12μm以下で特には0.09μm以下、更には0.07μm以下の配線を持つLSIであることが好ましい。これらのLSIに対して、本発明の研磨液は特に優れた効果を発揮する。
本発明の対象である半導体は、例えばDRAMデバイス系ではハーフピッチで0.15μm以下で特には0.10μm以下、更には0.08μm以下、一方、MPUデバイス系では0.12μm以下で特には0.09μm以下、更には0.07μm以下の配線を持つLSIであることが好ましい。これらのLSIに対して、本発明の研磨液は特に優れた効果を発揮する。
(バリア金属)
銅配線と層間絶縁膜との間には、銅の拡散を防ぐ為のバリア層が設けられ、バリア層としては低抵抗のメタル材料例えばTiN、TiW、Ta、TaN、W、WNが好ましく、中でもTa、TaNが特に好ましい。
銅配線と層間絶縁膜との間には、銅の拡散を防ぐ為のバリア層が設けられ、バリア層としては低抵抗のメタル材料例えばTiN、TiW、Ta、TaN、W、WNが好ましく、中でもTa、TaNが特に好ましい。
次に、研磨の方法について説明する。
(研磨装置)
本発明を実施できる装置は、被研磨面を有する半導体基板等を保持するホルダーと研磨パッドを貼り付けた(回転数が変更可能なモータ等を取り付けてある)研磨定盤を有する一般的な研磨装置が使用でき、直径300mmのウェハを研磨できる装置であれば特に限定されず、例えばFREX300(荏原製作所)を用いることができる。
(研磨装置)
本発明を実施できる装置は、被研磨面を有する半導体基板等を保持するホルダーと研磨パッドを貼り付けた(回転数が変更可能なモータ等を取り付けてある)研磨定盤を有する一般的な研磨装置が使用でき、直径300mmのウェハを研磨できる装置であれば特に限定されず、例えばFREX300(荏原製作所)を用いることができる。
(研磨液供給方法)
本発明では対象金属を研磨する間、研磨定盤上の研磨パッドに金属用研磨液をポンプ等で連続的に供給する。この供給量に制限はないが、研磨パッドの表面が常に研磨液で覆われていることが好ましい。
本発明では対象金属を研磨する間、研磨定盤上の研磨パッドに金属用研磨液をポンプ等で連続的に供給する。この供給量に制限はないが、研磨パッドの表面が常に研磨液で覆われていることが好ましい。
本発明では濃縮された金属用研磨液に水または水溶液を加え希釈して用いることもできる。希釈方法としては、例えば、濃縮された金属用研磨液を供給する配管と水または水溶液を供給する配管を途中で合流させて混合し、希釈された金属用研磨液を研磨パッドに供給する方法などを挙げることができる。その場合の混合は、圧力を付した状態で狭い通路を通して液同士を衝突混合する方法、配管中にガラス管などの充填物を詰め液体の流れを分流分離、合流させることを繰り返し行う方法、配管中に動力で回転する羽根を設ける方法など通常に行われている方法を用いることができる。
また、他の希釈方法としては、金属用研磨液を供給する配管と水または水溶液を供給する配管を独立に設け、それぞれから所定量の液を研磨パッドに供給し、研磨パッドと被研磨面の相対運動により混合する方法する方法も本発明に用いることが出来る。
さらに、1つの容器に所定量の濃縮された金属用研磨液と水または水溶液を入れて混合し、所定の濃度に希釈した後に、その混合液を研磨パッドに供給する方法も本発明に適用することが出来る。
さらに、1つの容器に所定量の濃縮された金属用研磨液と水または水溶液を入れて混合し、所定の濃度に希釈した後に、その混合液を研磨パッドに供給する方法も本発明に適用することが出来る。
これらの方法以外に、金属用研磨液が含有すべき成分を少なくとも2つの構成成分に分けて、それらを使用する際に、水または水溶液を加え希釈して研磨パッドに供給する方法も本発明に用いることが出来る。この場合、酸化剤を含む成分と酸を含有する成分とに分割して供給する事が好ましい。
