JP5384994B2 - 停止化合物を伴う化学機械的研磨系及びその使用方法 - Google Patents

Description

本発明は、基体、特に第１の金属層及び第２の層を有する多層基体を研磨する研磨系及び方法に関する。

集積回路は、シリコンウェハーのような基体上の又はその中に作られた何百万もの活性デバイスでできている。活性デバイスは化学的及び物理的に基体に接続され、多層相互接続の使用によって相互接続されて機能回路を作っている。典型的な多層相互接続は、第１の金属層、層間誘電体、並びに場合によっては第３及び更なる金属層を有する。層間誘電体、例えばドープされている及びドープされていない二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）及び／又は低ｋ誘電体を使用して、異なる金属層を電気的に絶縁している。

異なる相互接続層間の電気的接続は、金属バイアを使用して作っている。例えば特許文献１は、ＴａＮ誘電体層の調製方法を説明している。更に、特許文献２は、複数の金属化層及び金属化バイアを絶縁体膜に調製する方法を開示している。同様な様式で、金属接触を使用して、相互接続層とウェルに作られたデバイスとの間の電気的接続を作っている。金属バイア及び接触は、様々な金属及び合金、例えばチタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、アルミニウム銅（Ａｌ−Ｃｕ）、アルミニウムシリコン（Ａｌ−Ｓｉ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）及びそれらの組み合わせ（以下では「バイア金属」として言及する）で満たすことができる。

バイア金属は一般に付着層（すなわちバリアーフィルム）、例えばチタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、タングステン（Ｗ）、又は窒化タングステン（ＷＮ）のバリアーフィルムを使用して、バイア金属をＳｉＯ_２基体に付着させている。接触層では、バリアーフィルムが拡散バリアーとして機能して、バイア金属がＳｉＯ_２と反応するのを防いでいる。

半導体製造プロセスでは、金属バイア及び／又は接触を、ブランケット金属堆積とそれに続く化学機械研磨（ＣＭＰ）工程によって作っている。典型的なプロセスでは、相互接続ライン又は半導体基体まで、層間誘電体（ＩＬＤ）を通るバイアホールをエッチングする。続いて、ＩＬＤ上にバリアーフィルムを形成し、エッチングしたバイアホール内にまで入れる。その後バイア金属を、バリアーフィルム上及びバイアホール内にブランケット堆積させる。バイアホールがブランケット堆積金属によって満たされるまで、堆積を継続する。最後に、過剰な金属を化学機械研磨（ＣＭＰ）によって除去して、金属バイアを作る。バイアの製造及び／又はＣＭＰ方法は、特許文献３〜５で開示されている。

典型的な金属ＣＭＰ系は、酸化水性媒体中に懸濁される研磨材、例えばシリカ又はアルミナを含有している。例えば特許文献６は、アルミナ、過酸化水素、及び水酸化カリウム又はアンモニウムのいずれかを含有する系を報告している。この系は、下側の絶縁層の除去を少なくして、タングステンを除去するのに有益である。特許文献７は、水性媒体中に過塩素酸、過酸化水素及び固体研磨材を含有する系を開示している。これは、アルミニウムを研磨するのに有益である。特許文献８は、フェリシアン化カリウム、酢酸カリウム、酢酸及びシリカを含有するタングステン研磨系を開示している。特許文献９及び１０は、金属とシリカの組み合わせを研磨するための系を開示している。これは、水性媒体、砥粒、及びシリカ除去速度を制御するアニオンを含有している。特許文献１１は、酸化剤、化学剤、並びにアミノ酢酸及びアミド硫酸から選択されるエッチング剤を含有する研磨系を開示している。ＣＭＰの用途で使用される他の研磨系は、特許文献１２〜１６で説明されている。

チタン、窒化チタン、及び同様な金属、例えばタングステンのバリアーフィルムは、一般に化学的に活性である。従ってそのようなバリアーフィルムの性質は、バイア金属の化学的性質と同様である。従って単一系を使用して、Ｔｉ／ＴｉＮバリアーフィルムとバイア金属との両方を同じ速度で効果的に研磨することができる。しかしながらＴａ及びＴａＮバリアーフィルムは、Ｔｉ、ＴｉＮ及び同様なバリアーフィルムとは有意に異なっている。Ｔｉ及びＴｉＮと比較すると、Ｔａ及びＴａＮは比較的化学的に不活性である。従ってタンタル層の研磨においては、上述の系はチタン層を研磨する場合と比較してあまり効果的でない（例えばタンタル除去速度はチタン除去速度に比べて有意に小さい）。バイア金属及びバリアー金属は同様に除去速度が大きかったので従来単一の系で研磨されていたが、従来の研磨系を使用するバイア金属とタンタル及び同様な材料との組み合わせの研磨は、望ましくない影響、例えば酸化物エロージョン及びバイア金属ディッシッングをもたらす。

米国特許第５，７４１，６２６号 米国特許第４，７８９，６４８号 米国特許第４，６７１，８５１号 米国特許第４，９１０，１５５号 米国特許第４，９４４，８３６号 米国特許第５，２４４，５３４号 米国特許第５，２０９，８１６号 米国特許第５，３４０，３７０号 米国特許第５，３９１，２５８号 米国特許第５，４７６，６０６号 米国特許第５，７７０，０９５号 米国特許第４，９５６，３１３号 米国特許第５，１３７，５４４号 米国特許第５，１５７，８７６号 米国特許第５，３５４，４９０号 米国特許第５，５２７，４２３号

従って、平坦化効果、均一性及び除去速度を最大化し、且つ望ましくない効果、例えば表面不完全性及び下側形状への損傷を最少化する様式で、第１の金属層及び第２の層を有する基体を研磨する系及び／又は方法がまだ必要とされている。本発明は、そのような系及び方法を提供する。本発明のこれらの及び他の特徴は、本明細書の詳細な説明から明らかになる。

本発明は、第１の金属層及び第２の層を有する多層基体の１又は複数の層を研磨する系を提供する。この系は、（ｉ）液体キャリア、（ｉｉ）少なくとも１種の酸化剤、（ｉｉｉ）系が基体の少なくとも１つの層を研磨する速度を増加させる少なくとも１種の研磨添加剤、並びに（ｉｖ）研磨パッド及び／又は研磨材を含み、前記研磨添加剤が、ピロリン酸塩、縮合リン酸塩、ホスホン酸及びそれらの塩、アミン、アミノアルコール、アミド、イミン、イミノ酸、ニトリル、ニトロ、チオール、チオエステル、チオエーテル、カルボチオール酸、カルボチオン酸、チオカルボキシル酸、チオサリチル酸、及びそれらの混合からなる群より選択される。

また本発明は、上述の系を基体の表面に接触させ、そしてそれによって基体の少なくとも一部を研磨することを含む、基体の研磨方法を提供する。更に本発明は、第１の金属層及び第２の層を有する多層基体の１又は複数の層を研磨する方法を提供する。この方法は、（ａ）第１の金属層に系を接触させること、及び（ｂ）第１の金属層の少なくとも一部が基体から除去されるまで、前記系で第１の金属層を研磨すること、を含む。

本発明は、第１の金属層及び第２の層を有する多層基体の１又は複数の層を研磨する系及び方法を提供する。この系は、（ｉ）液体キャリア、（ｉｉ）少なくとも１種の酸化剤、（ｉｉｉ）系が基体の少なくとも１つの層を研磨する速度を増加させる少なくとも１種の研磨添加剤、並びに（ｉｖ）研磨パッド及び／又は研磨材を含み、前記研磨添加剤は、ピロリン酸塩、縮合リン酸塩、ホスホン酸及びそれらの塩、アミン、アミノアルコール、アミド、イミン、イミノ酸、ニトリル、ニトロ、チオール、チオエステル、チオエーテル、カルボチオール酸、カルボチオン酸、チオカルボキシル酸、チオサリチル酸、及びそれらの混合からなる群より選択される。本発明の系の成分（ｉ）、（ｉｉ）及び（ｉｉｉ）は、以下では、まとめて「系の液体部分」として言及する。研磨材が存在して液体キャリアに懸濁されている場合、研磨材は系の液体部分の一部を構成する。

本発明の系を使用して、任意の適当な基体、特に多層基体の１又は複数の層を研磨することができる。好ましくは本発明の系を使用して、第１の金属層、第２の層、及び随意に１又は複数の追加の層を有する多層基体を研磨する。適当な第１の金属層としては例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム銅（Ａｌ−Ｃｕ）、アルミニウムシリコン（Ａｌ−Ｓｉ）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、タングステン（Ｗ）、窒化タングステン（ＷＮ）、貴金属（例えばイリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、及び白金（Ｐｔ））、及びそれらの組み合わせを挙げることができる。適当な第２の層としては例えば、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、タングステン（Ｗ）、窒化タングステン（ＷＮ）、酸化物（例えば二酸化ケイ素）、低ｋ材料及び誘電体（例えば多孔質シリカ、フッ素ドープしたガラス、炭素ドープしたガラス及び有機ポリマー）、並びにそれらの組み合わせを挙げることができる。本発明の系は、銅又は銅合金（すなわち銅と１又は複数の金属との組み合わせ）の第１の金属層、Ｔａ又はＴａＮの付着層、並びに１又は複数の酸化物層を有する基体を研磨するのに特に適当である。

