(57)【要約】      （修正有）【課題】酸化ケイ素含有材料を高い除去速度で除去するスラリーは、下地のマスク、キャップも除去する傾向がある。これらの下地層の無制御な除去は、集積回路の最終的な性能に不都合な影響を与える。酸化ケイ素含有層の制御された除去を可能にする研磨組成物を提供する。【解決手段】  本水性研磨組成物は、半導体基板を研磨するために役立つ。研磨組成物は、０．０５〜５０重量％の砥粒、および０．００１〜２重量％のλ型カラゲナンを含み、λ型カラゲナンは、ＴＥＯＳ除去速度を速めるために役立つ濃度を有する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板を研磨するために役立つ水性研磨組成物であって、
０．０５〜５０重量％の砥粒、および
０．００１〜２重量％のλ型カラゲナン
を含み、λ型カラゲナンが、ＴＥＯＳ除去速度を速めるために役立つ濃度を有する組成物。
【請求項２】
λ型カラゲナンが、ＳｉＣ、ＳｉＣＮおよびＳｉ3Ｎ4の群から選ばれる少なくとも一つのコーティングの除去速度を低下させるために役立つ、請求項１記載の組成物。
【請求項３】
砥粒が、無機酸化物、金属ホウ化物、金属炭化物、金属窒化物および重合体粒子のうち少なくとも一つから選ばれる、請求項１記載の組成物。
【請求項４】
半導体基板を研磨するために役立つ水性研磨組成物であって、
０．１〜５０重量％の砥粒、および
０．０１〜１．５重量％のλ型カラゲナン
を含み、λ型カラゲナンが、ＴＥＯＳ除去速度を速めるために役立ち、かつＳｉＣ、ＳｉＣＮおよびＳｉ3Ｎ4の群から選ばれる少なくとも一つのコーティングの除去速度を低下させるために役立つ濃度を有する組成物。
【請求項５】
λ型カラゲナンが、ＳｉＣＮの除去速度を低下させるために役立つ、請求項４記載の組成物。
【請求項６】
砥粒が、アルミナ、セリアおよびシリカのうち少なくとも一つから選ばれる、請求項４記載の組成物。
【請求項７】
半導体基板を研磨するために役立つ水性研磨組成物であって、
０．１〜５０重量％のシリカ砥粒、および
０．０５〜１重量％のλ型カラゲナン
を含み、λ型カラゲナンが、ＴＥＯＳ除去速度を速めるために役立ち、かつＳｉＣ、ＳｉＣＮおよびＳｉ3Ｎ4の群から選ばれる少なくとも一つのコーティングの除去速度を低下させるために役立つ濃度を有する組成物。
【請求項８】
λ型カラゲナンが、ＳｉＣＮの除去速度を低下させるために役立つ、請求項７記載の組成物。
【請求項９】
ベンゾトリアゾール腐食抑制剤を含む、請求項４記載の組成物。
【請求項１０】
半導体基板を研磨する方法であって、０．０５〜５０重量％の砥粒、および０．０１〜２重量％のλ型カラゲナンを含む水性研磨組成物で研磨する工程を含み、λ型カラゲナンが、ＴＥＯＳを除去し、かつＳｉＣ、ＳｉＣＮおよびＳｉ3Ｎ4のうち少なくとも一つから選ばれるハードマスク層を維持するためである方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
本発明は、半導体デバイス内の酸化ケイ素含有層の除去速度を変更するための研磨組成物に関する。また、下地層、たとえば炭化ケイ素（ＳｉＣ）、炭化窒化ケイ素（ＳｉＣＮ）および窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）から酸化ケイ素含有層を除去するためのケミカルメカニカルプラナリゼーション（ＣＭＰ）法に関する。
【０００２】
チップ組立加工業者は、ウェーハを平坦化して、平坦な基板表面の生成を容易にするために、多数のケミカルメカニカルプラナリゼーション（ＣＭＰ）工程を用いる。これらの平坦な表面は、平坦でない基板に絶縁体をつけることから生じる不都合な歪曲無しに、多層の集積回路の製造を容易にする。
【０００３】
