JP5596344B2 - コロイダルシリカを利用した酸化ケイ素研磨方法 - Google Patents

コロイダルシリカを利用した酸化ケイ素研磨方法 Download PDF

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Description

本発明は、酸化ケイ素基板を研磨する方法に関する。
集積回路は、シリコンウエハーのような基板中または上に形成された数百万の能動素子からなる。該能動素子は、基板上に化学的および物理的に結合され、そして、多層配線(multilevel interconnects)を用いて接続され(interconnected)、機能回路を形成する。典型的な多層配線は、第1の金属層、層間(interlevel)誘電体層、およびときには第3のそれに続く金属層類を含む。ドープされた又はドープされていない2酸化ケイ素（ＳｉＯ２）及び/又は低カッパー（ｋ）の誘電体のような層間誘電体は、該異なる金属層類を電気的に断路するのに使用される。
異なる接続層間の電気的接続は、金属バイア類(metal vias)の使用により成される。米国特許５，７４１，６２６は、例えば、誘電性窒化タンタル(ＴａＮ)層類を調製する方法を記載する。更に、米国特許４，７８９，６４８は、絶縁性フィルム類中での多重金属化層類及び金属化バイア類を調製する方法を記載する。同様な仕方で、金属コンタクト類(contacts)が、接続層類とウエル(well）中に形成された素子類との間の電気的接続を形成するのに使用される。該金属バイア類及びコンタクト類は、例えば、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、アルミニウム銅（Ａｌ−Ｃｕ）、アルミニウムシリコン（Ａｌ−Ｓｉ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（ｗ）、及びそれらの組合せ（以下、「バイア金属類」という）のような様々な金属を充填している。
1つの半導体製造プロセスにおいて、金属バイア類及び/又はコンタクト類は、ブランケット金属の蒸着(deposition)と、それに続く化学的−機械的研磨（ＣＭＰ）工程によって形成される。ある典型的なプロセスにおいて、バイアホール(via holes)類は、層間誘電体(ILD)を通して接続線類まで又は半導体基板までエッチングにより形成される。次いで、障壁(barrier)フィルムが該ILD上に形成され、該エッチングされたバイアホール中に向けられる(directed)。次いで、バイア金属が該障壁フィルム上および該バイアホール中にブランケット蒸着される。蒸着は該バイアホールが該ブランケット蒸着金属で満たされるまで続けられる。最後に、該過剰金属が化学的−機械的研磨(CMP)によって除去され、金属バイアを形成する。バイア類の製造及び/又はCMPのためのプロセスは米国特許４，６７１，８５１、４，９１０，１５５及び４，９４４，８３６中に開示されている。
基板の表面を平滑化又は研磨するための組成物、系及び方法、特にCMPのためのもの、は周知である。研磨用組成物又は系(研磨用スラリーとしても知られる）は、典型的には水性溶液中に研削物質を含むものであり、該研磨用組成物を含浸した研磨パッドを該表面に接触させることにより表面に適用される。金属を含む基板を研磨するために使用される場合、該研磨用組成物は、しばしば酸化剤を含む。該酸化剤の目的は該金属の表面を、該金属自体よりも柔軟性があり、より早く研削し得る物質に転換するためである。かくて、研削剤と共に酸化剤を含む研磨用組成物は、一般に該基板を機械的に研削する攻撃性の比較的低いものが必要とされ、それにより研削工程に起因する該基板への機械的損傷を減らすことができる。更に、該酸化剤の存在により、しばしば該金属類の除去速度が上がり、製造装置の生産性が増す。
