JP3523107B2 - Ｃｍｐ用スラリおよびｃｍｐ法 - Google Patents
Ｃｍｐ用スラリおよびｃｍｐ法Info
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- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
- C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
- C09K3/1454—Abrasive powders, suspensions and pastes for polishing
- C09K3/1463—Aqueous liquid suspensions
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
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- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
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- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
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- C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
- C23F3/00—Brightening metals by chemical means
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
- H01L21/321—After treatment
- H01L21/32115—Planarisation
- H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、Ａｌ膜やＷ膜等の
金属膜の研磨に有効なＣＭＰ用スラリおよびＣＭＰ法に
関する。
金属膜の研磨に有効なＣＭＰ用スラリおよびＣＭＰ法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体装置の製造分野では、微細
化および高密度化が進み、種々の微細加工技術が研究開
発されている。その中でもＣＭＰ技術は、ダマシン配線
を形成する上で欠かすことのできない重要技術である。
化および高密度化が進み、種々の微細加工技術が研究開
発されている。その中でもＣＭＰ技術は、ダマシン配線
を形成する上で欠かすことのできない重要技術である。
【０００３】従来技術でメタルＣＭＰを行う場合、アル
ミナ粒子をベースとしたスラリが用いられる。その理由
としてはアルミナ自体に高い研磨能力があることと、酸
化剤として硝酸などの強酸（ｐＨ：〜２）が使用される
ことが多く、この領域でアルミナ粒子の分散性が良いこ
となどがあげられる。
ミナ粒子をベースとしたスラリが用いられる。その理由
としてはアルミナ自体に高い研磨能力があることと、酸
化剤として硝酸などの強酸（ｐＨ：〜２）が使用される
ことが多く、この領域でアルミナ粒子の分散性が良いこ
となどがあげられる。
【０００４】しかしながら、アルミナベースのスラリに
は、以下に示す３つの問題が存在する。
は、以下に示す３つの問題が存在する。
【０００５】第１の問題は、Ｃｕ膜やＡｌ膜などの金属
膜を研磨するためには、スラリのｐＨを中性付近にする
必要があるが、アルミナベースのスラリは中性付近で分
散性が不安定であるため、安定したポリッシュ特性を得
ることが難しいということである。
膜を研磨するためには、スラリのｐＨを中性付近にする
必要があるが、アルミナベースのスラリは中性付近で分
散性が不安定であるため、安定したポリッシュ特性を得
ることが難しいということである。
【０００６】第２の問題は、絶縁膜に対する金属膜の選
択比（金属膜研磨速度／絶縁膜研磨速度）を十分に確保
できないということである。ダマシン配線を形成する場
合、絶縁膜に対する金属膜の選択比を十分に確保する必
要がある。そのために一般にアルミナ濃度を下げるなど
して絶縁膜の研磨速度を下げるようにしている。しか
し、同時に金属膜の研磨速度も低下してしまうため、高
選択比を得ることは難しく、シンニング（絶縁膜の膜減
り）を抑制することができない。
択比（金属膜研磨速度／絶縁膜研磨速度）を十分に確保
できないということである。ダマシン配線を形成する場
合、絶縁膜に対する金属膜の選択比を十分に確保する必
要がある。そのために一般にアルミナ濃度を下げるなど
して絶縁膜の研磨速度を下げるようにしている。しか
し、同時に金属膜の研磨速度も低下してしまうため、高
