JP2002030271A - Ｃｍｐ用スラリーおよびその形成方法、ならびに半導体装置の製造方法 - Google Patents
Ｃｍｐ用スラリーおよびその形成方法、ならびに半導体装置の製造方法Info
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- H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]
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Abstract
(57)【要約】
【課題】低エロージョンかつ高オーバーポリッシングマ
ージンのＷ−ＣＭＰを実現すること。 【解決手段】ＣＭＰ法を用いてＷ膜３を研磨する際に、
スラリーとして、ＰＭＭＡ１（有機粒子）と二酸化マン
ガン２（無機粒子）とが熱接着してなる研磨粒子を含む
ものを使用する。
ージンのＷ−ＣＭＰを実現すること。 【解決手段】ＣＭＰ法を用いてＷ膜３を研磨する際に、
スラリーとして、ＰＭＭＡ１（有機粒子）と二酸化マン
ガン２（無機粒子）とが熱接着してなる研磨粒子を含む
ものを使用する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
分野で使用されるＣＭＰ用スラリーおよびその形成方
法、ならびにＣＭＰ工程を有する半導体装置の製造方法
に関する。
分野で使用されるＣＭＰ用スラリーおよびその形成方
法、ならびに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、
半導体装置の高集積化や、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
きない重要技術となっている。
半導体装置の高集積化や、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
きない重要技術となっている。
【０００３】ダマシン配線をメタルＣＭＰで形成する場
合、スクラッチを回避しつつエロージョンを抑制するこ
とが最大の課題である。エロージョンの抑制のために
は、硬質の研磨布を用い、かつオーバーポリッシングに
対してマージンのあるＣＭＰ用スラリー（以下、単にス
ラリーという。）が必要である。
合、スクラッチを回避しつつエロージョンを抑制するこ
とが最大の課題である。エロージョンの抑制のために
は、硬質の研磨布を用い、かつオーバーポリッシングに
対してマージンのあるＣＭＰ用スラリー（以下、単にス
ラリーという。）が必要である。
【０００４】オーバーポリッシングのマージンを拡大す
るためには、荷重の変化をいかに効率よく被研磨基体で
ある金属膜に伝達するかがキーとなる。すなわち、荷重
の変化に対して敏感に研磨速度が応答するという、研磨
速度の荷重依存性が高いＣＭＰ特性が求められる。
るためには、荷重の変化をいかに効率よく被研磨基体で
ある金属膜に伝達するかがキーとなる。すなわち、荷重
の変化に対して敏感に研磨速度が応答するという、研磨
速度の荷重依存性が高いＣＭＰ特性が求められる。
【０００５】このようなＣＭＰ特性を実現する方法とし
ては、有機粒子と無機粒子とを一体化したものを研磨粒
子として含むスラリーを用いることが有効である。これ
は、研磨力の無い有機粒子の周りに無機粒子を凝集さ
せ、有機粒子を無機粒子のアシスト粒子として利用する
という方法である。
ては、有機粒子と無機粒子とを一体化したものを研磨粒
子として含むスラリーを用いることが有効である。これ
は、研磨力の無い有機粒子の周りに無機粒子を凝集さ
せ、有機粒子を無機粒子のアシスト粒子として利用する
という方法である。
【０００６】すなわち、有機粒子の持つ弾性によって荷
重の変化が効率良く被研磨基体に伝わり、研磨速度の荷
重依存性が高くなる。さらに、有機粒子の弾性によっ
て、硬質の研磨布を用いてもスクラッチを回避すること
が可能となる。
重の変化が効率良く被研磨基体に伝わり、研磨速度の荷
重依存性が高くなる。さらに、有機粒子の弾性によっ
て、硬質の研磨布を用いてもスクラッチを回避すること
が可能となる。
【０００７】従来技術では、無機粒子を含むスラリーと
有機粒子を含むスラリーを混合し、ファンデルワース力
あるいは静電気力を利用して両粒子を一体化させ、無機
粒子と有機粒子との凝集体を形成していた。
有機粒子を含むスラリーを混合し、ファンデルワース力
あるいは静電気力を利用して両粒子を一体化させ、無機
粒子と有機粒子との凝集体を形成していた。
【０００８】しかしながら、この種の液体混合による方
法では、粒子間の引力が不十分であるため、速い研磨速
