(57)【要約】      （修正有）【課題】金属配線の研磨を制御するための改良されたＣＭＰ組成物であって、特に、第二工程研磨加工の間の銅の除去を加速するためのＣＭＰ組成物を提供する。特に、所望の用途に適するように銅の除去速度を「チューニング」するのに有用であって、コロージョン問題を最小限にしながらも半導体ウェーハからの銅の除去を加速するために使用することができる水性組成物を提供する。【解決手段】半導体ウェーハ上の銅を研磨するのに有用な水性組成物であって、非鉄金属のインヒビター０．００１〜６重量％、金属の錯化剤０．０５〜１０重量％、銅の除去を加速するための銅除去剤０．０１〜２５重量％、砥粒０．５〜４０重量％、ポリビニルピロリドン、熱可塑性ポリマー及びそれらの混合物からなる群より選択されるもの０〜１０重量％を含み、銅除去剤がイミダゾールである組成物。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハ上の銅を研磨するのに有用な水性組成物であって、非鉄金属のインヒビター０．００１〜６重量％、金属の錯化剤０．０５〜１０重量％、銅の除去を加速するための銅除去剤０．０１〜２５重量％、砥粒０．５〜４０重量％、ポリビニルピロリドン、熱可塑性ポリマー及びそれらの混合物からなる群より選択されるもの０〜１０重量％を含み、前記銅除去剤がイミダゾールである組成物。
【請求項２】
半導体ウェーハ上の銅を研磨するのに有用な水性組成物であって、銅のコロージョンを抑制するためのベンゾトリアゾール０．００１〜６重量％、銅の錯化剤０．０５〜１０重量％、銅の研磨を加速するためのイミダゾール０．０１〜２５重量％、砥粒０．５〜４０重量％、酸化剤０〜１０重量％ならびにポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール及びそれらの混合物からなる群より選択されるもの０〜１０重量％ならびに残余として水を含み、前記ベンゾトリアゾールに対する前記イミダゾールの重量％比が少なくとも３である組成物。
【請求項３】
半導体ウェーハから銅を研磨する方法であって、
銅を含有するウェーハを、非鉄金属のインヒビター０．００１〜６重量％、金属の錯化剤０．０５〜１０重量％、イミダゾール０．０１〜２５重量％、砥粒０．５〜４０重量％、酸化剤０〜１０重量％、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール及びそれらの混合物からなる群より選択されるもの０〜１０重量％ならびに残余として水を含む研磨組成物と接触させることと、
前記ウェーハを研磨パッドで研磨することとを含み、前記イミダゾールが前記銅の研磨を加速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、半導体ウェーハ材料のケミカルメカニカルプラナリゼーション（ＣＭＰ）に関し、より具体的には、絶縁体及びバリヤ材料が存在する半導体ウェーハから配線金属を除去するためのＣＭＰ組成物及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、半導体ウェーハは、ケイ素のウェーハと、回路配線のためのパターンを形成するために設けられた多数のトレンチを含む絶縁層とを有している。パターン配置は通常、ダマシン構造又は二重ダマシン構造を有している。バリヤ層がパターン付き絶縁層を覆い、金属層がそのバリヤ層を覆っている。金属層は、パターン付きトレンチを金属で埋めて回路配線を形成するのに少なくとも十分な厚さである。
【０００３】
多くの場合、ＣＭＰ加工は多数の平坦化工程を含む。たとえば、第一の工程が金属層をその下に位置するバリヤ絶縁層から除去する。第一工程研磨は金属層を除去し、同時に、研磨面に対して平坦な回路配線を提供する金属充填トレンチを有する実質的に平滑な面をウェーハ上に残す。第一工程研磨は、過剰な配線金属、たとえば銅を高い初期速度で除去する。第一工程除去ののち、第二工程研磨が、半導体ウェーハ上に残るバリヤを除去することができる。この第二工程研磨は、絶縁層及び金属配線の存在下でバリヤを除去する。
【０００４】
