JP2003516626A - 化学的機械研磨方法 - Google Patents
化学的機械研磨方法Info
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Abstract
(57)【要約】
本発明はタンタルおよび導電性金属(タンタル以外)を含む基板を化学的機械研磨する方法を提供する。その方法は、(a)基板に導電性金属選択性研磨用組成物および金属酸化物砥粒を付着させること、(b)基板からタンタルに比べて少なくとも1部の導電性金属を選択的に除去すること、(c)基板にタンタル選択性研磨用組成物および金属酸化物砥粒を付着させること、ならびに(d)基板が導電性金属に比べて少なくとも1部のタンタルを選択的に除去すること、を含む。1つの態様において、導電性金属選択性研磨用組成物はいかなるそのような研磨用組成物でもよく、そしてタンタル選択性研磨用組成物はペルオキシ硫酸塩化合物および導電性金属のための不動態膜形成剤を含む。もう1つの態様において導電性金属選択性研磨用組成物はペルオキシ硫酸塩化合物および任意に導電性金属のための不動態膜形成剤を含み、そして導電性金属選択性研磨用組成物もしくは研磨プロセスは、上述するように、導電性金属選択性研磨用組成物をタンタル選択性研磨用組成物にするように調節される。
Description
【0001】
発明の技術分野
本発明は、半導体の表面のような、タンタルおよび導電性金属を含む表面を平
坦化もしくは研磨する方法に関する。
坦化もしくは研磨する方法に関する。
【0002】
発明の背景
集積回路はシリコン基板内もしくは上に形成される多数の能動(active)デバ
イスから作製される。互いに始めに分離されている能動デバイスは相互接続され
て(interconnected)機能的回路およびコンポーネントを形成する。デバイスは
周知の多層相互接続(多層配線)(multilevel interconnections)を使用して
相互接続される。
イスから作製される。互いに始めに分離されている能動デバイスは相互接続され
て(interconnected)機能的回路およびコンポーネントを形成する。デバイスは
周知の多層相互接続(多層配線)(multilevel interconnections)を使用して
相互接続される。
【0003】
通常、相互接続構造はメタライゼーション(配線)(metallization)の第1
層、相互接続層、メタライゼーションの第2層、そして時にはメタライゼーショ
ンの第3およびその次の層を有する。ドープされた、もしくはドープなしの二酸
化ケイ素(SiO2)のような層間絶縁膜(interlevel dielectrics)がシリコ
ン基板もしくはウェルにおいて、メタライゼーションの異なる層を電気的に分離
するために用いられる。
層、相互接続層、メタライゼーションの第2層、そして時にはメタライゼーショ
ンの第3およびその次の層を有する。ドープされた、もしくはドープなしの二酸
化ケイ素(SiO2)のような層間絶縁膜(interlevel dielectrics)がシリコ
ン基板もしくはウェルにおいて、メタライゼーションの異なる層を電気的に分離
するために用いられる。
【0004】
異なる相互接続層の間の電気的接続はメタライゼーションビア(配線接続孔)
(metallized vias)によりなされる。米国特許第4,789,648号は絶縁
膜における多層配線層および配線ビアの製造方法を記載する。同様に金属コンタ
クト(contact)はウェル内で形成される、相互接続層およびデバイスの間で電
気的接続を形成させるために使用される。金属ビアおよびコンタクトは、チタン
(Ti)、窒化チタン(TiN),アルミニウム銅(Al−Cu)、アルミニウ
ムケイ素(Al−Si)、銅(Cu)、タングステン(W),貴金属(たとえば
、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、金(Au)、および白金(Pt)
)、およびそれらの組合わせ、のような種々の金属および合金(以下「導電性金
属」という)で充填される。
(metallized vias)によりなされる。米国特許第4,789,648号は絶縁
膜における多層配線層および配線ビアの製造方法を記載する。同様に金属コンタ
クト(contact)はウェル内で形成される、相互接続層およびデバイスの間で電
気的接続を形成させるために使用される。金属ビアおよびコンタクトは、チタン
(Ti)、窒化チタン(TiN),アルミニウム銅(Al−Cu)、アルミニウ
ムケイ素(Al−Si)、銅(Cu)、タングステン(W),貴金属(たとえば
、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、金(Au)、および白金(Pt)
)、およびそれらの組合わせ、のような種々の金属および合金(以下「導電性金
属」という)で充填される。
【0005】
金属ビアおよびコンタクトは、チタン(Ti)、窒化チタン(TiN)、タン
タル(Ta)、もしくは窒化タンタル(TaN)のような接着層(以下「バリア
膜」という)を用いて、SiO2基板に金属層を接着させるのが通常である。コ
ンタクト層では、バリア膜は拡散バリアとして作用し、導電性金属およびSiO 2 を反応させない。
タル(Ta)、もしくは窒化タンタル(TaN)のような接着層(以下「バリア
膜」という)を用いて、SiO2基板に金属層を接着させるのが通常である。コ
ンタクト層では、バリア膜は拡散バリアとして作用し、導電性金属およびSiO 2 を反応させない。
【0006】
1つの半導体プロセスにおいて、配線ビアもしくはコンタクトはブランケット
金属堆積により形成され、化学的機械研磨(CMP)段階に続く。代表的なプロ
セスにおいてビア孔は層間絶縁膜(ILD)を通って、相互接続ラインもしくは
半導体基板までエッチングされる。ついで、バリア膜が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。ついで、金属膜はバリア膜にわたっ
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
積された金属で充填されるまで続けられる。最期に、余分な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。ビアの製造および/または
CMPは米国特許第4,671,851、4,910,155および4,944
,836号に開示されている。
金属堆積により形成され、化学的機械研磨(CMP)段階に続く。代表的なプロ
セスにおいてビア孔は層間絶縁膜(ILD)を通って、相互接続ラインもしくは
半導体基板までエッチングされる。ついで、バリア膜が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。ついで、金属膜はバリア膜にわたっ
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
積された金属で充填されるまで続けられる。最期に、余分な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。ビアの製造および/または
CMPは米国特許第4,671,851、4,910,155および4,944
,836号に開示されている。
【0007】
典型的な化学的機械研磨プロセスにおいて、研磨される基板は回転する研磨用
パッドに直接接触して置かれる。研磨プロセスにおいて、パッドおよび基板は回
転されるが、下向きの力はキャリアによりパッドに対して基板上で維持される。
砥粒を含み、化学的に反応性の溶液は、通常「スラリー」といわれるが、研磨の
間、パッドに付着される。スラリーは化学的に反応して研磨プロセスを開始し、
基板は研磨され、そして砥粒は基板を機械的に研磨するように作用する。砥粒は
通常、スラリー中であるが、砥粒は研磨用パッドに固着されうる。研磨プロセス
は、研磨用組成物がパッド/基板界面に供給されるにつれて、基板に対するパッ
ドの回転運動(すなわちプレート速度)および/またはパッドに対する基板の運
動(すなわち、キャリア速度)により促進される。研磨は、基板上の所望の材料
が除去されるまでこのように続けられる。
パッドに直接接触して置かれる。研磨プロセスにおいて、パッドおよび基板は回
