JP2001308040A - 侵食およびディッシングが低減された高スループット銅ｃｍｐ - Google Patents
侵食およびディッシングが低減された高スループット銅ｃｍｐInfo
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- B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
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- H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 マルチステップ研磨技術による、侵食および
ディッシングが低減された銅の研磨方法を提供する。 【解決手段】 第１プラテン上で第１除去速度で基板表
面を研磨し、銅層または銅合金層面を研磨し、銅層また
は銅合金層を低減するステップと、第２プラテン上で第
１除去速度よりも遅い第２除去速度で基板を研磨し、銅
層または銅合金層を低減するステップとを備えて、バリ
ア層上に堆積された銅層または銅合金層を含有する基板
表面１３８を平坦化する。さらにコンピュータ可読媒体
１００が備えられ命令を保持し、命令は１つ以上のプロ
セッサにより命令が実行されるときに、研磨システムが
基板表面を第１プラテン上で第１除去速度で研磨し、そ
の後、第２プラテン上で第１除去速度よりも遅い第２除
去速度で研磨するように、１つ以上のプロセッサに研磨
システムを制御させる。
ディッシングが低減された銅の研磨方法を提供する。 【解決手段】 第１プラテン上で第１除去速度で基板表
面を研磨し、銅層または銅合金層面を研磨し、銅層また
は銅合金層を低減するステップと、第２プラテン上で第
１除去速度よりも遅い第２除去速度で基板を研磨し、銅
層または銅合金層を低減するステップとを備えて、バリ
ア層上に堆積された銅層または銅合金層を含有する基板
表面１３８を平坦化する。さらにコンピュータ可読媒体
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セッサにより命令が実行されるときに、研磨システムが
基板表面を第１プラテン上で第１除去速度で研磨し、そ
の後、第２プラテン上で第１除去速度よりも遅い第２除
去速度で研磨するように、１つ以上のプロセッサに研磨
システムを制御させる。
Description
【０００１】
【発明の背景】関連出願 本出願は、１９９９年１２月２１日に提出され、ここに
参照して具体化されている、同時係属する米国特許出願
番号０９／４６９，７０９［ＡＭＡＴ／３７８６］の一
部継続出願である。
参照して具体化されている、同時係属する米国特許出願
番号０９／４６９，７０９［ＡＭＡＴ／３７８６］の一
部継続出願である。
【０００２】発明の分野 本発明は、平坦性が改善された半導体デバイスにおけ
る、銅（Ｃｕ）および／または銅合金のメタライゼーシ
ョンに関係する。
る、銅（Ｃｕ）および／または銅合金のメタライゼーシ
ョンに関係する。
【０００３】関連技術の背景 超大規模集積回路半導体の配線に関する、高密度化およ
び高性能化への要求の高まりにより、相互接続技術にお
ける敏感な変化が求められている。このような要求の高
まりに対し、ＲＣ（抵抗と静電容量）の低い相互接続パ
ターンを提供するという観点から要求を満たすことは困
難であることがわかっており、特に、サブミクロンのバ
イア、コンタクト、トレンチが、小型化によって高アス
ペクト比とされるような適用においては困難である。
び高性能化への要求の高まりにより、相互接続技術にお
ける敏感な変化が求められている。このような要求の高
まりに対し、ＲＣ（抵抗と静電容量）の低い相互接続パ
ターンを提供するという観点から要求を満たすことは困
難であることがわかっており、特に、サブミクロンのバ
イア、コンタクト、トレンチが、小型化によって高アス
ペクト比とされるような適用においては困難である。
【０００４】従来の半導体デバイスは、通常ドープされ
た単結晶シリコンである半導体基板と、複数の連続形成
された誘電層および導電パターンを備える。集積回路
は、相互配線スペースにより隔てられた導電ラインから
なる複数の導電パターンと、複数の相互接続ラインを含
有して形成される。通常、異なる層の導電パターンは、
すなわちバイアホールを充填する導電プラグにより電気
的に接続され、一方、コンタクトホールを充填する導電
プラグが、ソース／ドレイン領域などの半導体基板上の
能動領域との電気的接触を確立する。導電性ラインは、
半導体基板に対して通常ほぼ水平に広がるトレンチ中に
形成される。５つ以上のメタライゼーションのレベルを
備える半導体「チップ」は、デバイス幾何がサブミクロ
ンレベルに縮小されるにつれ、さらに一般的になってい
る。
た単結晶シリコンである半導体基板と、複数の連続形成
された誘電層および導電パターンを備える。集積回路
は、相互配線スペースにより隔てられた導電ラインから
なる複数の導電パターンと、複数の相互接続ラインを含
有して形成される。通常、異なる層の導電パターンは、
すなわちバイアホールを充填する導電プラグにより電気
的に接続され、一方、コンタクトホールを充填する導電
プラグが、ソース／ドレイン領域などの半導体基板上の
能動領域との電気的接触を確立する。導電性ラインは、
半導体基板に対して通常ほぼ水平に広がるトレンチ中に
形成される。５つ以上のメタライゼーションのレベルを
備える半導体「チップ」は、デバイス幾何がサブミクロ
ンレベルに縮小されるにつれ、さらに一般的になってい
る。
【０００５】バイアホールを充填する導電性プラグは通
常、少なくとも１つの導電パターンを備える導電層上に
誘電層を堆積し、従来の露光とエッチング技術によって
誘電層を貫く開口を形成し、開口を、タングステン
（Ｗ）などの導電性物質により充填することによって形
成される。中間誘電層表面上の余分な、あるいは堆積し
すぎた導電物質は、通常、化学機械研磨（ＣＭＰ）によ
って除去される。このような方法の１つがダマシンとし
て知られており、基本的に中間誘電層中に開口を形成
し、開口を金属で充填することを含有する。デュアル・
ダマシン技術には、下コンタクトあるいは、上トレンチ
部と連絡するバイアホール部を備える開口を形成するこ
とを包含する。開口全体が、通常は金属である導電性物
質により充填され、導電ラインと電気的に接触する導電
性プラグが同時に形成される。
常、少なくとも１つの導電パターンを備える導電層上に
誘電層を堆積し、従来の露光とエッチング技術によって
誘電層を貫く開口を形成し、開口を、タングステン
（Ｗ）などの導電性物質により充填することによって形
成される。中間誘電層表面上の余分な、あるいは堆積し
すぎた導電物質は、通常、化学機械研磨（ＣＭＰ）によ
って除去される。このような方法の１つがダマシンとし
て知られており、基本的に中間誘電層中に開口を形成
し、開口を金属で充填することを含有する。デュアル・
ダマシン技術には、下コンタクトあるいは、上トレンチ
部と連絡するバイアホール部を備える開口を形成するこ
とを包含する。開口全体が、通常は金属である導電性物
質により充填され、導電ラインと電気的に接触する導電
性プラグが同時に形成される。
【０００６】銅（Ｃｕ）および銅合金は、相互接続メタ
ライゼーションにおけるアルミニウム（Ａｌ）の交換候
補として非常に注目されている。銅および銅合金は比較
的安価であり、処理が容易で、アルミニウムよりも抵抗
が低い。さらに銅および銅合金はタングステン（Ｗ）に
対する電気的特性が向上していることから、銅および銅
合金は、導電配線としても導電プラグとしても使用に望
ましい金属となっている。
ライゼーションにおけるアルミニウム（Ａｌ）の交換候
補として非常に注目されている。銅および銅合金は比較
的安価であり、処理が容易で、アルミニウムよりも抵抗
が低い。さらに銅および銅合金はタングステン（Ｗ）に
対する電気的特性が向上していることから、銅および銅
合金は、導電配線としても導電プラグとしても使用に望
ましい金属となっている。
【０００７】銅および銅合金のプラグおよび配線を形成
する接近法は、ダマシン構造の使用を備える。しかし、
酸化シリコンなど誘電層物質中を銅が拡散するため、銅
相互接続構造に対する拡散バリア層が、銅または銅合金
の相互接続構造と、周囲の誘電物質との間に備えられ
る。典型的な拡散バリア金属として、銅および銅合金用
には、タンタル（Ｔａ）、タンタル窒化物（ＴａＮ）、
チタン窒化物（ＴｉＮ）、チタン−タングステン（Ｔｉ
Ｗ）、タングステン（Ｗ）、タングステン窒化物（Ｗ
Ｎ）、チタン−チタン窒化物（Ｔｉ−ＴｉＮ）、チタン
・シリコン窒化物（ＴｉＳｉＮ）、タングステン・シリ
コン窒化物（ＷＳｉＮ）、タンタル・シリコン窒化物
（ＴａＳｉＮ）およびシリコン窒化物が含まれる。これ
らの、銅を包むバリア金属の使用は、銅と中間誘電層間
の境界に限られるものではなく、他の金属との境界も含
まれる。
する接近法は、ダマシン構造の使用を備える。しかし、
酸化シリコンなど誘電層物質中を銅が拡散するため、銅
相互接続構造に対する拡散バリア層が、銅または銅合金
の相互接続構造と、周囲の誘電物質との間に備えられ
る。典型的な拡散バリア金属として、銅および銅合金用
には、タンタル（Ｔａ）、タンタル窒化物（ＴａＮ）、
チタン窒化物（ＴｉＮ）、チタン−タングステン（Ｔｉ
Ｗ）、タングステン（Ｗ）、タングステン窒化物（Ｗ
Ｎ）、チタン−チタン窒化物（Ｔｉ−ＴｉＮ）、チタン
・シリコン窒化物（ＴｉＳｉＮ）、タングステン・シリ
コン窒化物（ＷＳｉＮ）、タンタル・シリコン窒化物
（ＴａＳｉＮ）およびシリコン窒化物が含まれる。これ
らの、銅を包むバリア金属の使用は、銅と中間誘電層間
の境界に限られるものではなく、他の金属との境界も含
まれる。
【０００８】従来の研磨技術において、基板キャリア・
アセンブリは、研磨装置中の研磨パッドに接触しながら
回転される。研磨パッドは回転する回転台またはプラテ
ン上に取り付けられるか、あるいは静止した研磨台の上
で、外部駆動力により駆動されて移動する。基板は通
常、制御可能な圧力を提供するキャリア上に取り付けら
れ、その圧力により、基板が研磨パッドに向けて促され
る。このようにＣＭＰ装置は、各薄い半導体基板と研磨
パッドの間に研磨または摩擦の動作をもたらし、一方で
基板と研磨パッド間に力を加えている間、化学的および
機械的両方に活性をもたらすために、反応性溶液中に砥
粒粒子入りもしくは砥粒粒子フリーの研磨化学薬品を分
散させる。
アセンブリは、研磨装置中の研磨パッドに接触しながら
回転される。研磨パッドは回転する回転台またはプラテ
ン上に取り付けられるか、あるいは静止した研磨台の上
で、外部駆動力により駆動されて移動する。基板は通
