(57)【要約】【課題】ディッシング、エロージョンを抑制し、平坦性を維持したままで、バリア膜、絶縁膜を同時に高速に研磨できる化学的機械的研磨組成物を提供する。【解決手段】メタンスルホン酸、アルカリ金属イオン、酸化剤、シリカ研磨材、水を含有し、且つｐＨが８〜１２である、化学的機械的研磨組成物とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタンスルホン酸、アルカリ金属イオン、酸化剤、シリカ研磨材、及び水を含有し、且つｐＨが８〜１２である、化学的機械的研磨組成物。
【請求項２】
前記アルカリ金属イオンがカリウムイオンである、請求項１に記載の化学的機械的研磨組成物。
【請求項３】
酸化剤が過酸化水素である、請求項１又は２に記載の化学的機械的研磨組成物。
【請求項４】
ｐＨが８〜１０．５である、請求項１〜３のいずれかに記載の化学的機械的研磨組成物。
【請求項５】
硫酸、乳酸、炭素原子数が７以上の脂肪族ジカルボン酸及びそれらの混合物からなる群より選択される更なる酸を含有する、請求項１〜４のいずれかに記載の化学的機械的研磨組成物。
【請求項６】
脂肪族ジカルボン酸が、３−メチルアジピン酸、ピメリン酸、セバシン酸、及びトリデカン二酸からなる群より選択される、請求項５に記載の化学的機械的研磨組成物。
【請求項７】
更なる酸の含有量が、化学的機械的研磨組成物に対して０．００１〜１０質量％である、請求項５又は６に記載の化学的機械的研磨組成物。
【請求項８】
メタンスルホン酸の含有量が、化学的機械的研磨組成物に対して０．００５〜１０質量％である、請求項１〜７のいずれかに記載の化学的機械的研磨組成物。
【請求項９】
酸化剤の含有量が、化学的機械的研磨組成物に対して０．０１〜３０質量％である、請求項１〜８のいずれかに記載の化学的機械的研磨組成物。
【請求項１０】
シリカ研磨材の含有量が、化学的機械的研磨組成物に対して３０質量％以下である、請求項１〜９のいずれかに記載の化学的機械的研磨組成物。
【請求項１１】
凹部を有する絶縁膜、前記絶縁膜上に形成されたバリア膜、及び前記バリア膜を覆うようにして前記凹部に埋め込まれた配線材料膜を有する基板を、請求項１〜１０のいずれかに記載の化学的機械的研磨組成物で平坦化する工程を含む、基板の製造方法。
【請求項１２】
配線材料膜が、銅又は銅合金の膜である、請求項１１に記載の基板の製造方法。
【請求項１３】
絶縁膜が、無機ケイ素化合物及び有機化合物からなる群より選択される材料の膜である、請求項１１又は１２に記載の基板の製造方法。
【請求項１４】
無機ケイ素化合物が、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＮＯ、ＳｉＯＣ、ＳｉＣＮ及びそれらの混合物からなる群より選択される材料である、請求項１３に記載の基板の製造方法。
【請求項１５】
バリア膜が、タンタル、タンタル合金、タンタル化合物及びそれらの混合物からなる群より選択される材料の膜である、請求項１１〜１４のいずれかに記載の基板の製造方法。
【請求項１６】
水で希釈して請求項７〜１０のいずれかに記載の化学的機械的研磨組成物となる組成物。
【請求項１７】
請求項１６に記載の組成物を用いる、化学的機械的研磨組成物の輸送又は保存方法。
【請求項１８】
複数の組成物からなるキットであって、それらの組成物を混合することによって、又は混合及び水で希釈することによって、請求項１〜１０のいずれかに記載の化学的機械的研磨組成物が得られる、複数の組成物からなるキット。
【請求項１９】
請求項１８に記載のキットを用いる、化学的機械的研磨組成物の輸送又は保存方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板を研磨する研磨組成物、特に金属を研磨する研磨組成物、研磨方法、基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ：集積回路）やＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ：大規模集積回路）における技術の進歩によって、それらの動作速度や集積規模が向上し、マイクロプロセッサの高性能化やメモリチップの大容量化等が急速に達成されている。これら高性能化には微細加工技術が大きく寄与をしている。この微細加工技術のひとつとして、平坦化技術である化学機械研磨法がある。これは、多層配線工程における層間絶縁膜、金属プラグ、配線金属等の平坦化で使用されている。
