(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ココイル・サルコシン・ナトリウム、
1-H-ベンゾトリアゾール、
二酸化ケイ素ゾルの砥粒、
過酸化水素、
クエン酸、シュウ酸、酒石酸、ヒスタミン、アラニン、及びグリシンのグループから選択する加速剤、及び
溶剤
のみを含むことを特徴とする化学機械研磨の構成物。
【請求項２】
前記砥粒は、構成物総重量の0.01から30%を占めることを特徴とする請求項１記載の化学機械研磨の構成物。
【請求項３】
前記加速剤は、構成物総重量の0.01から5%を占めることを特徴とする請求項１記載の化学機械研磨の構成物。
【請求項４】
前記1-H-ベンゾトリアゾールは、構成物の総重量の0.001から1%を占めることを特徴とする請求項１記載の化学機械研磨の構成物。
【請求項５】
前記ココイル・サルコシン・ナトリウムは、構成物の総重量の0.001から1%を占めることを特徴とする請求項１記載の化学機械研磨の構成物。
【請求項６】
前記溶剤は、水であることを特徴とする請求項１記載の化学機械研磨の構成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学機械研磨の抑制剤構成物に関するもので、一種の化学機械研磨に用いる抑制剤構成物を提供することで、研磨対象物の平坦化効果を向上することに係る。
【背景技術】
【０００２】
電子部品の限界寸法(Critical
Dimension)が益々小さくなり、配線層数が急激に増加していることにより、ＲＣタイム遅延(RC Time
Delay)は回路全体の操作速度に重大な影響を及ぼしている。金属連接線幅縮小によって発生したタイム遅延及び電子移動の信頼性の問題を改善するため、電気抵抗率が低く、電子移動破壊能力が高い銅配線剤を選択するようになり、アルミニウム金属に取って代わっている。しかしながら、銅金属はエッチングしにくいという特性を具えるため、別一種のダマシン方式で銅金属配線を行わなければならない。
【０００３】
ダマシン(Damascene)方式工程は、公知と異なり先ず金属図案を定義して次に誘電層で溝を充填する金属化工程である。その方法は、先ず平坦な一誘電上で金属線の溝をエッチングした後、金属層を充填し、最後に余った金属を除去し、金属を具え誘電層内にダマシンした平坦構造を得る。ダマシン式工程は、従来の従来の金属化工程より以下の長所を具える。(1）基底表面を隨時平坦に保つ。(2）公知工程の誘電材料が金属配線隙間に充填しにくい欠点を排除する。(3）金属材がエッチングしにくい問題、特に銅金属のエッチングの問題を解決する。
【０００４】
他に内連接線の工程内の接触窓構造と配線図案をそれぞれ別々に制作しなければならず、工程ステップが煩雑になる公知の欠点を克服するため、現在、別に一種のデュアルダマシン（dual damascene）工程を開発しており、その製作工程は二回の選択性エッチングを実施し、それぞれ誘電体線路（line dielectric）とビア誘電体（via dielectric）をエッチングすると、金属層と差し込んで塞ぐ阻害層が一度に完成し、更に一度で導電金属を誘電窓と内連接線溝槽を充填し、工程ステップの簡素化に効果がある。近年、部品サイズの縮小化の発展と、部品操作の速度の向上に対応するため、低抵抗常数と高電子移動抵抗を具えた金属は、徐々に金属の内連接線の材質として応用されており、従来のアルミ金属工程技術と取って代わっている。銅金属のダマシン式内連接線技術は、内連接線の縮小化を達成するだけでなく、更にRCタイム遅延を減らし、同時に金属銅がエッチングしにくい問題を解決したため、現在、更に内連接線の主な発展を加速させている。
【０００５】
モノダマシンもしくはデュアルダマシンの銅工程に係りなく、銅金属の充填後に平坦化工程を実施しなければならず、誘電層上に残った金属を除去する必要がある。現在、通常では化学機械研磨の工程でこの目的を達成している。しかしながら、金属化学機械研磨の技術において、金属層の表面にはやはり研磨過剰(Dishing)及び侵食(Erosion)等研磨欠陥が発生しやすい。
