(57)【要約】発明は、銅ダマシン構造の形成中にタンタルを基礎としたバリア層を被う化学機械的研磨スラリーと、このスラリーを用いて銅ダマシン構造の化学機械的研磨スラリーをしている間、銅ラインの腐蝕を抑制する方法とを提供する。本発明によるスラリーは、フリーラジカルを放出する酸化剤と化学機械的研磨中銅ラインの腐蝕を抑制するのに有効な非キレートのフリーラジカル・クエンチャを包含する。本発明によるスラリー内で使用されるフリーラジカルを放出する好ましい酸化剤は、過酸化物、ペルオキシジホスフェート及び過硫酸塩を含む。本発明によるスラリー内で使用されている好ましい非キレートのフリーラジカル・クエンチャは、アスコルビン酸、サイアミン、２−プロパノール及びアルキルグリコールを含み、最も好ましいのはアスコルビン酸である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の銅ラインを具備する銅ダマシン構造の形成中にタンタルを基礎とするバリア層を被う銅を除去するために使用する化学機械的研磨スラリーであって、フリーラジカルを放出する酸化剤と、化学機械的研磨中に、前記複数の銅ラインの腐蝕を抑制するのに有効な非キレートのフリーラジカル・クエンチャとを含む化学機械的研磨スラリー。
【請求項２】
前記非キレートのフリーラジカル・クエンチャが、アスコルビン酸、サイアミン、２−プロパノール、アルキルグリコール及びこれらのものの組合せからなる群から選択される請求項１に記載のスラリー。
【請求項３】
前記非キレートのフリーラジカル・クエンチャが、重量にして前記スラリーの約０．０１％から約５．０％を構成する請求項２に記載のスラリー。
【請求項４】
フリーラジカルを放出する前記酸化剤が、過酸化物、ペルオキシジホスフェート、過硫酸塩及びこれらのものの組合せからなる群から選択される請求項１に記載のスラリー。
【請求項５】
フリーラジカルを放出する前記酸化剤が、過酸化水素、過硫酸アンモニウム及び過硫酸カリウムからなる群から選択される請求項４に記載のスラリー。
【請求項６】
フリーラジカルを放出する前記酸化剤が、重量にして前記スラリーの約０．０１％から約１５．０％を構成する請求項４に記載のスラリー。
【請求項７】
さらに、研磨粒子を含む請求項１に記載のスラリー。
【請求項８】
前記研磨粒子が、シリカ、アルミナ、セリア及びこれらの組合せからなる群から選択される請求項７に記載のスラリー。
【請求項９】
前記研磨粒子が、重量にして前記スラリーの約０．１％から約６０．０％を構成する請求項７に記載のスラリー。
【請求項１０】
さらに脱イオン水を含む請求項１に記載のスラリー。
【請求項１１】
さらにｐＨ調整剤及び／またはｐＨ緩衝剤を含む請求項１に記載のスラリー。
【請求項１２】
ｐＨが約７．０未満に調整された請求項１１に記載のスラリー。
【請求項１３】
複数の銅ラインを有する銅ダマシン構造の形成中にタンタルを基礎とするバリア層を被う銅を除去するために使用する化学機械的研磨スラリーであって、約３重量％から約１０重量％の研磨粒子と、フリーラジカルを放出する約０．５重量％から約５．０重量％の酸化剤と、化学機械的研磨中に前記銅ラインの腐蝕を抑制する約０．１重量％から約１重量％の非キレートのフリーラジカル・クエンチャとを含む化学機械的研磨スラリー。
【請求項１４】
前記研磨粒子が、アルミナ、シリカ及びこれらの組合せからなる群から選択される請求項１３に記載のスラリー。
【請求項１５】
フリーラジカルを放出する前記酸化剤が、過酸化水素、過硫酸アンモニウム及びこれらのものの組合せからなる群から選択される請求項１３に記載のスラリー。
【請求項１６】
非キレートのフリーラジカル・クエンチャが、アスコルビン酸、サイアミン、２−プロパノール、アルキルグリコール及びこれらのものの組合せからなる群から選択される請求項１３に記載のスラリー。
【請求項１７】
