JP4774219B2 - ケミカルメカニカルプラナリゼーションのための多工程研磨溶液 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体ウェーハ材料のケミカルメカニカルプラナリゼーション（ＣＭＰ）に関し、より具体的には、半導体ウェーハから銅及びバリヤ金属を除去するためのＣＭＰ組成物及び方法に関する。
通常、半導体ウェーハは、ケイ素のウェーハと、回路配線のためのパターンを形成するために設けられた多数のトレンチを中に含む絶縁層とを有している。パターン配置は通常、ダマシン構造又は二重ダマシン構造を有している。バリヤ層がパターニングされた絶縁層を覆い、金属層がそのバリヤ層を覆っている。金属層は、パターニングされたトレンチを金属で埋めて回路配線を形成するのに少なくとも十分な厚さである。
多くの場合、ＣＭＰ加工は多数の研磨工程を含む。たとえば、「第一工程」が金属層をその下にあるバリヤ層から除去する。第一工程研磨は金属層を除去し、同時に、金属充填トレンチを有する平滑な面をウェーハ上に残して、研磨面に対して平坦な回路配線を提供する。第一工程研磨は、過剰な配線金属、たとえば銅を高い初期速度で除去する。第一工程での除去ののち、「第二工程」研磨が、半導体ウェーハ上に残るバリヤを除去することができる。この第二工程研磨は、バリヤ層をその下にある半導体ウェーハの絶縁層から除去して、平坦な研磨面を絶縁層上に提供する。通常、第一及び第二工程研磨は、それぞれ約２０００Å/min以上及び約１０００/min以下の除去速度を提供する。
残念ながら、これらの多数の研磨工程は法外な費用を要し、時間を費やす。特に、多数の研磨工程は、不要部分を選択的に除去するために異なるスラリー又は研磨溶液を使用する。換言するならば、一つのスラリーを「第一工程」に使用することができ、第二のスラリーを「第二工程」に使用することができる。さらには、第一及び第二の工程は通常、多数のプラテン上で実施されるため、連続する研磨工程の間に加工物又はウェーハを一つのプラテンから別のプラテンに移すことを要し、全体の加工時間を過度に増す。
Hollandらは、米国特許第６，２６１，１５８号で、金属及びバリヤ材料を研磨するための多工程ＣＭＰシステムを開示を開示している。Hollandは、一つの、複合プラテン上で研磨を実施することによって加工時間を最小限にすることを試みている。しかし、Hollandのシステムは、それぞれの材料（すなわち、金属及びバリヤ材料）の除去のために「第一スラリー」及び「第二スラリー」を使用している。したがって、Hollandのシステムもなお、従来技術の欠点を抱えている。
したがって、求められているものは、銅及びタンタルバリヤ材料を選択的に除去するための改良されたＣＭＰ組成物及び方法である。特に、銅及びタンタルバリヤ材料を選択的に除去するための、費用効果的に使用することができ、全体の加工時間を減らすＣＭＰ組成物及び方法が要望されている。
第一の態様で、本発明は、半導体ウェーハからタンタルバリヤ材料及び銅を研磨するのに有用な多工程水性組成物（multi-step aqueous composition）であって、酸化剤０．１〜３０重量％、無機塩又は無機酸０．０１〜３重量％、インヒビター０．０１〜４重量％、砥粒０．１〜３０重量％、錯化剤０〜１５重量％及び残余としての水を含み、１．５〜６のｐＨを有する組成物を提供する。
