JP2004193495A

JP2004193495A - 化学的機械的研磨用スラリーおよびこれを用いた半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2004193495A
Application number: JP2002362607A
Authority: JP
Inventors: Yukiteru Matsui; 之輝松井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-12-13
Filing date: 2002-12-13
Publication date: 2004-07-08
Also published as: US7186654B2; US20040115944A1

Abstract

【課題】アルミニウム層に対してさえ、高い研磨速度と、低いエロージョン、少ないスクラッチおよび／または少ない表面ラフネスとを同時に達成することができる化学的機械的研磨用スラリーを提供する。
【解決手段】α−アルミナ粒子とα−アルミナとは異なる結晶構造を有する少なくとも１種の他のアルミナ粒子を含むアルミナ粉末、および樹脂粒子を含有する化学的機械的研磨用スラリー。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学的機械的研磨用スラリーおよびこれを用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体超ＬＳＩにおける配線技術として、配線工程を簡略化し、配線の歩留まりや信頼性を向上させるために、埋め込み配線（ダマシン配線）技術が研究・開発されている。このダマシン配線を形成するためには、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）技術が不可欠の重要な技術となっている。
【０００３】
ダマシン配線としては、高速ロジックデバイスには、現在、低抵抗故に銅が配線金属として主に用いられている。また、ＤＲＡＭに代表されるメモリデバイスには、低コスト故に、アルミニウムまたはタングステンが配線金属として用いられている。しかしながら、いずれのデバイスにおいても、低抵抗と低コストを勘案して、ダマシン配線金属として、銅に次ぐ低い抵抗を有するアルミニウムが有力視されている。
【０００４】
ＣＭＰにおいては、配線金属に対する高い研磨速度、研磨表面の平坦性、および研磨表面における低い欠陥密度が要求される。しかしながら、アルミニウム膜は、銅、タングステンのような他のダマシン配線金属膜よりも軟質であるために、研磨砥粒として無機粒子、例えばアルミナ粒子を含有するスラリーを用いたＣＭＰを行うと、特にスクラッチや表面ラフネスが発生しやすい。スクラッチや表面ラフネスは、配線歩留まりを著しく低下させる。
【０００５】
アルミニウム等の配線金属に対するスクラッチ等を減少させるために、アルミナ粒子等の無機粒子に樹脂（ポリマー）粒子を配合したＣＭＰスラリーを用いることが、特許文献１〜４に開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２６９１６９号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開２０００−２６９１７０号公報
【０００８】
【特許文献３】
特開２００１−１５４６２号公報
【０００９】
【特許文献４】
特開２００２−３０２７１号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のアルミナ粒子等の無機粒子と樹脂（ポリマー）粒子を含むＣＭＰスラリーでは、アルミニウム膜に対して、高い研磨速度と、少ないエロージョン、少ないスクラッチおよび／または少ない表面ラフネスとを同時に達成し難いことが本発明者の研究から明らかとなった。
【００１１】
従って、本発明は、アルミニウム膜に対してさえ、高い研磨速度と、低いエロージョン、少ないスクラッチおよび／または少ない表面ラフネスとを同時に達成することができるＣＰＭスラリーおよびこれを用いた半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の側面によれば、α−アルミナ粒子と、α−アルミナとは異なる結晶構造を有する少なくとも１種の他のアルミナ粒子とを含むアルミナ粉末、および樹脂粒子を含有することを特徴とするＣＭＰスラリーが提供される。