【０００３】
配線金属としては、近年、配線遅延の問題などから銅又は銅合金を使用する試みがなされている。銅又は銅合金を用いた配線の製造方法としては、層間絶縁膜にあらかじめ溝を形成しておき、層間絶縁膜中への銅拡散防止のためにバリア膜を薄く形成し、ダマシン法などにより銅又は銅合金を堆積させる。このとき、銅又は銅合金は、層間絶縁膜上部に余分に堆積している。従って、平坦化を行いながら余分な銅又は銅合金を除去していく研磨を行うことによって、配線を形成する。
【０００４】
また、磁気記録媒体として注目を浴びている磁気記憶装置（ＭＲＡＭ）がある。ＭＲＡＭでは、素子アレイのうちの特定のビットに情報を記録するために、アレイを縦横に横切るビット書き込み線とワード書き込み線とを設け、その交差領域に位置する素子のみを使用して選択書き込みを行う方法（例えば特許文献１）が知られている。ここで用いる金属配線は、アルミニウム又はアルミニウム合金、銅又は銅合金からなる導体層と、これを囲むようにされているニッケル−鉄（例えばパーマロイ）などの強磁性層とからなる。また、この強磁性層を挟むようにして、タンタル、窒化タンタルなどのバリア膜を薄く形成する。この金属配線はダマシン法で形成されるが、余分な導体層、強磁性層及びバリア膜は、研磨を行いながら平坦化し除去される。
【０００５】
バリア膜は、層間絶縁膜中への銅拡散防止のために、配線の銅又は銅合金等の下層に形成される。このバリア層としては、タンタル、タンタル合金、窒化タンタルのようなタンタル化合物等が用いられる。配線部分以外の前記絶縁膜上のバリア膜は、研磨により除去する必要がある。バリア膜の研磨は、銅配線の最終特性に関わるため、銅配線のロスや研磨傷の発生などを防ぐ必要があり、重要である。
【０００６】
半導体デバイスの生産効率を高めるために、銅及びバリア膜の研磨除去速度が高いことが求められている。しかしながら、バリア膜に用いられる金属は銅より硬度が硬いため、銅と同じ高速度で研磨除去することが困難である。
【０００７】
銅とバリア膜の研磨速度に差があると、バリア金属に囲まれた溝に埋め込まれた銅に窪みが生じるディッシング現象が発生し、配線抵抗の増加や配線の短絡が起こり、信頼性が低下する。
【０００８】
更に、近年では、配線が細くなる傾向がある。細い配線が高密度で存在する場合、バリア膜及び層間絶縁膜が過度に研磨されて窪みができるエロージョンという現象がおこる。これは、ディッシングと同様に、配線抵抗の増加や配線の短絡の原因にもなるので、抑制することが望まれている。
【０００９】
ディッシングやエロージョンなどの現象を防止する銅又は銅合金からなる金属膜を研磨する金属研磨組成物としては、例えば、過酸化水素、ベンゾトリアゾール、アミノ酢酸を含有し、必要があれば砥粒を含有している組成物が特許文献２に開示されている。ここでベンゾトリアゾールは酸化された金属膜と反応して保護膜を形成することによって、凸部を優先的に機械研磨して平坦性を高めると共に、低ディッシングに寄与していると記述されている。
【００１０】
バリア膜は銅又は銅合金に比べ硬度が高く、また化学的特性が銅とは大きく異なる。従って、このような銅又は銅合金用の研磨材料の組み合わせでは、充分なバリア層の研磨速度が得られない場合が多い。
【００１１】
そこで、銅又は銅合金を高速で研磨する第１工程と、バリア膜を研磨する第２工程とからなる２段階研磨法が検討されている。
【００１２】
バリア膜を研磨する第２工程においては、バリア膜の研磨と同時に、第１工程で生じた段差の解消や、Ｌｏｗ−ｋ膜のキャップ層除去のため、層間絶縁膜の研磨を要求される場合がある。
【００１３】
さらに、多層配線の上層プロセスでは、下層プロセスでの微小な残段差や不均一性の蓄積により生じる均一性及び平坦性のばらつきのため、第１工程後に配線部分以外に部分的に銅又は銅合金が残存することがある。そのため、第２工程においては、残存した銅又は銅合金と同時にバリア膜を研磨する必要が生じる。
【００１４】
そこで、層間絶縁膜がすべて露出した際に被研磨面が平坦であるように、バリア層や配線部用金属の研磨速度と層間絶縁膜の研磨速度とをほぼ等しくすることにより、バリア層、配線部用金属及び層間絶縁膜の表面の平坦性を保ったまま研磨する手法が提案されている（特許文献３）。
