(57)【要約】【課題】被研磨面のディッシング、エロージョンを抑え、平滑性を向上させるとともに、配線上のスクラッチの発生を抑制して、半導体装置製造の歩留まりを向上させる化学機械研磨方法を提供すること。【解決手段】本発明は、（Ａ）砥粒、（Ｂ）複素環を有する化合物、（Ｃ）界面活性剤及び（Ｄ）過酸化水素が配合された化学機械研磨用水系分散体を使用して、被研磨体を化学機械的に研磨する化学機械研磨方法であって、化学機械研磨用水系分散体の電気伝導度が４〜４０ｍＳ／ｃｍであり、化学機械研磨が以下の工程を含むものである。（１）被研磨体を化学機械的に研磨する第一工程。（２）特定の条件変更を行ったうえ、上記第一工程と連続して１秒以上行われる第二工程。（３）被研磨体のリンスを行う第三工程。【選択図】なし。【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）砥粒、（Ｂ）複素環を有する化合物、（Ｃ）界面活性剤及び（Ｄ）過酸化水素が配合された化学機械研磨用水系分散体を使用して、被研磨体を化学機械的に研磨する化学機械研磨方法であって、
化学機械研磨用水系分散体の電気伝導度が４〜４０ｍＳ／ｃｍであり、
化学機械研磨が以下の工程を含むことを特徴とする、化学機械研磨方法。
（１）被研磨体を化学機械的に研磨する第一工程。
（２）下記のいずれかのうち少なくとも一つの条件変更を行ったうえ、上記第一工程と連続して１秒以上行われる第二工程。
（ｉ）研磨ヘッド押し付け圧を、第一工程における圧力の５０％以下とする。
（ｉｉ）研磨ヘッド及び／又は定盤の回転数を、第一工程における回転数の５０％以下とする。
（ｉｉｉ）化学機械研磨用水系分散体の単位時間あたりの供給量を、第一工程における単位時間あたりの供給量の２５％以下とする。
（３）被研磨体のリンスを行う第三工程。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学機械研磨方法に関する。更に詳しくは、高速ロジックＬＳＩ等の０．１μｍ程度の微細な配線から１００μｍ程度の広い配線までの混載を必要とする半導体装置の配線形成工程において好適に使用できる化学機械研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の高密度化に伴い、形成される配線の微細化が進んでいる。この配線の更なる微細化を達成することができる技術として、ダマシン法と呼ばれる技術が注目されている。この方法は、絶縁材中に形成された溝等に配線材料を埋め込んだ後、化学機械研磨により溝部以外に堆積した余剰な配線材料を除去することによって所望の配線を形成するものである。
上記化学機械研磨工程において、配線材料が、本来除去すべき部分を超えて過剰に研磨されることがあり、これにより凹状の形状となる場合がある。このような凹状の形状は、「ディッシング」又は「エロージョン」と呼ばれ、半導体装置製造の歩留まりを低下させてしまうこととなる。
更に化学機械研磨の際、被研磨面にスクラッチと呼ばれる引っ掻き傷状の表面欠陥等を生じることがあり、ディッシング、エロージョンと同様に半導体装置製造の歩留まりを低下させることとなる。
【０００３】
従来、ディッシング、エロージョンを抑え、平滑性を向上することや、スクラッチ等の表面欠陥を抑制するために、種々の化学機械研磨用水系分散体が提案されている。
例えば、特許文献１には、研磨剤、水及び鉄化合物からなる水系分散体がディッシング抑制に効果があることが開示されている。また、特許文献２には、研磨剤、α−アラニン、過酸化水素及び水からなる水系分散体がディッシング及びエロージョンの抑制に有効であり、平滑性に優れた被研磨面が得られることが開示されている。
更に特許文献３には、界面活性剤を添加した水系分散体が、被研磨面の平滑性改良に効果がある旨が開示されている。
しかし、従来知られている技術では、被研磨面を平坦性良く仕上げても、配線上にスクラッチが入り、歩留まりが大きく低下する問題があった。そのため、配線上のスクラッチの発生を効果的に抑制する方策が求められていた。
【特許文献１】特開平１０−１６３１４１号公報
【特許文献２】特開平２０００−１６０１４１号公報
【特許文献３】特開平１０−４４０４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記問題を解決するものであり、その課題は、被研磨面のディッシング、エロージョンを抑え、平滑性を向上させるとともに、配線上のスクラッチの発生を抑制して、半導体装置製造の歩留まりを向上させる化学機械研磨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】
【０００５】
