JP2000208456A

JP2000208456A - 選択的化学機械研磨方法

Info

Publication number: JP2000208456A
Application number: JP2000001124A
Authority: JP
Inventors: G Lee Michael; ジーリーマイケル; Solomon I Beilin; アイベイリンソロモン
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1999-01-07
Filing date: 2000-01-06
Publication date: 2000-07-28

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、化学機械研磨（ＣＭＰ）プレーナ
ー化処理の選択性を実質的に増加させる方法の提供を目
的とする。【解決手段】ＣＭＰ処理は研磨用スラリー粒子の局部
濃度の空間的変動を制御する。プレーナー化の挙動は、
研磨処理の選択性を高めるため、***形状と接触した研
磨用スラリー粒子の相対濃度を増加させることによって
改良される。追加スラリー阻止層は陥没領域のスラリー
粒子の接触を阻止するため使用される。また、電気泳動
効果がウェーハ表面上の研磨用スラリー粒子の空間分布
を変更するため使用される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、一般的に集積回路
の製造技術に係り、特に、半導体ウェーハ及びパッケー
ジマウントの化学機械研磨処理に関する。

【０００２】

【従来の技術】化学機械研磨（ＣＭＰ）処理は、一般的
に集積回路の製造中にウェーハの表面を平坦化するため
に使用される。図１には、従来技術による典型的な化学
研磨処理システムの略断面図が示されている。同図に示
された化学研磨システムは、プレーナー・プラテン１６
の上面に取り付けられた半浸透性研磨パッド１７を含
む。研磨パッドは供給管１８からの化学反応性研磨スラ
リーで湿らされる。一般的に、プラテン１６は研磨され
るウェーハ１２よりもかなり大きい面積を有する。プラ
テン１６の回転速度は研磨処理中に制御することができ
る。ウェーハ１２はウェーハキャリア１１を用いて保持
され、典型的なウェーハキャリア１２は、並進運動１５
と、軸１４周りの回転運動とを行い得る。ウェーハの研
磨パッドに対する並進運動及び回転運動によって、ウェ
ーハ表面全体で均一なＣＭＰエッチ速度が実現される。

【０００３】特定のＣＭＰ処理がウェーハ表面をプレー
ナー化する能力に影響を与える変数の数は多い。これら
の変数には、研磨パッド１７とウェーハ１２の間の圧
力、研磨パッド１７の硬度、スラリー組成、並びに、プ
ラテンとウェーハの相対運動（例えば、プラテンとウェ
ーハの回転速度）が含まれる。図２に示された従来技術
の断面図を参照するに、研磨パッド１７は角速度ω_pで
回転する。中心軸Ｏから半径ｒの位置での研磨パッドの
等価的な直線速度（Ｌ）は、ω_pｒである。また、図２
に示されるように、ウェーハ１２は中心軸Ｏの周りに角
速度ω_wで回転させてもよい。

【０００４】ＣＭＰ処理において、研磨パッドの圧力及
び運動は、機械処理によって研磨スラリーのウェーハ表
面の食刻を助ける機械的エネルギーを加える。通常のＣ
ＭＰスラリーは、一般的に、研磨用アルミナ又はシリカ
粒子のコロイド状懸濁液により構成される。これらの研
磨用粒子は、ウェーハ表面の機械エッチングを助ける。
更に、ＣＭＰスラリーは、通常、表面を直接的にエッチ
ングするか、或いは、表面層を研磨用スラリー粒子の機
械研磨を用いてより容易に除去される材料に変換するこ
とによって表面のエッチングを助ける他の成分を含む。

【０００５】ＣＭＰ処理のエッチ速度が多数の変数に依
存していることは、当業者にはよく知られている。一般
的に、典型的なＣＭＰ処理条件に対し、ウェーハ表面の
エッチ速度は、研磨パッドとウェーハとの間の摩擦力に
より研磨パッドによってウェーハ表面に連結された機械
的パワー密度（Ｗ／ｃｍ²）に応じて、実質的に直線的
に変化する。局部的な除去速度と、ウェーハ表面に連結
された機械的パワー密度との間の関係は、一般的に、数
学式：Ｒ＝Ｋ_pＶ_relＰによって表現され、式中、Ｒは局部的な除去速度を表し、
Ｋ_pはウェーハと研磨パッドの間の摩擦係数に比例する
定数であり、Ｖ_relは研磨パッドに対するウェーハの相
対速度であり、Ｐはウェーハと研磨パッドとの間の圧力
である。典型的に、Ｋ_pは他の変数にも依存する。例え
ば、スラリー粒子の硬度は、研磨パッドによって加えら
れた機械的エネルギーが材料を取り除く効率に影響する
要因である。また、スラリー粒子の寸法及び密度は他の
要因である。典型的に、高濃度の比較的小さいスラリー
粒子（例えば、平均径が０．２ミクロンの研磨用粒子）
からなるスラリーは、実質的に大きいスラリー粒子（例
えば、２ミクロンの平均径を有する研磨用粒子）よりも
精細な表面を生成するが、除去速度は低い。

【０００６】研磨用粒子で飽和された研磨パッドは、研
磨パッドがこすりつけられているウェーハ表面の形状を
機械的エッチング処理によって容易にエッチングする。
地形学的に「高い」形状は高いエッチ速度を有する。そ
の理由は、***した形状は、陥没した形状よりも実質的
に大きい機械的エネルギーが連結されるからである。こ
れにより、地形学的に「高い」形状が地形学的に「低
い」形状と同じ高さまで降下させられる所望のプレーナ
ー化機構が得られる。

【０００７】図３には、ＣＭＰプレーナー化処理の概略
的な側面図が示されている。図３に示されるように、研
磨パッド１７とウェーハ１２の間には、薄いスラリー層
１００が存在する。スラリー層１００の厚さ１０８は、
ＣＭＰ処理と、スラリー粘度と、他の要因とに依存す
る。しかし、厚さ１０８は、１０乃至１００ミクロンの
厚さのオーダに収まる。図３に示されるように、地形学
的に***した領域１０２は、局部研磨速度Ｒ₁（１時間
あたりのミクロン値）を有する。地理学的に陥没した領
域１０４は、局部研磨速度Ｒ₂を有する。***した領域１
０２は、最初、陥没した領域１０４から距離δだけ離間
している。この距離δは、典型的に、一般的な半導体処
理の場合に１０分の１ミクロンの数倍から数ミクロンの
範囲に収まる。***した領域１０２と陥没した領域１０
４の間の最初の研磨速度の差は大きくてもよい（例え
ば、Ｒ₁＞Ｒ₂）。その理由は、研磨パッド１７から***
した領域１０２に連結される機械的エネルギーは、陥没
した領域１０４の表面１０３に連結される機械的エネル
ギーよりも実質的に大きいからである。

