JP2010045351A - ケミカルメカニカル研磨組成物及びそれに関連する方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】ディッシングを抑えながら高い除去速度が可能であり、短い第二工程研磨時間の後、配線金属のない表面を残す、ケミカルメカニカル研磨組成物を提供する。
【解決手段】非鉄金属を含有するパターン付き半導体ウェーハのケミカルメカニカルポリッシングに有用なケミカルメカニカル研磨組成物。ケミカルメカニカル研磨組成物は、非鉄金属のためのインヒビター、ポリ（エチレングリコール）メチルエーテル（メタ）アクリレートと１−ビニルイミダゾールとのコポリマー及び水を含む。
【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ポリッシングに関する。より詳細には、本発明は、ケミカルメカニカル研磨組成物ならびに当該ケミカルメカニカル研磨組成物を使用して絶縁体及びバリヤ材料の存在下で半導体ウェーハ上の金属配線を研磨する方法に関する。
一般に、半導体ウェーハは、絶縁層を有し、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その絶縁層中に含むシリコンのウェーハである。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する。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う。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する。
多くの場合、ケミカルメカニカルポリッシング加工は多数の研磨工程を含む。たとえば、第一工程で過剰な配線金属、たとえば銅を高い初期速度で除去する。第一工程除去の後、第二工程の研磨で、金属配線の外側のバリヤ層の上に残る金属を除去することができる。その後の研磨で、バリヤ層を、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、絶縁層及び金属配線の上に平坦な研磨面を提供する。
半導体基材上のトレンチ又はトラフ中の金属が、金属回路を形成する金属ラインを提供する。解決されるべき課題の一つは、研磨作業が、各トレンチ又はトラフから金属を除去して、そのような金属のリセス化したディッシングを生じさせる傾向にあることである。ディッシングは、金属回路の臨界寸法の変化を生じさせるため、望ましくない。ディッシングを減らすためには、低めの研磨圧力で研磨を実施する。しかし、単に研磨圧力を下げるだけでは、研磨をより長い期間継続しなければならなくなる。しかも、そのより長い期間全体にわたってディッシングが形成される続けるであろう。
米国特許第７，０８６，９３５号（Wang）は、メチルセルロース、アクリル酸／メタクリル酸コポリマー、ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）及び混和性溶媒を含有する、パターン付きウェーハのための無砥粒銅配合物の使用を記載している。Wangによって教示され、記載された配合物は、銅ディッシングを抑えながら銅を除去し、掃去することができるが、高速研磨中、緑色のＣｕ−ＢＴＡ化合物を研磨パッド及びウェーハの上に沈着させる。これらの沈着物は、ガム状の沈着物に伴う研磨除去速度の低下を避けるために研磨パッドの研磨後清浄を必要とし、欠陥形成を避けるためにウェーハの研磨後清浄を必要とする。このような追加的な清浄工程は、強力でコスト高な清浄用の化合物を必要とし、遅延したウェーハスループットから生じる関連の「保有コスト」を有する。
したがって、ディッシングを抑えながら高い除去速度が可能であり、短い第二工程研磨時間の後、配線金属のない表面を残す、ケミカルメカニカル研磨組成物が要望されている。
本発明の一つの局面においては、銅配線金属を含有するパターン付き半導体ウェーハのケミカルメカニカルポリッシングに有用なケミカルメカニカル研磨組成物であって、銅配線金属のためのインヒビター０．０１〜１５重量％、ポリ（エチレングリコール）メチルエーテル（メタ）アクリレートと１−ビニルイミダゾールとのコポリマー０．００５〜５重量％及び水を含み、酸性ｐＨを有するケミカルメカニカル研磨組成物が提供される。