本発明によれば、本発明の上記課題は、（Ａ）砥粒、（Ｂ）複素環を有する化合物、（Ｃ）界面活性剤及び（Ｄ）過酸化水素が配合された化学機械研磨用水系分散体を使用して、被研磨体を化学機械的に研磨する化学機械研磨方法であって、
化学機械研磨用水系分散体の電気伝導度が４〜４０ｍＳ／ｃｍであり、
化学機械研磨が以下の工程を含むことを特徴とする、化学機械研磨方法によって達成される。
（１）被研磨体を化学機械的に研磨する第一工程。
（２）下記のいずれかのうち少なくとも一つの条件変更を行ったうえ、上記第一工程と連続して１秒以上行われる第二工程。
（ｉ）研磨ヘッド押し付け圧を、第一工程における圧力の５０％以下とする。
（ｉｉ）研磨ヘッド及び／又は定盤の回転数を、第一工程における回転数の５０％以下とする。
（ｉｉｉ）化学機械研磨用水系分散体の単位時間あたりの供給量を、第一工程における単位時間あたりの供給量の２５％以下とする。
（３）被研磨体のリンスを行う第三工程。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、被研磨面のディッシング、エロージョンを抑え、平滑性を向上させるとともに、配線上のスクラッチの発生を抑制して、半導体装置製造の歩留まりを向上させる化学機械研磨方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明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は、（Ａ）砥粒、（Ｂ）複素環を有する化合物、（Ｃ）界面活性剤及び（Ｄ）過酸化水素が配合されており、かつ、４〜４０ｍＳ／ｃｍの範囲の電気伝導度を有するものである。
（Ａ）上記砥粒としては、例えば無機粒子、有機粒子、有機無機複合粒子等を挙げることができる。
上記無機粒子としては、例えばシリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、セリア等を挙げることができる。上記シリカとしては、ヒュームド法シリカ、ゾルゲル法シリカ、コロイダルシリカ等を挙げることができる。ヒュームド法シリカは、気相中で塩化ケイ素等を酸素及び水素と反応させる方法により合成することができる。ゾルゲル法シリカ金属アルコキシケイ素を加水分解縮合するゾルゲル法により合成することができる。上記コロイダルシリカは、精製により不純物を除去した原料を出発物質とする無機コロイド法により合成することができる。
【０００８】
上記有機粒子としては、例えばポリ塩化ビニル、ポリスチレン、スチレン共重合体、ポリアセタール、飽和ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリオレフィン、オレフィン共重合体、フェノキシ樹脂、（メタ）アクリル樹脂及びアクリル共重合体からなる群から選択される少なくとも一種から構成される有機粒子を挙げることができる。上記スチレン共重合体としては、例えばスチレン／メタクリル酸共重合体、スチレン／ジビニルベンゼン共重合、スチレン／アクリロニトリル共重合体等；
上記ポリオレフィンとしては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−１−ブテン、ポリ−４−メチル−１−ペンテン等；
上記（メタ）アクリル樹脂としては、例えばポリメチルメタクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート等；
上記アクリル共重合体としては、例えばメチルメタクリレート／メタクリル酸共重合体、メチルメタクリレート／エチレングリコールジメタクリレート共重合体等をそれぞれ挙げることができる。
【０００９】
上記有機無機複合粒子は、上記したような有機粒子と無機粒子が、化学機械研磨工程の際に容易に分離しない程度に一体に形成されていればよく、その種類、構成等は特に限定されない。
有機無機複合粒子としては、例えば以下の構成を採ることができる。
（１）有機粒子の存在下に金属又はケイ素のアルコキシド化合物を重縮合させて得られた有機無機複合粒子。ここで、金属又はケイ素のアルコキシド化合物としては、例えばアルコキシシラン、アルミニウムアルコキシド、チタンアルコキシド等を挙げることができる。この場合、精製する重縮合体は、有機粒子が有する官能基に直接結合されていてもよいし、適当なカップリング剤（例えばシランカップリング剤等）を介して結合さていてもよい。
（２）相異なる符号のゼータ電位を有する有機粒子と無機粒子が、静電力によって結合している有機無機複合粒子。この場合、有機粒子と無機粒子のゼータ電位の符号が異なるｐＨ領域において両者を混合することにより複合粒子を形成してもよく、有機粒子と無機粒子のゼータ電位の符号が同じｐＨ領域で両者を混合した後、有機粒子と無機粒子のゼータ電位の符号が異なるｐＨ領域に液性を変化させることにより複合粒子を形成してもよい。
