JP7207918B2 - コバルト用ケミカルメカニカルポリッシング方法 - Google Patents

コバルト用ケミカルメカニカルポリッシング方法 Download PDF

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Description

本発明は、少なくとも窒化チタンに対するコバルトの除去速度の選択比を改善する、コバルトのケミカルメカニカルポリッシングの分野に係る。より具体的には、本発明は、コバルト及び窒化チタンを含む基板を提供すること;初期の成分として：水；酸化剤；アスパラギン酸又はその塩類；２５nm以下の平均粒径を有するコロイダルシリカ砥粒を含む研磨組成物を提供すること；研磨表面を有するケミカルメカニカル研磨パッドを提供すること；この研磨パッドと基板との間の界面で動的接触を生じさせること；及びこの研磨パッドと基板との間の界面又はその近くでこの研磨表面上に研磨組成物を計量分配して、コバルトのいくらかを基板から研磨除去することにより、少なくとも窒化チタンに対するコバルトの除去速度の選択比を改善するコバルトのケミカルメカニカルポリッシングの方法に係る。
集積回路及び他の電子装置の製造においては、導体、半導体、及び絶縁材料の複数の層が半導体ウェーハの表面に付着され、又は半導体ウェーハの表面から除去される。導体、半導体、及び絶縁材料の薄層は多くの付着技術によって付着することが出来る。最新の方法の中で普及している付着技術としては、スパッタリングとしても知られる物理蒸着法（ＰＶＤ）、化学蒸着法（ＣＶＤ）、プラズマ増強化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）、及び電気化学めっき法（ＥＣＰ）が挙げられる。
材料層が順次付着され、除去されるにつれ、ウェーハの最上面は非平坦になる。後続の半導体加工（例えば、メタライゼーション）では、ウェーハが平滑な表面を有することが要求されるために、ウェーハは平坦化される必要がある。平坦化は、例えば粗面、凝集した材料、結晶格子の損傷、スクラッチ及び汚染された層又は材料のような、望ましくない表面トポロジー及び表面欠陥を除去するのに有効である。
ケミカルメカニカルプラナリゼーション、又はケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）は半導体ウェーハのような基板を平坦化するのに用いられる一般的な技術である。従来のＣＭＰの中で、ウェーハはキャリヤアセンブリ上に取り付けられ、ＣＭＰ装置の中の研磨パッドに接触するように配置される。キャリヤアセンブリはウェーハに制御可能な圧力を提供し、研磨パッドに向かってそれを押し付ける。そのパッドは外部の駆動力によりウェーハに対して移動（例えば回転）する。それと同時に、研磨組成物「スラリー」又は他の研磨溶液がウェーハと研磨パッドとの間に供給される。このようにして、ウェーハ表面はパッド及びスラリーの化学的かつ機械的な作用により研磨され、平坦化される。しかしながら、ＣＭＰは非常に多くの複雑さを含んでいる。各種の材料には、特有の研磨組成物、適切に設計された研磨パッド、研磨及びＣＭＰ研磨後の両方をクリーン化するために最適化された方法の設定、及び、固有の材料の研磨の適用に個別に合わせる必要のあるその他の要素が要求される。
１０nm又はそれ以下の高度な技術ノードのために、半導体ゲートと、半導体製造前工程の後半（バックエンドオブライン：ＢＥＯＬ）中で相互接続する金属とを連結するタングステンプラグ、及び、ＢＥＯＬ中の最初の数層の金属層のための金属配線及び金属ビアの銅をコバルトに置き換えることが実施されつつある。これらの方式において、コバルトはチタン／窒化チタンの障壁層上に付着するであろう。すべてのこれら新規な方法では、ＣＭＰが所望の目標厚み及び材料類の選択比に対して平坦さを実現することが必要となる。
高効率性能のために、ＣＭＰ業界では、許容可能なトポグラフィーを制御するために、コバルトスラリーが１５００Å/min又はそれ以上の高いコバルト除去速度を実現させると同時に、低い障壁（例えば窒化チタン）除去速度を実証することが求められる。障壁層は、導体材料をオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）のような非導電性絶縁体誘電材料から分離し、一つの層から次の層への不要な電子移動を抑止する。過剰な障壁の除去は半導体装置の機能不全を引起こす電子移動を起こす結果となり得る。半導体産業は、種々の材料の大きさがより小さくより薄くなり、半導体の形態がより高密度化する、装置のさらなる微細化によりチップ性能を絶え間なく改善させており、ＣＭＰは、例えばコバルトなどの金属の所望の除去速度を提供すると同時に、半導体装置の機能不全を防止するために、障壁層と絶縁材料の過剰な除去を防止する能力が、より一層試されている。
それ故に、少なくともコバルト：窒化チタン障壁の除去速度選択比を改善する、コバルトのＣＭＰ研磨方法及び研磨組成物の必要性がある。
