JP3126954B2 - 半導体プロセスに使用する化学機械的研磨剤組成物 - Google Patents
半導体プロセスに使用する化学機械的研磨剤組成物Info
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-
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- Materials Engineering (AREA)
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Description
成物に関する。本発明の化学機械的研磨剤組成物は半導
体ウエハの表面の研磨に有用である。
の研磨は、半導体ウエハ及び誘電体層の平滑度を高めて
配線回路の製造を容易にするため、一般的に広く用いら
れている技術である。一般に、配線回路製造のための研
磨方法は、研磨ヘッドを有する回転盤上に半導体ウエハ
を載せること、及び研磨効率を高めるために研磨粒子と
酸化剤とからなる研磨スラリーをウエハ表面に塗布する
ことを包含する。
NO3 、固体研磨粒子、及びH2 O 2 、HClO、KC
lO、KMgO4 又はCH3 COOOHから選択される
酸化剤を含む化学機械的研磨スラリーを開示している。
このスラリーはウエハ上に銅の配線をするために半導体
ウエハ上の銅層を研磨するのに使用される。
機械的研磨スラリーを用いてAl又はTiを含む金属層
を研磨する方法を開示している。この研磨スラリーは固
体研磨材料のほかに約0.1〜20容量%のH3 PO4
と約1〜30容量%のH2 O 2 を含む。
表面を研磨するための水性研磨組成物を用いる方法を開
示している。この水性研磨組成物は水とCeO2 、Al
2 O 3 、ZrO2 、TiO2 、SiO2 、SiC、Sn
O2 又はTiC等の研磨剤、及び周期表IIA、III
A、IVA又はIVB族の金属陽イオンと塩化物、臭化
物、ヨウ化物、硝酸塩、硫酸塩、リン酸塩又は過塩素酸
塩の陰イオンとを含む塩とからなる。この特許はまた研
磨組成物のpHを1〜6の範囲に調整するための塩酸、
硝酸、リン酸又は硝酸の使用を開示している。
素、シリカ又はケイ酸塩複合材料を研磨するための研磨
組成物を開示している。この研磨組成物は研磨粒子のほ
かに過酸化水素とフタル酸水素カリウムを含む。
粒径0.2〜5μmを有するアルミナ研磨剤及び硝酸ク
ロム(III)と硝酸ランタンと硝酸セリウム(II
I)アンモニウムと硝酸ネオジムとからなる群より選択
される研磨促進剤からなるアルミニウム基板用の研磨組
成物を開示している。
部品基板用の化学機械的研磨スラリーを開示している。
この研磨スラリーは、僅かに1重量%のアルミナを含む
研磨剤粒子(例えば、SiO2 、 CeO2 、SiC、S
i3 N4 又はFe2 O3 粒子)と研磨促進剤として働く
遷移金属キレート塩(例えば、アンモニウム鉄EDT
A)と、この塩を溶かすための溶剤とからなる。
O2 系研磨剤の研磨速度に対するCe4+とZr4+陽イオ
ンの効果を検討している。
ミナ研磨剤粒子と、ポリアミノカルボン酸(例えば、E
DTA)とこの酸のナトリウム塩及びカリウム塩とから
なる群より選択されるキレート剤とを含有する研磨組成
物を開示している。この組成物はベーマイト又はこれの
アルミニウム塩を更に含有していてもよい。
リシアン酸カリウム等の酸化剤と研磨剤と水とを含有
し、pHが2〜4である、タングステン又は窒化タング
ステン膜用の化学機械的研磨スラリーを開示している。
ン膜研磨用のスラリーを開示しているが、このスラリー
はこのチタン膜と錯体を形成するのに十分な濃度のフッ
化カリウムとシリカ等の研磨剤と含有し、pHは8未満
である。
径0.400μ未満のメジアン粒径を有する研磨粒子、
第二鉄塩酸化剤及びプロピレングリコールとメチルパラ
ベンとの混合物である水性界面活性剤の懸濁剤を含有す
る化学機械的研磨スラリーを開示している。
層研磨用の化学機械的スラリーを開示しているが、この
スラリーは硝酸鉄等の酸化成分と少なくとも50%のγ
相からなるアルミニウム粒子とポリアルキルシロキサン
類又はポリオキシアルキレンエーテル類等の非イオン性
