(57)【要約】【課題】研磨表面の銅配線及び絶縁膜にスクラッチが入ることを抑制し、配線間ショート等の配線不良の発生を防止する研磨砥粒及びその形成方法を提供することを目的とする。【解決手段】研磨砥粒の構造は、アルミニウム粒子をシランカップリング剤により処理した金属錯体からなる。シランカップリング剤は、その末端に有機官能基を有する。有機官能基としては、カルボキシル基を用いる。これにより、アルミニウムを用いて研磨砥粒を形成しているため、研磨砥粒を軟質にすることができ、アルミニウム粒子の表面にシランカップリング処理を施しているため、研磨剤の凝集を抑制することができる。そのため、研磨表面の銅配線及び絶縁膜にスクラッチが発生するのを抑制することができ、配線間ショート等の配線不良の発生を防止することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学的機械研磨に用いる研磨剤の研磨砥粒であって、
アルミニウム粒子をシランカップリング剤により処理した金属錯体からなることを特徴とする研磨砥粒。
【請求項２】
前記シランカップリング剤は、少なくともカルボキシル基、カルボニル基、アミノ基、ニトロ基、ヒドロキシル基のうちいずれか一つの有機官能基を有することを特徴とする請求項１に記載の研磨砥粒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はシランカップリング処理により形成された研磨砥粒に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路の高集積化とチップサイズの縮小化に伴い、配線の微細化及び多層配線化が進められている。配線ピッチが狭小化することにより、配線の抵抗及び配線間容量の増加によるＲＣ遅延が無視できない状況になってきている。このため、半導体集積回路の微細化を進める上で、配線に生じる電気寄生抵抗を低減することが必要とされている。配線の電気寄生容量を低減させるためには、配線材料の比抵抗を低減させることが必要である。
【０００３】
ゲート長０．１３μｍデバイスの配線については、配線材の比抵抗を低減させるために、アルミニウム配線からダマシン法を用いて形成する銅配線へ変更されてきた。銅配線を採用することによって、配線の比抵抗は従来の２／３程度まで低減された。
【０００４】
多層配線のプロセスにおいては、リソグラフィ技術の焦点深度を確保するため、層間絶縁膜や金属膜を堆積後、生じた凸凹を平坦化することが必須となっている。しかしながら、配線材料として銅を用いた場合には、平坦化工程においてエッチングによる加工が困難となる。そこで、化学反応によるエッチングと機械的な研磨を組み合わせた平坦化技術であるＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：化学的機械的研磨）法が用いられている。
【０００５】
ＣＭＰ法による研磨工程には研磨剤が必要不可欠であり、その研磨砥粒としては、ナノメーターレベルの超微粒子が用いられている。研磨砥粒の形成材料としては、主に酸化アルミニウム、四塩化珪素、二酸化珪素、酸化セリウム等が用いられる。
【０００６】
二酸化珪素から製造される研磨剤、ヒュームドシリカは、研磨砥粒のチクソトロピー性が高く凝集しやすい。研磨砥粒が凝集すると、研磨表面の銅配線及び絶縁膜にスクラッチが発生するという懸念がある。凝集を抑制する研磨砥粒として、二酸化珪素をシランカップリング剤により表面処理したものがある。二酸化珪素のシランカップリング剤による表面処理物は分散性が高く、スラリー中での二酸化珪素粒子の沈降性を抑制する。
【特許文献１】特開２００２−２９４２２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の研磨砥粒には、次のような問題がある。
【０００８】
図３に示すように、二酸化珪素はモース硬度（以下、単に硬度とする）が７．０であり、その硬度は銅の硬度２．５〜３．０に比べて非常に高い。そうすると、高研磨レートを得やすい反面、シランカップリング剤により表面処理が施されていてもＣＭＰ法による研磨工程の際に銅配線にスクラッチが発生してしまう。銅配線にスクラッチが発生すると、銅が延びて隣り合う配線との間で配線間ショートを引き起こすことになる。また、ＣＭＰ法による研磨工程により絶縁膜にスクラッチが入った場合には、削り取られた絶縁膜の部分に銅が入り込み、隣り合う配線との間で配線間ショートを引き起こすことになる。
【０００９】
ここで、研磨砥粒の形成材料として二酸化珪素よりも硬度の低い硬度２．０のアルミニウムを用いることも考えられる。しかしながら、アルミニウムは酸化されやすいため表面に水酸基を有し、その極性のためにアルミニウム粒子が凝集してしまう。さらに、アルミニウム粒子同士が凝集する際に脱水反応を引き起こした場合は粒子自体が結合してしまって結合を解離することが困難となる。そうすると、ＣＭＰ法による研磨工程の際に凝集したアルミニウム粒子により銅配線及び絶縁膜にスクラッチが入ってしまい、上記と同様に配線間ショート等の配線間不良を引き起こすことになる。
【００１０】
本発明は、研磨表面の銅配線及び絶縁膜にスクラッチが入ることを抑制し、配線間ショート等の配線不良が生じることを防ぐことができる研磨砥粒を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明における研磨砥粒は、化学的機械研磨に用いる研磨剤の研磨砥粒であって、アルミニウム粒子をシランカップリング剤により処理した金属錯体からなる。
【００１２】
これにより、研磨表面の銅配線及び絶縁膜へのスクラッチの発生を抑制することができ、配線間ショート等の配線不良が生じることを防止することができる。
