JP2000243734A - アルミニウムまたはアルミニウム合金導電性材料の層の機械化学的研磨方法 - Google Patents

アルミニウムまたはアルミニウム合金導電性材料の層の機械化学的研磨方法

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JP2000243734A
JP2000243734A JP2000036011A JP2000036011A JP2000243734A JP 2000243734 A JP2000243734 A JP 2000243734A JP 2000036011 A JP2000036011 A JP 2000036011A JP 2000036011 A JP2000036011 A JP 2000036011A JP 2000243734 A JP2000243734 A JP 2000243734A
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エリック・ジャキノ
Pascal Letourneau
パスカル・ルトゥルノ
Maurice Rivoire
モーリス・リヴォワル
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 超小型電子半導体産業で使用されるアルミニ
ウムまたはアルミニウム合金導電性材料の層の増大した
研磨速度と優れた表面状態を得るための機械化学的研磨
方法を提供する。 【解決手段】 互いにシロキサン結合により結合されて
いない個別化されたコロイドシリカ粒子のアルカリ性水
性懸濁液、水酸化テトラアルキルアンモニウム及び酸化
剤を含む研磨組成物を用いて研磨する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は半導体のための超小型電子産業に
おいて層間配線トラックを構成する材料として使用され
るアルミニウムまたはアルミニウム合金導電性材料の層
の機械化学的研磨のための方法に関する。
【０００２】シリコンスライス上に作られた電子デバイ
スは希望の電子回路を構成するように層間配線トラック
により互いに連結されねばならない。現在、これらの層
間配線トラックは殆どアルミニウムベースの薄膜を用い
て規定されている。アルミニウムはそのエレクトロマイ
グレーションに対する抵抗を増やすために小割合のシリ
コンまたは（及び）銅と組み合わされることができる。
【０００３】半導体の層間配線トラックは通常次の順序
により作られる：ほぼ１μｍ厚のアルミニウムまたはア
ルミニウム合金薄膜が電子ビームまたはイオンビームに
よりアルミニウムまたはアルミニウム合金ターゲットの
衝突により堆積させられる（スパッタリング）；次いで
層間配線回路の設計図が光リソグラフィにより、次いで
反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によりそこに転写さ
れる。このように規定されたトラックは電気的に分離さ
れておらねばならず、それらはまた、通常は酸化ケイ素
に基づく、最も多くはテトラエチルオルソシリケート
（ＴＥＯＳ）の蒸気相分解により得られた、誘電層によ
り覆われる。この層は次いで機械化学的研磨により平坦
化される。
【０００４】ダマシン法はアルミニウムから作られた層
間配線トラックを可能としながら必要工程の数を減らす
代替解決策を構成する。それは酸化ケイ素に基づく誘電
層を基板上に堆積させることからなる。この誘電層内
に、層間配線回路の設計図を再現するコンタクトホール
及びトレンチが二つの光リソグラフィ及びそれに続く反
応性イオンエッチングにより次いで形成される。次いで
アルミニウムまたはアルミニウム合金層が堆積され、誘
電層の表面に達するまで機械化学的研磨により研磨され
る。このようにしてアルミニウムがコンタクト及びトレ
ンチ内にのみ残る。
【０００５】ダマシン法はアルミニウムの反応性イオン
エッチングに関連した問題を回避することを可能とす
る：樹脂中のそのカウンターマスクに比べたアルミニウ
ムエッチングの低選択性及びアルミニウムトラックのプ
ロファイルの制御困難性。
【０００６】アルミニウムまたはアルミニウム合金層の
機械化学的研磨を実施するために、二つの現象が避けら
れねばならない： − 下にある酸化ケイ素層への攻撃、これはまたエロー
ジョンと呼ばれる。これは隆起を局所的に導入し平坦化
