(57)【要約】【課題】タングステンを含む配線層が設けられた被処理体を高速かつ平坦に研磨するための化学機械研磨方法を提供することを課題とする。【解決手段】第１の化学機械研磨用水系分散体を使用して、タングステン膜のみを化学機械研磨する第１研磨工程と、第２の化学機械研磨用水系分散体を使用して、タングステン膜、バリアメタル膜、および酸化シリコン膜を同時に化学機械研磨する第２研磨工程と、を含む、化学機械研磨方法であって、前記第１および前記第２化学機械研磨用水系分散体は、少なくとも（Ａ）カチオン性水溶性重合体と、（Ｂ）鉄（ＩＩＩ）化合物と、（Ｃ）コロイダルシリカと、を含有し、前記第１の化学機械研磨用水系分散体中の前記（Ａ）成分の含有量（ＭＡ１）［質量％］と、前記第２の化学機械研磨用水系分散体中の前記（Ａ）成分の含有量（ＭＡ２）［質量％］との含有比率（ＭＡ１／ＭＡ２）が０．００４〜０．３であることを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の化学機械研磨用水系分散体を使用して、バリアメタル膜上に堆積されたタングステン膜を化学機械研磨する第１研磨工程と、
第２の化学機械研磨用水系分散体を使用して、タングステン膜、バリアメタル膜、および酸化シリコン膜を同時に化学機械研磨する第２研磨工程と、
を含む、化学機械研磨方法であって、
前記第１の化学機械研磨用水系分散体および前記第２の化学機械研磨用水系分散体は、少なくとも（Ａ）カチオン性水溶性重合体と、（Ｂ）鉄（ＩＩＩ）化合物と、（Ｃ）コロイダルシリカと、を含有し、
前記第１の化学機械研磨用水系分散体中の前記（Ａ）成分の含有量（ＭＡ１）［質量％］と、前記第２の化学機械研磨用水系分散体中の前記（Ａ）成分の含有量（ＭＡ２）［質量％］との含有比率（ＭＡ１／ＭＡ２）が０．００４〜０．３である、化学機械研磨方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記ＭＡ１は、０．００１質量％〜０．０１質量％であり、かつ、
前記ＭＡ２は、０．０５質量％〜０．２質量％である、化学機械研磨方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記（Ａ）カチオン性水溶性重合体は、ポリエチレンイミンである、化学機械研磨方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項において、
前記（Ａ）カチオン性水溶性重合体の数平均分子量は、２００〜１，０００，０００である、化学機械研磨方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項において、
前記（Ｂ）鉄（ＩＩＩ）化合物は、硝酸第二鉄および硫酸第二鉄から選択される少なくとも１種である、化学機械研磨方法。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項において、
前記第１の化学機械研磨用水系分散体中の前記（Ｂ）成分の含有量（ＭＢ１）および前記第２の化学機械研磨用水系分散体中の前記（Ｂ）成分の含有量（ＭＢ２）は、いずれも０．０１質量％〜２０質量％である、化学機械研磨方法。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか一項において、
前記第１の化学機械研磨用水系分散体中の前記（Ｃ）成分の含有量（ＭＣ１）および前記第２の化学機械研磨用水系分散体中の前記（Ｃ）成分の含有量（ＭＣ２）は、いずれも１質量％〜２０質量％である、化学機械研磨方法。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか一項において、
前記（Ｃ）コロイダルシリカのＢＥＴ法を用いて測定した比表面積から算出される平均粒径は、１０ｎｍ〜６０ｎｍである、化学機械研磨方法。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか一項において、
前記第１研磨工程と、前記第２研磨工程と、を同一の研磨テーブルで連続して行う、化学機械研磨方法。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれか一項において、
さらに、前記第２研磨工程の後に、被処理体に吸着した鉄を除去する洗浄工程を含む、化学機械研磨方法。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれか一項に記載の化学機械研磨方法に使用する化学機械研磨用水系分散体を調製するための化学機械研磨用水系分散体調製用キットであって、
少なくとも（Ａ）カチオン性水溶性重合体と、酸性化合物と、を含有し、ｐＨが１〜３である、第１の組成物と、
少なくとも（Ｂ）鉄（ＩＩＩ）化合物と、水と、を含有する、第２の組成物と、
少なくとも（Ｃ）コロイダルシリカと、水と、を含有する、第３の組成物と、
をキット構成とする、化学機械研磨用水系分散体調製用キット。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項１０のいずれか一項に記載の化学機械研磨方法を使用して作製された半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学機械研磨方法およびそれを使用した半導体デバイス、化学機械研磨用水系分散体調製用キットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の高精細化に伴い、半導体装置内に形成される配線の微細化が進んでいる。これに伴い、配線層を化学機械研磨（以下、「ＣＭＰ」ともいう。）により平坦化する手法が用いられている。例えば、半導体基板上の酸化シリコン等の絶縁膜に設けられた微細な溝や孔に、アルミニウム、銅、タングステン等の導電体金属をスパッタリング、メッキ等の方法により堆積させた後、余剰に積層された金属膜をＣＭＰにより除去し、微細な溝や孔の部分にのみ金属を残すダマシンプロセスが一般的である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特に、配線間を上下縦方向に電気的に接合するヴィアホールには、埋め込み性に優れたタングステンが使用される。タングステン膜研磨用の化学機械研磨用水系分散体として、過酸化水素等の酸化剤、硝酸鉄等の鉄触媒、およびシリカ等の砥粒を含有する研磨用組成物に関する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。このようなタングステン膜を研磨するために使用される化学機械研磨用水系分散体には、より大きな研磨速度を有し、かつ、被研磨面の高度な平坦性を実現できる特性が要求されており、これらの特性をバランス良く達成するために、研磨用組成物に水溶性重合体を添加する技術が検討されている（例えば、特許文献３および特許文献４参照）。
