(57)【要約】【課題】  フィン型電界効果トランジスタ構造体などのための化学機械平坦化プロセスを提供すること。【解決手段】        平坦化方法は、第１の化学機械研磨ステップにおいて半導体ウェハを平坦化して、オーバーバーデンを除去して下層の上にある程度の厚さの最上層材料を残して最上層を平坦化することを含む。最上層材料を第２の化学機械研磨ステップにおいて平坦化して、最上層をさらに除去して下層の第２の材料及び第３の材料の層を露出させ、最上層材料対第２の材料対第３の材料の選択性が約１：１：１から約２：１：１までの間となるようにして、平坦なトポグラフィを提供する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーバーバーデンを除去して、ある程度の厚さの最上層材料を下層の上に残して最上層を平坦化するための第１の化学機械研磨ステップにおいて半導体ウェハを平坦化することと、
前記最上層をさらに除去して、下層の第２の材料及び第３の材料を露出させ、前記最上層材料対前記第２の材料対前記第３の材料の選択性が約１：１：１から約２：１：１までの間となるようにして平坦なトポグラフィを提供するための第２の化学機械研磨ステップにおいて前記最上層材料を平坦化することと
を含む、平坦化方法。
【請求項２】
前記最上層材料、前記第２の材料及び前記第３の材料は、酸化物、窒化物及びポリシリコンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記最上層は酸化物を含み、前記厚さは３００乃至６００Åである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の化学機械研磨ステップにおいて半導体ウェハを平坦化することは、シリカ研磨剤、及び界面活性剤を伴うセリア研磨剤のうちの少なくとも１つを用いて前記ウェハを研磨することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第２の化学機械研磨ステップにおいて前記最上層材料を平坦化することは、水溶液中に分散させた０．５乃至３０Ｗ％のシリカ研磨剤を含むスラリを用いて研磨することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記スラリは、０．０１乃至３０ｇ／Ｌの範囲の有機酸を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記スラリは、０．０１乃至１０ｇ／Ｌの範囲の酸性ｐＨ調整剤を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記スラリは、０乃至１５ｇ／Ｌの範囲のアルカリ性ｐＨ調整剤を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記スラリは、１乃至１１のｐＨ範囲を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の化学機械研磨ステップにおいて前記最上層材料を平坦化することは、５Ｗ％の水中分散コロイド状シリカ研磨材、０．５乃至５０ｇ／Ｌの、２つ又はそれ以上のカルボン酸基を有する有機酸、０．２５乃至０．３５ｇ／Ｌの無機酸、０．１乃至１．０ｇ／Ｌの無機塩基、及び２−５の範囲のｐＨを有するスラリを用いて研磨することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２の化学機械研磨ステップにおいて前記最上層材料を平坦化することは、
０．５乃至３０％のシリカ研磨剤スラリ、０．５乃至５０ｇ／Ｌの有機酸、及び０．０１乃至５ｇ／Ｌの酸性ｐＨ調整剤を有する第１の部分と、
０．０１乃至５ｇ／Ｌのアルカリ性ｐＨ調整剤、及び０．０１乃至５０ｇ／Ｌの酸性ｐＨ調整剤を有する第２の部分と
を含む二部式スラリを用いて研磨することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２の化学機械研磨ステップにおいて前記最上層材料を平坦化することは、スラリを二成分として研磨台に供給して前記研磨台上で混合することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
研磨中にスラリ流量を調整して、前記研磨の異なる段階において異なる研磨速度を得ることをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の化学機械研磨ステップにおいて前記最上層材料を平坦化することは、
０．５乃至３０％のシリカ研磨剤スラリ、０．５乃至５０ｇ／Ｌの有機酸、及び０．０１乃至５ｇ／Ｌの酸性ｐＨ調整剤を有する第１の部分と、
