(57)【要約】  本発明は、シリカ粒子、リン原子に結合した芳香環を少なくとも一つ有する第四級ホスホニウム塩及び水を含有し、シリカ粒子は、シラノール基密度が１．０〜２．０個／ｎｍ２であり、アスペクト比が１．３以上であり、かつＣＭＰ用研磨液中でのゼータ電位が＋１０ｍＶ以上であり、第四級ホスホニウム塩の含有量に対するシリカ粒子の含有量の比が７５０以上であるＣＭＰ用研磨液、に関する。
2014007063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリカ粒子、リン原子に結合した芳香環を少なくとも一つ有する第四級ホスホニウム塩及び水を含有し、
前記シリカ粒子は、シラノール基密度が１．０〜２．０個／ｎｍ２であり、アスペクト比が１．３以上であり、かつＣＭＰ用研磨液中でのゼータ電位が＋１０ｍＶ以上であり、
前記第四級ホスホニウム塩の含有量に対する前記シリカ粒子の含有量の比が７５０以上である、
ＣＭＰ用研磨液。
【請求項２】
前記第四級ホスホニウム塩が下記一般式（１）で表される化合物である、請求項１記載のＣＭＰ用研磨液。
【化１】
2014007063.tif 000008
［式（１）中、Ｒは置換基を有していてもよいアルキル基又はアリール基を示し、Ｘ−は陰イオンを示す。］
【請求項３】
前記第四級ホスホニウム塩が、ブチルトリフェニルホスホニウム塩、アミルトリフェニルホスホニウム塩、ヘキシルトリフェニルホスホニウム塩、ｎ−ヘプチルトリフェニルホスホニウム塩、テトラフェニルホスホニウム塩及びベンジルトリフェニルホスホニウム塩からなる群より選ばれる少なくとも１種である、請求項１又は２記載のＣＭＰ用研磨液。
【請求項４】
前記第四級ホスホニウム塩の含有量が、ＣＭＰ用研磨液１００質量部に対して０．０００５質量部以上０．００５質量部未満である、請求項１〜３のいずれか一項記載のＣＭＰ用研磨液。
【請求項５】
前記シリカ粒子がコロイダルシリカ粒子である、請求項１〜４のいずれか一項記載のＣＭＰ用研磨液。
【請求項６】
前記シリカ粒子の含有量が、ＣＭＰ用研磨液１００質量部に対して１．０〜１５．０質量部である、請求項１〜５のいずれか一項記載のＣＭＰ用研磨液。
【請求項７】
ｐＨが６．０以下である、請求項１〜６のいずれか一項記載のＣＭＰ用研磨液。
【請求項８】
更に金属溶解剤を含有する、請求項１〜７のいずれか一項記載のＣＭＰ用研磨液。
【請求項９】
更に金属酸化剤を含有する、請求項１〜８のいずれか一項記載のＣＭＰ用研磨液。
【請求項１０】
更に金属防食剤を含有する、請求項１〜９のいずれか一項記載のＣＭＰ用研磨液。
【請求項１１】
前記金属防食剤が、トリアゾール化合物である、請求項１０に記載のＣＭＰ用研磨液。
【請求項１２】
更に水溶性ポリマーを含有する、請求項１〜１１のいずれか一項記載のＣＭＰ用研磨液。
【請求項１３】
更に有機溶媒を含有する、請求項１〜１２のいずれか一項記載のＣＭＰ用研磨液。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項記載のＣＭＰ用研磨液を得るための貯蔵液であって、
液状媒体で希釈することにより前記ＣＭＰ用研磨液が得られる、貯蔵液。
【請求項１５】
ｌｏｗ−ｋ材料と、該ｌｏｗ−ｋ材料の少なくとも一部を被覆する二酸化珪素材料とを備える基板の研磨方法であって、
前記二酸化珪素材料を研磨して、前記ｌｏｗ−ｋ材料を露出させる研磨工程を含み、
前記研磨工程で、請求項１〜１３のいずれか一項記載のＣＭＰ用研磨液を供給しながら研磨する、研磨方法。
【請求項１６】
一方の面に凹部及び凸部を有するｌｏｗ−ｋ材料と、前記ｌｏｗ−ｋ材料の前記凸部を被覆する二酸化珪素材料と、前記ｌｏｗ−ｋ材料及び前記二酸化珪素材料を被覆するバリア材料と、前記バリア材料を被覆しかつ前記凹部を充填する配線部用金属と、を備える基板の研磨方法であって、
前記配線部用金属を研磨して、前記凸部上の前記バリア材料を露出させる第一の研磨工程と、
前記凸部上の前記バリア材料及び前記二酸化珪素材料を研磨して、前記凸部を露出させる第二の研磨工程と、を含み、
前記第二の研磨工程で、請求項１〜１３のいずれか一項記載のＣＭＰ用研磨液を供給しながら研磨する、研磨方法。
【請求項１７】
前記配線部用金属が銅を主成分とする金属である、請求項１６記載の研磨方法。
【請求項１８】
前記バリア材料が、タンタル、窒化タンタル、タンタル合金、チタン、窒化チタン、チタン合金、ルテニウム、ルテニウム合金、コバルト、コバルト合金、マンガン及びマンガン合金からなる群より選ばれる少なくとも１種を含む、請求項１６又は１７記載の研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスの配線形成工程等における研磨に使用されるＣＭＰ用研磨液、当該研磨液を得るための貯蔵液、及び当該研磨液を用いた研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路（以下、「ＬＳＩ」という。）の高集積化及び高性能化に伴って、新たな微細加工技術が開発されている。化学機械研磨（以下、「ＣＭＰ」という。）法もその一つであり、ＬＳＩ製造工程、特に、多層配線形成工程における絶縁材料（例えば、層間絶縁膜）の平坦化、金属プラグの形成、埋め込み配線の形成等において頻繁に利用される技術である。【０００３】
埋め込み配線の形成には、ダマシンプロセスが採用されている。ダマシンプロセスは、（１）絶縁材料を有する基体の前記絶縁材料に溝を形成し、（２）配線部用金属として、銅系金属（銅及び銅合金をいう。以下同じ。）を堆積して前記溝を埋め込み、（３）溝部以外の配線部用金属をＣＭＰにより除去して埋め込み配線を形成するプロセスである。【０００４】
一方、配線部用金属の下層には、配線部用金属の絶縁材料中への拡散防止及び配線部用金属と絶縁材料との密着性向上のため、バリア材料の層が形成される。バリア材料は導体であるため、配線部以外のバリア材料はＣＭＰによって除去される必要がある。【０００５】
しかし、バリア材料は、一般に、配線部用金属に比べて硬度が高いため、配線部用金属を除去するための研磨液を用いて研磨しても、充分な研磨速度を得られない。そこで、配線部用金属を研磨する第一の研磨工程と、バリア材料を研磨する第二の研磨工程とからなる２段階の研磨方法が検討されている。【０００６】
図１に一般的なダマシンプロセスによる配線形成を断面模式図で示す。図１（ａ）は研磨前の基板１００を示し、シリコンウエハ等の基板（図示せず）の上に、表面に溝が形成された絶縁材料１、絶縁材料１の表面凹凸に追従するように形成されたバリア材料２、及び凹部を埋めるように堆積された配線部用金属３を有している。【０００７】
まず、図１（ｂ）に示すように、配線部用金属３を研磨するための研磨液で研磨して、バリア材料２が露出するまで配線部用金属３を除去して、基板２００を得る（第一の研磨工程）。次に、バリア材料用の研磨液で研磨して、絶縁材料１の凸部が露出するまでバリア材料２を除去して基板３００を得る（第二の研磨工程）。この第二の研磨工程においては、絶縁材料１の一部を除去するオーバー研磨が行われることが多い。図１の（ｃ）において、破線４は、第二の研磨工程における、バリア材料が研磨される前の基板２００の状態を示している。このようなオーバー研磨により、研磨後の被研磨面の平坦性を高めることができる。【０００８】
このようなバリア材料用の研磨液として、酸化剤と、金属表面に対する保護膜形成剤と、酸と、水とを含み、ｐＨが３以下であり、酸化剤の濃度が０．０１〜３質量％であるＣＭＰ研磨剤が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）【０００９】
ところで、近年、配線間隔が更に微細化されていることに伴い、信号遅延の問題が生じてきている。集積回路は、金属配線が何層にも張り巡らされて信号を伝達しているが、微細化に伴って配線同士の距離が近くなる。このため、近接する配線間の電気容量（配線間容量）が大きくなり、それに比例して配線を伝わる信号が遅くなる現象（信号遅延）が生じる。それにより、回路の動作速度が上がらず、かえって消費電力が増えてしまうという問題が顕著になってきている。【００１０】
そこで、この課題を克服するために、配線間容量を下げることが検討されている。その手法の一つとして、絶縁材料として、従来用いられてきた二酸化珪素を主体とする材料から、低誘電率材料（以下、「ｌｏｗ−ｋ材料」という。）への転換が図られている。これらのｌｏｗ−ｋ材料は、有機化合物を原料としたり、膜に空孔を形成させたりすることによって、誘電率を下げている。【００１１】
更に、ｌｏｗ−ｋ材料として使用するため、比誘電率が空気（〜１）程度に低い材料の開発が始まっている。これらはＵＬＫ（Ｕｌｔｒａ  ｌｏｗ−ｋ）などと呼ばれ、空気を含んだポーラス（多孔性）な材料を使う方向で検討が進んでいる。但し、ポーラス材料は、例えば、蜂の巣構造のような中空構造であるため、緻密な構造を有する材料と比較して軟らかい。従って、二酸化珪素膜と比較して、機械的強度が低い、吸湿性が高い、プラズマ及び薬品耐性が低いといった弱点を有する。このため、前記第二の研磨工程において、ｌｏｗ−ｋ材料の損傷、過剰な研磨、膜の剥離等の新たな問題を有する。【００１２】
そこで、上記の課題を克服するため、ｌｏｗ−ｋ材料を二酸化珪素でキャップした構造が提案される。図２に、このような構造のデバイスの製造プロセスの一例を示す。図２の（ａ）の構造を得るためには、まず、シリコン基板５上に、ｌｏｗ−ｋ材料６と二酸化珪素からなるキャップ層７とを順に成膜して積層構造とした後、隆起部及び溝部を形成する。その上に、表面の隆起部及び溝部表面に追従するようにバリア材料２が形成され、更に溝部を埋めるように全体に堆積された配線部用金属３が形成される。【００１３】
絶縁材料部分にキャップ層の二酸化珪素が含まれると、二酸化珪素の誘電率の影響を受けてしまうため、絶縁材料全体として実効比誘電率がさほど低くならない。すなわち、この場合、ｌｏｗ−ｋ材料の有する低誘電率特性を充分活かせないことになる。従って、前記キャップ層としての二酸化珪素膜は、前記バリア材料研磨時に除去され、絶縁材料部分を最終的にはｌｏｗ−ｋ材料のみからなるようにすることが望ましい。【００１４】
このような構造のデバイスを得るためには、まず、図２（ａ）に示す基板１１０の状態から、図２（ｂ）に示す基板２１０の状態まで研磨を行う。具体的には、配線部用金属３を研磨するための研磨液で、バリア材料２が露出するまで配線部用金属３を研磨する（第一の研磨工程）。次に、バリア材料用の研磨液でバリア材料２を研磨し、図２（ｃ）に示す基板３１０の状態まで、すなわち、少なくとも二酸化珪素のキャップ層７を全て除去し、ｌｏｗ−ｋ材料６が露出するまで研磨する（第二の研磨工程）。この際、場合によりｌｏｗ−ｋ材料を余分に研磨するオーバー研磨が行われてもよい。【００１５】