フリーラジカルを放出する酸化剤が、過酸化水素及び過硫酸アンモニウムからなる群から選択され、且つ前記非キレートのフリーラジカル・クエンチャがアスコルビン酸からなる請求項１４に記載のスラリー。
【請求項１８】
約４．０から約７．０までのｐＨを有する請求項１７に記載のスラリー。
【請求項１９】
複数の銅ラインを有する銅ダマシン構造の形成中に、タンタルを基礎とするバリア層を被う銅を除去する方法であって、フリーラジカルを放出する酸化剤と、化学機械的研磨中に前記銅ラインの腐蝕を抑制するのに有効な非キレートのフリーラジカル・クエンチャと、任意の研磨粒子とを含む化学機械的研磨スラリーを用意し、前記タンタルを基礎とするバリア層が露出されるまで、前記スラリーを用いて前記銅層を研磨することを特徴とする方法。
【請求項２０】
前記任意の研磨粒子が、アルミナ及びシリカからなる群から選択され、フリーラジカルを放出する前記酸化剤が過酸化水素及び過硫酸アンモニウムからなる群から選択され、前記非キレートのフリーラジカル・クエンチャがアスコルビン酸、サイアミン、２−プロパノール、アルキルグリコール及びこれらのものの組合せからなる群から選択される請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記非キレートのフリーラジカル・クエンチャがアスコルビン酸であり、前記スラリーが約４．０から約７．０のｐＨを有している請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、銅ダマシン構造を化学機械的に研磨するためのスラリーに関するものであり、特に、銅ダマシン構造の形成中に、タンタル（ｔａｎｔａｌｕｍ）を基礎とするバリア層を被う銅の化学機械的研磨中に、銅ラインの腐蝕を抑制するスラリーに関するものである。
【０００２】
発明の背景
集積回路は、シリコン（ｓｉｌｉｃｏｎ）またはガリウム砒素（ｇａｌｌｉｕｍ ａｒｓｅｎｉｄｅ）のような基板内または基板上に形成された膨大な数の能動素子によって構成されている。一般的には、複数の能動素子が、シリコンを基礎とする誘電体材料を用いて互いに絶縁されている。複数の能動素子は、通常は、複数の機能回路と複数の素子を形成するために相互に接続されている多層内に形成されている。複数の能動素子の相互接続は、一般的にはチョウ（Ｃｈｏｗ）らの米国特許第４，７８９，６４８号に開示されているプロセスのような周知の多層相互接続プロセス（ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）を用いて達成される。
【０００３】
銅（ｃｏｐｐｅｒ）は、優れたエレクトロマイグレーション耐性（ｅｌｅｃｔｒｏｍｉｇｒａｔｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）と、アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍ）のような他の多くの導電性材料よりも低い抵抗性を有するため、集積回路の形成に用いるには、非常に好ましい導電性材料である。銅の配線及び相互接続は、集積回路内において、このような素子の動作能力を大きく改善することができるより高い臨界電流の使用を可能にする。
【０００４】
しかしながら、集積回路の中で銅を使用すれば、いくつかの困難な問題が生じてくる。銅は、ポリシリコン（ｐｏｌｙｓｉｌｉｃｏｎ）、単結晶シリコン（ｓｉｎｇｌｅ−ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ）、二酸化シリコン（ｓｉｌｉｃｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ）、低ｋ無機及び有機材料などのような従来のシリコンを基礎とした誘電体材料の中に容易に拡散する。これらのシリコンを基礎とした材料がいったん銅原子で汚染されると、シリコンを基礎とした誘電体の誘電率は悪影響を受ける。加えて、半導体のシリコンを基礎とした材料が銅をド−プ（ｄｏｐｅ）されると、銅がド−プされたシリコンを基礎とした部分内部にまたはすぐ近くに作られたトランジスタは、適切に機能しなくなるか、または電気的性能がかなり低下する。従って、銅の拡散を防ぐために、シリコンを基礎とした誘電体層に、バリア層またはライナ・フィルムを設けなければならない。
