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JP2001148360A - 化学及び機械的研磨用スラリー及びこれを利用した化学及び機械的研磨方法 - Google Patents

化学及び機械的研磨用スラリー及びこれを利用した化学及び機械的研磨方法

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Publication number
JP2001148360A
JP2001148360A JP2000292725A JP2000292725A JP2001148360A JP 2001148360 A JP2001148360 A JP 2001148360A JP 2000292725 A JP2000292725 A JP 2000292725A JP 2000292725 A JP2000292725 A JP 2000292725A JP 2001148360 A JP2001148360 A JP 2001148360A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
slurry
oxidizing agent
present
peroxide
oxidizing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000292725A
Other languages
English (en)
Inventor
Shogen Ri
鐘元 李
Fugen In
普彦 尹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samsung Electronics Co Ltd filed Critical Samsung Electronics Co Ltd
Publication of JP2001148360A publication Critical patent/JP2001148360A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14—Anti-slip materials; Abrasives
    • 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
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • 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
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/30625—With simultaneous mechanical treatment, e.g. mechanico-chemical polishing

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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Weting (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 同一以上の金属除去速度を維持しながらもス
ラリー内に添加される酸化剤量を減らすことができてス
ラリーの製造コストを節減させて、スラリーの品質及び
安全性を向上させることができるＣＭＰ用スラリーの提
供並びに改善されたスラリーを用いて金属除去速度の調
節が可能なＣＭＰ方法を提供する。 【解決手段】 半導体集積回路に用いられる金属層を化
学及び機械的に研磨するためのスラリーにおいて、スラ
リーは複数の酸化剤と、研磨剤とを水性媒質に備えて、
複数の酸化剤中少なくとも一つは他の酸化剤を還元させ
るための第１酸化剤であり、少なくとも他の一つは前記
金属層を酸化させてそれ自体は還元されて前記第１酸化
剤により酸化されて再び酸化力が復元されてリサイクる
される第２酸化剤を含んでスラリー溶液は強酸性にす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は化学及び機械的研磨
（Chemical-mechanical polishing：以下、ＣＭＰと称
する）に用いられるスラリー(slurry)及びこのスラリー
を利用したＣＭＰ方法に関するものであり、特に金属酸
化速度が速い酸化剤と還元電位が高い酸化剤とを複合使
用することにより、少ない酸化剤量でも研磨速度を向上
