JP2005175432A

JP2005175432A - 半導体ウェーハ用研磨組成物

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Publication number: JP2005175432A
Application number: JP2004271970A
Authority: JP
Inventors: Jinru Bian; チンル・ビアン; John Quanci; ジョン・クァンシ; Matthew R Vanhanehem; マシュー・ビー・ヴァンハネヘム
Original assignee: Rohm and Haas Electronic Materials CMP Holdings Inc; Rohm and Haas Electronic Materials LLC
Current assignee: Rohm and Haas Electronic Materials CMP Holdings Inc; Rohm and Haas Electronic Materials LLC
Priority date: 2003-09-17
Filing date: 2004-09-17
Publication date: 2005-06-30
Also published as: US20050282390A1; CN1609155A; EP1518910A1; KR20050028864A; US20050056810A1; TW200517480A; US7056829B2; CN100341966C

Abstract

【課題】炭窒化ケイ素をストッパ層としたバリア層およびキャップ層を、ディッシングやエロージョンなしに研磨できる研磨組成物を提供する。
【解決手段】半導体ウェーハを研磨するのに有用な水性組成物であって、親水基および３より大きい炭素鎖長を有する疎水基を有し、かつウェーハに対して垂直方向に計測して１３．８kPaの微細多孔性ポリウレタンの研磨パッド圧力で測定したとき、炭窒化ケイ素の除去速度を、窒化ケイ素除去速度の減少よりも少なくとも１００オングストローム／分だけ大きく抑制する非イオン性界面活性剤を含む。
【選択図】なし

Description

本発明は、半導体ウェーハの研磨に、より詳しくは、ウェーハの層、たとえばバリア材料、キャップ材料、絶縁層、反射防止層およびハードマスクを、下にある炭窒化ケイ素層の存在下で除去するための組成物および方法に関する。

典型的には、半導体基板は、ケイ素の基材と、絶縁層内に回路配線のパターンを形成するよう配置された多数のトレンチを含む絶縁層とを有する。これらのトレンチのパターンは、ダマシン構造またはデュアルダマシン構造のいずれかを有する。加えて、典型的には、１ないし３層以上ものキャップ層で、トレンチがパターニングされた絶縁層を、キャップ層を覆うバリア層とともに被覆する。最後に、金属層でバリア層を覆い、パターニングされたトレンチを充填する。金属層は、回路配線を形成して、それが、絶縁領域を連絡し、集積回路を形成する。

キャップ層は、様々な目的に有用なことができる。たとえば、絶縁体を被覆する炭窒化ケイ素のようなキャップ層は、下にある絶縁体を研磨の際の除去から保護するための研磨のストッパとして作用し得る。炭窒化ケイ素の窒素濃度は、製造者により変動し、約５０原子％（atomic percent）の窒素まで含有し得る（窒化物含量が０ならば、ストッパ層は、炭化ケイ素の化学的性質を有する）。加えて、二酸化ケイ素層、窒化ケイ素層、またはその二層の組合せは、ストッパ層上のトポグラフィーを修正し得る。典型的には、バリア層、たとえばタンタルバリア層は、キャップ層を被覆し、金属導体層は、バリア層を覆って、金属配線を形成する。

ケミカルメカニカルプラナリゼーション、またはＣＭＰ法は、しばしば、多数の研磨ステップを含む。たとえば、第１の平坦化のステップは、下にあるバリア−絶縁層から金属層を除去して、ウェーハを平坦化する。この第１のステップの研磨は、被研磨研磨面に回路配線を与える、金属が充填されたトレンチを有するウェーハ上の平滑で平坦な表面を残しつつ、金属層を除去する。研磨の第１のステップは、過剰な配線金属、たとえば銅を比較的高速で除去する傾向がある。第１のステップの研磨の後、第２のステップの研磨で、典型的には、半導体ウェーハ上に残留するバリア層を除去する。この第２のステップの研磨は、下にある絶縁層からバリアを除去して、平坦な被研磨面を絶縁層上に与える。第２のステップの研磨は、キャップ層上で停止するか、すべてのキャップ層を除去するか、または下にある絶縁層のいくらかを除去し得る。

