JP2016032109A - ルテニウム及び銅を含有する基板を化学的機械的研磨するための方法 - Google Patents

ルテニウム及び銅を含有する基板を化学的機械的研磨するための方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ルテニウム及び銅の表面特徴を有する基板を研磨するのに使用するための、新しい化学的機械的研磨スラリー組成物を提供する。
【解決手段】ルテニウム及び銅を含む基板を用意することと、初期成分として、水０．１〜２５重量％の砥粒、０．０５〜１重量％の次亜塩素酸ナトリウム又は次亜塩素酸カリウム、０．００１〜１重量％のアクリル酸とメタクリル酸のコポリマー、０．００５〜１重量％の銅に対する腐食防止剤（好ましくはＢＴＡ）、０〜０．０１重量％のポリメチルビニルエーテル（ＰＭＶＥ）、０〜０．１重量％の非イオン性界面活性剤を含みｐＨ８〜１２を有する化学的機械的研磨スラリー組成物を用意することと、化学的機械的研磨パッドと基板との間に０．６９〜３４．５ｋＰａのダウンフォースで動的接触を作り出すことと、前記化学的機械的研磨パッドと基板との界面近傍に化学的機械的研磨スラリー組成物を分注することと、を含む。
【選択図】なし

Description

本発明は、ルテニウム及び銅を含む基板の化学的機械的研磨のための方法に関する。更に詳細には、本発明は、ルテニウム及び銅を含む半導体基板の化学的機械的研磨のための方法に関する。
半導体基板の配線幅及び層厚が縮小し続けているため、ルテニウムは、種々の集積スキームにおける銅シード層の使用にますます取って代わりつつある。更に、高密度集積回路に対する需要の高まりが、金属相互接続構造の複数の上部層を組み込んだデバイス設計を推進している。このような複層デバイス設計を容易にするには、各デバイス層を平坦化することが決定的に重要である。半導体製造は、平らな基板表面を提供するための費用効率の高い方法として化学的機械的研磨に依存している。
異なる半導体製造業者により利用される集積スキームが様々であるため、化学的機械的研磨工程で研磨される種々のデバイス層に要求される速度選択性もまた様々である。更に、所与のデバイス構成のための所与の研磨作業中に存在する化学的機械的研磨副産物も様々であろう。例えば、ルテニウム研磨用に設計された従来の研磨組成物は典型的には強酸化剤を含有するか、低ｐＨを有するか、又は低ｐＨと強酸化剤との両方を有する。このような配合物は、有用なルテニウム除去速度を提供できる；しかし、これらはまた、四酸化ルテニウムを形成する可能性をも提供する。四酸化ルテニウムは毒性の強いガスであり、そのため、化学的機械的研磨作業中に特別な予防措置を必要とした。
更に、銅は、強酸化剤を含有する研磨組成物に曝露されると非常に急速に酸化する。ルテニウム及び銅の還元電位の差を考えると、従来のルテニウム研磨組成物を用いてある種のデバイス構成を研磨するとき、銅はルテニウムによるガルバニック攻撃を受けやすい。これによって、研磨時に銅及びルテニウムの除去速度に違いが生じて、望ましくない不均一性をもたらす。
ルテニウム及び銅を含有する基板層を研磨するための１つの主張される解決策は、Ｌｉらにより米国特許出願公開第２００９／０１２４１７３号に開示されている。Ｌｉらは、（ａ）砥粒、（ｂ）水性担体、（ｃ）標準水素電極に対して０．７Ｖを超え、かつ、１．３Ｖ未満の標準還元電位を有する酸化剤、及び（ｄ）場合によりホウ酸アニオン源を含む、化学的機械的研磨組成物を開示している（ただし、酸化剤が、過ホウ酸、過炭酸、又は過リン酸以外の過酸化物を含むとき、この化学的機械的研磨組成物は更にホウ酸アニオン源を含み、そしてここで、この化学的機械的研磨組成物のｐＨは約７と約１２の間である）。
それにもかかわらず、ルテニウム及び銅の表面特徴を有する基板を研磨するのに使用するための、新しい化学的機械的研磨スラリー組成物及び方法に対するニーズが引き続き存在している。
本発明は、基板の化学的機械的研磨のための方法であって：研磨機を用意すること；基板であって、ルテニウム及び銅を含む基板を用意すること；初期成分として、水；０．１〜２５重量％の砥粒；０．０５〜１重量％の次亜塩素酸ナトリウム又は次亜塩素酸カリウム；０．００１〜１重量％のアクリル酸とメタクリル酸のコポリマー；０．００５〜１重量％の銅に対する腐食防止剤（好ましくはＢＴＡ）；０〜０．０１重量％のポリメチルビニルエーテル（ＰＭＶＥ）；０〜０．１重量％の非イオン性界面活性剤を含む化学的機械的研磨スラリー組成物であって、ｐＨ８〜１２を有する化学的機械的研磨スラリー組成物を用意すること；化学的機械的研磨パッドを用意すること；前記化学的機械的研磨パッド及び前記基板を化学的機械的研磨機に設置すること；前記化学的機械的研磨パッドと前記基板との間に０．６９〜３４．５ｋＰａのダウンフォースで動的接触を作り出すこと；前記化学的機械的研磨パッドと前記基板との界面近傍に前記化学的機械的研磨スラリー組成物を分注することを含み、前記化学的機械的研磨スラリー組成物が前記基板のルテニウム及び銅と接触し；前記基板が研磨され；かつ、前記ルテニウムの一部が前記基板から除去される方法を提供する。