０．５乃至３０％のシリカ研磨剤スラリ、０．０１乃至５ｇ／Ｌのアルカリ性ｐＨ調整剤、及び０．０１乃至５０ｇ／Ｌの酸性ｐＨ調整剤を含む第２の部分と
を含む二部式スラリを用いて研磨することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
フィン型電界効果トランジスタ（フィンＦＥＴ）製造のための平坦化の方法であって、
オーバーバーデンを除去して、３００乃至６００Åの厚さを下層の上に残すように酸化物最上層を平坦化するための第１の化学機械研磨ステップにおいてフィンＦＥＴ構造体を平坦化することと、
前記酸化物をさらに除去して、下層の窒化物及びポリシリコン領域を露出させ、前記酸化物：前記窒化物：前記ポリシリコンの選択性が約１：１：１から約２：１：１までの間となるようにして平坦なトポグラフィを提供するための第２の化学機械研磨ステップにおいて平坦化することと
を含む方法。
【請求項１６】
前記第２の化学機械研磨ステップにおいて平坦化することは、５Ｗ％の水中分散コロイド状シリカ研磨材、０．５乃至５０ｇ／Ｌの、２つ又はそれ以上のカルボン酸基を有する有機酸、０．２５乃至０．３５ｇ／Ｌの無機酸、０．１乃至１．０ｇ／Ｌの無機塩基、及び２−５の範囲のｐＨを有するスラリを用いて研磨することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２の化学機械研磨ステップにおいて平坦化することは、
０．５乃至３０％のシリカ研磨剤スラリ、０．５乃至５０ｇ／Ｌの有機酸、及び０．０１乃至５ｇ／Ｌの酸性ｐＨ調整剤を有する第１の部分と、
０．０１乃至５ｇ／Ｌのアルカリ性ｐＨ調整剤、及び０．０１乃至５０ｇ／Ｌの酸性ｐＨ調整剤を有する第２の部分と
を含む二部式スラリを用いて研磨することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２の化学機械研磨ステップにおいて平坦化することは、スラリを二成分として研磨台に供給して前記研磨台上で混合することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
研磨中にスラリ流量を調整して前記研磨の異なる段階において異なる研磨速度を得ることをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２の化学機械研磨ステップにおいて平坦化することは、
０．５乃至３０％のシリカ研磨剤スラリ、０．５乃至５０ｇ／Ｌの有機酸、及び０．０１乃至５ｇ／Ｌの酸性ｐＨ調整剤を有する第１の部分と、
０．５乃至３０％のシリカ研磨剤スラリ、０．０１乃至５ｇ／Ｌのアルカリ性ｐＨ調整剤、及び０．０１乃至５０ｇ／Ｌの酸性ｐＨ調整剤を含む第２の部分と
を含む二部式スラリを用いて研磨することを含む、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体の製造に関し、より具体的にはフィン型電界効果トランジスタ構造体などのための化学機械平坦化（ＣＭＰ）の方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）技術の大きな成功は、トランジスタのスケーラビリティに帰することができる。四半世紀にわたり、基本的なトランジスタ設計は、寸法を除いてほとんど変化していない。スケーリングの概念は、全ての物理的寸法（長さ、幅及び厚さ）が同時に縮小されることを必要とする。これらの物理的寸法が分子のスケールに近づき始めると、単純なデバイス・スケーリングだけで性能向上を達成することが極めて困難になってきた。平面型トランジスタ設計を拡張し、〜５０ｎｍゲート長を超えるデバイス・スケーリングを維持しようとする試みにおいて、新規なデバイス構造及び材料の選択肢を伴う幾つかの方策が開発されている。
【０００３】
デバイス・スケーリングに付随する困難を克服する１つの方法は、マルチゲート・デバイスを構築することである。このデバイスは、チャネルを上手く制御することにより縮小の利点を維持する。ゲート長が短くなるにつれて、ソースとドレインとの接近により、チャネル内の電位分布及び電流を制御するゲート電極の能力が低下する。これらの条件下では短チャネル効果（ＳＣＥ）が始まるので、〜５０ｎｍゲート長より短くすることができる能力を制限する。短チャネル効果は、２つの物理現象、即ち、チャネル長の短縮による閾値電圧（Ｖｔ）の変化、及び、チャネル内の電子輸送（移動度）に課せられる制限に起因する。ゲート長の縮小による閾値電圧（Ｖｔ）の降下は、閾値電圧のロールオフと呼ばれる。短チャネル効果は、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）技術の使用に加えて、ゲート酸化膜厚を薄くし、接合深さを浅くし、チャネル内のドーパント濃度を増すことによって最小化することができる。これらの着想は、既に最近のトランジスタ・デバイスに取り入れられており、２２ｎｍノードに近づくにつれて実用的限界に達している。