残念ながら、ＣＭＰ法は、しばしば、回路配線からの望まざる金属の過剰な除去、すなわち「ディッシング」を結果的に生じる。このディッシングは、第１のステップの研磨と第２のステップの研磨との双方から生じ得る。許容され得るレベルを超えるディッシングは、回路配線の寸法上の損失を生じる。これらの回路配線の薄い領域は、電気的信号を減衰させ、デュアルダマシン構造の連続的な構成を損ないかねない。ディッシングに加え、ＣＭＰ法は、しばしば、「エロージョン」として知られる作用によって過剰量の絶縁層を除去する。配線金属に隣接して生じるエロージョンは、回路配線に寸法上の欠陥を導入しかねない。ディッシングと同様にして、これらの欠陥は、電気的信号の減衰をもたらし、デュアルダマシン構造のその後の構成を損なう。

バリア層、および所望でないキャップ層をも除去した後、第１のキャップ層のストッパ、たとえば炭窒化ケイ素ストッパ層が、しばしば、ＣＭＰ法が絶縁体にダメージを与えるのを防ぐ。このストッパ層は、典型的には、除去速度を制御することによって、絶縁体のエロージョンを回避または緩和して、下にある絶縁体を保護する。ストッパ層の除去速度に対する、バリア層及びその他のキャップ層（たとえば窒化ケイ素および二酸化ケイ素）の除去速度は、選択比の例である。本出願における意味に関して、選択比は、オングストローム／分で測定される除去速度の比率を意味する。

Minamihabaらは、米国特許公開公報2003/0124850中で、炭化ケイ素系列の化合物、たとえばＳｉＣＯ、ＳｉＣＨおよびＳｉＣＮを除去するための研磨スラリーを開示している。この研磨スラリーは、炭化ケイ素系列の化合物の除去を容易にするための、ベンゼン環を有するアミノ酸、または複素環を有する有機酸のいずれかの使用を教示する。炭化ケイ素系列の層を除去するこの方法とは異なり、炭窒化ケイ素ストッパ層を有するいくつかの集積スキームは、保護キャップを除去することのない研磨を必要とする。

炭窒化ケイ素ストッパ層を過剰な量で除去することなしに、バリア材料およびキャップ材料（たとえば窒化ケイ素および二酸化ケイ素）を選択的に除去する組成物に対する要求は満足のいくものではない。加えて、半導体ウェーハを研磨するスラリーに対しては、以下のニーズが存在する：（１）バリア材料またはキャップ材料を除去する；（２）配線のディッシング、絶縁体のエロージョンを軽減し、絶縁体のピーリングを回避する；（３）炭窒化ケイ素ストッパ層で作動する。

本発明は、半導体ウェーハを研磨するのに有用な水性組成物であって、炭窒化ケイ素の除去速度を抑える非イオン性界面活性剤を含み、非イオン性界面活性剤が、親水基と、３より大きい炭素鎖長を有する疎水基とを有し、かつウェーハに対して垂直方向に計測して１３．８kPaの微細多孔性ポリウレタンの研磨パッド圧力で測定したとき、炭窒化ケイ素の除去速度を窒化ケイ素除去速度の減少よりも少なくとも１００オングストローム／分だけ大きく抑制する、組成物を提供する。

本発明のさらなる態様は、半導体ウェーハを研磨するのに有用な水性組成物であって、砥粒０〜３０重量％、非鉄金属用インヒビター０〜１５重量％、酸化剤０〜２５重量％、ホルムアミジン、ホルムアミジン塩、ホルムアミジン誘導体、グアニジン誘導体、グアニジン塩、およびそれらの混合物からなる群より選ばれるタンタル除去剤０〜１０重量％、ならびに炭窒化ケイ素の除去速度を抑制し、親水基と、３より大きい炭素鎖長を有する疎水基とを有する非イオン性界面活性剤０．００１〜５重量％を含み、非イオン性界面活性剤が、ウェーハに対して垂直方向に計測して１３．８kPaの微細多孔性ポリウレタンの研磨パッド圧力で測定したとき、炭窒化ケイ素の除去速度を窒化ケイ素除去速度の減少よりも少なくとも１００オングストローム／分だけ大きく抑制し、かつ非イオン性界面活性剤が、アルカノアミド、アルキルポリエチレンオキシド、アルキルフェノールポリエチレンオキシド、ポリオキシエチレン化アルキルアミンオキシド、ポリオキシエチレン化ポリオキシプロピレングリコール、アルキルポリグルコシド、カルボン酸アルキルエステル、ポリオキシエチレン化メルカプタン、アルキルジグリセリド、ポリオキシエチレン化アルカノールアミン、ポリアルコキシル化アミド、第三級アセチレン性グリコール、およびそれらの混合物からなる群より選ばれる組成物を提供する。

