JP2003031528A

JP2003031528A - Ｃｍｐ用スラリーおよび半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2003031528A
Application number: JP2001218526A
Authority: JP
Inventors: Fukugaku Minami; 学南幅; Hiroyuki Yano; 博之矢野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-07-18
Filing date: 2001-07-18
Publication date: 2003-01-31

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体装置の性能および品質を損なうおそれを
低減して、生産効率を容易に向上できるＣＭＰ用スラリ
ーおよび半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】ＣＭＰ用スラリー１は、一方向に沿って延
ばされた長尺形状を有する研磨剤本体２と、この研磨剤
本体２の表面に付着される複数個の研磨粒子３と、によ
って形成された研磨剤４を複数個含有している。半導体
装置の製造方法は、本発明に係るこのＣＭＰ用スラリー
１を用いて化学的機械的研磨処理を行う工程を含んでい
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、化学的機械的研磨
処理に用いられるＣＭＰ用スラリー、および半導体装置
の製造方法に関し、特に、ＤＲＡＭや高速ロジックＬＳ
Ｉなどに用いられる、Al, Cu, W などによって形成され
る埋め込み配線（ダマシン配線）を形成するためのＣＭ
Ｐ用スラリー、および半導体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＬＳＩを始めとする各種半導体装
置の製造分野（製造プロセス）において、デバイスの微
細化および高密度化などが進んでいる。また、これに伴
って種々様々な微細加工技術の開発および研究がなされ
ている。

【０００３】例えば、絶縁膜の表層部に配線を加工して
形成する工程においては、従来よりＲＩＥ（reactive i
on etching）が用いられている。ところが、配線を形成
する金属が例えば銅（Cu）である場合、銅は蒸気圧が高
いため、ＲＩＥを適用した加工形成プロセスでは、微細
かつ高密度な銅配線を所望通りの形状に加工して形成す
ることは困難である。また、膜厚が1μm程度の金属膜、
例えばアルミニウム（Al）膜を、ＲＩＥによる加工形成
プロセスで所望通りの形状に加工して形成することも困
難になりつつある。したがって、ＲＩＥによる加工形成
プロセスでは、デバイスのさらなる微細化および高密度
化が進むことが予想される次世代ＬＳＩなど、将来の半
導体装置の製造に欠かすことのできない、極めて微細か
つ高密度な構造からなる配線などの加工形成が極めて困
難となることが容易に予想される。

【０００４】このような状況を鑑みて、微細かつ高密度
な配線などの加工形成を可能とするために、ＲＩＥに取
って代わる微細加工技術として、化学的機械的研磨（Ｃ
ＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）技術が必須の
プロセスとなりつつある。実際、前述したような困難を
克服するために、ＣＭＰ技術を利用した埋め込み配線
（ダマシン配線）などの製造プロセスの技術開発および
研究が、近年、急速に進展している。

【０００５】現在のＣＭＰ技術（ＣＭＰ法）において
は、配線金属のディッシング（dishing）や絶縁膜のシ
ニング（thinning）などを含めた被研磨部のエロージョ
ン（erosion）やスクラッチ（scratch）の低減と、研磨
速度（研磨レート）の高速化とは、互いに排他的な関係
（トレード・オフ）にある。エロージョンやスクラッチ
の発生は、半導体装置の性能や品質が劣化する要因、ひ
いては歩留まりが低下する要因となる。また、研磨速度
の低下は、半導体装置の生産効率の低下につながる。し
たがって、エロージョンやスクラッチの低減と、研磨速
度の高速化とを両立させる試みが、研究者や、あるいは
技術者達の間で盛んに行われている。

【０００６】主なところでは、例えば研磨パッド（研磨
布）の硬質化や、あるいは研磨粒子の研磨パッドへの固
定化など、研磨パッドの改良が試みられている。また、
例えばＣＭＰ用スラリーの成分の工夫など、ＣＭＰ用ス
ラリーの改良も試みられている。

【０００７】研磨パッドの改良は、現段階においては、
配線金属に入るスクラッチが多いことや、あるいは研磨
速度が不安定であるなど、前述したＣＭＰ技術の短所を
克服するまでには至っておらず、未だ実用化できる水準
には達していない。他方、ＣＭＰ用スラリーの改良は、
一般的に使用されている実績ある研磨パッドの使用を前
提とした改良であるため、その実用化が期待されてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、ＣＭ
Ｐ法を行う際のエロージョンの低減と、研磨速度の高速
化とを両立させるために、ＣＭＰ用スラリーの改良が盛
んに行われている。例えば、ＣＭＰ用スラリーに含まれ
ている各成分の中でも、研磨作用の観点において主要な
働きをする研磨粒子を適正なものに調整する改良が試み
られている。

【０００９】高い研磨速度を得るためには、図１２
（ａ）に示すように、できるだけ大きい研磨粒子１０２
を含んでいるＣＭＰ用スラリー１０１を用いることが好
ましい。具体的には、各研磨粒子１０２は、それぞれの
大きさを表す一次粒子径Ｘが、約35nm以上の大きさを有
していることが好ましい。ところが、このような大きさ
の研磨粒子１０２を含んでいるＣＭＰ用スラリー１０１
を用いると、研磨速度の高速化を図ることはできるが、
図１３（ａ）に示すように、被研磨基板１０３の被研磨
部１０４に、エロージョン１０５やスクラッチ１０６な
どが発生し易くなる。

【００１０】他方、エロージョンやスクラッチなどを低
減するためには、図１２（ｂ）に示すように、できるだ
け小さい研磨粒子２０２を含んでいるＣＭＰ用スラリー
２０１を用いることが好ましい。具体的には、各研磨粒
子２０２は、それぞれの一次粒子径Ｘが、約35nm未満の
大きさであることが好ましい。ところが、このような大
きさの研磨粒子を含んでいるＣＭＰ用スラリー２０１を
用いると、図１３（ｂ）に示すように、エロージョンや
スクラッチなどの発生を抑制することはできるが、研磨
速度が著しく遅くなり、実用的な研磨速度を得ることが
困難となるおそれがある。

【００１１】これは、研磨粒子２０２が小さいために、
研磨粒子２０２の大きさと、図示しない研磨パッドの表
面の凹凸の大きさ、すなわち研磨パッドの表面の粗さと
の大小関係が適切な状態になっていないことによるもの
と考えられる。具体的には、研磨粒子２０２の大きさと
比較して、研磨パッドの表面が粗過ぎるため、その凹凸
の中に研磨粒子２０２が埋もれてしまい、研磨粒子２０
２の研磨力が被研磨基板１０３の被研磨部１０４に適切
な状態で伝達されないためであると考えられる。

【００１２】そのような状態を回避するためには、研磨
粒子２０２の大きさに合わせて、研磨パッドの表面の凹
凸をより細かくすればよい。ところが、現段階のコンデ
ィショニング技術では、ドレッサー側の目詰まりなどに
より、研磨パッドの切れ込みの深さや、あるいは粗大さ
などを、所定の大きさに安定して保持できるように制御
（調整）することは困難である。

【００１３】また、前述したような一次粒子径Ｘが約35
nm未満の小さい研磨粒子２０２を多数個含んでいるＣＭ
Ｐ用スラリー３０１を用いる場合においても、図１２
（ｃ）に示すように、それらを多数個凝集させて凝集体
３０２を形成させることによって、研磨速度を向上させ
ることはできる。これは、凝集体３０２全体が擬似的に
一つの研磨粒子として働いて、被研磨部１０４を研磨す
るためである。ただし、各研磨粒子２０２の一次粒子径
Ｘを大きくした場合と同様に、凝集体３０２全体の大き
さを表す二次粒子径Ｙ，Ｚが大きくなればなる程、図１
３（ｃ）に示すように、エロージョン１０５やスクラッ
チ１０６などが発生し易くなる。

【００１４】さらに、研磨粒子２０２の凝集状態は経時
変化を起こし易い。例えば、ＣＭＰ用スラリー３０１を
使用せずに保存しておくと、その内部に含まれる凝集体
３０２同士がさらに凝集し合って、図示しない粗大粒子
が時間の経過とともに増加する。これにより、長い間使
用されなかったＣＭＰ用スラリー３０１は、これを使用
した際に、エロージョン１０５やスクラッチ１０６を引
き起こす原因となるおそれが高い。また、粗大粒子数が
増えると、各粗大粒子同士の間で凝集が起こり、さらに
巨大な粗大粒子数が増える。すると、凝集した各粗大粒
子は、ＣＭＰ用スラリー３０１の溶媒（溶液）３０３中
に溶解（浮遊）していることができなくなり、沈殿（沈
降）する。一旦沈殿した粗大粒子の凝集体は、再び溶媒
中に溶解する可能性は殆ど無い。

