JP2002519471A5

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Publication number: JP2002519471A5
Application number: JP2000557316A
Authority: JP
Filing date: 1999-06-25
Publication date: 2005-04-28
Anticipated expiration: 2019-06-25

Description

【書類名】明細書
【発明の名称】銅／タンタル基体に有用な化学的機械研磨スラリー
【特許請求の範囲】
【請求項１】多パッケージの化学的機械研磨系であり、第１のパッケージは、少くとも１つの研磨材；酢酸；および少くとも１つの膜形成剤；を含み、そして第２のパッケージは少くとも１つの酸化剤を含み、そこで第１のパッケージは第２のパッケージの成分と一緒にされ、酢酸に対する酸化剤の質量比が１０より大きい研磨スラリーを与える化学的機械研磨系。
【請求項２】酢酸が約０．０１〜約３．０ｗｔ％の範囲の量で存在する請求項１記載の化学的機械研磨系。
【請求項３】ｐＨ４〜９を有する請求項１もしくは２記載の化学的機械研磨系。
【請求項４】膜形成剤がベンゾトリアゾールである請求項１〜３のいずれか記載の化学的機械研磨系。
【請求項５】０．０１〜０．５ｗｔ％のベンゾトリアゾールを含む請求項４記載の化学的機械研磨系。
【請求項６】研磨材が少くとも１つの金属酸化物である請求項１記載の化学的機械研磨系。
【請求項７】少くとも１つの研磨材；少くとも１つの酸化剤；および酢酸を含み、酢酸に対する酸化剤の質量比が約１０よりも大きい、化学的機械研磨スラリー。
【請求項８】膜形成剤を含む請求項７記載の化学的機械研磨スラリー。
【請求項９】膜形成剤がベンゾトリアゾールである請求項８記載の化学的機械研磨スラリー。
【請求項１０】０．０１〜０．５ｗｔ％のベンゾトリアゾールを含む請求項９記載の化学的機械研磨スラリー。
【請求項１１】酢酸が０．０１〜３．０ｗｔ％の範囲の量で存在する請求項７〜１０のいずれか記載の化学的機械研磨スラリー。
【請求項１２】ｐＨ４〜９を有する請求項７〜１１のいずれか記載の化学的機械研磨スラリー。
【請求項１３】研磨材が少くとも１つの金属酸化物である請求項７〜１２のいずれか記載の化学的機械研磨スラリー。
【請求項１４】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、ジルコニアおよびそれらの混合物を含む群から選ばれる請求項１３記載の化学的機械研磨スラリー。
【請求項１５】研磨材が金属酸化物の水性分散体である請求項７〜１２のいずれか記載の化学的機械研磨スラリー。
【請求項１６】金属酸化物研磨材が、１μｍより小さい粒径分布および０．４μｍより小さい平均凝集体径を有する金属酸化物凝集体からなる請求項１５記載の化学的機械研磨スラリー。
【請求項１７】金属酸化物研磨材が、０．４００μｍより小さい第１次粒径および１０ｍ²／ｇ〜２５０ｍ²／ｇの範囲の表面積を有する離散した、個々の金属酸化物球体からなる請求項１６記載の化学的機械研磨スラリー。
【請求項１８】研磨材が沈降研磨材もしくはヒュームド研磨材からなる群から選ばれる請求項７〜１２のいずれか記載の化学的機械研磨スラリー。
【請求項１９】研磨材がアルミナの水性分散体である請求項７〜１２のいずれか記載の化学的機械研磨スラリー。
【請求項２０】少くとも１つの研磨材；少くとも１つの酸化剤；酢酸；および少くとも１つの膜形成剤を含み、錯化剤に対する酸化剤の質量比が１０より大きく、スラリーは４〜９のｐＨを有する、化学的機械研磨スラリー。
【請求項２１】膜形成剤が０．０１〜０．２ｗｔ％ベンゾトリアゾールである請求項２０記載の化学的機械研磨スラリー。
【請求項２２】研磨材がアルミナの水性分散体である請求項２０もしくは２１記載の化学的機械研磨スラリー。
【請求項２３】アルミナが０．５〜１５．０ｗｔ％の範囲の量でスラリー中に存在する請求項２２記載の化学的機械研磨スラリー。
【請求項２４】酸化剤が過酸化水素である請求項２０〜２３のいずれか記載の化学的機械研磨スラリー。
【請求項２５】アルミナの水性分散体；過酸化水素；０．０１〜３．０ｗｔ％の酢酸；および０．０１〜０．５ｗｔ％のベンゾトリアゾールを含み、スラリーは０．５〜１５．０ｗｔ％のアルミナを含み、酢酸に対する酸化剤の質量比は１０より大きく、かつスラリーは４〜９のｐＨを有する、化学的機械研磨スラリー。
【請求項２６】酢酸に対する酸化剤の質量比が２５より大きい請求項２５記載の化学的機械研磨スラリー。
【請求項２７】少くとも１つの研磨材、少くとも１つの酸化剤、少くとも１つの錯化剤、および少くとも１つの有機アミノ化合物を含む第１の水性化学的機械研磨スラリーを、銅部分およびタンタル部分を含む基体に付着させること；
パッドを基体に接触させ、そしてパッドを基体に関して移動させることにより、基体から銅部分の少くとも１部を除去して、銅部分およびタンタル部分を含む、部分的に研磨された基体を得ること；
少くとも１つの研磨材、少くとも１つの酸化剤、および少くとも１つの錯化剤を含み、錯化剤に対する酸化剤の質量比が１０より大きい、第２のスラリーを、部分的に研磨された基体に付着させること；および、
パッドを基体に接触させ、そしてパッドを基体に関して移動させることにより、基体からタンタル部分の少くとも１部を除去して、研磨された基体を得ること、
を含む、銅部分およびタンタル部分を含む基体の研磨方法。
【請求項２８】第１のスラリーは、第１のスラリーが基体のタンタル部分を研磨する速度よりも少くとも１０倍速い速度で基体の銅部分を研磨する請求項２７記載の方法。
【請求項２９】第２のスラリーは、第２のスラリーが部分的に研磨された基体の銅部分を研磨する速度よりも少くとも７倍速い速度で部分的に研磨された基体のタンタル部分を研磨する請求項２７記載の方法。
【請求項３０】第１の研磨スラリーは、パッドが基体と接触される前にパッドに付着される請求項２７〜２９のいずれか記載の方法。
【請求項３１】第２の研磨スラリーは、パッドが部分的に研磨された基体と接触される前にパッドに付着される請求項２７〜３０のいずれか記載の方法。
【請求項３２】本質的にすべての第１の研磨スラリーは、第２のスラリーが部分的に研磨された基体に付着される前に、部分的に研磨された基体から除去される請求項２７〜３１のいずれか記載の方法。
【請求項３３】第１のスラリーおよび第２のスラリーは、酢酸、クエン酸、乳酸、酒石酸、コハク酸、シュウ酸、アミノ酸、それらの塩、およびそれらの混合物を含む化合物の群から選ばれる錯化剤をそれぞれ含有する請求項２７〜３２のいずれか記載の方法。
【請求項３４】第１のスラリーに使用される錯化剤が酒石酸であり、かつ第２のスラリーに使用される錯化剤が酢酸である請求項３３記載の方法。
【請求項３５】第１のスラリーが０．５〜５．０ｗｔ％の酒石酸を含有し、かつ第２のスラリーが０．０１〜３．０ｗｔ％の酢酸を含有する請求項３４記載の方法。
