(57)【要約】【課題】高研磨速度でディッシングの小さい研磨性能を有する半導体デバイスの銅配線を研磨する研磨液及びそれを用いた化学的機械的研磨方法を提供する。【解決手段】テトラゾールと、カルボキシ基を置換基として有する複素環化合物と、酸化剤と、有機酸と、を含有する、半導体デバイスの銅配線を研磨する研磨液。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
テトラゾールと、カルボキシ基を置換基として有する複素環化合物と、酸化剤と、有機酸と、を含有することを特徴とする半導体デバイスの銅配線を研磨する研磨液。
【請求項２】
前記テトラゾールとカルボキシ基を置換基として有する複素環化合物との含有モル比が、２００：１〜１０：１であることを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイスの銅配線を研磨する研磨液。
【請求項３】
前記有機酸が２級または３級の窒素原子を含むアミノ酸であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体デバイスの銅配線を研磨する研磨液。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の研磨液を、被研磨面と接触させ、被研磨面と研磨面を相対運動させて研磨することを特徴とする化学的機械的研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスの製造に関するものであり、特に半導体デバイスの配線工程における化学的機械的平坦化を行う方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路（以下ＬＳＩと記す）で代表される半導体デバイスの開発においては、小型化・高速化のため、近年配線の微細化と積層化による高密度化・高集積化が求められている。このための技術として化学的機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、以下、適宜、「ＣＭＰ」と称する）等の種々の技術が用いられてきている。このＣＭＰは層間絶縁膜等の被加工膜の表面平坦化、プラグ形成、埋め込み金属配線の形成、等を行う場合に必須の技術であり、基板の平滑化や配線形成時の余分な金属薄膜の除去を行っている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ＣＭＰの一般的な方法は、円形の研磨定盤（プラテン）上に研磨パッドを貼り付け、研磨パッド表面を研磨液で浸して、パッドに基板（ウエハ）の表面を押しつけ、その裏面から所定の圧力（研磨圧力）を加えた状態で、研磨定盤及び基板の双方を回転させ、発生する機械的摩擦により基板の表面を平坦化するものである。
ＣＭＰに用いる金属用研磨溶液は、一般には砥粒（例えばアルミナ、シリカ）と酸化剤（例えば過酸化水素、過硫酸）とが含まれる。基本的なメカニズムは、酸化剤によって金属表面を酸化し、その酸化皮膜を砥粒で除去することで研磨していると考えられており、例えば、下記の非特許文献１に記載されている。
【０００４】
配線用の金属としては従来からタングステンおよびアルミニウムがインターコネクト構造体に汎用されてきた。しかしながら更なる高性能化を目指し、これらの金属より配線抵抗の低い銅を用いたＬＳＩが開発されるようになった。この銅を配線する方法としては、例えば、ダマシン法が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、コンタクトホールと配線用溝とを同時に層間絶縁膜に形成し、両者に金属を埋め込むデュアルダマシン法が広く用いられるようになってきた。銅金属の研磨においては、特に軟質の金属であるがため、益々高精度の研磨技術が要求されてきている。また、同時に、高生産性を発揮し得る高速金属研磨手段が求められている。
【０００５】
特に、昨今は半導体デバイスの小型・高速化のため、配線の微細化と積層化によるいっそうの高密度化・高集積化が求められており、配線部金属が過剰に研磨されて皿状に窪むディッシング現象の低減への要求がますます強くなりつつある。
【０００６】