【０００４】
しかしながら、依然としてタングステンを含む配線層が設けられた半導体ウエハ等の被研磨面に対して、高研磨速度および高平坦化特性を両立できる技術が開発されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００２−５１８８４５号公報
【特許文献２】特表２００５−５１８０９１号公報
【特許文献３】特開２００７−１９０９３号公報
【特許文献４】特開２００８−５０３８７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、タングステンを含む配線層が設けられた被処理体を高速かつ平坦に研磨するための化学機械研磨方法を提供することにある。
【０００７】
本発明のもう一つの目的は、前記化学機械研磨方法に使用する化学機械研磨用水系分散体の長期保存安定性を確保できる化学機械研磨用水系分散体調製用キットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る化学機械研磨方法は、
第１の化学機械研磨用水系分散体を使用して、バリアメタル膜上に堆積されたタングステン膜を化学機械研磨する第１研磨工程と、
第２の化学機械研磨用水系分散体を使用して、タングステン膜、バリアメタル膜、および酸化シリコン膜を同時に化学機械研磨する第２研磨工程と、
を含む、化学機械研磨方法であって、
前記第１の化学機械研磨用水系分散体および前記第２の化学機械研磨用水系分散体は、少なくとも（Ａ）カチオン性水溶性重合体と、（Ｂ）鉄（ＩＩＩ）化合物と、（Ｃ）コロイダルシリカと、を含有し、
前記第１の化学機械研磨用水系分散体中の前記（Ａ）成分の含有量（ＭＡ１）［質量％］と、前記第２の化学機械研磨用水系分散体中の前記（Ａ）成分の含有量（ＭＡ２）［質量％］との含有比率（ＭＡ１／ＭＡ２）が０．００４〜０．３であることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る化学機械研磨方法において、前記ＭＡ１は、０．００１質量％〜０．０１質量％であり、かつ、前記ＭＡ２は、０．０５質量％〜０．２質量％であることができる。
【００１０】
本発明に係る化学機械研磨方法において、前記（Ａ）カチオン性水溶性重合体は、ポリエチレンイミンであることができる。
【００１１】
本発明に係る化学機械研磨方法において、前記（Ａ）カチオン性水溶性重合体の数平均分子量は、２００〜１，０００，０００であることができる。
【００１２】
本発明に係る化学機械研磨方法において、前記（Ｂ）鉄（ＩＩＩ）化合物は、硝酸第二鉄および硫酸第二鉄から選択される少なくとも１種であることができる。
【００１３】
本発明に係る化学機械研磨方法において、前記第１の化学機械研磨用水系分散体中の前記（Ｂ）成分の含有量（ＭＢ１）および前記第２の化学機械研磨用水系分散体中の前記（Ｂ）成分の含有量（ＭＢ２）は、いずれも０．０１質量％〜２０質量％であることができる。
【００１４】
本発明に係る化学機械研磨方法において、前記第１の化学機械研磨用水系分散体中の前記（Ｃ）成分の含有量（ＭＣ１）および前記第２の化学機械研磨用水系分散体中の前記（Ｃ）成分の含有量（ＭＣ２）は、いずれも１質量％〜２０質量％であることができる。
【００１５】
本発明に係る化学機械研磨方法において、前記（Ｃ）コロイダルシリカのＢＥＴ法を用いて測定した比表面積から算出される平均粒径は、１０ｎｍ〜６０ｎｍであることができる。
【００１６】
本発明に係る化学機械研磨方法において、前記第１研磨工程および前記第２研磨工程を同一の研磨テーブルで連続して行うことができる。
【００１７】
本発明に係る化学機械研磨方法において、さらに、前記第２研磨工程の後に、被処理体に吸着した鉄を除去する洗浄工程を含むことができる。
【００１８】
本発明に係る化学機械研磨用水系分散体調製用キットは、
上記の化学機械研磨方法に使用する化学機械研磨用水系分散体を調製するための化学機械研磨用水系分散体調製用キットであって、
少なくとも（Ａ）カチオン性水溶性重合体と、酸性化合物と、を含有し、ｐＨが１〜３である、第１の組成物と、
少なくとも（Ｂ）鉄（ＩＩＩ）化合物と、水と、を含有する、第２の組成物と、
少なくとも（Ｃ）コロイダルシリカと、水と、を含有する、第３の組成物と、
をキット構成とする。
【００１９】
本発明に係る半導体デバイスは、上記の化学機械研磨方法を使用して作製されたものである。
【発明の効果】
【００２０】
上記化学機械研磨方法によれば、凹凸を有するタングステン膜を高速かつ平坦に研磨できるだけでなく、タングステン膜と酸化シリコン膜とが共存する被研磨面に対してもエロージョン等を抑制しながら高速かつ平坦に研磨することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態に係る化学機械研磨方法を模式的に示す断面図である。
【図２】本実施形態に係る化学機械研磨方法を模式的に示す断面図である。
【図３】本実施形態に係る化学機械研磨方法を模式的に示す断面図である。
【図４】化学機械研磨装置を模式的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２３】
１．化学機械研磨方法
本実施形態に係る化学機械研磨方法は、第１の化学機械研磨用水系分散体を使用して、バリアメタル膜上に堆積されたタングステン膜を化学機械研磨する第１研磨工程と、第２の化学機械研磨用水系分散体を使用して、タングステン膜、バリアメタル膜、および酸化シリコン膜を同時に化学機械研磨する第２研磨工程と、を含む、化学機械研磨方法であって、前記第１の化学機械研磨用水系分散体および前記第２の化学機械研磨用水系分散体は、少なくとも（Ａ）カチオン性水溶性重合体と、（Ｂ）鉄（ＩＩＩ）化合物と、（Ｃ）コロイダルシリカと、を含有し、前記第１の化学機械研磨用水系分散体中の前記（Ａ）成分の含有量（ＭＡ１）［質量％］と、前記第２の化学機械研磨用水系分散体中の前記（Ａ）成分の含有量（ＭＡ２）［質量％］との含有比率（ＭＡ１／ＭＡ２）が０．００４〜０．３であることを特徴とする。
【００２４】
図１〜図３は、本発明の実施形態に係る化学機械研磨方法を模式的に示す断面図である。本実施形態に係る化学機械研磨方法の被処理体としては、タングステンを含む配線層が設けられた半導体ウエハ等が挙げられる。具体的には、トレンチ（溝）またはヴィアホールを有する酸化シリコン膜と、前記酸化シリコン膜上にバリアメタル膜を介して設けられたタングステン膜と、を含む被処理体が挙げられ、例えば図１に示した被処理体１００が挙げられる。被処理体１００は、例えば下記のようにして作製できる。