【００１５】このように、ＣＭＰ用スラリー３０１中の
粗大粒子数が増加したり、あるいはＣＭＰ用スラリー３
０１中に粗大粒子の凝集体からなる図示しない沈殿物が
一旦形成されたりすると、そのＣＭＰ用スラリー３０１
は実質的に使用不可能となる。このような現象は、図１
２（ａ）に示すように、ＣＭＰ用スラリー１０１に含ま
れている研磨粒子１０２の一次粒子径Ｘを大きくした場
合においても同様に起こり得る。

【００１６】以上説明したように、単に研磨粒子の大き
さを変えたり、あるいはその凝集状態を調整したりする
だけでは、ＣＭＰ法を行う際のエロージョンやスクラッ
チの低減と、研磨速度の高速化とを両立させることは極
めて困難である。ひいては、半導体装置の歩留まりや生
産効率を向上させることは極めて困難である。

【００１７】本発明は、以上説明したような課題を解決
するためになされたものであり、その目的とするところ
は、半導体装置の性能および品質を損なうおそれを低減
できるとともに、その生産効率を容易に向上できるＣＭ
Ｐ用スラリーおよび半導体装置の製造方法を提供するこ
とにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明に係るＣＭＰ用スラリーは、所定の方向に沿
って延ばされた長尺形状を有する研磨剤本体と、この研
磨剤本体の表面に付着される複数個の研磨粒子と、によ
って形成された研磨剤を含有することを特徴とするもの
である。

【００１９】このＣＭＰ用スラリーにおいては、これに
含まれている研磨剤が、長尺形状を有する研磨剤本体
と、この研磨剤本体の表面に付着される複数個の研磨粒
子と、によって形成されている。これにより、研磨粒子
が被研磨部の一部に部分的に集中してしまい、一つの箇
所を過剰に研磨したり、あるいは他の箇所を殆ど研磨し
なかったりするおそれを抑制できる。すなわち、研磨粒
子が被研磨部を偏って研磨するおそれを抑制して、被研
磨部を略均一に研磨することができる。また、研磨剤
と、この研磨剤によって研磨される被研磨部との接触面
積を増大させて研磨速度の向上を図ることができる。

【００２０】また、本発明に係るＣＭＰ用スラリーを実
施するにあたり、その材料などの一部を、以下に述べる
ような設定としても構わない。

【００２１】前記研磨剤本体は、弾性的に変形可能な棒
状に形成されている。

【００２２】前記研磨剤本体は、樹脂またはゴムによっ
て形成されている。

【００２３】前記樹脂またはゴムは、ポリメチルメタク
リル酸、ポリスチレン、ナイロン、塩化ビニール、およ
びポリプロピレンのうちの少なくとも１種類を主成分と
する。

【００２４】前記研磨剤本体は、自在に変形可能な紐状
に形成されている。

【００２５】前記研磨剤本体は、界面活性剤によって形
成されている。

【００２６】前記界面活性剤は、ポリアクリル酸塩また
はポリカルボン酸塩を主成分とする。

【００２７】前記研磨剤本体は、その分子量が10000以
下である。

【００２８】前記研磨剤本体は、その長さが、0.1〜30
μmに形成されている。

【００２９】前記研磨粒子は、その一次粒子径の大きさ
が、30nm以下である。

【００３０】前記研磨粒子は、Al, Cu, Si, Cr, Ce, T
i, C, Fe のうちの少なくとも１種類の元素を主成分と
する酸化物、炭化物、または窒化物、あるいはこれら各
化合物の混合物または混晶物である。

【００３１】前記研磨剤は、スラリー溶液中でその長手
方向の端部同士が互いに接触して連なるように複数個が
凝集する。

【００３２】本発明に係るＣＭＰ用スラリーを実施する
にあたり、このＣＭＰ用スラリーに含まれている研磨剤
の構成などを、以上述べたような各種設定とすることに
より、研磨剤によって研磨される被研磨部を、その材質
などに応じて適正な研磨剤を用いて適正な状態で研磨で
きる。したがって、被研磨部をより均一に、かつより迅
速に研磨することができる。

【００３３】また、前記課題を解決するために、本発明
に係る半導体装置の製造方法は、本発明に係るＣＭＰ用
スラリーを用いて化学的機械的研磨処理を行う工程を含
むことを特徴とするものである。

【００３４】この半導体装置の製造方法においては、本
発明に係るＣＭＰ用スラリーを用いて化学的機械的研磨
処理を行う。これにより、被研磨部を略均一に研磨し
て、被研磨部を適正な状態に形成することができる。ま
た、研磨速度を向上させて、化学的機械的研磨処理を迅
速に行うことができる。

【００３５】また、本発明に係る半導体装置の製造方法
を実施するにあたり、その工程などの一部を、以下に述
べるような設定としても構わない。

【００３６】前記化学的機械的研磨処理が、表層部に埋
め込み配線用の凹部を設けた絶縁膜と、その埋め込み配
線用の凹部を覆うように前記絶縁膜の上に形成した所定
の金属を主成分とする金属膜とを備える被研磨基板の被
研磨部に対して施されるものであり、前記絶縁膜の表面
が露出するまで前記金属膜を研磨することで、前記埋め
込み配線用の凹部内に前記金属膜の一部を選択的に残留
させる。

【００３７】前記所定の金属を主成分とする金属膜は、
Cu, Al, W, Ti, Mo, Nb, Ta, V, Ru, Agのうちのいずれ
か１種類の金属元素によって形成される単一金属の膜、
あるいは前記金属元素のうちの少なくとも１種類を主成
分として含有している合金、窒化物、ホウ化物、酸化
物、またはこれらの混合物によって形成される膜、ある
いは前記単一金属の膜または前記混合物の膜が単層また
は複数層に積層形成されたものである。

【００３８】前記ＣＭＰ用スラリーにおける前記研磨剤
本体は、その長さが、前記凹部に埋め込み形成される埋
め込み配線の配線幅の半分以上となるように設定されて
いる。

【００３９】本発明に係る半導体装置の製造方法を実施
するにあたり、その工程などの一部を、以上述べたよう
な各種設定とすることにより、研磨剤によって研磨され
る被研磨部を、その材質などに応じて適正な研磨剤を用
いて適正な状態で研磨できる。したがって、被研磨部を
より適正な状態に、かつより迅速に研磨して形成するこ
とができる。

【００４０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１および第２の
実施の形態に係るＣＭＰ用スラリーおよび半導体装置の
製造方法を、図１〜図１１に基づいて各実施形態ごとに
説明する。

【００４１】（第１の実施の形態）まず、本発明の第１
の実施の形態に係るＣＭＰ用スラリーおよび半導体装置
の製造方法を、図１〜図７に基づいて説明する。

【００４２】まず、本実施形態のＣＭＰ用スラリーにつ
いて、図１〜図４、ならびに図６および図７を参照しつ
つ説明する。

【００４３】本実施形態のＣＭＰ用スラリー１は、所定
の方向に沿って延ばされた長尺形状を有する研磨剤本体
２と、この研磨剤本体２の表面に付着される複数個の研
磨粒子３と、によって形成された研磨剤４を含有するこ
とを前提とするものである。

【００４４】また、このＣＭＰ用スラリー１は、次に述
べる特徴を備えるものとする。

【００４５】研磨剤本体２は、弾性的に変形可能な棒状
に形成されている。

【００４６】研磨剤本体２は、樹脂またはゴムによって
形成されている。

【００４７】研磨剤本体２を形成している樹脂またはゴ
ムは、ポリメチルメタクリル酸、ポリスチレン、ナイロ
ン、塩化ビニール、およびポリプロピレンのうちの少な
くとも１種類を主成分とする。

【００４８】研磨粒子３は、その一次粒子径の大きさＣ
が、30nm以下である。

【００４９】研磨粒子３は、Al, Cu, Si, Cr, Ce, Ti,
C, Fe のうちの少なくとも１種類の元素を主成分とする
酸化物、炭化物、または窒化物、あるいはこれら各化合
物の混合物または混晶物である。

