(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体集積回路に用いられる金属層、障壁層、及び絶縁層の化学的機械的研磨に用いられるスラリーであって、
第１酸化剤、
前記金属層を酸化し、前記第１酸化剤により酸化され再び酸化力が復元される第２酸化剤、
前記障壁層の研磨速度を増加させるための添加剤、及び、
研磨剤を水性溶媒中に含んでなり、
前記添加剤が、スラリーのｐＨを６〜８に調節するための、スラリーの全量に対して１．０〜１．５質量％の量のＮＨ４Ｆであることを特徴とする非選択性スラリー。
【請求項２】
前記金属層は、タングステンまたはタングステン合金であることを特徴とする請求項１に記載の非選択性スラリー。
【請求項３】
前記第１酸化剤は過酸化化合物であり、前記第２酸化剤は鉄化合物であることを特徴とする請求項１または２に記載の非選択性スラリー。
【請求項４】
前記過酸化化合物は、過酸化水素、過酸化ベンゾイル、過酸化カルシウム、過酸化バリウム、及び過酸化ナトリウムからなる群より選択されることを特徴とする請求項３に記載の非選択性スラリー。
【請求項５】
前記過酸化水素は、前記非選択性スラリー内に０．０１〜１０質量％存在することを特徴とする請求項４に記載の非選択性スラリー。
【請求項６】
前記鉄化合物は、硝酸第二鉄、りん酸第二鉄、硫酸第二鉄、及びフェリシアン化カリウムからなる群より選択されることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の非選択性スラリー。
【請求項７】
前記硝酸第二鉄は、前記非選択性スラリー内に０．０１〜１０質量％存在することを特徴とする請求項６に記載の非選択性スラリー。
【請求項８】
前記研磨剤は、前記非選択性スラリー内に３〜２５質量％存在することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の非選択性スラリー。
【請求項９】
半導体集積回路に用いられる金属層、障壁層、及び絶縁層の化学的機械的研磨に用いられる非選択性スラリーの製造方法であって、
研磨剤を準備する段階と、
前記研磨剤に、第１酸化剤、前記金属層を酸化し、前記第１酸化剤により酸化され再び酸化力が復元される第２酸化剤、及びｐＨ調節用酸を加えて強酸性のスラリーを形成する段階と、
前記スラリーのｐＨが６〜８になるようにＮＨ４Ｆをスラリーの全量に対して１．０〜１．５質量％の量で添加する段階とを含むことを特徴とする非選択性スラリーの製造方法。
【請求項１０】
前記第１酸化剤は過酸化化合物であり、前記第２酸化剤は鉄化合物であることを特徴とする請求項９に記載の非選択性スラリーの製造方法。
【請求項１１】
前記過酸化化合物は、過酸化水素、過酸化ベンゾイル、過酸化カルシウム、過酸化バリウム、及び過酸化ナトリウムからなる群より選択されることを特徴とする請求項１０に記載の非選択性スラリーの製造方法。
【請求項１２】
前記過酸化水素は、前記非選択性スラリー内に０．０１〜１０質量％存在することを特徴とする請求項１１に記載の非選択性スラリーの製造方法。
【請求項１３】
前記鉄化合物は、硝酸第二鉄、りん酸第二鉄、硫酸第二鉄、及びフェリシアン化カリウムからなる群より選択されることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の非選択性スラリーの製造方法。
【請求項１４】
前記硝酸第二鉄は、前記非選択性スラリー内に０．０１〜１０質量％存在することを特徴とする請求項１３に記載の非選択性スラリーの製造方法。
【請求項１５】
半導体ウェーハ上に絶縁層を形成する段階と、
前記絶縁層にビアホールを形成する段階と、
前記ビアホールが形成された絶縁層上に障壁層を堆積する段階と、