本発明のさらなる態様は、半導体基板から少なくとも一つのコーティング層を除去するための研磨方法であって、
少なくとも一つのコーティング層の下に炭窒化ケイ素を有する半導体基板を、炭窒化ケイ素の除去を抑制し、親水基と、３より大きい炭素鎖長を有する疎水基とを有する、非イオン性界面活性剤を含有する研磨組成物に接触させる工程と；
半導体基板を研磨パッドで研磨して、少なくとも一つのコーティング層を、オングストローム／分で示される炭窒化ケイ素層についての除去速度よりも大きい除去速度で除去する工程と；
炭窒化ケイ素層のすべてを除去する前に研磨を停止する工程と
を含む方法を提供する。

詳細な説明
本スラリーおよび方法は、炭窒化ケイ素層で停止しつつ、バリア材料またはキャップ材料、たとえば窒化ケイ素および二酸化ケイ素を除去するための予想外の選択比を与える。本スラリーは、炭窒化ケイ素層で停止しつつ、少なくとも一つの層、たとえばタンタル含有層または窒化ケイ素層を選択的に除去することを、非イオン性界面活性剤に依拠する。この選択比は、配線金属のディッシング、および絶縁層のエロージョンを低下させる。さらに、本スラリーは、炭窒化ケイ素層で停止しつつ、半導体ウェーハからの脆いlow-k絶縁層のピーリングまたはデラミネーションなしに、窒化ケイ素、有機キャップのようなバリア材料およびキャップ層、ならびに絶縁体を除去することができる。これらのスラリーのもう一つの利点は、組成物が、ケイ素・炭素ドーピング酸化物（ＣＤＯ）層で停止できることである。

本明細書で用いられる界面活性薬剤または界面活性剤は、存在するときに、ウェーハ基板の表面もしくは界面に吸着する特性を有するか、またはウェーハ基板の表面もしくは界面の表面自由エネルギーを変化させる物質を意味する。用語「界面」は、混和できないあらゆる二相間の境界である。用語「表面」は、一つの相が気体、通常は空気である、界面を意味する。界面活性剤は、通常、界面自由エネルギーを低下させるように作用する。

非イオン性界面活性剤は、水に対して強い親和力をもつ、親水基と呼ばれる基とともに、水に対してほとんど親和力をもたない、疎水基として知られる構造的な基からなる、特徴的な分子構造を有する。非イオン性界面活性剤は、見かけ上、イオン性電荷を保有しないが、典型的には、酸素、硫黄または窒素原子を含む親水基を有する。疎水基は、通常、長鎖炭化水素、過フッ化炭化水素またはシロキサン鎖であり、水溶性であるために適切な長さを有する。特に、疎水基は、３より多い炭素鎖長を有する。最も有利には、疎水基は、６以上の炭素鎖長を有する。

非イオン性界面活性剤は、典型的には、異なる親水性および疎水性の特徴を有する。たとえば、ＨＬＢ値（親水・親油バランス）は、界面活性剤の親水性および疎水性の程度を定義している。界面活性剤についての、より高いＨＬＢ値は、この界面活性剤が、小さいＨＬＢ値を有する界面活性剤よりも親水性であることを示す。界面活性剤についてのＨＬＢの定義および算出は、多くの学術書、たとえば、Milton J. Rosen著「Surfactants and Interfacial Phenomena」Wiley Interscience 発行（1979）の中に見出すことができる。非イオン性界面活性剤は、典型的には、２〜３０のＨＬＢを有する。有利には、非イオン性界面活性剤は、２．５〜２５のＨＬＢを有する。最も有利には、非イオン性界面活性剤は、３〜２０のＨＬＢを有し、特に、１０以上の非イオン性界面活性剤の値は、炭窒化ケイ素除去速度をさらに低下させる。