【００１３】
また、本発明の第２の側面によれば、半導体基板上に形成された絶縁層に少なくとも１つの凹部を形成し、該凹部を埋め、かつ該絶縁層上にわたって金属材料の層を形成し、化学的機械的研磨用スラリーを用いて該金属材料層をその絶縁層上部分が除去されるまで研磨することにより該凹部に埋められた金属材料からなる埋め込み配線層を形成することを包含し、前記化学的機械的研磨用スラリーとして、α−アルミナ粒子と、α−アルミナとは異なる結晶構造を有する少なくとも１種の他のアルミナ粒子とを含むアルミナ粉末、および樹脂粒子を含有するＣＭＰスラリーを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明者は、無機粒子と樹脂粒子を含むＣＭＰスラリーを用いてアルミニウム膜を研磨するＣＭＰ技術の研究において、無機粒子としては、アルミナ粒子がアルミニウム膜に対する研磨力が優れていることを確認し、アルミナ粒子と樹脂粒子を含むＣＭＰスラリーについてさらに研究を進めた。その結果、アルミナ粒子が樹脂粒子と共存する系においては、アルミナの結晶構造がＣＭＰスラリーのアルミニウム膜に対する研磨性能に大きく影響を及ぼすことを初めて見いだした。
【００１５】
すなわち、γ−アルミナ粒子単独またはδ−アルミナ粒子単独またはθ−アルミナ粒子単独と樹脂粒子の混合物を含むＣＭＰスラリーでは、アルミニウム膜に対して、高速研磨と研磨表面の高平坦性を達成し得るものの、アルミニウム膜表面における比較的浅いスクラッチ（マイクロスクラッチ）を抑制することができず、また表面ラフネスを抑制することもできなかった。他方、α−アルミナ粒子単独と樹脂粒子の混合物を含むＣＭＰスラリーでは、アルミニウム膜に対して、マイクロスクラッチや表面ラフネスを抑制することはできるが、高速研磨と研磨表面の高平坦性は実現できなかった。本発明は、これら知見に基づくものであって、以下、本発明の種々の実施の形態を詳細に説明する。
【００１６】
本発明の実施の形態のＣＭＰスラリーは、アルミナ粉末と樹脂粒子を含有する。本発明の１つの実施の形態において、このＣＭＰスラリーは、水をベースとするもの、すなわち水系スラリーである。
【００１７】
本発明の実施の形態において、アルミナ粉末は、物理的研磨砥粒を構成し、α−アルミナ粒子とα−アルミナとは異なる結晶構造を有する少なくとも１種の他のアルミナ粒子を含む。アルミナ粉末は、すべて、α−アルミナ粒子と、α−アルミナとは異なる結晶構造を有する少なくとも１種の他のアルミナ粒子とから構成することができる。本発明の１つの実施の形態において、少なくとも１種の他のアルミナ粒子は、γ−アルミナ粒子、δ−アルミナ粒子およびθ−アルミナ粒子からなる群の中から選ぶことができる。γ−アルミナ粒子は、とりわけ、アルミニウム膜に対してエロージョンの抑制に有効であり、δ−アルミナ粒子は、とりわけ、アルミニウム膜の表面ラフネスの抑制、エロージョンの抑制および高速研磨の達成に有効であり、θ−アルミナ粒子は、とりわけ、アルミニウム膜に対して表面ラフネスの抑制に有効であることが見いだされている。アルミナ粉末は、α−アルミナ粒子とγ-アルミナ粒子からなり得る。本発明の実施の形態において、アルミナ粉末（α−アルミナ粒子および他のアルミナ粒子）は、その表面にシリカ等のアルミナとは異なる材料からなる被覆膜を設ける必要はない。すなわち、本発明の実施の形態で用いられるアルミナ粉末は、表面被覆膜フリーのものであり得る。
【００１８】
本発明の１つの実施の形態において、アルミナ粉末は、α−アルミナ粒子と少なくとも１種の他のアルミナ粒子との総重量の２０〜８０％の割合でα−アルミナ粒子を含有する。アルミナ粉末中のα−アルミナ粒子の割合が２０重量％以上であると、アルミニウム膜に対してマイクロスクラッチと表面ラフネスの抑制、研磨表面の良好な平坦性を達成でき、他方α−アルミナ粒子の割合が８０重量％以下であると、アルミナ膜に対して実用上十分に高い研磨速度を達成することができる。アルミナ粉末に占めるα−アルミナの割合は、５０〜８０重量％の範囲内にあることが特に好ましい。
【００１９】
