(57)【要約】【課題】再現可能で許容できる速度で、金属を有する基材を研磨することができる化学機械的研磨スラリーと、そのスラリーを使用して基材を研磨する方法を提供すること。【解決手段】酸化剤、錯化剤、研磨材、及び随意の界面活性剤を含有する化学機械的研磨スラリー、並びに化学機械的研磨スラリーを使用して、銅合金、チタン、窒化チタン、タンタル、及び窒化タンタルを含む層を基材から除去する方法。このスラリーは、別個のフィルム形成剤を含有しない。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨材、
少なくとも１種の酸化剤、及び
クエン酸、乳酸、酒石酸、マロン酸、コハク酸、シュウ酸、アミノ酸、それらの塩、及びそれらの混合物を含む化合物の群より選択される約０．１〜５．０ｗｔ％の錯化剤、
を含有する化学機械的研磨スラリーであって、ｐＨが約５〜約９であり、フィルム形成剤を含有しない、化学機械的研磨スラリー。
【請求項２】
前記錯化剤が酒石酸である、請求項１に記載の化学機械的研磨スラリー。
【請求項３】
前記酒石酸が０．５〜約３．０ｗｔ％の量で存在する、請求項２に記載の化学機械的研磨スラリー。
【請求項４】
前記酸化剤が、還元したときにヒドロキシルラジカルを形成する化合物である、請求項１に記載の化学機械的研磨スラリー。
【請求項５】
前記酸化剤が、過酸化水素、過酸化水素尿素、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項４に記載の化学機械的研磨スラリー。
【請求項６】
前記過酸化水素が、約０．３〜約１７ｗｔ％の量で存在する、請求項５に記載の化学機械的研磨スラリー。
【請求項７】
研磨材、
過酸化水素、過酸化水素尿素、及びそれらの混合物からなる群より選択される酸化剤、及び
酒石酸、
を含有する化学機械的研磨スラリーであって、ｐＨが５〜９であり、フィルム形成剤を含有しない、化学機械的研磨スラリー。
【請求項８】
前記酸化剤が過酸化水素である、請求項７に記載の化学機械的研磨スラリー。
【請求項９】
前記酸化剤が過酸化水素尿素である、請求項７に記載の化学機械的研磨スラリー。
【請求項１０】
前記酒石酸が、約０．５〜約３．０ｗｔ％の量で前記スラリー中に存在する、請求項７に記載の化学機械的研磨スラリー。
【請求項１１】
前記研磨材が少なくとも１種の金属酸化物である、請求項７に記載の化学機械的研磨スラリー。
【請求項１２】
前記金属酸化物研磨材が、アルミナ、セリア、ゲルマニア、シリカ、チタニア、ジルコニア、及びそれらの混合物を含む群より選択される、請求項１１に記載の化学機械的研磨スラリー。
【請求項１３】
前記研磨材が金属酸化物の水性分散体である、請求項７に記載の化学機械的研磨スラリー。
【請求項１４】
前記金属酸化物研磨材が、サイズ分布が約１．０μｍ未満で平均結合体直径が約０．４μｍ未満の金属酸化物結合体からなっている、請求項１１に記載の化学機械的研磨スラリー。
【請求項１５】
前記金属酸化物研磨材が、一次粒子直径が０．４μｍ未満で表面積が約１０ｍ2 ／ｇ〜約２５０ｍ2 ／ｇの分離した個々の金属酸化物球体からなっている、請求項１１に記載の化学機械的研磨スラリー。
【請求項１６】
前記研磨材の表面積が約５ｍ2 ／ｇ〜約４３０ｍ2 ／ｇである、請求項７に記載の化学機械的研磨スラリー。
【請求項１７】
前記研磨材の表面積が約３０ｍ2 ／ｇ〜約１７０ｍ2 ／ｇである、請求項７に記載の化学機械的研磨スラリー。
【請求項１８】
前記研磨材が、沈降研磨材又はフュームド研磨材からなる群より選択される、請求項７に記載の化学機械的研磨スラリー。
【請求項１９】
約１．０〜約１５．０ｗｔ％のアルミナ研磨材、
約１．０〜約１２．０ｗｔ％の過酸化水素、及び
約０．５〜約３．０ｗｔ％の酒石酸、
を含有する化学機械的研磨スラリーであって、この組成物のｐＨが約５〜約９に調節されており、フィルム形成剤を含有しない、化学機械的研磨スラリー。
【請求項２０】
少なくとも１種の界面活性剤を含有する、請求項１９に記載の化学機械的研磨スラリー。
【請求項２１】
（ａ）約１．０〜約１５．０ｗｔ％の研磨材、約０．３〜約１７．０ｗｔ％の酸化剤、約０．１〜約５．０ｗｔ％の少なくとも１種の錯化剤、及び脱イオン水を混合して、フィルム形成剤を含有しない化学機械的研磨スラリーをもたらす工程、
（ｂ）前記スラリーのｐＨを約５〜約９に調節する工程、
（ｃ）前記化学機械的研磨スラリーを基材に適用する工程、及び
（ｄ）パッドを前記基材と接触させ、前記基材に対してこのパッドを動かすことによって、前記基材から金属層の少なくとも一部を除去する工程、
を含む、少なくとも１つの金属層を有する基材を研磨する方法。
【請求項２２】
前記基材が銅合金含有層を有する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記基材が、チタン及び窒化チタンの層を更に有し、このチタン及び窒化チタンの層の少なくとも一部を工程（ｃ）において除去する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記化学機械的研磨スラリーを、前記パッドに適用してから、このパッドを前記基材と接触させる、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記酸化剤が、過酸化水素、過酸化水素尿素、又はそれらの混合物である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記錯化剤が酒石酸である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
前記化学機械的研磨スラリーのｐＨが、約５．０〜約９．０である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
前記研磨材が金属酸化物である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２９】
前記金属酸化物研磨材が、アルミナ、セリア、ゲルマニア、シリカ、チタニア、ジルコニア、及びそれらの混合物を含む群より選択される、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記研磨材が金属酸化物の水性分散体である、請求項２１に記載の方法。
【請求項３１】
前記金属酸化物研磨材が、沈降アルミナ、フュームドアルミナ、沈降シリカ、フュームドシリカ、及びそれらの混合物からなる群より選択される、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