させることができるＣＭＰ用スラリー及びこれを利用し
たＣＭＰ方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の高集積化、高速化、多機能
化等発展によってチップ内部素子と外部回路とを連結す
るための金属配線層も多層化されている。多層化された
金属配線層間の上下連結はコンタクトまたはビア(via)
を通して行なわれる。このようなコンタクトまたはビア
(via)は、層間絶縁膜にコンタクトホールまたはビア(vi
a)ホールを形成した後に金属を堆積して堆積された金属
をＣＭＰ工程により研磨して除去することにより、表面
が平らな層間絶縁膜に形成されたコンタクトホールまた
はビア(via)ホール内に充填された金属のみ残すことに
よって形成される。
【０００３】ＣＭＰ工程は、回転する研磨パッドとウェ
ーハとが直接的に加圧接触されて、これらの界面には研
磨用スラリーが提供される。したがって、ウェーハ表面
はスラリーが塗布された研磨パッドにより機械的及び化
学的に研磨されて平坦になる。スラリーの組成物により
研磨速度、研磨表面の欠陥、欠点及び腐蝕及び侵食など
の特性が変わるようになる。
【０００４】ＣＭＰ用スラリーは、酸化性水性媒質内に
懸濁されたシリカまたはアルミナのような研磨剤と酸化
剤とを含有する。例えば、米国特許５３４０３７０号明
細書には、酸化剤であるフェリシアン化カリウム(potas
sium ferricyanide)、研磨剤であるシリカ、酢酸カリウ
ム(potassium acetate)を含むタングステン研磨用スラ
リーを開示している。この特許では０．１モル(mole)フ
ェリシアン化カリウム、５％シリカを含有してｐＨ３．
４〜３．６に調節されたスラリー組成物によりタングス
テンの除去速度が１６００〜２４００Å／ｍｉｎである
ことを開示している。
【０００５】米国特許５５２７４２３号明細書には、酸
化剤である硝酸第二鉄(ferric nitrate)、研磨剤である
アルミナまたはシリカ、脱イオン水などを含むタングス
テン研磨用スラリーを開示している。この特許では５％
硝酸第二鉄、３％のアルミナまたはシリカを含有するス
ラリー組成物によりタングステンの除去速度が３０００
または２０００Å／ｍｉｎであることを開示している。
【０００６】米国特許５７８３４８９号明細書には、研
磨剤、第１酸化剤、第２酸化剤、有機酸、脱イオン水を
含有する多重金属研磨用スラリーを開示する。この特許
ではアルミニウム及び銅合金とチタンまたはその合金で
構成された多重金属層を一つの研磨用スラリーを用いて
効果的に除去する技術を開示する。
【０００７】図１は、伝導性金属中タングステン（Ｗ）
に関するものであり、スラリーに添加された酸化剤によ
りタングステン表面で進められる酸化反応の２種の場合
を図示的に説明するための図面である。図１を参照する
と、タングステンに含まれた酸化剤はタングステンと酸
化反応をして電子を奪ってそれ自体は還元される。一方
電子を失ったタングステンは酸化剤から提供された酸素
と結合してタングステン１０表面にＷＯ2／ＷＯ3形態の
酸化膜１２を形成したり、ＷＯ4 2-のような陰イオン１
４形態でスラリー内に溶解される。このような酸化剤に
より形成された酸化膜は金属自体より除去が容易なので
研磨剤と研磨パッドとの摩擦力によって容易に除去され
る。
【０００８】このような金属ＣＭＰ工程を効果的に行な
うためには金属、例えばタングステンの除去速度(remov
al rate)条件が最少２０００Å／ｍｉｎ以上になるべき
である。しかし、上述した従来の方法のように、単一の
酸化剤を使用したスラリーを製造する場合、２０００Å
以上のタングステン除去率特性を持たせるためには、多
量の酸化剤を添加しなければならない。
【０００９】しかし、金属の除去速度を高めるために既
存の方法とおり酸化剤を過量添加してスラリーを製造す
る場合、金属の除去速度は高めることができる反面スラ
リー内の不純物濃度が高まりＣＭＰ工程後素子の電気的
特性が低下されたり、金属腐蝕(metal corrosion)が深
化される等素子収率(yields)に悪影響を与える可能性が
ある。また、スラリーの品質(quality)低下及び危険性
増加とスラリーの製造価格が上昇して製品の競争力が落
ちる問題点がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、この
ような従来技術の問題点を解消するために同一以上の金
属除去速度を維持しながらもスラリー内に添加される酸
化剤量を減らすことができて、スラリーの製造コストを
節減させて、スラリーの品質及び安全性を向上させるこ
