(57)【要約】【課題】  低研磨圧力下においても、ディッシングの発生を抑制しつつ、半導体基板上の金属膜を高速に研磨できる半導体ウエハ研磨方法を提供する。【解決手段】  半導体基板上に形成された金属膜を、研磨パッドを用いて研磨する方法において、ポリオキソ酸、アニオン性界面活性剤および水を含有してなる研磨組成物を用い、半導体ウエハと研磨パッドとの相対速度が４０ｍ／分以上で研磨することを特徴とする半導体ウエハ研磨方法。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成された金属膜を、研磨パッドを用いて研磨する方法において、ポリオキソ酸、アニオン性界面活性剤および水を含有してなる研磨組成物を用い、半導体ウエハと研磨パッドとの相対速度が４０ｍ／分以上で研磨することを特徴とする半導体ウエハ研磨方法。
【請求項２】
前記ポリオキソ酸が、ヘテロポリ酸である請求項１に記載の半導体ウエハ研磨方法。
【請求項３】
前記アニオン性界面活性剤が酸型であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体ウエハ研磨方法。
【請求項４】
前記研磨組成物が、窒素原子およびカルボキシル基を分子内に併せ持つ有機化合物を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体ウエハ研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板上に形成された金属膜の研磨に用いられる半導体ウエハ研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩ技術の急速な進展により、集積回路は益々微細化や多層配線化の傾向にある。集積回路における多層配線化は、半導体表面の凹凸が極めて大きくなる要因であり、これが集積回路の微細化とも相まって断線や電気容量の低下、エレクトロマイグレーションの発生などをもたらし、歩留まりの低下や信頼性上の問題をきたす原因となっている。
このため、これまでに多層配線基板における金属配線や層間絶縁膜を平坦化する種々の加工技術が開発されてきており、その一つにＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing ：化学機械的研磨）技術がある。ＣＭＰ技術は、半導体製造において層間絶縁膜の平坦化、埋め込み配線形成、プラグ形成等に必要となる技術である。
ＣＭＰは、キャリヤーに装着された通常半導体材料からなる平坦なウエハを、湿った研磨パッドに対し一定の圧力で押し付けながらキャリヤーおよび研磨パッド各々を回転することにより行われる。この時ウエハと研磨パッドの間に導入される研磨組成物により、配線や絶縁膜の凸部が研磨され平坦化がなされる。
【０００３】
従来、半導体基板上に形成された金属膜の研磨には種々の研磨組成物や研磨方法の提案がなされている。例えば非特許文献１に示されているように、金属のＣＭＰでは研磨組成物中の酸化剤により金属の表面を酸化しつつ、ｐＨを酸性にするなどしてわずかに金属が腐蝕する（エッチング）条件下で研磨パッドと研磨粒子で研磨が行われる。例えば半導体基板上に形成されたアルミニウム等金属膜の研磨組成物としては、酸化アルミニウムをｐＨ３以下の硝酸水溶液中に分散してなる研磨組成物（例えば特許文献１参照）、酸化アルミニウムや酸化ケイ素を硫酸、硝酸、酢酸等の酸性水溶液と混合してなる研磨組成物（例えば特許文献２参照）がある。また、酸化アルミニウムを過酸化水素とリン酸水溶液中に分散した研磨組成物（例えば特許文献３参照）など、酸化アルミニウムまたは酸化ケイ素等の研磨粒子と、過酸化水素等の酸化剤よりなる研磨組成物が多く使用されている。
【０００４】
