JP2019513297A - 基板を化学機械研磨する方法 - Google Patents
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Abstract
基板を供給する工程；初期成分として：水、酸化剤、アリルアミン添加剤、カルボン酸、鉄イオンの供給源、正の表面電荷を有するコロイダルシリカ砥粒、及び任意選択でｐＨ調整剤を含有する研磨組成物を供給する工程；研磨面を有する化学機械研磨パッドを供給する工程；研磨パッドと基板との間の界面に動的接触を生じさせる工程；並びに研磨面上、研磨パッドと基板との間の界面又はその近くに研磨組成物を分注する工程；を含む、タングステン及びチタンを含有する基板を化学機械研磨する方法であって、タングステン（Ｗ）がチタン（Ｔｉ）に対し選択的に基板から研磨除去される方法を提供する。
Description
本発明は、化学機械研磨の分野に関する。特に、本発明は、基板を供給する工程；初期成分として：水、酸化剤、アリルアミン添加剤、カルボン酸、鉄イオンの供給源、正の表面電荷を有するコロイダルシリカ砥粒、及び任意選択でｐＨ調整剤を含有する研磨組成物を供給する工程；研磨面を有する化学機械研磨パッドを供給する工程；研磨パッドと基板との間の界面に動的接触を生じさせる工程；並びに研磨面上、研磨パッドと基板との間の界面又はその近くに研磨組成物を分注する工程；を含む、タングステン及びチタンを含有する基板を化学機械研磨する方法であって、タングステン（Ｗ）のいくらか及びチタン（Ｔｉ）のいくらかが、チタン（Ｔｉ）に対するタングステン（Ｗ）のある除去選択比で研磨除去される方法に関する。
集積回路及び他の電子デバイスの組立てにおいて、導電性、半導電性及び誘電性材料の複数の層が、半導体ウェーハの表面に堆積され、又は半導体ウェーハの表面から除去される。導電性、半導電性及び誘電性材料の薄層は、多くの堆積技術により堆積させることができる。現代の加工における一般的な堆積技術は、スパッタリングとしても知られる物理蒸着法（ＰＶＤ）、化学蒸着法（ＣＶＤ）、プラズマ増強化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）及び電気化学めっき法（ＥＣＰ）を含む。
材料の層が順次に堆積及び除去されると、ウェーハの最上面は非平面となる。以降の半導体加工（例えばメタライゼーション）では、ウェーハは平坦な表面を有する必要があるため、ウェーハを平坦化しなければならない。平坦化は、粗面、塊状材料、結晶格子の損傷、スクラット及び汚染された層又は材料等の望ましくない表面トポグラフィー及び表面欠陥を除去するのに有用である。
化学機械平坦化又は化学機械研磨（ＣＭＰ）は、半導体ウェーハ等の基板を平坦化するために用いられる一般的な技術である。従来のＣＭＰでは、ウェーハは、キャリアアセンブリに取り付けられ、ＣＭＰ装置中で研磨パッドと接触する状態に配置される。キャリアアセンブリは、ウェーハに制御可能な圧力を与え、ウェーハを研磨パッドに押し付ける。パッドを外部駆動力によりウェーハに対して動かす（例えば回転させる）。それと同時に、研磨組成物（「スラリー」）又は他の研磨溶液は、ウェーハと研磨パッドとの間に供給される。したがって、ウェーハの表面は、パッド表面及びスラリーの化学的及び機械的作用により研磨され、平坦化される。
化学機械研磨は、集積回路の設計において、タングステン配線及びコンタクトプラグの形成中にタングステンを研磨するための好ましい方法となっている。タングステンは、集積回路設計においてコンタクト／ビアプラグ用に用いられることが多い。一般的に、コンタクト又はビアホールは、基板上の誘電層を貫通して形成され、下層の成分（例えば、第一レベルメタライゼーション又は配線）の領域を露出させる。チタン（Ｔｉ）を接着層としてコンタクト又はビアホールの側面及び底部に適用してから、タングステンを堆積させることが多い。その後、過装入タングステン及びチタン接着層を研磨して、誘電性の同一平面上の表面を提供する。
集積回路設計におけるタングステンの他の用途は、同じデバイスレベル上のフィーチャ間の導電線を形成する局所配線としての用途である。局所配線を形成する方法のひとつは、ダマシン加工によるものである。最初の金属は、最下部の誘電層（ＩＬＤＯ）にはめ込まれる。これは、まずＩＬＤＯを堆積させること、次に誘電体に窪んだ溝をパターニング及びエッチングすることを伴う。一般的に、溝内及び誘電体表面上に堆積されたチタン及びタングステンからなり、チタンがタングステンと誘電体との間に介在している、窪んだ溝内の層構造の形成が続く。次に、化学機械研磨を使用してチタン及びタングステンを誘電体表面まで除去し、タングステン線を溝内に残して局所配線として機能させる。この用途に化学機械研磨を用いるには、タングステン及びチタンの全ての導電性残留物を誘電体表面から除去して、デバイスの短絡を防がなければならない。化学機械研磨に続く次の加工工程は、次のレベルの誘電体の堆積である。したがって、より下のレベルの誘電層からタングステン及びチタンを除去できないと、製造されるデバイスに埋設短絡を残すであろう。
従来の化学機械研磨方策はどれも、望ましいタングステンフィーチャ形成に関して理想に届かないものであった。様々な欠陥問題が全ての化学機械研磨アプローチを悩ませてきた。例えば、種々の必要とされる材料についての理想的な研磨速度プロファイルは、非現実的なものであった。