選択比を得ることは難しく、シンニング（絶縁膜の膜減
り）を抑制することができない。
【０００７】第３の問題は、ディッシング（溝内の金属
膜の後退）が大きいことである。特に、オーバーポリッ
シュマージンが小さく、ウェハ全面で深さが均一のダマ
シン配線を形成することができない。その対策として、
弾性変形の小さい硬質研磨パッドが用いられているが、
Ａｌのように柔らかい材料の場合には、傷とのトレード
オフの関係にあるため、スラリを工夫しなければ解決す
ることは難しい。
膜の後退）が大きいことである。特に、オーバーポリッ
シュマージンが小さく、ウェハ全面で深さが均一のダマ
シン配線を形成することができない。その対策として、
弾性変形の小さい硬質研磨パッドが用いられているが、
Ａｌのように柔らかい材料の場合には、傷とのトレード
オフの関係にあるため、スラリを工夫しなければ解決す
ることは難しい。
【０００８】また、シリカ粒子をベースとしたスラリを
用いたメタルＣＭＰも試みられているが、十分な研磨速
度が得られなかったり、研磨面のモフォロジが悪いなど
の問題がある。
用いたメタルＣＭＰも試みられているが、十分な研磨速
度が得られなかったり、研磨面のモフォロジが悪いなど
の問題がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来のメ
タルＣＭＰでは、アルミナ粒子をベースとしたスラリが
用いられていたが、この種のスラリを用いた場合には、
中性付近で安定したポリッシュ特性を得ることが難しか
ったり、絶縁膜に対する金属膜の選択比を十分に確保で
きなかったり、ディッシングが大きいなどの問題があっ
た。
タルＣＭＰでは、アルミナ粒子をベースとしたスラリが
用いられていたが、この種のスラリを用いた場合には、
中性付近で安定したポリッシュ特性を得ることが難しか
ったり、絶縁膜に対する金属膜の選択比を十分に確保で
きなかったり、ディッシングが大きいなどの問題があっ
た。
【００１０】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、中性付近での安定した
ポリッシュ特性、絶縁膜と導電膜との間での高い選択
性、ディッシングの抑制を実現できるＣＭＰ用スラリお
よびＣＭＰ法を提供することにある。
ので、その目的とするところは、中性付近での安定した
ポリッシュ特性、絶縁膜と導電膜との間での高い選択
性、ディッシングの抑制を実現できるＣＭＰ用スラリお
よびＣＭＰ法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、ＣＭＰ用スラリ（以下、単にスラリと
いう）として、シリカとアルミナとの混晶粒子からなる
研磨粒子を含み、ｐＨが４〜７の範囲に設定されている
ものを使用する。
に、本発明では、ＣＭＰ用スラリ（以下、単にスラリと
いう）として、シリカとアルミナとの混晶粒子からなる
研磨粒子を含み、ｐＨが４〜７の範囲に設定されている
ものを使用する。
【００１２】本発明者らの研究によれば、研磨粒子がシ
リカとアルミナとの混晶粒子であるスラリを用いたＣＭ
Ｐは研磨速度の荷重依存性が大きく、ディッシングの増
加を効果的に抑制できることが分かった。
リカとアルミナとの混晶粒子であるスラリを用いたＣＭ
Ｐは研磨速度の荷重依存性が大きく、ディッシングの増
加を効果的に抑制できることが分かった。
【００１３】また、この種のスラリは、混晶粒子を形成
するシリカ及びアルミナ中、アルミナの混晶比率を、１
０〜９０％の範囲に設定することにより、ＣＭＰ用スラ
リのｐＨに関係なく、絶縁膜に対する導電膜の選択比、
または導電膜に対する絶縁膜の選択比を十分に大きくす
ることができ、絶縁膜と導電膜との間での高い選択性が
取れることが分かった。
するシリカ及びアルミナ中、アルミナの混晶比率を、１
０〜９０％の範囲に設定することにより、ＣＭＰ用スラ
リのｐＨに関係なく、絶縁膜に対する導電膜の選択比、
または導電膜に対する絶縁膜の選択比を十分に大きくす
ることができ、絶縁膜と導電膜との間での高い選択性が
取れることが分かった。
【００１４】さらに、この種のスラリは、ｐＨを４〜７
の範囲に設定すると、研磨粒子のアグリゲーション化
（凝集しても元に戻れる可逆的な凝集）を実現でき、こ
れにより分散性が低下せず、安定したポリッシュ特性が
得られることが分かった。また、アグリゲーション化し
た粒子を効率良く基板にこすりつけるために、有機酸を
添加すると、研磨速度が向上することが分かった。これ
は粒子の研磨パッドの保持が改善されるからである。
の範囲に設定すると、研磨粒子のアグリゲーション化
（凝集しても元に戻れる可逆的な凝集）を実現でき、こ
れにより分散性が低下せず、安定したポリッシュ特性が
得られることが分かった。また、アグリゲーション化し
た粒子を効率良く基板にこすりつけるために、有機酸を
