JP4074434B2 - 半導体の製造に適した構造化ウェハを修正するための加工液およびその方法 - Google Patents

Description

【０００１】
背景
本発明は、半導体製造の構造化ウェハの露出された中間表面を修正するのに有用な加工液系列、かかる加工液系列を利用する半導体製造用構造体ウェハの露出された中間表面を修正する方法、そして、前述のプロセスにより製造された半導体ウェハに関する。
【０００２】
集積回路製造中、半導体製造に用いられる半導体ウェハには、成膜、パターニングおよびエッチング工程をはじめとする数多くの処理工程が施される。半導体ウェハのこれらの製造工程の詳細は、国際生産技術研究協会年報発行Ｔｏｎｓｈｏｆｆら「シリコンの砥粒加工」（３９巻／２／１９９０）６２１〜６３５頁に報告されている。各製造工程において、後の製造または生産工程用のウェハを作成するために、ウェハの露出された表面を修正または精製するのが必要または望ましいことが多い。
【０００３】
従来の半導体デバイス製造スキームにおいては、平坦なベースシリコンウェハに、多層構造となる単一層を形成する２種類以上の別個の材料の均一な層を成膜する一連の処理工程が施されている。このプロセスにおいては、第１の材料の均一な層を、業界で一般的に使われているいずれかの手段により、ウェハそのもの、または中間構造の既存の層に適用して、その層に孔をエッチングし、その孔を第２の材料で充填するのが一般的である。この代わりに、第１の材料を含むほぼ均一な厚さのフィーチャーを、通常、マスクを通して、ウェハまたはウェハに前に作成された層に成膜し、これらフィーチャーに近接する領域を第２の材料で充填して層を完成させてもよい。成膜工程に続いて、ウェハ表面に成膜された材料または層には、通常、追加の成膜または後の処理を行う前にさらに処理が必要である。完了時、外側表面はほぼ全体に平面であり、ベースシリコンウェハ表面に並行である。かかるプロセスの具体例は、金属ダマシンプロセスである。
【０００４】
ダマシンプロセスにおいては、パターンを金属誘電体（例えば、二酸化シリコン）層にエッチングする。エッチング後、任意の接着／バリア層を全表面に成膜する。代表的なバリア層は、例えば、タンタル、窒化タンタル、窒化チタンまたはチタンを含む。次に、金属（例えば、銅）を接着／バリア層を覆うように上部に成膜する。成膜した金属および誘電体表面の接着／バリア層の領域を除去することにより、成膜した金属層に修正、精製または仕上げ処理を行う。通常、十分な表面金属を除去して、ウェハの外側露出表面に金属と酸化物誘電体材料の両方があるようにする。露出したウェハ表面の平面図によれば、エッチングされたパターンに対応する金属と金属に近接する誘電体材料のある平面があるのが分かる。ウェハの修正表面にある金属および酸化物誘電体材料はもともと異なる物理特性、例えば、異なる硬度値を有している。ダマシンプロセスにより作成されたウェハを修正するのに用いる研摩処理は、金属と誘電体材料を、いずれの材料の表面も引っ掻くことなく、同時に修正するものでなくてはならない。研摩処理によって、金属の露出領域と、誘電体材料の露出領域を有するウェハに平面の外側露出表面を作らなければならない。
【０００５】
酸化物誘電体材料がウェハ外側表面に露出するまで、成膜金属層を修正するかかるプロセスは、ウェハ表面にあるサブミクロン寸法の金属フィーチャーのために、エラーに対する余裕がほとんどない。成膜金属の除去速度は、製造コストを最小にするために比較的早くしなければならず、金属をエッチングされていなかった領域から完全に除去しなければならない。エッチングされた領域に残る金属は不連続領域またはゾーンに限られなければならない一方、適正な導電性を確実にするために、こうした領域またはゾーン内で連続していなければならない。まとめると、金属修正プロセスは、サブミクロンのスケールで均一で、制御され、再生可能でなければならない。
【０００６】
構造化ウェハの露出した表面を修正または精製する従来の方法の一つは、ウェハ表面を、液体に分散された複数の疎性研摩粒子を含有するスラリーで処理するものである。通常、このスラリーを研磨パッドに適用し、材料をウェハ表面から除去するために、ウェハ表面を研削またはパッドに対して動かす。スラリーはまた、ウェハ表面と反応する化学剤を含んでいてもよい。この種のプロセスは、一般に、化学−機械平坦化（ＣＭＰ）プロセスと呼ばれている。
【０００７】
ＣＭＰスラリー法に変わる最近の方法は、研摩物品を用いて半導体表面を修正または精製するものであるため、前述のスラリーを必要としない。この代替ＣＭＰプロセスは、１９９７年３月２７日公開の国際特許出願公開ＷＯ第９７／１１４８４号に報告されている。報告された研摩物品は、バインダーに分散された研摩粒子を含むテクスチャード研摩表面を有している。用いる際、通常、加工液を存在させて、ウェハ上の単一層の材料を修正し、平坦で均一なウェハ表面を与える動きにより、研摩物品を半導体ウェハ表面と接触させる。加工液をウェハの表面に適用して、研摩物品を動かしながら、ウェハ表面を化学的に修正またはウェハ表面からの材料の除去を促す。
【０００８】
前述のスラリーか研摩物品と組み合わせられる上述したプロセスに有用な加工液は、通常、錯化剤、酸化剤、パッシベーション剤、界面活性剤、湿潤剤、バッファ、錆止め剤、潤滑剤、石鹸またはこれらの組み合わせをはじめとする様々な添加剤の水性溶液である。添加剤はまた、酸化、還元、パッシベーションまたは錯化剤のような、第２の材料、すなわち、ウェハ表面の金属または金属合金導体と反応性のある物質を含んでいてもよい。かかる加工液は、例えば、１９９８年６月２４日出願の米国特許出願第０９／０９１，９３２号に例示がある。
【０００９】
前述したＣＭＰプロセスにおいては、碗状変形（ｄｉｓｈｉｎｇ）性能および除去速度が、研磨性能を測定するものである。これらの性能の測定は、前述の加工液の使用に依存している。碗状変形は、銅のような金属がどのくらい、中間ウェハ表面の平面の下にあるボンドパッドまたはワイヤトレースから除去されたかの尺度であり、ブランケット銅または銅プラスバリア層の除去後の銅とバリアまたは誘電体層の上部の高さの差により定義される。除去速度とは、単位時間当たりに除去された材料の量のことをいう。１分当たり少なくとも約１０００Åを超える除去速度が好ましい。１分当たり数百オングストローム（Å／分）以下というようにこれより低い除去速度は、ウェハ製造に関する全体の製造コストを増大する傾向にあるためあまり望ましくない。
【００１０】
半導体製造の構造化ウェハの露出された中間表面を修正するのに有用な加工液、そして、金属除去速度の改善を好ましくは維持しつつ、前述の加工液系列を利用して、半導体製造用のかかるウェハの露出された中間表面を修正する方法を提供することにより、化学機械平坦化を改善することが望まれている。前述の方法に有用で、改善された碗状特性を備えた構造化ウェハを含む金属が製造する加工液を提供することが特に望まれている。
【００１１】
発明の概要
本発明は、半導体製造に適した構造化ウェハの中間表面を修正または精製するのに用いる加工液系列を提供する。本発明はまた、かかる加工液を利用して、かかるウェハの中間表面を修正する方法も提供する。本明細書で用いる構造化ウェハの中間表面には、パターンまたはデザインを形成するためにエッチングされた表面を有する第１の材料と、第１の材料の表面を覆うように配置された第２の材料が含まれる。
【００１２】
一態様において、本発明は、
酸化剤と、イオン緩衝剤と、
パッシベーション剤と、
イミノ二酢酸とその塩から選ばれるキレート化剤と、
水と、
を含む初期成分の溶液である、半導体デバイスの製造に適したウェハ表面を修正するのに有用な加工液を提供する。
【００１３】
加工液のパッシベーション剤は、アゾール誘導体であり、好ましくは、ベンゾトリアゾール、トリルトリアゾールまたはこれらの組み合わせから選ばれる。加工液は、酸化剤として過酸化水素を、イオン緩衝剤としてリン酸水素アンモニウムを、パッシベーション剤としてトリルトリアゾールを含むのが好ましい。
【００１４】
