(57)【要約】  基板表面から導電材料を除去するための研磨材料及び方法が提供される。一態様において、電気化学機械的研磨技法よって基板に形成された狭い特徴画成部の上に配置された導電材料を基板に形成された広い特徴画成部より上に配置された導電材料より速い除去速度で除去するために基板を処理し、その後、少なくとも化学機械的研磨技法によって基板を研磨する方法が提供される。【選択図】  図８Ｄ
2009503908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
狭い特徴画成部と広い特徴画成部の上に配置されるバリヤ材料層と該バリヤ材料層上に配置される導電材料層を有する基板を処理するための方法であって、
第一電気化学機械的研磨プロセスによって広い特徴画成部の上に配置される残存する導電材料の突出部を形成して、バルク導電材料を除去するステップと；
少なくとも化学機械的研磨技法によって該残存する導電材料の該突出部を除去して、下にある該バリヤ材料層をさらすステップと；
を含む前記方法。
【請求項２】
該第一電気化学機械的研磨プロセスが、第一プラテン上で行われ、該化学機械的研磨技法が第二プラテン上で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
少なくとも化学機械的研磨プロセスによって該基板を研磨するステップが第二電気化学機械的研磨プロセスを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも化学機械的研磨技法によって該バリヤ材料層の少なくとも一部を除去するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
該残存する導電材料の該突出部を除去するステップと、該バリヤ材料層の少なくとも一部を除去するステップが、同一の該少なくとも化学機械的研磨技法で行われる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
該第一電気化学機械的研磨プロセスが、第一腐食防止剤濃度を有する第一組成物を含み、該少なくとも化学機械的研磨技法が、該第一腐食防止剤濃度より低い第二腐食防止剤濃度を有する第二組成物を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
該第一電気化学機械的研磨プロセスが、第一ｐＨレベルを有する第一組成物を含み、該少なくとも化学機械的研磨技法が、該第一ｐＨレベルより酸性の第二ｐＨレベルを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
該第一電気化学機械的研磨プロセスが、研磨剤含有組成物を含み、該少なくとも化学機械的研磨技法が、研磨剤を含まない組成物を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
該第一電気化学機械的研磨プロセスが、パルス変調第一バイアスを印加して該突出部を形成し、該第二電気化学機械的研磨プロセスが、第二バイアスを印加して突出部を形成する、請求項３に記載の方法。
【請求項１０】
該第二電気機械的研磨プロセスが、
酸ベースの電解液と；
キレート化剤、無機酸塩又は有機酸塩、又はそれらの組合せの群より選ばれる研磨増強材料と；
腐食防止剤と；
溶媒と；
ｐＨ約３〜約１０を得るｐＨ調整剤と；
を含む組成物を有する、請求項３に記載の方法。
【請求項１１】
狭い特徴画成部と広い特徴画成部の上にその上に配置された導電材料層を有する基板を処理する方法であって、
第一電気化学機械的研磨技法によって狭い特徴画成部の上に配置される導電材料を広い特徴画成部の上に配置される導電材料より大きい除去速度で除去するステップと；
第二電気化学機械的研磨技法によって広い特徴画成部の上に配置される導電材料を狭い特徴画成部の上に配置される導電材料の除去速度以上の除去速度で除去するステップと；
を含む前記方法。
【請求項１２】
該第一電気化学機械的研磨技法が、第一腐食防止剤濃度を有する第一組成物を含み、該第二電気化学機械的研磨技法が、該第一腐食防止剤濃度より低い第二腐食防止剤濃度を有する第二組成物を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
該第一腐食防止剤濃度が、約０.３質量％以上の腐食防止剤を含み、該第二腐食防止剤濃度が約０.３質量％未満の腐食防止剤を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
該第一電気化学機械的研磨技法が、第一ｐＨを有する第一組成物を含み、該第二電気化学機械的研磨技法が、該第一ｐＨより酸性の第二ｐＨを有する第二組成物を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
該第一電気化学機械的研磨技法が、第一パルス変調法を含み、該第二電気化学機械的研磨技法が、第二パルス変調法によってバイアスを印加するステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
該第一パルス変調技法が、狭い特徴画成部の上に配置された導電材料を広い特徴画成部の上に配置された導電材料より大きい除去速度で除去し、該第二パルス変調技法が、狭い特徴画成部の上に配置された導電材料を広い特徴画成部の上に配置された導電材料より小さい除去速度で除去する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
該パルス変調技法が、該広い特徴画成部上の該導電材料の厚さの１０％〜約６０％の突出部を形成する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
該第一電気化学機械的研磨プロセスが、研磨剤含有組成物を含み、該少なくとも化学機械的研磨技法が研磨剤を含まない組成物を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
少なくとも化学機械的研磨技法によって該バリヤ材料層を除去するステップを更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項２０】
該第二電気化学機械的研磨技法と該バリヤ材料層を除去するステップが、同一のプラテン上で行われる、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
発明の分野
[0001]本発明の実施形態は、基板から導電材料を除去するための組成物及び方法に関する。
【０００２】
関連技術の背景
[0002]２分の１ミクロン未満且つより小さな特徴部を信頼度よく製造することは半導体デバイスの次世代の大規模集積回路（ＶＬＳＩ）と超大規模集積回路（ＵＬＳＩ）に対する重要な技術の一つである。しかしながら、回路技術の制約に押され、ＶＬＳＩとＵＬＳＩの技術における相互接続部の縮小する寸法は処理能力に関する追加的要求を課して来た。相互接続部の信頼できる形成は、ＶＬＳＩとＵＬＳＩの成功に重要であり、個々の基板とダイの回路密度と品質を高める継続的努力に重要である。
【０００３】
[0003]多重レベルの相互接続部はその中に特徴部を形成する基板表面上において順次材料を堆積し、材料を除去する技術を用いて形成されている。材料の層が順次堆積され、除去されるとき、基板の最上面はその表面を通して平坦でなくなり、研磨の前に平坦化が必要となる。平坦化、即ち、“研磨”は、材料がほぼ平らで平坦な表面を形成するように基板表面から除去されるプロセスである。平坦化は次に行われるリトグラフィとその処理に対して、過剰に堆積された材料を取り除き、平らな表面を提供できるように粗い表面、塊になった材料、結晶格子の損傷、引っかき傷、及び汚染された層のような不要な表面形状と表面欠陥を除去するのに有効である。
【０００４】
[0004]化学機械的平坦化、即ち、化学機械的研磨（ＣＭＰ）は、基板を平坦化するために使用される普通の技法である。従来のＣＭＰ技法では、基板キャリア又は研磨ヘッドがキャリアアセンブリ上に搭載され、ＣＭＰ装置内で研磨物品と接触するように配置される。キャリアアセンブリは、基板を研磨物品へ押し付ける調節可能な圧力を基板へ与える。物品は、外部駆動力によって基板に対して動かされる。ＣＭＰ装置は、研磨組成物を分散させる間、基板面と研磨物品との間の研磨運動、即ち、こすり運動を行って、化学的作用及び／又は機械的作用がなされる。
【０００５】
[0005]しかしながら、中に形成された特徴画成部を充填するために基板の表面上に堆積される材料によって、変化しうる密度の特徴画成部上の表面がしばしば平らでなく形成されることになる。図１Ａを参照すると、基板１０上に金属層２０が堆積されて、低密度特徴画成部としても知られる広い特徴画成部３０又は高密度特徴画成部としても知られる狭い特徴画成部４０を充填する。被覆物と呼ばれる過剰材料が狭い特徴画成部４０の上により大きい厚さ４５で形成され、広い特徴画成部３０の上の堆積物３５が最少になる。被覆物を有する表面を研磨すると、狭い特徴部の上の不十分な金属除去から残存物５０が保持される結果になる。このような残存物５０を除去する過剰研磨プロセスによって広い特徴画成部３０の上の過剰金属を除去することができる。過剰金属の除去は、図１Ｂに示すように、広い特徴部の上に形状欠陥、例えば、皿状のへこみ５５として知られる凹部又はくぼみを生じ得る。
【０００６】
[0006]基板表面上の特徴部の皿状へこみと残存物の保持は、皿状のへこみと残存物が基板のその後の処理にひどい悪影響を及ぼすので望ましくない。例えば、皿状のへこみによって平面でない表面が生じ、その後のフォトリソグラフィステップの間、高解像ラインをプリントする能力を損なうとともに基板のその後の表面形状にひどい悪影響を及ぼし、デバイス形成と歩留りに影響を及ぼす。皿状のへこみは、また、導電率を下げ且つデバイスの抵抗を増大し、デバイス変動とデバイス歩留まりの低下を引き起こすことによって、デバイスの性能にひどい悪影響を及ぼす。残存物は、その後の材料、例えば、導電材料と基板表面との間に配置されたバリヤ層材料（図示せず）の平らでない研磨につながる。後ＣＭＰプロファイルは、一般に、狭いトレンチ又は密度の高い領域より広いトレンチの皿状のへこみが大きいことを示している。平らでない研磨は、また、デバイスにおける欠陥形成を増大し、基板歩留りを減少させる。
【０００７】
[0007]従って、平坦化処理中に基板に対する損傷を最少にする基板から導電材料を除去するための組成物及び方法が求められている。
【発明の概要】
【０００８】
[0008]本発明の実施形態は、電気化学機械的研磨技法により導電材料を除去するための組成物及び方法を提供する。一態様において、狭い特徴画成部と広い特徴画成部の上に配置されるバリヤ材料層とバリヤ材料層上に配置される導電材料層を有する基板を処理するための方法であって、電気化学機械的研磨プロセスによって導電材料層を研磨してバルク導電材料を除去するステップと、広い特徴画成部の上に配置される残存する導電材料に突出部を形成するステップと、少なくとも化学機械的研磨技法によって残存する導電材料を研磨して下にあるバリヤ材料層をさらすステップと、少なくとも化学機械的研磨技法によってバリヤ材料層を研磨するステップとを含む、前記方法が提供される。
【０００９】
[0009]他の態様において、狭い特徴画成部と広い特徴画成部の上にその上に配置された導電性材料層を有する基板を処理する方法であって、第一電気化学機械的研磨技法によって狭い特徴画成部の上に配置される導電材料を広い特徴画成部の上に配置される導電材料より大きい除去速度で除去するステップと第二電気化学機械的研磨技法によって広い特徴画成部の上に配置される導電材料を狭い特徴画成部の上に配置される導電材料より大きい除去速度で又はその除去速度と同じ除去速度で除去するステップとを含む、前記方法が提供される。
【００１０】
[0010]他の態様において、導電材料層がその上に配置された基板を処理する方法であって、第一電極と第二電極に結合された第一研磨物品を備えるプロセス装置に基板を準備するステップであって、基板表面が、狭い特徴画成部と広い特徴画成部の上に配置されるバリヤ材料層とバリヤ材料層上に配置される導電材料層とを備える、前記ステップと、基板と第一研磨物品とを接触させるステップと、基板と第一研磨物品との間に第一研磨組成物を供給するステップと、第一電極と第二電極との間にバイアスを印加するステップと、狭い特徴画成部の上に配置された導電材料を広い特徴画成部の上に配置された導電材料より大きい除去速度で除去して、突出部を形成するステップと、次に、第二研磨物品を備えるプロセス装置に基板を準備するステップと、基板と第二研磨物品とを接触させるステップと、基板と第二研磨物品との間に第二研磨組成物を供給するステップと、狭い特徴画成部の上に配置された導電材料を広い特徴画成部の上に配置された導電材料より小さい除去速度で除去するステップとを含む、前記方法が提供される。
【００１１】
[0011]本発明の上記態様が得られ、詳細に理解され得るように、上で簡単に纏めた本発明の実施形態のより具体的な説明は、添付された図面に示されるその実施形態を参照することによってなされるものである。
【００１２】
[0012]しかしながら、添付された図面は、本発明の典型的な実施形態のみを図示するもので、従ってその範囲を制限するものと考えられるべきものではなく、本発明が他の等しく有効な実施形態にも許容できることに留意されるべきである。
【好適実施形態の詳細な説明】
【００１３】
[0023]一般に、本発明の態様は基板表面から少なくとも導電材料を除去するための組成物及び方法を提供する。本発明は電気化学機械的研磨（Ｅｃｍｐ）技法及び/又は化学機械的研磨（ＣＭＰ）技法による基板表面から導電材料を除去するための平坦化プロセスを参照して以下のように記載される。
【００１４】
[0024]本明細書で用いられる語句は特に定義されない限り、当業者により当該技術において通常及び慣習的に用いられる意味を示すものである。化学機械的研磨（ＣＭＰ）は広く解釈されており、化学的活性や機械的活性、又は化学的活性と機械的活性の同時応用を用いて基板表面を平坦化することを含んでいるがこれに限定されない。電気的研磨（ＥＰ）は広く解釈されており、電気化学活性の応用によって基板を平坦化することを含んでいるがこれに限定されない。電気化学機械的研磨（Ｅｃｍｐ）は広く解釈されており、基板表面から材料を除去するため、電気化学的活性、機械的活性、又は電気化学的活性と機械的活性の、両方の組合せの応用によって基板を平坦化することを含んでいる。
【００１５】
[0025]アノード溶解は広く解釈されており、基板表面から導電材料を除去し、周縁の研磨組成物に取り込まれる直接的或いは間接的に基板にアノード電位差を与えることを含んでいるがこれに限定されない。研磨組成物は広く解釈されており、イオン導電性を与え、従って、通常は電解液成分として既知の物質を含む、液体媒体中で導電性を与える組成物を含んでいるがこれに限定されない。研磨組成物における各電解液成分の量は、容積パーセント又は質量パーセントで測定し得る。容積パーセントは、完全な組成物における液体の全ての総容積で割った所望の液体成分の容積に基づく割合を意味する。質量パーセントに基づく割合は、完全な組成物における液体成分の全ての全質量で割った所望の成分の質量である。摩耗することと摩耗は、広く解釈されなければならず、材料と接触させ且つ材料の全て又は一部を置換、妨害、又は除去することを含むが、これらに限定されない。
