(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低誘電率を有するポリマーを基材とする絶縁材料における層の機械化学的研磨のための組成物において、前記研磨組成物がシロキサン結合によって互いに連結されていない個別化されたコロイドシリカ粒子及び懸濁媒体として水を含有するカチオン化されたコロイドシリカの酸性水性懸濁液を含有することを特徴とする、前記機械化学的研磨のための組成物。
【請求項２】
コロイドシリカの酸性水性懸濁液がアルミニウム、クロム、ガリウム、チタン、ジルコニウムによってカチオン化されている、請求項１記載の機械化学的研磨のための組成物。
【請求項３】
コロイドシリカの酸性水性懸濁液がアルミニウムヒドロキシクロライドによってカチオン化されている、請求項２記載の機械化学的研磨のための組成物。
【請求項４】
前記組成物が１〜６のｐＨを有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の機械化学的研磨のための組成物。
【請求項５】
前記組成物が２〜４のｐＨを有することを特徴とする、請求項４記載の機械化学的研磨のための組成物。
【請求項６】
前記組成物が３〜２５０ナノメーターの直径を有する、シロキサン結合によって互いに連結されていない個別化されたシリカ粒子を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の機械化学的研磨のための組成物。
【請求項７】
前記組成物が１０〜５０ナノメーターの直径を有する、シロキサン結合によって互いに連結されていない個別化されたシリカ粒子を含むことを特徴とする、請求項６記載の機械化学的研磨のための組成物。
【請求項８】
低誘電率を有するポリマーを基材とする絶縁材料の層の機械化学的研磨のための方法であって、前記絶縁材料の層の研磨が研磨剤を含有する布を使用して前記層をこすることによって実施される方法において、前記研磨剤がシロキサン結合によって互いに連結されていない個別化されたコロイドシリカ粒子及び懸濁媒体として水を含有するカチオン化されたコロイドシリカの酸性水性懸濁液を含有することを特徴とする、前記機械化学的研磨のための方法。
【請求項９】
３〜２５０ナノメーターの直径、１〜６のｐＨを有する、シロキサン結合によって互いに連結されていない個別化されたコロイドシリカ粒子及び懸濁媒体として水を含有するカチオン化されたコロイドシリカの酸性水性懸濁液を含浸させた布を含む、低誘電率を有するポリマーを基材とする絶縁材料の層の機械化学的研磨のための研磨剤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は低誘電率を有するポリマーを基材とする絶縁材料における層の機械化学的研磨のための組成物に関する。
【０００２】
シリコンウェハー上に作られた電子デバイスは所望の電子回路を構成するために相互連結金属トラックによって互いに連結されなければならない。各金属相互連結レベルは電気的に絶縁されなければならない。この目的のために、各レベルは誘電層内に封じ込められる。
【０００３】
集積回路の相互連結金属トラックは次の順序による金属の反応性イオンエッチングによって作られることが最も多い：約１０−１２ｍ厚のアルミニウム又はアルミニウム合金フィルムが電子ビーム又はイオンビームによって堆積され（スパッタリング）；次いで、相互連結回路のデザインがフォトリソグラフィによって、それから反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によってそこに転写される。次いで、かくして規定されたトラックは誘電層（通常は酸化ケイ素に基づき、最も多くはテトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）の蒸気相の分解によって得られる）でカバーされる。次いで、この層は機械化学的研磨によって平坦化される。
【０００４】
