JP2012004588A - 銅基材に有益な化学機械的研磨スラリー - Google Patents
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Abstract
【解決手段】酸化剤、錯化剤、研磨材、及び随意の界面活性剤を含有する化学機械的研磨スラリー、並びに化学機械的研磨スラリーを使用して、銅合金、チタン、窒化チタン、タンタル、及び窒化タンタルを含む層を基材から除去する方法。このスラリーは、別個のフィルム形成剤を含有しない。
【選択図】なし
Description
この例は、フィルム形成剤BTAを伴うCMPスラリー及びフィルム形成剤BTAを伴わないCMPスラリーの存在下での、銅の溶解及び腐食を評価している。CMP処理の間のCuの溶解速度は、電気化学的な測定から求める。電気化学低なデータのほとんどは、Cu回転ディスク電極(Pineによる回転装置を伴う)及び273PontentiostatであってCorrosion Softwareを伴うもの(EG&G、PERによる)からなる装置を使用して、他の場所で得る(すなわち、研磨テーブル以外で)。プラチナメッシュ電極を補助電極として使用し、飽和硫酸水銀電極(MSE)を参照電極として使用する。電気化学データは、予め選択された電極の回転速度である500rpm(又は最大で19.94m/秒)で、回転装置と電極を、磨擦パッドと接触させて(下向きの力を1.2kg又は5.9psiにして)又はパッドの上に持ち上げて得る。
この例は、0.04wt%のBTAフィルム形成剤を伴うCMPスラリー及び伴わないCMPスラリーの、様々な基材の層を研磨する能力を評価する。それぞれのスラリーは、2.0wt%のH2O2、1.0wt%の酒石酸、3.0wt%のSEMI−SPERSE(商標)W−A355フュームドアルミナ分散体(Cabot社が製造)、及び50ppmのTriton DF−16を含有していた。それぞれのスラリーのpHは、NH4 OHによって調製して使用の前に7.0にした。
この例では、異なる濃度のH2O2及び酒石酸を伴うpHが7.0のスラリーを使用して、Cu、Ta、及びガラスの除去速度を決定した。それぞれのスラリーで使用する研磨材は、Cabot社が製造するSEMI−SPERSE(商標)W−A355フュームドアルミナ分散体であった。研磨の結果は、表3に報告する。PVD銅ウェハーは、IPEC472ツールを使用して、下向きの力を20.7kPa(3psi)、背圧を4.1(0.6psi)、圧盤速度を55rpm、そしてキャリアー速度を30rpmにして研磨した。
本件発明の態様としては、下記の態様を挙げることができる:
《1》研磨材、
少なくとも1種の酸化剤、及び
クエン酸、乳酸、酒石酸、マロン酸、コハク酸、シュウ酸、アミノ酸、それらの塩、及びそれらの混合物を含む化合物の群より選択される約0.1〜5.0wt%の錯化剤、
を含有する化学機械的研磨スラリーであって、pHが約5〜約9であり、フィルム形成剤を含有しない、化学機械的研磨スラリー。
《2》上記錯化剤が酒石酸である、上記《1》項に記載の化学機械的研磨スラリー。
《3》上記酒石酸が0.5〜約3.0wt%の量で存在する、上記《2》項に記載の化学機械的研磨スラリー。
《4》上記酸化剤が、還元したときにヒドロキシルラジカルを形成する化合物である、上記《1》項に記載の化学機械的研磨スラリー。
《5》上記酸化剤が、過酸化水素、過酸化水素尿素、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される、上記《4》項に記載の化学機械的研磨スラリー。
《6》上記過酸化水素が、約0.3〜約17wt%の量で存在する、上記《5》項に記載の化学機械的研磨スラリー。
《7》研磨材、
