JPH10308379A - 絶縁材料又は半導体の層のための新規な化学的機械的研磨法 - Google Patents

絶縁材料又は半導体の層のための新規な化学的機械的研磨法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ミクロエレクトロニクス半導体工業で使用す
るホスホシリケートガラス又はボロホスホシリケートガ
ラスの如き分離材料、又は多結晶ケイ素、エピタキシー
単結晶ケイ素、アモルファスケイ素の如き半導体材料の
層の化学的機械的研磨法を提供する。 【解決手段】 分離材料又は半導体材料の層の磨耗を、
懸濁媒体としての水、及びシロキサン結合によって結合
されていない個々に分離したコロイドシリカ粒子の中性
ｐＨ又は中性に近いｐＨを有する水性懸濁液からなる磨
耗材組成物で含浸した布帛で前記層を摩擦することによ
って行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は集積回路の製造において使用する
半導体又は分離（isolating ）材料のための新規な化学
的機械的研磨法に関する。
【０００２】集積回路の構成は、相互に分離した二つの
連続クラフトに基づいている。
【０００３】第一クラフトは、集積回路のためのウエフ
ァーの製造、即ちケイ素スライスの製造にある。従って
この種の工業においては、ケイ素結晶を生長させ、これ
を次いで約７５０μｍの厚さのウエファーに切断し、こ
れを次いで純粋な研磨されたケイ素のウエファーを得る
ため、研磨を受けさせることにある。しかしながら、こ
の種の工業は、集積回路を製造せず、集積回路のための
これらのウエファーが、集積回路の製造業者に市販され
ている。
【０００４】ＵＳ−Ａ ３１７０２７３，ＵＳ−Ａ ４
６６４６７９，ＵＳ−Ａ ４１１７０９３及びＥＰ−Ａ
０６８４６３８には、集積回路のためのウエファーを
得るため切断される結晶の中実（solid ）バーから得ら
れた初期ケイ素ウエファーの研磨が記載されている。
【０００５】第二クラフト、即ち集積回路製造業者の第
二クラフトは、前述した工業から得られた集積回路のた
めのウエファーを用いて出発して、次いで集積回路を作
ることにある。特に集積回路の製造には下記段階を含
む：
【０００６】第一に、集積回路のためのウエファーの表
面全体は、分離層を得るため酸化される。酸化物層の写
真平版が次いで、ケイ素に達するような方法で酸化物層
をエッチングするため行われる。かくして深くエッチン
グされた帯域は活性帯域と称される。これらの活性帯域
の場所で、“グリッド酸化”と称される新しい酸化が行
われる。グリッドを構成する例えばドープされた多結晶
ケイ素の層が置かれる。次いで分離材（isolator）が付
着せしめられ、別の写真平版が、元のケイ素のレベルに
再び達するようするため行われる。次いでこれらの場所
でタングステンの如き金属の付着が作られる。本発明
は、集積回路の構成のレベルでの、及び続くレベルでの
研磨に関する。事実において、現在、付着物を設けた各
レベルでの深いエッチングを含む６種の接触レベルまで
作ることができ、そして本発明による分離材及び金属の
研磨操作によってレベル調整を作ることができる。しか
しながら本発明は、集積回路のためのウエファーの一次
研磨に関する。
【０００７】上述したことから判るように、エッチング
段階によって、変化可能な高さの段階、従って深いも
の、続いて正常な付着である段階が原則的に生ずる。ト
ランジスターのジメンジョンの減少は、これらのレリー
フを平坦化されることを必要としている、何故ならそれ
らは（写真平版中）整合の困難を生ぜしめ、これらの材
料のエッチング中材料の残り又は付着中の材料の連続性
の問題を生ぜしめる。サブミクロン技術のため、平坦化
は原則的に、各種の付着層の化学的機械的研磨によって