この誘電層によって誘発される静電容量を減少するための一つの方法は低誘電率を有する材料を使用することからなる。最良の候補はN.H. Hendricks著、Mat. Res. Soc. Symp. Proc., vol.443,1997 p 3-14, 及びL. Peters-Semi Conductor International-Sept. 1998,p.64-74 に挙げられている。
【０００５】
そこに挙げられた主な種類は：
−  Flare（登録商標）のようなフッ素化ポリ（アリールエーテル）、
−  ＰＡＥ−２のようなポリ（アリールエーテル）、
−  フッ素化ポリアミド、
−  ヒドリドシルセスキオキサン及びアルキルシルセスキオキサン、
−  Cyclotene （登録商標）のようなビスベンゾシクロブテン、
−  Parylene（登録商標）N のようなポリ（ｐ−キシリレン）及びParylene（登録商標）F のようなポリ（α，α，α′，α′−テトラフルオロ−ｐ−キシリレン）、
−  パーフルオロシクロブタンの芳香族エーテルポリマー、
−  ＳｉＬＫ（登録商標）のような芳香族炭化水素。
【０００６】
マイクロエレクトロニック相互連結工程に集積化されるためには、低誘電率を有するこれらのポリマーは主に次の基準を満たさなければならない：
−  ０．３５ｐｍより大きい幅の堀を満たす、
−  ４００℃より高いガラス転移温度、
−  低吸湿性（＜１％）、
−  高熱安定性（４５０℃で＜１％／ｈ）、及び
−  金属層及び他の誘電層への優れた接着性。
【０００７】
更に、堆積されたポリマー層は次いで機械化学的研磨によって平坦化されることができなければならない。
【０００８】
Thin Solid Films,(1997), 308-309, p.550-554 においてY.L. Wang らはアルキルシロキサン層を塩基性媒体中（ｐＨ＝１０．２）のヒュームドシリカ粒子または酸性媒体中（ｐＨ＝３．３−４．６）の酸化ジルコニウム粒子を含む研磨溶液によって研磨した。
【０００９】
J. of Electronic Materials, Vol.26，No.8，1997年，p.935-940 においてG.R. Yang らは酸性またはアルカリ性媒体中のアルミナ粒子を含む種々の研磨溶液で研磨した後に得られたParylene（登録商標）N の層の表面品質を研究した。得られた研磨速度はどの研磨溶液が用いられても低かった。
【００１０】
Mater. Res. Soc. Symp. Proc., 1995年，Vol.381，p.229-235においてJ.M. Neirynck らは低誘電率を有する三つのタイプのポリマー（Parylene（登録商標）、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）及びフッ素化ポリイミド）を塩基性または酸性媒体中のアルミナ粒子を含む研磨溶液を使用して研磨する試みをした。
【００１１】
現在、マイクロエレクトロニック相互連結工程への低誘電率を有するポリマー層の集積化は機械化学的研磨による平坦化中にこのタイプの材料で得られる不十分な性能により主として困難に陥っている。この段階はまだ完全に征服されていない。特に研磨速度及び研磨した表面の表面状態に関してそうである。
【００１２】
シロキサン結合によって互いに連結されていないコロイドシリカ粒子を含むカチオン化されたコロイドシリカの酸性水性懸濁液の使用が、低誘電率を有するポリマーを基材とする絶縁材料（特にＳｉｌｋ（登録商標）タイプ）の層を研磨するとき、研磨速度、研磨均一性及び研磨された表面の表面状態に極めて良好な妥協をもたらすことを可能とすることが驚くべきかつ予想できない態様で結論された。
【００１３】
本願の主題は低誘電率を有するポリマーを基材とする絶縁材料における層の機械化学的研磨のための組成物において、前記研磨組成物がシロキサン結合によって互いに連結されていない個別化されたコロイドシリカ粒子及び懸濁媒体として水を含有するカチオン化されたコロイドシリカの酸性水性懸濁液を含有することを特徴とする、機械化学的研磨のための組成物である。
【００１４】