界面活性剤を含有する。
ると、研磨粒子は研磨パッド上に堆積して除去させ難く
なり、ウエハ表面を傷つける可能性があることは当業界
では知られている。米国特許第5,527,423号
は、ポリアルキルシロキサン類又はポリオキシアルキレ
ンエーテル類等の非イオン性界面活性剤の使用を開示し
ているが、これらの界面活性剤は研磨組成物の粘度を効
果的に小さくすることはできない。
はより経済的で高い研磨性能を有する研磨組成物、及び
粘度が低減された化学機械的研磨剤組成物を提供するこ
とにある。
者は鋭意研究を行った結果、70〜95重量%の水性媒
体と1〜25重量%の研磨剤と0.1〜20重量%の研
磨促進剤とを含み、該研磨促進剤がモノカルボキシ基又
はアミド基を有する化合物と硝酸塩とを含むことを特徴
とする半導体プロセス用化学機械的研磨剤組成物が上記
目的を達成することを見出し本発明を完成した。
性媒体と1〜25重量%、好ましくは3〜10重量%、
更に好ましくは4〜6重量%の研磨剤と0.1〜20重
量%、好ましくは1〜10重量%、特に好ましくは1〜
6重量%、更に好ましくは2〜5重量%の研磨促進剤と
を含み、該研磨促進剤がモノカルボキシ基又はアミド基
を有する化合物と硝酸塩とを含むことを特徴とする半導
体プロセス用化学機械的研磨剤組成物を提供するもので
ある。
は、ポリカルボン酸、ポリアクリル酸共重合体又はこれ
らの塩類等の陰イオン性界面活性剤を、該研磨剤組成物
の粘度を減少させるために更に含むことができる。
15重量%、好ましくは4〜8重量%の酸化剤を更に含
むことができる。
使用する研磨剤はSiO2 、Al2 O3 、ZrO2 、C
eO2 、SiC、Fe2 O3 、TiO2 、Si3 N4 又
はこれらのいずれかの混合物等の商業的に入手可能な粒
状の研磨剤のいずれでもよい。
酸化剤は過酸化物類、塩素酸塩類、亜塩素酸塩類、過塩
素酸塩類、臭素酸塩類、亜臭素酸塩類、過臭素酸塩類、
硝酸塩類又はこれらの混合物等の商業的に入手可能な酸
化剤のいずれでもよい。
モノカルボキシ基を有する化合物は、(a)式(1)の
モノカルボキシ基化合物
C1 〜C6 のヒドロキシアルキルを示し、R2 は水素、
アンモニウム又はアルカリ金属イオン、好ましくはカリ
ウムイオンを示す。)又は(b)アミノ酸化合物、より
選択される。
酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、ヘキサン酸、グリコ
ール酸、乳酸及びそれらの塩類が挙げられる。上記化合
物(b)の例としては、グリシン、サルコシン、ジメチ
ルグリシン、アラニン及びこれらの塩類が挙げられる。
るアミド基を有する化合物の例としては、ホルムアミ
ド、アセトアミド、プロピオンアミド、N−メチルホル
ムアミド、N−メチルアセトアミド、尿素、メチル尿
素、エチル尿素、ジメチル尿素及びジエチル尿素が挙げ
られる。
者によく知られているアルカリ金属塩又はアンモニウム
塩である。
通常の化学物質であって、危険性が少なく且つ半導体プ
ロセスの作業者の健康及び環境に対し重大な損害をもた
らさない物質を含む。
Si−OH基又はAl−OH基と水分子との間の水素結
合生成のために増加すると考えられている。従って、研
磨剤粒子と水分子との間の水素結合生成を低減するため
に、研磨剤粒子表面に効果的にポリマーが塗布され、膜
が生成していれば本研磨剤組成物の粘度を減少すること
が可能であろう。
機械的研磨剤組成物を提供する。該組成物は70〜95
重量%の水性媒体と1〜25重量%、好ましくは3〜1
0重量%の研磨剤と0.1〜20重量%、好ましくは1
〜6重量%の研磨促進剤と0.01〜1重量%、好まし
くは0.1〜0.5重量%の粘度低減剤としての陰イオ
ン界面活性剤をを含み、該研磨促進剤がモノカルボキシ
基又はアミド基を有する化合物と硝酸塩とを含む。本発
明の研磨剤組成物に好適な陰イオン界面活性剤は、ポリ
カルボン酸化合物及びその塩類、ポリアクリル酸共重合
体及びその塩類及びこれらの重合体類及び塩類の二種類
以上の混合物から選択される。
成物は1〜15重量%、好ましくは4〜8重量%の酸化
剤を更に含んでいてもよい。本発明の好ましい態様にお
いて、本発明の化学機械的研磨剤組成物は70〜95重