（ａ）約１．０〜約１５．０ｗｔ％のアルミナ、約１．０〜約１２．０ｗｔ％の過酸化水素、約０．５〜約３．０ｗｔ％の酒石酸、及び脱イオン水を混合して、チタンに対する銅合金の研磨選択性［Ｃｕ：Ｔｉ］が約４．０未満である化学機械的研磨スラリーをもたらすこと、
（ｂ）前記化学機械的研磨スラリーのｐＨを約５．０〜約９．０に調節すること、
（ｃ）前記化学機械的研磨スラリーを基材に適用すること、及び
（ｄ）パッドを前記基材と接触させ、前記基材に対してこのパッドを動かすことによって、銅合金層の少なくとも一部、チタン層の少なくとも一部、及び窒化チタン層の少なくとも一部を除去すること、
を含む、銅合金層、チタン層及び窒化チタン層を有する基材を研磨する方法。
【請求項３３】
（ａ）錯化剤を保持する第１の容器、
（ｂ）酸化剤を保持する第２の容器、並びに
（ｃ）前記第１の容器、前記第１の容器、及び第３の容器からなる群より選択される容器に装填された研磨材、
を有する、化学機械的研磨スラリーを調製するのに有益な複数容器設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、錯化剤、少なくとも１種の酸化剤、及び少なくとも１種の研磨材を含む化学機械的研磨スラリーに関する。このスラリーは、フィルム形成剤を含まないことが重要である。酸化剤及び錯化剤のタイプ及び量を選択して研磨を最大化しつつ、基材表面の不動態層の深さを最小化する。本発明の化学機械的研磨スラリーは、半導体製造に関わる薄いフィルム及び金属化層を研磨するのに有益である。より特に、本発明は３成分化学機械的研磨スラリーに関し、これは特に、層又はフィルムのうちの１つが銅又は銅含有合金を有する複数の金属層及び薄いフィルムを研磨するように配合されている。
【背景技術】
【０００２】
集積回路は、シリコーン基材に作られた数百万のアクティブなデバイスを有する。初めは互いに隔離されているこのアクティブなデバイスを相互接続して、機能回路及びコンポーネントを作る。これらのデバイスは、既知の多層相互接続を使用して相互に接続する。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、並びに場合によっては第３及び続く金属化層を有する。層間誘電体、例えばドープされた又はされていない二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）を使用して、シリコン基材又はウェルの異なる金属化層を電気的に絶縁する。異なる相互接続層間の電気接続は、金属化バイアを使用して行う。ここで参照して本明細書の記載に含める米国特許第４，７８９，６４８号明細書は、複数金属化層と絶縁フィルム中の金属化バイアを調製する方法を開示している。同様な様式で、金属接触を使用して、ウェルに作ら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。金属バイア及び接触は様々な金属及び合金で満たすことができる。これらの金属又は合金としては、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挙げることができる。金属バイア及び接触は一般に接着層、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）及び／又はチタン（Ｔｉ）を使用して、金属層をＳｉＯ2 基材に付着させる。接触層においては、接着層は拡散バリアーとして機能して、充填された金属とＳｉＯ2 とが反応することを防ぐ。
【０００３】
半導体製造プロセスにおいては、金属バイア又は接触はブランケット金属堆積、そして化学機械的研磨（ＣＭＰ）工程によって製造する。典型的なプロセスにおいては、バイアホールは、層間誘電体（ＩＬＤ）を通すようにしてしてエッチングして、相互接続ライン又は半導体基材に達するようにする。次に、薄い付着層、例えば窒化チタン及び／又はチタンを、典型的にＩＬＤ上に作り、エッチングしたバイアホールに入れる。そして、金属フィルムを、付着層にブランケット堆積させ、バイアホールに入れる。堆積は、ブランケット堆積金属でバイアホールが満たされるまで継続する。最後に、化学機械的研磨（ＣＭＰ）によって過剰な金属を除去し、金属バイアを作る。バイアの製造及び／又はＣＭＰの方法は、米国特許第４，６７１，８５１号、同第４，９１０，１５５号、及び同第４，９４４，８３６号明細書で開示されている。
【０００４】
典型的な化学機械的研磨プロセスにおいては、基材を回転研磨パッドに直接に接触させて配置する。キャリアーは、基材の背面に圧力を加える。研磨工程の間に、パッド及びテーブルを回転させつつ、基材の背面に向かう下向きの力を維持する。一般に「スラリー」として言及される研磨材及び化学的に反応性の溶液を、研磨の間にパッドに適用する。研磨されるフィルムとの化学反応によって、スラリーは研磨工程を開始する。基材に対するパッドの相対的な回転運動によって、スラリーがウェハー／パッド界面に提供されて、研磨工程が促進される。絶縁体上の所望のフィルムが除去されるまで、研磨をこの様式で継続する。スラリー組成は、ＣＭＰ工程において重要な要素である。酸化剤、研磨材、及び他の有益な添加剤に選択に依存して、研磨スラリーを調節して、表面の不完全部分、欠陥、腐食、及び浸食を最少にしながら、所望の速度で金属層に効果的な研磨を提供することができる。更に、研磨スラリーを使用して、最近の集積回路技術で使用される他の薄いフィルム材料、例えばチタン、窒化チタン等への、制御された研磨の選択性を提供することができる。
【０００５】
典型的なＣＭＰ研磨スラリーは、酸化水性媒体に懸濁される研磨材料、例えばシリカ又はアルミナを含有する。例えば、Ｙｕ等の米国特許第５，２４４，５３４号明細書は、アルミナ、過酸化水素、及びカリウム又はアンモニウム水酸化物のいずれかを含有するスラリーは、チタンを予想可能な速度で除去するのに有益であり、下側の絶縁層をほとんど除去しないことを報告している。Ｙｕ等の米国特許第５，２０９，８１６号明細書は、過塩素酸、過酸化水素、及び固体研磨材料を水性媒体中に保持するスラリーは、アルミニウムを研磨するのに有益であることを開示している。Ｃａｄｉｅｎ等の米国特許第５，３４０，３７０号明細書は、約０．１Ｍのフェリシアン化カリウム、約５ｗｔ％のシリカ、及び酢酸カリウムを含有するタングステン研磨スラリーを開示している。酢酸を加えて、ｐＨを約３．５に緩和している。
【０００６】
