JP2001189295A - 金属配線形成方法 - Google Patents

金属配線形成方法

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JP2001189295A JP37448299A JP37448299A JP2001189295A JP 2001189295 A JP2001189295 A JP 2001189295A JP 37448299 A JP37448299 A JP 37448299A JP 37448299 A JP37448299 A JP 37448299A JP 2001189295 A JP2001189295 A JP 2001189295A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 研磨工程において多量の銅系金属を研磨する
場合であっても、研磨パッドへの研磨生成物の付着を抑
え、高いスループットで均一な配線層を形成する。 【解決手段】 基板上に形成された絶縁膜に凹部を形成
する工程と、該凹部を埋め込むように全面に銅系金属膜
を形成する工程と、該銅系金属膜を化学的機械的研磨法
により研磨する工程を有する金属配線形成方法におい
て、前記研磨工程は、研磨材、酸化剤およびクエン酸を
含有する化学的機械的研磨用スラリーを用い、研磨面に
２７ｋＰａ以上の圧力で研磨パッドを接触させて研磨を
行う。

Description

【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
法を用いた銅系金属の電気的接続部の形成方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、微細化・高密度化が加速するＵＬ
ＳＩ等の半導体集積回路の形成において、銅はエレクト
ロマイグレーション耐性に優れ且つ低抵抗であるため、
非常に有用な電気的接続材料として着目されている。
【０００３】現在、銅を用いた配線の形成は、ドライエ
ッチングによるパターニングが困難である等の問題から
次のようにして行われている。すなわち、絶縁膜に溝や
接続孔等の凹部を形成し、バリア金属膜を形成した後
に、その凹部を埋め込むようにメッキ法により全面に銅
膜を成膜し、その後、化学的機械的研磨（以下「ＣＭ
Ｐ」という）法によって凹部以外の絶縁膜表面が完全に
露出するまで研磨して表面を平坦化し、凹部に銅が埋め
込まれた埋め込み銅配線やビアプラグ、コンタクトプラ
グ等の電気的接続部を形成している。
【０００４】以下、図１により埋め込み銅配線を形成す
る方法について説明する。
【０００５】まず、図１（ａ）に示すように、下層配線
２が形成された第１層間絶縁膜１上にシリコン窒化膜３
及び第２層間絶縁膜４をこの順で形成し、次いで第２層
間絶縁膜４に、配線パターン形状を有する溝とその一部
に下層配線２に達する接続孔が形成された凹部を常法に
より形成する。
【０００６】次に、図１（ｂ）に示すように、バリア金
属膜５をスパッタリング法により形成する。次いで、こ
の上に、メッキ法により銅膜６を凹部が埋め込まれるよ
うに全面に形成する。ここで、メッキ厚は、溝の深さと
接続孔の深さとメッキ工程の製造バラツキの総和以上の
厚さにする。
【０００７】その後、図１（ｃ）に示すように、研磨用
スラリー存在下で研磨パッドにより銅膜６をＣＭＰ法に
より研磨して基板表面を平坦化する。続いて、図１
（ｄ）に示すように、第２層間絶縁膜４上の金属が完全
に除去されるまで研磨を継続する。
【０００８】銅膜研磨用のＣＭＰ用スラリーは、酸化剤
と研磨砥粒を主成分とするものが一般的である。酸化剤
の化学的作用で銅表面をエッチングするとともに、その
酸化表面層を研磨砥粒により機械的に除去するのが基本
的なメカニズムである。
【０００９】また、銅膜の研磨速度が大きい研磨用スラ
リーに使用される研磨砥粒としては、所望の平均粒径を
有する１次粒子が製造し易く、研磨速度が速いなどの理
由により、これまで平均粒径が数１００ｎｍ程度のαア
ルミナの１次粒子を用いることが主流であった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】半導体集積回路が近年
ますます微細化高密度化され、素子構造が複雑になるに
したがって、また、配線の微細化に伴う配線抵抗の増大
に対処するため配線長の短縮を目的とした多層配線や、
ロジック系の多層配線の層数が増えるにしたがって、基
板表面はますます凹凸が増え、その段差が大きくなって
きている。また、多層配線の上層配線部は、電源用配
線、信号用配線、或いはクロック用配線に用いられてお
り、これらの配線抵抗を低くして諸特性を改善するため
に配線溝を深くする必要がある。そのため、このような
基板表面に形成される層間絶縁膜の厚さも増大し、厚い
層間絶縁膜に埋め込み銅配線やビアプラグ等の埋め込み
導電部を形成するためには、深い凹部を埋め込めるよう
に厚い銅膜を形成することが必要になってきた。細線化
された配線の抵抗を低減したり、信号配線やクロック用
配線を低抵抗化して伝達スピードを速くするためには、
深さ方向に厚い配線を形成する必要があり、深い凹部を
形成し厚い銅膜が形成される。また、電源用配線を埋め
込み銅配線で形成する場合にも電源用配線を低抵抗化し
て電位変化を最小に抑制するために厚い銅膜が形成され
る。従来、厚さ数１００ｎｍ程度で十分であったのに対
して数１０００ｎｍにも及ぶ厚い銅膜を形成する場合が
生じるようになってきた。
【００１１】このように厚い銅膜を形成して埋め込み導
電部を形成する場合は、１度のＣＭＰ工程で除去すべき
銅の研磨量が増大するため、多量の銅や酸化銅等の研磨
屑がＣＭＰ装置の研磨パッド表面に付着、蓄積し、その
結果、研磨不可能となる程度までに研磨速度が低下した
り、均一な研磨面に仕上げることが困難となる。現在、
生産性向上のためウェハの大径化が求められており、ウ
ェハが大径化すると銅の厚さに加えて銅膜の面積も増大
するため、銅の研磨量はますます増大する傾向にある。
なお、以下、銅系金属膜を研磨したときに発生する銅や
酸化銅などの研磨屑を「研磨生成物」と表記する。
【００１２】一方、ＣＭＰ装置の定盤については、定盤
の面内均一性の確保、滴下した研磨用スラリーの均一拡
散性、ＣＭＰ装置の設置場所の制限、研磨パッドの交換
の作業性、クリーンルーム内の清浄度の確保などの理由
により、大型化に限界がある。
【００１３】また、銅の研磨量が増大すると、膜厚が薄
い場合と同じ研磨速度ではスループットが低下するた
め、銅の研磨速度を上げる必要が生じてくる。しかし、
銅の研磨速度を上げると、短時間で多量の研磨生成物が
発生するため、研磨パッド表面への銅の付着は一層顕著
になる。
【００１４】このように研磨パッド表面へ研磨生成物が
多量に付着すると、研磨の終了毎に研磨パッドの洗浄や
交換を行わなければならず、さらには、研磨の途中で操
作を一度停止し、研磨パッドの洗浄または交換を行った
後に再び研磨操作を行う必要が生じるため、スループッ
トが著しく低下する。
【００１５】また、研磨速度を速くするとともに研磨面
の均一性を高めるために、研磨面に対する研磨パッドの
接触圧力（研磨圧力）を高めた場合、研磨パッド表面へ