ＣＭＰ法は、典型的には、二工程の手順で実施して、研磨性能を向上させる。第一に、研磨法は、インターコネクトする金属、たとえば銅を迅速に除去するよう、特定して設定された「第一工程」スラリーを用いる。この最初の銅除去段階の後、「第二工程」スラリーがバリア層を除去する。典型的には、第二工程スラリーは、インターコネクト金属の「ディッシング」によりインターコネクト構造の物理的構造または電気特性に不都合に影響することなく、バリア層を除去するための選択性を有しなければならない。金属のインターコネクトまたは絶縁層の除去速度に対比してのバリアの除去速度は、選択比として知られている。本明細書のために、除去速度は、単位時間あたりの厚さの変化としての除去速度、たとえばオングストローム毎分を意味する。
【０００４】
バリア層を除去した後、典型的には、スラリーは、下地層、たとえば酸化ケイ素含有材料を除去する。本発明の目的のために、酸化ケイ素含有材料は、テトラエチルオルトケイ酸塩（ＴＥＯＳ）、および半導体を作製するために用いられるその他の酸化ケイ素含有コーティングのような、シランから誘導される材料を包含する。不幸にも、酸化ケイ素含有材料を高い除去速度で除去するスラリーは、下地のマスク、キャップ、たとえば炭化窒化ケイ素（ＳｉＣＮ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）および炭化ケイ素（ＳｉＣ）も除去する傾向がある。これらの下地層の無制御の除去は、集積回路の最終的な性能に不都合な影響を与え得る。
【０００５】
ＣＭＰ研磨組成物は、様々な目的のためにカラゲナンを加えることを提唱している。たとえば、Thomasらは、米国特許出願公開第２００５／０１０４０４８号明細書で、銅のディッシングを低減するためにカラゲナンガムを加えることを開示している。提唱されたこれらの使用は、銅除去に関するものであり、ＴＥＯＳ層の除去には関係しない。
【０００６】
いくつかのｌｏｗ−ｋ絶縁体および超ｌｏｗ−ｋ集積スキームでは、絶縁体の上にキャップ用材料を堆積させることで、機械的損傷から絶縁体を保護する。そうして、キャップ層の上方、マスク層、たとえばＴＥＯＳが、パターンエッチング法でマスク層を除去することによって、集積回路内の絶縁体またはインターコネクト金属のための領域を規定する。エッチングの後、バリア層が基板を覆い、次いで、金属層、たとえば銅が溝またはビアを充填する。効果的なＣＭＰのために、これらの半導体集積スキームは、典型的には、マスク層、たとえばＴＥＯＳマスク層の選択的除去、金属インターコネクトの低水準ディッシング、および底部キャップ層（たとえばＳｉＣＮまたはＳｉＣ）の最小限の除去を必要とする。
【０００７】
酸化ケイ素含有層、たとえばＴＥＯＳは、ｌｏｗ−ｋおよび超ｌｏｗ−ｋ材料より高い誘電率を有することから、これらのＴＥＯＳ層をできるだけ薄く保って、ウェーハの効果的な低誘電率を維持することが望ましい。しかし、より厚いＴＥＯＳ層は、ＣＭＰ集積のためのプロセス制御を改善するので、選ばれた最終的な厚さは、これらの競合する二つの作用の妥協を表す。この妥協から生じる「厚い」ＴＥＯＳ層は、インターコネクト金属の制御された除去速度での効率的なマスク除去工程を有する研磨組成物を必要とする。
【０００８】
要するに、これらの半導体集積スキームは、効果的な除去速度での酸化ケイ素含有層の選択的除去、および下部キャップ層または絶縁体のいずれかでの停止を必要とする。これらの考察の観点から、酸化ケイ素含有層の制御された除去を可能にする研磨組成物を提供するという要求が存在する。加えて、ケイ素含有層、たとえばＴＥＯＳマスク層を低減された欠陥で除去する継続的な要求も存在する。
【０００９】
加えて、半導体組立加工業者は、異なる集積スキームおよびｌｏｗ−ｋ／超ｌｏｗ−ｋ材料に依拠することから、半導体の顧客は、ＣＭＰスラリーに対して異なる要求を有する。これらの様々な集積スキームは、万能の研磨液を配合することを最も困難にしている。したがって、たとえば銅のような金属インターコネクトと同様に、酸化ケイ素含有層、キャップ層の除去速度を調整して、多様な集積スキームを満足させることも効果的である。