【００１５】
特許文献４では、２つの酸性基を含む化合物を用いた研磨合成物で、二酸化ケイ素の研磨レートを抑制することが述べられている。
【００１６】
特許文献５では、シリカ研磨材と特定の構造式で示されるカルボン酸を用いてバリア膜の研磨を行う方法を開示している。従って絶縁膜の研磨作用に関する記述はなされていない。
【００１７】
特許文献６では、炭素数１〜４のアルキルスルホン酸又はその塩、研磨材及び水を含有する研磨組成物を開示している。この特許文献６では、研磨組成物がアルキルスルホン酸又はその塩を含有すると、研磨速度が向上することが述べられている。またこの研磨組成物のｐＨ範囲としては２〜１２が好ましいが、金属の研磨では酸性側である２〜８のｐＨ範囲、シリコンウェハの研磨ではアルカリ性側である７〜１２のｐＨ範囲が好ましいとしている。この特許文献６の実施例では、Ｎｉ−Ｐメッキしたアルミニウム基板の研磨のみを行っている。
【００１８】
特許文献７では、Ｎｉ−Ｐメッキしたアルミニウム基板のような磁気ディスク用の基板表面を研磨するために用いられる研磨組成物として、酸化ケイ素（シリカ）研磨材、メタンスルホン酸、過酸化水素及び水を含有する研磨組成物を開示している。この特許文献７では、研磨組成物のｐＨは好ましくは７未満、より好ましくは１〜４であるとしている。
【００１９】
また特許文献８では、バリア膜と金属膜とを同時に研磨するための研磨組成物であって、シリカ研磨材及び水を含有し、ｐＨが８．５〜１０．５であるバリア膜用研磨剤を開示している。この特許文献８では、このｐＨ範囲においてアルミナ研磨材を用いた場合には粒子が凝集する傾向があるので、アルミナ研磨材ではなくシリカ研磨材を使用することが、スクラッチの抑制等のために重要であるとしている。
【００２０】
【特許文献１】特開平１０−１１６４９０号公報
【特許文献２】特開平８−８３７８０号公報
【特許文献３】特開２００１−１９６３３６号公報
【特許文献４】特許２８１９１９６号公報
【特許文献５】特許３４５０２４７号公報
【特許文献６】特開２０００−１０９８１８号公報
【特許文献７】特開２００４−２６３０７４号公報
【特許文献８】特開２００１−１１５１４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明では、ディッシング、エロージョンを抑制し、特に金属膜の平坦性を維持したままで高速に研磨できる研磨組成物を提供することを目的とする。また本発明では、この研磨組成物を用いた金属膜の研磨方法、及びこの研磨組成物で平坦化する工程を含む基板の製造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】
【００２２】
本件発明者らは、上記課題の解決について鋭意検討した結果、メタンスルホン酸、アルカリ金属イオン、酸化剤、シリカ研磨材、水を含有し、且つｐＨが８〜１２である化学的機械的研磨組成物が前記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は以下のようなものである：
【００２３】
（１）メタンスルホン酸、アルカリ金属イオン、酸化剤、シリカ研磨材、及び水を含有し、且つｐＨが８〜１２である、化学的機械的研磨組成物。
【００２４】
（２）前記アルカリ金属イオンがカリウムイオンである、上記（１）項に記載の化学的機械的研磨組成物。
【００２５】
（３）酸化剤が過酸化水素である、上記（１）又は（２）項に記載の化学的機械的研磨組成物。
【００２６】
（４）ｐＨが８〜１０．５である、上記（１）〜（３）項のいずれかに記載の化学的機械的研磨組成物。
【００２７】
（５）硫酸、乳酸、炭素原子数が７以上の脂肪族ジカルボン酸及びそれらの混合物からなる群より選択される更なる酸を含有する、上記（１）〜（４）項のいずれかに記載の化学的機械的研磨組成物。
【００２８】
（６）脂肪族ジカルボン酸が、３−メチルアジピン酸、ピメリン酸、セバシン酸、及びトリデカン二酸からなる群より選択される、上記（５）項に記載の化学的機械的研磨組成物。
【００２９】
（７）更なる酸の含有量が、化学的機械的研磨組成物に対して０．００１〜１０質量％である、上記（５）又は（６）項に記載の化学的機械的研磨組成物。
