(57)【要約】  銅およびバリア層材料を、それらを有するマイクロエレクトロニクス素子基板から除去するための化学機械研磨（ＣＭＰ）組成物および単一ＣＭＰプラテンプロセス。このプロセスは、単一のＣＭＰプラテンパッドで、銅の選択的除去および平坦化に用いる工程Ｉのスラリー配合物の、バリア層材料を選択的に除去するのに用いる工程ＩＩのスラリー配合物へのインサイチュでの転換を含む。【選択図】      図１
2008546214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１種類の不活性化剤と、少なくとも１種類の溶剤と、少なくとも１種類の研磨剤と、任意で少なくとも１種類のｐＨ調節剤と、を含むＣＭＰスラリー組成物であって、前記組成物が、下記成分（Ｉ）または（ＩＩ）：
（Ｉ）少なくとも１種類の酸化剤および少なくとも１種類のキレート剤であって、前記組成物が銅を除去し平坦化するのに有用である成分、または
（ＩＩ）少なくとも１種類のバリア層除去促進剤、少なくとも１種類の選択性添加剤および任意で少なくとも１種類の酸化剤であって、前記組成物がバリア層材料の選択的除去および研磨に有用である成分
のうち少なくとも１つを含むことをさらに特徴とするＣＭＰスラリー組成物。
【請求項２】
前記ＣＭＰスラリー組成物が、過硫酸塩、亜リン酸および／またはその塩を含まないという条件である請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
約４〜約６の範囲のｐＨを有する成分（Ｉ）を含む請求項１に記載のＣＭＰスラリー組成物。
【請求項４】
約２〜約５の範囲のｐＨを有する成分（ＩＩ）を含む請求項１に記載のＣＭＰスラリー組成物。
【請求項５】
成分（ＩＩ）を含み、前記研磨剤が、シリカ、酸安定性シリカ、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化鉄、セリア、酸化ジルコニウム、酸化錫、二酸化チタン、有機ポリマー粒子、エポキシ、ウレタン、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリオレフィン、（メタ）クリル、アルミナ被覆コロイダルシリカおよびかかる成分の２種類以上の混合物からなる群より選択される酸安定性研磨剤種を含み、
前記不活性化剤が、１，２，４−トリアゾール（ＴＡＺ）、ベンゾトリアゾール、トリルトリアゾール、５−フェニル−ベンゾトリアゾール、５−ニトロ−ベンゾトリアゾール、３−アミノ−５−メルカプト−１，２，４−トリアゾール、１−アミノ−１，２，４−トリアゾール、ヒドロキシベンゾトリアゾール、２−（５−アミノ−ペンチル）−ベンゾトリアゾール、１−アミノ−１，２，３−トリアゾール、１−アミノ−５−メチル−１，２，３−トリアゾール、３−アミノ−１，２，４−トリアゾール、３−メルカプト−１，２，４−トリアゾール、３−イソプロピル−１，２，４−トリアゾール、５−フェニルチオール−ベンゾトリアゾール、ハロ−ベンゾトリアゾール（ハロ＝Ｆ、Ｃｌ、ＢｒまたはＩ）、ナフトトリアゾール、２−メルカプトベンズイミダゾール（ＭＢＩ）、２−メルカプトベンゾチアゾール、４−メチル−２−フェニルイミダゾール、２−メルカプトチアゾリン、５−アミノテトラゾール、５−アミノテトラゾール一水和物、５−アミノ−１，３，４−チアジアゾール−２−チオール、２，４−ジアミノ−６−メチル−１，３，５−トリアジン、チアゾール、トリアジン、メチルテトラゾール、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、１，５−ペンタメチレンテトラゾール、１−フェニル−５−メルカプトテトラゾール、ジアミノメチルトリアジン、イミダゾリンチオン、メルカプトベンズイミダゾール、４−メチル−４Ｈ−１，２，４−トリアゾール−３−チオール、５−アミノ−１，３，４−チアジアゾール−２−チオール、ベンゾチアゾール、トリトリルホスフェート、イミダゾール、インジアゾール、尿素、チオ尿素化合物、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、ニトリロ三酢酸、イミノ二酢酸ならびにこれらの誘導体および組み合わせからなる群より選択される化合物を含み、
前記バリア層除去促進剤が、フタル酸、サリチル酸、安息香酸およびその他の芳香族カルボン酸からなる群より選択される化合物を含み、
前記選択性添加剤が、ポリ（アクリル酸）、アニオン性界面活性剤およびその他の高分子電解質からなる群より選択される化合物を含み、
前記溶剤が、水、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリンおよびこれらの組み合わせからなる群より選択される化合物を含む請求項１に記載のＣＭＰスラリー組成物。
【請求項６】
成分（Ｉ）を含み、前記少なくとも１種類の酸化剤が、過酸化水素、硝酸第二鉄、ヨウ素酸カリウム、過マンガン酸カリウム、硝酸、亜塩素酸アンモニウム、塩素酸アンモニウム、ヨウ素酸アンモニウム、過ホウ酸アンモニウム、過塩素酸アンモニウム、過ヨウ素酸アンモニウム、亜塩素酸テトラメチルアンモニウム、塩素酸テトラメチルアンモニウム、ヨウ素酸テトラメチルアンモニウム、過ホウ酸テトラメチルアンモニウム、過塩素酸テトラメチルアンモニウム、過ヨウ素酸テトラメチルアンモニウム、４−メチルモルホリンＮ−オキシド、ピリジン−Ｎ−オキシド、尿素過酸化水素およびかかる成分の２種類以上の混合物からなる群より選択され、
前記研磨剤が、シリカ、酸安定性シリカ、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化鉄、セリア、酸化ジルコニウム、酸化錫、二酸化チタン、有機ポリマー粒子、エポキシ、ウレタン、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリオレフィン、（メタ）クリル、アルミナ被覆コロイダルシリカおよびかかる成分の２種類以上の混合物からなる群より選択される酸安定性研磨剤種を含み、
前記不活性化剤が、１，２，４−トリアゾール（ＴＡＺ）、ベンゾトリアゾール、トリルトリアゾール、５−フェニル−ベンゾトリアゾール、５−ニトロ−ベンゾトリアゾール、３−アミノ−５−メルカプト−１，２，４−トリアゾール、１−アミノ−１，２，４−トリアゾール、ヒドロキシベンゾトリアゾール、２−（５−アミノ−ペンチル）−ベンゾトリアゾール、１−アミノ−１，２，３−トリアゾール、１−アミノ−５−メチル−１，２，３−トリアゾール、３−アミノ−１，２，４−トリアゾール、３−メルカプト−１，２，４−トリアゾール、３−イソプロピル−１，２，４−トリアゾール、５−フェニルチオール−ベンゾトリアゾール、ハロ−ベンゾトリアゾール（ハロ＝Ｆ、Ｃｌ、ＢｒまたはＩ）、ナフトトリアゾール、２−メルカプトベンズイミダゾール（ＭＢＩ）、２−メルカプトベンゾチアゾール、４−メチル−２−フェニルイミダゾール、２−メルカプトチアゾリン、５−アミノテトラゾール、５−アミノテトラゾール一水和物、５−アミノ−１，３，４−チアジアゾール−２−チオール、２，４−ジアミノ−６−メチル−１，３，５−トリアジン、チアゾール、トリアジン、メチルテトラゾール、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、１，５−ペンタメチレンテトラゾール、１−フェニル−５−メルカプトテトラゾール、ジアミノメチルトリアジン、イミダゾリンチオン、メルカプトベンズイミダゾール、４−メチル−４Ｈ−１，２，４−トリアゾール−３−チオール、５−アミノ−１，３，４−チアジアゾール−２−チオール、ベンゾチアゾール、トリトリルホスフェート、イミダゾール、インジアゾール、尿素、チオ尿素化合物、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、ニトリロ三酢酸、イミノ二酢酸、これらの誘導体および組み合わせからなる群より選択される化合物を含み、
前記溶剤が、水、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリンおよびこれらの組み合わせからなる群より選択される化合物を含み、
前記少なくとも１種類のキレート剤が、グリシン、アラニン、クエン酸、酢酸、マレイン酸、シュウ酸、マロン酸、フタル酸、コハク酸、ニトリロ三酢酸、イミノ二酢酸、エチレンジアミン、ＣＤＴＡ、ＥＤＴＡおよびこれらの組み合わせを含む請求項１に記載のＣＭＰスラリー組成物。
【請求項７】
前記酸安定性研磨剤が約４〜約８の範囲のｐＨで約−３０ｍＶ未満のゼータ電位を有する請求項１に記載のＣＭＰスラリー組成物。
【請求項８】
前記酸安定性研磨剤が、Ｆｅ３＋、Ｃａ２＋、Ｂａ２＋、Ｃｏ２＋および臭化セチルトリメチルアンモニウムおよびこれらの混合物からなる群から選択される種により表面修飾されている請求項１に記載のＣＭＰスラリー組成物。
【請求項９】
前記酸安定性研磨剤が約２．９〜約４．０の範囲のｐＨで約２０ｍＶを超えるゼータ電位を有する請求項８に記載のＣＭＰスラリー組成物。
【請求項１０】
前記酸安定性研磨剤が約１０ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲の平均粒径を有する請求項１に記載のＣＭＰスラリー組成物。
【請求項１１】
前記酸安定性研磨剤が約２０ｎｍ〜約１２０ｎｍの範囲の平均粒径を有する請求項１に記載のＣＭＰスラリー組成物。
【請求項１２】
成分（Ｉ）を含み、過酸化水素と、１，２，４−トリアゾールと、グリシンと、酸安定性シリカと、少なくとも１種類のｐＨ調節剤と、水と、から本質的になる請求項１に記載のＣＭＰスラリー組成物。
