JP2001015462A

JP2001015462A - スラリー、ｃｍｐ法および半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2001015462A
Application number: JP18702799A
Authority: JP
Inventors: Manabu Minamizoe; 学南副; Yukiteru Matsui; 之輝松井; Masaru Fukushima; 大福島; Hiroyuki Yano; 博之矢野; Akira Iio; 章飯尾; Masayuki Hattori; 雅幸服部; Masayuki Motonari; 正之元成
Original assignee: Toshiba Corp; JSR Corp
Current assignee: Toshiba Corp; JSR Corp
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 1999-06-30
Publication date: 2001-01-19

Abstract

(57)【要約】【課題】ディッシングの小さいダマシン配線を形成する
こと。【解決手段】複数の活性粒子（シリカ）１１を不活性体
（ＰＭＭＡ）１２で固めた構成の研磨剤を含むスラリー
を用いたＣＭＰ法によって、配線溝の外部の余剰な金属
膜およびライナー膜を除去し、ダマシン配線を形成す
る。

Description

【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)用のスラリー、ＣＭＰ法、およ
びＣＭＰ工程を有する半導体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置の製造分野において、
半導体装置の高密度化や、半導体素子の微細化に伴い、
種々の微細加工技術が開発されている。その中でもＣＭ
Ｐ技術は、ダマシン配線を形成する上で欠かすことので
きない重要技術である。

【０００３】現在のダマシン配線プロセスでは、配線抵
抗の増加およびバラツキを抑制し、多層配線の加工を容
易にするために、ディッシングを小さく抑えることが最
も重要な課題となっている。

【０００４】ディッシングの小さいダマシン配線を形成
するには、図６に示すように、研磨速度の荷重依存性を
大きくする必要がある。その理由は、図７に示すよう
に、表面に凹凸を有するメタル（被研磨面）に対し、荷
重の伝わりにくい凹部（なるべく削りたくない部分）で
は研磨速度をできるだけ遅くし、逆に凸部（削りたい部
分）では研磨速度をできるだけ速くすることにより、メ
タルの平坦化を速やかに行うことができ、ディッシング
を小さく抑えられるからである。

【０００５】上述したような研磨速度の荷重依存性は、
被研磨面（メタル）上に形成する酸化膜等のパッシベー
ション膜の膜質をコントロールすることによって、実現
可能である。図８に、良質のパッシベーション膜を形成
することによって得られた研磨速度の荷重依存性の一例
を示す。

【０００６】しかしながら、研磨するメタルの種類また
はスラリーのｐＨによっては、ＣＭＰ向きの適切なパッ
シベーション膜を形成することが困難である場合が多
い。また、従来のＣＭＰでは、適切なパッシベーション
膜を形成できても、本来研磨速度の低いはずの凹部で研
磨速度が上昇するという現象が見られた。その理由は、
図９に示すように、従来のＣＭＰには研磨速度の粒子濃
度依存性があるからである。すなわち、凹部は荷重が低
くても、スラリーが溜まり易いからである。

【０００７】そのため、従来のダマシン配線プロセスで
は、凸部を優先的に削ることができず、凹部と凸部が同
じような研磨速度で削られていくため、ディッシングの
小さなダマシン配線を形成することが困難であった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、従来のダ
マシンプロセスでは、研磨速度の荷重依存性を大きくす
るために、パッシベーション膜を用いていたが、研磨す
るメタルの種類またはスラリーのｐＨによっては、研磨
速度の荷重依存性を大きくできず、ディッシングの小さ
なダマシン配線を形成することが困難であった。

【０００９】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、ディッシングの小さな
研磨を可能とするスラリー、ＣＭＰ法および半導体装置
の製造方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、パッシ
ベーション膜ではなく、スラリー中の研磨材を改善する
ことによって、ディッシングを抑制することにある。

