JP5319887B2 - 研磨用スラリー - Google Patents
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Description
CMPを用いた埋め込み金属配線の形成について、図14に基づいて説明する。
図14Aに示すように、半導体基板上に形成された酸化膜等の絶縁膜10に配線形成用の凹状の溝を形成した後、絶縁膜10上に全面に亘って窒化チタン(TiN)等よりなるバリア金属膜11を堆積し、その後、バリア金属膜11上に、溝を埋めるように全面に亘ってタングステン(W)等よりなる配線用金属膜12を堆積する。
次に、図14Bに示すように、配線用金属膜12に対してCMPによって、不要な領域の配線用金属膜12とその下層のバリア金属膜11とを研磨して除去し、溝の内部にのみ、配線用金属膜12を残すことにより、金属配線が形成される。
ところが、かかるCMPを用いた金属配線の形成においては、研磨時間を短縮してスループットの向上を図るために、研磨用スラリーとして、配線用金属膜に対する研磨速度(研磨レート)が高いスラリー、例えば、研磨砥粒としてヒュームドシリカを含有するスラリーを用いて研磨が行われるために、図15に示すように、溝幅の大きい領域においては、広幅の埋め込み配線12の中央部を研磨してしまう、いわゆるディッシングが生じたり、溝が密集している領域においては、細幅の埋め込み配線12と共にその周りの絶縁膜10を同時に研磨してしまう、いわゆるエロージョンが生じてしまう。
かかるディッシングやエロージョンによる表面段差によって、多層配線の上層の絶縁膜に段差が生じ易く、上層の配線膜の形成時に配線用金属膜の研磨残りに起因した電気的短絡などの問題が発生するという課題がある。
本発明では、上記目的を達成するために、次のように構成している。
すなわち、本発明の研磨用スラリーは、化学的機械的研磨に用いる研磨用スラリーであって、酸化剤および2種以上の研磨砥粒を含有し、前記酸化剤が、ヨウ素酸カリウムであるものである。
この研磨砥粒は、シリカ砥粒であるのが好ましく、前記2種以上の研磨砥粒として、ヒュームドシリカおよびコロイダルシリカを含有するのが好ましい。
ここで、ヒュームドシリカは、2次粒子からなり、コロイダルシリカは、1次粒子からなるのが好ましい。
上記構成によると、酸化剤を含有するとともに、2種以上の研磨砥粒、例えば、ヒュームドシリカおよびコロイダルシリカを含有しているので、金属膜に対する研磨レートが高いヒュームドシリカと、絶縁膜(酸化膜)に対する研磨レートが高いコロイダルシリカとの混合比を選択することによって、金属膜および絶縁膜(酸化膜)に対して研磨レート比(選択比)を選択できることになり、これによって、従来例に比べて、ディッシングやエロージョンを低減できることになる。
好ましい実施態様においては、酸を含有し、pHが1以上6以下である。より好ましくは、pHが2以上4以下である。
この実施態様によると、絶縁膜に対するコロイダルシリカの研磨能力を十分に発揮することができる。
他の実施態様においては、前記ヒュームドシリカおよび前記コロイダルシリカの両シリカの総量に対する前記コロイダルシリカの混合比率が、1%以上99%以下である。好ましくは、前記混合比率が、10%以上90%であり、より好ましくは、20%以上70%以下である。また、前記混合比率の下限を、50%以上としてもよい。
この実施態様によると、ヒュームドシリカに対する前記コロイダルシリカの混合比によって、研磨レート比(選択比)を選択できることになり、金属膜や絶縁膜に対する研磨レートを制御することが可能になる。
更に他の実施態様においては、絶縁膜および金属膜が形成された基板の研磨に用いられるものである。
この実施態様によると、絶縁膜および金属膜が形成された基板の研磨に用いることによって、従来例に比べて、ディッシングやエロージョンを低減できることになる。
図1は、本発明の一つの実施の形態に係る化学的機械研磨方法を実施するためのCMP装置の概略構成図である。
図2は、図1の半導体ウェハの一部拡大断面図である。
図3は、本発明の実施の形態に係る研磨用スラリーの研磨特性を示す図である。
図4は、pHと研磨レートとの関係を示す図である。
図5は、検討例2における各研磨用スラリーを用いたときの研磨レートを示す図である。
