(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体ウエハのケミカルメカニカルプラナリゼーションにおいて、絶縁層の上に形成したバリア層のエロージョンを低減することが可能な水性研磨組成物を提供する。【解決手段】水性のケミカルメカニカルプラナリゼーション組成物は、バリア除去を促進するための酸化剤、砥粒、金属配線の除去を低減するインヒビター、ならびに少なくとも２つのカルボン酸官能基を含むポリマーの繰り返し単位の少なくとも１つを有するカルボン酸ポリマーとを含み、４以下のｐＨ、及び１３．８kPaのパッド圧力で、銅除去速度の少なくとも８０％の窒化タンタル除去速度を有する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
バリア除去を促進するための酸化剤と、
砥粒と、
配線金属の除去を低減するためのインヒビターと、
少なくとも２つのカルボン酸官能基を含むポリマーの繰り返し単位の少なくとも１つを有する、カルボン酸ポリマー
とを含み、
４以下のｐＨを有し、かつ１３．８kPaのパッド圧力で、銅除去速度の少なくとも８０％の窒化タンタル除去速度を有する、
水性のケミカルメカニカルプラナリゼーション組成物。
【請求項２】
砥粒０．０５〜１５重量％と、
酸化剤０．１〜１０重量％と、
ベンゾトリアゾール０．００２５〜２重量％と、
少なくとも２つのカルボン酸官能基を含むポリマーの繰り返し単位の少なくとも１つを有する、カルボン酸ポリマー０．０１〜５重量％と
を含み、
ｐＨが４以下であり、かつ１３．８kPaのパッド圧力で、銅除去速度の少なくとも９０％の窒化タンタル除去速度を有する、
水性のケミカルメカニカルプラナリゼーション組成物。
【請求項３】
少なくとも２つのカルボン酸官能基を含むポリマーの繰り返し単位の少なくとも１つを有するカルボン酸ポリマーと、砥粒と、配線金属の除去を制限するための腐食インヒビターとを含み、４以下のｐＨを有する、水性のケミカルメカニカルプラナリゼーション組成物を半導体ウェーハに適用する工程；及び
１３．８kPaのパッド圧力で、銅除去速度の少なくとも８０％の窒化タンタル除去速度を有する、ケミカルメカニカルプラナリゼーション組成物で、半導体ウェーハを研磨する工程、
を含む半導体ウェーハの研磨方法。
【請求項４】
砥粒０．０５〜１５重量％と、酸化剤０．１〜１０重量％と、ベンゾトリアゾール０．００２５〜２重量％と、少なくとも２つのカルボン酸官能基を含むポリマーの繰り返し単位の少なくとも１つを有する、カルボン酸ポリマー０．０１〜５重量％とを含み、ｐＨ４以下であり、さらに重量％がＣＭＰ組成物の全重量に基づくものである、水性のケミカルメカニカルプラナリゼーション組成物を半導体ウェーハに適用する工程；及び
約２１．７kPaのパッド圧力で、銅除去速度の少なくとも８０％の窒化タンタル除去速度を有する、ケミカルメカニカルプラナリゼーション組成物で、半導体ウェーハを研磨する工程、
を含む半導体ウェーハの研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体ウェーハのケミカルメカニカルプラナリゼーション（ＣＭＰ）に関し、より詳細には、エロ−ジョンが低減した絶縁層が下に存在する半導体ウェーハのバリア材料を除去するためのＣＭＰ（研磨）組成物及び方法に関する。
【０００２】
半導体産業は、半導体ウェーハ上の集積回路の形成において、配線金属の金属に依存する。アルミニウム、銅、金、ニッケル、及び白金族金属、銀、タングステン及びそれらの合金のような、これらの配線金属は、低い電気抵抗を有する。銅金属の配線は、低コストで優れた電気伝導度を与える。銅は、多くの絶縁材料、例えば二酸化ケイ素又は二酸化ケイ素のドープ体に、高度に溶解し得るため、集積回路の加工業者は、一般的に、拡散バリア層を適用して、絶縁層内への銅の拡散を防ぐ。例えば、絶縁体を保護するためのバリア層は、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−窒化ケイ素を含む。
【０００３】