【００１１】上記目的を達成するために、本発明に係る
スラリーは、研磨力のある第１物質と、研磨力が前記第
１物質よりも弱い第２物質の複合体からなる研磨剤を含
み、この研磨剤に加わる荷重が一定値を越えた場合に、
前記研磨剤による被研磨面の研磨速度が一定値を越える
か、または前記第１物質による被研磨面の研磨が、前記
第２物質による被研磨面の研磨よりも支配的になるか、
または前記第１物質と被研磨面との接触面積が、第２物
質と被研磨面との接触面積よりも大きくなることを特徴
とする。

【００１２】また、本発明に係るＣＭＰ法は、上記の如
きスラリーを用いて研磨を行うことを特徴とする。さら
にまた、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記Ｃ
ＭＰ法によって導電膜を研磨することを特徴とする。

【００１３】本発明において、第２物質、第２粒子、被
膜および変性部は、例えば有機物質からなり、かつ表面
にアニオン系、カチオン系、両性系または非イオン系の
官能基を有するものである。

【００１４】ここで、官能基としては、カルボン酸型、
スルホン酸型、硫酸エステル型、リン酸エステル型、ア
ミン塩型、第４級アンモニウム塩型、エーテル型、エス
テル型、アルカロールアミド型、カルボキシベタイン型
またはグリシン型のものがあげられる。

【００１５】また、有機物質としては、ポリスチレン、
ポリスチレン径共重合体、ポリメチルメタクリレート等
の（メタ）アクリル樹脂、アクリル系共重合体、ポリカ
ーボネート、フェノキシ樹脂、ポリエチレンやポリプロ
ピレン等のポリオレフィン、オレフィン共重合体等の熱
可逆性からなる重合体粒子を用いることができる。

【００１６】また、スチレン系やアクリル系の共重合体
の場合はジビニルベンゼンやエチレングリコールジメタ
クリレート等を共重合させることにより架橋構造重合体
粒子にすることができる。また、フェノール樹脂、ウレ
タン樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂ま
たは不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化樹脂からなる重
合体粒子を用いることもできる。

【００１７】さらに、有機物質としてはポリビニルアル
コール、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシプロピルセ
ルロースのような水溶性重合体を用いることができる。

【００１８】また、本発明において、第１物質、第１粒
子および粒子は、例えばＡｌ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｃ
ｅ、Ｔｉ、ＣまたはＦｅを主成分とする酸化物、炭化物
もしくは窒化物、または前記酸化物、炭化物および窒化
物の中から選ばれた少なくとも２つの材料の化合物もし
くは混晶物からなるものである。

【００１９】また、スラリー中に、酸化剤として、過硫
酸アンモニウム、過酸化水素水、硝酸第２鉄またはオゾ
ンを添加しても良い。

【００２０】また、導電膜としては、例えばＣｕ、Ａ
ｌ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、ＴａもしくはＶを主成分とする金
属膜、合金膜、窒化物膜、ホウ化物膜もしくは窒化物
膜、またはこれらの膜から選ばれた少なくとも２つ以上
の膜からなる積層膜があげられる。

【００２１】本発明の如きの複合体構造の研磨材を含む
スラリーを用いて研磨を行えば、研磨速度の荷重依存性
を大きくできるので、ディッシングを小さくできるよう
になる。

【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
の実施形態に係るダマシン配線の形成方法を示す工程断
面図である。

【００２４】まず、図１（ａ）に示すように、素子（不
図示）が形成されたシリコン基板１上に層間絶縁膜２を
形成する。

【００２５】次に図１（ｂ）に示すように、層間絶縁膜
２の表面に深さ４００ｎｍの配線溝３を形成した後、層
間絶縁膜２上にＮｂからなる厚さ３０ｎｍのライナー膜
４、ダマシン配線となる、Ａｌからなる厚さ６００ｎｍ
の金属膜５を順次形成する。