その結果、半導体基板における層内（intra-level）及び層間（inter-level）両方のタングステン配線の形成に使用するために、様々な代替方策が考案されてきた。例えば、米国特許第６，２１１，０８７号において、Gabriel et al.は、２つの部分方策を提供する。特に、Gabriel et al.は、基板に形成されたホール又は溝内のチタン接着層上にタングステン層を堆積させる、基板平坦化のための加工を教示する。まず、チタン接着層に対してタングステンを選択的に除去する研磨スラリーを用いて、化学機械研磨工程を実施し、過装入タングステンを除去する。次にチタン接着層を選択的に標的とする湿式化学エッチング剤を用いて、化学エッチング工程を実施し、誘電体へのエッチバックを容易にする。
にもかかわらず、半導体基板における層内及び層間両方のタングステン配線の形成に使用するための、化学機械研磨組成物がチタンに対してタングステンを選択的に除去するという米国特許第６，２１１，０８７号に教示されるような代替加工方策とともに使用するための、新たな化学機械研磨組成物は引き続き必要とされている。
本発明は、タングステン（Ｗ）及びチタン（Ｔｉ）を含む基板を供給する工程；初期成分として：水、酸化剤、ポリ（アリルアミン塩酸塩）及びポリ（アリルアミン）からなる群より選択されるアリルアミン添加剤、恒久的な正の表面電荷を有するコロイダルシリカ砥粒、カルボン酸、鉄（ＩＩＩ）イオンの供給源、並びに任意選択でｐＨ調整剤を含む化学機械研磨組成物を供給する工程；研磨面を有する化学機械研磨パッドを供給する工程；化学機械研磨パッドと基板との間の界面に動的接触を生じさせる工程；並びに化学機械研磨パッドの研磨面上、化学機械研磨パッドと基板との間の界面又はその近くに化学機械研磨組成物を分注する工程；を含む、基板を研磨する方法であって、タングステン（Ｗ）の少なくともいくらかが、あるタングステン（Ｗ）除去速度で基板から研磨除去され；チタン（Ｔｉ）の少なくともいくらかが、あるチタン（Ｔｉ）除去速度で基板から研磨除去され；供給される化学機械研磨組成物が、チタン（Ｔｉ）に対するタングステン（Ｗ）のある除去速度選択比を有し；及びタングステン（Ｗ）除去速度が、チタン（Ｔｉ）除去速度より≧３５倍高い、方法を提供する。
本発明は、タングステン（Ｗ）及びチタン（Ｔｉ）を含む基板を供給する工程；初期成分として：水、０．０１〜１０重量％の過酸化水素である酸化剤、ポリ（アリルアミン塩酸塩）であるアリルアミン添加剤であって、アリルアミン添加剤に対するコロイダルシリカ砥粒の質量比が≧１００であるアリルアミン添加剤、０．０１〜１０重量％の恒久的な正の表面電荷を有するコロイダルシリカ砥粒、５００〜５，０００質量ppmのプロパン二酸であるカルボン酸、１００〜１，０００質量ppmの硝酸第二鉄九水和物である鉄（ＩＩＩ）イオンの供給源、及び任意選択でｐＨ調整剤を含み、ｐＨが１〜６である化学機械研磨組成物を供給する工程；研磨面を有する化学機械研磨パッドを供給する工程；化学機械研磨パッドと基板との間の界面に動的接触を生じさせる工程；並びに化学機械研磨パッドの研磨面上、化学機械研磨パッドと基板との間の界面又はその近くに化学機械研磨組成物を分注する工程；を含む、基板を研磨する方法であって、タングステン（Ｗ）の少なくともいくらかが、あるタングステン（Ｗ）除去速度で基板から研磨除去され；チタン（Ｔｉ）の少なくともいくらかが、あるチタン（Ｔｉ）除去速度で基板から研磨除去され；供給される化学機械研磨組成物が、チタン（Ｔｉ）に対するタングステン（Ｗ）のある除去速度選択比を有し；及びタングステン（Ｗ）除去速度が、チタン（Ｔｉ）除去速度より≧３５倍高い、方法を提供する。
本発明は、タングステン（Ｗ）及びチタン（Ｔｉ）を含む基板を供給する工程；初期成分として：水、０．０１〜１０重量％の過酸化水素である酸化剤、ポリ（アリルアミン）であるアリルアミン添加剤であって、アリルアミン添加剤に対するコロイダルシリカ砥粒の質量比が≧１５０であるアリルアミン添加剤、０．０１〜１０重量％の恒久的な正の表面電荷を有するコロイダルシリカ砥粒、５００〜５，０００質量ppmのプロパン二酸であるカルボン酸、１００〜１，０００質量ppmの硝酸第二鉄九水和物である鉄（ＩＩＩ）イオンの供給源、及び任意選択でｐＨ調整剤を含み、ｐＨが１〜４である化学機械研磨組成物を供給する工程；研磨面を有する化学機械研磨パッドを供給する工程；化学機械研磨パッドと基板との間の界面に動的接触を生じさせる工程；並びに化学機械研磨パッドの研磨面上、化学機械研磨パッドと基板との間の界面又はその近くに化学機械研磨組成物を分注する工程；を含む、基板を研磨する方法であって、タングステン（Ｗ）の少なくともいくらかが、あるタングステン（Ｗ）除去速度で基板から研磨除去され：チタン（Ｔｉ）の少なくともいくらかが、あるチタン（Ｔｉ）除去速度で基板から研磨除去され；供給される化学機械研磨組成物が、チタン（Ｔｉ）に対するタングステン（Ｗ）のある除去速度選択比を有し；及びタングステン（Ｗ）除去速度が、チタン（Ｔｉ）除去速度より≧３５倍高い、方法を提供する。
［詳細な説明］
本発明の基板を研磨する方法は、ポリ（アリルアミン塩酸塩）及びポリ（アリルアミン）からなる群より選択されるアリルアミン添加剤、酸化剤、カルボン酸、並びに恒久的な正の表面電荷を有するコロイダルシリカ砥粒、並びに鉄（ＩＩＩ）イオンの供給源の相乗効果的組み合わせを含有する化学機械研磨組成物を用いる。驚くべきことに、前記の相乗効果的組み合わせは、研磨中に基板表面からタングステン（Ｗ）を速やかに除去する一方で、チタン（Ｔｉ）の除去を大幅に遅らせることが分かった。