図6は、検討例2における各研磨用スラリーを用いてSiO2膜を研磨したときに発生するディフェクト(欠陥)のカウント数を示す図である。
図7は、検討例2における各研磨用スラリーを用いてW膜を研磨したときのW膜の均一性を示す図である。
図8は、研磨レートとウェハの中心からの距離との関係を示す図である。
図9は、実施例および比較例を用いたときの研磨レートを示す図である。
図10は、実施例および比較例を用いたときの欠陥のカウント数を示す図である。
図11は、実施例および比較例を用いたときのディッシング量を示す図である。
図12は、実施例および比較例を用いたときのエロージョン量を示す図である。
図13は、実施例および比較例を用いたときのリセス量を示す図である。
図14は、化学的機械研磨方法を用いた埋め込み金属配線の形成を説明するための半導体ウェハの一部拡大断面図である。
図15は、ディッシングおよびエロージョンを示す図である。
以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は本発明の実施の形態に係る研磨用スラリーを用いるCMP研磨装置の概略構成図である。
定盤1の表面に取付けられた研磨パッド2には、本発明に係る研磨用スラリー3がスラリー供給用のノズル4から連続的に供給される。被研磨物としての半導体ウェハ5は、研磨ヘッド6に、バッキングフィルム7を介して保持される。研磨ヘッド6に荷重が加えられることによって、半導体ウェハ5は、研磨パッド2に押し付けられる。
研磨パッド2上に供給される研磨用スラリー3は、研磨パッド2上を広がって半導体ウェハ5に到達する。定盤1と研磨ヘッド6とは、矢符Aで示すように同方向に回転して相対的に移動し、研磨パッド2と半導体ウェハ5との間に研磨用スラリー3が侵入して研磨が行われる。なお、8は研磨パッド2の表面を目立てするためのドレッサーである。
図2Aは被研磨物である半導体ウェハ5の一例を示す部分断面図である。この半導体ウェハ5では、ウェハ基板の上に、酸化膜である二酸化シリコンSiO2からなる絶縁膜10を形成し、この絶縁膜10に溝(またはビアホール)を選択的に形成し、絶縁膜10上に、チタンTiおよび窒化チタンTiNからなるバリア金属膜11を堆積する。その後、バリア金属膜11上に、溝を埋め込むようにして配線用金属であるタングステンWからなる配線金属膜12を堆積する。
このように形成された半導体ウェハ5を、配線金属膜12側を下にして図1の研磨ヘッド6に装着して、研磨を行うものである。
ここで、この実施の形態に使用する研磨用スラリーについて、詳細に説明する。
この実施の形態の研磨用スラリーは、酸化剤を含有するとともに、2種以上の研磨砥粒として、ヒュームドシリカおよびコロイダルシリカを含有する水系媒体のスラリーである。
酸化剤としては、過酸化水素や過塩素酸アンモニウムなどの過酸化化合物、ヨウ素酸、ヨウ素酸カリウムやヨウ素酸ナトリウムなどのヨウ素酸塩化合物などを挙げることができる。酸化剤は、研磨用スラリーに対して、0.1重量%以上7重量%以下含有するのが好ましく、より好ましくは、0.5重量%以上4重量%以下である。
この研磨用スラリーは、pHを調整するための酸を含有するのが好ましく、この酸としては、特に制限されず、公知の無機酸および有機酸を使用できる。その中でも、研磨用スラリーの研磨能力を一層向上させるという観点から、塩酸、硝酸、硫酸、フッ酸、炭酸などの無機酸および酢酸、クエン酸、マロン酸、アジピン酸などの有機酸が好ましく、塩酸などが特に好ましい。無機酸および有機酸は、それぞれ1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。また、無機酸の1種または2種以上と有機酸の1種または2種以上とを併用することもできる。
この研磨用スラリーは、そのpHが、好ましくは1〜6、さらに好ましくは2〜4、特に好ましくは、2〜3である。pHが、1〜6の酸性域にあると、コロイダルシリカによる研磨能力が最大限に発揮される。このpH範囲は、酸の含有量を適宜変更することによって、容易に達成できる。
ヒュームドシリカおよびコロイダルシリカは、両者を合わせた研磨砥粒として、研磨用スラリーに対して1重量%以上50重量%以下含有するのが好ましく、より好ましくは、1重量%以上40重量%以下、更に好ましくは、2重量%以上15重量%以下である。
