(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
過硫酸カリウムもしくは過硫酸アンモニウムと、ドデシルベンゼンスルホン酸カリウムと、研磨粒子とを含むことを特徴とする化学機械研磨用スラリー。
【請求項２】
前記研磨粒子は、シリカを含むことを特徴とする請求項１記載の化学機械研磨用スラリー。
【請求項３】
表面に溝を有する絶縁膜上に、前記溝を埋め込むように、金属を主成分とする導電膜を堆積する工程と、
過硫酸カリウムもしくは過硫酸アンモニウムと、ドデシルベンゼンスルホン酸カリウムと、研磨粒子とを含むスラリーを用いた化学機械研磨法により、前記溝の外の前記導電膜を除去する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記導電膜は、Ｃｕからなる単層もしくは積層の金属膜、またはＣｕを主成分とする合金からなる膜であることを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記スラリー中の研磨粒子は、シリカを含むことを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記導電膜を堆積する工程は、絶縁膜上にライナー膜を形成した後に行い、
前記導電膜を除去する工程は、前記配線溝の外の前記導電膜の除去を前記ライナー膜が露出した時点で停止する工程を含むことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）工程を有する半導体装置の製造方法に関する。また本発明は、このＣＭＰ工程に用いる化学機械研磨用スラリーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＬＳＩの高速化（素子の動作スピードの向上）に伴い、チップ内の回路−回路間を繋ぐ、長距離配線（グローバル配線）のＲＣ遅延の改善が課題となっている。
【０００３】
また、配線の信頼性向上も重要な改善項目となっており、これまで多く使用されている配線材料であるＡｌ（ρ:3μΩcm、mp:660℃）よりも低抵抗かつ高融点の配線材料が望まれている。
【０００４】
この種の配線材料として期待されているのが、Ｃｕ（ρ:1.8μΩcm、mp:1083℃）である。Ｃｕを配線材料として使用する場合、（１）ＣｕのＲＩＥ（Reactive Ion Etching）加工が困難であること、（２）Ｃｕの拡散を防止するために配線の四面をバリアメタルで囲む必要があること、（３）工程数を削減するためにデュアルダマシンプロセスを採用する必要があることなど、種々の理由により、ＣＭＰの導入は必須である。
【０００５】
しかし、従来のＣｕ−ＣＭＰは、グローバル配線のように配線断面積が大きい配線（幅が広く、かつ深い埋め込み配線）の加工は大変苦手としている。すなわち、グローバル配線等の配線を形成する場合、除去すべきＣｕの量が多く（例えばＣｕ膜厚に関して６００ｎｍ）、大きなエロージョン（＝ディッシング＋シニング）が生じてしまう。その結果、配線断面積に大きなロスが発生し、低抵抗のＣｕを用いても配線抵抗が上昇するという問題が起こる。この問題から分かるように、Ｃｕ−ＣＭＰの最大の課題の一つは、如何にエロージョンを抑制するかにある。
【０００６】
通常、Ｃｕ−ＣＭＰを行う場合、研磨粒子だけではＣｕを削ることが難しいので、Ｃｕと錯体を形成する、スラリーに対して不溶性（不溶性錯体）の錯体を形成する錯化剤と、Ｃｕ表面を酸化する酸化剤とを利用している。
【０００７】