本発明のもう一つの局面においては、銅配線金属を含有するパターン付き半導体ウェーハのケミカルメカニカルポリッシングに有用なケミカルメカニカル研磨組成物であって、銅配線金属のためのインヒビター０．０１〜１５重量％、ポリ（エチレングリコール）メチルエーテル（メタ）アクリレートと１−ビニルイミダゾールとのコポリマー０．００５〜５重量％、式Ｉ
Figure 2010045351
（式中、Ｒは、水素又は炭素含有化合物である）
の水溶性酸化合物０．０５〜２０重量％、銅配線金属のための錯化剤０．０１〜１５重量％、リン化合物０．０１〜１５重量％、酸化剤０〜２５重量％及び水を含み、酸性ｐＨを有するケミカルメカニカル研磨組成物が提供される。
本発明のもう一つの局面においては、銅配線金属を含有するパターン付き半導体ウェーハのケミカルメカニカルポリッシングに有用なケミカルメカニカル研磨組成物であって、銅配線金属のためのインヒビター、水溶性セルロース０．００１〜１５重量％、式Ｉ
Figure 2010045351
（式中、Ｒは、水素又は炭素含有化合物である）
の水溶性酸化合物０．０５〜２０重量％、ポリ（エチレングリコール）メチルエーテル（メタ）アクリレートと１−ビニルイミダゾールとのコポリマー０．００５〜５重量％、銅配線金属のための錯化剤０．０１〜１５重量％、リン化合物０．０１〜１５重量％、酸化剤０〜２５重量％及び水を含み、酸性ｐＨを有するケミカルメカニカル研磨組成物が提供される。
本発明のもう一つの局面においては、非鉄金属を含有するパターン付き半導体ウェーハのケミカルメカニカルポリッシングに有用なケミカルメカニカル研磨組成物であって、非鉄金属のためのインヒビター０．０１〜１５重量％、ポリ（エチレングリコール）メチルエーテル（メタ）アクリレートと１−ビニルイミダゾールとのコポリマー０．００５〜５重量％及び水を含み、酸性ｐＨを有するケミカルメカニカル研磨組成物が提供される。
本発明のもう一つの局面においては、非鉄金属を含有するパターン付き半導体ウェーハのケミカルメカニカルポリッシングに有用なケミカルメカニカル研磨組成物であって、非鉄金属のためのインヒビター、水溶性セルロース０．００１〜１５重量％、式Ｉ
Figure 2010045351
（式中、Ｒは、水素又は炭素含有化合物である）
の水溶性酸化合物０．０５〜２０重量％、ポリ（エチレングリコール）メチルエーテル（メタ）アクリレートと１−ビニルイミダゾールとのコポリマー０．００５〜５重量％、非鉄金属のための錯化剤０．０１〜１５重量％、リン化合物０．０１〜１５重量％、酸化剤０〜２５重量％及び水を含み、酸性ｐＨを有するケミカルメカニカル研磨組成物が提供される。
本発明のもう一つの局面において、非鉄金属を含有する半導体ウェーハのケミカルメカニカルポリッシングの方法であって、（ａ）酸化剤１〜２５重量％、非鉄金属のためのインヒビター０．０１〜１５重量％、ポリ（エチレングリコール）メチルエーテル（メタ）アクリレートと１−ビニルイミダゾールとのコポリマー０．００５〜５重量％及び水を含み、酸性ｐＨを有するケミカルメカニカル研磨組成物を提供する工程、（ｂ）ケミカルメカニカル研磨パッドを提供する工程、（ｃ）非鉄金属を含有する半導体ウェーハを提供する工程、（ｄ）ケミカルメカニカル研磨パッドと半導体ウェーハとの間に動的接触を生じさせる工程、及び（ｅ）ケミカルメカニカル研磨パッドと半導体ウェーハとの界面又はその近くに研磨溶液を分配する工程を含む方法が提供される。
本発明のもう一つの局面において、非鉄金属を含有する半導体ウェーハのケミカルメカニカルポリッシングの方法であって、（ａ）酸化剤、非鉄金属のためのインヒビター、水溶性セルロース０．００１〜１５重量％、式Ｉ
Figure 2010045351
（式中、Ｒは、水素又は炭素含有化合物である）