また、ディッシング又はスクラッチを低減する研磨液として、テトラゾール類を含有する研磨液が開示されている（例えば、特許文献２参照）。この技術によれば、ウエハ面内均一性が確保され、コロージョン、シニング、エロージョンなどの研磨の局部的な不均一に伴う欠陥の発生を抑制しうるものの、実用上更なる高研磨速度と低ディッシング化が望まれている。
【特許文献１】特開平２−２７８８２２号公報
【特許文献２】特開平２００６−１００５３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前記問題点に鑑みなされたものであり、以下の目的を達成することを課題とする。
即ち、本発明の目的は、高研磨速度が可能で、且つディッシングの発生が抑制された、半導体デバイスの主として銅配線を研磨する研磨液、及び該研磨液を用いた化学的機械的研磨方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は鋭意検討した結果、下記の本発明の方法をより問題を解決できることを見出し、上記目的を達成するに至った。
【０００９】
＜１＞  テトラゾールと、カルボキシ基を置換基として有する複素環化合物と、酸化剤と、有機酸と、を含有することを特徴とする半導体デバイスの銅配線を研磨する研磨液。
＜２＞  前記テトラゾールとカルボキシ基を置換基として有する複素環化合物との含有モル比が、  ２００  ：１〜１０：１であることを特徴とする＜１＞に記載の半導体デバイスの銅配線を研磨する研磨液。
＜３＞  前記有機酸が２級または３級の窒素原子を含むアミノ酸であることを特徴とする＜１＞又は＜２＞に記載の半導体デバイスの銅配線を研磨する研磨液。
＜４＞  ＜１＞乃至＜３＞のいずれか１つに記載の研磨液を、被研磨面と接触させ、被研磨面と研磨面を相対運動させて研磨することを特徴とする化学的機械的研磨方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高研磨速度でディッシングの小さい研磨性能を達成する、半導体デバイスの主として銅配線を研磨する研磨液、及び該研磨液を用いた化学的機械的研磨方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の半導体デバイスの銅配線を研磨する研磨液は、テトラゾールと、カルボキシ基を置換基として有する複素環化合物と、酸化剤と、有機酸と、を含有することを特徴とする。
また、本発明の化学的機械的研磨方法は前記研磨液を、半導体デバイスの被研磨面と接触させ、被研磨面と研磨面を相対運動させて研磨することを特徴としている。
より好ましい態様としては、前記研磨液中のテトラゾールとカルボキシ基を置換基として有する複素環化合物との含有モル比が２００：１〜１０：１であること、半導体デバイスの銅配線を研磨する研磨液が２級または３級の窒素原子を含むアミノ酸を含むことが挙げられる。
以下、本発明について詳細に説明する。
【００１２】
＜半導体デバイスの銅配線を研磨する研磨液＞
本発明の半導体デバイスの銅配線を研磨する研磨液は、構成成分としてテトラゾール、カルボキシル基を置換基として有する複素環化合物、酸化剤、有機酸、を必須成分とし、他に砥粒などを含有することが好ましく、通常は、各成分を溶解してなる水溶液に砥粒を分散してなるスラリーの形態をとる。
前記研磨液が含有する各成分については、以下に詳述するが、それぞれの成分は１種のみを用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
【００１３】
本発明において「半導体デバイスの銅配線を研磨する研磨液」とは、研磨に使用する組成（濃度）の研磨液のみならず、使用時に必要により希釈して用いる研磨濃縮液も本発明では特に断りのない限り、研磨液と称する。濃縮液は研磨に使用する際に、水または水溶液などで希釈して、研磨に使用されるもので、希釈倍率は一般的には１〜２０体積倍である。
【００１４】
次に、本発明に係る研磨液の成分について説明する。
［テトラゾール］
本発明の研磨液は、不動態膜を形成し、銅の酸化を抑制する化合物としてテトラゾールを含有する。
本発明におけるテトラゾールは１Ｈ−テトラゾールを表す
本発明におけるテトラゾールは、公知の方法で合成でき、市販品を用いてもよい。
本発明で用いるテトラゾールの添加量は、総量として、研磨に使用する際の研磨液（即ち、水または水溶液で希釈する場合は希釈後の研磨液）１Ｌ中、０．０００１〜０．１ｍｏｌが好ましく、０．０００５〜０．０１ｍｏｌがより好ましく、０．００１〜０．０５ｍｏｌが更に好ましい。