添加すると、研磨速度が向上することが分かった。これ
は粒子の研磨パッドの保持が改善されるからである。
【００１５】さらにまた、酸化剤としてペルオキソニ硫
酸アンモニウムまたは過酸化水素水を使用すれば、４〜
７の範囲でＣＭＰ用スラリのｐＨを変えずに済むことが
分かった。
酸アンモニウムまたは過酸化水素水を使用すれば、４〜
７の範囲でＣＭＰ用スラリのｐＨを変えずに済むことが
分かった。
【００１６】したがって、このようなスラリおよびこれ
を用いたＣＭＰ法によれば、中性付近での安定したポリ
ッシュ特性、絶縁膜と導電膜との間での高い選択性、デ
ィッシングの抑制を実現できるようになる。
を用いたＣＭＰ法によれば、中性付近での安定したポリ
ッシュ特性、絶縁膜と導電膜との間での高い選択性、デ
ィッシングの抑制を実現できるようになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態（以下、実施形態という）を説明する。
の実施の形態（以下、実施形態という）を説明する。
【００１８】（第１の実施形態）図１は、本発明の第１
の実施形態に係るＡｌダマシン配線の形成方法を示す工
程断面図である。
の実施形態に係るＡｌダマシン配線の形成方法を示す工
程断面図である。
【００１９】まず、図１（ａ）に示すように、素子（不
図示）が形成されたシリコン基板１上に層間絶縁膜とし
てのＳｉＯ2 膜２を堆積する。
図示）が形成されたシリコン基板１上に層間絶縁膜とし
てのＳｉＯ2 膜２を堆積する。
【００２０】次に図１（ｂ）に示すように、ＳｉＯ2 膜
２の表面に配線溝３を形成した後、配線溝３の内部を充
填する厚さ６００ｎｍのＡｌ膜４を全面に堆積する。
２の表面に配線溝３を形成した後、配線溝３の内部を充
填する厚さ６００ｎｍのＡｌ膜４を全面に堆積する。
【００２１】最後に、図１（ｃ）に示すように、研磨粒
子がシリカとアルミナとの混晶粒子、ｐＨが７のスラリ
を用いたＣＭＰによって、配線溝３の外部の余剰なＡｌ
膜４を除去することによって、Ａｌダマシン配線４が完
成する。
子がシリカとアルミナとの混晶粒子、ｐＨが７のスラリ
を用いたＣＭＰによって、配線溝３の外部の余剰なＡｌ
膜４を除去することによって、Ａｌダマシン配線４が完
成する。
【００２２】本実施形態のスラリを用いれば、図２に示
すように、シリカに対するアルミナのアルミナ濃度
［％］（アルミナ／シリカ混晶比）を変えるだけで、Ｓ
ｉＯ2 膜に対するＡｌ膜の選択比（Ａｌ研磨速度／Ｓｉ
Ｏ2 研磨速度）を制御できるようになる。
すように、シリカに対するアルミナのアルミナ濃度
［％］（アルミナ／シリカ混晶比）を変えるだけで、Ｓ
ｉＯ2 膜に対するＡｌ膜の選択比（Ａｌ研磨速度／Ｓｉ
Ｏ2 研磨速度）を制御できるようになる。
【００２３】例えば、アルミナ濃度が１０％、シリカ濃
度が９０％のシリカとアルミナとの混晶粒子（固形分：
３ｗｔ％）、ｐＨが７のスラリを用い、荷重：３００ｇ
／ｃｍ2 、トップリング回転数：６０ｒｐｍ、テーブル
回転数：１００ｒｐｍの条件でＣＭＰを行えば、ＳｉＯ
2 膜に対するＡｌ膜の選択比は１０６（＝Ａｌ研磨速
度：１５９［ｎｍ／ｍｉｎ］／ＳｉＯ2 研磨速度：１．
５［ｎｍ／ｍｉｎ］）となる。
度が９０％のシリカとアルミナとの混晶粒子（固形分：
３ｗｔ％）、ｐＨが７のスラリを用い、荷重：３００ｇ
／ｃｍ2 、トップリング回転数：６０ｒｐｍ、テーブル
回転数：１００ｒｐｍの条件でＣＭＰを行えば、ＳｉＯ
2 膜に対するＡｌ膜の選択比は１０６（＝Ａｌ研磨速
度：１５９［ｎｍ／ｍｉｎ］／ＳｉＯ2 研磨速度：１．
５［ｎｍ／ｍｉｎ］）となる。
【００２４】従来のＣＭＰでは３０程度の選択比しか取
れないので、本実施形態によれば従来に比べて３倍以上
も高い選択比が得られることになる。したがって、本実
施形態によれば、従来に比べてシンニングが十分に小さ
いＡｌダマシン配線４を実現できるようになる。また、
第２の実施形態で詳細に説明するように、ディッシング
の増加も効果的に抑制できる。
れないので、本実施形態によれば従来に比べて３倍以上
も高い選択比が得られることになる。したがって、本実
施形態によれば、従来に比べてシンニングが十分に小さ
いＡｌダマシン配線４を実現できるようになる。また、
第２の実施形態で詳細に説明するように、ディッシング
の増加も効果的に抑制できる。
【００２５】また、本実施形態によれば、従来に比べて
速い研磨速度が得られるので、従来よりも速い研磨速度
を保ったまま、スラリ濃度を低くすることが可能とな
る。スラリ濃度を低くできれば、その分コストを削減で
き、またスラリの廃棄量が減り環境に対して優しいプロ
セスが可能となる。
速い研磨速度が得られるので、従来よりも速い研磨速度
を保ったまま、スラリ濃度を低くすることが可能とな
る。スラリ濃度を低くできれば、その分コストを削減で
き、またスラリの廃棄量が減り環境に対して優しいプロ
