(57)【要約】【課題】  絶縁体及び配線金属の存在下でタンタルバリヤ材料を含む半導体ウェーハを研磨するのに有用な水性組成物を提供する。【解決手段】  本組成物は、タンタルバリヤ材料の除去を促進するのに十分な濃度を有するアゾール化合物を含む。加えて、アゾール化合物は、配線金属の除去を抑制しない。組成物はさらに砥粒を含む。また、組成物は、絶縁体に比べてタンタルバリヤ材料に対してより大きな選択比を有する。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁体及び配線金属の存在下でタンタルバリヤ材料を含む半導体ウェーハを研磨するのに有用な水性組成物であって、
タンタルバリヤ材料の除去を促進するのに十分な濃度を有し、配線金属の除去を抑制しないアゾール化合物と、
砥粒と、
を含み、絶縁体に比べてタンタルバリヤ材料に対してより大きな選択比を有する組成物。
【請求項２】
半導体ウェーハからタンタルバリヤ材料を研磨するのに有用な水性組成物であって、
酸化剤０〜２５重量％、非鉄金属用のインヒビター０〜６重量％、非鉄金属用の錯化剤０〜１５重量％、アゾール化合物０．０５〜２５重量％、砥粒０．０５〜１２重量％を含み、ウェーハに対し垂直に測定して２０．７kPaのマイクロポーラスポリウレタン研磨パッド圧力で計測して少なくとも１０：１のタンタルバリヤ材料：絶縁体の選択比を有し、
アゾール化合物が、１，２，４−トリアゾール、３−メチル−１，２，４−トリアゾール、３，５−ジメチル−１，２，４−トリアゾール、１−アミノ−１，２，４−トリアゾール、３−アミノ−１，２，４−トリアゾール、５−アミノ−３−メチル−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、１，２，３−トリアゾール、１−メチル−１，２，３−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、４，５−ジメチル−１，２，３−トリアゾール、１−アミノ−５−ｎ−プロピル−１，２，３−トリアゾール、１−（β−アミノエチル）−１，２，３−トリアゾール、１−メチルテトラゾール、２−メチルテトラゾール、５−アミノ−１Ｈ−テトラゾール、５−アミノ−１−メチルテトラゾール、１−（β−アミノエチル）テトラゾール、電子供与性置換基を有する置換トリアゾール又はテトラゾール化合物及びこれらの混合物からなる群より選択されるものである組成物。
【請求項３】
絶縁体及び配線金属の存在下でタンタルバリヤ材料を含む半導体ウェーハを研磨するためのケミカルメカニカルプラナリゼーション法であって、
ウェーハを、タンタルバリヤ材料の除去を促進するのに十分な濃度を有し、かつ配線金属の除去を抑制しないアゾール化合物と、砥粒とを含む研磨組成物と接触させる工程と、
ウェーハを研磨パッドで研磨して、毎分オングストローム単位で表して絶縁体の除去速度よりも高い除去速度でタンタルバリヤ材料を除去する工程と、を含む方法。
【請求項４】
アゾール化合物が、１，２，４−トリアゾール、３−メチル−１，２，４−トリアゾール、３，５−ジメチル−１，２，４−トリアゾール、１−アミノ−１，２，４−トリアゾール、３−アミノ−１，２，４−トリアゾール、５−アミノ−３−メチル−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、１，２，３−トリアゾール、１−メチル−１，２，３−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、４，５−ジメチル−１，２，３−トリアゾール、１−アミノ−５−ｎ−プロピル−１，２，３−トリアゾール、１−（β−アミノエチル）−１，２，３−トリアゾール、１−メチルテトラゾール、２−メチルテトラゾール、５−アミノ−１Ｈ−テトラゾール、５−アミノ−１−メチルテトラゾール、１−（β−アミノエチル）テトラゾール、電子供与性置換基を有する置換トリアゾール又はテトラゾール化合物及びこれらの混合物からなる群より選択される、請求項３記載の方法。
【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、絶縁体及び配線金属の存在下で半導体ウェーハのバリヤ材料を除去するための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中に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。バリヤ層がパターニングされた絶縁層を覆い、金属層がそのバリヤ層を覆っている。金属層は、パターン付けされた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を有している。