転されるが、下向きの力はキャリアによりパッドに対して基板上で維持される。
砥粒を含み、化学的に反応性の溶液は、通常「スラリー」といわれるが、研磨の
間、パッドに付着される。スラリーは化学的に反応して研磨プロセスを開始し、
基板は研磨され、そして砥粒は基板を機械的に研磨するように作用する。砥粒は
通常、スラリー中であるが、砥粒は研磨用パッドに固着されうる。研磨プロセス
は、研磨用組成物がパッド/基板界面に供給されるにつれて、基板に対するパッ
ドの回転運動(すなわちプレート速度)および/またはパッドに対する基板の運
動(すなわち、キャリア速度)により促進される。研磨は、基板上の所望の材料
が除去されるまでこのように続けられる。
【0008】
研磨用組成物はCMPプロセスにおいて重要なファクタである。酸化剤、砥粒
および他の有用な添加剤の選択に依存して、研磨用組成物は所望の研磨速度で金
属層への有効な研磨を与えるように適合させられ得るが、表面の不完全性、欠陥
、腐食、および浸食を最小に維持する。さらに、研磨用組成物は、集積回路技術
で使用される特定の材料に調節された研磨選択性を付与するのに使用されうる。
したがって、特定の研磨用組成物の研磨効率は、組成、ならびにビア(すなわち
、導電性金属)およびバリア膜の成分金属の化学的性質に依存する。
および他の有用な添加剤の選択に依存して、研磨用組成物は所望の研磨速度で金
属層への有効な研磨を与えるように適合させられ得るが、表面の不完全性、欠陥
、腐食、および浸食を最小に維持する。さらに、研磨用組成物は、集積回路技術
で使用される特定の材料に調節された研磨選択性を付与するのに使用されうる。
したがって、特定の研磨用組成物の研磨効率は、組成、ならびにビア(すなわち
、導電性金属)およびバリア膜の成分金属の化学的性質に依存する。
【0009】
チタン、窒化チタンおよび同様な金属(たとえばタングステン)のバリア膜は
化学的に活性であるのが通常である。したがって、このようなバリア膜は化学的
性質において、銅のような典型的導電性金属に類似する。したがって、単1の研
磨用組成物が、同様の速度でTi/TiNバリア膜およびCu導電性金属の両方
を効率的に研磨するのに用いられうる。このような研磨用組成物は、酸化剤、膜
形成剤、および/または他の成分とともに水性媒体中に懸濁された。シリカもし
くはアルミナのような砥粒物質を含有するのが通常である。たとえば、米国特許
第5,726,099、5,783,489、5,858,813、および5,
954,997号を参照されたい。
化学的に活性であるのが通常である。したがって、このようなバリア膜は化学的
性質において、銅のような典型的導電性金属に類似する。したがって、単1の研
磨用組成物が、同様の速度でTi/TiNバリア膜およびCu導電性金属の両方
を効率的に研磨するのに用いられうる。このような研磨用組成物は、酸化剤、膜
形成剤、および/または他の成分とともに水性媒体中に懸濁された。シリカもし
くはアルミナのような砥粒物質を含有するのが通常である。たとえば、米国特許
第5,726,099、5,783,489、5,858,813、および5,
954,997号を参照されたい。
【0010】
しかし、タンタルバリア膜は、Ti,TiNおよび同様なバリア膜と大幅に異
なる。タンタル(Ta)および窒化タンタル(TaN)はTiおよびTiNに比
べて化学的性質が比較的不活性である。したがって、前述の研磨用組成物は、チ
タン層を研磨する際よりもタンタル層を研磨する際にあまり有効ではない(すな
わち、タンタル除去速度はチタン除去速度よりも大幅に低い。)。導電性金属お
よびチタンはその同様に高い除去速度により単1組成物で従来のように研磨され
るが、導電性金属およびタンタルを一緒に研磨すると酸化物浸食および導電性金
属の中低そり(dishing)のような望ましくない作用を引起こす。これらの望ま
しくない作用は、前述の研磨用組成物を用いる研磨プロセスの間にタンタルより
も大幅に高い除去速度の典型的導電性金属によるものである。
なる。タンタル(Ta)および窒化タンタル(TaN)はTiおよびTiNに比
べて化学的性質が比較的不活性である。したがって、前述の研磨用組成物は、チ
タン層を研磨する際よりもタンタル層を研磨する際にあまり有効ではない(すな
わち、タンタル除去速度はチタン除去速度よりも大幅に低い。)。導電性金属お
よびチタンはその同様に高い除去速度により単1組成物で従来のように研磨され
るが、導電性金属およびタンタルを一緒に研磨すると酸化物浸食および導電性金
属の中低そり(dishing)のような望ましくない作用を引起こす。これらの望ま
しくない作用は、前述の研磨用組成物を用いる研磨プロセスの間にタンタルより
も大幅に高い除去速度の典型的導電性金属によるものである。
【0011】
したがって、平坦化効率、均一性および除去速度が最大となり、そして表面の
不完全さおよび基礎形状(underlying topography)への損傷、のような望まし
くない作用が最小となるような態様でタンタルおよび導電性金属(たとえば銅)
を含む基板を化学的機械研磨する方法に対する要請は残っている。本発明はこの
ような方法を提供する。本発明のこれらおよび他の特徴および利点はここで提供
される本発明の説明から明らかであろう。
不完全さおよび基礎形状(underlying topography)への損傷、のような望まし
くない作用が最小となるような態様でタンタルおよび導電性金属(たとえば銅)
を含む基板を化学的機械研磨する方法に対する要請は残っている。本発明はこの
ような方法を提供する。本発明のこれらおよび他の特徴および利点はここで提供
される本発明の説明から明らかであろう。
【0012】
発明の簡単な要約
本発明は、タンタルおよび導電性金属を含む基板を化学的機械研磨する方法で
あり、その方法は: (a)基板に導電性金属選択性研磨用組成物および金属酸化物砥粒を付着させる
こと、 (b)基板からタンタルに比較して導電性金属の少なくとも1部を選択的に除去
すること、 (c)基板に(i)ペルオキシ硫酸塩および導電性金属のための不動態膜形成剤
を含むタンタル選択性研磨用組成物ならびに(ii)金属酸化物砥粒を付着させる
こと、ならびに (d)基板から導電性金属に比較してタンタルの少なくとも1部を選択的に除去
すること、 を含む方法を提供する。
あり、その方法は: (a)基板に導電性金属選択性研磨用組成物および金属酸化物砥粒を付着させる
こと、 (b)基板からタンタルに比較して導電性金属の少なくとも1部を選択的に除去
すること、 (c)基板に(i)ペルオキシ硫酸塩および導電性金属のための不動態膜形成剤
を含むタンタル選択性研磨用組成物ならびに(ii)金属酸化物砥粒を付着させる
こと、ならびに (d)基板から導電性金属に比較してタンタルの少なくとも1部を選択的に除去
すること、 を含む方法を提供する。
【0013】
さらに本発明は、タンタルおよび導電性金属を含む基板を化学的機械研磨する
方法であり、その方法は: (a)基板に(i)ペルキオソ硫酸塩および任意に導電性金属のための不動態膜
形成剤を含む導電性金属選択性研磨用組成物、ならびに(ii)金属酸化物砥粒を
付着させること、 (b)基板からタンタルに比較して導電性金属の少なくとも1部を選択的に除去
すること、 (c)導電性金属選択性研磨用組成物もしくは研磨方法を調節して、導電性金属
選択性研磨用組成物をタンタル選択性研磨用組成物にすること、ならびに (d)基板から導電性金属に比較してタンタルの少なくとも1部を選択的に除去
すること、 を含む方法を提供する。
方法であり、その方法は: (a)基板に(i)ペルキオソ硫酸塩および任意に導電性金属のための不動態膜
形成剤を含む導電性金属選択性研磨用組成物、ならびに(ii)金属酸化物砥粒を
付着させること、 (b)基板からタンタルに比較して導電性金属の少なくとも1部を選択的に除去
すること、 (c)導電性金属選択性研磨用組成物もしくは研磨方法を調節して、導電性金属
選択性研磨用組成物をタンタル選択性研磨用組成物にすること、ならびに (d)基板から導電性金属に比較してタンタルの少なくとも1部を選択的に除去
すること、 を含む方法を提供する。
【0014】
好適な態様の説明
本発明はタンタルおよび導電性金属(タンタル以外)を含む基板を化学的機械
