(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学機械研摩法であって、該方法は、
５０モル％と同じかそれよりも高いタングステンを含有する層を有する半導体ウェーハを提供する過程と、
パッド内に研摩材料が埋め込まれた固定研摩の化学機械研摩パッドに近接してウェーハを位置決めする過程と、該過程において、前記研磨材料がＳｉＯ２を含み、
約０．５容量％から１５容量％で存在するタングステン酸化成分からなるタングステン層化学機械研摩溶液であって、タングステン含有層のタングステンが層から除去され溶液に排出された後に酸化されるように、ｐＨが約４．０と同じかそれよりも低いタングステン層化学機械研摩溶液を、ウェーハとパッドの中間に提供する過程と、
ウェーハとパッドの間にタングステン層化学機械研摩溶液を受け入れた状態で、固定研摩パッドにより、タングステン含有層を化学機械研摩する過程と、
タングステン又はその酸化物を溶液内で、溶液の０．１重量％から１０重量％の錯化剤で錯化する過程と、
からなることを特徴とする化学機械研摩法。
【請求項２】
請求項１に記載の化学機械研摩法であって、前記錯化剤は、トリエタノールアミンを含むことを特徴とする化学機械研摩法。
【請求項３】
請求項１に記載の化学機械研摩法であって、前記錯化剤は、トリエチレンジアミンを含むことを特徴とする化学機械研摩法。
【請求項４】
請求項１に記載の化学機械研摩法であって、前記錯化剤は、クエン酸アンモニウムを含むことを特徴とする化学機械研摩法。
【請求項５】
請求項１に記載の化学機械研摩法であって、前記錯化剤は、リン酸アンモニウムを含むことを特徴とする化学機械研摩法。
【請求項６】
請求項１に記載の化学機械研摩法であって、前記錯化剤は、シュウ酸アンモニウムを含むことを特徴とする化学機械研摩法。
【請求項７】
請求項１に記載の化学機械研摩法であって、前記錯化剤は、炭酸アンモニウムを含むことを特徴とする化学機械研摩法。
【請求項８】
請求項１に記載の化学機械研摩法であって、前記錯化剤は、トリエタノールアミン、トリエチレンジアミン、クエン酸アンモニウム、リン酸アンモニウム、シュウ酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、及びこれらの混合物から成る群から選択されることを特徴とする化学機械研摩法。
【請求項９】
化学機械研摩法であって、該方法は、
５０モル％と同じかそれよりも高いタングステンを含有する層を有する半導体ウェーハを提供する過程と、
パッド内に研摩材料が埋め込まれた固定研摩の化学機械研摩パッドに近接してウェーハを位置決めする過程と、該過程において、前記研磨材料がＳｉＯ２を含み、
約０．５容量％から１５容量％で存在するタングステン酸化成分からなるタングステン層化学機械研摩溶液であって、タングステン含有層のタングステンが層から除去され溶液に排出された後に酸化されるように、ｐＨが約４．０と同じかそれよりも低いタングステン層化学機械研摩溶液を、ウェーハとパッドの中間に提供する過程と、
ウェーハとパッドの間にタングステン層化学機械研摩溶液を受け入れた状態で、固定研摩パッドにより、タングステン含有層を化学機械研摩する過程と、
からなり、前記溶液は、シックナーを含み、室温で約１０センチポアズから２０センチポアズの粘度を有することを特徴とする化学機械研摩法。
【請求項１０】
パッド内に研摩材料が埋め込まれた固定研摩パッドによる化学機械研摩に特に適応するタングステン層化学機械研摩溶液であって、前記研磨材料がＳｉＯ２を含み、該溶液は、約０．５容量％から１５容量％で存在するタングステン酸化成分を含み、タングステン含有層のタングステンが層から除去された後に酸化されるようにｐＨが約４．０と同じかそれよりも低く、ポリエチレングリコール、ポリオキシエチレンエーテル、グリセロール、ポリプロピレングリコール、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、及びこれらの混合物から成る群から選択される界面活性剤を含むことを特徴とするタングステン層化学機械研摩溶液。