前記ビアホールが充填されるように前記障壁層上に金属層を堆積する段階と、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の非選択性スラリーを用いて前記金属層、前記障壁層及び前記絶縁層を化学的機械的研磨することにより、前記絶縁層を平坦化させる段階とを含むことを特徴とするウェーハ上の絶縁層にプラグを形成する方法。
【請求項１６】
前記金属層はタングステンであり、前記障壁層はチタンまたはチタン合金であり、前記絶縁層はシリコン酸化膜であることを特徴とする請求項１５に記載のウェーハ上の絶縁層にプラグを形成する方法。
【請求項１７】
前記非選択性スラリーに含まれる第１酸化剤は過酸化化合物であり、前記非選択性スラリーに含まれる第２酸化剤は鉄化合物であることを特徴とする請求項１５または１６に記載のウェーハ上の絶縁層にプラグを形成する方法。
【請求項１８】
前記過酸化化合物が、前記非選択性スラリー内に０．５〜５質量％存在することを特徴とする請求項１７に記載のウェーハ上の絶縁層にプラグを形成する方法。
【請求項１９】
前記鉄化合物は、硝酸第二鉄、りん酸第二鉄、硫酸第二鉄、及びフェリシアン化カリウムからなる群より選択されることを特徴とする請求項１７または１８に記載のウェーハ上の絶縁層にプラグを形成する方法。
【請求項２０】
前記硝酸第二鉄は、前記非選択性スラリー内に０．０１〜１０質量％存在することを特徴とする請求項１９に記載のウェーハ上の絶縁層にプラグを形成する方法。
【請求項２１】
前記非選択性スラリーに含まれる研磨剤は、アルミナ、シリカ、及びセリアからなる群より選択されることを特徴とする請求項１５〜２０のいずれか１項に記載のウェーハ上の絶縁層にプラグを形成する方法。
【請求項２２】
前記非選択性スラリーに含まれる研磨剤は、前記非選択性スラリー内に３〜２５質量％存在することを特徴とする請求項１５〜２１のいずれか１項に記載のウェーハ上の絶縁層にプラグを形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は化学的機械的研磨（以下、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）とも記載）に用いられる非選択性スラリー及びその製造方法、並びにこれを用いてウェーハ上の絶縁層内にプラグを形成する方法に関する。特に、金属層、障壁層及び絶縁層に対する研磨除去速度をほぼ同一にし、これらを１回のＣＭＰで除去することを可能にするＣＭＰ用スラリー及びその製造方法、並びにこれを用いてウェーハ絶縁層内にプラグを形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の高集積化・微細化が進行し、素子中の金属配線層の数が増加するに従い、各層における表面平坦度の最上層表面に対する影響が大きくなっている。深刻な場合には、層表面の屈曲により所望する形状を形成するのが不可能となることもある。また、素子が高集積化されるに従い、フォトマージンを確保して配線長さを最小化するために下部膜平坦化技術が必要となる。
【０００３】
下部膜を平坦化するための一般的な方法として、ＳＯＧ、エッチ−バック、ＢＰＳＧリフロー、Ａｌフロー、ＣＭＰなどが用いられている。このうちＣＭＰは、例えば、前述したリフロー工程やエッチ−バック工程で達成できない、広い空間の平坦化や低温平坦化工程を達成できる利点があるため、非常に効果的な平坦化技術として広く用いられている。
【０００４】
ＣＭＰ工程は回転する研磨パッドとウェーハとが直接的に加圧接触し、ウェーハと研磨パッドとの界面には研磨用スラリーが提供される。ウェーハ表面はスラリーが塗布された研磨パッドにより機械的及び化学的に研磨されて平坦になる。このとき、スラリーの組成物により研磨速度、研磨表面の欠陥、欠点、腐蝕及び侵食などの特性が変化する。
【０００５】
従来技術によるＣＭＰ工程を利用したプラグ形成方法を、図１〜図６を参照して説明する。
