JP2005294282A - ポストｃｍｐ保管及び洗浄用の界面活性剤 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体基板（１００）の化学的機械研磨（ＣＭＰ）、半導体基板（１００）のポストＣＭＰ保管及び半導体基板（１００）のポストＣＭＰ洗浄の方法と組成物が開示される。
【解決手段】前記方法と組成物は界面活性剤と、ある場合には不活性化剤の使用を特徴とする。この方法及び組成物は、疎水性表面を含む半導体基板（１００）の研磨、保管及び洗浄に特に適する。
【選択図】図３Ａ

Description

本発明は一般に、シリコンウェハなどの半導体基板上の集積回路の調製に、より詳細には、化学的機械研磨（ＣＭＰ）、洗浄前のポストＣＭＰ保管、及びポストＣＭＰ洗浄の改良された方法に関する。

最新の集積回路の中心となる半導体技術は１世紀に渡って開発され続けている。１９世紀後半に、半導体セレンの特殊な性質が最初に観察され確認された。半導体物理学の分野は急速に発達し、最初のトランジスタが１９３０年代に提案された。しかし、１９４０年代後半になるまで機能的な点接触トランジスタは作製されなかった。個別の部分を用いるのではなくモノリシック半導体基板の多数の回路素子を用いる集積回路は、１９５０年代後半に、ジャック・キルビーによりテキサス・インスツルメント社で最初に開発された。

１９５０年代後半以来、集積回路技術は急速に進化し、事実上、集積回路が使用されるあらゆる産業と分野に大変革を起こした。今日の集積回路は数十万あるいは数百万のトランジスタと非常に複雑な多層アーキテクチャを用いることが多い。一般にエレクトロニクスの、特に集積回路の急増は、大部分、回路機能を向上させながら、同時にデバイスのコストと大きさを低下させることができることから生じた。これらの改善を促進した重要なものは、半導体加工技術、半導体基板上に回路素子、例えばトランジスタ、抵抗器及びコンデンサ−、並びに個々の回路素子間に必要な導電性の配線を作製するのに用いられる様々な技術の進歩であった。材料、装置及びプロセスの改良により、動作が速く、必要な電力が少なく、小型化された益々複雑な回路が可能になった。

集積回路は通常、結晶性シリコンウェハ表面上に作製されるが、ガリウムヒ素及びゲルマニウムなどの他の半導体もまた用いられる。個々の回路素子はウェハ表面内及びその上に形作される。次に、適当な回路素子間の電気伝導、並びに他の回路素子間での電気絶縁が、適切にパターン化された導体と絶縁体の交互層を用いて作り上げられる。回路素子及びそれらの配線は、フォトリソグラフィ、薄膜堆積、選択エッチング及びイオン注入、並びに様々な洗浄プロセスを含む一連の加工ステップを用いて形成される。

益々複雑になる集積回路では益々多くの回路素子が用いられ、このために、回路素子間のより多くの電気伝導経路とこれらの経路を実現するためのより多数の導体−絶縁体の層の両方が必要になる。いくつかの理由でこれには問題のあることがわかった。第１に、より長い配線経路は抵抗と電気容量の増加を意味し、ＲＣ遅延時間を増大させることによって回路の速度を低下させるだけでなく、抵抗による電力損失を増加させる。第２に、層数が増加することにより、一連の層と層の位置合わせが一層困難になる。この後者の問題は、全体的及び局所的な平坦性がない層ではさらに深刻である。歴史的に、半導体産業で層の平坦性を向上させるために利用できる技術はかなり限られたものであった。

最近まで、集積回路加工においてアルミニウムがよく使用される配線導体であった。アルミニウム薄膜を堆積させる技術はよく確立されており、三塩化アルミニウムはいくらか揮発性があるので、適当なフォトリソグラフィステップの後で、アルミニウムを塩素プラズマで効果的にエッチングしてパターン化されたアルミニウム膜を形成することができる。しかし、アルミニウム配線にはいくつかの望ましくない性質もある。第１に、アルミニウムは特に良い導体ではなく、その抵抗率は他の多くの金属よりかなり大きい。第２に、アルミニウムは、電子の流れによる導体の物理的移動であるエレクトロマイグレーションを起こしやすい。粒界でのエレクトロマイグレーションにより、導体に不連続が生じ回路の信頼性が低下する。

半導体産業では、回路素子間の配線を作り上げるためによく使用される電気導体が、アルミニウムから銅へ推移している。銅はアルミニウムよりかなり大きな伝導性をもち、本来エレクトロマイグレーションをより起こしにくい性質である。銅のこれらの性質は長い間知られていたが、銅を選択的にエッチングするかあるいは別の仕方で除去する、受け入れられる方法がないために、その使用は限定されていた。銅は、アルミニウムと異なり、プラズマエッチングを受けにくいからである。このように、銅による配線形成（ｍｅｔａｌｉｚａｔｉｏｎ）への動きにおける重大な制約は、ウェハ表面の銅をエッチング、又は他の仕方で除去する技能である。

銅による配線形成への移行は、半導体加工の比較的新しい技術である化学的機械研磨（ＣＭＰ）の発達により促されている。ＣＭＰは銅を除去しパターン化された銅の膜を形作る方法を提供するだけでなく、複雑な集積回路アーキテクチャの局所的及び全体的平坦性に対する増大する要求にも対応する。

今日、ＣＭＰはほとんど全ての最新の集積回路の製造における必須のステップである。１９９７年版米国半導体技術ロードマップ（１９９７ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｏａｄｍａｐ ｆｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ）によれば、２００４年に典型的な論理デバイスでは、７回の層間（ｉｎｎｅｒ−ｌａｙｅｒ）絶縁膜（ＩＬＤ）ＣＭＰステップ、７回の金属ＣＭＰステップ、また１回のシャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）ＣＭＰステップが行われるであろう。簡単に言えば、ＣＭＰは、急速に、集積回路の形成における半導体加工の中心的局面になりつつある。

