(57)【要約】      （修正有）【課題】非鉄配線金属の除去速度を制御することができる水性研磨組成物を実現する。【解決手段】半導体基材を研磨するのに適した研磨組成物であって、熱可塑性ポリマー０．００１〜２重量％及びポリビニルピロリドン０．００１〜１重量％を含み、ポリビニルピロリドンに対する熱可塑性ポリマーの重量比を変化させることにより非鉄配線の除去速度を制御する。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基材を研磨するのに適した研磨組成物であって、
熱可塑性ポリマー０．００１〜２重量％、及び
ポリビニルピロリドン０．００１〜１重量％
を含み、ポリビニルピロリドンに対する熱可塑性ポリマーの重量比を変化させることが非鉄配線の除去速度を制御する組成物。
【請求項２】
前記熱可塑性ポリマーが、ポリアセタール、ポリアクリル樹脂、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、ポリピロメリチミド、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、ポリシラザン又は前記熱可塑性ポリマーの少なくとも一つを含む組み合わせである、請求項１記載の組成物。
【請求項３】
シリカ粒子０．１〜４０重量％をさらに含む、請求項１記載の組成物。
【請求項４】
前記熱可塑性ポリマーが、１モルあたり１，０００〜１，０００，０００グラムの重量平均分子量及び少なくとも２０モル％の加水分解度を有するポリビニルアルコールであり、モル％はポリビニルアルコールの総モル数に基づく、請求項１記載の組成物。
【請求項５】
前記ポリビニルピロリドンが１モルあたり１００〜１，０００，０００グラムの重量平均分子量を有する、請求項１記載の組成物。
【請求項６】
前記ポリビニルピロリドン及び前記熱可塑性ポリマーが研磨組成物中に１：１０〜１００：１の重量比で存在する、請求項１記載の組成物。
【請求項７】
半導体基材を研磨するのに適した研磨組成物であって、
重量平均分子量１３，０００〜２３，０００g/moleのポリビニルアルコール０．００１〜２重量％、
重量平均分子量３，０００〜１０，０００g/moleのポリビニルピロリドン０．００１〜１重量％、
コロージョンインヒビター１０重量％以下、
錯化剤１５重量％以下、
酸化剤１０重量％以下、及び
シリカ砥粒０．１〜４０重量％
を含み、少なくとも７のｐＨを有し、ポリビニルピロリドンに対する熱可塑性ポリマーの重量比を変化させることが非鉄配線の除去速度を制御する組成物。
【請求項８】
半導体基材を研磨する方法であって、
熱可塑性ポリマー０．００１〜２重量％及びポリビニルピロリドン０．００１〜１重量％を含む研磨組成物を半導体基材に適用する工程、及び
半導体基材を２１．７キロパスカル以下のパッド圧で研磨する工程
を含み、ポリビニルピロリドンに対する熱可塑性ポリマーの重量比を変化させることが非鉄配線の除去速度を制御する方法。
【請求項９】
前記研磨組成物が、low−ｋ絶縁層の場合で１５０オングストローム／分以下の除去速度を促進する、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記研磨組成物が、low−ｋ絶縁層の場合で１５０オングストローム／分以上の除去速度を促進する、請求項８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体ウェーハの研磨に関し、特に、半導体ウェーハにおける金属配線除去速度を制御するための研磨組成物及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体産業は、半導体ウェーハ上で集積回路を形成する際に配線金属を使用する。これらの配線金属は、好ましくは非鉄金属である。このような非鉄配線の適当な例は、アルミニウム、銅、金、ニッケル及び白金族金属、銀、タングステン及び前記金属の少なくとも一つを含む合金である。これらの配線金属は低い電気抵抗値を有する。銅金属配線は優れた導電性を低コストで提供する。銅は、多くの絶縁材料、たとえば二酸化ケイ素又はドープ型二酸化ケイ素への溶解性が高いため、集積回路製造者は通常、拡散バリヤ層を適用して、銅が絶縁層中に拡散することを防ぐ。たとえば、絶縁体を保護するためのバリヤ層としては、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】
半導体ウェーハの製造では、金属配線層を付着したのち研磨組成物を使用して半導体基材を研磨する。通常、研磨加工は、金属配線を速やかに除去するように特に設計された「第一工程」スラリーを使用する。さらに、研磨加工は、バリヤ層を除去するための「第二工程」スラリーを含む。第二工程スラリーは、配線構造の物理的構造又は電気的性質に悪影響を及ぼすことなくバリヤ層を選択的に除去する。
【０００４】