とができるＣＭＰ用スラリーを提供することにある。本
発明の他の目的は、改善されたスラリーを用いて金属除
去速度の調節が可能なＣＭＰ方法を提供することにあ
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明の研磨用スラリーは、半導体集積回路に用いら
れる金属層を化学及び機械的に研磨するためのスラリー
(slurry)において、複数の酸化剤(oxidizing agent)、
及び研磨剤(abrasive)を水性媒質内に備えて、前記複数
の酸化剤中少なくとも一つは還元された酸化剤を酸化さ
せる第１酸化剤であり、少なくとも他の一つは前記金属
層を酸化させてそれ自体は還元されて前記第１酸化剤に
より酸化されて再び酸化力が復元されてリサイクリング
される第２酸化剤を含んで強酸性を維持することを特徴
とする。すなわち、本発明では酸化反応速度が速い第２
酸化剤が金属表面を酸化させてそれ自体は還元されるよ
うになるので、還元された第２酸化剤を還元電位が大き
い第１酸化剤が再び酸化させることによって、第２酸化
剤の酸化力が復元される。したがって、このような第２
酸化剤のリサイクルメカニズムにより少量の酸化剤だけ
でも高い除去速度を維持するようになることである。
【００１２】本発明の方法は半導体ウェーハ上の金属層
を化学及び機械的に研磨する方法において、水性媒質に
研磨剤(abrasive)、還元された酸化剤を酸化させる第１
酸化剤、金属を酸化させてそれ自体は還元されて前記第
１酸化剤により再び酸化力が復元される第２酸化剤を備
える強酸性のスラリー(slurry)を半導体ウェーハ上に供
給する段階と、半導体ウェーハ上に供給されたスラリー
を利用して前記半導体ウェーハ上に接触された研磨パッ
ドを回転しながら前記金属層の一部を除去して前記半導
体ウェーハの表面が平坦になるように研磨する段階を含
んで構成されたことを特徴とする。
【００１３】ここで、金属層はタングステン、チタン、
窒化チタン、銅、アルミニウムまたはこれらの合金で構
成された単層または多層構造をなす。特に、本発明のス
ラリーはタングステンに対して最も適している。前記第
１酸化剤は、還元された酸化剤を酸化させるために還元
電位が大きい過酸化化合物であり、第２酸化剤または金
属酸化剤は金属と酸化反応速度が速い鉄化合物である。
過酸化化合物は過酸化水素(hydrogen peroxide:Ｈ
2Ｏ2）、過酸化ベンゾイル(Benzoyl peroxide:（Ｃ6Ｈ5
ＣＯ）2Ｏ2）、過酸化カルシウム(Calcium peroxide:Ｃ
ａＯ2）、過酸化バリウム(Barium peroxide:Ｂａ
Ｏ2）、または過酸化ナトリウム(Sodium peroxide:Ｎａ
2Ｏ2）である。この中から特に過酸化水素が最も望まし
い。前記過酸化水素が前記スラリー組成物内に約０．０
１ｗｔ％ないし１０ｗｔ％範囲内の量で存在して、特に
約０．５ｗｔ％ないし３ｗｔ％範囲内の量で存在するこ
とが最も望ましい。０．０１％以下の場合には除去速度
があまりにも遅いために工程適用が困難で、１０％以上
の場合には除去速度は向上されるが金属腐蝕が深化され
る。
【００１４】鉄化合物は硝酸第二鉄、りん酸第二鉄(fer
ric phosphate)、硫酸第二鉄(ferric sulfate)またはフ
ェリシアン化カリウムであり、この中から特に硝酸第二
鉄が最も望ましい。硝酸第二鉄が前記スラリー組成物内
に約０．０２５ｗｔ％ないし５ｗｔ％範囲内の量で存在
する。特に約０．０２５ｗｔ％ないし１ｗｔ％範囲内の
量で存在することが望ましくて、約０．０５ｗｔ％ない
し０．５ｗｔ％範囲内の量で存在することが最も望まし
い。０．０２５ｗｔ％以下の場合には除去速度があまり
にも遅いために工程適用が困難で、５ｗｔ％以上の場合
にはスラリーの自体分散性が低下されてスラリーがかた
まる現象が生じる。
【００１５】本発明のスラリーは、２ないし３範囲以内
のｐＨを有することが良くて、望ましくは２ないし２．
５範囲以内が良い。すなわち、最大３を越えないことが
スラリーの分散安全性側面で効果的である。スラリーの
ｐＨを調節するために硫酸（Ｈ2ＳＯ4）、硝酸（ＨＮＯ
3）、塩酸（ＨＣｌ）、またはりん酸（Ｈ3ＰＯ4）を含
む。
【００１６】研磨剤はアルミナ、シリカまたはセリア(c
eria)中のいずれか一つを用いることが望ましい。特
に、望ましくはコロイドシリカ(colloidal silica)がス
ラリー組成物内に約３ｗｔ％ないし２５ｗｔ％範囲内の
量で存在する。特に、約３〜１０ｗｔ％量で存在するこ
とが最も望ましい。本発明のスラリーは、界面活性剤の