Ｂｅｙｅｒ等の米国特許第４，７８９，６４８号明細書は、硫酸、硝酸、及び酢酸、並びに脱イオン水と組み合わせたアルミナ研磨材を使用するスラリー組成物を開示している。米国特許第５，３９１，２５８号及び同第５，４７６，６０６号明細書は、金属及びシリカの複合材料を研磨するスラリーを開示している。これは水性媒体、研磨粒子、及びシリカ除去の速度を制御するアニオンを含んでいる。ＣＭＰの用途に使用する他の研磨スラリーは、Ｎｅｖｉｌｌｅ等の米国特許第５，５２７，４２３号、Ｙｕ等の米国特許第５，３５４，４９０号、Ｍｅｄｅｌｌｉｎの米国特許第５，１５７，８７６号、Ｍｅｄｅｌｌｉｎの米国特許第５，１３７，５４４号、及びＣｏｔｅ等の米国特許第４，９５６，３１３号明細書で説明されている。
【０００７】
金属表面をスラリーで研磨することができる他の様々な機構が、従来技術で開示されている。金属表面は、スラリーを使用して、表面フィルムを形成せずに、研磨することができる。ここでは、金属粒子の機械的な除去及びスラリー中へのそれらの溶解によって処理が進行する。そのような機構では、化学溶解速度は、湿式エッチングを避けるのに十分に小さいべきである。しかしながら比較的好ましい機構は、金属表面と、スラリーの１又は複数の成分、例えば錯化剤及び／又はフィルム形成剤との反応によって、薄い研磨可能層が連続的に形成される機構である。この薄い研磨可能層はその後、機械的な作用によって制御された様式で除去する。機械的な研磨候処理が停止した後では、薄い不動態フィルムが表面上に残り、湿式エッチング工程を制御する。化学機械的研磨処理の制御は、ＣＭＰスラリー研磨がこのタイプの機構を採用する場合にかなりより容易である。
【０００８】
銅ＣＭＰスラリーの開発の成果は、文献で開示されている。ＲＰＩ  ｅｆｆｏｒｔ（Ｊ．Ｍ．Ｓｔｅｉｇｅｒｗａｌｄ等、Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ｄｕｒｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ  ｏｆ  Ｃｏｐｐｅｒ  Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍｓ，Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．３３７、１３３（１９９４））は、アンモニウム化合物（アンモニウム硝酸塩、塩化物、水酸化物）、硝酸、及びアルミナ研磨材の使用に注目している。２ｎｍ／分の銅の溶解（電気化学的に測定）が、フィルムがない表面から進行すると考える。しかしながら、研磨速度は４００ｎｍ／分を超えることが報告されている。この不一致は、溶液によって溶解されるＣｕ屑を作る機械的な作用の重要性によって説明される。選択率は示されていない。
【０００９】
Ｑ．Ｌｕｏ等のＣｈｅｍｉｃａｌ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ  ｏｆ  Ｃｏｐｐｅｒ  ｉｎ  Ａｃｉｄｉｃ  Ｍｅｄｉａ（１９９６年２月２２〜２３日にサンタバーバラで行われたＦｉｒｓｔ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈ（ＣＭＰ）  ｆｏｒ  ＶＬＳＩ／ＬＳＩ  Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（ＣＭＰ−ＭＩＣ）の会報）は、非常にアグレッシブなエッチング剤、Ｆｅ−硝酸塩を、抑制剤（ベンゾトリアゾール）、スラリー安定化界面活性剤（ポリ−エチレン−グリコール）、及びアルミナと組み合わせて含むｐＨが１〜２のＣＭＰスラリーを使用することを開示している。化学反応は、明らかに腐食抑制フィルム、すなわちＣｕ−ＢＴＡの形成によって制御されており、界面活性剤はその保護性能を弱めている。酸化物に対する選択率は１５：１〜４５：１である。
【００１０】
Ｓｅｍａｔｅｃｈ研究所のＣＭＰ電気化学の研究は、Ｒ．Ｃａｒｐｉｏ等のＩｎｉｔｉａｌ  Ｓｔｕｄｙ  Ｏｎ  Ｃｏｐｐｅｒ  ＣＭＰ  Ｓｌｕｒｒｙ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｉｅｓ，Ｔｈｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｉｌｍ，２６２（１９９５）で開示されている。この参考文献は、信頼可能なスラリーの基礎的な特徴付けでの電気化学の使用について研究している。更に、いくつかの他のものでは、過マンガン酸カリウムを、スラリー酸化剤として使用している。
【００１１】
Ｈ．ヒラバヤシ等のＣｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ  ｏｆ  Ｃｏｐｐｅｒ  Ｕｓｉｎｇ  Ａ  Ｓｌｕｒｒｙ  Ｃｏｍｐｏｓｅｄ  ｏｆ  Ｇｌｙｃｉｎｅ  ａｎｄ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｐｅｒｏｘｉｄｅ（１９９６年２月２２〜２３日にサンタバーバラで行われたＦｉｒｓｔ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈ（ＣＭＰ）  ｆｏｒ  ＶＬＳＩ／ＬＳＩ  Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（ＣＭＰ−ＭＩＣ）の会報）、及び日本国特許出願公開第８−８３７８０号明細書（１９９６年）は、小さい腐食速度及び欠陥レベルのＣｕのＣＭＰ処理のために、ベンゾトリアゾールを伴う又は伴わない、グリシン、過酸化水素、及びシリカの混合物を開示している。この文献は、ベンゾトリアゾール及びｎ−ベンゾイル−ｎ−フェニルヒドロキシアミンのような化学物質を含むＣＭＰスラリーは、銅上に保護層を形成することを開示している。除去速度は、スラリー組成物の濃度に依存して変化する。１２０ｎｍ／分の最適化速度が報告されており、ＴｉＮでは３０ｎｍ／分で、１５μｍ幅の構造でのディッシング（ｄｉｓｈｉｎｇ）は２００ｎｍである。
【００１２】
ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）のような不動態化剤を含むスラリーを使用する基材の研磨において、研磨工程の間のＢＴＡと銅表面との反応が、研磨材の機械的作用に非常に耐性のある表面フィルムを作り、表面フィルムの除去を難しくすることが見出されている。更に、不動態化の程度は時間に依存しており制御することが難しく、基材研磨処理の自動制御を難しくする。更に、ＢＴＡは酸化によって劣化する。従って、ＢＴＡ及び酸化剤を含有するスラリーは、使用可能時間が短く、これは製造の有益性を制限する。ＢＴＡのような不動態化剤のこれらの性質は、再現可能な様式で不動態化基材を研磨する機械の使用を困難にする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ＣＭＰ処理のフィルム形成機構において不動態化剤を使用することの望ましさにも関わらず、形成される不動態層フィルムの厚さを制御することが可能なＣＭＰスラリーの配合に関する問題、及び形成されるフィルムが研磨可能であることを確実にする問題が残っている。これらの問題は、許容できない低研磨速度の又は劣った研磨結果を示すフィルム形成ＣＭＰスラリーをもたらすことがある。従って、基材表面、より特に銅合金を有する基材の表面に、除去可能な薄い不動態層を形成することができるＣＭＰスラリーがまだ必要とされている。望ましいＣＭＰスラリーは、良好な薄いフィルムの研磨選択性を示し、同時にディッシングが最小であり小さい欠陥率を有する研磨された基材を与える。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、再現可能で許容できる速度で、金属を有する基材を研磨することができる化学機械的研磨スラリーを意図している。
