JP2002064070A - 化学機械研磨方法および化学機械研磨用スラリ組成物 - Google Patents

化学機械研磨方法および化学機械研磨用スラリ組成物

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属相互接続形成の際に半導体ウェーハを研
磨するためのスラリと、それを用いた研磨方法を提供す
ること。 【解決手段】 まず、金属相互接続の過剰な金属を除去
するための好ましくは硝酸第二鉄を含む第１スラリを含
む、第１酸化剤を用いる。このスラリはウェーハの表面
に金属残渣を残留させる。他の酸化剤、好ましくはヨウ
素酸カリウム溶液を含み、金属残渣とライナ材料の両方
に対して、下側の誘電体に対するより大きい親和力を有
する第２スラリを使用して、金属残渣およびライナ材料
を除去する。このスラリは、下側の誘電体のスクラッチ
を著しく低減する。本発明により形成された金属相互接
続は、ウェーハの抵抗全体を低減し、短絡数を低減する
のに効果的であり、下側の誘電体を強く保護することを
可能にする。ウェーハのオーバポリッシュ、およびその
関連した問題は回避される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は集積回路表面の化学
機械研磨に関し、特に、相互接続構造の形成時に金属層
を除去する組成物および方法に関する。本発明の組成物
および方法によって、下側の誘電体層のスクラッチング
を低減しながら相互接続構造からの残渣金属およびライ
ナ材料の除去を増進することが可能になる。
【０００２】
【従来の技術】集積回路は、基板上の層をパターン形成
することによって半導体基板に化学的および物理的に一
体化される。これらの層は、導線および抵抗器を作製す
るために、導電性とすることができる。千個以上のデバ
イスを、半導体材料の単一ウェーハの表面上に同時に形
成することができる。デバイス歩留りを高くするため
に、平坦な半導体ウェーハから開始することが非常に重
要である。デバイス製作のプロセス・ステップを平坦で
ないウェーハ表面に対して行う場合、早期デバイス故障
をもたらす場合のある様々な問題を生じる可能性があ
る。ウェーハ表面上の凹凸は、後続の層がその上に形成
されると拡大されるので、層および基板は可能な限り平
坦であることが望ましい。
【０００３】半導体の製造では、通常、誘電体酸化物膜
の個々の層にタングステンまたは銅の配線またはメタラ
イゼーションを設けることが含まれる。典型的な酸化物
としては、二酸化ケイ素、リンケイ酸ガラス、リンホウ
ケイ酸ガラス、他の類似の材料が含まれる。その後、酸
化物をエッチングして、バイアまたはトレンチを形成す
る。ライナ金属は、後続の金属充填物に対する良好な接
着を可能にするためトレンチ内に薄い層としてブランケ
ット堆積され、拡散バリアとして作用する。ライナ金属
としては、通常、チタン、窒化チタン、タンタル、窒化
タンタル、およびそれらの混合物が含まれる。後続のメ
タライゼーションは、共形的（ｃｏｎｆｏｒｍａｌｌ
ｙ）に付着され、タングステンまたは銅を含む。このよ
うにして、充填されたトレンチは配線を形成し、充填さ
れた穴はバイアまたは相互接続を形成する。ライナ材料
およびメタライゼーションを、化学機械研磨（ＣＭＰ）
を使用して誘電体膜表面に達するまで除去すると、通常
このプロセスは終了する。
【０００４】通常、化学機械研磨の際は、半導体ウェー
ハは制御された下方圧力下で回転研磨パッド表面に対し
て保持される。研磨剤と、塩基性または酸性溶液のいず
れかを含むスラリを供給して、ライナ金属と、銅または
タングステンメタライゼーションを除去する。この方法
から生じる課題には、半導体デバイスで短絡を起こす可
能性のある孤立金属アイランドを生じる場合のあるメタ
ライゼーションおよびライナ材料を充分に除去すること
がある。
【０００５】しばしば、特にタングステンを有するメタ
ライゼーションは、確実に金属残渣が残留しないように
するために、ウェーハ表面をオーバポリッシュすること
によって除去される。残留した金属残渣は後続のステッ
プでは除去されず、デバイス内の短絡をもたらす可能性
がある。しかし、オーバポリッシュは、バイアまたは相
互接続内でメタライゼーションの「ディシング（ｄｉｓ
ｈｉｎｇ）」侵食を引き起こす傾向がある。この侵食
は、金属の開放状態欠陥（ｏｐｅｎ ｄｅｆｅｃｔ）を
