(57)【要約】【課題】  集積回路デバイスにおいて相互接続構造体として使用されるもののような金属を研磨もしくは平坦化するのに有用な水性化学調製物を提供すること。【解決手段】  水性スラリー組成物が、Ａ．）約０．０１重量％〜約５０重量％の研磨材粒子、Ｂ．）約０．０１重量％〜約５０重量％の酸化剤、Ｃ．）少なくとも約５００ｐｐｍの水酸化第４級アンモニウム、Ｄ．）酸性ｐＨ値を提供するのに十分な量の、約２．５もしくはそれ以下のｐＫａ値を有する酸、及びＥ．）水を含んでなるように構成する。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の成分：
Ａ．０．０１重量％〜５０重量％の研磨材粒子、
Ｂ．０．０１重量％〜５０重量％の酸化剤、
Ｃ．少なくとも５００ｐｐｍの水酸化第４級アンモニウム、
Ｄ．酸性ｐＨ値を提供するのに十分な量の、２．５もしくはそれ以下のｐＫａ値を有する酸、及び
Ｅ．水
を含んでなる水性スラリー組成物。
【請求項２】
前記研磨材粒子の量が、１〜２０重量％であることを特徴とする請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
前記研磨材粒子の量が、５〜１５重量％であることを特徴とする請求項１又は２に記載の組成物。
【請求項４】
前記研磨材粒子がシリカ粒子を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項５】
前記酸化剤が過酸化水素を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項６】
前記酸化剤の量が、０．０５重量％〜５重量％であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項７】
前記酸化剤の量が、０．１重量％〜１重量％であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項８】
前記水酸化第４級アンモニウムが、次式：
[ＮＲ４Ｒ５Ｒ６Ｒ７]−ＯＨ
（式中、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６及びＲ７は、それぞれ、独立して１〜２０個の炭素原子を有するアルキル基を表す）によって表されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項９】
前記アルキル基が、１〜４個の炭素原子を有することを特徴とする請求項８に記載の組成物。
【請求項１０】
前記水酸化第４級アンモニウムが、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド又はテトラブチルアンモニウムヒドロキシドを含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項１１】
前記水酸化第４級アンモニウムの量が、１０００ｐｐｍもしくはそれ以上であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項１２】
前記水酸化第４級アンモニウムの量が、２５００ｐｐｍもしくはそれ以上であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項１３】
前記の酸がリン酸を含むことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項１４】
前記のｐＨ値が少なくとも１．５であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項１５】
前記のｐＨ値が１．５〜５であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項１６】
前記のｐＨ値が少なくとも２であることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項１７】
腐食防止剤をさらに含むことを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項１８】
