(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イミダゾール、ベンゾトリアゾール、ベンズイミダゾール、ベンゾチアゾール、ヒドロキシ、アミノ、イミノ、カルボキシ、メルカプト、ニトロ及びアルキル基で置換されたそれらの誘導体、尿素、チオ尿素、又はそれらの混合物から選択される、少なくとも１種の膜形成剤、並びに少なくとも０．００１ｗｔ％の少なくとも１種のシラン化合物（但し、アミノプロピルシラノール及びアミノプロピルシロキサンを除く）の水溶液を含有する研磨組成物。
【請求項２】
前記膜形成剤が、ベンゾトリアゾールである、請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項３】
０．０１〜１．０ｗｔ％の膜形成剤を含有する、請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項４】
前記シランが溶解状態である、請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項５】
前記シランが、アミノシラン、ウレイドシラン、アルコキシシラン、アルキルシラン、メルカプトシラン、チオシアナトシラン、ビニルシラン、メタクリルシラン、シアノシラン、官能化シラン、ジシラン、トリシラン及びそれらの組み合わせから成る群より選択される、請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項６】
前記シランが、式Ｙ−Ｓｉ−（Ｘ1Ｘ2Ｒ）の化合物、そのダイマー、トリマー及びオリゴマーである（Ｙ、Ｒ、Ｘ1及びＸ2は、各々独立にヒドロキシ基（−ＯＨ）、加水分解性置換基及び非加水分解性置換基から選択される）、請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項７】
前記シランが、グリシドキシプロピルトリアルコキシシラン、イソシアナトプロピルトリアルコキシシラン、ウレイドプロピルトリアルコキシシラン、メルカプトプロピルトリアルコキシシラン、シアノエチルトリアルコキシシラン、４，５−ジヒドロ−１−（３−トリアルコキシシリルプロピル）イミダゾール、３−（トリアルコキシシリル）−メチルエステルプロパン酸、トリアルコキシ［３−（オキシラニルアルコキシ）プロピル］−シラン、２−メチル−３−（トリアルコキシシリル）プロピルエステル２−プロペン酸、［３−（トリアルコキシシリル）プロピル］尿素、及びそれらの混合物、クロロプロピルメチルジアルコキシシラン、１，２−エタンジイルビス［アルコキシジメチル］シラン、ジアルコキシメチルフェニルシラン、及びそれらの混合物、並びにシアノプロピルジメチルアルコキシシラン、Ｎ，Ｎ’−（アルコキシメチルシリレン）ビス［Ｎ−メチル−ベンズアミド］、クロロメチルジメチルアルコキシシラン、及びそれらの混合物からなる群より選択される、請求項６に記載の研磨組成物。
【請求項８】
前記シランが、ウレイドプロピルトリメトキシシランである、請求項６に記載の研磨組成物。
【請求項９】
０．００１〜５．０ｗｔ％のシランを含有する、請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項１０】
少なくとも１種の研磨材を更に含有する、請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項１１】
前記シランの少なくとも一部が前記研磨材に結合している、請求項１０に記載の研磨組成物。
【請求項１２】
前記研磨材が、アルミナ、チタニア、ジルコニア、ゲルマニア、シリカ、セリア、及びそれらの混合からなる群より選択される、請求項１０に記載の研磨組成物。
【請求項１３】
前記研磨材がシリカである、請求項１２に記載の研磨組成物。
【請求項１４】
前記研磨材が１〜３０ｗｔ％の量で存在する、請求項１０に記載の研磨組成物。