の水溶性酸化合物０．０５〜２０重量％、ポリ（エチレングリコール）メチルエーテル（メタ）アクリレートと１−ビニルイミダゾールとのコポリマー０．００５〜５重量％、非鉄金属のための錯化剤０．０１〜１５重量％、リン化合物０．０１〜１５重量％、酸化剤１〜２５重量％及び水を含み、酸性ｐＨを有するケミカルメカニカル研磨組成物を提供する工程、（ｂ）ケミカルメカニカル研磨パッドを提供する工程、（ｃ）非鉄金属を含有する半導体ウェーハを提供する工程、（ｄ）ケミカルメカニカル研磨パッドと半導体ウェーハとの間に動的接触を生じさせる工程、及び（ｅ）ケミカルメカニカル研磨パッドと半導体ウェーハとの界面又はその近くに研磨溶液を分配する工程を含む方法が提供される。
詳細な説明
本発明のケミカルメカニカル研磨組成物及び方法は、半導体ウェーハが、ケミカルメカニカルポリッシングならびにインヒビター、水溶性変性セルロース、式Ｉ
Figure 2010045351
（式中、Ｒは、水素又は炭素含有化合物である）
の水溶性酸化合物、ポリ（エチレングリコール）メチルエーテル（メタ）アクリレートと１−ビニルイミダゾールとのコポリマー、場合によっては銅配線金属のための錯化剤、場合によってはリン化合物、場合によっては酸化剤及び残余としての水を含むケミカルメカニカル研磨組成物に暴露されたとき、金属を掃去し、金属配線のディッシングを抑えながらも良好な金属除去速度を提供する。水溶性酸化合物の添加が、Ｃｕ−ＢＴＡ（Ｃｕ+1）沈着物に関連する緑色の汚染を減らす。
本明細書に関して、Ｃｕ−ＢＴＡ沈着物は、非液体、たとえば固体、ゲル及びポリマーを含み、Ｃｕ2+イオン、スピネル沈着物、スピネル様沈着物及び不純物を含むことができる。研磨実験から、研磨条件下、銅イオン(+1)の生成物及びＢＴＡ濃度がＫspを超えると、不溶性Ｃｕ−ＢＴＡ沈着物が形成する。Ｃｕ−ＢＴＡの沈着は、酸性研磨溶液中、平衡式（１）
Figure 2010045351
にしたがって起こると思われる。
本発明のケミカルメカニカル研磨組成物は、静的エッチ又は他の除去機構による非鉄金属の除去、たとえば銅配線金属除去速度を制御するために、インヒビターを含有する。インヒビターの濃度を調節することで、静的エッチ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。好ましくは、ケミカルメカニカル研磨組成物は、インヒビターを０．０１〜１５重量％含有する。もっとも好ましくは、ケミカルメカニカル研磨組成物は、インヒビターを０．２〜１．０重量％含有する。いくつかの実施態様において、インヒビターはインヒビターの混合物を含む。いくつかの実施態様において、インヒビターは、銅及び銀配線を有するウェーハを研磨するのに特に有効であるアゾールインヒビターから選択される。これらの実施態様のいくつかの局面において、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）、イミダゾール及びそれらの組み合わせから選択される。アゾールインヒビターの組み合わせが銅除去速度を増減することができる。これらの実施態様のいくつかの局面において、インヒビターは、銅及び銀配線に関して特に有効であるＢＴＡである。
本発明のケミカルメカニカル研磨組成物は、ポリ（エチレングリコール）メチルエーテル（メタ）アクリレートと１−ビニルイミダゾールとのコポリマーを含有する。いくつかの実施態様において、ケミカルメカニカル研磨組成物は、ポリ（エチレングリコール）メチルエーテル（メタ）アクリレートと１−ビニルイミダゾールとの、重量基準で、９：１〜１：９、好ましくは５：１〜１：５、より好ましくは３：１〜１：３、さらに好ましくは２：１〜１：２、さらに好ましくは１．５：１〜１：１．５、さらに好ましくは１．２：１〜１：１．２、もっとも好ましくは１：１のコポリマーを０．００５〜５重量％、好ましくは０．０５〜１重量％、より好ましくは０．０５〜０．５重量％、さらに好ましくは０．０９〜０．２５重量％含有する。いくつかの実施態様において、ケミカルメカニカル研磨組成物は、ポリ（エチレングリコール）メチルエーテル（メタ）アクリレートと１−ビニルイミダゾールとの、重量基準で、９：１〜１：９、好ましくは５：１〜１：５、より好ましくは３：１〜１：３、さらに好ましくは２：１〜１：２、さらに好ましくは１．５：１〜１：１．５、さらに好ましくは１．