セスが可能となる。
【００２６】（第２の実施形態）図３は、本発明の第２
の実施形態に係るＡｌダマシン配線の形成方法を示す工
程断面図である。本実施例ではライナ膜としてＮｂ膜を
使用したＡｌダマシン配線の形成方法について説明す
る。
の実施形態に係るＡｌダマシン配線の形成方法を示す工
程断面図である。本実施例ではライナ膜としてＮｂ膜を
使用したＡｌダマシン配線の形成方法について説明す
る。
【００２７】まず、図３（ａ）に示すように、シリコン
基板１１上に層間絶縁膜としてのＳＯＧ膜１２を堆積
し、次にＳＯＧ膜１２の表面に配線溝１３を形成する。
ここまでは、層間絶縁膜の種類を除いて第１の実施形態
と同じである。
基板１１上に層間絶縁膜としてのＳＯＧ膜１２を堆積
し、次にＳＯＧ膜１２の表面に配線溝１３を形成する。
ここまでは、層間絶縁膜の種類を除いて第１の実施形態
と同じである。
【００２８】次に図３（ｂ）に示すように、厚さ３０ｎ
ｍのＮｂライナ膜１４を全面に堆積した後、配線溝１３
の内部を充填する厚さ６００ｎｍのＡｌ膜１５をＮｂラ
イナ膜１４上に堆積する。
ｍのＮｂライナ膜１４を全面に堆積した後、配線溝１３
の内部を充填する厚さ６００ｎｍのＡｌ膜１５をＮｂラ
イナ膜１４上に堆積する。
【００２９】次に図３（ｃ）に示すように、研磨粒子が
シリカ（４０％）とアルミナ（６０％）との混晶粒子
（固形分：０．５ｗｔ％）、ｐＨが５〜６．５、酸化剤
としてペルオキソニ硫酸アンモニウムを１％、パッド上
の粒子の保持力を上げることおよび酸化抑制のためのキ
ナルジン酸を０．０５ｗｔ％含むスラリを用い、荷重：
３００ｇ／ｃｍ2 、トップリング回転数：６０ｒｐｍ、
テーブル回転数：１００ｒｐｍ、研磨時間：２分の条件
のＣＭＰによって、Ｎｂライナ膜１４の表面が現れるま
でＡｌ膜１５を研磨する。
シリカ（４０％）とアルミナ（６０％）との混晶粒子
（固形分：０．５ｗｔ％）、ｐＨが５〜６．５、酸化剤
としてペルオキソニ硫酸アンモニウムを１％、パッド上
の粒子の保持力を上げることおよび酸化抑制のためのキ
ナルジン酸を０．０５ｗｔ％含むスラリを用い、荷重：
３００ｇ／ｃｍ2 、トップリング回転数：６０ｒｐｍ、
テーブル回転数：１００ｒｐｍ、研磨時間：２分の条件
のＣＭＰによって、Ｎｂライナ膜１４の表面が現れるま
でＡｌ膜１５を研磨する。
【００３０】この工程で、ペルオキソニ硫酸アンモニウ
ムとキナルジン酸を含むスラリを用いた理由は、Ａｌ膜
１５の研磨速度を速めることができるからである。
ムとキナルジン酸を含むスラリを用いた理由は、Ａｌ膜
１５の研磨速度を速めることができるからである。
【００３１】具体的には、従来のシリカベースのスラリ
およびアルミナベースのスラリにそれぞれ酸化剤を添加
した場合には、図４に示すように、Ａｌ膜の研磨速度は
それぞれ高々２００ｎｍ／ｍｉｎ、２８０ｎｍ／ｍｉｎ
であるのに対し、研磨粒子としてシリカとアルミナとの
混晶粒子を用いたスラリにペルオキソニ硫酸アンモニウ
ムとキナルジン酸を添加した場合には、Ａｌ膜の研磨速
度は７００ｎｍ／ｍｉｎとなる。すなわち、本実施形態
によれば、従来の２倍の研磨速度が得られる。
およびアルミナベースのスラリにそれぞれ酸化剤を添加
した場合には、図４に示すように、Ａｌ膜の研磨速度は
それぞれ高々２００ｎｍ／ｍｉｎ、２８０ｎｍ／ｍｉｎ
であるのに対し、研磨粒子としてシリカとアルミナとの
混晶粒子を用いたスラリにペルオキソニ硫酸アンモニウ
ムとキナルジン酸を添加した場合には、Ａｌ膜の研磨速
度は７００ｎｍ／ｍｉｎとなる。すなわち、本実施形態
によれば、従来の２倍の研磨速度が得られる。
【００３２】Ａｌ膜１５の膜厚は通常６００〜８００ｎ
ｍである。一方、Ａｌ膜１５の研磨時間はスループット
の観点から２分程度であることが好ましい、したがっ
て、本実施形態のスラリを用いなければ、このような好
ましい研磨時間でもって余剰なＡｌ膜１５を除去するこ
とは困難なことであるといえる。
ｍである。一方、Ａｌ膜１５の研磨時間はスループット
の観点から２分程度であることが好ましい、したがっ
て、本実施形態のスラリを用いなければ、このような好
ましい研磨時間でもって余剰なＡｌ膜１５を除去するこ
とは困難なことであるといえる。
【００３３】また、酸化剤であるペルオキソニ硫酸アン
モニウムは、スラリのｐＨを変えないという利点もあ
る。以上述べた効果は、酸化剤として過酸化水素水を用
いた場合にも得られる。
モニウムは、スラリのｐＨを変えないという利点もあ
る。以上述べた効果は、酸化剤として過酸化水素水を用
いた場合にも得られる。
【００３４】また、図３（ｃ）の工程を従来のスラリを
用いて行うと、従来技術の問題の一つであるＡｌ膜１５
にディッシングが大きく入ってしまうが、本方法によれ
ばディッシングの発生を効果的に抑制することができ
る。
用いて行うと、従来技術の問題の一つであるＡｌ膜１５