過酸化水素、過酸化水素尿素、及びそれらの混合物からなる群より選択される酸化剤、及び
酒石酸、
を含有する化学機械的研磨スラリーであって、pHが5〜9であり、フィルム形成剤を含有しない、化学機械的研磨スラリー。
《8》上記酸化剤が過酸化水素である、上記《7》項に記載の化学機械的研磨スラリー。
《9》上記酸化剤が過酸化水素尿素である、上記《7》項に記載の化学機械的研磨スラリー。
《10》上記酒石酸が、約0.5〜約3.0wt%の量で上記スラリー中に存在する、上記《7》項に記載の化学機械的研磨スラリー。
《11》上記研磨材が少なくとも1種の金属酸化物である、上記《7》項に記載の化学機械的研磨スラリー。
《12》上記金属酸化物研磨材が、アルミナ、セリア、ゲルマニア、シリカ、チタニア、ジルコニア、及びそれらの混合物を含む群より選択される、上記《11》項に記載の化学機械的研磨スラリー。
《13》上記研磨材が金属酸化物の水性分散体である、上記《7》項に記載の化学機械的研磨スラリー。
《14》上記金属酸化物研磨材が、サイズ分布が約1.0μm未満で平均結合体直径が約0.4μm未満の金属酸化物結合体からなっている、上記《11》項に記載の化学機械的研磨スラリー。
《15》上記金属酸化物研磨材が、一次粒子直径が0.4μm未満で表面積が約10m 2 /g〜約250m 2 /gの分離した個々の金属酸化物球体からなっている、上記《11》項に記載の化学機械的研磨スラリー。
《16》上記研磨材の表面積が約5m 2 /g〜約430m 2 /gである、上記《7》項に記載の化学機械的研磨スラリー。
《17》上記研磨材の表面積が約30m 2 /g〜約170m 2 /gである、上記《7》項に記載の化学機械的研磨スラリー。
《18》上記研磨材が、沈降研磨材又はフュームド研磨材からなる群より選択される、上記《7》項に記載の化学機械的研磨スラリー。
《19》約1.0〜約15.0wt%のアルミナ研磨材、
約1.0〜約12.0wt%の過酸化水素、及び
約0.5〜約3.0wt%の酒石酸、
を含有する化学機械的研磨スラリーであって、この組成物のpHが約5〜約9に調節されており、フィルム形成剤を含有しない、化学機械的研磨スラリー。
《20》少なくとも1種の界面活性剤を含有する、上記《19》項に記載の化学機械的研磨スラリー。
《21》(a)約1.0〜約15.0wt%の研磨材、約0.3〜約17.0wt%の酸化剤、約0.1〜約5.0wt%の少なくとも1種の錯化剤、及び脱イオン水を混合して、フィルム形成剤を含有しない化学機械的研磨スラリーをもたらす工程、
(b)上記スラリーのpHを約5〜約9に調節する工程、
(c)上記化学機械的研磨スラリーを基材に適用する工程、及び
(d)パッドを上記基材と接触させ、上記基材に対してこのパッドを動かすことによって、上記基材から金属層の少なくとも一部を除去する工程、
を含む、少なくとも1つの金属層を有する基材を研磨する方法。
《22》上記基材が銅合金含有層を有する、上記《21》項に記載の方法。
《23》上記基材が、チタン及び窒化チタンの層を更に有し、このチタン及び窒化チタンの層の少なくとも一部を工程(c)において除去する、上記《21》項に記載の方法。
《24》上記化学機械的研磨スラリーを、上記パッドに適用してから、このパッドを上記基材と接触させる、上記《21》項に記載の方法。
《25》上記酸化剤が、過酸化水素、過酸化水素尿素、又はそれらの混合物である、上記《21》項に記載の方法。
《26》上記錯化剤が酒石酸である、上記《21》項に記載の方法。
《27》上記化学機械的研磨スラリーのpHが、約5.0〜約9.0である、上記《21》項に記載の方法。
《28》上記研磨材が金属酸化物である、上記《21》項に記載の方法。