【００１０】
発明の記述
本発明の一態様は、半導体基板を研磨するために役立つ水性研磨組成物であって、０．０５〜５０重量％の砥粒、および０．００１〜２重量％のλ型カラゲナンを含み、λ型カラゲナンが、ＴＥＯＳ除去速度を速めるために役立つ濃度を有する組成物を包含する。
【００１１】
本発明のもう一つの態様は、半導体基板を研磨するために役立つ水性研磨組成物であって、０．１〜５０重量％の砥粒、および０．０１〜１．５重量％のλ型カラゲナンを含み、λ型カラゲナンが、ＴＥＯＳ除去速度を速めるために役立ち、かつＳｉＣ、ＳｉＣＮおよびＳｉ3Ｎ4の群から選ばれる少なくとも一つのコーティングの除去速度を低下させるために役立つ濃度を有する組成物を包含する。
【００１２】
本発明のもう一つの態様は、半導体基板を研磨するために役立つ水性研磨組成物であって、０．１〜５０重量％のシリカ砥粒、および０．０５〜１重量％のλ型カラゲナンを含み、λ型カラゲナンが、ＴＥＯＳ除去速度を速めるために役立ち、かつＳｉＣ、ＳｉＣＮおよびＳｉ3Ｎ4の群から選ばれる少なくとも一つのコーティングの除去速度を低下させるために役立つ濃度を有する組成物を包含する。
【００１３】
本発明のもう一つの態様は、半導体基板を研磨する方法であって、０．０５〜５０重量％の砥粒、および０．０１〜２重量％のλ型カラゲナンを含む水性研磨組成物で研磨する工程を含み、λ型カラゲナンが、ＴＥＯＳを除去し、かつＳｉＣ、ＳｉＣＮおよびＳｉ3Ｎ4のうち少なくとも一つから選ばれるハードマスク層を維持するためである方法を包含する。
【００１４】
詳細な説明
砥粒と共にλ型カラゲナンをスラリーに加えることは、酸化ケイ素含有材料の除去速度を高めることが見出された。カラゲナンは、紅藻類から抽出される硫酸化された多糖類の天然に産する複雑な混合物を表す。特に、カラゲナンは、硫酸化および非硫酸化両方のガラクトース繰返し単位および３，６−アンヒドロガラクトース（３，６−ＡＧ）で構成される、高分子量多糖類である。カラゲナンには３種類の商業的な型、すなわちカッパ、イオタおよびラムダ（κ、ιおよびλ）がある。これらの単位は、交互のα１−３およびβ１−４グリコシド結合によって結合されている。κ、ιおよびλの特性に影響する最も大きい相違は、繰返し単位上の硫酸エステル基の数および位置である。λカラゲナンの各単位は、平均して約１．５個の硫酸基を有し；ιカラゲナンの各単位は、平均して約１個の硫酸基を有し；κカラゲナンの各単位は、平均して約０．５個の硫酸基を有する。基本的には、より多くの硫酸化された基を有するλは、より低いゲル化能力を有する。典型的には、λカラゲナンは、各単位につき１個より多くの硫酸基を有する。より多くのアンヒドロ結合を有するκカラゲナンは、その大きな「もつれ」構造のために、より高いゲル化能力を有する。λカラゲナンは、商業的用途では粘度を増大させるために役立つ。κは、脆くて硬い「非硬化性」のゲルを形成するが、ιは、ゲルが破壊された後も「可逆的」である「弾力的」なゲルを形成する。更に、より多くの硫酸基を有するものは、より水溶性であるか、または高い水溶性を有する。より可溶性に富むλカラゲナンの添加は、酸化ケイ素含有層の除去速度を高めることができる。
【００１５】
λカラゲナンは、０．００１〜２重量％の量で存在する。本明細書のために、濃度はすべて、別途具体的に指摘されない限り、研磨組成物の総重量を基準にした重量％で表される値を有する。好ましくは、λカラゲナンは、０．０１〜１．５重量％、最も好ましくは０．０５〜１重量％の量で存在する。
【００１６】
