(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨粒子と、銅を酸化するための酸化剤と、銅の酸化抑制剤と、銅と酸化抑制剤との錯化を制御する添加剤とを含み、銅を主成分とする露出配線層領域に隣接し露出している高融点材料のバリア層部分を選択的に除去するためのＣＭＰ研磨方法で使用されるスラリであって、
前記添加剤が前記スラリの濡れ促進剤として作用する分子量が３００未満の脂肪酸を含み、
前記酸化剤、前記酸化抑制剤および前記脂肪酸の各含有量を前記バリア層の除去速度が銅の除去速度よりも大きくなるように選択している、
ことを特徴とするｐＨの制御によりスラリ内の粒子濃度を安定化させるＣＭＰ研磨スラリ。
【請求項２】
前記高融点材料はタンタルまたはタンタルを主成分とする材料から成る請求項１に記載のスラリ。
【請求項３】
前記酸化抑制剤が、１−Ｈベンゾトリアゾール、１−ＯＨベンゾトリアゾール、１−ＣＨ3ベンゾトリアゾール、５−ＣＨ3ベンゾトリアゾール、ベンズイミダゾール、２ＯＨ，２−メチルベンズイミダゾール、および５−Ｃｌベンゾトリアゾールからなる群から選択されたものである請求項１に記載のスラリ。
【請求項４】
前記脂肪酸が硫酸処理した脂肪酸である請求項１に記載のスラリ。
【請求項５】
前記硫酸処理した脂肪酸が、オクチル硫酸ナトリウム、カプリル硫酸ナトリウム、およびラウリル硫酸ナトリウムからなる群から選択されたものである請求項４に記載のスラリ。
【請求項６】
研磨粒子が実質的に０．４ミクロン未満のコロイドシリカである請求項１に記載のスラリ。
【請求項７】
前記スラリのｐＨが、約２．０ないし７．５である請求項１に記載のスラリ。
【請求項８】
銅を主成分とする露出配線層領域を余り除去せずに該領領に隣接して露出している、タンタルを主成分とするバリア層部分を選択的に除去するためのＣＭＰ研磨法で使用されるスラリであって、
水中に固形分２〜３０重量％を含有するコロイドシリカ・スラリの１リットル、
１０ｍｌ／ｌまでの３０％過酸化水素水溶液、
１．５〜６．０ｍｌ／ｌのラウリル硫酸ナトリウム、
６．０ｍｌ／ｌまでの濡れ促進剤、および
４．０ｇ／ｌまでのベンゾトリアゾールを含み、
前記過酸化水素水溶液、前記ラウリル硫酸ナトリウム、および前記ベンゾトリアゾールの各含有量を前記バリア層の除去速度が銅の除去速度よりも大きくなるように選択し、かつ、前記スラリのｐＨが、３．０〜７．５に調節されたスラリ。
【請求項９】
表面領域およびそれよりも低いレベルの配線層形成予定領域を含む誘電体層の表面上に付着した高融点材料のバリア層の露出面上に一様に銅層が形成されている基板を用意するステップと、
前記誘電体層表面領域上の前記バリア層部分が露出するまで前記銅層の全露出面を一様に除去するステップと、
研磨粒子と、銅を酸化するための酸化剤と、銅の酸化抑制剤と、銅と酸化抑制剤との錯化を制御するための添加剤とを含み、前記酸化剤、前記酸化抑制剤および前記添加剤の各含有量をバリア材除去速度が一番速くて、銅材除去速度が一番遅くなるように選択して成るスラリを使用するＣＭＰ研磨法により、前記配線層形成予定領域上の露出銅層を余り除去することなく、前記露出バリア層部分の全体およびその下側の前記誘電体層表面領域の幾分かを除去して露出表面全体を平坦化するステップと、
より成る、銅を主成分とする配線層領域に隣接のバリア層を選択的に除去するＣＭＰ研磨方法。
【請求項１０】
表面領域およびそれよりも低いレベルの配線層形成予定領域を含む誘電体層の表面上に付着した高融点材料のバリア層の露出面上に一様に銅層が形成されている基板を用意するステップと、
前記誘電体層表面領域上の前記バリア層部分が露出するまで前記銅層の全露出面を一様に除去するステップと、
