(57)【要約】【課題】金属膜や絶縁膜に欠陥を引き起こすことなく、低摩擦で均一に金属膜を安定して研磨し得る金属膜ＣＭＰ用スラリーを提供する。【解決手段】水、総量の０．０１ｗｔ％以上０．３ｗｔ％以下配合された重量平均分子量２０，０００以上のポリビニルピロリドン、酸化剤、水不溶性錯体を形成する第一の錯体形成剤と水溶性錯体を形成する第二の錯体形成剤とを含む保護膜形成剤、および、一次粒子径が５〜５０ｎｍのコロイダルシリカを含有す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】
水、
総量の０．０１ｗｔ％以上０．３ｗｔ％以下配合された重量平均分子量２０，０００以上のポリビニルピロリドン、
酸化剤、
水不溶性錯体を形成する第一の錯体形成剤と水溶性錯体を形成する第二の錯体形成剤とを含む保護膜形成剤、および
一次粒子径が５ｎｍ以上５０ｎｍ以下のコロイダルシリカ
を含有することを特徴とする金属膜ＣＭＰ用スラリー。
【請求項２】
前記ポリビニルピロリドンは、重量平均分子量４０,０００以上であり、スラリー総量の０.０１ｗｔ％以上０．１ｗｔ％以下配合されたことを特徴とする請求項１記載の金属膜ＣＭＰ用スラリー。
【請求項３】
粘度が２ｍＰａ・ｓｅｃ未満であることを特徴とする請求項１または２に記載の金属膜ＣＭＰ用スラリー。
【請求項４】
ターンテーブル上に貼付された研磨布に、金属膜を有する半導体基板を当接させる工程、および
前記研磨布上に、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の金属膜ＣＭＰ用スラリーを滴下して、前記金属膜の表面を研磨する工程を具備することを特徴とする研磨方法。
【請求項５】
半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜に凹部を形成する工程と、
前記凹部の内部および前記絶縁膜の上に金属を堆積して金属膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に堆積された前記金属の少なくとも一部を除去する工程とを具備し、
前記金属の除去は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の金属膜ＣＭＰ用スラリーを用いたＣＭＰにより行なわれることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＭＰ用スラリー、研磨方法、および半導体装置の製造方法に係り、特に金属膜ＣＭＰ用スラリー、金属膜の研磨方法、およびダマシン配線を用いた半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高性能ＬＳＩに搭載されるＣｕダマシン配線は、ＣＭＰを用いて形成される。ＣＭＰでは主にＣｕを削る第一の研磨と、不要な金属および絶縁膜を削る第二の研磨とが行なわれる。第一の研磨はＣｕを８００ｎｍ／ｍｉｎで研磨し、ＴａやＴｉなどのバリアメタルを実質的に削らず、Ｃｕディッシングを２０ｎｍ以下に抑制することが求められる。絶縁膜としてｌｏｗ−ｋ材料が用いられる場合、研磨摩擦が大きいと膜剥れや膜自体の破壊が生じる。このため、従来の研磨摩擦が大きいＣＭＰスラリーでは適用困難になりつつある。
【０００３】
第二の研磨もまた、第一の研磨と同様に低摩擦で研磨して被処理面と研磨布との親水性を高め、Ｃｕ上スクラッチやＣｕコロージョン、絶縁膜上のスクラッチを低減するとともに、Ｃｕディッシングや絶縁膜エロージョンを改善することが望まれている。従来のシリコーン系界面活性剤は、研磨粒子としてのシリカに強く作用して粗大粒子を生じさせるため、スクラッチの抑制や研磨速度の安定化を図ることが困難である。
【０００４】
上述したような第一の研磨および第二の研磨における要求を満たすべく、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）を用いたスラリーが提案されている（例えば、特許文献１，２，および３参照。）。しかしながら、Ｃｕダマシン配線を形成するに当たって、Ｃｕのディッシングやコロージョン、絶縁膜のスクラッチを抑制できるとともに、高い安定性を有するスラリーは得られていない。したがって、次世代ＬＳＩに要求される性能を十分に満たすことはできないのが現状である。
【特許文献１】特開２００３−２８２４９４号公報
【特許文献２】特開２００２−２７０５４９号公報
【特許文献３】特表２００２−５１７５９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、金属膜や絶縁膜に欠陥を引き起こすことなく、低摩擦で均一に金属膜を安定して研磨し得る金属膜ＣＭＰ用スラリーを提供することを目的とする。また本発明は、金属膜や絶縁膜に欠陥を引き起こすことなく、低摩擦で均一に金属膜を安定して研磨する方法を提供することを目的とする。さらに本発明は、ダマシン配線を備え高い信頼性を有する半導体装置を製造する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様にかかる金属膜ＣＭＰ用スラリーは、水、総量の０．０１ｗｔ％以上０．３ｗｔ％以下配合された重量平均分子量２０，０００以上のポリビニルピロリドン、酸化剤、水不溶性錯体を形成する第一の錯体形成剤と水溶性錯体を形成する第二の錯体形成剤とを含む保護膜形成剤、および一次粒子径が５ｎｍ以上５０ｎｍ以下のコロイダルシリカを含有することを特徴とする。
【０００７】
本発明の一態様にかかる研磨方法は、ターンテーブル上に貼付された研磨布に、金属膜を有する半導体基板を当接させる工程、および前記研磨布上に、前述の金属膜ＣＭＰ用スラリーを滴下して、前記金属膜の表面を研磨する工程を具備することを特徴とする。
【０００８】
本発明の一態様にかかる半導体装置の製造方法は、半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜に凹部を形成する工程と、前記凹部の内部および前記絶縁膜の上に金属を堆積して金属膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に堆積された前記金属の少なくとも一部を除去する工程とを具備し、前記金属の除去は、前述の金属膜ＣＭＰ用スラリーを用いたＣＭＰにより行なわれることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一態様によれば、金属膜や絶縁膜に欠陥を引き起こすことなく、低摩擦で均一に金属膜を安定して研磨し得る金属膜ＣＭＰ用スラリーが提供される。本発明の他の態様によれば、金属膜や絶縁膜に欠陥を引き起こすことなく、低摩擦で均一に金属膜を安定して研磨する方法が提供される。本発明のさらに他の態様によれば、ダマシン配線を備え高い信頼性を有する半導体装置を製造する方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を説明する。
