JP2002170790A - 半導体基板研磨用組成物、半導体配線基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体配線基板の製造における銅配線形成の
ための化学的機械研磨において、銅の研磨効率が高く、
かつエロージョン等の配線欠損を発生せずに研磨面を平
坦化できる研磨用組成物、この研磨方法で研磨された半
導体配線基板及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 水系溶媒と分子中に窒素原子を二つ以上
有するアミノ酸を含有し、更に必要に応じて銅の研磨促
進剤、研磨粒子、酸化剤を含有することを特徴とする研
磨用組成物を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体プロセス用の
化学的機械研磨組成物に関する。更に詳しく言えば、銅
とタンタル化合物を含む複数種類の金属から構成される
複合材料の研磨に際して、銅とタンタル化合物の間で研
磨速度が異なることが望まれる研磨方法に好適に適用で
きる化学的機械研磨組成物、およびその研磨組成物によ
り研磨して得られる半導体配線基板とその製造方法に関
する。

【０００２】

【従来技術】化学的機械研磨は一般に高精度の仕上げ面
を得るために有効な手法とされている。半導体装置製造
の分野においても、半導体装置の集積度向上、多層化に
伴い、フォトリソグラフィー工程の焦点深度の問題をは
じめとする様々な平坦化の要求に対処するため、化学的
機械研磨の導入が提案され、活発な検討が進められてい
る。

【０００３】この技術の適用の一態様として、例えば、
特公平６−１０３６８１号公報、特開平６−１３２８７
号公報、特開平７−２３３４８５号公報などに開示され
る如く、半導体基板上の絶縁膜に形成された孔や溝に金
属配線材料を埋め込み、絶縁膜表面より上部に位置する
配線材料を研磨除去することで配線を形成するダマシン
法と呼ばれる手法が、電気抵抗が少なく微細化された配
線の金属材料として好適とされる銅の配線加工を目的と
して開発されている。

【０００４】銅にはシリカ等の絶縁膜との接触面から絶
縁膜中に拡散する性質があるため、銅のダマシン法で
は、絶縁膜に溝を形成した後に、銅の絶縁膜中への拡散
を防ぐための薄い拡散バリア層を絶縁膜表面に張り、そ
の上に銅層を形成する。その後、絶縁膜表面より上部の
銅と拡散バリア層を研磨除去することで銅配線が形成さ
れる。拡散バリア層の材料にはタンタル、窒化タンタル
等のタンタル化合物が用いられる。

【０００５】一般的な化学的機械研磨方法では、半導体
基板を回転テーブル上に張り付けた研磨パッドに一定荷
重で押しつけ、研磨パッドと半導体基板の間に研磨スラ
リーを供給しながらテーブルおよび半導体基板を回転さ
せて研磨する。研磨スラリーは、被研磨物に対して化学
的に活性な溶液に機械的な研磨作用を有する研磨粒子を
懸濁させたものが一般的に使用される。

【０００６】半導体デバイスの生産効率を高めるために
銅および拡散バリア層金属の研磨除去速度が高いことが
求められているが、拡散バリア層に用いられる金属は銅
より硬度が高いため銅と同じ高速度で研磨除去すること
が困難である。銅と拡散バリア層金属の研磨除去速度に
差があると、拡散バリア層金属に囲まれた溝に埋め込ま
れた銅に窪みが生じるディッシング現象が発生し、配線
抵抗の増加や上層配線の短絡等が起こり半導体デバイス
の信頼性が低下する。また、配線が密に配置された領域
では配線間の絶縁膜および拡散バリア層が狭くなってい
るため、これらが研削され配線溝が浅くなるエロージョ
ン現象が起こる。

