(57)【要約】【課題】ウェハを研磨する際に、高研磨速度でウェハ面内での均一性の高い研磨が可能な化学的機械的研磨方法を提供する。【解決手段】複素環化合物を含有する金属用研磨液を研磨定盤上の研磨パッドに供給し、前記研磨パッドをウェハの被研磨面と接触させ相対運動させて研磨する半導体デバイスの化学的機械的平坦化方法であって、研磨中における前記研磨パッドの最高温度が３０℃以上４０℃未満であり、かつ前記最高温度と研磨終了後の前記研磨パッドの温度との差が１０℃未満であることを特徴とする化学的機械的平坦化方法である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
複素環化合物を含有する金属用研磨液を研磨定盤上の研磨パッドに供給し、前記研磨パッドをウェハの被研磨面と接触させ相対運動させて研磨する半導体デバイスの化学的機械的平坦化方法であって、
研磨中における前記研磨パッドの最高温度が３０℃以上４０℃未満であり、かつ前記最高温度と研磨終了後の前記研磨パッドの温度との差が１０℃未満であることを特徴とする化学的機械的平坦化方法。
【請求項２】
前記複素環化合物が２個以下の窒素原子を含有する化合物であることを特徴とする請求項１に記載の化学的機械的平坦化方法。
【請求項３】
前記金属用研磨液が１Ｌ中に１〜１０ｇのコロイダルシリカを含有することを特徴とする請求項１または２に記載の化学的機械的平坦化方法。
【請求項４】
前記金属用研磨液が個数平均粒径５０〜１００ｎｍのコロイダルシリカを含有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の化学的機械的平坦化方法。
【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研磨方法である化学的機械的平坦化方法に関する。
【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ＣＭＰと記す）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、円形の研磨常盤（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、パッドに基盤（ウエハー）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、研磨常盤及び基盤の双方を回転させ、発生する機械的摩擦により基盤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、下記の特許文献２に記載されている、ダマシン法が知られている。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】
更に、昨今は生産性向上のため、ＬＳＩ製造時の金属ウェハー径が益々大型化しており、現在は直径２００ｍｍ以上が汎用されており、３００ｍｍ以上の大きさでの製造も開始され始めた。このようなウェハーの大型化に伴い、ウェハー中心部と周辺部とでの研磨速度の差異が生じ易くなり、ウェハー面内での研磨の均一性に対する要求が益々厳しくなってきている。
【０００６】
金属膜の研磨を特定の温度範囲で行う技術については、下記の特許文献３に開示されており、高研磨速度とディッシングの低減を両立する方法が記載されている。
本発明者は金属の配線工程のＣＭＰにおいて、高速研磨とウェハー面内での研磨の均一性の両立に取り組んできたが、上記の従来技術ではこれらの両立が不十分であった。
【０００７】
金属配線形成工程のＣＭＰでは、研磨が進行すると研磨ウェハー表面と研磨パッド表面の接触部の温度が上昇することが知られており、一般に研磨ウェハー表面と研磨パッド表面の摩擦を高めて高速に研磨するほど発熱が大きくなる。そうした場合、ウェハー径が大きいとウェハー中心部の熱が外部に逃げにくいため、ウェハー面内で温度分布を生じてしまい、それがウェハー面内の研磨の不均一性につながると考えられる。
【特許文献１】米国特許４９４４８３６号公報
【特許文献２】特開平２−２７８８２２号公報
【特許文献３】特開平２００１−１４４０６３号公報
【非特許文献１】ジャーナル・オブ・エレクトロケミカルソサエティ誌（Journal of  Electrochemical Society）、１９９１年、第１３８巻、第１１号、３４６０〜３４６４頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。すなわち、
本発明の目的は、ウェハを研磨する際に、高研磨速度でウェハ面内での均一性の高い研磨が可能な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】
【０００９】
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。