液体キャリアは任意の適当なキャリア（例えば溶媒）でよい。適当な液体キャリアとしては例えば、水性キャリア（例えば水）及び非水性キャリアを挙げることができる。好ましくは液体キャリアは水である。

酸化剤は、任意の適当な酸化剤でよい。適当な酸化剤としては例えば、少なくとも１つのペルオキシ基（−Ｏ−Ｏ−）を有する１又は複数の過酸化化合物を挙げることができる。適当な過酸化化合物としては例えば、過酸化物（ペルオキシド）、過硫酸塩（例えば一過硫酸塩及び二過硫酸塩）、過炭酸塩、並びにそれらの酸、及びそれらの塩、並びにそれらの混合を挙げることができる。他の適当な酸化剤としては例えば、酸化ハロゲン（例えば塩素酸塩、臭素酸塩、ヨウ素酸塩、過塩素酸塩、過臭素酸塩、過ヨウ素酸塩、及びそれらの酸、及びそれらの混合等）、過ホウ素酸、過ホウ素酸塩、過炭酸塩、ペルオキシ酸（例えば過酢酸、過安息香酸、ｍ−クロロ過安息香酸、それらの塩、それらの混合等）、過マンガン酸塩、クロム酸塩、セリウム化合物、フェリシアン化物（例えばフェリシアン化カリウム）、それらの混合等を挙げることができる。好ましい酸化剤としては例えば、過酸化水素、尿素−過酸化水素、過酸化ナトリウム、過酸化ベンジル、ジ−ｔ−ブチルペルオキシド、過酢酸、一過硫酸、二過硫酸、ヨウ素酸、及びそれらの塩、及びそれらの混合を挙げることができる。

任意の適当な量の酸化剤を、本発明の系で使用することができる。好ましくは酸化剤は、約０．１〜約３０．０ｗｔ％の量で系の液体部分に存在している。より好ましくは酸化剤は、約０．３〜約１７．０ｗｔ％の量で、系の液体部分に存在する。最も好ましくは酸化剤は、約０．５〜約１０．０ｗｔ％の量で、系の液体部分に存在する。

研磨添加剤は、系が基体の少なくとも１つの層を研磨する速度を増加させる任意の適当な化合物でよい。適当な研磨添加剤としては例えば、銅に結合する化合物を挙げることができる。好ましくは少なくとも１種の研磨添加剤は、有機研磨添加剤である。研磨添加剤が、リン含有化合物、窒素含有化合物、硫黄含有化合物、酸素含有化合物、及びそれらの混合からなる群より選択される少なくとも１種の化合物であることも好ましい。

研磨添加剤は任意の適当なリン含有化合物でよい。適当なリン含有化合物としては例えば、リン酸塩（例えばピロリン酸塩、トリリン酸塩、縮合リン酸塩）、ホスホン酸（モノ−ホスホン酸、ジ−ホスホン酸、トリ−ホスホン酸、ポリ−ホスホン酸）、及びホスホン酸の塩を挙げることができる。好ましいリン含有化合物としては例えば、ピロリン酸塩、ホスホノ酢酸、エチレンジ−ホスホン酸、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジ−ホスホン酸、及びそれらの混合を挙げることができる。また好ましいリン含有化合物としては例えば、Ｍ_ｎ ^＋１Ｈ_３−ｎＰＯ_４及びＭ_ｍ ^＋１Ｈ_４−ｍＰ_２Ｏ_７を挙げることができる。ここでＭ^＋１はカチオン性種（例えばＮａ、Ｋ、Ｃｓ、Ｒｂ、ＮＨ_４ ^＋）、ｎは１〜３、且つｍは０〜４である。更に、好ましいリン含有化合物はＲ−Ｏ−ＰＯ_３であり、ここでＲは、炭素原子が１〜１８のアルキル、アリール、環及び芳香族からなる群より選択される有機部分である。

研磨添加剤は、任意の適当な窒素含有化合物であってもよい。適当な窒素含有化合物は例えば、アミン、アミド、アミノ酸、イミン、イミド、イミノ酸、ニトリル、ニトロ（Ｒ−ＮＯ_２）、及びそれらの混合から選択される１又は複数の基を有する。従って適当な窒素含有化合物は例えば、第１アミン、第２アミン、第３アミン、アミノアルコール、水酸化アミン、及びそれらの混合から選択される１又は複数の基を有することができる。

好ましい少なくとも１種の研磨添加剤は、構造ＸＹ−ＮＣＲ^１Ｒ^２ＣＲ^３Ｒ^４Ｎ−Ｘ’Ｙ’を有する。ここでＸ、Ｙ、Ｘ’、Ｙ’、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３及びＲ^４は、水素（Ｈ）原子、ヘテロ原子含有官能基、アルキル基、ヘテロ原子含有アルキル基、環状基、ヘテロ原子含有環状基、芳香族基、ヘテロ原子含有芳香族基、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される。より好ましくは少なくとも１種の研磨添加剤は、構造ＸＹ−ＮＣＲ^１Ｒ^２ＣＲ^３Ｒ^４Ｎ−Ｘ’Ｙ’を有し、ここでＸ及びＸ’がＨ原子であり、Ｙ、Ｙ’、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３及びＲ^４が水素（Ｈ）原子、ヘテロ原子含有官能基、アルキル基、ヘテロ原子含有アルキル基、環状基、ヘテロ原子含有環状基、芳香族基、ヘテロ原子含有芳香族基、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される。更により好ましくは、少なくとも１種の研磨添加剤は、構造ＸＹ−ＮＣＲ^１Ｒ^２ＣＲ^３Ｒ^４Ｎ−Ｘ’Ｙ’を有し、ここでＸ、Ｙ、Ｘ’及びＹ’がＨ原子であり、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３及びＲ^４が水素（Ｈ）原子、ヘテロ原子含有官能基、アルキル基、ヘテロ原子含有アルキル基、環状基、ヘテロ原子含有環状基、芳香族基、ヘテロ原子含有芳香族基、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される。これに関して、第１アミン基からなる窒素含有化合物は、単独の又は第１アミン基と組み合わせた第２アミン基及び／又は第３アミン基を含む窒素含有化合物より好ましい。更に、少なくとも１種の研磨添加剤が上述のような構造を有して、この構造が、約４若しくはそれよりも多数（例えば約１０若しくはそれよりも多数、約１５若しくはそれよりも多数、約２０若しくはそれよりも多数、約３０若しくはそれよりも多数、約４０若しくはそれよりも多数、又は約５０若しくはそれよりも多数）の同様でない、同様な又は同一の結合した構造を有するポリマーであることは適当である。最も好ましくは、窒素含有化合物は、ポリエチレンイミン、１，３−ジアミノ−２−プロパノール、イミノ−ジ−酢酸、２−アミノ−１−ブタノール、エチレンジアミン、アミノエチルエタノールアミン、２，２’−アミノエトキシ−エタノール、及びそれらの混合からなる群より選択される。

「ヘテロ原子」とは本明細書の記載において、炭素及び水素原子以外の任意の原子に言及している。適当なヘテロ原子含有官能基としては例えば、ヒドロキシル基、カルボキシル酸基、エステル基、ケトン基、アミノ基（第１、第２、及び第３アミノ基）、アミド基、イミド基、チオールエステル基、チオエーテル基、ニトリル基、ニトロ基、ハロゲン基、及びそれらの組み合わせを挙げることができる。「アルキル基」とは本明細書の記載において、任意の適当なアルキル基（例えばＣ_１〜Ｃ_３０のアルキル基、Ｃ_１〜Ｃ_２４のアルキル基、Ｃ_１〜Ｃ_１８のアルキル基、Ｃ_１〜Ｃ_１２のアルキル基、又はＣ_１〜Ｃ_６のアルキル基）、例えば直鎖の、枝分かれした、環状の、飽和又は不飽和の、芳香族又はヘテロ芳香族のアルキル基を示している。「環状基」とは本明細書の記載において、任意の適当な環状基（例えばＣ_４〜Ｃ_２０の環状基のような４〜２０員環の環状基）を示している。

研磨添加剤は任意の適当な硫黄含有化合物であってよい。適当な硫黄含有化合物としては例えば、チオール、チオエステル、チオエーテル、（Ｒ’Ｃ）（Ｏ）（ＳＲ”）カルボチオール酸、（ＲＣ）（Ｏ）（ＳＨ）カルボチオン酸、（ＲＣＳ）（ＯＨ）チオカルボキシル酸、スルホン酸、チオサリチル酸、それらの塩、及びそれらの混合を挙げることができ、ここでＲ，Ｒ’及びＲ”は、１〜１８の炭素原子を有するアルキル、アリール、環状及び芳香族基からなる群より選択される。好ましい硫黄含有化合物としては例えば、チオジ酢酸、チオサリチル酸及びそれらの混合を挙げることができる。