【請求項１５】
０．０１〜０．５ｗｔ％のベンゾトリアゾール、及び０．０５〜１．０ｗｔ％のウレイドプロピルトリメトキシシランを含有する、請求項１に記載の研磨組成物。
【請求項１６】
１〜３０ｗｔ％のシリカ研磨材を含有する、請求項１５に記載の研磨組成物。
【請求項１７】
（ａ）少なくとも１つの構造物を有する基材を移動させて、研磨パッドと接触させること、
（ｂ）前記研磨パッドに対して前記基材を動かして、前記基材構造物の少なくとも一部を除去すること、及び
（ｃ）請求項１〜１３のいずれかに記載の研磨組成物を、前記研磨パッドに適用すること、を含む、基材の研磨方法。
【請求項１８】
研磨される前記構造物が金属構造物である、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記金属構造物が、アルミニウム、銅、チタン、窒化チタン、タンタル、窒化タンタル、タングステン、窒化タングステン、それらの酸化物、それらの合金、及びそれらの混合からなる群より選択される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記金属構造物が、銅及び銅合金から選択される金属である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記基材を前記研磨パッドに接触させる前に、前記研磨組成物を前記研磨パッドに適用する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記研磨パッドを前記基材表面に対して動かしているときに、前記研磨組成物を前記研磨パッドに適用する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
前記研磨パッドが研磨材含有研磨パッドである、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、銅及びタンタル構造物のような金属構造物を有する基材を研磨するのに有用な水性化学機械研磨組成物及びスラリーに関する。本発明の水性研磨組成物は、膜形成剤及び少なくとも１種のシラン化合物を含有する。１つの方法では、本発明の組成物を研磨パッドに適用し、又は研磨スラリーを作るために本発明の組成物を１又は複数の研磨材と組み合わせ、そして研磨パッド又はスラリーを使用して、１又は複数の金属構造物を有する基材を研磨することによって、本発明の研磨組成物を使用する。
【０００２】
技術分野の説明
集積回路は、シリコン基材内又はその上に形成された数百万個の能動デバイスで作り上げられている。当初互いに隔離されている能動デバイスは、相互接続されて、機能的回路及びコンポーネントを形成する。デバイスは、多層相互接続の使用によって相互接続される。相互接続構造は通常、第１の金属化層、相互接続層、第２の金属化層、そして場合によっては第３以降の金属化層を有する。シリコン基材又はウェル内の異なる金属化層を電気的に隔離するためには、ドープされた及びドープされない二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）といったような層間誘電体又は低ｋ誘電体窒化タンタルが用いられる。異なる相互接続層間の電気接続は、金属化されたバイアの使用によって行なわれる。参考して本明細書に含める米国特許第５,７４１,６２６号明細書は、誘電性窒化タンタル層の調製方法について記述している。
【０００３】