【００３０】
（８）メタンスルホン酸の含有量が、化学的機械的研磨組成物に対して０．００５〜１０質量％である、上記（１）〜（７）項のいずれかに記載の化学的機械的研磨組成物。
【００３１】
（９）酸化剤の含有量が、化学的機械的研磨組成物に対して０．０１〜３０質量％である、上記（１）〜（８）項のいずれかに記載の化学的機械的研磨組成物。
【００３２】
（１０）シリカ研磨材の含有量が、化学的機械的研磨組成物に対して３０質量％以下である、上記（１）〜（９）項のいずれかに記載の化学的機械的研磨組成物。
【００３３】
（１１）凹部を有する絶縁膜、前記絶縁膜上に形成されたバリア膜、及び前記バリア膜を覆うようにして前記凹部に埋め込まれた配線材料膜を有する基板を、上記（１）〜（１０）項のいずれかに記載の化学的機械的研磨組成物で平坦化する工程を含む、基板の製造方法。
【００３４】
（１２）配線材料膜が、銅又は銅合金の膜である、上記（１１）項に記載の基板の製造方法。
【００３５】
（１３）絶縁膜が、無機ケイ素化合物及び有機化合物からなる群より選択される材料の膜である、上記（１１）又は（１２）項に記載の基板の製造方法。
【００３６】
（１４）無機ケイ素化合物が、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＮＯ、ＳｉＯＣ、ＳｉＣＮ及びそれらの混合物からなる群より選択される材料である、上記（１３）項に記載の基板の製造方法。
【００３７】
（１５）バリア膜が、タンタル、タンタル合金、タンタル化合物及びそれらの混合物からなる群より選択される材料の膜である、上記（１１）〜（１４）項のいずれかに記載の基板の製造方法。
【００３８】
（１６）水で希釈して上記（７）〜（１０）項のいずれかに記載の化学的機械的研磨組成物となる組成物。
【００３９】
（１７）上記（１６）項に記載の組成物を用いる、化学的機械的研磨組成物の輸送又は保存方法。
【００４０】
（１８）複数の組成物からなるキットであって、それらの組成物を混合することによって、又は混合及び水で希釈することによって、上記（１）〜（１０）項のいずれかに記載の化学的機械的研磨組成物が得られる、複数の組成物からなるキット。
【００４１】
（１９）上記（１８）項に記載のキットを用いる、化学的機械的研磨組成物の輸送又は保存方法。
【発明の効果】
【００４２】
メタンスルホン酸、アルカリ金属イオン、酸化剤、シリカ研磨材、及び水を含有し、且つｐＨが８〜１２である本発明の化学的機械的研磨組成物によれば、ディッシング、エロージョンを抑制し、平坦性を維持したままで、バリア膜、絶縁膜を同時に高速に研磨できる。
【００４３】
また本発明のこの化学的機械的研磨組成物に、硫酸、乳酸、炭素原子数が７以上の脂肪族ジカルボン酸及びそれらの混合物からなる群より選択される更なる酸を含有させることによって、高速に平坦に研磨する本発明の比較的良好な性質を維持しつつ、Ｃｕ等の金属の研磨速度を大きくし、絶縁膜、バリア膜、及び配線金属の研磨速度比を調節できる。
【００４４】
さらに、本発明の研磨組成物を用いる研磨方法及び基板の製造方法により平坦性の優れた基板を製造することが容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００４６】
本発明は、凹部を有する基体上に凹部を覆うようにして埋め込まれた金属膜を平坦化するために好ましく用いることができる研磨組成物に関する。
【００４７】
本発明の化学的機械的研磨組成物は、メタンスルホン酸、アルカリ金属イオン、酸化剤、シリカ研磨材、及び水を含有し、且つｐＨが８〜１２である。また本発明の化学的機械的研磨組成物は随意に酸を含有することができる。
【００４８】
〈メタンスルホン酸〉
メタンスルホン酸は、研磨を促進すると共に安定した研磨を行うために本発明の研磨組成に含有される。
【００４９】
メタンスルホン酸の含有量は例えば、０．００５〜１０質量％、好ましくは０．０１〜５質量％である。この量が、少なすぎる場合には充分な金属膜、及び絶縁膜の研磨速度が得られないことがある。またこの量が多すぎる場合には、銅又は銅合金の研磨レートが高くなり、ディッシングが進行し平坦化できないことがあり、また場合によっては液の安定性が得難いこともある。
【００５０】
〈アルカリ金属イオン〉