本発明は、コバルトのケミカルメカニカルポリッシングの方法を提供するが、その方法は、コバルト及び窒化チタンを含む基板を提供すること；初期の成分として：水；酸化剤；少なくとも０．１重量％の量のアスパラギン酸又はその塩類；２５nm以下の平均粒径を有するコロイダルシリカ砥粒；及び場合により、コロージョンインヒビター；場合により、界面活性剤；場合により、殺生物剤；場合により、ｐＨ調整剤を含むケミカルメカニカル研磨組成物を提供すること；研磨表面を有するケミカルメカニカル研磨パッドを提供すること；このケミカルメカニカル研磨パッドと基板との間の界面で動的接触を生じさせること；並びに、このケミカルメカニカル研磨パッドと基板との間の界面又はその近くでケミカルメカニカル研磨パッドの研磨表面上にケミカルメカニカル研磨組成物を計量分配することを含み、そこでコバルトのいくらかは研磨され基板から除去される。
本発明は、コバルトのケミカルメカニカルポリッシングの方法を提供するが、その方法は、コバルト及び窒化チタンを含む基板を提供すること；初期の成分として：水；酸化剤；０．１重量％～５重量％のアスパラギン酸又はその塩類；５nm～２５nmの粒径及び負のゼータ電位を有するコロイダルシリカ砥粒；６よりも大きいｐＨ；場合により、コロージョンインヒビター；場合により、界面活性剤；場合により、殺生物剤；及び、場合により、ｐＨ調整剤；を含むケミカルメカニカル研磨組成物を提供すること；研磨表面を有するケミカルメカニカル研磨パッドを提供すること；このケミカルメカニカル研磨パッドと基板との間の界面で動的接触を生じさせること；並びに、このケミカルメカニカル研磨パッドと基板との間の界面又はその近くでケミカルメカニカル研磨パッドの研磨表面上にケミカルメカニカル研磨組成物を計量分配することを含むが、そこでコバルトのいくらかは研磨され基板から除去され；そこで提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、２００mm研磨機を用いて、１分間あたり９３回転のプラテン回転速度；１分間あたり８７回転のキャリヤ回転速度；２００mL/minのケミカルメカニカル研磨組成物の流速；１３．８kPaの公称の下降力（ダウンフォース）で、≧１５００Å/minのコバルト除去速度を有し；そして、ここでケミカルメカニカル研磨パッドは、ポリマーの中空コア微粒子を含んだポリウレタン研磨層及びポリウレタンを含浸した不織布のサブパッドを含む。
本発明は、化学的機械的にコバルトを研磨する方法を提供するが、その方法は、コバルト及び窒化チタンを含む基板を提供すること；初期の成分として：水；０．０１重量％～２重量％の酸化剤（ここでこの酸化剤は過酸化水素である）；０．１重量％～３重量％の量のアスパラギン酸又はその塩類；１０nm～２４nmの平均粒径及び負のゼータ電位を有するコロイダルシリカ砥粒；７～９のｐＨ；場合により、複素環式窒素化合物、ポリカルボン酸、及びそれらの混合物からなる群から選択されるコロージョンインヒビター；場合により、界面活性剤；場合により殺生物剤；及び、場合により、ｐＨ調整剤を含むケミカルメカニカル研磨組成物を提供すること；研磨表面を有するケミカルメカニカル研磨パッドを提供すること；このケミカルメカニカル研磨パッドと基板との間の界面で動的接触を生じさせること；並びに、このケミカルメカニカル研磨パッドと基板との間の界面又はその近くでケミカルメカニカル研磨パッドの研磨表面上にケミカルメカニカル研磨組成物を計量分配することを含むが、そこでコバルトのいくらかは研磨され基板から除去され；そこで提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は２００mm研磨機を用いて、１分間あたり９３回転のプラテン回転速度；１分間あたり８７回転のキャリヤ回転速度；２００mL/minのケミカルメカニカル研磨組成物の流量；１３．８kPaの公称ダウンフォースで、≧１５００Å/minのコバルト除去速度を有し；ここで、ケミカルメカニカル研磨パッドは、ポリマーの中空コア微粒子を含んだポリウレタン研磨層及びポリウレタンを含浸した不織布のサブパッドを含む。
本発明は、化学的機械的にコバルトを研磨する方法を提供するが、その方法は、コバルト及び窒化チタンを含む基板を提供すること；初期の成分として：水；０．１重量％～１重量％の酸化剤（ここでこの酸化剤は過酸化水素である）；０．３重量％～１重量％のアスパラギン酸又はその塩類；２０nm～２３nmの平均粒径及び負のゼータ電位を有する０．３重量％～２重量％のコロイダルシリカ砥粒；７．５～９のｐＨ；場合により、複素環式窒素化合物、ポリカルボン酸及びそれらの混合物からなる群より選択される０．００１重量％～１重量％コロージョンインヒビター；場合により、界面活性剤、及び、場合により、ｐＨ調整剤；場合により、殺生物剤を含むケミカルメカニカル研磨組成物を提供すること；研磨表面を有するケミカルメカニカル研磨パッドを提供すること；このケミカルメカニカル研磨パッドと基板との間の界面で動的接触を生じさせること；並びに、このケミカルメカニカル研磨パッドと基板との間の界面又はその近くでケミカルメカニカル研磨パッドの研磨表面上にケミカルメカニカル研磨組成物を計量分配することを含み、そこでコバルトのいくらかは研磨され基板から除去される。