【請求項３６】第１のスラリーの有機アミノ化合物が７〜１５の炭素原子を有する請求項２７〜３５のいずれか記載の方法。
【請求項３７】第１のスラリーの有機アミノ化合物がアルキルアミン、アルコールアミン、尿素、尿素誘導体およびそれらの混合物の群から選ばれる請求項２７〜３５のいずれか記載の方法。
【請求項３８】第１のスラリーは０．００５〜１０．０ｗｔ％の少くとも１つの有機アミノ化合物を含有する請求項２７〜３７のいずれか記載の方法。
【請求項３９】第１のスラリーは膜形成剤を含有する請求項２７〜３８のいずれか記載の方法。
【請求項４０】第１および第２のスラリーは、アルミナ、セリア、ゲルマニア、シリカ、チタニア、ジルコニア、およびそれらの混合物を含む群から選ばれる金属酸化物研磨材より選ばれる研磨材をそれぞれ含む請求項２７〜３９のいずれか記載の方法。
【請求項４１】第１および第２のスラリーは、金属酸化物の水性分散体である研磨材をそれぞれ含む請求項２７〜４０のいずれか記載の方法。
【請求項４２】研磨材が沈降研磨材もしくはヒュームド研磨材からなる群から選ばれる請求項４１記載の方法。
【請求項４３】第１のスラリーおよび第２のスラリーは、アルミナの水性分散体をそれぞれ含む請求項２７〜４０のいずれか記載の方法。
【請求項４４】第２のスラリーが４〜９のｐＨを有する請求項２７〜４３のいずれか記載の方法。
【請求項４５】第２のスラリーが、膜形成剤を含有する請求項２７〜４４のいずれか記載の方法。
【請求項４６】膜形成剤が０．０１〜０．２ｗｔ％のベンゾトリアゾールである請求項４５記載の方法。
【請求項４７】銅部分ならびにタンタル、窒化タンタルおよびそれらの混合物を含む基体を研磨する方法であり、アルミナ、少くとも１つの酸化剤、酒石酸、ベンゾトリアゾール、および少くとも１つの有機アミノ化合物を含む第１のスラリーを、基体に付着させること；
パッドを基体に接触させ、そしてパッドを基体に関して移動させることにより、基体から銅部分の少くとも１部を除去して、部分的に研磨された基体を得ること；
第２のスラリーを、部分的に研磨された基体に付着させ、その第２のスラリーはアルミナの水性分散体、過酸化水素、０．０１〜３ｗｔ％の酢酸、０．０１〜０．２ｗｔ％のベンゾトリアゾールを含み、そして酢酸に対する酸化剤の質量比が１０より大きく、かつスラリーは４〜９のｐＨを有すること；そして
パッドを部分的に研磨された基体に接触させ、そして基体に関して移動させることにより、部分的に研磨された基体から、タンタル、窒化タンタルもしくはそれらの組み合わせより選ばれる基体部分の少くとも１部を除去して、研磨された基体を得ること、
の段階を含む、基体の研磨方法。
【請求項４８】第１のスラリーは、第１のスラリーが基体のタンタルもしくは窒化タンタル部分を研磨する速度よりも少くとも４５倍速い速度で、基体の銅部分を研磨する請求項４７記載の方法。
【請求項４９】第１の研磨スラリーは、パッドが基体と接触される前にパッドに付着される請求項４７もしくは４８記載の方法。
【請求項５０】第２の研磨スラリーは、パッドが部分的に研磨された基体と接触される前にパッドに付着される請求項４７〜４９のいずれか記載の方法。
【請求項５１】本質的にすべての第１の研磨スラリーは、第２のスラリーが部分的に研磨された基体に付着される前に、部分的に研磨された基体から除去される請求項４７〜５０のいずれか記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
（１）発明の分野
本発明は、銅部分およびタンタル部分を含む基体を研磨するために順々に用いられるときに有用である化学的機械研磨スラリーに関する。本発明は、研磨材、酸化剤、錯化剤および少くとも１つの有機アミノ化合物を含む第１の化学的機械研磨スラリーを含む。さらに本発明は、研磨材、酸化剤および錯化剤を含み、錯化剤に対する酸化剤の質量比が１５より大きい第２化学的機械研磨スラリーを含む。さらに、本発明は、銅部分およびタンタル部分を含む基体を続けて研磨するために第１および第２の化学的機械研磨スラリーを使用する方法を含む。
（２）技術の説明
集積回路は、シリコン基体内もしくは上に形成された多数の能動デバイス（ａｃｔｉｖｅｄｅｖｉｃｅｓ）から構成されている。はじめに互いに孤立されている能動デバイスは、相互連結されて機能性回路および要素を形成する。デバイスは多層配線（ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ）の使用により相互連結される。相互連結構造は、第１のメタライゼーション層、相互連結層、第２のメラライゼーション層、そして時々、次の第３のメタライゼーション層を有するのが通常である。ドープされた、もしくはドープされていない二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂)または低−κ絶縁体窒化タンタルのような層間絶縁膜（ｉｎｔｅｒｌｅｖｅｌｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓ）が、シリコン基体もしくはウェル（ｗｅｌｌ）中で、異なったメタライゼーション層を電気的に絶縁するのに用いられる。異なる層間の連結はメタライズされたビア（ｖｉａｓ）の使用によりなされる。米国特許第５，７４１，６２６号明細書は、絶縁体窒化タンタル層の製造法を記述する。
【０００２】
同様に、金属接触は、ウェル内に形成された連結層およびデバイス間の電気的結合を形成するために使用される。金属ビアおよび接触は、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、タンタル（Ｔａ）、アルミニウム銅（Ａｌ−Ｃｕ）、アルミニウムケイ素（Ａｌ−Ｓｉ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、およびそれらの組み合わせを含む種々の金属および合金で充たされうる。金属ビアおよび接触は、金属層をＳｉＯ₂ 基体に密着するために、窒化チタン（ＴｉＮ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）もしくはそれらの組み合わせのような密着層を使用するのが通常である。接触面において、密着層は充てん金属とＳｉＯ₂ の反応を防止する拡散バリアとして作用する。
【０００３】
ある半導体製造方法において、メタライズされたビアもしくは接触は、ブランケット金属堆積により形成され、ついで化学的機械研磨（ＣＭＰ）される。通常の方法では、ビア孔は層間絶縁膜（ＩＬＤ）により相互連結ラインもしくは半導体基体にエッチングされる。次に、窒化タンタルおよび／またはタンタルのような薄い密着層がＩＬＤにわたって形成され、エッチングされたビア孔に向けられるのが通常である。ついで金属膜は密着層にわたって、そしてビア孔内にブランケット堆積される。堆積は、ビア孔がブランケット堆積金属で充たされるまで続けられる。最後に、過剰金属は化学的機械研磨（ＣＭＰ）により除去され、金属ビアを形成する。製造方法および／またはビアのＣＭＰは、米国特許第４，６７１，８５１、４，９１０，１５５および４，９４４，８３６号明細書に開示されている。