従って、前記の第二の研磨工程では、バリア材料及び配線部用金属だけでなく、キャップ層である二酸化珪素及びｌｏｗ−ｋ材料の一部も研磨する必要がある。また、半導体デバイスを設計どおり構築するため、即ち、多層配線を実現するためには、キャップ層を削りきった後に露出するｌｏｗ−ｋ材料が削られる量（除去される量）を極力抑える必要がある。これらの理由により、研磨液は、二酸化珪素等の絶縁材料に対しては高研磨速度を示し、ｌｏｗ−ｋ材料等の絶縁材料に対しては低研磨速度を示す必要がある。プロセス上のこのような要求に応えるべく、砥粒、酸化金属溶解剤、酸化剤、水及び第四級ホスホニウム塩を含有し、前記砥粒は、ＣＭＰ用研磨液中において正のゼータ電位を有するＣＭＰ用研磨液が提案されている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ０１／１３４１７号パンフレット
【特許文献２】特開２０１１−０２３４８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、従来のバリア用研磨液の多くは、バリア材料及び二酸化珪素は好適に研磨できるが、ｌｏｗ−ｋ材料に対する研磨速度が速すぎる、あるいは研磨中に傷、膜剥がれ等を起こすといった課題を有している。このように、最適な研磨液がないという理由で、上記プロセスは充分実用化されていない。【００１８】
また、ＣＭＰ研磨液には、このような研磨対象に応じた適切な研磨速度を有することに加え、研磨後の被研磨面の平坦性を確保するという特性も求められる。しかしながら、発明者らの知見によれば、従来の研磨液で配線間隔の狭い基板を研磨した場合、配線間隔が広い基板を研磨した時と比べて、シーム、エロージョン等の観点からみる平坦性が悪化する傾向があることが分かった。【００１９】
本発明は、従来の研磨液が有するこれら様々な課題に鑑みてなされたものであり、配線部用金属、バリア材料及び二酸化珪素の研磨速度に優れる一方でｌｏｗ−ｋ材料の研磨速度を抑制することができ、また、配線間隔の狭い基板を研磨した場合であっても、被研磨面の平坦性を充分に確保することができるＣＭＰ用研磨液、及び当該研磨液を得るための貯蔵液を提供することを目的とするものである。また、本発明は、当該ＣＭＰ用研磨液を用いた研磨方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明者等は、前記課題を解決するために種々の検討を行った結果、リン原子に結合した芳香環を少なくとも一つ有する第四級ホスホニウム塩と、砥粒として特定の特性を有するシリカ粒子とを組み合わせて使用することで、所望の研磨特性を得られることを見出した。特に、シリカ粒子と前記第四級ホスホニウム塩と併用する場合において、前記シリカ粒子が持つ（Ａ）シラノール基密度、（Ｂ）アスペクト比及び（Ｃ）ゼータ電位、並びに（Ｄ）シリカ粒子の含有量と前記第四級ホスホニウム塩の含有量との比が、前記のいずれの課題に対しても重要な因子であることを見いだした。【００２１】
すなわち、本発明は、シリカ粒子、リン原子に結合した芳香環を少なくとも一つ有する第四級ホスホニウム塩及び水を含有し、シリカ粒子は、シラノール基密度が１．０〜２．０個／ｎｍ２であり、アスペクト比が１．３以上であり、かつＣＭＰ用研磨液中でのゼータ電位が＋１０ｍＶ以上であり、第四級ホスホニウム塩の含有量に対するシリカ粒子の含有量の比が７５０以上であるＣＭＰ用研磨液を提供する。【００２２】
このような研磨液とすることによって、配線部用金属、バリア材料及び二酸化珪素を高速に研磨し、更にｌｏｗ−ｋ材料の研磨速度を抑制できるＣＭＰ用研磨液が提供される。また、研磨後の被研磨面の平坦性も充分に確保することができる。【００２３】
なお、ＣＭＰ用研磨液は、一定期間保管した後に使用されることも考えられるため、当該研磨液には、上述の様々な課題に加え、長期間にわたる分散安定性も求められる。従来の研磨液では砥粒の分散安定性が徐々に悪くなる傾向があるため砥粒の沈降が発生しやすくなり、一定期間保管後には好適に研磨ができなかったが、本発明の研磨液においてはシリカ粒子の分散安定性が良好であり、一定期間保管後にも好適に研磨ができる。【００２４】
前記第四級ホスホニウム塩は、下記一般式（１）で表される化合物であるであることが好ましい。
【化１】
2014007063.tif 000003
式（１）中、Ｒは置換基を有していてもよいアルキル基又はアリール基を示し、Ｘ−は陰イオンを示す。【００２５】
なお、本発明においてこのような構成を採用することにより所望の研磨特性が得られる理由を、発明者らは以下のように推測する。【００２６】
まず、研磨液に含まれるシリカ粒子には、その末端（表面）には通常シラノール基（Ｓｉ−ＯＨ基）が存在している。このシラノール基における水素原子は、酸性領域においてほとんど解離しないため、通常のシリカ粒子のゼータ電位は、酸性領域において、若干プラスであるか、又はゼロに近い値を示す。しかしながら、前記シラノール基密度を１．０から２．０個／ｎｍ２と小さい範囲にすることにより、酸性領域において大きいプラスの値（＋１０ｍＶ以上）のゼータ電位をもたせることができる。ここで、前記ｌｏｗ−ｋ材料は、研磨液中で正に帯電しているため、このようなゼータ電位を持つシリカ粒子との静電的反発により、ｌｏｗ−ｋ材料の研磨速度が抑制できると推測される。また、ＣＭＰ用研磨液中でのシリカ粒子のゼータ電位が＋１０ｍＶ以上であることで、シリカ粒子の分散性にも優れたＣＭＰ用研磨液が提供される。【００２７】
更に、上記一般式（１）で表される第四級ホスホニウム塩は、例えば、リン原子に結合している疎水性置換基であるアルキル基又はアリール基Ｒを有している。ｌｏｗ−ｋ材料は疎水性であるため、このような疎水性置換基を有する第四級ホスホニウム塩とｌｏｗ−ｋ材料との間には親和性がある。つまり、ｌｏｗ−ｋ材料表面に第四級ホスホニウム塩のアルキル基又はアリール基Ｒが接近することで、ｌｏｗ−ｋ材料表面を正に帯電させる。このように、ｌｏｗ−ｋ材料表面が更に正に帯電されて、シリカ粒子との静電気的反発が生じることにより、よりｌｏｗ−ｋ材料の研磨速度が抑制されると考えられる。【００２８】
一方、研磨液中において、シリカ粒子は第四級ホスホニウム塩と会合して正に帯電しており、また、配線部用金属（例えば銅系金属が挙げられる。銅系金属とは銅及び銅合金をいう。銅合金は銅を５０質量％以上含む合金をいう。）表面も正に帯電している。このことから、第四級ホスホニウム塩が吸着したシリカ粒子と配線部用金属とが静電気的に反発していると考えられる。ここで、研磨液中の第四級ホスホニウム塩の含有量が所定量を超えて含有されている場合、シリカ粒子に対し第四級ホスホニウム塩が過剰に吸着するため、シリカ粒子と配線部用金属との静電気的反発が強くなり、配線部用金属の研磨速度が抑制されてしまう。すなわち、シリカ粒子と第四級ホスホニウム塩との含有量比が小さいほど配線部用金属の研磨速度が抑制されるため、好適な研磨ができなくなってしまう。本発明においては、第四級ホスホニウム塩の含有量に対するシリカ粒子の含有量の比（シリカ粒子の含有量／第四級ホスホニウム塩の含有量）が７５０以上と大きいほど、配線部用金属に対してより良好な研磨速度を得ることができる。【００２９】
前記第四級ホスホニウム塩は、ブチルトリフェニルホスホニウム塩、ペンチルトリフェニルホスホニウム塩（アミルトリフェニルホスホニウム塩）、ヘキシルトリフェニルホスホニウム塩、ｎ−ヘプチルトリフェニルホスホニウム塩、テトラフェニルホスホニウム塩及びベンジルトリフェニルホスホニウム塩からなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。このような研磨液によれば、シリカ粒子に吸着する第四級ホスホニウム塩の疎水性がそれほど高くないため、シリカ粒子の凝集、沈降がより抑制される傾向がある。【００３０】
前記第四級ホスホニウム塩の含有量は、ＣＭＰ用研磨液１００質量部に対して０．０００５質量部以上０．００５質量部未満であることが好ましい。当該含有量をこの範囲とすることにより、シリカ粒子に対し第四級ホスホニウム塩が過剰に吸着することを抑制しやすくなるため、シリカ粒子の凝集及び沈降をより抑制することができる。【００３１】
前記シリカ粒子は、コロイダルシリカ粒子であることが好ましい。このような研磨液によれば、前記シラノール基密度、アスペクト比及びゼータ電位の値を変えることが容易である。また、コロイダルシリカ粒子であれば、様々なグレードが容易に入手できる。【００３２】
前記シリカ粒子の含有量は、ＣＭＰ用研磨液１００質量部に対して１．０〜１５．０質量部であることが好ましい。これにより、より良好な絶縁材料の研磨速度が得られるＣＭＰ用研磨液が提供される。更に、シリカ粒子の凝集及び沈降をより抑制しやすくなり、結果としてより良好な分散安定性及び保存安定性を有するＣＭＰ用研磨液が提供される。【００３３】
更に本発明のＣＭＰ用研磨液は、シリカ粒子のゼータ電位を正（＋）に制御しやすい観点で、ｐＨが６．０以下であることが好ましく、更に前記観点に加え、配線部用金属及びバリア材料の研磨速度がより優れる点で、５．０以下がより好ましく、４．５以下が更に好ましい。【００３４】
本発明のＣＭＰ用研磨液は、更に金属溶解剤を含有することが好ましい。これにより、配線部用金属、バリア材料等の金属に対してより良好な研磨速度が得られる。【００３５】
本発明のＣＭＰ用研磨液は、更に金属酸化剤を含むことが好ましい。これにより、配線部用金属及びバリア材料に対して、より優れた研磨速度を示すＣＭＰ用研磨液が提供される。【００３６】
本発明のＣＭＰ用研磨液は、更に金属防食剤を含むことが好ましい。これにより、配線部用金属のエッチングを抑制し、更に、研磨後の表面に荒れが生じるのを防ぎやすくなる。【００３７】
前記金属防食剤は、トリアゾール骨格を有する化合物（トリアゾール化合物）であることが好ましい。前記シリカ粒子と、前記第四級ホスホニウム塩とを含む研磨液においてトリアゾール骨格を有する金属防食剤を用いることで、より効果的に配線部用金属のエッチングを抑制し、更に、研磨後の表面に荒れが生じるのを防ぎやすくなる。【００３８】
本発明のＣＭＰ用研磨液は、更に水溶性ポリマーを含むことが好ましい。これにより、被研磨面に対する研磨液の平坦化能をより向上し、また、微細配線部が密集している部位においても、エロージョンの発生をより抑制しやすくなる。【００３９】
本発明のＣＭＰ用研磨液は、更に有機溶媒を含むことが好ましい。これにより、ＣＭＰ用研磨液に対する被研磨面の濡れ性が向上し、二酸化珪素、ｌｏｗ−ｋ材料等の研磨速度をより良好に調整することができる。また、水に溶解しにくい成分がＣＭＰ用研磨液に含まれる場合、当該成分の水への溶解を補助することができる。【００４０】
本発明は、さらに、前記ＣＭＰ用研磨液を得るための貯蔵液であって、液状媒体で希釈することにより前記ＣＭＰ用研磨液が得られる、貯蔵液を提供する。このような貯蔵液によれば、ＣＭＰ用研磨液の貯蔵、運搬、保管等に係るコストを低減できる。【００４１】
また本発明は、ｌｏｗ−ｋ材料と、該ｌｏｗ−ｋ材料の少なくとも一部を被覆する二酸化珪素とを有する基板の研磨方法であって、二酸化珪素を研磨してｌｏｗ−ｋ材料を露出させる研磨工程を含み、研磨工程で、上記本発明のＣＭＰ用研磨液を供給しながら研磨する、研磨方法を提供する。【００４２】
このような研磨方法によれば、前記研磨液が、二酸化珪素を高速に研磨でき、ｌｏｗ−ｋ材料の研磨速度を抑制して研磨することができるものであるため、基板に存在する二酸化珪素を、ｌｏｗ−ｋ材料に対して優先して除去することができる。また、研磨後の被研磨面の平坦性を充分に確保することができる。【００４３】