第二の態様で、本発明は、半導体ウェーハからタンタルバリヤ材料及び銅を研磨するのに有用な多工程水性組成物であって、過酸化水素０．１〜３０重量％、無機塩又は無機酸０．０１〜３重量％、インヒビター０．０１〜４重量％、砥粒０．１〜３０重量％、錯化剤０〜１５重量％及び残余としての水を含み、１．５〜６のｐＨを有し、無機塩が、リン酸亜鉛、ピロリン酸亜鉛、ポリリン酸亜鉛、ホスホン酸亜鉛、リン酸アンモニウム、ピロリン酸アンモニウム、ポリリン酸アンモニウム、ホスホン酸アンモニウム、リン酸二アンモニウム、ピロリン酸二アンモニウム、ポリリン酸二アンモニウム、ホスホン酸二アンモニウム、リン酸グアニジン、ピロリン酸グアニジン、ポリリン酸グアニジン、ホスホン酸グアニジン、リン酸鉄、ピロリン酸鉄、ポリリン酸鉄、ホスホン酸鉄、リン酸セリウム、ピロリン酸セリウム、ポリリン酸セリウム、ホスホン酸セリウム、リン酸エチレンジアミン、リン酸ピペラジン、ピロリン酸ピペラジン、ホスホン酸ピペラジン、リン酸メラミン、リン酸ジメラミン、ピロリン酸メラミン、ポリリン酸メラミン、ホスホン酸メラミン、リン酸メラム、ピロリン酸メラム、ポリリン酸メラム、ホスホン酸メラム、リン酸メレム、ピロリン酸メレム、ポリリン酸メレム、ホスホン酸メレム、リン酸ジシアノジアミド、リン酸尿素、硫酸亜鉛、ピロ硫酸亜鉛、ポリ硫酸亜鉛、スルホン酸亜鉛、硫酸アンモニウム、ピロ硫酸アンモニウム、ポリ硫酸アンモニウム、スルホン酸アンモニウム、硫酸二アンモニウム、ピロ硫酸二アンモニウム、ポリ硫酸二アンモニウム、スルホン酸二アンモニウム、硫酸グアニジン、ピロ硫酸グアニジン、ポリ硫酸グアニジン、スルホン酸グアニジン、硫酸鉄、ピロ硫酸鉄、ポリ硫酸鉄、スルホン酸鉄、硫酸セリウム、ピロ硫酸セリウム、ポリ硫酸セリウム、スルホン酸セリウム、硫酸エチレンジアミン、硫酸ピペラジン、ピロ硫酸ピペラジン、スルホン酸ピペラジン、硫酸メラミン、硫酸ジメラミン、ピロ硫酸メラミン、ポリ硫酸メラミン、スルホン酸メラミン、硫酸メラム、ピロ硫酸メラム、ポリ硫酸メラム、スルホン酸メラム、硫酸メレム、ピロ硫酸メレム、ポリ硫酸メレム、スルホン酸メレム、硫酸ジシアノジアミド、硫酸尿素及びこれらの酸、塩、混合酸塩、エステル、部分エステル、混合エステル、並びにそれらの混合物からなる群より選択されるものである組成物を提供する。
第三の態様で、本発明は、半導体ウェーハからタンタルバリヤ材料及び銅を研磨する方法であって、タンタルバリヤ材料及び銅を含有するウェーハを、酸化剤０．１〜３０重量％、無機塩又は無機酸０．０１〜３重量％、インヒビター０．０１〜４重量％、砥粒０．１〜３０重量％、錯化剤０〜１５重量％及び残余としての水を含み、１．５〜６のｐＨを有する研磨組成物と接触させる工程、並びにウェーハを研磨パッドで研磨する工程を含む方法を提供する。
溶液及び方法は、銅及びタンタルバリヤ材料の両方に関して予想外の除去速度を提供する。溶液は、無機塩又は無機酸及び酸化剤に依存して、銅及びタンタルバリヤ材料を選択的に除去する。溶液は、費用効果的に使用することができ、全体の加工時間を減らす。
本明細書に関して、タンタルバリヤとは、タンタル、タンタル含有合金、タンタル系合金及びタンタル金属間化合物をいう。溶液は、タンタル、タンタル系合金及びタンタル金属間化合物、たとえば炭化、窒化及び酸化タンタルに対して特に有効である。加えて、本発明は、銅配線で特に有用であるが、本水性研磨組成物はまた、他の金属配線、たとえばアルミニウム、ニッケル、銀、金、白金、パラジウム、ベリリウム、亜鉛、チタン、タングステン、クロムなどの研磨をも増強する。さらに、本明細書に関して、絶縁体とは、low-ｋ及び超low-ｋ絶縁材料を含む、誘電率ｋの半導電性材料であり、たとえば多孔性及び非孔性のlow-ｋ絶縁体、有機及び無機low-ｋ絶縁体、有機ケイ酸塩ガラス（ＯＳＧ）、フルオロケイ酸塩ガラス（ＦＳＧ）、炭素ドープ酸化物（ＣＤＯ）、テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）及びＴＥＯＳから誘導されたシリカをいう。
