JP2002164307A - 研磨用組成物およびそれを用いた研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基材上に少なくとも銅層とタンタル含有化合
物層を含むデバイスパターンが形成されたウェーファー
を研磨するに当たり、高密度銅配線部にてもエロージョ
ンの悪化を極力抑制した研磨用組成物および研磨方法を
提供する。 【解決手段】 （ａ）二酸化ケイ素、酸化アルミニウ
ム、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化チタンから
なる群から選ばれる少なくとも１種類である研磨材、
（ｂ）ポリアルキレンイミン、（ｃ）キナルジン酸およ
びその誘導体からなる群から選ばれた少なくとも１種
類、（ｄ）グリシン、αアラニン、ヒスチジンおよびそ
れらの誘導体からなる群から選ばれた少なくとも１種
類、（ｅ）ベンゾトリアゾールおよびその誘導体からな
る群から選ばれた少なくとも１種類、（ｆ）過酸化水
素、および（ｇ）水、の各成分を含むことを特徴とする
研磨用組成物、および、それを使用して半導体デバイス
を研磨する研磨方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体、フォトマ
スク、各種メモリーハードディスク用基盤の研磨に使用
される研磨用組成物に関し、特に半導体産業などにおけ
るデバイスウェーファーの表面平坦化加工に好適な研磨
用組成物およびこの組成物を用いた研磨方法に関するも
のである。

【０００２】さらに詳しくは、本発明は、デバイスウェ
ーファーのプロセス加工時において、いわゆる化学的・
機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ
Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、以下「ＣＭＰ」という）技術が
適用されている半導体デバイスの研磨において高効率で
あり、高選択性を有し、かつ、優れた研磨表面の形成に
適用可能な研磨用組成物、およびこの組成物を用いた研
磨方法に関するものである。

【０００３】

【従来の技術】近年のコンピューターを初めとする、い
わゆるハイテク製品の進歩は目覚ましく、これに使用さ
れる部品、たとえばＵＬＳＩは、年々、高集積化、高速
化の一途をたどっている。これに伴い、半導体デバイス
のデザインルールは、年々微細化が進み、デバイス製造
プロセスでの焦点深度は浅くなり、パターン形成面に要
求される平坦性は厳しくなってきている。

【０００４】また、配線の微細化による配線抵抗の増大
に対処するため、配線材料としてタングステンおよびア
ルミニウムに代わり、銅の使用が検討されている。銅
は、その性質上エッチングされ易く、そのため以下のよ
うなプロセスが必要とされる。すなわち、絶縁膜上に配
線溝および孔を形成した後、スパッタリング法またはメ
ッキ法により配線用の銅を成膜し（いわゆるダマシン
法）、次いで、絶縁膜上に堆積した不要な銅膜を機械的
研磨と化学的研磨とを組み合わせたＣＭＰ加工により除
去する。

【０００５】しかしながら、前述のプロセスでは、銅原
子が絶縁膜中へ拡散しデバイス特性を劣化させることが
ある。そこで、銅原子の拡散を防止する目的で、配線溝
または孔を形成した絶縁膜上にバリア層を設けることが
検討されている。このようなバリア層の材料としては、
金属タンタル、または窒化タンタルをはじめとするタン
タル化合物（以下、これらを総称してタンタル含有化合
物という）がデバイスの信頼性の観点より最も優れてお
り、今後最も採用される可能性が高い。

【０００６】従って、このような銅膜およびタンタル含
有化合物を含む半導体デバイスのＣＭＰ加工プロセス
は、まず最表層にある銅膜、次いでバリア層であるタン
タル含有化合物をそれぞれ研磨し、さらに二酸化ケイ素
または酸フッ化ケイ素などの絶縁膜に達した時点で研磨
を終了することとなる。理想的なプロセスとしては、１
種類の研磨用組成物のみを使用し、１回の研磨工程で、
銅膜およびタンタル含有化合物膜を均一に除去し、さら
に絶縁膜に達した時点において確実に研磨を終了させる
ものである。

【０００７】しかし、銅とタンタル含有化合物では、そ
の硬さ、化学的安定性、およびその他の性質の違いによ
り、加工され易さが異なるため、前述の理想的な加工プ
ロセスを採用することは困難であり、以下のような２段
の、すなわち２回に分けた研磨工程により研磨すること
が検討されている。