CMP系は、理想的に、該ILDの研磨された表面上に残留金属フィルムが無く、且つ、全てのバイアが該ILDの該研磨された表面の層と同じ高さの層である金属を有する、研磨された平滑表面をもたらす。しかしながら、一旦高い先端部が迅速に研磨されると、負荷は該パッドが届く範囲の低い先端部に支配され、それにより比較的低い研磨圧力をもたらす。該ILDの表面からの該金属層除去の完了後、該研磨は、該ILD表面と同じ高さの該金属層と該ILD自体との間で支配される。該金属の研磨速度は該ILDの研磨速度とは異なり、そして、ある場合には該ILDの研磨速度を上回るので、金属は該ILDの高さより更に低いところから除去され、かくして空間が残る。これらの空間の形成は、くぼみ(dishing)として知られている。大きな金属能動素子におけるひどいくぼみは、ことに該基板の比較的低層で起こった場合、くぼみはその上にある層（類）におけるトラップ(trapped)金属欠陥の原因となり、収量損失(yield loss)のもととなる。
多くのCMP操作において、酸化ケイ素は基礎的な誘電体物質として利用される。典型的に、酸化ケイ素を基材とした誘電体フィルム類は、酸性のpＨを持つ組成物を使用する場合極めて低い除去速度を有する。この制限は、低いｐＨにおけるタングステンのような金属類の非選択的研磨を妨げ、そしてくぼみをもたらす。
該誘電体と関連した該金属層の非選択的研磨を可能にする研磨組成物及び方法が必要とされている。本発明のこれらの及び他の利点、及び更なる発明の特徴は、ここに提供される本発明の記載から明らかになるであろう。
新規な、基板を化学的−機械的に研磨する方法を提供する。
本発明は、
（ｉ）少なくとも1層の酸化ケイ素層を含む基板を供給し、
（ii）（a）液体キャリヤー、および
（b）該液体キャリヤー中に懸濁した平均１次粒子径が２０nm〜３０nmであるゾル-ゲルコロイダルシリカ研削粒子、
を含む化学的-機械的研磨用組成物を供給し、
（iii ）該基板を、研磨用パッドおよび該化学的-機械的研磨用組成物と接触させ、
（iv）該基板を該研磨用パッドおよび該化学的-機械的研磨用組成物に対して相対的に動かし、そして
（ｖ）該酸化ケイ素の少なくとも１部を研削して該基板を研磨する、
ことを含む、基板を化学的-機械的に研磨する方法、
を提供する。
本発明は、
（ｉ）少なくとも1層の酸化ケイ素層を含む基板を供給し、
（ii）（a）液体キャリヤー、および
（b）該液体キャリヤー中に懸濁した平均１次粒子径が２０nm〜３０nmであるゾル-ゲルコロイダルシリカ研削粒子、
を含む化学的-機械的研磨用組成物を供給し、
（iii ）該基板を、研磨用パッドおよび該化学的-機械的研磨用組成物と接触させ、
（iv）該基板を該研磨用パッドおよび該化学的-機械的研磨用組成物に対して相対的に動かし、そして
（ｖ）該酸化ケイ素の少なくとも１部を研削して該基板を研磨する、
ことを含む、基板を化学的-機械的に研磨する方法、
を提供する。該研磨組成物は（a）液体キャリヤー、及び（b）該液体キャリヤー中に懸濁した平均１次粒子径が２０nm〜３０nmであるゾル−ゲルコロイダルシリカ研削粒子を、含み、本質的にそれから成り、又はそれから成る。
本発明の方法を使用して研磨される基板は、少なくとも１層の酸化ケイ素の層を含む任意の適切な基板であり得る。適切な基板は、フラットパネルディスプレー類、集積回路類、記憶又は固体ディスク類、金属類、層間誘電体(ILD)素子、半導体、マイクロ−エレクトロ−メカニカルシステム、フェロエレクトリックス(ferroelectrics)、及び磁気ヘッドを含み、且つこれらに限定されない。該酸化ケイ素は、任意の適切な酸化ケイ素、それらの多くは従来知られている、を、含み、本質的にそれから成り、又はそれから成る、ことができる。適切な酸化ケイ素のタイプは、硼燐珪酸ガラス(BPSG)、プラズマ増進(plasma-enhanced)テトラエチルオルトシリケート(PETEOS)、熱酸化物(thermal oxide)、非ドープシリケートガラス、及び高密度プラズマ(HDP)酸化物を含み、且つこれらに限定されない。該金属は例えばタングステンのような、任意の適切な金属、その多くは従来知られている、を、含み、本質的にそれから成り、又はそれから成る、ことができる。