また、ヒュームドシリカおよびコロイダルシリカの両シリカの総量に対する前記コロイダルシリカの混合比率(重量比率)が、1%以上99%以下であるのが好ましく、より好ましくは、前記混合比率が、10%以上90%であり、更に好ましくは、20%以上70%以下である。また、前記混合比率の下限を、50%以上としてもよい。
研磨砥粒として、シリカ以外に、アルミナ、セリア、チタニア、などの他の研磨砥粒を加えてもよい。
また、研磨砥粒の凝集を防ぐために、燐酸カリウムなどの緩衝剤を添加してもよい。
この研磨用スラリーは、その好ましい特性を損なわない範囲で、従来からCMP加工における研磨用スラリーに常用されている各種の添加剤の1種または2種以上を含んでいてもよい。この添加剤の具体例としては、例えば、ポリカルボン酸アンモニウムなどの分散剤、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、エチレングリコール、グリセリンなどの水溶性アルコール、界面活性剤、粘度調節剤、硝酸鉄などが挙げられる。
この研磨用スラリーは、酸化剤を含有するとともに、研磨砥粒として、ヒュームドシリカを含有しているので、タングステンや銅などの金属膜に対する研磨レートが高い一方、研磨砥粒として、コロイダルシリカを含有しているので、SiO2膜などの絶縁膜(酸化膜)に対する研磨レートが高く、ヒュームドシリカとコロイダルシリカとの混合比を選択することにより、研磨レート比(選択比)を、例えば、略1にすることができ、これによって、配線用の金属膜を、絶縁膜に比べて研磨しすぎて生じるディッシングやエロージョンを低減することができる。
[検討例1]
以下に、酸化剤として、過酸化水素を用いた場合の検討例を示す。
すなわち、固形分5重量%のヒュームドシリカ水溶液と、同じく固形分5重量%のコロイダルシリカ水溶液とを、3:1、2:1、1:1、1:2の比率でそれぞれ混合した研磨用スラリーをそれぞれ調整するとともに、前記水溶液を混合することなく、ヒュームドシリカのみおよびコロイダルシリカのみを研磨砥粒とする研磨用スラリーをそれぞれ調整し、タングステン膜W、酸化シリコン膜SiO2を表面に形成したウェハの研磨試験をそれぞれ行った。
なお、各研磨用スラリーは、酸化剤として過酸化水素を4重量%、1(mol/L)の塩酸を1%含有し、pHを2とした。
研磨条件は、荷重300g/cm2、定盤回転数50rpm、研磨ヘッド(キャリア)回転数50rpm、研磨用スラリー流量は300ml/minとした。
また、タングステン膜の研磨レートは、比抵抗測定器(RS35c,テンコール社製)を用いて複数点測定し、その平均値から、タングステン膜の膜厚を算出し、その膜厚変化から測定した。SiO2膜の研磨レートは、光学式膜厚測定器(Nano spec/AFT5100,ナノメトリクス社製)を用いて複数点測定し、その平均値から、SiO2膜の膜厚を算出し、その膜厚変化から測定した。測定結果を、図3に示す。なお、この図3の横軸は、ヒュームドシリカおよびコロイダルシリカのシリカ砥粒全体に対するコロイダルシリカの混合比率(%)を示し、左の縦軸は、研磨レート(nm/min)を示し、右の縦軸は、選択比(Wの研磨レート/SiO2の研磨レート)を示している。
この図3に示すように、ヒュームドシリカとコロイダルシリカとを、3:1、すなわち、シリカ砥粒全体に対するコロイダルシリカの混合比率を、25%としたときには、選択比が4となり、ヒュームドシリカとコロイダルシリカとを、1:2、すなわち、前記混合比率を、66.7%としたときには、選択比が2となり、このように、シリカ砥粒全体に対するコロイダルシリカの混合比率を、25%から66.7%まで変化させることにより、選択比を、4から2まで変化させることができる。
また、下記の表1には、ヒュームドシリカ単独の研磨用スラリーと、ヒュームドシリカとコロイダルシリカとの混合比を、1:2、すなわち、シリカ砥粒全体に対するコロイダルシリカの混合比率を、67%とした研磨用スラリーを用いて研磨した場合のエロージョンの測定結果を示す。
これは、図4に示すように、酸性領域、特のpH=2付近においては、コロイダルシリカは、ヒュームドシリカに比べて、絶縁膜であるSiO2膜の研磨レートが高くなるので、タングステンなどの金属膜の削れすぎによる50nm以上のエロージョンの段差を、SiO2膜を約30nm程度研磨することによって、緩和したものである。
なお、図4は、pHによるヒュームドシリカとコロイダルシリカのSiO2膜に対する研磨レートを示すものである。
