JPH10275789A - 研磨剤及び研磨方法 - Google Patents

研磨剤及び研磨方法

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JPH10275789A
JPH10275789A JP8010197A JP8010197A JPH10275789A JP H10275789 A JPH10275789 A JP H10275789A JP 8010197 A JP8010197 A JP 8010197A JP 8010197 A JP8010197 A JP 8010197A JP H10275789 A JPH10275789 A JP H10275789A
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JP
Japan
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polishing
abrasive
metal
particles
metal film
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JP8010197A
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English (en)
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Masayuki Takashima
正之 高島
Kenichi Sarara
憲一 讃良
篤 ▲すくも▼田
Atsushi Sukumoda
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Sumitomo Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Chemical Co Ltd
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  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリコンウエハー上に被覆した金属膜を化学
的機械研磨により研磨するための研磨剤であって、実際
の半導体装置製造に必要な研磨速度を有する化学的機械
研磨処理を行うことができ、製品歩留まりの低下等の半
導体製造における生産性を向上させることができる研磨
剤、及び該研磨剤を用いる研磨方法を提供する。 【解決手段】 シリコンウエハー上に被覆した金属膜を
化学的機械研磨により研磨するための研磨剤であって、
金属と反応し水溶性の金属錯体を形成する錯化剤を含有
する研磨剤、及びシリコンウエハー上に被覆した金属膜
を化学的機械研磨により研磨する研磨方法であって、研
磨剤として上記の研磨剤を用いる研磨方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は研磨剤及び研磨方法
に関するものである。更に詳しくは、本発明は、シリコ
ンウエハー上に被覆した金属膜を化学的機械研磨により
研磨するための研磨剤であって、実際の半導体装置製造
に必要な研磨速度を有する化学的機械研磨処理を行うこ
とができ、製品歩留まりの低下等の半導体製造における
生産性を向上させることができる研磨剤、及び該研磨剤
を用いる研磨方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、LSIの高集積化、高性能化のた
めに様々な微細加工技術が研究開発されている。このな
かで化学的機械研磨方法(ケミカルメカニカルポリッシ
ング、以下CMPと省略する)が注目されている。CM
Pは研磨剤と被研磨体の間の化学的作用と研磨剤中の研
磨粒子の機械的作用とを複合化させた技術であり、多層
配線形成工程における層間絶縁膜の平坦化、金属プラグ
形成、埋め込み金属配線形成において必須の技術となっ
ている。
【0003】特にLSIの高速化の観点から、今後の金
属配線に使用される金属には低い抵抗を有するAl(ア
ルミニウム)やCu(銅)が主流になると思われ、これ
らの金属を用いた金属プラグ形成や埋め込み配線形成に
CMPを利用しようとする検討が活発に行われている。
一般にこうした金属膜のCMPでは、アルミナやシリカ
等の無機性の粒子と硝酸鉄や過酸化水素水などの酸化剤
との混合物からなる研磨剤スラリーが主に検討されてい
る。
【0004】しかしながらAlやCuの金属は硬度が低