研磨粒子と、銅を酸化するための酸化剤と、銅の酸化抑制剤と、銅と酸化抑制剤との錯化を制御するための３００未満の分子量の脂肪酸とを含み、前記酸化剤、前記酸化抑制剤および前記脂肪酸の各含有量をバリア材除去速度が一番速くて、銅材除去速度が一番遅くなるように選択して成るスラリを使用するＣＭＰ研磨法により、前記配線層形成予定領域上の露出銅層を余り除去することなく、前記露出バリア層部分の全体およびその下側の前記誘電体層表面領域の幾分かを除去し、その際に前記配線層形成予定領域上の露出銅層を前記誘電体層の露出表面よりも高く残存させるステップと、
より成る、銅を主成分とする配線層領域に隣接のバリア層を選択的に除去するＣＭＰ研磨方法。
【請求項１１】
前記バリア層がタンタル材から成り、前記誘電体が二酸化シリコンから成り、前記ｐＨが４．５に選択され、銅材の除去速度を基準としてタンタル材および二酸化シリコン材の選択的除去速度の比率が実質的に８および５にそれぞれ選択されているスラリを使用する請求項９または１０に記載のＣＭＰ研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的に、集積回路のメタライゼーションに関するものであり、さらに具体的には、銅の層の下にライナが使用された銅配線を平坦化することにより、メタライゼーションを形成する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路製造分野で、ウエーハ上に形成された１個以上のトランジスタ、キャパシタ、抵抗、その他の半導体電子部品を相互接続する平坦なメタライゼーション・パターンを形成することにより、著しい密度の利点が得られることはよく知られている。当業界における顕著な傾向の１つは、「化学機械平坦化」または「化学機械研磨」または単に「ＣＭＰ」と呼ばれる方法を用いて、このように平坦なメタライゼーション・パターンを形成することである。ＣＭＰでは、半導体ウエーハの前面を回転する研磨ホイールに対して保持し、研磨スラリを導入して化学反応と物理的摩擦との組み合わせを利用して、平坦化を容易にし、ウエーハ上の金属層を一部除去する。たとえば、米国特許第４９４４８３６号明細書は、同一面で平坦化された絶縁体皮膜と金属皮膜を形成する、金属または絶縁体のＣＭＰを教示している。
【０００３】
ＣＭＰによる全般的な利点に加えて、平坦化前のパッシベーション中に集積されたメタラジーを形成することにより、特に密度の利点が得られる。すなわち、米国特許第４７８９６４８号明細書には、絶縁体に同一平面に埋め込まれた線を形成する方法が教示されており、ここで、線は下層の導電層への一体型（integral）バイアを含む。通常、メタラジーの水平部分（線）および垂直部分（バイア）は、２つの個別に形成された金属層を使用して形成される。上記の特許では、通常メタラジー構造の水平部分と垂直部分との間に存在する層間界面を排除することにより、導電性が最大になる。
【０００４】
従来の技術では、集積回路のメタラジーとしてアルミニウム合金またはタングステンを使用することは周知である。しかし、半導体チップの集積度が０．４μｍ未満にまで増大すると、これらの材料の導電特性は不十分になる。これらのメタラジーは通常、化学気相付着、スパッタリング、その他の方向性のある付着技術を使用して、ウエーハ上に付着される。チップ面積が縮小するにつれて、パッシベーションに形成されるバイアまたは開口のアスペクト比（すなわち幅に対する高さの比）が増大し、アスペクト比の高いバイア中に金属を付着させるのが困難になる。その結果、付着させた金属中に空隙が形成し、抵抗が増大したり、有用な接点が形成されなくなったりすることさえある。