度が得られず、期待通りの大きな荷重依存性が得られな
いという問題があった。
法では、粒子間の引力が不十分であるため、速い研磨速
度が得られず、期待通りの大きな荷重依存性が得られな
いという問題があった。
【０００９】さらに、静電気力を利用する場合にはさら
に以下のような問題もある。静電気力を利用する場合、
有機粒子の表面に電荷を持たせるために、帯電した官能
基（例えばＣＯＯ- ）を有機粒子の表面に導入する必要
がある。一方、有機粒子と無機粒子を凝集させるために
は両者は互いにその表面電荷が異符号でなければならな
い。このため、使用できる粒子種類およびスラリーのｐ
Ｈ域に制限が生じてしまう。さらに、表面に官能基を導
入した有機粒子は疎水部および親水部を有する界面活性
粒子になり、スラリーの泡化が激しくなってしまうとい
う問題がある。このため、スラリー供給が困難になる場
合が生じる。
に以下のような問題もある。静電気力を利用する場合、
有機粒子の表面に電荷を持たせるために、帯電した官能
基（例えばＣＯＯ- ）を有機粒子の表面に導入する必要
がある。一方、有機粒子と無機粒子を凝集させるために
は両者は互いにその表面電荷が異符号でなければならな
い。このため、使用できる粒子種類およびスラリーのｐ
Ｈ域に制限が生じてしまう。さらに、表面に官能基を導
入した有機粒子は疎水部および親水部を有する界面活性
粒子になり、スラリーの泡化が激しくなってしまうとい
う問題がある。このため、スラリー供給が困難になる場
合が生じる。
【００１０】また、各々のスラリー自体の不安定性が、
一体化後のスラリーの特性に大きく影響する。このた
め、スラリーの制御が困難であるという問題があった。
一体化後のスラリーの特性に大きく影響する。このた
め、スラリーの制御が困難であるという問題があった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】上述の如く、エロージ
ョンの抑制およびオーバーポリッシングのマージンの拡
大を実現する方法として、有機粒子と無機粒子とを一体
化した研磨粒子を含んだスラリーを用いることが提案さ
れていた。しかし、従来の液体混合による有機粒子と無
機粒子との一体化の方法では、有機粒子と無機粒子との
間の引力が弱く、期待通りのＣＭＰ特性が得られないと
いう問題があった。
ョンの抑制およびオーバーポリッシングのマージンの拡
大を実現する方法として、有機粒子と無機粒子とを一体
化した研磨粒子を含んだスラリーを用いることが提案さ
れていた。しかし、従来の液体混合による有機粒子と無
機粒子との一体化の方法では、有機粒子と無機粒子との
間の引力が弱く、期待通りのＣＭＰ特性が得られないと
いう問題があった。
【００１２】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、低エロージョンかつ高
オーバーポリッシングマージンのＣＭＰを実現するため
に有効なスラリーおよびその形成方法、ならびに低エロ
ージョンかつ高オーバーポリッシングマージンの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。
ので、その目的とするところは、低エロージョンかつ高
オーバーポリッシングマージンのＣＭＰを実現するため
に有効なスラリーおよびその形成方法、ならびに低エロ
ージョンかつ高オーバーポリッシングマージンの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。
【００１３】
【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。
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。
【００１４】すなわち、上記目的を達成するために、本
発明に係るスラリーは、無機粒子と有機粒子とが熱接着
してなる研磨粒子を含むことを特徴とする。
発明に係るスラリーは、無機粒子と有機粒子とが熱接着
してなる研磨粒子を含むことを特徴とする。
【００１５】また、本発明に係るスラリーの形成方法
は、無機粒子と有機粒子とが熱接着してなる研磨粒子を
実現するために、無機粒子と有機粒子とを粉体状態で混
合し、メカノフュージョン現象を利用して両粒子を熱接
着することを特徴とする。
は、無機粒子と有機粒子とが熱接着してなる研磨粒子を
実現するために、無機粒子と有機粒子とを粉体状態で混
合し、メカノフュージョン現象を利用して両粒子を熱接
着することを特徴とする。
【００１６】また、本発明に係る半導体装置の製造方法
は、本発明に係るスラリーを用いてＣＭＰを行うことを
