JP2003313540A - 研磨用組成物 - Google Patents
研磨用組成物Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 銅膜とタンタル化合物を有する半導体デバイ
スのＣＭＰ加工プロセスにおいて、銅の研磨レートは大
きいがタンタル化合物の研磨レートが小さいという選択
性の高い研磨用組成物であり、銅膜表面の平滑性にも優
れたＣＭＰ加工用の研磨用組成物を提供する。 【解決手段】 研磨材として平均粒径３０ｎｍのポリメ
チルメタクリレート(ＰＭＭＡ）粒子１０重量部、ベン
ゾトリアゾール２重量部、過酸化水素３重量部、クエン
酸０.５重量部、ソルビタンラウリン酸モノエステルエ
チレノキサイド２０モル付加物０．３重量部を０．５μ
ｍのカートリッジフィルターで濾過されたイオン交換水
に混合して１００重量部とし、高速ホモジナイザーで攪
拌して均一に分散させて研磨用組成物を得た。
スのＣＭＰ加工プロセスにおいて、銅の研磨レートは大
きいがタンタル化合物の研磨レートが小さいという選択
性の高い研磨用組成物であり、銅膜表面の平滑性にも優
れたＣＭＰ加工用の研磨用組成物を提供する。 【解決手段】 研磨材として平均粒径３０ｎｍのポリメ
チルメタクリレート(ＰＭＭＡ）粒子１０重量部、ベン
ゾトリアゾール２重量部、過酸化水素３重量部、クエン
酸０.５重量部、ソルビタンラウリン酸モノエステルエ
チレノキサイド２０モル付加物０．３重量部を０．５μ
ｍのカートリッジフィルターで濾過されたイオン交換水
に混合して１００重量部とし、高速ホモジナイザーで攪
拌して均一に分散させて研磨用組成物を得た。
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、各種メモ
リーハードディスク用基板等の研磨に使用される研磨用
組成物に関し、特に半導体のデバイスウエハーの表面平
坦化加工に好適に用いられる研磨用組成物に関するもの
である。 【０００２】 【従来の技術】エレクトロニクス業界の最近の著しい発
展により、トランジスター、IC、LSI、超LSIと進化して
きており、これら半導体素子に於ける回路の集積度が急
激に増大するに伴って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、パターン形成面の平坦性はますます厳し
くなってきている。 【０００３】一方で配線の微細化による配線抵抗の増大
をカバーするために、配線材料としてアルミニウムやタ
ングステンからより電気抵抗の小さな銅配線が検討され
てきている。しかしながら銅を配線層や配線間の相互接
続に用いる場合には、絶縁膜上に配線溝や孔を形成した
後、スパッタリングやメッキによって銅膜を形成して不
要な部分を化学的機械的研磨法（ＣＭＰ）によって絶縁
膜上の不要な銅が取り除かれる。 【０００４】かかるプロセスでは銅が絶縁膜中に拡散し
てデバイス特性を低下させるので、通常は銅の拡散防止
のために絶縁膜上にバリア層としてタンタルやタンタル
ナイトライドの層を設けることが一般的になっている。 【０００５】このようにして最上層に銅膜を形成させた
デバイスの平坦化ＣＭＰプロセスにおいては、初めに不
要な部分の銅膜を絶縁層上に形成されたタンタル化合物
の表面層まで研磨し、次のステップでは絶縁膜上のタン
タル化合物の層を研磨しＳｉＯ2面が出たところで研磨
が終了していなければならない。このようなプロセスを
図１に示したが、かかるプロセスにおけるＣＭＰ研磨で
は銅、タンタル化合物、ＳｉＯ2などの異種材料に対し
て研磨レートに選択的性があることが必要である。 【０００６】即ちステップ１では銅に対する研磨レート
が高く、タンタル化合物に対してはほとんど研磨能力が
ない程度の選択性が必要である。さらにステップ２では
タンタル化合物に対する研磨レートは大きいがＳｉＯ2
に対する研磨レートが小さいほどＳｉＯ2の削りすぎを
防止できるので好ましい。 【０００７】このプロセスを理想的には一つの研磨材で
研磨できることが望まれるが、異種材料に対する研磨レ