近年、半導体素子は高密度化のため多層配線化が行われており、半導体ウエハ製造全工程におけるＣＭＰ工程の占める割合が増加の傾向にあり、ＣＭＰにおける研磨速度を上げることが要望されている。そのため、研磨圧力（荷重）を高める、あるいは定盤の回転数を高め、半導体ウエハと研磨パッドとの相対速度を高める等の方法が取られる。しかし、研磨荷重が高いと、半導体基板へのストレスが増大するため、今後主流となるポーラス型低誘電率絶縁膜のような強度に問題がある場合、半導体基板上に形成された絶縁膜の破壊が起こり、研磨中に金属膜が剥離する等の問題が起こる。また、回転数を高める方法においても、ある程度以上の研磨荷重をかけた状態で行わないと所望の研磨速度が得られないという問題があり、半導体基板へのストレスが増大することにより前述と同様の問題が起こる。これに対し、化学エッチング性を高め、研磨速度を高めることも行われるが、前述のように液状酸化剤である過酸化水素や、過硫酸アンモニウム等の金属エッチング剤を用いた場合（例えば特許文献４参照）、ウェットエッチングが過度に進むことによりディッシング（図１（Ｄ）の金属膜４の中央部が周辺部より過剰に研磨される現象）やピット、ボイド等の欠陥が発生するなど実用化に際し問題があった。
【０００５】
これらの問題を改良する目的で、研磨組成物中に金属膜表面に保護膜を形成する化学試薬（防食剤、キレート剤等）を添加する方法も提案されている（例えば特許文献５、特許文献６参照）。しかしながらこのような化学試薬を用いると、確かにエッチングが抑制されディッシング等の発生を防止することができるが、研磨すべき部位にも保護膜が形成されるため研磨速度が極端に低下するという問題が生じる。これを防ぐため金属エッチング剤や化学試薬の使用量の適正化を図る試みがなされているが、両者の性能をバランスさせる条件を見出すことは難しく、プロセス条件の影響も受けやすいため再現性のある結果が得られないという問題がある。
【０００６】
一方、ポリオキソ酸とりわけヘテロポリ酸は、例えば非特許文献２にも記載のように、強い酸性と酸化作用を有するものであり、ポリオキソ酸もしくはその塩を研磨用エッチング剤として用いる試み（例えば特許文献７参照）もなされており、ポリオキソ酸もしくはその塩のみを研磨用エッチング剤として用いる場合（第１研磨組成物）および、これにさらに研磨材として公知の砥粒を含有させる場合（第２研磨組成物）の二つの使用方法について記載されている。第１研磨組成物の場合、ヘテロポリ酸を単独で金属膜研磨用のエッチング剤として使用すると、ヘテロポリ酸は水に可溶であるため液状酸化剤として作用することから、前述の如く研磨速度とディッシング性能の両方を満足することはできない。すなわち、研磨速度を上げるためにヘテロポリ酸の濃度を高めると、同時にエッチングも進行しディッシングの発生が起こる。そのため、研磨速度を高める目的で、この種の第１研磨組成物に研磨材を含有させ第２研磨組成物とすることが提案されているが、この場合も、上述の第１研磨組成物と同様エッチングの進行によりディッシングの発生を抑制することは困難である。
従って、ディッシングの発生を抑制しつつ、低研磨圧力で高い研磨速度を得ようとする本目的に合致するものではない。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第４７０２７９２号明細書
【特許文献２】米国特許第４９４４８３６号明細書
【特許文献３】米国特許第５２０９８１６号明細書
【特許文献４】特開平６- ３１３１６４号公報
【特許文献５】特開平８- ８３７８０号公報
【特許文献６】特開平１１- １９５６２８号公報
【特許文献７】特開２０００- １１９６３９号公報
【非特許文献１】土肥俊郎ら著、「半導体平坦化ＣＭＰ技術」、初版、工業調査会発行、1998年７月１５日、２３５頁
【非特許文献２】日本化学会編、「ポリ酸の化学」、初版、学会出版センター、1993年8 月２５日、８６〜８７頁、１１２〜１２３頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、低研磨圧力下においても、ディッシングの発生を抑制しつつ、半導体基板上の金属膜を高速に研磨できる半導体ウエハ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】