【０００６】
図１に示すように、半導体基板１００上に伝導性物質である金属を蒸着した後、フォトリソグラフィ工程によって金属パターン１０２を形成する。次に図２に示すように、金属パターン１０２上に低誘電膜である層間絶縁膜１０４を蒸着した後、層間絶縁膜に対する研磨選択比が高いスラリーを用いて１次ＣＭＰ工程を遂行して層間絶縁膜の表面を平坦化する。
【０００７】
図３は、１次ＣＭＰプロセスを遂行した後の状態を示す断面図である。ＣＭＰ工程においては、回転テーブルに固定付着された研磨パッドとウェーハ表面とが直接接触するように配置され、パッド及び回転テーブルが回転する間、キャリアにより基板に圧力が印加される。研磨中、ウェーハとパッドとの間にスラリーが提供されることにより、パッドの回転運動による研磨が容易になる。このような工程を実施することにより、層間絶縁膜１０４が平坦化される。
【０００８】
ついで、図４に示すように、平坦化された層間絶縁膜１０４に、フォトリソグラフィを用いてビアホール１０８を形成する。さらに、図５に示すように、前記ビアホール１０８が形成されたウェーハ上にチタン（Ｔｉ）や窒化チタン（ＴｉＮ）のような障壁層１１０と金属層１１２とを順次蒸着する。
【０００９】
続いて、米国特許第５，９２２，０９１号、第５，９１６，８５５号、第５，８５８，８１３号、および第５，８６６，０３１号に開示されているように、金属に対する選択比が良いスラリーを利用した２次ＣＭＰ工程を実施して、層間絶縁膜１０４上の金属層１１２及び障壁層１１０を取り除くことにより、図６に示すようなビアホール１０８内の障壁層と金属層のみが残存したビアプラグ１１４が形成される。
【００１０】
しかし、前記ＣＭＰ工程においては、スラリー内の固形研磨剤により層間絶縁膜１０４の表面にスクラッチまたは局部腐食１０６などの欠陥が生じる場合がある。金属と層間絶縁膜の選択比が異なる、即ち除去速度が異なるスラリーを用いる場合、層間絶縁膜１０４の平坦化工程後に、１次ＣＭＰ工程で予め生じたスクラッチまたは局部腐食１０６により、図６に示したような金属ブリッジを誘発する金属性残留物１１６が残存する場合がある。このため、これを取り除くため、さらにＣＭＰ工程を遂行しなければならない。しかし、このような過度なＣＭＰ工程を実施することにより、図６に示すように、ビアホールに選択比差に由来する金属凹みが生じて、その結果ビアホールに設けられたビアプラグ１１４の抵抗値が上昇してしまう問題点があった。
【００１１】
米国特許第５，７２６，０９９号には、このような問題点を改善しうる非選択性過硫酸アンモニウムスラリーが開示されている。該米国特許では、絶縁層を平坦化させ、パターン形成及び金属蒸着を実施し、まず金属層を取り除く。その後、非選択性スラリーを用いて金属層と絶縁層とを同時に研磨して平坦化させる。上述した方法によって、金属性残留物の除去および金属凹みの生成防止等の効果を得ることができるが、工程が複雑なため製造コストが高い問題点がある。
【００１２】
また、金属の除去速度を高めるためにこのような酸化剤を有したスラリーを大量に用いると、スラリー内の不純物濃度が高まるため、ＣＭＰ工程後、素子の電気的特性の低下、金属腐蝕の促進等、製造収率に悪影響を与える可能性がある。さらに、スラリーの品質低下及び危険性増加、並びにスラリーの製造価格上昇による製品競争力の低下といった問題点がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、このような従来技術の問題点を解消するために、非選択性スラリーを用いた１回のＣＭＰ工程により金属層、障壁層及び絶縁層を同時に実質的に同一の研磨速度で除去することができる非選択性スラリー及びその製造方法を提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、酸化剤のリサイクリングにより酸化剤の使用量を減少させ、製造コストを低減させ、品質および安全性を向上させた非選択性スラリー及びその製造方法を提供することにある。