研磨生成物が付着すると、研磨面の面内均一性を十分に
高めることができないばかりか、研磨パッド表面への研
磨生成物の付着を促進してしまう。
【００１６】特開平１０−１１６８０４号公報には、Ｃ
ＭＰ中に発生した銅イオンが研磨パッドに蓄積し、ウェ
ハ面上に再付着し、ウェハ面の平坦性を悪化させたり、
電気的短絡を起こしたりする問題が提示され、この問題
を解決するために、ＣＭＰにおいてベンゾトリアゾール
等の再付着抑制剤を含有する研磨用組成物を用いるが記
載されている。しかしながら、この公報には、ウェハ面
上へ銅イオンの再付着による問題は記載されているが、
パッド表面への研磨生成物の付着による上記問題は何ら
記載されてない。また、再付着防止剤として用いられて
いるベンゾトリアゾールは酸化防止剤としても作用し
（J.B.Cotton, Proc. 2nd Intern. Congr.Metallic Cor
rosion,(1963) p.590、D.Chadwick et al., Corrosion
Sci., 18,(1978) p.39 、能登谷武雄, 防錆管理, 26(3)
(1982),p.74、岡部平八郎編「石油製品添加剤の開発と
最新技術」（1998）シーエムシー，p.77〜82）、銅の研
磨速度を低下させるため、その添加量は制限される。さ
らに、ベンゾトリアゾールは、本来ディッシングを防止
するために添加されるものであるため（特開平８−８３
７８０号公報、特開平１１−２３８７０９号公報）、デ
ィッシング防止を優先させる場合は、その添加量の調整
に制約を受ける。
【００１７】特開平１０−４６１４０号公報には、特定
のカルボン酸、酸化剤及び水を含有し、アルカリにより
ｐＨが５〜９に調整されてなることを特徴とする化学的
機械研磨用組成物が記載されており、その実施例とし
て、カルボン酸としてクエン酸、研磨材として酸化アル
ミニウムを含む研磨用組成物（実施例７）が例示されて
いる。しかしながら、この公報には、クエン酸等のカル
ボン酸の添加効果としては、研磨速度の向上と腐食痕に
伴うディッシングの発生防止について記載されているだ
けである。
【００１８】特開平１１−２１５４６号公報には、尿
素、研磨材、酸化剤、膜生成剤および錯生成剤を含む化
学的・機械的研磨用スラリーを用いた研磨法が開示され
ており、研磨剤としてアルミナ、酸化剤として過酸化水
素、膜生成剤としてベンゾトリアゾール、錯生成剤とし
てクエン酸が例示されている。しかし、錯生成剤の添加
効果としては、ベンゾトリアゾール等の膜生成剤により
形成された不動態層を攪乱すること、及び、酸化層の深
さを制限すること、が記載されているにすぎない。
【００１９】特開平１０−４４０４７号公報には研磨砥
粒として、約１．０μｍ未満のサイズ分布と約０．４μ
ｍ未満の平均凝集体直径を有する金属酸化物の凝集体、
又は０．４μｍ未満の１次粒子を有する個々に独立した
金属酸化物の球状粒子を用いることが記載されている。
しかしながら、この公報に記載の発明は、ＣＭＰによる
表面欠陥や汚染を抑制し、均一な金属層と薄膜を形成す
ること、及びバリア膜と絶縁膜の選択性を制御すること
を目的としている。そして本公報においては、研磨パッ
ド表面への研磨生成物の付着による問題は何ら記載され
ていない。また、例示されているアルミナ研磨材として
は、一般的な沈降アルミナ及びヒュームドアルミナが記
載されているのみで、θアルミナに関する記載は全くな
い。更に、銅は接続材料として例示されているに過ぎ
ず、実施例ではＡｌが用いられているのみである。
【００２０】特開平１０−１６３１４１号公報には研磨
砥粒として、θアルミナが記載されている。しかしなが
ら、この公報においては、θアルミナは酸化アルミニウ
ムの一例としてαアルミナなどと同格に記載されている
に過ぎず、θアルミナの２次粒子に関しては全く記載さ
れていない。また、この公報に記載される発明は、スク
ラッチやディッシングを防止し、銅膜の研磨速度が大き
く、適度な選択比を有し、かつ保存時の安定性が良好な
研磨用組成物を提供することを目的とするものであり、
研磨パッド表面への研磨生成物の付着を抑制することに
関しては何ら記載されていない。
【００２１】そこで本発明の目的は、研磨工程において
多量の銅系金属を研磨する場合であっても、研磨パッド
への研磨生成物の付着を抑え、高いスループットで均一
な配線層を形成し得る金属配線形成方法を提供すること
にある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に形成
された絶縁膜に凹部を形成する工程と、該凹部を埋め込
むように全面に銅系金属膜を形成する工程と、該銅系金
属膜を化学的機械的研磨法により研磨する工程を有する
金属配線形成方法において、前記研磨工程は、研磨材、
酸化剤および研磨生成物の研磨パッドへの付着抑制剤を
含有する化学的機械的研磨用スラリーを用い、研磨面に
２７ｋＰａ以上の圧力で研磨パッドを接触させて研磨を
行うことを特徴とする金属配線形成方法に関する。
【００２３】また本発明は、基板上に形成された絶縁膜
に凹部を形成する工程と、該凹部を埋め込むように全面
に銅系金属膜を形成する工程と、該銅系金属膜を化学的
機械的研磨法により研磨する工程を有する金属配線形成
方法において、前記研磨工程は、研磨材として１次粒子
が凝集してなる２次粒子を主成分とするθアルミナ、酸
化剤および有機酸を含有する化学的機械的研磨用スラリ
ーを用い、研磨面に２７ｋＰａ以上の圧力で研磨パッド
を接触させて研磨を行うことを特徴とする金属配線形成
方法に関する。
【００２４】なお、本発明において「銅系金属」とは銅
または銅を主成分とする合金をいい、「凹部」とは埋め
込み配線を形成するための溝や、コンタクトホールやス
ルーホール等の接続孔をいう。また、基板上に形成され
た絶縁膜は、下層配線層上に形成された層間絶縁膜を含
むものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について説明する。
【００２６】本発明の金属配線形成方法の研磨工程で
は、研磨生成物の研磨パッドへの付着抑制剤であるクエ
ン酸、あるいは研磨材として１次粒子が凝集してなる２
次粒子を主成分とするθアルミナ（以下「含２次粒子θ
アルミナ」ともいう）を含有する化学的機械的研磨用ス
ラリー（以下「研磨用スラリー」ともいう）を用いる。
このような研磨用スラリーを用いたＣＭＰによれば、厚
いあるいは大面積の銅系金属膜を研磨する場合であって
も、すなわち１度の研磨操作において多量の銅系金属を
研磨する場合であっても、研磨パッドへの研磨生成物の
付着を抑えることができ、研磨操作を中断することなく
良好な研磨を継続して実施することが可能となる。ま
た、研磨パッドへの研磨生成物の付着を抑えることがで
きるため、研磨面に対する研磨パッドの接触圧力を高く
することにより研磨速度を速めるとともに研磨面の面内
均一性を十分に高めることができる。その結果、抵抗の
バラツキの小さい均一な配線を形成することができる。
【００２７】化学的機械的研磨用スラリーにおいて、従
来、有機酸の一種であるカルボン酸は、研磨速度の向上
のためにプロトン供与剤として用いられ、クエン酸はこ
のようなカルボン酸の一種として知られているにすぎな
かった。本発明者らは、前記の問題を解決するために鋭