の希望の目的に対して相反する。 − トレンチ内の層間配線ラインの過剰研磨、これはま
た“ディッシング(dishing)”と呼ばれる。この現象は
また隆起を発生するのみならず層間配線ラインの厚みを
減少させ、この理由のためそれらの抵抗を増加させる。
【０００７】これらの二つの現象は主としてアルミニウ
ムまたはアルミニウム合金の研磨不均一性のためであ
る。事実、金属層の不完全除去は種々の電子デバイス間
の電導の危険性を避けるための顕著な過剰研磨を一般的
に課し、これが層間配線ライン及び既に露出された誘電
帯域の過剰研磨を導く。
【０００８】従って、アルミニウム研磨段階は均一であ
るだけでなく優れた表面状態をもたらさなければならな
い。事実、アルミニウムは引掻き傷なしに研磨するのが
困難な柔らかくて可鍛性の金属である。
【０００９】これらの引掻き傷は二つの主たる方法で発
生させられる： − アルミニウムの表面に自然に形成される酸化アルミ
ニウムがアルミニウムより硬い物質である。この酸化ア
ルミニウム層の粒子は一旦剥離すると凝集しそれからア
ルミニウムの表面を引掻く。従って研磨組成物は表面酸
化アルミニウムの形成を最少とし、かつ／または剥離さ
れた酸化アルミニウム粒子の凝集を避けるように使用さ
れねばならない、 − 研磨組成物を構成する粒子はもしそれらの形状及び
粗さがうまく制御されないならアルミニウムの表面を引
掻くであろうし、それがフュームドシリカまたは酸化ア
ルミニウムに基づく研磨剤よりシリカのコロイド懸濁液
を有利とする。
【００１０】ＥＰ−Ａ−０７７９６５５ではアルミニウ
ムまたはアルミニウム合金表面を研磨するためにフュー
ムドシリカの懸濁液を含む研磨組成物を用いることが提
案された。
【００１１】ＷＯ−Ａ−９７／１３８８９は酸化アルミ
ニウム粒子の懸濁液を含む研磨溶液を用いるアルミニウ
ム、銅、ニッケルまたはタンタル薄膜の研磨を意図した
方法を述べている。
【００１２】電子回路を製造する別の段階で、特にその
最上流で、ＥＰ−Ａ−０５２０１０９は水酸化アンモニ
ウムにより安定化されたシリカのコロイド溶液、水酸化
第四アンモニウム族の殺菌剤、及び０．１重量％までの
亜塩素酸塩または次亜塩素酸塩ナトリウムからなる組成
物を用いるシリコントレンチの一次研磨法を述べてい
る。
【００１３】電子回路を製造するさらに別の段階で、Ｅ
Ｐ−Ａ−０８５３３３５はスラリーをテトラメチルアン
モニウム塩、塩基及び過酸化水素と組み合わせて得た変
性スラリーを用いる酸化ケイ素層と硝酸ケイ素層間の選
択的研磨法を述べており、そこではスラリーの過酸化水
素に対する容量比は高く、特に２００と５００対１の間
に含まれている。
【００１４】ＥＰ−Ａ−０８９６０４２は過酸化水素の
ようなタングステンを攻撃することのできる化合物と水
酸化テトラアルキルアンモニウムのような少なくとも一
つのタングステン攻撃抑制剤を含み、そのｐＨが７より
小さい機械化学的研磨組成物を述べている。
【００１５】アルミニウムまたはアルミニウム合金を研
磨することを意図した現在知られた研磨剤は本質的にア
ルミニウムまたはフュームドシリカに基づく研磨剤であ
り、得られる表面品質を満足させない。
【００１６】さて、本出願人は驚くべきかつ予期しない
方式で水酸化テトラアルキルアンモニウムにより安定化
され酸化剤と組み合わされたコロイドシリカのアルカリ
性水性懸濁液の使用により： − アルミニウムまたはアルミニウム合金板のための増
大した研磨速度、 − 優れたアルミニウム表面状態、が得られることを知
った。
【００１７】従って本発明の主題は超小型電子半導体産
業で使用されるアルミニウムまたはアルミニウム合金導
電性材料の層の機械化学的研磨方法であって、前記材料
の層が互いにシロキサン結合により結合されていない個
別化されたコロイドシリカ粒子のアルカリ性水性懸濁
液、水酸化テトラアルキルアンモニウム及び酸化剤を含
む研磨組成物を用いて研磨されることを特徴とする方法
である。
【００１８】本出願人により実施された研究によれば、
酸化剤はこの発明の研磨組成物の研磨特性を改良する責
任を果たし、一方水酸化テトラアルキルアンモニウムは
組成物を安定化する。
【００１９】この発明により使用される研磨組成物は８
と１２の間、好ましくは１０．５と１１の間に含まれる
ｐＨを特に持つであろう。
【００２０】これらの研磨組成物は例えばナトリウムで
安定化されたシリカコロイド溶液を用いて得られる。こ
