(57)【要約】スラリー前駆体（２０１）を酸化剤（２０２）と混合して、所定の酸化剤濃度を有するスラリーを製造した後、同スラリーをＣＭＰパッド（１４０）に供給して、所望の研磨速度において薄膜を研磨することからなる、基板（１５０）表面の金属薄膜（１５５）の化学的機械研磨（ＣＭＰ）。本工程の終点にて酸化剤濃度を変更して、研磨工程を修正する。酸化剤濃度は、酸化剤または還元剤を加えることにより更される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＭＰプロセス装置（１００）をＣＭＰパッド（１４０）とともに使用して、基板（１５０）表面の金属薄膜（１５５）を化学的機械研磨（ＣＭＰ）する方法であって、
（ａ）  スラリー前駆体（２０１）を酸化剤（２０２）と混合して、所定の酸化剤濃度を有するスラリー（２００）を調製する工程と、
（ｂ）  前記スラリー（２００）を、前記ＣＭＰパッド（１４０）に供給して、所定の研磨速度で前記金属薄膜（１５５）を研磨する工程と、
（ｃ）  前記酸化剤濃度を変更することによって、前記研磨速度を変更する工程とを含む方法。
【請求項２】
前記酸化剤濃度を変更する工程は、前記スラリーにさらなる酸化剤を加えて行われる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記酸化剤濃度を変更する工程は、前記パッドにさらなる酸化剤を配置して行われる請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ＣＭＰパッド（１４０）の上方に配置された複数のインジェクタ（６００）を介して、さらなる酸化剤が配置される請求項３に記載の方法  
【請求項５】
前記酸化剤濃度を変更する工程は、前記スラリーに還元剤（２０３）を加えて行われる請求項１に記載の方法。  
【請求項６】
前記酸化剤濃度を変更する工程は、一度に行われる請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記酸化剤濃度を変更する工程は、連続的に行われる請求項１に記載の方法。  
【請求項８】
前記研磨速度は、前記酸化剤濃度を変更する工程によって低下される請求項１に記載の方法。  
【請求項９】
前記ＣＭＰパッド（１４０）は、同一の状態に維持される請求項１に記載の方法。  
【請求項１０】
工程（ｃ）は、工程（ａ）および工程（ｂ）と同時に行われる請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、半導体製造方法、より詳細には、金属薄膜の化学的機械研磨（ＣＭＰ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学的機械研磨（ＣＭＰ）は、超高密度集積回路の製造工程にて、基板の最上部層から材料を削り取る。この最上部層は、通常は金属薄膜であるが、他の材料を削り取る場合もあり得る。一般的なＣＭＰプロセスでは、最上部層は、制御された化学的条件、および圧力、速度、ならびに温度条件のもとで、研磨媒体に晒される。従来の研磨媒体は、スラリー溶液と研磨パッドとを備える。スラリー溶液は、使用直前に、通称前駆体と酸化剤とを混合することにより調製され得る。前駆体は酸化剤を含まず、スラリー中における別の成分を含む（例、研磨媒体、触媒、水）。
【０００３】
薄膜は、所定の厚さ分だけ削り取らなければならないため、それ以上の研磨は防止される必要がある。所望の厚さに到達したことを判定するのには、エンドポイント法が使用されている。研磨速度、即ち時間に伴う膜厚の減少が、非常に重要な要素となる。研磨速度が速すぎるとエンドポイントを逸しやすく、研磨速度が遅すぎると、ＣＭＰの全工程時間が長くなる。
【０００４】
本発明は、先行技術の不都合と限界とを緩和および回避した、改良された方法を提供することを目的とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
本発明によれば、研磨中に、好ましくは研磨工程前にスラリー中の酸化剤の濃度を変更して、低下された研磨速度にてエンドポイント法を実行できるようにする。
図１は、本発明の方法を使用して、基板１５０表面の金属薄膜１５５を研磨するＣＭＰプロセス装置１００の概略図である。基板１５０は、通常単一結晶であるシリコンウエハの基部／底部領域を備える。しかしながら、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、ゲルマニウムシリコン、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板等の他の半導体基板を使用してもよい。金属薄膜１５５は、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、および銅（Ｃｕ）の単独、またはこれらの組み合わせ、もしくは他の金属を含み得る。