意検討した結果、１度の研磨操作において多量の銅系金
属を研磨する場合であっても、研磨用スラリー中にクエ
ン酸が存在することによって、研磨パッドへの研磨生成
物の付着が抑制されることを見い出し、本発明を完成す
るに至った。
【００２８】また、銅系金属膜研磨用の化学的機械的研
磨用スラリーにおいて、従来、研磨材として使用される
アルミナは１次粒子から成るαアルミナが一般的である
が、本発明者らはアルミナの中でもθアルミナに着目
し、２次粒子を主成分とする特定のθアルミナを研磨材
として用いることにより、研磨パッドへの研磨生成物の
付着が抑制されることを見い出し、本発明を完成するに
至った。
【００２９】上記研磨用スラリーを用いた本発明におけ
るＣＭＰは、銅系金属膜を表面に有する基板の研磨にお
いて、１度の研磨操作での研磨パッドの単位面積当たり
の研磨量２×１０-4ｇ／ｃｍ2以上の銅系金属の研磨を
行う場合であってもパッド汚れがなく良好に研磨を行う
ことができ、また１×１０-3ｇ／ｃｍ2以上の研磨であ
っても、さらには１×１０-2ｇ／ｃｍ2以上の研磨であ
っても良好にＣＭＰを行うことができる。このような場
合としては、例えば、多層配線構造における上層配線の
形成において配線高さと接続孔の深さの総和が約１．５
μｍの埋め込み導電部を形成する場合、膜厚約２．０μ
ｍ以上の銅膜を形成する必要があり、研磨パッドの単位
面積に対して多量の銅膜を研磨することになる。
【００３０】このような多量の銅系金属の研磨に用いら
れる研磨パッドとしては、一般的な多孔性ウレタン樹脂
を用いたものを使用できる。
【００３１】本発明に用いる研磨用スラリーは、基本組
成として、研磨材、酸化剤、有機酸、及び水を含み、こ
の基本組成において、有機酸として付着抑制剤であるク
エン酸を含有し、あるいは研磨剤として１次粒子が凝集
してなる２次粒子を主成分とするθアルミナ（含２次粒
子θアルミナ）を含有する。また、この基本組成におい
て、クエン酸を含有し且つ研磨剤として含２次粒子θア
ルミナを主成分とするθアルミナを含有してもよい。ま
た、ディッシングの防止や研磨速度の制御のために、さ
らに酸化防止剤を含有させてもよい。
【００３２】本発明に用いる研磨用スラリー中のクエン
酸の含有量は、十分な付着抑制効果を発現させる点か
ら、スラリー組成物全量に対して０．０１質量％以上が
好ましく、０．０５質量％以上がより好ましい。また、
研磨用スラリーのチクソトロピック性等の点から、５質
量％以下が好ましく、３質量％以下がより好ましい。
【００３３】クエン酸を含有する研磨用スラリーを用い
たＣＭＰの際に排出される研磨廃液の色が青緑色であっ
たことから、酸化剤の作用によりイオン化され溶出した
銅イオンと研磨用スラリー中のクエン酸とが錯体を形成
し、研磨パッドや研磨面に研磨生成物として銅化合物が
付着することなく、研磨された銅成分が排出されるもの
と考えられる。
【００３４】一方、含２次粒子θアルミナの２次粒子の
含有量は、研磨パッドへの研磨生成物の付着を、より十
分に抑制する点から、含２次粒子θアルミナ全体に対し
て６０質量％以上が好ましく、６５質量％以上がより好
ましく、７０質量％以上が更に好ましい。
【００３５】また、この２次粒子の平均粒径は、０．０
５μｍ以上が好ましく、０．０７μｍ以上がより好まし
く、０．０８μｍ以上が更に好ましい。上限としては、
０．５μｍ以下が好ましく、０．４μｍ以下がより好ま
しく、０．３μｍ以下が更に好ましい。
【００３６】更に、θアルミナの２次粒子全体の中で、
０．０５μｍ以上０．５μｍ以下の粒径の２次粒子の占
める割合は、５０質量％以上が好ましく、５５質量％以
上がより好ましく、６０質量％以上が更に好ましい。
【００３７】加えて、含２次粒子θアルミナは、好まし
くは２μｍ、より好ましくは１．５μｍ、更に好ましく
は１μｍより粒径が大きい１次粒子及び２次粒子を実質
的に含有しないことが望ましい。
【００３８】上記のようなθアルミナの２次粒子を構成
する１次粒子の平均粒径は、０．００５μｍ以上が好ま
しく、０．００７μｍ以上がより好ましく、０．００８
μｍ以上が更に好ましい。上限としては、０．１μｍ以
下が好ましく、０．０９μｍ以下がより好ましく、０．
０８μｍ以下が更に好ましい。
【００３９】本発明における含２次粒子θアルミナを構
成する１次粒子の平均粒径は、従来の研磨砥粒として一
般に使用されているαアルミナの１次粒子と比較して格
段に小さいため、このような１次粒子で構成される２次
粒子の平均粒径は、従来のαアルミナの１次粒子の平均
粒径と同程度に調製できる。そして、この２次粒子を主
成分とするθアルミナ（含２次粒子θアルミナ）を研磨
砥粒の主成分として含む研磨用スラリーを用いてＣＭＰ
を行うと、銅の研磨表面と２次粒子を構成する１次粒子
との接触面積が小さいため、機械的に除去され生成する
研磨生成物は小さいものとなる。更に、発生した研磨生
成物は、２次粒子を構成する１次粒子間の空隙や凹凸に
より微細に粉砕されるため、更に微小な研磨生成物とな
る。
【００４０】また、含２次粒子θアルミナは、従来のα
アルミナの１次粒子と比較して広い表面積を有している
ため、良好な分散性を有し、このため、２次粒子の会合
による巨大粒子の形成が抑制される。このため、巨大粒
子によって削り取られることにより研磨表面より生成す
る、サイズの大きな研磨生成物の発生が抑制される。以
上の理由により、含２次粒子θアルミナを含む研磨用ス
ラリーを使用したＣＭＰにおいては、発生する研磨生成
物が微小であるため、研磨生成物が研磨パッド表面にお
いて目詰まりを起こしにくく、同時に微小な研磨生成物
は、連続的に供給される研磨用スラリーによって容易に
洗い流される。このため、多量の銅を研磨する場合で
も、研磨パッド汚れは抑制される。
【００４１】上記研磨用スラリーを用いたＣＭＰでは、
研磨パッド汚れの抑制効果に加え、研磨表面のスクラッ
チの発生も抑制される。含２次粒子θアルミナは研磨パ
ッドからの研磨荷重により変形し得るため、研磨表面と
２次粒子を構成する１次粒子との接触部において応力集
中が発生しない。この結果、研磨表面が大きく抉られる
ことがなくスクラッチの発生が抑制される。
【００４２】また、θアルミナのモース硬度は、αアル
ミナのモース硬度が９であるのに対して、７である。す
なわち、θアルミナはαアルミナと比べ硬度が低く、銅
のような軟質金属の研磨には適当な硬度であるため、ス
クラッチが発生しにくい。
【００４３】更に、含２次粒子θアルミナの２次粒子は
表面積が大きいため、分散性に優れており、また、１次
粒子は格段に微小であるため、本発明に用いるこの研磨
用スラリーは長期安定性に優れているという特徴も有す
る。
【００４４】研磨砥粒の平均粒径、特定範囲の粒径を有
する砥粒の割合および最大粒径は、光散乱法により研磨
砥粒の粒径分布を測定し、得られた粒径分布に統計処理
を施すことによって算出することができる。また、電子
顕微鏡を用いて、十分に多数の研磨砥粒の粒径を計測す
ることによって、研磨砥粒の粒径分布を求めることがで
きる。
【００４５】θアルミナの製造は、Ａｌを含有する塩の
水和物または水酸化物よりなるコロイドから、昇温速度
が制御された加熱処理により結晶水を除去することによ