本発明の態様を参照するにあたって、特定の用語の意味は次の通りである。
【００１５】
「碗状変形」とは、フィーチャーの端部により画定される面からのフィーチャー中心の逸脱である。試験の目的で、１００か１２０ミクロンの正方形ボンドパッドが、碗状変形を測定するのに一般的に用いられる。これはＣＭＰプロセス中に上にある第２の材料（例えば、銅）が第１の材料（例えば、誘電体材料）から除去されて、誘電体である第１の材料のエッチングされた領域のような画定された不連続領域にのみ第２の材料の領域を残した後になされる。本明細書において特に断りのない限り、碗状変形測定とは、第２の材料の領域、通常銅から構成された領域での碗状変形のことをいう。本明細書において用いる碗状変形は、「ＴＩＲ」すなわち、「インジケータ実指示」として報告される。これは、ウェハの特定領域における構造化ウェハの平面度の尺度である。ＴＩＲ値は、通常、ＴＥＮＣＯＲ（カリフォルニア州、マウンテンビュー）より入手可能なＴＥＮＣＯＲ Ｐ−２２長走査側面計のような計器を用いて半導体ウェハの特定領域のラインに沿って測定される。この測定は、２つの想像上の並行面の間の距離を表すものであり、一方は半導体ウェハの表面の最も高い点と交差または接触し、他方は当該領域における半導体ウェハの表面の最も低い点と交差または接触している。
【００１６】
「均一性」は、ウェハ表面を通る銅の除去速度がいかに均一であるかの尺度である。
【００１７】
「除去速度」は、金属フィルムがウェハから除去される速度、すなわち、単位時間当たりに除去される厚さである。除去速度は、ウェハの異なる点で、初期の銅の厚さから最終の銅の厚さを引くことにより測定される。この差の平均で除算した差の標準偏差は％均一性として記録される。均一性は低い数（例えば、２〜３％）が好ましい。
【００１８】
「三次元」研摩物品は、数多くの研摩粒子を有する研摩物品のことであり、その厚さの少なくとも一部にわたって伸張していて、平坦化の間に粒子の一部が除去されて、平坦化機能を実施することのできる更なる研摩粒子が露出される。
【００１９】
他の態様において、本発明は、
ａ）パターンを形成するために表面がエッチングされた第１の材料と、第１の材料の表面を覆うように配置された第２の材料とを含むウェハを提供する工程と、
ｂ）ウェハの第２の材料を、上述の加工液を存在させて研摩剤と接触させる工程と、
ｃ）ウェハの露出表面が平面になり、露出した第１の材料の少なくとも一領域と露出した第２の材料の一領域とを有するようになるまで、第２の材料を研摩剤と接触させながらウェハを相対的に動かす工程と
を含む半導体デバイスの製造に適したウェハ表面を修正する方法を提供する。
【００２０】
この態様において、加工液は上述した通りである。研摩剤は物品であり、ウェハと研摩物品の間の動きは、通常、約０．１〜約２５ｐｓｉの範囲、好ましくは約０．２〜約１５ｐｓｉの範囲、最も好ましくは約１〜約６ｐｓｉの範囲の圧力下で生じる。ウェハと研摩物品は、円形、螺旋形、不均一、八の字のような楕円形または不規則に互いに回転かつ／または動いてもよい。ウェハホルダーまたはベースもまた、これに超音波振動を送るなどにより、振動させてもよい。例えば、研摩物品かウェハのいずれか、または研摩物品とウェハの両方を他方に対して回転させ、ウェハおよび研摩物品の相対中心に沿って線状に動かす。ウェハと研摩物品間の回転運動または回転速度は１ｒｐｍ〜１０，０００ｒｐｍである。研摩物品が回転するときの研摩物品の好ましい回転速度は、１０ｒｐｍ〜１，０００ｒｐｍ、より好ましくは１０ｒｐｍ〜２５０ｒｐｍ、最も好ましくは１０ｒｐｍ〜６０ｒｐｍである。ウェハが回転するときのウェハの好ましい回転速度は、２ｒｐｍ〜１，０００ｒｐｍ、より好ましくは５ｒｐｍ〜５００ｒｐｍ、最も好ましくは１０ｒｐｍ〜１００ｒｐｍである。
【００２１】
前述の方法において用いる好ましい研摩剤は、研摩物品に固定された三次元研摩複合体を含み、この複合体はバインダーに固定および分散された複数の研磨粒子を含む。研摩物品はさらにバッキングを含むのが好ましく、このバッキングがポリマーフィルムであるのがより好ましい。このバッキングには表側と裏側がある。バッキングは、紙、不織物、布、処理済布、ポリマーフィルムおよび下塗りされたポリマーフィルムのようなこれまで研摩物品に用いられてきた材料の群より選んでよい。好ましい実施形態において、バッキングは下塗りされたポリマーフィルムである。さらに、かかる研摩剤は、ポリカーボネートシートおよびポリウレタンフォームのラミネートから構成されるサブパッドにより固定またはその他支持されていてもよい。サブパッドには通常表側と裏側があり、研摩剤はサブパッドの表側に存在させる。研摩物品をサブパッドに固定するために、感圧接着剤を研摩剤のバッキングの裏側に適用してもよい。
【００２２】
この代わりに、研摩剤は、研磨パッドと共に用いられる研摩剤または研磨スラリーから構成されていてもよく、このスラリーは、研磨パッドの適用によりウェハの第２の材料を接触させるスラリーにより液体（例えば、水）に分散された複数の疎性研磨粒子を含んでいる。スラリーと研磨パッドを研摩剤として用いる場合には、スラリーはその一部に上述の加工液を含むのが好ましい。
【００２３】
本方法は、構造化ウェハの中間表面を修正するのに適用されるのが好ましい。第１の材料は、通常、中間材料またはそれを覆う接着／バリア層を備えた誘電体材料である。好適な中間材料または接着／バリア層としては、タンタル、チタン、窒化タンタル、窒化チタンが挙げられる。その他の好適な中間材料または接着／バリア層としては、金属、窒化物およびケイ化物が挙げられる。第１の材料に関連したデザインとしては、パターン化された領域、溝のある領域、バイアス、および完成半導体デバイスを形作るその他の構造が挙げられる。第２の材料は、通常、チタン、銀、アルミニウム、タングステン、銅またはこれらの合金から選ばれる導電性材料である。本発明の方法は、特に、約０．１オーム−ｃｍ未満の固有抵抗値を有する材料の導電性表面を修正するのに用いられる。通常、好ましい誘電体材料の誘電率は約５未満である。
【００２４】
本方法において、研摩剤と導電性材料間の接触および動きは、ウェハの露出表面が平面で、露出した第２または導電性材料の少なくとも一領域と、露出した第１または誘電体材料の少なくとも一領域を含み、導電性材料の露出した領域と、誘電体材料の露出した領域が単一面になるまで維持される。誘電体材料は、接着／バリア層のような１種類以上の中間体材料によりカバーされていてもよい。通常、露出した誘電体材料表面には、過剰の導電性材料を除去した後に中間材料が実質的にない。あるいは、導電性材料の除去により、中間材料と導電性材料の表面のみが露出されればよい。連続した修正により、ウェハの表面に、誘電体材料および導電性材料が露出する。
【００２５】
本発明のこれらおよびその他の態様は、好ましい実施形態の詳細な説明および添付の請求項を含めた開示を考慮すれば当業者に理解されるであろう。
【００２６】
好ましい実施形態の詳細な説明
本発明をその好ましい実施形態を参照することにより説明する。この詳細な説明は、特定のフィーチャーが参照番号により識別され、同じ番号が同じフィーチャーを指している様々な図面を参照して行う。
【００２７】
図１は、本発明のプロセスに用いるのに好適なパターン化ウェハ１０の代表図である。明確にするために、ドープ領域、活性デバイス、エピタキシャル層、キャリアおよびフィールド酸化層のような公知のフィーチャーは省いてある。ウェハ１０は、ベース１１と、通常、単結晶シリコン、ひ化ガリウムおよび業界に公知のその他材料のような適切な材料からできた複数のトポグラフィカルフィーチャーを有している。通常、窒化チタン、チタン、タンタル、窒化タンタルまたは窒化シリコンであるバリアまたは接着層１３がベース層１１とベースフィーチャーを覆っている。
【００２８】