【０００４】
通常の化学的機械研磨方法において、基体は回転研磨パッドと直接に接触して置かれる。キャリア（保持用ホルダ）は基体の裏面に対して圧力を加える。研磨処理の間、パッドおよびテーブルは、下向きの力が基体裏面に対して加えられているのに、回転される。一般に「スラリー」（“ｓｌｕｒｒｙ”）といわれる、研磨材の化学的に反応性の溶液は、研磨の間、パッド上に付着される。スラリーは研磨される膜と化学的に反応することにより研磨処理を開始する。研磨処理は、スラリーが水／パッド界面に供給されるときに、基体に関してパッドを回転運動させることにより促進される。研磨は、絶縁体上の所望の膜が除去されるまでこのように続けられる。スラリー組成物はＣＭＰ工程における重要なファクターである。酸化剤、研磨材および他の有用な添加剤の選択によって、研磨スラリーは所望の研磨速度で金属層に有効な研磨を与えるように適合され得、表面の欠陥、欠点、腐食および浸食を最小限にされる。さらに研磨スラリーは、チタン、窒化チタン、タンタル、窒化タンタル等のような、現在の集積回路技術で使用される他の薄膜材料への研磨選択性を調節させるために使用されうる。
【０００５】
通常、ＣＭＰ研磨スラリーは、水性の酸化媒体に懸濁する、シリカもしくはアルミナのような研磨材を含む。たとえば、Ｙｕらの米国特許第５，２４４，５３４号は、下の絶縁層をほとんど除去しないで予測しうる速度でタングステンを除去するのに有用な、アルミナ、過酸化水素、および水酸化カリウムもしくはアンモニウム、を含むスラリーを記述する。Ｙｕらの米国特許第５，２０９，８１６号はアルミニウムの研磨に有用である水性媒体中に過塩酸、過酸化水素および固体研磨材料を含むスラリーを開示する。ＣａｄｉｅｎとＦｅｌｌｅｒの米国特許第５，３４０，３７０号は、約０．１Ｍのフェリシアン化カリウム、約５ｗｔ％のシリカおよび酢酸カリウムを含むタングステン研磨スラリーを開示する。酢酸は、ｐＨを約３．５に緩衝するために添加される。
【０００６】
Ｂｅｙｅｒらの米国特許第４，７８９，６４８号は硫酸、硝酸、酢酸および脱イオン水とともにアルミナ研磨材を用いるスラリー配合物を開示する。米国特許第５，３９１，２５８および５，４７６，６０６号は、金属およびシリカの複合体を研磨するためのスラリーを開示し、それは水性媒体、研磨粒子、およびシリカ除去の速度を調節するアニオンを含む。ＣＭＰ用途に使用する、他の研磨スラリーが、Ｎｅｖｉｌｌｅらの米国特許第５，５２７，４２３、Ｙｕらの米国特許第５，３５４，４９０、Ｃａｄｉｅｎらの米国特許第５，３４０，３７０、Ｙｕらの米国特許第５，２０９，８１６、Ｍｅｄｅｌｌｉｎの米国特許第５，１５７，８７６、Ｍｅｄｅｌｌｉｎの米国特許第５，１３７，５４４およびＣｏｔｅらの米国特許４，９５６，３１３号明細書に記載されている。
欧州特許公開Ｎｏ．０８４６７４２は、膜形成剤、酸化剤、錯化剤および砥粒ならびに任意に界面活性剤を含む化学的機械研磨スラリーを開示する。このスラリーは基体から銅合金、チタンもしくは窒化チタンを含む層を除去するのに特に有用である。
米国特許第５，７００，３８３号明細書はアルミニウム膜を研磨するための第１のスラリーおよびチタンアルミナイドを研磨するための第２のスラリーを開示する。これらの２つのスラリーは互換性がある。
【０００７】
公知文献に種々のメカニズムが開示されており、それにより金属表面はスラリーで研磨されうる。金属表面はスラリーを用いて研磨され得、そこでは工程が金属粒子の機械的除去およびスラリー中での溶解により進行する場合には表面の膜は形成されない。このようなメカニズムにおいて、化学的溶解速度は、ウェットエッチングを避けるために穏やかであるべきである。しかし、もっと好適なメカニズムは、薄い研磨しうる層が、金属表面と錯化剤および／または膜形成層のようなスラリ中の１つもしくはそれより多い成分との間の反応により連続的に形成されるものである。ついで、該薄い研磨しうる層は機械的作用により調節された方法で除去される。機械研磨工程が停止すると、薄い不活性（ｐａｓｓｉｖｅ）膜が表面に残り、ウェットエッチング工程を調節する。化学的機械研磨工程を制御することは、ＣＭＰスラリーがこのメカニズムを用いて研磨するときにはずっと容易である。
【０００８】
化学的機械研磨を用いて研磨される、現在の銅含有基体も、ＴａおよびＴａＮ密着層を使用する。ＴａおよびＴａＮは化学的に非常に不活性であり、かつ機械的に非常に硬いので、研磨により除去するのが困難である。単１スラリーの使用は、高いＣｕ：Ｔａ選択性要求につれて、Ｔａに対して延長された研磨時間を行なわせるが、これは銅に対しては有意の過研磨時間となり、その間にディッシング（ｄｉｓｈｉｎｇ）および腐食性能が有意に劣化する。
【０００９】
いくつかの関連するＣｕの化学的作用が、公開文献で検討されたが、銅およびタンタルの両方を含む基体に有用な化学的機械研磨スラリーの重要な用件のすべてにうまく向けられる方法を、いずれも提供することはできない。その結果、銅およびタンタルを含む基体を研磨するのにうまく使用されうる１つ、もしくはそれより多いＣＭＰスラリーに対する要望がある。
発明の要約
本発明は、銅ならびにタンタルもしくは窒化タンタルを含有する基体の銅部分を選択的に研磨することのできる第１の化学的機械研磨スラリーに関する。
【００１０】
さらに本発明は、銅ならびにタンタルもしくは窒化タンタルを含有する基体のタンタルもしくは窒化タンタル部分を選択的に研磨することのできる第２の化学的機械研磨スラリーに関する。
さらに、本発明は、銅部分ならびにタンタルおよび／または窒化タンタル部分を含む基体を研磨するために第１および第２の化学的機械研磨スラリーを遂次的に使用する方法に関する。
【００１１】
本発明の第１の態様は、多パッケージ（ｍｕｌｔｉ−ｐａｃｋａｇｅ）の化学的機械研磨系であり、第１のパッケージは、少くとも１つの研磨材；酢酸；および少くとも１つの膜形成剤；を含み、そして第２のパッケージは少くとも１つの酸化剤を含み、そこで第１のパッケージは第２のパッケージの成分と一緒にされ、酢酸に対する酸化剤の質量比が１０より大きい研磨スラリーを与える。
【００１２】
本発明のさらなる態様は、少くとも１つの研磨材、少くとも１つの酸化剤、および酢酸を含む第２の化学的機械研磨スラリーを含み、酢酸に対する酸化剤の質量比は約１０より大きい。第２の化学的機械研磨スラリーは好適にはさらに膜形成剤を含み、そしてｐＨが４〜９である。第２の化学的機械研磨スラリーの好適な態様は、最も好ましくは０．５〜１５．０ｗｔ％のアルミナの、アルミナの水性分散体、過酸化水素、約０．０１〜約３．０ｗｔ％の酢酸、および約０．０１〜約０．５ｗｔ％（最も好ましくは０．２ｗｔ％）のベンゾトリアゾールであり、酢酸に対する酸化剤の質量比は約１０より大きく、かつスラリーは約４〜約９のｐＨを有する。