【００１６】
装置の一実施形態 
[0026]図２は、基板を電気化学的に処理するための装置を有する平坦化システム１００の一実施態様の平面図である。例示的システム１００は、一般に、ファクトリインタフェース１０２と、ローディングロボット１０４と、平坦化モジュール１０６を備えている。ローディングロボット１０４は、その間で基板１２２の搬送を容易にするファクトリインタフェース１０２と平坦化モジュール１０６のすぐ近くに配置される。
【００１７】
[0027]コントローラ１０８は、システム１００のモジュールの制御と統合を容易にするために設けられる。コントローラ１０８は、中央処理装置（ＣＰＵ）１１０と、メモリ１１２と、支援回路１１４とを備える。コントローラ１０８は、システム１００の各種要素と結合されて、例えば、平坦化、洗浄、搬送のプロセスの制御を容易にする。
【００１８】
[0028]ファクトリインタフェース１０２は、通常は、洗浄モジュール１１６と一つ以上のウエハカセット１１８とを含む。インタフェースロボット１２０は、ウエハカセット１１８と洗浄モジュール１１６と投入モジュール１２４との間に基板１２２を移送するために使われる。投入モジュール１２４は、グリッパ、例えば、真空グリッパ又は機械的クランプ（図示せず）によって平坦化モジュール１０６とファクトリインタフェース１０２との間で基板１２２の搬送を容易にするように位置決めされる。
【００１９】
[0029]平坦化しているモジュール１０６は、環境的に制御されたエンクロージャ１８８に配置される、少なくとも一つの研磨ステーション１２８を含む。本発明から利益を得るように適合され得る平坦化モジュール１０６の例としては、ＭＩＲＲＡ（登録商標）ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｌａｎａｒｉｚｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ、ＭＩＲＲＡ  ＭＥＳＡＴＭ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ＰｌａｎａｒｉｚｉｎｇＳｙｓｔｅｍｓ、ＲＦＦＬＥＸＩＯＮ（登録商標）Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｌａｎａｒｉｚｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ、ＲＥＦＬＥＸＩＯＮ（登録商標）ＬＫＣｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｌａｎａｒｉｚｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ、ＲＥＦＬＥＸＩＯＮ ＬＫ ＥｃｍｐＴＭ ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｌａｎａｒｉｚｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓが挙げられ、全てカリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社から入手できる。処理物品、平坦化ウェブ、又はそれらの組合せを用いるものと、回転運動、直線運動又は他の平面運動で平坦化面と関連して基板を移動するものを含む他の平坦化モジュールもまた、本発明から利益を得るのに適合されてもよい。
【００２０】
[0030]図２に示される実施形態において、平坦化モジュール１０６は、三つのポリシングステーション１２８、１３０、１３２を含み、各ステーション１２８、１３０、１３２において、それぞれ化学機械的研磨法（ＣＭＰ）ステーション又は電気化学研磨（Ｅｃｍｐ）ステーションであってもよい。Ｅｃｍｐステーションは、図３に記載されるように導電素子研磨物品Ｅｃｍｐステーション、又は図７に記載されるように完全な導電性物品Ｅｃｍｐステーションであってもよい。ＣＭＰステーションが本来慣用的であるので、簡潔にするためにその説明を除外した。しかしながら、適切なＣＭＰポリシングステーションの例は、“ContinuousProcessing System for Chemical Mechanical Polishing”と称する１９９８年４月１４日発行の米国特許第５,７３８,５７４号により詳細に記載され、その開示内容の全体が本発明と矛盾しない程度まで本明細書に援用されている。
【００２１】
[0031]例示的平坦化モジュール１０６は、また、搬送ステーション１３６と機械基盤１４０の上側又は第一側１３８に配置されるカルーセル１３４を含む。一実施形態において、搬送ステーション１３６は、投入バッファステーション１４２と、取出バッファステーション１４４と、搬送ロボット１４６と、ロードカップアセンブリ１４８を含む。投入バッファステーション１４２は、ローディングロボット１０４によってファクトリインタフェース１０２から基板を受け取る。ローディングロボット１０４は、また、取出バッファステーション１４４からファクトリインタフェース１０２まで研磨された基板を戻すために用いられる。搬送ロボット１４６は、バッファステーション１４２、１４４とロードカップアセンブリｌ48との間に基板を移動するために用いられる。
【００２２】
[0032]一実施形態において、搬送ロボット１４６は、二つのグリッパアセンブリ（図示せず）を含み、それぞれが基板の端で基板を保持する空気グリッパフィンガを有する。搬送ロボット１４６は、処理された基板をロードカップアセンブリ１４８から取出バッファステーション１４４まで移送しつつ処理される基板を投入バッファステーション１４２からロードカップアセンブリ１４８まで同時に移送することができる。有利にするために用いることができる搬送ステーションの一例は、Ｔｏｂｉｎの２０００年１２月５日発行の米国特許第６,１５６,１２４号に記載され、この開示内容は本明細書に全体で援用されている。
【００２３】
[0033]カルーセル１３４は、機械基盤１４０上に中央に配置される。カルーセル１３４は、典型的には、複数のアーム１５０を含み、それぞれが平坦化ヘッドアセンブリ１５２を支持する。図２に示されるアーム１５０の二つが想像線で示され、搬送ステーション１３６と第一研磨ステーション１２８の平坦化面１２６を見ることができる。カルーセル１３４は、指標可能であり、平坦化ヘッドアセンブリ１５２を平坦化ステーション１２８、１３０、１３２と搬送ステーション１３６との間に移動させるのがよい。有利にするために用いることができる一つのカルーセルは、Ｐｅｒｌｏｖらの１９９８年９月８日発行の米国特許第５,８０４,５０７号に記載され、この開示内容は本明細書に全体で援用されている。
【００２４】
[0034]コンディショニングデバイスｌ８２は、平坦化ステーション１２８、１３０、１３２のそれぞれに隣接した機械基盤１４０上に配置される。コンディショニングデバイス１８２は、ステーション１２８、１３０、１３２に配置された平坦化材料を定期的に調整して、均一な平坦化結果を維持する。
【００２５】
[0035]図３は、研磨ステーション１２８の一実施態様より上に位置決めされた平坦化ヘッドアセンブリ１５２の一つを示す断面図である。平坦化ヘッドアセンブリ１５２は、通常は、平坦化ヘッド２０４に結合された駆動システム２０２を備える。駆動システム２０２は、通常は、平坦化ヘッド２０４に少なくとも回転運動を与える。平坦化ヘッド２０４は、更に研磨ステーション１２８の方へ作動させることができ、平坦化ヘッド２０４に保持される基板１２２が、処理中、研磨ステーション１２８の平坦化面１２６に対して配置されるのがよい。駆動システム２０２は、平坦化ヘッド２０４の回転速度と方向を制御するために駆動システム２０２にシグナルを与えるコントローラ１０８に結合される。
【００２６】
[0036]一実施形態において、平坦化ヘッドは、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社が製造したＴＩＴＡＮＨＥＡＤＴＭ又はＴＩＴＡＮ ＰＲＯＦＩＬＥＲＴＭウエハキャリアであるのがよい。一般に、平坦化ヘッド２０４は、基板１２２が保持されている中心凹部を画成するハウジング２１４と保持リング２２４を備える。保持リング２２４は、平坦化ヘッド２０４内に配置される基板１２２を囲み、処理しつつ基板が平坦化ヘッド２０４の下から滑り落ちることを防止する。保持リング２２４は、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等のプラスチック材料、又はステンレス鋼、Ｃｕ、Ａｕ、Ｐｄ等の導電材料、又はそれらのいくつかの組合せから製造され得る。導電性保持リング２２４が、Ｅｃｍｐの間、電界を制御するために電気的にバイアスされてもよいことが更に企図される。導電性の又はバイアスされた保持リングは、基板の端に近接した研磨速度を減速する傾向がある。他の平坦化ヘッドを用いることができることも企図される。
【００２７】
[0037]研磨ステーション１２８は、通常は、機械基盤１４０上に回転して配置されているプラテンアセンブリ２３０を含む。プラテンアセンブリ２３０は、軸受２３８によって機械基盤１４０より上に支持されるので、プラテンアセンブリ２３０は機械基盤１４０と関連して回転させることができる。軸受２３８によって囲まれた機械基盤１４０の領域は、開放され、プラテンアセンブリ２３０と連通している電気、機械、空気の制御信号と接続部のコンジットを備える。
【００２８】
[0038]ひとまとめにして回転結合器２７６と呼ばれる、慣用の軸受と回転ユニオンとスリップリングは、電気、機械、流体、空気の制御信号と接続部が機械基盤１４０と回転プラテンアセンブリ２３０との間に結合することができるように設けられる。プラテンアセンブリ２８０は、典型的には、プラテンアセンブリ２３０に回転運動を与えるモータ２３２に結合される。モータ２３２は、プラテンアセンブリ２３０の回転速度と方向のために制御する信号を与えるコントローラ１０８に結合される。
【００２９】
[0039]プラテンアセンブリ２３０の最上面２６０は、その上の研磨物品アセンブリ２２２を支持する。処理物品アセンブリは、磁気吸引、真空、クランプ、接着剤等によってプラテンアセンブリ２３０に保持することができる。
【００３０】
[0040]プレナム２０６は、平坦化面１２６に電解液の一様分布を容易にするためにプラテンアセンブリ２３０において画成される。後で更に詳細に記載される複数の通路は、電解液供給源２４８からプレナム２０６に供給される電解液が、プラテンアセンブリ２８０において形成され、プラテンアセンブリ２３０を通って、処理中、基板１２２と接触して一様に流れることを可能にする。異なる電解質組成が処理の異なる段階の間、供給されてもよいことが企図される。
【００３１】
[0041]研磨物品アセンブリ２２２は、電極２９２と少なくとも平坦化している部分２９０とを含む。電極２９２は、典型的には、導電材料、例えば、特に、ステンレス鋼、銅、アルミニウム、金、銀又はタングステンから構成される。電極２９２は、固体、電解液に不浸透性、電解液に浸透性又は穿孔性であってもよい。少なくとも一つの接触アセンブリ２５０は、研磨物品アセンブリ２２２より上に伸び、研磨物品アセンブリ２２２で処理される基板を電源２２４に電気的に結合するように適合される。電極２９２は、また、電源２２４に結合されるので、電位が基板と電極２９２との間で設定することができる。
【００３２】
[0042]メータ（図示せず）は、電気化学的プロセスを示す測定基準を検出するために設けられる。メータは、結合されてもよく、電源２２４と電極２９２又は接触アセンブリ２５０の少なくとも一つとの間に位置決めされてもよい。メータは、また、電源２２４に不可欠なものである。一実施形態において、メータは、電荷、電流及び／又は電圧のような処理を現す測定基準とともにコントローラ１０８を設けるように構成される。この測定基準は、インサイチュで処理パラメータを調整するために又は終点又は他のプロセス段階の検出を容易にするためにコントローラ１０８によって用いることができる。
【００３３】
[0043]窓２４６は、研磨物品アセンブリ２２２及び／又はプラテンアセンブリ２３０を通って設けられ、研磨物品アセンブリ２２２の下に位置決めされるセンサ２５４が研磨性能を現す測定基準を検出することを可能にするように構成される。例えば、センサ７０４は、他のセンサの中で、渦電流センサ又は干渉計であるのがよい。コントローラ１０８にセンサ２５４によって示される測定基準は、インサイチュで処理プロファイル調整、終点検出又は電気化学的プロセスにおける他の点の検出のために用いることができる情報を与える。一実施形態において、センサ２５４は、処理中、研磨される基板１２２の側面を進み且つ影響を与える、平行光ビームを生成することができる干渉計である。反射した信号間の干渉は、処理される材料の導電層の厚さを表す。有利にするために用いることができる一センサは、Ｂｉｒａｎｇらの１９９９年４月１３日発行の米国特許第５,８９３,７９６号に記載され、この開示内容は本明細書に全体で援用されている。
【００３４】
[0044]基板１２２から導電材料を除去するのに適切な研磨物品アセンブリ２２２の実施形態には、通常は、誘電体である平坦化面１２６が含まれてもよい。基板１２２から導電材料を除去するのに適切な研磨物品アセンブリ２２２の他の実施形態には、通常は、実質的に導電性である平坦化面１２６が含まれてもよい。少なくとも一つの接触アセンブリ２５０は、基板を電源２２４に結合するために設けられるので、処理中、基板が電極２９２と関連してバイアスされてもよい。平坦化層２９０と電極２９２を通って形成されるアパーチャ２１０と電極の下に配置されるいかなる要素も、電解液が基板１２２と電極２９２との間に導電路を確立することを可能にする。
【００３５】
[0045]一実施形態において、研磨物品アセンブリ２２２の平坦化部分２９０は、ポリウレタンのような誘電体である。本発明から利益を得るのに適合することができる処理物品アセンブリの例は、“ＣｏｎｄｕｃｔｉｖｅＰｌａｎａｒｉｚｉｎｇ Ａｒｔｉｃｌｅ Ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｌａｎａｒｉｚｉｎｇ”と称する２００３年６月６日出願の米国特許出願第１０／４５５,９４１号、“ＣｏｎｄｕｃｔｉｖｅＰｌａｎａｒｉｚｉｎｇ Ａｒｔｉｃｌｅ Ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｌａｎａｒｉｚｉｎｇ”と称する２００３年６月６日出願の米国特許出願第１０／４５５,８９５号に記載され、いずれの開示内容も本明細書に全体で援用されている。
【００３６】