【０００４】
短チャネル効果を克服する努力において、トランジスタは、平面型単一ゲート・デバイスからマルチゲート（二重、三重又は四重ゲート）構造を有する３次元型デバイスに発展した。二重ゲートは、実際にはデバイスの両側に存在する単一ゲート電極であり、三重ゲートは、デバイスの３つの側を覆うように折り曲げられた単一ゲートである。高ｋ金属ゲート・トランジスタを有するフィン型電界効果トランジスタ（フィンＦＥＴ）（マルチゲート）デバイスの製造のための幾つかの集積方式が提供されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
マルチゲートフィンＦＥＴの製造は、化学機械研磨ステップを含み、このステップには、ディッシング、及び下層を露出させるための不均一な誘電体除去の問題がある。フィンＦＥＴの製造は、化学機械研磨ステップにおける変動に特に敏感である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
平坦化方法は、オーバーバーデン（ｏｖｅｒｂｕｒｄｅｎ）を除去して、ある程度の厚さの最上層材料を下層の上に残して最上層を平坦化するための第１の化学機械研磨ステップにおいて半導体ウェハを平坦化することを含む。最上層材料は、最上層をさらに除去して、下層の第２の材料及び第３の材料の層を露出させ、最上層材料対第２の材料対第３の材料の選択性が約１：１：１から約２：１：１までの間となるようにして平坦なトポグラフィを提供するための第２の化学機械研磨ステップにおいて平坦化される。
【０００７】
フィン型電界効果トランジスタ（フィンＦＥＴ）製造のための平坦化方法は、オーバーバーデンを除去して、３００乃至６００Åの厚さを下層の上に残すように酸化物最上層を平坦化するための第１の化学機械研磨ステップにおいてフィンＦＥＴ構造体を平坦化することと、酸化物をさらに除去して、下層の窒化物及びポリシリコン領域を露出させ、酸化物：窒化物：ポリシリコンの選択性が約１：１：１から約２：１：１までの間となるようにして平坦なトポグラフィを提供するための第２の化学機械研磨ステップにおいて平坦化することとを含む。
【０００８】
これら及び他の特徴及び利点は、本発明の例証的な実施形態についての以下の詳細な説明から明らかとなり、この説明は添付の図面に関連して読まれるべきである。
【０００９】
本開示は、以下の図面を参照する好ましい実施形態の以下の説明において詳細を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の原理による、フィンＦＥＴ構造体のための２ステップ研磨プロセスにおける半導体デバイスの断面図を示す。
【図２】本発明の原理による、フィンＦＥＴ構造体のための２ステップ研磨プロセスにおける半導体デバイスの断面図を示す。
【図３】本発明の原理による、フィンＦＥＴ構造体のための２ステップ研磨プロセスにおける半導体デバイスの断面図を示す。
【図４】本発明の原理による、同時に３つ又はそれ以上の材料を平坦化しながらデバイス構造体を製造するための平坦化方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
フィン型電界効果トランジスタ（フィンＦＥＴ）構造体などの半導体構造体の平坦化の方法を提供する。本発明の原理は、ある特定の材料を他の材料に優先して研磨するのに適した選択性を有するスラリを用いて、高度に平坦な最終構造体を達成する。フィンＦＥＴデバイスの場合には、オーバーバーデン層の大部分は、オーバーバーデンに対して高い除去速度を有し、下層に対しては比較的低い除去速度を有するスラリを用いる第１の化学機械研磨／平坦化（ＣＭＰ）によって除去される。これは初期トポグラフィを小さくし、オーバーバーデンが酸化物である場合には、下層（例えば、窒化物）の上に約３００乃至６００Åの酸化物を残しておく。フィンＦＥＴデバイスの場合には、第２のＣＭＰステップを行ってオーバーバーデン（例えば、酸化物）を除去し、下層（窒化物）を切り開いて下層の下の導電性材料（例えば、ドープ・ポリシリコン）を露出させる。この例においては、酸化物、窒化物及びポリシリコンに対する約１：１：１の研磨速度選択性比を有するスラリが、最終平坦化のために用いられる。種々の研磨ステップに用いられるスラリの組成物を開示する。
【００１２】
図中の流れ図及びブロック図は、幾つかの代替的な実施においては、図中に示した順序とは異なる順序で行うことができる。例えば、連続的に示した２つのブロックは、実際には、実質的に同時に実行することもでき、又は、ブロックは、場合によっては、関与する機能に応じて、逆順で実行することもできる。
