(57)【要約】少なくとも１つの金属層及び１つの絶縁体層を含有する、マイクロエレクトロニクス半導体産業で使用される基材の１つの段階における化学機械研磨のための砥粒組成物であって、５〜２０ｎｍの平均粒子径を有するシロキサン結合によって互いに結合されない個別化されたコロイドシリカ粒子の酸性水性懸濁液と、酸化剤とを含んで成る化学機械研磨のための砥粒組成物、並びにこのような組成物を用いた化学機械研磨法。【特許請求の範囲】
【請求項１】
必要であればバリヤー層により隔てられた、少なくとも１つの金属層及び１つの絶縁体層を含有する、マイクロエレクトロニクス半導体産業で使用される基材のための化学機械研磨法であり、研磨パッドに関して該基材を移動させること、及び該パッドに対して該基材をプレスすることにより、該パッドを用いて１つ又は複数の金属層、及び１つ又は複数のバリヤー層を摩擦にさらし、研磨の間、砥粒組成物を該パッド上に付着させる化学機械研磨法であって、該化学機械研磨法が単一工程で実施され、該砥粒組成物が、
・５〜２０ｎｍの平均粒子径を有するシロキサン結合によって互いに結合されない個別化されたコロイドシリカ粒子の酸性水性懸濁液と、
・酸化剤と、
を含んで成り、該金属層と、該当する場合には該バリヤー層とを、いかなる仕上げ研磨も必要としない金属及び絶縁体表面を得るよう絶縁体の表面から除去することを特徴とする、化学機械研磨法。
【請求項２】
前記金属層が、アルミニウム、銅、及びタングステンを含んで成る群より選択される金属、好ましくはタングステンから作製され、かつ前記バリヤー層が、チタン、タンタル、窒化チタン、窒化タンタル、並びにそれらのうち少なくとも２つの任意の組み合わせ及び合金を含んで成る群より選択される材料から作製されたことを特徴とする、請求項１に記載の化学機械研磨法。
【請求項３】
前記絶縁体層が、酸化ケイ素、テトラエトキシシランオキシド、リンケイ酸ガラス、ホウリンケイ酸ガラス、及び低誘電率のポリマーを含んで成る群、好ましくは、酸化ケイ素、テトラエトキシシランオキシド、リンケイ酸ガラス、及びホウリンケイ酸ガラスを含んで成る群より選択されたことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の化学機械研磨法。
【請求項４】
前記酸化剤が、ヨウ素酸塩、好ましくはヨウ素酸カリウム又はヨウ素酸ナトリウムであり、該酸化剤が、０．１〜１５％の質量濃度、好ましくは２〜５％の質量濃度で使用されることを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の化学機械研磨法。
【請求項５】
前記シロキサン結合によって互いに結合されない個別化されたコロイドシリカ粒子の平均直径が、７〜１５ｎｍ、好ましくは９〜１２ｎｍであり、前記コロイドシリカの酸性水性懸濁液が、０．１〜１５％のシリカ質量濃度、好ましくは２〜５％のシリカ質量濃度で使用されることを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の化学機械研磨法。
【請求項６】
前記コロイドシリカの酸性水性懸濁液が、ｐＨ１〜５、好ましくはｐＨ１．５〜３で使用されることを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載の化学機械研磨法。
【請求項７】
少なくとも１つの金属層及び１つの絶縁体層を含有する、マイクロエレクトロニクス半導体産業で使用される基材の１つの段階における化学機械研磨のための砥粒組成物であって、該砥粒組成物が、
・５〜２０ｎｍの平均粒子径を有するシロキサン結合によって互いに結合されない個別化されたコロイドシリカ粒子の酸性水性懸濁液と、
・酸化剤と、