前記腐食防止剤がベンゾトリアゾールを含むことを特徴とする請求項１７に記載の組成物。
【請求項１９】
界面活性剤をさらに含むことを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項２０】
下記の工程：
Ａ．０．０１重量％〜５０重量％の研磨材粒子、
Ｂ．０．０１重量％〜５０重量％の酸化剤、
Ｃ．少なくとも５００ｐｐｍの水酸化第４級アンモニウム、
Ｄ．酸性ｐＨ値を提供するのに十分な量の、２．５もしくはそれ以下のｐＫａ値を有する酸、及び
Ｅ．水
を含む水性スラリー組成物を金属上に適用すること、及び
前記金属を研磨パッドと接触せしめること
を含んでなることを特徴とする金属研磨方法。
【請求項２１】
下記の工程：
フォトリソグラフィ法によって半導体ウエハの表面に回路を形成すること、
請求項１〜１９のいずれか１項に記載の組成物を使用した化学的機械的研磨によって、前記表面を平坦化すること
を含んでなることを特徴とする半導体集積回路構造体の加工方法。
【請求項２２】
前記集積回路構造体が、半導体基板、強磁性金属層、周期律表の第３族及び第５族からなる群から選ばれた金属、銅又はアルミニウムの層、バリア層及び誘電体層を含むことを特徴とする請求項２１に記載の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面を研磨もしくは平坦化するのに特に有用な水性化学調製物に関する。本発明は、例えば銅ダマシン又はデュアルダマシン特徴を有する半導体ウエハのような集積回路デバイスにおいて相互接続構造体として使用されるもののような金属を研磨もしくは平坦化するのにとりわけ有用である。
【背景技術】
【０００２】
ＶＬＳＩ及びＵＬＳＩ半導体チップでは、常用のチップ相互接続／配線材料としてアルミニウム（Ａｌ）あるいはアルミニウム合金が使用されている。しかし、より最近になって、銅及び銅合金がチップ相互接続材料として開発されている。銅や銅合金を使用すると、アルミニウムやその合金の使用に比較してデバイス性能の改良を図ることができる。
【０００３】
一例を示すと、現在、いろいろな新しいメモリー技術が開発途中にある。特に重要なものは不揮発メモリーデバイスであり、かかるデバイスの場合、電力の供給を切断した後でもメモリーを保持することができる。このことに関して、最も有望な技術のひとつとして、マグネチック・ランダム・アクセス・メモリー（ＭＲＡＭ）がある。ＭＲＡＭでは、高密度、高速及び低電力消費に関して大きな可能性がもたらされる。
【０００４】
ＭＲＡＭデバイスは、ジャイアントＭＲ（ＧＭＲ）として知られた現象に基づいている。ＧＭＲは、薄膜の非磁性層によって分離された２つの強磁性層の間に電場を印加した場合に生じるものである。強磁性層の間の導電度は、これらの２つの強磁性層における互いの磁場の配向に依存している。配向が平行である場合、導電度は最高であり、また、配向が平行でない場合、導電度は最低である。ＧＭＲは、磁場の配向に応じて導電度の差がこのように大きいことを指している。
【０００５】
ＭＲＡＭデバイスでは、強磁性材料との層間交換カップリングを行なわせるため、バリア層（典型的には、Ｔａ及び（又は）ＴａＮ）、銅、強磁性層（典型的には、Ｆｅ−Ｎｉ合金）及び金属（周期律表の第４ｄ族及び第５ｄ族から；最も一般的には、ルテニウム、ロジウム、イリジウム及びレニウム）を含む多層金属化層が使用される。ＭＲＡＭ構造体を規定するためには、化学的機械的平坦化（ＣＭＰ）と組み合わさったダマシンプロセスが使用される。また、典型的な半導体加工プロセスで銅相互接続の形成に使用されているものとコンセプトが同様な方法も使用される。ダマシンプロセスは、通常、エッチングによってその表面に溝特徴を形成した誘電体層の上に金属層を全面的に堆積させることを包含している。堆積せしめられた金属で、誘電体にエッチングによって予め形成したギャップ、すなわち溝が充填され、取り除かなければならない金属の過剰分がウエハの表面上に残留する。金属の過剰分を除去してしまうと、象嵌模様の金属配線構造体がウエハの表面に残留した状態となる。金属の除去は、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）によって達成される。