研磨する方法を提供する。その方法は、(a)基板に導電性金属選択性研磨用組
成物および金属酸化物砥粒を付着させること、(b)基板からタンタルに比較し
て導電性金属の少なくとも1部を選択的に除去すること、(c)基板に(i)タ
ンタル選択性研磨用組成物および(ii)金属酸化物砥粒を付着させること、なら
びに(d)基板から導電性金属に比較してタンタルの少なくとも1部を選択的に
除去すること、を含む。
研磨する方法を提供する。その方法は、(a)基板に導電性金属選択性研磨用組
成物および金属酸化物砥粒を付着させること、(b)基板からタンタルに比較し
て導電性金属の少なくとも1部を選択的に除去すること、(c)基板に(i)タ
ンタル選択性研磨用組成物および(ii)金属酸化物砥粒を付着させること、なら
びに(d)基板から導電性金属に比較してタンタルの少なくとも1部を選択的に
除去すること、を含む。
【0015】
1つの態様において、導電性金属選択性研磨用組成物はいかなるそのような研
磨用組成物でもよく、そしてタンタル選択性研磨用組成物はペルオキシ硫酸塩化
合物、および導電性金属のための不動態膜形成剤を含む。もう1つの態様におい
て導電性金属選択性研磨用組成物はペルオキシ硫酸塩化合物、および導電性金属
のための不動態膜形成剤を含み、導電性金属選択性研磨用組成物は特定のpHを
有し、そして導電性金属選択性研磨用組成物もしくは研磨方法は導電性金属選択
性研磨用組成物を上述のようなタンタル選択性研磨用組成物にするように調節さ
れる。
磨用組成物でもよく、そしてタンタル選択性研磨用組成物はペルオキシ硫酸塩化
合物、および導電性金属のための不動態膜形成剤を含む。もう1つの態様におい
て導電性金属選択性研磨用組成物はペルオキシ硫酸塩化合物、および導電性金属
のための不動態膜形成剤を含み、導電性金属選択性研磨用組成物は特定のpHを
有し、そして導電性金属選択性研磨用組成物もしくは研磨方法は導電性金属選択
性研磨用組成物を上述のようなタンタル選択性研磨用組成物にするように調節さ
れる。
【0016】
「導電性金属選択性」(”conductive metal-selective”)という用語は、基
板からタンタルに対して導電性金属の優先的な除去をいう、たとえば1より大き
い導電性金属:タンタル除去速度比である。同様に「タンタル選択性」(”tant
alum-selective”)は基板から導電性金属に対するタンタルの優先的除去をいい
、たとえば1より小さい導電性金属:タンタル除去速度比である。「タンタル」
という用語はタンタル自体、ならびにタンタル含有化合物をいう。このように、
タンタルは、たとえば金属タンタルもしくは窒化タンタルの形態でありうる。
板からタンタルに対して導電性金属の優先的な除去をいう、たとえば1より大き
い導電性金属:タンタル除去速度比である。同様に「タンタル選択性」(”tant
alum-selective”)は基板から導電性金属に対するタンタルの優先的除去をいい
、たとえば1より小さい導電性金属:タンタル除去速度比である。「タンタル」
という用語はタンタル自体、ならびにタンタル含有化合物をいう。このように、
タンタルは、たとえば金属タンタルもしくは窒化タンタルの形態でありうる。
【0017】
ある場合には、導電性金属選択性研磨用組成物をその場で、たとえば研磨プロ
セスの間にタンタル選択性研磨用組成物に変換することが望ましい。これはいか
なる適切な態様によっても達成されうる。導電性金属選択性研磨用組成物は、た
とえば、研磨用組成物のpHを増加させることにより、研磨用組成物の追加成分
を添加し、および/または現存する成分を変える(たとえば、反応もしくは濃度
に関して)ことにより、研磨用組成物における導電性金属のための不動態膜形成
剤の濃度を増加させることにより(もしまだ存在しなければ不動態膜形成剤を添
加することを含む)、またはそれらの組合わせによりタンタル選択性研磨剤を与
えるように調節されうる。あるいは、もしくは加えて、研磨プロセスは導電性金
属選択性研磨用組成物を、たとえば研磨攻撃性を低減することによりタンタル選
択性研磨用組成物にするために調節されうる。研磨攻撃性はパッドと基板が互い
に接続する圧力を低減することにより、パッドとの接触の間、基板のキャリア速
度を低減することにより、基板との接触の間パッドのプラテン速度を低減するこ
とにより、またはそれらの組合わせにより、低減されうる。
セスの間にタンタル選択性研磨用組成物に変換することが望ましい。これはいか
なる適切な態様によっても達成されうる。導電性金属選択性研磨用組成物は、た
とえば、研磨用組成物のpHを増加させることにより、研磨用組成物の追加成分
を添加し、および/または現存する成分を変える(たとえば、反応もしくは濃度
に関して)ことにより、研磨用組成物における導電性金属のための不動態膜形成
剤の濃度を増加させることにより(もしまだ存在しなければ不動態膜形成剤を添
加することを含む)、またはそれらの組合わせによりタンタル選択性研磨剤を与
えるように調節されうる。あるいは、もしくは加えて、研磨プロセスは導電性金
属選択性研磨用組成物を、たとえば研磨攻撃性を低減することによりタンタル選
択性研磨用組成物にするために調節されうる。研磨攻撃性はパッドと基板が互い
に接続する圧力を低減することにより、パッドとの接触の間、基板のキャリア速
度を低減することにより、基板との接触の間パッドのプラテン速度を低減するこ
とにより、またはそれらの組合わせにより、低減されうる。
【0018】
本発明の特定の態様に依存して導電性金属選択性およびタンタル選択性研磨用
組成物は同一であるいくつかの成分を有し得、またはすべて異なる成分を有しう
る。導電性金属選択性研磨用組成物およびタンタル選択性研磨用組成物が同一の
成分を有する程度まで、これらの成分は同一もしくは異なる濃度で存在しうる。
組成物は同一であるいくつかの成分を有し得、またはすべて異なる成分を有しう
る。導電性金属選択性研磨用組成物およびタンタル選択性研磨用組成物が同一の
成分を有する程度まで、これらの成分は同一もしくは異なる濃度で存在しうる。
【0019】
導電性金属はいかなる適切な導電性金属でもありうる。適切な導電性金属は、
たとえば、銅、アルミニウム、アルミニウムケイ素、チタン、窒化チタン、タン
グステン、窒化タングステン、金、白金、イリジウム、ルテニウム、および合金
ならびにそれらの組みあわせを含む。好ましくは、導電性金属は銅である。 金属酸化物砥粒はいかなる適切な金属酸化物でもありうる。適切な金属酸化物
は、アルミナ、シリカ、チタニア、セリア、ジルコニア、ゲルマニア、マグネシ
ア、およびそれらの組み合わせを含む。好ましくは金属酸化物砥粒はシリカであ
りうる。もっと好ましくは金属酸化物はフュ−ムドシリカである。
たとえば、銅、アルミニウム、アルミニウムケイ素、チタン、窒化チタン、タン
グステン、窒化タングステン、金、白金、イリジウム、ルテニウム、および合金
ならびにそれらの組みあわせを含む。好ましくは、導電性金属は銅である。 金属酸化物砥粒はいかなる適切な金属酸化物でもありうる。適切な金属酸化物
は、アルミナ、シリカ、チタニア、セリア、ジルコニア、ゲルマニア、マグネシ
ア、およびそれらの組み合わせを含む。好ましくは金属酸化物砥粒はシリカであ
りうる。もっと好ましくは金属酸化物はフュ−ムドシリカである。
【0020】
金属酸化物砥粒のいかなる適切な量も本発明の状況下で使用されうる。金属酸
化物砥粒は、導電性金属選択性およびタンタル選択性研磨用組成物において、た
とえば約2〜30wt%(たとえば2〜20wt%)の濃度で存在するのが望ましい
。好ましくは金属酸化物砥粒は、導電性金属選択性およびタンタル選択性研磨用
組成物において、たとえば約2〜15wt%、たとえば2〜12wt%の濃度で存在
する。もっと好ましくは、金属酸化物砥粒は、導電性金属選択性およびタンタル
選択性研磨用組成物において、約2〜10wt%の濃度で存在する。
化物砥粒は、導電性金属選択性およびタンタル選択性研磨用組成物において、た
とえば約2〜30wt%(たとえば2〜20wt%)の濃度で存在するのが望ましい
。好ましくは金属酸化物砥粒は、導電性金属選択性およびタンタル選択性研磨用
組成物において、たとえば約2〜15wt%、たとえば2〜12wt%の濃度で存在
する。もっと好ましくは、金属酸化物砥粒は、導電性金属選択性およびタンタル