量%の水性媒体と4〜6重量%の研磨剤と2〜4重量%
の研磨促進剤と4〜8重量%の酸化剤と0.1〜0.5
重量%の粘度低減剤(陰イオン界面活性剤)とを含んで
いてもよい。
使用してもよい。本研磨剤組成物の調製に際して、組成
物をスラリーにするために水、好ましくは脱イオン水を
用いてもよい。
剤分野において従来使用されている諸成分を、それらが
本発明の研磨剤組成物に悪影響を及ぼさない限り更に含
んでいてもよい。例えば、本発明の研磨剤組成物を銅製
造プロセスに使用する際、高速の銅腐食を防止するため
にベンゾトリアゾール及び/又はその誘導体を含有して
いてもよく、この含有率は0.05〜0.2重量%程度
が好ましい。
調製可能である。例えば、まず研磨剤を水に加え、研磨
剤粒子が完全に水に懸濁するまで該混合物を高せん断力
で連続的に攪拌することによって研磨剤スラリーを調製
できる。その後、スラリー中の研磨剤粒子が所望の固形
分となるように、更に水をスラリーに加える。本発明に
おいて、該スラリーの固形分は1〜25重量%、好まし
くは3〜10重量%の範囲にある。続いて、得られたス
ラリーに前記の添加物を入れ、例えば水酸化アンモニウ
ムによりスラリーのpHを所望の範囲に調整する。例え
ば、研磨すべき金属膜がW膜ならばpHは1.5〜2.
5、好ましくは1.8〜2.3の範囲に、Al膜ならば
pHは3.0〜4.5、好ましくは3.8〜4.2の範
囲に、更にCu膜ならばpHは3.0〜4.5又は6.
0〜7.0、好ましくは3.8〜4.0又は6.2〜
6.6の範囲に調整することができる。最後に、得られ
たスラリーをろ過して本発明の研磨剤組成物を得る。本
発明の研磨剤組成物の調製は好適ないずれの温度、好ま
しくは20〜40℃の温度範囲で行える。
が、これらに限定されるものではない。当業者によって
達成可能な本発明に関するいかなる改良及び変更も、本
発明の範囲に含まれる。
5kgを脱イオン水20kgに加えた。高せん断力の撹
拌器を使用して混合物を連続して撹拌し、アルミナ粒子
を水に完全に懸濁させ、スラリーを調製した。次いで、
脱イオン水24.5kgを加えてスラリーの固形成分が
10重量%を少し超えるようにスラリーを希釈した。次
に過硫酸アンモニウム2.78kgとホルムアミド2.
78kgをスラリーに加えた。このスラリーを30分間
撹拌後、スラリーのpHが約3.8になるように調整し
た。得られたスラリーをろ過して、固形成分が約9重量
%の本発明化学機械的研磨剤組成物を得た。得られた組
成物の研磨試験の結果を表1に示す。
施例1と同様の調整を行った。得られた組成物の研磨試
験の結果を表1に示す。
により測定するべきである。金属膜のシート抵抗は四探
針プローブで測定する。膜厚は次式から算出する。
(Ω/cm2 )を示す。種々の金属膜について、抵抗率
係数は常数である。
ンカー(KLA−Tencor)社のRS75型を用いた。
光学理論により直接測定可能である。本発明では酸化物
の膜厚測定にKLA−テンカー(KLA −Tencor)社のS
M300型を用いた。
ず金属膜厚T1をRS75型器を用いて測定する。金属
膜を上記の条件で1分間、例示スラリーを用いて研磨す
る。次いで、回転盤とウエハをソリッド・ステート・エ
クイップメント(Solid State Equipment )社製エバー
グリーン10X型器で洗浄する。ウエハをスプレイ乾燥
し、金属膜厚T2 をRS75型器で測定する。金属膜用
の例示するスラリーの研磨速度をT1 −T2 で示す。試
験データを表1に示す。
の方法で調製した。 研磨粒子:シリカ(デグサ(Degussa )製Aerosi
l 90) スラリー固形分濃度:6重量% 硝酸アンモニウム: 3重量% 尿素: 3重量% スラリーはHNO3 とNH4 OHでpHが約2.2にな
るように調整した。得られた研磨組成物の研磨試験結果
を表2に示す。
様の方法で調製した。 研磨粒子:シリカ(デグサ(Degussa )製Aerosi
l90) スラリー固形分濃度:6重量% 硝酸アンモニウム: 3重量% シュウ酸: 3重量% スラリーはHNO3 とNH4 OHでpHが約2.2にな
るように調整した。得られた研磨組成物の研磨試験結果
を表2に示す。
バリヤ金属膜として最も一般的に用いられているが、T