【００１１】
本発明の実施形態にかかる金属膜ＣＭＰ用スラリーには、重量平均分子量が２０，０００以上のポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）が含有される。ＰＶＰの重量平均分子量は、例えば、水系ＧＰＣ（ゲルパーミエーションクロマトグラフィー）によって測定することができる。重量平均分子量が２０，０００未満のＰＶＰでは、研磨摩擦を低減することができず、金属膜ディッシングや金属膜コロージョンを抑制するのが困難となる。また、研磨の安定性を確保することも難しい。後述するようにスラリーの粘度を２ｍＰａ・ｓｅｃ未満に維持できれば、ＰＶＰの重量平均分子量の上限は特に限定されない。ただし、ＰＶＰの重量平均分子量が大きくなると、実用的な金属膜研磨速度を得るのが困難になる傾向がある。場合によっては、過剰に大きな重量平均分子量のＰＶＰは、スラリー供給装置内でコロイダルシリカの凝集を引き起こし、凝集したシリカによってＣｕ上のスクラッチが増加するおそれがある。これらを考慮して、ＰＶＰの重量平均分子量の上限を決定することが望まれる。
【００１２】
スラリー粘度は、ＰＶＰの平均分子量および含有量によってほぼ決定される。本発明の実施形態にかかる金属膜ＣＭＰ用スラリーにおけるＰＶＰ含有量は、スラリーの総量の０．０１ｗｔ％以上０．３ｗｔ％以下に規定される。ＰＶＰの含有量が０．０１ｗｔ％未満の場合には、研磨摩擦を低減するという効果を得ることができず、研磨布の温度が上昇する。その結果、研磨が停止するという現象（ＣＭＰストップ）も起こり易くなる。また、Ｃｕオーバープレーティング部におけるＣｕ除去力も低下する。一方、０．３ｗｔ％を越えて過剰に含有されると、Ｃｕコロージョンを抑制することが難しくなる。さらに、粘度が２ｍＰａ・ｓｅｃ以上となって、研磨布上に安定してスラリーを供給するのが困難となる。この場合には、研磨布の温度上昇や研磨むら（面内均一性の劣化）などが生じて、Ｃｕ研磨速度やＣｕディッシングにばらつきが発生する。なお、ＰＶＰの含有量は、Ｃｕなどの配線金属を削りバリアメタルを残す第一の研磨用のスラリーの場合には０．０３ｗｔ％以上０．３ｗｔ％以下が好ましい。また、バリアメタルを削り絶縁膜を露出する第二の研磨用のスラリーの場合には０．０１ｗｔ％以上０．１ｗｔ％以下が好ましい。
【００１３】
特に、重量平均分子量４０，０００以上のＰＶＰが、スラリー総量の０．０１ｗｔ％以上０．１ｗｔ％以下の割合で含有されることが好ましい。この場合には、第一の研磨では、低摩擦、高研磨速度、および低バリアメタル研磨速度を達成することができる。また、Ｃｕディッシングおよび絶縁膜エロージョンは抑制され、Ｃｕコロージョンおよびスクラッチなどの欠陥も低減することができる。さらに、Ｃｕオーバープレーティング部のＣｕ研磨力が向上して、研磨の安定性や研磨速度の均一性が高められる。第二の研磨においても、低摩擦を達成することができ、Ｃｕディッシングや絶縁膜エロージョンが抑制される。また、Ｃｕコロージョン、スクラッチなどの欠陥も低減され、研磨の安定性や研磨速度の均一性が高められる。
【００１４】
上述したような重量平均分子量および含有量の条件を満たしていれば、本発明の実施形態にかかる金属膜ＣＭＰ用スラリーには、重量平均分子量の異なる２種以上のＰＶＰが含有されていてもよい。
【００１５】
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、硝酸第二鉄、硝酸二アンモニウムセリウム、硫酸鉄、オゾン、および過ヨウ素酸カリウムからなる群から選択される少なくとも１種を用いることができる。酸化力、保護膜との相性、および取り扱いやすさなどを考慮すると、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、および過酸化水素が特に好ましい。酸化剤の含有量は、ＣＭＰ用スラリーの総量の０．０５ｗｔ％以上５ｗｔ％以下が好ましい。酸化剤の含有量が０．０５ｗｔ％未満の場合には、十分な研磨速度を確保することが難しく、一方、５ｗｔ％を越えると、Ｃｕ膜などの金属膜の腐食やディッシングが大きくなるおそれがある。より好ましくは、酸化剤の含有量は、０．０８ｗｔ％以上３ｗｔ％以下である。
【００１６】
保護膜形成剤は、水不溶性錯体を形成する第一の錯体形成剤と、水溶性錯体を形成する第二の錯体形成剤とによって構成される。なお、水不溶性とは、実質的に水に溶解しないことを意味し、酸化剤と共存した状態でのウエットエッチング速度が３ｎｍ／ｍｉｎ未満であれば水難溶性も包含される。一方、水溶性とは、ウエットエッチング速度が３ｎｍ／ｍｉｎ以上であることをさす。保護膜形成剤の含有量は、ＣＭＰ用スラリーの総量の０．００１ｗｔ％以上３．０ｗｔ％以下が好ましい。含有量が０．００１ｗｔ％未満の場合には、Ｃｕディッシングを２０ｎｍ以下に抑制することが困難となる。一方、保護膜形成剤の含有量が３．０ｗｔ％を越えると、研磨速度が低下するおそれがある。より好ましくは、保護膜形成剤の含有量は、０．０５ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下である。
【００１７】
Ｃｕなどの金属と水に不溶性または難溶性の錯体を形成する第一の錯体形成剤としては、例えば、少なくとも１個のＮ原子を含む複素六員環、複素五員環からなるヘテロ環化合物が挙げられる。より具体的には、キナルジン酸、キノリン酸、ベンゾトリアゾール、ベンゾイミダゾール、７−ヒドリキシ−５−メチル−１，３，４−トリアザインドリジン、ニコチン酸、およびピコリオン酸などを挙げることができる。
【００１８】
また、アニオン界面活性剤の中には、第一の錯体形成剤として用いることができるものがある。特に、アルキルベンゼンスルホン酸塩が好ましく、例えば、ドデシルベンゼンスルホン酸カリウム、およびドデシルベンゼンスルホン酸アンモニウムなどが挙げられる。
【００１９】
第一の錯体形成剤の含有量は、ＣＭＰ用スラリーの総量の０．０００５ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下が好ましい。第一の錯体形成剤の含有量が０．０００５ｗｔ％未満の場合には、Ｃｕディッシングが大きくなるおそれがある。一方、２．０ｗｔ％を越えると、十分に大きなＣｕ研磨速度を得られない。より好ましくは、第一の錯体形成剤の含有量は、ＣＭＰ用スラリーの総量の０．００７５ｗｔ％以上１．５ｗｔ％以下である。
【００２０】