【００２５】
（１）まず、基体１０を用意する。基体１０は、例えばシリコン基板とその上に形成された酸化シリコン膜から構成されていてもよい。さらに、基体１０には、トランジスタ等の機能デバイスが形成されていてもよい。
【００２６】
（２）次に、基体１０の上に、ＣＶＤ法または熱酸化法を用いて層間絶縁膜となる酸化シリコン膜１２を形成する。
【００２７】
（３）次に、酸化シリコン膜１２をパターニングする。例えば、酸化シリコン膜１２にフォトリソグラフィー法を適用してヴィアホール１４を形成する。
【００２８】
（４）次に、酸化シリコン膜１２の表面およびヴィアホール１４の内壁面にバリアメタル膜をスパッタリング法で薄く形成する。タングステンとシリコンとの電気的接触があまり良好でないため、バリアメタル膜１６を介在させることで良好な電気的接触を実現することができる。バリアメタル膜１６としては、Ｔｉおよび／またはＴｉＮが挙げられる。
【００２９】
（５）次に、ＣＶＤ法を用いてタングステン膜１８を堆積させることで、被処理体１００が得られる。
【００３０】
１．１  第１研磨工程
第１研磨工程は、図２に示すように前記被処理体１００のヴィアホール１４（またはトレンチ）等に埋め込まれた部分以外のバリアメタル膜１６上に堆積された余剰のタングステン膜１８を研磨除去する工程である。第１研磨工程では、タングステン膜１８の凹凸を解消（段差解消）しながら、短時間で上層のタングステン膜１８を除去することが望まれている。そこで、本実施形態に係る化学機械研磨方法の第１研磨工程では、凹凸を有するタングステン膜１８の段差解消を図りながら、高速で研磨することを目的とする。
【００３１】
本実施形態に係る化学機械研磨方法の第１研磨工程において、タングステン膜１８の研磨速度は、好ましくは３００ｎｍ／分以上であり、より好ましくは３６０ｎｍ／分以上である。タングステン膜の研磨速度が３００ｎｍ／分以上であると、余剰のタングステン膜１８を短時間で除去することができ、研磨工程のスループットが良好となり好ましい。なお、第１研磨工程では、タングステン膜１８の段差解消を図ることを目的の一つとしているが、エロージョンを３０ｎｍ以下に抑制できる程度の段差解消が達成できればよい。エロージョンが３０ｎｍ以下であれば、後述する第２研磨工程と組み合わせることで、さらにエロージョンの小さい良好な平坦性を得ることができる。一方、後述する第２研磨工程と組み合わせない場合は、第１研磨工程後に生じたエロージョンを解消することができず、良好な平坦性を有する被研磨面を得ることができない。
【００３２】
１．２  第２研磨工程
第２研磨工程は、前記第１研磨工程でヴィアホール１４（またはトレンチ）等に埋め込まれた部分以外のバリアメタル膜１６上に堆積された余剰のタングステン膜１８を除去した後、図３に示すようにヴィアホール１４（またはトレンチ）等に埋め込まれたタングステン膜１８、バリアメタル膜１６、および酸化シリコン膜１２を同時に研磨する工程である。第２研磨工程では、タングステン膜１８、バリアメタル膜１６、および酸化シリコン膜１２に対する研磨速度が大きいだけでなく、第１研磨工程で生じたエロージョン等の段差を平坦化することを目的とする。
【００３３】
第２研磨工程において、タングステン膜の研磨速度は、３０〜２００ｎｍ／分が好ましく、４０〜１５０ｎｍ／分がより好ましい。また、酸化シリコン膜の研磨速度は、４０〜３００ｎｍ／分が好ましく、６０〜２００ｎｍ／分がより好ましい。研磨速度が上記範囲であると、迅速に平坦化を行うことができ、研磨工程のスループットが良好となり好ましい。
【００３４】
また、タングステン膜１８の研磨速度（ＲＲＷ）および酸化シリコン膜１２の研磨速度（ＲＲＯ）は、第１研磨工程後に生じたエロージョン等の凹凸の大きさにより、上記範囲内において適宜研磨速度を調整することが好ましい。ＲＲＷとＲＲＯとの比率は、好ましくはＲＲＷ／ＲＲＯ＝０．４〜０．９であり、より好ましくはＲＲＷ／ＲＲＯ＝０．５〜０．８である。研磨速度比が上記範囲内であると、第１研磨工程で生じたエロージョン等の凹凸を平坦化するのに適したものとなる。研磨速度比が上記範囲を超えると、タングステン膜が過剰に研磨される結果、酸化シリコン膜の機械的強度が失われて磨耗が進み、エロージョンが大きくなる場合がある。研磨速度比が上記範囲未満であると、タングステン膜１８の研磨速度が極端に低下し、埋め込み全体が盛り上がるプロトリュージョンが発生する場合がある。一方、第１研磨工程と組み合わせない場合は、余剰のタングステン膜１８の研磨時間が増大してスループットが悪化するため好ましくない。さらに、埋め込み部配線以外の余剰のタングステン膜１８の削り残りが増加するため好ましくない。
【００３５】
なお、第２研磨工程は、前述の第１研磨工程と同一の研磨テーブル上で連続して行うことが好ましい。同一の研磨テーブルで連続して行うことで、第１研磨終了後に被処理体を研磨装置から取り出すことなく、引き続き第２研磨工程に移行することができるので、スループットを改善することができる。
【００３６】
１．３  洗浄工程
前述の第２研磨工程終了後に、さらに被処理体（例えば、研磨対象となるウエハ）に吸着した鉄を除去する洗浄工程を行うことが好ましい。かかる洗浄工程を行うことにより、被処理体の鉄汚染を防ぐことができる。なお、洗浄工程には、被処理体の表面にダメージを与えない市販の洗浄剤を適宜選択して使用することができる。
【００３７】
１．４  化学機械研磨装置
前記第１研磨工程および前記第２研磨工程では、例えば、図４に示すような化学機械研磨装置２００を用いることができる。図４は、化学機械研磨装置２００を模式的に示した斜視図である。スラリー供給ノズル４２からスラリー４４を供給し、かつ研磨布４６が貼付されたターンテーブル４８を回転させながら、半導体基板５０を保持したキャリアーヘッド５２を当接させることにより行う。なお、図４には、水供給ノズル５４およびドレッサー５６も併せて示してある。
【００３８】
キャリアーヘッド５２の研磨荷重は、１０〜１，０００ｇｆ／ｃｍ2の範囲内で選択することができ、好ましくは３０〜５００ｇｆ／ｃｍ2である。また、ターンテーブル４８およびキャリアーヘッド５２の回転数は１０〜４００ｒｐｍの範囲内で適宜選択することができ、好ましくは３０〜１５０ｒｐｍである。スラリー供給ノズル４２から供給されるスラリー４４の流量は、１０〜１，０００ｃｍ３／分の範囲内で選択することができ、好ましくは５０〜４００ｃｍ３／分である。
