JP2003507896A - 停止化合物を伴う研磨系及びその使用方法 - Google Patents

停止化合物を伴う研磨系及びその使用方法

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    • C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、第１の金属層及び第２の層を有する多層基体の１又は複数の層を研磨する系を提供する。この系は、（ｉ）液体キャリア、（ｉｉ）少なくとも１種の酸化剤、（ｉｉｉ）系が基体の少なくとも１つの層を研磨する速度を増加させる少なくとも１種の研磨添加剤、（ｉｖ）第１の金属層：第２の層の研磨選択性が少なくとも約３０：１の少なくとも１種の停止化合物、並びに（ｖ）研磨パッド及び／又は研磨材を含み、停止化合物が、アミン、イミン、アミド、イミド及びそれらの混合を含む化合物から選択されるカチオン性の窒素含有化合物である。また本発明は、系を基体の表面に接触させること、及びこの系によって基体の少なくとも一部を研磨することを含む、基体の研磨方法を提供する。更に本発明は、（ａ）系を第１の金属層に接触させること、及び（ｂ）基体から第１の金属層の少なくとも一部が除去されるまで、第１の金属層を系で研磨することを含む、第１の金属層及び第２の層を有する多層基体の１又は複数の層を研磨する方法を提供する。更に本発明は、（ｉ）液体キャリア、（ｉｉ）少なくとも１種の酸化剤、（ｉｉｉ）系が基体の少なくとも１つの層を研磨する速度を増加させる少なくとも１種の研磨添加剤、並びに（ｉｖ）第１の金属層：第２の層の研磨選択性が少なくとも約３０：１の少なくとも１種の停止化合物を含有し、停止化合物が、アミン、イミン、アミド、イミド及びそれらの混合を含む化合物から選択されるカチオン性の窒素含有化合物であり、（ｖ）研磨パッド及び／又は研磨材と共に使用される、第１の金属層及び第２の層を有する多層基体の１又は複数の層を研磨する組成物を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 ［発明の技術的分野］ 本発明は、基体、特に第１の金属層及び第２の層を有する多層基体を研磨する
研磨系、組成物及び方法に関する。
【０００２】 ［発明の背景］ 集積回路は、シリコンウェハーのような基体上の又はその中に作られた何百万
もの活性デバイスでできている。活性デバイスは化学的及び物理的に基体に接続
し、多層相互接続の使用によって相互接続されて機能回路を作っている。典型的
な多層相互接続は、第１の金属層、層間誘電体、並びに場合によっては第３及び
更なる金属層を有する。層間誘電体、例えばドープされている及びドープされて
いない二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）及び／又は低ｋ誘電体を使用して、異なる金属
層を電気的に絶縁している。
【０００３】 異なる相互接続層間の電気的接続は、金属バイアを使用して作っている。例え
ば米国特許第５，７４１，６２６号明細書は、ＴａＮ誘電体層の調製方法を説明
している。更に、米国特許第４，７８９，６４８号明細書は、複数の金属化層及
び絶縁体膜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、相互接続層とウェルに作られたデバイスとの間の電気的接続を
作っている。金属バイア及び接触は、様々な金属及び合金、例えばチタン（Ｔｉ
）、窒化チタン（ＴｉＮ）、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
（以下では「バイア金属」として言及する）で満たすことができる。
【０００４】 バイア金属は一般に付着層（すなわちバリアーフィルム）、例えばチタン（Ｔ
ｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、タ
ングステン（Ｗ）、又は窒化タングステン（ＷＮ）のバリアーフィルムを使用し
て、バイア金属をＳｉＯ２基体に付着させている。接触層では、バリアーフィル
ムが拡散バリアーとして機能して、バイア金属がＳｉＯ２と反応するのを防いで
いる。
【０００５】 半導体製造プロセスでは、金属バイア及び／又は接触を、ブランケット金属堆
積とそれに続く化学機械研磨（ＣＭＰ）工程によって作っている。典型的なプロ
セスでは、相互接続ライン又は半導体基体まで、層間誘電体（ＩＬＤ）を通るバ
イアホールをエッチングする。続いて、ＩＬＤ上にバリアーフィルムを形成し、
エッチングしたバイアホール内にまで入れる。その後バイア金属を、バリアーフ
ィルム上及びバイアホール内にブランケット堆積させる。バイアホールがブラン
ケット堆積金属によって満たされるまで、堆積を継続する。最後に、過剰な金属
を化学機械研磨（ＣＭＰ）によって除去して、金属バイアを作る。バイアの製造
及び／又はＣＭＰ方法は、米国特許第４，６７１，８５１号及び同第４，９４４
，８３６号明細書で開示されている。
【０００６】 典型的なＣＭＰ系は、酸化水性媒体中に懸濁される研磨材、例えばシリカ又は
アルミナを含有している。例えば米国特許第５，２４４，５３４号明細書は、ア
ルミナ、過酸化水素、及び水酸化カリウム又はアンモニウム水酸化物のいずれか
を含有する系を報告している。この系は、下側の絶縁層の除去を少なくして、タ
ングステンを除去するのに有益である。米国特許第５，２０９，８１６号明細書
は、水性媒体中の過塩素酸、過酸化水素及び固体研磨材を含有する系を開示して
いる。これは、アルミニウムを研磨するのに有益である。米国特許第５，３４０
，３７０号明細書は、フェリシアン化カリウム、酢酸カリウム、酢酸及びシリカ
を含有するタングステン研磨系を開示している。米国特許第５，３９１，２５８
号及び同第５，４７６，６０６号明細書は、金属とシリカの組み合わせを研磨す
るための系を開示している。これは、水性媒体、砥粒、及びシリカ除去速度を制
御するアニオンを含有している。米国特許第５，７７０，０９５号明細書は、酸
化剤、化学剤、並びにアミノ酢酸及びアミド硫酸から選択されるエッチング剤を
含有する研磨系を開示している。ＣＭＰの用途で使用される他の研磨系は、米国
特許第４，９５６，３１３号、同第５，１３７，５４４号、同第５，１５７，８
７６号、同第５，３５４，４９０号、及び同第５，５２７，４２３号明細書で説
明されている。
【０００７】 チタン、窒化チタン、及び同様な金属、例えばタングステンのバリアーフィル
ムは、一般に化学的に活性である。従ってそのようなバリアーフィルムの性質は
、バイア金属の化学的性質と同様である。従って単一系を使用して、Ｔｉ／Ｔｉ
Ｎバリアーフィルムとバイア金属との両方を同じ速度で効果的に研磨することが
できる。しかしながらＴａ及びＴａＮバリアーフィルムは、Ｔｉ、ＴｉＮ及び同
様なバリアーフィルムとは有意に異なっている。Ｔｉ及びＴｉＮと比較すると、
Ｔａ及びＴａＮは比較的化学的に不活性である。従ってタンタル層の研磨におい
ては、上述の系はチタン層を研磨する場合と比較してあまり効果的でない（例え
ばタンタル除去速度はチタン除去速度に比べて有意に小さい）。バイア金属及び
バリアー金属は同様に除去速度が大きかったので従来単一の系で研磨されていた
が、従来の研磨系を使用するバイア金属とタンタル及び同様な材料との組み合わ
せの研磨は、望ましくない影響、例えば酸化物エロージョン及びバイア金属ディ
ッシッングをもたらす。
【０００８】 従って、第１の金属層の平坦化効果、均一性及び除去速度を最大化し、且つ第
２の層の平坦化を最少化し、それによって望ましくない効果、例えば第１の金属
層のディッシッング、表面不完全性、及び下側形状への損傷を最少化する様式で
、第１の金属層及び第２の層を有する基体を研磨する系、組成物及び／又は方法
がまだ必要とされている。本発明は、そのような系、組成物及び方法を提供する
。本発明のこれらの及び他の特徴は、本明細書の詳細な説明から明らかになる。