【００５０】研磨剤４は、スラリー溶液７中でその長手
方向の端部同士が互いに接触して連なるように複数個が
凝集する。

【００５１】さらに、このＣＭＰ用スラリー１は、次に
述べる特徴を備えるものとする。

【００５２】研磨剤本体２は、その長さＡが、研磨剤４
によって研磨される被研磨部５に形成されている配線６
の配線幅Ｄの半分以上となるように形成されている。

【００５３】以下、本実施形態のＣＭＰ用スラリー１
を、図１〜図４、ならびに図６および図７を参照しつ
つ、具体的に説明する。

【００５４】このＣＭＰ用スラリー１に含まれている研
磨剤４は、図２（ａ）に示すように、その研磨剤本体２
が、ポリメチルメタクリル酸（ＰＭＭＡ）を主成分とす
る樹脂によって、弾性的に変形可能な棒状に形成されて
いる。また、研磨剤４は、その研磨粒子３が、図２
（ｂ）に示すように、シリコン（Si）を主成分とする酸
化物によって形成されている。

【００５５】具体的には、図３に示すように、例えば、
ｐＨ４程度の弱酸性の溶液９中において、研磨剤本体と
しての棒状のＰＭＭＡ２の表面に負に帯電しているアミ
ノ基（NH₂、カチオン）１０を形成する。このアミノ基
１０に正に帯電している研磨粒子としてのシリカ３を静
電気的に吸着させる。これにより、研磨剤４が形成され
る。研磨剤本体２が弾性的に変形可能な樹脂製であるた
め、この研磨剤４を含んでいるＣＭＰ用スラリー１を用
いて、後述する化学的機械的研磨処理（ＣＭＰ処理）を
行う際に、研磨剤本体２に大きな外力（ストレス）が加
わっても、研磨剤本体２が折れるおそれは殆どない。し
たがって、ＣＭＰ処理中に、研磨剤４が被研磨部を必要
以上に研磨するおそれは殆どない。ひいては、本実施形
態の研磨剤４が、ＣＭＰ処理中におけるエロージョン
（erosion）やスクラッチ（scratch）の発生要因となる
おそれは殆どない。

【００５６】研磨剤本体２と研磨粒子３とは、互いに静
電気力により結合（イオン結合）しているので、それら
の間の結合力は極めて大きい。したがって、これらの研
磨剤本体２および研磨粒子３からなる研磨剤４を含んで
いるＣＭＰ用スラリー１を用いて、ＣＭＰ処理を行って
も、研磨剤４が摩擦力などによって分解されて、その研
磨能力がなくなるおそれは殆どない。研磨剤本体２と研
磨粒子３との間の結合力は、従来の技術に係る研磨粒子
が凝集体を形成する際の凝集力に比べて、はるかに強大
である。

【００５７】以上説明した構造により、研磨剤４は、Ｃ
ＭＰ用スラリー１の溶液（分散液）７中における存在状
態の調整（制御）を容易に行うことができる。ひいて
は、ＣＭＰ処理中における存在状態の調整（制御）も容
易に行うことができる。具体的には、複数個の研磨剤４
を、図１（ａ）に示すように、ＣＭＰ用スラリー１の溶
液（分散液）７中において、互いに分散させた状態で保
存することができる。あるいは、複数個の研磨剤４を、
図１（ｂ）に示すように、ＣＭＰ用スラリー１の溶液
（分散液）７中において、互いに凝集させた状態で保存
することができる。

【００５８】特に、本実施形態の研磨剤４は、ＣＭＰ用
スラリー１の溶液（分散液）７中において、互いに凝集
して凝集体８を形成する場合、各研磨剤４の長手方向の
端部同士が互いに接触して連なるように凝集する特徴を
有している。これは、次に説明するように考えられる。
各研磨剤４の研磨剤本体２の表面、とくに端部を除く外
周部には、正に帯電している研磨粒子３が複数個付着し
ている。これにより、研磨剤４同士が分子間引力により
接近すると、それぞれの研磨粒子３同士が電気的に反発
し合うので、各研磨剤４は互いに一定の距離以内には接
近することができない。したがって、各研磨剤４は、互
いに反発し合う研磨粒子３の数が少ない、研磨剤本体２
の長手方向の端部同士を互いに接触させて連なるように
凝集すると考えられる。

【００５９】以上説明したように、複数個の研磨剤４が
長手方向に沿って延びるように連なって形成される凝集
体８は、研磨剤４同士の接触面積が小さいので、従来の
技術に係る研磨粒子の凝集体と比較して、僅かな外力で
も簡単に崩壊する。したがって、本実施形態の研磨剤４
が形成する凝集体８は、ＣＭＰ処理中におけるエロージ
ョンやスクラッチなどの発生要因となるおそれは殆どな
い。また、研磨剤４が形成する凝集体８は、僅かな外力
でも簡単に崩壊するため、粗大粒子や沈殿物を形成し難
い。たとえ、それらを形成したとしても、前述した特性
によって、研磨剤４からなる粗大粒子や沈殿物は、容易
に分散状態にすることができる。したがって、この研磨
剤４を含んでいるＣＭＰ用スラリー１は、その品質が劣
化し難く、かつ長期間の保存に耐えることができるの
で、長寿命かつ経済的である。

【００６０】また、本実施形態の研磨剤４は、図２
（ａ）および図４に示すように、その研磨剤本体２の長
さＡが、研磨剤４によって研磨される被研磨部５に形成
されている配線６の配線幅Ｄの半分以上となるように形
成されている。これにより、各研磨剤４は、その全体が
ＣＭＰ処理中に配線６の幅の間に位置するおそれが極め
て低くなる。各研磨剤４は、図４に示すように、その長
手方向両端部が配線６の幅方向両縁部に引っ掛かった
り、あるいは被研磨部５を構成している絶縁膜１０の表
面（フィールド面）と配線６とを跨ぐような姿勢で位置
したりする確率がきわめて高い。したがって、本実施形
態の研磨剤４は、ＣＭＰ処理中に図示しない研磨パッド
から強い外力を加えられても、配線６を抉り取る（深く
研磨する）おそれが殆ど無いので、エロージョンやスク
ラッチなどの発生要因となるおそれは殆どない。

【００６１】研磨剤４の研磨剤本体２の長さＡの具体的
な値としては、図７に示すように、例えば約0.1〜30μm
が好ましい。これは、研磨剤本体２の長さＡが0.1μm未
満では、ＣＭＰ処理中の研磨速度、エロージョンの発生
率、スクラッチ密度など、研磨剤４の研磨特性が、従来
技術に係る研磨粒子の研磨特性と殆ど変わらなくなって
しまうためである。また、研磨剤本体２の長さＡが30μ
mを超えると、ＣＭＰ用スラリー１の溶液７中におい
て、適正な分散状態を安定して保持できなくなるおそれ
が生じるためである。

【００６２】また、現在の配線パターンの配線ルール
（設計ルール、デザインルール）においては、配線６の
配線幅Ｄは、殆どが約30μm以下に設定されているため
である。研磨剤本体２の長さＡが約0.1〜30μmであれ
ば、ＣＭＰ処理中において、研磨剤４が前述したような
エロージョンやスクラッチなどの発生を抑制できる姿勢
をとることができる確率が極めて高くなる。さらに、将
来に向けて、配線６のさらなる微細化が容易に予想され
る。したがって、研磨剤本体２の長さＡが、図７に示す
ように、約0.1〜30μmであることが、現在も含めた今後
の半導体装置の製造プロセスにおいても、必要十分な設
定条件である。

【００６３】また、研磨粒子３は、これが独立して存在
している場合の大きさを表す一次粒子径の大きさＣが、
約30nm以下であることが好ましい。これは、一般的なＣ
ＭＰ処理の研磨特性の観点からは、基本的に研磨粒子３
の一次粒子径の大きさＣが小さくなるのに伴って、エロ
ージョンやスクラッチなどの発生率が低くなるためであ
る。特に好ましくは、研磨粒子３は、その一次粒子径の
大きさＣが、約10nm〜約20nmであるとよい。このような
大きさであれば、後述するように、研磨速度とエロージ
ョンやスクラッチなどの低減とを高い水準で両立するこ
とが可能となる。

【００６４】従来の技術に係る研磨粒子においては、図
６中△印および一点鎖線で示すように、その一次粒子径
が小さくなるのに伴って、エロージョンの発生率も低下
した。ところが、図６中□印および二点鎖線で示すよう
に、研磨粒子の一次粒子径が小さくなるのに伴って、そ
の研磨速度が低下した。