を含んで成り、実質的に耐食剤がない（＜０．０５ｗｔ％）ことを特徴とする、化学機械研磨のための砥粒組成物。
【請求項８】
前記酸化剤が、ヨウ素酸塩、好ましくはヨウ素酸カリウム又はヨウ素酸ナトリウムであり、該酸化剤が、０．１〜１５％、好ましくは２〜５％の質量濃度で存在することを特徴とする、請求項７に記載の組成物。
【請求項９】
前記シロキサン結合によって互いに結合されない個別化されたコロイドシリカ粒子の平均直径が、７〜１５ｎｍ、好ましくは９〜１２ｎｍであることを特徴とする、請求項７又は請求項８に記載の組成物。
【請求項１０】
前記コロイドシリカの酸性水性懸濁液が、０．１〜１５％、好ましくは２〜５％のシリカ質量濃度を有し、かつｐＨ１〜５、好ましくはｐＨ１．５〜３であることを特徴とする、請求項７〜９の何れか１項に記載の組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学機械研磨法、並びにマイクロエレクトロニクス半導体産業における表面、より詳しくは少なくとも１つの金属層及び１つの絶縁体層を含んで成る基材の研磨及び平坦化に用いられる砥粒組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路は、多数の能動デバイス（例えば、トランジスター）で構成されている。
【０００３】
互いに絶縁されているこれらの能動デバイスは、層間接続及びビアにより複数のレベルで相互接続されなければならない。
【０００４】
種々の金属がこれらの層間接続を作り出すのに使用され、製造プロセスの際、これらの金属層を研磨することがしばしば必要である。
【０００５】
化学機械研磨（ＣＭＰ）は、半導体基材の上又はその中に見出される材料の異なる層を研磨するために、マイクロエレクトロニクス半導体産業で大いに使用されている技術である。
【０００６】
層間接続又はビアの作製は、以下のようにして実施される。即ち、
・絶縁体層を支持体上に堆積させ、
・絶縁体に溝又は穴を作り出し、
・一般には、次いで、バリヤー層を絶縁体の空いている上部表面に堆積させ、そうして絶縁体並びに溝の底部及び側部を覆い、
・次いで、同じ手順を金属層に関して実施し、
・次いで、絶縁体の上部表面から金属、及び必要であればバリヤーを形成する製品を除去するために研磨を実施する。
【０００７】
溝は充填されているので、平坦な表面が得られる。
【０００８】
これらの操作は、金属及び絶縁体の複数の連続層（図３及び図４参照）を得るために繰り返すことができる。
【０００９】
少なくとも１つの金属層及び１つの絶縁体層を含有する基材の化学機械研磨については、２つの現象を回避しなければならない。即ち、
・エロージョンとも呼ばれる下位の絶縁体層の侵食。これは局部的に隆起をもたらし、追求される平坦化の目的とは逆に作用する。
・同様に隆起を作り出す“ディッシング”とも呼ばれる金属層の過研磨。
【００１０】
それゆえ、金属層の高い研磨速度、金属層及び絶縁体層の優れた表面状態、金属層の研磨均一性、並びに金属の研磨と絶縁体の研磨との間の良好な選択性を得ることを可能とする砥粒組成物を見出すことが望ましい。
【００１１】
さらには、該組成物は、可能な限り単純でなければならない。即ち、最低限の数の成分を含有しなければならない。
【００１２】
少なくとも１つの金属層及び１つの絶縁体層を含有する基材の研磨について現在知られている砥粒組成物は、本質的には、研磨剤、酸化剤、及び層を研磨する選択性を変更できる１つ又は複数の添加物を含有する（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ−２００２，Ｃｈａｐｔｅｒ ５，５７頁，Ｌａｔｔｉｃｅ Ｐｒｅｓｓ参照）。
【００１３】
