(57)【要約】  本発明は基板（１１）および半導体本体（２）を有し、前記半導体本体に少なくとも一つの半導体素子が設けられ、前記半導体本体の表面が化学機械研磨プロセスによってパターニングされたアルミニウム層（３）で覆われた半導体デバイスの製造方法に関するものであって、前記半導体デバイス（１０）はアルミニウム層（３）で覆われた側が研磨パッド（５）に押し当てられ、前記半導体デバイス（１０）と前記研磨パッド（５）を互いに動かして、約１２より低いｐＨレベルが与えられた研磨材を含有するスラリー（６）を前記半導体デバイス（１０）と前記研磨パッド（５）の間に供給し、前記研磨プロセスが前記アルミニウム層が十分に除去されるまで続けられる半導体デバイスの製造方法に関するものである。本発明により、前記半導体デバイス（１０）とパッド（５）の間のスラリー（６）は５よりも低いｐＨレベルが与えられ、このｐＨレベルは、酸のみを用いて得られ、この酸はそのアルミニウム塩がスラリーに容易に溶解する酸である。こうして再現可能な方法によって、反射性で、欠陥のない表面を有するアルミニウムパターンを有する半導体デバイス（１０）が得られる。乳酸を含むスラリー（６）を使用して、良好な結果が得られた。
2009532853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板および半導体本体を有し、前記半導体本体に少なくとも一つの半導体素子が設けられ、前記半導体本体の表面が化学機械研磨プロセスによってパターニングされたアルミニウム層で覆われた半導体デバイスの製造方法であって、前記半導体デバイスはアルミニウム層で覆われた側が研磨パッドに押し当てられ、前記半導体デバイスと前記研磨パッドを互いに動かして12より低いＰＨレベルが与えられた研磨材を含有するスラリーを前記研磨パッドと前記半導体デバイスの間に供給し、前記研磨プロセスが前記アルミニウム層が十分に除去されるまで続けられる半導体デバイスの製造方法において、前記スラリーは５より低いｐＨレベルを有し、このｐＨレベルは酸のみを用いて得られ、この酸はそのアルミニウム塩がスラリーに容易に溶解する酸であることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記スラリーの前記ｐＨレベルが２から４の間に設定されることを特徴とする、請求項１に記載された方法。
【請求項３】
前記スラリーの前記ｐＨレベルが２から３の間に設定されることを特徴とする、請求項１および２に記載された方法。
【請求項４】
前記ｐＨレベルを設定するために使用される酸が乳酸であることを特徴とする、請求項１、２および３に記載された方法。
【請求項５】
前記スラリーに酸化剤を少なくとも意図して添加しないことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載された方法。
【請求項６】
前記スラリーは、約１０のｐＨレベルを有する、シリコン酸化物の化学機械研磨に適したスラリーに、必要なｐＨレベルが得られる量の酸を与えることによって形成することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載された方法。
【請求項７】
酸化シリコンのＣＭＰに適した約１０のｐＨレベルを有する前記スラリーは、最初に約９のｐＨレベルが与えられ、待機期間後に更に低いｐＨレベルが与えられることを特徴とする、請求項６に記載された方法。
【請求項８】
前記スラリーが半導体デバイスの隣で前記研磨パッド上に供給されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載された方法。
【請求項９】
前記化学機械研磨の終了点が光学的に検出されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載された方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載された方法によって得られることを特徴とする、半導体デバイス。