例えば、酸化剤を1つの構成成分(A)とし、酸、添加剤、界面活性剤及び水を1つの構成成分(B)とし、それらを使用する際に水または水溶液で構成成分(A)と構成成分(B)を希釈して使用する。この場合、構成成分(A)と構成成分(B)と水または水溶液をそれぞれ供給する3つの配管が必要であり、3つの配管を研磨パッドに供給する1つの配管に結合し、その配管内で混合してもよく、2つの配管を結合してから他の1つの配管を結合して混合してもよい。例えば、溶解しにくい添加剤を含む構成成分と他の構成成分を混合し、混合経路を長くして溶解時間を確保してから、さらに水または水溶液の配管を結合することで研磨液を供給することも可能である。
また、上記の3つの配管をそれぞれ研磨パッドに導き研磨パッドと被研磨面の相対運動により混合して供給してもよいし、1つの容器に3つの構成成分を混合した後に、その混合液を研磨パッドに供給してもよい。さらに、金属用研磨液を濃縮液とし、希釈水を別にして研磨面に供給してもよい。
例えば、酸化剤を1つの構成成分(A)とし、酸、添加剤、界面活性剤及び水を1つの構成成分(B)とし、それらを使用する際に水または水溶液で構成成分(A)と構成成分(B)を希釈して使用する。この場合、構成成分(A)と構成成分(B)と水または水溶液をそれぞれ供給する3つの配管が必要であり、3つの配管を研磨パッドに供給する1つの配管に結合し、その配管内で混合してもよく、2つの配管を結合してから他の1つの配管を結合して混合してもよい。例えば、溶解しにくい添加剤を含む構成成分と他の構成成分を混合し、混合経路を長くして溶解時間を確保してから、さらに水または水溶液の配管を結合することで研磨液を供給することも可能である。
また、上記の3つの配管をそれぞれ研磨パッドに導き研磨パッドと被研磨面の相対運動により混合して供給してもよいし、1つの容器に3つの構成成分を混合した後に、その混合液を研磨パッドに供給してもよい。さらに、金属用研磨液を濃縮液とし、希釈水を別にして研磨面に供給してもよい。
(パッド)
本発明の金属用研磨液を用いて化学的機械的研磨方法を実施する際に用いる研磨用のパッドには特に制限はなく、無発泡構造パッドでも発泡構造パッドでもよい。前者はプラスチック板のように硬質の合成樹脂バルク材をパッドに用いるものである。また、後者は更に独立発泡体(乾式発泡系)、連続発泡体(湿式発泡系)、2層複合体(積層系)の3つがあり、特には2層複合体(積層系)が好ましい。発泡は、均一でも不均一でもよい。
更に研磨に用いる砥粒(例えば、セリア、シリカ、アルミナ、樹脂など)を含有したものでもよい。また、それぞれに硬さは軟質のものと硬質のものがあり、どちらでもよく、積層系ではそれぞれの層に異なる硬さのものを用いることが好ましい。材質としては不織布、人工皮革、ポリアミド、ポリウレタン、ポリエステル、ポリカーボネート等が好ましい。また、研磨面と接触する面には、格子溝/穴/同心溝/らせん状溝などの加工を施してもよい。
本発明の金属用研磨液を用いて化学的機械的研磨方法を実施する際に用いる研磨用のパッドには特に制限はなく、無発泡構造パッドでも発泡構造パッドでもよい。前者はプラスチック板のように硬質の合成樹脂バルク材をパッドに用いるものである。また、後者は更に独立発泡体(乾式発泡系)、連続発泡体(湿式発泡系)、2層複合体(積層系)の3つがあり、特には2層複合体(積層系)が好ましい。発泡は、均一でも不均一でもよい。
更に研磨に用いる砥粒(例えば、セリア、シリカ、アルミナ、樹脂など)を含有したものでもよい。また、それぞれに硬さは軟質のものと硬質のものがあり、どちらでもよく、積層系ではそれぞれの層に異なる硬さのものを用いることが好ましい。材質としては不織布、人工皮革、ポリアミド、ポリウレタン、ポリエステル、ポリカーボネート等が好ましい。また、研磨面と接触する面には、格子溝/穴/同心溝/らせん状溝などの加工を施してもよい。
<研磨パッド/ウェハの平均相対運動速度>