のシリカのコロイド溶液は存在するナトリウムを排除す
るためにカチオン交換樹脂上で処理され、それから本発
明の主題である安定なアルカリ性水性懸濁液を得るため
に水酸化テトラメチルアンモニウムにより処理されるで
あろう。
【００２１】この発明による使用のために有利な研磨組
成物は互いにシロキサン結合により結合されていない個
別化された粒子を持ち１２ｎｍと１００ｎｍの間に、好
ましくは３５ｎｍと５０ｎｍの間に含まれ、特にほぼ５
０ｎｍの平均粒子直径を持つコロイドシリカを用いて得
られる。
【００２２】この発明により使用される組成物の全てに
おいて、研磨粒子は有利には重量濃度で５％と５０％の
間、好ましくは２５％と３５％の間に含まれ、特にほぼ
３０％の濃度で存在する。
【００２３】この発明により研磨組成物を安定化するた
めに使用される水酸化テトラアルキルアンモニウムは好
ましくは水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テト
ラエチルアンモニウム、水酸化テトラプロピルアンモニ
ウム、特に水酸化テトラメチルアンモニウムから選ばれ
る。
【００２４】この水酸化テトラアルキルアンモニウムは
好ましくは初期シリカに関して０．１重量％と１重量％
の間に含まれる濃度で、特に初期シリカに関してほぼ
０．４重量％の濃度で使用されることができる。
【００２５】この発明で使用される研磨組成物は好まし
くは０．５容量％と１０容量％の間の酸化剤を含む。こ
れは塩素酸塩、過塩素酸塩、亜塩素酸塩、ヨウ素酸塩、
硝酸塩、硫酸塩、過硫酸塩、過酸化物、オゾン化水及び
過酸化水素から特に選ばれる。
【００２６】酸化剤は好ましくは過酸化水素である。上
述の好適組成物は前記研磨組成物中に存在する３０％に
希釈された過酸化水素の量が前記研磨組成物の合計に関
して容量で０．５％と１０％の間に含まれ、特に前記研
磨組成物の合計に関してほぼ７．５容量％であることを
特徴とする。
【００２７】この発明で使用される組成物はアルミニウ
ムまたはアルミニウム合金に基づく導電性材料（例えば
アルミニウム−銅合金またはアルミニウム−ケイ素−銅
合金であることができる）の層の研磨にそれらを使用す
るのを正当化する注目すべき特性を持つ。
【００２８】本出願の更なる主題は超小型電子半導体産
業で使用されるアルミニウムまたはアルミニウム合金導
電性材料の機械化学的研磨のための研磨剤であって、そ
れが互いにシロキサン結合により結合されていない個別
化されたコロイドシリカ粒子のアルカリ性水性懸濁液、
水酸化テトラアルキルアンモニウム及び酸化剤を含む研
磨組成物を含むことを特徴とする研磨剤である。
【００２９】最後に、本出願の主題は超小型電子半導体
産業で使用されるアルミニウムまたはアルミニウム合金
導電性材料の機械化学的研磨のための、互いにシロキサ
ン結合により結合されていない個別化されたコロイドシ
リカ粒子のアルカリ性水性懸濁液、水酸化テトラアルキ
ルアンモニウム及び酸化剤を含む研磨組成物の使用であ
る。
【００３０】上述の研磨方法を用いる好適条件はまた上
記のこの発明の他の主題にも適用される。
【００３１】この発明の範囲は以下に与えられる例を参
照することによりより良く理解されることができ、その
目的はこの発明の利点を説明することにある。
【００３２】実施例１：研磨組成物 ３０％に希釈された過酸化水素の７．５容量％が０．４
重量％の水酸化テトラメチルアンモニウムにより安定化
されたコロイドシリカの懸濁液(Clariant France SAか
らの試料PL 1509)に添加される、その特性は以下のとお
りである： − 水性懸濁液のｐＨ −−−−−−−−−−− １１ − 比表面積 −−−−−−−−−−−−−−− ５５ｍ２／ｇ − 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％ この発明による研磨組成物がこのようにして得られる。
【００３３】実施例２：機械化学的研磨の例 研究される各プレート上に、１００００Å厚のアルミニ
ウムが１６００Åの酸化ケイ素の層上に堆積される。 スライスがそれから実施例１で得られた研磨剤を用いて
以下の研磨条件でPRESI E 460研磨器上で研磨される： − 適用圧力 ０．２ｄａＮ／ｃｍ２ − ターンテーブル速度 ３０ｒｐｍ − ヘッド速度 ３０ｒｐｍ − 研磨剤温度 ２０℃ − 研磨速度 １００ｃｍ３／ｍｎ − 布 Rodel ProductsからのIC 1000ファロース(furrows) この研磨組成物は次の結果を得る： − １７００Å／ｍｎのアルミニウム研磨速度、 − 優れた表面状態（光学顕微鏡下で引掻き傷は観察されない）、 − ８％に等しい研磨不均一度。