金属導電体層１４が、バリア層の前面１３とベースフィーチャーを覆っている。チタン、アルミニウム、銅、アルミニウム銅合金、タングステンまたは銀といった様々な金属または金属合金を用いてよい。金属層は、通常、バリア層１３に金属の連続層を成膜することにより適用される。過剰の金属を除去して、図２に示すような所望のパターンの金属相互接続１５を形成する。金属除去により、不連続の金属相互接続表面１５と不連続フィーチャー表面１６ができる。これは、最終半導体デバイスの操作性を妨害する引っ掻き傷やその他欠陥のない平面となるのが好ましい。
【００２９】
図３に、本発明のプロセスに有用な、ウェハを修正する装置の概略図を示す。この機械の変形品および／または数多くのその他の機械もまた本発明に有用である。研磨パッドおよび疎性研摩スラリーと共に用いられるこの種の装置、その数多くの変形品およびその他の種類の装置は業界に公知である。好適な市販の装置としては、ＩＰＥＣ／ＷＥＳＴＥＣＨ（アリゾナ州、フェニックス）より入手可能なＣＭＰ（化学機械プロセス）機が挙げられる。代替ＣＭＰ機はＳＴＲＡＳＢＡＵＧＨまたはＳＰＥＥＤＦＡＭより入手可能である。装置３０は、モーター（図示せず）に接続されたヘッドユニット３１を備えている。チャック３２は、ヘッドユニット３１から延びている。かかるチャックとしては、ジンバルチャックが例示される。チャック３２のデザインは、研摩物品がウェハに所望の表面仕上げおよび平面度を与えるように、異なる力および旋回軸を収容するのが好ましい。しかしながら、平坦化の最中、チャックがウェハを旋回させてもさせなくてもよい。
【００３０】
チャック３１の端部は、ウェハ３４をヘッドユニット３１に固定し、処理中、ウェハが移動しないようにするウェハホルダー３３である。ウェハホルダーは、ウェハを収容するように設計されており、例えば、円形、楕円形、矩形、正方形、八角系、六角形または五角形であってもよい。ウェハホルダーには、任意の保持リングとウェハ支持パッドの２つの部分がある場合もある。保持リングは、一般に、半導体ウェハの周囲に嵌合する円形デバイスである。ウェハ支持パッドは、例えば、ポリウレタンフォームのような１種類以上の構成要素から作成される。ウェハホルダー３３は、リング位置３５で半導体ウェハ３４と並んで延びている。任意のリング部分は、別個のピースであっても、ホルダー３３と一体化されていてもよい。ウェハホルダー３３が研摩物品４１に触れない、または接触しないよう、ウェハホルダー３３はウェハ３４を超えて延びていない場合がある。また、研摩複合体の場合には、その特性に影響を及ぼすため、ウェハホルダーが研摩複合体と触れない、または接触しないようウェハホルダー３３がウェハ３４を超えて延びていない場合がある。例えば、ウェハホルダー３３が、研摩物品を「調節」し、処理中、研摩物品の表面の最外部分を除去する恐れがある。ウェハホルダーまたは保持リングは、研摩物品が、所望の程度の修正をウェハに加えることができるのであればいかなるデザインまたは材料であってもよい。好適な材料としては、ポリマー材料が例示される。
【００３１】
ウェハホルダー３３が回転する速度は、特定の装置、処理条件、研摩物品および所望のウェハ修正基準により異なる。しかしながら、一般に、ウェハホルダー３３は、約２〜約１，０００ｒｐｍ、通常、約５〜約５００ｒｐｍ、好ましくは約１０〜約３００ｒｐｍ、より好ましくは約２０〜約１００ｒｐｍで回転する。ウェハホルダーの回転が遅すぎたり速すぎたりすると、所望の除去速度が得られない。
【００３２】
ウェハホルダ３３および／またはベース４２は、円形、螺旋形、不均一、八の字のような楕円形または不規則に回転してもよい。ウェハホルダーまたはベースはまた、これに超音波振動を送るなどにより、振動させてもよい。
【００３３】
上述した通り、本発明に用いる研摩剤は、研摩スラリーと共に用いるパッドであるか、またはここに参考文献として組み込まれる１９９７年１２月２日発行の米国特許証第５，６９２，９５０号（Ｂｒｕｘｖｏｏｒｔら）「半導体ウェハ修正のための研摩構造体」に記載されたタイプの三次元研摩物品である。
【００３４】
本明細書において、「物品」または「研摩物品」とは、研摩スラリーと共に用いる研摩パッドか三次元形状研摩物品のいずれかを指すものである。研摩剤は三次元形状の研摩物品であるのが好ましい。物品の直径は約１０〜１０００ｍｍ、好ましくは約２５〜８５０ｍｍである。物品は約５〜１０，０００ｒｐｍ、約１０〜１，０００、約１０〜２５０ｒｐｍ、好ましくは１０ｒｐｍ〜６０ｒｐｍで回転させる。ウェハと物品の両方が同じ方向に回転するのが好ましい。しかしながら、ウェハと物品を逆方向に回転させても構わない。
【００３５】
ウェハ表面３４とウェハホルダー３３の界面は、所望の程度に平坦化させるためには比較的平面で均一にしなければならない。加工液３９はリザーバ３７内に保持され、管３８を通じてウェハ表面と物品４１の界面に送出される。平坦化の最中、加工液が、物品とウェハ表面の間の界面に一定に流れるのが好ましい。一般に、加工液はまず、外側または露出されたウェハ表面３４に適用されて、その表面にある少なくとも１種類の材料と反応する。続いて、研摩剤をウェハの表面に適用して、ウェハ材料と加工液の反応生成物を除去する。この代わりに、金属をまず機械的に除去してから、加工流体の成分と反応させてもよい。加工液の流速は、所望の平坦化基準（除去速度、表面仕上げおよび平坦性）、特定のウェハ構造、露出した金属の化学的性質および研摩物品の表面構成にある程度依存している。加工液を分配する流速は、一般に、約１０〜１，０００ミリリットル／分、好ましくは１０〜５００ミリリットル／分、より好ましくは約２５〜２５０ミリリットル／分である。
【００３６】
本発明の加工液は、構造化ウェハの中間表面を有する金属のＣＭＰ処理、特に銅を含む表面のＣＭＰプロセスに有用である。加工液は、銅と反応して酸化銅の表面層を形成する酸化剤のような化学エッチング液を含む水溶液である。酸化物層は、研摩剤を適用することによりウェハ表面から容易に除去される。酸化剤に加えて、有用な化学エッチング液としては、上述の酸化剤と同様の方法で作用して、研摩剤の機械的動作により容易に除去される層を形成する錯化剤が挙げられる。好適な化学エッチング剤としては、硫酸、過酸化水素、塩化第二銅、アンモニウム、ナトリウムおよびカリウムの過硫酸塩、塩化第二鉄、クロム硫酸、フェリシアン化カリウム、硝酸およびその組み合わせが挙げられる。好適な錯化剤としては、水酸化アンモニウム、塩化アンモニウムおよびその他アンモニウム塩および添加剤のようなアルカリ性アンモニア、炭酸アンモニウム、硝酸第二鉄およびこれらの組み合わせが例示される。安定性、表面処理またはエッチング速度を変えるために数多くの添加剤を添加することができる。エッチング液は、一般に、等方性エッチングを行う。すなわち、全ての方向に同じエッチング速度または除去速度である。
【００３７】
加工流体に組み込んでよい好適な酸化または漂白剤としては、フェリシアン化物、ＥＤＴＡ第二鉄アンモニウム、クエン酸第二鉄アンモニウム、クエン酸第二鉄、オキサル酸第二鉄アンモニウム、クエン酸第二銅、オキサル酸第二銅、グルコン酸第二銅、グリシン酸第二銅、酒石酸第二銅等が挙げられ、この場合、錯化剤は一般に多座配位アミン、カルボン酸またはこの２つの組み合わせである。数多くの配位化合物がコットン＆ウィルキンソン最新無機化学第５版に記載されている。金属銅および／または酸化第一銅の酸化に好適な、バナジウム、クロム、マンガン、コバルト、モリブデンおよびタングステンをはじめとする配位化合物のような、酸化能力を備えたものを用いることができる。その他の好適な酸化剤としては、アルカリ金属塩のようなハロゲンのオキソ酸およびその塩が挙げられる。これらの酸はコットン＆ウィルキンソン最新無機化学第５版に記載されている。これらの酸のアニオンは、通常、塩素、臭素またはヨウ素のようなハロゲン化物原子を含んでいる。これらのハロゲン化物は、１個、２個、３個または４個の酸素原子に結合している。塩素酸（ＨＯＣｌＯ２）、亜塩素酸（ＨＯＣｌＯ）、次亜塩素酸（ＨＯＣｌ）およびそのそれぞれのナトリウム塩が例示される。例えば、塩素酸ナトリウム、亜塩素酸ナトリウムおよび次亜塩素酸ナトリウムである。同様の臭素およびヨウ素類似体も知られている。
【００３８】