もたらすものである。さらに、ライナ材料は、それを除
去する際に問題があることが証明されており、先行レベ
ルの「ディッシング」に起因する局所的なトポグラフィ
中に、かつウェーハ表面のスクラッチ中に残留する傾向
がある。
【０００６】ライナ材料の除去を試みると、下側の誘電
体の表面欠陥も生じる。通常は、ライナ材料ほぼすべて
が下側の誘電体から除去されるまでＣＭＰを継続し、そ
の誘電体の表面を仕上げる別のステップでフォローアッ
プする。このフォローアップでは、残留したライナ材料
を除去し、ＣＭＰで生じた欠陥を直すために誘電体表面
を再平坦化することが望まれる。しかし、特に高密度メ
タライゼーションの領域で、誘電体が許容プロセス変数
を超えて侵食されないように、注意しなければならな
い。
【０００７】米国特許第５６７６５８７号明細書は、チ
タン／窒化チタンまたはタンタル／窒化タンタルを有す
るライナ材料を除去するのに使用するシリカ・ベースの
スラリを開示している。しかし、このスラリは、作成後
のデバイスで重大な金属短絡を引き起こすタングステン
残渣を除去する場合には効果がない。したがって、メタ
ライゼーションは、メタライゼーションおよびライナ材
料を完全に確実に除去するためにオーバポリッシュされ
なければならず、次いで誘電体層をリセス形成しなけれ
ばならない。ライナ材料の除去に使用されるシリカ・ベ
ースのスラリは、タングステンおよび誘電体材料を多量
に除去することなく効果的にそれを行う。しかし、ウェ
ーハ表面上に残留するタングステン残渣が、短絡と初期
デバイス故障をもたらす孤立金属アイランドを生じるこ
とになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】したがって、従来技術
の問題および欠陥を念頭において、本発明の目的は、好
ましくは単一ステップで、金属残渣およびライナ材料を
効果的に除去する化学機械研磨方法を提供することであ
る。
【０００９】本発明の別の目的は、メタライゼーション
のオーバポリッシュを必要とすることなく下側の誘電体
表面から金属残渣およびライナ材料を効果的に除去する
化学機械研磨方法を提供することである。
【００１０】本発明の別の目的は、誘電体の表面仕上げ
の必要をなくす、金属残渣およびライナ材料を効果的に
除去する化学機械研磨方法を提供することである。
【００１１】本発明の別の目的は、下側の誘電体層のほ
ぼ平坦な上部表面をもたらす、相互接続構造を形成する
強化された方法を提供することである。
【００１２】本発明の別の目的および利点は、一部は自
明であり、一部は本明細書から明らかであろう。
【００１３】
【課題を解決するための手段】当業者には明らかな上述
および他の目的ならびに利点は、第１の態様で、１つま
たは複数の金属相互接続を形成する際に使用された過剰
な金属を有する半導体ウェーハ表面を化学機械研磨する
方法であって、第１酸化剤でウェーハ表面を研磨して過
剰な金属の大部分を除去するステップと、残った金属残
渣を第１酸化剤より金属残渣に対する親和力が高い第２
酸化剤で除去するステップとを含む方法を対象とする本
発明によって実現される。好ましくは、ウェーハ表面を
研磨するステップは、研磨スラリ量全体の約５重量パー
セント未満の量である硝酸第二鉄でウェーハ表面を研磨
するステップを含む。加えて、第１酸化剤は、アルミナ
を含む研磨剤をさらに含む。
【００１４】好ましくは、第２酸化剤で金属残渣を除去
するステップは、金属残渣、および相互接続の形成に使
用されるライナ材料を除去するステップを含む。最も好
ましくは、第２酸化剤で金属残渣を除去するステップ
は、ヨウ素酸カリウムで金属残渣を除去するステップを
含み、スラリのｐＨは約７から９である。
【００１５】第２の態様では、本発明は、半導体ウェー
ハを研磨する方法であって、ウェーハの頂部表面がライ
ナ材料のブランケット層およびその上に配設された過剰
な金属のブランケット層を有する相互接続構造を有する
半導体ウェーハを準備するステップと、金属酸化剤を含
む第１スラリでウェーハを化学機械研磨して過剰な金属
のブランケット層を除去するステップと、残った金属残
渣を、過剰な金属およびライナ材料に対する親和力を有
する他の酸化剤を有する第２スラリでウェーハを化学機
械研磨して除去し、ライナ材料の下方にある誘電体材料
のスクラッチを防止するステップとを含む方法を対象と