選択性研磨用組成物において、約2〜10wt%の濃度で存在する。
【0021】
ペルオキシ硫酸塩化合物はいかなる適切なペルオキシ硫酸塩であってもよい。
適切なペルオキシ硫酸塩化合物は、たとえばペルオキシモノ硫酸(peroxymonosul
fate acids)、ペルオキシジ硫酸、およびそれらの塩を含む。好ましくは、ペル
オキシ硫酸塩化合物はペルオキシジ硫酸塩アンモニウムである。
適切なペルオキシ硫酸塩化合物は、たとえばペルオキシモノ硫酸(peroxymonosul
fate acids)、ペルオキシジ硫酸、およびそれらの塩を含む。好ましくは、ペル
オキシ硫酸塩化合物はペルオキシジ硫酸塩アンモニウムである。
【0022】
ペルオキシ硫酸塩化合物のいかなる適切な量も本発明の状況下で使用されうる
。ペルオキシ硫酸塩化合物は導電性金属選択性およびタンタル選択性研磨用組成
物において、約0.1〜5wt%、たとえば約0.1〜4wt%の濃度で存在するの
が好ましい。好ましくは、ペルオキシ硫酸塩化合物は導電性金属選択性およびタ
ンタル選択性研磨用組成物において、約0.1〜3wt%の濃度で存在する。もっ
と好ましくは、ペルオキシ硫酸塩化合物は導電性金属選択性およびタンタル選択
性研磨用組成物において、約0.1〜2wt%の濃度で存在する。
。ペルオキシ硫酸塩化合物は導電性金属選択性およびタンタル選択性研磨用組成
物において、約0.1〜5wt%、たとえば約0.1〜4wt%の濃度で存在するの
が好ましい。好ましくは、ペルオキシ硫酸塩化合物は導電性金属選択性およびタ
ンタル選択性研磨用組成物において、約0.1〜3wt%の濃度で存在する。もっ
と好ましくは、ペルオキシ硫酸塩化合物は導電性金属選択性およびタンタル選択
性研磨用組成物において、約0.1〜2wt%の濃度で存在する。
【0023】
導電性金属のための不動態膜形成剤は導電性金属のためのいかなる適切な不動
態膜形成剤であってもよい。導電性金属のための適切な不動態膜形成剤は、たと
えば、ヘテロ環式有機化合物を含む。好ましくは、導電性金属のための不動態膜
形成剤は活性官能基として少なくとも1つの5もしくは6員へテロ環を有するヘ
テロ環式有機化合物であり、ヘテロ環は少なくとも1つの窒素原子を含む。もっ
と好ましくは、導電性金属のための不動態膜形成剤はベンゾトリアゾ−ル、トリ
アゾール、ベンズイミダゾ−ル、もしくはそれらの混合物である。もっと好まし
くは導電性金属のための不動態膜形成剤はベンゾトリアゾ−ルである。
態膜形成剤であってもよい。導電性金属のための適切な不動態膜形成剤は、たと
えば、ヘテロ環式有機化合物を含む。好ましくは、導電性金属のための不動態膜
形成剤は活性官能基として少なくとも1つの5もしくは6員へテロ環を有するヘ
テロ環式有機化合物であり、ヘテロ環は少なくとも1つの窒素原子を含む。もっ
と好ましくは、導電性金属のための不動態膜形成剤はベンゾトリアゾ−ル、トリ
アゾール、ベンズイミダゾ−ル、もしくはそれらの混合物である。もっと好まし
くは導電性金属のための不動態膜形成剤はベンゾトリアゾ−ルである。
【0024】
導電性金属のための不動態膜形成剤のいかなる適切な量も導電性金属選択性研
磨用組成物およびタンタル選択性研磨用組成物において存在しうる。不動態膜形
成剤の存在は導電性金属選択性研磨用組成物において任意である。
磨用組成物およびタンタル選択性研磨用組成物において存在しうる。不動態膜形
成剤の存在は導電性金属選択性研磨用組成物において任意である。
【0025】
導電性金属選択性研磨用組成物に関して、導電性金属のための不動態膜形成剤
が導電性金属選択性研磨用組成物において存在するとき、それは約0.001〜
1wt%の濃度で存在するのが望ましい。好ましくは導電性金属のための不動態膜
形成剤は、導電性金属選択性研磨用組成物において、約0.001〜0.75wt
%、たとえば0.001〜0.5wt%の濃度で存在する。もっと好ましくは導電
性金属のための不動態膜形成剤は導電性金属選択性研磨用組成物において、約0
.01〜0.3wt%の濃度で存在する。
が導電性金属選択性研磨用組成物において存在するとき、それは約0.001〜
1wt%の濃度で存在するのが望ましい。好ましくは導電性金属のための不動態膜
形成剤は、導電性金属選択性研磨用組成物において、約0.001〜0.75wt
%、たとえば0.001〜0.5wt%の濃度で存在する。もっと好ましくは導電
性金属のための不動態膜形成剤は導電性金属選択性研磨用組成物において、約0
.01〜0.3wt%の濃度で存在する。
【0026】
タンタル選択性研磨用組成物に関して、導電性金属のための不動態膜形成剤は
、タンタル選択性研磨用組成物において、約0.1〜1wt%、たとえば約0.3
〜0.9wt%の濃度で存在する。もっと好ましくは、導電性金属のための不動態
膜形成剤は、タンタル選択性研磨用組成物において、約0.4〜0.8wt%の濃
度で存在する。最も好ましくは、導電性金属のための不動態膜形成剤は、タンタ
ル選択性研磨用組成物において、約0.5〜0.7wt%の濃度で存在する。
、タンタル選択性研磨用組成物において、約0.1〜1wt%、たとえば約0.3
〜0.9wt%の濃度で存在する。もっと好ましくは、導電性金属のための不動態
膜形成剤は、タンタル選択性研磨用組成物において、約0.4〜0.8wt%の濃
度で存在する。最も好ましくは、導電性金属のための不動態膜形成剤は、タンタ
ル選択性研磨用組成物において、約0.5〜0.7wt%の濃度で存在する。
【0027】
導電性金属選択性研磨用組成物は約3〜9のpHを有するのが望ましい。好ま
しくは導電性金属選択性研磨用組成物は約4〜7、たとえば約4〜6もしくは約
4〜5のpHを有する。タンタル選択性研磨用組成物は約3〜11のpHを有す
るのが望ましい。好ましくはタンタル選択性研磨用組成物は約5〜11、たとえ
ば約6〜9もしくは約7〜8のpHを有する。導電性金属選択性研磨用組成物の
pHは導電性金属選択性研磨用組成物をタンタル選択性研磨用組成物にするため
にいかなる適切なpH調節剤によっても調節されうる。適切なpH調節剤は、た
とえば水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、炭酸ナトリウム、もしくはそれら
の混合物のような塩基、ならびに鉱酸(たとえば硝酸および硫酸)および有機酸
(たとえば、酢酸、クエン酸、マロン酸、コハク酸、酒石酸、およびシュウ酸)
のような酸を含む。
しくは導電性金属選択性研磨用組成物は約4〜7、たとえば約4〜6もしくは約
4〜5のpHを有する。タンタル選択性研磨用組成物は約3〜11のpHを有す
るのが望ましい。好ましくはタンタル選択性研磨用組成物は約5〜11、たとえ
ば約6〜9もしくは約7〜8のpHを有する。導電性金属選択性研磨用組成物の
pHは導電性金属選択性研磨用組成物をタンタル選択性研磨用組成物にするため
にいかなる適切なpH調節剤によっても調節されうる。適切なpH調節剤は、た
とえば水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、炭酸ナトリウム、もしくはそれら
の混合物のような塩基、ならびに鉱酸(たとえば硝酸および硫酸)および有機酸
(たとえば、酢酸、クエン酸、マロン酸、コハク酸、酒石酸、およびシュウ酸)
のような酸を含む。
【0028】
導電性金属選択性およびタンタル選択性研磨用組成物は、さらにポリアクリル
アミドもしくはポリウレタンジオールを任意に含有しうる。ポリアクリルアミド
もしくはポリウレタンジオールのいかなる適切な量も導電性金属選択性およびタ
ンタル選択性研磨用組成物において存在しうる。好ましくはポリアクリルアミド
もしくはポリウレタンジオールは導電性金属選択性およびタンタル選択性研磨用
組成物において、約0.05〜2wt%の濃度で存在する。もっと好ましくはポリ
アクリルアミドもしくはポリウレタンジオールは導電性金属選択性およびタンタ
ル選択性研磨用組成物において、約0.05〜1.5wt%、たとえば0.05〜
1wt%の濃度で存在する。最も好ましくはポリアミドもしくはポリウレタンジオ
ールは導電性金属選択性およびタンタル選択性研磨用組成物において、約0.1
〜0.5wt%、の濃度で存在する。
アミドもしくはポリウレタンジオールを任意に含有しうる。ポリアクリルアミド