【０００５】
銅ダマシン構造として知られている銅の配線及び相互接続を具備する集積回路を形成する現在の好ましい方法のひとつでは、誘電体フィルムからなる複数の個別の層の中に相互に接続された銅の配線またはメタライゼイション（ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）のパターンを設けている。これらの誘電体フィルムの層を形成するために一般的に用いられる材料は、リンシリケートガラス（ｐｈｏｓｐｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ）やボロン・リンドープシリケートガラス（ｂｏｒｏｐｈｏｓｐｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ）及び二酸化シリコン（ｓｉｌｉｃｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ）を含んでいる。誘電体層をエッチングするか、または別の方法で処理して、その中に一連の複数の溝（ｔｒｅｎｃｈｅｓ）及び複数の孔（ｈｏｌｅｓ）をパターン成形する。薄いバリア層またはライナ・フィルムは、通常約３００Å未満の厚さであり、パターンのつけられた誘電体層の上に形成される。好ましいバリア層またはライナ・フィルムは、タンタル（ｔａｎｔａｌｕｍ）（Ｔａ）またはタンタル窒化物（ｔａｎｔａｌｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ）（ＴａＮ）、または互いに重なってタンタル／タンタル窒化物のスタックを形成しているタンタルとタンタル窒化物の両方からなる薄いフィルムで構成されている。このような複数のライナは一般的には、スパッタ蒸着としても知られている物理的蒸着によって形成されるが、より調和したコーティングを形成するために化学的蒸着によって形成することもある。銅原子の拡散を防ぐためと、銅層と誘電体層との間に適度の接合を提供するために、誘電体層の上部表面だけでなく、複数の溝と複数の孔の表面も、タンタル及び／またはタンタル窒化物のライナが覆っている。約３，０００〜１５，０００Åの厚さの銅の層が、複数の溝及び／または複数の孔を完全に埋めるためにライナ層の上に形成されている。埋められた複数の溝は複数の銅ラインのネットワーク（ｎｅｔｗｏｒｋ）を形成し、埋められた複数の孔は貫通接続部（ｖｉａｓ）または複数の相互接続部を形成する。銅ダマシンプロセスとしても知られている集積回路を形成するプロセスの最終段階は、複数の溝と複数の孔を埋めている銅のみを残して、誘電体フィルム層の上部表面から銅層とタンタルを基礎とするバリア層を除去することである。一般的には、これは化学機械的研磨によって達成される。
【０００６】
一般的な化学機械的研磨プロセスでは、銅ダマシン構造のメタライズされた（ｍｅｔａｌｌｉｚｅｄ）表面は、制御された下方圧力が加えられた状態で回転している研磨パッドと直接に接触する位置に置かれる。研磨中は、一般的に「スラリー」と言われる化学的に反応する溶剤が、パッドと銅ダマシン構造の表面の間に存在している。スラリーは、研磨される金属フィルムの表面と化学的に反応することにより研磨プロセスを開始する。研磨プロセスは、フィルム／パッドの界面にあるスラリーの存在と基板に対するパッドの回転動作とによって容易になる。このようにして、所望の１つのフィルムまたは複数のフィルムが除去されるまで、研磨は続けられる。