特徴とする。
は、本発明に係るスラリーを用いてＣＭＰを行うことを
特徴とする。
【００１７】無機粒子と有機粒子とが熱接着してなる研
磨粒子は、無機粒子と有機粒子とが従来方法で一体化さ
れた研磨粒子に比べて、無機粒子と有機粒子との間の引
力が大きい。そのため、無機粒子と有機粒子とを一体化
した研磨粒子を含むスラリーを用いたＣＭＰにより本来
得られるべき効果、すなわち低エロージョンかつ高オー
バーポリッシングマージンのＣＭＰを十分に享受できる
ようになる。
磨粒子は、無機粒子と有機粒子とが従来方法で一体化さ
れた研磨粒子に比べて、無機粒子と有機粒子との間の引
力が大きい。そのため、無機粒子と有機粒子とを一体化
した研磨粒子を含むスラリーを用いたＣＭＰにより本来
得られるべき効果、すなわち低エロージョンかつ高オー
バーポリッシングマージンのＣＭＰを十分に享受できる
ようになる。
【００１８】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。
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。
【００１９】
【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。
の実施の形態（以下、実施形態という）を説明する。
【００２０】（第１の実施形態）本実施形態では、Ｗダ
マシン配線を形成する際に用いるＷ−ＣＭＰ用スラリー
について説明する。本実施形態のＷ−ＣＭＰ用スラリー
の研磨粒子は、有機粒子であるＰＭＭＡと無機粒子であ
る二酸化マンガンとをそれぞれ粉体の状態で混合し（粉
体混合し）、メカノフュージョン現象により両粒子を熱
接着してなる、ＰＭＭＡと二酸化マンガンとの凝集体で
ある。
マシン配線を形成する際に用いるＷ−ＣＭＰ用スラリー
について説明する。本実施形態のＷ−ＣＭＰ用スラリー
の研磨粒子は、有機粒子であるＰＭＭＡと無機粒子であ
る二酸化マンガンとをそれぞれ粉体の状態で混合し（粉
体混合し）、メカノフュージョン現象により両粒子を熱
接着してなる、ＰＭＭＡと二酸化マンガンとの凝集体で
ある。
【００２１】このようなメカノフュージョン現象を用い
た具体的な研磨粒子の製造方法を以下に述べる（図９参
照）。まず、回転する容器２１の内壁に遠心力により両
粉体を固定させる。これらの粉体は中心軸に固定された
インナーピース２２で瞬間的に圧密される。その後、こ
の作用を受けた粉体はスクレーバ２３によりかきとられ
る。これらのことが高速で繰り返されることにより圧密
／せん断作用が活用されて粒子複合化処理がなされ、メ
カノフュージョン現象により両粒子が熱接着してなる凝
集体が得られる。
た具体的な研磨粒子の製造方法を以下に述べる（図９参
照）。まず、回転する容器２１の内壁に遠心力により両
粉体を固定させる。これらの粉体は中心軸に固定された
インナーピース２２で瞬間的に圧密される。その後、こ
の作用を受けた粉体はスクレーバ２３によりかきとられ
る。これらのことが高速で繰り返されることにより圧密
／せん断作用が活用されて粒子複合化処理がなされ、メ
カノフュージョン現象により両粒子が熱接着してなる凝
集体が得られる。
【００２２】このように粉体混合により形成したＷ−Ｃ
ＭＰ用スラリーは、従来の液体混合により形成したＷ−
ＣＭＰ用スラリー、すなわち静電気的引力またはファン
デルワース力により有機粒子と無機粒子とを一体化して
なる凝集体よりも、粒子間引力が強いものとなり、その
結果として研磨速度、スラリー安定性およびスラリー供
給に関してのＣＭＰ特性は向上する。図１に、本発明お
よび従来のスラリーについて、上記ＣＭＰ特性の良否に
ついてまとめたものを示す。
ＭＰ用スラリーは、従来の液体混合により形成したＷ−
ＣＭＰ用スラリー、すなわち静電気的引力またはファン
デルワース力により有機粒子と無機粒子とを一体化して
なる凝集体よりも、粒子間引力が強いものとなり、その
結果として研磨速度、スラリー安定性およびスラリー供
給に関してのＣＭＰ特性は向上する。図１に、本発明お
よび従来のスラリーについて、上記ＣＭＰ特性の良否に
ついてまとめたものを示す。
【００２３】また、荷重依存性に関しては、図２（ａ）
に示すように、低荷重の場合、ＰＭＭＡ１と二酸化マン
ガン２との凝集体は変形せず、二酸化マンガンはほとん
どＷ膜３に作用しない。Ｗ膜３は酸化されないと非常に
硬い膜であるため、酸化が起こらないとＷ膜３の研磨は
ほとんど進行しない。
に示すように、低荷重の場合、ＰＭＭＡ１と二酸化マン
ガン２との凝集体は変形せず、二酸化マンガンはほとん
どＷ膜３に作用しない。Ｗ膜３は酸化されないと非常に