【０００９】 ［発明の概略］ 本発明は、第１の金属層及び第２の層を有する多層基体の１又は複数の層を研
磨する系を提供する。この系は、（ｉ）液体キャリア、（ｉｉ）少なくとも１種
の酸化剤、（ｉｉｉ）系が基体の少なくとも１つの層を研磨する速度を増加させ
る少なくとも１種の研磨添加剤、（ｉｖ）第１の金属層：第２の層の研磨選択性
が少なくとも約３０：１の少なくとも１種の停止化合物、並びに（ｖ）研磨パッ
ド及び／又は研磨材を含み、前記停止化合物は、アミン、イミン、アミド、イミ
ド及びそれらの混合を含む化合物から選択されるカチオン性の窒素含有化合物で
ある。
【００１０】 また本発明は、上述の系を基体の表面に接触させ、そしてそれによって基体の
少なくとも一部を研磨することを含む、基体の研磨方法を提供する。更に本発明
は、第１の金属層及び第２の層を有する多層基体の１又は複数の層を研磨する方
法を提供する。この方法は、（ａ）第１の金属層に研磨系を接触させること、及
び（ｂ）第１の金属層の少なくとも一部が基体から除去されるまで、前記系で第
１の金属層を研磨すること、を含む。
【００１１】 更に本発明は、第１の金属層及び第２の層を有する多層基体の１又は複数の層
を研磨する組成物を提供する。この組成物は、（ｉ）液体キャリア、（ｉｉ）少
なくとも１種の酸化剤、（ｉｉｉ）系が基体の少なくとも１つの層を研磨する速
度を増加させる少なくとも１種の研磨添加剤、（ｉｖ）第１の金属層：第２の層
の研磨選択性が少なくとも約３０：１の少なくとも１種の停止化合物を含有して
、（ｖ）研磨パッド及び／又は研磨材と共に使用される。ここでこの停止化合物
は、アミン、イミン、アミド、イミド及びそれらの混合を含む化合物から選択さ
れるカチオン性の窒素含有化合物である。
【００１２】 ［発明の詳細な説明］ 本発明は、第１の金属層及び第２の層を有する多層基体の１又は複数の層を研
磨する系、組成物及び方法を提供する。この系は、（ｉ）液体キャリア、（ｉｉ
）少なくとも１種の酸化剤、（ｉｉｉ）系が基体の少なくとも１つの層を研磨す
る速度を増加させる少なくとも１種の研磨添加剤、（ｉｖ）第１の金属層：第２
の層の研磨選択性が少なくとも約３０：１の少なくとも１種の停止化合物、並び
に（ｖ）研磨パッド及び／又は研磨材を含み、この停止化合物は、アミン、イミ
ン、アミド、イミド及びそれらの混合を含む化合物から選択されるカチオン性の
窒素含有化合物である。本発明の系の成分（ｉ）、（ｉｉ）、（ｉｉｉ）及び（
ｉｖ）は、成分（ｖ）と共に使用することができる組成物を作る。これらの成分
（ｉ）〜（ｉｖ）は、以下では、まとめて「系の液体部分」として言及する。研
磨材が存在して液体キャリアに懸濁されている場合、研磨材は系の液体部分の一
部を構成する。
【００１３】 本発明の系を使用して、任意の適当な基体、特に多層基体の１又は複数の層を
研磨することができる。好ましくは本発明の系を使用して、第１の金属層、第２
の層、及び随意に１又は複数の追加の層を有する多層基体を研磨する。適当な第
１の金属層としては例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム
銅（Ａｌ−Ｃｕ）、アルミニウムシリコン（Ａｌ−Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、窒
化チタン（ＴｉＮ）、タングステン（Ｗ）、窒化タングステン（ＷＮ）、貴金属
（例えばイリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、
及び白金（Ｐｔ））、及びそれらの組み合わせを挙げることができる。適当な第
２の層としては例えば、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、タンタル（Ｔ
ａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、タングステン（Ｗ）、又は窒化タングステン（
ＷＮ）、酸化物（例えば二酸化ケイ素）、低ｋ材料及び誘電体（例えば多孔質シ
リカ、フッ素ドープしたガラス、炭素ドープしたガラス及び有機ポリマー）、並
びにそれらの組み合わせを挙げることができる。本発明の系は、銅又は銅合金（
すなわち銅と１又は複数の金属との組み合わせ）の第１の金属層、Ｔａ又はＴａ
Ｎの付着層、並びに１又は複数の酸化物層を有する基体を研磨するのに適当であ
る。
【００１４】 液体キャリアは任意の適当なキャリア（例えば溶媒）でよい。適当な液体キャ
リアとしては例えば、水性キャリア（例えば水）及び非水性キャリアを挙げるこ
とができる。好ましくは液体キャリアは水である。
【００１５】 酸化剤は、任意の適当な酸化剤でよい。適当な酸化剤としては例えば、少なく
とも１つのペルオキシ基（−Ｏ−Ｏ−）を有する１又は複数の過酸化化合物を挙
げることができる。適当な過酸化化合物としては例えば、過酸化物（ペルオキシ
ド）、過硫酸塩（例えばモノ過硫酸塩及びジ過硫酸塩）、過炭酸塩、並びにそれ
らの酸及びそれらの塩、並びにそれらの混合を挙げることができる。他の適当な
酸化剤としては例えば、酸化ハロゲン化物（例えば塩素酸塩、臭素酸塩、ヨウ素
酸塩、過塩素酸塩、過臭素酸塩、過ヨウ素酸塩、並びにそれらの酸、及びそれら
の混合等）、過ホウ素酸、過ホウ素酸塩、過炭酸塩、ペルオキシ酸（過酢酸、過
安息香酸、ｍ−クロロ過安息香酸、それらの塩、それらの混合物等）、過マンガ
ン酸塩、クロム酸塩、セリウム化合物、フェリシアン化物（例えばフェリシアン
化カリウム）、それらの混合等を挙げることができる。好ましい酸化剤としては
例えば、過酸化水素、尿素−過酸化水素、過酸化ナトリウム、過酸化ベンジル、
ジ−ｔ−ブチルペルオキシド、過酢酸、一過硫酸、二過硫酸、ヨウ素酸、並びに
それらの塩及びそれらの混合を挙げることができる。
【００１６】 任意の適当な量の酸化剤を、本発明の系で使用することができる。好ましくは
酸化剤は、約０．１〜約３０．０ｗｔ％の量で系の液体部分に存在している。よ
り好ましくは酸化剤は、約０．３〜約１７．０ｗｔ％の量で、系の液体部分に存
在する。最も好ましくは酸化剤は、約０．５〜約１０．０ｗｔ％の量で、系の液
体部分に存在する。
【００１７】 研磨添加剤は、系が基体の少なくとも１つの層を研磨する速度を増加させる任
意の適当な化合物でよい。適当な研磨添加剤としては例えば、銅に結合する化合
物を挙げることができる。好ましくは少なくとも１種の研磨添加剤は、有機研磨
添加剤である。研磨添加剤が、リン含有化合物、窒素含有化合物、硫黄含有化合
物、酸素含有化合物、及びそれらの混合からなる群より選択される少なくとも１
種の化合物であることも好ましい。
【００１８】 研磨添加剤は任意の適当なリン含有化合物でよい。適当なリン含有化合物とし
ては例えば、リン酸塩（例えばピロリン酸塩、トリ−リン酸塩、縮合リン酸塩）
、ホスホン酸（モノ−ホスホン酸、ジ−ホスホン酸、トリ−ホスホン酸、ポリ−
ホスホン酸）、及びホスホン酸の塩を挙げることができる。好ましいリン含有化
合物としては例えば、ピロリン酸塩、ホスホノ酢酸、エチレンジ−ホスホン酸、
１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジ−ホスホン酸、及びそれらの混合を挙げ
ることができる。また好ましいリン含有化合物としては例えば、Ｍｎ ＋１Ｈ３− ｎ ＰＯ４及びＭｍ ＋１Ｈ４−ｍＰ２Ｏ７を挙げることができる。ここでＭ＋１は
カチオン性種（例えばＮａ、Ｋ、Ｃｓ、Ｒｂ、ＮＨ４ ＋）、ｎは１〜３、且つｍ
は０〜４である。更に、好ましいリン含有化合物はＲ−Ｏ−ＰＯ３であり、ここ
でＲは、炭素原子が１〜１８のアルキル、アリール、環及び芳香族からなる群よ
り選択される有機部分である。
【００１９】 研磨添加剤は、任意の適当な窒素含有化合物であってもよい。適当な窒素含有
化合物は例えば、アミン、アミド、アミノ酸、イミン、イミド、イミノ酸、ニト
リル、ニトロ（Ｒ−ＮＯ２）、及びそれらの混合から選択される１又は複数の基
を有する。従って適当な窒素含有化合物は例えば、第１アミン、第２アミン、第