【０００７】
スラリーの成分は、金属フィルム層が化学機械的研磨により除去される速度を決定する上で重要な要素である。スラリーの化学薬剤が適切に選択されていれば、スラリーは、表面の欠陥または瑕屁の形成または生成を最小限にすると同時に、所望の研磨速度で、特定のフィルム層の効果的な研磨を提供するように調整することができる。いくつかの状況において、この研磨スラリーは、好ましくは、他の薄いフィルム材料と比べて１以上の薄いフィルム材料のために制御された研磨の選択性を提供することができる。
【０００８】
タンタルを基礎とするバリア層を被う銅を除去するために用いられた従来技術の化学機械的研磨スラリーは、タンタルを基礎とする材料と比較すると、銅に対しては高い選択性を示していた。これは都合のよいことに、タンタルを基礎とするバリア層を被う銅層を迅速に除去することを可能にしている。しかしながら、これらの従来技術の研磨スラリーの激しい化学反応は、不都合なことに、研磨中に銅ダマシン構造の銅ラインを腐蝕させる傾向にあり、能動素子の不良またはそれらの性能にばらつきを生じさせる結果となる。
【０００９】
銅ダマシン構造の形成中に、タンタルを基礎とするバリア層を被う銅を除去するために用いられる化学機械的研磨スラリーを改良する必要がある。好ましくは、そのような改良された化学機械的研磨スラリーであれば、銅ラインの腐蝕を抑制すると同時に、許容できる処理量を確保するのに十分に速い速度で、タンタルを基礎とするバリア層を被う銅を除去する。
【００１０】
発明の概要
本発明は、銅ダマシン構造を化学機械的に研磨するためのスラリー、さらに具体的には、銅ダマシン構造の形成中にタンタルを基礎とするバリア層を被う銅の化学機械的研磨を行っている間、銅ラインの腐蝕を抑制するスラリーを提供する。本発明のスラリーは、フリーラジカル（ｆｒｅｅ ｒａｄｉｃａｌｓ）を放出する（ｒｅｌｅａｓｅ）酸化剤（ｏｘｉｄｉｚｉｎｇ ａｇｅｎｔ）及び、化学機械的研磨中に前記銅ラインの腐蝕を抑制するのに有効な非キレートのフリーラジカル・クエンチャ（ｎｏｎ−ｃｈｅｌａｔｉｎｇ ｆｒｅｅ ｒａｄｉｃａｌ ｑｕｅｎｃｈｅｒ）から構成される。本発明のスラリーの中で用いられるフリーラジカルを放出する酸化剤は好ましくは、過酸化物（ｐｅｒｏｘｉｄｅｓ）、ペルオキシジホスフェート（ｐｅｒｏｘｙｄｉｐｈｏｓｐｈａｔｅｓ）及び過硫酸塩（ｐｅｒｓｕｌｆａｔｅｓ）からなる群から選択される。本発明のスラリーに使用されている非キレートのフリーラジカル・クエンチャは好ましくは、アスコルビン酸（ａｓｃｏｒｂｉｃ ａｃｉｄ）、サイアミン（ｔｈｉａｍｉｎｅ）、２−プロパノール（２−ｐｒｏｐａｎｏｌ）、アルキルグリコール（ａｌｋｙｌ ｇｌｙｃｏｌｓ）からなる群から選択され、最も好ましいのはアスコルビン酸である。本発明の化学機械的研磨スラリーの中の非キレートのフリーラジカル・クエンチャは、銅の研磨速度を許容できないレベルに減少することなく、銅ダマシン構造の研磨を行っている間、銅ラインの腐蝕を驚くほど抑制する。反腐蝕効果（ａｎｔｉ−ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ）はｐＨとは無関係ではあるが、スラリーのｐＨが約４．０から約７．０に調整された場合に、銅の除去速度は最大となる。
【００１１】
本発明の前述の及び他の特徴は以下にさらに詳述され、特に請求項の中で指摘されている。以下の記述は、本発明のある例証できる実施例の詳細な記載であるが、本発明の本質が適用される方法のうちの幾つかにすぎない。
【００１２】
好ましい実施例の詳細な説明
言及することによりここに組み込まれる、ともに係属中である米国特許出願番号０９／２７７，４５４号の明細書には、フリーラジカルの比較的高濃度の生成が、化学機械的研磨中において、銅の除去速度を大幅に増加させることができるることが開示されている。化学機械的研磨中において、フリーラジカルが比較的高濃度で存在することの望ましくない副作用は、銅ラインの腐蝕である。