【００２６】最後に、図１（ｃ）に示すように、配線溝
３の外部の余剰なライナー膜４および金属膜（Ａｌ膜）
５を以下に説明するスラリーを用いたＣＭＰ法によって
除去し、ダマシン配線５が完成する。研磨条件は、荷
重：３００ｇ／ｃｍ²、トップリング回転数：６０ｒｐ
ｍ、テーブル回転数：６０ｒｐｍ、研磨時間：３分間で
ある。

【００２７】図２（ａ）に、本実施形態で使用したスラ
リーに含まれる研磨剤の模式図を示す。この研磨剤は、
複数の活性粒子１１が不活性体１２の表面および内部に
存在した構成になっている。言い換えれば、複数の活性
粒子１１を不活性体１２で固めた構成になっている。活
性粒子１１の研磨力は強く、不活性体１２の研磨力は弱
い。本実施形態では活性粒子１１としてシリカ、不活性
体１２としてポリメチルメタクリル酸（ＰＭＭＡ）を使
用する。

【００２８】本スラリーの作成方法は以下の通りであ
る。

【００２９】材料としてメチルメタクリレートを１００
部、２，２’−アゾビス（２−アミジノプロバン）二塩
酸塩を２部、イオン交換水を９００部それぞれ用意し、
これらの材料を容量７Ｌのフラスコ中に入れ、攪拌しな
がら窒素ガス中にて７０℃に昇温し１２時間重合する。
これにより、重合収率９６％でもって、平均粒子径０．
１３μｍ、粒子表面にアミノ基を有するカチオン系の有
機粒子水分散体が得られる。この有機粒子水分散体と、
平均粒子径０．１３μｍ、固形分濃度１０％のヒューム
ド法にて作成したシリカスラリーとを高速攪拌すること
によって、平均粒子径０．６μｍの大きさに凝集した研
磨材を含むスラリーが得られる。

【００３０】本実施形態のスラリーは、研磨に用いられ
ていない状態（研磨前）では、不活性体１１が活性粒子
１２の内部および表面に存在する。

【００３１】このようなスラリーを用いてＣＭＰを行う
と、図２（ａ）に示すように、高荷重の部分では、不活
性体１２がつぶれてその内部に閉じ込まれていた活性粒
子１１が不活性体１２の表面に多く現れるために、被研
磨面の活性粒子１２との接触面積が大きくなり、その結
果として研磨速度は速くなる。言い換えれば、高荷重の
部分では、活性粒子１２による被研磨面の研磨が支配的
となり、その結果として研磨速度は速くなる。

【００３２】一方、低荷重の部分では、図２（ａ）に示
すように、不活性体１２の内部の大部分の活性粒子１１
はそのまま内部に閉じ込まれたままなので、被研磨面の
活性粒子１１との接触面は小さく、その結果として研磨
速度は遅くなる。言い換えれば、低荷重の部分では、不
活性粒子１２による被研磨面の研磨が支配的となり、そ
の結果として研磨速度は遅くなる。

【００３３】したがって、本実施形態によれば、研磨速
度の荷重依存性が大きなＣＭＰを実現できる。図３に、
本実施形態（本発明）および従来のスラリーを用いたＣ
ＭＰのそれぞれの荷重・研磨速度関係を示す。図３に示
すように、本実施形態のスラリーを用いることによっ
て、従来に比べて、研磨速度の荷重依存性を大きくでき
ることが分かる。

【００３４】このような研磨速度の荷重依存性を大きな
ＣＭＰをダマシンプロセスに用いれば、ディッシングを
小さく抑えることができ、その結果として配線抵抗の増
加およびバラツキを抑制でき、多層配線の加工を容易に
行えるようになる。

【００３５】図４（ａ）に、本実施形態（本発明）およ
び従来のスラリーを用いたＣＭＰのそれぞれの段差・研
磨量関係を示す。また、図４（ｂ）に、そのＣＭＰプロ
セスを示す。図から、本実施形態のスラリーを用いるこ
とにより、従来に比べて少ない研磨量でもって段差を小
さくできることが分かる。すなわち、本実施形態のスラ
リーを用いれば、いわゆる平坦化効率（初期段差を無く
すために必要な研磨量の逆数）を高くできることが明ら
かになった。