本発明は、基板の化学的機械的研磨のための方法であって：研磨機を用意すること；基板であって、ルテニウム及び銅を含む基板を用意すること；初期成分として、水；５〜１５重量％の砥粒であって、１〜１００ｎｍの平均粒径を有するコロイダルシリカ砥粒である砥粒；０．０５〜１重量％の次亜塩素酸ナトリウム；０．００１〜１重量％のアクリル酸とメタクリル酸のコポリマーであって、１：５〜５：１のアクリル酸対メタクリル酸比及び１０，０００〜５０，０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量を有するアクリル酸とメタクリル酸のコポリマー；０．００５〜１重量％の銅に対する腐食防止剤であって、ベンゾトリアゾールである銅に対する腐食防止剤；０．０００５〜０．００５重量％のポリ（メチルビニルエーテル）であって、１０，０００〜５０，０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量を有するポリ（メチルビニルエーテル）；０．００５〜０．０５重量％の非イオン性界面活性剤であって、モノラウリン酸ソルビタンポリエチレングリコールである非イオン性界面活性剤を含む化学的機械的研磨スラリー組成物であって、ｐＨ９〜１１を有する化学的機械的研磨スラリー組成物を用意すること；化学的機械的研磨パッドを用意すること；前記化学的機械的研磨パッド及び前記基板を化学的機械的研磨機に設置すること；前記化学的機械的研磨パッドと前記基板との間に０．６９〜３４．５ｋＰａのダウンフォースで動的接触を作り出すこと；前記化学的機械的研磨パッドと前記基板との界面近傍に前記化学的機械的研磨スラリー組成物を分注することを含み、前記化学的機械的研磨スラリー組成物が前記基板のルテニウム及び銅と接触し；前記基板が研磨され；かつ、前記ルテニウムの一部が前記基板から除去される方法を提供する。
本発明は、基板の化学的機械的研磨のための方法であって：研磨機を用意すること；基板であって、ルテニウム及び銅を含む基板を用意すること；初期成分として、水；５〜１５重量％の砥粒であって、２５〜８５ｎｍの平均粒径を有するコロイダルシリカ砥粒である砥粒；０．０５〜１重量％の次亜塩素酸ナトリウム；０．００１〜１重量％のアクリル酸とメタクリル酸のコポリマーであって、１：５〜５：１のアクリル酸対メタクリル酸比及び２０，０００〜２５，０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量を有するアクリル酸とメタクリル酸のコポリマー；０．００５〜１重量％の銅に対する腐食防止剤であって、ベンゾトリアゾールである銅に対する腐食防止剤；０．０００５〜０．００５重量％のポリ（メチルビニルエーテル）であって、２５，０００〜４０，０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量を有するポリ（メチルビニルエーテル）；０．００５〜０．０５重量％の非イオン性界面活性剤であって、モノラウリン酸ソルビタンポリエチレングリコールである非イオン性界面活性剤を含む化学的機械的研磨スラリー組成物であって、ｐＨ９〜１１を有する化学的機械的研磨スラリー組成物を用意すること；化学的機械的研磨パッドを用意すること；前記化学的機械的研磨パッド及び前記基板を化学的機械的研磨機に設置すること；前記化学的機械的研磨パッドと前記基板との間に０．６９〜３４．５ｋＰａのダウンフォースで動的接触を作り出すこと；前記化学的機械的研磨パッドと前記基板との界面近傍に前記化学的機械的研磨スラリー組成物を分注することを含み、前記化学的機械的研磨スラリー組成物が前記基板のルテニウム及び銅と接触し；前記基板が研磨され；かつ、前記ルテニウムの一部が前記基板から除去される方法を提供する。