本発明の１つの実施の形態において、アルミナ粉末は、全体として、５ｎｍ〜１００ｎｍの平均一次粒子径を有することが好ましい。アルミナ粉末の平均一次粒子径が５ｎｍ以上であると、アルミニウム膜に対してより高い研磨力が提供される結果、高速研磨が達成され、かつスクラッチを抑制することができ、他方アルミナ粉末の平均一次粒子径が１００ｎｍ以下であるとスラリー中でのアルミナ粉末の分散性がより一層良好となる。
【００２０】
本発明の１つの実施の形態において、アルミナ粉末は、ＣＭＰスラリーに０．１〜５重量％の割合で含まれることが好ましい。アルミナ粉末の割合が０．１重量％以上であると、アルミニウム膜に対して十分な研磨力が提供される結果、高速研磨が達成され、他方アルミナ粉末の割合が５重量％以下であると、絶縁層としてしばしば用いられるシリコン酸化物の研磨速度に対するアルミニウムの研磨速度の比（研磨選択比）を十分に大きくすることができる。
【００２１】
本発明の実施の形態のＣＭＰスラリーに含まれる樹脂粒子は、それ自体、アルミナ粉末よりも相当程度柔らかで、不活性であり、アルミニウム等の金属に対する研磨力は実質的にない。しかしながら、樹脂粒子は、アルミナ粉末にクッション効果を与え、樹脂粒子表面にアルミナ粉末が付着すれば、アルミナ粉末の実効的粒子径が増大する結果、研磨効率を有意に向上させるものである。アルミナ粉末自体の粒子径の増大は、研磨される配線金属に対するスクラッチの増加をもたらす。樹脂粒子にアルミナ粒子を付着させて樹脂粒子とアルミナ粒子の凝集体を形成するためには、上記特許文献１〜４に開示された手法を用いることができる。例えば、樹脂粒子として、それらが有する官能基に起因してＣＭＰスラリー中で負帯電する樹脂粒子（例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のようなメタクリル樹脂、フェノール樹脂）を用いることができる。負帯電した樹脂粒子のそれぞれは、無帯電または正帯電する複数のアルミナ粒子を静電的に吸引し、アルミナ粒子をその表面に付着させることができる。あるいは、樹脂粒子とアルミナ粒子を含むＣＭＰスラリーに界面活性剤を添加することもできる。界面活性剤は、その親油部が樹脂粒子表面に付着し、その親水部にアルミナ粒子が付着する。従って、界面活性剤を用いれば、樹脂粒子の帯電性のいかんにかかわらず、樹脂粒子にアルミナ粒子を付着させることができる。さらに、アルミナ粉末と樹脂粒子を乾燥状態で混合し、メカノフュージョン現象を利用してアルミナ粉末を樹脂粒子に熱融着させることもできる。
【００２２】
本発明の１つの実施の形態において、樹脂粒子は、ＰＭＭＡのようなメタクリル樹脂粒子、フェノール樹脂粒子、尿素樹脂粒子、メラミン樹脂粒子、ポリスチレン樹脂粒子、ポリアセタール樹脂粒子およびポリカーボネート樹脂粒子からなる群の中から選ぶことができる。２種以上の樹脂粒子を組み合わせて用いることもできる。
【００２３】
本発明の１つの実施の形態において、樹脂粒子は、５ｎｍ〜１０００ｎｍの平均一次粒径を有する。樹脂粒子の平均一次粒径が、５ｎｍ以上であると、より十分なクッション効果を提供してアルミニウム膜に対しスクラッチをより一層抑制することができ、他方樹脂粒子の平均一次粒径が１０００ｎｍ以下であると、スラリー中での樹脂粒子の分散性がより一層良好となる。
【００２４】
本発明の１つの実施の形態において、ＣＭＰスラリーは、樹脂粒子を０．０１〜５重量％の割合で含有する。ＣＭＰスラリー中の樹脂粒子の含有率が０．０１重量％以上であると、アルミナ粒子の研磨効率を低下させることなく高速研磨を達成することができ、他方樹脂粒子の含有率が５重量％以下であると、アルミナ粒子による研磨を阻害することなく高速研磨を達成し得る。
【００２５】
本発明の実施の形態のＣＭＰスラリーは、必要に応じて、酸化剤を含有することができる。酸化剤は、研磨速度を向上させ得る。酸化剤としては、過酸化水素、ペルオキソ二硫酸アンモニウム、過硫酸、過硫酸アンモニウム、リン酸、硝酸および硝酸二アンモニウムセリウムからなる群の中から選ぶことができる。これら酸化剤は単独で、または組み合わせて用いることができる。かかる酸化剤は、０．１〜５重量％の割合でＣＭＰスラリーに含めることができる。
【００２６】