硬い膜であるため、酸化が起こらないとＷ膜３の研磨は
ほとんど進行しない。
【００２４】一方、高荷重の場合、図２（ｂ）に示すよ
うに、ＰＭＭＡ１が弾性変形を起こし、多くの二酸化マ
ンガン２がＣｕ膜３に作用し、二酸化マンガン２がＣｕ
膜３との相互作用は大きくなる。このとき、二酸化マン
ガン２の酸化作用により非常に脆弱な酸化膜（ＷＯ
x 膜）４がＷ膜３の表面に形成されるとともに、砥粒で
もある二酸化マンガン２によって酸化膜４が除去され
る。その結果、十分に速い研磨速度でＷ膜３の研磨が進
行する。
うに、ＰＭＭＡ１が弾性変形を起こし、多くの二酸化マ
ンガン２がＣｕ膜３に作用し、二酸化マンガン２がＣｕ
膜３との相互作用は大きくなる。このとき、二酸化マン
ガン２の酸化作用により非常に脆弱な酸化膜（ＷＯ
x 膜）４がＷ膜３の表面に形成されるとともに、砥粒で
もある二酸化マンガン２によって酸化膜４が除去され
る。その結果、十分に速い研磨速度でＷ膜３の研磨が進
行する。
【００２５】本実施形態のＷ−ＣＭＰ用スラリーは、Ｐ
ＭＭＡと二酸化マンガンとが熱接着により強く接着して
いるため、粒子間引力は大きい。そのため、本実施形態
のＷ−ＣＭＰ用スラリーを用いたＣＭＰは、従来の混合
液体による粒子間引力が小さいＷ−ＣＭＰ用スラリーを
用いたＣＭＰに比べて、Ｗ膜に荷重を効率的に伝えるこ
とができる。
ＭＭＡと二酸化マンガンとが熱接着により強く接着して
いるため、粒子間引力は大きい。そのため、本実施形態
のＷ−ＣＭＰ用スラリーを用いたＣＭＰは、従来の混合
液体による粒子間引力が小さいＷ−ＣＭＰ用スラリーを
用いたＣＭＰに比べて、Ｗ膜に荷重を効率的に伝えるこ
とができる。
【００２６】その結果、高荷重では二酸化マンガンの酸
化作用（ケミカル作用）がＷ膜に効果的に働くために、
図３に示すように、従来よりも研磨速度が速く、かつ従
来よりも荷重依存性が大きなＣＭＰを実現することが可
能となる。これにより、図４に示すように、本発明によ
れば、配線幅の大きさに関係なく、オーバーポリッシュ
時のエロージョン（ディッシング＋シニング）を従来よ
りも抑制することが可能となる。すなわち、エロージョ
ンのオーバーポリッシュマージンを拡大することが可能
となる。
化作用（ケミカル作用）がＷ膜に効果的に働くために、
図３に示すように、従来よりも研磨速度が速く、かつ従
来よりも荷重依存性が大きなＣＭＰを実現することが可
能となる。これにより、図４に示すように、本発明によ
れば、配線幅の大きさに関係なく、オーバーポリッシュ
時のエロージョン（ディッシング＋シニング）を従来よ
りも抑制することが可能となる。すなわち、エロージョ
ンのオーバーポリッシュマージンを拡大することが可能
となる。
【００２７】また、有機粒子と無機粒子とを粉体状態で
混合するため、液体混合の場合のようなｐＨ制限が無
く、かつ任意の有機粒子と無機粒子との組み合わせが可
能である。
混合するため、液体混合の場合のようなｐＨ制限が無
く、かつ任意の有機粒子と無機粒子との組み合わせが可
能である。
【００２８】さらに、液体混合の場合のような個々のス
ラリーの不安定性の影響を受けない。その結果、スラリ
ーの制御性が向上し、安定したＣＭＰ特性が得られる。
ラリーの不安定性の影響を受けない。その結果、スラリ
ーの制御性が向上し、安定したＣＭＰ特性が得られる。
【００２９】さらにまた、有機粒子の表面に官能基を導
入する必要がないので、スラリーの泡化が起こらず、安
定したスラリー供給が可能となる。
入する必要がないので、スラリーの泡化が起こらず、安
定したスラリー供給が可能となる。
【００３０】なお、本実施形態では、酸化作用を有する
無機粒子として二酸化マンガンを用いたが、セリアなど
他の酸化作用を有する無機粒子を用いても同様な効果が
得られる。
無機粒子として二酸化マンガンを用いたが、セリアなど
他の酸化作用を有する無機粒子を用いても同様な効果が
得られる。
【００３１】（第２の実施形態）本実施形態では、Ｗダ
マシン配線を形成する際に用いるＷ−ＣＭＰ用スラリー
について説明する。本実施形態のＷ−ＣＭＰ用スラリー
の研磨粒子は、有機粒子であるＰＭＭＡと無機粒子であ
るベンガラとをそれぞれ粉体の状態で混合（粉体混合）
し、メカノフュージョン現象により両粒子を熱的に接着
してなる、ＰＭＭＡとベンガラとの凝集体である。本実
施形態のＷ−ＣＭＰ用スラリーは酸化剤として過酸化水
素を含んでいる。
マシン配線を形成する際に用いるＷ−ＣＭＰ用スラリー
について説明する。本実施形態のＷ−ＣＭＰ用スラリー
の研磨粒子は、有機粒子であるＰＭＭＡと無機粒子であ
るベンガラとをそれぞれ粉体の状態で混合（粉体混合）