本発明は、化学的機械的にコバルトを研磨する方法を提供するが、その方法は、コバルト及び窒化チタンを含む基板を提供すること；初期の成分として：水；０．１重量％～０．５重量％の酸化剤（ここでこの酸化剤は過酸化水素である）；０．３重量％～１重量％のアスパラギン酸又はその塩類、２０nm～２３nmの平均直径及び負の表面電荷を有する０．３重量％～１．５重量％のコロイダルシリカ砥粒；場合により、複素環式窒素化合物、ポリカルボン酸、及びそれらの混合物からなる群より選択される０．００５重量％～０．１重量％のコロージョンインヒビター、（ここでこの複素環式窒素化合物はアデニン、１，２，４－トリアゾール、イミダゾール、ポリイミダゾール、及びそれらの混合物からなる群から選択され、そして、ここでこのポリカルボン酸は、アジピン酸、マレイン酸、リンゴ酸、これらの塩類、及びそれらの混合物からなる群より選択される）；８～９のｐＨ；及び、ｐＨ調整剤、（ここでこのｐＨ調整剤はＫＯＨである）；及び、場合により、界面活性剤；場合により殺生物剤；を含むケミカルメカニカル研磨組成物を提供すること；研磨表面を有するケミカルメカニカル研磨パッドを提供すること；このケミカルメカニカル研磨パッドと基板との間の界面で動的接触を生じさせること；並びに、このケミカルメカニカル研磨パッドと基板との間の界面又はその近くでケミカルメカニカル研磨パッドの研磨表面上にケミカルメカニカル研磨組成物を計量分配することを含み、そこでコバルトのいくらかは研磨され基板から除去される。
本発明の上記方法は、初期の成分として：水；少なくとも０．１重量％の量のアスパラギン酸又はその塩類；酸化剤；２５nm以下の平均粒径を有するコロイダルシリカ砥粒；及び、場合により、コロージョンインヒビター；場合により、界面活性剤；及び、場合により、ｐＨ調整剤；及び場合により殺生物剤を含むケミカルメカニカル研磨組成物を用いて、高い研磨速度でコバルトを研磨し、コバルトの少なくともいくらかを除去し高いコバルト：窒化チタンの除去速度選択比を提供する。
［発明の詳細な説明］
本明細書全体を通じて使用される次の略語は、文脈に別段の指示がない限り、次の意味を有する：℃＝摂氏温度、ｇ＝グラム、Ｌ＝リットル、ｍＬ＝ミリリットル、μ＝μｍ＝ミクロン、ｋＰa＝キロパスカル、Å＝オングストローム、ｍＶ＝ミリボルト、ＤＩ＝脱イオン化された、ｍｍ＝ミリメートル、ｃｍ＝センチメートル、ｍｉｎ＝分、ｓｅｃ＝秒、ｒｐｍ＝１分間あたりの回転数、ｌｂｓ＝ポンド、ｋｇ＝キログラム、Ｃｏ＝コバルト、Ｔｉ＝チタン、ＴｉＮ＝窒化チタン、Ｈ２Ｏ２＝過酸化水素、ＫＯＨ＝水酸化カリウム、ｗｔ％＝重量パーセント、ＰＶＤ＝物理蒸着された、ＲＲ＝除去速度、ＰＳ＝研磨スラリー、及びＣＳ＝対照スラリー。
用語「ケミカルメカニカルポリッシング」又は「ＣＭＰ」は化学的及び機械的力のみを用いて基板を研磨する方法をいい、基板に電気的バイアスをかける電気化学的・機械的研磨（ＥＣＭＰ）から区別される。用語「アスパラギン酸」はα－アミノ酸を意味し、Ｌ－アスパラギン酸、Ｄ－アスパラギン酸、又はそれらのラセミ混合物を含むことが出来る。用語「ＴＥＯＳ」はオルトケイ酸テトラエチル（Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）の分解により形成される二酸化ケイ素を意味する。用語「ａ」及び「ａｎ」は単数及び複数の両方をいう。すべての百分率は、特に断りのない限り、重量百分率である。すべての数値範囲は、こうした数値範囲が強制的に１００％になるまで加えられることが論理的である場合を除いて、しきい値を包含し、任意の順序で組合せが可能である。
本発明の基板を研磨する方法は、ここで、この基板はコバルト及び窒化チタンを含むが、初期の成分として：水；酸化剤；少なくとも０．１重量％の量のアスパラギン酸又はその塩類；２５nm以下の平均粒径を有するコロイダルシリカ砥粒；及び、場合により、コロージョンインヒビター；場合により、界面活性剤；場合により、殺生物剤；場合により、ｐＨ調整剤を含むケミカルメカニカル研磨組成物を用いるが、それは、基板表面からコバルトの少なくともいくらかを除去するためであり、かつ窒化チタンの除去速度を抑止し、少なくとも高いコバルト：窒化チタンの除去速度選択比を提供する。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法は、コバルト及び窒化チタンを含む基板を提供すること；初期の成分として：水；好ましくは、０．０１重量％～２重量％の量、より好ましくは０．１重量％～１重量％の量、より一層好ましくは０．１重量％～０．５重量％の酸化剤；０．１重量％以上の量、好ましくは、０．１重量％～５重量％、より好ましくは０．１重量％～３重量％、より一層好ましくは、０．３重量％～１重量％、さらにより一層好ましくは、０．３重量％～０．９重量％、そして、最も好ましくは、０．５重量％～０．９重量％のアスパラギン酸、又はその塩類、又はそれらの混合物；好ましくは、０．０１重量％～５重量％の量、より好ましくは、０．０１重量％～３重量％、より一層好ましくは、０．