ートの選択比をプロセスの途中で変化させることはでき
ないのでプロセスを２ステップに分けて異なる選択性を
有する２つのスラリーでそれぞれのＣＭＰ工程を実施す
る。通常溝や孔の銅膜の削りすぎ（ディッシング、リセ
ス、エロージョン）を防ぐためにステップ１ではタンタ
ル化合物上の銅膜は少し残した状態で研磨を終了させ
る。ついでステップ２ではＳｉＯ2層をストッパーとし
て残ったわずかな銅とタンタル化合物を研磨除去する。 【０００８】ステップ１に用いられる研磨用組成物に対
しては、ステップ２でリカバーできないような表面上の
欠陥（スクラッチ）を発生させることなく銅膜に対して
のみ大きい研磨レートを有することが必要である。 【０００９】このような銅膜用の研磨用組成物として
は、アミノ酢酸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研磨用組成
物が、特開平７−２３３４８５号公報に示されている。
銅に対して比較的大きな研磨レートが得られているがこ
れは酸化剤によってイオン化された銅が上記の有機酸と
キレートを形成して機械的に研磨されやすくなったため
と推定できる。 【００１０】しかしながら前記研磨用組成物を用いて、
銅膜およびタンタル化合物を有する半導体デバイスを研
磨すると、銅とタンタル化合物の研磨選択比が充分でな
かったり、銅に対する選択比を高めると配線溝や孔の銅
膜が削られ過ぎたり、銅膜表面の平滑性が損なわれる等
の問題があった。 【００１１】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、銅膜とタン
タル化合物を有する半導体デバイスのＣＭＰ加工プロセ
スにおいて、銅の研磨レートは大きいがタンタル化合物
の研磨レートが小さいという選択性の高い研磨用組成物
を提供することにあり、更に銅膜表面の平滑性にも優れ
たＣＭＰ加工用の研磨用組成物である。 【００１２】 【課題を解決するための手段】本発明は（Ａ）研磨材、
（Ｂ）酸化防止剤、（Ｃ）有機酸、（Ｄ）過酸化水素、
（Ｅ）界面活性剤及び（Ｆ）水を含有する研磨用組成物
において、（Ａ）研磨材が、平均粒径５〜５００ｎｍの
範囲にある有機高分子化合物であり、研磨材の研磨用組
成物中の濃度が１〜３０重量％であり、（Ｂ）酸化防止
剤がベンゾトリアゾールまたはその誘導体であり、研磨
用組成物中の濃度が０．０１〜５重量％であり、（Ｃ）
有機酸がシュウ酸、コハク酸、クエン酸、酒石酸、リン
ゴ酸、乳酸及びアミノ酸からなる群より選択された少な
くとも一つ以上の酸であり、研磨用組成物中の濃度が
０．０１〜５重量％であり、（Ｄ）過酸化水素の研磨用
組成物中の濃度が０．０３〜５重量％であり、（Ｅ）界
面活性剤のHLB値が１０〜２０の範囲にあり、含有量は
研磨材に対して０．１〜１０重量％の範囲にあることを
特徴とする研磨用組成物である。 【００１３】 ［発明の詳細な説明］本発明はかかる上記の問題点を解
決するために種々検討した結果、特定の有機微粒子砥粒
と特定の化合物および水を含有する研磨用組成物を用い
ることにより、銅膜に対する研磨レートが大きく、タン
タル化合物に対する研磨レートが小さい、高い選択性を
得ることができ、銅膜表面の平滑性にも優れた結果が得
られることを見いだし、発明を完成するに至ったもので
ある。 【００１４】本発明に用いられる研磨材は、有機高分子
化合物であり、例えば、ビニルモノマーの乳化重合など
によって得られる有機高分子化合物の微粒子やポリエス
テル,ポリアミド、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾー
ルなど重縮合によって得られる有機子分子の微粒子やフ
ェノール樹脂、メラミン樹脂などの付加縮合によって得
られる有機高分子の微粒子をあげることができ、単独或
いは任意に組み合わせ用いることができる。好ましくは
比較的安価で粒径の揃った極性の低いビニル系高分子で
ある。その有機高分子化合物は、微粒子形状で用いら
れ、その平均粒径は５〜５００ｎｍの範囲にある有機高
分子化合物からなるものである。 【００１５】研磨材の一次粒子平均径は走査型電子顕微
