(57)【要約】【課題】  半導体基板の上に形成された金属膜を、研磨パッドを用いて研磨する工程において、研磨パッドのドレッシングを行わなくとも、低研磨圧力で高速に金属膜を研磨し、かつスクラッチ、ディッシング等研磨面の欠陥の発生も抑制できる半導体ウエハの研磨方法を提供することを目的とする。【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する金属用研磨組成物（Ａ）を用い、表面のドレッシング処理を施していない研磨パッドを使用して研磨することを特徴とする半導体ウエハの研磨方法。【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する金属用研磨組成物（Ａ）を用い、表面のドレッシング処理を施していない研磨パッドを使用して研磨することを特徴とする半導体ウエハの研磨方法。
【請求項２】
前記ポリオキソ酸がヘテロポリ酸であることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウエハの研磨方法。
【請求項３】
１００ｇ／ｃｍ2 以下の研磨圧力で研磨す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の研磨方法。
【請求項４】
前記金属用研磨組成物（Ａ）が実質的に研磨粒子を含まない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の研磨方法。
【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、半導体基板の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通常使用されている。
【０００４】
上述のように研磨微粒子による機械的研磨の要素を含む研磨を行う場合、研磨パッド（以下、単にパッドと言うことがある。）に、通常ドレッシングと呼ばれる操作が行われる。ドレッシングとは、微細なダイヤモンド等を表面に埋め込んだコンディショナーと呼ばれる円盤もしくはリング状のものを用いてパッドの表面を細かく起毛する操作であり、研磨組成物中の研磨粒子はこの毛間に保持されることで所望の研磨速度が発現する。また、表面の毛羽立ちは、基材とのクッションとして働き、研磨粒子と半導体基板との摩擦で生じる無用なスクラッチを防止する等の役割を果たす。この他、研磨パッドは従来、研磨組成物中の研磨粒子の保持性を高めるために発泡構造を有しているが、研磨の進行に伴い研磨粒子がこの穴に埋め込まれ、新しい研磨粒子との置換が起きなくなり次第に研磨速度が低下する、またはウエハ研磨面にスクラッチを発生させる等、経時による研磨性能の劣化という問題があり、これを防止するため研磨パッド表面をリフレッシュすることを目的としてもドレッシングが行われる。
このように、研磨粒子を含有する研磨組成物の場合、特にこのドレッシング操作は、研磨性能を左右する重要な工程であるが、この操作によるパッドの表面状態の管理は難しく、極力パッド表面の影響を受けないプロセスが求められていた。さらに、ドレッシングは研磨パッドの表面を起毛すると同時に一部削りとりも行う操作であることから、ドレッシング操作を行えば必然的に研磨パッドの消耗を生じ、研磨パッドの交換の作業も増大することになるなどの問題があり、ドレッシングの簡素化が強く望まれていた。
【０００５】
【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
【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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
半導体基板の上に形成された金属膜を、研磨パッドを用いて研磨する工程において、研磨パッドのドレッシングを行わなくとも、低研磨圧力で高速に金属膜を研磨し、かつスクラッチ、不均一研磨等の被研磨面の欠陥の発生も抑制できる半導体ウエハの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】
【０００７】
本発明者は、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する金属用研磨組成物（Ａ）を用い、表面のドレッシング処理を施していない研磨パッドを使用して研磨することを特徴とする半導体ウエハの研磨方法が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する金属用研磨組成物（Ａ）を用い、表面のドレッシング処理を施していない研磨パッドを使用して研磨することを特徴とする半導体ウエハの研磨方法。
２）  前記ポリオキソ酸がヘテロポリ酸であることを特徴とする１）の発明の半導体ウエハの研磨方法。
３）  １００ｇ／ｃｍ2 以下の研磨圧力で研磨することを特徴とする１）または２）の発明の半導体ウエハの研磨方法。