【０００７】通常、このような配線層の研磨には二段階
の研磨方法が提案されている。例えば、一段目の研磨で
銅を高速度で除去し、二段目の研磨で銅と拡散バリア層
金属およびシリカをほぼ同じ速度で研磨除去して配線構
造を形成する。二段目の研磨で銅と拡散バリア層と絶縁
膜がほぼ同じ速度で研磨される前記の研磨方法では、一
段目の研磨面が平坦でない場合には二段目の研磨で均一
な厚みの配線構造が形成されない。従って、一段目の研
磨では拡散バリア層金属が研磨されずに拡散バリア層の
表面で研磨がストップして平坦面が形成されることが要
求される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】化学的機械研磨におい
て研磨速度の選択性、すなわち特定の材料を選択的に研
磨する特性は主として研磨スラリーに添加する化学的活
性成分の選択によって獲得される。銅配線を形成するた
めの化学的機械研磨では、銅と拡散バリア層金属との研
磨選択比を制御する方法に関して、例えば、特開２００
０−１６０１４１号公報において、銅膜に対する研磨速
度とタンタル含有化合物に対する研磨速度の比が大き
い、α−アラニンを含有する研磨用組成物が開示されて
いる。

【０００９】前記のように、銅配線の一段目の研磨にお
いて、拡散バリア層が研磨されず、エロージョン現象が
抑制されるためには、単に銅と拡散バリア層金属との研
磨速度の比が大きいことだけではなく、同時に拡散バリ
ア層金属の研磨速度が充分小さいことが要求される。

【００１０】この点から見ると、従来の技術で達成され
る拡散バリア層金属の研磨抑制では不十分である。すな
わち、特開２０００−１６０１４１号公報の実施例に見
られる如く、銅の研磨速度を高めようとするとそれに応
じてタンタル含有化合物の研磨速度も高くなり、エロー
ジョン現象を充分に抑制できる低いタンタル研磨速度を
維持することが難しくなる問題があった。

【００１１】また、一段目の研磨では絶縁膜の研磨速度
が低いことが同時に要求される。銅層の厚さは半導体基
板内で必ずしも均一ではないため、拡散バリア層上の銅
を半導体基板全域にわたって除去すると、銅の厚さが薄
い領域では早い時期に銅が除去されて拡散バリア層が長
時間研磨され、拡散バリア層金属の研磨速度を低く抑制
したとしても、拡散バリア層が研磨除去され絶縁膜が露
出する場合がある。この場合でも絶縁膜の研磨速度を抑
制することによってエロージョンを防ぐことができる。

【００１２】絶縁膜の研磨速度を抑制する化合物として
特開平１０−２７９９２８号公報においてフタル酸水素
カリウムが開示されている。しかし、その抑制効果は高
密度配線部分の絶縁膜エロージョンを抑制するには不十
分であり、また、銅や拡散バリア層金属の研磨速度に及
ぼす影響も開示されていない。特開２０００−１６０１
３８号公報および特開２０００−１６０１４０号公報に
は金属に対する研磨速度が大きく、絶縁膜に対する研磨
速度が小さい研磨用組成物が開示されているが、タンタ
ルや窒化タンタルを被研磨層とし絶縁膜をストッパーと
する研磨において好適であると記載されており、タンタ
ルや窒化タンタルから成る拡散バリア層をストッパーと
する一段目の研磨には適合しない。

【００１３】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものである。すなわち、高精度面を達成するための化
学的機械研磨、特に半導体装置製造における銅配線層形
成のための化学的機械研磨において、銅に対する研磨速
度が高く大きな作業効率を示し、かつ拡散バリア層金属
の研磨速度が低く拡散バリア層で平坦面が形成され、更
に絶縁膜の研磨速度が極度に低くエロージョン等の配線
欠損が無い研磨用組成物を提供することを目的としてな
されたものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記の課
題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、分子中に窒素を
原子を二つ以上有するアミノ酸が銅の研磨速度を抑制す
ることなく、銅の拡散バリア層として用いられるタンタ
ル化合物の研磨速度および絶縁膜として用いられる酸化
珪素の研磨速度を著しく抑制することを見出し、この知
見に基づいて本発明を完成するに至った。

【００１５】本発明によれば、高精度面を達成するため
の化学的機械研磨、特に半導体装置製造における銅配線
層形成のための化学的機械研磨において、銅研磨除去の
作業効率が高く、拡散バリア層で研磨がストップして平
坦面が得られ、かつエロージョンが無い研磨を可能とす
る研磨用組成物が提供される。すなわち、本発明は以下
の半導体基板研磨用の組成物、およびその研磨用組成物
を用いて得られる半導体配線基板とその製造方法に関す
る。