０．０５〜５０重量％の砥粒を含有する研磨組成物は、シリカ除去、または集積スキームに応じてバリアおよびシリカの組み合わせた除去を促進し、研磨組成物は、マスク層を除去するか、または初めにバリア層を除去し、次いで酸化ケイ素含有層を除去するために役立つことができる。砥粒は、好ましくは、コロイド状砥粒である。例としての砥粒は、無機酸化物、金属ホウ化物、金属炭化物、金属窒化物、重合体粒子、および前記のうち少なくとも一つを含む混合物を包含する。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）、または前記酸化物のうち少なくとも一つを含む組合せを包含する。重合体被覆された無機酸化物粒子、および無機物被覆された粒子のような、これらの酸化物の改質された形態も、所望であれば利用することができる。適切な金属の炭化物、ホウ化物および窒化物は、たとえば、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭化窒化ケイ素（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、または前記金属炭化物、ホウ化物および窒化物のうち少なくとも一つを含む組合せを包含する。ダイアモンドも、所望であれば、砥粒として利用することができる。これに代わる砥粒は、重合体粒子、および被覆重合体粒子も包含する。好ましい砥粒は、シリカである。
【００１７】
砥粒は、０．１〜５０重量％の量で用いることが望ましい。この範囲内では、砥粒を０．２重量％以上、好ましくは０．５重量％以上の量で存在させることが望ましい。この範囲内で望ましいのは、１５重量％以下、好ましくは１０重量％以下の量である。
【００１８】
砥粒は、金属のディッシングおよび絶縁体の過剰な侵食を防止するために、１５０ナノメートル（nm）以下の平均粒子寸法を有する。本明細書の目的のために、粒子寸法は、砥粒の平均粒子寸法を意味する。１００nm以下、好ましくは５０nm以下、より好ましくは４０nm以下の平均粒子寸法を有するコロイド状砥粒を用いることが望ましい。最も少ない絶縁体侵食および金属ディッシングは、４０nm以下の平均寸法を有するコロイダルシリカで有利に生じる。コロイド状砥粒の寸法を４０nm以下に低減することは、研磨組成物の選択性を向上させる傾向があるが、バリア除去速度を低下させる傾向もある。加えて、好ましいコロイド状砥粒は、添加剤、たとえば分散剤、界面活性剤、および酸性pHの範囲でのコロイド状砥粒の安定性を向上させるための緩衝剤を含むことができる。そのようなコロイド状砥粒の一つは、AZ Electronic Materialsのコロイダルシリカである。
【００１９】
研磨組成物が砥粒を含有しないならば、ケミカルメカニカルプラナリゼーション（ＣＭＰ）法にはパッドの選択および調整がより重要になる。たとえば、いくつかの無砥粒組成物については、固定砥粒パッドが研磨性能を向上させる。
【００２０】
研磨組成物は、場合により、バリア除去剤、たとえばグアニジン、ホルムアミジンまたはそれらの誘導体を含有して、バリア、たとえばタンタル、窒化タンタル、チタンおよび窒化チタンの除去を促進してもよい。また、ケミカルメカニカルプラナリゼーション組成物は、場合により、錯化剤、キレート化剤、pH緩衝剤、殺生物剤および消泡剤を含んでもよい。
【００２１】
場合により、バリア層、たとえばタンタル、窒化タンタル、チタンおよび窒化チタンの除去速度は、酸化剤の使用によって有利に最適化される。適切な酸化剤は、たとえば、過酸化水素、一過硫酸塩、ヨウ化物、ペルフタル酸マグネシウム、過酢酸その他の過酸、過硫酸塩、臭素酸塩、過ヨウ素酸塩、硝酸塩、鉄塩、セリウム塩、マンガン（Ｍｎ）（III）、Ｍｎ（IV）および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、または前記酸化剤のうち少なくとも一つを含む組合せを包含する。好ましい酸化剤は、過酸化水素である。酸化剤は、典型的には、使用直前に研磨組成物に加えること、かつそのような場合、酸化剤は、別個の包装に収納することに注意されたい。