【０００８】まず、１段目の研磨工程（以下、１研とい
う）で、銅膜を高効率で研磨することができる研磨用組
成物を使用し、タンタル含有化合物膜等をストッパーと
して、そのタンタル含有化合物膜に達するまで銅膜を研
磨する。この際、銅膜表面にリセス、エロージョン、お
よびディッシング等の各種表面欠陥を発生させない目的
で、タンタル化合物に達する直前、すなわち銅膜をわず
かに残して１研を終了させる手法が採られることもあ
る。次に、２段目の研磨工程（以下、２研という）とし
て、主にタンタル含有化合物膜を高効率で研磨すること
ができる研磨用組成物を使用し、絶縁膜をストッパーと
して、その絶縁膜に達するまで銅膜を研磨する。

【０００９】ここでディッシングとは、配線層（ここで
は銅）と絶縁膜やタンタル含有化合物膜との硬度差によ
り、リセスは配線層へのエッチング作用により、また、
エロージョンは主に単位面積当たりにかかる圧力の違い
によって生ずる配線部分の過剰な研磨であり、配線層の
断面積を小さくするため、デバイスを作成した場合、該
当部分の配線の抵抗を高くしたり、極端な場合は接触不
良を起こしたりするなどの問題を起こす。そのため、１
研で使用される研磨用組成物に要求される性能として
は、銅膜表面に２研で除去できないような前記の各種表
面欠陥を発生させることなく、銅膜を大きな研磨速度で
研磨できることである。

【００１０】このような銅膜の研磨用組成物に関して
は、例えば、特開平７−２３３４８５号公報において、
アミノ酢酸（以下、グリシンという）およびアミド硫酸
から選ばれる少なくとも１種類の有機酸と酸化剤と水と
を含有する銅系金属膜の研磨液、およびこの研磨液を使
用した半導体デバイスの製造方法が開示されている。こ
の研磨液を使用し銅膜を研磨すると、比較的大きな研磨
速度が得られるが、これは銅膜表面の銅原子が酸化剤の
作用により銅イオンとなり、この銅イオンをキレート性
化合物が取り込むことにより、高い研磨速度が得られる
ものと推察される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、発明者
らの実験によれば、単に研磨材、グリシンおよび過酸化
水素を含有させ、パターンが形成された銅膜を研磨した
場合は、高密度銅配線部でのエロージョンが大きく、作
成されたデバイスでの該当部分の配線抵抗に異常をきた
すことが確認された。本現象は、特に、銅配線密度が９
０％以上の高密度配線部にて顕著である。これは、１研
にてタンタル含有化合物が、ストッパーの役割を十分果
たせないために生ずる問題と推定される。すなわち、１
研時にタンタル含有化合物をストッパーとして有効に働
かせ、高密度銅配線部にてエロージョンを悪化させるこ
となく研磨可能な、研磨用組成物の開発が強く求められ
ている。

【００１２】本発明は、前記のような問題を解決するた
めになされたものである。すなわち、基材上に少なくと
も銅からなる層とタンタル含有化合物からなる層を含む
デバイスパターンが形成されたウェーファーを研磨する
に当たり、高密度銅配線部にてもエロージョンの悪化を
極力抑制した研磨用組成物および研磨方法を提供するこ
とを目的とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を、
（ａ）二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化セリウ
ム、酸化ジルコニウム、酸化チタンからなる群から選ば
れる少なくとも1種類である研磨材、（ｂ）ポリアルキ
レンイミン、（ｃ）キナルジン酸およびその誘導体から
なる群から選ばれた少なくとも１種類、（ｄ）グリシ
ン、αアラニン、ヒスチジンおよびそれらの誘導体から
なる群から選ばれた少なくとも１種類、（ｅ）ベンゾト
リアゾールおよびその誘導体からなる群から選ばれた少
なくとも１種類、（ｆ）過酸化水素、および（ｇ）水、
の各成分を含むことを特徴とする研磨用組成物により解
決するものである。

【００１４】また、前記（ａ）乃至（ｇ）の各成分を含
むことを特徴とする研磨用組成物を用いて、基材上に少
なくとも銅からなる層と、タンタル含有化合物からなる
層を含む半導体デバイスを研磨する研磨方法により達成
される。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明において、ポリアルキレン
イミンとは、代表的には、ポリエチレンイミン、ポリプ
ロピレンイミン、ポリブタジエンイミンなどが挙げら
れ、一般的に飽和炭化水素に窒素原子が骨子に入り込
み、ポリマー状態となった化合物を指す。また、これら
代表例のコポリマーも指す。また、直鎖になったもの、
側鎖になったもの、シクロ構造になったものも含まれ
る。