【００１６】１．半導体基板上の銅およびタンタルまた
はタンタル化合物を研磨するための組成物において、水
系溶媒と分子中に窒素原子を二つ以上有するアミノ酸を
少なくとも一つ含むことを特徴とする研磨用組成物。 ２．分子中に窒素原子を二つ以上有するアミノ酸が、ア
ルギニン、リシン、アスパラギン、グルタミン、グリシ
ルグリシン、シトルリン、アザセリン、クレアチン、ト
リプトファン、ヒスチジン、δ−ヒドロキシ−リジンお
よびそれらの塩から選ばれる化合物である前記１記載の
研磨用組成物。 ３．分子中に窒素原子を二つ以上有するアミノ酸の添加
濃度が、0.01〜１０質量％である前記１記載の研磨用組
成物。 ４．更に銅の研磨促進剤を少なくとも一つ含むことを特
徴とする前記１記載の研磨用組成物。 ５．銅の研磨促進剤が、カルボン酸、スルホン酸、ホス
ホン酸、アンモニアおよびそれらの塩または誘導体から
選ばれる物質である前記４記載の研磨用組成物。

【００１７】６．銅の研磨促進剤が、蟻酸、酢酸、プロ
ピオン酸、酪酸、イソ酪酸、グリコール酸、蓚酸、リン
ゴ酸、クエン酸、コハク酸、コハク酸イミド、Ｎ−ヒド
ロキシコハク酸イミド、乳酸、酒石酸、アジピン酸、ポ
リアクリル酸、安息香酸、ニコチン酸、硫酸、ベンゼン
スルホン酸、スルファミン酸、ヘキサメタ燐酸、１−ヒ
ドロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸、エチルア
ミン、ヘキサメチレンテトラミン、エチレンジアミン、
トリエタノールアミン、トリス（ヒドロキシメチル）ア
ミノメタン、尿素、チオ尿素、Ｎ−メチルチオ尿素およ
びそれらの塩から選ばれる物質である前記４または５記
載の研磨用組成物 ７．銅の研磨促進剤と分子中に窒素原子を二つ以上有す
るアミノ酸のモル比が0.1〜１０である前記４記載の研
磨用組成物。 ８．ｐＨが６〜１１に調整されている前記１記載の研磨
用組成物。 ９．更に少なくとも一種類の研磨粒子を含有する前記１
記載の研磨用組成物。 １０．研磨粒子が、シリカ、アルミナ、チタニア、セリ
ア、ジルコニア、酸化マンガン及びこれらの混合物から
なる群から選ばれる前記９記載の研磨用組成物。

【００１８】１１．シリカが、一次粒子の平均粒径が１
０〜２００ｎｍのコロイダルシリカである前記１０記載
の研磨用組成物。 １２．シリカが、一次粒子の平均粒径が５〜１００ｎｍ
の気相法シリカである前記１０記載の研磨用組成物。 １３．アルミナが、一次粒子の平均粒径が１０〜２００
ｎｍの気相法アルミナである前記１０記載の研磨用組成
物。 １４．アルミナが、アンモニウム明礬法により得られ
る、一次粒子の平均粒径が１０〜２００ｎｍのアルミナ
である前記１０記載の研磨用組成物。 １５．アルミナが、アルミニウムアルコキシド法により
得られる、一次粒子の平均粒径が１０〜２００ｎｍのア
ルミナである前記１０記載の研磨用組成物。 １６．アルミナが、アンモニウムドーソナイト法により
得られる、一次粒子の平均粒径が１０〜２００ｎｍのア
ルミナである前記１０記載の研磨用組成物。 １７．アルミナが、エチレンクロルヒドリン法により得
られる、一次粒子の平均粒径が１０〜２００ｎｍのアル
ミナである前記１０記載の研磨用組成物。