すなわち、酸化剤でＣｕ表面を酸化し、研磨粒子による研磨が容易なＣｕ酸化物を形成するとともに、錯化剤でＣｕ表面にＣｕの錯体（保護膜）を形成し、Ｃｕ表面の過剰酸化を防止する。上記錯体はスラリー中で不溶性のものである。このような酸化物および保護膜を形成することと、それらを研磨粒子で削ることを繰り返すことで、Ｃｕの研磨を進めていく。このため、ＣＭＰ特性は保護膜の性質によって決定されることが多い。
【０００８】
一般に、エロージョンを小さく抑えるための保護膜をデザインする場合、主に（１）研磨速度の荷重依存性を大きくすること、（２）研磨速度の研磨粒子濃度依存性を小さくすることの２点に注目してスラリー開発が行われる。
【０００９】
すなわち、（１）に注目したスラリー開発は、凹凸のある構造に対し、高荷重の加わる凸部を速やかに平らにし、凹部を低荷重で研磨速度が遅い状態でＣｕの研磨を行っていけば、エロージョンを小さくできる観点からのものであり、（２）に注目したスラリー開発は、どんなスラリーでもエロージョンは少なからず生じるので、凹部に研磨粒子が溜まってくると、低荷重にもかかわらずＣｕの研磨速度が上昇し、エロージョンが拡大してしまうことを防止する観点からのものである。よって、（１）と（２）の基本特性をおさえていくことは重要である。
【００１０】
例えば、従来のスラリーとして、酸化剤として過硫酸アンモニウム、錯化剤としてキナルジン酸、研磨粒子としてアルミナを含むものを用い、Ｃｕ−ＣＭＰを行った場合、以下のような研磨特性を示す。
【００１１】
研磨速度の荷重依存性は図８に示すように、使用時の研磨荷重が３００ｇ／ｃｍ2 で研磨速度は４４０ｎｍ／ｍｉｎ、低荷重になるにつれて研磨速度は、研磨荷重が２００ｇ／ｃｍ2 で３５３ｎｍ／ｍｉｎ、研磨荷重が１００ｇ／ｃｍ2 で２４５ｎｍ／ｍｉｎといった具合に減少していく。
【００１２】
一方、研磨速度の粒子濃度依存性は図９に示すように、研磨荷重が３００ｇ／ｃｍ2 の条件で、粒子濃度が０％で１００ｎｍ／ｍｉｎ、粒子濃度が０．５％で４４０ｎｍ／ｍｉｎ、粒子濃度が１％で４２０ｎｍ／ｍｉｎとなっており、粒子濃度が０．１％以上で研磨速度は飽和する。
【００１３】
このような研磨特性を有するスラリーを用いて、例えば幅１００μｍのＣｕ配線を形成すると、図１０に示すように、ジャストポリッシュではエロージョンを２０ｎｍ程度に抑えられるが、ジャストポリッシュに対してオーバーポリッシュを３０％、６０％と加えていくと、エロージョンはそれぞれ１００ｎｍ、１８０ｎｍと拡大していく。これは、低荷重時（１００ｇ／ｃｍ2 ）の研磨速度（２４５ｎｍ／ｍｉｎ）が速いからである。
【００１４】
半導体装置の製造時のプロセスマージンを考慮すると、３０％のオーバーポリッシュでエロージョンを５０ｎｍ以下に制御する必要がある。これは、従来のＣｕ−ＣＭＰでは到達することが困難な値である。
【００１５】
ところで、Ａｌ配線としては、従来よりＲＩＥで形成する凸型配線が多く使用されていたが、近年、ＣＭＰで形成するダマシン配線が期待されている。その理由は、凸型配線からダマシン配線に変えるだけで、工程数の削減、信頼性の向上および歩留まりの向上というメリットが得られるかである。そのため、Ａｌ−ＣＭＰの確立も一方では望まれている。
【００１６】