鏡によって観察することができるが、平均粒径は５ｎｍ
〜５００ｎｍの範囲にあることがより好ましい。５ｎｍ
より小さいと研磨レートが大きくなりにくいので好まし
くなく、５００ｎｍを越えると被研磨物表面にスクラッ
チを発生しやすくなったり、タンタル化合物の研磨レー
トを押さえることが難しくなるので好ましくない。また
特性を損なわない程度でコロイダルシリカ等の無機微粒
子を研磨剤として併用することももちろん可能である。 【００１６】研磨材の研磨用組成物中の濃度は１〜３０
重量％であることが望ましい。研磨材の濃度が小さくな
りすぎると機械的な研磨能力が減少し研磨レートが低下
するので好ましくなく、濃度が高すぎると機械的研磨能
力が増大してタンタル化合物の研磨レートをおさえるこ
とができなくなり、選択性が低下するので好ましくな
い。 【００１７】本発明の研磨用組成物は酸化防止剤として
ベンゾトリアゾール又はその誘導体を含有する。研磨用
組成物中の濃度は０．０１〜５重量％であることが望ま
しい。０．０１重量％未満であると銅膜の研磨レートが
過度に大きくなり制御できなくなるので好ましくなく、
５．０重量％を超えると研磨レートが極端に低下するの
で好ましくない。 【００１８】本発明の研磨用組成物は有機酸が含まれ
る。本発明における有機酸は銅とのキレートを形成し、
銅の研磨速度を制御しやすくなるので好ましい。具体的
な例を挙げるとシュウ酸、コハク酸、クエン酸、酒石
酸、リンゴ酸、乳酸、アミノ酸の中から選ばれた少なく
とも一つの有機酸である。添加量については研磨用組成
物中、０．０１〜５重量％の範囲で使用する。０．０１
重量％未満ではキレート形成効果が不十分であり、５重
量％を越えると研磨速度が制御できなくなり過研磨にな
るので好ましくない。 【００１９】本発明の研磨用組成物は過酸化水素を含有
する。本発明における研磨用組成物において過酸化水素
は酸化剤として作用しているものである。過酸化水素は
銅膜に対して酸化作用を発揮し、イオン化を促進するこ
とによって銅膜の研磨レートを高める働きがあるが、研
磨用組成物中の濃度は０．０３〜５重量％であることが
望ましい。この範囲の濃度から高くなっても低くなり過
ぎても銅膜の研磨レートが低下するので好ましくない。 【００２０】本発明の研磨用組成物は界面活性剤を含有
する。本発明における研磨用組成物において界面活性剤
は研磨材の水への分散安定化を図る為に用いられるもの
である。研磨剤が水に安定に分散せずに凝集して粒径が
大きくなると銅表面にスクラッチが入りやすくなるので
好ましくない。特に高分子化合物からなる微粒子の水へ
の分散を効果的に発現させる為には用いる界面活性剤の
HLB値は１０〜２０の範囲にあることが好ましい。１０
未満であると微粒子の分散安定性を発揮できないので好
ましくなく、２０を超えても粒子の分散安定性が低下す
るので好ましくない。また添加量は研磨剤に対して０．
１〜１０重量％であることが好ましい。０．1重量％未
満であると高分子微粒子の分散安定化効果に乏しく、１
０重量％を超えると粘度が極端に高くなりスラリーとし
ての取り扱い作業性が低下するので好ましくない。ここ
で界面活性剤のHLB値は幾つかの定義があるがここでは
最初にこの概念を提唱した米国のグリフィン氏の次式の
定義に従う（藤本武彦著、全訂版：新・界面活性剤入
門、三洋化成工業株式会社発行，1992年、Ｐ．１２８参
照）。 ＨＬＢ＝（親水部分の分子量／界面活性剤の分子量）＊
１００／５ 【００２１】本発明の研磨用組成物の媒体は水であり、
イオン性不純物や金属イオンを極力減らしたものである
ことが望ましい。 【００２２】本発明の研磨用組成物は上記の各成分、研
磨材、酸化防止剤、有機酸、界面活性剤を水に混合、溶
解、分散させて製造する。過酸化水素は、研磨直前に前
記の混合液に添加、混合するが予め混合しておくことも
可能である。それらの混合方法は、任意の装置で行うこ
とができる。例えば、翼式回転攪拌機、超音波分散機、
ビーズミル分散機、ニーダー、ボールミルなどが適用可
能である。 【００２３】また上記成分以外に種々の研磨助剤を配合