【００３９】
市販の化学機械研磨装置として、例えば、荏原製作所社製、形式「ＥＰＯ−１１２」、「ＥＰＯ−２２２」；ラップマスターＳＦＴ社製、型式「ＬＧＰ−５１０」、「ＬＧＰ−５５２」；アプライドマテリアル社製、型式「Ｍｉｒｒａ」等が挙げられる。
【００４０】
１．５  各研磨工程で使用する化学機械研磨用水系分散体
前記第１研磨工程で使用する第１の化学機械研磨用水系分散体および前記第２研磨工程で使用する第２の化学機械研磨用水系分散体は、少なくとも（Ａ）カチオン性水溶性重合体（以下、「（Ａ）成分」ともいう。）と、（Ｂ）鉄（ＩＩＩ）化合物（以下、「（Ｂ）成分」ともいう。）と、（Ｃ）コロイダルシリカ（以下、「（Ｃ）成分」ともいう。）と、を含有する。
【００４１】
第１の化学機械研磨用水系分散体と第２の化学機械研磨用水系分散体に含有される（Ａ）成分、（Ｂ）成分、（Ｃ）成分として同一成分を使用することが好ましい。同一成分を使用することで、第１研磨工程終了後の化学機械研磨装置のライン洗浄を行うことなく、引き続き第２研磨工程に移行することができるので、洗浄廃液の削減や研磨工程に要する時間の短縮化を実現できる。
【００４２】
以下、第１または第２の化学機械研磨用水系分散体に含有される各成分について説明する。
【００４３】
１．５．１  （Ａ）カチオン性水溶性重合体
第１の化学機械研磨用水系分散体中の（Ａ）カチオン性水溶性重合体は、凹凸を有するタングステン膜の表面に容易に吸着して保護膜を形成し、タングステン膜の研磨をコントロールすることができる。すなわち、適量の（Ａ）カチオン性水溶性重合体を使用することで、タングステン膜の凹部を保護しながら凸部の研磨を進行させ、初期段差を解消させることができる。
【００４４】
第２の化学機械研磨用水系分散体中の（Ａ）カチオン性水溶性重合体は、トレンチまたはヴィアホール等に埋め込まれたタングステン膜の表面に容易に吸着して保護膜を形成し、タングステン膜の研磨をコントロールすることができる。すなわち、適量の（Ａ）カチオン性水溶性重合体を使用することで、タングステン膜を保護しながら酸化シリコン膜の研磨を進行させることができる。
【００４５】
（Ａ）カチオン性水溶性重合体としては、例えばポリアルキレンイミン、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアミン、ポリビニルピリジン、ポリアリルアミン、ポリビニルピペラジン、ポリリジン等が挙げられる。これらの（Ａ）カチオン性水溶性重合体の中でも、好ましくはポリアルキレンイミンであり、より好ましくはポリエチレンイミンである。第１の化学機械研磨用水系分散体では、前記例示した（Ａ）カチオン性水溶性重合体を１種単独または２種以上組み合わせて使用することができる。
【００４６】
（Ａ）カチオン性水溶性重合体の数平均分子量は、好ましくは２００〜１，０００，０００であり、より好ましくは１０，０００〜１００，０００である。（Ａ）カチオン性水溶性重合体の数平均分子量が２００未満であると、タングステン膜の研磨をコントロールできないことがある。一方、（Ａ）カチオン性水溶性重合体の数平均分子量が１，０００，０００を超えると、化学機械研磨用水系分散体の安定性が悪化するおそれがある。
【００４７】
前記数平均分子量は、プルラン換算の値であり、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー（カラム定番「Ｓｈｏｄｅｘ  Ａｓａｈｉｐａｋ  ＧＦ−７１０ＨＱ＋ＧＦ−５１０ＨＱ＋ＧＦ−３１０ＨＱ」（昭和電工社製）、溶離液「０．２Ｍモノエタノールアミン」）にて測定することができる。
【００４８】
本実施形態に係る化学機械研磨方法において、前記第１の化学機械研磨用水系分散体中の（Ａ）成分の含有量（ＭＡ１）［質量％］と、前記第２の化学機械研磨用水系分散体中の（Ａ）成分の含有量（ＭＡ２）［質量％］との含有比率（ＭＡ１／ＭＡ２）は、０．００４〜０．３、好ましくは０．０５〜０．１の範囲内にある。
【００４９】
ＭＡ１／ＭＡ２の値が上記範囲内にあると、第１研磨工程において余剰なタングステン膜を高速に研磨できるだけでなく、エロージョンを低減することができる。さらに、第２研磨工程において、第１研磨工程で生じたエロージョン等の凹凸を平坦化することができる。
【００５０】
さらに、第１の化学機械研磨用水系分散体中の前記（Ａ）成分の含有量（ＭＡ１）は、好ましくは０．００１〜０．０１質量％、より好ましくは０．００３〜０．００８質量％である。（Ａ）成分の含有量が上記範囲未満であると、タングステン膜の凹部の保護が不十分となり、段差解消性が低下する。また、上記範囲を超えると、タングステン膜の凸部の保護が過剰となり段差解消性が低下すると共に、埋め込み部分以外の部分でタングステン膜の削り残りが増加する等の不具合が発生する。
【００５１】
さらに、第２の化学機械研磨用水系分散体中の前記（Ａ）成分の含有量（ＭＡ２）は、好ましくは０．０５〜０．２質量％、より好ましくは０．０６〜０．１質量％である。（Ａ）成分の含有量が上記範囲内にあると、第１研磨工程で生じたエロージョン等の凹凸を平坦化することができるため好ましい。（Ａ）成分の含有量が上記範囲を超えると、タングステン膜の研磨速度が極端に低下し、埋め込み部全体が盛り上がるプロトリュージョンが発生する場合がある。また、上記範囲未満であると、タングステン配線が過剰に研磨される結果、酸化シリコン膜の機械的強度が失われ、酸化シリコン膜の磨耗が進み、エロージョンが大きくなる場合がある。
【００５２】
１．５．２  （Ｂ）鉄（ＩＩＩ）化合物
第１および第２の化学機械研磨用水系分散体に含有される（Ｂ）鉄（ＩＩＩ）化合物は、タングステン膜の表面を効果的に酸化して脆弱な改質層を作り出し、タングステン膜の研磨を促進させる作用効果を奏する。
【００５３】
（Ｂ）鉄（ＩＩＩ）化合物は、上述した作用効果を奏するものであれば特に限定されず、有機酸鉄塩または無機酸鉄塩のいずれであってもよい。鉄（ＩＩＩ）化合物としては、例えば、硝酸鉄（ＩＩＩ）（以下、「硝酸第二鉄」ともいう。）、硫酸鉄（ＩＩＩ）（以下、「硫酸第二鉄」ともいう。）、硫酸アンモニウム鉄（ＩＩＩ）、過塩素酸鉄（ＩＩＩ）、塩化鉄（ＩＩＩ）、クエン酸鉄（ＩＩＩ）、クエン酸アンモニウム鉄（ＩＩＩ）、シュウ酸アンモニウム鉄（ＩＩＩ）等が挙げられる。これらの中でも、硝酸第二鉄および硫酸第二鉄から選択される少なくとも１種であることが好ましく、硝酸第二鉄であることがより好ましい。硝酸第二鉄は、タングステン膜の表面を酸化して脆弱な改質層を作り出す作用効果が特に優れており、良好な研磨速度を保ちながら、研磨残渣、ディッシング、コロージョン等の表面欠陥を抑制することができる。（Ｂ）鉄（ＩＩＩ）化合物は、前記例示したものを１種単独でまたは２種以上組み合わせて用いることができる。