【００３６】具体的には、従来のスラリーを用いたＣＭ
Ｐでは、厚さ６００ｎｍの金属膜５を削る間に、金属膜
５の表面の段差が５００ｎｍの凹凸を無くすことができ
なかったが、本実施形態のスラリーを用いたＣＭＰでは
凹凸をほぼ無くすることができた。

【００３７】また、被研磨面の凹部でスラリー濃度が高
くなっても、その部分では、荷重が低いことから、不活
性体１２の内部の大部分の活性粒子１１は内部に閉じ込
まれたままとなる。

【００３８】その結果、凹部でのスラリー濃度が高くな
っても、凹部での研磨速度は低いままとなる。すなわ
ち、従来のＣＭＰに比べて、研磨速度の粒子濃度依存性
は小さくなる。これもディッシングを小さくできる理由
の一つである。

【００３９】さらに、不活性体１２として用いたＰＭＭ
Ａと研磨パッドとは良好な密着性を示すため、活性粒子
１１として用いたシリカをライナー膜４に効率良くこす
りつけることができる。その結果、ライナー膜４に対す
る研磨力が高まり、タッチアップのいらない１ステップ
ポリッシングを容易に実現できるようになる。１ステッ
プポリッシングのダマシン配線プロセスを採用すれば、
コストを大幅に下げることが可能となる。

【００４０】また、図５に示すように、本実施形態（本
発明）のスラリーを用いることにより、従来に比べてオ
ーバーポリッシング耐性も向上する。

【００４１】（第２の実施形態）本実施形態では、ライ
ナー膜としてＴｉ／ＴｉＮ積層膜を用いたＷダマシン配
線の形成方法について説明する。なお、工程断面図は第
１の実施形態の説明で用いた図１と同じなので、図１を
用いて説明する。

【００４２】まず、図１（ａ）に示すように、素子（不
図示）が形成されたシリコン基板１上に層間絶縁膜２を
形成する。

【００４３】次に図１（ｂ）に示すように、層間絶縁膜
２の表面に深さ４００ｎｍの配線溝３を形成した後、層
間絶縁膜２上にＴｉ膜／ＴｉＮ膜からなる厚さ３０ｎｍ
のライナー膜４を形成した後、ダマシン配線となる、Ｗ
からなる厚さ６００ｎｍの金属膜５を形成する。

【００４４】最後に、図１（ｃ）に示すように、配線溝
３の外部の余剰なライナー膜４、金属膜膜（Ｗ膜）５を
以下に説明するスラリーを用いたＣＭＰ法により除去
し、ダマシン配線５が完成する。研磨条件は、荷重：３
００ｇ／ｃｍ²、トップリング回転数：６０ｒｐｍ、テ
ーブル回転数：６０ｒｐｍ、研磨時間：３分間である。

【００４５】本実施形態でも、第１の実施形態と同様
に、図２（ａ）に示した研磨剤を含むスラリーを使用す
る。活性粒子１１はシリカ、不活性体１２はＰＭＭＡで
あり、第１の実施形態と同様である。ただし、第１の実
施形態とは異なり、スラリー中にはＷの酸化剤として硝
酸第２鉄が５％添加されている。

【００４６】このようなスラリーを用いてＣＭＰを行う
と、Ｗ膜２７の表面を酸化させた場合においても、第１
の実施形態と同様に、ディッシングの小さいダマシン配
線を形成することができる。その他、第１の実施形態と
同様の効果が得られる。