もしくはポリウレタンジオールのいかなる適切な量も導電性金属選択性およびタ
ンタル選択性研磨用組成物において存在しうる。好ましくはポリアクリルアミド
もしくはポリウレタンジオールは導電性金属選択性およびタンタル選択性研磨用
組成物において、約0.05〜2wt%の濃度で存在する。もっと好ましくはポリ
アクリルアミドもしくはポリウレタンジオールは導電性金属選択性およびタンタ
ル選択性研磨用組成物において、約0.05〜1.5wt%、たとえば0.05〜
1wt%の濃度で存在する。最も好ましくはポリアミドもしくはポリウレタンジオ
ールは導電性金属選択性およびタンタル選択性研磨用組成物において、約0.1
〜0.5wt%、の濃度で存在する。
【0029】
導電性金属選択性およびタンタル選択性研磨用組成物はさらに1つ以上の他の
添加剤を任意に含有しうる。このような添加剤は界面活性剤(たとえば、カチオ
ン界面活性剤、アニオン界面活性剤、ノニオン界面活性剤、両性界面活性剤、フ
ッ素化界面活性剤、およびそれらの混合物)、ポリマー安定剤もしくは他の表面
活性分散剤(たとえば、リン酸、有機酸、酸化スズ、およびリン酸塩化合物)、
pH緩衝剤(たとえば、リン酸カリウム)、ならびに触媒、酸化剤およびキレー
ト化もしくは錯化剤のような研磨促進剤(たとえば、金属、特に鉄(III )、硝
酸塩、硫酸塩、ハロゲン化物(フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物を含む)、
カルボン酸エステル、ヒドロキシル、スルホンおよび/またはホスホン基を有す
る化合物、ジ−、トリー、マルチ−、およびポリカルボン酸および塩(たとえば
、酒石酸および酒石酸塩、リンゴ酸およびリンゴ酸塩、マロン酸およびマロン酸
塩、グルコン酸およびグルコン酸塩、クエン酸およびクエン酸塩、フタル酸およ
びフタル酸塩、ピロカテコール、ピロガロール、没食子酸および没食子酸塩、な
らびにタンニン酸およびタンニン酸塩)、アミン含有化合物(たとえば、1級、
2級、3級および4級アミンおよびアミノ酸)、過酸化物、過ヨウ素酸および塩
、過臭素酸および塩、過塩素酸および塩、過ホウ素酸および塩、ヨウ素酸および
塩、過マンガン酸塩、フェリシアン化カリウム、塩素酸塩、ペルオキシ炭酸塩(
percarbonates)、臭素酸塩、クロム酸塩、セリウム化合物、およびその混合物
)、を含む。
添加剤を任意に含有しうる。このような添加剤は界面活性剤(たとえば、カチオ
ン界面活性剤、アニオン界面活性剤、ノニオン界面活性剤、両性界面活性剤、フ
ッ素化界面活性剤、およびそれらの混合物)、ポリマー安定剤もしくは他の表面
活性分散剤(たとえば、リン酸、有機酸、酸化スズ、およびリン酸塩化合物)、
pH緩衝剤(たとえば、リン酸カリウム)、ならびに触媒、酸化剤およびキレー
ト化もしくは錯化剤のような研磨促進剤(たとえば、金属、特に鉄(III )、硝
酸塩、硫酸塩、ハロゲン化物(フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物を含む)、
カルボン酸エステル、ヒドロキシル、スルホンおよび/またはホスホン基を有す
る化合物、ジ−、トリー、マルチ−、およびポリカルボン酸および塩(たとえば
、酒石酸および酒石酸塩、リンゴ酸およびリンゴ酸塩、マロン酸およびマロン酸
塩、グルコン酸およびグルコン酸塩、クエン酸およびクエン酸塩、フタル酸およ
びフタル酸塩、ピロカテコール、ピロガロール、没食子酸および没食子酸塩、な
らびにタンニン酸およびタンニン酸塩)、アミン含有化合物(たとえば、1級、
2級、3級および4級アミンおよびアミノ酸)、過酸化物、過ヨウ素酸および塩
、過臭素酸および塩、過塩素酸および塩、過ホウ素酸および塩、ヨウ素酸および
塩、過マンガン酸塩、フェリシアン化カリウム、塩素酸塩、ペルオキシ炭酸塩(
percarbonates)、臭素酸塩、クロム酸塩、セリウム化合物、およびその混合物
)、を含む。
【0030】
いかなる適切なキャリア(たとえば、溶媒)も導電性金属選択性およびタンタ
ル選択性研磨用組成物において使用されうる。キャリアは金属酸化物砥粒(もし
固着されていないか、そうではなく研磨用パッド上に存在すれば)、ペルオキシ
硫酸塩化合物、導電性金属のための不動態膜形成剤ならびに他の成分の適切な基
板表面への付着を促進するのに使用されうる。好適なキャリアは水である。
ル選択性研磨用組成物において使用されうる。キャリアは金属酸化物砥粒(もし
固着されていないか、そうではなく研磨用パッド上に存在すれば)、ペルオキシ
硫酸塩化合物、導電性金属のための不動態膜形成剤ならびに他の成分の適切な基
板表面への付着を促進するのに使用されうる。好適なキャリアは水である。
【0031】
導電性金属選択性およびタンタル選択性研磨用組成物も、ここで述べるように
タンタルおよびタンタル以外の導電性金属を含む基板を化学的機械研磨するのに
用いられるとき、基板の素地材料(すなわち、タンタルおよび導電性金属以外の
材料)も除去するのが通常である。基板素地材料はシリカ(すなわち、二酸化ケ
イ素すなわちSiO2)であるのが通常である。導電性金属選択性およびタンタ
ル選択性研磨用組成物および/または研磨プロセスは、特に導電性金属およびタ
ンタル除去速度に関して、所望の基板素地材料除去速度を得るように調節される
。研磨用組成物のpH調節および/または研磨用組成物における金属酸化物の濃
度調節は所望の基板素地材料除去速度を得るのに好適な方法である。
タンタルおよびタンタル以外の導電性金属を含む基板を化学的機械研磨するのに
用いられるとき、基板の素地材料(すなわち、タンタルおよび導電性金属以外の
材料)も除去するのが通常である。基板素地材料はシリカ(すなわち、二酸化ケ
イ素すなわちSiO2)であるのが通常である。導電性金属選択性およびタンタ
ル選択性研磨用組成物および/または研磨プロセスは、特に導電性金属およびタ
ンタル除去速度に関して、所望の基板素地材料除去速度を得るように調節される
。研磨用組成物のpH調節および/または研磨用組成物における金属酸化物の濃
度調節は所望の基板素地材料除去速度を得るのに好適な方法である。
【0032】
研磨用組成物は、金属酸化物砥粒がパッケージされているか、もしくは研磨用
パッドに固着されているような、単一パッケージ、または2つ以上のパッケージ
で供給されうる。本発明の導電性金属選択性およびタンタル選択性研磨用組成物
のそれぞれが少なくとも2つのパッケージ系で供給され、第1のパッケージは金
属酸化物砥粒を含み、そして第2のパッケージはペルオキシ硫酸塩化合物を含む
のが好適である。残りの成分は第1容器、第2容器、もしくは第3容器のいずれ
かに配置されうる。研磨プロセスに先立ち、種々のパッケージが一緒にされ、導
電性金属選択性研磨用組成物および/またはタンタル選択性研磨用組成物を形成
する。
パッドに固着されているような、単一パッケージ、または2つ以上のパッケージ
で供給されうる。本発明の導電性金属選択性およびタンタル選択性研磨用組成物
のそれぞれが少なくとも2つのパッケージ系で供給され、第1のパッケージは金
属酸化物砥粒を含み、そして第2のパッケージはペルオキシ硫酸塩化合物を含む
のが好適である。残りの成分は第1容器、第2容器、もしくは第3容器のいずれ
かに配置されうる。研磨プロセスに先立ち、種々のパッケージが一緒にされ、導
電性金属選択性研磨用組成物および/またはタンタル選択性研磨用組成物を形成
する。
【0033】
次の例は本発明をさらに例示するが、もちろんその範囲を決して限定して解釈
されるべきではない。 例1 この例は本発明方法において、導電性金属選択性研磨用組成物をタンタル選択
性研磨用組成物にするために導電性金属のための不動態膜形成剤の濃度を調節す
ることを示す。
されるべきではない。 例1 この例は本発明方法において、導電性金属選択性研磨用組成物をタンタル選択
性研磨用組成物にするために導電性金属のための不動態膜形成剤の濃度を調節す
ることを示す。
【0034】
タンタル、銅、および二酸化炭素の同様な基板が、フュ−ムドシリカ6wt%、
ペルオキシジ硫酸アンモニウム1wt%、ポリアクリルアミド0.25wt%、およ
び種々の濃度のベンゾトリアゾ−ル(BTA)(すなわち0.65wt%、0.4
5wt%、0.30wt%、0.20wt%および0.10wt%)を含む5つの異なる