Costasらへの米国特許第６，４４３，８１２号は、少なくとも１６個の炭素原子を含む主鎖を有する有機ポリマーを含み、そのポリマーが、半導体ウェーハ表面の表面基への親和力を有する複数の基を有するものである研磨組成物を開示している。しかし、この研磨組成物は、low−ｋ絶縁層のディッシングを防止せず、low−ｋ絶縁材料の除去速度の制御を認識していない。この組成物はさらに、スラリーのチューニングを認識していない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非鉄配線金属の除去速度を制御し、low−ｋ及び超low−ｋ絶縁材料の除去速度を制御するために使用することができる水性研磨組成物を求める要望は依然として満たされていない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書で開示されるものは、半導体基材を研磨するのに適した研磨組成物であって、熱可塑性ポリマー０．００１〜２重量％及びポリビニルピロリドン０．００１〜１重量％を含み、ポリビニルピロリドンに対する熱可塑性ポリマーの重量比を増すことが非鉄配線の除去速度を制御する研磨組成物である。
【０００７】
同じく本明細書で開示されるものは、半導体基材を研磨するのに適した研磨組成物であって、重量平均分子量１３，０００〜２３，０００g/moleのポリビニルアルコール０．００１〜２重量％、重量平均分子量３，０００〜１０，０００g/moleのポリビニルピロリドン０．００１〜１重量％、錯化剤１５重量％以下、コロージョンインヒビター１０重量％以下、酸化剤１０重量％以下及びシリカ砥粒０．１〜４０重量％を含み、少なくとも７のｐＨを有し、ポリビニルピロリドンに対する熱可塑性ポリマーの重量比を増すことが非鉄配線の除去速度を制御する研磨組成物である。
【０００８】
同じく本明細書で開示されるものは、半導体基材を研磨する方法であって、熱可塑性ポリマー０．００１〜２重量％及びポリビニルピロリドン０．００１〜１重量％を含む研磨組成物を半導体基材に適用する工程、及び半導体ウェーハを２１．７キロパスカル以下のパッド圧で研磨する工程を含み、ポリビニルピロリドンに対する熱可塑性ポリマーの重量比を増すことが非鉄配線の除去速度を制御する方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
研磨組成物に使用することができる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一つ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当な例は、ポリアセタール、ポリアクリル樹脂、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、ポリピロメリチミド、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一つ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。
【００１０】
また、熱可塑性ポリマーのブレンドを使用してもよい。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一つを含む混合物がある。
【００１１】
熱可塑性ポリマーは、好ましくは、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。本明細書に関して、すべての範囲は包括的かつ組み合わせ可能であることが注記される。
【００１２】
好ましい熱可塑性ポリマーは、重量平均分子量１３，０００〜２３，０００グラム／モルのポリビニルアルコールである。一つの実施態様では、ポリビニルアルコールは８０モル％以上の加水分解度を有する。もう一つの実施態様では、ポリビニルアルコールは５０モル％以上の加水分解度を有する。さらに別の実施態様では、ポリビニルアルコールは２０モル％以上の加水分解度を有する。モル％は、ポリビニルアルコールの総モル数に基づく。
【００１３】
熱可塑性ポリマーは０．００１〜２重量％の量で存在する。一つの実施態様では、熱可塑性ポリマーは０．０１〜１．７重量％の量で存在する。もう一つの実施態様では、熱可塑性ポリマーは０．１〜１．５重量％の量で存在する。本明細書を通じて使用する各重量％値は研磨組成物の総重量に基づく。
【００１４】
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に典型的な重量平均分子量は８，０００〜１２，０００グラム／モルであり、１０，０００グラム／モルの公称重量平均分子量がもっとも好ましい。
【００１５】
研磨組成物への熱可塑性ポリマー及びポリビニルピロリドンの添加が、半導体基材の研磨面に対し、研磨組成物が熱可塑性ポリマーなしで使用される場合よりも低い表面粗さ及び少ないスクラッチを提供する。本明細書に関して、除去速度とは、単位時間あたりの厚さ、たとえば１分あたりのオングストローム値の変化をいう。
【００１６】
ポリビニルピロリドンは一般に、研磨組成物中、０．００１〜１重量％の量で存在する。一つの実施態様では、ポリビニルピロリドンは０．０１〜０．８５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０．１〜０．７５重量％の量で存在する。
