(57)【要約】      （修正有）【課題】ＴＳＶ（シリコン貫通ビア）の研磨においてスループットの向上が可能な研磨用スラリーを提供する。【解決手段】研磨用スラリーは、シリコン貫通ビアを構成するバリアメタル、銅および二酸化シリコンの研磨に用いられる研磨用スラリーであって、平均粒径が３０ｎｍであるコロイダルシリカと、平均粒径が８０ｎｍであるコロイダルシリカと、マロン酸と、Ｌ−アラニンと、ベンゾトリアゾールと、リン酸と、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムと、ジノニルスルホコハク酸ナトリウムとを含み、酸性である。【選択図】図３
2015135968.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン貫通ビアを構成するバリアメタル、銅および二酸化シリコンの研磨に用いられ
る研磨用スラリーであって、
第１の平均粒径を有する第１のコロイダルシリカと、
前記第１の平均粒径よりも大きい第２の平均粒径を有する第２のコロイダルシリカと、
研磨助剤と、
酸化剤と、
第１の界面活性剤と、
第２の界面活性剤とを含み、
酸性である、研磨用スラリー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、研磨用スラリーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体デバイスの製造において、銅配線を研磨するプロセスでは、銅のみを高選
択で研磨できるスラリーを用いて銅を研磨し、次に、バリアメタルを高選択で研磨するス
ラリーを用いてバリアメタルを研磨するという２ステップの研磨が行なわれている（特許
文献１）。
【０００３】
新パッケージング技術として発展が期待されているＴＳＶ（Ｔｈｒｏｕｇｈ−Ｓｉｌｉ
ｃｏｎ  Ｖｉａ）にもＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈ
ｉｎｇ）の適用が検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００２−５４１６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ＣＭＰを用いてＴＳＶを研磨した場合、次の問題がある。銅（Ｃｕ）、および
バリアメタル（Ｔａ／ＴａＮ）の膜厚がデバイスの場合と比べて非常に厚く、上述したス
テップで研磨する場合には、１段目のＣｕ研磨、２段目のバリアメタルの研磨、および３
段目のバリア残渣とＴＥＯＳの研磨の３ステップの研磨が必要になり、３プラテンの研磨
機が必要になるとともに、各ステップでの研磨時間が異なるために、スループットが悪い
という問題がある。
【０００６】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、
ＴＳＶの研磨においてスループットの向上が可能な研磨用スラリーを提供することである
。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の実施の形態による研磨用スラリーは、シリコン貫通ビアを構成するバリアメ
タル、銅および二酸化シリコンの研磨に用いられる研磨用スラリーであって、第１のコロ
イダルシリカと、第２のコロイダルシリカと、研磨助剤と、酸化剤と、第１の界面活性剤
と、第２の界面活性剤とを含み、酸性である。第１のコロイダルシリカは、第１の平均粒
径を有する。第２のコロイダルシリカは、第１の平均粒径よりも大きい第２の平均粒径を
有する。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の実施の形態による研磨用スラリーは、従来、半導体集積回路の研磨に用いら