該研磨パッドは、例えば織布及び不織布研磨パッドのような、任意の適切な研磨パッド、その多くは従来知られている、であり得る。適切な研磨パッドは、例えば、織布及び不織布研磨パッドを含む。更に、適切な研磨パッドは、様々な、密度、硬度、厚さ、圧縮性、圧縮再生性、及び圧縮弾性率(modulus)、の任意の適切な重合体を含み得る。適切な重合体は、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニル、ナイロン、フルオロカーボン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリアクリレート、ポリエーテル、ポリエチレン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリプロピレン、それらの共形成物、及びそれらの混合物、を含む。
該研磨パッドは、該研磨パッドの研磨表面の上又は中に固定した研削粒子を含み得、又は該研磨パッドは固定した研削粒子を実質的に含まないものであり得る。固定研削研磨パッドは、接着剤、結合剤、セラマー(ceramer)、樹脂、のようなものにより該研磨パッドの研磨表面に付着した研削粒子を有するパッド、又は研磨パッド中に注入され、それにより該研磨パッドの一体的な部分を形成している研削剤、例えば、研削剤含有ポリウレタン分散液を注入した繊維質バットのようなもの、を含み得る。
該研磨パッドは任意の適切な構成を有し得る。例えば、該研磨パッドは円形であり得、使用時、典型的には、該パッドの表面により規定される平面に対して垂直な軸の周りの回転運動を有するであろう。該研磨パッドは、その表面が該研磨表面として働く円筒であり得、そして、使用時、典型的には研磨される切削端部に関して直線的な運動を有するであろう。該研磨パッドは任意の適切な形状を有し得、使用時、平面又は半円に沿った往復又は軌道運動を有し得る。多くの他の態様は当業者に既に明かであろう。
該研磨用組成物は、望ましくは該液体キャリヤー（例えば、水）中に懸濁した研削剤を含む。該研削剤は、典型的には粒状である。特に、該研削剤は、Nalco Co.及びFuso Chemical Co.のような供給元から商業的に入手できる、ゾル−ゲル加工コロイダルシリカ粒子を、含み、本質的にそれから成り、又はそれから成る。該研削剤を含む粒子は、凝集体を形成し易く、その凝集体の粒子径は光散乱又はディスク遠心分離技術を用いて測定できる。凝集体粒子径は、通常２次粒子径と言われる。１次粒子径は、該凝集体の単位構成ブロックとして定義される。１次粒子径は、BET法により測定される比表面積から得られる。
該コロイダルシリカ粒子は、２０nm又はより大きい（例えば、２１nm又はより大、２２nm又はより大、２３nm又はより大、又は２４nm又はより大）平均１次粒子径を有し得る。該コロイダルシリカ粒子は、３０nm又はより小さい（例えば、２９nm又はより小、２８nm又はより小、２７nm又はより小、又は２６nm又はより小）の平均１次粒子径を有し得る。従って、該コロイダルシリカ粒子は、２０nm〜３０nm（例えば、２１nm〜２９nm、２２nm〜２８nm、２３nm〜２７nm、又は２４nm〜２６nm）の平均１次粒子径を有し得る。より好ましくは、該コロイダルシリカは２５nmの平均１次粒子径を有する。
任意の適切な量の研削剤が該研磨用組成物中に存在し得る。典型的には、0.01重量％又はより多い（例えば、0.05重量％又はより多い）研削剤が該研磨用組成物中に存在するであろう。より典型的には、0.1重量％又はより多い（例えば、1重量％又はより多い、5重量％又はより多い、7重量％又はより多い、10重量％又はより多い、又は12重量％又はより多い）研削剤が該研磨用組成物中に存在し得る。該研磨用組成物中の研削剤の量は、典型的には３０重量％又はより少なく、より典型的には、２０重量％又はより少ない（例えば、１５重量％又はより少ない）。好ましくは、該研磨用組成物中の研削剤の量は、１重量％〜２０重量％、そして、より好ましくは、５重量％〜１５重量％（例えば、７重量％〜１５重量％）である。
液体キャリヤーは、該研削剤及び研削（例えば、平滑化）される適切な基板表面への任意的な添加剤の適用促進するために使用される。該液体キャリヤーは、低級アルコール類（例えば、メタノール、エタノール等）、エーテル類（例えば、ジオキサン、テトラヒドロフラン等）、水、及びそれらの混合物、を含む任意の適切な溶媒であり得る。好ましくは、該液体キャリヤーは、水、より好ましくは脱イオン水、を、含み、本質的にそれから成り、又はそれから成る。