【００２２】
０〜１０重量％の酸化剤を用いることが望ましい。この範囲内では、酸化剤を０．１重量％以上の量で有することが望ましい。この範囲内でやはり望ましいのは、５重量％以下の酸化剤の量である。最も好ましくは、組成物は、０．１〜５重量％の酸化剤を含有する。酸化剤、たとえば過酸化物の量を調整することは、金属インターコネクトの除去速度を制御することもできる。たとえば、過酸化物濃度の上昇は、銅の除去速度を上昇させる。しかし、酸化剤の過剰な増加は、研磨速度に不都合な影響を与える。
【００２３】
研磨組成物は、酸性pHまたはアルカリ性pHのいずれを有してもよい。インターコネクトに用いられる適切な金属は、たとえば、銅、銅合金、金、金合金、ニッケル、ニッケル合金、白金族の金属、白金族金属合金、銀、銀合金、タングステン、タングステン合金、および前記金属のうち少なくとも一つを含む混合物を包含する。好ましいインターコネクト金属は、銅である。酸性研磨組成物またはアルカリ性研磨組成物、および過酸化水素のような酸化剤を用いるスラリー中では、銅除去速度および静的エッチ速度の両方が、主として銅の酸化のために高い。インターコネクト金属の除去速度を低下させるためには、研磨組成物は、腐食抑制剤を用いる。腐食抑制剤は、インターコネクト金属の除去速度を低下させるよう機能する。これは、インターコネクト金属のディッシングを低減することによって研磨性能の向上を促進する。
【００２４】
抑制剤は、典型的には、６重量％以下の量で存在し、インターコネクト金属に対する単一の抑制剤またはその混合物を表してもよい。この範囲内で、抑制剤は、０．００２５重量％以上、好ましくは０．１５重量％以上の量を有することが望ましい。やはりこの範囲内で望ましいのは、１重量％以下、好ましくは０．５重量％以下の量である。好ましい腐食抑制剤は、ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）である。酸性組成物中の抑制剤の最適量は、アルカリ性pH研磨組成物中のそれより多くなることができる。
【００２５】
追加的な腐食抑制剤は、たとえば陰イオン界面活性剤、双極性イオン、非イオン界面活性剤、両性界面活性剤およびポリマー界面活性剤のような界面活性剤、または有機化合物、たとえばアゾールを包含する。適切な陰イオン界面活性剤は、たとえば、官能基を有する界面活性剤、たとえばスルホン酸塩、硫酸塩、カルボン酸塩、リン酸塩、もしくはこれらの官能基の誘導体、または前記界面活性剤のうち少なくとも一つを含む組合せを包含する。好ましい陰イオン界面活性剤は、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムである。適切な非イオン界面活性剤は、たとえば、ケイ素系化合物、フッ素系化合物、エステル、酸化エチレン、アルコール、エトキシレート、エーテル、グリコシド、もしくはこれらの化合物の誘導体、または前記非イオン界面活性剤のうち一つを含む組合せを包含する。適切な両性界面活性剤またはポリマーは、たとえば、ポリカルボン酸塩およびその誘導体、ポリアクリルアミドおよびその誘導体、セルロース、ポリビニルアルコールおよびその誘導体、ならびにポリビニルピロリドンおよびその誘導体を包含する。抑制剤として、または抑制剤混合物中に用いることができる適切なアゾールは、たとえば、トリトリアゾール（ＴＴＡ）、イミダゾールおよびそれらの混合物を包含する。最も好ましい二次的腐食抑制剤は、トリトリアゾールである。
【００２６】
研磨組成物は、研磨組成物のpHを酸性pHまで低下させるか、またはpHをアルカリ性pHまで上昇させるために、無機または有機pH調整剤も含む。適切な無機pH降下剤は、たとえば、硝酸、硫酸、塩酸、リン酸、または前記無機pH降下剤のうち少なくとも一つを含む組合せを包含する。適切なpH上昇剤は、金属水酸化物、水酸化アンモニウムもしくは窒素含有有機塩基、または前記pH上昇剤の組合せを包含する。