本発明の基板を研磨する方法は、ポリ（アリルアミン塩酸塩）及びポリ（アリルアミン）からなる群より選択されるアリルアミン添加剤、酸化剤、カルボン酸、並びに恒久的な正の表面電荷を有するコロイダルシリカ砥粒、並びに鉄（ＩＩＩ）イオンの供給源の相乗効果的組み合わせを含有する化学機械研磨組成物を用いる。驚くべきことに、前記の相乗効果的組み合わせは、研磨中に基板表面からタングステン（Ｗ）を速やかに除去する一方で、チタン（Ｔｉ）の除去を大幅に遅らせることが分かった。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法は、タングステン（Ｗ）及びチタン（Ｔｉ）を含む基板を供給する工程；初期成分として：水、（好ましくは０．０１〜１０重量％、より好ましくは０．１〜５重量％、最も好ましくは１〜３重量％の）酸化剤、ポリ（アリルアミン塩酸塩）及びポリ（アリルアミン）からなる群より選択されるアリルアミン添加剤（好ましくは、アリルアミン添加剤は、５，０００〜１００，０００ダルトン、より好ましくは７，５００〜２５，０００ダルトン、最も好ましくは１０，０００〜２０，０００ダルトンの分子量を有する）、（好ましくは０．０１〜１０重量％、より好ましくは０．０５〜７．５重量％、更により好ましくは０．１〜５重量％、最も好ましくは０．２〜２重量％の）恒久的な正の表面電荷を有するコロイダルシリカ砥粒、（好ましくは１００〜１０，０００質量ppm、より好ましくは５００〜５，０００質量ppm、更により好ましくは７５０〜２，５００質量ppm、最も好ましくは１，０００〜２，０００質量ppmの）カルボン酸（好ましくは、カルボン酸は、ジカルボン酸であり、より好ましくは、カルボン酸は、プロパン二酸及び２−ヒドロキシプロパン二酸からなる群より選択されるジカルボン酸であり、最も好ましくは、カルボン酸は、プロパン二酸である）、（好ましくは１００〜１，０００質量ppm、より好ましくは１５０〜７５０質量ppm、更により好ましくは２００〜５００質量ppm、最も好ましくは２５０〜４００質量ppmの）鉄（ＩＩＩ）イオンの供給源（好ましくは、鉄（ＩＩＩ）イオンの供給源は、硝酸第二鉄九水和物である）、並びに任意選択でｐＨ調整剤を含む（好ましくはこれらで構成される）化学機械研磨組成物（好ましくは、化学機械研磨組成物のｐＨは１〜６、より好ましくは１〜４、更により好ましくは１．５〜３．５、最も好ましくは２〜２．５である）を供給する工程；研磨面を有する化学機械研磨パッドを供給する工程；化学機械研磨パッドと基板との間の界面に動的接触を生じさせる工程；並びに化学機械研磨パッドの研磨面上、化学機械研磨パッドと基板との間の界面又はその近くに化学機械研磨組成物を分注する工程；を含み、タングステン（Ｗ）の少なくともいくらかが、あるタングステン（Ｗ）除去速度で基板から研磨除去され；チタン（Ｔｉ）の少なくともいくらかが、あるチタン（Ｔｉ）除去速度で基板から研磨除去され；供給される化学機械研磨組成物が、チタン（Ｔｉ）に対するタングステン（Ｗ）のある除去速度選択比を有し；及びタングステン（Ｗ）除去速度が、チタン（Ｔｉ）除去速度より≧３５（好ましくは≧５００、より好ましくは≧８００、最も好ましくは≧１，０００）倍高い。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、基板は、タングステン及びチタンを含む。より好ましくは、供給される基板は、タングステン及びチタンを含む半導体基板である。最も好ましくは、供給される基板は、誘電体（例えばＴＥＯＳ）に形成された穴及び溝の少なくとも一つの内部に堆積されたタングステンを含み、チタンがタングステンと誘電体との間に介在する半導体基板である。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、供給される化学機械研磨組成物に初期成分として含有する水は、脱イオン水及び蒸留水の少なくとも一つであり、偶発的な不純物を制限する。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、供給される化学機械研磨組成物は、初期成分として酸化剤を含有し、酸化剤は、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）、モノ過硫酸塩、ヨウ素塩酸、マグネシウムペルフタラート、過酢酸及びその他の過酸、過硫酸塩、臭素酸塩、過臭素酸塩、過硫酸塩、過酢酸、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、並びにそれらの混合物からなる群より選択される。より好ましくは、酸化剤は、過酸化水素、過塩素酸塩、過臭素酸塩、過ヨウ素酸塩、過硫酸塩及び過酢酸から選択される。最も好ましくは、酸化剤は、過酸化水素である。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、供給される化学機械研磨組成物は、初期成分として０．０１〜１０重量％（より好ましくは０．１〜５重量％、最も好ましくは１〜３重量％）の酸化剤を含有する。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、供給される化学機械研磨組成物は、初期成分として鉄（ＩＩＩ）イオンの供給源を含有する。