常、制御可能な圧力を提供するキャリア上に取り付けら
れ、その圧力により、基板が研磨パッドに向けて促され
る。このようにＣＭＰ装置は、各薄い半導体基板と研磨
パッドの間に研磨または摩擦の動作をもたらし、一方で
基板と研磨パッド間に力を加えている間、化学的および
機械的両方に活性をもたらすために、反応性溶液中に砥
粒粒子入りもしくは砥粒粒子フリーの研磨化学薬品を分
散させる。
【０００９】研磨スラリー処理に採用される従来の研磨
パッドは、通常ポリウレタンなどの溝付きの多孔性ポリ
マー表面と研磨スラリーを備えており、研磨スラリーは
研磨を受ける特定の物質に応じて異なる。基本的に、研
磨スラリーはポリマー表面の微細孔に含浸され、一方で
溝が研磨スラリーを、研磨を受けている基板へ運ぶ。Ｃ
ＭＰスラリー処理に使用する研磨パッドが、Ｋｒｙｗａ
ｎｃｚｙｋらにより米国特許５，８４２，９１０中に開
示されている。
パッドは、通常ポリウレタンなどの溝付きの多孔性ポリ
マー表面と研磨スラリーを備えており、研磨スラリーは
研磨を受ける特定の物質に応じて異なる。基本的に、研
磨スラリーはポリマー表面の微細孔に含浸され、一方で
溝が研磨スラリーを、研磨を受けている基板へ運ぶ。Ｃ
ＭＰスラリー処理に使用する研磨パッドが、Ｋｒｙｗａ
ｎｃｚｙｋらにより米国特許５，８４２，９１０中に開
示されている。
【００１０】上述の研磨スラリータイプの研磨パッドと
は極めて異なるタイプの砥粒用品は、たとえば固定砥粒
研磨パッドなどの固定砥粒用品である。そのような固定
砥粒用品は、通常、複数の幾何学的な砥粒構成要素が付
着された支持シートを備える。砥粒要素は通常、たとえ
ばポリマー製バインダなどのバインダ中に複数の砥粒粒
子を備える。固定砥粒用品を採用して研磨する間に、基
板、あるいはＣＭＰを受けている基板が固定砥粒用品を
磨耗するため、持続して砥粒粒子が露出される。したが
って固定砥粒用品を採用する研磨中、化学的活性を与え
るために化学薬品が分散され、一方、固定砥粒要素およ
び、研磨を受けている基板との磨耗により露出した砥粒
粒子によって、機械的活性が備えられる。固定砥粒用品
は、Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄらにより米国特許番号５，６
９２，９５０に、Ｃａｌｈｏｕｎにより米国特許番号
５，８２０，４５０に、Ｈａａｓらにより米国特許番号
５，４５３，３１２に、およびＨｉｂｂａｒｄらにより
米国特許番号５，４５４，８４４に開示されている。
は極めて異なるタイプの砥粒用品は、たとえば固定砥粒
研磨パッドなどの固定砥粒用品である。そのような固定
砥粒用品は、通常、複数の幾何学的な砥粒構成要素が付
着された支持シートを備える。砥粒要素は通常、たとえ
ばポリマー製バインダなどのバインダ中に複数の砥粒粒
子を備える。固定砥粒用品を採用して研磨する間に、基
板、あるいはＣＭＰを受けている基板が固定砥粒用品を
磨耗するため、持続して砥粒粒子が露出される。したが
って固定砥粒用品を採用する研磨中、化学的活性を与え
るために化学薬品が分散され、一方、固定砥粒要素およ
び、研磨を受けている基板との磨耗により露出した砥粒
粒子によって、機械的活性が備えられる。固定砥粒用品
は、Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄらにより米国特許番号５，６
９２，９５０に、Ｃａｌｈｏｕｎにより米国特許番号
５，８２０，４５０に、Ｈａａｓらにより米国特許番号
５，４５３，３１２に、およびＨｉｂｂａｒｄらにより
米国特許番号５，４５４，８４４に開示されている。
【００１１】ダマシン埋め込みの研磨によるように、銅
または銅合金の表面を平坦化して高度の表面平坦性を実
現することは極めて困難であり、特に、銅または銅合金
特徴の高密度配列と基板表面フィールドにわたって広が
る表面を横切る場合に困難である。銅または銅合金の特
徴の高密度配列は、一般に酸化シリコン層などの誘電層
中に、始めにトレンチを形成するダマシン技術により形
成される。次に、たとえばタンタル（Ｔａ）、タンタル
窒化物（Ｔａ）など、タンタル含有層などのバリア層
が、トレンチの露出表面上と誘電層の上面に正角に堆積
される。次に銅または銅合金が、電気めっき、無電解め
っき、物理気相成長法（ＰＶＤ）または化学気相成長法
（ＣＶＤ）などにより、バリア層上に通常約８，０００
Å〜約１８，０００Åの膜厚で堆積される。
または銅合金の表面を平坦化して高度の表面平坦性を実
現することは極めて困難であり、特に、銅または銅合金
特徴の高密度配列と基板表面フィールドにわたって広が
る表面を横切る場合に困難である。銅または銅合金の特
徴の高密度配列は、一般に酸化シリコン層などの誘電層
中に、始めにトレンチを形成するダマシン技術により形
成される。次に、たとえばタンタル（Ｔａ）、タンタル
窒化物（Ｔａ）など、タンタル含有層などのバリア層
が、トレンチの露出表面上と誘電層の上面に正角に堆積
される。次に銅または銅合金が、電気めっき、無電解め
っき、物理気相成長法（ＰＶＤ）または化学気相成長法
（ＣＶＤ）などにより、バリア層上に通常約８，０００
Å〜約１８，０００Åの膜厚で堆積される。
【００１２】その後、研磨が行なわれ、銅または銅合金
の過剰分を除去してバリア層の上で止まり、続いて化学
薬品と砥粒粒子の混合物を採用してバリア層が除去さ
れ、銅または銅合金とバリア層が除去されて誘電層が出
される。銅または銅合金の過剰分は、基板表面上に形成
された特徴を充填するのに必要な量よりも多く、基板上
に堆積された材料である。
の過剰分を除去してバリア層の上で止まり、続いて化学
薬品と砥粒粒子の混合物を採用してバリア層が除去さ
れ、銅または銅合金とバリア層が除去されて誘電層が出
される。銅または銅合金の過剰分は、基板表面上に形成
された特徴を充填するのに必要な量よりも多く、基板上
に堆積された材料である。
【００１３】銅のメタライゼーション処理後、基板表面
の平坦化においては、一般に侵食やディッシングを受け
る。ディッシングとは、基板表面上に形成された特徴の
銅および銅合金層中に、くぼみや陥没など、地形的な欠
陥が形成されることである。さらにディッシングの結
果、表面が平坦でなくなり、続く露光ステップ中、高解
像度の線を印刷する能力が損なわれ、その後の基板の表
面幾何およびデバイス形成に悪影響を及ぼす。ディッシ
ングはまた、銅のような高伝導性物質を使用する利点に
反し、デバイスのコンダクタンスを下げ、抵抗を上げる
ことによりデバイス性能に悪影響を及ぼす。ディッシン
グはさらに、続く研磨ステップにおけるバリア層の除去
を不均一に導き得る。侵食とは、基板表面上に形成され
た特徴を囲む誘電物質を、余計に除去してしまうことで
ある。
の平坦化においては、一般に侵食やディッシングを受け
る。ディッシングとは、基板表面上に形成された特徴の
銅および銅合金層中に、くぼみや陥没など、地形的な欠
陥が形成されることである。さらにディッシングの結
果、表面が平坦でなくなり、続く露光ステップ中、高解
像度の線を印刷する能力が損なわれ、その後の基板の表
面幾何およびデバイス形成に悪影響を及ぼす。ディッシ
ングはまた、銅のような高伝導性物質を使用する利点に
反し、デバイスのコンダクタンスを下げ、抵抗を上げる
ことによりデバイス性能に悪影響を及ぼす。ディッシン
グはさらに、続く研磨ステップにおけるバリア層の除去
を不均一に導き得る。侵食とは、基板表面上に形成され
た特徴を囲む誘電物質を、余計に除去してしまうことで
ある。
【００１４】基板表面の侵食やディッシングを最小限に
するか低減させ、それにより高度の表面平坦性を実現す
る、高い生産スループットの、銅または銅合金を研磨す
ることが必要とされている。
するか低減させ、それにより高度の表面平坦性を実現す
る、高い生産スループットの、銅または銅合金を研磨す
ることが必要とされている。
【００１５】
【発明の概要】発明の態様は一般に、表面欠陥や表面腐
食の低減された、銅および銅合金などの金属の平坦化を
含む、基板表面の平坦化の方法および構成を提供する。
食の低減された、銅および銅合金などの金属の平坦化を
含む、基板表面の平坦化の方法および構成を提供する。
【００１６】１態様において、本発明は基板表面の平坦
化方法を提供し、該方法は第１プラテン上の基板表面を
研磨して、ここに堆積された銅層または銅合金層を第１
除去速度で低減することと、第２プラテン上の基板を研
磨して、第１除去速度よりも低い第２除去速度で銅層ま
たは銅合金層を除去することを備える。
化方法を提供し、該方法は第１プラテン上の基板表面を
研磨して、ここに堆積された銅層または銅合金層を第１
除去速度で低減することと、第２プラテン上の基板を研
磨して、第１除去速度よりも低い第２除去速度で銅層ま
たは銅合金層を除去することを備える。
【００１７】別の態様において、コンピュータ可読媒体
が備えられ命令を保持し、命令は、１つ以上のプロセッ
サにより命令が実行されるときに、１つ以上のプロセッ
サに、研磨システムを、第１プラテン上で第１除去速度
で基板表面を研磨するよう制御させ、次に第２プラテン
上で第１除去速度よりも低い第２除去速度で基板表面を
研磨するよう制御させるように、取り決められている。
が備えられ命令を保持し、命令は、１つ以上のプロセッ
サにより命令が実行されるときに、１つ以上のプロセッ
サに、研磨システムを、第１プラテン上で第１除去速度
で基板表面を研磨するよう制御させ、次に第２プラテン
上で第１除去速度よりも低い第２除去速度で基板表面を
研磨するよう制御させるように、取り決められている。
【００１８】好適実施形態の詳細な説明 ここに記述される本発明の実施形態は、サブミクロン領
域の特徴寸法を持つ、信頼性ある相互接続パターンへの
要求の高まりに応じて、銅または銅合金含有の特徴を持
つ基板表面を、高い生産スループットで、侵食やディッ
シングを低減または最小限にして効果的に平坦化するこ
とが可能である。本開示全体に使用されるように、銅
（Ｃｕ）は、高純度元素の銅と共に、たとえば少なくと
も８０重量．％の銅を含有する銅ベース合金のような、
銅ベース合金も網羅するものとする。
域の特徴寸法を持つ、信頼性ある相互接続パターンへの
要求の高まりに応じて、銅または銅合金含有の特徴を持
つ基板表面を、高い生産スループットで、侵食やディッ
シングを低減または最小限にして効果的に平坦化するこ
とが可能である。本開示全体に使用されるように、銅
（Ｃｕ）は、高純度元素の銅と共に、たとえば少なくと
も８０重量．％の銅を含有する銅ベース合金のような、
銅ベース合金も網羅するものとする。
【００１９】ここに記述される発明の実施形態は、最小
限または低減されたディッシングおよび侵食で、連続研
磨ステップを含むマルチステップ処理に有利に使用可能