にディッシングが大きく入ってしまうが、本方法によれ
ばディッシングの発生を効果的に抑制することができ
る。
【００３５】実際にオーバーポリッシング（ジャスト＋
５０％）を行ってディッシングの配線幅依存性を調べた
ところ、図５に示すように本方法によれば従来の１／５
程度にディッシングを押さえ込むことができるようにな
る。
５０％）を行ってディッシングの配線幅依存性を調べた
ところ、図５に示すように本方法によれば従来の１／５
程度にディッシングを押さえ込むことができるようにな
る。
【００３６】この結果は、図６に示すように、シリカと
アルミナとの混晶粒子（本発明）は従来の研磨粒子に比
べて研磨速度の荷重依存性、すなわち荷重の増加に対し
ての研磨速度の増加が大きいからだと考えられる。
アルミナとの混晶粒子（本発明）は従来の研磨粒子に比
べて研磨速度の荷重依存性、すなわち荷重の増加に対し
ての研磨速度の増加が大きいからだと考えられる。
【００３７】その理由は次の通りである。研磨中、パッ
ドの弾性変形により配線溝１３内のＡｌ膜１５上面の研
磨は進行する。基本的にはこの部分は低荷重であり、一
方他の部分すなわちＳＯＧ膜１２は高荷重である。その
ため、荷重が低いほど研磨速度の遅いスラリほどディシ
ングは小さくなることになる。
ドの弾性変形により配線溝１３内のＡｌ膜１５上面の研
磨は進行する。基本的にはこの部分は低荷重であり、一
方他の部分すなわちＳＯＧ膜１２は高荷重である。その
ため、荷重が低いほど研磨速度の遅いスラリほどディシ
ングは小さくなることになる。
【００３８】したがって、シリカとアルミナとの混晶粒
子のように、荷重の増加に対しての研磨速度の増加が大
きい研磨粒子を用いたスラリであれば、ディッシングの
発生を効果的に抑制できるようになる。
子のように、荷重の増加に対しての研磨速度の増加が大
きい研磨粒子を用いたスラリであれば、ディッシングの
発生を効果的に抑制できるようになる。
【００３９】また、シリカとアルミナとの混晶粒子はＳ
ＯＧ膜１２上での研磨速度が速い（例えば荷重３００ｇ
／ｃｍ2 で研磨速度７００ｎｍ／ｍｉｎ）ため、オーバ
ーポリッシング時間を短くできるようになる。
ＯＧ膜１２上での研磨速度が速い（例えば荷重３００ｇ
／ｃｍ2 で研磨速度７００ｎｍ／ｍｉｎ）ため、オーバ
ーポリッシング時間を短くできるようになる。
【００４０】最後に、図３（ｄ）に示すように、配線溝
１３の外部の余剰なＡｌ膜１５およびＮｂライナ膜１４
をＣＭＰまたはＣＤＥ等のドライエッチングによって除
去してＡｌダマシン配線１５が完成する。
１３の外部の余剰なＡｌ膜１５およびＮｂライナ膜１４
をＣＭＰまたはＣＤＥ等のドライエッチングによって除
去してＡｌダマシン配線１５が完成する。
【００４１】ここで、ＣＭＰで除去する場合には、例え
ば研磨粒子がシリカ（４０％）とアルミナ（６０％）と
の混晶粒子（固形分：３Ｗｔ％）、キナルジン酸を０．
０５％含むスラリを用いる。
ば研磨粒子がシリカ（４０％）とアルミナ（６０％）と
の混晶粒子（固形分：３Ｗｔ％）、キナルジン酸を０．
０５％含むスラリを用いる。
【００４２】いわゆるタッチアップＣＭＰ（例えば図８
（ｃ）のＣＭＰ）では、凹部の金属膜の残りや、配線部
および絶縁膜部の傷を取ることを目的とするため、柔ら
かい研磨パッドを用いる。このため、ディッシングが大
きく生じてしまう。例えば、荷重３００ｇ／ｃｍ2 、ト
ップリング回転数６０ｒｐｍ、テーブル回転数１００ｒ
ｐｍの条件で行う。
（ｃ）のＣＭＰ）では、凹部の金属膜の残りや、配線部
および絶縁膜部の傷を取ることを目的とするため、柔ら
かい研磨パッドを用いる。このため、ディッシングが大
きく生じてしまう。例えば、荷重３００ｇ／ｃｍ2 、ト
ップリング回転数６０ｒｐｍ、テーブル回転数１００ｒ
ｐｍの条件で行う。
【００４３】本発明のスラリでは、図７に示すように、
フィールド上の研磨速度よりもディッシング速度を小さ
くすることができるため、エロージョンの小さなダマシ
ン配線を形成できる。これはキナルジン酸によって研磨
パッドと研磨粒子の相互作用が大きくなり、ディッシン
グの原因となる遊離粒子の溝部への溜まりが少なくなる
ためと考えられる。
フィールド上の研磨速度よりもディッシング速度を小さ
くすることができるため、エロージョンの小さなダマシ
ン配線を形成できる。これはキナルジン酸によって研磨
パッドと研磨粒子の相互作用が大きくなり、ディッシン
グの原因となる遊離粒子の溝部への溜まりが少なくなる
ためと考えられる。
【００４４】また、スラリは酸化剤を含んでいなくても
良い。ＣＤＥで除去する場合には、反応ガスとして例え
ばＣＦ4 ／Ｏ2 ガスを用いる。
良い。ＣＤＥで除去する場合には、反応ガスとして例え
ばＣＦ4 ／Ｏ2 ガスを用いる。
【００４５】（第３の実施形態）図７は、本発明の第３
の実施形態に係るＷダマシン配線の形成方法を示す工程
断面図である。