って行うことができる。加熱処理中に隣接する１次粒子
の接触部分が融着し生成した凝集体が２次粒子である。
θアルミナの製造においては、微小で粒径が制御された
コロイドの粒子を調製できるため、本発明に好適な平均
粒径および粒径分布を有する微小な１次粒子を得ること
が可能である。このため、従来のαアルミナの１次粒子
と同程度の粒径を有するθアルミナの２次粒子を形成す
ることができる。更に、加熱処理中に形成される１次粒
子間の融着の結合力は適度な値であるため、適当な条件
下での分散によって幾つかの１次粒子間の結合を破壊す
ることができ、本発明に好適な粒径を有する２次粒子を
形成することができる。
【００４６】本発明に用いられる含２次粒子θアルミナ
は、上記のようにして形成されたθアルミナを適当な条
件下で分散媒体中に分散することによって作製できる。
コロイドの加熱処理により製造されたθアルミナは、多
数の１次粒子が融着した平均粒径１０μｍ程度の巨大な
凝集体よりなる。これを１０質量％以上７０質量％以下
の範囲で水系媒体に添加する。必要に応じて、０．０１
質量％以上１０質量％以下の範囲で分散剤を添加するこ
ともできる。θアルミナ及び分散剤の添加量は、得られ
る２次粒子の粒径に影響する。
【００４７】分散は、超音波分散機、ビーズミル分散
機、ボールミル分散機、ニーダー分散機などを用いて行
うことができる。なかでも所望の粒径を有する２次粒子
を安定に形成できるため、ビーズミル分散機やボールミ
ル分散機を用いることが好ましい。また、粒径が２μｍ
以上の粒子を除去するために、これらの分散機にフィル
タ機構を設けてもよい。
【００４８】分散時間は２次粒子の粒径分布に影響し、
単分散性の高い粒径分布を有する２次粒子を得るために
は、好ましくは１４０分以上、より好ましくは１５０分
以上、更に好ましくは１８０分以上分散を行う。また、
異物の混入を抑制するために、分散時間の上限として
は、４００分以下が好ましく、３５０分以下がより好ま
しく、３００分以下が更に好ましい。
【００４９】分散剤としては、界面活性剤系および水溶
性高分子系の分散剤の１種類以上を使用できる。
【００５０】界面活性剤系の分散剤としては、アニオン
性、カチオン性、両性及びノニオン系界面活性剤を挙げ
ることができる。アニオン系界面活性剤としては、スル
フォン酸、硫酸エステル、カルボン酸、燐酸エステル、
フォスフォン酸などの可溶性塩が使用できる。これらの
可溶性塩類には、例えば、アルキルベンゼンスルフォン
酸ナトリウム（ＡＢＳ）、ドテシル硫酸ナトリウム（Ｓ
ＤＳ）、ステアリン酸ナトリウム、ヘキサメタ燐酸ナト
リウムなどがある。カチオン系界面活性剤としては、造
塩し得る第１〜３級アミンを含有するアミン塩、これら
の変性塩類、第４級アンモニウム塩、フォスフォニウム
塩やスルフォニウム塩などのオニウム化合物、ピリジニ
ウム塩、キノリニウム塩、イミダゾリニウム塩などの環
状窒素化合物、複素環化合物などを使用できる。これら
のカチオン性界面活性剤としては、例えば、塩化セチル
トリメチルアンモニウム（ＣＴＡＣ）、臭化セチルトリ
メチルアンモニウム（ＣＴＡＢ）、臭化セチルジメチル
ベンジルアンモニウム、塩化セチルピリジニウム、塩化
ドテシルピリジニウム、塩化アルキルジメチルクロロベ
ンジルアンモニウム、塩化アルキルナフタレンピリジニ
ウムなどを挙げることができる。
【００５１】ノニオン系界面活性剤としては、ポリエチ
レングリコール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンア
ルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニル
エーテルなどの脂肪酸に酸化エチレンを付加重合させた
ものや、エーテル型ノニオン性界面活性剤、ポリエチレ
ングリコール縮合型の界面活性剤を用いることができ
る。これらのノニオン系界面活性剤としては、例えば、
ＰＯＥ（１０）モノラウレート、ＰＯＥ（１０）モノス
テアレート、ＰＯＥ（２５）モノステアレート、ＰＯＥ
（４０）モノステアレート、ＰＯＥ（４５）モノステア
レート、ＰＯＥ（５５）モノステアレート、ＰＯＥ（２
１）ラウリルエーテル、ＰＯＥ（２５）ラウリルエーテ
ル、ＰＯＥ（１５）セチルエーテル、ＰＯＥ（２０）セ
チルエーテル、ＰＯＥ（２３）セチルエーテル、ＰＯＥ
（２５）セチルエーテル、ＰＯＥ（３０）セチルエーテ
ル、ＰＯＥ（４０）セチルエーテル、ＰＯＥ（２０）ス
テアリルエーテル、ＰＯＥ（２）ノニルフェニルエーテ
ル、ＰＯＥ（３）ノニルフェニルエーテル、ＰＯＥ
（５）ノニルフェニルエーテル、ＰＯＥ（７）ノニルフ
ェニルエーテル、ＰＯＥ（１０）ノニルフェニルエーテ
ル、ＰＯＥ（１５）ノニルフェニルエーテル、ＰＯＥ
（１８）ノニルフェニルエーテル、ＰＯＥ（２０）ノニ
ルフェニルエーテル、ＰＯＥ（１０）オクチルフェニル
エーテル、ＰＯＥ（３０）オクチルフェニルエーテル、
ＰＯＥ（６）ソルビタンモノオレエート、ＰＯＥ（２
０）ソルビタンモノオレエート、ＰＯＥ（６）ソルビタ
ンモノラウレート、ＰＯＥ（２０）ソルビタンモノラウ
レート、ＰＯＥ（２０）ソルビタンモノパルミレート、
ＰＯＥ（６）ソルビタンモノステアレート、ＰＯＥ（２
０）ソルビタンモノステアレート、ＰＯＥ（２０）ソル
ビタントリステアレート、ＰＯＥ（２０）ソルビタント
リオレエート、ＰＯＥ（６）ソルビタンモノオレエー
ト、ＰＯＥ（２０）ソルビタンモノオレエートを挙げる
ことができる。ただし、ＰＯＥはポリオキシエチレンで
あり、括弧内の数字は、繰返単位−ＣＨ2ＣＨ2Ｏ−の繰
返し数を表す。
【００５２】両性界面活性剤としては、分子中にアニオ
ンになる−ＣＯＯＨ基、−ＳＯ3Ｈ基、−ＯＳＯ3Ｈ基及
び−ＯＰＯ3Ｈ2基などの中から少なくとも１種類以上の
原子団と、カチオンになる原子団として、１〜３級アミ
ン又は第４級アンモニウムとを含有する化合物を使用す
ることができる。例えば、ベタイン、スルフォベタイ
ン、サルフェートベタイン型などがあり、より具体的に
はラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン、Ｎ−ヤシ油脂
肪酸アシル−Ｎ−カルボキシメチル−Ｎ−ヒドロキシエ
チレンジアミンナトリウムなどが挙げられる。
【００５３】また、水溶性高分子系の分散剤としては、
イオン性高分子と非イオン性高分子がある。イオン性高
分子としては、例えばアルギン酸又はその塩、ポリアク
リル酸又はその塩、ポリカルボン酸又はその塩、セルロ
ース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシルエチ
ルセルロースなどが挙げられ、非イオン性高分子として
は、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポ
リエチレングリコール、ポリアクリルアミドなどが挙げ
られる。
【００５４】水溶性高分子系の分散剤の重量平均分子量
は、１００以上が好ましく、５００以上がより好まし
く、１０００以上が更に好ましく、上限としては、１０
００００以下が好ましく、８００００以下がより好まし
く、５００００以下が更に好ましい。重量平均分子量が
この範囲内であれば、得られる研磨用スラリーの粘度上
昇を抑制して、良好な粒径分布を有する２次粒子が形成