ような添加剤をさらに含むことが望ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の望ましい実施形態
を添付図面を参照して詳細に説明する。図２Ａないし図
２Ｄは、一般的なＣＭＰ工程を利用した金属配線層を形
成する工程順序を示す。図２Ａで、半導体ウェーハまた
は基板１００上に低誘電膜である層間絶縁膜１０２を堆
積して、堆積された層間絶縁膜１０２にフォトエッチン
グ工程によりトレンチ１０４を形成する。
【００１８】図２Ｂで、トレンチ１０４が形成された層
間絶縁膜１０２上に障壁層、例えばチタン及び窒化チタ
ンの複合層で構成された障壁層１０６を均一な厚さで包
む。その次に障壁層１０６上にトレンチ１０４が十分に
充填されるように厚くタングステンを堆積させて金属層
１０８を形成する。
【００１９】図２Ｃで、金属層１０８が形成された半導
体ウェーハ１００はＣＭＰ装備のキャリア１１６により
回転テーブル１１４に形成された研磨パッド(pad)１１
２に加圧接着される。この時、研磨パッド１１２にはス
ラリー１１８が提供されているために半導体ウェーハ１
００と研磨パッド１１２との界面にはスラリーが供給さ
れる。供給されたスラリー１１８は本発明により改善さ
れたスラリーである。
【００２０】図２Ｄで、上述したＣＭＰ工程により半導
体ウェーハ１００の表面は研磨されて層間絶縁膜１０２
上に存在した金属層、及び障壁層は全部除去されて、ト
レンチ１０４内に充填された障壁層１０６と金属層１１
０のみ残るようになる。残された障壁層１０６及び金属
層１１０が配線層として提供される。
【００２１】図３は、本発明による複数の酸化剤が添加
されたスラリーを利用した金属の化学及び機械的研磨過
程の反応メカニズムを示す。すなわち、速い反応速度を
有した第２酸化剤である硝酸第二鉄から提供されたＦｅ
+3イオン１２２がタングステン（Ｗ）から電子を奪って
Ｆｅ+2イオン１２０に還元される。一方、タングステン
は電子を失って酸化されてＷ-の陰イオンになる。
【００２２】還元されたＦｅ+2イオン１２０は、還元電
位が高い過酸化水素１２４により電子を奪われてＦｅ+3
イオン１２２に復元されて、過酸化水素１２４は水１２
６になる。したがって、直接的にタングステンを酸化さ
せる第２酸化剤は金属を酸化させて、金属を酸化させる
ことによって還元された還元及び酸化のリサイクリング
により再使用されるので少量でも高い除去速度を得るこ
とができるようになる。一方、酸化された金属陰イオン
はスラリー内に含まれた酸素と結合して酸化膜１２０を
形成する。この酸化膜１２０は研磨剤である固形シリカ
４１８や研磨パッドとの摩擦力により難無く除去され
る。
【００２３】すなわち、本発明では金属を酸化させる第
２酸化剤が酸化反応により還元されると、第１酸化剤が
還元された第２酸化剤を再び酸化させて酸化力を復元さ
せることによって、復元された第２酸化剤が再び酸化反
応に参与するようになる過程がＣＭＰ工程中に循環的に
生じるので、より少量の酸化剤で金属除去速度を向上さ
せることができる。このように、二種の酸化剤を含む本
発明の改善されたスラリーの実施形態は次のようであ
る。
【００２４】実施形態１ 本実施形態では第１酸化剤の添加量によるスラリーの特
性変化を評価するために、第２酸化剤の添加量は０．５
ｗｔ％に固定して、第１酸化剤の添加量を０．０１ｗｔ
％から３ｗｔ％に変化させた５個のサンプルスラリーを
製造した。製作されたスラリーは前記酸化剤以外にコロ
イドシリカ、酸、及び脱イオン水で構成され、試料はポ
リシリコン基板上に低誘電膜、例えば熱酸化膜（ＨＴ
Ｏ）を約１０００Å堆積した後、ＴｉＮ障壁層とＷ金属
層とを各々１０００Å及び１００００Å程度の厚さに各
々堆積して製作した。
【００２５】研磨は、６インチＰＲＥＳＩ設備（「ＰＲ
ＥＳＩ」は設備の名である）で実施して、パッドとキャ
リアフィルムとはＲｏｄｅｌ社のＩＣ１０００スタック
パッドとＲ２００キャリアフィルムとを用いた。また、
研磨条件は荷重圧力＝９ｐｓｉ、テーブル速度＝３０ｒ
ｐｍ、スピンドル速度＝３０ｒｐｍ、そしてスラリーの
フロー率（flow rate）＝２５０ｍｌ／ｍｉｎである。
このようなＣＭＰ条件と各スラリー別評価結果は下記の
表１に示す。
【００２６】
【表１】
【００２７】前記表１の結果から分かるように、第１酸
化剤である過酸化水素の添加量が増加するほど層間絶縁
膜の除去速度はほとんど無視する程に変化がない反面、
タングステンの除去速度は徐々に増加することが分か
る。しかし、第１酸化剤の添加量が多くなるほどタング
ステンの除去速度は次第に飽和(saturation)される結果
