(57)【要約】【課題】非鉄配線金属の存在下で絶縁材のエロージョンを抑制しながらバリヤ材料を優先的に除去するのに有用な研磨溶液である。【解決手段】研磨溶液は、酸化剤０〜２０重量％と、非鉄配線金属の除去速度を低下させるためのインヒビターと、アンモニウム塩と、ナトリウム０．００１〜１ppm及びカリウム０．００１〜１ppmを含有するシリカ０．１〜５０重量％と、残余としての水とを含み、滴定剤として使用される無機酸によって３未満のｐＨを有する。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
非鉄配線金属の存在下で絶縁材のエロージョンを抑制しながらバリヤ材料を優先的に除去するのに有用な研磨溶液であって、酸化剤０〜２０重量％と、非鉄配線金属の除去速度を低下させるためのインヒビターと、ナトリウム０．００１〜１ppm及びカリウム０．００１〜１ppmを含有するシリカ０．１〜５０重量％と、残余としての水とを含み、滴定剤として使用される無機酸によって３未満のｐＨを有する研磨溶液。
【請求項２】
【化１】
2006148136.tif 000006
（式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3及びＲ4は基であり、Ｒ1は、炭素原子２〜１５個の炭素鎖長を有する）
とで形成された有機基含有アンモニウム塩０．００１〜３重量％を含む、請求項１記載の研磨溶液。
【請求項３】
アンモニウム塩が、テトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、ベンジルトリブチルアンモニウム、ベンジルトリメチルアンモニウム、ベンジルトリエチルアンモニウム、ジアリルジメチルアンモニウム、ジエチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム、３−（メタクリルアミド）プロピルトリメチルアンモニウム、トリエチレンテトラミン、テトラメチルグアニジン、ヘキシルアミン及びそれらの混合物の少なくとも一つを含む化合物とで形成されている、請求項２記載の研磨溶液。
【請求項４】
硝酸を滴定剤として含有し、ｐＨレベルが１．５〜２．９である、請求項１記載の研磨溶液。
【請求項５】
非鉄配線金属の存在下で絶縁材のエロージョンを抑制しながらバリヤ材料を優先的に除去するのに有用な研磨溶液であって、酸化剤０．０１〜１５重量％と、非鉄配線金属の除去速度を低下させるためのインヒビター０．００１〜１０重量％と、アンモニウム塩０．００１〜３重量％と、ナトリウム０．００１〜０．５ppm及びカリウム０．００１〜０．５ppmを含有するシリカ０．１〜４０重量％と、残余としての水とを含み、３以下のｐＨを有する研磨溶液。
【請求項６】
【化２】
2006148136.tif 000007
（式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3及びＲ4は基であり、Ｒ1は、炭素原子２〜１５個の炭素鎖長を有する）
とで形成された有機基含有アンモニウム塩０．００１〜２重量％を含む、請求項１記載の研磨溶液。
【請求項７】
アンモニウム塩が、テトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、ベンジルトリブチルアンモニウム、ベンジルトリメチルアンモニウム、ベンジルトリエチルアンモニウム、ジアリルジメチルアンモニウム、ジエチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム、３−（メタクリルアミド）プロピルトリメチルアンモニウム、トリエチレンテトラミン、テトラメチルグアニジン、ヘキシルアミン及びそれらの混合物の少なくとも一つを含む化合物とで形成されている、請求項６記載の研磨溶液。
【請求項８】
硝酸を含有し、ｐＨレベルが１．５〜４である、請求項５記載の研磨溶液。