し、メカノフュージョン現象により両粒子を熱的に接着
してなる、ＰＭＭＡとベンガラとの凝集体である。本実
施形態のＷ−ＣＭＰ用スラリーは酸化剤として過酸化水
素を含んでいる。
【００３２】低荷重の場合、第１の実施形態と同様の理
由により、図５（ａ）に示すように、ベンガラ５はほと
んどＷ膜３に作用しない。このため、過酸化水素によっ
て脆い酸化膜（ＷＯx 膜）４がＷ膜３の表面に形成され
ても、Ｗ膜３の研磨速度は非常に遅いものとなる。
由により、図５（ａ）に示すように、ベンガラ５はほと
んどＷ膜３に作用しない。このため、過酸化水素によっ
て脆い酸化膜（ＷＯx 膜）４がＷ膜３の表面に形成され
ても、Ｗ膜３の研磨速度は非常に遅いものとなる。
【００３３】一方、高荷重の場合、第１の実施形態と同
様の理由により、図５（ｂ）に示すように、ベンガラ５
とＷ膜３との相互作用が大きくなり、さらにベンガラ５
中の鉄イオンによる触媒作用によって過酸化水素の酸化
力が格段にアップする。その結果、ベンガラ５のケミカ
ル作用、すなわちベンガラ５によるケミカルな研磨が増
強され、非常に速い研磨速度でＷ膜３の研磨が進行す
る。
様の理由により、図５（ｂ）に示すように、ベンガラ５
とＷ膜３との相互作用が大きくなり、さらにベンガラ５
中の鉄イオンによる触媒作用によって過酸化水素の酸化
力が格段にアップする。その結果、ベンガラ５のケミカ
ル作用、すなわちベンガラ５によるケミカルな研磨が増
強され、非常に速い研磨速度でＷ膜３の研磨が進行す
る。
【００３４】このように無機粒子として触媒作用を有す
るベンガラを用いることで、第１の実施形態に比べて、
容易に荷重依存性をさらに高くでき、かつ容易にオーバ
ーポリッシュマージンをさらに拡大することができる。
その他、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
るベンガラを用いることで、第１の実施形態に比べて、
容易に荷重依存性をさらに高くでき、かつ容易にオーバ
ーポリッシュマージンをさらに拡大することができる。
その他、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００３５】なお、本実施形態では酸化剤の分解を促す
触媒作用を有する無機粒子として、鉄を成分として含む
ベンガラを用いたが、鉄を成分として含む他の無機粒
子、または銀、ルテニウムもしくはチタンを成分として
含む無機粒子を用いても同様の効果が得られる。
触媒作用を有する無機粒子として、鉄を成分として含む
ベンガラを用いたが、鉄を成分として含む他の無機粒
子、または銀、ルテニウムもしくはチタンを成分として
含む無機粒子を用いても同様の効果が得られる。
【００３６】（第３の実施形態）図６は、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を示す工
程断面図である。上記Ａｌダマシン配線は、例えばＤＲ
ＡＭや高速ロジックＬＳＩに用いるものである。
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ＤＲ
ＡＭや高速ロジックＬＳＩに用いるものである。
【００３７】まず、図６（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を堆積する。
シリコン基板１１には図示しない例えばＤＲＡＭや高速
ロジックＬＳＩのための素子が集積形成されている。シ
リコン基板１１はバルク基板でもＳＯＩ基板でも良い。
基板１１上にＳｉＯ2 系の層間絶縁膜１２を堆積する。
シリコン基板１１には図示しない例えばＤＲＡＭや高速
ロジックＬＳＩのための素子が集積形成されている。シ
リコン基板１１はバルク基板でもＳＯＩ基板でも良い。
【００３８】次に図６（ｂ）に示すように、層間絶縁膜
１２の表面に深さ４００ｎｍの配線溝１３を形成し、次
に厚さ１５ｎｍのＮｂライナー膜１４を堆積し、その後
Ｎｂライナー膜１４上に厚さ８００ｎｍのＣｕが添加さ
れたＡｌ膜（Ａｌ−Ｃｕ膜）１５を続いて堆積する。Ｎ
ｂライナー膜１４およびＡｌ膜１５は例えばスパッタリ
ング法を用いて形成する。
１２の表面に深さ４００ｎｍの配線溝１３を形成し、次
に厚さ１５ｎｍのＮｂライナー膜１４を堆積し、その後
Ｎｂライナー膜１４上に厚さ８００ｎｍのＣｕが添加さ
れたＡｌ膜（Ａｌ−Ｃｕ膜）１５を続いて堆積する。Ｎ
ｂライナー膜１４およびＡｌ膜１５は例えばスパッタリ
ング法を用いて形成する。
【００３９】次に図６（ｃ）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）。