れていた研磨用スラリーに比べ、シリコン貫通ビアを構成するバリアメタル、銅および二
酸化シリコンの全てを高速で研磨する。即ち、この発明の実施の形態による研磨用スラリ
ーは、バリアメタル、銅および二酸化シリコンという異種の材料を実用的な研磨レートで
研磨する。
【０００９】
従って、ＴＳＶ（シリコン貫通ビア）の研磨において、スループットを向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】Ｔａの研磨レートとコロイダルシリカの混合比との関係を示す図である。
【図２】Ｃｕの研磨レートとコロイダルシリカの混合比との関係を示す図である。
【図３】Ｃｕ、Ｔａ、およびＴＥＯＳの研磨レートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一また
は相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００１２】
この発明の実施の形態による研磨用スラリーＳＬは、コロイダルシリカＡと、コロイダ
ルシリカＢと、研磨助剤と、酸化剤と、第１の界面活性剤と、第２の界面活性剤とを含み
、酸性である。
【００１３】
そして、研磨用スラリーＳＬは、ＴＳＶ（「シリコン貫通ビア」とも言う。以下、同じ
。）を構成するＣｕ、バリアメタル（ＴａまたはＴａＮ）およびＴＥＯＳ（＝二酸化シリ
コン）を研磨の対象とする。
【００１４】
コロイダルシリカＡは、３０ｎｍ〜４０ｎｍの平均粒径を有し、コロイダルシリカＢは
、８０ｎｍの平均粒径を有する。
【００１５】
なお、平均粒径が３０ｎｍ〜４０ｎｍであるとは、コロイダルシリカの粒径が主に３０
ｎｍ〜４０ｎｍに分布していることを言い、平均粒径が８０ｎｍであるとは、コロイダル
シリカの粒径が主に８０ｎｍに分布していることを言う。
【００１６】
研磨助剤は、アミノ酸、カルボン酸、および防食剤からなる。
【００１７】
アミノ酸は、アラニン、アルギニン、アスパラギン、アスパラギン酸、システイン、グ
ルタミン、グルタミン酸、グリシン、ヒスチジン、イソロイシン、ロイシン、リシン、メ
チオニン、フェニルアラニン、プロリン、セリン、トレオニン、トリプトファン、チロシ
ンおよびバリンのいずれかからなる。
【００１８】
カルボン酸は、不飽和カルボン酸、ヒドロキシ酸、芳香族カルボン酸およびジカルボン
酸のいずれかからなる。
【００１９】
不飽和カルボン酸は、オレイン酸およびリノール酸等からなる。ヒドロキシ酸は、乳酸
、リンゴ酸、およびクエン酸等からなる。芳香族カルボン酸は、安息香酸、フタル酸、お
よびサリチル酸等からなる。ジカルボン酸は、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、アジピン
酸、フマル酸、およびマレイン酸等からなる。
【００２０】
酸化剤は、リン酸からなる。リン酸は、水中で解離してリン酸イオンを生じるものであ
ればよく、例えば、オルトリン酸（いわゆるリン酸）、メタリン酸、およびポリリン酸の
いずれかからなる。また、リン酸は、ピロリン酸、トリリン酸、ヘキサメタリン酸、およ
びシクロリン酸等の縮合リン酸のいずれかであってもよい。
【００２１】
これらのリン酸は、単独で使用でき、また２種以上を併用することもできる。
【００２２】
第１の界面活性剤は、ドデシルベンゼンスルホン酸テトラアンモニウム塩からなる。第
２の界面活性剤は、ジノニルスルホコハク酸ナトリウムからなる。
【００２３】
そして、研磨用スラリーＳＬのｐＨは、７よりも小さい。即ち、研磨用スラリーＳＬは
、酸性である。
【００２４】
研磨用スラリーＳＬは、Ｃｕの研磨に適したコロイダルシリカＡと、バリアメタルおよ
びＴＥＯＳの研磨に適したコロイダルシリカＢとを混合したことを特徴とする。そして、
研磨用スラリーＳＬは、コロイダルシリカＡと、コロイダルシリカＢとを混合することに