【００１７】
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。
【００１８】
研磨組成物は、有利には、キャップ層及びバリヤ層の「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。適当な砥粒の例としては、無機酸化物、水酸化物被覆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。適当な無機酸化物としては、たとえば、シリカ（ＳｉＯ2）、アルミニウム含水酸化物で被覆されたシリカ粒子、シリカで被覆された種々の非等軸性の楕円形粒子、水酸化セリア粒子で被覆されたシリカ粒子、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。
【００１９】
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。アルミナの適当な例がボーマイト（ＡｌＯ（ＯＨ））である。望むならば、これらの無機酸化物の改変形態、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。適当な金属炭化物、ホウ化物及び窒化物としては、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、ホウ化物及び窒化物の少なくとも一つを含む混合物がある。望むならば、ダイア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。
【００２０】
過度の金属ディッシング及び絶縁体エロージョンを防ぐため、砥粒は、平均粒径が２００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。平均粒径が１００nm以下、好ましくは７５nm以下、好ましくは５０nm以下である砥粒を使用することが望ましい。有利には、平均粒径が１０〜５０nmであるシリカを用いた場合に金属ディッシング及び絶縁体エロージョンがもっとも少ない。もっとも好ましくは、シリカは、平均粒径が２０〜４０nmである。加えて、好ましい砥粒は、砥粒の安定性を改善するための添加物、たとえば分散剤を含むことができる。一つのこのような砥粒は、フランスPuteauxのClariant社のコロイダルシリカである。研磨組成物が砥粒を含有しないならば、研磨加工にとってパッド選択及びコンディショニングがより重要になる。たとえば、一部のシリカを含まない組成物の場合、砥粒固定パッドが研磨性能を改善する。
【００２１】
低い砥粒濃度は、望ましくない砥粒誘発欠陥、たとえばスクラッチを減らすことにより、研磨加工の研磨性能を改善することができる。比較的小さな粒径の砥粒を使用し、研磨組成物を低い砥粒濃度で処方することにより、非鉄金属配線及びlow−ｋ絶縁体に対してより良好な制御を維持することができる。
【００２２】
砥粒は、０．０５重量％〜４０重量％の量で使用することが望ましい。一つの実施態様では、砥粒を０．１〜１０重量％の量で使用することが望ましい。もう一つの実施態様では、砥粒を０．５〜５重量％の量で使用することが望ましい。
【００２３】
非鉄金属配線、たとえばアルミニウム、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、白金族金属、白金族合金、銀、銀合金、タングステン及びタングステン合金又は前記金属の少なくとも一つを含む組み合わせの除去を促進するために、酸化剤を研磨組成物に含めることが望ましい。適当な酸化剤としては、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）、Ｍｎ（IV）及びＭｎ（VI）塩、銀塩、銅塩、クロム塩、コバルト塩、ハロゲン、次亜塩素酸塩及び前記酸化剤の少なくとも一つ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、使用の直前に研磨組成物に加えられることもあり、そのような場合、酸化剤は別個のパッケージに含まれるということが注記される。一つの実施態様では、酸化剤は０．１〜１０重量％の量で存在する。もう一つの実施態様では、酸化剤は０．２〜５重量％の量で存在する。
【００２４】
また、研磨組成物は、有利には、一般に膜形成剤とも呼ばれるコロージョンインヒビターを含む。コロージョンインヒビターは、基材構造の表面に化学結合して化学的複合体（金属酸化物又は水酸化物ではない）を形成することができるいかなる化合物又は化合物の混合物であってもよい。化学的複合体は、不活性化層として働き、金属配線の表面金属層の溶解を抑止する。
【００２５】
好ましいコロージョンインヒビターはベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）である。一つの実施態様では、研磨組成物は、配線除去速度を減少させるために比較的多量のＢＴＡインヒビターを含むことができる。インヒビターは１０重量％以下の量で存在する。一つの実施態様では、インヒビターは０．０２５〜４重量％の量で存在する。もう一つの実施態様では、インヒビターは０．２５〜１重量％の量で存在する。ＢＴＡが使用される場合、２重量％以下であることができる、研磨組成物中での溶解度の限界、又は研磨組成物中の飽和限界までの濃度で使用することができる。ＢＴＡの好ましい濃度は０．００２５〜２重量％である。場合によっては、補足的なコロージョンインヒビターを研磨組成物に加えてもよい。補足的なコロージョンインヒビターは、界面活性剤、たとえばアニオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、両性界面活性剤及びポリマー又は有機化合物、たとえばアゾールである。加えて、アゾールは、銅除去速度をトグル又は制御するために使用することができる。たとえば、補足的なインヒビターは、ＢＴＡと組み合わされるイミダゾール、トリトリアゾール又はそれらの混合物を含むことができる。トリトリアゾールの添加は銅除去速度を減少させるが、イミダゾールの添加は銅除去速度を高める。トリトリアゾールをイミダゾールと組み合わせて使用すると、銅除去速度をトグル又は制御することができる。
【００２６】
研磨組成物は、金属配線除去速度及びlow−ｋ又は超low−ｋ絶縁体除去速度を望みとおりにトグル又は制御するために塩基性ｐＨを有する。一般に、研磨組成物は少なくとも７のｐＨを有することが望ましい。一つの実施態様では、研磨組成物のｐＨは８以上であることができる。研磨組成物はまた、研磨組成物のｐＨを変化させるために無機又は有機ｐＨ調節剤を含む。適当な酸性ｐＨ調節剤としては、たとえば、硝酸、硫酸、塩酸、リン酸など及び前記酸性ｐＨ調節剤の少なくとも一つを含む組み合わせがある。好ましいｐＨ調節剤は硝酸である。また、塩基性ｐＨ調節剤を研磨組成物に使用してもよい。ｐＨ調節剤の適当な例は、水酸化ナトリウム、水酸化アンモニウム、水酸化カリウムなど及び前記塩基性ｐＨ調節剤の少なくとも一つを含む組み合わせである。水性組成物の残余は、水、好ましくは脱イオン水である。
【００２７】
場合によっては、研磨組成物は、銅除去速度をバリヤ金属除去速度に対して調節するためのキレート化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り、銅除去速度を改善する。研磨流体で場合によっては使用するための典型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、トリメチレンジアミン、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、タンニン酸及びそれらの塩がある。好ましくは、研磨流体に使用される錯化剤はクエン酸である。もっとも好ましくは、研磨流体は、錯化剤及び／又はキレート化剤を１５重量％まで含む。
【００２８】
場合によっては、研磨組成物はまた、緩衝剤、たとえば５以上のpKaを有する種々の有機酸及び無機酸ならびにアミノ酸又はそれらの塩を含むことができる。場合によっては、研磨組成物は、消泡剤、たとえば、エステル、エチレンオキシド、アルコール、エトキシレート、ケイ素化合物、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はじめとする非イオン性界面活性剤及び前記界面活性剤の少なくとも一つを含む混合物をさらに含むことができる。消泡剤はまた、両性界面活性剤であってもよい。また、研磨組成物は、場合によっては、ｐＨ緩衝剤、殺生剤及び消泡剤を含むことができる。
【００２９】
一般に、非鉄配線を有する半導体基材に対してこの研磨組成物を使用することが好ましい。配線に使用される適当な金属としては、たとえば、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、白金族金属、白金族合金、銀、銀合金、タングステン及びタングステン合金又は前記金属の少なくとも一つを含む組み合わせがある。好ましい配線金属は銅である。
【００３０】
研磨組成物は、研磨装置が２１．７kPa（３psi）未満の低い圧力で作動することを可能にする。好ましいパッド圧は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、もっとも好ましくは６．９kPa（１psi）以下の圧力を有利に使用することができる。もっとも好ましくは、研磨は、以下に示す実施例の研磨パッド及び条件で実施する。低い研磨パッド圧は、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、脆性材料に対する損傷を減らす。たとえば、低誘電率材料は、高い応力にさらされると破壊し、離層する。熱可塑性ポリマー及びポリビニルピロリドンを含む研磨組成物は、有利には、非鉄金属配線ならびに炭素ドープ酸化物のような有機材料から誘導されたlow−ｋ及び超low−ｋ絶縁層の除去速度に対する制御を促進しながらも、バリヤ層及びキャップ層の高い除去速度を可能にする。典型的な実施態様では、研磨組成物は、low−ｋ又は超low−ｋ絶縁層に対する実質的な損傷なしで高いバリヤ除去速度を有利に達成するように調節又はチューニングすることができる。研磨組成物は、多様なライン幅を有するパターン付きウェーハにおけるエロージョンを減らすために有利に使用することができる。
