(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨組成物の総質量を基準として０．５〜２質量％の、ジアミノ類、トリアミノ類及びテトラアミノ類及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれた少なくとも一種の有機アルカリ化合物と、研磨組成物の総質量を基準として０．４〜３質量％の、亜塩素酸ナトリウム及び臭素酸カリウムからなる群より選ばれた少なくとも一種の酸化剤と、それらの溶剤と、研磨組成物の総質量を基準として１．２５〜１０質量％の、酸化シリコンの研磨粒子とを含有する研磨組成物で、シリコン貫通ビア構造を有する半導体ウェハーの表面に対して研磨を行い、
前記半導体ウェハーの表面にあるシリコン、及び、研磨に伴ってシリコンから現出する導電材を同時に取り除くことを特徴とするシリコン貫通ビア構造を有する半導体ウェハーの研磨方法。
【請求項２】
前記有機アルカリ化合物として、エチレンジアミン、Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）エチレンジアミン、１，２−ジアミノプロパン、ジエチレントリアミノ及びトリエチレンテトラミンからなる群より選ばれた少なくとも一種の化合物を使用することを特徴とする請求項１に記載のシリコン貫通ビア構造を有する半導体ウェハーの研磨方法。
【請求項３】
前記有機アルカリ化合物として、エチレンジアミンを使用することを特徴とする請求項２に記載のシリコン貫通ビア構造を有する半導体ウェハーの研磨方法。
【請求項４】
前記溶剤として、水を使用することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のシリコン貫通ビア構造を有する半導体ウェハーの研磨方法。
【請求項５】
前記研磨組成物として、研磨組成物の総質量を基準として０．３〜０．５質量％のグリシンを更に含有するものを使用することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のシリコン貫通ビア構造を有する半導体ウェハーの研磨方法。
【請求項６】
前記導電材が銅からなる場合に使用されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のシリコン貫通ビア構造を有する半導体ウェハーの研磨方法。
【請求項７】
シリコン貫通ビア構造を有する半導体ウェハーの研磨して前記半導体ウェハーの表面にあるシリコン、及び、研磨に伴ってシリコンから現出する導電材を同時に取り除くのに使用する研磨組成物であって、
研磨組成物の総質量を基準として０．５〜２質量％の、ジアミノ類、トリアミノ類及びテトラアミノ類及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれた少なくとも一種の有機アルカリ化合物と、
研磨組成物の総質量を基準として０．４〜３質量％の、亜塩素酸ナトリウム及び臭素酸カリウムからなる群より選ばれた少なくとも一種の酸化剤と、
それらの溶剤と、
研磨組成物の総質量を基準として１．２５〜１０質量％の、酸化シリコンの研磨粒子とを含有することを特徴とする研磨組成物。
【請求項８】
前記有機アルカリ化合物は、エチレンジアミンであることを特徴とする請求項７に記載の研磨組成物。
【請求項９】
研磨組成物の総質量を基準として０．３〜０．５質量％のグリシンを更に含有することを特徴とする請求項７又は８に記載の研磨組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハーの研磨方法に関し、特に、シリコン貫通ビア構造を有する半導体ウェハーの研磨方法、及びそれに使用する研磨組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン貫通ビア（Ｔｈｒｏｕｇｈ−ｓｉｌｉｃｏｎ  ｖｉａ、ＴＳＶ）とは、シリコン製半導体チップの内部を垂直に貫通する電極をさす。
【０００３】
そして、シリコン貫通ビア構造を有する半導体ウェハー１は、図１に示すように、集積回路層１１と、集積回路層１１の上面に配置されたシリコンウェハー１２と、それぞれ導電材からなり、且つその一端が集積回路層１１と接続し、他端がシリコンウェハー１２の下面１２０から上面１２１へほぼ垂直に該シリコンウェハー１２に突入している複数の電極１３と、からなっている。