【０００８】研磨処理が十分に長い間続けられたとき、
表面は、***した領域１０２から取り除かれる材料の厚
さが陥没した領域１０４に初期の高さの差δを加えた高
さから取り除かれる材料の量と一致するまで実質的に平
坦化される。数学的に、これは、時間積分方程式： ∫Ｒ₁（ｔ）ｄｔ＝∫Ｒ₂（ｔ）ｄｔ＋δ によって表現され得る。プレーナー化処理の主要な面を
説明する目的のため、実質的に時間不変性の局部的な除
去速度を仮定する。図3を参照するに、局部的な研磨速
度が一定に保たれる場合、表面は時点τで共通表面まで
エッチングされ、このとき、Ｒ₁τ＝Ｒ₂τ＋δ と表わされる。この式をτに関して解くと、 τ＝δ／（Ｒ₁−Ｒ_２）である。これは、***した領域１０２が、Ｔ₁＝Ｒ₁τ＝δＲ₁／（Ｒ₁−Ｒ₂）で表わされる総体的な厚さＴ₁だけエッチングされたこ
とに対応する。陥没した領域１０４は、Ｔ₂＝Ｒ₂τ＝δＲ₂／（Ｒ₁−Ｒ₂）で表わされる総体的な厚さＴ₂だけエッチングされる。
局部的な研磨速度に僅かな差がある場合、プレーナー化
を実現するためウェーハ全体で材料のかなりの厚さが取
り除かれるべきである。所定の初期的な段差の高さδに
対し、地形学的に高い領域及び低い領域の両方の領域の
表面から取り除かれる材料の厚さは、Ｒ₁≫Ｒ₂ の場合に削減される。

【０００９】全体的な均一性が容易に得られるように平
坦な表面を実現するため要求される研磨工程で取り除か
れる材料の総体的な厚さは、典型的に削減される方が望
ましい。ウェーハ全域での研磨速度の僅かな割合の変動
は、材料のかなりのミクロン数の厚さがＣＭＰプレーナ
ー化処理中に除去される場合に、ウェーハの厚さに有害
な変化を生じさせる。一部の場合に、初期の不均一性
は、より多くの材料が研磨されると共に増大する。特
に、「皿状化」、すなわち、凹状ウェーハ表面の形成
は、材料の実質的な厚さがウェーハから取り除かれなけ
ればならないときに一般的な問題になる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】理想的には、化学機械
研磨処理は、***した領域１０２のエッチ速度と陥没し
た領域１０３のエッチ速度との間で非常に大きな差があ
るので、研磨処理は非常に選択的である（例えば、Ｒ₁
／Ｒ₂≫１）。しかしながら、他の研磨目的と整合した
高度な選択性を達成するためには、多数の実際的な困難
さが存在する。例えば、硬い研磨パッドは、地理学的に
***した形状に対し機械的エネルギーを選択的に加える
際に効率がよいので、柔らかい研磨パッドよりも優れた
局部的な平坦さを生じさせることがよく知られている。
しかし、柔らかい研磨パッドは、ウェーハの湾曲やその
他の大規模な不均一性に順応し得るので、ウェーハ全体
により優れた大域的な均一性が得られる。さらに、ウェ
ーハ表面に傷を付けることなく、また、有害な損傷を与
えることなく、選択的に加えられ得る機械的エネルギー
の大きさには制限がある。その結果として、殆どのＣＭ
Ｐ処理において、他の研磨目的（例えば、大域的な均一
性と、表面損傷の少なさ）と整合した高速なプレーナー
化のために要求される所望の選択性を実現することは困
難である。

【００１１】別の困難さは、一部の場合には、種々の研
磨特性を有する材料からなるウェーハ表面をプレーナー
化することが望ましいことである。例えば、***した領
域１０２が金属層により構成され、陥没した領域１０４
が誘電層により構成されているウェーハ１２をプレーナ
ー化することが望ましい。しかし、多くの金属は、基本
的に誘電層とは異なる研磨挙動を有する。例えば、一部
の耐熱性金属は、非常に硬い表面酸化物を有する。スラ
リー組成及び研磨処理に対し実質的な変更が加えられな
い限り、金属層内の研磨速度は許容できない程度に低
い。また、ＣＭＰ処理は、数種類の類似しない材料と整
合した研磨条件を選択する要求によって制限される。例
えば、***した金属領域１０２を含むウェーハを研磨す
るとき、陥没した二酸化物領域１０４に有害な傷を付け
ることがなく、損傷を加えることがない研磨条件を選択
することが望ましい。

【００１２】従来から知られているＣＭＰ処理の制限さ
れた研磨選択性によって、材料の実質的な厚さをウェー
ハ表面から取り除くことなく、大きい段差の高さをプレ
ーナー化することは困難になる。これにより、特に、共
通平面まで研磨されるべき類似していない材料がウェー
ハ上に堆積されたときに、平坦な高品質表面を得ること
が困難になる。

【００１３】したがって、本発明は、ＣＭＰプレーナー
化処理の選択性を従来のＣＭＰ処理よりも実質的に増加
させる方法の提供を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、一般的には、
ウェーハ表面と直に接触する研磨用スラリー粒子の濃度
が陥没したウェーハ領域よりもウェーハ表面の***した
形状の方で高い化学機械研磨（ＣＭＰ）プレーナー化方
法である。本発明の教示によれば、***した表面形状で
の研磨用スラリー粒子の相対的な濃度が増大すると共
に、ＣＭＰ処理の選択性が増加する。

【００１５】本発明の一つの局面は、追加阻止層を用い
て研磨用スラリー粒子により陥没したウェーハ領域がエ
ッチングされることを阻止する方法である。一実施例に
おいて、追加防止層は、初期研磨工程中にウェーハに塗
布され、研磨用スラリー粒子が陥没した領域内でウェー
ハ表面と接触することを実質的に阻止する比較的摩耗性
の無い粒子により構成される。他の実施例において、追
加阻止層は、ウェーハの窪みを充填するゲル状材料によ
り構成され、研磨用スラリー粒子陥没した領域内でウェ
ーハ表面と接触することを実質的に阻止する。更に別の
実施例では、追加阻止層は、ポリイミド材料のようなポ
リマー材料により構成される。

【００１６】本発明の別の局面は、地理学的に***した
金属領域で陥没した領域よりも帯電スラリー粒子の相対
的濃度を増加させるため、ＣＭＰ処理中に電気泳動効果
を使用する方法である。一実施例において、***した金
属領域上での帯電スラリー粒子の濃度は、研磨処理中に
電位を金属領域に印加することにより上昇される。本発
明の電気泳動研磨処理の一実施例において、陥没した領
域内での研磨用スラリー粒子の濃度は、本体内に配置さ
れた電荷によって発生された反発性電界の結果として減
少する。好ましい一実施例において、陥没した領域はポ
リマーにより充填され、そのポリマー上には、陰イオン
性又は陽イオン性溶剤によって電荷が移される。

【００１７】本発明の更に別の局面は、ＣＭＰ処理中に
***した金属層の高度に選択性の研磨を実現するため、
追加阻止層及び電気泳動効果を組み合わせる方法であ
る。一実施例において、追加阻止層は、陥没したパッシ
ベーション領域内のゲル材料により構成され、電位は、
研磨用スラリー粒子の相対濃度を***した金属領域で増
加させるため露出した金属領域に印加される。

【００１８】本発明の更に別の局面は、ＣＭＰ処理中に
陥没した領域内で追加阻止層の維持を促進するため電気
泳動効果を使用する方法である。

【００１９】請求項１に係る発明は、化学機械研磨処理
を用いてサンプルを平坦化する方法であって、スラリー
阻止層を上記サンプルの上に被覆する工程と、液体及び
研磨用粒子を含む化学機械研磨用スラリーを研磨用パッ
ドに施与し、上記研磨用パッドで上記サンプルを研磨す
る第１の研磨工程と、上記サンプルが実質的に平坦にな
るまで上記サンプルを研磨する第２の研磨工程とを有
し、上記スラリー阻止層は、上記第２の研磨工程中に上
記サンプルの陥没領域内の上記化学機械研磨スラリーか
ら上記研磨用粒子の濃度を実質的に減少させる。