行われる。これらの分離、半導体又は導電性付着を研磨
した後残る厚さは、集積回路の電気的特性に影響を有す
る。
【０００８】集積回路の製造は、現在では、直径２００
ｍｍのウエファー上で行われ、それらのサイズによって
ウエファー１個について５０〜２００の回路を有する。
【０００９】集積回路の特性は、ウエファー上のそれら
の位置がどこであれ、再現性がなければならないので、
異なる技術的段階での均一性が必須の要件である。特に
ウエファーの化学的機械的研磨の良好な均一性が、ウエ
ファー上のそれらの位置によって決まる集積回路の電気
的特性の変動又は回路の破壊を生ぜしめうる材料の極度
の局在研磨を防止することを可能にする。
【００１０】集積回路の増大した集積度は、従って、レ
リーフの形でのパターンを含む面の平坦化に適用される
化学的機械的研磨の如き新しい技術の開発を必要として
来た。
【００１１】集積回路を製造する現在の操作中、集積回
路ウエファーのケイ素のみならず、酸化ケイ素及びタン
グステンの如き一定の金属の如き集積回路ウエファーの
他の組成物も原則的に研磨する必要があるからである。
これらの後者の材料の研磨法は良く達成されている。
【００１２】しかし他方で、多結晶ケイ素、エピタキシ
ー単結晶ケイ素、アモルファスケイ素の如き半導体材
料、又はホスホシリケートガラス（普通ＰＳＧと称され
る）又はボロホスホシリケートガラス（普通ＢＰＳＧと
称される）の如き分離材料のための化学的機械的研磨法
は、これらの種々の材料に対し好適な研磨材が存在しな
いため、なお非常に達成度が劣っている。
【００１３】これらの材料は、集積回路の製造の異なる
段階で、エピタキシー層（エピタキシーケイ素）又は付
着層（多結晶ケイ素及びアモルファスケイ素、ＰＳＧ及
びＢＰＳＧ）における半導体のマイクロエレクトロニッ
クス工業で使用される。
【００１４】集積回路のこれらの材料を研磨するための
特別の研磨材の開発は従ってそれらの研磨法の達成のた
めの基本である。
【００１５】文献の中には、塩基性ｐＨ、大部分がｐＨ
９とｐＨ１２．５の間のコロイドシリカの水性懸濁液を
用いる多結晶ケイ素の研磨も記載されている。コロイド
シリカのこれらの水性懸濁液のｐＨは、ナトリウム又は
カリウム又はカリウムの如き金属のアルカリ性水酸化物
の添加により、又は水中への可溶性のアミンの添加によ
って塩基性にされている（特に M. T. Bohr 等のＷＯ−
Ａ ９６２７２０６、M. Motoshu 等のＵＳ−Ａ ５３
７６２２２、A. V. Gelatos 等のＵＳ−Ａ ５３２４６
９０、R. L. Lachappelle のＵＳ−Ａ ３３２８１４
１、S. Yamamichi等のＪＰ−Ａ ０７０７４３１３、M.
Watanabe 等のＪＰ−Ａ ０７２４９９６００参照）。
【００１６】かかる塩基性水性懸濁液の使用は、幾つか
の欠点を有する。研磨の劣った均一性、特に研磨される
べきウエファーの縁での劣った均一性が得られる（“ウ
エファー”なる語は普通に使用されている）。
【００１７】ＥＰ−Ａ ０７４５６５６には、安定剤の
存在下で、酸化アルミニウム、シリカ及び酸化セリウム
の混合物を含有する研磨組成物を用いる半導体基体上の
無限小分離材の研磨を記載している。
【００１８】ＥＰ−Ａ ０３６３１００には、研磨の選
択性にアンモニアによって導入される不利のため、アン
モニアを含有せず、９５．３％の純度のコロイドシリカ
を用い、Ｓｉ３ Ｎ４ を含む面及びＳｉ３ Ｎ４ よりも
容易に処理しうる面の間の選択研磨を記載している。
【００１９】本発明の主たる目的は、半導体又は集積回
路の製造における分離材として使用される、集積回路ウ
エファー上に設けられた前述した材料の層の研磨の均一
性における改良をもたらす研磨法を開発したことにあっ
た。
【００２０】中実ウエファー上（図１及び図２参照）又