してもよい。このような研磨助剤の例としては、分散助
剤、防錆剤、消泡剤、ｐＨ調整剤、防かび剤等が挙げら
れるが、これらはスラリーの分散貯蔵安定性、研磨速度
の向上の目的で加えられる。ポリビニルアルコールなど
の水溶性高分子などを添加して分散性を向上させること
ができることは言うまでもない。ｐＨ調整剤としてはア
ンモニアなどの塩基性化合物や酢酸、塩酸、硝酸等の酸
性化合物が挙げられる。消泡剤としては流動パラフィ
ン、ジメチルシリコーンオイル、ステアリン酸モノ、ジ
グリセリド混合物、ソルビタンモノパルミチエート、等
が挙げられる。 【００２４】 【実施例】本発明を実施例で具体的に説明する。 ＜実施例１＞研磨材として平均粒径３０ｎｍのポリメチ
ルメタクリレート(ＰＭＭＡ）粒子、ベンゾトリアゾー
ル、過酸化水素、クエン酸、ソルビタンラウリン酸モノ
エステルエチレノキサイド２０モル付加物（ＨＬＢ：１
６．７）が表１に示された濃度になるように０．５μｍ
のカートリッジフィルターで濾過されたイオン交換水に
混合し、高速ホモジナイザーで攪拌して均一に分散させ
て実施例１の研磨用組成物を得た。 【００２５】＜研磨評価＞被研磨物は６インチのシリコ
ンウエハー上にスパッタリングで２０００Åのタンタル
（Ｔａ）並びに電解メッキで１００００Åの銅を製膜し
たものを準備し、銅、Ｔａ面を研磨した。研磨は定盤径
６００ｍｍの片面研磨機を用いた。研磨機の定盤にはロ
デール社製（米国）のポリウレタン製研磨パッドＩＣ−
１０００／Ｓｕｂａ４００を専用の両面テープで張り付
け、研磨用組成物（スラリー）を流しながら１分間、
銅、タンタル膜を研磨した。研磨条件としては加重を３
００ｇ／ｃｍ2、定盤の回転数を４０ｒｐｍ、ウエハー
回転数４０ｒｐｍ、研磨材組成物の流量を２００ｍｌ／
ｍｉｎとした。 【００２６】ウエハーを洗浄、乾燥後減少した膜厚を求
めることにより研磨速度（Å／ｍｉｎ）を求めた。タン
タルの研磨速度に対する銅の研磨速度の比を選択比とし
た。また光学顕微鏡で研磨面を観察して研磨状態を調べ
以下のランク分けをした。 ◎：良好、○：ごく一部にやや平滑不足があるも全般に
良好、×：平滑不足、××：著しく腐食され平滑性ＮＧ 【００２７】砥粒の分散安定性を評価するためにスラリ
ー調整後１週間目に砥粒の粒度分布をレーザー光散乱装
置によって測定し、高分子微粒子の平均粒径が２倍未満
を○、２倍以上になったものを×（ＮＧ）とした。 ＜実施例２〜８、比較例１〜９＞研磨材Ｃ１〜Ｃ３、ベ
ンゾトリアゾール、過酸化水素、有機酸、界面活性剤Ｐ
１〜Ｐ３が表１に示された濃度になるように０．５μｍ
のカートリッジフィルターで濾過されたイオン交換水に
混合し、高速ホモジナイザーで攪拌して均一に分散させ
て実施例１と同様に研磨用組成物を調整し、実施例１と
同様に研磨性評価を行った。 【００２８】評価結果を表１に示した。 【表１】 【００２９】 【発明の効果】以上のように本発明によれば銅膜、タン
タル膜を含む半導体デバイスのＣＭＰ加工プロセスにお
いて銅膜を優先的に研磨可能な研磨液組成物が得られ、
半導体デバイスを効率的に製造することができる。
リーハードディスク用基板等の研磨に使用される研磨用
組成物に関し、特に半導体のデバイスウエハーの表面平
坦化加工に好適に用いられる研磨用組成物に関するもの
である。 【０００２】 【従来の技術】エレクトロニクス業界の最近の著しい発
展により、トランジスター、IC、LSI、超LSIと進化して
きており、これら半導体素子に於ける回路の集積度が急
激に増大するに伴って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、パターン形成面の平坦性はますます厳し
くなってきている。 【０００３】一方で配線の微細化による配線抵抗の増大
をカバーするために、配線材料としてアルミニウムやタ
ングステンからより電気抵抗の小さな銅配線が検討され
てきている。しかしながら銅を配線層や配線間の相互接
続に用いる場合には、絶縁膜上に配線溝や孔を形成した
後、スパッタリングやメッキによって銅膜を形成して不
