JP2005217396A

JP2005217396A - 銅の低ダウンフォース圧力研磨のための組成物及び方法

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Publication number: JP2005217396A
Application number: JP2004370425A
Authority: JP
Inventors: Wendy B Goldberg; ウェンディ・ビー・ゴールドバーグ，; Francis J Kelley; フランシス・ジェイ・ケリー; John Quanci; ジョン・クァンシ; Joseph K So; ジョセフ・ケー・ソォー; Terence M Thomas; テレンス・エム・トーマス; Hongyu Wang; ホンユー・ワン
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: 2003-12-22
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2005-08-11
Also published as: TW200528549A; KR20050063737A; CN1644644A; US20050136671A1; EP1548076A1

Abstract

【課題】小さいダウンフォース圧力で銅配線を効果的に研磨するための研磨組成物及び研磨方法を提供する。
【解決手段】少なくとも２０．６８kPa未満のダウンフォース圧力で半導体ウェーハ上の銅を研磨するのに有用な水性組成物であって、酸化剤１〜１５重量％、非鉄金属のインヒビター０．１〜１重量％、非鉄金属の錯化剤０．０５〜３重量％、カルボン酸ポリマー０．０１〜５重量％、変性セルロース０．０１〜５重量％、リン含有化合物０．０５〜１０重量％及び砥粒０〜１０重量％を含み、リン含有化合物が銅の除去を増大させる組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、半導体ウェーハ材料のケミカルメカニカルプラナリゼーション（ＣＭＰ）に関し、より具体的には、絶縁体及びバリヤ材料が存在する半導体ウェーハから銅配線を研磨するためのＣＭＰ組成物及び方法に関する。

通常、半導体ウェーハは、ケイ素のウェーハと、回路配線のためのパターンを形成するために設けられた多数のトレンチを含む絶縁層とを有している。パターン配置は通常、ダマシン構造又は二重ダマシン構造を有している。バリヤ層がパターン付き絶縁層を覆い、金属層がそのバリヤ層を覆っている。金属層は、パターン付きトレンチを金属で埋めて回路配線を形成するのに少なくとも十分な厚さを有している。

多くの場合、ＣＭＰ加工は多数の研磨工程を含む。たとえば、第一の工程が金属層をその下に位置するバリヤ層及び絶縁層から除去する。第一工程研磨は金属層を除去し、同時に、研磨面に対して平坦な回路配線を提供する金属充填トレンチを有する滑らかな平坦面をウェーハ上に残す。第一工程研磨は、過剰な配線金属、たとえば銅を高い初期速度で除去する。第一工程の除去ののち、第二工程研磨が、半導体ウェーハ上に残るバリヤを除去することができる。この第二工程研磨は、バリヤをその下に位置する半導体ウェーハの絶縁層から除去して平坦な研磨面を絶縁層上に提供する。ＣＭＰは通常、約３psi（２０．６８kPa）のダウンフォース圧力で実施される。

残念ながら、超low−ｋ絶縁膜への移行は、膜のデラミネーションを回避するために低めの圧力でＣＭＰを実施することを要する。しかし、ダウンフォース圧力を減らすことは、ＣＭＰの、研磨速度をはじめとする全体性能にマイナスの影響を及ぼす。たとえば、圧力を約１psiに減らすと、従来の第一工程のスラリーの研磨速度は、３psiでの約３０００Å/minに比べ、約１０００Å/minまで低下する。したがって、圧力を減らすと、処理能力は有意な影響を受ける。

Kaufmanら（米国特許第６，６２０，０３７号）は、銅を研磨するための典型的なスラリー組成物を開示している。Kaufmanの組成物は、研磨速度を増大させようとして膜形成剤（たとえばＢＴＡ）を除いている。しかし、それでも組成物は、銅を除去する効果を発揮するためには３psi以上のダウンフォースを要する（Kaufmanの組成物は３psiで２３４６Å/minの研磨速度を提供する）。その結果、Kaufmanの開示はなおも上記問題を抱えている。