【００１３】
さらに、本発明は、銅部分ならびにタンタルもしくは窒化タンタルから選ばれる部分を含む基体を研磨する方法である。その方法は、少くとも１つの研磨材、少くとも１つの酸化剤、少くとも１つの錯化剤、および少くとも１つの有機アミノ化合物を含む第１の化学的機械研磨スラリーを基体に付着させることを含む。銅の１部は、パッドを基体に接触させ、そして基体に関してパッドを移動させることにより、基体から除去され、部分的に研磨された基体が得られる。第２のスラリーは部分的に研磨された基体に付着される。第２の化学的機械研磨スラリーは少くとも１つの研磨材、少くとも１つの酸化剤、および酢酸を含み、酢酸に対する酸化剤の質量比は約１０より大きい。タンタルもしくは窒化タンタルの少くとも１部は、パッドを基体に接触させ、その後に基体に関してパッドを移動させることにより、部分的に研磨された基体から除去され、研磨された基体が得られる。
好適には、第１のスラリーは第１のスラリーが基体のタンタル部分を研磨する速度よりも少くとも１０倍速い速度で基体の銅部分を研磨する。好適には、第２のスラリーは第２のスラリーが、部分的に研磨された基体の銅部分を研磨する速度よりも少くとも７倍速い速度で、部分的に研磨された基体のタンタル部分を研磨する。
本発明の態様の説明
本発明は２つの化学的機械研磨スラリーに関し、さらには許容しうる速度で、かつ非常に欠陥が少なく、銅部分ならびにタンタルもしくは窒化タンタル部分を含む基体を遂次的に研磨するために両方のスラリーを使用する方法に関する。銅およびタンタルを含有する基体を研磨するために組み合わせて使用されるほかに、第１の化学的機械研磨スラリーは、銅もしくは銅合金を含有する基体を研磨するのに使用され得、そして第２の研磨スラリーはタンタルもしくは窒化タンタル含有基体を研磨するのに使用されうる。
【００１４】
本発明の種々の好適な態様の詳細を説明する前に、ここで用いられるいくつかの用語が定義される。化学的機械研磨スラリ（「ＣＭＰスラリー」）は、酸化剤、研磨材、錯化剤、有機アミノ化合物および他の任意成分を含む本発明の有用製品である。ＣＭＰスラリーは、半導体薄膜、集積回路薄膜を含むが、これらに限定されない、多層メタライゼーションを研磨するのに、そしてＣＭＰ法が有用な、いかなる他の膜および表面に、有用である。
【００１５】
「銅」および「銅含有合金」という用語は、当業者に理解されているとおりに交換可能に使用され、その用語は、純銅、銅アルミニウム合金、およびＴｉ／ＴｉＮ／Ｃｕ、ならびにＴａ／ＴａＮ／Ｃｕ多層基体を含む基体を含むがこれらに限定されない。
「タンタル」および「タンタル含有合金」という用語は、導電銅層のような導電層の下のタンタルおよび／または窒化タンタル密着層をいうためにここで交換可能に使用される。
【００１６】
第１の化学的機械研磨スラリーは、集積回路、薄膜、多層半導体およびウェハを含む群から選ばれる基体と関連して、金属、特に銅および銅合金含有金属層を研磨するのに有用である。
Ｉ．第１の化学的機械研磨スラリー
第１のＣＭＰスラリーは、高速度で銅を含有する基体の銅部分を研磨するのにもっとも有用である。第１の化学的機械研磨スラリーは銅のほかにも他の金属層を研磨するのに有用である。
【００１７】
第１のＣＭＰスラリーは、少くとも１つの酸化剤を含む。酸化剤は、基体金属層を対応する酸化物、水酸化物もしくはイオンに酸化することを促進する。たとえば、第１のＣＭＰスラリーにおいて、酸化剤は金属層を対応する酸化物もしくは水酸化物に、たとえばチタンを酸化チタンに、タングステンを酸化タングステンに、銅を酸化銅に、そしてアルミニウムを酸化アルミニウムに、酸化するのに用いることができる。酸化剤は、第１のＣＭＰスラリーに混合されると、チタン、窒化チタン、タンタル、銅、タングステン、アルミニウムおよびアルミニウム／銅合金のようなアルミニウム合金、ならびにそれらの種々の混合物および組み合わせを含む金属もしくは金属にもとづく成分を、機械的に研磨することにより研磨して、それぞれの酸化物層を除去するのに有用である。
【００１８】
本発明の第１のＣＭＰスラリーにおいて使用される酸化剤は、１つもしくはそれより多い無機もしくは有機の過化合物（ｐｅｒｃｏｍｐｏｕｎｄ）である。Ｈａｗｌｅｙ’ｓＣｏｎｄｅｎｓｅｄＣｈｅｍｉｃａｌＤｉｃｔｉｏｎａｒｙにより定義される過化合物は、少くとも１つのペルオキシ基（−Ｏ−Ｏ−）を含む化合物であるか、もしくは最高の酸化状態にある元素を含む化合物である。少くとも１つのペルオキシ基を含む化合物の例は、過酸化物および過酸化水素尿素、過炭酸塩ようなその付加物、過酸化ベンゾイル、過酢酸および過酸化ジ−ｔ−ブチルのような有機過酸化物、モノ過硫酸塩（ＳＯ₅ ＝）、ジ過硫酸塩（Ｓ₂ Ｏ₈ ＝）ならびに過酸化ナトリウムを含むが、これらに限定されない。
【００１９】
最高の酸化状態にある元素を含む化合物の例は、過ヨウ素酸、過ヨウ素酸塩、過臭素酸、過臭素酸塩、過塩素酸、過塩素酸塩、過ホウ酸、過ホウ酸塩、過マンガン酸塩を含むがこれらに限定されない。電気化学的電位の要件をみたす非ペルオキシ化合物の例は、臭素酸塩、塩素酸塩、クロム酸塩、ヨウ素酸塩、ヨウ素酸および硝酸セリウムアンモニウムのようなセリウム（ＩＶ）化合物を含むが、これらに限定されない。
【００２０】
好適な酸化剤は、過酢酸、過酸化水素尿素、過酸化水素、モノ過硫酸、ジ過硫酸、それらの塩、ならびに尿素および過酸化水素の混合物を包含するそれらの混合物である。もっとも好適な酸化剤は過酸化水素および尿素の組み合わせである。
酸化剤は約０．３〜約３０．０ｗｔ％の範囲の量で第１の化学的機械研磨スラリー中に存在しうる。酸化剤は本発明の第１のＣＭＰスラリー中に約０．３〜約１７．０ｗｔ％、もっとも好ましくは約０．５〜約１２．０ｗｔ％の範囲の量で存在する。
【００２１】
任意の酸化剤は過酸化水素尿素である。過酸化水素尿素は３４．５ｗｔ％が過酸化水素、６５．５ｗｔ％が尿素であるので、比較的大きな質量の過酸化水素尿素が、上述の望ましい酸化剤配合を達成するために第１のＣＭＰスラリー中に含まれなければならない。たとえば、０．５〜１２．０ｗｔ％の酸化剤は３倍の質量、すなわち１．５〜３６．０ｗｔ％の過酸化水素尿素に相当する。
【００２２】
過酸化水素尿素を含む第１のＣＭＰスラリーは、過酸化尿素を水と一緒にすることを含む数多くの方法により、さらには過酸化水素尿素酸化剤を得るために約０．７５：１〜約２：１の範囲のモル比で水性溶液中で尿素と過酸化水素を結合させることにより、配合される。
本発明の第１のＣＭＰスラリーは基体表面に不動態化層を形成する。いったん不動態化層が形成されると、第１のＣＭＰスラリーの研磨材成分で基体表面から金属酸化物をもっと容易に研磨するために不動態化層を防止することができることが重要となる。不動態化層を妨げるために第１のＣＭＰスラリー中に含まれる化合物の１つのクラスは、錯化剤である。有用な錯化剤は、クエン酸、乳酸、マロン酸、酒石酸、コハク酸、酢酸、シュウ酸のような酸、および他の酸、ならびにアミノ酸、アミノ硫酸、リン酸、ホスホン酸、ならびにそれらの塩、を含むが、それらに限定されない。好適な第１のＣＭＰスラリー錯化剤は酒石酸である。