【００１５】
更に、本発明の化学機械的研磨スラリーは、絶縁体研磨選択率が小さく、銅及び銅合金含有金属層に対しては大きい研磨選択率を示す。
【００１６】
更に、単一の化学機械的研磨スラリーを使用して、金属層、特に集積回路の銅又は銅合金含有層を研磨する方法を意図している。
【００１７】
１つの態様では、本発明は化学機械的研磨スラリーである。このスラリーは、研磨材、少なくとも１種の酸化剤、並びにクエン酸、乳酸、酒石酸、コハク酸、マロン酸、シュウ酸、アミノ酸、及びそれらの塩を含む化合物の群より選択される錯化剤を含んでいる。このスラリーは、フィルム形成剤を含有していない。
【００１８】
もう１つの態様では、本発明は化学機械的研磨スラリーである。このスラリーは、研磨材、過酸化水素、過酸化水素尿素（ｕｒｅａ  ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｐｅｒｏｘｉｄｅ）、及びそれらの混合物からなる群より選択される酸化剤、並びに酒石酸を含んでいる。この化学機械的研磨スラリーのｐＨは、約５．０〜約９．０であるが、フィルム形成剤はこのスラリー中に存在しない。
【００１９】
更にもう１つの態様では、本発明は、少なくとも１つの金属層を有する基材を研磨する方法である。研磨は、約１．０〜約１５．０ｗｔ％の研磨材、約０．３〜約１５．０ｗｔ％の酸化剤、約０．５〜約５．０ｗｔ％の少なくとも１種の錯化剤、及び脱イオン水を混合し、化学機械的研磨スラリーを形成することによって行う。フィルム形成剤はスラリーに加えない。次に、化学機械的研磨スラリーを基材に適用し、パッドを基材に接触させて基材に対してパッドを動かすことによって、金属層の少なくとも一部を基材から除去する。
【００２０】
更にもう１つの態様では、本発明は化学機械的研磨スラリーを調製するために有益な複数容器設備である。この複数容器設備は、錯化剤を保持する第１の容器、酸化剤を保持する第２の容器を具備している。研磨材は、第１の容器、第２の容器、又は第３の容器からなる群より選択される容器に装填することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明は、化学機械的研磨組成物の先駆物質、及びフィルム形成剤なしでさえ効果的な化学機械的研磨スラリーに関する。この化学機械的研磨スラリーは、研磨材及び先駆物質を含む。この先駆物質は、少なくとも１種の酸化剤及び錯化剤を含む。ここで酸化剤及び錯化剤は、研磨する基材表面の溶解を抑制するのに十分な量で選択して配合する。化学機械的研磨スラリーは金属、特に銅及び銅合金含有金属層であって、集積回路、薄いフィルム、多層半導体、及びウェハーを含む群から選択される基材と結合したものを、研磨するのに有益である。
【００２２】
本発明の様々な好ましい態様を詳細に説明する前に、本明細書で使用するいくつかの用語を定義する。化学機械的研磨スラリー（「ＣＭＰスラリー」）は、本発明の有益な生成物であり、これは酸化剤、研磨材、錯化剤、及び他の随意の成分を含有する。しかしながら、このＣＭＰスラリーはフィルム形成剤を含有しない。ＣＭＰスラリーは、多層金属化部分を研磨するのに有益である。これは限定をするわけではないが、半導体薄膜、集積回路薄膜、及びＣＭＰ処理が有益な任意の他のフィルム及び基材を挙げることができる。「銅」及び「銅含有合金」という用語は、ここでは相互に交換可能に使用する。これはこの用語が、限定をするわけではないが、純粋な銅、銅アルミニウム合金、及びＴｉ／ＴｉＮ／Ｃｕの層を含む基材、及びＴａ／ＴａＮ／Ｃｕ多層基材を、含むことは当業者の理解の範囲内であるためである。
【００２３】
本発明の化学機械的研磨スラリーは、少なくとも１種の酸化剤を含有する。この酸化剤は、基材の１又は複数の金属層を酸化して、対応する酸化物、水酸化物、又はイオンにするのに役立つ。例えば本発明では、酸化剤を使用して、金属層を酸化してその対応する酸化物又は水酸化物にすることができる。例えば、チタンを酸化チタンにし、タングステンを酸化タングステンにし、銅を酸化銅にし、タンタルを酸化タンタルにし、及びアルミニウムを酸化アルミニウムにすることができる。酸化剤は、ＣＭＰスラリーに組み入れて、金属を機械的に研磨して対応する酸化物層を除去することによって、金属又は金属に基づく成分を研磨する場合に有益である。ここで、この金属又は金属に基づく成分としては、チタン、窒化チタン、タンタル、窒化タンタル、銅、タングステン、アルミニウム、及びアルミニウム合金、例えばアルミニウム／銅合金、並びにそれらの様々な混合物及び組み合わせを挙げることができる。
【００２４】
本発明のＣＭＰスラリーで使用される酸化剤は、還元したときにヒドロキシルラジカルを形成する化合物から選択することができる。そのような酸化剤は、金属及び金属含有基材の層、特に銅合金層に対する良好な研磨選択性を示す。還元したときにヒドロキシルラジカルを形成する金属酸化化合物の限定をしない例としては、過酢酸、過酸化水素尿素、過酸化尿素、及び過酸化水素、及びそれらの混合物を挙げることができ、過酸化水素、過酸化水素尿素、及びそれらの混合物が好ましい酸化剤である。
【００２５】
酸化剤は、約０．３〜約３０．０ｗｔ％の量で化学機械的研磨スラリー中に存在することができる。本発明のＣＭＰスラリー中に存在する酸化剤は、約０．３〜約１７．０ｗｔ％であることが好ましく、約１．０〜約１２．０ｗｔ％の量で存在することが最も好ましい。
【００２６】
もう１つの態様では、酸化剤は過酸化水素尿素である。過酸化水素尿素は、３４．５ｗｔ％過酸化水素及び６５．５ｗｔ％尿素であるので、本発明のＣＭＰスラリーは比較的多くの量の過酸化水素尿素を含有して、上述の所望の酸化剤使用量を達成しなければならない。例えば、１．０〜１２．０ｗｔ％の酸化剤は、３倍又は３．０〜３６．０ｗｔ％の量の過酸化水素尿素に対応する。