米国特許第５，９１６，８５５号明細書、同第６，１１７，７８３号明細書、及び同第５，２４４，５３４号明細書は、酸化アルミニウム粒子を含有する研磨用スラリーの使用を記載している。これらの研磨用組成物は、金属層の良好な研磨速度、並びに絶縁体層に関して良好な選択性を有する。しかしながら、これらの酸化アルミニウム粒子は、時間が経つにつれてあまり安定ではなくなり、研磨層の表面上にマイクロスクラッチを引き起こす凝集体を形成させる傾向がある。
【００１４】
それゆえ、これらのスクラッチを除去するために、第２の仕上げ研磨段階を用いることが必要である（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ−２００２，Ｃｈａｐｔｅｒ ５，５８頁，Ｌａｔｔｉｃｅ Ｐｒｅｓｓ参照）。
【００１５】
ＥＰ−Ａ−７０８１６０、ＥＰ−Ａ−８４４２９０、又はＥＰ−Ａ−８９６０４２におけるように、熱分解法シリカ（pyrogenated silica）（又はヒュームドシリカ）のコロイド粒子もまた使用される。
【００１６】
これらの粒子の使用は、いくつかの欠点を有する。第一に、凝結体長さの幅広い分布のために、時間が経つにつれて凝結体が沈降し、それゆえ安定性を欠く傾向がある。さらには、この低い安定性は、その利用を促進させない懸濁液の絶え間ない撹拌によってのみ最小にすることができる。
【００１７】
より最近では、金属の研磨にコロイドシリカを使用することが、例えば、特許ＷＯ００／３０１５４で記載されている。しかしながら、金属／絶縁体の乏しい研磨選択性が観測されている。
【発明の開示】
【００１８】
今回、出願人は、驚くべきかつ意外なことに、耐食剤又は洗浄剤などの研磨用添加剤がない場合でさえ、酸性の水性懸濁液中でかつ酸化剤の存在下においてシロキサン結合により互いに結合されない小さなサイズの個別化されたコロイドシリカ粒子を使用することによって、金属層の高い研磨速度、金属層及び絶縁体層の優れた表面状態、金属層の研磨均一性、並びに金属の研磨と絶縁体の研磨との間の良好な選択性を、（“後金属研磨（post metal polishing）”又は“バフ研磨（buff polishing）”と英語で称される）仕上げ研磨の第２の補助的な段階を実施する必要なく、直接的に得ることが可能となることを観測した。
【００１９】
そういうわけで、本出願は、マイクロエレクトロニクス半導体産業で使用され、かつ必要であればバリヤー層により隔てられた、少なくとも１つの金属層及び１つの絶縁体層を含有する基材のための（ＣＭＰとも呼ばれる）化学機械研磨法であり、研磨パッドに関して該基材を移動させること、及び該パッドに対して該基材をプレスすることにより、該パッドを用いて１つ又は複数の金属層、及び１つ又は複数のバリヤー層を摩擦にさらし、研磨の間、砥粒組成物を該パッド上に付着させる化学機械研磨法であって、該化学機械研磨法が単一工程で実施され、該砥粒組成物が、
・５〜２０ｎｍの平均粒子径を有するシロキサン結合によって互いに結合されない個別化されたコロイドシリカ粒子の酸性水性懸濁液と、
・酸化剤と、
を含んで成り、該金属層と、該当する場合には該バリヤー層とを、いかなる仕上げ研磨も必要としない金属及び絶縁体表面を得るよう絶縁体の表面から除去することを特徴とする、化学機械研磨法に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
基材に関しては、とりわけ本発明によれば、金属層が、アルミニウム、銅、及びタングステンを含んで成る群より選択される金属、好ましくはタングステンから作製され、かつバリヤー層が、チタン、タンタル、窒化チタン、窒化タンタル、並びにそれらのうち少なくとも２つの任意の組み合わせ及び合金を含む群より選択される材料から作製された基材を挙げることができる。