[0046]図４Ａは、二つの接触アセンブリ２５０を通って研磨ステーション１２８に用いることができる第一Ｅｃｍｐステーションの部分断面図であり、図５Ａ-Ｃは、図５Ａに示される接触アセンブリ２５０の一つの側面分解断面図である。プラテンアセンブリ２３０は、そこから突出し且つ処理中、基板１２２の表面をバイアスするように適合されている電源２２４に結合された少なくとも一つの接触アセンブリ２５０を含む。接触アセンブリ２５０は、プラテンアセンブリ２８０、研磨物品アセンブリ２２２の一部、又は別々の要素に結合することができる。二つの接触アセンブリ２５０が図３Ａに示されているが、多くの接触アセンブリを用いることができ、プラテンアセンブリ２３０の中心線と関連する多くの構造に分配することができる。
【００３７】
[0047]接触アセンブリ２５０は、通常は、プラテンアセンブリによって電源２２４に電気的に結合され、研磨物品アセンブリ２２２に形成されるそれぞれのアパーチャ３６８を通って少なくとも部分的に伸びるように移動可能である。接触アセンブリ２５０の位置は、プラテンアセンブリ２８０全体に所定の構造を有するように選ぶことができる。所定のプロセスについて、個々の接触アセンブリ２５０は、異なるアパーチャ３６８の別の場所に移されてもよく、接触アセンブリを含有しないアパーチャは、ストッパー３９２で栓をしてもよく、プレナム２０６から基板まで電解液の流れを可能にするノズル３９４（図4Ｄ-Ｅに図示する）で充填されてもよい。本発明から利益を得るように適合されてもよい一接触アセンブリは、Ｂｕｔｔｅｒｆｉｅｌｄらの２００５年５月２６日発行の米国特許出願第6,884,153号に記載され、本明細書に全体で援用されている。
【００３８】
[0048]図３Ａに関して以下に記載される接触アセンブリ２５０の実施形態は圧延ボール接触を示しているが、接触アセンブリ２５０は、これに対して、処理中、基板１２２を電気的にバイアスするのに適切な導電性上層又は表面を有する構造又はアセンブリを含むことができる。例えば、図３Ｂに示されるように、接触アセンブリ２５０は、上層３５２が導電材料又は導電性複合物（即ち、導電素子は、上面を含む材料と一体的に分散されているか又はそれを含む）から作られた物品構造３５０、例えば、特に、導電性粒子３５６がその中に分散されたポリマーマトリックス３５４又は導電性被覆織物を含むことができる。物品構造３５０は、物品アセンブリの上面に電解液を送達するためにそれを通して形成されるアパーチャ２１０の一つ以上を含むことができる。適切な接触アセンブリの他の例は、Ｈｕらの２００４年１１月３日出願の米国特許出願第１０／９８０,８８８号に記載され、この開示内容は本明細書に全体で援用されている。
【００３９】
[0049]一実施形態において、接触アセンブリ２５０の各々は、中空ハウジング３０２と、アダプタ３０４と、ボール３０６と、接触素子３１４と、クランプブッシング３１６とを含む。ボール３０６は、導電性外面を有し、ハウジング３０２内に可動に配置される。ボール３０６は、少なくともボール３０６の一部が平坦化面１２６と少なくとも第二位置より上に伸びている第一位置に配置することができ、ボール３０６は平坦化面１２６と実質的に同一平面上にある。ボール３０６が平坦化面１２６の下に完全に移動することができることも企図される。ボール３０６は、通常は、基板１２２を電源２２４に電気的に結合するのに適切である。基板をバイアスするための複数のボール３０６が図３Ｃに図示するように単一ハウジング３５８内に配置されてもよいことが企図される。
【００４０】
[0050]-電源２２４は、通常は、処理中、ボール３０６に正の電気バイアスをかける。平坦化基板間に、電源２２４は、所望により、プロセス化学によってボール３０６への攻撃を最少にするために、負バイアスをボール３０６に印加することができる。
【００４１】
[0051]ハウジング３０２は、処理中、電解液供給源２４８から基板１２２までの電解液の流れのためのコンジットを設けるように構成される。ハウジング３０２は、プロセス化学と適合する誘電材料から製造される。ハウジング３０２に形成されるシート３２６は、ボール３０６がハウジング３０２の第一端部３０８から出ることを防止する。シート３２６は、所望により、流体流がボール３０６とシート３２６との間にハウジング３０２を出ることを可能にする、その中に形成される一つ以上のグルーブ３４８を含むことができる。ボール３０６を過ぎる流体流を維持することにより、ボール３０６を攻撃するプロセス化学の傾向を最少にすることができる。
【００４２】
[0052]接触素子３１４は、クランプブッシング３１６とアダプタ３０４との間に結合される。接触素子３１４は、通常は、アダプタ３０４とボール３０６を実質的に又は完全にハウジング３０２内のボール位置の範囲に電気的に接続するように構成される。一実施形態において、接触素子３１４は、スプリング形として構成されるのがよい。
【００４３】
[0053]図４Ａ-図４Ｅと図５Ａ-図５Ｃに示され図６に詳述される実施形態において、接触素子３１４は、極性アレイにおいてそこから伸びている複数の湾曲部３４４を有する環状ベース３４２を含む。湾曲部３４４は、通常は、プロセス化学と用いるのに適した弾力のある導電材料から製造される。一実施形態において、湾曲部３４４は、金がめっきされたベリリウム銅から製造される。
【００４４】
[0054]図４Ａと図５Ａ-図５Ｂに戻ると、クランプブッシング３１６は、そこから伸びているねじ切りされたポスト４２２を有するフレアヘッド４２４を含む。クランプブッシング３１６は、誘電材料又は導電材料、又はそれらの併用から製造することができ、一実施形態においては、ハウジング３０２と同一材料から製造される。フレアヘッド４２４は、接触アセンブリ２５０の中心線と関連して鋭角に湾曲部３４４を維持するので、接触素子３１４の湾曲部３４４がボール３０６の表面の周りに広げるように位置決めされ、接触アセンブリ２５０のアセンブリ中、また、ボール３０６の運動範囲まで、湾曲部３４４に対する曲げ、結合及び／又は損傷を防止する。
【００４５】
[0055]ボール３０６は、中実か又は中空であってもよく、典型的には、導電材料から製造される。例えば、ボール３０６は、金属、導電性ポリマー又は導電材料、例えば、他の導電材料の中でも、金属、導電性カーボン又はグラファイトで充填されたポリマー材料から製造されるのがよい。或いは、ボール３０６は、導電材料で被覆される中実又は中空コアから形成されてもよい。コアは、非導電性であってもよく、導電性カバリングで少なくとも部分的に被覆されてもよい。
【００４６】
[0056]ボール３０６は、通常は、バネ、浮力又は流れの力の少なくとも一つによって平坦化面１２６の方へ作動させる。図５に示される実施形態において、アダプタ３０４とクランプブッシング３１６及び電解液供給源２４８からのプラテンアセンブリ２３０を通って形成される通路を通る流れは、処理中、ボール３０６を押し付けて基板と接触させる。
【００４７】
[0057]図７は、研磨ステーション１３０であるのがよい第二Ｅｃｍｐステーションの一実施態様の断面図である。第一と第三のＥｃｍｐステーション１２８、１３２は、同様に構成されるのがよい。第二Ｅｃｍｐステーションは、通常は、充分に導電性の処理物品アセンブリ６０４を支持するプラテン６０２を含む。プラテン６０２は、処理物品アセンブリ６０４による電解液を分配するように上記プラテンアセンブリ２３０と同様に構成されてもよく、プラテン６０２は、処理物品アセンブリ６０４の平坦化面に電解液を供給する用に構成されるそれに隣接して配置される流体分配アーム（図示せず）を有してもよい。プラテン６０２は、終点検出を容易にするメータ又はセンサ２５４（図３に示す）の少なくとも一つを含む。
【００４８】
[0058]一実施形態において、処理物品アセンブリ６０４は、導電性物品６１０（即ち、導電性研磨物品）と電極６１４にはさまれた、間に置かれた物品６１２、又は間に置かれたパッドを含む。導電性物品６１０は、処理上面全体に実質的に導電性であり、通常は、導電材料又は導電性複合物（即ち、導電素子は、平坦化面／研磨面と一体的に分散されるか又はそれを備えた材料を含む）、例えば、特に、その中に分散された導電性粒子を有するポリマーマトリックス又は導電性被覆織物から作られる。導電性物品６１０と、間に置かれた物品６１２と、電極６１４は、単一の交換可能なアセンブリに製造することができる。処理物品アセンブリ６０４は、通常は、浸透性又は穿孔性であり、電解液が導電性物品６１０の電極６１４と最上面６２０との間に入ることを可能にする。図７に示される実施形態において、処理物品アセンブリ６０４は、アパーチャ６２２によって穿孔され、電解液がそれを通って流れることを可能にする。一実施形態において、導電性物品６１０は、導電性繊維上に配置されるポリマーマトリックス上に配置される導電材料、例えば、織り込まれた銅が被覆されたポリマー上に配置されたポリマーマトリックス内のスズ粒子から構成される。導電性物品６１０は、また、図３の実施形態において接触アセンブリ２５０に用いることができる。
【００４９】
[0059]導電性フォイル６１６は、更に、導電性物品６１０と間に置かれた物品６１２との間に配置することもできる。フォイル６１６は、電源２２４に結合され且つ導電性物品６１０全体に供給源２４２によって適用される均一な電圧分布を与える。導電性フォイル６１６を含まない実施形態において、導電性物品６１０は、例えば、導電性物品６１０に必要な末端を経て、電源２２４に結合されるのがよい。更に、物品アセンブリ６０４は、間に置かれた物品６１８を含むことができ、フォイル６１６とともに、上に横たわる導電性物品６１０に機械強度を与える。適切な物品アセンブリの例は、以前に援用された米国特許出願第１０／４５５,９４１号と同第１０／４５５,８９５号に記載されている。
【００５０】
[0060]本明細書に用いられる化学機械的研磨プラテンは、導電材料及び／又はバリヤ材料ＣＭＰ除去に適切なＣＭＰプラテンを含む。固定された研磨剤又は固定されない研磨剤（従来の）研磨物品であるこのような化学機械的研磨物品は、研磨剤を含有する又は研磨剤を含有しない研磨組成物とともに用いることができる。更に、研磨プラテンのための研磨物品は、ショアＤスケールで５０以上のデュロメータ又は硬度を有する硬い研磨物品又はショアＤスケールで５０未満、典型的には４０以下のデュロメータ又は硬度を有する軟らかい研磨物品であるのがよい。このような物品は、また、その中にポアが形成された一つ又は複数の穿孔性物品であってもよい。適切な研磨物品の例としては、例えば、ＩＣ-ｌ０００を含む研磨物品のＩＣシリーズのような硬い研磨物品、及びデラウェア州ニューアークのＲｏｄｅｌ社から入手できるＰＯＬＩＴＥＸＴＭ又はＳＵＢＡ-４ＴＭ研磨物品のような軟らかい研磨物品が挙げられる。固定された研磨物品は、ミネソタ州ミネアポリスの３ＭＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎやアリゾナ州フェニックスのＲｏｄｅｌ社から入手できる。研磨物品は、多孔性であってもよい。
【００５１】
研磨プロセス
[0061]形状欠陥の最小限の形成、例えば、特徴部内の皿状のへこみと残存する材料の最小限の形成を有する導電材料及び／又はバリヤ材料を除去するために基板を研磨する方法が提供される。研磨プロセスの一実施形態において、バルク導電材料を除去するとともに広い特徴部画成の上に突出部を形成するために第一研磨ステップが行われ、突出部を除去するために第二研磨ステップが行われ、導電材料を平坦化する。プロセスは、また、第二研磨ステップにおいてバリヤ層の一部又は全部を除去することを含むことができる。方法は、電気化学機械研摩（Ｅｃｍｐ）技法及び／又は化学機械的研磨法（ＣＭＰ）技法によって行うことができる。
【００５２】
[0062]広い及び狭い特徴画成部の用語は、デバイスサイズに相対的であり、例えば、広い特徴画成部は、現在、幅又はサイズが約2μｍを超えるとみなされ、狭い特徴画成部は、約2μｍ以下であるとみなされる。本発明は、種々のデバイスサイズに相対的な広い特徴画成部と狭い特徴画成部に適用される本明細書に記載されるプロセスを企図する。また、本発明は、本明細書に記載されるように突出部を形成するために、本明細書に記載されるように、狭い特徴部と比較して広い特徴部より除去速度が大きい除去速度プロファイル、例えば、化学機械的研磨法プロセスを示すデバイスに相対的な広い特徴画成部と狭い特徴画成部を研磨するために用いられる本明細書に記載されるプロセスを企図する。
【００５３】
[0063]二段プロセスの一実施形態において、電気化学機械的研磨プロセスにおいて広い特徴画成部の上に突出部を形成するために導電材料が研磨され、その後、化学機械的研磨法プロセス、又は第二電気化学研磨プロセスにおいて導電材料を除去するために突出部が研磨され平坦化される。
【００５４】
[0064]Ｅｃｍｐ法は、基板の表面に研磨組成物を供給することによって導電性材料層が狭い特徴画成部と広い特徴画成部の上に配置された基板を処理するステップと、基板と研磨物品との間に圧力を加えるステップと、基板と研磨物品との間に相対運動を与えるステップと、基板と電気的接触している第一電極と第二電極との間にバイアスを印加するステップと、狭い特徴画成部と基板の電界領域の上に配置された導電材料を広い特徴画成部の上に配置された導電材料がより大きい除去速度で除去するステップとを含む第一研磨ステップを含むことができる。広い特徴部より小さい除去速度は、広い特徴画成部上の突出部の形成を可能にすることができる。
【００５５】
[0065]本方法は、その後更に、基板を研磨して、狭い特徴画成部の上に配置された導電材料を広い特徴画成部と基板電界領域の上に配置された導電材料より小さい除去速度で除去する化学機械的研磨法、或いは電気化学機械的研磨の第二研磨ステップを含む。このような第二処理ステップを適用することによって、広い特徴画成部の上の突出部として形成された導電材料を除去することができ、全ての導電材料を、広い特徴画成部の最少の又は減少した皿状のへこみと狭い特徴画成部上の最少の又は減少した残存する材料形成部とともに平坦化することができる。このように、突出部はその後の研磨の間に予想される皿状のへこみを補償する。
【００５６】
[0066]二段プロセスは、本明細書に記載される研磨プロセスのステップを行うように適合されてもよい平坦化モジュール１０６で行うことができる。例えば、二ステップ導電材料除去プロセスはＥｃｍｐステーション、第一研磨ステーション１２８で第一ステップによって行うことができ、第二ステップは第二研磨ステーション１３０に位置するＣＭＰステーションでＣＭＰプロセスを行うことができる。更なる例において、二ステップ導電材料Ｅｃｍｐ研磨プロセス、研磨ステーション１２８は第一Ｅｃｍｐステーションであってもよく、第二研磨ステーション１３０は第二Ｅｃｍｐステーションであってもよく、第三研磨ステーション１３２は第三Ｅｃｍｐ研磨ステーション又はバリヤ材料を除去するためのＣＭＰ研磨ステーションであってもよい。或いは、第一Ｅｃｍｐステーションと第二Ｅｃｍｐステーションは、同じステーションで双方のＥｃｍｐ導電性除去ステップを行うように適合させることができる。第二研磨ステーション１３０、又は第一研磨ステーション１２８さえ、第二導電材料研磨プロセスにおいてバリヤ層材料の一部又は全てを除去するように適合させることができる。
【００５７】