【００１３】
本発明は、所与の例証的なアーキテクチャに関して説明するが、他のアーキテクチャ、構造、基板材料、並びにプロセスの機能及びステップを、本発明の範囲内で変更することができることを理解されたい。本開示を通して、酸化物、窒化物及びポリシリコン材料について説明する。しかし、これらの材料は例証的なものであり、他の材料もまた企図され、本発明の範囲内である。さらに、本開示を通して、厚さ寸法が説明される。これらの厚さ寸法は例証的なものであり、他の寸法も本発明の原理により用いることができる。
【００１４】
本明細書で説明する回路及びデバイスは、集積回路チップ設計の一部分とすることができる。チップ設計は、図形処理コンピュータ・プログラミング言語で作成し、コンピュータ記憶媒体（例えば、ディスク、テープ、物理ハード・ドライブ、又は仮想ハード・ドライブ、例えば記憶アクセス・ネットワーク内など）内にストアすることができる。設計者がチップ又はチップ製造用のフォトリソグラフィック・マスクを製造しない場合には、製造者は、結果として得られた設計を、物理的手段により（例えば、設計をストアした記憶媒体のコピーを提供することにより）又は電子的に（例えば、インターネットを通じて）そのような企業体に直接又は間接に送ることができる。次に、ストアされた設計は、フォトリソグラフィ・マスクの製造に適した形式（例えば、ＧＤＳＩＩ）に変換され、これは、典型的には、ウェハ上に形成される当該チップ設計の多重のコピーを含む。フォトリソグラフィ・マスクを利用して、エッチング又はそれ以外の処理を施されるウェハ（及び／又はその上の層）の領域が画定される。
【００１５】
本明細書で説明する方法は、集積回路チップの製造に用いることができる。結果として得られる集積回路チップは、製造者によって、未処理のウェハの形態（即ち、複数の未パッケージ化チップを有する単一のウェハ）、裸のダイ、又はパッケージ化された形態で配布することができる。後者の場合、チップは、単一チップ・パッケージ（例えば、マザーボード又は他の高レベル・キャリアに付けられるリードを有するプラスチック・キャリアなど）又はマルチチップ・パッケージ（例えば、表面相互接続又は埋込み相互接続のいずれか又は両方を有するセラミック・キャリアなど）内に取付けられる。いずれの場合にも、チップは次に、（ａ）マザーボードなどの中間製品又は（ｂ）最終製品の一部分として、他のチップ、別個の回路要素、及び／又は他の信号処理デバイスと集積化される。最終製品は、玩具又は他の低価格用途から、ディスプレイ、キーボード又は他の入力デバイス、及び中央処理装置を有する高性能のコンピュータ製品にまでわたる、集積回路チップを含む任意の製品とすることができる。
【００１６】
次に、同様の数字が同じ又は類似の要素を表す図面を参照すると、図１はフィン型電界効果トランジスタ（フィンＦＥＴ）のための例証的な構造体１０の断面図である。本発明の原理を実証する例として、製造プロセスを示す。構造体１０は、半導体ウェハの基板１２上に形成することができる。基板１２は、バルク基板、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）のような絶縁体上半導体基板、又はその他の任意の適切な基板を含むことができる。本発明の原理により、任意の数の基板材料を用いることができる。半導体フィン構造体１４は、例えば、ＳＯＩ構造体の一部分であり得る単結晶（例えば、シリコン）表面層１１の上に、例えばフィン・マスクなどを用いてパターン付けされている。
【００１７】
特に有用な実施形態において、フィン構造体１４は、窒化シリコン内に埋込まれた多結晶Ｓｉフィンを含む。導電性材料１６が、フィン構造体１４の側面及び上面の上に形成される。導電性材料１６は、ドープ・ポリシリコンを含むことができる。導電性材料１６は、その後の処理中にゲート導電体に形成されることになる。ゲート導電体は、二重又は三重ゲート構造体を含むことができる。例えば、二重ゲートは、実際にはフィン構造体１４の両側に存在する単一のゲート電極であり、三重ゲートは、フィン構造体１４の３つの側面（上面及び側面）を覆うように折り曲げられた単一ゲートである。
【００１８】
導電性材料１６は、ゲート・マスク１８を用いてパターン付けされる。ゲート・マスク１８は、窒化物又は他の適切な誘電体材料を含むことができる。分離堆積物２０は、ゲート・マスク１８を覆って形成され、導電性材料１６の側壁を絶縁するため、及び／又はウェハの他の領域を充填するために用いられる。
【００１９】
本発明の原理は、少なくとも３つの異なる材料間で異なる選択性を有するスラリを用いる２ステップＣＭＰプロセスによって、化学機械研磨／平坦化（ＣＭＰ）後の高度に平坦な表面を達成する。例証のために、３つの材料を酸化物、窒化物及びポリシリコンとして説明する。