を見せている。
【００２８】実施形態２ 本発明の実施形態２では、本発明の第２酸化剤である硝
酸第二鉄の添加量によるスラリーの特性変化を評価する
ために、第１酸化剤である過酸化水素の添加量は１ｗｔ
％に固定して、第２酸化剤の添加量を０．０１〜１ｗｔ
％範囲で変化させた４個のサンプルスラリーを製造し
た。各条件は上述した実施形態１と同一に与えた。ま
た、研磨条件も実施例１と同一に与えた。このようなＣ
ＭＰ条件と各スラリー別評価結果は下記の表１に示す。
【００２９】
【表２】
【００３０】前記表２の結果から分かるように、第２酸
化剤である硝酸第二鉄の添加量が増加するほど酸化膜の
除去速度はほとんど変化しない反面、タングステンの除
去速度は大幅に増加する結果を見せた。図４は、酸化剤
の種による金属層の研磨速度の関係を示したグラフであ
る。図４で、Ａは酸化剤として約１ｗｔ％の過酸化水素
（Ｈ2Ｏ2）を単独で添加したスラリーを用いた場合を示
し、Ｂは酸化剤として約０．５ｗｔ％の硝酸第二鉄を単
独で添加したスラリーを用いた場合を示す。Ｃは１ｗｔ
％の過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）と０．０５ｗｔ％の硝酸第二
鉄とを同時に添加したスラリーを用いた場合を示す。し
たがって、グラフに示したようにＡ及びＢの場合、すべ
て約５００Å／ｍｉｎ未満の低いタングステン除去速度
を見せている反面、本発明によるスラリーを用いたＣの
場合にはタングステンの除去速度が約２２００Å／ｍｉ
ｎ程度で単一酸化剤を用いた場合に比べて約６〜７倍の
高い除去速度を有することが分かる。
【００３１】もしも、単一酸化剤のみを用いて２０００
Å以上の除去速度特性を有するようにするためには多量
の酸化剤を添加しなければならないと予想される。実際
に、硝酸第二鉄のみを用いる場合、２０００Å程度のタ
ングステン除去速度を有するためには大体７〜８ｗｔ％
以上の添加量が必要であって、過酸化水素のみを用いる
場合には、１０ｗｔ％以上を添加しても約４００Å／ｍ
ｉｎ程度の低い除去速度結果を得た。
【００３２】したがって、本発明によるスラリーを用い
る場合、二種の酸化剤間の相異なる酸化反応速度と還元
電位との差によって第２酸化剤が第１酸化剤によってリ
サイクリング(recycling)されるので、少量の添加量で
も多量を添加した時と同一な効果を得ることができる長
所を有する。本発明のスラリー溶液のｐＨを変化させる
場合タングステンと酸化膜との除去率と選択比を見ると
次の表３及び表４のようである。
【００３３】
【表３】
【００３４】
【表４】
【００３５】したがって、本発明のスラリーは、溶液の
ｐＨによって、すなわち、強アルカリ性から強酸性に行
くほどタングステンと酸化膜とのエッチング選択比が大
きくなることが分かる。それゆえ、タングステンと酸化
膜とのエッチング選択比が大きいｐＨ２〜３程度の強酸
性にスラリー溶液のｐＨ値を合わせて用いると酸化膜の
除去量を最少化させながら所望するタングステンのみを
除去できる。
【００３６】本発明はその精神または主要な特徴から逸
脱することなく、異なるいろんな形態で実施できる。そ
のために前述した実施例はあらゆる点で単純な例示に過
ぎなく、限定的に解釈してはいけない。また、特許請求
範囲の均等範囲に属する変形や変更は、すべて本発明の
範囲内のことである。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によって２
種の酸化剤を含んだスラリーによると、次のような効果
を発揮する。第一、二つの酸化剤を用いる反面添加され
る酸化剤の全体量を大幅に減らすことができるためにス
ラリーのコスト（cost）を大幅に節減させることができ
る。第二、酸化剤が少量添加されることによってスラリ
ーの品質及び安全性が確保される。第三、金属の研磨率
を大幅に向上させることができるだけでなく金属の除去
速度制御が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術による金属ＣＭＰ用スラリーの酸化
剤により金属表面で起きる酸化反応の２種の場合を説明
するための図面である。
【図２】 一般的なＣＭＰ工程を利用して金属配線を形
成する方法を順次的に示した工程断面図である。
【図３】 本発明による複数の酸化剤が添加されたスラ
リーを利用した金属の化学及び機械的研磨過程のメカニ
ズムを説明するための図面である。
【図４】 酸化剤の種による金属層の研磨速度の関係を
示したグラフである。
【符号の説明】