３重量％～３重量％の量、さらになお一層好ましくは、０．３重量％～２重量％、最も好ましくは、０．３重量％～１．５重量％の２５nm以下の平均粒径を有するコロイダルシリカ砥粒；場合により、殺生物剤；場合により、好ましくは０．００１重量％～１重量％の量、より好ましくは０．００１重量％～０．５重量％、より一層好ましくは、０．００５重量％～０．１重量％のコロージョンインヒビター；場合により、界面活性剤；及び、場合によりｐＨ調整剤を含むが、好ましくは、これらからなるケミカルメカニカル研磨組成物を提供すること；（ここで、このケミカルメカニカル研磨組成物は６よりも大きく；好ましくは、７～９、より好ましくは、７．５～９、より一層好ましくは８～９、そして、最も好ましくは８～８．５のｐＨを有する）；研磨表面を有するケミカルメカニカル研磨パッドを提供すること；このケミカルメカニカル研磨パッドと基板との間の界面で動的接触を生じさせること；並びに、このケミカルメカニカル研磨パッドと基板との間の界面又はその近くでケミカルメカニカル研磨パッドの研磨表面上にケミカルメカニカル研磨組成物を計量分配することを含み、そこでコバルトの少なくともいくらかは研磨され基板から除去される。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物中の初期の成分として含まれる水は、二次的な不純物を制限するために脱イオン化及び蒸留されたものの少なくとも一つである。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、初期の成分として酸化剤を含むが、ここで、この酸化剤は、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）、一過硫酸塩類、ヨウ素酸塩類、過フタル酸マグネシウム、過酢酸及び他の過酸類、過硫酸、臭素酸塩類、過臭素酸塩、過硫酸塩、過酢酸塩、過ヨウ素酸塩、硝酸塩類、鉄塩類、セリウム塩類、Ｍｎ（III）、Ｍｎ（IV）及びＭｎ（VI）の塩類、銀塩類、銅塩類、クロム塩類、コバルト塩類、ハロゲン類、次亜塩素酸塩、及びそれらの混合物からなる群より選択される。より好ましくは、酸化剤は過酸化水素、過塩素酸塩、過臭素酸塩、過ヨウ素酸塩、過硫酸塩、過酢酸からなる群より選択される。最も好ましくは、酸化剤は過酸化水素である。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、初期の成分として：０．０１重量％～２重量％、より好ましくは、０．１重量％～１重量％、より一層好ましくは、０．１重量％～０．５重量％、最も好ましくは０．２重量％～０．４重量％の酸化剤を含む。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、初期の成分として：少なくとも０．１重量％の量のアスパラギン酸、アスパラギン酸の塩類、又はそれらの混合物を含む。アスパラギン酸の塩類は、特に限定されないが、Ｌ-アスパラギン酸ナトリウム塩一水和物、Ｌ－アスパラギン酸カリウム塩、及びＤＬアスパラギン酸カリウム塩を含む。好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、Ｌ-アスパラギン酸が、本発明のケミカルメカニカル研磨組成物の中に含まれる。本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、初期の成分として：好ましくは、０．１重量％～５重量％、より好ましくは、０．１重量％～３重量％、より一層好ましくは、０．３重量％～１重量％、さらにより一層好ましくは、０．３重量％～０．９重量％、そして、最も好ましくは、０．５重量％～０．９重量％のＬ-アスパラギン酸、Ｄ-アスパラギン酸、ラセミ混合物、これらの塩類、又はそれらの混合物を含む。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、粒径が２５nm以下の粒径及び負のゼータ電位を有するコロイダルシリカ砥粒を含む。より好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、平均粒径が２５nm以下の平均粒径及び永久的な負のゼータ電位を有するコロイダルシリカ砥粒を含むが、ここでケミカルメカニカル研磨組成物は６よりも大きい、好ましくは７～９、より好ましくは、７．５～９、そして、さらにより好ましくは、８～９、最も好ましくは、８～８．５のｐＨを有する。さらにより好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は２５nm以下の平均粒径及び永久的な負のゼータ電位を有するコロイダルシリカ砥粒を含み、そこでケミカルメカニカル研磨組成物は６よりも大きく、好ましくは、７～９、より好ましくは、７．５～９、さらにより好ましくは、８～９、最も好ましくは８～８．５のｐＨを有し、そこでゼータ電位は－０．１mV～－３５mVである。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、初期の成分として、動的光散乱法による測定で、２５nm以下、好ましくは、５nm～２５nm、より好ましくは、５nmから２５nm未満、より一層好ましくは１０nm～２４nm、さらにより好ましくは、１０nm～２３nm、最も好ましくは、２０nm～２３nmの平均粒径を有するコロイダルシリカ砥粒を含む。適切な粒子径測定装置は、例えば、Malvern Instruments (Malvern, UK)より入手可能である。