残念ながら、ＣＭＰ加工は、不十分な第二工程での研磨に起因する望ましくない配線金属を生じさせることが多い。換言するならば、配線金属は、第二工程研磨加工中、十分に高い速度では除去されない。この望ましくない金属が、電気信号を危険にさらし、二重ダマシン構造の連続的な作製を損なわせるおそれがある。したがって、一部の状況で、特定のチップ製造業者は実際に、具体的な用途に合わせて速度を「チューニング」するために、第二工程研磨において配線金属に関して高い静的エッチング速度を望む。
【０００５】
Tsuchiyaらは、米国特許第６，５８５，５６８号で、ベンゾトリアゾール及びトリアゾール化合物を含む、銅を研磨するための公知の組成物を開示している。Tsuchiyaの組成物は、ディッシングを最小限に抑えようとしてエッチング速度を落としている。残念ながら、このような公知の組成物は、「プラウド（proud）銅」として知られる状態である、望ましくない銅を形成させてしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、求められているものは、金属配線の研磨を制御するための改良されたＣＭＰ組成物及び方法である。特に、第二工程研磨加工の間の銅の除去を加速するためのＣＭＰ組成物及び方法が要望されている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第一の態様で、本発明は、半導体ウェーハ上の銅を研磨するのに有用な水性組成物であって、非鉄金属のインヒビター０．００１〜６重量％、金属の錯化剤０．０５〜１０重量％、銅の除去を加速するための銅除去剤０．０１〜２５重量％、砥粒０．５〜４０重量％、酸化剤０〜１０重量％ならびにポリビニルピロリドン、熱可塑性ポリマー及びそれらの混合物からなる群より選択されるもの０〜１０重量％を含み、銅除去剤がイミダゾールである組成物を提供する。
【０００８】
第二の態様で、本発明は、半導体ウェーハ上の銅を研磨するのに有用な水性組成物であって、銅のコロージョンを抑制するためのベンゾトリアゾール０．００１〜６重量％、銅の錯化剤０．０５〜１０重量％、銅の研磨を加速するためのイミダゾール０．０１〜２５重量％、砥粒０．５〜４０重量％、酸化剤０〜１０重量％ならびにポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール及びそれらの混合物からなる群より選択されるもの０〜１０重量％ならびに残余として水を含み、ベンゾトリアゾールに対するイミダゾールの重量％比が少なくとも３である組成物を提供する。
【０００９】
第三の態様で、本発明は、半導体ウェーハから銅を研磨する方法であって、銅を含有するウェーハを、非鉄金属のインヒビター０．００１〜６重量％、金属の錯化剤０．０５〜１０重量％、イミダゾール０．０１〜２５重量％、砥粒０．５〜４０重量％、酸化剤０〜１０重量％、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール及びそれらの混合物からなる群より選択されるもの０〜１０重量％ならびに残余として水を含む研磨組成物と接触させることと、ウェーハを研磨パッドで研磨することとを含み、イミダゾールが銅の研磨を加速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】
【００１０】
組成物及び方法は、素晴しく制御された銅の研磨を提供する。特に、本発明の水性組成物は、所望の用途に適するように銅の除去速度を「チューニング」するのに有用である。すなわち、本組成物は、コロージョン問題を最小限にしながらも半導体ウェーハからの銅の除去を加速するために使用することができる。組成物は、銅のための公知のインヒビターであるイミダゾールを使用して、銅の除去を予想外に加速させる。
【００１１】
本発明の好ましい実施態様では、イミダゾール（「銅除去剤」）を組成物に使用して、銅の除去を予想外に加速させる。いかなるイミダゾール（たとえば、置換、非置換）を本発明で使用してもよい。たとえば、式（１）、（２）によって示されるイミダゾール化合物を使用することができる。
【００１２】
【化１】
2005217395.tif 000002
【００１３】