【請求項１３】
成分（ＩＩ）が、少なくとも１種類の酸化剤を含む請求項１に記載のＣＭＰスラリー組成物。
【請求項１４】
成分（Ｉ）を含み、銅の除去速度が、前記ＣＭＰスラリー組成物を用いるバリア層および誘電体層の除去速度よりも速い請求項１に記載のＣＭＰスラリー組成物。
【請求項１５】
成分（ＩＩ）を含み、バリア層および誘電体材料の除去速度が、前記ＣＭＰスラリー組成物を用いる銅の除去速度よりも速いか、またはほぼ同じである請求項１に記載のＣＭＰスラリー組成物。
【請求項１６】
バリア層材料が、タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン、ルテニウム、ハフニウムおよびタングステンからなる群より選択される化合物を含む請求項１に記載のＣＭＰスラリー組成物。
【請求項１７】
前記ＣＭＰスラリー組成物が、水溶液中に、酸安定性シリカと、１，２，４−トリアゾールと、過酸化水素と、フタル酸と、ポリ（アクリル酸）（ＰＡＡ）と、を含む請求項１に記載のＣＭＰスラリー組成物。
【請求項１８】
前記ＰＡＡの分子量が、約４００ｇモル−１〜約８，０００，０００ｇモル−１の範囲にある請求項１７に記載のＣＭＰスラリー組成物。
【請求項１９】
プラテンで、堆積した銅およびバリア層材料を有するウエハ基板を研磨する方法であって、前記方法が、
プラテンで、銅を有するマイクロエレクトロニクス素子基板を、第１の化学機械研磨（ＣＭＰ）条件下で、少なくとも１種類の酸化剤と、少なくとも１種類の不活性化剤と、少なくとも１種類のキレート剤と、少なくとも１種類の溶剤と、少なくとも１種類の酸安定性研磨剤と、を含む第１のＣＭＰスラリー組成物と十分な時間にわたって接触させて、前記マイクロエレクトロニクス素子基板から銅を実質的に除去して、バリア層材料を露出する工程と、
同じプラテンで、バリア層材料を有する前記マイクロエレクトロニクス素子基板を、第２のＣＭＰ条件下で、少なくとも１種類の不活性化剤と、少なくとも１種類のバリア層除去促進剤と、少なくとも１種類の選択性添加剤と、少なくとも１種類の溶剤と、少なくとも１種類の酸安定性研磨剤と、任意で少なくとも１種類の酸化剤と、を含む第２のＣＭＰスラリー組成物と十分な時間にわたって接触させて、前記マイクロエレクトロニクス素子基板からバリア層材料を実質的に除去する工程と、を含み、
ただし、前記第１および第２のＣＭＰスラリー組成物が、過硫酸塩、亜リン酸および／またはその塩を含まないという条件とする研磨方法。
【請求項２０】
前記第１のＣＭＰ条件が、約０．１ｐｓｉ〜約７ｐｓｉの範囲のプラテンパッドのダウンフォースを含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１のＣＭＰスラリー組成物を用いる銅対バリア層材料除去比が、約１００：１〜約１０，０００：１の範囲である請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記第２のＣＭＰ条件が、約０．１ｐｓｉ〜約７ｐｓｉの範囲のプラテンパッドのダウンフォースを含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記第２のＣＭＰスラリー組成物を用いる銅対タンタル選択性比および銅対誘電体選択性比が約１０：１〜約１：１０の範囲である請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記バリア層材料を、前記第２のＣＭＰスラリー組成物に接触させる前に、第１のすすぎ条件下での、溶剤またはパッド洗浄溶液による前記プラテンパッドの十分な時間にわたる第１のすすぎをさらに含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記バリア層材料を、前記第２のＣＭＰスラリー組成物に接触させた後、第２のすすぎ条件下での、溶剤またはパッド洗浄溶液による前記プラテンパッドの十分な時間にわたる第２のすすぎをさらに含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１のＣＭＰスラリーが、約４〜約６の範囲のｐＨを有する請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
前記第１のＣＭＰスラリーの前記研磨剤が、シリカ、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化鉄、セリア、酸化ジルコニウム、酸化錫、二酸化チタン、有機ポリマー粒子、エポキシ、ウレタン、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリオレフィン、（メタ）クリル、アルミナ被覆コロイダルシリカおよびかかる成分の２種類以上の混合物からなる群より選択される酸安定性研磨剤種を含み、
前記第１のＣＭＰスラリーの前記酸化剤が、過酸化水素、硝酸第二鉄、ヨウ素酸カリウム、過マンガン酸カリウム、硝酸、亜塩素酸アンモニウム、塩素酸アンモニウム、ヨウ素酸アンモニウム、過ホウ酸アンモニウム、過塩素酸アンモニウム、過ヨウ素酸アンモニウム、亜塩素酸テトラメチルアンモニウム、塩素酸テトラメチルアンモニウム、ヨウ素酸テトラメチルアンモニウム、過ホウ酸テトラメチルアンモニウム、過塩素酸テトラメチルアンモニウム、過ヨウ素酸テトラメチルアンモニウム、４−メチルモルホリンＮ−オキシド、ピリジン−Ｎ−オキシド、尿素過酸化水素およびかかる成分の２種類以上の混合物からなる群より選択される化合物を含み、
前記第１のＣＭＰスラリーの前記キレート剤が、グリシン、アラニン、クエン酸、酢酸、マレイン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、ニトリロ三酢酸、イミノ二酢酸、エチレンジアミン、ＥＤＴＡおよびかかる成分の２種類以上の混合物からなる群より選択される化合物を含み、
前記第１のＣＭＰスラリーの前記不活性化剤が、１，２，４−トリアゾール（ＴＡＺ）、ベンゾトリアゾール、トリルトリアゾール、５−フェニル−ベンゾトリアゾール、５−ニトロ−ベンゾトリアゾール、３−アミノ−５−メルカプト−１，２，４−トリアゾール、１−アミノ−１，２，４−トリアゾール、ヒドロキシベンゾトリアゾール、２−（５−アミノ−ペンチル）−ベンゾトリアゾール、１−アミノ−１，２，３−トリアゾール、１−アミノ−５−メチル−１，２，３−トリアゾール、３−アミノ−１，２，４−トリアゾール、３−メルカプト−１，２，４−トリアゾール、３−イソプロピル−１，２，４−トリアゾール、５−フェニルチオール−ベンゾトリアゾール、ハロ−ベンゾトリアゾール（ハロ＝Ｆ、Ｃｌ、ＢｒまたはＩ）、ナフトトリアゾール、２−メルカプトベンズイミダゾール（ＭＢＩ）、２−メルカプトベンゾチアゾール、４−メチル−２−フェニルイミダゾール、２−メルカプトチアゾリン、５−アミノテトラゾール、５−アミノテトラゾール一水和物、５−アミノ−１，３，４−チアジアゾール−２−チオール、２，４−ジアミノ−６−メチル−１，３，５−トリアジン、チアゾール、トリアジン、メチルテトラゾール、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、１，５−ペンタメチレンテトラゾール、１−フェニル−５−メルカプトテトラゾール、ジアミノメチルトリアジン、イミダゾリンチオン、メルカプトベンズイミダゾール、４−メチル−４Ｈ−１，２，４−トリアゾール−３−チオール、５−アミノ−１，３，４−チアジアゾール−２−チオール、ベンゾチアゾール、トリトリルホスフェート、イミダゾール、インジアゾール、尿素、チオ尿素化合物、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、ニトリロ三酢酸、イミノ二酢酸、これらの誘導体および組み合わせからなる群より選択される化合物を含み、
前記第１のＣＭＰスラリーの前記溶剤が、水、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリンおよびこれらの組み合わせからなる群より選択される化合物を含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１のＣＭＰスラリーの前記酸安定性研磨剤が、約１０ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲の平均粒径を有する請求項１９に記載の方法。
【請求項２９】
前記第１のＣＭＰスラリー組成物が、水溶液中、酸安定性シリカと、１，２，４−トリアゾールと、過酸化水素と、グリシンと、少なくとも１種類のｐＨ調節剤と、から本質的になる請求項１９に記載の方法。
【請求項３０】
前記第２のＣＭＰスラリーの前記研磨剤が、シリカ、酸安定性シリカ、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化鉄、セリア、酸化ジルコニウム、酸化錫、二酸化チタン、有機ポリマー粒子、エポキシ、ウレタン、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリオレフィン、（メタ）クリル、アルミナ被覆コロイダルシリカおよびかかる成分の２種類以上の混合物からなる群より選択される酸安定性研磨剤種を含み、