好ましくは、このコロイダルシリカ砥粒は、球が結合し又は連なった繭形状のコロイダルシリカと対照的に、球状である。球状のコロイダルシリカは結合した球ではない。球状のコロイダルシリカの大きさはその粒子の直径で測定される。一方で結合した球である繭状の粒子の大きさはこの粒子を包含している中で最も小さい球体の直径、及びその粒子の長さである。市販の球状コロイダルシリカ粒子の例は、Fuso PL-2L（平均粒径２３nm）（Fuso Chemical Co., LTD より入手可能）、及びK1598-B-12（平均粒径２０nm）（EMD Performance-Materials, Merck KGaAより入手可能）である。市販の繭形状のコロイダルシリカ粒子の例はFuso SH-3（平均長さ７０nmを有する結合した球を形成する,平均粒径５３nmのコロイダルシリカ粒子）、及びFuso PL-2（平均長さ７０nmを有する、結合した球体を形成する平均粒径３７nmの繭形状のコロイダルシリカ粒子）であり、これらは同様にFuso Chemical Co., LTDより入手可能である。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、動的光散乱法で測定して、２５nm以下、好ましくは、５nm～２５nm、より好ましくは、５nmから２５nm未満、より一層好ましくは、１０nm～２４nm、さらにより好ましくは、１０nm～２３nm、最も好ましくは２０nm～２３nmの粒径を有するコロイダルシリカ砥粒を、初期の成分として、好ましくは、０．０１重量％～５重量％の量、より好ましくは、０．０１重量％～３重量％、より一層好ましくは、０．３重量％～３重量％の量、さらにより好ましくは、０．３重量％～２重量％、最も好ましくは、０．３重量％～１．５重量％含む。好ましくは、コロイダルシリカ砥粒は永久的な負のゼータ電位を有する。
場合により、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、初期の成分として、コロージョンインヒビターを含むが、ここでコロージョンインヒビターは、複素環式窒素化合物、非芳香族ポリカルボン酸、及びそれらの混合物からなる群より選択されるが、ここで、この複素環式窒素化合物は、アデニン、１，２，４－トリアゾール、イミダゾール、ポリイミダゾール、及びそれらの混合物からなる群より選択され；かつ、ここで、この非芳香族ポリカルボン酸は、特に限定されないが、シュウ酸、コハク酸、アジピン酸、マレイン酸、リンゴ酸、グルタル酸、クエン酸、これらの塩類又はそれらの混合物を含む。好ましくは、上記の非芳香族ポリカルボン酸類の塩類はナトリウム、カリウム、及びアンモニウムの塩類の一つ以上から選択される。本発明の基板のケミカルメカニカルポリッシングの方法において、ケミカルメカニカル研磨組成物が、複素環窒素化合物を含むとき、好ましくは、初期の成分として、複素環式化合物はアデニンである。本発明の基板を研磨する方法において、このケミカルメカニカル研磨組成物が非芳香族ポリカルボン酸を含むとき、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、初期の成分として、好ましくは、リンゴ酸、シュウ酸、アジピン酸、クエン酸、これらの塩類及びそれらの混合物からなる群より選択される非芳香族ポリカルボン酸を含む。より好ましくは、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物が、初期の成分として、非芳香族ポリカルボン酸を含むとき、非芳香族ポリカルボン酸はリンゴ酸、クエン酸、アジピン酸、これらの塩類及びそれらの混合物からなる群より選択される。最も好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物が、初期の成分として、非芳香族ポリカルボン酸を含むとき、非芳香族ポリカルボン酸は非芳香族ジカルボン酸であるアジピン酸又はその塩類であり、ここで、好ましくは、この塩類はアジピン酸ナトリウム、アジピン酸カリウム、及びアジピン酸アンモニウムからなる群より選択される。