１００ 半導体ウェーハまたは基板 １０２ 層間絶縁膜 １０４ トレンチ １０６ 障壁層 １０８、１１０ 金属層 １１２ 研磨パッド １１４ 回転テーブル １１６ キャリア １１８ スラリー １２０ 還元された鉄イオン １２２ 酸化力が復元された鉄イオン １２４ 過酸化水素 １２６ 水 １２８ 酸化膜 １３０ 研磨剤
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０９Ｋ 13/04 Ｃ０９Ｋ 13/04 １０１ １０１ １０２ １０２ Ｈ０１Ｌ 21/306 Ｈ０１Ｌ 21/306 Ｍ

Claims (32)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体集積回路に用いられる金属層を化
    学及び機械的に研磨するためのスラリーにおいて、 複数の酸化剤、及び 研磨剤を水性媒質に備えて、 前記複数の酸化剤中少なくとも一つは他の酸化剤を還元
    させるための第１酸化剤であり、少なくとも他の一つは
    前記金属層を酸化させてそれ自体は還元されて前記第１
    酸化剤により酸化されて再び酸化力が復元されてリサイ
    クリングされる第２酸化剤を含み、スラリー溶液は強酸
    性であることを特徴とするスラリー。
  2. 【請求項２】 前記金属層はタングステン、チタン、窒
    化チタン、銅、アルミニウムまたはこれらの組合せ中い
    ずれか一つであることを特徴とする請求項１に記載のス
    ラリー。
  3. 【請求項３】 前記第１酸化剤は過酸化化合物であり、
    第２酸化剤は鉄化合物であることを特徴とする請求項２
    に記載のスラリー。
  4. 【請求項４】 前記過酸化化合物は過酸化水素（Ｈ
    2Ｏ2）、過酸化ベンゾイル（（Ｃ6Ｈ5ＣＯ）2Ｏ2）、過
    酸化カルシウム（ＣａＯ2）、過酸化バリウム（Ｂａ
    Ｏ2）、及び過酸化ナトリウム（Ｎａ2Ｏ2）中のいずれ
    か一つであることを特徴とする請求項３に記載のスラリ
    ー。
  5. 【請求項５】 前記過酸化水素が前記スラリー組成物内
    に約０．０１ｗｔ％ないし１０ｗｔ％範囲内の量で存在
    することを特徴とする請求項４に記載のスラリー。
  6. 【請求項６】 前記過酸化水素が前記スラリー組成物内
    に約０．５ｗｔ％ないし３ｗｔ％範囲内の量で存在する
    ことを特徴とする請求項４に記載のスラリー。
  7. 【請求項７】 前記鉄化合物は硝酸第二鉄、りん酸第二
    鉄、硫酸第二鉄、フェリシアン化カリウム等のような鉄
    化合物中一つであることを特徴とする請求項３に記載の
    スラリー。
  8. 【請求項８】 前記硝酸第二鉄が前記スラリー組成物内
    に約０．０２５ｗｔ％ないし５ｗｔ％範囲内の量で存在
    することを特徴とする請求項７に記載のスラリー。
  9. 【請求項９】 前記硝酸第二鉄が前記スラリー組成物内
    に約０．０２５ｗｔ％ないし１ｗｔ％範囲内の量で存在
    することを特徴とする請求項７に記載のスラリー。
  10. 【請求項１０】 前記硝酸第二鉄が前記スラリー組成物
    内に約０．０５ｗｔ％ないし０．５ｗｔ％範囲内の量で
    存在することを特徴とする請求項７に記載のスラリー。
  11. 【請求項１１】 前記スラリー溶液のｐＨは２ないし３
    範囲以内であることを特徴とする請求項１に記載のスラ
    リー。
  12. 【請求項１２】 前記スラリー溶液のｐＨを調節するた
    めに硫酸（Ｈ2ＳＯ4）、硝酸（ＨＮＯ3）、塩酸（ＨＣ
    ｌ）、及びりん酸（Ｈ3ＰＯ4）中いずれか一つの酸をさ
    らに含むことを特徴とする請求項１１に記載のスラリ
    ー。
  13. 【請求項１３】 前記研磨剤は、アルミナ、シリカ及び
    セリア中のいずれか一つを用いることを特徴とする請求
    項１に記載のスラリー。
  14. 【請求項１４】 前記研磨剤が前記スラリー組成物内に
    約３ｗｔ％ないし２５ｗｔ％範囲内の量で存在すること
    を特徴とする請求項１３に記載のスラリー。
  15. 【請求項１５】 前記研磨剤が前記スラリー組成物内に
    約５〜１０ｗｔ％量で存在することを特徴とする請求項
    １３に記載のスラリー。
  16. 【請求項１６】 前記スラリーは界面活性剤をさらに含
    むことを特徴とする請求項１に記載のスラリー。
  17. 【請求項１７】 半導体ウェーハ上の金属層を化学及び
    機械的に研磨する方法において、 ａ）研磨剤、還元された酸化剤を酸化させるための第１
    酸化剤、前記金属層を酸化させて還元されて前記第１酸