該研磨用組成物はまた、酸化剤を含んでいてもよく、それは、該研磨用組成物で研磨される該基板の１つ又はより多くの物質のための任意の適切な酸化剤であり得る。好ましくは、該酸化剤は、臭素酸塩類、亜臭素酸塩類、塩素酸塩類、亜塩素酸塩類、過酸化水素、次亜塩素酸塩類、ヨウ素酸塩類、モノペルオキシ硫酸塩、モノペルオキシ亜硫酸塩、モノペルオキシリン酸塩、モノペルオキ次亜リン酸塩、モノペルオキシピロリン酸塩、有機−ハロ−オキシ化合物類、過ヨウ素酸塩類、過マンガン酸塩、ペルオキシ酢酸、及びそれらの混合物、からなる群から選ばれる。該酸化剤は任意の適切な量で該研磨剤組成物中に存在し得る。典型的には、該研磨用組成物は、0.01重量％又はより多い（例えば、0.02重量％又はより多い、0.1重量％又はより多い、0.5重量％又はより多い、又は1重量％又はより多い）酸化剤を含む。該研磨用組成物は、好ましくは、２０重量％又はより少ない（例えば、１５重量％又はより少ない、１０重量％又はより少ない、又は５重量％又はより少ない）酸化剤を含む。好ましくは、該研磨用組成物は、0.01重量％〜２０重量％（例えば、0.05重量％〜１５重量％、0.1重量％〜１０重量％、0.3重量％〜６重量％、又は0.5重量％〜４重量％）の酸化剤を含む。
該研磨用組成物、即ちその中に溶解又は懸濁した任意の成分を含む該液体キャリヤー、は任意の適切なｐＨを有し得る。該研磨用組成物の実際のｐＨは研磨される基板のタイプに、１部、依存する。該研磨用組成物は７よりも小さいｐＨ（例えば、６又はより小、５又はより小、４又はより小、3.5又はより小、又は3.3又はより小）のｐＨを有し得る。該研磨用組成物は１又はより大きい（例えば、２又はより大、2.1又はより大、2.2又はより大、2.3又はより大、2.5又はより大、2.7又はより大、３又はより大）ｐＨを有し得る。該ｐＨは、例えば、１〜６（例えば、２〜５、２〜４、２〜3.5、又は2.3〜3.3）であり得る。
該研磨用組成物のｐＨは、任意の適切な方法により達成及び/又は維持できる。より詳しくは、該研磨用組成物は、更に、ｐＨ調節剤、ｐＨ緩衝剤、又はそれらの組み合わせ、を含み得る。例えば、ｐＨ調節剤は無機酸又は有機酸、又はそれらの組み合わせのような任意の適切な酸であり得る。例えば、該酸は硝酸であり得る。該ｐＨ緩衝剤は、例えばリン酸塩、酢酸塩、ホウ酸塩、スルホン酸塩、カルボン酸塩、アンモニウム塩、のような任意の適切な緩衝剤であり得る。該研磨用組成物は、任意の適切な量のｐＨ調節剤及び/又はｐＨ緩衝剤を、その量が該研磨用組成物の、例えばここに示された範囲の、望ましいｐＨを達成及び/又は維持するのに十分である限り、含むことができる。
該研磨用組成物は、所望により腐食防止剤（即ち、皮膜形成剤）を含み得る。該腐食防止剤は、任意の適切な腐食防止剤を、含み、本質的にそれからなり、又はそれから成る、ことができる。該研磨用組成物に使用される腐食防止剤の量は、典型的には該研磨用組成物の全重量を基準として、0.0001重量％〜３重量％（好ましくは、0.001重量％〜２重量％）である。
該研磨用組成物は、所望により、キレート化剤又は錯化剤を含む。該錯化剤は、除去される基板層の除去速度を高め、又はシリコン研磨における微量の金属不純物を除去する、任意の適切な化学的添加剤である。適切なキレート化剤又は錯化剤は、例えば、カルボニル化合物（例えば、アセチルアセトネート、及び類似物）、簡単なカルボン酸塩（例えば、酢酸塩、アリールカルボン酸塩、及び類似物）、１個又はより多くの水酸基を含むカルボン酸塩（例えば、グリコール酸塩、乳酸塩、グルコン酸塩、没食子酸及びその塩、及び類似物）、ジ−、トリ−、及びポリ−カルボン酸塩（例えば、シュウ酸塩、シュウ酸、フタル酸塩、クエン酸塩、コハク酸塩、酒石酸塩、マレイン酸塩、EDTA塩（例えば、EDTAジカリウム）、それらの混合物、及び類似物）１個又はより多くのスルホン酸基及び/又はホスホン酸基を含むカルボン酸塩、及び類似物、を含み得る。適切なキレート化剤又は錯化剤はまた、例えば、ジ−、トリ−、又はポリアルコール類（例えば、エチレングリコール、ピロカテコール、ピロガロール、タンニン酸、及び類似物）、Dequest 2010、Dequest 2060、又はDEquest 2000（Solutia Corp.から入手可能）のようなポリホスホネート、及びアミン含有化合物（例えば、アンモニア、アミノ酸類、アミノアルコール類、ジ−、トリ−、又はポリアミン類、及び類似物）、を含み得る。キレート化剤又は錯化剤の選択は除去される基板層のタイプに依存するであろう。