以上のように、この実施の形態の研磨用スラリーによれば、タングステンなどの金属膜に対する研磨レートと絶縁膜(酸化膜)に対する研磨レートとの比である選択比を制御できるので、絶縁膜に比べて金属膜が削れすぎて生じるディッシングやエロージョンを低減することができ、これによって、上層の配線膜の形成時に配線用金属膜の研磨残りに起因した電気的短絡などが生じるのを有効に防止して高品質な半導体デバイスを得ることが可能となる。
また、シリカ砥粒を用いるので、アルミナ砥粒を用いる場合に生じるスクラッチのない平坦な研磨が可能となる。
[検討例2]
以下に、酸化剤として、ヨウ素酸カリウムを用いた場合の検討例を示す。
(研磨用スラリー)
本検討例に用いる研磨用スラリーは、以下のように調製した。
ヒュームドシリカと水とを混合させて、固形分20重量%の高分散のヒュームドシリカ分散液を調製し、コロイダルシリカと水とを混合させて、固形分20重量%の高分散のコロイダルシリカ分散液を調製した。そして、ヒュームドシリカ分散液とコロイダルシリカ分散液とを9:1、8:2、7:3、6:4、5:5、1:3の比率でそれぞれ混合して、シリカ砥粒に対するコロイダルシリカの混合比率(以下、単に「混合比率」と呼ぶ。)が、10%、20%、30%、40%、50%、75%の砥粒分散液を調製した。なお、ヒュームドシリカ分散液は、混合比率が0%の砥粒分散液であり、コロイダルシリカ分散液は、混合比率が100%の砥粒分散液である。
酸化剤であるヨウ素酸カリウムを水に溶解させて、ヨウ素酸カリウム濃度が4重量%の酸化剤溶液を調製した。また、酸化剤溶液は、溶液調製時に塩酸を添加して、pH2に調整した。
混合比率が10%である砥粒分散液と酸化剤溶液とを1:3の比率で混合して、シリカ砥粒5重量%、ヨウ素酸カリウム3重量%、pH2.2であって、混合比率が10%である研磨用スラリーを調製した。
また、混合比率が20%、30%、40%、50%、75%である研磨用スラリーは、混合比率が10%である砥粒分散液を用いる代わりに、混合比率が20%、30%、40%、50%、75%である砥粒分散液を用いる以外、混合比率が10%である研磨用スラリーと同様に調製した。シリカ砥粒がヒュームドシリカのみである研磨用スラリー(ヒュームドシリカ単体スラリー)は、混合比率が10%である砥粒分散液を用いる代わりに、ヒュームドシリカ分散液を用いる以外、混合比率が10%である研磨用スラリーと同様に調製した。シリカ砥粒がコロイダルシリカのみである研磨用スラリー(コロイダルシリカ単体スラリー)は、混合比率が10%である砥粒分散液を用いる代わりに、コロイダルシリカ分散液を用いる以外、混合比率が10%である研磨用スラリーと同様に調製した。
なお、これらの濃度は、研磨時の濃度であるので、砥粒分散液と酸化剤溶液とを混合するタイミングは、あらかじめ混合しておいてもよいし、研磨直前に混合してもよい。
(研磨評価)
上記各研磨用スラリーは、以下のようにして、研磨評価(研磨レート評価、表面状態評価および均一性評価)について検討した。上記各研磨用スラリーを用いて、下記の研磨条件で、表面に金属膜であるタングステン(W)膜、チタン(Ti)膜および酸化膜であるSiO2膜が形成されたウェハを研磨した。
研磨条件は、研磨装置(SH−24,Speed FAM社製)、研磨パッド(IC1400,ニッタ・ハース社製)、研磨時間60秒間、荷重5.0psi(約34450Pa)、定盤回転数65rpm、研磨ヘッド(キャリア)回転数65rpm、研磨用スラリー流量125ml/minとした。被研磨物は、8インチのSiO2膜を形成させたウェハおよびそのウェハにW膜およびTi膜が形成されたウェハである。
図5は、検討例2における各研磨用スラリーを用いたときの研磨レートを示す図である。グラフの横軸は、混合比率(%)を示し、グラフの縦軸は、研磨レート(Å/min)を示す。W膜の研磨レートは、比抵抗測定器(RS35c,テンコール社製)を用いて複数点測定し、その平均値から、W膜の膜厚を算出し、その膜厚変化から測定した。Ti膜の研磨レートは、比抵抗測定器(RS35c,テンコール社製)を用いて複数点測定し、その平均値から、Ti膜の膜厚を算出し、その膜厚変化から測定した。SiO2膜の研磨レートは、光学式膜厚測定器(Nano spec/AFT5100,ナノメトリクス社製)を用いて複数点測定し、その平均値から、SiO2膜の膜厚を算出し、その膜厚変化から測定した。