さらに、幾何学的形状が小さくなるにつれて、金属線はエレクトロマイグレーションに起因する故障を生じやすくなる。そこで、半導体産業は、現在アルミニウムを主体とするメタラジーに代わる銅メタラジーの開発に重点を置いている。銅は抵抗率が低く、アルミニウムより耐エレクトロマイグレーション性が高いが、標準的な付着技術がない。化学気相付着、スパッタリング、蒸着、プラズマＣＶＤ、無電解メッキ、電気メッキなど、６種類以上の付着法が検討されている。これらはそれぞれ長所と欠点を有する。さらに、製造可能な銅の技術が確立されるには、いくつかの問題を解決する必要がある。
【０００５】
銅は、アルミニウムと同様、腐食に弱く、自己不動態化酸化物を生成しないが、特にＣＭＰ分野では特異な挙動を示す。
【０００６】
半導体装置に銅を使用し、ＣＭＰにより平坦化する初期の方法は、以下に教示されるスラリにより明らかなように、銅のエッチングと研磨だけに重点が置かれている。従来の技術では、銅のＣＭＰのため、各種のスラリが提案されている。これらの技術には、米国特許第５３５４４９０号明細書で教示されるような、水、固体研磨剤、ＨＮＯ3、Ｈ2ＳＯ4、ＡｇＮＯ3のうち１種類の酸化剤、ロナルド・カルピオ他（Ronald Carpio et al.）の論文、「銅のＣＭＰスラリ化学に関する初期研究（Initial study on copper CMP slurry chemistries）、固体薄膜（Thin solid films）、Ｖｏｌ．２６６、Ｎｏ．２、１９９５年１０月１日、ｐ．２３８〜２４４で教示されるような、水、固形研磨剤、ＨＮＯ3またはＮＨ4ＯＨとＫＭｎＯ4にＨ2Ｏ2緩衝剤を加えた酸化剤などがある。
【０００７】
銅のＣＭＰスラリへの添加剤として、（１）米国特許第５６１４４４４号明細書で教示されるような、ブタノールなどの、レベル間誘電体の研磨／エッチング速度を低下させるものや、（２）米国特許第５７７００９５号明細書、論文「アゾール・パッシベーションを利用する銅の化学機械研磨用のアルカリ処方（Alkaline Formulations for Chemical Mechanical Polishing of Copper Utilizing Azole Passivation）」、IBM Technical Disclosure Bulletin、ｖｏｌ．３７、Ｎｏ．１０、１９９４年１０月、ｐ．１８７で教示されるような、ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）の添加などの、銅の研磨／エッチング速度を低下させるものなど、各種の試薬が提案されている。
【０００８】
銅はある種の誘電体、特に二酸化シリコンへの拡散速度が高いため、レベル間誘電体と銅メタラジーとの間に、ある形態のバリア層が必要である。チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）などの高融点金属、窒化チタン、窒化タンタルなどの化合物、ＴｉＷなどの合金、窒素をドーピングしたチタンまたはタンタル（Ｔｉ（Ｎ）またはＴａ（Ｎ））などのドーピングした金属、およびＴｉ／ＷまたはＴａ／ＴａＮなどの二重層など、各種のバリア材料がいくつかの参照文献で提案されている。
【０００９】