チップ製造では、金属配線層を付着させた後、ＣＭＰプロセスを使用して半導体基板を平坦化する。一般的に、研磨プロセスは、配線金属を迅速に除去するように特別に設計された「第１ステップ」のスラリーを使用する。次いで、ＣＭＰプロセスは、バリア層を除去するための「第２ステップ」のスラリーを含む。一般的に、第２ステップのスラリーは、配線構造の物理的構造又は電気的性質に悪影響を与えることなく、バリア層を選択的に除去する。これに加えて、第２ステップのスラリーはまた、絶縁体に低いエロ−ジョン速度を有するべきである。エロ−ジョンとは、ＣＭＰプロセス中に、絶縁層の一部を除去することから生じる、絶縁層表面における所望でないリセスをいう。トレンチ内の金属に隣接して生じるエロ−ジョンは、回路配線における寸法的な欠陥を生じさせる。これらの欠陥は、回路配線によって伝送される電気信号の減衰をもたらし、その後の加工に有害である。バリアの除去速度対配線金属又は絶縁層の除去速度は、選択比として知られている。本明細書の意味に関して、除去速度とは、単位時間あたりの厚みの変化としての除去速度をいい、例えばオングストローム／分である。
【０００４】
一般的なバリア除去用ＣＭＰ組成物は、バリア材料を除去するための流体ＣＭＰ組成物において、例えば少なくとも７．５重量％といった、高い砥粒濃度を必要とする。しかし、これらの多砥粒スラリーは、許容できない絶縁体のエロ−ジョン速度を生じる傾向がある。これに加えて、高い砥粒濃度は、半導体ウェーハからのｌｏｗ−ｋ絶縁体の層のピーリング又はデラミネーションを生じさせる場合がある。さらに、ｌｏｗ−ｋ絶縁体のピーリング又はデラミネーションは、２１．７kPa（３psi）以上の圧力でより大きな問題となる。
【０００５】
Ｕｃｈｉｄａらに対するＥＰ１１５０３４１は、ＣＭＰプロセスにおいて使用するための、酸化剤、酸化金属エッチング剤、砥粒、保護膜形成剤（これは、カルボン酸ポリマー及び分散促進剤を含む）を含むＣＭＰ組成物を教示する。この組成物は、第１ステップの銅除去のために設計され、エロ−ジョンを減少させつつ、バリア層を効果的に除去しない。
【０００６】
絶縁材料のエロ−ジョンを低減させながら、同時に、タンタルバリア層を選択的に除去することができる水性ＣＭＰ組成物に対する、満たされていない要求が残っている。加えて、欠陥速度を低減しつつ、バリア層をパターニングされたウェーハから除去するＣＭＰ組成物に対する要求が存在する。
【０００７】
（本発明の記載）
本発明は、バリア除去を促進するための酸化剤と、砥粒と、配線金属除去を低減するためのインヒビターと、及び少なくとも２つのカルボン酸官能基を含むポリマーの繰り返し単位の少なくとも１つを有するカルボン酸ポリマーを含む、水性のケミカルメカニカルプラナリゼーション組成物を提供し、ここでケミカルメカニカルプラナリゼーション組成物は、４以下のｐＨを有し、１３．８kPaのパッド圧力で銅除去速度の少なくとも８０％の窒化タンタル除去速度を有する。
【０００８】
さらに、本発明は、少なくとも２つのカルボン酸官能基を含むポリマーの繰り返し単位の少なくとも１つを有するカルボン酸ポリマーと、砥粒と、配線金属の除去を制限するための腐食インヒビターとを含み、かつ４以下のｐＨを有する、水性のケミカルメカニカルプラナリゼーション組成物を半導体ウェーハに適用する工程；及び１３．８kPaのパッド圧力で、銅除去速度の少なくとも８０％の窒化タンタル除去速度を有する、ケミカルメカニカルプラナリゼーション組成物で、半導体ウェーハを研磨する工程を含む、半導体ウェーハの研磨方法を包含する。。
【０００９】
（詳細な説明）
ＣＭＰ組成物は、絶縁材料のエロ−ジョン速度が低下し、広範囲の半導体ウェーハの製造において、バリア除去に適している。ＣＭＰ組成物は、４以下の酸性ｐＨで作用し、絶縁材料のエロ−ジョンを低減するカルボン酸ポリマーを含む。特に、このカルボン酸ポリマーは、少なくとも２つのカルボン酸官能基を有するポリマーの繰り返し単位を少なくとも１つ、有する。このＣＭＰ組成物は、低下した絶縁材料のエロ−ジョン速度及び制御された銅の除去速度で、バリア層を除去する。集積回路において使用される一般的な絶縁材料としては、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）のようなシランから誘導されるシリカ含有物質、ｌｏｗ−ｋ及び／又は超ｌｏｗ−ｋ有機材料、Ｎｏｖｅｌｌｕｓから市販されているＣＯＲＡＬ（登録商標）  ＣＶＤ  ＳｉＯＣ、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓから市販されているＢＬＡＣＫ  ＤＩＡＭＯＮＤ（登録商標）  ＣＶＤ  ＳｉＯＣ、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓから市販されている高密度ＳｉＬＫ（登録商標）スピンオン絶縁体及び多孔質ＳｉＬＫ（登録商標）スピンオン絶縁体、Ｓｈｉｐｌｅｙから市販されているＺＩＲＫＯＮ（登録商標）スピンオン多孔質ＳｉＯＣ、ＡＳＭＬから市販されているＡＵＲＯＲＡ（登録商標）  ＣＶＤ  ＳｉＯＣ、及びＤｕＰｏｎｔから市販されているＴＥＦＬＯＮ（登録商標）ポリテトラフルオロエチレンが挙げられる。