研磨パッドの研磨面と被研磨面との相対運動は、回転式研磨である関係上、部位によって相違があるので、平均相対運動速度(平均相対速度)で表すのが適切であり、本発明では、平均相対速度は、被研磨面の中心を通る直線の、半径方向の相対運動速度の平均値として求める。
例えば、被研磨面及び研磨面が共に回転体であるとき、それぞれの回転中心間の距離を中心間距離Lとする。この中心間を結ぶ線上における、被研磨面の相対運動速度を求めて平均相対速度とする。図1は、平均相対速度を説明するための研磨面と被研磨面を含む回転式研磨面の平面図である。図1において、被研磨面中心Bと研磨面中心Oとの距離をL [m]、研磨面の半径をRp[m]、被研磨面の半径をRw[m]とし、研磨面の角速度をωp[rad/s]、被研磨面の角速度をωw[rad/s]とする。
Rp>RwのときのA点、B点、C点の各点における相対運動速度Va、Vb、Vcは下記の式で表される。
A:Va=(L−Rw)×ωp+Rw×ωw
B:Vb=L×ωp
C:Vc=(L+Rw)×ωp−Rw×ωw
上記の要領で、被研磨面の半径方向A−Cの速度分布を求め、それらの和を測定点数で除した平均値を平均相対運動速度として求める。
研磨パッドの研磨面と被研磨面との相対運動は、回転式研磨である関係上、部位によって相違があるので、平均相対運動速度(平均相対速度)で表すのが適切であり、本発明では、平均相対速度は、被研磨面の中心を通る直線の、半径方向の相対運動速度の平均値として求める。
例えば、被研磨面及び研磨面が共に回転体であるとき、それぞれの回転中心間の距離を中心間距離Lとする。この中心間を結ぶ線上における、被研磨面の相対運動速度を求めて平均相対速度とする。図1は、平均相対速度を説明するための研磨面と被研磨面を含む回転式研磨面の平面図である。図1において、被研磨面中心Bと研磨面中心Oとの距離をL [m]、研磨面の半径をRp[m]、被研磨面の半径をRw[m]とし、研磨面の角速度をωp[rad/s]、被研磨面の角速度をωw[rad/s]とする。
Rp>RwのときのA点、B点、C点の各点における相対運動速度Va、Vb、Vcは下記の式で表される。
A:Va=(L−Rw)×ωp+Rw×ωw
B:Vb=L×ωp
C:Vc=(L+Rw)×ωp−Rw×ωw
上記の要領で、被研磨面の半径方向A−Cの速度分布を求め、それらの和を測定点数で除した平均値を平均相対運動速度として求める。
以下、実施例により本発明を説明する。本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
[実施例1]
下記表1に示す研磨液101から108を調製し、研磨試験及び評価を行った。
(金属用研磨液の調製)
複素環化合物 (化合物種は表1に示す) 3.6mmol/L
β−アラニン (有機酸) 0.0629mol/L
過酸化水素(酸化剤) 9g/L
コロイダルシリカ(粒径と添加量は表1に示す)
純水を加えて全量 1000mL
pH(アンモニア水と硫酸で調整) 6.5
[実施例1]
下記表1に示す研磨液101から108を調製し、研磨試験及び評価を行った。
(金属用研磨液の調製)
複素環化合物 (化合物種は表1に示す) 3.6mmol/L
β−アラニン (有機酸) 0.0629mol/L
過酸化水素(酸化剤) 9g/L
コロイダルシリカ(粒径と添加量は表1に示す)
純水を加えて全量 1000mL
pH(アンモニア水と硫酸で調整) 6.5
(研磨試験)
以下の条件で研磨を行い、研磨速度、ウェハ面内の均一性及び研磨中の研磨パッドの最高温度及び研磨終了後(オーバーポリッシュ終了直後)の研磨パッドの温度を求めた。
研磨装置:FREX300(荏原製作所)
ウェハ:(1)研磨速度算出用及びウェハ面内の均一性評価用;
シリコン基板上に厚み1μmのCu膜を形成した直径300mmのブランケットウェハ
(2)研磨中の研磨パッドの最高温度及び研磨終了後(オーバーポリッシュ終了直後)の研磨パッドの温度の測定用;
直径300mmの銅配線ウェハ
マスクパターン754CMP(ATDF社)
研磨パッド;IC1400XY−K Groove(ロデール社)