【００１０】
＜１＞  複素環化合物を含有する金属用研磨液を研磨定盤上の研磨パッドに供給し、前記研磨パッドをウェハの被研磨面と接触させ相対運動させて研磨する半導体デバイスの化学的機械的平坦化方法であって、研磨中における前記研磨パッドの最高温度が３０℃以上４０℃未満であり、かつ前記最高温度と研磨終了後の前記研磨パッドの温度との差が１０℃未満であることを特徴とする化学的機械的平坦化方法である。
【００１１】
＜２＞  前記複素環化合物が２個以下の窒素原子を含有する化合物であることを特徴とする前記＜１＞に記載の化学的機械的平坦化方法である。
【００１２】
＜３＞  前記金属用研磨液が１Ｌ中に１〜１０ｇのコロイダルシリカを含有することを特徴とする前記＜１＞または＜２＞に記載の化学的機械的平坦化方法である。
【００１３】
＜４＞  前記金属用研磨液が個数平均粒径５０〜１００ｎｍのコロイダルシリカを含有することを特徴とする前記＜１＞から＜３＞のいずれか１項に記載の化学的機械的平坦化方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ウェハを研磨する際に、高研磨速度でウェハ面内での均一性の高い研磨が可能な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】
【００１５】
本発明の化学的機械的平坦化方法は、複素環化合物を含有する金属用研磨液を研磨定盤上の研磨パッドに供給し、前記研磨パッドをウェハの被研磨面と接触させ相対運動させて研磨する半導体デバイスの化学的機械的平坦化方法であって、研磨中における前記研磨パッドの最高温度が３０℃以上４０℃未満であり、かつ前記最高温度と研磨終了後の前記研磨パッドの温度との差が１０℃未満であることを特徴としている。
さらに好ましい態様としては、該金属用研磨液が、２個以下の窒素原子を含有する複素環化合物を有し、研磨液が１Ｌ中に１〜１０ｇのコロイダルシリカを含有し、研磨液中に平均粒径５０〜１００ｎｍのコロイダルシリカを含有することを特徴とする研磨方法が挙げられる。
以下、本発明について詳細に説明する。
【００１６】
（研磨パッドの温度）
まず、本発明の化学的機械的平坦化方法における研磨パッドの温度について説明する。
本発明において、研磨パッドの温度とはウェハ研磨面と接触する研磨パッド表面の平均温度のことであって、該温度は放射温度計によって測定することができる。
【００１７】
本発明の化学的機械的平坦化方法における研磨中あるいは研磨終了後（オーバーポリッシュ終了直後）の研磨パッドの温度は、以下の条件で研磨を行って測定する。
・ウェハ：直径３００ｍｍの金属配線パターンウェハ
・研磨圧力（ウェハ被研磨面と研磨パッドの接触圧力）：１．３７８Ｐａ（２ｐｓｉ）
・研磨液供給速度：３００ｍｌ／ｍｉｎ
・研磨パッドとウェハ被研磨面の平均相対運動速度：２ｍ／ｓ
研磨装置は荏原製作所製ＦＲＥＸ３００を、研磨パッドは例えばロデール社製ＩＣ１４００ＸＹ−Ｋ  Ｇｒｏｏｖｅを用いることができる。
【００１８】
本発明においては、研磨中における研磨パッドの最高温度が３０℃以上４０℃未満であるが、好ましくは３０℃以上３５℃未満である。当該最高温度が３０℃未満では、研磨速度が低下するため好ましくない。また、当該最高温度が４０℃以上では、ウェハ面内での高均一性が得られにくくなるため好ましくない。
また、同時に、前記最高温度と研磨終了後の研磨パッドの温度との差が１０℃未満であるが、好ましくは８℃未満である。当該温度差が１０℃以上では、ウェハ面内での高均一性が得られにくくなるため好ましくない。
【００１９】
本発明の化学的機械的平坦化方法において、研磨中における研磨パッドの最高温度を３０℃以上４０℃未満とし、かつ該最高温度と研磨終了後の研磨パッドの温度との差を１０℃未満とする手段としては、例えば以下の金属用研磨液を用いることが挙げられる。
（１）金属用研磨液が、２個以下の窒素原子を含有する複素環化合物を含む。
（２）金属用研磨液が、１Ｌ中に１〜１０ｇのコロイダルシリカを含む。
（３）金属用研磨液が、個数平均粒径５０〜１００ｎｍのコロイダルシリカを含有する。
【００２０】
本発明の化学的機械的研磨方法により、例えば、直径３００ｍｍのウェハに対しても高い研磨速度と顕著なウェハ面内の高均一性が得られる。本発明では、発熱によって生じる温度上昇の範囲を適切に選んで研磨を行うため、研磨速度を大きく低下させずにウェハ面内で温度分布を生じさないことが可能であり、その結果ウェハ面内の高均一性が得られる。
【００２１】
（金属用研磨液）
本発明で用いる金属用研磨液は、構成成分として複素環化合物を必須成分とし、酸、酸化剤、及び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させてなるスラリーの形態をとる。