《29》上記金属酸化物研磨材が、アルミナ、セリア、ゲルマニア、シリカ、チタニア、ジルコニア、及びそれらの混合物を含む群より選択される、上記《28》項に記載の方法。
《30》上記研磨材が金属酸化物の水性分散体である、上記《21》項に記載の方法。
《31》上記金属酸化物研磨材が、沈降アルミナ、フュームドアルミナ、沈降シリカ、フュームドシリカ、及びそれらの混合物からなる群より選択される、上記《30》項に記載の方法。
《32》(a)約1.0〜約15.0wt%のアルミナ、約1.0〜約12.0wt%の過酸化水素、約0.5〜約3.0wt%の酒石酸、及び脱イオン水を混合して、チタンに対する銅合金の研磨選択性[Cu:Ti]が約4.0未満である化学機械的研磨スラリーをもたらすこと、
(b)上記化学機械的研磨スラリーのpHを約5.0〜約9.0に調節すること、
(c)上記化学機械的研磨スラリーを基材に適用すること、及び
(d)パッドを上記基材と接触させ、上記基材に対してこのパッドを動かすことによって、銅合金層の少なくとも一部、チタン層の少なくとも一部、及び窒化チタン層の少なくとも一部を除去すること、
を含む、銅合金層、チタン層及び窒化チタン層を有する基材を研磨する方法。
《33》(a)錯化剤を保持する第1の容器、
(b)酸化剤を保持する第2の容器、並びに
(c)上記第1の容器、上記第1の容器、及び第3の容器からなる群より選択される容器に装填された研磨材、
を有する、化学機械的研磨スラリーを調製するのに有益な複数容器設備。
Claims (33)
- 研磨材、
少なくとも1種の酸化剤、及び
クエン酸、乳酸、酒石酸、マロン酸、コハク酸、シュウ酸、アミノ酸、それらの塩、及びそれらの混合物を含む化合物の群より選択される約0.1〜5.0wt%の錯化剤、
を含有する化学機械的研磨スラリーであって、pHが約5〜約9であり、フィルム形成剤を含有しない、化学機械的研磨スラリー。 - 前記錯化剤が酒石酸である、請求項1に記載の化学機械的研磨スラリー。
- 前記酒石酸が0.5〜約3.0wt%の量で存在する、請求項2に記載の化学機械的研磨スラリー。
- 前記酸化剤が、還元したときにヒドロキシルラジカルを形成する化合物である、請求項1に記載の化学機械的研磨スラリー。
- 前記酸化剤が、過酸化水素、過酸化水素尿素、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される、請求項4に記載の化学機械的研磨スラリー。
- 前記過酸化水素が、約0.3〜約17wt%の量で存在する、請求項5に記載の化学機械的研磨スラリー。
- 研磨材、
過酸化水素、過酸化水素尿素、及びそれらの混合物からなる群より選択される酸化剤、及び
酒石酸、
を含有する化学機械的研磨スラリーであって、pHが5〜9であり、フィルム形成剤を含有しない、化学機械的研磨スラリー。 - 前記酸化剤が過酸化水素である、請求項7に記載の化学機械的研磨スラリー。
- 前記酸化剤が過酸化水素尿素である、請求項7に記載の化学機械的研磨スラリー。
- 前記酒石酸が、約0.5〜約3.0wt%の量で前記スラリー中に存在する、請求項7に記載の化学機械的研磨スラリー。
- 前記研磨材が少なくとも1種の金属酸化物である、請求項7に記載の化学機械的研磨スラリー。
- 前記金属酸化物研磨材が、アルミナ、セリア、ゲルマニア、シリカ、チタニア、ジルコニア、及びそれらの混合物を含む群より選択される、請求項11に記載の化学機械的研磨スラリー。
- 前記研磨材が金属酸化物の水性分散体である、請求項7に記載の化学機械的研磨スラリー。
- 前記金属酸化物研磨材が、サイズ分布が約1.0μm未満で平均結合体直径が約0.4μm未満の金属酸化物結合体からなっている、請求項11に記載の化学機械的研磨スラリー。