【０００６】
化学的及び機械的性質を大きく異にする多層金属化層を使用することは、化学的機械的平坦化に対して大きな挑戦を挑むこととなっている。理想的には、多層の層の全てを除去することが単一のスラリーで実施可能であり、その際、平坦性や腐食に関連した欠陥について妥協を伴う必要がないことが望ましい。
【０００７】
化学的機械的研磨の実施において、いくつかの臨界的な要件をスラリー成分の性質の点で満足させなければならない。例えば、ブレンドの完了後であって、使用の直前まで、スラリー成分のコロイド状安定性を貯蔵の間じゅう維持しなければならないということは、ひとつの重要な仕様である。実際、研磨用のスラリーは、一般的には２種類の成分系からなっている。研磨材成分は、研磨材を含有し、また、有機酸、キレート、界面活性剤、腐食防止剤及びその他の添加剤を含有してもよい。第２の成分は、酸化剤である。これらの２つの成分は、酸化剤は時間が経つうちにその他の成分と反応して生成物の保存寿命を制限してしまうという事実があるので、使用の時点まで別々に保存するというのが一般的である。ブレンドした後であって、使用の直前では、ブレンド後のスラリーがそのコロイド状安定性と研磨性能を数日間にわたって維持することが重要である。なぜならば、ブレンドの完了後、ブレンド後のスラリーは一次タンクに沈降することが可能であり、数時間から数日間をかけて研磨装置に送られるからである。したがって、ブレンド後のスラリーの可使時間は、商業的な製品のための重要な仕様ということができる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、ＣＭＰにとって適当なスラリー組成物が提供される。本発明の組成物を使用すると、上記したようなＭＲＡＭデバイスで使用されているものを含めた金属層を最低数の工程で効果的に除去するとともに、良好な平坦性、腐食の不存在、そしてスラリー中の研磨材粒子の優れたコロイド状安定性を保証することが可能となる。
【０００９】
本発明のスラリー組成物は、下記の成分：
Ａ．約０．０１重量％〜約５０重量％の研磨材粒子、
Ｂ．約０．０１重量％〜約５０重量％の酸化剤、
Ｃ．少なくとも約１００ｐｐｍの水酸化第４級アンモニウム、
Ｄ．酸性ｐＨ値を提供するのに十分な量の、約２．５もしくはそれ以下のｐＫａ値を有する酸、及び
Ｅ．水
を含んでいる。
【００１０】
別の面において、本発明は、基板を研磨もしくは平坦化する方法であって、基板に本発明の組成物を接触させることと、その基板を化学的機械的研磨法によって研磨もしくは平坦化することとを含む方法にある。
【００１１】
さらに別の面において、本発明は、半導体集積回路を加工するための方法であって、フォトリソグラフィ法及びめっき法によって半導体ウエハの表面に回路を形成することと、半導体ウエハに本発明の組成物を接触させることによって回路を研磨もしくは平坦化することと、化学的機械的研磨によって回路を研磨及び平坦化することとを含む加工方法にある。
【００１２】
本発明のさらに別の目的や利点は、当業者であるならば、以下の詳細な説明から容易に理解することができるであろう。なお、以下では、本発明を実施するために考えられる最良の形態を単に説明するため、本発明の好ましい態様を示し、記載することとする。理解されうるように、本発明は、その他の及び異なる態様で実施することができ、また、その詳細な点は、本発明の範囲を逸脱しない範囲で、いろいろな明らかな事項に関して変更可能である。したがって、以下の記載は、本来において説明が目的であり、限定の意図はないということを認められたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の組成物は、研磨材粒子、例えばシリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、セリア、その他を含有し、シリカが最も典型的である。
【００１４】
研磨材粒子は、通常、約１０〜約１０００ｎｍの粒径を有し、さらに典型的には、約１０〜約２００ｎｍの粒径を有する。