の実施形態に係るＷダマシン配線の形成方法を示す工程
断面図である。
【００４６】まず、図８（ａ）に示すように、素子（不
図示）が形成されたシリコン基板２１上に層間絶縁膜と
してのＳｉＯ2 膜２２を堆積し、次にＳｉＯ2 膜２２の
表面に配線溝２３を形成する。
図示）が形成されたシリコン基板２１上に層間絶縁膜と
してのＳｉＯ2 膜２２を堆積し、次にＳｉＯ2 膜２２の
表面に配線溝２３を形成する。
【００４７】次に図８（ｂ）に示すように、厚さ３０ｎ
ｍのＴｉライナ膜２４を全面に堆積し、続いて５００℃
の窒化アニールによってＴｉライナ膜２４の表面にＴｉ
Ｎライナ膜２５を形成した後、配線溝２３の内部を充填
する厚さ５００ｎｍのＷ膜２６をＴｉＮライナ膜２５上
に堆積する。
ｍのＴｉライナ膜２４を全面に堆積し、続いて５００℃
の窒化アニールによってＴｉライナ膜２４の表面にＴｉ
Ｎライナ膜２５を形成した後、配線溝２３の内部を充填
する厚さ５００ｎｍのＷ膜２６をＴｉＮライナ膜２５上
に堆積する。
【００４８】次に図８（ｃ）に示すように、酸化剤とし
て過酸化水素３％、酸化抑制剤にコハク酸３％、シリカ
（６０％）アルミナ（４０％）混晶粒子３％のスラリを
用い、荷重２５０ｇ／ｃｍ2 、トップリング回転数５０
ｒｐｍ、テーブル回転数５０ｒｐｍの条件のスラリを用
いたＣＭＰによってＴｉＮライナ膜２５の表面が現れる
までＷ膜２６を研磨する。
て過酸化水素３％、酸化抑制剤にコハク酸３％、シリカ
（６０％）アルミナ（４０％）混晶粒子３％のスラリを
用い、荷重２５０ｇ／ｃｍ2 、トップリング回転数５０
ｒｐｍ、テーブル回転数５０ｒｐｍの条件のスラリを用
いたＣＭＰによってＴｉＮライナ膜２５の表面が現れる
までＷ膜２６を研磨する。
【００４９】最後に、図８（ｄ）に示すように、研磨粒
子がシリカ（４０％）とアルミナ（６０％）との混晶粒
子（固形分：０．５ｗｔ％）のスラリを用い、荷重：３
００ｇ／ｃｍ2 、トップリング回転数：６０ｒｐｍ、テ
ーブル回転数：１００ｒｐｍ、研磨時間：１分の条件の
ＣＭＰによって、シリコン基板１の表面が現れるまでＷ
膜２６、ＴｉＮライナ膜２５およびＴｉライナ膜２４を
研磨して、Ｗダマシン配線２６が完成する。
子がシリカ（４０％）とアルミナ（６０％）との混晶粒
子（固形分：０．５ｗｔ％）のスラリを用い、荷重：３
００ｇ／ｃｍ2 、トップリング回転数：６０ｒｐｍ、テ
ーブル回転数：１００ｒｐｍ、研磨時間：１分の条件の
ＣＭＰによって、シリコン基板１の表面が現れるまでＷ
膜２６、ＴｉＮライナ膜２５およびＴｉライナ膜２４を
研磨して、Ｗダマシン配線２６が完成する。
【００５０】図８（ｄ）の工程での各膜２２，２４，２
５の研磨速度は速くないほうが好ましい。図８の工程で
使用したスラリの場合には、各膜２２，２４，２５の研
磨速度は１０〜２０ｎｍ／ｍｉｎの範囲で収まり、研磨
速度が速くなりすぎないようにできる。さらに各膜２
２，２４，２５の研磨を同じ条件で行うことができ、ま
たオーバーポリッシュマージンも大きく、ディッシング
やシニングの無い安定したポリッシングを実現できるよ
うになる。
５の研磨速度は速くないほうが好ましい。図８の工程で
使用したスラリの場合には、各膜２２，２４，２５の研
磨速度は１０〜２０ｎｍ／ｍｉｎの範囲で収まり、研磨
速度が速くなりすぎないようにできる。さらに各膜２
２，２４，２５の研磨を同じ条件で行うことができ、ま
たオーバーポリッシュマージンも大きく、ディッシング
やシニングの無い安定したポリッシングを実現できるよ
うになる。
【００５１】また、従来のＷ膜のＣＭＰはｐＨ１〜２の
強酸で行っていたが、本実施形態によれば、Ｗ膜のＣＭ
ＰをｐＨ５の中性領域で行えるので、Ｗ膜の腐食の問題
も無い。
強酸で行っていたが、本実施形態によれば、Ｗ膜のＣＭ
ＰをｐＨ５の中性領域で行えるので、Ｗ膜の腐食の問題
も無い。
【００５２】なお、上記実施形態では本発明が適用され
るデバイスについては言及しなかったが、例えばＤＲＡ
Ｍ等の半導体メモリがあげられる。さらにはロジック混
載回路、ロジック回路等があげられる。
るデバイスについては言及しなかったが、例えばＤＲＡ
Ｍ等の半導体メモリがあげられる。さらにはロジック混
載回路、ロジック回路等があげられる。
【００５３】また、配線となる導電膜（Ａｌ膜，Ｗ膜）
は上述した実施形態で説明したものに限定されるもので
はなく、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｂ、ＴａおよびＶからなる
金属群から選ばれた金属からなる単層金属膜もしくはＣ
ｕ、Ａｌ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｂ、ＴａおよびＶからな
る金属群から選ばれた積層金属膜、または上記金属群か
ら選ばれた金属を主成分とする合金膜、窒化膜、ホウ化
膜もしくは酸化膜を用いることもできる。いずれの導電