ＣＭＰは、構造形態の選択的除去により平坦な構造を作製する方法である。ＣＭＰプロセスには、半導体ウェハ上での研磨粒子スラリと研磨パッドの化学的及び機械的作用を組み合わせて、ウェハ表面上の材料をコントロールして除去することが含まれる。ＣＭＰで用いられるスラリは、平坦化しようとする膜の種類によって分類するのが最もよい。半導体の製造において、ＣＭＰプロセスは、酸化ケイ素、タングステン、銅、タンタル及びチタンからなる膜に対して最も広く用いられる。例えば、銅の膜のＣＭＰでは、銅イオンの溶解性を高める錯化剤に基づくスラリがよく使用される。

配線形成層の研磨に加えて、ＣＭＰ加工には一般に、バリア層及び誘電体層の研磨も含まれる。誘電体層は、伝導性金属層間に電気絶縁層を形成するシリカなどの酸化物材料からなることが多い。バリア層は、一方の層が他方の層を汚染すること、またその逆を防ぐように、２つの層の間に配置される層である。銅配線形成スキームではしばしば、銅と誘電体層の間に、これらの層の間の相互汚染をできるだけ少なくするように、タンタル又はタンタルリッチ合金などのバリア金属が用いられる。統合されたＣＭＰ加工技術では、前記の層、例えば銅からなる層、その下のタンタル又はＴａ合金からなる層、その下の酸化物からなる層−のような次々の層を研磨及び平坦化できるべきである。

ＣＭＰプロセスの後で、ウェハは通常、集積回路の作製を続ける前に微粒子及び分子状汚染物質を除去するために、ポストＣＭＰ洗浄プロセスを経る。１個ずつでなくバッチ処理されるウェハでは、ＣＭＰプロセスの後でポストＣＭＰ洗浄プロセスの前に、保管技術が用いられる。ウェハの保管は、それらを水などの適当な液体で満たされたカセットに入れることからなることが多い。

様々な理由で、現在利用できるＣＭＰ技術は、最も望ましいものではない。第１に、ＣＭＰプロセスには、ウェハ表面から取り除くことが困難であると立証しうる、小さな研磨粒子の使用が含まれる。スラリ粒子はＣＭＰ中、大事な役割を果たすが、それらはＣＭＰプロセスの後、微粒子欠陥となる。したがって、スラリ粒子の除去効率を向上させる技術が望まれる。さらに、常に効果的にポストＣＭＰ洗浄中に除去されるとは限らない分子状汚染物質が、ＣＭＰプロセス中に導入されうる。ロットで処理されるウェハでは、ウェハ保管プロセスがさらなる問題を持ち込みうる。保管溶液から取り出されたウェハには、スジ（ｓｔｒｅａｋｉｎｇ）がはっきりと見られることがあり、汚染物質がウェハ表面の特定の部分に予め濃縮されたように見えることが認められている。さらに、露出された銅の表面は腐蝕されやすく、その結果、ポストＣＭＰ保管及び洗浄プロセス中に望ましくないエッチングが起こる。

本発明の好ましい実施形態には、半導体基板の化学的機械研磨（ＣＭＰ）、ＣＭＰの後で洗浄プロセスの前の半導体基板の保管（「ポストＣＭＰ保管」）並びに次の洗浄プロセス（「ポストＣＭＰ洗浄」）の改良された方法及び組成物が含まれる。

本発明の一実施形態には、好ましくは疎水性表面が露出されている場合に、ＣＭＰプロセス中に界面活性剤を用いるＣＭＰの方法が含まれる。任意選択で、この方法には、ＣＭＰプロセス中の不活性化剤（ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ａｇｅｎｔ）の使用が含まれる。

本発明の別の好ましい実施形態には、ポストＣＭＰ保管液に界面活性剤を用いる、半導体基板保管方法が含まれる。任意選択で、不活性化剤はこのポストＣＭＰ保管液にも存在する。本発明のさらに別の好ましい実施形態には、水、界面活性剤及び不活性化剤を含むポストＣＭＰ保管液組成物が含まれる。

本発明のさらに別の好ましい実施形態には、好ましくは液体中でまた機械的な力を加えて、界面活性剤を用いる、半導体基板のポストＣＭＰ洗浄方法が含まれる。本発明のさらに別の好ましい実施形態には、水、界面活性剤及び不活性化剤を含むポストＣＭＰ洗浄液組成物が含まれる。

本発明のさらに詳細な説明のために、添付図を参照する。

集積回路の製造では、ウェハ表面の平坦性と品質が極めて重要である。超高密度集積回路を製造するために必要とされる平坦度を実現するために、ＣＭＰプロセスが用いられる。一般に、ＣＭＰには、半導体ウェハを、化学反応性研磨スラリで濡れた、動いている研磨表面に押しつけることが含まれる。通常のスラリは酸性又は塩基性のいずれかであり、一般にフュームドもしくはコロイド状のアルミナ、シリカ、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、又は酸化セリウムからなる研磨粒子のいずれかを含んでいる。前記研磨表面は通常、ポリウレタンなどの比較的柔らかく多孔性の材料からなる平らなパッドである。

本明細書では、用語「半導体基板」は、その上に集積回路が現に作製されているか、将来されるかあるいはすでにされた半導体材料からなる基板を表す。通常、基板は薄い円形のウェハの形態である。シリコン及びガリウムヒ素などの様々な半導体材料が、半導体加工で用いられる。さらに、他の半導体材料が存在し、本明細書に開示される方法及び組成物でうまく加工されうる。したがって、本発明の範囲は限定されないが、本発明の好ましい実施形態ではシリコンからなる半導体基板が含まれる。より好ましくは、半導体基板は単結晶シリコンウェハである。さらに、用語「半導体基板」にはまた、その上に他の材料が堆積した半導体からなる基板も含まれる。