【００１３】
本件明細書と添付の請求項の中で使われている「腐蝕」という用語は、銅ダマシン構造の化学機械的研磨中において、溝または孔内にある銅の中に、通常、不規則な形の複数のへこみ（ｐｉｔｓ）または複数の窪み（ｄｅｐｒｅｓｓｉｏｎｓ）が化学的にエッチングされる現象を意味している。本件明細書と添付の請求項に使われているように、「腐蝕」という用語は、「ディッシング」（ｄｉｓｈｉｎｇ）として一般的に知られている研磨パッドの化学機械的作用によって生じるうる、溝または孔内にある銅の中の通常は浅い複数の窪み（ｕｓｕａｌｌｙ ｓｈａｌｌｏｗ ｄｅｐｒｅｓｓｉｏｎｓ）を意味するものではない。
銅ラインを腐蝕から保護するために、ベンゾトリアゾール（ｂｅｎｚｏｔｒｉａｚｏｌｅ）（ＢＴＡ）及び同様の機能を持つ化合物を化学機械的研磨スラリーに添加できることは、当該技術では周知のことである。ササキ（Ｓａｓａｋｉ）らによる米国特許第５，７７０，０９５号に説明されているように、銅はＢＴＡと反応して、銅キレート化合物または混合物から構成される安定したフィルムを形成する。銅キレートフィルムは、スラリー内の化学薬剤によって、下にある銅フィルムが酸化または腐蝕することを防ぐ保護バリアフィルムとして機能する。残念ながら、ＢＴＡを少量使用した場合は、スラリーの性能のばらつきを制御することが非常に難しい。また、ＢＴＡを多量に使用した場合は、銅の除去速度は許容できない低レベルまで低下する。
【００１４】
本発明は、ＢＴＡまたは他のキレートを必要とすることなく、銅ラインを腐蝕から保護することができる化学機械的研磨スラリーを提供する。銅の研磨速度を許容できないレベルまで低下させることなく、化学機械的研磨スラリーの中に非キレートのフリーラジカル・クエンチャを混合することにより、銅ラインの腐蝕が効果的に抑制され得ることを出願人は、予期せず発見した。従って、本発明によるスラリーは、フリーラジカルを放出する酸化剤と化学機械的研磨中に前記銅ラインの腐蝕を抑制するのに有効な非キレートのフリーラジカル・クエンチャとを含んでいる。
【００１５】
本発明のスラリーに用いられる酸化剤は、研磨中にフリーラジカルを放出する。本発明において使用される適切な酸化剤は、例えば、過酸化物、ペルオキシジホスフェート、過硫酸塩及びこれらのものの組合せである。現在のところ、本発明のスラリーに用いられる最も好ましい酸化剤は、過酸化水素（ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｐｅｒｏｘｉｄｅ）、アンモニウム過硫酸鉛（ａｍｍｏｎｉｕｍ ｐｅｒｓｕｌｆａｔｅ）及び／または過硫酸カリウム（ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｐｅｒｓｕｌｆａｔｅ）である。酸化剤は、好ましくは、重量にしてスラリーの約０．０１％から約１５．０％を構成する。より好ましくは、酸化剤は重量にしてスラリーの約０．１％から約１０．０％を構成する。過酸化水素が使用されているときは、酸化剤は、最適には、重量にしてスラリーの約０．５％から約５．０％を構成する。
【００１６】
本発明のスラリーはまた、少なくとも１つの非キレートのフリーラジカル・クエンチャを含んでいる。本件明細書と添付の請求項の中で使用されているように、「非キレートのフリーラジカル・クエンチャ」という用語は簡単にはキレート化しないか、またはさもなければ銅とともに錯体を構成しないが、反応を抑制し、且つそのため腐蝕から銅金属を保護するようにフリーラジカル・スピーシーズ（ｆｒｅｅ ｒａｄｉｃａｌ ｓｐｅｃｉｅｓ）と反応することができる化合物を意味している。