同様にして、ウェル内に形成されたデバイスと相互接続層の間の電気的接続を形成するために、金属コンタクトが用いられる。金属バイア及びコンタクトには、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、タンタル（Ｔａ）、アルミニウム銅（Ａｌ−Ｃｕ）、アルミニウムシリコン（Ａｌ−Ｓｉ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、及びそれらの組み合わせを含む様々な金属及び合金を充填することができる。金属バイア及びコンタクトは、一般に、金属層をＳｉＯ2基材に接着させるべく、窒化チタン（ＴｉＮ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）又はそれらの組み合わせといったような化合物を含む接着層を利用する。コンタクト層では、接着層は、充填された金属とＳｉＯ2が反応するのを防ぐための拡散バリアとして作用する。
【０００４】
数多くの半導体製造プロセスにおいて、金属化バイア又はコンタクトは、ブランケット金属堆積とそれに続く化学機械研磨（ＣＭＰ）段階によって形成される。標準的プロセスでは、バイアホールが、層間誘電体（ＩＬＤ）を通して、相互接続ライン又は半導体基材までエッチングされる。次に、窒化タンタル及び／又はタンタルといったような薄い接着層が一般にＩＬＤ上に形成され、またエッチングされたバイアホール内に導入される。次に、金属薄膜が接着層上及びバイアホール内にブランケット堆積される。堆積は、バイアホールがブランケット堆積金属で満たされるまで続けられる。最終的に、余分な金属が化学機械研磨（ＣＭＰ）により除去され、金属バイアを形成する。バイアの製造及び／又はＣＭＰのプロセスについては、米国特許第４,６７１,８５１号、４,９１０,１５５号及び４,９４４,８３６号明細書で開示されている。
【０００５】
標準的な化学機械研磨プロセスにおいては、基材は、回転する研磨パッドと直接に接触した状態に置かれる。キャリヤが、基材の裏側に対し圧力を加える。研磨プロセス中、研磨パッドとテーブルは回転させられ、その間下向きの力が基材裏面に対し維持される。研磨の間、研磨材と化学的に反応性の研磨組成物（一般に「スラリー」と呼ばれる）が研磨パッドに適用される。研磨スラリーは、研磨される薄膜と化学的に反応することによって研磨プロセスを開始する。研磨プロセスは、ウェハ／研磨パッド界面にスラリーを供給しながら、基材に対して研磨パッドを回転運動させることによって促進される。研磨はこの要領で、絶縁体上の所望の膜が除去されるまで続けられる。研磨組成物の配合は、ＣＭＰ工程における重要な要因である。研磨組成物は、表面の欠陥、不良及び腐食又はエロージョンを最小限におさえながら、所望の研磨速度で金属層を有効に研磨するように調整されるべきである。さらに、チタン、窒化チタン、タンタル、窒化タンタルなどといったような現行の集積回路技術で使用されるその他の薄膜材料に対して制御された研磨選択性を提供するために、研磨組成物を使用することができる。
【０００６】
スラリーで金属表面を研磨できるさまざまなメカニズムが、先行技術において開示されている。金属表面は、表面膜が形成されないスラリーを用いて研磨され得、その場合、プロセスは、金属粒子の機械的除去及びスラリー内へのその溶解によって進行する。かかるメカニズムにおいては、化学的溶解速度は、湿式エッチングを回避するために小さいものでなくてはならない。しかしながら、より好ましいメカニズムは、錯体形成剤及び／又は膜形成剤といったスラリー内の１又は複数の成分と、金属表面との間の反応によって、薄い研磨可能な層が連続的に形成されるメカニズムである。この薄い研磨可能な層は、機械的作用によって、制御された要領で除去される。機械的研磨プロセスがひとたび停止すると、薄い不動態膜が表面に残り、湿式エッチングプロセスを制御する。このメカニズムを用いてＣＭＰスラリーが研磨を行なう場合、化学機械研磨プロセスの制御ははるかに容易である。
【０００７】
化学機械研磨を用いて研磨される現行の銅を有する基材も、Ｔａ及びＴａＮ接着層を使用する。Ｔａ及びＴａＮは、化学的にきわめて不動態的であり、機械的にきわめて硬く、従って研磨による除去が困難である。かくして、先に研磨される銅構造物に対し有害な効果をほとんど与えずに、タンタルを含む基材を研磨するのに有用な研磨組成物がまだ必要とされている。