【００２３】
錯化剤は、約０．２〜約５．０ｗｔ％、好ましくは約０．５〜約３．０ｗｔ％の範囲の量で第１のＣＭＰスラリーに存在する。
本発明の第１のＣＭＰスラリーは少くとも１つの有機アミノ化合物を含む。有機アミノ化合物は、研磨された基体上で緩和し、基体材料除去速度を抑制する。第１のＣＭＰスラリーに有用な有機アミノ化合物は、アルキルアミン、アルコールアミン、アミノ酸、尿素、尿素誘導体、およびそれらの混合物を含む。好適な有機アミノ化合物は長鎖アルキルアミンおよびアルコールアミンである。「長鎖アルキルアミン」という用語は、たとえばノニルアミンおよびドデシルアミンを含む、７〜１２もしくはそれより多い炭素原子を有するアルキルアミンをいう。有用なアルコールアミンの例はモノエタノールアミン、およびトリエタノールアミンを含むが、これらに限定されない。有用な尿素誘導体の例はビ尿素（ｂｉｕｒｅａ）を含むが、これに限定されない。好適な有機アミノ化合物は長鎖アルキルアミン、ドデシルアミンである。好適なアルコールアミンはトリエタノールアミンである。
【００２４】
有機アミノ化合物は第１のＣＭＰスラリー中に約０．００５〜約10ｗｔ％の範囲の量で存在すべきである。もっと好適には、有機アミノ化合粒は、第１のＣＭＰスラリー中に約０．０１〜約５ｗｔ％の範囲の量で存在する。
本発明の第１のＣＭＰスラリーは、任意の膜形成剤を含んでいてもよい。膜形成剤は、金属酸化物の不動態化層および金属層表面の溶解禁止層の形成を容易にすることのできるいかなる化合物もしくは化合物の混合物であってもよい。基体表面層の不動態化は、基体表面の湿式エッチングを防止するのに重要である。有用な膜形成剤は、イミダゾール、ベンゾトリアゾール、ベンズイミダゾール、ベンゾチアゾールおよびヒドロキルシ、アミノ、イミノ、カルボキシ、メルカプト、ニトロ、およびアルキル置換基を有するそれらの誘導体のような窒素含有環状化合物、ならびに尿素、チオ尿素等である。好適な膜形成剤はベンゾトリアゾール（「ＢＴＡ」）である。
【００２５】
任意の膜形成剤は、本発明の第１ＣＭＰスラリー中に約０．０１〜１．０ｗｔ％の範囲の量で存在しうる。膜形成剤は第１ＣＭＰスラリー中に約０．０１〜０．２ｗｔ％の範囲の量で存在するのが好ましい。
ＢＴＡ、もしくは第１ＣＭＰスラリー中に含まれる他の膜形成剤は、スラリーにおける研磨材の均一な分散を不安定にしうる。沈降、凝集および分解に対して第１ＣＭＰスラリーを安定化するために、界面活性剤、安定剤もしくは分散剤のような種々の任意のＣＭＰスラリー添加剤が使用されうる。もし界面活性剤が第１ＣＭＰスラリーに添加されると、それはアニオン、カチオン、ノニオンもしくは両性の界界活性であってもよく、または２つ、もしくはそれより多い界面活性剤の組み合わせも使用されうる。さらに、界面活性剤の添加は、ウェハのウェハ面内不均一性（ｗｉｔｈｉｎ−ｗａｆｅｒ−ｎｏｎ−ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）（ＷＩＷＮＵ）を低下させるのに有用であり、それによってウェハの表面を向上させ、ウェハの欠陥を減少させる。
【００２６】
一般に、第１ＣＭＰスラリーで用いられうる界面活性剤のような添加剤の量は、スラリーの有効な安定を得るのに充分であるべきであり、特に選択される界面活性剤、および金属酸化物研磨材の表面の性質に保存して変動するのが通常である。たとえば、もし十分に選択された界面活性剤が使用されないと、第１ＣＭＰスラリー安定化にほとんどもしくは全く効果を有さない。一方、ＣＭＰスラリー中の過剰の界面活性剤はスラリー中に望ましくない気泡形成および／または凝集を生じる。結果として、界面活性剤のような安定剤は、通常、約０．００１〜約０．２ｗｔ％、好ましくは約０．００１〜約０．１ｗｔ％の範囲の量で本発明スラリー中に存在するべきである。さらに、添加剤は、公知の方法を用いて、スラリーに直接添加されるか、もしくは金属酸化物研磨材の表面で処理されうる。いずれの場合も、添加剤の量は、第１研磨スラリー中で所望の濃度を得るために調節される。第１ＣＭＰスラリーで有用な好適な界面活性剤は、ドデシル硫酸ナトリウム塩、ラウリル硫酸ナトリウム、ドデシル硫酸アンモニウム塩、およびそれらの混合物を含む。好ましい界面活性剤の例は、ＵｎｉｏｎＣａｒｂｉｄｅ社により製造されるＴＲＩＴＯＮ（登録商標）ＤＦ−１６、およびＡｉｒＰｒｏｄｕｃｔａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌｓにより製造されるＳＵＲＦＹＮＯＬ（登録商標）を含む。
【００２７】
本発明の第１ＣＭＰスラリーのｐＨを約２．０〜約１２．０、好ましくは約４．０〜約８．０の範囲内に維持するのが、ＣＭＰ法の制御を容易にするために望ましい。本発明のＣＭＰスラリーのｐＨはいかなる公知の酸、塩基もしくはアミンを用いても調節されうる。しかし、水酸化アンモニウムおよびアミン、または硝酸、リン酸、硫酸もしくは有機酸のような、金属イオンを含まない酸もしくは塩基の使用は、第１ＣＭＰスラリーに望ましくない金属成分を導入するのを避けるために好適である。
II 第２の化学的機械研磨スラリー
第２のＣＭＰスラリーは、銅に対し低い研磨速度、およびタンタルもしくは窒化タンタルに対し典型的な研磨速度を示すように配合される。したがって、第２のＣＭＰスラリーはタンタルに対する銅の研磨選択率が約２対１より小さいく、もっとも好ましくは約１：５より小さいのが好適である。
【００２８】
第２のＣＭＰスラリーは、少くとも１つの酸化剤を含む。酸化剤は、基体金属層を対応する酸化物、水酸化物、もしくはイオンに酸化することを促進する。たとえば、第２のＣＭＰスラリーにおいて、酸化剤は金属層を対応する酸化物もしくは水酸化物に、たとえばタンタルを酸化タンタルに、酸化するのに用いることができる。酸化剤は、第２のＣＭＰスラリーに混合されると、チタン、窒化チタン、タンタル、銅、タングステン、アルミニウムおよびアルミニウム／銅合金のようなアルミニウム合金、ならびにそれらの種々の混合物および組み合わせを含む金属もしくは金属にもとづく成分を、機械的に研磨することにより研磨して、それぞれの酸化物層を除去するのに有用である。
【００２９】
本発明の第２のＣＭＰスラリーにおいて使用される酸化剤は、１つもしくはそれより多い無機もしくは有機の過化合物（ｐｅｒｃｏｍｐｏｕｎｄ）である。Ｈａｗｌｅｙ’ｓＣｏｎｄｅｎｓｅｄＣｈｅｍｉｃａｌＤｉｃｔｉｏｎａｒｙにより定義される過化合物は、少くとも１つのペルオキシ基（−Ｏ−Ｏ−）を含む化合物であるか、もしくは最高の酸化状態にある元素を含む化合物である。少くとも１つのペルオキシ基を含む化合物の例は、過酸化物および過酸化水素尿素、過炭酸塩のようなその付加物、過酸化ベンゾイル、過酢酸および過酸化ジ−ｔ−ブチルのような有機過酸化物、モノ過硫酸塩（ＳＯ₅ ＝）、ジ過硫酸塩（Ｓ₂ Ｏ₈ ＝）ならびに過酸化ナトリウムを含むが、これらに限定されない。