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）。
【００４０】本発明のＡｌ−ＣＭＰ用のスラリーの研磨
粒子は、有機粒子としてのＰＭＭＡと無機粒子としての
アルミナとを粉体混合し、メカノフュージョン現象によ
り両粒子を熱的に接着して、２層構造の凝集体（第１の
凝集体）を形成し、その後再度２層構造の凝集体とＰＭ
ＭＡとを粉体混合して、メカノフュージョン現象により
２層構造の凝集体とＰＭＭＡとを熱的に接着してなる３
層構造の凝集体（第２の凝集体）である。この３層構造
の凝集体を通常のスラリー溶液に添加し、分散させて本
発明のＡｌ−ＣＭＰ用のスラリーが完成する。
粒子は、有機粒子としてのＰＭＭＡと無機粒子としての
アルミナとを粉体混合し、メカノフュージョン現象によ
り両粒子を熱的に接着して、２層構造の凝集体（第１の
凝集体）を形成し、その後再度２層構造の凝集体とＰＭ
ＭＡとを粉体混合して、メカノフュージョン現象により
２層構造の凝集体とＰＭＭＡとを熱的に接着してなる３
層構造の凝集体（第２の凝集体）である。この３層構造
の凝集体を通常のスラリー溶液に添加し、分散させて本
発明のＡｌ−ＣＭＰ用のスラリーが完成する。
【００４１】低荷重の場合、図７（ａ）に示すように、
３層構造の凝集体の最表面が研磨力のないＰＭＭＡであ
るために、Ａｌ膜１５の研磨はほとんど進行しない。
３層構造の凝集体の最表面が研磨力のないＰＭＭＡであ
るために、Ａｌ膜１５の研磨はほとんど進行しない。
【００４２】一方、高荷重の場合、図７（ｂ）に示すよ
うに、上記ＰＭＭＡが粉砕され、２層構造の凝集体のア
ルミナの多くがＡｌ膜１５に作用する。すなわち、アル
ミナが持つメカニカル研磨作用によるＡｌ膜１５の研磨
が顕著になる。その結果、非常に速い研磨速度でＡｌ膜
１５の研磨が進行する。
うに、上記ＰＭＭＡが粉砕され、２層構造の凝集体のア
ルミナの多くがＡｌ膜１５に作用する。すなわち、アル
ミナが持つメカニカル研磨作用によるＡｌ膜１５の研磨
が顕著になる。その結果、非常に速い研磨速度でＡｌ膜
１５の研磨が進行する。
【００４３】このように研磨粒子として３層構造（ＰＭ
ＭＡ／アルミナ／ＰＭＭＡ）の凝集体を用いることで、
２層構造の凝集体を用いた場合に比べて、容易に荷重依
存性をさらに高くでき、かつ容易にオーバーポリッシュ
マージンをさらに拡大することができる。その他、第１
の実施形態と同様の効果が得られる。
ＭＡ／アルミナ／ＰＭＭＡ）の凝集体を用いることで、
２層構造の凝集体を用いた場合に比べて、容易に荷重依
存性をさらに高くでき、かつ容易にオーバーポリッシュ
マージンをさらに拡大することができる。その他、第１
の実施形態と同様の効果が得られる。
【００４４】その後、図６（ｄ）に示すように、配線溝
１３の外部の不要なＮｂ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を通常の
ＣＭＰ法により除去する（セカンドポリッシュ）。
１３の外部の不要なＮｂ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を通常の
ＣＭＰ法により除去する（セカンドポリッシュ）。
【００４５】（第４の実施形態）本実施形態では、Ａｌ
ダマシン配線の形成方法について説明する。第３の実施
形態と異なる点は、ファーストポリッシングで使用する
スラリーにある。すなわち、これまでの実施形態では母
粒子（核粒子）は全て有機粒子であったが、本実施形態
では、母粒子（核粒子）として無機粒子、具体的にはシ
リカを使用し、子粒子として有機粒子、具体的にはＰＭ
ＭＡを使用する。
ダマシン配線の形成方法について説明する。第３の実施
形態と異なる点は、ファーストポリッシングで使用する
スラリーにある。すなわち、これまでの実施形態では母
粒子（核粒子）は全て有機粒子であったが、本実施形態
では、母粒子（核粒子）として無機粒子、具体的にはシ
リカを使用し、子粒子として有機粒子、具体的にはＰＭ
ＭＡを使用する。
【００４６】低荷重の場合、図８（ａ）に示すように、
凝集体の最表面のＰＭＭＡはＡｌ膜１５と接触せず、か
つＰＭＭＡは研磨力が無いため、Ａｌ膜１５の研磨はほ
とんど進行しない。
凝集体の最表面のＰＭＭＡはＡｌ膜１５と接触せず、か
つＰＭＭＡは研磨力が無いため、Ａｌ膜１５の研磨はほ
とんど進行しない。
【００４７】一方、高荷重の場合、図８（ｂ）に示すよ
うに、ＰＭＭＡが粉砕され、Ａｌに対して研磨力の大き
いシリカが直接Ａｌ膜１５と接するため、アルミナが持
つメカニカル研磨作用によるＡｌ膜１５の研磨が顕著に
なり、その結果として非常に速い研磨速度でＡｌ膜１５
の研磨が進行する。