要な部分を化学的機械的研磨法（ＣＭＰ）によって絶縁
膜上の不要な銅が取り除かれる。 【０００４】かかるプロセスでは銅が絶縁膜中に拡散し
てデバイス特性を低下させるので、通常は銅の拡散防止
のために絶縁膜上にバリア層としてタンタルやタンタル
ナイトライドの層を設けることが一般的になっている。 【０００５】このようにして最上層に銅膜を形成させた
デバイスの平坦化ＣＭＰプロセスにおいては、初めに不
要な部分の銅膜を絶縁層上に形成されたタンタル化合物
の表面層まで研磨し、次のステップでは絶縁膜上のタン
タル化合物の層を研磨しＳｉＯ2面が出たところで研磨
が終了していなければならない。このようなプロセスを
図１に示したが、かかるプロセスにおけるＣＭＰ研磨で
は銅、タンタル化合物、ＳｉＯ2などの異種材料に対し
て研磨レートに選択的性があることが必要である。 【０００６】即ちステップ１では銅に対する研磨レート
が高く、タンタル化合物に対してはほとんど研磨能力が
ない程度の選択性が必要である。さらにステップ２では
タンタル化合物に対する研磨レートは大きいがＳｉＯ2
に対する研磨レートが小さいほどＳｉＯ2の削りすぎを
防止できるので好ましい。 【０００７】このプロセスを理想的には一つの研磨材で
研磨できることが望まれるが、異種材料に対する研磨レ
ートの選択比をプロセスの途中で変化させることはでき
ないのでプロセスを２ステップに分けて異なる選択性を
有する２つのスラリーでそれぞれのＣＭＰ工程を実施す
る。通常溝や孔の銅膜の削りすぎ（ディッシング、リセ
ス、エロージョン）を防ぐためにステップ１ではタンタ
ル化合物上の銅膜は少し残した状態で研磨を終了させ
る。ついでステップ２ではＳｉＯ2層をストッパーとし
て残ったわずかな銅とタンタル化合物を研磨除去する。 【０００８】ステップ１に用いられる研磨用組成物に対
しては、ステップ２でリカバーできないような表面上の
欠陥（スクラッチ）を発生させることなく銅膜に対して
のみ大きい研磨レートを有することが必要である。 【０００９】このような銅膜用の研磨用組成物として
は、アミノ酢酸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研磨用組成
物が、特開平７−２３３４８５号公報に示されている。
銅に対して比較的大きな研磨レートが得られているがこ
れは酸化剤によってイオン化された銅が上記の有機酸と
キレートを形成して機械的に研磨されやすくなったため
と推定できる。 【００１０】しかしながら前記研磨用組成物を用いて、
銅膜およびタンタル化合物を有する半導体デバイスを研
磨すると、銅とタンタル化合物の研磨選択比が充分でな
かったり、銅に対する選択比を高めると配線溝や孔の銅
膜が削られ過ぎたり、銅膜表面の平滑性が損なわれる等
の問題があった。 【００１１】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、銅膜とタン
タル化合物を有する半導体デバイスのＣＭＰ加工プロセ
スにおいて、銅の研磨レートは大きいがタンタル化合物
の研磨レートが小さいという選択性の高い研磨用組成物
を提供することにあり、更に銅膜表面の平滑性にも優れ
たＣＭＰ加工用の研磨用組成物である。 【００１２】 【課題を解決するための手段】本発明は（Ａ）研磨材、
（Ｂ）酸化防止剤、（Ｃ）有機酸、（Ｄ）過酸化水素、
（Ｅ）界面活性剤及び（Ｆ）水を含有する研磨用組成物
において、（Ａ）研磨材が、平均粒径５〜５００ｎｍの
範囲にある有機高分子化合物であり、研磨材の研磨用組
成物中の濃度が１〜３０重量％であり、（Ｂ）酸化防止
剤がベンゾトリアゾールまたはその誘導体であり、研磨
用組成物中の濃度が０．０１〜５重量％であり、（Ｃ）
有機酸がシュウ酸、コハク酸、クエン酸、酒石酸、リン
ゴ酸、乳酸及びアミノ酸からなる群より選択された少な
くとも一つ以上の酸であり、研磨用組成物中の濃度が
０．０１〜５重量％であり、（Ｄ）過酸化水素の研磨用
組成物中の濃度が０．０３〜５重量％であり、（Ｅ）界
面活性剤のHLB値が１０〜２０の範囲にあり、含有量は
研磨材に対して０．１〜１０重量％の範囲にあることを