図5からわかるように、混合比率が高いほど、酸化膜であるSiO2膜およびバリアメタル膜であるTi膜の研磨レートが高いという結果を示した。
また、混合比率が10%である研磨用スラリーを用いると、W膜の研磨レートは、ヒュームドシリカ単体スラリーより若干増加する。混合比率が10%より高い研磨用スラリーを用いると、混合比率が高いほど、W膜の研磨レートが低くなるという結果を示した。
したがって、混合比率を選択することによって、SiO2膜に対するW膜の研磨レートの比である選択比を制御することできる。
図6は、検討例2における各研磨用スラリーを用いてSiO2膜を研磨したときに発生するディフェクト(欠陥)のカウント数を示す図である。グラフの横軸は、混合比率(%)を示し、グラフの縦軸は、1枚のウェハあたりの0.2μm以上より大きい欠陥のカウント数を示す。欠陥は、ウェハ表面検査装置(LS6600,日立ハイテクノロジーズ社製)を用いて測定した。
図6からわかるように、ヒュームドシリカおよびコロイダルシリカを混合した研磨用スラリーを用いてSiO2膜を研磨すると、パーティクル(研磨粒子)に基づく欠陥およびスクラッチ(傷)に基づく欠陥の両方とも少ないという結果を示した。
ヒュームドシリカ単体スラリーを用いてSiO2膜を研磨した場合、研磨後のSiO2膜に多くの傷が残り、スクラッチに基づく欠陥が多いという結果を示した。このことから、ヒュームドシリカ単体スラリーは、傷ばかりが付き、研磨されにくいといえる。
コロイダルシリカ単体スラリーを用いてSiO2膜を研磨した場合、研磨後のSiO2膜に多くの傷および研磨粒子が残り、スクラッチに基づく欠陥およびパーティクルに基づく欠陥が多いという結果を示した。このことは、コロイダルシリカ単体スラリーは、ゼータ電位が正側にシフトしており、SiO2膜表面に、研磨粒子が吸着されやすくなるので、研磨粒子が残り、また、その研磨粒子によって、傷が発生するからであると考えられる。
また、図6から、混合比率が20%以上50%以下である研磨用スラリーは、パーティクルに基づく欠陥およびスクラッチに基づく欠陥が特に少ないので、特に好ましい。
図7は、検討例2における各研磨用スラリーを用いてW膜を研磨したときのW膜の均一性を示す図である。グラフの横軸は、混合比率(%)を示し、グラフの縦軸は、研磨後のW膜の均一性を示す。均一性は、研磨されたシリコンウェハの複数箇所、たとえば49箇所で厚みを測定して、シリコンウェハの厚みにおける平均値に対する最大値と最小値との差を百分率で表わしたもので、値が小さいほど、被研磨物の厚みの均一性が優れている。
図7からわかるように、ヒュームドシリカおよびコロイダルシリカを混合した研磨用スラリーを用いてW膜を研磨すると、研磨後のW膜の均一性が高いという結果を示した。
また、図7から、混合比率が20%の研磨用スラリーを用いてW膜を研磨すると、研磨後のW膜の均一性が最も高いことがわかる。
次に、均一性が最も高かった混合比率が20%の研磨用スラリー、ヒュームドシリカ単体スラリーおよびコロイダルシリカ単体スラリーについての研磨レートを検討した。
図8は、研磨レートとウェハの中心からの距離との関係(プロファイル)を示す図である。グラフの横軸は、ウェハの中心からの距離(測定位置)(mm)を示し、縦軸は研磨レート(Å/min)を示す。平滑線21は、混合比率が20%の研磨用スラリーを用いた場合のプロファイルである。平滑線22は、ヒュームドシリカ単体スラリーを用いた場合のプロファイルである。平滑線23は、コロイダルシリカ単体スラリーを用いた場合のプロファイルである。
図8から、混合比率が20%の研磨用スラリーを用いた場合は、測定位置に関わらず、研磨レートは、ほぼ一定であることがわかる。ヒュームドシリカ単体スラリーを用いた場合、ウェハの中心付近で研磨レートが比較的高く、ウェハのエッジ付近で研磨レートが比較的低いことがわかる。コロイダルシリカ単体スラリーを用いた場合、ウェハの中心付近で研磨レートが比較的低く、ウェハのエッジ付近で研磨レートが比較的高いことがわかる。
これらのことから、ヒュームドシリカおよびコロイダルシリカを混合した研磨用スラリーである混合比率が20%の研磨用スラリーを用いた場合は、測定位置に関わらず、研磨レートは、ほぼ一定であり、研磨後のウェハの均一性が高くなることがわかる。