本発明の研磨組成物に含有されるアルカリ金属イオンは、任意のアルカリ金属イオン、好ましくはカリウムである。またこのアルカリ金属イオンは、任意の化合物から供給することができ、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウムから供給することができ、好ましくは水酸化カリウムから供給することができる。このように水酸化物を用いると、本発明の研磨組成物のｐＨをアルカリ性に調節しやすいので好ましい。
【００５１】
〈酸化剤〉
本発明の研磨組成物に用いられる酸化剤は、金属又は金属合金などを酸化し、研磨速度向上に寄与する。上記酸化剤としては、酸素、オゾン、過酸化水素、ｔ−ブチルハイドロパーオキサイド、エチルベンゼンハイドロパーオキサイドなどのアルキルパーオキサイド、過酢酸、過安息香酸などの過酸、過マンガン酸カリウムなどの過マンガン酸塩、過ヨウ素酸カリウムなどの過ヨウ素酸塩、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウムなどの過硫酸塩、ポリオキソ酸、次亜塩素酸カリウムなどの次亜塩素酸塩などが挙げられる。これらの酸化剤のうち、取り扱いやすい過酸化水素、過硫酸塩、次亜塩素酸塩が好ましく、特に過酸化水素が好ましい。
【００５２】
酸化剤の含有量としては、被研磨金属種や液のｐＨ等によって異なり、それぞれに最適な量の範囲があるので特に規定しないが、研磨組成物に対して好ましくは０．０１〜３０質量％、更に好ましくは０．０５〜２０質量％、特に好ましくは０．１〜１０質量％である。酸化剤の量が少なすぎる場合や多すぎる場合には、十分な研磨速度を得ることが難しくなる懸念がある。多い場合にはさらに研磨廃液の処理に多大なコストが発生する懸念がある。
【００５３】
〈シリカ研磨材〉
シリカ研磨材としては任意のシリカ研磨材を使用することができるが、特にコロイダルシリカを用いることが好ましい。添加量は一般に研磨組成物に対して３０質量％以下であり、好ましくは２０質量％以下、更に好ましくは１０質量％以下である。添加量が多すぎると、ディッシングの悪化やスクラッチ増大の原因になる。また、平坦化のために、シリカ研磨材の添加量は、研磨組成物に対して０．１質量％以上であることが好ましい。
【００５４】
〈ｐＨ〉
本発明の化学的機械的研磨組成物は、シリカ研磨材の等電点近傍以外のｐＨであるｐＨ８〜１２、特にｐＨ８〜１０．５に調節されていることが望ましい。
【００５５】
〈酸〉
本発明の研磨組成物は随意に、硫酸、乳酸又は炭素原子数が７以上の脂肪族ジカルボン酸を含有することができる。
【００５６】
この脂肪族ジカルボン酸としては、好ましくは３−メチルアジピン酸、ピメリン酸、セバシン酸若しくはトリデカン二酸、又はそれら２種以上の混合物を用いることもできる。
【００５７】
この脂肪族ジカルボン酸の含有量は例えば、研磨組成物に対して好ましくは０．００１〜１０質量％、より好ましくは０．００５〜１０質量％、更に好ましくは０．０１〜５質量％である。少量では金属膜及び絶縁膜の適切な研磨速度の増加が得にくい。多量に含有する場合には、銅又は銅合金の研磨レートが大きくなりすぎることがあり、また場合によっては液の安定性が得難いこともある。
【００５８】
硫酸及び／又は乳酸の含有量は例えば、研磨組成物に対して、好ましくは０．００１〜１０質量％、より好ましくは０．００２〜５質量％、更に好ましくは０．００５〜２質量％である。少なすぎると適切な研磨速度が得にくく、多すぎると金属又は金属合金などのエッチング速度が速くなりすぎることがある。
【００５９】
これらの酸は、エッチング剤として金属及び金属合金の研磨を促進すると共に、安定した研磨を行うために、添加することができる。またこれらの酸は、一種を添加してもよいし、二種以上を混合して添加してもよい。
【００６０】
〈本発明の化学的機械的研磨組成物の使用〉
本発明の化学的機械的研磨組成物は、０〜１００℃の範囲で用いることができる。一般的には使用する室温近辺が好ましいが、研磨速度を調整するなどの目的などで研磨組成物の温度を調節することも可能である。温度が低すぎると研磨速度が上がらず、０℃以下であると氷ってしまうこともある。また、温度が高いと副反応が起こったりすることも考えられる。好ましくは、１０〜５０℃であり、更に好ましくは、１５℃〜４０℃である。