【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、滑らかな平坦面をウェーハ上に残し、金属充填トレンチが研磨面とで実質的に平坦な回路配線を提供する。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、バリヤをその下に位置する半導体ウェーハの絶縁体層から除去して平坦な研磨面を絶縁層上に提供する。
【０００４】
残念ながら、ＣＭＰ加工はしばしば、「ディッシング」として知られる状態である、回路配線からの不要な金属の過度な除去を生じさせる。このディッシングは、第一工程研磨及び第二工程研磨の両方から生じうる。許容可能なレベルを超えるディッシングは、回路配線の寸法損失を生じさせる。回路配線中のこれらの「薄い」区域が電気信号を減衰させ、二重ダマシン構造の継続的な製造を損なう。
【０００５】
バリヤは通常、金属、金属合金又は金属間化合物、たとえばタンタル又は窒化タンタルである。バリヤは、ウェーハ内で層間の移動又は拡散を防ぐ層を形成する。たとえば、バリヤは、配線金属、たとえば銅又は銀の、隣接する絶縁体への拡散を防止する。バリヤ材料は、大部分の酸によるコロージョンに対して耐性であり、それにより、ＣＭＰ用の流体研磨組成物への溶解に耐性でなければならない。さらには、これらのバリヤ材料は、ＣＭＰスラリー中の砥粒及び固定研磨パッドによる除去に耐える靱性を示すことができる。
【０００６】
エロージョンとは、ＣＭＰ加工によって絶縁層の一部が除去されることによって生じる、絶縁層表面の望ましくないリセスをいう。トレンチ中の金属に隣接するところで起こるエロージョンは、回路配線の寸法不良を生じさせる。これらの不良が、回路配線によって伝送される電気信号の減衰の一因となり、ディッシングと同様に、二重ダマシン構造のその後の製造を損なう。金属配線又は絶縁層の除去速度に対するバリヤの除去速度は、選択比として知られている。
【０００７】
上記で論じたように、大部分のバリヤ材料は、摩擦及び溶解による除去に抵抗するため、ＣＭＰによって除去しにくい。典型的なバリヤ除去スラリーは、バリヤ材料を除去するためには、流体研磨組成物中に高濃度の砥粒を要する。たとえば、Farkasらは、米国特許第６，００１，７３０号で、銅配線を研磨するための、砥粒を１２重量％まで含むスラリーを開示している。しかし、このような高い砥粒濃度を有するスラリーは、絶縁層に対して有害なエロージョンを生じさせ、銅配線のディッシング及びスクラッチを生じさせる傾向にある。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絶縁層のピーリング又はデラミネーションを生じさせるおそれがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、求められているものは、タンタルバリヤ材料を選択的に除去するための、改良されたＣＭＰ組成物及び方法である。特に、絶縁体のエロージョンを減らし、金属配線のディッシング及びスクラッチを減らしながらタンタルバリヤ材料を選択的に除去するためのＣＭＰ組成物及び方法が要望されている。さらに、半導ウェーハからのlow-ｋ絶縁層の剥離を生じさせないで除去するタンタルバリヤ材料を除去するという要望がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、半導体ウェーハからタンタルバリヤ材料を研磨するのに有用な水性組成物を提供する。本組成物は、タンタルバリヤ材料の除去を加速するのに十分な濃度を有するアゾール化合物を含む。加えて、アゾール化合物は、配線金属の除去を抑制しない。組成物はさらに砥粒を含む。また、組成物は、絶縁体に比べてタンタルバリヤ層に対してより大きな選択比を有する。
【００１０】
第一の態様で、本発明は、絶縁体及び配線金属の存在下でタンタルバリヤ材料を含む半導体ウェーハを研磨するのに有用な水性組成物であって、タンタルバリヤ材料の除去を促進するのに十分な濃度を有し、配線金属の除去を抑制しないアゾール化合物と、砥粒と、を含み、絶縁体に比べてタンタルバリヤ材料に対してより大きな選択比を有する組成物を提供する。
【００１１】
第二の態様で、本発明は、半導体ウェーハからタンタルバリヤ材料を研磨するのに有用な水性組成物であって、酸化剤０〜２５重量％、非鉄金属用のインヒビター０〜６重量％、非鉄金属用の錯化剤０〜１５重量％、アゾール化合物０．０５〜２５重量％、砥粒０．０５〜１０重量％を含み、ウェーハに対し垂直に測定して２０．７kPaのマイクロポーラスポリウレタン研磨パッド圧で計測して少なくとも１０：１のタンタルバリヤ材料：絶縁体の選択比を有し、アゾール化合物が、１，２，４−トリアゾール、３−メチル−１，２，４−トリアゾール、３，５−ジメチル−１，２，４−トリアゾール、１−アミノ−１，２，４−トリアゾール、３−アミノ−１，２，４−トリアゾール、５−アミノ−３−メチル−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、１，２，３−トリアゾール、１−メチル−１，２，３−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、４，５−ジメチル−１，２，３−トリアゾール、１−アミノ−５−ｎ−プロピル−１，２，３−トリアゾール、１−（β−アミノエチル）−１，２，３−トリアゾール、１−メチルテトラゾール、２−メチルテトラゾール、５−アミノ−１Ｈ−テトラゾール、５−アミノ−１−メチルテトラゾール、１−（β−アミノエチル）テトラゾール、電子供与性置換基を有する置換トリアゾール又はテトラゾール化合物及びこれらの混合物からなる群より選択されるものである組成物を提供する。