また、本発明は、一方の面に凹部及び凸部を有するｌｏｗ−ｋ材料と、ｌｏｗ−ｋ材料の凸部を被覆する二酸化珪素と、ｌｏｗ−ｋ材料及び二酸化珪素を被覆するバリア材料と、バリア材料を被覆しかつ凹部を充填する配線部用金属と、を備える基板の研磨方法であって、配線部用金属を研磨して、凸部上のバリア材料を露出させる第一の研磨工程と、凸部上のバリア材料及び二酸化珪素を研磨して、凸部を露出させる第二の研磨工程と、を含み、第二の工程で、上記本発明のＣＭＰ用研磨液を供給しながら研磨する、研磨方法を提供する。【００４４】
このような研磨方法によれば、配線部用金属、バリア材料及び二酸化珪素を高速に研磨できるとともに、ｌｏｗ−ｋ材料の研磨速度を抑制して研磨することができる。また、研磨後の被研磨面の平坦性を充分に確保することができる。【００４５】
配線部用金属は、銅を主成分とする金属であることが好ましい。なお、主成分とは銅を５０質量％以上含むことをいう。すなわち、配線部用金属は、銅又は銅を５０質量％以上含む銅合金であることが好ましい。【００４６】
更に、バリア材料は、絶縁材料へ配線部用金属が拡散するのを防ぐバリア導体材料であって、タンタル、窒化タンタル、タンタル合金、チタン、窒化チタン、チタン合金、ルテニウム、ルテニウム合金、コバルト、コバルト合金、マンガン及びマンガン合金からなる群より選ばれる少なくとも１種を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００４７】
本発明によれば、配線部用金属、バリア材料及び二酸化珪素の研磨速度に優れる一方でｌｏｗ−ｋ材料の研磨速度を抑制することができ、また被研磨面の平坦性を充分に確保することができるＣＭＰ用研磨液、及び当該研磨液を得るための貯蔵液を提供することができる。また、本発明によれば、当該ＣＭＰ用研磨液を用いた研磨方法を提供することができる。【００４８】
より具体的には、本発明によれば、砥粒の分散安定性に優れており、バリア材料を研磨する第二の研磨工程において、実用的な研磨条件でのｌｏｗ−ｋ材料の研磨速度を１００Å／ｍｉｎ以下程度にまで抑制でき、なおかつｌｏｗ−ｋ材料の研磨速度に対してバリア材料及び二酸化珪素材料の研磨速度をその７倍以上にすることが可能なＣＭＰ用研磨液を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】一般的なダマシンプロセスによる配線形成を示す断面模式図である。
【図２】絶縁材料であるｌｏｗ−ｋ材料及びキャップ層を用いた配線形成を示す断面模式図である。
【図３】粒子の二軸平均一次粒子径及びアスペクト比の算出方法を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
以下、本発明のＣＭＰ用研磨液の好適な実施形態について順に説明する。本実施形態のＣＭＰ用研磨液は、シリカ粒子、リン原子に結合した芳香環を少なくとも一つ有する第四級ホスホニウム塩及び水を含有し、前記シリカ粒子は、シラノール基密度が１．０〜２．０個／ｎｍ２であり、アスペクト比が１．３以上であり、ＣＭＰ用研磨液中でのゼータ電位が＋１０ｍＶ以上であり、かつ、第四級ホスホニウム塩の含有量に対するシリカ粒子の含有量の比が７５０以上であるＣＭＰ用研磨液である。
【００５１】
実施形態に係るＣＭＰ用研磨液は、配線部用金属、バリア材料及び二酸化珪素を高速に研磨できるとともに、ｌｏｗ−ｋ材料の研磨速度を抑制できる研磨液である。また、シリカ粒子の分散安定性も良好である。
【００５２】
（Ｉ．第四級ホスホニウム塩）
第四級ホスホニウム塩としては、リン原子に結合した芳香環を少なくとも一つ有する化合物であれば特に限定されないが、リン原子に結合した芳香環を二つ以上有することが好ましく、リン原子に結合した芳香環を三つ以上有することが好ましい。中でも、下記一般式（１）で表される化合物が好適に用いられる。
【００５３】
【化２】
2014007063.tif 000004
式（１）中、Ｒは置換基を有していてもよいアルキル基又はアリール基を示し、Ｘ−は陰イオンを示す。
【００５４】
式（１）中、置換基を有していてもよいアルキル基Ｒは、直鎖状アルキル基及び分岐状アルキル基からなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。
【００５５】
また、式（１）中のアルキル基は、上述のように直鎖状であっても分岐状であってもよく、アルキル基の炭素原子数は、好ましくは１個以上１４個以下、より好ましくは４個以上７個以下である。前記アルキル基の炭素原子数が１４個以下であると、ＣＭＰ用研磨液の保管安定性が著しく低下することがない。
【００５６】
式（１）中、置換基を有していてもよいアリール基Ｒは、特に限定されず、フェニル基、ベンジル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等が挙げられるが、研磨液への溶解性及びシリカ粒子の分散安定性をより向上する観点から、フェニル基又はベンジル基が好ましい。
【００５７】
また、式（１）中の陰イオンＸ−は、特に限定されないが、ハロゲンイオン（例えば、Ｆ−、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−）、水酸化物イオン、硝酸イオン、亜硝酸イオン、次亜塩素酸イオン、亜塩素酸イオン、塩素酸イオン、過塩素酸イオン、酢酸イオン、炭酸水素イオン、リン酸イオン、硫酸イオン、硫酸水素イオン、亜硫酸イオン、チオ硫酸イオン、炭酸イオン等を挙げることができる。この中でも、ハロゲンイオンが好ましい。
【００５８】
本実施形態のＣＭＰ用研磨液は、このような特定の第四級ホスホニウム塩を含有することで、配線部用金属の研磨速度を抑制せずにｌｏｗ−ｋ材料の研磨速度をより充分に抑制できる。また、被研磨面に対する研磨液の平坦化能をより向上し、微細配線部が密集している部位においても、エロージョンの発生をより抑制しやすくなる。
【００５９】
本実施形態のＣＭＰ用研磨液に含まれる第四級ホスホニウム塩は、より具体的には、メチルトリフェニルホスホニウム塩、エチルトリフェニルホスホニウム塩、トリフェニルプロピルホスホニウム塩、イソプロピルトリフェニルホスホニウム塩、ブチルトリフェニルホスホニウム塩、ペンチルトリフェニルホスホニウム塩（アミルトリフェニルホスホニウム塩）、ヘキシルトリフェニルホスホニウム塩、ｎ−ヘプチルトリフェニルホスホニウム塩、トリフェニル（テトラデシル）ホスホニウム塩、テトラフェニルホスホニウム塩、ベンジルトリフェニルホスホニウム塩、（２−ヒドロキシベンジル）トリフェニルホスホニウム塩、（２−クロロベンジル）トリフェニルホスホニウム塩、（４−クロロベンジル）トリフェニルホスホニウム塩、（２，４−ジクロロベンジル）フェニルホスホニウム塩、（４−ニトロベンジル）トリフェニルホスホニウム塩、４−エトキシベンジルトリフェニルホスホニウム塩、（１−ナフチルメチル）トリフェニルホスホニウム塩、（シアノメチル）トリフェニルホスホニウム塩、（メトキシメチル）トリフェニルホスホニウム塩、（ホルミルメチル）トリフェニルホスホニウム塩、アセトニルトリフェニルホスホニウム塩、フェナシルトリフェニルホスホニウム塩、メトキシカルボニルメチル（トリフェニル）ホスホニウム塩、エトキシカルボニルメチル（トリフェニル）ホスホニウム塩、（３−カルボキシプロピル）トリフェニルホスホニウム塩、（４−カルボキシブチル）トリフェニルホスホニウム塩、（Ｎ−メチル−Ｎ−フェニルアミノ）トリフェニルホスホニウム塩、２−ジメチルアミノエチルトリフェニルホスホニウム塩、トリフェニルビニルホスホニウム塩、アリルトリフェニルホスホニウム塩及びトリフェニルプロパルギルホスホニウム塩からなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。これらは１種類単独又は２種類以上混合して用いることができる。
【００６０】
これらの中では、ブチルトリフェニルホスホニウム塩、ペンチルトリフェニルホスホニウム塩（アミルトリフェニルホスホニウム塩）、ヘキシルトリフェニルホスホニウム塩、ｎ−ヘプチルトリフェニルホスホニウム塩、テトラフェニルホスホニウム塩、及びベンジルトリフェニルホスホニウム塩からなる群より選ばれる少なくとも１種であることがより好ましい。
【００６１】
第四級ホスホニウム塩の含有量は、ＣＭＰ用研磨液１００質量部に対して、０．０００５質量部以上であることが好ましく、０．０００７質量部以上であることがより好ましく、０．０００９質量部以上であることが更に好ましい。また、第四級ホスホニウム塩の含有量は、ＣＭＰ用研磨液１００質量部に対して、０．００５質量部未満であることが好ましく、０．００４質量部以下であることがより好ましく、０．００３質量部以下であることが更に好ましく、０．００２質量部以下であることが特に好ましく、０．００１５質量部以下であることが極めて好ましい。
【００６２】
（ＩＩ．シリカ粒子）
シリカ粒子としては、シラノール基密度、アスペクト比及びＣＭＰ研磨液中でのゼータ電位が所望の値であれば特に制限はされない。なお、ＣＭＰ用研磨液には、シリカ粒子以外の粒子（例えば、アルミナ粒子）が砥粒として含まれていてもよい。
【００６３】
（ＩＩ−ｉ．シラノール基密度）
実施形態に係るＣＭＰ用研磨液に使用するシリカ粒子は、シラノール基密度が１．０〜２．０個／ｎｍ２である。
【００６４】
本実施形態のＣＭＰ用研磨液は、シラノール基密度が上記範囲のシリカ粒子を含有することで、ゼータ電位を＋１０ｍＶ以上とすることができる。これにより、被研磨面の静電気的引力及び斥力がより顕著になり、平坦化能がより向上する。また、微細配線部が密集している部位においても、エロージョンの発生を抑制しやすくなる。
【００６５】
本実施形態においてシラノール基密度（ρ［個／ｎｍ２］）は次のような滴定により測定及び算出することができる。まず、シリカ粒子（Ａ［ｇ］）を１．５ｇ量りとり適量（１００ｍＬ以下）の水に分散させる。次に、０．１ｍｏｌ／Ｌ塩酸でｐＨを３．０〜３．５に調整する。その後、塩化ナトリウムを３０ｇ添加し、更に超純水を添加して全量を１５０ｇにする。これを、０．１ｍｏｌ／Ｌ水酸化ナトリウム溶液でｐＨ４．０に調整し、滴定用サンプルとする。この滴定用サンプルに０．１ｍｏｌ／Ｌ水酸化ナトリウム溶液をｐＨが９．０になるまで滴下し、ｐＨが４．０から９．０になるまでに要した水酸化ナトリウム量（Ｂ［ｍｏｌ］）を求め、下記式（２）よりシリカ粒子の持つシラノール基密度を算出する。
ρ＝Ｂ・ＮＡ／Ａ・ＳＢＥＴ  ……（２）
式（２）中、ＮＡ［個／ｍｏｌ］はアボガドロ数を示し、ＳＢＥＴ［ｍ２／ｇ］はシリカ粒子のＢＥＴ比表面積を示す。
【００６６】
後述するコロイダルシリカ粒子のように、水等の媒体に分散された状態で入手できるシリカ粒子の場合は、シリカ粒子量（Ａ［ｇ］）が１．５ｇになる量を量り取り、以後は同じ手順でシラノール基密度を測定することができる。また、ＣＭＰ用研磨液に含まれるシリカ粒子については、ＣＭＰ用研磨液からシリカ粒子を単離して洗浄し、以後は同様の手順でシラノール基密度を測定することができる。