【００１６】ポリアルキレンイミンの具体的な構造式と
しては、例えば、（−ＣＨ₂ＣＨ₂ＮＨ−）ｎ、（−ＣＨ
₂ＣＨ₂ＣＨ₂ＮＨ−）ｎ、（−ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂Ｎ
Ｈ−）ｎ、（−ＣＨ₂ＣＨ₂Ｎ（ＣＨ₂ＮＨ₂）ＣＨ₂ＣＨ₂
ＮＨ−）ｎ、（−ＣＨ₂ＣＨ₂Ｎ（ＣＨ₂ＣＨ₂ＮＨ₂）Ｃ
Ｈ₂ＣＨ₂ＮＨ−）ｎ、（−ＣＨ₂ＣＨ₂Ｎ（ＣＨ₂ＣＨ₂Ｃ
Ｈ₂ＮＨ₂）ＣＨ₂ＣＨ₂ＮＨ−）ｎ、（−ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ
₂Ｎ（ＣＨ₂ＮＨ₂）ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂ＮＨ−）ｎ、（−Ｃ
Ｈ₂ＣＨ₂ＣＨ₂Ｎ（ＣＨ₂ＣＨ₂ＮＨ₂）ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂
ＮＨ−）ｎ、（−ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂Ｎ（ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂
ＮＨ₂）ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₂ＮＨ−）ｎ、などが挙げられる
が、これらに限定されるものではない。

【００１７】これら、ポリアルキレンイミンの中でも、
好ましいものは、ポリエチレンイミンであり、その構造
式は、（−ＣＨ₂ＣＨ₂ＮＨ−）ｎである。分子量に関し
ては、研磨用組成物内に含有させた場合臭気が少なく、
且つ容易に溶かし得るものを使用することが好ましく、
その観点から、好ましい分子量は２００〜１，０００，
０００の範囲内である。

【００１８】ポリアルキレンイミンの含有量は、研磨用
組成物に対して、一般的には０．０５〜３ｇ／Ｌ、好ま
しくは０．１〜１ｇ／Ｌの範囲内である。ポリアルキレ
ンイミンの含有量が０．０５ｇ／Ｌに満たない場合、タ
ンタル含有化合物のストッパーとしての効果が小さくな
り、結果として、エロージョンが十分抑制できなくなる
可能性があるため、好ましくない。一方、ポリアルキレ
ンイミンの含有量が３ｇ／Ｌを超えた場合、研磨用組成
物内の研磨材が凝集し易くなり、研磨傷（スクラッチ）
を招く恐れがあるので注意が必要である。また、ｐＨが
過度に高くなるという問題も生ずる。

【００１９】本発明の研磨用組成物は、キナルジン酸お
よびその誘導体からなる群から選ばれる少なくとも１種
類を含んでなる。キナルジン酸は、銅イオンとキレート
を形成するが、前記したように、研磨時に銅膜表面の過
度の腐食およびエッチングを抑制する効果を併せ持つ。
その結果、高密度銅配線部においてもエロージョンの悪
化を抑制することが可能となる。次に示す化学式は、キ
ナルジン酸の分子式である。

【００２０】

【化１】

【００２１】キナルジン酸の含有量は、研磨用組成物に
対して一般的には０．０００３〜０．００５ｍｏｌ／
Ｌ、好ましくは０．０００６〜０．００１２ｍｏｌ／Ｌ
の範囲内である。キナルジン酸の含有量が０．０００３
ｍｏｌ／Ｌに満たない場合、銅膜に対する面荒れを抑制
しきれない恐れがあり、一方、０．００５ｍｏｌ／Ｌを
超える場合、キナルジン酸自体が溶けにくくなり、場合
によっては析出することが懸念される。

【００２２】キナルジン酸の誘導体としては、メチル
基、エチル基等の不溶性の官能基が、それぞれのサイト
に結合された構造などが挙げられる。但し、アミノ基、
水酸基などは、キナルジン酸誘導体自体の溶解度を上
げ、銅膜に対する腐食およびエッチングを抑制する効果
を妨げることが懸念される。

【００２３】本発明の研磨用組成物は、キナルジン酸以
外に、グリシン、αアラニン、ヒスチジンまたはそれら
の誘導体からなる群から選ばれた、少なくとも１種類を
含んでなる。また、その含有量は、好ましくは、研磨用
組成物に対して、０．０４〜０．２ｍｏｌ／Ｌであり、
より好ましくは、０．０６〜０．１２ｍｏｌ／Ｌであ
る。含有量が、０．０４ｍｏｌ／Ｌに満たない場合、銅
膜に対する研磨速度が小さくなる傾向があり、好ましく
ない。一方、０．２ｍｏｌ／Ｌを超える場合、銅膜に対
する研磨速度が大きくなりすぎ、研磨制御が困難となる
ため、使用時には注意が必要である。