【００３１】
研磨組成物は、多孔性ポリウレタン研磨パッドを使用して集積回路ウェーハに対して垂直に計測して３．５〜２１．７kPaのパッド圧で、銅除去速度の２倍〜４倍の大きさの窒化タンタル除去速度を有する。研磨組成物は、多孔性ポリウレタン研磨パッドを使用して集積回路ウェーハに対して垂直に計測して３．５〜２１．７kPaのパッド圧で、low−ｋ絶縁体除去速度の２倍以上の大きさの窒化タンタル除去速度を有する。選択性を決定するのに有用な具体的な研磨パッドは、実施例の条件を使用するＩＣ１０１０（商標）多孔性充填ポリウレタン研磨パッドである。研磨組成物は、研磨作業の前又は研磨作業中に形成することができる。研磨作業中に形成するならば、研磨流体を研磨界面に導入したのち、研磨パッドからの粒子放出によって粒子の一部又は全部を研磨界面に導入することができる。
【００３２】
ここで、本発明のいくつかの実施態様を以下の実施例で詳細に記載する。
【実施例】
【００３３】
以下の実施例で研磨組成物に使用した材料の学術用語を以下の表１に示す。Klebosol 1501-50は、平均粒径５０nmのシリカ粒子３０重量％を有し、１０．５〜１１のｐＨを有する、Clariantから市販されているシリカである。脱イオン水を使用することによってサンプルをシリカ粒子１２重量％まで希釈した。
【００３４】
【表１】
2005244229.tif 000002
【００３５】
この実施例は、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研磨組成物を効果的に使用して、low−ｋ及び超low−ｋ絶縁体、たとえば炭素ドープ酸化物の除去速度を減少させながらも銅除去速度を変化させることができることを実証するために実施した。研磨実験は、Applied Materialsによって供給されるMirraモデルウェーハ研磨機を使用して実施した。研磨パッドは、Rohm and Haas Electronics Material CMP Technologiesによって供給されるＩＣ１０１０（商標）であった。各ランの前にパッドをコンディショニングした。研磨加工は、１３．７８kPa（２psi）の圧力、１２０rpm（毎分回転数）のテーブル速度及び１１４rpmのキャリヤ速度で実施した。研磨組成物供給速度（スラリー流量）は２００ml/minであった。すべての試験は２００mmブランケットウェーハを使用した。
【００３６】
この実施例では、表２に示す異なるポリビニルピロリドン及びポリビニルアルコール濃度でいくつかの研磨組成物を調製した。場合によっては表２に示す配合に加えた添加物は、０．０１重量％の塩化アンモニウム及び０．００５重量％（有効成分）の殺生剤、たとえばKORDEK（登録商標）（Rohm and Haas社から市販）であった。また、ポリビニルピロリドンのみを有する比較研磨組成物を試験した。表２に示す比較研磨組成物はサンプル１、５及び６である。表２は、窒化タンタル（ＴａＮ）、銅（Ｃｕ）、ＴＥＯＳ、炭素ドープ酸化物（ＣＤＯ）及びＳｉＣＮの除去速度（ＲＲ）をオングストローム／分単位で示す。ＣＤＯは、Novellus Systems社のCORAL  low−ｋ絶縁体であった。
【００３７】
【表２】
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【００３８】
表２から、ポリビニルピロリドンに対するポリビニルアルコールの比が増すにつれ、銅の除去速度は低下するが、low−ｋ絶縁体又は炭素ドープ酸化物、たとえばＣＤＯ層の除去速度はなおも非常に低い速度に維持されるということがわかる。また、好ましくはlow−ｋ絶縁体の除去速度の制御を維持しながらも銅除去速度を変化させることができることがわかる。同じく表２から、ポリビニルアルコール及びポリビニルピロリドンの両方を含有する研磨組成物を使用すると、バリヤ材料、たとえばＴＥＯＳ及び窒化タンタル（ＴａＮ）の加速された除去速度を維持することができることがわかる。
【外国語明細書】
1. Title of Invention
2005244229.tif 000004
2. Detailed Description of Invention
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2005244229.tif 000015
1.Claims
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2005244229.tif 000017
1. Abstract
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2. Representative Drawing
None