式中、Ｒ1及びＲ2は、水素原子、場合によっては置換基を有するアルキル基、場合によっては置換基を有する不飽和アルキル基、場合によっては置換基を有するシクロアルキル基、場合によっては置換基を有するアラルキル基、場合によっては置換基を有するアリールアルケニル基、場合によっては置換基を有するアリール環式炭化水素基、場合によっては置換基を有するアリール基、場合によっては置換基を有する複素環式残基及び場合によっては置換基を有するアルコキシカルボニル基及びそれらの混合物である。
【００１４】
本明細書に関して、「アルキル基」は、炭素原子１〜２４個を有する直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基、たとえばメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ドデシル、ウンデシルなどであることができる。
【００１５】
本発明における「不飽和アルキル基」は、炭素原子２〜２４個を有する直鎖状又は分岐鎖状の不飽和アルキル基、たとえばアルケニル（たとえばビニル、１−プロペニル、２−プロペニル、イソプロペニル、ブテニル、ペンテニル、ヘキセニル、ヘプテニル、オクテニル、ノネニル、デセニル、ドデセニル、ウンデセニルなど）及びアルキニル（たとえばエチニル、プロピニル、ブチニル、ペンチニル、ヘキシニル、ヘプチニル、オクチニル、ノニニル、デシニル、ドデシニル、ウンデシニルなど）であることができる。
【００１６】
本発明における「シクロアルキル基」は、炭素原子３〜６個を有する飽和又は不飽和のシクロアルキル、たとえばシクロプロピル、シクロヘキシルなどであることができる。
【００１７】
本発明における「アリール基」は、フェニル、ナフチル、アントラニルなどであることができる。
【００１８】
本発明における「アラルキル基」は、炭素原子７〜２４個を有する、アルキル部分が直鎖状又は分岐鎖状であるアラルキル基であることができる。その例としては、ベンジル、フェネチル、ナフチルメチルなどがある。
【００１９】
本発明における「アリールアルケニル基」は、炭素原子８〜２４個を有することができ、アリール部分が上述のアリールに関して定義したとおりであり、アルケニル部分が直鎖状又は分岐鎖状である。その例としては、フェニルエテニル、フェニルプロペニル、フェニルブテニル、ナフチルエテニル、ナフチルプロペニルなどがある。
【００２０】
本発明における「アリール環式炭化水素基」は、炭素原子９〜２４個を有することができ、アリール部分が上述のアリールに関して定義したとおりであり、環式炭化水素部分が飽和又は不飽和である。その例としては、フェニルシクロプロピル、フェニルシクロペンチル、フェニルシクロヘキシル、ナフチルシクロプロピル、ナフチルシクロペンチル、ナフチルシクロヘキシルなどがある。
【００２１】
本発明における「複素環式残基」は、１個以上のヘテロ原子（たとえば窒素原子、酸素原子、硫黄原子など）を有する不飽和の五又は六員環を有することができる。その例としては、フリル基、チエニル基、ピリジル基、ピリミジニル基、キノリル基などがある。
【００２２】
本発明における「アルコキシカルボニル基」は、炭素原子２〜８個を有する直鎖状又は分岐鎖状のアルコキシカルボニル基を有することができる。その例としては、メトキシカルボニル、エトキシカルボニル、プロポキシカルボニル、ブトキシカルボニル、イソブトキシカルボニル、sec−ブトキシカルボニル、tert−ブトキシカルボニル、ペンチルオキシカルボニル、ヘキシルオキシカルボニル、ヘプチルオキシカルボニルなどがあり、好ましいものはメトキシカルボニル及びエトキシカルボニルである。
【００２３】
Ｒ2としてのアルキル基、不飽和アルキル基、シクロアルキル基、アラルキル基、アリール基、アリールアルケニル基、アリール環式炭化水素基及び複素環式残基は、場合によっては１個以上の置換基によって置換されている。置換基の例としては、炭素原子１〜１２個を有する直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基（たとえばメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ドデシルなど）、不飽和アルキル基、ハロゲン原子（フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子）、炭素原子１〜１２個を有する直鎖状又は分岐鎖状のアルコキシ基（たとえばメトキシ、エトキシ、プロポキシ、イソプロポキシ、ブトキシ、イソブトキシ、sec−ブトキシ、tert−ブトキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ、ヘプチルオキシ、オクチルオキシ、ノニルオキシ、デシルオキシ、ドデシルオキシなど）、カルボキシル基、複素環式残基などがある。