しかし、Ａｌ−ＣＭＰには以下のような問題がある。まず、ＡｌはＣｕよりもコロージョン（腐食）が発生し易いという問題がある。さらに、ＡｌはＣｕよりも柔らかいために、キズ（スクラッチ）が生じ易いという問題がある。Ａｌ−ＣＭＰを確立するために、これらの問題を解決することに加えて、Ｃｕ−ＣＭＰと同様にエロージョンを抑制する技術を開発しなければならい。すなわち、Ａｌ−ＣＭＰは、Ｃｕ−ＣＭＰよりも技術的なハードルが高いといえる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如く、従来のメタルＣＭＰを用いてダマシン配線を形成する場合、特にグローバル配線を形成する場合、必要なレベルまでエロージョンを小さくすることが困難であるという問題があった。
【００１８】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、低エロージョンのメタルＣＭＰを実現できるＣＭＰ工程を有する半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
すなわち、本発明に係る化学機械研磨用スラリーは過硫酸カリウムもしくは過硫酸アンモニウムと、ドデシルベンゼンスルホン酸カリウムと、研磨粒子とを含むものである。
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、表面に溝を有する絶縁膜上に、前記溝を埋め込むように、金属を主成分とする導電膜を堆積する工程と、過硫酸カリウムもしくは過硫酸アンモニウムと、ドデシルベンゼンスルホン酸カリウムと、研磨粒子とを含むスラリーを用いた化学機械研磨法により、前記溝の外の前記導電膜を除去する工程とを有するものである。
【００２０】
このような構成であれば、従来スラリー中に存在しない界面活性剤の影響で、導電膜のエロージョンを効果的に抑制できるようになる。界面活性剤によるエロージョン抑制効果の詳細なメカニズムは明らかではないが、界面活性剤による導電膜の表面へのパッシベート効果が関与していると考えられる。
【００２１】
本発明の上記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記載および添付図面によって明らかになるであろう。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態（以下、実施形態という）を説明する。
【００２３】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るＣｕダマシン配線の形成方法を示す工程断面図である。上記Ｃｕダマシン配線は、例えばＤＲＡＭや高速ロジックＬＳＩに用いるものである。
【００２４】
まず、図１（ａ）に示すように、シリコン基板１上にＳｉＯ2 系の層間絶縁膜２を堆積し、次に層間絶縁膜２の表面に深さ４００ｎｍの配線溝３を形成し、次にスパッタリング法により厚さ３０ｎｍのＴａＮライナー膜４を堆積し、続いてスパッタリング法を用いてシード層としての厚さ５０ｎｍのＣｕ膜を形成し、さらにメッキ法を用いて配線本体としての厚さ４００ｎｍのＣｕ膜を形成し、合計膜厚が４５０ｎｍのＣｕ膜５をＴａＮライナー膜４上に形成する。
【００２５】
次に図１（ｂ）に示すように、配線溝３の外部の不要なＣｕ膜５を本発明のＣｕ−ＣＭＰ用のスラリーを用いたＣＭＰ法により除去する（ファーストポリッシング）。本実施形態では、２ステップのＣＭＰ（ファーストポリッシング＋セカンドポリッシング）で不要なＣｕ膜５等の膜を除去する。その理由はエロージョンを極力小さくするためであり、ファーストポリッシングではＴａＮライナー膜４できちんと研磨を止めることも重要である。
【００２６】
ここでは、本発明のＣｕ−ＣＭＰ用のスラリーとして、酸化剤として過硫酸カリウム、界面活性剤としてドデシルベンゼンスルホン酸カリウム、研磨粒子としてシリカをそれぞれ含み、スラリーｐＨを水酸化カリウム（ｐＨ調整剤）により８に制御したものを使用する。