【００１５】
研磨材粒子の濃度は、典型的には約０．０１〜約５０重量％であり、さらに典型的には約０．１〜約２０重量％であり、より一層典型的には約５〜約１５重量％である。
【００１６】
本発明の組成物はまた、酸化剤を含有する。適当な酸化剤は、酸化性金属塩、酸化性金属錯体、非金属の酸化性の酸、例えば過酢酸及び過ヨウ素酸、鉄塩、例えば硝酸塩、硫酸塩、ＥＤＴＡ、クエン酸塩、フェリシアン化カリウムなど、過酸化水素、過酸化物、塩素酸塩、過塩素酸塩、硝酸塩、過マンガン酸塩、過硫酸塩のアルミニウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩、第４級アンモニウム塩、ホスホニウム塩又はその他のカチオン塩、そしてその混合物を包含する。
【００１７】
好ましい酸化剤は、過酸化水素である。酸化剤は、典型的には、組成物中に約０．０１〜約５０重量％の量で存在せしめられ、さらに典型的には約０．０５〜約５重量％の量で存在せしめられ、より一層典型的には約０．１〜約１重量％の量で存在せしめられる。
【００１８】
本発明の組成物はまた、水酸化第４級アンモニウムを含有する。水酸化第４級アンモニウムは、コロイド状安定性の増加によって示される如くスラリーの保存寿命を改良する。水酸化第４級アンモニウム塩基は、本発明の組成物が酸性ｐＨ環境下にある時、シリカ粒子のコロイド状安定性を改善するということが判明した。
【００１９】
第４級アンモニウム化合物は、次式：
[ＮＲ４Ｒ５Ｒ６Ｒ７]−ＯＨ
（式中、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６及びＲ７は、それぞれ、独立してアルキル基である）によって表すことができる。
【００２０】
ここで、「アルキル基」なる語は、１〜２０個の炭素原子、好ましくは１〜８個の炭素原子を有する直鎖もしくは分岐鎖の非置換の炭化水素基を指している。また、「低級アルキル基」なる語は、１〜４個の炭素原子を有するアルキル基を指している。適当なアルキル基の例は、メチル、エチル、プロピル及びブチルを包含する。水酸化第４級アンモニウムの典型例は、テトラアルキルアンモニウム及びアリールトリアルキルアンモニウムヒドロキシド、例えばテトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、エチルトリメチルアンモニウムヒドロキシド、ジエチルジメチルアンモニウムヒドロキシド、そしてベンジルトリメチルアンモニウムヒドロキシドである。
【００２１】
水酸化第４級アンモニウム塩基の典型的な濃度は、約５００ｐｐｍもしくはそれ以上であり、より典型的には約１０００ｐｐｍもしくはそれ以上だり、より一層典型的には約２５００ｐｐｍもしくはそれ以上であり、また、最大値は、典型的には約１．５％である。
【００２２】
本発明の組成物はまた、約２．５もしくはそれ以下、典型的には約１．５もしくはそれ以下のｐＫａ値を有する少なくとも種類の酸を含有する。典型的な酸は、無機酸、例えばリン酸、硝酸、硫酸及び塩化水素酸、ならびに有機カルボン酸、例えば蓚酸、マロン酸及びクエン酸であり、リン酸が最も典型的な例である。この酸は、スラリーに対して酸性ｐＨ値、典型的には約１．５超もしくはそれ以上、さらに典型的には約２もしくはそれ以上、より一層典型的には最高ｐＨ値で約５、を提供するのに十分な量で使用される。１．５超のｐＨ値を適用すると、腐食に関連した問題を軽減することが可能になる。リン酸の場合に、その濃度は、約０．０５〜約５重量％であり、さらに典型的には約０．１〜約１重量％である。本発明の組成物はまた、任意であるけれども、２．５未満のｐＫａ値を有する酸と組み合わせて、２．５よりも大きなｐＫａ値を有する酸を含有してもよい。
【００２３】
水は、スラリー中で、典型的には約７０〜約９５重量％の量で存在せしめられ、さらに典型的には約８０〜約９０重量％の量で存在せしめられ、より一層典型的には約８５重量％の量で存在せしめられる。
【００２４】