“カチオン化されたコロイドシリカの酸性水性懸濁液”はアルミニウム、クロム、ガリウム、チタンまたはジルコニウムのような三価または四価金属酸化物により表面変性されたコロイドシリカの酸性水性懸濁液を意味する。それらは特に書籍“The Chemistry of Silica − R.K. Iler-Wiley Interscience(1979年），p.410-411”に記載されている。
【００１５】
本発明を実施する好ましい条件下では、シロキサン結合によって互いに連結されていないコロイドシリカ粒子を含むカチオン化されたコロイドシリカの酸性水性懸濁液は約５０重量％のアルミニウムヒドロキシクロライドの溶液から得られ、その場合ナトリウムで安定化されたアルカリ性シリカゾルが攪拌下に約９のｐＨで導入される。このようにして３．５と４の間のｐＨのカチオン化されたコロイドシリカ粒子の安定な懸濁液が得られる。
【００１６】
本願において、“低誘電率を有するポリマーを基材とするＳｉｌｋ（登録商標）タイプの絶縁材料”はPH. Towsend らによりMat. Res. Soc. Symp. Proc., 1997年, 476, p,9-17 に記述された材料を意味する。この材料は３０センチポアズの粘度のオリゴマー溶液によって構成され、その重合は触媒を必要とせず、水の形成を誘発しない。重合した網目はフッ素を含まない芳香族炭化水素である。その誘電率は２．６５であり、そのガラス転移温度は４９０℃より高く、その屈折率は１．６３である。
【００１７】
本発明を実施するための好ましい条件下では、前記コロイドシリカの水性懸濁液はアルミニウム、クロム、ガリウム、チタン又はジルコニウムの如き三価または四価金属酸化物、特にアルミニウムによってカチオン化される。
【００１８】
本発明を実施するための他の好ましい条件下では、上記機械化学的研磨のための組成物は１〜６、好ましくは２〜４のｐＨを有するだろう。
【００１９】
本発明を実施するためのさらに他の好ましい条件下では、上記研磨組成物は３〜２５０ナノメーター、好ましくは１０〜５０ナノメーターの直径を有する、シロキサン結合によって互いに連結しないカチオン化されたコロイドシリカ粒子を含有する。
【００２０】
また、本願の主題は低誘電率を有するポリマーを基材とする絶縁材料の層の機械化学的研磨のための方法であって、前記絶縁材料の層の研磨が研磨剤を含有する布を使用して前記層をこすることによって実施される方法において、前記研磨剤がシロキサン結合によって互いに連結されていない個別化されたコロイドシリカ粒子及び懸濁媒体として水を含有するカチオン化されたコロイドシリカの酸性水性懸濁液を含有することを特徴とする、機械化学的研磨のための方法である。
【００２１】
また、本願の主題は３〜２５０ナノメーターの直径、１〜６のｐＨを有する、シロキサン結合によって互いに連結されていない個別化されたコロイドシリカ粒子及び懸濁媒体として水を含有するカチオン化されたコロイドシリカの酸性水性懸濁液を含浸させた布を含む、低誘電率を有するポリマーを基材とする絶縁材料の層の機械化学的研磨のための研磨剤である。
【００２２】
上記研磨組成物を実施するための好ましい条件は上述の本願の主題以外の主題にも適用できる。
【００２３】
本発明の範囲を以下に与える実施例を参照することによってより良好に理解することができ、その実施例の目的は本発明の利点を説明することである。
【００２４】
実施例１：研磨組成物１
研磨組成物１は下記特性を有する、前述のアルミニウムヒドロキシクロライドによってカチオン化され、シロキサン結合によって互いに連結されていないコロイドシリカ粒子を含有する、コロイドシリカの酸性水性懸濁液によって構成される：
−  水性懸濁液のｐＨ：３．５
−  コロイドシリカの粒子の平均直径：５０ｎｍ
−  コロイドシリカの重量濃度：３０％
【００２５】
本発明による研磨組成物１が得られる。
【００２６】
実施例２：研磨組成物１を用いた機械化学的研磨の例
１００００Å厚のＳｉＬＫ（登録商標）の堆積が２００ｍｍ直径のシリコンウェハー上の遠心分離によって実施される。次いで層は４５０℃での後硬化中に重合される。
【００２７】