である。研磨ステップはバリア層上で停止でき、また固
定砥粒研磨技術において使用されてよい。その後、バリ
ア層を除去する研磨ステップで、研磨スラリーを使用で
きる。
限または低減されたディッシングおよび侵食で、連続研
磨ステップを含むマルチステップ処理に有利に使用可能
である。研磨ステップはバリア層上で停止でき、また固
定砥粒研磨技術において使用されてよい。その後、バリ
ア層を除去する研磨ステップで、研磨スラリーを使用で
きる。
【００２０】本発明のマルチステップ方法論は、銅また
は銅合金の特徴、たとえばオープン・フィールドに隣接
するラインなどの密な配列を平坦化する際の、侵食やデ
ィッシングに強い影響を与える因子の研究から由来して
いる。「密な配列」という表現には、約１００ミクロン
未満の様々な距離により隔てられた金属特徴を網羅する
ものとし、一方「オープン・フィールド」という表現に
は、約１００ミクロンを超えて広がる金属特徴のないフ
ィールドを網羅するものとする。
は銅合金の特徴、たとえばオープン・フィールドに隣接
するラインなどの密な配列を平坦化する際の、侵食やデ
ィッシングに強い影響を与える因子の研究から由来して
いる。「密な配列」という表現には、約１００ミクロン
未満の様々な距離により隔てられた金属特徴を網羅する
ものとし、一方「オープン・フィールド」という表現に
は、約１００ミクロンを超えて広がる金属特徴のないフ
ィールドを網羅するものとする。
【００２１】本発明の実施形態は、銅または銅合金の過
剰分の大部分を除去するために、第１除去速度で基板表
面を研磨し、第１除去速度よりも低い第２除去速度で基
板表面を研磨することを備える、マルチステップ処理を
含む。第２除去速度を持つ研磨技術は、後のバリア層に
対して高い選択性を持ち、バリア層上で停止できる。
剰分の大部分を除去するために、第１除去速度で基板表
面を研磨し、第１除去速度よりも低い第２除去速度で基
板表面を研磨することを備える、マルチステップ処理を
含む。第２除去速度を持つ研磨技術は、後のバリア層に
対して高い選択性を持ち、バリア層上で停止できる。
【００２２】研磨ステップは第１および第２の、回転プ
ラテン、静止プラテン、またはリニア・プラテンのそれ
ぞれの上で遂行され、 両方の研磨処理で固定砥粒研磨
パッドか、砥粒入りまたは砥粒フリーの化学薬品を使用
した従来の非固定砥粒研磨パッドを採用している。ここ
に記述された処理にしたがって、基板表面を研磨できる
適切な化学機械研磨装置の例が図５に示され、また以下
により詳細に記述される。
ラテン、静止プラテン、またはリニア・プラテンのそれ
ぞれの上で遂行され、 両方の研磨処理で固定砥粒研磨
パッドか、砥粒入りまたは砥粒フリーの化学薬品を使用
した従来の非固定砥粒研磨パッドを採用している。ここ
に記述された処理にしたがって、基板表面を研磨できる
適切な化学機械研磨装置の例が図５に示され、また以下
により詳細に記述される。
【００２３】タンタルやタンタル窒化物などのバリア層
物質は、第３の回転研磨パッド、静止研磨パッド、また
は研磨スラリーを用いたリニア研磨パッド上で除去され
得る。適したバリア除去技術が、１９９９年９月２２日
提出の同時係属する米国特許出願連番０９／４０１，６
４３と、２０００年５月１１日に提出の同時係属する米
国特許出願連番０９／５６９，９６８に開示されてお
り、開示全体がここに、発明に矛盾しない範囲で参照し
て具体化されている。誘電層は、基板表面のスクラッチ
や欠陥を低減、もしくはなくすために、バフ研磨されて
よい。
物質は、第３の回転研磨パッド、静止研磨パッド、また
は研磨スラリーを用いたリニア研磨パッド上で除去され
得る。適したバリア除去技術が、１９９９年９月２２日
提出の同時係属する米国特許出願連番０９／４０１，６
４３と、２０００年５月１１日に提出の同時係属する米
国特許出願連番０９／５６９，９６８に開示されてお
り、開示全体がここに、発明に矛盾しない範囲で参照し
て具体化されている。誘電層は、基板表面のスクラッチ
や欠陥を低減、もしくはなくすために、バフ研磨されて
よい。
【００２４】ここに記述されている処理の実施形態を、
マルチステップ処理によって銅または銅合金の金属膜を
平坦化するために使用して、基板表面の侵食およびディ
ッシングを最小限にするまたは低減することができる。
基板表面の侵食やディッシングを最小限にするまたは低
減することにより、従来の露光方法を使用して深くはサ
ブミクロン領域、すなわち約０．１ミクロンなどの約
０．２ミクロン未満の寸法を持つ金属特徴を形成するこ
とが可能となる。
マルチステップ処理によって銅または銅合金の金属膜を
平坦化するために使用して、基板表面の侵食およびディ
ッシングを最小限にするまたは低減することができる。
基板表面の侵食やディッシングを最小限にするまたは低
減することにより、従来の露光方法を使用して深くはサ
ブミクロン領域、すなわち約０．１ミクロンなどの約
０．２ミクロン未満の寸法を持つ金属特徴を形成するこ
とが可能となる。
【００２５】典型的な銅のメタライゼーションまたは相
互接続システムには、基板を覆う誘電層の堆積し、開口
すなわちダマシン開口を誘電層中へ形成し、タンタル含
有物質すなわちＴａＮまたはＴａなど拡散バリアを堆積
し、および銅または銅合金による開口を充填することが
含まれる。誘電層中の開口は、最初にシード層を堆積
し、次に銅層または銅合金層を、通常約８，０００Å〜
約１８，０００Åの膜厚で電気めっきまたは無電解めっ
きすることにより、有利に充填することができる。ダマ
シン開口はまた、銅または銅合金で約５０℃〜約１５０
℃の温度におけるＰＶＤ、または約２００℃未満の温度
におけるＣＶＤにより充填することも可能である。
互接続システムには、基板を覆う誘電層の堆積し、開口
すなわちダマシン開口を誘電層中へ形成し、タンタル含
有物質すなわちＴａＮまたはＴａなど拡散バリアを堆積
し、および銅または銅合金による開口を充填することが
含まれる。誘電層中の開口は、最初にシード層を堆積
し、次に銅層または銅合金層を、通常約８，０００Å〜
約１８，０００Åの膜厚で電気めっきまたは無電解めっ
きすることにより、有利に充填することができる。ダマ
シン開口はまた、銅または銅合金で約５０℃〜約１５０
℃の温度におけるＰＶＤ、または約２００℃未満の温度
におけるＣＶＤにより充填することも可能である。
【００２６】従来の基板および誘電物質は、本発明によ
り網羅される。たとえば、基板はドープされた単結晶シ
リコンまたはガリウムヒ素でありうる。誘電層は、従来
半導体デバイスの製造に採用されている様々な誘電物質
のいずれかを備えることができる。たとえば、二酸化珪
素、リン珪酸塩ガラス（ＰＳＧ）、ホウ素燐ケイ酸ガラ
ス（ＢＰＳＧ）、およびテトラエチル・オルトシリケー
ト（ＴＥＯＳ）から誘導された二酸化珪素またはプラズ
マＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）によるシランなどの誘電物質が
採用可能である。本発明による誘電層はまた低誘電率の
物質を備えてよく、ポリイミドなどのポリマーや、たと
えばカリフォルニア州、サンタクララに位置するＡｐｐ
ｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｉｎｃ．社から市販
のＢｌａｃｋ ＤｉａｍｏｎｄRなどの炭素含有二酸化
珪素が含まれる。開口は従来の露光技術およびエッチン
グ技術により誘電層中に形成される。
り網羅される。たとえば、基板はドープされた単結晶シ
リコンまたはガリウムヒ素でありうる。誘電層は、従来
半導体デバイスの製造に採用されている様々な誘電物質
のいずれかを備えることができる。たとえば、二酸化珪
素、リン珪酸塩ガラス（ＰＳＧ）、ホウ素燐ケイ酸ガラ
ス（ＢＰＳＧ）、およびテトラエチル・オルトシリケー
ト（ＴＥＯＳ）から誘導された二酸化珪素またはプラズ
マＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）によるシランなどの誘電物質が
採用可能である。本発明による誘電層はまた低誘電率の
物質を備えてよく、ポリイミドなどのポリマーや、たと
えばカリフォルニア州、サンタクララに位置するＡｐｐ
ｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｉｎｃ．社から市販
のＢｌａｃｋ ＤｉａｍｏｎｄRなどの炭素含有二酸化
珪素が含まれる。開口は従来の露光技術およびエッチン
グ技術により誘電層中に形成される。
【００２７】銅または銅合金がメタライズされた基板表
面は、まず第１除去速度で研磨されて大部分の銅または
大部分の銅合金の除去がもたらされる。基板は回転プラ
テン、静止プラテンまたはリニアプラテン上に取り付け
られた研磨パッドの上で研磨される。第１除去速度は、
スループットを速くするために、比較的高速の、たとえ
ば１分間に約５，０００Åよりも速い除去速度である。
銅または銅合金がメタライズされた表面は、約５００Å
〜約３，０００Åの膜厚まで薄く研磨される。基本的に
ＣＭＰは化学作用または機械研磨の組み合わせを包含す
る。
面は、まず第１除去速度で研磨されて大部分の銅または
大部分の銅合金の除去がもたらされる。基板は回転プラ
テン、静止プラテンまたはリニアプラテン上に取り付け
られた研磨パッドの上で研磨される。第１除去速度は、
スループットを速くするために、比較的高速の、たとえ
ば１分間に約５，０００Åよりも速い除去速度である。
銅または銅合金がメタライズされた表面は、約５００Å
〜約３，０００Åの膜厚まで薄く研磨される。基本的に
ＣＭＰは化学作用または機械研磨の組み合わせを包含す
る。
【００２８】研磨処理は金属表面、すなわち銅または銅
合金の金属表面を酸化する化学作用を含み、金属表面は
その後、研磨パッド、たとえば研磨パッド中に配列され
た固定砥粒要素あるいは砥粒ポストにより機械的に研磨
され得る。ここに開示される手引きおよび開示される方
針を仮定すれば、特定の状況で適切な研磨条件および化
学薬品を容易に決定することができる。
合金の金属表面を酸化する化学作用を含み、金属表面は
その後、研磨パッド、たとえば研磨パッド中に配列され
た固定砥粒要素あるいは砥粒ポストにより機械的に研磨
され得る。ここに開示される手引きおよび開示される方
針を仮定すれば、特定の状況で適切な研磨条件および化
学薬品を容易に決定することができる。
【００２９】適切な化学薬品は、Ｃａｒｐｉｏにより米
国特許番号５，８４０，６２９に開示されるようにクロ
ム酸ナトリウム四水化物を、および／またはＷａｔｔｓ
らにより米国特許番号５，８９７，３７５に開示されて
いるように、クエン酸アンモニウムなどのカルボン酸塩
を含むことができる。たとえば１，２，４−トリアゾー
ルやベンゾトリアゾールといった、トリアゾールまたは