【００５４】
第１の化学機械研磨用水系分散体における（Ｂ）鉄（ＩＩＩ）化合物の含有量（ＭＢ１）は、第１の化学機械研磨用水系分散体の全質量に対して、好ましくは０．０１〜２０質量％であり、より好ましくは０．１〜２０質量％である。（Ｂ）鉄（ＩＩＩ）化合物の含有量が前記範囲未満では、タングステン膜の表面を酸化させる作用効果に乏しく、タングステン膜の研磨速度が小さくなるため好ましくない。一方、（Ｂ）鉄（ＩＩＩ）化合物の含有量が前記範囲を超えると、タングステン膜の研磨速度が大きくなりすぎて、ディッシングやエロージョンを引き起こすことがある。
【００５５】
第２の化学機械研磨用水系分散体における（Ｂ）鉄（ＩＩＩ）化合物の含有量（ＭＢ２）は、第２の化学機械研磨用水系分散体の全質量に対して、好ましくは０．０１〜２０質量％であり、より好ましくは０．１〜２０質量％である。（Ｂ）鉄（ＩＩＩ）化合物の含有量が前記範囲未満では、タングステン膜の表面を酸化させる作用効果に乏しく、タングステン膜の研磨速度が極端に低下し、埋め込み部全体が盛り上がるプロトリュージョンが発生する場合がある。一方、（Ｂ）鉄（ＩＩＩ）化合物の含有量が前記範囲を超えると、タングステン配線が過剰に研磨される結果、酸化シリコン膜の機械的強度が失われ、酸化シリコン膜の磨耗が進み、エロージョンが大きくなる場合がある。
【００５６】
１．５．３  （Ｃ）コロイダルシリカ
第１および第２の化学機械研磨用水系分散体に含有される（Ｃ）コロイダルシリカは、タングステン膜および酸化シリコン膜を機械的に研磨する研磨材としての作用効果を奏する。（Ｃ）コロイダルシリカとしては、公知の方法で製造されたものを使用することができる。
【００５７】
（Ｃ）コロイダルシリカのＢＥＴ法を用いて測定した比表面積から算出した平均粒径は、好ましくは１０ｎｍ〜６０ｎｍであり、より好ましくは１５ｎｍ〜４５ｎｍである。（Ｃ）コロイダルシリカの平均粒径が上記範囲内にあると、タングステン膜と酸化シリコン膜とが共存する被研磨面に対してエロージョン等を抑制しながら高速研磨することができる。（Ｃ）コロイダルシリカの平均粒径が上記範囲未満では、酸化シリコン膜に対する研磨速度が不十分となり、タングステン膜と酸化シリコン膜とが共存する被研磨面に対してエロージョン等を抑制することができなくなる。一方、（Ｃ）コロイダルシリカの平均粒径が上記範囲を超えても、タングステン膜と酸化シリコン膜とが共存する被研磨面に対してエロージョン等を抑制することができなくなることがある。
【００５８】
（Ｃ）コロイダルシリカの平均粒径は、例えば流動式比表面積自動測定装置「ｍｉｃｒｏｍｅｔｒｉｃｓ  ＦｌｏｗＳｏｒｂ  ＩＩ  ２３００」（島津製作所社製）により、ＢＥＴ法を用いて測定した比表面積から算出することができる。以下、コロイダルシリカの比表面積から平均粒径を算出する方法について説明する。
【００５９】
コロイダルシリカの形状を真球状であると仮定し、コロイダルシリカの直径をｄ（ｎｍ）、比重をρ（ｇ／ｃｍ３）とすると、コロイダルシリカｎ個の表面積Ａは、Ａ＝ｎπｄ２となる。コロイダルシリカｎ個の質量Ｎは、Ｎ＝ρｎπｄ３／６となる。比表面積は、粉体の単位数量当たりの全構成粒子の表面積で表されるので、コロイダルシリカｎ個の比表面積Ｓは、Ｓ＝Ａ／Ｎ＝６／ρｄとなる。この式に、コロイダルシリカの比重ρ＝２．２を代入し、単位を換算すると、下記式（１）を導き出すことができる。
【００６０】
平均粒径（ｎｍ）＝２７２７／Ｓ（ｍ２／ｇ）…（１）
【００６１】
なお、本明細書中におけるコロイダルシリカの平均粒径は、全て（１）式に基づいて計算している。
【００６２】
第１の化学機械研磨用水系分散体における（Ｃ）コロイダルシリカの含有量（ＭＣ１）は、第１の化学機械研磨用水系分散体の全質量に対して、好ましくは１〜２０質量％であり、より好ましくは３〜１０質量％である。（Ｃ）コロイダルシリカの含有量が前記範囲未満では、タングステン膜に対する研磨速度が不十分となる場合がある。一方、（Ｃ）コロイダルシリカの含有量が前記範囲を超えると、コロイダルシリカが凝集しやすくなるため、安定した化学機械研磨用水系分散体が得られない場合がある。
【００６３】
第２の化学機械研磨用水系分散体における（Ｃ）コロイダルシリカの含有量（ＭＣ２）は、第２の化学機械研磨用水系分散体の全質量に対して、好ましくは１〜２０質量％であり、より好ましくは３〜１０質量％である。（Ｃ）コロイダルシリカの含有量が前記範囲未満では、タングステン膜および酸化シリコン膜に対する研磨速度が不十分となる場合がある。一方、（Ｃ）コロイダルシリカの含有量が前記範囲を超えると、コロイダルシリカが凝集しやすくなるため、安定した化学機械研磨用水系分散体が得られない場合がある。
【００６４】
１．５．４  酸化剤
第１および第２の化学機械研磨用水系分散体は、さらに上述した（Ｂ）鉄（ＩＩＩ）化合物以外の酸化剤を含有することができる。（Ｂ）鉄（ＩＩＩ）化合物以外の酸化剤としては、例えば、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過酸化水素、硝酸二アンモニウムセリウム、硫酸第一鉄、硝酸第一鉄、オゾン、過ヨウ素酸カリウム、過酢酸、次亜塩素酸およびその塩等が挙げられる。前記例示した酸化剤の中でも、酸化力、保護膜との相性および取り扱いやすさ等を考慮すると、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過酸化水素が好ましい。前記例示した酸化剤は、１種単独でまたは２種以上組み合わせて用いることができる。
【００６５】
（Ｂ）鉄（ＩＩＩ）化合物以外の酸化剤は、第１または第２の化学機械研磨用水系分散体の全質量に対して、好ましくは０．０５〜５質量％、より好ましくは０．０８〜３質量％である。（Ｂ）鉄（ＩＩＩ）化合物以外の酸化剤が前記範囲未満の場合には、タングステン膜に対する研磨速度が不十分となる場合がある。一方、（Ｂ）鉄（ＩＩＩ）化合物以外の酸化剤が前記範囲を超えると、タングステン膜の腐食やディッシングが発生するおそれがある。
【００６６】
２．化学機械研磨用水系分散体調製用キット
本実施形態に係る化学機械研磨用水系分散体調製用キット（以下、単に「キット」ともいう。）は、上記の化学機械研磨方法に使用する化学機械研磨用水系分散体を調製するための化学機械研磨用水系分散体調製用キットであって、
少なくとも（Ａ）カチオン性水溶性重合体と、酸性化合物と、を含有し、ｐＨが１〜３である、第１の組成物と、
少なくとも（Ｂ）鉄（ＩＩＩ）化合物と、水と、を含有する、第２の組成物と、