以上のように、本実施形態である研磨用スラリーを用いると、SiO2膜の研磨レートに対するW膜の研磨レートの比である選択比を制御できる。また、研磨後のパーティクル残りおよびスクラッチ残りを防ぐことができ、均一性の高いウェハを得ることができる。したがって、絶縁膜であるSiO2膜に比べて金属膜であるW膜が削れすぎて生じるディッシングやエロージョンを低減することができ、これによって、上層の配線膜の形成時に配線用金属膜の研磨残りに起因した電気的短絡などが生じるのを有効に防止して高品質な半導体デバイスを得ることが可能となる。
次に、本実施形態の研磨用スラリー(実施例)と、従来の金属研磨用スラリー(比較例)との比較検討を行った。
(実施例)
検討例2で用いた混合比率が20%の研磨用スラリーである。
(比較例)
過酸化水素4重量%、鉄触媒(硝酸第二鉄)0.05重量%およびヒュームドシリカ5重量%である研磨用スラリー(SSW2000、キャボット社製)である。
実施例および比較例は、以下のようにして、研磨評価(研磨レート評価、表面状態評価、ディッシング評価、エロージョン評価およびリセス評価)について検討した。上記各研磨用スラリーを用いて、下記の研磨条件で、表面に金属膜であるタングステン(W)膜、チタン(Ti)膜および酸化膜であるSiO2膜が形成されたウェハを研磨した。
研磨条件は、研磨装置(SH−24,Speed FAM社製)、研磨パッド(IC1400,ニッタ・ハース社製)、研磨時間60秒間、荷重4.5psi(約31000Pa)、定盤回転数65rpm、研磨ヘッド(キャリア)回転数65rpm、研磨用スラリー流量125ml/minとした。被研磨物は、8インチのSiO2膜を形成させたウェハおよびそのウェハにW膜およびTi膜が形成されたウェハである。
図9は、実施例および比較例を用いたときの研磨レートを示す図である。グラフの縦軸は、研磨レート(Å/min)を示す。研磨レートは、W膜は比抵抗測定器(RS35c,テンコール社製)、Ti膜は比抵抗測定器(RS35c,テンコール社製)、SiO2膜は光学式膜厚測定器(Nano spec/AFT5100,ナノメトリクス社製)を用いて複数点測定し、その平均値を算出した。
図9からわかるように、実施例は、比較例より、W膜の研磨レートおよびSiO2膜の研磨レートが高いことがわかる。
実施例は、エッチングレートの低いヨウ素酸カリウムを含んでいるが、シリカ砥粒として、ヒュームドシリカを含んでいるだけでなく、機械的研磨力に優れているコロイダルシリカを含んでいるので、W膜の研磨レートおよびSiO2膜の研磨レートが高いと考えられる。
図10は、実施例および比較例を用いたときの欠陥のカウント数を示す図である。グラフの縦軸は、1枚のウェハあたりの欠陥のカウント数を示す。棒31は、SiO2膜を研磨したときの1枚のウェハあたりの0.50μmより大きいパーティクルに基づく欠陥のカウント数を示す。棒32は、SiO2膜を研磨したときの1枚のウェハあたりの0.35μmより大きく0.50以下のパーティクルに基づく欠陥のカウント数を示す。棒33は、SiO2膜を研磨したときの1枚のウェハあたりの0.20μmより大きく0.35以下のパーティクルに基づく欠陥のカウント数を示す。棒34は、SiO2膜を研磨したときの1枚のウェハあたりの0.50μmより大きいスクラッチに基づく欠陥のカウント数を示す。棒35は、SiO2膜を研磨したときの1枚のウェハあたりの0.35μmより大きく0.50以下のスクラッチに基づく欠陥のカウント数を示す。棒36は、SiO2膜を研磨したときの1枚のウェハあたりの0.20μmより大きく0.35以下のスクラッチに基づく欠陥のカウント数を示す。欠陥は、ウェハ表面検査装置(LS6600,日立ハイテクノロジーズ社製)を用いて測定した。
図10からわかるように、実施例は、比較例より、SiO2膜を研磨したときに発生する欠陥が少ないという結果を示した。さらに、実施例は、0.20μmより大きく0.35以下の欠陥が特に少なくっており、細かい傷や研磨粒子が残ることが少なくなることがわかる。これらのことから、比較例は、傷ばかり付き、SiO2膜をあまり研磨することができないといえる。
図11は、実施例および比較例を用いたときのディッシング量を示す図である。グラフの縦軸は、ディッシング量(Å)を示す。ディッシング量は、SiO2膜上に、配線幅が10μm、50μmおよび100μmのW膜からなる配線を設けた基板を研磨したときのディッシング量である。ディッシング量は触針式表面測定器(P−12,テンコール社製)によって測定する。