【０００８】
発明の概略
１つの態様では、本発明は、膜形成剤及び少なくとも１種のシラン化合物を含有する水性化学機械研磨組成物を含む。
【０００９】
他の態様では、本発明は、約０．０１〜約０．５ｗｔ％のベンゾトリアゾール、及び約０．０５〜約１．０ｗｔ％のウレイドプロピルトリメトキシシランを含有し、更に随意に約１．０〜約３０ｗｔ％のシリカ研磨材を含有する水性化学機械研磨組成物を含む。
【００１０】
更に他の態様では、本発明は、基材の構造物を研磨する方法に関する。この方法は、基材表面の構造物が研磨パッドと接触するようにして、基材を移動させる段階を含む。次に、研磨パッドに対して基材を動かして、基材構造の一部を除去する。液体研磨組成物を研磨パッドに適用して研磨を促進する。ここでは液体研磨組成物は、少なくとも１種の膜形成剤、及び少なくとも０．００１ｗｔ％の少なくとも１種のシラン化合物を含有する。
【００１１】
本発明の研磨組成物は、集積回路の金属構造物を少ない欠陥で研磨するのに効果的であることが見出されている。
【００１２】
現行の実施形態の説明
本発明は、化学機械研磨組成物、及び金属部分を有する基材を許容できる速度で且つ欠陥を非常に少なくして研磨するための、この組成物の使用方法に関する。
【００１３】
本発明の様々な好ましい実施形態の詳細について記述する前に、本明細書で使用される用語のいくつかを定義する。「化学機械研磨組成物」という語は、研磨材を含有しない水性研磨組成物を意味する。研磨組成物は、基材を研磨するために、研磨材を伴う又は伴わない研磨パッドと組み合わせることができる。あるいは本発明の化学機械研磨組成物は、粒状研磨材と組み合せて、化学機械研磨（ＣＭＰ）スラリーを形成することができる。化学機械研磨組成物及びＣＭＰスラリーは、半導体薄膜、集積回路薄膜、及びＣＭＰプロセスが有用である任意の他の薄膜及び表面を含み得る（ただしこれらに制限されるわけではない）多層金属化層を研磨するために有用である。
【００１４】
用語「銅」及び「銅含有合金」は、これらの用語を使用する技術分野における当業者が理解するように、本明細書の記載においては交換可能に使用され、限定するわけではないが、純粋な銅、銅アルミニウム合金の層を有する基材、並びにＴｉ／ＴｉＮ／Ｃｕ及びＴａ／ＴａＮ／Ｃｕ多層基材を包含する。
【００１５】
本明細書で使用されている「基材構造物」という用語は、バイア及び銅相互接続ラインといったような電子基材の構造物、及び誘電体層、低ｋ材料層、接着層、金属層などといったような構造物上又は構造物内に堆積した材料の層を意味する。本発明の組成物は、材料層を除去するべく基材を研磨するため、及び露出された基材の構造物を研磨するための両方にとって有用である。
【００１６】
本発明の化学機械研磨組成物は、少なくとも１種の膜形成剤を含有している。膜形成剤は、基材構造物の表面に化学的に結合して金属酸化物又は水酸化物ではない化学錯体を作ることができる任意の化合物又は化合物の混合でよい。この化学錯体は、不動態層として機能し、基材金属構造物の表面金属層の溶解を抑制する。有益な膜形成剤は、窒素含有環状化合物、例えばイミダゾール、ベンゾトリアゾール、ベンズイミダゾール、及びベンゾチアゾール、並びにヒドロキシ、アミノ、イミノ、カルボキシ、メルカプト、ニトロ及びアルキル置換基を有するそれらの誘導体、並びに尿素及びチオ尿素等である。より好ましい膜形成剤は、ベンゾトリアゾール（「ＢＴＡ」）である。選択される膜形成剤が、基材の銅構造物上に不動態層を作れるものであることが好ましい。膜形成剤は、本発明の研磨組成物及びスラリー中に、約０．０１ｗｔ％〜約１．０ｗｔ％の量で存在していてよい。好ましくは膜形成剤は、本発明の研磨組成物及びスラリー中に、約０．０１ｗｔ％〜約０．５ｗｔ％の量で存在していてよい。
【００１７】