【００１５】
［カルボキシ基を置換基として有する複素環化合物］
本発明の研磨液は、前記テトラゾールと異なる不動態膜形成化合物として、カルボキシ基を置換基として有する複素環化合物（以下、適宜、「特定複素環化合物」と称する）を含有する。
特定複素環化合物において、「複素環化合物」とは、ヘテロ原子を１個以上含んだ複素環を有する化合物である。ヘテロ原子とは、炭素原子、又は水素原子以外の原子を意味する。複素環とはヘテロ原子を少なくとも一つ持つ環状化合物を意味する。ヘテロ原子は複素環の環系の構成部分を形成する原子のみを意味し、環系に対して外部に位置していたり、少なくとも一つの非共役単結合により環系から分離していたり、環系のさらなる置換基の一部分であるような原子は意味しない。
【００１６】
ヘテロ原子として好ましくは、窒素原子、硫黄原子、酸素原子、セレン原子、テルル原子、リン原子、ケイ素原子、及びホウ素原子であり、さらに好ましくは、窒素原子、硫黄原子、酸素原子、及びセレン原子であり、特に好ましくは、窒素原子、硫黄原子、及び酸素原子であり、最も好ましくは窒素原子、及び硫黄原子である。
【００１７】
本発明でカルボキシ基を置換基として有する複素環化合物の複素環の環員数は特に限定されず、単環化合物あっても縮合環を有する多環化合物であっても良い。単環の場合の員数は、好ましくは３〜８であり、さらに好ましくは５〜７であり、特に好ましくは５、及び６である。また、縮合環を有する場合の環数は、好ましくは２〜４であり、さらに好ましくは２または３である。
これらの複素環として具体的には、イミダゾール環、ピラゾール環、トリアゾール環、テトラゾール環、ベンズイミダゾール環、ベンズトリアゾール環等が挙げられ、より好ましくはトリアゾール環、テトラゾール環が挙げられる。但し、これらに限定されるものではない。
【００１８】
特定複素環化合物の具体的な置換基としてはカルボキシ基またはその塩が挙げられる。カルボキシ基を置換基として有する複素環化合物は、カルボキシ基を有する置換基を有していれば、別のいかなる置換基を有していても良い。カルボキシ基を有する置換基の数は１つ以上であれば良く、１つないし３つが好ましく、１つまたは２つがより好ましい。また塩とは、アルカリ金属、アルカリ土類金属、重金属などの陽イオンや、アンモニウムイオン、ホスホニウムイオンなどの有機の陽イオンを意味する。
本発明でカルボキシ基を置換基として有する複素環化合物として、特に好ましい具体的化合物としては、１，２，３トリアゾール−４カルボン酸、１，２，３トリアゾール−４，５ジカルボン酸、テトラゾール−５カルボン酸、テトラゾール−５酢酸が挙げられる。
カルボキシ基を置換基として有する複素環化合物は、１種単独で用いてもよいし、２種以上併用してもよい。
【００１９】
本発明において、テトラゾールと併用する特定複素環化合物との含有モル比は、テトラゾール：特定複素環化合物＝２００：１〜１０／１であり、１００：１〜１０：１が好ましく、より好ましくは５０：１〜１０：１である。上記範囲内である場合、高研磨速度と低ディッシングが両立できる点で好ましい。
【００２０】
［酸化剤］
本発明の研磨液は、研磨対象の金属を酸化できる化合物である酸化剤を含有する。
具体的には、過酸化水素、過酸化物、硝酸塩、ヨウ素酸塩、過ヨウ素酸塩、次亜塩素酸塩、亜塩素酸塩、塩素酸塩、過塩素酸塩、過硫酸塩、重クロム酸塩、過マンガン酸塩、オゾン水および銀（ＩＩ）塩、鉄（ＩＩＩ）塩が挙げられるが、過酸化水素がより好ましく用いられる。
本発明における酸化剤は、公知の方法で合成でき、市販品を用いてもよい。
本発明における酸化剤は、１種単独で用いてもよいし、２種以上併用してもよい。
酸化剤の添加量は、研磨に使用する際の研磨液の１Ｌ中、０．００３ｍｏｌ〜８ｍｏｌとすることが好ましく、０．０３ｍｏｌ〜６ｍｏｌとすることがより好ましく、０．１ｍｏｌ〜４ｍｏｌとすることが特に好ましい。即ち、酸化剤の添加量は、金属の酸化が十分で高いＣＭＰ速度を確保する点で０．００３ｍｏｌ以上が好ましく、研磨面の荒れ防止の点から８ｍｏｌ以下が好ましい。
【００２１】
［有機酸］