【００２７】
研磨粒子としてシリカを用いた理由は、第１に、上記スラリー成分（酸化剤、界面活性剤、ｐＨ調整剤）を含むスラリー溶液中ではシリカが安定分散すること、第２に、ＴａＮライナー膜４に対する研磨力が小さいからである。
【００２８】
図２および図３に、上記本発明のスラリーを用いた場合のＣｕ研磨速度の研磨荷重依存性および研磨粒子濃度依存性をそれぞれ示す。これらの図から、本発明のＣｕ−ＣＭＰは、従来のＣｕ−ＣＭＰ（図８、図９）に比べて、使用開始時の研磨荷重（＝３００ｇ／ｃｍ2 ）の研磨速度が５０ｎｍ／ｍｉｎと遅いが、研磨荷重が高くなると急激に研磨速度が速くなり、またＣｕ研磨速度の研磨粒子濃度依存性に関しては小さいことが分かる。このような研磨特性となった理由は、ドデシルベンゼンスルホン酸カリウムのＣｕ表面へのパッシベート効果によるものと考えられる。
【００２９】
上記本発明のスラリーを用いた場合の研磨条件は、例えば研磨パッドがＩＣ１０００、研磨荷重（ＤＦ）：３００ｇ／ｃｍ2 、トップリング（ＴＲ）回転数：１００ｒｐｍ、ターンテーブル（ＴＴ）回転数：１００ｒｐｍである。
【００３０】
この場合、研磨初期は基板上に凹凸があるため、凸部の研磨荷重は設定値（３００ｇ／ｃｍ2 ）よりも高くなる。本実施形態では、Ｃｕ配線のライン幅とＣｕ配線間のスペース幅との比（ライン＆スペース）を１、言い換えれば配線パターン密度を５０％とする（図には簡単のためには配線１本分の領域しか示していない）。この場合、実質的には６００ｇ／ｃｍ2 程度の研磨荷重が加わっていると予想される。このときの研磨速度は約３００ｎｍ／ｍｉｎであるため、１分程度の研磨時間で基板上の凹凸は消滅する。
【００３１】
残りのＣｕ膜厚は１５０ｎｍである。基板上がフラットになると、研磨荷重は３００ｇ／ｃｍ2 となるため、Ｃｕの研磨速度は５０ｎｍ／ｍｉｎとなる。したがって、３分間研磨を行うとＣｕ膜５の不要部分の大半を削ることができる。
【００３２】
しかし、本実施形態では、プロセスマージンを見越し、オーバーポリッシュを行う。この場合、図４に示すように、エロージョンが若干生じるものの、オーバーポリッシュ時のＣｕ配線部のＣｕ膜５への研磨荷重が設定値の３００ｇ／ｃｍ2 よりも小さくなるので、研磨速度はさらに遅くなり、エロージョンを小さく抑えられる。
【００３３】
また、ＴａＮライナー膜４の研磨速度もドデシルベンゼンスルホン酸カリウムが含まれていることによって、それが添加されていない場合に比べて１／５（２ｎｍ／ｍｉｎ）に抑えられ、ＴａＮライナー膜４でしっかりと研磨を停止することができる。
【００３４】
最後に、図１（ｃ）に示すように、配線溝３の外部の不要なＴａＮライナー膜４およびファーストポリッシングで取り残した不要なＣｕ膜４をＣＭＰ法により除去する（セカンドポリッシュ）。
【００３５】
セカンドポリッシュでは、Ｃｕ膜５、ＴａＮライナー膜４および層間絶縁膜２の研磨速度をそれぞれ２０ｎｍ／ｍｉｎに制御できるスラリー、例えば酸化剤として過酸化水素、錯化剤としてキノリン酸、研磨粒子としてシリカを含んだものを使用する。
【００３６】
上記スラリーを用いた場合の研磨条件は、例えば研磨パッド：Ｐｏｌｉｔｅｘ−Ｐａｄ、ＤＦ：３００ｇ／ｃｍ2 、ＴＲ回転数：５０ｒｐｍ、ＴＴ回転数：５０ｒｐｍ、研磨時間：６０秒である。
【００３７】
以上述べた本実施形態のＣｕダマシン配線の形成方法によれば、仕上がったＣｕダマシン配線のエロージョンを、例えば配線幅１００μｍで３０ｎｍ程度という小さい値にできることを確認した。