トリアゾール誘導体などの抑制剤を有利に採用可能であ
る。化学薬品には、純水やアルコールなどの溶媒も含ま
れる。
国特許番号５，８４０，６２９に開示されるようにクロ
ム酸ナトリウム四水化物を、および／またはＷａｔｔｓ
らにより米国特許番号５，８９７，３７５に開示されて
いるように、クエン酸アンモニウムなどのカルボン酸塩
を含むことができる。たとえば１，２，４−トリアゾー
ルやベンゾトリアゾールといった、トリアゾールまたは
トリアゾール誘導体などの抑制剤を有利に採用可能であ
る。化学薬品には、純水やアルコールなどの溶媒も含ま
れる。
【００３０】たとえば、二酸化珪素誘電層とＴａＮバリ
ア層を含む銅のメタライゼーションでは、第１の研磨処
理の化学薬品には、約０．５重量％〜約１０重量％の酸
化剤、たとえば約６重量％の過酸化水素など、約０．０
５重量％〜約０．２０重量％の抑制剤、たとえば約０．
１５重量％の５−メチル・ベンゾトリアゾール、約０．
５重量％〜約５．０重量％の間の、たとえば約３．０重
量％のイミノ２酢酸などのキレート剤、および約３．０
重量％〜約１５．０重量％の間、たとえば９．０重量％
のリン酸水素アンモニウムなど別のキレート剤、バラン
スの純水を含み得る。圧力は通常約３ｐｓｉであるが、
組成や所望の除去速度によって変化しうる。第１の研磨
ステップにおいて、銅層または銅合金層の大部分を研磨
する際、研磨組成がＣｕのパシベーション・ドメインの
ｐＨと酸化還元電位を持つよう、研磨組成を定式化する
のが適当であることが分かった。いくつかの組成の態様
においては、約５〜約８のｐＨなど、約３〜約１０の間
のｐＨが使用される。その他の適した化学薬品が、２０
００年４月５日に提出の、同時係属する米国特許出願連
番０９／５４３，７７７、および２０００年４月６日に
提出の、同時係属する米国特許出願連番０９／５４４，
２８１に記述されている。
ア層を含む銅のメタライゼーションでは、第１の研磨処
理の化学薬品には、約０．５重量％〜約１０重量％の酸
化剤、たとえば約６重量％の過酸化水素など、約０．０
５重量％〜約０．２０重量％の抑制剤、たとえば約０．
１５重量％の５−メチル・ベンゾトリアゾール、約０．
５重量％〜約５．０重量％の間の、たとえば約３．０重
量％のイミノ２酢酸などのキレート剤、および約３．０
重量％〜約１５．０重量％の間、たとえば９．０重量％
のリン酸水素アンモニウムなど別のキレート剤、バラン
スの純水を含み得る。圧力は通常約３ｐｓｉであるが、
組成や所望の除去速度によって変化しうる。第１の研磨
ステップにおいて、銅層または銅合金層の大部分を研磨
する際、研磨組成がＣｕのパシベーション・ドメインの
ｐＨと酸化還元電位を持つよう、研磨組成を定式化する
のが適当であることが分かった。いくつかの組成の態様
においては、約５〜約８のｐＨなど、約３〜約１０の間
のｐＨが使用される。その他の適した化学薬品が、２０
００年４月５日に提出の、同時係属する米国特許出願連
番０９／５４３，７７７、および２０００年４月６日に
提出の、同時係属する米国特許出願連番０９／５４４，
２８１に記述されている。
【００３１】抑制剤の濃度は、発明の研磨ステップにわ
たり、静的除去速度を制御するために効果的に調節され
得る。たとえば、抑制剤の量を増やして、銅または銅合
金の化学薬品中のキレート剤化合物による化学的な錯体
化反応を低減することにより、静的除去速度を減らすこ
とができる。
たり、静的除去速度を制御するために効果的に調節され
得る。たとえば、抑制剤の量を増やして、銅または銅合
金の化学薬品中のキレート剤化合物による化学的な錯体
化反応を低減することにより、静的除去速度を減らすこ
とができる。
【００３２】バリア層を覆う大部分の銅または銅合金の
残余、または残りの銅または銅合金は、通常約５００Å
〜約３，０００Åの膜厚を含んでいる。残りの銅または
銅合金は、回転研磨パッドや、固定砥粒研磨パッドなど
の静止またはリニア研磨パッド上で基板を研磨し、タン
タルやタンタル窒化物などの、タンタル含有バリア層に
対して高い選択性を持つ化学薬品を採用し、それによっ
てタンタル含有バリア層の上で研磨を停止させることに
よる、第２の研磨処理によって除去される。
残余、または残りの銅または銅合金は、通常約５００Å
〜約３，０００Åの膜厚を含んでいる。残りの銅または
銅合金は、回転研磨パッドや、固定砥粒研磨パッドなど
の静止またはリニア研磨パッド上で基板を研磨し、タン
タルやタンタル窒化物などの、タンタル含有バリア層に
対して高い選択性を持つ化学薬品を採用し、それによっ
てタンタル含有バリア層の上で研磨を停止させることに
よる、第２の研磨処理によって除去される。
【００３３】第２の研磨処理は、第１の研磨ステップよ
りも低い第２除去速度で実施される。第２除去速度は毎
分約２５０Å〜約３，０００Åの間である。第２除去速
度は、たとえば約３ｐｓｉ以下の圧力を採用するなどし
て減圧する等、適切な条件調整によって第１除去速度か
ら低減することも可能である。第２除去速度は化学薬品
を採用することによって第１除去速度よりも低くするこ
とができ、化学薬品には約０．３重量％〜約６．０重量
％の、たとえば約３重量％の過酸化水素などの酸化剤、
約０．０３重量％〜約０．５重量％の、たとえば約０．
０６重量％のたとえば５−メチル・ベンゾトリアゾール
などの抑制剤、約０．２５重量％〜約５．０重量％の、
たとえば約１．０重量％のたとえばイミノ２酢酸などの
キレート剤、約１．０重量％〜約６．０重量％の、たと
えば約３．０重量％のリン酸水素アンモニウムなど別の
キレート剤、バランスの純水を含む。圧力は通常約２ｐ
ｓｉであるが、組成と所望の除去速度によって変化し得
る。第２の研磨ステップにおける銅層または銅合金層の
研磨では、研磨組成がＣｕのパシベーション・ドメイン
のｐＨと酸化還元電位を持つよう、研磨組成を定式化す
るのが適当であることが分かった。いくつかの組成の態
様においては、約５〜約８のｐＨなど、約３〜約１０の
間のｐＨが使用される。その他の適した化学薬品が、２
０００年４月５日に提出の、同時係属する米国特許出願
連番０９／５４３，７７７、および２０００年４月６日
に提出の、同時係属する米国特許出願連番０９／５４
４，２８１に記述されている。
りも低い第２除去速度で実施される。第２除去速度は毎
分約２５０Å〜約３，０００Åの間である。第２除去速
度は、たとえば約３ｐｓｉ以下の圧力を採用するなどし
て減圧する等、適切な条件調整によって第１除去速度か
ら低減することも可能である。第２除去速度は化学薬品
を採用することによって第１除去速度よりも低くするこ
とができ、化学薬品には約０．３重量％〜約６．０重量
％の、たとえば約３重量％の過酸化水素などの酸化剤、
約０．０３重量％〜約０．５重量％の、たとえば約０．
０６重量％のたとえば５−メチル・ベンゾトリアゾール
などの抑制剤、約０．２５重量％〜約５．０重量％の、
たとえば約１．０重量％のたとえばイミノ２酢酸などの
キレート剤、約１．０重量％〜約６．０重量％の、たと
えば約３．０重量％のリン酸水素アンモニウムなど別の
キレート剤、バランスの純水を含む。圧力は通常約２ｐ
ｓｉであるが、組成と所望の除去速度によって変化し得
る。第２の研磨ステップにおける銅層または銅合金層の
研磨では、研磨組成がＣｕのパシベーション・ドメイン
のｐＨと酸化還元電位を持つよう、研磨組成を定式化す
るのが適当であることが分かった。いくつかの組成の態
様においては、約５〜約８のｐＨなど、約３〜約１０の
間のｐＨが使用される。その他の適した化学薬品が、２
０００年４月５日に提出の、同時係属する米国特許出願
連番０９／５４３，７７７、および２０００年４月６日
に提出の、同時係属する米国特許出願連番０９／５４
４，２８１に記述されている。
【００３４】第２除去速度のために使用される化学薬品
は、ＴａまたはＴａＮバリア金属層に対して選択性が高
く、銅または銅合金を完全に除去し、またバリア層の除
去を最小限に抑えるよう、ＴａまたはＴａＮバリア層の
上で停止する。銅または銅合金、およびタンタルの選択
性は、タンタルに対する銅の除去速度比が約１０：１
（Ｃｕ：Ｔａ）よりも大きく、通常、約１００：１（Ｃ
ｕ：Ｔａ）よりも大きくできる。
は、ＴａまたはＴａＮバリア金属層に対して選択性が高
く、銅または銅合金を完全に除去し、またバリア層の除
去を最小限に抑えるよう、ＴａまたはＴａＮバリア層の
上で停止する。銅または銅合金、およびタンタルの選択
性は、タンタルに対する銅の除去速度比が約１０：１
（Ｃｕ：Ｔａ）よりも大きく、通常、約１００：１（Ｃ
ｕ：Ｔａ）よりも大きくできる。
【００３５】ＴａまたはＴａＮバリア層へ達する研磨終
点は、米国特許番号５，８９３，７９６に開示の、ここ
に参照により具体化されているレーザー干渉計技術のよ
うな、従来の光学システムを採用して正確に決定され得
る。カリフォルニア州、サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ
Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｉｎｃ．社により市販のＩｎ
Ｓｉｔｕ Ｒａｙ Ｍｏｎｉｔｏｒ（ＩＳＲＭR）シ
ステムを終点決定に採用すれば、過剰研磨をきわめて最
小限に抑えることが可能である。
点は、米国特許番号５，８９３，７９６に開示の、ここ
に参照により具体化されているレーザー干渉計技術のよ
うな、従来の光学システムを採用して正確に決定され得
る。カリフォルニア州、サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ
Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｉｎｃ．社により市販のＩｎ
Ｓｉｔｕ Ｒａｙ Ｍｏｎｉｔｏｒ（ＩＳＲＭR）シ
ステムを終点決定に採用すれば、過剰研磨をきわめて最
小限に抑えることが可能である。
【００３６】ＴａまたはＴａＮバリア層などのバリア層
はその後、酸化シリコン誘電層、バリア層、および銅ま
たは銅合金の間の選択性を逆転した条件下で除去され
る。タンタルなどバリア層の除去速度比、あるいは選択
性は、誘電層（ＤＬ）に対するタンタルの除去速度比を
約１０：１（Ｔａ：ＤＬ）よりも大きくできる。適切な
バリア層除去処理の例が、１９９９年９月２２日提出の
係属する米国特許出願連番０９／４０１，６４３と、２
０００年５月１１日提出の同時係属する米国特許出願連
番０９／５６９，９６８に開示されている。
はその後、酸化シリコン誘電層、バリア層、および銅ま
たは銅合金の間の選択性を逆転した条件下で除去され
る。タンタルなどバリア層の除去速度比、あるいは選択
性は、誘電層（ＤＬ）に対するタンタルの除去速度比を
約１０：１（Ｔａ：ＤＬ）よりも大きくできる。適切な