前記第２のＣＭＰスラリーの前記不活性化剤が、１，２，４−トリアゾール（ＴＡＺ）、ベンゾトリアゾール、トリルトリアゾール、５−フェニル−ベンゾトリアゾール、５−ニトロ−ベンゾトリアゾール、３−アミノ−５−メルカプト−１，２，４−トリアゾール、１−アミノ−１，２，４−トリアゾール、ヒドロキシベンゾトリアゾール、２−（５−アミノ−ペンチル）−ベンゾトリアゾール、１−アミノ−１，２，３−トリアゾール、１−アミノ−５−メチル−１，２，３−トリアゾール、３−アミノ−１，２，４−トリアゾール、３−メルカプト−１，２，４−トリアゾール、３−イソプロピル−１，２，４−トリアゾール、５−フェニルチオール−ベンゾトリアゾール、ハロ−ベンゾトリアゾール（ハロ＝Ｆ、Ｃｌ、ＢｒまたはＩ）、ナフトトリアゾール、２−メルカプトベンズイミダゾール（ＭＢＩ）、２−メルカプトベンゾチアゾール、４−メチル−２−フェニルイミダゾール、２−メルカプトチアゾリン、５−アミノテトラゾール、５−アミノテトラゾール一水和物、５−アミノ−１，３，４−チアジアゾール−２−チオール、２，４−ジアミノ−６−メチル−１，３，５−トリアジン、チアゾール、トリアジン、メチルテトラゾール、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、１，５−ペンタメチレンテトラゾール、１−フェニル−５−メルカプトテトラゾール、ジアミノメチルトリアジン、イミダゾリンチオン、メルカプトベンズイミダゾール、４−メチル−４Ｈ−１，２，４−トリアゾール−３−チオール、５−アミノ−１，３，４−チアジアゾール−２−チオール、ベンゾチアゾール、トリトリルホスフェート、イミダゾール、インジアゾール、尿素、チオ尿素化合物、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、ニトリロ三酢酸、イミノ二酢酸、これらの誘導体およびこれらの組み合わせからなる群より選択される化合物を含み、
前記第２のＣＭＰスラリーの前記バリア層除去促進剤が、フタル酸、サリチル酸、安息香酸およびその他の芳香族カルボン酸からなる群より選択される化合物を含み、
前記第２のＣＭＰスラリーの前記選択性添加剤が、ポリ（アクリル酸）、アニオン性界面活性剤およびその他の高分子電解質からなる群より選択される化合物を含み、
前記第２のＣＭＰスラリーの前記溶剤が、水、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリンおよびこれらの組み合わせからなる群より選択される化合物を含む請求項１９に記載の方法。
【請求項３１】
前記第２のＣＭＰスラリーが、水溶液中に、酸安定性シリカと、１，２，４−トリアゾールと、過酸化水素と、フタル酸と、ポリ（アクリル酸）（ＰＡＡ）と、を含む請求項１９に記載の方法。
【請求項３２】
前記第１のＣＭＰスラリー中の過酸化水素の濃度が、前記第２のＣＭＰスラリー中の過酸化水素の濃度よりも濃い請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記第２のＣＭＰスラリーが、約２〜約５の範囲のｐＨを有する請求項１９に記載の方法。
【請求項３４】
１つ以上の容器に工程ＩのＣＭＰスラリー組成物試薬を含むキットであって、前記工程ＩのＣＭＰスラリー組成物は、少なくとも１種類の不活性化剤と、少なくとも１種類の酸化剤と、少なくとも１種類のキレート剤と、少なくとも１種類の溶剤と、少なくとも１種類の酸安定性研磨剤と、任意で少なくとも１種類のｐＨ調節剤と、を含み、前記工程ＩのＣＭＰスラリーと組み合わせて、工程ＩＩのＣＭＰスラリーを形成するのに好適な１種類以上の追加の成分が、１つ以上の容器に任意で含まれ、前記１種類以上の追加の成分が、少なくとも１種類のバリア層除去促進剤、少なくとも１種類の選択性促進剤およびこれらの組み合わせからなる群より選択されるキット。
【請求項３５】
前記容器が、フッ素ポリマー系材料を含む請求項３４に記載のキット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、化学機械研磨組成物、および、構造の一部としてバリア層を含む可能性のある銅パターン、例えば、銅配線、電極またはその他のデバイスメタライゼーションを有する半導体の単一プラテン研磨のためのプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術の説明
銅は、ウエハ基板上の半導体素子構造（例えば、配線、電極、ボンドパッド、導電性ビア、コンタクト、電界エミッタベース層等）の部材のための構造材料として半導体製造に用いられており、その高導電性ならびにアルミニウムおよびアルミニウム合金よりも大きなエレクトロマイグレーション耐性に起因して、半導体製造において、急速に、最適な配線金属となってきている。
【０００３】
典型的に、半導体製造において、銅を組み込むプロセススキームでは、ダマシン法が含まれ、特徴部分は誘電体材料がエッチングされ、ブランケットメタライゼーションにより充填され、表面メタライゼーションが除去されて、特徴部分を分離する。デュアルダマシンプロセスでは、単一充填を用いて、プラグおよび配線の両方を形成している。銅は、誘電体材料に拡散する傾向があり、金属配線間での漏れや、トランジスタ構造へのマイグレーションに繋がり、電子特性が変化するため、様々な堆積方法により堆積したＴａおよび／またはＴａＮ等のバリア／ライナ層を、銅配線を封入するのに用いることが多い。バリア層材料の堆積後、銅の薄いシード層を、物理または化学蒸着によりライナ材料上に堆積し、その後、銅を電着して、特徴部分を充填する。
【０００４】
銅を堆積して、エッチングされた特徴部分を充填すると、高度差またはトポグラフィーが、層の表面全体にできて、凹凸領域となる。過度に堆積した銅および上の領域にあるバリア材料は除去して、回路の個々の特徴部分を電気的に分離し好適な形態にして、最終半導体製品の製造における後のプロセス工程に対応させ、存在するマイクロ回路で十分に動作するものとしなければならない。平坦化には、典型的に、かかる目的のために配合されたＣＭＰ組成物を用いた化学機械研磨（ＣＭＰ）が必要とされる。
【０００５】
化学機械研磨または平坦化は、半導体ウエハの表面から材料を除去し、研磨等の物理プロセスを酸化やキレート化等の化学プロセスと組み合わせた、表面を研磨（平坦化）するプロセスである。その最も基本的な形態において、ＣＭＰには、スラリー、具体的には、研磨剤と活性化学薬品の溶液を、ウエハ表面または研磨パッドに塗布することが含まれる。研磨パッドは、半導体ウエハの表面構造にある異種材料を研磨して、望ましくない材料の除去およびウエハ表面の平坦化の両方を行う。純粋に物理的または純粋に化学的とするのは除去または研磨プロセスにとって望ましくなく、迅速で均一な除去、および構造材料の平坦な表面を得るためには、むしろ、両方の相乗的な組み合わせが好ましい。
【０００６】
銅とバリア層との間、例えば、Ｔａおよび／またはＴａＮ間の化学反応性の差のために、銅ＣＭＰプロセスでは、２種類の化学的および機械的に異なるスラリーが用いられることが多い。工程Ｉのスラリーを用いて、トポグラフィーを迅速に平坦化し、銅を均一に除去し、工程Ｉでの研磨はバリア層で停止する。工程Ｉ中の典型的な銅除去速度対バリア層除去速度の比は１００：１を超える。工程ＩＩのスラリーは、高除去速度でバリア層材料を除去し、誘電体層で停止するか、または誘電体を保護するために塗布されたキャップ層で停止する。工程ＩＩ中の典型的なバリア層除去速度対銅除去速度の比は集積化要求に基づいて選択される。
【０００７】
工程Ｉおよび工程ＩＩのスラリー組成物は、典型的に、ｐＨショック、化学成分および／または研磨剤間の非相容性、研磨性能を劣化したり、欠陥の問題を生じるその他の問題等の因子のため、ＣＭＰ処理中、非相容性であるために同じプラテンで用いられない。例えば、通常、工程Ｉのスラリーは、カチオン性であるアルミナを含み、工程ＩＩのスラリーは、アニオン性であるシリカを含む。したがって、従来のＣＭＰプロセスは、工程Ｉのスラリーを用いる１つ以上のプラテンでの銅の除去、その後に工程ＩＩのスラリーを用いるバリア層材料の除去のための他のプラテンへの基板の移動を含む。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、銅およびバリア層材料を含むマイクロエレクトロニクス素子の単一プラテンでの化学機械研磨のための組成物およびプロセスが必要とされており、それにより工程Ｉの研磨組成物およびプロセスと工程ＩＩの研磨組成物およびプロセスが、同じプラテンで、すなわち、マイクロエレクトロニクス素子基板を工程ＩＩの処理のための第２のプラテンに移すことなく、実施されるものである。単一プラテン組成物およびプロセスは、平坦化効率、均一性および除去速度を最大とし、同時に、ディッシングやエロージョン等の表面欠陥および下層にあるトポグラフィーに対する損傷を最小としなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明の概要
本発明は、銅およびバリア層材料を有するマイクロエレクトロニクス素子基板の研磨のための化学機械研磨組成物およびプロセスに関する。具体的には、本発明は、単一プラテンでの、すなわち、マイクロエレクトロニクス素子基板を工程ＩＩの処理のための第２のプラテンに移すことのない、工程Ｉおよび工程ＩＩのＣＭＰプロセスの組成物および研磨プロセスに関する。
【００１０】
一態様において、本発明は、少なくとも１種類の不活性化剤と、少なくとも１種類の溶剤と、少なくとも１種類の研磨剤と、任意で少なくとも１種類のｐＨ調節剤とを含むＣＭＰスラリー組成物であって、前記組成物が、下記成分（Ｉ）または（ＩＩ）：
（Ｉ）少なくとも１種類の酸化剤および少なくとも１種類のキレート剤の成分であって、前記組成物が銅を除去し平坦化するのに有用である成分、