下層のバリア材料を含む銅メタラジーを研磨または平坦化するのに使用するために提案されたＣＭＰ方法は、多くの場合、米国特許第５４４７８８７号明細書（単一工程によるタンタル、チタン、またはチタン・タングステン・バリア層、スラリは特定されていない）、米国特許第５５７５８８５号明細書（アルカリ性スラリによるチタン、窒化チタン、ニオブ、タングステン、または銅タンタル合金）、米国特許第６６１２２５４号明細書（水酸化アンモニウム、シリカ、および水による窒化チタンのバリア層）およびＱ．ルオ他（Q. Luo et al.）の論文、「酸性媒体中での銅の化学機械研磨（Chemical-Mechanical Polishing of Copper in Acidic Media）」、１９９６年ＣＭＰ−ＭＩＣ会議、１９９６年２月２２〜２３日、ｐ．１４５〜１５１（酸性窒化鉄（ＩＩＩ）、ＢＴＡ、ポリエチレングリコール界面活性剤、アルミナ、および水によるチタン・タングステン合金のバリア層）などで教示されるような、単一のスラリおよび研磨工程によるものである。
【００１０】
最近、銅のＣＭＰの進展により、米国特許第５６７６５８７号明細書で教示される２段階法（銅に選択的なアルミナを主成分とするスラリまたはＴａ／ＴａＮのバリア層に選択的なシリカを主成分とするスラリを使用する銅の研摩）や、米国特許第５５１６３４６号明細書で教示される３段階法（銅、タングステンおよび窒化チタンのそれぞれに対し個別のスラリ）が開発された。
【００１１】
最近では、六方晶系の窒化タンタルの第１層と、α相のタンタルの第２層を有するバリア層が、欧州特許出願ＥＰ０７５１５６６Ａ２号明細書で提案されている。
【００１２】
最後に、米国特許仮出願第６０／１０５４７０号明細書には、欧州特許出願ＥＰ０７５１５６６Ａ２号のライナや、他のタンタルを主成分とするライナより銅に対する選択性が高いことが証明された、水、アルミナ、酸化剤（窒化鉄（ＩＩＩ））、銅不動態化剤（ＢＴＡ）、および界面活性剤（デュポノールＳＰ）を含むスラリが教示されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、上述の従来の技術は、従来の金属線またはスタッド・バイア適用分野で、バリア材料の有無にかかわらず銅の研磨を行うものである。しかし、線もスタッドも形成する二重ダマシーン環境で金属を研磨する場合、上述の米国特許第４７８９６４８号明細書に示されたように、ＣＭＰ工程を目的とする特定の解決方法が必要となる。図１に示すように、酸化物１０はバイアを画定する狭い開口１２と、金属線を画定する太い開口１４を有する。各開口はライナ２０および銅２２で充てんされている。最初に付着されたときは、銅の層２２はバリア層２０の上にまで延びており、米国特許仮出願第６０／１０５４７０号明細書に記載されたような、別のＣＭＰ工程により除去される。上層の銅の除去により、図１の実線で示すような構造が得られる。
【００１４】
前記米国特許仮出願第６０／１０５４７０号明細書では、酸化物１０の上面を覆うバリア／ライナ層２０上のバルク銅層２２を優先研磨するためのスラリおよびそのスラリを使用するＣＭＰ研磨法を教示している。この作業の間に、２つの目標が達成される必要がある。その１つは、銅の除去速度を最大にすることで、これは研磨工程が速く達成されるほど、単位時間当たり処理されるウエーハが多くなり、全体費用が減少するためである。もう１つの目標は、ライナを明らかに除去することなく銅を除去することで、これはライナが除去されることによって下層の酸化物が一部除去され、最終の表面が平坦ではなくなり、ライナに対してもっと選択的な他のスラリに切り替える必要が生じるためである。銅のＣＭＰ工程におけるこれらの目標（下層のライナが明らかに除去されることなく銅を高速除去すること）は、両立しないことが多く、従来の技術では、ライナの過度の除去を防止するため、バルク金属の除去速度が犠牲になることが多い。
【００１５】