バリア層除去処理の例が、１９９９年９月２２日提出の
係属する米国特許出願連番０９／４０１，６４３と、２
０００年５月１１日提出の同時係属する米国特許出願連
番０９／５６９，９６８に開示されている。
【００３７】本発明の実施形態は、ディッシングおよび
侵食を最小限に抑えるためのさらなる改良点を備える。
第１および／または第２の研磨ステップ中、１つ以上の
処理の特徴あるいはパラメータを制御することによって
ディッシングを制御できることが分かった。
侵食を最小限に抑えるためのさらなる改良点を備える。
第１および／または第２の研磨ステップ中、１つ以上の
処理の特徴あるいはパラメータを制御することによって
ディッシングを制御できることが分かった。
【００３８】たとえば本発明の実施形態は、プラテンの
回転速度を６０ｒｐｍ以下に、あるいはリニア・パッド
速度を毎秒３０インチ以下に下げるなどして、研磨パッ
ド表面を約５０℃以下、たとえば約４４℃などの温度に
制御することを備えており、それによって静的除去を低
減させ、したがってディッシングが低減する。研磨中に
生成された研磨副生成物を除去、たとえば溶解できない
程度まで、静的除去速度を低減してはいけないことは理
解されるべきである。
回転速度を６０ｒｐｍ以下に、あるいはリニア・パッド
速度を毎秒３０インチ以下に下げるなどして、研磨パッ
ド表面を約５０℃以下、たとえば約４４℃などの温度に
制御することを備えており、それによって静的除去を低
減させ、したがってディッシングが低減する。研磨中に
生成された研磨副生成物を除去、たとえば溶解できない
程度まで、静的除去速度を低減してはいけないことは理
解されるべきである。
【００３９】研磨中に生成された研磨副生成物は、消耗
品のコストを低減するために再利用または再循環可能な
化学薬品の高速流によって洗い流すことができる。化学
薬品は研磨パッドおよび／または基板表面に、毎分約３
００ミリリットル以上の流速で供給される。
品のコストを低減するために再利用または再循環可能な
化学薬品の高速流によって洗い流すことができる。化学
薬品は研磨パッドおよび／または基板表面に、毎分約３
００ミリリットル以上の流速で供給される。
【００４０】銅または銅合金のくぼみ、したがってディ
ッシングを、銅または銅合金の表面に接触する砥粒研磨
パッドの平らなポスト上端の、化学薬品の不足を低減す
ることによって低減できることも分かった。従来の固定
砥粒研磨パッドは複数の固定砥粒合成要素を備え、備え
ている砥粒粒子はポリマーバインダ中に分散されてお
り、しばしばポストと呼ばれる。このようなポストは通
常、高さ約３０ミクロン〜約４０ミクロンを有し、円柱
形の場合には直径約２００ミクロンで、約１０％〜約２
５％の接触面積比を与える。ポストは、多角形、円、楕
円など、様々な幾何学構成の形状に形成することができ
る。本開示にわたって使用されるように、直径という用
語は、研磨を受ける表面に向かい合う、ポスト上部の作
業面の最大断面寸法を意味するものである。
ッシングを、銅または銅合金の表面に接触する砥粒研磨
パッドの平らなポスト上端の、化学薬品の不足を低減す
ることによって低減できることも分かった。従来の固定
砥粒研磨パッドは複数の固定砥粒合成要素を備え、備え
ている砥粒粒子はポリマーバインダ中に分散されてお
り、しばしばポストと呼ばれる。このようなポストは通
常、高さ約３０ミクロン〜約４０ミクロンを有し、円柱
形の場合には直径約２００ミクロンで、約１０％〜約２
５％の接触面積比を与える。ポストは、多角形、円、楕
円など、様々な幾何学構成の形状に形成することができ
る。本開示にわたって使用されるように、直径という用
語は、研磨を受ける表面に向かい合う、ポスト上部の作
業面の最大断面寸法を意味するものである。
【００４１】化学薬品の不足は、ポストの直径を低減す
る一方で、ポストの数を増やすことによって、約１０％
〜約２５％のほぼ同じ接触面積比を維持することにより
低減できることが分かった。したがって本発明の実施形
態は、約７５ミクロン〜約１５０ミクロン、たとえば約
１００ミクロン〜約１５０ミクロンの直径を持つ砥粒ポ
ストを備える固定砥粒研磨パッドを使用して、それによ
り化学薬品の不足を低減し、したがってディッシングを
低減する、第１および第２の研磨ステップの実施を備え
る。
る一方で、ポストの数を増やすことによって、約１０％
〜約２５％のほぼ同じ接触面積比を維持することにより
低減できることが分かった。したがって本発明の実施形
態は、約７５ミクロン〜約１５０ミクロン、たとえば約
１００ミクロン〜約１５０ミクロンの直径を持つ砥粒ポ
ストを備える固定砥粒研磨パッドを使用して、それによ
り化学薬品の不足を低減し、したがってディッシングを
低減する、第１および第２の研磨ステップの実施を備え
る。
【００４２】砥粒ポストが付着している支持シートの堅
さ、すなわち剛性を増すことにより、第１および第２の
研磨ステップ中のディッシングを低減できることも分か
った。これは、適切なヤング率（弾性係数）を持つ支持
シートを選択することによって実現される。あるいは従
来の支持シート、たとえばポリカーボネート支持シート
の厚さを増やして、パッドの柔軟性を低減することによ
り、密な配列内の圧力を低減してディッシングを低減す
ることもできる。適切なパッドの例は、約４０ミクロン
以下の厚さを持つ支持シートに砥粒ポストが付着してい
るパッドである。
さ、すなわち剛性を増すことにより、第１および第２の
研磨ステップ中のディッシングを低減できることも分か
った。これは、適切なヤング率（弾性係数）を持つ支持
シートを選択することによって実現される。あるいは従
来の支持シート、たとえばポリカーボネート支持シート
の厚さを増やして、パッドの柔軟性を低減することによ
り、密な配列内の圧力を低減してディッシングを低減す
ることもできる。適切なパッドの例は、約４０ミクロン
以下の厚さを持つ支持シートに砥粒ポストが付着してい
るパッドである。
【００４３】さらにディッシングは、第２の研磨ステッ
プにおいて、化学薬品中の抑制剤の量を増やすことによ
り、約６００Å以下に減少できることが分かった。した
がって、本発明の実施形態は、約０．２重量％〜約１．
０重量％の抑制剤、たとえば５−メチル・ベンゾトリア
ゾールと、その他少なくとも１つのアゾール基を含有す
る化合物を含む化学薬品により、第２の研磨ステップを
実施することを備える。
プにおいて、化学薬品中の抑制剤の量を増やすことによ
り、約６００Å以下に減少できることが分かった。した
がって、本発明の実施形態は、約０．２重量％〜約１．
０重量％の抑制剤、たとえば５−メチル・ベンゾトリア
ゾールと、その他少なくとも１つのアゾール基を含有す
る化合物を含む化学薬品により、第２の研磨ステップを
実施することを備える。
【００４４】化学薬品の活性成分、たとえば酸化剤やキ
レート剤の濃度を、約３倍まで増やすことによって、デ
ィッシングにさらに改善が見られた。
レート剤の濃度を、約３倍まで増やすことによって、デ
ィッシングにさらに改善が見られた。
【００４５】本発明の実施形態は、基板および／または
研磨パッドに、化学薬品を、毎分約３００ミリリットル
の流速で流し、その化学薬品を再利用することによっ
て、研磨ステップ（ａ）および（ｂ）中に生成された粒
子を効果的に除去することを備える。そのような粒子の
除去は、毎分約１５０Å以下などの毎分約２００Å以下
で静的除去速度を維持することによっても実現され得
る。
研磨パッドに、化学薬品を、毎分約３００ミリリットル
の流速で流し、その化学薬品を再利用することによっ
て、研磨ステップ（ａ）および（ｂ）中に生成された粒
子を効果的に除去することを備える。そのような粒子の
除去は、毎分約１５０Å以下などの毎分約２００Å以下
で静的除去速度を維持することによっても実現され得
る。
【００４６】ディッシングや侵食を低減するさらなる改
善が、本発明の実施形態中、１つのプラテン上での第１
の研磨ステップ完了時で、第２プラテン上での第２の研
磨ステップ開始前と、第２プラテン上での第２の研磨ス
テップ完了点で、別のプラテン上でのバリア層除去の開
始前に、基板表面および／または研磨パッドを、ベンゾ
トリアゾールなどの抑制剤に適用、あるいはさらすこと
によって実現され、それにより静的除去を避ける一方で
研磨岩屑を効果的に除去される。したがって、約０．２
重量％〜約１．０重量％の抑制剤、たとえば５−メチル
・ベンゾトリアゾールと、その他少なくとも１つのアゾ
ール基を含有する化合物、および純水を含む溶剤が適用
され得る。各研磨ステップを終了する際に、純水に対し
て抑制剤を使用することにより、過度の静的除去を効果
的に防ぎ、続くステップを開始する前に比較的きれい
な、欠陥の少ない基板が提供される。
善が、本発明の実施形態中、１つのプラテン上での第１
の研磨ステップ完了時で、第２プラテン上での第２の研
磨ステップ開始前と、第２プラテン上での第２の研磨ス
テップ完了点で、別のプラテン上でのバリア層除去の開
始前に、基板表面および／または研磨パッドを、ベンゾ
トリアゾールなどの抑制剤に適用、あるいはさらすこと
によって実現され、それにより静的除去を避ける一方で
研磨岩屑を効果的に除去される。したがって、約０．２
重量％〜約１．０重量％の抑制剤、たとえば５−メチル
・ベンゾトリアゾールと、その他少なくとも１つのアゾ
ール基を含有する化合物、および純水を含む溶剤が適用
され得る。各研磨ステップを終了する際に、純水に対し
て抑制剤を使用することにより、過度の静的除去を効果
的に防ぎ、続くステップを開始する前に比較的きれい
な、欠陥の少ない基板が提供される。
【００４７】本発明の実施形態が、図１〜図４に模式的
に図示されており、ここで類似の特徴は類似の参照番号
をもっている。図１に言及すると、たとえば酸化シリコ
ンなどの誘電層１０が基板（示されない）を覆って形成
される。複数の開口１１が指定区域Ａに形成され、指定
区域Ａにはオープン・フィールドＢに隣接して導電線の
密な配列が形成されることになる。ＴａＮなどのバリア
層１２が、酸化シリコン誘電層１０の上面に、開口１１
に沿って堆積される。通常、開口１１は約１ミクロン未
満で、たとえば約０．１ミクロンなど、約０．２ミクロ
ン未満の距離Ｃで隔てられている。次に銅層１３が、約
８，０００Å〜約１８，０００Åの膜厚Ｄで堆積され
る。
に図示されており、ここで類似の特徴は類似の参照番号
をもっている。図１に言及すると、たとえば酸化シリコ
ンなどの誘電層１０が基板（示されない）を覆って形成
される。複数の開口１１が指定区域Ａに形成され、指定
区域Ａにはオープン・フィールドＢに隣接して導電線の
密な配列が形成されることになる。ＴａＮなどのバリア
層１２が、酸化シリコン誘電層１０の上面に、開口１１