本発明の研磨組成物及びスラリーは、溶解状態の少なくとも１種のシラン化合物を含有している。本発明の研磨組成物において有用であるシラン化合物の一般的分類には、アミノシラン、ウレイドシラン、アルコキシシラン、アルキルシラン、メルカプトシラン、チオシアナトシラン、ビニルシラン、メタクリルシラン、シアノシラン、官能化シラン、ジシラン、トリシラン及びそれらの組み合わせが含まれる。
【００１８】
好ましいシラン組成物はＹ−Ｓｉ−（Ｘ1Ｘ2Ｒ）という構造式を有し、そのダイマー、トリマー及びオリゴマーを含む。ここで「オリゴマー」という語は、４〜１５個のシロキサン単位を含有する化合物を意味している。上述の構造式において、Ｙ、Ｒ、Ｘ1及びＸ2は各々個別に、ヒドロキシ基（−ＯＨ）若しくはその他のいくつかの加水分解性置換基、又は非加水分解性置換基から選択され得る。より好ましくは、上述の構造式において、Ｙはヒドロキシ基（−ＯＨ）又は加水分解性置換基であり、Ｘ1及びＸ2は、各々ヒドロシキ基、加水分解性置換基又は非加水分解性置換基から独立に選択され、Ｒは非加水分解性置換基である。好ましい実施形態においては、シラン組成物は、上述の構造式を有し、ここでＹは、ヒドロキシ基（−ＯＨ）又は加水分解性置換基であり、Ｒは非加水分解性置換基であり、Ｘ1及びＸ2は各々個別に非加水分解性置換基である。
【００１９】
一般に「加水分解性」置換基は、水性系内でＳｉ（ＯＨ）を形成する化合物である。かかる部分には、アルコキシド、Ｃｌといったハロゲン、カルボキシレート及びアミドが含まれるが、これらに制限されるわけではない。非加水分解性部分は、水溶液中でＳｉ（ＯＨ）を形成する加水分解を受けない任意の化合物である。
【００２０】
非加水分解性置換基は各々独立に、アルキル、シクロアルキル、芳香族、官能化アルキル、官能化芳香族、官能化シクロアルキル、アルケン、アルキルシランを含む置換基の群より選択される。ここで、炭素原子のうちの１又は複数のものを、酸素、窒素、硫黄、リン、ハロゲン、シリコン及びそれらの組み合わせから選択される１又は複数の原子で置換することができる。またここで各々の非加水分解性置換基には、１〜１００個の炭素原子、好ましくは２〜２５個の炭素原子、最も好ましくは２〜１０個の炭素原子が含まれる。
【００２１】
好ましくは、各々の非加水分解性置換基は、２〜２５個の炭素原子をもつアルキル、官能化アルキル、及びそれらの混合物からなる化合物の群より選択される。より好ましくは、各々の非加水分解性置換基は、アルキルニトリル、アルキルアミド、アルキルカルボン酸、アルキルハロゲン化物、アルコール、アルキルウレイド及びそれらの混合物からなる群より選択される官能化アルキルである。最も好ましくは、非加水分解性置換基のうちの少なくとも１つは、官能化プロピルアルキルである。
【００２２】
有益なシラン化合物の例としては、限定するわけではないが、３つの加水分解性置換基を有するシラン、例えばグリシドキシプロピルトリアルコキシシラン、イソシアナトプロピルトリアルコキシシラン、ウレイドプロピルトリアルコキシシラン、メルカプトプロピルトリアルコキシシラン、シアノエチルトリアルコキシシラン、４，５−ジヒドロ−１−（３−トリアルコキシシリルプロピル）イミダゾール、３−（トリアルコキシシリル）−メチルエステルプロパン酸、トリアルコシキ［３−（オキシラニルアルコキシ）プロピル］−シラン、２−メチル，３−（トリアルコキシシリル）プロピルエステル２−プロペン酸、［３−（トリアルコキシシリル）プロピル］尿素、及びそれらの混合物からなる群より選択される。２つの加水分解性置換基を有するシランとしては、クロロプロピルメチルジアルコキシシラン、１，２−エタンジイルビス［アルコキシジメチル］シラン、ジアルコキシメチルフェニルシラン、及びそれらの混合物を挙げることができる。１つの加水分解性置換基を有するシランとしては、シアノプロピルジメチルアルコキシシラン、Ｎ，Ｎ’−（アルコキシメチルシリレン）ビス［Ｎ−メチル−ベンズアミド］、クロロメチルジメチルアルコキシシラン、及びそれらの混合物を挙げることができる。
【００２３】