【００３８】
（第２の実施形態）
次に本発明の第２の実施形態に係るＣｕダマシン配線の形成方法について説明する。上記Ｃｕダマシン配線は、例えばＤＲＡＭや高速ロジックＬＳＩに用いるものである。なお、本形成方法の工程断面図は、第１の実施例のそれと同じなので、図１を参照しながら説明する。
【００３９】
本実施形態が第１の本実施形態と異なる点は、ＳｉＯ2 系の層間絶縁膜ではなく、有機成分を含む層間絶縁膜（有機系の層間絶縁膜）を用いることにある。この種の層間絶縁膜は、ＳｉＯ2 系の層間絶縁膜に比べて、機械的強度が弱い。
【００４０】
使用する層間絶縁膜の種類が変わった結果、ＣＭＰに使用するスラリーも第１の実施形態とは変わる。具体的には、ファーストポリッシングでは、酸化剤として過硫酸アンモニウム、錯化剤としてキナルジン酸、界面活性剤としてドデシルベンゼンスルホン酸カリウム、研磨粒子としてシリカ８５％、アルミナ１５％の混合粒子を含み、スラリーｐＨを水酸化カリウムにより８．５に制御したスラリーを用いる。
【００４１】
ここで、混合粒子は、第１の研磨粒子（ここでは一次粒径が２０ｎｍのシリカ）の表面および内部に第２の研磨粒子（ここではアルミナ）の微結晶が点在してなる一つの粒子である。本実施形態の場合、この一つの混合粒子を構成するシリコンおよびアルミナの割合がそれぞれ８５％および１５％となっている。このような混合粒子は、フュームド法で形成することができる。
【００４２】
研磨粒子として混合粒子を用いる理由は以下の通りである。
【００４３】
上記スラリーｐＨの場合、シリカはマイナスに帯電し、プラスに帯電しているＣｕ膜５と良くなじむ。そのため、図１（ｂ）の工程で、ファーストポリッシングの終了時に、Ｃｕ膜５および有機系の層間絶縁膜５が被研磨基体として共存した状態になると、研磨速度の粒子濃度依存性の高い、有機系の層間絶縁膜５においてエロージョンが大きくなってしまう。
【００４４】
そこで、本実施形態では、マイナスに帯電したシリカの周りにプラスに帯電したアルミナが局所的に存在する、全体としてはほぼ中性の混合粒子を研磨粒子として用いることで、シリカが有機系の層間絶縁膜５になじみ過ぎることを防止でき、その結果として有機系の層間絶縁膜５におけるエロージョンの抑制できるようになる。
【００４５】
図５および図６に、上記本発明のスラリーを用いた本実施形態のＣＭＰのＣｕ研磨速度の研磨荷重依存性およびＣｕ研磨速度の研磨粒子濃度依存性をそれぞれ示す。
【００４６】
図５から、本実施形態のＣｕ−ＣＭＰでは過硫酸アンモニウムを含むスラリーを使用しているため、第１の実施形態に比べて（図２、図３）、Ｃｕ研磨速度は速くなっているが、エロージョンの観点から重要だと考えられる、ＤＦ：１００ｇ／ｃｍ2 以下の研磨荷重領域においては研磨速度十分に遅くなっていることが分かる。
【００４７】
また、従来のＣｕ−ＣＭＰ（図８、図９）に比べて、使用開始時の研磨荷重（＝３００ｇ／ｃｍ2 ）のＣｕ研磨速度は５０ｎｍ／ｍｉｎと遅いが、研磨荷重が高くなると急激にＣｕ研磨速度が速くなり、またＣｕ研磨速度の研磨粒子濃度依存性に関しては小さいことが分かる。このような研磨特性となった理由は、ドデシルベンゼンスルホン酸カリウムのＣｕ表面へのパッシベート効果によるものと考えられる。
【００４８】
また、図６から、スラリー中の粒子種類は変わっても、粒子濃度が上昇し、Ｃｕ研磨速度が急増することはないことが分かる。さらに、ＴａＮライナー膜４の研磨速度は、第１の実施形態と同様に２ｎｍ／ｍｉｎと十分低いことも分かっている。