したがって、求められているものは、減少したダウンフォース圧力で銅配線を効果的に研磨するための改良された研磨組成物及び方法である。特に、超low−ｋ絶縁体用途の場合に１psi以下のダウンフォース圧力で銅配線を効果的に研磨するための組成物及び方法が要望されている。

第一の態様で、本発明は、少なくとも２０．６８kPa未満のダウンフォース圧力で半導体ウェーハ上の銅を研磨するのに有用な水性組成物であって、酸化剤１〜１５重量％、非鉄金属のインヒビター０．１〜１重量％、非鉄金属の錯化剤０．０５〜３重量％、カルボン酸ポリマー０．０１〜５重量％、変性セルロース０．０１〜５重量％、リン含有化合物０．０５〜１０重量％及び砥粒０〜１０重量％を含み、リン含有化合物が銅の除去を増大させるものである組成物を提供する。

第二の態様で、本発明は、半導体ウェーハ上の銅を研磨するのに有用な水性組成物であって、酸化剤１〜１５重量％、非鉄金属のインヒビター０．１〜１重量％、非鉄金属の錯化剤０．０５〜３重量％、カルボン酸ポリマー０．０１〜５重量％、変性セルロース０．０１〜５重量％、リン含有化合物０．０５〜１０重量％及び砥粒０〜１０重量％を含み、リン含有化合物が、ウェーハに対して垂直方向で計測した６．８９kPaの微孔質ポリウレタン研磨パッド圧力で計測したとき、銅の除去を少なくとも１５００Å/minまで増大させるものである組成物を提供する。

第三の態様で、本発明は、半導体ウェーハから銅を研磨する方法であって、銅を含有するウェーハを、酸化剤１〜１５重量％、非鉄金属のインヒビター０．１〜１重量％、非鉄金属の錯化剤０．０５〜３重量％、カルボン酸ポリマー０．０１〜５重量％、変性セルロース０．０１〜５重量％、リン含有化合物０．０５〜１０重量％及び砥粒０〜１０重量％を含む研磨組成物と接触させること、少なくとも２０．６８kPa未満のダウンフォース圧力で研磨パッドによってウェーハを押し付けること、ならびにウェーハを研磨パッドで研磨することを含み、リン含有化合物が銅の除去を増大させるものである方法を提供する。

組成物及び方法は、低いダウンフォース圧力での銅配線の研磨速度の予想外の増大を提供する。本発明の組成物は、リン含有化合物の添加を利用して、減少したダウンフォース圧力でウェーハ上の銅配線の第一工程の研磨速度を効果的に増大させる。本発明は、超low−ｋ絶縁膜用途で特に有用である。また、本発明は銅配線で特に有用性を示すが、本水性研磨組成物はまた、他の金属配線、たとえばアルミニウム、ニッケル、鉄、鋼、ベリリウム、亜鉛、チタン、クロムなどの研磨をも増強する。