同じく本明細書に関して、「無機塩又は無機酸」は、好ましくは、リン又は硫黄原子を含有する化合物であるが、他の化合物を使用してもよい。好ましいリン含有又は硫黄含有化合物は、たとえば、ホスフェート、ピロホスフェート、ポリホスフェート、ホスホネート、スルフェート、ピロスルフェート、ポリスルフェート、スルホネート並びにそれらの酸、塩、混合酸塩、エステル、部分エステル、混合エステル及びこれらの混合物、たとえばリン酸である。
特に、好ましい水性研磨組成物は、たとえば以下のリン含有又は硫黄含有化合物、すなわちリン酸亜鉛、ピロリン酸亜鉛、ポリリン酸亜鉛、ホスホン酸亜鉛、リン酸アンモニウム、ピロリン酸アンモニウム、ポリリン酸アンモニウム、ホスホン酸アンモニウム、リン酸二アンモニウム、ピロリン酸二アンモニウム、ポリリン酸二アンモニウム、ホスホン酸二アンモニウム、リン酸グアニジン、ピロリン酸グアニジン、ポリリン酸グアニジン、ホスホン酸グアニジン、リン酸鉄、ピロリン酸鉄、ポリリン酸鉄、ホスホン酸鉄、リン酸セリウム、ピロリン酸セリウム、ポリリン酸セリウム、ホスホン酸セリウム、リン酸エチレンジアミン、リン酸ピペラジン、ピロリン酸ピペラジン、ホスホン酸ピペラジン、リン酸メラミン、リン酸ジメラミン、ピロリン酸メラミン、ポリリン酸メラミン、ホスホン酸メラミン、リン酸メラム、ピロリン酸メラム、ポリリン酸メラム、ホスホン酸メラム、リン酸メレム、ピロリン酸メレム、ポリリン酸メレム、ホスホン酸メレム、リン酸ジシアノジアミド、リン酸尿素、硫酸亜鉛、ピロ硫酸亜鉛、ポリ硫酸亜鉛、スルホン酸亜鉛、硫酸アンモニウム、ピロ硫酸アンモニウム、ポリ硫酸アンモニウム、スルホン酸アンモニウム、硫酸二アンモニウム、ピロ硫酸二アンモニウム、ポリ硫酸二アンモニウム、スルホン酸二アンモニウム、硫酸グアニジン、ピロ硫酸グアニジン、ポリ硫酸グアニジン、スルホン酸グアニジン、硫酸鉄、ピロ硫酸鉄、ポリ硫酸鉄、スルホン酸鉄、硫酸セリウム、ピロ硫酸セリウム、ポリ硫酸セリウム、スルホン酸セリウム、硫酸エチレンジアミン、硫酸ピペラジン、ピロ硫酸ピペラジン、スルホン酸ピペラジン、硫酸メラミン、硫酸ジメラミン、ピロ硫酸メラミン、ポリ硫酸メラミン、スルホン酸メラミン、硫酸メラム、ピロ硫酸メラム、ポリ硫酸メラム、スルホン酸メラム、硫酸メレム、ピロ硫酸メレム、ポリ硫酸メレム、スルホン酸メレム、硫酸ジシアノジアミド、硫酸尿素及びこれらの酸、塩、混合酸塩、エステル、部分エステル、混合エステル、並びにそれらの混合物を使用して調製することができる。好ましいリン含有化合物はリン酸アンモニウムである。
有利には、本発明の研磨組成物の無機塩又は無機酸は、銅及びタンタルバリヤ材料の両方を望みどおり研磨するのに有効な量で存在する。研磨組成物中の極微量の無機塩又は無機酸でさえ、銅及びバリヤ材料を研磨するのに有効であると考えられる。組成物の０．０１〜３重量％の量の無機塩又は無機酸を使用することにより、許容しうる研磨ダウンフォース圧力で満足な研磨速度が得られる。無機塩又は無機酸の好ましい範囲は、組成物の０．１〜１重量％である。もっとも好ましくは、無機塩又は無機酸は、組成物の０．３〜０．６重量％である。
有利には、溶液は、酸化剤を０．１〜３０重量％含有する。好ましくは、酸化剤は、０．５〜１０重量％の範囲である。酸化剤は、多数の酸化性化合物、たとえば過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）、一過硫酸塩、ヨウ素酸塩、過フタル酸マグネシウム、過酢酸及び他の過酸、過硫酸塩、臭素酸塩、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の少なくとも一つであることができる。さらには、酸化剤化合物の混合物を使用することがしばしば有利である。研磨スラリーが不安定な酸化剤、たとえば過酸化水素を含有する場合、多くの場合、使用の時点で酸化剤を組成物に混入することが非常に有利である。