【００１５】
本発明のさらに他の目的は、ウェーハ上の絶縁層内にプラグを形成する方法において、非選択性スラリーを用いて１回のＣＭＰ工程により金属層、障壁層及び絶縁層を同時に取り除くことのできる単純な製造方法を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明は非選択性スラリーを提供する。前記非選択性スラリーは、金属層、障壁層、及び絶縁層のＣＭＰに用いられる。前記スラリーは第２酸化剤を酸化する第１酸化剤と、前記金属層を酸化することにより還元された後、前記第１酸化剤により酸化され、再び酸化力が復元される、即ちリサイクリングされる前記第２酸化剤、障壁層の研磨速度を増加させるための添加剤、および研磨剤が、水性溶媒中に提供される。上記構成を有する本発明の非選択性スラリーを用いてＣＭＰを実施した場合は、前記金属層と、前記障壁層と、前記絶縁層の除去速度を実質的に同一にし得る。
【００１７】
なお、本発明において除去速度が実質的に同一とは、生産段階において歩留まり低下などの問題の原因とならない程度に同一であることを意味し、除去速度の差が１５０Å／ｍｉｎ以下であることが好ましく、１００Å／ｍｉｎ以下であることがより好ましく、５０Å／ｍｉｎ以下であることが特に好ましい。また、最も除去速度が速い層の除去速度と、最も除去速度が遅い層の除去速度との比から同一性を比較してもよく、その場合は、最も除去速度が速い層の除去速度が、最も除去速度が遅い層の除去速度の１．３倍以下であることが好ましく、１．２倍以下であることがより好ましく、１．１倍以下であることが特に好ましい。
【００１８】
また本発明は、非選択性スラリーを製造する方法を提供する。本発明の非選択性スラリーを製造する一の方法は、研磨剤を準備する段階と、絶縁層研磨用研磨剤に第１酸化剤、第２酸化剤、及びｐＨ調節用酸を加えて強酸性のスラリーを作る段階と、前記強酸性（例えばｐＨ２．５以下）のスラリーのｐＨが弱酸性から弱アルカリ性の範囲（ｐＨが６〜８）に維持されるようにＮＨ4Ｆを添加する段階とから構成される。研磨剤としては、強アルカリ性のものや、ｐＨ４．５程度のシリカ溶液などを用いることができるがこれらに限定されるものではなく、各種公知の研磨剤を適宜使用でき、これらは主に絶縁層を研磨する作用を果たす。
【００１９】
また本発明は、ウェーハ上の絶縁層にプラグを形成する方法を提供する。本発明のプラグ形成方法は、半導体ウェーハ上に絶縁層を形成する段階と、前記絶縁層にビアホールを形成する段階と、前記ビアホールが形成された絶縁層上に障壁層を堆積する段階と、前記ビアホールが充填されるように前記障壁層上に金属層を堆積する段階と、前記金属層、前記障壁層及び前記絶縁層に対して実質的に同一の除去速度を有した非選択性スラリーを用いた化学的機械的研磨により、実質的に平坦な表面を有するように前記絶縁層の表面を露出させる段階とを含むことを特徴とするウェーハ上の絶縁層にプラグを形成する方法である。
【００２０】
本発明において、相異なる反応メカニズムを有する第１酸化剤及び第２酸化剤は金属との酸化反応を誘導する。二つの酸化剤の特徴は、第２酸化剤が金属から電子を取り除いて自身の酸化力を失うようにするところに特徴がある。前記第１酸化剤は、例えば、還元電位が大きい酸化剤であり、金属を酸化した第２酸化剤から電子を奪い取って、前記第２酸化剤の酸化力を回復させる。このような反応メカニズムを円滑化させるため、前記第２酸化剤は、金属との酸化反応速度が大きく、還元電位が低いことが好ましい。
【００２１】