【００６７】
前記シリカ粒子のＢＥＴ比表面積ＳＢＥＴは、ＢＥＴ比表面積法に従って求める。具体的な測定方法としては、例えば、シリカ粒子を２５０℃で充分に真空脱気した試料について、ＢＥＴ比表面積測定装置を用い、窒素ガスを吸着させる１点法もしくは多点法により求めることができる。より具体的には、まずシリカ粒子を真空凍結乾燥機で乾燥し、この残分を乳鉢（磁性、１００ｍＬ）で細かく砕いて測定用試料とし、これをユアサアイオニクス株式会社製ＢＥＴ比表面積測定装置（製品名オートソーブ６）を用いてＢＥＴ比表面積ＳＢＥＴを測定する。
【００６８】
前記のシラノール基密度の算出方法の詳細については、例えば、Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、１９５６年、第２８巻、１２号、ｐ．１９８１−１９８３及びＪａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ、２００３年、第４２巻、ｐ．４９９２−４９９７に開示されている。
【００６９】
（ＩＩ−ｉｉ．二軸平均一次粒子径）
実施形態に係るＣＭＰ用研磨液に使用するシリカ粒子としては、ＣＭＰ用研磨液中での分散安定性が比較的良く、ＣＭＰにより発生する研磨傷の発生数が比較的少ない点で、二軸平均一次粒子径が２０〜８０ｎｍであることが好ましく、下限は２５ｎｍ以上であることがより好ましく、上限は７０ｎｍ以下であることがより好ましい。従って、実施形態に係るＣＭＰ用研磨液では、シリカ粒子の分散安定性と研磨傷の抑制性をより高いレベルで両立するためには、二軸平均一次粒子径を２５〜７０ｎｍとすることがより好ましく、同様の理由で、３５〜７０ｎｍとすることが更に好ましい。
【００７０】
本実施形態において二軸平均一次粒子径（Ｒ［ｎｍ］）は、任意の粒子２０個を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察した結果から、次のようにして算出する。すなわち、通常水に分散しており固形分濃度（固形分含量）が５〜４０ｗｔ％のコロイダルシリカ粒子を例にすると、適量のコロイダルシリカ粒子の液を取り、その液が入っている容器にパターン配線付きウエハを２ｃｍ角に切ったチップを約３０秒浸した後、純水の入った容器に移して約３０秒間すすぎをし、そのチップを窒素ブロー乾燥する。その後、ＳＥＭ観察用の試料台に乗せ、加速電圧１０ｋＶを掛け、１０万倍の倍率にてシリカ粒子を観察して、画像を撮影する。得られた画像から任意の２０個のシリカ粒子を選択する。
【００７１】
例えば、選択したシリカ粒子が図３に示すような形状であった場合、シリカ粒子１０に外接し、その長径が最も長くなるように配置した長方形（外接長方形１１）を描く。そして、その外接長方形１１の長径をＸ、短径をＹとしたときの、（Ｘ＋Ｙ）／２の値を１粒子の二軸平均一次粒子径として算出する。この作業を任意の２０個のシリカ粒子に対して実施し、得られた値の平均値を、本実施形態における二軸平均一次粒子径という。
【００７２】
（ＩＩ−ｉｉｉ．アスペクト比）
本実施形態の研磨液に使用されるシリカ粒子は、好ましい二酸化珪素の研磨速度が得られる点で、粒子のアスペクト比が１．３以上であるが、同様の理由で、前記アスペクト比は１．４以上であることが好ましく、１．５以上であることがより好ましく、１．６以上であることが更に好ましく、１．７以上であることが特に好ましく、１．８以上であることが最も好ましい。なお、シリカ粒子のアスペクト比の上限は、シリカ粒子の分散安定性を充分に確保する観点から３．０以下であることが好ましく、２．５以下であることがより好ましく、２．０以下であることが更に好ましい。
【００７３】
なお、本実施形態において、アスペクト比は、任意のシリカ粒子２０個を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察した結果から、平均して算出する。例えば、選択したシリカ粒子が図３に示すような形状であった場合、シリカ粒子１０に外接し、その長径が最も長くなるように配置した長方形（外接長方形１１）を描く。そして、その外接長方形１１の長径をＸ、短径をＹとしたときの、Ｘ／Ｙの値をシリカ粒子のアスペクト比として算出する。この作業を任意の２０個のシリカ粒子に対して実施し、得られた値の平均値を、本実施形態におけるアスペクト比という。
【００７４】
（ＩＩ−ｉｖ．ゼータ電位）
本実施形態のＣＭＰ用研磨液に使用するシリカ粒子は、分散性に優れ、二酸化珪素に対して良好な研磨速度が得られる点で、ＣＭＰ用研磨液中でのゼータ電位が＋１０ｍＶ以上である。ゼータ電位は、＋１５ｍＶ以上であることが好ましく、＋１７ｍＶ以上であることがより好ましく、＋２０ｍＶ以上であることが更に好ましい。ゼータ電位の上限に特に制限はないが、約＋８０ｍＶ以下であれば通常の研磨には充分である。なお、前記ゼータ電位を＋１０ｍＶ以上とする手法としては、ＣＭＰ用研磨液のｐＨを調整する、ＣＭＰ用研磨液にカップリング剤又は水溶性ポリマーを配合する等の手法が挙げられる。前記水溶性ポリマーとしては、水溶性陽イオン性ポリマーが好適に使用できる。
【００７５】
本実施形態においてゼータ電位（ζ［ｍＶ］）は、ゼータ電位測定装置を用いて測定する。その際、測定サンプルの散乱強度が１．０×１０４〜５．０×１０４ｃｐｓ（ここでｃｐｓとはｃｏｕｎｔｓ  ｐｅｒ  ｓｅｃｏｎｄ、すなわちカウント毎秒を意味し、粒子の計数の単位である。以下同じ。）となるようにＣＭＰ用研磨液を純水で希釈し、ゼータ電位測定用セルに入れ、測定する。散乱強度を前記範囲にするには、例えば、研磨液１００質量部に対してシリカ粒子が１．７〜１．８質量部となるようにＣＭＰ用研磨液を希釈することが挙げられる。
【００７６】
前記シラノール基密度、二軸平均一次粒子径、アスペクト比及びゼータ電位の異なる種々のシリカ粒子は、いくつかのシリカ粒子メーカーから容易に入手可能であり、これらの値もメーカーでの知見により制御が可能である。
【００７７】
また、シリカ粒子の種類としては、ヒュームドシリカ粒子、コロイダルシリカ粒子等公知のものを使用することができるが、前記のシラノール基密度、二軸平均一次粒子径、アスペクト比及びゼータ電位を有するシリカ粒子の入手が容易な点で、コロイダルシリカ粒子であることが好ましい。なお、本実施形態のＣＭＰ用研磨液において、前記の特性を満たす限りは、２種類以上のシリカ粒子を組み合わせて使用することができる。
【００７８】
（ＩＩ−ｖ．含有量）
前記シリカ粒子の含有量は、ＣＭＰ用研磨液１００質量部に対して、１．０〜１５．０質量部とすることが好ましい。前記の特性を有するシリカ粒子の含有量が１．０質量部以上の場合、絶縁材料に対するより良好な研磨速度が得られる傾向があり、同様の観点で、１．５質量部以上がより好ましく、２．０質量部以上が更に好ましく、２．５質量部以上が特に好ましい。また、同含有量が１５．０質量部以下の場合、粒子の凝集及び沈降をより抑制しやすくなり、結果として良好な分散安定性及び保存安定性が得られる傾向があり、同様の観点で、１２．５質量部以下がより好ましく、１０．０質量部以下が更に好ましい。なお、ここでの含有量とは、ＣＭＰ研磨工程に使用しうる状態に調合した状態（Ｐｏｉｎｔ  ｏｆ  Ｕｓｅ）での配合量であり、後述する分液保存時又は濃縮保存時の配合量ではない。
【００７９】
ただし、本実施形態において、前述の第四級ホスホニウム塩の含有量に対するシリカ粒子の含有量の比（シリカ粒子の含有量／第四級ホスホニウム塩の含有量）は７５０以上であることが重要である。両者の含有量比が７５０以上であることにより、配線部用金属に対してより良好な研磨速度を得ることができる。この観点から、当該含有量比は、７５０以上であることが好ましく、１０００以上であることがより好ましい。一方、当該含有量比の上限は、特に制限はないが、３００００以下であることが好ましい。
【００８０】
（ＩＩＩ．ｐＨ）
本実施形態のＣＭＰ用研磨液は、バリア材料及び二酸化珪素に対する良好な研磨速度が得られ、かつ、ｌｏｗ−ｋ材料の研磨速度を抑制できることを特長とする。ただし、前記のように、バリア材料の研磨においてオーバー研磨する場合のＣＭＰ用研磨液として好適に使用するためには、更に配線部用金属及びバリア材料の研磨速度も良好な値に保つことが好ましい。このような点で、本実施形態のＣＭＰ用研磨液のｐＨ（２５℃）は６．０以下であることが好ましい。
【００８１】
後述する金属溶解剤として有機酸化合物又は無機酸化合物を使用する場合には、配線部用金属に対する腐食を抑制しやすく、配線部用金属が過剰に研磨されることに起因するディッシングを抑制しやすくなる点で、ｐＨは１．５以上がより好ましく、１．８以上が更に好ましく、２．０以上が特に好ましい。なお、ｐＨが２．０以上であれば、酸性が強すぎる場合と比較しても取り扱いが容易になる。一方、配線部用金属及びバリア材料の導体に対しても良好な研磨速度を得ることができる点で、ｐＨは５．０以下がより好ましく、４．５以下が更に好ましく、４．０以下が特に好ましく、３．５以下が非常に好ましく、３．０以下が極めて好ましい。
【００８２】
一方、後述する金属溶解剤としてアミノ酸を含有する場合には、ｐＨは中性領域であることが好ましい。ここで中性領域とはｐＨ：６．５以上７．５以下と定義され、酸性領域とはｐＨ：６．５未満として定義される。
【００８３】
研磨液のｐＨは、ｐＨメータ（例えば、横河電機株式会社製の型番ＰＨ８１）で測定することができる。ｐＨとしては、標準緩衝液（フタル酸塩ｐＨ緩衝液：ｐＨ４．０１（２５℃）、中性りん酸塩ｐＨ緩衝液：ｐＨ６．８６（２５℃））を用いて、２点校正した後、電極を研磨液に入れて、２分以上経過して安定した後の値を採用する。
【００８４】
（ＩＶ．媒体）
ＣＭＰ用研磨液の媒体としては、シリカ粒子が分散できる液体であれば特に制限されないが、ｐＨ調整時の取り扱い性、安全性、被研磨面との反応性等の点から、本実施形態では水を主成分とするものである。このような水としては、より具体的には、脱イオン水、イオン交換水、超純水等が好ましい。
【００８５】
ＣＭＰ用研磨液は、必要に応じて水以外の有機溶媒を添加してもよい。これらの有機溶媒は、水に溶解しにくい成分の溶解補助剤として使用したり、ＣＭＰ用研磨液に対する研磨する面の濡れ性を向上させる目的で使用したりすることができる。本実施形態のＣＭＰ用研磨液における有機溶媒としては特に制限はないが、水と混合できるものが好ましく、１種類単独又は２種類以上混合して用いることができる。
【００８６】
溶解補助剤として使用する場合の有機溶媒としては、アルコール等の極性溶媒を挙げることができる。また、被研磨面の濡れ性を向上させる目的では、例えば、グリコール類、グリコールモノエーテル類、グリコールジエーテル類、アルコール類、炭酸エステル類、ラクトン類、エーテル類、ケトン類、フェノール類、ジメチルホルムアミド、ｎ−メチルピロリドン、酢酸エチル、乳酸エチル、スルホラン等が挙げられる。中でも、グリコールモノエーテル類、アルコール類及び炭酸エステル類からなる群より選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。