本明細書では、用語「表面材料」は、半導体基板の表面にある材料を表す。集積回路の加工には、半導体基板にパターン化された薄膜を堆積させることが含まれるので、半導体基板には２種以上の表面材料が存在することが多いであろう。したがって、本明細書では、「表面材料」という場合、単一の表面材料を意味する意図はなく、１種又は複数の特定の表面材料を表す。

半導体加工業界は、バリア材料により、歩留りが大きく信頼性が高い銅配線の作製が容易になると一般に結論づけた。本明細書では、用語「バリア層」は、一方の層が他方の層を汚染すること、またその逆を防ぐように、２つの層の間に配置される層である。半導体基板の表面に如何なる方法でバリア層を堆積させてもよく、またそれは１つの層を、それがなければ隣接する層から保護する、あるいはこの逆の他の如何なる部分に存在してもよい。半導体産業で一般に使用されるバリア層には、例えば、窒化タンタル、窒化チタン、チタン／タングステン、タングステン、タンタル、これらの複合材などが含まれる。好ましくは、バリア層は、銅配線が用いられる場合、窒化タンタルからなる。バリア層は適切であれば任意の厚さでよい。好ましくは、バリア層の厚さは、数十オングストロームから数百オングストロームである。

一連の集積回路加工中、例えば、ＣＭＰ加工中に銅表面とバリア金属表面の両方が露出しうる。露出した金属のガルバーニ電位の差により、ある種の腐食が生じ、より酸化されやすい金属がウェハ表面からエッチングされうる。この現象はガルバーニ腐食としばしば呼ばれる。そのガルバーニ電位のために、銅はガルバーニ腐食を特に受けやすい。

本発明の好ましい実施形態のあるものは、半導体基板上に露出された疎水性表面を含むプロセスに適用される。疎水性表面は通常、水などの極性溶剤と親和的に相互作用しない非極性表面である。疎水性表面はこれらの極性溶剤によっては効果的に濡れないので、疎水性表面は、極性溶剤が使用された場合、親水性表面ほどには効果的に洗浄されない。さらに、極性溶剤に曝された疎水性表面は滴を形成しやすい、すなわち極性溶剤が表面を濡らすのでなく表面に滴を形成する。滴が蒸発するにつれて、疎水性表面の小さなスポットに残留汚染物質が濃縮されて、汚染レベルの高い局所的なしみ又はスポットを生じる。

疎水性表面は、半導体基板上の集積回路加工中に頻繁に生じる。例えば、有機シリカガラス（ＯＳＧ）などのいくつかのｌｏｗ−ｋ誘電体膜は疎水性である。同様に、本来は親水性の表面に適用されるいくつかの不活性化剤により、表面は疎水性になる。例えば、ベンゾトリアゾールで不活性化された銅表面は疎水性表面となる。疎水性表面を、適当な液体材料とのそれらの接触角に基づいて評価することができる。本発明の範囲を限定するわけではないが、本明細書では、疎水性材料又は表面は、水との接触角が５度より大きい材料又は表面を表す。

様々な誘電体材料が、半導体加工中に用いられる。一般に、このような誘電体材料はシリカ含有材料からなる。本明細書では、用語「シリカ」には、純粋なシリカ、ＯＳＧ又はドープされたシリカなどのあらゆる種類の変性シリカ並びにシリカを含む他の材料が含まれる。

本発明の好ましい実施形態では、１種又は複数の界面活性剤が用いられる。界面活性剤は典型的には、極性溶剤により疎水性表面が濡れることを助ける、極性部分と非極性部分の両方をもつ分子である。イオン性又は非イオン性として、界面活性剤を特徴づけることができる。カチオン性又はアニオン性として、イオン性界面活性剤をさらに特徴づけることができる。当分野の技術者には明白となるであろうように、本発明の実施形態には様々な界面活性剤が適切でありうる。したがって、本発明の範囲は限定されないが、本発明の好ましい実施形態ではアニオン性界面活性剤が用いられる。より好ましくは、アニオン性界面活性剤は、Ｃｏｐｐｅｒｅａｄｙ（登録商標）Ｐｏｓｔ Ｃｌｅａｎ Ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ（Ａｓｈｌａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ）である。その特性に応じて、そのままで、あるいは液体中の１つの成分として、本発明で用いられる界面活性剤を用いることができる。本発明の好ましい実施形態では、ＣＭＰプロセス、ポストＣＭＰ保管プロセス、又はポストＣＭＰ洗浄プロセス中に用いられる水溶液の１つの成分として界面活性剤が用いられる。

本発明の好ましい実施形態のあるものでは、露出された表面材料を被覆するために不活性化剤が用いられる。数多くの不活性化剤が本発明に適すると確認されるであろう。したがって、本発明の範囲を限定するわけではないが、適切な不活性化剤には、ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）、ヒドロキノン、ピロガロール、没食子酸及びこれらの組合せが含まれる。不活性化剤はそのまま用いてもよいし適当な液体中に含ませてもよい。好ましくは、不活性化剤はＢＴＡ単独あるいはＢＴＡ水溶液であり、露出した表面材料には、ＣＭＰプロセス後に露出した銅表面が含まれる。