【００３４】比較例１ 実施例１と同一の研磨剤によるが過酸化水素の添加なし
の機械化学的研磨の例。 実施例２のそれと同一のスライスを実施例２のそれと同
じ操作条件下で用い、次の特性を持つ０．４重量％の水
酸化テトラメチルアンモニウムにより安定化されたコロ
イドシリカのアルカリ性水性懸濁液を用いる： − 水性懸濁液のｐＨ −−−−−−−−−−− １１ − 比表面積 −−−−−−−−−−−−−−− ５５ｍ２／ｇ − 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％ 次の結果が得られる： − １４５０Å／ｍｎのアルミニウム研磨速度、 − １５％に等しい研磨不均一度。 更に、この懸濁液はアルミニウムの表面に多数の引掻き
傷を発生する。この劣る表面状態はダマシン法を用いて
アルミニウムの層間配線トラックを作るためのこの方法
の使用を妨げる。
【００３５】比較例２ １．２重量％のＮＨ３により安定化されたコロイドシリ
カのアルカリ性水性懸濁液(Clariant France SAからのK
lebosol（登録商標）30 N 50 PHN)と３０％に希釈され
た過酸化水素の７．５容量％を含む研磨剤による機械化
学的研磨の例。 実施例２のそれと同一のスライスを実施例２のそれと同
じ操作条件下で用い、次の特性を持つ１．２重量％のＮ
Ｈ３により安定化されたコロイドシリカのアルカリ性水
性懸濁液を用いる： − 水性懸濁液のｐＨ −−−−−−−−−−− １１ − 比表面積 −−−−−−−−−−−−−−− ５７ｍ２／ｇ − 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％ それに３０％に希釈された過酸化水素の７．５容量％を
添加して、次の結果が得られる： − １６００Å／ｍｎのアルミニウム研磨速度、 − １０％に等しい研磨不均一度。 しかし、それはアルミニウムの表面に多数の引掻き傷を
発生する。この劣った表面状態はダマシン法によるアル
ミニウムの層間配線トラックを作るためのこの方法の使
用を妨げる。
【００３６】比較例３ コロイドシリカの酸性水性懸濁液(Clariant France SA
からのKlebosol（登録商標）30 H 50 )と３０％に希釈
された過酸化水素の７．５容量％を含む研磨剤による機
械化学的研磨の例。 実施例２のそれと同一のスライスを実施例２のそれと同
じ操作条件下で用い、次の特性を持つコロイドシリカの
酸性水性懸濁液を用いる： − 水性懸濁液のｐＨ −−−−−−−−−−− ２．２ − 比表面積 −−−−−−−−−−−−−−− ５４ｍ２／ｇ − 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％ それに３０％に希釈した過酸化水素の７．５容量％を添
加したところ、アルミニウムの表面に多数の引掻き傷が
発生する。この劣った表面状態はダマシン法によるアル
ミニウムの層間配線トラックを作るためのこの方法の使
用を妨げる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 モーリス・リヴォワル フランス国38240 メイラン、シュマン、 ド、ラ、タイヤ 38

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 超小型電子半導体産業で使用されるアル
    ミニウムまたはアルミニウム合金導電性材料の層の機械
    化学的研磨方法において、前記アルミニウムまたはアル
    ミニウム合金層が互いにシロキサン結合により結合され
    ていない個別化されたコロイドシリカ粒子のアルカリ性
    水性懸濁液、水酸化テトラアルキルアンモニウム及び酸
    化剤を含む研磨組成物を用いて研磨されることを特徴と
    する方法。
  2. 【請求項２】 互いにシロキサン結合により結合されて
    いない個別化されたコロイドシリカ粒子の前記アルカリ
    性水性懸濁液のｐＨが８と１２の間に含まれることを特
    徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 互いにシロキサン結合により結合されて
