(57)【要約】【課題】半導体集積回路の製造に使用される化学的機械的研磨（ＣＭＰ）処理に用いられる、従来の欠点を減少させ且つ改良した研磨用スラリー、及びそれを使用する研磨方法を提供する。【解決手段】この発明の研磨用スラリーは、研磨材材料として慣用の煙霧シリカに代わって、コロイドシリカを使用し、腐食防止剤を使用し、そして慣用的に使用されていた酸化剤を使用しない、組成を有する。ウェーハ配線において、ダマスク象眼法が使用されており、この発明の研磨方法はダマスク象眼構造物を用意し、研磨用パッドを用意し、該構造物と該パッドとの間の界面に該スラリーを適用し、化学的機械的研磨用装置においてその装置の研磨用パラメータを用いて研磨を行い、金属層の少なくとも１部分を除去することからなる。【選択図】図２
2005294283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散用媒体；
分散用媒体中に懸濁されたコロイドシリカ；及び
分散用媒体中の腐食防止剤；
を含む研磨用スラリー。
【請求項２】
ダマシン構造物を用意し；
研磨用パッドを用意し；
コロイドシリカ及び腐食防止剤を用意し；
ダマシン構造物と研磨用パッドとの間の界面に研磨用スラリーを適用し；
そして
ＣＭＰ装置の研磨用パラメータを用いて研磨を行い、それらにおいて金属層の少なくとも一部分が除去される；
工程を含む、化学的−機械的研磨用装置を用いてダマシン構造物を研磨する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に半導体集積回路の製造において使用される化学的−機械的研磨（ＣＭＰ）処理の分野に関し、さらに特定的には、例えば銅ＣＭＰにおいて使用されるスラリー類の組成物及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の範囲を限定することなしにその背景は、例として、化学的−機械的研磨、及び研磨用スラリーに関連して記載される。
【０００３】
半導体技術における開発は、多水準の相互接続を有する回路を用いての集積回路（ＩＣ）ウェーハの製造に導いた。相互接続により起こされるＲＣ遅延を減少させるために種々の新しい材料がＩＣを製造する方法に導入された。例えば、その低い抵抗及び良好な電子移動抵抗に起因して、アルミニウムに代わって銅が用いられる。フルオロ珪酸塩ガラス（ＦＳＧ）、水素シルセスキオキサン（ＨＳＱ）、有機珪酸塩ガラス（ＯＳＧ）、ブラックダイヤモンド（登録商標）、ＳｉＬＫ（登録商標）のような低い誘電率の材料（低いｋ）は配線間のキャパシタンスカップリングを減少させるために用いられる。プラズマエッチング室において銅をエッチングすることの困難なために、ダマスク象眼法（ダマシン法：ｄａｍａｓｃｅｎｅ  ｐｒｏｃｅｓｓ）が銅配線を造るために典型的に用いられる。
【０００４】
ダマシン法において、誘電体層中の開通路（ｏｐｅｎｉｎｇ：開口）がパターン化及びエッチング処理によって形成される。１つのダマシン構造においてその開通路は溝（ｔｒｅｎｃｈ）又は通路（ｖｉａ）であり、そして二重のダマシン構造において、その開通路は、一緒になっての溝と通路とである。その開通路は、次に、銅の拡散を防止し、そして接着を改良するために、Ｔａ又はＴａＮのようなバリヤー（障壁）層でコーテイングされ、次に銅種子層（ｓｅｅｄ  ｌａｙｅｒ）が形成される。次に開通路は、例えば電気メッキ処理により銅で充たされる。化学的機械的研磨（ＣＭＰ）処理は銅の過剰な部分を除去し、そして表面を平面化するために用いられる。
【０００５】
ＣＭＰ処理において、材料の除去は、研磨用パッド、研磨用スラリー及びウェーハ間の相互作用により達成される。研磨用スラリーは、その研磨システムの重要な部分である。大いに、それは研磨性能を決定する。銅ＣＭＰ処理は、典型的には複数工程処理である。第１の工程において、銅に対して高い研磨速度及びバリヤーに対して低い研磨速度を有するスラリーが、ウェーハ表面から余分な銅の大部分又はすべてを除去するために使用される。バリヤー除去速度に対する銅除去速度の高い選択性は研磨がバリヤー層で停止（ｓｔｏｐ：ストップ）するようにデザインされる。したがって、電気化学メッキからの不均一性は、最終の銅の厚さの変動には移行しないであろう。ＣＭＰ処理の第２の工程において、層中の配線間のデザインされていない接続を完全に切断するためにバリヤー層は除去される。バリヤー除去工程において使用されるスラリーはバリヤースラリーと呼ばれ、そして第１工程において使用されるスラリーとは典型的に異なる。