aは化学的に高耐蝕性であるため効果的なTa研磨は通
常困難である。本発明の研磨組成物はTaに対する良好
な研磨効率を提供できることが見出された。この研磨効
率を下記の実施例に示す。
1kgを用い、ホルムアミドに代えてを尿素2.50k
gを用いた以外は,実施例1と同様の調製段階を繰り返
した。得られた組成物の研磨試験の結果を表3に示す。
gussa ))5.55kgに、尿素をグリシン4.44k
gに代えて、更に過硫酸アンモニウムを2.22kgを
用いた以外は,実施例4と同様の調製段階を繰り返し
た。得られた組成物の研磨試験の結果を表3に示す。
2.78kgを用いた以外は,実施例5と同様の調製段
階を繰り返した。得られた組成物の研磨試験の結果を表
3に示す。
は,実施例6と同様の調製段階を繰り返した。得られた
組成物の研磨試験の結果を表3に示す。
アンモニウム2.78kgで置換した以外は,実施例6
と同様の調製段階を繰り返した。得られた組成物の研磨
試験の結果を表3に示す。
アンモニウムを2.78kg用いた以外は,実施例4と
同様の調製段階を繰り返した。得られた組成物の研磨試
験の結果を表3に示す。
成物が金属膜、特にW、Al及びTa膜の研磨速度を効
果的に向上できることは明白である。
と、本研磨組成物はその粘度を効果的に低下させるため
に更に陰イオン性界面活性剤を含んでもよい。この態様
を下記の実施例で示す。
水30.9kgに室温で加えた。混合物を高せん断力の
撹拌器を使用して連続して撹拌し、アルミナ粒子を水に
完全に分散させ、スラリーを調製した。次いで、スラリ
ーにギ酸3.2kg、Boemite(コンデア(Cond
ea)社市販のアルミナの商標)を0.48kg、過硫酸
アンモニウムを1.6kg及びポリエチレングリコール
(アルドリッチ(Aldrich )Ar.20、240−1)
0.03kgを順に加えた。スラリーのpHを約3.8
になるようにHNO3 とNH4 OHで調整した。次いで
スラリーをろ過して、本発明の化学機械的研磨剤組成物
を得た。得られた組成物の粘度試験の結果を表4に示
す。
ルシロキサンの一種)0.03kgに代えた以外は同条
件で、実施例9の調製段階を繰り返した。次いでスラリ
ーをろ過して、本発明の化学機械的研磨剤組成物を得
た。得られた組成物の粘度試験の結果を表4に示す。
ライド コロイド(Allied Colloids )社製)0.03
kgに代えた以外は同条件で、実施例9の調製段階を繰
り返した。次いでスラリーをろ過して、本発明の化学機
械的研磨剤組成物を得た。得られた組成物の粘度試験の
結果を表4に示す。
実施例9の調製段階を繰り返した。得られた組成物の粘
度試験の結果を表4に示す。
を、ブルックフィールドLVFモデル(No.1、60
rpm)で試験して、粘度を決定した。試験結果を表4
に示す。
6,606号に開示されているポリアルキルシロキサン
やポリオキシアルキレンエーテル等の非イオン性界面活
性剤は、研磨組成物の粘度を効果的に低下させることが
できないことがわかる。本発明による陰イオン性界面活
性剤添加は、研磨組成物粘度を効果的に低下できる。
限定されるものではなく、且つ、本発明の範囲及び趣旨
を逸脱することなく種々の変更と改良がなされ得ること
が理解されよう。
能を有し、かつ粘度が低く、ウエハ表面を傷つけない。
Claims (21)
- 【請求項1】 70〜95重量%の水性媒体と1〜25
重量%の研磨剤と0.1〜20重量%の研磨促進剤とを
含み、該研磨促進剤がモノカルボキシ基又はアミド基を
有する化合物と硝酸塩とを含むことを特徴とする半導体
プロセス用化学機械的研磨剤組成物。 - 【請求項2】 研磨剤を3〜10重量%含み研磨促進剤
を1〜6重量%含むものである請求項1記載の研磨剤組
成物。 - 【請求項3】 モノカルボキシ基を有する化合物がギ
酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、ヘキサン酸、
グリコール酸、乳酸、グリシン、サルコシン、ジメチル
グリシン、アラニン、これらの塩類、及びこれらの酸類
若しくはこれらの塩類の二種類以上の混合物から選ばれ
るものである請求項1又は2記載の研磨剤組成物。 - 【請求項4】 アミド基を有する化合物がホルムアミ