【００４７】（第３の実施形態）次に本発明の第３の実
施形態に係るＡｌダマシン配線の形成方法について説明
する。

【００４８】本実施形態が第１の実施形態と主として異
なる点は、図２（ｂ）に示す研磨剤を含むスラリーを用
いたＣＭＰ法によって、配線溝外部の余剰なライナー膜
およびＡｌ膜を除去することにある。

【００４９】このスラリー中の研磨剤は、活性粒子１１
の表面を不活性体膜１３で被覆した構成になっている。
本実施形態では、活性粒子１１としてシリカ、不活性体
膜１３としてポリスチレン膜を用いる。研磨条件は、荷
重：３００ｇ／ｃｍ²、トップリング回転数：６０ｒｐ
ｍ、テーブル回転数：１００ｒｐｍ、研磨時間：４分間
である。

【００５０】本スラリーの作成方法は以下の通りであ
る。

【００５１】材料としてコロイダルシリカ（ＭＰ３０４
０；日産化学）を１００部（ドライ基準）、ヒドロキシ
プロピルセルロースを２部、スチレンを９４部、メタク
リルアミドを２部、メタクリル酸を４部、過硫酸アンモ
ニウムを０．５部、イオン交換水を１８００部それぞれ
用意する。次にコロイダルシリカの表面にヒドロキシプ
ロピルセルロースを良く吸着させ、これと残りの上記材
料とを容量７Ｌのフラスコ中に入れ、攪拌しながら窒素
ガス中にて７０℃に昇温し１２時間重合する。これによ
り、粒径０．３μｍのシリカの表面がポリスチレン膜で
被覆されてなる平均粒子径０．４３μｍの研磨剤を含む
スラリーが得られる。

【００５２】このようなスラリーを用いてＣＭＰを行う
と、高荷重の部分では、不活性体膜１３が破け、活性粒
子１１が被研磨面と接触するので、研磨速度は速くな
る。一方、低荷重の部分では、不活性体膜１３は破け
ず、活性粒子１２は被研磨面と接触しないので、研磨速
度は遅くなる。

【００５３】したがって、本実施形態のスラリーを用い
ても、第１の実施形態と同様に、研磨速度の荷重依存性
が大きくなるので、ディッシングの小さいダマシン配線
を形成することができる。その他、第１の実施形態と同
様の効果が得られる。

【００５４】（第４の実施形態）次に本発明の第４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。なお、工程断面図は第１の実施形態の説明で用い
た図１と同じなので、図１を用いて説明する。

【００５５】まず、図１（ａ）に示すように、素子（不
図示）が形成されたシリコン基板１上に層間絶縁膜２を
形成する。

【００５６】次に図１（ｂ）に示すように、層間絶縁膜
２の表面に深さ４００ｎｍの配線溝３を形成した後、Ｔ
ａＮからなる厚さ３０ｎｍのライナー膜４、ダマシン配
線となる、Ｃｕからなる厚さ８００ｎｍの金属膜５を順
次形成する。

【００５７】最後に、図１（ｃ）に示すように、配線溝
３の外部の余剰なライナー膜４および金属膜（Ｃｕ膜）
５を以下に説明するスラリーを用いたＣＭＰ法により除
去することによって、ダマシン配線５が完成する。研磨
条件は、荷重：３００ｇ／ｃｍ²、トップリング回転
数：５０ｒｐｍ、テーブル回転数：７０ｒｐｍ、研磨時
間：３分間である。

【００５８】図２（ｃ）に、本実施形態で使用するスラ
リー中に含まれる研磨剤の模式図を示す。このスラリー
は、活性粒子１１の表面にそれよりも小さい不活性粒子
１４が複数吸着した構成になっている。不活性粒子１４
は電気的に活性粒子１１に吸着している。

【００５９】本実施形態では、活性粒子１１としてポリ
スチレン、不活性粒子１４としてアルミナを使用する。
また、スラリー中にはペルオキソニ硫酸アンモニウムが
０．１％、キノリンカルボン酸が０．２％添加されてい
る。