【０００６】
現在、２つのタイプのバリヤースラリー、即ち高選択性スラリー（ＨＳＳ）と低選択性スラリー（ＬＳＳ）とが存在する。ＨＳＳスラリーは、銅及び誘電体層についての除去速度より高いバリヤー層についての除去速度を有する。ＬＳＳスラリーは、銅、誘電体材料及びバリヤー層を同様な速度で研磨する。ときには、（空気）吹き込み（ｈｕｆｆ）工程と呼ばれる第３の工程が欠陥を改良するために用いられる。
【０００７】
典型的には銅ＣＭＰバリヤースラリーは、（シリカ又はアルミナのような）研磨材材料、（ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）のような）腐食防止剤、（過酸化水素、ヨウ素酸カリウムのような）酸化剤、そして界面活性剤、安定剤、錯化剤、殺生物剤、等を包含する多項目の添加剤の１種又はそれ以上を含有する。所望の選択性及び低い欠陥を達成させるために、ウェーハ／パッド界面で研磨と不動態化反応とのバランスをとるために種々の化学剤及び研磨材粒子が使用される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
発明の概要
しかしながら、銅ＣＭＰ処理において用いられる現在のバリヤースラリーは、不利な点を有する。工業において使用される現在のスラリーで遭遇する１つの問題は研磨が誘発する欠陥である。ＣＭＰ処理からの引っかき傷はその欠陥の主要な原因であり、そして銅はその材料の特性に起因して、ＣＭＰ引っかきに対してより感受性である。シヤリング（ｓｈｅｅｒｉｎｇ）に対するその感受性の故に、煙霧シリカ（ｆｕｍｅｄ  ｓｉｌｉｃａ：ヒュームドシリカ）を有する殆どのバリヤースラリーは、製造環境において取り扱う（ポンプ輸送及び濾過する）ことが困難である。大きな望ましくない粒子（集塊）は欠陥の主要な原因であると考えられる。
【０００９】
現在のバリヤースラリーを用いて遭遇する他の問題は選択性である。低選択性スラリー（ＬＳＳ）について、銅、バリヤー及び誘電体材料のための研磨速度は同様であることが望ましい。そのような研磨速度同一性（パリテイ）を達成させるために、銅除去速度を増大させるためにスラリーに酸化剤を加えることが現在の一般的慣習である。銅についての研磨速度を維持し、酸化剤の減衰を減少させるために或る種の安定剤がまた典型的にスラリーに加えられる。
【００１０】
しかしながら、安定剤が存在してさえ、酸化剤の添加は研磨速度の不安定性及び限られたポットライフを生じさせる可能性があることが、この発明において認識された。酸化剤は銅を化学的に侵襲して望ましくない銅の腐食を生じさせるであろうことがまた認められた。パイロットウェーハ上で達成された銅、バリヤー及び誘電体の間の研磨速度同一性（パリテイ）が、パターン化されたウェーハ上で実現されない可能性があることがさらに認められた。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
それ故に、銅ＣＭＰにおいて必要とされるものは、より低い欠陥性及びパターン化されたウェーハのための所望の選択性を提供するバリヤースラリーである。本発明の１つの態様において、バリヤースラリーにおいて、煙霧シリカ研磨材材料に代わって、コロイドシリカ（ｃｏｌｌｏｉｄ  ｓｉｌｉｃａ：コロイド珪素）が使用される。本発明の他の態様において、酸化剤がバリヤースラリーから除去され、そしてパターン化されたウェーハのための所望の選択性は、研磨材粒子（コロイドシリカ）と腐食防止剤（ＢＴＡ）との間の混合比の制御によって達成される。
【００１２】