３アミン、アミノアルコール、水酸化アミン、及びそれらの混合から選択される
１又は複数の基を有することができる。
【００２０】 好ましい少なくとも１種の研磨添加剤は、構造ＸＹ−ＮＣＲ１Ｒ２ＣＲ３Ｒ４ Ｎ−Ｘ’Ｙ’を有する。ここでＸ、Ｙ、Ｘ’、Ｙ’、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４ は、水素（Ｈ）原子、ヘテロ原子含有官能基、アルキル基、ヘテロ原子含有アル
キル基、環状基、ヘテロ原子含有環状基、芳香族基、ヘテロ原子含有芳香族基、
及びそれらの組み合わせからなる群より選択される。より好ましくは少なくとも
１種の研磨添加剤は、構造ＸＹ−ＮＣＲ１Ｒ２ＣＲ３Ｒ４Ｎ−Ｘ’Ｙ’を有し、
ここでＸ及びＸ’がＨ原子であり、Ｙ、Ｙ’、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４が水素
（Ｈ）原子、ヘテロ原子含有官能基、アルキル基、ヘテロ原子含有アルキル基、
環状基、ヘテロ原子含有環状基、芳香族基、ヘテロ原子含有芳香族基、及びそれ
らの組み合わせからなる群より選択される。更により好ましくは、少なくとも１
種の研磨添加剤は、構造ＸＹ−ＮＣＲ１Ｒ２ＣＲ３Ｒ４Ｎ−Ｘ’Ｙ’を有し、こ
こでＸ、Ｙ、Ｘ’及びＹ’がＨ原子であり、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４が水素（
Ｈ）原子、ヘテロ原子含有官能基、アルキル基、ヘテロ原子含有アルキル基、環
状基、ヘテロ原子含有環状基、芳香族基、ヘテロ原子含有芳香族基、及びそれら
の組み合わせからなる群より選択される。これに関して、第１アミン基からなる
窒素含有化合物は、単独の又は第１アミン基と組み合わせた第２アミン基及び／
又は第３アミン基を含む窒素含有化合物よりも好ましい。更に、少なくとも１種
の研磨添加剤が上述のような構造を有して、この構造が、約４若しくはそれより
も多数（例えば約１０若しくはそれよりも多数、約１５若しくはそれよりも多数
、約２０若しくはそれよりも多数、約３０若しくはそれよりも多数、約４０若し
くはそれよりも多数、又は約５０若しくはそれよりも多数）の同様でない、同様
な又は同一の結合した構造を有するポリマーであることは適当である。最も好ま
しくは、窒素含有化合物は、ポリエチレンイミン、１，３−ジアミノ−２−プロ
パノール、イミノ−ジ−酢酸、２−アミノ−１−ブタノール、エチレンジアミン
、アミノエチルエタノールアミン、２，２’−アミノエトキシ−エタノールｓ、
及びそれらの混合物からなる群より選択される。
【００２１】 「ヘテロ原子」とは本明細書の記載において、炭素及び水素原子以外の任意の
原子に言及している。適当なヘテロ原子含有官能基としては例えば、ヒドロキシ
ル基、カルボキシル酸基、エステル基、ケトン基、アミノ基（第１、第２、及び
第３アミノ基）、アミド基、イミド基、チオールエステル基、チオエーテル基、
ニトリル基、ニトロ基、ハロゲン基、及びそれらの組み合わせを挙げることがで
きる。「アルキル基」とは本明細書の記載において、任意の適当なアルキル基（
例えばＣ１〜Ｃ３０のアルキル基、Ｃ１〜Ｃ２４のアルキル基、Ｃ１〜Ｃ１８の
アルキル基、Ｃ１〜Ｃ１２のアルキル基、又はＣ１〜Ｃ６のアルキル基）、例え
ば直鎖の、枝分かれした、環状の、飽和又は不飽和の、芳香族又はヘテロ芳香族
のアルキル基を示している。「環状基」とは本明細書の記載において、任意の適
当な環状基（例えばＣ４〜Ｃ２０の環状基のような４〜２０員環の環状基）を示
している。
【００２２】 研磨添加剤は任意の適当な硫黄含有化合物であってよい。適当な硫黄含有化合
物としては例えば、チオール、チオエステル、チオエーテル、（Ｒ’Ｃ）（Ｏ）
（ＳＲ”）カルボチオール酸、（ＲＣ）（Ｏ）（ＳＨ）カルボチオン酸、（ＲＣ
Ｓ）（ＯＨ）チオカルボキシル酸、スルホン酸、チオサリチル酸、それらの塩、
及びそれらの混合を挙げることができ、ここでＲ，Ｒ’及びＲ”は、１〜１８の
炭素原子を有するアルキル、アリール、環状及び芳香族基からなる群より選択さ
れる。好ましい硫黄含有化合物としては例えば、チオジ酢酸、チオサリチル酸及
びそれらの混合を挙げることができる。
【００２３】 研磨添加剤は、任意の適当な酸素含有化合物でよい。適当な酸素含有化合物と
しては例えば、ヒドロキシル酸塩、カルボニル酸塩、カルボキシル酸塩、及びそ
れらの酸を挙げることができる。適当なカルボキシル酸としては例えば、二カル
ボキシル酸、トリカルボキシル酸、及びポリカルボキシル酸を挙げることができ
る。好ましい酸素含有化合物としては例えば、マロン酸、シュウ酸、クエン酸、
酒石酸、コハク酸、リンゴ酸、アジピン酸、それらの塩及びそれらの混合を挙げ
ることができる。
【００２４】 また適当な研磨添加剤としては、（ｉ）リン及び窒素の両方を含有する化合物
、（ｉｉ）リン及び硫黄の両方を含有する化合物、（ｉｉｉ）窒素及び硫黄の両
方を含有する化合物、並びに（ｉｖ）リン、窒素及び硫黄を含有する化合物から
なる群より選択される１又は複数の化合物を挙げることができる。好ましい研磨
添加剤としては例えば、２−アミノエチルホスホン酸、アミノ（トリメチレンホ
スホン酸）、ジエチレントリアミンペンタ（メチレン−ホスホン酸）、ヘキサメ
チレンジアミン−テトラ（メチレンホスホン酸）、及びそれらの混合からなる群
より選択される化合物を挙げることができる。更に、好ましい研磨添加剤として
は例えば、第１、第２及び／又は第３アミンを含有するホスホン酸化合物、例え
ばＮ−（ホスホノメチル）イミノジ酢酸、２−アミノエチル二水素ホスフェート
、２−アミノエチルホスホン酸、２−アミノエチルホスホン酸、アミノトリ（メ
チレンホスホン酸）（すなわちＤｅｑｕｅｓｔ（商標）２０００製品）、１−ヒ
ドロキシエチリデン−１，１−ジ−ホスホン酸（すなわちＤｅｑｕｅｓｔ（商標
）２０１０製品）、及びジエチレントリ−アミンペンタ（メチレンホスホン酸）
（すなわちＤｅｑｕｅｓｔ（商標）２０６０製品）を挙げることができる。
【００２５】 研磨添加剤は、本発明の系に任意の適当な濃度で存在していてよい。好ましく
は研磨添加剤は、約０．０５〜１０．０ｗｔ％の量で系の液体部分に存在してい
る。より好ましくは、研磨添加剤は約０．３〜５．０ｗｔ％の量で系の液体部分
に存在している。
【００２６】 停止化合物は、多層基体の１又は複数の層の少なくとも一部を系が研磨する能
力を抑制する任意の適当な化合物でよい。適当な停止化合物は、上述のように、
第１の金属層、第２の層、及び／又は多層基体の１又は複数の追加の層に作用（
例えば付着）し、本発明の系による１又は複数の層の除去を少なくとも部分的に
抑制する。好ましくは停止化合物は、上述のように、多層基体の第２の層に作用
（例えば付着）し、系による第２の層の除去を少なくとも部分的に抑制する。「
少なくとも部分的に抑制」とは、本明細書の記載において、系による第１の金属
層：第２の層（例えばＣｕ：Ｔａ／ＴａＮ）の研磨選択性が、少なくとも約１０
：１、好ましくは少なくとも約３０：１、より好ましくは少なくとも約５０：１
、最も好ましくは少なくとも約１００：１であることを意味している。
【００２７】 停止化合物は、アミン、イミン、アミド、イミド、それらのポリマー、及びそ
れらの混合からなる化合物の群より選択される任意の適当なカチオン性の窒素含
有化合物でよい。また適当な停止化合物としては例えば、アミン、イミン、アミ
ド、イミド、それらのポリマー、及びそれらの混合を含む化合物の群より選択さ
れるカチオン性の窒素含有化合物であって、硫黄含有化合物又はアゾール化合物
でないものを挙げることができる。本明細書の記載において「カチオン性」とい
う用語は、系の液体部分中の停止化合物の一部（例えば約５．０％又はそれより
も多く、約１０．０％又はそれよりも多く、約１５．０％又はそれよりも多く、
又は約２０．０％又はそれよりも多く）が、本発明の系を使用するｐＨにおいて
カチオンであることを意味している。好ましくは停止化合物のｐＫａ値は、系の