する。
【００１６】好ましくは、半導体ウェーハを準備するス
テップは、ウェーハの頂部表面が、窒化チタンを含むラ
イナ材料のブランケット層と、その上に配設されたタン
グステンを含む過剰な金属のブランケット層とを有する
相互接続構造、ウェーハの頂部表面が、窒化タンタルを
含むライナ材料のブランケット層と、その上に配設され
たタングステンを含む過剰な金属のブランケット層とを
有する相互接続構造、ウェーハの頂部表面が、窒化チタ
ンを含むライナ材料のブランケット層と、その上に配設
された銅を含む過剰な金属のブランケット層とを有する
相互接続構造、または、ウェーハの頂部表面が、窒化タ
ンタルを含むライナ材料のブランケット層と、その上に
配設された銅を含む過剰な金属のブランケット層とを有
する相互接続構造を有する半導体ウェーハを準備するス
テップを含む。
【００１７】第３の態様では、本発明は、半導体ウェー
ハ上の金属層を除去するための化学機械研磨用スラリ組
成物であって、アルミナ・スラリ水溶液、および組成物
の総重量に対して約３から５重量パーセントの硝酸第二
鉄を含む第１スラリと、シリカ・スラリ水溶液、および
約７から９のｐＨをもたらす充分な量の酸化剤を含む第
２スラリとを含むスラリ組成物を対象とし、第１スラリ
は、半導体ウェーハ上の金属層を除去するが、金属残渣
が残留し、第２スラリは金属残渣および金属層下側のラ
イナ材料を除去する。好ましくは、酸化剤は、ヨウ素酸
カリウム、ヨウ素酸、過酸化物、および過マンガン酸カ
リウムからなる群から選択され、ヨウ素酸カリウムが最
も好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施形態を説明
する際、本明細書で図１から図６を参照するが、これら
の図で同じ符号は本発明の同じフィーチャを示す。本発
明のフィーチャは、図中で必ずしも縮尺で示されていな
い。
【００１９】本発明は、金属残渣が残留するが、メタラ
イゼーションを平坦化する第１スラリスラリと、ライナ
材料を除去する第２スラリとを使用する強化された化学
機械研磨方法を提供する。その利点は、第２スラリが、
ライナ材料と残留したいかなる金属残渣の両方に対して
選択的であるという点にある。また、本発明の方法は、
下側の誘電体層スクラッチを著しく低減する。
【００２０】図１は、バイア１５がエッチングされた誘
電体層１０を有する相互接続構造の一部の横断面図を示
す。誘電体層１０は、二酸化ケイ素などの現行技術で知
られている適切なタイプの絶縁材料と、種々のタイプ
の、ドープされたまたはドープされないホウケイ酸また
はリンケイ酸ガラスを含むことができる。バイア１５
は、現行技術の公知の方法によりエッチングされる。
【００２１】次いでライナ材料２０の共形な層が、バイ
ア１５内に付着される。ライナ材料２０は、チタンまた
はタンタルの単一層を含むことができる。あるいは、ラ
イナ材料２０は、チタン／窒化チタンおよびタンタル／
窒化タンタルのスタック層を含んでよい。ライナ材料２
０は、後続のメタライゼーションの接着を強化し、誘電
体に対するメタライゼーションの寄生電荷漏れを阻止す
る拡散バリアとして作用する。メタライゼーション３０
は、共形的にブランケット付着されてバイア１４を充填
する。好ましくは、メタライゼーションはタングステン
と銅を含んでよい。
【００２２】図２で、相互接続構造は、第１スラリを用
いた化学機械研磨により平坦化済みである。メタライゼ
ーション３０をアンダポリッシュ（ｕｎｄｅｒｐｏｌｉ
ｓｈ）して、メタライゼーション３０の金属残渣３５を
残留させることが許容される。メタライゼーション３０
を慎重にアンダポリッシュすることにより、「ディッシ
ング」および他の表面欠陥が防止される。ライナ金属界
面に達するまでメタライゼーションの研磨を継続しても
よいが、これは必ずしも必要ではない。第１スラリは、
金属酸化剤、好ましくは硝酸第二鉄と、水溶液中のアル
ミナ研磨剤とを含む。硝酸第二鉄は、スラリ組成物の総
重量に対して約３から５重量パーセントの量で与えられ
る。そのように少量ではあるが有効な量の硝酸第二鉄
は、メタライゼーション、特にタングステンを除去する
のに効果的であることが示されている。この硝酸第二鉄
の量は、従来技術の化学機械研磨方法に見られないほ
ど、環境に対する影響を低減するのに充分に低濃度のも
のである。このアルミナ研磨剤は、６重量パーセントの