うに、ＰＭＭＡが粉砕され、Ａｌに対して研磨力の大き
いシリカが直接Ａｌ膜１５と接するため、アルミナが持
つメカニカル研磨作用によるＡｌ膜１５の研磨が顕著に
なり、その結果として非常に速い研磨速度でＡｌ膜１５
の研磨が進行する。
【００４８】このように研磨粒子として母粒子（核粒
子）が無機粒子、子粒子が有機粒子の凝集体を用いるこ
とでも、容易に荷重依存性をさらに高くでき、かつ容易
にオーバーポリッシュマージンをさらに拡大することが
できる。その他、第１の実施形態と同様の効果が得られ
る。
子）が無機粒子、子粒子が有機粒子の凝集体を用いるこ
とでも、容易に荷重依存性をさらに高くでき、かつ容易
にオーバーポリッシュマージンをさらに拡大することが
できる。その他、第１の実施形態と同様の効果が得られ
る。
【００４９】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、第１の実施形態と第２の実施形態とを組み
合わせても良い。すなわち、酸化作用を有する無機粒子
と酸化剤の分解を促進する無機粒子と有機粒子とが熱接
着してなる研磨粒子を含むスラリーを用い、メタルＣＭ
Ｐを行っても良い。
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、第１の実施形態と第２の実施形態とを組み
合わせても良い。すなわち、酸化作用を有する無機粒子
と酸化剤の分解を促進する無機粒子と有機粒子とが熱接
着してなる研磨粒子を含むスラリーを用い、メタルＣＭ
Ｐを行っても良い。
【００５０】また、上記実施形態では、有機粒子として
メタクリル樹脂の一つであるＰＭＭＡからなる粒子を用
いたが、他のメタクリル樹脂からなる粒子を用いても良
く、さらにメタクリル樹脂と実質的に同等の硬度を有す
るフェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリス
チレン樹脂、ポリアセタール樹脂またはポリカーボネイ
ト樹脂からなる粒子を用いても良い。
メタクリル樹脂の一つであるＰＭＭＡからなる粒子を用
いたが、他のメタクリル樹脂からなる粒子を用いても良
く、さらにメタクリル樹脂と実質的に同等の硬度を有す
るフェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリス
チレン樹脂、ポリアセタール樹脂またはポリカーボネイ
ト樹脂からなる粒子を用いても良い。
【００５１】また、上記実施形態では、酸化剤として過
酸化水素を用いたが、その他にペルオキソニ硫酸アンモ
ニウム（過硫酸アンモニウム）、リン酸、硝酸または硝
酸アンモニウムなどの酸化剤も使用可能である。
酸化水素を用いたが、その他にペルオキソニ硫酸アンモ
ニウム（過硫酸アンモニウム）、リン酸、硝酸または硝
酸アンモニウムなどの酸化剤も使用可能である。
【００５２】また、上記実施形態では、Ｃｕ膜、Ａｌ
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、Ｖ、Ｒｕお
よびＰｔ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、酸化物もしくは混合物からなる膜があげられ
る。
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、Ｖ、Ｒｕお
よびＰｔ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、酸化物もしくは混合物からなる膜があげられ
る。
【００５３】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。
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。
【００５４】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。
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。
【００５５】
【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、低
エロージョンかつ高オーバーポリッシングマージンのＣ
ＭＰを実現できるようになる。
エロージョンかつ高オーバーポリッシングマージンのＣ
ＭＰを実現できるようになる。
【図１】本発明および従来のスラリーについて、研磨速
度、スラリー安定性およびスラリー供給の良否について
まとめた図
度、スラリー安定性およびスラリー供給の良否について
まとめた図
【図２】第１の実施形態のスラリーを用いた場合の荷重