特徴とする研磨用組成物である。 【００１３】 ［発明の詳細な説明］本発明はかかる上記の問題点を解
決するために種々検討した結果、特定の有機微粒子砥粒
と特定の化合物および水を含有する研磨用組成物を用い
ることにより、銅膜に対する研磨レートが大きく、タン
タル化合物に対する研磨レートが小さい、高い選択性を
得ることができ、銅膜表面の平滑性にも優れた結果が得
られることを見いだし、発明を完成するに至ったもので
ある。 【００１４】本発明に用いられる研磨材は、有機高分子
化合物であり、例えば、ビニルモノマーの乳化重合など
によって得られる有機高分子化合物の微粒子やポリエス
テル,ポリアミド、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾー
ルなど重縮合によって得られる有機子分子の微粒子やフ
ェノール樹脂、メラミン樹脂などの付加縮合によって得
られる有機高分子の微粒子をあげることができ、単独或
いは任意に組み合わせ用いることができる。好ましくは
比較的安価で粒径の揃った極性の低いビニル系高分子で
ある。その有機高分子化合物は、微粒子形状で用いら
れ、その平均粒径は５〜５００ｎｍの範囲にある有機高
分子化合物からなるものである。 【００１５】研磨材の一次粒子平均径は走査型電子顕微
鏡によって観察することができるが、平均粒径は５ｎｍ
〜５００ｎｍの範囲にあることがより好ましい。５ｎｍ
より小さいと研磨レートが大きくなりにくいので好まし
くなく、５００ｎｍを越えると被研磨物表面にスクラッ
チを発生しやすくなったり、タンタル化合物の研磨レー
トを押さえることが難しくなるので好ましくない。また
特性を損なわない程度でコロイダルシリカ等の無機微粒
子を研磨剤として併用することももちろん可能である。 【００１６】研磨材の研磨用組成物中の濃度は１〜３０
重量％であることが望ましい。研磨材の濃度が小さくな
りすぎると機械的な研磨能力が減少し研磨レートが低下
するので好ましくなく、濃度が高すぎると機械的研磨能
力が増大してタンタル化合物の研磨レートをおさえるこ
とができなくなり、選択性が低下するので好ましくな
い。 【００１７】本発明の研磨用組成物は酸化防止剤として
ベンゾトリアゾール又はその誘導体を含有する。研磨用
組成物中の濃度は０．０１〜５重量％であることが望ま
しい。０．０１重量％未満であると銅膜の研磨レートが
過度に大きくなり制御できなくなるので好ましくなく、
５．０重量％を超えると研磨レートが極端に低下するの
で好ましくない。 【００１８】本発明の研磨用組成物は有機酸が含まれ
る。本発明における有機酸は銅とのキレートを形成し、
銅の研磨速度を制御しやすくなるので好ましい。具体的
な例を挙げるとシュウ酸、コハク酸、クエン酸、酒石
酸、リンゴ酸、乳酸、アミノ酸の中から選ばれた少なく
とも一つの有機酸である。添加量については研磨用組成
物中、０．０１〜５重量％の範囲で使用する。０．０１
重量％未満ではキレート形成効果が不十分であり、５重
量％を越えると研磨速度が制御できなくなり過研磨にな
るので好ましくない。 【００１９】本発明の研磨用組成物は過酸化水素を含有
する。本発明における研磨用組成物において過酸化水素
は酸化剤として作用しているものである。過酸化水素は
銅膜に対して酸化作用を発揮し、イオン化を促進するこ
とによって銅膜の研磨レートを高める働きがあるが、研
磨用組成物中の濃度は０．０３〜５重量％であることが
望ましい。この範囲の濃度から高くなっても低くなり過
ぎても銅膜の研磨レートが低下するので好ましくない。 【００２０】本発明の研磨用組成物は界面活性剤を含有
する。本発明における研磨用組成物において界面活性剤
は研磨材の水への分散安定化を図る為に用いられるもの
である。研磨剤が水に安定に分散せずに凝集して粒径が
大きくなると銅表面にスクラッチが入りやすくなるので
好ましくない。特に高分子化合物からなる微粒子の水へ
の分散を効果的に発現させる為には用いる界面活性剤の
HLB値は１０〜２０の範囲にあることが好ましい。１０
未満であると微粒子の分散安定性を発揮できないので好