少なくとも（Ｃ）コロイダルシリカと、水と、を含有する、第３の組成物と、
をキット構成とする。
【００６７】
上記のキットによれば、第１〜第３の組成物を別個のキット構成として保管することができるため、特に第３の組成物に含まれる（Ｃ）コロイダルシリカの凝集を抑制することができる。これにより、各使用時に第１〜第３の組成物を含むキットを混合して化学機械研磨用水系分散体を得ることができるため、常に一定の品質を備えた化学機械研磨用水系分散体を提供することができる。以下、各キット構成について、詳細に説明する。
【００６８】
２．１  第１の組成物
本実施形態に係るキットは、少なくとも（Ａ）カチオン性水溶性重合体と、酸性化合物と、を含有し、ｐＨが１〜３である、第１の組成物をキット構成とする。第１の組成物は、第３の組成物と混合して中和するために、ｐＨを１〜３の酸性に調整する。
【００６９】
（Ａ）カチオン性水溶性重合体については、「１．５．１  （Ａ）カチオン性水溶性重合体」において記載したものを使用することができる。
【００７０】
酸性化合物は、第１の組成物のｐＨを１〜３の酸性に調整するためのｐＨ調整剤である。酸性化合物としては、有機酸または無機酸が挙げられる。有機酸としては、分子内に２個以上のカルボキシル基を有する化合物であることが好ましく、例えば、マレイン酸、マロン酸、クエン酸等が挙げられる。無機酸としては、例えば、硝酸、硫酸、塩酸等が挙げられる。これらの酸性化合物の中では、マレイン酸、マロン酸を用いることが好ましい。第１の組成物に用いられる酸性化合物は、前記例示したものを１種単独でまたは２種以上組み合わせて用いることができる。
【００７１】
分散媒としては、例えば、水、水およびアルコールの混合媒体、水および水と相溶性の有機溶媒を含む混合媒体等が挙げられる。これらの中でも、水、水およびアルコールの混合媒体を用いることが好ましく、水を用いることがより好ましい。
【００７２】
第１の組成物のｐＨは、１〜３であり、好ましくは１〜２．５であり、より好ましくは１〜２である。第１の組成物は、後記第２の組成物および後記第３の組成物と混合することにより、タングステンを含む配線層を研磨するための化学機械研磨用水系分散体を調製するためのものである。第１の組成物のｐＨが３よりも大きいと、後記第３の組成物を十分に中和することができず、タングステンを含む配線層を研磨するための化学機械研磨用水系分散体として最適なｐＨ１〜３に調製することが困難となる。
【００７３】
２．２  第２の組成物
本実施形態に係るキットは、少なくとも（Ｂ）鉄（ＩＩＩ）化合物と、水と、を含有する、第２の組成物をキット構成とする。第２の組成物は、保存安定性を確保する観点から、前記第１の組成物や後記第３の組成物に含有される成分を含有しないことが好ましい。
【００７４】
（Ｂ）鉄（ＩＩＩ）化合物については、「１．５．２  （Ｂ）鉄（ＩＩＩ）化合物」において記載したものを使用することができる。
【００７５】
分散媒としては、例えば、水、水およびアルコールの混合媒体、水および水と相溶性の有機溶媒を含む混合媒体等が挙げられる。これらの中でも、水、水およびアルコールの混合媒体を用いることが好ましく、水を用いることがより好ましい。
【００７６】
２．３  第３の組成物
本実施形態に係るキットは、少なくとも（Ｃ）コロイダルシリカと、水と、を含有する、第３の組成物をキット構成とする。
【００７７】
（Ｃ）コロイダルシリカについては、「１．５．３  （Ｃ）コロイダルシリカ」において記載したものを使用することができる。
【００７８】
分散媒としては、例えば、水、水およびアルコールの混合媒体、水および水と相溶性の有機溶媒を含む混合媒体等が挙げられる。これらの中でも、水、水およびアルコールの混合媒体を用いることが好ましく、水を用いることがより好ましい。
【００７９】
第３の組成物のｐＨは、８〜１１に調整することが好ましく、８〜１０に調整することがより好ましい。第３の組成物のｐＨを８〜１１に調整することが好ましい理由は、以下のとおりである。
【００８０】
一般的に、コロイダルシリカは、シロキサン構造を有しており、負に帯電したシリカ粒子が水中に分散して、コロイド状をなしている。その負の電荷は、ｐＨ値に依存し、高いｐＨ値になるほど増大する。負の電荷を有することによって、シリカ粒子の極近くの周囲には、水溶液中のナトリウムイオンやカリウムイオンが取り巻くこととなり電気二重層が形成される。この電気二重層の最外面の電位をゼータ電位と呼ぶ。スラリー中におけるコロイダルシリカのゼータ電位が小さいとき、粒子間の斥力が小さくなって凝集が起こりやすくなる。そのため、ｐＨ値を８〜１１の弱アルカリ性に調整することにより、ゼータ電位を一定値以上とし、コロイダルシリカの凝集を抑制することができる。
【００８１】
第３の組成物のｐＨが前記範囲よりも小さい場合、（Ｃ）コロイダルシリカが凝集しやすくなる傾向がある。一方、第３の組成物のｐＨが前記範囲よりも大きい場合、長期間の保管により（Ｃ）コロイダルシリカが一部溶解することがあり、所望の研磨特性が得られない場合がある。
【００８２】
第３の組成物のｐＨ調整剤としては、有機塩基または無機塩基等の塩基性化合物が挙げられる。有機塩基としては、例えば、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、トリエチルアミン等が挙げられる。無機塩基としては、例えば、アンモニア、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム等が挙げられる。これらの塩基性化合物の中では、アンモニア、水酸化カリウムを用いることが好ましい。第３の組成物に用いられる塩基性化合物は、前記例示したものを１種単独でまたは２種以上組み合わせて用いることができる。
【００８３】
２．４  化学機械研磨用水系分散体の調製方法
前記第１の組成物、前記第２の組成物、および前記第３の組成物における各成分の濃度は、これらを混合して最終的に調製されるものが上述した第１または第２の化学機械研磨用水系分散体となるのであれば特に限定されない。
【００８４】
前記第１ないし第３の組成物の混合方法は、各成分の１つまたは２つ以上を高濃度で含有する２つ以上の組成物を調製し、それらを使用時に所望の濃度に希釈、混合して化学機械研磨に使用しても良い。
【００８５】
例えば、研磨時に使用される化学機械研磨用水系分散体中に含まれる、（Ａ）カチオン性水溶性重合体の５倍の濃度を有する第１の組成物と、（Ｂ）鉄（ＩＩＩ）化合物の１０倍の濃度を有する第２の組成物と、（Ｃ）コロイダルシリカの５倍の濃度を有する第３の組成物と、を準備する。かかる場合、第１の組成物：第２の組成物：第３の組成物：水の重量比を２：１：２：５となるように配合すれば、所望の化学機械研磨用水系分散体を得ることができる。