はレリーフを平坦化するためレリーフを有するウエファ
ー上に（図３及び図４参照）研磨を実施できる状態を必
要としている。
【００２１】本発明が関係する材料は、前述した如く、
集積回路のためのウエファーの製造において使用される
初期ケイ素を除いて、ケイ素に基づいた又は多結晶ケイ
素、エピタキシーケイ素、アモルファスケイ素、ホスホ
シリケートガラス、又はボロホスホシリケートガラス
（後の２種はドープした酸化ケイ素に基づいている）の
如きドープしたケイ素に基づいた材料に統合される。
【００２２】前述した材料の層の化学的機械的研磨にお
いてこれらの改良の全てを達成するため、コロイドシリ
カの懸濁液の使用、特にシロキサンによって結合されて
いないシリカの微細な個々に分離した粒子を含有する
（又は好ましくはこれから本質的になる）懸濁液の使
用、そして中性媒体又は中性に近い媒体の使用が、特に
粗さが実質的に存在することなく、攻撃の良好な速度、
すぐれた平坦化及び表面品質を維持しながら研磨の均一
性を著しく改良することを可能にしたことを意外かつ驚
くことに見出した。本願発明において、次の文におい
て、“本質的に”の語は、５０％より大を表し、“著し
く（notably ）”は６０％より大、特に８０％より大、
更に特に９０％より大を表し、更に特別には、９９％よ
り大を表す。
【００２３】本発明の目的は、集積回路の製造に使用す
るホスホシリケートガラス又はボロホスホシリケートガ
ラスの如き分離材料又は多結晶ケイ素、エピタキシー単
結晶ケイ素、アモルファスケイ素の如き半導体材料（集
積回路のためのウエファーの製造に使用した初期ケイ素
を除く）の層の化学的機械的研磨のため、シロキサン結
合によって結合されていない、コロイドシリカの好まし
くは個々に分離した粒子を含有するコロイドシリカの中
性ｐＨ又は中性に近いｐＨの水性懸濁液を含む磨耗材の
使用にあり、及び半導体のミクロエレクトロニクス工業
において使用する、ホスホシリケートガラス又はボロホ
スホシリケートガラスの如き分離材料又は多結晶ケイ
素、エピタキシー単結晶ケイ素、アモルファスケイ素の
如き半導体材料の層のための化学的機械的研磨法（集積
回路のためのウエファーの製造に使用した初期ケイ素を
除く）にあり、分離材料の半導体材料の層の磨耗は、磨
耗材組成物で含浸した布帛で前記層を摩擦することによ
って行うのであり、磨耗材は、シロキサン結合によって
結合されていない、好ましくはコロイドシリカの個々に
分離した粒子及び懸濁媒体としての水を含むコロイドシ
リカの中性ｐＨ又は中性に近いｐＨの水性懸濁液を含
み、特に、かかる水性懸濁液を中性ｐＨ又は中性に近い
ｐＨから構成することを必須としていることを特徴とし
ている。
【００２４】この化学的機械的研磨は、集積回路の製造
における種々な段階で行うことができる、特にトランジ
スターの横方向分離、トランジスターゲートの製造、及
び誘電相互接続の製造における種々の段階で行うことが
できる。
【００２５】この化学的機械的研磨は、中実ウエファー
上で、又は後者を平坦化するためレリーフを有するウエ
ファー上で行うこともできる。
【００２６】ホスホシリケートガラス（又はＰＳＧ）又
はボロホスホシリケートガラス（ＢＰＳＧ）の如きドー
プした酸化ケイ素に基づいた材料、又は多結晶ケイ素、
エピタキシーケイ素、又はアモルファスケイ素の如きケ
イ素に基づいた材料の層の化学的機械的研磨のため、使
用するコロイドシリカの水性懸濁液は、好ましくは３〜
２５０ｎｍ、特に１０〜１００ｎｍの個々に分離した粒
子直径を有する。
【００２７】本発明による好ましいコロイドシリカの水
性懸濁液は、ナトリウム、カリウムもしくはアンモニ
ア、好ましくはカリウム及びアンモニア、特にアンモニ
アによる酸性シリカソイル（ soil ）の中和により、又
は塩酸、硝酸もしくは硫酸の如き酸により、シリカのア