上述した化合物の多くは塩（例えば、金属塩、アンモニウム塩、又は類似物）、酸、又は部分塩としての形態で存在し得ることが認識されるであろう。例えば、クエン酸塩類は、モノ−、ジ−、及びトリ−塩のみならずクエン酸をも含む；フタル酸塩は、モノ−塩（例えば、フタル酸水素カリウム）及びジ−塩のみならずフタル酸をも含む；過塩素酸塩は、塩のみならず対応する酸（即ち、過塩素酸）をも含む。更に、ある種の化合物又は試薬は１個以上の機能を発揮することがある。例えば、いくつかの化合物はキレート化剤及び酸化剤の両方として機能する（例えば、ある種の硝酸第２鉄及び類似物）。
該研磨用組成物は、所望により、更に１種又はより多くの他の添加剤を含み得る。そのような添加剤は、１個又はより多くのアクリルサブユニットを含むアクリル酸エステル（例えば、アクリル酸ビニル及びスチレンアクリレート）、及びその重合体、共重合体、及びオリゴマー、及びその塩。
該研磨用組成物は、界面活性剤及び/又は増粘剤及び凝固剤を含む流動性制御剤（例えば、ウレタン重合体のような重合体流動性制御剤）を含み得る。適切な界面活性剤は、例えばカチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、両性界面活性剤、それらの混合物、及び類似物、を含み得る。好ましくは、該研磨用組成物はノニオン性界面活性剤を含む。適切なノニオン性界面活性剤の１例は、エチレンジアミンポリオキシエチレン界面活性剤である。該研磨用組成物中の界面活性剤の量は、典型的には0.0001重量％〜１重量％（好ましくは、0.001重量％〜0.1重量％そしてより好ましくは0.005重量％〜0.05重量％）である。
該研磨用組成物は、消泡剤を含み得る。該消泡剤は、任意の適切な消泡剤を、含み、本質的にそれから成り、又はそれから成る、ことができる。適切な消泡剤は、シリコンを基材とする及びアセチレン性ジオール(acetylenic diol)を基材とする消泡剤を含み、しかしこれに限定されない。該研磨用組成物中の消泡剤の量は、典型的には１０ppm〜１４０ppmである。
該研磨用組成物は殺生物剤を含み得る。該殺生物剤は、任意の適切な殺生物剤、例えばイソチアゾリノン殺生物剤を、含み、本質的にそれから成り、又はそれから成る、ことができる。該研磨用組成物中の殺生物剤の量は、典型的には１〜５０ppm、好ましくは１０〜２０ppmである。
該研磨用組成物は、好ましくはコロイド的に安定である。コロイドという用語は該液体キャリヤー中の該粒子の懸濁物を指す。コロイド安定性は時間の経過における該懸濁物の維持を指す。研磨用組成物は、該研磨用組成物が１００mlのメスシリンダー中に２時間攪拌無しで静置されたとき、該メスシリンダーの底部５０ml中の粒子濃度（[B] g/ml）と頂部５０ml中の粒子濃度([T] g/ml)との差を該研磨用組成物中の当初の粒子濃度([C] g/ml)で割った値が0.5又はより小さければ（即ち、｛[B]−[T]｝/[C]≦ 0.5）、コロイド的に安定と考えられる。｛[B]−[T]｝/[C]の値は、好ましくは0.3又はより小、より好ましくは0.1又はより小、更により好ましくは0.05又はより小、そして最も好ましくは0.01又はより小である。
該研磨用組成物は、任意の適切な技術により調製でき、技術の多くは当業者に知られている。該研磨用組成物は、回分又は連続プロセス中で調製できる。一般に、該研磨用組成物はその成分類を任意の順序で組み合わせることにより調製できる。ここで用いる「成分」という用語は、配合物の任意の組み合わせ（例えば、水、ハロゲンアニオン、界面活性剤、等）のみならず、個々の配合物（例えば、酸化剤、研削剤、等）をも含む。
該研磨用組成物は、液体キャリヤー、及び所望により研削剤及び/又は他の添加剤類を含むパッケージとして供給され得る。別法として、酸化剤のような幾つかの成分が乾燥状で又は該液体キャリヤー中の溶液もしくは懸濁液として第１の容器中に供給され、そして、該研削剤及び他の添加剤類のような残りの成分は第２の又は多数の他の容器中に供給され得る。該研磨用組成物の成分の、他の２つの容器、又は３つもしくはより多くの容器の組み合わせは、当業者の知識範囲である。