【００１９】１８．チタニアが、一次粒子の平均粒径が
１０〜２００ｎｍの気相法チタニアである前記１０記載
の研磨用組成物。 １９．研磨粒子の濃度が３０質量％以下である前記９記
載の研磨用組成物。 ２０．更に酸化剤を含む前記１記載の研磨用組成物。 ２１．酸化剤が過酸化水素である前記２０記載の研磨用
組成物。 ２２．酸化剤濃度が0.1〜１０質量％である前記２０ま
たは２１記載の研磨用組成物。

【００２０】２３．半導体基板を研磨パッドに接触さ
せ、半導体基板と研磨パッドとの間に前記１乃至２２の
いずれかに記載の研磨用組成物を供給し研磨して得られ
る、タンタルまたはタンタル化合物を拡散バリア層とす
る銅配線が形成された半導体配線基板。 ２４．半導体基板上にタンタルまたはタンタル化合物を
拡散バリア層とする銅配線を形成する過程において、半
導体基板を研磨パッドに接触させ、半導体基板と研磨パ
ッドとの間に前記１乃至２２のいずれかに記載の研磨用
組成物を供給して研磨することを特徴とする半導体配線
基板の製造方法。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の化学的機械研磨用組成物
は水系溶媒と分子中に窒素原子を二つ以上有するアミノ
酸を含有し、更に必要に応じて銅の研磨促進剤、研磨粒
子、酸化剤を含有して、ｐＨが６〜１１に調整されてな
るものである。本発明の研磨用組成物において、水系溶
媒とは水単独、または水と水に可溶性の溶媒（例えば、
アルコール類）との混合溶媒で水を主成分とするものを
いう。

【００２２】本発明の研磨用組成物において、分子中に
窒素原子を二つ以上有するアミノ酸としては、アルギニ
ン、リシン、アスパラギン、グルタミン、グリシルグリ
シン、シトルリン、アザセリン、クレアチン、トリプト
ファン、ヒスチジン、δ−ヒドロキシ−リジンおよびそ
れらの塩をあげることができる。これらのアミノ酸はα
−アミノ酸に限定されず、また実施例から明らかなよう
にアミノ酸のアミノ基のほかに、イミノ基、カルバモイ
ル基、アミジノ基等の窒素原子含有官能基を有するもの
でもよい。

【００２３】分子中に窒素原子を二つ以上有するアミノ
酸の添加濃度は0.01〜１０質量％が望ましい。0.01〜１
質量％の濃度ではタンタル化合物の研磨抑制効果が高
く、概ね0.3質量％以上の濃度で更に酸化珪素の研磨抑
制効果が発現する。１０質量％を越える濃度では銅の腐
食が促進されるため望ましくない。発明の研磨用組成物
において、分子中に窒素原子を二つ以上有するアミノ酸
は１種を単独で使用することができ、２種以上を組み合
わせて使用することもできる。

【００２４】本発明の研磨用組成物には、必要に応じて
配線材料として用いられる銅の研磨促進剤を添加する。
以下で説明するように、銅の研磨促進剤が拡散バリア層
金属の研磨速度を促進する化合物であっても使用するこ
とが可能である。本発明の研磨用組成物に含有される分
子中に窒素原子を二つ以上有するアミノ酸は、タンタル
化合物の研磨速度を促進する化合物が共存した場合にも
タンタル化合物の研磨速度を著しく抑制する効果を有す
る。この効果によって、銅の研磨促進剤の種類およびそ
の濃度を選択することにより、タンタル化合物の研磨速
度を低値に保ちながら、銅の研磨速度を任意の値に設定
することが可能である。