金属用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。
【００２２】
本発明において「金属用研磨液」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。
【００２３】
次に、本発明に係る金属用研磨液の成分について説明する。
（複素環化合物）
本発明の金属用研磨液には、研磨対象の金属表面に不動態膜を形成する化合物として少なくとも１種の複素環化合物を含有する。
「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。
【００２４】
複素環化合物に含まれるヘテロ原子の数は限定されるものではないが、２個以下が好ましい。特に、２個以下の窒素原子を含有する複素環化合物を用いると本発明の顕著な効果が得られ、好ましい。
【００２５】
また、複素環は単環であっても縮合環を有する多環であってもよい。単環の場合の員数は、好ましくは５〜７であり、特に好ましくは５である。縮合環を有する場合の環数は、好ましくは２または３である。
【００２６】
これらの複素環として具体的に、以下のものが挙げられる。すなわち、
ピロール環、チオフェン環、フラン環、ピラン環、チオピラン環、イミダゾール環、ピラゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、ピロリジン環、ピラゾリジン環、イミダゾリジン環、イソオキサゾリジン環、イソチアゾリジン環、ピペリジン環、ピペラジン環、モルホリン環、チオモルホリン環、クロマン環、チオクロマン環、イソクロマン環、イソチオクロマン環、インドリン環、イソインドリン環、ピリンジン環、インドリジン環、インドール環、インダゾール環、キノリジン環、イソキノリン環、キノリン環、ナフチリジン環、フタラジン環、キノキサリン環、キナゾリン環、シンノリン環、プテリジン環、アクリジン環、ペリミジン環、フェナントロリン環、カルバゾール環、カルボリン環、フェナジン環、アンチリジン環、チアジアゾール環、オキサジアゾール環、ベンズイミダゾール環、ベンズオキサゾール環、ベンズチアゾール環、ベンズチアジアゾール環、ベンズフロキサン環、ナフトイミダゾール環等が挙げられる。
【００２７】
複素環が有しうる置換基としては、例えばハロゲン原子、アルキル基（直鎖、分岐又は環状のアルキル基であり、ビシクロアルキル基のように多環アルキル基であっても、活性メチン基を含んでもよい）、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、アミノ基、ヘテロ環基が挙げられる。さらに、複数の置換基のうち２以上が互いに結合して環を形成してもよく、例えば、芳香環、脂肪族炭化水素環、複素環などを形成することもできる。
【００２８】
本発明で特に好ましく用いることができる複素環化合物の具体例としては、これらに限定されるものではないが以下のものが挙げられる。
すなわち、イミダゾール、ピラゾール、ベンズイミダゾール、インダゾール、ベンズチアゾール、２，２'−ビピリジル、１，１０−フェナントロリン、ピリダジン、ピラジン等である。
【００２９】
本発明で用いる複素環化合物は、単独で用いてもよいし、２種以上併用してもよい。また、本発明で用いる複素環化合物は、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】
本発明で用いる複素環化合物の添加量は、総量として、研磨に使用する際の金属用研磨液（即ち、水または水溶液で希釈する場合は希釈後の金属用研磨液。以降の「研磨に使用する際の金属用研磨液」も同意である。）の１Ｌ中、０．０００１〜０．１ｍｏｌが好ましく、より好ましくは０．０００５〜０.０５ｍｏｌ、更に好ましくは０．０００５〜０．０１ｍｏｌである。
【００３１】
（酸化剤）
本発明の金属用研磨液は、研磨対象の金属を酸化できる化合物（酸化剤）を含有することが好ましい。
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。
酸化剤の添加量は、研磨に使用する際の金属用研磨液の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。
【００３２】
（酸）
本発明に係る金属用研磨液は更に酸を含有することが好ましい。ここでいう酸は、金属の酸化剤ではなく、酸化の促進、ｐＨ調整、緩衝剤としての作用を有する。
酸の例として、その範囲で、例えば、無機酸、有機酸、アミノ酸が挙げられる。
無機酸としては、硫酸、硝酸、ホウ酸、燐酸などが挙げられ、無機酸の中では燐酸が好ましい。
【００３３】
本発明においては特に有機酸やアミノ酸が存在することが好ましい。