【００６５】これに対して、本実施形態の研磨剤４にお
いては、研磨剤本体２に研磨粒子３が複数個付着するこ
とにより、実質的な凝集状態を形成している。したがっ
て、本実施形態の研磨粒子３においては、図６中☆印で
示すように、その一次粒子径の大きさＣが15nmと極めて
小さいにも関わらず、その研磨速度は従来技術の研磨粒
子の研磨速度に比較して、２倍に向上されている。具体
的には、一次粒子径の大きさＣが15nmの場合、従来技術
の研磨粒子の研磨速度は、約200(nm/min)であった。こ
れに対して、本実施形態の研磨粒子３の研磨速度は、約
400(nm/min)であった。

【００６６】また、本実施形態の研磨粒子３において
は、図６中○印で示すように、これを用いた場合のエロ
ージョンの深さは約30nmであった。同じ大きさの一次粒
子径を有している従来技術の研磨粒子を用いた場合のエ
ロージョンの深さは、約20nmであった。すなわち、研磨
粒子３を用いた際のエロージョンの深さは、従来技術の
研磨粒子を用いた場合のエロージョンの深さに比べる
と、約10nmほど深くなっている。ただし、前述したよう
に、配線６の配線幅Ｄの大きさは約30μmであるので、
これに比べると、エロージョンの深さの差は僅かにその
3000分の１程度である。これは十分に誤差範囲内であ
る。したがって、本実施形態の研磨粒子３は、エロージ
ョンの発生率やその大きさ（深さ）などの観点におい
て、従来技術の研磨粒子に比べて何ら遜色はない。

【００６７】むしろ、本実施形態の研磨剤４は、その研
磨粒子３の一次粒子径の大きさＣを小さくすることによ
って、従来の技術においては互いに排他的であった研磨
速度の飛躍的な向上と、エロージョンの低減とを両立さ
せている点において、革新的なものである。これは、さ
らなる微細化および高密度化が望まれている半導体装置
の製造プロセスにおいて、利用価値が極めて高い。

【００６８】さらに、前述したように、ＣＭＰ処理中の
エロージョンやスクラッチなどの低減を図るために、Ｃ
ＭＰ用スラリーではなく、研磨パッドの硬質化（ハード
・パッド化）や、あるいは研磨粒子の研磨パッドへの固
定化など、研磨パッドの改良が試みられている。ところ
が、これらは未だ実用化できる水準には達していない。

【００６９】本実施形態の研磨剤４を含むＣＭＰ用スラ
リー１によれば、一般的に使用されている実績ある研磨
パッドを使用できる。そして、そのような環境におい
て、前述したような研磨速度の飛躍的な向上と、エロー
ジョンの低減とを両立することができる。つまり、ＣＭ
Ｐ用スラリーを、本実施形態の研磨剤４を含むＣＭＰ用
スラリー１に交換するだけで、他の特別な装置や作業を
要することなく、研磨速度の飛躍的な向上と、エロージ
ョンの低減とを両立することができる。したがって、本
実施形態のＣＭＰ用スラリー１は、半導体装置の性能お
よび品質を損なうおそれを低減して歩留まりを向上でき
るとともに、半導体装置の生産効率を容易に向上でき
る。

【００７０】また、本実施形態のＣＭＰ用スラリー１
は、その汎用性が極めて高いとともに、品質が劣化し難
く長寿命であるので、極めて経済的である。これは、こ
のＣＭＰ用スラリー１を用いたＣＭＰ処理が施される半
導体装置の低コスト化にも反映させることができる。す
なわち、このＣＭＰ用スラリー１を用いたＣＭＰ処理を
施すことにより、微細かつ高密度なデバイスを搭載した
半導体装置のコストパフォーマンスを向上させることが
できる。

【００７１】さらに、本実施形態のＣＭＰ用スラリー１
が含んでいる研磨剤４は、その形状から、ロール、ペン
シル、あるいはブラシなどの掃除用具に容易に絡んだり
するなど、付着し易い。したがって、ＣＭＰ処理が終了
した後の被研磨基板を洗浄する際などに、基板上に研磨
剤４や、あるいは研磨剤４によって削り取られた削りか
すなどが残り難い。これにより、ＣＭＰ処理が終了した
後の被研磨基板をより清浄な状態に保持することができ
るので、半導体装置の性能および品質を損なうおそれを
より低減して、歩留まりをより向上できる。

【００７２】次に、本実施形態の半導体装置の製造方法
について、図１〜図７を参照しつつ説明する。

【００７３】本実施形態の半導体装置の製造方法は、本
発明に係るＣＭＰ用スラリー１を用いて化学的機械的研
磨処理を行う工程を含むことを前提とするものである。

【００７４】また、この半導体装置の製造方法は、次に
述べる特徴を備えるものとする。

【００７５】化学的機械的研磨処理が、表層部１０ａに
埋め込み配線６用の凹部１１を設けた絶縁膜１０と、そ
の埋め込み配線６用の凹部１１を覆うように絶縁膜１０
の上に形成した所定の金属を主成分とする金属膜１２と
を備える被研磨基板１３の被研磨部５に対して施される
ものであり、絶縁膜１０の表面が露出するまで金属膜１
２を研磨することで、埋め込み配線６用の凹部１１内に
金属膜１２の一部を選択的に残留させる。

【００７６】所定の金属を主成分とする金属膜１２は、
Cu, Al, W, Ti, Mo, Nb, Ta, V, Ru, Agのうちのいずれ
か１種類の金属元素によって形成される単一金属の膜、
あるいは金属元素のうちの少なくとも１種類を主成分と
して含有している合金、窒化物、ホウ化物、酸化物、ま
たはこれらの混合物によって形成される膜、あるいはそ
れら単一金属の膜または混合物の膜が単層または複数層
に積層形成されたものである。

【００７７】ＣＭＰ用スラリー１における研磨剤本体２
は、その長さが、凹部１１に埋め込み形成される埋め込
み配線６の配線幅Ｄの半分以上となるように設定されて
いる。

【００７８】以上簡潔に説明した本実施形態の半導体装
置の製造方法は、具体的にはＣＭＰ法である。

【００７９】以下、この第１実施形態のＣＭＰ法の工程
などについて、図１〜図７を参照しつつ，一実施例を挙
げて詳しく説明する。

【００８０】この第１実施形態のＣＭＰ法は、半導体装
置の配線６として、銅（Cu）の埋め込み配線（Cuダマシ
ン配線）６を形成する際に行う、いわゆるCu−ＣＭＰ法
である。本実施例のＣＭＰ法を実施するにあたり、前述
したＣＭＰ用スラリー１を用いる。

【００８１】まず、ＣＭＰ用スラリー１の具体的な成分
について説明する。研磨剤４の研磨剤本体２は、ＰＭＭ
Ａを主成分とする樹脂を核として、弾性的に変形可能に
形成されている。研磨剤本体２は、図２（ａ）において
Ａで示す長さが約40μm、また図２（ａ）においてＢで
示す直径が約50nm（<<0.2μm）の棒状に形成されてい
る。この研磨剤本体２に電気的に吸着される研磨粒子３
は、コロイダル・シリカによって形成されている。研磨
粒子３は、図２（ｂ）においてＣで示す一次粒子径の大
きさが約15nm（<<0.2μm）の略球形状に形成されてい
る。

【００８２】ＣＭＰ用スラリー１の溶液７は、まずその
溶媒１６が純水によって構成されている。この溶媒１６
の中に、それぞれ重量パーセント濃度で、図示しない酸
化剤としての過硫酸アンモニウムを約1%、図示しない錯
化剤としてのキナルジン酸を約0.5%、同じく図示しない
錯化剤としてのアラニンを約0.1%ずつ加える。さらに、
所定の界面活性剤を加える。これにより、ＣＭＰ用スラ
リー１の溶液７は調製されている。界面活性剤は、ＣＭ
Ｐ用スラリー１に含まれている研磨剤４が、図１（ｂ）
に示すように、凝集して凝集体８（二次粒子）を形成し
た際に、その分散性の改善、ならびに研磨パッドの表面
および被研磨部との親水化を適正な状態に調整（制御）
するためのものである。これにより、ＣＭＰ用スラリー
１の研磨特性のさらなる向上を図ることができる。