図11から、実施例は、比較例より、W膜からなる配線の配線幅に関わらず、デッィシング量が少ないことがわかる。このことは、ヨウ素酸カリウムのエッチング作用が低いためであると考えられる。
図12は、実施例および比較例を用いたときのエロージョン量を示す図である。グラフの縦軸は、エロージョン量(Å)を示す。エロージョン量は、SiO2膜上に、配線密度が50%、70%、90%のW膜からなる配線を設けた基板を研磨したときのエロージョン量である。エロージョン量は、原子間力顕微鏡(AFM−SPA465,セイコーインスツルメンツ社製)によって測定する。
図12から、実施例は、比較例より、W膜からなる配線の配線密度に関わらず、エロージョン量が少ないことがわかる。このことは、ヨウ素酸カリウムのエッチング作用が低いためであると考えられる。
図13は、実施例および比較例を用いたときのリセス量を示す図である。グラフの縦軸は、リセス量(Å)を示す。リセス量は、SiO2膜上に、配線密度が10%、30%、50%、70%、90%のW膜からなる配線を設けた基板を研磨したときのリセス量である。リセス量は、原子間力顕微鏡(AFM−SPA465,セイコーインスツルメンツ社製)によって測定する。
図13から、実施例は、比較例より、W膜からなる配線の配線密度に関わらず、エロージョン量が少ないことがわかる。このことは、ヨウ素酸カリウムのエッチング作用が低いためであると考えられる。
以上のように、酸化剤とシリカ砥粒とを含む研磨用スラリーであって、シリカ砥粒として、コロイダルシリカおよびヒュームドシリカを含むことによって、ディッシング、エロージョンおよびリセスを低減できる。
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本発明の範囲は特許請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものである。
本発明は、半導体ウェハや光学部品レンズなどの研磨に有用である。
Claims (1)
- 基板上に形成された金属膜および絶縁膜を同時に研磨する研磨用スラリーであって、
ヒュームドシリカと、
コロイダルシリカと、
酸化剤とを含み、
前記ヒュームドシリカおよび前記コロイダルシリカの両シリカの総量に対する前記コロイダルシリカの混合比率が20%〜50%であり、pHが1以上6以下であり、
前記ヒュームドシリカおよび前記コロイダルシリカの両シリカの含有量は、1重量%以上40重量%以下であり、
前記酸化剤は、ヨウ素酸カリウムからなる、研磨用スラリー。
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JP2008135453A (ja) * | 2006-11-27 | 2008-06-12 | Fujimi Inc | 研磨用組成物及び研磨方法 |
WO2011096331A1 (ja) * | 2010-02-03 | 2011-08-11 | ニッタ・ハース株式会社 | 研磨用組成物 |
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WO2017147767A1 (en) * | 2016-03-01 | 2017-09-08 | Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. | Chemical mechanical polishing method |
JP2020017668A (ja) * | 2018-07-26 | 2020-01-30 | キオクシア株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000204353A (ja) * | 1999-01-18 | 2000-07-25 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造に用いる化学機械研磨用水系分散体及び半導体装置の製造方法 |
JP2000345144A (ja) * | 1999-03-31 | 2000-12-12 | Tokuyama Corp | 研磨剤及び研磨方法 |