【００１０】
ＣＭＰ組成物において使用されるカルボン酸ポリマーは、好ましくは水溶性である。カルボン酸ポリマーは、好ましくは、遊離酸又は酸塩の形態における、少なくとも１つのカルボン酸基とともにエチレン性不飽和を有する、カルボン酸モノマーの少なくとも１つの重合生成物である。塩の例としては、アルカリ土類金属塩及びアルカリ金属塩が挙げられる。
【００１１】
１つの実施態様では、カルボン酸ポリマーは、少なくとも２つのカルボン酸官能基を有するカルボン酸モノマーの少なくとも１種の重合生成物からなり、他のコモノマーは存在しない。すなわち、このカルボン酸ポリマーは、ホモポリマーである。別の実施態様では、カルボン酸ポリマーは、少なくとも２つのカルボン酸官能基を有するカルボン酸モノマーの少なくとも１つと、共重合可能なモノマー又は共重合可能なポリマーの少なくとも１つとの共重合生成物からなる。本明細書の意味に関して、コポリマーは、２種以上のモノマーから形成されるポリマーを含む。適切な共重合可能なモノマーとしては、例えば、オレフィン性モノマー、スチレン性モノマー、塩化ビニルモノマー、塩化ビニリデンモノマー、アクリロニトリルモノマー、及び前述の共重合可能なモノマーの少なくとも１つを含む混合物が挙げられる。適切な共重合可能なポリマーとしては、例えば、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリアセタール、ポリアクリル、ポリカーボネート、ポリアミドイミド、ポリアリーレート、ポリウレタン、ポリアリールスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリーレンスルフィド、ポリ塩化ビニル、ポリスルホン、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、及び前述のポリマーの少なくとも１つを含む混合物が挙げられる。カルボン酸ポリマーが、カルボン酸モノマーの少なくとも１つと、共重合可能なモノマー又は共重合可能なポリマーの少なくとも１つとの共重合生成物である場合、得られたカルボン酸は、なおも水溶性であることを留意されたい。
【００１２】
例示的な実施態様では、カルボン酸ポリマーは、主鎖中に存在するカルボン酸官能基に加えて、ポリマー主鎖の置換基としてカルボン酸官能基を少なくとも１つ、有していてもよい。よって、カルボン酸ポリマーは、ポリマー主鎖と、ポリマー主鎖上の置換基との両方にカルボン酸官能基を有することができる。
【００１３】
数平均分子量（Ｍｎ）２００〜２，０００，０００グラム／モル（ｇ／gmole）を有するカルボン酸ポリマーを使用することが望ましい。この範囲内で、４００ｇ／gmole以上のＭｎを有するカルボン酸ポリマーを使用することが望ましい。また、この範囲内で、１００，０００ｇ／gmole以下、好ましくは、５０，０００ｇ／gmole以下のＭｎが望ましい。本明細書の意味に関して、この分子量はゲル浸透クロマトグラフィーによって決定される。
【００１４】
カルボン酸ポリマーは、０．０１〜５重量パーセント（重量％）の量で使用することが望ましい。本明細書の意味に関して、すべての重量％は、特に記述されない限り、ＣＭＰ組成物の全重量に対して決定される。この範囲内で、０．０５重量％以上、好ましくは０．１重量％以上の量を使用することが望ましい。また、この範囲内で望ましいのは、３重量％以下、好ましくは２重量％以下の量である。
【００１５】
適切なカルボン酸ポリマーとしては、例えば、ポリアスパラギン酸、ポリグルタミン酸、ポリリシン、ポリリンゴ酸、ポリメタクリル酸、アンモニウムポリメタクリレート、ナトリウムポリメタクリレート、ポリアミド酸、ポリマレイン酸、ポリイタコン酸、ポリフマル酸、ポリ（ｐ−スチレンカルボン酸）、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、アミノポリアクリルアミド、アンモニウムポリアクリレート、ナトリウムポリアクリレート、ポリアミド酸、アンモニウムポリアミド、ナトリウムポリアミド、ポリグリオキシル酸、及び前述のポリマーの少なくとも１つを含む混合物が挙げられる。