本発明の研磨液は、研磨速度の向上を図るため、有機酸を含有する。有機酸の例として、以下のものが挙げられる。ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、２−メチル酪酸、ｎ−ヘキサン酸、３，３−ジメチル酪酸、２−エチル酪酸、４−メチルペンタン酸、ｎ−ヘプタン酸、２−メチルヘキサン酸、ｎ−オクタン酸、２−エチルヘキサン酸、安息香酸、グリコール酸、サリチル酸、グリセリン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、マレイン酸、フタル酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、乳酸、ヒドロキシエチルイミノ二酢酸、イミノ二酢酸、ジヒドロキシエチルグリシン、及びそれらのアンモニウム塩やアルカリ金属塩等の塩が挙げられる。
【００２２】
さらに好ましい有機酸はアミノ酸であり、アミノ酸としては水溶性のものが好ましく、以下のものが挙げられる。
例えば、グリシン、Ｌ−アラニン、β−アラニン、Ｌ−２−アミノ酪酸、Ｌ−ノルバリン、Ｌ−バリン、Ｌ−ロイシン、Ｌ−ノルロイシン、Ｌ−イソロイシン、Ｌ−アロイソロイシン、Ｌ−フェニルアラニン、Ｌ−プロリン、サルコシン、Ｌ−オルニチン、Ｌ−リシン、タウリン、Ｌ−セリン、Ｌ−トレオニン、Ｌ−アロトレオニン、Ｌ−ホモセリン、Ｌ−チロシン、３，５−ジヨ−ド−Ｌ−チロシン、β−（３，４−ジヒドロキシフェニル）−Ｌ−アラニン、Ｌ−チロキシン、４−ヒドロキシ−Ｌ−プロリン、Ｌ−システィン、Ｌ−メチオニン、Ｌ−エチオニン、Ｌ−ランチオニン、Ｌ−シスタチオニン、Ｌ−シスチン、Ｌ−システィン酸、Ｌ−アスパラギン酸、Ｌ−グルタミン酸、Ｓ−（カルボキシメチル）−Ｌ−システィン、４−アミノ酪酸、Ｌ−アスパラギン、Ｌ−グルタミン、アザセリン、Ｌ−アルギニン、Ｌ−カナバニン、Ｌ−シトルリン、δ−ヒドロキシ−Ｌ−リシン、クレアチン、Ｌ−キヌレニン、Ｌ−ヒスチジン、１−メチル−Ｌ−ヒスチジン、３−メチル−Ｌ−ヒスチジン、エルゴチオネイン、Ｌ−トリプトファン、アクチノマイシンＣ１、アパミン、アンギオテンシンＩ、アンギオテンシンＩＩ及びアンチパイン等のアミノ酸が挙げられる。
【００２３】
これらの中で本発明では特に２級または３級の窒素原子を含むアミノ酸（以下、適宜、「特定アミノ酸」と称する）を用いることが好ましい。２級または３級の窒素原子を含むアミノ酸として、好ましくは下記一般式（Ａ）または一般式（Ｂ）で表される化合物が挙げられる。
【００２４】
【化１】
2008091574.tif 000002
【００２５】
一般式（Ａ）および一般式（Ｂ）中のＲａ、Ｒｂ、Ｒｃは、それぞれ独立に炭素数１〜１０（好ましくは炭素数１〜８、より好ましくは炭素数２〜７）のアルキル基であり、置換基を有していても無置換であってもよく、直鎖、分岐または環状のいずれでも良い。
【００２６】
特定アミノ酸の具体例としては、以下示すような化合物〔例示化合物（Ｉ−１）〜（Ｉ−２１）〕が挙げられる。但し、本発明における好ましい特定窒素含有有機酸はこれらの例示化合物に限定されない。
【００２７】
【化２】
2008091574.tif 000003
【００２８】
【化３】
2008091574.tif 000004
【００２９】
上記アミノ酸のなかでも、より好ましくは化合物Ｉ−３、Ｉ−５、Ｉ−７、Ｉ−１０、Ｉ−２１等が挙げられる。
本発明の研磨液に上記有機酸は単独で用いてもよいし、２種以上併用してもよい。これらの有機酸は、常法に従って合成できるほか、市販品を使用してもよい。
【００３０】
上記有機酸の添加量は、研磨に使用する際の研磨液の１Ｌ中、０．０００５〜１ｍｏｌとすることが好ましく、０．００５ｍｏｌ〜０．５ｍｏｌとすることがより好ましく、０．０１ｍｏｌ〜０．３ｍｏｌとすることが特に好ましい。
【００３１】
本発明の研磨液のｐＨは、複素環化合物の置換基であるカルボキシ基が解離するように４〜９が好ましく、より好ましくは５〜８である。この範囲において本発明の研磨液は特に優れた効果を発揮する。この範囲に調整するため、必要であれば、下記ｐＨ調整剤によって調整する。