- 前記金属酸化物研磨材が、一次粒子直径が0.4μm未満で表面積が約10m2/g〜約250m2/gの分離した個々の金属酸化物球体からなっている、請求項11に記載の化学機械的研磨スラリー。
- 前記研磨材の表面積が約5m2/g〜約430m2/gである、請求項7に記載の化学機械的研磨スラリー。
- 前記研磨材の表面積が約30m2/g〜約170m2/gである、請求項7に記載の化学機械的研磨スラリー。
- 前記研磨材が、沈降研磨材又はフュームド研磨材からなる群より選択される、請求項7に記載の化学機械的研磨スラリー。
- 約1.0〜約15.0wt%のアルミナ研磨材、
約1.0〜約12.0wt%の過酸化水素、及び
約0.5〜約3.0wt%の酒石酸、
を含有する化学機械的研磨スラリーであって、この組成物のpHが約5〜約9に調節されており、フィルム形成剤を含有しない、化学機械的研磨スラリー。 - 少なくとも1種の界面活性剤を含有する、請求項19に記載の化学機械的研磨スラリー。
- (a)約1.0〜約15.0wt%の研磨材、約0.3〜約17.0wt%の酸化剤、約0.1〜約5.0wt%の少なくとも1種の錯化剤、及び脱イオン水を混合して、フィルム形成剤を含有しない化学機械的研磨スラリーをもたらす工程、
(b)前記スラリーのpHを約5〜約9に調節する工程、
(c)前記化学機械的研磨スラリーを基材に適用する工程、及び
(d)パッドを前記基材と接触させ、前記基材に対してこのパッドを動かすことによって、前記基材から金属層の少なくとも一部を除去する工程、
を含む、少なくとも1つの金属層を有する基材を研磨する方法。 - 前記基材が銅合金含有層を有する、請求項21に記載の方法。
- 前記基材が、チタン及び窒化チタンの層を更に有し、このチタン及び窒化チタンの層の少なくとも一部を工程(c)において除去する、請求項21に記載の方法。
- 前記化学機械的研磨スラリーを、前記パッドに適用してから、このパッドを前記基材と接触させる、請求項21に記載の方法。
- 前記酸化剤が、過酸化水素、過酸化水素尿素、又はそれらの混合物である、請求項21に記載の方法。
- 前記錯化剤が酒石酸である、請求項21に記載の方法。
- 前記化学機械的研磨スラリーのpHが、約5.0〜約9.0である、請求項21に記載の方法。
- 前記研磨材が金属酸化物である、請求項21に記載の方法。
- 前記金属酸化物研磨材が、アルミナ、セリア、ゲルマニア、シリカ、チタニア、ジルコニア、及びそれらの混合物を含む群より選択される、請求項28に記載の方法。
- 前記研磨材が金属酸化物の水性分散体である、請求項21に記載の方法。
- 前記金属酸化物研磨材が、沈降アルミナ、フュームドアルミナ、沈降シリカ、フュームドシリカ、及びそれらの混合物からなる群より選択される、請求項30に記載の方法。
- (a)約1.0〜約15.0wt%のアルミナ、約1.0〜約12.0wt%の過酸化水素、約0.5〜約3.0wt%の酒石酸、及び脱イオン水を混合して、チタンに対する銅合金の研磨選択性[Cu:Ti]が約4.0未満である化学機械的研磨スラリーをもたらすこと、
(b)前記化学機械的研磨スラリーのpHを約5.0〜約9.0に調節すること、
(c)前記化学機械的研磨スラリーを基材に適用すること、及び
(d)パッドを前記基材と接触させ、前記基材に対してこのパッドを動かすことによって、銅合金層の少なくとも一部、チタン層の少なくとも一部、及び窒化チタン層の少なくとも一部を除去すること、
を含む、銅合金層、チタン層及び窒化チタン層を有する基材を研磨する方法。 - (a)錯化剤を保持する第1の容器、
(b)酸化剤を保持する第2の容器、並びに
(c)前記第1の容器、前記第1の容器、及び第3の容器からなる群より選択される容器に装填された研磨材、
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