(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）研磨材と、
（ｂ）過酸化物、過硫酸塩、第二鉄塩及びそれらの組み合わせからなる群から選ばれる酸化剤と、
（ｃ）２５から４００ｐｐｍのカルシウムイオンと、
（ｄ）有機カルボン酸と、
（ｅ）水と、
を含み、
２から６のｐＨを有し、
該研磨材が、負に帯電したポリマーで処理されたアルミナを含むポリマー処理のアルミナである、
化学機械研磨組成物。
【請求項２】
前記研磨材が、シリカ及びポリマー処理のアルミナからなる群から選ばれる、請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項３】
前記研磨材が縮合重合したシリカである、請求項２に記載の研磨組成物。
【請求項４】
前記研磨材が、負に帯電したポリマーで処理されたアルミナを含むポリマー処理のアルミナである、請求項２に記載の研磨組成物。
【請求項５】
前記負に帯電したポリマーが、ポリ(２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸)又はポリスチレンスルホン酸である、請求項４に記載の研磨組成物。
【請求項６】
前記研磨組成物が、０．００１質量％から２質量％の研磨材を含む、請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項７】
前記酸化剤が、過酸化水素、過硫酸アンモニウム、硝酸第二鉄及びそれらの組み合わせからなる群から選ばれる、請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項８】
前記研磨組成物が０．１質量％から５質量％の酸化剤を含む、請求項７に記載の研磨組成物。
【請求項９】
前記有機カルボン酸が、クエン酸、マロン酸及び酒石酸からなる群から選ばれる、請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項１０】
前記有機酸がコハク酸である、請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項１１】
前記研磨組成物が５０から２００ｐｐｍのカルシウムイオンを含む、請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項１２】
前記研磨組成物が２から６のｐＨを有する、請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項１３】
化学機械的に基材を研磨する方法であって、
（ｉ）研磨パッド及び、
請求項１から１２のいずれか１項に記載の化学機械研磨組成物、
を基材と接触させる工程、
（ｉｉ）前記化学機械研磨組成物を該研磨パッドと該基材の間に挟んで、該基材に対して該研磨パッドを移動させる工程並びに、
（ｉｉｉ）該基材の少なくとも一部分を摩耗させて該基材を研磨する工程、
を含む方法。
【請求項１４】
前記基材がアルミニウムの少なくとも一つの層を含み、そして該アルミニウムの少なくとも一部分が前記基材を研磨して除去される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記基材がチタンの少なくとも一つの層を更に含み、そして該チタンの少なくとも一部分が前記基材を研磨して除去される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記基材が誘電材料の少なくとも一つの層を更に含み、そして該誘電材料の少なくとも一部分が前記基材を研磨して除去される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記基材がアルミニウムと銅との合金の少なくとも一つの層を含み、そして該アルミニウムと銅との合金の少なくとも一部分が前記基材を研磨して除去される、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学機械研磨組成物及びその研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路は、シリコンウエハのような基材中又は基材上に形成される何百万もの能動素子から構成される。能動素子は、基材中に化学的及び物理的に連結され、機能的な回路を形成するためにマルチレベルなインターコネクトを利用して相互に連結される。生産工程の一つとして、縦横の相互的な接続のために孔と溝を形成する目的で、従来のドライエッチ法によって誘電性基材はパターン化される。その後、そのパターン化された表面は、適宜、拡散バリア層及び／又は接着促進層でコーティングされ、続いて、溝と孔を充填するために、金属層が堆積する。化学機械研磨（ＣＭＰ）は、拡散バリア層及び／又は接着促進層の厚みは勿論のこと、金属層の厚みを薄くするために用いられ、下層の誘電層が露出されるまで実行され、これによって、回路装置が形成される。