ｐＨ調整剤としては、アルカリ／酸又は緩衝剤が用いられる。アルカリ／酸又は緩衝剤としては、水酸化アンモニウム及びテトラメチルアンモニウムハイドロキサイドなどの有機水酸化アンモニウム、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミンなどのようなアルカノールアミン類などの非金属アルカリ剤、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムなどのアルカリ金属水酸化物、硝酸、硫酸、りん酸などの無機酸、炭酸ナトリウムなどの炭酸塩、リン酸三ナトリウムなどのリン酸塩、ホウ酸塩、四ホウ酸塩、ヒドロキシ安息香酸塩等を好ましく挙げることができる。特に好ましいアルカリ剤として水酸化アンモニウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム及びテトラメチルアンモニウムハイドロキサイドである。
アルカリ／酸又は緩衝剤の添加量としては、ｐＨが好ましい範囲に維持される量であればよく、研磨に使用する際の金属用研磨液の１Ｌ中、０．０００１ｍｏｌ〜１．０ｍｏｌとすることが好ましく０．００３ｍｏｌ〜０．５ｍｏｌとすることがより好ましい。
【００３２】
［砥粒］
本発明の研磨液は砥粒を含有することが好ましい。好ましい砥粒としては、例えば、シリカ（沈降シリカ、フュームドシリカ、コロイダルシリカ、合成シリカ）、セリア、アルミナ、チタニア、ジルコニア、ゲルマニア、酸化マンガン、炭化ケイ素、ポリスチレン、ポリアクリル、ポリテレフタレートなどが挙げられるが、コロイダルシリカを用いることがより好ましい。
砥粒の添加量としては、使用する際の研磨液１Ｌ中に０．１〜５０ｇの砥粒を含むことが好ましく、より好ましくは１〜１０ｇの砥粒を含む。
また、砥粒は平均粒径５〜２００ｎｍが好ましく、１０〜１００ｎｍがより好ましい。
ここで、本発明における研磨粒子の平均粒径は、動的光散乱法から得られた粒度分布において求められる平均粒子径を表す。例えば、粒度分布を求める測定装置しては堀場製作所製ＬＢ−５００等が用いられる。
【００３３】
本発明の研磨液は、さらに他の成分を含有してもよく、例えば、界面活性剤、親溶性ポリマー、及び、その他の添加剤を挙げることができる。
［界面活性剤／親水性ポリマー］
本発明の研磨液は、界面活性剤や親水性ポリマーを含有することが好ましい。
界面活性剤と親水性ポリマーは、いずれも被研磨面の接触角を低下させる作用を有して、均一な研磨を促す作用を有する。用いられる界面活性剤や親水性ポリマーとしては、以下の群から選ばれたものが好適である。
陰イオン界面活性剤として、カルボン酸塩、スルホン酸塩、硫酸エステル塩、リン酸エステル塩が挙げられ、陽イオン界面活性剤として、脂肪族アミン塩、脂肪族４級アンモニウム塩、塩化ベンザルコニウム塩、塩化ベンゼトニウム、ピリジニウム塩、イミダゾリニウム塩が挙げられ、両性界面活性剤として、カルボキシベタイン型、アミノカルボン酸塩、イミダゾリニウムベタイン、レシチン、アルキルアミンオキサイドを挙げることができ、非イオン界面活性剤として、エーテル型、エーテルエステル型、エステル型、含窒素型が挙げられ、また、フッ素系界面活性剤などが挙げられる。
さらに、親水性ポリマーとしては、ポリエチレングリコール等のポリグリコール類、ポリビニルアルコール、ポロビニルピロリドン、アルギン酸等の多糖類、ポリメタクリル酸等のカルボン酸含有ポリマー等が挙げられる。
【００３４】
なお、上記のものは、酸もしくはそのアンモニウム塩の方が、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がなく望ましい。上記例示化合物の中でもシクロヘキサノール、ポリアクリル酸アンモニウム塩、ポリビニルアルコール、コハク酸アミド、ポロビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックポリマーがより好ましい。
【００３５】
これらの界面活性剤や親水性ポリマーの重量平均分子量としては、５００〜１０００００が好ましく、特には２０００〜５００００が好ましい。
【００３６】
界面活性剤及び／又は親水性ポリマーの添加量は、総量として、研磨に使用する際の研磨液の１Ｌ中、０．００１〜１０ｇとすることが好ましく、０．０１〜５ｇとすることがより好ましく０．１〜３ｇとすることが特に好ましい。
【００３７】
［キレート剤］
本発明の研磨液は、混入する多価金属イオンなどの悪影響を低減させるために、必要に応じてキレート剤（すなわち硬水軟化剤）を含有していてもよい。