２：１〜１：１．２、もっとも好ましくは１：１のコポリマーを０．００５〜５重量％、好ましくは０．０５〜１重量％、より好ましくは０．０５〜０．５重量％、さらに好ましくは０．０９〜０．２５重量％含有する。いくつかの実施態様において、ケミカルメカニカル研磨組成物は、ポリ（エチレングリコール）メチルエーテル（メタ）アクリレートと１−ビニルイミダゾールとの、重量基準で、９：１〜１：９、好ましくは５：１〜１：５、より好ましくは３：１〜１：３、さらに好ましくは２：１〜１：２、さらに好ましくは１．５：１〜１：１．５、さらに好ましくは１．２：１〜１：１．２、もっとも好ましくは１：１のコポリマーを０．００５〜５重量％、好ましくは０．０５〜１重量％、より好ましくは０．０５〜０．５重量％、さらに好ましくは０．０９〜０．２５重量％含有する。いくつかの実施態様において、ケミカルメカニカル研磨組成物は、５，０００〜１，０００，０００、好ましくは５，０００〜５００，０００、より好ましくは１０，０００〜２５０，０００、さらに好ましくは１０，０００〜１００，０００、さらに好ましくは１０，０００〜５０，０００、さらに好ましくは２０，０００〜４０，０００の重量平均分子量Ｍwを有する、ポリ（エチレングリコール）メチルエーテル（メタ）アクリレートと１−ビニルイミダゾールとの、重量基準で、９：１〜１：９、好ましくは５：１〜１：５、より好ましくは３：１〜１：３、さらに好ましくは２：１〜１：２、さらに好ましくは１．５：１〜１：１．５、さらに好ましくは１．２：１〜１：１．２、もっとも好ましくは１：１のコポリマーを０．００５〜５重量％、好ましくは０．０５〜１重量％、より好ましくは０．０５〜０．５重量％、さらに好ましくは０．０９〜０．２５重量％含有する。いくつかの実施態様において、ケミカルメカニカル研磨組成物は、５，０００〜１，０００，０００、好ましくは５，０００〜５００，０００、より好ましくは１０，０００〜２５０，０００、さらに好ましくは１０，０００〜１００，０００、さらに好ましくは１０，０００〜５０，０００、さらに好ましくは２０，０００〜４０，０００の重量平均分子量Ｍwを有する、ポリ（エチレングリコール）メチルエーテル（メタ）アクリレートと１−ビニルイミダゾールとの、重量基準で、９：１〜１：９、好ましくは５：１〜１：５、より好ましくは３：１〜１：３、さらに好ましくは２：１〜１：２、さらに好ましくは１．５：１〜１：１．５、さらに好ましくは１．２：１〜１：１．２、もっとも好ましくは１：１のコポリマーを０．００５〜５重量％、好ましくは０．０５〜１重量％、より好ましくは０．０５〜０．５重量％、さらに好ましくは０．０９〜０．２５重量％含有する。
本発明のケミカルメカニカル研磨組成物は、場合によっては、水溶性セルロースを含有する。いくつかの実施態様において、ケミカルメカニカル研磨組成物は、水溶性セルロースを０〜１５重量％、好ましくは０．００１〜１５重量％、より好ましくは０．００５〜５重量％、さらに好ましくは０．０１〜３重量％含有する。本発明のいくつかの実施態様において、水溶性セルロースは、カルボン酸官能基で変性された水溶性変性セルロースである。例示的な変性セルロースとしては、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、カラゲナンガム及びキサンタンガムの少なくとも一つ、化工デンプン、アルギン酸、マンヌロン酸、グルロン酸ならびにそれらの誘導体及びコポリマーがある。これらの実施態様のいくつかの局面において、水溶性変性セルロースはカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）である。これらの実施態様のいくつかの局面において、ＣＭＣは、１，０００〜１，０００，０００の重量平均分子量で０．１〜３．０の置換度を有する。これらの実施態様のいくつかの局面において、ＣＭＣは、４０，０００〜２５０，０００の重量平均分子量で０．７〜１．２の置換度を有する。本明細書に関して、ＣＭＣにおける置換度とは、置換されるセルロース分子中の各無水グルコース単位上のヒドロキシル基の数である。置換度は、ＣＭＣ中のカルボン酸基の「密度」の尺度と見なすことができる。