一方、水溶性の錯体を形成する第二の錯体形成剤は、研磨加速剤の役割を果たし、例えば、例えば、アミノ酸であるグリシン、アラニン、およびトリプトファンなど挙げることができる。また、同様の作用を有する有機酸も有効である。例えば、ギ酸、乳酸、酢酸、酒石酸、フマル酸、グリコール酸、フタル酸、マレイン酸、シュウ酸、クエン酸、リンゴ酸、マロン酸、およびグルタル酸などが挙げられる。さらに、アンモニア、エチレンジアミン、およびＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）などの塩基性塩を用いてもよい。
【００２１】
第二の錯体形成剤の含有量は、ＣＭＰ用スラリーの総量の０．０００５ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下が好ましい。含有量が０．０００５ｗｔ％未満の場合には、十分に大きな速度でＣｕを研磨することができない。一方、２．０ｗｔ％を越えると、ＣｕディッシングやＣｕの腐食が大きく生じるおそれがある。より好ましい第二の錯体形成剤の含有量は、金属種にもより異なるが、ＣＭＰ用スラリーの総量の０．００７５ｗｔ％以上１．５ｗｔ％以下である。  
第一および第二の錯体形成剤は、それぞれ単独でも２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００２２】
本発明の実施形態においては、コロイダルシリカの一次粒子径は、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下に規定される。５ｎｍ未満の場合には、研磨力にむらが生じ、様々なパターンを均一に削ることができなくなる。また、シリカの分散安定性が低下するために、使用が困難となる。一方、シリカの一次粒子径が５０ｎｍを越えると、被研磨面の表面粗さＲａを３ｎｍ以下にすることが難しくなるとともに、ディッシングやスクラッチも大きくなる。被研磨面のＲａは、３ｎｍ以下であれば許容され、ＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）により確認することができる。
【００２３】
一次粒子径が５ｎｍ以上５０ｎｍ以下のコロイダルシリカとしては、例えば、一次粒子径が５ｎｍ以上で会合度５以下のコロイダルシリカが挙げられる。会合度とは、一次粒子が凝集した二次粒子の径を、一次粒子の径で除した値（二次粒子径／一次粒子径）を意味する。ここで、会合度が１とは、単分散した一次粒子のみのものを意味する。二次粒子径は、動的光散乱法またはレーザー回折法もしくは電子顕微鏡法により測定することができる。会合度が５を越えると、この会合度のコロイダルシリカを研磨粒子として含むスラリーによる研磨時において、スクラッチやエロージョンが発生するおそれがある。
【００２４】
一次粒子径が５ｎｍ以上２０ｎｍ以下の第一のコロイダルシリカと、一次粒子径が２０ｎｍを越え５０ｎｍ以下の第二のコロイダルシリカと組み合わせて、一次粒子径が５ｎｍ以上５０ｎｍ以下のコロイダルシリカとして用いることができる。この場合、第一のコロイダルシリカと第二のコロイダルシリカとの合計量に占める第一のコロイダルシリカの重量比は、０．６以上０．９以下であることが好ましい。第一のコロイダルシリカの重量比が０．６未満の場合には、第２のコロイダルシリカ単独のＣＭＰ特性となる。このため、被研磨面のＲａが３ｎｍを越えて仕上がりが荒くなるおそれがある。また、ディッシングを２０ｎｍ以下に抑制することも困難となる。一方、０．９を越えると、第一のコロイダルシリカ単独のＣＭＰ特性となるため研磨力が低下するおそれがある。
【００２５】
コロイダルシリカの含有量は、０．０５ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下が好ましく、０．１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下がより好ましい。０．０５ｗｔ％未満の場合には、十分な研磨力を得ることが難しく、１０ｗｔ％を越えるとスクラッチやＣｕディッシングが増大する要因となる。
【００２６】
上述したようなコロイダルシリカに加えて、さらに有機粒子が含有されてもよい。有機粒子としては、例えば、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、およびポリスチレンなどが挙げられる。こうした有機粒子は、前述のコロイダルシリカと一体化して複合型粒子を形成してもよい。
【００２７】
本発明の実施形態にかかる金属膜ＣＭＰ用スラリーには、必要に応じて界面活性剤を配合することができる。界面活性剤としては、ＰＶＰよりも平均分子量の小さい非イオン性界面活性剤が好ましい。ＰＶＰ以外の高分子量の化合物が配合された場合には、研磨速度が大幅に低下する、あるいはディッシングが大幅に劣化するといった不都合が生じるおそれがある。使用し得る界面活性剤としては、例えば、三重結合を有する非イオン性界面活性剤が挙げられる。具体的には、アセチレングリコール、そのエチレンオキサイド付加物およびアセチレンアルコールなどである。また、シリコーン系界面活性剤、ポリビニルアルコール、サイクロデキストリン、ポリビニルメチルエーテル、およびヒドロキシエチルセルロースなどを用いてもよい。さらに、アニオン界面活性剤またはカチオン界面活性剤を含んでもよい。アニオン界面活性剤としては、例えば、脂肪族せっけん、硫酸エステル塩、およびリン酸エステル塩などが挙げられ、カチオン界面活性剤としては、例えば脂肪族アミン塩および脂肪族アンモニウム塩などが挙げられる。上述したような界面活性剤は、単独でも２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００２８】
界面活性剤の含有量は、ＣＭＰ用スラリーの総量の０．００１ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下が好ましい。この範囲を外れると、Ｃｕディッシングを十分に抑制するのが困難となる場合がある。界面活性剤の含有量は、スラリーの総量の０．０５ｗｔ％以上０．３ｗｔ％以下がより好ましい。
【００２９】
本発明の実施形態にかかるスラリーのｐＨは特に限定されず、目的に応じて調整すればよい。例えば、水酸化カリウム等のｐＨ調整剤を添加して、アルカリ性に調節することができる。
【００３０】
（実施形態１）
図１乃至図２を参照して、本実施形態を説明する。
【００３１】
まず、図１に示すように、半導体素子（図示せず）が形成された半導体基板１０上に、ＳｉＯ2からなる絶縁膜１１を設けて、バリアメタル１２を介してプラグ１３を形成した。バリアメタル１２はＴｉＮにより形成し、プラグ１３の材料としてはＷを用いた。その上に、第一の低誘電率絶縁膜１４および第二の低誘電率絶縁膜１５を順次形成して、積層絶縁膜を形成した。第一の低誘電率絶縁膜１４は、比誘電率が２．５未満の低誘電率絶縁材料により構成することができ、例えば、ポリシロキサン、ハイドロジェンシロセスキオキサン、ポリメチルシロキサン、メチルシロセスキオキサンなどのシロキサン骨格を有する膜、ポリアリーレンエーテル、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾシクロブテンなどの有機樹脂を主成分とする膜、および多孔質シリカ膜などのポーラス膜からなる群から選択される少なくとも一種を用いて形成することができる。ここでは、ＬＫＤ（ＪＳＲ製）を用いて第一の低誘電率絶縁膜１４を形成した。