さらに、銅のスラリは研磨された銅のくぼみ形成および侵食を最小にするものでなければならない。理想的には、ＣＭＰ工程が終了すると、銅の上面は周囲の酸化物と同一面になるように平坦化される。この結果は、狭い開口１２中の銅について達成される。しかし、広い開口１４では、ウエーハに対する研磨パッドの圧力により弓なりに変形した（すなわちくぼみが形成した）輪郭が生じ、広い開口の中心にある銅の厚みは両端の厚みより薄くなる。一般に、この構造は最終のＢＥＯＬ構造に非平坦性をもたらし、線構造１４などの横方向相互接続の厚みを減少させるため、回避されるべきである。侵食は、高密度の配線領域の狭い線と線との間にある非銅領域が除去されることである。すなわち、レベル間の誘電体（ＩＬＤ）が露出すると、平坦化スラリが線と線との間のＩＬＤを過度に除去するのは望ましくない。
【００１６】
したがって、本発明の目的は、銅層の表面くぼみ形成および侵食を最小にしながらバリア層、バリア層上に残留する銅材料を除去できるＣＭＰ研磨方法およびそのための研磨スラリーを提供することである。  具体的な目標は、開口１４内の銅の厚い領域と薄い領域の差が酸化物１０の上面に付着したライナ２０の厚みより大きくなることを防ぐことである。
本発明の他の目的は、開口内の露出銅層上面が周囲絶縁層の露出上面よりも高く残存するように各材料を選択的にエッチングできるＣＭＰ研磨方法およびそのための研磨スラリーを提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、高融点金属もしくはその合金および化合物またはその両方からなる、銅メタラジーのライナまたはバリア層が、過酸化水素などの酸化剤、脱イオン水、ＢＴＡなどの腐食抑制剤、およびデュポノールＳＰなどの界面活性剤の酸性スラリ中でのＣＭＰにより除去され、下層の絶縁体層が明らかに除去されることなく、どのような残留銅を含むライナの除去速度も高めることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明では、図１に示すように、ライナ２０は厚みが約４０〜８０ｎｍであり、タンタルを含むものである。具体的な材料には、タンタル合金、および窒化タンタルなどのタンタルを主成分とする組成物があるが、クロム、チタン／窒化チタンなど、他の高融点金属および高融点金属合金も含まれる。タンタルを主成分とするバリア層は、（ａ）酸化物層１０への銅の密着促進と、（ｂ）腐食性の高い銅の、下層のシリコンへの拡散防止との最良の組み合わせを提供すると考えられる。本発明の実施に当たり、研磨される具体的な層は、厚みがそれぞれ約２０〜４０ｎｍの窒化タンタルとタンタルの二重層を含むタンタルを主成分とする層である。次に厚み（酸化物層１０の上面から銅の層の上面までを測定）約１μｍの銅２２をウエーハ上に付着させる。この銅の層は、酸化物層１０の開口を、空隙を形成することなく適切に充てんする方法であればどのような方法で形成してもよい。
【００１９】
最初に、前記開口充填のための全面付着した銅層２２の上層部を公知の銅優先研磨スラリを使用してＣＭＰにより研磨平坦化して、パッシベーション層（すなわち酸化物層１０）の上面を覆うライナ層部分の表面を露出させる。次に、本発明によるライナ金属優先研磨スラリを使用して前記露出ライナ層部分の全体をＣＭＰにより研磨除去して前記酸化物層表面を露出させ、該酸化物層および銅配線構造部分を平坦化する。実際には、図１の加工物をＣＭＰ装置のウエーハ・ホルダで固定する。このＣＭＰ作業を実施するには、ＩＰＥＣ社やストラスボー社（Strasbaugh Corp.）から入手できる装置を含む、いくつかのＣＭＰ装置のどれを使用してもよい。ＣＭＰ装置は、研磨パッドが取り付けられた回転研磨ホイールを有する。本発明のＣＭＰスラリを研磨パッドに塗布し、ウエーハ・ホルダによりウエーハを回転研磨ホイールと接触させる。実際には、ウエーハ・ホルダは研磨ホイールと反対方向に回転する。下記の作業では、通常研磨ホイールは毎分約７５回転（ＲＰＭ）の速度で回転し、ウエーハ・ホルダは約５０ＲＰＭの速度で回転する。さらに、ウエーハ・ホルダはウエーハを研磨パッドに押しつけるための圧力を供給する。下記に詳細に説明するが、本発明の発明者は、不織布のパッドが、除去速度が高いことと、くぼみや傷の形成が少ないことのバランスが最良であることを見いだした。下記の作業で、供給する圧力は約０．３５ｋｇ／ｃｍ2（５ｐｓｉ）である。実際には、これら３つの変数は、たとえば研磨される層の硬さや厚みなどにより変化させることができる。