【００６１】
本発明で用いられる研磨組成物の研磨機への滴下量は、研磨機、ウェハの大きさによって決定される。８インチウェハを用いた時には、１０〜１０００ｍｌ／分で使用することができる。好ましくは、５０〜５００ｍｌ／分であり、更に好ましくは、１００〜４００ｍｌ／分である。これらの滴下量は研磨途中で変化させてもかまわない。例えば研磨時間の１／２の時間で滴下量を上げる又は下げるなどの方法が挙げられる。
【００６２】
本発明の研磨組成物が好ましく通用される被研磨対象物としては、金属及び絶縁膜が挙げられる。本発明の研磨組成物は、これら研磨対象物のすべて又は一部を除去する場合のいずれにも好ましく用いることができる。好ましい金属の具体例としては、アルミニウム、銅、鉄、タングステン、ニッケル、タンタル、ルテニウムや白金などの白金族金属又はこれら金属の合金が挙げられる。特に好ましくは多層配線部の配線部分又は配線部分を覆うようになる金属膜と、配線金属膜と基板との間に形成されるバリア膜とに使用することができる。更に好ましくは、多層配線部の配線部分になる銅、銅合金、鉄、鉄合金等と、バリア膜であるタンタル、タンタル合金、窒化タンタルなどのタンタル化合物、チタン、チタン合金等とに使用することができる。
【００６３】
絶縁膜としては、例えば層間絶縁膜やキャップ層として一般に用いられているものが挙げられる。絶縁膜を構成する化合物としては、例えば酸化ケイ素膜（ＳｉＯ２）、ＳｉＮ、ＳｉＮＯ、ＳｉＯＣ、ＳｉＣＮ、ヒドロキシシルセスキオキサン（ＨＳＱ）、メチルシルセスキオキサン（ＭＳＱ）などのケイ素を多量に含む無機ケイ素化合物や、ベンゾシクロブテンからなる膜のような有機化合物、及びこれらの混合物を挙げることができる。また、絶縁膜は、これらを堆積したものや、膜内に空孔を有する低誘電率の絶縁膜でもよい。
【００６４】
本発明の研磨組成物を用いた研磨方法は例えば、研磨定盤の研磨布上に本発明の研磨組成物を供給しながら、この研磨布に被研磨膜を有する基板を押し当てた状態で研磨定盤と基板を相対的に動かすことによって被研磨膜を研磨する方法である。研磨する装置としては、半導体基板を保持するホルダーと研磨布を貼り付けた定盤を有する一般的な研磨装置が使用できる。
【００６５】
研磨定盤の回転によって得られる線速度は、研磨機の構造、大きさによって全く異なるのでここで規定することは難しいが、例えば１０〜５００ｍ／分、好ましくは２０〜３００ｍ／分、更に好ましくは３０〜１５０ｍ／分で研磨を行うことができる。研磨定盤が回転することによる基板研磨の均一性を維持するために、基板を回転する必要がある。基板は、研磨定盤とほぼ同じ回転数にするが、均一性を得るために、若干、回転数を少なくしたり多くしたりすることがある。
【００６６】
また、基板はホルダーを通して研磨布に圧力をかけて押し付けるが、このときの圧力は、０．１〜１００ＫＰａで行うことができる。研磨定盤の回転速度が速いと圧力が低い傾向があったりするので、規定することは難しいが、好ましくは０．５〜８０ＫＰａ、更に好ましくは１〜５０ＫＰａである。これらの研磨条件は研磨途中で変化させてもかまわない。例えば、研磨時間の１／２の時間で回転速度を上げるあるいは下げるなどの方法が挙げられる。
【００６７】
研磨布としては、一般的な不織布、発泡ポリウレタンなどが使用できる。研磨布には、研磨速度を上げたり、スラリーの排出を良くしたりする目的で溝をつけているものが多い。縦横に溝を付けている物（ＸＹグルーブ）、同心円状に溝を付けている物（Ｋグルーブ）などがあるが、本発明の研磨組成物はいずれも用いることができる。また、研磨布は目詰まりを防止し、安定した研磨を行うために、ダイヤモンドなどが付いたドレッサーでドレスするが、一般的に知られている方法を使用することができる。
【００６８】
研磨定盤の研磨布上に本発明の研磨組成物を供給する方法としては、ポンプなどで連続的に供給することができる。このとき、研磨組成物は全ての成分を含んだ一液で供給することができるが、液の安定性を考慮して、酸化剤、例えば過酸化水素水の溶液とその他の溶液、又は砥粒を主体とする研磨液とその他の溶液を別ラインで供給することもできる。
【００６９】