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定研摩パッドを用いたタングステン化学機械研摩方法、及び固定研摩パッドを用いた化学機械研摩に特に適したタングステン層化学機械研摩溶液に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェーハ及び基板から集積回路を製造する過程において、ウェーハの研摩は、材料の除去及び／又は平坦性の確保のために用いられる一般的な技術手法である。そのような研摩は、純粋な化学研摩手法、純粋な機械研摩手法、又は化学機械研摩（ＣＭＰ）手法によって実行することができる。ＣＭＰ手法では、研摩及び除去が、化学的及び機械的な両方の研摩作用の組合わせによって行われる。ＣＭＰ手法は、組合わせ研摩作用を達成するために、固体研摩材及び化学薬品の組合わせを利用したものである。ある一つの形式の化学機械研摩は、化学溶液中に懸濁された非常に硬い、固体研摩粒子を有するスラリを用いたものである。スラリはパッドとウェーハの間に介在され、パッドとウェーハの両方が典型的には回転され、ウェーハから材料が化学的及び機械的な両方の作用によって除去される。ＣＭＰのもう一つの形態は、研摩材料が研摩パッドの表面内に埋め込まれたものであり、これは、一般的に固定研摩ＣＭＰと呼ばれている。
【０００３】
残念ながら、非固定式研摩ＣＭＰのために設計された従来のＣＭＰスラリは、種々の問題を生じ、固定研摩ＣＭＰ処理においては、常に十分満足に作用するものではない。このことは、タングステンが５０原子％と同等又はそれ以上存在する層のＣＭＰにおいて特に正しいことが分かった。タングステンは、ＤＲＡＭ及びその他の回路の製造において、コンタクト／プラグ材料として現実に使用されている。非固定式研摩パッド及びスラリを用いたタングステンのＣＭＰが報告されている一方、現存する材料は、固定研摩パッドを用いたとき、十分満足に作用しないことが分かった。したがって、固定研摩パッドを用いた改良された化学機械研摩処理方法、及びそのための研摩溶液の開発の要求が依然としてあるのである。
【０００４】
【発明の実施の形態】
本発明は、固定研摩パッドを用いたタングステン化学機械研摩処理方法、及び固定研摩パッドを用いた化学機械研摩に特に適した、タングステン層化学機械研摩溶液に関するものである。本明細書においては、特に狭いものとして記載されていない限り、用語“タングステン層”は、タングステンが少なくとも５０モル％存在する層のことを意味する。一つの実施例では、５０モル％と同等又はそれ以上、タングステンを含有する層を有した半導体ウェーハが提供される。そのような層は、固定化学機械研摩パッドの直ぐ近くに置かれる。タングステン層化学機械研摩溶液は、ウェーハとパッドの中間に提供される。溶液は、容量で約０．５％から１５％存在するタングステン酸化成分と、６．０と同等又はそれ以下のｐＨ値とを有する。タングステン含有層は、タングステン層化学機械研摩溶液がウェーハと固定研摩パッドとの間に受け入れられた状態で、固定研摩パッドによって化学機械研摩される。本発明による研摩が生じる処理メカニズムが開示されているが、その処理メカニズムは、各請求項に明確に記載されていない限り、限定を意図したものではない。一つの実施例では、本発明は、タングステン層化学機械研摩溶液を含むものである。
【０００５】
本発明の一態様によれば、５０モル％と同等又はそれ以上のタングステンを有する外側の層又は領域を有する半導体ウェーハは、改良された溶液によって固定研摩パッドを用いて研摩される。本発明は、基本的にタングステン元素からなるタングステン層を化学機械研摩することにより得られると大体予測できた。しかしながら、本発明は、基本的にタングステン合金からなる層を含む、５０モル％と同等又はそれ以上のタングステン含有率からなる如何なるタングステン層を研摩することにも適用性がある。
【０００６】
そのような層を有するウェーハは、固定化学機械研摩パッドを有する適当な化学機械研摩装置内に載置される。適当な装置であれば如何なるものも使用可能であり、そのような装置には、単なる例示としてではあるが、固定研摩パッドとウェーハの両方を回転／回動させる装置、固定研摩パッドの方は回転／回動させるがウェーハの方は回転／回動させない装置、ウェーハの方は回転／回動させるが固定研摩パッドの方は回転／回動させない装置などがある。固定研摩パッドは、例えば米国、ミネソタ州、セントポール所在のスリーエム（３Ｍ）社など、多くの供給会社から求めることができる。本発明によるタングステン層化学機械研摩溶液は、研摩装置を用いて、パッドとウェーハの中間に提供される。一実施例では、溶液は、容量で約０．５％から１５％存在するタングステン酸化成分と、６．０と同等又はそれ以下のｐＨとを有する。