有機酸としては、水溶性のものが望ましい。以下の群から選ばれたものがより適している。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、硫酸、硝酸、アンモニア、アンモニウム塩類、又はそれらの混合物等が挙げられる。これらの中ではギ酸、マロン酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、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等が好適である。
【００３４】
アミノ酸としては、水溶性のものが好ましい。以下の群から選ばれたものがより適している。
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、
【００３５】
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。
特に、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、グリシン、グリコール酸、β−アラニン、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については実用的なＣＭＰ速度を維持しつつ、エッチング速度を効果的に抑制できるという点で好ましい。
【００３６】
酸の添加量は、研磨に使用する際の研磨液の１Ｌ中、０．０００５〜０．５ｍｏｌとすることが好ましく、０．００５ｍｏｌ〜０．３ｍｏｌとすることがより好ましく、０．０１ｍｏｌ〜０．１ｍｏｌとすることが特に好ましい。即ち、酸の添加量は、エッチングの抑制の点から０．５ｍｏｌ以下が好ましく、充分な効果を得る上で０．０００５ｍｏｌ以上が好ましい。
【００３７】
（砥粒）
本発明の金属用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。特に、コロイダルシリカを用いると、本発明の顕著な効果が得られ、好ましい。
【００３８】
砥粒の添加量としては、使用する際の金属用研磨液１Ｌ中に０．０５〜２０ｇの砥粒を含むことが好ましく、特に０．２〜５ｇの砥粒を含むと本発明の効果が顕著に得られ、好ましい。
【００３９】
また、砥粒は個数平均粒径５〜２００ｎｍが好ましく、特に個数平均粒径２０〜７０ｎｍの砥粒を用いると本発明の効果が顕著に得られ、好ましい。なお、個数平均粒径とは、金属用研磨液中に含まれる砥粒について全粒子の粒径の算術平均であり、例えば  動的光散乱法またはレーザー回折法もしくは電子顕微鏡法を用いて測定できる。
【００４０】
本発明の効果をより顕著に発揮し得るという観点から、金属用研磨液は、１Ｌ中に１〜１０ｇのコロイダルシリカを含有することが好ましい。該コロイダルシリカの含有量は、より好ましくは１Ｌ中に３〜８ｇである。
また、本発明の効果をより顕著に発揮し得るという観点から、個数平均粒径５０〜１００ｎｍのコロイダルシリカを含有することが好ましい。該コロイダルシリカの個数平均粒径は、より好ましくは５５〜８５ｎｍである。
【００４１】
本発明の金属用研磨液は、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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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金属用研磨液の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。
【００４５】
（アルカリ剤／緩衝剤）
本発明の金属用研磨液は、所定のｐＨとすべく、アルカリ剤又は緩衝剤を添加されることが好ましい。
アルカリ剤（及び緩衝剤）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、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などを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。
【００４６】
アルカリ剤（及び緩衝剤）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。
研磨に使用する際の金属用研磨液のｐＨは３〜１２が好ましく、より好ましくは４〜９であり、特に５〜８が好ましい。この範囲において本発明の金属液は特に優れた効果を発揮する。上記アルカリ剤（緩衝剤）、酸剤によって研磨液のｐＨを上記好ましい範囲に調整するものである。
【００４７】
（キレート剤）
本発明に係る金属用研磨液は、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金属用研磨液の１Ｌ中、０．０００３ｍｏｌ〜０．０７ｍｏｌになるように添加する。
【００４８】
次に、研磨される半導体集積回路ウェハについて説明する。