４）  前記金属用研磨組成物（Ａ）が実質的に研磨粒子を含まないことを特徴とする１）〜３）のいずれか１つの発明の半導体ウエハの研磨方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の半導体ウエハの研磨方法を用いれば、研磨パッドのドレッシングを行わなくても高速に銅膜等の金属膜を研磨することが可能となり、同時にスクラッチ、不均一研磨等の被研磨面の欠陥の発生も抑制することが可能である。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】
【０００９】
本発明について、以下に具体的に説明する。
本発明の半導体ウエハの研磨方法は、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する金属用研磨組成物（Ａ）を用い、表面のドレッシング処理を施していない研磨パッドを使用して研磨することを特徴とする。
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３００ｎｍ／分以上の研磨速度を意味する。
本発明の金属用研磨組成物（Ａ）を用いることにより、研磨パッド表面のドレッシング処理を実施することなくスクラッチや不均一研磨等の被研磨面の欠陥発生を抑制しつつ高速に研磨ができ、さらに低研磨圧力で前記性能が発現できることから、半導体ウエハに過大なストレスをかけることなく研磨が行えるため、膜強度が弱いポーラス型低誘電率絶縁膜を用いた半導体ウエハ製造プロセスへの適用の可能性や、研磨パッドの表面状態管理等のプロセス管理の簡素化、および研磨パッド消耗の抑制に有効である、半導体基板上に形成された金属膜の研磨が可能となる。
【００１０】
本発明でいうドレッシング処理とは、使用研磨パッドの表面をリフレッシュするために行う処理を意味し、本発明による研磨方法によれば、該ドレッシング処理を必要としない。
ただし、未使用状態の研磨パッドの表面には傷や異物やバリ等が存在することが多く、そのまま基板の研磨に用いるとスクラッチ等の原因になるため、これを取り除くために、軽度のドレッシングを使用前に行うことは好ましく、本発明でいうドレッシング処理は、この未使用状態の研磨パッドについての使用前の軽度のドレッシングを意味しない。
本発明の研磨パッドの材質としては発泡ウレタン材料や他の発泡高分子材料あるいはＡＢＳ高分子材料を含むビニル系コポリマー材などの無発泡高分子材料などを用いることができるが、研磨後の被研磨面の表面平滑性が高いという観点からは無発泡高分子材料が好ましく用いられ、被研磨面内の研磨状態の均一性という観点からは発泡高分子材料が好ましく用いられる。
【００１１】
本発明に用いる金属用研磨組成物（Ａ）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、さらに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ことができるが、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、金属用研磨組成物（Ａ）は、実質的に研磨粒子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、実質的に研磨粒子を含まないとは、金属用研磨組成物全質量中に占める研磨粒子の質量の割合が、１質量％未満である状態を言う。
【００１２】
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、得られる金属用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。  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。
【００１４】
得られる金属用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、金属用研磨組成物（Ａ）の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。
金属用研磨組成物（Ａ）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。即ち、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（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）抑制の容易さという観点から３０質量％以下が好ましい。
金属用研磨組成物（Ａ）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。
金属用研磨組成物（Ａ）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。
金属用研磨組成物（Ａ）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。  金属用研磨組成物（Ａ）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】