【０００６】
研磨過剰及び侵食現象と研磨速度率及びエッチング比(RR/DER)は極めて大きな関係があり、比較的低いエッチング速度率は図案の凹陥箇所の除去率が低い。研磨過剰の欠陥を抑制することには有効であるが、一単位にかかる時間を考慮すると、研磨速度率は需要範囲内でなければならない。この他、研磨均一度も平坦化の結果に一定の影響を及ぼし、均一度が悪いと、多くの時間を研磨除去にかかり、それが原因で重大な研磨過剰及び侵食現象が発生しやすい。
【０００７】
一単位の産出量及び研磨過剰及び侵食現象の抑制を兼ね備えるため、通常では銅の化学機械研磨工程において、二個のステップに分ける。第一階段は、比較的早い研磨速度率で大部分の銅を除去して一単位の産出量を増やす。第二階段では、比較的遅い研磨速度率で残った少量の銅を除去し、凹槽内の銅が角の侵食される現象を防止する。通常，二段階銅研磨工程では、異なる構成の研磨構成物に交換して異なる段階の銅研磨の要求に応えることができる。しかしながら、研磨構成物を交換することは工程の簡素化に不利であり、また廃材を増やす可能性がある。
【０００８】
特許文献１が提示する一種の研磨構成物は、少なくとも一種の砥粒を含み、少なくとも１０個の炭素原子の脂肪族カルボン酸、アルカリ性成分、加速剤、防錆剤(anticorrosive)、過酸化水素、及び水を具える。該研磨構成物は、銅金属のエッチング速度率を下げることができるが、大部分の銅層(bulk copper)の除去率にも不利な影響が発生する。他に特許文献２は、二酸化ケイ素、酸化剤、アミン基酸、トリアゾール化合物、及び水の銅金属研磨構成物を含む。しかしながら、該特許は共同抑制剤として未提示であり、高研磨除去率を維持する条件の下、研磨構成物が金属のエッチング速度率を緩めることができ、同時に第一及び第二段階の銅金属研磨に適用できる。
【特許文献１】米国  特許登録第6,679,929号
【特許文献２】米国  特許登録第2004/0020135号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
解決しようとする問題点は、金属化学機械研磨の技術において、金属層の表面にはやはり研磨過剰(Dishing)及び侵食(Erosion)等研磨欠陥が発生しやすい点である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、少なくともダゾリノン類化合物もしくはトリアゾール類化合物もしくはその混合物，及びサルコシン及びその塩類化合物もしくはその混合物を含む。該抑制剤の構成物は化学機械研磨において応用し、金属層の高研磨除去率を維持すると同時に、金属エッチングの抑制の特性を兼ね備え、研磨過剰及び侵食等の研磨欠陥を減らすことができることを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の化学機械研磨の構成物は、化学機械研磨時に加工物件の表面に一層の保護膜を形成し、加工物件が過度に侵食するのを防止し、加工物件の侵食抑制能力を高め、研磨対象物の平坦化効果を向上するという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
一種の化学機械研磨の抑制剤構成物を提供して加工物件のエッチング速度率抑制を高めることを本発明の主な目的とする。
【００１３】
一種の二段階金属研磨に適用する化学機械研磨構成物を提供することを本発明の別の目的とする。
【００１４】