ＣＭＰプロセス
図１は、半導体ウェハ２０研磨用の単一プラテンＣＭＰ装置１０を示している。単一プラテンＣＭＰ装置１０は、ウェハキャリア３０及び研磨パッド５０を支えるプラテン４０を備える。好ましくは、単一プラテンＣＭＰ装置１０は、ウェハキャリア３０に可変で下向きの力を加えることができ、ウェハキャリア３０とプラテン４０を可変で独立した速度で回転させることができ、またスラリ及び／又は他の材料を半導体ウェハ２０の表面と研磨パッド５０の間につけることができる制御装置を含む。運転中、好ましくは、望ましい研磨圧とするために、予め選択された下向きの力がウェハキャリア３０に加えられる。運転中にはまた、ウェハキャリア３０は、好ましくは、望みの速度で回転し、同時にプラテン４０は、好ましくは、望みの速度で反対方向に回転する。好ましくは、ｐＨが約３と約１１の間で、平均直径が約２０と約２００ナノメートル（ｎｍ）の間のスラリ粒子からなるスラリが、研磨中に存在する。より好ましくは、スラリ粒子はアルミナからなる。ウェハキャリア３０の下向きの力、ウェハキャリア３０とプラテン４０及び研磨パッド５０の回転、並びにスラリの化学的機械的効果の作用が合わさって半導体ウェハ２０の表面を研磨する。

本発明の好ましい実施形態によれば、ＣＭＰ装置はマルチプラテンＣＭＰ装置である。マルチプラテンＣＭＰ装置は複数の個別のプラテンとそれらに付随するウェハキャリア及び研磨パッドを備える。マルチプラテンＣＭＰ装置により、並行してあるいは連続して多数のウェハを加工できる。例えば、３プラテンＣＭＰ装置を用いれば、単一プラテンＣＭＰ装置の３倍の処理量で、３枚のウェハを並行して加工することができるであろう。このような構成では通常、３つのプラテンのそれぞれで、同じスラリ、下向きの力及び回転速度が用いられる。別法として、各ウェハに複数のＣＭＰプロセスを実施しなければならない場合、マルチプラテン装置を用いて連続してウェハを加工することができる。例えば、３プラテンＣＭＰ装置を用いて連続して３枚のウェハを加工することができ、第１のプラテンのウェハは第１のＣＭＰプロセスに、第２のプラテンのウェハは第２のＣＭＰプロセスに、第３のプラテンのウェハは第３のＣＭＰプロセスにかける。このような構成では、３つのプラテンのそれぞれで、個々のＣＭＰプロセスの性質に応じて、異なるスラリ、下向きの力及び／又は回転速度が用いられることが多いであろう。本発明の好ましい実施形態では、３プラテンＣＭＰプロセスが用いられる。

何らかの適当な方法によりそれぞれのＣＭＰプロセスの継続時間を決めることができる。例えば、除去速度と層の厚さを参照して、それぞれのＣＭＰプロセスの継続時間を計算してもよい。別法として、何らかの適当な終点検出技術を用いて、それぞれのＣＭＰプロセスの継続時間を決めてもよい。例えば、終点検出には、膜厚がモニタされる渦電流、あるいはエネルギー源がウェハ上に入射しウェハの反射率が測定される光学的測定を含めることができる。表面層が時間と共にウェハから除去されて下にある層が露出されるにつれて、ウェハの渦電流又は反射率は、測定できる程度の変化をするであろう。渦電流又は表面反射率のこの変化の検出に基づいて、研磨プロセスを終了させることができる。本発明の好ましい実施形態では、第１のプラテンで膜厚をモニタリングし、バリアが露出する前に停止させる。第２のプラテンでは、下向きの力が小さい研磨プロセスが用いられ、バリアを露出させ、ウェハの反射率のモニタリングが終点を知らせ、その後で残りの銅を除去する時限的な研磨が行われる。第３のプラテンでは、時限的な研磨により誘電体の表面からバリア材料が除去される。

平坦化を実現するためには、ＣＭＰで膜の凸の部分を凹の部分より実質的に速くエッチングし研磨しなければならない。銅ＣＭＰには、凸部分で研磨されやすいが凹部分ではエッチングされにくい薄い不活性層を作り出すことが含まれる。不活性層は自然酸化物膜、例えば、Ｃｕ_２Ｏ、あるいは図２に示されるようなベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）などの別個の試薬を添加して生成させた非自然膜のいずれかでありうる。ＢＴＡなどの複素環窒素系化合物は銅の表面で有機金属錯体を形成する。これらの化学薬品の窒素原子の銅表面での結合能力により、疎水性不活性膜の形成が容易になる。

好ましい一実施形態では、本発明はＣＭＰプロセスで界面活性剤を用いる方法を対象とする。ＣＭＰプロセスを、１つには、除去される表面材料と下側にある層の両方に基づいて特徴づけることができる。表面と下側層の両方が何であるかということは、ＣＭＰプロセスは下側層材料よりも表面層材料に高いエッチング選択性を表すのが理想であるという理由で、ＣＭＰプロセスを定めるのに重要である。別の言い方をすると、一旦下側層の材料に達すると、所定のＣＭＰステップが本質的には終了するように、ＣＭＰプロセスでは、表面層材料のエッチング速度は下側層材料よりずっと大きいことが望ましい。明らかに、ＣＭＰプロセスの処方は、表面層材料だけでなく下側層材料にも目を向けて考案されるべきであるという理由で、多数のＣＭＰプロセスが存在する。本発明の方法は広範なＣＭＰ用途に適用できる。したがって、本発明の範囲は限定されないが、本明細書で開示される好ましい実施形態では、最新の集積回路の共通設計構造、すなわち銅を含む表面材料、その下のタンタルを含むバリア材料、その下のシリカを含む絶縁材料を有する３レベルスタックを研磨するための３プラテンＣＭＰプロセスが含まれる。