【００４９】
上記本発明のスラリーを用いた場合の研磨条件は、例えばＤＦ：３００ｇ／ｃｍ2 、ＴＲ回転数：１００ｒｐｍ、ＴＴ回転数：１００ｒｐｍ、研磨時間：１５０秒である。
【００５０】
次に図１（ｃ）に示すように、第１の実施形態と同様にシリカ系のスラリーを用いて、研磨時間：６０秒のセカンドポリッシングを行い、配線溝３の外部の不要なＴａＮライナー膜４およびファーストポリッシングで取り残した不要なＣｕ膜４を除去する。
【００５１】
以上述べた本実施形態のＣｕダマシン配線の形成方法によれば、第１の実施形態と同様に、仕上がったＣｕダマシン配線のエロージョンを、例えば配線幅１００μｍで３０ｎｍ程度という小さい値にできることを確認した。さらに、有機系の層間絶縁膜を使用しているが、スクラッチおよび膜剥がれ等の問題も起こらなかった。
【００５２】
（第３の実施形態）
次に本発明の第３の実施形態に係るＣｕダマシン配線の形成方法について説明する。上記Ｃｕダマシン配線は、例えばＤＲＡＭや高速ロジックＬＳＩに用いるものである。なお、本形成方法の工程断面図は、第１の実施例のそれと同じなので、図１を参照しながら説明する。
【００５３】
本実施形態が第２の実施形態と異なる点は、セカンドポリッシングでも本発明のスラリーを使用することにある。具体的には、酸化剤として過酸化水素、錯化剤としてキノリン酸、界面活性剤としてドデシルベンゼンスルホン酸カリウム、研磨粒子としてシリカとＰＭＭＡの複合型粒子を含むスラリーを用いる。複合型粒子は、ＰＭＭＡの（一次粒径２００ｎｍ）の表面にシリカ（一次粒径２０ｎｍ）を官能基やファンデルワース力を利用して意図的に吸着させ、ＰＭＭＡとシリカとが一体化したものである。ただし、ＣＭＰを行っている最中にはＰＭＭＡとシリカとの複合型粒子の多くは分離してしまう。また、シリカは吸着を容易にするためにコロイダルシリカが好ましい。
【００５４】
上記本発明のスラリーを用いた場合の研磨条件は、例えば研磨パッド：Ｐｏｌｉｔｅｘ−Ｐａｄ、ＤＦ：３００ｇ／ｃｍ2 、ＴＲ回転数：５０ｒｐｍ、ＴＴ回転数：５０ｒｐｍ、研磨時間：４０秒である。
【００５５】
本発明のスラリーをセカンドポリッシング時に用いたときの効果は、第１に、ドデシルベンゼンスルホン酸カリウムによるＣｕ膜５の表面へのパッシベート効果によって、Ｃｕ膜５のエロージョンを抑制できること、第２に、ドデシルベンゼンスルホン酸カリウムの分散効果によって、研磨時に発生する削りクズの凝集を抑制でき、Ｃｕ膜５のスクラッチを抑制できること、そして第３に、複合型粒子を構成する有機系粒子であるＰＭＭＡによるダメージ吸収効果による、有機系の層間絶縁膜２が受けるダメージを抑制できることである。
【００５６】
また、有機系の層間絶縁膜は疎水性を有する場合がほとんどであるが、本実施形態の場合にはドデシルベンゼンスルホン酸カリウムによって親水化されるために、水およびスラリーに対し、摩擦の小さな研磨が可能となり、その結果としてスクラッチを抑制することができる。
【００５７】
（第４の実施形態）
図７は、本発明の第４の実施形態に係るＡｌダマシン配線の形成方法を示す工程断面図である。上記Ａｌダマシン配線は、例えばＤＲＡＭや高速ロジックＬＳＩに用いるものである。
【００５８】
まず、図７（ａ）に示すように、シリコン基板１１上にＳｉＯ2 系の層間絶縁膜１２を堆積し、次に層間絶縁膜１２の表面に深さ３００ｎｍの配線溝１３を形成し、次に厚さ１５ｎｍのＮｂライナー膜１４、厚さ６００ｎｍのＡｌ（Ｃｕ含有量：０．５at％）膜１５をスパッタリング法により連続的に順次形成し、その後Ａｌ膜１５に対して３５０℃のリフロー処理を施す。このようなＡｌ膜１５のスパッタリング成膜およびリフロー処理により、ボイドや段切れ等が無い、良好な埋め込み形状を有するＡｌ膜１５を形成することが可能となる。