より好ましくは、本発明の方法において、供給される化学機械研磨組成物は、初期成分として鉄（ＩＩＩ）イオンの供給源を含有し、鉄（ＩＩＩ）イオンの供給源は、鉄（ＩＩＩ）塩からなる群より選択される。最も好ましくは、本発明の方法において、供給される化学機械研磨組成物は、初期成分として鉄（ＩＩＩ）イオンの供給源を含有し、鉄（ＩＩＩ）イオンの供給源は、硝酸第二鉄九水和物（Ｆｅ（ＮＯ３）３・９Ｈ２Ｏ）である。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、供給される化学機械研磨組成物は、初期成分として１〜２００質量ppm（好ましくは５〜１５０質量ppm、より好ましくは７．５〜１２５質量ppm、最も好ましくは１０〜１００質量ppm）の鉄（ＩＩＩ）イオンを化学機械研磨組成物に導入するのに十分な鉄（ＩＩＩ）イオンの供給源を含有する。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、供給される化学機械研磨組成物は、初期成分として鉄（ＩＩＩ）イオンの供給源を含有する。より好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、供給される化学機械研磨組成物は、初期成分として１００〜１，０００質量ppm（好ましくは１５０〜７５０質量ppm、より好ましくは２００〜５００質量ppm、最も好ましくは２５０〜４００質量ppm）の鉄（ＩＩＩ）イオンの供給源を含有する。最も好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、供給される化学機械研磨組成物は、初期成分として１００〜１，０００質量ppm（好ましくは１５０〜７５０質量ppm、より好ましくは２００〜５００質量ppm、最も好ましくは２５０〜４００質量ppm）の鉄（ＩＩＩ）イオンの供給源を含有し、鉄（ＩＩＩ）イオンの供給源は、硝酸第二鉄九水和物（Ｆｅ（ＮＯ３）３・９Ｈ２Ｏ）である。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、供給される化学機械研磨組成物は、初期成分としてポリ（アリルアミン塩酸塩）及びポリ（アリルアミン）からなる群より選択されるアリルアミン添加剤を含有する。より好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、供給される化学機械研磨組成物は、初期成分として５，０００〜１００，０００ダルトンの（より好ましくは７，５００〜２５，０００ダルトンの、最も好ましくは１０，０００〜２０，０００ダルトンの）重量平均分子量を有するアリルアミン添加剤を含有する。最も好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、供給される化学機械研磨組成物は、初期成分としてポリ（アリルアミン塩酸塩）及びポリ（アリルアミン）からなる群より選択されるアリルアミン添加剤を含有し、アリルアミン添加剤は、５，０００〜１００，０００ダルトンの（より好ましくは７，５００〜２５，０００ダルトンの、最も好ましくは１０，０００〜２０，０００ダルトンの）重量平均分子量を有する。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、供給される化学機械研磨組成物は、初期成分としてアリルアミン添加剤を含有し、アリルアミン添加剤は、ポリ（アリルアミン塩酸塩）である。より好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、供給される化学機械研磨組成物は、初期成分としてアリルアミン添加剤を含有し、アリルアミン添加剤は、ポリ（アリルアミン塩酸塩）であり、アリルアミン添加剤に対するコロイダルシリカ砥粒の質量比は、≧１００である。最も好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、供給される化学機械研磨組成物は、初期成分としてアリルアミン添加剤を含有し、アリルアミン添加剤は、ポリ（アリルアミン塩酸塩）であり、アリルアミン添加剤に対するコロイダルシリカ砥粒の質量比は、１００〜５００（好ましくは１００〜３００、より好ましくは１００〜２５０、最も好ましくは１００〜２００）である。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、供給される化学機械研磨組成物は、初期成分としてアリルアミン添加剤を含有し、アリルアミン添加剤はポリ（アリルアミン）である。より好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、供給される化学機械研磨組成物は、初期成分としてアリルアミン添加剤を含有し、アリルアミン添加剤は、ポリ（アリルアミン）であり、アリルアミン添加剤に対するコロイダルシリカ砥粒の質量比は、≧１５０である。最も好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、供給される化学機械研磨組成物は、初期成分としてアリルアミン添加剤を含有し、アリルアミン添加剤は、ポリ（アリルアミン）であり、アリルアミン添加剤に対するコロイダルシリカ砥粒の質量比は、１５０〜６００（好ましくは１５０〜５００、より好ましくは１７５〜４００、最も好ましくは２００〜３５０）である。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、供給される化学機械研磨組成物は、恒久的な正の表面電荷を有するコロイダルシリカ砥粒を含有する。