好適な非イオン性界面活性剤は、アルカノアミド、アルキルポリエチレンオキシド、アルキルフェノールポリエチレンオキシド、ポリオキシエチレン化アルキルアミンオキシド、ポリオキシエチレン化ポリオキシプロピレングリコール、アルキルポリグルコシド、カルボン酸アルキルエステル、ポリオキシエチレン化メルカプタン、アルキルジグリセリド、ポリオキシエチレン化アルカノールアミン、ポリアルコキシル化アミド、第三級アセチレン性グリコール、およびそれらの混合物からなる群から選ばれる。最も好適な非イオン性界面活性剤は、アルキルポリエチレンオキシド、アルキルフェノールポリエチレンオキシド、およびそれらの混合物からなる群より選ばれる。いくつかの含アルカノアミド組成物は、数日後に粘度の上昇を生じ得る。組成物がこの粘度上昇を生じるならば、これらの界面活性剤は、使用時に、またはその近くで加えるのが有利であり得る。

有利には、非イオン性界面活性剤は、アルカノアミドであり、このアルカノアミドは、モノアルカノールアミン（ＭＡＡ）、ジアルカノールアミン（ＤＡＡ）、トリアルカノールアミン、およびそれらの混合物からなる群よりのアルカノールアミンのアシル化生成物である。最も有利には、アルカノールアミンは、ジエタノールアミン、モノエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、モノイソプロパノールアミン、エタノイソプロパノールアミン、およびそれらの混合物からなる群より選ばれる。高い除去速度の選択比に特に効果的な非イオン性界面活性剤は、ココアミドジエタノールアミン（ＤＥＡ）、ラウルアミドＤＥＡ、リノールアミドＤＥＡおよびリシノールアミドＤＥＡを包含する（ココアミドは、ヤシ酸とＤＥＡとのアシル化生成物であり；ラウルアミドは、ラウリル酸とＤＥＡとのアシル化生成物であり；リノールアミドは、リノール酸とＤＥＡとのアシル化生成物であり；リシノールアミドは、リシノール酸とＤＥＡとのアシル化生成物である）。さらなる有効な非イオン性界面活性剤は、アルキル−およびアルキルフェノール−ポリエチレンオキシドを包含する。

典型的には、高い選択比は、０．００１〜５重量％の界面活性剤の添加によって達成することができる。本明細書では、別途特定されない限り、すべての濃度は重量％をいう。さらに、開示される範囲は、組合せ、および部分的な組合せの範囲、ならびに範囲内の限定値を含む。有利には、界面活性剤は、０．０１〜１重量％であり、最も有利には、界面活性剤は、０．０３〜０．３重量％である。

非イオン性界面活性剤は、オングストローム／分で測定される、炭窒化ケイ素の除去速度を、窒化ケイ素について抑制するよりも、大きい割合で抑制する。特に、非イオン性界面活性剤は、ウェーハに対して垂直方向に計測した微細多孔性ポリウレタン研磨パッド圧力が１３．８kPa（２psi）で、かつ実施例の条件で測定したとき、炭窒化ケイ素の除去速度を、窒化ケイ素除去速度の減少よりも、少なくとも１００オングストローム／分だけ大きく抑える。たとえば、圧力が１３．８kPaで、かつ実施例の条件で、ＩＣ１０１０（商標）研磨パッドを用いて界面活性剤を含まない組成物で研磨したとき、炭窒化ケイ素については５００オングストローム／分、窒化ケイ素については５００オングストローム／分の対照研磨速度を与える。次いで非イオン性界面活性剤を添加すると、同じ条件下での研磨速度を、炭窒化ケイ素については３００オングストローム／分まで、窒化ケイ素については４００オングストローム／分まで低下させて、それぞれ研磨速度を２００オングストローム／分および１００オングストローム／分減少させる。これは、炭窒化ケイ素の除去速度について、窒化ケイ素に比べて１００オングストローム／分だけ大きく減少したことに等しい。有利には、スラリーは、炭窒化ケイ素の除去速度ついて、窒化ケイ素に比べて少なくとも２００オングストローム／分だけ大きな減少を与える。最も有利には、スラリーは、炭窒化ケイ素の除去速度について、窒化ケイ素に比べて少なくとも５００オングストローム／分だけ大きな減少を与える。

界面活性剤を有するスラリーは、ＴａＮ／ＳｉＣＮ、ＳｉＮ／ＳｉＣＮおよびＴＥＯＳ／ＳｉＣＮの選択比のためには、酸性、中性および塩基性のpHレベルで用いることができる。有利には、選択比のためのpHは、少なくともpH７であり、最も有利には、pH７〜１０である。