【００５９】
次に図７（ｂ）に示すように、配線溝１３の外部の不要なＡｌ膜１５を本発明のＡｌ−ＣＭＰ用のスラリーを用いたＣＭＰ法により除去する（ファーストポリッシング）。
【００６０】
ここでは、本発明のＡｌ−ＣＭＰ用のスラリーとして、酸化剤として過硫酸アンモニウム、錯化剤キナルジン酸、界面活性剤としてドデシルベンゼンスルホン酸カリウム、研磨粒子としてアルミナをそれぞれ含み、スラリーｐＨを５に制御したものを使用する。Ａｌ−ＣＭＰの場合、Ａｌを削っている最中にスラリー中にＡｌの酸化物および水酸化物が生じる。このような生成物はＣｕ−ＣＭＰの場合にも生じるがその量は少ない。
【００６１】
界面活性剤としてドデシルベンゼンスルホン酸カリウムを用いた理由は、第１に、ドデシルベンゼンスルホン酸カリウムが被研磨基体（Ａｌ膜１５）に吸着し、これによりエロージョンの抑制、ならびにスクラッチおよびコロージョンの低減を実現できること、第２に、ドデシルベンゼンスルホン酸カリウムはスラリー成分と研磨パッドとの相互作用を高める効果があり、これにより研磨速度を速めることが期待できるからである。また、Ｎｂライナー膜１５についても、ドデシルベンゼンスルホン酸カリウムの効果によって、研磨速度が１ｎｍ／ｍｉｎと十分に遅くすることができた。
【００６２】
上記本発明のスラリーを用いた場合の研磨条件は、例えば研磨パッド：ＩＣ１０００、ＤＦ：３００ｇ／ｃｍ2 、ＴＲ回転数：１２０ｒｐｍ、ＴＴ回転数：１００ｒｐｍ、研磨時間：３分である。
【００６３】
最後に、図７（ｃ）に示すように、配線溝３の外部の不要なＴａＮライナー膜１４およびファーストポリッシングで取り残した不要なＡｌ膜１５を、第１の実施形態と同様のセカンドポリッシュにより除去する。研磨時間は例えば１００秒とする。
【００６４】
以上述べた本実施形態のＡｌダマシン配線の形成方法によれば、従来のＡｌ−ＣＭＰでは困難であったコロージョンやスクラッチを抑制でき、さらに仕上がったＡｌダマシン配線のエロージョンを、例えば配線幅５０μｍで５０ｎｍ程度という小さいな値にできることを確認した。すなわち、従来のＡｌ−ＣＭＰでは困難であった完成度の高いＡｌダマシン配線を形成することができる。
【００６５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、研磨時の荷重、トップリングおよびターンテーブルの回転数は適宜変更可能である。
【００６６】
また、研磨粒子となり得る物質は、上記実施形態で述べたものを含めて、Ａｌ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｃｅ、Ｔｉ、ＣおよびＦｅからなる元素群から選ばれた少なくとも一つの元素を主成分とする酸化物、炭化物もしくは窒化物、または前記元素群から選ばれた少なくとも二つの元素の混合物もしくは混晶物からなる無機粒子があげられる。
【００６７】
酸化剤としては、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過酸化水素の他に、硝酸第二鉄、オゾン、硝酸アンモニウムセリウムなどが使用可能である。
【００６８】
また、錯化剤となり得る化合物は、上記実施形態で述べたものを含めて、芳香環または複素環の環内または環外に、官能基としてＮ基、ＳＨ基、ＮＨ2 基、ＣＨ3 基、ＣＯＯＨ基、ＯＨ基、ＮＯ2 基およびＣｌ基の少なくとも一つを含むものがあげられる。