【００２５】この点が、単一化合物で銅及び拡散バリア
層金属の研磨速度を調節する従来技術と大きく異なる点
である。従って、銅の研磨促進剤は任意のものを使用す
ることができるが、実用性からみて、1000Å／ｍｉｎ以
上の銅研磨速度が得られる研磨促進剤が好ましく、例え
ば、カルボン酸、スルホン酸、ホスホン酸、アンモニア
およびそれらの塩または誘導体から選ばれる化合物が望
ましく、更にそれらの中でも、銅のエッチングを促進し
にくい点で蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、イソ酪
酸、グリコール酸、蓚酸、リンゴ酸、クエン酸、コハク
酸、コハク酸イミド、Ｎ−ヒドロキシコハク酸イミド、
乳酸、酒石酸、アジピン酸、ポリアクリル酸、安息香
酸、ニコチン酸、硫酸、ベンゼンスルホン酸、スルファ
ミン酸、ヘキサメタ燐酸、１−ヒドロキシエチリデン−
１，１−ジホスホン酸、エチルアミン、ヘキサメチレン
テトラミン、エチレンジアミン、トリエタノールアミ
ン、トリス（ヒドロキシメチル）アミノメタン、尿素、
チオ尿素、Ｎ−メチルチオ尿素およびそれらの塩から選
ばれる化合物が特に望ましい。

【００２６】銅の研磨促進剤を添加する濃度は、使用す
る研磨促進剤の種類と希望する銅の研磨速度によって決
定されるが、分子中に窒素原子を二つ以上有するアミノ
酸とのモル比で0.1〜１０の範囲が望ましい。0.1未満の
モル比では銅の研磨促進剤の効果が顕れにくく、１０を
越えるモル比では、銅の研磨促進剤がタンタル化合物の
研磨速度を促進する効果を有する場合に、タンタル化合
物の研磨速度を充分に抑制することが難しくなる。

【００２７】本発明の研磨用組成物は酸またはアルカリ
によりｐＨを５〜１２に、より好ましくは６〜１１に調
整する。研磨用組成物のｐＨを５〜１２に調節すること
により分子中に窒素原子を二つ以上有するアミノ酸のタ
ンタル化合物および酸化珪素の研磨速度を抑制する効果
を高められ、研磨用組成物のｐＨを６〜１１に調節する
ことによってタンタル化合物の研磨速度を抑制する効果
を更に高めることができる。ｐＨを調節する酸またはア
ルカリには特に制限はなく、例えば、酸では塩酸、硫
酸、硝酸等の無機酸、アルカリでは水酸化カリウム等の
アルカリ金属の水酸化物、炭酸カリウム等のアルカリ金
属の炭酸塩、アンモニア等を挙げることができる。

【００２８】これらは組成物に直接添加することがで
き、あるいは、分子中に窒素原子を二つ以上有するアミ
ノ酸または銅の研磨促進剤の塩として添加することもで
きる。本発明の研磨用組成物は、配線材料の化学的機械
研磨において、研磨時の加工圧及び定盤回転数を適度に
調節することにより、研磨粒子を含有することなく、研
磨パッドの機械的研磨作用のみで必要な研磨速度を得る
ことが可能である。しかし、さらに大きな研磨速度を得
るためには研磨粒子を含有せしめることができる。本発
明の研磨用組成物において、このような研磨粒子として
は、例えば、シリカ、アルミナ、チタニア、セリア、ジ
ルコニア、酸化マンガン等の金属酸化物を挙げることが
できる。

【００２９】研磨粒子は半導体装置の特性を劣化させる
不純物が少ない高純度のものが好ましく、また、スクラ
ッチの発生を防ぐため粒子径が小さく、かつ粒子径の揃
ったものが好ましい。研磨粒子としてシリカを用いる場
合、透過型電子顕微鏡観察により測定した平均粒子径が
１０〜２００ｎｍであるコロイダルシリカ、またはＢＥ
Ｔ法により測定した表面積から算出される平均一次粒子
径が５〜１００ｎｍである気相法シリカが好ましい。

【００３０】研磨粒子としてアルミナを用いる場合、Ｂ
ＥＴ法により算出した平均一次粒子径が１０〜２００ｎ
ｍである気相法アルミナあるいは、明礬を焼成して得ら
れるアンモニウム明礬法アルミナ、アルミニウムアルコ
キシドを加水分解後に焼成して得られるアルミニウムア
ルコキシド法アルミナ、アンモニウムアルミニウム炭酸
塩を焼成して得られるアンモニウムドーソナイト法アル
ミナ、エチレンクロルヒドリンとアルミン酸ソーダを反
応後に焼成して得られるエチレンクロルヒドリン法アル
ミナが望ましい。