コロージョンインヒビターが、本発明の基板を研磨する方法の中に含まれるとき、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、初期の成分として、複素環式窒素化合物、非芳香族ポリカルボン酸及びそれらの混合物からなる群より選択される、０．００１重量％～１重量％、より好ましくは、０．００１重量％～０．５重量％、より一層好ましくは、０．００５重量％～０．１重量％のコロージョンインヒビターを含み、ここでこの複素環式窒素化合物はアデニン、１，２，４－トリアゾール、イミダゾール、ポリイミダゾール、及びこれらの混合物からなる群より選択され；そして、ここで非芳香族ポリカルボン酸はシュウ酸、コハク酸、アジピン酸、マレイン酸、リンゴ酸、グルタル酸、クエン酸、これらの塩類及びそれらの混合物からなる群より選択される。好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、初期の成分として、０．００１重量％～１重量％、より好ましくは、０．００１重量％～０．５重量％、より一層好ましくは、０．００５重量％～０．１重量％、最も好ましくは、０．０１重量％～０．１重量％の、複素環式窒素化合物であるアデニン；及び、ジカルボン酸であるアジピン酸、アジピン酸の塩類、又はそれらの混合物を含むが、ここでこの塩類は好ましくはアジピン酸ナトリウム、アジピン酸カリウム、及びアジピン酸アンモニウムからなる群より選択される。
コロージョンインヒビターが、本発明の基板のケミカルメカニカルポリッシングの方法の中に含まれるとき、このケミカルメカニカル研磨組成物は、初期の成分として、非芳香族ポリカルボン酸又はその塩を含むことが最も好ましいが、ここで非芳香族ポリカルボン酸又はその塩はアジピン酸、アジピン酸の塩、リンゴ酸、リンゴ酸の塩、マレイン酸、マレイン酸の塩、及びそれらの混合物からなる群より選択される非芳香族ジカルボン酸又はその塩であり；そして、最も好ましくは、アデニンを除いて、ここでケミカルメカニカル研磨組成物はアゾールのコロージョンインヒビター類、アゾール誘導体のコロージョンインヒビター類並びに複素環式窒素化合物のコロージョンインヒビター類を含まない。
本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は６より大きいｐＨを有する。好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は７～９のｐＨを有し；より好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は７．５～９のｐＨを有する。より一層好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は８～９のｐＨを有し、最も好ましくは、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は８～８．５のｐＨを有する。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、場合により、ｐＨ調整剤を含む。好ましくは、ｐＨ調整剤は無機及び有機のｐＨ調整剤からなる群より選択される。好ましくは、ｐＨ調整剤は無機酸類及び無機塩基類からなる群より選択される。より好ましくは、ｐＨ調整剤は硝酸及び水酸化カリウムからなる群より選択される。最も好ましくは、ｐＨ調整剤は水酸化カリウムである。
場合により、本発明の方法において、ケミカルメカニカル研磨組成物は殺生物剤を含むが、例えば、KORDEK（商標）MLX（９．５～９．９％のメチル－４－イソチアゾリン－３－オン、８９．１～８９．５％の水、及び≦１．０％の関連する反応生成物）又はKATHON（商標）ICPIII（活性成分、２－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－オン含む）であり、各々はThe Dow chemical Company社製である（KATHON及びKORDEKは、The Dow Chemical Companyの商標である）。
本発明の基板を研磨する方法において、場合により、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、初期の成分として、０．００１重量％～０．１重量％、好ましくは、０．００１重量％～０．０５重量％、より好ましくは、０．０１重量％～０．０５重量％、さらにより好ましくは、０．０１重量％～０．０２５重量％の殺生物剤を含むことが出来る。
場合により、本発明の方法において、ケミカルメカニカル研磨組成物は、例えばエステル類、エチレンオキサイド類、アルコール類、エトキシラート類、シリコン化合物類、フッ素化合物類、エーテル類、配糖体類及びそれらの誘導体を含む非イオン性界面活性剤のような、消泡剤類をさらに含むことが出来る。アニオン性エーテル硫酸塩としては、例えばラウリルエーテル硫酸ナトリウム（SLES）並びにカリウム及びアンモニウム塩類が挙げられる。界面活性剤は同様に両性の界面活性剤であることも出来る。