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか一項に記載された方法に適した化学機械研磨用スラリーであって、前記スラリーは研磨材を含み、５より小さいｐＨレベルを有し、そのアルミニウム塩がスラリーに容易に溶解する酸のみを含むことを特徴とする化学機械研磨用スラリー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板および半導体本体を有し、前記半導体本体に少なくとも一つの半導体素子が設けられ、前記半導体本体の表面が化学機械研磨プロセスによってパターニングされたアルミニウム層で覆われた半導体デバイスの製造方法であって、前記半導体デバイスはアルミニウム層で覆われた側が研磨パッドに押し当てられ、前記半導体デバイスと前記研磨パッドを互いに動かして12より低いＰＨレベルが与えられた研磨材を含有するスラリーを前記研磨パッドと前記半導体デバイスの間に供給し、前記研磨プロセスが前記アルミニウム層が十分に除去されるまで続けられる、半導体デバイスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
このような方法は特に集積回路（ＩＣ）の製造に特に適している。３２ｎｍ技術を使用する場合、コンタクトレベルにおける直列抵抗の約１０％がＣＶＤ（化学気相成長）で堆積されたタングステンにより生じる。これはタングステンの比較的高い抵抗率に起因している。２２ｎｍ技術を使用した場合、銅やアルミニウムのような材料を使用することによって、直列抵抗の２０％以上を低減することができる。しかし、コンタクトレベルにおいてタングステンの代わりに銅を使用する幾つかの技術における試みは、ＰＶＤ（物理気相成長）で堆積した銅核生成層およびＥＣＤ（電気化学成長）で堆積した銅層によってコンタクトに高アスペクト比を与えなければならないため、部分的に成功しているに過ぎない。これはＣＶＤ堆積層を利用できない事実に起因している。従って、ＣＶＤによるＴｉＮバリア層とＣＶＤによるアルミニウム層との組み合わせが、接触抵抗も低いことによって、これらの技術との組み合わせにおいて魅力的な選択肢を構成する。アルミニウムのパターンは配線パターンとしても機能することができる。この場合には、ダマスク技術にて使用される、アルミニウム層をパターニングするためのＣＭＰ（化学機械平坦化あるいは化学機械研磨）プロセスの利用が特に適している。
【０００３】
このような方法は特許文献１から知られ、ＣＭＰによってアルミニウム層をＩＣのコンタクトレベルにてどのように平坦化するかを説明している。半導体デバイスはそのアルミニウム層でパッドに接触保持され、一方アルミニウム層とパッドの界面には、二酸化シリコン微粒子の研磨材を含有するスラリーが加えられ、このスラリーは界面活性剤、錯化剤、および酸化剤からなり、その溶液はおよそ１２より低いｐＨを有するものとするのが好ましい。半導体デバイスとパッドは、非同心回転軸に対して回転する。半導体デバイスをパッドに押し付ける力は調整でき、スラリーはデバイスホルダーのリム中の孔を通して供給され、これらの穴は同軸的にまとめられている。
【特許文献１】米国特許第６，７２０，２６５号明細書
【０００４】
既知の方法における欠点は、ＣＭＰプロセス後に反射性のアルミニウム表面を必ずしも生産しないことである。そして（表面の）欠陥および／または腐食を引き起こすアルミニウム層の損傷が起こる。既知の方法における他の欠点は、ＣＭＰプロセスにおけるアルミニウム層を除去する速度が必ずしも良く再現できないことである。
【０００５】
従って本発明の目的は、上記欠点を示さない、または少なくとも軽減する方法を提供し、反射性で、欠陥のない、再現可能な除去スピードを有する、ＣＭＰによってパターニングされたアルミニウムのコンタクト層を有するＩＣを生産する方法を提供することである。
【発明の開示】
【０００６】
この目的のために、本発明は、第１段落に記載された種類の方法において、スラリーが５より低いｐＨレベルを有すること、およびこのｐＨレベルは酸のみを用いて得られ、この酸はそのアルミニウム塩がスラリー中によく溶解する酸であることを特徴とする。驚いたことに、これらの手段の組み合わせによって、ＣＭＰ処理されたアルミニウムコンタクト層の表面は非常によい反射性を有し、欠陥が存在せず、またＣＭＰプロセスにおいてアルミニウム層を除去する速度を特に良く再現できることも明らかとなった。ここで重要な見識は、ｐＨレベルを設定するためにアルミニウムのＣＭＰプロセス用に既知の酸を使用するＣＭＰプロセス中に、全くまたはほとんど溶解しないアルミニウム塩が成長することである。これらの非溶解性副産物は一方ではアルミニウム層表面の損傷を引き起こし、他方ではこれらの副産物は研磨パッドの表面に溜まる。これは研磨パッドの効果を急激に減少させ、ＣＭＰプロセスにおけるアルミニウム層の除去速度を減少させる。スラリーの温度上昇によりこれを改善することができるのは事実であるが、このような温度上昇はＣＭＰプロセスにとって好ましくない。その改善を達成するために研磨パッド表面を（粗く）洗浄することも考えられるが、これは研磨パッドの使用増加のために時間および費用のかかる方法になる。