よって、ＴＳＶを構成するＣｕ、バリアメタル（Ｔａ）およびＴＥＯＳ（二酸化シリコン
）を１つのステップで研磨可能である。従って、ＣＭＰを用いてＴＳＶを研磨するときの
スループットを向上できる。
【００２５】
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。
【００２６】
実施例１〜３および比較例１，２における研磨用スラリーの組成を表１に示す。
【００２７】
【表１】
2015135968.tif 000003
【００２８】
（実施例１）
実施例１における研磨用スラリーＳＬ１は、平均粒径が３０ｎｍであるコロイダルシリ
カＡと、平均粒径が８０ｎｍであるコロイダルシリカＢと、マロン酸と、Ｌ−アラニンと
、ベンゾトリアゾールと、リン酸と、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムと、ジノニ
ルスルホコハク酸ナトリウムとを含み、ｐＨ＝３である。
【００２９】
コロイダルシリカＡの含有量は、０．３７５重量％であり、コロイダルシリカＢの含有
量は、０．１２５重量％である。マロン酸の含有量は、２重量％であり、Ｌ−アラニンの
含有量は、５重量％であり、ベンゾトリアゾールの含有量は、０．１重量％であり、リン
酸の含有量は、０．１重量％である。ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムの含有量は
、０．０２５重量％であり、ジノニルスルホコハク酸ナトリウムの含有量は、０．０２５
重量％である。
【００３０】
（実施例２）
実施例２における研磨用スラリーＳＬ２は、研磨用スラリーＳＬ１のコロイダルシリカ
Ａの含有量を０．３７５重量％から０．２５重量％に代え、研磨用スラリーＳＬ１のコロ
イダルシリカＢの含有量を０．１２５重量％から０．２５重量％に代えたものであり、そ
の他は、研磨用スラリーＳＬ１と同じである。
【００３１】
（実施例３）
実施例３における研磨用スラリーＳＬ３は、研磨用スラリーＳＬ１のコロイダルシリカ
Ａの含有量を０．３７５重量％から０．１２５重量％に代え、研磨用スラリーＳＬ１のコ
ロイダルシリカＢの含有量を０．１２５重量％から０．３７５重量％に代えたものであり
、その他は、研磨用スラリーＳＬ１と同じである。
【００３２】
（比較例１）
比較例１における研磨用スラリーＳＬ１＿ｃｏｍｐは、研磨用スラリーＳＬ１のコロイ
ダルシリカＡの含有量を０．３７５重量％から０．５重量％に代え、研磨用スラリーＳＬ
１のコロイダルシリカＢを削除したものであり、その他は、研磨用スラリーＳＬ１と同じ
である。
【００３３】
（比較例２）
比較例２における研磨用スラリーＳＬ２＿ｃｏｍｐは、研磨用スラリーＳＬ１のコロイ
ダルシリカＡを削除し、研磨用スラリーＳＬ１のコロイダルシリカＢの含有量を０．１２
５重量％から０．５重量％に代えたものであり、その他は、研磨用スラリーＳＬ１と同じ
である。
【００３４】
このように、実施例１〜３における研磨用スラリーＳＬ１〜ＳＬ３は、コロイダルシリ
カＡとコロイダルシリカＢとの合計の含有量を０．５重量％に保持しながら、コロイダル
シリカＡの含有量とコロイダルシリカＢの含有量との比をそれぞれ３：１、１：１、およ
び１：３に変化させたものである。
【００３５】
また、比較例１，２における研磨用スラリーＳＬ１＿ｃｏｍｐ，ＳＬ２＿ｃｏｍｐは、
コロイダルシリカの含有量を０．５重量％に保持しながら、コロイダルシリカＡおよびコ
ロイダルシリカＢのいずれか一方のみを含むものである。
【００３６】
（研磨速度評価）
研磨装置（ＳＨ２４・Ｓｐｅｅｄｆａｍ社製）を用い、研磨パッド（ＩＣ１４００ＴＭ
ＸＹ−ｇｒｏｏｖｅ（Ａ２１））に実施例１〜３の研磨用スラリーＳＬ１〜ＳＬ３およ
び比較例１，２の研磨用スラリーＳＬ１＿ｃｏｍｐ，ＳＬ２＿ｃｏｐｍを２００ｍｌ／ｍ