研磨添加剤は、任意の適当な酸素含有化合物でよい。適当な酸素含有化合物としては例えば、ヒドロキシル酸塩、カルボニル酸塩、カルボキシル酸塩、及びそれらの酸を挙げることができる。適当なカルボキシル酸としては例えば、ジカルボキシル酸、トリカルボキシル酸、及びポリカルボキシル酸を挙げることができる。好ましい酸素含有化合物としては例えば、マロン酸、シュウ酸、クエン酸、酒石酸、コハク酸、リンゴ酸、アジピン酸、それらの塩及びそれらの混合を挙げることができる。

また適当な研磨添加剤としては、（ｉ）リン及び窒素の両方を含有する化合物、（ｉｉ）リン及び硫黄の両方を含有する化合物、（ｉｉｉ）窒素及び硫黄の両方を含有する化合物、並びに（ｉｖ）リン、窒素及び硫黄を含有する化合物からなる群より選択される１又は複数の化合物を挙げることができる。好ましい研磨添加剤としては例えば、２−アミノエチルホスホン酸、アミノ（トリメチレンホスホン酸）、ジエチレントリアミンペンタ（メチレン−ホスホン酸）、ヘキサメチレンジアミン−テトラ（メチレンホスホン酸）、及びそれらの混合からなる群より選択される化合物を挙げることができる。更に、好ましい研磨添加剤としては例えば、第１、第２及び／又は第３アミンを含有するホスホン酸化合物、例えばＮ−（ホスホノメチル）イミノジ酢酸、２−アミノエチル二水素ホスフェート、２−アミノエチルホスホン酸、２−アミノエチルホスホン酸、アミノトリ（メチレンホスホン酸）（すなわちＤｅｑｕｅｓｔ（商標）２０００製品）、１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジ−ホスホン酸（すなわちＤｅｑｕｅｓｔ（商標）２０１０製品）、及びジエチレントリ−アミンペンタ（メチレンホスホン酸）（すなわちＤｅｑｕｅｓｔ（商標）２０６０製品）を挙げることができる。

研磨添加剤は、本発明の系に任意の適当な濃度で存在していてよい。好ましくは研磨添加剤は、約０．０５〜１０ｗｔ％の量で系の液体部分に存在している。より好ましくは、研磨添加剤は約０．３〜５ｗｔ％の量で系の液体部分に存在している。

本発明の系は、任意の適当な停止化合物を含有することもできる。適当な停止化合物としては例えば、多層基体の１又は複数の層の少なくとも一部を系が研磨する能力を抑制する任意の適当な化合物を挙げることができる。適当な停止化合物は、上述のように、第１の金属層、第２の層、及び／又は多層基体の１又は複数の追加の層に作用（例えば付着）し、本発明の系による１又は複数の層の除去を少なくとも部分的に抑制する。好ましくは停止化合物は、上述のように、多層基体の第２の層に作用（例えば付着）し、系による第２の層の除去を少なくとも部分的に抑制する。「少なくとも部分的に抑制」とは、本明細書の記載において、系による第１の金属層：第２の層（例えばＣｕ：Ｔａ／ＴａＮ）の研磨選択性が、少なくとも約１０：１、好ましくは少なくとも約３０：１、より好ましくは少なくとも約５０：１、最も好ましくは少なくとも約１００：１であることを意味している。

停止化合物は、アミン、イミン、アミド、イミド、それらのポリマー、及びそれらの混合含む化合物の群より選択される任意の適当なカチオン性の窒素含有化合物でよい。本明細書の記載において「カチオン性」という用語は、系の液体部分中の停止化合物の一部（例えば約５％又はそれよりも多く、約１０％又はそれよりも多く、約１５％又はそれよりも多く、又は約２０％又はそれよりも多く）が、本発明の系を使用するｐＨにおいてカチオンであることを意味している。好ましくは停止化合物のｐＫａ値は、系の液体部分の使用ｐＨよりも１単位大きく、又はそれよりも大きい。例えばｐＨが６．５の系では、好ましい停止化合物のｐＫａ値は約７．５又はそれよりも大きい。また好ましい停止化合物は、基体層の第２の層の表面と反対に帯電している。適当な停止化合物としては例えば、第１アミン、第２アミン、第３アミン、第４アミン（すなわち第４アンモニウム塩）、エーテルアミン、オリゴマーアミン、オリゴマーイミン、オリゴマーアミド、オリゴマーイミド、ポリマーアミン、ポリマーイミン、ポリマーアミド、ポリマーイミド、又はそれらの混合を有する化合物を挙げることができる。更に、適当な停止化合物としては例えば、アミノ酸、アミノアルコール、アミノエーテルアルコール、又はそれらの混合物を挙げることができる。また好ましい停止化合物としては例えば、ポリエーテルアミン、ポリエチレンイミン、Ｎ_４−アミン（Ｎ，Ｎ’−ビス−［３−アミノプロピル］エチレンジアミン）、４，７，１０−トリオキサトリデカン−１，１３−ジアミン、３，３−ジメチル−４，４−ジアミノジシクロ−ヘキシルメタン、２−フェニルエチルアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルジ−プロピレントリアミン、３−［２−メトキシエトキシ］プロピルアミン、ジメチルアミノプロピルアミン、１，４−ビス（３−アミノプロピル）ピペラジン、及びそれらの混合を挙げることができる。更に好ましい停止化合物としては例えば、イソホロンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、シクロヘキシル−１，３−プロパンジアミン、チオミカミン（ｔｈｉｏｍｉｃａｍｉｎｅ）、（アミノプロピル）−１，３−プロパンジアミン、テトラエチレン−ペンタアミン、テトラメチルブタンジアミン、プロピルアミン、ジアミノプロパノール、アミノブタノール、（２−アミノエトキシ）エタノール、又はそれらの混合を挙げることができる。

停止化合物は、本発明の系に任意の適当な濃度で存在していてよい。停止化合物は例えば本発明の系の液体部分に、約５ｗｔ％又はそれ未満（例えば０．００１〜５ｗｔ％）の濃度で存在することが適当である。好ましくは停止化合物は、約３ｗｔ％又はそれ未満（例えば約０．０５〜約３ｗｔ％）の濃度で系の液体部分に存在している。

本発明の系は、少なくとも１種の研磨添加剤と少なくとも１種の停止化合物の任意の適当な組み合わせを含むことができる。例えば系は、ポリエチレンイミンと、カルボキシル酸（好ましくはジ−、トリ−又はポリ−カルボキシル酸）、リン酸塩（好ましくはピロリン酸塩、トリ−リン酸塩、又は縮合リン酸塩）、それらの酸、及びホスホン酸（好ましくはジ−、トリ−又はポリ−ホスホン酸）からなる群より選択される少なくとも１種の研磨添加剤とを含むことができる。また系は、カルボキシル酸（好ましくはジ−、トリ−又はポリ−カルボキシル酸）、リン酸塩（好ましくはピロリン酸塩、トリ−リン酸塩、又は縮合リン酸塩）、それらの酸、及びホスホン酸（好ましくはジ−、トリ−又はポリ−ホスホン酸）からなる群より選択される少なくとも１種の研磨添加剤と、２若しくはそれよりも多数、３若しくはそれよりも多数、４若しくはそれよりも多数、５若しくはそれよりも多数、又は６若しくはそれよりも多数の窒素原子を有する少なくとも１種の停止化合物（例えば２若しくはそれよりも多数のアミン基を有する少なくとも１種の停止化合物、２若しくはそれよりも多数のアミノ基及び４若しくはそれよりも多数の炭素原子を有する少なくとも１種の停止化合物、又は２若しくはそれよりも多数の第１アミン基及び３若しくはそれよりも多数の炭素原子を有する少なくとも１種の停止化合物）とを含むことができる。更に系は、カルボキシル酸（好ましくはジ−、トリ−又はポリ−カルボキシル酸）、リン酸塩（好ましくはピロリン酸塩、トリ−リン酸塩、又は縮合リン酸塩）、それらの酸、及びホスホン酸（好ましくはジ−、トリ−又はポリ−ホスホン酸）からなる群より選択される少なくとも１種の研磨添加剤と、構造ＮＲ^１Ｒ^２Ｒ^３Ｒ^４を有する第４アンモニウム塩を含むことができる。ここでＲ^１及びＲ^２はメチル基であり、且つＲ^３及びＲ^４は水素（Ｈ）原子、ヘテロ原子含有官能基、アルキル基、ヘテロ原子含有アルキル基、環状基、ヘテロ原子含有環状基、芳香族基、ヘテロ原子含有芳香族基、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される。更に系は、カルボキシル酸（好ましくはジ−、トリ−又はポリ−カルボキシル酸）、リン酸塩酸（好ましくはピロリン酸塩、トリ−リン酸塩、又は縮合リン酸塩）、それらの酸、及びホスホン酸（好ましくはジ−、トリ−又はポリ−ホスホン酸）からなる群より選択される少なくとも１種の研磨添加剤と、アミノプロピル基を有する少なくとも１種の停止化合物及び／又は分子量（ＭＷ）が約８０又はそれよりも大きい（例えばＭＷが約１００又はそれよりも大きい、ＭＷが約２５０又はそれよりも大きい）少なくとも１種の停止化合物とを含むことができる。更に系は、ペルオキシド、アミノトリ（メチレンホスホン酸）、及び１，４−ビス（３−アミノプロピル）ピペラジン、並びに随意に１又は複数の５〜６員ヘテロ窒素含有環を有する少なくとも１種の不動態フィルム形成剤を含むことができる。また系は、ペルオキシド、酒石酸、及びポリエチレンイミン、並びに随意に１又は複数の５〜６員ヘテロ窒素含有環を有する少なくとも１種の不動態フィルム形成剤を含むことができる。