【０００９】
本発明者等は、前記課題を解決するために鋭意検討した結果、半導体基板上に形成された金属膜を、研磨パッドを用いて研磨する方法において、ポリオキソ酸、アニオン性界面活性剤および水を含有してなることを特徴とする研磨組成物を用い、半導体ウエハと研磨パッドとの相対速度が４０ｍ／分以上で研磨することを特徴とする半導体ウエハ研磨方法が、従来困難であったディッシングの抑制と低研磨圧力における高研磨速度の両立を可能とし、半導体基板上の金属膜の研磨において有効であることを見出し、本発明をなすに至った。すなわち、本発明は以下の通りである。
１）  半導体基板上に形成された金属膜を、研磨パッドを用いて研磨する方法において、ポリオキソ酸、アニオン性界面活性剤および水を含有してなる研磨組成物を用い、半導体ウエハと研磨パッドとの相対速度が４０ｍ／分以上で研磨することを特徴とする半導体ウエハ研磨方法。
２）  前記ポリオキソ酸が、ヘテロポリ酸である１）の発明の半導体ウエハ研磨方法。
３）  前記アニオン性界面活性剤が酸型であることを特徴とする１）または２）の発明の半導体ウエハ研磨方法。
４）  前記研磨組成物が、窒素原子およびカルボキシル基を分子内に併せ持つ有機化合物を含有することを特徴とする１）〜３）のいずれかの発明の半導体ウエハ研磨方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の研磨方法によれば、従来技術では困難であった、エッチング、ディシングを抑制すると同時に低研磨圧力下においても高速に銅膜等の金属膜を研磨することが可能となる。本発明は、半導体基板上の金属膜を研磨する上で極めて有用な研磨方法を見出したものであり、産業上の利用価値は甚だ大きなものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明について、以下に具体的に説明する。
本発明において低研磨圧力とは１００ｇ／ｃｍ2 以下を意味し、高速研磨とは４００nm/ 分以上の研磨速度を意味する。
本発明に用いる研磨組成物は、ポリオキソ酸、アニオン性界面活性剤および水を含有して成る。該研磨組成物は、後述する通り本件発明の効果を阻害しない範囲で、あるいは目的に応じて、通常用いられている研磨粒子や添加剤等の成分を含むが、基本的に上記３成分のみでも本発明の目的を達成できることが特徴である。即ち、本発明の研磨組成物は、実質的に砥粒を含まないでも優れた研磨性能を示すという特徴を有する。ここで、実質的に砥粒を含まないとは、研磨組成物全質量中に占める砥粒の質量の割合が、１質量％未満である状態を言う。
本発明で用いられるポリオキソ酸は、Ｍｏ、Ｖ、Ｗ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ等の元素から成る酸素酸が縮合したものであり、イソポリ酸とヘテロポリ酸がこれに当たる。イソポリ酸は前記ポリオキソ酸の構成元素のうち、単一の元素からなる縮合酸素酸のことであり、ポリモリブデン酸、ポリバナジン酸、ポリタングステン酸、ポリチタン酸、ポリニオブ酸、ポリタンタル酸等が挙げられる。これらのうち金属研磨を目的とした本発明の場合、得られる研磨組成物の研磨速度の観点からポリモリブデン酸、ポリバナジン酸、ポリタングステン酸が好ましい。
【００１２】
ヘテロポリ酸は、前記イソポリ酸にヘテロ元素を中心元素として組み込むことによって得られるものであり、その構成は縮合配位元素、中心元素および酸素から成る。ここで縮合配位元素とは、前記ポリオキソ酸の構成元素を意味し、このうちＭｏ、Ｗ及びＶからなる群より選ばれた少なくとも１種を含むものが好ましい例として挙げられ、その他Ｎｂ、Ｔａ等の元素を含んでも良い。また、ヘテロポリ酸の中心元素はＰ、Ｓｉ、Ａｓ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｔｅ、Ｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｂ、Ｖ、Ｐｔ、ＢｅおよびＺｎからなる群より選ばれた１種であり縮合配位元素と中心元素の原子比（縮合配位元素／中心元素）は２．５〜１２である。