膜の場合にもアルミナとシリカの混晶比を変えることで
ディッシングやシニングを防止することが可能となる。
は上述した実施形態で説明したものに限定されるもので
はなく、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｂ、ＴａおよびＶからなる
金属群から選ばれた金属からなる単層金属膜もしくはＣ
ｕ、Ａｌ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｂ、ＴａおよびＶからな
る金属群から選ばれた積層金属膜、または上記金属群か
ら選ばれた金属を主成分とする合金膜、窒化膜、ホウ化
膜もしくは酸化膜を用いることもできる。いずれの導電
膜の場合にもアルミナとシリカの混晶比を変えることで
ディッシングやシニングを防止することが可能となる。
【００５４】また、ＣＭＰを行う際には、研磨すべき導
電膜の表面に予め酸化膜を形成しておく方が好ましい。
電膜の表面に予め酸化膜を形成しておく方が好ましい。
【００５５】また、上記実施形態ではダマシン配線の場
合について説明したが、本発明はデュアルダマシン配線
に対しても有効である。
合について説明したが、本発明はデュアルダマシン配線
に対しても有効である。
【００５６】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施できる。
で、種々変形して実施できる。
【００５７】
【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、研
磨粒子としてシリカとアルミナとの混晶粒子を用いるこ
とにより、中性付近での安定したポリッシュ特性、絶縁
膜と金属膜との間での高い選択性、ディッシングの抑制
を実現できるＣＭＰ用スラリおよびＣＭＰ法を実現でき
るようになる。
磨粒子としてシリカとアルミナとの混晶粒子を用いるこ
とにより、中性付近での安定したポリッシュ特性、絶縁
膜と金属膜との間での高い選択性、ディッシングの抑制
を実現できるＣＭＰ用スラリおよびＣＭＰ法を実現でき
るようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＡｌダマシン配
線の形成方法を示す工程断面図
線の形成方法を示す工程断面図
【図２】シリカとアルミナとの混晶粒子のアルミナ濃度
（アルミナ／シリカ混晶比）と選択比（Ａｌ膜研磨速度
／ＳｉＯ2 膜研磨速度）との関係を示す特性図
（アルミナ／シリカ混晶比）と選択比（Ａｌ膜研磨速度
／ＳｉＯ2 膜研磨速度）との関係を示す特性図
【図３】本発明の第２の実施形態に係るＡｌダマシン配
線の形成方法を示す工程断面図
線の形成方法を示す工程断面図
【図４】シリカとアルミナとの混晶粒子、シリカベース
およびアルミナベースのスラリに酸化剤を添加した場合
のそれぞれのＡｌ研磨速度を示す特性図
およびアルミナベースのスラリに酸化剤を添加した場合
のそれぞれのＡｌ研磨速度を示す特性図
【図５】シリカとアルミナとの混晶粒子およびアルミナ
ベースのスラリを用いた場合のそれぞれの配線幅とディ
ッシングとの関係を示す特性図
ベースのスラリを用いた場合のそれぞれの配線幅とディ
ッシングとの関係を示す特性図
【図６】シリカとアルミナとの混晶粒子およびアルミナ
ベースのスラリを用いた場合のそれぞれの荷重とＡｌ研
磨速度との関係を示す特性図
ベースのスラリを用いた場合のそれぞれの荷重とＡｌ研
磨速度との関係を示す特性図
【図７】シリカとアルミナとの混晶粒子およびアルミナ
ベースのスラリにキナルジン酸を添加した場合のアルミ
研磨速度を示す特性図
ベースのスラリにキナルジン酸を添加した場合のアルミ
研磨速度を示す特性図
【図８】本発明の第３の実施形態に係るＷダマシン配線
の形成方法を示す工程断面図
の形成方法を示す工程断面図
１…シリコン基板
２…ＳｉＯ2 膜
３…配線溝
４…Ａｌ膜（Ａｌダマシン配線）
１１…シリコン基板
１２…ＳＯＧ膜
１３…配線溝
１４…Ｎｂライナ膜
１５…Ａｌ膜（Ａｌダマシン配線）
２１…シリコン基板
２２…ＳｉＯ2 膜
２３…配線溝
２４…Ｔｉライナ膜
２５…ＴｉＮライナ膜
２６…Ｗ膜（Ｗダマシン配線）
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平８−3540（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−193034（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−46140（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−279926（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C09K 3/14