本発明の系は、任意の研磨パッド及び／又は研磨材を含むことができる。例えば本発明の系は研磨パッド（例えば研磨性のパッド又は非研磨性のパッド）及び／又は系の液体キャリア（例えば水）中に懸濁されて系の液体部分の一部となった研磨材を含むことが適当である。更に本発明の系が研磨パッド（例えば研磨性のパッド又は非研磨性のパッド）を含み、系の液体キャリア中に研磨材が懸濁されていないことが適当である。

研磨パッドは、任意の適当な研磨性の又は非研磨性のパッドでよい。適当な研磨パッドは例えば、米国特許第５，８４９，０５１号及び同第５，８４９，０５２号明細書で説明されている。適当な研磨パッドとしては例えば、織物の又は不織の研磨パッドを挙げることができる。更に適当な研磨パッドは、様々な密度、堅さ、厚さ、圧縮性、圧縮に対する戻り性、及び圧縮弾性の任意の適当なポリマーを含むことができる。適当なポリマーとしては例えば、ポリ塩化ビニル、ポリフッ素化ビニル、ナイロン、フルオロカーボン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリアクリレート、ポリエーテル、ポリエチレン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリプロピレン、及びそれらの共生成物、並びにそれらの混合を挙げることができる。系の研磨パッド上又はその中に完全に又は部分的に研磨材を固定する（例えば埋め込む）場合、そのような研磨パッドへの固定は、任意の適当な様式で行うことができる。

適当な研磨材としては例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、ゲルマニア、セリア、及びそれらの共生成物、並びにそれら混合のような金属酸化物研磨材を挙げることができる。研磨材はフュームド生成物であってよい。好ましくは系の研磨材は、アルミナ（例えばフュームドアルミナ）及び／又はシリカ（例えばフュームドシリカ）である。

上述のような研磨材は、系の研磨パッド上又はその中に完全に又は部分的に固定することができる。更に研磨材は、任意の適当な量で系の液体部分中に存在していてよい。好ましくは研磨材は、系の液体部分に約０．１〜３０．０ｗｔ％の量で存在する。より好ましくは研磨材は、系の液体部分に約０．５〜６．０ｗｔ％の量で存在する。

本発明の系は更に、系の性能を改良又は促進する１又は複数の追加の添加剤を含有することができる。適当な追加の添加剤としは例えば、不動態フィルム形成添加剤、基体の少なくとも１つの層の研磨速度を低下させるポリマー化合物、分散剤、界面活性剤、安定化剤、ｐＨ調整剤、調節剤、緩衝剤、及び／又は金属及び酸化物の研磨を促進及び／又は制御する他の添加剤を挙げることができる。そのような追加の添加剤は、当業者に既知である。

適当な不動態フィルム形成剤としては例えば、金属層及び／又は金属酸化物層において不動態フィルム（すなわち溶解抑制層）の形成を促進することができる任意の化合物又は化合物の混合を挙げることができる。適当な不動態フィルム形成剤としては例えば、窒素含有ヘテロ環化合物を挙げることができる。好ましくは、不動態フィルム形成剤は、１又は複数の５〜６員ヘテロ窒素含有環を含む。より好ましくは、不動態フィルム形成剤は、１，２，３−トリアゾール、１，２，４−トリアゾール、ベンゾトリアゾール、ベンズイミダゾール、ベンゾチアゾール及びそれらの誘導体、例えばそれらのヒドロキシ−、アミノ−、イミノ−、カルボキシ−、メルカプト−、ニトロ−及び尿素−、チオ尿素−、又はアルキル−置換誘導体からなる群より選択される。最も好ましくは不動態フィルム形成剤は、ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）、１，２，３−トリアゾール、１，２，４−トリアゾール、及びそれらの混合からなる群より選択される。

本発明の系には任意の適当な濃度の不動態フィルム形成剤が存在していてよい。好ましくは不動態フィルム形成剤は、本発明の系の液体部分に、約０．００５〜１．０ｗｔ％の量で存在している。好ましくは不動態フィルム形成剤は、系の液体部分に、約０．０１〜０．２ｗｔ％の量で存在している。

本発明の系は更に、アンモニア源（例えばアンモニア又はアンモニウム塩）を含有することができる。アンモニア及び／又はアンモニウム塩は、系の１又は複数の成分（例えば研磨添加剤）と作用することによって、系の除去速度及び／又は除去選択性（例えばＣｕ：Ｔａの除去選択性）を促進する。好ましくは本発明の系は、アンモニア及び／又はアンモニウム塩と、１又は複数の研磨添加剤を含有する。好ましくは系は、アンモニア源と、カルボキシル酸（好ましくはジ−、トリ−又はポリ−カルボキシル酸）、リン酸塩（好ましくはピロリン酸塩、トリ−リン酸塩、又は縮合リン酸塩）、それらの酸、及びホスホン酸（好ましくはジ−、トリ−又はポリ−ホスホン酸）からなる群より選択される少なくとも１種の研磨添加剤を含有する。例えば系は、アミノトリ（メチレン−ホスホン酸）と、アンモニア源（例えばアンモニア及び／又はアンモニウム塩）を含有することができる。

適当なポリマー化合物としては例えば、基体に結合した少なくとも１つの層の研磨速度を減少させる任意の適当なポリマー化合物を挙げることができる。好ましくは系は、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、スルホン酸ポリマー、スルホン酸塩ポリマー、又はそれらの混合を含む少なくとも１種のポリマー化合物を含有する。

適当な界面活性剤としては例えば、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、両性界面活性剤、フッ素化界面活性剤、それらの混合等を挙げることができる。適当なｐＨ調整剤、調節剤又は緩衝剤としては例えば、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、クエン酸、リン酸カリウム、それらの混合等を挙げることができる。

また本発明は、本明細書で示される系で基体を研磨する方法を提供する。更に本発明は、系で上述のような多層基体を研磨する方法を提供する。本発明の系は、比較的大きい速度で基体（例えば多層基体）を研磨すること、例えば比較的大きい速度で基体の第１の金属層、第２の層、及び／又は１又は複数の追加の層を除去することができる。

研磨パッドの使用を包含する任意の適当な技術によって、本発明の系で基体を処理することができる。好ましくは系を基体表面に適用し、基体の１又は複数の層の少なくとも一部が除去されるようにして研磨する。より好ましくは、第１の金属層及び第２の層を有する多層基体の第１の金属層に系を適用し、そして第１の金属層の少なくとも一部が基体から除去されるまで、系で第１の金属層を研磨する。第２の研磨系、組成物及び／又はスラリーを続く研磨工程で使用して、多層基体の第２の層、誘電体層、及び／又は多層基体の１又は複数の追加の層の少なくとも一部を除去する。好ましくは第２の研磨系は、多層基体の第２の層（例えばＴａ又はＴａＮ）に対する研磨選択性が、基体の第１の金属層（例えばＣｕ）に対する研磨選択性よりも大きい。更に、一連の研磨工程の一部又は全ての後で清浄化組成物を使用して、研磨された基体の断片、及び／又は研磨系、組成物及び／又はスラリーの断片を除去することができる。

系の液体部分を、例えばバッチ又は連続プロセスで、研磨パッド又は基体の表面に供給する前に配合することは適当である。また２又はそれよりも多くの別個の供給源から系の液体部分の複数の成分を供給し、これらの成分が研磨パッドの表面又は基体の表面において出合うようにすることによって、研磨パッドの表面又は基体の表面で、系の液体部分を配合（例えば混合）することも適当である。これに関して、系の液体部分の成分を研磨パッド又は基体の表面に供給する流量（すなわち系の特定の成分の供給量）を、研磨プロセスの前に及び／又は研磨プロセスの間に変化させ、それによって系の研磨選択性及び／又は粘度を変化させることができる。更に、系の液体部分の特定の成分を２又はそれよりも多くの別個の供給源から供給して、研磨パッドの表面又は基体の表面への供給の前に、異なるｐＨ値、実質的に同じｐＨ値又は等しいｐＨ値を有するようにすることが適当である。また、特定の成分を２又はそれよりも多くの別個の供給源から供給して、研磨パッドの表面又は基体の表面に達する前に、それぞれ独立にろ過し又は組み合わせて（例えば共に）ろ過することも適当である。