【００６０】本スラリーの作成方法は以下の通りであ
る。

【００６１】材料としてスチレンを９０部、メタクリル
酸８、ヒドロキシメチルメタクリレートを２部、ラウリ
ル硫酸アンモニウム０．０３部、過硫酸アンモニウム
０．２部、イオン交換水を４００部それぞれ用意する。
これらの材料を容量７Ｌのフラスコ中に入れ、攪拌しな
がら窒素ガス中にて７０℃に昇温し６時間重合する。こ
れにより、重合収率９５％でもって、平均粒子径０．０
９μｍ、粒子表面に硫酸エステル基とカルボキシル基と
水酸基を含有するポリスチレン系水分散体（有機ポリマ
ー粒子）が得られる。次にこのポリスチレン系水分散体
１００部と、平均粒子径０．１０μｍ、固形分濃度１０
％のαアルミナ粒子のスラリー１００部を混合すること
によって、平均粒子径０．１７μｍの研磨剤を含むスラ
リーが得られる。

【００６２】本実施形態のスラリーは、研磨に用いられ
ていない状態（研磨前）では、不活性粒子１４が活性粒
子１１の表面に存在する。

【００６３】そのため、本スラリーを用いてＣＭＰを行
うと、高荷重の部分では、不活性粒子１４は活性粒子１
１の表面から剥離し易く、その結果として被研磨面の活
性粒子１１との接触面積が大きくなり、高荷重の部分で
は研磨速度は速くなる。

【００６４】一方、低荷重の部分では、不活性粒子１４
は活性粒子１１の表面から剥離し難く、その結果として
被研磨面の活性粒子１１との接触面は小さくなり、低荷
重の部分では研磨速度は遅くなる。

【００６５】したがって、本実施形態のスラリーを用い
ても、第１の実施形態と同様に、研磨速度の荷重依存性
が大きくなるので、ディッシングの小さいダマシン配線
を形成することができる。その他、第１の実施形態と同
様の効果が得られる。

【００６６】（第５の実施形態）次に本発明の第５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。

【００６７】本実施形態が第４の実施形態と主として異
なる点は、図２（ｄ）に示す研磨剤を含むスラリーを用
いたＣＭＰ法によって、配線溝外部の余剰なライナー膜
（ＴａＮ）および金属膜（Ｃｕ膜）を除去することにあ
る。

【００６８】このスラリーは、活性粒子１１の表面の一
部が不活性部１５に変性されている構成になっている。
本実施形態では、活性粒子１１としてシリカ、不活性部
１５として有機化した粒子を用いる。また、スラリー中
には過酸化水素が１％、ベンゾトリアゾールが０．０１
％が添加されている。研磨条件は、荷重：３００ｇ／ｃ
ｍ²、トップリング回転数：６０ｒｐｍ、テーブル回転
数：８０ｒｐｍ、研磨時間：２分間である。

【００６９】本スラリーの作成方法は以下の通りであ
る。

【００７０】まず、ヒュームド法にて得られたアルミナ
粒子（アルミナＣ；日本アエロジル）を水中に分散さ
せ、固形分濃度１０％のスラリーを１００部形成する。
次にこのスラリーとポリビニルアルコール（ゴーセノー
ルＧＬ０５；日本合成）の５％水溶液とを攪拌すること
によって、アルミナ表面が局部的にポリビニルアルコー
ル（不活性部１５）に変性された研磨剤を含むスラリー
が得られる。

【００７１】このようなスラリーを用いてＣＭＰを行う
と、高荷重の部分では、研磨によって不活性部１５が消
滅し、被研磨面の活性粒子１１との接触面積が大きくな
り、研磨速度は速くなる。一方、低荷重の部分では、不
活性部１５が残り、被研磨面の活性粒子１１との接触面
積が小さくなり、研磨速度は遅くなる。