研磨条件;
研磨圧力(ウェハ被研磨面と研磨パッドの接触圧力):1.378Pa(2psi)
研磨液供給速度:300ml/min
研磨パッドとウェハ被研磨面の平均相対運動速度:2m/s
以下の条件で研磨を行い、研磨速度、ウェハ面内の均一性及び研磨中の研磨パッドの最高温度及び研磨終了後(オーバーポリッシュ終了直後)の研磨パッドの温度を求めた。
研磨装置:FREX300(荏原製作所)
ウェハ:(1)研磨速度算出用及びウェハ面内の均一性評価用;
シリコン基板上に厚み1μmのCu膜を形成した直径300mmのブランケットウェハ
(2)研磨中の研磨パッドの最高温度及び研磨終了後(オーバーポリッシュ終了直後)の研磨パッドの温度の測定用;
直径300mmの銅配線ウェハ
マスクパターン754CMP(ATDF社)
研磨パッド;IC1400XY−K Groove(ロデール社)
研磨条件;
研磨圧力(ウェハ被研磨面と研磨パッドの接触圧力):1.378Pa(2psi)
研磨液供給速度:300ml/min
研磨パッドとウェハ被研磨面の平均相対運動速度:2m/s
(評価方法)
・研磨速度の算出:ブランケットウェハ(前記(1))を60秒間研磨し、ウェハ面上の均等間隔の49箇所に対し、研磨前後での金属膜厚を電気抵抗値から換算して求め、それらを研磨時間で割って求めた値の平均値を研磨速度とした。
・ウェハ面内の研磨の均一性の算出:上記方法でウェハ面上の均等間隔の49箇所それぞれに対して求めた研磨速度から平均研磨速度、最大研磨速度及び最小研磨速度を求め、以下の式によりウェハ面内の研磨の均一性を見積もった。
ウェハ面内の研磨の均一性(%)=
[(最大研磨速度−最小研磨速度)/(平均研磨速度)×2]×100
・研磨中の研磨パッドの最高温度及び研磨終了後(オーバーポリッシュ終了直後)の研磨パッドの温度:
パターンウェハを研磨中あるいは研磨終了後(オーバーポリッシュ終了直後)の研磨パッド表面の平均温度を放射温度計を用いて測定して求めた。オーバーポリッシュはパターンウェハをTa露出までの時間に加え、更にその時間の30%分だけ余分に研磨した。
・研磨速度の算出:ブランケットウェハ(前記(1))を60秒間研磨し、ウェハ面上の均等間隔の49箇所に対し、研磨前後での金属膜厚を電気抵抗値から換算して求め、それらを研磨時間で割って求めた値の平均値を研磨速度とした。
・ウェハ面内の研磨の均一性の算出:上記方法でウェハ面上の均等間隔の49箇所それぞれに対して求めた研磨速度から平均研磨速度、最大研磨速度及び最小研磨速度を求め、以下の式によりウェハ面内の研磨の均一性を見積もった。
ウェハ面内の研磨の均一性(%)=
[(最大研磨速度−最小研磨速度)/(平均研磨速度)×2]×100
・研磨中の研磨パッドの最高温度及び研磨終了後(オーバーポリッシュ終了直後)の研磨パッドの温度:
パターンウェハを研磨中あるいは研磨終了後(オーバーポリッシュ終了直後)の研磨パッド表面の平均温度を放射温度計を用いて測定して求めた。オーバーポリッシュはパターンウェハをTa露出までの時間に加え、更にその時間の30%分だけ余分に研磨した。
表1に、研磨中の研磨パッドの最高温度及び研磨終了後(オーバーポリッシュ終了後)の研磨パッドの温度とそれらの差、ウェハ面内の研磨の均一性についての評価結果を示した。なお、何れの金属用研磨液を用いた場合も700nm/min以上で実用的に十分な研磨速度が得られた(以下の実施例2から4で用いた金属用研磨液についても同様であった)。
表1から明らかなように、本発明に従う化学的機械的平坦化方法により、ウェハ面内の研磨の均一性が高いという効果が得られたことが分かる。特に。金属用研磨液が、2個以下の窒素原子を含有する複素環化合物を有する場合に、ウェハ面内の研磨の均一性が高いという本発明の効果が顕著に認められた。
[実施例2]
実施例1の研磨液106において砥粒の量を表2に示す量に置き換えたこと以外は実施例1の研磨液106と同様にして研磨液を調製し、実施例1と同様にそれぞれ研磨試験を行い、ウェハ面内の研磨の均一性について評価を行った。結果は以下の表2に示した。