本発明は、基板の化学的機械的研磨のための方法であって：研磨機を用意すること；基板であって、ルテニウム及び銅を含む基板を用意すること；初期成分として、水；７〜１２重量％のコロイダルシリカ砥粒であって、２５〜８５ｎｍの平均粒径を有するコロイダルシリカ砥粒；０．０７〜１重量％の次亜塩素酸ナトリウム；０．０１〜０．１重量％のアクリル酸とメタクリル酸のコポリマーであって、１：５〜５：１のアクリル酸対メタクリル酸比及び１５，０００〜３０，０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量を有するアクリル酸とメタクリル酸のコポリマー；０．０３〜０．０５重量％のベンゾトリアゾール；０．００１〜０．００２５重量％のポリ（メチルビニルエーテル）であって、２５，０００〜４０，０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量を有するポリ（メチルビニルエーテル）；０．００７５〜０．０１５重量％の非イオン性界面活性剤であって、モノラウリン酸ソルビタンポリエチレングリコールである非イオン性界面活性剤を含む化学的機械的研磨スラリー組成物であって、ｐＨ１０〜１１を有する化学的機械的研磨スラリー組成物を用意すること；化学的機械的研磨パッドを用意すること；前記化学的機械的研磨パッド及び前記基板を化学的機械的研磨機に設置すること；前記化学的機械的研磨パッドと前記基板との間に０．６９〜３４．５ｋＰａのダウンフォースで動的接触を作り出すこと；前記化学的機械的研磨パッドと前記基板との界面近傍に前記化学的機械的研磨スラリー組成物を分注することを含み、前記化学的機械的研磨スラリー組成物が前記基板のルテニウム及び銅と接触し；前記基板が研磨され；かつ、前記ルテニウムの一部が前記基板から除去される方法を提供する。
本発明は、基板の化学的機械的研磨のための方法であって：研磨機を用意すること；基板であって、ルテニウム及び銅を含む基板を用意すること；初期成分として、水；７〜１２重量％のコロイダルシリカ砥粒であって、２５〜８５ｎｍの平均粒径を有するコロイダルシリカ砥粒；０．０７５〜０．５重量％の次亜塩素酸ナトリウム；０．０５〜０．０７５重量％のアクリル酸とメタクリル酸のコポリマーであって、アクリル酸対メタクリル酸比２：３及び２０，０００〜２５，０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量を有するアクリル酸とメタクリル酸のコポリマー；０．０３〜０．０５重量％のベンゾトリアゾール；０．００１〜０．００２５重量％のポリ（メチルビニルエーテル）であって、２５，０００〜４０，０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量を有するポリ（メチルビニルエーテル）；０．００７５〜０．０１５重量％の非イオン性界面活性剤であって、モノラウリン酸ソルビタンポリエチレングリコールである非イオン性界面活性剤を含む化学的機械的研磨スラリー組成物であって、ｐＨ１０〜１１を有する化学的機械的研磨スラリー組成物を用意すること；化学的機械的研磨パッドを用意すること；前記化学的機械的研磨パッド及び前記基板を化学的機械的研磨機に設置すること；前記化学的機械的研磨パッドと前記基板との間に０．６９〜３４．５ｋＰａのダウンフォースで動的接触を作り出すこと；前記化学的機械的研磨パッドと前記基板との界面近傍に前記化学的機械的研磨スラリー組成物を分注することを含み、前記化学的機械的研磨スラリー組成物が前記基板のルテニウム及び銅と接触し；前記基板が研磨され；かつ、前記ルテニウムの一部が前記基板から除去される方法を提供する。
詳細な説明
ブランケット層研磨実験により証明されているとおり望ましいルテニウム除去速度及び銅に対するルテニウムの選択性を発揮する多くの有望な化学的機械的研磨組成物は、種々のパターン付け基板（即ち、ルテニウム及び銅の両方の表面特徴を有する基板）により発揮されるデバイス構成を異ならせるための強力な研磨性能を発揮することができない。ルテニウム及び銅を含む基板の化学的機械的研磨中に生成する副産物には銅イオンが包含されているものと考えられている。更に、これらの銅イオンが次亜塩素酸ナトリウムオキシダントの分解をもたらすとも考えられている。驚くべきことに、本発明の方法に使用される次亜塩素酸ナトリウムオキシダントを含有する化学的機械的研磨スラリー組成物が、ルテニウム及び銅の両方の表面特徴を有する種々の異なるデバイス構成にわたって強力な研磨特性を発揮することが見出された。
本発明の基板を化学的機械的研磨するための方法は、ルテニウム及び銅を含む基板の表面を化学的機械的研磨するのに有用である。本発明の基板の表面を化学的機械的研磨するための方法は、ルテニウム及び銅の表面特徴を有する半導体ウェーハの表面の化学的機械的研磨であって、化学的機械的研磨スラリー組成物が表面特徴であるルテニウム及び銅と接触し、前記ルテニウムの一部が前記基板から除去される研磨に特に有用である。