【００８７】
有機溶媒を配合する場合、有機溶媒の含有量は、ＣＭＰ用研磨液１００質量部に対して、０．１〜９５質量部とすることが好ましい。前記含有量は、ＣＭＰ用研磨液に対する基板の濡れ性を向上させる点で０．２質量部以上がより好ましく、０．５質量部以上が更に好ましい。また、上限としては、製造プロセス上困難が生じるのを防ぐ点で５０質量部以下がより好ましく、１０質量部以下が更に好ましい。
【００８８】
なお、水の含有量は、他の構成成分の含有量の残部でよく、含有されていれば特に制限はない。また、水は、後述する濃縮保存されたＣＭＰ用研磨液を、使用に適する濃度まで希釈する希釈液としても用いられる。
【００８９】
（Ｖ．その他の成分）
本実施形態においては、配線部用金属及びバリア材料に対するより良好な研磨速度を得ることを主な目的として、更に金属溶解剤、金属酸化剤（以下、単に「酸化剤」ともいう。）を含有することができる。ＣＭＰ用研磨液のｐＨが低い場合には、配線部用金属のエッチングが生じるおそれがあるため、これを抑制する目的で金属防食剤を含有することができる。以下これらの成分について説明する。
【００９０】
（Ｖ−ｉ．金属溶解剤）
本実施形態のＣＭＰ用研磨液は、配線部用金属、バリア材料等の金属に対するより良好な研磨速度が得られる点で、金属溶解剤を含有することが好ましい。ここで金属溶解剤とは、少なくとも酸化した配線部用金属を水に溶解させるのに寄与する物質として定義され、キレート剤又はエッチング剤として知られる物質を含む。
【００９１】
このような金属溶解剤は、ｐＨの調整及び配線部用金属の溶解の目的で使用されるものであり、その機能を有していれば特に制限はないが、具体的には、例えば、有機酸（ただし、下記アミノ酸に含まれるものを除く）、有機酸エステル、有機酸の塩等の有機酸化合物；無機酸、無機酸の塩等の無機酸化合物；アミノ酸などが挙げられる。前記の塩としては特に制限はないが、アンモニウム塩であることが好ましい。これらの金属溶解剤は１種類単独又は２種類以上混合して用いることができ、前記有機酸、前記無機酸及び前記アミノ酸を併用することもできる。
【００９２】
前記の金属溶解剤としては、実用的なＣＭＰ速度を維持しつつ、エッチング速度を効果的に抑制できるという点では、有機酸化合物を含むことが好ましく、有機酸であることがより好ましい。前記有機酸としては、例えば、ギ酸、酢酸、グリオキシル酸、ピルビン酸、乳酸、マンデル酸、ビニル酢酸、３−ヒドロキシ絡酸、シュウ酸、マレイン酸、マロン酸、メチルマロン酸、ジメチルマロン酸、フタル酸、酒石酸、フマル酸、リンゴ酸、コハク酸、グルタル酸、オキサロ酢酸、クエン酸、ヘミメリト酸、トリメリト酸、トリメシン酸、メリト酸、イソクエン酸、アコニット酸、オキサロコハク酸、プロピオン酸、酪酸、イソ酪酸、吉草酸、イソ吉草酸、ピバル酸、カプロン酸、オクタン酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、アクリル酸、プロピオール酸、メタクリル酸、クロトン酸、イソクロトン酸、安息香酸、ケイヒ酸、イソフタル酸、テレフタル酸、フランカルボン酸、チオフェンカルボン酸、ニコチン酸、イソニコチン酸、グリコール酸、サリチル酸、クレオソート酸、バニリン酸、シリング酸、ピロカテク酸、レソルシル酸、ゲンチジン酸、プロカテク酸、オルセリン酸、没食子酸、タルトロン酸、ロイシン酸、メバロン酸、パントイン酸、リシノール酸、リシネライジン酸、セレブロン酸、シトラマル酸、キナ酸、シキミ酸、マンデル酸、ベンジル酸、アトロラクチン酸、メリロト酸、フロレト酸、クマル酸、ウンベル酸、カフェー酸、フェルラ酸、イソフェルラ酸、シナピン酸等の有機酸；及び無水マレイン酸、無水プロピオン酸、無水コハク酸、無水フタル酸等の有機酸の酸無水物、などが挙げられる。これらの中でも、金属溶解剤としては、ギ酸、マロン酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、サリチル酸及びアジピン酸からなる群より選択される少なくとも一種を含むことが好ましい。これらは単独で又は二種類以上を組み合わせて使用することができる。
【００９３】
前記の金属溶解剤としては、配線部用金属に対する高い研磨速度が得られやすい点では、無機酸を含むことが好ましい。具体的には、例えば、塩酸、硝酸等の一価の無機酸；硫酸、クロム酸、炭酸、モリブデン酸、硫化水素、亜硫酸、チオ硫酸、セレン酸、テルル酸、亜テルル酸、タングステン酸、ホスホン酸等の二価の酸；リン酸、リンモリブデン酸、リンタングステン酸、バナジン酸等の三価の酸；ケイモリブデン酸、ケイタングステン酸、ピロリン酸、トリポリリン酸等の四価以上の酸、などが挙げられる。無機酸を使用する場合は、硝酸であることが好ましい。これらは単独で又は二種類以上を組み合わせて使用することができる。
【００９４】
前記金属溶解剤としては、ｐＨの調整が容易であり、配線部用金属に対する高い研磨速度が得られやすい点では、アミノ酸を含むことが好ましい。アミノ酸としては、わずかでも水に溶解するアミノ酸であれば特に制限はない。具体的には、例えば、グリシン、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、セリン、トレオニン、システイン、シスチン、メチオニン、アスパラギン酸、グルタミン酸、リシン、アルギニン、フェニルアラニン、チロシン、ヒスチジン、トリプトファン、プロリン、オキシプロリン等が挙げられる。これらは単独で又は二種類以上を組み合わせて使用することができる。
【００９５】
金属溶解剤を配合する場合、その含有量は、ＣＭＰ用研磨液１００質量部に対して、０．００１〜２０質量部とすることが好ましい。前記含有量は、配線部用金属及びバリア材料等の金属に対して良好な研磨速度が得られやすい点で０．００２質量部以上がより好ましく、０．００５質量部以上が更に好ましい。また、上限としては、エッチングを抑制し被研磨面に荒れが生じるのを防ぎやすい点で、１５質量部以下であることがより好ましく、１０質量部以下であることが更に好ましく、３質量部以下であることが特に好ましい。
【００９６】
（Ｖ−ｉｉ．金属防食剤）
本実施形態のＣＭＰ用研磨液は、配線部用金属に対する保護膜を形成して配線部用金属のエッチングを抑制し、更に、研磨後の表面に荒れが生じるのを防ぐ機能を有する金属防食剤を含有することが好ましい。ここで、金属防食剤とは、単独で使用したときに前記配線部用金属に保護膜を形成しうる物質として定義される。なお、金属防食剤の水溶液に配線部用金属を有する試料を浸漬し、試料の表面の組成分析を行うことで保護膜が形成されているか判別することができる。なお、本実施形態のＣＭＰ用研磨液を用いた研磨において、配線部用金属には必ずしも前記金属防食剤からなる保護膜が形成されている必要はない。
【００９７】
このような金属防食剤としては、具体的には、例えば、分子内にトリアゾール骨格を有するトリアゾール化合物、分子内にピラゾール骨格を有するピラゾール化合物、分子内にピリミジン骨格を有するピリミジン化合物、分子内にイミダゾール骨格を有するイミダソール化合物、分子内にグアニジン骨格を有するグアニジン化合物、分子内にチアゾール骨格を有するチアゾール化合物、分子内にテトラゾール骨格を有するテトラゾール化合物等が挙げられる。これらは１種類単独で又は２種類以上混合して用いることができる。
【００９８】
中でもトリアゾール化合物が好ましく、具体的には例えば、１，２，３−トリアゾール、１，２，４−トリアゾール、３−アミノ−１Ｈ−１，２，４−トリアゾール等のトリアゾール誘導体；ベンゾトリアゾール；１−ヒドロキシベンゾトリアゾール、１−ジヒドロキシプロピルベンゾトリアゾール、２，３−ジカルボキシプロピルベンゾトリアゾール、４−ヒドロキシベンゾトリアゾール、４−カルボキシル（−１Ｈ−）ベンゾトリアゾール、４−カルボキシル（−１Ｈ−）ベンゾトリアゾールメチルエステル、４−カルボキシル（−１Ｈ−）ベンゾトリアゾールブチルエステル、４−カルボキシル（−１Ｈ−）ベンゾトリアゾールオクチルエステル、５−ヘキシルベンゾトリアゾール、［１，２，３−ベンゾトリアゾリル−１−メチル］［１，２，４−トリアゾリル−１−メチル］［２−エチルヘキシル］アミン、トリルトリアゾール、ナフトトリアゾール、ビス［（１−ベンゾトリアゾリル）メチル］ホスホン酸、３−アミノベンゾトリアゾール等のベンゾトリアゾール誘導体；などが挙げられる。
【００９９】
金属防食剤の含有量としては、配線部用金属のエッチングを抑制し、更に、研磨後の表面に荒れが生じるのを防ぎやすくなる点で、ＣＭＰ用研磨液１００質量部に対して、０．００１質量部以上が好ましく、０．０１質量部以上がより好ましい。また、上限としては、配線部用金属及びバリア材料の研磨速度を実用的な研磨速度に保つことができる点で１０質量部以下が好ましく、５質量部以下がより好ましく、３質量部以下が更に好ましく、２質量部以下が特に好ましい。
【０１００】
（Ｖ−ｉｉｉ．金属酸化剤）
本実施形態のＣＭＰ用研磨液は、前記配線部用金属を酸化する能力を有する金属酸化剤を含有することが好ましい。このような金属酸化剤としては、具体的には、例えば、過酸化水素、硝酸、過ヨウ素酸カリウム、次亜塩素酸、オゾン水等が挙げられ、中でも過酸化水素が好ましい。これらは１種類単独で又は２種類以上混合して用いることができる。過酸化水素は、通常過酸化水素水として入手できるため、本実施形態のＣＭＰ用研磨液を、後述するように濃縮保存して使用する場合に、過酸化水素水を希釈液として使用することができる。
【０１０１】
基板が集積回路用素子を含むシリコン基板である場合、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ハロゲン化物等による汚染は望ましくないため、不揮発成分を含まない酸化剤が望ましい。但し、オゾン水は組成の時間変化が激しいため、過酸化水素が最も適している。なお、研磨対象の基板が半導体素子を含まないガラス基板等である場合は、不揮発成分を含む酸化剤であっても差し支えない。
【０１０２】
前記金属酸化剤の含有量は、ＣＭＰ用研磨液１００質量部に対して、０．０１〜５０質量部とすることが好ましい。前記含有量は、金属の酸化が不充分となり研磨速度が低下することを防ぎやすい観点から、０．０２質量部以上がより好ましく、０．０５質量部以上が更に好ましい。また、上限としては、被研磨面に荒れが生じるのを防ぐことができる点で、３０質量部以下がより好ましく、１０質量部以下が更に好ましい。なお、酸化剤として過酸化水素を使用する場合、過酸化水素が最終的に前記範囲になるように換算して、過酸化水素水を配合する。
【０１０３】
また、ＣＭＰ用研磨液のｐＨを酸性領域とする場合には、前記酸化剤の含有量は、バリア材料に対するより良好な研磨速度が得られる点で、ＣＭＰ用研磨液１００質量部に対して０．０１〜３質量部の範囲とすることが好ましい。ＣＭＰ用研磨液のｐＨが１〜４である場合には、前記酸化剤の含有量が０．１５質量部付近でバリア材料に対する研磨速度が極大となる傾向があり、この観点で、前記酸化剤の含有量は、ＣＭＰ用研磨液１００質量部に対して２．５質量部以下であることがより好ましく、２質量部以下であることが更に好ましく、１．５質量部以下であることが特に好ましく、１．０質量部以下であることが極めて好ましい。