いため、アルミナやシリカ等の硬度の高い無機性の粒子
で研磨すると金属膜表面に傷がついて表面が粗くなった
り、配線用金属膜に研磨粒子が埋め込まれたりする。
【0005】また、無機性のスラリーは凝集、沈殿しや
すく、特に比重の大きなアルミナを研磨粒子に用いた場
合は保管中に容器底部に沈降してしまう。凝集したスラ
リーをそのまま研磨に用いた場合、凝集によって粒径の
大きくなった粒子は金属膜表面を傷つけ、スラリー濃度
が不均一になることから研磨の安定性に問題が生じる。
【0006】更には、こうして研磨された金属膜は研磨
処理時に付着したスラリーを除去するために、超純水を
吹き付けながらナイロン製又はポリビニルアルコール製
ブラシでブラッシング洗浄を行うことが一般的である
が、無機性の粒子は洗浄前に表面が乾燥すると、その後
の洗浄で容易に除去することができないという問題があ
る。そのため、研磨処理を行った被加工膜は洗浄処理が
終了するまで超純水中で保管していなければならない。
【0007】このような不具合を改良する方法として、
近年、特開平7−86216号公報に記されるように、
有機高分子化合物を主成分とする粒子を研磨粒子として
使用する方法が提案されている。この方法では、PMM
Aなどのメタクリル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹
脂、ポリスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂等の有機
高分子化合物あるいはカーボンブラック等の研磨粒子を
分散剤とともに水に分散させて研磨に供することによ
り、金属膜研磨時の傷の発生を抑制し、研磨の安定性を
向上させることが提案されている。
【0008】また、特開平6−295892号公報に記
されるように、アルミナ等の固体成分を含まず、過酸化
水素水のような酸化剤水溶液と、ピペラジン水溶液のよ
うなアルカリ性水溶液を用いることによって研磨を行う
ことも提案されている。
【0009】一般的に研磨速度はそのレートが極端に早
い場合、ウエハー面内の均一性が不安定になり、遅い場
合は生産効率が低下して問題となるため、2000〜3
000オングストローム/分が必要と言われている。し
かしながらこれら提案されている方法での研磨実施例に
おいては研磨速度が200〜900オングストローム/
分と記載されており、実際の半導体デバイスの生産には
対応できない。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】かかる状況のもと、本
発明が解決しようとする課題は、シリコンウエハー上に
被覆した金属膜を化学的機械研磨により研磨するための
研磨剤であって、実際の半導体装置製造に必要な研磨速
度を有する化学的機械研磨処理を行うことができ、製品
歩留まりの低下等の半導体製造における生産性を向上さ
せることができる研磨剤、及び該研磨剤を用いる研磨方
法を提供する点に存するものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決すべく
鋭意検討を重ねた結果、研磨される被研磨加工膜が金属
を主成分とする材料からなる膜が、研磨されることによ
って水溶液中に溶解した後、溶解した金属と錯体を形成
する錯化剤を含有する研磨剤と、この研磨剤を用いて研
磨を行うことにより、半導体デバイスの生産に対応でき
る研磨速度で金属膜を研磨することができることを見出
し本発明をするに至った。
【0012】金属膜を化学的機械研磨する場合に使用す
る研磨粒子を含む溶液(以後スラリーと省略する)に
は、回転する研磨布(以後パッドと省略する)上に分散
させ被研磨面に接触させることによって、被研磨膜を機
械的に研磨させるための研磨粒子と、硝酸第二鉄や過酸
化水素水のような被研磨面を酸化させるための酸化剤
と、研磨粒子を分散させ、酸化剤を溶解させるための水
が含まれている。この酸化剤は、被研磨面がWを主成分
とする金属膜の場合には、硬いW膜を柔らかい酸化膜に
酸化させることにより研磨しやすくするために、また被
研磨膜がAlを主成分とする金属膜の場合には、研磨粒
子より柔らかいAl膜が研磨粒子の接触によって傷を発
生しないよう硬い酸化膜にして保護するために用いられ
ている。
【0013】一方、本発明者らは、被研磨金属膜が化学
的機械研磨によって研磨され、スラリー溶液中に溶解し
た金属について注目した結果、溶液中の金属がスラリー
中の水により溶け込みやすい形態で存在した場合に、被