好ましくは、本発明の化学的機械的研磨のための方法に使用される化学的機械的研磨スラリー組成物中の初期成分として使用される水は、偶発的な不純物を制限するために脱イオン及び蒸留の少なくとも一方が行われたものである。
本発明の化学的機械的研磨のための方法に使用される化学的機械的研磨スラリー組成物に使用するのに適切な砥粒は、例えば、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１種を含む混合物を包含する。適切な無機酸化物は、例えば、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１種を含む組合せを包含する。所望により、有機ポリマーでコーティングした無機酸化物粒子及び無機コーティング粒子のような、これら無機酸化物の変性形態も利用することができる。適切な金属炭化物、ホウ化物及び窒化物は、例えば、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１種を含む組合せを包含する。好ましくは、使用される砥粒はコロイダルシリカ砥粒である。更に好ましくは、使用される砥粒は、１〜１００ｎｍ（更に好ましくは、１０〜１００ｎｍ；最も好ましくは２５〜８５ｎｍ）の周知のレーザー光散乱法により求めた平均粒径を有するコロイダルシリカである。
本発明の化学的機械的研磨のための方法に使用される化学的機械的研磨スラリー組成物は、好ましくは初期成分として、０．１〜２５重量％（好ましくは、１〜２０重量％；更に好ましくは、５〜１５重量％；最も好ましくは、７〜１２重量％）の砥粒を含む。好ましくは、この砥粒は、コロイダルシリカ砥粒である。更に好ましくは、この砥粒は、１〜１００ｎｍ（更に好ましくは、１０〜１００ｎｍ；最も好ましくは、２５〜８５ｎｍ）の平均粒径を有するコロイダルシリカ砥粒である。最も好ましくは、本発明の化学的機械的研磨スラリー組成物は、初期成分として、５〜１５重量％（更に好ましくは、７〜１２重量％）の１０〜１００ｎｍ（更に好ましくは、２５〜８５ｎｍ）の平均粒径を有するコロイダルシリカ砥粒を含む。
本発明の化学的機械的研磨のための方法に使用される化学的機械的研磨スラリー組成物は、好ましくは初期成分として、０．０５〜１重量％（更に好ましくは、０．０７〜１重量％；最も好ましくは、０．０７５〜０．５重量％）の次亜塩素酸ナトリウム及び次亜塩素酸カリウムの少なくとも一種を含む。更に好ましくは、本発明の化学的機械的研磨のための方法に使用される化学的機械的研磨スラリー組成物は、好ましくは初期成分として、０．０５〜１重量％（更に好ましくは、０．０７〜１重量％；最も好ましくは、０．０７５〜０．５重量％）の次亜塩素酸ナトリウムを含む。
本発明の化学的機械的研磨のための方法に使用される化学的機械的研磨スラリー組成物は、好ましくは初期成分として、０．００１〜１重量％（好ましくは、０．００７５〜０．５重量％；更に好ましくは、０．０１〜０．１重量％；最も好ましくは、０．０５〜０．０７５重量％）のアクリル酸とメタクリル酸の少なくとも１種のコポリマーを含む。好ましくは、アクリル酸及びメタクリル酸の少なくとも１種のコポリマーは、１：１０〜１０：１（更に好ましくは、１：５〜５：１；最も好ましくは、２：３）のアクリル酸対メタクリル酸比を有するアクリル酸とメタクリル酸のコポリマーの群から選択される。好ましくは、当該アクリル酸とメタクリル酸の少なくとも１種のコポリマーは、５，０００〜１００，０００ｇ／ｍｏｌ（更に好ましくは、１０，０００〜５０，０００ｇ／ｍｏｌ；更になお好ましくは、１５，０００〜３０，０００ｇ／ｍｏｌ；最も好ましくは、２０，０００〜２５，０００ｇ／ｍｏｌ）の重量平均分子量を有するアクリル酸とメタクリル酸のコポリマーの群から選択される。最も好ましくは、当該アクリル酸とメタクリル酸の少なくとも１種のコポリマーは、１：１０〜１０：１（更に好ましくは、１：５〜５：１；最も好ましくは、２：３）のアクリル酸対メタクリル酸比を有し、かつ、５，０００〜１００，０００ｇ／ｍｏｌ（更に好ましくは、１０，０００〜５０，０００ｇ／ｍｏｌ；更になお好ましくは、１５，０００〜３０，０００ｇ／ｍｏｌ；最も好ましくは、２０，０００〜２５，０００ｇ／ｍｏｌ）の重量平均分子量を有するアクリル酸とメタクリル酸のコポリマーの群から選択される。