【請求項９】
半導体基材を研磨する方法であって、非鉄配線金属の存在下で絶縁材のエロージョンを抑制しながらバリヤ材料を優先的に除去するのに有用な研磨溶液及び研磨パッドで半導体基材を研磨する工程を含み、前記研磨溶液が、酸化剤０〜２０重量％と、非鉄配線金属の除去速度を低下させるためのインヒビターと、アンモニウム塩と、ナトリウム０．００１〜１ppm及びカリウム０．００１〜１ppmを含有するシリカ０．１〜５０重量％と、残余としての水とを含み、滴定剤として使用される無機酸によって３未満のｐＨを有するものである方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バリヤ金属を除去するためのケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）剤に関し、特に、集積回路素子中の配線構造の存在下でバリヤ金属を選択的に除去するための研磨組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体産業は、集積回路を形成する際、銅電気配線にますます依存するようになった。これらの銅配線は、低い電気抵抗率及び電子移動に対する高い抵抗を有する。銅は多くの絶縁材料、たとえば二酸化ケイ素及び二酸化ケイ素のlow−ｋもしくはドープバージョンに非常に可溶性であるため、下にある絶縁材料への銅の拡散を防ぐために拡散バリヤ層が必要である。典型的なバリヤ材料としては、タンタル、窒化タンタル、タンタル−窒化ケイ素、チタン、窒化チタン、チタン−窒化ケイ素、チタン−窒化チタン、チタン−タングステン、タングステン、窒化タングステン及びタングステン−窒化ケイ素がある。
【０００３】
高密度集積回路の要求の増大に呼応して、半導体製造者は今や、多数の重畳する金属配線構造層を含む集積回路を製造している。素子製造中、各配線層の平坦化が実装密度、加工均一さ、製品品質を改善し、もっとも重要なことには、多層集積回路の製造を可能にする。半導体製造者は、平坦な基材面を製造する費用効果的な手段として、ＣＭＰに依存する。ＣＭＰ加工は通常、２工程シーケンスで実施される。まず、研磨加工は、銅を速やかに除去するために特別に設計された「第一工程」スラリーを使用する。たとえば、Carpioらは、「Initial Study on Copper CMP Slurry Chemistries」Thin Solid Films, 262 (1995)で、効率的な銅除去のための、５重量％硝酸溶液の使用を開示している。同様に、Kondoらは、米国特許第６，１１７，７７５号で、銅除去のための、硝酸及びＢＴＡの使用を開示している。
【０００４】
最初の銅除去ののち、「第二工程」スラリーでバリヤ材料を除去する。通常は、第二工程スラリーは、配線構造の物理構造又は電気的性質に悪影響を及ぼすことなくバリヤ材料を除去するために優れた選択比を要する。
【０００５】
アルカリ性研磨スラリーが酸性スラリーよりもはるかに高いタンタル及び窒化タンタル除去速度を有するということが旧来から認識されていたため、市販の第二工程スラリーは通常、中性ないし塩基性のｐＨを有する。中性ないし塩基性のｐＨのバリヤ金属研磨スラリーの利点を指摘するもう一つの要因は、第二工程研磨中にバリヤ金属に重畳する金属を保存する必要性に関する。金属除去速度は、金属配線のディッシングを減らすためには非常に低くすべきである。
【０００６】
酸化剤を含む酸性スラリーでは、銅は、高い除去速度及び高い静的エッチング速度の両方を有する傾向にある。しかし、Coteらは、米国特許第６，３７５，６９３号で、バリヤ材料のための酸性ＣＭＰスラリーを開示している。Coteらのスラリーは、過酸化水素酸化剤、ベンゾトリアゾールインヒビター及び硫酸化脂肪酸とともに２〜７．５のｐＨ範囲で作用する。同様に、Wojtczakらは、米国特許第６，４０９，７８１号で、ヨウ素酸カリウム酸化剤、銅コロージョンインヒビターとしてのイミノ二酢酸及び銅活性化剤としての硝酸に依存してバリヤ材料を選択的に研磨する酸性研磨スラリーを開示している。