[0067]平坦化モジュール１０６で二ステップ研磨プロセスを実施する一例において、基板から導電材料のバルク除去は研磨ステーション１２８のバルクＥｃｍｐステーションで電気化学的溶解プロセスによって行われる。バルクＥｃｍｐステーション、例えば、第一研磨ステーション１２８）のバルク材料の除去後、残存する導電材料は残りのＥｃｍｐステーション、第二研磨ステーション１３０で第二電気化学機械的プロセスによって基板から除去される。複数の残りのＥｃｍｐステーション１３０が平坦化モジュール１０６に用いることができることが企図される。バリヤ層材料、又はＥｃｍｐポリシングステーションで除去された一部又は全てのバリヤ材料は、残りのＥｃｍｐステーションで処理した後の研磨ステーション１３２、例えば、第二研磨ステーション１３０で除去することができる。或いは、第一及び第二のＥｃｍｐステーション１２８、１３０の各々は、単一ステーションで本明細書に記載される二段導電材料除去の双方を行うために用いることができる。
【００５８】
[0068]二段プロセスの一実施形態は、ここで、本明細書に記載されるプロセスに従って形成される基板の概略断面図である図８Ａ-８Ｅによって記載される。
【００５９】
[0069]図８Ａを参照すると、基板は、一般的に、基板８００上に形成される誘電体層８１０を含む。複数のアパーチャ、例えば、バイア、トレンチ、コンタクト、又はホールは、領域Ａでは誘電体層８１０にパターン形成されエッチングされて、狭い特徴画成部８２０の密度の高いアレイを形成し、領域Ｂは広い特徴画成部８３０の低密度を有する。アパーチャは、従来のフォトリソグラフィー技術やエッチング技術によって誘電体層８１０に形成することができる。
【００６０】
[0070]狭い特徴画成部と広い特徴画成部の用語は、基板表面に形成される構造によって異なるものであるが、一般的には、狭い特徴画成部の上に形成される過剰な材料堆積物（又は高い被覆物）と広い特徴画成部の上の最少の又は低い材料堆積物（最少の又は低い被覆物）のそれぞれの堆積プロファイルによって特徴づけることができる。例えば、狭い特徴画成部は、サイズが約3μｍ以上であるのがよく、最少の又は不十分な被覆物を有するのがよい広い特徴画成部と比較して、サイズが1μｍ未満であるのがよい。
【００６１】
[0071]誘電体層８１０は、半導体デバイスの製造に従来使われてきた一つ以上の誘電材料を含むことができる。例えば、誘電材料としては、二酸化ケイ素、リンがドープされたシリコンガラス（ＰＳＧ）、ホウ素-リンがドープされたシリコンガラス（ＢＰＳＧ）、及び、プラズマ増強型化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）によってテトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）又はシランから誘導される二酸化ケイ素のような材料を挙げることができる。誘電体層は、また、フルオロシリコンガラス（ＦＳＧ）、ポリマー、例えばポリアミド、炭素含有酸化シリコン、例えば、ＢｌａｃｋＤｉａｍｏｎｄＴＭ誘電材料、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社から入手できる、窒素及び／又は酸素でドープすることができる炭化ケイ素材料、例えば、ＢＬＯＫＴＭ誘電材料を含む低誘電率材料を含むことができる。
【００６２】
[0072]バリヤ層８４０は、特徴画成部８２０と８３０に及び基板８００の磁界８５０に等角的に配置される。バリヤ層８４０は、タンタル、窒化タンタル、又はそれらの組合せを含むことができる。この開示内容の全体に用いられる用語“タンタル”及び記号“Ｔａ”は、タンタル、窒化タンタル、合金、例えば、窒化タンタルシリコン又はそれらの組合せを包含するものである。他の種類のバリヤ層材料には、チタン、窒化チタン、高融点金属、高融点金属窒化物、及びそれらの組合せ、又は基板及び／又は誘電材料と続いて堆積されるいかなる導電材料との間に材料の拡散を制限することができる他のいかなる材料も含まれてもよい。
【００６３】
[0073]導電材料層８６０は、バリヤ層８４０上に厚さ（Ｄ）で配置される。本明細書に用いられる用語“導電材料層”は、特徴部を充填してライン、コンタクト、又はバイアを形成するために用いられるあらゆる導電材料、例えば、銅、タングステン、又はアルミニウムとして定義される。図示されないが、導電材料のシード層は、中間層接着を改善し且つ続いての堆積プロセスを改善するために導電材料層８６０の堆積の前にバリヤ層上に堆積することができる。シード層は、堆積される続く導電材料層８６０と同じ導電材料であってもよい。
【００６４】
[0074]導電材料層８６０の一つの種類は、銅含有材料を含む。銅含有材料には、銅、銅合金（例えば、少なくとも約８０質量パーセントの銅を含有する銅ベースの合金）、又はドープされた銅が含まれる。この開示内容全体に用いられる語句“銅含有材料”、用語“銅”、記号“Ｃｕ”は、銅、銅合金、ドープされた銅、及びそれらの組合せを包含するものである。更に、導電材料は、半導体製造処理に用いられるいかなる導電材料も含むことができる。
【００６５】
[0075]堆積された導電材料層８６０は、過剰な材料堆積物又は狭い特徴画成部８２０の上に形成された高い被覆物８７０と、広い特徴画成部８３０の上の最少の被覆物８８０の堆積プロファイルを有する。
【００６６】
[0076]その後、基板を研磨装置、例えば、本明細書に記載され図２に示される装置内に位置決めすることができ、導電材料層上に不動態化層８９０を形成し得る研磨組成物にさらすことができる。
【００６７】
[0077]材料を除去するとともに基板表面を平坦化するために、化学的活性、機械的活性、及び電気的活性の組合せを用いて電気化学機械的研磨技法を以下の通りに行うことができる。電気化学機械的研磨技法の一実施態様において、基板は、図２に示すように、キャリアヘッドシステムに配置され、第１電極と第２電極を含有する研磨アセンブリに結合された研磨物品と物理的に接触する。相対運動を基板表面と導電性物品６１０との間に与えて、不動態化層を減少させるか又は除去する。電源２２４からのバイアスが二電極と基板との間に適用され、その後、第一電極に結合された研磨物品によって研磨物品が基板と電気的に結合される。バイアスは、少なくともアノード溶解を与える電気パルス変調技法によって適用されてもよい。バイアスは、研磨物品アセンブリ２２２における導電性物品６１０から基板２０８に伝達することができる。基板と研磨物品の物理的結合と電気的結合の間、研磨組成物がその間に供給されて、基板表面上に不動態化層を形成する。不動態化層は、基板表面上に配置された材料を化学的に及び／又は電気的に遮断することができる。
【００６８】
[0078]電気化学研磨プロセスは、図8Ａ-図８Ｄに示すように基板表面からバルク導電材料を除去して、突出部９００を形成する第一研磨ステップと、次に、図８Ｄ-図８Ｅに示すように残存する銅を含有材料及び／又はバリヤ材料を除去して、表面を平坦化する化学機械的研磨又は第二電気化学研磨プロセスの第二研磨ステップとを有することができる。バルク材料は、広義には、基板表面上に形成される特徴部を実質的に充填するのに充分すぎる量で基板上に堆積されるいかなる材料としても本明細書で定義される。残存する材料は、広義には、一つ以上の研磨プロセスステップ後に残っているいかなるバルク銅含有材としても定義される。
【００６９】
[0079]バルク除去電気化学機械的研磨プロセスは、第一研磨プラテンで行うことができ、残存する除去プロセスは、第一プラテンと同じ又は異なる研磨装置の第二研磨プラテンで行うことができる。基板の層を通る導電材料拡散を防止するために用いられるいかなるバリヤ材料も別々のプラテン、例えば、本明細書に記載される装置における第三プラテンで又は残存する材料を除去するプラテンで除去することができる。例えば、本明細書に記載されるプロセスによる上記装置は、バルク材料を除去するための三つのプラテンを含むか又はバルク材料を除去する第一プラテンと、残存する除去のための第二プラトンと、バリヤ除去のための第三プラテンを備えることができる。
【００７０】
[0080]図８Ａを参照すると、狭い特徴画成部８２０と広い特徴画成部８３０でパターン形成された誘電体層８１０を有する基板８００は、バリヤ層８４０、例えば、タンタルと過剰量の導電材料８６０、例えば、銅で充填される。過剰材料の堆積プロファイルは、狭い特徴画成部８２０の上に形成される山部又はピーク部とも呼ばれる高い被覆物８７０と広い特徴画成部８３０の上の谷部とも呼ばれる最少の被覆物８８０とを含む。
【００７１】
[0081]基板は、導電材料層８６０上に不動態化層８９０を形成する本明細書に記載されるＥｃｍｐ研磨組成物８９５にさらされる。不動態化層８９０は、堆積された導電材料８６０に形成された、高い被覆物８７０、ピーク部と、最少の被覆物８８０、谷部を含む、基板表面上のさらされた導電材料８６０上に形成する。不動態化層８９０は、化学及び／又は電気反応から基板の表面を化学的さらに／または電気的に遮断する。不動態化層は、基板表面を腐食防止剤及び／又は不動態膜又は絶縁膜を形成することができる材料、例えば、キレート化剤にさらすことから形成される。不動態化層の厚さと密度は、化学反応の程度及び／又はアノード溶解の量を決定し得る。例えば、より厚い又はより密度の高い不動態化層８９０は、より薄くより密度の高くない不動態化層と比較してアノード溶解がより少なくなることが見出された。従って、不動態化剤、腐食防止剤及び／又はキレート化剤の組成と濃度の制御は、カスタマイズされた除去速度と基板表面から除去される材料の量を可能にする。
【００７２】
[0082]基板表面と研磨物品、例えば、導電性物品６１０は、互いに接触し、互いに相対運動で、例えば、相対的な軌道運動で移動して、図８Ｂに示すようにさらされた導電材料８６０上に形成される不動態化層８９０の部分を除去し、下にある導電材料８６０の一部を除去することもできる。第一導電材料研磨ステップ、電気化学機械的研磨ステップは、以下の通り図８Ａ-図８Ｄが行われて、突出部９００を形成する。
【００７３】
[0083]電気化学機械的研磨プロセスは、基板表面と研磨物品を約２ｐｓｉ未満の圧力で接触させるステップを含む。不動態化層８９０とある導電材料８６０の除去は、平方インチ当たり約２ポンド（ｌｂ／ｉｎ２又はｐｓｉ)(１３.８ｋＰａ)未満の接触圧を有するプロセスで行うことができる。接触圧は、約１ｐｓｉ(６.９ｋＰａ）以下、例えば、約０.０１ｐｓｉ(６９Ｐａ）〜約１ｐｓｉ(６.９ｋＰａ）、例えば、約０.１(０.７ｋＰａ）ｐｓｉと約０.８ｐｓｉ(５.５ｋＰａ）又は約０.１(０.７ｋＰａ）ｐｓｉ〜約０.５ｐｓｉ(３.４ｋＰａ未満の圧力を含むのがよい。プロセスの一態様において、処理ステップの間、約０.３ｐｓｉ(２.１ｋＰａ）又は約０.２ｐｓｉ(１.４ｋＰａ）の圧力を用いるのがよい。
【００７４】
[0084]本明細書に用いられる研磨圧は、低ｋ誘電材料を含有する基板に対して剪断力と摩擦力の損傷を減少させるか又は最少にする。減少させた又は最少にした力によって、研磨から特徴部の変形と欠陥形成が減少又は最少になりうる。更に、より小さい剪断力と摩擦力が、研磨中、形状欠陥、例えば、皿状のへこみや引っかき傷、又は層間剥離の形成を減少させるか又は最少にすることがわかった。基板と導電性物品との間の接触は、また、基板を接触させる場合に電源を研磨物品に結合することによって、電源及び基板との間に電気的接触を可能にする。
【００７５】
[0085]基板表面と研磨物品との間に相対運動を与えて、不動態化層８９０を減少させるか又は除去する。プロセス中、研磨物品と基板を回転させることによって相対運動を与えることができる。回転プロセスの一態様において、プラテン上に配置された研磨物品を約７ｒｐｍ〜約８０ｒｐｍ、例えば、２８ｒｐｍのプラテン回転速度で回転させ、キャリアヘッドに配置された基板を約７ｒｐｍ〜約８０ｒｐｍ、例えば、約３７ｒｐｍのキャリアヘッド回転速度で回転させる。プラテンとキャリアヘッドのそれぞれの回転速度は、研磨物品と基板を接触させる場合に剪断力と摩擦力を減少させると考えられる。キャリアヘッド回転速度もプラテン回転速度も約７ｒｐｍ〜４０ｒｐｍであるのがよい。
【００７６】
[0086]回転プロセスの一態様において、キャリアヘッド回転速度は、基板表面から材料を除去するために、約１：１を超えるキャリアヘッド回転速度とプラテン回転速度との比、例えば、約１.２：１〜約７：１、例えば、約１.２：１〜約３：１のキャリアヘッド回転速度とプラテン回転速度との比だけプラテン回転速度より大きいのがよい。
【００７７】
[0087]基板と研磨物品間の接触と相対運動の組合せは、非不動態化導電材料の領域が除去され更に／又はアノード溶解によって除去するためのバイアスにさらされることを可能にすることができる機械的摩耗を与えた。
【００７８】
[0088]バイアスは、基板表面からの導電材料８６０のアノード溶解のために基板表面と導電性物品６１０間の接触の間、基板に印加される。バイアスは、一般に、直径が約３００ｍｍ以上のプロセス基板に約４０アンペアの印加電流に相関する約０.００１ミリアンペア／センチメートル（ｍＡ／ｃｍ２）〜約１００ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で基板の表面から導電材料のアノード溶解を得るように加えられる。例えば、２００ｍｍの直径基板は、約０.０１ｍＡ／ｃｍ２〜約５０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度を有するのがよい。
【００７９】
[0089]本発明は、また、バイアスを印加し、ボルト、アンペア、ワットでモニタすることができることを企図する。例えば、一実施態様において、電源は、約０.０ｌワット〜ｌ00ワットの電力、約０.０１Ｖ〜約１０Ｖの電圧、及び約０.０１アンペア〜約２０アンペアの電流を印加するのがよい。一例において、更に、電気化学処理ステップにおける印加バイアスとして約２.６ボルト〜約３.５ボルト、例えば、３ボルトのバイアスを用いるのがよい。
【００８０】
[0090]バイアスの適用下のアノード溶解の間、導電材料層８６０を含む基板表面は、“酸化する”ために基板表面上に導電材料、例えば、金属材料の閾電位を超えて陽極的にバイアスをかけることができる。金属材料が酸化する場合、金属原子は、電源２２４に一つ以上の電子を放出し、金属イオン又はカチオンを形成する。その後、金属イオンは、基板表面に残り、電解液に溶解することができる。銅が除去される所望の材料である場合には、カチオンはＣｕ１＋又はＣｕ２＋の酸化状態を持ち得る。
【００８１】
[0091]金属イオンは、また、厚さの形成及び／又は不活性化層８９０の密度に関与することができる。例えば、研磨組成物に見られる防止剤及び／又はキレート化剤は、金属イオンと錯体を形成することができ、金属イオンは、不動態化層８９０に組み込まれる。従って、研磨組成物に見られる防止剤及び／又はキレート化剤の存在によって、金属イオンの電解液への電気化学溶解プロセスが制限されるか又は減少し、更に、このような金属イオンが不動態化層８９０に組み込まれる。
【００８２】