【０００６】
本発明の詳細を説明する前に、装置１００を簡単に紹介する。図示されるように、装置１００は、ヘッド１１０、定盤１２０、ＣＭＰパッド１４０、駆動アセンブリ１９１，１９２、および排気システム１９５を備える。通常、アセンブリ１９１は、定盤１２０を矢印１に示すように回転させるか、または矢印２に示すように前後に往復させる。ヘッド１１０に重みをかけてもよく、またヘッド１１０には、自由遊動搬送台すなわち駆動アセンブリ１９２が取り付けられて、各々矢印３，４に示すように、軸線方向および回転方向の動作が付与され得る。装置１００の作動中、基板１５０は、薄膜１５５がパッド１４０に接触するように配置される。従って、ヘッド１１０と定盤１２０とが相対的に移動すると、スラリー２００とパッド１４０とが材料を削り取ることにより、薄膜１５５が研磨される。作動中に基板１５０を保持する手段、または基板を交換する手段は、周知であるために図示しない。スラリー２００には、薄膜１５５の表面を研磨する細かい研磨粒子と、この表面をエッチングおよび酸化する化学物質とが含まれる。排気システム１９５は、有害気体を排除する。
【０００７】
本発明を今、代表的な描写２００〜２０３（供給される材料の構成）、３０１〜３０３
（本方法の工程）を以下の図面の説明と関連させて解説する。図１のさらなる参照番号は、スラリー前駆体２０１、酸化剤２０２、還元剤２０３、混合を表す３０１、供給を表す３０２、および変更を表す弁３０３を示す。Ｏ３は、オゾンガス（任意）を表す。
【０００８】
図２は、本発明の方法３００の単純な流れ図である。方法３００を、以下の工程で表す。前駆体と試薬とを混合してスラリーを得る工程３０１、スラリーをパッドに供給する工程３０２、試薬濃度を変更する工程３０３、および任意にて、エンドポイントを判定する工程３０４。線３０９は、工程の反復を示す。
【０００９】
より詳細には、基板１５０の表面の金属薄膜１５５を研磨する、装置１００を使用したＣＭＰプロセス３００は、以下のように行われる。混合工程３０１において、スラリー前駆体２０１を酸化剤２０２と混合して、所定の試薬濃度を有するスラリー２００を得る（図３の線４０２参照）。供給工程３０２において、スラリー２００がパッド１４０に供給されて、所定の研磨速度で薄膜１５５を研磨する（図４の線５０２参照）。変更工程３０３において、試薬濃度を変更することにより、研磨速度を変更する（図４の線５０１，５０３，５０４参照）。
【００１０】
試薬濃度の変更工程３０３は、スラリー２００をパッド１４０へ前進させる前に、さらなる酸化剤２０２をスラリー２００に加えることにより行われる。任意の選択により、酸化剤濃度の変更工程３０３は、パッド１４０にさらなる酸化剤２０２を配置することにより、即ち、同酸化剤をパッド１４０に既に存在するスラリー２００と直ちに反応させることにより行われる。
【００１１】
例えば、酸化剤２０１は、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２、即ち液体）でもオゾン（Ｏ３、即ち気体）でもよい。
オゾンを使用する場合、パッド１４０の上方のオゾン量は、選択的に多少のオゾンを排除する、装置１００の排気システム１９５により調節される。
【００１２】
酸化剤２０２をさらに加えて酸化剤濃度を変更する工程３０３は利便性が高く、（スラリー２００に）還元剤２０２を加えることによって、任意にて、効果的な試薬濃度を変更してもよい。
【００１３】
還元剤２０２は、アンモニア（ＮＨ３気体）または水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ液体）が好ましい。本願に酸化剤または還元剤として挙げられている化学物質は、いずれも例示を意図するものであり、これらに限定するものではない。当業者は、同一目的のために、同様の性質を備えた別の化学物質を選択してもよい。
【００１４】
方法３００は、一回につき一枚の基板１５０のみを研磨する装置１００にて行われることが好ましい。パッド１４０は、同一の状態に維持される。濃度変更の工程３０３は、混合工程３０１および供給工程３０２と同時に行われることが好ましい。換言すれば、濃度は絶えず調製される。
【００１５】