本明細書に関して、「リン含有」化合物とは、リン原子を含有するあらゆる化合物である。好ましいリン含有化合物は、たとえば、ホスフェート、ピロホスフェート、ポリホスフェート、ホスホネートならびにそれらの酸、塩、混合酸塩、エステル、部分エステル、混合エステル及びそれらの混合物、たとえばリン酸である。特に、好ましい水性研磨組成物は、たとえば以下のリン含有化合物、すなわちリン酸亜鉛、ピロリン酸亜鉛、ポリリン酸亜鉛、ホスホン酸亜鉛、リン酸アンモニウム、ピロリン酸アンモニウム、ポリリン酸アンモニウム、ホスホン酸アンモニウム、リン酸二アンモニウム、ピロリン酸二アンモニウム、ポリリン酸二アンモニウム、ホスホン酸二アンモニウム、リン酸グアニジン、ピロリン酸グアニジン、ポリリン酸グアニジン、ホスホン酸グアニジン、リン酸鉄、ピロリン酸鉄、ポリリン酸鉄、ホスホン酸鉄、リン酸セリウム、ピロリン酸セリウム、ポリリン酸セリウム、ホスホン酸セリウム、リン酸エチレンジアミン、リン酸ピペラジン、ピロリン酸ピペラジン、ホスホン酸ピペラジン、リン酸メラミン、リン酸ジメラミン、ピロリン酸メラミン、ポリリン酸メラミン、ホスホン酸メラミン、リン酸メラム、ピロリン酸メラム、ポリリン酸メラム、ホスホン酸メラム、リン酸メレム、ピロリン酸メレム、ポリリン酸メレム、ホスホン酸メレム、リン酸ジシアノジアミド、リン酸ウレアならびにそれらの酸、塩、混合酸塩、エステル、部分エステル、混合エステル及びそれらの混合物を使用して調製することができる。また、ホスフィンオキシド、ホスフィンスルフィド及びホスホリナン及びホスホネート、ホスファイト及びホスフィネートを、それらの酸、塩、混合酸塩、エステル、部分エステル及び混合エステルを含め、使用してもよい。好ましいリン含有化合物はリン酸アンモニウムである。

好都合には、本発明の研磨組成物のリン含有化合物は、低ダウンフォース圧力で研磨速度を増大させるのに有効な量で存在する。研磨組成物中の極微量のリン含有化合物でさえ、銅を研磨するのに有効であると考えられる。組成物の約０．０５〜約１０重量％の量のリン含有化合物を使用することにより、許容しうる研磨ダウンフォース圧力で満足な研磨速度が得られる。リン含有化合物の好ましい範囲は、組成物の約０．１〜約５重量％である。もっとも好ましくは、リン含有化合物は組成物の約０．３〜約２重量％である。

好都合には、新規な研磨組成物は、カルボン酸ポリマーを約０．０１〜５重量％含む。好ましくは、組成物は、カルボン酸ポリマーを約０．０５〜２重量％含む。また、ポリマーは、好ましくは、約１，０００〜１，５００，０００の数平均分子量を有する。加えて、高めの数平均分子量のカルボン酸ポリマーと低めの数平均分子量のカルボン酸ポリマーとのブレンドを使用することもできる。これらのカルボン酸ポリマーは一般に溶液状態であるが、水性分散系の状態であってもよい。前述のポリマーの数平均分子量は、ＧＰＣ（ゲル透過クロマトグラフィー）によって決定される。

カルボン酸ポリマーは、不飽和モノカルボン酸及び不飽和ジカルボン酸から形成される。典型的な不飽和モノカルボン酸モノマーは、炭素原子３〜６個を含むものであり、アクリル酸、オリゴマーアクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸及びビニル酢酸を含む。典型的な不飽和ジカルボン酸は、炭素原子４〜８個を含むものであり、それらの酸無水物を含み、たとえばマレイン酸、マレイン酸無水物、フマル酸、グルタル酸、イタコン酸、イタコン酸無水物及びシクロヘキセンジカルボン酸を含む。加えて、前述の酸の水溶性塩を使用することもできる。