[0092]基板表面上に導電材料のアノード溶解のためにバイアスを印加した後、そのままにされた不動態化層の厚さ及び／又は密度が増大することができることが見られた。そのままにされた不動態化層の厚さ及び／又は密度の増加が、全印加電力に関連し、時間及び／又は電力レベルの関数であると考えられる。そのままにされた不動態化層が金属イオンを組み込むこと、また、金属イオンが厚さ及び／又は不動態化層の密度に関与することができることも見られた。
【００８３】
[0093]バイアスは、電力と適用が異なってもよく、基板表面から材料を除去する際の使用者の要求に左右される。例えば、電力適用の増大により、アノード溶解が増大する結果になることが見られた。バイアスは、また、電気パルス変調技法によって適用されてもよい。パルス変調技法は変更することができるが、一般に、一定の電流密度又は電圧を第一時間印加し、次に、電流密度又は電圧又は一定の逆電流密度又は電圧を第二時間印加しないサイクルを含む。その後、種々の電力レベルと持続時間を持つことができる一つ以上のサイクルのプロセスを繰り返すことができる。電力レベル、電力の持続時間、“オン”サイクル、電力なしの“オフ”サイクル適用、サイクルの回数は、除去速度、除去される材料、研磨プロセスの程度に基づいて変更することができる。例えば、高電力レベルと印加される電力の持続時間の増大がアノード溶解を増大させることが見られた。
【００８４】
[0094]電気化学機械的研磨のための一パルス変調プロセスにおいて、パルス変調プロセスは、電力印加の期間の“オン”に続いて電力を適用しない期間の“オフ”を有するオン／オフ電力技術を含む。オン／オフサイクルは、研磨プロセスの間、一回以上繰り返すことができる。“オン”期間は基板表面からさらされた導電材料の除去を可能にし、“オフ”期間は研磨組成物成分と金属イオンのような“オン”期間の副生成物を可能にし、表面に拡散するとともに導電材料と錯体を形成することを可能にする。パルス変調技法プロセス中、金属イオンは移動し、非機械的にかき混ぜられた領域において不動態化層に結合することによって腐食防止剤及び／又はキレート化剤と相互作用すると考えられる。従って、プロセスは、“オン”適用の間、不動態化層によって覆われない電気化学的に活性な領域においてエッチングすること、その後、他の領域におけるパルス変調技法の“オフ”部分の間、ある領域における不動態化層の再生と過剰材料の除去を可能にすることを可能にする。従って、パルス変調技法の制御は、除去速度と基板表面から除去される材料の量を制御することができる。
【００８５】
[0095]“オン”／“オフ”時間は、それぞれ約０.１秒〜約６０秒、例えば、約２〜約２５秒であってもよく、本発明は、本明細書に記載された時間より長い時間と短い時間の“オン”と“オフ”を持つパルス技術の使用を企図する。パルス変調技法の一例において、電力は各サイクルの約４０％〜約９８％に印加する。
【００８６】
[0096]本明細書に記載される材料の電気化学機械的研磨のためのオン／オフサイクルによるパルス変調技法の限定されない例としては、所望の研磨結果を得るために約５〜約１０秒間電力を印加し“オン”、その後、約２〜約２５秒間電力を印加しない“オフ”；約１０秒間電力を印加し、５秒間電力を印加しない、又は１０秒間電力を印加し、２秒間電力を印加しない、又は５秒間電力を印加し、２５秒間電力を印加しないことさえが挙げられる。各選ばれたプロセスに所望されるだけしばしばサイクルを繰り返すことができる。パルス変調プロセスの一例は、２００２年４月２２日発行の“ｍｅｔｈｏｄａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ”と称する米国特許出願第６,３７９,２２３号に記載され、特許請求の範囲の態様と本明細書における開示内容と矛盾しない程度に本明細書に援用されている。パルス変調プロセスの例は、更に、２００３年６月３０日出願の“Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｅｔｈｏｄ Ｔｏ Ｉｍｐｒｏｖｅ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｎｉｓｈ Ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ”と称する同時係属中の米国特許出願第１０／６１１,８０５号に記載され、特許請求の範囲の態様と本明細書における開示内容と矛盾しない程度に本明細書に援用されている。
【００８７】
[0097]約１５,０００オングストローム／分の導電材料の除去速度は、本明細書に記載されるプロセスによって達成され得る。より速い除去速度が通常は望ましいが、プロセス均一性と他のプロセス変数（例えば、陽極と陰極の反応速度論）を最大にする目標のために、溶解速度は約１００オングストローム／分〜約１５,０００オングストローム／分に制御することが一般的である。除去される銅材料が５,０００オングストローム厚未満である本発明の一実施形態において、電圧（又は電流）は、約１００オングストローム／分〜約５,０００オングストローム／分の除去速度を与えるために適用することができる。基板は、典型的には、その上に配置される所望の材料の少なくとも一部又は全部を除去するのに充分な時間、研磨組成物と電力印加にさらされる。
【００８８】
[0098]図８Ｃを参照すると、導電性物品６１０による機械的摩耗は、アノード溶解のための電流を絶縁するか又は抑制する不動態化層を除去し、不動態化層が導電性物品６１０と最少の領域で又は全く接触しない領域で保持されるように高い被覆物８７０と基板磁界８５０の領域が最少の被覆物８８０の領域より優先して除去される。不動態化層によって覆われた導電材料８６０の除去速度は、不動態化層を含まない導電材料の除去速度より遅い。このように、狭い特徴画成部８２０と基板磁界８５０の上に配置された過剰材料は、不動態化層８９０によってなお覆われている広い特徴画成部８３０の上より高速度で除去される。
【００８９】
[0099]図８Ｄを参照すると、本明細書に記載されるプロセスは、広い特徴部の上に形成された導電材料層８６０における突出部９００の形成を可能にするものである。突出部９００は、より厚い又はより密度の高い不動態化層の形成のために又は導電材料層８６０の他の部分より長い持続期間のために低除去速度で研磨されない又は研磨された材料から形成される。例えば、突出部は、堆積された導電材料厚さの約５％〜約６０％、例えば、堆積された導電材料厚さの１０％〜４０％であるのがよい。本明細書に記載されるプロセスは、堆積された材料厚さの約２０％〜約３０％の突出部を製造することが本明細書において見られた。堆積された導電材料厚さの突出部の所望レベルは、処理要因、例えば、あるとすれば、追加の研磨ステップの、それぞれの除去速度や過剰研磨の持続期間に基づいて変化させることができる。
【００９０】
[00100]突出部９００の量又はサイズは、第一研磨プロセスステップの除去速度プロファイルを修正するか又は変化させることによって制御することができる。例えば、プロセスに用いられる研磨組成物の化学、電力適用、例えば、電力レベルを変化させることによって、パルス変調技法のプロセスパラメータ、又はそれらの組合せは、全て突出部９００のサイズに影響を及ぼすために用いることができる。研磨組成物に関して、突出部のサイズは、腐食防止剤、キレート化剤の量、ｐＨレベル、又はそれらの組合せによって制御することができる。本発明は、本明細書に記載される組成物や本明細書に記載される電力適用は、本明細書における突出部の形成及び／又は広い特徴画成部と狭い特徴画成部の上の相対的除去速度を達成するために本明細書に詳述される具体例を超えて変化させることができることを企図する。
【００９１】
[00101]例えば、腐食防止剤の増加量は、少量の腐食防止剤に比べて広い特徴部上の突出部の量を増大させることが見られた。ステップ高が約６,０００オングストロームの約１１,５００オングストロームの厚さの研磨層の同一研磨条件下での比較例において、腐食防止剤として０.３質量％ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）の組成物による研磨プロセスは約４,2００オングストロームの突出部高さ、堆積された導電材料の約３６.５％突出部を示し、腐食防止剤としての０.２質量％ＢＴＡの組成物による研磨用プロセスは、約８００オングストロームの突出部高さ、堆積された導電材料の約７％突出部を示した。第一比較例と異なる以外は同一研磨条件での他の比較例において、腐食防止剤として０.３質量％ＢＴＡの組成物による研磨プロセスは、約２,５００オングストロームの突出部、堆積された導電材料の約２２％を示し、腐食防止剤として０.２質量％ＢＴＡの組成物による研磨プロセスは、約０オングストロームの突出部を示すか又は観察可能な突出部がなかった。
【００９２】
[0100]組成物のｐＨもまた、突出部の量に影響を及ぼすことが見られた。より酸性でないｐＨレベル、即ち、より塩基性のｐＨレベル組成を有する組成物は、より酸性ｐＨレベルを有する組成物より突出部高さが大きいことが見られた。例えば、突出部は、４.５を超えるｐＨレベル、例えば、約５.５〜約７で形成されることが見られた。同一の研磨条件の比較例において、ｐＨ６.５を有する研磨プロセスは、約３,０００オングストロームの突出部高さ、堆積された導電材料の約26％突出部を示し、ｐＨ約５.８を有する研磨プロセスは、約２００オングストロームの突出部高さ、堆積された導電材料の約１.７％突出部を示し、ｐＨ約４.５を有する研磨プロセスは、約０オングストロームの突出部高さを示すか又は観察可能な突出部高さがなかった。更に、ｐＨと腐食防止剤濃度の釣り合いは、選択的な突出部量を得るために用いることができる。例えば、より小さい腐食防止剤濃度におけるより塩基性のｐＨレベルがより大きい腐食防止剤濃度を有するより酸性のｐＨレベルと同一量の突出部を得るのがよい。
【００９３】
[0101]電力印加もまた、プロセスにおいて突出部量を制御するように適合させることができる。例えば、同一の又は同様の処理組成物とともに、パルス変調技法の“オン”部分においてより多量の電力印加による電力印加は、パルス変調技法の“オン”部分においてより少量の印加電力による電力印加よりより大きい突出部高さの形成を示した。更に、第二電気化学機械的処理ステップにおける突出部除去については、“オフ”部分と比較してパルス変調技法の“オン”部分におけるより少量の電力印加による電力印加は、平坦化と突出部除去を示した。
【００９４】
[0102]プロセスの間に適用された電力は、電圧、電流、電流密度、ワット数、又はアノード溶解プロセスをモニタし制御するための他の適当手段として述べることができる。より多量の電力印加は、例えば、電力レベルの増加、即ち、電圧、電流、電流密度、又はワット数の増加、電力期間又はパルスの持続時間の増加、又はそれらの組合せによって達成することができる。電力とパルス変調技法は、処理パラメータ、例えば、異なる電解質組成の変化に基づいて変化させてもよく、異なる導電性を有してもよく、異なる電力レベルとパルス変調を必要としてもよい。
【００９５】
[0103]電力が印加される場合、“オン”の位置、不動態化層の形成は、不動態化層の成分と金属イオン錯体を形成することから厚さ及び／又は密度を増大させることができ、“オフ”の位置では、不動態化層は、除去されている導電材料表面の近くの電解液におけるイオン飢餓のためにより摩耗と除去を受けやすいと考えられる。不動態化層の厚さ又は密度の増加によって、より化学的及び／又は電気的絶縁特性が生じるだけでなく、摩耗による除去に対する抵抗が増大すると考えられる。
【００９６】
[0104]従って、基板に印加された全電力の増加、例えば、印加された電力の持続期間又は大きさによって、突出部高さが増大することが見られた。同様の処理条件下で０.３質量％のＢＴＡとｐＨ約５.５〜約７を有する組成物を用いた一比較例において、約１１,５００オングストローム以下の金属層に対して約４,０００オングストロームの突出部高さは、“オン”のみの電力印加で形成されることが見られ、“オン”５秒と“オフ”５秒のパルス変調技法によって、４００オングストローム未満の突出部高さが得られることが見られた。
【００９７】
[0105]本明細書に記載される二ステップ導電材料研磨プロセスは、減少した又は最少の皿状のへこみ、最少の導電材料残存物、基板処理スループットの増加、組成物コストの低下を含む、特に第二プロセスステップでは、基板表面の過剰研磨が最少の又は減少した形状欠陥が最少の又は減少した突出部９００を平坦化する第二ステップを可能にする。
【００９８】
[0106]図８Ｅを参照すると、その後、いかなる残存する導電材料もバリヤ層材料も平坦化された基板表面に得るために一つ以上の追加の研磨ステップによって研磨することができる。例えば、第二研磨ステップは、残存する導電材料とバリヤ層材料の全部又は一部を除去するために用いることができる。或はまた、第二研磨ステップは、導電材料、又はバリヤ層の一部だけを除去することができ、第三ステップは、バリヤ層材料の全ての残っている部分を除去するために用いることができる。代替研磨実施形態において、更に、導電材料は第一研磨ステップによって除去され、バリヤは第二研磨ステップ及びいかなるバフ研磨においても除去され、又は誘電材料、例えば、研磨抵抗キャッピング層は、化学機械的研磨プロセスによって第三研磨ステップにおいて除去することができる。
【００９９】
[0107]バリヤ研磨ステップを更に有する二ステップ導電材料研磨プロセスの代替実施形態において、第二研磨ステップは突出部の一部を除去し、突出部の残りはバリヤ研磨ステップにおいて除去される。導電材料の残存する突出部は、ＣＭＰとＥｃｍｐバリヤ研磨ステップ中、特徴部における導電材料、例えば、銅の皿状のへこみを最少に又は減少させることができる。第二導電材料研磨ステップは、平坦化効率で表面を研磨することによって行うことができ、約１０％〜９０％、例えば、２０％〜８０％、例えば約４０％〜約６０％のような平坦化効率で表面を研磨することによって行うことができる。このような平坦化効率は、第一研磨ステップ後の突出部９００の約１０％〜９０％、例えば、２０％〜８０％、例えば、約４０％〜６０％の第二突出部（図示せず）を与える。平坦化効率は、堆積され材料のステップ高の減少として定義され、図８Ｄに関して、いかなる残りの残存する材料及び／又はバリヤ層とも比較されるように突出部９００の減少を含む。
【０１００】
[0108]残りの導電材料及び／又はバリヤ層材料は、化学機械的研磨法プロセスによって除去することができる。化学機械的研磨法プロセスが狭い特徴画成部の上に配置された材料と比較してより速い除去速度で広い特徴画成部の上から材料を除去することが見られたので、導電材料の突出部９００は、広い特徴画成部において皿状のへこみが最少の又は減少し、また、狭い特徴定画成部の上に最少の又は残留物形成が最少の又は全くない残存する導電材料の平坦化を可能にする。更に、第二研磨ステップに用いることができる研磨剤を含まないＣＭＰ又はＥｃｍｐプロセスによって、研磨剤関連した欠陥、例えば、ひっかき傷の形成がより少ない導電材料を研磨するために従来用いられた研磨剤を含有している組成物より低コストスラリーを用いたプロセスが得られる。