キレート剤としては、カルシウムやマグネシウムの沈澱防止剤である汎用の硬水軟化剤やその類縁化合物を用いることができ、必要に応じてこれらを２種以上併用しても良い。
キレート剤の添加量は混入する多価金属イオンなどの金属イオンを封鎖するのに充分な量であれば良く、例えば、研磨に使用する際の研磨液の１Ｌ中、０．０００３ｍｏｌ〜０．０７ｍｏｌになるように添加する。
【００３８】
＜化学的機械的研磨方法＞
次に、本発明の化学的機械的研磨方法について説明する。
本発明の化学的機械的研磨方法は、上記で説明した研磨液を、被研磨面と接触させ、被研磨面と研磨面を相対運動させて研磨することを特徴とする。
以下に、前記研磨方法で用いる研磨装置、研磨条件、研磨液の供給方法、研磨液の供給量、前記研磨面を有する研磨パッド、前記被研磨面を有する半導体集積回路ウエハについて詳述する。
【００３９】
［研磨装置］
本発明の化学的機械的研磨方法を実施できる装置は、被研磨面を有する半導体集積回路ウエハを保持するホルダーと研磨面を有する研磨パッドを貼り付けた（回転数が変更可能なモータ等を取り付けてある）研磨定盤を有する一般的な研磨装置が使用でき、例えばＦＲＥＸ３００（荏原製作所）を用いることができる。
【００４０】
［研磨圧力］
本発明の化学的機械的研磨方法は、半導体集積回路ウエハの被研磨面と研磨パッドの研磨面との接触圧力が３０００〜３００００Ｐａで研磨を行うことが好ましく、７０００〜１５０００Ｐａで研磨を行うことがより好ましい。
【００４１】
［研磨定盤の回転数］
本発明の化学的機械的研磨方法は、研磨定盤の回転数が５０〜３００ｒｐｍで研磨を行うことが好ましく、５０〜２００ｒｐｍで研磨を行うことがより好ましい。
【００４２】
［研磨液供給方法］
本発明では対象金属を研磨する間、研磨定盤上の研磨パッドに研磨液をポンプ等で連続的に供給する。この供給量に制限はないが、研磨パッドの表面が常に研磨液で覆われていることが好ましい。
【００４３】
本発明では濃縮された研磨液に水または水溶液を加え希釈して用いることもできる。希釈方法としては、例えば、濃縮された研磨液を供給する配管と水または水溶液を供給する配管を途中で合流させて混合し、希釈された研磨液を研磨パッドに供給する方法などを挙げることができる。その場合の混合は、圧力を付した状態で狭い通路を通して液同士を衝突混合する方法、配管中にガラス管などの充填物を詰め液体の流れを分流分離、合流させることを繰り返し行う方法、配管中に動力で回転する羽根を設ける方法など通常に行われている方法を用いることができる。
【００４４】
また、他の希釈方法としては、研磨液を供給する配管と水または水溶液を供給する配管を独立に設け、それぞれから所定量の液を研磨パッドに供給し、研磨パッドと被研磨面の相対運動により混合する方法する方法も本発明に用いることが出来る。
さらに、１つの容器に所定量の濃縮された研磨液と水または水溶液を入れて混合し、所定の濃度に希釈した後に、その混合液を研磨パッドに供給する方法も本発明に適用することが出来る。
【００４５】
これらの方法以外に、研磨液が含有すべき成分を少なくとも２つの構成成分に分けて、それらを使用する際に、水または水溶液を加え希釈して研磨パッドに供給する方法も本発明に用いることが出来る。この場合、酸化剤を含む成分と酸を含有する成分とに分割して供給することが好ましい。
例えば、酸化剤を１つの構成成分（Ａ）とし、酸、添加剤、界面活性剤及び水を１つの構成成分（Ｂ）とし、それらを使用する際に水または水溶液で構成成分（Ａ）と構成成分（Ｂ）を希釈して使用する。この場合、構成成分（Ａ）と構成成分（Ｂ）と水または水溶液をそれぞれ供給する３つの配管が必要であり、３つの配管を研磨パッドに供給する１つの配管に結合し、その配管内で混合してもよく、２つの配管を結合してから他の１つの配管を結合して混合してもよい。例えば、溶解しにくい添加剤を含む構成成分と他の構成成分を混合し、混合経路を長くして溶解時間を確保してから、さらに水または水溶液の配管を結合することで研磨液を供給することも可能である。
また、上記の３つの配管をそれぞれ研磨パッドに導き研磨パッドと被研磨面の相対運動により混合して供給してもよいし、１つの容器に３つの構成成分を混合した後に、その混合液を研磨パッドに供給してもよい。さらに、研磨液を濃縮液とし、希釈水を別にして研磨面に供給してもよい。