ましくなく、２０を超えても粒子の分散安定性が低下す
るので好ましくない。また添加量は研磨剤に対して０．
１〜１０重量％であることが好ましい。０．1重量％未
満であると高分子微粒子の分散安定化効果に乏しく、１
０重量％を超えると粘度が極端に高くなりスラリーとし
ての取り扱い作業性が低下するので好ましくない。ここ
で界面活性剤のHLB値は幾つかの定義があるがここでは
最初にこの概念を提唱した米国のグリフィン氏の次式の
定義に従う（藤本武彦著、全訂版：新・界面活性剤入
門、三洋化成工業株式会社発行，1992年、Ｐ．１２８参
照）。 ＨＬＢ＝（親水部分の分子量／界面活性剤の分子量）＊
１００／５ 【００２１】本発明の研磨用組成物の媒体は水であり、
イオン性不純物や金属イオンを極力減らしたものである
ことが望ましい。 【００２２】本発明の研磨用組成物は上記の各成分、研
磨材、酸化防止剤、有機酸、界面活性剤を水に混合、溶
解、分散させて製造する。過酸化水素は、研磨直前に前
記の混合液に添加、混合するが予め混合しておくことも
可能である。それらの混合方法は、任意の装置で行うこ
とができる。例えば、翼式回転攪拌機、超音波分散機、
ビーズミル分散機、ニーダー、ボールミルなどが適用可
能である。 【００２３】また上記成分以外に種々の研磨助剤を配合
してもよい。このような研磨助剤の例としては、分散助
剤、防錆剤、消泡剤、ｐＨ調整剤、防かび剤等が挙げら
れるが、これらはスラリーの分散貯蔵安定性、研磨速度
の向上の目的で加えられる。ポリビニルアルコールなど
の水溶性高分子などを添加して分散性を向上させること
ができることは言うまでもない。ｐＨ調整剤としてはア
ンモニアなどの塩基性化合物や酢酸、塩酸、硝酸等の酸
性化合物が挙げられる。消泡剤としては流動パラフィ
ン、ジメチルシリコーンオイル、ステアリン酸モノ、ジ
グリセリド混合物、ソルビタンモノパルミチエート、等
が挙げられる。 【００２４】 【実施例】本発明を実施例で具体的に説明する。 ＜実施例１＞研磨材として平均粒径３０ｎｍのポリメチ
ルメタクリレート(ＰＭＭＡ）粒子、ベンゾトリアゾー
ル、過酸化水素、クエン酸、ソルビタンラウリン酸モノ
エステルエチレノキサイド２０モル付加物（ＨＬＢ：１
６．７）が表１に示された濃度になるように０．５μｍ
のカートリッジフィルターで濾過されたイオン交換水に
混合し、高速ホモジナイザーで攪拌して均一に分散させ
て実施例１の研磨用組成物を得た。 【００２５】＜研磨評価＞被研磨物は６インチのシリコ
ンウエハー上にスパッタリングで２０００Åのタンタル
（Ｔａ）並びに電解メッキで１００００Åの銅を製膜し
たものを準備し、銅、Ｔａ面を研磨した。研磨は定盤径
６００ｍｍの片面研磨機を用いた。研磨機の定盤にはロ
デール社製（米国）のポリウレタン製研磨パッドＩＣ−
１０００／Ｓｕｂａ４００を専用の両面テープで張り付
け、研磨用組成物（スラリー）を流しながら１分間、
銅、タンタル膜を研磨した。研磨条件としては加重を３
００ｇ／ｃｍ2、定盤の回転数を４０ｒｐｍ、ウエハー
回転数４０ｒｐｍ、研磨材組成物の流量を２００ｍｌ／
ｍｉｎとした。 【００２６】ウエハーを洗浄、乾燥後減少した膜厚を求
めることにより研磨速度（Å／ｍｉｎ）を求めた。タン
タルの研磨速度に対する銅の研磨速度の比を選択比とし
た。また光学顕微鏡で研磨面を観察して研磨状態を調べ
以下のランク分けをした。 ◎：良好、○：ごく一部にやや平滑不足があるも全般に
良好、×：平滑不足、××：著しく腐食され平滑性ＮＧ 【００２７】砥粒の分散安定性を評価するためにスラリ
ー調整後１週間目に砥粒の粒度分布をレーザー光散乱装
置によって測定し、高分子微粒子の平均粒径が２倍未満
を○、２倍以上になったものを×（ＮＧ）とした。 ＜実施例２〜８、比較例１〜９＞研磨材Ｃ１〜Ｃ３、ベ
ンゾトリアゾール、過酸化水素、有機酸、界面活性剤Ｐ
１〜Ｐ３が表１に示された濃度になるように０．５μｍ
のカートリッジフィルターで濾過されたイオン交換水に
混合し、高速ホモジナイザーで攪拌して均一に分散させ
て実施例１と同様に研磨用組成物を調整し、実施例１と