研削剤のような固体成分は、乾燥状で又は該液体キャリヤー中の溶液として１個又はより多くの容器中に置くことができる。更に、第１の、第２の、又は他の容器中の該成分が異なったｐＨ値を有するか、又は別法として、実質的に同様の又は時には同一のｐＨ値を有するのが適切である。該研磨用組成物の成分類は、分割して又は互いに分離し全量として供給することができ、そして、例えば、末端使用者により、使用直前（例えば、使用の、１週間又それ以内、１日又はそれ以内、１時間又はそれ以内、１０分又はそれ以内、又は１分又はそれ以内）に組み合わされ得る。
該研磨用組成物はまた、使用の前に適切な量の液体キャリヤーで希釈されるのを意図した濃厚物として供給され得る。そのような態様において、該研磨用組成物濃厚物は、該濃厚物の適切な量の液体キャリヤーによる希釈により、各々の成分が、各々の成分につき上記された適切な範囲の量で該研磨用組成物中に存在するように、液体キャリヤー、及び他の成分類を含むことができる。例えば、各々の成分は、該研磨用組成物中の各々の成分につき上記された濃度の２倍（例えば、３倍、４倍、又は５倍）の量で濃厚物中に存在でき、それにより、該濃厚物が適切な量の液体キャリヤー（例えば、夫々、同量、２倍量、３倍量、４倍量、の液体キャリヤー）で希釈されたとき、各々の成分は、各々の成分について上記された範囲内の量で該研磨用組成物中に存在するであろう。更に、当業者に理解されるであろうように、該濃厚物は、ポリエーテルアミン及び研削剤のような他の適切な添加物が少なくとも部分的に又は完全に該濃厚物中に溶解又は懸濁されるのを保証するため、該最終の研磨用組成物中に存在する該液体キャリヤーの適切な部分を含むことができる。
基板を研磨する本発明の方法は、化学的−機械的研磨(CMP)装置と組み合わせて使用するのに特に適する。典型的には、該装置は、使用時に動いておりそして軌道上の、直線の、又は回転の動きの結果としての速度を有する常盤(platen)、該常盤と接触しており且つ動く場合該常盤と共に動く研磨パッド、及び該研磨パッドの表面に対して相対的に接触し且つ動くことにより研磨される基板を保持する支持体、を含む。該基板の研磨は、該基板が該研磨パッド及び本発明の該研磨用組成物（通常、該基板と該研磨パッドとの間に配置される）と接触して置かれ、研磨パッドが該基板に対し相対的に動くことによって起こり、それにより該基板の少なくとも１部が研削されて、該基板を研磨する。
望ましくは、該CMP装置は、更に、装置内研磨終点検出系を含み、その多くは公知である。工作物表面から反射する光又は他の輻射を分析することにより該研磨プロセスを監視及びモニターする技術は知られている。望ましくは、研磨される基板についての該研磨プロセスの進行の監視又はモニターは、該研磨終点の決定、即ち特定の基板について該研磨プロセスを何時終了させるかの決定を可能にし得る。そのような方法は、例えば、米国特許５１９６３５３、５４３３６５１、５６０９５１１、５６４３０４６、５６５８１８３、５７３０６４２、５８３８４４７、５８７２６３３、５８９３７９６、５９４９９２７、及び５９６４６４３、の各号に記載されている。
研磨は、表面の少なくとも１部の除去による該表面の研磨を指す。研磨は、ゲージ(gouges)、クレート(crates)、穴(pits)、及び類似物を除去して表面粗さの減った表面を提供するために行われ得るが、研磨はまた、平滑なセグメントの交差により特徴付けられる表面形状を導入し又は復元するためにも行われる。
本発明の方法は少なくとも１層の酸化ケイ素の層を含む任意の適切な基板を研磨するのに使用できる。該酸化ケイ素層は、５００Å/分又はより大（例えば、６００Å/分又はより大、７００Å/分又はより大、８００Å/分又はより大、９００Å/分又はより大、又は１０００Å/分又はより大）の速度で除去され得る。該酸化ケイ素層は、４０００Å/分又はより小（例えば、３８００Å/分又はより小、３７００Å/分又はより小、３５００Å/分又はより小、３３００Å/分又はより小、又は３０００Å/分又はより小）の速度で除去され得る。従って、該酸化ケイ素層は、５００Å/分〜４０００Å/分（例えば、６００Å/分〜３７００Å/分、７００Å/分〜３５００Å/分、８００Å/分〜３３００Å/分、又は１０００Å/分〜３０００Å/分）の速度で該基板から除去され得る。