    化剤により再び酸化されて酸化力が復元される第２酸化
    剤を強酸性の水性媒質に備えるスラリーを半導体ウェー
    ハ上に供給する段階、及び ｂ）前記半導体ウェーハ上に供給されたスラリーを利用
    して前記半導体ウェーハ上に接触された研磨パッドを回
    転しながら前記金属層の一部を除去して前記半導体ウェ
    ーハの表面が平坦になるように研磨する段階を含んで構
    成されたことを特徴とする化学及び機械的研磨方法。
  18. 【請求項１８】 前記金属層はタングステン、チタン、
    窒化チタン、銅、アルミニウムまたはこれらの組合せ中
    いずれか一つであることを特徴とする請求項１７に記載
    の化学及び機械的研磨方法。
  19. 【請求項１９】 前記第１酸化剤は過酸化化合物であ
    り、第２酸化剤は鉄化合物であることを特徴とする請求
    項１８に記載の化学及び機械的研磨方法。
  20. 【請求項２０】 前記過酸化化合物は過酸化水素（Ｈ2
    Ｏ2）、過酸化ベンゾイル（（Ｃ6Ｈ5ＣＯ）2Ｏ2）、過
    酸化カルシウム（ＣａＯ2）、過酸化バリウム（Ｂａ
    Ｏ2）、及び過酸化ナトリウム（Ｎａ2Ｏ2）中のいずれ
    か一つであることを特徴とする請求項１９に記載の化学
    及び機械的研磨方法。
  21. 【請求項２１】 前記過酸化水素が前記スラリー組成物
    内に約０．０１ｗｔ％ないし１０ｗｔ％範囲内の量で存
    在することを特徴とする請求項２０に記載の化学及び機
    械的研磨方法。
  22. 【請求項２２】 前記過酸化水素が前記スラリー組成物
    内に約０．５ｗｔ％ないし３ｗｔ％範囲内の量で存在す
    ることを特徴とする請求項２０に記載の化学及び機械的
    研磨方法。
  23. 【請求項２３】 前記鉄化合物は硝酸第二鉄、りん酸第
    二鉄、硫酸第二鉄、またはフェリシアン化カリウム等の
    ような鉄化合物中一つであることを特徴とする請求項１
    ９に記載の化学及び機械的研磨方法。
  24. 【請求項２４】 前記硝酸第二鉄が前記スラリー組成物
    内に約０．０２５ｗｔ％ないし５ｗｔ％範囲内の量で存
    在することを特徴とする請求項２３に記載の化学及び機
    械的研磨方法。
  25. 【請求項２５】 前記硝酸第二鉄が前記スラリー組成物
    内に約０．０２５ｗｔ％ないし１ｗｔ％範囲内の量で存
    在することを特徴とする請求項２３に記載の化学及び機
    械的研磨方法。
  26. 【請求項２６】 前記硝酸第二鉄が前記スラリー組成物
    内に約０．０５ｗｔ％ないし０．５ｗｔ％範囲内の量で
    存在することを特徴とする請求項２３に記載の化学及び
    機械的研磨方法。
  27. 【請求項２７】 前記スラリーのｐＨは２ないし３範囲
    以内であることを特徴とする請求項１７に記載の化学及
    び機械的研磨方法。
  28. 【請求項２８】 前記スラリーのｐＨを調節するために
    硫酸（Ｈ2ＳＯ4）、硝酸（ＨＮＯ3）、塩酸（ＨＣ
    ｌ）、及びりん酸（Ｈ3ＰＯ4）中いずれか一つの酸をさ
    らに含むことを特徴とする請求項２７に記載の化学及び
    機械的研磨方法。
  29. 【請求項２９】 前記研磨剤は、アルミナ、シリカ及び
    セリア中のいずれか一つを用いることを特徴とする請求
    項１７に記載の化学及び機械的研磨方法。
  30. 【請求項３０】 前記研磨剤が前記スラリー組成物内に
    約３ｗｔ％ないし２５ｗｔ％範囲内の量で存在すること
    を特徴とする請求項２９に記載の化学及び機械的研磨方
    法。
  31. 【請求項３１】 前記研磨剤が前記スラリー組成物内に
    約５ｗｔ％量で存在することを特徴とする請求項２９に
    記載の化学及び機械的研磨方法。
  32. 【請求項３２】 前記スラリーは、界面活性剤をさらに
    含むことを特徴とする請求項１７に記載の化学及び機械
    的研磨方法。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102785131A (zh) * 2012-03-23 2012-11-21 中国科学院光电技术研究所 基于磁流变液的刚度可控小磨具抛光盘及抛光方法
JP2014194016A (ja) * 2013-03-12 2014-10-09 Air Products And Chemicals Inc タングステン含有基材のための化学機械平坦化