同様に研磨性評価を行った。 【００２８】評価結果を表１に示した。 【表１】 【００２９】 【発明の効果】以上のように本発明によれば銅膜、タン
タル膜を含む半導体デバイスのＣＭＰ加工プロセスにお
いて銅膜を優先的に研磨可能な研磨液組成物が得られ、
半導体デバイスを効率的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】銅膜を形成させたデバイスの研磨プロセスの模
式図 【符号の説明】 １ Ｃｕ ２ Ｔａ ３ ＳｉＯ2
式図 【符号の説明】 １ Ｃｕ ２ Ｔａ ３ ＳｉＯ2
─────────────────────────────────────────────────────
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 Ｈ０１Ｌ 21/304 ６２２Ｘ
Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AC04 CB01 CB03 DA17
5D112 BA09 GA14
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 （Ａ）研磨材、（Ｂ）酸化防止剤、
（Ｃ）有機酸、（Ｄ）過酸化水素、（Ｅ）界面活性剤及
び（Ｆ）水を含有する研磨用組成物において、（Ａ）研
磨材が、平均粒径５〜５００ｎｍの範囲にある有機高分
子化合物であり、研磨材の研磨用組成物中の濃度が１〜
３０重量％であり、（Ｂ）酸化防止剤がベンゾトリアゾ
ールまたはその誘導体であり、研磨用組成物中の濃度が
０．０１〜５重量％であり、（Ｃ）有機酸がシュウ酸、
コハク酸、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸、乳酸及びアミ
ノ酸からなる群より選択された少なくとも一つ以上の酸
であり、研磨用組成物中の濃度が０．０１〜５重量％で
あり、（Ｄ）過酸化水素の研磨用組成物中の濃度が０．
０３〜５重量％であり、（Ｅ）界面活性剤のHLB値が１
０〜２０の範囲にあり、含有量は研磨材に対して０．１
〜１０重量％の範囲にあることを特徴とする研磨用組成
物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002118273A JP2003313540A (ja) | 2002-04-19 | 2002-04-19 | 研磨用組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002118273A JP2003313540A (ja) | 2002-04-19 | 2002-04-19 | 研磨用組成物 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003313540A true JP2003313540A (ja) | 2003-11-06 |
Family
ID=29535215
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002118273A Withdrawn JP2003313540A (ja) | 2002-04-19 | 2002-04-19 | 研磨用組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003313540A (ja) |
-
2002
- 2002-04-19 JP JP2002118273A patent/JP2003313540A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
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| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041207 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20061121 |