本発明においては、高い還元電位と大きい酸化力を有し、金属酸化膜形成速度とエッチング速度とが遅い、過酸化水素と同じ系列に属する酸化剤を第１酸化剤と定義する。一方、低い還元電位と小さい酸化力を有するが金属との酸化反応速度が速い、硝酸鉄（Ｆｅ（ＮＯ3）3）と同じ系列に属する酸化剤を第２酸化剤と定義し、それぞれ、過酸化化合物および鉄化合物であることが好ましい。
【００２２】
より具体的には、第１酸化剤である過酸化化合物は過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）、過酸化ベンゾイル（（Ｃ6Ｈ5ＣＯ）2Ｏ2）、過酸化カルシウム（ＣａＯ2）、過酸化バリウム（ＢａＯ2）、及び過酸化ナトリウム（Ｎａ2Ｏ2）からなる群より選択されることが好ましい。これらの中では、過酸化水素が最も好ましい。
【００２３】
前記過酸化水素が前記非選択性スラリー内に０．０１〜１０質量％存在していることが望ましく、０．５〜５質量％存在することが最も望ましい。０．０１質量％未満の場合には除去速度があまりにも低くてスラリーの工程適用が困難で、１０質量％を超える場合には除去速度は向上するが金属腐蝕が深化する。
【００２４】
第２酸化剤である鉄化合物は硝酸第二鉄、りん酸第二鉄、硫酸第二鉄、及びフェリシアン化カリウムからなる群より選択されることが好ましく、これらの中では硝酸第二鉄が最も望ましい。硝酸第二鉄が前記非選択性スラリー内に０．０１〜１０質量％存在することが望ましく、０．０５〜０．５質量％存在することがより望ましい。０．０１質量％未満の場合には除去速度があまりにも低くて工程適用が困難で、１０質量％を超える場合には非選択性スラリー自体の分散性が低下し、スラリーが固まる現像が生じる。
【００２５】
金属層は、タングステンまたはタングステン合金からなることが好ましい。また、障壁層は、チタンまたはチタン合金であることが好ましい。また、絶縁層は、シリコン酸化膜であることが好ましい。
【００２６】
スラリー内の研磨剤はアルミナ、シリカ、及びセリアからなる群より選択されることが望ましく、コロイドシリカが特に望ましい。また、研磨剤は選択性スラリー内に３〜２５質量％存在することが望ましく、５〜１２．５質量％存在することが特に望ましい。
【００２７】
本発明の非選択性スラリーの添加剤は、障壁層の研磨速度を増加させる作用を有し、ＮＨ4Ｆ、ＴＢＡＦ（Ｔｅｔｒａ  Ｂｕｔｙｌ  Ａｍｍｏｎｉｕｍ  Ｆｌｕｏｒｉｄｅ）、フッ化カリウム、ベンジルトリメチルアンモニウムフルオリド、Ｔｒｉｍｅｔｈｙｌ  Ａｍｉｎｅ  ｈｙｄｒｏ  Ｆｌｏｒｉｄｅ、Ｔｒｉｅｔｈｙｌ  Ａｍｉｎｅ  ｈｙｄｒｏ  Ｆｌｏｒｉｄｅ（（Ｃ2Ｈ5）3ＮＨＦ）などのフッ素化合物が望ましく、ＮＨ4Ｆが特に望ましい。
【００２８】
本発明の非選択性スラリーは、ＮＨ4Ｆなどの添加剤を添加することにより、ｐＨが６〜８程度の弱酸性から弱アルカリ性の範囲に調節されることが好ましい。ＮＨ4Ｆを用いる場合は、非選択性スラリー内に０．０１〜１．５質量％存在することが望ましい。このような非選択性スラリーのｐＨを調節することにより、障壁層の除去速度を向上させることができ、平坦な絶縁層を効果的に得ることができる。
【００２９】
なお、本発明において、使用できる化合物は上記例示してものに限られるものではなく、各種公知の化合物を適宜使用できることはもちろんである。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図７は本発明に係る非選択性スラリーに添加された二種の酸化剤（第１酸化剤および第２酸化剤）と金属との反応メカニズムを説明するための図面である。
【００３１】
一般に、金属ＣＭＰ工程に用いられるスラリーは、金属を酸化させる酸化剤、研磨剤、スラリーのｐＨを調節する役割を遂行するための酸などの添加剤、および脱イオン水（ＤＩＷ）とから構成される。このような構成物中スラリーの特性を最も大きく左右するものの一つが酸化剤である。