【０００７】
ＩＣ構造の将来のlow−ｋおよび超low−ｋ集積は、ＣＭＰ工程での低い金属及び絶縁材の損失を要求する。したがって、バリヤ除去のための選択比が高いスラリーが採用される可能性が非常に高い。中性ないし塩基性の研磨スラリーは、上記の利点のような当業者に公知の利点を有するが、これらのスラリーはまた、低いタンタル除去速度を有する傾向にある。加えて、タンタルは酸化されやすいため、スラリー中の酸化剤がタンタルと反応して表面に酸化物層を形成することがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記に照らして、高いバリヤ材料除去速度、配線金属に対する優れた選択比及び抑制された絶縁材除去を有する第二工程スラリーを提供することが要望されている。加えて、絶縁材層への金属拡散が起こらないよう、極めて微量の金属しか有しないスラリーが要望されている。これは、炭素ドープ酸化物（ＣＤＯ）のようなlow−ｋ絶縁材料にとって特に重要である。ひとたびＣＤＯが金属イオン、たとえばＫ+及びＮａ+で汚染されたならば、汚染された層を除去することは非常に困難である。高純度シリカを使用し、硝酸をスラリーの滴定剤として使用することにより、汚染は回避される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、非鉄配線金属の存在下で絶縁材のエロージョンを抑制しながらバリヤ材料を優先的に除去するのに有用な研磨溶液であって、酸化剤０〜２０重量％と、非鉄配線金属の除去速度を低下させるためのインヒビターと、アンモニウム塩と、ナトリウム０．００１〜１ppm及びカリウム０．００１〜１ppmを含有するシリカ０．１〜５０重量％と、残余としての水とを含み、滴定剤として使用される無機酸によって３未満のｐＨを有する研磨溶液を提供する。
【００１０】
もう一つの態様で、本発明は、非鉄配線金属の存在下で絶縁材のエロージョンを抑制しながらバリヤ材料を優先的に除去するのに有用な研磨溶液であって、酸化剤０．０１〜１５重量％と、非鉄配線金属の除去速度を低下させるためのインヒビター０．００１〜１０重量％と、アンモニウム塩０．００１〜３重量％と、ナトリウム０．００１〜０．５ppm及びカリウム０．００１〜０．５ppmを含有するシリカ０．１〜５０重量％と、残余としての水とを含み、滴定剤として使用される無機酸によって５以下のｐＨを有する研磨溶液を提供する。
【００１１】
もう一つの態様で、本発明は、半導体基材を研磨する方法であって、非鉄配線金属の存在下で絶縁材のエロージョンを抑制しながらバリヤ材料を優先的に除去するのに有用な研磨溶液及び研磨パッドで半導体基材を研磨する工程を含み、研磨溶液が、酸化剤０〜２０重量％と、非鉄配線金属の除去速度を低下させるためのインヒビターと、アンモニウム塩と、ナトリウム０．００１〜１ppm及びカリウム０．００１〜１ppmを含有するシリカ０．１〜５０重量％と、残余としての水とを含み、滴定剤として使用される無機酸によって３未満のｐＨを有するものである方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
ナトリウム０．００１〜１ppm及びカリウム０．００１〜１ppmを有するシリカ含有水溶液を、ｐＨを５未満にするための無機酸と一緒に使用することが、従来のスラリーでは得ることができない、汚染物質を含まない絶縁材層を提供するということがわかった。研磨溶液は、有機酸を含まないべきであるが、場合によっては、ｐＨ緩衝剤、酸化剤、非鉄配線金属の除去速度を低下させるためのインヒビター及びアンモニウム塩を含むことができる。
【００１３】