また、本発明の組成物は、任意であるけれども、銅の腐食防止剤をさらに含むことができる。銅の腐食防止剤の相対的な量は、それが存在する場合、スラリー中で、典型的には約１００ｐｐｍ（０．０１％）〜約１５，０００ｐｐｍ（１．５％）であり、さらに典型的には約１，０００ｐｐｍ（０．１％）〜約１０，０００ｐｐｍ（１％）である。典型的な腐食防止剤は、ベンゾトリアゾールである。
【００２５】
腐食防止剤の例は、芳香族ヒドロキシル化合物、アセチレン系アルコール、カルボキシル基を含有する有機化合物とその無水物、イミダゾール類、そしてトリアゾール化合物である。
【００２６】
芳香族ヒドロキシル化合物の例は、フェノール、クレゾール、キシレノール、ピロカテコール、レゾルシノール、ハイドロキノン、ピロガロール、１，２，４−ベンゼントリオール、サリチルアルコール、ｐ−ヒドロキシベンジルアルコール、о−ヒドロキシベンジルアルコール、ｐ−ヒドロキシフェネチルアルコール、ｐ−アミノフェノール、ｍ−アミノフェノール、ジアミノフェノール、アミノレゾルシノール、ｐ−ヒドロキシ安息香酸、о−ヒドロキシ安息香酸、２，４−ジヒドロキシ安息香酸、２，５−ジヒドロキシ安息香酸、３，４−ジヒドロキシ安息香酸及び３，５−ジヒドロキシ安息香酸を包含する。
【００２７】
アセチレン系アルコールの例は、２−ブチン−１，４−ジオール、３，５−ジメチル−１−ヘキシン−３−オール、２−メチル−３−ブチン−２−オール、３−メチル−１−ペンチン−３−オール、３，６−ジメチル−４−オクチン−３，６−ジオール、２，４，７，９−テトラメチル−５−デシン−４，７−ジオール及び２，５−ジメチル−３−ヘキシン−２，５−ジオールを包含する。
【００２８】
カルボキシル基を含有する有機化合物とその無水物の例は、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、イソ酪酸、蓚酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、マレイン酸、フマル酸、安息香酸、フタル酸、１，２，３−ベンゼントリカルボン酸、グリコール酸、乳酸、リンゴ酸、クエン酸、無水酢酸及びサリチル酸を包含する。
【００２９】
トリアゾール化合物の例は、ベンゾトリアゾール、１，２，４−トリアゾール、о−トリルトリアゾール、ｍ−トリルトリアゾール、ｐ−トリルトリアゾール、カルボキシベンゾトリルトリアゾール、１−ヒドロキシベンゾトリルトリアゾール、ニトロベンゾトリアゾール及びジヒドロキシプロピルベンゾトリアゾールを包含する。
【００３０】
また、本発明の組成物は、界面活性剤を含有することができる。適当な界面活性剤は、アニオン系、カチオン系、非イオン系及び両性イオン系の化合物を包含する。本発明で使用するための界面活性剤の例（一部）は、例えば、その文献名を記載することでその記載内容を記載したこととする下記のような文献に開示されている。
【００３１】
Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, 3rd Edition, Vol. 22 (John Wiley & Sons, 1983);
Sislet & Wood, Encyclopedia of Surface Active Agents, (Chemical Publishing Co., Inc. 1964);
McCutcheon's Emulsifiers & Detergents, North American and International Edition (McCutcheon Division, The MC Publishing Co., 1991);
Ash, The Condensed Encyclopedia of Surfactants, (Chemical Publishing Co., Inc. 1989);
Ash, What Every Chemical Technologist Wants to Know About ... Emulsions and Wetting Agents, Vol. 1, (Chemical Publishing Co., Inc. 1988);