（配線金属材料）
本発明におけ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）
本発明の対象である半導体は、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】
（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。
【００５１】
次に、研磨の方法について説明する。
（研磨装置）
本発明を実施できる装置は、被研磨面を有する半導体基板等を保持するホルダーと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、直径３００ｍｍのウェハを研磨できる装置であれば特に限定されず、例えばFREX300（荏原製作所）を用いることができる。
【００５２】
（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金属用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。
【００５３】
本発明では濃縮された金属用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、濃縮された金属用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、希釈された金属用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。
【００５４】
また、他の希釈方法としては、金属用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金属用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。
【００５５】
これらの方法以外に、金属用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事が好ましい。
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、金属用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。
【００５６】
（パッド）
本発明の金属用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用の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。
【００５７】
＜研磨パッド／ウェハの平均相対運動速度＞
研磨パッドの研磨面と被研磨面との相対運動は、回転式研磨である関係上、部位によって相違があるので、平均相対運動速度（平均相対速度）で表すのが適切であり、本発明では、平均相対速度は、被研磨面の中心を通る直線の、半径方向の相対運動速度の平均値として求める。
例えば、被研磨面及び研磨面が共に回転体であるとき、それぞれの回転中心間の距離を中心間距離Ｌとする。この中心間を結ぶ線上における、被研磨面の相対運動速度を求めて平均相対速度とする。図１は、平均相対速度を説明するための研磨面と被研磨面を含む回転式研磨面の平面図である。図１において、被研磨面中心Ｂと研磨面中心Ｏとの距離をＬ  ［ｍ］、研磨面の半径をＲｐ［ｍ］、被研磨面の半径をＲｗ［ｍ］とし、研磨面の角速度をωｐ［ｒａｄ／ｓ］、被研磨面の角速度をωｗ［ｒａｄ／ｓ］とする。
Ｒｐ＞ＲｗのときのＡ点、Ｂ点、Ｃ点の各点における相対運動速度Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃは下記の式で表される。
Ａ：Ｖａ＝（Ｌ−Ｒｗ）×ωｐ＋Ｒｗ×ωｗ
Ｂ：Ｖｂ＝Ｌ×ωｐ
Ｃ：Ｖｃ＝（Ｌ＋Ｒｗ）×ωｐ−Ｒｗ×ωｗ
上記の要領で、被研磨面の半径方向Ａ−Ｃの速度分布を求め、それらの和を測定点数で除した平均値を平均相対運動速度として求める。
【実施例】
【００５８】
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１０１から１０８を調製し、研磨試験及び評価を行った。
（金属用研磨液の調製）
複素環化合物        （化合物種は表１に示す）          ３．６ｍｍｏｌ／Ｌ
β−アラニン          （有機酸）                  ０．０６２９ｍｏｌ／Ｌ
過酸化水素（酸化剤）                                            ９ｇ／Ｌ
コロイダルシリカ（粒径と添加量は表１に示す）
純水を加えて全量                                            １０００ｍＬ
ｐＨ（アンモニア水と硫酸で調整）                                  ６．５