特に有用なものは、数平均分子量約１，０００〜１，５００，０００、好ましくは５，０００〜２５０，０００、より好ましくは２０，０００〜２００，０００の「ポリ（メタ）アクリル酸」である。本明細書で使用する「ポリ（メタ）アクリル酸」とは、アクリル酸のポリマー、メタクリル酸のポリマー又はアクリル酸とメタクリル酸とのコポリマーと定義される。異なる数平均分子量のポリ（メタ）アクリル酸のブレンドが特に好ましい。これらポリ（メタ）アクリル酸のブレンド又は混合物では、数平均分子量１，０００〜１００，０００、好ましくは２０，０００〜４０，０００を有する低めの数平均分子量のポリ（メタ）アクリル酸が、数平均分子量１５０，０００〜１，５００，０００、好ましくは２００，０００〜３００，０００を有する高めの数平均分子量のポリ（メタ）アクリル酸と組み合わせて使用される。通常、低めの数平均分子量のポリ（メタ）アクリル酸と高めの数平均分子量のポリ（メタ）アクリル酸との重量％比は、約１０：１〜１：１０、好ましくは５：１〜１：５、より好ましくは３：２〜２：３である。好ましいブレンドは、数平均分子量約２０，０００のポリ（メタ）アクリル酸と数平均分子量約２００，０００のポリ（メタ）アクリル酸とを重量比２：１で含む。

好都合には、カルボン酸成分をポリマーの５〜７５重量％含むカルボン酸含有コポリマー及びターポリマーを使用することができる。このようなポリマーの典型的なものは、（メタ）アクリル酸とアクリルアミド又はメタクリルアミドとのポリマー、（メタ）アクリル酸とスチレン及び他のビニル芳香族モノマーとのポリマー、アルキル（メタ）アクリレート（アクリル酸又はメタクリル酸のエステル）とモノ又はジカルボン酸、たとえばアクリル酸もしくはメタクリル酸又はイタコン酸とのポリマー、置換基、たとえばハロゲン、すなわち塩素、フッ素、臭素、ニトロ、シアノ、アルコキシ、ハロアルキル、カルボキシ、アミノ、アミノアルキルを有する置換ビニル芳香族モノマーと不飽和モノ又はジカルボン酸及びアルキル（メタ）アクリレートとのポリマー、窒素環を含有するモノエチレン性不飽和モノマー、たとえばビニルピリジン、アルキルビニルピリジン、ビニルブチロラクタム、ビニルカプロラクタムと不飽和モノ又はジカルボン酸とのポリマー、オレフィン、たとえばプロピレン、イソブチレン又は炭素原子１０〜２０個の長鎖アルキルオレフィンと不飽和モノ又はジカルボン酸とのポリマー、ビニルアルコールエステル、たとえば酢酸ビニル及びステアリン酸ビニル又はハロゲン化ビニル、たとえばフッ化ビニル、塩化ビニル、フッ化ビニリデン又はビニルニトリル、たとえばアクリロニトリル及びメタクリロニトリルと不飽和モノ又はジカルボン酸とのポリマー、アルキル基中に炭素原子１〜２４個を有するアルキル（メタ）アクリレートと不飽和モノカルボン酸、たとえばアクリル酸又はメタクリル酸とのポリマーである。これらは、本発明の新規な研磨組成物に使用することができる多様なポリマーのごくいくつかの例である。また、生分解性、光分解性又は他の手段によって分解可能であるポリマーを使用することも可能である。生分解性であるこのような組成物の一例は、ポリ（アクリレート共メチル２−シアノアクリレート）のセグメントを含むポリアクリル酸ポリマーである。

好都合には、溶液は、酸化剤を１〜１５重量％含有する。より好ましくは、酸化剤は、５〜１０重量％の範囲である。酸化剤は、多数の酸化性化合物、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、過酢酸及び他の過酸、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）及びＭｎ（VI）塩、銀塩、銅塩、クロム塩、コバルト塩、ハロゲン酸塩、次亜塩素酸塩及びそれらの混合物の少なくとも１種であることができる。さらには、酸化剤化合物の混合物を使用することがしばしば有利である。研磨スラリーが不安定な酸化剤、たとえば過酸化水素を含有する場合、多くの場合、使用の時点で酸化剤を組成物に混入することが非常に有利である。