より好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、供給される化学機械研磨組成物は、恒久的な正の表面電荷を有するコロイダルシリカ砥粒を含有し、化学機械研磨組成物のｐＨは、１〜６（好ましくは１〜４、より好ましくは１．５〜３．５、更により好ましくは１．７５〜３、最も好ましくは２〜２．５）である。更により好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、供給される化学機械研磨組成物は、正の表面電荷を有するコロイダルシリカ砥粒を含有し、化学機械研磨組成物のｐＨは、１〜６（好ましくは１〜４、より好ましくは１．５〜３．５、更により好ましくは１．７５〜３、最も好ましくは２〜２．５）であり、この場合ゼータ電位は＞１ｍＶを示す。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、供給される化学機械研磨組成物は、初期成分として恒久的な正の表面電荷を有するコロイダルシリカ砥粒を含有し、コロイダルシリカ砥粒は、動的光散乱法により測定した平均粒径が≦１００ｎｍ（好ましくは５〜１００ｎｍ、より好ましくは１０〜６０ｎｍ、最も好ましくは２０〜６０ｎｍ）である。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、供給される化学機械研磨組成物は、０．０１〜１０重量％（好ましくは０．０５〜７．５重量％、より好ましくは０．１〜５重量％、最も好ましくは０．２〜２重量％）の恒久的な正の表面電荷を有するコロイダルシリカ砥粒を含有する。
本明細書で使用される恒久的な正の表面電荷という用語は、シリカ粒子上の正の電荷が容易に逆にできないことを意味する。すなわち、シリカ粒子上の正の電荷は、フラッシング、希釈又はろ過により逆にならない。恒久的な正の電荷は、例えば、カチオン種をコロイダルシリカ粒子に共有結合させた結果であり得る。恒久的な正の電荷を有するコロイダルシリカは、カチオン種とコロイダルシリカとの間の静電相互作用の結果であり得る、容易に逆になり得る正の電荷を有するコロイダルシリカとは対照的である。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、供給される化学機械研磨組成物は、初期成分としてカルボン酸を含有する。より好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、供給される化学機械研磨組成物は、初期成分としてカルボン酸を含有し、カルボン酸はジカルボン酸である。更により好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、供給される化学機械研磨組成物は、初期成分としてカルボン酸を含有し、カルボン酸はプロパン二酸（マロン酸としても知られる）及び２−ヒドロキシプロパン二酸（タルトロン酸としても知られる）からなる群より選択されるジカルボン酸である。最も好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、供給される化学機械研磨組成物は、初期成分としてジカルボン酸を含有し、ジカルボン酸はプロパン二酸である。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、供給される化学機械研磨組成物は、初期成分として１００〜１０，０００質量ppm（より好ましくは５００〜５，０００質量ppm、更により好ましくは７５０〜２，５００質量ppm、最も好ましくは１，０００〜２，０００質量ppm）のカルボン酸を含有する。より好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、供給される化学機械研磨組成物は、初期成分として１００〜１０，０００質量ppm（より好ましくは５００〜５，０００質量ppm、更により好ましくは７５０〜２，５００質量ppm、最も好ましくは１，０００〜２，０００質量ppm）のカルボン酸を含有し、カルボン酸はプロパン二酸及び２−ヒドロキシプロパン二酸からなる群より選択されるジカルボン酸である。最も好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、供給される化学機械研磨組成物は、初期成分として１００〜１０，０００質量ppm（より好ましくは５００〜５，０００質量ppm、更により好ましくは７５０〜２，５００質量ppm、最も好ましくは１，０００〜２，０００質量ppm）のカルボン酸を含有し、カルボン酸はジカルボン酸であり、ジカルボン酸はプロパン二酸である。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、供給される化学機械研磨組成物は、１〜６のｐＨを有する。より好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、供給される化学機械研磨組成物は、１〜４のｐＨを有する。更により好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、供給される化学機械研磨組成物は、１．５〜３．５のｐＨを有する。最も好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、供給される化学機械研磨組成物は、２．