JP4464111B2 - 銅配線研磨用組成物、半導体集積回路表面の研磨方法および半導体集積回路用銅配線の作製方法 - Google Patents
銅配線研磨用組成物、半導体集積回路表面の研磨方法および半導体集積回路用銅配線の作製方法 Download PDFInfo
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Description
酒石酸、マロン酸、リンゴ酸、クエン酸、マレイン酸およびフマル酸からなる群から選ばれた少なくとも一つの第一のキレート化剤、およびトリエチレンテトラミン、エチレンジアミンジ酢酸、エチレンジアミンテトラ酢酸、テトラエチレンペンタミン、グリコールエーテルジアミンテトラ酢酸、トランス−1,2−シクロヘキサンジアミンテトラ酢酸、o−フェナントロリン、これらの誘導体およびこれらの塩からなる群から選ばれた少なくとも一つの第二のキレート化剤を含有することを特徴とする銅配線研磨用組成物を提供する。
上記フェントン反応を効果的に進行させるためには、研磨の際に遊離した銅が研磨面に再付着したり、析出したりすることは望ましくない。そこで、研磨の際に遊離し発生する銅イオンをキレート化することが好ましい。
研磨が進行し面状の銅膜が除去され、銅配線のパターンが現れ、半導体集積回路表面上の銅は配線部分のみとなる。なお、本発明に関し、単に、「銅膜」という場合は、上記「面状の銅膜」の場合の他、銅配線のパターンとなった場合も含まれる。
このように、銅配線のパターンが現れた後は強い配位力のキレート化剤の作用が重要であり、弱い配位力のキレート化剤の作用は不要である。しかしながら、面状の銅膜の研磨においては、フェントン反応に必要な銅を供給しつつ、遊離する銅の再付着や析出を抑制するには、弱い配位力のキレート化剤の使用が重要であり、強い配位力のキレート化剤の存在はその妨げとなる。
銅配線が形成された後のフェントン反応を効果的に抑制するには、強い配位力のキレート化剤の量が、銅配線が形成された後の研磨で遊離する銅の全てもしくはそのほとんどと錯体を形成するのに足る量であり、面状の銅膜の研磨に際しては、弱い配位力のキレート化剤と強い配位力のキレート化剤の配合量や組成比が、フェントン反応を阻害しないようになっていることが好ましいものと思われる。
水、
過酸化水素、
式(1)の構造を有する化合物、
銅錯体としての安定度定数が2〜9のキレート化剤A、
および銅錯体としての安定度定数が10以上のキレート化剤B
を含有することを特徴とする銅配線研磨用組成物としてとらえることもできる。この範囲を外れると面状の銅膜の研磨においては高い研磨速度を維持しつつ、銅配線が形成された後の研磨速度を抑制する本発明の効果が得がたくなる。
本発明に用いられる研磨用組成物に配合される過酸化水素は、その量が少なすぎるとフェントン反応の進行が充分でなく、多すぎても反応が進行しない。過酸化水素の配合量が多過ぎると研磨速度が下がる理由は定かではないが、研磨において多量の酸素を研磨用組成物中に供給してしまうため、面状の銅膜表面上に強固な酸化膜を形成し、機械的研磨を阻害したり、面状の銅膜表面に形成された酸化膜がヒドロキシラジカルと銅との反応を阻害してしまうためではないかと考えられる。本発明の研磨用組成物における過酸化水素の配合量は、0.2〜20質量%が好ましく、0.5〜10質量%がより好ましく、1〜5質量%が最も好ましい。
研磨用組成物の組成は次のようにした。
酒石酸(安定度定数6)・・・・・・・・・・・・・・1質量%
マロン酸(安定度定数5)・・・・・・・・・・・・・1質量%
BTA・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・0.03質量%
EDTA(安定度定数19)・・・・・・・・・・・・0.1質量%
トリスヒドロキシメチルアミノメタン・・・・・・・・3.9質量%
水・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・残余
上記の組成の全100質量部に対し30%過酸化水素水5質量部を加えて、最終的に研磨用組成物中の過酸化水素の占める割合を1.4質量%となるように調整した。なお、アルミナは、例1,2共δ−アルミナであり、その平均粒子径は0.013μm、比表面積は100m2/gであった。
(ブランケットウェハ)
銅研磨速度評価用ウェハとして、Si基板上に厚さ1500nmのCu層を湿式メッキで成膜した8インチウェハ(Sematech社製000CUR015)を使用した。
Si基板上に形成されたSiO2よりなる絶縁膜に対し、配線密度50%で、配線幅5,10,25,50,75,100μmのパターンを有する配線を形成し、その配線パターンの形成された絶縁膜上に、厚さ25nmのTa層をスパッタリングにより成膜し、さらにその上に、厚さ1500nmのCu層を湿式メッキで成膜した8インチウェハ(商品名:831CMP000,Sematech製)を使用した。
KLAテンコール社製 tencor RS−75を用い、銅研磨速度評価用ウェハを研磨した際の研磨速度を測定した。
KLAテンコール社製 tencor HRP−100を用い、パターンウェハのパターン配線部分のディッシング速度を測定した。
研磨機としては、アプライドマテリアル社製研磨機 Mirraを使用した。
研磨用組成物の組成は、下記のようにした。
酒石酸(安定度定数6)・・・・・・・・・・・・2質量%
BTA・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・0.01質量%
トリスヒドロキシメチルアミノメタン・・・・・・・・4.2質量%
水・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・残余
上記の組成の全100質量部に対し30%過酸化水素水3.3質量部を加えて、最終的に研磨用組成物中の過酸化水素の占める割合を1質量%となるように調整した。
2 例2のデータ
Claims (7)
- 水、
過酸化水素を0.2〜20質量%、
式(1)の構造を有する化合物を0.001〜1質量%、
(式(1)中、Rは水素原子、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数1〜4のアルコキシ基またはカルボン酸基を表す。)
酒石酸、マロン酸、リンゴ酸、クエン酸、マレイン酸およびフマル酸からなる群から選ばれた少なくとも一つの第一のキレート化剤を0.1〜10質量%、および
トリエチレンテトラミン、エチレンジアミンジ酢酸、エチレンジアミンテトラ酢酸、テトラエチレンペンタミン、グリコールエーテルジアミンテトラ酢酸、トランス−1,2−シクロヘキサンジアミンテトラ酢酸、o−フェナントロリン、これらの誘導体およびこれらの塩からなる群から選ばれた少なくとも一つの第二のキレート化剤を0.01〜2質量%含有し、
第一のキレート化剤の第二のキレート化剤に対する組成比(質量比)が10/1〜30/1の範囲にある
ことを特徴とする銅配線研磨用組成物。 - さらに砥粒を含有する、請求項1または2のいずれかに記載の銅配線研磨用組成物。
- 砥粒の平均粒子径が0.005〜0.5μm、比表面積が30〜300m2/gの範囲にあり、その濃度が0.01〜10質量%の範囲にある、請求項3に記載の銅配線研磨用組成物。
- さらにトリスヒドロキシメチルアミノメタンを0.01〜10質量%の範囲で含有する、請求項1〜4のいずれかに記載の銅配線研磨用組成物。
- 配線用の溝を持つ表面に形成された銅膜を、請求項1〜5のいずれかに記載の銅配線研磨用組成物を用いて研磨する、半導体集積回路表面の研磨方法。
- 配線用の溝を持つ表面に形成された銅膜を、請求項1〜5のいずれかに記載の銅配線研磨用組成物を用いて研磨し、銅配線を形成する、半導体集積回路用銅配線の作製方法。
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