場合により、組成物は、バリア層、たとえばタンタル、窒化タンタル、タンタル−窒化ケイ素、チタン、窒化チタン、チタン−窒化ケイ素、チタン−窒化チタン、チタン−タングステン、タングステン、窒化タングステンおよびタングステン−窒化ケイ素バリアの除去剤を含有してもよい。

場合により、組成物は、タンタル含有材料の除去速度をさらに上昇させるか、または、炭窒化ケイ素に対する窒化タンタルの選択比を強化する、０〜１０重量％のタンタル除去剤を含む。溶液は、タンタルバリア材料を選択的に除去することを、ホルムアミジン、ホルムアミジン塩、ホルムアミジン誘導体、たとえばグアニジン、グアニジン誘導体、グアニジン塩、およびそれらの混合物からなる群より選ばれるタンタルバリア除去剤に依拠する。特に有効なグアニジン誘導体および塩は、塩酸グアニジン、硫酸グアニジン、塩酸アミノグアニジン、酢酸グアニジン、炭酸グアニジン、硝酸グアニジン、ホルムアニミド、ホルムアミジンスルフィン酸、およびそれらの混合物を包含する。タンタルおよび窒化タンタルを場合により除去するには、組成物は、最も有利には、０．２〜６重量％のタンタル除去剤を含む。

場合により、組成物は、０〜２５重量％の酸化剤を含有する。酸化剤は、配線金属、たとえば銅の除去速度を加速するのに特に効果的である。酸化剤は、多数の酸化化合物、たとえば過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）、一過硫酸塩、ヨウ素酸塩、過フタル酸マグネシウム、過酢酸その他の過酸、過硫酸塩、臭素酸塩、過ヨウ素酸塩、硝酸塩、鉄塩、セリウム塩、Ｍｎ（III）、Ｍｎ（IV）およびＭｎ（VI）塩、銀塩、銅塩、クロム塩、コバルト塩、ハロゲン、次亜塩素酸塩、ならびにそれらの混合物の少なくとも一つであることができる。さらに、酸化剤化合物の混合物を用いるのが有利であることが多い。最も有利な酸化剤は、過酸化水素およびヨウ素酸塩である。研磨スラリーが過酸化水素のような不安定な酸化剤を含有するときは、しばしば、酸化剤を使用時に、スラリーと混合するのが最も有利である。本組成物は、酸化剤なしで機能することから、最も有利には、組成物は、金属配線、たとえば銅の望ましくない静的エッチングを制限するために、酸化剤を全く含有しない。

典型的な炭窒化ケイ素の集積スキームは、制御された速度での金属配線の除去と同時に、バリアまたはキャップ層の除去を必要とする。配線に用いられる適切な非鉄金属は、たとえば、銅、銅合金、金、金合金、ニッケル、ニッケル合金、白金族金属、白金族金属合金、銀、銀合金、タングステン、タングステン合金、およびこれらの金属の少なくとも一つを含む混合物を包含する。有利には、配線金属は、銅、銅ベースの合金、銀または銀ベースの合金である。最も有利には、配線金属は、銅である。

場合により、溶液は、静的エッチングまたはその他の除去機構による配線の除去速度を制御するために、０〜１５重量％のインヒビターを含有してもよい。典型的には、インヒビターの濃度を調整して静的エッチングから金属を保護することによって、配線金属の除去速度を調整する。有利には、溶液は、場合により０〜１０重量％のインヒビターを含有する。このインヒビターは、インヒビターの混合物からなってよい。アゾールインヒビターは、銅および銀の配線に特に効果的である。典型的なアゾールインヒビターは、ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）、トリルトリアゾール、イミダゾール及びその他のアゾール化合物を包含する。最も有利には、スラリーは、銅または銀の配線の静的エッチングを抑制するために、合計で０．００１〜５重量％のアゾールを含有する。ＢＴＡは、銅および銀に特に効果的なインヒビターである。