【００２４】
好都合には、イミダゾール化合物は、溶液中、たとえば０．０１〜２５重量％の濃度範囲で存在することができる。本明細書は、すべての濃度を重量％で表す。１種類のイミダゾール化合物が存在してもよいし、イミダゾール化合物の混合物が存在してもよい。より好都合には、溶液は、イミダゾール化合物を０．０５〜１０重量％含有し、大部分の用途では、０．１〜５重量％のイミダゾール化合物濃度が十分なバリヤ除去速度を提供する。もっとも好ましくは、イミダゾール化合物の濃度は１重量％である。
【００２５】
好都合には、溶液は、静的エッチング又は他の除去機構による銅除去速度を制御するため、インヒビターを０．００１〜６重量％含有する。インヒビターの濃度を調節することが、静的エッチングから金属を保護することによって金属除去速度を調節する。好都合には、溶液は、銅又は銀配線の静的エッチングを抑制するため、インヒビターを０．０２〜５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）及びトリルトリアゾール（ＴＴＡ）がある。銅にはＢＴＡが特に効果的なインヒビターである。
【００２６】
好都合には、本発明の組成物は、銅を効果的に除去するため、少なくとも３の、インヒビター（たとえばＢＴＡ）に対するイミダゾールの比を含む。より好ましくは、組成物は、銅を効果的に除去するため、少なくとも１０の、インヒビターに対するイミダゾールの比を含む。もっとも好ましくは、組成物は、銅を効果的に除去するため、少なくとも２５の、インヒビターに対するイミダゾールの比を含む。
【００２７】
インヒビターに加えて、溶液は、非鉄金属の錯化剤を０．０５〜１０重量％含有する。錯化剤は、存在する場合、非鉄配線金属を溶解することによって形成する金属イオンの析出を防ぐ。もっとも好都合には、溶液は、非鉄金属の錯化剤を０．１〜５重量％含有する。例示的な錯化剤としては、酢酸、クエン酸、アセト酢酸エチル、グリコール酸、乳酸、リンゴ酸、シュウ酸、サリチル酸、ジエチルジチオカルバミド酸ナトリウム、コハク酸、酒石酸、チオグリコール酸、グリシン、アラニン、アスパラギン酸、エチレンジアミン、トリメチルジアミン、マロン酸、gluteric酸、３−ヒドロキシ酪酸、プロピオン酸、フタル酸、イソフタル酸、３−ヒドロキシサリチル酸、３，５−ジヒドロキシサリチル酸、没食子酸、グルコン酸、ピロカテコール、ピロガロール、タンニン酸ならびにそれらの塩及び混合物がある。好都合には、錯化剤は、酢酸、クエン酸、アセト酢酸エチル、グリコール酸、乳酸、リンゴ酸、シュウ酸及びそれらの混合物からなる群より選択される。もっとも好都合には、錯化剤はクエン酸である。
【００２８】
好都合には、研磨組成物は、バリヤ層除去を促進するため、砥粒を０．５〜４０重量％含有する。この範囲内で、砥粒は、１．０重量％以上の量、好ましくは２．０重量％以上の量で存在させることが望ましい。同じくこの範囲内で望ましいものは、２５重量％以下の量、好ましくは２０重量％以下の量である。もっとも好ましくは、砥粒濃度は１０〜１５重量％である。
【００２９】
過度の金属ディッシング、絶縁体エロージョンを防ぐため、砥粒は、平均粒径が１５０ナノメートル（nm）以下である。本明細書に関して、粒径とは、砥粒の平均粒径をいう。より好ましくは、平均粒径が１００nm以下であるコロイド状砥粒を使用することが望ましい。さらに、好都合には、平均粒径が５０nm以下であるコロイダルシリカを用いた場合に絶縁体エロージョン及び金属ディッシングがもっとも少ない。加えて、好ましいコロイド状砥粒は、コロイド状砥粒の安定性を改善するための添加物、たとえば分散剤、界面活性剤及び緩衝剤を含むこともできる。このようなコロイド状砥粒の一つは、フランスPuteauxのClariant社のコロイダルシリカである。
【００３０】