【００２１】
絶縁層は、特には、酸化ケイ素、テトラエトキシシランオキシド、リンケイ酸ガラス、ホウリンケイ酸ガラス、及び低誘電率のポリマーを含んで成る群、より特には、酸化ケイ素、テトラエトキシシランオキシド、リンケイ酸ガラス、及びホウリンケイ酸ガラスを含んで成る群より選択される。
【００２２】
砥粒組成物は、連続的に又は逐次的に、規則的に又は不規則に研磨パッドに流し込むことができる。そうして、該組成物を研磨パッドと基材の間の界面に引き出し、そうして基材の表面を研磨することができる。
【００２３】
研磨パッドは、ポリウレタンタイプの有機ポリマーから通常作製される。
【００２４】
その使用の間、上記コロイドシリカの酸性水性懸濁液は、０．１〜１５％、特には１〜１０％、とりわけ２〜５％のシリカ質量濃度で以って用いられる。
【００２５】
シロキサン結合によって互いに結合されない個別化されたコロイドシリカ粒子の酸性水性懸濁液は、好ましくは５未満、特には１〜５、とりわけ１．５〜３のｐＨで使用される。
【００２６】
酸性化は、特には、硝酸又はリン酸のような鉱酸の添加により得ることができる。
【００２７】
シロキサン結合によって互いに結合されない個別化されたコロイドシリカ粒子の平均直径は、有利には７〜１５ｎｍ、特には９〜１２ｎｍである。
【００２８】
本発明において使用できるコロイドシリカ粒子は、オルトケイ酸テトラメチル若しくはテトラエチル、又はケイ酸ナトリウム若しくはカリウムでさえあるような原料で開始する湿潤プロセスを使用することによって得ることができる。
【００２９】
当業者に公知のこれらプロセスは、“K. K. llerのＴｈｅ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｓｉｌｉｃａ，Ｃｈａｐｔｅｒ ９，３３１〜３４３頁，Ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ ｂｙ Ｗｉｌｅｙ Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ，１９７９”に記載されている。
【００３０】
シロキサン結合によって互いに結合されず、やがて安定する個別化されたコロイドシリカ粒子の水性懸濁液は、これらのプロセスによって直接的に得られる。
【００３１】
ここで、シロキサン結合によって互いに結合されない個別化されたコロイドシリカ粒子と、ヒュームドシリカとも呼ばれる熱分解法シリカのような他のタイプのシリカとの間に存在する基本的な相違を思い出すことが必要である。
【００３２】
熱分解法シリカのこれら粒子は、乾燥プロセスによって得ることができる。それらは、例えば、高純度テトラクロロシランを燃焼チャンバー中の水素及び酸素と高温で燃焼させることにより調製される。粒子は個別化されていないが、一般に５０〜５００ｎｍ範囲内の粒子長さの凝結体を形成する５〜５０ｎｍの球状シリカの一次粒子凝結体又は凝集体の形態で存在する。粉末形態で得られた粒子は、研磨用媒体（例えば水）中に分散されなければならない。
【００３３】
異なるシリカの構造は、図１及び図２において以降で説明する。
【００３４】
さらには、過酸化水素が、研磨用スラリーにおける金属のための酸化剤としてしばしば挙げられる。
【００３５】
しかしながら、過酸化水素の使用にはいくつかの欠点がある。それは時間が経つにつれて分解し、砥粒組成物の活性低下をもたらす。その結果として、輸送及び貯蔵のために、砥粒組成物のための特別なパッケージと、過酸化水素のための特別なパッケージが必要とされ、過酸化水素は、使用前の最後の瞬間に砥粒組成物に添加される。
【００３６】