（３）上記（２）の複合粒子の存在下に、金属又はケイ素のアルコキシド化合物を重縮合させて得られた有機無機複合粒子。ここで、金属又はケイ素のアルコキシド化合物としては、上記（１）の場合と同様のものを使用することができる。
【００１０】
これらのうち、無機粒子、有機無機複合粒子を使用することが好ましく、シリカ、アルミナ、有機無機複合粒子を使用することがより好ましい。
本発明に用いる化学機械研磨用水系分散体に配合される（Ａ）砥粒の平均分散粒子径は５〜１，０００ｎｍが好ましく、５〜７００ｎｍであることがより好ましく、１０〜５００ｎｍであることが更に好ましい。この範囲の平均分散粒子径を有する砥粒を使用することにより、研磨速度が大きく、ディッシング及びエロージョンが十分に抑制され、且つ粒子の沈降や分離を生ずることのない、安定な化学機械研磨用水系分散体とすることができる。なお、この平均粒子径は、レーザー散乱回折型測定機又は透過型電子顕微鏡によって観察することにより測定することができる。
また、不純物金属が化学機械研磨処理後の半導体装置に残留すると歩留まり低下を引き起こすことがあるため、本発明に用いる（Ａ）砥粒は、これら不純物金属含有量を、砥粒の全量に対して好ましくは１０ｐｐｍ以下、より好ましくは５ｐｐｍ以下、更に好ましくは３ｐｐｍ以下、特に好ましくは１ｐｐｍ以下に抑えたものであることが望ましい。上記不純物金属としては、例えば鉄、ニッケル、亜鉛等を挙げることができる。
本発明に用いる化学機械研磨用水系分散体に配合される（Ａ）砥粒の量としては、好ましくは０．００１〜１０質量％であり、より好ましくは０．０１〜７質量％であり、更に好ましくは０．１〜５質量％である。この範囲の配合量とすることにより、十分な研磨速度を示し、かつディッシング及びエロージョンが十分に抑制された被研磨面を得ることができる。
【００１１】
上記（Ｂ）複素環を有する化合物としては、例えばベンゼン環もしくはナフタレン環の少なくとも一方並びに窒素原子を少なくとも１個有する複素五員環もしくは複素六員環の少なくとも一方から構成される縮合環を有する化合物を挙げることができる。このような構造を有する化合物としては、例えばキノリン、イソキノリン、ベンゾトリアゾール、ベンゾイミダゾール、インドール、イソインドール、キナゾリン、シンノリン、キノキサリン、フタラジン及びアクリジンのうちから選ばれる構造を有する化合物が好ましく、キノリン、ベンゾトリアゾール又はベンゾイミダゾールの構造を有する化合物がより好ましい。
このような化合物の具体例としては、例えばキナルジン酸、キノリン酸、ベンゾトリアゾール、カルボキシベンゾトリアゾール、ベンゾイミダゾール等を挙げることができ、これらのうちキナルジン酸、キノリン酸が好ましく使用できる。
本発明に用いる化学機械研磨用水系分散体に配合される（Ｂ）複素環を有する化合物の量としては、好ましくは０．０１〜２質量％であり、より好ましくは０．０２〜１．５質量％であり、更に好ましくは０．０３〜1質量％である。この範囲の配合量とすることにより、高い研磨速度とスクラッチ派生が抑制された水系分散体を得ることができる。
【００１２】
上記（Ｃ）界面活性剤としては、カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、両イオン系界面活性剤及び非イオン系界面活性剤のいずれもが使用できる。
上記カチオン系界面活性剤としては、例えばアルキルアミン塩、第４級アンモニウム塩等が挙げられる。これらカチオン系界面活性剤における対アニオンとしては、例えば、塩化物イオン等を挙げることができる。
上記アニオン系界面活性剤としては、例えばアルキル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、その他のスルホン酸塩、脂肪酸塩、リン酸塩等を挙げることができる。アルキル硫酸エステル塩としては、例えばラウリル硫酸塩等；ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩としては、例えばポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸塩等；アルキルベンゼンスルホン酸塩としては、例えばドデシルベンゼンスルホン酸塩等；その他のスルホン酸塩としては、例えばアルキルナフタレンスルホン酸塩、ジアルキルスルホコハク酸塩、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸塩等；脂肪酸塩としては、例えばオレイン酸塩、ステリアリン酸塩等；リン酸塩としては、例えばポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸塩等を、それぞれ挙げることができる。これらアニオン系界面活性剤が塩である場合には、その対カチオンとしては、例えばアンモニウムイオン、カリウムイオン等を挙げることができる。