【００２０】
図２を参照すると、第１のステップにおいて、層２０の過剰なオーバーバーデンが除去される。層２０のオーバーバーデンは酸化物を含むことができ、下層（ゲート・マスク１８）は窒化物を含むことができる。一実施形態において、この研磨／平坦化ステップの後、およそ３００Åの酸化物が下層１８の上に残る。このステップのために、例えば、４：１の酸化物対窒化物の選択性を有する酸化物研磨スラリ又はセリア／界面活性剤ベースのスラリを用いて、表面２２を形成することができる。
【００２１】
図３を参照すると、第２のステップにおいて、およそ１：１：１（酸化物：窒化物：ポリシリコン）の研磨速度選択性を有するスラリが用いられる。導電性材料１６は、ポリシリコンを含み、この例ではゲート・マスク１８（窒化物）の下にある。
【００２２】
酸化物は、例えば、高密度プラズマ（ＨＤＰ）プロセスによって形成することができる。窒化物は、例えば、低圧化学気相堆積（ＬＰＣＶＤ）又は急熱化学気相堆積（ＲＴＣＶＤ）によって形成することができる。ポリシリコンは、例えば、ＬＰＣＶＤ又はＲＴＣＶＤによって形成することができる。他のプロセスを用いることもできる。第２の平坦化により、構造体の種々の部分において酸化物、窒化物及びポリシリコンに対する等しいか又はほぼ等しい研磨速度が達成され、これら３つの材料の研磨速度の差異によるディッシング及び浸食が回避される。
【００２３】
ＣＭＰプロセス用のスラリ組成物は、フィンＦＥＴデバイスの形成において特に有用であるが、他の構造体及びプロセスにおいても同様に有益であり、使用することができる。本発明の原理は、酸化物、窒化物及びポリシリコンのような３つの材料を同時に平坦化する必要がある構造体において特に有用である。
【００２４】
図２における表面２２を形成するための第１のＣＭＰに関して、大部分の酸化物オーバーバーデンを除去すると同時に大きな初期トポグラフィが減らされ、これによりダイ上のあらゆる場所（例えば、表面２２と層１８との間）におよそ３００Åの平坦な酸化物層が残される。研磨の初期段階中には、高い酸化物除去速度が所望され、窒化物表面は事実上露出しないので、スラリの選択性はこのステップにおいてはあまり重要な因子ではない。これは、例えば、酸化物対窒化物の選択性がおよそ４：１の酸化物研磨スラリによって達成することができる。この酸化物スラリは、水酸化カリウム又は水酸化アンモニウムのようなアルカリ性溶液と、ヒュームド・シリカ及びコロイド状シリカから選択されるシリカ研磨剤とを含むことができる。しかし、平坦性を向上させ、種々のパターン密度にわたって一様な酸化物厚を達成するためには、酸化物スラリに添加剤を配合する必要がある場合がある。所望の平坦性及び均一性を達成するために、セリア／界面活性剤系をこのステップにおいて使用することもできる。
【００２５】
図３における表面２４を形成するための第２のＣＭＰに関して、残りの〜３００Åの酸化物層が除去されて下層の表面が露出し、研磨のひっかき傷、くぼみ及びその他の汚点などの欠陥がない高度に平坦な最終表面２４が達成される。高い平坦性を達成するためには、酸化物、窒化物及びポリシリコンで覆われた表面に対してほぼ同じ研磨速度を有することが必要である。酸化物、窒化物及びポリシリコンの研磨速度は非常に高くすべきではないが、その理由は、研磨速度を非常に高くすると必然的に可制御性が低下するからである。従って、それら３つの材料に対して約３００乃至約６００Å／分の範囲の研磨速度を有するスラリを有することが非常に望ましいことになる。これは、良好な可制御性を伴う適切な研磨時間を提供し、研磨するのが難しい構造体を平坦化するための過剰研磨マージンを許容することになる。
【００２６】
化学機械平坦化に関して、種々異なる材料の研磨速度は、実際の回路レイアウト内の線幅、パターン密度及び構造部サイズによって変化する。パターン付き構造体における種々異なる材料の局所的な研磨速度は、ブランケット・ウェハにおける同じ材料の研磨速度の非常に複雑な関数である。従って、パターン付きウェハを研磨して平坦度を経験的に計測することによってスラリ選択性を最適化して、確実に所望の目標が達成されるようにすることが望ましい。ダイのレイアウトは技術ノード間で異なり、さらには同じ技術ノードの異なる製品間でも異なるので、スラリ内の成分の濃度を変えることにより研磨速度選択性を変更することができることが非常に望ましい。従って、あるスラリ系が広範囲の製品及び技術ノードにわたって使用可能となるように、研磨速度選択性は、ある範囲内で「調整可能」である。研磨速度選択性を調整する能力は、本発明の原理を用いて高度に平坦な最終表面を達成する際の第２の研磨ステップ（図３）における因子である。
【００２７】