本発明のケミカルメカニカル研磨組成物は、場合によっては、式Ｉ
Figure 2010045351
（式中、Ｒは、水素又は炭素含有化合物である）
の水溶性酸化合物を含有する。これらの酸化合物は、一価(+1)銅イオン及び二価(+2)銅イオンを錯化することができる。研磨中、水溶性酸化合物は、Ｃｕ−ＢＴＡ沈着物の形成を減らすのに十分な数の銅イオンと錯化し、以下の式（２）におけるＣｕ+2イオンの形成の速度を抑制すると思われる。
Figure 2010045351
本発明のいくつかの実施態様において、ケミカルメカニカル研磨組成物は、式Ｉの水溶性酸化合物を０〜２０重量％、好ましくは０．０５〜２０重量％、より好ましくは０．１〜１０重量％含有する。これらの実施態様のいくつかの局面において、ケミカルメカニカル研磨組成物は、式Ｉの水溶性酸化合物を０．４重量％以上、好ましくは０．４〜５重量％含有する。これらの実施態様のいくつかの局面において、式Ｉの水溶性酸化合物は、イミノ二酢酸（ＩＤＡ）、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）及びこれらの組み合わせから選択される。これらの実施態様のいくつかの局面において、式Ｉの水溶性酸化合物はＥＤＴＡである。これらの実施態様のいくつかの局面において、式Ｉの水溶性酸化合物はＩＤＡである。
本発明のケミカルメカニカル研磨組成物は、場合によっては、非鉄金属のための錯化剤を含有する。錯化剤は、銅のような金属膜の除去速度を加速することができる。いくつかの実施態様において、ケミカルメカニカル研磨組成物は、錯化剤を０〜１５重量％、好ましくは０．０１〜１５重量％、より好ましくは０．１〜１重量％含有する。例示的な錯化剤としては、たとえば、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、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、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がある。これらの実施態様のいくつかの局面において、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組み合わせからなる群より選択される。これらの実施態様のいくつかの局面において、錯化剤はリンゴ酸である。
本発明のケミカルメカニカル研磨組成物は、場合によっては、リン含有化合物を含む。いくつかの実施態様において、ケミカルメカニカル研磨組成物は、リン含有化合物を０〜１５重量％、好ましくは０．０１〜１５重量％、より好ましくは０．０５〜１０重量％、さらに好ましくは０．１〜５重量％、さらに好ましくは０．３〜２重量％含む。本明細書に関して、「リン含有化合物」は、リン原子を含有する任意の化合物である。いくつかの実施態様において、リン含有化合物は、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から選択される。これらの実施態様のいくつかの局面において、リン含有化合物は、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、リン酸尿素、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から選択される。これらの実施態様のいくつかの局面において、リン含有化合物は、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ならびにホスホネート、ホスファイト及びホスフィネート、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から選択される。いくつかの実施態様において、リン含有化合物はリン酸アンモニウムである。いくつかの実施態様において、リン含有化合物はリン酸二水素アンモニウムである。