【００２０】また、上記サンプルはウェーハの表面に設
けられた金属領域を含み、上記方法は、上記研磨用粒子
を帯電させるため上記スラリーのｐＨを調整し、帯電さ
せられた上記研磨用粒子を上記金属領域の表面に電気泳
動的に引き寄せるため上記金属領域と上記化学機械研磨
用スラリーとの間に電界を設定する工程を更に有する。

【００２１】また、上記化学機械研磨用スラリーの上記
研磨用粒子はアルミナ粒子でもよい。

【００２２】また、上記スラリー阻止層は、上記陥没領
域の初期深さよりも小さい平均径と、上記化学機械研磨
用スラリーの上記研磨用粒子よりも小さい硬度とを備え
た粒子を含有する阻止用スラリーにより構成され、上記
スラリー阻止層を上記サンプルの上に被覆する工程は、
上記阻止用スラリーを上記研磨用パッドに施与し、上記
サンプルを上記阻止用スラリーで被覆するために十分な
時間に亘り上記研磨用パッドで上記サンプルを研磨する
ことにより行われてもよい。

【００２３】また、上記阻止用スラリーはシリカ粒子を
含み、上記化学機械研磨用スラリーはアルミナ粒子を含
んでもよい。

【００２４】また、上記スラリー阻止層は室温で水より
も実質的に高い粘度を備えたゲルにより構成してもよ
い。

【００２５】上記ゲルはシリコン油を含有してもよい。

【００２６】また、上記スラリー阻止層を上記サンプル
の上に被覆する工程の前に、上記ゲルの粘度を約２００
センチストークス未満に減少させるため上記ゲルを加熱
する工程を設けてもよい。

【００２７】上記スラリー阻止層を上記サンプルの上に
被覆する工程は、上記ゲルを研磨用パッドに施与し、上
記サンプルを上記ゲルで被覆するために十分な時間に亘
り上記パッドで上記サンプルを研磨してもよい。

【００２８】上記スラリー阻止層はウェーハの表面に被
覆される液体ポリマーを含み、上記方法は、上記スラリ
ー阻止層を上記ウェーハの上記表面に被覆する工程は、
上記液体ポリマーが上記サンプルの上に被覆された後、
上記液体ポリマーを乾燥する乾燥工程を設けてもよい。
上記方法は、上記化学機械研磨用スラリーを上記研磨用
パッドに施与する前に、１個の極性エンド及び１個の無
極性エンドを有する分子を含有する界面活性剤に上記ウ
ェーハを浸す工程を更に設けてもよい。

【００２９】上記界面活性剤は、上記液体ポリマーが上
記化学機械研磨用スラリー中の上記研磨用粒子と同じ極
性である第１の極性の電荷で低殿されるように選択され
てもよい。

【００３０】上記化学機械研磨用スラリーは１個の極性
エンド及び１個の無極性エンドを有する分子を含有する
界面活性剤を含み、上記分子は上記化学機械研磨用スラ
リー中の上記研磨用粒子と同じ極性に上記液体ポリマー
を帯電させてもよい。

【００３１】上記方法は、上記液体ポリマーが乾燥され
た後、上記化学機械研磨用スラリー中の上記研磨用粒子
の平均径よりも小さい平均径を備えた阻止用粒子で上記
ウェーハを被覆する工程を更に有し、上記界面活性剤は
上記阻止用粒子が上記帯電させられた液体ポリマーとは
反対極性を有するように選択されてもよい。

【００３２】上記阻止用粒子及び上記化学機械研磨用ス
ラリーの上記研磨用粒子はアルミナ粒子を含有してもよ
い。

【００３３】請求項２に係る発明は、研磨用マッドで誘
電性材料の第１の部分及び導電性材料の第２の部分を有
するサンプルを研摩する方法であって、上記サンプルの
上記第１の部分を第１の極性の電荷で帯電させる工程
と、第２の極性の電荷を有する研磨用粒子を研磨用スラ
リーに与える工程と、帯電した上記研磨用粒子を用いて
上記研磨用パッドで上記サンプルを研磨する工程とを含
む。

【００３４】上記第１の部分は、１個の極性エンド及び
１個の無極性エンドを有する分子を含む溶液に上記第１
の部分を晒すことにより帯電させられる。

【００３５】上記分子は陰イオン性アクティブ界面活性
分子を含有してもよい。上記分子はドデシルスルホン酸
ナトリウム分子を含有してもよい。

【００３６】上記分子はカルボン酸分子を含有してもよ
い。

【００３７】上記分子は陰イオン性アクティブ界面活性
分子を含有してもよい。

【００３８】上記分子はトリメチルドデシル塩化アンモ
ニウムを含有してもよい。

【００３９】上記第１の部分は帯電したイオンを上記第
１の部分の表面に注入することにより帯電させてもよ
い。

【００４０】上記帯電したイオンは１ミクロン未満の深
さまで注入され得る。

【００４１】上記第１の部分は帯電した電子を上記第１
の部分の表面に注入することにより帯電させてもよい。

【００４２】上記帯電した電子は０．５ミクロン未満の
深さまで注入され得る。

【００４３】上記化学機械研磨用スラリーは約７未満の
ｐＨを有するシリカの水溶液を含有してもよい。

【００４４】上記化学機械研磨用スラリーは約３乃至７
の範囲のｐＨを有してもよい。

【００４５】上記方法は、上記サンプルの上記第２の部
分が上記第１の極性とは反対の第２の極性に帯電される
ように、上記サンプルを研磨する工程の間に、上記サン
プルの上記第２の部分に電位を印加する工程を更に設け
てもよい。

【００４６】上記方法は、上記サンプルの陥没領域内の
上記研磨用粒子を実質的に阻止する液体追加阻止層をウ
ェーハに塗布する工程を更に設けてもよい。

【００４７】上記追加阻止層は室温で１０００００セン
チストークス未満の粘度を有するゲルを含有してもよ
い。

【００４８】上記追加阻止層はスラリーとして堆積させ
られた実質的に研磨性の無い粒子を含有してもよい。

【００４９】請求項３に係る発明は、誘電性材料の陥没
した第１の部分と、導電性材料の***した第２の部分と
を有するサンプルを平坦化する方法であって、スラリー
の液体に対し第１の極性の電荷を有する研磨用スラリー
を研磨用パッドに施与する工程と、帯電した上記スラリ
ーを用いて上記研磨用パッドで上記サンプルを研磨する
工程と、上記第２の部分が帯電させられ、研磨用スラリ
ー粒子の相対的な濃度は上記陥没した第１の部分よりも
上記導電性材料の***した第２の部分で増加されるよう
に、上記サンプルを研磨する工程の間に電位を上記サン
プルの上記第２の部分に印加する工程とを有する。