特に有用な実施形態によるスラリは、以下の成分、即ち、ａ）研磨剤、ｂ）ｐＨ調整剤、c）有機酸を含む。ａ）研磨剤：研磨剤は、無機及び／又は有機材料から選択される少なくとも１つの種類の研磨粒子とすることができる。無機研磨粒子の例としては、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、セリアなどを挙げることができる。シリカの例としては、ヒュームド・シリカ、ゾル・ゲル法で合成されたシリカ、及びコロイド状シリカを挙げることができる。ヒュームド・シリカは、気相中で四塩化ケイ素を酸素及び水と反応させることにより得ることができる。ゾル・ゲル法で合成されるシリカは、アルコキシケイ素化合物の加水分解及び／又は縮合によって得ることができる。コロイド状シリカは、溶液相内での精製ケイ素化合物の加水分解によって得ることができる。有機粒子の例としては、ポリ塩化ビニル、スチレン（コ）ポリマー、ポリアセタール、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、オレフィン（コ）ポリマー、フェノキシ樹脂、及びアクリル（コ）ポリマーを挙げることができる。オレフィン（コ）ポリマーの例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−１−ブテン、及びポリ−４−メチル−１−ペンテンを挙げることができる。アクリル（コ）ポリマーの例としては、ポリメチルメタクリレートなどを挙げることができる。研磨剤の平均粒径は、５乃至５００ｎｍ、より好ましくは２０乃至１５０ｎｍの範囲とすることができる。適切な研磨速度は、この範囲内の平均粒径を有する研磨粒子を用いて達成することができる。コロイド状シリカは、例えば３５ｎｍの一次粒径を有する市販品を（例えば、日本の扶桑化学工業株式会社から）入手することができる。このコロイド状シリカ研磨剤は、市販のシリカ研磨剤の一例であり、本明細書で言及する全ての実施例において、その容量で使用することができる。
【００２８】
ｂ）ｐＨ調整剤：一実施形態によるスラリのｐＨは、１乃至１１、好ましくは２乃至６の範囲である。適切な研磨速度は、スラリのｐＨをこの範囲内に調整することによって達成することができる。ｐＨ調整剤の例としては、有機塩基、無機塩基、及び無機酸を挙げることができる。有機塩基の例としては、水酸化テトラメチルアンモニウム、トリエチルアミンなどを挙げることができる。無機塩基の例としては、水酸化アンモニウム、水酸化カリウム、及び水酸化ナトリウムを挙げることができる。無機酸の例としては、硝酸、硫酸、リン酸、及び塩酸を挙げることができる。
【００２９】
ｃ）有機酸：有機酸は、窒化物研磨の促進剤として使用される。一塩基酸（例えば、モノカルボン酸）、二塩基酸（例えば、ジカルボン酸）、多塩基酸（例えば、ポリカルボン酸）、及び置換基（ヒドロキシル、アミン）を有するカルボン酸などの、種々の有機酸を使用することができる。そのような有機酸の例としては、飽和酸、不飽和酸、芳香族散、脂肪酸が挙げられる。飽和酸の例としては、ギ酸、酢酸、酪酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、及びアジピン酸を挙げることができる。ヒドロキシル基を含む酸の例としては、乳酸、リンゴ酸、酒石酸、及びクエン酸を挙げることができる。不飽和酸の例としては、マレイン酸及びフマル酸を挙げることができる。芳香族酸の例としては、安息香酸及びフタル酸を挙げることができる。高い窒化物研磨速度を得るためには、２つ又はそれ以上のカルボン酸基を有する有機酸を用いることが好ましい。これらの有機酸のカリウム塩又はアンモニウム塩を用いることもできる。
【００３０】
他の成分：本発明の原理は、例えば、酸化物対窒化物対ポリシリコンの選択性を調整するために、他の成分をスラリに添加することを許容する。これらの実施形態によるスラリは、必要であれば界面活性剤を含むことができる。界面活性剤の例としては、陰イオン性、非イオン性、及び陽イオン性の界面活性剤を挙げることができる。陰イオン界面活性剤の例としては、カルボキシル基（−ＣＯＯＸ）、スルホン酸基（−ＳＯ３Ｘ）、及びリン酸基（−ＨＰＯ４Ｘ）（ここで、Ｘは、水素、アンモニウム又は金属を表す）から選択された少なくとも１つの官能基を有する界面活性剤を挙げることができる。陰イオン界面活性剤の例としては、脂肪族及び芳香族の硫酸塩及びスルホン酸塩、並びにリン酸塩を挙げることができる。例えば、ドデシルベンゼンスルホン酸カリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸アンモニウム、アルキルナフタレンスルホン酸ナトリウム、スルホコハク酸アルキルエステル、アルケニルコハク酸カリウムなどのような化合物を使用することができる。