本発明のケミカルメカニカル研磨組成物は、場合によっては、酸化剤を含有する。いくつかの実施態様において、ケミカルメカニカル研磨組成物は、酸化剤を０〜２５重量％、好ましくは１〜２５重量％、より好ましくは５〜１０重量％含有する。いくつかの実施態様において、酸化剤は、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、次亜塩素酸塩ならびにそれらの混合物から選択される。いくつかの実施態様において、酸化剤は過酸化水素である。ケミカルメカニカル研磨組成物が不安定な酸化剤、たとえば過酸化水素を含有する場合、使用の時点で酸化剤をケミカルメカニカル研磨組成物に配合することが好ましい。
本発明のケミカルメカニカル研磨組成物は、好ましくは、偶発的な不純物を制限するため、残余として脱イオン水又は蒸留水に依存する。
本発明のケミカルメカニカル研磨組成物は、広いｐＨ範囲で効力を提供する。本発明のケミカルメカニカル研磨組成物の有効ｐＨ範囲は２〜５である。本発明のいくつかの実施態様において、ケミカルメカニカル研磨組成物は、使用の時点で、２〜５、好ましくは２〜４、より好ましくは２．５〜４のｐＨを示す。本発明のケミカルメカニカル研磨組成物のｐＨを調節するための使用に適した酸としては、たとえば、硝酸、硫酸、塩酸及びリン酸がある。本発明のケミカルメカニカル研磨組成物のｐＨを調節するための使用に適した塩基としては、たとえば水酸化アンモニウム及び水酸化カリウムがある。
本発明のケミカルメカニカル研磨組成物は、場合によっては、砥粒を含む。本発明のいくつかの実施態様において、ケミカルメカニカル研磨組成物は、砥粒を０〜３重量％含有する。これらの実施態様のいくつかの局面において、ケミカルメカニカル研磨組成物は、砥粒を１重量％以下で含有する。本発明のいくつかの局面において、ケミカルメカニカル研磨組成物は無砥粒である。
本発明との使用に適した砥粒としては、たとえば、５００nm以下、好ましくは１００nm以下、より好ましくは７０nm以下の平均粒度を有する砥粒がある。本明細書に関して、粒度とは、砥粒の平均粒度をいう。いくつかの実施態様において、砥粒は、コロイダル砥粒（たとえば、AZ Electronic MaterialsのKlebosol（登録商標）コロイダルシリカ）の安定性を改善するための分散剤、界面活性剤、緩衝剤及び殺生物剤のような添加物を含むことができるコロイダル砥粒から選択される。いくつかの実施態様において、砥粒は、煙霧質、沈降及び凝集砥粒から選択される。いくつかの実施態様において、砥粒は、無機酸化物、無機水酸化物、無機水酸化酸化物、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から選択される。適切な無機酸化物としては、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がある。適切な無機水酸化酸化物としては、たとえば、水酸化酸化アルミニウム（「ベーマイト」）がある。望むならば、これらの無機酸化物の改変形態、たとえば有機ポリマーで被覆された無機酸化物粒子及び無機被覆粒子を使用することもできる。適切な金属炭化物、ホウ化物及び窒化物としては、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がある。望むならば、ダイヤモンドを砥粒として使用してもよい。また、代替砥粒として、ポリマー粒子、被覆ポリマー粒子及び界面活性剤で安定化された粒子がある。使用される場合、好ましい砥粒はシリカである。
本発明のケミカルメカニカル研磨組成物及び方法は、銅配線を有する半導体ウェーハのケミカルメカニカルポリッシングに特に有用である。それにもかかわらず、本発明のケミカルメカニカル研磨組成物はまた、他の導電性金属配線、たとえばアルミニウム、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半導体ウェーハを研磨するのにも適している。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。本発明のケミカルメカニカル研磨組成物及び方法は、複数のウェーハ成分、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から誘導されるシリカのエロージョンを防止するのに優れている。本発明のケミカルメカニカル研磨組成物はまた、ＥＣＭＰ（エレクトロケミカルメカニカルポリッシング）にも使用することができる。