実施例1の研磨液106において砥粒の量を表2に示す量に置き換えたこと以外は実施例1の研磨液106と同様にして研磨液を調製し、実施例1と同様にそれぞれ研磨試験を行い、ウェハ面内の研磨の均一性について評価を行った。結果は以下の表2に示した。
表2から明らかなように、本発明の化学的機械的平坦化方法で用いる研磨液が1L中に1〜10gのコロイダルシリカを含有する時に、ウェハ面内の研磨の均一性が高いという本発明の効果が最も顕著に認められた。
[実施例3]
実施例1の研磨液106において砥粒の平均粒径を表3に示すものに置き換えたこと以外は実施例1の研磨液106と同様にして研磨液を調製し、実施例1と同様にそれぞれ研磨試験を行い、ウェハ面内の研磨の均一性について評価を行った。結果は以下の表3に示した。
実施例1の研磨液106において砥粒の平均粒径を表3に示すものに置き換えたこと以外は実施例1の研磨液106と同様にして研磨液を調製し、実施例1と同様にそれぞれ研磨試験を行い、ウェハ面内の研磨の均一性について評価を行った。結果は以下の表3に示した。
表3から明らかなように、本発明の研磨方法で用いる研磨液が、個数平均粒径50〜100nmのコロイダルシリカを含有する時に、ウェハ面内の研磨の均一性が高いという本発明の効果が最も顕著に認められた。
[実施例4]
実施例1の研磨液106において砥粒をコロイダルシリカからヒュームドシリカあるいはアルミナに等重量で置き換える以外は実施例1の研磨液106と同様にして研磨液を調製し、実施例1と同様にそれぞれ研磨試験を行い、ウェハ面内の研磨の均一性について評価を行った。結果は以下の表4に示した。
実施例1の研磨液106において砥粒をコロイダルシリカからヒュームドシリカあるいはアルミナに等重量で置き換える以外は実施例1の研磨液106と同様にして研磨液を調製し、実施例1と同様にそれぞれ研磨試験を行い、ウェハ面内の研磨の均一性について評価を行った。結果は以下の表4に示した。
表4から明らかなように、本発明の研磨方法で用いる研磨液の砥粒がコロイダルシリカの時に、ウェハ面内の研磨の均一性が高いという本発明の効果が最も顕著に認められた。
Claims (4)
- 複素環化合物を含有する金属用研磨液を研磨定盤上の研磨パッドに供給し、前記研磨パッドをウェハの被研磨面と接触させ相対運動させて研磨する半導体デバイスの化学的機械的平坦化方法であって、
研磨中における前記研磨パッドの最高温度が30℃以上40℃未満であり、かつ前記最高温度と研磨終了後の前記研磨パッドの温度との差が10℃未満であることを特徴とする化学的機械的平坦化方法。 - 前記複素環化合物が2個以下の窒素原子を含有する化合物であることを特徴とする請求項1に記載の化学的機械的平坦化方法。
- 前記金属用研磨液が1L中に1〜10gのコロイダルシリカを含有することを特徴とする請求項1または2に記載の化学的機械的平坦化方法。
- 前記金属用研磨液が個数平均粒径50〜100nmのコロイダルシリカを含有することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の化学的機械的平坦化方法。
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JP2010515257A (ja) * | 2006-12-29 | 2010-05-06 | エルジー・ケム・リミテッド | 金属配線形成用cmpスラリー組成物 |
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2005
- 2005-09-28 JP JP2005282494A patent/JP2007095945A/ja active Pending
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