【００３２】
この上に形成される第二の低誘電率絶縁膜１５はキャップ絶縁膜として作用し、第一の低誘電率絶縁膜１４より大きな比誘電率を有する絶縁材料により形成することができる。例えば、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）、ＳｉＣ、ＳｉＣＨ、ＳｉＣＮ、ＳｉＯＣ、およびＳｉＯＣＨからなる群から選択される少なくとも一種の比誘電率２．５以上の絶縁材料を用いて形成することができる。ここでは、ＳｉＯＣを用いて第二の低誘電率絶縁膜１５を形成した。
【００３３】
第二の低誘電率絶縁膜１５および第一の低誘電率絶縁膜１４には、凹部としての配線溝Ａを設け、全面に常法によりバリアメタル１６としてのＴａ膜を５ｎｍおよびＣｕ膜１７を８００ｎｍ堆積した。バリアメタル１６とＣｕ膜１７とによって、金属膜１８が構成される。配線溝Ａとしては、幅６０ｎｍの微細配線と、幅７５μｍの幅広配線とを形成した。微細配線の密度は孤立から被覆率５０％とし、一方の幅広配線の密度は孤立から被覆率９５％とした。なお、孤立とは、１ｍｍ2の領域内に存在する配線が１つであることをさす。金属膜１８の一部であるＣｕ膜１７をＣＭＰにより除去して、図２に示すように配線溝Ａ内に埋め込んで、バリアメタル１６の表面を露出した。
【００３４】
Ｃｕ膜１７のＣＭＰに当たっては、まず、図３に示すように、研磨布２１が貼付されたターンテーブル２０を１００ｒｐｍで回転させつつ、半導体基板２２を保持したトップリング２３を２００ｇｆ/ｃｍ2の研磨荷重で当接させた。トップリング２３の回転数は１０５ｒｐｍとし、研磨布２１上には、スラリー供給ノズル２５から２００ｃｃ/ｍｉｎの流量でスラリー２７を供給した。
【００３５】
なお、トップリング２３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２０およびトップリング２３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２５から供給されるスラリー２７の流量は、１０〜１，０００ｃｃ／ｍｉｎの範囲内で選択することができ、好ましくは５０〜４００ｃｃ／ｍｉｎである。
【００３６】
以下に説明するような種々のスラリーを用い、研磨布としてはＩＣ１０００（ＲＯＤＥＬ社）を用いた。研磨は、Ｃｕ膜１７が除去されてバリアメタル１６が露出するまでのＣＭＰ時間に＋５０％のオーバーポリッシュを行なった。なお、図３には、水供給ノズル２４およびドレッサー２６も併せて示してある。
【００３７】
Ｃｕ膜の研磨に用いたスラリーを調製するに当たって、まず、以下の処方で各成分を純水に配合してスラリー原液を得た。いずれの成分の含有量も、スラリーの総量に対する割合である。  
酸化剤：過硫酸アンモニウム１．５ｗｔ％
保護膜形成剤：
水不溶性（第一）の錯体形成剤：キナルジン酸０．２ｗｔ％、キノリン酸０．３ｗｔ％、ドデシルベンゼンスルホン酸カリウム０．０５ｗｔ％
水可溶性（第二）の錯体形成剤：グリシン０．３ｗｔ％、過硫酸アンモニウムから解離したアンモニア
コロイダルシリカ：会合度２、一次粒子径が２０ｎｍのコロイダルシリカ０．４ｗｔ％、および会合度２、一次粒子径が３８ｎｍのコロイダルシリカ０．１ｗｔ％
さらに、水酸化カリウムによりｐＨを９に調節した。
【００３８】
水溶性高分子化合物として、アセチレンジオール系ノニオン（ＡＣＤ）、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、セルロース（ＨＥＣ）、ポリエチルイミン（ＰＥＩ）、ポリアルキルエーテル（ＰＡＥ）、およびポリアクリル酸カリウム（ＰＡＫ）を準備した。これら水溶性高分子化合物の分子量は、いずれも４５，０００とした。
【００３９】
水溶性高分子化合物を配合せずに、上述したスラリー原液のみを用いてＮｏ．１のスラリーとし、さらに、下記表１に示す処方で水溶性高分子化合物を加えて、Ｎｏ．２〜１５のスラリーを調製した。
【表１】
2006310596.tif 000002
【００４０】
上記表１に示した１５種類のスラリーを用いて、上述した条件によりＣｕ膜１７のＣＭＰを行ない、Ｃｕ研磨速度、ＣＭＰストップ、テーブルモータ電流、およびＣｕディッシングを調べた。
【００４１】
Ｃｕ研磨速度は、２０００ｎｍの膜厚のＣｕベタ膜を６０秒間研磨して、シート抵抗値を測定して算出した。８００ｎｍ／ｍｉｎ以上を“○”とし、８００ｎｍ／ｍｉｎ未満を“×”とした。  
ＣＭＰストップは、膜厚２０００ｎｍのＣｕベタ膜を、連続して２５枚研磨することにより判断した。２５枚の研磨が完了できた場合が“○”であり、途中で研磨が停止した場合は“×”である。  
研磨時のテーブルモータ電流値は研磨荷重を反映し、テーブルモータ電流値が小さいほど低荷重での研磨が行なわれることになる。また、低荷重であっても表面の摩擦が大きいとテーブルモータ電流値が大きくなる。８Ａを越えると膜剥がれが急増する傾向がある。本実施形態においては、膜厚２０００ｎｍのベタ膜を、前述の条件でＣＭＰした際の最大値をテーブルモータ電流とした。テーブルモータ電流が８Ａ以下は“○”とし、８Ａを越えたものは“×”とした。
【００４２】
Ｃｕディッシングは、Ｃｕが除去されてバリアメタルが露出するまでのＣＭＰ時間の５０％のオーバーポリッシュを施して、ＡＦＭにより段差を求めた。２０ｎｍ以下のディッシングは“○”であり、２０ｎｍを越えると“×”である。
【００４３】
各スラリーを用いた結果を、下記表２にまとめる。
【表２】
2006310596.tif 000003
【００４４】
Ｎｏ．１のスラリーは水溶性高分子化合物が含まれていないため、ＣＭＰストップ、テーブルモータ電流、Ｃｕディッシングの３点がＮＧである。これらの特性を改善するためには、水溶性高分子化合物を配合する必要があることがわかる。Ｎｏ．２，３で用いたＡＣＤは、従来のスラリーに配合されていた水溶性高分子化合物である。こうしたスラリーを用いた場合には、ＣＭＰストップおよびテーブルモータ電流がＮＧである。Ｃｕディッシングには含有量依存性があり、０．１ｗｔ％はＯＫであるが０．３ｗｔ％ではＮＧであった。ＰＶＰを配合したＮｏ．４，５のサンプルでは、全ての項目がＯＫであり、この領域では水溶性高分子化合物の含有量依存性もみられない。これに対して、他の水溶性高分子化合物が配合されたＮｏ．６〜１５では、Ｃｕ研磨速度、ＣＭＰストップ、テーブルモータ電流、およびＣｕディッシングの全ての項目を満たすものは存在しない。以上の結果から、水溶性高分子化合物としてＰＶＰが極めて優れた特性を有していることが確認された。