以下の実施例において本発明のいくつかの実施態様を詳細に説明する。
実施例１
コポリマー合成
窒素パージ、かく拌器及び温度制御機構を備えた５リットル密閉バッチ反応器中、ポリ（エチレングリコール）メチルエーテルメタクリレートと１−ビニルイミダゾールとの１：１（重量比）コポリマーを調製した。反応器を密閉し、窒素でパージして反応器内に窒素雰囲気を提供した。次いで、脱イオン水（１，８００g）を反応器に導入し、反応器内容物を８５℃に加熱した。反応器内容物の温度を８５℃に維持しながら、脱イオン水（１７０．３g）、ポリ（エチレングリコール）メチルエーテルメタクリレート（４２５．４g）及び１−ビニルイミダゾール（４２５．３g）を含有するモノマー混合物を１２０分かけてゆっくりと反応器に加えた。脱イオン水（３８８．４g）、置換アゾニトリル化合物（Du Pontから市販のVazo（登録商標））（２５．６g）及び水酸化アンモニウム（６３．９g）の混合物を含有する開始剤をチャージした材料を、モノマー混合物の供給と合致させながら１４０分かけてゆっくりと反応器に加えた。開始剤供給ののち、反応器内容物を８５℃で３０分間保持し、その後、脱イオン水（８５．２g）、置換アゾニトリル化合物（Du Pontから市販のVazo（登録商標））（４．３g）及び水酸化ナトリウム（２１．３g）の混合物を含有するショットチェイスを反応器に加えた。次いで、反応器内容物を８５℃で１２０分間保持したのち、脱イオン水さらに４２５．１gを反応器に供給した。次いで、反応器内容物を約６０℃まで放冷した。次いで、生成物コポリマーを反応器内容物から単離した。
実施例２
研磨試験
二つのケミカルメカニカル研磨組成物を実施例２で使用した。ケミカルメカニカル研磨組成物は、いずれも、ＢＴＡ０．３０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％、イミノ二酢酸（ＩＤＡ）１．３重量％、リン酸二水素アンモニウム２重量％及び過酸化水素９重量％を含有するものであった。第一のケミカルメカニカル研磨組成物（組成物１）は、さらに、実施例１にしたがって調製した、約３６，０００の重量平均分子量Ｍwを有する、ポリ（エチレングリコール）メチルエーテルメタクリレートと１−ビニルイミダゾールとの１：１（重量比）コポリマー０．１０重量％を含有していた。第二のケミカルメカニカル研磨組成物（組成物２）は、さらに、実施例１にしたがって調製した、約３６，０００の重量平均分子量Ｍwを有する、ポリ（エチレングリコール）メチルエーテルメタクリレートと１−ビニルイミダゾールとの１：１（重量比）コポリマー０．２０重量％を含有していた。過酸化水素が、使用前にケミカルメカニカル研磨組成物に添加された最後の成分であった。ケミカルメカニカル研磨組成物に関して記載された成分濃度は使用時点濃度である。過酸化水素添加の前に、ケミカルメカニカル研磨組成物のｐＨを硝酸で４．１に調節した。過酸化水素添加後のｐＨは約３．９であった。
表１は、組成物１を用いて測定された銅除去速度データを提供する。銅除去速度実験は、ＩＳＲＭ検出システムを備えたApplied Materials社のMirra２００mm研磨機を使用して、IC1010（商標）ポリウレタン研磨パッド（Rohm and Haas Electronic Materials CMP社から市販）を、表１に提供するダウンフォース条件、１６０ml/minの研磨溶液流量、１００rpmのテーブル速度及び９４rpmのキャリヤ速度の下で使用して実施した。使用した銅ブランケットウェーハは電気めっきされており、厚さ１５KÅであった（Silybから市販）。Jordan ValleyのJVX-5200T計測ツールを使用して銅除去速度を測定した。各銅除去実験を二重に実施した。表１に提供するデータは二重実験の平均である。
Figure 2010045351