アルミナ懸濁腋として、Cabot Microelectronics（Illi
noi州Aurola）から入手可能なWA400として購入できる。
最も好ましい実施形態では、約６リットルのWA400を２
６．５リットルの水と混合し、次いで、硝酸第二鉄溶液
と混合して第１スラリの３６リットルのカーボイ（ｃａ
ｒｂｏｙ）を作成する。
【００２３】別の酸化剤を有する第２スラリが供給され
るが、この酸化剤は、下側の誘電体１０よりも金属残渣
３５とライナ材料２０の両方に対し大きい親和力を有す
る。好ましくは、第２スラリの金属酸化剤は、ライナ材
料と誘電体１０との関係に対して約１：１．５の選択性
を有する。第２スラリは、誘電体１０にスクラッチおよ
び他の表面欠陥を実質的に生じることなく金属残渣３５
を除去し、ライナ材料２０に対しても選択的である。好
ましくは、第２スラリの酸化剤は、ヨウ素酸、ヨウ素酸
カリウム溶液、過酸化物、過マンガン酸カリウム溶液、
およびそれらの組合せからなる群から選択された酸化剤
を含む。
【００２４】ヨウ素酸カリウムが最も好ましく、タング
ステンおよびライナ材料２０を含む金属残渣３５を除去
するのに効果的であることが示されている。ヨウ素酸カ
リウム結晶を、約３０から約４０グラム／リットルの濃
度で水溶液に溶解させる。次いで、この溶液は、Claria
nt Corp（South Carolina州Martine）から入手可能なKl
ebosol（商標）のようなシリカ研磨剤と混合する。最も
好ましい実施形態では、約８００ミリリットルのKlebos
ol（商標）を、約１６リットルのヨウ素酸カリウム溶液
に添加される。このスラリは、シリカ粒子が凝固しない
ように、ｐＨが約７から９のわずかな塩基性であること
が好ましい。シリカ研磨剤が第２スラリで使用されるの
は、それが、第１スラリ組成物で効果的なアルミナ研磨
剤よりも柔らかいからである。したがって、スクラッチ
および「ディッシング」などの他の表面欠陥は、すべて
低減または回避される。さらに第１スラリによって形成
された誘電体材料のマイクロスクラッチを除去し、誘電
体材料の侵食を阻止する。意外なことに、ライナ材料２
０に対する第２スラリの親和力が、誘電体１０に対する
よりも高いことにより、酸化されたライナ材料が研磨パ
ッドに埋め込まれる可能性を殆どなくすことができる。
ライナ材料が研磨パッドに埋め込まれると、より柔らか
い下側の誘電体のさらなるスクラッチの原因にもなる可
能性がある。図３は、第２スラリにより平坦化した後
の、本発明の方法の結果としての相互接続構造４０を示
す。
【００２５】従来技術の技法を使用して形成されて金属
相互接続を有するウェーハとの比較試験で、本発明の方
法を用いて形成した金属相互接続を有するウェーハは、
抵抗、短絡数、および下側の誘電体のスクラッチ数が著
しく低減することを示した。従来技術の金属相互接続を
有するウェーハは、正方形のデータ・ポイントで表示さ
れている。本発明の方法を用いて形成した金属相互接続
を有するウェーハは、黒丸のデータ・ポイントで表示さ
れている。ｘ軸上の各データ・ポイントは、２５ウェー
ハからなるウェーハ・ロットを示す。
【００２６】図４は、各ウェーハ・ロットに関する抵抗
を示す。従来技術の金属相互接続を有するウェーハで
は、各ロット間で抵抗の著しい変動がある。有利なこと
に、本発明の方法を用いて形成した金属相互接続を有す
るウェーハ・ロットに関する抵抗は、抵抗変動がはるか
に狭まったことを示し、抵抗は全体的に低い。図５は、
ウェーハ内を流れる電子のパーセンテージを示したグラ
フである。やはり、有利なことに、本発明の方法を用い
て形成した金属相互接続を有するウェーハはほぼ１００
パーセントの電子流れを示し、これらのウェーハ・ロッ
トでは殆ど短絡がないことが示される。図６は、下側の
誘電体で検出されたスクラッチ数を比較したグラフであ
る。従来技術のウェーハは、金属相互接続形成後の誘電
体の品質に一貫性がないことだけでなく、化学機械研磨
に由来するスクラッチの大きい事例をも示している。本
発明の方法を用いて形成した金属相互接続を有するウェ
ーハは、化学機械研磨プロセスから生じる化学機械研磨
スクラッチ数が著しく低減されることを示している。
【００２７】本発明により、先述の目的が実現される。
硝酸第二鉄スラリで相互接続メタライゼーションをアン
ダポリッシュし、次いで第２酸化剤、好ましくはヨウ素