上記プロセスを実施する好ましい条件下では、酸化剤はヨウ素酸塩、特にはヨウ素酸カリウム又はヨウ素酸ナトリウムである。
【００３７】
酸化剤は、例えば、すぐに使用できる組成物中において０．１〜１５％、特には０．１〜６％、有利には２〜５％の質量濃度で使用される。
【００３８】
本発明が関する砥粒組成物は、非常に有用な特性を有する。
【００３９】
この砥粒組成物によって、金属層の高い研磨速度を得ることができる。
【００４０】
さらにこの砥粒組成物によって、金属層及び絶縁体層の優れた表面状態を得ることができる。
【００４１】
金属層の研磨は均一である。
【００４２】
さらに、金属の研磨と絶縁体の研磨との間に良好な選択性があることに注目すべきである。
【００４３】
この砥粒組成物は、用いられる酸化剤に応じてすぐに使用できる。
【００４４】
そういうわけで、本出願はまた、砥粒組成物が
・５〜２０ｎｍの平均粒子径を有するシロキサン結合によって互いに結合されない個別化されたコロイドシリカ粒子の酸性水性懸濁液と、
・酸化剤と、
を含んで成るか、又は好ましくはそれらから成ることを特徴とする、化学機械平坦化のための砥粒組成物に関する。
【００４５】
本出願はまた、酸化剤がヨウ素酸塩、特にはヨウ素酸カリウム又はヨウ素酸ナトリウムであることを特徴とする、使用の瞬間に酸化剤を添加することを必要としない上記のすぐに使用できる砥粒組成物に関する。
【００４６】
本発明の砥粒組成物は、随意には、界面活性剤、錯化剤、腐食抑制剤、研磨選択性を変える添加剤、緩衝剤、安定剤、殺菌剤、殺カビ剤、及び殺生物剤などの添加剤を含有することができる。
【００４７】
しかしながら、本発明の他の好ましい条件下では、用いられる砥粒組成物は、耐食剤又は洗浄剤など、多くとも２つの研磨用添加剤、好ましくは多くとも１つの添加剤を含んで成り、特には実質的に添加剤を全く含まない、即ち、添加剤が０．０８ｗｔ％未満、特には０．０５ｗｔ％未満、とりわけ全くない。
【００４８】
特には、本発明に従った砥粒組成物は、
・実質的に耐食剤がなく、
・実質的に洗浄剤がなく、
・実質的に耐食剤及び洗浄剤がない。
【００４９】
上記プロセスを実施する好ましい条件はまた、前述のように、本発明が関する他の目的、特には砥粒組成物に適用される。
【００５０】
その粒子が個別化され、かつシロキサン結合によって互いに結合されないコロイドシリカの構造が、電子顕微鏡を用いて撮影した写真により図１に図示される。
【００５１】
ヒュームドシリカの構造が、電子顕微鏡を用いて撮影した写真により図２に図示される。
【００５２】
図３は、支持体上に堆積された層の階層を示す。
【００５３】
図４は、本発明に従った化学機械研磨後の図３の階層を示す。
【００５４】
支持層は図示されない。層１が絶縁体層、層２がバリヤー、及び層３が金属である。
【００５５】
以下の例は本出願を説明する。“％”は常に“ｗｔ％”を意味する。
【実施例】
【００５６】
［例１］
（Ｋｌｅｂｏｓｏｌ（登録商標）ＰＬ １５２Ｈ−１２の名称で市販されている）シリカ質量濃度２０％、平均粒子径１２ｎｍ、及びｐＨ２．４を有するコロイドシリカの酸性水性懸濁液８，３７０ｇに、ＫＩＯ3の４．５％水溶液５３，６３０ｇを添加する。平均粒子径１２ｎｍを有するコロイドシリカ２．７％と、酸化剤としてＫＩＯ3３．９％とを含有する酸性の研磨用組成物６２，０００ｇを得る。６５％の硝酸を添加することによって、砥粒組成物のｐＨを２．１に調節する。
【００５７】
［例２］
例１と同様に進めることにより、しかし平均粒子径７ｎｍを有するコロイドシリカの酸性水性懸濁液を用いることによって、平均粒子径７ｎｍを有するコロイドシリカ２．７％と、ｐＨ２．１と、酸化剤としてＫＩＯ3３．９％とを含有する酸性の研磨用組成物を調製する。
【００５８】
［例３］