【０００３】
二酸化シリコン基材上に平面的な金属回路配線を作製する一つの方法は、ダマシンプロセスである。このプロセスにしたがうと、適宜、窒化ケイ素の層を堆積した二酸化シリコン誘電性表面は、フォトレジストを適用することによってパターン化される。すなわち、パターンを通して放射線でフォトレジストを露光して、溝及び／又はビアを画定し、その後、従来のドライエッチ法を用いて、縦横のインターコネクトのために孔及び溝を形成する。エッチング中に、溝及び／又はビアの部分ではない二酸化シリコン表面を損傷から保護するために、窒化ケイ素は「ハードマスク」として機能する。パターン化された表面は、例えば、チタン若しくはタンタルのような接着促進層及び／又は例えば、窒化チタン若しくは窒化タンタルのような拡散バリア層でコーティングされる。その後、接着促進層及び／又は拡散バリア層は、金属層でオーバーコーティングされる。化学機械研磨は、任意の拡散バリア層及び／又は接着促進層の厚みは勿論のこと、金属オーバー層の厚みを薄くするために用いられ、窒化ケイ素表面の隆起部分が剥き出しになる平坦な表面が得られるまで実行される。その結果、ビアと溝はインターコネクト回路を形成する導電性金属で充填された状態となる。
【０００４】
タングステンと銅は、導電性金属として徐々に利用されてきている。ところが、例えば、エッチング技術のような減法によってインターコネクト回路を作製する旧式の方法において利用され続けているアルミニウムは、ダマシンプロセスに利用するために検討中である。アルミニウムとチタンの組み合わせが、他の金属／バリア層の組み合わせよりも潜在的により低い抵抗力を提供して、回路性能の対応部分を潜在的に改良する。ところが、アルミニウムの化学機械研磨に有用である組成物は、典型的には、下層のチタンの研磨において、相当に小さい除去速度を示す。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、チタンは勿論のこと、アルミニウムを研磨するためのアルミニウムダマシン製造方法においてそのような研磨組成物を用いることは、回路配線に残っているアルミニウムを過剰に研磨する必要性が生じる。結果として、配線の相当なディッシングを引き起こす。さらに、導電性材料としてのアルミニウムとバリア材料としてのチタンとを含む基材を化学機械的に研磨するために必要な改良組成物及び改良方法のニーズは当該技術分野において、いまだに存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、化学機械研磨組成物を提供し、その研磨組成物は、（ａ）研磨材と、（ｂ）過酸化物、過硫酸塩、鉄塩及びそれらの組み合わせからなる群から選ばれる酸化剤と、（ｃ）２５から４００ｐｐｍのカルシウムイオンと、（ｄ）有機カルボン酸と、（ｅ）水と、を含み、その研磨組成物は、１．５から７のｐＨを有する。
【０００７】
また、本発明は、化学機械的に基材を研磨する方法を提供し、その方法は、（ｉ）研磨パッド及び、（ａ）研磨材と、（ｂ）過酸化物、過硫酸塩、鉄塩及びそれらの組み合わせからなる群から選ばれる酸化剤と、（ｃ）２５から４００ｐｐｍのカルシウムイオンと、（ｄ）有機カルボン酸と、（ｅ）水と、を含み、その研磨組成物が１．５から７のｐＨを有する、化学機械研磨組成物で基材を接触させる工程、（ｉｉ）その化学機械研磨組成物を該研磨パッドと該基材の間に挟んで、その基材に対してその研磨パッドを移動させる工程並びに、（ｉｉｉ）該基材の少なくとも一部分を摩耗させて基材を研磨する工程、を含む。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明は、化学機械研磨組成物を提供し、その研磨組成物は、（ａ）研磨材と、（ｂ）過酸化物、過硫酸塩、鉄塩及びそれらの組み合わせからなる群から選ばれる酸化剤と、（ｃ）２５から４００ｐｐｍのカルシウムイオンと、（ｄ）有機カルボン酸と、（ｅ）水と、を含み、その研磨組成物は、１．５から７のｐＨを有する。
【０００９】
研磨材の任意の適切な量が、研磨組成物中に存在してよい。一つの実施形態においては、研磨組成物が研磨材を有さなくてもよいし、又は実質的に研磨材を有さなくてもよい。典型的には、０．０００１質量％以上の研磨材が、研磨組成物中に存在してよい(例えば、０．０００５質量％以上、０．００１質量％以上又は０．０１質量％以上存在してもよい。)。研磨組成物量中の研磨材の量は、１０質量％を超えないことが好ましく、８質量％を超えないことがより好ましい。研磨材が、研磨組成物中に０．０００１質量％〜１０質量％(例えば、０．０００５質量％〜５質量％、又は０．００１質量％〜２質量％)含むことが更にまた好ましい。
【００１０】