（ＩＩ）少なくとも１種類のバリア層除去促進剤、少なくとも１種類の選択性添加剤および任意で少なくとも１種類の酸化剤であって、前記組成物がバリア層材料の選択的除去および研磨に有用である成分
のうち少なくとも１つを含むことをさらに特徴とするＣＭＰスラリー組成物に関する。
【００１１】
別の態様において、本発明は、少なくとも１種類の不活性化剤と、少なくとも１種類の溶剤と、少なくとも１種類の研磨剤と、少なくとも１種類の酸化剤と、少なくとも１種類のキレート剤と、任意で少なくとも１種類のｐＨ調節剤とから本質的になるＣＭＰスラリー組成物であって、前記ＣＭＰスラリー組成物が銅を除去および平坦化するのに有用であるものに関する。
【００１２】
さらに別の態様において、本発明は、少なくとも１種類の不活性化剤と、少なくとも１種類の溶剤と、少なくとも１種類の研磨剤と、少なくとも１種類のキレート剤と、少なくとも１種類のバリア層除去促進剤と、少なくとも１種類の選択性添加剤と、任意で少なくとも１種類の酸化剤と、任意で少なくとも１種類のｐＨ調節剤とを含むＣＭＰスラリー組成物であって、前記ＣＭＰ組成物がバリア層材料の選択的除去および研磨に有用であるものに関する。
【００１３】
さらに別の態様において、本発明は、プラテンで、堆積した銅およびバリア層材料を有するウエハ基板を研磨する方法であって、前記方法が、
プラテンで、銅を有するマイクロエレクトロニクス素子基板を、第１の化学機械研磨（ＣＭＰ）条件下で、少なくとも１種類の酸化剤と、少なくとも１種類の不活性化剤と、少なくとも１種類のキレート剤と、溶剤と、少なくとも１種類の酸安定性研磨剤とを含む第１のＣＭＰスラリー組成物と十分な時間にわたって接触させて、マイクロエレクトロニクス素子基板から銅を実質的に除去して、バリア層材料を露出する工程と、
同じプラテンで、バリア層材料を有するマイクロエレクトロニクス素子基板を、第２のＣＭＰ条件下で、少なくとも１種類の酸化剤と、少なくとも１種類の不活性化剤と、少なくとも１種類のキレート剤と、少なくとも１種類の溶剤と、少なくとも１種類の酸安定性研磨剤とを含む第２のＣＭＰスラリー組成物と十分な時間にわたって接触させて、マイクロエレクトロニクス素子基板からバリア層材料の少なくとも一部を除去する工程とを含み、
ただし、第１および第２のＣＭＰスラリー組成物が、過硫酸塩、亜リン酸および／またはその塩を含まないという条件とする研磨方法に関する。
【００１４】
さらなる態様において、本発明は、１つ以上の容器に工程ＩのＣＭＰスラリー組成物試薬を含むキットであって、工程ＩのＣＭＰスラリー組成物は、少なくとも１種類の不活性化剤と、少なくとも１種類の酸化剤と、少なくとも１種類のキレート剤と、少なくとも１種類の溶剤と、少なくとも１種類の酸安定性研磨剤と、任意で少なくとも１種類のｐＨ調節剤とを含み、工程ＩのＣＭＰスラリーと組み合わせて、工程ＩＩのＣＭＰスラリーを形成するのに好適な１種類以上の追加の成分が、１つ以上の容器に任意で含まれ、１種類以上の追加の成分が、少なくとも１種類のバリア層除去促進剤、少なくとも１種類の選択性促進剤およびこれらの組み合わせからなる群より選択されるキットに関する。
【００１５】
別の態様において、本発明は、銅を有するマイクロエレクトロニクス素子基板を、化学機械研磨（ＣＭＰ）条件下で、少なくとも１種類の酸化剤と、少なくとも１種類の不活性化剤と、少なくとも１種類のキレート剤と、少なくとも１種類の溶剤と、少なくとも１種類の酸安定性研磨剤とを含むＣＭＰスラリー組成物と十分な時間にわたって接触させて、マイクロエレクトロニクス素子基板から銅を除去する工程と、任意に、マイクロエレクトロニクス素子を製品に組み込む工程とを含む方法であって、ただし、ＣＭＰスラリー組成物が、過硫酸塩、亜リン酸および／またはその塩を含まないという条件とするマイクロエレクトロニクス素子を製造する方法に関する。
【００１６】
さらなる態様において、本発明は、バリア層材料を有するマイクロエレクトロニクス素子基板を、ＣＭＰ条件下で、少なくとも１種類の不活性化剤と、少なくとも１種類のバリア層除去促進剤と、少なくとも１種類の選択性添加剤と、少なくとも１種類の溶剤と、少なくとも１種類の酸安定性研磨剤と、任意で少なくとも１種類の酸化剤とを含むＣＭＰスラリー組成物と十分な時間にわたって接触させて、マイクロエレクトロニクス素子基板からバリア層材料を除去する工程と、任意に、マイクロエレクトロニクス素子を製品に組み込む工程とを含む方法であって、ただし、ＣＭＰスラリー組成物が、過硫酸塩、亜リン酸および／またはその塩を含まないという条件とするマイクロエレクトロニクス素子を製造する方法に関する。
【００１７】
本発明の別の態様は、銅およびバリア層材料の化学機械研磨のためのスラリーキットであって、１つの容器に、
バリアおよび誘電体材料の除去速度よりも早い銅の除去速度を有する第１のスラリーと、
銅の除去速度と同じまたは早いバリアおよび誘電体材料の除去速度を有する第２のスラリーと
を含み、
前記第１および第２のスラリーが、組成物の総重量を基準として重量基準の濃度で、
約０．００１〜約１０．０重量％の不活性化剤と、
約０．０１〜約３０．０重量％の酸安定性研磨剤と、
約２０〜約９９．４重量％の溶剤と
を含み、
前記第１および第２のスラリーが相容性があって、銅およびバリア層材料を除去および研磨するのに単一プラテンプロセスを行えるキットに関する。
【００１８】
本発明の別の態様は、工程Ｉおよび工程ＩＩの研磨工程間に研磨パッドを洗浄する方法に関する。それぞれの銅除去およびバリア除去工程中、第１および第２のスラリーの二次汚染を最小にするために、パッドクリーンを用いてよい。
【００１９】
本発明の別の態様、特徴および実施形態は、下記の開示内容および添付の特許請求の範囲からより十分に明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
発明の詳細な説明およびその好適な実施形態
本発明は、単一の処理プラテンで、銅およびバリア層材料をマイクロエレクトロニクス素子基板から除去する化学機械研磨組成物およびプロセスに関する。具体的には、本発明は、単一プラテンで、すなわち、マイクロエレクトロニクス素子基板を工程ＩＩの処理のための他のプラテンに移すことなく、工程ＩＩの研磨組成物への工程Ｉの研磨組成物のインサイチュでの転換に関する。
【００２１】
本明細書で用いる「約」は、規定値の±５％に対応することを意味する。
【００２２】
参照を簡単にするために、「マイクロエレクトロニクス素子」とは、マイクロエレクトロニクス、集積回路またはコンピュータチップ用途に用いるために製造された半導体基板、フラットパネルディスプレイおよび微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）に対応する。「マイクロエレクトロニクス素子」という用語は決して限定されるものではなく、最終的にマイクロエレクトロニクス素子またはマイクロエレクトロニックアセンブリとなるいずれの基板をも含むものと理解すべきである。
【００２３】
本明細書で定義される「誘電体キャッピング材料」は、例えば、ＳｉＯＮ、ＳｉＣＯＨ、ＳｉＣＮおよびＳｉ３Ｎ４をはじめとする化合物に対応している。
【００２４】
本明細書で用いられる「ウエハ面内均一性（ＷＩＷＮＵ）」は、ウエハ全体の材料除去の変動の測定結果に対応している。より具体的には、ＷＩＷＮＵは、４９の測定点について除去されたＣｕの平均量に対する、４９の測定点について除去されたＣｕの平均量に基づいた、４９の測定点について除去されたＣｕの量のパーセント標準偏差である。ＷＩＷＮＵは約５％未満であることが好ましい。
【００２５】
本明細書で用いる「実質的に除去」とは、特定のＣＭＰ処理工程後、特徴部分間の領域の５０％を超える、好ましくは９０％を超える、より好ましくは９５％を超える、最も好ましくは９９％を超える領域が、下層にある材料を露出するように、対象の材料が除去されていることを指す。例えば、工程Ｉの銅除去プロセスでは、処理工程の完了時に、特徴部分間の、下層にあるバリアの９９％を超えて露出するであろう。
【００２６】
ＣＭＰでは、スラリーを配合して、研磨すべきパターンの異なる材料間の相対研磨速度を独立に制御する。例えば、工程Ｉのスラリーを用いて、バルク銅を迅速に除去し、トポグラフィーを均一に平坦化する。工程ＩＩのスラリーを用いて、バリア層材料および任意で、キャップおよび／または誘電体層の一部を除去する。典型的には、銅層およびバリア層材料を有するマイクロエレクトロニクス素子基板を、工程Ｉの研磨のために第１のプラテンに配置して、銅層を除去および平坦化した後、工程ＩＩの研磨のために他のプラテンに移して、バリア層材料を除去する。工程ＩＩの処理のために追加のプラテンを用いることは、処理量の考慮やツールの制約により、不利なものとなっている。
【００２７】
単一プラテンでマイクロエレクトロニクス素子基板を化学機械研磨するには、工程Ｉのスラリーと工程ＩＩのスラリーとを同じプラテンに連続的に導入する必要がある。同じプラテンに２種類の異なるスラリーを導入する間にすすいだとしても、ｐＨショック、化学薬品および／または研磨剤間の非相容性およびその他の問題によって、研磨性能が劣化したり、欠陥の問題が生じる。
【００２８】