例１と同様に進めることにより、しかし平均粒子径９ｎｍを有するコロイドシリカの酸性水性懸濁液を用いることによって、平均粒子径９ｎｍを有するコロイドシリカ２．７％と、ｐＨ２．１と、酸化剤としてＫＩＯ3３．９％とを含有する酸性の研磨用組成物を調製する。
【００５９】
［例４］
（Ｋｌｅｂｏｓｏｌ（登録商標）ＰＬ １５２Ｈ−１２の名称で市販されている）シリカ濃度２０％、平均粒子径１２ｎｍ、及びｐＨ２．４を有するコロイドシリカの酸性水性懸濁液８，３７０ｇに、Ｈ2Ｏ2の３０％水溶液１６，５３３ｇを添加し、次いで、６２，０００ｇに達するのに十分な量の水を加える。平均粒子径１２ｎｍを有するコロイドシリカ２．７％と、酸化剤としてＨ2Ｏ2８％とを含有する酸性の研磨用組成物６２，０００ｇを得る。６５％の硝酸を添加することによって、砥粒組成物のｐＨを２．１に調節する。
【００６０】
［比較例Ｃ１］
（Ｋｌｅｂｏｓｏｌ（登録商標）ＰＬ １５０Ｈ−２５の名称で市販されている）シリカ濃度３０％、平均粒子径２５ｎｍを有するコロイドシリカの酸性水性懸濁液５，５８０ｇに、ＫＩＯ3の４．３％水溶液５６，４２０ｇを添加する。平均粒子径２５ｎｍを有するコロイドシリカ２．７％と、酸化剤としてＫＩＯ3３．９％とを含有する酸性の研磨用組成物６２，０００ｇを得る。６５％の硝酸を添加することによって、砥粒組成物のｐＨを２．１に調節する。
【００６１】
［比較例Ｃ２］
比較例Ｃ１と同様に進めることにより、しかし（Ｋｌｅｂｏｓｏｌ（登録商標）ＰＬ １５０Ｈ−５０の名称で市販されている）平均粒子径５０ｎｍを有するコロイドシリカの酸性水性懸濁液を用いることによって、平均粒子径５０ｎｍを有するコロイドシリカ２．７％と、ｐＨ２．１と、酸化剤としてＫＩＯ3３．９％とを含有する酸性の研磨用組成物を調製する。
【００６２】
［比較例Ｃ３］
（Ｋｌｅｂｏｓｏｌ（登録商標）ＰＬ １５２Ｈ−１２の名称で市販されている）シリカ濃度２０％、平均粒子径１２ｎｍ、及びｐＨ２．４を有するコロイドシリカの酸性水性懸濁液４６，５００ｇに、水１３，０８２ｇを加え、次いでＫＩＯ3２，４１８ｇを撹拌しながら溶解させる。平均粒子径１２ｎｍを有するコロイドシリカ１５％と、酸化剤としてＫＩＯ3３．９％とを含有する酸性の研磨用組成物６２，０００ｇを得る。６５％の硝酸を添加することによって、砥粒組成物のｐＨを２．１に調節する。
【００６３】
［適用例］
絶縁体の研磨については、約３２００Åのテトラエトキシシランオキシド（ＴＥＯＳ）層をプラズマにより堆積させたシリコン基材を用いる。タングステンの研磨については、ＴＥＯＳ層（約６０００Å）、次いでチタン層（約３００Å）、次に窒化チタン層（約１０００Å）、最後にタングステン層（約８０００Å）を堆積させたシリコン基材を用いる。次いで、ＴＥＯＳ及びタングステンの層を、以下の条件、即ち、
・ダウンフォース：       ０．４８ｂａｒ
・プレート速度：         ７０ｒｐｍ
・ヘッド速度：           ５０ｒｐｍ
・砥粒流量：            １５０ｍｌ／分
・研磨パッド：           Ｒｏｄｅｌ溝を備えたＩＣ １０００ Ｋ
のもと、Ｍｅｃａｐｏｌ（登録商標）Ｅ４６０研磨機によって研磨する。
【００６４】
次いで、ＴＥＯＳ及びタングステン層の侵食速度試験を実施する。侵食速度は、研磨１分当たり研磨前後の厚さにおける差により測定する。それはÅ／分で表す。ＴＥＯＳの厚さを測定するために、ＮＡＮＯＳＰＥＣ ＡＦＴ−６１００分光反射率計を使用し、４９の点で測定する。タングステンの厚さを測定するために、ＲＳ７５ ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ ＯｍｎｉＭａｐ（登録商標）４プローブ抵抗率計を使用し、４９の点で測定する。
