JP2005340755A - 研磨組成物および研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 エッチング、エロージョンを抑制し特に金属膜の平坦性を維持したまま高速に研磨できる研磨組成物を提供すると共にこの研磨組成物を用いた金属膜の研磨方法、およびこの研磨組成物で平坦化する工程を含む基板の製造方法を提供すること。
【解決手段】 (A)アゾール基を分子中に3個以上含む化合物、(B)酸化剤、および(C)アミノ酸、有機酸、無機酸から選ばれた１種または２種以上を含むことを特徴とする研磨組成物。
【選択図】 なし

Description

本発明は、基板を研磨する研磨組成物、特に金属研磨組成物、研磨方法、基板の製造方法に関する。

ＩＣ（Integrated circuit；集積回路）やＬＳＩ（Large Scale Integration；大規模集積回路）における技術の進歩により、それらの動作速度や集積規模が向上し、例えばマイクロプロセッサの高性能化やメモリチップの大容量化が急速に達成されている。これら高性能化には微細加工技術が大きく寄与をしている。この微細加工技術のひとつとして平坦化技術である、化学機械研磨法がある。多層配線工程における、層間絶縁膜、金属プラグ、配線金属の平坦化に使用されている。

このうち配線金属は、近年、配線遅延の問題などから銅または銅合金を使用する試みがなされている。銅または銅合金を用いた配線の製造方法としては層間絶縁膜にあらかじめ溝を形成しておき、必要があれば、タンタル、窒化タンタルなどのバリヤ膜を薄く形成し、ダマシン法などにより銅または銅合金を堆積する。この時銅または銅合金は層間絶縁膜上部に余分に堆積しているために平坦化を行いながら余分な銅または銅合金を除去していく研磨を行うことにより配線を形成する。

また、磁気記録媒体として注目を浴びている磁気記憶装置（ＭＲＡＭ）がある。ＭＲＡＭ では、素子アレイのうち、特定のビットに情報を記録するために、アレイを縦横に横切るビット書き込み線とワード書き込み線とを設け、その交差領域に位置する素子のみを使用して選択書き込みを行う方法（例えば特許文献１参照）が知られている。この中に金属配線が形成されるが、金属配線はアルミニウムまたはアルミニウム合金、銅または銅合金から成る導体層とこれを囲むようにニッケル−鉄（パーマロイ）などの強磁性層からなる。必要があれば、タンタル、窒化タンタルなどのバリヤ膜を強磁性層を挟むように薄く形成する。この金属配線はダマシン法で形成されるが、余分な導体層、強磁性層およびバリヤ膜は、研磨を行いながら平坦化し除去される。

このような研磨を行いながら平坦化する方法として、砥粒を含有する研磨剤で処理する方法が考えられるが、研磨剤のみで処理した場合には、銅または銅合金は一般的に柔らかいのでスクラッチと呼ばれる傷がつきやすく歩留まりが非常に低くなる。また、銅はエッチング剤により溶解することからエッチング剤を添加した研磨剤が考えられ得るが、凸部ばかりではなく凹部もエッチングし、平坦化が出来ないばかりか金属配線部が削れたディッシングという現象が発生してしまう。

このような現象を防止する銅または銅合金から成る金属膜を研磨する金属研磨組成物として、過酸化水素、ベンゾトリアゾール、アミノ酢酸を含有し、必要があれば砥粒を含有している組成物が特許文献２に開示されている。ここでベンゾトリアゾールは酸化された金属膜と反応保護膜を形成し、凸部を優先的に機械研磨し平坦性が高まると共に低ディッシングに寄与していると記述されている。

さらに、特許文献３には、銅と反応して水に難溶性で、かつ銅よりも機械的に脆弱な銅錯体を生成する、２−キノリンカルボン酸、を含有させる金属研磨組成物を開示している。

特許文献４には、セリアとビニルピロリドン／ビニルイミダゾール共重合体のスラリーが銅などの金属研磨に用いられるとの記載がある。特許文献４に記載のスラリーの本質はシリカ膜の研磨であり、実際、金属膜研磨の実施例はなく、このようなスラリー組成物ではほとんど金属膜が研磨されないのは明白である。

特許文献２に記載のベンゾトリアゾールを含む金属研磨組成物は平坦性やディッシングには効果があるものの、ベンゾトリアゾールの防食作用が強いため、研磨速度が著しく低下する欠点があった。また、特許文献３に記載の２−キノリンカルボン酸を用いた金属研磨組成物では、２−キノリンカルボン酸が著しく高価で工業的に使用することは難しかった。

近年、銅配線の寄生容量の関係から層間絶縁膜としてＬｏｗκ材の使用が検討されている。Ｌｏｗκ材としては無機系、有機系さまざまな材料が開発されているが、次世代のＬｏｗκ材としては、誘電率２．３未満程度のものが必要とされている。この誘電率を達成する為にはＬｏｗκ材のポーラス化が必須と言われている。非特許文献１によれば、このような材料は機械的強度が弱く、従来用いられているようなＣＭＰ研磨圧では破壊されてしまう問題点があり、低圧での研磨が求められている。しかしながら、上記記載の従来技術では高圧研磨を想定しており、低圧での高速研磨は検討されてこなかった。