【００３０】
最高の酸化状態にある元素を含む化合物の例は、過ヨウ素酸、過ヨウ素酸塩、過臭素酸、過臭素酸塩、過塩素酸、過塩素酸塩、過ホウ酸、過ホウ酸塩、過マンガン酸塩を含むがこれらに限定されない。電気化学的電位の要件をみたす非ペルオキシ化合物の例は、臭素酸塩、塩素酸塩、クロム酸塩、ヨウ素酸塩、ヨウ素酸および硝酸セリウムアンモニウムのようなセリウム（ＩＶ）化合物を含むが、これらに限定されない。
【００３１】
有用な酸化剤の非排他的な例は、過酢酸、過酸化水素尿素、過酸化水素、モノ過硫酸、ジ過硫酸、それらの塩、ならびに尿素および過酸化水素の混合物を包含するそれらの混合物を含むが、それらに限定されない。もっとも好適な酸化剤は過酸化水素である。
酸化剤は約０．３〜約３０．０ｗｔ％の範囲の量で第２の化学的機械研磨スラリー中に存在しうる。酸化剤は本発明の第２のＣＭＰスラリー中に約０．３〜約１７．０ｗｔ％、もっとも好ましくは約１．０〜約１２．０ｗｔ％の範囲量で存在する。
【００３２】
第２のＣＭＰスラリー中に含まれる化合物の１つのクラスは、錯化剤である。有用な錯化剤は、クエン酸、乳酸、酒石酸、コハク酸、酢酸、シュウ酸のような酸、および他の酸、ならびにアミノ酸、アミノ硫酸、ホスホン酸、リン酸、ならびにそれらの塩、を含むが、それらに限定されない。好適な錯化剤は酢酸である。
【００３３】
錯化剤は、約０．０１〜約５．０ｗｔ％、好ましくは約０．０１〜約３．０ｗｔ％の範囲の量で本発明のＣＭＰスラリーに存在する。
第２のＣＭＰスラリーが、スラリー中の酸化剤の質量に比較してずっと少ない質量の錯化剤を含むことは重要である。第２ＣＭＰスラリーは、錯化剤に対する酸化剤の質量比が約１０より大きく、好ましくは約２５より大きい。
【００３４】
本発明の第２のＣＭＰスラリーは、任意の膜形成剤を含んでいてもよい。膜形成剤は、金属酸化物の不動態化層および金属層表面の溶解禁止層の形成を容易にすることのできるいかなる化合物もしくは化合物の混合物であってもよい。基体表面層の不動態化は、基体表面の湿式エッチングを防止するのに重要である。有用な膜形成剤は、イミダゾール、ベンゾトリアゾール、ベンズイミダゾール、ベンゾチアゾールおよびヒドロキルシ、アミノ、イミノ、カルボキシ、メルカプト、ニトロ、およびアルキル置換基を有するそれらの誘導体のような窒素含有環状化合物、ならびに尿素、チオ尿素等である。好適な膜形成剤はベンゾトリアゾール（「ＢＴＡ」）である。
【００３５】
膜形成剤は、第２ＣＭＰスラリー中に約０．０１〜１．０ｗｔ％の範囲の量で存在しうる。膜形成剤は第２ＣＭＰスラリー中に約０．０１〜０．５ｗｔ％の範囲の量で存在するのが好ましい。
ＢＴＡ、もしくは第２ＣＭＰスラリー中に含まれる他の膜形成剤は、スラリーにおける研磨材の均一な分散を不安定にしうる。沈降、凝集および分解に対して第２ＣＭＰスラリーを安定化するために、界面活性剤、安定剤もしくは分散剤のような種々の任意のＣＭＰスラリー添加剤が使用されうる。もし界面活性剤が第２ＣＭＰスラリーに添加されると、それはアニオン、カチオン、ノニオンもしくは両性の界界活性であってよく、または２つ、もしくはそれより多い界面活性剤の組み合わせも使用されうる。さらに、界面活性剤の添加は、ウェハのウェハ面内不均一性（ｗｉｔｈｉｎ−ｗａｆｅｒ−ｎｏｎ−ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）（ＷＩＷＮＵ）を低下させるのに有用であり、それによってウェハの表面を向上させ、ウェハの欠陥を減少させる。
【００３６】
一般に、第２ＣＭＰスラリーで用いられうる界面活性剤のような添加剤の量は、スラリーの有効な安定を得るのに充分であるべきであり、特に選択される界面活性剤、および金属酸化物研磨材の表面の性質に保存して変動するのが通常である。たとえば、もし十分に選択された界面活性剤が使用されないと、ＣＭＰスラリー安定化にほとんどもしくは全く効果を有さない。一方、第２ＣＭＰスラリー中の過剰の界面活性剤はスラリー中に望ましくない気泡形成および／または凝集を生じる。結果として、界面活性剤のような安定剤は、通常、約０．００１〜約０．２ｗｔ％、好ましくは約０．００１〜約０．１ｗｔ％の範囲の量で第２スラリー中に存在するべきである。さらに、添加剤は、公知の方法を用いて、スラリーに直接添加されるか、もしくは金属酸化物研磨材の表面で処理されうる。いずれの場合も、添加剤の量は、第２研磨スラリー中で所望の濃度を得るために調節される。好適な界面活性剤は、ドデシル硫酸ナトリウム塩、ラウリル硫酸ナトリウム、ドデシル硫酸アンモニウム塩、およびそれらの混合物を含む。好ましい界面活性剤の例は、ＵｎｉｏｎＣａｒｂｉｄｅ社により製造されるＴＲＩＴＯＮ（登録商標）ＤＦ−１６、およびＡｉｒＰｒｏｄｕｃｔａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌｓにより製造されるＳＵＲＦＹＮＯＬ（登録商標）を含む。
【００３７】
本発明の第２ＣＭＰスラリーのｐＨを約２．０〜約１２．０、好ましくは約４．０〜約９．０の範囲内に維持するのが、ＣＭＰ法の制御を容易にするために望ましい。本発明のＣＭＰスラリーのｐＨはいかなる公知の酸、塩基もしくはアミンを用いても調節されうる。しかし、水酸化アンモニウムおよびアミン、または硝酸、リン酸、硫酸もしくは有機酸のような、金属イオンを含まない酸もしくは塩基の使用は、本発明のＣＭＰスラリーに望ましくない金属成分を導入するのを避けるために好適である。第２ＣＭＰスラリーは約４〜約７．５のｐＨを有するのがもっとも好ましい。
III 研磨材
本発明の第１および第２ＣＭＰスラリーは、研磨材を含む。研磨材は通常、金属酸化物である。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、セリアおよびそれらの混合物を含む群から選ばれうる。本発明の第１および第２ＣＭＰスラリーは、それぞれ約０．５〜約１５．０ｗｔ％もしくはそれより多い研磨材を含むのが好ましい。しかし本発明の第１および第２ＣＭＰスラリーは、約１．５〜約６．０ｗｔ％研磨材を含むのがもっと好適である。
【００３８】
金属酸化物研磨材は当業者に知られている方法により製造されうる。金属酸化物研磨材は、ゾル−ゲル、水熱もしくはプラズマ法のような高温法を用いて、またはフュームドもしくは沈降金属酸化物を製造するための方法により、製造されうる。好適には、金属酸化物はヒュームドもしくは沈降研磨材であり、そしてもっと好適にはヒュームドシリカもしくはヒュームドアルミナのようなヒュームド研磨材である。たとえば、ヒュームド金属酸化物の製造は、水素および酸素の炎内で、適切な原料蒸気（アルミナ研磨材に対しては塩化アルミニウムのような）の加水分解を包含する周知の方法である。おおよそ球形の溶解粒子が燃焼行程で形成され、その径は工程のパラメータにより変動する。通常１次粒子といわれる、これらのアルミナもしくは類似酸化物の溶融粒子は、接触点で衝突を受けることにより互いに融合して、分技した、３次元鎖状凝集体を形成する。凝集体を破壊するのに必要な力は、相当なものである。冷却および捕集の間に、凝集体はさらに衝突を受けて、機械的なもつれ（ｅｎｔａｎｇｌｅｍｅｎｔ）を生じ、集合体を形成する。集合体はファンデルワールス力により一緒にゆるく保持されていると考えられ、適切な媒体中に適切な分散により、逆戻り、すなわち、解集合されうる。