【０１０４】
（Ｖ−ｉｖ：水溶性ポリマー）
本実施形態のＣＭＰ用研磨液は、水溶性ポリマーを含有することができる。ＣＭＰ用研磨液は、水溶性ポリマーを含有することで、被研磨面に対する研磨液の平坦化能をより向上し、また、微細配線部が密集している部位においても、エロージョンの発生を抑制しやすくなる。
【０１０５】
水溶性ポリマーの重量平均分子量は、高い研磨速度を発現させることができる点で、５００以上が好ましく、１５００以上がより好ましく、５０００以上が更に好ましい。また、上限としては特に制限はないが、ＣＭＰ用研磨液中への溶解度の観点から、５００万以下が好ましい。水溶性ポリマーの重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより、例えば、以下の条件で、標準ポリスチレンの検量線を用いて測定することができる。
【０１０６】
（条件）
試料：１０μＬ
標準ポリスチレン：東ソー株式会社製標準ポリスチレン（分子量；１９００００、１７９００、９１００、２９８０、５７８、４７４、３７０、２６６）
検出器：株式会社日立製作所社製、ＲＩ−モニター、商品名「Ｌ−３０００」
インテグレーター：株式会社日立製作所社製、ＧＰＣインテグレーター、商品名「Ｄ−２２００」
ポンプ：株式会社日立製作所社製、商品名「Ｌ−６０００」
デガス装置：昭和電工株式会社製、商品名「Ｓｈｏｄｅｘ  ＤＥＧＡＳ」
カラム：日立化成工業株式会社製、商品名「ＧＬ−Ｒ４４０」、「ＧＬ−Ｒ４３０」、「ＧＬ−Ｒ４２０」をこの順番で連結して使用
溶離液：テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）
測定温度：２３℃
流速：１．７５ｍＬ／分
測定時間：４５分
【０１０７】
水溶性ポリマーとしては、特に制限はないが、平坦化特性に優れる点で、アクリル酸系ポリマー（モノマー成分としてＣ＝Ｃ−ＣＯＯＨ骨格を含む原料モノマーを重合又は共重合させて得られるポリマー）であることが好ましい。
【０１０８】
前記アクリル酸系ポリマーを得るための前記原料モノマーとしては、具体的には例えば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、ビニル酢酸、チグリン酸、２−トリフルオロメチルアクリル酸、イタコン酸、フマル酸、マレイン酸、シトラコン酸、メサコン酸、グルコン酸等のカルボン酸類；２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸等のスルホン酸類；アクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチル等のエステル類；及びこれらのアンモニウム塩、アルカリ金属塩、アルキルアミン塩等の塩が挙げられる。
【０１０９】
前記の中でも、ＣＭＰ用研磨液は、メタクリル酸系ポリマー（モノマー成分としてメタクリル酸を含む原料モノマーを重合又は共重合させて得られるポリマー）を含有することが好ましい。前記メタクリル酸系ポリマーは、メタクリル酸のホモポリマー及び、メタクリル酸と該メタクリル酸と共重合可能なモノマーとのコポリマーから選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。
【０１１０】
メタクリル酸系ポリマーがメタクリル酸と該メタクリル酸と共重合可能なモノマーとのコポリマーである場合、モノマー全量に対するメタクリル酸の割合は、４０モル％以上であることが好ましく、７０モル％以上であることがより好ましい。また、前記割合は、１００モル％未満であることが好ましい。すなわち、前記割合は、好ましくは４０モル％以上１００モル％未満、より好ましくは７０モル％以上１００モル％未満である。前記メタクリル酸の割合が高くなることで、エロージョン及びシームをより抑制し、被研磨面の平坦性をより高めることができる。前記メタクリル酸の割合が４０モル％未満では、エロージョン及びシームを効果的に抑制できない場合があり、被研磨面の平坦性が低くなる傾向にある。
【０１１１】
メタクリル酸系ポリマーの配合量は、ＣＭＰ用研磨液に含まれるシリカ粒子の安定性が極端に低下するのを抑制しつつ、平坦性をより向上できる点で、ＣＭＰ用研磨液の全成分の総量１００質量部に対して、１質量部以下が好ましく、０．５質量部以下がより好ましく、０．１質量部以下が更に好ましく、０．０５質量部以下が特に好ましい。下限としては、平坦性をより効果的に向上できる点で、ＣＭＰ用研磨液１００質量部に対して、０．００１質量部以上が好ましく、０．０５質量部以上がより好ましく、０．０１質量部以上が更に好ましい。
【０１１２】
本実施形態のＣＭＰ用研磨液によれば、相対的に少ないシリカ粒子の添加量でもバリア材料及び二酸化珪素材料を高速に研磨できるため、コスト面でも有利である。もちろん凝集及び沈降等の影響を受けない程度にシリカ粒子を多く添加することは可能である。しかしながら本実施形態のＣＭＰ用研磨液においてシリカ粒子の添加量は少なくてよく、またシリカ粒子の分散性も非常に高いため、例えば、ＣＭＰ用研磨液を運搬及び保存する際には、高濃度に濃縮することが可能である。すなわち、少なくともシリカ粒子を含む「スラリ」と、シリカ粒子以外の成分を含む１つ又は複数の「添加液」又は「希釈液」とに分けて調製して保存し、ＣＭＰ研磨工程に際して、それらを混合することにより調合して使用しうる。
【０１１３】
（分液保存）
前記で説明してきたような金属溶解剤などの成分を含むことによって、研磨速度をより好ましい値に調整することができるが、研磨液中にこれらを予め混合しておくことによって、シリカ粒子の分散安定性が低下することがある。これを避けるために、本実施形態のＣＭＰ用研磨液は、少なくとも前記のシリカ粒子を含むスラリと、シリカ粒子以外の成分（例えば、シリカ粒子の分散安定性を低下させうる成分）を含む添加液とに分けて調製して保存することができる。例えば、前記のシリカ粒子、金属溶解剤、金属酸化剤、金属防食剤及び水を含有するＣＭＰ用研磨液の場合、シリカ粒子の分散安定性に影響を与える可能性がある金属酸化剤とシリカ粒子とを分けて保存することができる。すなわち、金属酸化剤を含む添加液と、シリカ粒子、金属溶解剤、金属防食剤及び水を含有するスラリとに分けることができる。
【０１１４】
（濃縮保存）
本実施形態のＣＭＰ用研磨液に使用されるシリカ粒子は、シラノール基密度、アスペクト比及びゼータ電位がこれまで説明した範囲にあり、相対的に少ない含有量でも、バリア材料及び二酸化珪素材料を高速に研磨できるため、媒体中に高濃度に含有及び分散させることができる。従来のシリカ粒子は、公知の方法で分散性を高めた場合であっても媒体１００質量部に対して、せいぜい１０質量部程度の含有量が限界であり、これ以上添加すると凝集及び沈降が起こる。しかしながら、本実施形態のＣＭＰ用研磨液に使用されるシリカ粒子は、１０質量部以上媒体に分散させることができ、１５質量部程度までは容易に媒体に含有及び分散させることが可能である。また、最大で１８質量部程度まで含有及び分散させることが可能である。このことは、本実施形態のＣＭＰ用研磨液が高い濃縮状態のＣＭＰ用研磨液用貯蔵液で保存及び運搬できることを意味しており、プロセス上極めて有利である。例えば、シリカ粒子を５質量部含有するＣＭＰ用研磨液として使用する場合、保存及び運搬時は３倍濃縮が可能であることを意味する。このように、本実施形態のＣＭＰ用研磨液は、使用時よりも３倍以上に濃縮されてなるＣＭＰ用研磨液用貯蔵液として保存及び運搬できる。
【０１１５】
より具体的には、例えば、ＣＭＰ用研磨液用貯蔵液１００質量部に対して、少なくとも前記のシリカ粒子を１０質量部以上含むＣＭＰ用研磨液用貯蔵液と、それ以外の成分を含む添加液と、希釈液とに分けて調製し、これらを研磨工程の直前に混合、又は、研磨時に所望の濃度になるように流量を調節しながら供給することで、所望のＣＭＰ用研磨液として使用することができる。希釈液としては、例えば、水、有機溶媒、水と有機溶媒の混合溶媒等の液状媒体が挙げられる。また、希釈液にも、シリカ粒子以外の成分を含ませることが可能であり、例えば、ＣＭＰ用研磨液用貯蔵液と、金属酸化剤を含む希釈液としての過酸化水素水と、それ以外の成分を含む添加液とに分けることも可能である。前記添加液と希釈液とに分けなくとも分散安定性に支障がない場合は、両液を混合して用いてもよい。なお、本実施形態においては、シリカ粒子及び水が含まれる貯蔵液、それ以外の成分が含まれる添加液、並びに希釈液に分けて用いられることが好ましい。
【０１１６】
（ＶＩ．用途及び使用方法）
以上のような本実施形態のＣＭＰ用研磨液を、半導体基板、電子機器等製造のための研磨工程に適用することができる。より具体的には、半導体基板における配線の形成に適用できる。例えば、配線部用金属、バリア材料及び絶縁材料を備える基板のＣＭＰ研磨に使用することができる。
【０１１７】
本実施形態のＣＭＰ用研磨液を使用した具体的な研磨方法としては、
ｌｏｗ−ｋ材料と、ｌｏｗ−ｋ材料の少なくとも一部を被覆する二酸化珪素材料とを有する基板の研磨方法であって、二酸化珪素材料を研磨してｌｏｗ−ｋ材料を露出させる研磨工程を含み、研磨工程で、前記ＣＭＰ用研磨液を供給しながら研磨する、研磨方法を挙げることができる。
【０１１８】
また、本実施形態のＣＭＰ用研磨液を使用した具体的な他の研磨方法としては、
一方の面に凹部及び凸部を有するｌｏｗ−ｋ材料と、ｌｏｗ−ｋ材料の凸部を被覆する二酸化珪素材料と、ｌｏｗ−ｋ材料及び二酸化珪素材料を被覆するバリア材料と、バリア材料を被覆しかつ凹部を充填する配線部用金属と、を備える基板の研磨方法であって、配線部用金属を研磨して、凸部上のバリア材料を露出させる第一の研磨工程と、凸部上のバリア材料及び二酸化珪素を研磨して、凸部を露出させる第二の研磨工程と、を含み、第二の研磨工程で、前記ＣＭＰ用研磨液を供給しながら研磨する、研磨方法を挙げることができる。なお、第二の研磨工程においては、更にｌｏｗ−ｋ材料の凸部の一部を研磨して平坦化させる、いわゆるオーバー研磨を行うこともできる。
【０１１９】
また、本実施形態のＣＭＰ用研磨液を濃縮状態で調製して、前記ＣＭＰ用研磨液用貯蔵液として保存しておくこともできる。この場合の研磨方法としては、
一方の面に凹部及び凸部を有するｌｏｗ−ｋ材料と、ｌｏｗ−ｋ材料の凸部を被覆する二酸化珪素材料と、ｌｏｗ−ｋ材料及び二酸化珪素材料を被覆するバリア材料と、バリア材料を被覆しかつ凹部を充填する配線部用金属と、を備える基板の研磨方法であって、配線部用金属を研磨して、凸部上のバリア材料を露出させる第一の研磨工程と、凸部上のバリア材料及び二酸化珪素材料を研磨して、凸部を露出させる第二の研磨工程と、を含み、第二の研磨工程で、ＣＭＰ用研磨液用貯蔵液を希釈液若しくは添加液又はその両方と混合して得られるＣＭＰ用研磨液を供給しながら研磨する、研磨方法を挙げることができる。この際、ＣＭＰ用研磨液を調製する方法としては、前記第二の研磨工程が行われる時に、ＣＭＰ用研磨液用貯蔵液、希釈液、添加液等を別々の配管で供給し、前記第二の研磨工程の系の中で混合する方法が挙げられる。また、前記第二の研磨工程の前に、ＣＭＰ用研磨液用貯蔵液、希釈液、添加液等を混合してＣＭＰ用研磨液を調製しておく混合工程を設けることもできる。