研磨組成物は、銅及びバリヤ層除去を促進するため、砥粒を０．１〜３０重量％含有する。この範囲内で、砥粒は、０．３重量％以上の量で存在させることが望ましく、好ましくは０．５重量％以上である。同じくこの範囲内で望ましいものは、１０重量％以下、好ましくは８重量％以下の量である。もっとも好ましくは、砥粒濃度は２〜５重量％である。
過度の金属ディッシング及び絶縁体エロージョンを防ぐため、砥粒は、平均粒径が１００ナノメートル（nm）以下である。本明細書に関して、粒径とは、砥粒の平均粒径をいう。より好ましくは、平均粒径が５０nm以下であるコロイド状砥粒を使用することが望ましい。さらに、有利には、平均粒径が３０nm以下であるコロイダルシリカを用いた場合に絶縁体エロージョン及び金属ディッシングがもっとも少ない。コロイド状砥粒の粒径を３０nm以下に減らすことは、研磨組成物の選択比を改善する傾向を示すが、バリヤ除去速度を下げる傾向をも示す。加えて、好ましいコロイド状砥粒は、コロイド状砥粒の安定性を改善するための添加物、たとえば分散剤、界面活性剤及び緩衝剤を含むこともできる。このようなコロイド状砥粒の一つは、フランスPuteauxのClariant社のコロイダルシリカである。
研磨組成物は、銅及びバリヤ層の「機械的」除去のための砥粒を含む。典型的な砥粒としては、無機酸化物、水酸化物被覆を有する無機酸化物、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一つを含む混合物がある。適切な無機酸化物としては、たとえば、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）、アルミニウム含水酸化物で被覆されたシリカ粒子、シリカで被覆された種々の非等軸性の楕円形粒子、水酸化セリア粒子で被覆されたシリカ粒子又は前記酸化物の少なくとも一つを含む組み合わせがある。所望ならば、これらの無機酸化物の変性形態、たとえばポリマー被覆無機酸化物粒子及び無機被覆粒子を使用してもよい。適切な金属炭化物、ホウ化物及び窒化物としては、たとえば、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一つを含む組み合わせがある。望むならば、ダイヤモンドを砥粒として使用してもよい。また、代替砥粒として、ポリマー粒子及び被覆ポリマー粒子がある。好ましい砥粒はシリカである。
さらには、溶液は、静的エッチング又は他の除去機構による配線除去速度を制御するため、インヒビターを０．０１〜４重量％含有する。インヒビターの濃度を調節することで、静的エッチングから金属を保護して配線金属除去速度を調節する。有利には、溶液は、たとえば銅配線の静的エッチングを抑制するため、インヒビターを場合によっては０．１〜３重量％含有する。インヒビターは、インヒビターの混合物からなるものでもよい。銅及び銀配線にはアゾールインヒビターが特に有効である。典型的なアゾールインヒビターとしては、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及びイミダゾールがある。銅及び銀にはＢＴＡが特に効果的なインヒビターである。