オレイン酸カリウムのような飽和脂肪酸塩を使用することができる。これらの陰イオン界面活性剤は、独立して用いることもでき、又は他の界面活性剤と組み合せて用いることもできる。非イオン性界面活性剤の例としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、エチレンオキシド−プロピレンオキシドブロック共重合体、アセチレングリコール、アセチレングリコールのエチレンオキシド付加生成物、アセチレンアルコールなどを挙げることができる。例えば、ポリビニルアルコール、シクロデキストリン、ポリビニルメチルエーテル、又はヒドロキシエチルセルロースなどの非イオン性ポリマーを用いることもできることに留意されたい。陽イオン界面活性剤の例としては、脂肪族アミン塩及び脂肪族アンモニウム塩を挙げることができる。さらに、ポリ（アクリル酸）、及びそれらのナトリウム塩、カリウム塩及びアンモニウム塩などの塩のような高分子電解質を研磨中に添加して、選択性を制御することができる。本発明の原理は、実施例として以下でさらに説明するスラリの成分の機能を含む。これらの実施例は限定するものと解釈されるべきではないことに留意されたい
【００３１】
実施例１において、ステップ２のＣＭＰ（図２から図３まで）研磨に適したスラリは、以下のものを含むことができる。０．５乃至３０重量％の範囲、好ましくは５乃至１０重量％の範囲のシリカ研磨剤、０．５乃至５０ｇ／Ｌの範囲、好ましくは３乃至２５ｇ／Ｌの範囲の有機酸、０．０１乃至５ｇ／Ｌの範囲、好ましくは０．１乃至２．０ｇ／Ｌの範囲の酸性ｐＨ調整剤、０乃至５ｇ／Ｌの範囲、好ましくは０乃至２ｇ／Ｌの範囲のアルカリ性ｐＨ調整剤、及び、１乃至１１の範囲、好ましくは２乃至６の範囲のスラリのｐＨ。
【００３２】
実施例２において、実施例１の配合は以下のものを含むことができる。５Ｗ％の水中分散コロイド状シリカ研磨剤、５ｇ／Ｌのクエン酸、０．２５乃至０．３５ｇ／Ｌのリン酸、０．１乃至０．５ｇ／Ｌの水酸化アンモニウム、２−５の範囲、好ましくは約４のｐＨ。
【００３３】
実施例３において、実施例１の配合は、以下のものを含むことができる。１０Ｗ％の水中分散コロイド状シリカ研磨剤、１０ｇ／Ｌのクエン酸、１乃至２ｇ／Ｌのリン酸、０．１乃至２．０ｇ／Ｌの水酸化アンモニウム、２乃至５の範囲のｐＨ。
【００３４】
別の実施形態において、スラリは、２つの部分、即ち、部分１：シリカ研磨剤スラリ、有機酸及び酸性ｐＨ調整剤と、部分２：アルカリ性ｐＨ調整剤及び酸性ｐＨ調整剤とを含む。スラリを二成分として研磨台上に供給し、研磨台上で混合させて所望の最終組成を有するスラリが作成されるようにすることができる。同じ又は異なるスラリ流量を用いることによってスラリ組成を研磨中に変更して、異なる研磨段階における酸化物、窒化物及びポリシリコンに対する所望の研磨速度を得ることができる。別の実施例において、当初は部分１及び部分２を用い、特定の時間後に部分２のスイッチを切って当初の配合とは異なる選択性を有するスラリを作り出す。同様の効果は、一方の成分の流量を一定に保ち、研磨が進展するにつれて他方の成分の流量を変化させることによって達成することができる。
【００３５】
別の実施形態において、スラリは、２つの部分、即ち、部分１：シリカ研磨剤スラリ、有機酸、及び酸ｐＨ調整剤と、部分２：シリカ研磨剤スラリ、アルカリ性ｐＨ調整剤及び酸性ｐＨ調整剤とを含む。スラリを二成分として研磨台上に供給し、研磨台上で混合させて所望の最終組成を有するスラリが作成されるようにすることができる。同じ又は異なるスラリ流量を用いることによってスラリの組成を研磨中に変更して、異なる研磨段階における酸化物、窒化物及びポリシリコンに対する所望の研磨速度を得ることができる。当初は部分１を用い、特定の時間後に部分１のスイッチを切って部分２のスイッチを入れて、当初の配合とは異なる酸化物対窒化物対ポリシリコンの選択性を有するスラリを作り出す。
【００３６】
本発明の原理により、従来の１ステップＣＭＰプロセスでセリア研磨剤スラリを用いて研磨したフィンＦＥＴ構造体の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）による顕微鏡写真を、本発明の原理に従って説明したスラリを用いた２ステップＣＭＰプロセスで研磨したフィンＦＥＴ構造体のＳＥＭ顕微鏡写真と比較した。従来のプロセスは、多くの場合、導電性材料（１６）を露出させるようにゲート・マスク層（１８）の全部を取り除くことに失敗した（例えば、図１参照）。本発明の原理によるプロセスは、全ての観測したフィン構造体に対して、導電性材料（１６）から全てのゲート・マスク材料（１８）を取り除いた。さらに、ＳＥＭ顕微鏡写真は、ポリシリコン導電性材料と隣接する層２０の酸化物領域との間に顕著なディッシングが存在しない、２ステップＣＭＰプロセスの後のフィンＦＥＴ構造体の平坦性を示す。従来のプロセスは、顕著なディッシングを有していた。