Tadros, Surfactants, (Academic Press, 1984);
Napper, Polymeric Stabilization of Colloidal Dispersion, (Academic Press, 1983); 及び
Rosen, Surfactants & Interfacial Phenomena, 2nd Edition, (John Wiley & Sons, 1989)。
【００３２】
適当な界面活性剤の典型的な例は、次のようなものである：Ｎａ−アルキルサルフェート、Ｎａ−アルキルスルホネート、第４級化合物、例えばテトラメチルアンモニウムハライド、セチルトリメチルアンモニウムハライド、ヒドロキシド、ノニルエーテル及びその組み合わせ。好ましい界面活性剤は、サルフェート、例えばＮａ−ヘキシル、−ヘプチル、−オクチル、−ノニル及び−ラウリルサルフェートであり、Ｎａオクチルサルフェートが最も有利である。Ｎａオクチルサルフェートは、次のような商品名：Dupanol 80 (Witco); Standapol LF (Henkel/Cognis); Texapon 842 (Henkel); Texapon 890 (Henkel); Sulfotex OA (Henkel); Polystep B-29 (Stephan); で商業的に入手可能である。
【００３３】
界面活性剤の量は、典型的には、約０．１〜約１００ｍｌ／ｌであり、より典型的には約２０〜約５０ｍｌ／ｌである。
【００３４】
本発明の別の特徴は、本発明の組成物はそれが濃縮された状態であっても比較的に安定であるということである。例えば、組成物の濃縮物を最終利用者に提供したり輸送したりすることができ、それを受け取った利用者は、便宜のため及び経済的な理由のため、処理装置のところで濃縮物を例えば約５：１もしくはそれ以上の希釈比（重量比）で、より典型的には約３：１の希釈比で、希釈することができる。
【００３５】
本発明に従って処理された構造体は、典型的には、半導体デバイスであって、その誘電材料、例えば二酸化ケイ素中に銅の相互接続体（配線、プラグ、ビア、グローバル及びローカル配線）が埋め込まれているものである。また、半導体デバイスは、低ｋ値の誘電性／ダマシン及びデュアルダマシン構造体におけるようにキャップ層、例えば窒化ケイ素を含んでいていてもよい。二酸化ケイ素は、典型的には、高密度プラズマによって堆積された二酸化ケイ素あるいはＴＥＯＳ（テトラエチルオルソシリケート）である。
【００３６】
銅の相互接続体は、典型的には、銅と上記したような誘電体の間においてバリアあるいはライナー材料としてタンタル、窒化タンタル、チタンあるいは窒化チタンのいずれかを使用する。本発明は、不揮発性メモリーデバイスを加工するのに特に適当であるということが見い出されている。
【００３７】
したがって、本発明は、（ｉ）強磁性金属層、（ii）周期律表の第３族又は第５族から選ばれた金属（例えば、ルテニウム、イリジウム、パラジウム、白金等）、（iii）導電性金属（例えば、銅、アルミニウム）、（iv）関連のバリア層（例えば、タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン、コバルトを主体とするバリア層及び(又は）タングステンを主体とするバリア層）及び（ｖ）関連の誘電体層（例えば、二酸化ケイ素）を含む半導体基板を研磨するのに適当である。
【００３８】
よって、ＣＭＰ組成物は、種々の異なる材料、銅、誘電性もしくはキャップ層ならびに通常は最低限、酸化されたケイ素の薄膜であるところのウエハ背面と接触する。したがって、この研磨組成物は、金属を除去することに関して誘電体に対して選択性でなければならない。
【００３９】
研磨あるいは平坦化のパラメータは、当業者であるならば、本願明細書の開示内容を理解すれば、ことさらな実験などを伴うことなく決定することができる。例えば、研磨用のプラテン（パッド）の回転速度は、約２０〜約１００ｒｐｍであり、ウエハキャリヤの回転速度は、約２０〜約１００ｒｐｍであり、また、低下された圧力は、約２〜約１０ｐｓｉである。研磨パッドは、マイクロエレクトロニクス部品の研磨に常用されているものである。