本発明のスラリーに用いる現在最も好ましい非キレートのフリーラジカル・クエンチャは、アスコルビン酸（ａｓｃｏｒｂｉｃ ａｃｉｄ）であり、これは、ビタミンＣ（Ｖｉｔａｍｉｎ Ｃ）としても知られている。他の好ましい非キレートのフリーラジカル・クエンチャはサイアミン（３−［（４−アミノ−２−メチル−５−ピリミジニル）メチル］−５−（２−ヒドロキシエチル）−４−メチルチアゾリウムクロライド）ｔｈｉａｍｉｎｅ（３−［（４−ａｍｉｎｏ−２−ｍｅｔｈｙｌ−５−ｐｙｒｉｍｉｄｉｎｙｌ）ｍｅｔｈｙｌ］−５−（２−ｈｙｄｒｏｘｙｅｔｈｙｌ）−４−ｍｅｔｈｙｌｔｈｉａｚｏｌｉｕｍ ｃｈｌｏｒｉｄｅ）を含み、これもまたビタミンＢ１（Ｖｉｔａｍｉｎ Ｂ１）、２−プロパノール（２−ｐｒｏｐａｎｏｌ）及びアルキルグリコール（ａｌｋｙｌ ｇｌｙｃｏｌｓ）としても知られている。これらの非キレートのフリーラジカル・クエンチャの派生物質及び前駆物質は本発明にも使用することができ、添付の請求項は、このような派生物質及び前駆物質を包含するものとして十分に広く読まれるべきであることが分かるであろう。
【００１７】
スラリー内で使用される非キレートのフリーラジカル・クエンチャの好ましい量は、化学機械的研磨中、前述の銅ラインの腐蝕を抑制するのに有効な最小量である。一般的には、非キレートのフリーラジカル・クエンチャは、重量にしてスラリーの約０．０１％から約５．０％を構成する。非キレートのフリーラジカル・クエンチャとしてアスコルビン酸が使用されているときは、銅ラインの腐蝕を抑制するのに、スラリーの重量にして約０．１％から約１．０％の量が有効である。
【００１８】
任意に、本発明のスラリーはさらに研磨粒子（ａｂｒａｓｉｖｅ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ）を含むことができる。しかしながら、いくつかの応用例では、スラリーが研磨粒子を含有しない方が好ましい場合があることも分かる。そうのような状況では、研磨パッドの圧力によって機械的研磨作用が提供される。研磨粒子が存在する場合、研磨粒子は機械的研削（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｇｒｉｎｄｉｎｇ）の作用を果たす上でのさらなる助けとなる。
【００１９】
本発明のスラリーに用いることができる研磨粒子は、化学機械的研磨スラリーにおいて従来より使用されている様々な研磨粒子のいずれか一種、またはそれらの混合物から構成することができる。適切な研磨粒子の例は、アルミナ（ａｌｕｍｉｎａ）、セリア（ｃｅｒｉａ）、酸化銅（ｃｏｐｐｅｒ ｏｘｉｄｅ）、ダイヤモンド（ｄｉａｍｏｎｄ）、酸化鉄（ｉｒｏｎ ｏｘｉｄｅ）、酸化ニッケル（ｎｉｃｋｅｌ ｏｘｉｄｅ）、酸化マンガン（ｍａｎｇａｎｅｓｅ ｏｘｉｄｅ）、シリカ（ｓｉｌｉｃａ）、シリコンカーバイド（ｓｉｌｉｃｏｎ ｃａｒｂｉｄｅ）、シリコン窒化物（ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ）、酸化錫（ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）、チタニア（ｔｉｔａｎｉａ）、チタンカーバイド（ｔｉｔａｎｉｕｍ ｃａｒｂｉｄｅ）、酸化タングステン（ｔｕｎｇｓｔｅｎ ｏｘｉｄｅ）、イットリウム（ｙｔｔｒｉａ）、ジルコニア（ｚｉｒｃｏｎｉａ）及びそれらの組合わせである。現在、好ましい研磨剤は、シリカ、アルミナ、及びセリアであり、最も好ましいのは、アルミナとシリカである。
【００２０】
研磨粒子は、好ましくは約０．０２マイクロメータから約１．０マイクロメータまでの範囲の平均寸法を有しており、最大寸法は約１０マイクロメータ未満である。なお、粒子の寸法は本質的には重要ではないが、研磨粒子が小さすぎる場合は、スラリーの研磨速度が許容できないほどの低いレベルになり得ることが認められる。また、他方では、粒子が大き過ぎる場合は、研磨される物の表面に許容できないほどの引っ掻きを生じさせることも認められる。研磨粒子は、重量にしてスラリーの約６０％までの量をスラリーの中に存在させることができる。より好ましくは、重量にしてスラリーの約０．５％から約３０．０％まで、そして最適には、重量にしてスラリーの約３．０％から約１０．０％までの範囲内で存在することができる。