【０１２０】
前記配線部用金属としては、例えば、銅、銅合金、銅の酸化物、銅合金の酸化物等の銅系金属、タングステン、窒化タングステン、タングステン合金等のタングステン系金属、銀、金などが主成分である物質が挙げられる。この中でも、銅系金属が主成分である金属が好ましく、銅が主成分である金属がより好ましい。前記配線部用金属は、公知のスパッタ法、メッキ法等により成膜することができる。なお、「主成分」とは、成分全体を基準として、５０質量％以上含まれる成分のことをいう。
【０１２１】
絶縁材料としては、例えば、シリコン系材料、有機ポリマーが挙げられる。なお、絶縁材料一方の表面には、凹部が形成される。
【０１２２】
シリコン系材料としては、例えば、シリコン酸化物（二酸化珪素）、フルオロシリケートグラス、トリメチルシラン若しくはジメトキシジメチルシランを出発原料として得られるオルガノシリケートグラス又はポーラスオルガノシリケートグラス、シリコンオキシナイトライド、水素化シルセスキオキサン等のシリカ系材料、シリコンカーバイド、シリコンナイトライド、炭素添加シリコン酸化物（ＳｉＯＣ）などを挙げることができる。
【０１２３】
また、有機ポリマー材料としては、例えば、トリメチルシランを出発原料とするオルガノシリケートグラス、全芳香環系ｌｏｗ−ｋ材料（全芳香族系低誘電率絶縁材料）等のｌｏｗ−ｋ材料（低誘電率材料）などが挙げられる。
【０１２４】
これらの材料の中でも特に、フルオロシリケートグラス、オルガノシリケートグラス、ポーラスオルガノシリケートグラス、炭素添加シリコン酸化物（ＳｉＯＣ）等が、ｌｏｗ−ｋ材料として好適に用いられる。これらの材料は、ＣＶＤ法、スピンコート法、ディップコート法又はスプレー法によって成膜される。
【０１２５】
バリア材料は、絶縁材料中に配線部用金属が拡散するのを防止するため、及び絶縁材料と配線部用金属との密着性を向上させるために形成される。このようなバリア材料としては、例えば、チタン、窒化チタン、チタン合金、その他のチタン化合物等のチタン系金属；タンタル、窒化タンタル、タンタル合金、その他のタンタル化合物等のタンタル系金属；ルテニウム、その他のルテニウム合金等のルテニウム系金属；コバルト、その他のコバルト合金等のコバルト系金属；マンガン、その他のマンガン合金等のマンガン系金属などが挙げられ、これらは単独又は二種類以上を組み合わせて使用することができる。また、バリア材料は、二層以上の積層膜とすることもできる。
【０１２６】
研磨する装置としては、例えば、研磨布により研磨する場合、研磨される基板を保持できるホルダと、回転数を変更可能なモータ等に接続され、研磨布が貼り付けられた定盤と、を有する一般的な研磨装置が使用できる。研磨布としては特に制限がなく、一般的な不織布、発泡ポリウレタン、多孔質フッ素樹脂等を使用できる。
【０１２７】
研磨条件には制限はないが、定盤の回転速度は基板が飛び出さないように２００ｍｉｎ−１以下の低回転が好ましい。研磨圧力としては、１〜１００ｋＰａであることが好ましく、同一基板内でＣＭＰ速度のばらつきが少ないこと（ＣＭＰ速度の面内均一性）及び研磨前に存在していた凹凸が解消し平坦になること（パターンの平坦性）をより好適に満足するためには、５〜５０ｋＰａであることが好ましい。
【０１２８】
研磨している間、研磨布にはＣＭＰ用研磨液がポンプ等で連続的に供給される。この供給量に制限はないが、研磨布の表面が常にＣＭＰ用研磨液で覆われていることが好ましい。研磨終了後の基板は、流水中でよく洗浄後、スピンドライヤー等を用いて基板上に付着した水滴を払い落としてから乾燥させることが好ましい。すなわち、本実施形態による研磨工程が実施された後、更に、基板洗浄工程が実施されることが好ましい。
【０１２９】
以下、本実施形態の研磨方法を、図２に示すような半導体基板における配線層の形成工程の具体例を示しながら、より詳細に説明する。なお、本実施形態の研磨方法がこれに限られないことは言うまでもない。
【０１３０】
まず、シリコン基板５上にオルガノシリケートグラス等からなるｌｏｗ−ｋ材料６を成膜した後、その上部に二酸化珪素等からなるキャップ層７を積層して得られる、絶縁材料が形成された基板を準備する。この基板に対し、レジスト層形成、エッチング等の公知の手段を用いて絶縁材料表面を加工し、所定パターンの凹部（基板露出部）が形成された基板を得る。更に、この基板に対し、前記表面の凹凸に沿って絶縁材料を被覆する、タンタル等からなるバリア材料２が蒸着又はＣＶＤ等により成膜された基板を得る。そして、図２（ａ）に示されるように、前記凹部を充填するように、銅等の配線用金属からなる配線部用金属３を、蒸着、めっき又はＣＶＤ等の手法により形成することで、本実施形態の研磨方法に供される基板１１０を得る。なお、絶縁材料であるｌｏｗ−ｋ材料６及びキャップ層７、バリア材料２並びに配線部用金属３の形成厚さは、それぞれ１０〜２０００ｎｍ、１〜１００ｎｍ、１０〜２５００ｎｍ程度が好ましい。
【０１３１】
次に、前記方法により作製された基板１１０の表面の配線部用金属３を、例えば、配線部用金属／バリア材料の研磨速度比が充分大きい（バリア材料に対して配線部用金属の研磨速度が充分に速い）、第一のＣＭＰ用研磨液を用いて、ＣＭＰにより研磨する第一の研磨工程を行う。これにより、図２（ｂ）に示されるように、基板上の凸部のバリア材料２を露出させ、凹部に前記配線部用金属３が残された所望の導体パターンが露出した基板２１０を得る。研磨条件によっては、わずかに配線部用金属が残り、凸部のバリア材料の一部が露出しない場合もある（この状態は図示していない）が、本実施形態のＣＭＰ用研磨液は、配線部用金属を研磨することもできるので、大半の配線部用金属が除去されていれば差し支えない。
【０１３２】
得られた基板２１０を、本実施形態のＣＭＰ用研磨液（第二のＣＭＰ用研磨液）を使用して研磨する、第二の研磨工程を行う。第二の研磨工程では、配線部用金属３、バリア材料２並びに絶縁材料を構成するｌｏｗ−ｋ材料６及び二酸化珪素材料７を研磨できる第二のＣＭＰ用研磨液を使用して研磨する。このとき、まず、前記露出しているバリア材料２及び凹部の配線部用金属３の一部が研磨により除去され、これにより、凸部を被覆するバリア材料２の下の二酸化珪素材料７を全て露出させる。
【０１３３】
更に、より優れた平坦性を確保するために、オーバー研磨（例えば、第二の研磨工程で所望のパターンを得られるまでの研磨時間が１００秒の場合、この１００秒の研磨に加えて５０秒追加して研磨することを「オーバー研磨５０％」という）して凸部の二酸化ケイ素材料７、ｌｏｗ−ｋ材料６の一部及び凹部の配線部用金属３の一部を除去して研磨を終了し、研磨終了後の基板３１０を得る。研磨終了後の基板３１０は、図２の（ｃ）に示されるように、凹部に金属配線となる前記配線部用金属３が埋め込まれ、配線部用金属３とｌｏｗ−ｋ材料６との境界にバリア材料２の断面が露出した形状となる。
【０１３４】
ここで、本実施形態のＣＭＰ用研磨液は、前記第一のＣＭＰ用研磨液としても使用することができるが、二酸化珪素材料を高速に研磨でき、かつ、ｌｏｗ−ｋ材料に対する研磨速度を抑制しつつ研磨することができるという特長を活かすためには、少なくとも前記第二のＣＭＰ用研磨液として使用されることが好ましい。
【０１３５】
このようにして形成された金属配線の上に、更に、絶縁材料及び第二層目の金属配線を形成し、同様な工程を所定数繰り返すことにより、所望の配線層数を有する半導体基板を製造することができる（図示せず）。
【０１３６】
このように、本実施形態のＣＭＰ用研磨液によれば、前記の研磨方法を用いて作製された半導体基板、電子機器等が提供される。これにより製造された半導体基板、電子機器等は、微細化、薄膜化、寸法精度及び電気特性に優れ、信頼性の高いものとなる。
【実施例】
【０１３７】
以下、実施例により本発明を説明する。但し、本発明はこれらの実施例により制限されるものではない。【０１３８】
＜実験１＞
本発明の実施形態に係るＣＭＰ用研磨液を用いて、各種ブランケット基板を研磨した際の研磨速度を調べた。【０１３９】
［ＣＭＰ用研磨液の調製］
（ＣＭＰ用研磨液用貯蔵液の調製）
容器にリンゴ酸１．６質量部、金属防食剤としてベンゾトリアゾールを０．４質量部入れ、そこに超純水をＸ質量部注ぎ、更にＰＭＡＡとして０．１質量部含まれるようにＰＭＡＡの３６．５質量％水溶液を添加し、更に表１及び２に示す質量部の第四級ホスホニウム塩を入れ、混合及び攪拌して各成分を溶解させた。次に、表１及び２に示すコロイダルシリカを準備し、これをシリカ粒子として、ＣＭＰ用研磨液用貯蔵液１００質量部に対して合計１２．０質量部に相当する量を容器に添加し、「ＣＭＰ用研磨液用貯蔵液」を得た。なお、前記コロイダルシリカは、それぞれ固形分（シリカ粒子含有量）が相違するため、前記超純水のＸ質量部は、貯蔵液全体の合計が１００質量部になるよう計算して求めた。【０１４０】
なお、前記ＰＭＡＡは、メタクリル酸及びアクリル酸の共重合体（共重合比９９／１）であり、重量平均分子量は７５００であった。【０１４１】
（ＣＭＰ用研磨液の調製）
前記貯蔵液１００質量部に、超純水３００質量部添加して４倍に希釈し、「スラリ」を得た。次に、３０質量％の過酸化水素水を１．５質量部（過酸化水素として０．２質量部に相当する量）添加し、混合及び攪拌して４０１．５質量部のＣＭＰ用研磨液を得た。ＣＭＰ用研磨液１００質量部に対する各成分の含有量は、リンゴ酸０．４質量部、ベンゾトリアゾール０．１質量部、ＰＭＡＡ０．０２５質量部、コロイダルシリカ粒子３．０質量部と計算される。ＣＭＰ用研磨液１００質量部に対する第四級ホスホニウム塩の含有量は表１及び２に示す。【０１４２】
［ＣＭＰ用研磨液の特性評価］
表１及び２中、ＣＭＰ研磨液及びコロイダルシリカ粒子Ａ〜Ｇの特性は、下記のようにして調べた。【０１４３】
（１）二軸平均一次粒子径（Ｒ［ｎｍ］）
コロイダルシリカを乾燥させ、走査型電子顕微鏡で観察した画像を得た。得られた画像から、任意の粒子２０個を選択した。図３に示すように、選択した粒子１０に外接し、その長径が最も長くなるように配置した長方形（外接長方形）１１を描き、その外接長方形１１の長径をＸ、短径をＹとして、（Ｘ＋Ｙ）／２として１粒子の二軸平均一次粒子径を算出した。この作業を任意の２０粒子に対して実施し、得られた値の平均値を求め、二軸平均一次粒子径とした。【０１４４】
（２）アスペクト比
上記走査型電子顕微鏡で得られた画像から、任意の粒子２０個を選択し、前記と同様にして得られた長径Ｘ及び短径Ｙの値から、アスペクト比Ｘ／Ｙをそれぞれ算出した。この作業を任意の２０粒子に対して実施し、得られた値の平均値を求め、アスペクト比とした。【０１４５】
（３）ＢＥＴ比表面積ＳＢＥＴ［ｍ２／ｇ］
コロイダルシリカを２５０℃で充分に真空脱気し、ＢＥＴ比表面積測定装置を用い、窒素ガスを吸着させる１点法により求めた。【０１４６】
（４）シラノール基密度（ρ［個／ｎｍ２］）
コロイダルシリカの液を、液中に含まれるシリカ粒子の量（Ａ［ｇ］）が１．５ｇとなるように量りとり、塩酸でｐＨ３．０〜３．５に調整した。その後、塩化ナトリウムを３０ｇ添加し、更に超純水を添加して全量を１５０ｇにした。これを、水酸化ナトリウム溶液でｐＨ４．０に調整し、滴定用サンプルとした。【０１４７】