本発明の化学的機械的研磨のための方法に使用される化学的機械的研磨スラリー組成物は、好ましくは、初期成分として、０．００５〜１重量％（好ましくは、０．００７５〜０．５重量％；更に好ましくは、０．０１〜０．１重量％；最も好ましくは、０．０３〜０．０５重量％）の銅に対する腐食防止剤を含む。好ましくは、この銅に対する腐食防止剤は、アゾール系腐食防止剤である。更に好ましくは、この銅に対する腐食防止剤は、ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）、メルカプトベンゾチアゾール（ＭＢＴ）、トリルトリアゾール（ＴＴＡ）及びイミダゾールよりなる群から選択されるアゾール系腐食防止剤である。最も好ましくは、この銅に対する腐食防止剤はベンゾトリアゾールである。
本発明の化学的機械的研磨のための方法に使用される化学的機械的研磨スラリー組成物は、任意選択的に、初期成分として、０〜０．０１重量％（好ましくは、０．０００５〜０．００５重量％；最も好ましくは、０．００１０〜０．００２５重量％）のポリ（メチルビニルエーテル）（ＰＭＶＥ）を含む。好ましくは、本発明の方法に使用される化学的機械的研磨スラリー組成物中の当該ポリ（メチルビニルエーテル）は、５，０００〜１００，０００ｇ／ｍｏｌ（更に好ましくは、１０，０００〜５０，０００ｇ／ｍｏｌ；最も好ましくは、２５，０００〜４０，０００ｇ／ｍｏｌ）の重量平均分子量を有する。
本発明の化学的機械的研磨のための方法に使用される化学的機械的研磨スラリー組成物は、任意選択的に、初期成分として、０〜０．１重量％（好ましくは、０．００５〜０．０５重量％；最も好ましくは、０．００７５〜０．０１５重量％）の非イオン性界面活性剤を含む。好ましくは、この非イオン性界面活性剤は、モノラウリン酸ソルビタンポリエチレングリコール（例えば、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈから入手可能なＴｗｅｅｎ（登録商標）２０）である。
本発明の化学的機械的研磨のための方法に使用される化学的機械的研磨スラリー組成物は、好ましくは８〜１２（好ましくは、９〜１１；更に好ましくは、９．５〜１１；最も好ましくは、１０〜１１）のｐＨを有する。本発明の化学的機械的研磨のための方法に使用される化学的機械的研磨スラリー組成物は、任意選択的にｐＨ調整剤を包含する。好ましくは、当該任意選択的ｐＨ調整剤は、無機酸又は無機塩基から選択される。最も好ましくは、当該任意選択的ｐＨ調整剤は、硝酸、硫酸、塩酸、リン酸、硫酸カリウム及び水酸化カリウムから選択される。
本発明の化学的機械的研磨のための方法に使用される化学的機械的研磨スラリー組成物は、好ましくはペルオキシ酸化剤を含まないものである。「ペルオキシ酸化剤」という用語は、本明細書及び添付の請求の範囲に使用されるとき、過酸化水素、過酸化水素尿素、過炭酸塩、過酸化ベンゾイル、過酢酸、過酸化ナトリウム、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシド、一過硫酸塩、二過硫酸塩、鉄（ＩＩＩ）化合物から選択される酸化剤を意味する。「ペルオキシ酸化剤を含まない」という用語は、本明細書及び添付の請求の範囲に使用されるとき、この化学的機械的研磨スラリー組成物が、１ｐｐｍ未満のペルオキシ酸化剤を含有することを意味する。好ましくは、本発明の方法に使用される化学的機械的研磨スラリー組成物は、ペルオキシ酸化剤について検出限界未満を含有する。
本発明の化学的機械的研磨のための方法に使用される化学的機械的研磨スラリー組成物は、好ましくは過ヨウ素酸を含まない。「過ヨウ素酸を含まない」という用語は、本明細書及び添付の請求の範囲に使用されるとき、この化学的機械的研磨スラリー組成物が、１ｐｐｍ未満の過ヨウ素酸及びその塩を含有することを意味する。好ましくは、本発明の方法に使用される化学的機械的研磨スラリー組成物は、過ヨウ素酸及びその塩について検出限界未満を含有する。
本発明の化学的機械的研磨のための方法に使用される化学的機械的研磨スラリー組成物は、好ましくはホウ酸アニオンを含まない。「ホウ酸アニオンを含まない」という用語は、本明細書及び添付の請求の範囲に使用されるとき、この化学的機械的研磨スラリー組成物が、１ｐｐｍ未満のホウ酸アニオンを含有することを意味する。好ましくは、本発明の方法に使用される化学的機械的研磨スラリー組成物は、ホウ酸アニオンについて検出限界未満を含有する。
本発明の化学的機械的研磨のための方法に使用される化学的機械的研磨スラリー組成物は、好ましくは過ホウ酸塩を含まない。「過ホウ酸塩を含まない」という用語は、本明細書及び添付の請求の範囲に使用されるとき、この化学的機械的研磨スラリー組成物が、１ｐｐｍ未満の過ホウ酸塩を含有することを意味する。好ましくは、本発明の方法に使用される化学的機械的研磨スラリー組成物は、過ホウ酸塩について検出限界未満を含有する。