研磨材は任意の適切な研磨材でよい、例えば、研磨材は天然物でよいし、又は合成物でもよい。さらに、研磨材は、金属酸化物、カーバイド、窒化物、炭化ケイ素及びそれらと同類な化合物を含んでもよい。また、研磨材は、ポリマー粒子又はコーティング粒子でもよい。研磨材は金属酸化物を含むことが好ましい。金属酸化物は、アルミナ、セリア、シリカ、ジルコニア、それらが共生成した生産物及びそれらの組み合わせ物からなる群から選ばれることが好ましい。そして、研磨材はアルミナ又はシリカであることがより好ましい。
【００１１】
研磨材がアルミナである場合に、アルミナは任意の適切な形態のアルミナでよい。アルミナは、ヒュームドアルミナ又はα-アルミナであることが好ましい。研磨材がα-アルミナである場合に、α-アルミナの表面の少なくとも一部分が、負に帯電した ポリマー又はコポリマーでコーティングされることができる。例えば、α-アルミナの表面の５質量％以上(例えば、１０質量％以上、５０質量％以上、実質的に全部又は完全なる全部)が、負に帯電したポリマー又はコポリマーでコーティングされてよい。負に帯電したポリマー又はコポリマーは任意の適切なポリマー又はコポリマーでよい。負に帯電したポリマー又はコポリマーは、カルボン酸、スルホン酸及びホスホン酸官能基からなる群から選ばれる繰り返し単位を含むことが好ましい。アニオン性ポリマーは、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸, マレイン酸, 無水マレイン酸、ビニルスルホン酸、２−（メタクリロイルオキシ）エタンスルホン酸、スチレンスルホン酸、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸、ビニルホスホン酸、２−(メタクロイルオキシ)エチルホスフェート及びそれらの組み合わせからなる群から選ばれる繰り返し単位を含むことがより好ましい。負に帯電した ポリマー又はコポリマーは、ポリ(２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸)及びポリスチレンスルホン酸からなる群から選ばれることが最も好ましい。α−アルミナの粒子は、基本的には、正に帯電した表面を有するので、α−アルミナの粒子とポリマー又はコポリマーが結合することは、ポリマー又はコポリマーの少なくとも一部分の酸性化官能基の脱プロトン化の結果となる。このように、ポリマー又はコポリマーは粒子と結合して負に帯電した状態となる。
【００１２】
研磨組成物は、任意の適切な量のアルミナを含むことができる。典型的には、 研磨組成物は、０．０００１質量％以上(例えば、０．０００５質量％以上、０．００１質量％ 以上又は０．０１質量％以上)のアルミナを含む。研磨組成物は、１０質量％以下(例えば、５質量％以下又は２質量％以下)のアルミナを含むことが好ましい。研磨組成物は、０．０００１質量％〜１０質量％(例えば、０．０００５質量％〜５質量％、又は０．００１質量％〜２質量％)のアルミナを含むことが更に好ましい。
【００１３】
研磨材がシリカである場合に、シリカは任意の適切な形態のシリカでよく、例えば、ヒュームドシリカ又は沈殿シリカでよい。シリカは縮合重合シリカであることが好ましい。縮合重合シリカは、ゾル−ゲル方法及び熱水方法によって生産されたシリカを含む。適切なシリカの例は、商業的に入手可能である生産物である、Ｅｋａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ(Ｂｉｎｄｚｉｌシリカ)、 Ｎｉｓｓａｎ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ(Ｓｎｏｗｔｅｘシリカ)、Ｎｙａｃｏｌ  Ｎａｎｏ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ(ＮｅｘＳｉｌシリカ)及びＣａｂｏｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ(Ｃａｂ−ｏ−Ｓｐｅｒｓｅ  ヒュームドシリカ)を含むが、これらに限定されることはない。
【００１４】
研磨組成物は任意の適切な量のシリカを含んでよい。一般的には、研磨組成物は、０．００１質量％以上(例えば、０．０１質量％以上又は０．１質量％以上)のシリカを含む。典型的には、研磨組成物は２０質量％以下(例えば、１０質量％以下)のシリカを含む。研磨組成物は、０．１質量％〜１０質量％(例えば、０．２５質量％〜７．５質量％、又は０．５質量％〜５質量％)のシリカを含むことが好ましい。
【００１５】
研磨材は、典型的には、２０ｎｍ〜５００ｎｍの平均粒子サイズ(例えば、平均粒子径)を有する粒子を含む。本発明によると、平均粒子サイズは、粒子を取り囲む最も小さい球の平均サイズとして表される。研磨材粒子は、３０ｎｍ〜４００ｎｍの平均粒子サイズ(例えば、４０ｎｍ〜３００ｎｍ又は５０ｎｍ〜２００ｎｍ)を有することが好ましい。