研磨用組成物で研磨されたが、各研磨用組成物はpH7であった。基板はMir
ra(登録商標)プラテン(Applied Materials)により研磨
プロセスに供され、下向きの力(DF)2psi(13.8kPa),キャリア
速度(CS)97rpm,そしてプラテン速度(PS)103rpmであった。
IC1000(Rodel)研磨用パッドが各基板に対して使用された。研磨用
組成物の使用につづいて、銅、タンタル、および二酸化ケイ素の除去速度(PR
)が各組成物について測定され、タンタル除去速度に対する銅除去速度の比(す
なわちCu:Ta PR)が計算され、測定データは表1に示される。
ペルオキシジ硫酸アンモニウム1wt%、ポリアクリルアミド0.25wt%、およ
び種々の濃度のベンゾトリアゾ−ル(BTA)(すなわち0.65wt%、0.4
5wt%、0.30wt%、0.20wt%および0.10wt%)を含む5つの異なる
研磨用組成物で研磨されたが、各研磨用組成物はpH7であった。基板はMir
ra(登録商標)プラテン(Applied Materials)により研磨
プロセスに供され、下向きの力(DF)2psi(13.8kPa),キャリア
速度(CS)97rpm,そしてプラテン速度(PS)103rpmであった。
IC1000(Rodel)研磨用パッドが各基板に対して使用された。研磨用
組成物の使用につづいて、銅、タンタル、および二酸化ケイ素の除去速度(PR
)が各組成物について測定され、タンタル除去速度に対する銅除去速度の比(す
なわちCu:Ta PR)が計算され、測定データは表1に示される。
【0035】
【表1】
【0036】
表1に示されるデータから明らかなように、0.10〜0.30wt%のBTA
を有する研磨用組成物(組成1C−1E)により示される、タンタル除去速度に
対する銅除去速度の比は0.45〜0.65wt%のBTAを有する研磨用組成物
(組成1Aおよび1B)により示される、タンタル除去速度に対する銅除去速度
の比よりも大幅に高かった。換言すると、増加したBTA濃度は銅除去を妨げ、
そして研磨用組成物を、銅選択性に対立してタンタル選択性にし、実質的に二酸
化ケイ素除去速度に作用しなかった。これらの結果は研磨用組成物の導電性金属
選択性およびタンタル選択性の性質が研磨用組成物における導電性金属のための
不動態膜形成剤の濃度を変えることにより調節されうることを示す。 例2 この例は本発明方法において、導電性金属選択性研磨用組成物をタンタル選択
性研磨用組成物にするためにpHを調節することを示す。
を有する研磨用組成物(組成1C−1E)により示される、タンタル除去速度に
対する銅除去速度の比は0.45〜0.65wt%のBTAを有する研磨用組成物
(組成1Aおよび1B)により示される、タンタル除去速度に対する銅除去速度
の比よりも大幅に高かった。換言すると、増加したBTA濃度は銅除去を妨げ、
そして研磨用組成物を、銅選択性に対立してタンタル選択性にし、実質的に二酸
化ケイ素除去速度に作用しなかった。これらの結果は研磨用組成物の導電性金属
選択性およびタンタル選択性の性質が研磨用組成物における導電性金属のための
不動態膜形成剤の濃度を変えることにより調節されうることを示す。 例2 この例は本発明方法において、導電性金属選択性研磨用組成物をタンタル選択
性研磨用組成物にするためにpHを調節することを示す。
【0037】
タンタル、銅、および二酸化炭素の同様な基板が、フュ−ムドシリカ6wt%、
ペルオキシジ硫酸アンモニウム1wt%、ベンゾトリアゾ−ル0.10wt%および
ポリアクリルアミド0.25wt%を含み、種々のpH値(すなわち、6.4、7.0、7
.2、および8.0)を有する4つの異なる研磨用組成物で研磨された。基板はMi
rra(登録商標)プラテン(Applied Materials)により研
磨プロセスに供され、下向きの力(DF)2psi(13.8kPa),キャリ
ア速度(CS)97rpm,そしてプラテン速度(PS)103rpmであった
。IC1000(Rodel)研磨用パッドが各基板に対して使用された。研磨
用組成物の使用につづいて、銅、タンタル、および二酸化ケイ素の除去速度(P
R)が各組成物について測定され、タンタル除去速度に対する銅除去速度の比(
すなわちCu:Ta PR)が計算され、測定データは表2に示される。
ペルオキシジ硫酸アンモニウム1wt%、ベンゾトリアゾ−ル0.10wt%および
ポリアクリルアミド0.25wt%を含み、種々のpH値(すなわち、6.4、7.0、7
.2、および8.0)を有する4つの異なる研磨用組成物で研磨された。基板はMi
rra(登録商標)プラテン(Applied Materials)により研
磨プロセスに供され、下向きの力(DF)2psi(13.8kPa),キャリ
ア速度(CS)97rpm,そしてプラテン速度(PS)103rpmであった
。IC1000(Rodel)研磨用パッドが各基板に対して使用された。研磨
用組成物の使用につづいて、銅、タンタル、および二酸化ケイ素の除去速度(P
R)が各組成物について測定され、タンタル除去速度に対する銅除去速度の比(
すなわちCu:Ta PR)が計算され、測定データは表2に示される。
【0038】
【表2】
【0039】
表2に示されるデータから明らかなように、pH6.4〜7.0を有する研磨
用組成物(組成2Aおよび2B)により示される、タンタル除去速度に対する銅
除去速度の比はpH7.2〜8.0を有する研磨用組成物(組成2Cおよび2D
)により示される、タンタル除去速度に対する銅除去速度の比よりも大幅に高か
った。換言すると、増加したpHは銅除去を妨げ、そして研磨用組成物を、銅選
択性に対立してタンタル選択性にし、そして二酸化ケイ素除去速度を大幅に増加
させた。これらの結果は研磨用組成物の導電性金属選択性およびタンタル選択性
の性質、ならびに基板素地材料への影響が研磨用組成物のpHを変えることによ
り調節されうることを示す。 例3 この例は本発明方法において、導電性金属選択性研磨用組成物をタンタル選択
性研磨用組成物にするために研磨攻撃性を調節することを示す。
用組成物(組成2Aおよび2B)により示される、タンタル除去速度に対する銅
除去速度の比はpH7.2〜8.0を有する研磨用組成物(組成2Cおよび2D
)により示される、タンタル除去速度に対する銅除去速度の比よりも大幅に高か
った。換言すると、増加したpHは銅除去を妨げ、そして研磨用組成物を、銅選
択性に対立してタンタル選択性にし、そして二酸化ケイ素除去速度を大幅に増加
させた。これらの結果は研磨用組成物の導電性金属選択性およびタンタル選択性
の性質、ならびに基板素地材料への影響が研磨用組成物のpHを変えることによ
り調節されうることを示す。 例3 この例は本発明方法において、導電性金属選択性研磨用組成物をタンタル選択
性研磨用組成物にするために研磨攻撃性を調節することを示す。
【0040】
タンタル、銅、および二酸化炭素の同様な基板が、フュ−ムドシリカ6wt%、
ペルオキシ硫酸アンモニウム1wt%、ベンゾトリアゾ−ル0.1wt%、およびポ
リアクリルアミド0.25wt%を含む同一の研磨用組成物で研磨されるが、各研
磨用組成物はpH7.85である。基板はMirra(登録商標)プラテン(A
pplied Materials)により異なる研磨プロセスに供され、下向
きの力(DF),背圧(BP),そしてプラテン速度(PS)を変える。IC1
000(Rodel)研磨用パッドが各基板に対して使用される。研磨用組成物
の使用につづいて、銅、タンタル、および二酸化ケイ素の除去速度(PR)が各
組成物について測定され、タンタル除去速度に対する銅除去速度の比(すなわち
Cu:Ta PR)が計算され、測定データは表3に示される。
ペルオキシ硫酸アンモニウム1wt%、ベンゾトリアゾ−ル0.1wt%、およびポ
リアクリルアミド0.25wt%を含む同一の研磨用組成物で研磨されるが、各研
磨用組成物はpH7.85である。基板はMirra(登録商標)プラテン(A
pplied Materials)により異なる研磨プロセスに供され、下向
きの力(DF),背圧(BP),そしてプラテン速度(PS)を変える。IC1
000(Rodel)研磨用パッドが各基板に対して使用される。研磨用組成物
の使用につづいて、銅、タンタル、および二酸化ケイ素の除去速度(PR)が各