該基板は更に、少なくとも１層のタングステン層を含み得る。該タングステン層は、５００Å/分又はより大（例えば、６００Å/分又はより大、７００Å/分又はより大、８００Å/分又はより大、９００Å/分又はより大、１０００Å/分又はより大、１５００Å/分又はより大、又は２０００Å/分又はより大）の速度で除去され得る。該タングステン層は、４０００Å/分又はより小（例えば、３５００Å/分又はより小、３０００Å/分又はより小、２８００Å/分又はより小、２５００Å/分又はより小、又は２０００Å/分又はより小）の速度で除去され得る。従って、該タングステン層は、５００Å/分〜４０００Å/分（例えば、６００Å/分〜３７００Å/分、７００Å/分〜３５００Å/分、８００Å/分〜３３００Å/分、又は１０００Å/分〜３０００Å/分）の速度で該基板から除去され得る。
次の実施例は、本発明を更に説明するが、勿論、如何なる意味においても本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
実施例１
この実施例は、研磨用組成物中に存在するゾル−ゲル加工コロイダルシリカ粒子の粒子径及び濃度と、そのような化学的−機械的研磨組成物により達成される酸化ケイ素及びタングステンの除去速度、との関係を説明する。
PETEOSウエハー及びタングステンウエハーが、９つの異なる組成物により研磨された。各々の該研磨用組成物は、Nalco Co.からの２重量％、７重量％、又は１２重量％のゾル−ゲル加工コロイダルシリカ粒子、１７０ppmのマロン酸、0.02071重量％のFe(NO3)3・9H2O、及び１２５０ppmのTBAHを含み、ｐＨ3.3に調節された。各々の研磨用組成物のゾル−ゲル加工コロイダルシリカ粒子の平均１次粒子径は、７nm、２５nm又は８０nmであった。
各々の組成物についてタングステンの除去速度（Å/分）及びPETEOSの除去速度（Å/分）が測定され、結果は表１に示される。
Figure 0005596344
平均PETEOS除去速度（Å/分）は、該コロイダルシリカ粒子の各々の平均研削１次粒子径について、３つの異なる濃度についての除去速度を平均することにより計算された。表１に示されたデータから明らかなように、高速度のタングステン研磨を維持する間、酸化ケイ素除去速度は、該コロイダルシリカ粒子の粒子径が７nm又は８０nmである場合に対し、２５nmである場合に実質的により高い。
表１に示されたデータはまた、３つの異なる組成物の該コロイダルシリカ粒子濃度との関係における酸化ケイ素の除去速度（Å/分）を説明する。表１に示されたデータから明らかなように、該酸化ケイ素除去速度は、該コロイダルシリカ粒子が２５nmの粒子径を有し且つ２重量％よりも大きな濃度（例えば、７〜１２重量％の濃度）で存在するとき、実質的により高い。
実施例２
この実施例は、研磨用組成物中に存在するゾル−ゲル加工コロイダルシリカ粒子の粒子径と、そのような化学的−機械的研磨用組成物により達成される酸化ケイ素及びタングステンの除去速度、との関係を説明する。
PETEOSウエハー及びタングステンウエハーが、３つの異なる組成物により研磨された。各々の研磨用組成物は、８重量％のFuso Chemical Co.からのゾル−ゲル加工コロイダルシリカ粒子、９３ppmのマロン酸、0.0723重量％のFe(NO3)3・9H2O、及び１２５０ppmのTBAHを含み、ｐＨ3.3に調節された。各々の研磨用組成物のゾル−ゲル加工コロイダルシリカ粒子の平均１次粒子径は、１５nm、２５nm、又は３５nmであった。
各々の組成物について、タングステン除去速度（Å/分）及びPETEOS除去速度（Å/分）が測定され、結果は表２に示される。
Figure 0005596344