【００２０】
本発明のスラリでは、平均直径が約０．４ｎｍ以下のシリカ粒子などの固体を使用して、反応中のライナ材料を物理的に研磨すると同時に、過度の傷、その他の表面の損傷を最少にする。このスラリは下記の成分を有する。
１）銅の層の上部を除去した後、残った銅の残渣の除去を促進する酸化剤であって、成功の程度はさまざまであるが、硝酸鉄（ＩＩＩ）、過酸化水素、ヨウ素酸カリウム、酸化マンガン、水酸化アンモニウム、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム／硫酸、過硫酸カリウム／硫酸、塩化鉄（ＩＩＩ）／塩酸、クロム酸、クロム酸／塩酸、重クロム酸カリウム／硫酸、およびステアリン酸を含むリストから選択したもの
２）「ＢＴＡ」の商標で発売されている各種のベンゾトリアゾール（たとえば１−Ｈベンゾトリアゾール、１−ＯＨベンゾトリアゾール、１−ＣＨ3ベンゾトリアゾール、５−ＣＨ3ベンゾトリアゾール、ベンズイミダゾール、２−ＯＨ，２−メチルベンズイミダゾール、および５−Ｃｌベンゾトリアゾール）など、銅ラジカルとの競合反応を行うことによる、線を形成する除去されない銅の酸化を抑制する緩衝剤
３）下記に詳細に記載するように、銅の反応サイトを求めてＢＴＡと競合し、Ｃｕ−ＢＴＡのキレート生成を抑制する硫酸処理された脂肪酸界面活性剤。たとえば、デュポノールＳＰ、デュポノールＷＮなど、デュポノール・シリーズとして市販されている、ラウリル硫酸ナトリウム、カプリル硫酸ナトリウム、オクチル硫酸ナトリウムなどの界面活性剤。
【００２１】
この方法を詳細に説明する前に、図３を参照して本発明の目的を説明する。図３は、表面からライナを除去する前後の半導体基板上面を示す拡大断面図である。図２と同様に、破線は除去前の表面を示す。本発明の好ましい実施態様においては、ライナ層２０、周囲絶縁酸化物１０および銅層２２のＣＭＰによる除去工程の間に、開口内の露出銅配線部分２２を余り除去することなく、絶縁体酸化物１０を覆うライナ層２０のすべておよびその下側の絶縁体酸化物１０の上面部分を幾分か除去させ、それにより、前記露出銅配線部分２２の露出表面が絶縁体酸化物の露出上面よりも高く残存するように、ライナ材、絶縁体酸化物材および銅材の除去速度を選択した研磨スラリを使用することが望ましい。すなわち、基板の最終形状は平坦ではなく、周囲酸化物の露出上面から銅の露出上面がわずかに隆起している。このことは、上述のように細い線について特にそうである。
【００２２】
ライナを、ほぼ同じレベルの銅および下側レベルの酸化物に対して、選択的に除去するのに成功するために、従来技術による最初の銅除去工程（図１に図示の点線レベルから実線レベルまでの銅バルク層２２の除去）の後にライナ上に残ったどんな残留銅も除去することを先ず考えなければならなかった。この残留銅は、銅の付着前に形成された傷の中に残ることがあり、銅バルク層の研磨工程中に除去されない。そこで、Ｔａ／ＴａＮなどのＴａを主成分とするライナに研磨材料を供給する他に、このような残留銅の除去のためにも酸化剤を供給しなければならない。ライナ研磨用のスラリは、酸化物を被覆した基板に、所望の線やバイアを形成する露出した銅のエッチングを防止する抑制剤も含む必要がある。図３に示すように、銅が基板の平坦化された表面よりわずかに隆起した、最終の表面が得られることが望ましい。