酸カリウムを含有するスラリで研磨することにより、下
側の誘電体の表面欠陥を低減しながら、残留金属残渣お
よびライナ材料が成功裏に除去される。この方法によ
り、ウェーハの抵抗、金属短絡、および下側の誘電体の
スクラッチを著しく低減できる。したがって、より堅固
な相互接続構造が形成され、得られた半導体デバイスの
サービス寿命が改善される。
【００２８】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
【００２９】（１）金属相互接続を形成する際に使用さ
れた過剰な金属を有する半導体ウェーハ表面を化学機械
研磨の方法であって、第１酸化剤で前記ウェーハ表面を
研磨して前記過剰な金属を除去するステップと、残った
金属残渣を第１酸化剤より前記金属残渣に対する親和力
が高い第２酸化剤で除去するステップとを含む方法。 （２）前記ウェーハ表面を研磨するステップが、研磨ス
ラリ量全体の約５重量パーセント未満の量である硝酸第
二鉄で前記ウェーハ表面を研磨するステップを含む、上
記（１）に記載の方法。 （３）前記ウェーハ表面を研磨するステップが、前記相
互接続構造の過剰な金属の大部分を除去するステップを
含み、前記過剰な金属の前記部分はライナ金属の界面ま
で除去される、上記（１）に記載の方法。 （４）前記ウェーハ表面を研磨するステップは、硝酸第
二鉄を含む前記第１酸化剤で、前記ウェーハ表面を研磨
して前記過剰な金属の大部分を除去し、金属残渣が残留
されるステップを含む、上記（１）に記載の方法。 （５）前記ウェーハ表面を研磨するステップは、前記第
１酸化剤、および、アルミナを含む研磨剤で前記ウェー
ハ表面を研磨するステップを含む、上記（１）に記載の
方法。 （６）前記第２の酸化剤で前記金属残渣を除去する前記
ステップが、前記金属残渣と、前記相互接続の形成の際
に使用されるライナ材料とを除去するステップを含む、
上記（１）に記載の方法。 （７）前記第２酸化剤で前記金属残渣を除去する前記ス
テップが、ヨウ素酸カリウムで前記金属残渣を除去する
ステップを含む、上記（１）に記載の方法。 （８）前記第２酸化剤で前記金属残渣を除去する前記ス
テップが、約７から９のｐＨを有するスラリで前記金属
残渣を除去するステップを含む、上記（１）に記載の方
法。 （９）半導体ウェーハを研磨する方法であって、前記ウ
ェーハの頂部表面がライナ材料のブランケット層および
その上に配設された過剰な金属のブランケット層を有す
る相互接続構造を有する半導体ウェーハを準備するステ
ップと、金属酸化剤を含む第１スラリで前記ウェーハを
化学機械研磨して過剰な金属のブランケット層を除去す
るステップと、前記過剰な金属および前記ライナ材料に
対する親和力を有する他の酸化剤を有する第２スラリで
前記ウェーハを化学機械研磨して、残った金属残渣を除
去し、前記ライナ材料の下方にある誘電体材料のスクラ
ッチは防止されるステップとを含む方法。 （１０）半導体ウェーハを準備するステップが、ウェー
ハの頂部表面が、窒化チタンを含むライナ材料のブラン
ケット層と、その上に配設されたタングステンを含む過
剰な金属のブランケット層とを有する相互接続構造を有
する半導体ウェーハを準備するステップを含む、上記
（９）に記載の方法。 （１１）半導体ウェーハを準備するス前記テップが、ウ
ェーハの頂部表面が、窒化タンタルを含むライナ材料の
ブランケット層と、その上に配設されたタングステンを
含む過剰な金属のブランケット層とを有する相互接続構
造を有する半導体ウェーハを準備するステップを含む、
上記（９）に記載の方法。 （１２）半導体ウェーハを準備するス前記テップが、ウ
ェーハの頂部表面が、窒化チタンを含むライナ材料のブ
ランケット層と、その上に配設された銅を含む過剰な金
属のブランケット層とを有する相互接続構造を有する半
導体ウェーハを準備するステップを含む、上記（９）に
記載の方法。 （１３）半導体ウェーハを準備するス前記テップが、ウ
ェーハの頂部表面が、窒化タンタルを含むライナ材料の
ブランケット層と、その上に配設された銅を含む過剰な
金属のブランケット層とを有する相互接続構造を有する
半導体ウェーハを準備するステップを含む、上記（９）
に記載の方法。 （１４）前記ウェーハを化学機械研磨して前記過剰な金
属のブランケット層を除去する前記ステップが、硝酸第
二鉄を含む第１スラリで研磨するステップを含む、上記