【００２７】
過酸化水素尿素を含有するＣＭＰスラリーは、過酸化尿素と水を組み合わせることを含む多くの方法によって、及び尿素と過酸化水素を約０．７５：１〜約２：１のモル比で組み合わせて過酸化水素尿素酸化剤を与えることによって、配合することができる。
【００２８】
本発明のＣＭＰスラリーは、酸化剤に加えて別個のフィルム形成剤を含有しない点で、他のＣＭＰスラリー、特に銅層の研磨に有益なＣＭＰスラリーとは異なっている。本発明の組成物では使用されないそのような別個のフィルム形成剤の例としては、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を挙げることができる。別個のフィルム形成剤によって形成される腐食抑制層の深さの制御及び続く除去に関する問題点を避けるために、本発明のスラリー組成物及びその先駆物質では、別個のフィルム形成剤を用いない。
【００２９】
化学機械的研磨の間に、表面の欠陥を最小にするために、基材表面の溶解を抑制することが重要である。酸化剤と組み合わせて表面の溶解を制御するために有益であることが分かっている１つの分類は、錯化剤である。有益な錯化剤としては、限定をするわけではないが、酸、例えばクエン酸、乳酸、酒石酸、コハク酸、酢酸、マロン酸、シュウ酸及び他の酸、及びそれらの塩、例えば酒石酸アンモニウム、並びにアミノ酸及びアミノ硫酸及びそれらの塩を挙げることができる。好ましい錯化剤は、酒石酸、クエン酸、マロン酸、及びそれらの混合物であり、酒石酸が最も好ましい。
【００３０】
錯化剤は、酸化した金属との錯体を形成するのに役立ち、下側の酸化していない金属と錯体を形成するのには役立たない。このことによって、酸化層の深さを制限する。錯化剤は、本発明のＣＭＰスラリー中に約０．１〜約５．０ｗｔ％、好ましくは約０．５〜約３．０ｗｔ％の量で存在する。
【００３１】
本発明のＣＭＰスラリーのｐＨは、約２．０〜約１２．０、好ましくは約５．０〜約９．０、最も好ましくは約６．５〜約７．５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。スラリーの取り扱いの問題及び基材研磨品質の問題は、本発明のＣＭＰスラリーのｐＨが低すぎる場合、例えば２未満である場合にもたらされる。錯化剤として酒石酸を選択すると、ＣＭＰスラリーのｐＨは約２．０になり、ｐＨを調節して比較的大きくすることが必要になる。
【００３２】
本発明のＣＭＰスラリーのｐＨは、任意の既知の酸、塩基、又はアミンを使用して調節することができる。しかしながら、金属イオンを含まない酸又は塩基、例えば水酸化アンモニウム若しくはアミン、又は硝酸、リン酸、硫酸若しくは有機酸の使用は、本発明のＣＭＰスラリーへの望ましくない金属成分の導入を防ぐのに好ましい。
【００３３】
硬化、フロキュレーション、及び分解に対する本発明のＣＭＰスラリーの安定性を促進するために、様々な随意のＣＭＰ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。ＣＭＰ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若しくはそれ以上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、ウェハーのウェハー内不均一性（ＷＩＷＮＵ）を減少させ、それによってウェハー表面を改良し、ウェハー欠陥を減少させるのに有益な場合があることが分かった。
【００３４】
一般に、本発明で使用する随意の添加剤、例えば界面活性剤の量は、スラリーの効果的な安定化を達成するのに十分な量であるべきであり、これは典型的に、選択される特定の界面活性剤及び金属酸化物研磨材の表面特性に依存して変化する。例えば、選択される界面活性剤を十分に使用しないと、ＣＭＰスラリーの安定か効果がほとんど又は全く得られない。他方で、ＣＭＰスラリーにおいて過剰な量の界面活性剤を使用すると、スラリーにおいて望ましくない発泡及び／又はフロキュレーションがもたらされることがある。結果として一般に、界面活性剤のような安定化剤は、約０．００１〜約０．２ｗｔ％、好ましくは約０．００１〜約０．１ｗｔ％の量で、本発明のスラリー中に存在すべきである。更に、既知の技術を使用して、添加剤は、スラリーに直接に加えること、又は金属酸化物研磨材の表面に処理することができる。いずれの場合でも、添加剤の量を調節して、研磨スラリーにおける所望の濃度を達成する。好ましい界面活性剤としては、ドデシル硫酸ナトリウム塩、ラウリル硫酸ナトウム、ドデシル硫酸アンモニウム塩、及びそれらの混合物を挙げることができる。有益な界面活性剤の例としては、Ｕｎｉｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅが製造するＴＲＩＴＯＮ（商標）ＤＦ−１６、及びＡｉｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  ａｎｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓが製造するＳＵＲＦＹＮＯＬ（商標）を挙げることができる。
【００３５】
本発明のＣＭＰスラリーは、研磨材を含む。研磨材は典型的に、金属酸化物研磨材である。金属酸化物研磨材は、アルミナ、チタニア、ジルコニア、ゲルマニア、シリカ、セリア、及びそれらの混合物を含む群より選択することができる。本発明のＣＭＰスラリーは好ましくは、約１．０〜約１５．０ｗｔ％又はそれを超える研磨材を含有している。しかしながら、本発明のＣＭＰスラリーは、約２．０〜約６．０ｗｔ％の研磨材を含有していることがより好ましい。
【００３６】
金属酸化物研磨材は、当業者に既知の任意の技術で製造することができる。金属酸化物研磨材は、任意の高温プロセス、例えばゾルーゲル、熱水若しくはプラズマプロセスを使用して、又はフュームド若しくは沈降金属酸化物を製造するプロセスによって製造することができる。好ましくは、金属酸化物はフュームド（ｆｕｍｅｄ）又は沈降研磨材であり、より好ましくはフュームド研磨材、例えばフュームドシリカ又はフュームドアルミナである。例えば、フュームド金属酸化物の製造方法は、水素及び酸素の炎での適当な供給蒸気（例えば、アルミナ研磨材のためには塩化アルミニウム）の加水分解を含む、既知の方法である。ほぼ球形の溶融粒子は、燃焼工程で形成する。ここで、この粒子の直径はプロセスパラメーターによって変化する。典型的に一次粒子として言及されるアルミナ又は同様な酸化物のこれらの溶融球体を衝突させることによって、それらの接触点において互いに溶融させて、枝分かれした３次元的な鎖状結合体をもたらす。この結合体を破壊するのに必要とされる力は、かなりのものである。冷却及び収集の間に、結合体は更に衝突する。このことは、いくらかの機械的なからみをもたらして、凝集塊を作ることもある。凝集塊は、ファンデルワールス力によって互いに緩く結合しており、分解することができると考えられる。すなわち、適当な媒体中での適切な分散によって、凝集塊を分解することができると考えられる。
