JP6041095B2 - 銅をケミカルメカニカルポリッシングするための方法 - Google Patents

銅をケミカルメカニカルポリッシングするための方法 Download PDF

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Description

本発明は、基板のケミカルメカニカルポリッシングのための方法に関する。更に詳しくは、本発明は、銅配線を有する半導体基板のケミカルメカニカルポリッシングのための方法に関する。
銅は現在、その比較的低い抵抗値及びエレクトロマイグレーションに対する耐性の向上に起因して、半導体ウェーハ集積スキームに使用するために最適な配線材料である。プラズマを使用する銅のエッチングに関連する困難を前提として、銅配線を生産するために典型的にはダマシン法が利用される。典型的なダマシン構造では、トレンチ又はビアを、絶縁層中にエッチングし；バリア材料（典型的にはＴａ、ＴａＮ）及びシード銅材料を次にトレンチ又はビア中に堆積させ；そして次にバルク銅を電気めっきにより堆積させる。堆積銅は、所望の領域（即ち、トレンチ又はビア）を充填して、ウェーハの周囲領域に広がる。次にケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）を利用することにより、無用の（過剰の）銅材料を除去して、ウェーハ表面を平坦化する。
従来の銅ＣＭＰは、典型的には多段階プロセスである。典型的な第１工程は、バリア材料と比べて銅に対する高い除去速度選択比を示す研磨組成物を使用することにより、ウェーハ表面からの無用の（過剰の）銅のバルクの迅速な除去を促進することである。高選択比研磨組成物は、バリア層での研磨停止を容易にするように設計される。それにもかかわらず、高い銅選択比の第１研磨工程後、トレンチ又はビアの内側に配置された銅層が研磨されて、ディッシングとして知られている作用を引き起こすことがある。典型的な第２工程は、別の研磨組成物（バリア配合物）を使用することにより、ウェーハ表面からのバリア材料の除去を促進することである。典型的な低選択比スラリー（ＬＳＳ）集積スキームにおいて、選択されるバリア配合物は、プロセスマージンを向上させ、かつディッシングを減少させるために、バリア材料と比べて銅に対する非選択性を示すように設計される。定期的に、研磨表面の欠陥性を改善するために第３工程が実行される（例えば、バフィング工程）。
銅のケミカルメカニカルポリッシングにおいて欠陥性の性能を改善することは、銅の相対的柔軟性を考えると困難な課題である。銅ＣＭＰに関連する欠陥性は、主としてスクラッチ及びびびりの多様さである。銅ＣＭＰにおいて欠陥性を改善することは、関連する歩留まり損失及び信頼性の懸念のために、特に興味深い。
銅ＣＭＰにおける欠陥性を改善するための１つの主張された解決策は、Siddiquiらにより米国特許出願公開2008/0148652号に開示されている。Siddiquiらは、銅ＣＭＰ処理中の銅上の低い欠陥性レベルを提供すると主張される、銅含有基板のケミカルメカニカルポリッシングのための組成物及び関連する方法を開示しているが、ここでこの組成物はコロイダルシリカを含み、実質的に可溶性高分子ケイ酸塩を含まない。
それにもかかわらず、銅欠陥性性能の改善を提供する、新しいケミカルメカニカルポリッシング組成物及び方法の開発に対する継続的なニーズが依然として存在する。
本発明は、基板のケミカルメカニカルポリッシングのための方法であって：銅を含む基板を提供すること；ケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物（初期成分として、水；０．１〜２０重量％の砥粒；０．０１〜１５重量％の錯化剤；０．０２〜５重量％のインヒビター；０．０１〜５重量％のリン含有化合物；０．００１〜３重量％のポリビニルピロリドン；＞０．１〜１重量％のヒスチジン；＞０．１〜１重量％のグアニジン（ここで、グアニジンは、グアニジン、グアニジン誘導体、グアニジン塩及びこれらの混合物から選択される）；０〜２５重量％の任意の酸化剤；０〜０．１重量％の任意のレベリング剤；０〜０．０１重量％の任意の殺生物剤；任意のｐＨ調整剤を含む）を提供すること（ここで、提供されるケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物は、９〜１１のｐＨを有する）；研磨表面を持つケミカルメカニカルポリッシングパッドを提供すること；ケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物をケミカルメカニカルポリッシングパッド上でケミカルメカニカルポリッシングパッドと基板との界面又は界面近くに分配すること；及びケミカルメカニカルポリッシングパッドの研磨表面と基板との界面に０．６９〜３４．５kPaのダウンフォースで動的接触を作り出すことを含み；ここで、基板は研磨され、そして幾らかの銅は基板から除去される、方法を提供する。