【００５０】上記研磨用スラリーの上記研磨用粒子はア
ルミナ粒子を含有し、上記研磨用スラリーは約３乃至７
のｐＨを有してもよい。

【００５１】上記電位は１乃至１０ボルトである。

【００５２】上記方法は、上記サンプルの上記陥没した
第１の部分を被覆する液体追加阻止層を上記サンプルに
堆積させる最初の工程を更に設けてもよい。

【００５３】上記液体追加層はゲルにより構成してもよ
い。

【００５４】上記ゲルはシリコン油を含有してもよい。

【００５５】

【発明の実施の形態】図４を参照して本発明の理論的な
背景を説明する。図４には、***表面領域１０２を含む
ウェーハ１２が研磨パッド１７によってプレーナー化さ
れる通常の化学機械研磨処理（ＣＭＰ）が示されてい
る。一般的に、スラリー中の研磨用粒子は、スラリーの
膜１１０を通じて１立方センチメートルあたり実質的に
一様な濃度［ｎ］を有すると考えられる。したがって、
ウェーハ表面の局部領域上のエッチ速度は、ウェーハ１
２の表面に対し作用する研磨パッド１７の相互作用から
の摩擦力によって局部領域に加えられた機械的エネルギ
ーの差に起因して主として変化する。***領域１０２の
表面１０１は、陥没領域１０４の表面１０３よりも実質
的に大きい機械的エネルギーが研磨パッド１７によって
加えられる。その結果として、局部的な除去速度は***
表面領域１０２の方で高くなる。

【００５６】本発明は、一般的に、研磨用スラリー粒子
の局部濃度を変更することより化学機械研磨処理の選択
性を改良する方法である。本発明によれば、局部研磨速
度は、研磨パッドによって局部領域に加えられた機械的
エネルギーパワー密度（１平方センチメートルあたりワ
ット数）と、研磨用スラリー粒子の局部濃度（１立方セ
ンチメートルあたり粒子数）とに依存する。従来のＣＭ
Ｐ処理の場合に、スラリー中の研磨用粒子の濃度は実質
的に一様である。しかし、図４に示されるように、本発
明では、スラリー膜１１０は、研磨パッド１７の付近で
研磨用スラリー粒子の平均濃度［ｎ］を有し、一方、ウ
ェーハ１２の表面付近では、研磨用スラリー粒子の濃度
は、空間的変動が非常に大きい。***領域１０２の表面
１０１に隣接した領域１１２内の研磨用スラリー粒子の
濃度［ｎ₁］は、陥没領域１０４の表面１０３に隣接し
た領域１１４内の研磨用スラリー粒子の濃度［ｎ₂］よ
りも著しく高い。

【００５７】本発明の一実施例は、陥没領域１０４の表
面１０３と接触する研磨用スラリー粒子の濃度を減少さ
せるバリアとして作用する追加阻止層を含む。図5に示
されるように、追加阻止層１１６は、陥没領域１０４の
底を被覆、若しくは、実質的に埋める物理的バリアとし
て作用する材料を含む。補助的な阻止層１１６は、好ま
しくは、研磨用スラリー粒子１１８が陥没領域の表面１
０３と接触することを実質的に減少させる材料を含む。
これにより、陥没領域１０４の表面上の研磨用スラリー
粒子１８の有効濃度が低減され、この領域における除去
速度Ｒ₂を実質的に削減する。補助的な阻止層１１６
は、研磨処理中に***領域１０２の表面を被覆せず、除
去速度Ｒ₁は***領域１０２で実質的に変更されない。
その結果として、比Ｒ₁／Ｒ₂は除去速度Ｒ₂を減少させ
ることにより増加するので、補助的な阻止層１１６は研
磨処理の選択性を改良する。

【００５８】補助的な阻止層１１６は、好ましくは、従
来の二酸化シリコンプレーナー化処理において二酸化シ
リコンを堆積させるために要求されるような付加的な高
温処理工程を行うことなく、表面に塗布され得る材料を
含む。好ましくは、追加阻止層１１６は、実質的にウェ
ーハに応力を加えない材料を含む。好ましくは、追加阻
止層１１６は、ＣＭＰ処理後にウェーハ表面から容易に
取り除かれる材料を含む。好ましくは、補助的な阻止層
は、ＣＭＰ処理の前に、従来の半導体製造プロセスを用
いてウェーハに塗布され得る液体を含む。

【００５９】補助的な阻止層の機能を果たす多種の材料
がある。例えば、多種の材料は、阻止機能を実現すると
共に半導体ウェーハの陥没領域に接着する。一部のポリ
マー材料、柔らかいエポキシ、及び、柔らかい接合剤が
半導体ウェーハを被覆するため使用され、続いて、ウェ
ーハの表面から剥ぎ取られる。例えば、シリコンゴムは
多種の表面に接着し、多種の溶媒を用いて溶解され得
る。しかし、殆どのエポキシ及び接着剤に関する欠点
は、ウェーハ表面から除去するために特殊な溶媒が必要
とされることである。さらに、このような材料を半導体
ウェーハの表面から充分に除去するためには、時間を消
費する処理が必要とされる。しかし、ウェーハ表面から
ポリマー材料を除去する優れた処理技術が開発されてい
る。特に、ウェーハの表面からポリイミド膜及びポリア
ミド膜を除去する処理技術は周知である。したがって、
多種の粘着材料が追加阻止層を形成するため使用され、
追加阻止層のための好ましい材料には、ＣＭＰ処理後
に、標準的な半導体ウェーハ清浄処理を用いて取り除か
れるポリマー材料が含まれる。多種のポリマーは、液体
としてウェーハ上で引き伸ばされ、或いは、ウェーハに
塗布され、次に、ウェーハの表面に接着する実質的に固
体状の膜を形成するため熱処理される。

【００６０】ポリマー膜は追加阻止層１１６のための一
つの適当な材料であるが、従来の化学機械研磨処理は、
液体追加阻止層が実際のＣＭＰプレーナー化工程の直前
に適用されるように変更してもよいと考えられる。ま
た、液体追加阻止層は、ウェーハを研磨するため使用さ
れた研磨器具と同じ研磨器具を用いて塗布される。図1
を参照するに、好ましい一実施例において、液体追加阻
止層は、供給管１８から研磨パッド１７に被覆された液
体追加阻止層を分散させるため、回転プラテン１６及び
研磨パッド１７を用いてウェーハ表面に塗布される。例
えば、プラテン１６は、ウェーハ１２が液体追加阻止層
で容易に被覆されるように短い時間（例えば、１分間）
だけ回転させてもよい。ウェーハ１２が液体追加阻止層
１１６（図5に示される）で被覆された後、従来の液体
研磨用スラリーは、供給管１８を介して研磨パッド１７
に注がれ、ＣＭＰプレーナー化処理が始まる。

【００６１】液体として被覆された追加阻止層の一実施
例において、追加阻止層１１６はゲル状の材料により構
成される。典型的に、ゲルは、ゾル（コロイド状溶液）
よりも固体状の形をした固体と液体を含む２相のコロイ
ド状の系として定義される。これについては、例えば、
文献：McGraw-Hill Dictionary of Chemistry, McGraw-
Hill，1994を参照のこと。ゲルは粘度によって特徴付け
られる。水は、室温で約１センチストークスの粘度を有
する。ゲル点は、一般的に、液体が弾性特性を示し始
め、水よりも粘度が増加し始めるステージとして定義さ
れる。この点について、例えば、文献：McGraw-Hill Di
ctionary of Chemistry, McGraw-Hill，1994を参照のこ
と。ゲル点付近のゲルのような物質は、約１０００セン
チストークスを超える粘度の流体を含む。ゲルは、技術
的には液体でもよいが、室温で非常に遅い速度で流れる
高い粘度を有するような材料からなる。例えば、一部の
硬いゲルは、約１００００乃至１０００００センチスト
ークスの範囲内の粘度を有する。比較の例として、濃厚
な潤滑油は約１００センチストークスの粘度を有し、糖
蜜は数百センチストークスの粘度を有する。硬いゲルは
高い粘度を有し、注ぐことが困難である。しかし、ゲル
の粘度は、通常、温度が上昇すると共に減少する。この
ため、多数のゲル材料は、研磨パッド１７を用いてウェ
ーハ１２上に堆積させる前に、最初にゲルでウェーハを
簡単に被覆するため粘度が減少するように加熱され得る
（すなわち、ゲルの粘度が約２００センチストークス未
満になるまでゲルを加熱する）。