【００１６】
研磨材は、研磨組成物に懸濁されることが好ましく、さらに、特には、研磨組成物の水成分に懸濁されることがより好ましい。研磨材が研磨組成物に懸濁される場合に、研磨材はコロイド的に安定であることが好ましい。コロイドとは、液体キャリアに研磨材粒子が懸濁されることをいう。コロイド的に安定とは、長期間にわたって、その懸濁が安定に維持されることをいう。この発明によると、研磨材が１００ｍｌのメスシリンダーに置かれて２時間の間、無撹拌状態である場合に、メスシリンダーの底部から５０ｍｌの粒子濃度と(ｇ／ｍｌの単位で［Ｂ］と表わす。)、メスシリンダーの上部から５０ｍｌの粒子濃度(ｇ／ｍｌの単位で［Ｔ］と表わす。）との濃度差が、研磨材組成物の粒子の最初の濃度(ｇ／ｍｌの単位で［Ｃ］と表わす。) によって除されて、その値が０．５以下(例えば、｛［Ｂ］−［Ｔ］｝／［Ｃ］≦０．５)であるならば、研磨材は、コロイド的に安定であると考えられる。［Ｂ］−［Ｔ］／［Ｃ］の値は、０．３以下であることが好ましく、０．１であることがより好ましい。
【００１７】
研磨組成物は、過酸化物、過硫酸塩、鉄塩及びそれらの組み合わせからなる群から選ばれる酸化剤を含む。酸化剤の機能は基材の少なくとも一部分を酸化させることであり、例えば、アルミニウム、アルミニウム−銅のようなアルミニウム合金又はチタンを含む一つの層又は複数層を酸化させることである。過酸化物の例示は、過酸化水素及び尿素過酸化水素のような過酸化水素付加物、過炭酸塩並びに過ホウ酸塩を含むが、これらに限定されることはない。適切な過硫酸塩の例示は、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム及び過硫酸カリウムを含むが、これらに限定されることはない。第二鉄塩は、硝酸第二鉄、塩化第二鉄及び硫酸第二鉄を含むが、これらに限定されることはない。酸化剤は、過酸化水素、過硫酸アンモニウム、硝酸鉄及びそれらの組み合わせからなる群から選ばれることが好ましい。
【００１８】
研磨組成物は、任意の適切な量の酸化剤を含んでよい。一般的には、研磨組成物は、０．０１質量％以上(例えば、０．１質量％以上)の酸化剤を含む。典型的には、研磨組成物は、１０質量％以下(例えば、５質量％以下)の酸化剤を含む。
【００１９】
研磨組成物は、典型的には、２５ｐｐｍ以上(例えば、３０ｐｐｍ以上、４０ｐｐｍ以上又は５０ｐｐｍ以上)のカルシウムイオンを含む。研磨組成物は、４００ｐｐｍ以下(例えば、３５０ｐｐｍ以下、３００ｐｐｍ以下又は２５０ｐｐｍ以下、さらには２００ｐｐｍ以下)のカルシウムイオンを含むことが好ましい。研磨組成物は、２５ｐｐｍ〜４００ｐｐｍ(例えば、３０ｐｐｍ〜３５０ｐｐｍ又は４０ｐｐｍ〜３００ｐｐｍ、又は、５０ｐｐｍ 〜２００ｐｐｍ)のカルシウムイオンを含むことがより好ましい。有利なことは、カルシウムイオンの存在によって、本発明の研磨組成物によって示されるチタン層の除去速度が増大することである。研磨組成物に含まれるカルシウムイオンは、任意の適切なカルシウムイオンの供給源によって提供され得る。研磨組成物に含まれるカルシウムイオンは、少なくとも一つの水溶性カルシウム塩によって提供されることが好ましい。適切なカルシウム塩は、酢酸カルシウム、塩化カルシウム、それらの水和物及びそれらの組み合わせを含むが、それらに限定されることはない。
【００２０】
研磨組成物は有機カルボン酸を含む。研磨組成物に有用である有機カルボン酸は、ジカルボン、トリカルボン酸及びそれらの塩を含む。有機カルボン酸は、ヒドロキシル、カルボニル及びハロゲンからなる群から選ばれる官能基を更に含む。有機カルボン酸は、クエン酸、マロン酸、コハク酸、酒石酸、それらの塩及びそれらの組み合わせからなる群から選ばれることが好ましい。有機カルボン酸がコハク酸であることがより好ましい。
【００２１】
前述のカルボン酸は、塩(例えば、金属塩、アンモニウム塩又はそれらと同種のもの)若しくは酸の形態、又はそれらの部分塩として存在することが可能であることを理解されたい。例えば、コハク酸塩は、コハク酸のモノ−塩及びジ−塩を含むことは勿論のこと、コハク酸をも含む。
【００２２】
研磨組成物は任意の適切な量の有機カルボン酸を含むことができる。一般的には、研磨組成物は０．１質量％以上(例えば、０．５質量％以上)の有機カルボン酸を含む。典型的には、研磨組成物は、１０質量％以下(例えば、５質量％以下)の有機カルボン酸を含む。研磨組成物は、０．５質量％〜５質量％の有機カルボン酸を含むことが好ましく、１質量％〜４質量％の有機カルボン酸を含むことがより好ましい。
【００２３】