無機塩及び酸化剤は、残余として水を含有する溶液中、広いｐＨ範囲で効力を提供する。この溶液の有効ｐＨ範囲は少なくとも１．５〜６である。加えて、溶液は、有利には、偶発的な不純物を制限するため、残余として脱イオン水に依存する。本発明の研磨液のｐＨは、好ましくは１．８〜４、より好ましくは２〜３である。本発明のスラリーのｐＨを調節するために使用されるｐＨ調節剤は、アンモニウムイオンを含有する塩基、たとえば水酸化アンモニウム、アルキル置換アンモニウムイオンを含有する塩基、アルカリ金属イオンを含有する塩基、アルカリ土類金属イオンを含有する塩基、第IIIＢ族金属イオンを含有する塩基、第IVＢ族金属イオンを含有する塩基、第ＶＢ族金属イオンを含有する塩基及び遷移金属イオンを含有する塩であることができる。酸性範囲に設計されたｐＨは、銅及びバリヤ面の除去に役立つだけでなく、本発明のスラリーが安定化するのにも役立つ。研磨スラリーの場合、ｐＨは、公知の技術によって調節することができる。たとえば、アルカリを、シリカ砥粒が分散しており、有機酸が溶解しているスラリーに直接加えてもよい。あるいはまた、加えるアルカリの一部又は全部を有機アルカリ塩として加えてもよい。使用することができるアルカリの例としては、アルカリ金属水酸化物、たとえば水酸化カリウム、アルカリ金属炭酸塩、たとえば炭酸カリウム、アンモニア及びアミンがある。有利には、無機塩又は無機酸の添加は、より大きな安定性及び強力さ（robustness）を本組成物に与える。特に、無機塩又は無機酸の添加は、本組成物が、実質的にｐＨの影響を受けずに又はｐＨに依存せずに、効果的な研磨速度を提供することを可能にする。
溶液は、配線金属及びバリヤ材料に関して優れた除去速度を提供する。特に、配線金属及びバリヤ材料の不要部分を一つの、複合工程で除去するためには多工程研磨溶液が使用される。換言するならば、本発明の単一研磨溶液は、「第一工程」及び「第二工程」加工の両方で使用することができ、それによって追加的なコストをなくし、加工時間を減らす。加えて、本発明の組成物は、所望により、第二工程スラリーとしてのみ使用することもできる。溶液は、無機塩又は無機酸及び酸化剤に依存して、銅及びタンタルバリヤ材料を選択的に除去する。一つの実施態様では、本発明は、半導体ウェーハからタンタルバリヤ材料及び銅を研磨するのに有用な多工程水性組成物であって、酸化剤０．１〜３０重量％、無機塩又は無機酸０．０１〜３重量％、インヒビター０．０１〜４重量％、砥粒０．１〜３０重量％、錯化剤０〜１５重量％及び残余としての水を含み、１．５〜３．５のｐＨを有する組成物を提供する。
場合によっては、溶液は、非鉄金属の錯化剤を０〜１５重量％含有することができる。錯化剤は、存在する場合、非鉄金属配線が溶解することによって形成する金属イオンの析出を防ぐ。もっとも有利には、溶液は、非鉄金属の錯化剤を０〜１０重量％含有する。典型的な錯化剤としては、酢酸、クエン酸、アセト酢酸エチル、グリコール酸、乳酸、リンゴ酸、シュウ酸、サリチル酸、ジエチルジチオカルバミド酸ナトリウム、コハク酸、酒石酸、チオグリコール酸、グリシン、アラニン、アスパラギン酸、エチレンジアミン、トリメチルジアミン、マロン酸、グルテル酸、３−ヒドロキシ酪酸、プロピオン酸、フタル酸、イソフタル酸、３−ヒドロキシサリチル酸、３，５−ジヒドロキシサリチル酸、没食子酸、グルコン酸、ピロカテコール、ピロガロール、タンニン酸並びにそれらの塩及び混合物がある。有利には、錯化剤は、酢酸、クエン酸、アセト酢酸エチル、グリコール酸、乳酸、リンゴ酸、シュウ酸及びそれらの混合物からなる群より選択される。もっとも有利には、錯化剤はクエン酸である。