【００３２】
スラリーに添加される酸化剤は、通常金属と酸化反応をして金属から電子を奪い取ってそれ自体は還元される。一方、電子を失った金属はスラリー内に存在する酸素と結合してＭｅｔａｌ−Ｏ形態の金属酸化膜を形成したり、Ｍ-形態の陰イオンになってスラリー内で溶解したり、化学的にエッチングされる。このような酸化剤により形成された金属酸化膜は、金属自体より除去が容易なために、研磨剤とパッドの摩擦力によって容易に除去される。
【００３３】
以下、第１酸化剤として過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）、第２酸化剤として３価鉄イオン（Ｆｅ+3）を用いた場合について、本発明のメカニズムを説明する。
【００３４】
反応速度が速い第２酸化剤（Ｏｘ（II））である３価鉄イオンは速い反応速度でタングステンを酸化させ、第１酸化剤（Ｏｘ（Ｉ））である過酸化水素は還元された２価鉄イオン（Ｆｅ+2：Ｒｅ（Ｉ））を３価鉄イオン（Ｆｅ+3）に再酸化させ、それ自体はＨ2Ｏ及びＯ2に分解される。酸化された３価鉄イオン（Ｆｅ+3）はタングステンと再び反応して金属酸化膜を形成したり、タングステンに直接浸透してタングステン金属を除去する。
【００３５】
したがって、二つの酸化剤を用いることにより、添加される酸化剤の全体量を大幅に減らすことができるためにスラリーのコストを節減することができ、添加される酸化剤が少量ですむためスラリーの品質及び安全性が確保され、金属の除去速度の制御が容易となる。
【００３６】
図８は、研磨剤としてシリカを用い、酸化剤が添加されていないスラリーを用いたときの、タングステン層及びシリコン酸化膜の除去速度のｐＨ依存性を示すグラフである。
【００３７】
一般的なシリコン酸化膜の除去メカニズムは、−（−Ｏ−Ｓｉ−Ｏ−）n−形態の分子構造を有するシリコン酸化膜がスラリー内のヒドロキシ基（−ＯＨ）とボンドを形成してＳｉ−ＯＨ（シラノール）形態の水酸化物を形成し、研磨剤により取り除かれる過程が繰り返されることにより除去される。したがって、図８で分かるように、スラリーのｐＨが酸性側に傾くほどスラリー内には水酸化物を形成できるヒドロキシ基が減るため、シリコン酸化膜の除去速度は急激に減少する。一方、タングステン金属はスラリー中に酸化剤がないため殆ど反応しない。つまり、スラリーによる影響はなく、除去速度のｐＨ依存性はない。
【００３８】
このような点に鑑み、シリカなどを研磨剤として用い、強酸性を帯びているスラリーに、チタンなどの障壁層の除去速度を向上させうる添加剤を加え、ｐＨ調節を通して金属層、障壁層、絶縁層に対して選択比がないすなわち、同様の除去速度を有する非選択性スラリーを製造できる。
【００３９】
具体的な製造方法を挙げると、まずｐＨが４．５であるシリカ研磨剤を準備する。ここに、第１酸化剤として０．５〜５質量％の過酸化水素と、第２酸化剤として０．０５〜０．５質量％の硝酸第二鉄とを添加する。次に、Ｈ2ＳＯ4を利用してスラリーのｐＨが２〜２．５間の値を有するように調節して、強酸性のタングステンスラリーを形成する。その後、０．０１〜１．５質量％のＮＨ4Ｆを添加して好ましくはｐＨを６．８程度に調節し、非選択性スラリーを製造することができる。
【００４０】
他の製造方法を挙げると、ｐＨが１１程度の強アルカリ性である一般的な酸化膜研磨用研磨剤を準備し、酸化膜研磨用研磨剤に第１酸化剤及び第２酸化剤を付加し、ｐＨ調節用酸によりｐＨ２〜２．５程度の強酸性のスラリーを形成する。続いて、スラリーのｐＨが６〜８程度の弱酸性から弱アルカリ性を有するようにＮＨ4Ｆを添加して非選択性スラリーを製造することもできる。
【００４１】
ｐＨ調節用酸としては、Ｈ2ＳＯ4、ＨＣｌ、ＨＮＯ3など各種強酸を用いることができるが、これらに限定されるものではない。
【００４２】