本発明の化学的機械的研磨のための方法に使用される化学的機械的研磨スラリー組成物は、好ましくは過炭酸塩を含まない。「過炭酸塩を含まない」という用語は、本明細書及び添付の請求の範囲に使用されるとき、この化学的機械的研磨スラリー組成物が、１ｐｐｍ未満の過炭酸塩を含有することを意味する。好ましくは、本発明の方法に使用される化学的機械的研磨スラリー組成物は、過炭酸塩について検出限界未満を含有する。
本発明の化学的機械的研磨のための方法に使用される化学的機械的研磨スラリー組成物は、好ましくは過リン酸塩を含まない。「過リン酸塩を含まない」という用語は、本明細書及び添付の請求の範囲に使用されるとき、この化学的機械的研磨スラリー組成物が、１ｐｐｍ未満の過リン酸塩を含有することを意味する。好ましくは、本発明の方法に使用される化学的機械的研磨スラリー組成物は、過リン酸塩について検出限界未満を含有する。
本発明の化学的機械的研磨のための方法に使用される化学的機械的研磨スラリー組成物は、好ましくはカルシウムイオンを含まない。「カルシウムイオンを含まない」という用語は、本明細書及び添付の請求の範囲に使用されるとき、この化学的機械的研磨スラリー組成物が、０．１ｐｐｍ未満のカルシウムイオンを含有することを意味する。好ましくは、本発明の方法に使用される化学的機械的研磨スラリー組成物は、カルシウムイオンについて検出限界未満を含有する。
本発明の化学的機械的研磨のための方法に使用される化学的機械的研磨スラリー組成物は、好ましくはマグネシウムイオンを含まない。「マグネシウムイオンを含まない」という用語は、本明細書及び添付の請求の範囲に使用されるとき、この化学的機械的研磨スラリー組成物が、０．１ｐｐｍ未満のマグネシウムイオンを含有することを意味する。好ましくは、本発明の方法に使用される化学的機械的研磨スラリー組成物は、マグネシウムイオンについて検出限界未満を含有する。
本発明の化学的機械的研磨のための方法に使用される化学的機械的研磨スラリー組成物は、好ましくはオキシラン環含有物質を含まない。「オキシラン環を含まない」という用語は、本明細書及び添付の請求の範囲に使用されるとき、この化学的機械的研磨スラリー組成物が、１ｐｐｍ未満のオキシラン環含有物質（例えば、オキシラン環を含有する水溶性ポリマー及びオキシラン環を含有する界面活性剤）を含有することを意味する。好ましくは、本発明の方法に使用される化学的機械的研磨スラリー組成物は、オキシラン環含有物質について検出限界未満を含有する。
本発明の化学的機械的研磨のための方法に使用される化学的機械的研磨スラリー組成物は、好ましくはアミド基を含まない。「アミド基を含まない」という用語は、本明細書及び添付の請求の範囲に使用されるとき、この化学的機械的研磨スラリー組成物が、１ｐｐｍ未満のアミド基含有物質を含有することを意味する。好ましくは、本発明の方法に使用される化学的機械的研磨スラリー組成物は、アミド基含有物質について検出限界未満を含有する。
本発明の化学的機械的研磨のための方法に使用される化学的機械的研磨スラリー組成物は、好ましくはホスホン酸を含まない。「ホスホン酸を含まない」という用語は、本明細書及び添付の請求の範囲に使用されるとき、この化学的機械的研磨スラリー組成物が、１ｐｐｍ未満のホスホン酸を含有することを意味する。好ましくは、本発明の方法に使用される化学的機械的研磨スラリー組成物は、ホスホン酸について検出限界未満を含有する。
本発明の化学的機械的研磨のための方法に使用される化学的機械的研磨スラリー組成物は、好ましくはシアン酸塩を含まない。「シアン酸塩を含まない」という用語は、本明細書及び添付の請求の範囲に使用されるとき、この化学的機械的研磨スラリー組成物が、１ppm未満のシアン酸塩を含有することを意味する。好ましくは、本発明の方法に使用される化学的機械的研磨スラリー組成物は、過ヨウ素酸について検出限界未満を含有する。
本発明の化学的機械的研磨のための方法に使用される化学的機械的研磨スラリー組成物は、好ましくはカルボン酸官能基で変性された水溶性セルロースを含まない。「カルボン酸官能基で変性された水溶性セルロースを含まない」という用語は、本明細書及び添付の請求の範囲に使用されるとき、この化学的機械的研磨スラリー組成物が、１ｐｐｍ未満のカルボン酸官能基で変性された水溶性セルロースを含有することを意味する。好ましくは、本発明の方法に使用される化学的機械的研磨スラリー組成物は、カルボン酸官能基で変性された水溶性セルロースについて検出限界未満を含有する。
本発明の化学的機械的研磨法に使用される化学的機械的研磨パッドは、当該技術分野で公知の任意の適切な研磨パッドとすることができる。この化学的機械的研磨パッドは、好ましくは織物及び不織布の研磨パッドから選択することができる。この化学的機械的研磨パッドは、種々の密度、硬度、厚さ、圧縮率及び弾性率の任意の適切なポリマーから製造することができる。この化学的機械的研磨パッドは、所望により溝切りや穿孔をされていてもよい。