【０００７】
好適な実施例において、スラリーのｐＨレベルは２から４の間に設定される。ＩＣの平坦化のためのこのようなスラリーを使用して良好な結果が得られた。スラリーのｐＨレベルは２から３の間に設定されるのが好ましい。再現性は特にこのようなｐＨレベルの選択による賜物である。
【０００８】
ｐＨレベルを設定するための酸は乳酸であることが好ましい。本発明の方法で使用する（水性の）スラリーにおけるアルミニウム塩の溶解度は優れており、それに応じて、平坦化されたアルミニウム表面の品質、およびアルミニウムの除去速度の再現性に関する実験結果も優れている。
【０００９】
好ましい実施例において、スラリーには酸化剤は少なくとも意図的には加えない。驚いたことに、本発明による方法を使用して、スラリーに酸化剤を加えることなく上記に説明した好ましい結果が可能であることが確かめられた。これは、このような酸化剤を少なくとも意図しないでスラリーに加えてはならないことを示している。こうして本発明による方法は、比較的安価で、使用するスラリーは環境に悪影響を与えない。「意図しないで」とは、スラリー中には例えば酸素のような酸化剤が存在するかもしれない、ということを意味し、これは、スラリーが空気に晒された時に、スラリーの温度や運動に依存してスラリー中に溶解するある量の酸素が常に存在するためである。
【００１０】
別の興味深い実施例において、前記スラリーは、約１０のｐＨレベルを有する、シリコン酸化物の化学機械研磨に適したスラリーに、必要なｐＨレベルが得られる量の酸を与えることによって形成することを特徴とする。少なくとも本発明による方法においては意図して酸化剤を与えてはならないため、シリコン酸化物のＣＭＰに適したスラリーは上記のように酸化剤を含まず、有利に利用できる。過剰なアルカリは前記酸（乳酸）を加えることによって調整され、形成されたアルミニウム塩は常に容易にスラリー中に溶解し、環境にほとんど悪影響を与えない。アルミニウムのＣＭＰに対してと同様に、シリコン酸化物のＣＭＰに対しても、同一の初期溶液を使用でき、ＩＣの生産効率が改善される。
【００１１】
実験の結果、本発明による方法においては、シリコン酸化物のＣＭＰに適したスラリーの新鮮ではない溶液を使用した時に最善の結果が得られることが分かった。約１０であるシリコン酸化物の化学機械研磨に適したスラリーのｐＨレベルを約９まで低減させ、待機期間後にｐＨレベルを更に低減するのが好ましい。９までのｐＨレベルの低減は乳酸によってできるが、スラリーに二酸化炭素を吹き込むことによってもできる。この場合には続く約２４時間の待機期間が好適である。その後、スラリーのｐＨレベルはさらに低減し、例えば約２のｐＨレベルまで低減させることができ、その後このように調製されたスラリーは使用可能となる。最終的に得られるスラリーの耐用日数は約一週間である。その後、スラリーのゼリー化が起こるため、耐用日数は減少する。
【００１２】
スラリーは様々な方法で半導体デバイスと研磨パッドの間の適切な位置に注入することができる。これは既知の方法に従って可能であるが、スラリーを半導体デバイスからやや離れた位置で研磨パッド上に点滴として垂らすことによっても可能である。続いて半導体デバイスとパッドの相互運動によって、スラリーは所望の位置に輸送される。研磨プロセスは、半導体デバイスあるいはパッドの運動のみで行うことができるが、両方の運動によって行うのが好ましい。半導体デバイスとパッドは、例えば軸を中心に回転するが、この回転中回転軸は同一ではない。それらの回転のうちの一つとして、いわゆる軌道回転もまた有利に利用することができる。
【００１３】