研磨組成物は、所望の層の「機械的」除去のための砥粒を含む。適切な砥粒の例としては、無機酸化物、水酸化物コーティングを有する無機酸化物、金属ホウ化物、金属炭化物、金属窒化物又は前記砥粒の少なくとも一つ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）、アルミナ水和物でコーティングされたシリカ粒子、シリカでコーティングされた種々の非等軸性楕円形粒子、水酸化セリア粒子でコーティングされたシリカ粒子、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、チタニア（ＴｉＯ2）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、セリア（ＣｅＯ2）、酸化マンガン（ＭｎＯ2）及び前記無機酸化物の少なくとも一つを含む組み合わせがある。
【００３１】
アルミナ粒子は、ケイ酸アルミニウムを形成することがわかっている。ケイ酸アルミニウムは、シリカ表面と会合する両性種である。したがって、ケイ酸アルミニウムは、ひとたび形成すると、シリカ表面にとどまり、それを保護する傾向にある。アルミナは、多くの形態、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。適切なアルミナ例がボーマイト（ＡｌＯ（ＯＨ））である。所望ならば、これらの無機酸化物の変性形態、たとえばポリマー被覆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、炭化チタン及び前記金属炭化物、金属ホウ化物及び金属窒化物の少なくとも一つ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。好ましい砥粒はコロイダルシリカである。
【００３２】
好都合には、組成物及び方法は、素晴しく制御された銅の研磨を提供する。特に、本発明の水性組成物は、所望の用途に適するように銅の除去速度を「チューニング」するのに有用である。すなわち、本組成物は、コロージョン問題を最小限にしながらも半導体ウェーハからの銅の除去を加速するために使用することができる。組成物は、銅のための公知のインヒビターであるイミダゾールを使用して、銅の除去を予想外に加速させる。特に、インヒビター（たとえばイミダゾールとＢＴＡ）の組み合わせ又は相互作用を利用して、銅の除去を加速させる。銅に対してイミダゾールがＢＴＡと「競合」して、除去速度を減速させるのではなく、銅除去速度の正味の増大又は加速を提供すると考えられる。
【００３３】
イミダゾール化合物は、残余として水を含有する溶液中、広いｐＨ範囲で効力を提供する。この溶液の有効ｐＨ範囲は少なくとも２〜１３である。加えて、溶液は、好都合には、付随的な不純物を制限するため、残余として脱イオン水に基づく。本発明の研磨液のｐＨは、好ましくは７〜１２、より好ましくは７．５〜１０である。本発明のスラリーのｐＨを調節するために使用される塩基は、アンモニウムイオンを含有する塩基、たとえば水酸化アンモニウム、アルキル置換アンモニウムイオンを含有する塩基、アルカリ金属イオンを含有する塩基、アルカリ土類金属イオンを含有する塩基、第IIIＢ族金属イオンを含有する塩基、第IVＢ族金属イオンを含有する塩基、第ＶＢ族金属イオンを含有する塩基及び遷移金属イオンを含有する塩であることができる。塩基性範囲に設計されたｐＨは、バリヤ表面の除去に役立つだけでなく、本発明のスラリーを安定化させるのにも役立つ。研磨スラリーの場合、ｐＨは、公知の技術によって調節することができる。たとえば、アルカリを、シリカ砥粒が分散しており、有機酸が溶解しているスラリーに直接加えてもよい。あるいはまた、加えるアルカリの一部又は全部を有機アルカリ塩として加えてもよい。使用することができるアルカリの例としては、アルカリ金属水酸化物、たとえば水酸化カリウム、アルカリ金属炭酸塩、たとえば炭酸カリウム、アンモニア及びアミンがある。
【００３４】