表２は、銅配線及びMIT-754パターンを有する３００nmウェーハ（ＡＴＤＦから市販）に対して組成物１及び組成物２を使用した場合の銅除去速度及びディッシング性能を提供する。ＩＳＲＭ検出システムを備えたApplied Materials社のReflexion３００mm研磨機を使用し、プラテン１ではCUP4410ポリウレタン研磨パッドを使用し、プラテン２ではIC1010（商標）ポリウレタン研磨パッド（両パッドともRohm and Haas Electronic Materials CMP社から市販）を使用して、１．５psi（１０．３kPa）のダウンフォース条件（断りない限り）、２５０cc/minの研磨溶液流量、７７RPMのプラテン速度及び７１RPMのキャリヤ速度を使用した。Diagrid（登録商標）AD3BG-150855ダイヤモンドパッドコンディショナ（Kinik社から市販）を使用して両方の研磨パッドをコンディショニングした。Jordan ValleyのJVX-5200T計測ツールを使用して銅除去速度を測定した。表２に報告するディッシング性能は、Veeco（登録商標）Dimension Vx 310原子間力プロファイラ（ＡＦＰ）を使用して測定した。
Figure 2010045351

Claims (10)

  1. 銅配線金属を含有するパターン付き半導体ウェーハのケミカルメカニカルポリッシングに有用なケミカルメカニカル研磨組成物であって、銅配線金属のためのインヒビター０．０１〜１５重量％、ポリ（エチレングリコール）メチルエーテル（メタ）アクリレートと１−ビニルイミダゾールとのコポリマー０．００５〜５重量％及び水を含み、酸性ｐＨを有するケミカルメカニカル研磨組成物。
  2. 前記コポリマーが、５，０００〜１，０００，０００の重量平均分子量を有する、ポリ（エチレングリコール）メチルエーテル（メタ）アクリレートと１−ビニルイミダゾールとの９：１〜１：９（重量基準）コポリマーである、請求項１記載のケミカルメカニカル研磨組成物。
  3. 酸化剤１〜２５重量％をさらに含む、請求項１記載のケミカルメカニカル研磨組成物。
  4. 水溶性セルロース０．００１〜１５重量％をさらに含む、請求項１記載のケミカルメカニカル研磨組成物。
  5. 錯化剤０．０１〜１５重量％をさらに含む、請求項１記載のケミカルメカニカル研磨組成物。
  6. リン含有化合物０．０１〜１５重量％をさらに含む、請求項１記載のケミカルメカニカル研磨組成物。
  7. 無砥粒である、請求項１記載のケミカルメカニカル研磨組成物。
  8. 式Ｉ
    Figure 2010045351
    （式中、Ｒは、水素又は炭素含有化合物である）
    の水溶性酸化合物０．０５〜２０重量％、銅配線金属のための錯化剤０．０１〜１５重量％、リン化合物０．０１〜１５重量％、酸化剤０〜２５重量％をさらに含む、請求項１記載のケミカルメカニカル研磨組成物。
  9. 非鉄金属を含有するパターン付き半導体ウェーハのケミカルメカニカルポリッシングに有用なケミカルメカニカル研磨組成物であって、非鉄金属のためのインヒビター０．０１〜１５重量％、ポリ（エチレングリコール）メチルエーテル（メタ）アクリレートと１−ビニルイミダゾールとのコポリマー０．００５〜５重量％及び水を含み、酸性ｐＨを有するケミカルメカニカル研磨組成物。
  10. 非鉄金属を含有する半導体ウェーハのケミカルメカニカルポリッシングの方法であって、（ａ）酸化剤１〜２５重量％、非鉄金属のためのインヒビター０．０１〜１５重量％、ポリ（エチレングリコール）メチルエーテル（メタ）アクリレートと１−ビニルイミダゾールとのコポリマー０．００５〜５重量％及び水を含み、酸性ｐＨを有するケミカルメカニカル研磨組成物を提供する工程、（ｂ）ケミカルメカニカル研磨パッドを提供する工程、（ｃ）非鉄金属を含有する半導体ウェーハを提供する工程、（ｄ）前記ケミカルメカニカル研磨パッドと前記半導体ウェーハとの間に動的接触を生じさせる工程、及び（ｅ）前記ケミカルメカニカル研磨パッドと前記半導体ウェーハとの界面又はその近くに前記研磨溶液を分配する工程を含む方法。
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