本発明は、従来技術の単一プラテンＣＭＰ配合物およびプロセスに関連する問題を解決するものである。具体的には、本発明は、互いに相容性があって、それ自体、連続的に同じプラテンに導入してよい工程Ｉおよび工程ＩＩのＣＭＰ配合物に関する。また、本発明の一実施形態は、各工程間にパッド洗浄工程を含んでいて、後の工程での１工程のスラリーの影響を最小にする、単一プラテンのマルチ工程ＣＭＰプロセスに関する。さらに、本発明の別の態様は、単一プラテンでの、すなわち、マイクロエレクトロニクス素子基板を工程ＩＩの処理のための第２のプラテンに移すことなく、工程Ｉの研磨組成物の、工程ＩＩの研磨組成物へのインサイチュでの転換を含むＣＭＰプロセスに関する。本明細書に記載したＣＭＰ組成物およびプロセスによって、工程Ｉ中のバルク銅の迅速、効率的かつ選択的な除去および平坦化、ならびに、工程ＩＩ中の残渣銅、バリア層材料の選択的除去および任意で誘電体スタックの部分除去が確実になされる。工程Ｉおよび工程ＩＩの処理の両方が、同じプラテンで実施される。
【００２９】
本明細書で定義される「工程Ｉ」は、バルク銅を有する基板の表面からバルク銅を除去し平坦化するＣＭＰプロセス、および前記ＣＭＰプロセス中に用いるスラリー配合物に対応する。さらに、工程Ｉプロセスは、「ソフトランディング」または「タッチダウン」であって、これは、工程Ｉの研磨プロセスのある時点に対応しており、研磨剤のダウンフォースを下げて、基板表面の銅のディッシングおよび／またはエロージョンを減少するものである。「ソフトランディング」または「タッチダウン」は、検出可能な処理終点で終わるのが好ましい。終点に達したら、過研磨を開始してよい。過研磨を行って、銅特徴部分のさらなるディッシングまたはエロージョンを最小としながら、バリア材料の表面から銅残渣を除去する。
【００３０】
本明細書で定義される「工程ＩＩ」は、残渣銅、バリア層材料、ＳｉＯＮ等の誘電体キャッピング材料または任意の誘電体を、それらを有するマイクロエレクトロニクス素子基板の表面から除去するＣＭＰプロセス、ならびに前記ＣＭＰプロセス中に用いるスラリー配合物に対応する。工程ＩＩのプロセスは、固定プロセス時間で制御されることが多いが、プロセスは、終点システムにより制御されてもよく、工程ＩＩの研磨の終点が検出された後に、過研磨工程を含んでいてもよい。
【００３１】
本明細書で定義される「バリア層材料」は、金属配線、例えば、銅配線を封入して、前記金属、例えば、銅の誘電体材料への拡散を最小にするのに業界で用いられる材料に対応する。好ましいバリア層材料としては、タンタル、チタン、ルテニウム、ハフニウム、タングステン、その他の高融点金属、その他窒化物およびケイ化物が挙げられる。本発明の以降の詳細な説明では具体例としてタンタルを挙げているが、本発明の例示の実施例を提供するためであって、決して限定することを意図するものではない。
【００３２】
本発明の工程ＩのＣＭＰ配合物は、組成物の総重量を基準として、以下の範囲で存在する少なくとも１種類の酸化剤と、少なくとも１種類の不活性化剤と、少なくとも１種類のキレート剤と、研磨剤と、少なくとも１種類の溶剤と、任意で少なくとも１種類のｐＨ調節剤とを含む。
【００３３】
【表１】
2008546214.tif 000003
【００３４】
工程Ｉの配合物のｐＨは、約２〜約１２、好ましくは約４〜約６、より好ましくは約４．５〜約５．５の範囲である。酸化剤に対する溶剤のモル比の範囲は、約１：１〜約１００：１、好ましくは約１０：１〜約８０：１、最も好ましくは約２５：１〜約４５：１、キレート剤に対する溶剤のモル比の範囲は、約１：１〜約２５０：１、好ましくは約１００：１〜約１５０：１、不活性化剤に対する溶剤のモル比の範囲は、約５００：１〜約８０００：１、好ましくは約５００：１〜約１０００：１または約６５００：１〜約７５００：１、研磨剤に対する溶剤のモル比の範囲は、約５０：１〜約７００：１、好ましくは約２００：１〜約６００：１である。
【００３５】
本発明の広範な実施において、工程ＩのＣＭＰ配合物は、少なくとも１種類の酸化剤と、少なくとも１種類の不活性化剤と、少なくとも１種類のキレート剤と、研磨剤と、溶剤と、任意で少なくとも１種類のｐＨ調節剤とを含んでもよく、それらからなるものでもよく、本質的にそれらからなるものでもよい。通常、酸化剤、不活性化剤、キレート剤、研磨剤、溶剤および任意のｐＨ調節剤の互いに対する具体的な比率および量は、好適に変化させて、それらを有するマイクロエレクトロニクス素子からのバルク銅層の所望の除去作用を与えるようにしてよく、これは、必要以上の努力なしに、当業者であれば容易に決定できる。重要なことには、工程ＩのＣＭＰ配合物が、過硫酸塩および亜リン酸および／またはその塩を含まないことである。
【００３６】
特に好ましい本発明の実施形態において、工程Ｉの配合物は、組成物の総重量を基準として、以下の範囲で存在する以下の成分を含んでいる。
【００３７】
【表２】
2008546214.tif 000004
【００３８】
本明細書で用いる工程Ｉの配合物の研磨成分は、これらに限られるものではないが、酸化物、金属酸化物、窒化ケイ素、炭化物等をはじめとする任意の好適なタイプであってよい。具体例としては、シリカ、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化鉄、セリア、酸化ジルコニウム、酸化錫、二酸化チタン、およびグレイン、顆粒、粒子またはその他の分離形態等好適な形態のかかる成分のうち２種類以上の混合物が挙げられる。これらの代わりに、研磨剤は、２種類以上の材料で形成された複合体粒子、例えば、ニャコール（ＮＹＡＣＯＬ）（登録商標）アルミナ被覆コロイダルシリカ（マサチューセッツ州、アシュランドのニャコールナノテクノロジーズ社（Ｎｙａｃｏｌ  Ｎａｎｏ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．，Ａｓｈｌａｎｄ，ＭＡ））、あるいは該研磨剤またはこれらの組み合わせの異なる粒子サイズ分布の混合物を含んでもよい。例えば、熱硬化性および／または熱可塑性樹脂をはじめとする有機ポリマー粒子を研磨剤として用いることができる。本発明の広範な実施において有用な樹脂としては、エポキシ、ウレタン、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリオレフィンおよび（メタ）クリルが挙げられる。２種類以上の有機ポリマー粒子の混合物を、研磨媒体、ならびに無機および有機成分の両方を含む粒子として用いてもよい。研磨剤は、酸性媒体と相容性のあるものを選択、または相容性を持つように修飾するのが好ましい。
【００３９】
工程Ｉの配合物の好ましい研磨剤成分の直径は約１０ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲、好ましくは約２０ｎｍ〜約９０ｎｍの範囲である。
【００４０】
工程Ｉの組成物の酸化剤は、金属電子を除去し、原子価を上げる任意の物質を含み、これらに限定されるものではないが、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）、硝酸第二鉄（Ｆｅ（ＮＯ３）３）、ヨウ素酸カリウム（ＫＩＯ３）、過マンガン酸カリウム（ＫＭｎＯ４）、硝酸（ＨＮＯ３）、亜塩素酸アンモニウム（ＮＨ４ＣｌＯ２）、塩素酸アンモニウム（ＮＨ４ＣｌＯ３）、ヨウ素酸アンモニウム（ＮＨ４ＩＯ３）、過ホウ酸アンモニウム（ＮＨ４ＢＯ３）、過塩素酸アンモニウム（ＮＨ４ＣｌＯ４）、過ヨウ素酸アンモニウム（ＮＨ４ＩＯ３）、亜塩素酸テトラメチルアンモニウム（（Ｎ（ＣＨ３）４）ＣｌＯ２）、塩素酸テトラメチルアンモニウム（（Ｎ（ＣＨ３）４）ＣｌＯ３）、ヨウ素酸テトラメチルアンモニウム（（Ｎ（ＣＨ３）４）ＩＯ３）、過ホウ酸テトラメチルアンモニウム（（Ｎ（ＣＨ３）４）ＢＯ３）、過塩素酸テトラメチルアンモニウム（（Ｎ（ＣＨ３）４）ＣｌＯ４）、過ヨウ素酸テトラメチルアンモニウム（（Ｎ（ＣＨ３）４）ＩＯ４）、尿素過酸化水素（（ＣＯ（ＮＨ２）２）Ｈ２Ｏ２）が挙げられる。本発明の工程Ｉの組成物に好ましい酸化剤は、過酸化水素である。
【００４１】
本発明の工程Ｉの組成物に用いるキレート剤という用語は、水溶液の存在下、酸化銅材料を溶解またはエッチングする物質のことを指す。本発明に有用な銅キレート剤およびエッチング剤としては、これらに限定されるものではないが、無機酸および有機酸、アミンおよびアミノ酸（例えば、グリシン、アラニン、クエン酸、酢酸、マレイン酸、シュウ酸、マロン酸、フタル酸、コハク酸）、ニトリロ三酢酸、イミノ二酢酸、エチレンジアミン、ＣＤＴＡおよびＥＤＴＡが挙げられる。好ましいキレート剤はグリシンである。
【００４２】