本発明はまた、基板のケミカルメカニカルポリッシングのための方法であって：銅を含む基板を提供すること；ケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物（初期成分として、水；０．５〜１５重量％の砥粒（ここで、砥粒は２５〜７５nmの平均粒径を有するコロイダルシリカ砥粒である）；０．１〜１重量％の錯化剤（ここで、錯化剤はクエン酸である）；０．０５〜２重量％のインヒビター（ここで、インヒビターはベンゾトリアゾールである）；０．０５〜３重量％のリン含有化合物（ここで、リン含有化合物はリン酸である）；０．０５〜１．５重量％のポリビニルピロリドン（ここで、ポリビニルピロリドンは２，５００〜５０，０００の重量平均分子量を有する）；０．２５〜１重量％のヒスチジン；０．２５〜１重量％のグアニジン（ここで、グアニジンは、グアニジン、グアニジン誘導体、グアニジン塩及びこれらの混合物から選択される）；０．１〜１０重量％の酸化剤（ここで、酸化剤はＨ２Ｏ２である）；０．０１〜０．１重量％のレベリング剤（ここで、レベリング剤は塩化アンモニウムである）；０．００１〜０．０１重量％の殺生物剤；及び０．１〜１重量％のｐＨ調整剤（ここで、ｐＨ調整剤は水酸化カリウムである）を含む）を提供すること；研磨表面を持つケミカルメカニカルポリッシングパッドを提供すること；ケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物をケミカルメカニカルポリッシングパッド上でケミカルメカニカルポリッシングパッドと基板との界面又は界面近くに分配すること；及びケミカルメカニカルポリッシングパッドの研磨表面と基板との界面に０．６９〜３４．５kPaのダウンフォースで動的接触を作り出すこと（ここで、基板は研磨され；幾らかの銅は基板から除去され；そしてケミカルメカニカルポリッシング組成物は、９３回転/分のプラテン速度、８７回転/分のキャリヤ速度、３００ml/分のケミカルメカニカルポリッシング組成物流量、及び１１．７kPaの公称ダウンフォースにより、２００mm研磨機で、高分子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ケミカルメカニカルポリッシングパッドを使用して、＞０．１μmのサイズを有する研磨後ＳＰ１欠陥数≦２００で、≧１１００Å/分の銅除去速度を容易にする）を含む方法を提供する。
本発明はまた、基板のケミカルメカニカルポリッシングのための方法であって：銅を含む基板を提供すること；ケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物（初期成分として、水；１０〜１５重量％の砥粒（ここで、砥粒は２５〜７５nmの平均粒径を有するコロイダルシリカ砥粒である）；０．０１〜０．５重量％の錯化剤（ここで、錯化剤はクエン酸である）；０．０５〜１重量％のインヒビター（ここで、インヒビターはベンゾトリアゾールである）；０．０５〜０．２重量％のリン含有化合物（ここで、リン含有化合物はリン酸である）；０．１〜１重量％のポリビニルピロリドン（ここで、ポリビニルピロリドンは１２，０００〜２０，０００の重量平均分子量を有する）；０．２５〜０．６重量％のヒスチジン；０．２５〜０．６重量％のグアニジンＨＣｌ；０．１〜５重量％の酸化剤（ここで、酸化剤はＨ２Ｏ２である）；０．０１〜０．０５重量％のレベリング剤（ここで、レベリング剤は塩化アンモニウムである）；０．００１〜０．０１重量％の殺生物剤；及び０．１〜１重量％のｐＨ調整剤（ここで、ｐＨ調整剤は水酸化カリウムである）を含む（ここで、ケミカルメカニカルポリッシング組成物中に初期成分として包含されるヒスチジンとグアニジンＨＣｌとの質量の差は≦１０％である））を提供すること；研磨表面を持つケミカルメカニカルポリッシングパッドを提供すること；ケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物をケミカルメカニカルポリッシングパッド上でケミカルメカニカルポリッシングパッドと基板との界面又は界面近くに分配すること；及びケミカルメカニカルポリッシングパッドの研磨表面と基板との界面に０．６９〜３４．５kPaのダウンフォースで動的接触を作り出すこと（ここで、基板は研磨され；幾らかの銅は基板から除去され；そしてケミカルメカニカルポリッシング組成物は、９３回転/分のプラテン速度、８７回転/分のキャリヤ速度、３００ml/分のケミカルメカニカルポリッシング組成物流量、及び１１．７kPaの公称ダウンフォースにより、２００mm研磨機で、高分子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ケミカルメカニカルポリッシングパッドを使用して、＞０．１μmのサイズを有する研磨後ＳＰ１欠陥数≦２００で、≧１１００Å/分の銅除去速度を容易にする）を含む方法を提供する。
詳細な説明
本発明のケミカルメカニカルポリッシングのための方法は、銅を含有する基板、詳しくは銅配線を含む半導体ウェーハを研磨するのに有用である。本発明の方法に使用されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、望ましくは非選択的配合で欠陥性性能の改善（＞０．１μmの欠陥数≦２００）を伴う高い銅除去速度（＞１１００Å）を提供する。
本発明の基板のケミカルメカニカルポリッシングのための方法は、銅を含む基板のケミカルメカニカルポリッシングに有用である。本発明の基板のケミカルメカニカルポリッシングのための方法は、銅配線を有する半導体ウェーハのケミカルメカニカルポリッシングに特に有用である。