【００７２】したがって、本実施形態のスラリーを用い
ても、第１の実施形態と同様に、研磨速度の荷重依存性
が大きくなるので、ディッシングの小さいダマシン配線
を形成することができる。その他、第１の実施形態と同
様の効果が得られる。

【００７３】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではない。例えば、上記実施形態では、１ステッ
プポリッシングのＣＭＰプロセスの場合について説明し
たが、本発明は２ステップポリッシング、３ステップポ
リッシングなどの複数ステップポリッシングのＣＭＰプ
ロセスにも適用できる。

【００７４】また、研磨時の荷重値、トップリングおよ
びターンテーブルの回転数等は適宜変更可能である。

【００７５】また、上記実施形態のダマシン配線はシン
グルダマシン配線であるが、本発明はデュアルダマシン
配線にも適用できる。また、本発明は、ダマシン配線プ
ロセス以外にも、研磨工程を有するプロセスであれば適
用可能である。例えば、ＳＴＩプロセスの素子分離絶縁
膜の埋込み工程、ＳＡＣプロセスのキャップ絶縁膜の埋
込み工程に適用することが可能である。

【００７６】また、活性粒子（本発明の第１物質、第１
粒子、粒子に相当）、不活性粒子、不活性体膜、不活性
部（本発明の第２物質、第２粒子、被膜、変性部に相
当）、金属膜（本発明の導電膜に相当）は上記実施形態
で述べたものには限定されず、発明を解決するための手
段に記載した種々のものが使用可能である。

【００７７】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。

【００７８】

【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、ス
ラリー中の研磨剤を改良し、研磨速度の荷重依存性を大
きくすることによって、ディッシングの小さな研磨を行
えるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１、第２、第４および第５の実施形
態に係るダマシン配線の形成方法を示す工程断面図