銅を含む構造化ウェハの中間表面を処理するのに好ましい酸化剤としては、硝酸、フェリシアン化カリウムが挙げられ、過酸化水素が最も好ましい。その他の好適な酸化剤は、Ｗｅｓｔら、銅およびその合金（１９８２年）、Ｌｅｉｄｈｅｉｓｅｒ、銅、錫およびその合金の腐食（１９７１年）に挙げられている。脱イオン水中の酸化剤の濃度は、約０．０１〜５０重量％、好ましくは０．０２〜４０重量％である。過酸化水素を酸化剤として用いる場合には、約０．５％〜約１２．５％、好ましくは約１．０％〜約７．５％、最も好ましくは約１．０％〜約５．０％の濃度（重量パーセント）で水溶液中に存在させる。
【００３９】
銅の酸化および溶解は、銅と結合して、金属銅または酸化銅の水への溶解度を増大させる錯化剤の添加より向上する。コットン＆ウィルキンソンおよびＨａｔｈａｗａｙ、総合配位化学、第５巻、ウィルキンソン、Ｇｉｌｌａｒｄ、ＭｃＣｌｅｖｅｒｔｙ編に記載されている。本発明の加工液においては、錯化剤は脱イオン水中約０．０１〜５０重量％の濃度で常に存在している。銅を含有する構造化ウェハの中間表面の処理において、好ましい錯化剤はイミノ二酢酸（ＩＤＡ）およびその塩であり、ＩＤＡは通常、加工液中、約０．５％〜約５．０％、好ましくは約０．５％〜約２．０％、最も好ましくは約０．７５％〜約１．５％の濃度（重量パーセント）で存在している。
【００４０】
金属、特に鋼および亜鉛めっき鋼の腐食防止剤またはパッシベーション剤は周知である。銅について最も知られていて最も広く用いられている防止剤はベンゾトリアゾールおよびアゾール誘導体として知られているその誘導体である。銅は、特に中性または温和アルカリｐＨで酸化第一銅によりややパッシベーションされることが知られている。パッシベーション剤の加工液への添加により、研摩物品とまだ接触していない金属表面の部分を、エッチング剤による早期の過剰な除去から保護したり、露出した金属表面と反応させる酸化剤の量を制御することができる。その他のパッシベーション剤は、Ｌｅｉｄｈｅｉｓｅｒ、銅、錫およびそれらの合金の腐食（１９７１年）１１９〜１２３頁に挙げられている。パッシベーション剤の量および種類は、所望の平坦化基準（除去速度、表面仕上げおよび平坦性）にある程度依存している。
【００４１】
本発明による銅を含有するウェハの処理において、好適なパッシベーション剤としては、加工液中、約０．０２５％〜約０．２０％、好ましくは約０．０５０％〜約０．１５％、より好ましくは約０．０５０％〜約０．１０％の濃度（重量パーセント）で存在している特定のアゾール誘導体、好ましくはトリルトリアゾール、ベンゾトリアゾールおよびトリルトリアゾールとベンゾトリアゾールの組み合わせが挙げられる。
【００４２】
バッファを加工液に添加すると、ｐＨを制御し、濯ぎ水による軽度の希釈に起因するｐＨの変化および／または原料に応じた脱イオン水のｐＨの差を緩和することができる。上述したように、ｐＨは銅の表面の性質および銅の除去速度に大きな影響を与え得る。最も好ましいバッファは、半導体、ＣＭＰ後のクリーニングの必要性と適合し、アルカリ金属のような不純物の可能性の低いものである。さらに、最も好ましいバッファは、これを調整すると、酸性〜ほぼ中性〜塩基性までｐＨ範囲を広げることができる。多塩基酸はバッファとして作用し、水酸化アンモニウムで完全または部分的に中和してアンモニウム塩を作成すると好ましい。代表例としては、リン酸−アンモニウムリン酸塩、リン酸水素アンモニウム、ポリリン酸−アンモニウムポリリン酸塩、ホウ酸−アンモニウム四ホウ酸塩、ホウ酸−アンモニウム五ホウ酸塩の系が挙げられる。その他の三−およびポリプロトン酸性プロトライトおよびその塩、特にアンモニウム塩が好ましい。これらは、７を超える少なくとも１つのｐＫａを有する以下のプロトライトに基づくアンモニウムイオン緩衝剤系を含んでいてもよい。アスパラギン酸、グルタミン酸、ヒスチジン、リジン、アルギニン、オルニチン、システイン、チロシンおよびカルノシン。
【００４３】
加工液はまた、界面活性剤、粘度調節剤、湿潤剤、バッファ、錆止め剤、潤滑剤、石鹸等のような添加剤も含んでいてよい。これらの添加剤は、下にある半導体ウェハ表面に損害を与えることなく、所望の利点を与えるものを選ぶ。例えば、潤滑剤は、平坦化中、研摩物品と半導体ウェハ表面の間の摩擦を減じる目的で加工液に含めてもよい。
【００４４】
無機微粒子もまた加工液に含めてもよい。これらの無機微粒子を用いて、金属および／または誘電体の除去速度を増大することができる。かかる無機微粒子としては、シリカ、ジルコニア、炭酸カルシウム、クロミア、セリア、セリウム塩（例えば、硝酸セリウム）、ガーネット、シリケートおよび二酸化チタンが例示される。これらの無機微粒子の平均粒子サイズは、約１，０００オングストローム未満でなければならず、好ましくは約５００オングストローム未満、より好ましくは約２５０オングストローム未満である。微粒子を加工液に添加してもよいが、研摩物品に固定された前述の三次元研摩複合体を利用するＣＭＰプロセスは、無機微粒子、例えば、研摩物品と関連のない疎性研摩粒子を実質的に含まない加工液を用いるのが好ましい。加工液は、１重量％未満、好ましくは０．１重量％未満、より好ましくは０重量％の無機微粒子を含むのが好ましい。構造化ウェハの中間表面から銅を除去するのに有効な特に好ましい加工液は、キレート化剤、酸化剤、イオン性バッファおよびパッシベーション剤を含む。好ましい加工液は、（重量パーセントで）約０．５％〜約１２．５％、好ましくは約１．０％〜約７．５％、より好ましくは約１．０％〜約５．０％、最も好ましくは約３．３％の濃度の過酸化水素、約１．０％〜約８．０％、好ましくは約２．０％〜約６．０％、より好ましくは約２．０％〜約４．０％、最も好ましくは約３．０％の濃度のリン酸水素アンモニウム、約０．５％〜約５．０％、好ましくは約０．５％〜約２．０％、より好ましくは約０．７５％〜約１．５％、最も好ましくは約１．０％の濃度のイミノ二酢酸、約０．０２５％〜約０．２％、好ましくは約０．０５％〜約０．１５％、最も好ましくは約０．０５％の濃度のトリルトリアゾール、および残部（９２．６５％）の水を含む。当業者であれば、界面活性剤、粘度調節剤およびその他既知の添加剤を特定の用途に必要とされるように加工液に添加してよいことが分かるであろう。
【００４５】
ウェハ表面に適用される加工液の量は、金属または金属酸化物成膜を表面から除去するのを補助するのに十分なものであるのが好ましい。基本の加工液および／または化学エッチング剤で多くの場合十分である。研磨を施す際に、第１の加工液に加えて平坦化界面に第２の液体を存在させることが必要な場合もある。この第２の液体は第１の液体と同じであっても違うものであってもよい。
【００４６】
本発明の加工液はまた従来の研磨スラリーにも用いてよい。当業者に知られているように、かかるスラリーは通常１種類以上の研磨微粒子を液体媒体、通常、水中に含んでいる。微粒子は、シリカ、アルミナ、ジルコニアおよびセリアのうち１種類以上を、スラリー中の研摩剤の濃度で液体中の粒子の合計が約２重量％〜約１０重量％含んでいてもよい。本発明の加工液がスラリーに含まれる場合には、前述の個々の成分は、上記に示した重量パーセントでスラリーの液体部分に存在しているのが好ましい。安定なスラリーを形成するために、加工液全体に研摩微粒子を分散させる補助として、少量の分散剤または界面活性剤がスラリーに含まれているのが好ましい。分散剤および界面活性剤は業界に周知であり、特定の分散剤または界面活性剤の選択は、研摩微粒子およびその特性の選択に依存している。分散剤は、例えば、カーク−オスマー化学技術百科事典、第４版、８巻（Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ａｎｄ Ｓｏｎｓ）（１９９３年）に開示されている。本発明に用いるのに適した界面活性剤は、カーク−オスマー化学技術百科事典、第４版、２３巻（Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ａｎｄ Ｓｏｎｓ）（１９９７年）に開示されている。スラリーの残部は通常水である。
【００４７】