本発明の方法を用いて研磨される基板は、場合により更に、リンケイ酸ガラス（ＰＳＧ）、ホウリンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）、非ドープケイ酸塩ガラス（ＵＳＧ）、スピンオンガラス（ＳＯＧ）、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）、プラズマ強化ＴＥＯＳ（ＰＥＴＥＯＳ）、流動性酸化物（ＦＯｘ）、高密度プラズマ化学蒸着（ＨＤＰ−ＣＶＤ）酸化物、及び窒化タンタル（ＴａＮ）から選択される追加の材料を含む。好ましくは、本発明の方法を用いて研磨される基板は更に、ＴａＮ及びＴＥＯＳから選択される追加の材料を含む。
好ましくは、本発明のケミカルメカニカルポリッシングのための方法に使用されるケミカルメカニカルポリッシング組成物中の初期成分として使用される水は、不可避的不純物を制限するため、脱イオン及び蒸留の少なくとも一方が行われる。
本発明のケミカルメカニカルポリッシングのための方法に使用されるケミカルメカニカルポリッシング組成物に使用するのに適切な砥粒は、例えば、無機酸化物、無機水酸化物、無機水酸化酸化物、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１種を含む混合物を包含する。適切な無機酸化物は、例えば、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）、酸化チタン（ＴｉＯ２）又は前記酸化物の少なくとも１種を含む組合せを包含する。有機ポリマー被覆無機酸化物粒子及び無機被覆粒子のような、これらの無機酸化物の修飾形もまた、必要に応じて利用することができる。適切な金属炭化物、ホウ化物及び窒化物は、例えば、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１種を含む組合せを包含する。好ましくは、使用される砥粒は、コロイダルシリカ砥粒である。更に好ましくは、使用される砥粒は、周知のレーザー光散乱法により測定するとき、１〜２００nm（更に好ましくは１〜１００nm、最も好ましくは２５〜７５nm）の平均粒径を有するコロイダルシリカである。
本発明のケミカルメカニカルポリッシングのための方法に使用されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、好ましくは初期成分として、０．１〜２０重量％、更に好ましくは０．５〜１５重量％、最も好ましくは１０〜１５重量％の砥粒を含む。好ましくは、砥粒は、コロイダルシリカ砥粒である。最も好ましくは、本発明のケミカルメカニカルポリッシング組成物は、初期成分として、１０〜１５重量％の２５〜７５nmの平均粒径を有するコロイダルシリカ砥粒を含む。
本発明のケミカルメカニカルポリッシングのための方法に使用されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、初期成分として銅に対する錯化剤を含む。この錯化剤は、基板からの銅の除去を促進すると考えられる。好ましくは、使用されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、初期成分として０．０１〜１５重量％（更に好ましくは０．１〜１重量％、最も好ましくは０．１〜０．５重量％）の錯化剤を含む。錯化剤は、例えば、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ン酸ナトリウム、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、グルタル酸、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（これらの塩及び混合物を包含する）を包含する。好ましくは、使用される錯化剤は、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、シュウ酸及びこれらの組合せから選択される。最も好ましくは、使用される錯化剤はクエン酸である。
本発明のケミカルメカニカルポリッシングのための方法に使用されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、初期成分としてインヒビターを含む。インヒビターは、基板の表面上の銅を静的エッチングから保護するように機能すると考えられる。好ましくは使用されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、初期成分として０．０２〜５重量％（更に好ましくは０．０５〜２重量％、最も好ましくは０．０１〜１重量％）のインヒビターを含む。使用されるインヒビターは、場合によりインヒビターの混合物を含む。使用されるインヒビターは、好ましくはアゾ−ルインヒビターである。更に好ましくは、使用されるインヒビターは、ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）、メルカプトベンゾチアゾール（ＭＢＴ）、トリトリアゾール及びイミダゾールから選択されるアゾ−ルインヒビターである。最も好ましくは、使用されるインヒビターはＢＴＡである。