ルカリ性ソイル特にナトリウムもしくはカリウムのシリ
カのアルカリ性ソイルの中和によって得られる。
【００２８】ｐＨ８を有するアンモニアによる酸性ソイ
ルの中和によって得られるコロイドシリカのかかる懸濁
液は、前述したＥＰ−Ａ ０３６３１００に述べられて
いることとは異なり、多結晶ケイ素の攻撃の良好な速度
を維持しながら、均一性の良好な百分率を与えることが
見出された。
【００２９】本発明による方法の実施の好ましい条件に
おいて、６〜８のｐＨ、特に６．５〜７．５のｐＨを有
するコロイドシリカの中性ｐＨ又は中性に近いｐＨを有
する水性懸濁液を使用する。
【００３０】本発明による方法の実施の他の好ましい条
件において、コロイドシリカの懸濁液の基本の粒子の直
径は、３〜２５０ｎｍ、特に１０〜１００ｎｍである。
【００３１】本発明による方法の実施の更に別の好まし
い条件において、研磨生成物の重量による濃度、即ちシ
リカの濃度は５〜５０％、好ましくは１５〜４０％であ
る。
【００３２】本発明の重要な利点は、中性ｐＨ又は中性
に近いｐＨを有するコロイドシリカの水性懸濁液を用い
ることによってボロホスホシリケートガラス（ＢＰＳ
Ｇ）の如きドープした酸化ケイ素に基づいた分離材料又
は多結晶ケイ素の如き半導体材料の層の化学的機械的研
磨の均一性における改良にある。
【００３３】この改良は、例えば半導体材料の攻撃の許
容しうる速度を維持しながら、研究の攻撃の均一性の試
験によって本質的に証明できる。この研磨の攻撃の均一
性は、同じウエファー上の多結晶ケイ素の厚さにおける
変動を表す。下記式に従い研磨前及び研磨後の同じウエ
ファー上の多結晶ケイ素を測定することによって計算さ
れる（図１及び図２参照）：
【００３４】Ｕ＝｛（最大厚さ−最小厚さ）／（２×除
去された平均厚さ）｝×１００
【００３５】得られた値が小さければ小さい程、攻撃の
均一性は満足できるものである。
【００３６】本発明の別の利点は、シロキサン結合によ
って結合されていない個々に分離した粒子から特にな
る、コロイドシリカの中性ｐＨ又は中性に近いｐＨの水
性懸濁液が、長時間にわたって非常に良好な安定性を有
することにあり、これから貯蔵時間中に粒子の沈降のな
い結果をもたらす。
【００３７】最後に本出願の首題は、６〜８のｐＨの、
３〜２５０ｎｍの直径の、好ましくはシロキサン結合に
よって結合されていない個々に分離された粒子を含む、
コロイドシリカの中性ｐＨ又は中性に近いｐＨを有する
水性懸濁液を含有する液体磨耗組成物で含浸した布帛か
らなり、ホスホシリケートガラス（ＰＳＧ）又はボロホ
スホシリケートガラス（ＢＰＳＧ）の如きドープした酸
化ケイ素に基づいた分離材、又は多結晶ケイ素、エピタ
キシーケイ素又はアモルファスケイ素の如きケイ素に基
づいた半導体材料の層の化学的機械的研磨のための磨耗
材にある。
【００３８】Company CLARIANT （ FRANCE ）S. A. に
よって開発された特に好ましい懸濁液を、この方法の操
作条件で以下に説明する。
【００３９】下記実施例は、本発明を更に良く理解する
ことを可能にする。
【００４０】図１は、研磨前の多結晶ケイ素で被覆した
中実ウエファーの状態を示し、一方図２は、研磨後のこ
のウエファーの状態を示す。
【００４１】図３及び図４は同様のウエファーの状態を
示すが、レリーフを有する。これらのレリーフは写真平
版エッチングによって作った。
【００４２】実施例 １ コロイドシリカの中性ｐＨを有する水性懸濁液に基づい
た研磨の実施例。
【００４３】研究した各ウエファー上に、約０．４μｍ
の厚さを有する多結晶ケイ素の付着物を作った、これは
研磨前及び研磨後に測定した。
【００４４】ウエファーを下記標準法を用いて研磨し