できる。
【００５５】含２次粒子θアルミナの効果を損なわない
範囲であれば、必要に応じて他の研磨砥粒を併用しても
よい。他の研磨砥粒としては、α−アルミナやδ−アル
ミナ等のθアルミナ以外のアルミナ、ヒュームドシリカ
やコロイダルシリカ等のシリカ、チタニア、ジルコニ
ア、ゲルマニア、セリア、及びこれらの金属酸化物研磨
砥粒からなる群より選ばれる２種以上の混合物を用いる
ことができる。
【００５６】含２次粒子θアルミナの含有量は、化学的
機械的研磨用スラリー全体に対して１質量％以上が好ま
しく、３質量％以上がより好ましく、上限としては、３
０質量％以下が好ましく、１０質量以下％がより好まし
い。研磨用スラリーが２種類以上の研磨砥粒を含有する
場合、各研磨砥粒の含有量の総和は、化学的機械的研磨
用スラリー全体に対して１質量％以上が好ましく、３質
量％以上がより好ましく、上限としては、３０質量％以
下が好ましく、１０質量％以下がより好ましい。
【００５７】本発明において、クエン酸を含有する研磨
用スラリーを用いる場合は、研磨材として上記の含２次
粒子θアルミナを用いないで、一般に使用されているα
−アルミナやθアルミナ、δ−アルミナ等のアルミナ、
ヒュームドシリカやコロイダルシリカ等のシリカ、チタ
ニア、ジルコニア、ゲルマニア、セリア、及びこれらの
金属酸化物研磨砥粒からなる群より選ばれる２種以上の
混合物を用いることができる。このような研磨材の平均
粒径は、研磨速度、分散安定性、研磨面の表面粗さの点
から、光散乱回折法により測定した平均粒径で５ｎｍ以
上が好ましく、５０ｎｍ以上がより好ましく、また５０
０ｎｍ以下が好ましく、３００ｎｍ以下がより好まし
い。粒径分布は、最大粒径（ｄ１００）で３μｍ以下が
好ましく、１μｍ以下がより好ましい。
【００５８】研磨用スラリー中の研磨材の含有量は、ス
ラリー組成物全量に対して０．１〜５０質量％の範囲で
研磨能率や研磨精度等を考慮して適宜設定される。好ま
しくは１質量％以上が好ましく、２質量％以上がより好
ましく、３質量％以上がさらに好ましい。上限として
は、３０質量％以下が好ましく、１０質量％以下が好ま
しく、８質量％以下がさらに好ましい。
【００５９】本発明に用いられる研磨用スラリーのｐＨ
は、研磨速度や腐食、スラリー粘度、研磨剤の分散安定
性等の点から、ｐＨ４以上が好ましく、ｐＨ５以上がよ
り好ましく、またｐＨ８以下が好ましく、ｐＨ７以下が
より好ましい。また、ｐＨが高すぎると、クエン酸が解
離して、研磨生成物との錯形成能力が低下し、クエン酸
の付着抑制効果が低下するので、研磨生成物が研磨パッ
ドへ付着しやすくなる。逆にｐＨが低すぎると、銅の研
磨速度が上がりすぎて、銅配線の表面形状が劣化して窪
みが生じることにより段差が発生しやすくなる。
【００６０】研磨用スラリーのｐＨ調整は、公知の方法
で行うことができ、例えば、研磨砥粒を分散し且つカル
ボン酸を溶解したスラリーに、アルカリを直接添加して
行うことができる。あるいは、添加すべきアルカリの一
部又は全部をカルボン酸のアルカリ塩と添加してもよ
い。使用するアルカリとしては、水酸化ナトリウム、水
酸化カリウム等のアルカリ金属の水酸化物、炭酸ナトリ
ウム、炭酸カリウム等のアルカリ金属の炭酸塩、アンモ
ニア、アミン等を挙げることができる。
【００６１】酸化剤としては、導電性金属膜の種類や研
磨精度、研磨能率を考慮して適宜、公知の水溶性の酸化
剤から選択して用いることができる。例えば、重金属イ
オンのコンタミネーションを起こさないものとして、Ｈ
2Ｏ2、Ｎａ2Ｏ2、Ｂａ2Ｏ2、（Ｃ6Ｈ5Ｃ）2Ｏ2等の過酸
化物、次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）、過塩素酸、硝酸、オゾ
ン水、過酢酸やニトロベンゼン等の有機過酸化物を挙げ
ることができる。なかでも、金属成分を含有せず、有害
な複生成物を発生しない過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）が好まし
い。本発明に用いる研磨用スラリーに含有させる酸化剤
量は、十分な添加効果を得る点から、研磨用スラリー全
量に対して０．０１質量％以上が好ましく、０．０５質
量％以上がより好ましく、０．１質量％以上がさらに好
ましい。ディッシングの抑制や適度な研磨速度に調整す
る点から、１５質量％以下が好ましく、１０質量％以下
がより好ましい。なお、過酸化水素のように比較的経時
的に劣化しやすい酸化剤を用いる場合は、所定の濃度の
酸化剤含有溶液と、この酸化過剤含有溶液を添加するこ
とにより所定の研磨用スラリーとなるような組成物を別
個に調整しておき、使用直前に両者を混合してもよい。
【００６２】酸化剤の酸化を促進し、また安定した研磨
を行うために、プロトン供与剤として公知のカルボン酸
やアミノ酸を添加してもよい。クエン酸はカルボン酸で
あるため、このプロトン供与剤としても機能することが
可能であるが、別途に異なるカルボン酸あるいはアミノ
酸等の有機酸を添加してもよい。
【００６３】カルボン酸としては、クエン酸以外に、例
えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、アク
リル酸、乳酸、コハク酸，ニコチン酸、シュウ酸、マロ
ン酸、酒石酸、リンゴ酸、グルタル酸、クエン酸、マレ
イン酸、及びこれらの塩などが挙げられる。
【００６４】アミノ酸としては、例えば、L-グルタミン
酸、D-グルタミン酸、L-グルタミン酸一塩酸塩、L-グル
タミン酸ナトリウム一水和物、L-グルタミン、グルタチ
オン、グリシルグリシン、DL-アラニン、L-アラニン、
β-アラニン、D-アラニン、γ-アラニン、γ-アミノ酪
酸、ε-アミノカプロン酸、L-アルギニン一塩酸塩、L-
アスパラギン酸、L-アスパラギン酸一水和物、L-アスパ
ラギン酸カリウム、L-アスパラギン酸カルシウム三水
塩、D-アスパラギン酸、L-チトルリン、L-トリプトファ
ン、L-スレオニン、L-アルギニン、グリシン、L-シスチ
ン、L-システイン、L-システイン塩酸塩一水和物、L-オ
キシプロリン、L-イソロイシン、L-ロイシン、L-リジン
一塩酸塩、DL-メチオニン、L-メチオニン、L-オルチニ
ン塩酸塩、L-フェニルアラニン、D-フェニルグリシン、
L-プロリン、L-セリン、L-チロシン、L-バリンなどが挙
げられる。
【００６５】有機酸の含有量は、プロトン供与剤として
十分な添加効果を得る点から、研磨用スラリー全体量に
対して０．０１質量％以上が好ましく、０．０５質量％
以上がより好ましい。ディッシングの抑制や適度な研磨
速度に調整する点から、クエン酸を含めた含有量とし
て、５質量％以下が好ましく、３質量％以下がより好ま
しい。
【００６６】本発明の研磨用スラリーには、さらに酸化
防止剤を添加してもよい。酸化防止剤の添加により、銅
系金属膜の研磨速度の調整が容易となり、また、銅系金
属膜の表面に被膜を形成することにより、化学的研磨に
起因する銅配線の表面形状の劣化、すなわちディッシン
グやリセスも抑制できる。
【００６７】酸化防止剤としては、例えば、ベンゾトリ
アゾール、１，２，４−トリアゾール、ベンゾフロキサ
ン、２，１，３−ベンゾチアゾール、ｏ−フェニレンジ
アミン、ｍ−フェニレンジアミン、カテコール、ｏ−ア