以下の例は、本発明を更に説明するものであるが、本発明の範囲をいかようにも限定するものではないことを理解すべきである。

以下の全ての例において言及されているタンタルウェハー、及び以下の例のうちの１つ（すなわち例４）を除いて言及されている銅ウェハーは、それぞれタンタルブランケットフィルム、及び銅ブランケットフィルムであった。以下の全ての例において言及されている二酸化ケイ素ウェハーは、厚さ約９，０００Åのブランケットフィルムであった。全てのブランケットフィルムは、シリコン基体に体積させたものである。

以下の例における銅、タンタル及び二酸化ケイ素ウェハー（以下ではまとめて「試験ウェハー」として言及する）は、それぞれＩＰＥＣ４７２研磨装置で研磨した。以下の例のうちの１つ（すなわち例４）を除く全ての例で使用されている研磨パッドは、Ｒｏｄｅｌ（商標）ＳＵＢＡ ＩＶパッドに重ねられたＲｏｄｅｌ（商標）ＩＣ１０００研磨パッドであった。例４で使用した研磨パッドは、Ｒｏｄｅｌ（商標）ＩＣ１０００研磨パッドであり、Ｒｏｄｅｌ（商標）ＳＵＢＡ ＩＶパッドに重ねられていないものであった。以下の例のうちの１つ（すなわち例４）を除く全ての例の試験ウェハーは、約２０ｋＰａ（３ｐｓｉ）の押しつけ力、０ｋＰａ（０ｐｓｉ）の背圧、５０ｒｐｍの定盤速度、及び３０ｒｐｍのウェハーホルダー速度を使用して研磨した。例４の試験ウェハーは、約２０ｋＰａ（３ｐｓｉ）の押しつけ力、約１４ｋＰａ（２ｐｓｉ）の背圧、５５ｒｐｍの定盤速度、及び３０ｒｐｍのウェハーホルダー速度を使用して研磨した。

ウェハー除去速度は、Ｔｅｎｃｏｒ Ｓｕｒｆｓｃａｎ（商標）ＵＶ１０５０装置及びＴｅｎｃｏｒＲＳ−７５を使用して、研磨の前後でそれぞれの試験ウェハーの厚さを直接に測定することによって決定した。

以下の例のうちの１つ（すなわち例７）を除く全ての例の系は、特に示さない場合は水酸化アンモニウム（ＮＨ_４ＯＨ）で目標ｐＨに調節した。

例１
この例は、本発明の系によって達成可能な第１の金属層の研磨速度が、系の研磨添加剤の種類及び存在によって影響を受けることを示している。

銅ウェハーを、以下の成分を含有する３つの異なる研磨系（系１Ａ〜１Ｃとする）でそれぞれ研磨した：
２ｗｔ％のアルミナ（具体的にはＣａｂｏｔ社のＳｅｍｉ−Ｓｐｅｒｓｅ（商標）Ｗ−Ａ３５５製品）、
１ｗｔ％の酸化剤（具体的にはＨ_２Ｏ_２）、
２．２ｗｔ％の研磨添加剤（具体的にはアミノトリ（メチレンホスホン酸）（すなわちＤｅｑｕｅｓｔ（商標）２０００製品））、
０Ｍ、０．０３７Ｍ又は０．３３Ｍのアンモニア（すなわちそれぞれ０ｗｔ％、約０．０６ｗｔ％又は約０．５６ｗｔ％のＮＨ_３）、及び
０．０８ｗｔ％のフィルム形成剤（具体的にはトリアゾール）。

ここで、それぞれの系は、ＨＮＯ_３又はＫＯＨでｐＨを８．５に調節した。

比較のために、試験ウェハーを、以下の成分を含有する比較系（「比較」）によっても研磨した：
２ｗｔ％のアルミナ（具体的にはＣａｂｏｔ社のＳｅｍｉ−Ｓｐｅｒｓｅ（商標）Ｗ−Ａ３５５製品）、
１ｗｔ％の酸化剤（具体的にはＨ_２Ｏ_２）、
０．３３Ｍのアンモニア（すなわち約０．５６ｗｔ％のＮＨ_３）、及び
０．０８ｗｔ％のフィルム形成剤（具体的にはトリアゾール）。

ここで、系は、ＨＮＯ_３でｐＨを８．５に調節した。

系の使用の後で、それぞれの系による銅、タンタル及びＳｉＯ_２の除去速度（ＲＲ）、並びに銅のタンタルに対する相対的な除去速度（「Ｃｕ：Ｔａ」）を測定した。試験結果のデータは表１に示している。

表１に挙げたデータから明らかなように、研磨添加剤を含有する系（系１Ａ〜１Ｃ）によって示される銅除去速度は、研磨添加剤を含有しない比較系の銅除去速度よりも大きかった。更に、研磨添加剤及び０．３３ＭのＮＨ_３を含有する系（系１Ｃ）によって示される銅除去速度は、研磨添加剤及び０．０３７ＭのＮＨ_３を含有する系（系１Ｂ）によって示される銅除去速度よりも大きかった。またこの系１Ｂよって示される銅除去速度は、研磨添加剤を含有しＮＨ_３を含有していない系（系１Ａ）によって示される銅除去速度よりも大きかった。

これらの結果は、本発明の系に含まれる研磨添加剤の重要性、並びに特定の濃度のアンモニア源と組み合わせた特定の研磨添加剤が、本発明の系及び方法によって達成可能な研磨速度に重要な影響を与えることを示している。

例２
この例では、本発明の系によって達成可能な第１の金属層の研磨速度が、系における研磨添加剤の存在及び種類に依存していることを示す。

銅ウェハーを、以下の成分を含む５つの異なる研磨系（系２Ａ〜２Ｅとする）でそれぞれ研磨した：
２ｗｔ％のアルミナ（具体的にはＣａｂｏｔ社のＳｅｍｉ−Ｓｐｅｒｓｅ（商標）Ｗ−Ａ３５５製品）、
１ｗｔ％の酸化剤（具体的にはＨ_２Ｏ_２）、
様々な濃度の第１の研磨添加剤（具体的には０．１６Ｍのエチレンジアミン、０．３３Ｍの２−アミノ−１−ブタノール、０．３３Ｍのアミノエチルエタノールアミン、０．３３Ｍの２，２’−アミノエトキシエタノール、又は０．３３Ｍの低分子量エチレンイミンコポリマー（すなわちＬｕｐａｓｏｌ（商標）ＦＧ））、
２．２ｗｔ％の第２の研磨添加剤（具体的にはアミノトリ（メチレンホスホン酸）（すなわちＤｅｑｕｅｓｔ（商標）２０００製品））、及び
０．０８ｗｔ％のフィルム形成剤（具体的にはトリアゾール）。

ここで、それぞれの系はｐＨが８．５であった。系の使用の後で、それぞれの系による銅の除去速度（ＲＲ）を測定した。試験結果のデータは表２に示している。それぞれの系における第１の研磨添加剤の一部の分子構造も表２に示しており、上述のＸＹ−ＮＣＲ^１Ｒ^２ＣＲ^３Ｒ^４Ｎ−Ｘ’Ｙ’部分が研磨添加剤に存在する場合には、表２の分子構造において太字で示している。

表２に挙げたデータから明らかなように、ＸＹ−ＮＣＲ^１Ｒ^２ＣＲ^３Ｒ^４Ｎ−Ｘ’Ｙ’部分を有する研磨添加剤を含有する系（系２Ａ〜２Ｃ）によって示される銅除去速度は、ＸＹ−ＮＣＲ^１Ｒ^２ＣＲ^３Ｒ^４Ｎ−Ｘ’Ｙ’部分がない研磨添加剤を含有する系（系２Ｄ〜２Ｅ）の銅除去速度よりも大きかった。更に、ＸＹ−ＮＣＲ^１Ｒ^２ＣＲ^３Ｒ^４Ｎ−Ｘ’Ｙ’部分を有する研磨添加剤を含有する系（系２Ａ〜２Ｃ）の中では、Ｘ、Ｙ、Ｘ’及びＹ’が水素原子（すなわち２つの第１アミノ基）である系（系２Ａ）によって示される銅除去速度は、Ｘ、Ｙ及びＸ’が水素原子でありＹ’がエタノール（すなわち１つの第１アミノ基と第２アミノ基）である系（系２Ｂ）によって示される銅除去速度よりも大きかった。また、この系２Ｂによって示される銅除去速度は、第１アミノ基：第２アミノ基：第３アミノ基の比が約１：０．８２：０．５３である系（系２Ｃ）によって示される銅除去速度よりも大きかった。

これらの結果は、本発明の系におけるＸＹ−ＮＣＲ_２ＣＲ_２Ｎ−Ｘ’Ｙ’部分を有する研磨添加剤、及び研磨添加剤のＸＹ−ＮＣＲ_２ＣＲ_２Ｎ−Ｘ’Ｙ’部分の第１アミノ基：第２アミノ基：第３アミノ基の比が、本発明の系及び方法によって達成可能な研磨速度に重要な影響を与えることを示している。