【０００７】
好ましい酸化成分の例示には、硝酸塩及び他の化合物が含まれる。より具体的には、酸化成分は、過マンガン酸カリウム、亜硝酸鉄、過酸化水素、硝酸、過硫酸アンモニウム、ヨウ化カリウム、硝酸カリウム、モリブデン酸アンモニウム、及びその混合物が含まれる。溶液のｐＨ値は４．０以下、例えば３．０から４．０の間に維持されることがより好ましい。溶液はまた、ｐＨ緩衝剤を有することが好ましく、緩衝剤の例としては、フタル酸水素カリウム、クエン酸アンモニウム、リン酸アンモニウム、及びその混合物がある。緩衝剤の濃度範囲は、重量で約０．１％から１０％である。最も理想的には、溶液は、少なくとも化学機械研摩が開始される前には、固体研摩材が無いような状態で提供される。固定研摩パッドを用いて一旦研摩が始まると、パッドから研摩材が離れ出て、溶液の中に入る可能性はある。しかしながら、理想的には、本発明の最も好ましい態様では、溶液は基本的に研摩材が無い状態である。溶液はまた、例えば容量で１％から１０％の濃度で存在する界面活性剤を有しても良い。界面活性剤の例には、ポリエチレングリコール、ポリオキシエチレンエーテル、グリセロール、ポリプロピレングリコール、ポリオキシエチレンラルリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル、及びこれらの混合物が含まれる。溶液は更に、望ましい粘度を達成するためのシックナーを含んでいてもよく、好ましい粘度の範囲例は、室温で約１０から２０センチポアズである。シックナーの例には、米国、コネチカット州、ダンバリ所在のユニオンカーバイド社から入手可能な商標名がＰｏｌｙｏｘのものと、米国、オハイオ州、クリーブランド所在のビー．エフ．グッドリッチ社から入手可能な商標名がＣａｒｂｏｐｏｌのものが含まれる。
【０００８】
溶液はまた、タングステン又はその酸化物を錯化するための錯化剤を溶液中に含むことが好ましい。錯化剤の具体的な例は、トリエタノールアミン、トリエチレンジアミン、クエン酸アンモニウム、リン酸アンモニウム、シュウ酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、及びこれらの混合物である。錯化剤の好ましい濃度範囲は、重量で約０．１％から１０％である。
【０００９】
溶液はまた、下に横たわる領域のタングステンを保護し、平坦性と研摩におけるディッシュ化性能を改善するために、タングステン腐食防止剤（好ましくは重量で０．０１％から２％の濃度）を有することが好ましい。腐食防止剤の例には、リン酸塩、ポリリン酸塩、ケイ酸塩がある。より具体的なものとして二つ挙げれば、次亜リン酸カリウム、ケイ酸カリウムがある。
【００１０】
本発明によるそのような例示的溶液をウェーハとパッドの中間に介在させることにより、タングステン含有層は、固定研摩パッドによって化学機械研摩される。
【００１１】
本発明の他に考えられる態様では、層から研摩されるタングステンは、容量で約０．５％から１５％存在するタングステン腐食防止剤を含み、且つｐＨが６．０と同等又はそれ以下である溶液によって酸化される。タングステン含有層からタングステン及び酸化タングステンの一方又は両方は、固定化学機械研摩パッドによって研摩される。酸化されたタングステンは、除去される前に層上で酸化してもよく、またはタングステンとして層から研摩除去され、その後、酸化され溶液中に溶解しても良い。これらの作用の両方は、そのうちの一方又は他方が優位となり生じるものである。研摩の間、溶液成分は好ましくは上で説明したようなものを形成し、そして、再びここで重要なことは、理想的に固体研摩材がないことである。
【００１２】
タングステンの研摩は、研摩されたタングステン表面上に余計な引っ掻き傷をつけないために、ＳｉＯ２等の軟らかい研摩材で行われることが好ましい。さらに、ｐＨ値は、研摩を容易にするために４以下に維持されることが好ましい。従来技術の化学機械研摩溶液及び方法は、ｐＨ値が４．０以下になったとき、ＳｉＯ２研摩材が溶液全体を通して良く拡散しないことが分かった。そのために、研摩の間、適当な溶液とするために、望ましいものよりも更に追加的に又はより硬い研摩材を用いる結果となっていた。本発明の溶液を使用した固定研摩では、ｐＨ値が４．０又はそれ以下との組合わせで、パッド上に研摩材としてＳｉＯ２の使用が可能となった。