組成物について測定され、タンタル除去速度に対する銅除去速度の比(すなわち
Cu:Ta PR)が計算され、測定データは表3に示される。
【0041】
【表3】
【0042】
表3に示されるデータから明らかなように、研磨用組成物により示される、タ
ンタル除去速度に対する銅除去速度の比は各研磨プロセスに用いられる研磨攻撃
性により大幅に影響される。特に、減少した研磨攻撃性はタンタル除去(組成3
E)に対して少ない銅除去(組成3A〜3D)をもたらし、そして研磨用組成物
を、銅選択性に対立してタンタル選択性にし、実質的に二酸化ケイ素除去速度に
作用しなかった。しかし、研磨攻撃性は二酸化ケイ素除去速度を多少調節するの
に用いられうる(組成3Dを組成3A〜3Cおよび3Eと比較)。これらの結果
は研磨用組成物の導電性金属選択性およびタンタル選択性の性質、ならびに基板
素地材料除去速度が研磨用組成物を含む研磨方法を変えることにより調節されう
ることを示す。 例4 この例は、研磨用組成物における金属酸化物濃度はを研磨用組成物により示さ
れるタンタル除去速度に対する導電性金属除去速度の比にあまり影響しないこと
を示す。
ンタル除去速度に対する銅除去速度の比は各研磨プロセスに用いられる研磨攻撃
性により大幅に影響される。特に、減少した研磨攻撃性はタンタル除去(組成3
E)に対して少ない銅除去(組成3A〜3D)をもたらし、そして研磨用組成物
を、銅選択性に対立してタンタル選択性にし、実質的に二酸化ケイ素除去速度に
作用しなかった。しかし、研磨攻撃性は二酸化ケイ素除去速度を多少調節するの
に用いられうる(組成3Dを組成3A〜3Cおよび3Eと比較)。これらの結果
は研磨用組成物の導電性金属選択性およびタンタル選択性の性質、ならびに基板
素地材料除去速度が研磨用組成物を含む研磨方法を変えることにより調節されう
ることを示す。 例4 この例は、研磨用組成物における金属酸化物濃度はを研磨用組成物により示さ
れるタンタル除去速度に対する導電性金属除去速度の比にあまり影響しないこと
を示す。
【0043】
タンタル、銅、および二酸化炭素の同様な基板が、ペルオキシ硫酸アンモニウ
ム1wt%、ベンゾトリアゾ−ル0.20wt%、ポリアクリルアミド0.25wt%
、および種々の濃度のフュ−ムドシリカ(すなわち、15wt%、12wt%、6wt
%、および3wt%)を含む4つの異なる研磨用組成物で研磨されたが、各研磨用
組成物はpH7であった。基板はIPEC 472 プラテンにより研磨プロセ
スに供され、下向きの力(DF)3psi(20.7kPa),キャリア速度(
CS)93rpm,そしてプラテン速度(PS)87rpmであった。IC10
00(Rodel)研磨用パッドが各基板に対して使用された。研磨用組成物の
使用につづいて、銅、タンタル、および二酸化ケイ素の除去速度(PR)が各組
成物について測定され、タンタル除去速度に対する銅除去速度の比(すなわちC
u:Ta PR)が計算され、測定データは表4に示される。
ム1wt%、ベンゾトリアゾ−ル0.20wt%、ポリアクリルアミド0.25wt%
、および種々の濃度のフュ−ムドシリカ(すなわち、15wt%、12wt%、6wt
%、および3wt%)を含む4つの異なる研磨用組成物で研磨されたが、各研磨用
組成物はpH7であった。基板はIPEC 472 プラテンにより研磨プロセ
スに供され、下向きの力(DF)3psi(20.7kPa),キャリア速度(
CS)93rpm,そしてプラテン速度(PS)87rpmであった。IC10
00(Rodel)研磨用パッドが各基板に対して使用された。研磨用組成物の
使用につづいて、銅、タンタル、および二酸化ケイ素の除去速度(PR)が各組
成物について測定され、タンタル除去速度に対する銅除去速度の比(すなわちC
u:Ta PR)が計算され、測定データは表4に示される。
【0044】
【表4】
【0045】
表4に示されるデータから明らかなように、3wt%のフュ−ムドシリカを有す
る研磨用組成物(組成4D)により示される、タンタル除去速度に対する銅除去
速度の比は6〜12wt%のフュ−ムドシリカを有する研磨用組成物(組成4Bお
よび4C)により示される、タンタル除去速度に対する銅除去速度とあまり異な
らなかったが、Cu:Ta除去速度は15wt%のフュ−ムドシリカを有する研磨
用組成物(組成4A)に対して少し低かった。これらの結果は研磨用組成物にお
ける金属酸化物砥粒の濃度がタンタルに対する導電性金属除去について組成物の
選択性にあまり影響しないことを示す。しかし、これらの結果により示されるよ
うに、金属酸化物砥粒の濃度はあまり二酸化ケイ素除去速度に作用せず、導電性
金属、タンタル、および基板素地材料除去速度に関して本発明方法が微調整され
るのを可能にする。 特許、特許出願および刊行物を含む、ここで引用されるすべての文献は、引用
によりここに組入れられる。
る研磨用組成物(組成4D)により示される、タンタル除去速度に対する銅除去
速度の比は6〜12wt%のフュ−ムドシリカを有する研磨用組成物(組成4Bお
よび4C)により示される、タンタル除去速度に対する銅除去速度とあまり異な
らなかったが、Cu:Ta除去速度は15wt%のフュ−ムドシリカを有する研磨
用組成物(組成4A)に対して少し低かった。これらの結果は研磨用組成物にお
ける金属酸化物砥粒の濃度がタンタルに対する導電性金属除去について組成物の
選択性にあまり影響しないことを示す。しかし、これらの結果により示されるよ
うに、金属酸化物砥粒の濃度はあまり二酸化ケイ素除去速度に作用せず、導電性
金属、タンタル、および基板素地材料除去速度に関して本発明方法が微調整され
るのを可能にする。 特許、特許出願および刊行物を含む、ここで引用されるすべての文献は、引用
によりここに組入れられる。
【0046】
本発明は好適な態様を強調して説明されたが、好適な態様の変形が使用され得
ること、そして本発明はここに具体的に記載されていなくても実施されうること
は当業者に自明であろう。したがって、本発明は、請求項に規定されるように本
発明の精神および範囲内に包含されるすべての変形を含む。
ること、そして本発明はここに具体的に記載されていなくても実施されうること
は当業者に自明であろう。したがって、本発明は、請求項に規定されるように本
発明の精神および範囲内に包含されるすべての変形を含む。
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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)
H01L 21/3205 H01L 21/88 K
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY,
DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I
T,LU,MC,NL,PT,SE,TR),OA(BF
,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,
ML,MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,G
M,KE,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,B
Z,CA,CH,CN,CR,CU,CZ,DE,DK
,DM,DZ,EE,ES,FI,GB,GD,GE,
GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS,J
P,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR
,LS,LT,LU,LV,MA,MD,MG,MK,
MN,MW,MX,MZ,NO,NZ,PL,PT,R
O,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ
,TM,TR,TT,TZ,UA,UG,UZ,VN,
YU,ZA,ZW
Fターム(参考) 3C047 FF08 GG15
3C058 AA07 AC04 CB01 CB03 DA17
5F033 HH07 HH08 HH09 HH11 HH13
HH18 HH19 HH21 HH32 HH33
HH34 QQ48 QQ50