【００１６】
好ましいカルボン酸ポリマーは、以下の式（Ｉ）で示される構造を有するポリマレイン酸である。
【００１７】
【化１】
2005123577.tif 000002
【００１８】
好ましい市販のポリマレイン酸は、Ｒｏｈｍ  ａｎｄ  Ｈａａｓから市販されているＯｐｔｉｄｏｓｅ  ４２１０である。ポリマレイン酸は、すべてのｐＨレベルで安定であり、配合中に沈殿しない。場合により、ポリマレイン酸は、部分的にか、又は完全に中和することができる。中和のための適切なイオンは、アンモニウムイオン、アルカリ土類金属又はアルカリ金属であり、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、及び前述のイオンの少なくとも１つを含む混合物が挙げられる。これらのカルボン酸ポリマーを含有するＣＭＰ組成物は、バリア除去速度を維持しながら、絶縁材料のエロ−ジョン速度を低下させる。
【００１９】
ＣＭＰ組成物は、バリア層の「機械的」除去のための砥粒を含有する。砥粒は、好ましくは、コロイド状の砥粒である。砥粒の例としては、無機酸化物、金属ホウ化物、金属炭化物、金属窒化物、又は前述の砥粒の少なくとも１つを含む組み合わせが挙げられる。適切な無機酸化物としては、例えば、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）、及び前述の酸化物の少なくとも１つを含む混合物が挙げられる。ポリマーコーティングされた無機酸化物粒子のような、これらの無機酸化物の変性された形態もまた、所望ならば使用してもよい。適切な金属の炭化物、ホウ化物及び窒化物としては、例えば、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、及び前述の金属炭化物、ホウ化物及び窒化物の少なくとも１つを含む混合物が挙げられる。ダイヤモンドもまた、所望ならば、砥粒として使用してもよい。その他の砥粒としては、ポリマー性粒子及びコーティングされたポリマー性粒子も挙げられる。好ましい砥粒は、シリカである。
【００２０】
０．０５重量％〜１５重量％の量で砥粒を使用することが望ましい。この範囲内で、０．１重量％以上、好ましくは０．５重量％以上の量で砥粒を有することが望ましい。また、この範囲内で望ましいのは、１０重量％以下、好ましくは５重量％以下の量である。
【００２１】
砥粒は、過剰な金属のディッシング及び絶縁体のエロ−ジョンを防ぐために、１５０ナノメートル（nm）以下の平均粒径を有する。本明細書の意味に関して、粒径とは砥粒の平均粒径をいう。１００nm以下、好ましくは７５nm以下、好ましくは５０nm以下の平均粒径を有する砥粒を使用することが望ましい。最小の絶縁体のエロ−ジョン及び金属のディッシングは、５０nm以下の平均粒径を有するシリカを用いて有利に起こる。加えて、好ましい砥粒は、酸性ｐＨ範囲で砥粒の安定性を高めるために、分散剤のような添加剤を含有してもよい。このような砥粒の１つは、Ｃｌａｒｉａｎｔ  Ｓ．Ａ．（Ｐｕｔｅａｕｘ、フランス）から市販されているコロイダルシリカである。
【００２２】
砥粒の粒径が５０nm以下である場合、ＣＭＰ組成物は、バリア層を高い速度で有利に除去することができ、その一方で、同時にｌｏｗ−ｋ及び超ｌｏｗ−ｋ絶縁層に対するエロ−ジョンを低減することが発見された。ＣＭＰ組成物はまた、組成物中の粒径の減少が絶縁層のディッシング及びエロ−ジョンの両方を実質的に低減させることを明らかにしている。別の実施態様では、５０nm以下の平均粒径の砥粒を有するＣＭＰ組成物について、粒径分布は、少なくとも単峰性であってもよい。粒径分布はまた、所望ならば二峰性又は三峰性であってもよい。
【００２３】
ＣＭＰ組成物が砥粒を含有しない場合、パッドの選択とコンディショニングは、ケミカルメカニカルプラナリゼーション（ＣＭＰ）プロセスにとってさらに重要になる。例えば、いくつかのシリカを含まない組成物について、固定砥粒パッドは、研磨性能を高める。
【００２４】
タンタル及び窒化タンタルのようなバリア層の除去速度は、酸化剤の使用によって有利に最適化される。適切な酸化剤としては、例えば過酸化水素、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、又は前述の酸化剤の少なくとも１つを含む混合物が挙げられる。好ましい酸化剤は過酸化水素である。酸化剤は、場合によっては使用する直前にＣＭＰ組成物に添加されるが、このような場合には酸化剤は別個のパッケージ中に含まれることに留意されたい。酸化剤の添加は、好ましくは０．１〜１０重量％である。この範囲内で、０．２〜５重量％の量を使用することが最も好ましい。