従って、金属用研磨組成物（Ａ）は、従来、機械的研磨を目的に添加されていた研磨粒子を必要としないことが特徴であり、研磨粒子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研磨粒子の沈降などが解消される。さらに、研磨粒子による機械的研磨を必要とする従来の研磨組成物では、研磨速度は研磨圧力に比例することが知られているが、金属用研磨組成物（Ａ）においては、研磨速度は研磨圧力に比例するものではなく、研磨圧力のある一定の閾値以下では研磨は進行せず、該閾値を越える研磨圧力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。該閾値は金属用研磨組成物（Ａ）の組成によって異なるが、該閾値が低い組成を選択することによって、低研磨圧力で高い研磨速度を得ることが可能となり、研磨時の研磨圧力による下地基板へのダメージ等の問題が解消される。
該閾値は用いるポリオキソ酸およびアニオン性界面活性剤の種類や量比によって異なるが、概して５〜７０ｇ／ｃｍ2 であり、該閾値より５〜３０ｇ／ｃｍ2 程度高い研磨圧力において安定した研磨速度制御が可能であることから、研磨圧力は１０〜１００ｇ／ｃｍ2 が好ましい。
【００１８】
本発明で用いられる金属用研磨組成物（Ａ）を用いるにおいては、前述のごとく機械的研磨を目的とした研磨粒子を必要としないために、研磨粒子を保持するための研磨パッドの発泡構造は必ずしも必要ではない。これにより、研磨パッド表面上の発泡構造のバラツキが原因で発生していたと推定される研磨性能のバラツキが大きく低減され好ましい。
本発明においては、金属用研磨組成物（Ａ）に、必須要件ではないが必要に応じて、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。
【００１９】
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、３質量％以下、好ましくは０．３質量％以下、さらに好ましくは０．１質量％以下である。
金属用研磨組成物（Ａ）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、１質量％以下、好ましくは０．１質量％以下、さらに好ましくは０．０１質量％以下である。
【００２０】
金属用研磨組成物（Ａ）に、必須要件ではないが必要に応じて、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。
【００２１】
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。
本発明の金属用研磨組成物（Ａ）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５０質量％以下であり、より好ましくは２０質量％以下である。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。
【００２２】
本発明の金属用研磨組成物（Ａ）は、上述の通り、通常機械的研磨を目的に使用される研磨粒子を含まないでも目的とする研磨を行うことができるが、更に本発明の金属用研磨組成物に微粒子（Ｂ）を含有させることは、研磨速度向上の観点から好ましい。微粒子（Ｂ）は有機高分子化合物であっても良く、無機化合物であっても良い。微粒子（Ｂ）含有による研磨速度の向上効果は、３００ｇ／ｃｍ2 以上といった高研磨圧力での研磨においては該微粒子による機械的研磨効果によるものと考えられるが、本発明においてはドレッシングによる研磨パッドの表面の起毛を行わないため、研磨パッドが該微粒子を保持する能力が小さく、機械的研磨効果は低いと思われる。さらに、微粒子（Ｂ）含有による研磨速度の向上効果は、１００ｇ／ｃｍ2 以下といった低研磨圧力での研磨においてもほぼ同様に現れるが、該低研磨圧力領域では該微粒子による機械的研磨効果はほとんど期待できない。以上のことから、微粒子（Ｂ）の添加によって、研磨パッドの研磨面と半導体基板（研磨対象物）の被研磨面との間に微粒子（Ｂ）が入り込み隙間を生じ、本発明の研磨組成物が前記研磨面と前記被研磨面の間に供給され易くなるためであろうと推察される。
【００２３】
微粒子（Ｂ）が有機高分子化合物である場合、微粒子（Ｂ）は例えば（メタ）アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、エチレン系樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリプロピレン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂等を、通常の乳化重合、懸濁重合により、あるいは他の手法で重合して得られた樹脂を粉砕すること等によって得ることができる。即ち、乳化重合法は乳化剤及び重合開始剤を少量添加し、適量の水中へ後記の単量体、連鎖移動剤、架橋し得る官能性単量体を滴下して乳化重合させる。また、懸濁重合法はモノマー分散剤を少量添加された適量の水中へ後記の単量体、或いは重合体、或いは単量体と重合体の混合物と開始剤を滴下し、強撹拌下、懸濁重合させて得られる。