重要な実施例において、化学機械研磨プロセスの終了点は光学的に決定される。これは一方では非常に信頼できる検出方法であり、他方では本発明による方法の「欠点」、つまり本発明の方法はアルミニウム層のＣＭＰの場合も、（二）酸化シリコンのＣＭＰの場合も、全くあるいはほとんど選択性がないという欠点が克服される。さらに、本発明による方法を使用すると、実際に二酸化シリコン層のみならずアルミニウム層も含む半導体デバイスの表面が全くあるいはほとんど平坦になり、選択性がほぼないという「欠点」は実際には利点である。
【００１４】
本発明はまた、本発明による方法を使用して得られた半導体デバイスを具える。本発明はさらに本発明による方法による方法に適した化学機械研磨スラリーを具え、そのスラリーは研磨材を含み、５より低いｐＨレベルを有し、そのアルミニウム塩がスラリー中に容易に溶解する酸を含むことを特徴としている。このようなスラリーを調製するとき、（二）酸化シリコン層のＣＭＰプロセスに適したスラリーを出発材料として有利に利用できる。準備プロセスの間の待機期間は所望の結果を得るために必要である。
【００１５】
本発明のこれらの、および他の特徴は、後に説明される実施例を参照して明らかとなり、説明する。
図は一定の比率で描かれてはおらず、幾つかの辺は明確化のために誇張されている。対応する領域または部分はできるだけ同じ網掛けと同じ参照番号で与えられている。
【００１６】
図１および図２は、本発明による方法を使用した一連の製造プロセス過程における半導体デバイスの、厚さ方向に対して直角方向の断面図である。この例では、半導体デバイス１０（図１を参照）は、半導体本体２の一部である基板１１を具え、半導体本体２には多くの半導体素子がＩＣの形で形成されている。その半導体本体２の表面上には、この例では例えばＣＶＤにより絶縁層４が塗布され、この層はフォトリソグラフィとエッチングでパターニングされている。その上にアルミニウム層３が、例えば蒸着あるいはＣＶＤによって積層され、この例ではアルミニウム層３の表面と孔が設けられた二酸化シリコン層４の表面の輪郭が描かれている。
【００１７】
半導体デバイス１０は図には示されていないがホルダー収容され、研磨パッド５は半導体デバイス１０に対向して位置している。図とは異なり、この例では半導体デバイス１０を有するホルダーはパッド５の上方に位置しており、さらに半導体デバイス１０を超えて側方へ部分的に延在している。パッド５上に、スラリー６が滴状で与えられる。半導体デバイス１０とパッド５の回転運動は一致しないため、スラリー６は半導体デバイス１０とパッド５の間に輸送される。こうして半導体デバイス１０は、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社のＭＩＲＲＡまたはＲＥＦＬＥＸＩＯＮなどの化学機械研磨装置中に設置される。パッド５と半導体デバイス１０上に及ぼされる力は調節可能である。
【００１８】
この実施例におけるスラリー６は、（二）酸化シリコンを含む層の化学機械研磨に適したスラリーに基づいている。このようなスラリーは、例えば、硬化した（二）酸化シリコン粒子の研磨材を含み、水酸化カリウムなどの塩基の添加によって１０から１１のｐＨレベルを有する。このようなスラリーとして、Ｓｙｔｏｎ社のスラリーあるいはＣａｂｏｔ社の（ＩＣグレードの）スラリー、例えばＳＳ１２／ＳＳＷ１２を使用でき、もし必要ならば純水で希釈することができる。スラリーに乳酸を加えること、または二酸化炭素をスラリーに通すことによって、スラリーのｐＨレベルを約９まで低減する。次にこのスラリー６を約２４時間貯蔵する。続いてｐＨレベルが５以下になるまで乳酸（ヒドロキシプロピオン酸＝ＣＨ３Ｃ（ＯＨ）ＣＯ２Ｈ）をスラリー６に（再び）加える。この実施例においては、ｐＨレベルは約２．５に設定する。こうして得られたスラリー６は、約一週間保存が利くが、続いて上述のように半導体デバイス１０とパッド５の間に注入される。
【００１９】
続いて、（図２を参照）化学機械研磨プロセスを実行し、このプロセス中にアルミニウム層３の一部が除去される。このプロセスは絶縁パターン４の最上面にアルミニウムがなくなるまで続けられ、この検出には光学的検出法が優れている。こうしてダマスクプロセスが二酸化シリコンパターン中にアルミニウム３パターンを形成し、アルミニウム３の表面は反射性で、欠陥のない、二酸化シリコン４の最上面と同一平面になる。
【００２０】
本発明による方法の有効性および再現性を、例えばホスホン酸で酸性化したスラリーを使用した方法と比較して、図３につき説明する。
【００２１】