ド、アセトアミド、プロピオンアミド、N−メチルホル
ムアミド、N−メチルアセトアミド、尿素、メチル尿
素、エチル尿素、ジメチル尿素及びジエチル尿素から選
ばれるものである請求項1又は2記載の研磨剤組成物。 - 【請求項5】 更に酸化剤を1〜15重量%含むことを
特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載の研磨剤組
成物。 - 【請求項6】 酸化剤を4〜8重量%含有することを特
徴とする請求項5記載の研磨剤組成物。 - 【請求項7】 酸化剤が過酸化物類、塩素酸塩類、亜塩
素酸塩類、過塩素酸塩類、臭素酸塩類、亜臭素酸塩類、
過臭素酸塩類、硝酸塩類及びこれらの混合物から選ばれ
るものである請求項5又は6記載の研磨剤組成物。 - 【請求項8】 研磨剤がSiO2、Al2O3、ZrO2、
CeO2、SiC、Fe2O3、TiO2、Si3N4及びこ
れらの混合物から選ばれるものである請求項1〜7のい
ずれか1項記載の研磨剤組成物。 - 【請求項9】 70〜95重量%の水性媒体と1〜25
重量%の研磨剤と0.1〜20重量%の研磨促進剤と
0.01〜1重量%の陰イオン性界面活性剤とを含み、
該研磨促進剤がモノカルボキシ基又はアミド基を有する
化合物と硝酸塩とを含むことを特徴とする半導体プロセ
ス用化学機械的研磨剤組成物。 - 【請求項10】 陰イオン性界面活性剤がポリカルボン
酸化合物類及びその塩類、ポリアクリル酸共重合体類及
びその塩類並びにこれらの重合体類及び/又は塩類の二
種類以上の混合物から選ばれるものである請求項9記載
の研磨剤組成物。 - 【請求項11】 研磨剤を3〜10重量%含み研磨促進
剤を1〜6重量%含むものである請求項9記載の研磨剤
組成物。 - 【請求項12】 モノカルボキシ基を有する化合物が、
ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、ヘキサン
酸、グリコール酸、乳酸、グリシン、サルコシン、ジメ
チルグリシン、アラニン、これらの塩類、及びこれらの
酸類又はこれらの塩類の二種類以上の混合物から選ばれ
るものである請求項9〜11のいずれか1項記載の研磨
剤組成物。 - 【請求項13】 アミド基を有する化合物が、ホルムア
ミド、アセトアミド、プロピオンアミド、N−メチルホ
ルムアミド、N−メチルアセトアミド、尿素、メチル尿
素、エチル尿素、ジメチル尿素及びジエチル尿素から選
ばれるものである請求項9〜11のいずれか1項記載の
研磨剤組成物。 - 【請求項14】 更に酸化剤を1〜15重量%含むこと
を特徴とする請求項9〜13のいずれか1項記載の研磨
剤組成物。 - 【請求項15】 酸化剤を4〜8重量%含有することを
特徴とする請求項14記載の研磨剤組成物。 - 【請求項16】 酸化剤が過酸化物類、塩素酸塩類、亜
塩素酸塩類、過塩素酸塩類、臭素酸塩類、亜臭素酸塩
類、過臭素酸塩類、硝酸塩類及びこれらの混合物から選
ばれるものである請求項14又は15記載の研磨剤組成
物。 - 【請求項17】 研磨剤が、SiO2、Al2O3、Zr
O2、CeO2、SiC、Fe2O3、TiO2、Si3N4
及びこれらの混合物から選ばれるものである請求項9〜
11のいずれか1項記載の研磨剤組成物。 - 【請求項18】 70〜95重量%の該水性媒体と4〜
6重量%の該研磨剤と2〜4重量%の研磨促進剤と4〜
8重量%の該酸化剤と0.1〜0.5重量%の該陰イオ
ン性界面活性剤とを含むことを特徴とする請求項14記
載の研磨剤組成物。 - 【請求項19】 0.05〜0.2重量%のベンゾトリ
アゾール及び/又はその誘導体を更に含むことを特徴と
する請求項1〜18のいずれか1項記載の研磨剤組成
物。 - 【請求項20】 該研磨促進剤がモノカルボキシ基を有
する化合物と硝酸塩との組み合せであることを特徴とす
る請求項1〜19のいずれか1項記載の研磨剤組成物。 - 【請求項21】 該研磨促進剤がアミド基を有する化合
物と硝酸塩との組み合わせであることを特徴とする請求
項1〜19のいずれか1項記載の研磨剤組成物。
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