【００２４】一般的に研磨材としては、金属の酸化物、
窒化物、炭化物等の微粒子を用いることが知られている
が、中でも本発明の研磨用組成物に用いるものとして
は、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、酸化セリウム、
酸化ジルコニウムおよび酸化チタン等を用いる。なかで
も、二酸化ケイ素が好ましく、コロイダルシリカが特に
好ましい。

【００２５】本発明の研磨用組成物に対する研磨材の含
有量は、一般に５〜５０ｇ／Ｌ、好ましくは１０〜３０
ｇ／Ｌ、更に好ましくは、１５〜２５ｇ／Ｌ、である。
研磨材の含有量が少なすぎる場合、機械的研磨力が低下
し、その結果、銅膜に対する研磨速度の低下を招くこと
がある。逆に、研磨材の含有量が多すぎる場合、機械的
研磨力が大きくなり、タンタル含有化合物膜に対する研
磨速度が大きくなりすぎて、エロージョンを増す傾向が
ある。

【００２６】本発明において、銅膜に対し保護膜形成作
用を及ぼす化合物の役割は、研磨中および研磨後、銅膜
を保護し、結果として、銅配線部のリセス、ディッシン
グを抑制し、且つ、銅の腐食を抑制することにある。こ
の役割に沿うものとして本発明に用いられるものはベン
ゾトリアゾールの誘導体であり、ベンゾイミダゾール、
トリアゾール、イミダゾール、トリルトリアゾール等が
挙げられる。

【００２７】また、その含有量は、好ましくは、研磨用
組成物に対して０．０００２〜０．００２ｍｏｌ／Ｌで
あり、より好ましくは、０．０００３〜０．００１ｍｏ
ｌ／Ｌである。含有量が、０．０００２ｍｏｌ／Ｌに満
たない場合、研磨後の銅膜表面が腐食し易くなり、好ま
しくない。一方、０．００２ｍｏｌ／Ｌを超える場合、
銅に対する保護膜形成作用が強くなり、研磨の不均一性
を誘発したり、過度に銅に対する研磨速度を低下させる
恐れがあり好ましくない。

【００２８】本発明の研磨用組成物は、過酸化水素を含
んでなる。本発明の研磨用組成物において、過酸化水素
は酸化剤として作用するものと考えられる。このとき、
過酸化水素は、銅膜を酸化するには十分な酸化力を有
し、また不純物として金属イオンを含まないものが容易
に入手できるという特徴があり、本発明の研磨用組成物
には特に適したものである。

【００２９】本発明の研磨用組成物に対する過酸化水素
の含有量は、研磨用組成物に対して好ましくは０．０３
〜１ｍｏｌ／Ｌ、より好ましくは０．１〜０．５ｍｏｌ
／Ｌである。過酸化水素の含有量が、過度に少なくて
も、また逆に過度に多くても、銅膜に対する研磨速度が
小さくなることがあるので注意が必要である。

【００３０】また、本発明の研磨用組成物の媒体は水で
ある。水は、上記の各成分が正確にその役割を果たせる
ように、不純物を極力減らしたものであることが好まし
い。すなわち、イオン交換樹脂にて不純物イオンを除去
し、フィルターを通し懸濁物を除去したもの、または、
蒸留水であることが好ましい。

【００３１】従って、本発明の研磨用組成物は、一般に
上記の各成分、すなわち（ａ）二酸化ケイ素、酸化アル
ミニウム、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化チタ
ンからなる群から選ばれる少なくとも１種類である研磨
材、（ｂ）ポリアルキレンイミン、（ｃ）キナルジン酸
およびその誘導体からなる群から選ばれる少なくとも１
種類、（ｄ）グリシン、αアラニン、ヒスチジンおよび
それらの誘導体からなる群から選ばれる少なくとも１種
類、（ｅ）ベンゾトリアゾールおよびその誘導体からな
る群から選ばれる少なくとも１種類、（ｆ）過酸化水
素、および（ｇ）水を溶解または分散させることにより
調製される。