図３Ａ、３Ｂ、３Ｃ及び３Ｄは、複数ステップＣＭＰプロセスの様々な段階での半導体基板の横断面を示している。図３Ａは、表面層１１０、バリア層１２０、及び誘電体層１３０を備える、ＣＭＰ前の半導体基板１００の表面構造形態を示している。好ましくは、表面層１１０は銅を含み、バリア層１２０はタンタルを含み、また誘電体層１３０は有機シリカガラス（ＯＳＧ）を含む。一連の加工ステップにより半導体表面にこのようなアーキテクチャを形成することができる。例えば、半導体基板１００への一様な堆積（ｂｌａｎｋｅｔ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によるパターン化されていない層として、誘電体層１３０を形成することができる。誘電体層１３０は、例えば、半導体基板１００上でのテトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）の分解により、あるいはガラスプロセスのスピンにより形成されたシリカであってもよい。好ましくは、誘電体層１３０は有機シリカガラス（ＯＳＧ）などのｌｏｗ−ｋ誘電体である。次に、標準的なフォトリソグラフィ技術を用いて、誘電体層１３０をパターン化しエッチングして、半導体基板１００の選ばれた部分が露出したコンタクトホールを形成することができる。誘電体層１３０の堆積そしてパターン化の後、次に、半導体基板１００の誘電体層１３０の下にある層と接触するようにコンタクトホール内も含めて、誘電体層１３０上に表面形状に沿ってバリア層１２０を堆積させるであろう。バリア層１２０となるように堆積させる材料は一般に、表面層１１０をなす材料に応じて決まる。例えば、表面層１１０がタングステン（Ｗ）を含むとき、バリア層１２０は通常チタン（Ｔｉ）、例えばＴｉ、窒化チタン（ＴｉＮ）、又はＴｉ／ＴｉＮスタックを含む。しかし、表面層１１０が銅（Ｃｕ）を含むとき、バリア層１２０は通常タンタル（Ｔａ）、例えば、Ｔａ、窒化タンタル（ＴａＮ）又はＴａ／ＴａＮスタックを含む。好ましい一実施形態によれば、表面層１１０は銅を含み、バリア層１２０はＴａ又はＴａＮ又は２層Ｔａ／ＴａＮを含む。

図３Ｂ、３Ｃ及び３Ｄは、本発明の好ましい実施形態のプロセスの様々な段階の、図３Ａの半導体基板１００の表面の横断面図を示している。銅、その下のタンタルリッチなバリア層、その下の有機シリカガラス（ＯＳＧ）からなる、図３Ａに示される表面構造形態をもつシリコンウェハに、銅及びバリア金属を除去するための３プラテンＣＭＰプロセスが実施された。図３Ｂは、多量の銅が除去される、第１プラテンでのＣＭＰ後の、図３Ａの半導体基板１００の横断面を示している。図３Ｃは、残りの銅が除去される、第２プラテンでのＣＭＰ後の、図３Ｂの半導体基板１００の横断面を示している。図３Ｄは、バリア層１２０が除去された、第３プラテンでのＣＭＰ後の、図３Ｃの半導体基板１００の横断面を示している。

図３Ｂに示されるように、３ステップＣＭＰプロセスの第１のＣＭＰプロセスには、第１のプラテン上で表面層１１０を大部分除去することが含まれる。第１のＣＭＰプロセスでは、半導体基板１００は、３プラテンＣＭＰ装置の第１のプラテンに付随する第１のウェハキャリアに装着される。最初に制御装置により、研磨の前にパッドの表面を洗浄するために、プラテン上にある研磨パッドに、高圧水スプレーと界面活性剤がスプレーされる。次に、制御装置により、ディスペンサが研磨パッドの表面に第１のスラリを供給する。好ましくは、第１のスラリは、約５０と約５００ミリリットル／分（ｍｌ／ｍｉｎ）の間の流量で供給される。より好ましくは、スラリは、２００ｍｍのウェハでは約２００ｍｌ／ｍｉｎの流量で供給される。第１のスラリは、タンタルを含むバリア層上の、銅を含む表面層を研磨するのに適する何らかのスラリである。好ましくは、第１のスラリの銅とタンタルに対する選択比は、１０対１を超える。銅ＣＭＰプロセスに適する典型的なスラリは、２０と２００ｎｍの間の平均粒径をもつアルミナ砥粒、酸化剤及び腐食防止剤を含む。好ましくは、酸化剤は過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）であり、腐食防止剤はベンゾトリアゾールである。

第１のＣＭＰステップ中、制御装置により第１のウェハキャリアもまた回転する。好ましくは、第１ウェハキャリアは、約１８と約１５０回転／分（ｒｐｍ）の間の速度で回転する。同時に、制御装置により、第１プラテンもまた第１ウェハキャリアに対して旋回する。好ましくは、第１のプラテンは、約２０と約１５０ｒｐｍの間の速度で旋回する。制御装置により、研磨圧もまたプラテンとウェハキャリアの間に加えられる。好ましくは、研磨圧は、約６９００と約４１０００Ｐａ（約１と約６ポンド／平方インチ（ｐｓｉ））の間である。

スラリの化学的エッチング効果と圧力及び回転の機械的研磨効果が合わさって、半導体表面１００から表面材料が除去される。第１のＣＭＰ研磨プロセスは、バリア層１２０を研磨することなく、表面層１１０の大部分を除去するために用いられるので、最適な第１のＣＭＰステップでは、除去速度が大きいであろう。好ましくは、除去速度は、約１，０００と約１０，０００Å／ｍｉｎの間である。第１のＣＭＰプロセスは、表面層１１０の大部分が除去されるまで続き、そしてバリア層１２０が露出するわずかに手前で終わる。結果的に、図３に示されるように、比較的薄い表面層１１０がバリア層１２０の上に残る。