図９は、フッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）の添加量と、スラリーのｐＨ変化との関係を示すグラフである。ＮＨ4Ｆが全く添加されない状態でスラリーのｐＨが２程度の強酸性を有するスラリーに、ＮＨ4Ｆを添加すると、添加量が増加するほど酸性度が落ち、約１質量％程度ではｐＨが６程度の弱酸性に変化することがわかる。すなわち、水溶液の中でＮＨ4+基が酸性基と反応して中和することによってｐＨが強酸性から弱酸性に変わり、このとき、イオン化されたフッ素イオン（Ｆ-）はチタンを酸化させる酸化剤として働く。したがって、ｐＨが６程度の弱酸性に変化することによってタングステンの除去速度は落ち、シリコン酸化膜の除去速度は速くなるようになり、スラリーに非選択性を付与することができる。
【００４３】
図１０は、ＮＨ4Ｆの添加量と、タングステン、チタン、ＰＥＴＥＯＳの除去速度との関係を示すグラフである。ＮＨ4Ｆの量が増えるほどタングステンの除去速度は落ち、チタンとシリコン酸化膜の除去速度は速くなり、約１質量％程度の時、タングステン、チタン、シリコン酸化膜の除去速度がほぼ同一になることが分かる。
【００４４】
ＮＨ4Ｆの添加でスラリーのｐＨを約６．８に調整する場合にタングステン、チタン、シリコン酸化膜の除去速度は表１に示す通りである。
【００４５】
【表１】
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【００４６】
表１に示されたように、タングステン、チタン、シリコン酸化膜の除去速度比は１：０．８９：０．８３で実際の製造に関しては、実質的に同一の除去速度を示している。
【００４７】
本発明による非選択性スラリーをプラグＣＭＰ工程に適用した例を図１１〜１５を参照して説明する。
【００４８】
まず、図１１に示すように、半導体基板４００上に伝導性物質である金属、例えばタングステン、アルミニウム、銅またはこれらの合金を堆積した後、フォトエッチング工程を通して金属パターン４０２を形成する。
【００４９】
次に、図１２に示すように、低誘電膜、例えばＳＯＧ、ＢＰＳＧ、Ｏ3−ＴＥＯＳ、ＵＳＧ、ＰＥＴＥＯＳ、ＦＯＸなどの酸化膜を堆積して層間絶縁膜４０４を形成する。
【００５０】
図１３に示すように、層間絶縁膜４０４にＣＭＰを実施することなく、層間絶縁膜４０４にフォトエッチング工程を通してビアホール４０６を形成する。
【００５１】
続いて、図１４に示すように、チタン（Ｔｉ）またはチタンナイトライド（ＴｉＮ）などからなる障壁層４０８、及びタングステンなどからなる金属層４１０を順次堆積してビアホール４０６を充填する。
【００５２】
最終的に、本発明による非選択性スラリーを用いてＣＭＰ工程を遂行して前記金属層４１０、障壁層４０８、及び層間絶縁膜４０４を一度のＣＭＰ工程により取り除いて、図１５に示すような表面が平らな層間絶縁膜を形成し、ビアホール４０６には上部表面が平らなビアプラグ４１２が形成される。
【００５３】
このように、本発明は金属と絶縁層との除去速度が同一であるために、金属と絶縁層とを１回のＣＭＰ工程で同時に取り除いても平坦性が良好であり、別途に絶縁膜平坦化工程を設ける必要がない。絶縁膜平坦化工程が必要ないので、絶縁膜平坦化工程時に生じるスクラッチまたは局部腐食１０６などの欠陥が生じない、即ち金属残留物に対する問題が生じない。
【００５４】
また、金属堆積後、金属層と絶縁層との選択比差に起因する、ビアプラグ４１２の凹み現像が生じない。
【００５５】
本発明は、その技術的思想および要旨から逸脱しない範囲で、異なる多様な形態で実施することができ、均等範囲に属する変形や変更は全て本発明の技術的範囲に含まれる。即ち、上述した実施形態は単なる例示に過ぎず、これらに限定されるものではない。また、本発明に実施に関しては各種公知の技術を用いることができる。例えば、膜の堆積においては、各種公知の蒸着技術を用いることができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による非選択性スラリー及びこれを利用したＣＭＰ方法を用いることにより、以下の効果を得ることができる。