さらには、溶液は、静的エッチング又は他の除去機構による銅配線除去速度を制御するため、インヒビターを０．１〜１．０重量％含有する。インヒビターの濃度を調節することが、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除去速度を調節する。好都合には、溶液は、インヒビターを０．２〜０．５０重量％含有する。インヒビターは、インヒビターの混合物からなるものでもよい。銅及び銀配線にはアゾールインヒビターが特に有効である。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）、メルカプトベンゾチアゾール（ＭＢＴ）、トリトリアゾール（ＴＴＡ）及びイミダゾールを含む。銅及び銀にはＢＴＡが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、組成物は、有利には、非鉄金属の錯化剤を０．０５〜３重量％含有する。錯化剤は、非鉄金属配線を錯化させることによって金属イオンの析出を防ぐ。好都合には、組成物は、非鉄金属の錯化剤を０．１〜１重量％含有する。典型的な錯化剤は、酢酸、クエン酸、アセト酢酸エチル、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ド酸ナトリウム、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、gluteric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、ピロガロール、タンニン酸ならびにそれらの塩及び混合物を含む。好都合には、錯化剤は、酢酸、クエン酸、アセト酢酸エチル、グリコール酸、乳酸、リンゴ酸、シュウ酸及びそれらの混合物からなる群より選択される。もっとも好都合には、錯化剤はリンゴ酸である。

加えて、本発明の研磨組成物は、変性セルロースを０．０１〜５．０重量％含有する。好ましくは、組成物は、変性セルロースを０．１〜３重量％含有する。変性セルロース（たとえばカルボキシメチルセルロース）の添加は、ディッシング値の予想外の低下を研磨組成物に提供する。典型的な変性セルロースは、アニオン性ガム、たとえばアガーガム、アラビアガム、ガッチガム、カラヤガム、グアーガム、ペクチン、ローカストビーンガム、トラガカントガム、タマリンドガム、カラゲナンガム、キサンタンガム、変性デンプン、アルギン酸、マンヌロン酸、guluronic酸ならびにそれらの変種及び組み合わせである。

組成物及び方法は、減少したダウンフォース圧力で銅配線の研磨速度の予想外の増大を提供する。特に、組成物及び方法は、少なくとも３psi（２０．６８kPa）未満のダウンフォース圧力で銅配線の研磨速度の予想外の増大を提供する。より具体的には、組成物及び方法は、１psi（６．８９kPa）以下のダウンフォース圧力で銅配線の研磨速度の予想外の増大を提供する。本発明の研磨組成物又は流体は、リン含有化合物の添加を利用して、１psi以下の低いダウンフォース圧力でウェーハ上の銅配線の第一工程研磨中の研磨速度を効果的に増大させる。水性組成物は、酸化剤、インヒビター、錯化剤、ポリマー及びリン含有化合物ならびに残余としての水を含む。加えて、本組成物は、従来の研磨組成物に比較して、ウェーハの銅回路のディッシングを実質的に減少させる。新規な研磨組成物は、スクラッチ及び研磨から一般に生じる他の欠陥を有しない実質的に平坦な面を提供する。本組成物は、超low−ｋ絶縁膜用途に特に有用である。

化合物は、残余として水を含有する溶液中、広いｐＨ範囲で効力を提供する。この溶液の有効ｐＨ範囲は少なくとも２〜５である。加えて、溶液は、好都合には、偶発的な不純物を制限するため、残余として脱イオン水に基づく。本発明の研磨流体のｐＨは、好ましくは２．５〜４．２、より好ましくは２．６〜３．８である。本発明の組成物のｐＨを調節するために使用される酸は、たとえば、硝酸、硫酸、塩酸、リン酸などである。本発明の組成物のｐＨを調節するために使用される典型的な塩基は、たとえば、水酸化アンモニウム及び水酸化カリウムである。好都合には、リン含有化合物の添加は、より大きな安定性及びロバストさを本組成物に提供する。特に、リン含有化合物の添加は、本組成物が、実質的にｐＨの影響を受けずに又はｐＨに依存せずに、効果的な研磨速度を提供することを可能にする。