研磨金属膜がより高速に研磨させることを見出した。
【0014】具体的には、フッ化アンモニウムを添加し
たスラリー溶液によりAlを主成分とする被研磨膜を研
磨した場合、フッ化アンモニウムを添加しない場合に比
較して、Al膜の研磨速度が著しく向上した。これは研
磨によってスラリー溶液中に溶解したAlが、Alと水
溶性の錯体を形成する錯化剤であるフッ化アンモニウム
と反応し、溶液中でのAlの溶解度が向上したためであ
ると考えられる。
【0015】ここで、錯化剤のような化学試薬を添加し
て被研磨膜が金属である膜を研磨する方法として、例え
ば特開平8−83780号公報に記載の方法がある。こ
の中では表面に凹部を有する基体上に、前記凹部を充填
するように金属を主成分とする材料からなる膜を形成
し、この金属膜を主成分とする材料と反応することによ
り、金属膜表面に保護膜を形成する化学試薬と、金属膜
のエッチング剤とを含有する研磨剤が提案されている。
ここで化学試薬としてはCu又はCu合金の場合はベン
ゾトリアゾール又はその誘導体、W(タングステン)又
はW合金の場合はN−ベンゾイル−N−フェニルヒドロ
キシルアミン又はその誘導体が提案されている。これら
の化学試薬は、被研磨膜である金属膜表面に反応するこ
とによって保護層を形成することが目的であって、研磨
することによってスラリー溶液中に溶解してきた金属と
反応させ、研磨速度を向上させるものではない。
【0016】すなわち、本発明のうち一の発明は、シリ
コンウエハー上に被覆した金属膜を化学的機械研磨によ
り研磨するための研磨剤であって、金属と反応し水溶性
の金属錯体を形成する錯化剤を含有する研磨剤に係るも
のである。
【0017】また、本発明のうち他の発明は、シリコン
ウエハー上に被覆した金属膜を化学的機械研磨により研
磨する研磨方法であって、研磨剤として上記の研磨剤を
用いる研磨方法に係るものである。
【0018】
【発明の実施の形態】ここで金属を主成分とする材料と
しては、Al、Al合金、これらの金属に少量の不純物
や添加元素が含まれているもの等を用いることができ
る。
【0019】また、これらAlを主成分とする金属と反
応し、より水溶性の高い錯体を形成させるための錯化剤
としてはフッ化アンモニウムを用いることができる。こ
れら錯化剤のスラリー中での濃度としては0.5〜20
重量%、好ましくは1〜5重量%であり、それよりも少
ない場合は錯化剤としての効果が少なく、それ以上多く
添加しても、添加量に見合った効果を得ることはできな
い。
【0020】また、錯化剤を含む研磨用スラリー中に
は、被研磨膜である金属膜に傷をつけないよう配慮され
た研磨剤や酸化剤を含んでいて問題はない。研磨剤とし
てはシリカ、アルミナ、酸化セリウム、二酸化マンガン
等の無機酸化物の粒子の他に、メタクリル樹脂やフェノ
ール樹脂、ユリア樹脂、メラニン樹脂、ポリスチレン樹
脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂のよう
な有機高分子化合物からなる粒子又は少なくとも炭素を
主成分とする粒子を研磨剤として用いることができる。
酸化剤としては硝酸第二鉄や塩化第二鉄、硫酸第二鉄、
過酸化水素水、過沃素酸カリウム、過硫酸アンモニウ
ム、過塩素酸、過塩素酸ナトリウム等が用いられる。ま
た、研磨剤や酸化剤を含むことなく、金属膜の研磨を研
磨用パッドと錯化剤だけで行うことも可能である。
【0021】
【実施例】本発明を実施例により更に詳細に説明する
が、実施例では研磨粒子として、水の中での分散性が極
めて良好で、長時間保管しても凝集や沈殿のない樹脂エ
マルジョンを用いているが、本発明はこれら実施例に用
いられた研磨粒子や、その他研磨条件、付着粒子の除去
方法等に限定されるものではない。
【0022】<樹脂エマルジョンの調製>乳化剤として
ラウリル硫酸アンモニウム30g、純水500g、ビニ
ル化合物としてスチレン500g及びメタクリル酸メチ
ル500gを攪拌混合し、これらのビニル化合物のモノ
マー乳化液を調製した。つぎに温度調節器、攪拌機を有
する5リットルのステンレス製反応器に、ラウリル硫酸
アンモニウム0.9gと純水1750gを入れ、75℃
に昇温した後、反応器内を窒素ガスで置換した。その
後、反応器に重合開始剤として4重量パーセントの過硫
酸アンモニウム水溶液100gを供給し、続いて先に調
製したモノマー乳化液を4時間かけて一定速度で供給し
てスチレンとメタクリル酸メチルの共重合体粒子が分散
した樹脂エマルジョンを得た。得られたエマルジョン中