【００３１】研磨粒子としてチタニアを用いる場合、Ｂ
ＥＴ法により算出した平均一次粒子径が１０〜２００ｎ
ｍのチタニアが好ましい。研磨粒子の平均粒子径が上記
の範囲を超える場合にはスクラッチが発生する原因にな
るおそれがあり、上記の範囲未満の場合には研磨粒子を
添加した効果が顕れにくく経済性の点で好ましくない。

【００３２】本発明の研磨用組成物には、上記のものを
任意に、必要に応じて組み合わせて用いることができ
る。本発明の研磨用組成物に添加する研磨粒子の含有量
は３０質量％以下であることが望ましい。研磨粒子の含
有量が３０質量％を越える場合、研磨粒子の分散性が低
下したり、研磨用組成物の粘度が上昇する等、研磨用組
成物のハンドリング性が悪くなるため好ましくない。

【００３３】本発明の研磨用組成物は、必要に応じて酸
化剤を添加する。添加する酸化剤は水溶性を有するもの
であれば特に制限はなく、例えば、過酸化水素、過マン
ガン酸カリウムなどの過マンガン酸化合物、クロム酸ナ
トリウムなどのクロム酸化合物、硝酸などの硝酸化合
物、ペルオキソ二硫酸などのペルオキソ化合物、過塩素
酸などのオキソ酸化合物、フェリシアン化カリウムなど
の遷移金属塩、過酢酸などの有機系酸化剤などを挙げる
ことができる。これらの中でも、金属分を含有せず、反
応の際に生ずる副生成物や分解物が無害であり、半導体
産業においても洗浄用薬液などとして使用実績があるた
め過酸化水素が特に好ましい。本発明の研磨用組成物に
おいて、酸化剤の含有量は０．０１〜２０質量％、好ま
しくは０．１〜１０質量％である。酸化剤の含有量がこ
の値より少ない場合には、共存する添加物の種類によっ
ては、銅の腐食速度が高くなるおそれがあり、酸化剤の
含有量がこの値より大きい場合には、添加した酸化剤の
量に見合う効果が得られなくなり経済性の点で好ましく
ない。

【００３４】本発明の研磨用組成物には、酸化剤を予め
含有させることもできるが、水溶液状態で安定性が低い
酸化剤の場合は研磨直前に添加することもできる。本発
明の研磨用組成物には、更に必要に応じてベンゾトリア
ゾールなどの金属の腐食防止剤あるいはポリアクリル酸
などの研磨粒子の凝集防止剤等を含有させることができ
る。また、本発明の研磨用組成物は、予め濃縮した組成
物を作成しておき、使用時に所定濃度に希釈して用いる
ことができる。

【００３５】

【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳細に
説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定
されるものではない。 実施例１〜２５および比較例１〜１０：分子中に窒素原
子を二つ以上有するアミノ酸（以下、アミノ酸と略記す
る。）としてＬ−アルギニン、Ｌ−リシン、Ｌ−グリシ
ルグリシンおよびＬ−シトルリンを、窒素原子含有比較
化合物としてβ−アラニン、６−アミノカプロン酸、Ｌ
−アスパラギン酸およびグリシンを、銅の研磨促進剤
（以下、研磨促進剤と略記）として、酢酸、ヘキサメタ
隣酸、リンゴ酸および蓚酸を、研磨粒子として、コロイ
ダルシリカ（平均一次粒子径８０ｎｍ，ＣＳと略記）、
コロイダルシリカ（平均一次粒子径５０ｎｍ，ＣＳ２と
略記）、気相法シリカ（平均一次粒子径３０ｎｍ，ＦＳ
と略記）、アンモニウム明礬法アルミナ（平均一次粒子
径５０ｎｍ，ＵＡと略記）、気相法アルミナ（平均一次
粒子径２０ｎｍ、ＦＡと略記）を、酸化剤（過酸化水
素）を添加したときに表１の割合になるように水を溶媒
として調製して、実施例１〜２５及び比較例１〜１０の
研磨用組成物を得た。研磨用組成物のｐＨはアンモニア
水または水酸化カリウム水溶液を用いて所定のｐＨに調
整した。酸化剤は過酸化水素とし、全ての研磨用組成物
に研磨直前に２質量％の濃度で添加した。