例３
この例では、本発明の系によって達成可能な第１の金属層の研磨速度が、系の研磨添加剤の存在及び種類に依存していることを示す。

銅ウェハー及びタンタルウェハーを、以下の成分を含む１６の異なる研磨系（系３Ａ〜３Ｐとする）でそれぞれ研磨した：
３ｗｔ％のアルミナ（具体的にはＣａｂｏｔ社のＳｅｍｉ−Ｓｐｅｒｓｅ（商標）Ｗ−Ａ３５５製品）、
２．５ｗｔ％の酸化剤（具体的にはＨ_２Ｏ_２）、及び
０．５ｗｔ％又は１ｗｔ％の研磨添加剤（具体的には１−ジ−ホスホン酸（すなわちＤｅｑｕｅｓｔ（商標）２０１０製品）、ジエチレントリアミンペンタ（メチレンホスホン酸）（すなわちＤｅｑｕｅｓｔ（商標）２０６０製品）、Ｎ−ホスホノ−メチルイミノジ酢酸、Ｌｕｐａｓｏｌ（商標）ＦＧ、１，３−ジアミノ−２−プロパノール、２−イミノ−４−チオビウレット、イミノジ酢酸、ジメチルグロキシム（ｄｉｍｅｔｈｙｌｇｌｏｘｉｍｅ）、ジピリジンアミン、イミノジアセトニトリル、グアニジンニトレート、ピラジンカルボニトリル、チオグリコール（メルカプト酢酸）酸、チオジプロパニオン酸、１ｗｔ％のエトキシ化高分子量ポリエチルイミン（すなわちＬｕｐａｓｏｌ（商標）ＳＣ−６１Ｂ）、又は改質高分子量エチレンイミンポリマー（すなわちＬｕｐａｓｏｌ（商標）ＳＫＡ））。

ここで、それぞれの系は、ｐＨが５（系３Ｃ、３Ｆ、３Ｈ、３Ｉ、３Ｋ、３Ｌ、３Ｏ及び３Ｐ）、又はｐＨが７．７（系３Ａ、３Ｂ、３Ｄ、３Ｆ、３Ｇ、３Ｊ、３Ｍ及び３Ｎ）であった。

比較のために、試験ウェハーを、以下の成分を含有する標準対照系（「標準対照」）によっても研磨した：
３ｗｔ％のアルミナ（具体的にはＣａｂｏｔ社のＳｅｍｉ−Ｓｐｅｒｓｅ（商標）Ｗ−Ａ３５５製品）、及び
２．５ｗｔ％の酸化剤（具体的にはＨ_２Ｏ_２）。

ここでこの標準対照系のｐＨは７．７であった。

系の使用の後で、それぞれの系による銅及びタンタルの除去速度（ＲＲ）、並びに銅のタンタルに対する相対的な除去速度（「Ｃｕ：Ｔａ」）を測定した。試験結果のデータは表３に示している。

表３に挙げたデータから明らかなように、研磨添加剤を含有する系（系３Ａ〜３Ｄ）によって示される銅のタンタルに対する相対的な除去速度（すなわちＣｕ：Ｔａ除去選択性）は、標準対照組成物のＣｕ：Ｔａ除去選択性よりも大きかった。更に、Ｌｕｐａｓｏｌ（商標）ＦＧを含有する系（系３Ｄ）のＣｕ：Ｔａ除去選択性は、表３の系の中で最大であった。

これらの結果は、本発明の系における研磨添加剤の存在及び種類が、本発明の系及び方法によって達成可能な研磨速度及び選択性に重要な影響を与えることを示している。

例４
この例では、本発明の系によって達成可能な第１の金属層の研磨速度が、系の研磨添加剤の存在及び種類に依存していることを示す。

銅ウェハー及びタンタルウェハーを、以下の成分を含む６つの異なる研磨系（系４Ａ〜４Ｆとする）でそれぞれ研磨した：
５ｗｔ％のシリカ（具体的にはＣａｂｏｔ社のＳｅｍｉ−Ｓｐｅｒｓｅ（商標）ＳＣ−Ｅ製品）、
２．５ｗｔ％の酸化剤（具体的にはＨ_２Ｏ_２）、及び
０．５ｗｔ％又は１ｗｔ％の研磨添加剤（具体的にはピロリン酸カリウム（Ｋ_４Ｐ_２Ｏ_７）、ホスホノ酢酸、１−ジ−ホスホン酸（すなわちＤｅｑｕｅｓｔ（商標）２０１０製品）、アミノトリ（メチレンホスホン酸）（すなわちＤｅｑｕｅｓｔ（商標）２０００製品））、低分子量エチレンイミンコポリマー（すなわちＬｕｐａｓｏｌ（商標）ＦＧ）、又は高分子量エチレンイミンホモポリマー（すなわちＬｕｐａｓｏｌ（商標）Ｐ））。

ここで、それぞれの系は、ｐＨが５（系４Ａ、４Ｄ、４Ｅ及び４Ｆ）、又はｐＨが７．７（系４Ｂ及び４Ｃ）であった。

比較のために、試験ウェハーを、以下の成分を含有する標準対照系（「標準対照」）によっても研磨した：
５ｗｔ％のシリカ（具体的にはＣａｂｏｔ社のＳｅｍｉ−Ｓｐｅｒｓｅ（商標）ＳＣ−Ｅ製品）、
２．５ｗｔ％の酸化剤（具体的にはＨ_２Ｏ_２）。

ここでこの標準対照系のｐＨは７．７であった。

系の使用の後で、それぞれの系による銅及びタンタルの除去速度（ＲＲ）、並びに銅のタンタルに対する相対的な除去速度（「Ｃｕ：Ｔａ」）を測定した。試験結果のデータは表４に示している。

表４に挙げたデータから明らかなように、研磨添加剤を含有する系（系４Ａ〜４Ｆ）によって示される銅の除去とタンタルの除去との比（すなわちＣｕ：Ｔａ除去選択性）は、標準対照組成物のＣｕ：Ｔａ除去選択性よりも大きかった。更に、Ｌｕｐａｓｏｌ（商標）ＦＧ及びＬｕｐａｓｏｌ（商標）Ｐを含有する系（それぞれ系４Ｅ及び４Ｆ）のＣｕ：Ｔａ除去選択性は、Ｋ_４Ｐ_２Ｏ_７、ホスホノ酢酸、Ｄｅｑｕｅｓｔ（商標）２０１０製品、及びＤｅｑｕｅｓｔ（商標）２０００製品を含有する系（それぞれ系４Ａ、４Ｂ、４Ｃ及び４Ｄ）のＣｕ：Ｔａ除去選択性よりも大きかった。

これらの結果は、本発明の系に含まれる研磨添加剤の存在及び種類の、本発明の系及び方法によって達成可能な研磨速度及び選択性への影響を示している。

例５
この例では、本発明の系によって達成可能な多層基体の研磨選択性が、系の研磨添加剤及び停止化合物の存在及び種類に依存していることを示す。

銅ウェハー、タンタルウェハー及び二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）ウェハーを、以下の成分を含む８つの異なる研磨系（系５Ａ〜５Ｇとする）でそれぞれ研磨した：
５ｗｔ％のアルミナ（具体的にはＣａｂｏｔ社のＳｅｍｉ−Ｓｐｅｒｓｅ（商標）Ｗ−Ａ３５５製品）、
２．５ｗｔ％の酸化剤（具体的にはＨ_２Ｏ_２）、
様々な濃度の研磨添加剤（具体的には１．２５ｗｔ％の酒石酸、０．５ｗｔ％の１−ジ−ホスホン酸（すなわちＤｅｑｕｅｓｔ（商標）２０１０製品）、０．７５ｗｔ％のアミノトリ（メチレンホスホン酸）（すなわちＤｅｑｕｅｓｔ（商標）２０００製品））、０．８ｗｔ％のＤｅｑｕｅｓｔ（商標）２０１０製品、又は２．５ｗｔ％のＤｅｑｕｅｓｔ（商標）２０００製品）、及び
様々な濃度の停止化合物（具体的には０．２５ｗｔ％のＬｕｐａｓｏｌ（商標）ＳＫＡ（２５％のエチレンイミンポリマーを含有）（すなわち０．０６ｗｔ％のポリエチレンイミン）、０．１ｗｔ％のジシアノイミダゾール、０．５ｗｔ％のＬｕｐａｓｏｌ（商標）ＳＫＡ（すなわち０．１２ｗｔ％のポリエチレンイミン）、０．５ｗｔ％のポリアシルアミド、０．５ｗｔ％の１，４−ビス（３−アミノプロピル）ピペラジン、又は０．５ｗｔ％のＶａｒｉｓｏｆｔ（商標）３００（セチルトリメチル塩化アンモニウムを含有））。

ここで、それぞれの系は、ｐＨが５（系５Ｅ）、又はｐＨが７．７（系５Ａ〜５Ｄ、５Ｆ〜５Ｇ）であった。更に、系５Ｃは０．００５ｗｔ％の界面活性剤（具体的にはＴｒｉｔｏｎＤＦ−１６）を含有していた。