【００３９】
沈降研磨材は高い塩濃度、酸もしくは他の凝固剤の影響下で水性媒体から所望の粒子の凝固によるような従来法で製造されうる。粒子は当業者に知られる従来法により、ろ過、洗浄、乾燥され、他の反応生成物の残渣から分離される。
好適な金属酸化物は、Ｓ．Ｂｒｕｎａｕｅｒ，Ｐ．Ｈ．Ｅｍｍｅｔ，およびＩ．ＴｅｌｌｅｒのＪ．Ａｍ．ＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，６０巻３０９頁（１９３８）の方法であり、一般にＢＥＴといわれる方法から計算された、約５ｍ²／ｇ〜約４３０ｍ²／ｇ、そして好ましくは約３０ｍ²／ｇ〜約１７０ｍ²／ｇの表面積を有する。ＩＣ産業における最も厳格な純度要求により、好適な金属酸化物は高純度であるべきである。高純度は、原料不純物および微量の工程不純物のような源からの、全不純物量が通常１％未満であり、好ましくは０．０１％（すなわち１００ｐｐｍ）未満であることを意味する。
【００４０】
本発明の分散体に有用な金属酸化物研磨材は金属酸化物凝集体もしくは個々の単一球粒子からなる。「粒子」という用語は１つより多い１次粒子の凝集体および単１粒子の両方をいう。
金属酸化物研磨材は、金属酸化物粒子からなり、約１．０μｍ未満の粒度分布、約０．４μｍの平均粒径、および研磨材凝集体自体の間のファンデルワールス力を寄せつかせず、克服するのに十分な力を有する。このような金属酸化物研磨材は、研磨の間にスクラッチ（ｓｃｒａｔｃｈｉｎｇ）、ピット（ｐｉｔｍａｓｋｓ）、ディボット（ｄｉｖｏｔｓ）および他の表面欠陥を最小化もしくは避けるのに有効であることがわかった。本発明における粒度分布は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）のような公知の方法を用いて測定されうる。平均粒径は、粒子の断面積に基づくＴＥＭ画像解析を用いるときの平均等価球径をいう。力（ｆｏｒｃｅ）は、金属酸化物粒子の表面電位もしくは水和力が粒子間のファンデルワールス力を寄せつけず、克服するのに十分であることを意味する。
【００４１】
もう１つの好適な態様において、金属酸化物研磨材は、０．４μｍ（４００ｎｍ）未満の１次粒径、および約１０ｍ²／ｇ〜約２５０ｍ²／ｇの範囲の表面積を有する個々の金属酸化物粒子からなる。
好適には、金属酸化物研磨材は、固体が約３％〜約４５％、好ましくは１０％〜２０％である、金属酸化物の濃厚な水性分散体として研磨スラリーの水性媒体中に混合される。金属酸化物の水性分散体は、従来法を用いて製造することができ、たとえば、脱イオン水のような適切な媒体にゆっくりと酸化物研磨材を添加してコロイド分散体を形成することによる。分散体は、当業者に知られている高せん断混合条件下にそれを供することにより完成される。スラリーのｐＨは、コロイド安定性を最大にするために等電点から遠ざけて調節されうる。
IV 任意の添加剤
他の周知の研磨スラリー添加剤が、第１ＣＭＰスラリーおよび／または第2ＣＭＰスラリーに混合されうる。任意添加剤の1つのクラスは、無機酸および／またはその塩であり、チタンおよびタンタルのようなウェハのバリア層の研磨速度をさらに改良もしくは高めるために、第１および／または第2ＣＭＰスラリー中に添加されてもよい。有用な無機添加剤は、硫酸、リン酸、ホスホン酸、硝酸、ＨＦ酸、フッ化アンモニウム、硫酸塩、リン酸塩およびフッ化物のアンモニウム塩、カリウム塩、ナトリウム塩、もしくは他の陽イオン塩を含む。
Ｖ第1および第2のＣＭＰスラリーを製造し、使用する方法
本発明の第1および第2のＣＭＰスラリーは、当業者に知られる従来法を用いて製造されうる。通常、酸化剤および他の非研磨成分は、脱イオンもしくは蒸留水のような水性媒体中で、そのような成分が十分に媒体に溶解されるまで低せん断条件下で所定の濃度で混合される。フュームドアルミナのような金属酸化物研磨材の濃厚分散体が媒体に添加され、最終ＣＭＰスラリーにおける研磨材の所望配合レベルまで希釈される。
【００４２】
本発明の第1および第2のＣＭＰスラリーは、すべてのスラリー添加剤を含む1つのパッケージ系として供給されうる。酸化剤、特に過酸化水素を含むＣＭＰスラリーの輸送についての心配のために、本発明の第1および第2のＣＭＰスラリーは、酸化剤だけを除いた各成分を含むＣＭＰ前駆体として製造され、パッケージされ、顧客に送られ、そして使用の前に顧客の施設で過酸化水素もしくは他の酸化剤と一緒にされるのが好適である。したがって、この発明の1つの態様は、触媒、研磨材、および安定剤を含む群から選ばれる成分の1つもしくはそれより多い成分を乾式もしくは水性形態で含むが、酸化剤を欠く、第1および第2のＣＭＰ組成物および／またはスラリー前駆体である。この第1および第2のＣＭＰ前駆体は、それぞれ使用する前に少なくとも1つの酸化剤と一緒にされる。
【００４３】
過酸化水素尿素を含む本発明の第1および第2のＣＭＰスラリーは、尿素および他の有用なスラリー成分を含むスラリー前駆体に過酸化水素を添加して、過酸化水素尿素を含むＣＭＰスラリーを得ることにより、配合されうる。
本発明の好適なスラリー前駆体は、尿素および少なくとも1つの金属酸化物研磨材の乾式もしくは水性混合物を含む。付加的な成分は、第1および第2成分に有用な、尿素を含むスラリー前駆体に混合されうる。
【００４４】
本発明のＣＭＰスラリーはいかなる種類の金属層をも研磨するのに使用されうるが、本発明の第1の化学的機械研磨スラリーは高い銅および低いタンタルおよび窒化タンタル研磨速度を有することがわかった。加えて、第2の化学的機械研磨スラリーは銅層に対して望ましい低い研磨速度を示すが、一方タンタル絶縁層に対しては望ましい高い研磨速度を示す。
【００４５】
第1および第2のＣＭＰスラリーは、ウェハの望ましい金属層について使用するため適切な標準的研磨装置とともに用いられうる。本発明の第1および第2ＣＭＰスラリーは、絶縁層の上方に、タンタルもしくは窒化タンタル部分および銅合金含有部分のいずれも含む基体を研磨するのに最も有用である。