本発明に関して、シラン化合物名で用いられる場合又は一般的に用いられる場合の「アルコキシ」という語は、加水分解性基を意味し、−ＯＲ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、ＮＲＲ′（なおここでＲ及びＲ′は１〜２０を含みうる）を含むことができる。
【００２４】
本発明の組成物及びスラリーは標準的には、約０.００１〜５.０重量％のシランを含有する。より好ましくは、本発明の組成物は、約０.０５〜約１.０重量％のシランを含有する。本発明の組成物中のシランの量は、研磨組成物及びスラリー溶液中の可溶性シラン、並びに研磨粒子の表面に結合しているシランを含む。ヒドロキシ基又は加水分解性部分を有するシラン組成物は、多くの金属酸化物研磨材で見出される表面金属水酸化物に付着することができる。本明細書で使用する「可溶性シラン」という語は、解離した可溶性の状態で研磨組成物及びスラリー中に存在するシランを意味する。
【００２５】
本発明の研磨組成物及びスラリーは、シランを溶解又は乳化させることのできる任意の溶媒を含みうる液体組成物である。有用な溶媒の例としては、アルコール及び水といったような極性溶媒がある。本発明の研磨組成物及びスラリーのためには、水は好ましい溶媒である。本発明の組成物としては、溶媒に溶解したシラン、及びシラン／溶媒エマルションを挙げることができる
【００２６】
他の既知の研磨組成物添加剤を、本発明の組成物及び／又はスラリーに導入することができる。米国特許出願第０８／９０１，８０３号及び０９／０８６，６５９号明細書では、本発明の組成物の複数の態様、及び本発明の組成物に随意に導入することができる研磨組成物添加剤を説明している。これら明細書の記載はここで参照して本明細書の記載に含めるものとする。有益な研磨組成物添加剤の例としては、限定をするわけではないが、過酸化水素、過硫酸アンモニウム等のような１又は複数の酸化剤；錯化剤、界面活性剤；例えばベンゾトリアゾールのような膜形成剤；有機酸及び無機酸；及び／又は硫酸、リン酸、ホスフォン酸、硝酸、ＨＦ酸、フッ化アンモニウム、アンモニウム塩、カリウム塩、ナトリウム塩のような塩、又はスルフェート、ホスフェート、ホスフォネート及びフルオリドのその他のカチオン塩、組成物ｐＨを調整するために用いられる酸及び塩基を挙げることができる。本質的に、化学機械研磨スラリー及び組成物で有益であることが知られる任意の成分を、本発明の研磨組成物及びスラリーに含有させることができる。
【００２７】
本発明の研磨組成物は、アルミナ、チタニア、ジルコニア、ゲルマニア、シリカ、セリア、酸化タンタル（ＴａＯｘ）、それらの混合物、及びそれらの化学的混合物を含む金属酸化物研磨材から選択される随意の金属酸化物研磨材も含有することができる。本明細書の記載において「化学的混合物」とは、原子レベルで混合された又はコーティングされた金属酸化物研磨材混合物を意味する。最も好ましい金属酸化物研磨材は、シリカ（二酸化ケイ素）である。
【００２８】
本発明で有益な研磨材粒子は、金属酸化物凝集体又は個々の単一の粒子からなるものでよい。「粒子」という用語は、本明細書の記載において、１よりも多くの１次粒子の凝集体と、単一の粒子との両方を意味する。好ましい金属酸化物粒子はシリカ及びアルミナであり、シリカが最も好ましい。
【００２９】
本発明で使用する金属酸化物研磨材は、当業者に既知の任意の技術によって作って、上述の性質を有する研磨材粒子を得ることができる。本発明で有益な金属酸化物研磨材は、研磨材が表面に金属水酸化物を有する限り、火炎法、ゾル−ゲル法、熱水法、プラズマ法、エーロゲル法、煙霧法、沈降法、機械化学粉砕、爆破法、及びこれらの方法の任意の組み合わせを含む方法によって得ることができる。
【００３０】
一般に、金属酸化物研磨材は、本発明の研磨スラリー中に約１ｗｔ％〜約３０ｗｔ％の量で存在する。より好ましくは金属酸化物研磨材は、本発明の研磨スラリー中に約３ｗｔ％〜約１５ｗｔ％の量で存在する。