【０００４】
この半導体ウェハー１における複数の電極１３は、図示するように、その下端面１３０がシリコンウェハー１２の下面１２０に露出して下層の集積回路層１１と接続し、頂端面１３１がシリコンウェハー１２の上面１２１と若干の距離、例えば数百ミクロンの距離を隔てている。つまり、電極１３の頂端面１３１はシリコンウェハー材膜に覆われているので、プロセス中で、該シリコンウェハー材膜を取り除かなければならない。
【０００５】
前記シリコンウェハー材膜の取除き方として、従来は、まず、研削により、その厚みを数十ミクロンにし、次に、化学機械研磨などの精密研磨により残りの膜、乃至、必要に応じ、それ以上のシリコンウェハー材を化学的エッチングで取り除く。前記研削工程において数十ミクロンの厚みを残すのは、研削がシリコンウェハー面にダメージ層１４（図２参照）をもたらすので、次の精密研磨において該数十ミクロンの膜、またはそれ以上のシリコンウェハー材を共に取り除いてシリコンウェハー面の品質を確保するためである。
【０００６】
精密研磨により取除く量は、その後のプロセスによって決定され、図３に示すように複数の電極１３の頂端面１３１をシリコンウェハー１２の上面１２１とほぼ同一平面になるようにする場合や、図４に示すようにシリコンウェハー１２の上面１２１を複数の電極１３の頂端面１３１よりも少々下げ、複数の電極１３の頂端面１３１がそれから突出するようにする場合もある。いずれの場合も、理論から言えば、シリコンウェハー材のみを取り除くだけでよいので、シリコン構成用の研磨組成物を使用すれば良いのだが、電極１３の高さにはばらつきがあるので、導電材構成用の研磨組成物を使用して複数の電極１３をすべてシリコンウェハー１２の上面１２１と同一面にしたり（図３の場合）、同一の突出高さを有するようにしたり（図４の場合）する必要もある。
【０００７】
従来から、シリコン構成用の精密研磨組成物として、コロイダルシリカ又はシリカゲルと、水溶性アミンとを含有する組成物（例えば、特許文献１参照）、及び、コロイダルシリカと、有機アルカリ化合物と、殺菌剤とを含有する組成物（例えば、特許文献２参照）が使用されており、導電材構成用の精密研磨組成物として、硝酸銀と、固体研磨物質と、過酸化水素、次亜塩素酸、次亜塩素酸カリウム及び酢酸からなる群より選ばれた少なくとも一種の酸化剤とを含有する組成物（例えば、特許文献３参照）が使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第４１６９３３７号
【特許文献２】米国特許第５２３０８３３号
【特許文献３】米国特許第５２２５０３４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、半導体ウェハーの研磨方法においては、通常、シリコン構成の精密研磨と導電材構成の精密研磨とを同時に行う。このため、シリコン構成用の精密研磨組成物と導電材構成用の精密研磨組成物とを適切に混合して使用することにより、シリコン貫通ビア構造を有する半導体ウェハーの、シリコン構成と導電材構成との両方を同時に研磨するのであるが、上記導電材構成用の精密研磨組成物を使用すると、両方のエッチングレートの動的均衡がうまく取れないので、理想的とは言えない。特に酸化剤として過酸化水素を使用すると、シリコンウェハー面に二酸化ケイ素が形成されてしまい、該二酸化ケイ素は取り除きにくいため、精密研磨工程の進行が更に困難となる。
【００１０】
例えば、シリコン構成の研磨レートが８７４８Å／ｍｉｎ、導電材構成の研磨レートが４９９８Å／ｍｉｎである場合、導電材構成の研磨レートを速めようとして酸化剤としての過酸化水素の濃度を０．１重量％から０．１５重量％に上げると、僅かな濃度変化にもかかわらず、導電材構成の研磨レートは大きく上がって７５５１Å／ｍｉｎになり、シリコン構成の研磨レートは大きく下がって２７４７Å／ｍｉｎになる、という激しい変化が起こるので、非常にコントロールし難い。
【００１１】