【００６２】ゲル状材料は、塗布された後、ウェーハ表
面全体を被覆する性質がある。しかし、次の研磨用スラ
リーを用いた研磨処理中に、ゲル状層は***領域１０２
の表面１０１から急速に除去される。その理由は、***
表面上のゲル状層が、研磨パッドに対し横方向に流れる
新鮮なスラリーの実質的な流れによって浄化されるだけ
ではなく、研磨パッドから実質的な摩擦力を受けるから
である。しかし、研磨パッド１７によって陥没領域１０
４に加えられる機械的エネルギーは、***領域１０２に
加えられる機械的エネルギーよりも実質的に小さい。そ
の上、陥没領域１０４内のスラリー流速は、停滞した層
が形成されるため、より遅くなる傾向がある。流体力学
において周知のごとく、テクスチャーのある表面は、そ
のテクスチャーのある表面の窪みに対し横方向に液体が
流れるとき、陥没領域の底で実質的に小さい流体粘度を
有する傾向がある。その結果として、パターニングされ
たウェーハの表面に塗布されたゲル状材料は、***領域
１０２の表面１０１から急速に除去されるが、ＣＭＰ処
理中に陥没領域１０４内に実質的に保持される。

【００６３】ゲル状材料は、ウェーハに容易に塗布する
ことができ、最終的なＣＭＰ後の浄化工程の後に残留物
を残さない比較的安価な材料により構成されることが望
ましい。ゲル状材料は、追加阻止層１１６が陥没領域１
０４に形成されるように、材料を研磨パッド１７に注入
する供給管１８を介してＣＭＰ処理の前にウェーハ表面
に塗布される粘性液体であることが望ましい。

【００６４】有機ポリシロキサンとして知られているシ
リコン樹脂材料は、適当なゲル材料の中の一つである。
シリカベースポリマーのシロキサン類は、一般的に、油
性液体、グリース、及び、樹脂として存在する。この点
について、例えば、文献：McGraw-Hill Dictionary of
Chemistry, McGraw-Hill，1994を参照のこと。シリコン
樹脂材料の粘度は、一般的に、ポリマー直鎖の分子量に
依存する。一部はグリースとして存在する。それ以外は
濃厚な油として存在する。特に、字メチルポリシロキサ
ンとして知られているシリコン油は、一般的に、多数の
工業的なアプリケーションに潤滑油として使用される。
シリコン油の粘度は、典型的に、室温で１００乃至２０
０センチストークスの範囲内に収まる。この粘度は充分
に低いので注ぎ込むことが可能である。しかし、シリコ
ン油の粘度は非常に高いので、ＣＰＭ処理中にウェーハ
表面の陥没領域に粘着する傾向がある。シリコン油は、
実質的に水に対し不溶性であり、水ベースのスラリーを
使用する後続の研磨工程は、陥没領域に設けられたシリ
コン油の層を急速には溶解させないことを意味する。以
下に説明するように、シリコン油からなるゲル状追加バ
リア１１６は、望ましい誘電特性をもつことによって、
電気泳動効果と組み合わせて使用する利点が選られる。
シリコン油のｐＨは多少変化するが、好ましくは、約６
乃至８の範囲に収まる。

【００６５】追加阻止層１１６は、ウェーハ表面に液体
として被覆された他の材料を含む場合がある。特に、多
種の不活性な柔らかい粒子は、より多くの研磨用スラリ
ー粒子が陥没領域１０４の表面と直に接触することを阻
害するバリアを形成するため使用される。図６に示され
るように、追加阻止層１１６は、陥没領域１０４に粘着
し、高度に研磨性のあるスラリー粒子１２２が陥没領域
１０４の表面と接触することを実質的に防止する比較的
研磨性の無い粒子１２０の層を含む。

【００６６】好ましくは、比較的研磨性の無い粒子１２
０による材料の研磨速度は、同様の機械的パワー密度
（Ｗ／ｃｍ²）が研磨パッドによって加えられたとき
に、研磨用粒子１２２の研磨速度よりも実質的に低い。
これを実現するための一つの方法は、研磨性の無い粒子
１２０の硬さよりも実質的に硬い研磨用粒子１２２の硬
さを選択することである。上記の通り、除去速度は、ウ
ェーハ表面と接触する研磨用粒子のサイズのような多数
の変数の関数である。しかし、典型的に、スラリー粒子
の硬さと除去速度との間に強い相関が存在する。一般的
に、除去速度はスラリー粒子の硬さが増加すると共に増
加する。

【００６７】研磨技術の当業者は、実質的に異なる硬さ
を有する研磨用粒子の選択に精通している。表Ｉは、一
般的な研磨用粒子と、ヌープ硬度計及びビッカース硬度
計で測定された研磨用粒子の硬度とを掲載したリストで
ある。

【００６８】

【表１】表Ｉから解るように、シリカ粒子は、アルミナ及びその
他の研磨用粒子よりも硬度が小さい。かくして、比較的
研磨性の無い粒子１２０はシリカ粒子を含み、研磨用ス
ラリー粒子１２２はアルミナを含む。アルミナ粒子は、
シリカ粒子の約４倍の硬度がある。シリカ粒子の硬度
は、ヌープ硬度目盛では５３０であり、ビッカース硬度
目盛では５００であり、一方、アルミナ粒子（Ａｌ
₂Ｏ₃）の硬度は、ヌープ硬度目盛では２１００であり、
ビッカース硬度目盛では２０００である。

【００６９】ＣＭＰの分野では、シリカ粒子がＣＭＰ中
にウェーハ表面に粘着することがよく知られている。こ
れは、ＣＭＰ後にウェーハを浄化する場合に共通した問
題である。更に、シリカ粒子は、ＣＭＰ処理中に陥没領
域に密集すると考えられる。研磨処理中にシリカ粒子を
陥没領域に留めるために有利な物理的な機構には、特
に、スラリー粒子のウェーハ表面への静電的引力と、陥
没領域に形成された比較的停滞した液体層と、陥没領域
からのスラリー移動と関連した物理的バリアとが含ま
れ、スラリー粒子は地形学的なバリアのため陥没領域内
に拘束される傾向がある。

【００７０】シリカ粒子は、ウェーハ１２がシリカベー
スのスラリーで覆われるまで、シリカベースのスラリー
を研磨パッド１７と回転プラテン１６の上に簡単に流す
ことによってウェーハ表面１２の上に被覆される。シリ
カベースのスラリーはウェーハ１２の全体を被覆する。
好ましいシリカ粒子のサイズは、表面上の陥没領域の深
さに依存する。好ましくは、シリカ粒子は、陥没領域の
初期的な深さよりも実質的に小さい平均径を有する（例
えば、約１ミクロンの初期深さをもつ０．２乃至０．５
ミクロン径のシリカ粒子）。シリカ・スラリーの流れは
止められる。実質的により多くの研磨用粒子、例えば、
アルミナ粒子を含むスラリーは、次に、プラテン上に流
される。研磨用スラリーは、研磨パッドからの摩擦力、
及び、研磨パッドを横切る研磨用スラリーの流れに起因
して、***領域１０２の表面１０１からシリカ粒子を急
速に除去する傾向がある。しかし、パッドからの摩擦力
は小さく、陥没領域への新鮮なスラリーの流速はかなり
低速であるため、シリカ粒子は陥没領域１０４に留まる
傾向がある。更に、接着剤のような特性を備えた他の材
料、例えば、粘着性ゲルは、シリカ粒子を陥没領域に留
めるように作用する付加的な物理機構を提供するためシ
リカスラリーに追加される。