【００３１】
あるいは本発明の研磨組成物は、基材の金属構造物を研磨するために、研磨材含有研磨パッドと組み合わせて使用することができる。随意の金属酸化物研磨材は、当業者に既知の任意の技術、例えばゾル−ゲル法、熱水法又はプラズマ法、又はヒュームド又は沈降法金属酸化物を製造するための方法によって生成され得る。好ましくは金属酸化物は、ヒュームド又は沈降研磨材であり、より好ましくはヒュームドシリカ又はヒュームドアルミナといったようなヒュームド研磨材であり、ヒュームドシリカが最も好ましい。
【００３２】
好ましくは金属酸化物研磨材は、約１％〜約４５％の固体、好ましくは１０％〜２０％の固体を含有する金属酸化物の濃水性分散体として研磨組成物に導入する。金属酸化物の水性分散体は、従来の技術を使用して、例えば金属酸化物研磨材を、脱イオン水のような適当な媒体にゆっくりと加えてコロイド状分散体を作ることによってもたらすことができる。典型的に、当業者に知られる高剪断混合条件でこれを処理することによって分散体を仕上げる。スラリーのｐＨを等電位点から離れるように調節して、コロイドの安定性を最大にする。
【００３３】
研磨組成物に含有されるＢＴＡ又は研磨添加剤は、スラリー中での研磨材の均一な分散体を不安定化させる。研磨スラリーが沈降、凝集及び分解しないようにするために、様々な随意の研磨スラリー添加剤、例えば界面活性剤、安定化剤又は分散剤を使用することができる。研磨スラリーに界面活性剤を加える場合、界面活性剤はアニオン性、カチオン性、非イオン性若しくは両性界面活性剤でよく、又は２若しくはそれよりも多くの界面活性剤の組み合わせを使用することができる。更に界面活性剤の添加は、ウェハのウェハ内不均一性(within-wafer-non-uniformity)（ＷＩＷＮＵ）を小さくし、それによってウェハの表面を改良し、且つウェハの欠陥を減少させるのに有益な場合があることが分かっている。
【００３４】
一般に、研磨スラリー中で使用できる界面活性剤のような随意の添加剤の量は、スラリーの効果的な安定化を達成するのに充分な量であるべきであり、また典型的に、選択される特定の界面活性剤と金属酸化物研磨材の表面の性質とに依存して様々である。界面活性剤のような安定化剤は、研磨スラリー中に、約０．００１ｗｔ％〜約０．２ｗｔ％、好ましくは約０．００１ｗｔ％〜０．１ｗｔ％の量で存在していてよい。更に添加剤は、スラリーに直接に導入すること、又は既知の技術を使用して金属酸化物研磨材の表面に処理することができる。有益な界面活性剤としては、ドデシルスルフェートナトリウム塩、ナトリウムラウリルスルフェート、ドデシルスルフェートアンモニウム塩、及びそれらの混合を挙げることができる。有益な界面活性剤の例としては、ＴＲＩＴＯＮ（商標）ＤＦ−１６（ユニオン・カーバイド（Union  carbide）社製造）、及びＳＵＲＦＹＮＯＬ（商標）（エア・プロダクツ・アンド・ケミカルズ社（Air Products and Chemicals）製造）を挙げることができる。
【００３５】
本発明の研磨組成物のｐＨは、約３．０〜約１２．０、好ましくは約５．０〜約１２．０に維持して、ＣＭＰプロセスの制御を促進することが望ましい。本発明の研磨組成物のｐＨは、任意の既知の酸、塩基又はアミンを使用して調節できる。しかしながら、金属イオンを含有しない酸又は塩基、例えば水酸化アンモニウム及びアミン、又は硝酸、リン酸、硫酸又は有機酸の使用は、望ましくない金属成分が本発明のＣＭＰスラリーに含有されることを防ぐために好ましい。
【００３６】