研磨溶液はまた、配線金属の表面仕上げを制御するためのレベリング剤、たとえば塩化アンモニウムを含むことができる。これに加えて、溶液は、場合によっては、生物学的汚染を抑制するための殺生物剤を含有することができる。たとえば、Kordek（登録商標）MLX殺微生物剤、水中の２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オン（Rohm and Haas社）が、多くの用途で効果的な殺生物剤を提供する。殺生物剤は通常、供給業者によって規定される濃度で使用される。
溶液は、配線金属及びバリヤ材料に関して優れた除去速度を提供する。特に、配線金属及びバリヤ材料の不要部分を一つの、複合工程で除去するために多工程研磨溶液が使用される。換言するならば、本発明の単一研磨溶液は、「第一工程」及び「第二工程」加工の両方で使用することができ、それによって追加的なコストをなくし、加工時間を減らす。加えて、本発明の組成物は、所望により、第二工程スラリーとしてのみ使用することもできる。除去速度を決定するのに有用な具体的な研磨パッドは、IC1010ポリウレタン研磨パッド（Rohm and Haas Electronic Materials CMP Technologies）である。無機塩又は無機酸及び酸化剤の濃度を調節することで配線金属及びバリヤ材料の除去速度を調節する。
実施例では、数字が本発明の例を表し、文字が比較例を表す。加えて、すべての実施例溶液はベンゾトリアゾールを０．６重量％含有するものであった。
実施例１
この実験では、半導体ウェーハからの窒化タンタルバリヤ及び銅の除去速度を計測した。特に、試験では、第一及び第二工程研磨作業における使用に関して、無機塩、すなわちリン酸二水素アンモニウム及び酸化剤、すなわち過酸化水素の濃度を変化させることの効果を測定した。Strausbaugh研磨機により、IC1010ポリウレタン研磨パッドを、約１．５psi（１０．３kPa）のダウンフォース条件下、２００ml/minの研磨溶液流量、９３rpmのプラテン速度及び８７rpmのキャリヤ速度で使用して、試料を平坦化した。研磨溶液は、ＫＯＨ及びＨＮＯ3によってｐＨを２．５に調節しておいた。すべての溶液は脱イオン水を含有するものであった。加えて、研磨溶液は、平均粒径２５nmのシリカ砥粒を４重量％含むものであった。
Figure 0004774219
表１に示すように、本発明の組成物を使用すると、窒化タンタルバリヤ膜及び銅の除去速度は大いに調節可能であり、除去速度は、無機塩と酸化剤との相対濃度に強く依存した。特に、過酸化水素を９重量％に維持しながら、リン酸二水素アンモニウム濃度を０．１重量％から０．５重量％に増大させると、一般に、窒化タンタル膜の除去速度が１３１Å/minから９１３Å/minまで増大した。また、リン酸二水素アンモニウムを０．５重量％に維持しながら、過酸化水素濃度を１重量％から７重量％に増大させると、銅膜の除去速度が１９４Å/minから２２６９Å/minまで増大した。リン酸二水素アンモニウムを含有しない組成物（試験Ａ）は、窒化タンタル及び銅の両方に関して無視しうる程度の除去速度しか提供しなかった。試験２は、窒化タンタルの除去速度を最小限にしながらも、銅に関して良好な除去速度を提供した。すなわち、試験２では、研磨溶液は、窒化タンタルの除去速度を２９７Å/minで最小限にしながらも、銅膜に関して１７２３Å/minの除去速度を提供した。試験６は、銅の除去速度を最小限にしながらも、窒化タンタルに関して良好な除去速度を提供した。すなわち、試験６では、研磨溶液は、銅の除去速度を１９４Å/minで最小限にしながらも、窒化タンタル膜に関して１０７２Å/minの除去速度を提供した。試験９及び１０は、窒化タンタル及び銅の両方に関して優れた除去速度を提供した。特に、試験９は、窒化タンタルに関しては１１１７Å/min、銅に関しては１５１５Å/minの除去速度を提供した。同様に、試験１０は、窒化タンタルに関しては９８９Å/min、銅に関しては２２６９Å/minの除去速度を提供した。記載した除去速度は、先に定めた実施例のための試験条件での除去速度であることに留意されたい。除去速度は、試験パラメータに加えられる変更とともに変化しうる。