【００３７】
図４を参照すると、フィンＦＥＴ構造体などを２ステップで研磨する、酸化物層を平坦化して下層の窒化物及びポリシリコンで覆われた領域を露出及び研磨するための方法が例証的に示されている。これら及び他の材料の異なる組合せを用いることもできることを理解されたい。ブロック１０２において、本方法は、オーバーバーデンを除去して、ある程度の厚さの酸化物、例えば約３００乃至約６００Åの酸化物を残しておくように酸化物層を平坦化するための、第１のステップの化学機械研磨を含む。この研磨は、例えば、シリカ研磨剤を含む酸化物スラリ、又はセリア研磨剤及び界面活性剤を含むスラリによって行われる。ブロック１０４において、第２の化学機械研磨は、高度に平坦なトポグラフィを達成するための、およそ１：１：１から２：１：１までの酸化物：窒化物：ポリシリコンの選択性による、連続した、酸化物層の除去並びに下層の窒化物及びポリシリコンで覆われた表面の露出を含む。
【００３８】
ブロック１０６において、第２の平坦化ステップによる平坦化のためにスラリが供給される。ブロック１０４のためのスラリは、水溶液中に分散されたシリカ研磨剤を、例えば０．５乃至３０Ｗ％含むことが好ましい。さらに、ブロック１０４のためのスラリは、有機酸を０．０１乃至３０ｇ／Ｌの範囲で含むことができる。ブロック１０４のためのスラリは、酸性ｐＨ調整剤を０．０１乃至１０ｇ／Ｌの範囲で含むことができる。さらに、ブロック１０４のためのスラリは、アルカリ性ｐＨ調整剤を０乃至１５ｇ／Ｌの範囲で含むことができる。ブロック１０４のためのスラリのｐＨ範囲は、１乃至１１とすることができる。ブロック１０４のスラリの好ましい組成物は、５Ｗ％の水中分散コロイド状シリカ研磨剤、０．５乃至５０ｇ／Ｌの、２つ又はそれ以上のカルボン酸基を有する有機酸、０．２５乃至０．３５ｇ／Ｌの無機酸、０．１乃至１．０ｇ／Ｌの無機塩基を含み、ｐＨは２−５の範囲であり、好ましいｐＨは約４である。
【００３９】
一実施形態において、ブロック１０８で、スラリを二部式スラリとして供給することができる。二部式スラリの一例は、部分１：０．５乃至３０％のシリカ研磨剤スラリ、０．５乃至５０ｇ／Ｌの有機酸及び０．０１乃至５ｇ／Ｌの酸性ｐＨ調整剤と、部分２：０．０１乃至５ｇ／Ｌのアルカリ性ｐＨ調整剤及び０．０１乃至５０ｇ／Ｌの酸性ｐＨ調整剤とを含む。スラリを二成分として研磨台上に供給し、研磨台上で混合させて所望の最終組成を有するスラリが作成されるようにすることができる。同じ又は異なるスラリ流量を用いることによってスラリ組成を研磨中に変更して、異なる研磨段階における酸化物、窒化物及びポリシリコンに対する所望の研磨速度を得ることができる。
【００４０】
別の実施形態において、スラリは、以下の組成を有する二部式スラリ、即ち、部分１：０．５乃至３０％のシリカ研磨剤スラリ、０．５乃至５０ｇ／Ｌの有機酸、及び０．０１乃至５ｇ／Ｌの酸性ｐＨ調整剤と、部分２：０．５乃至３０％のシリカ研磨剤スラリ、０．０１乃至５ｇ／Ｌのアルカリ性ｐＨ調整剤、及び０．０１乃至５０ｇ／Ｌの酸性ｐＨ調整剤として用いることができる（ブロック１０８）。スラリを二成分として研磨台上に供給し、研磨台上で混合させて所望の最終組成を有するスラリが作成されるようにすることができる。ブロック１１０において、同じ又は異なるスラリ流量を用いることによってスラリ組成を研磨中に変更して、異なる研磨段階における酸化物、窒化物及びポリシリコンに対する所望の研磨速度を得ることができる。
【００４１】
フィンＦＥＴデバイス（これは例証のためであり、限定を意図したものではない）の製造のための化学機械平坦化プロセスに関する好ましい実施形態を説明したが、当業者であれば上記の教示に鑑みて修正及び変更を施すことができることに留意されたい。従って、開示した特定の実施形態において、添付の特許請求で概説される本発明の範囲内の変更を行うことができることを理解されたい。このように、特許法によって要求される細部及び詳細性をもって本発明の態様を説明したが、特許請求され、特許によって保護されることが所望される事項は、添付の特許請求の範囲において述べられる。
【符号の説明】
【００４２】
１０：フィン型電界効果トランジスタ（フィンＦＥＴ）のための構造体
１１：単結晶表面層
１２：基板
１４：フィン構造体
１６：導電性材料
１８：ゲート・マスク
２０：分離堆積物（層）
２２、２４：表面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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