【００７１】研磨用スラリーは、次に行われる従来のＣ
ＭＰ研磨工程中に供給されるアルミナベースのスラリー
により構成してもよい。アルミナ粒子のような研磨用粒
子の寸法は、好ましくは、研磨機能を促進させるよう選
択される。例えば、寸法が約０．５乃至１．０ミクロン
の範囲に収まるアルミナのスラリー粒子は、一般的に多
数のＣＭＰ処理で使用される。ＣＭＰ処理中のプラテン
回転速度は多数のパラメータに依存する。４０乃至１０
０ＲＰＭのプラテン回転速度は、アルミナのスラリーを
利用するＣＭＰ処理で一般的に使用される。しかし、こ
のプラテン回転速度は、実質的に停滞したスラリー層を
陥没領域の窪みに容易に維持することができるように、
必要に応じて、ある程度減少させてもよい。ＣＭＰ技術
の当業者は、ウェーハの陥没領域１０４への新鮮なスラ
リーの流速を減少させるため調節される他のＣＭＰ処理
変数にも精通していると考えられる。

【００７２】本発明の第2の実施例は、ＣＭＰ処理の選
択性を改良するため電気泳動効果を利用する。電気泳動
は、一般的に、正味の電荷を備えたコロイド状粒子又は
マクロ分子が電界の影響下で移動する電気化学プロセス
として定義される。本発明の教示によれば、電気泳動効
果は、ＣＭＰ処理の選択性を増加させるため有利に使用
される。ウェーハ表面の局在化された領域は、関連した
電荷の層を有するので、ウェーハの表面に垂直な電界の
大きさはウェーハ全域で変化する。帯電スラリー粒子
は、同じ電荷極性を有するウェーハの局在化した領域か
ら反発され、反対の電荷極性を有するウェーハの局在化
した領域に引き付けられる。

【００７３】ＣＭＰ後のウェーハ洗浄の場合に、ＣＭＰ
スラリーのスラリー粒子は、ｐＨが適当に選択されたな
らば、帯電することが知られている。従来技術に関する
図７を参照するに、溶液中のシリカ粒子及びアルミナ粒
子は、ゼータ（ζ）電位に対応した薄い電気的な表面電
荷を有することが解る。ゼータ電位は、一般的に、せん
断面と、電気的な２重層の境界を越えた液体の大部分と
の間の液体中で測定された電位差として定義される。ゼ
ータ電位は溶液のｐＨに依存する。アルミナ粒子の場合
に、ゼータ電位は、溶液のｐＨに依存して、正又は負の
いずれでもよい。このことは、アルミナに対する図８の
従来技術のグラフに示されている。しかし、ゼータ電位
はスラリー粒子の化学組成に依存する。例えば、酸性環
境下のシリカ粒子は正側に帯電する。したがって、ＣＭ
ＰスラリーのｐＨを適切に調節し、スラリー粒子のタイ
プを選択することにより、研磨用スラリー粒子は正又は
負に帯電する。

【００７４】電気泳動効果は、ウェーハ表面に垂直な局
部電界が***領域１０２で陥没領域１０４とは実質的に
異なるとき、スラリー粒子の局部濃度を変更する点が有
利である。電気泳動効果は、***領域１０２上での帯電
スラリー粒子の濃度を選択的に増加させるため作用する
電界が存在する場合に、***領域１０２上の研磨用スラ
リー粒子の相対的な局部濃度に実質的な変化を生じさせ
る。別の電気泳動効果は、研磨用スラリー粒子を陥没領
域１０４から反発させるよう作用する電界が存在する場
合に、研磨用スラリー粒子の相対的な局部濃度に実質的
な変化を生じさせ、その結果として、研磨用スラリー粒
子の濃度は陥没領域１０４で削減される。

【００７５】図９は、***金属領域１３０が陥没誘電層
１３２と共通した平面まで研磨される研磨処理の説明図
である。図９に示されるように、***金属領域１３０
は、スラリーに対し電位を有するので、帯電スラリー粒
子１３４は電気泳動的に***金属領域１３０の表面の方
に引かれる。米国特許第５，８０７，１６５号に開示さ
れているプレーナー化方法、又は、米国特許第５，５７
５，７０６号に記載された研磨方法のように電界がプラ
テン電極とスラリーとの間に印加される研磨方法とは異
なり、本発明の電気泳動研磨方法は、スラリーと、ウェ
ーハの局在化された領域との間に局在化された電界を設
定することが必要である。しかし、半導体処理の技術分
野の当業者は、半導体金属層を絶縁表面に選択的に接触
させ、同時に、ウェーハに接触する溶液中に電界を生成
するため配置された別の電気的接点を設ける技術（すな
わち、電界めっき技術）に精通している。一般的に、金
属領域と対抗電極との間に電界を形成する任意のコネク
ション構造が使用される。

【００７６】高電位は電界強度を増加させるので、電気
泳動効果は印加された電位に強く依存することが知られ
ている。好ましくは、金属層１３０と適当な接地１３６
の間に印加された電圧Ｖは、電気泳動効果を改良するた
め実際上、できるだけ高くすべきである（例えば、１乃
至１０ボルト）。しかし、銅のような一部の金属は、ス
ラリーのｐＨ及び化学組成に依存して、高電圧で電気化
学的に分解される。かくして、電圧及び／又はスラリー
組成は、金属層の有害な溶解を防止するため選択される
べきである。図８を参照するに、ゼータデータは、広い
範囲のｐＨで最大値になる。高いゼータ電位は、スラリ
ー粒子の表面上で電荷量が増加することに対応する。し
たがって、スラリーのｐＨは、金属ウェーハの電気化学
的溶解が問題となり得るｐＨの範囲を回避すると共に、
ゼータ電位の大きさを増大させるよう選択されることが
好ましい。酸性スラリーの好ましいｐＨ範囲は、およそ
ｐＨ３からｐＨ７の間に収まる。アルカリ性スラリーの
好ましいｐＨは、およそｐＨ７からｐＨ１１の範囲に収
まる。好ましくは、スラリーのｐＨは印加電圧Ｖの大き
さと組み合わせて選択されるので、電気泳動効果は、金
属層の電気化学的溶解を許容可能な低速の範囲に抑えた
まま、できる限り大きくなるように選択される。

【００７７】電気泳動効果に対する別の考察は、スラリ
ー粒子の寸法である。電気泳動効果は、比較的小さい慣
性重量を有する小径の粒子の場合により顕著になる。そ
の結果として、スラリー粒子の局部濃度を変更する際に
電気泳動効果の相対的な重要度を高めるため、比較的小
さい径（例えば、０．５ミクロン径）の研磨用スラリー
粒子を使用することが好ましい。