本発明のケミカルメカニカルポリッシングのための方法に使用されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、初期成分としてリン含有化合物を含む。リン含有化合物は、銅除去速度の加速を促進すると考えられる。好ましくは、使用されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、０．０１〜５重量％（更に好ましくは０．０５〜３重量％；更になお好ましくは０．０５〜０．５重量％；最も好ましくは０．０５〜０．２重量％）のリン含有化合物を含む。「リン含有化合物」という用語は、本明細書及び添付の請求の範囲において使用されるとき、リン原子を含有する任意の化合物を意味する。好ましくは、使用されるリン含有化合物は、ホスファート類、ピロホスファート酸類、ポリホスファート類、ホスホネート類、ホスフィンオキシド類、ホスフィンスルフィド類、ホスホリナン類、ホスホナート類、ホスファイト類及びホスフィナート類（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、及びこれらの混合物を包含する）から選択される（例えばリン酸など）。更に好ましくは、使用されるリン含有化合物は、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、リン酸カリウム、リン酸二カリウム、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（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、及びこれらの混合物を包含する）から選択される。最も好ましくは、使用されるリン含有化合物は、リン酸カリウム（例えば、リン酸三カリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸二水素カリウム及びこれらの混合物）；リン酸アンモニウム（例えば、リン酸三アンモニウム、リン酸水素二アンモニウム、リン酸二水素アンモニウム及びこれらの混合物）及びリン酸の少なくとも１種から選択される。過剰のリン酸アンモニウムは、不適切な量の遊離アンモニウムを溶液中に導入し得る。過剰の遊離アンモニウムは、銅を攻撃することにより、粗い金属表面を作り出し得る。追加のリン酸は、カリウムのような遊離アルカリ金属とインサイチュで反応することにより、特に有効なリン酸カリウム塩及びリン酸二カリウム塩を形成する。
本発明のケミカルメカニカルポリッシングのための方法に使用されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、初期成分としてポリビニルピロリドンを含む。好ましくは、使用されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、初期成分として０．００１〜３重量％（更に好ましくは０．０５〜１．５重量％、最も好ましくは０．１〜１重量％）のポリビニルピロリドンを含む。
使用されるポリビニルピロリドンは、好ましくは１，０００〜１，０００，０００の重量平均分子量を有する。本明細書の目的には、重量平均分子量とは、ゲル浸透クロマトグラフィーにより測定される分子量のことをいう。このスラリーは、更に好ましくは１，０００〜５００，０００の重量平均分子量を、そして最も好ましくは２，５００〜５０，０００の重量平均分子量を有する。例えば、１２，０００〜２０，０００の重量平均分子量を有するポリビニルピロリドンは、特に有効であることが判明した。
好ましくは、本発明のケミカルメカニカルポリッシングのための方法に使用されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、初期成分としてグアニジンを含むが；ここでグアニジンは、グアニジン、グアニジン誘導体、グアニジン塩及びこれらの混合物から選択される。更に好ましくは、使用されるグアニジンは、炭酸グアニジン及びグアニジンＨＣｌから選択される。最も好ましくは、使用されるグアニジンはグアニジンＨＣｌである。
好ましくは、本発明のケミカルメカニカルポリッシングのための方法に使用されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、初期成分として、＞０．１〜１重量％（更に好ましくは０．２５〜１重量％；最も好ましくは０．３〜０．５重量％）のヒスチジン及び＞０．１〜１重量％（更に好ましくは０．２５〜１重量％；最も好ましくは０．３〜０．５重量％）のグアニジン（ここでグアニジンは、グアニジン、グアニジン誘導体、グアニジン塩及びこれらの混合物から選択される（更に好ましくは、ここでグアニジンはグアニジンＨＣｌである））を含む。更に好ましくは、本発明のケミカルメカニカルポリッシングのための方法に使用されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、初期成分として、＞０．１〜１重量％（更に好ましくは０．２５〜１重量％；最も好ましくは０．３〜０．５重量％）のヒスチジン及び＞０．１〜１重量％（更に好ましくは０．２５〜１重量％；最も好ましくは０．３〜０．５重量％）のグアニジン（ここでグアニジンは、グアニジン、グアニジン誘導体、グアニジン塩及びこれらの混合物から選択される（更に好ましくは、ここでグアニジンはグアニジンＨＣｌである））を含むが；ここで、ケミカルメカニカルポリッシング組成物中の初期成分として包含されるヒスチジンとグアニジンとの質量の差は≦１０％（更に好ましくは≦５％；最も好ましくは≦１％）である。