【００５９】
（研磨試験）
以下の条件で研磨を行い、研磨速度、ウェハ面内の均一性及び研磨中の研磨パッドの最高温度及び研磨終了後(オーバーポリッシュ終了直後)の研磨パッドの温度を求めた。
研磨装置：ＦＲＥＸ３００（荏原製作所）
ウェハ：（１）研磨速度算出用及びウェハ面内の均一性評価用；
シリコン基板上に厚み１μｍのＣｕ膜を形成した直径３００ｍｍのブランケットウェハ
（２）研磨中の研磨パッドの最高温度及び研磨終了後(オーバーポリッシュ終了直後)の研磨パッドの温度の測定用；
直径３００ｍｍの銅配線ウェハ
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（ウェハ被研磨面と研磨パッドの接触圧力）：１．３７８Ｐａ（２ｐｓｉ）
研磨液供給速度：３００ｍｌ／ｍｉｎ
研磨パッドとウェハ被研磨面の平均相対運動速度：２ｍ／ｓ
【００６０】
（評価方法）
・研磨速度の算出：ブランケットウェハ（前記（１））を６０秒間研磨し、ウェ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。
・ウェハ面内の研磨の均一性の算出：上記方法でウェハ面上の均等間隔の４９箇所それぞれに対して求めた研磨速度から平均研磨速度、最大研磨速度及び最小研磨速度を求め、以下の式によりウェハ面内の研磨の均一性を見積もった。
ウェハ面内の研磨の均一性（％）＝
［（最大研磨速度−最小研磨速度）／（平均研磨速度）×２］×１００
・研磨中の研磨パッドの最高温度及び研磨終了後（オーバーポリッシュ終了直後）の研磨パッドの温度：
パターンウェハを研磨中あるいは研磨終了後（オーバーポリッシュ終了直後）の研磨パッド表面の平均温度を放射温度計を用いて測定して求めた。オーバーポリッシュはパターンウェハをＴａ露出までの時間に加え、更にその時間の３０％分だけ余分に研磨した。
【００６１】
表１に、研磨中の研磨パッドの最高温度及び研磨終了後（オーバーポリッシュ終了後）の研磨パッドの温度とそれらの差、ウェハ面内の研磨の均一性についての評価結果を示した。なお、何れの金属用研磨液を用いた場合も７００ｎｍ／ｍｉｎ以上で実用的に十分な研磨速度が得られた（以下の実施例２から４で用いた金属用研磨液についても同様であった）。
【００６２】
【表１】
2007095945.tif 000002
【００６３】
表１から明らかなように、本発明に従う化学的機械的平坦化方法により、ウェハ面内の研磨の均一性が高いという効果が得られたことが分かる。特に。金属用研磨液が、２個以下の窒素原子を含有する複素環化合物を有する場合に、ウェハ面内の研磨の均一性が高いという本発明の効果が顕著に認められた。
【００６４】
［実施例２］
実施例１の研磨液１０６において砥粒の量を表２に示す量に置き換えたこと以外は実施例１の研磨液１０６と同様にして研磨液を調製し、実施例１と同様にそれぞれ研磨試験を行い、ウェハ面内の研磨の均一性について評価を行った。結果は以下の表２に示した。
【００６５】
【表２】
2007095945.tif 000003
【００６６】
表２から明らかなように、本発明の化学的機械的平坦化方法で用いる研磨液が１Ｌ中に１〜１０ｇのコロイダルシリカを含有する時に、ウェハ面内の研磨の均一性が高いという本発明の効果が最も顕著に認められた。
【００６７】
［実施例３］
実施例１の研磨液１０６において砥粒の平均粒径を表３に示すものに置き換えたこと以外は実施例１の研磨液１０６と同様にして研磨液を調製し、実施例１と同様にそれぞれ研磨試験を行い、ウェハ面内の研磨の均一性について評価を行った。結果は以下の表３に示した。
【００６８】
【表３】
2007095945.tif 000004
【００６９】
表３から明らかなように、本発明の研磨方法で用いる研磨液が、個数平均粒径５０〜１００ｎｍのコロイダルシリカを含有する時に、ウェハ面内の研磨の均一性が高いという本発明の効果が最も顕著に認められた。
【００７０】
［実施例４］
実施例１の研磨液１０６において砥粒をコロイダルシリカからヒュームドシリカあるいはアルミナに等重量で置き換える以外は実施例１の研磨液１０６と同様にして研磨液を調製し、実施例１と同様にそれぞれ研磨試験を行い、ウェハ面内の研磨の均一性について評価を行った。結果は以下の表４に示した。
【００７１】
【表４】
2007095945.tif 000005
【００７２】
表４から明らかなように、本発明の研磨方法で用いる研磨液の砥粒がコロイダルシリカの時に、ウェハ面内の研磨の均一性が高いという本発明の効果が最も顕著に認められた。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】平均相対速度を説明するための研磨面と被研磨面を含む回転式研磨面の平面図である。
【図１】
2007095945.tif 000006