本発明の研磨組成物は、任意のタイプの基材構造物の研磨に使用できる。本発明の研磨組成物は、付着層、タンタル、窒化タンタル又は誘電体層に対する望ましい研磨速度を示しながら、銅層といったような金属層に対して望ましい低い欠陥率を示すことので、本発明の研磨組成物は、金属構造物を研磨するために使用することが好ましい。本発明の組成物によって研磨され得る金属及び誘電体材料の例としては、制限的な意味なく、アルミニウム銅（Ａｌ−Ｃｕ）、アルミニウムシリコン（Ａｌ−Ｓｉ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、超低ｋ材料、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、リン、ホウ素ドープしたシリカ、又はそれらの組み合わせが含まれる。
【００３７】
本発明の研磨組成物及びスラリーは、ウェハの所望の金属層で使用するのに適した任意の標準的研磨用機器で用いることができる。本発明の研磨組成物は、共に誘電層上のタンタル又は窒化タンタルの部分と銅合金含有部分とを有する基材を研磨するために最も有用である。
【００３８】
従来の研磨装置を使用する従来の手段によって研磨組成物を使用して、基材を研磨する。本発明の研磨組成物は、基材に直接に適用すること、研磨パッドに適用すること、又は基材の研磨の間に制御された様式でこれら両方に適用することができる。しかしながら、研磨スラリーを研磨パッドに適用し、その後で研磨パッドを基材表面に接触させ、そしてパッドを基材表面に対して動かして基材の研磨を達成することが好ましい。本発明の研磨組成物は、パッド／基材表面で充分な量の研磨組成物を維持するべく、研磨パッドに対し連続的又は間欠的に適用できる。研磨の終点に達したら、研磨パッドへの研磨組成物の流れを停止し、過剰な研磨組成物を、脱イオン水又は他の溶媒で基材から洗浄除去する。
【００３９】
本発明の１つの方法では、可溶性シラン及び膜形成剤を含有し且つ研磨材を含有しない研磨組成物を、研磨材含有研磨パッドに適用し、この研磨材含有研磨パッドを使用して、基材表面の構造物を研磨する。あるいは、機材構造物の研磨の前又はその間に、可溶性シラン、膜形成剤及び１又は複数の研磨材を含有する本発明の研磨スラリーを、研磨材含有研磨パッド又は研磨材を含有しない研磨パッドに適用することができる。本発明の研磨組成物と共に使用できる研磨材含有研磨パッドの例は、米国特許第５,８４９,０５１号及び５,８４９,０５２号に開示されており、これらの明細書記載は、ここで参考して本明細書の記載に含める。
【００４０】
本発明の研磨組成物は、金属基材構造物、特に銅、チタン、窒化チタン、タンタル、及び窒化タンタルの構造物を、集積回路製造の様々な段階において研磨するのに最も有益であり、表面の不完全性及び欠陥を最小にしながら所望の研磨速度で効果的な研磨を行う。
【００４１】
例１
この例は、既に研磨されている銅構造物の粗さに影響を与えずにタンタル層を研磨する様々な研磨組成物の能力を評価している。この例では、表面積が９０ｍ２／ｇのフュームドシリカを６ｗｔ％含有するＣＭＰスラリーを使用した。スラリーのｐＨは、全ての試験で１１に維持した。下記の表１に示すように、様々な成分を基礎スラリーに加えた。Ｓｉｌｑｕｅｓｔ  Ａ１５２４は、ＣＫＷＩＴＣＯ社が製造する商業的に入手可能なウレイドプロピルトリメトキシシランである。それぞれのスラリーを使用して、ウェハ上のＣｕ層を研磨した。研磨後の銅表面の粗さ（欠陥の指標）は、原子間力顕微鏡を使用して測定した。
【００４２】
Ｃｕウェハは、Ｒｏｄｅｌ社が製造するＩＣ１０００／ＳＵＢＡ  ＩＶパッド積層体を伴って、ＩＰＥＣ４７２研磨装置を使用して研磨した。ウェハは、３ｐｓｉのダウンフォース、定盤速度５５ｒｐｍ、スピンドル速度３０ｒｐｍ、及びスラリー流量２００ｍｌ／分で研磨した。得られた結果は下記の表１で報告している。
【００４３】
【表１】
0004510374.tif 000002
【００４４】
表１の研磨結果は、研磨材のみを有するスラリー（スラリー１）は、粗い銅表面を有するウェハをもたらすことを示している。スラリーにＢＴＡ又はシランを加えると（スラリー４及び５）、銅粗さがわずかに改良され、ＢＴＡとシランの両方を加えると（スラリー２及び３）、銅粗さがかなり改良されることが分かる。