た： 荷重力： ０．７daN / cm２ プレート速度： ４０r.p.m. キャリヤー速度： ４５r.p.m. 温度： ２０℃ 磨耗処理量： ５０cm３ / 分 布帛： RODEL PRODUCTS からの Suba 4 上のＩＣ 1400
【００４５】用いたコロイドシリカ、その特性は次の通
りであった： 水性懸濁液のｐＨ： ７ コロイドシリカ素粒子の平均直径： ５０ｎｍ コロイドシリカの重量による濃度： ３０％
【００４６】下記結果を得た： ４％の均一度の百分率 １３００Å／分の多結晶ケイ素の攻撃速度
【００４７】実施例 ２ 中性に近いコロイドシリカの水性懸濁液に基づいた研磨
材での研磨の実施例。
【００４８】実施例１に記載したのと同じ条件の下で、
そして同じコロイドシリカを用い、ｐＨのみを変えて、
下記の結果が得られた：
【００４９】（ａ）ｐＨ６を使用 ４．６％の均一度の百分率 ８２０Å／分の多結晶ケイ素の攻撃速度
【００５０】（ｂ）ｐＨ８を使用 ６％の均一度の百分率 １９５０Å／分の多結晶ケイ素の攻撃速度
【００５１】中性ｐＨを有するコロイドシリカの水性懸
濁液に基づいた磨耗材を用い、４．７％のリン濃度及び
４．４％の硼素濃度を有するボロホスホシリケートガラ
ス（ＢＰＳＧ）を研磨する実施例。
【００５２】実施例１に記載したのと同じ条件の下、同
じコロイドシリカを用い、そしてｐＨのみを変えて、下
記の結果が得られた： ３．９％の均一度の百分率 ５５６０Å／分のＢＰＳＧの攻撃速度
【００５３】実験１：コロイドシリカの塩基性水性懸濁
液に基づいた磨耗材で研磨する例。
【００５４】実施例１に記載した条件と同じ条件の下
で、同じコロイドシリカを用いたが、塩基性媒体中でそ
れらを用い、下記結果が得られた：
【００５５】（ａ）ｐＨ１０を使用 １８％の均一度の百分率 ３５５０Å／分の多結晶ケイ素の攻撃速度
【００５６】（ｂ）ｐＨ１１を使用 ３０％の均一度の百分率 ７０８８Å／分の多結晶ケイ素の攻撃速度
【００５７】実験２：コロイドシリカの酸性水性懸濁液
に基づいた磨耗材での研磨の例。
【００５８】実施例１に記載した条件と同じ条件の下、
同じコロイドシリカを用いたが、それらをｐＨ２．２を
有する酸性媒体中で適用して、下記結果が得られた：
【００５９】８％の均一度の百分率 ４７０Å／分の多結晶ケイ素の攻撃速度
【００６０】実験３：コロイドシリカの塩基性水性懸濁
液に基づいた磨耗材を用い、４．７％のリン濃度及び
４．４％の硼素濃度を有するボロホスホシリケートガラ
ス（ＢＰＳＧ）を研磨する例。
【００６１】実施例１に記載した条件と同じ条件の下
で、同じコロイドシリカを用いたが、ｐＨ１０を有する
塩基性媒体中でそれらを適用し、下記結果が得られた：
【００６２】１２％の均一度の百分率 ４５１Å／分のＢＰＳＧの攻撃速度
【００６３】実験４：コロイドシリカの塩基性水性懸濁
液を用い、４．７％のリン濃度及び４．４％の硼素濃度
を有するボロホスホシリケートガラス（ＢＰＳＧ）を研
磨する例。
【００６４】実施例１に記載した条件と同じ条件の下、
同じコロイドシリカを用いたが、それらを２．５のｐＨ
を有する酸性媒体中で適用して、下記結果が得られた：
【００６５】７．９％の均一度の百分率 ２７７０Å／分のＢＰＳＧの攻撃速度
【００６６】従って、中性ｐＨ又は中性に近いｐＨを有
するコロイドシリカの懸濁液の使用が、ＢＰＳＧ及び多
結晶ケイ素の両方について良好な研磨均一度を得ること
を可能にし、しかも良好な攻撃速度、非常に良好なウエ
ファーの表面状態及びすぐれた平坦性を維持することが
観察される。
【図面の簡単な説明】
【図１】研磨前の多結晶ケイ素で被覆した中実ウエファ
ーの状態を示す。
【図２】研磨後の図１のウエファーの状態を示す。
【図３】レリーフを有する同様のウエファーの状態を示
す。
【図４】レリーフを有する同様のウエファーの状態を示