【００３２】ここで、各成分の混合、溶解または分散の
順序および方法は任意であり、例えば、翼式撹拝機によ
る撹拝、または超音波分散を用いることができる。これ
らの方法により、可溶性成分は溶解し、不溶性成分は分
散して、組成物は均一な分散液となる。また、本発明の
研磨用組成物は、更に、ｐＨを調整するためｐＨ調整
剤、各種界面活性剤、およびその他を適宜混合すること
ができる。

【００３３】本発明において、ｐＨ調整剤は、研磨用組
成物の安定性の向上、使用安全性の向上、または各種法
規制への適合のために用いられる。本発明の研磨用組成
物のｐＨを下げるために用いるｐＨ調整剤としては、塩
酸、硝酸、硫酸、クロロ酢酸、酒石酸、コハク酸、クエ
ン酸、リンゴ酸、マロン酸、各種の脂肪酸、各種のポリ
カルボン酸、およびその他が挙げられる。一方、ｐＨを
上げる目的のために用いるものとしては、例えば水酸化
カリウム、水酸化ナトリウム、アンモニア、エチレンジ
アミン、ピペラジン、およびその他が挙げられる。本発
明の研磨用組成物は、ｐＨに関しては特に制限されない
が、ｐＨ３〜１０に調整されることが好ましい。

【００３４】本発明の研磨用組成物において、界面活性
剤は研磨材の分散性を高めるため、研磨用組成物の表面
張力または粘度を調整するために用いられる。界面活性
剤としては、分散剤、湿潤剤、増粘剤、消泡剤、起泡
剤、撥水剤、およびその他が挙げられる。分散剤として
用いられる一般的な界面活性剤として、スルホン酸系、
リン酸系、カルボン酸系、または非イオン系のものが挙
げられる。

【００３５】本発明の研磨用組成物は、比較的高濃度の
原液として調製して貯蔵または輸送などをし、実際の研
磨加工時に希釈して使用することもできる。前述の好ま
しい濃度範囲は、実際の研磨加工時のものとして記述し
たものであり、このような使用方法をとる場合、貯蔵ま
たは輸送などをされる状態においてはより高濃度の溶液
となることは言うまでもない。

【００３６】また、過酸化水素は金属イオン、アンモニ
ウムイオン、またはアミン等と共存させると分解する性
質があるため、本発明の研磨用組成物においては、研磨
加工に使用する直前に研磨用組成物に添加、混合して使
用することが好ましい。この過酸化水素の分解は、カル
ボン酸、またはアルコール類を混合することにより抑制
することもできる。つまり、前述のｐＨ調整剤によっ
て、このような効果が得られることもある。しかしなが
ら、その分解は保存環境などによっても影響を受けるた
め、輸送時の温度変化、応力の発生等により一部の過酸
化水素が分解する可能性がある。従って、過酸化水素の
混合は、研磨直前に実施することが好ましい。

【００３７】本発明において最も重要な点は、研磨用組
成物にポリアルキレンイミンを含有させ、エロージョン
の悪化を極力抑制し得た点にある。本効果のメカニズム
を以下のように推測する。すなわち、タンタル含有化合
物の表面は、研磨時、マイナスに帯電している。その表
面にプラスに帯電したポリアルキレンイミンが吸着し、
タンタル含有化合物の表面を保護することにより、タン
タル含有化合物はほとんど研磨除去されない。従って、
タンタル含有化合物は、１研時に完全にストッパーとし
ての役割を果たし、その結果、エロージョンの悪化を抑
制する。

【００３８】本発明において、次いで重要な点は、更に
その効果を有効にするため、キナルジン酸およびその誘
導体からなる群から選ばれる少なくとも一種を含有した
点にある。すなわち、ポリアルキレンイミンのみを含有
させた場合、銅表面に対する腐食あるいはエッチング作
用が大きくなり、その結果、研磨後の銅表面が荒れた状
態となる。

【００３９】その表面の荒れを防止するために、キナル
ジン酸やその誘導体が、最も有効である。 これは、キ
ナルジン酸やその誘導体は、銅イオンとキレートを形成
する化合物の中でも銅イオンとマイルドに作用し、銅に
対する過度の腐食あるいはエッチング作用を抑制するに
適した物質である。

【００４０】本発明の研磨用組成物に於いて、前記に挙
げられた物質以外の要素が銅に対する研磨に果たす役割
を以下のように推測する。まず、研磨材は、いわゆる機
械的研磨の一役を担い、研磨を促進する。過酸化水素
は、銅表面を酸化し、脆性酸化膜を作る。