【００８３】また、本実施形態のＣＭＰ法を実施するに
あたり、使用する図示しない研磨パッドは、現在、一般
に用いられているＩＣ１０００−Pad（ロデール社製）
とした。この研磨パッドの研磨面の表面の粗さは、おお
よそ20μmである。

【００８４】さらに、本実施形態のＣＭＰ法を用いて形
成するCu埋め込み配線６は、図４中Ｄで示す配線幅が約
50μmであるものを、図５（ａ）〜（ｅ）に示すよう
に、１対近接させて形成されるものである。また、各Cu
埋め込み配線６の間の距離は、約10μmである。

【００８５】以下、図５（ａ）〜（ｅ）を参照しつつ、
本実施例のCu−ＣＭＰ法について順次説明する。

【００８６】まず、図５（ａ）に示すように、例えばシ
リコン（Si）からなる下地基板１４の表面上に絶縁膜１
０を形成する。この絶縁膜１０は、例えば二酸化シリコ
ン（SiO₂）を主な材料として、塗布法などによって形成
される。

【００８７】次に、図５（ｂ）に示すように、リソグラ
フィ技術およびＲＩＥ（reactive ion etching）などを
用いて、絶縁膜１０の表層部１０ａに埋め込み配線６用
の凹部（配線溝）１１を形成する。

【００８８】次に、図５（ｃ）に示すように、絶縁膜１
０の表層部１０ａに、埋め込み配線用凹部１１を全面的
に覆うように、スパッタリングなどによって、所定の金
属を主成分とする金属膜のうちの一つであるバリア・メ
タル用の膜（バリア・メタル膜、バリア金属膜）１５を
設ける。この膜１５は、例えば窒化タンタル（TaN）に
よって形成されており、TaNライナ１５とも称する。

【００８９】次に、図５（ｄ）に示すように、TaNライ
ナ１５の上に、同じくスパッタリングなどによって、所
定の金属を主成分とする金属膜のうちの他の一つである
埋め込み配線６用の銅（Cu）の膜（配線用Cu膜）１２を
設ける。

【００９０】以上説明した状態に形成された被研磨基板
としての半導体基板１３に、本実施例のCu−ＣＭＰ法を
適用する。

【００９１】ＣＭＰ用スラリー１（図５（ｄ）において
図示せず。）を図示しない研磨パッドやＣＭＰ装置とと
もに用いて、図５（ｄ）に示すように、被研磨部５の主
要部を形成している配線用Cu膜１２を、その表面側から
研磨して削り取っていく。配線用Cu膜１２を適正な状態
で研磨していくと、配線用Cu膜１２の下側にTaNライナ
１５が露出してくる。この状態のまま、さらに研磨を続
けると、TaNライナ１５の下側に絶縁膜１０の表層部１
０ａが露出してくる。

【００９２】図５（ｅ）に示すように、絶縁膜１０の表
層部１０ａが略全面的に露出して、埋め込み配線用凹部
１１の内部にのみ、配線用Cu膜１２およびTaNライナ１
５が、選択的に残留した状態になった時点で本実施例の
Cu−ＣＭＰ法を終了とする。この状態をジャスト・ポリ
ッシュ状態と称する。実際には、ジャスト・ポリッシュ
状態でＣＭＰ装置の動作を停止させるのは困難であり、
絶縁膜１０の表層部１０ａも多少研磨される。この状態
をオーバー・ポリッシュ状態と称する。

【００９３】また、従来の技術に係るＣＭＰ法に対する
本実施例のCu−ＣＭＰ法の優位性を検討するために、本
実施例のCu−ＣＭＰ法と同様の条件下において、ＣＭＰ
用スラリーだけを従来技術のＣＭＰ用スラリーに交換し
て、Cu−ＣＭＰ法を行った。その際、従来技術のＣＭＰ
用スラリーには、図１２（ｃ）に示すように、比較的小
さい一次粒子径を有する研磨粒子２０２が複数個凝集し
た凝集体３０２を形成した状態で含まれているＣＭＰ用
スラリー３０１を用いた。また、凝集体３０２の大きさ
を表す二次粒子径Ｘ，Ｙは、ともに約0.2μmであった。

【００９４】この結果、本発明の第１実施形態に係るＣ
ＭＰ用スラリー１の効果において前述したように、本実
施例のCu−ＣＭＰ法は、従来技術のCu−ＣＭＰ法に対し
て、図６で示すように、研磨速度の向上およびエロージ
ョンの低減の２点において、明らかな優位性を得ること
が出来た。例えば、実際に半導体装置を製造する上では、
半導体基板１３の仕上げ状態のばらつきや、あるいはＣ
ＭＰプロセスの実施状態のばらつきなどを考慮して、Ｃ
ＭＰ処理は、約50%程度のオーバー・ポリッシュ状態に
なるまで行われる。この状態で、エロージョンの深さを
比較すると、従来技術のCu−ＣＭＰ法では約100nmであ
った。これに対して、本実施例のCu−ＣＭＰ法では、30
nm未満であった。

【００９５】実際の半導体装置の製造プロセスにおいて
は、エロージョンの深さを50nm未満に抑えることができ
れば十分である。したがって、従来技術のCu−ＣＭＰ法
ではそのスペックを満足することはできなかったのに対
して、本実施例のCu−ＣＭＰ法は、そのスペックを十分
に満足している。

【００９６】また、本実施例のCu−ＣＭＰ法において
は、ＩＣ１０００−Padよりも柔らかい研磨パッドを用
いた場合においても、エロージョンの深さが前述した値
よりも大きく（深く）なることはなかった。これに対し
て、従来技術のCu−ＣＭＰ法においては、エロージョン
の深さが大き過ぎて、埋め込み配線用凹部１１内に配線
用金属１２としてのCuを残すことすらできなかった。

【００９７】これは、例えば次のように考えられる。

【００９８】従来の技術においては、研磨速度を向上さ
せるために、図１２（ｃ）に示すように、研磨粒子とし
てのシリカ２０２の二次凝集体３０２を、物理吸着を主
体に形成している。この二次凝集体３０２は、ＣＭＰ用
スラリー溶液（分散液）３０３中においては、略球形状
あるいはこれに近い形状の塊として存在している。その
大きさを示す図１２（ｃ）中Ｘ，Ｙの値は、前述したよ
うに、それぞれ約0.2μmである。

【００９９】そのような二次凝集体３０２を形成してい
るシリカ２０２を用いて従来技術のCu−ＣＭＰ法を行う
と、オーバー・ポリッシュ状態となった際に、二次凝集
体３０２が研磨パッドの弾性変形などによるＣＭＰスト
レスを受ける。すると、ＣＭＰスラリー溶液３０３中の
二次凝集体３０２が変形または分解（破壊または解体と
も称する。）される。このように、従来の二次凝集体３
０２、およびこれを形成しているシリカ２０２は、ＣＭ
Ｐ用スラリー溶液３０３中における存在状態を保持する
ように調整（制御）されていないため、埋め込み配線用
金属１２としてのCuへのエロージョンを大きく生じさせ
るような挙動を示す。例えば、埋め込み配線用金属１２
（Cu埋め込み配線６）の深さ方向への侵入が激しくな
り、その結果、エロージョンが大きく生じてしまう。

【０１００】以上説明したようなメカニズムによって、
従来技術のCu−ＣＭＰ法においては、埋め込み配線用凹
部１１内に配線用金属１２としてのCuを残すことすらで
きなかったと考えられる。

【０１０１】これに対して、本実施例のCu−ＣＭＰ法に
おいては、前述したように、ＣＭＰ用スラリー溶液７中
における存在状態を適正な状態に保持するように調整
（制御）されている研磨剤４を含んでいるＣＭＰ用スラ
リー１を用いている。したがって、埋め込み配線用凹部
１１内に配線用金属１２としてのCuを良好な状態で残す
ことができた。

【０１０２】以上、一実施例を挙げて説明したように、
本実施形態の半導体装置の製造方法である、ＣＭＰ法に
よれば、前述した研磨剤４を含むＣＭＰ用スラリー１を
利用することによって、良好な状態のCu埋め込み配線６
を迅速に形成できる。したがって、この第１実施形態の
ＣＭＰ法は、半導体装置の性能および品質を損なうおそ
れを低減して歩留まりを向上できるとともに、半導体装
置の生産効率を容易に向上できる。

【０１０３】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施の形態に係るＣＭＰ用スラリーおよび半導体装置
の製造方法を、図６〜図１１に基づいて説明する。