上記問題点に鑑みて、本発明は、シリコン貫通ビア構造を有する半導体ウェハーに対し、シリコン構成の精密研磨と導電材構成の精密研磨とを共に行う上、そのシリコン構成の研磨レートも導電材構成の研磨レートも、通常の機械的条件下（研磨圧力が３ｐｓｉ以下、研磨パッドの回転数及び半導体ウェハー（又は研磨ヘッド）の回転数が１００ｒｐｍ以下）において６０００Å／ｍｉｎ以上を超える、シリコン貫通ビア構造を有する半導体ウェハーの研磨方法を提供すること、及びそれに使用する研磨組成物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するために、本発明者らは、鋭意検討した結果、有機アルカリ化合物と、亜塩素酸ナトリウム及び臭素酸カリウムからなる群より選ばれた少なくとも一種の酸化剤を研磨組成物の組成として使用することで、シリコン貫通ビア構造を有する半導体ウェハーの研磨に適した研磨組成物となることを見出し、以下のようなシリコン貫通ビア構造を有する半導体ウェハーの研磨方法及びそれに使用する研磨組成物を提供した。
【００１３】
（１）シリコン貫通ビア構造を有する半導体ウェハーの研磨方法
即ち、有機アルカリ化合物と、亜塩素酸ナトリウム及び臭素酸カリウムからなる群より選ばれた少なくとも一種の酸化剤と、それらの溶剤と、酸化シリコンの研磨粒子とを含有する研磨組成物で、シリコン貫通ビア構造を有する半導体ウェハーの表面に対して研磨を行い、前記半導体ウェハーの表面にある、シリコン構成、及び、研磨に伴ってシリコン構成から現出する導電材構成を同時に取り除く、シリコン貫通ビア構造を有する半導体ウェハーの研磨方法である。
【００１４】
（２）研磨組成物
即ち、シリコン貫通ビア構造を有する半導体ウェハーの研磨に使用する研磨組成物であって、有機アルカリ化合物と、亜塩素酸ナトリウム及び臭素酸カリウムからなる群より選ばれた少なくとも一種の酸化剤と、それらの溶剤と、酸化シリコンの研磨粒子とを含有する研磨組成物である。
【発明の効果】
【００１５】
上記研磨方法及び研磨組成物を使用すれば、研磨圧力が３ｐｓｉ以下、研磨パッドの回転数及び半導体ウェハー（または研磨ヘッド）の回転数が１００ｒｐｍ以下である場合、シリコン構成と導電材構成とを同時に６０００Å／ｍｉｎの研磨レートで研磨することができるので、産業上の利用に非常に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】研削前のシリコン貫通ビア構造を有する半導体ウェハーの断面構成説明図。
【図２】研削後のシリコン貫通ビア構造を有する半導体ウェハーの断面構成説明図。
【図３】精密研磨後、電極をシリコン構成と同一面にさせる、シリコン貫通ビア構造を有する半導体ウェハーの断面構成説明図。
【図４】精密研磨後、電極が同一突出高さを有する、シリコン貫通ビア構造を有する半導体ウェハーの断面構成説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明での研磨方法とは、研磨パッド及びシリコン貫通ビア構造を有する半導体ウェハーそれぞれが所定回転数で回転しており、本発明の研磨組成物を、研磨パッドと半導体ウェハーとの相対両面間に流し、研磨パッドの半導体ウェハーの表面に対する研磨圧力で研磨を行って、半導体ウェハーの表面にあるシリコン構成及び研磨に伴ってシリコン構成から現出する導電材構成を同時に取り除くプロセスを言う。
【００１８】
前記「半導体ウェハーの表面」とは、シリコンウェハー１２の上面１２１（図１参照）を指すが、複数の電極１３が露出する場合（図３参照）、複数の電極１３、特にその頂端面１３１も含まれる。
【００１９】
本発明において「研磨組成物」とは、研磨に使用する研磨液（即ち、必要に応じて希釈した研磨液）のみならず、研磨液の濃縮液をも意味する。濃縮液とは、研磨液を濃縮したもの、又は初めから溶剤をそれほど添加していないためその濃度がまだ使用する際の研磨液より高いものを意味する。
【００２０】
そして、「溶剤」とは、以下の組成物における研磨粒子を除いた全ての成分を溶解できる液体物質を指し、通常、水を使用する。即ち、「研磨組成物」として、溶剤が適切に混在した研磨液を使用しても良く、研磨液を濃縮してなるもの又は初めから溶剤をそれほど添加していないものに適量の溶剤を添加してなるものを使用しても良い。
【００２１】
また、本発明の研磨方法は、導電材がタングステン、アルミニウム又は多結晶シリコンからなる場合に使用しても良いが、銅からなる場合に使用するのが特に好ましい。
【００２２】
本発明においては、研磨組成物として、有機アルカリ化合物と、酸化剤と、それらの溶剤と、酸化シリコンの研磨粒子とを含有する研磨組成物を使用する。
【００２３】
そのうち、有機アルカリ化合物としては、ジアミノ類、トリアミノ類、テトラアミノ類、又はそれらの一以上の混合物が挙げられる。