【００７８】図９に示された本発明による研磨方法は処
理条件の選択を要求し、その結果として、電気泳動効果
は、***金属領域１３０の表面１３１上の研磨用スラリ
ー粒子の濃度を陥没領域１０４に配置された誘電体１３
２の表面よりも著しく増加させる。一方で、スラリーと
***金属領域との間に適切な極性の電界を設定すること
により、帯電スラリー粒子が金属接点に電気泳動的に引
き寄せられる。他方で、従来のＣＭＰ処理の場合に、ス
ラリー粒子の濃度を平衡状態、すなわち、多量の濃度に
戻すように作用する新鮮なスラリーの流れが存在する。
そのため、電気泳動効果が研磨用スラリー粒子の局部濃
度の著しい変化を許容するため十分に強くなるように処
理パラメータの間に考量すべき条件が存在する。好まし
くは、印加電圧及びスラリー粒子の寸法は、電気泳動効
果を増加させるように選択される。必要に応じて、研磨
処理中にウェーハを通過するスラリーの流速を減少させ
るため、プラテン回転速度は比較的低い速度（例えば、
２０乃至４０ＲＰＭ）まで低下される。例えば、ある種
の場合に、スラリー濃度の大きな局部変化は、比較的高
電圧（例えば、５乃至１０ボルト）及び／又は比較的小
径のスラリー粒子（例えば、０．２乃至０．５ミクロ
ン）と、比較的速いプラテン回転速度（例えば、４０乃
至１００ＲＰＭ）を使用して実現され得る。他の場合
に、局部スラリー濃度の大きい変化は、比較的低電圧
（例えば、１乃至２ボルト）及び／又は比較的大きいス
ラリー粒子（例えば、０．５乃至１．０ミクロン）と、
比較的遅いプラテン回転速度（例えば、２０乃至４０Ｒ
ＰＭ）とを用いて実現され得る。ＣＭＰ技術の当業者
は、スラリー集団の輸送処理に影響を与え、スラリー粒
子の局部濃度を判定する際に電気泳動効果の相対的な重
要性を増加させるため必要に応じて調節することができ
る他の研磨パラメータにも精通していると考えられる。

【００７９】図９の実施例における***金属領域に印加
されるべき電圧の極性は、スラリーのｐＨに依存する。
図８に示されているように、ゼータ電位の極性、すなわ
ち、スラリー粒子上の電荷の極性は、ｐＨに依存する。
さらに、シリカのような一部の粒子は、ｐＨとゼータ電
位の極性との間に異なる関係を有する。例えば、約３以
上の酸性のｐＨの場合に、シリカは負に帯電される。し
かし、同じｐＨ域のアルミナは正に帯電される。その結
果として、ウェーハの金属領域に印加された電圧の極性
は、スラリーのｐＨに対し適切に、かつ、支配的なスラ
リー粒子タイプを考慮して選択されるべきである。

【００８０】電気泳動効果が研磨処理の選択性を増加さ
せるプレーナー化処理の他の実施例において、反発性の
電界は、ウェーハの陥没領域１０４に設けられた阻止層
１３２に発生させられる。図１０には、誘電層領域１３
２が誘電層１３２の表面１０５から帯電したスラリー粒
子１３４を跳ね返す電荷を有する研磨処理を説明するた
めの略断面図が示されている。反発性電界は、陥没領域
１０４内でスラリー粒子の濃度を減少させる。誘電領域
１３２は、好ましくは、液体としてウェーハ表面に被覆
される材料、例えば、液体ポリマーを含む。誘電領域１
３２は、研磨用スラリー粒子に対する物理バリアとして
機能し、そのスラリー阻止機能は、帯電スラリー粒子の
静電気的な反発によって増大される。好ましくは、誘電
領域１３２によって発生された電界は十分に強く、誘電
領域１３２の研磨速度は金属領域１３０よりも低い。誘
電領域１３２を帯電させる方法は数通りある。誘電領域
１３２を帯電させる一つの方法は、電荷又は電子を注入
することである。電荷は、いくつかの公知の手段を用い
て誘電領域１３２に注入される。例えば、誘電体１３２
に侵入し、金属には侵入しないイオンエネルギーを使用
する電子又はイオン注入を利用することができる。電子
又はイオン注入は、プラズマ侵入又はイオンビーム技術
のいずれかを用いて行われる。例えば、浅いイオンビー
ム注入（例えば、５０００オングストローム未満の注入
深さ）は、誘電層１２２の表面付近に電荷を注入するた
め使用される。

【００８１】誘電領域１３２が帯電させられる別の方法
は化学的な方法である。陥没誘電層領域１３２は、好ま
しくは、ポリイミド層のようなポリマー層を含む。電荷
をポリマーの表面１０５に注入する技術は周知である。
特に、多種の界面活性剤は、ポリマーに吸収される極性
ヘッドを有し、極、すなわち、帯電したグループはポリ
マー表面に残る。電荷をポリイミド層に注入するために
適した陰イオン性のアクティブな界面活性剤は、アルカ
リ性環境内のトリメチルドデシル塩化アンモニウムを含
む。適当な陽イオン性の界面活性剤は、酸性環境内のド
デシルスルホン酸ナトリウムを含む。カルボン酸は、酸
性環境内で負電荷をポリマーに注入するため使用され
る。サンプルは、研磨用スラリーで研磨される前に、１
個の極性エンドと１個の非極性エンドとを有する分子を
含む界面活性化学溶液に浸される。しかし、好ましく
は、スラリー組成は界面活性剤を含有するように変更さ
れるので、ポリマーが研磨処理中にスラリーによって低
速で食刻／研磨される場合でも、電荷はポリマーの表面
１０５に連続的に注入される。これにより、ポリマー層
は、電気泳動効果及び物理的阻止作用が共に、陥没領域
１０４内のウェーハ表面１０３と接触する研磨用スラリ
ー粒子の濃度を減少させるため一体的に働く追加阻止層
として作用できる。

【００８２】図１０に示されるように、陥没領域１０４
内のポリマー誘電層１３２に注入された電荷１３８の層
は、同じ荷電極性の帯電スラリー粒子１３４と反発す
る。スラリー粒子と注入された電荷との間の最大電位差
は、いくつかのパラメータに依存する。しかし、二つの
反対極性に帯電した核の間のゼータ電位差は、一般的
に、約２０乃至１００ミリボルトの範囲内に収まる。そ
の結果として、少なくとも２０乃至１００ミリボルトの
オーダの電位差は、電荷注入技術を用いて実現可能であ
る。

【００８３】一般的に、ＣＭＰ研磨処理の選択性を増加
させるため追加阻止層の利点と電気泳動効果の利点とを
組み合わせる多数の方法が存在する。図１１に示される
ように、ゲル状材料は、帯電スラリー粒子１３４を陥没
領域１０４の下面１０３から遮断するバリア層１１６と
して使用され、同時に、***金属領域１３０からの電界
は、帯電スラリー粒子を***金属領域１３０の表面１３
１に選択的に引き寄せる。この場合、電気泳動効果は、
***金属層上で除去速度を高める。これは、金属層を平
坦化するため必要な研磨時間も短縮し、延長した研磨中
にゲル状材料の劣化を防止するのに役立つ。また、陥没
領域１０４内の研磨用スラリー粒子の有効濃度を減少さ
せる電気泳動効果は、追加スラリー阻止層１１６が陥没
領域１０４から取り除かれる速度を低下するために役立
つ。