のスチレン・メタクリル酸メチル共重合体の粒子濃度は
30.2重量%であった。顕微鏡観察により、この樹脂
粒子は平均粒径が0.1ミクロンの球状で、樹脂粒子の
凝集物は観察されなかった。またこの樹脂エマルジョン
は室温下で6ヶ月間放置しても樹脂粒子の沈降や粒子の
凝集は認められなかった。
【0023】実施例1 上記の方法により得られたメタアクリル樹脂エマルジョ
ンに2重量%のフッ化アンモニウムと純水を加え、樹脂
粒子濃度が10重量%の研磨剤スラリーを調製した。こ
の研磨剤スラリーを用いて、スパッタリングで成膜した
Al膜の付いたウェハーを、研磨用パッド回転数500
rpm、ウェハー保持台の回転数75rpm、研磨圧力
250g/cm2で研磨を行った結果、2500オング
ストロ−ム/分の研磨速度が得られた。この研磨ウエハ
ーを水洗後スピン乾燥し、200℃に加熱された石英板
と150Wの低圧水銀灯の間に置き、オゾン発生装置に
より発生したオゾンをウエハー表面に供給しながら5分
間処理し、研磨後に残留する粒子の除去を行った。その
後CMP用ブラシ洗浄機において樹脂粒子以外に混入し
てきた不純物を洗浄除去し、乾燥処理後、ウエハー表面
の粒子数を測定した結果、研磨処理工程前の粒子レベル
まで表面は清浄化されていた。
【0024】実施例2及び比較例1フッ化アンモニウム
濃度の変更以外、実施例1と同様に行った。結果を表1
に示した。
【表1】 ―――――――――――――――――――――――――――――――― 実施例1 実施例2 比較例1 フッ化アンモニウム濃度 (重量%) 2.0 0.5 0 研磨速度(オングストローム/分) 2500 800 300 ――――――――――――――――――――――――――――――――
【0025】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明により、シ
リコンウエハー上に被覆した金属膜を化学的機械研磨に
より研磨するための研磨剤であって、実際の半導体装置
製造に必要な研磨速度を有する化学的機械研磨処理を行
うことができ、製品歩留まりの低下等の半導体製造にお
ける生産性を向上させることができる研磨剤、及び該研
磨剤を用いる研磨方法を提供することができた。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコンウエハー上に被覆した金属膜を
    化学的機械研磨により研磨するための研磨剤であって、
    金属と反応し水溶性の金属錯体を形成する錯化剤を含有
    する研磨剤。
  2. 【請求項2】 金属が少なくともアルミニウムを含有す
    る請求項1記載の研磨剤。
  3. 【請求項3】 錯化剤がフッ化アンモニウムである請求
    項1記載の研磨剤。
  4. 【請求項4】 シリコンウエハー上に被覆した金属膜を
    化学的機械研磨により研磨する研磨方法であって、研磨
    剤として請求項1記載の研磨剤を用いる研磨方法。
JP8010197A 1997-03-31 1997-03-31 研磨剤及び研磨方法 Pending JPH10275789A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100412996B1 (ko) * 1999-12-22 2003-12-31 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션 무-슬러리 화학-기계적 폴리싱
US6676484B2 (en) 1998-11-10 2004-01-13 Micron Technology, Inc. Copper chemical-mechanical polishing process using a fixed abrasive polishing pad and a copper layer chemical-mechanical polishing solution specifically adapted for chemical-mechanical polishing with a fixed abrasive pad
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JP2008155368A (ja) * 1999-06-23 2008-07-10 Jsr Corp 研磨用組成物、および研磨方法

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