【００１３】
さらに、多くの実施例では、タングステンの研摩の間、温度を室温又はそれ以下（即ち、２３°Ｃ（７４°Ｆ）又はそれ以下）に維持することが望ましい。低いスラリ温度が、研摩の間、スラリ全体を通して劣った研摩材拡散をもたらすことがたまにある。したがって、研摩の間、上昇された温度が用いられる。本発明の一態様によれば、研摩中のスラリ温度は、研摩材がパッド上に固定されており、且つスラリ内での塊状化が問題とならない場合には、室温又はそれ以下（更に好ましくは１８°Ｃ（６５°Ｆ）又はそれ以下）に維持することができる。勿論他の条件も可能ではあるが、全ての実施例における研摩は、好ましくは、大気圧の下で、４°Ｃ（４０°Ｆ）から６３°Ｃ（１４５°Ｆ）までの如何なる温度範囲で実施される。
【００１４】
次に、半導体ウェーハ１２を化学機械研摩するために用いられるウエブ形式平坦化装置１０が示されている図１を参照して、本発明による例示的装置及び処理方法を説明する。この平坦化装置１０は、平坦化パッド４０の作動領域（Ａ）が位置する作動部のところに上部パネル１６を具えた支持テーブル１４を有する。上部ハーフパネル１６は通常、研摩の間、平坦化パッド４０の特定部分をしっかり受け止める、平坦で硬い表面を提供する硬い板である。
【００１５】
平坦化装置１０はまた、上部パネル１６上に平坦化パッド４０をガイドし、位置付けし、保持するための複数のローラを有する。ローラには、供給ローラ２０、第１及び第２アイドルローラ２１ａ，２１ｂ、第１及び第２ガイドローラ２２ａ，２２ｂ、巻取ローラ２３が含まれる。供給ローラ２０には、平坦化パッド４０の未使用又は作用前の部分が巻かれており、他方、巻取ローラ２３には、平坦化パッド４０の使用済又は作用後の部分が巻かれる。第１アイドルローラ２１ａ及び第２アイドルローラ２１ｂは、作動中、平坦化パッド４０が変動しないように保持するように、平坦化パッドを上部パネル１６上に緊張する。本発明による平坦化パッド４０は、上で説明したような、そして研摩されるウェーハの最大直径よりも長い長さの固定研摩パッドであることが好ましい。上部パネル１６を横切って平坦化パッド４０を連続的に進めるために、モータ（図示せず）が、供給ローラ２０及び巻取ローラ２３のうちの少なくとも一方を駆動する。このようにすることにより、基板を平坦化及び／又は清浄化するための安定した面を提供するために、平坦化パッド４０の新規な使用前の部分が、使用済の部分に素早く取って代わることができる。
【００１６】
ウエブ形式平坦化装置１０は、平坦化の間、ウェーハ１２を制御し且つ保護するための支持アセンブリ３０を有する。支持アセンブリ３０は、研摩サイクルにおける適当な各段階において、ウェーハ１２を取り上げ、保持し、そして解除するための基板ホルダ３２を一般的には有する。基板ホルダ３２に取着された複数のノズル３３は、本発明による平坦化溶液４４を、平坦化パッド４０の平坦化面４２の上に供給する。支持アセンブリ３０はまた、駆動アセンブリ３５を担支した支持骨組体３４を一般的に有する。駆動アセンブリ３５はこの支持骨組体３４に沿って移動する。駆動アセンブリ３５は、アクチュエータ３６と、該アクチュエータ３６に結合された駆動軸３７と、該駆動軸３７から突設したアーム部３８とを一般的には有する。アーム部３８はもう一つの軸３９を介して基板ホルダ３２を支持する。こうすることにより、駆動アセンブリ３５は、ウェーハ１２の中心点Ｃ−Ｃからオフセットした軸Ｂ−Ｂを支点として基板ホルダ３２を旋回する。
【００１７】
本発明の一態様による処理方法は、ウエブ／パッド４０をウェーハの最大直径より少ない距離移動させ、次に研摩されるウェーハが、そのウェーハを研摩するためにはまだ使用されていない新規なパッド部分に晒される過程を有することが好ましい。移動される距離は、研摩の均一性の確保とパッドの寿命を延ばすために、最大直径の１．０％と同等又はそれより短いことが好ましい。例えば、約２０ｃｍ（８インチ）直径のウェーハでは、各研摩の間のパッド／ウエブ４０の増加移動分は、約６．４ｍｍ（０．２５インチ）である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明の一態様に従って使用されている、従来技術の化学機械研摩装置の概略図である。
【図１】
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