本明細書で用いる不活性化剤という用語は、未使用の銅表面および／または酸化銅薄膜と反応して、銅層を不活性化し、ＣＭＰ中、銅表面の過剰なエッチングを防ぐ物質のことを指す。本発明の工程Ｉの組成物中の不活性化剤は、例えば、トリアゾール、例えば、１，２，４−トリアゾール（ＴＡＺ）、Ｃ１〜Ｃ８アルキル、アミノ、チオール、メルカプト、イミノ、カルボキシおよびニトロ基等の置換基で置換されたトリアゾール、例えば、ベンゾトリアゾール、トリルトリアゾール、５−フェニル−ベンゾトリアゾール、５−ニトロ−ベンゾトリアゾール、３−アミノ−５−メルカプト−１，２，４−トリアゾール、１−アミノ−１，２，４−トリアゾール、ヒドロキシベンゾトリアゾール、２−（５−アミノ−ペンチル）−ベンゾトリアゾール、１−アミノ−１，２，３−トリアゾール、１−アミノ−５−メチル−１，２，３−トリアゾール、３−アミノ−１，２，４−トリアゾール、３−メルカプト−１，２，４−トリアゾール、３−イソプロピル−１，２，４−トリアゾール、５−フェニルチオール−ベンゾトリアゾール、ハロ−ベンゾトリアゾール（ハロ＝Ｆ、Ｃｌ、ＢｒまたはＩ）、ナフトトリアゾール等、ならびに、チアゾール、テトラゾール、イミダゾール、ホスフェート、チオールおよびアジン、例えば、２−メルカプトベンズイミダゾール（ＭＢＩ）、２−メルカプトベンゾチアゾール、４−メチル−２−フェニルイミダゾール、２−メルカプトチアゾリン、５−アミノテトラゾール、５−アミノ−１，３，４−チアジアゾール−２−チオール、２，４−ジアミノ−６−メチル−１，３，５−トリアジン、チアゾール、トリアジン、メチルテトラゾール、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、１，５−ペンタメチレンテトラゾール、１−フェニル−５−メルカプトテトラゾール、ジアミノメチルトリアジン、イミダゾリンチオン、メルカプトベンズイミダゾール、４−メチル−４Ｈ−１，２，４−トリアゾール−３−チオール、５−アミノ−１，３，４−チアジアゾール−２−チオール、ベンゾチアゾール、トリトリルホスフェート、イミダゾール、インジアゾール等をはじめとする１種類以上の防止剤成分を含むのが好ましい。ジカルボン酸、例えば、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、ニトリロ三酢酸、イミノ二酢酸およびこれらの組み合わせも有用な不活性化剤である。重要なのは、工程ＩのＣＭＰ配合物におけるトリアゾール化合物対ベンゾトリアゾール化合物の比が最も好ましくは１：１未満または１００：１を超えることである。好ましい不活性化剤としては、トリアゾールおよびその誘導体が挙げられる。具体的な実施形態において、好ましい不活性化剤は、１，２，４−トリアゾール（ＴＡＺ）である。
【００４３】
特に好ましい実施形態において、工程ＩのＣＭＰスラリーは、酸化ポリエチレン、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシプロピレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテルおよびポリオキシアルキレン付加ポリマーを実質的に含まない。別の特に好ましい実施形態において、工程ＩのＣＭＰスラリーは、炭素原子が４〜６個のアルキルアミンまたはアルコキシアルキルアミンを実質的に含まない。さらに別の特に好ましい実施形態において、工程ＩのＣＭＰスラリーは、ラウリン酸、リノール酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、セバシン酸およびドデカン二酸等の脂肪族カルボン酸を実質的に含まない。本明細書で定義される「実質的に含まない」は、前記組成物の総重量を基準として、約０．５重量％未満、より好ましくは０．０５重量％未満、最も好ましくは０．００５重量％未満の組成物に対応する。
【００４４】
工程ＩのＣＭＰ平坦化の所望の結果に応じて、不活性化剤の濃度を変化させて、平坦化効率を損なうことなく、銅の除去速度を調整してもよい。工程ＩのＣＭＰスラリーとして、組成物の総重量を基準として、下記の配合物ＡおよびＢの２つが提案される。
【００４５】
【表３】
2008546214.tif 000005
【００４６】
本発明の工程ＩＩのＣＭＰ配合物は、組成物の総重量を基準として、以下の範囲で存在する少なくとも１種類の酸化剤と、少なくとも１種類の不活性化剤と、少なくとも１種類のバリア層除去促進剤と、少なくとも１種類の選択性添加剤と、研磨剤と、溶剤と、任意で少なくとも１種類のｐＨ調節剤とを含む。
【００４７】
【表４】
2008546214.tif 000006
【００４８】
工程ＩＩの配合物のｐＨは、約２〜約１２、好ましくは約２〜約５の範囲である。酸化剤に対する溶剤のモル比の範囲は、約１００：１〜約２０００：１、好ましくは約７００：１〜約１３００：１、最も好ましくは約１０００：１〜約１２００：１、不活性化剤に対する溶剤のモル比の範囲は、約５００：１〜約３０００：１、好ましくは約１５００：１〜約２０００：１、最も好ましくは約１６５０：１〜約１８００：１、研磨剤に対する溶剤のモル比の範囲は、約１：１〜約１００：１、好ましくは約２０：１〜約６０：１、バリア層除去促進剤に対する溶剤のモル比の範囲は、約１０００：１〜約４０００：１、好ましくは約２５００：１〜約３０００：１、選択性添加剤に対する溶剤のモル比の範囲は、５０，０００：１を超える。
【００４９】
本発明の広範な実施において、工程ＩＩのＣＭＰ配合物は、少なくとも１種類の酸化剤と、少なくとも１種類の不活性化剤と、少なくとも１種類のバリア層除去促進剤と、少なくとも１種類の選択性添加剤と、研磨材料と、溶剤と、任意でｐＨ調節剤とを含んでもよく、それらからなるものでもよく、本質的にそれらからなるものでもよい。通常、酸化剤、不活性化剤、バリア層除去促進剤、選択性添加剤、研磨材料、溶剤および任意のｐＨ調節剤の互いに対する具体的な比率および量は、好適に変化させて、それらを有するマイクロエレクトロニクス素子からのバリア層材料の所望の除去作用を与えるようにしてよく、これは、必要以上の努力なしに、当業者であれば容易に決定できる。重要なのは、工程ＩＩのＣＭＰ配合物が、過硫酸塩および亜リン酸および／またはその塩を含まないことである。
【００５０】
特に好ましい本発明の実施形態において、配合物は、組成物の総重量を基準として、以下の範囲で存在する以下の成分を含んでいる。
【００５１】
【表５】
2008546214.tif 000007
【００５２】
特に好ましい実施形態において、工程ＩＩの配合物は、配合物Ｃで表される。
【００５３】
【表６】
2008546214.tif 000008
【００５４】
工程ＩＩの配合物の好ましい研磨成分も酸安定性シリカである。工程ＩＩ研磨剤の好ましい直径は、約１０ｎｍ〜約１０００ｎｍの範囲、好ましくは約２０ｎｍ〜約９０ｎｍの範囲である。
【００５５】
工程ＩＩのＣＭＰ配合物のために意図された酸化剤としては、工程ＩのＣＭＰ配合物について本明細書で挙げたものが含まれる。工程Ｉおよび工程ＩＩの配合物の酸化剤は、互いに同一であっても、異なっていてもよい。工程ＩＩの酸化剤は、過酸化水素であることが好ましい。
【００５６】
工程ＩＩのＣＭＰ配合物のために意図された不活性化剤は、好ましくは、工程ＩのＣＭＰ配合物について本明細書で挙げたものが含まれる。工程Ｉおよび工程ＩＩの配合物の不活性化剤は、互いに同一であっても、異なっていてもよい。好ましい実施形態において、工程Ｉおよび工程ＩＩは両方とも、同じ不活性化剤を用いる。さらに、不活性化剤は、好ましいｐＨレジメの研磨剤のゼータ電位に対して測定可能な影響を有していてはならない。１，２，４−トリアゾールが工程ＩＩの不活性化剤であることが好ましい。
【００５７】
バリア層除去促進剤を添加すると、工程ＩＩの処理中のバリア層材料の除去速度が早くなる。好ましくは、本発明の工程ＩＩの配合物の除去促進剤は、例えば、フタル酸、サリチル酸、安息香酸およびその他の芳香族カルボン酸をはじめとする１種類以上のバリア層除去成分を含んでいるのが好ましい。工程ＩＩのバリア層除去促進剤は、フタル酸であることが好ましい。
【００５８】
選択性添加剤を添加して、工程ＩＩのプロセス中、銅の除去速度を減じて、選択性を制御する。好ましい実施形態において、（ゼロでない速度で）ある程度銅を除去して、残渣銅の欠陥を防ぐ。本発明の工程ＩＩの配合物の選択性添加剤は、例えば、ポリ（アクリル酸）、アニオン性界面活性剤およびその他の高分子電解質をはじめとする１種類以上の選択性成分を含んでいるのが好ましい。選択性添加剤は、分子量が約４００〜約８，０００，０００のポリ（アクリル酸）（ＰＡＡ）であるのが好ましい。
【００５９】
特に好ましい実施形態において、本発明の工程ＩＩのＣＭＰ配合物は、ｐＨが約３．５の水溶液中に、酸安定性シリカと、１，２，４−トリアゾールと、Ｈ２Ｏ２と、フタル酸と、ＰＡＡとを含む。
【００６０】
本発明の工程Ｉおよび工程ＩＩの配合物で用いる溶剤は、特定の用途に応じて、単一成分溶剤または多成分溶剤であってもよい。工程Ｉおよび工程ＩＩの配合物の溶剤は、互いに同一であっても、異なっていてもよいが、互いに同一であるのが好ましい。本発明の一実施形態において、ＣＭＰ組成物の溶剤は水である。別の実施形態において、溶剤は、１種類以上の有機溶剤、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン等を含む。さらに別の実施形態において、溶剤は、水−有機溶剤溶液を含む。様々な溶剤タイプおよび特定の溶剤媒体を、本発明の一般的な手法に用いて、溶媒和／懸濁媒体を提供してもよく、。その中には、研磨剤が分散されており、その他の成分を取り込んで、ＣＭＰユニットのプラテンに用いるのに適切な特性、例えば、スラリー形態の組成物を提供して、マイクロエレクトロニクス素子基板の銅およびバリア層材料の所望レベルの研磨を行う。
【００６１】
本発明の工程Ｉおよび工程ＩＩのＣＭＰ配合物でのｐＨ調節のために、酸および塩基を任意で用いてもよい。例示の酸としては、例えば、ギ酸、酢酸、プロパン酸、ブタン酸、ペンタン酸、イソ吉草酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸、ノナン酸、乳酸、塩酸、硝酸、硫酸、フッ化水素酸、マレイン酸、フマル酸、マロン酸、グルタル酸、グリコール酸、サリチル酸、１，２，３−ベンゼントリカルボン酸、酒石酸、グルコン酸、クエン酸、フタル酸、ピロカテコール酸、ピロガロールカルボン酸、没食子酸、タンニン酸、および上記またはその他のタイプの２つ以上の酸を含む混合物が挙げられる。例示の塩基としては、例えば、水酸化カリウム、水酸化アンモニウムおよび水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化トリメチルヒドロキシエチルアンモニウム、水酸化メチルトリ（ヒドロキシエチル）アンモニウム、水酸化テトラ（ヒドロキシエチル）アンモニウムおよび水酸化ベンジルトリメチルアンモニウムが挙げられる。好ましくは、塩基はＫＯＨである。