【００２１】
好ましくは、本発明によるスラリーは、さらに溶剤を含む。本発明によるスラリーに用いられる好ましい溶剤は、脱イオン水である。化学機械的研磨スラリー内で従来使用されている他の溶剤も使用することができる。該スラリーは、周知である任意の界面活性剤、ｐＨ調整剤（ｐＨ ａｄｊｕｓｔｅｒｓ）、ｐＨ緩衝剤（ｐＨ ｂｕｆｆｅｒｓ）、消泡剤、分散剤を含有してもよい。
【００２２】
本発明によるスラリー内に非キレートのフリーラジカル・クエンチャを混ぜ合わせることにより生じる反腐蝕効果は、ｐＨによって左右されるものではない。言い換えれば、腐蝕を抑制する現象は、ｐＨの幅広い範囲に渡って観察される。しかしながら、スラリーのｐＨが約４．０から約７．０に調整されたときには、所望の銅を除去する速度は最適となる。好ましくは、スラリーのｐＨは、硝酸（ｎｉｔｒｉｃ ａｃｉｄ）、水酸化カリウム（ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）及び／または水酸化アンモニウム（ａｍｍｏｎｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）を加えることにより調整される。
【００２３】
好ましくは、本発明によるスラリーは、非キレートのフリーラジカル・クエンチャが加えられる前または後のいずれかにおいて、溶剤の中に酸化剤を拡散することにより製造される。研磨粒子がスラリー内に含まれるべき場合は、スラリーは多くの方法で製造することができる。例えば、酸化剤及び／または非キレートのフリーラジカル・クエンチャが加えられる前または後のいずれかで、溶剤の中に研磨粒子を拡散することにより製造することができる。また、スラリーは２成分系（ｔｗｏ−ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ）（すなわち、脱イオン水成分内に拡散された研磨剤及び、脱イオン水成分中の酸化剤及び非キレートのフリーラジカル・クエンチャ）として製造してもよい。スラリーは、濃縮物（または、２成分系に濃縮された成分）を所定のレベルに稀釈するため、脱イオン水の追加のみを必要とする濃縮した形で製造されてもよい。
【００２４】
あるいは、本発明によるスラリーは研磨パッド内にスラリーの成分の一部を取り入れることにより形成されてもよい。例えば、研磨粒子があってもなくても、研磨粒子及び非キレートのフリーラジカル・クエンチャは、研磨パッド内に直接取り入れることができる。脱イオン水と酸化剤は、研磨位置で研磨スラリーを形成するために研磨されている物の表面に、または、パッドに加えることができる。また、他の異なる実施例では、研磨粒子は研磨パッドに接合されてもよく、酸化剤、非キレートのフリーラジカル・クエンチャ及び脱イオン水は、研磨位置で研磨スラリーを形成するために、または研磨されている物の表面にまたはパッドに、別個にまたは一緒に加えることができる。本発明によるスラリーの成分は、研磨位置でスラリーを形成するために様々な方法で混ぜ合わすことができることが分かるであろう。
【００２５】
研磨の前または研磨時のいずれかに、化学的前駆物質を一緒に混ぜ合わすことによりスラリーの成分を形成することも可能である。従って、本件明細書と添付の請求項の中で使用されているように、「スラリー」という用語は化学機械的研磨中に研磨パッドと研磨されている物の表面との間の界面に存在する成分を含むものであることを理解すべきである。別段述べていない限り、「スラリー」という用語の使用は、研磨位置でスラリーの成分を形成するために、前駆物質が混ぜ合わされる状況を包含することを意味するものである。