【００８６】
第１ないし第３の組成物の混合・供給方法として、以下の（ａ）ないし（ｃ）の態様が挙げられる。
【００８７】
（ａ）第１ないし第３の組成物を予め混合して、化学機械研磨用水系分散体を調製しておく。得られた化学機械研磨用水系分散体をスラリー供給ノズルからターンテーブル上へ供給する。
【００８８】
（ｂ）第１の組成物および第２の組成物のいずれか一方と、第３の組成物とを予め混合して、それぞれの組成物を別個にスラリー供給ノズルからターンテーブル上へ供給することにより、ターンテーブル上でそれらを混合する。
【００８９】
（ｃ）第１ないし第３の組成物をそれぞれ別個にスラリー供給ノズルからターンテーブル上へ供給し、ターンテーブル上でそれらを混合する。
【００９０】
ここでいう「組成物を予め混合する」とは、ターンテーブル上に組成物を別個に供給しターンテーブル上において研磨しながら混合する方法以外の混合方法をいい、例えば、調合タンク内混合、供給ライン中混合等が挙げられる。
【００９１】
３．実施例
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら制限されるものではない。
【００９２】
３．１  コロイダルシリカ水分散体の調製
３号水硝子（シリカ濃度２４質量％）を水で希釈し、シリカ濃度３．０質量％の希釈ケイ酸ナトリウム水溶液とした。この希釈ケイ酸ナトリウム水溶液を、水素型陽イオン交換樹脂層を通過させ、ナトリウムイオンの大部分を除去したｐＨ３．１の活性ケイ酸水溶液とした。その後、すぐに撹拌下１０質量％水酸化カリウム水溶液を加えてｐＨを７．２に調整し、さらに続けて加熱し沸騰させて３時間熱熟成した。得られた水溶液に、先にｐＨを７．２に調整した活性ケイ酸水溶液の１０倍量を少量ずつ添加し、コロイダルシリカを成長させた。
【００９３】
次に、前記コロイダルシリカを含有する分散体水溶液を減圧濃縮し、シリカ濃度：３２．０質量％、ｐＨ：９．８であるコロイダルシリカ水分散体を得た。得られたコロイダルシリカ水分散体を、再度水素型陽イオン交換樹脂層を通過させ、ナトリウムの大部分を除去した後、１０質量％の水酸化カリウム水溶液を加え、シリカ粒子濃度：２８．０質量％、ｐＨ：１０．０であるコロイダルシリカ水分散体Ａを得た。
【００９４】
ＢＥＴ法を用いて測定した比表面積から算出した平均粒径は、１８ｎｍであった。なお、ＢＥＴ法によるコロイダルシリカの表面積測定では、コロイダルシリカ水分散体Ａを濃縮・乾固して回収されたコロイダルシリカを測定した値を用いた。
【００９５】
さらに、熱熟成の時間、塩基性化合物の種類および添加量等をコントロールしながら上記と同様の方法によって、ＢＥＴ法を用いて測定した比表面積から算出した平均粒径が４５ｎｍのコロイダルシリカを含有し、シリカ粒子濃度：２８．０質量％、ｐＨ：１０．０であるコロイダルシリカ水分散体Ｂを得た。
【００９６】
３．２  化学機械研磨用水系分散体調製用キットの調製
３．２．１  第１の組成物（ａ）の調製
イオン交換水８１．３質量部をポリエチレン製の瓶に入れ、これにマレイン酸２質量部を添加・撹拌し、溶解させた。次に、（Ａ）カチオン性水溶性重合体としてポリエチレンイミン（商品名「エポミンＰ−１０００」、数平均分子量１６，０００）の３０質量％水溶液１６．７質量部を添加・混合し、第１の組成物（ａ）を得た。
【００９７】
３．２．２  第２の組成物（ｂ）の調製
ポリエチレン製の瓶に、硝酸第二鉄の濃度が３０質量％となるように３８質量％硝酸鉄（ＩＩＩ）水溶液（商品名「ＦＮ３７６」、多摩化学社製）を投入し、残余のイオン交換水を添加・撹拌し、第２の組成物（ｂ）を得た。
【００９８】
３．２．３  第３の組成物（ｃ１）および（ｃ２）の調製
ポリエチレン製の瓶に、「３．１  コロイダルシリカ水分散体の調製」で調製したコロイダルシリカ水分散体Ａを８９．３質量部添加し、さらにイオン交換水を１０．７質量部添加して、第３の組成物（ｃ１）を得た。
【００９９】
同様に、ポリエチレン製の瓶に、「３．１  コロイダルシリカ水分散体の調製」で調製したコロイダルシリカ水分散体Ｂを８９．３質量部添加し、さらにイオン交換水を１０．７質量部添加して、第３の組成物（ｃ２）を得た。
【０１００】
３．３  化学機械研磨用水系分散体の調製
イオン交換水を約５０質量部、および第１の組成物（ａ）を０．１４質量部添加し撹拌した。次いで、そこへ第２の組成物（ｂ）１６．７質量部、第３の組成物（ｃ１）３２．０質量部を添加し、１５分間撹拌した。最後に、全成分の合計量が１００質量部、所定のｐＨとなるようにマレイン酸およびイオン交換水を加えた後、孔径５μｍのフィルターで濾過することにより、第１研磨工程で使用する化学機械研磨用水系分散体Ｓ１−１を得た。
【０１０１】
第１研磨工程で使用する化学機械研磨用水系分散体Ｓ１−２〜Ｓ１−１０は、第１〜第３の組成物の混合割合を適宜変更して、（Ａ）ないし（Ｃ）成分が表１〜表２に記載の種類および含有量となるように設定したこと以外は、上記の化学機械研磨用水系分散体Ｓ１−１の調製方法と同様にして得た。
【０１０２】
イオン交換水を約４３質量部、および第１の組成物（ａ）を１．６質量部添加し撹拌した。次いで、そこへ第２の組成物（ｂ）６．７質量部、第３の組成物（ｃ１）４８．０質量部を添加し、１５分間撹拌した。最後に、全成分の合計量が１００質量部、所定のｐＨとなるようにマレイン酸およびイオン交換水を加えた後、孔径５μｍのフィルターで濾過することにより、第２研磨工程で使用する化学機械研磨用水系分散体Ｓ２−１を得た。
【０１０３】
第２研磨工程で使用する化学機械研磨用水系分散体Ｓ２−２〜Ｓ２−１０は、第１〜第３の組成物の混合割合を適宜変更して、（Ａ）ないし（Ｃ）成分が表１〜表２に記載の種類および含有量となるように設定したこと以外は、上記の化学機械研磨用水系分散体Ｓ２−１の調製方法と同様にして得た。
【０１０４】
３．４  評価方法
化学機械研磨装置（荏原製作所社製、型式「ＥＰＯ１１２」）に多孔質ポリウレタン製研磨パッド（ニッタ・ハース社製、品番「ＩＣ１０００」）を装着し、下記の研磨速度測定用基板につき、化学機械研磨用水系分散体Ｓ１−１〜Ｓ１−１０のいずれか１種を供給しながら、下記研磨条件にて第１研磨工程を行った。次いで、第１研磨工程後の研磨速度測定用基板につき、化学機械研磨用水系分散体Ｓ２−１〜Ｓ２−１０のいずれか１種を供給しながら、下記研磨条件にて第２研磨工程を行い、下記の手法によって研磨速度および選択比を評価した。その結果を表１〜表２に示す。
【０１０５】
（１）研磨速度測定用基板