液体部分の使用ｐＨよりも１単位大きく、又はそれよりも大きい。例えばｐＨが
６．５の系では、好ましい停止化合物のｐＫａ値は約７．５又はそれよりも大き
い。また好ましい停止化合物は、基体層の第２の層の表面と反対に帯電している
。適当な停止化合物としては例えば、第１アミン、第２アミン、第３アミン、第
４アミン（すなわち第４アンモニウム塩）、エーテルアミン、オリゴマーアミン
、オリゴマーイミン、オリゴマーアミド、オリゴマーイミド、、ポリマーアミン
、ポリマーイミン、ポリマーアミド、ポリマーイミド、又はそれらの混合を挙げ
ることができる。更に、適当な停止化合物としては例えば、アミノ酸、アミノア
ルコール、アミノエーテルアルコール、又はそれらの混合物を挙げることができ
る。また好ましい停止化合物としては例えば、ポリエーテルアミン、ポリエチレ
ンイミン、Ｎ４−アミン（Ｎ，Ｎ’−ビス−［３−アミノプロピル］エチレンジ
アミン）、４，７，１０−トリオキサトリデカン−１，１３−ジアミン、３，３
−ジメチル−４，４−ジアミノジシクロ−ヘキシルメタン、２−フェニルエチル
アミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルジ−プロピレントリアミン、３−［２−メトキシエト
キシ］プロピルアミン、ジメチルアミノプロピル−アミン、１，４−ビス（３−
アミノプロピル）ピペラジン、及びそれらの混合を挙げることができる。更に好
ましい停止化合物としては例えば、イソホロンジアミン、ヘキサメチレンジアミ
ン、シクロヘキシル−１，３−プロパンジアミン、チオアミン（ｔｈｉｏｍｉｃ
ａｍｉｎｅ）、（アミノプロピル）−１，３−プロパンジアミン、テトラエチレ
ン−ペンタアミン、テトラメチルブタンジアミン、プロピルアミン、ジアミノプ
ロパノール、アミノブタノール、（２−アミノエトキシ）エタノール、又はそれ
らの混合を挙げることができる。
【００２８】 本発明の系は、少なくとも一種の研磨添加剤と少なくとも一種の停止化合物の
任意の適当な組み合わせを含むことができる。例えば系は、ポリエチレンイミン
と、カルボキシル酸（好ましくはジ−、トリ−又はポリ−カルボキシル酸）、リ
ン酸塩（好ましくはピロリン酸塩、トリ−リン酸塩、又は縮合リン酸塩）、それ
らの酸、及びホスホン酸（好ましくはジ−、トリ−又はポリ−ホスホン酸）から
なる群より選択される少なくとも１種の研磨添加剤とを含むことができる。また
系は、カルボキシル酸（好ましくはジ−、トリ−又はポリ−カルボキシル酸）、
リン酸塩（好ましくはピロリン酸塩、トリ−リン酸塩、又は縮合リン酸塩）、そ
れらの酸、及びホスホン酸（好ましくはジ−、トリ−又はポリ−ホスホン酸）か
らなる群より選択される少なくとも１種の研磨添加剤と、２若しくはそれよりも
多数、３若しくはそれよりも多数、４若しくはそれよりも多数、５若しくはそれ
よりも多数、又は６若しくはそれよりも多数の窒素原子を有する少なくとも１種
の停止化合物（例えば２若しくはそれよりも多数のアミン基を有する少なくとも
１種の停止化合物、２若しくはそれよりも多数の第１アミン基を有する少なくと
も１種の停止化合物、２若しくはそれよりも多数のアミノ基及び４若しくはそれ
よりも多数の炭素原子を有する少なくとも１種の停止化合物、又は３若しくはそ
れよりも多数の炭素原子を有する２若しくはそれよりも多数の第１アミン基を有
する少なくとも１種の停止化合物）とを含むことができる。更に系は、カルボキ
シル酸（好ましくはジ−、トリ−又はポリ−カルボキシル酸）、リン酸塩（好ま
しくはピロリン酸塩、トリ−リン酸塩、又は縮合リン酸塩）、それらの酸、及び
ホスホン酸（好ましくはジ−、トリ−又はポリ−ホスホン酸）からなる群より選
択される少なくとも１種の研磨添加剤と、構造ＮＲ１Ｒ２Ｒ３Ｒ４を有する第４
アンモニウム塩を含むことができる。ここでＲ１及びＲ２はメチル基であり、且
つＲ３及びＲ４は水素（Ｈ）原子、ヘテロ原子含有官能基、アルキル基、ヘテロ
原子含有アルキル基、環状基、ヘテロ原子含有環状基、芳香族基、ヘテロ原子含
有芳香族基、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される。更に系は、カ
ルボキシル酸（好ましくはジ−、トリ−又はポリ−カルボキシル酸）、リン酸塩
酸（好ましくはピロリン酸塩、トリ−リン酸塩、又は縮合リン酸塩）、それらの
酸、及びホスホン酸（好ましくはジ−、トリ−又はポリ−ホスホン酸）と、アミ
ノプロピル基を有する少なくとも１種の停止化合物及び／又は分子量（ＭＷ）が
約８０又はそれよりも大きい（例えばＭＷが約１００又はそれよりも大きい、Ｍ
Ｗが約２５０又はそれよりも大きい）少なくとも１種の停止化合物とを含むこと
ができる。更に系は、ペルオキシド、アミノトリ（メチレンホスホン酸）、及び
１，４−ビス（３−アミノプロピル）ピペラジン、並びに随意に１又は複数の５
〜６員ヘテロ窒素含有環を有する少なくとも１種の不動態フィルム形成剤を含む
ことができる。また系は、ペルオキシド、酒石酸、及びポリエチレンイミン、並
びに随意に１又は複数の５〜６員ヘテロ窒素含有環を有する少なくとも１種の不
動態フィルム形成剤を含むことができる。
【００２９】 停止化合物は、本発明の系に任意の適当な濃度で存在していてよい。例えば停
止化合物は、系の液体部分に約５．０ｗｔ％又はそれ未満（例えば約０．００１
〜５．０ｗｔ％）の濃度で存在することが適当である。好ましくは停止化合物は
、系の液体部分に、約３．０ｗｔ％又はそれ未満（例えば約０．０５〜約３．０
ｗｔ％）の濃度で存在する。
【００３０】 本発明の系は、任意の研磨パッド及び／又は研磨材を含むことができる。例え
ば本発明の系は研磨パッド（例えば研磨性のパッド又は非研磨性のパッド）及び
／又は系の液体キャリア（例えば水）中に懸濁されて系の液体部分の一部となっ
た研磨材を含むことが適当である。更に本発明の系が研磨パッド（例えば研磨性
のパッド又は非研磨性のパッド）を含み、系の液体キャリア中に研磨材が懸濁さ
れていないことが適当である。
【００３１】 研磨パッドは、任意の適当な研磨性の又は非研磨性のパッドでよい。適当な研
磨パッドは例えば、米国特許第５，８４９，０５１号及び同第５，８４９，０５
２号明細書で説明されている。適当な研磨パッドとしては例えば、織物の又は不
織の研磨パッドを挙げることができる。更に適当な研磨パッドは、様々な密度、
堅さ、厚さ、圧縮性、圧縮に対する戻り性、及び圧縮弾性の任意の適当なポリマ
ーを含むことができる。適当なポリマーとしては例えば、ポリ塩化ビニル、ポリ
フッ素化ビニル、ナイロン、フルオロカーボン、ポリカーボネート、ポリエステ
ル、ポリアクリレート、ポリエーテル、ポリエチレン、ポリアミド、ポリウレタ
ン、ポリスチレン、ポリプロピレン、及びそれらの共生成物、並びにそれらの混
合を挙げることができる。系の研磨パッド上又はその中に完全に又は部分的に研
磨材を固定する（例えば埋め込む）場合、そのような研磨パッドへの固定は、任
意の適当な様式で行うことができる。
【００３２】 適当な研磨材としては例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、ゲ
ルマニア、セリア、及びそれらの共生成物、並びにそれら混合のような金属酸化
物研磨材を挙げることができる。研磨材はフュームド生成物であってよい。好ま
しくは系の研磨材は、アルミナ（例えばフュームドアルミナ）及び／又はシリカ
（例えばフュームドシリカ）である。
【００３３】 上述のような研磨材は、系の研磨パッド上又はその中に完全に又は部分的に固
定することができる。更に研磨材は、任意の適当な量で系の液体部分中に存在し
ていてよい。好ましくは研磨材は、系の液体部分に約０．１〜３０．０ｗｔ％の
量で存在する。より好ましくは研磨材は、系の液体部分に約０．５〜６．０ｗｔ
％の量で存在する。
【００３４】 本発明の系は更に、系の性能を改良又は促進する１又は複数の追加の添加剤を
含有することができる。適当な追加の添加剤としは例えば、不動態フィルム形成