【００６５】
［実験１］
［粒子サイズの効果］
タングステン及びＴＥＯＳの層は、上記の条件下において、シロキサン結合によって互いに結合されない個別化されたコロイドシリカ粒子の酸性水性懸濁液を含んで成る砥粒組成物を用いて研磨する。砥粒組成物は、コロイドシリカ２．７％を含有し、ｐＨ２．１を有し、そしてＫＩＯ3３．９％を含有する。得られた結果を表１に示す。
【００６６】
【表１】
2005518089.tif 000002
【００６７】
表１の様々な試験は、金属層及び絶縁体層の研磨速度に関する研磨粒子サイズの効果、並びに金属／絶縁体の研磨選択性を示している。小さな粒子サイズ（７、９及び１２ｎｍ）については、以下のことを観測することができる。即ち、
・タングステン層の良好な研磨速度
・ＴＥＯＳの低い研磨速度
このことよって、良好なタングステン／ＴＥＯＳの研磨選択性が説明される。それとは対照的に、より大きな粒子サイズについては、以下のことを観測することができる。即ち、
−タングステンの研磨速度における相当な低下
−向上したＴＥＯＳの研磨速度
このことによって、タングステン／ＴＥＯＳの非常に劣る研磨選択性が説明される。
【００６８】
［実験２］
［ｐＨ値の効果］
前記と同じ条件のもとで、ＴＥＯＳ及びタングステンの層を、シロキサン結合によって互いに結合されない個別化されたコロイドシリカ粒子の水性懸濁液を含んで成る砥粒組成物を用いて研磨した。砥粒組成物は、平均粒子径９ｎｍのコロイドシリカ２．７％を含有し、ＫＩＯ3３．９％を含有する。得られた結果を表２に示す。
【００６９】
【表２】
2005518089.tif 000003
【００７０】
表２を考察することで、良好なタングステンの研磨速度、並びに良好な選択性を得るためには、酸性の研磨用組成物を有することが必要であるということがわかる。
【００７１】
［実験３］
［粒子濃度の効果］
前記と同じ条件のもとで、ＴＥＯＳ及びタングステンの層を、シロキサン結合によって互いに結合されない個別化されたコロイドシリカ粒子の酸性水性懸濁液を含んで成る砥粒組成物を用いて研磨した。ｐＨ２．１の砥粒組成物は、平均粒子径１２ｎｍのコロイドシリカ粒子を含有し、ＫＩＯ3３．９％を含有する。得られた結果を表３に示す。
【００７２】
【表３】
2005518089.tif 000004
【００７３】
表３の結果は、高いタングステンの研磨速度、及び良好なタングステン／ＴＥＯＳの選択性を得るためには、コロイドシリカの希釈した酸性水性懸濁液を使用することが好ましいということを示している。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
（原文に記載なし）
【図１】
2005518089.tif 000005
【図２】
2005518089.tif 000006
【図３】
2005518089.tif 000007
【図４】
2005518089.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成16年1月15日(2004.1.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
必要であればバリヤー層により隔てられた、少なくとも１つの金属層及び１つの絶縁体層を含有する、マイクロエレクトロニクス半導体産業で使用される基材のための化学機械研磨法であり、研磨パッドに関して該基材を移動させること、及び該パッドに対して該基材をプレスすることにより、該パッドを用いて１つ又は複数の金属層、及び１つ又は複数のバリヤー層を摩擦にさらし、研磨の間、砥粒組成物を該パッド上に付着させる化学機械研磨法であって、該化学機械研磨法が単一工程で実施され、該砥粒組成物が、