に沿って堆積される。通常、開口１１は約１ミクロン未
満で、たとえば約０．１ミクロンなど、約０．２ミクロ
ン未満の距離Ｃで隔てられている。次に銅層１３が、約
８，０００Å〜約１８，０００Åの膜厚Ｄで堆積され
る。
【００４８】図２に言及すると、第１の研磨ステップ
が、銅層１３を約５００Å〜約３，０００Åの膜厚Ｅま
で低減するように、毎分約５，０００Åを越す除去速度
で実施される。
が、銅層１３を約５００Å〜約３，０００Åの膜厚Ｅま
で低減するように、毎分約５，０００Åを越す除去速度
で実施される。
【００４９】図３に示されるように、第２の研磨ステッ
プがＴａＮバリア層１２に対して高い選択性をもって実
施され、ＴａＮバリア層１２上で停止する。
プがＴａＮバリア層１２に対して高い選択性をもって実
施され、ＴａＮバリア層１２上で停止する。
【００５０】図４に示されるように、ＴａＮ層１２を除
去し、酸化シリコン表面をバフ研磨してスクラッチや欠
陥を除去したり低減したりするために、逆転した選択性
をもってバフ研磨が実施され、それにより平坦化が完了
する。結果形成された銅の相互接続構造は、オープン・
フィールドＢに隣接した銅線１３の密な配列Ａを備え
る。上面４０は、侵食やディッシングが実質上ない、非
常に高度の平坦性を示す。
去し、酸化シリコン表面をバフ研磨してスクラッチや欠
陥を除去したり低減したりするために、逆転した選択性
をもってバフ研磨が実施され、それにより平坦化が完了
する。結果形成された銅の相互接続構造は、オープン・
フィールドＢに隣接した銅線１３の密な配列Ａを備え
る。上面４０は、侵食やディッシングが実質上ない、非
常に高度の平坦性を示す。
【００５１】本発明の１態様は、基板平坦化のためにＣ
ＭＰシステムを制御する、コンピュータ・システムの使
用に関連する。図５は、ＣＭＰシステム１２２を制御す
るためのソフトウェアを実行するよう構成された、汎用
コンピュータ・システム１００を描いている。コンピュ
ータ・システム１００は、コンピュータ１０２、１つ以
上のディスプレイ・デバイス１０４、および１つ以上の
入力デバイス１０６を含有する。コンピュータ１０２は
Ｉｎｔｅｌ４８６マイクロプロセッサなどの中央演算処
理装置（ＣＰＵ）１０８、メモリ１１０および、数値計
算コプロセッサ、電源その他の各種支持回路１１２を含
有する。そのようなコンピュータ・システムは一般にパ
ーソナル・コンピュータとして知られているが、本発明
はパーソナル・コンピュータに限られるものではなく、
実際にはワークステーション、ミニコンピュータ、メイ
ンフレームやスーパコンピュータ上で履行され得る。そ
のようなコンピュータと共に用いられる入力デバイス１
０６には、キーボード、マウス、トラックボールなどが
含まれる。ディスプレイ・デバイス１０４はコンピュー
タ・モニタ、プリンタおよびプロッタを含む。
ＭＰシステムを制御する、コンピュータ・システムの使
用に関連する。図５は、ＣＭＰシステム１２２を制御す
るためのソフトウェアを実行するよう構成された、汎用
コンピュータ・システム１００を描いている。コンピュ
ータ・システム１００は、コンピュータ１０２、１つ以
上のディスプレイ・デバイス１０４、および１つ以上の
入力デバイス１０６を含有する。コンピュータ１０２は
Ｉｎｔｅｌ４８６マイクロプロセッサなどの中央演算処
理装置（ＣＰＵ）１０８、メモリ１１０および、数値計
算コプロセッサ、電源その他の各種支持回路１１２を含
有する。そのようなコンピュータ・システムは一般にパ
ーソナル・コンピュータとして知られているが、本発明
はパーソナル・コンピュータに限られるものではなく、
実際にはワークステーション、ミニコンピュータ、メイ
ンフレームやスーパコンピュータ上で履行され得る。そ
のようなコンピュータと共に用いられる入力デバイス１
０６には、キーボード、マウス、トラックボールなどが
含まれる。ディスプレイ・デバイス１０４はコンピュー
タ・モニタ、プリンタおよびプロッタを含む。
【００５２】コンピュータ・システム１００はまた、情
報やＣＰＵ１０８によって実行されるべき命令を格納す
るために、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）や、
その他の動的記憶デバイスなどのメモリ１１０を含む。
メモリ１１０は、ＣＰＵ１０８によって実行されるべき
命令の実行中、一時変数やその他の中間非情報を格納す
るためにも使用される。メモリ１１０はさらに、静的情
報やＣＰＵ１０８のための命令を格納する、読出専用記
憶素子（ＲＯＭ）またはその他の静的記憶デバイスを含
む。メモリ１１０はまた、情報や命令を格納するために
備えられる、磁気ディスクや光ディスクなどの記憶デバ
イスを含んでもよい。
報やＣＰＵ１０８によって実行されるべき命令を格納す
るために、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）や、
その他の動的記憶デバイスなどのメモリ１１０を含む。
メモリ１１０は、ＣＰＵ１０８によって実行されるべき
命令の実行中、一時変数やその他の中間非情報を格納す
るためにも使用される。メモリ１１０はさらに、静的情
報やＣＰＵ１０８のための命令を格納する、読出専用記
憶素子（ＲＯＭ）またはその他の静的記憶デバイスを含
む。メモリ１１０はまた、情報や命令を格納するために
備えられる、磁気ディスクや光ディスクなどの記憶デバ
イスを含んでもよい。
【００５３】インタフェース１２４はコンピュータ・シ
ステム１００がＣＭＰシステム１２２と、特にＣＭＰシ
ステム・コントローラ１５４と通信できるようにする。
ＣＭＰシステム１２２は小さいパッド・システムにも、
大きいパッド・システムにも、あるいはリニア・ベルト
研磨システムにもすることができる。例として、小さい
パッド・システムが描かれている。小さいパッド・シス
テムは通例、回転板１２８を回転可能に支持する土台１
２６と、回転板１２８の上に吊るされ、腕木１３２に支
持される可動管状研磨アーム１３０を含む。腕木は土台
上に回転板越しに、土台から上に延びて向き合った直立
材１３４、１３４ａによって維持される。回転板は、好
ましくは、適合パッドをその上面に固定されて含む。研
磨される上面１３８を持つ基板１３６は、基板が研磨さ
れるときに基板を研磨アームの下位置に維持するため
に、研磨パッド上に設置される。管状研磨アーム１３０
は、その下の開放端１４２に位置する研磨パッド１４０
を持ち、通例基板の上面全体を、放射状に移動して研磨
を行なう。研磨パッドは、好ましくは、回転する基板全
体に直線状に、端から中央へ、研磨終点（たとえばあら
かじめ定めた表面の非均一性の度合い）に到達するまで
連続して移動される。
ステム１００がＣＭＰシステム１２２と、特にＣＭＰシ
ステム・コントローラ１５４と通信できるようにする。
ＣＭＰシステム１２２は小さいパッド・システムにも、
大きいパッド・システムにも、あるいはリニア・ベルト
研磨システムにもすることができる。例として、小さい
パッド・システムが描かれている。小さいパッド・シス
テムは通例、回転板１２８を回転可能に支持する土台１
２６と、回転板１２８の上に吊るされ、腕木１３２に支
持される可動管状研磨アーム１３０を含む。腕木は土台
上に回転板越しに、土台から上に延びて向き合った直立
材１３４、１３４ａによって維持される。回転板は、好
ましくは、適合パッドをその上面に固定されて含む。研
磨される上面１３８を持つ基板１３６は、基板が研磨さ
れるときに基板を研磨アームの下位置に維持するため
に、研磨パッド上に設置される。管状研磨アーム１３０
は、その下の開放端１４２に位置する研磨パッド１４０
を持ち、通例基板の上面全体を、放射状に移動して研磨
を行なう。研磨パッドは、好ましくは、回転する基板全
体に直線状に、端から中央へ、研磨終点（たとえばあら
かじめ定めた表面の非均一性の度合い）に到達するまで
連続して移動される。
【００５４】ＣＭＰシステム・コントローラ１５４は、
回転板（または直線的に移動するベルト）の動きと研磨
アームの動きを制御する。具体的には、制御システムは
回転板１２８に連結するモータ１５２の回転速度を制御
する。また、腕木１３２に連結されるモータ１５０によ
ってリニアの動きが提供される。コントローラ１５４の
制御によるリニア位置決め機構１４４が、負荷機構１４
８を通してパッドの基板表面への圧力を制御し、またモ
ータ１４６を通してパッドの回転を制御する。このよう
に、コントローラ１５４が、この小さいパッドのＣＭＰ
研磨システムの、すべての態様を制御する。
回転板（または直線的に移動するベルト）の動きと研磨
アームの動きを制御する。具体的には、制御システムは
回転板１２８に連結するモータ１５２の回転速度を制御
する。また、腕木１３２に連結されるモータ１５０によ
ってリニアの動きが提供される。コントローラ１５４の
制御によるリニア位置決め機構１４４が、負荷機構１４
８を通してパッドの基板表面への圧力を制御し、またモ
ータ１４６を通してパッドの回転を制御する。このよう
に、コントローラ１５４が、この小さいパッドのＣＭＰ
研磨システムの、すべての態様を制御する。
【００５５】本発明の実施形態によれば、基板表面の平
坦化がコンピュータ・システム１００によって提供さ
れ、コンピュータ・システム１００はＣＰＵ１０８に応
じてＣＭＰシステム１２２を制御し、ＣＰＵ１０８はメ
モリ１１０内のプログラム１２０に含有される１つ以上
の命令の、１つ以上の手順を実行する。たとえば、命令
は格納デバイスなど別のコンピュータ可読媒体から、主
メモリに読み込まれ得る。メモリ１１０に含有される命
令の手順を実行することによって、ＣＰＵ１０８がそこ
に記述されている処理ステップを遂行する。マルチプロ
セッシング構成された１つ以上のプロセッサも、メモリ
１１０に含有される命令の手順を実行するために採用さ
れてよい。別の実施形態では、ハード配線された回路が
ソフトウェアの命令に代わって、またはそれと共に、本
発明を実施するために使用され得る。このように、本発
明の実施形態は、特定のハードウェア回路とソフトウェ
アの組み合わせに制限されるものではない。
坦化がコンピュータ・システム１００によって提供さ
れ、コンピュータ・システム１００はＣＰＵ１０８に応
じてＣＭＰシステム１２２を制御し、ＣＰＵ１０８はメ
モリ１１０内のプログラム１２０に含有される１つ以上
の命令の、１つ以上の手順を実行する。たとえば、命令
は格納デバイスなど別のコンピュータ可読媒体から、主
メモリに読み込まれ得る。メモリ１１０に含有される命
令の手順を実行することによって、ＣＰＵ１０８がそこ
に記述されている処理ステップを遂行する。マルチプロ
セッシング構成された１つ以上のプロセッサも、メモリ
１１０に含有される命令の手順を実行するために採用さ