【００１２】
第三の態様で、本発明は、絶縁体及び配線金属の存在下でタンタルバリヤ材料を含む半導体ウェーハを研磨するためのケミカルメカニカルプラナリゼーション法であって、ウェーハを、タンタルバリヤ材料の除去を促進するのに十分な濃度を有し、かつ配線金属の除去を抑制しないアゾール化合物と、砥粒とを含む研磨組成物と接触させる工程と、ウェーハを研磨パッドで研磨して、毎分オングストローム単位で表して絶縁体の除去速度よりも高い除去速度でタンタルバリヤ材料を除去する工程と、を含む方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本溶液及び方法は、タンタルバリヤ材料を除去するための予想外の選択比を提供する。溶液は、アゾール化合物及び砥粒に基づいてタンタルバリヤ材料を選択的に除去する。溶液は、絶縁体のエロージョンを減らし、金属配線、たとえば銅のディッシング及びスクラッチを減らしながら、バリヤ材料を選択的に除去する。さらには、溶液は、半導体ウェーハからlow-ｋ絶縁層をピーリング又はデラミネーションさせることなく、タンタルバリヤ材料を除去する。
【００１４】
本明細書に関して、タンタルバリヤとは、タンタル、タンタル含有合金、タンタル系合金及びタンタル金属間化合物をいう。溶液は、タンタル、タンタル系合金及びタンタル金属間化合物、たとえば炭化タンタル、窒化タンタル及び酸化タンタルに対して特に有効である。スラリーは、金属配線の除去速度を抑制することなく、パターン付き半導体ウェーハからのタンタルバリヤの除去を促進するのに非常に効果的である。
【００１５】
本明細書中、アゾール化合物は、環式共役化合物中に２個以上の窒素原子を含有する化合物と定義される。環式共役化合物はさらに、少なくとも２個の窒素原子の間に少なくとも１個の二重結合を含む。環式共役化合物中の窒素原子は、互いに隣接していてもよいし、他の原子によって隔てられていてもよい。また、アゾール化合物は、環員が他の基によって置換されていてもよい。好ましい置換基は電子供与性基である。本明細書に関して、「電子供与性」とは、化学基が、電子密度を自らに移動させる物質に結合していることをいう。F. A. Carey及びR. J. Sundbergが、Advanced Organic Chemistry, Part A: Structure and Mechanisms, 3rd Edition New York: Plenum Press (1999), p. 208 and 546-561で、電子供与性置換基をより詳細に記載している。電子供与性置換基は、たとえば、アミノ、ヒドロキシル（−ＯＨ）、アルキル、置換アルキル、炭化水素基、置換炭化水素基、アミド及びアリールを含む。これらの電子供与性置換基は、タンタル含有バリヤ材料の除去を促進する。理論的には、アゾール化合物がバリヤ表面、たとえばＴａＮ又はＴａに吸着すると、電子が、少なくとも２個の窒素原子の間を共役結合を介して流れる。その結果、アゾール化合物は、バリヤ表面に対して強い親和力を有するようになる。バリヤ表面に対するこの親和力が、限られた砥粒の使用では、バリヤ除去速度を促進すると推論されている。
【００１６】
好ましいアゾール化合物は、トリアゾール化合物、たとえば１，２，４−トリアゾール、３−メチル−１，２，４−トリアゾール、３，５−ジメチル−１，２，４−トリアゾール、１−アミノ−１，２，４−トリアゾール、３−アミノ−１，２，４−トリアゾール、５−アミノ−３−メチル−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、１，２，３−トリアゾール、１−メチル−１，２，３−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、４，５−ジメチル−１，２，３−トリアゾール、１−アミノ−５−ｎ−プロピル−１，２，３−トリアゾール、１−（β−アミノエチル）−１，２，３−トリアゾール、電子供与性置換基を有する置換トリアゾール化合物及びこれらの混合物を含む。さらに、他のアゾール化合物は、テトラゾール化合物、たとえば１−メチルテトラゾール、２−メチルテトラゾール、５−アミノ−１Ｈ−テトラゾール、５−アミノ−１−メチルテトラゾール、１−（β−アミノエチル）テトラゾール、電子供与性置換基を有する置換テトラゾール化合物及びこれらの混合物を含む。タンタルバリヤの除去を加速するのに特に効果的なアゾール化合物は、１，２，４−トリアゾール及び３−アミノ−１，２，４−トリアゾールである。