ｉｎの割合で供給し、かつ、Ｃｕ、Ｔａ、およびＴＥＯＳの３種のブランケットウェハ（
直径８インチ）に３ｐｓｉの圧力をかけながら研磨定盤を９０ｒｐｍの回転速度で回転さ
せ、キャリアを８０ｒｐｍの回転速度で回転させながら、０．５分の間、研磨を行なった
。
【００３７】
研磨終了後、研磨によって除去されたＣｕおよびＴａの厚みの差をＣｕおよびＴａ表面
の抵抗値（四探針法を用いて測定）から算出した。また、ＴＥＯＳ（＝二酸化シリコン）
の厚みの差を基板の重量の変化から算出した。研磨速度は、単位時間当たりに研磨によっ
て除去されたウェハの厚み（Å／分）で評価した。
【００３８】
図１は、Ｔａの研磨レートとコロイダルシリカの混合比との関係を示す図である。また
、図２は、Ｃｕの研磨レートとコロイダルシリカの混合比との関係を示す図である。
【００３９】
図１において、縦軸は、Ｔａの研磨レートを表し、横軸は、コロイダルシリカの混合比
を表す。また、図２において、縦軸は、Ｃｕの研磨レートを表し、横軸は、コロイダルシ
リカの混合比を表す。
【００４０】
図１を参照して、バリアメタルとしてのＴａの研磨レートは、コロイダルシリカＡとコ
ロイダルシリカＢとの両方を含む研磨用スラリーＳＬ１〜ＳＬ３（実施例１〜３）を用い
ることにより、コロイダルシリカＡおよびコロイダルシリカＢのいずれか一方のみを含む
研磨用スラリーＳＬ１＿ｃｏｍｐ，ＳＬ２＿ｃｏｍｐ（比較例１，２）を用いた場合より
も大きくなる。
【００４１】
そして、Ｔａの研磨レートは、コロイダルシリカＡとコロイダルシリカＢとの比が１：
１である場合に最大になり、約１２５０（Å／ｍｉｎ）である。
【００４２】
また、Ｔａの研磨レートは、コロイダルシリカＡとコロイダルシリカＢとの比が３：１
、１：１および１：３である場合、１０００（Å／ｍｉｎ）よりも大きい。
【００４３】
図２を参照して、Ｃｕの研磨レートは、コロイダルシリカＡとコロイダルシリカＢとの
両方を含む研磨用スラリーＳＬ１〜ＳＬ３（実施例１〜３）を用いることにより、コロイ
ダルシリカＡのみを含む研磨用スラリーＳＬ１＿ｃｏｍｐ（比較例１）を用いた場合より
も大きくなり、コロイダルシリカＢのみを含む研磨用スラリーＳＬ２＿ｃｏｍｐ（比較例
２）を用いた場合よりも小さくなる。
【００４４】
そして、Ｃｕの研磨レートは、コロイダルシリカＡとコロイダルシリカＢとの比が１：
１である場合、約３９３００（Å／ｍｉｎ）である。
【００４５】
また、Ｃｕの研磨レートは、コロイダルシリカＡとコロイダルシリカＢとの比が３：１
、１：１および１：３である場合、３５０００（Å／ｍｉｎ）よりも大きい。
【００４６】
このように、コロイダルシリカＡとコロイダルシリカＢとの比が３：１〜１：３の範囲
である研磨用スラリーＳＬ１〜ＳＬ３は、コロイダルシリカＡのみを含む研磨用スラリー
ＳＬ１＿ｃｏｍｐに比べ、Ｔａの研磨レートおよびＣｕの研磨レートが向上する。また、
研磨用スラリーＳＬ１〜ＳＬ３は、コロイダルシリカＢのみを含む研磨用スラリーＳＬ２
＿ｃｏｍｐに比べ、Ｃｕの研磨レートが低下するが、Ｔａの研磨レートが向上する。
【００４７】
そして、コロイダルシリカＡとコロイダルシリカＢとの比が３：１〜１：３の範囲であ
る場合、Ｔａの研磨レートは、１０００（Å／ｍｉｎ）よりも大きく設定され、かつ、Ｃ
ｕの研磨レートは、３５０００（Å／ｍｉｎ）よりも大きく設定される。
【００４８】
ＣＭＰによるＴＳＶの研磨においては、Ｃｕを研磨し、その後、バリアメタルを研磨す
る。そして、Ｃｕは、約１０μｍの厚みを有し、バリアメタルは、５０ｎｍ〜５００ｎｍ
の厚みを有する。
【００４９】
そうすると、研磨用スラリーＳＬ１〜ＳＬ３を用いた場合、Ｃｕの研磨に要する時間は
、数分であり、バリアメタルの研磨に要する時間は、約３０秒〜数分である。
【００５０】
その結果、Ｃｕの研磨に要する時間と、Ｔａの研磨に要する時間とをほぼ同じに設定で