上述の目的を達成するため、本発明の抑制剤の構成物は、少なくともダゾリノン類化合物もしくはトリアゾール類化合物もしくはその混合物、及びサルコシン及びその塩類化合物もしくはその混合物を含む。そのうち、該ダゾリノン類化合物もしくはトリアゾール類化合物もしくはその混合物は、1-H-ベンゾトリアゾールであり、また該サルコシン及びその塩類化合物はN-アシル基サルコシン(N-acyl sarcosine)である。該抑制剤の構成物は、化学機械研磨の構成物に用い、化学機械研磨時に、加工物件の表面に対して一層の保護膜を形成し、金属層の高研磨除去率を維持すると同時に，エッチング速度率を有効に抑制する特性を兼ね備え、研磨過剰及び侵食欠陥を減らす。
【００１５】
本発明「化学機械研磨の構成物」の該抑制剤構成物は、少なくともダゾリノン類化合物もしくはトリアゾール類化合物もしくはその混合物，及びサルコシン及びその塩類化合物もしくはその混合物を含む。また該抑制剤構成物は化学機械研磨構成物において使用し、化学機械研磨時に加工物件の表面に一層の保護膜を形成し、加工物件が過度に侵食するのを防止し、加工物件の侵食抑制能力を高める。該化学機械研磨構成物は、侵食抑制剤の他に、更に砥粒、酸化剤、加速剤以及び溶剤を含む。
【００１６】
該砥粒の実施例は、鍛造した二酸化ケイ素、ケイ酸ナトリウムもしくはケイ酸カリウムの加水分解もしくはシランの加水分解及び縮合によって生成された二酸化ケイ素ゾル、沈殿もしくは鍛造した二酸化アルミニウム、沈殿もしくは鍛造した二酸化チタン、高分子材、及び金属酸化物及び高分子材料のハイブリッド(hybrid)を含むが、それに限らない。良好なものは二酸化ケイ素ゾルとする。仮に砥粒用量が低すぎると、機械研磨に不利で期待する研磨除去率を達成することができない。反対に砥粒用量が高すぎると機械研磨の効果が加速して阻害及び絶縁酸化層の除去率を上げて表面侵食の研磨の欠陥を発生してしまう。具体的実施例において、該ケイ素ゾルは構成物総重量の0.01から30％を占め、良好なのは0.1から15％とする。
【００１７】
銅層を研磨する化学機械研磨の構成物にとって、良好なのは過酸化水素を酸化剤として使用することである。通常、該酸化剤は、構成物総重量の0.25から5％を占め、良好なのは0.5から3％である。
【００１８】
該化学機械研磨に用いる構成物の加速剤の実施例にはクエン酸、シュウ酸、酒石酸、ヒスタミン、アラニン、もしくはグリシンを含むがそれに限らない。該加速剤は、金属の研磨促進、例として銅の溶解に用いる。研磨構成物内の加速剤添加量を高め、金属層の研磨去除率を上げ、第一段階の金属層研磨に適用する。しかしながら、構成物内の加速材の添加量を高め、同時に静態エッチングの速度率を高めるのは、第二段階の細微研磨には不利である。一具体実施例において、該加速剤は構成物総重量の0.01から10％を占め、良好なのは0.1から5％を占め、更に良いのは0.3〜3％である。
【００１９】
該抑制剤の構成物は高研磨除去率の条件の下、静態エッチング速度率を有効に抑制する。第一段階及び第二段階の研磨平坦化工程に適用する。本発明のダゾリノン類化合物もしくはトリアゾール類化合物もしくはその混合物は、1-H-ベンゾトリアゾール（1H-benzotriazole; BTA)であり、且つそれは構成物の総重量の0.001から1%を占め、良好なのは構成物の総重量の0.005から0.8%を占め、更に良好なのは構成物の総重量の0.01から0.5%を占める。また該サルコシン及びその塩類化合物もしくはその混合物は、構成物の総重量の0.0005から1%を占め、良好なのは、構成物の総重量の0.001から0.5%を占め、更に良好なのは構成物の総重量の0.005から0.1%を占める。
【００２０】
そのうち、該サルコシン及びその塩類の実施例は、
サルコシン(sarcosine)、
【化５】
0005567261.tif 000002
【化６】
0005567261.tif 000003
N-アシル基サルコシン(N-acyl sarcosine)、ココイル・サルコシン(cocoyl sarcosine)、オレオイル・サルコシン(oleoyl sarcosine)、ステアロイル・サルコシン(stearoyl sarcosine)、及びミリストイル・サルコシン(myristoyl