・５〜２０ｎｍの平均粒子径を有し、かつ１〜１０％のシリカ質量濃度を有するシロキサン結合によって互いに結合されない個別化されたコロイドシリカ粒子の酸性水性懸濁液と、
・酸化剤と、
を含んで成り、該金属層と、該当する場合には該バリヤー層とを、いかなる仕上げ研磨も必要としない金属及び絶縁体表面を得るよう絶縁体の表面から除去することを特徴とする、化学機械研磨法。
【請求項２】
前記金属層が、アルミニウム、銅、及びタングステンを含んで成る群より選択される金属、好ましくはタングステンから作製され、かつ前記バリヤー層が、チタン、タンタル、窒化チタン、窒化タンタル、並びにそれらのうち少なくとも２つの任意の組み合わせ及び合金を含んで成る群より選択される材料から作製されたことを特徴とする、請求項１に記載の化学機械研磨法。
【請求項３】
前記絶縁体層が、酸化ケイ素、テトラエトキシシランオキシド、リンケイ酸ガラス、ホウリンケイ酸ガラス、及び低誘電率のポリマーを含んで成る群、好ましくは、酸化ケイ素、テトラエトキシシランオキシド、リンケイ酸ガラス、及びホウリンケイ酸ガラスを含んで成る群より選択されたことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の化学機械研磨法。
【請求項４】
前記酸化剤が、ヨウ素酸塩、好ましくはヨウ素酸カリウム又はヨウ素酸ナトリウムであり、該酸化剤が、０．１〜１５％の質量濃度、好ましくは２〜５％の質量濃度で使用されることを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の化学機械研磨法。
【請求項５】
前記シロキサン結合によって互いに結合されない個別化されたコロイドシリカ粒子の平均直径が、７〜１５ｎｍ、好ましくは９〜１２ｎｍであり、前記コロイドシリカの酸性水性懸濁液が、２〜５％のシリカ質量濃度で使用されることを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の化学機械研磨法。
【請求項６】
前記コロイドシリカの酸性水性懸濁液が、ｐＨ１〜５、好ましくはｐＨ１．５〜３で使用されることを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載の化学機械研磨法。
【請求項７】
少なくとも１つの金属層及び１つの絶縁体層を含有する、マイクロエレクトロニクス半導体産業で使用される基材の１つの段階における化学機械研磨のための砥粒組成物であって、該砥粒組成物が、
・５〜２０ｎｍの平均粒子径を有し、かつ１〜１０％のシリカ質量濃度を有するシロキサン結合によって互いに結合されない個別化されたコロイドシリカ粒子の酸性水性懸濁液と、
・酸化剤と、
を含んで成り、実質的に耐食剤がない（＜０．０５ｗｔ％）ことを特徴とする、化学機械研磨のための砥粒組成物。
【請求項８】
前記酸化剤が、ヨウ素酸塩、好ましくはヨウ素酸カリウム又はヨウ素酸ナトリウムであり、該酸化剤が、０．１〜１５％、好ましくは２〜５％の質量濃度で存在することを特徴とする、請求項７に記載の組成物。
【請求項９】
前記シロキサン結合によって互いに結合されない個別化されたコロイドシリカ粒子の平均直径が、７〜１５ｎｍ、好ましくは９〜１２ｎｍであることを特徴とする、請求項７又は請求項８に記載の組成物。
【請求項１０】
前記コロイドシリカの酸性水性懸濁液が、２〜５％のシリカ質量濃度を有し、かつｐＨ１〜５、好ましくはｐＨ１．５〜３であることを特徴とする、請求項７〜９の何れか１項に記載の組成物。
【国際調査報告】
2005518089.tif 000009
2005518089.tif 000010
2005518089.tif 000011