本発明の加工液は、銅および恐らく、その他金属の表面に生じる碗状変形を減じることにより研磨特性を改善する。具体的に、本発明の加工液で処理した銅を含む中間ウェハ表面の銅の領域における碗状変形は、約１０００Å未満である。さらに、本発明の加工液を利用するＣＭＰプロセスには、１分当たり約１０００Åを超える高除去速度という特徴がある。こうした高い除去速度は、加工液がキレート化剤としてＩＤＡを、そしてそれと組み合わせてパッシベーション剤としてトリルトリアゾールの両方を含む場合に通常得られる。特に好ましい実施形態において、加工液はＩＤＡとトリルトリアゾールを含み、これは相乗的に作用して、低碗状変形と高除去速度の両方により構造化ウェハの表面から銅を除去する加工液を提供するものと考えられる。
【００４８】
研摩物品４１が三次元形状の研摩物品の場合には、物品４１は、一般に、研摩物品の支持のためサブパッド４３に固定されている。ある程度、サブパッドは剛性を与えて、研摩物品が露出したウェハ表面を効果的に研摩し、同様に、研摩物品が露出ウェハ表面に適合する。当業者であれば、特定のサブパッド（例えば、サブパッドの物理特性）を選択できる。サブパッド構造については、例えば、ここに参考文献として組み込まれる米国特許出願第０９／０９１，９３２号にさらに記載されている。前述の三次元形状の研摩物品の構造についてはまた、出願’９３２号および１９９７年１２月２日発行の米国特許証第５，６９２，９５０号（Ｂｒｕｘｖｏｏｒｔら）「半導体ウェハ修正のための研摩構造体」にも更に詳細がある。
【００４９】
研磨される対象物の表面と、研磨パッドの表面に均一な摩耗速度を与える方法は、米国特許第５，２０，２８３号、第５，１７７，９０８号、第５，２３４，８６７号、第５，２９７，３６４号、第５，４８６，１２９号、第５，２３０，１８４号、第５，２４５，７９０号および第５，５６２，５３０号に記載されている。これらの方法は、本発明に用いてもよい。スラリーと組み合わせて、シートパッド材料の連続ベルトか供給ロールを用いるウェハ平滑化プロセスはまた、テクスチャード三次元研摩複合体および加工流体のベルトまたはロールに変えた変形例としてもよい。特定の研摩表面との相互作用には元々依存していないウェハキャリアの構造およびウェハ支持／取付け手段のような研磨に関連した技術を、本発明のテクスチャード三次元研摩複合体を含む研摩物品と共に用いてもよい。
【００５０】
ウェハ処理に影響する可能性のある変数としては、ウェハ表面と研摩物品間の適正な接触圧力、液体媒体のタイプ、ウェハ表面と研摩物品間の相対速度および相対運動、および液体媒体の流速が挙げられる。これらの変数は相互に依存しており、処理される個々のウェハ表面に基づいて選択される。
【００５１】
通常、単一の半導体ウェハについてのプロセス工程は数多くあるため、比較的高除去速度の材料が望まれる。本明細書に記載した加工液については、除去速度は、１分当たり少なくとも１０００オングストローム、好ましくは１分当たり少なくとも２０００オングストローム、より好ましくは１分当たり少なくとも３０００オングストローム、最も好ましくは１分当たり少なくとも４０００オングストロームである。研摩物品の除去速度は、機械の条件および処理されるウェハ表面のタイプに応じて変わる。高除去速度とするのが望ましいが、所望の表面仕上げおよび／またはウェハ表面のトポグラフィーを損なうほど、または平坦化プロセスの制御を困難にするほど高くないのが好ましい。
【００５２】
ウェハの表面仕上げは公知の方法により評価することができる。好ましい方法の一つは、「粗さ」の尺度となり、引っ掻き傷やその他表面の欠陥を示すウェハ表面のＲｔ値を測定するものである。例えば、Ｗｙｋｏ社（アリゾナ州、タクソン）のＲＳＴ ＰＬＵＳテクニカルリファレンスマニュアルの第２章を参照のこと。ウェハ表面を修正して、約１０００オングストローム以下、より好ましくは約１００オングストローム以下、さらに好ましくは約５０オングストローム以下のＲｔ値となるのが好ましい。
【００５３】
Ｒｔは、Ｗｙｋｏ社より調達されるＷｙｋｏ ＲＳＴ ＰＬＵＳ干渉計のような干渉計や、ＴＥＮＣＯＲ側面計を用いて測定される。引っ掻き傷の検出もまた暗視野顕微鏡により測定される。引っ掻き傷の深さは、例えば、デジタルインスツルメンツ（カリフォルニア州、サンタバーバラ）より入手可能な「ディメンジョン５０００」走査プローブ顕微鏡を用いて原子力顕微鏡により測定してもよい。引っ掻き傷および欠陥のない表面が極めて望ましい。
【００５４】
研摩物品とウェハ表面の間の界面圧力（すなわち、接触圧力）は、通常、約３０ｐｓｉ未満、好ましくは約１５ｐｓｉ未満、より好ましくは約６ｓｐｉ未満である。本明細書に記載した構造化研摩物品を本発明の方法に用いると、実証された界面圧力で良好な除去速度を与えることが知見された。また、平坦化プロセスのうち２つ以上の処理条件を用いてもよい。例えば、第１の処理セグメントは第２の処理セグメントより高い界面圧力を有していてもよい。平滑化プロセス中のウェハおよび／または研摩物品の回転および並進速度もまた可変である。
【００５５】
研摩物品の凹部は、加工液をウェハ全表面に分散させるのを補助する通路として作用する。凹部はまた、摩耗した研摩粒子およびその他異物をウェハと研摩物品の界面から除去するのを補助する通路としても作用する。凹部はまた、研摩物品がウェハ表面に固着したり留まる傾向にある「スティクション」として業界に知られた現象も防ぐ。
【００５６】
本発明の研摩物品は円形、すなわち研摩ディスクの形態であってもよい。円形研摩ディスクの外側端部は平滑であるのが好ましいが、この代わりにスカラップであってもよい。研摩物品はまた、楕円形、または三角形、四角形、矩形等のような多角形形状の形態とすることもできる。あるいは、研摩物品は、研摩業界では一般に研摩テープロールと呼ばれる、ベルトの形態、またはロールの形態であってもよい。修正プロセス中、研摩テープロールに印をつけてもよい。研摩物品を穿孔して、研摩コーティングおよび／またはバッキングに開口部を設けて、使用前、使用中、または使用後、液体媒体を通過させてもよい。
【００５７】
上述したことは、本発明の加工液と組み合わせて用いるのに好適な研摩物品の例証である。本発明の加工液と組み合わせて用いる研摩物品は、再調整の必要なしに、少なくとも２個、好ましくは少なくとも５個、より好ましくは少なくとも２０個、最も好ましくは少なくとも３０個の銅含有ウェハを完成させることができるという点で長い耐用寿命を示す。
【００５８】
本発明をさらに以下の実施例により例証するがこれに限られるものではない。特に断らない限り、濃度は重量パーセントである。
【００５９】
実施例
本明細書における試験では以下の手順を用いた。
【００６０】
手順Ｉ
複合体微構造固定研摩剤を用いてウェハ表面から金属を除去する数多くの研磨溶液の能力は、ウェハ表面の処理をシミュレートするこの手順Ｉに従って求めた。この試験手順のウェハ表面は銅表面を有する二酸化シリコンのコートされたシリコンベースウェハであった。ブランケットウェハは平らで、平らで平滑な金属コーティングを有しており、パターン化ウェハは、銅でコンフォーマルにコートされた表面トポグラフィーというフィーチャーを有している。
【００６１】
銅コートブランケットウェハを、ウェハネットまたはシリコンバレーマイクロエレクトロニクス（両社ともカリフォルニア州、サンホセ）より調達した直径１００ｍｍ、厚さ約０．５ｍｍの単結晶シリコンベースユニットから作成した。金属層の成膜の前に、約５，０００Åの厚さの二酸化シリコン層をシリコンウェハ上に成長させた。チタン接着／バリア層を金属成膜の前に二酸化シリコン層上に成膜させた。Ｔｉの厚さは通常２００Åで、１００〜３００Åの範囲であった。Ｃｕの均一層を、物理蒸着（ＰＶＤ）を用いてシリコンベースに成膜した。金属層の厚さは通常１１，０００〜１２，０００Åであった。これはＴＥＮＣＯＲインスツルメンツプロメトリックス部門（カリフォルニア州、サンタクララ）のオムニマップＮＣ１１０非接触金属モニタリングシステムにより測定した。
【００６２】