【００２３】
上記の工程をすべて達成するため、ライナ２２と絶縁体１０の研磨速度を、銅の研磨速度より大きくするように制御できることが必要である。したがって、二酸化シリコンで不動態化した半導体基板からＴａ／ＴａＮなどのＴａを主成分とするライナを除去するための条件を最適にするための、下記の基本処方を見いだした。
脱イオン水１リットルに２ないし３０重量％の固形分を含有するコロイド・シリカ（キャボットＳＣ−Ｅ）１リットル、
酸化剤として、０ないし１０ｍｌ／ｌの３０％過酸化水素水溶液、
１．５ないし６．０ｍｌ／ｌのデュポノール界面活性剤、および
０．４ないし４．０ｇ／ｌのＢＴＡ。
ｐＨを２．０ないし７．５に調整する。
【００２４】
好ましい実施の形態は、コロイド・シリカ１５重量％、過酸化水素３．０ｍｌ／ｌ、デュポノールＳＰ３．０ｍｌ／ｌ、およびＢＴＡ１．２ｇ／ｌを含み、ｐＨを４．５としたものである。
【００２５】
当業者には、セリア、アルミナなど、他の研磨剤も使用できることが理解されるはずである。本発明の発明者は、研磨特性を強化するために、デュポノールＳＰを添加することが必須であることを見いだした。従来の技術では、主としてＣＭＰスラリ懸濁液中の均一性を促進するために界面活性剤を使用するが、本発明では、デュポノールＳＰをむしろその特性から濡れ促進剤（すなわちスラリの表面張力を減少させる）として使用している。通常、懸濁液中の粒子濃度を安定化させるために界面活性剤を使用する場合、高分子量の界面活性剤を使用する。（たとえば上述のクラークソンの論文は、分子量が１００万オーダーの界面活性剤の使用を教示している。）しかし、本発明ではこれより分子量の低い界面活性剤を使用する。好ましくは、分子量が約３００未満の硫酸処理した脂肪酸からなる。本発明の発明者は、スラリのｐＨを制御することにより、粒子濃度を安定化させている。
【００２６】
本発明の発明者は、研磨工程中の温度を制御することが、タンタルの除去速度を最大にし、露出した銅のくぼみ形成を最少にするのに重要であることを見いだした。さらに具体的には、本発明の発明者は、研磨が進行するにつれて、研磨工程に特有の摩擦力と、上述した銅の錯体生成反応の化学成分により、スラリの温度が上昇することを見いだした。本発明の発明者は、温度が約３８℃（約１００゜Ｆ）を超えると研磨パッドが変形し始めるため（すなわち、パッドのガラス転移温度に到達するため）、くぼみの形成が生じ、その結果ＣＭＰ工程の化学成分が増大することを見いだした。実際に、この温度制御は水冷プラテンを使用することにより達成される。
【００２７】
本発明の発明者は、本発明のスラリはプレミックスとすることができること（すなわち、スラリによっては安定性が急速に劣化するため、ＣＭＰ装置でしか混合できない）、およびプレミックスしたスラリは１週間以上安定であることを見いだした。
【００２８】
【実施例】
実施例１
上述の方法により作成した加工物をキャボット社（Cabot Inc.）からＳＣ−Ｅの名称で市販されている粒子が０．４μｍ未満のコロイドシリカ分散液中で研磨した。この粒子径は、増大させた除去速度と、バリア皮膜中の低い除去速度との最適な平衡（trade off）が得られるようであった。このスラリは、スラリ全体のｐＨが約４．５となるように、１８リットルの脱イオン水（シリカ１５％）、１．２ｇ／ｌのＢＴＡ、３ｇ／ｌの３０％過酸化水素、１．２ｍｌ／ｌのデュポノールＳＰを含むものであった。使用したＣＭＰ研磨パッドは、合成繊維と重合体バインダからなる不織布パッドであった。テーブル速度は、毎分７５回転、ウエーハ・ホルダのスピン速度は毎分５０回転とした。ウエーハは、０．４２ｋｇ／ｃｍ2（６ｐｓｉ）の圧力で研磨パッドに押しつけた。その結果、除去速度はタンタルが約４０ｎｍ／分、二酸化シリコンが２５ｎｍ／分、銅が５ｎｍ／分であった。