表２に示されたデータは、様々な組成物の該コロイダルシリカ粒子の平均１次粒子径（nm）との関係におけるPETEOS除去速度（Å/分）を説明する。表２に示されたデータから明らかなように、高速度のタングステン研磨を維持する間、該酸化ケイ素除去速度は、該コロイダルシリカ粒子の粒子径が１５nm又は３５nmである場合に対し、２５nmである場合に実質的により高い。表２に示されたデータは、２つの異なる製造者（即ち、Nalco及びFuso）からのゾル−ゲル加工コロイダルシリカの使用にもかかわらず、実施例１の表１に示されたデータと同様である。Nalco及びFusoからの粒子の、出発原料、加工条件及び最終的なモルフォロジーの相異を考えると、両方の製造者からの２５nmのコロイダルシリカ粒子が他の粒子径の粒子より実質的に高い酸化ケイ素除去速度を示したことは、驚くべきことである。そのような結果は、酸化ケイ素除去速度の増加におけるコロイダルシリカの１次粒子径の重要性を指示する。
実施例３
この実施例は、２５nmの平均粒子径を持つゾル−ゲル加工コロイダルシリカ粒子を含む研磨用組成物のｐＨと、そのような化学的−機械的研磨用組成物により達成される酸化ケイ素及びタングステンの除去速度との関係を説明する。
PETEOSウエハー及びタングステンウエハーが、６つの異なる組成物で研磨され、各々の組成物は、５重量％のFusoからのゾル−ゲル加工コロイダルシリカ粒子（２５nmの平均１次粒子径）、0.0398重量％のFe(NO3)3・9H2O、５００ppmのグリシン、及び１０００ppmのTBAHを含んでいた。該６つの異なる組成物は、３つの異なる量のマロン酸を含み、2.5又は3.3のどちらかのｐＨであった。
各々の組成物についてタングステン除去速度（Å/分）及びPETEOS除去速度（Å/分）が測定され、結果は表３に示される。
Figure 0005596344
表３に示されたデータから明らかなように、高速度のタングステン研磨を維持する間、該酸化ケイ素除去速度は、該研磨用組成物のｐＨが2.5の場合に対して、3.3の場合に実質的により高い。これは、全ての評価されたマロン酸濃度について正しい。
更に、５重量％のFusoからのゾル−ゲル加工コロイダルシリカ粒子（２５nmの平均１次粒子径）、0.01664重量％のFe(NO3)3・9H2O、１５００ppmのグリシン、２５０ppmのマロン酸、及び1742.7ppmのK2SO4を含み2.3のｐＨを有する研磨用組成物が、PETEOSウエハー及びタングステンウエハーを研磨するのに使用された。該タングステン除去速度は３７７７Å/分であり、該PETEOS除去速度は１３５１Å/分であった。
上記の研磨用組成物中に含まれる鉄触媒は４より高いｐＨでは不安定になることが注意されるべきである。

Claims (7)

  1. （ｉ）少なくとも１層の酸化ケイ素層および少なくとも１層のタングステン層を含む基板を供給し、
    （ii）（a）液体キャリヤー、
    （b）研削粒子、該研削粒子は、該液体キャリヤー中に懸濁したゾル-ゲルコロイダルシリカ研削粒子のみからなり、該研削粒子は、該液体キャリヤーとその中に溶解もしくは懸濁されている成分との質量を基準として５質量％〜１５質量％の量で存在している、
    （c）酸化剤、および
    （d）錯化剤
    を含む化学的-機械的研磨用組成物であって、該ゾル-ゲルコロイダルシリカ研削粒子は、
    平均１次粒子径が２０ｎｍ〜３０ｎｍである、化学的-機械的研磨用組成物を供給し、
    （iii）該基板を、研磨用パッドおよび該化学的-機械的研磨用組成物と接触させ、
    （iv）該基板を該研磨用パッドおよび該化学的-機械的研磨用組成物に対して相対的に動かし、そして
    （ｖ）該酸化ケイ素の少なくとも１部を研削して該基板を研磨する、
    ことを含む、基板を化学的-機械的に研磨する方法。
  2. 該液体キャリヤーが水を含む、請求項１に記載の方法。
  3. 該研削粒子が２０ｎｍ〜２８ｎｍの平均１次粒子径を有する、請求項１に記載の方法。
  4. その中に溶解または懸濁しているあらゆる成分を含めた液体キャリヤーが５またはそれより小さいｐＨを有する、請求項１に記載の方法。
  5. その中に溶解または懸濁しているあらゆる成分を含めた該液体キャリヤーが７またはそれより小さいｐＨを有する、請求項１に記載の方法。
  6. 該酸化ケイ素が、５００Å/分〜４０００Å/分の速度で該基板から除去される、請求項１に記載の方法。
  7. 該タングステンが、１０００Å/分〜３０００Å/分の速度で該基板から除去される、請求項１に記載の方法。
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