【００６２】
さらに、工程ＩおよびＩＩのＣＭＰ配合物は、これらに限定されるものではないが、消泡剤、殺生物剤、レオロジー剤および界面活性剤をはじめとする追加の成分を含んでもよい。
【００６３】
別の実施形態において、上述した工程ＩのＣＭＰ配合物の研磨剤は、カチオン性研磨剤、例えば、アルミナであり、上述した工程ＩＩのＣＭＰ配合物の研磨剤は、カチオン性となるように処理されたアニオン性研磨材料であり、このように、ＣＭＰ処理中、単一プラテンで、工程Ｉおよび工程ＩＩの研磨材料の相容性が増大する。
【００６４】
背景技術で述べたとおり、通常、工程Ｉのスラリーは、カチオン性であるアルミナを含み、工程ＩＩのスラリーは、アニオン性であるシリカを含む。１つのプラテンでＣＭＰ処理を行うために、研磨材料は、電気的に反発しなくてはならず、すなわち、工程Ｉと工程ＩＩの研磨剤の両方が同じ電荷を有していなければならない。このように、工程Ｉおよび工程ＩＩのＣＭＰ配合物に典型的に用いられる研磨剤、すなわち、それぞれ、アルミナとシリカとを用いる場合には、これらのうち１つの電荷を、工程ＩＩのスラリーを単一プラテンに導入する際、または導入する前に反転しなければならない。
【００６５】
これまで、シリカのアニオン電荷は、酸性環境において、シリカを金属イオン、例えば、Ｆｅ３＋、Ｃａ２＋、Ｂａ２＋、Ｃｏ２＋および／または臭化セチルトリメチルアンモニウム（ＣＴＡＢ）に露出することにより反転されることが知見された。この電荷反転は、特にアルミナ等のカチオン性研磨剤が工程Ｉのスラリーに含まれているとき、工程Ｉのスラリーと工程ＩＩのスラリーとの間の相容性を提供するのを補助する。最も好ましくは、電荷反転は、スラリーの製造中になされ、吸着されていない金属イオン、例えば、Ｆｅ３＋、Ｃａ２＋、Ｂａ２＋、Ｃｏ２＋および／またはＣＴＡＢへのウエハの露出を最小にする。
【００６６】
本発明のＣＭＰ配合物は、単一パッケージ配合物、あるいは、使用の際にまたはツールの上流の貯蔵タンクで混合される多部分配合物として提供されてもよい。多部分配合物の利点は、単一パッケージ配合物に比べて寿命が長いことである。単一パッケージ配合物は、単一パッケージＣＭＰ配合物に酸化剤が存在するため、多部分配合物よりも、分解されやすく、経時によりその特性が変化しやすい。単一パッケージ配合物または多部分配合物の個々のパッケージの濃度は、本発明の広範な実施において、特定の倍数で大きく変化させてよく、すなわち、希釈したり濃縮してよい。本発明のＣＭＰ配合物は、多様かつ代替的に、本明細書における開示に一致する構成成分のいずれかの組み合わせを含んでもよく、それらからなるものでもよく、本質的にそれらからなるものでもよいことが理解されるであろう。
【００６７】
一実施形態において、ＣＭＰ配合物の各単一成分は、テーブルで混合するために、研磨テーブルに別個に運搬して、用いるＣＭＰ配合物を構成してもよい。別の実施形態において、ＣＭＰ配合物は、第１の部分が適切な溶剤中で研磨剤と不活性化剤とを含み、第２の部分が酸化剤とキレート剤とを含む二液型配合物として配合されてもよい。さらに別の実施形態において、ＣＭＰ配合物は、第１の部分が適切な溶剤中で研磨剤と不活性化剤とキレート剤とを含み、第２の部分が酸化剤を含む二液型配合物として配合されてもよい。本明細書に開示された多部分配合物の実施形態は決して限定されるものではなく、これに代わる組み合わせを含んでいてもよい。これらの様々な実施形態の全てにおいて、最終配合物を形成するための成分または部分の混合は、使用の際（例えば、研磨テーブル、研磨ベルト等で混合）、研磨テーブル直前の適切な容器で、またはＣＭＰ配合物の製造業者および／または供給業者によってなされる。
【００６８】
さらに別の実施形態において、本明細書に記載した配合物の個々の部分は、研磨中、好ましいとされるよりも少なくとも３〜４倍の濃度で提供してもよい。したがって、濃縮された配合物の部分を、使用の際（例えば、研磨テーブル、研磨ベルト等で混合）、研磨テーブル直前の適切な容器で、適切な溶剤により希釈してもよい。例えば、本明細書に記載したモル比の範囲を含む濃縮ＣＭＰスラリーは、溶剤により、約０．１：１〜約４：１、好ましくは約１：１〜約３：１の範囲で希釈して、本明細書に記載した好ましい組成物のいずれかを形成してもよい。希釈溶剤は、特定のＣＭＰスラリー組成物の溶剤を含むのが好ましい。
【００６９】
したがって、本発明の別の態様は、１つ以上の容器に、上述した本発明の配合物を形成するように適合された成分を含むキットに関する。キットの容器は、フッ素ポリマー系材料を含むナウパック（ＮＯＷＰａｋ）（登録商標）（米国、コネチカット州、ダンブリーのアドバンスドテクノロジーマテリアルズ社（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．，Ｄａｎｂｕｒｙ，Ｃｏｎｎ．，ＵＳＡ））であってもよい。
【００７０】
実際には、工程Ｉの配合物は、工程Ｉの処理のためにプラテンに運搬され、これは３つの副工程である、バルク銅除去、「ソフトランディング」および過研磨に分割される。バルク銅除去副工程の処理条件には、約０．１ｐｓｉ〜約７ｐｓｉ、好ましくは約３ｐｓｉ〜約７ｐｓｉの範囲のプラテンパッドのダウンフォースが含まれる。５重量％のＨ２Ｏ２を含む工程Ｉのスラリーを用いたブランケットサンプルウエハのバルク銅除去を示す図８を参照すると、ダウンフォースが大きいと処理量が多くなることが分かる。
【００７１】
ソフトランディングの副工程の処理条件には、約０．１ｐｓｉ〜約７ｐｓｉ、好ましくは３ｐｓｉ未満、またはこれに等しいプラテンパッドのダウンフォースが含まれる。ソフトランディングの副工程は、終点に達したら停止する。これは、当業者であれば容易に決定できる。終点法としては、これらに限られるものではないが、摩擦またはトルク測定、渦電流厚さ測定、フィルム反射率測定、画像形成分析および化学センシングが挙げられる。過研磨の処理条件には、約０．１ｐｓｉ〜約４ｐｓｉ、好ましくは３ｐｓｉ未満、またはこれに等しいプラテンパッドのダウンフォースが含まれる。過研磨の時間の長さは、当業者であれば容易に決定できる。好ましい実施形態において、バルク銅除去のダウンフォースは、ソフトランディングのダウンフォースよりも大きく、これは過研磨のダウンフォースよりも大きい。
【００７２】
銅除去速度は、当業者によって決定されるとおりに、広い範囲にわたって調整することができる。工程Ｉの処理中、銅対タンタルの好ましい選択性は、約１００：１〜約１，０００：１、好ましくは約４００：１〜約１０００：１の範囲である。
【００７３】
工程ＩのＣＭＰプロセスの完了後、プラテンおよびマイクロエレクトロニクス素子基板を、水やパッド洗浄剤等の溶剤ですすいでもよい。溶剤は、本明細書に記載した工程Ｉおよび／または工程ＩＩのＣＭＰ配合物で用いるのと同一でもよく、例えば、水であるのが好ましい。パッド洗浄の化学薬品は、カルボン酸およびそのアンモニウム塩の溶液、例えば、市販の製品であるＬＰ−１２（米国、コネチカット州のダンブリー（Ｄａｎｂｕｒｙ，ＣＴ，ＵＳＡ）のＡＴＭＩ）、より好ましくは１０：１希釈（水による）ＬＰ−１２であることが好ましい。
【００７４】
その後、工程ＩＩのＣＭＰ配合物を、工程ＩＩの処理のためにプラテンに運搬する。重要なのは、工程ＩＩのＣＭＰ配合物は、使用（例えば、研磨テーブル、研磨ベルト等で混合）の際、研磨テーブル直前の適切な容器で、またはＣＭＰ配合物の製造業者および／または供給業者により、最終配合物を形成するための成分または部分を混合することにより作製されてもよいことである。工程ＩＩの処理条件には、約０．１ｐｓｉ〜約７ｐｓｉ、好ましくは約２．５ｐｓｉ〜約４ｐｓｉの範囲のダウンフォースが含まれる。
【００７５】
工程ＩＩのスラリーを調整して、誘電体スタックに対する、銅の除去速度をバリア層材料と変えてもよい。具体的には、化学組成、研磨剤充填、ダウンフォースおよびその他の処理パラメータの調節により選択性を調整してもよい。したがって、工程ＩＩのスラリーは、当業者によって容易に決定されるとおりに、異なる集積化要求のために調整してもよい。
【００７６】
表１には、本発明の工程ＩＩのＣＭＰ配合物を用いる、３ｐｓｉのダウンフォースでのブランケットサンプルウエハの工程ＩＩの処理中の銅、タンタル、ＴＥＯＳ酸化物およびＳｉＯＮの除去速度が含まれている。
【００７７】
【表７】
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【００７８】
異なる材料の除去速度選択性は、広い範囲にわたって調整して、異なる集積化要求を満足させてもよい。この選択には、非選択性プロセスから高選択性プロセスまでの範囲が含まれる。工程ＩＩ中の銅除去速度は、好ましくは約１００Å分−１〜約１，５００Å分−１、最も好ましくは約３００Å分−１〜約１００Å分−１の範囲である。工程ＩＩ中の好ましい銅対タンタル選択性および銅対誘電体選択性は、約１０：１〜約１：１０の範囲、より好ましくは約１：１〜１：１０の範囲である。特定のターゲットが、プロセス集積化要求により導き出される。
【００７９】