比較のために、試験ウェハーを、以下の成分を含有する標準対照系（「標準対照」）によっても研磨した：
３ｗｔ％のアルミナ（具体的にはＣａｂｏｔ社のＳｅｍｉ−Ｓｐｅｒｓｅ（商標）Ｗ−Ａ３５５製品）、及び
２．５ｗｔ％の酸化剤（具体的にはＨ_２Ｏ_２）。

ここでこの標準対照系のｐＨは７．７であった。

また更に比較のために、試験ウェハーを、以下の比較系によっても研磨した：
（ｉ）比較系（「比較１」）
３ｗｔ％のアルミナ（具体的にはＣａｂｏｔ社のＳｅｍｉ−Ｓｐｅｒｓｅ（商標）Ｗ−Ａ３５５製品）、
２．５ｗｔ％の酸化剤（具体的にはＨ_２Ｏ_２）、及び
１．２５ｗｔ％の研磨添加剤（具体的には酒石酸）。
（ｉｉ）比較系（「比較２」）
３ｗｔ％のアルミナ（具体的にはＣａｂｏｔ社のＳｅｍｉ−Ｓｐｅｒｓｅ（商標）Ｗ−Ａ３５５製品）、
２．５ｗｔ％の酸化剤（具体的にはＨ_２Ｏ_２）、及び
１ｗｔ％の研磨添加剤（具体的にはＤｅｑｕｅｓｔ（商標）２０１０製品）。

ここでそれぞれ比較系のｐＨは７．７であった。

系の使用の後で、それぞれの系による銅、タンタル及びＳｉＯ_２の除去速度（ＲＲ）、並びに銅のタンタルに対する相対的な除去速度（「Ｃｕ：Ｔａ」）を測定した。試験結果のデータは表５に示している。

表５に挙げたデータから明らかなように、研磨添加剤及び停止化合物を含有する系（系５Ａ〜５Ｇ）によって示される銅の除去とタンタルの除去との比（すなわちＣｕ：Ｔａ除去選択性）は、標準対照系及び比較２の研磨系のＣｕ：Ｔａ除去選択性よりも大きく、また比較１の研磨系のＣｕ：Ｔａ除去選択性と同様又はそれよりも大きかった。また更に、研磨添加剤及び停止化合物を含有する系（系５Ａ〜５Ｇ）によって示されるＳｉＯ_２除去速度は、比較１の研磨系によって示されるＳｉＯ_２除去速度と同様又はそれよりも小さかった。

これらの結果は、本発明の系に含まれる研磨添加剤及び停止化合物の組み合わせの重要性、並びに本発明の系及び方法によって達成可能な研磨速度及び選択性への、特定の停止化合物と組み合わせた特定の研磨添加剤の影響を示している。

例６
この例では、本発明の系によって達成可能な多層基体の研磨選択性が、系の研磨添加剤及び停止化合物の存在及び種類に依存していることを示す。

銅ウェハー、タンタルウェハー及び二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）ウェハーを、以下の成分を含む３つの異なる研磨系（系６Ａ〜６Ｃとする）でそれぞれ研磨した：
５ｗｔ％のシリカ（具体的にはＣａｂｏｔ社のＣａｂ−Ｏ−Ｓｐｅｒｓｅ（商標）ＳＣ−Ｅ製品）、
２．５ｗｔ％の酸化剤（具体的にはＨ_２Ｏ_２）、
様々な濃度の研磨添加剤（具体的には０．８ｗｔ％の１−ジ−ホスホン酸（すなわちＤｅｑｕｅｓｔ（商標）２０１０製品）、０．７５ｗｔ％のアミノトリ（メチレンホスホン酸）（すなわちＤｅｑｕｅｓｔ（商標）２０００製品）、又は０．７５ｗｔ％のジエチレントリアミンペンタ（メチレンホスホン酸）（すなわちＤｅｑｕｅｓｔ（商標）２０６０製品））、及び
０．５ｗｔ％の停止化合物（具体的には０．５ｗｔ％の、２５％のＬｕｐａｓｏｌ（商標）ＳＫＡ（エチレンイミンポリマーを含有）（すなわち０．１２ｗｔ％のポリエチレンイミン））。

ここで、それぞれの系はｐＨが７．７であった。

比較のために、試験ウェハーを、以下の成分を含有する標準対照系（「標準対照」）によっても研磨した：
５ｗｔ％のシリカ（具体的にはＣａｂｏｔ社のＣａｂ−Ｏ−Ｓｐｅｒｓｅ（商標）ＳＣ−Ｅ製品）、及び
２．５ｗｔ％の酸化剤（具体的にはＨ_２Ｏ_２）。

ここでこの標準対照系のｐＨは８であった。系の使用の後で、それぞれの系による銅、タンタル及びＳｉＯ_２の除去速度（ＲＲ）、並びに銅のタンタルに対する相対的な除去速度（「Ｃｕ：Ｔａ」）を測定した。試験結果のデータは表６に示している。

表６に挙げたデータから明らかなように、研磨添加剤及び停止化合物を含有する系（系６Ａ〜６Ｃ）によって示される銅の除去とタンタルの除去との比（すなわちＣｕ：Ｔａ除去選択性）は、研磨化合物又は停止化合物を含有していない標準対照系のＣｕ：Ｔａ除去選択性よりも大きかった。停止化合物及びＤｅｑｕｅｓｔ（商標）２０６０製品を含有している系（系６Ｃ）の銅除去速度及びＣｕ：Ｔａ除去選択性は、停止化合物及びＤｅｑｕｅｓｔ（商標）２０００製品を含有している系（系６Ｂ）の銅除去速度及びＣｕ：Ｔａ除去選択性よりも大きかった。またこの系６Ｂの銅除去速度及びＣｕ：Ｔａ除去選択性は、停止化合物及びＤｅｑｕｅｓｔ（商標）２０１０製品を含有している系（系６Ａ）の銅除去速度及びＣｕ：Ｔａ除去選択性よりも大きかった。また更に、研磨添加剤及び停止化合物を含有する系（系６Ａ〜６Ｃ）によって示されるＳｉＯ_２除去速度は、研磨化合物又は停止化合物を含有していない標準対照系のＳｉＯ_２除去速度よりも小さかった。

これらの結果は、本発明の系に含まれる研磨添加剤及び停止化合物の組み合わせの重要性、並びに本発明の方法によって達成可能な研磨速度及び選択性への、停止化合物と組み合わせた特定の研磨添加剤の影響を示している。

例７
この例では、本発明の系によって達成可能な多層基体の研磨選択性が、系の停止化合物の種類に依存していることを示す。

銅ウェハー、タンタルウェハー及び二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）ウェハーを、以下の成分を含む１４の異なる研磨組成物でそれぞれ研磨した：
３ｗｔ％のアルミナ（具体的にはＣａｂｏｔ社のＳｅｍｉ−Ｓｐｅｒｓｅ（商標）Ｗ−Ａ３５５製品）、
２．５ｗｔ％の酸化剤（具体的にはＨ_２Ｏ_２）、
１ｗｔ％の研磨添加剤（具体的にはシュウ酸アンモニウム（（ＮＨ_４）_２Ｃ_２Ｏ_４））、及び
様々な濃度の停止化合物（具体的には０．２ｗｔ％のイソホロンジアミン、０．２ｗｔ％のヘキサメチレンジアミン、０．２ｗｔ％のＮ−シクロヘキシル−１，３−プロパンジアミン、０．２ｗｔ％のＮ−（３−アミノプロピル）−１，３−プロパンジアミン、０．２ｗｔ％のテトラエチレンペンタアミン、０．２ｗｔ％のＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−１，４−ブタンジアミン、０．５ｗｔ％のプロピルアミン、０．２ｗｔ％の２−（２−アミノエトキシ）エタノール、２．０ｗｔ％の１，３−ジアミノ−２−プロパノール、１．０ｗｔ％のチオミカミン、３．０ｗｔ％の２−アミノ−１−ブタノール、０．２ｗｔ％の４，７，１０−トリオキサ−１，１３−トリデカンジアミン、０．２ｗｔ％のリシン、０．２ｗｔ％のポリ［ビス（２−クロロエーテル）−アルト−１，３−ビス（３−ジメチルアミノ）プロピル］）。

ここでそれぞれの系のｐＨは７．６であった。

比較のために、試験ウェハーを、以下の成分を含有する標準対照系（「標準対照」）によっても研磨した：
３ｗｔ％のアルミナ（具体的にはＣａｂｏｔ社のＳｅｍｉ−Ｓｐｅｒｓｅ（商標）Ｗ−Ａ３５５製品）、
２．５ｗｔ％の酸化剤（具体的にはＨ_２Ｏ_２）、及び
１ｗｔ％の研磨添加剤（具体的にはシュウ酸アンモニウム（（ＮＨ_４）_２Ｃ_２Ｏ_４））。

ここでこの標準対照系のｐＨは７．６であった。研磨組成物の使用の後で、それぞれの系による相対的なタンタル（Ｔａ）除去速度及び相対的な二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）除去速度を、標準対照系による除去速度に対して得た。試験結果のデータは表７に示している。