次いでウェハーは下記研磨条件下でＰＲＥＳＩ  ２０００研磨機上で研磨される：
−  適用圧力                      ０．５ｄａＮ／ｃｍ２
−  ターンテーブル速度            ３０ｒｐｍ
−  ヘッド速度                    ４２ｒｐｍ
−  研磨剤温度                    １０℃
−  研磨速度                      １００ｃｍ３／ｍｉｎ
−  布                            Rodel ProductsからIC 1400 Al
【００２８】
研磨速度及び不均一性はウェハーの１７点での研磨前後で楕円偏光測定器を使用してＳｉＬＫ（登録商標）の厚さを測定することによって決定される。
【００２９】
この研磨組成物１は下記結果を得ることを可能にする：
−  ４０００Å／ｍｉｎのＳｉＬＫ（登録商標）研磨速度、
−  光学顕微鏡下で観察される掻き傷が全くない。
【００３０】
実施例３：研磨組成物２
研磨組成物２は研磨組成物１と同様であるが、１５％のコロイドシリカの重量濃度である。
【００３１】
本発明による研磨組成物２が得られる。
【００３２】
実施例４：研磨組成物２を用いた機械化学的研磨の例
実施例２と同じ研磨パラメーターを使用することによって、この研磨組成物２は下記結果を得ることを可能にする：
−  ６０００Å／ｍｉｎのＳｉＬＫ（登録商標）研磨速度、
−  光学顕微鏡下で観察される掻き傷が全くない。
【００３３】
実施例２に対して、２倍低い活性成分の濃度にかかわらずＳｉＬＫ（登録商標）研磨速度の改良が認められる。
【００３４】
実施例５：研磨組成物３
研磨組成物３は下記特性を有する、前述のアルミニウムヒドロキシクロライドによってカチオン化され、シロキサン結合によって互いに連結されていないコロイドシリカ粒子を含有する、コロイドシリカの酸性水性懸濁液によって構成される：
−  水性懸濁液のｐＨ：３．５
−  コロイドシリカの粒子の平均直径：２５ｎｍ
−  コロイドシリカの重量濃度：４．４％
【００３５】
本発明による研磨組成物３が得られる。
【００３６】
実施例６：研磨組成物３を用いた機械化学的研磨の例
実施例２と同じ研磨パラメーターを使用することによって、この研磨組成物３は下記結果を得ることを可能にする：
−  ３５６０Å／ｍｉｎのＳｉＬＫ（登録商標）研磨速度、
−  光学顕微鏡下で観察される掻き傷が全くない。
【００３７】
比較実施例１
研磨組成物は下記特性を有する、シロキサン結合によって互いに連結されていないコロイドシリカ粒子を含有する、コロイドシリカの酸性水性懸濁液によって構成される：
−  水性懸濁液のｐＨ：２．５
−  コロイドシリカの粒子の平均直径：５０ｎｍ
−  コロイドシリカの重量濃度：３０％
【００３８】
実施例２と同じ研磨パラメーターを使用することによって、この研磨組成物は下記結果を生み出した：
−  １４Å／ｍｉｎのＳｉＬＫ（登録商標）研磨速度。
【００３９】
この低速度は低誘電率を有するポリマーに基づいた層の研磨のためのこの組成物の使用を妨げる。
【００４０】
それゆえ、コロイドシリカの酸性水性懸濁液を使用することに対してカチオン化されたコロイドシリカの酸性水性懸濁液を使用する利益を見い出すことができる。
【００４１】
比較実施例２
研磨組成物は下記特性を有する、シロキサン結合によって互いに連結されていないコロイドシリカ粒子を含有する、コロイドシリカの塩基性水性懸濁液によって構成される：
−  水性懸濁液のｐＨ：１０．８
−  コロイドシリカの粒子の平均直径：５０ｎｍ
−  コロイドシリカの重量濃度：３０％
【００４２】
実施例２と同じ研磨パラメーターを使用することによって、この研磨組成物は下記結果を生み出した：
−  ６２Å／ｍｉｎのＳｉＬＫ（登録商標）研磨速度。
【００４３】
この低速度は低誘電率を有するポリマーに基づいた層の研磨のためのこの組成物の使用を妨げる。
【００４４】
それゆえ、コロイドシリカの塩基性水性懸濁液を使用することに対してカチオン化されたコロイドシリカの酸性水性懸濁液を使用する利益を見い出すことができる。