本発明の基板を研磨する方法において、場合により、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、初期の成分として、０．００１重量％～０．１重量％、好ましくは、０．００１重量％～０．０５重量％、より好ましくは、０．０１重量％～０．０５重量％、さらにより好ましくは、０．０１重量％～０．０２５重量％の界面活性剤を含むことが出来る。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨パッドは、当技術分野で公知のいかなる適切な研磨パッドでもあることが出来る。当業者は本発明の方法に用いるための適切なケミカルメカニカル研磨パッドを選定することを理解している。より好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨パッドは織布及び不織布の研磨パッドから選定される。さらにより好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨パッドはポリウレタンの研磨層を含む。最も好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨パッドは、ポリマーの中空コア微粒子を含んだポリウレタン研磨層及びポリウレタンを含浸した不織布のサブパッドを含む。好ましくは、提供されるケミカルメカニカル研磨パッドは研磨表面上に少なくとも一つの溝を有する。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、そのケミカルメカニカル研磨パッドと基板との間の界面又はその近くで、提供されるケミカルメカニカル研磨パッドの研磨表面上に計量分配される。
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨パッドと基板との間の界面で、研磨される基板の表面に対して垂直に０．６９～３４．５kPaのダウンフォースで動的接触を生じさせる。
本発明の基板を研磨する方法において、提供されるケミカルメカニカル研磨組成物は、≧１５００Å/min；好ましくは、≧１８００Å/min；より好ましくは、≧１９００Å/min；さらにより好ましくは、≧２２００Å/min；さらになお一層好ましくは、≧２３００Å/min；のコバルト除去速度を有し；かつコバルト：窒化チタンの選択比≧３０：１；好ましくは、コバルト：窒化チタンの速度選択比≧３１：１；より好ましくは、コバルト：窒化チタンの選択比≧３４：１；さらにより好ましくは、コバルト：窒化チタンの選択比≧４０：１；最も好ましくは、コバルト：窒化チタンの選択比≧５０：１を有するが；そして、ここでより一層好ましいコバルト：窒化チタンの選択比の範囲は３１：１～５５：１であり；そして、ここでは２００mmの研磨機を用いて、１分間に９３回転のプラテン回転速度；１分間に８７回転のキャリヤ速度；２００mL/分のケミカルメカニカル研磨組成物の流速；１３．８kPaの公称ダウンフォースであり；そして、ここでケミカルメカニカル研磨パッドはポリマーの中空コア微粒子を含んだポリウレタンの研磨層及びポリウレタンを含浸した不織布のサブパッドを含む。
以下の実施例は本発明の一つ又はそれ以上の態様のコバルト：窒化チタンの除去速度選択比を説明しようとするものであるが、その範囲を限定しようとするものではない。
実施例１
スラリー配合物
研磨の検討に用いた、表１及び２のすべてのスラリーは以下に述べる方法で製造した。Ｌ-アスパラギン酸、アジピン酸、アデニン、及びKORDEK（商標）MLXを脱イオン水に加えオーバーヘッド撹拌機（３００～４５０RPM）を用いて、完全に溶解するまで混合し、最終的なＬ-アスパラギン酸濃度を０．９重量％又は０．５重量％、最終的なアジピン酸濃度を０．１重量％、最終的なアデニン濃度を０．０５重量％、及び最終的なKORDEK（商標）MLX濃度を０．００５重量％とし、続いて希釈したＫＯＨ溶液（５％又は４５％）を用いてｐＨが７より大きくなるようにｐＨ調整した。以下のコロイダルシリカ微粒子：Fuso PL-２L（２３nmの平均直径の球状コロイダルシリカ粒子で、入手時の固形分は２０重量％）、及びFuso PL-２（平均長さ７０nmを有する結合した球を形成する３７nmの平均直径の繭形状コロイダルシリカ粒子で、入手時の固形分は２０重量％）をFuso chemical Co., LTDより調達した。それぞれの種類のコロイダルシリカ粒子には、ＫＯＨを用いて最終のｐＨが８になるよう調整し、攪拌しながら、それぞれのスラリーに規定の重量％まで加えた。最終的なスラリーで０．４重量％又は０．２重量％の過酸化水素濃度になるように、クリーンルームグレードの過酸化水素（３０％溶液）を攪拌しながら加えた。このスラリーは過酸化水素を加えた当日に研磨実験に使用した。
Figure 0007207918000001
Figure 0007207918000002
実施例２
コバルト：窒化チタンの選択性に関するコバルト研磨実験
以下のコバルト及び窒化チタンの研磨実験は上記の実施例１中の表１及び表２に開示したスラリーを用いて実施した。
Figure 0007207918000003
研磨したウェーハはATMI PlanarCleanの化学剤を用いて、DSS-200 Synergy（商標）（OnTraks社製）両面ウェーハ洗浄装置を通した。コバルト及び窒化チタンの除去速度はKLA TencorのRS200金属膜厚測定器で測定した。研磨結果を表４に示す。
Figure 0007207918000004