れてよい。別の実施形態では、ハード配線された回路が
ソフトウェアの命令に代わって、またはそれと共に、本
発明を実施するために使用され得る。このように、本発
明の実施形態は、特定のハードウェア回路とソフトウェ
アの組み合わせに制限されるものではない。
【００５６】ここに使用されているように、「コンピュ
ータ可読媒体」とは、実行のためにＣＰＵ１０８へ命令
を提供することに関わる、いかなる媒体も指す。そのよ
うな媒体は多くの形式をとることができ、不揮発性媒
体、揮発性媒体、および伝送媒体を、それに制限せずに
含む。不揮発性媒体には、たとえば記憶デバイスなどの
光ディスクや磁気ディスクを含む。揮発性媒体には、主
メモリなどの動的メモリを含む。伝送媒体は、同軸ケー
ブル、銅線および光ファイバを含み、これにはシステム
・バスを備えるワイアが含まれる。伝送媒体はまた、無
線（ＲＦ）データ通信および赤外線（ＩＲ）データ通信
中に発生するような、音波または光波の形をとることも
できる。コンピュータ可読媒体の一般の形式には、たと
えばフロッピー（登録商標）・ディスク、フレキシブル
・ディスク、ハード・ディスク、磁気テープ、その他の
磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、その他の光媒体、パ
ンチ・カード、紙テープ、その他の穴パターンを持つ物
理媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ，およびＥＰＲＯＭ、ＦＬＡ
ＳＨ−ＥＰＲＯＭ、その他のメモリ・チップまたはカー
トリッジ、以下記述される搬送波、またはその他のコン
ピュータが可読のいかなる媒体が含まれる。
ータ可読媒体」とは、実行のためにＣＰＵ１０８へ命令
を提供することに関わる、いかなる媒体も指す。そのよ
うな媒体は多くの形式をとることができ、不揮発性媒
体、揮発性媒体、および伝送媒体を、それに制限せずに
含む。不揮発性媒体には、たとえば記憶デバイスなどの
光ディスクや磁気ディスクを含む。揮発性媒体には、主
メモリなどの動的メモリを含む。伝送媒体は、同軸ケー
ブル、銅線および光ファイバを含み、これにはシステム
・バスを備えるワイアが含まれる。伝送媒体はまた、無
線（ＲＦ）データ通信および赤外線（ＩＲ）データ通信
中に発生するような、音波または光波の形をとることも
できる。コンピュータ可読媒体の一般の形式には、たと
えばフロッピー（登録商標）・ディスク、フレキシブル
・ディスク、ハード・ディスク、磁気テープ、その他の
磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、その他の光媒体、パ
ンチ・カード、紙テープ、その他の穴パターンを持つ物
理媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ，およびＥＰＲＯＭ、ＦＬＡ
ＳＨ−ＥＰＲＯＭ、その他のメモリ・チップまたはカー
トリッジ、以下記述される搬送波、またはその他のコン
ピュータが可読のいかなる媒体が含まれる。
【００５７】コンピュータ可読媒体の様々な形式は、１
つ以上の命令の１つ以上の手順を、実行のためにＣＰＵ
１０８へ運ぶことに関わる。たとえば、命令は最初リモ
ート・コンピュータの磁気ディスク上に保持される。リ
モート・コンピュータは命令をその動的メモリにロード
して、モデムを使用して電話線を通じ命令を送ることが
できる。コンピュータ・システム１００にローカルなモ
デム（示されない）が、電話線上のデータを受信し、赤
外線転送処理を使用してデータを赤外線信号に変換でき
る。入力デバイス１０６のような赤外線検出器により、
データをシステム・バス上に置くことができ、システム
・バスがメモリ１１０へデータを運び、ＣＰＵ１０８は
メモリ１１０から命令を検索して実行する。メモリ１１
０で受信された命令は、ＣＰＵ１０８により実行の前、
または後のいずれにも、任意で記憶デバイス上に格納し
てよい。
つ以上の命令の１つ以上の手順を、実行のためにＣＰＵ
１０８へ運ぶことに関わる。たとえば、命令は最初リモ
ート・コンピュータの磁気ディスク上に保持される。リ
モート・コンピュータは命令をその動的メモリにロード
して、モデムを使用して電話線を通じ命令を送ることが
できる。コンピュータ・システム１００にローカルなモ
デム（示されない）が、電話線上のデータを受信し、赤
外線転送処理を使用してデータを赤外線信号に変換でき
る。入力デバイス１０６のような赤外線検出器により、
データをシステム・バス上に置くことができ、システム
・バスがメモリ１１０へデータを運び、ＣＰＵ１０８は
メモリ１１０から命令を検索して実行する。メモリ１１
０で受信された命令は、ＣＰＵ１０８により実行の前、
または後のいずれにも、任意で記憶デバイス上に格納し
てよい。
【００５８】本発明は、様々の半導体製造段階中の平坦
化に適用できる。本発明は、深くはサブミクロン範囲の
金属特徴を持つ高密半導体デバイスの製造において、特
に適用性を享受する。
化に適用できる。本発明は、深くはサブミクロン範囲の
金属特徴を持つ高密半導体デバイスの製造において、特
に適用性を享受する。
【００５９】本開示では、本発明の好適実施形態のみ、
その汎用性のうちのいくつかの例が示され記述されてい
る。本発明は、その他の様々な組み合わせや環境におい
ても使用可能であり、またここに表されている発明の概
念の範囲内で、変更や修正が可能であることは理解され
るべきである。
その汎用性のうちのいくつかの例が示され記述されてい
る。本発明は、その他の様々な組み合わせや環境におい
ても使用可能であり、またここに表されている発明の概
念の範囲内で、変更や修正が可能であることは理解され
るべきである。
上に列挙された、本発明の特徴、利点および目的が達成
され、また詳細にわたり理解されるために、添付図面に
図示されたその実施形態を参照して、上に簡潔にまとめ
た発明を、より詳細に記述する。しかしながら、添付図
面は本発明の典型的な実施形態のみを図示し、発明はそ
の他の等しく効果的な実施形態を認め得るものであるた
め、したがって添付図面は発明の範囲を制限するものと
は考えられないことに注意されるべきである。
され、また詳細にわたり理解されるために、添付図面に
図示されたその実施形態を参照して、上に簡潔にまとめ
た発明を、より詳細に記述する。しかしながら、添付図
面は本発明の典型的な実施形態のみを図示し、発明はそ
の他の等しく効果的な実施形態を認め得るものであるた
め、したがって添付図面は発明の範囲を制限するものと
は考えられないことに注意されるべきである。
【図１】本発明の実施形態にしたがう方法の、連続的段
階を図示する。
階を図示する。
【図２】本発明の実施形態にしたがう方法の、連続的段
階を図示する。
階を図示する。
【図３】本発明の実施形態にしたがう方法の、連続的段
階を図示する。
階を図示する。
【図４】本発明の実施形態にしたがう方法の、連続的段
階を図示する。
階を図示する。
【図５】発明の１実施形態にしたがうＣＭＰシステムを
制御するため構成された、コンピュータ・システムのブ
ロック図を描く。
制御するため構成された、コンピュータ・システムのブ
ロック図を描く。
１０…誘電層、１１…開口、１２…バリア層、１３…銅
層、Ａ…指定区域、Ｂ…オープン・フィールド、Ｃ…距
離、Ｄ…膜厚、Ｅ…膜厚、４０…上面、１００…汎用コ
ンピュータ・システム、１０２…コンピュータ、１０４
…ディスプレイ・デバイス、１０６…入力デバイス、１
０８…中央演算処理装置（ＣＰＵ）、１１０…メモリ、
１１２…支持回路、１２０…プログラム、１２２…ＣＭ
Ｐシステム、１２４…インタフェース、１２６…土台、
１２８…回転板、１３０…管状研磨アーム、１３２…腕
木、１３４および１３４ａ…直立材、１３６…基板、１
３８…上面、１４０…研磨パッド、１４２…開放端、１
４４…リニア位置決め機構、１４６…モータ、１４８…
負荷機構、１５０…モータ、１５２…モータ、１５４…
ＣＭＰシステム・コントローラ。
層、Ａ…指定区域、Ｂ…オープン・フィールド、Ｃ…距
離、Ｄ…膜厚、Ｅ…膜厚、４０…上面、１００…汎用コ
ンピュータ・システム、１０２…コンピュータ、１０４
…ディスプレイ・デバイス、１０６…入力デバイス、１
０８…中央演算処理装置（ＣＰＵ）、１１０…メモリ、
１１２…支持回路、１２０…プログラム、１２２…ＣＭ
Ｐシステム、１２４…インタフェース、１２６…土台、
１２８…回転板、１３０…管状研磨アーム、１３２…腕
木、１３４および１３４ａ…直立材、１３６…基板、１
３８…上面、１４０…研磨パッド、１４２…開放端、１
４４…リニア位置決め機構、１４６…モータ、１４８…
負荷機構、１５０…モータ、１５２…モータ、１５４…
ＣＭＰシステム・コントローラ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シジアン リー アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， ドニングトン ドライヴ 1202 (72)発明者 フレッド シー． レデカー アメリカ合衆国， カリフォルニア州， フリーモント， シオックス ドライヴ 1801 (72)発明者 ジョン エム． ホワイト アメリカ合衆国， カリフォルニア州， ヘイワード， コロニー ヴュー プレイ ス 2811 (72)発明者 ラミン エマニ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン ノゼ， ドゥ ローズ ウェイ 1485 ナンバー124
Claims (44)
- 【請求項１】（ａ）第１プラテン上で基板表面を研磨
し、第１除去速度で銅層または銅合金層を低減するステ
ップと、 （ｂ）第２プラテン上で基板を研磨し、第１除去速度よ
りも遅い第２除去速度で銅層または銅合金層を除去する
ステップと、を備える、バリア層上に堆積された銅層ま
たは銅合金層を含有する基板表面の平坦化方法。 - 【請求項２】 第３プラテン上でバリア層を除去するこ
とをさらに備える、請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 第１除去速度が毎分約５，０００Åより
も速く、 第２除去速度が毎分約２５０Å〜毎分約３，０００Åの
間である、請求項１に記載の方法。 - 【請求項４】 バリア層がタンタル（Ｔａ）またはタン
タル窒化物（ＴａＮ）を備え、誘電物質の上に堆積され
る、請求項２に記載の方法。 - 【請求項５】 ステップ（ｂ）が、約１００：１よりも
高い、銅：バリア層の選択性をもって遂行される、請求
項１に記載の方法。 - 【請求項６】 ステップ（ｂ）が、密な配列中のディッ
シングが約６００Å以下である条件下で遂行される、請
求項５に記載の方法。 - 【請求項７】 ステップ（ａ）およびステップ（ｂ）