【００２７】
研磨組成物は、酸性pHまたはアルカリ性pHのいずれでも作用する。研磨組成物のpHは、１〜１４にさせることが好ましい。この範囲内では、２以上かつ１２以下のpHを有することが望ましい。研磨組成物に最も好ましいpHは、３〜１０である。
【００２８】
場合により、研磨組成物は、バリア金属の除去速度に対して銅の除去速度を調整するために、キレート化剤または錯化剤を含有することができる。キレート化剤は、銅とのキレート化金属錯体を形成することによって、銅の除去速度を改善する。適切なキレート化剤は、たとえばカルボン酸、アミノカルボン酸およびその誘導体、または前記キレート化剤のうち少なくとも一つを含む組合せを包含する。好ましくは、キレート化剤は、研磨組成物中に２重量％以上の量で存在する。場合により、研磨組成物は、１．５〜１３未満のpH範囲内にpKaを有する様々な有機および無機酸、ならびにアミノ酸またはそれらの塩のような緩衝剤も含むことができる。場合により、研磨組成物は、消泡剤、たとえばエステル、酸化エチレン、アルコール、エトキシレート、ケイ素化合物、フッ素化合物、エーテル、グリコシドおよびそれらの誘導体をはじめとする非イオン界面活性剤を更に含むことができる。消泡剤は、両性界面活性剤であってもよい。
【００２９】
研磨組成物は、ＣＭＰ装置が２．５〜１０キロパスカル（kPa）という低圧で作動するのを可能にする。この範囲内では、３〜１２kPaの圧力が好ましい。低いＣＭＰパッド圧力は、スクラッチその他の望ましくない研磨不良を削減することによって、研磨性能を向上させ、脆弱な材料への損傷を最低限に抑える。たとえば、低い誘電率の材料は、高ひずみ下に置かれると破損し、層間剥離を生じる。更に、研磨組成物によって得られる、バリア金属の高い除去速度は、低い砥粒濃度および小さい砥粒寸法を用いて、効果的なバリア金属の除去速度、および酸化ケイ素含有層、たとえばＴＥＯＳの除去速度を可能にする。例示的な実施態様では、研磨組成物は、酸化ケイ素含有層に対するいかなる破壊も無しに、高いバリア除去速度を有利に達成するよう調節または調整することができる。また、ｌｏｗ−ｋまたは超ｌｏｗ−ｋ絶縁層に対するいかなる損傷も無しに、酸化ケイ素含有層を有利に調整することもできる。
【００３０】
組成物は、ウェーハに対して垂直に測定される多孔質充填ポリウレタン製研磨パッドの圧力を測定したとき、２１．７kPa（３psi）未満の少なくとも一つの研磨圧力について、ＴＥＯＳの除去を加速し、ＳｉＣ、ＳｉＣＮおよびＳｉ3Ｎ4の群から選ばれる少なくとも一つのコーティングの除去を低下させる。好ましくは、ＳｉＣ、ＳｉＣＮおよびＳｉ3Ｎ4の群から選ばれる少なくとも一つのコーティングが、キャップである。本明細書の目的のために、比較のための除去は、ウェーハに対して垂直に測定される多孔質充填ポリウレタン製研磨パッドの圧力を測定したときの除去速度を意味する。選択性を決定するために役立つ特定の研磨パッドは、ＩＣ１０１０（商標）なる多孔質充填ポリウレタン製研磨パッドである。組成物は、様々な研磨圧力で作動することになるため、これらのデータは、組成物の効率を例示するためであり、組成物の用いるための特定の作動圧力を記載するためではない。場合により、研磨組成物は、２１．７kPa未満の少なくとも一つの研磨圧力で、ウェーハに対して垂直に測定される多孔質充填ポリウレタン製研磨パッドの圧力を測定したとき、少なくとも２対１というＴＥＯＳ対キャップ選択性を有する。選ばれた集積スキームは、ＴＥＯＳの選択性を制御する。
【００３１】