銅パターン化ウェハを、熱成膜技術を用いて、１００ｍｍのシリコンウェハの表面に１０，０００Åの熱酸化シリコンをまず形成することにより作成した。乾燥エッチング技術により、一連の１００ミクロン平方のフィーチャーをエッチングすることにより、約７，０００Åの深さまで、ウェハをパターン化した。二酸化物の上に４００ÅのＴｉＮコーティングと、ＴｉＮバリア層上に１，２０００ÅのＰＶＤ銅コーティングをするために、ウェハをウェハネット（カリフォルニア州、サンホセ）へ送った。
【００６３】
試験機は、図３に示した装置と同様の修正Ｓｔｒａｓｂａｕｇｈラップ機、型番６Ｙ−１であった。ウェハのワークを、「ＤＦ２００」という商品名でＲｏｄｅｌ（デラウェア州、ニューアーク）より入手可能なフォームバッキングに載せ、このアセンブリをスプリング入りのプラスチック保持リングに入れた。本実施例研摩物品を、ジェネラルエレクトリック構造化プラスチック、ジェネラルエレクトリック社（ニューヨーク州、シェネクテディ）より入手した２０ミルの「ＰＣＦ２０」ポリカーボネートシート支持パッドに接合し、３Ｍ（ミネソタ州、セントポール）より入手した３Ｍ接着剤４４２ＤＬまたは９６７１ＬＥにより、Ｖｏｌｔｅｋ、積水アメリカ社（マサチューセッツ州、ローレンス）の一部門より得られた９０ミルの酢酸エチレンビニル独立気泡フォームにラミネートし、パッドをＳｔｒａｓｂａｕｇｈのプラテンに固定した。
【００６４】
ウェハを保持するキャリアヘッドを、手順ＩＩＩにより作成された研摩物品と接触させた。ウェハを約４０か６０ｒｐｍで回転させ、プラテンをキャリアヘッドと同じ速度で回転させた。ウェハと研摩物品は両方とも時計回りに回転させた。回転に加えて、研摩物品の端部から約１３ｍｍから始めてウェハをアーク（約３１ｍｍを９秒の周期で）により動かした。プラテンの直径は１２インチであった。研摩物品とキャリアヘッドを、特に断りのない限り、約３５０ＫＰａ（５０ポンド）の圧下力で互いに接触させた。加工液をウェハと接触させる前に研摩物品に送出した。研磨中、加工液を約４０ｍｌ／分の流速でウェハと研摩剤の界面に送出した。研摩物品を用いてブランケットウェハを１分間（６０秒間）のサイクルで研磨した。研磨サイクルの後、ウェハをホルダーから取り外し、脱イオン水で濯いだ。
【００６５】
金属フィルムの厚さの変化を求めて金属の除去速度を計算した。初期（研磨前）と最終（研磨後）の測定をＮＣ１１０の同じ位置で行った。５回の読取を平均して１分当たりのオングストローム（Å／分）で除去速度を求めた。ブランケット金属コートウェハを用いて、金属フィルム厚さの除去速度を求めた。
【００６６】
パターン化ウェハを用いて、碗状変形の程度を判断した。１００ミクロン平方のフィチャーを研磨中に露出し、ウェハのフィーチャーを測定して、表面領域の碗状変形の程度を判断した。そこから銅が除去されて、二酸化シリコンストップ層またはバリア層金属ストップ層が露出されていた。ＴＥＮＣＯＲ Ｐ−２２自動表面側面計（ＴＥＮＣＯＲインスツルメンツ、カリフォルニア州、サンタクララ）を用いて碗状変形を測定した。
【００６７】
手順ＩＩ
複合体微構造固定研摩剤を用いてウェハ表面から金属を除去する数多くの研磨溶液の能力は、この手順ＩＩに従って求めた。この試験手順のウェハ表面は銅表面を有する二酸化シリコンのコートされたシリコンベースブランケットウェハであった。ブランケットウェハは平らで、平らで平滑な金属コーティングを有しており、パターン化ウェハは、銅でコンフォーマルにコートされた表面トポグラフィーというフィーチャーを有している。
【００６８】
銅コートブランケットウェハを、ウェハネット（カリフォルニア州、サンホセ）より調達した直径２００ｍｍ、厚さ約０．５ｍｍの単結晶シリコンベースユニットから作成した。シリコンウェハへの層の成膜はウェハネットにより実施した。金属層の成膜の前に、二酸化シリコン層をシリコンウェハ上に成長させた。この層の厚さは約５，０００Åであった。チタン接着層をバリア層金属成膜の前に二酸化シリコン層上に成膜させた。Ｔｉの厚さは２００Åであった。窒化チタン（ＴｉＮ）バリア層を金属成膜の前にＴｉ層上に成膜した。ＴｉＮの厚さもまた２００Åであった。Ｃｕの均一層を、物理蒸着（ＰＶＤ）を用いてシリコンベースに成膜した。金属層の厚さは通常１１，０００〜１２，０００Åであった。これはＴＥＮＣＯＲインスツルメンツプロメトリックス部門（カリフォルニア州、サンタクララ）のオムニマップＮＣ１１０非接触金属モニタリングシステムにより測定した。
【００６９】
直径２００ｍｍの銅パターン化ウェハは、ＳＫＷアソシエーツ（カリフォルニア州、ロスアルトス）より調達した。パターン化ウェハは銅ダマシンＣＭＰ特性ウェハ：ＳＫＷ６−１と指定される。ウェハは、プラズマ強化テトラエチルオルソシリケート（ＰＥＴＥＯＳ）により成膜した８０００Åの二酸化シリコン、５００Åのタンタル（Ｔａ）バリア層、５００Åの銅シード層および１５，０００Åの電気めっき銅の順でコートされた単結晶シリコンである。約８，０００Åの深さまで二酸化シリコンにエッチングされたパターンは、碗状変形測定に用いた１２０ミクロン平方のボンドパッドの配列を含んでいる。
【００７０】
試験機は、図３に示した装置と同様のＷｅｓｔｅｃｈシステムズ社の型番３７２−０１００１自動ウェハポリッシャ（アリゾナ州、フェニックス）であった。ウェハのワークを、キャリアヘッドにおいて「ＤＦ２００」という商品名でＲｏｄｅｌ（デラウェア州、ニューアーク）より入手可能なフォームバッキングに載せた。本実施例研摩物品を、ジェネラルエレクトリック構造化プラスチック、ジェネラルエレクトリック社（ニューヨーク州、シェネクテディ）より入手した２０ミルの「ＰＣＦ２０」ポリカーボネートシート支持パッドに接合し、３Ｍ（ミネソタ州、セントポール）より入手した３Ｍ接着剤４４２ＤＬまたは９６７１ＬＥにより、Ｖｏｌｔｅｋ、積水アメリカ社（マサチューセッツ州、ローレンス）の一部門より得られた９０ミルの酢酸エチレンビニル独立気泡フォームにラミネートし、パッドをＷｅｓｔｅｃｈ ３７２のプラテンに固定した。
【００７１】
ウェハを保持するキャリアヘッドを、手順ＩＩＩにより作成された研摩物品と接触させた。ウェハを約２０、３０または４０ｒｐｍで回転させ、プラテンをキャリアヘッドと同じ速度プラス１、すなわち２１、３１または４１ｒｐｍで回転させた。ウェハと研摩物品は両方とも時計回りに回転させた。プラテンの直径は２２．５インチであった。回転に加えて、研摩物品の端部から約１３ｍｍから始めてウェハをアーク（約４８ｍｍの長さ、１０ｍｍ／秒の速度で）により振動させた。研摩物品とキャリアヘッドを１０秒間１平方インチ当たり０．７ポンドｐｓｉの圧下力で互いに接触させ、実施例に規定された３または４（ｐｓｉ）まで約１０秒間にわたって圧力を急速に上げた。加工液をウェハと接触させる前に研摩物品に送出した。研磨中、加工液を約２２５ｍｌ／分の流速でウェハと研摩剤の界面に送出した。研摩物品を用いてブランケットウェハを１分間（６０秒間）のサイクルで研磨した。６０秒の研磨サイクルの後、圧力を５秒間減じ、ウェハをホルダーから取り外し、脱イオン水で濯いだ。
【００７２】
金属フィルムの厚さの変化を求めて金属の除去速度を計算した。初期（研磨前）と最終（研磨後）の測定をＮＣ１１０の同じ位置で行った。４９回の読取を平均して１分当たりのオングストローム（Å／分）で除去速度を求めた。ブランケット金属コートウェハを用いて、金属フィルム厚さの除去速度を求めた。
【００７３】
パターン化ウェハを用いて、碗状変形の程度を判断した。１２０ミクロン平方のフィチャーを研磨中に露出し、ウェハのフィーチャーを測定して、表面領域の碗状変形の程度を判断した。そこから銅が除去されて、二酸化シリコンストップ層またはバリア層金属ストップ層が露出されていた。ＴＥＮＣＯＲ Ｐ−２２自動表面側面計（ＴＥＮＣＯＲインスツルメンツ、カリフォルニア州、サンタクララ）を用いて碗状変形を測定した。
【００７４】
手順ＩＩＩ（研摩物品を作成する一般的手順）
研摩物品の作成を説明するのに下記の材料の表示を用いる。
【００７５】
【表１】
材料の表示

【００７６】
実施例で用いた研摩物品は次のようにして作成した。
【００７７】