場合によっては、溶液は、酸化剤を０〜１０重量％含有する。好都合には、場合によって含まれる酸化剤は、０．０１〜５重量％の範囲である。酸化剤は、多数の酸化性化合物、たとえば過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）、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、Ｍｎ（III）、Ｍｎ（IV）及びＭｎ（VI）塩、銀塩、銅塩、クロム塩、コバルト塩、ハロゲン、次亜塩素酸塩及びそれらの混合物の少なくとも１種であることができる。さらには、酸化剤化合物の混合物を使用することがしばしば有利である。研磨スラリーが不安定な酸化剤、たとえば過酸化水素を含有する場合、多くの場合、使用の時点で酸化剤を組成物に混入することが非常に有利である。
【００３５】
場合によっては、新規な研磨組成物は、熱可塑性ポリマーを約０〜１０重量％含有することができる。好ましくは、組成物は、熱可塑性ポリマーを約０．０５〜２重量％含有する。また、熱可塑性ポリマーは、ゲル透過クロマトグラフィー（ＧＰＣ）による測定で１，０００〜１，０００，０００グラム／モルの重量平均分子量を有する。一つの実施態様では、熱可塑性ポリマーは、３，０００〜５００，０００グラム／モルの重量平均分子量を有する。もう一つの実施態様では、熱可塑性ポリマーは、５，０００〜１００，０００グラム／モルの重量平均分子量を有する。さらに別の実施態様では、熱可塑性ポリマーは、１０，０００〜３０，０００グラム／モルの重量平均分子量を有する。
【００３６】
研磨組成物に使用することができる典型的な熱可塑性ポリマーは、オリゴマー、ポリマー、イオノマー、デンドリマー、コポリマー、たとえばブロックコポリマー、グラフトコポリマー、スターブロックコポリマー、ランダムコポリマーなど又は前記ポリマーの少なくとも１種を含む組み合わせである。研磨組成物に使用することができる熱可塑性ポリマーの適切な例は、ポリアセタール、ポリアクリル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエステル、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアクリレート、ポリアリールスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリベンズオキサゾール、ポリオキサジアゾール、ポリベンゾチアジノフェノチアジン、ポリベンゾチアゾール、ポリピラジノキノキサリン、ポリピロメリトイミド、ポリキノキサリン、ポリベンズイミダゾール、ポリオキシンドール、ポリオキソイソインドリン、ポリジオキソイソインドリン、ポリトリアジン、ポリピリダジン、ポリピペラジン、ポリピリジン、ポリピペリジン、ポリトリアゾール、ポリピラゾール、ポリカルボラン、ポリオキサビシクロノナン、ポリジベンゾフラン、ポリフタリド、ポリアセタール、ポリ酸無水物、ポリビニルエーテル、ポリビニルチオエーテル、ポリビニルアルコール、ポリビニルケトン、ポリハロゲン化ビニル、ポリビニルニトリル、ポリビニルエステル、ポリスルホネート、ポリスルフィド、ポリチオエステル、ポリスルホン、ポリスルホンアミド、ポリウレア、ポリホスファゼン、ポリシラザンなど又は前記熱可塑性ポリマーの少なくとも１種を含む組み合わせである。好ましい熱可塑性ポリマーはポリビニルアルコールである。ポリビニルアルコール熱可塑性ポリマーの例示的な重量平均分子量は、約１３，０００〜約２３，０００グラム／モルである。
【００３７】
さらには、熱可塑性ポリマーのブレンドを使用することもできる。熱可塑性ポリマーのブレンドの例としては、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン／ナイロン、ポリカーボネート／アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン／ポリ塩化ビニル、ポリフェニレンエーテル／ポリスチレン、ポリフェニレンエーテル／ナイロン、ポリスルホン／アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、ポリカーボネート／熱可塑性ウレタン、ポリカーボネート／ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート／ポリブチレンテレフタレート、熱可塑性エラストマーアロイ、ナイロン／エラストマー、ポリエステル／エラストマー、ポリエチレンテレフタレート／ポリブチレンテレフタレート、アセタール／エラストマー、スチレン−マレイン酸無水物／アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、ポリエーテルエーテルケトン／ポリエーテルスルホン、ポリエチレン／ナイロン、ポリエチレン／ポリアセタールなど及び前記熱可塑性ポリマーのブレンドの少なくとも１種を含む混合物がある。