【００１３】
上記両イオン系界面活性剤としては、例えばアルキルアミンオキサイド、アルキルベタイン等を挙げることができ、アルキルアミンオキサイドとしては、例えばラウリルジメチルアミンオキサイド等；アルキルベタインとしては、例えばラウリルベタイン、ステアリルベタイン等を、それぞれ挙げることができる。
上記非イオン系界面活性剤としては、例えばエーテル型の非イオン系界面活性剤、エステル型の非イオン系界面活性剤、その他の非イオン系界面活性剤を挙げることができる。上記エーテル型の非イオン系界面活性剤としては、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル等のポリオキシアルキレンアルキルエーテル；上記エステル型の非イオン系界面活性剤としては、例えばソルビタン脂肪酸エステル，ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル等；その他の非イオン系界面活性剤としては、例えばポリオキシエチレンアルキルアミン、アルキルアルカノールアミド、アセチレンジオール等を、それぞれ挙げることができる。
【００１４】
これらの界面活性剤のうち、アニオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤が好ましく、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキル硫酸塩、アセチレンジオール系ノニオン界面活性剤がより好ましく、ドデシルベンゼンスルホン酸塩、ドデシル硫酸塩、アセチレンジオール系ノニオン界面活性剤等が更に好ましい。アセチレンジオール系界面活性剤の市販品としては、例えばサーフィノール４６５，サーフィノール４８５（以上、エアープロダクツジャパン（株）製）等を挙げることができる。
本発明に用いる化学機械研磨用水系分散体に配合される（Ｃ）界面活性剤の量としては、好ましくは０．００１〜１質量％であり、より好ましくは０．００５〜０．７質量％であり、更に好ましくは０．０１〜０．５質量％である。この範囲の配合量とすることにより、十分な研磨速度を得ることができ、かつ被研磨面のコロージョンの発生が十分に抑制された被研磨面を得ることができる。
【００１５】
本発明に用いる化学機械研磨用水系分散体に配合される（Ｄ）過酸化水素の量としては、好ましくは０．０１〜１０質量％であり、より好ましくは０．０５〜５質量％であり、更に好ましくは０．１〜２重量％である。この範囲の配合量とすることにより、十分な研磨速度を得ることができ、かつ被研磨面のコロージョンの発生が十分に抑制された被研磨面を得ることができる。
なお、本発明に用いる化学機械研磨用水系分散体は、（Ｄ）過酸化水素以外の酸化剤を含有することはできるが、過硫酸アンモニウムを含有しないことが好ましい。
【００１６】
本発明に用いる化学機械研磨用水系分散体は、その電気伝導度が４〜４０ｍＳ／ｃｍの範囲にあり、好ましくは５〜３０ｍＳ／ｃｍであり、より好ましく６〜２０ｍＳ／ｃｍである。
電気伝導度を上記の範囲内に調整するために、必要に応じて各種の添加剤を配合することができる。伝導度を調整するため配合することのできる添加剤としては、例えば有機酸、無機酸、有機塩基、無機塩基を挙げることができる。
上記有機酸としては、例えばシュウ酸、マロン酸、コハク酸、クエン酸、マレイン酸、ギ酸、フマル酸、没食子酸、フタル酸、キノリン酸、キナルジン酸、リンゴ酸、酒石酸、パラトルエンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、イソプレンスルホン酸、グルコン酸、乳酸、グリコール酸、ポリアクリル酸等を挙げることができる。
上記無機酸としては、硝酸、硫酸、リン酸等を挙げることができる。
上記有機塩基としては、例えばアミン化合物、アミド化合物、第４級アンモニウム塩等を挙げることができる。アミン化合物としては、例えばジメチルアミン、ジエチルアミン、エチレンジアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ヒドラジン等；アミド化合物としては、例えばアミド硫酸、カリウムアミド等；第４級アンモニウム塩としては、例えば水酸化テトラメチルアンモニウム等をそれぞれ挙げることができる。
上記無機塩基としては、例えばアルカリ金属の水酸化物、アンモニア等を挙げることができる。上記アルカリ金属の水酸化物としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウム等を挙げることができる。
【００１７】