近接する複数の円柱状ポストから構成された鋳造表面を有する金属マスターツール上にポリプロピレン材料を鋳造することにより、ポリプロピレン生成ツールを作成した。円柱状パターンは、所望の外見上のベアリング領域を与えるように選択されたポスト内間隔を備え、近接するベースが三角形の配列に配置されるようになっていた。得られた生成ツールには円柱状のキャビティが含まれていた。
【００７８】
２００−１８ミクロンのポストポターンは円柱状ポストの三角形配列であり、ポストの直径は２００ミクロン、高さは４０ミクロン、中心から中心の間隔は４８６ミクロンである。２００−２５ミクロンのポストポターンは円柱状ポストの三角形配列であり、ポストの直径は２００ミクロン、高さは５６ミクロン、中心から中心の間隔は３７３ミクロンである。
【００７９】
マスキングタイプの感圧接着テープを用いて生成ツールを金属キャリア板に固定した。９．９９％のＳＲ９００３、１４．９９％のＳＲ３３９、２．５１％のＤｙｓｐｅｒｂｙｋ１１１、０．８０％のＬＲ８８９３Ｘ、７１．７１％のＴＲＳ２０９３からなる研摩スラリーを高剪断ミキサーを用いて均一になるまで混合した。研摩スラリーを８０μｍのフィルタそして６０μｍのフィルタに続けて通してろ過した。この研摩スラリーを、スキージを用いて生成ツールのキャビティにコートした後、デュポン製の５ミルのポリエステルフィルムＭｅｌｉｎｅｘ６１を生成ツールのキャビティにある研摩スラリーと接触させた。物品をＣｈｅｍインスツルメンツより市販されているベンチトップの実験室用ラミネータ型番＃００１９９８に通過させた。約２８０〜５６０Ｐａ（４０〜８０ｐｓｉ）の圧力および約２〜７の速度設定で物品を２本のゴムローラの間に連続的に供給した。水晶板を物品を覆うように置いた。アメリカンウルトラバイオレット社より市販されている２つの鉄ドープランプ、またはフュージョンシステムズ社より市販されている２つの紫外（「Ｖ」バルブ）を、約１５７．５ワット／ｃｍ（４００ワット／インチ）で操作して、バッキングおよび研摩スラリーと共にツールを通過させることにより、物品を硬化した。放射線がフィルムバッキングを通過した。速度は約１０．２〜１３．７メートル／分（１５〜４５フィート／分）であり、試料を２回まで通過させた。
【００８０】
手順ＩＶ（加工液）：
オリン社（コネチカット州、ノーウォーク）より入手した半導体等級の過酸化水素を３０％溶液として適宜希釈して用い、加工液を調製した。リン酸水素アンモニウム（ＡＣＳ試薬等級）、イミノ二酢酸、クエン酸アンモニウム、トリルトリアゾール（５−メチル−１−Ｈ−ベンゾトリアゾール）および１−Ｈ−ベンゾトリアゾールはアルドリッチケミカル社（ウィスコンシン州、ミルウォーキー）より入手した。
【００８１】
全ての溶液に脱イオン水を用いた。固体を別個に秤量し、適正な希釈となるまで３０％の過酸化水素を加えた水に溶解した。以下の実施例について、溶液は全て３．０％のリン酸水素アンモニウムと３．３％の過酸化水素を含んでいる。キレート化剤、イミノ二酢酸またはクエン酸アンモニウムは異なり、そしてパッシベーション剤、トリルトリアゾールまたはベンゾトリアゾールは実施例によって異なる。各溶液の残部は脱イオン水であった。
【００８２】
試薬とその量は、実験室規模の調製で３．３％の過酸化水素、３．０％のリン酸水素アンモニウム、１．０％のイミノ二酢酸および０．０５％のトリルトリアゾールである。
【００８３】
【表２】

【００８４】
比較例Ａ
パターン化ウェハについて、接着／バリア層が２００ÅのＴｉであり、銅コーティングが約１０，０００Åであり、ボンドパッドのエッチング深さが約５，０００Åであった以外は、手順Ｉを用いて本明細書に記載された試験研摩物品とした。プラテン速度は６７ｒｐｍであり、キャリア速度は１００ｒｐｍであり、流速は８０ｍｌ／分であった。手順ＩＩＩに従って作成した研摩物品を用いて２００−２５のポストパターンとした。
【００８５】
０．５０％のクエン酸アンモニウムをキレート化剤として、そして０．１０％のベンゾトリアゾールをパッシベーション剤として含む加工液を手順ＩＶに従って調製した。手順Ｉに従って溶液を試験した。ウェハの大部分の領域に、ウェハ表面から除去された銅とチタンがあり、エッチングされた１００ミクロン平方のフィーチャーとその他のエッチングされたフィーチャー以外は二酸化シリコンストップ層が露出した。ウェハ上の１００ミクロン平方のフィチャーの断面を測定して、銅が除去されて、二酸化シリコンストップ層の露出した部分の碗状変形の程度を判断した。ＴＥＮＣＯＲ Ｐ−２２側面計を用いて碗状変形を測定した。ウェハの４つの異なる部位を測定した。測定結果を表１に示してある。
【００８６】
【表３】
表１

【００８７】
比較例Ｂ
接着／バリア層が厚さ約３００〜６００ÅのＴｉＮで、ボンドパッドが１００ミクロン平方で、トレンチを約５，０００Åまでエッチングし、銅の厚さが約１２，０００Åであった以外は手順ＩＩを用いた。ウェハをＳＫＷアソシエーツ製ウェハと同じやり方で製造した。ただし必ずしも同じでなくてもよい。銅ダマシンＣＭＰプロセスを評価するためにパターン化ウェハを作成した。
【００８８】
手順ＩＩＩに従って作成した研摩物品を用いて２００−２５のポストパターンとした。０．５０％のクエン酸アンモニウムをキレート化剤として、そして０．１０％のベンゾとリアゾアールをパッシベーション剤として含む加工液を手順ＩＶに従って調製した。ウェハの圧力を４ｓｐｉに、背圧を１ｓｐｉに設定して加工液を手順ＩＩに従って試験した。プラテンとキャリアの速度はそれぞれ３０と３１ｒｐｍであった。最初の２つのブランケットウェハの１分間の研磨のための除去速度は、均一性約３５〜４０％で３９２８と４１５９Å／分であった。パターン化ウェハの前のブランケットウェハの１分間研磨のための除去速度は３６５８Å／分であった。パターン化ウェハは同じ条件下で２．０分間操作され、大略の除去速度をチェックした。均一性のプロフィールはセンタースローであり、最後の２分間の研磨は３ｐｓｉの背圧で行った。ウェハは外側に向かって実質的に清浄にされたが、直径約４インチの銅が中心に残っていた。ＴＥＮＣＯＲ Ｐ−２２側面計を用いて碗状変形を測定した。ウェハの４つの異なる部位を測定した。測定結果を表２に示してある。
【００８９】
【表４】
表２

【００９０】
実施例１
手順ＩＩＩに従って２００−１８のポストパターンを有する研摩物品を作成した。１．０％のイミノ二酢酸をキレート化剤として、そして０．１０％のベンゾトリアゾールをパッシベーション剤として含む加工液を手順ＩＶに従って調製した。加工液の化学的性質を、プラテンとキャリアの速度が４０ｒｐｍだった以外は手順Ｉに従って試験した。１分間研磨したパターン化ウェハの前のブランケットウェハの除去速度は３８８Å／分であった。これは有用と考えるには低すぎる。パターン化ウェハは１２分後最端部で清浄となり始めた。２分おきにチェックを続けた。パターンフィーチャーが約１８分後ウェハの外側周辺で清浄となり始めた。２３分後、小さな円状の銅が中心に残っていた。バリア層は外側から清浄にされた。研磨は、２５分後、ウェハの中心部分近傍のバリア層ストップまで、そしてウェハ外側近傍の酸化物ストップまで完了した。ＴＥＮＣＯＲ Ｐ−２２側面計を用いて碗状変形を測定した。ウェハの９つの異なる部位を測定した。測定結果を表３に示してある。
【００９１】
【表５】
表３

【００９２】
実施例２
手順ＩＩＩに従って２００−２５のポストパターンを有する研摩物品を作成した。１．０％のイミノ二酢酸をキレート化剤として、そして０．０５％のトリルトリアゾールをパッシベーション剤として含む加工液を手順ＩＶに従って調製した。加工液の化学的性質を、プラテンとキャリアの速度を６０ｒｐｍとして手順Ｉに従って試験した。パターン化ウェハの前のブランケットウェハの除去速度は１７００Å／分であった。パターン化ウェハを５．０分間研磨し、ブランケットの外観とした。パターン化ウェハをポリッシャーに戻し、２．０分間研磨した。計７分後、ウェハはＴｉＮバリア層まで完全に清浄にされた。バリア層は均一な色ではなく、これは部分的に除去されたであろうことを示すものである。ＴＥＮＣＯＲ Ｐ−２２側面計を用いて碗状変形を測定した。ウェハの９つの異なる部位を測定した。測定結果を表４に示してある。