【００２４】
乳化重合に用いられる単量体としては、ラジカル重合性を有するエチレン系不飽和単量体であり、その例としては、（メタ）アクリル系単量体、ビニル芳香族単量体、エチレン系不飽和単量体、架橋性単量体等である。（メタ）アクリル系単量体としては、（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸エチル、（メタ）アクリル酸−ｎ−ブチル、（メタ）アクリル酸−ｉ−ブチル、（メタ）アクリル酸−２−エチルヘキシル、（メタ）アクリル酸ステアリル、（メタ）アクリル酸−２−ヒドロキシエチル、（メタ）アクリル酸シクロヘキシル、（メタ）アクリル酸ヒドロキシプロピル、（メタ）アクリル酸グリシジル、（メタ）アクリル酸ジメチルアミノエチル、（メタ）アクリル酸アミノエチル、（メタ）アクリル酸アミノプロピル、（メタ）アクリル酸アミノへキシル、イタコン酸、クロトン酸等が挙げられる。また、ビニル芳香族単量体としては、例えばスチレン、メチルスチレン、ビニルトルエン等が挙げられる。その他の使用するエチレン系不飽和単量体としては、例えば、アクリロニトリル、アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ−メチロールアクリルアミド、メタクリルアミド等が挙げられる。また、架橋性単量体としては、ジビニルベンゼン、（メタ）アクリル酸エチレングリコール、トリメチロールプロパントリメタクリレート等の重合性不飽和結合を１分子中に２つ以上有する単量体を使用することができる。
【００２５】
一般的な乳化重合を行う場合の乳化剤としては、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤が１種または２種以上用いられる。重合開始剤としては、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩、ベンゾイルパーオキサイド等の有機過酸化物類、過酸化水素、アゾビスブチロニトリル等のアゾ化合物類等を用いることができる。また、必要に応じて還元剤と組み合わせて、レドックス系開始剤として使用することもできる。連鎖移動剤としては、ｎ−ドデシルメルカプタン等のアルキルメルカプタン、α−メチルスチレンダイマー、２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−メチルフェノール等のフェノール系化合物、アリルアルコール等のアリル化合物、ジブロモメタン等のハロゲン化炭化水素化合物等が挙げられる。
【００２６】
一方、懸濁重合に用いられる単量体は、ラジカル重合性を有するエチレン系不飽和単量体がある。その例としては、（メタ）アクリル系単量体、ビニル芳香族単量体、エチレン系不飽和単量体、架橋性単量体等である。（メタ）アクリル系単量体としては、（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸エチル、（メタ）アクリル酸−ｎ−ブチル、（メタ）アクリル酸−ｉ−ブチル、（メタ）アクリル酸−２−エチルヘキシル、（メタ）アクリル酸ステアリル、（メタ）アクリル酸−２−ヒドロキシエチル、（メタ）アクリル酸シクロヘキシル、（メタ）アクリル酸ヒドロキシプロピル、（メタ）アクリル酸グリシジル、（メタ）アクリル酸ジメチルアミノエチル、（メタ）アクリル酸アミノエチル、（メタ）アクリル酸アミノプロピル、（メタ）アクリル酸アミノへキシル、イタコン酸、クロトン酸等が挙げられる。また、ビニル芳香族単量体としては、例えばスチレン、メチルスチレン、ビニルトルエン等が挙げられる。その他の使用するエチレン系不飽和単量体としては、例えば、アクリロニトリル、アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ−メチロールアクリルアミド、メタクリルアミド等が挙げられる。また、架橋性単量体としては、ジビニルベンゼン、（メタ）アクリル酸エチレングリコール、トリメチロールプロパントリメタクリレート等の重合性不飽和結合を１分子中に２つ以上有する単量体を使用することができる。
【００２７】
懸濁重合に用いられる重合体としては、不飽和ポリエステルがあり、これには不飽和二塩基酸とグリコール化合物が用いられる。不飽和二塩基酸としては、無水マレイン酸、イタコン酸、シトラコン酸、塩化マレイン酸、無水フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、モノクロルフタル酸、ジクロルフタル酸、トリクロルフタル酸、ヘツト酸、テトラクロル無水フタル酸、テトラブロモ無水フタル酸、エンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、アジピン酸、コハク酸、セバチン酸、グルタル酸、ピロメリット酸等が挙げられる。また、グリコール化合物としては、例えばエチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、１，３- ブチレングリコール、２，３- ブチレングリコール、１，４- ブチレングリコール、ネオペンチルグリコール、ヘキシレングリコール、オクチレングリコール、ビスフェノールＡジオキシエチルエーテル付加物、ビスフェノールＡジオキシプロピレンエーテル付加物、水添ビスフェノールＡ、エチレノキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド、トリメチロールプロパン、グリセリン等が挙げられる。