本明細書に関して、絶縁材は、シリカ系材料、たとえばＴＥＯＳ、low−ｋ及び超low−ｋ材料（一部の超low−ｋ材料はシリカ系ではない）を含む。low−ｋ及び超low−ｋ絶縁材料を研磨するためには、これらの材料のデラミネーション及び崩壊を減らすために低い圧力を維持することが重要である。しかし、低い圧力は、ウェーハスループットにとって望ましくない、低いバリヤ材料（Ｔａ／ＴａＮ）除去速度を生じさせる。幸いにも、強い酸化剤を有する酸性研磨溶液が、低い圧力で作用する従来のアルカリ性バリヤスラリーに比較して高いバリヤ除去速度を示した。バリヤ材料としては、タンタル、窒化タンタル、タンタル−窒化ケイ素、チタン、窒化チタン、チタン−窒化ケイ素、チタン−窒化チタン、チタン−タングステン、タングステン、窒化タングステン及びタングステン−窒化ケイ素がある。
【００１４】
研磨スラリーは、絶縁材、たとえばlow−ｋ又は超low−ｋ絶縁材の汚染を抑制するため、限られた量の金属イオン、たとえばナトリウム及びカリウム（Ｎａ０．００１〜１ppm及びＫ０．００１〜１ppm）を含有する。好ましくは、溶液は、ナトリウム０．００１〜０．５ppm及びカリウム０．００１〜０．５ppmを含有する。もっとも好ましくは、溶液は、ナトリウム０．００１〜０．１ppm及びカリウム０．００１〜０．１ppmを含有し、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム及びフランシウムの総アルカリ金属０．２ppm未満を含有する。一部の有機化合物、たとえばエチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）の溶解を改善するために、対イオンとして少量のアルカリ金属を使用することができる。
【００１５】
バリヤ金属用研磨組成物は、場合によっては、バリヤ材料の「機械的」除去のための砥粒を含む。ＣＭＰ組成物は、バリヤ層の「機械的」除去のための砥粒を含む。砥粒は、好ましくはコロイド状砥粒である。典型的な砥粒としては、無機酸化物、金属ホウ化物、金属炭化物、金属水酸化物、金属窒化物又は前記砥粒の少なくとも一種を含む組み合わせがある。適切な無機酸化物としては、たとえば、シリカ（ＳｉＯ2）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、セリア（ＣｅＯ2）、酸化マンガン（ＭｎＯ2）及びそれらの混合物がある。アルミナは、多くの形態で、たとえばα−アルミナ、γ−アルミナ、δ−アルミナ及びアモルファス（非晶質）アルミナとして利用可能である。アルミナの他の適切な例は、ベーマイト（ＡｌＯ（ＯＨ））粒子及びその混合物である。所望ならば、これらの無機酸化物の変性形態、たとえばポリマーで被覆された無機酸化物粒子を使用してもよい。適切な金属炭化物、金属ホウ化物及び金属窒化物としては、たとえば、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭窒化ケイ素（ＳｉＣＮ）、炭化ホウ素、炭化タングステン、炭化ジルコニウム、ホウ化アルミニウム、炭化タンタル、炭化チタンならびに前記金属炭化物、金属ホウ化物及び金属窒化物の少なくとも一種を含む混合物がある。所望ならば、ダイヤモンドを砥粒として使用してもよい。また、代替砥粒として、ポリマー粒子及び被覆ポリマー粒子がある。好ましい砥粒は、ナトリウム０．００１〜１ppm及びカリウム０．００１〜１ppmを含有するシリカである。
【００１６】
砥粒は、研磨組成物の水相中０．１〜５０重量％の濃度を有する。本明細書は、断りない限り、すべての濃度を重量％で表す。好ましくは、砥粒濃度は０．１〜４０重量％である。もっとも好ましくは、砥粒濃度は０．２５〜３５重量％である。通常、砥粒濃度の増大は絶縁材料の除去速度を高め、特に、炭素ドープ酸化物のようなlow−ｋ絶縁材料の除去速度を高める。たとえば、半導体製造者がlow−ｋ絶縁材除去速度の増大を望むならば、砥粒含量の増大によって絶縁材除去速度を所望のレベルまで高めることができる。