【００２４】
ジアミノ類の例としては、エチレンジアミン、Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）エチレンジアミン、１，２−ジアミノプロパン、又はそれらの一以上の混合物が挙げられ、特にエチレンジアミンが好ましい。
【００２５】
トリアミノ類の例としては、ジエチレントリアミノが挙げられ、また、テトラアミノ類の例としては、トリエチレンテトラミンが挙げられる。
【００２６】
そして、酸化剤は、亜塩素酸ナトリウム、臭素酸カリウム又はそれらの混合物に限定される。
【００２７】
酸化シリコンの研磨粒子の例としては、コロイダルシリカ、ヒュームドシリカ、沈降シリカ、又はそれらの混合物が挙げられる。
【００２８】
また、導電材構成の研磨レート増加剤として、アミノ酸を添加しても良い。
【００２９】
アミノ酸の例としては、アラニン、β−アラニン、アスパラギン酸、アルギニン、グルタミン酸、エチレンジアミン四酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、プロピレンジアミン四酢酸、グリシン又はそれらの混合物が挙げられ、特にグリシンが好ましい。
【００３０】
有機アルカリ化合物の含有量は、研磨組成物全体を基準に、０．０１〜１０重量％の範囲にあることが好ましく、０．１〜５重量％の範囲にあることがより好ましく、０．５〜２重量％の範囲にあることが特に好ましい。
【００３１】
酸化剤の含有量は、研磨組成物全体を基準に、０．０１〜１０重量％の範囲にあることが好ましく、０．１〜５重量％の範囲にあることがより好ましく、０．４〜３重量％の範囲にあることが特に好ましい。
【００３２】
酸化シリコンの研磨粒子の含有量は、研磨組成物全体を基準に、０．０１〜３０重量％の範囲にあることが好ましく、０．１〜１５重量％の範囲にあることがより好ましく、１．２５〜１０重量％の範囲にあることが特に好ましい。
【００３３】
前記アミノ酸を含有させる場合、そのアミノ酸の含有量は、研磨組成物全体を基準に、０．０１〜５重量％の範囲にあることが好ましく、０．１〜２重量％の範囲にあることがより好ましく、０．３〜０．５重量％の範囲にあることが特に好ましい。
【００３４】
本発明の研磨組成物は、ｐＨ値が９以上にあることが好ましく、１０以上にあることが特に好ましい。
【実施例】
【００３５】
以下、実施例と及び比較例を挙げて、本発明の技術をより具体的に説明する。
【００３６】
（実施例１）
実施及び試験の一般方法：水を溶剤とし、且つ、常温常圧の下で、下記表１に示した組成比例のように、実施例１の研磨組成物を調製する。
【００３７】
次に、実施例１の研磨組成物を研磨装置に収容し、以下のような条件及びプロセスでベアシリコンウェハー及びブランケット銅ウェハーをそれぞれ被研磨物として研磨する。
【００３８】
研磨の後、シリコンの研磨レート及び銅の研磨レートを測定する。
【００３９】
それらの結果は、それぞれ表１に記載した。
【００４０】
研磨の機械的条件及びプロセス：研磨組成物を２００ｍｌ／Ｌの流速で研磨パッドの研磨面と被研磨物（ウェハー）の被研磨表面との間に流しながら、研磨ヘッドの回転数（即ち、被研磨物であるウェハーの回転数）を８７ｒｐｍとし、研磨パッドの回転数を９３ｒｐｍとし、１分間研磨する。
【００４１】
使用装置、被研磨物、及び研磨組成物における各成分の製造元：
研磨装置−韓国Ｇ＆Ｐ社製、ｍｏｄｅｌ：ＰＯＬＩ−５００
研磨パッド−アメリカのＣａｂｏｔ ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社製、ｍｏｄｅｌ：Ｄ１００
シリコンの研磨レート測定用の、ベアシリコンウェハー（ｂａｒｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｗａｆｅｒ）−Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｖａｌｌｅｙ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社製
銅の研磨レート測定用の、ブランケット銅ウェハー（ｂｌａｎｋｅｔ ｃｏｐｐｅｒ ｗａｆｅｒ）−ＳＫＷ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ社製、銅層の厚みが１．５μｍ