０〜２．５のｐＨを有する。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、供給される化学機械研磨組成物は、任意選択でｐＨ調整剤を含有する。好ましくは、ｐＨ調整剤は、無機及び有機のｐＨ調整剤からなる群より選択される。好ましくは、ｐＨ調整剤は、無機酸及び無機塩基からなる群より選択される。より好ましくは、ｐＨ調整剤は、硝酸及び水酸化カリウムからなる群より選択される。最も好ましくは、ｐＨ調整剤は、水酸化カリウムである。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、供給される化学機械研磨パッドは、当技術分野で公知の任意の適切な研磨パッドであることができる。当業者は、本発明の方法に使用するために適切な化学機械研磨パッドを選択することを知っているであろう。より好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、供給される化学機械研磨パッドは、織物及び不織布の研磨パッドから選択される。更により好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、供給される化学機械研磨パッドは、ポリウレタン研磨層を含む。最も好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、供給される化学機械研磨パッドは、ポリマー中空コア微粒子を含有するポリウレタン研磨層及びポリウレタン含浸不織布サブパッドを含む。好ましくは、供給される化学機械研磨パッドは、研磨面に少なくとも一つの溝を有する。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、供給される化学機械研磨組成物は、供給される化学機械研磨パッドの研磨面上、化学機械研磨パッドと基板との間の界面又はその近くに分注される。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、研磨される基板の表面に対し垂直に０．６９〜３４．５kPaのダウンフォースで、供給される化学機械研磨パッドと基板との間の界面に動的接触を生じさせる。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、供給される化学機械研磨組成物は、チタン（Ｔｉ）に対するタングステン（Ｗ）のある除去速度選択比を有し；タングステン（Ｗ）除去速度は、チタン（Ｔｉ）除去速度より≧３５（好ましくは≧５００、より好ましくは≧８００、最も好ましくは≧１，０００）倍高い。より好ましくは、本発明の方法において、供給される化学機械研磨組成物は、チタン（Ｔｉ）に対するタングステン（Ｗ）のある除去速度選択比を有し；タングステン（Ｗ）除去速度は、≧５００Å/min（より好ましくは≧１，０００Å/min、更により好ましくは≧１，５００Å/min、最も好ましくは≧２，０００Å/min）であり；チタン（Ｔｉ）除去速度は、≦１００Å/min未満であり；タングステン（Ｗ）除去速度は、チタン（Ｔｉ）除去速度より≧３５（好ましくは≧５００、より好ましくは≧８００、最も好ましくは≧１，０００）倍高い。最も好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、供給される化学機械研磨組成物は、チタン（Ｔｉ）に対するタングステン（Ｗ）のある除去速度選択比を有し；タングステン（Ｗ）除去速度は、≧１，０００Å/min（より好ましくは≧１，５００Å/min、最も好ましくは≧２，０００Å/min）であり；チタン（Ｔｉ）除去速度は、≦１００Å/min（より好ましくは≦５０Å/min、最も好ましくは≦２５Å/min）であり；タングステン（Ｗ）除去速度は、２００ｍｍの研磨機上、毎分８０回転のプラテン速度、毎分８１回転のキャリア速度、１２５mL/minの化学機械研磨組成物流量、２１．４kPaの公称ダウンフォースで、チタン（Ｔｉ）除去速度より≧３５（好ましくは≧５００、より好ましくは≧８００、最も好ましくは≧１，０００）倍高く；化学機械研磨パッドは、ポリマー中空コア微粒子を含有するポリウレタン研磨層及びポリウレタン含浸不織布サブパッドを含む。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、タングステン（Ｗ）除去速度は、≧５００Å/min（より好ましくは≧１，０００Å/min、更により好ましくは≧１，５００Å/min、最も好ましくは≧２，０００Å/min）である。より好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、タングステン（Ｗ）除去速度は、≧１，０００Å/min（更により好ましくは≧１，５００Å/min、最も好ましくは≧２，０００Å/min）である。更により好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、タングステン（Ｗ）除去速度は、≧１，０００Å/min（より好ましくは≧１，５００Å/min、最も好ましくは≧２，０００Å/min）である。最も好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、タングステン（Ｗ）除去速度は、２００ｍｍの研磨機上、毎分８０回転のプラテン速度、毎分８１回転のキャリア速度、１２５mL/minの化学機械研磨組成物流量、２１．