【００２５】
ＣＭＰ組成物は、酸性ｐＨを有し、絶縁層のエロ−ジョンを低減しつつ、高いバリア除去速度を生じる。配線に使用される適切な金属としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、金、金合金、ニッケル、ニッケル合金、白金族の金属、白金族の金属合金、銀、銀合金、タングステン、タングステン合金、又は前述の金属の少なくとも１つを含む組み合わせが挙げられる。好ましい配線金属は銅である。過酸化水素のような酸化剤を利用する酸性のＣＭＰ組成物及びスラリーにおいて、主に銅が酸化するために、銅除去速度と静的エッチング速度とは両方とも高い。配線金属の除去速度を減少させる目的で、ＣＭＰ組成物は第１の腐食インヒビター及び場合により第２の腐食インヒビターを使用する。腐食インヒビターは、酸化剤による配線金属の酸化を低減させるように機能する。このことにより、配線金属のディッシングを減らすことによって、改良された研磨性能を促進する。
【００２６】
好ましい腐食インヒビターはベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）である。１つの実施態様では、ＣＭＰ組成物は、配線除去速度を減少させるために、比較的大量のＢＴＡインヒビターを含有することができる。インヒビターは、０．００２５〜６重量％の量で存在する。この範囲内で、０．０２５重量％以上、好ましくは０．２５重量％以上の量のインヒビターを有することが望ましい。また、この範囲内で望ましいのは、４重量％以下、好ましくは１重量％以下の量である。ＢＴＡを使用する場合、ＣＭＰ組成物中の溶解濃度の限界（約２重量％までであるか、又はＣＭＰ組成物における飽和限界であり得る）まで使用可能である。ＢＴＡの好ましい濃度は、０．００２５〜２重量％の量である。場合により、補助的な腐食インヒビターをＣＭＰ組成物に添加してもよい。補助的な腐食インヒビターは、界面活性剤、例えば、アニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、両性界面活性剤及びポリマー、又は有機化合物、例えばアゾール類である。例えば、補助的なインヒビターは、イミダゾール、トリルトリアゾール、又はＢＴＡとの組み合わせにおけるそれらの混合物を含んでもよい。最も好ましい補助的なインヒビターは、ＢＴＡとの組み合わせにおけるトリルトリアゾールである。
【００２７】
ＣＭＰ組成物はまた、ＣＭＰ組成物のｐＨを酸性の４以下まで下げるために、無機又は有機のｐＨ調整剤を含有する。適切な無機ｐＨ調整剤としては、例えば、硝酸、硫酸、塩酸、リン酸、及び前述の無機ｐＨ調整剤の少なくとも１つを含む混合物が挙げられる。好ましいｐＨ調整剤は硝酸（ＨＮＯ３）である。
【００２８】
ＣＭＰ組成物は、４以下のｐＨを有することが好ましい。この範囲内で、１以上、好ましくは１．５以上のｐＨを有することが望ましい。また、この範囲で望ましいのは、３．５以下、好ましくは３以下のｐＨである。ＣＭＰ組成物について好ましいｐＨは１〜４であり、そしてＣＭＰ組成物について最も好ましいｐＨは２〜３である。
【００２９】
ｐＨ３未満で、ＣＭＰ組成物は、ＣＭＰ組成物中に比較的少ない重量％の砥粒を用いた場合であっても、低下したエロ−ジョン速度によって高いバリア金属の除去速度を付与することができる。この低い砥粒濃度は、砥粒によって誘発される望ましくない欠陥（例えば、スクラッチ）を減らすことによって、ＣＭＰプロセスの研磨性能を向上させることが可能である。例えば、１０nm程度の粒径でも、絶縁層のエロージョン速度を低下させつつ、許容可能なバリア層除去速度が付与される。比較的小さな粒径を有する砥粒を使用し、低い砥粒濃度でＣＭＰ組成物を配合することによって、絶縁体のエロ−ジョンをさらに低減させることができる。
【００３０】