図３は、アルミニウム層の除去速度（ｒ）を本発明および従来の技術の方法で処理されたデバイス数（Ｎ）の関数として示している。数Ｎは実際には処理された半導体スライスの数を表すことに注意されたい。全ての半導体スライスはＩＣなどの多くの半導体素子を含み、つまりそれぞれがトランジスタなどの多くの半導体素子を含んでいる。通常、スライス中のＩＣは同時に処理される。曲線３０は、上述した本発明による方法の結果を示している。曲線３１と３２は、スラリーがホスホン酸で酸性化される方法の結果を示しており、それぞれ研磨パッド５にブラシをかけたかかけないかの実験に対応している。結果を比較すると、本発明による方法はアルミニウムの高い除去速度をもたらすだけでなく、優れた再現性を有する除去速度ももたらす。これは、アルミニウムが除去される速度が低下して再現性がよくない、ホスホン酸を使用した方法とは対照的である。また、アルミニウム層の表面の検査は、既知の方法とは対照的に、本発明の方法により処理されたアルミニウム表面は反射性で、欠陥がない。同様に１５から２０まで変化するスライス数Ｎに対してもまた良い結果が得られた。
【００２２】
続いて本発明の方法におけるスラリーのｐＨレベルの影響を示す。
【００２３】
図４は、アルミニウム層の除去速度（ｒ）を、使用するスラリーの様々なｐＨレベル対して、本発明による方法で処理されたデバイス数（Ｎ）の関数として示している。曲線４１、４２および４３は第１の研磨パッド５Ａを使用し、ｐＨレベルがそれぞれ４．５、３．５および２．５に対する結果を示している。曲線４４および４５は第２の研磨パッド５Ｂを使用し、ｐＨレベルがそれぞれ２．４および１．９に対する結果を示している。これらの結果は、２から３の範囲のｐＨレベルを有する曲線４３、４４および４５に示されるように、再現性は低めのｐＨレベルで最良になることを示している。
【００２４】
最後に、図５は、本発明による方法において好適なスラリーのｐＨレベルを加えた酸の量の関数として示している。出発材料は酸化シリコン層のＣＭＰに適したアルカリ性スラリー、例えばＳｙｔｏｎ社またはＣａｂｏｔ社からのスラリーであり、乳酸を使用して低いｐＨレベルが与えられる。曲線５０はこのようなスラリーのｐＨレベルを乳酸のモル数（ｎ）の関数として示している。曲線５０が示すように、２から５の範囲にあるｐＨレベルの変化はかなり平坦な特徴を持つ。これは、この範囲においてはｐＨレベルが極めて正確に設定できることを意味している。
【００２５】
請求項における参照番号は本発明の保護範囲を制限するものではない。本発明は開示した実施例に制限されず、当業者であれば本発明の範囲内において多くの変更や変形を加えることが可能である。
【００２６】
本発明に関する方法に対して様々な変更と改良が可能である。例えば、他の堆積方法を使用でき、実施例で選択された材料とは異なる材料を選択できる。またアルミニウム層は必ずしも完全に純粋なアルミニウムからなる必要はなく、（電気的）特性を改良するために他の元素が加えられても良い。
【００２７】
さらに水溶液により適切なスラリーと方法を得ることも可能であることに注意されたい。アルミニウムの除去速度は幾らか減少するだろうが、スラリーのコストを大きく下げることができるのは事実である。
【００２８】
最後に、研磨パッドは乳酸溶液で洗浄することもでき、この洗浄はパッドが使用されていない時、例えばＣＭＰ装置内への半導体スライスの輸送中、に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による方法を使用した、一連の製造プロセスにおける半導体デバイスの厚さ方向に直交する断面線図である。
【図２】本発明による方法を使用した、一連の製造プロセスにおける半導体デバイスの厚さ方向に直交する断面線図である。
【図３】本発明および既知の方法による方法で処理された、アルミニウム層が除去される速度をデバイス数の関数として示した図である。
【図４】本発明による方法で処理したアルミニウム層が除去される速度を、使用したスラリーの異なるｐＨレベルに対して、デバイス数の関数として示した図である。
【図５】本発明による方法に適したスラリーのｐＨレベルを加えられた酸の量の関数として示した図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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