インヒビターに加えて、溶液は、場合により、非鉄金属のための錯化剤０〜２０重量％を含有してもよい。錯化剤は、存在するときには、非鉄金属の配線が溶解することによって形成される金属イオンの析出を防止する。最も有利には、溶液は、非鉄金属のための錯化剤０〜１０重量％を含有する。錯化剤の具体例は、酢酸、クエン酸、エチルアセト酢酸、グリコール酸、乳酸、リンゴ酸、シュウ酸、サリチル酸、ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム、コハク酸、酒石酸、チオグリコール酸、グリシン、アラニン、アスパラギン酸、エチレンジアミン、トリメチルジアミン、マロン酸、グルテル酸、３−ヒドロキシ酪酸、プロピオン酸、フタル酸、イソフタル酸、３−ヒドロキシサリチル酸、３，５−ジヒドロキシサリチル酸、没食子酸、グルコン酸、ピロカテコール、タンニン酸、これらの塩および混合物を包含する。有利には、錯化剤は、酢酸、クエン酸、エチルアセト酢酸、グリコール酸、乳酸、リンゴ酸、シュウ酸およびこれらの混合物からなる群より選択される。最も有利には、錯化剤はクエン酸である。

インヒビターに加えて、溶液は、場合により、バリア層の除去、またはバリア層とキャップ層との組合せの除去を容易にするための砥粒０〜３０重量％を含有してもよい。集積スキームに応じて、研磨組成物は、上部のキャップ層を除去するために、または最初にバリア層を除去し、次いでキャップ層を除去するのために役立ち得る。研磨組成物は、場合により、バリア層の「機械的」除去のための砥粒を含む。砥粒は、好ましくは、コロイド状の砥粒である。砥粒の例は、無機酸化物、金属ホウ化物、金属炭化物、金属窒化物、ポリマー粒子、および前記のうち少なくとも一つを含む混合物を包含する。適切な無機酸化物は、たとえば、シリカ（ＳｉＯ₂）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、ジルコニア（ＺｒＯ₂）、セリア（ＣｅＯ₂）、酸化マンガン（ＭｎＯ₂）、または前記酸化物のうち少なくとも一つを含む組合せを包含する。これらの無機酸化物の変性された形態、たとえば、ポリマーで被覆された無機酸化物粒子、および無機物で被覆された粒子も、所望であれば使用することができる。適切な金属炭化物、ホウ化物および窒化物は、たとえば、炭化ケイ素、窒化ケイ素、炭窒化ケイ素（ＳｉＣＮ）、炭化ホウ素、炭化タングステン、炭化ジルコニウム、ホウ化アルミニウム、炭化タンタル、炭化チタン、または前記金属炭化物、ホウ化物および窒化物のうち少なくとも一つを含む組合せを包含する。ダイヤモンドも、所望であれば、砥粒として使用することができる。これに代わる砥粒はまた、ポリマー粒子、および被覆されたポリマー粒子も包含する。好適な砥粒は、シリカである。

有利には、砥粒は、研磨組成物の総重量を基準にして０．０５〜１５重量％の量で存在する。この範囲内では、０．１重量％以上、好ましくは０．５重量％以上の量で存在する砥粒を有するのが望ましい。この範囲内で望ましいのはまた、１０重量％以下、好ましくは５重量％以下の量である。

砥粒は、過剰な金属ディッシングおよび絶縁体エロージョンを防ぐため、１５０nm以下の平均粒径を有する。本明細書の意味に関して、粒径は、砥粒の平均粒径を意味する。１００nm以下の平均粒径を有するコロイド状の砥粒を用いるのが望ましい。最小の絶縁体エロージョンおよび金属ディッシングは、有利には、１００nm以下の平均粒径を有するコロイドダルシリカで生じる。コロイド状の砥粒の大きさを１００nm以下まで減少させると、研磨組成物の選択比が改善する傾向にあるが、バリア除去速度をも低下させる傾向がある。加えて、好適なコロイド状の砥粒は、添加剤、たとえば分散剤、界面活性剤、緩衝液を、コロイド状の砥粒の安定性を酸性のpH範囲で向上させるために包含し得る。そのようなコロイド状の砥粒の一つは、Clariant S.A., Puteaux、フランス国からのコロイダルシリカである。ケミカルメカニカルプラナリゼーション組成物は、場合により、錯化剤、キレート化剤、pH緩衝液、殺生物剤および消泡剤も含むことができる。

研磨組成物が砥粒を含有しないならば、パッドの選択およびコンディショニングは、ケミカルメカニカルプラナリゼーション（ＣＭＰ）法にとって、より重要になる。たとえば、いくつかの砥粒なしの組成物については、固定砥粒パッドが研磨性能を向上させる。

研磨溶液は、場合により、配線金属の表面仕上げを制御するための、塩化アンモニウムのようなレベリング剤、および組成物中の生物学的活性を制限するために、殺生物剤をも含むことができる。