【００１３】
前述したヘテロポリ酸の具体例としては、リンモリブデン酸、ケイモリブデン酸、リンバナドモリブデン酸、ケイバナドモリブデン酸、リンタングストモリブデン酸、ケイタングストモリブデン酸、リンバナドタングストモリブデン酸、ケイバナドタングストモリブデン酸、リンバナドタングステン酸、ケイバナドタングステン酸、リンモリブドニオブ酸、ホウモリブデン酸、ホウタングストモリブデン酸、ホウバナドモリブデン酸、ホウバナドタングステン酸、コバルトモリブデン酸、コバルトバナドタングステン酸、リンタングステン酸、ケイタングステン酸、リンバナジン酸、ケイバナジン酸等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。前記ポリオキソ酸のうち、研磨用途として金属をエッチングするに足る十分な酸強度、酸化力の観点からヘテロポリ酸が好ましく、好適にはリンモリブデン酸、ケイモリブデン酸、および更にこれらにバナジウムを導入したリンバナドモリブデン酸、ケイバナドモリブデン酸等を挙げることができる。
得られる研磨組成物の酸性度を調整し研磨性能を制御する目的で、これらのポリオキソ酸に塩基性物質を添加し、ポリオキソ酸の一部または全部をポリオキソ酸塩として使用することも可能である。ポリオキソ酸塩は、上記ポリオキソ酸と金属、アンモニウム、有機アミン類との塩が挙げられる。
ただし、本発明においては研磨速度の観点から、上記ポリオキソ酸は塩を形成しているものよりも酸型のものが好ましい。
【００１４】
本発明に用いる研磨組成物中のポリオキソ酸の含有量は、特に限定されるものではないが、好ましくは０．１〜３０質量％の範囲で使用され、さらに好ましくは０．５〜１５質量％の範囲である。高い研磨速度が得られるという観点から０．１質量％以上が好ましく、ディッシング抑制の容易さという観点から３０質量％以下が好ましい。
本発明に用いる研磨組成物中にアニオン性界面活性剤を含有することにより、ポリオキソ酸による研磨対象金属のエッチングを抑制することが可能となり、研磨対象金属膜の平坦化、ディッシングの抑制などの研磨性能を有する研磨組成物が得られる。
【００１５】
本発明に用いられるアニオン性界面活性剤としては特に制限はないが、脂肪酸またはその塩、アルキルスルホン酸またはその塩、アルキルベンゼンスルホン酸またはその塩、アルキルスルホコハク酸またはその塩、ポリオキシエチレンアルキル硫酸またはその塩、ポリオキシエチレンアルキルアリール硫酸またはその塩、ｐ−スチレンスルホン酸またはその塩、アルキルナフタレンスルホン酸またはその塩、ナフタレンスルホン酸またはその塩、ナフテン酸またはその塩等、アルキルエーテルカルボン酸またはその塩、α−オレフィンスルホン酸またはその塩、Ｎ−アシルメチルタウリン、アルキルエーテル硫酸またはその塩、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸またはその塩、アルキルエーテル燐酸エステルまたはその塩、アルキル燐酸エステルまたはその塩、アシル化ペプチド、ホルマリン重縮合物、高級脂肪酸とアミノ酸の縮合物、モノグリサルフェート、第二級高級アルコールエトキシサルフェート、ジアルキルスルホコハク酸エステル塩等が挙げられる。本発明においては、炭素−炭素二重結合（ベンゼン環を除く）を全く含まない飽和型のものが酸化による変質を受け難く経時の性能劣化が起こらないことから好ましく、アルキルスルホン酸またはその塩、アルキルベンゼンスルホン酸またはその塩、アルキルスルホコハク酸またはその塩、ポリオキシエチレンアルキル硫酸またはその塩、ポリオキシエチレンアルキルアリール硫酸またはその塩が好ましく用いられる。さらに好ましくはアルキルスルホン酸、アルキルベンゼンスルホン酸、アルキルスルホコハク酸、ポリオキシエチレンアルキル硫酸、ポリオキシエチレンアルキルアリール硫酸が用いられる。