添加剤、基体の少なくとも１つの層の研磨速度を低下させるポリマー化合物、分
散剤、界面活性剤、安定化剤、ｐＨ調節剤、調節剤、緩衝剤、及び／又は金属及
び酸化物の研磨を促進及び／又は制御する他の添加剤を挙げることができる。そ
のような追加の添加剤は、当業者に既知である。
【００３５】 適当な不動態フィルム形成剤としては例えば、金属層及び／又は金属酸化物層
において不動態フィルム（すなわち溶解抑制層）の形成を促進することができる
任意の化合物又は化合物の混合を挙げることができる。適当な不動態フィルム形
成剤としては例えば、窒素含有ヘテロ環化合物を挙げることができる。好ましく
は、不動態フィルム形成剤は、１又は複数の５〜６員ヘテロ窒素含有環を含む。
より好ましくは、不動態フィルム形成剤は、１，２，３−トリアゾール、１，２
，４−トリアゾール、ベンゾトリアゾール、ベンズイミダゾール、ベンゾチアゾ
ール及びそれらの誘導体、例えばそれらのヒドロキシ−、アミノ−、イミノ−、
カルボキシ−、メルカプト−、ニトロ−及び尿素−、チオ尿素−、又はアルキル
−置換誘導体からなる群より選択される。最も好ましくは不動態フィルム形成剤
は、ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）、１，２，３−トリアゾール、１，２，４−
トリアゾール、及びそれらの混合からなる群より選択される。
【００３６】 不動態フィルム形成剤は、本発明の系に任意の適当な濃度で存在していてよい
。好ましくは不動態フィルム形成剤は、本発明の系の液体部分に、約０．００５
〜１．０ｗｔ％の量で存在している。好ましくは不動態フィルム形成剤は、系の
液体部分に、約０．０１〜０．２ｗｔ％の量で存在している。
【００３７】 本発明の系は更に、アンモニア源（例えばアンモニア又はアンモニウム塩）を
含有することができる。アンモニア及び／又はアンモニウム塩は、系の１又は複
数の成分（例えば研磨添加剤）と作用することによって、系の除去速度及び／又
は除去選択性（例えばＣｕ：Ｔａの除去選択性）を促進する。好ましくは本発明
の系は、アンモニア及び／又はアンモニウム塩と、１又は複数の研磨添加剤を含
有する。好ましくは系は、アンモニア源と、カルボキシル酸（好ましくはジ−、
トリ−又はポリ−カルボキシル酸）、リン酸塩（好ましくはピロリン酸塩、トリ
−リン酸塩、又は縮合リン酸塩）、それらの酸、及びホスホン酸（好ましくはジ
−、トリ−又はポリ−ホスホン酸）からなる群より選択される少なくとも１種の
研磨添加剤を含有する。例えば系は、アミノトリ（メチレン−ホスホン酸）と、
アンモニア源（例えばアンモニア及び／又はアンモニウム塩）を含有することが
できる。
【００３８】 適当なポリマー化合物としては例えば、基体に結合した少なくとも１つの層の
研磨速度を減少させる任意の適当なポリマー化合物を挙げることができる。好ま
しくは系は、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオ
キシド、スルホン酸ポリマー、スルホン酸塩ポリマー、又はそれらの混合を含む
少なくとも１種のポリマー化合物を含有する。
【００３９】 適当な界面活性剤としては例えば、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活
性剤、非イオン性界面活性剤、両性界面活性剤、フッ素化界面活性剤、それらの
混合等を挙げることができる。適当なｐＨ調整剤、調節剤又は緩衝剤としては例
えば、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、硫酸、塩酸、硝酸、ホスホン酸、ク
エン酸、リン酸カリウム、それらの混合等を挙げることができる。
【００４０】 また本発明は、本明細書で示される系で基体を研磨する方法を提供する。更に
本発明は、系で上述のような多層基体を研磨する方法を提供する。本発明の系は
、比較的大きい速度で基体（例えば多層基体）を研磨すること、例えば比較的大
きい速度で基体の第１の金属層、第２の層、及び／又は１又は複数の追加の層を
除去することができる。
【００４１】 研磨パッドの使用を包含する任意の適当な技術によって、本発明の系で基体を
処理することができる。好ましくは系を基体表面に適用し、基体の１又は複数の
層の少なくとも一部が除去されるようにして研磨する。より好ましくは、第１の
金属層及び第２の層を有する多層基体の第１の金属層に系を適用し、そして第１
の金属層の少なくとも一部が基体から除去されるまで、系で第１の金属層を研磨
する。第２の研磨系、組成物及び／又はスラリーを続く研磨工程で使用して、多
層基体の第２の層、誘電体層、及び／又は１又は複数の追加の層の少なくとも一
部を除去する。好ましくは第２の研磨系は、多層基体の第２の層（例えばＴａ又
はＴａＮ）に対する研磨選択性が、基体の第１の金属層（例えばＣｕ）に対する
研磨選択性よりも大きい。更に、一連の研磨工程の一部又は全ての後で清浄化組
成物を使用して、研磨された基体の断片、及び／又は研磨系、組成物及び／又は
スラリーの断片を除去することができる。
【００４２】 系の液体部分を、例えばバッチ又は連続プロセスで、研磨パッド又は基体の表
面に供給する前に配合することは適当である。また２又はそれよりも多くの別個
の供給源から系の液体部分の複数の成分を供給し、これらの成分が研磨パッドの
表面又は基体の表面において出合うようにすることによって、研磨パッドの表面
又は基体の表面で、系の液体部分を配合（例えば混合）することも適当である。
これに関して、系の液体部分の成分を研磨パッド又は基体の表面に供給する流量
（すなわち系の特定の成分の供給量）を、研磨プロセスの前に及び／又は研磨プ
ロセスの間に変化させ、それによって系の研磨選択性及び／又は粘度を変化させ
ることができる。更に、系の液体部分の特定の成分を別個の供給源から供給して
、研磨パッドの表面又は基体の表面への供給の前に、異なるｐＨ値、実質的に同
じｐＨ値又は等しいｐＨ値を有するようにすることが適当である。また、特定の
成分を２又はそれよりも多くの別個の供給源から供給して、研磨パッドの表面又
は基体の表面に達する前に、それぞれ独立にろ過し又は組み合わせてろ過するこ
とも適当である。
【００４３】 例 以下の例は、本発明を更に説明するものであるが、本発明の範囲をいかように
も限定するものではないことを理解すべきである。
【００４４】 以下の全ての例において言及されているタンタルウェハー及び以下の例のうち
の１つ（すなわち例４）を除いて言及されている銅ウェハーは、それぞれタンタ
ルブランケットフィルム及び銅ブランケットフィルムであった。以下の全ての例
において言及されている二酸化ケイ素ウェハーは、厚さ約９，０００Åのブラン
ケットフィルムであった。全てのブランケットフィルムは、シリコン基体に体積
させたものである。
【００４５】 以下の例における銅、タンタル及び二酸化ケイ素ウェハー（以下ではまとめて
「試験ウェハー」として言及する）は、それぞれＩＰＥＣ４７２研磨装置で研磨
した。以下の例のうちの１つ（すなわち例４）を除く全ての例で使用されている
研磨パッドは、Ｒｏｄｅｌ（商標）ＳＵＢＡ ＩＶパッドに重ねられたＲｏｄｅ
ｌ（商標）ＩＣ１０００研磨パッドであった。例４で使用した研磨パッドは、Ｒ
ｏｄｅｌ（商標）ＩＣ１０００研磨パッドであり、Ｒｏｄｅｌ（商標）ＳＵＢＡ
ＩＶパッドに重ねられていないものであった。以下の例のうちの１つ（すなわ
ち例４）を除く全ての例の試験ウェハーは、約２０ｋＰａ（３ｐｓｉ）の押しつ
け力、０ｋＰａ（０ｐｓｉ）の背圧、５０ｒｐｍの定盤速度、及び３０ｒｐｍの
ウェハーホルダー速度を使用して研磨した。例４の試験ウェハーは、約２０ｋＰ
ａ（３ｐｓｉ）の押しつけ力、約１４ｋＰａ（２ｐｓｉ）の背圧、５５ｒｐｍの
定盤速度、及び３０ｒｐｍのウェハーホルダー速度を使用して研磨した。
【００４６】 ウェハー除去速度は、Ｔｅｎｃｏｒ Ｓｕｒｆｓｃａｎ（商標）ＵＶ１０５０