【００１７】
過度の金属ディッシング及び絶縁材エロージョンを防ぐため、砥粒は、好ましくは平均粒度が２５０nm未満である。本明細書に関して、粒度とは、コロイダルシリカの平均粒度をいう。もっとも好ましくは、金属ディッシング及び絶縁材エロージョンをさらに減らすため、シリカは、平均粒度が１００nm未満である。特に、１５nm未満の平均砥粒粒度が、絶縁材料を過度に除去することなくバリヤ金属を許容しうる速度で除去する。たとえば、平均粒度が２〜１５nmであるコロイダルシリカを用いた場合に絶縁材エロージョン及び金属ディッシングがもっとも少ない。コロイダルシリカの粒度を減らすことは、溶液の選択比を改善する傾向を示すが、バリヤ除去速度を低下させる傾向をも示す。加えて、好ましいコロイダルシリカは、酸性ｐＨ範囲でシリカの安定性を改善するための添加剤、たとえば分散剤を含むことができる。このような砥粒の一つは、扶桑化学工業（大阪）から市販されている、Ｎａ０．３０ppm未満及びＫ０．２０ppm未満を含有するコロイダルシリカである。
【００１８】
加えて、高純度シリカ粒子はまた、研磨溶液の黄変速度を低下させるように働くことができる。たとえば、全遷移金属濃度を１ppm（part per million）未満に維持すると、黄変を低下させる溶液の能力がさらに高まる。さらには、カリウム及びナトリウムを１ppm未満に制限すると、絶縁層中へのこれら有害成分の有害な拡散が減少する。加えて、ＥＤＴＡのような錯化剤を１重量％まで加えて、スラリーをさらに安定化し、黄変を防ぐことができる。
【００１９】
場合によっては、バリヤ層、たとえばタンタル、窒化タンタル、チタン及び窒化チタンの除去速度は、好ましくは、酸化剤の使用によって調節される。適切な酸化剤としては、たとえば、過酸化水素、一過硫酸塩、ヨウ素酸塩、過フタル酸マグネシウム、過酢酸及び他の過酸、過硫酸塩、臭素酸塩、過ヨウ素酸塩、硝酸塩、鉄塩、セリウム塩、マンガン（Ｍｎ）（III）塩、Ｍｎ（IV）塩及びＭｎ（VI）塩、銀塩、銅塩、クロム塩、コバルト塩、ハロゲン、次亜塩素酸塩又は前記酸化剤の少なくとも一種を含む組み合わせがある。好ましい酸化剤は過酸化水素である。酸化剤は通常、使用の直前に研磨組成物に添加され、このような場合、酸化剤は別個のパッケージに収容されるということに注意されたい。
【００２０】
酸化剤は、０〜２０重量％の量で使用することが望ましい。好ましくは、酸化剤は０．００１〜１５重量％である。もっとも好ましくは、組成物は、酸化剤を０．０５〜１０重量％含有する。また、過酸化水素のような酸化剤の量を調節して、金属配線除去速度を制御することができる。たとえば、過酸化物濃度の増大は銅除去速度を高める。しかし、酸化剤の過度な増大は研磨速度に悪影響を及ぼす。
【００２１】
さらには、溶液は、静的エッチング又は他の除去機構による非鉄配線除去速度を制御するため、インヒビターを含有してもよい。インヒビターの濃度を調節して、静的エッチングから金属を保護することによって非鉄配線金属の除去速度を調節する。好ましくは、溶液は、非鉄金属、たとえば銅配線の静的エッチングを抑制するため、インヒビターを０．００１〜１０重量％含有する。もっとも好ましくは、溶液は、インヒビターを０．０５〜２重量％含有する。インヒビターは、インヒビターの混合物からなるものでもよい。銅及び銀配線にはアゾールインヒビターが特に有効である。典型的なアゾールインヒビターとしては、ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）、メルカプトベンゾチアゾール（ＭＢＴ）、トリトリアゾール及びイミダゾールがある。銅及び銀配線にはＢＴＡが特に効果的なインヒビターである。
【００２２】