本発明における研磨組成物のディッシング抑制の観点から、上記アニオン性界面活性剤は塩を形成しているものよりも酸型のものが好ましい。
【００１６】
本発明においては、前記アニオン性界面活性剤を１種単独で使用することもできるし、またその２種以上を併用することもできる。
本発明の研磨組成物に用いられるアニオン性界面活性剤の含有量は、その種類や使用するポリオキソ酸の種類や量によっても異なるが、好ましくは０．００１〜５０質量％の範囲で使用され、より好ましくは０．１〜２０質量％の範囲である。ディッシング抑制の観点からアニオン性界面活性剤の含有量は０．００１質量％以上が好ましく、また研磨速度の観点から５０質量％以下が好ましい。
本発明に用いる研磨組成物は、通常、水を媒体に用いる。ポリオキソ酸およびアニオン性界面活性剤の溶解は、一般に使用される撹拌翼を使用した攪拌により行なわれるが、ホモジナイザー、超音波、湿式媒体ミル等を用いて十分に撹拌することは好ましい。
【００１７】
本発明の研磨方法の研磨機構の詳細は明らかではないが、ポリオキソ酸のみを溶解させた研磨組成物を用いた場合、研磨対象金属に対するその高いエッチング性のため、極めて高い研磨速度が得られるが、金属膜表面の平坦化は起こらず、かつ、激しいディッシングも生じてしまうが、ポリオキソ酸にアニオン性界面活性剤を適した割合で混合した研磨組成物を用いた場合、ポリオキソ酸の持つエッチング性が抑制され、研磨対象の金属膜の凸部が研磨パッドと接触する部分のみ研磨が進み、平坦な金属膜表面が得られ、ディッシングの発生も抑制されることが判った。さらに、半導体ウエハと研磨パッドとの相対速度（以下、研磨パッド相対速度という）が４０ｍ／分以上という高い相対速度で研磨を行った場合、低研磨圧力においても、極めて高い研磨速度が得られる事が分かった。このことから、アニオン性界面活性剤が何らかの作用により、ポリオキソ酸のエッチング性を抑制し、さらに研磨パッドと金属膜の凸部で生じる摩擦あるいは液膜に生じる高いシェアによって、アニオン性界面活性剤によるポリオキソ酸のエッチング性抑制効果が阻害され、金属膜の凸部のみ研磨が進行するものと推定している。
【００１８】
従って、該研磨組成物は、従来、機械的研磨を目的に添加されていた砥粒を必要としないことが特徴であり、砥粒由来の問題点であった、凝集粒子による金属膜表面へのスクラッチや砥粒の沈降などが解消される。さらに、砥粒による機械的研磨を必要とする従来の研磨組成物では、研磨速度は研磨パッド相対速度に比例することが知られているが、本発明に用いる研磨組成物を使用した場合、研磨速度は研磨パッド相対速度に比例するものではなく、閾値を越える研磨パッド相対速度において急激に高い研磨速度が得られるという特徴がある。該閾値は研磨圧力や、本発明に用いる研磨組成物の組成によって異なるが、高い研磨速度が安定に得られるという観点から、研磨パッド相対速度は４０ｍ／分以上１０００ｍ／分以下が好ましく、８０ｍ／分以上８００ｍ／分以下が更に好ましく、最も好ましくは１２０ｍ／分以上３００ｍ／分以下である。
本発明においては、被研磨面へのスクラッチ等欠陥発生の軽減および研磨速度の観点から、研磨圧力は１〜１００ｇ／ｃｍ2 が好ましく、３〜５０ｇ／ｃｍ2 が更に好ましい。
【００１９】
本発明において、半導体ウエハと研磨パッドとの相対速度とは、半導体ウエハ面内における研磨パッドとの相対速度の平均値を意味するが、一般には半導体ウエハ面内の研磨速度を均一にするために、研磨ウエハの回転数と研磨パッドの回転数とを同じにして同方向に回転させるなどの工夫がなされており、例えば、半導体ウエハの中心点における研磨パッドとの相対速度を計算することによって簡易的に算出できる。詳細は、「ＣＭＰ用語辞典」（９９ページ、初版、ＣＭＰ用語辞典編集部会編集、グローバルネット株式会社発行）に記載がある。