ＰＳ-２及びＰＳ－５を除いて、結果は２３nmの平均粒径を有する本発明のＣＭＰスラリーは３１以上のコバルト：窒化チタンの除去速度選択比を有することを明らかにした。その一方で３７nmの平均粒径の大きさを有する比較例のスラリーは非常に低い２～４のコバルト：窒化チタンの除去速度選択比の値を有した。全体にわたって、本発明のＣＭＰスラリーは、より大きな平均粒径を有し、本発明のＣＭＰスラリーのような球形でなく、繭形状の粒子である、比較例のスラリーに対して、著しいコバルト：窒化チタンの選択比の増加を示した。

Claims (9)

  1. コバルトのケミカルメカニカルポリッシングの方法であって、
    コバルト及び窒化チタンを含む基板を提供すること、
    初期の成分として：
    水；
    酸化剤；
    少なくとも０．１重量％の量のアスパラギン酸又はその塩類；及び
    ２５nm以下の平均粒径を有する０．３重量％～２重量％のコロイダルシリカ砥粒；
    を含むケミカルメカニカル研磨組成物を提供すること、
    研磨表面を有するケミカルメカニカル研磨パッドを提供すること、
    前記ケミカルメカニカル研磨パッドと前記基板との間の界面で動的接触を生じさせること、及び
    前記ケミカルメカニカル研磨パッドと前記基板との間の界面又はその近くで前記ケミカルメカニカル研磨パッドの前記研磨表面上に前記ケミカルメカニカル研磨組成物を計量分配し、前記コバルトの少なくともいくらかを除去することを含む方法。
  2. 提供される前記ケミカルメカニカル研磨組成物が、２００mmの研磨機を用いて、１分間に９３回転のプラテン回転速度；１分間に８７回転のキャリヤ速度；２００mL/minのケミカルメカニカル研磨組成物の流速；１３．８kPaの公称ダウンフォースで、≧１５００Å/minのコバルトの除去速度を有し；かつ前記ケミカルメカニカル研磨パッドがポリマーの中空コア微粒子を含んだポリウレタンの研磨層及びポリウレタンを含浸した不織布のサブパッドを含む、請求項１記載の方法。
  3. 提供される前記ケミカルメカニカル研磨組成物が、初期の成分として：
    水
    過酸化水素である、酸化剤；
    ０．１重量％～５重量％のアスパラギン酸又はその塩類；及び
    ５nm～２５nmの平均粒径及び負のゼータ電位を有する、コロイダルシリカ砥粒；
    を含み、かつ
    前記ケミカルメカニカル研磨組成物が６以上のｐＨを有する、請求項１記載の方法。
  4. 提供される前記ケミカルメカニカル研磨組成物が、２００mmの研磨機を用いて、１分間に９３回転のプラテン回転速度；１分間に８７回転のキャリヤ速度；２００mL/minのケミカルメカニカル研磨組成物の流速；１３．８kPaの公称ダウンフォースで、≧１５００Å/minのコバルトの除去速度を有し、かつ、前記ケミカルメカニカル研磨パッドがポリマーの中空コア微粒子を含んだポリウレタン研磨層及びポリウレタンを含浸した不織布のサブパッドを含む、請求項３記載の方法。
  5. 提供される前記ケミカルメカニカル研磨組成物が、初期の成分として：
    水；
    過酸化水素である０．１重量％～２重量％の酸化剤；
    ０．１重量％～３重量％のアスパラギン酸又はその塩類；及び
    １０nm～２４nmの平均粒径を有するコロイダルシリカ砥粒；
    を含み、かつ、
    前記ケミカルメカニカル研磨組成物が７～９のｐＨを有する、請求項１記載の方法。
  6. 提供される前記ケミカルメカニカル研磨組成物が、２００mmの研磨機を用いて、１分間に９３回転のプラテン回転速度；キャリヤ速度が１分間に８７回転のキャリヤ速度；２００mL/minのケミカルメカニカル研磨組成物の流速；１３．８kPaの公称ダウンフォースで、≧１５００Å/minのコバルトの除去速度を有し、かつ、前記ケミカルメカニカル研磨パッドがポリマーの中空コア微粒子を含んだポリウレタンの研磨層及びポリウレタンを含浸した不織布のサブパッドを含む、請求項５記載の方法。
  7. 提供される前記ケミカルメカニカル研磨組成物が、初期の成分として：
    水；
    過酸化水素である０．１重量％～１重量％の酸化剤；
    ０．５重量％～１重量％のアスパラギン酸又はその塩類；及び
    ２０nm～２３nmの平均粒径を有する０．３重量％～２重量％のコロイダルシリカ砥粒；
    を含み、かつ
    前記ケミカルメカニカル研磨組成物が７．５～９のｐＨを有する、請求項１記載の方法。
  8. 提供される前記ケミカルメカニカル研磨組成物が、２００mmの研磨機を用いて、１分間に９３回転のプラテン回転速度；１分間に８７回転のキャリヤ速度；２００mL/minのケミカルメカニカル研磨組成物の流速；１３．８kPaの公称の下降力で、≧１５００Å/minのコバルトの除去速度を有し、かつ、ケミカルメカニカル研磨パッドがポリマーの中空コア微粒子を含んだポリウレタン研磨層及びポリウレタンを含浸した不織布のサブパッドを含む、請求項７記載の方法。
  9. 前記ケミカルメカニカル研磨組成物が、コロージョンインヒビター、殺生物剤、ｐＨ調整剤、界面活性剤、又はこれらの混合物をさらに含む、請求項１記載の方法。
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