本発明のケミカルメカニカルポリッシングのための方法に使用されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、場合により初期成分として酸化剤を含む。好ましくは、使用されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、初期成分として０〜２５重量％（更に好ましくは０．１〜１０重量％；最も好ましくは０．１〜５重量％）の酸化剤を含む。好ましくは、使用される酸化剤は、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）、モノペルスルファート類、ヨージド類、過フタル酸マグネシウム、過酢酸及び他の過酸類、ペルスルファート類、ブロマート類、ペルヨージド類、ニトラート類、鉄塩類、セリウム塩類、Ｍｎ（III）、Ｍｎ（IV）及びＭｎ（VI）塩類、銀塩類、銅塩類、クロム塩類、コバルト塩類、ハロゲン類、ハイポクロライド類及びこれらの混合物から選択される。最も好ましくは、使用される酸化剤は過酸化水素である。ケミカルメカニカルポリッシング組成物が、過酸化水素のような不安定な酸化剤を含有するとき、使用時に酸化剤をケミカルメカニカルポリッシング組成物に組み込むことが望ましい。
本発明のケミカルメカニカルポリッシングのための方法に使用されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、場合により初期成分としてレベリング剤を含む。使用されるレベリング剤は塩化物を包含することができる。好ましいレベリング剤は塩化アンモニウムである。好ましくは、本発明のケミカルメカニカルポリッシング組成物は、初期成分として０〜０．１重量％（更に好ましくは０．０１〜０．１重量％、最も好ましくは０．０１〜０．０５重量％）の塩化アンモニウムを含む。使用されるケミカルメカニカルポリッシング組成物に初期成分として塩化アンモニウムを組み込むと、研磨される基板の表面外観の改善をもたらすことができ、そして銅除去速度を上げることにより基板からの銅の除去を容易にできると考えられる。
本発明のケミカルメカニカルポリッシングのための方法に使用されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、場合により初期成分として殺生物剤を含む。好ましくは、本発明のケミカルメカニカルポリッシング組成物は、初期成分として０〜０．０１重量％（更に好ましくは０．００１〜０．０１重量％）の殺生物剤を含む。好ましくは、使用されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、初期成分として、イソチアゾリノン誘導体のような殺生物剤を含む。好ましいイソチアゾリノン誘導体は、例えば、メチル−４−イソチアゾリン−３−オン；及び５−クロロ−２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オン（例えば、９．５〜９．９重量％のメチル−４−イソチアゾリン−３−オンを含有するKordek（商標）MLX；及びメチル−４−イソチアゾリン−３−オンと５−クロロ−２−メチル−４−イソチアゾリン−３−オンとの混合物を含有するKathon（商標）ICP III（両方ともRohm and Haas Companyから市販されている））を包含する。
本発明のケミカルメカニカルポリッシングのための方法に使用されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、好ましくは８〜１２（更に好ましくは９〜１１、最も好ましくは１０〜１１）のｐＨを有する。ケミカルメカニカルポリッシング組成物のｐＨを調整するのに適切な酸は、例えば、硝酸、硫酸及び塩酸を包含する。ケミカルメカニカルポリッシング組成物のｐＨを調整するのに適切な塩基は、例えば、水酸化アンモニウム、水酸化カリウム、水酸化テトラメチルアンモニウム及び重炭酸テトラメチルアンモニウム；好ましくは水酸化テトラメチルアンモニウムを包含する。好ましくは、本発明のケミカルメカニカルポリッシング組成物は、初期成分として０．１〜１重量％の水酸化カリウムを含む。
本発明のケミカルメカニカルポリッシング方法に使用されるケミカルメカニカルポリッシング組成物は、場合により更に、消泡剤、分散剤、界面活性剤及び緩衝剤から選択される追加の添加剤を含む。
本発明のケミカルメカニカルポリッシングのための方法は、好ましくは：銅を含む基板（好ましくは、ここで基板は、銅配線を持つ半導体基板である）を提供すること；ケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物（初期成分として、水；０．１〜２０重量％（好ましくは０．５〜１５重量％、更に好ましくは１０〜１５重量％）の砥粒（好ましくは、ここで砥粒は２５〜７５nmの平均粒径を有するコロイダルシリカ砥粒である）；０．０１〜１５重量％（好ましくは０．１〜１重量％、更に好ましくは０．０１〜０．５重量％）の錯化剤（好ましくは、ここで錯化剤はクエン酸である）；０．０２〜５重量％（好ましくは０．０５〜２重量％、更に好ましくは０．０５〜１重量％）のインヒビター（好ましくは、ここでインヒビターはベンゾトリアゾールである）；０．０１〜５重量％（好ましくは０．０５〜３重量％、更に好ましくは０．０５〜０．５重量％、最も好ましくは０．０５〜０．２重量％）のリン含有化合物（好ましくは、ここでリン含有化合物はリン酸である）；０．００１〜３重量％（好ましくは０．０５〜１．５重量％、更に好ましくは０．１〜１重量％）のポリビニルピロリドン（好ましくは、ここでポリビニルピロリドンは２，５００〜５０，０００（更に好ましくは１２，０００〜２０，０００）の重量平均分子量を有する）；＞０．