【００４５】
次に、Ｎｏ．２とＮｏ．４とについて、さらに比較を行なった。チェック項目は、Ｃｕめっきで生じるオーバープレーティング部におけるＣｕ研磨力、Ｃｕ研磨速度の面内均一性、バリアメタルの研磨速度、および絶縁膜の研磨速度とした。オーバープレーティングは大規模な微細配線領域で生じる。具体的には、配線幅６０ｎｍ、被覆率５０％、面積２ｍｍ2の領域で、オーバープレーティングが生じる。Ｃｕ膜を研磨後にこの領域に生じる段差の大きさをＡＦＭにより測定して、Ｃｕ研磨力を評価した。Ｃｕ研磨速度の面内均一性は、直径３００ｍｍウエハの直径方向に５ｍｍ間隔で５９ポイントのシート抵抗値を測定し、３σで評価した。バリアメタルとしては、ＴａおよびＴｉを用い、絶縁膜としてはＳｉＯ2について調べた。得られた結果を、下記表３にまとめる。
【表３】
2006310596.tif 000004
【００４６】
オーバープレーティング部のＣｕ研磨力については、次のように説明される。配線幅が０．１μｍ以下の微細領域にＣｕめっきを行なった場合には、Ｃｕ膜はフィールド部に対して凸型に形成される。本実施形態においては、オーバープレーティング部の凸部の高さは、約２５０ｎｍであった。Ｎｏ．２のスラリーでのＣＭＰ後にＡＦＭにより段差を測定したところ、１０〜２２ｎｍの膜厚でＣｕの薄膜が残っていた。Ｃｕ薄膜が残留しているため、ダマシン配線上部でＣｕがつながっている。この残留薄膜は、次工程の第二の研磨（タッチアップ）で除去しなければならない。しかしながら、配線深さが浅いため、幅の異なる配線の深さを揃えるためには、第二の研磨では、削りこみをなるべく少なくすることが望まれる。したがって、従来のスラリーを用いた場合には、第二の研磨後でもＣｕ残留薄膜を完全に除去することができない。除去できたところで、幅６０ｎｍの微細配線と幅７５μｍの幅広配線との両方を、所望の深さにコントロールするのは極めて困難である。このため、第一の研磨が終了した時点で、半導体基板上のＣｕ膜の凹凸は、可能な限りゼロにする必要がある。Ｎｏ．４のスラリーを用いた場合には、ＣＭＰ後の段差（Ｃｕ残膜厚）は０ｎｍであり理想的な仕上がりとなっている。
【００４７】
Ｃｕ研磨速度の面内均一性でも、Ｎｏ．４のスラリーが優れている。これによって、配線の仕上がりが均一となることから、オーバーポリッシュの時間を短縮できる。過度のオーバーポリッシュはＣｕコロージョンの発生にもつながるものであり、Ｎｏ．４のスラリーを用いることによってこうした不都合も回避される。
【００４８】
第一の研磨においては、バリアメタルおよび絶縁膜の研磨速度は、可能な限り小さいことが望まれる。これは、バリアメタルおよび絶縁膜とＣｕの研磨速度との比率（選択比）を大きくすることによって、Ｃｕディッシングなどを抑制するためである。Ｎｏ．４のスラリーは、バリアメタル（Ｔａ，Ｔｉ）および絶縁膜（ＳｉＯ2）の研磨速度を低減させる効果がある。よって、かかるスラリーを用いることによって、理想的な第一の研磨を達成することが可能となる。
【００４９】
また、ＰＶＰが含有されていれば、Ｎｏ．２，３，６〜１５で用いたような水溶性高分子化合物をさらに添加してもよい。例えば、研磨摩擦をさらに低下させる場合には、ＰＶＡ、ＰＡＫ、あるいはＡＣＤなどを添加させてもよい。Ｃｕの腐食耐性をさらに向上させるためには、ＡＣＤやＰＶＡなど加えることもできる。いずれの場合も、上述したようなＰＶＰの効果は何等損なわれることはない。
【００５０】
（実施形態２）
前述の実施形態１で調製したスラリー原液を用い、重量平均分子量の異なるＰＶＰを下記表４に示す含有量で配合して、Ｎｏ．１６〜５０のスラリーを調製した。
【表４】
2006310596.tif 000005
【００５１】
各スラリーを用いて、実施形態１と同様の条件でＣｕ膜の研磨を行ない、Ｃｕ研磨速度、ＣＭＰストップ、テーブルモータ電流、Ｃｕディッシング、およびＣｕコロージョンについて調べた。Ｃｕコロージョンは、１ｃｍ2あたり１０個以下を“○”とし、１０個を越えると“×”とした。残りの項目は、実施形態１の場合と同様に評価した。得られた結果を下記表５にまとめる。表５には、ブルックフィールド粘度計にて測定した各スラリーの粘度も示した。
【表５】
2006310596.tif 000006
【００５２】
ＰＶＰの重量平均分子量および含有量には、好ましい範囲が存在することが示されている。Ｃｕ研磨速度、ＣＭＰストップ、テーブルモータ電流、Ｃｕディッシング、およびＣｕコロージョンの全てを満足するには、ＰＶＰの重量平均分子量は２０,０００以上に規定される。２０,０００未満では、テーブルモータ電流、Ｃｕディッシング、およびＣｕコロージョンを抑制することができない。一方、ＰＶＰの重量平均分子量の上限に関しては、スラリー粘度が２ｍＰａ・ｓｅｃ未満であれば、重量平均分子量〜２００，０００で良好な結果が得られることが確認されている。
【００５３】
２ｍＰａ・ｓｅｃ未満の粘度であれば水と同程度であるので、スラリーの剪断速度に依存せず粘度は略一定とみなすことができる。低粘度のスラリーは、研磨布上に安定して供給することができ、金属膜や絶縁膜に欠陥を引き起こすことがない。その結果、低摩擦で安定して金属膜を均一に研磨することができる。２ｍＰａ・ｓｅｃ以上の高粘度のスラリーでは、こうした効果は得られない。スラリーの粘度が低いほど研磨後の表面は良好となることから、スラリーの粘度は１．５ｍＰａ・ｓｅｃ以下であることが好ましい。なお、下限は限定されないが、分散媒として純水が用いられることから一般的に１ｍＰａ・ｓｅｃ以上となる。
【００５４】
一方、ＰＶＰの最適な含有量の範囲は、その重量平均子量によって若干異なっている。重量平均分子量が２０,０００では０．０５から０．３ｗｔ％であり、４０,０００では０．０１から０．３ｗｔ％である。また、重量平均分子量が１００,０００および２００,０００でも、０．０１から０．３ｗｔ％である。重量平均分子量が大きくなるにしたがって、最適な含有量は減少する傾向がみられる。
【００５５】
重量平均分子量４０，０００以上のＰＶＰが、スラリー総量の０．０１ｗｔ％以上０．１ｗｔ％以下の割合で含有されている場合には、所望される全ての特性を満たすことができる。しかも、スラリーの粘度は、１．５ｍＰａ・ｓｅｃ以下と好ましい範囲内である。具体的には、第一の研磨では、低摩擦、高研磨速度、および低バリアメタル研磨速度を達成することができる。また、Ｃｕディッシングおよび絶縁膜エロージョンは抑制され、Ｃｕコロージョンおよびスクラッチなどの欠陥も低減することができる。さらに、Ｃｕオーバープレーティング部のＣｕ研磨力が向上し、研磨の安定性や研磨速度の均一性が高められる。第二の研磨においても、低摩擦を達成することができ、Ｃｕディッシングや絶縁膜エロージョンが抑制される。バリアメタル研磨速度についても実用的な値であり、特に問題とはならない。また、Ｃｕコロージョン、スクラッチなどの欠陥も低減され、研磨の安定性や研磨速度の均一性が高められる。