好ましくは、本発明の化学的機械的研磨法において、化学的機械的研磨スラリー組成物は、化学的機械的研磨パッドの研磨表面上へ、化学的機械的研磨パッドと基板との界面又はその近傍において分注される。
さて、以下の例において本発明の若干の実施態様を詳細に説明しよう。
比較例Ａ及び例１〜４
化学的機械的研磨スラリー組成物
試験した化学的機械的研磨スラリー組成物は、表１に記載される。化学的機械的研磨スラリー組成物Ａは比較配合物であって、本発明の範囲に含まれない。化学的機械的研磨スラリー組成物は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）を用いて表１に注記されるｐＨに調整した。
Figure 2016032109
研磨試験
研磨実験は、表１に記載された化学的機械的研磨スラリー組成物（ＣＭＰＣ）を用いて、銅（Ｃｕ）、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）、Ｂｌａｃｋ Ｄｉａｍｏｎｄ（登録商標）ＳｉＣＯＨ膜（ＢＤ）及び物理気相成長ルテニウム（ＲｕＰＶＤ）ブランケットウェーハに実施した。本研磨実験は、１ｐｓｉ（６．８９ｋＰａ）ダウンフォース、３００ｍｌ／分の化学的機械的研磨スラリー組成物流量、９３ｒｐｍのプラテン速度及び８７ｒｐｍのキャリア速度下で、ＳＰ２３１０サブパッド及び１０１０溝パターンの付いたＶｉｓｉｏｎＰａｄ（商標）ＶＰ３１００ポリウレタン研磨パッド（Ｒｏｈｍ ａｎｄ Ｈａａｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ＣＭＰ Ｉｎｃ．から販売されている）を用いる、ＩＳＲＭ検出システムを取り付けたＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｉｎｃ． Ｒｅｆｌｅｘｉｏｎ ＬＫ（登録商標）３００ｍｍ研磨機を用いて実施した。Ｋｉｎｉｋ（登録商標）３２Ｐ−３ＦＮダイヤモンドパッドコンディショナー（Ｋｉｎｉｋ Ｃｏｍｐａｎｙから販売されている）を使用することにより、研磨パッドをコンディショニングした。研磨パッドは、７．０ｌｂ（３．１８ｋｇ）のダウンフォースを用いて２０分間コンディショナーで慣らし運転した。研磨パッドは、６ｌｂ（２．７２ｋｇ）のダウンフォースで研磨パッドの中心から２．０〜１３．７インチまで１０掃引／分での研磨中に、更にその場でコンディショニングした。表２に報告されたＣｕ及びＲｕＰＶＤ除去速度は、Ｊｏｒｄａｎ Ｖａｌｌｅｙ ＪＶＸ−５２００Ｔ計測ツールを用いて求めた。表２に報告されたＴＥＯＳ及びＢＤ除去速度は、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ ＦＸ２００計測ツールを用いて研磨の前後の膜厚を測定することにより求めた。研磨試験の結果を表２に示す。
Figure 2016032109

Claims (10)

  1. 基板の化学的機械的研磨のための方法であって：
    研磨機を用意すること；
    基板であって、ルテニウム及び銅を含む基板を用意すること；
    初期成分として、
    水；
    ０．１〜２５重量％の砥粒；
    ０．０５〜１重量％の次亜塩素酸ナトリウム又は次亜塩素酸カリウム；
    ０．００１〜１重量％のアクリル酸とメタクリル酸のコポリマー；
    ０．００５〜１重量％の銅に対する腐食防止剤（好ましくはＢＴＡ）；
    ０〜０．０１重量％のポリメチルビニルエーテル（ＰＭＶＥ）；
    ０〜０．１重量％の非イオン性界面活性剤
    を含む化学的機械的研磨スラリー組成物であって、ｐＨ８〜１２を有する化学的機械的研磨スラリー組成物を用意すること；
    化学的機械的研磨パッドを用意すること；
    前記化学的機械的研磨パッド及び前記基板を化学的機械的研磨機に設置すること；
    前記化学的機械的研磨パッドと前記基板との間に０．６９〜３４．５ｋＰａのダウンフォースで動的接触を作り出すこと；
    前記化学的機械的研磨パッドと前記基板との界面近傍に前記化学的機械的研磨スラリー組成物を分注すること
    を含み、
    前記化学的機械的研磨スラリー組成物が前記基板のルテニウム及び銅と接触し；前記基板が研磨され；かつ、前記ルテニウムの一部が前記基板から除去される方法。
  2. 化学的機械的研磨スラリー組成物が、初期成分として、
    水；