【００４６】
［研磨液の供給量］
本発明の化学的機械的研磨方法において、研磨液の研磨定盤上への供給量は５０〜５００ｍｌ／ｍｉｎとすることができ、１００〜３００ｍｌ／ｍｉｎであることがより好ましい。
【００４７】
［研磨パッド］
本発明の研磨液を用いて化学的機械的研磨方法を実施する際に用いる、研磨面を有する研磨パッドには特に制限はなく、無発泡構造パッドでも発泡構造パッドでもよい。前者はプラスチック板のように硬質の合成樹脂バルク材をパッドに用いるものである。また、後者は更に独立発泡体（乾式発泡系）、連続発泡体（湿式発泡系）、２層複合体（積層系）の３つがあり、特には２層複合体（積層系）が好ましい。発泡は、均一でも不均一でもよい。
更に研磨に用いる砥粒（例えば、セリア、シリカ、アルミナ、樹脂など）を含有したものでもよい。また、それぞれに硬さは軟質のものと硬質のものがあり、どちらでもよく、積層系ではそれぞれの層に異なる硬さのものを用いることが好ましい。材質としては不織布、人工皮革、ポリアミド、ポリウレタン、ポリエステル、ポリカーボネート等が好ましい。また、研磨面と接触する面には、格子溝／穴／同心溝／らせん状溝などの加工を施してもよい。
【００４８】
次に、研磨される半導体集積回路ウエハについて説明する。
［配線金属材料］
本発明において、研磨面を有する研磨対象は銅又は銅合金からなる配線を持つＬＳＩであり、銅合金の中でも銀を含有する銅合金が適している。銅合金に含有される銀含量は、１０質量％以下、さらには１質量％以下で優れた効果を発揮し、０．００００１〜０．１質量％の範囲である銅合金において最も優れた効果を発揮する。
【００４９】
［配線の太さ］
本発明の化学的機械的研磨方法で研磨される研磨面を有する半導体集積回路ウエハは、例えばＤＲＡＭデバイス系ではハーフピッチで０．１５μｍ以下で特には０．１０μｍ以下、更には０．０８μｍ以下、一方、ＭＰＵデバイス系では０．１２μｍ以下で特には０．０９μｍ以下、更には０．０７μｍ以下の配線を持つＬＳＩであることが好ましい。これらのＬＳＩに対して、本発明の研磨液は特に優れた効果を発揮する。
【００５０】
［層間絶縁膜］
本発明の化学的機械的研磨方法は、基板上の配線の平坦化のみならず、多層配線基板の平坦化にも使用できる。この場合、層間絶縁膜上に形成された配線を平坦化することができる。本発明における層間絶縁膜とは前記半導体集積回路ウエハ上で後述のバリア金属層との間に形成される、各層間の絶縁のための膜である。
本発明における層間絶縁膜は、前記基板上に形成される絶縁膜であれば、特に限定されるものではないが、シリカ系被膜又は有機系被膜であることが有効に本発明の効果を奏することができる点で好ましく、中でも、シリカ系被膜であることが好ましい。シリカ系被膜としては、炭素をドープしたシリカ系被膜、フッ素化シリコン硝子、水素シルセスキオキサン、メチルシルセスキオキサン等が挙げられるが、炭素をドープしたシリカ系被膜が好ましい。
炭素をドープしたシリカ系被膜における炭素の含有量としては、実行誘電率を低減する観点と、絶縁膜自体の機械的強度を維持する点から２０質量％〜６０質量％が好ましく、２５質量％〜３５質量％が特に好ましい。
有機系被膜としては、ポリイミド、パリレン、テフロン（登録商標）等が挙げられ、ポリイミドが好ましい。
また、層間絶縁膜の誘電率が２．６以下の特性を有するものであることが有効に本発明の効果を奏することができる点で好ましく、２．４〜２．５であることがより好ましい。
本発明における層間絶縁膜としては、前記の好ましい例の組み合わせがより好ましい。
また、本発明における層間絶縁膜の厚さは、多層配線における配線の上部と下部、又は世代間（ノード）により適宜調整可能である。
本発明における層間絶縁膜の形成方法は、米国特許（ＵＳ）第６，４４０，８６６号、同第６，４１０，４６３号、同第６，５９６，６５４号等の各明細書に記載の方法を挙げることができる。
【００５１】
［バリア金属］
銅配線と層間絶縁膜との間には、銅の拡散を防ぐ為のバリア層が設けられ、バリア層としては低抵抗のメタル材料、例えばＴｉＮ、ＴｉＷ、Ｔａ、ＴａＮ、Ｗ、ＷＮが好ましく、中でもＴａ、ＴａＮが特に好ましい。
【実施例】
【００５２】
以下、実施例により本発明を説明する。本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