【００３８】
熱可塑性ポリマーの選択肢として、新規な研磨組成物は、ポリビニルピロリドンを約０〜１０重量％含有することもできる。一つの実施態様では、ポリビニルピロリドンは、約０．０１〜約５重量％の量で存在する。もう一つの実施態様では、ポリビニルピロリドンは、約０．１〜約２重量％の量で存在する。ポリビニルピロリドンの重量平均分子量は、ＧＰＣによる測定で１００〜１，０００，０００グラム／モルである。一つの実施態様では、ポリビニルピロリドンは、５００〜５００，０００グラム／モルの重量平均分子量を有する。もう一つの実施態様では、ポリビニルピロリドンは、１，０００〜２５０，０００グラム／モルの重量平均分子量を有する。さらに別の実施態様では、ポリビニルピロリドンは、５，０００〜１００，０００グラム／モルの重量平均分子量を有する。ポリビニルピロリドンポリマーの例示的な重量平均分子量は、約８，０００〜約１２，０００グラム／モルであり、１０，０００グラム／モルの重量平均分子量がもっとも好ましい。
【００３９】
場合によっては、ポリビニルピロリドン又は熱可塑性ポリマーを単独で使用するのではなく、ポリビニルピロリドンと熱可塑性ポリマーとの混合物を使用してもよい。好都合には、ポリビニルピロリドン及び熱可塑性ポリマーを１：１０〜１００：１の重量比で使用することが望ましい。一つの実施態様では、ポリビニルピロリドン及び熱可塑性ポリマーを１：５〜５０：１の重量比で使用することが望ましい。もう一つの実施態様では、ポリビニルピロリドン及び熱可塑性ポリマーを１：５〜６０：１の重量比で使用することが望ましい。さらに別の実施態様では、ポリビニルピロリドン及び熱可塑性ポリマーを１：３〜１０：１の重量比で使用することが望ましい。好ましい混合物は、ポリビニルピロリドン及びポリビニルアルコールを含む。
【００４０】
本発明の研磨液は、銅を除去するのに特に効果的であるが、本発明はまた、導電性金属、たとえばアルミニウム、タングステン、白金、パラジウム、金又はイリジウム、バリヤ又はライナー膜、たとえばタンタル、窒化タンタル、チタン又は窒化チタン及び下に位置する絶縁層を含有するいかなる半導体基材にも適用可能である。本明細書に関して、絶縁体とは、low-ｋ及び超low-ｋ絶縁材料を含む、誘電率ｋの半導電性材料をいう。本方法は、従来の絶縁体及びlow-ｋ絶縁材料ならびにタンタルバリヤ材料にほとんど影響を及ぼすことなく、銅を除去する。溶液及び方法は、多数のウェーハ成分、たとえば多孔性及び非孔性のlow-ｋ絶縁体、有機及び無機low-ｋ絶縁体、有機ケイ酸塩ガラス（ＯＳＧ）、フルオロケイ酸塩ガラス（ＦＳＧ）、炭素ドープ酸化物（ＣＤＯ）、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）及びＴＥＯＳから誘導されたシリカのエロージョンを防止するのに優れている。
【００４１】
研磨溶液はまた、配線金属の表面仕上げを制御するためのレベリング剤、たとえば塩化アンモニウムを含むことができる。これに加えて、溶液は、場合によっては、生物学的汚染を制限するための殺生物剤を含有することができる。たとえば、Kordek（登録商標）MLX殺微生物剤、水中２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オン（Rohm  and  Haas社）が多くの用途で効果的な殺生物剤を提供する。殺生物剤は通常、供給業者によって規定される濃度で使用される。
【００４２】
組成物及び方法は、素晴しく制御された銅の研磨を提供する。特に、本発明の銅除去剤は、所望の用途に適するように銅の除去速度を「チューニング」するのに有用である。すなわち、本組成物は、半導体ウェーハからの銅の除去を加速するために使用することができる。組成物は、銅のための公知のインヒビターを使用して、銅除去を予想外に加速させる。
【実施例】