ミノフェノール、２−メルカプトベンゾチアゾール、２
−メルカプトベンゾイミダゾール、２−メルカプトベン
ゾオキサゾール、メラミン、及びこれらの誘導体が挙げ
られる。中でもベンゾトリアゾール及びその誘導体が好
ましい。ベンゾトリアゾール誘導体としては、そのベン
ゼン環にヒドロキシル基、メトキシやエトキシ等のアル
コキシ基、アミノ基、ニトロ基、メチル基やエチル基、
ブチル等のアルキル基、又は、フッ素や塩素、臭素、ヨ
ウ素等のハロゲン置換基を有する置換ベンゾトリアゾー
ルが挙げられる。また、ナフタレントリアゾールや、ナ
フタレンビストリアゾール、上記と同様に置換された置
換ナフタレントリアゾールや、置換ナフタレンビストリ
アゾールを挙げることができる。
【００６８】このような酸化防止剤の含有量としては、
十分な防食効果を得る点から、研磨用スラリー全体量に
対して０．０００１質量％以上が好ましく、０．００１
質量％以上がより好ましい。適度な研磨速度に調整する
点から、５．０質量％以下が好ましく、２．５質量％以
下がさらに好ましい。酸化防止剤の含有量が多すぎる
と、防食効果が効きすぎて銅の研磨速度が低下しすぎ、
ＣＭＰに時間がかかる。
【００６９】本発明に用いる研磨用スラリーには、その
特性を損なわない範囲内で、広く一般に研磨用スラリー
に添加されている分散剤、緩衝剤、粘度調整剤などの種
々の添加剤を含有させてもよい。
【００７０】本発明に用いる研磨用スラリーは、銅系金
属膜の研磨速度が、好ましくは３００ｎｍ／分以上、よ
り好ましくは４００ｎｍ／分以上になるように組成比を
調整することが好ましい。また、本発明に用いる研磨用
スラリーは、銅系金属膜の研磨速度が、好ましくは１５
００ｎｍ／分以下、より好ましくは１０００ｎｍ／分以
下になるように組成比を調整することが好ましい。
【００７１】本発明に用いる研磨用スラリーの製造方法
は、一般的な遊離砥粒研磨スラリー組成物の製造方法が
適用できる。すなわち、分散媒に研磨材粒子を適量混合
する。必要であるならば保護剤を適量混合する。この状
態では、研磨材粒子表面は空気が強く吸着しているた
め、ぬれ性が悪く凝集状態で存在している。そこで、凝
集した研磨材粒子を一次粒子の状態にするために粒子の
分散を実施する。分散工程では一般的な分散方法および
分散装置を使用することができる。具体的には、例えば
超音波分散機、各種のビーズミル分散機、ニーダー、ボ
ールミルなどを用いて公知の方法で実施できる。なお、
クエン酸は、研磨砥粒のフロキュレーション化を引き起
こすと同時にチキソトロピック性を高める場合もあるた
め、良好に分散を行うためには、分散終了後に添加し、
混合することが好ましい。
【００７２】本発明における研磨工程は、例えば図２に
示すような化学的機械的研磨装置（ＣＭＰ装置）を用い
て行うことができる。
【００７３】基板上に絶縁膜や銅系金属膜等が成膜され
たウェハ２１は、スピンドルのウェハキャリア２２に設
置される。このウェハ２１の表面を、回転プレート（定
盤）２３上に貼り付けられた研磨パッド２４に接触さ
せ、研磨用スラリー供給口２５から研磨用スラリーを研
磨パッド２４表面に供給しながら、ウェハ２１と研磨パ
ッド２４の両方を回転させて研磨する。必要により、パ
ッドコンディショナー２６を研磨パッド２４の表面に接
触させて研磨パッド表面のコンディショニングを行う。
なお、研磨用スラリーの供給は、回転プレート２３側か
ら研磨パッド２４表面へ供給する構成とすることも可能
である。
【００７４】本発明において、ＣＭＰ時の研磨面に対す
る研磨パッドの接触圧力は、２７ｋＰａ以上とする。好
ましくは３４ｋＰａ以上である。研磨パッドの接触圧力
を高めることで、研磨パッドのたわみを抑えることがで
きるため、研磨面の面内均一性を高めることができ、そ
の結果、配線高さのバラツキが小さくなり、配線抵抗の
バラツキが小さくなる。また、面内均一性を高めるとと
もに研磨速度を速くできるため、スループットを向上さ
せることができる。さらに、高速研磨を行う場合であっ
ても、研磨用スラリー中の過酸化水素等の酸化剤の含有
量をハンドリング性がよく安定した研磨が可能な領域に
設定できる。なお、研磨面に対する研磨パッドの接触圧
力（研磨圧力）の上限は特に制限されないが、研磨速度
や研磨面の面内均一性などの観点から、ウェハと研磨パ
ッドとの接触が十分に行われ、かつ研磨用スラリーがウ
ェハと研磨パッド間に供給されるためには４８．３ｋＰ
ａ（７ｐｓｉ）以下にすることが好ましい。
【００７５】その他のＣＭＰ条件としては、ウェハより
やや大きい研磨パッド（ウェハ直径より小さい半径をも
つ研磨パッド）を用いる場合は、例えば、リテーナ圧
力：２５．２ｋＰａ（３．６５ｐｓｉ）〜２７．９ｋＰ
ａ（４．０５ｐｓｉ）、定盤回転数：２６０〜２８０ｒ
ｐｍ、研磨用スラリー供給速度：８０〜１５０ｍｌ／分
とすることができる。また、ウェハ直径より大きい半径
をもつ研磨パッドを用いる場合は、例えば、定盤回転
数：３０〜１００ｒｐｍ、研磨用スラリー供給速度：１
００〜３００ｍｌ／分とすることができる。
【００７６】なお現在、ウェハの大きさ（直径）として
は６インチや８インチが主流であるが、本発明によれば
直径１２インチ以上のウェハに対しても研磨パッドの研
磨生成物の付着が抑制され、良好にＣＭＰを行うことが
できる。
【００７７】以上に説明した本発明は、バリア金属膜が
溝や接続孔等の凹部を有する絶縁膜上に形成され、その
上にこの凹部を埋め込むように全面に銅系金属膜が形成
された基板を凹部以外の絶縁膜表面がほぼ完全に露出す
るまでＣＭＰを行って埋め込み配線やビアプラグ、コン
タクトプラグ等の電気的接続部を形成する方法に好適に
用いられる。バリア金属膜としては、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔ
ｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＷＮ、ＷＳｉＮ等が挙げられる。絶縁
膜としては、シリコン酸化膜、ＢＰＳＧ膜、ＳＯＧ膜等
の絶縁膜が挙げられる。銅系金属膜としては、銅膜の
他、銀、金、白金、チタン、タングテン、アルミニウム
等の各種の導電性金属を含む銅合金膜を挙げることがで
きる。
【００７８】以上に説明した本発明によれば、銅膜が厚
かったり大面積であるために銅の研磨量が多い場合であ
っても、研磨パッドへの研磨生成物の付着が抑えられパ
ッド表面を洗浄する必要がないため、研磨操作を中断す
ることなく多量の銅系金属を１度の研磨操作で良好にＣ
ＭＰできる。
【００７９】加えて、研磨パッド表面の洗浄が不要であ
るだけでなく、コンディショニング時間も低減できるた
め、研磨パッドの寿命を長くすることができる。
【００８０】また本発明によれば、研磨パッドへの研磨
生成物の付着を抑えることができるため、研磨面に対す
る研磨パッドの接触圧力を高くすることにより、研磨速
度を速めることができるとともに研磨面の面内均一性を
十分に高めることができる。その結果、配線高さのバラ
ツキが小さくなるため、配線抵抗のバラツキも小さくな
り、均一な埋め込み配線を形成できる。
【００８１】また本発明によれば、研磨工程において、
研磨パッド表面だけでなく研磨面にも研磨生成物が付着