１〜１重量％（好ましくは０．２５〜１重量％、更に好ましくは０．２５〜０．６重量％）のヒスチジン；＞０．１〜１重量％（好ましくは０．２５〜１重量％、更に好ましくは０．２５〜０．６重量％）のグアニジン（ここで、グアニジンは、グアニジン、グアニジン誘導体、グアニジン塩及びこれらの混合物から選択される（好ましくは、ここでグアニジンはグアニジンＨＣｌである））（好ましくは、ここでケミカルメカニカルポリッシング組成物中に初期成分として包含されるヒスチジンとグアニジンＨＣｌとの質量の差は≦１０％（更に好ましくは≦５％、最も好ましくは≦１％）である）；０〜２５重量％（好ましくは０．１〜１０重量％、更に好ましくは０．１〜５重量％）の任意の酸化剤（好ましくは、ここで酸化剤はＨ２Ｏ２である）；０〜０．１重量％（好ましくは０．０１〜０．１重量％、更に好ましくは０．０１〜０．０５重量％）の任意のレベリング剤（好ましくは、ここでレベリング剤は塩化アンモニウムである）；０〜０．０１重量％（好ましくは０．００１〜０．０１重量％）の任意の殺生物剤；任意のｐＨ調整剤（好ましくは０．１〜１重量％のｐＨ調整剤（ここで、ｐＨ調整剤は水酸化カリウムである））を含む）を提供すること（ここで、提供されるケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物は９〜１１（好ましくは１０〜１１）のｐＨを有する）；研磨表面を持つケミカルメカニカルポリッシングパッドを提供すること；ケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物をケミカルメカニカルポリッシングパッド上でケミカルメカニカルポリッシングパッドと基板との界面又は界面近くに分配すること；及びケミカルメカニカルポリッシングパッドの研磨表面と基板との界面に０．６９〜３４．５kPaのダウンフォースで動的接触を作り出すこと（ここで、基板は研磨され；そして幾らかの銅は基板から除去される（好ましくは、ここでケミカルメカニカルポリッシング組成物は、（実施例に明記される研磨条件下で測定するとき）≧１１００Å/分（更に好ましくは≧１５００Å/分）の銅除去速度を示し、そしてここでケミカルメカニカルポリッシング組成物は、（実施例に明記される研磨条件下で測定するとき）＞０．１μmのサイズを有する研磨後ＳＰ１欠陥数≦２００（更に好ましくは≦１００）を容易にする））を含む。好ましくは、基板は更にＴＥＯＳを含むが、ここで少なくとも幾らかのＴＥＯＳは基板から除去され、ケミカルメカニカルポリッシング組成物は、（実施例に明記される研磨条件下で測定するとき）１：１〜５：１（更に好ましくは１：１〜３：１）の銅除去速度対ＴＥＯＳ除去速度の選択比を示す。好ましくは、基板は更にＴａＮを含むが、ここで少なくとも幾らかのＴａＮは基板から除去され、ケミカルメカニカルポリッシング組成物は、（実施例に明記される研磨条件下で測定するとき）１：１〜５：１（更に好ましくは２：１〜４：１）の銅除去速度対ＴａＮ除去速度の選択比を示す。
本発明のケミカルメカニカルポリッシングのための方法は、好ましくは：銅を含む基板（好ましくは、ここで基板は、銅配線を持つ半導体基板である）を提供すること；ケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物（初期成分として、水；１０〜１５重量％の砥粒（ここで、砥粒は２５〜７５nmの平均粒径を有するコロイダルシリカ砥粒である）；０．０１〜０．５重量％の錯化剤（ここで、錯化剤はクエン酸である）；０．０５〜１重量％のインヒビター（ここで、インヒビターはベンゾトリアゾールである）；０．０５〜０．２重量％のリン含有化合物（ここで、リン含有化合物はリン酸である）；０．１〜１重量％のポリビニルピロリドン（ここで、ポリビニルピロリドンは１２，０００〜２０，０００の重量平均分子量を有する）；０．２５〜０．６重量％のヒスチジン；０．２５〜０．６重量％のグアニジンＨＣｌ；０．１〜５重量％の酸化剤（ここで、酸化剤はＨ２Ｏ２である）；０．０１〜０．０５重量％のレベリング剤（ここで、レベリング剤は塩化アンモニウムである）；０．００１〜０．０１重量％の殺生物剤；及び０．１〜１重量％のｐＨ調整剤（ここで、ｐＨ調整剤は水酸化カリウムである）を含む（ここで、ケミカルメカニカルポリッシング組成物中に初期成分として包含されるヒスチジンとグアニジンＨＣｌとの質量の差は≦１０％である））を提供すること；研磨表面を持つケミカルメカニカルポリッシングパッドを提供すること；ケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物をケミカルメカニカルポリッシングパッド上でケミカルメカニカルポリッシングパッドと基板との界面又は界面近くに分配すること；及びケミカルメカニカルポリッシングパッドの研磨表面と基板との界面に０．６９〜３４．５kPaのダウンフォースで動的接触を作り出すことを含み；ここで、基板は研磨され、そして幾らかの銅は基板から除去される。好ましくは、ここでケミカルメカニカルポリッシング組成物は、９３回転/分のプラテン速度、８７回転/分のキャリヤ速度、３００ml/分のケミカルメカニカルポリッシング組成物流量、及び１１．７kPaの公称ダウンフォースにより、２００mm研磨機で、高分子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ケミカルメカニカルポリッシングパッドを使用して、＞０．１μmのサイズを有する研磨後ＳＰ１欠陥数≦２００（更に好ましくは≦１００）で、≧１１００Å/分（更に好ましくは≧１５００Å/分）の銅除去速度を容易にする。