当業者は、本願でさらなる説明を要することなく、前駆体２０１の流れ、試薬２０２／２０３、およびスラリー２００の流れを調節する手段、例えば流速計、蠕動ポンプ等を設けることが可能である。任意にて、スラリー２００のｐＨ値、および試薬２０２／２０３の酸化／還元能もまた調節される。
【００１６】
図３は、酸化剤濃度と時間との関係を表す簡単なグラフ４００である。濃度は、例えば図に示すように、高濃度から低濃度に（線４０２，４０４）変更されるか、またはその反対に（図示せず）変更され得る。例えば、試薬濃度の変更工程３０３は、一度に（線４０
３）行っても、あるいは連続的に（破線４０５）に行ってもよい。
【００１７】
図４は、研磨速度と時間との関係を表す簡単なグラフ５００である。研磨速度は、例えば１分当たりのナノメータにて測定され得る。単純化のために、数値は示されていない。試薬濃度の変更工程３０３は、研磨速度を低下させ得る（線５０２−高速、線５０３−減速、線５０４−低速）。低速の場合（線５０４）、高速の場合に比較して、より高い精度においてエンドポイントの判定３０４が行われ得る。
【００１８】
図５は、図１の装置にて任意に使用される、複数のスラリーインジェクタ６００の概略図である。インジェクタ６００はパッド１４０の上方に配置されて、該インジェクタを通してさらなる酸化剤が配置される。
【００１９】
以上のことを要約すると、研摩中に研磨速度を調節することにより、エンドポイントの接近点において選択性を得ることが可能となる。即ち、薄膜研磨が終了に近づくにつれて、（別のエンドポイント判定法、または時間設定の工程に基づいて）、スラリー２００の酸化能を低下させることにより研磨速度を遅くして（図４、５０３）、エンドポイントを正確に判定する。
【００２０】
本発明は、望ましくない通称ディッシングの発生を減少させる。エンドポイントの判定工程３０４後、化学修飾を相当受けた第二のスラリーを分配することにより、所望のオーバーポリッシュ工程が任意に実行される。
【００２１】
本発明を特定の構成、装置、および方法に関して説明してきたが、当業者は、本願の説明に基づいて、本願がこれらの実施例のみに限定されず、本発明の全範囲は、特許請求の範囲により適切に判断されることを理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明による、基板表面の金属薄膜の研磨方法を使用するＣＭＰプロセス装置の概略図。
【図２】本発明の方法の単純な流れ図。
【図３】酸化剤の濃度対時間を表す簡単なグラフ。
【図４】研磨速度対時間を表す簡単なグラフ。
【図５】図１の装置にて任意に使用される、複数のスラリーインジェクタの概略図。
【図１】
2005536034.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図４】
2005536034.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成16年3月17日(2004.3.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2005536034.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成17年4月25日(2005.4.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
より詳細には、基板１５０の表面の金属薄膜１５５を研磨する、装置１００を使用したＣＭＰプロセス３００は、以下のように行われる。混合工程３０１において、スラリー前駆体２０１を酸化剤２０２と混合して、所定の試薬濃度を有するスラリー２００を得る（図３の線４０２参照）。供給工程３０２において、スラリー２００がパッド１４０に供給されて、所定の研磨速度で薄膜１５５を研磨する（図４の線５０２参照）。変更工程３０３において、試薬濃度を変更することにより、研磨速度を変更する（図４の線５０２，５０３，５０４参照）。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
例えば、酸化剤２０２は、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２、即ち液体）でもオゾン（Ｏ３、即ち気体）でもよい。
オゾンを使用する場合、パッド１４０の上方のオゾン量は、選択的に多少のオゾンを排除する、装置１００の排気システム１９５により調節される。
【国際調査報告】
2005536034.tif 000009
2005536034.tif 000010
2005536034.tif 000011