【０１０４】この第２実施形態のＣＭＰ用スラリーおよ
び半導体装置の製造方法は、図６〜図１１に示すよう
に、ＣＭＰ用スラリーに含まれている研磨剤の構成、お
よび半導体装置の製造方法を施す被研磨部が、前述した
第１実施形態のＣＭＰ用スラリーに含まれている研磨剤
の構成、および半導体装置の製造方法を施す被研磨部と
異なっているだけで、その他の構成、作用、および効果
は同様である。よって、その異なっている部分について
説明するとともに、前述した第１実施形態と同一の構成
部分については同一符号を付してその説明を省略する。

【０１０５】まず、本実施形態のＣＭＰ用スラリーにつ
いて、図６〜図１０を参照しつつ説明する。

【０１０６】このＣＭＰ用スラリー２１は、次に述べる
特徴を備えるものとする。

【０１０７】研磨剤本体２３は、自在に変形可能な紐状
に形成されている。

【０１０８】研磨剤本体２３は、ポリアクリル酸塩また
はポリカルボン酸塩を主成分とする界面活性剤によって
形成されている。

【０１０９】研磨剤本体２３は、その分子量が10000以
下である。

【０１１０】研磨剤本体２３は、その長さが、0.1〜30
μmに形成されている。

【０１１１】以下、本実施形態のＣＭＰ用スラリー２１
を、図８〜図１０を参照しつつ、具体的に説明する。

【０１１２】このＣＭＰ用スラリー２１に含まれている
研磨剤２２は、図８および図９に示すように、その研磨
剤本体２３が、ポリアクリル酸アンモニウムを主成分と
する高分子界面活性剤を核として、自在に変形可能な紐
状に形成されている。また、研磨剤２２は、その研磨粒
子３がシリコン（Si）を主成分とする酸化物によって形
成されている。

【０１１３】具体的には、例えば、ｐＨ４程度の弱酸性
の溶液中において、研磨剤本体としての紐状のポリアク
リル酸アンモニウム２３の表面に負に帯電しているカチ
オンを形成する。このカチオンに正に帯電している研磨
粒子としてのシリカ３を静電気的に吸着させる。これに
より、研磨剤２２が形成される。この研磨剤本体２３
は、前述した第１実施形態の弾性的に変形可能な研磨剤
本体４よりもさらに柔軟性に富んでいる、自在に変形可
能な高分子界面活性剤によって形成されている。このた
め、本実施形態の研磨剤２２が、ＣＭＰ処理中における
エロージョン（erosion）やスクラッチ（scratch）の発
生要因となるおそれは殆どない。

【０１１４】以上説明した構造により、研磨剤２２は、
ＣＭＰ用スラリー２１の溶液（分散液）２４中における
存在状態の調整（制御）を容易に行うことができる。ひ
いては、ＣＭＰ処理中における存在状態の調整（制御）
も容易に行うことができる。具体的には、複数個の研磨
剤２２を、図８（ａ）に示すように、ＣＭＰ用スラリー
２１の溶液（分散液）２４中において、互いに分散させ
た状態で保存することができる。あるいは、複数個の研
磨剤２２を、図８（ｂ）に示すように、ＣＭＰ用スラリ
ー２１の溶液（分散液）２４中において、互いに凝集さ
せた状態で保存することができる。本実施形態の研磨剤
２２は、ＣＭＰ用スラリー２１の溶液（分散液）２４中
において、互いに凝集して凝集体２５を形成する場合、
各研磨剤２２の長手方向の端部同士が互いに接触して連
なるように凝集する特徴を有している。

【０１１５】また、研磨剤本体２３を形成している高分
子界面活性剤は、その分子構造が平面的であるものや、
あるいは直線的であるものが好ましい。そのような分子
構造からなる高分子界面活性剤を用いて研磨剤本体２３
を形成することにより、エロージョンを生じやすい状
態、例えば、Cu埋め込み配線６の深さ（厚さ）方向への
粒子溜りなどを抑制できる。これにより、エロージョン
やスクラッチなどをさらに低減できる。

【０１１６】また、研磨剤本体２３を形成している高分
子界面活性剤は、その分子量が約10000以下であること
が好ましい。分子量が10000を超えるようになると、研
磨剤本体２３を形成している高分子界面活性剤が互いに
絡み合い易くなる。すると、図８（ｂ）を参照しつつ説
明した研磨剤２２からなる凝集体２５が、前述した適正
な分散性を保持できなくなるなどの好ましくない凝集状
態を形成し易くなる。また、分子量が10000を超えるよ
うになると、研磨粒子３が高分子界面活性剤の中に実質
的に埋もれてしまい、その研磨能力を適正な状態で発揮
できなくなるおそれがある。以上説明したような状態を
回避するために、研磨剤本体２３を形成している高分子
界面活性剤は、その分子量が約10000以下であることが
好ましい。具体的な目安としては、図９に示すように、
研磨剤本体２３はその長さＥが約30μm以下に形成され
ていることが好ましい。

【０１１７】さらに、本実施形態の研磨剤２２は、図９
および図１０に示すように、その研磨剤本体２３の長さ
Ｅが、研磨剤２２によって研磨される被研磨部５に形成
されているCu埋め込み配線６の配線幅Ｄの半分以上とな
るように形成されている。これにより、各研磨剤２２
は、その全体がＣＭＰ処理中にCu埋め込み配線６の幅の
間に位置するおそれが極めて低くなる。各研磨剤２２
は、図１０に示すように、その長手方向両端部がCu埋め
込み配線６の幅方向両縁部に引っ掛かったり、あるいは
被研磨部５を構成している絶縁膜１０の表面（フィール
ド面）とCu埋め込み配線６とを跨ぐような姿勢で位置し
たりする確率がきわめて高い。したがって、本実施形態
の研磨剤２２は、ＣＭＰ処理中に図示しない研磨パッド
から強い外力を加えられても、Cu埋め込み配線６を抉り
取る（深く研磨する）おそれが殆ど無いので、エロージ
ョンやスクラッチなどの発生要因となるおそれは殆どな
い。

【０１１８】研磨剤２２の研磨剤本体２３の長さＥの具
体的な値としては、図７に示すように、前述した第１実
施形態の研磨剤本体２の長さＡと同様に、例えば約0.1〜
30μmが好ましい。現在の配線パターンの配線ルール
（設計ルール、デザインルール）においては、配線６の
配線幅Ｄは、殆どが約30μm以下に設定されているため
である。研磨剤本体２３の長さＥが約0.1〜30μmであれ
ば、ＣＭＰ処理中において、研磨剤２２が前述したよう
なエロージョンやスクラッチなどの発生を抑制できる姿
勢をとることができる確率が極めて高くなる。さらに、
将来に向けて、配線６のさらなる微細化が容易に予想さ
れる。したがって、研磨剤本体２３の長さＥが、図７に
示すように、約0.1〜30μmであることが、現在も含めた
今後の半導体装置の製造プロセスにおいても、必要十分
な設定条件である。

【０１１９】また、研磨粒子３も、その一次粒子径の大
きさが、前述した第１実施形態の研磨粒子３の一次粒子
径の大きさＣと同様に、約30nm以下であることが好まし
い。特に好ましくは、研磨粒子３は、その一次粒子径の
大きさＣが、約10nm〜約20nmであるとよい。

【０１２０】次に、本実施形態の半導体装置の製造方法
について、図６〜図１１を参照しつつ説明する。

【０１２１】本実施形態の半導体装置の製造方法は、次
に述べる特徴を備えるものとする。

【０１２２】化学的機械的研磨処理を施すことによっ
て、絶縁膜１０の表面が露出するまで所定の金属を主成
分とする金属膜２６を研磨して、埋め込み配線６用の凹
部１１の内側に金属膜２６の一部を選択的に残留させ
る。この際、所定の金属を主成分とする金属膜２６は、
Taを主成分として含有している窒化物によって形成され
る金属化合物の膜である。

【０１２３】以下、この第２実施形態のＣＭＰ法の工程
などについて、図６〜図１１を参照しつつ，一実施例を
挙げて詳しく説明する。

【０１２４】この第２実施形態のＣＭＰ法は、前述した
第１実施形態のCu−ＣＭＰ法で形成した、図示しない半
導体装置の配線６として、銅（Cu）の埋め込み配線（Cu
ダマシン配線）６の上に、さらに所定の金属を主成分と
する金属膜としてのTaNバリア層２６を形成する際に適
用するものである。本実施例のＣＭＰ法を実施するにあ
たり、前述した第２実施形態のＣＭＰ用スラリー２１を
用いる。