タンタルもしくは窒化タンタル部分および銅部分を含む基体を研磨するのに用いられるとき、第１の化学的機械研磨スラリーは基体に付着され、基体は研磨機および研磨パッドを用いる従来法により研磨される。第1ＣＭＰスラリーを用いる基体研磨が終了すると、基体は脱イオン水もしくは他の溶媒で洗浄され、部分的に研磨された基体から第1のＣＭＰスラリーが除去されうる。ついで、本発明の第2のＣＭＰスラリーが基体に付着され、基体は部分的に研磨された基体の銅部分に比較してタンタルもしくは窒化タンタル部分を選択的に研磨するために従来法を用いて研磨される。第2研磨段階が終了すると、第2ＣＭＰスラリーは脱イオン水もしくはもう1つの溶媒で基体から洗浄され、基体はさらなる処理のために用意される。両方の研磨段階において、第1および／または第2のＣＭＰスラリーは、基体研磨の間、制御された方法で基体に、研磨パッドに、もしくは両方に直接に付着されうる。しかし第1および第2のＣＭＰスラリーはパッドに付着され、ついでパッドは基体に寄りかかって置かれ、その後でパッドは基体研磨を行うために基体に関係して移動される。
【００４６】
第1および第2ＣＭＰスラリーは、制御された条件下で良好な速度で銅、チタン、窒化チタン、タンタル、および窒化タンタル層を研磨する。本発明の研磨スラリーは半導体集積回路製造の種々の段階で使用され、表面欠陥および、きずを最小にするとともに、望ましい研磨速度で有効な研磨を提供する。
実施例
本発明者は、銅を高速で、そして比較的低速でタンタルおよび窒化タンタルを研磨する第1ＣＭＰスラリー、ならびにタンタルおよび窒化タンタルを認容しうる速度で、そして銅を第1ＣＭＰスラリーよりも比較的低速で研磨する第2ＣＭＰスラリーを見出した。
【００４７】
次の実施例は、本発明の好適な態様ならびに本発明のＣＭＰ組成物を使用する好適な方法を示す。
実施例１
この実施例において、ＣＭＰ研磨は２つのＣＭＰスラリーを用いて行なわれた。第1のスラリーは、イリノイ州ＡｕｒｏｒａのＣａｂｏｔＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＭａｔｅｒｉａｌＤｉｖｉｓｉｏｎにより販売されているＳＥＭＩ−ＳＰＥＲＳＥ（登録商標）Ｗ−Ａ３５５分散体であるフェームドアルミナ研磨材３．０ｗｔ％、過酸化水素２．５ｗｔ％、尿素３．６５ｗｔ％、酒石酸１．２５ｗｔ％およびＴｒｉｔｏｎＤＦ−１６界面活性剤５０ｐｐｍの水性分散体を含む。
第2スラリーは第1スラリーのすべての成分に加えてドデシルアミン０．１５ｗｔ％を含む。試験された両スラリーは、水酸化アンモニウムでｐＨ７．０に調節された。
【００４８】
ＣＭＰスラリーは2つの方法で試験された。各スラリーにおけるＣｕおよびＴａの溶解速度は、電気化学的方法により試験された。装備は、ＰＡＲによる２７３ポテンショスタットおよびＣｏｒｒｏｓｉｏｎＳｏｆｔｗａｒｅを有する３つの電極セル内の回転ディスク電極を使用した。電気化学的データは、回転子および該金属を、研磨材パッドと接触させ（４０．７ｋＰａ（５．９ｐｓｉ）の下方への力で）るか、パッドの上方に上げながら、予め選定された５００ｒｐｍ（もしくは最大１９．９４ｍ／ｓｅｃ）の電極回転で得られた。
【００４９】
このように、金属溶解は、表面が研磨されるときに、ならびに研磨の後に評価された。前者の数値は研磨時の化学的速度の適切な測定であると考えられ、一方、後者のアプローチは、所与のスラリー中の金属腐食速度を与えた。典型的な試験において、電気化学的データは、約―０．２５Ｖの開路電位（open potential）からあるアノード電位まで１０ｍＶ／ｓｅｃの速度で電位を変動させて、ポテンシオダイナミックな分極曲線として記録された。試験結果は表１、３〜４欄に示される。
同一のスラリーを用いて銅およびタンタル研磨速度が、下方への力２０．７ｋＰａ（３ｐｓｉ）、テーブル速度５５ｒｐｍ、そしてスピンドル速度３０ｒｐｍを用いてＩＰＥＣ４７２研磨機で評価された。スラリーは２００ｍＬ／分の速度でＲｏｄｅｌ社製ＩＣ１０００／ＳＵＢＡパッドスタックに付着された。研磨データは表１、５〜６欄に示される。
【００５０】
【表１】

【００５１】
スラリーに少量のドデシルアミンを添加することは、Ｔａ除去を抑制し、Ｃｕ：Ｔａ選択率を約４５：１に有意に増大させる。このことは、有機アミノ化合物を含有するスラリーを、Ｔａの研磨抑制を有する銅研磨スラリーとして使用するのにさらに適したものにする。
表１の結果は、さらに、電気化学的試験で見られる傾向は研磨で再現されることを示す：ドデシルアミンは研磨の際のＴａ溶解を抑制し、それとともに銅について測定されるよりももっと著しい態様で、研磨速度を抑制する。
実施例２
この実施例は、第２ＣＭＰスラリー中の酸化剤および錯化剤の質量比を変動させて、銅およびタンタル溶解速度への影響を検討する。この実施例は、次の組成を有するＣＭＰスラリーを使用した；酒石酸１．２５ｗｔ％；表２記載の量の過酸化水素；アルミナ研磨材（Ｗ−Ａ３５５）３．０ｗｔ％，ＴｒｉｔｏｎＤＦ−１６界面活性剤５０ｐｐｍ，そして残りは脱イオン水。スラリーのｐＨは水酸化アンモニウムを用いて７.０に調節された。
【００５２】
酒石酸および過酸化水素酸化剤の異なる比を有するスラリーを使用した結果は表２に示される。表２に示される化合物に加えて、各スラリーは尿素３．６５ｗｔ％を含んでいた。研磨速度は、Ｒｏｄｅｌ社により製造されたＩＣ１０００／ＳＵＢＡＩＶパッドスタック有するＩＰＥＣ４７２研磨機で、ブランケットウェハを用いて測定された。ウェハは、下向きの力３ｐｓｉ、テーブル速度５５ｒｐｍ、スピンドル速度３０ｒｐｍ、およびスラリー流速２００ｍｌ／分を用いて研磨された。
【００５３】
【表２】

【００５４】
研磨の結果は、酒石酸／過酸化物質量比の増加は、Ｔａ速度への有意な影響なしに、Ｃｕ除去速度を増加させることを示す。
酒石酸量（Ｔ）を変動させ、過酸化水素量（ＨＰＯ）を変動させたことを除けば上述と同様のスラリーを用いた金属溶解および腐食速度が、実施例１に示された方法により、電気化学的に評価された。そして表３にその結果が示される。
【００５５】
【表３】

【００５６】
表２および３の結果は、銅の研磨速度は銅について電気化学的に測定された活性に担当し、ともに錯化剤に対する酸化剤の質量比の増加とともに減少し、一方、タンタル研磨速度および電気化学的溶解は、組成変化により本質的に影響されない、ことを示す。
実施例３
実施例２の表３でみられた傾向は、タンタルおよび窒化タンタルを研磨するのに有用な、第２の化学的機械研磨スラリーを配合する基礎として使用された。いくつかの第２研磨スラリー候補についての銅およびタンタル研磨速度は、下の表４に示される。化学的研磨スラリーに使用されるアルミナは、イリノイ州ＡｕｒｏｒａのＣａｂｏｔＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＭａｔｅｒｉａｌｓＤｉｖｉｓｉｏｎにより販売されるアルミナ分散体ＳＥＭ−ＳＰＥＲＳＥ（登録商標）Ｗ−Ａ３５５から希釈されたフェ−ムドシリカであった。
【００５７】
【表４】

【００５８】
錯化剤に対する酸化剤の比を１０より大きい数値に増加させると、表４に示されるように銅除去速度が有意に減少した。さらに、表４のデータは、酢酸は、十分でない銅錯化剤であるが、銅除去速度を有意に抑制し、一方タンタル除去速度は本質的に影響されないでそのままである。