【００２８】
また、単量体と重合体の混合物の原料としては、懸濁重合に用いられる単量体、懸濁重合に用いられる重合体を用いることができる。また、必要に応じてナフテン酸コバルト、Ｎ，Ｎ−ジメチルアニリン、オクテン酸コバルト等を硬化促進剤として使用することもできる。また、懸濁重合に用いる開始剤としては、ベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド等の有機過酸化物類、アゾビスブチロニトリル等のアゾ化合物類等の油溶性開始剤を用いるのが一般的であるが、必要に応じて、過硫酸カリウム、過酸化アンモニウム等の過硫酸塩、過酸化水素などを用いることができる。また、必要に応じて還元剤と組み合わせて、レドックス系開始剤として使用することもできる。懸濁重合に用いる分散安定剤としては、例えばポリビニルアルコール、メチルセルロース、ヒドロキシセルロース、ポリアクリル酸ソーダ等の水溶性高分子物質、酸化マグネシウム、リン酸カルシウム等の無機塩、アルキルベンゼンスルホン酸ソーダ、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル等の界面活性剤が１種または２種以上用いられる。
【００２９】
本発明に用いられる有機高分子化合物よりなる微粒子（Ｂ）は、前記樹脂を機械的に粉砕しても得ることができる。これにより乳化重合や懸濁重合で得ることができない樹脂も本発明に使用することができる。本発明に用いる有機高分子微粒子の形状は、真球粒子に限るものではない。例えば、ドーナツ状の偏平粒子、金平糖状多孔質粒子、中空粒子、粒子の軟凝集したもの、粉砕後の不定形粒子等も用いることができる。また、有機高分子化合物よりなる微粒子（Ｂ）には無機−有機複合粒子を含んでも良い。
微粒子（Ｂ）が無機高分子化合物である場合、微粒子（Ｂ）は例えばアルミナ、シリカ、セリア、ジルコニア、酸化マグネシウム、非晶質炭素、カーボンブラック等が挙げられるが、得られる研磨面のスクラッチの少なさと研磨速度のバランスの観点から好適にはアルミナ、シリカが挙げられ、その中でもコロイダルアルミナ、コロイダルシリカが好ましい。
本発明の微粒子（Ｂ）の、金属用研磨組成物中の含有量は、好ましくは２０質量％以下の範囲で使用され、より好ましくは１０質量％以下の範囲である。前記範囲以下であれば研磨材組成物の流動性が良好な状態を得られ、良好な研磨性能が発現でき得る。
【００３０】
本発明の微粒子（Ｂ）の平均粒径は、添加効果の観点から好ましくは０．０１μｍ以上であり、得られる研磨対象物の研磨面のディッシング、スクラッチなどの不具合回避の観点から１０μｍ以下が好ましい。より好ましくは０．０５〜１μｍの範囲である。
金属用研磨組成物（Ａ）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。
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、金属用研磨組成物（Ａ）を用いて研磨することにより取り除き平坦化する。
【００３１】
本発明の半導体ウエハの研磨方法は、シリコン基板等の半導体基板上の金属膜を、金属用研磨組成物（Ａ）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上１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、本発明の方法により取り除く。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工程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】
【００３２】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
金属用研磨組成物の特性および研磨性能の評価は以下の方法で行った。
＜研磨条件＞
武蔵野電子社製研磨装置：ＭＡ−３００Ｄ（定盤径３００ｍｍ）
研磨パッド：本発明の研磨パッドあるいは比較用の研磨パッド
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
金属用研磨組成物供給速度：７０ｍｌ／分
半導体ウエハと研磨定盤との相対速度：５０ｍ／分
研磨圧力：任意
ドレッシング：ドレッシング実施の記載がある場合には、１００番のドレッサーを用い、加重３０ｇ／ｃｍ2 、ドレッサーと研磨定盤との相対速度が５０ｍ／分の条件で３分行った。
＜研磨速度測定＞
前記研磨条件で１分間研磨を行い、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。
【００３３】
＜面内均一性評価＞