表１に示す結果は、本発明の研磨溶液を、理想的にも第一及び第二工程研磨に使用することができることを示す。無機塩、すなわちリン酸二水素アンモニウム及び酸化剤、すなわち過酸化水素の相対濃度を利用すると、窒化タンタルバリヤ膜及び銅の除去速度は大いにチューニング可能又は調節可能である。たとえば、試験９及び１０は、第一及び第二工程研磨溶液として理想的に適し、銅及び窒化タンタルバリヤの両方に関して優れた除去速度を提供する。特に、試験９は、銅に関しては１５１５Å/min、窒化タンタルに関しては１１１７Å/minの除去速度を提供した。同様に、試験１０は、銅に関しては２２６９Å/min、窒化タンタルに関しては９８９Å/minの除去速度を提供した。あるいはまた、本発明の組成物は、第二工程スラリーとしてのみ使用することもできる。たとえば、試料６は、銅の除去を最小限（１９４Å/min）にしながらも、タンタルに関して優れた除去速度（１０７２Å/min）を提供した。
実施例２
この実験では、半導体ウェーハからの窒化タンタルバリヤ及び銅の除去速度を計測した。特に、試験では、第一及び第二工程研磨作業における使用に関して、無機酸、すなわちハイドロジェンスルフェート及び酸化剤、すなわち過酸化水素の濃度を変化させる効果を測定した。試験条件は上記実施例１と同じであった。
Figure 0004774219
表２に示すように、本発明の組成物を使用すると、窒化タンタルバリヤ膜及び銅の除去速度は非常に調節可能であり、除去速度は、無機酸と酸化剤との相対濃度に強く依存している。特に、過酸化水素を９重量％に維持しながら、ハイドロジェンスルフェート濃度を０．１３重量％から１重量％に増大させると、一般に、窒化タンタル膜の除去速度が７６８Å/minから１３１３Å/minまで増大した。また、ハイドロジェンスルフェートを０．６３重量％に維持しながら、過酸化水素濃度を１重量％から７重量％に増大させると、銅膜の除去速度が１５６Å/minから１４４６Å/minまで増大した。ハイドロジェンスルフェートを含有しない組成物（試験Ｂ）は、窒化タンタル及び銅の両方に関して無視しうる程度の除去速度しか提供しなかった。試験１１は、窒化タンタルの除去速度を最小限にしながらも、銅に関して良好な除去速度を提供した。すなわち、試験１１では、研磨溶液は、窒化タンタルの除去速度を７６８Å/minで最小限にしながらも、銅膜に関して１２５３Å/minの除去速度を提供した。試験１７は、銅の除去速度を最小限にしながらも、窒化タンタルに関して良好な除去速度を提供した。すなわち、試験１７では、研磨溶液は、銅の除去速度を１５６Å/minで最小限にしながらも、窒化タンタル膜に関して１５０１Å/minの除去速度を提供した。試験１３及び１４は、窒化タンタル及び銅の両方に関して優れた除去速度を提供した。特に、試験１３は、窒化タンタルに関しては１４０５Å/min、銅に関しては２１２７Å/minの除去速度を提供した。同様に、試験１４は、窒化タンタルに関しては１３６５Å/min、銅に関しては２３４９Å/minの除去速度を提供した。記載した除去速度は、先に定めた実施例のための試験条件での除去速度であることに留意されたい。除去速度は、試験パラメータに加えられる変更とともに変化しうる。