研磨組成物は、７以下(例えば、６以下)のｐＨを有する。研磨組成物は、１以上(例えば、１．５以上又は２以上)のｐＨを有することが好ましい。研磨組成物は、２〜６のｐＨ（例えば、３〜６のｐＨ)を有することがより好ましい。研磨組成物は、ｐＨ調整剤、例えば、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、水酸化アルキルアンモニウム及び／又は硝酸を適宜含んでよい。研磨組成物は、ｐＨ緩衝システム、例えば、酢酸アンモニウム又はクエン酸モノナトリウムを適宜含んでよい。多くのｐＨ緩衝システムは当該技術分野において公知である。
【００２４】
研磨組成物は、適宜、一つ以上の他の添加剤を更に含んでよい。そのような添加剤は、任意の適切な界面活性剤及び／又はレオロジー制御剤を含み、さらに粘度増強剤及び凝固剤(例えば、ポリマーレオロジー制御剤であって、そのようなものとして、例えば、ウレタンポリマー)、一つ以上のアクリルサブユニットを含むアクリレート(例えば、ビニルアクリレート及びスチレンアクリレート)、並びにポリマー、コポリマー、それらのオリゴマー及びそれらの塩を含む。適切な界面活性剤は、例えば、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、アニオン性高分子電解質、非イオン性界面活性剤、両性界面活性剤、フッ素系界面活性剤、それらの混合物及び同類のものを含む。
【００２５】
研磨組成物は、適宜、殺生物剤を更に含む。殺生物剤は、任意の適切な殺生物剤でよく、例えば、イソチアゾリノンの殺生物剤でよい。典型的に研磨組成物で用いられる殺生物剤の量は、１ｐｐｍ〜５００ｐｐｍであり、好ましくは、１０ｐｐｍ〜２００ｐｐｍである。
【００２６】
研磨組成物は、任意の適切な技術によって生産され得る。その多くの技術は当該技術分野の当業者にとって公知である。研磨組成物は、バッチ又は連続法によって生産され得る。一般的には、研磨組成物は、任意の順番でその組成物の成分を結合させることによって生産され得る。ここにおいて用いられる「成分」の用語は、任意の組み合わせの材料(例えば、研磨材、酸化剤、カルシウムイオン、有機カルボン酸等）は勿論のこと、個々の材料(例えば、研磨材、酸化剤等)をも含む。
【００２７】
例えば、酸化剤、カルシウムイオン及び／又は有機カルボン酸は、任意の順番又は同時に、酸化剤、カルシウムイオン及び有機カルボン酸を水に添加することによって、水に溶解され得る。その後、研磨材が、添加されて研磨組成物中に研磨材を分散することが可能な任意の方法によって分散され得る。酸化剤のような一つ以上の成分が使用直前(例えば、使用前１分以内、使用前１時間以内又は使用前７日以内)に研磨組成物に添加されながら、研磨組成物は、使用前に生産されてよい。ｐＨは、任意の適切な時間で調整されてよく、研磨組成物に研磨材を添加する前に調整されることが好ましい。また、研磨組成物は、研磨作業中に、基材の表面でその成分を混合することによって生産されてもよい。
【００２８】
また、研磨組成物は、適切な量の水と典型的には酸化剤とで使用前に希釈することが意図される濃縮物として提供されてもよい。酸化剤が液体であるならば、適切な量の酸化剤が、水で濃縮物を希釈する前にその水に添加されてもよいし、又は濃縮物に水を添加する前か、添加中か、又は添加後に、適切な量の酸化剤がその濃縮物に添加されてもよい。酸化剤が固体であるならば、水及び／又は酸化剤の水溶液で濃縮物を希釈する前に、酸化剤が水又は一部の水に溶解されてもよい。また、研磨組成物を提供するために、水で濃縮物を希釈する前か、希釈中か、又は希釈後に、固体の酸化剤は、固体として濃縮物に添加されてもよい。酸化剤は、例えば混合のように、研磨組成物中に酸化剤を組み込むことが可能な任意の適切な方法によって、研磨組成物中に導入されてよい。
【００２９】
適切な量の水と酸化剤で濃縮物を希釈する場合に、研磨組成物の各々の成分が各々の成分に関して上記に列挙される適切な範囲内の量でその研磨組成物中に存在するような量で、研磨組成物の濃縮物は、研磨材、カルシウムイオン、カルボン酸及び水を含むことができる。例えば、濃縮物が等容積の水(例えば、各々、２等容積の水、３等容積の水又は４等容積の水)と適切な量の酸化剤で希釈される場合に、各々の成分に関して上記に述べられた範囲内の量で研磨組成物中に各々の成分が存在するように、研磨材、カルシウムイオン、及びカルボン酸が、各々の成分に関して上記に列挙された濃度よりも２倍（３倍、４倍又は５倍）の高い濃度で濃縮物中に存在することができる。例えば、カルシウムイオンとカルボン酸のような濃縮物に存在する水溶性成分が、濃縮物の水分に充分に溶解するような量で存在することが好ましく、そして、濃縮物中、特には濃縮物の水分中におけるその水溶性成分の濃度が、室温状態(例えば、２０℃の温度において)でのその成分の最大溶解度未満であるような量でその成分が存在することがより好ましい。さらに、濃縮物は、適宜、酸化剤の幾らかの量又は全量と共に、適切な割合の水分を含有することが可能であり、研磨材、酸化剤（存在するならば）、カルシウムイオン、カルボン酸及び他の適切な添加剤の少なくとも一部又は全部、好ましくは全部が、濃縮物に溶解することを保証する目的で、その適切な割合の水分が研磨組成物の完成品中に存在する。