【００５６】
なお、重量平均分子量２０,０００以上のＰＶＰを少なくとも１種類含み、そのスラリー中におけるＰＶＰの総含有量が、０．０１ｗｔ％以上０．３ｗｔ％以下という条件が満たされていれば、重量平均分子量の異なる２種類以上のＰＶＰを組み合わせて用いることもできる。この場合も、上述したような効果を同様に得ることができる。スラリーのｐＨや強電解質の添加剤の影響によって、低い粘度を保つのが難しい場合などには、１０，０００程度の低分子量のＰＶＰを配合して調整することもできる。
【００５７】
比較のために次のようなスラリーを調製し、前述と同様の条件でＣｕ膜の研磨を行なってその特性を調べた。具体的には、コロイダルシリカを配合しない以外は、Ｎｏ．３３と同様の処方でＮｏ．５１のスラリーを調製した。また、一次粒子径の異なるコロイダルシリカを０．５ｗｔ％用いた以外は、Ｎｏ．３３と同様の処方で３種類のスラリーを調製した。具体的には、一次粒子径３ｎｍのコロイダルシリカを用いてＮｏ．５２のスラリーとし、一次粒子径６０ｎｍのコロイダルシリカを用いてＮｏ．５３のスラリーを調製した。さらに、一次粒子径１００ｎｍのコロイダルシリカを用いてＮｏ．５４のスラリーを調製した。
【００５８】
コロイダルシリカが含有されていないスラリー（Ｎｏ．５１）では、研磨力にムラが生じ、様々な幅のパターンを均一に削ることができなかった。また、コロイダルシリカの一次粒子径が小さい場合（Ｎｏ．５２）でもＮｏ．５１と場合とほぼ同様であった。コロイダルシリカの一次粒子径が６０ｎｍの場合（Ｎｏ．５３）には、ディッシングおよびスクラッチが劣化して実用的な範囲を越えた。コロイダルシリカの一次粒子径がさらに大きくなると（Ｎｏ．５４）は、被研磨面のＲａを３ｎｍ以下にすることが難しくなるとともに、ディッシングやスクラッチも許容範囲を著しく越えた。
【００５９】
以上の実施形態１および２においては、Ｃｕ−ＣＭＰに要求される条件を次のように想定して、これを達成できるスラリーに注目した。すなわち、Ｃｕ研磨速度が８００ｎｍ／ｍｉｎ以上であり、ＣＭＰが途中で停止せず、研磨時のテーブルモータ電流が８Ａ以下で、しかもＣｕディッシングが２０ｎｍ以下に抑制できるスラリーである。
【００６０】
Ｃｕ−ＣＭＰに要求される条件は、これに限定されるものではなく、所望される条件に応じてスラリーの組成を決定することができる。例えば、Ｃｕの研磨速度が８００ｎｍ／ｍｉｎ未満と小さくても、Ｃｕディッシングを１０ｎｍ以下によりいっそう低減することが求められる場合には、コロイダルシリカの総含有量を０．５から０．１ｗｔ％へ低減すればよい。あるいは、コロイダルシリカの一次粒子径を５〜１０ｎｍ程度に小さくするといった方法も効果的である。例えば、会合度１．５、一次粒子径が５ｎｍのコロイダルシリカ０．４ｗｔ％と、会合度１．５、一次粒子径が２５ｎｍコロイダルシリカ０．１ｗｔ％との２種類のコロイダルシリカを組み合わせて用いる。またさらに、研磨荷重を減少させてもよい。いずれの場合も、Ｃｕの研磨速度は５５０ｎｍ／ｍｉｎ程度に低下するものの、必要以上の機械的な作用が被研磨面に影響しないことから、１００ｎｍ以下の極浅のＣｕダマシン配線を形成するのには好適である。
【００６１】
一方、Ｃｕディッシングは２０ｎｍを越えても、Ｃｕ研磨速度を高めることが求められる場合には、保護膜形成剤の含有量を変更するといった手法が効果的である。ＰＶＰを含有しない従来のスラリーには、例えば、水不溶性の錯体形成剤として、キノリン酸０．５ｗｔ％、およびドデシルベンゼンスルホン酸カリウム０．０５ｗｔ％が含有され、水可溶性の錯体形成剤としてアラニン０．３ｗｔ％などが含有されている。また、酸化剤として配合された過硫酸アンモニウムがｐＨ８を越えるアルカリ領域でアンモニアとなって、水可溶性の錯体形成剤として作用する。こうした組成の従来のスラリーでは、Ｃｕ研磨速度は１２００ｎｍ／ｍｉｎであるものの、Ｃｕディッシングは５５ｎｍにも及ぶ。こうした従来のスラリーに対して、重量平均分子量４０,０００のＰＶＰを０．１ｗｔ％の含有量で添加することによって、Ｃｕディッシング３０ｎｍに抑制することができる。しかも、Ｃｕ研磨速度１３００ｎｍ／ｍｉｎに高められる。
【００６２】
上述したように、ＰＶＰを含有する本発明の実施形態にかかるスラリーを用いることによって、最先端の半導体装置の規格を満たすことが可能となる。さらに、現在の世代、あるいは前世代の半導体装置を製造するためのスラリーにおいても、ＰＶＰを配合することによって、その性能を改善することができる。
【００６３】
（実施形態３）
図２および図４を参照して、本実施形態を説明する。
【００６４】
まず、前述の実施形態１の場合と同様の材料および膜厚で絶縁膜等を堆積して、図１に示したような構造を得た。その後、Ｎｏ．３３のスラリーを用いて実施形態２の条件で第一の研磨を行なって、図２に示したようにバリアメタル１６の表面を露出した。さらに、第二の研磨（タッチアップＣＭＰ）を行なって、図４に示すように第二の低誘電率絶縁膜１５の表面を露出した。
【００６５】
タッチアップＣＭＰに当たっては、まず、図３に示すように、研磨布２１が貼付されたターンテーブル２０を１００ｒｐｍで回転させつつ、半導体基板２２を保持したトップリング２３を２００ｇｆ/ｃｍ2の研磨荷重で当接させた。トップリング２３の回転数は１０５ｒｐｍとし、研磨布２１上には、スラリー供給ノズル２５から２００ｃｃ/ｍｉｎの流量でスラリー２７を供給した。以下に説明するような種々のスラリーを用い、研磨布としてはＩＣ１０００（ＲＯＤＥＬ社）を用いて、９０秒間の研磨を行なった。
【００６６】
タッチアップに用いるスラリーを調製するに当たって、まず、以下の処方で各成分を純水に配合してスラリー原液を得た。配合量は、スラリーの総量に対する割合である。
【００６７】
酸化剤：過酸化水素０．１ｗｔ％    
保護膜形成剤：キノリン酸０．３ｗｔ％、マレイン酸０．３ｗｔ％
コロイダルシリカ：会合度２、一次粒子径が３０ｎｍのコロイダルシリカ３．５ｗｔ％
さらに、水酸化カリウムを加えてｐＨを１０．５にコントロールした。
【００６８】
水溶性高分子化合物として、ＰＶＰ（重量平均分子量４０，０００）と、非イオン性のＨＬＢ値１３のシリコーン樹脂とを準備した。ＨＬＢ値は、ＧＰＣを用いて界面活性剤の溶出容量により算出される値である。水溶性高分子化合物を配合せずに、上述したスラリー原液のみを用いてＮｏ．５５のスラリーとし、さらに、下記表６に示す処方でＮｏ．５６〜７１のスラリーを調製した。
【表６】
2006310596.tif 000007
【００６９】