B24B 37/00 - 37/04
H01L 21/304
Claims (7)
- 【請求項１】 シリカとアルミナとの混晶粒子からなる
研磨粒子を含み、ｐＨが４〜７の範囲に設定されている
ことを特徴とするＣＭＰ用スラリ。 - 【請求項２】 前記混晶粒子を形成するシリカ及びアル
ミナ中、前記アルミナの混晶比率は、１０〜９０％の範
囲に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の
ＣＭＰ用スラリ。 - 【請求項３】 酸化剤としてペルオキソニ硫酸アンモニ
ウムまたは過酸化水素を含むことを特徴とする請求項１
に記載のＣＭＰ用スラリ。 - 【請求項４】 酸化抑制剤、有機酸の少なくともいずれ
かを含むことを特徴とする請求項１に記載のＣＭＰ用ス
ラリ。 - 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれかに記
載のＣＭＰ用スラリを用いて、導電膜を研磨することを
特徴とするＣＭＰ法。 - 【請求項６】 請求項１ないし請求項４のいずれかに記
載のＣＭＰ用スラリを用いて、溝を有する絶縁膜上に形
成された導電膜を、前記絶縁膜の表面が露出するまで研
磨することによって、前記溝の内部に前記導電膜を選択
的に残置させることを特徴とするＣＭＰ法。 - 【請求項７】 前記導電膜は、Ａｌ、Ｗ、Ｃｕ、Ｔｉ、
Ｍｏ、Ｎｂ、ＴａおよびＶからなる金属群から選ばれた
金属からなる単層金属膜もしくは積層金属膜、または前
記金属群から選ばれた金属を主成分とする合金膜、窒化
膜、ホウ化膜もしくは酸化膜であることを特徴とする請
求項５または請求項６に記載のＣＭＰ法。
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|---|---|---|---|
| JP07161099A JP3523107B2 (ja) | 1999-03-17 | 1999-03-17 | Ｃｍｐ用スラリおよびｃｍｐ法 |
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| KR10-2000-0013287A KR100369762B1 (ko) | 1999-03-17 | 2000-03-16 | Ｃｍｐ용 슬러리 및 ｃｍｐ법 |
| US09/527,600 US6444139B1 (en) | 1999-03-17 | 2000-03-17 | Slurry for CMP and CMP method |
| US10/155,015 US7364667B2 (en) | 1999-03-17 | 2002-05-28 | Slurry for CMP and CMP method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07161099A JP3523107B2 (ja) | 1999-03-17 | 1999-03-17 | Ｃｍｐ用スラリおよびｃｍｐ法 |
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|---|---|
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP07161099A Expired - Fee Related JP3523107B2 (ja) | 1999-03-17 | 1999-03-17 | Ｃｍｐ用スラリおよびｃｍｐ法 |
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| KR (1) | KR100369762B1 (ja) |
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| JP2002164307A (ja) * | 2000-11-24 | 2002-06-07 | Fujimi Inc | 研磨用組成物およびそれを用いた研磨方法 |
| KR100359216B1 (ko) * | 2000-12-13 | 2002-11-04 | 제일모직주식회사 | 반도체 소자의 금속층 연마용 슬러리 |
| KR100398834B1 (ko) * | 2000-12-28 | 2003-09-19 | 제일모직주식회사 | Ｃｍｐ용 슬러리 조성물 |
| EP1234800A1 (de) * | 2001-02-22 | 2002-08-28 | Degussa Aktiengesellschaft | Wässrige Dispersion, Verfahren zu ihrer Herstellung und Verwendung |
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