［実施例１］
下記表１に示す研磨液を調製し、研磨試験及び評価を行った。
（研磨液の調製）
・砥粒：平均粒径４０ｎｍのコロイダルシリカ                              ２ｇ／Ｌ
・有機酸：グリシン                                            ０．１８ｍｏｌ／Ｌ
・テトラゾール：                                              １．７ｍｍｏｌ／Ｌ
・特定複素環化合物：１，２，３−トリアゾール−４，５−ジカルボン酸                                                                        ０．０３４ｍｍｏｌ／Ｌ
・酸化剤：過酸化水素                                                  １８ｇ／Ｌ
・純水を加えて全量                                                  １０００ｍＬ
・ｐＨ：（アンモニア水と硫酸で調整）                                      ７．５
【００５３】
（研磨試験）
以下の条件で研磨を行い、研磨速度及びディッシングの評価を行った。結果を表１に示す。
・研磨装置：                                        ＦＲＥＸ３００（荏原製作所）
・ウエハ；
（１）研磨速度算出用：シリコン基板上に厚み１μｍのＣｕ膜を形成した直径３００                          ｍｍのブランケットウエハ
（２）ディッシング評価用：直径３００ｍｍの銅配線ウエハ（パターンウエハ：マ                              スクパターン７５４ＣＭＰ（ＡＴＤＦ社））
・研磨パッド：                  ＩＣ１４００ＸＹ−Ｋ  Ｇｒｏｏｖｅ（ロデール社）
・研磨条件；
研磨圧力（ウエハ被研磨面と研磨パッドの接触圧力）：            １４０００Ｐａ
研磨液供給速度：                                          １５０ｍｌ／ｍｉｎ．
研磨定盤回転数：                                                １３０ｒｐｍ
研磨ヘッド回転数：                                              １０６ｒｐｍ
【００５４】
（評価方法）
・研磨速度の算出：  ブランケットウエハ（前記（１））を６０秒間研磨し、ウエハ面上の均等間隔の４９箇所に対し、研磨前後での金属膜厚を電気抵抗値から換算して求め、それらを研磨時間で割って求めた値の平均値を研磨速度とした。
・ディッシングの評価：  パターンウエハに対し、非配線部の銅が完全に研磨されるまでの時間に加え、更にその時間の１００％分だけ余分に研磨を行い、ラインアンドスペース部（ライン１００μｍ、スペース１００μｍ）の段差を接触式段差計ＤｅｋｔａｋＶ３２０１（Ｖｅｅｃｏ社製）で測定した。
【００５５】
［実施例２〜実施例７、比較例１、比較例２］
実施例１において、テトラゾールの含有量、特定複素環化合物、及びその含有量を下記表１のように代えた以外は、すべて実施例１と同様にして研磨液を調製し、研磨試験及び評価を行った。結果を表１に示す。
【００５６】
【表１】
2008091574.tif 000005
【００５７】
表１から明らかなように、本発明の研磨液を用いた化学的機械的研磨方法により、高研磨速度と低ディッシングという効果が得られたことが分かる。
【００５８】
［実施例８〜実施例１２］
実施例１の研磨液において、有機酸として使用しているグリシンに代えて、表２に示す前記例示化合物（Ｉ−１）、（Ｉ−３）、（Ｉ−５）、（Ｉ−７）、及び（Ｉ−１０）に変更する以外は実施例１と同様にして研磨液を調製し、研磨試験及び評価を行った。結果を表２に示す。
【００５９】
【表２】
2008091574.tif 000006
【００６０】
表２から明らかなように、本発明の高研磨速度と低ディッシングという効果は２級または３級の窒素原子を含むアミノ酸を含む研磨液を用いた時に、顕著に発現することが分かる。