この発明の研磨用スラリーの態様の１つの利点は、より低い欠陥性である。コロイドシリカの使用はスラリー再循環ループ及び使用の点（ＰＯＵ）での、より強力な濾過を可能にする。本発明のスラリーの第２の利点は、バリヤースラリーによる銅への望ましくない侵襲における減少である。本発明のもう２つの利点は、パターン化されたウェーハのための所望の選択性を達成する能力及びポットライフの有意義な改良である。本発明のなお他の利点はバリヤースラリーの製造及び送出に伴う費用の減少である。
【００１３】
さらに特定的には、本発明は、分散用媒体、該分散用媒体中に懸濁されたコロイド珪素、及び研磨用スラリー媒体中の腐食防止剤を含む、研磨用スラリーを提供する。
【００１４】
本発明はまた、化学的−機械的研磨（ＣＭＰ）装置を用いて、ダマシン構造物（ｄａｍａｓｃｅｎｅ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を研磨する方法を提供する。研磨用パッドに加えて、ダマシン構造物が用意される。研磨用スラリーは、ダマシン構造物と研磨用パッドとの間の界面に適用される。次にＣＭＰ装置の研磨パラメータを用いて、研磨が行われ、金属層の少なくとも一部分を除去する。
【００１５】
さて、本発明の特徴及び利点のより完全な理解の為に、添付図面と一緒に本発明の詳細な記載に言及がなされ、図面において、異なる図における対応する数値は対応する部分を指しており、図において、
図１は銅ＣＭＰ処理の前のダマシン構造物の横断面の図例示である。
図２は銅ＣＭＰの第１工程、バリヤー上での研磨停止の後のダマシン構造物の横断面の図例示である。
図３はバリヤー除去後のダマシン構造物の横断面の図例示である。
図４は、除去速度、及び本発明に従う組成物の変化する濃度への除去速度の依存性を示すグラフである。
【００１６】
本発明の詳細な説明
本発明の種々の態様の作成及び使用が以下に詳細に記載されるけれども、本発明は広い種々の特定な関係において具体化されることができる多くの適用可能な発明概念を提供することが認識されるべきである。本明細書において記載される特定の態様は発明を作成し且つ使用するための特定の方法の単なる例示であって、本発明の範囲を限定するものではない。
【００１７】
簡略化のために、図１において、１つだけのダマシン溝の構造物が例示される。通路の１つだけのダマシン、又は溝と通路とが一緒に形成されている二重のダマシン、の状態は同様である。図１は、溝のための慣用の１つのダマシン構造物を描いているウェーハ１０の横断面図である。ダマシン構造物は水平面間（ｉｎｔｅｒ−ｌｅｖｅｌ）誘電体層（ＩＬＤ）１１の上部上に造られた。金属内（ｉｎｔｒａ−ｍｅｔａｌ）誘電体層（ＩＭＤ）１４はＩＬＤ層１１の上部上に描かれる。パターン化及びエッチングは、溝１６を造るために行われる。バリヤー層１８は、金属層１２と誘電体層１４との間の接着を改良するための方法として付着される。バリヤー層１８はまた、金属層１２のための拡散バリヤーとして働く。ウェーハ１０は、種子層（ｓｅｅｄ  ｌａｙｅｒ）と呼ばれる、銅の薄い導伝層でコーテイングされ、そして電気メッキのための第二銅イオンを含有する溶液中に浸漬される。メッキされた金属層１２は全体のウェーハ表面１０をカバーし、そして溝１６を充たす。
【００１８】
次に、ＣＭＰ処理は、銅の過剰の部分を除去し、そして表面を平面化するために用いられる。銅ＣＭＰ処理は、典型的には複数工程処理である。第１工程において、バリヤーに対して銅の高い選択性のスラリーがウェーハ表面から余分な銅の大部分又はすべてを除去するために用いられる。バリヤー除去速度に対しての銅除去速度の高い選択性は研磨がバリヤー層で停止することができるようにデザインされる。したがって、不均一な形での電気化学的付着は、最終の銅の厚さの変動には移行しないであろう。
【００１９】