また、本発明の実施の形態のＣＭＰスラリーは、研磨速度を向上させるために、酸化剤に代わり、または酸化剤に追加して、研磨速度向上剤を含有することができる。そのような研磨速度向上剤には、グリシン、アラニン、キノリン酸が含まれる。かかる研磨速度向上剤は、０．１〜５重量％の割合でＣＭＰスラリーに含めることができる。
【００２７】
さらに、本発明の実施の形態のＣＭＰスラリーは、界面活性剤を含有することができる。界面活性剤は、上に説明したように、樹脂粒子表面にアルミナ粒子を付着させるように作用し得ることがあることに加えて、ＣＭＰスラリーによるアルミニウム膜研磨速度を向上させ得る。かかる界面活性剤としては、ドデシルベンゼンスルホン酸アルカリ金属塩（カリウム塩、ナトリウム塩等）、ドデシルベンゼンスルホン酸アンモニウム、ドデシル硫酸ナトリウム、アルキルジメチルベンジルアンモニウムクロリド、アルキルナフタレンスルホン酸カリウム等を例示することができる。界面活性剤は、０．０１〜５重量％の割合でＣＭＰスラリーに含めることができる。
【００２８】
本発明の実施の形態のＣＭＰスラリーは、アルミニウムを研磨し得るばかりでなく、他のダマシン配線材料、例えば、銅およびタングステン、それらの合金、それらとアルミニウムとの合金をも研磨して、アルミニウムに対する場合と同様の利益をもたらし得る。加えて、本発明の実施の形態のＣＭＰスラリーは、配線溝やコンタクト（ヴィア）ホール内にしばしば堆積されるバリヤー（ライナー）材料をも研磨することができる。本発明の１つの実施の形態において、バリヤー材料層は、チタン、モリブデン、ニオブ、タンタルおよびバナジウムのようなバリヤー金属、それら金属の合金、それらバリヤー金属の窒化物、ホウ化物もしくは酸化物の単層構造または積層構造であり得る。本発明の実施の形態のＣＭＰスラリーは、バリヤー材料をも研磨し得るので、従来、配線金属材料層を研磨した（主ＣＭＰ）後に露出したバリヤー材料層を除去するための例えばシリカ研磨粒子を用いたタッチアップＣＭＰ工程を行うことなく、一段で、配線金属材料層とバリヤー材料層を研磨することができる。したがって、主ＣＭＰ工程により達成された研磨表面の平坦性がタッチアップＣＭＰにより損なわれるという不利益を被ることがない。
【００２９】
配線金属材料層（およびバリヤー材料層）の研磨は、ＣＭＰスラリーとして本発明の実施の形態のＣＭＰスラリーを用いること以外は、通常のＣＭＰ技術を用いて行うことができる。
【００３０】
本発明の１つの実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上に形成された絶縁層に少なくとも１つの凹部（配線溝および／またはコンタクト（ヴィア）ホール）を形成することを含む。この少なくとも１つの凹部を埋め、かつ絶縁層上にわたって配線金属材料の層を形成する。ついで、本発明の実施の形態のＣＭＰスラリーを用いて配線金属材料層をその絶縁層上部分が除去されるまで研磨する。金属材料の層は、凹部の内面および絶縁層上にわたって形成されたバリヤー材料層の上に形成することができる。上にも述べたように、バリヤー材料層も配線金属材料層の研磨に連続して研磨され得る。
【００３１】
図１は、本発明の１つの実施の形態に従って半導体装置を製造するための方法を工程順に示す概略断面図である。
【００３２】
図１（ａ）に示すように、種々の半導体素子（図示せず）が集積形成されているシリコン基板等の半導体基板１１上に形成された絶縁層１２に少なくとも１つの配線溝（図１においては、２つの配線溝１３ａおよび１３ｂを見ることができる）を形成する。配線溝は、製造される所望の最終半導体装置に依存して、０．１２〜１００μｍの幅、０．１〜２μｍの深さを有し得る。絶縁層１２は、無機絶縁材料または有機絶縁材料で形成することができる。無機絶縁材料には、二酸化シリコン、フッ素添加二酸化シリコン（ＳｉＯＦ）、多孔質水素化シルセスキオキサンスピン塗布ガラス（ＨＳＱ−ＳＯＧ）が含まれる。有機絶縁材料には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素添加ポリイミド樹脂、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）が含まれる。絶縁層１２は、１００〜２０００ｎｍの厚さに形成することができる。