することを抑制できるため、配線間の電気短絡等の素子
特性上の問題を起こすことがなく、また面内均一性に優
れた研磨面を形成でき、ディッシングやエロージョンを
抑制できる。
【００８２】
【実施例】以下に実施例により本発明を更に詳細に説明
する。
【００８３】（ＣＭＰ条件）ＣＭＰは、スピードファム
・アイペック社製SH-24型を使用して行った。研磨機の
定盤には、直径６１ｃｍ（２４インチ）の研磨パッド
（ロデール・ニッタ社製IC 1400）を張り付けて使用し
た。研磨条件は、研磨パッドの接触圧力：27.6kPa（4ps
i）、研磨パッドの研磨面積1820cm2、定盤回転数：55rp
m、キャリア回転数：55rpm、スラリー研磨液供給量：10
0ml/分とした。
【００８４】（研磨速度の測定）研磨速度は、加工前後
の表面抵抗率から算出した。具体的には、ウエハ上に一
定間隔に並んだ４本の針状電極を直線上に置き、外側の
２探針間に一定電流を流し、内側の２探針間に生じる電
位差を測定して抵抗（Ｒ'）を求め、更に補正係数ＲＣ
Ｆ(Resistivity Correction Factor)を乗じて表面抵抗
率（ρs'）を求める。また厚みがＴ(nm)と既知であるウ
エハ膜の表面抵抗率（ρs）を求める。ここで表面抵抗
率は、厚みに反比例するため、表面抵抗率がρs'の時の
厚みをｄとするとｄ(nm)＝（ρs×Ｔ）/ρs'が成り立
ち、これより厚みｄを算出することができ、更に研磨前
後の膜厚変化量を研磨時間で割ることにより研磨速度を
算出した。表面抵抗率の測定は、三菱化学社製四探針抵
抗測定器（Loresta-GP）を用いた。
【００８５】（研磨面の面内均一性の評価）研磨前後に
ウェハ面内の４０点の表面抵抗率（比抵抗）を測定し、
絶対研磨量分布のｋ値を求めて面内均一性の指標とし
た。
【００８６】ウェハ面内の各点の表面抵抗率の測定によ
り各点毎にウェハ上の銅の膜厚を求め、研磨前の膜厚値
から研磨後の膜厚値を引いて各点毎に削れ量Ｐを求め
た。４０点における削れ量Ｐの最大値Ｐmax、最小値Ｐ
min、平均値Ｐavを求めた。これらの値から、面内均一
率ｋ（％）＝（Ｐmax−Ｐmin）×１００／（２×Ｐav）
を算出した。
【００８７】（実施例１）バリア金属膜としてＴａ膜を
用いた銅の埋め込み配線の形成を行った。
【００８８】トランジスタ等の半導体素子が形成された
６インチのウェハ（シリコン基板）上に（図示せず）、
図１（ａ）に示すように、下層配線２を有する第１のシ
リコン酸化膜１を形成し、その上にシリコン窒化膜３と
厚さ１．５μｍ程度の第２のシリコン酸化膜４を形成し
た後、フォトリソグラフィ技術とエッチングによるパタ
ーニング等の常法によりこの第２シリコン酸化膜４に配
線溝およびその一部に下層配線２に達する接続孔を形成
した。次いで、スパッタリング法により厚さ５０ｎｍの
Ｔａ膜を形成し、引き続きスパッタリング法により５０
ｎｍ程度の銅膜を形成後、メッキ法により厚さ２．０μ
ｍ程度の銅膜６を形成した。
【００８９】このようにして作製された基板を、表１に
示す種々の研磨用スラリーを用いてＣＭＰし、銅膜を２
μｍ程度研磨した後の研磨パッドの汚れを目視や研磨速
度により評価した。
【００９０】なお、クエン酸、グルタル酸、グリシン、
ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）は関東化学社製の試薬を
用いた。シリカはトクヤマ社製のヒュームドシリカＱｓ
−９、アルミナは、住友化学社製のθアルミナ（ＡＫＰ
−Ｇ００８）を使用した。
【００９１】表１に、研磨用スラリーの組成とともにＣ
ＭＰ結果を示す。クエン酸を含有する研磨用スラリーを
用いたＣＭＰにおいては、研磨パッド表面には研磨生成
物の付着はほとんど見られず、研磨速度も研磨終了まで
安定して一定であった。これに対して、クエン酸を含有
せずカルボン酸（グルタル酸）やアミノ酸（グリシン）
を含有する研磨用スラリーを用いたＣＭＰにおいては、
研磨終了後に研磨パッドに研磨生成物が多量に付着し
た。
【００９２】また、クエン酸を含有する研磨用スラリー
を用いたＣＭＰにおいては、研磨面の面内均一性は５％
であった。さらに、研磨パッドの接触圧力を２７．６ｋ
Ｐａ（４ｐｓｉ）から３４．５ｋＰａ（５ｐｓｉ）へ上
げて同様にＣＭＰを行ったところ、面内均一性は３．５
％であった。このとき、研磨面への研磨生成物の付着は
なかった。
【００９３】図４に、クエン酸を含有する研磨用スラリ
ーと含有しない研磨用スラリーを用いてそれぞれＣＭＰ
を行った場合の、研磨圧力に対する面内均一性（ｋ値）
の変化を示す。クエン酸を含有する研磨用スラリーを用
いた場合（○）は、用いない場合（□）に比べて、ｋ値
が小さく、同じ研磨圧力でも面内均一性に優れた研磨が
行えることがわかる。これは、クエン酸を含有しない研
磨用スラリーを用いたＣＭＰ研磨では研磨パッドに研磨
生成物が付着するのに対して、クエン酸を含有する研磨
用スラリーを用いたＣＭＰでは研磨パッドの研磨生成物
が付着しないためである。
【００９４】
【表１】 （含２次粒子θアルミナ分散液の調製）含２次粒子θア
ルミナの調製は、住友化学工業社製θアルミナ（ＡＫＰ
−Ｇ００８）を用いて行った。この調製前のθアルミナ
をＳＥＭにより観察したところ、最小粒径０．０３μ
ｍ、最大粒径０．０８μｍの多数の１次粒子（平均粒径
０．０５μｍ）が融着により結合した凝集体からなるこ
とが判った。この凝集体の平均粒径は１０μｍであっ
た。なお、この最小粒径に対して著しく小さい１次粒子
やこの最大粒径に対してかなり大きい１次粒子も微量に
観察される場合もあったが、最終的に得られる研磨用ス
ラリーの特性には全く影響せず、また平均粒径の値にも
全く寄与しない程度であった。
【００９５】次に、日本触媒社製の分散剤アクアリック
ＨＬ４１５を４質量％となるようイオン交換水に混合
し、引続き、調製前のθアルミナを４０質量％となるよ
う混合した。得られた混合液について、井上製作所社製
ビーズミル機（スーパーミル）により回転数１０００回
／分で分散を行った。２０〜４００分の間で分散時間を
変化させ、複数の分散液を調製した。
【００９６】それぞれの分散液中に含まれるθアルミナ
について、粒子全体の粒径分布をベックマン・コールタ
ー社製粒度分布測定装置ＬＳ−２３０で測定した。得ら
れた粒子全体の粒径分布より、最大粒径を求めた。ま
た、粒子全体の粒径分布から１次粒子の粒径分布を差し
引いて、２次粒子の粒径分布を算出した。得られた２次
粒子の粒径分布に統計処理を施すことにより、２次粒径
の平均粒径を求めた。更に分散時間が２００分の分散液
については、含２次粒子θアルミナの全体に対する２次
粒子の含有量、及び粒径が０．０５μｍ以上で０．５μ
ｍ以下の２次粒子の２次粒子全体に占める割合も求め
た。
【００９７】図３に、各分散時間における分散液中のθ
アルミナの最大粒子径（●）及び２次粒子の平均粒径
（○）を示した。分散時間が１２０分以下の場合、３μ
ｍを超える粒径の大きな２次粒子が含まれていたが、分
散時間が１４０分以上となると、最大粒子径は１μｍ以
下となった。
【００９８】分散時間が２００分の場合、２次粒子の平
均粒径は０．１５μｍ、最大粒子径は０．６μｍ、含２
次粒子θアルミナの全体に対する２次粒子の含有量は７