【００３０】
本発明は、化学機械的に基材を研磨する方法をさらに提供し、その方法は、（ｉ）研磨パッドと、ここにおいて述べられる研磨組成物とに基材を接触させる工程、（ｉｉ）研磨組成物を研磨パッドと基材の間に挟んで、その基材に対してその研磨パッドを移動させる工程、及び（ｉｉｉ）基材の少なくとも一部分を摩耗させて基材を研磨する工程、を含む。
【００３１】
本発明の研磨組成物は任意の基材を研磨するために有用であるが、その研磨組成物は、アルミニウム又はアルミニウム−銅のようなアルミニウム-含有合金を含む少なくとも一つの金属層、チタンを含む少なくとも一つの金属層及び少なくとも一つの誘電層を含む基材を研磨することに特に有用である。チタンは、チタン金属、チタンの合金、チタンの窒化物及びそれらの組み合わせの形態でよい。誘電層は、金属酸化物、多孔性金属酸化物、ガラス、有機ポリマー、フッ素系有機ポリマー又は任意の他の適切な高誘電率若しくは低誘電率絶縁層でよく、ケイ素を基本構造にした金属酸化物が好ましく、テトラエチルオルトケイ酸塩（ＴＥＯＳ）から誘導される酸化ケイ素層がより好ましい。
【００３２】
基材は、任意の適切な基材(例えば、集積回路、金属、ＩＬＤ層、半導体及び薄層フイルム)でよい。典型的には、バリア層上に堆積したチタンを含有するバリア層とアルミニウムを含有するオーバーコーティング層とを有するパターン化された誘電層を基材は含む。研磨工程は、まず、上層のアルミニウム層の大部分を取り除いて、その後、依然としてアルミニウムが研磨システムに利用され得る状態で、下層のチタン層を除去することを開始する。誘電層が研磨組成物に曝されると、研磨工程は終了する。有利なこととして、本発明の方法は、アルミニウム、チタン及び誘電層を研磨することに関する選択性を制御することを可能とする。ここにおいて、選択性は、異なる第二の層の研磨速度に対する第一の層の研磨速度の比として定義される。
【００３３】
本発明の研磨組成物は、好ましい除去速度、低エローション及び低ディッシングで、少なくとも一つのアルミニウム層、少なくとも一つのチタン層及び少なくとも一つの誘電層を含む基材を研磨すること(例えば、平坦化すること)が可能である。本発明によると、「層」とう用語は、実質的に均質な表面を有する材料が連続的に大部分の割合で占める層と、表面機構（例えば、回路線又はビア)内に含有される材料を含む表面との両方の意味を表わす。アルミニウム、チタン及び誘電層を研磨することの相対的な選択性は、研磨材（例えば、アルミナ又はシリカのどちらか一方)の選択及び研磨組成物中に存在する成分量の変更によって制御され得る。
【００３４】
本発明の研磨組成物がアルミナを含む場合に、誘電層を研磨することを観察して確認される除去速度は、アルミニウム及びチタンの除去速度と比較して低い。そして、このように、アルミナ含有の本発明の研磨組成物は誘電層上で自己停止をする。本発明のアルミナ含有研磨組成物についてのアルミニウム除去速度とチタン除去速度は、酸化剤の量を選択することによって制御することが可能であり、そして研磨組成物のｐＨを調整することによって制御することが可能である。特に、低含有量の酸化剤及び低ｐＨを有する本発明のアルミナ含有研磨組成物は、高含有量の酸化剤及び高ｐＨを有する本発明のアルミナ含有研磨組成物よりも、チタンに対してアルミニウムを研磨することについてのより高い選択性を示す。ここで、チタンに対してアルミニウムを研磨することについての選択性とは、研磨組成物によって示されるチタン除去速度に対するアルミニウムの除去速度の比で表わされる。典型的には、研磨工程が、まず、上層のアルミニウム層の大部分を除去して、その後、表面機構内に存在するアルミニウムが依然として研磨システムに利用され得る状態で、下層のチタン層を除去することを開始することができるように、アルミニウム層は、チタン層をオーバーコートする。アルミニウムとチタンの両方が研磨システムに利用され得る場合に、アルミニウム研磨の速度がチタン研磨の速度よりも著しく大きいならば、アルミニウム層は過剰に研磨される可能性があり、そのことは、アルミニウム層のディッシング及び／又はエローションを誘発する。このように、アルミナ含有研磨組成物中のｐＨと酸化剤の含有量を増やすことによって、アルミニウム除去の速度が、チタン除去の速度に対して小さくすることが可能であり、それによって、回路線に存在するアルミニウム層の過剰研磨の程度を少なくすることが可能である。
【００３５】