【０１０１】
[0109]更に、第二研磨ステップが化学機械的研磨ステップである場合、化学機械的研磨プロセスのための組成物は、電気化学機械的研磨ステップに記載される突出部形成よりむしろ突出部を除去し且つ基板を平坦化するのに所望されるプロファイルを与えるように適合されてもよい。例えば、化学機械的研磨法プロセスは、第一研磨ステップにおける腐食防止剤の量が他の組成物より少ない組成物を有するのがよい。他の例において、化学機械的研磨プロセスは、第一研磨ステップにおける他の組成物より酸性のｐＨレベルを有する組成物を有するのがよい。追加の例において、化学機械的研磨プロセスは、第一研磨ステップにおける他の組成物と比較すると、研磨剤を含まないことを含む、少量の研磨剤濃度を有する組成物を有するのがよい。更に、腐食防止剤濃度とｐＨレベルと研磨剤の組合せを、所望の研磨プロファイルに得るために用いることができる。更に、第二組成物は第一組成物と同じ組成物であってもよく、本明細書に記載されるように、異なる腐食防止剤、ｐＨレベル、研磨剤濃度、又はそれらの組合せが第一研磨ステップと第二研磨ステップに用いることができる。
【０１０２】
[0110]第二研磨ステップは、或いは、例えば、イリノイ州ツスコラのＣａｂｏｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のｉＣｕｅ（登録商標）５００１組成物、ｉＣｕｅ（登録商標）５３０６Ｅ組成物又はＥＰ-Ｃ７０９１組成物、アリゾナ州テンピー、ＤｕＰｏｎｔＡｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ＮａｎｏＭａｔｅｒｉａｌｓ Ｌ.Ｌ.Ｃ ＣＵ３９００-１０ｋ組成物, 日本、愛知県富士見製の７１０５製、日本東京のＪＳＲ製のＣＭＳ ７４０１組成物及びＣＭＳ７４５２組成物、日本、茨城、日立化成工業株式会社製のＨＳ-Ｔ８１５-５Ａを含む市販のＣＭＰ製剤を用いることができる。本明細書に記載されるＣＭＰ処理ステップは、電力をステーションに適用せずに、本明細書に記載されるＥｃｍｐプロセスとして図２-７に示した同じプラテンに用いることができる。広い特徴画成部の上の除去速度、例えば、３,０００オングストローム／分以上とより狭い特徴画成部の上のより小さい除去速度、例えば、３,０００オングストローム／分を有する適切ないかなるＣＭＰ組成物も第二研磨組成物として用いることができる。更に、ＣＭＰプロセスは、本明細書に記載される研磨剤を含む又は研磨剤を含まない研磨組成物を用いる硬質の物品又は軟質の物品の本明細書に記載される従来のＣＭＰ研磨物品による研磨プロセスを含むことができる。
【０１０３】
[0111]或はまた、第二研磨ステップは、本明細書に記載される電気化学機械的研磨ステップであってもよい。第二電気化学機械的研磨ステップは、導電材料の平坦化を得るように第一研磨ステップと比較して又は狭い特徴画成部の上に配置された材料の除去速度と比較して広い特徴画成部の上のより大きい除去速度で除去される基板表面上に配置された材料を有するように適合させることができる。第二電気化学機械的研磨ステップの相対的除去速度は、本明細書に記載される化学機械的研磨プロセスに見られる除去速度プロファイルに匹敵するように適合させることができる。第三ステップがバリヤ材料層を除去するために用いられる場合には、第三Ｅｃｍｐプロセスステップは、ＣＭＰ処理ステップに代わるものとして用いることもできる。代替研磨プロセスにおいて、更に、第一処理ステップにおける突出部形成による導電材料は選択的に除去され、その中に形成される突出部とバリヤ材料を有する導電材料は第二処理ステップにおいて除去される。
【０１０４】
[0112]突出部除去と減少した又は最少の皿状のへこみを有する基板を研磨する第二研磨プロセスのＥｃｍｐ除去速度プロファイルは、いくつかの方法によって達成することができる。一例において、第二Ｅｃｍｐ研磨ステップは、同じ処理条件下で第一研磨組成物の変更した変形例によって行うことができる。第二Ｅｃｍｐ処理ステップのための変更組成物は、第一研磨ステップにおいて突出部形成を可能にし、第二研磨ステップにおいて突出部発生を可能にしない、第一Ｅｃｍｐ研磨ステップより少量の腐食防止剤、少量の研磨剤濃度、又はより酸性のｐＨレベルを含むことができる。
【０１０５】
[0113]更に、第二Ｅｃｍｐ研磨組成物として本明細書に記載される別の研磨組成物は、所望の研磨プロファイルを達成するために第二研磨プロセスに用いることができる。有効な研磨結果を得ることが見られた第二Ｅｃｍｐ組成物は、更に本明細書に記載され例として示されるクエン酸塩ベースの組成物、ＥＤＡベースの組成物、又はグリシンベースの組成物を含む最少の研磨剤の又は研磨剤を含まない研磨組成物を含む。
【０１０６】
[0114]他の例において、除去速度プロファイルは、突出部形成と相対的除去速度を制御する第一研磨ステップにおけるパルス変調技法と比較して、広い特徴部の上の除去速度を増大させる第二研磨ステップのためのパルス変調技法を含む電気ベースのプロセスによって達成することができる。腐食防止剤濃度と、ｐＨレベルと、パルス変調技法の組合せは、所望の除去速度プロファイルを与えて要求される突出部を作成するか又は除去するために第一と第二の研磨ステップ双方に用いることができる。
【０１０７】
[0115]全体のバリヤ層又はバリヤ層の一部は、本明細書に記載される別個のプロセスによって又は第二処理ステップによって除去することができる。バリヤ層は、導電材料と比較して選択的に又は非選択的に除去することができる。バリヤ層除去のための組成物は、突出部高さに対して異なってもよい約１:１より大きく約５：１までの間のバリヤ材料と導電材料の除去速度比でバリヤ材料の選択性を与えることができる。或いは、組成物は、約１:１:１の導電材料とバリヤ材料と誘電材料の除去速度比を有してもよい。
【０１０８】
[0116]バリヤ層は、ＣＭＰ又はＥｃｍｐプロセス、例えば、２００５年５月１６日付けの米国特許出願第１１／１３０,０３２に記載されるＣＭＰ又はＥｃｍｐプロセスによって除去することができ、特許請求した態様及び本明細書の開示内容と矛盾しない程度まで本明細書に援用されている。或はまた、バリヤ材料は、市販の組成物、例えば、イリノイ州オーロラのＣａｂｏｔＣｏｒｐ.製の６６０５や６６１８の組成物を有するＣＭＰプロセスによって除去されてもよい。バリヤ除去プロセスは、硬質物品又は軟質物品、研磨剤を含む又は研磨剤を含まない研磨組成物を有する本明細書に記載される従来のＣＭＰ研磨物品を有する化学機械的研磨法プロセスを含むことができる。
【０１０９】
[0117]銅のＣＭＰ研磨プロセスの一例は、２００４年９月１４日発行の“ＭｅｔｈｏｄＡｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｆｏｒ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ Ｍｅｔａｌ Ａｎｄ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ”と称する米国特許第６,７９０,７６８号に開示され、バリヤＣＭＰ研磨プロセスの一例は、２００２年７月１１日出願の“ＤｕａｌＲｅｄｕｃｅｄ Ａｇｅｎｔｓ Ｆｏｒ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｒｅｍｏｖａｌ Ｉｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ”と称する米国特許出願第第１０／１９３,８１０号に開示され、いずれも特許請求の範囲の態様と本明細書の開示内容と矛盾しない程度まで本明細書に組み込まれる。
【０１１０】
[0118]所望により、研磨プロセスからの粒子状物質と消費された試薬を除去するだけでなく、研磨物品上の金属残存堆積物と基板表面上に形成された欠陥を最少にするのを援助するために研磨プロセスの各々の後に洗浄液を基板に適用することができる。適切な洗浄液の一例は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ社から市販されているＥｌｅｃｔｒａＣｌｅａｎＴＭである。
【０１１１】
[0119]導電材料とバリヤ材料の除去処理ステップ後、表面傷を最少にするために基板をバフ研磨してもよい。バフ研磨は、低研摩圧、例えば、約２ｐｓｉ以下で、軟質研磨物品、即ち、ペンシルバニア州フィラデルフィアに本部が置かれた米国材料試験協会（ＡＳＴＭ）が記載し測定したショアＤ硬度計による硬度が約４０以下で行うことができる。適切なバフ研磨プロセスと組成物の一例は、２０００年５月１１日出願の同時係属中の米国特許出願第０９／５６９,９６８号に開示され、本発明と矛盾しない程度まで本明細書に援用されている。
【０１１２】
[0120]最後に、基板を後研磨洗浄プロセスにさらして、研磨又は基板処理中に形成された欠陥を減少させることができる。このようなプロセスは、基板表面上に形成される銅の特徴部において望まれていない酸化又は他の欠陥を最少にすることができる。このような後研磨洗浄の一例は、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ社から市販されているＥｌｅｃｔｒａ ＣｌｅａｎＴＭの適用である。
【０１１３】
[0121]本明細書に記載されるプロセスによって平坦化される基板は、形状欠陥、例えば、皿状のへこみの減少、残存物の減少、平面性の改善、基板仕上げの改善を示したことが見られた。本明細書に記載されるプロセスは、更に、以下の通り実施例によって開示される。
【０１１４】
研磨組成物
[0122]電気化学機械的研磨（Ｅｃｍｐ）組成物は、例えば、導電材料Ｅｃｍｐ研磨組成物又は第一ステップにおける突出部形成と第二ステップにおける突出部除去と平坦化を含む二段導電材料Ｅｃｍｐ研磨プロセスのための二組成物を含む電気化学機械的研磨処理ステップに対して準備される。
【０１１５】
[0123]銅のような金属を平坦化するために本明細書に記載されるプロセスにおいて用いることができる適切な電気化学機械的研磨組成物は、酸ベースの電解液と、キレート化剤と、酸化剤と、腐食防止剤と、無機酸塩又は有機酸塩と、ｐＨ調整剤と、ｐＨ約３〜約１０と、溶媒とを含む、研磨剤を含まない、第一、又はバルク研磨組成物を含むことができる。或はまた、バルク研磨組成物は、また、研磨剤微粒子を含むことができる。バルク研磨組成物は、本明細書に記載される突出部に対して準備するために用いることができる。
【０１１６】
[0124]研磨剤を含まない第二、又は残りの研磨組成物は、酸ベースの電解液と、キレート化剤と、腐食防止剤と、ｐＨ調整剤と、ｐＨ約３〜約１０と、バルク研磨組成物のために本明細書に記載される溶媒とを含むことができる。組成物は、酸化剤を含まなくてもよく、或いは、本明細書に記載される酸化剤を含んでもよい。残りの研磨組成物の一実施態様において、キレート化剤は、本明細書に記載されるアミンベースのキレート化剤を含むことができ、他の一実施形態において、キレート化剤は、本明細書に記載されるカルボン酸基を有する化合物を含むことができる。実施形態において、更に、無機酸塩又は有機酸塩は、アミンベースのキレート化剤又は本明細書に記載されるカルボン酸基を有する化合物の代わりに用いることができる。或はまた、残りの研磨組成物もまた、研磨剤微粒子を含むことができる。残りの研磨組成物の成分は、特に明記しない限りバルク研磨組成物について本明細書に記載される通りである。
【０１１７】
[0125]電気化学機械的研磨組成物は導電材料銅を除去するのに特に有用であるが、研磨組成物は、他の導電材料、例えば、アルミニウム、白金、タングステン、コバルト、金、銀、ルテニウム又はそれらの組合せ、また、導電材料であってもよいバリヤ材料、例えば、チタン、窒化チタン、タンタル、窒化タンタル又はそれらの組合せの除去に用いることができる。
【０１１８】
[0126]バルク研磨組成物、第一電気化学機械的研摩ステップ組成物は、酸ベースの電解液と、キレート化剤と、酸化剤と、腐食防止剤と、無機酸又は有機酸塩と、研磨粒子と、ｐＨ調整剤と、ｐＨ約３〜約１０と、溶媒とを含むことができる。
【０１１９】
[0127]酸ベースの電解液系は、Ｅｃｍｐプロセスにおける組成物に導電率を与える。適切な酸ベースの電解液系としては、例えば、リン酸ベースの電解液、硫酸ベースの電解液、硝酸ベースの電解液、過塩素酸ベースの電解液、酢酸ベースの電解液、クエン酸ベースの電解液、ホウ酸ベースの電解液及びそれらの組合せが挙げられる。適切な酸ベースの電解液には、それらのアンモニウム塩、カリウム塩、ナトリウム塩、カルシウム塩又は銅塩誘導体を含む電解液塩誘導体が含まれる。酸ベースの電解液系は、基板を処理する所望のｐＨレベルを維持するために組成物を緩衝化することもできる。
【０１２０】
[0128]適切な酸ベースの電解液の例としては、リン酸基（ＰＯ４３-)、例えば、リン酸、リン酸銅、リン酸カリウム（ＫｘＨ(３-ｘ)ＰＯ４)(ｘ＝１、２又は３)、例えば、リン酸二水素カリウム（ＫＨ２ＰＯ４)、リン酸水素二カリウム（Ｋ２ＨＰＯ４)、リン酸アンモニウム（(ＮＨ４)ｘＨ(３-ｘ)ＰＯ４)(ｘ＝１、２又は３)、例えば、リン酸二水素アンモニウム（(ＮＨ４)Ｈ２ＰＯ４)、リン酸水素二アンモニウム（(ＮＨ４)２ＨＰＯ４))、亜硝酸基（ＮＯ３１-)を有する化合物、例えば、硝酸又は硝酸銅、ホウ酸基（Ｂｏ３３-）を有する化合物、例えば、硼酸（Ｈ３ＢＯ３）及び硫酸基（ＳＯ４２-)、例えば、硫酸（Ｈ２ＳＯ４)、硫酸水素アンモニウム（(ＮＨ４)ＨＳＯ４)、硫酸アンモニウム、硫酸カリウム、硫酸銅、それらの誘導体及びそれらの組合せを有する化合物が挙げられる。本発明は、また、従来の既知の電解液や不明の電解液が本明細書に記載されるプロセスを用いて本明細書に記載される組成物を形成するのに用いることができることを企図する。
【０１２１】
[0129]酸ベースの電解液系は、本明細書に記載されるプロセスを実施するのに本明細書に記載される充分な導電性を与えるために溶液の全組成物の約１〜約３０質量パーセント（ｗｔ％）又は容積パーセント（ｖｏｌ％）を溶解し得る酸性成分を含有することができる。酸性成分の例としては、リン酸二水素及び／又はリン酸水素二アンモニウムが挙げられ、約１５ｗｔ％〜約２５ｗｔ％の量でバルク研磨組成物に存在させることができる。或いは、リン酸は、３０ｗｔ％まで、例えば、約０.５ｗｔ％〜約６ｗｔ％の濃度で存在させることができる。酸ベースの電解液は、また、溶液で加えることができ、例えば、６ｗｔ％のリン酸は、約５.１ｗｔ％の実際のリン酸組成物に対して８５％リン酸水溶液からのものであるのがよい。
【０１２２】
[0130]本発明の一態様又は成分は、基板の表面と錯体を形成して電気化学溶解プロセスを増強する一つ以上のキレート化剤の使用である。本明細書に記載される実施形態のいずれにおいても、キレート化剤は、銅イオンのような導電材料に結合することができ、金属材料の除去速度を上げ更に／又は基板表面全体に溶解均一性を改善する。銅のような除去するための金属材料は、官能基との結合前、結合中又は結合後、０、１又は２のようにいかなる酸化状態にあってもよい。官能基は、処理中、基板表面上に生成される金属材料を結合することができ、基板表面から金属材料を除去することができる。キレート化剤は、また、バルク研磨組成物を緩衝化して基板を処理するのに所望のｐＨレベルを維持するために用いることができる。キレート化剤は、また、基板表面上の第二不動態化層の形成をなすか又は増強することができる。