【００１７】
有利には、アゾール化合物は、溶液中、たとえば０．０５〜２５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。一つのタイプのアゾール化合物が存在してもよいし、アゾール化合物の混合物が存在してもよい。もっとも有利には、溶液は、アゾール化合物を０．１〜１０重量％含有し、大部分の用途では、１〜５重量％のア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、アゾール化合物の濃度は２重量％である。
【００１８】
研磨組成物は、バリヤ層除去を促進するため、砥粒を０．０５〜１０重量％含有する。この範囲内で、砥粒は、０．１重量％以上、好ましくは０．５重量％以上の量で存在することが望ましい。同じくこの範囲内で望ましいものは、５重量％以下、好ましくは３重量％以下の量である。もっとも好ましくは、砥粒濃度は１〜２重量％である。
【００１９】
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５０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４０nm以下であるコロイド状砥粒を使用することが望ましい。さらには、平均粒径が３０nm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。コロイド状砥粒の粒径を３０nm以下に減らすことは、研磨組成物の選択比を改善する傾向を示すが、バリヤ除去速度を下げる傾向をも示す。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、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ができる。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。
【００２０】
研磨組成物は、バリヤ層の「機械的」除去のための砥粒を含む。例示的な砥粒は、無機酸化物、金属ホウ化物、金属炭化物、金属窒化物、ポリマー粒子及び前記の少なくとも一つを含む混合物を含む。適切な無機酸化物は、たとえば、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）又は前記酸化物の少なくとも一つを含む組み合わせを含む。望むならば、これらの無機酸化物の修飾された形態、たとえばポリマー被覆無機酸化物粒子及び無機被覆粒子を使用してもよい。適切な金属炭化物、ホウ化物及び窒化物は、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、炭化チタン又は前記金属炭化物、ホウ化物及び窒化物の少なくとも一つを含む組み合わせを含む。望むならば、ダイアモンドを砥粒として使用してもよい。代替砥粒はまた、ポリマー粒子及び被覆ポリマー粒子を含む。好ましい砥粒はシリカである。
【００２１】
有利には、アゾール化合物の使用は、低い砥粒濃度での研磨を促進する。アゾール化合物及び低い砥粒濃度を含有する研磨溶液は、毎分オングストローム単位で表して絶縁体除去速度の少なくとも１０倍の速度でタンタルバリヤ材料を容易に除去することができる。より好ましくは、本発明の溶液は、絶縁体除去速度の少なくとも１００倍の速度でタンタルバリヤ材料を容易に除去することができる。もっとも好ましくは、本発明の溶液は、絶縁体除去速度の少なくとも１０００倍の速度でタンタルバリヤ材料を容易に除去することができる。さらには、アゾール化合物及び低い砥粒濃度を含有する研磨溶液は、毎分オングストローム単位で表して金属除去速度の少なくとも２倍の速度でタンタルバリヤ材料を容易に除去することができる。より好ましくは、本発明の研磨溶液は、毎分オングストローム単位で表して金属除去速度の少なくとも５倍の速度でタンタルバリヤ材料を容易に除去することができる。もっとも好ましくは、本発明の研磨溶液は、毎分オングストローム単位で表して金属除去速度の少なくとも１０倍の速度でタンタルバリヤ材料を容易に除去することができる。本発明のアゾール化合物がタンタルバリヤ材料の除去を促進することに注目されたい。本発明のアゾール化合物は、配線金属用のインヒビターではない。換言するならば、本発明のアゾール化合物は、配線金属の除去を抑制することなく、タンタルバリヤ材料の除去速度を高める。
【００２２】