第１のＣＭＰプロセスの後、ウェハは、第２のウェハキャリアに移される前に、Ｃｏｐｐｅｒｅａｄｙ（登録商標）Ｐｏｓｔ Ｃｌｅａｎ Ｓｕｒｆａｃｔａｎｔ（Ａｓｈｌａｎｄ）でリンスされる。本発明の範囲を限定するわけではないが、このようなリンスはいくつかの重要な目的に役立つ。第１に、これらのリンスは、前のＣＭＰプロセス中に導入されたか又は作り出された汚染物質及び粒子を取り除く。さらに、銅を研磨するために用いられるＣＭＰスラリは、下側のバリア材料を研磨するために用いられるＣＭＰスラリと根本的に異なり、化学的に共存しえないことさえありうる。こうして、リンス処理プロセスは、１つの研磨パッドの汚染物質の、別の研磨パッドへの付着を少なくする。ウェハのリンスに加えて、１つ又は複数の様々な隣接するプラテン（特に第２のプラテン及び／又は第３のプラテン）もまたウェハと共にリンスされるであろう。ウェハ、第２のプラテン、及び／又は第３のプラテンのリンス処理により、プラテン間の相互汚染がかなり少なくなる。

図３Ｃを参照すると、次のステップは、バリア層１２０上に残っている表面層１１０が除去される第２のＣＭＰプロセスである。第２のＣＭＰプロセスでは、半導体基板１００は、通常の３プラテンＣＭＰ装置の第２プラテンに付随する第２のウェハキャリアに装着される。第２のＣＭＰプロセス中、第２のウェハキャリアとプラテンに対する下向きの力による圧力と回転速度は、除去速度を下げるために、第１のウェハキャリアと第１のプラテンに比べて小さくする。最初に、制御装置により、研磨の前にパッドの表面を洗浄するために、プラテン上にある研磨パッドに、高圧水スプレーと界面活性剤がスプレーされる。好ましくは、界面活性剤の流量は、１０と１００ｍｌ／ｍｉｎの間であり、脱イオン水高圧スプレーは、１〜１０Ｌ／分である。好ましくは、第１のスラリが、約５０と約５００ミリリットル／分（ｍｌ／ｍｉｎ）の間の流量で再び供給される。第２のＣＭＰプロセス中、制御装置により、第２のウェハキャリアは回転する。好ましくは、第２のウェハキャリアは、約２０と約１２０ｒｐｍの間の速度で回転し、約６９００から約２１０００Ｐａ（約１から約３ｐｓｉ）の研磨圧を加える。同時に、制御装置により、第２のプラテンもまた第２ウェハキャリアに対して旋回する。好ましくは、第２のプラテンは、約２０と約１５０ｒｐｍの間の速度で旋回する。第２のＣＭＰプロセスは、バリア層１２０が露出するまで続く。

図３Ｃに示されるように、第２プラテン上でのＣＭＰプロセスにより、バリア層１２０までの残りの銅が除去される。図３Ｂの表面層１１０から削られた表面材料のために、第２のプラテンでの研磨後には、図３Ｃに示されるように、表面層１１０とバリア層１２０の両方の材料が露出している。光学的終点信号を受け取った後、ウェハ表面の研磨を一定時間続けながら、次にＢＴＡが使用される。このとき、研磨されるウェハに加える力を小さくし、パッドとウェハの表面をＢＴＡで十分に浸す。

図３Ｄを参照すると、次のステップは、新たに露出したバリア層１２０を除去する第３のＣＭＰプロセスである。第３のＣＭＰプロセスでは、半導体基板１００は、３プラテンＣＭＰ装置の第３プラテンに付随する第３のウェハキャリアに装着される。第３のＣＭＰプロセス中、バリア層１２０が除去されて下側の誘電体層１３０が露出する。最初に、制御装置により、パッドの表面を洗浄するために、プラテン上にある研磨パッドに、高圧水スプレーと界面活性剤がスプレーされる。好ましくは、界面活性剤の流量は、１０と１００ｍｌ／ｍｉｎの間であり、脱イオン水高圧スプレーは、１〜１０Ｌ／分である。次に制御装置により、ディスペンサが研磨パッドの表面に第２のスラリを供給する。好ましくは、第２のスラリは、約５０と約５００ミリリットル／分（ｍｌ／ｍｉｎ）の間の流量で供給される。好ましくは、第２のスラリは、シリカ上の窒化タンタルを含むバリア層を研磨するのに適する何らかのスラリである。好ましくは、第２のスラリのタンタルとシリカの選択比は１０対１より大きい。

第３のＣＭＰプロセス中、制御装置により、第３のウェハキャリアがやはり回転する。好ましくは、第３のウェハキャリアは、約１８と約３６回転／分（ｒｐｍ）の間の速度で回転し、約２１０００Ｐａから約４１０００（約３から約６ｐｓｉ）の研磨圧を加える。同時に、制御装置により、第３のプラテンもまた第３ウェハキャリアに対して旋回する。好ましくは、第３のプラテンは、約２０と約１５０ｒｐｍの間の速度で旋回する。第３のＣＭＰプロセスは、図３Ｄに示されるように、バリア層１２０が除去されて、誘電体層１３０が露出するまで続く。

第３のＣＭＰプロセスの後、ウェハが１から３０ｓの間の時間、パッドの表面と接触している状態で、ウェハは５０〜２００ｍｌ／ｍｉｎの間の流量のＢＴＡでリンスされる。次に、ポストＣＭＰ洗浄プロセスの前の保管に移行する前に、ウェハは脱イオン水高圧スプレー及び界面活性剤でリンスされ、ここで水の流量は１Ｌ／ｍｉｎと１０Ｌ／ｍｉｎの間であり、界面活性剤の流量は１０ｍｌ／ｍｉｎと１００ｍｌ／ｍｉｎの間である。