（９）に記載の方法。 （１５）前記ウェーハを化学機械研磨して前記過剰な金
属のブランケット層を除去する前記ステップが、硝酸第
二鉄およびアルミナを含む第１スラリで研磨するステッ
プを含む、上記（９）に記載の方法。 （１６）前記ウェーハを化学機械研磨して過剰な金属の
ブランケット層を除去する前記ステップが、前記過剰な
金属のオーバポリッシュを必要としない、上記（９）に
記載の方法。 （１７）前記ウェーハを化学機械研磨して前記過剰な金
属のブランケット層を除去する前記ステップが、前記過
剰な金属と前記ライナ材料の間の界面まで、前記過剰な
金属のブランケット層を除去するステップを含む、上記
（９）に記載の方法。 （１８）前記ウェーハを化学機械研磨して、前記金属残
渣および前記ライナ材料を除去する前記ステップが、ヨ
ウ素酸カリウム、ヨウ素酸、過酸化物、および過マンガ
ン酸カリウムからなる群から選択された酸化剤を有する
第２スラリで研磨するステップを含み、前記第２スラリ
が、ｐＨが約７から９になるような充分な量の酸化剤を
含む、上記（９）に記載の方法。 （１９）前記ウェーハを化学機械研磨して、前記金属残
渣および前記ライナ材料を除去する前記ステップが、ｐ
Ｈが約７から９のヨウ素酸カリウムを含む第２スラリで
研磨するステップを含む、上記（９）に記載の方法。 （２０）前記ウェーハを化学機械研磨して、前記金属残
渣および前記ライナ材料を除去する前記ステップが、ヨ
ウ素酸カリウムおよびシリカを含む第２スラリで研磨す
るステップを含む、上記（９）に記載の方法。 （２１）前記ウェーハを化学機械研磨して、前記金属残
渣および前記ライナ材料を除去する前記ステップが、前
記過剰な金属よりも前記ライナ材料に対して１：１．５
の親和力を有する第２スラリで研磨するステップを含
む、上記（９）に記載の方法。 （２２）前記ウェーハを化学機械研磨して、前記金属残
渣および前記ライナ材料を除去する前記ステップによっ
て、前記過剰な金属の化学機械研磨の際に形成された前
記誘電体材料のマイクロスクラッチを除去し、前記誘電
体材料の侵食を阻止する、上記（９）に記載の方法。 （２３）半導体ウェーハ上の金属層を除去するための化
学機械研磨用スラリ組成物であって、アルミナ・スラリ
水溶液、および組成物の総重量に対して約３から５重量
パーセントの硝酸第二鉄を含む第１スラリと、シリカ・
スラリ水溶液、および約７から９のｐＨをもたらす充分
な量の酸化剤を含む第２スラリとを含み、第１スラリ
は、半導体ウェーハ上の金属層を除去するが金属残渣が
残留し、第２スラリは前記金属残渣および前記金属層下
側のライナ材料を除去する、スラリ組成物。 （２４）前記酸化剤が、ヨウ素酸カリウム、ヨウ素酸、
過酸化物、および過マンガン酸カリウムからなる群から
選択された、上記（２３）に記載のスラリ組成物。 （２５）前記酸化剤がヨウ素酸カリウムを含む、上記
（２３）に記載のスラリ組成物。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法による化学機械研磨の前の相互接
続構造の一部の横断面図である。
【図２】本発明の方法による第１の化学機械研磨の際
の、図１の相互接続構造の一部の横断面図である。
【図３】本発明の方法による第２の化学機械研磨後の、
図１および図２の相互接続構造の一部の横断面図であ
る。
【図４】従来技術の方法を使用して形成された金属相互
接続を有する半導体ウェーハと、本発明の方法を使用し
て形成された金属相互接続を有するウェーハの抵抗を比
較したグラフである。
【図５】従来技術の方法を使用して形成された金属相互
接続を有する半導体ウェーハと、本発明の方法を使用し
て形成された金属相互接続を有するウェーハを流れる電
子のパーセンテージを比較したグラフである。
【図６】従来技術の方法を使用して形成された金属相互
接続を有する半導体ウェーハと、本発明の方法を使用し
て形成された金属相互接続を有するウェーハで、下側の
誘電体に見出されるスクラッチ数を比較したグラフであ
る。
【符号の説明】
１０ 誘電体層 ２０ ライナ材料 ３０ メタライゼーション １５ バイア ３５ 金属残渣 ４０ 相互接続