【００３３】
配線溝１２ａおよび１２ｂの内壁面および絶縁層１２の頂表面上に、配線金属の拡散を防止するために、バリヤー材料の層１３を形成することができる。バリヤー材料層１３は、０．５〜６０ｎｍの厚さに形成することができる。
【００３４】
次に、図１（ｂ）に示すように、配線溝１２ａおよび１２ｂを埋め、かつバリヤー材料層１３の頂表面上にわたって配線金属材料を堆積する。得られる配線金属材料層１４は、配線溝１２ａおよび１２ｂの外部にも形成される。配線金属材料層１４は、スパッタ、ＣＶＤ、メッキ等それ自体既知の堆積法により形成することができる。配線金属材料層１４は、絶縁層１２の頂表面上において、６００〜３０００ｎｍの厚さに形成することができる。
【００３５】
ついで、配線金属材料層１４に対して、本発明の実施の形態のＣＭＰスラリーを用いたＣＭＰを適用する。ＣＭＰの手法自体は、当該分野でよく知られている。簡単に述べると、上面に研磨パッドを備える回転可能な円板状プラテンに対して、その中心よりずれた位置に、配線金属材料層が研磨パッドと接触するように図１（ｂ）の半導体構造を載置する。この半導体構造を、半導体ウエーハを保持・加圧した状態で回転させ得るトップリングを備える加圧ヘッド機構で保持、加圧する。プラテンの中央上方からプラテン上にＣＭＰスラリーを流下させながら、プラテンとトップリング（従って、半導体構造）を同じ回転方向に、異なる速度（通常、プラテン回転速度より速いトップリング回転速度）で回転させる。通常、加工圧力は、１００〜５００ｇｆ／ｃｍ²、トップリング回転数は、１０〜１５０ｒｐｍ、プラテン回転数は、３０〜１５０ｒｐｍ、ＣＭＰスラリーの供給流量は、５０〜３００ｃｃ／分であり得る。
【００３６】
こうして、金属配線材料層１４は絶縁層１２の頂表面と直角の方向に研磨される。上にも述べたように、本発明の実施の形態のＣＭＰスラリーは、バリヤー材料層１３をも研磨し得るので、上記ＣＭＰにより、一段で配線金属材料層１４とバリヤー材料層１３を研磨して絶縁層１２の頂表面を露出させ得る。このＣＭＰの結果配線溝１２ａおよび１２ｂ内に残った配線金属材料が埋め込み配線層１４１および１４２を形成する。また、このＣＭＰの結果配線溝１２ａおよび１２ｂ内にそれぞれ残ったバリヤー材料が配線溝１２ａおよび１２ｂのそれぞれの内壁と埋め込み配線層１４１および１４２それぞれとの間のバリヤー層１３１および１３２をそれぞれ形成する（図１（ｃ））。
【００３７】
以上、本発明の種々の実施の形態を説明したが、本発明はそれら実施の形態に限定されるものではない。また、上述した種々の実施の形態の２つまたはそれ以上を組み合わせることができることはいうまでもない。
【００３８】
【実施例】
以下本発明を実施例により説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００３９】
実施例１
本実施例では、図１に示す方法に準じて、図示しない種々の半導体素子が集積形成されたシリコン基板上に二酸化シリコン層間絶縁層を堆積した。この層間絶縁層に深さが４００ｎｍで、幅がほぼ５０μｍの配線溝を形成した。溝間の間隔は９μｍであった。これらの配線溝の表面および層間絶縁層表面上にニオブからなるバリヤー材料層を堆積し、このバリヤー材料層の上にアルミニウムを溝底部から垂直方向に測定して８００ｎｍの厚さに堆積した。
【００４０】
このアルミニウム層およびバリヤー材料層をＣＭＰに供した。使用したＣＭＰスラリーは、アルミナ粉末と、平均一次粒径２００ｎｍのポリメチルメタクリレート粒子０．０９５重量％と、過硫酸アンモニウム１重量％と、キノリン酸０．７５重量％と、グリシン１．０重量％と、ドデシルベンゼンスルホン酸カリウム０．７５重量％と、残部脱イオン水からなるものであった。使用したアルミナ粉末は、表１に示すように、１００ｎｍの平均一次粒子径を有するα−アルミナ粒子と５０ｎｍの平均一次粒子径を有するγ−アルミナ粒子からなり、α−アルミナ粒子のＣＭＰスラリー中含有率は０．１重量％であり、γ−アルミナ粒子のＣＭＰスラリー中含有率は０．４重量％であった（すなわち、ＣＭＰスラリー中のアルミナ粉末の合計含有率＝０．５重量％）。研磨パッドとして、ロデール・ニッタ社製ＩＣ１０００／Ｓｕｂａ４００を用い、加工圧力４５０ｇｆ／ｃｍ²、トップリング回転数１２０ｒｐｍ、プラテン回転数１００ｒｐｍの条件で研磨を行った。ＣＭＰスラリーの供給流量は２００ｃｃ／分であった。