場合により、ＣＭＰ組成物は、バリア金属除去速度に対する銅除去速度を調整するために、キレート剤又は錯化剤を含有することができる。キレート化剤又は錯化剤は、銅とキレート化金属錯体を形成することによって、銅除去速度を高める。適切なキレート化剤としては、例えば、カルボン酸、アミノカルボン酸及びそれらの誘導体、並びに前述のキレート化剤の少なくとも１つを含む混合物が挙げられる。好ましくは、キレート化剤は、ＣＭＰ組成物の全重量に基づいて２重量％以下の量でＣＭＰ組成物中に存在する。場合により、ＣＭＰ組成物はまた、１．５〜３未満のｐＨ範囲でｐＫａを有する種々の有機酸及び無機酸、並びにアミノ酸又はそれらの塩のような緩衝剤を含有することができる。場合により、ＣＭＰ組成物は、消泡剤、例えばエステル、エチレンオキシド、アルコール、エトキシレート、シリコン化合物、フッ素化合物、エーテル、グリコシド及びそれらの誘導体を含むノニオン性界面活性剤、及び前述の界面活性剤の少なくとも１つを含む混合物をさらに含有することができる。消泡剤はまた、両性界面活性剤であってもよい。ＣＭＰ組成物はまた、場合により、ｐＨ緩衝剤、殺生物剤、消泡剤を含有することができる。
【００３１】
ＣＭＰ組成物は、ＣＭＰ装置が２１．７kPa（３psi）未満の低い圧力で操業することを可能にする。好ましいパッド圧力は、３．５〜２１．７kPa（０．５〜３psi）である。この範囲内で、１３．８kPa（２psi）以下、より好ましくは、１０．３kPa（１．５psi）以下、最も好ましくは、約６．９kPa（１psi）以下の圧力を有利に使用することができる。低いＣＭＰパッド圧力は、スクラッチ及び他の望ましくない研磨欠陥を減らすことによって研磨性能を高め、脆い材料に対する損傷を減らす。例えば、高い応力にさらされた場合、比誘電率が低い材料は、割れやデラミネーションを起こす。多官能酸カルボン酸ポリマーを含有するＣＭＰ組成物は、有機材料から誘導されるｌｏｗ−ｋ及び超ｌｏｗ−ｋ絶縁層に対するエロ−ジョンを低減しつつ、高いバリア除去速度及び銅除去速度を有利に可能にする。例示的な実施態様では、ＣＭＰ組成物は、ｌｏｗ−ｋ及び超ｌｏｗ−ｋ絶縁層を実質的に損傷することなく、高いバリア除去速度を有利に達成するように調節し、又は調整することができる。ＣＭＰ組成物は、種々のライン幅を有するパターニングされたウェーハにおけるエロ−ジョンを低減するために有利に使用することができる。
【００３２】
ＣＭＰ組成物は、多孔充填（porous-filled）ポリウレタン研磨パッドを用いて、集積回路ウェーハに対して垂直方向で測定した研磨パッド圧力として測定される１３．８kPaのパッド圧力で、銅除去速度の少なくとも８０％の窒化タンタル除去速度を有する。選択比を決定するのに有用な特定の研磨パッドは、ＩＣ１０１０（商標）多孔充填ポリウレタン研磨パッドである。好ましくは、ＣＭＰ組成物は、多孔充填ポリウレタン研磨パッド圧力を用いて、集積回路ウェーハに対して垂直方向で測定した研磨パッド圧力として測定される１３．７８kPaのパッド圧力で、銅除去速度の少なくとも８０％の窒化タンタル除去速度を有する。さらに、ＣＭＰ組成物は、銅除去速度よりも３倍又は５倍大きい窒化タンタル除去速度を有することを可能にする。
【００３３】
本発明のいくつかの実施態様を、以下の実施例において詳細に記載する。
【００３４】
（例１）
以下の実施例に関するＣＭＰ組成物において使用される物質の名称を以下の表１に示す。Ｋｌｅｂｏｓｏｌ  ＰＬ１５０Ｈ２５は、Ｃｌａｒｉａｎｔから入手可能なシリカであり、２５nmの平均粒径を有するシリカ粒子３０重量％を有し、ｐＨ２〜３である。試料を水を用いてシリカ粒子４重量％まで希釈した。
【００３５】
【表１】
2005123577.tif 000003
【００３６】
この実験を行ない、種々の成分濃度でのＣＭＰ組成物の研磨性能を決定した。Ｓｔｒａｓｂａｕｇｈによって供給される６ＥＣ型研磨装置を用いて、研磨実験を行なった。研磨パッドは、Ｒｏｄｅｌ，Ｉｎｃ．によって供給されるＩＣ１０１０（商標）であった。このパッドを各運転の前にコンディショニングした。研磨プロセスを、圧力６．９kPa（１psi）、テーブル速度１２０回転／分（rpm）及びキャリア速度１１４rpmで行なった。ＣＭＰ組成物の供給速度（スラリー流量）は２００ミリリットル／分（ml／min）であった。
【００３７】
この例では、異なる濃度のポリマレイン酸を用いて、表１に示されるような、いくつかのスラリーを調製した。前述の試料はすべて、Ｋｌｅｂｏｓｏｌ  ＰＬ１５０Ｈ２５  ４重量％、ＢＴＡ０．６重量％及びＨ２Ｏ２０．５重量％を含み、溶液のｐＨ２．５である。比較例を、文字によって示し、一方、本発明のＣＭＰ組成物の実施例を数値によって示す。表２は、窒化タンタル（ＴａＮ）、銅（Ｃｕ）、ＴＥＯＳ、ＣＤＯ及びＳｉＣＮについての除去速度をオングストローム／分で示す。