きる。
【００５１】
従って、ＣＭＰによるＴＳＶの研磨においてスループットを向上できる。
【００５２】
実施例４および比較例３における研磨用スラリーの組成を表２に示す。
【００５３】
【表２】
2015135968.tif 000004
【００５４】
（実施例４）
実施例４における研磨用スラリーＳＬ４は、研磨用スラリーＳＬ１のコロイダルシリカ
Ａの含有量を０．３７５重量％から２重量％に代え、コロイダルシリカＢの含有量を０．
１２５重量％から２重量％に代えたものであり、その他は、研磨用スラリーＳＬ１と同じ
である。
【００５５】
このように、研磨用スラリーＳＬ４は、コロイダルシリカＡの含有量とコロイダルシリ
カＢの含有量との合計を４重量％に設定し、コロイダルシリカＡの含有量とコロイダルシ
リカＢの含有量との比を１：１に設定したものである。
【００５６】
比較例３における研磨用スラリーＳＬ３＿ｃｏｍｐは、日立化成製のＨＳ−Ｈ６３５の
研磨用スラリーである。この研磨用スラリーＳＬ３＿ｃｏｍｐは、単一のコロイダルシリ
カを含み、酸性である。そして、研磨用スラリーＳＬ３＿ｃｏｍｐは、半導体集積回路の
研磨に用いられる研磨用スラリーである。
【００５７】
なお、研磨速度の評価は、印加圧力を３ｐｓｉから５ｐｓｉに変えた以外は、上述した
研磨速度の評価によって行なわれた。
【００５８】
図３は、Ｃｕ、Ｔａ、およびＴＥＯＳの研磨レートを示す図である。図３の（ａ）は、
Ｃｕの研磨レートの実施例４と比較例３との比較を示し、図３の（ｂ）は、Ｔａの研磨レ
ートの実施例４と比較例３との比較を示し、図３の（ｃ）は、ＴＥＯＳの研磨レートの実
施例４と比較例３との比較を示す。
【００５９】
図３の（ａ）を参照して、研磨用スラリーＳＬ４を用いたときのＣｕの研磨レートは、
約４μｍ／分であり、研磨用スラリーＳＬ３＿ｃｏｍｐを用いたときのＣｕの研磨レート
は、０．８μｍ／分である。
【００６０】
図３の（ｂ）を参照して、研磨用スラリーＳＬ４を用いたときのＴａの研磨レートは、
約１３０ｎｍ／分であり、研磨用スラリーＳＬ３＿ｃｏｍｐを用いたときのＴａの研磨レ
ートは、２ｎｍ／分である。
【００６１】
図３の（ｃ）を参照して、研磨用スラリーＳＬ４を用いたときのＴＥＯＳの研磨レート
は、約６０ｎｍ／分であり、研磨用スラリーＳＬ３＿ｃｏｍｐを用いたときのＴＥＯＳの
研磨レートは、約１ｎｍ／分である。
【００６２】
従って、研磨用スラリーＳＬ４は、従来、半導体集積回路の研磨に用いられていた研磨
用スラリー（比較例３）に比べ、Ｃｕ、ＴａおよびＴＥＯＳの全てを高速で研磨する。即
ち、研磨用スラリーＳＬ４は、Ｃｕ、ＴａおよびＴＥＯＳの異種材料を実用的な研磨レー
トで研磨する。その結果、Ｃｕの研磨時間、Ｔａの研磨時間およびＴＥＯＳの研磨時間が
ほぼ同じになる。
【００６３】
従って、ＴＳＶの研磨においてスループットを向上できる。また、Ｃｕ、ＴａおよびＴ
ＥＯＳを１つのステップで研磨できるため、シングルプラテンタイプの研磨機を用いてＴ
ＳＶを研磨できる。
【００６４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えら
れるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲
によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる
ことが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
この発明は、ＴＳＶの研磨に用いられる研磨用スラリーに適用される。
【図１】
2015135968.tif 000005
【図２】
2015135968.tif 000006
【図３】
2015135968.tif 000007