【００３７】
沈降研磨材は、従来の技術、例えば高濃度塩、酸又は他の凝結剤の影響下での水性媒体からの所望の粒子の凝結によって、製造することができる。この粒子には、当業者に既知の従来技術によって、ろ過、洗浄、乾燥、及び他の反応生成残留物との分離を行う。
【００３８】
Ｓ．Ｂｒｕｎａｕｅｒ、Ｐ．Ｈ．Ｅｍｍｅｔ及びＩ．ＴｅｌｌｅｒのＪ．Ａｍ．Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ、第６０巻、ｐ．３０９（１９３８年）の方法で計算され一般にＢＥＴ表面積として言及される好ましい金属酸化物の表面積は、約５ｍ2 ／ｇ〜約４３０ｍ2 ／ｇ、好ましくは約３０ｍ2 ／ｇ〜約１７０ｍ2 ／ｇである。ＩＣ産業での厳格な純度の要求のために、好ましい金属酸化物は高純度であるべきである。高純度とは、供給源、例えば原料不純物及び微量処理汚染物質からの全不純物含有量が、典型的に１％未満、好ましくは０．０１％（すなわち、１００ｐｐｍ）未満であることを意味している。
【００３９】
本発明のスラリーにおいて有益な金属酸化物研磨材は、金属酸化物結合体又は個々の単独球形粒子からなっていてよい。本明細書の記載において使用する「粒子」という用語は、１よりも多い一次粒子の結合体及び個々の単独粒子の両方に言及している。
【００４０】
金属酸化物研磨材は、サイズ分布が約１．０μｍ未満（すなわち、全ての粒子の直径が１．０μｍ未満）であり、平均粒子直径が約０．４μｍ未満であり、且つ研磨結合体自身の間のファンデルワールス力を打ち消して超えるのに十分な力を有する金属酸化物粒子からなることが好ましい。そのような金属酸化物研磨材は、研磨の間のひっかき、ピットマーク、くぼみ、及び他の表面の不完全性を最少化又はなくすのに効果的であることが分かっている。本発明の粒度分布は、既知の技術、例えば透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）を使用して決定することができる。平均粒子直径とは、ＴＥＭ画像解析を使用したときの、すなわち粒子の断面積に基づく平均等価球直径に言及している。力に関しては、金属酸化物粒子の水和力又は表面電位のいずれかが、粒子間のファンデルワールス力を打ち消して超えるのに十分でなければならないことを意味している。
【００４１】
もう１つの好ましい態様では、金属酸化物研磨材は、分離している個々の金属酸化物粒子からなっており、この粒子の一次粒子直径は０．４μｍ（４００ｎｍ）未満であり、表面積は約１０ｍ2 ／ｇ〜約２５０ｍ2 ／ｇである。
【００４２】
好ましくは、金属酸化物研磨材は、約３％〜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、研磨スラリーの水性媒体中に加える。金属酸化物の水性分散体は、従来の技術によって製造することができる。従来の技術としては、金属酸化物研磨材を適当な媒体、例えば脱イオン水にゆっくりと加えて、コロイド状分散体を作ることを挙げることができる。分散は典型的に、金属酸化物の水溶液を、当業者に既知の高剪断混合条件で処理することによって達成する。分散体のｐＨは、コロイドの安定性を最大化するために調節して、等電点から約４．０のｐＨにすることができる。分散体は典型的に、ＣＭＰスラリー調製の間に脱イオン水及び他のスラリー成分で希釈する。最も好ましい金属酸化物研磨材は、ＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ（商標）Ｗ−Ａ３５５フュームドアルミナ分散体である。これは、Ｃａｂｏｔ社が製造するものである。Ｗ−Ａ３５５は、ｐＨが約４．０の９ｗｔ％フュームドアルミナ分散体である。
【００４３】
本発明のＣＭＰスラリーを使用して、任意のタイプの金属層を研磨することができるが、本発明の化学機械的研磨スラリーは、銅、チタン、窒化チタン、及び窒化タンタルの研磨速度が速く、且つタンタルの研磨速度が許容できることが見出されている。更に、この化学機械的研磨スラリーは、誘電体絶縁層に対する研磨速度が望ましく小さいことを示す。
【００４４】
本発明のＣＭＰスラリーは、当業者に既知の従来の方法によって調製することができる。典型的に、酸化剤及び他の非研磨成分は、水性媒体、例えば脱イオン水又は希釈水に所定の濃度で加えて、そのような成分が完全に媒体に溶解するまで低剪断条件で混合する。フュームドアルミナのような金属酸化物研磨材の濃分散体は、媒体に加え、そして最終的なＣＭＰスラリー中の研磨材含有量が所望のレベルになるまで希釈する。
【００４５】
本発明のＣＭＰスラリーは、単一容器設備（適当な水性媒体中の酸化剤、研磨材、及び錯化剤）として供給することができる。ＣＭＰスラリー劣化の可能性をさけるために、少なくとも２つの容器の設備を使用することが好ましい。ここで、第１の容器は、錯化剤、研磨分散体、及び任意の随意の添加剤を保持しており、第２の容器は、酸化剤を保持している。本発明のＣＭＰスラリー成分の他の２容器の組み合わせは、当業者の知識の範囲内である。
【００４６】
本発明のＣＭＰスラリーは、１又は複数の錯化剤と、１又は複数の金属酸化物研磨材及び脱イオン水を組み合わせて、酸化剤を含まないＣＭＰ先駆物質をもたらすことによって、配合することができる。スラリー先駆物質からの本発明のＣＭＰスラリーの配合は、過酸化水素含有スラリーに関連する安定性、輸送性、及び安全性の問題をなくす。これは、酸化剤を含有しないＣＭＰ先駆物質を調製して、使用箇所に輸送し、そして現場で酸化剤、例えば過酸化水素と混合して、ＣＭＰスラリーをもたらすこともできるためである。
【００４７】
本発明の随意のスラリー先駆物質は、尿素、少なくとも１種の錯化剤、及び少なくとも１種の金属酸化物研磨材の水性混合物を含む。フィルム形成剤以外の追加の成分を、尿素含有スラリー先駆物質に加えることができる。
【００４８】
本発明の最も好ましいスラリー先駆物質は、上述の量の、フュームドアルミナ、錯化剤、及び界面活性剤の水性分散体を含む。ここで、錯化剤は、シュウ酸アンモニウム、酒石酸、酒石酸アンモニウム、又はそれらの混合物から選択され、好ましくは酒石酸である。スラリー先駆物質又はそれらの混合物のｐＨは、好ましくは約５．０〜約９．０である。
【００４９】