さらに、研磨組成物は、金属層除去を促進するため、場合によっては砥粒を０〜１０重量％含有することもできる。この範囲内で、砥粒は、０．０１重量％以上の量で存在させることが望ましい。同じくこの範囲内で望ましいものは、１重量％以下の量である。

過度の金属ディッシング、絶縁体エロージョンを防ぎ、プラナリゼーションを改善するため、砥粒は、平均粒径が５０ナノメートル（nm）以下である。本明細書に関して、粒径とは、砥粒の平均粒径をいう。より好ましくは、平均粒径が４０nm以下であるコロイド状砥粒を使用することが望ましい。さらに、好都合には、平均粒径が３０nm以下であるコロイダルシリカを用いた場合に絶縁体エロージョン及び金属ディッシングがもっとも少ない。コロイド状砥粒の粒径を３０nm以下に減らすことは、研磨組成物の選択比を改善する傾向を示すが、除去速度を下げる傾向をも示す。加えて、好ましいコロイド状砥粒は、コロイド状砥粒の安定性を改善するための添加物、たとえば分散剤、界面活性剤及び緩衝剤を含むこともできる。一つのこのようなコロイド状砥粒は、フランスPuteauxのClariant社のコロイダルシリカである。また、煙霧質、沈降状態、凝集状態などであるものをはじめとする他の砥粒を使用してもよい。

研磨組成物は、金属配線層の「機械的」除去のための砥粒を含むことができる。典型的な砥粒は、無機酸化物、無機水酸化物、無機水酸化物の酸化物、金属ホウ化物、金属炭化物、金属窒化物、ポリマー粒子及び前記の少なくとも一つを含む混合物を含む。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）、酸化チタン（ＴｉＯ₂）又は前記酸化物の少なくとも一つを含む組み合わせを含む。適切な無機酸化物は、たとえば、水酸化アルミニウム酸化物（「ボーマイト」）を含む。望むならば、これらの無機酸化物の変性形態、たとえばポリマーコーテッド無機酸化物粒子及び無機コーテッド粒子を使用してもよい。適切な金属炭化物、ホウ化物及び窒化物は、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、炭化チタン又は前記金属炭化物、ホウ化物及び窒化物の少なくとも一つを含む組み合わせを含む。望むならば、ダイアモンドを砥粒として使用してもよい。代替砥粒はまた、ポリマー粒子及びコーテッドポリマー粒子を含む。使用するのならば、好ましい砥粒はシリカである。

本発明の組成物は、導電性金属、たとえば銅、アルミニウム、タングステン、白金、パラジウム、金又はイリジウム、バリヤ又はライナー膜、たとえばタンタル、窒化タンタル、チタン又は窒化チタン及び下に位置する絶縁層を含有するあらゆる半導体ウェーハに適用可能である。本明細書に関して、絶縁体とは、low-ｋ及び超low-ｋ絶縁材料を含む、誘電率ｋの半導電性材料をいう。組成物及び方法は、多数のウェーハの構成、たとえば多孔性及び非孔性のlow-ｋ絶縁体、有機及び無機low-ｋ絶縁体、有機ケイ酸塩ガラス（ＯＳＧ）、フルオロケイ酸塩ガラス（ＦＳＧ）、炭素ドープ酸化物（ＣＤＯ）、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）及びＴＥＯＳから誘導されたシリカ、のエロージョンを防止するのに優れている。

実施例では、数字が本発明の例を表し、文字が比較例を表す。すべての例の溶液は、ＢＴＡ０．５０重量％、リンゴ酸０．２２重量％、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）０．３２重量％、３：２のモノマーモル比を有するコポリ（メタクリル酸／アクリル酸）（２５０k mw）０．１０重量％及び過酸化水素９．００重量％を含有するものであった。