    ５〜１５重量％の砥粒であって、１〜１００ｎｍの平均粒径を有するコロイダルシリカ砥粒である砥粒；
    ０．０５〜１重量％の次亜塩素酸ナトリウム；
    ０．００１〜１重量％のアクリル酸とメタクリル酸のコポリマーであって、１：５〜５：１のアクリル酸対メタクリル酸比及び１０，０００〜５０，０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量を有するアクリル酸とメタクリル酸のコポリマー；
    ０．００５〜１重量％の銅に対する腐食防止剤であって、ベンゾトリアゾールである銅に対する腐食防止剤；
    ０．０００５〜０．００５重量％のポリ（メチルビニルエーテル）であって、１０，０００〜５０，０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量を有するポリ（メチルビニルエーテル）；
    ０．００５〜０．０５重量％の非イオン性界面活性剤であって、モノラウリン酸ソルビタンポリエチレングリコールである非イオン性界面活性剤
    を含み、かつ、前記化学的機械的研磨スラリー組成物がｐＨ９〜１１を有する、請求項１記載の方法。
  3. コロイダルシリカ砥粒が２５〜８５ｎｍの平均粒径を有する、請求項２記載の方法。
  4. アクリル酸とメタクリル酸のコポリマーが２０，０００〜２５，０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量を有する、請求項２記載の方法。
  5. ポリメチルビニルエーテルが２５，０００〜４０，０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量を有する、請求項２記載の方法。
  6. コロイダルシリカ砥粒が２５〜８５ｎｍの平均粒径を有し；アクリル酸とメタクリル酸のコポリマーが２０，０００〜２５，０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量を有し；かつ、ポリメチルビニルエーテルが２５，０００〜４０，０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量を有する、請求項２記載の方法。
  7. 化学的機械的研磨スラリー組成物が、初期成分として、
    水；
    ７〜１２重量％のコロイダルシリカ砥粒であって、２５〜８５ｎｍの平均粒径を有するコロイダルシリカ砥粒；
    ０．０７〜１重量％の次亜塩素酸ナトリウム；
    ０．０１〜０．１重量％のアクリル酸とメタクリル酸のコポリマーであって、１：５〜５：１のアクリル酸対メタクリル酸比及び１５，０００〜３０，０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量を有するアクリル酸とメタクリル酸のコポリマー；
    ０．０３〜０．０５重量％のベンゾトリアゾール；
    ０．００１〜０．００２５重量％のポリ（メチルビニルエーテル）であって、２５，０００〜４０，０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量を有するポリ（メチルビニルエーテル）；
    ０．００７５〜０．０１５重量％の非イオン性界面活性剤であって、モノラウリン酸ソルビタンポリエチレングリコールである非イオン性界面活性剤
    を含み、前記化学的機械的研磨スラリー組成物がｐＨ１０〜１１を有する、請求項２記載の方法。
  8. 化学的機械的研磨スラリー組成物が、初期成分として、０．０７５〜０．５重量％の次亜塩素酸ナトリウムを含む、請求項７記載の方法。
  9. 化学的機械的研磨スラリー組成物が、初期成分として、０．０５〜０．０７５重量％のアクリル酸とメタクリル酸のコポリマーであって、アクリル酸対メタクリル酸比２：３及び２０，０００〜２５，０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量を有するコポリマーを含む、請求項７記載の方法。
  10. 化学的機械的研磨スラリー組成物が、初期成分として、０．０７５〜０．５重量％の次亜塩素酸ナトリウム；並びに０．０５〜０．０７５重量％のアクリル酸とメタクリル酸のコポリマーであって、アクリル酸対メタクリル酸比２：３及び２０，０００〜２５，０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量を有するコポリマーを含む、請求項７記載の方法。
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