スラリーは、ウェーハに対する垂直方向の微細多孔性ポリウレタンの研磨パッド圧力が１３．８kPaで測定したとき、少なくとも２：１のＴａＮ／ＳｉＣＮ、ＴＥＯＳ／ＳｉＣＮおよびＳｉＮ／ＳｉＣＮの選択比を与えることができる。選択比を決定するのに有用な特定の研磨パッドは、微細多孔性ポリウレタン研磨パッド、たとえばRodelが販売するＩＣ１０００（商標）という研磨パッドである。有利には、スラリーは、ウェーハに対して垂直方向に計測した微細多孔性ポリウレタンの研磨パッド圧力が１３．８kPaで測定したとき、少なくとも２：１の選択比を与え、最も有利には、この範囲は、ＳｉＮ／ＳｉＣＮについて少なくとも５：１である。また、スラリーは、３０：１を越える窒化タンタル：炭窒化ケイ素の選択比を与えることができる。界面活性剤の濃度、スラリーのpH、酸化剤の濃度、およびタンタル除去剤の濃度を調整することで、選択比を調整する。インヒビター、酸化剤、錯化剤を調整することで、配線金属の除去速度を調整する。

試験したすべてのサンプルは、金属インヒビターとしてベンゾトリアゾール０．１重量％、平均粒径５０nmを有するシリカ１２重量％、およびpH９の塩酸グアニジン０．９５重量％を含有した。実験では、ＴａＮバリア、Ｔａバリア、二酸化ケイ素（ＴＥＯＳ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、炭窒化ケイ素（ＳｉＣＮ）、炭素をドーピングした酸化物（ＣＤＯ）および銅（Ｃｕ）の除去速度を測定した。加えて、スラリーＡおよびＢは、対照スラリーを表し、番号を付けたスラリー１〜１２は、本発明の実施例を表す。

例１
この試験では、いくつかのアルカノアミドを加えた除去速度を、対照スラリーＡと比較した。この試験は、ＩＣ１０００研磨パッド（Rodel, Inc.）を備えたStrausbaugh研磨機を用いて、ダウンフォース条件約１３．８kPa（約２psi）、ならびに研磨スラリー流速２００ml／分、プラテン速度１２０rpmおよびキャリヤ速度１１４rpmで、サンプルウェーハ（２００mm）を研磨した。研磨スラリーは、ＫＯＨまたはＨＮＯ₃で調整しpH９を有し、すべてのスラリーは、残余の脱イオン水を用いて調製した。

下表は、アルカノアミド界面活性剤が、ＳｉＮも含めて、バリアおよびキャップ層の除去速度にほとんど影響しないまま、ＳｉＣＮウェーハの除去速度を抑制できることを示す。

表１のデータは、０．１３重量％のアルカノアミド界面活性剤の添加により、炭窒化ケイ素の除去速度が、１，３００Å／分から実に６５Å／分まで低下したことを示す。加えて、アルカノアミド界面活性剤は、ＴａＮ、ＴＥＯＳまたはＳｉＮ除去速度を有意に低下させなかった。ＳｉＮ／ＳｉＣＮについての選択比は、０．３７から実に６．５まで上昇した。さらに、ＳｉＣＮに対するＴａＮの除去速度の選択比（Ｔａ／ＳｉＣＮ）、およびＳｉＣＮに対するＴＥＯＳ除去の選択比も、ＳｉＮ／ＳｉＣＮの選択比よりはるかに高かった。

例２
この試験では、いくつかのポリエチレンオキサイド型界面活性剤を加えた除去速度を、例２の条件を用いて対照と比較した。

下表は、用いたポリエチレンオキサイド界面活性剤も、バリアおよびキャップ層の除去速度にほとんど影響しないまま、ＳｉＣＮウェーハの除去速度のみを効果的に抑制できることを示す。

ポリエチレンオキサイド界面活性剤は、炭窒化ケイ素の除去速度を約１，２００Å／分から実に６４Å／分まで抑制したが、ＴａＮ、ＴＥＯＳおよびＳｉＮの除去速度は、僅かに変化しただけであった。ＳｉＮ／ＳｉＣＮの除去速度の比（選択比）は、０．４から実に５．５まで上昇した。さらに、ＳｉＣＮに対するＴａＮの除去速度（Ｔａ／ＳｉＣＮ）およびＳｉＣＮに対するＴＥＯＳの選択比は、ＳｉＮ／ＳｉＣＮの選択比よりはるかに高かった。