【００５７】
第一に、工程を単純化することができるため製造コストを節減できる。
【００５８】
第二に、金属をＣＭＰ工程により平坦化する時、シリコン酸化膜などの絶縁層も共に平坦化できるため、絶縁層及び金属の堆積厚さを大幅に減らすことができる。即ち、エッチング量が減り、エッチング工程に対する余裕度を確保できる。
【００５９】
第三に、タングステンとチタンの除去速度が実質的に同一であるため、タングステンとチタンの除去速度の差に起因する腐蝕現象を抑制することができ、工程完成度を向上させることができる。
【００６０】
第四に、添加される酸化剤の全体量を大幅に減らすことができるため、スラリーのコストを大幅に節減することができる。また、添加される酸化剤が少量で済むため、スラリーの品質及び安全性が確保され、金属の除去速度の制御が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の選択性スラリーを用いてプラグを形成する工程において、金属パターンが形成された状態を示す断面図である。
【図２】  従来の選択性スラリーを用いてプラグを形成する工程において、層間絶縁膜が形成された状態を示す断面図である。
【図３】  従来の選択性スラリーを用いてプラグを形成する工程において、１次ＣＭＰ工程が遂行された状態を示す断面図である。
【図４】  従来の選択性スラリーを用いてプラグを形成する工程において、ビアホールが形成された状態を示す断面図である。
【図５】  従来の選択性スラリーを用いてプラグを形成する工程において、金属層が形成された状態を示す断面図である。
【図６】  従来の選択性スラリーを用いてプラグを形成する工程において、ビアプラグが形成された状態を示す断面図である。
【図７】  本発明による非選択性スラリーに添加された二種の酸化剤と金属との反応を説明する概略図である。
【図８】  タングステン及び酸化膜の除去速度のｐＨ依存性を示すグラフである。
【図９】  フッ化アンモニウムの添加量と、スラリーのｐＨ変化との関係を示すグラフである。
【図１０】  フッ化アンモニウムの添加量と、タングステン、チタン、ＰＥＴＥＯＳの除去速度との関係を示すグラフである。
【図１１】  本発明に係る非選択性スラリーを用いてプラグを形成する工程において、金属パターンが形成された状態を示す断面図である。
【図１２】  本発明に係る非選択性スラリーを用いてプラグを形成する工程において、層間絶縁膜が形成された状態を示す断面図である。
【図１３】  本発明に係る非選択性スラリーを用いてプラグを形成する工程において、ビアホールが形成された状態を示す断面図である。
【図１４】  本発明に係る非選択性スラリーを用いてプラグを形成する工程において、金属層が形成された状態を示す断面図である。
【図１５】  本発明に係る非選択性スラリーを用いてプラグを形成する工程において、ビアプラグが形成された状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１００、４００：半導体基板
１０２、４０２：金属パターン
１０４、４０４：層間絶縁膜
１０６        ：スクラッチまたは局部腐食
１０８、４０６：ビアホール
１１０、４０８：障壁層
１１２、４１０：金属層
１１４、４１２：ビアプラグ
１１６        ：金属性残留物
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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