【００４３】
実施例では、数字が本発明の例を表し、文字が比較例を表す。すべての例溶液は、Kordek（登録商標）MLX殺微生物剤、水中２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オン０．００５重量％及び塩化アンモニウム光沢剤０．０１重量％を含有するものであった。加えて、すべての例の溶液は、クエン酸０．３重量％、ポリビニルピロリドン０．２重量％及び過酸化水素０．８重量％を含有するものであった。
【００４４】
例１
この実験では、半導体ウェーハからの窒化タンタルバリヤ、炭素ドープ酸化物の絶縁層及び銅の除去速度を計測した。特に、試験では、第二工程研磨作業における銅除去速度に対するイミダゾール添加の効果をＢＴＡ濃度の関数として測定した。Strausbaugh研磨機により、Politexポリウレタン研磨パッド（Rodel社）を、約１．５psiのダウンフォース条件下、２００cc/minの研磨溶液流量、９３rpmのプラテン速度及び８７rpmのキャリヤ速度で使用して、試料を平坦化した。研磨溶液は、ＫＯＨ及びＨＮＯ3によってｐＨを９に調節した。すべての溶液は脱イオン水を含有するものであった。加えて、研磨溶液は、平均粒径５０nmのシリカ砥粒を１２重量％含むものであった。
【００４５】
【表１】
2005217395.tif 000003
【００４６】
表１に示すように、スラリーへのイミダゾールの添加が一般に銅除去速度を改善した。特に、ＢＴＡに対するイミダゾールの重量％比が少なくとも３であった場合、銅除去速度が加速した。試験１〜３では、ＢＴＡを０．０２重量％で一定に維持しながらイミダゾールの重量％を０．１０から１．００まで増大させると、銅研磨速度が１９９Å/minから６６９Å/minまで改善した。同様に、試験４〜６では、ＢＴＡを０．０５重量％で一定に維持しながらイミダゾールの重量％を０．１０から１．００まで増大させると、銅研磨速度が１６７Å/minから３３３Å/minまで改善した。また、試験７〜９では、ＢＴＡを０．０３５重量％で一定に維持しながらイミダゾールの重量％を０．１０から１．００まで増大させると、銅研磨速度が２０１Å/minから４２４Å/minまで改善した。ＢＴＡに対するイミダゾールの重量％比が２であったとき、銅研磨速度は加速しなかった。炭素ドープ酸化物及び窒化タンタルの研磨速度は、イミダゾール添加による影響を比較的受けなかった。
【００４７】
例２
この実験では、イミダゾール添加による銅の静的エッチング速度を静電気化学セルによって計測した。すべての例の溶液は上記例１と同じであった。試料の計算平均Ecorr/Icorr値からスラリー静的エッチング速度（Å/min）を測定した。
【００４８】
【表２】
2005217395.tif 000004
【００４９】
上記表２に示すように、イミダゾール濃度が増すと、銅静的エッチング速度に増大が見られた。特に、イミダゾール０重量％を含有した試料Ａにイミダゾール０．８重量％を加えると、静的エッチング速度は０．３６Å/minから０．６２Å/minまで増大した。さらに、静的エッチング速度は、コロージョン問題を回避するために許容しうる速度の範囲内であった。
【外国語明細書】
1. Title of Invention
2005217395.tif 000005
2. Detailed Description of Invention
2005217395.tif 000006
2005217395.tif 000007
2005217395.tif 000008
2005217395.tif 000009
2005217395.tif 000010
2005217395.tif 000011
2005217395.tif 000012
2005217395.tif 000013
2005217395.tif 000014
2005217395.tif 000015
2005217395.tif 000016
2005217395.tif 000017
2005217395.tif 000018
1.Claims
2005217395.tif 000019
1. Abstract
2005217395.tif 000020
2. Representative Drawing
None