【０１２５】まず、ＣＭＰ用スラリー２１の具体的な成
分について説明する。研磨剤２２の研磨剤本体２３は、
ポリアクリル酸アンモニウムを主成分とする高分子界面
活性剤を核として、自在に変形可能に形成されている。
研磨剤本体２３は、図９においてＥで示す長さが約30μ
m、また図９においてＦで示す直径が約50nm（<<0.2μ
m）の紐状に形成されている。この研磨剤本体２３に電
気的に吸着される研磨粒子３は、コロイダル・シリカに
よって形成されている。研磨粒子３は、図２（ｂ）にお
いてＣで示す一次粒子径の大きさが約15nm（<<0.2μm）
の略球形状に形成されている。

【０１２６】ＣＭＰ用スラリー２１の溶液２４は、まず
その溶媒１６が純水によって構成されている。この溶媒
２４の中に、それぞれ重量パーセント濃度で、図示しな
い酸化剤としての過酸化水素を約0.5%、同じく図示しな
い酸化剤としてのマロン酸を約0.5%ずつ加える。また、
水酸化カリウム（KOH）水溶液を加えて、ｐＨが約９と
なるようにｐＨコントロールする。その上で、紐状の研
磨剤２２を約3%加える。この研磨剤２２は、コロイダル
・シリカを約2.99%、ポリアクリル酸アンモニウム塩を
約0.01%、それぞれ混合することにより形成される。

【０１２７】また、Cu埋め込み配線６の上部にTaNバリ
ア層２６が形成される半導体基板は、図５（ａ）〜
（ｅ）を参照しつつ説明した、第１実施形態で形成され
た半導体基板１３と同様のものを用いるものとする。た
だし、図５（ｄ）および（ｅ）において使用される研磨
剤４（ＣＭＰ用スラリー１）を、本実施形態の研磨剤２
２（ＣＭＰ用スラリー２１）に交換して使用されたもの
とする。したがって、図５（ａ）〜（ｅ）に相当する工
程は、その説明および図示を省略する。

【０１２８】以下、図１１（ａ）〜（ｄ）を参照しつ
つ、本実施例のＣＭＰ法について順次説明する。

【０１２９】まず、図１１（ａ）に示すように、Cu埋め
込み配線６が形成された半導体基板１３を用意する。

【０１３０】次に、図１１（ｂ）に示すように、Cu埋め
込み配線６の表層部のみを図示しない過酸化水素および
塩酸などのエッチング溶液を用いて、約50nm程後退（蝕
刻）する。

【０１３１】次に、図１１（ｃ）に示すように、僅かに
凹まされたCu埋め込み配線６、および絶縁膜１０をその
上方から全面的に覆うように、スパッタリングなどによ
って、所定の金属を主成分とする金属膜のうちの一つで
あるバリア・メタル用の膜（バリア・メタル膜、バリア
金属膜）２６を設ける。この膜２６は、例えば窒化タン
タル（TaN）によって形成されており、TaNバリア・メタ
ル膜２６とも称する。このTaNバリア・メタル膜２６
は、その厚さが約50nm程に堆積するように設けられる。

【０１３２】続けて、図１１（ｃ）に示すように、TaN
バリア・メタル膜２６の不要部分を、前述した第２実施
形態の研磨剤２２（ＣＭＰ用スラリー２１）を用いた本
実施例のＣＭＰ法を適用することにより、研磨して除去
する。具体的には、埋め込み配線用凹部１１の内側にお
いて、Cu埋め込み配線６の上部に堆積されたTaNバリア
・メタル膜２６だけを残すように、ＣＭＰ法を行う。

【０１３３】図１１（ｄ）に示すように、絶縁膜１０の
表層部１０ａが略全面的に露出して、埋め込み配線用凹
部１１の内側において、Cu埋め込み配線６の上部に堆積
されたTaNバリア・メタル膜２６だけが残った状態にな
った時点で、本実施例のＣＭＰ法を終了とする。

【０１３４】以上説明した本実施例のＣＭＰ法によれ
ば、研磨中のエロージョンは殆ど発生しなかった。具体
的には、約50nm程堆積されたTaNバリア・メタル膜２６
のうち、約30nm程を残留させることができた。これに対
して、従来技術に係るＣＭＰ用スラリー３０１を用いた
場合では、TaNバリア・メタル膜２６は全く残らなかっ
た。

【０１３５】この第２実施形態のＣＭＰ用スラリーおよ
び半導体装置の製造方法は、以上説明した点以外は、第
１実施形態のＣＭＰ用スラリーおよび半導体装置の製造
方法と同じであり、本発明が解決しようとする課題を解
決できるのはもちろんである。その上で、前述したよう
に、研磨剤本体が紐状の物質で形成された研磨剤を含ん
でいる本実施形態のＣＭＰ用スラリー、およびこのＣＭ
Ｐ用スラリーを用いた本実施形態のＣＭＰ法は、以下の
点で優れている。

【０１３６】本実施形態のＣＭＰ用スラリー２１は、自
在に変形可能な紐状の研磨剤２２を含んでいる。この研
磨剤２２と、第１実施形態の棒状の研磨剤４とを比較す
ると、第１実施形態の棒状の研磨剤４の方が研磨速度が
高く、かつ、エロージョンも小さくなる傾向がある。こ
れは、ＣＭＰ中に研磨剤に掛かる外力（研磨パッドによ
る機械的ストレス）に対して、第１実施形態の棒状の研
磨剤４の方が変形し難く、所望通りの研磨能力を発揮し
易いためであると考えられる。

【０１３７】ところで、この第２実施形態で説明したＣ
ＭＰ法は、約50nm程の薄膜状態に堆積されたTaNバリア
・メタル膜２６を研磨する繊細な作業である。このよう
な作業に対して、第１実施形態の棒状の研磨剤４を用い
ると、研磨し過ぎるおそれがある。このような薄膜を研
磨して形成する加工作業には、第１実施形態の棒状の研
磨剤４よりも、さらに柔軟性（弾性変形能力）に富んで
いる第２実施形態の紐状の研磨剤２２を用いることが好
ましい。

【０１３８】すなわち、この第２実施形態のＣＭＰ用ス
ラリー２１、およびこのＣＭＰ用スラリー２１を用いた
本実施形態のＣＭＰ法は、より繊細な研磨作業に適して
いると言える。

【０１３９】ただし、この第２実施形態で説明したＣＭ
Ｐ法によれば、図１１（ａ）に示されている半導体基板
１３を形成する際に行ったCu−ＣＭＰ法においては、前
述した第１実施形態のCu−ＣＭＰ法と同様に、従来技術
のCu−ＣＭＰ法に対して、図６で示すように、研磨速度
の向上およびエロージョンの低減の２点において、明ら
かな優位性を得ることが出来た。

【０１４０】なお、本発明に係るＣＭＰ用スラリーおよ
び半導体装置の製造方法は、前述した第１および第２実
施の形態には制約されない。本発明の主旨を逸脱しない
範囲において、それらの構成や、あるいは工程などの一
部を種々様々な設定に変更したり、あるいは各種設定を
組み合わせて用いたりして実施することができる。

【０１４１】例えば、第１実施形態の棒状の研磨剤４
と、第２実施形態の紐状の研磨剤２２とを同じＣＭＰス
ラリー溶液中に混在させて用いても構わない。研磨処理
が施される被研磨部の材料や厚さなどに応じて、適正な
研磨速度と精度を得ることができるように、所定の割合
で混合させて用いればよい。

【０１４２】

【発明の効果】本発明に係るＣＭＰ用スラリーによれ
ば、被研磨部を略均一に研磨することができるととも
に、研磨速度の向上を図ることができる。したがって、
このＣＭＰ用スラリーを用いることによって、半導体装
置の性能および品質を損なうおそれを低減できるととも
に、その生産効率を容易に向上できる。

【０１４３】また、本発明に係るＣＭＰ用スラリーを実
施するにあたり、その材料などの一部を、種々様々な設
定とすることにより、被研磨部をより均一に、かつより
迅速に研磨することができる。したがって、半導体装置
の性能および品質を損なうおそれをより低減できるとと
もに、その生産効率をより容易に向上できる。