【００４１】更に、グリシン、αアラニン、ヒスチジン
およびそれらの誘導体からなる群から選ばれる少なくと
も１種は、酸化された銅表面に作用し、銅イオンとキレ
ートを形成する。なお、過酸化水素と銅イオンとグリシ
ン、αアラニン、ヒスチジンおよびそれらの誘導体から
なる群から選ばれる少なくとも１種類の化学的作用と、
研磨材の機械的作用との複合作用により、銅に対する研
磨は進行する。また、ベンゾトリアゾール、およびその
誘導体からなる群から選ばれる少なくとも１種類は、銅
に対する過度の研磨を抑制し、且つ、研磨後の銅の腐食
を抑制する。

【００４２】

【実施例】＜研磨用組成物の内容および調製＞表１およ
び表２に示す組成にて調整した研磨用組成物を準備し
た。即ち、実施例１〜実施例９では、ポリアルキレンイ
ミンをポリエチレンイミンとし添加量を０．５ｇ／Ｌ、
銅イオンとキレートを形成する化合物として、キナルジ
ン酸０．０００９ｍｏｌ／Ｌ、グリシン０．０９ｍｏｌ
／Ｌ、更に、ベンゾトリアゾール０．０００５ｍｏｌ／
Ｌ、過酸化水素０．３ｍｏｌ／Ｌを各一定とし、研磨材
コロイダルシリカの量のみを３〜８０ｇ／Ｌと変化させ
た。尚、過酸化水素は市販の３１%水溶液を用い、研磨
直前に混合した。

【００４３】また、実施例１０〜１５では、ポリアルキ
レンアミンの量のみを、０．０３〜５ｇ／Lと変化し、
コロイダルシリカ量２０ｇ／Ｌ一定（その他成分は、実
施例１〜９に同じ）とした。同様に、実施例１６〜２１
ではキナルジン酸の量のみを０．０００２〜０．００５
ｍｏｌ／Ｌと変化した。その他の成分、量は一定であ
る。

【００４４】実施例２２〜２７は、銅イオンとキレート
を形成する化合物としてのグリシンの量のみを０．０２
〜０．３ｍｏｌ／Ｌと変化させた場合であり、実施例２
８〜３３は、ベンゾトリアゾールの量のみを０．０００
１〜０．００３ｍｏｌ／Ｌと変化した場合、および実施
例３４〜３９は、過酸化水素の量のみを０．０２〜２ｍ
ｏｌ／Ｌに変化した場合のものである。

【００４５】更に、実施例４０〜４３はポリアルキレン
イミンの種類を変えた場合の加工性能を比較するもので
あって、添加量は、いずれも０．５ｇ／Ｌ一定として、
その種類をポリプロピレンイミン（平均分子量５０，０
００）、ポリブタジエンイミン（平均分子量５０，００
０）およびポリエチレンイミン（平均分子量７０，００
０）に変化させた。尚、ポリエチレンイミンの場合につ
いては、銅イオンとキレートを形成する化合物としてグ
リシンに代わりαアラニンおよびヒスジンを用い性能を
比較した。

【００４６】＜研磨試験＞研磨は、片面ＣＭＰ用研磨機
（ＡＶＡＮＴＩ４７２， スピードファム・アイペック
社製）を用いて行った。研磨機の定盤にはポリウレタン
製の積層研磨パッド（ロデール社（米国）製ＩＣ−１０
００／Ｓｕｂａ４００）を貼り付け、加工圧力４ｐｓ
ｉ、定盤回転数７０ｒｐｍ、研磨用組成物の供給量２５
０ｃｃ／分、キャリア回転数７０ｒｐｍとした。

【００４７】被研磨物としては、電解メッキ法で銅を成
膜したブランケットウェーファー、および銅配線密度９
０％のデザインを有するパターンウェーファーを用い
た。ブランケットウェーファー研磨は、１分間研磨し、
研磨前と研磨後の残膜から研磨速度を算出した。

【００４８】パターンウェーファー研磨の終点は、キャ
リアのトルク電流からエンドポイントを検出し、その
後、時間にして１０％のオーバーポリシュを施し、研磨
を終了した。研磨後、ウェーファーを順次洗浄、乾燥し
た後、プロファイラー（ｐ２、ケイエルエー・テンコー
ル社製）を用い、９０％密度部のエロージョンを測定し
た。