が、第１および第２プラテン上にそれぞれ取り付けられ
た、回転研磨パッド、静止研磨パッド、またはリニア固
定砥粒研磨パッド上で、砥粒フリーの複数の化学薬品を
使用して遂行される、請求項６に記載の方法。 - 【請求項８】 第１および第２プラテンが、ステップ
（ａ）およびステップ（ｂ）中に、約６０ｒｐｍ未満で
回転されるか、あるいは第１および第２プラテンにそれ
ぞれ配置された第１および第２ベルトが、毎秒約３０イ
ンチ未満の速度で直線的に移動される、請求項７に記載
の方法。 - 【請求項９】 岩屑を除去し、各基板間の副生成物を研
磨することにより、研磨パッドを洗浄することをさらに
備える、請求項７に記載の方法。 - 【請求項１０】 複数の化学薬品を再利用することをさ
らに備える、請求項７に記載の方法。 - 【請求項１１】 複数の化学薬品が研磨パッドまたは基
板表面に、毎分約３００ミリリットル以上の流速で供給
される、請求項７に記載の方法。 - 【請求項１２】 基板表面のある静的除去速度が、毎分
約２００Å以下である、請求項７に記載の方法。 - 【請求項１３】 研磨パッドまたは基板表面を、ステッ
プ（ａ）終了後、ステップ（ｂ）開始前に、抑制剤にさ
らすことをさらに備える、請求項７に記載の方法。 - 【請求項１４】 研磨パッドまたは基板表面を、ステッ
プ（ｂ）終了後、バリア層の除去開始前に、抑制剤にさ
らすことをさらに備える、請求項２に記載の方法。 - 【請求項１５】 研磨パッドまたは基板表面を、ステッ
プ（ａ）終了後、ステップ（ｂ）開始前に、抑制剤にさ
らし、研磨パッドまたは基板表面を、ステップ（ｂ）終
了後に、抑制剤にさらし、複数の化学薬品を再循環する
ことをさらに備える、請求項７に記載の方法。 - 【請求項１６】 研磨パッドまたは研磨ベルトの温度
が、約５０℃以下である、請求項８に記載の方法。 - 【請求項１７】 固定砥粒研磨パッドが、約７５ミクロ
ン〜約１５０ミクロンの間の直径と、基板表面との約１
０％〜約２５％の間の接触面積比を有する砥粒ポストを
備える、請求項７に記載の方法。 - 【請求項１８】 砥粒ポストが約４０ミクロン以下の厚
さを持つ支持シートに付着されている、請求項１７に記
載の方法。 - 【請求項１９】 第２の研磨処理が、約０．２重量％〜
約１．０重量％の間の抑制剤を有する化学薬品を含む、
請求項１に記載の方法。 - 【請求項２０】 バリア層が基板表面から、約１０：１
よりも大きいバリア層対誘電層比で除去される、請求項
４に記載の方法。 - 【請求項２１】 ステップ（ａ）およびステップ（ｂ）
の間、 第１および第２プラテンを、約６０ｒｐｍ未満でそれぞ
れ回転するか、あるいは第１および第２ベルトを、毎秒
約３０インチで直線的に移動して、ここで研磨パッドの
温度を約５０℃以下にすることにより、密な配列中のデ
ィッシングを制御する工程、を更に備える、請求項１５
に記載の方法。 - 【請求項２２】 ステップ（ａ）およびステップ（ｂ）
の間、 少なくとも毎分約３００ミリリットルの流速で、研磨パ
ッドまたは基板表面に化学薬品を供給し、 化学薬品中の抑制剤の量を制御して、毎分約２００Å以
下の基板表面の静的除去速度を提供することにより、粒
子の除去を制御する工程を更に備える、請求項１５に記
載の方法。 - 【請求項２３】 ステップ（ａ）およびステップ（ｂ）
の間、 第１および第２プラテンを、約６０ｒｐｍ未満でそれぞ
れ回転するか、あるいは第１および第２ベルトを、毎秒
約３０インチで直線的に移動して、ここで研磨パッドの
温度を約５０℃以下にすることにより、密な配列中のデ
ィッシングを制御する工程、 ステップ（ａ）およびステップ（ｂ）の間、 少なくとも毎分約３００ミリリットルの流速で、研磨パ
ッドまたは基板表面に化学薬品を供給し、 化学薬品中の抑制剤の量を制御して、毎分約２００Å以
下の基板表面の静的除去速度を提供することにより、粒
子の除去を制御する工程を更に備える、請求項１５に記
載の方法。 - 【請求項２４】 コンピュータに基礎付けられた制御シ
ステムが使用されて、基板表面の平坦化方法のステップ
を順序付け及び制御する、請求項１〜２３のいずれか一
項に記載の方法。 - 【請求項２５】 （ａ）第１プラテン上で基板表面を研
磨し、第１除去速度で銅層または銅合金層を低減するス
テップと、 （ｂ）第２プラテン上で基板を研磨し、第１除去速度よ
りも遅い第２除去速度で銅層または銅合金層を除去する
ステップと、を実行する研磨システムを、命令は、１つ
以上のプロセッサにより命令が実行されるときに、１つ
以上のプロセッサに制御させるように、取り決められて
いる、基板表面を平坦化するための命令を保持するコン
ピュータ可読媒体。 - 【請求項２６】 前記命令がさらに、第３プラテン上で
バリア層を除去するように取り決められている、請求項
２５に記載のコンピュータ可読媒体。 - 【請求項２７】 前記命令が、ステップ（ａ）を、毎分
約５，０００Åよりも速い第１除去速度で実施し、ステ
ップ（ｂ）を、毎分約２５０Å〜毎分約３，０００Åの
間の、第２除去速度で実施するように取り決められてい
る、請求項２５に記載のコンピュータ可読媒体。 - 【請求項２８】 前記命令が、ステップ（ｂ）を、約１
００：１よりも大きい銅：バリア層の選択性で遂行する
ように取り決められている、請求項２６に記載のコンピ
ュータ可読媒体。 - 【請求項２９】 前記命令が、ステップ（ｂ）を、密な
配列内のディッシングが約６００Å以下であるような条
件下で遂行するように取り決められている、請求項２８
に記載のコンピュータ可読媒体。 - 【請求項３０】 前記命令が、ステップ（ａ）およびス
テップ（ｂ）を、第１および第２プラテン上にそれぞれ
取り付けられた、回転研磨パッド、静止研磨パッド、ま
たはリニア固定砥粒研磨パッドの上で、砥粒フリーの複
数の化学薬品を用いて遂行するように取り決められてい
る、請求項２９に記載のコンピュータ可読媒体。 - 【請求項３１】 前記命令が、ステップ（ａ）およびス
テップ（ｂ）の間、第１および第２プラテン上を、約６
０ｒｐｍ未満で回転するか、あるいは第１および第２プ
ラテン上にそれぞれ配置された第１および第２ベルト
を、毎秒約３０インチ未満の速度で直線的に移動するよ
うに取り決められている、請求項３０に記載のコンピュ
ータ可読媒体。 - 【請求項３２】 前記命令が、複数の基板をＣＭＰ処理
し、また岩屑やＣＭＰによる各基板間の副生成物を除去
することによって研磨パッドを洗浄するように取り決め
られている、請求項３０に記載のコンピュータ可読媒
体。 - 【請求項３３】 前記命令が、毎分約３００ミリリット
ル以上の流速で、研磨パッドまたは基板表面に複数の化
学薬品を供給するように取り決められている、請求項３
０に記載のコンピュータ可読媒体。 - 【請求項３４】 前記命令が、複数の化学薬品を再循環
するように取り決められている、請求項３０に記載のコ
ンピュータ可読媒体。 - 【請求項３５】 前記命令が、化学薬品中の抑制剤の量
を制御して、毎分約２００Å以下までに基板表面の静的
エッチング速度を制御することによって、ステップ
（ａ）およびステップ（ｂ）の間、粒子の除去を制御す
るように取り決められている、請求項３０に記載のコン
ピュータ可読媒体。 - 【請求項３６】 前記命令が、研磨パッドまたは基板表
面を、ステップ（ａ）終了後、ステップ（ｂ）開始前
に、抑制剤にさらすように取り決められている、請求項
３０に記載のコンピュータ可読媒体。 - 【請求項３７】 前記命令が、研磨パッドまたは基板表
面を、ステップ（ｂ）終了後、バリア層の除去開始前
に、抑制剤にさらすように取り決められている、請求項
２９に記載のコンピュータ可読媒体。 - 【請求項３８】 前記命令がさらに、 研磨パッドまたは基板表面を、ステップ（ａ）終了後、
ステップ（ｂ）開始前に抑制剤にさらし、 研磨パッドまたは基板表面を、ステップ（ｂ）終了後
に、抑制剤にさらし、また、 複数の化学薬品を再循環する、ように取り決められてい
る、請求項３０に記載のコンピュータ可読媒体。 - 【請求項３９】 前記命令が、研磨パッドまたは研磨ベ
ルトの温度を、約５０℃以下に維持するように取り決め
られている、請求項３１に記載のコンピュータ可読媒
体。 - 【請求項４０】 前記命令が、約１０：１よりも大きい
バリア層対誘電層比で、基板表面からバリア層を除去す
るように取り決められている、請求項２６に記載のコン
ピュータ可読媒体。 - 【請求項４１】 前記命令が、 第１および第２プラテンを、約６０ｒｐｍ未満でそれぞ
れ回転するか、あるいは第１および第２ベルトを、毎秒
約３０インチで直線的に移動して、ここで研磨パッドの
温度を約５０℃以下にすることにより、 ステップ（ａ）およびステップ（ｂ）の間、密な配列中
のディッシングを制御するように取り決められている、
請求項２５に記載のコンピュータ可読媒体。 - 【請求項４２】 前記命令が、 少なくとも毎分約３００ミリリットルの流速で、研磨パ
ッドまたは基板表面に化学薬品を供給し、 化学薬品中の抑制剤の量を制御して、毎分約２００Å以
下の基板表面の静的除去速度を提供することにより、 ステップ（ａ）およびステップ（ｂ）の間、粒子の除去
を制御するように取り決められている、請求項２５に記
載のコンピュータ可読媒体。 - 【請求項４３】 前記命令が、 第１および第２プラテンを、約６０ｒｐｍ未満でそれぞ
れ回転するか、あるいは第１および第２ベルトを、毎秒
約３０インチで直線的に移動して、ここで研磨パッドの
温度を約５０℃以下にすることにより、 ステップ（ａ）および（ｂ）の間、密な配列中のディッ
シングを制御するよう、また、 少なくとも毎分約３００ミリリットルの流速で、研磨パ
ッドまたは基板表面に化学薬品を供給し、 化学薬品中の抑制剤の量を制御して、毎分約２００Å以
下の基板表面の静的除去速度を提供することにより、 ステップ（ａ）およびステップ（ｂ）の間、粒子の除去
を制御するように取り決められている、請求項２５に記
載のコンピュータ可読媒体。 - 【請求項４４】 コンピュータに基礎付けられた制御シ
ステムが使用されて、基板表面の平坦化のための命令を
保持するコンピュータ可読媒体のステップを、順序付
け、および制御する、請求項１〜４３のいずれか一項に
記載のコンピュータ可読媒体。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/469,709 US7041599B1 (en) | 1999-12-21 | 1999-12-21 | High through-put Cu CMP with significantly reduced erosion and dishing |
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