【００８４】追加阻止層と電気泳動効果とを組み合わせ
る別の実施例は図１２に示されている。図１２に示され
るように、比較的研磨性の無い粒子１２０からなる追加
阻止層は、陥没領域１０４の表面１０３に設けられたポ
リマー誘電層領域１３２の表面１０５に注入された電荷
１３８に電気泳動的に引き寄せられる。電気泳動的な誘
引は、研磨性の無い粒子１２０を陥没領域１０４に保持
するために役立つ。研磨性の無い粒子１２０は、多数の
化学的不活性粒子を含む。多様な比較的柔らかい粒子
は、例えば、双極子モーメント及び／又は電荷分極のよ
うな多種の物理的機構を用いて局部電界に電気泳動的に
引き寄せられる。しかし、研磨性の無い粒子１２０は、
第１の研磨工程中に陥没領域１０４に堆積させられた比
較的小径のスラリー粒子により構成されてもよい。例え
ば、平均径０．２ミクロンを有するアルミナ粒子からな
る第１の研磨用スラリーは、プラテン上に与えられ、ウ
ェーハは、ウェーハ表面を０．２ミクロンのスラリー粒
子で被覆するために十分な短時間だけ研磨される。次に
２．０ミクロンのアルミナ粒子を含む第２のスラリーが
表面に与えられ、ウェーハが平坦化されるまで研磨が続
けられる。スラリーのｐＨが適切に選択された場合、ア
ルミナはポリマー領域１３２に引き寄せられる。電気泳
動効果は、０．２ミクロンのアルミナ粒子が研磨処理中
に陥没領域に留まるために役立つ。小径のアルミナ粒子
は、比較的遅い研磨速度を有するので、陥没領域１０４
における研磨速度は、***領域１０３における研磨速度
よりも低減される。

【００８５】簡潔に説明すると、本発明は、研磨用スラ
リー粒子の局部濃度を有利に変更することによって、化
学機械研磨処理の選択性を向上させ、その結果として、
***形状における研磨用スラリー粒子の相対的な濃度が
陥没領域よりも高くなる。本発明の一実施例において、
追加阻止層は陥没領域の研磨用スラリー粒子の濃度を実
質的に減少させるため使用される。他の実施例では、電
気泳動効果が使用される。更に別の実施例では、電気泳
動効果と追加阻止層の組み合わせが***領域と陥没領域
の間で研磨用スラリー粒子の相対的な濃度を有利に変更
するため使用される。

【００８６】上記の通り、本発明は特定の実施例及び素
子に関して説明されているが、本発明のその他の等価的
な実施例を実現することが可能であり、本発明の実施形
態は、上記の実施例の記載だけに限定されることが意図
されるものではないことが理解されるであろう。

【００８７】

【発明の効果】上記の通り、本発明は、ＣＭＰプレーナ
ー化処理の選択性を従来のＣＭＰ処理よりも実質的に増
加させる方法を提供する。本発明によれば、***形状に
おける研磨用スラリー粒子の相対的な濃度が陥没領域よ
りも高くなる。その結果として、殆どのＣＭＰ処理にお
いて、他の研磨目的（例えば、大域的な均一性と、表面
損傷の少なさ）と整合した高速なプレーナー化のために
要求される所望の選択性を実現することが可能になる。
また、研磨選択性が改良されることによって、材料の実
質的な厚さをウェーハ表面から取り除くことなく、大き
い段差の高さをプレーナー化することが可能になる。こ
れにより、特に、共通平面まで研磨されるべき類似して
いない材料がウェーハ上に堆積されたときに、平坦な高
品質表面を得ることができる。

【００８８】

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術による化学機械研磨システムの側面図
である。

【図2】従来技術による化学機械研磨システムのプラテ
ンと基板の相対運動を示す平面図である。

【図3】共通プレーナー表面まで研磨されるべき***領
域及び陥没領域が設けられた非平坦ウェーハ表面の側面
図である。

【図4】ウェーハ表面と接触する研磨用スラリー粒子の
有効な濃度が陥没領域よりも***領域で有利に増加され
ている本発明によるプレーナー化処理を説明する側面図
である。

【図５】追加阻止層によって研磨用スラリー粒子のウェ
ーハ表面上の陥没形状への接触が実質的に制限される本
発明の一実施例の側面図である。

【図６】陥没領域に接着する比較的柔らかい粒子により
構成された追加阻止層の一実施例の側面図である。

【図７】従来技術によるζ（ゼータ）電位に対応した表
面電荷層を備えたスラリー粒子の側面図である。

【図８】従来技術によるアルミナ粒子のゼータ電位が水
性環境のｐＨに依存する度合い示すグラフである。

【図９】帯電研磨用スラリー粒子が***金属領域に電気
泳動的に引き寄せられる本発明による研磨処理を説明す
る側面図である。

【図１０】帯電研磨用スラリー粒子が***金属領域から
電気泳動的に反発される本発明による研磨処理を説明す
る側面図である。

【図１１】研磨用スラリー粒子が追加阻止層によって陥
没領域の表面から阻止され、帯電スラリー粒子が***領
域に電気泳動的に引き寄せられる本発明による研磨処理
を説明する側面図である。

【図１２】追加阻止層を形成する比較的研磨性の無い粒
子が陥没領域に電気泳動的に引き寄せられる本発明によ
る研磨処理を説明する側面図である。

【符号の説明】

１２ウェーハ１６プラテン１７研磨パッド１８供給管１０１ ***領域の表面１０２ ***領域１０３陥没領域の表面１０４陥没領域１０５ポリマー表面１１０スラリー膜１１２ ***領域の表面に隣接した領域１１４陥没領域の表面に隣接した領域１１６追加阻止層１１８研磨用スラリー粒子１２０研磨性の無い粒子１２２研磨用粒子１３０ ***金属領域１３１ ***金属領域表面１３２陥没誘電層１３４帯電スラリー粒子１３６接地１３８注入された電荷

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】化学機械研磨処理を用いてサンプルを平
坦化する方法であって、スラリー阻止層を上記サンプルの上に被覆する工程と、液体及び研磨用粒子を含む化学機械研磨用スラリーを研
磨用パッドに施与し、上記研磨用パッドで上記サンプル
を研磨する第１の研磨工程と、上記サンプルが実質的に平坦になるまで上記サンプルを
研磨する第２の研磨工程とを有し、上記スラリー阻止層は、上記第２の研磨工程中に上記サ
ンプルの陥没領域内の上記化学機械研磨スラリーから上
記研磨用粒子の濃度を実質的に減少させる、方法。
【請求項２】研磨用マッドで誘電性材料の第１の部分
及び導電性材料の第２の部分を有するサンプルを研摩す
る方法であって、上記サンプルの上記第１の部分を第１の極性の電荷で帯
電させる工程と、第２の極性の電荷を有する研磨用粒子を研磨用スラリー
に与える工程と、帯電した上記研磨用粒子を用いて上記研磨用パッドで上
記サンプルを研磨する工程とを含む方法。
【請求項３】誘電性材料の陥没した第１の部分と、導
電性材料の***した第２の部分とを有するサンプルを平
坦化する方法であって、スラリーの液体に対し第１の極性の電荷を有する研磨用
スラリーを研磨用パッドに施与する工程と、帯電した上記スラリーを用いて上記研磨用パッドで上記
サンプルを研磨する工程と、上記第２の部分が帯電させられ、研磨用スラリー粒子の
相対的な濃度は上記陥没した第１の部分よりも上記導電
性材料の***した第２の部分で増加されるように、上記
サンプルを研磨する工程の間に電位を上記サンプルの上
記第２の部分に印加する工程とを有する方法。