ポストＣＭＰ保管プロセスと組成物
しばしば、シリコンウェハなどの半導体基板は、多数のウェハを含むロットが一連の同じ処理ステップに従うバッチ法を用いて処理される。例えば、ＣＭＰ加工の場合、ロット又はバッチのウェハは、そのロットをポストＣＭＰ洗浄処理する前に、全てのウェハについてＣＭＰプロセスが完了するまで、１個ずつ加工されてもよい。このタイプのバッチ処理では、プロセス間でウェハを保管する必要が生じる。

ＢＴＡ及び関連する化学薬品はＣＭＰ加工ステップ中、有用であるが、ポストＣＭＰ洗浄ステップ中に問題を発生させる。一般の有機化学薬品と同様、ＢＴＡは疎水性であり、またＢＴＡを用いて形成された不活性層は疎水性である。結果的に、銅ＣＭＰ加工後のウェハ表面を洗浄するのに用いられる水溶液は、ウェハ表面を濡らすのに完全に有効である訳ではなく、その結果、ポストＣＭＰ保管及びポストＣＭＰ洗浄プロセス後に多数の望ましくない欠陥が存在する。

本発明の好ましい実施形態に記載される保管液は、半導体加工中に行われる如何なる保管作業にも適用できるであろう。したがって、本発明の範囲は限定されないが、本発明の好ましい実施形態では、ポストＣＭＰ保管中にこの保管液が使用される。好ましくは、保管溶液は、半導体基板上に疎水性表面が露出しているときに、ポストＣＭＰ保管中に使用される。好ましい一実施形態によれば、疎水性表面は、ＯＳＧからなるｌｏｗ−ｋ誘電体である。別の好ましい実施形態によれば、疎水性表面は不活性化銅表面である。

本発明の好ましい一実施形態によれば、１つの加工ステップを終え次のプロセスステップを待っているウェハなどの半導体基板は、１種又は複数の界面活性剤を含む水溶液内に置かれる。好ましくは、界面活性剤の濃度は約０．０１重量パーセントと約１０重量パーセントの間である。この保管には、露出表面がガルバーニ腐食などにより分解されやすい材料を含む場合、１種又は複数の不活性化剤をさらに含めてもよい。好ましくは、表面が銅表面材料を含む場合、不活性化剤はＢＴＡであり、約０．００２重量パーセントと約１重量パーセントの間の濃度で存在する。それは、ＢＴＡ溶液と共に、界面活性剤溶液を１０ｐｐｍと５００ｐｐｍの間の濃度で含んでいてもよい。

ポストＣＭＰ洗浄処理と組成物
本発明の好ましい一実施形態に記載される洗浄液は、半導体加工中に行われる如何なる洗浄作業にも適用できる。したがって、本発明の範囲を限定するものではないが、本発明の好ましい実施形態では、ポストＣＭＰ洗浄中にこの洗浄液を使用する。好ましくは、洗浄液は、半導体基板上に疎水性表面が露出しているときに、ポストＣＭＰ洗浄中に使用される。好ましい一実施形態によれば、疎水性表面には、ＯＳＧからなるｌｏｗ−ｋ誘電体が含まれる。別の好ましい実施形態によれば、疎水性表面には不活性化銅表面が含まれる。

任意の順序で洗浄液の成分を混合してもよい。しかし、好ましくは、界面活性剤を、洗浄液の他の成分を含む水溶液に添加する。理想的には、得られた溶液は、０．１μｍあるいはより細かいフィルタを用いて使用前に濾過する。本発明の好ましい実施形態で用いられる洗浄液は水溶液である。このような水溶液は、ｐＨが７（純水のｐＨ）未満で、１種又は複数の塩酸、酢酸又はクエン酸などの酸性成分を含む低ｐＨ溶液でありうる。別法として、このような水溶液はまた、ｐＨが７を超え、１種又は複数のテトラメチルアンモニウムヒドロキシドなどの塩基性成分を含む高ｐＨ溶液であってもよい。このような水溶液はまた、ｐＨがほぼ７であり、酸性又は塩基性成分のいずれも含まないか、あるいは酸性及び塩基性成分の両方を含み、その合わさった効果でほぼ７のｐＨを保持する中性ｐＨ溶液であってもよい。本発明の好ましい実施形態では、低ｐＨ洗浄液が用いられる。

本発明の洗浄プロセスでは、低ｐＨ洗浄液、高ｐＨ洗浄液及び／又は中性ｐＨ洗浄液を用いることができる。しかし、好ましくは、本明細書で用いられる洗浄プロセスには、２種以上の異なる洗浄液が用いられる一連の洗浄プロセスが含まれる。好ましくは、１種又は複数のこれらの洗浄液は、界面活性剤を含む。より好ましくは、洗浄プロセスには、低ｐＨ洗浄液で半導体基板上の表面材料を洗浄すること、次に高ｐＨ洗浄液で、その次にほぼ中性ｐＨの洗浄液、好ましくは純水で洗浄することが含まれる。

集積回路加工の如何なる段階でも本発明の洗浄プロセスを実施することができる。しかし、本発明の好ましい実施形態では、ＣＭＰプロセスの後でポストＣＭＰ洗浄プロセスが用いられる。好ましくは、これらの洗浄プロセスは、半導体基板表面上の微粒子と分子状汚染物資の両方を取り除くのが容易であるような条件下で実施される。好ましくは、本発明の洗浄プロセスには、ウェハ表面からの汚染物質の除去を補助するために機械的力を加えることが含まれる。このタイプの機械的力には如何なるタイプの機械的攪拌も含まれる。したがって、本発明の範囲を限定するわけではないが、機械的攪拌の代表例には、半導体基板表面のバフがけ、ブラシがけ、それをこすること、又は振動させることが含まれる。好ましくは、機械的攪拌には洗浄中の音波又は超音波エネルギーが含まれる。本明細書では、用語「超音波」には、高周波数の機械的振動だけでなくシリコン表面に並行に走る方向性のあるビームにより発生する剪断力の印加も一般に含まれるメガソニック洗浄が含まれる。