    いない個別化されたコロイドシリカ粒子の前記アルカリ
    性水性懸濁液のｐＨが１０．５から１１であることを特
    徴とする請求項１又は２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記組成物の個別化されたコロイドシリ
    カ粒子の研磨粒子の平均直径が１２ｎｍと１００ｎｍの
    間に含まれることを特徴とする請求項１から３の一つに
    記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記組成物の個別化されたコロイドシリ
    カ粒子の研磨粒子の平均直径が３５ｎｍと５０ｎｍの間
    に含まれることを特徴とする請求項１から４の一つに記
    載の方法。
  6. 【請求項６】 前記組成物の研磨粒子の重量濃度が５％
    と５０％の間に含まれることを特徴とする請求項１から
    ５の一つに記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記組成物の研磨粒子の重量濃度が２５
    ％と３５％の間に含まれることを特徴とする請求項１か
    ら６の一つに記載の方法。
  8. 【請求項８】 互いにシロキサン結合により結合されて
    いない個別化されたコロイドシリカ粒子のための安定化
    剤が水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエ
    チルアンモニウムまたは水酸化テトラプロピルアンモニ
    ウムであることを特徴とする請求項１から７の一つに記
    載の方法。
  9. 【請求項９】 水酸化テトラアルキルアンモニウムの量
    が初期シリカに関して０．１重量％と１重量％の間に含
    まれることを特徴とする請求項１から８の一つに記載の
    方法。
  10. 【請求項１０】 水酸化テトラアルキルアンモニウムの
    量が初期シリカに関してほぼ０．４重量％であることを
    特徴とする請求項１から９の一つに記載の方法。
  11. 【請求項１１】 酸化剤が塩素酸塩、過塩素酸塩、亜塩
    素酸塩、ヨウ素酸塩、硝酸塩、硫酸塩、過硫酸塩、過酸
    化物、オゾン化水及び過酸化水素から選ばれることを特
    徴とする請求項１から１０の一つに記載の方法。
  12. 【請求項１２】 酸化剤が過酸化水素であることを特徴
    とする請求項１から１１の一つに記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記研磨組成物中の３０％に希釈され
    た過酸化水素の量が前記研磨組成物の合計量に関して
    ０．５容量％と１０容量％の間に含まれることを特徴と
    する請求項１２に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記研磨組成物中の３０％に希釈され
    た過酸化水素の量が前記研磨組成物の合計量に関してほ
    ぼ７．５容量％であることを特徴とする請求項１２又は
    １３に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 超小型電子半導体産業で使用されるア
    ルミニウムまたはアルミニウム合金導電性材料の機械化
    学的研磨のための研磨剤において、それが互いにシロキ
    サン結合により結合されていない個別化されたコロイド
    シリカ粒子のアルカリ性水性懸濁液、水酸化テトラアル
    キルアンモニウム及び酸化剤を含む研磨組成物を含むこ
    とを特徴とする研磨剤。
  16. 【請求項１６】 超小型電子半導体産業で使用されるア
    ルミニウムまたはアルミニウム合金導電性材料の機械化
    学的研磨のための、互いにシロキサン結合により結合さ
    れていない個別化されたコロイドシリカ粒子のアルカリ
    性水性懸濁液、水酸化テトラアルキルアンモニウム及び
    酸化剤を含む研磨組成物の使用。
JP2000036011A 1999-02-18 2000-02-15 アルミニウムまたはアルミニウム合金導電性材料の層の機械化学的研磨方法 Pending JP2000243734A (ja)

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