【００６９】
上記錯化剤により形成されるＣｕ等の金属の錯体は、好ましくはスラリー中で不溶性を有するもの、より好ましくはスラリー中かつ水中で不溶性を有するものである。水中で不溶性であることが好ましい理由は、ＣＭＰ後の洗浄工程で洗い流すことが容易になるからである。
【００７０】
また、上記実施形態では、ライン＆スペースが１の場合について説明したが、実プロセスでは配線幅の異なる複数のダマシン配線を同一レイヤーの層間絶縁膜中に形成することがある。このような場合、本発明のスラリーを用いたＣＭＰにより配線溝外の余剰な金属膜を除去すれば、エロージョンのばらつきを効果的に抑制することができる。さらに配線密度が異なる複数のダマシン配線の領域を同一レイヤーの層間絶縁膜中に形成する場合にも同様な効果が得られる。また、上記実施形態ではいわゆるシングルダマシン配線の場合について説明したが、本発明はデュアルダマシン配線にも適用できる。さらにまた、本発明は配線以外にも、例えばダマシンゲート型ＭＯＳトランジスタのメタルゲート電極のＣＭＰ工程にも適用できる。
【００７１】
さらに、上実施形態では、Ｃｕ膜、Ａｌ膜、ＴａＮ膜、Ｎｂ膜のＣＭＰについて述べたが、被研磨膜となり得る膜は、上記実施形態で述べたものを含めて、Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａ、ＡｇおよびＶからなる元素群から選ばれた金属からなる単層もしくは積層の金属膜、または前記元素群から選ばれた少なくとも一つの元素を主成分とする合金、窒化物、ホウ化物もしくは酸化物からなる膜があげられる。
【００７２】
さらにまた、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。
【００７３】
【発明の効果】
以上詳説したように本発明によれば、界面活性剤を添加したスラリーを用いることにより、導電膜のエロージョンを効果的に抑制できるＣＭＰ工程を有する半導体装置の製造方法を実現できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＣｕダマシン配線の形成方法を示す工程断面図
【図２】本発明のスラリーを用いた場合のＣｕ研磨速度と研磨荷重との関係を示す図
【図３】本発明のスラリーを用いた場合のＣｕ研磨速度と研磨粒子濃度との関係を示す図
【図４】本発明のスラリーを用いた場合のＣｕエロージョンとオーバーポリッシングとの関係を示す図
【図５】本発明の他のスラリーを用いた場合のＣｕ研磨速度と研磨荷重との関係を示す図
【図６】本発明の他のスラリーを用いた場合のＣｕ研磨速度と研磨粒子濃度との関係を示す図
【図７】本発明の第４の実施形態に係るＡｌダマシン配線の形成方法を示す工程断面図
【図８】従来のスラリーを用いた場合のＣｕ研磨速度と研磨荷重との関係を示す図
【図９】従来のスラリーを用いた場合のＣｕ研磨速度と研磨粒子濃度との関係を示す図
【図１０】本発明のスラリーを用いた場合のＣｕエロージョンとオーバーポリッシングとの関係を示す図
【符号の説明】
１…シリコン基板
２…層間絶縁膜
３…配線溝
４…ＴａＮライナー膜
５…Ｃｕ膜（配線）
１１…シリコン基板
１２…層間絶縁膜
１３…配線溝
１４…Ｎｂライナー膜
１５…Ａｌ膜（配線）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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