【実施例】
【００４０】
引き続いて、本発明をその実施例を参照して説明する。なお、本発明は、これらの実施例によって限定されるものでないことは言うまでもない。
【００４１】
実施例１
下記の成分を記載の濃度で混合することによって下記の組成物を調製する。スラリーのｐＨ値は、２．５である。
【００４２】
【表１】
2005117046.tif 000002
【００４３】
このスラリーに過酸化水素を酸化剤として添加して、研磨されるべき金属層を酸化させる。研磨のために行なう希釈は、７０容量部のスラリー：２９容量部の脱イオン水：１容量部の３０％過酸化水素である。
【００４４】
研磨は、ＣＭＰツールであるところのＩＰＥＣ  ４７２を使用して実施する。研磨のパラメータは、次の通りである：
圧力：３ｐｓｉ
プラテン速度：９０ｒｐｍ
キャリヤ速度：３０ｒｐｍ
背圧：２ｐｓｉ
スラリー流量：２００ｍｌ／分
研磨パッド：ｋ溝付きＩＣ１０００
研磨時間：６０秒間
【００４５】
金属薄膜の除去速度を研磨による厚さの変化に基づいて計算し、また、その際、金属薄膜の厚さの変化を測定装置Prometrix RS35を用いたシート抵抗測定法によって測定する。ＴＥＯＳ薄膜の場合、薄膜の厚さをPhilips SD200偏光解析計を用いて測定する。
【００４６】
下記の表は、直径８インチのウエハ上に形成した種々の薄膜について、除去速度のデータをまとめたものである。
【００４７】
【表２】
2005117046.tif 000003
【００４８】
上記のデータは、良好な工業的処理能力を得るのに十分な高い除去速度がそなわっていることを示している。
【００４９】
実施例２
８インチのパターン形成ウエハであって、そのＴＥＯＳ誘電体層の内側に深さ９０００Åの溝パターンを備えるものを用意する。溝に、２００ÅのＴａ／１００ÅのＲｕ／２５０ÅのＮｉＦｅ／１００ÅのＲｕ／９０００ÅのＣｕからなる金属化堆積層を充填する。最初に、溝の外側の領域に堆積させた銅薄膜を銅ＣＭＰプロセスを使用して、Ｃｕ：Ｔａ除去速度選択性が１００よりも大であるスラリーを使用して、除去する。この処理の結果、銅が溝に限定されたウエハが得られる。残されたウエハには、まだＴａ／Ｒｕ／ＮｉＦｅ／Ｒｕ金属化層が被覆されている。これらの金属層を除去するため、前記実施例１に記載のスラリーを同じく実施例１に記載の過酸化水素希釈をともなって使用する。ＣＭＰ研磨のパラメータは、研磨時間を変更した違いを除いて前記実施例１のそれに同じである。
【００５０】
下記の表は、異なる段階で研磨を行なったウエハについて、１００μｍのラインのディッシングトポグラフィ(dishing topography)をまとめたものである。このトポグラフィは、ＶＥＥＣＯ  ＡＦＰを使用して測定する。最初の４５秒後、ウエハでは、溝の外側の領域において金属層のすべてがほとんどなくなる。引き続いて４５秒間にわたって過研磨を行なうと、初期の高トポグラフィの補正が行なわれる。この処理の結果、トポグラフィが低くて非常に平坦な表面が得られる。
【００５１】
【表３】
2005117046.tif 000004
【００５２】
研磨後のウエハを肉眼及び顕微鏡で検査すると、腐食欠陥の発生のないことがわかる。
【００５３】
実施例３
前記実施例１に記載のように過酸化水素で希釈した実施例１に記載のスラリー中における異なるタイプの薄膜について、Sofetcorr II 補正ソフトウエアでコントロールしたＥＧ＆Ｇ  Ｍ２６３定電圧／ガルバノスタットを使用して電気化学的偏光特性を測定する。走査速度は、０．２５ｍＶ／ｓである。図１は、電気化学的偏光曲線を示したものである。
【００５４】
図１の電気化学的偏光曲線が示すように、前記実施例１に記載のように混合及び希釈を行なったスラリー中における銅の腐食電位は、ルテニウム及びＦｅ−Ｎｉ合金に関して陽極である。そのため、銅とこれらの材料の任意のものとの間で形成される流電結合の場合には、好ましいことに、銅が熱力学的に保護されることとなるであろう。その結果として、銅のライン／構造体に関して優れた腐食保護がもたらされるであろう。
【００５５】
実施例４