例１
この実験は、低いダウンフォース圧力で半導体ウェーハからバルク銅を研磨する速度を計測した。特に、試験は、１psiでの第一工程の研磨作業の際の研磨速度に対するリン含有化合物添加の効果を測定した。Applied Materials社のMirra 200mm研磨機により、IC1010（商標）微孔質ポリウレタン研磨パッド（Rodel社）を、約１psi（６．８９kPa）のダウンフォース圧力条件下、１６０cc/minの研磨溶液流量、８０rpmのプラテン速度及び７５rpmのキャリヤ速度で使用して、試料を平坦化した。試料は２００mm銅ブランケットウェーハであった。研磨溶液は、硝酸によってｐＨを２．８に調節した。すべての溶液は脱イオン水を含有するものであった。

表１に示すように、リン含有化合物の添加が、低いダウンフォース圧力での銅除去速度を増大させた。特に、リン酸アンモニウムの添加が、６．８９kPaのダウンフォース圧力で銅除去速度を増大させた。たとえば、除去速度は、リン酸アンモニウムを含有しなかった試験Ａでの１５００Å/minから、リン酸アンモニウムそれぞれ０．１０、０．５０、１．００重量％を添加した試験１、２及び３での２６６３Å/min、３３１０Å/min、３４４１Å/minまで増大した。除去速度の増大はすべて６．８９kPaのダウンフォース圧力で実証された。

組成物及び方法は、減少したダウンフォース圧力で銅配線の研磨速度の予想外の増大を提供する。特に、組成物及び方法は、少なくとも３psi（２０．６８kPa）未満のダウンフォース圧力で銅配線の研磨速度の予想外の増大を提供する。より具体的には、組成物及び方法は、１psi（６．８９kPa）以下のダウンフォース圧力で銅配線の研磨速度の予想外の増大を提供する。本発明の無砥粒研磨組成物又は流体は、リン含有化合物の添加を利用して、１psi以下の低いダウンフォース圧力でウェーハ上の銅配線の第一工程研磨中の研磨速度を効果的に増大させる。

Claims

少なくとも２０．６８kPa未満のダウンフォース圧力で半導体ウェーハ上の銅を研磨するのに有用な水性組成物であって、酸化剤１〜１５重量％、非鉄金属のインヒビター０．１〜１重量％、非鉄金属の錯化剤０．０５〜３重量％、カルボン酸ポリマー０．０１〜５重量％、変性セルロース０．０１〜５重量％、リン含有化合物０．０５〜１０重量％及び砥粒０〜１０重量％を含み、前記リン含有化合物が銅の除去を増大させるものである組成物。
半導体ウェーハ上の銅を研磨するのに有用な水性組成物であって、酸化剤１〜１５重量％、非鉄金属のインヒビター０．１〜１重量％、非鉄金属の錯化剤０．０５〜３重量％、カルボン酸ポリマー０．０１〜５重量％、変性セルロース０．０１〜５重量％、リン含有化合物０．０５〜１０重量％及び砥粒０〜１０重量％を含み、前記リン含有化合物が、ウェーハに対して垂直方向で計測した６．８９kPaの微孔質ポリウレタン研磨パッド圧力で計測したとき、銅の除去を少なくとも１５００Å/minまで増大させるものである組成物。
半導体ウェーハから銅を研磨する方法であって、
銅を含有するウェーハを、酸化剤１〜１５重量％、非鉄金属のインヒビター０．１〜１重量％、非鉄金属の錯化剤０．０５〜３重量％、カルボン酸ポリマー０．０１〜５重量％、変性セルロース０．０１〜５重量％、リン含有化合物０．０５〜１０重量％及び砥粒０〜１０重量％を含む研磨組成物と接触させること、
少なくとも２０．６８kPa未満のダウンフォース圧力で研磨パッドによって前記ウェーハを押し付けること、ならびに
前記ウェーハを前記研磨パッドで研磨すること
を含み、前記リン含有化合物が銅の除去を増大させるものである方法。