【００２６】
本発明は、複数の銅ラインを有する銅ダマシン構造の形成中に、タンタルを基礎とするバリア層を被う銅を除去する方法も提供するものである。本発明による方法はフリーラジカルを放出する酸化剤と、化学機械的研磨中に、前記銅ラインの腐蝕を抑制するのに有効な非キレートのフリーラジカル・クエンチャとを用意することと、タンタルを基礎とする層が露出するまで該スラリーを用いて銅ラインを研磨することとから構成される。以下のいくつかの例は、本発明を説明することのみを意図しており、請求項に限定を加えるものとしてと解釈されるべきではない。
【００２７】
例
スラリーＡは、平均粒子直径３４０ｎｍを有するアルミナ（ａｌｕｍｉｎａ）粒子を３．０重量％、過酸化水素を３．０重量％、グリシン（ｇｌｙｃｉｎｅ）を１．０重量％、脱イオン水中に拡散することにより形成された。スラリーＢは、スラリーＡと同様にして形成され、アスコルビン酸を１．０重量％含有する以外は、スラリーＡと同じ成分を有する。各スラリーに十分な量の水酸化カリウムを加えて、ｐＨ５．８に調整した。
【００２８】
複数のセマテック（Ｓｅｍａｔｅｃｈ）９２６のパターン化された同一のウェハ（各ウェハは、エッチングされたＴＥＯＳ ＣＶＤ二酸化シリコン（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｄｉｏｘｉｄｅ）誘電体層３０００ｎｍ、２５ｎｍのＴａ／ＴａＮバリア層及び１６００ｎｍの銅層が順次設けられているシリコン基板を構成するが、）を、ストラスボー６ＣＡ ポリッシャー（Ｓｔｒａｓｂａｕｇｈ ６ＣＡ ｐｏｌｉｈｅｒ）とローデル ＩＣ １４００　Ｋ−グルーブパッド（Ｒｏｄｅｌ ＩＣ Ｋ−ｇｒｏｏｖｅｄ ｐａｄ）を使用して上記に述べられたスラリーＡとＢで別々に研磨し、研磨条件は、下方への圧力（ｄｏｗｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）が４ ｐｓｉ、後方への圧力（ｂａｃｋ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）が０ ｐｓｉ、４０ ｒｐｍのテーブルスピード（ｔａｂｌｅ ｓｐｅｅｄ）、４０ ｒｐｍのクイルスピード（ｑｕｉｌｌ ｓｐｅｅｄ）、温度２０℃、及び２００ｃｃ／ｍｉｎのスラリーの流速（ｆｌｏｗ ｒａｔｅ）であった。
【００２９】
化学機械的研磨により銅層を除去して、Ｔａ／ＴａＮバリア層を露出させた後、銅ラインの腐蝕があるかどうか、光マイクロスコープ（ｏｐｔｉｃａｌ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いて各ウェハの表面を検査した。スラリーＡを用いて研磨したウェハは激しい銅ラインの腐蝕を示していたが、非キレートのフリーラジカル・クエンチャ（すなわち１．０重量％のアスコルビン酸）を含有するスラリーＢを用いて研磨したウェハは、目に見える腐蝕を示していなかった。前記の例の結果は、下記の表１に要約されている。
【００３０】
【表１】
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当業者は、さらなる利点と変更を容易に見い出すであろう。従って、より広範な側面において本発明は、ここで示し述べた特定の詳細事項及び説明した例に限定されるものではない。それ故、添付の請求項やそれに相当するものによって定義づけられる一般的な発明概念の精神や範囲から逸脱することなく、様々な修正がなされるであろう。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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