本発明の研磨組成物がシリカを含む場合、アルミニウムに対するチタンの除去速度がより大きくなることをその研磨組成物は示す。シリカ含有の実施形態は、このように、チタン含有バリア層の除去に有用である。一方で、アルミニウム含有の回路線のディッシング及び／又はエローションの程度を少なくする。さらに、研磨組成物中のシリカの量を増やすことは、誘電層について示される除去速度を増加させる。これによって、バリア層除去後の誘電層の充分な平坦化を可能とする。
【００３６】
本発明の研磨方法は、化学機械研磨装置と共に利用することに特に好適である。典型的には、その装置はプラテンを含み、そのプラテンは、使用の際に作動してある速さを有し、軌道運動、直線運動、又は円運動をする。そして、その装置は、プラテンと接触する研磨パッドを含み、その研磨パッドは、作動する時に、そのプラテンと共に動く。さらに、その装置はキャリアを含み、研磨パッドの表面に対して基材を接触して動かすことによってその基材が研磨させるように、そのキャリアはその基材を固定する。基材の研磨は、研磨パッドと本発明の研磨組成物とを接触させるように基材が配置されることによって生じ、その後研磨パッドは基材に対して動き、基材の少なくとも一部分を摩耗させて基材を研磨する。
【００３７】
任意の適切な研磨パッドを用いて、基材は化学機械研磨組成物で研磨され得る(例えば、表面を研磨する。)。適切な研磨パッドは、例えば、布帛及び不織布の研磨パッドを含む。その上、密度、硬さ、厚み、圧縮率、圧力をかけた時反発力及び圧縮係数を、様々に変更した任意の適切なポリマーを適切な研磨パッドは含んでよい。適切なポリマーは、例えば、塩化ポリビニル、フッ化ポリビニル、ナイロン、フッ化炭素、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリアクリレート、ポリエーテル、ポリエチレン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリプロピレン、それらの共生成生産物及びそれらの混合物を含む。
【００３８】
化学機械研磨装置は、その場研磨終点検出システムを更に含むことが好ましく、その多くのものは当該技術分野において公知である。研磨された基材の表面から反射した光又は他の放射線を分析することによって研磨工程を検査して監視する技術は当該技術分野において公知である。そのような方法は、例えば、米国特許５，１９６，３５３号、米国特許５，４３３，６５１号、米国特許５，６０９，５１１号、米国特許５，６４３，０４６号、米国特許５，６５８，１８３号、米国特許５，７３０，６４２号、米国特許５，８３８，４４７号、米国特許５，８７２，６３３号、米国特許５，８９３，７９６号、米国特許５，９４９，９２７号及び米国特許５，９６４，６４３号において述べられている。研磨された基材に関する研磨工程の進行における検査又は監視をすることは、研磨終点を決定すること、例えば、特定の基材に関して研磨工程を何時に終了するべきかを決定することを可能とする。
【００３９】
次の実施例は、本発明を更に実証するが、勿論、本発明の範囲を限定する、如何なる形態で解釈されるべきではない。
【００４０】
これらの各実施例において、研磨実験は、一般的には、商業的に入手可能な研磨装置であって、サブパッド上に同心の溝パッドを備えた装置の利用を伴った。一般的には、実施例１を除いて、研磨パラメーターは、研磨パッドに対する基材の２０．７ｋＰａ（３ｐｓｉ）ダウンフォースプレッシャー、５０ｒｐｍプラテンスピード、５３ｒｐｍキャリアスピード及び研磨組成物については１８０ｍｌ／ｍｉｎの流速であった。実施例１においては、プラテンスピードは、９０ｒｐｍであり、キャリアスピードは９３ｒｐｍであった。
【実施例】
【００４１】
（実施例１）
この実施例は、アルミニウム−銅とチタンとを含む別個独立の基材を研磨する際に、本発明の研磨組成物によって達成される除去速度に対するカルシウムイオンの効果を実証する。
【００４２】
同一の八個の二つの基材のセットであって、それらのセットの各々の基材が、別個独立にアルミニウム−銅とチタンとを含み、八個の異なる研磨組成物（研磨組成物  １Ａ−１Ｈ）で研磨された。各々の組成物は、ｐＨが３．５である水中において、負に帯電したポリマーで処理された０．５６質量％のα−アルミナ、１．１２質量％のコハク酸及び３質量％の過酸化水素を含んだ。研磨組成物は、カルシウムイオンを更に含み、そのカルシウムイオンは、表１に示される量で酢酸カルシウム水和物によって提供された。
【００４３】
研磨に続いて、アルミニウム−銅とチタンとに関する除去速度（ＲＲ）が、各々の研磨組成物に対して求められた。そして、その結果が表１に要約される。
【００４４】
【表１】
0005491190.tif 000002
【００４５】