研磨組成物は、７未満のｐＨ及び残余としての水を有する。好ましくは、ｐＨは５以下である。好ましくは、研磨組成物は、残余としての水とともに、研磨組成物のｐＨを７未満の酸性ｐＨまで下げるための無機ｐＨ調整剤を含む。好ましくは、ｐＨ調整剤は、金属イオンを不純物レベルの濃度でしか含有しない。加えて、溶液は、もっとも好ましくは、不可避的な不純物を制限するため、残余として脱イオン水に依存する。好ましくは、ｐＨ調整剤は、無機酸、たとえば硝酸、硫酸、塩酸、フッ化水素酸及びリン酸である。もっとも有利なｐＨ調整剤は硝酸（ＨＮＯ3）である。通常、溶液は１．５〜５のｐＨを有する。もっとも好ましくは、ｐＨは２〜４である。
【００２３】
５未満のｐＨレベルでは、研磨組成物は、比較的低い砥粒濃度でさえ、高いバリヤ金属除去速度を提供することができる。この低い砥粒濃度は、望ましくない砥粒が誘発する欠陥、たとえばスクラッチを減らすことにより、ＣＭＰ加工の研磨性能を改善することができる。加えて、４未満のｐＨでは、研磨組成物は、比較的小さな粒度を有する砥粒を配合されることができる。たとえば、約１０nmの小さな粒度でさえ、許容しうるＴａ／ＴａＮ除去速度を提供する。比較的小さな粒度を有する砥粒を用い、酸性研磨組成物を低い砥粒濃度で調合することにより、研磨欠陥は優良なレベルまで減少される。
【００２４】
場合によってはアンモニウム塩の添加が、酸性ｐＨレベルで、酸化ケイ素含有層、たとえばＴＥＯＳ層の制御された除去速度を促進し、ひいては酸化ケイ素含有材料の除去速度の制御を可能にするということがわかった。アンモニウム塩は、構造：
【００２５】
【化３】
2006148136.tif 000002
【００２６】
（式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3及びＲ4は、同じであっても異なってもよい基である）
を含むように、化合物と形成される有機アンモニウム塩である。この組成物は、アンモニウム化合物が電離する酸性ｐＨレベルで作用する。典型的なアニオンとしては、硝酸イオン、硫酸イオン、ハロゲン化物イオン（たとえば臭化物イオン、塩化物イオン、フッ化物イオン及びヨウ化物イオン）、クエン酸イオン、リン酸イオン、シュウ酸イオン、マレイン酸イオン、グルコン酸イオン、水酸化物イオン、酢酸イオン、ホウ酸イオン、乳酸イオン、チオシアン酸イオン、シアン酸イオン、スルホン酸イオン、ケイ酸イオン、過ハロゲン化物イオン（たとえば過臭素酸イオン、過塩素酸イオン及び過ヨウ素酸イオン）、クロム酸イオン及びそれらの混合物がある。塩を直接組成物に添加したり、塩をその場で形成したりすることも可能である。たとえば、水酸化テトラブチルアンモニウム（ＴＢＡＨ）をｐＨ２．５の硝酸溶液に加えると、硝酸テトラブチルアンモニウムが形成する。
【００２７】
好ましいアンモニウム塩の組み合わせは、水酸化テトラブチルアンモニウムをフッ化水素酸と反応させることによって形成されるものである。この組み合わせは低いｐＨレベルで反応してフッ化テトラブチルアンモニウム塩を形成する。（フッ化物塩が解離して溶液中にフッ化物イオンを供給する）厳密な機構は不明であるが、有機フッ化アンモニウム塩を溶液中に有することがＴＥＯＳ除去速度をさらに高める。
【００２８】
Ｒ1は、炭素原子２〜１５個の炭素鎖長を有する有機基である。より好ましくは、Ｒ1は、炭素２〜１０個の鎖長を有する。もっとも好ましくは、Ｒ1は、炭素原子２〜５個の炭素鎖長を有する。Ｒ1の有機基は、置換又は非置換のアリール、アルキル、アラルキル又はアルカリール基であることができる。
【００２９】
好ましくは、Ｒ2、Ｒ3及びＲ4は、有機化合物、たとえば置換又は非置換のアリール、アルキル、アラルキルもしくはアルカリール基であるか、又は水素である。Ｒ2、Ｒ3又はＲ4が有機化合物であるならば、その有機化合物は、好ましくは、炭素原子２〜１５個の炭素鎖長を有し、より好ましくは、炭素原子２〜１０個の炭素鎖長を有し、もっとも好ましくは、炭素原子２〜５個の炭素鎖長を有する。