本実施形態におけるＰＶＰの含有量は、上記表６に示したようにスラリー総量の０．００５ｗｔ％以上０．７ｗｔ％以下の範囲内とした。この含有量は、コロイダルシリカの重量の１．４３％以上２０％以下に相当する。スラリー総量の０．０１ｗｔ％以上０．３ｗｔ％以下の範囲内であれば、コロイダルシリカの重量に対するＰＶＰの割合は、適宜変更することができる。
【００７０】
上記表６に示した１７種類のスラリーを用いて、上述した条件によりタッチアップＣＭＰを行ない、テーブルモータ電流、Ｃｕディッシング、絶縁膜エロージョン、Ｃｕ上欠陥、および絶縁膜上欠陥を調べた。
【００７１】
絶縁膜エロージョンは、２０ｎｍ以下を“○”とし、２０ｎｍを越えると“×”とした。Ｃｕ上欠陥は、ＫＬＡ−テンコール社製の装置を用いて、１ｃｍ×１ｃｍの領域を観察し、Ｃｕコロージョンとスクラッチとの合計が１０個以下であれば“○”とした。１０個を越えると“×”である。絶縁膜上欠陥は、ＫＬＡにより１ｃｍ×１ｃｍの領域を観察し、付着物とスクラッチとの合計が１０個以下を“○”とした。１０個を越えると“×”である。なお、絶縁膜上の付着物とは、削りかすなどをさす。テーブルモータ電流およびＣｕディッシングについては、前述と同様にして評価した。
【００７２】
各スラリーを用いた結果を、下記表７にまとめる。
【表７】
2006310596.tif 000008
【００７３】
タッチアップＣＭＰにおいても、本発明の実施形態にかかるスラリーの効果が確認された。水溶性高分子化合物を含まないＮｏ．５５のスラリーでは、Ｃｕディッシングが２０ｎｍ以下に抑制されたのみで、これ以外はＮＧであった。本実施形態において第二の低誘電率絶縁膜１５を構成しているＳｉＯＣは疎水性膜であることから、液体潤滑状態での安定したＣＭＰが行なわれにくい状態と考えられる。また、シリコーン樹脂を配合したＮｏ．６４〜７１では、テーブルモータ電流が高く、絶縁膜のエロージョンを抑制し得る含有量の範囲が狭い。これは、シリコーン樹脂によってコロイダルシリカが容易に凝集することに起因するものと考えられる。
【００７４】
一方、ＰＶＰを配合した場合には、その含有量が０．０１から０．３ｗｔ％であれば、全ての項目に対してＯＫであった。すなわち、Ｎｏ．５７〜６１のスラリーである。特にＳｉＯＣなどの研磨速度を低減する効果や、ＣｕとＳｉＯＣとの間のエロージョンが大きくなるといった現象は、大幅に改善することができた。０．００５ｗｔ％以下（Ｎｏ．５６）では、ＰＶＰの含有量が少なすぎて、テーブルモータ電流およびエロージョンを改善する効果が十分に得られていない。一方、０．５ｗｔ％以上（Ｎｏ．６２，６３）では、ディッシングやＣｕ上欠陥が大きくなり、エロージョンも増加する。研磨特性に加えてスラリーの粘度も考慮すると、重量平均分子量４０，０００のＰＶＰの含有量は０．０１ｗｔ％以上０．１ｗｔ％以下が好ましい範囲であるといえる。
【００７５】
本実施形態でのタッチアップＣＭＰにおいては、この研磨で露出される第二の低誘電率絶縁膜としてＳｉＯＣを用いたが、これに限定されるものではない。ＳｉＯ2やＳｉＯ2／ＳｉＯＣ積層構造のＳｉＯ2を研磨してＳｉＯＣでストップさせる構造に対しても効果を発揮する。重量平均分子量２０，０００以上のＰＶＰを添加することによって、未添加時と比較して、ＳｉＯ2研磨速度は１／３から２／３へ減少し、ＳｉＯＣなどの研磨速度は１／１０以下に減少することが確認されている。絶縁膜に求められる研磨速度に応じて、実用的な範囲でＰＶＰの含有量を調節することができる。
【００７６】
Ｃｕ、バリアメタル、および絶縁膜の研磨速度をコントロールしてタッチアップＣＭＰを行なう場合には、酸性側へｐＨをシフトさせることも有効である。さらに、水不溶性（第一）の錯体形成剤として７−ヒドリキシ−５−メチル−１，３，４−トリアザインドリジンを用い、水溶性（第二）の錯体形成剤としては、フタル酸、シュウ酸、クエン酸、乳酸、酢酸、ＴＭＡＨ、およびエチレンジアミンからなる群から選択される少なくとも１種を用いることも、効果的である。
【００７７】
比較のために次のようなスラリーを調製し、前述と同様の条件でタッチアップＣＭＰを行なってその特性を調べた。具体的には、コロイダルシリカを配合しない以外は、Ｎｏ．５９と同様の処方でＮｏ．７２のスラリーを調製した。また、一次粒子径の異なるコロイダルシリカを３．５ｗｔ％用いた以外は、Ｎｏ．５９と同様の処方で３種類のスラリーを調製した。具体的には、一次粒子径３ｎｍのコロイダルシリカを用いてＮｏ．７３のスラリーとし、一次粒子径６０ｎｍのコロイダルシリカを用いてＮｏ．７４のスラリーを調製した。さらに、一次粒子径１００ｎｍのコロイダルシリカを用いてＮｏ．７５のスラリーを調製した。
【００７８】
コロイダルシリカが含有されていないスラリー（Ｎｏ．７２）では、研磨力にむらが生じ、様々な幅のパターンを均一に削ることができなかった。また、コロイダルシリカの一次粒子径が小さい場合（Ｎｏ．７３）では、Ｎｏ．７２の場合とほぼ同様であり、特にバリアメタルおよびＳｉＯ2の研磨力が低下した。コロイダルシリカの一次粒子径が６０ｎｍの場合（Ｎｏ．７４）には、ディッシングおよびスクラッチが劣化して実用的な範囲を越えた。コロイダルシリカの一次粒子径がさらに大きくなると（Ｎｏ．７５）、被研磨面のＲａを３ｎｍ以下にすることが難しくなるとともに、ディッシングやスクラッチも許容範囲を著しく越えた。
【００７９】
本発明の実施形態にかかるスラリーは、重量平均分子量が２０，０００以上のＰＶＰを、スラリー総量の０．０１ｗｔ％以上０．３ｗｔ％以下の割合で含有しているので、研磨布上に安定に供給し、低摩擦で安定して金属膜を均一に研磨することができる。金属膜や絶縁膜には、何等欠陥を引き起こすことはない。しかも、含有されるコロイダルシリカの一次粒子径を５ｎｍ以上５０ｎｍ以下に規定しているので、本発明の実施形態にかかるスラリーを用いることによって、安定して金属膜を研磨するとともに被研磨面のＲａを３ｎｍ以下に確保できることが確認された。ＰＶＰの重量平均分子量および含有量、さらにはコロイダルシリカの一次粒子径といった条件を全て満足しなければ、こうした効果は得られない。
【００８０】
（実施形態４）
図５および図６を参照して、本実施形態を説明する。
【００８１】
まず、図５に示すように、半導体素子（図示せず）が形成された半導体基板１０上に、ＳｉＯ2からなる絶縁膜１１を設け、凹部としてのホールＢを形成した。ホールＢの直径は０．１μｍとし、被覆率は２５％とした。さらに、バリアメタル１２を介してプラグ材料膜１３ａを堆積した。バリアメタル１２としては、膜厚１５ｎｍのＴｉＮ膜を用い、プラグ材料膜１３ａとしては、膜厚１５０ｎｍのＷ膜を堆積した。その後、ＣＭＰによりプラグ材料膜１３ａおよびバリアメタル１２を含む金属膜１９を選択的に除去して、図６に示すようにバリアメタル１２を介してホールＢ内にプラグ１３を埋め込み形成した。