装置及びＴｅｎｃｏｒＲＳ−７５を使用して、研磨の前後でそれぞれの試験ウェ
ハーの厚さを直接に測定することによってを決定した。
【００４７】 以下の例のうちの１つ（すなわち例３）を除く全ての例の系は、特に示さない
場合は水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）で目標ｐＨに調節した。
【００４８】 例１ この例は、本発明の系によって達成可能な多層基体の研磨選択性が、系の研磨
添加剤及び停止化合物の種類及び存在によって影響を受けることを示している。
【００４９】 銅ウェハー、タンタルウェハー及び二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）ウェハーを、以
下の成分を含有する８つの異なる研磨系（系１Ａ〜１Ｇとする）でそれぞれ研磨
した：３ｗｔ％のアルミナ（具体的にはＣａｂｏｔ社のＳｅｍｉ−Ｓｐｅｒｓｅ
（商標）Ｗ−Ａ３５５製品）、２．５ｗｔ％の酸化剤（具体的にはＨ２Ｏ２）、
様々な濃度の研磨添加剤（具体的には１．２５ｗｔ％の酒石酸、０．５ｗｔ％の
１−ジ−ホスホン酸（すなわちＤｅｑｕｅｓｔ（商標）２０１０製品）、０．７
５ｗｔ％のアミノトリ（メチレンホスホン酸）（すなわちＤｅｑｕｅｓｔ（商標
）２０００製品）、０．８ｗｔ％のＤｅｑｕｅｓｔ（商標）２０１０製品、又は
２．５ｗｔ％のＤｅｑｕｅｓｔ（商標）２０００製品）、並びに様々な濃度の停
止化合物（具体的には０．２５ｗｔ％の、２５％のエチレンイミンポリマーを含
有するＬｕｐａｓｏｌ（商標）ＳＫＡ（すなわち０．０６ｗｔ％のポリエチレン
イミン）、０．１ｗｔ％のジシアノイミダゾール、０．５ｗｔ％のＬｕｐａｓｏ
ｌ ＳＫＡ（すなわち０．１２ｗｔ％のポリエチレンイミン）、０．５ｗｔ％の
ポリアクリルアミド、又は０．５ｗｔ％の１，４−ビス（３−アミノプロピル）
ピペラジン、又は０．５ｗｔ％の、セチルトリメチル塩化アンモニウムを含有す
るＶａｒｉｓｏｆｔ（商標）３００）。ここで、それぞれの系は、ｐＨが５（系
１Ｅ）又はｐＨが７．７（系１Ａ〜Ｄ、１Ｆ〜１Ｇ）であった。更に系１Ｃは、
０．００５ｗｔ％の界面活性剤（具体的にはＴｒｉｔｏｎ ＤＦ−１６）を含有
していた。
【００５０】 比較のために、試験ウェハーを、以下の成分を含有する標準対照系（「標準対
照」）でも研磨した：３ｗｔ％のアルミナ（具体的にはＣａｂｏｔ社のＳｅｍｉ
−Ｓｐｅｒｓｅ（商標）Ｗ−Ａ３５５製品）及び２．５ｗｔ％の酸化剤（具体的
にはＨ２Ｏ２）。ここでこの標準対照系のｐＨは７．７であった。更に、比較の
ために、以下の（ｉ）及び（ｉｉ）の比較系でも試験ウェハーを研磨した：（ｉ
）３ｗｔ％のアルミナ（具体的にはＣａｂｏｔ社のＳｅｍｉ−Ｓｐｅｒｓｅ（商
標）Ｗ−Ａ３５５製品）、２．５ｗｔ％の酸化剤（具体的にはＨ２Ｏ２）及び１
．２５ｗｔ％の研磨添加剤（具体的には酒石酸）を伴う比較研磨系（「比較１」
）、並びに（ｉｉ）３ｗｔ％のアルミナ（具体的にはＣａｂｏｔ社のＳｅｍｉ−
Ｓｐｅｒｓｅ（商標）Ｗ−Ａ３５５製品）、２．５ｗｔ％の酸化剤（具体的には
Ｈ２Ｏ２）及び１ｗｔ％の研磨添加剤（具体的にはＤｅｑｕｅｓｔ（商標）２０
１０製品）を伴う比較研磨系（「比較２」）。ここでそれぞれの比較系のｐＨは
７．７であった。
【００５１】 系の使用の後で、それぞれの系による銅、タンタル及びＳｉＯ２の除去速度（
ＲＲ）、並びに銅のタンタルに対する相対的な除去速度（「Ｃｕ：Ｔａ」）を測
定した。試験結果のデータは表１に示している。
【００５２】
【表１】
【００５３】 表１に挙げたデータから明らかなように、研磨添加剤及び停止化合物を含有す
る系（系１Ａ〜１Ｇ）によって示される銅の除去とタンタルの除去との比（すな
わちＣｕ：Ｔａ除去選択性）は、標準対照研磨系と比較２の研磨系の両方のＣｕ
：Ｔａ除去選択性よりも大きく、また比較１の系のＣｕ：Ｔａ除去選択性と同様
又はそれよりも大きかった。更に、研磨添加剤及び停止化合物を含有す研磨系（
系１Ａ〜１Ｇ）によって示されるＳｉＯ２除去速度は、比較１の研磨系によって
示されるＳｉＯ２の除去速度と同様又はそれよりも小さかった。
【００５４】 これらの結果は、本発明の系に含まれる研磨添加剤及び停止化合物の組み合わ
せの重要性、並びに特定の停止化合物と組み合わせた特定の研磨添加剤の、本発
明の系及び方法によって達成可能な研磨速度及び選択性への影響を示している。
【００５５】 例２ この例では、本発明の系によって達成可能な多層基体の研磨選択性が、系の研
磨添加剤及び停止化合物の存在及び種類に依存していることを示す。
【００５６】 銅ウェハー、タンタルウェハー、及び二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）ウェハーを、
以下の成分を含む３つの異なる研磨系（系２Ａ〜２Ｃとする）でそれぞれ研磨し
た：５ｗｔ％のシリカ（具体的にはＣａｂｏｔ社のＣａｂ−Ｏ−Ｓｐｅｒｓｅ（
商標）ＳＣ−Ｅ製品）、２．５ｗｔ％の酸化剤（具体的にはＨ２Ｏ２）、様々な
濃度の研磨添加剤（具体的には０．８ｗｔ％の１−ジ−ホスホン酸（すなわちＤ
ｅｑｕｅｓｔ（商標）２０１０製品）、０．７５ｗｔ％のアミノトリ（メチレン
ホスホン酸）（すなわちＤｅｑｕｅｓｔ（商標）２０００製品）、又は０．７５
ｗｔ％のジエチレントリアミンペンタ（メチレンホスホン酸）（すなわちＤｅｑ
ｕｅｓｔ（商標）２０６０製品））、並びに０．５ｗｔ％の停止化合物（具体的
には０．５ｗｔ％の、２５％のエチレンイミンポリマーを含有するＬｕｐａｓｏ
ｌ（商標）ＳＫＡ（すなわち０．１２ｗｔ％のポリエチレンイミン））。ここで
、それぞれの系は、ｐＨが７．７であった。比較のために、試験ウェハーを、以
下の成分を含有する標準対照系（「標準対照」）でも研磨した：５ｗｔ％のシリ
カ（具体的にはＣａｂｏｔ社のＣａｂ−Ｏ−Ｓｐｅｒｓｅ（商標）ＳＣ−Ｅ製品
）及び２．５ｗｔ％の酸化剤（具体的にはＨ２Ｏ２）。ここでこの標準対照系の
ｐＨは８であった。系の使用の後で、それぞれの系による銅、タンタル及びＳｉ
Ｏ２の除去速度（ＲＲ）、並びに銅のタンタルに対する相対的な除去速度（「Ｃ
ｕ：Ｔａ」）を測定した。試験結果のデータは表２に示している。
【００５７】
【表２】
【００５８】 表２に挙げたデータから明らかなように、研磨添加剤及び停止化合物を含有す
る系（系２Ａ〜２Ｃ）によって示される銅の除去とタンタルの除去との比（すな
わちＣｕ：Ｔａ除去選択性）は、研磨添加剤及び停止化合物を含有していない標
準対照系のＣｕ：Ｔａ除去選択性よりも大きかった。更に、停止化合物及びＤｅ
ｑｕｅｓｔ（商標）２０６０製品を含有する系（系２Ｃ）の銅除去速度及びＣｕ
：Ｔａ除去選択性は、停止化合物及びＤｅｑｕｅｓｔ（商標）２０００製品を含
有する系（系２Ｂ）の銅除去速度及びＣｕ：Ｔａ除去選択性よりも大きかった。
またこの系２Ｂの銅除去速度及びＣｕ：Ｔａ除去選択性は、停止化合物及びＤｅ
ｑｕｅｓｔ（商標）２０１０製品を含有する系（系２Ａ）の銅除去速度及びＣｕ
：Ｔａ除去選択性よりも大きかった。更に研磨添加剤及び停止化合物を含有する
系（系２Ａ〜２Ｃ）によって示されるＳｉＯ２除去速度は、研磨添加剤及び停止
化合物を含有しない標準対照系のＳｉＯ２の除去速度よりも大きかった。
【００５９】 これらの結果は、本発明の系に含まれる研磨添加剤及び停止化合物の組み合わ
せの重要性、並びに停止化合物と組み合わせた特定の研磨添加剤の、本発明の方
法によって達成可能な研磨速度及び選択性への影響を示している。
【００６０】 例３ この例では、本発明の系によって達成可能な多層基体の研磨選択性が、系の停
止化合物の種類に依存していることを示す。
【００６１】 銅ウェハー、タンタルウェハー、及び二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）ウェハーを、
以下の成分を含む１４の異なる研磨組成物でそれぞれ研磨した：３ｗｔ％のアル
ミナ（具体的にはＣａｂｏｔ社のＳｅｍｉ−Ｓｐｅｒｓｅ（商標）Ｗ−Ａ３５５