Claims (44)
- 【請求項1】 タンタルおよびタンタル以外の導電性金属を含む基板を化学
的機械研磨する方法であり、その方法は: (a)基板に導電性金属選択性研磨用組成物および金属酸化物砥粒を付着させる
こと、 (b)基板からタンタルに比較して導電性金属の少なくとも1部を選択的に除去
すること、 (c)基板に(i)ペルオキシ硫酸塩および導電性金属のための不動態膜形成剤
を含むタンタル選択性研磨用組成物ならびに(ii)金属酸化物砥粒を付着させる
こと、ならびに (d)基板から導電性金属に比較してタンタルの少なくとも1部を選択的に除去
すること、 を含む方法。 - 【請求項2】 タンタルが金属タンタルもしくは窒化タンタルの形態である
請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 導電性金属が銅、アルミニウム、アルミニウムケイ素、チタ
ン、窒化チタン、タングステン、窒化タングステン、金、白金、イリジウム、ル
テニウム、および合金ならびにそれらの組合わせからなる群より選ばれる請求項
1もしくは2記載の方法。 - 【請求項4】 導電性金属が銅である請求項3記載の方法。
- 【請求項5】 金属酸化物砥粒がアルミナ、シリカ、チタニア、セリア、ジ
ルコニア、ゲルマニア、マグネシア、およびそれらの組合わせからなる群より選
ばれる請求項1〜4のいずれかに記載の方法。 - 【請求項6】 金属酸化物砥粒がシリカである請求項5記載の方法。
- 【請求項7】 金属酸化物砥粒がフュ−ムドシリカである請求項6記載の方
法。 - 【請求項8】 金属酸化物砥粒が研磨用組成物中にある請求項1〜7のいず
れかに記載の方法。 - 【請求項9】 金属酸化物砥粒が約2〜30wt%の濃度でタンタル選択性研
磨用組成物中に存在する請求項8記載の方法。 - 【請求項10】 金属酸化物砥粒が研磨パッド上に固着されている請求項1
〜7のいずれかに記載の方法。 - 【請求項11】 ペルオキシ硫酸塩化合物がペルオキシモノ硫酸、ペルオキ
シジ硫酸、およびその塩からなる群より選ばれる請求項1〜10のいずれかに記
載の方法。 - 【請求項12】 ペルオキシ硫酸塩化合物がペルオキシジ硫酸アンモニウム
である請求項11記載の方法。 - 【請求項13】 ペルオキシ硫酸塩化合物が約0.1〜5wt%の濃度でタン
タル選択性研磨用組成物中に存在する請求項1〜12のいずれかに記載の方法。 - 【請求項14】 不動態膜形成剤がヘテロ環式有機化合物である請求項1〜
13のいずれかに記載の方法。 - 【請求項15】 不動態膜形成剤が活性官能基として少なくとも1つの5も
しくは6員へテロ環を有するヘテロ環式有機化合物であり、ヘテロ環は少なくと
も1つの窒素原子を含有する請求項14記載の方法。 - 【請求項16】 不動態膜形成剤がベンゾトリアゾール、トリアゾール、ベ
ンズイミダゾ−ル、およびそれらの混合物からなる群より選ばれる請求項15記
載の方法。 - 【請求項17】 不動態膜形成剤が ベンゾトリアゾ−ルである請求項16
記載の方法。 - 【請求項18】 不動態膜形成剤が約0.001〜1wt%の濃度でタンタル
選択性研磨用組成物中に存在する請求項1〜17のいずれかに記載の方法。 - 【請求項19】 タンタル選択性研磨用組成物がポリアクリルアミドもしく
はポリウレタンジオールをさらに含有する請求項1〜18のいずれかに記載の方
法。 - 【請求項20】 基板素地材料が二酸化ケイ素である請求項1〜19のいず
れかに記載の方法。 - 【請求項21】 タンタルおよびタンタル以外の導電性金属を含む基板を化
学的機械研磨する方法であり、その方法は: (a)基板に(i)ペルキオシ硫酸塩および任意に導電性金属のための不動態膜
形成剤を含む導電性金属選択性研磨用組成物、ならびに(ii)金属酸化物砥粒を
付着させること、 (b)基板からタンタルに比較して導電性金属の少なくとも1部を選択的に除去
すること、 (c)導電性金属選択性研磨用組成物もしくは研磨方法を調節して、導電性金属
選択性研磨用組成物をタンタル選択性研磨用組成物にすること、ならびに (d)基板から導電性金属に比較してタンタルの少なくとも1部を選択的に除去
すること、 を含む方法。 - 【請求項22】 タンタルが金属タンタルもしくは窒化タンタルの形態であ
る請求項21記載の方法。 - 【請求項23】 導電性金属が銅、アルミニウム、アルミニウムケイ素、チ
タン、窒化チタン、タングステン、窒化タングステン、金、白金、イリジウム、
ルテニウム、および合金ならびにそれらの組合わせからなる群より選ばれる請求
項21もしくは22記載の方法。 - 【請求項24】 導電性金属が銅である請求項23記載の方法。
- 【請求項25】 段階(c)が研磨用組成物のpHを増加させることを含む
請求項21〜24のいずれかに記載の方法。 - 【請求項26】 段階(c)が研磨用組成物における不動態膜形成剤の濃度
を増加させることを含む請求項21〜25のいずれかに記載の方法。 - 【請求項27】 段階(c)は、パッドおよび基板が接触される圧力を低減
すること、接触中の基板のキャリア速度を低減すること、接触中のパッドのプラ
テン速度を低減すること、またはそれらの組合わせ、により研磨の攻撃性を低減
させることを含む請求項21〜26のいずれかに記載の方法。 - 【請求項28】 金属酸化物砥粒がアルミナ、シリカ、チタニア、セリア、
ジルコニア、ゲルマニア、マグネシア、およびそれらの組合わせからなる群より
選ばれる請求項21〜27のいずれかに記載の方法。 - 【請求項29】 金属酸化物砥粒がシリカである請求項28記載の方法。
- 【請求項30】 金属酸化物砥粒がフュ−ムドシリカである請求項29記載
の方法。 - 【請求項31】 金属酸化物砥粒が研磨用組成物中にある請求項21〜30
のいずれかに記載の方法。 - 【請求項32】 金属酸化物砥粒が約2〜30wt%の濃度で導電性金属選択
性およびタンタル選択性研磨用組成物中に存在する請求項31記載の方法。 - 【請求項33】 金属酸化物砥粒が研磨パッド上に固着されている請求項2
1〜30のいずれかに記載の方法。 - 【請求項34】 ペルオキシ硫酸塩化合物がペルオキシモノ硫酸、ペルオキ
シジ硫酸、およびその塩からなる群より選ばれる請求項21〜33のいずれかに
記載の方法。 - 【請求項35】 ペルオキシ硫酸塩化合物がペルオキシジ硫酸アンモニウム
である請求項34記載の方法。 - 【請求項36】 ペルオキシ硫酸塩化合物が約0.1〜5wt%の濃度で導電
性金属選択性およびタンタル選択性研磨用組成物中に存在する請求項21〜35
のいずれかに記載の方法。 - 【請求項37】 不動態膜形成剤がヘテロ環式有機化合物である請求項21
〜36のいずれかに記載の方法。 - 【請求項38】 不動態膜形成剤が活性官能基として少なくとも1つの5も
しくは6員へテロ環を有するヘテロ環式有機化合物であり、ヘテロ環は少なくと
も1つの窒素原子を含有する請求項37記載の方法。 - 【請求項39】 不動態膜形成剤がベンゾトリアゾール、トリアゾール、ベ
ンズイミダゾ−ル、およびそれらの混合物からなる群より選ばれる請求項38記
載の方法。 - 【請求項40】 不動態膜形成剤がベンゾトリアゾ−ルである請求項39記
載の方法。 - 【請求項41】 不動態膜形成剤が約0.001〜1wt%の濃度で導電性金
属選択性研磨用組成物中に存在する請求項21〜40のいずれかに記載の方法。 - 【請求項42】 不動態膜形成剤が約0.3〜1wt%の濃度でタンタル選択
性研磨用組成物中に存在する請求項21〜41のいずれかに記載の方法。 - 【請求項43】 導電性金属選択性およびタンタル選択性研磨用組成物がポ
リアクリルアミドもしくはポリウレタンジオールをさらに含有する請求項21〜
42のいずれかに記載の方法。 - 【請求項44】 基板素地材料が二酸化ケイ素である請求項21〜43のい
ずれかに記載の方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US60/169,382 | 1999-12-07 | ||
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---|---|
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