複数容器ＣＭＰスラリー設備は、ウェハーの所望の金属層で使用するのに適当な任意の標準研磨装置と共に使用することができる。複数容器設備は、適当な場合、１又は複数のＣＭＰスラリー成分を、２又はそれよりも多い容器に水性の又は乾燥した形で保持している。複数容器設備を使用して、基材にスラリーを提供する前又は提供するときに、様々な容器からの成分を所望の量で組み合わせて、上述の量の少なくとも１種の酸化剤、錯化剤、及び少なくとも１種の研磨材を含有するＣＭＰスラリーをもたらす。好ましい容器設備は、アルミナ、尿素、錯化剤、及び界面活性剤を含有しｐＨが約５．０〜約８．０のＣＭＰスラリー先駆物質を保持する第１の容器と、過酸化水素を保持する第２の容器とを具備している。ここで、錯化剤は、シュウ酸アンモニウム、酒石酸、酒石酸アンモニウム、及びそれらの混合物から選択される。研磨箇所では、研磨を行うときに、予め選択された量のＣＭＰスラリーと選択された量の過酸化水素とを組み合わせて、本発明のＣＭＰスラリーを提供する。
【００５０】
本発明のＣＭＰスラリーは、二酸化ケイ素研磨素度を有意に増加させない。しかしながら、本発明のＣＭＰスラリーは、銅、チタン、窒化チタン、タンタル、及び窒化タンタルの層を、制御された条件において良好な速度で研磨する。従って、本発明のＣＭＰスラリーは、チタン、銅、窒化チタン、タンタル、及び窒化タンタル層の研磨選択性を制御するのに効果的である。本発明の研磨スラリーは、半導体集積回路製造の様々な段階で使用して、表面不完全部分及び欠陥を最少化しながら、所望の研磨速度で効果的な研磨を提供することができる。
【実施例】
【００５１】
特定のタイプと量の、少なくとも１種の研磨材、少なくとも１種の酸化剤、及び錯化剤を含有し、フィルム形成剤を含有しないＣＭＰスラリーは、銅合金、チタン及び窒化チタン、タンタル及び窒化タンタルを含有する複数の金属層を速い速度で研磨し、誘電体層に対する良好な選択性を示せることを我々は見出した。
【００５２】
以下の例は、本発明の好ましい態様及び本発明の組成物を使用する好ましい方法を説明している。
【００５３】
［例１］
この例は、フィルム形成剤ＢＴＡを伴うＣＭＰスラリー及びフィルム形成剤ＢＴＡを伴わないＣＭＰスラリーの存在下での、銅の溶解及び腐食を評価している。ＣＭＰ処理の間のＣｕの溶解速度は、電気化学的な測定から求める。電気化学低なデータのほとんどは、Ｃｕ回転ディスク電極（Ｐｉｎｅによる回転装置を伴う）及び２７３ＰｏｎｔｅｎｔｉｏｓｔａｔであってＣｏｒｒｏｓｉｏｎ  Ｓｏｆｔｗａｒｅを伴うもの（ＥＧ＆Ｇ、ＰＥＲによる）からなる装置を使用して、他の場所で得る（すなわち、研磨テーブル以外で）。プラチナメッシュ電極を補助電極として使用し、飽和硫酸水銀電極（ＭＳＥ）を参照電極として使用する。電気化学データは、予め選択された電極の回転速度である５００ｒｐｍ（又は最大で１９．９４ｍ／秒）で、回転装置と電極を、磨擦パッドと接触させて（下向きの力を１．２ｋｇ又は５．９ｐｓｉにして）又はパッドの上に持ち上げて得る。
【００５４】
金属表面を摩擦（又は研磨工具上で研磨）しているとき及び摩擦の後で、装置は金属の溶解を測定することができる。摩擦中の値は、研磨の間の化学的速度のおおよその測定値であり、摩擦の後の測定値は、所定のスラリー中における金属の腐食速度であると考えられる。典型的に、電気化学的なデータは、動電位分極曲線として記録する。ここで、電位掃引は、開回路電位に対して約−０．２５Ｖカソードからいくらかのアノード電位まで、１０ｍＶ／秒の速度で行っている。
【００５５】
評価したそれぞれのスラリーのｐＨは７．０であった。スラリーで使用したアルミナは、Ｃａｂｏｔ社が製造するＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ（商標）Ｗ−Ａ３５５フュームドアルミナ分散体であり、所望の含有率まで希釈した。電流密度として装置で測定した銅溶解速度は、Å／分に関して再び計算して、いくつかのスラリーについて表１に示した。
【００５６】
【表１】
2007150341.tif 000002
【００５７】
この結果は、摩擦中及び摩擦の後のＣｕの溶解速度は、Ｈ2 Ｏ2 （及び界面活性剤）のみを含有するスラリーを使用すると比較的小さいことを示しており、これは、Ｃｕ表面がＣｕ−酸化物によって不動態化されるためである（スラリー２）。Ｈ2 Ｏ2 へのＢＴＡの添加は更なる表面フィルムを提供し、摩擦を伴う場合及び摩擦を伴わない場合のＣｕの溶解速度を１桁減少させる（スラリー１）。強力な錯化剤、例えばシュウ酸アンモニウムをスラリーに添加すると、摩擦を伴うときのＣｕ溶解速度は、過酸化物だけのときに比べて１００倍大きくなり（例２と４を比較）、他方でＣｕ腐食速度は約５Å／分から６０Å／分に増加する。ＢＴＡのようなフィルム形成剤の使用はそれぞれ、摩擦を伴うときにＣｕ溶解速度を９６Å／分まで減少させ、摩擦の後のＣｕ溶解速度を１．４Å／分まで減少させる。酒石酸を伴うスラリー５及び６の場合、ＢＴＡを伴う又は伴わず摩擦を伴う又は伴わないＣｕの溶解速度は、まだ比較的小さい。従って、この錯化剤が存在すると、酸化剤の不動態化の能力は有意に効果的なものではなくなり、フィルム形成剤ＢＴＡはＣｕ腐食速度を制限するために必要ではない。
【００５８】
［例２］
この例は、０．０４ｗｔ％のＢＴＡフィルム形成剤を伴うＣＭＰスラリー及び伴わないＣＭＰスラリーの、様々な基材の層を研磨する能力を評価する。それぞれのスラリーは、２．０ｗｔ％のＨ2 Ｏ2 、１．０ｗｔ％の酒石酸、３．０ｗｔ％のＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ（商標）Ｗ−Ａ３５５フュームドアルミナ分散体（Ｃａｂｏｔ社が製造）、及び５０ｐｐｍのＴｒｉｔｏｎ  ＤＦ−１６を含有していた。それぞれのスラリーのｐＨは、ＮＨ4 ＯＨによって調製して使用の前に７．０にした。
【００５９】
それぞれのＣＭＰスラリーは、ＩＰＥＣ４７２ポリッシャとＴｉ、ＴｉＮ、又はＴａ下側層を有するＰＶＤ銅ウェハーに適用し、Ｒｏｄｅｌ社が製造する穿孔されたＩＣ１０００／ＳＵＢＡ  ＩＶパッドスタックを使用して、下向きの力を２０．７ｋＰａ（３ｐｓｉ）、テーブル速度を５５ｒｐｍ、スピンドル速度を３０ｒｐｍ、そして背圧を５．５（０．８ｐｓｉ）にして研磨した。研磨データは以下の表２に報告する。
【００６０】
【表２】
2007150341.tif 000003
【００６１】
この結果は、ＢＴＡを伴うスラリー及び伴わないスラリーでの研磨性能が類似のものであり、ディッシング及び腐食を考慮するとＢＴＡを伴わないスラリーがわずかに優れていることを示す。
【００６２】
［例３］