酸化シリコンの研磨粒子−Ａｋｚｏ Ｎｏｂｅｌ社製、商品名：ＢＩＮＤＺＩＬ ＳＰ５９９Ｌ
他の薬品−全て純度が９９％以上の、ＡＣＲＯＳ、ＭＥＲＣＫ、又はＳｈｏｗａ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社製の試薬である。
【００４２】
評価方法：
シリコンの研磨レート及び銅の研磨レートは、一分間の研磨で取り除いた厚さから決定する。
【００４３】
銅の場合、一分間の研磨で取り除いた厚さは、ＫＬＡ−ＴＥＮＣＯＲ社製のＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ  ＲＳ−７５を利用して、研磨前後の厚さの差より決定する。
【００４４】
シリコンの場合、一分間の研磨で取り除いた厚さは、精密秤を利用して、研磨前後の重量差を厚さに換算することにより決定する。
【００４５】
（実施例２〜２２及び比較例１〜９）
実施例２〜２２及び比較例１〜９は、表１に示した組成比例のように、それぞれ研磨組成物の成分比例が実施例１と異なる以外、他の条件、手順、評価はすべて実施例１と同様である。
【００４６】
それらの結果は、それぞれ表１に記載した。
【表１】
0005646862.tif 000002
【００４７】
表１に示したデータから分かるように、有機アルカリ化合物として水酸化カリウムを使用する場合、酸化剤として亜塩素酸ナトリウム又は過酸化水素を使用しても、銅の研磨レートはゼロである（比較例１〜３参照）。有機アルカリ化合物を省いて、酸化剤として亜塩素酸ナトリウムを使用しても、銅の研磨レートはゼロである（比較例９参照）。また、有機アルカリ化合物としてエチレンジアミンを１．５重量％使用し、酸化剤としての過酸化水素を使用しない場合、シリコンの研磨レートは９４５０Å／ｍｉｎという高い程度になるが、銅の研磨レートは、３５０Å／ｍｉｎという低い程度にもなる。過酸化水素の増加に従って、銅の研磨レートが急増する一方、シリコンの研磨レートは急減することになる（比較例４〜８参照）。
【００４８】
要するに、比較例１〜９のいずれかの研磨組成物を利用しても、シリコン構成の研磨レート及び導電材構成の研磨レートは同時に６０００Å／ｍｉｎの研磨レートに達成することができず、如何に調整しても、どちらかが上がったり下がったりして６０００Å／ｍｉｎ以上の高い程度に均衡が取れない。
【００４９】
それに対し、本発明の実施例は、ジアミノ類、トリアミノ類、又はテトラアミノ類を有機アルカリ化合物とし、亜塩素酸ナトリウム又は臭素酸カリウムを酸化剤として含有する。それにより、そのシリコン構成の研磨レートと導電材構成の研磨レートとが、同時に６０００Å／ｍｉｎ以上の高い程度に均衡を取ることができる。そのうち、例えば実施例３〜５、８、１０、１５、１６では、そのシリコン構成の研磨レートと導電材構成の研磨レートとが、同時に８０００Å／ｍｉｎを超え、特に、実施例５及び１０では、同時に９５００Å／ｍｉｎ以上となる。
【００５０】
なお、実施例１〜３の比較から、酸化剤としての亜塩素酸ナトリウムの含有量が高いほど、銅の研磨レートが高いことが分かる。そして、実施例１４の研磨組成物は、その酸化剤の量が実施例１２の２倍と多いので、理論上、銅の研磨レートが実施例１２より高いと考えられるが、実施例１４の銅の研磨レートは実施例１２よりも低いという結果が得られた。その原因は、実施例１２の研磨組成物に、アミノ酸が含有されていることであると推定される。つまり、本発明の研磨組成物において、グリシンというアミノ酸は、導電材構成（銅）の研磨レートを増加させる働きをする。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
上述のように、本発明の研磨方法及び研磨組成物は、研磨圧力が３ｐｓｉ以下、研磨パッドの回転数及び半導体ウェハー（または研磨ヘッド）の回転数が１００ｒｐｍ以下である場合に使用すれば、シリコン構成と導電材構成とを同時に６０００Å／ｍｉｎの研磨レートで研磨することができ、産業上の利用に非常に有利である。
【符号の説明】
【００５２】
１１…集積回路層；  １２…シリコンウェハー；  １３…電極；  １４…ダメージ層。
【図１】
0005646862.tif 000003
【図２】
0005646862.tif 000004
【図３】
0005646862.tif 000005
【図４】
0005646862.tif 000006