【００９３】
【表６】
表４

【００９４】
実施例３
手順ＩＩＩに従って２００−１８のポストパターンを有する研摩物品を作成した。１．０％のイミノ二酢酸をキレート化剤として、そして０．０５％のトリルトリアゾールをパッシベーション剤として含む加工液を手順ＩＶに従って調製した。加工液の性能を手順Ｉに従って試験した。プラテンとキャリア速度は４０ｒｐｍであった。パターン化ウェハの前のブランケットウェハで求めた除去速度は１７５５Å／分であった。パターン化ウェハを６．０分間研磨したところ、ウェハの中心で約６０〜７０％清浄にされた。ウェハをポリッシャーに戻し、さらに３０秒間研磨して、１つの小領域を除いてＴｉＮバリア層まで全ウェハを実質的に清浄にした。ウェハの碗状変形についてＴＥＮＣＯＲ Ｐ−２２で測定した。試験した９つの部位はウェハに延在する２つの垂直な直径にある。４つの端の部位は清浄になったと考えられたが、５つの内側の部位は３０秒の追加の研磨が必要だと考えられた。碗状変形値を下記の表５の３列目に記してある。パターン化ウェハのバリア層除去について明視野光学顕微鏡で観察した。バリア層は銅充填トレンチの密度の高いウェハの領域で部分的に除去されていたが、パターンの見つからない領域では除去されていなかった。
【００９５】
新しい研摩物品と新しい化学的性質のバッチでの違う日の同条件での別の実験において、同じパターン化ウェハを再び研磨して、ＴｉＮ層が除去されたかどうか観察した。パターン化ウェハを１．０分間、そしてさらに３０秒研磨した。最初の追加の分の後、銅が清浄にされただけの小領域を除いて、バリア層は二酸化シリコンストップまで除去された。これはウェハの色が均一であることにより示された。光学顕微鏡によりバリア層の除去が確認された。最後の３０秒間で残りのバリアの大半が除去され、最後には銅の部位も清浄にされた。対応する部位で碗状変形をＴＥＮＣＯＲ Ｐ−２２により再び測定したが、その部位のボンドパッドは正確に同じセットではなかった。碗状変形値を下記の表５の最後の列に記してある。
【００９６】
【表７】
表５

【００９７】
実施例４
手順ＩＩＩに従って２００−１８のポストパターンを有する研摩物品を作成した。１．０％のイミノ二酢酸をキレート化剤として、そして０．０５％のトリルトリアゾールをパッシベーション剤として含む加工液を手順ＩＶに従って調製した。加工液の化学的性質を、ウェハに背圧をかけずに手順ＩＩに従って試験した。最初のブランケット速度のウェハをプラテンとキャリアの速度をそれぞれ４０と４１にして３ｐｓｉで操作した。均一性５．８４％で除去速度は２６７９Å／分であった。第２のブランケット速度のウェハをプラテンとキャリアの速度をそれぞれ４０と４１にして４ｐｓｉで操作した。均一性４．４６％で除去速度は２６３８Å／分であった。第３のブランケット速度のウェハをプラテンとキャリアの速度をそれぞれ６０と６１にして３ｐｓｉで操作した。均一性３．４２％で除去速度は２５４７Å／分であった。タンタルストップまで実質的に清浄になったら、パターン化されたウェハをプラテンとキャリアの速度を４０と４１にして４分間（まだ清浄にならず）プラス２．５分間３ｐｓｉで操作した。ＴＥＮＣＯＲ Ｐ−２２側面計を用いて碗状変形を測定した。ウェハの３つの異なる部位を測定し、表６に記してある。
【００９８】
【表８】
表６

【００９９】
パターン化ウェハをポリッシャーに戻し、同じ条件で３０秒以上研磨した。この研磨により、タンタルストップにあった最後の僅かな銅が除去された。これは、追加の研磨と考えられる。表７に同じデータと、ＴＥＮＣＯＲ Ｐ−２２から集めた追加のデータを示す。追加の研磨後に検査された部位は、測定済みの部位とは同じでなかった。中心と端部の間の途中の部位は互いに９０度で、ウェハの中心から３つの異なる円弧からであった。
【０１００】
【表９】
表７

【０１０１】
上述の実施例は狭い範囲の碗状変形値を示す。上述の実施例で用いた本発明の加工液は、比較例ＡおよびＢで用いた加工液により得られた碗状変形値より、銅について大幅に低い碗状変形値を示す。さらに、ウェハから銅を実質的に清浄にした後（追加の研磨）、ウェハをさらに研磨すると、実施例の構造化ウェハについて追加の碗状変形のレベルが低い。均一性が非常に不良で、ウェハのいくつかの部分は清浄でもその他の部分に除去すべき銅があると、追加の研磨での追加の碗状変形のレベルは大きくなり得、さらにウェハ全体を研磨する必要がある。比較例において、最大の碗状変形数（最も深い）銅ボンドパッドは最初に清浄にされて追加の研磨により深くなる一方で残りのボンドパッドが清浄されると考えられる。実施例の碗状変形値は約４００〜約１０００Åであるが、実施例によっては、当業者であれば、最新の研磨機器でのプロセス最適化によって碗状変形値を大幅に改善することができるであろう。
【０１０２】
さらに、本発明の実施例２〜４の結果によれば、実施例１に比べて材料の除去速度が改善されている。この特筆すべき性能の改善は、加工液中のＩＤＡとトリルトリアゾール成分間の相乗作用によるものと考えられる。実施例１の加工液において、この加工液の除去速度において特筆すべき減少を示したパッシベーション剤はベンゾトリアゾールであった。
【０１０３】
本発明の好ましい実施形態を詳細に説明してきたが、本発明の技術思想から逸脱することなく当業者であれば説明した実施形態を変更することができるものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 表面修正前の構造化ウェハの一部の概略断面図。
【図２】 表面修正後の構造化ウェハの一部の概略断面図。
【図３】 半導体製造に用いるウェハ表面を修正する装置の部分概略側面図。

Claims (8)

1. 酸化剤と、
   イオン緩衝剤と、
   パッシベーション剤と、
   イミノ二酢酸とその塩から選ばれるキレート化剤と、
   水と、
   を含む成分の溶液である、半導体デバイスの製造に適したウェハ表面を修正するのに用いる加工液。
2. 前記パッシベーション剤が、ベンゾトリアゾール、トリルトリアゾールおよびその組み合わせからなる群より選択される請求項１記載の加工液。
3. 前記酸化剤が過酸化水素であり、前記イオン緩衝剤がリン酸水素アンモニウムであり、前記パッシベーション剤がベンゾトリアゾール、トリルトリアゾールおよびその組み合わせからなる群より選択される請求項１記載の加工液。
4. 過酸化水素が０．５〜１２．５重量パーセントの濃度で前記液体に存在し、リン酸水素アンモニウムが１．０〜８．０重量パーセントの濃度で前記液体に存在し、前記パッシベーション剤が０．０２５〜０．２０重量パーセントの濃度で前記液体に存在し、前記キレート化剤が０．５〜５．０重量パーセントの濃度で前記液体に存在し、残部が水である請求項３記載の加工液。
5. ａ）パターンを形成するために表面がエッチングされた第１の材料と、前記第１の材料の表面を覆うように配置された第２の材料とを含むウェハを提供する工程と、
   ｂ）前記ウェハの前記第２の材料を、請求項１〜３のいずれか１項記載の加工液を存在させて研摩剤と接触させる工程と、
   ｃ）前記ウェハの露出表面が平面になり、露出した第１の材料の少なくとも一領域と露出した第２の材料の一領域を有するようになるまで、前記第２の材料を前記研摩剤と接触させながら前記ウェハを相対的に動かす工程と
   を含む半導体デバイスの製造に適したウェハ表面を修正する方法。
6. 前記研摩剤が、研摩物品に固定された三次元研摩複合体を含み、前記複合体がバインダーに固定および分散された複数の研磨粒子を含む請求項５記載の方法。
7. 前記研摩剤がスラリーと研磨パッドとを有し、前記スラリーが前記加工液と前記液体に分散された複数の研磨粒子とを含み、前記スラリーが前記研磨パッドを適用することにより前記ウェハの前記第２の材料と接触している請求項５記載の方法。
8. 研磨粒子と、
   請求項１〜３のいずれか１項記載の加工液と、
   を含む研磨スラリー。

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