これらの場合、研磨布の直前で一液にして供給することもできる。この場合、複数のラインを接合した形でもよいし、研磨組成物を混合する一時溜め等の複数液を混合する装置を経由した形でもよい。また、別ラインでそのまま研磨布上に供給することも可能である。このとき、それぞれの液の流量を研磨途中で変化してもかまわない。例えば、２種の液に分けて供給する場合、研磨時間の１／２の時間でどちらか一方の液の滴下量を大きくする又は小さくするなどの方法が挙げられる。
【００７０】
このような研磨方法により被研磨膜が平坦化された基板を製造することができる。この工程を素子上に配線を形成する方法に関して更に説明する。
【００７１】
まず、基板上の層間絶縁膜に配線を形成する溝及び開口部を形成し、この絶縁膜上に薄くバリア膜を形成する。更に、前記溝及び開口部を埋め込むようにメッキなどの方法により銅などの金属配線用の金属膜を形成する。この金属膜を研磨し、露出したバリア膜及び層間絶縁膜をさらに研磨して平坦化することによって、金属膜が平坦化された基板を製造することができる。
【００７２】
本発明の研磨液は、金属配線用の金属膜とバリア膜、層間絶縁膜の化学機械研磨に適用することができる。好ましくは、銅又は銅合金を高速で研磨する第１工程と、バリア膜を研磨する第２工程からなる２段階研磨法における第２工程の研磨において有効である。
【００７３】
次に、ＭＲＡＭにおける配線形成方法について説明する。金属配線はアルミニウム又はアルミニウム合金、銅又は銅合金からなる導体層と、これを囲むニッケル−鉄（パーマロイ）などの強磁性層からなっており、この強磁性層を挟むようにしてタンタル、窒化タンタルなどのバリア膜を薄く形成されている。この金属配線はダマシン法で形成するが、余分な導体層、強磁性層及びバリア膜は、研磨を行いながら平坦化して除去する。
【００７４】
本発明の研磨組成物は、液の安定性等の取り扱いの利便性を考慮して輸送時や保存時に複数種に分けて保存してもよい。例えば、酸化剤とその他の溶液との２種に分けることができる。また、砥粒を主体とするものと、その他の溶液とに分けること等もできる。また、濃縮された研磨組成物を得ておいて、研磨時に水等で希釈して使用することもできる。
【実施例】
【００７５】
以下、実施例１〜８及び比較例１〜６を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例になんら限定されるものではない。
【００７６】
〈ウェハ〉
ここで使用したウェハは下記のようなものである。
【００７７】
タンタル膜付きブランケットウェハ：
タンタル膜が均一に付いたシリコンウェハ。
【００７８】
銅膜付きブランケットウェハ：
タンタル膜付きブランケットウェハのタンタル膜上に銅膜が均一に付いたシリコンウェハ。
【００７９】
酸化ケイ素膜付きブランケットウェハ：
ＣＶＤ法で形成した酸化ケイ素膜が均一に付いたシリコンウェハ。
【００８０】
基板サンプル：
溝２深さが５００ｎｍで、ライン２’／スペース３が１００μｍ／１００μｍ（又は９μｍ／１μｍ）の銅配線パターン形成用シリコンウェハ１に、２５ｎｍの厚さのタンタルバリア膜４を形成し、全面に１０００ｎｍの厚さの銅膜５を付けて、図１（ａ）に示すパターンウェハを得た。このパターンウェハを、タンタルに対する銅の研磨速度が充分大きい銅及び銅合金用の研磨液を用いて研磨し、絶縁膜部上にバリア層が露出した状態でディッシング量が５０ｎｍ以下になるようにして、図１（ｂ）に示す基板サンプルを作成した。
【００８１】
尚、全ての試料は４×４ｃｍに切断して用いた。
【００８２】
〈研磨条件〉
ウェハの研磨に使用した研磨条件は下記のようなものである。
ウェハ寸法：４×４ｃｍ
線速度：７０ｍ／分
研磨パッド：ロデールニッタ社製ＩＣ１４００
研磨組成物供給速度：１３ｍｌ／分
研磨圧力：１５ｋＰａ
【００８３】
〈研磨特性評価〉
研磨特性は下記のようにして測定した。
【００８４】
Ｃｕ及びＴａ研磨速度：
膜のシート抵抗値から研磨前後の銅膜及びタンタル膜の膜厚を測定し、これらの値と研磨時間から研磨速度を換算した。
【００８５】
酸化ケイ素研磨速度：
光干渉式の膜厚測定装置を用いて、研磨前後の酸化ケイ素膜の膜厚を測定し、これらの値と研磨時間から研磨速度を換算した。
【００８６】
ディッシング評価：