一実施形態において、ＣＭＰプロセスの各工程の完了後、研磨した基板を、次の処理工程の前にプラテンから取り除いてもよい。研磨パッドは、スラリーを残すことを防ぐために、基板の研磨の前に完全に清浄にしてもよい。スラリーを残すことは、次の処理工程中、材料の除去速度を変化させるため、後の処理の前にパッドを溶剤またはパッド洗浄溶液で清浄にしなければならない。溶剤は、本明細書に記載した工程Ｉおよび／または工程ＩＩのＣＭＰ配合物で用いたものと同一であること、例えば、水であることが好ましい。パッド洗浄の化学薬品は、カルボン酸およびそのアンモニウム塩の溶液、例えば、市販の製品であるＬＰ−１２（米国、コネチカット州のダンブリー（Ｄａｎｂｕｒｙ，ＣＴ，ＵＳＡ）のＡＴＭＩ）、より好ましくは１０：１希釈（水による）ＬＰ−１２であるのが好ましい。
【００８０】
別の実施形態において、ＣＭＰプロセスの工程Ｉの完了後、工程ＩＩのＣＭＰ配合物を、工程ＩのＣＭＰ配合物を有する研磨パッドに直接導入する。当業者によって容易に決定されるとおりに、工程Ｉの成分の濃度は、どのくらいの工程ＩＩの成分をプラテンパッドに加えなければならないかを決める根拠となるものである。さらに別の実施形態において、ＣＭＰプロセスの工程Ｉの完了後、研磨パッドを、工程ＩＩのＣＭＰ配合物ですすぐ。
【００８１】
本明細書に記載したＣＭＰプロセスは、単一プラテンで、すなわち、マイクロエレクトロニクス素子基板を工程ＩＩの処理のための第２のプラテンに移さない、工程Ｉの研磨組成物の、工程ＩＩの研磨組成物へのインサイチュでの移行に対応する。工程Ｉと工程ＩＩのＣＭＰ配合物の大きな相容性とパッド洗浄工程の有効性のためにこれが可能である。本発明のプロセスは、単一プラテンで実施するものとして説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではないものと考えられる。例えば、本発明のプロセスには、工程Ｉのスラリーを用いて１つのプラテンで工程Ｉの処理をした後、工程ＩＩのスラリーを用いて、異なるプラテンで工程ＩＩの処理を行うことも含まれる。
【００８２】
以下の実施例は、本発明のあくまでも例示であり、限定するものではない。
【実施例】
【００８３】
実施例１
上記に示したとおり、本発明の研磨剤成分は、酸性媒体中で安定である、例えば、４以上のｐＨ範囲で約−５０ｍＶ未満、すなわち、よりマイナスのゼータ電位を有する酸安定性コロイダルシリカであるのが好ましい。標準３．１重量％のＡＴＭＩ  ＯＳ７０ＫＬ（商標）７０ｎｍシリカ水性スラリーおよび４重量％の酸安定性シリカ水性スラリーにそれぞれ対応する図１および２を比べると、酸安定性シリカスラリーは、ｐＨ範囲にわたって非常にマイナスであることが分かる。これによって、良好なコロイド安定性が確保される。すなわち、帯電粒子が互いに反発して、凝集する自然な傾向を回避する。さらに、酸性範囲の安定性によって、スラリーの液体成分と研磨剤との間のｐＨ相容性が確保される。
【００８４】
実施例２
図３に、４重量％の酸安定性シリカと、０．４重量％の１，２，４−トリアゾール不活性化剤とを含む水性スラリーの電位差滴定を示す。重要なのは、不活性化剤のないシリカと同様に（図２参照）、そのｐＨ範囲にわたってゼータ電位は実質的にマイナスに帯電されたままであることである。これは、研磨剤と不活性化剤との間の相互作用が無視できることを示している。例示として、研磨剤と不活性化剤との間の大きな相互作用が観察される実験を図４に示す。図４は、４重量％の酸安定性シリカと、０．４重量％の５−アミノ，１Ｈ−テトラゾール不活性化剤とを含む水性スラリーの静電電位を示している。図４のゼータ電位曲線を、図２（すなわち、不活性化剤のない酸安定性シリカ）のものと比較すると、そのｐＨ範囲にわたって曲線の形状が全く異なっていることが分かる。この静電電位における明らかな差は、研磨剤と不活性化剤との間の望ましくない相互作用を表している。
【００８５】
実施例３
図５および６を参照すると、配合物ＡおよびＢを用いた平坦化効率が示されている。図５には、Ｃｕの除去速度がÅ分−１で、工程ＩのＣＭＰ配合物Ｂを用いたダウンフォースの関数としてのＷＩＷＮＵが示されている。銅の除去速度は早く、ＷＩＷＮＵは低いことが分かる。これは、工程ＩのＣｕ平坦化プロセス中の好ましい結果に対応している。さらに、図６を参照すると、配合物Ｂが、配合物Ａの三分の一のダウンフォース圧力で、ほぼ同じ平坦化効率を有していることが分かる。
【００８６】
実施例４
図１、２および７を参照すると、１０重量％のシリカスラリーが１Ｍ  Ｆｅ（ＮＯ３）３で滴定された、シリカの電荷反転が示されている。Ｆｅ３＋イオンがないと、シリカスラリーのゼータ電位は、約３のｐＨで約−２５ｍＶであり、このように、シリカ材料はアニオン性である。僅か０．５ミリモルのＦｅ３＋添加後、ゼータ電位は、ｐＨ約２．５８で約＋３０ｍＶであり、このように、シリカ材料は、Ｆｅ３＋が添加されると、電荷反転されてカチオン性となる。この電荷反転は、異なるが電子的に相容性のある研磨材料を、２工程ＣＭＰプロセス中に用いるのが望ましいときに有用である。
【００８７】
実施例５
工程Ｉの除去中の除去速度および選択性は、化学成分および研磨剤濃度の調節により調整してもよい。例えば、表２は、本明細書に記載した配合物Ａを用いて、酸化剤の濃度の関数としての、３ｐｓｉのダウンフォースでブランケットサンプルウエハの工程Ｉの処理中の銅の除去速度およびタンタルの除去速度を示す。
【００８８】
【表８】
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【００８９】
表２および図８を参照すると、本明細書に記載した工程Ｉの配合物を用いて、良好な銅除去速度および優れた銅対タンタルの選択性が得られることが分かる。
【００９０】
実施例６
図９に、ダウンフォース、すなわち、３ｐｓｉ〜７ｐｓｉの関数として、パターン化されたウエハでの銅の平坦化効率を示す。平坦化効率は、残りのステップの高さの関数として除去された銅の量により示される。高平坦化効率は、除去された０Å〜５０００Åの銅に示されるように、ステップ高さの急勾配、すなわち、急激な減少に対応している。重要なのは、本明細書に記載した配合物Ａを用いると、異なるダウンフォースで、ほとんど同一の平坦化曲線となることである。しかしながら、これより低いダウンフォース、例えば、３〜５ｐｓｉでも、バリア層を露出した際の、基板表面でのディッシングおよびエロージョンを下げるのに有益である。
【００９１】
実施例７
図１０に、ウエハを研磨するのに単一パッドで用いるときの、工程Ｉおよび工程ＩＩの組成物の相容性を示す。それぞれのダウンフォースでの、「未調整」と記された第１の棒は、工程Ｉのスラリーのみを利用した銅の除去速度を表している。それぞれのダウンフォースでの、「調整済み」と記された第２および第３の棒は、工程Ｉのスラリーで研磨した後、同じパッドで、工程ＩＩのスラリーを用いてウエハ研磨したブランケットウエハのＣｕ除去速度を示している。「調整済み」と「未調整」の除去速度間の差は無視できる。このように、２つのスラリーは、単一のパッドで用いたときに、非常に相容性がある。同じパッドでの研磨工程の全シーケンス後のパターン化試験ウエハの検査によれば、表面欠陥の量が最小であることが分かった。これによって、単一プラテンプロセスで用いるとき、２つのスラリー配合物が、非常に相容性があることが立証された。
【００９２】
本発明を特定の態様、特徴および本発明の例示の実施形態を参照して説明してきたが、本発明の有用性はこれに限定されるものではなく、本明細書に記載した開示内容に基づいて、本発明の分野の当業者であれば分かるとおり、多数のその他の変形、改良および代替の実施形態まで拡大され、これらを包含するものと理解されるだろう。これに対応して、下記の特許請求の範囲の本発明は、かかる変形、改良および代替の実施形態の全てを含むものとして、その精神および範囲内で広く解釈および判断されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
図面の簡単な説明
【図１】３．１重量％のＡＴＭＩ  ＯＳ−７０ＫＬ（商標）７０ｎｍシリカを含む水性スラリーの電位差滴定のグラフであり、ｐＨ４でのゼータ電位は約−２０ｍＶである。
【図２】４重量％の酸安定性シリカを含む水性スラリーの電位差滴定のグラフであり、ｐＨ４でのゼータ電位は約−５０ｍＶである。
【図３】４重量％の酸安定性シリカと０．４重量％の１，２，４−トリアゾール不活性化剤を含む水性スラリーの電位差滴定のグラフであり、ｐＨ４でのゼータ電位は約−４０ｍＶである。
【図４】４重量％の酸安定性シリカと０．４重量％のアミノテトラゾール不活性化剤を含む水性スラリーの電位差滴定のグラフであり、ｐＨ４でのゼータ電位は−３０ｍＶである。
【図５】０．０５重量％の１，２，４−トリアゾールを含む工程ＩのＣＭＰスラリーを用いたプラテンのダウンフォースに対するÅ分−１での銅除去速度およびウエハ面内均一性（ＷＩＷＮＵ）のパーセントを示す。
【図６】本発明の２つの異なる工程Ｉのスラリーを用いた、様々なダウンフォースでのパターン化ウエハでの平坦化効率を示す。
【図７】１Ｍ  Ｆｅ（ＮＯ３）３の関数としてのゼータ電位および１０重量％シリカスラリーのｐＨを示す。
【図８】Å分−１での銅除去速度対５重量％の過酸化水素を含む工程Ｉのスラリーを用いたブランケットウエハのダウンフォースを示す。
【図９】本発明による工程Ｉのスラリーを用いた、様々なダウンフォースでのパターン化ウエハでの平坦化効率を示す。
【図１０】本発明のインサイチュでの単一プラテン処理シーケンスをシミュレートしたときの、銅の連続除去速度を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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