表７に挙げたデータから明らかなように、研磨添加剤及び停止化合物を含有する系によって示される相対的タンタル除去速度は、研磨添加剤及び停止化合物のいずれかを含有しない標準対照研磨組成物の相対的タンタル除去速度よりも望ましく小さかった。更に、研磨添加剤及び停止化合物を含有する評価した研磨系のうちの１つを除く全てによって示される相対的ＳｉＯ_２除去速度は、研磨添加剤及び停止化合物のいずれかを含有しない標準対照研磨系の相対的ＳｉＯ_２除去速度よりも望ましく小さかった。

これらの結果は、本発明の系に含まれる停止化合物の存在の重要性、並びに本発明の方法によって達成可能な除去速度及び選択性への、特定の停止化合物の影響を示している。

例８
この例では、本発明の系によって達成可能な多層基体の研磨選択性及び系による表面欠陥の最少化が、系の停止化合物の種類に依存していることを示す。

銅ウェハー、タンタルウェハー、及び二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）ウェハーを、以下の成分を含む２つの異なる研磨系（系８Ａ及び８Ｂとする）でそれぞれ研磨した：
３ｗｔ％のアルミナ（具体的にはＣａｂｏｔ社のＳｅｍｉ−Ｓｐｅｒｓｅ（商標）Ｗ−Ａ３５５製品）、
２．５ｗｔ％の酸化剤（具体的にはＨ_２Ｏ_２）、
１．２５ｗｔ％研磨添加剤（具体的には酒石酸）、及び
それぞれ０ｗｔ％又は０．０６ｗｔ％の停止化合物（具体的にはエチレンイミンポリマー（すなわちＬｕｐａｓｏｌ（商標）ＳＫＡ））。

ここで、それぞれの系は、ｐＨが７．７であった。系の使用の後で、銅のタンタルに対する相対的な除去（「Ｃｕ：Ｔａ」）、銅のディッシッング、及びＳｉＯ_２のエロージョンを測定した。この結果のデータは下記の表８に示している。銅ラインのウェハーディッシッング（すなわち銅ディッシッング）及びＳｉＯ_２のエロージョンは、Ｔｅｎｃｏｒ Ｐ−２０ Ｌｏｎｇ Ｓｃａｎ Ｐｒｏｆｉｌｅｒを使用して測定した。銅ディッシッングは、１０μｍ構造寸法及び５０μｍ構造寸法（「１０μｍ／５０μｍ」）で測定した。ＳｉＯ_２エロージョンは、２μｍライン及び４μｍピッチのアレー（「２μｍ／４μｍアレー」）に関して測定した。

表８に挙げたデータから明らかなように、研磨添加剤及び停止化合物を含有する研磨系（系８Ｂ）によって示される銅除去とタンタル除去との比（すなわちＣｕ：Ｔａ除去選択性）は、研磨添加剤のみを含有する系（系８Ａ）によって示されるＣｕ：Ｔａ除去選択性よりも大きかった。更に、研磨添加剤及び停止化合物を含有する系（系８Ｂ）によって示されるＣｕディッシッング及びＳｉＯ_２エロージョンは、研磨添加剤のみを含有する系（系８Ａ）によって示されるＣｕディッシッング及びＳｉＯ_２エロージョンよりも小さかった。

これらの結果は、本発明の系によって達成可能な研磨選択性並びに本発明の系によって研磨される基体の表面欠陥の最少化に関して、本発明の系における停止化合物の存在の重要性を示している。

特許公報、特許出願、及び公開文献を包含する本明細書で示されている全ての参考文献は、ここで参照してその記載の全てを本明細書の記載に含める。

本発明を好ましい態様に関して説明してきたが、これらの好ましい態様の変形が使用できること、及び本明細書で特定した以外でも本発明を実施できることは当業者に明らかである。従って本発明は、特許請求の範囲に示される範囲及び本質内の全ての変形を包含している。

Claims (8)

1. （ｉ）液体キャリア、
   （ｉｉ）少なくとも１種の酸化剤、
   （ｉｉｉ）ホスホノ酢酸及びその塩、アミノエチルエタノールアミン、２−アミノエチルホスホン酸、ジエチレントリアミンペンタメチレンホスホン酸、並びにそれらの混合からなる群より選択される、系が基体の少なくとも１つの層を研磨する速度を増加させる少なくとも１種の研磨添加剤、並びに
   （ｉｖ）研磨パッド及び／又は研磨材、
   を含む、銅又は銅合金である第１の金属層、及びＴａ、ＴａＮ、又は１若しくは複数の酸化物層である第２の層を有する多層基体の１又は複数の層を研磨する系。
2. （ｉ）液体キャリア、
   （ｉｉ）少なくとも１種の酸化剤、並びに
   （ｉｉｉ）以下の構造：
   

   

   を有し、ここで、Ｒ ^１、Ｒ^２、Ｒ^３及びＲ^４が、水素（Ｈ）原子、ヘテロ原子含有官能基、アルキル基、ヘテロ原子含有アルキル基、環状基、ヘテロ原子含有環状基、芳香族基、ヘテロ原子含有芳香族基、及びそれらの組み合わせからなる群より選択される、系が基体の少なくとも１つの層を研磨する速度を増加させる少なくとも１種の研磨添加剤、
   を含む、銅又は銅合金である第１の金属層、及びＴａ、ＴａＮ、又は１若しくは複数の酸化物層である第２の層を有する多層基体の１又は複数の層を研磨する系。
3. （ｉ）液体キャリア、
   （ｉｉ）少なくとも１種の酸化剤、
   （ｉｉｉ）１−ヒドロキシエチリデン−１，１−ジ−ホスホン酸、アミノトリメチレンホスホン酸及びジエチレントリアミンペンタメチレンホスホン酸からなる群より選択される、少なくとも１種の第二の研磨添加剤、
   （ｉｖ）ポリエチレンイミンである第一の研磨添加剤、並びに
   （ｖ）研磨パッド及び／又は研磨材、
   を含む、銅又は銅合金である第１の金属層、及びＴａ、ＴａＮ、又は１若しくは複数の酸化物層である第２の層を有する多層基体の１又は複数の層を研磨する系。
4. 前記第二の研磨添加剤が、ジエチレントリアミンペンタメチレンホスホン酸である、請求項３に記載の系。
5. （ｉ）液体キャリア、
   （ｉｉ）少なくとも１種の酸化剤、
   （ｉｉｉ）シュウ酸アンモニウム（（ＮＨ₄）₂Ｃ₂Ｏ₄）である第二の研磨添加剤、
   （ｉｖ）イソホロンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、Ｎ−シクロヘキシル−１，３−プロパンジアミン、Ｎ−（３−アミノプロピル）−１，３−プロパンジアミン、テトラエチレンペンタアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−１，４−ブタンジアミン、プロピルアミン、２−（２−アミノエトキシ）エタノール、１，３−ジアミノ−２−プロパノール、チオミカミン、２−アミノ−１−ブタノール、４，７，１０−トリオキサ−１，１３−トリデカンジアミン、リシン、ポリ［ビス（２−クロロエーテル）−アルト−１，３−ビス（３−ジメチルアミノ）プロピル］からなる群より選択される、少なくとも１種の第一の研磨添加剤、並びに
   （ｖ）研磨パッド及び／又は研磨材、
   を含む、銅又は銅合金である第１の金属層、及びＴａ、ＴａＮ、又は１若しくは複数の酸化物層である第２の層を有する多層基体の１又は複数の層を研磨する系。
6. 前記第一の研磨添加剤が、ヘキサメチレンジアミン、Ｎ−シクロヘキシル−１，３−プロパンジアミン、Ｎ−（３−アミノプロピル）−１，３−プロパンジアミン、テトラエチレンペンタアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−１，４−ブタンジアミン、１，３−ジアミノ−２−プロパノール、チオミカミン、２−アミノ−１−ブタノール、４，７，１０−トリオキサ−１，１３−トリデカンジアミン、ポリ［ビス（２−クロロエーテル）−アルト−１，３−ビス（３−ジメチルアミノ）プロピル］からなる群より選択される、請求項５に記載の系。
7. （ｉ）液体キャリア、
   （ｉｉ）少なくとも１種の酸化剤、
   （ｉｉｉ）酒石酸である第二の研磨添加剤、
   （ｉｖ）ポリエチレンイミンである第一の研磨添加剤、並びに
   （ｖ）研磨パッド及び／又は研磨材、
   を含む、銅又は銅合金である第１の金属層、及びＴａ、ＴａＮ、又は１若しくは複数の酸化物層である第２の層を有する多層基体の１又は複数の層を研磨する系。
8. （ｉ）液体キャリア、
   （ｉｉ）少なくとも１種の酸化剤、並びに
   （ｉｉｉ）１，３−ジアミノ−２−プロパノールである、系が基体の少なくとも１つの層を研磨する速度を増加させる少なくとも１種の研磨添加剤、
   を含む、銅又は銅合金である第１の金属層、及びＴａ、ＴａＮ、又は１若しくは複数の酸化物層である第２の層を有する多層基体の１又は複数の層を研磨する系。