【０１４４】また、本発明に係る半導体装置の製造方法
によれば、被研磨部を化学的機械的研磨処理によって略
均一に研磨して、適正な状態に形成することができると
ともに、その研磨処理を迅速に行うことができる。した
がって、この半導体装置の製造方法を用いることによっ
て、半導体装置の性能および品質を損なうおそれを低減
できるとともに、その生産効率をより容易に向上でき
る。

【０１４５】また、本発明に係る半導体装置の製造方法
を実施するにあたり、その工程などの一部を、種々様々
な設定とすることにより、被研磨部をより適正な状態
に、かつより迅速に研磨して形成することができる。し
たがって、半導体装置の性能および品質を損なうおそれ
をより低減できるとともに、その生産効率をより容易に
向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るＣＭＰ用スラ
リーを簡略化して示す平面図であり、（ａ）は、ＣＭＰ
用スラリーに含まれている研磨剤が分散している状態を
示し、（ｂ）は、図１（ａ）の研磨剤が凝集している状
態を示す。

【図２】（ａ）は、図１のＣＭＰ用スラリーに含まれて
いる研磨剤の構成を簡略化して示す側面図。（ｂ）は、
図２（ａ）の研磨剤が具備している研磨粒子を簡略化し
て示す正面図。

【図３】図１のＣＭＰ用スラリーに含まれている研磨剤
が形成される原理を模式的に示す図。

【図４】図１のＣＭＰ用スラリーに含まれている研磨剤
と被研磨基板の被研磨部に形成されている配線との相対
的な関係を簡略化して示す斜視図。

【図５】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の
製造方法を示す工程断面図。

【図６】本発明に係るＣＭＰ用スラリーの研磨特性と、
従来の技術に係るＣＭＰ用スラリーの研磨特性とを比較
して示す特性図。

【図７】本発明に係るＣＭＰ用スラリーに含まれている
研磨剤の研磨剤本体の長さとその研磨特性との相関関係
を示す特性図。

【図８】本発明の第２の実施の形態に係るＣＭＰ用スラ
リーを簡略化して示す平面図であり、（ａ）は、ＣＭＰ
用スラリーに含まれている研磨剤が分散している状態を
示し、（ｂ）は、図８（ａ）の研磨剤が凝集している状
態を示す。

【図９】図８のＣＭＰ用スラリーに含まれている研磨剤
の構成を簡略化して示す側面図。

【図１０】図８のＣＭＰ用スラリーに含まれている研磨
剤と被研磨基板の被研磨部に形成されている配線との相
対的な関係を簡略化して示す斜視図。

【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置
の製造方法を示す工程断面図。

【図１２】（ａ）は、従来技術に係る一次粒子径が大き
い研磨粒子を含んでいるＣＭＰ用スラリーを簡略化して
示す平面図。（ｂ）は、従来技術に係る一次粒子径が小
さい研磨粒子を含んでいるＣＭＰ用スラリーを簡略化し
て示す平面図。（ｃ）は、図１２（ｂ）のＣＭＰ用スラ
リーに含まれている研磨粒子が凝集体を形成している場
合のＣＭＰ用スラリーを簡略化して示す平面図。

【図１３】（ａ）は、図１２（ａ）のＣＭＰ用スラリー
を用いて被研磨基板の被研磨部に化学的機械的研磨処理
を施している状態を簡略化して示す工程断面図。（ｂ）
は、図１２（ｂ）のＣＭＰ用スラリーを用いて被研磨基
板の被研磨部に化学的機械的研磨処理を施している状態
を簡略化して示す工程断面図。（ｃ）は、図１２（ｃ）
のＣＭＰ用スラリーを用いて被研磨基板の被研磨部に化
学的機械的研磨処理を施している状態を簡略化して示す
工程断面図。

【符号の説明】

１，２１…ＣＭＰ用スラリー２，２３…研磨剤本体３…研磨粒子４，２２…研磨剤５…被研磨部６…Cu埋め込み配線（Cuダマシン配線、埋め込み配線）７…スラリー溶液１０…絶縁膜１０ａ…絶縁膜表層部１１…埋め込み配線用凹部（配線溝）１２…配線用Cu膜（埋め込み配線用Cu膜、金属膜）１５…TaNライナ（バリア・メタル膜、バリア金属膜、
金属膜）２６…TaNバリア・メタル膜（TaNバリア層、金属膜）１３…被研磨基板Ａ，Ｅ…研磨剤本体の長さＣ…研磨粒子の一次粒子径Ｄ…埋め込み配線の配線幅

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｃ０９Ｋ 3/14 Ｃ０９Ｋ 3/14 ５５０Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の方向に沿って延ばされた長尺形状を
有する研磨剤本体と、この研磨剤本体の表面に付着される複数個の研磨粒子
と、によって形成された研磨剤を含有することを特徴とする
ＣＭＰ用スラリー。
【請求項２】前記研磨剤本体は、弾性的に変形可能な棒
状に形成されてい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】前記研磨剤本体は、樹脂またはゴムによっ
て形成されていることを特徴とする請求項２に記載のＣ
ＭＰ用スラリー。
【請求項４】前記樹脂またはゴムは、ポリメチルメタク
リル酸、ポリスチレン、ナイロン、塩化ビニール、およ
びポリプロピレンのうちの少なくとも１種類を主成分と
することを特徴とする請求項３に記載のＣＭＰ用スラリ
ー。
【請求項５】前記研磨剤本体は、自在に変形可能な紐状
に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＣ
ＭＰ用スラリー。
【請求項６】前記研磨剤本体は、界面活性剤によって形
成されていることを特徴とする請求項５に記載のＣＭＰ
用スラリー。
【請求項７】前記界面活性剤は、ポリアクリル酸塩また
はポリカルボン酸塩を主成分とすることを特徴とする請
求項６に記載のＣＭＰ用スラリー。
【請求項８】前記研磨剤本体は、その分子量が10000以
下であることを特徴とする請求項５〜７のうちのいずれ
か１項に記載のＣＭＰ用スラリー。
【請求項９】前記研磨剤本体は、その長さが、0.1〜30
μmに形成されていることを特徴とする請求項１〜８の
うちのいずれか１項に記載のＣＭＰ用スラリー。
【請求項１０】前記研磨粒子は、その一次粒子径の大き
さが、30nm以下であることを特徴とする請求項１、８、
または９のうちのいずれか１項に記載のＣＭＰ用スラリ
ー。
【請求項１１】前記研磨粒子は、Al, Cu, Si, Cr, Ce,
Ti, C, Fe のうちの少なくとも１種類の元素を主成分と
する酸化物、炭化物、または窒化物、あるいはこれら各
化合物の混合物または混晶物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１２】前記研磨剤は、スラリー溶液中でその長
手方向の端部同士が互いに接触して連なるように複数個
が凝集することを特徴とする請求項１〜９のうちのいず
れか１項に記載のＣＭＰ用スラリー。
【請求項１３】請求項１〜１２のうちの少なくとも１項
に記載のＣＭＰ用スラリーを用いて化学的機械的研磨処
理を行う工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造
方法。
【請求項１４】前記化学的機械的研磨処理が、表層部に
埋め込み配線用の凹部を設けた絶縁膜と、その埋め込み
配線用の凹部を覆うように前記絶縁膜の上に形成した所
定の金属を主成分とする金属膜とを備える被研磨基板の
被研磨部に対して施されるものであり、前記絶縁膜の表
面が露出するまで前記金属膜を研磨することで、前記埋
め込み配線用の凹部内に前記金属膜の一部を選択的に残
留させることを特徴とする請求項１３に記載の半導体装
置の製造方法。
【請求項１５】前記所定の金属を主成分とする金属膜
は、Cu, Al, W, Ti, Mo, Nb, Ta, V, Ru, Agのうちのい
ずれか１種類の金属元素によって形成される単一金属の
膜、あるいは前記金属元素のうちの少なくとも１種類を
主成分として含有している合金、窒化物、ホウ化物、酸
化物、またはこれらの混合物によって形成される膜、あ
るいは前記単一金属の膜または前記混合物の膜が単層ま
たは複数層に積層形成されたものであることを特徴とす
る請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】前記ＣＭＰ用スラリーにおける前記研磨
剤本体は、その長さが、前記凹部に埋め込み形成される
埋め込み配線の配線幅の半分以上となるように設定され
ていることを特徴とする請求項１４または１５に記載の
半導体装置の製造方法。