依存性を説明するための図
依存性を説明するための図
【図３】本発明および従来のスラリーを用いた場合のそ
れぞれの荷重依存性を示す図
れぞれの荷重依存性を示す図
【図４】本発明および従来のスラリーを用いた場合のそ
れぞれのエロージョンの配線幅依存性を示す図
れぞれのエロージョンの配線幅依存性を示す図
【図５】第２の実施形態のスラリーを用いた場合の荷重
依存性を説明するための図
依存性を説明するための図
【図６】本発明の第３の実施形態に係るＡｌダマシン配
線の形成方法を示す工程断面図
線の形成方法を示す工程断面図
【図７】第３の実施形態のスラリーを用いた場合の荷重
依存性を説明するための図
依存性を説明するための図
【図８】第４の実施形態のスラリーを用いた場合の荷重
依存性を説明するための図
依存性を説明するための図
【図９】メカノフュージョン現象を用いた研磨粒子を製
造するために使用する製造装置を示す模式図
造するために使用する製造装置を示す模式図
１…ＰＭＭＡ ２…二酸化マンガン（無機粒子） ３…Ｗ膜 ４…酸化膜（ＷＯx 膜） ５…ベンガラ 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）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/304 ６２２ Ｈ０１Ｌ 21/304 ６２２Ｄ ６２２Ｘ 21/306 21/306 Ｍ (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 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 Ｆターム(参考） 3C058 CB01 DA02 DA12 DA17 5F043 AA24 AA26 AA40 DD16 GG10
Claims (12)
- 【請求項１】無機粒子と有機粒子とが熱接着してなる研
磨粒子を含むことを特徴とするＣＭＰ用スラリー。 - 【請求項２】前記無機粒子は、酸化作用を有するもので
あることを特徴とする請求項１に記載のＣＭＰ用スラリ
ー。 - 【請求項３】前記無機粒子は、二酸化マンガンまたはセ
リアであることを特徴とする請求項２に記載のＣＭＰ用
スラリー。 - 【請求項４】酸化剤をさらに含み、かつ前記無機粒子は
前記酸化剤の分解を促す触媒作用を有することを特徴と
する請求項１に記載のＣＭＰ用スラリー。 - 【請求項５】前記無機粒子は、鉄、銀、ルテニウムまた
はチタンを含む粒子であることを特徴とする請求項４に
記載のＣＭＰ用スラリー。 - 【請求項６】請求項２または３に記載の無機粒子と、請
求項３または４に記載の無機粒子とを含むことを特徴と
する請求項１に記載のＣＭＰ用スラリー。 - 【請求項７】前記有機粒子は、メタクリル樹脂、または
前記メタクリル樹脂と実質的に同じ硬度を有する、アル
コール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリスチレン
樹脂、ポリアセタール樹脂もしくはポリカーボネイト樹
脂であることを特徴とする請求項１に記載のＣＭＰ用ス
ラリー。 - 【請求項８】無機粒子と有機粒子とを粉体状態で混合
し、メカノフュージョン現象を利用して前記無機粒子と
前記有機粒子とが熱接着してなる研磨粒子を形成する工
程と、 前記研磨粒子を溶液中に添加する工程とを有することを
特徴するＣＭＰ用スラリーの形成方法。 - 【請求項９】前記溶液中に、酸化剤をさらに添加するこ
とを特徴とする請求項８に記載のＣＭＰ用スラリーの形
成方法。 - 【請求項１０】前記酸化剤は、過酸化水素、ペルオキソ
ニ硫酸アンモニウム、過硫酸アンモニウム、リン酸、硝
酸または硝酸ニアンモニウムセリウムであることを特徴
とする請求項９に記載のＣＭＰ用スラリーの形成方法。 - 【請求項１１】請求項１ないし７のいずれか１項に記載
のＣＭＰ用スラリーを用いて、導電膜を研磨する工程を
有することを特徴する半導体装置の製造方法。 - 【請求項１２】前記導電膜は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ、Ｔｉ、
Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａ、Ａｇ、Ｖ、ＲｕおよびＰｔ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、酸化物も
しくは混合物からなる膜であることを特徴とする請求項
１１に記載の半導体装置の製造方法。
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