【００３８】
【表２】
2005123577.tif 000004
【００３９】
表２の結果を、図１にプロットした。図１は、バリア及び絶縁層の除去速度に対するポリマレイン酸の重量パーセント濃度を示したグラフであり、ポリマレイン酸は、０．１重量％以下の濃度では、ＴａＮ、銅及びＴＥＯＳの除去速度に顕著に影響を与えないことを示す。しかし、ポリマレイン酸は、０．１重量％以下の濃度で、ＣＤＯ及びＳｉＣＮの除去速度を低減する。
【００４０】
表２からの種々のＣＭＰ組成物を使用して、以下の表３に示されるような種々のライン幅及び密度（構造として称される）のパターンを有するパターニングされたウェーハ上の研磨性能を決定した。表３は、８５４ＴＥＯＳのパターニングされたウェーハ上のライン間のライン幅及びスペースを表す。
【００４１】
【表３】
2005123577.tif 000005
【００４２】
（例２）
表４において、表２からの比較組成物Ａを使用して、表３に記載されるようなライン幅及びスペースのパターンを有する８５４ＴＥＯＳのパターニングされたウェーハを研磨した。パターンの中心（センターダイ）、パターンの中間（ミドルダイ）及びパターンの縁（エッジダイ）で記録をとった。次いで、センター、ミドル及びエッジでの記録を平均し、表４に示した。１００μm／１００μm、５０μm／５０μm及び１０μm／１０μm構造についてのデータは、ディッシングを表し、一方、７μm／３μm、９μm／１μm及び０．２５μm／０．２５μm構造についてのデータは、層間絶縁体のエロ−ジョンを表す。この実験を行なって、種々の成分濃度でのＣＭＰ組成物の研磨性能を決定した。Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓによって供給されるＭｉｒｒａ（登録商標）研磨装置を用いて、研磨実験を行なった。研磨パッドは、Ｒｏｄｅｌ，Ｉｎｃ．によって供給されるＩＣ１０１０（商標）であった。このパッドを各運転の前にコンディショニングした。研磨プロセスを、圧力６．９kPa（１psi）、テーブル速度１２０回転／分（rpm）及びキャリア速度１１４rpmで行なった。ＣＭＰ組成物の供給速度（スラリー流量）は２００ミリリットル／分であった。
【００４３】
表４に示される値は、トポグラフィの深さをオングストロームで示す。
【００４４】
【表４】
2005123577.tif 000006
【００４５】
表４に示されるデータは、ポリマレイン酸０．１重量％を含有する組成物４がパターニングされた構造上のエロ−ジョン作用を改善することを示す。この利点は、０．２５μm／０．２５μm構造及び７μm／３μm構造について最も顕著であった。組成物４について示されるマイナスの結果は、平坦化された表面より上の銅の突起を示す。
【００４６】
（例３）
例２の研磨条件を用いて、組成物３を添加して、前述のパターニングされたウェーハの試験を繰り返した。データを図２にプロットした。図２は、１０μm／１０μm、０．２５μm／０．２５μm、７μm／３μm及び９μm／１μmのフィーチャーのエロ−ジョンを示す。再び、ポリマレイン酸がエロ−ジョン作用を顕著に改善することを確認した。
【００４７】
これらの実験から、カルボン酸ポリマー、ポリマレイン酸を含有するＣＭＰ組成物が、バリア除去速度に影響与えないか、又は低下させずに、ｌｏｗ−ｋ又は超ｌｏｗ−ｋ絶縁層に対するエロ−ジョンの形態での損傷を同時に低減することがわかった。ＣＭＰ組成物は、６．９kPa（１psi）の低いパッド圧力で有利に操業可能であり、エロ−ジョンを低減し、高いバリア除去速度を維持するために、高度なトポグラフィーを有する集積回路デバイスにおいて使用することができる。
【００４８】
ＣＭＰ組成物はまた、組成物中の砥粒の粒径の減少が、絶縁層のディッシング及びエロ−ジョンを両方とも実質的に減少させることを明らかにしている。よって、９nm以下の平均粒径を有する砥粒は、最も良好なディッシング作用及びエロ−ジョン作用を提供する。平均粒径が２５から９nmまで減少した場合、ＴａＮ除去速度は減少するが、この除去速度は有効な第２ステップのバリア除去ＣＭＰプロセスにとって充分高い。
【００４９】
（例４）
Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓから供給されたＭｉｒｒａ（登録商標）型研磨装置上で、この実験を行なった。研磨パッドは、Ｒｏｄｅｌ，Ｉｎｃ．によって供給されるＩＣ１０１０（商標）であった。このパッドを各運転の前にコンディショニングした。研磨プロセスを、圧力１０．３kPa（１．５psi）、テーブル速度９３回転／分（rpm）及びキャリア速度８７rpmで行なった。ＣＭＰ組成物の供給速度（スラリー流速）は２００ミリリットル／分（ml／min）であった。欠陥試験のための銅シートウェーハを、まずＣＵＰ４４１０パッド（Ｒｏｄｅｌ，Ｉｎｃ．によって供給される）及び２１．７kPa（３psi）、テーブル速度９３rpm、キャリア速度８７rpm及びスラリー流速２００ml／minのプロセスパラメーターを用いて、市販のスラリーＥＰＬ２３６２（Ｅｔｅｒｎａｌ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．，Ｌｔｄ．によって製造）によって１分間予備研磨した。このステップは、新しい銅表面を作成するためのものであった。次いで、予備研磨した銅シートウェーハを、スラリー組成物４及び従来のアルカリ性スラリーで研磨した。
【００５０】
研磨後に、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓによって製造されたＯｒｂｏｔ（登録商標）欠陥ツールによって欠陥数を測定した。従来のアルカリ性スラリーは、全体で２，９８９個の欠陥を有しており、組成物４は、全体で３１４個の欠陥を有していた。図３に示されるように、酸性の第２ステップのバリア研磨組成物は、従来の高濃度砥粒含有アルカリ性バリアスラリーをに対して顕著な欠陥についての改善を与える。
【００５１】
ケミカルメカニカルプラナリゼーション組成物は、同時に絶縁材料のエロ−ジョンを低減しつつ、タンタルバリア層を選択的に除去する。加えて、バリア除去速度、配線除去速度及び絶縁体除去速度を制御するために、この組成物を調節又は調整することができる。バリア除去速度を制御するための因子としては、平均粒径、粒子濃度、ｐＨ及び酸化剤濃度が挙げられる。配線金属除去速度を制御する因子としては、インヒビター濃度、平均粒径、粒子濃度及び酸化剤濃度が挙げられる。さらに、絶縁体除去速度を調整するための因子としては、カルボン酸ポリマーのタイプ、カルボン酸ポリマー濃度、平均粒径及び粒子濃度が挙げられる。前述の因子を調整することにより、多集積スキームのための単純なバリア除去速度及び配線金属除去速度の調整を容易にする、ＣＭＰ組成物が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】図１は、バリア、配線金属及び絶縁層についての除去速度に対するポリマレイン酸の重量パーセント濃度のグラフである。
【図２】図２は、１０μm／１０μm、０．２５μm／０．２５μm、７μm／３μm及び９μm／１μmのフィーチャのエロージョンに対するポリマレイン酸の濃度のグラフである。
【図３】図３は、アルカリ性スラリーとカルボン酸ポリマーを含有する酸性スラリーとの間の銅シートウェーハの欠陥比較を示すグラフである。
【図１】
2005123577.tif 000007
【図２】
2005123577.tif 000008
【図３】
2005123577.tif 000009
【外国語明細書】
1. Title of Invention
2005123577.tif 000010
2. Detailed Description of Invention
2005123577.tif 000011
2005123577.tif 000012
2005123577.tif 000013
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2005123577.tif 000023
2005123577.tif 000024
3. Brief Description of Drawings
2005123577.tif 000025
1.Claims
2005123577.tif 000026
2005123577.tif 000027
1. Abstract
2005123577.tif 000028
2. Representative Drawing
None
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2005123577.tif 000030
2005123577.tif 000031