【００８２】
金属膜１９のＣＭＰに当たっては、まず、図３に示すように、研磨布２１が貼付されたターンテーブル２０を７０ｒｐｍで回転させつつ、半導体基板２２を保持したトップリング２３を２００ｇｆ/ｃｍ2の研磨荷重で当接させた。トップリング２３の回転数は７５ｒｐｍとし、研磨布２１上には、スラリー供給ノズル２５から２００ｃｃ/ｍｉｎの流量でスラリー２７を供給した。以下に説明するような種々のスラリーを用い、研磨布としてはＩＣ１０００（ＲＯＤＥＬ社）を用いた。研磨は、プラグ材料膜１３ａとしてのＷ膜が除去されて、バリアメタル１２としてのＴｉＮ膜が露出するまでのＣＭＰ時間に＋５０％のオーバーポリッシュを行なった。
【００８３】
金属膜１９の研磨に用いたスラリーを調製するに当たって、まず、以下の処方で各成分を純水に配合してスラリー原液を得た。各成分の配合量は、スラリーの総量に対する割合である。  
酸化剤：硝酸第二鉄３ｗｔ％
保護膜形成剤：ベンゾトリアゾール０．０２５ｗｔ％、マロン酸０．３ｗｔ％
コロイダルシリカ：会合度２、一次粒子径が１５ｎｍのコロイダルシリカ２．５ｗｔ％と、会合度２、一次粒子径が５０ｎｍのコロイダルシリカ０．５ｗｔ％
スラリーｐＨは２.２であった。
【００８４】
上述したスラリー原液のみを用いてＮｏ．７６のスラリーとし、水溶性高分子としてＰＶＰ（重量平均分子量：１００,０００）をスラリー総量の０．０５ｗｔ％配合して、Ｎｏ．７７のスラリーを調製した。
【００８５】
こうした２種類のスラリーを用いて、上述した条件によりプラグ材料膜１３ａおよびバリアメタル１２のＣＭＰを行なった。径０．１μｍのプラグが被覆率２５％で配置されたアレイ部の３００μｍ×３００μｍの領域について、ＡＦＭにより段差を測定した。その結果、ＰＶＰを含有しないＮｏ．７６のスラリーを用いた場合には、５２ｎｍもの段差が確認された。これに対して、ＰＶＰを含有するＮｏ．７７のスラリーを用いた場合の段差は１８ｎｍであり、大幅に低減することができた。アレイ部における段差は、２０ｎｍ以下であれば、実質的に影響はないので許容範囲内である。
【００８６】
（実施形態５）
バリアメタル１２を膜厚１０ｎｍのＮｂ膜に変更し、プラグ材料膜１３を膜厚１５０ｎｎｍのＡｌ膜に変更した以外は、前述の実施形態４と同様の手法により図５に示す構造を形成した。その後、ＣＭＰによりプラグ材料膜１３ａおよびバリアメタル１２を含む金属膜１９を選択的に除去して、図６に示すようにホールＢ内にバリアメタル１２を介してプラグ１３を埋め込み形成した。
【００８７】
金属膜１９のＣＭＰに当たっては、まず、図３に示すように、研磨布２１が貼付されたターンテーブル２０を１１５ｒｐｍで回転させつつ、半導体基板２２を保持したトップリング２３を１５０ｇｆ/ｃｍ2の研磨荷重で当接させた。トップリング２３の回転数は１２０ｒｐｍとし、研磨布２１上には、スラリー供給ノズル２５から３００ｃｃ/ｍｉｎの流量でスラリー２７を供給した。以下に説明するような種々のスラリーを用い、研磨布としてはＩＣ１０００（ＲＯＤＥＬ社）を用いた。研磨は、プラグ材料膜１３ａとしてのＡｌ膜が除去されて、バリアメタル１２としてのＮｂ膜が露出するまでのＣＭＰ時間に＋５０％のオーバーポリッシュを行なった。
【００８８】
金属膜１９の研磨に用いたスラリーを調製するに当たって、まず、以下の処方で各成分を純水に配合してスラリー原液を得た。各成分の配合量は、スラリーの総量に対する割合である。  
酸化剤：過硫酸アンモニウム１ｗｔ％
保護膜形成剤：キノリン酸０．７５ｗｔ％、ドデシルベンゼンスルホン酸カリウム０．０７５ｗｔ％、グリシン１ｗｔ％
コロイダルシリカ：一次粒子径１０ｎｍ、５ｗｔ％（ただし、０．５ｗｔ％の割合で配合された直径１００ｎｍの有機粒子（ＰＭＭＡ）と一体化した複合粒子である）
スラリーｐＨは約５であった。
【００８９】
上述したスラリー原液のみを用いてＮｏ．７８のスラリーとし、水溶性高分子としてＰＶＰ（重量平均分子量：９０,０００）をスラリー総量の０．０５ｗｔ％添加して、Ｎｏ．７９のスラリーを調製した。
【００９０】
こうした２種類のスラリーを用いて、上述した条件によりプラグ材料膜１３ａおよびバリアメタル１２のＣＭＰを行なった。径０．１μｍのプラグが被覆率２５％で配置されたアレイ部の３００μｍ×３００μｍの領域について、ＡＦＭにより段差を測定した。その結果、ＰＶＰを含有しないＮｏ．７８のスラリーを用いた場合には、３５ｎｍもの段差が確認された。これに対して、ＰＶＰを含有するＮｏ．７９のスラリーを用いた場合には、段差は２０ｎｍであり、大幅に低減することができた。すでに説明したように、アレイ部の段差は、２０ｎｍ以下であれば実質的に影響はないので許容範囲内である。
【００９１】
以上の実施形態においては、配線材料としてＣｕ、プラグ材料としてＷおよびＡｌ、バリアメタルとしては、Ｔａ，ＴｉＮ，およびＮｂを用いたが、本発明の実施形態にかかるスラリーの効果が発揮される金属は、これに限定されるものではない。
【００９２】
本発明の実施形態にかかるスラリーは、Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｖ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ａｇ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓｉ、これらの元素を含む積層構造、あるいは実質的にバリアメタルが存在しないような構造に対しても有効である。本発明の実施形態にかかるスラリーは、ほとんどの金属を研磨した際に同様の効果を発揮することが期待される。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の実施形態にかかる半導体装置の製造方法を表わす工程断面図。
【図２】図１に続く工程を表わす断面図。
【図３】ＣＭＰの状態を説明する概略図。
【図４】図２に続く工程を表わす断面図。
【図５】本発明の他の実施形態にかかる半導体装置の製造方法を表わす工程断面図。
【図６】図５に続く工程を表わす断面図。
【符号の説明】
【００９４】
１０…半導体基板；  １１…絶縁膜；  １２…バリアメタル；  １３…プラグ
１３ａ…プラグ材料膜；  １４…第一の低誘電率絶縁膜
１５…第二の低誘電率絶縁膜  １６…バリアメタル；  １７…Ｃｕ膜
１８…金属膜；  １９…金属膜；  Ａ…配線溝；  Ｂ…ホール
２０…ターンテーブル；  ２１…研磨布；  ２２…半導体基板
２３…トップリング；  ２４…水供給ノズル；  ２５…スラリー供給ノズル
２６…ドレッサー。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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