【００４９】また、光学式顕微鏡で銅表面の面荒れ及び
腐食の状態を下記基準に従ってチェックした。 ◎：面荒れ・腐食とも全くなし ○：若干の面荒れ・腐食が見られるが、性状としては問
題ない。 △：全面に亘って面荒れ・腐食が見られる。 ×：面荒れ或いは腐食が著しく、使用に耐えない。 表１に、研磨用組成物の組成と併せ、その結果を示す。

【００５０】

【表１】

【００５１】

【表２】

【００５２】表１、２に示された結果から分かるよう
に、実施例１０、１６、２１および２８の場合を除き、
いずれも良好な銅の研磨速度を有し、また研磨後の銅膜
にエロージョンが少なく、良好な面状態であることが確
認された。しかしながら、ポリエチレンイミンの添加量
が０．０３ｇ／Ｌと少ない実施例１０では、銅膜にエロ
ージョンが多数生じ思わしくない。また、キナルジン酸
の添加量が０．０００２ｍｏｌ／Ｌと少ない実施例１６
では、銅膜表面に荒れがみられ、また、キナルジン酸の
添加量が０．００５ｍｏｌ／Ｌ（実施例２１）ではエロ
ージョンが多数発生した。また、ベンゾトリアゾールの
添加量が０．０００１ｍｏｌ／Ｌと極端に少ない実施例
２８では、銅膜表面に腐食が見られるため、いずれも良
好な銅膜表面を得ることができないことがわかった。

【００５３】実施例１〜９より、コロイダルシリカの量
の増加と共に銅研磨速度は増加するが、添加量が３ｇ／
Ｌでは研磨速度は十分でなく、効率的な加工の妨げとな
ることが懸念される。また、添加量が多過ぎると、研磨
速度は極端に大きくなり、研磨の制御が困難になった
り、前述のごとく、タンタル含有化合物膜に対する研磨
速度が大きくなりすぎて、エロージョンが発生し易くな
る。これらを考慮すると、コロイダルシリカの量は、５
乃至５０ｇ/Ｌ程度、好ましくは１０乃至３０ｇ／Ｌ、
更には１５乃至２５ｇ／Ｌが望ましい。

【００５４】ポリエチレンイミンの添加量は、前述のご
とく添加量が少ない場合は、研磨速度の点ではよいが、
エロージョン発生の点で思わしくなく、また、３ｇ／Ｌ
以上では、研磨材が凝集し易くなり、これにより研磨傷
を生じる可能性がある。これらを考慮すると、ポリエチ
レンイミンの添加量は、０．１乃至３ｇ／Ｌ程度が好ま
しい。また、キナルジン酸は添加量が増加すると、銅研
磨速度は低下して行く。０．００５ｍｏｌ／Ｌでは２０
００Ａ／ｍｉｎと低く思わしくない。また少な過ぎると
表面の荒れが発生する。従って、０．０００６乃至０．
００１２ｍｏｌ／Ｌ程度が望ましい。

【００５５】グリシン添加量の影響は、エロージョン、
表面荒れに対しては、いずれも良好な結果であるが、銅
研磨速度に対しては、０．２ｍｏｌ／Ｌ以上では７００
０Ａ／ｍｉｎ以上と極めて大きくなり、研磨の制御が困
難になり問題が生ずると思われる。添加量は、０．０４
乃至０．２ｍｏｌ／Ｌ、好ましくは０．０６乃至０．１
２ｍｏｌ／Ｌ程度が良い。

【００５６】前述のごとく、ベンゾトリアゾールの添加
量が、少な過ぎると銅膜表面に腐食による銅膜表面荒れ
が発生し、また、０．００２ｍｏｌ／Ｌ以上では銅研磨
速度が極端に落ちる。従って、０．０００３乃至０．０
０１ｍｏｌ／Ｌの範囲程度が適量と思われる。

【００５７】過酸化水素は、エロージョン、表面荒れに
対しては、いずれも良好な結果を示している。しかし、
添加量が少ない範囲ばかりでなく、多過ぎる場合にも銅
研磨速度が低下する。従って、添加量は、０．０３乃至
１．０ｍｏｌ／Ｌ、好ましくは０．１乃至０．５ｍｏｌ
／Ｌの範囲が好ましい。

【００５８】ポリアルキレンイミンの種類による、研磨
速度、エロージョン、表面荒れへの影響は、試験条件
（添加量０．５ｍｏｌ／Ｌ一定）の範囲では、殆どその
差は認められない。即ち、ポリエチレンイミン、ポリブ
タジエンイミンおよびポリプロピレンイミンによる差、
および実施例４２、４３のグリシンの代わりにαアラニ
ンやヒスチジンが用いられた場合の差は、殆ど見受けら
れないし、良好な結果であることが分かった。