本発明に用いる研磨組成物に、窒素原子およびカルボキシル基を分子内に併せ持つ有機化合物を用いることも可能である。該窒素原子およびカルボキシル基を分子内に併せ持つ有機化合物としては、シスチン、グリシン、グルタミン酸、アスパラギン酸、キナルジン酸、キノリン酸、ピコリン酸、ニコチン酸、ヒスチジン、ベンゾトリアゾールカルボン酸、グルタミン、グルタチオン、グリシルグリシン、アラニン、γ- アミノ酪酸、ε- アミノカプロン酸、アルギニン、チトルリン、トリプトファン、スレオニン、システイン、Ｎ- アセチルシステイン、オキシプロリン、イソロイシン、ロイシン、リジン、メチオニン、フェニルアラニン、フェニルグリシン、プロリン、セリン、チロシン、バリンなどが好ましい例として挙げられ、より好ましい例としてキナルジン酸、ヒスチジンが挙げられる。
窒素原子およびカルボキシル基を分子内に併せ持つ有機化合物は、本発明において必須成分ではないが、該化合物を添加する場合の添加量は、研磨速度の観点およびディッシング抑制の効果発現の観点から、０．００１〜３質量％、好ましくは０．００５〜０．３質量％、さらに好ましくは０．０１〜０．１質量％以下である。
【００２０】
本発明に用いる研磨組成物は、ディッシングの原因となる金属膜のエッチング性は極めて低いものであるため、当該業界において知られている保護膜形成剤を併用する必要はないが、研磨速度の低下が実用上許容される範囲内で、必要に応じて、該保護膜形成剤を添加し、更にエッチング性を抑制することも可能である。特に金属が銅もしくは銅を主成分とする銅合金の場合、ベンゾトリアゾール、ベンゾイミダゾール、トリルトリアゾール、キノリン、イソキノリン、インドール、イソインドール、キナゾリン、シンノリン、グルコース、キノキサリン、フタラジン、アクリジン、ドデシルメルカプタン等を好ましい一例として挙げることができる。
これらの保護膜形成剤は、本発明において必須成分ではないが、該保護膜形成剤を添加する場合の添加量は、研磨速度の観点およびディッシング抑制の効果発現の観点から、０．０００１〜１質量％、好ましくは０．０００５〜０．１質量％、さらに好ましくは０．００１〜０．０１質量％である。
【００２１】
本発明に用いる研磨組成物に水溶性高分子化合物および／または多価アルコール化合物を含有させることは、得られる研磨面の研磨の均一性を向上させる観点から好ましい。
本発明で用いられる水溶性高分子としては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコールアルキルエーテル等のエーテル類；ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンおよびポリアクロレイン等のビニル系ポリマー；ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリアミド酸、ポリアクリル酸アンモニウム塩等のポリカルボン酸およびその塩；メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロース、酢酸セルロース、硝酸セルロース、硫酸セルロース、ペクチン等の多糖類、他ではゼラチン、でんぷん、アルブミン等が好ましい例として挙げられ、ポリエチレングリコール、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロース、がより好ましい例として挙げられる。
【００２２】
本発明において多価アルコール化合物とは上記の水溶性高分子化合物以外の低分子化合物であって、一分子内に複数の水酸基を有する化合物をいい、エチレングリコール、グリセリン、プロパンジオール、ペンタエリスリトール、果糖、ショ糖、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールなどが好ましい例として挙げられ、エチレングリコール、グリセリン、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールがより好ましい例として挙げられる。