マスク対キャップ選択性に加えて、この溶液は、場合により、金属インターコネクトに関するバリア除去選択性を有する、すなわち、２１．７kPa未満の少なくとも一つの研磨圧力で、ウェーハに対して垂直に測定される多孔質充填ポリウレタン製研磨パッドの圧力のとき、金属インターコネクト、たとえば銅より高い速度でバリア材料を除去する。場合により、研磨組成物は、２１．７kPa未満の少なくとも一つの研磨圧力で、ウェーハに対して垂直に測定される多孔質充填ポリウレタン製研磨パッドの圧力を測定したとき、２対１以上の窒化タンタル対銅選択性を有する。場合により、研磨組成物は、２１．７kPa未満の少なくとも一つの研磨圧力で、ウェーハに対して垂直に測定される多孔質充填ポリウレタン製研磨パッドの圧力を測定したとき、５対１以上の窒化タンタル対銅選択性を有する。選択性のこの高い水準は、チップ製造業者が、インターコネクト材料の過剰な除去無しにバリア層から材料を除去するのを許す。
【００３２】
あるいは、本方法は、追加的な添加剤を有する絶縁層で停止してもよい。典型的な絶縁体材料は、テトラエチルオルトケイ酸塩（ＴＥＯＳ）のような、シランから誘導される酸化ケイ素含有材料、すなわちｌｏｗ−ｋおよび／または超ｌｏｗ−ｋ有機材料、Novellusから商業的に入手可能なＣＯＲＡＬ（登録商標）ＣＶＤ  ＳｉＯＣを含む。場合により、本発明に記載されたλカラゲナンを含有する基本的な組成物への陰イオン界面活性剤または非イオン界面活性剤の添加は、他の薄膜除去速度に影響することなく、ＳｉＯＣの除去速度を効果的に低下させる。
【００３３】
実施例
実施例１
試験した水性スラリーは、ＦＭＣ、Philadelphia, PAから供給されたMarine Colloids（商標）なるカラゲナン（κ、ι、Ｃａを加えたιおよびλ）を含有した。具体的なλ型カラゲナンは、ＦＭＣからのViscarin GP 209Fであった。この実験は、変化させたカラゲナンの型および濃度を有する研磨組成物の研磨性能を決定するために実施した。本実施例およびその他のすべての実施例は、ＩＣ１０１０なる研磨パッド（Rohm and Haas Electronic Materials CMP Technologies）を備えたStrausbaugh研磨機を、１３．８kPa（約２psi）の下方に働く力、ならびに２００ml／分の研磨スラリー流速、１２０rpmのプラテン速度、および１１４rpmのキャリアー速度の条件下で用いて、サンプルウェーハ（２００mm）を研磨した。研磨スラリーは、すべて、ＫＯＨまたはＨＮＯ3で調整したpHを有し、スラリーは、すべて、脱イオン水を計量して調製した。実施例中、文字は、比較組成物を特定し、数字は、本発明の実施態様を表す。
【００３４】
【表１】
2007180534.tif 000002
【００３５】
本実施例は、λカラゲナンが、ＣＤＯ速度に対する何らの悪影響も無しに、ＴＥＯＳ除去速度を上昇させ、ＳｉＣＮ除去速度を低下させることを示す。κ、ι、およびＣａを有するιカラゲナンは、ＴＥＯＳ除去速度に対して有意な影響がなかった。
【００３６】
実施例２
本実施例は、アルカリ性pHレベルでの有効性を試験した。
【００３７】
【表２】
2007180534.tif 000003
【００３８】
λカラゲナンは、ヒドロ硝酸グアニジン配合物中でのＣＤＯに対する除去速度を上昇させ、ヒドロ硝酸グアニジンを含まない配合物についてのＣＤＯ除去速度を低下させた。更に、添加剤は、グアニジンの添加あり、または無しでのＴＥＯＳの速度を上昇させるために効果的であった。
【００３９】
実施例３
本実施例は、１〜４重量％のシリカ砥粒濃度を有するＳｉ3Ｎ4薄膜の研磨を含んだ。
【００４０】
【表３】
2007180534.tif 000004
【００４１】
上の表は、λカラゲナンが窒化ケイ素層の除去速度を抑えるためにも効果的であることを立証する。
【００４２】
実施例４
以下の実施例は、アルカリ性pHレベルでの添加剤の有効性を試験した。
【００４３】
【表４】
2007180534.tif 000005
【００４４】
試験されたpHレベルでは、λカラゲナンは、ＴＥＯＳ除去速度を、ＣＤＯおよびＴａＮ除去速度の対応する上昇とともに上昇させた。更に、λカラゲナンは、試験されたアルカリ性pHレベルでも機能した。
