【手続補正書】
【提出日】平成16年5月27日(2004.5.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】  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
【特許請求の範囲】
【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絶縁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される初期ケイ素を除く）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方法において、磨耗材が、シロキサン結合によって相互に結合されていない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。
【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。
【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。
【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。
【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相互に結合されていない、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。
【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相互に結合されていない、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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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相互に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。
【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絶縁（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、相互に絶縁され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  ４６６４６７９，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、絶縁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。次いで絶縁材（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絶縁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。これらの絶縁、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２００ｍｍ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）の如き絶縁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ｐＨ９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  ５３７６２２２、Ａ．Ｖ．Ｇｅｌａｔｏｓ等のＵＳ−Ａ  ５３２４６９０、Ｒ．Ｌ．ＬａｃｈａｐｐｅｌｌｅのＵＳ−Ａ  ３３２８１４１、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絶縁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、Ｓｉ３Ｎ４を含む面及びＳｉ３Ｎ４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絶縁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相互に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絶縁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相互に結合されていない、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絶縁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、絶縁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相互に結合されていない、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絶縁、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（ＢＰＳＧ）の如きドープした酸化ケイ素に基づいた絶縁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相互に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相互に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絶縁材、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。