【００２９】
タンタルを主成分とするライナ材料の研磨に加えて、本発明のスラリは、上述の反応速度論により研磨される他のタンタル合金、および他の高融点金属のライナにも適用できると考えられる。
【００３０】
まとめとして、本発明の構成に関して以下の事項を開示する。
【００３１】
（１）銅を酸化するための酸化剤と、銅の酸化抑制剤と、銅と酸化抑制剤との錯化を制御する添加剤とを含む、銅を主成分とするメタラジーのバリア層を研磨するスラリ。
（２）前記バリア層はタンタルを主成分とする、上記（１）に記載のスラリ。
（３）前記酸化剤が、硝酸鉄（ＩＩＩ）とその化合物、過酸化水素、ヨウ素酸カリウム、酸化マンガン、水酸化アンモニウム、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム／硫酸、過硫酸カリウム／硫酸、塩化鉄（ＩＩＩ）／塩酸、クロム酸、クロム酸／塩酸、重クロム酸カリウム／硫酸、およびステアリン酸からなる群から選択されたものである、上記（１）に記載のスラリ。
（４）前記酸化抑制剤が、１−Ｈベンゾトリアゾール、１−ＯＨベンゾトリアゾール、１−ＣＨ3ベンゾトリアゾール、５−ＣＨ3ベンゾトリアゾール、ベンズイミダゾール、２−ＯＨ，２−メチルベンズイミダゾール、および５−Ｃｌベンゾトリアゾールからなる群から選択されたものである、上記（１）に記載のスラリ。
（５）前記添加剤が、硫酸処理した脂肪酸からなる、上記（１）に記載のスラリ。
（６）前記硫酸処理した脂肪酸の分子量が、約３００未満である、上記（５）に記載のスラリ。
（７）前記硫酸処理した脂肪酸が、オクチル硫酸ナトリウム、カプリル硫酸ナトリウム、およびラウリル硫酸ナトリウムからなる群から選択されたものである、上記（６）に記載のスラリ。
（８）コロイドシリカをさらに含む、上記（１）に記載のスラリ。
（９）前記コロイドシリカ粒子の大きさが、約０．４μｍ未満である、上記（８）に記載のスラリ。
（１０）前記スラリのｐＨが、約２．０ないし７．５である、上記（１）に記載のスラリ。
（１１）前記スラリは前記ライナの第１の除去速度と銅の第２の除去速度を有し、前記第１の除去速度が前記第２の除去速度より大きい、上記（１）または（２）に記載のスラリ。
（１２）銅と主成分とするメタラジーの、タンタルを主成分とするバリア層を除去するスラリであって、
水中に固形分２〜３０重量％を含有するコロイドシリカ・スラリ約１リットル、
１０ｍｌ／ｌまでの３０％過酸化水素水溶液、
１．５〜６．０ｍｌ／ｌのラウリル硫酸ナトリウム、
６．０ｍｌ／ｌまでの界面活性剤、および
４．０ｇ／ｌまでのベンゾトリアゾールを含み、
前記スラリのｐＨが、３．０〜７．５に調節されたスラリ。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＣＭＰ処理前の、銅層とライナとを有する基板を示す断面図である。
【図２】本発明のＣＭＰ処理後の基板を示す断面図である。
【図３】図２の基板の一部を示す、拡大断面図である。
【符号の説明】
１０  酸化物層
１２  狭い開口
１４  広い開口
２０  バリア層
２２  銅層
【図１】
0003686307.tif 000002
【図２】
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【図３】
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