この滴定用サンプルのｐＨが９．０になるまで水酸化ナトリウム水溶液を滴下し、ｐＨが４．０からｐＨ９．０になるまでに要した水酸化ナトリウム量（Ｂ［ｍｏｌ］）を求めた。【０１４８】
これら２つの値と前記（３）で別途測定したＢＥＴ比表面積（ＳＢＥＴ［ｍ２／ｇ］）、アボガドロ数（ＮＡ［個／ｍｏｌ］）の値を下記式（２）に代入して、シラノール基密度を算出した。
ρ＝Ｂ・ＮＡ／Ａ・ＳＢＥＴ  ……（２）
式（２）中、ＮＡ［個／ｍｏｌ］はアボガドロ数を示し、ＳＢＥＴ［ｍ２／ｇ］はシリカ粒子のＢＥＴ比表面積を示す。【０１４９】
（５）ゼータ電位［ｍＶ］
測定装置として、ＢＥＣＫＭＡＮ  ＣＯＵＬＴＥＲ製、Ｄｅｌｓａ  Ｎａｎｏ  Ｃを使用し、前記装置における測定サンプルの散乱強度が１．０×１０４〜５．０×１０４ｃｐｓとなるように、前記ＣＭＰ用研磨液を希釈して測定サンプルを調製した。具体的にはＣＭＰ用研磨液に含まれるコロイダルシリカ粒子が、ＣＭＰ用研磨液１００質量部中に１．７１質量部となるようにＣＭＰ用研磨液を純水で希釈したものを測定サンプルとし、ゼータ電位測定用セルに入れ、測定した。【０１５０】
（６）ｐＨ
横河電機株式会社製の型番ＰＨ８１を使用し、ＣＭＰ用研磨液のｐＨ（２５℃）を測定した。具体的には、標準緩衝液（フタル酸塩ｐＨ緩衝液：ｐＨ４．０１（２５℃）、中性りん酸塩ｐＨ緩衝液：ｐＨ６．８６（２５℃））を用いて、２点校正した後、電極をＣＭＰ研磨液に入れて、２分以上経過して安定した後の値を採用した。比較例６の研磨液のｐＨは２．４であり、それ以外の全ての実施例及び比較例のｐＨは２．５であった。【０１５１】
［ＣＭＰ用研磨液を用いた研磨速度評価］
前記で得られたＣＭＰ用研磨液を用いて、下記研磨条件で４種類のブランケット基板（ブランケット基板（ａ）〜（ｄ））を研磨した際の研磨速度を調べた。【０１５２】
（研磨条件）
・研磨及び洗浄装置：ＣＭＰ研磨機Ｒｅｆｌｅｘｉｏｎ  ＬＫ（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製）
・研磨布：発泡ポリウレタン樹脂（品名：ＶＰ３１００、Ｒｏｈｍ  ａｎｄ  Ｈａａｓ社製）
・定盤回転数：９３回／ｍｉｎ
・ヘッド回転数：８７回／ｍｉｎ
・研磨圧力：１０ｋＰａ
・ＣＭＰ用研磨液の供給量：３００ｍＬ／ｍｉｎ
・研磨時間：ブランケット基板（ａ）は１２０ｓｅｃ、ブランケット基板（ｂ）は３０ｓｅｃ、ブランケット基板（ｃ）は６０ｓｅｃ、ブランケット基板（ｄ）は９０ｓｅｃとした。【０１５３】
（ブランケット基板）
・ブランケット基板（ａ）：厚さ１６００ｎｍの銅膜をスパッタ法で形成したシリコン基板。
・ブランケット基板（ｂ）：厚さ２８００ｎｍの窒化タンタル膜をスパッタ法で形成したシリコン基板。
・ブランケット基板（ｃ）：厚さ１０００ｎｍの二酸化珪素膜をＣＶＤ法で形成したシリコン基板。
・ブランケット基板（ｄ）：厚さ１６０ｎｍのＳｉＯＣ膜をＣＶＤ法で形成したシリコン基板（株式会社アドバンテック社製ＢＤＩＩＸ膜）。【０１５４】
（研磨速度の算出）
研磨及び洗浄後の４種類のブランケット基板それぞれについて、下記のようにして研磨速度を求めた。すなわち、ブランケット基板（ａ）及び（ｂ）については、研磨前後での膜厚を金属膜厚測定装置（株式会社日立国際電気製  型番ＶＲ−１２０／０８Ｓ）を用いて測定し、その膜厚差から求めた。一方、ブランケット基板（ｃ）及び（ｄ）については、研磨前後での膜厚を膜厚測定装置ＲＥ−３０００（大日本スクリーン製造株式会社製）を用いて測定し、その膜厚差から求めた。それぞれの研磨速度の測定結果を表１及び２に示す。【０１５５】
［評価結果］
【表１】
2014007063.tif 000005
【０１５６】
【表２】
2014007063.tif 000006
【０１５７】
表１及び２から明らかなように、比較例１及び２のＣＭＰ用研磨液には、第四級ホスホニウム塩ではあるものの、リン原子に結合した芳香環を有しない四級ホスホニウム塩が含まれているため、ブランケット基板（ｄ）のＳｉＯＣ膜の研磨速度が充分抑制されていないことがわかる。【０１５８】
比較例３のＣＭＰ用研磨液には、前記第四級ホスホニウム塩が含まれていないため、ブランケット基板（ｄ）のＳｉＯＣ膜の研磨速度が充分抑制されていないことがわかる。【０１５９】
比較例４及び５のＣＭＰ用研磨液には、シリカ粒子のアスペクト比が１．３未満のシリカ粒子Ｃ及びＤが含まれているため、少なくともブランケット基板（ｃ）の二酸化珪素膜の研磨速度が充分得られていないことがわかる。また、ブランケット基板（ｄ）のＳｉＯＣ膜の研磨速度が充分抑制されていないことがわかる。【０１６０】
比較例６〜８のＣＭＰ用研磨液は、シリカ粒子のアスペクト比が１．３未満であり、かつ、シラノール基密度が１．０〜２．０個／ｎｍ２ではないシリカ粒子Ｅ、Ｆ又はＧが含まれているため、少なくともブランケット基板（ｄ）のＳｉＯＣ膜の研磨速度が抑制されていないことがわかる。【０１６１】
比較例９〜１３のＣＭＰ用研磨液は、第四級ホスホニウム塩の含有量に対するシリカ粒子の含有量の比が７５０未満であるため、少なくともブランケット基板（ａ）の銅膜の研磨速度が充分得られていないことがわかる。【０１６２】
これに対し、実施例１〜５のＣＭＰ用研磨液は、シリカ粒子及びリン原子に結合した芳香環を有する第四級ホスホニウム塩を含有し、当該シリカ粒子は、アスペクト比が１．３以上であり、シラノール基密度が１．０〜２．０個／ｎｍ２であり、かつ、ゼータ電位が＋１０ｍＶ以上であり、第四級ホスホニウム塩の含有量に対するシリカ粒子の含有量の比が７５０以上である。このため、ブランケット基板（ａ）の銅膜、ブランケット基板（ｂ）の窒化タンタル膜及びブランケット基板（ｃ）の二酸化珪素膜に対して良好な研磨速度が得られ、かつ、ブランケット基板（ｄ）のＳｉＯＣ膜の研磨速度を抑制できる研磨液であることが分かった。また、いずれの実施例においても、研磨液の分散安定性（シリカ粒子の長期分散性）に優れていた。【０１６３】
＜実験２＞
本発明の実施形態に係るＣＭＰ用研磨液を用いて、銅配線付きパターン基板を研磨した際の絶縁材料の研磨量、エロージョン量及びシーム量を調べた。【０１６４】
［ＣＭＰ用研磨液の調製］
実験１で作製した実施例３、並びに比較例１、３及び６のＣＭＰ用研磨液を用いた。また、研磨条件は実験１と同様とした。評価用基板として、直径１２インチ（３０．５ｃｍ）（φ）サイズのパターン基板を用意した。このパターン基板は次のようにして作製した。
まず、シリコン基板に厚さ１５０ｎｍのＳｉＯＣ膜を積層した。そして、レジスト層形成、エッチング等の手段を用いて加工を行い、シリコン基板表面に所定のパターンの凹部（トレンチ溝１６０ｎｍ）を形成した。次に、前記表面をその凹凸に沿って被覆するバリア材料として窒化タンタル膜１０ｎｍ、タンタル膜１０ｎｍをこの順に成膜した。更に、前記凹部を充填するように、銅からなる配線部用金属を６６０ｎｍ形成して、実験２の研磨方法に供されるパターン基板を用意した。【０１６５】
［ＣＭＰ研磨後のパターン基板の各種評価］
上記パターン基板を、公知の銅研磨用研磨剤を用いて、バリア材料が露出するまで研磨した。次に、準備したＣＭＰ用研磨液を研磨装置の定盤に貼り付けたパッドに滴下しながら、前記研磨条件でバリア材料が露出したパターン基板を研磨した。なお、配線幅１００μｍの銅配線部及び配線幅１００μｍの絶縁材料部をもつパターン領域において、前記銅配線部のディッシング量が１００Å以下となる時間を研磨の終点とした。研磨終了後の絶縁材料の研磨量、エロージョン量及びシーム量を以下のようにして評価した。評価結果を表３に示す。【０１６６】
（絶縁材料の研磨量評価）
研磨後のパターン基板において、銅配線のない領域の絶縁材料（ＳｉＯＣ膜）の研磨量を、卓上型光干渉式膜厚測定システム  ナノスペックＭ５０００（ナノメトリックス社製）で測定した。【０１６７】
（エロージョン評価）
研磨後のパターン基板において、配線幅１３μｍの銅配線部及び配線幅７．５μｍの絶縁材料部をもつパターン領域（表中、「Ｌ／Ｓ＝１３／７．５」）、並びに配線幅１３μｍの銅配線部及び配線幅２．５μｍの絶縁材料部をもつパターン領域（表中、「Ｌ／Ｓ＝１３／２．５」）におけるエロージョン量をそれぞれ測定した。なお、エロージョン量は、接触式段差計（ケーエルエー・テンコール社製Ｐ−１６）で走査して、絶縁材料部の膜厚と銅配線部の膜厚との差を測定することで求めた。【０１６８】
（シーム評価）
研磨後のパターン基板において、幅１００μｍの銅配線部及び幅１００μｍの絶縁材料部をもつパターン領域（表中、「Ｌ／Ｓ＝１００／１００」）、並びに配線幅１３μｍの銅配線部及び配線幅７．５μｍの絶縁材料部をもつパターン領域（表中、「Ｌ／Ｓ＝１３／７．５」）におけるシーム量をそれぞれ測定した。なお、シーム量は、接触式段差計（ケーエルエー・テンコール製Ｐ−１６）で走査して、銅配線近傍の絶縁材料部が過剰に研磨された段差量を測定することで求めた。【０１６９】
［評価結果］
【表３】
2014007063.tif 000007
【０１７０】
表３から明らかなように、比較例１のＣＭＰ用研磨液は、第四級ホスホニウム塩ではあるものの、リン原子に結合した芳香環を有しない第四級ホスホニウム塩が含まれているため、エロージョン量及びシーム量が大きくなっていることがわかる。【０１７１】
比較例３のＣＭＰ用研磨液は、前記第四級ホスホニウム塩が含まれていないため、エロージョン量及びシーム量が大きくなっていることがわかる。【０１７２】
比較例６のＣＭＰ用研磨液は、アスペクト比が１．３未満であり、かつ、シラノール基密度が１．０〜２．０個／ｎｍ２ではないシリカ粒子Ｅが含まれているため、ＳｉＯＣ膜の研磨量が多く、かつ、エロージョン量及びシーム量が大きくなっていることがわかる。【０１７３】
このように、研磨対象が、配線間隔の広い基板（例えば、Ｌ／Ｓ＝１００／１００）から狭い基板（例えば、Ｌ／Ｓ＝１３／８５〜１３／２．５）にシフトするにつれて、比較例の（従来相当の）ＣＭＰ用研磨液では、シーム及びエロージョンの観点からみる平坦性を充分に確保することが極めて困難であることが分かる。【０１７４】
これに対し、実施例３のＣＭＰ用研磨液は、シリカ粒子Ａ及びリン原子に結合した芳香環を少なくとも一つ有する第四級ホスホニウム塩を含有し、また、当該シリカ粒子Ａは、アスペクト比が１．３以上であり、シラノール基密度が１．０〜２．０個／ｎｍ２であるため、配線間隔が狭い基板の研磨においても、ＳｉＯＣ膜の研磨量が少なく、かつ、エロージョン量及びシーム量が充分に抑制されていることがわかる。
【符号の説明】
【０１７５】
１…絶縁材料、２…バリア材料、３…配線部用金属、５…シリコン基板、６…ｌｏｗ−ｋ材料（絶縁材料）、７…キャップ層、１０…シリカ粒子、１１…外接長方形、１００，１１０，２００，２１０，３００，３１０…基板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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