４kPaの公称ダウンフォースで、≧１，０００Å/min（より好ましくは≧１，５００Å/min、最も好ましくは≧２，０００Å/min）であり；化学機械研磨パッドは、ポリマー中空コア微粒子を含有するポリウレタン研磨層及びポリウレタン含浸不織布サブパッドを含む。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、チタン（Ｔｉ）除去速度は、≦１００Å/min（より好ましくは≦５０Å/min、最も好ましくは≦２５Å/min）である。より好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、チタン（Ｔｉ）除去速度は、≦１００Å/min（より好ましくは≦５０Å/min、最も好ましくは≦２５Å/min）である。最も好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、チタン（Ｔｉ）除去速度は、２００ｍｍの研磨機上、毎分８０回転のプラテン速度、毎分８１回転のキャリア速度、１２５mL/minの化学機械研磨組成物流量、２１．４kPaの公称ダウンフォースで、≦１００Å/min（より好ましくは≦５０Å/min、最も好ましくは≦２５Å/min）であり；化学機械研磨パッドは、ポリマー中空コア微粒子を含有するポリウレタン研磨層及びポリウレタン含浸不織布サブパッドを含む。
本発明のいくつかの実施形態は、以下の実施例で詳細に記載されよう。
比較例Ｃ１−Ｃ８及び実施例１−３
化学機械研磨組成物の調製
比較例Ｃ１−Ｃ８及び実施例１−３の化学機械研磨組成物は、表１に記載された量の成分を、３６２ppmのＦｅ（ＮＯ３）３、１，３２０ppmのマロン酸、２．０重量％の過酸化水素、及び残余の脱イオン水と合わせ、水酸化カリウム又は硝酸で組成物のｐＨを２．３に調整することにより調製した。
化学機械研磨組成物の調製
比較例Ｃ１−Ｃ８及び実施例１−３の化学機械研磨組成物は、表１に記載された量の成分を、３６２ppmのＦｅ（ＮＯ３）３、１，３２０ppmのマロン酸、２．０重量％の過酸化水素、及び残余の脱イオン水と合わせ、水酸化カリウム又は硝酸で組成物のｐＨを２．３に調整することにより調製した。
比較例ＰＣ１−ＰＣ８及び実施例Ｐ１−Ｐ３
化学機械研磨除去速度実験
比較例Ｃ１−Ｃ８及び実施例１−３に従って調製した化学機械研磨組成物をそれぞれ用いて、比較例ＰＣ１−ＰＣ８及び実施例Ｐ１−Ｐ３において、除去速度研磨試験を実施した。研磨除去速度実験は、Applied Materials製の２００ｍｍのMirra（登録商標）研磨機に取り付けた２００ｍｍブランケットウェーハ上で実施した。研磨除去速度実験は、Novellus製２００ｍｍブランケット、厚さ１５kÅのオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）シートウェーハ；Wafernetから市販されているタングステン（Ｗ）及びチタン（Ｔｉ）のブランケットウェーハ上で実施した。研磨実験は全て、SP2310サブパッドと組み合わせたIC1010（商標）ポリウレタン研磨パッド（Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.から市販）を使用し、２１．４kPa（３．１psi）のダウンフォース、１２５mL/minの化学機械研磨組成物流量、８０rpmのテーブル回転速度及び８１rpmのキャリア回転速度で実施した。ダイヤモンドパッドコンディショナPDA33A-D（Kinik Companyから市販）を用いて研磨パッドをコンディショニングした。研磨パッドをコンディショナにより、８０rpmのテーブル速度及び３６rpmのコンディショナ速度で、９lbs（４．１kg）のコンディショニングダウンフォースを使用して１５分間、その後、７lbs（３．１８kg）のコンディショニングダウンフォースを使用して更に１５分間、慣らし運用した。研磨実験間に、７lbs（３．１８kg）のダウンフォースを使用して２４秒間、研磨の前に、研磨パッドをエクスサイチューで更にコンディショニングした。ＴＥＯＳ除去速度は、KLA-Tencor FX200計測ツールを使用して、研磨前後の膜の厚みを測定することにより決定した。タングステン（Ｗ）及びチタン（Ｔｉ）の除去速度は、KLA-Tencor RS100C計測ツールを使用して決定した。除去速度実験の結果を表２に与える。
化学機械研磨除去速度実験
比較例Ｃ１−Ｃ８及び実施例１−３に従って調製した化学機械研磨組成物をそれぞれ用いて、比較例ＰＣ１−ＰＣ８及び実施例Ｐ１−Ｐ３において、除去速度研磨試験を実施した。研磨除去速度実験は、Applied Materials製の２００ｍｍのMirra（登録商標）研磨機に取り付けた２００ｍｍブランケットウェーハ上で実施した。研磨除去速度実験は、Novellus製２００ｍｍブランケット、厚さ１５kÅのオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）シートウェーハ；Wafernetから市販されているタングステン（Ｗ）及びチタン（Ｔｉ）のブランケットウェーハ上で実施した。研磨実験は全て、SP2310サブパッドと組み合わせたIC1010（商標）ポリウレタン研磨パッド（Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.から市販）を使用し、２１．４kPa（３．