【００３６】これらの研磨用組成物の研磨性能を以下の
方法により評価し、その結果を表１に示した。 ［研磨条件］ 研磨機：片面ポリッシングマシーン、 パッド：ＩＣ-1000／Suba400（ロデール社製）、 定盤回転数：７０ｒｐｍ、 ウェハ回転数：７０ｒｐｍ、 加工圧力：３００ｇ／ｃｍ²、 研磨用組成物供給速度：１００ｍｌ／ｍｉｎ、 研磨時間：１分間、 ワーク（１）：メッキ法により20000Åの銅膜を形成し
た６インチシリコンウェハ、 ワーク（２）：スパッタ法により4000Åのタンタル膜を
形成した６インチシリコンウェハ、 ワーク（３）：スパッタ法により4000Åの窒化タンタル
膜を形成した６インチシリコンウェハ、 ワーク（４）：熱酸化法により10000Åの二酸化珪素膜
を形成した６インチシリコンウェハ。

【００３７】［評価条件］シリコンウェハ上の金属膜の
電気抵抗値を測定することによって研磨前後の金属（Ｃ
ｕ，Ｔａ，ＴａＮ）膜の厚みを測定し、研磨速度（Å／
ｍｉｎ）を算出した。また、反射型の膜厚測定装置によ
って研磨前後の二酸化珪素（ＳｉＯ₂）の膜厚を測定し
て、その研磨速度を算出した。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【表２】

【００４０】実施例１〜２５及び比較例１〜１０に示す
ように、本発明の研磨用組成物は銅の研磨速度が高い一
方でタンタル化合物および二酸化珪素の研磨速度が低
く、更にタンタル化合物の研磨速度を低く保ったまま、
銅との研磨速度選択比を任意の値にコントロールできる
特徴を有している。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、タンタル化合物を拡散
バリア層に用いた半導体配線基板の製造における銅配線
形成のための化学的機械研磨工程において、銅に対する
研磨速度が高く大きな作業効率を示し、かつ、エロージ
ョン等の配線欠損を発生ぜずに拡散バリア層で研磨がス
トップして平坦面を形成する研磨用組成物、この研磨用
組成物を用いて得られる半導体配線基板およびその製造
方法が提供される。