製品）、２．５ｗｔ％の酸化剤（具体的にはＨ２Ｏ２）、１ｗｔ％研磨添加剤（
具体的にはシュウ酸アンモニウム（（ＮＨ４）２Ｃ２Ｏ４））、及び様々な濃度
の停止化合物（具体的には０．２ｗｔ％のイソホロンジアミン、０．２ｗｔ％の
ヘキサメチレンジアミン、０．２ｗｔ％のＮ−シクロヘキシル−１，３−プロパ
ンジアミン、０．２ｗｔ％のＮ−（３−アミノプロピル）−１，３−プロパンジ
アミン、０．２ｗｔ％のテトラエチレンペンタアミン、０．２ｗｔ％のＮ，Ｎ，
Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−１，４−ブタンジアミン、０．５ｗｔ％のプロピル
アミン、０．２ｗｔ％の２−（２−アミノエトキシ）エタノール、２．０ｗｔ％
の１，３−ジアミノ−２−プロパノール、１．０ｗｔ％のチオアミン、３．０ｗ
ｔ％の２−アミノ−１−ブタノール、０．２ｗｔ％の４，７，１０−トリオキサ
−１，１３−トリデカンジアミン、０．２ｗｔ％のリシン、０．２ｗｔ％のポリ
［ビス（２−クロロエーテル）−アルト−１，３−ビス（３−ジメチルアミノ）
プロピル］）。ここで、それぞれの系はｐＨが７．６であった。比較のために、
試験ウェハーを、以下の成分を含有する標準対照系（「標準対照」）によっても
研磨した：３ｗｔ％のアルミナ（具体的にはＣａｂｏｔ社のＳｅｍｉ−Ｓｐｅｒ
ｓｅ（商標）Ｗ−Ａ３５５製品）、２．５ｗｔ％の酸化剤（具体的にはＨ２Ｏ２ ）、及び１ｗｔ％の研磨添加剤（具体的にはシュウ酸アンモニウム（ＮＨ４）２ Ｃ２Ｏ４）。ここでこの標準対照系のｐＨは７．６であった。研磨組成物の使用
の後で、それぞれの系による相対的なタンタル（Ｔａ）除去速度及び相対的な二
酸化ケイ素（ＳｉＯ２）除去速度を、標準対照系の除去速度と比較して決定した
。試験結果のデータは表３に示している。
【００６２】
【表３】
【００６３】 表３に挙げたデータから明らかなように、研磨添加剤及び停止化合物を含有す
る評価した研磨系によって示される相対的なタンタル除去速度は、研磨添加剤及
び停止化合物の両方を含有していない標準対照系の相対的なタンタル除去速度よ
りも望ましく小さい。更に、研磨添加剤及び停止化合物を含有する評価した研磨
系のうちの１つを除く全てによって示される相対的ＳｉＯ２除去速度は、研磨添
加剤及び停止化合物の両方を含有しない標準対照系の相対的ＳｉＯ２の除去速度
よりも望ましく小さかった。
【００６４】 これらの結果は、本発明の系における停止化合物の存在の重要性、並びに本発
明の方法によって達成可能な除去速度及び選択性へ特定の停止化合物の影響を示
している。
【００６５】 例４ この例では、本発明の系によって達成可能な多層基体の研磨選択性及び表面欠
陥の最少化が、系の停止化合物の種類に依存していることを示す。
【００６６】 銅ウェハー、タンタルウェハー、及び二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）ウェハーを、
以下の成分を含む２つの異なる研磨系（系４Ａ及び４Ｂとする）でそれぞれ研磨
した：３ｗｔ％のアルミナ（具体的にはＣａｂｏｔ社のＳｅｍｉ−Ｓｐｅｒｓｅ
（商標）Ｗ−Ａ３５５製品）、２．５ｗｔ％の酸化剤（具体的にはＨ２Ｏ２）、
１．２５ｗｔ％研磨添加剤（具体的には酒石酸）、及びそれぞれ０ｗｔ％又は０
．０６ｗｔ％の停止化合物（具体的にはエチレンイミンポリマー（すなわちＬｕ
ｐａｓｏｌ ＳＫＡ））。ここで、それぞれの系はｐＨが７．７であった。系の
使用の後で、銅のタンタルに対する相対的な除去（「Ｃｕ：Ｔａ」）、銅のディ
ッシッング、及びＳｉＯ２のエロージョンを測定した。この結果のデータは下記
の表４に示している。銅ラインのウェハーディッシッング（すなわち銅ディッシ
ッング）及びＳｉＯ２のエロージョンは、Ｔｅｎｃｏｒ Ｐ−２０ Ｌｏｎｇ
Ｓｃａｎ Ｐｒｏｆｉｌｅｒを使用して測定した。銅ディッシッングは、１０μ
ｍ構造寸法及び５０μｍ構造寸法（「１０μｍ／５０μｍ」）で測定した。Ｓｉ
Ｏ２エロージョンは、２μｍライン及び４μｍピッチのアレー（「２μｍ／４μ
ｍアレー」）に関して測定した。
【００６７】
【表４】
【００６８】 表４に挙げたデータから明らかなように、研磨添加剤及び停止化合物を含有す
る研磨系（系４Ｂ）によって示される銅除去とタンタル除去との比（すなわちＣ
ｕ：Ｔａ除去選択性）は、研磨添加剤のみを含有する系（系４Ａ）によって示さ
れるＣｕ：Ｔａ除去選択性よりも大きかった。更に、研磨添加剤及び停止化合物
を含有する系（系４Ｂ）によって示されるＣｕディッシッング及びＳｉＯ２エロ
ージョンは、研磨添加剤のみを含有する系（系４Ａ）によって示されるＣｕディ
ッシッング及びＳｉＯ２エロージョンよりも小さかった。
【００６９】 これらの結果は、本発明の系によって達成可能な研磨選択性並びに本発明の系
によって研磨される基体の表面欠陥の最少化に関して、本発明の系における停止
化合物の存在の重要性を示している。
【００７０】 特許公報、特許出願公報、及び公開文献を包含する本明細書で示されている全
ての参考文献は、ここで参照してその記載の全てを本明細書の記載に含める。
【００７１】 本発明を好ましい態様に関して説明してきたが、これらの好ましい態様の変形
が使用できること、及び本明細書で特定した以外でも本発明を実施できることは
当業者に明らかである。従って本発明は、特許請求の範囲に示される範囲及び本
質内の全ての変形を包含している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０９Ｋ 3/14 Ｃ０９Ｋ 3/14 ５５０Ｚ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ， ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，Ｋ Ｇ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ， ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，Ｓ Ｄ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ， ＺＷ (72)発明者 グランバイン，スティーブン ケー． アメリカ合衆国，イリノイ 60504，オー ロラ，クレストビュー ドライブ 2523 (72)発明者 ケリアン，アイザック ケー． アメリカ合衆国，イリノイ 60504，オー ロラ，レイクストーン レーン 1036 Ｆターム(参考） 3C047 FF08 GG15 3C058 AA07 AC04 CB01 DA17

Claims (32)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （ｉ）液体キャリア、（ｉｉ）少なくとも１種の酸化剤、（
    ｉｉｉ）系が基体の少なくとも１つの層を研磨する速度を増加させる少なくとも
    １種の研磨添加剤、（ｉｖ）第１の金属層：第２の層の研磨選択性が少なくとも
    約３０：１の少なくとも１種の停止化合物、並びに（ｖ）研磨パッド及び／又は
    研磨材を含み、前記停止化合物が、アミン、イミン、アミド、イミド及びそれら
    の混合を含む化合物から選択されるカチオン性の窒素含有化合物である、第１の
    金属層及び第２の層を有する多層基体の１又は複数の層を研磨する系。
  2. 【請求項２】 （ｉ）液体キャリア、（ｉｉ）少なくとも１種の酸化剤、（
    ｉｉｉ）系が基体の少なくとも１つの層を研磨する速度を増加させる少なくとも
    １種の研磨添加剤、並びに（ｉｖ）第１の金属層：第２の層の研磨選択性が少な
    くとも約３０：１の少なくとも１種の停止化合物を含有し、前記停止化合物が、
    アミン、イミン、アミド、イミド及びそれらの混合を含む化合物から選択される
    カチオン性の窒素含有化合物であり、（ｖ）研磨パッド及び／又は研磨材と共に
    使用される、第１の金属層及び第２の層を有する多層基体の１又は複数の層を研