上記した有機酸、無機酸、有機塩基、無機塩基は、有機酸又は無機酸と、有機塩基又は無機塩基からなる塩として配合されても良い。このような塩としては、例えば硫酸アンモニウム、シュウ酸カリウム、クエン酸アンモニウム、りん酸アンモニウム、りん酸カリウム、硝酸アンモニウム、硝酸カリウム等を挙げることができる。
電気伝導度を上記の範囲に調整した化学機械研磨用水系分散体を使用することにより、高い研磨速度を得ることができ、かつ被研磨面のコロージョンの発生が十分に抑制された被研磨面を得ることができることとなる。
なお、上記電気伝導度は、２５℃において測定したものであると理解されるべきである。
本発明に用いる化学機械研磨用水系分散体は、そのｐＨが好ましくは４〜１２であり、より好ましくは５〜１１である。
【００１８】
上記の如き化学機械研磨用水系分散体を使用する本発明の化学機械研磨方法は、以下の工程を含むことを特徴とする。
（１）被研磨体を化学機械的に研磨する第一工程。
（２）下記のいずれかのうち少なくとも一つの条件変更を行ったうえ、上記第一工程と連続して１秒以上行われる第二工程。
（ｉ）研磨ヘッド押し付け圧を、第一工程における圧力の５０％以下とする。
（ｉｉ）研磨ヘッド及び／又は定盤の回転数を、第一工程における回転数の５０％以下とする。
（ｉｉｉ）化学機械研磨用水系分散体の単位時間あたりの供給量を、第一工程における単位時間あたりの供給量の２５％以下とする。
（３）被研磨体のリンスを行う第三工程。
【００１９】
本発明の方法は、市販の化学機械研磨装置を用いて実施することができる。
市販の化学機械研磨装置の例としては、例えば型式「ＥＰＯ−１１２」、「ＥＰＯ−２２２」（以上、（株）荏原製作所製）、型式「ＬＧＰ−５１０」、「ＬＧＰ−５５２」（以上、ラップマスターＳＦＴ社製）、商品名「Ｍｉｒｒａ」（アプライドマテリアル社製）等を挙げることができる。
以下、本発明の化学機械研磨方法の各工程について説明する。
【００２０】
（１）被研磨体を化学機械的に研磨する第一工程。
第一工程は、被研磨体を化学機械的に研磨する工程である。
第一工程は、化学機械研磨方法として公知の条件で実施することができる。第一工程で採用できる研磨条件は、使用する化学機械研磨装置に応じて適宜に選択されるべきである。
例えばMirra（アプライドマテリアルズ（株）製）を使用する場合には、以下の条件で実施することができる。
化学機械研磨用水系分散体の単位時間あたりの供給量：好ましくは５０〜５００ｍＬ／分、より好ましくは１００〜３００ｍＬ／分
研磨ヘッド回転数：好ましくは４０〜３００ｒｐｍ、より好ましくは６０〜２００ｒｐｍ
定盤回転数：好ましくは３０〜２００ｒｐｍ、より好ましくは５０〜１５０ｒｐｍ
研磨ヘッド回転数／定盤回転数比：好ましくは０．２〜５、より好ましくは０．３〜３
研磨ヘッド押し付け圧：好ましくは０．２〜７ｐｓｉ、より好ましくは０．３〜５ｐｓｉ
第一工程に要する時間は、使用する化学機械研磨用水系分散体の種類及び採用される化学機械研磨条件によって適宜に設定されるべきである。
この第一工程によって、被研磨体のうち、本発明の化学機械研磨方法によって除去されるべき部分の実質的に全部が除去されることとなる。
【００２１】
（２）下記のいずれかのうち少なくとも一つの条件変更を行ったうえ、上記第一工程と連続して１秒以上行われる第二工程。
（ｉ）研磨ヘッド押し付け圧を、第一工程における圧力の５０％以下とする。
（ｉｉ）研磨ヘッド及び／又は定盤の回転数を、第一工程における回転数の５０％以下とする。
（ｉｉｉ）化学機械研磨用水系分散体の単位時間あたりの供給量を、第一工程における単位時間あたりの供給量の２５％以下とする。
【００２２】
第二工程における第一の条件変更は、（ｉ）研磨ヘッド押し付け圧を、第一工程における圧力の５０％以下とすることである。第二工程において第一の条件変更を採用する場合、研磨ヘッド押し付け圧は、第一工程における圧力に対して、好ましくは５〜５０％であり、より好ましくは７〜４０％であり、更に好ましくは１０〜３０％である。
第二工程における第二の条件変更は、（ｉｉ）研磨ヘッド及び／又は定盤の回転数を、第一工程における回転数の５０％以下とすることである。第二工程において研磨ヘッド回転数を変更場合、研磨ヘッド回転数は、第一工程における研磨ヘッド回転数に対して好ましくは５〜５０％であり、より好ましくは７〜４０％であり、更に好ましくは１０〜３０％である。また、定盤の回転数を変更場合、定盤の回転数は、第一工程における定盤回転数に対して好ましくは５〜５０％であり、より好ましくは７〜４０％であり、更に好ましくは１０〜３０％である。
ここで、研磨ヘッドの回転数のみを変更しても良く、定盤の回転数のみを変更しても良く又は双方の回転数を変更しても良く、研磨ヘッド及び定盤双方の回転数を変更することが好ましい。