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上の銅およびタンタルまたは
   タンタル化合物を研磨するための組成物において、水系
   溶媒と分子中に窒素原子を二つ以上有するアミノ酸を少
   なくとも一つ含むことを特徴とする研磨用組成物。
2. 【請求項２】 分子中に窒素原子を二つ以上有するアミ
   ノ酸が、アルギニン、リシン、アスパラギン、グルタミ
   ン、グリシルグリシン、シトルリン、アザセリン、クレ
   アチン、トリプトファン、ヒスチジン、δ−ヒドロキシ
   −リジンおよびそれらの塩から選ばれる化合物である請
   求項１記載の研磨用組成物。
3. 【請求項３】 分子中に窒素原子を二つ以上有するアミ
   ノ酸の添加濃度が、0.01〜１０質量％である請求項１記
   載の研磨用組成物。
4. 【請求項４】 更に銅の研磨促進剤を少なくとも一つ含
   む請求項１記載の研磨用組成物。
5. 【請求項５】 銅の研磨促進剤が、カルボン酸、スルホ
   ン酸、ホスホン酸、アンモニアおよびそれらの塩または
   誘導体から選ばれる物質である請求項４記載の研磨用組
   成物。
6. 【請求項６】 銅の研磨促進剤が、蟻酸、酢酸、プロピ
   オン酸、酪酸、イソ酪酸、グリコール酸、蓚酸、リンゴ
   酸、クエン酸、コハク酸、コハク酸イミド、Ｎ−ヒドロ
   キシコハク酸イミド、乳酸、酒石酸、アジピン酸、ポリ
   アクリル酸、安息香酸、ニコチン酸、硫酸、ベンゼンス
   ルホン酸、スルファミン酸、ヘキサメタ燐酸、１−ヒド
   ロキシエチリデン−１，１−ジホスホン酸、エチルアミ
   ン、ヘキサメチレンテトラミン、エチレンジアミン、ト
   リエタノールアミン、トリス（ヒドロキシメチル）アミ
   ノメタン、尿素、チオ尿素、Ｎ−メチルチオ尿素および
   それらの塩から選ばれる物質である請求項４または５記
   載の研磨用組成物。
7. 【請求項７】 銅の研磨促進剤と分子中に窒素原子を二
   つ以上有するアミノ酸のモル比が0.1〜１０である請求
   項４記載の研磨用組成物。
8. 【請求項８】 ｐＨが６〜１１に調整されている請求項
   １記載の研磨用組成物。
9. 【請求項９】 更に少なくとも一種類の研磨粒子を含有
   する請求項１記載の研磨用組成物。
10. 【請求項１０】 研磨粒子が、シリカ、アルミナ、チタ
    ニア、セリア、ジルコニア、酸化マンガン及びこれらの
    混合物からなる群から選ばれる請求項９記載の研磨用組
    成物。
11. 【請求項１１】 シリカが、一次粒子の平均粒径が１０
    〜２００ｎｍのコロイダルシリカである請求項１０記載
    の研磨用組成物。
12. 【請求項１２】 シリカが、一次粒子の平均粒径が５〜
    １００ｎｍの気相法シリカである請求項１０記載の研磨
    用組成物。
13. 【請求項１３】 アルミナが、一次粒子の平均粒径が１
    ０〜２００ｎｍの気相法アルミナである請求項１０記載
    の研磨用組成物。
14. 【請求項１４】 アルミナが、アンモニウム明礬法によ
    り得られる、一次粒子の平均粒径が１０〜２００ｎｍの
    アルミナである請求項１０記載の研磨用組成物。
15. 【請求項１５】 アルミナが、アルミニウムアルコキシ
    ド法により得られる、一次粒子の平均粒径が１０〜２０
    ０ｎｍのアルミナである請求項１０記載の研磨用組成
    物。
16. 【請求項１６】 アルミナが、アンモニウムドーソナイ
    ト法により得られる、一次粒子の平均粒径が１０〜２０
    ０ｎｍのアルミナである請求項１０記載の研磨用組成
    物。
17. 【請求項１７】 アルミナが、エチレンクロルヒドリン
    法により得られる、一次粒子の平均粒径が１０〜２００
    ｎｍのアルミナである請求項１０記載の研磨用組成物。
18. 【請求項１８】 チタニアが、一次粒子の平均粒径が１
    ０〜２００ｎｍの気相法チタニアである請求項１０記載
    の研磨用組成物。
19. 【請求項１９】 研磨粒子の濃度が３０質量％以下であ
    る請求項９記載の研磨用組成物。
20. 【請求項２０】 更に酸化剤を含む請求項１記載の研磨
    用組成物。
21. 【請求項２１】 酸化剤が過酸化水素である請求項２０
    記載の研磨用組成物。
22. 【請求項２２】 酸化剤濃度が０．１〜１０質量％であ
    る請求項２０または２１記載の研磨用組成物。
23. 【請求項２３】 半導体基板を研磨パッドに接触させ、
    半導体基板と研磨パッドとの間に請求項１乃至２２のい
    ずれかに記載の研磨用組成物を供給し研磨して得られ
    る、タンタルまたはタンタル化合物を拡散バリア層とす
    る銅配線が形成された半導体配線基板。
24. 【請求項２４】 半導体基板上にタンタルまたはタンタ
    ル化合物を拡散バリア層とする銅配線を形成する過程に
    おいて、半導体基板を研磨パッドに接触させ、半導体基
    板と研磨パッドとの間に請求項１乃至２２のいずれかに
    記載の研磨用組成物を供給して研磨することを特徴とす
    る半導体配線基板の製造方法。