実施例及び比較例の研磨液を用いてタンタル膜付きブランケットウェハを研磨し、タンタルの研磨速度を求めて、２５ｎｍのタンタルを研磨するのに必要な研磨時間を算出した。それぞれの実施例及び比較例の研磨液を用いて、タンタルのバリア膜が露出した基板サンプルを、この算出された時間に加えて３０秒間にわたって研磨した。図２に示されるように１００μｍスペース部３”と１００μｍライン部２”との段差ｄをディッシングとして評価した。尚、ここでは触診式の段差測定計を用いて段差の測定を行った。
【００８７】
エロージョン測定：
実施例及び比較例の研磨液を用いてタンタル膜付きブランケットウェハを研磨し、タンタルの研磨速度を求めて、２５ｎｍのタンタルを研磨するのに必要な研磨時間を算出した。それぞれの実施例及び比較例の研磨液を用いて、タンタルのバリア膜が露出した基板サンプルを、この算出された時間に加えて３０秒間にわたって研磨した。図３の如く、９μｍ／１μｍライン／スペースのスペース部の絶縁膜の目減りｅをエロージョンとして測定した。尚、ここでは触診式の段差測定計を用いて段差の測定を行った。
【００８８】
〈研磨組成物の組成〉
実施例１〜８及び比較例１〜６の研磨組成物の組成を表１に示す。
【００８９】
【表１】
2006203188.tif 000002
【００９０】
表１に示す組成の研磨組成物を調製した。尚、実施例１〜８並びに比較例１〜３及び６において研磨材として使用したコロイダルシリカＡは、一次粒子径３０〜４０ｎｍ及び二次粒子径７０ｎｍであり、比較例４及び５において研磨材として使用したアルミナは、比表面積２００ｍ２／ｇ及び二次粒子径１２０ｎｍの気相法アルミナであった。また、表１に示される組成の残部は水である。
【００９１】
〈評価結果〉
結果を表２に示す。
【００９２】
【表２】
2006203188.tif 000003
【００９３】
比較例１〜６の化学的機械的研磨組成物と比較すると、本発明の実施例１〜８の化学的機械的研磨組成物では、ディッシング、エロージョンを抑制し、特に金属膜の平坦性を維持したままで高速に研磨できることが示されている。
【００９４】
すなわち、比較例１でのようにメタンスルホン酸及び酸化剤を含有するが酸性のｐＨを有する場合、及び比較例２でのようにメタンスルホン酸の代わりにクエン酸を含有する場合には、ディッシング及びエロージョンを制御することができない。また比較例３でのようにメタンスルホン酸を含有するが酸化剤を含有しない場合には、Ｔａ研磨速度が小さく、またＴａが不均一に研磨されることによって、基板表面の均一な研磨が達成されない。更に比較例４及び５でのように研磨材としてアルミナを用いる場合、Ｃｕ研磨速度に対して、Ｔａ及び酸化ケイ素研磨速度が有意に小さい。特に、比較例４でのように酸性を用いる場合には、ディッシングが非常に大きくなり、また比較例５でのようにアルカリ性のｐＨを用いる場合には、研磨材粒子が凝集し、研磨後の基板に多数のスクラッチが発生した。尚、スクラッチは目視により観察した。比較例６でのようにメタンスルホン酸及び酸化剤を含有せずに単にアンモニアでアルカリ性にした場合には、Ｃｕ膜に比べてＴａ膜及び酸化ケイ素膜への研磨速度が小さく、Ｔａ膜の除去に長時間を要するので、その間にディッシングが進行する。
【００９５】
これに対して実施例１〜８の化学機械的研磨組成物では、メタンスルホン酸、アルカリ金属、酸化剤、シリカ研磨材を含有し、８〜１２のｐＨを有することによって、Ｃｕ、Ｔａ及び酸化ケイ素膜の研磨速度、ディッシング及びエロージョンが改善され、有意のスクラッチも観察されなかった。
【００９６】
また、実施例１〜８の中では、硫酸、乳酸、炭素原子数が７以上の脂肪族ジカルボン酸及びそれらの混合物を含有する実施例３〜８において、ディッシング、エロージョンを抑制しつつ、大きい銅研磨速度が得られることが示されている。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】パターンウェハ（ａ）及び基板サンプル（ｂ）を示す横断面図である。
【図２】ウェハのディッシングを示す横断面図である。
【図３】ウェハのエロージョンを示す横断面図である。
【符号の説明】
【００９８】
１    シリコンウェハ
２、２’、２”    ライン
３、３’、３”    スペース
ｄ    ディッシング
ｅ    エロージョン
【図１】
2006203188.tif 000004
【図２】
2006203188.tif 000005
【図３】
2006203188.tif 000006