第二工程における第三の条件変更は、（ｉｉｉ）化学機械研磨用水系分散体の単位時間あたりの供給量を、第一工程における単位時間あたりの供給量の３０％以下とすることである。第二工程において第三の条件変更を採用する場合、第二工程における化学機械研磨用水系分散体の単位時間あたりの供給量は、第一工程における単位時間あたりの供給量に対して、好ましくは２〜３０％であり、より好ましくは５〜２０％であり、更に好ましくは７〜１５％である。
【００２３】
第二工程においては、上記三つの条件変更のうち、いずれか一つのみを行っても良く、また二つ以上の条件変更を同時に行っても良い。
このような第二工程は、１秒以上行われるが、好ましくは２〜４０秒であり、より好ましくは３〜２０秒の範囲である。この範囲の工程時間とすることで、被研磨体のスクラッチの発生を効率的に抑制することができ、また全工程時間の不必要な延長を避けることができることとなる。
【００２４】
（３）被研磨体のリンスを行う第三工程
本発明の第三工程は、被研磨面をリンスする工程である。
リンス液としては、例えば水又は適当な洗浄剤を含有する水溶液若しくは水系分散体を使用することができる。
上記適当な洗浄剤としては、例えばクエン酸、シュウ酸、ポリアクリル酸塩等を挙げることができる。
第三工程は、適宜の条件で実施することができるが、例えばクエン酸水溶液を使用する場合には、以下の条件で実施することができる。
リンス液の単位時間あたりの供給量：好ましくは３００〜５０００ｍＬ／分、より好ましくは４００〜４０００ｍＬ／分
研磨ヘッド回転数：好ましくは４０〜３００ｒｐｍ、より好ましくは６０〜２００ｒｐｍ
定盤回転数：好ましくは３０〜２００ｒｐｍ、より好ましくは５０〜１５０ｒｐｍ
研磨ヘッド回転数／定盤回転数比：好ましくは０．２〜５、より好ましくは０．３〜３
研磨ヘッド押し付け圧：好ましくは  ０．２〜７ｐｓｉ、より好ましくは０．３〜５ｐｓｉ
所要時間：好ましくは２〜６０秒、より好ましくは３〜３０秒
上記のような三工程からなる本発明の化学機械研磨方法により、高い研磨速度によって、ディッシング、エロージョン及びスクラッチの発生が抑制された高品位の被研磨面を得ることができる。
【００２５】
本発明の方法は、ダマシン法によって半導体装置を製造する工程において、余剰の金属配線材料を除去する際に、その有利な効果を最大限に発揮する。本発明の化学機械研磨方法の被研磨体としては、例えば図１（ａ）に示すような構造を有する複合基板素材１を挙げることができる。この複合基板素材１は、例えば、シリコン等よりなる基板１１と、この基板１１の表面に積層され、溝等の配線用凹部が形成された絶縁膜１２と、絶縁膜１２の表面ならびに配線用凹部の底部および内壁面を覆うよう設けられたバリアメタル膜１３と、上記配線用凹部を充填し、かつバリアメタル膜１３上に形成された配線材料よりなる金属膜１４とを有する。
本発明の化学機械研磨方法によって研磨される被研磨物は、図２（ａ）に示すように、基板１１と絶縁膜１２との間にシリコン酸化物等よりなる絶縁膜２１と、この絶縁膜２１上に形成されたシリコン窒化物等よりなる絶縁膜２２を有していてもよい。
【００２６】
上記配線材料である金属としては、例えば、タングステン、アルミニウム、銅等及びこれらを含有する合金を挙げることができる。これらのうち、銅又は銅を含有する合金を配線材料とする場合に、本発明の効果が最も有効に発揮される。銅を含有する合金中の銅含量としては、９５質量％以上であることが好ましい。
上記バリアメタルとしては、タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン、タンタル−ニオブ合金等を挙げることができる。
上記絶縁膜を構成する材料としては、真空プロセスで形成された酸化シリコン膜（例えばＰＥＴＥＯＳ膜（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ−ＴＥＯＳ膜) 、ＨＤＰ膜（Ｈｉｇｈ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ−ＴＥＯＳ膜）、熱化学気相蒸着法により得られる酸化シリコン膜等）、ＦＳＧ（Ｆｌｕｏｒｉｎｅ−ｄｏｐｅｄ  ｓｉｌｉｃａｔｅ  ｇｌａｓｓ）と呼ばれる絶縁膜、ホウ素リンシリケート膜（ＢＰＳＧ膜）、ＳｉＯＮ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ）と呼ばれる絶縁膜、Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｎｉｔｒｉｄｅ、低誘電率の絶縁膜等を挙げることができる。
【００２７】
本発明の化学機械研磨方法は、金属膜１４のうち、配線用凹部に埋設された金属配線部以外の部分の除去すべき金属材料を、所定の面、例えばバリアメタル膜１３が露出するまで化学機械研磨する（図１（ｂ）及び図２（ｂ）参照）際に採用されることにより、その効果を最大限に発揮する。