【００３０】
アンモニウム塩を形成するのに適した化合物としては、テトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、ベンジルトリブチルアンモニウム、ベンジルトリメチルアンモニウム、ベンジルトリエチルアンモニウム、ジアリルジメチルアンモニウム、ジエチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム、３−（メタクリルアミド）プロピルトリメチルアンモニウム、トリエチレンテトラミン、テトラメチルグアニジン、ヘキシルアミン及びそれらの混合物がある。具体的なアンモニウム塩としては、硝酸テトラエチルアンモニウム、フッ化テトラブチルアンモニウム、硝酸テトラエチルアンモニウム、フッ化テトラエチルアンモニウム、塩化ベンジルトリブチルアンモニウム、塩化ベンジルトリメチルアンモニウム、塩化ベンジルトリエチルアンモニウム、塩化ジアリルジメチルアンモニウム、塩化ジアリルジエチルアンモニウム、ジエチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、硫酸メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム、塩化メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウム、塩化３−（メタクリルアミド）プロピルトリメチルアンモニウム、トリエチレンテトラミン、テトラメチルグアニジン、ヘキシルアミン及び前記の少なくとも一種を含む混合物がある。好ましいアンモニウム塩は、テトラエチルアンモニウム塩、テトラブチルアンモニウム塩、ベンジルトリブチルアンモニウム塩、ベンジルトリメチルアンモニウム塩、ベンジルトリエチルアンモニウム塩及びそれらの混合物である。
【００３１】
アンモニウム塩は１ppm〜４重量％の量で存在する。好ましくは、アンモニウム塩は１０ppm〜２重量％の量で存在する。もっとも好ましくは、アンモニウム塩は２５ppm〜１重量％である。
【００３２】
溶液は、ＣＭＰ装置が低いパッド圧力、たとえば７．５〜２５kPa及び場合によっては７．５kPa未満のパッド圧力で作動することを可能にする。低いＣＭＰパッド圧力は、スクラッチ及び他の望まれない研磨欠陥を減らすことによって研磨性能を改善し、脆い材料に対する損傷を減らす。たとえば、低誘電率材料は、高い圧縮力に曝露されるならば、崩れ、デラミネーションを生ずる。さらには、酸性研磨溶液によって得られる高いバリヤ除去速度は、低い砥粒濃度及び小さな粒度を使用して、効果的なバリヤ金属研磨を可能にする。
【００３３】
本明細書に関して、非鉄配線金属の存在下でバリヤ材料を優先的に除去するのに有用とは、毎分オングストローム単位で表して配線金属の除去速度よりも高い速度でバリヤ材料を除去することをいう。通常、研磨溶液は、ウェーハに対して直角に計測して１５kPa未満の研磨パッド圧力で計測して少なくとも１．５：１の窒化タンタル：銅の選択比を有する。好ましくは、研磨溶液は、ウェーハに対して直角に計測して１５kPa未満の研磨パッド圧力で計測して少なくとも２：１の窒化タンタル：銅の選択比を有する。もっとも好ましくは、研磨溶液は、少なくとも３：１の窒化タンタル：銅の選択比を有する。この高レベルの選択比は、チップ製造者が、過度に絶縁材又は配線材料を除去することなく、バリヤ材料を除去することを可能にする。
【００３４】
本明細書に関して、抑制された絶縁材のエロージョンとは、研磨後、絶縁材がその初期の目的、たとえば半導体材料、マスキング材料又はバリヤ材料として作用するのに十分な厚さを有するケミカルメカニカル研磨加工をいう。加えて、研磨溶液は、柔軟な窒化タンタル：絶縁材の選択比を提供する。たとえば、研磨溶液は、ウェーハに対して直角に計測して１５kPa未満の研磨パッド圧力で計測して１：２〜１０：１の窒化タンタル：ＴＥＯＳの選択比を有する。