【００１３】
また、本発明における研磨砥粒では、シランカップリング剤は、少なくともカルボキシル基、カルボニル基、アミノ基、ニトロ基、ヒドロキシル基のうちいずれか一つの有機官能基を有する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、研磨砥粒の硬度を低くし、研磨砥粒の凝集を抑制することにより研磨表面の銅配線及び絶縁膜へのスクラッチの発生を抑制することができ、配線間ショート等の配線不良が生じることを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明における研磨砥粒及びその形成方法を説明する。
【００１６】
図１は、本発明におけるアルミニウムを用いた研磨砥粒の構造を示す図である。本発明におけるアルミニウムを用いた研磨砥粒は、アルミニウム粒子をシランカップリング剤により処理した金属錯体からなる。研磨砥粒の形成材料となるアルミニウムは、シランカップリング剤との反応性に優れており、生成物は安定な物質である。また、硬度は２．０であり、銅の硬度２．５〜３．０と同程度であって軟質である。シランカップリング剤は、その末端基に有機官能基を有する。有機官能基としては、例えば、カルボキシル基を用いる。ここで、アルミニウム粒子の粒子径は１〜５００ｎｍである。
【００１７】
本発明における研磨砥粒は、アルミニウム粒子をシランカップリング剤により処理しているため、アルミニウム粒子の表面が酸化されて水酸基が形成されることはなく、研磨剤の分散性を高めることができ、沈降性を抑制することができる。
【００１８】
なお、この研磨砥粒は、銅配線を研磨するための研磨砥粒の他、絶縁膜を研磨するための研磨砥粒としても用いることができる。また、有機官能基としては、カルボニル基、アミノ基、ニトロ基、ヒドロキシル基を用いることもできる。
【００１９】
以下、本発明における研磨砥粒の形成方法を説明する。図２は、本発明における研磨砥粒の形成方法のフロー図である。
【００２０】
まず、トルエンを溶媒として、アンモニウムブロマイド化合物を攪拌しながら溶解させる（工程１０１）。ここで、アンモニウムブロマイド化合物としては、例えば、テトラ−ｎ−オクチルアンモニウムブロマイドを用いる。
【００２１】
次に、この溶液に塩化アルミニウムを攪拌しながら加え、溶液Ａを形成する（工程１０２）。
【００２２】
次に、トルエンに有機官能基としてカルボキシル基を有するシランカップリング剤を溶解させ、溶液Ｂを形成する（工程１０３）。
【００２３】
次に、溶液Ａと溶液Ｂを攪拌しながら混合し、溶液Ｃを形成する。このとき、溶液中にあるアルミニウムイオンを還元させ、金属アルミニウムを析出させるために、強還元剤を徐々に滴下する（工程１０４）。強還元剤としては、例えば、水素化ホウ素ナトリウムを用いる。ここで、還元された金属アルミニウムは、溶液中のシランカップリング剤によって表面処理される。これにより、生成されたアルミニウム粒子の表面の有機官能基はナトリウム塩となる。
【００２４】
次に、アルミニウム粒子の表面の有機官能基をカルボキシル基に戻すため、溶液Ｃに塩酸を入れ、逆酸遊離反応によるカルボキシル基の生成を行う（工程１０５）。このとき、溶液Ｃは水槽と有機層の二層に分離し、水層には、アルミニウム粒子及びナトリウムイオンが存在する。
【００２５】
次に、二層に分離した溶液Ｃを水素型陽イオン交換樹脂に通過させ、ナトリウムイオンを除去し、溶液Ｄを形成する（工程１０６）。
【００２６】
次に、トルエンに溶液Ｄを攪拌しながら加える（工程１０７）。これにより、アルミニウム粒子の再沈殿物を形成する。
【００２７】
次に、メンブランフィルターにより、アルミニウム粒子の再沈殿物にろ過を行い、アンモニウムブロマイド化合物を除去する（工程１０８）。これにより、シランカップリング処理を施したアルミニウムを用いた研磨砥粒を形成する。
【００２８】
本発明の研磨砥粒の形成方法によれば、アルミニウムを用いて研磨砥粒を形成しているため、研磨砥粒を軟質にすることができる。また、アルミニウム粒子の表面にシランカップリング処理を施しているため、研磨剤の凝集を抑制することができる。これにより、研磨表面の銅配線及び絶縁膜にスクラッチが発生するのを抑制することができ、配線間ショート等の配線不良の発生を防止することができる。
【００２９】
なお、本発明における研磨砥粒の形成方法では、末端の有機官能基としてカルボキシル基を有するシランカップリング剤を使用したが、カルボニル基、アミノ基、ニトロ基、ヒドロキシル基等を有機官能基とするシランカップリング剤を用いることもできる。
【００３０】
また、工程１０３において、シランカップリング剤の主鎖を炭素原子５個未満のものとすることにより、極性溶媒に溶解しやすくすることができる。また、シランカップリング剤の主鎖を炭素原子５個以上のものとすることにより、無極性溶媒に溶解しやすくすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の研磨砥粒は、銅配線を用いた埋め込み配線及びプラグを有する半導体装置の製造に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明におけるアルミニウムを用いた研磨砥粒の構造を示す図
【図２】本発明における研磨砥粒の形成方法のフロー図
【図３】研磨砥粒の形成材料のモース硬度を示す図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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