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ホセ・エレ・クルス アメリカ合衆国05452 バーモント州エセ ックス・ジャンクション プリスコット・ ストリート 26 (72)発明者 クック・ケイ・ホイン アメリカ合衆国05465 バーモント州ジェ リコーオータム・コート 13 (72)発明者 ティモシー・シー・クライワンチク アメリカ合衆国05452 バーモント州エセ ックス・ジャンクション スカイライン・ ドライブ 23 (72)発明者 ダグラス・ケイ・スタートエバント アメリカ合衆国05452 バーモント州エセ ックス・ジャンクション ブリックヤー ド・ロード 60 ユニット ナンバー４ Ｆターム(参考） 3C058 AA07 CB01 CB03 DA02 DA12 DA17

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】金属相互接続を形成する際に使用された過
    剰な金属を有する半導体ウェーハ表面を化学機械研磨の
    方法であって、 第１酸化剤で前記ウェーハ表面を研磨して前記過剰な金
    属を除去するステップと、 残った金属残渣を第１酸化剤より前記金属残渣に対する
    親和力が高い第２酸化剤で除去するステップとを含む方
    法。
  2. 【請求項２】前記ウェーハ表面を研磨するステップが、
    研磨スラリ量全体の約５重量パーセント未満の量である
    硝酸第二鉄で前記ウェーハ表面を研磨するステップを含
    む、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】前記ウェーハ表面を研磨するステップが、
    前記相互接続構造の過剰な金属の大部分を除去するステ
    ップを含み、前記過剰な金属の前記部分はライナ金属の
    界面まで除去される、請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】前記ウェーハ表面を研磨するステップは、
    硝酸第二鉄を含む前記第１酸化剤で、前記ウェーハ表面
    を研磨して前記過剰な金属の大部分を除去し、金属残渣
    が残留されるステップを含む、請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】前記ウェーハ表面を研磨するステップは、
    前記第１酸化剤、および、アルミナを含む研磨剤で前記
    ウェーハ表面を研磨するステップを含む、請求項１に記
    載の方法。
  6. 【請求項６】前記第２の酸化剤で前記金属残渣を除去す
    る前記ステップが、前記金属残渣と、前記相互接続の形
    成の際に使用されるライナ材料とを除去するステップを
    含む、請求項１に記載の方法。
  7. 【請求項７】前記第２酸化剤で前記金属残渣を除去する
    前記ステップが、ヨウ素酸カリウムで前記金属残渣を除
    去するステップを含む、請求項１に記載の方法。
  8. 【請求項８】前記第２酸化剤で前記金属残渣を除去する
    前記ステップが、約７から９のｐＨを有するスラリで前
    記金属残渣を除去するステップを含む、請求項１に記載
    の方法。
  9. 【請求項９】半導体ウェーハを研磨する方法であって、 前記ウェーハの頂部表面がライナ材料のブランケット層
    およびその上に配設された過剰な金属のブランケット層
    を有する相互接続構造を有する半導体ウェーハを準備す
    るステップと、 金属酸化剤を含む第１スラリで前記ウェーハを化学機械
    研磨して過剰な金属のブランケット層を除去するステッ
    プと、 前記過剰な金属および前記ライナ材料に対する親和力を
    有する他の酸化剤を有する第２スラリで前記ウェーハを
    化学機械研磨して、残った金属残渣を除去し、前記ライ
    ナ材料の下方にある誘電体材料のスクラッチは防止され
    るステップとを含む方法。
  10. 【請求項１０】半導体ウェーハを準備するステップが、
    ウェーハの頂部表面が、窒化チタンを含むライナ材料の
    ブランケット層と、その上に配設されたタングステンを
    含む過剰な金属のブランケット層とを有する相互接続構
    造を有する半導体ウェーハを準備するステップを含む、
    請求項９に記載の方法。
  11. 【請求項１１】半導体ウェーハを準備するス前記テップ
    が、ウェーハの頂部表面が、窒化タンタルを含むライナ
    材料のブランケット層と、その上に配設されたタングス
    テンを含む過剰な金属のブランケット層とを有する相互