す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カトリーヌ・オヴラール フランス国38400 サン、マルタン、デレ、 ル、ベロン、12

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 マイクロエレクトロニクス半導体工業で
    使用するホスホシリケートガラス又はボロホスホシリケ
    ートガラスの如き分離（isolating ）材料又は多結晶ケ
    イ素、エピタキシー単結晶ケイ素、アモルファスケイ素
    の如き半導体材料（集積回路のためのウエファーの製造
    に使用した初期ケイ素を除く）の層ための化学的機械的
    研磨法であって、半導体材料又は絶縁材料の層の磨耗
    を、磨耗材料で含浸した布帛で前記層を摩擦することに
    よって行う方法において、磨耗材が、シロキサン結合に
    よって結合されていないコロイドシリカの個々の粒子及
    び懸濁媒体としての水を含有するコロイドシリカの中性
    ｐＨ又は中性に近いｐＨを有する水性懸濁液からなるこ
    とを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 磨耗材が、中性ｐＨ又は中性に近いｐＨ
    を有する水性懸濁液から本質的になる請求項１の方法。
  3. 【請求項３】 中性ｐＨ又は中性に近いｐＨを有するコ
    ロイドシリカの水性懸濁液が、６〜８のｐＨを有する請
    求項１又は２の方法。
  4. 【請求項４】 中性ｐＨ又は中性に近いｐＨを有するコ
    ロイドシリカの水性懸濁液が、６．５〜７．５のｐＨを
    有する請求項３の方法。
  5. 【請求項５】 中性ｐＨ又は中性に近いｐＨを有するコ
    ロイドシリカの水性懸濁液が、シロキサン結合によって
    結合されていない、３〜２５０ｎｍの直径のコロイドシ
    リカの個々に分離した粒子を含む請求項１〜４の何れか
    １項の方法。
  6. 【請求項６】 中性ｐＨ又は中性に近いｐＨを有するコ
    ロイドシリカの水性懸濁液が、シロキサン結合によって
    結合されていない、１０〜１００ｎｍの直径のコロイド
    シリカの個々に分離した粒子を含む請求項５の方法。
  7. 【請求項７】 中性ｐＨ又は中性に近いｐＨを有するコ
    ロイドシリカの水性懸濁液を、５〜５０重量％のシリカ
    濃度で使用する請求項１〜６の何れか１項の方法。
  8. 【請求項８】 中性ｐＨ又は中性に近いｐＨを有するコ
    ロイドシリカの水性懸濁液を、１５〜４０重量％のシリ
    カ濃度で使用する請求項７の方法。
  9. 【請求項９】 半導体材料が、多結晶ケイ素、エピタキ
    シーケイ素、アモルファスケイ素に基づいているか、又
    はホルホシリケートガラス（ＰＳＧ）及びボロホスホシ
    リケートガラス（ＢＰＳＧ）の間から選択したドープし
    た酸化ケイ素に基づいている請求項１〜８の何れか１項
    の方法。
  10. 【請求項１０】 半導体材料の層が、多結晶ケイ素に基
    づいている請求項９の方法。
  11. 【請求項１１】 ６〜８のｐＨ及び３〜２５０ｎｍの直
    径の、シロキサン結合によって結合されていない個々に
    分離した粒子を含むコロイドシリカの水性懸濁液を含有
    する磨耗材液体組成物で含浸した布帛を特徴とするホス
    ホシリケートガラス（ＰＳＧ）又はボロホスホシリケー
    トガラス（ＢＰＳＧ）の如きドープした酸化ケイ素に基
    づいた、又は多結晶ケイ素、エピタキシーケイ素又はア
    モルファスケイ素の如きケイ素に基づいた半導体材料の
    層の化学的機械的研磨のための研磨材。
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