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、半導体ウエハ表面に暗室にてスポットライトを当て、目視で半導体ウエハ表面全体の研磨状態の均一性を判定した。
◎：均一性極めて良好
○：均一性良好
△：部分的に不均一な研磨状態が確認される
×：均一性不良
＜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、半導体ウエハ表面に暗室にて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
【００３４】
［実施例１］
ポリオキソ酸としてリンバナドモリブデン酸：ＰＶＭｏ（商品名「ＰＶＭ−  １−１１」日本無機化学工業社製）１２ｇを水１７２ｇに溶解させ、これにアニオン性界面活性剤のドデシルベンゼンスルホン酸（和光純薬工業社製）４ｇを添加、混合することにより金属用研磨組成物を得た。この研磨組成物を用い、研磨圧力１００ｇ／ｃｍ2 で研磨を行った。なお、この研磨には研磨パッドとして無発泡ポリウレタン製の格子間隔１．５ｃｍの直交格子溝を有する研磨パッドの未使用品を、上記ドレッシング条件で、一度ドレッシングを行った後用いた。研磨は半導体ウエハ２０枚を、途中ドレッシング無しで連続して行い、２０枚目の研磨結果を表１に示した。
［実施例２］
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  日本無機化学工業社製）１０ｇを水１８０ｇ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１ｇ、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、混合することで金属用研磨組成物を得た。この研磨組成物を用い、研磨圧力１００ｇ／ｃｍ2 で研磨を行った。この研磨には実施例１と同様の研磨パッドを用い、実施例１と同様に行った研磨結果を表１に示した。
【００３５】
［実施例３］
実施例１で得られた研磨組成物２００ｇを撹拌しながら、微粒子（Ｂ）としてＢ１スチレン／アクリル系ラテックス、固形分６５％、平均粒子系３００ｎｍ）１８．４６ｇを添加混合したものを金属用研磨組成物として用いる以外は実施例１と全く同様にして研磨を行った。２０枚目の結果を表１に示す。
［実施例４］
実施例１で得られた研磨組成物２００ｇを撹拌しながら、微粒子（Ｂ）としてＢ２（商品名「フローセンＵＦ」、微粉末ポリエチレン、平均粒子径約５μｍ、住友精化社製）１２ｇを添加混合したものを金属用研磨組成物として用いる以外は実施例１と全く同様にして研磨を行った。２０枚目の結果を表１に示す。
【００３６】
［実施例５］
研磨パッドとして、発泡ポリウレタン樹脂製の格子間隔１．５ｃｍの直交格子溝を有する研磨パッドの未使用品を用いた以外は、実施例１と全く同様にして研磨を行った。２０枚目の結果を表１に示す。
［比較例１］
クエン酸６ｇを水６２ｇ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３ｇに溶解して得られる溶液を加え、さらにこれに研磨組成物中の砥粒濃度が６％となるようにコロイダルアルミナ（平均粒径１３０ｎｍ  触媒化成社製）１００ｇを加え、最後に過酸化水素水（試薬特級、３０％水溶液）２８ｇを加えて金属用研磨組成物を調整した。この研磨組成物を用いた以外は、実施例１と全く同様にして研磨を行った。２０枚目の結果を表１に示す。
【００３７】
［比較例２］
研磨圧力２００ｇ／ｃｍ2 で、且つ研磨パッドとして、発泡ポリウレタン樹脂製の格子間隔１．５ｃｍの直交格子溝を有する研磨パッドの未使用品を用いた以外は、比較例１と全く同様にして研磨を行った。２０枚目の結果を表１に示す。  ［比較例３］
研磨パッドとして、発泡ポリウレタン樹脂製の格子間隔１．５ｃｍの直交格子溝を有する研磨パッドの未使用品を用い、且つ研磨開始後、半導体ウエハを一枚研磨するたびにドレッシングを行い、合計２０回のドレッシングを行った以外は、比較例１と全く同様にして研磨を行った。２０枚目の結果を表１に示す。
。
【００３８】
【表１】
2005259731.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、研磨パッドのドレッシングを行わなくとも、低研磨圧力下において半導体基板上の金属膜を高速に研磨でき、かつディッシングの原因となるエッチング性も低いレベルに制御され、同時にスクラッチや不均一研磨等の被研磨面の欠陥発生も抑制することのできる半導体ウエハの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。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【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】
【００４１】
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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