【０１２３】
[0131]一つ以上のキレート化剤には、アミン基、アミド基、及びそれらの組合せの基より選ばれる一つ以上の官能基を有する化合物が含まれてもよい。一つ以上のキレート化剤には、カルボキシレート基、ヒドロキシル基、ヒドロキシル基とカルボキシレート基の混合物、及びそれらの組合せの基より選ばれる一つ以上の官能基を有する化合物が含まれてもよい。カルボキシレート基には、ジカルボキシレート基やトリカルボキシレート基が含まれる。或いは、キレート化剤は、アミン基、アミド基、カルボキシレート基、ジカルボキシレート基、トリカルボキシレート基、ヒドロキシル基、ヒドロキシル基とカルボキシレート基の混合物及びそれらの組合せ、例えば、アミノ酸の基より選ばれる一つ以上の官能基を有する化合物を含むことができる。Ｅｃｍｐ研磨組成物は、約０.１％〜約１５容積又は質量％の濃度で一つ以上のキレート化剤を含むことができるが、好ましくは約０.１％〜約４容積又は質量％を用いる。例えば、キレート化剤として約２容積％のエチレンジアミンを用いるのがよい。
【０１２４】
[0132]適切なキレート化剤の例としては、一つ以上のアミンを有する化合物が挙げられ、アミド官能基としては、エチレンジアミン（ＥＤＡ）、ジエチレントリアミン、ジエチレントリアミン誘導体、ヘキサジアミン、メチルホルムアミド、それらの誘導体、それらの塩及びそれらの組合せが挙げられる。一つ以上のカルボキシレート基を有する適切なキレート化剤の例としては、クエン酸、酒石酸、コハク酸、シュウ酸、酢酸、アジピン酸、酪酸、カプリン酸、カプロン酸、カプリル酸、グルタル酸、グリコール酸、ギ酸、フマル酸、乳酸、ラウリン酸、リンゴ酸、マレイン酸、マロン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、フタル酸、プロピオン酸、ピルビン酸、ステアリン酸、吉草酸、それらの誘導体、及びそれらの組合せが挙げられる。アミン官能基とカルボキシレート官能基双方を有する化合物としては、グリシンのようなアミノ酸やエチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）のような化合物が挙げられる。
【０１２５】
[0133]無機塩又は有機塩は、Ｅｃｍｐ組成物の約０.１％〜約１５容積又は質量％、例えば、約０.１％〜８容積又は質量％の濃度で供給される。例えば、約２質量％のクエン酸アンモニウムを研磨組成物において用いることができる。無機塩又は有機塩は、また、キレート化剤として機能することができる。無機塩又は有機塩は、また、溶液で又は実質的に純粋な形で加えることができる。例えば、クエン酸アンモニウムは、９８％の純粋形態で加えることができる。
【０１２６】
[0134]適切な無機酸塩又は有機酸塩の例としては、有機酸のアンモニウム塩及びカリウム塩、例えば、シュウ酸アンモニウム、クエン酸アンモニウム、コハク酸アンモニウム、一塩基性クエン酸カリウム、二塩基性クエン酸カリウム、三塩基性クエン酸カリウム、酒石酸カリウム、酒石酸アンモニウム、コハク酸カリウム、シュウ酸カリウム、及びそれらの組合せが挙げられる。更に、カルボン酸のアンモニウム塩やカリウム塩も用いることができる。例えば、キレート化剤としては、クエン酸アンモニウム、クエン酸カリウム、コハク酸アンモニウム、コハク酸カリウム、シュウ酸アンモニウム、シュウ酸カリウム、酒石酸カリウム及びそれらの組合せが挙げられるのがよい。塩は、多塩基性状態を有してもよい。例えば、クエン酸塩は、モノ-、ジ-及びトリ塩基性状態を有する。塩としては、また、本明細書に記載されるキレート化剤の誘導体が含まれてもよい。例えば、ＥＤＴＡは、組成物に用いることができる塩、例えば、ナトリウム、カリウム、カルシウムのような種々の塩（例えば、Ｎａ２ＥＤＴＡ、Ｎａ４ＥＤＴＡ、Ｋ４ＥＤＴＡ又はＣａ２ＥＤＴＡ）を有する。
【０１２７】
[0135]本明細書に記載されるいかなる実施形態においても、基板表面と取り囲んでいる電解液との間の化学相互作用を最少にする第二不動態化層８９０の形成を増強することによって金属表面の酸化又は腐食を減少させるために腐食防止剤を加えることができる。従って、腐食防止剤によって形成される材料の層は、基板表面から電気化学電流を抑制するか又は最少にして電気化学堆積及び／又は溶解を制限する傾向がある。バルク研磨組成物には、一つ以上のアゾール基からの有機化合物約０.００１％〜約５.０質量％、例えば、約０.０１％〜約１質量％が含まれてもよい。一般に好ましい範囲は、0.2％〜約０.４質量％である。腐食防止剤は、また、溶液で又は実質的に純粋な形で加えることができ、例えば、ベンゾトリアゾールは、９９％の純粋な形で加えることができる。
【０１２８】
[0136]適切な腐食防止剤には、窒素原子（Ｎ）、例えば、アゾール基を有する有機化合物を有する化合物が含まれる。適切な化合物の例としては、ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）、メルカプトベンゾトリアゾール、５-メチル-１-ベンゾトリアゾール（ＴＴＡ）、及びそれらの組合せが挙げられる。他の適切な腐食防止剤としては、環状化合物、例えば、イミダゾール、ベンズイミダゾール、トリアゾール、及びそれらの組合せである膜形成剤が挙げられる。ヒドロキシ、アミノ、イミノ、カルボキシ、メルカプト、ニトロ及びアルキル置換基を有するベンゾトリアゾール、イミダゾール、ベンズイミダゾール、トリアゾールの誘導体もまた、腐食防止剤として用いることができる。他の腐食防止剤としては、特に尿素及びチオ尿素が挙げられる。
【０１２９】
[0137]或はまた、重合防止剤、限定しない例として、ポリアルキルアリールエーテルホスフェート、アンモニウムノニルフェノールエトキシレートスルフェート、又はポリエチレンアミンは、アゾール含有腐食防止剤と置き換えて又はそれとともに組成物の約０.００２％〜約１.０容積又は質量％の量で用いることができる。重合防止剤の他の例としては、エチレンイミンベースの高分子材料、例えば、（-ＣＨ２-ＣＨ２-Ｎ-）モノマー単位を含む分子量が約４００〜約１,０００,０００のポリエチレンイミン（ＰＥＩ）、エチレングリコールベースの高分子材料、例えば、（-Ｈ(ＯＣＨ２ＣＨ２)ＮＯＨ-）モノマー単位を含む分子量が約２００の〜約１００,０００のポリエチレングリコール（ＰＥＧ）が挙げられる。ポリアミン及びポリイミド高分子材料もまた、組成物における重合防止剤として用いることができる。他の適切な重合防止剤としては、分子量範囲が約２００〜約１００,０００のオキシドポリマー、例えば、ポリプロピレンオキシドやエチレンオキシドプロピレンオキシドポリマー（ＥＯＰＯ）が挙げられる。適切な重合防止剤の一例としては、マサチューセッツ州マールボロ（ＭＡ）のロームアンドハースエレクトロニックマテリアルズから市販されているポリアミンポリマーを含有するＸＰ-１２９６、コネチカット州ニューヘーブンのＥｎｔｈｏｎｅ-ＯＭＩ社から市販されている化合物Ｓ-９００が挙げられる。
【０１３０】
[0138]酸化剤は、約０.０１％〜約１００容積又は質量％、例えば、約０.1％〜約１５容積又は質量％の範囲にある量で研磨組成物中に存在させ得る。バルク研磨組成物の実施形態において、約０.１％〜約１５容積又は質量％の過酸化水素をバルク研磨組成物中に存在する。一実施態様においては、酸化剤は、電気化学機械的研磨プロセスを開始する直前にバルク研磨組成物の残りに加えられる。酸化剤は、３０％の過酸化水素水溶液又は４０％の過酸化水素水溶液のような溶液で組成物に加えることができる。
【０１３１】
[0139]適切な酸化剤の例としては、ペルオキシ化合物、例えば、過酸化水素及び過酸化尿素、過炭酸塩を含むその付加物のようなヒドロキシ基によって解離することができる化合物、例えば、アルキルペルオキシド、環状又はアリールペルオキシド、ベンゾイルペルオキシド、過酢酸、及びジ-ｔｅｒｔ-ブチルペルオキシドを含む有機ペルオキシドが挙げられる。一過硫酸塩や二過硫酸塩のような、例えば、ペルオキシ二硫酸アンモニウム、ペルオキソ二硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、及び過硫酸カリウムを含む硫酸塩及び硫酸塩誘導体も用いることができる。ペルオキシ化合物の塩、例えば、過炭酸ナトリウムや過酸化ナトリウムも用いることができる。
【０１３２】
[0140]酸化剤は、また、無機化合物或いは最高の酸化状態で元素を含有する化合物であり得る。無機化合物或いは最高の酸化状態で元素を含有する化合物の例としては、過ヨウ素酸、過ヨウ素酸塩、過臭素酸、過臭素酸塩、過塩素酸、過塩素酸塩、過ホウ素酸、硝酸塩（例えば、硝酸セリウム、硝酸鉄、硝酸アンモニウム）、鉄酸塩、過ホウ酸塩及び過マンガン酸塩が挙げられるがこれらに限定されない。他の酸化剤としては、臭素酸塩、クロレート、クロム酸、沃素酸塩、沃素酸を有し、アンモニウム硝酸セリウムのようなセリウム（ＩＶ）化合物を含む。
【０１３３】
[0141]一つ以上のｐＨ調整剤は、ｐＨ約２〜約１０、好ましくはｐＨ約３〜約７未満、例えば、ｐＨレベル約４〜約６を達成するためにバルク研磨組成物に加えることが好ましい。ｐＨ調整剤の量は、その他の成分の濃度が異なる製剤で変化するように変えることができるが、一般に、全溶液は、７０質量％までの一つ以上のｐＨ調整剤、好ましくは約０.２％〜約２５容積％を含むことができる。異なる化合物は、一定の濃度に対して異なるｐＨレベルを示すことができ、例えば、組成物は、所望のｐＨレベルを示す、約０.１％〜約１０容積％の塩基、例えば、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、水酸化ナトリウム又はそれらの組合せを含むことができる。ｐＨ調整剤は、また、溶液で又は実質的に純粋な形で加えることができ、例えば、水酸化カリウムは、45％水酸化カリウム水溶液で加えることができる。
【０１３４】
[0142]一つ以上のｐＨ調整剤は、有機酸の一種、例えば、酢酸、クエン酸、シュウ酸のようなカルボン酸、リン酸、リン酸アンモニウム、リン酸カリウムを含むリン酸含有成分、及びそれらの組合せ、又はそれらの組合せから選ぶことができる。リン酸、硫酸、塩酸、硝酸、それらの誘導体及びそれらの組合せを含む無機酸もまた、バルク研磨組成物中のｐＨ調整剤として用いることができる。
【０１３５】
[0143]本明細書に記載されるバルク研磨組成物の残量又は残部は、溶媒、例えば、水、好ましくは脱イオン水を含む極性溶媒である。他の溶媒は、単独で又は水、例えば、有機溶媒と組み合わせて用いることができる。有機溶媒としては、アルコール、例えば、イソプロピルアルコール又はグリコール、エーテル、例えば、ジエチルエーテル、フラン、例えば、テトラヒドロフラン、炭化水素、例えば、ペンタン又はヘプタン、芳香族炭化水素、例えば、ベンゼン又はトルエン、ハロゲン化溶媒、例えば、塩化メチレン又は四塩化炭素、それらの誘導体及びそれらの組合せが挙げられる。
【０１３６】
[0144]ある実施形態において、バルク研磨組成物には、研磨粒子が更に含まれてもよく、残存する化合物については、本明細書に記載される一つ以上の酸化剤、研磨粒子、及びそれらの組合せが更に含まれてもよい。研磨剤の添加により、導電性物品６１０と基板表面との間の接触面積を増大させる研磨粒子能力のために、錯体形成した金属イオンの除去速度を更に改善することができる。研磨粒子をバルク研磨組成物に添加することにより、最終の研摩面が低物品圧力でさえ従来のＣＭＰプロセスに匹敵する表面粗さを達成することを可能にすることができる。表面仕上げ、又は表面粗さは、デバイス歩留りや後研磨表面傷に対する効果を有することが示された。
【０１３７】
[0145]研磨粒子は、処理中、バルク研磨組成物の３０質量％まで含むことができる。約０.００１ｗｔ％〜約５ｗｔ％の研磨粒子の濃度をバルク研磨組成物に用いることができる。適切な研磨粒子としては、無機研磨剤、ポリマー研磨剤、及びそれらの組合せが挙げられる。電解液に用いることができる無機研磨粒子としては、シリカ、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化セリウム、酸化ゲルマニウム、又は既知か又は不明な他のいかなる研磨剤の金属酸化物も挙げられるがこれらに限定されない。例えば、コロイドシリカは、アルミナ変性又はシリカ／アルミナ複合体のように確実に活性化されるのがよい。
【０１３８】
[0146]研磨剤は、また、ポリマー研磨剤を含むことができる。ポリマー研磨材料の例としては、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリメタクリロニトリル、及びそれらの組合せが挙げられる。ポリマー研磨剤は、約６０〜約８０の硬度ショアＤを有してもよいが、より大きい又はより小さい硬度値を有するように変更し得る。より軟らかいポリマー研磨粒子は、研磨物品と基板との間の摩擦を減少させるように援助することができ、無機粒子と比較して引っかき傷や他の表面傷の数とひどさを減少させることができる。より硬質のポリマー研磨粒子は、より軟らかい材料と比較して研磨性能、除去速度及び表面仕上げを改良させることができる。ポリマー研磨剤の硬度は、研磨剤におけるポリマー架橋の程度を制御することによって変化させることができ、例えば、より高程度の架橋によって、ポリマー、従って、研磨剤のより大きい硬度が得られる。
【０１３９】
[0147]ポリマー研磨剤は、導電材料又は導電材料イオンに結合することができる一つ以上の官能基を有するように変性させることができ、それによって、基板の表面から材料の電気化学機械的研磨除去が容易になる。例えば、銅が研磨プロセスにおいて除去される場合には、有機ポリマー粒子は、バルク研磨組成物において化学的活性剤、例えば、キレート化剤又は腐食防止剤の代物品として又はそれに加えて除去された銅を結合するために、アミン基、カルボキシレート基、ピリジン基、ヒドロキシド基、銅に高い親和性有するリガンド、又はそれらの組合せを有するように変性させることができる。銅のような基板表面材料は、官能基と結合する前に、間に又は後にいかなる酸化状態、例えば０、１＋又は２＋であってもよい。官能基は、基板表面上の一つ又は複数の金属材料に結合して、基板表面の均一性と表面仕上げを改善することを援助し得る。
【０１４０】
[0148]更に、ポリマー研磨剤は、望ましい化学的性質を有し、例えば、ポリマー研磨剤は、幅広いｐＨ範囲にわたって安定であり、互いに凝集する傾向がなく、ポリマー研磨剤が組成物中に界面活性剤を減少させて又は全く含まずに又は分散剤なしに用いることを可能にする。
【０１４１】
[0149]或はまた、本明細書に記載されるポリマー材料で被覆された無機粒子もまた、バルク研磨組成物において用いることができる。バルク研磨組成物が所望の研磨性能と結果によってはポリマー研磨剤、無機研磨剤、ポリマー被覆無機研磨剤、又はそれらのいかなる組合せも含有することは本発明の範囲内である。