JP2018164075A (ja) * 2017-01-31 2018-10-18 ローム アンド ハース エレクトロニック マテリアルズ シーエムピー ホウルディングス インコーポレイテッド タングステンのための化学機械研磨法
JP2019537246A (ja) * 2016-09-29 2019-12-19 ローム アンド ハース エレクトロニック マテリアルズ シーエムピー ホウルディングス インコーポレイテッド タングステンのための化学機械研磨法
JP2019537245A (ja) * 2016-09-29 2019-12-19 ローム アンド ハース エレクトロニック マテリアルズ シーエムピー ホウルディングス インコーポレイテッド タングステンのためのケミカルメカニカルポリッシング法
JP2019537244A (ja) * 2016-09-29 2019-12-19 ローム アンド ハース エレクトロニック マテリアルズ シーエムピー ホウルディングス インコーポレイテッド タングステンのためのケミカルメカニカルポリッシング法
JP2019537277A (ja) * 2016-09-28 2019-12-19 ローム アンド ハース エレクトロニック マテリアルズ シーエムピー ホウルディングス インコーポレイテッド 第四級ホスホニウム化合物を含有する方法及び組成物を使用したタングステンの化学機械研磨

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100458756B1 (ko) * 2001-06-27 2004-12-03 제일모직주식회사 반도체 소자의 금속배선 연마용 ｃｍｐ 슬러리
KR100498814B1 (ko) * 2002-10-18 2005-07-01 주식회사 동진쎄미켐 텅스텐 막에 대한 연마 속도가 우수하고 안정성이 뛰어난화학-기계적 연마 슬러리 조성물
US10692732B2 (en) * 2018-09-21 2020-06-23 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. CMP slurry and CMP method

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102785131A (zh) * 2012-03-23 2012-11-21 中国科学院光电技术研究所 基于磁流变液的刚度可控小磨具抛光盘及抛光方法
CN102785131B (zh) * 2012-03-23 2014-08-06 中国科学院光电技术研究所 基于磁流变液的刚度可控小磨具抛光盘及抛光方法
JP2014194016A (ja) * 2013-03-12 2014-10-09 Air Products And Chemicals Inc タングステン含有基材のための化学機械平坦化
JP2019537277A (ja) * 2016-09-28 2019-12-19 ローム アンド ハース エレクトロニック マテリアルズ シーエムピー ホウルディングス インコーポレイテッド 第四級ホスホニウム化合物を含有する方法及び組成物を使用したタングステンの化学機械研磨
JP2019537246A (ja) * 2016-09-29 2019-12-19 ローム アンド ハース エレクトロニック マテリアルズ シーエムピー ホウルディングス インコーポレイテッド タングステンのための化学機械研磨法
JP2019537245A (ja) * 2016-09-29 2019-12-19 ローム アンド ハース エレクトロニック マテリアルズ シーエムピー ホウルディングス インコーポレイテッド タングステンのためのケミカルメカニカルポリッシング法
JP2019537244A (ja) * 2016-09-29 2019-12-19 ローム アンド ハース エレクトロニック マテリアルズ シーエムピー ホウルディングス インコーポレイテッド タングステンのためのケミカルメカニカルポリッシング法
JP2018164075A (ja) * 2017-01-31 2018-10-18 ローム アンド ハース エレクトロニック マテリアルズ シーエムピー ホウルディングス インコーポレイテッド タングステンのための化学機械研磨法
JP7144146B2 (ja) 2017-01-31 2022-09-29 ローム アンド ハース エレクトロニック マテリアルズ シーエムピー ホウルディングス インコーポレイテッド タングステンのための化学機械研磨法

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