【００４１】
その結果、二酸化シリコン層間絶縁層の頂表面に形成されていたアルミニウム層部分およびバリヤー材料層部分が除去された。その際、アルミニウム層の研磨速度およびＮｂバリヤー材料層の研磨速度を測定した。結果を下記表２に示す。また、アルミニウム層のエロージョンと研磨表面の表面欠陥（５ｍｍ平方の領域に形成した５０μｍ幅で、９μｍ間隔の８５％配線パターンエリアにおけるスクラッチ数および表面ラフネス）を測定した。結果を表２に併記する。
【００４２】
実施例２〜３、比較例１〜５
使用したアルミナ粉末を表１に示すように変更した以外は実施例１と同様のＣＭＰスラリーを用い、実施例１の手順を繰り返した。実施例１と同様に、アルミニウム膜およびＮｂバリヤー膜の研磨速度、アルミニウム膜のエロージョンと研磨表面の表面欠陥を測定した。結果を表２に併記する。
【００４３】
【表１】

【００４４】
【表２】

【００４５】
表２に示す結果からわかるように、アルミナ粒子に樹脂粒子が共存していない系（比較例１）では、アルミナの結晶構造いかんにかかわらず、アルミニウムの研磨速度、エロージョン、表面欠陥の程度は、実質的に同じである。しかしながら、アルミナ粒子に樹脂粒子が共存した系では、アルミナの結晶粒子に依存してアルミニウム（およびバリヤー材料）の研磨速度、エロージョン、表面欠陥（特にスクラッチ数）が有意に異なることがわかる（比較例２〜５）。そして、アルミナ粒子に樹脂が共存する系においてアルミナ粒子がα−アルミナ粒子とα−アルミナとは異なる結晶構造のアルミナ粒子との混合物を含む場合には、研磨速度、エロージョンおよび表面欠陥が同時に実用上充分なレベルを達成でき、特にスクラッチ数が大幅に減少することがわかる（実施例１〜３）。
【００４６】
実施例４
使用したアルミナ粉末（ＣＭＰスラリー中の含有率０．５重量％）中のα−アルミナ粒子の割合（α−アルミナ／（αアルミナ＋γ−アルミナ）×１００）を種々変えた以外は実施例１のＣＭＰスラリーと同様の組成を有するＣＭＰスラリーを用いて実施例１の手順を繰り返した。実施例１と同様に、アルミニウム層の研磨速度、アルミニウム層のエロージョンと研磨表面の表面欠陥を測定した。結果を図２に示す。
【００４７】
図２に示す結果からわかるように、アルミナ粉末に占めるα−アルミナ粒子の割合を２０〜８０重量％に設定することにより、アルミニウムに対する高い研磨速度、低いエロージョン、少ないスクラッチおよび低い表面ラフネスを同時に達成することができる。
【００４８】
実施例５〜７、比較例６〜９
使用した樹脂粒子を平均一次粒径２００ｎｍのポリスチレン粒子に変更した以外は、実施例１〜３および比較例２〜５のＣＭＰスラリーと同様の組成のＣＭＰスラリー（スラリー中のポリスチレン粒子含有率：０．０９５重量％）を用いて実施例１の手順を繰り返した。使用したＣＭＰスラリーの詳細を表３に示す。実施例１と同様に、アルミニウム層の研磨速度およびＮｂバリヤー材料層の研磨速度を測定し、アルミニウム層のエロージョンと研磨表面の表面欠陥（スクラッチ数および表面ラフネス）を測定した。結果を表４に示す。
【００４９】
【表３】

【００５０】
【表４】

【００５１】
表４に示す結果からわかるように、実施例５〜７では、高速研磨速度、高平坦性、および低欠陥密度を達成することができる。ＰＭＭＡ粒子を用いた場合に比べ、ポリスチレン粒子を用いると、スクラッチがやや多くなるが、これはポリスチレン粒子がＰＭＭＡ粒子よりもやや硬いためである。しかし、樹脂粒子を使用しない場合（比較例１）に比べて、スクラッチは大幅に抑制されている。
【００５２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、アルミニウムに対してさえ、高い研磨速度と、低いエロージョン、少ないスクラッチおよび／または少ない表面ラフネスとを同時に達成することができるＣＭＰスラリーおよびこれを用いた半導体装置の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施の形態に従って半導体装置を製造するための方法を工程順に示す概略断面図。