アゾール化合物は、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、この溶液は、有利には、偶発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。本発明の研磨流体のｐＨは、好ましくは７〜１２、より好ましくは８〜１０である。溶液のｐＨが７未満であるならば、酸化剤を加えて、バリヤ材料を除去するアゾールの効力を高めてもよい。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、IIIＢ族金属イオンを含有する塩基、IVＢ族金属イオンを含有する塩基、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。塩基性範囲で設計されているｐＨは、バリヤ表面の除去に役立つだけでなく、本発明のスラリーが安定であるのにも役立つ。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を含む。
【００２３】
場合によっては、溶液は、酸化剤を０〜２５重量％含有する。有利には、場合によって含まれる酸化剤は、０〜１５重量％の範囲である。酸化剤は、低いｐＨ範囲で形成することができる酸化タンタル膜を除去する際に溶液を支援するのに特に効果的である。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一つ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スラリーに混入することが非常に有利である。
【００２４】
場合によっては、溶液は、静的なエッチング又は他の除去機構による配線除去速度を制御するため、インヒビターを０〜６重量％含有する。インヒビターの濃度を調節することが、静的なエッチングから金属を保護することによって配線金属除去速度を調節する。有利には、溶液は、銅又は銀配線の静的なエッチングを防止するため、場合によってはインヒビターを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。銅及び銀配線にはアゾールインヒビターが特に有効である。代表的なアゾールインヒビターは、ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）、メルカプトベンゾチアゾール（ＭＢＴ）、トリルトリアゾール及びイミダゾールを含む。銅及び銀にはＢＴＡが特に効果的なインヒビターである。これらのインヒビターは、本出願のための「アゾール」化合物の定義から明確に除外されることに留意されたい。換言するならば、本発明のアゾール化合物は、バリヤ材料を選択的に除去する能力に関して選択されたものであり、金属配線の除去速度を抑制する目的で選択されたものではない。
【００２５】
インヒビターに加えて、溶液は、非鉄金属用の錯化剤を０〜２０重量％含有することができる。錯化剤は、存在する場合、非鉄金属配線が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。もっとも有利には、溶液は、非鉄金属用の錯化剤を０〜１０重量％含有する。代表的な錯化剤は、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、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、グリテル酸（gluteric acid）、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を含む。有利には、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。もっとも好ましくは、錯化剤はクエン酸である。
【００２６】
本発明の研磨流体は、導電性金属、たとえば銅、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絶縁体を含む、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材料にほとんど影響を及ぼさずにタンタルバリヤ材料を除去する。溶液は、低い砥粒濃度でも低い圧力（すなわち２０．７kPa未満）及び高いタンタル選択比で効果的な除去速度を提供するため、低い絶縁体エロージョン速度で研磨を促進する。本溶液及び方法は、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。
【００２７】
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、水中の２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オン（Rohm and Haas社）が多くの用途に効果的な殺生剤を提供する。殺生剤は一般に、供給業者によって規定される濃度で使用される。
【００２８】