非イオン性界面活性剤の添加は、タンタル材料、窒化ケイ素および二酸化ケイ素の除去速度に対して、ほとんど影響しない。しかし、非イオン性界面活性剤は、炭窒化ケイ素の除去速度を、２，０００Å／分以上から炭窒化ケイ素層で停止するのに許容され得るレベルまで、効果的に低下させることができる。加えて、この溶液および方法は、場合により、タンタル、窒化タンタルおよび酸化タンタルのようなタンタルバリア材料、ならびに窒化ケイ素および酸化ケイ素のようなキャップ層を除去する一方、炭窒化ケイ素層で停止するための優れた選択比を与える。加えて、溶液は、バリア層、キャップ層、絶縁層、反射防止層およびハードマスクを選択的に除去するが、炭窒化ケイ素で停止して、下にある絶縁体を保護し、絶縁体エロージョンを軽減または排除する。加えて、この組成物は、炭窒化ケイ素層またはＣＤＯ層のいずれかで停止するよう機能するという利点を含む。これは、単一のスラリーが、単一の集積スキーム内で多数の機能を供給することを可能にする。

Claims

半導体ウェーハを研磨するのに有用な水性組成物であって、炭窒化ケイ素の除去速度を抑制する非イオン性界面活性剤を含み、非イオン性界面活性剤が、親水基と、３より大きい炭素鎖長を有する疎水基とを有し、かつウェーハに対して垂直方向に計測して１３．８kPaの微細多孔性ポリウレタンの研磨パッド圧力で測定したとき、炭窒化ケイ素の除去速度を窒化ケイ素の除去速度の減少よりも少なくとも１００オングストローム／分だけ大きく抑制する、組成物。
半導体ウェーハを研磨するのに有用な水性組成物であって、砥粒０〜３０重量％、非鉄金属用インヒビター０〜１５重量％、酸化剤０〜２５重量％、ホルムアミジン、ホルムアミジン塩、ホルムアミジン誘導体、グアニジン誘導体、グアニジン塩、およびそれらの混合物からなる群より選ばれるタンタル除去剤０〜１０重量％、ならびに炭窒化ケイ素の除去速度を抑制し、親水基と、３より大きい炭素鎖長を有する疎水基とを有する、非イオン性界面活性剤０．００１〜５重量％を含み、かつ非イオン性界面活性剤が、ウェーハに対して垂直方向に計測して１３．８kPaの微細多孔性ポリウレタンの研磨パッド圧力で測定したとき、炭窒化ケイ素の除去速度を窒化ケイ素の除去速度の減少よりも少なくとも１００オングストローム／分だけ大きく抑制し、非イオン性界面活性剤が、アルカノアミド、アルキルポリエチレンオキシド、アルキルフェノールポリエチレンオキシド、ポリオキシエチレン化アルキルアミンオキシド、ポリオキシエチレン化ポリオキシプロピレングリコール、アルキルポリグルコシド、カルボン酸アルキルエステル、ポリオキシエチレン化メルカプタン、アルキルジグリセリド、ポリオキシエチレン化アルカノールアミン、ポリアルコキシル化アミド、第三級アセチレン性グリコール、およびそれらの混合物からなる群より選ばれる組成物。
タンタル除去剤が、塩酸グアニジン、硫酸グアニジン、塩酸アミノグアニジン、酢酸グアニジン、炭酸グアニジン、硝酸グアニジン、ホルムアニミド、ホルムアミジンスルフィン酸、およびそれらの混合物からなる群から選ばれ、タンタル除去剤が、０．２〜６重量％である、請求項２記載の組成物。
半導体基板から少なくとも一つのコーティング層を除去するための研磨方法であって、
少なくとも一つのコーティング層の下に炭窒化ケイ素を有する半導体基板を、炭窒化ケイ素の除去を抑制し、親水基と３より大きい炭素鎖長を有する疎水基とを有する、非イオン性界面活性剤を含有する研磨組成物に接触させる工程と；
半導体基板を研磨パッドで研磨して、少なくとも一つのコーティング層を、オングストローム／分で示される炭窒化ケイ素層についての除去速度よりも大きい除去速度で除去する工程と；
炭窒化ケイ素層のすべてを除去する前に研磨を停止する工程と
を含む方法。