２５００ｐｐｍのリン酸、５００ｐｐｍの硝酸、１０％Poliedge 2001シリカ及びｐＨ値を〜２までにするための塩基を含むスラリーサンプルを調製する。スラリー調製物の調製に使用した異なる塩基を下記の表に列挙する。サンプルを、５０℃のオーブン中で７日間にわたってエージングする。下記の表から理解されるように、例えばテトラブチルアンモニウムヒドロキシド及びテトラメチルアンモニウムヒドロキシドのような第４級アンモニウムの水酸化物は、酸性ｐＨを有するスラリーのコロイド状安定性を改良するうえで有用である。
【００５６】
【表４】
2005117046.tif 000005
【００５７】
実施例５
下記のような組成物を調製する。
【００５８】
【表５】
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【００５９】
上記の組成物において、バランスは水である。
【００６０】
これらの組成物を３０％過酸化水素と水で、容量比として７０部のスラリー：２９部の水：１部の３０％過酸化水素を適用して希釈する。８インチのウエハ基板上に堆積させたＣｕ、Ｔａ、ＴＥＯＳ、Ｒｕ及びＲｅ−Ｎｉ薄膜を前記実施例１に記載の手順を使用して研磨する。下記の表は、除去速度のデータをまとめたものである。
【００６１】
【表６】
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【００６２】
実施例６
前記実施例１に記載のスラリーに脱イオン水及び３０％過酸化水素を異なる割合で混合する。引き続いて、これらの調製物を使用して、直径６インチの銅薄膜の研磨を行なう。研磨の手順は、実施例１に記載したものに同じである。
【００６３】
この実施例からわかるように、銅の除去速度は、研磨の時点で添加される過酸化水素の量を簡単に変更することによって、所望とするレベルとなすことができる。この方法を使用すると、高い銅除去速度が可能となり、同一の成分を有するけれども酸化剤の相対的な濃度を異にする組成物のみを、銅の過堆積物除去工程及びバリア／サンドイッチ層除去工程を含む研磨工程全体を通じて使用することが潜在的に可能となる。トポグラフィの厳密なコントロールがもしも必要であるならば、これらの工程の間で、２つの異なる濃度でもって同一のスラリーを使用することができる。銅の過堆積物除去において、過酸化物の濃度を高レベルで維持することができ、よって、高い銅速度及びしたがって高い処理能力をもたらすことができる。銅の過堆積物が除去された場合には、過酸化物濃度を低下させて、銅除去速度を低下させることが可能となり、また、したがって、低い最終トポグラフィを得ることが可能になる。
【００６４】
以上の発明の説明は、本発明を例示し、説明するためのものである。付言すると、本開示は、本発明の好ましい態様のみを示し、説明するものであるけれども、先に記載したように、本発明は、その他のいろいろな組み合わせ、変更及び環境において使用可能であり、かつ、上述の教示内容及び（又は）関連技術のスキル及び知識を勘案しつつ、本願明細書で説明したような発明のコンセプトの範囲内で変更や改良を施すことが可能である。また、上記した態様は、本発明を実施するための知り得た最良の形態を説明し、また、他人である当業者が、記載のあるいはそれ以外の態様で、かつ本発明の特定の適用あるいは使用によって要求されるいろいろな変更を伴って、本発明を利用することを可能ならしめることを意図している。したがって、本願明細書の記載は、本発明をその明細書に開示された形態に限定することを意図したものではない。さらに、特許請求の範囲は、その構成において、別法として適用可能な態様もまた包含することを意図している。さらにまた、本願明細書において引用した刊行物はすべて、それぞれの刊行物の記載内容を特にかつ個々に記載したものとしてここに引用したものである。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】異なる薄膜について電気化学偏光特性曲線を示したグラフである。
【図１】
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