JP2003193038A (ja) * | 2001-12-28 | 2003-07-09 | Nippon Aerosil Co Ltd | 高濃度シリカスラリー |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5693239A (en) | 1995-10-10 | 1997-12-02 | Rodel, Inc. | Polishing slurries comprising two abrasive components and methods for their use |
US5759917A (en) * | 1996-12-30 | 1998-06-02 | Cabot Corporation | Composition for oxide CMP |
JP2000160139A (ja) * | 1998-12-01 | 2000-06-13 | Fujimi Inc | 研磨用組成物およびそれを用いた研磨方法 |
KR100472882B1 (ko) * | 1999-01-18 | 2005-03-07 | 가부시끼가이샤 도시바 | 수계 분산체, 이를 이용한 화학 기계 연마용 수계 분산체조성물, 웨이퍼 표면의 연마 방법 및 반도체 장치의 제조방법 |
KR100574259B1 (ko) * | 1999-03-31 | 2006-04-27 | 가부시끼가이샤 도꾸야마 | 연마제 및 연마 방법 |
US6350393B2 (en) * | 1999-11-04 | 2002-02-26 | Cabot Microelectronics Corporation | Use of CsOH in a dielectric CMP slurry |
US6409781B1 (en) * | 2000-05-01 | 2002-06-25 | Advanced Technology Materials, Inc. | Polishing slurries for copper and associated materials |
US6599173B1 (en) * | 2000-06-30 | 2003-07-29 | International Business Machines Corporation | Method to prevent leaving residual metal in CMP process of metal interconnect |
US6468913B1 (en) * | 2000-07-08 | 2002-10-22 | Arch Specialty Chemicals, Inc. | Ready-to-use stable chemical-mechanical polishing slurries |
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JP2004193495A (ja) * | 2002-12-13 | 2004-07-08 | Toshiba Corp | 化学的機械的研磨用スラリーおよびこれを用いた半導体装置の製造方法 |
US20050090104A1 (en) * | 2003-10-27 | 2005-04-28 | Kai Yang | Slurry compositions for chemical mechanical polishing of copper and barrier films |
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000204353A (ja) * | 1999-01-18 | 2000-07-25 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造に用いる化学機械研磨用水系分散体及び半導体装置の製造方法 |
JP2000345144A (ja) * | 1999-03-31 | 2000-12-12 | Tokuyama Corp | 研磨剤及び研磨方法 |
JP2003193038A (ja) * | 2001-12-28 | 2003-07-09 | Nippon Aerosil Co Ltd | 高濃度シリカスラリー |
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