４質量％、粒径が０．０５μｍ以上で０．５μｍ以下の
２次粒子の２次粒子全体に占める割合は６２質量％であ
った。また、特に異物は確認されなかった。
【００９９】（実施例２）上記のようにして得られた分
散液のうち、分散時間が２００分のものを用いて、５．
０３質量％の含２次粒子θアルミナ、０．４７質量％の
クエン酸、１．９質量％のＨ2Ｏ2を含み、ｐＨは７であ
る研磨用スラリー１を調製した。なお、ｐＨはアンモニ
アにより調整し、Ｈ2Ｏ2はＣＭＰ直前に添加した。
【０１００】次に、実施例１と同様にして６インチのシ
リコン基板上にシリコン酸化膜、配線用溝、接続配線用
開孔、バリア金属膜、銅膜を形成した。
【０１０１】このようにして作製された基板を、研磨用
スラリー１を用いてＣＭＰし、銅膜を２μｍ程度研磨し
た。研磨が終了するまで研磨速度は一定で、安定して研
磨を行うことができた。その後、研磨パッドの汚れを目
視や研磨速度により評価した結果、研磨パッドに研磨生
成物は殆ど付着していないことが判った。更に、研磨表
面をＳＥＭにより観察したところ、スクラッチの発生も
抑制されていた。また、研磨面の面内均一性は５％であ
った。さらに、研磨パッドの接触圧力を２７．６ｋＰａ
（４ｐｓｉ）から３４．５ｋＰａ（５ｐｓｉ）へ上げて
同様にＣＭＰを行ったところ、面内均一性は３．５％で
あった。このとき、研磨面への研磨生成物の付着はな
く、スクラッチも抑制されていた。
【０１０２】（実施例３）クエン酸に代えてリンゴ酸を
用いた以外は研磨用スラリー１と同様にして、研磨用ス
ラリー２を調製した。この研磨用スラリー２を用いて、
上述と同様にしてＣＭＰを行った。研磨が終了するまで
研磨速度は一定で、安定して研磨を行うことができた。
研磨パッドには、研磨生成物は殆ど付着していなかっ
た。更に、研磨表面をＳＥＭにより観察したところ、ス
クラッチの発生も抑制されていた。また、研磨面の面内
均一性は５％以下であった。さらに、研磨パッドの接触
圧力を２７．６ｋＰａ（４ｐｓｉ）から３４．５ｋＰａ
（５ｐｓｉ）へ上げて同様にＣＭＰを行ったところ、面
内均一性は３．５％であった。このとき、研磨面への銅
の研磨生成物の付着はなく、スクラッチも抑制されてい
た。
【０１０３】（比較例１）θアルミナに代えて市販のα
アルミナを用いた以外は研磨用スラリー２と同様にして
研磨用スラリー３を調製した。この研磨用スラリー３を
用いて、上述と同様にしてＣＭＰを行ったところ、研磨
パッドに多量の研磨生成物が付着していた。また、研磨
面の面内均一性は、研磨パッドの接触圧力が２７．６ｋ
Ｐａ（４ｐｓｉ）のときは８％、３４．５ｋＰａ（５ｐ
ｓｉ）のときは６．５％であった。
【０１０４】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、研磨工程において多量の銅系金属を研磨する場
合であっても、研磨パッドへの研磨生成物の付着を抑
え、高いスループットで均一な配線層を形成することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】埋め込み銅配線の形成方法を説明するための工
程断面図である。
【図２】化学的機械的研磨装置の概略構成図である。
【図３】分散時間に対するθアルミナの粒径変化を示す
図である。
【図４】研磨圧力に対する面内均一性（ｋ値）の変化を
示すグラフである。
【符号の説明】
１ 第１層間絶縁膜 ２ 下層配線 ３ シリコン窒化膜 ４ 第２層間絶縁膜 ５ バリア金属膜 ６ 銅膜 ２１ ウェハ ２２ ウェハキャリア ２３ 回転プレート（定盤） ２４ 研磨パッド ２５ 研磨用スラリー供給口 ２６ パッドコンディショナー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AA12 BA05 BC02 CB01 CB03 DA02 DA12 DA17 5F033 HH11 HH12 HH18 HH19 HH21 HH28 HH32 HH33 HH34 JJ11 JJ12 JJ18 JJ19 JJ21 JJ28 JJ32 JJ33 JJ34 MM02 MM12 MM13 NN06 NN07 PP15 PP27 QQ09 QQ37 QQ48 QQ50 RR04 RR06 RR09 RR15 TT02 WW01 WW04 WW05 XX00

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板上に形成された絶縁膜に凹部を形成
    する工程と、該凹部を埋め込むように全面に銅系金属膜
    を形成する工程と、該銅系金属膜を化学的機械的研磨法
    により研磨する工程を有する金属配線形成方法におい
    て、 前記研磨工程は、研磨材、酸化剤および研磨生成物の研
    磨パッドへの付着抑制剤を含有する化学的機械的研磨用
    スラリーを用い、研磨面に２７ｋＰａ以上の圧力で研磨
    パッドを接触させて研磨を行うことを特徴とする金属配
    線形成方法。
  2. 【請求項２】 前記付着抑制剤がクエン酸である請求項
    １記載の金属配線形成方法。
  3. 【請求項３】 前記化学的機械的研磨用スラリー中の前
    記付着抑制剤の含有量が０．０１質量％以上５質量％以
    下である請求項１又は２記載の金属配線形成方法。
  4. 【請求項４】 前記化学的機械的研磨用スラリーは、研
    磨材として１次粒子が凝集してなる２次粒子を主成分と
    するθアルミナを含有する請求項１、２又は３記載の金
    属配線形成方法。
  5. 【請求項５】 基板上に形成された絶縁膜に凹部を形成
    する工程と、該凹部を埋め込むように全面に銅系金属膜
    を形成する工程と、該銅系金属膜を化学的機械的研磨法
    により研磨する工程を有する金属配線形成方法におい
    て、 前記研磨工程は、研磨材として１次粒子が凝集してなる
    ２次粒子を主成分とするθアルミナ、酸化剤および有機
    酸を含有する化学的機械的研磨用スラリーを用い、研磨
    面に２７ｋＰａ以上の圧力で研磨パッドを接触させて研
    磨を行うことを特徴とする金属配線形成方法。
  6. 【請求項６】 前記θアルミナの２次粒子の含有量は、
    θアルミナ全体に対して６０質量％以上である請求項４
    又は５記載の金属配線形成方法。
  7. 【請求項７】 前記θアルミナの２次粒子の平均粒径
    は、０．０５μｍ以上０．５μｍ以下である請求項４、
    ５又は６記載の金属配線形成方法。
  8. 【請求項８】 前記θアルミナは、０．０５μｍ以上
    ０．５μｍ以下の粒径の２次粒子を、２次粒子全体に対
    して５０質量％以上含有する請求項４〜７のいずれか１
    項に記載の金属配線形成方法。
  9. 【請求項９】 前記θアルミナは、粒径が２μｍより大
    きい１次粒子及び２次粒子を実質的に含有しない請求項
    ４〜８のいずれか１項に記載の金属配線形成方法。
  10. 【請求項１０】 前記θアルミナの１次粒子の平均粒径
    は、０．００５μｍ以上０．１μｍ以下である請求項４
    〜９のいずれか１項に記載の金属配線形成方法。
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