本発明の幾つかの実施態様を、これから以下の実施例において詳細に説明する。
実施例
ケミカルメカニカルポリッシング組成物
試験した全てのケミカルメカニカルポリッシング組成物（ＣＭＰＣ）は、初期成分として：０．０４重量％の塩化アンモニウム；０．０６重量％のベンゾトリアゾール；０．４重量％のポリビニルピロリドン（１５，０００の重量平均分子量を有する）；０．３重量％のクエン酸；０．１重量％のリン酸；０．００５重量％の殺生物剤（９．５〜９．９重量％のメチル−４−イソチアゾリン−３−オンを含有する、Rohm and Haas Companyから市販されているKordek（商標）MLX）；０．４重量％の水酸化カリウム；１４重量％の砥粒（５０nmの平均粒径を有するKlebosol（登録商標）II 1501-50コロイダルシリカ；AZ Electronic Materialsにより製造されRohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.から市販されている）；及び０．４重量％の過酸化水素を含有した。このＣＭＰＣは、表１に記載されるように（もしあれば）追加の初期成分を含有した。ケミカルメカニカルポリッシング組成物Ａ〜Ｃは、比較配合物であり、本発明の請求の範囲に含まれない。
Figure 0006041095
研磨試験
研磨実験は、銅ブランケットウェーハ；ＴａＮブランケットウェーハ及びＴＥＯＳブランケットウェーハで、表１に記載されるケミカルメカニカルポリッシング組成物を使用して実施した。研磨実験は、ISRM検出システムを取り付けたApplied Materials, Inc. Mirra（登録商標）２００mm研磨機を使用して、VisionPad（商標）3100（１０１０溝付及びSP2310サブパッドを有する）ポリウレタン研磨パッド（Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.から市販されている）を１．７psi（１１．７kPa）のダウンフォース、３００ml/分のケミカルメカニカルポリッシング組成物流量、９３rpmのプラテン速度、８７rpmのキャリヤ速度及び研磨パッドの中心から４．４”のスラリー滴点の下で用いて実施した。Kinik（登録商標）AD3BG-150840ダイヤモンドパッドコンディショナー（Kinik Companyから市販されている）を使用して研磨パッドをコンディショニングした。表２に報告された銅除去速度データは、Jordan Valley JVX-5200T計測ツールを使用して求めた。表２に報告されたＴＥＯＳ及びＴａＮ除去速度は、KLA-Tencor FX200計測ツールを使用して研磨の前後に膜厚を測定することにより求めた。≧０．１μmのサイズの銅欠陥に関する欠陥数分析は、KLA-Tencor製のＳＰ１計測ツールを使用して実施した。
Figure 0006041095

Claims (9)

  1. 基板のケミカルメカニカルポリッシングのための方法であって：
    銅を含む基板を提供すること；
    ケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物（初期成分として、
    水；
    １０〜１５重量％の２５〜７５nmの平均粒径を有するコロイダルシリカ砥粒；
    ０．１〜０．５重量％の錯化剤（ここで、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、シュウ酸及びこれらの組合せからなる群より選択される）；
    ０．０２〜５重量％のインヒビター；
    ０．０１〜５重量％のリン含有化合物；
    ０．００１〜３重量％のポリビニルピロリドン；
    ０．３〜０．５重量％のヒスチジン；
    ０．３〜０．５重量％のグアニジンＨＣｌ；
    ０〜２５重量％の酸化剤；
    ０〜０．１重量％のレベリング剤；
    ０〜０．０１重量％の殺生物剤；及び
    ０．１〜１重量％のｐＨ調整剤を含む）を提供すること（ここで、提供されるケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物は、９〜１１のｐＨを有する）；
    研磨表面を持つケミカルメカニカルポリッシングパッドを提供すること；
    ケミカルメカニカルポリッシングスラリー組成物をケミカルメカニカルポリッシングパッド上でケミカルメカニカルポリッシングパッドと基板との界面又は界面近くに分配すること；及び
    ケミカルメカニカルポリッシングパッドの研磨表面と基板との界面に０．６９〜３４．５kPaのダウンフォースで動的接触を作り出すことを含み；ここで、基板は研磨され、ケミカルメカニカルポリッシング組成物が、１１００Å/分以上の銅除去速度を示し、ケミカルメカニカルポリッシング組成物が、０．１μm超のサイズを有する研磨後ＳＰ１欠陥数２００以下を容易にし；ここで、ケミカルメカニカルポリッシング組成物中に初期成分として包含されるヒスチジンとグアニジンＨＣｌとの質量の差は１０％以下であり、そして幾らかの銅は基板から除去される、方法。
  2. 基板が、更にオルトケイ酸テトラエチルを含み；少なくとも幾らかのオルトケイ酸テトラエチルが、基板から除去され；そしてケミカルメカニカルポリッシング組成物が、１：１〜５：１の銅除去速度対オルトケイ酸テトラエチル除去速度の選択比を示す、請求項１に記載の方法。