その後、公知の方法によって、バリアメタル膜１３のうち、配線用凹部の底部および内壁面以外の部分に形成された除去すべきバリアメタル膜が完全に除去されるように化学機械研磨することにより、高精度に平坦化されたダマシン配線が形成されることとなる（図１（ｃ）および図２（ｃ）参照）。
【実施例】
【００２８】
以下、実施例により本発明をより具体的に説明する。
（１）コロイダルシリカ粒子を含有する水分散体の調製
フラスコ中に、２５質量％濃度のアンモニア水７０質量部、イオン交換水４０質量部、エタノール１７５質量部及びテトラエトキシシラン２１質量部を投入し、１８０ｒｐｍで攪拌しながら６０℃に昇温し、この温度のまま２時間攪拌を継続した後、冷却し、平均粒子径が９７ｎｍのコロイダルシリカ／アルコール分散体を得た。次いで、エバポレータにより、この分散体に８０℃の温度でイオン交換水を添加しながらアルコール分を除去する操作を数回繰り返し、分散体中のアルコール分を除き、平均分散粒径が９７ｎｍのコロイダルシリカを８質量％含む水分散体を調製した。
【００２９】
（２）ヒュームド法シリカ粒子を含有する水分散体の調製
容器に、ヒュームド法シリカ粒子（日本アエロジル（株）製、商品名「アエロジル＃９０」）２ｋｇ及び、イオン交換水１４ｋｇを投入し、これを超音波分散機によって分散し、孔径５μｍのフィルタによって濾過することにより、平均分散粒径１８０ｎｍのヒュームド法シリカを１２．５質量％含有する水分散体を調製した。
【００３０】
（３）アルミナ粒子を含有する水分散体の調製
容器に、ヒュームド法アルミナ粒子（日本アエロジル（株）製、商品名「アルミナC」）１ｋｇ及び、イオン交換水９ｋｇを投入し、これを超音波分散機によって分散し、孔径２０μｍのフィルタによって濾過することにより、平均分散粒子径５１０ｎｍのヒュームド法シリカを１０質量％含有する水分散体を調製した。
【００３１】
（４）有機無機複合粒子を含有する水分散体の調製
（４−１）表面処理された有機粒子を含む水分散体（ａ）の調製
フラスコ中に、メチルメタクリレ−ト９０質量部、メトキシポリエチレングリコールメタクリレート（新中村化学工業（株）製、商品名「ＮＫエステルＭ−９０Ｇ  ＃４００」）５質量部、４−ビニルピリジン５質量部、アゾ系重合開始剤（和光純薬（株）製、商品名「Ｖ５０」）２質量部及びイオン交換水４００質量部を投入し、窒素ガス雰囲気下、攪拌しながら７０℃に昇温し、６時間重合させた。これによりアミノ基及びポリエチレングリコール鎖を有するポリメチルメタクリレート系粒子を１９質量％含む水分散体を得た。なお、重合収率は９５％であった。
この水分散体１００質量部を、別のフラスコに投入し、メチルトリメトキシシラン１質量部を添加し、４０℃で２時間攪拌した。その後、１規定硝酸水溶液を添加してｐＨを２．０とし、表面処理された有機粒子（平均分散粒子径１５０ｎｍ）を１５質量％含む水分散体（ａ）を得た。
なお、この水分散体（ａ）に含まれる表面処理された有機粒子のゼータ電位は＋１７ｍＶであった。
【００３２】
（４−２）コロイダルシリカ粒子を含有する水分散体（ｂ)の調製
コロイダルシリカ（日産化学（株）製、商品名「スノーテックスＯ」）を１０質量％含む水分散体に、１規定水酸化カリウム水溶液を添加し、ｐＨを８．０に調整し、コロイダルシリカ粒子（平均分散粒子径１５ｎｍ）を１０質量％含有する水分散体（ｂ）を得た。
なお、この水分散体（ｂ）に含まれるコロイダルシリカ粒子のゼータ電位は−４０ｍＶであった。
【００３３】
（４−３）有機無機複合粒子を含有する水分散体の調製
上記（４−１）で調製した水分散体（ａ）１００質量部に、上記（４−２）で調製した水分散体（ｂ）５０質量部を、２時間かけて徐々に添加、混合し、更に２時間攪拌して、ポリメチルメタクリレート系粒子にシリカ粒子が付着した粒子を含む水分散体を得た。次いで、この水分散体に、ビニルトリエトキシシラン２質量部を添加し、１時間攪拌した後、テトラエトキシシラン１質量部を添加し、６０℃に昇温し、更に３時間攪拌を継続した後、室温まで冷却することにより、有機無機複合粒子（平均分散粒径１８０ｎｍ）を１４質量％含む水分散体を得た。この有機無機複合粒子を透過型電子顕微鏡によって観察したところ、この有機無機複合粒子はポリメチルメタクリレート系粒子の表面の約８０％にシリカ粒子が付着したものであった。
【００３４】
（５）化学機械研磨用水系分散体の調製
（５−１）化学機械研磨用水系分散体Ｓ１の調製