図２は、典型的な銅ＣＭＰ処理の第１工程後のダマシン構造物の横断面図である。典型的には、銅層１２の過剰の銅の除去後に、溝の内部に配置された銅層の幾らかはまた、研磨用パッドの湾曲に起因して除去される。“皿形にくぼむ（ｄｉｓｈｉｎｇ）”として知られている、溝内部の銅が望ましくなく薄くなることは、皿形くぼみ２０として示される。ＣＭＰ処理の第２工程において、バリヤー層は除去されてその層中の配線間のデザインされなかった、又は意図されていなかった接続を完全に切断する。バリヤー除去工程において使用されるスラリーはバリヤースラリーと呼ばれ、これは第１工程において用いられるスラリーとは典型的に異なる。現在２つのタイプのバリヤースラリー、即ち高選択性スラリー（ＨＳＳ）及び低選択性スラリー（ＬＳＳ）が存在する。ＨＳＳスラリーは、銅及び誘電体層のための除去速度よりも高い、バリヤーのための除去速度を有する。ＬＳＳスラリーは、銅、誘電体材料及びバリヤー層を、同様な速度で研磨する。低い選択性のスラリーは、前の工程から残っている若干の銅残留物を研磨除去して、比較的に広い処理限界を提供する。それはまた、誘電体材料除去の費用で、表面を平面化し、皿形にくぼむのを減少させる。
【００２０】
図３は、ＥＳＳ方法を用いてのバリヤー除去後のダマシン構造の横断面の図例示である。誘電体層１４の薄くなること及び皿形くぼみ２０の減少が例示される。銅ＣＭＰ処理においてのバリヤー研磨のために使用されるスラリーは、パターン化されたウェーハに、より低い欠陥性及びデザインされた選択性を与えることを必要とする。本発明は、そのような低い欠陥のスラリーを提供する。この発明において、スラリーにおいて典型的に用いられていた煙霧シリカに代わってコロイドシリカが、研磨材粒子を提供するために使用される。コロイドシリカの使用は、剪断（ｓｈｅａｒｉｎｇ）の危険性を少なくして、スラリー再循環ループ及び使用点（ＰＯＵ）での強力な濾過を可能にする。
【００２１】
先行技術において銅のための研磨速度を増大させるために、そして所望の選択性を達成させるために、酸化剤がバリヤースラリーに典型的に加えられている。その先行技術を用いての１つの問題は、時間経過にわたって酸化剤が減衰して、時間経過にわたって銅研磨速度の減少を起こすことである。このことは混合されたスラリーに限られたポットライフを与えるであろう。その先行技術を用いての他の問題は、酸化剤が銅を浸襲し、それにより望ましくない銅腐食を生じさせることである。その先行技術を用いての第３の問題は、スラリー研磨速度についての試験が、典型的にパイロットウェーハ（パターンが全くほどこされていないブランクウェーハ）上で行われていたことである。
【００２２】
本発明は、パイロットウェーハ上での除去速度が、パターン化されたウェーハ上での除去速度と必ずしも等しくないことを認識している。酸化剤を添加することなしに、パターン化されたウェーハ上で所望の選択性を達成することは、バリヤースラリーにとって可能である。
【００２３】
本発明の１つの態様において、バリヤースラリーは、異なる混合比で、コロイドシリカスラリー（例えばＲｏｄｅｌ社のＣＵＳＩ２ＯＩＡ、３０％固形分）の研磨材成分とＢＴＡ成分（例えば重量により３３０ｐｐｍ）との、プラテン上での混合（ｏｎ−ｐｌａｔｅｎ  ｍｉｘ）により達成される。その混合比は、１つの例示的場合において、研磨材成分の１５０ｍｌ／分とＢＴＡ成分の５０ｍｌ／分のものであり、他の例示的場合において、研磨材成分の１００ｍｌ／分とＢＴＡ成分の１００ｍｌ／分のものであり、そして第３の例示的場合において、研磨材成分の５０ｍｌ／分とＢＴＡ成分の１５０ｍｌ／分のものである。パイロットウェーハ上の速度は、研磨の前と研磨の後との厚さの差を測定することにより得られる。パターン化されたウェーハ上の研磨速度を得るための方法は図４において例示される。
【００２４】
パターン化されたウェーハ上の研磨速度を得るために、パターン化された一連のウェーハは、第１次スラリ（例えばキャボット社のＭｉｃｒｏｅｌｅｔｒｏｎｉｃｓ  ｉＣｕｅ（登録商標）５００１）により研磨されて光学的終点シグナルにより停止されることができ、これは、銅が取り除かれることを示す。ウェーハは次に異なる研磨時間（例えば０．２５分（１５秒）、０．５分（３０秒）、０．７５分（４５秒）及び１分（６０秒））を用いてのデザインされたバリヤースラリーを用いて研磨されることができる。図４において例示的方法のために例示されるように、得られた厚さが測定され、そして研磨された時間に対してプロットされる。図４において、水平軸は分の単位での研磨時間であり、そして垂直軸はオングストロームの単位での後の厚さである。プロットの勾配はオングストローム／分の単位での、パターン化されたウェーハ上での除去速度を表す。