表２に示す結果は、本発明の研磨溶液を、理想的にも第一及び第二工程研磨に使用することができることを示す。無機酸、すなわちハイドロジェンスルフェート及び酸化剤、すなわち過酸化水素の相対濃度を利用すると、窒化タンタルバリヤ膜及び銅の除去速度は大いにチューニング可能又は調節可能である。たとえば、試験１３及び１４は、第一及び第二工程研磨溶液として理想的に適し、銅及び窒化タンタルバリヤの両方に関して優れた除去速度を提供する。あるいはまた、本発明の組成物は、第二工程スラリーとしてのみ使用することもできる。たとえば、試料１７は、銅の除去速度を最小限（１５６Å/min）にしながらも、タンタルに関して優れた除去速度（１５０１Å/min）を提供した。
したがって、溶液は、配線金属及びバリヤ材料に関して優れた除去速度を提供する。特に、配線金属及びバリヤ材料の不要部分を、一つの複合工程で除去するために、多工程研磨溶液が使用される。換言するならば、本発明の単一研磨溶液は、「第一工程」及び「第二工程」加工の両方で使用することができ、それによって追加的なコストをなくし、加工時間を減らす。加えて、本発明の組成物は、所望により、第二工程スラリーとしてのみ使用することもできる。溶液は、無機塩又は無機酸及び酸化剤に依存して銅及びタンタルバリヤ材料を選択的に除去する。一つの実施態様では、本発明は、半導体ウェーハからタンタルバリヤ材料及び銅を研磨するのに有用な多工程水性組成物であって、酸化剤０．１〜３０重量％、無機塩又は無機酸０．０１〜３重量％、インヒビター０．０１〜４重量％、砥粒０．１〜３０重量％、錯化剤０〜１５重量％及び残余としての水を含み、１．５〜６のｐＨを有する組成物を提供する。

Claims (4)

  1. 半導体ウェーハからタンタルバリヤ材料及び銅を研磨するための水性組成物であって、
    酸化剤０．５〜１０重量％、
    無機塩又は無機酸０．１〜１重量％、
    インヒビター０．０１〜４重量％、
    砥粒２〜５重量％、
    錯化剤０〜１５重量％及び
    残余としての水を含み、
    ２〜３のｐＨを有し、
    前記無機塩又は無機酸がリン酸アンモニウムであり、
    前記砥粒がコロイダルシリカである組成物。
  2. 前記酸化剤が、過酸化水素、一過硫酸塩、ヨウ素酸塩、過フタル酸マグネシウム、過酢酸、過硫酸塩、臭素酸塩、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、並びにそれらの混合物からなる群より選択される、請求項１記載の組成物。
  3. 半導体ウェーハからタンタルバリヤ材料及び銅を研磨する方法であって、
    前記タンタルバリヤ材料及び銅を含有する前記ウェーハを、
    酸化剤０．５〜１０重量％、
    無機塩又は無機酸０．１〜１重量％、
    インヒビター０．０１〜４重量％、
    砥粒２〜５重量％、
    錯化剤０〜１５重量％及び
    残余としての水を含み、
    ２〜３のｐＨを有し、
    前記無機塩又は無機酸がリン酸アンモニウムであり、
    前記砥粒がコロイダルシリカである研磨組成物と接触させる工程、並びに
    前記ウェーハを研磨パッドで研磨する工程を含む方法。
  4. 前記酸化剤が、過酸化水素、一過硫酸塩、ヨウ素酸塩、過フタル酸マグネシウム、過酢酸、過硫酸塩、臭素酸塩、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、並びにそれらの混合物からなる群より選択される、請求項３記載の方法。
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