ポリエチレン製の瓶に、（Ａ）砥粒として（１）で調製したコロイダルシリカ粒子を含有する水分散体を乾燥シリカ換算で２質量部に相当する量、（Ｂ）複素環を有する化合物としてキナルジン酸を０．８質量部、（Ｃ）界面活性剤としてドデシルベンゼンスルホン酸アンモニウムを０．５質量部、（Ｄ）過酸化水素を０．４質量部（ただし、過酸化水素は、純品に換算して０．４質量部となるべき量の３０質量％水溶液を添加した。）及び硫酸アンモニウムを０．４質量部添加した後、よく混合し、次いでｐＨ調整剤として２８質量％のアンモニア水溶液を、最終の化学機械用水系分散体のｐＨが１０．０となるべき量だけ添加し、更に全量が１００質量％となるようイオン交換水を加えて攪拌した後、孔径０．５μｍのフィルターで濾過することにより、化学機械研磨用水系分散体Ｓ１を調製した。
【００３５】
（５−２）化学機械研磨用水系分散体Ｓ２乃至Ｓ８の調製
化学機械用水系分散体の各成分の種類及び量を、表１に記載の通りとした他は、上記（５−１）と同様にして、化学機械研磨用水系分散体Ｓ２乃至Ｓ８を調整した。
【００３６】
【表１】
2006202892.tif 000002
【００３７】
ただし、表１において、下記の略語はそれぞれ次の意味を表す。また、表中の「−」は、その欄に相当する成分を添加しなかったことを示す。
（Ｂ）複素環を有する化合物
ＢＴＡ：ベンゾトリアゾール
ＣＢＴ：カルボキシベンゾトリアゾール
（Ｃ）界面活性剤
ＤＢＳＡ：ドデシルベンゼンスルホン酸アンモニウム
ＡＤＳ：ドデシル硫酸アンモニウム
その他の添加剤
添加剤Ａ：硫酸アンモニウム
添加剤Ｂ：シュウ酸カリウム
添加剤Ｃ：クエン酸アンモニウム
【００３８】
実施例１
化学機械研磨装置として、アプライド・マテリアルズ社製、型式「Ｍｉｒｒａ／Ｍｅｓａ」を、化学機械研磨用パッドとしてローム・アンド・ハース・エレクトロニック・マテリアルズ社製、型式「ＩＣ１１００」をそれぞれ使用し、化学機械研磨用水系分散体として上記（５−１）で調製した「Ｓ１」を用いて、銅層を有するブランケットウェハ（直径２００ｍｍ、銅層の厚さ１５００ｎｍ、ａｔｄｆ社製）を以下の条件で２段階研磨した。
＜第一段階＞
化学機械研磨用水系分散体供給量：３００ｍＬ／分
研磨ヘッド押し付け圧：３ｐｓｉ
研磨ヘッド回転数：１２０ｒｐｍ
定盤回転数：１２５ｒｐｍ
研磨時間：２分
＜第二段階＞
化学機械研磨用水系分散体供給量：３００ｍＬ／分
研磨ヘッド押し付け圧：０．１５ｐｓｉ
研磨ヘッド回転数：１２０ｒｐｍ
定盤回転数：１２５ｒｐｍ
研磨時間：１０秒
【００３９】
二段階研磨後のウェハにつき、銅層の除去速度及びスクラッチ数を測定したところ、銅層の除去速度は９８０ｎｍ／分であり、スクラッチ数はウェハ全面あたり４８個であった。
なお、銅の除去速度は、ＲＳ７５（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製）を用いて、４探針法により求めた。
また、スクラッチ数は、ＳＰ−１（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製）により求めた。
【００４０】
実施例２乃至１２及び比較例１乃至５
化学機械研磨用水系分散体の種類及び第二研磨工程の条件を表２の通りとした他は、実施例１と同様にして銅層を有するブランケットウェハの２段階研磨を行った。なお、比較例１においては、第二段階目の研磨を実施しなかった。
各実施例又は比較例における研磨後のウェハにつき、銅層の除去速度及びスクラッチ数を測定した結果を表２に示した。
【００４１】
【表２】
2006202892.tif 000003
【００４２】
実施例１乃至１２は、本発明の化学機械研磨方法の例であり、この方法により研磨後の銅の表面のスクラッチ発生を抑制することができることがわかった。
第２工程を欠く比較例１は、研磨後の銅表面に多くのスクラッチがみられた。
比較例２は、使用する化学機械研磨用水系分散体の電気伝導度が所定値より低い例を示したものである。このような水系分散体を用いて研磨すると、銅の除去速度が不十分であることがわかった。一方、比較例４は、使用する化学機械研磨用水系分散体の電気伝導度が所定値より高い例を示したものである。このような水系分散体を用いて研磨すると、研磨後の銅表面に多くのスクラッチがみられた。
比較例３は、第二工程の時間が所定時間より短い例を示したものである。このような研磨条件では、スクラッチの抑制効果が不十分であることがわかった。
比較例５は、第二工程における研磨ヘッド押し付け圧が、所定の範囲を上回る例である。このような研磨条件においても、スクラッチの抑制効果が不十分であった。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の化学機械研磨方法によって研磨される被研磨体の一例を示す断面略図である。
【図２】本発明の化学機械研磨方法によって研磨される被研磨体の一例を示す断面略図である。
【図１】
2006202892.tif 000004
【図２】
2006202892.tif 000005