【００２５】
本発明の他の態様においてバリヤースラリーは、コロイドシリカスラリー（例えばＲｏｄｅｌ社のＣＵＳＩ２ＯＩＡ、３０％固形分）の研磨材成分及びＢＴＡ成分から予備混合される。予備混合されたスラリーは、例えば１５％の固形分を有するが、しかし異なるＢＴＡ濃度（例えば、すべて重量により、２００ｐｐｍ、８００ｐｐｍ及び１０００ｐｐｍ）を有する。
【００２６】
この発明は例示的態様に関して記載されたけれども、この記載は限定的意味で解釈されることを意図しない。本発明の例示的態様、ならびに他の態様の種々の修正及び組み合わせは、該記載を参照した際に当業者に明らかになるであろう。それ故に、特許請求の範囲は、そのような修正又は態様のすべてを包含することが意図される。
【００２７】
本発明に関し、以下の内容を更に開示する。
（１）  分散用媒体；
分散用媒体中に懸濁されたコロイドシリカ；及び
分散用媒体中の腐食防止剤、
を含む、研磨用スラリー。
（２）  スラリーが酸化剤を含有しない、上記項（１）の研磨用スラリー。
（３）  界面活性剤がスラリーに加えられる、上記項（１）の研磨用スラリー。
（４）  腐食防止剤がベンゾトリアゾールを含む、上記項（１）の研磨用スラリー。
（５）  ＢＴＡの約０．００５〜０．２重量％及びＳｉＯ2の約１〜３０重量％を含む、上記項（１）の研磨用スラリー。
（６）  ダマシン構造物を用意し；
研磨用パッドを用意し；
コロイドシリカ及び腐食防止剤を用意し；
ダマシン構造物と研磨用パッドとの間の界面に研磨用スラリーを適用し；そして
ＣＭＰ装置の研磨用パラメータを用いて研磨を行い、それらにおいて金属の少なくとも一部分が除去される；
工程を含む、化学的−機械的研磨装置を用いてダマシン構造物を研磨する方法。
（７）  スラリーが酸化剤を含有しない、上記項（６）の方法。
（８）  界面活性剤がスラリーに加えられる、上記項（６）の方法。
（９）  腐食防止剤がベンゾトリアゾールからなる、上記項（６）の方法。
（１０）  スラリーがＢＴＡの約０．００５〜０．２重量％及びＳｉＯ2の約１〜３０重量％を含有する、上記項（６）の方法。
（１１）  集積回路製造方法において用いられる化学的−機械的研磨（ＣＭＰ）処理のための研磨用スラリーが開示される。本発明のスラリーは研磨材粒子としてのコロイドシリカ（ＳｉＯ2）及び腐食防止剤（例えばベンゾトリアゾール（ＢＴＡ））を含むことができる。スラリーは酸化防止剤を必要としない。スラリーは銅ＣＭＰ処理においてバリヤースラリーとして用いられることができる；そしてそれはパターン化されたウェーハ（１１）上で銅（１６）、バリヤー（１８）及び誘電体材料（１４）について同様な研磨速度を有する。本発明のスラリーはまた、研磨されたウェーハ上のＣＭＰ欠陥を減少させる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】銅ＣＭＰ処理の前のダマシン構造物の横断面を例示する図である。
【図２】銅ＣＭＰの第１工程、バリヤー上での研磨停止（ストップ）の後のダマシン構造物の横断面を例示する図である。
【図３】バリヤー除去後のダマシン構造物の横断面を例示する図である。
【図４】除去速度、及び本発明に従う組成物の変化する濃度への該除去速度の依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２９】
１０  ウェーハ
１１  （水平面間）誘電体層（ＩＬＤ）
１２  金属層
１４  （金属内）誘電体層（ＩＭＤ）
１６  溝
１８  バリヤー層
２０  皿形くぼみ
【図１】
2005294283.tif 000003
【図２】
2005294283.tif 000004
【図３】
2005294283.tif 000005
【図４】
2005294283.tif 000006