    接続構造を有する半導体ウェーハを準備するステップを
    含む、請求項９に記載の方法。
  12. 【請求項１２】半導体ウェーハを準備するス前記テップ
    が、ウェーハの頂部表面が、窒化チタンを含むライナ材
    料のブランケット層と、その上に配設された銅を含む過
    剰な金属のブランケット層とを有する相互接続構造を有
    する半導体ウェーハを準備するステップを含む、請求項
    ９に記載の方法。
  13. 【請求項１３】半導体ウェーハを準備するス前記テップ
    が、ウェーハの頂部表面が、窒化タンタルを含むライナ
    材料のブランケット層と、その上に配設された銅を含む
    過剰な金属のブランケット層とを有する相互接続構造を
    有する半導体ウェーハを準備するステップを含む、請求
    項９に記載の方法。
  14. 【請求項１４】前記ウェーハを化学機械研磨して前記過
    剰な金属のブランケット層を除去する前記ステップが、
    硝酸第二鉄を含む第１スラリで研磨するステップを含
    む、請求項９に記載の方法。
  15. 【請求項１５】前記ウェーハを化学機械研磨して前記過
    剰な金属のブランケット層を除去する前記ステップが、
    硝酸第二鉄およびアルミナを含む第１スラリで研磨する
    ステップを含む、請求項９に記載の方法。
  16. 【請求項１６】前記ウェーハを化学機械研磨して過剰な
    金属のブランケット層を除去する前記ステップが、前記
    過剰な金属のオーバポリッシュを必要としない、請求項
    ９に記載の方法。
  17. 【請求項１７】前記ウェーハを化学機械研磨して前記過
    剰な金属のブランケット層を除去する前記ステップが、
    前記過剰な金属と前記ライナ材料の間の界面まで、前記
    過剰な金属のブランケット層を除去するステップを含
    む、請求項９に記載の方法。
  18. 【請求項１８】前記ウェーハを化学機械研磨して、前記
    金属残渣および前記ライナ材料を除去する前記ステップ
    が、ヨウ素酸カリウム、ヨウ素酸、過酸化物、および過
    マンガン酸カリウムからなる群から選択された酸化剤を
    有する第２スラリで研磨するステップを含み、前記第２
    スラリが、ｐＨが約７から９になるような充分な量の酸
    化剤を含む、請求項９に記載の方法。
  19. 【請求項１９】前記ウェーハを化学機械研磨して、前記
    金属残渣および前記ライナ材料を除去する前記ステップ
    が、ｐＨが約７から９のヨウ素酸カリウムを含む第２ス
    ラリで研磨するステップを含む、請求項９に記載の方
    法。
  20. 【請求項２０】前記ウェーハを化学機械研磨して、前記
    金属残渣および前記ライナ材料を除去する前記ステップ
    が、ヨウ素酸カリウムおよびシリカを含む第２スラリで
    研磨するステップを含む、請求項９に記載の方法。
  21. 【請求項２１】前記ウェーハを化学機械研磨して、前記
    金属残渣および前記ライナ材料を除去する前記ステップ
    によって、前記過剰な金属の化学機械研磨の際に形成さ
    れた前記誘電体材料のマイクロスクラッチを除去し、前
    記誘電体材料の侵食を阻止する、請求項９に記載の方
    法。
  22. 【請求項２２】半導体ウェーハ上の金属層を除去するた
    めの化学機械研磨用スラリ組成物であって、 アルミナ・スラリ水溶液、および組成物の総重量に対し
    て約３から５重量パーセントの硝酸第二鉄を含む第１ス
    ラリと、 シリカ・スラリ水溶液、および約７から９のｐＨをもた
    らす充分な量の酸化剤を含む第２スラリとを含み、 第１スラリは、半導体ウェーハ上の金属層を除去するが
    金属残渣が残留し、第２スラリは前記金属残渣および前
    記金属層下側のライナ材料を除去する、スラリ組成物。
  23. 【請求項２３】前記酸化剤が、ヨウ素酸カリウム、ヨウ
    素酸、過酸化物、および過マンガン酸カリウムからなる
    群から選択された、請求項２２に記載のスラリ組成物。
  24. 【請求項２４】前記酸化剤がヨウ素酸カリウムを含む、
    請求項２２に記載のスラリ組成物。
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