１psi）のダウンフォース、１２５mL/minの化学機械研磨組成物流量、８０rpmのテーブル回転速度及び８１rpmのキャリア回転速度で実施した。ダイヤモンドパッドコンディショナPDA33A-D（Kinik Companyから市販）を用いて研磨パッドをコンディショニングした。研磨パッドをコンディショナにより、８０rpmのテーブル速度及び３６rpmのコンディショナ速度で、９lbs（４．１kg）のコンディショニングダウンフォースを使用して１５分間、その後、７lbs（３．１８kg）のコンディショニングダウンフォースを使用して更に１５分間、慣らし運用した。研磨実験間に、７lbs（３．１８kg）のダウンフォースを使用して２４秒間、研磨の前に、研磨パッドをエクスサイチューで更にコンディショニングした。ＴＥＯＳ除去速度は、KLA-Tencor FX200計測ツールを使用して、研磨前後の膜の厚みを測定することにより決定した。タングステン（Ｗ）及びチタン（Ｔｉ）の除去速度は、KLA-Tencor RS100C計測ツールを使用して決定した。除去速度実験の結果を表２に与える。
Claims (10)
- タングステン（Ｗ）及びチタン（Ｔｉ）を含む基板を供給する工程；
初期成分として：
水、
酸化剤、
ポリ（アリルアミン塩酸塩）及びポリ（アリルアミン）からなる群より選択されるアリルアミン添加剤、
恒久的な正の表面電荷を有するコロイダルシリカ砥粒、
カルボン酸、
鉄（ＩＩＩ）イオンの供給源、並びに
任意選択でｐＨ調整剤
を含む化学機械研磨組成物を供給する工程；
研磨面を有する化学機械研磨パッドを供給する工程；
化学機械研磨パッドと基板との間の界面に動的接触を生じさせる工程；並びに
化学機械研磨パッドの研磨面上、化学機械研磨パッドと基板との間の界面又はその近くに化学機械研磨組成物を分注する工程；
を含む、基板を研磨する方法であって、
タングステン（Ｗ）の少なくともいくらかが、あるタングステン（Ｗ）除去速度で基板から研磨除去され；チタン（Ｔｉ）の少なくともいくらかが、あるチタン（Ｔｉ）除去速度で基板から研磨除去され；供給される化学機械研磨組成物が、チタン（Ｔｉ）に対するタングステン（Ｗ）のある除去速度選択比を有し；タングステン（Ｗ）除去速度が、チタン（Ｔｉ）除去速度より≧３５倍高い、方法。 - ２００ｍｍの研磨機上、毎分８０回転のプラテン速度、毎分８１回転のキャリア速度、１２５mL/minの化学機械研磨組成物流量、２１．４kPaの公称ダウンフォースで、タングステン（Ｗ）除去速度が≧１，０００Å/minであり、化学機械研磨パッドが、ポリマー中空コア微粒子を含有するポリウレタン研磨層及びポリウレタン含浸不織布サブパッドを含む、請求項１に記載の方法。
- チタン（Ｔｉ）除去速度が≦５０Å/minであり、タングステン（Ｗ）除去速度がチタン（Ｔｉ）除去速度より≧３５倍高い、請求項２に記載の方法。
- 供給される化学機械研磨組成物が、初期成分として：
水、
０．０１〜１０重量％の過酸化水素である酸化剤、
０．０１〜１０重量％のコロイダルシリカ砥粒、
ポリ（アリルアミン塩酸塩）であるアリルアミン添加剤であって、アリルアミン添加剤に対するコロイダルシリカ砥粒の質量比が≧１００であるアリルアミン添加剤、
５００〜５，０００質量ppmのプロパン二酸であるカルボン酸、
１００〜１，０００質量ppmの硝酸第二鉄九水和物である鉄（ＩＩＩ）イオンの供給源、及び
任意選択でｐＨ調整剤
を含み、化学機械研磨組成物のｐＨが１〜４である、請求項１に記載の方法。 - ２００ｍｍの研磨機上、毎分８０回転のプラテン速度、毎分８１回転のキャリア速度、１２５mL/minの化学機械研磨組成物流量、２１．４kPaの公称ダウンフォースで、タングステン（Ｗ）除去速度が≧１，０００Å/minであり、化学機械研磨パッドが、ポリマー中空コア微粒子を含有するポリウレタン研磨層及びポリウレタン含浸不織布サブパッドを含む、請求項４に記載の方法。
- チタン（Ｔｉ）除去速度が≦２５Å/minであり、タングステン（Ｗ）除去速度がチタン（Ｔｉ）除去速度より≧５００倍高い、請求項５に記載の方法。
- 供給される化学機械研磨組成物が、初期成分として：
水、
０．０１〜１０重量％の過酸化水素である酸化剤、
０．０１〜１０重量％のコロイダルシリカ砥粒、
ポリ（アリルアミン）であるアリルアミン添加剤であって、アリルアミン添加剤に対するコロイダルシリカ砥粒の質量比が≧１５０であるアリルアミン添加剤、
５００〜５，０００質量ppmのプロパン二酸であるカルボン酸、
１００〜１，０００質量ppmの硝酸第二鉄である鉄（ＩＩＩ）イオンの供給源、及び
任意選択でｐＨ調整剤
を含み、化学機械研磨組成物のｐＨが１〜４である、請求項１に記載の方法。 - ２００ｍｍの研磨機上、毎分８０回転のプラテン速度、毎分８１回転のキャリア速度、１２５mL/minの化学機械研磨組成物流量、２１．４kPaの公称ダウンフォースで、タングステン（Ｗ）除去速度が≧１，０００Å/minであり、化学機械研磨パッドが、ポリマー中空コア微粒子を含有するポリウレタン研磨層及びポリウレタン含浸不織布サブパッドを含む、請求項７に記載の方法。
- チタン（Ｔｉ）除去速度が≦５０Å/minであり、タングステン（Ｗ）除去速度がチタン（Ｔｉ）除去速度より≧３５倍高い、請求項８に記載の方法。
- チタン（Ｔｉ）除去速度が≦５Å/minであり、タングステン（Ｗ）除去速度がチタン（Ｔｉ）除去速度より≧５００倍高い、請求項８に記載の方法。
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