【００５９】

【発明の効果】本発明によれば、少なくとも銅膜および
タンタル含有化合物膜を含む半導体デバイスのＣＭＰ加
工プロセスにおいて、ポリアルキレンイミンを研磨用組
成物中に含有させることにより、銅配線密度が高い領域
（９０％）にてもエロージョンの発生を極力抑制でき
た。また、更に、キナルジン酸を含有させることによ
り、正常な研磨面を導出することができた。

【００６０】即ち、１）（ａ）二酸化ケイ素、酸化アル
ミニウム、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化チタ
ンからなる群から選ばれる少なくとも１種類である研磨
材、（ｂ）ポリアルキレンイミン、（ｃ）キナルジン酸
およびその誘導体からなる群から選ばれた少なくとも１
種類、（ｄ）グリシン、αアラニン、ヒスチジンおよび
それらの誘導体からなる群から選ばれた少なくとも１種
類、（ｅ）ベンゾトリアゾールおよびその誘導体からな
る群から選ばれた少なくとも１種類、（ｆ）過酸化水
素、および（ｇ）水の各成分を含む研磨用組成物によ
り、高密度銅配線部におけるエロージョンを悪化させる
ことのない研磨を可能とすることができる。

【００６１】また、基材上に少なくとも銅からなる層
と、タンタル含有化合物からなる層を含む半導体デバイ
スを、（ａ）二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化セ
リウム、酸化ジルコニウム、酸化チタンからなる群から
選ばれる少なくとも１種類である研磨材、（ｂ）ポリア
ルキレンイミン、（ｃ）キナルジン酸およびその誘導体
からなる群から選ばれた少なくとも１種類、（ｄ）グリ
シン、αアラニン、ヒスチジンおよびそれらの誘導体か
らなる群から選ばれた少なくとも１種類、（ｅ）ベンゾ
トリアゾールおよびその誘導体からなる群から選ばれた
少なくとも１種類、（ｆ）過酸化水素、および（ｇ）水
の各成分を含む研磨用組成物を用いた研磨方法により、
銅配線密度が９０％以上の高密度配線部における、タン
タル含有化合物をストッパーとして有効に働かせ、高密
度銅配線部にてのエロージョンの悪化を極力抑制した研
磨をすることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅野 宏 愛知県西春日井郡西枇杷島町地領２丁目１ 番地の１ 株式会社フジミインコーポレー テッド内 (72)発明者 北村 忠浩 愛知県西春日井郡西枇杷島町地領２丁目１ 番地の１ 株式会社フジミインコーポレー テッド内 (72)発明者 大野 晃司 愛知県西春日井郡西枇杷島町地領２丁目１ 番地の１ 株式会社フジミインコーポレー テッド内 (72)発明者 伊奈 克芳 愛知県西春日井郡西枇杷島町地領２丁目１ 番地の１ 株式会社フジミインコーポレー テッド内 Ｆターム(参考） 3C058 CB02 DA02 DA12 DA17

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記（ａ）〜（ｇ）の各成分を含むこと
   を特徴とする研磨用組成物。 （ａ）二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化セリウ
   ム、酸化ジルコニウム、酸化チタンからなる群から選ば
   れる少なくとも１種類である研磨材、（ｂ）ポリアルキ
   レンイミン、（ｃ）キナルジン酸およびその誘導体から
   なる群から選ばれた少なくとも１種類、（ｄ）グリシ
   ン、αアラニン、ヒスチジンおよびそれらの誘導体から
   なる群から選ばれた少なくとも１種類、（ｅ）ベンゾト
   リアゾールおよびその誘導体からなる群から選ばれた少
   なくとも１種類、（ｆ）過酸化水素、および（ｇ）水。
2. 【請求項２】 前記（ｂ）成分のポリアルキレンイミン
   がポリエチレンイミン、（ｃ）成分がキナルジン酸、
   （ｄ）成分がグリシン（ｅ）成分がベンゾトリアゾール
   であることを特徴とする請求項１に記載の研磨用組成
   物。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の研磨用組成物を用い
   て、基材上に少なくとも銅からなる層と、タンタル含有
   化合物からなる層を含む半導体デバイスを研磨する研磨
   方法。
4. 【請求項４】 請求項２に記載の研磨用組成物を用い
   て、基材上に少なくとも銅からなる層と、タンタル含有
   化合物からなる層を含む半導体デバイスを研磨する研磨
   方法。