この例では、異なる濃度のＨ2 Ｏ2 及び酒石酸を伴うｐＨが７．０のスラリーを使用して、Ｃｕ、Ｔａ、及びガラスの除去速度を決定した。それぞれのスラリーで使用する研磨材は、Ｃａｂｏｔ社が製造するＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ（商標）Ｗ−Ａ３５５フュームドアルミナ分散体であった。研磨の結果は、表３に報告する。ＰＶＤ銅ウェハーは、ＩＰＥＣ４７２ツールを使用して、下向きの力を２０．７ｋＰａ（３ｐｓｉ）、背圧を４．１（０．６ｐｓｉ）、圧盤速度を５５ｒｐｍ、そしてキャリアー速度を３０ｒｐｍにして研磨した。
【００６３】
【表３】
2007150341.tif 000004
【００６４】
表３に示された結果は、酒石酸に対する過酸化物の重量分率が大きいと、Ｃｕ除去速度が小さくなる（すなわち、不動態化が良好になる）ことを示す。
【００６５】
本発明は、ＣＭＰスラリー先駆物質及びそれらから製造されたスラリーである。これは、フィルム形成剤を伴わずに、研磨材、少なくとも１種の酸化剤、及び少なくとも１種の錯化剤を含有している。本発明のＣＭＰスラリーは、再現可能な薄い不動化態層を作ることによって、制御された様式で金属層を研磨することができる。結果として、研磨工程に比較的不定要素をもたらさずに、スラリーの研磨性能を比較的安定で制御可能なものにし、研磨結果を良好にし、且つ成品の貯蔵寿命を増加させる。
【００６６】
特定の態様を使用して本発明を説明してきたが、本発明の本質から離れずに変更を行えることが理解される。本発明の範囲は本明細書の上述の説明及び例によっては制限されず、特許請求の範囲の記載で示されていると考えられる。
【手続補正書】
【提出日】平成19年2月16日(2007.2.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨材、
過酸化水素、過酸化水素尿素、及びそれらの組み合わせより選択される０．３〜１７ｗｔ％の酸化剤、及び
０．５〜３．０ｗｔ％の酒石酸、
を含有する化学機械的研磨スラリーであって、ｐＨが５〜９であり、且つフィルム形成剤を含有しない、化学機械的研磨スラリー。
【請求項２】
前記研磨材が少なくとも１種の金属酸化物である、請求項１に記載の化学機械的研磨スラリー。
【請求項３】
前記金属酸化物研磨材が、アルミナ、セリア、ゲルマニア、シリカ、チタニア、ジルコニア、及びそれらの混合物を含む群より選択される、請求項２に記載の化学機械的研磨スラリー。
【請求項４】
前記研磨材が金属酸化物の水性分散体である、請求項１に記載の化学機械的研磨スラリー。
【請求項５】
前記金属酸化物研磨材が、サイズ分布が１．０μｍ未満で平均結合体直径が０．４μｍ未満の金属酸化物結合体からなっている、請求項２に記載の化学機械的研磨スラリー。
【請求項６】
前記金属酸化物研磨材が、一次粒子直径が０．４μｍ未満で表面積が１０ｍ2 ／ｇ〜２５０ｍ2 ／ｇの分離した個々の金属酸化物球体からなっている、請求項２に記載の化学機械的研磨スラリー。
【請求項７】
前記研磨材の表面積が５ｍ2 ／ｇ〜４３０ｍ2 ／ｇである、請求項１に記載の化学機械的研磨スラリー。
【請求項８】
前記研磨材の表面積が３０ｍ2 ／ｇ〜１７０ｍ2 ／ｇである、請求項１に記載の化学機械的研磨スラリー。
【請求項９】
前記研磨材が、沈降研磨材又はフュームド研磨材からなる群より選択される、請求項１に記載の化学機械的研磨スラリー。
【請求項１０】
１．０〜１５．０ｗｔ％のアルミナ研磨材、
１．０〜１２．０ｗｔ％の過酸化水素、及び
０．５〜３．０ｗｔ％の酒石酸、
を含有する化学機械的研磨スラリーであって、ｐＨが５〜９に調節されており、且つフィルム形成剤を含有しない、化学機械的研磨スラリー。
【請求項１１】
少なくとも１種の界面活性剤を含有する、請求項１０に記載の化学機械的研磨スラリー。
【請求項１２】
（ａ）１．０〜１５．０ｗｔ％の研磨材と、過酸化水素、過酸化水素尿素、及びそれらの組み合わせより選択される０．３〜１７．０ｗｔ％の酸化剤と、０．５〜３．０ｗｔ％の酒石酸と、脱イオン水とを混合して、フィルム形成剤を含有しない化学機械的研磨スラリーをもたらす工程、
（ｂ）前記スラリーのｐＨを５〜９に調節する工程、
（ｃ）前記化学機械的研磨スラリーを基材に適用する工程、及び
（ｄ）パッドを前記基材と接触させ、前記基材に対してこのパッドを動かすことによって、前記基材から金属層の少なくとも一部を除去する工程、
を含む、少なくとも１つの金属層を有する基材を研磨する方法。
【請求項１３】
前記基材が銅合金含有層を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記基材が、チタン及び窒化チタンの層を更に有し、このチタン及び窒化チタンの層の少なくとも一部を工程（ｃ）において除去する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記化学機械的研磨スラリーを、前記パッドに適用してから、このパッドを前記基材と接触させる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記化学機械的研磨スラリーのｐＨが、５．０〜９．０である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記研磨材が金属酸化物である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記金属酸化物研磨材が、アルミナ、セリア、ゲルマニア、シリカ、チタニア、ジルコニア、及びそれらの混合物を含む群より選択される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記研磨材が金属酸化物の水性分散体である、請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
前記金属酸化物研磨材が、沈降アルミナ、フュームドアルミナ、沈降シリカ、フュームドシリカ、及びそれらの混合物からなる群より選択される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
（ａ）１．０〜１５．０ｗｔ％のアルミナ、１．０〜１２．０ｗｔ％の過酸化水素、０．５〜３．０ｗｔ％の酒石酸、及び脱イオン水を混合して、チタンに対する銅合金の研磨選択性［Ｃｕ：Ｔｉ］が４．０未満である化学機械的研磨スラリーをもたらすこと、
（ｂ）前記化学機械的研磨スラリーのｐＨを５．０〜９．０に調節すること、
（ｃ）前記化学機械的研磨スラリーを基材に適用すること、及び
（ｄ）パッドを前記基材と接触させ、前記基材に対してこのパッドを動かすことによって、銅合金層の少なくとも一部、チタン層の少なくとも一部、及び窒化チタン層の少なくとも一部を除去すること、
を含む、銅合金層、チタン層及び窒化チタン層を有する基材を研磨する方法。