sarcosine)もしくはそのリチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、もしくはアミン塩等もしくはその混合物、例としてラウロイル基サルコシン・ナトリウム塩(Sodium n-Lauroyl Sarcosinate)，
【化７】
0005567261.tif 000004
もしくはココイル・サルコシン・ナトリウム(Sodium Cocoyl Sarcosinate)を含むがそれに限らない。
【化８】
0005567261.tif 000005
【００２１】
本発明の構成物は、水を用材として使用することもできるが、良好なのは、脱イオン水を研磨構成物の用材として使用するがよい。
【００２２】
以下は特に具体的実施例を挙げて、本発明の特徴及び効果を説明するが、本発明の範囲を制限するものではない。
【実施例１】
【００２３】
表１に示すとおり、二酸化ケイ素ゾル砥粒、グリシン、過酸化水素、1-H-ベンゾトリアゾール、ココイル・サルコシン・ナトリウムを含み、及び溶剤を水とした研磨液の構成物を使用した対照サンプルテストを実施した。
【表１】
0005567261.tif 000006
【００２４】
研磨テストは下述の条件に基づき実施した。
研磨機台：Mirra polisher
(Applied Materials)
ウエハー類型：8インチの銅薄膜ラミネートウエハー(Ramco
Co)
研磨下圧力：1.5 psig及び0 psig
平台回転速度：93 rpm
キャリア具回転速度：87 rpm
研磨パッド：IC 1010(Rodel Inc)
研磨液の流れる速度：150 ml/min。
【００２５】
該ウエハーは、4点ブローブ測量研磨を使用した速度率で、その結果は表２のとおりである。
【表２】
0005567261.tif 000007
【００２６】
そのうち、該RRは、研磨除去率(Removal Rate)を指し、WIWNUは、ウエハー表面均一度(With-in-wafer-non-uniformity)を指し、またDERは、動態エッチング速度率(Dynamic etching rate)を指す。
【００２７】
表２の結果から分かるとおり、対照例1は低研磨去除率及び高エッチング速度率で、RR/DER比較値は低い。対照例2は高RR/DER値であるが、ウエハー表面均一度は悪い。この結果から本発明の抑制剤の構成物(対照例3)を使用すると、銅の高研磨去除率を維持し、また銅のエッチング速度率を有効に下げ、RR/DER値を向上させることができることがわかる。
【実施例２】
【００２８】
表３に示すとおり、使用包括二酸化ケイ素ゾル砥粒、グリシン、過酸化水素、1-H-ベンゾトリアゾール、ココイル・サルコシン・ナトリウムを含み、及び溶剤は水とした研磨液の構成物を使用した対照サンプルでテストを実施した。
【表３】
0005567261.tif 000008
【００２９】
研磨テストは、下述の条件の下、実施し、その結果記録は表四のとおりである。
研磨機台：Mirra polisher
(Applied Materials)
研磨下圧力：3 psig、 1.5 psig及び0
psig
平台回転速度：93 rpm
キャリア具回転速度：87rpm
研磨パッド：IC 1010(Rodel Inc)
研磨液の流れる速度：150 ml/min。
【表４】
0005567261.tif 000009
【００３０】
表４の結果のとおり、サルコシン濃度を固定した状況において、研磨除去率はベンゾトリアゾール濃度が増えるに従って下がり、良好な構成を獲得し(対照例6)、銅の高研磨除去率，及び低エッチング速度率を具え、高いRR/DER値を具える。
【００３１】
本発明の技術内容及び技術特徴は上述のとおりであるが、本領域に習熟したものが本発明の提示を基にした各種の本発明の精神から乖離しない入替えおよび修飾を実施するかもしれない。因って本発明の保護範囲は、実施例の表示に制限されず、本発明から乖離しない各種の入替え及び修飾は、本発明の請求範囲に含まれるものとする。