洗浄プロセス中、温度は、半導体基板の表面材料からの汚染物質の除去が容易になるように保たれる。好ましくは、洗浄液の温度は、雰囲気温度近くと約５０℃の間に保たれる。最も好ましくは、低ｐＨ洗浄液を用いる洗浄プロセスは、雰囲気温度近くで実施され、高ｐＨ及び中性ｐＨの洗浄液を用いる洗浄プロセスは２０と４５℃の間で実施される。

洗浄プロセスの後、基板表面から残留液を除去するために、ウェハなどの半導体基板を、適切な乾燥ステップにかけることができる。１種又は複数の界面活性剤がウェハ表面に存在する、本発明の好ましい実施形態には、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）乾燥ステップが含まれる。

本発明の好ましい実施形態が示され説明されたが、本発明の精神及び教示から逸脱することなく当分野の技術者によりそれらの変更がなされうる。本明細書に記載された実施形態は、単なる例示であり、限定しようとするものではない。本明細書に開示された本発明の、多くの変形形態と変更が可能であり、それらは本発明の範囲内にある。

したがって、保護の範囲は、前記の説明によっては限定されず、請求項によってのみ限定され、その範囲には請求項の主題の全ての均等物（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓ）が含まれる。個々のまた全ての請求項は、本発明の実施形態として本明細書に組み入れられている。したがって、請求項は重ねての記載であり、本発明の好ましい実施形態への付加である。請求項の何らかの要素に関する「任意選択」という用語の使用は、その主題である要素が必要であるか、あるいは別法では必要でないことを表そうとするものである。いずれの選択肢も請求項の範囲内であると想定されている。背景技術における参考文献の検討は、あったとしても、それが本発明の先行技術であることを認めるものではなく、特に本出願の優先日以後の公表日をもつ如何なる参考文献もそうである。本明細書で引用された全ての特許、特許出願、及び刊行物の開示は、それらが、本明細書に記載されたものを補足する実例、手順又は他の詳細を提供する範囲で、ここで、参照により本明細書に組み込まれる。

以上の説明に関して更に以下の項を開示する。
（１）半導体基板を、水及び界面活性剤を含む液体に浸漬することを含む、半導体基板の保管方法。
（２）前記保管が、ＣＭＰプロセスの後であるが、付随するポストＣＭＰ洗浄プロセスの前に行われる（２）に記載の方法。
（３）前記液体が、ベンゾトリアゾール、ヒドロキノン、ピロガロール、没食子酸及びこれらの組合せからなる群から選択される不活性化剤をさらに含む（１）に記載の方法。
（４）不活性化剤がベンゾトリアゾールである（１）に記載の方法。
（５）前記液体中の界面活性剤濃度が約０．０１と約１０重量パーセントの間である（２）に記載の方法。
（６）ａ．水、
ｂ．界面活性剤、及び
ｃ．不活性化剤
を含むポストＣＭＰ保管液。
（７）ａ．化学的機械研磨工程を経た半導体基板を洗浄装置に入れること、及び
ｂ．半導体基板の表面材料を、水、不活性化剤、及び界面活性剤を含む液体中で洗浄すること
を含む、半導体基板の表面材料から汚染物質を除去する方法。
（８）ａ．水、
ｂ．界面活性剤、及び
ｃ．不活性化剤
を含むポストＣＭＰ洗浄液。
（９）半導体基板（１００）の化学的機械研磨（ＣＭＰ）、半導体基板（１００）のポストＣＭＰ保管及び半導体基板（１００）のポストＣＭＰ洗浄の方法と組成物であって、前記方法と組成物は界面活性剤と、ある場合には不活性化剤の使用を特徴とし、この方法及び組成物は、疎水性表面を含む半導体基板（１００）の研磨、保管及び洗浄に特に適する。

プラテン及びウェハキャリアを備えるＣＭＰ装置のウェハを示す図である。 ベンゾトリアゾールの化学構造を示す図である。 複数ステップＣＭＰプロセスの様々な段階でのウェハの横断面を示す図である。 複数ステップＣＭＰプロセスの様々な段階でのウェハの横断面を示す図である。 複数ステップＣＭＰプロセスの様々な段階でのウェハの横断面を示す図である。 複数ステップＣＭＰプロセスの様々な段階でのウェハの横断面を示す図である。

符号の説明

１０ 単一プラテンＣＭＰ装置
２０ 半導体ウェハ
３０ ウェハキャリア
４０ プラテン
５０ 研磨パッド
１００ 半導体基板
１１０ 表面層
１２０ バリア層
１３０ 誘電体層

Claims (4)

1. 半導体基板を、水及び界面活性剤を含む液体に浸漬することを含む、半導体基板の保管方法。
2. ａ．水、
   ｂ．界面活性剤、及び
   ｃ．不活性化剤
   を含むポストＣＭＰ保管液。
3. ａ．化学的機械研磨工程を経た半導体基板を洗浄装置に入れること、及び
   ｂ．半導体基板の表面材料を、水、不活性化剤、及び界面活性剤を含む液体中で洗浄すること
   を含む、半導体基板の表面材料から汚染物質を除去する方法。
4. ａ．水、
   ｂ．界面活性剤、及び
   ｃ．不活性化剤
   を含むポストＣＭＰ洗浄液。
   

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