本発明の研磨組成物に用いられる水溶性高分子化合物および／または多価アルコール化合物は、本発明において必須成分ではないが、該化合物を添加する場合の添加量は、その種類や使用するポリオキソ酸の種類や量によっても異なるが、好ましくは０．０１〜５０質量％の範囲であり、より好ましくは０．１〜２０質量％の範囲である。即ち、添加効果発現の観点から０．０１質量％以上が好ましく、添加による粘度の上昇の観点から５０質量％以下が好ましい。
【００２３】
本発明に用いる研磨組成物は、上述の通り、通常機械的研磨を目的に使用される砥粒を含まないでも目的とする研磨を行うことができるが、更に研磨速度を高める目的で砥粒を用いることも可能である。その際用いられる砥粒としては、アルミナ、シリカ、セリア、ジルコニア、酸化マグネシウム等の無機粒子、有機ポリマー、非晶質炭素、カーボンブラック等の有機粒子が挙げられるが、このうち好適にはコロイダルアルミナ、コロイダルシリカである。
本発明の研磨方法は、半導体基板上に形成された金属膜の研磨、平坦化に適用される。研磨対象となる半導体基板上の金属膜は、公知の配線用、プラグ用、コンタクトメタル層用、バリヤーメタル層用金属膜であり、例えばアルミニウム、銅、タングステン、チタニウム、タンタル、アルミニウム合金、銅合金、窒化チタニウム、窒化タンタル等からなる群より選ばれる金属膜等が挙げられる。特に表面硬度が低く、傷やディシングといった欠陥が生じ易い銅および銅合金からなる金属膜への適用が推奨される。
【００２４】
図１（Ｃ）に示すように、配線用の金属膜（４）を埋め込むことにより得られた半導体ウエハについて、図１（Ｄ）に示すように溝または開口部以外の余分な金属膜を、本発明の研磨方法を用いて研磨することにより取り除き平坦化する。  本発明の半導体ウエハ研磨方法は、シリコン基板等の半導体基板上の金属膜を、研磨組成物を用いて研磨するプロセスを含む。以下、本発明による半導体ウエハ研磨方法を用いた半導体ウエハの製造方法の一例の概要について説明する。
初めに、図１（Ａ）のようにシリコン基板等の半導体基板（１）上に絶縁膜（２）を形成した後に、フォトリソグラフィー法およびエッチング法で絶縁膜（２）に金属配線用の溝、あるいは接続配線用の開口部を形成する。次に図１（Ｂ）に示すように、絶縁膜（２）に形成した溝あるいは開口部にスパッタリングやＣＶＤ等の方法により窒化チタニウム（ＴｉＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）等よりなるバリヤーメタル層（３）を形成する。次に図１（Ｃ）に示すように、厚みが絶縁膜（２）に形成した溝または開口部の高さ以上となるように配線用の金属膜（４）を埋め込む。次に図１（Ｄ）に示すように、溝または開口部以外の余分な金属膜を本発明の研磨組成物を用いた研磨方法を用いて取り除く。さらに、得られた該平坦化された表面上に絶縁膜を形成し上記の方法を必要回数繰り返すことにより、電子部品として多層配線構造を有する半導体ウエハを得ることができる。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。なお、研磨方法の評価は以下の方法で行った。
＜研磨条件＞
市販研磨機を改造した研磨機（エム・エー・ティ社製ＭＡＴＢＣ−１５）
研磨パッド：発泡ポリウレタンパッド（商品名：ＩＣ１４００Ａ２１、ロデ- ルニッタ社製）
半導体ウエハ：１μｍ厚のＣｕ膜付きの４インチ径半導体ウエハ
研磨組成物供給速度：５０ｍｌ／分
半導体ウエハと研磨パッドとの相対速度：任意
研磨圧力：４０ｇ／ｃｍ2 
ドレッシング：毎回の研磨前に、１００番のドレッサーを用い、加重３０ｇ／ｃｍ2 、ドレッサーと研磨パッドとの相対速度が３０ｍ／分の条件で３分行った。
【００２６】
＜研磨速度測定＞
前記研磨条件で任意の時間研磨を行い、研磨前後の金属膜厚の変化を電気抵抗値から換算して求めた。
＜表面欠陥（スクラッチ）評価＞