パターン付き基板（ＳＥＭＡＴＥＣＨ  ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ製、４００ｎｍのＰＥＴＥＯＳ膜が成膜された８ｉｎｃｈウエハを、深さ４００ｎｍの「ＳＥＭＡＴＥＣＨ
８５４」パターンに加工し、２５ｎｍのＴｉ／ＴｉＮ膜を積層した後、さらに６００ｎｍのタングステン膜を積層したテスト用基板）を用いた。なお、当該パターン付き基板の断面図を模式的に示すと図１のようになる。
【０１０６】
（２）研磨条件
・ヘッド回転数：８０ｒｐｍ
・ヘッド荷重：２５０ｈＰａ
・テーブル回転数：８５ｒｐｍ
・化学機械研磨用水系分散体の供給速度：１２０ｍＬ／分
【０１０７】
（３）研磨時間
第１研磨工程に要した時間は、上記パターン付き基板上の凹部に埋め込まれた部分以外のタングステン膜が除去され、Ｔｉ／ＴｉＮ膜またはその下層のＰＥＴＥＯＳ膜が露出するまでの時間とした。タングステン膜が除去されたか否かの判断は、研磨機のテーブルトルクの電流変化を読み取ることにより行った。
【０１０８】
第２研磨工程は、前記第１研磨工程後のパターン付き基板について４０秒間行った。なお、第２研磨工程において設定される時間は特に限定されるものではなく、所望の平坦性やＰＥＴＥＯＳ膜の研磨量を確保する目的により適宜調節できる。
【０１０９】
全工程に要した時間は、１６０秒以下であることが好ましく、１４０秒以下であることがより好ましいと判断できる。
【０１１０】
（４）研磨速度の評価方法
第２研磨工程におけるタングステン膜およびＰＥＴＥＯＳ膜の研磨速度を下記の方法にて算出し、その研磨速度の比率を算出した。
【０１１１】
ＰＥＴＥＯＳ膜の研磨速度については、光干渉式膜厚測定器（ナノメトリクス・ジャパン社製、型式「Ｎａｎｏ  Ｓｐｅｃ  ６１００」）を用いて、タングステン配線幅（ライン、Ｌ）／絶縁層幅（スペース、Ｓ）がそれぞれ１００μｍ／１００μｍのパターン部分における、研磨処理後の膜厚を測定し、化学機械研磨により減少した膜厚および研磨時間から研磨速度を算出した。
【０１１２】
タングステン膜の研磨速度については、上記ＰＥＴＥＯＳ膜の膜厚から、高解像度プロファイラー（ＫＬＡテンコール社製、型式「ＨＲＰ２４０ＥＴＣＨ」）を用いて測定したタングステン配線幅（ライン、Ｌ）／絶縁層幅（スペース、Ｓ）がそれぞれ１００μｍ／１００μｍのパターン部分におけるディッシング量（オングストローム）を差し引き、算出されるタングステン配線の膜厚について、化学機械研磨処理前後の膜厚と研磨時間から研磨速度を算出した。
【０１１３】
なお、選択比（タングステン膜の研磨速度／ＰＥＴＥＯＳ膜の研磨速度）は、０．５〜０．９である場合には良好と判断することができる。一方、０．４未満または０．９よりも大きい場合には、選択比のバランスが損なわれており不良と判断することができる。
【０１１４】
（５）エロージョンの評価方法
第１研磨工程および第２研磨工程後のパターン付き基板の被研磨面を高解像度プロファイラー（ＫＬＡテンコール社製、形式「ＨＲＰ２４０ＥＴＣＨ」）を用いて、タングステン配線幅（ライン、Ｌ）／タングステン配線間隔（スペース、Ｓ）がそれぞれ１．５μｍ／０．５μｍのパターン部分におけるエロージョン量（ｎｍ）を測定した。その結果を表１〜表２に併せて示す。なお、エロージョン量は、基準面（絶縁膜上面）よりも上に凸である場合にはマイナスで表示した。エロージョン量は、−５〜２０ｎｍであることが好ましく、−２〜１５ｎｍであることがより好ましいと判断できる。
【０１１５】
【表１】
2010245148.tif 000002
【０１１６】
【表２】
2010245148.tif 000003
【０１１７】
３．５  評価結果
実施例１〜５に記載の二段階研磨方法を実施した場合には、いずれの実施例についても第１研磨工程におけるエロージョンを３０ｎｍ以下に抑制することができ、第２研磨工程におけるエロージョンをさらに小さくすることができた。また、いずれの実施例についてもトータル研磨時間が１６０秒以下であるから、高速で研磨できたと評価することができた。以上のように、実施例１〜５に記載の二段階研磨方法を実施した場合には、パターン付き基板について、エロージョンの発生を抑制しつつ高速かつ平滑に研磨することができた。
【０１１８】
比較例１の化学機械研磨方法では、第１研磨工程と第２研磨工程において同一の化学機械研磨用水系分散体を用いており、ＭＡ１／ＭＡ２が０．３を超えている。そうすると、第２研磨工程においてタングステン膜に対する保護作用が不十分となり、初期段差の解消性が低下した。
【０１１９】
比較例２の化学機械研磨方法は、第１研磨工程と第２研磨工程において同一の化学機械研磨用水系分散体を用いており、ＭＡ１／ＭＡ２が０．３を超えている。そうすると、第１研磨工程においてタングステン表面の凸部の保護作用が過剰となるため、多大な研磨時間を要し高速に研磨することができなかった。
【０１２０】
比較例３の化学機械研磨方法は、ＭＡ１／ＭＡ２が０．００４未満である。そのため、第１研磨工程においてタングステン表面の凹部に十分な保護膜を形成できず、初期段差の解消性が低下した。また、第２研磨工程においてタングステン膜の保護が過剰となり、タングステン配線をほとんど削ることができず、プロトリュージョンが発生した。
【０１２１】
比較例４の化学機械研磨方法は、ＭＡ１／ＭＡ２が０．３を超えている。そのため、第１研磨工程においてタングステン表面の凸部の保護作用が過剰となり、初期段差の解消性が低下すると共に多大な研磨時間を要した。また、第２研磨工程において、タングステン膜の保護作用が不十分となりエロージョンが悪化した。
【０１２２】
比較例５の化学機械研磨方法は、ＭＡ１／ＭＡ２が０．００４未満である。また、第２の化学機械研磨用水系分散体Ｓ２−１０は、（Ｂ）鉄（ＩＩＩ）化合物の含有量（ＭＢ）［質量％］が上記範囲未満、（Ｃ）コロイダルシリカの含有量（ＭＣ）［質量％］が上記範囲を超えている。そのため、第２の化学機械研磨用水系分散体Ｓ２−１０が凝集・沈降し、評価することができなかった。
【符号の説明】
【０１２３】
１０…基体、１２…酸化シリコン膜、１４…ヴィアホール、１６…バリアメタル膜、１８…タングステン膜、４２…スラリー供給ノズル、４４…スラリー、４６…研磨布、４８…ターンテーブル、５０…半導体基板、５２…キャリアーヘッド、５４…水供給ノズル、５６…ドレッサー、１００…被処理体、２００…化学機械研磨装置
【図１】
2010245148.tif 000004
【図２】
2010245148.tif 000005
【図３】
2010245148.tif 000006
【図４】
2010245148.tif 000007