  3. 基板が、更にＴａＮを含み；少なくとも幾らかのＴａＮが、基板から除去され；そしてケミカルメカニカルポリッシング組成物が、１：１〜５：１の銅除去速度対ＴａＮ除去速度の選択比を示す、請求項１に記載の方法。
  4. 提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物が、初期成分として：
    水；
    １０〜１５重量％の２５〜７５nmの平均粒径を有するコロイダルシリカ砥粒；
    ０．１〜０．５重量％の錯化剤（ここで、錯化剤はクエン酸である）；
    ０．０５〜２重量％のインヒビター（ここで、インヒビターはベンゾトリアゾールである）；
    ０．０５〜３重量％のリン含有化合物（ここで、リン含有化合物はリン酸である）；
    ０．０５〜１．５重量％のポリビニルピロリドン（ここで、ポリビニルピロリドンは２，５００〜５０，０００の重量平均分子量を有する）；
    ０．３〜０．５重量％のヒスチジン；
    ０．３〜０．５重量％のグアニジンＨＣｌ；
    ０．１〜１０重量％の酸化剤（ここで、酸化剤はＨ２Ｏ２である）；
    ０．０１〜０．１重量％のレベリング剤（ここで、レベリング剤は塩化アンモニウムである）；
    ０．００１〜０．０１重量％の殺生物剤；及び
    ０．１〜１重量％のｐＨ調整剤（ここで、ｐＨ調整剤は水酸化カリウムである）を含む、請求項１に記載の方法。
  5. ケミカルメカニカルポリッシング組成物が、９３回転/分のプラテン速度、８７回転/分のキャリヤ速度、３００ml/分のケミカルメカニカルポリッシング組成物流量、及び１１．７kPaの公称ダウンフォースにより、２００mm研磨機で、高分子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ケミカルメカニカルポリッシングパッドを使用して、０．１μm超のサイズを有する研磨後ＳＰ１欠陥数２００以下で、１１００Å/分以上の銅除去速度を容易にする、請求項４に記載の方法。
  6. 基板が、更にオルトケイ酸テトラエチルを含み；少なくとも幾らかのオルトケイ酸テトラエチルが、基板から除去され；そしてケミカルメカニカルポリッシング組成物が、９３回転/分のプラテン速度、８７回転/分のキャリヤ速度、３００ml/分のケミカルメカニカルポリッシング組成物流量、及び１１．７kPaの公称ダウンフォースにより、２００mm研磨機で、高分子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ケミカルメカニカルポリッシングパッドを使用して、１：１〜５：１の銅除去速度対オルトケイ酸テトラエチル除去速度の選択比を示す、請求項５に記載の方法。
  7. 基板が、更にＴａＮを含み；少なくとも幾らかのＴａＮが、基板から除去され；そしてケミカルメカニカルポリッシング組成物が、９３回転/分のプラテン速度、８７回転/分のキャリヤ速度、３００ml/分のケミカルメカニカルポリッシング組成物流量、及び１１．７kPaの公称ダウンフォースにより、２００mm研磨機で、高分子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ケミカルメカニカルポリッシングパッドを使用して、１：１〜５：１の銅除去速度対ＴａＮ除去速度の選択比を示す、請求項５に記載の方法。
  8. 提供されるケミカルメカニカルポリッシング組成物が、初期成分として：
    水；
    １０〜１５重量％の２５〜７５nmの平均粒径を有するコロイダルシリカ砥粒；
    ０．１〜０．５重量％の錯化剤（ここで、錯化剤はクエン酸である）；
    ０．０５〜１重量％のインヒビター（ここで、インヒビターはベンゾトリアゾールである）；
    ０．０５〜０．２重量％のリン含有化合物（ここで、リン含有化合物はリン酸である）；
    ０．１〜１重量％のポリビニルピロリドン（ここで、ポリビニルピロリドンは１２，０００〜２０，０００の重量平均分子量を有する）；
    ０．３〜０．５重量％のヒスチジン；
    ０．３〜０．５重量％のグアニジンＨＣｌ；
    ０．１〜５重量％の酸化剤（ここで、酸化剤はＨ２Ｏ２である）；
    ０．０１〜０．０５重量％のレベリング剤（ここで、レベリング剤は塩化アンモニウムである）；
    ０．００１〜０．０１重量％の殺生物剤；及び
    ０．１〜１重量％のｐＨ調整剤（ここで、ｐＨ調整剤は水酸化カリウムである）を含む（ここで、ケミカルメカニカルポリッシング組成物中に初期成分として包含されるヒスチジンとグアニジンＨＣｌとの質量の差は１０％以下である）、請求項１に記載の方法。
  9. ケミカルメカニカルポリッシング組成物が、９３回転/分のプラテン速度、８７回転/分のキャリヤ速度、３００ml/分のケミカルメカニカルポリッシング組成物流量、及び１１．７kPaの公称ダウンフォースにより、２００mm研磨機で、高分子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ケミカルメカニカルポリッシングパッドを使用して、０．１μm超のサイズを有する研磨後ＳＰ１欠陥数２００以下で、１１００Å/分以上の銅除去速度を容易にする、請求項８に記載の方法。
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