【図２】本発明の１つの実施の形態に係るＣＭＰスラリーのアルミナ粉末に占めるα−アルミナ粒子の割合と研磨性能との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１１…半導体基板、１２…（層間）絶縁層、１２ａ，１２ｂ…配線溝、１３…バリヤー材料層、１３１，１３２…バリヤー層、１４…配線金属材料層、１４１，１４２…埋め込み配線層

Claims

α−アルミナ粒子と、α−アルミナとは異なる結晶構造を有する少なくとも１種の他のアルミナ粒子とを含むアルミナ粉末、および樹脂粒子を含有することを特徴とする化学的機械的研磨用スラリー。
前記少なくとも１種の他のアルミナ粒子が、γ−アルミナ粒子、δ−アルミナ粒子およびθ−アルミナ粒子からなる群の中から選ばれることを特徴とする請求項１に記載のスラリー。
前記アルミナ粉末が、α−アルミナ粒子とγ−アルミナ粒子を含む請求項１に記載のスラリー。
前記アルミナ粉末が、前記α−アルミナ粒子と前記少なくとも１種の他のアルミナ粒子との総重量の２０〜８０％の割合で前記α−アルミナ粒子を含有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のスラリー。
前記アルミナ粉末が、５ｎｍ〜１００ｎｍの平均一次粒子径を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のスラリー。
前記アルミナ粉末を０．１〜５重量％の割合で含有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のスラリー。
前記樹脂粒子が、メタクリル樹脂粒子、フェノール樹脂粒子、尿素樹脂粒子、メラミン樹脂粒子、ポリスチレン樹脂粒子、ポリアセタール樹脂粒子およびポリカーボネート樹脂粒子からなる群の中から選ばれる少なくとも１種の樹脂粒子を含むことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のスラリー。
前記樹脂粒子が、５ｎｍ〜１０００ｎｍの平均一次粒径を有することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のスラリー。
前記樹脂粒子を０．０１〜５重量％の割合で含有することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載のスラリー。
酸化剤をさらに含有することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載のスラリー。
界面活性剤をさらに含有することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のスラリー。
水系スラリーであることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のスラリー。
半導体基板上に形成された絶縁層に少なくとも１つの凹部を形成し、該凹部を埋め、かつ該絶縁層上にわたって金属材料の層を形成し、化学的機械的研磨用スラリーを用いて該金属材料層をその絶縁層上部分が除去されるまで研磨することにより該凹部に埋められた金属材料からなる埋め込み配線層を形成することを包含し、前記化学的機械的研磨用スラリーとして、請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の化学的機械的研磨用スラリーを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記金属材料層が、アルミニウム、銅、タングステンまたはそれらの合金を含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
前記凹部を含む前記絶縁層と前記金属材料層との間に、バリヤー材料の層を形成することをさらに包含する請求項１３または１４に記載の方法。
前記バリヤー材料層が、チタン、モリブデン、ニオブ、タンタルおよびバナジウムからなる群の中から選ばれる金属層、該金属を主成分とする合金、該金属の窒化物、ホウ化物もしくは酸化物の層、またはこれら層のいずれか２つ以上の組み合わせを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。