    磨する組成物。
  3. 【請求項３】 前記液体キャリアが非水性溶媒である、請求項１又は２に記
    載の系。
  4. 【請求項４】 前記液体キャリアが水である、請求項１又は２に記載の系。
  5. 【請求項５】 前記系が前記液体キャリアに懸濁される研磨材を含有してい
    る、請求項１〜４のいずれかに記載の系。
  6. 【請求項６】 前記研磨材が前記研磨パッドに固定されている、請求項１〜
    ４のいずれかに記載の系。
  7. 【請求項７】 研磨材が存在せず、且つ前記研磨パッドが非研磨性のパッド
    である、請求項１〜４のいずれかに記載の系。
  8. 【請求項８】 前記少なくとも１種の停止化合物が、第１アミン、第２アミ
    ン、第３アミン、第４アミン、エーテルアミン、オリゴマーアミン、オリゴマー
    イミン、オリゴマーアミド、オリゴマーイミド、ポリマーアミン、ポリマーイミ
    ン、ポリマーアミド、ポリマーイミド、及びそれらの混合を含む化合物から選択
    される、請求項１〜７のいずれかに記載の系。
  9. 【請求項９】 前記少なくとも１種の停止化合物が、アミノ酸、アミノアル
    コール、アミノエーテルアルコール、及びそれらの混合からなる群より選択され
    る、請求項１〜７のいずれかに記載の系。
  10. 【請求項１０】 前記少なくとも１種の停止化合物が、ポリエーテルアミン
    、ポリエチレンイミン、Ｎ４−アミン（Ｎ，Ｎ’−ビス−［３−アミノプロピル
    ］エチレンジアミン）、４，７，１０−トリオキサトリデカン−１，１３−ジア
    ミン、３，３−ジメチル−４，４−ジアミノジシクロヘキシルメタン、２−フェ
    ニルエチルアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルジプロピレントリアミン、３−［２−メト
    キシエトキシ］プロピルアミン、ジメチルアミノプロピルアミン、１，４−ビス
    （３−アミノプロピル）ピペラジン、及びそれらの混合からなる群より選択され
    る、請求項１〜８のいずれかに記載の系。
  11. 【請求項１１】 前記停止化合物が、イソホロンジアミン、ヘキサメチレン
    ジアミン、シクロヘキシル−１，３−プロパンジアミン、チオアミン、（アミノ
    プロピル）−１，３−プロパンジアミン、テトラエチレン−ペンタアミン、テト
    ラメチルブタンジアミン、プロピルアミン、ジアミノプロパノール、アミノブタ
    ノール、（２−アミノエトキシ）エタノール、又はそれらの混合からなる群より
    選択される、請求項１〜９のいずれかに記載の系。
  12. 【請求項１２】 前記少なくとも１種の停止化合物が、約５ｗｔ％又はそれ
    未満の濃度で前記液体キャリア中に存在する、請求項１〜１１のいずれかに記載
    の系。
  13. 【請求項１３】 前記少なくとも１種の停止化合物が、約３ｗｔ％又はそれ
    未満の濃度で前記液体キャリア中に存在する、請求項１２に記載の系。
  14. 【請求項１４】 前記少なくとも１種の研磨添加剤が、リン含有化合物、窒
    素含有化合物、硫黄含有化合物、カルボキシル酸、およびそれらの混合からなる
    群より選択される、請求項１〜１３のいずれかに記載の系。
  15. 【請求項１５】 ポリエチレンイミンを含む少なくとも１種の停止化合物と
    、ジ−カルボキシル酸、トリ−カルボキシル酸、ポリ−カルボキシル酸、ピロリ
    ン酸塩、トリ−リン酸塩、縮合リン酸塩、ジ−ホスホン酸、トリ−ホスホン酸、
    ポリ−ホスホン酸、及びそれらの混合からなる群より選択される少なくとも１種
    の研磨添加剤を含有する、請求項１〜１４のいずれかに記載の系。
  16. 【請求項１６】 ２又はそれよりも多くのアミン基を有する少なくとも１種
    の停止化合物と、ジ−カルボキシル酸、トリ−カルボキシル酸、ポリ−カルボキ
    シル酸、ピロリン酸塩、トリ−リン酸塩、縮合リン酸塩、ジ−ホスホン酸、トリ
    −ホスホン酸、ポリ−ホスホン酸、及びそれらの混合からなる群より選択される
    少なくとも１種の研磨添加剤を含有する、請求項１〜１５のいずれかに記載の系
    。
  17. 【請求項１７】 ２又はそれよりも多くの第１アミン基を有する少なくとも
    １種の停止化合物と、ジ−カルボキシル酸、トリ−カルボキシル酸、ポリ−カル
    ボキシル酸、ピロリン酸塩、トリ−リン酸塩、縮合リン酸塩、ジ−ホスホン酸、
    トリ−ホスホン酸、ポリ−ホスホン酸、及びそれらの混合からなる群より選択さ
    れる少なくとも１種の研磨添加剤を含有する、請求項１〜１６のいずれかに記載
    の系。
  18. 【請求項１８】 前記少なくとも１種の停止化合物が２又はそれよりも多く
    の第１アミン基を有し、且つ前記少なくとも１種の研磨添加剤が、ジ−カルボキ
    シル酸、トリ−カルボキシル酸、ポリ−カルボキシル酸、及びそれらの混合から
    なる群より選択される、請求項１〜１７のいずれかに記載の系。
  19. 【請求項１９】 前記少なくとも１種の停止化合物が２又はそれよりも多く
    の第１アミン基を有し、且つ前記少なくとも１種の研磨添加剤が、ジ−ホスホン
    酸、トリ−ホスホン酸、ポリ−ホスホン酸、及びそれらの混合からなる群より選
    択される、請求項１〜１８のいずれかに記載の系。
  20. 【請求項２０】 前記少なくとも１種の停止化合物の分子量が約１００超で
    ある、請求項１〜１９のいずれかに記載の系。
  21. 【請求項２１】 前記少なくとも１種の停止化合物がアミノプロピル基を有
    する、請求項１〜２０のいずれかに記載の系。
  22. 【請求項２２】 前記少なくとも１種の停止化合物が３又はそれよりも多く
    の炭素原子を有する、請求項１〜２１のいずれかに記載の系。
  23. 【請求項２３】 前記少なくとも１種の酸化剤がペルオキシドである、請求
    項１〜２２のいずれかに記載の系。
  24. 【請求項２４】 ペルオキシド、アミノトリ（メチレンホスホン酸）、及び
    １，４−ビス（３−アミノプロピル）ピペラジンを含有している、請求項１〜２
    ３のいずれかに記載の系。
  25. 【請求項２５】 ペルオキシド、酒石酸、及びポリエチレンイミンを含有し
    ている、請求項１〜２３のいずれかに記載の系。
  26. 【請求項２６】 前記基体に結合した少なくとも１つの層の研磨速度を低下
    させる少なくとも１種のポリマー化合物を更に含有している、請求項１〜２５の
    いずれかに記載の系。
  27. 【請求項２７】 少なくとも１種の不動態フィルム形成剤を更に含有してい
    る、請求項１〜２６のいずれかに記載の系。
  28. 【請求項２８】 前記研磨材が金属酸化物研磨材である、請求項１〜２７の
    いずれかに記載の系。
  29. 【請求項２９】 前記研磨材が、アルミナ、セリア、ゲルマニア、シリカ、
    チタニア、ジルコニア、及びそれらの共生成物、並びにそれらの混合からなる群
    より選択される、請求項２８に記載の系。
  30. 【請求項３０】 前記研磨材がアルミナである、請求項２９に記載の系。
  31. 【請求項３１】 請求項１〜３０のいずれかに記載の系を基体の表面に接触
    させること、及びこの系によって前記基体の少なくとも一部を研磨することを含
    む、基体の研磨方法。
  32. 【請求項３２】 （ａ）請求項１〜３０のいずれかに記載の系を、第１の金
    属層に接触させること、及び （ｂ）前記基体から第１の金属層の少なくとも一部が除去れるまで、前記第１
    の金属層を前記系で研磨すること、 を含む、第１の金属層及び第２の層を有する多層基体の１又は複数の層を研磨す
    る方法。
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