【０１４２】
[0150]所望により、少なくとも一つの遷移金属イオン、例えば、銅イオンを本明細書に記載される組成物に加えてもよい。少なくとも一つの遷移金属イオンは、金属塩、例えば、銅塩から誘導されてもよく、一つ以上のキレート化剤と錯体を形成するために組成物に加えられる。得られた錯体によって、皿状のへこみが減少した基板表面からの導電材料の除去が改善される。適切な銅塩の例としては、特に、金属硫酸塩、金属フルオロホウ酸塩、金属グルコン酸塩、金属スルファミン酸塩、金属スルホン酸塩、金属ピロリン酸塩、金属塩化物、金属シアン化物、金属硝酸塩、及びそれらの組合せが挙げられる。例えば、適切な銅塩としては、硫酸銅、フルオロホウ酸銅、グルコン酸銅、スルファミン酸銅、スルホン酸銅、ピロリン酸銅、塩化銅、シアン化銅、硝酸銅、及びそれらの組合せが挙げられる。例えば、金属塩は、組成物の約０.００５質量パーセント（ｗｔ.％）〜約１.０ｗｔ.％の濃度を含むことができるか、或いは、金属塩は、ＣＭＰ組成物の約０.０５ｗｔ.％〜約０.２ｗｔ.％の濃度で組成物に存在してもよい。
【０１４３】
[0151]バルク研磨組成物は、一つ以上の追加の化合物を含むことができる。追加の化合物としては、基板表面の研磨において研磨組成物の有効性を改善するサプレッサ、エンハンサ、レベラー、光沢剤、安定剤及びストリッピング剤が挙げられるがこれらに限定されない電解液添加剤を含む。他の添加剤、例えば界面活性剤もまた、本明細書に記載される研磨組成物において用いることができる。例えば、ある種の添加剤は、金属原子のイオン化速度を低減させることができ、それによって溶解プロセスが阻止されるが、他の添加剤は、光沢の仕上がり基板表面を与えることができる。添加剤は、１５質量又は容積％までの濃度でバルク研磨組成物に存在することができ、研磨後の所望の結果に基づいて変化させることができる。
【０１４４】
[0152]バルク研磨組成物に対する添加剤の例は、更に、２００５年３月８日発行の米国特許第６,８６３,７９７号により充分に記載され、特許請求した態様及び本明細書中の開示内容と矛盾しない程度に本明細書に援用されている。
【実施例】
【０１４５】
[0153]以下の制限されない実施例は、本発明の実施形態を更に示すためのものである。しかしながら、実施例は、本明細書に記載される本発明の範囲をすべて含むことを意図したものでなく、また限定することを意図したものでもない。
【０１４６】
実施例１：
[0154]銅メッキされたウエハを、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社から入手可能なＲＥＦＬＥＸＩＯＮ（登録商標）システムについて改変したセル内に下記研磨組成物を用いて研磨し平坦化した。約６,０００オングストロームのステップ高を有する基板表面上に約１１,５００オングストローム厚の銅層を有する基板を下記の研磨組成物：
約6容積％のリン酸；
約２容積％のエチレンジアミン；
約２容積％のクエン酸アンモニウム；
約０.３容積％のベンゾトリアゾール；
約２％〜約６容積％の水酸化カリウム ｐＨ約５にする；
脱イオン水；
にさらし、研磨物品を約０.２ｐｓｉで基板と接触させ、プロセスの間、約３ワット／ボルトのバイアスを印加した。基板を研磨し、調べた。約４,０００オングストロームの突出部高さは、広い特徴画成部上に見られなかった。
【０１４７】
実施例２：
[0155]銅メッキされたウエハを、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社から入手可能なＲＥＦＬＥＸＩＯＮ（登録商標）システムについて改変したセル内に下記研磨組成物を用いて研磨し平坦化した。約６,０００オングストロームのステップ高を有する基板表面上に約１１,５００オングストローム厚の銅層を有する基板を下記の研磨組成物：
約6容積％のリン酸；
約２容積％のエチレンジアミン；
約２容積％のクエン酸アンモニウム；
約０.３容積％のベンゾトリアゾール；
約２％〜約６容積％の水酸化カリウム ｐＨ約５にする；
脱イオン水；
にさらし、研磨物品を約０.２ｐｓｉで基板と接触させ、プロセスの間、約３ワット／ボルトのバイアスを印加した。基板を研磨し、調べた。約１,５００オングストロームの突出部高さは、広い特徴画成部上に見られなかった。
【０１４８】
[0156]二ステッププロセスの第一研磨ステップと用いられる銅Ｅｃｍｐ研磨組成物の例としては以下が挙げられる：
実施例３：
約6容積％のリン酸、
約１％〜約４容積％のクエン酸アンモニウム、
約０.３％〜約０.４容積％のベンゾトリアゾール、
脱イオン水、
約２％〜約６容積％の水酸化カリウム ｐＨ約４〜約７未満にする。
【０１４９】
実施例４：
約６容積％のリン酸、
約２容積％のエチレンジアミン、
約１％〜約４容積％のクエン酸アンモニウム、
約０.１％〜約０.４容積％のベンゾトリアゾール、
約０.１％〜約３容積又は質量％、例えば、約０.４５％の過酸化水素、及び/又は約０.０１％〜１質量％、例えば、０.１５質量％の研磨粒子、
約０.１％脱イオン水、
約２％〜約６容積％の水酸化カリウム ｐＨ約４〜約７未満にする。
【０１５０】
[0157]二ステッププロセスの第二研磨ステップと用いられる銅Ｅｃｍｐ研磨組成物の例としては以下が挙げられる：
実施例５：
約４％〜約６容積％のリン酸、
約２容積％のエチレンジアミン、
約１％〜約４容積％のクエン酸アンモニウム、
約０.０５％〜約０.３容積％のベンゾトリアゾール、
約０.１％〜約３容積又は質量％、例えば、約０.４５％の過酸化水素、及び/又は約０.０１％〜１質量％、例えば、０.１５質量％の研磨粒子、
脱イオン水、
約２％〜約６容積％の水酸化カリウム ｐＨ約４〜約６にする。
【０１５１】
実施例６：
約３容積％の硝酸；
約２容積％のエチレンジアミン；
約２容積％のクエン酸アンモニウム；
約０.１％〜約０.３容積％のベンゾトリアゾール；
約２％〜約６容積％の水酸化カリウム及び／又は水酸化アンモニウム ｐＨ約４〜約６にする；
約０.１％脱イオン水。
【０１５２】
実施例７：
約４容積％のリン酸；
約２容積％のエチレンジアミン；
約２容積％のクエン酸アンモニウム；
約０.１％〜約０.３容積％のベンゾトリアゾール；
約２％〜約６容積％の水酸化カリウム及び／又は水酸化アンモニウム ｐＨ約４〜約６にする；
脱イオン水。
【０１５３】
実施例８：
約４容積％のリン酸；
約２容積％のエチレンジアミン；
約２容積％のグリシン；
約０.１％〜約０.３容積％のベンゾトリアゾール；
約２％〜約６容積％の水酸化カリウム及び／又は水酸化アンモニウム ｐＨ約４〜約６にする；
脱イオン水。
【０１５４】
実施例９：
約３容積％のリン酸、
約２％のクエン酸、
約０.０５質量％のベンゾトリアゾール、
脱イオン水、充分な水酸化カリウム ｐＨ約４〜約６にする；
所望により、過酸化水素及び/又は研磨粒子。
【０１５５】
実施例１０：
約１容積％のリン酸、
約２容積％のエチレンジアミン、
約０.０２質量％のベンゾトリアゾール、
約０.１容積％〜約５容積％の過酸化水素、脱イオン水、
充分な水酸化カリウム ｐＨ約５〜約７にする。
【０１５６】
実施例１１：
約１容積％のリン酸、
約２％のクエン酸、
約０.０３質量％のベンゾトリアゾール、
約０.１容積％〜約５容積％の過酸化水素、脱イオン水、
充分な水酸化カリウム ｐＨ約４〜約７にする。
【０１５７】
実施例１２：
約４容積％の硝酸；
約２容積％のエチレンジアミン；
約２質量％のクエン酸アンモニウム；
約０.０５％〜０.２質量％のベンゾトリアゾール；
約２％〜約６容積％の水酸化カリウム及び／又は水酸化アンモニウム ｐＨ約４〜約６にする；
脱イオン水。
【０１５８】
実施例１３：
約４容積％のリン酸；
約２容積％のエチレンジアミン；
約２質量％のグリシン；
約０.０５％〜０.２質量％のベンゾトリアゾール；
約２％〜約６容積％の水酸化カリウム及び／又は水酸化アンモニウム ｐＨ約４〜約６にする；
脱イオン水。
【０１５９】
実施例１４：
約４容積％のリン酸；
約２容積％のエチレンジアミン；
約２質量％のクエン酸；
約０.０５％〜０.２質量％のベンゾトリアゾール；
約２％〜約６容積％の水酸化カリウム及び／又は水酸化アンモニウム ｐＨ約４〜約６にする；
脱イオン水。
【０１６０】
実施例１５：
約２容積％のリン酸；
約２容積％のエチレンジアミン；
約２質量％のグリシン；
約０.０５％〜０.２質量％のベンゾトリアゾール；
約２％〜約６容積％の水酸化カリウム及び／又は水酸化アンモニウム ｐＨ約４〜約６にする；
脱イオン水。
【０１６１】
実施例１６：
約２容積％のリン酸；
約２容積％のグリシン；
約０.０５％〜０.２質量％のベンゾトリアゾール；
約２％〜約６容積％の水酸化カリウム及び／又は水酸化アンモニウム ｐＨ約４〜約６にする；
脱イオン水。
【０１６２】
実施例１７：
約２容積％のリン酸；
約２容積％のクエン酸；
約０.０５％〜０.２質量％のベンゾトリアゾール；
約２％〜約６容積％の水酸化カリウム及び／又は水酸化アンモニウム ｐＨ約４〜約６にする；
脱イオン水。
【０１６３】
実施例１８：
約２容積％の硝酸；
約２容積％のクエン酸；
約０.０５％〜０.２質量％のベンゾトリアゾール；
約２％〜約６容積％の水酸化カリウム及び／又は水酸化アンモニウム ｐＨ約４〜約６にする；
脱イオン水。
【０１６４】
実施例１９：
約１容積％のリン酸；
約１容積％のクエン酸；
約０.０５％〜０.２質量％のベンゾトリアゾール；
約２％〜約６容積％の水酸化カリウム及び／又は水酸化アンモニウム ｐＨ約４〜約６にする；
約１％の過酸化水素；
脱イオン水。
【０１６５】
[0158]上記は本発明に関するが、本発明の更に多くの実施形態が本発明の基本的範囲から離れることなく工夫され、本発明の範囲は続く特許請求の範囲によって決定される。
【図面の簡単な説明】
【０１６６】
【図１Ａ】図1Ａは、従来のプロセスに従って基板上に行われる研磨プロセスを示す概略図である。
【図１Ｂ】図1Ｂは、従来のプロセスに従って基板上に行われる研磨プロセスを示す概略図である。
【図２】図２は、電気化学機械的平坦化システムの平面図である；
【図３】図３は、図２のシステムの第一電気化学機械的平坦化（Ｅｃｍｐ）ステーションの一実施態様の断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、二つの接触アセンブリによる第一Ｅｃｍｐステーションの部分断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、接触アセンブリの代替実施形態の断面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、接触アセンブリの代替実施形態の断面図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、プラグの断面図である。
【図４Ｅ】図４Ｅは、プラグの断面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、接触アセンブリの一実施形態の側断面図である。
【図５Ｂ】図５ＢＡは、接触アセンブリの一実施形態の側分解断面図である。
【図６】図６は、接触素子の一実施形態である。
【図７】図７は、Ｅｃｍｐステーションの他の実施形態の縦断面図である。
【図８Ａ】図８Ａは、本明細書に記載される基板表面を平坦化する一実施形態に従って基板上に行われる研磨プロセスを示す断面概略図である。
【図８Ｂ】図８Ａは、本明細書に記載される基板表面を平坦化する一実施形態に従って基板上に行われる研磨プロセスを示す断面概略図である。
【図８Ｃ】図８Ａは、本明細書に記載される基板表面を平坦化する一実施形態に従って基板上に行われる研磨プロセスを示す断面概略図である。
【図８Ｄ】図８Ａは、本明細書に記載される基板表面を平坦化する一実施形態に従って基板上に行われる研磨プロセスを示す断面概略図である。
【図８Ｅ】図８Ａは、本明細書に記載される基板表面を平坦化する一実施形態に従って基板上に行われる研磨プロセスを示す断面概略図である。
【符号の説明】
【０１６７】
１０…基板、２０…金属層、３０…広い特徴画成部、４０…狭い特徴画成部、４５…より大きい厚さ、５０…残存物、５５…皿状のへこみ、１００…平坦化システム、１０２…ファクトリインタフェース、１０４…ローディングロボット、１０６…平坦化モジュール、１０８…コントローラ、１１０…中央処理装置、１１２…メモリ、１１４…支援回路、１１６…洗浄モジュール、１１８…ウエハカセット、１２２…基板、１２４…投入モジュール、１２６…平坦化面、１２８…研磨ステーション、１３０…研磨ステーション、１３２…研磨ステーション、１３４…カルーセル、１３６…搬送ステーション、１４０…機械基盤、１４２…バッファステーション、１４４…バッファステーション、１４６…搬送ロボット、１４８…ロードカップアセンブリ、１５０…アーム、１５２…平坦化ヘッドアセンブリ、２０２…駆動システム、２０４…平坦化ヘッド、２０６…プレナム、２１０…アパーチャ、２２２…研磨物品アセンブリ、２２４…保持リング、２３０…プラテンアセンブリ、２３８…軸受、２４２…電源、２４６…窓、２４８…電解液供給源、２５０…接触アセンブリ、２５４…センサ、２６０…最上面、２７６…回転結合器、２９０…平坦化部分、２９２…電極、３０２…中空ハウジング、３０４…アダプタ、３０６…ボール、３１４…接触素子、３１６…クランプブッシング、３２６…シート、３４４…湾曲部、３５０…物品構造、３５２…上層、３６８…アパーチャ、３９４…ノズル、４２２…ねじ切りされたポスト、４２４…フレアヘッド、６０２…プラテン、６０４…導電性処理物品アセンブリ、６１０…導電性物品、６１２…間に置かれた物品、６１４…電極、６１８…間に置かれた物品、６２０…最上面、８００…基板、８１０…誘電体層、８２０…狭い特徴画成部、８３０…広い特徴画成部、８４０…バリヤ層、８５０…電界、８６０…導電材料層、８７０…被覆部、８８０…被覆部、８９０…不動態化層、８９５…研磨組成物、９００…突出部。
【図１Ａ】
2009503908.tif 000003
【図１Ｂ】
2009503908.tif 000004
【図２】
2009503908.tif 000005
【図３】
2009503908.tif 000006
【図４Ａ】
2009503908.tif 000007
【図４Ｂ】
2009503908.tif 000008
【図４Ｃ】
2009503908.tif 000009
【図５Ａ】
2009503908.tif 000010
【図５Ｂ】
2009503908.tif 000011
【図６】
2009503908.tif 000012
【図７】
2009503908.tif 000013
【図８Ａ】
2009503908.tif 000014
【図８Ｂ】
2009503908.tif 000015
【図８Ｃ】
2009503908.tif 000016
【図８Ｄ】
2009503908.tif 000017
【図８Ｅ】
2009503908.tif 000018
【国際調査報告】
2009503908.tif 000019