前記研磨条件にて研磨した半導体ウエハを洗浄し乾燥した後、暗室にて半導体ウエハ表面にスポットライトを当て、目視で半導体ウエハ表面全体のスクラッチの多少を判定した。
◎：観察されない
○：極めて少ない
△：少ない
×：多い
【００２７】
＜ディッシング測定＞
前記研磨条件にてパターン付きウエハ（ＳＫＷ６−２仕様：酸化膜０．８μｍ、ＴａＮ２５ｎｍ、Ｃｕ１．５μｍの８インチウエハから切り出した４インチウエハ）を研磨し、１００μｍ間隔のライン＆スペース部を卓上小型プローブ顕微鏡：Ｎａｎｏｐｉｃｓ（セイコーインスツルメンツ社製）を用い測定することにより、スペース部に埋め込まれたＣｕ表面のディッシング量を計測し、任意の１０箇所の測定結果を平均した。ディッシングの評価として、下記指標により◎〜×で表記を行った。なお、このディッシング評価においては、測定した研磨レートから所定の膜厚を完全に研磨するのに要する時間を割り出し、さらにその値の２０％長い時間（２０％オーバー研磨）を研磨時間とした。
◎：２０ｎｍ未満
○：２０ｎｍ以上４０ｎｍ未満
△：４０ｎｍ以上８０ｎｍ未満
×：８０ｎｍ以上
【００２８】
［研磨組成物調整例１］
ポリオキソ酸としてリンバナドモリブデン酸（商品名ＰＶＭ- １- １１  日本無機化学工業社製）１２ｇを水１８７ｇに溶解させた後、アニオン性界面活性剤としてドデシルベンゼンスルホン酸（商品名：ネオペレックスＧＳ、花王社製）１ｇを添加、混合した後、水を添加し２倍に希釈することで研磨組成物（ａ）を得た。
［研磨組成物調整例２］
ポリオキソ酸としてケイモリブデン酸（商品名ＳＭ  日本無機化学工業社製）１０ｇを水１８９ｇに溶解させた後、アニオン性界面活性剤としてドデシルベンゼンスルホン酸０．４ｇ、ヒスチジン０．０２ｇ、キナルジン酸（和光純薬工業社製）０．０１ｇを添加、混合した後、水を添加し２倍に希釈することで研磨組成物（ｂ）を得た。
［研磨組成物調整例３］
ポリオキソ酸としてリンバナドタングステン酸（商品名ＰＶW-１- １１  日本無機化学工業製）１２ｇを水１６７ｇに溶解させた後、アニオン性界面活性剤としてドデシルベンゼンスルホン酸０．５ｇ、ヒスチジン０．０３ｇ、ジエチレングリコール（和光純薬工業社製）２０ｇを添加、混合した後、水を添加し２倍に希釈することで研磨組成物（ｃ）を得た。
［研磨組成物調製例４］
リンバナドモリブデン酸６ｇを水１９６ｇに溶解させただけの研磨組成物（ｄ）を得た。
［研磨組成物調整例５］
クエン酸（和光純薬工業社製）６ｇを水１６２ｇに加え溶解し、これにベンゾトリアゾール０．４ｇをエタノール（和光純薬工業社製）３ｇに溶解して得られる溶液を加え、さらにこれにコロイダルシリカ（平均粒径４０ｎｍ、シリカ濃度２０％、日産化学工業社製）６０ｇを加え、最後に過酸化水素水（和光純薬工業社製、３０％水溶液）２８ｇを加えて研磨組成物（ｅ）を調整した。
［実施例１〜５］
表１に示した条件で研磨を行い、結果を表１に記した。
［比較例１〜４］
表１に示した条件で研磨を行い、結果を表１に記した。
【００２９】
【表１】
2005277248.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の金属膜研磨組成物によれば、従来技術では困難であった、低研磨圧力下において、ディシングを抑制すると同時に高速に銅膜等の金属膜を研磨することが可能となる。本発明は、半導体基板上の金属膜を研磨する上で極めて有用な性能を有する材料を見出したものであり、産業上の利用価値は甚だ大きなものである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の研磨方法を用いた半導体ウエハの製造方法の一例の概要を説明する図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  半導体基板
２  絶縁膜
３  バリヤーメタル層
４  金属膜
【図１】
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