【実施例】
【００３５】
実施例１
この実施例は、Mirra研磨機上、１０．３kPa（１．５psi）のダウンフォース、９３rpmのテーブル速度及び８７rpmのキャリヤ速度で研磨されるCoral炭素ドープ酸化物（ＣＤＯ）の表面汚染を示す。各研磨スラリーは、ＢＴＡ０．６重量％、シリカ砥粒４重量％、Ｈ2Ｏ2  ０．６重量％、ＴＢＡＨ０．０８５重量％の組成を有し、残余としての脱イオン水及び滴定剤としてのＨＮＯ3で得られた２．６のｐＨを有するものであった。
【００３６】
【表１】
2006148136.tif 000003
【００３７】
高純度粒子は、これらの粒子のスラリーをウェーハのＣＭＰに使用した場合、きわめて低いウェーハ表面汚染しかもたらさない。特に、高純度粒子は、Ｎａ最大０．３０ppm、Ｋ最大０．２０ppm、Ａｌ最大０．２０ppm及びＣｕ最大０．１０ppmを含む規格を有する。高純度シリカＡ粒子で製造されたスラリーは、検出可能なＡｌ、Ｃｕ及びＫを示さなかったが、Ｎａ０．７３ppmを示した。高純度シリカＢ粒子で製造されたスラリーは、検出可能なＡｌ、Ｃｕ及びＫを示さなかった。Ｎａ０．６０ppmを示した。低純度粒子で製造されたスラリーは検出可能なＣｕを示さなかった。Ａｌは１３．０ppmであり、Ｋは１２３．０ppmであり、Ｎａは２．５ppmであった。
【００３８】
実施例２
この実施例は、最初の１５０nm分の厚さに組み込まれたCoralＣＤＯウェーハの汚染を示す。スラリー及び条件は、低純度粒子又は高純度シリカＢ粒子を含有するスラリーでＣＤＯウェーハを研磨した実施例１と同じであった。
【００３９】
【表２】
2006148136.tif 000004
【００４０】
ＣＤＯの表面層を剥離させることは非常に困難である。その結果、低い表面汚染を有することは利点である。高純度シリカＢ粒子は、ウェーハ表面のcm3あたり原子数の計測によると、はるかに低いナトリウム及びカリウムによる表面汚染をもたらした。高純度シリカＢは、表面汚染においては、低純度シリカに対して少なくとも４倍の改善を示した。
【００４１】
実施例３
米デラウェア州NewarkのRohm and Haas Electronic Materials CMP Technologiesから市販されている２種の異なるパッドIC1010（商標）及びVision Pad（商標）1010を用いてバリヤ（ＴａＮ）の除去速度を測定した。使用したスラリーは実施例１のとおりであった。
【００４２】
【表３】
2006148136.tif 000005
【００４３】
これらのデータは、高純度バリヤスラリーが標準的な作業条件下で速やかなバリヤ材料除去を提供することを示す。残る絶縁材料は汚染物質を含まないであろう。
【外国語明細書】
1. Title of the Invention
2006148136.tif 000008
2. Detailed Description of the Invention
2006148136.tif 000009
2006148136.tif 000010
2006148136.tif 000011
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2006148136.tif 000014
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2006148136.tif 000017
2006148136.tif 000018
2006148136.tif 000019
1. Claims
2006148136.tif 000020
2006148136.tif 000021
1. Abstract
2006148136.tif 000022
2. Representative Drawing
None