溶液は、ウェーハに対し垂直測定で２０．７kPaの微孔性ポリウレタン研磨パッド圧で計測して、窒化タンタル：絶縁体及び窒化タンタル：金属の選択比を、順に少なくとも１０：１及び少なくとも２：１で提供する。選択比を測定するのに有用である特定の研磨パッドは、Politex微孔性ポリウレタン研磨パッドである。砥粒及びアゾール化合物濃度を調節することが、タンタルバリヤ除去速度を調節する。インヒビター、酸化剤、錯化剤及びレベリング剤濃度を調節することが配線金属の溶蝕速度を調節する。
【実施例】
【００２９】
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。加えて、すべての例の溶液は、Kordek（登録商標）MLX殺生剤、水中の２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オン０．０１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。
【００３０】
例１
この実験では、半導体ウェーハからのＴａＮバリヤ、ＴＥＯＳ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特定のアゾール化合物及び砥粒の効果を測定した。Strausbaugh研磨機により、Politexポリウレタン研磨パッド（Rodel社）を、約３psi（２０．７kPa）のダウンフォース条件下、約２００cc/minの研磨溶液流量、１２０rpmのプラテン速度及び１１４rpm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１重量％含有するものであった。
【００３１】
【表１】
2005167219.tif 000002
【００３２】
表１に示すように、アゾール化合物及び砥粒を含む研磨流体を用いて高いＴａＮバリヤ膜除去速度が得られた。特に、砥粒及び１，２，４−トリアゾール又は３−アミノ−１，２，４−トリアゾール（それぞれ試験１及び２）を含有する第二研磨工程流体が、ＴａＮに関して優れた除去速度、すなわち少なくとも毎分１９９５オングストローム（Å/min）の除去速度を提供した。アゾール化合物なしで砥粒を含有する研磨流体（比較溶液Ｂ及びＣ）及び砥粒なしでアゾール化合物を含有する研磨流体（比較溶液Ｄ及びＥ）は、より低いＴａＮ除去速度ならびに絶縁体（ＴＥＯＳ）及び金属（Ｃｕ）に対する劣る除去選択比を示した。ＴａＮ及び絶縁体のマイナスの除去速度は、研磨機の既定許容差の範囲内であり、検出可能なＴａＮ及び／又はＴＥＯＳ損失を示すわけではないことに留意されたい。アゾール化合物が砥粒とともに研磨流体中に存在する場合、絶縁体に対するＴａＮの除去選択比は、試験１及び２の場合でそれぞれ１９９５：１及び２２２３：１であった。金属に対するＴａＮの除去選択比は、試験１及び２の場合でそれぞれ１５：１及び１３：１であった。記載した選択比は、先に定義した実施例の試験条件におけるものであることに留意されたい。選択比は、試験パラメータに加えられる変更とともに変動することができる。
【００３３】
表１に示す結果は、アゾール化合物及び砥粒を含有する研磨流体を使用した場合、バリヤ膜（ＴａＮ）の優れた除去ならびに金属膜（Ｃｕ）及び絶縁層（ＴＥＯＳ）に対する相応の除去選択比が得られるということを示す。約２重量％で存在するアゾール化合物がこの除去に有用であり、優れたバリヤ除去速度及び除去選択比を提供した。すべての研磨流体は、従来の第二研磨工程流体で一般に使用される砥粒濃度よりも十分に低い１〜２重量％の砥粒を含有していた。
【００３４】
本溶液及び方法は、タンタルバリヤ材料、たとえばタンタル、窒化タンタル及び酸化タンタルを除去するための優れた選択比を提供する。溶液は、絶縁体エロージョンを減らしながらタンタルバリヤ材料を選択的に除去する。たとえば、溶液は、検出可能なＴＥＯＳ損失なしに、かつlow-ｋ絶縁層をピーリング又はデラミネーションさせることなく、タンタルバリヤを除去することができる。加えて、溶液は、銅配線のディッシング及びスクラッチを減らす。また、本発明のアゾール化合物は、配線金属の除去を抑制することなくタンタルバリヤ材料の除去を促進する。
【外国語明細書】
1. Title of Invention
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2. Detailed Description of Invention
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1. Claims
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1. Abstract
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2. Representative Drawing
None