表１に述べられた結果から明らかなように、カルシウムイオンが存在しない（研磨組成物１Ａ)ところからカルシウムイオンが１５０ｐｐｍの量で存在する(研磨組成物１Ｆ)ところまでカルシウムイオンの量を増加させると、チタンの除去速度は７０％大きくなる結果となった。さらに、カルシウムイオンが２００ｐｐｍの量で存在するところまで(研磨組成物１Ｇ)カルシウムイオンの量を増加させると、チタンの除去速度は、１５０ｐｐｍで観察される除去速度より小さくなったが、カルシウムイオンが存在しない除去速度よりは大きく、そして、また、アルミニウム−銅に関する除去速度については、カルシウムイオンが存在しないか、又はより少ない量の研磨組成物について観察される除去速度よりも小さい結果となった。このように、この実施例の結果は、本発明の研磨組成物に関して、アルミニウム−銅とチタンとの除去速度はカルシウムイオンの量に依存することを実証した。
【００４６】
（実施例２）
この実施例は、本発明の研磨組成物によって達成される、アルミニウム−銅と、チタンと、テトラエチルオルトケイ酸塩から調製される酸化ケイ素の誘電材料とを含む別個独立の基材を研磨することについての除去速度に対する有機カルボン酸量の効果を実証する。酸化ケイ素の誘電材料は、ここにおいて、「ＴＥＯＳ」として表わされる。
【００４７】
同一の二個の二つの基材のセットであって、それらのセットの各々の基材が、別個独立にアルミニウム−銅とチタンとＴＥＯＳとを含み、二個の異なる研磨組成物（研磨組成物２Ａと２Ｂ）で研磨された。各々の組成物は、０．５６質量％のシリカ(Ｂｉｎｄｚｉｌ  ＣＪ２−２、Ｅｋａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ)及び３％の過酸化水素を含んだ。研磨組成物２Ａは、１．３８質量％のコハク酸を更に含んだ。一方、研磨組成物２Ｂは、３．３８質量％のコハク酸を更に含んだ。
【００４８】
研磨に続いて、アルミニウム−銅とチタンとＴＥＯＳとに関する除去速度（ＲＲ）が、各々の研磨組成物に対して求められた。そして、その結果が表２に要約される。
【００４９】
【表２】
0005491190.tif 000003
【００５０】
表２に述べられた結果から明らかなように、１．３８質量％(研磨組成物２Ａ)から３．３８質量％(研磨組成物２Ｂ)まで、コハク酸の量を増加させると、アルミニウム−銅の除去速度は１５％大きくなる結果となったが、チタンの除去速度は２８％大きくなる結果となった。ＴＥＯＳに対する除去速度は５１％増加したが、アルミニウム−銅とチタンのそれぞれの除去速度に対しては依然として１６％と１３％の割合の速度のままであった。さらに、アルミニウム−銅の除去速度に対するチタンの除去速度の比によって定義される選択性は、本発明の研磨組成物に存在するコハク酸量の増加に伴って、１．１６から１．３０まで大きくなった。
【００５１】
（実施例３）
この実施例は、本発明の研磨組成物によって達成される、アルミニウム−銅と、チタンと、テトラエチルオルトケイ酸塩から調製される酸化ケイ素の誘電材料とを含む別個独立の基材を研磨することについての除去速度に対するシリカ量の効果を実証する。
【００５２】
同一の二個の二つの基材のセットであって、それらのセットの各々の基材が、別個独立にアルミニウム−銅とチタンとＴＥＯＳとを含み、二個の異なる研磨組成物（研磨組成物  ３Ａと３Ｂ）で研磨された。各々の組成物は、３．３８質量％のコハク酸と３％の過酸化水素を含んだ。研磨組成物３Ａは、０．５６質量％のシリカ(Ｂｉｎｄｚｉｌ  ＣＪ２−２、Ｅｋａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ)を含んだ。一方、研磨組成物３Ｂは、５．５６質量％であって同一のシリカを含んだ。
【００５３】
研磨に続いて、アルミニウム−銅とチタンとＴＥＯＳとに関する除去速度（ＲＲ）が、各々の研磨組成物に対して求められた。そして、その結果が表３に要約される。
【００５４】
【表３】
0005491190.tif 000004
【００５５】
表３に述べられた結果から明らかなように、０．５６質量％から５．５６質量％まで、研磨組成物中に存在するシリカの量を増加させると、アルミニウム−銅、チタン及びＴＥＯＳで観察される除去速度は、それぞれ８８％、７３％及び６１７％大きくなる結果となった。ＴＥＯＳと比較した、アルミニウム−銅を研磨することに関する選択性は、ＴＥＯＳの除去速度に対するアルミニウム−銅の除去速度の比によって定義されるように、本発明の研磨組成物に存在するシリカ量の増加に伴って、６．０７から１．５９まで小さくなった。同様に、ＴＥＯＳと比較したチタンを研磨することに関する選択性は、ＴＥＯＳの除去速度に対するチタンの除去速度の比によって定義されるように、本発明の研磨組成物に存在するシリカ量の増加に伴って、７．９２から１．９１まで小さくなった。
【００５６】
ここにおいて示される、公開公報、特許出願及び特許を含めた全ての引用文献は、各々のそれらの引用文献が個々に、かつ、特別に指示されて引用により導入してそれらの引用文献に完全な状態で述べられているのと同程度に、本願において引用して導入される。