【００４５】
実施例５
本実施例は、もう一つの界面活性剤とのλカラゲナンの融和性を試験した。
【００４６】
【表５】
2007180534.tif 000006
【００４７】
本実施例は、陰イオン界面活性剤の添加がＣＤＯ除去速度を、ＴＥＯＳ除去速度に対する僅かにすぎない不都合な影響を伴って抑制することを示した。これは、陰イオン界面活性剤とのλカラゲナンの融和性を立証する。
【００４８】
上の実験から、研磨組成物中でのλカラゲナンの使用は、バリア層に対する除去速度と比較したとき、酸化ケイ素含有層に対して異なった除去速度を許容することを理解することができる。これは、一つの層のもう一つの層より迅速な除去、たとえばＳｉＣＮと対比してのＴＥＯＳを有利に許す。たとえば、マスク層およびキャップ層を有する半導体については、２対１以上、または５対１以上ものマスク対キャップの選択性を場合により許容する。この選択比は、ＳｉＣ、ＳｉＣＯ、Ｓｉ3Ｎ4またはＳｉＣＮキャップ層に堆積させたＴＥＯＳマスクに適用可能である。また、下の表６に示されたとおり、単一マスクにも適用可能である。この研磨組成物は、ｌｏｗ−ｋまたは超ｌｏｗ−ｋ絶縁層に対するいかなる損傷も無しに、酸化ケイ素含有層を除去するよう有利に調整することもできる。これらの研磨組成物が半導体基板の様々な層を、酸化ケイ素含有層、ｌｏｗ−ｋおよび／または超ｌｏｗ−ｋ絶縁層に対するいかなる損傷も無しに除去できる能力を、下の表６に示す。
【００４９】
【表６】
2007180534.tif 000007
【００５０】
表６は、所望の一定の層を半導体基板から選択的に除去するために用いることができる様々な集積スキームを示す。たとえば、集積スキーム１は、ＴａＮ、ＴＥＯＳ、ＳｉＣＮおよび超ｌｏｗ−ｋ絶縁層を含むインターコネクト構造から、ＴａＮおよびＴＥＯＳ層をそれぞれ選択的に除去するために、本研磨組成物を有利に利用することができる方法を示す。この研磨組成物は、ＴａＮおよびＴＥＯＳ層をＳｉＣＮおよびＣＤＯ層より高い除去速度で除去し、そのためＳｉＣＮおよび超ｌｏｗ−ｋ絶縁層を保存する。
【００５１】
本研磨組成物は、集積回路デバイス内のインターコネクト構造からの酸化ケイ素含有層、および場合によりバリア層の除去速度を調整するために利用される。それは、酸化ケイ素含有層の高い除去を、インターコネクト金属に対するディッシングの低減、またはキャップ層、たとえばＳｉＣＮ、もしくはＳｉ3Ｎ4キャップ層での停止とともに達成するよう調節もしくは調整することができる。場合により、本方法は、酸化ケイ素含有層を除去する前に、水性研磨組成物でバリア層を除去する工程を含む。加えて、酸化ケイ素含有層が、ボトム層の上に堆積させたトップＴＥＯＳ層であり、ボトム層がＳｉＣＮ、ＳｉＣＮ、Ｓｉ3Ｎ4またはＳｉＣＯであるならば、組成物は、トップ層を除去し、ボトム層の少なくとも一部を残すことができる。この選択的なＴＥＯＳ除去は、ｌｏｗ−ｋおよび超ｌｏｗ−ｋ絶縁層をキャップ層で保護するために特に効果的である。
【外国語明細書】
1. Title of the Invention
2007180534.tif 000008
2. Detailed Description of the Invention
2007180534.tif 000009
2007180534.tif 000010
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2007180534.tif 000021
2007180534.tif 000022
1. Claims
2007180534.tif 000023
2007180534.tif 000024
1. Abstract
2007180534.tif 000025
2. Representative Drawing
None