【図２】第１〜第５の実施形態で使用するスラリーを示
す模式図

【図３】本発明および従来のスラリーを用いたＣＭＰの
それぞれの荷重・研磨速度関係を示す図

【図４】本実施形態（本発明）および従来のスラリーを
用いたＣＭＰのそれぞれの段差・研磨量関係およびその
ＣＭＰプロセスを示す図

【図５】本実施形態（本発明）および従来のスラリーを
用いたＣＭＰのそれぞれのオーバーポリッシュ・ディッ
シング関係を示す図

【図６】ディッシングの小さいダマシン配線を形成する
ために必要な、研磨速度・荷重依存性関係を示す図

【図７】研磨速度の荷重依然性が大きいＣＭＰによる、
研磨開始前・研磨終了後の被研磨面（メタル）の表面形
状を示す図

【図８】良質のパッシベーション膜を形成することによ
って得られる研磨速度の荷重依存性の一例を示す図

【図９】従来のスラリーを用いたＣＭＰの研磨速度・粒
子濃度依関係を示す図

【符号の説明】

１…シリコン基板２…層間絶縁膜３…配線溝４…ライナー膜５…金属膜（ダマシン配線）１１…活性粒子１２…不活性体１３…不活性体膜１４…不活性粒子１５…不活性部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松井之輝神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者福島大神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者矢野博之神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者飯尾章東京都中央区築地２丁目11番24号ジェイエスアール株式会社内 (72)発明者服部雅幸東京都中央区築地２丁目11番24号ジェイエスアール株式会社内 (72)発明者元成正之東京都中央区築地２丁目11番24号ジェイエスアール株式会社内Ｆターム(参考） 3C058 AA07 CB02 DA02 DA12 DA17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】研磨力のある第１物質と、研磨力が前記第
１物質よりも弱い第２物質との複合体からなる研磨剤を
含み、この研磨剤に加わる荷重が一定値を越えた場合に、前記
研磨剤による被研磨面の研磨速度が一定値を越えること
を特徴とするスラリー。
【請求項２】前記第１の物質は、前記第２の物質よりも
硬いことを特徴とする請求項１に記載のスラリー。
【請求項３】前記第１の物質は無機質からなり、前記第
２の物質は有機物からなることを特徴とするスラリー。
【請求項４】研磨力のある第１物質と、研磨力が前記第
１物質よりも弱い第２物質との複合体からなる研磨剤を
含み、この研磨剤に加わる荷重が一定値を越えた場合に、前記
第１物質による被研磨面の研磨が、前記第２物質による
被研磨面の研磨よりも支配的になることを特徴とするス
ラリー
【請求項５】研磨力のある第１物質と、研磨力が前記第
１物質よりも弱い第２物質との複合体からなる研磨剤を
含み、この研磨剤に加わる荷重が一定値を越えた場合に、前記
第１物質と被研磨面との接触面積が、第２物質と被研磨
面との接触面積よりも大きくなることを特徴とするスラ
リー。
【請求項６】前記第２物質は、物理的または化学的にア
グリゲート化またはアグロメレート化して、前記第１物
質に設けられていることを特徴とする請求項１ないし請
求項５のいずれか１項に記載のスラリー。
【請求項７】研磨力のある第１粒子と、研磨力が前記第
１粒子よりも弱く、粒径が前記第１粒子よりも小さい複
数の第２粒子とからなり、前記第１粒子の表面に前記複
数の第２粒子が吸着している研磨剤を含むことを特徴と
するスラリー。
【請求項８】研磨力のある粒子と、研磨力が前記粒子よ
りも弱く、前記粒子の表面を被覆する被膜とからなる研
磨剤を含むことを特徴とするスラリー。
【請求項９】研磨力のある複数の第１粒子と、研磨力が
前記第１粒子よりも弱く、前記第１粒子を表面および内
部に有する第２粒子とからなる研磨剤を含むことを特徴
とするスラリー。
【請求項１０】研磨力のある粒子と、研磨力が前記粒子
よりも弱く、前記粒子の表面の一部を変性して形成され
た変性部とからなる研磨剤を含むことを特徴とするスラ
リー。
【請求項１１】前記第２物質、前記第２粒子、前記被膜
および変性部は有機物質からなり、かつ表面にアニオン
系、カチオン系、両性系または非イオン系の官能基を有
することを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいず
れか１項に記載のスラリー。
【請求項１２】前記第１物質、前記第１粒子および前記
粒子は、Ａｌ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｃｅ、Ｔｉ、Ｃまた
はＦｅを主成分とする酸化物、炭化物もしくは窒化物、
または前記酸化物、炭化物および窒化物の中から選ばれ
た少なくとも２つの材料の化合物、混合物もしくは混晶
物であることを特徴とする請求項１ないし請求項１０の
いずれか１項に記載のスラリー。
【請求項１３】前記分散液の中に、酸化剤として、過硫
酸アンモニウム、過酸化水素水、硝酸第２鉄またはオゾ
ンを含むことを特徴とする請求項１ないし請求項１２の
いずれか１項に記載のスラリー。
【請求項１４】請求項１ないし請求項１３のいずれか１
項に記載のスラリーを用いることを特徴とするＣＭＰ
法。
【請求項１５】請求項１ないし請求項１３のいずれか１
項に記載のスラリーを用いたＣＭＰ法によって導電膜を
研磨することを特徴とする半導体装置の製造方法
【請求項１６】絶縁膜の表面に配線溝を形成する工程
と、前記絶縁膜の全面に導電膜を堆積し、前記配線溝を前記
導電膜で埋め込む工程と、請求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載のスラ
リーを用いたＣＭＰ法によって、前記配線溝の外部の前
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１７】前記導電膜は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ、Ｔｉ、
Ｍｏ、ＴａもしくはＶを主成分とする金属膜、合金膜、
窒化物膜、ホウ化物膜もしくは窒化物膜、またはこれら
の膜から選ばれた少なくとも２つ以上の膜からなる積層
膜であることを特徴とする請求項１５または請求項１６
に記載の半導体装置の製造方法。