更に、近年配線が細くなる傾向があり、細い配線が高密度で存在する場合、バリヤ膜及び相関絶縁膜が研磨されくぼみができるエロージョンと言う現象がおこる。これはディッシングと同様配線抵抗を落とすばかりか配線ショートの原因にもなり、抑制することが望まれている。

特開平１０−１１６４９０号公報 特開平８−８３７８０号公報 特開平９−５５３６３号公報 特開２００２−１３４４４４号公報 最新ＣＭＰプロセスと材料技術（技術情報協会）（２００２）ページ１３３

本発明は、エッチング、エロージョンを抑制し特に金属膜の平坦性を維持したまま高速に研磨できる研磨組成物を提供すると共にこの研磨組成物を用いた金属膜の研磨方法、およびこの研磨組成物で平坦化する工程を含む基板の製造方法を提供することを目的としたものである。

本発明者らは、上記課題の解決について鋭意検討した結果、アゾール基を３個以上含む化合物を用いた研磨組成物が前記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は以下の［１］〜［３９］に示される。
〔１〕（Ａ）アゾール基を分子中に３個以上含む化合物、（Ｂ）酸化剤、および（Ｃ）アミノ酸、有機酸、無機酸から選ばれた１種または２種以上、を含むことを特徴とする研磨組成物。
〔２〕アゾール基を分子中に３個以上含む化合物（Ａ）が、ビニル基を含むアゾール重合体である上記〔１〕に記載の研磨組成物。
〔３〕アゾール基を分子中に３個以上含む化合物（Ａ）が、水溶性である上記〔１〕または〔２〕に記載の研磨組成物。
〔４〕アゾール基を分子中に３個以上含む化合物（Ａ）の質量平均分子量が、３００〜５，０００，０００の範囲内である上記〔１〕〜〔３〕のいずれか１項に記載の研磨組成物。
〔５〕アゾール基を分子中に３個以上含む化合物（Ａ）の含有量が０．００１〜１質量％である上記〔１〕〜〔４〕のいずれか１項に記載の研磨組成物。
〔６〕アミノ酸が、グリシン、Ｌ−アラニン、β−アラニン、Ｌ−２−アミノ酪酸、Ｌ−ノルバリン、Ｌ−バリン、Ｌ−ロイシン、Ｌ−ノルロイシン、Ｌ−イソロイシン、Ｌ−アロイソロイシン、Ｌ−フェニルアラニン、Ｌ−プロリン、サルコシン、Ｌ−オルニチン、Ｌ−リシン、タウリン、Ｌ−セリン、Ｌ−トレオニン、Ｌ−アロトレオニン、Ｌ−ホモセリン、Ｌ−チロシン、３，５−ジヨ−ド−Ｌ−チロシン、β−（３，４−ジヒドロキシフェニル）−Ｌ−アラニン、Ｌ−チロキシン、４−ヒドロキシ−Ｌ−プロリン、Ｌ−システィン、Ｌ−メチオニン、Ｌ−エチオニン、Ｌ−ランチオニン、Ｌ−シスタチオニン、Ｌ−シスチン、Ｌ−システィン酸、Ｌ−アスパラギン酸、Ｌ−グルタミン酸、Ｓ−（カルボキシメチル）−Ｌ−システィン、４−アミノ酪酸、Ｌ−アスパラギン、Ｌ−グルタミン、アザセリン、Ｌ−アルギニン、Ｌ−カナバニン、Ｌ−シトルリン、δ−ヒドロキシ−Ｌ−リシン、クレアチン、Ｌ−キヌレニン、Ｌ−ヒスチジン、１−メチル−Ｌ−ヒスチジン、３−メチル−Ｌ−ヒスチジン、エルゴチオネイン、Ｌ−トリプトファンから選ばれる少なくとも１種を含有する上記〔１〕〜〔５〕のいずれか１項に記載の研磨組成物。
〔７〕有機酸が、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、２−メチル酪酸、ｎ−ヘキサン酸、３，３−ジメチル酪酸、２−エチル酪酸、４−メチルペンタン酸、ｎ−ヘプタン酸、２−メチルヘキサン酸、ｎ−オクタン酸、２−エチルヘキサン酸、安息香酸、グリコ−ル酸、サリチル酸、グリセリン酸、蓚酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、マレイン酸、フタル酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、乳酸から選ばれる少なくとも１種を含有する上記〔１〕〜〔６〕のいずれか１項に記載の研磨組成物。
〔８〕無機酸が、硫酸、硝酸、燐酸、これらの塩である上記〔１〕〜〔７〕のいずれか１項に記載の研磨組成物。
〔９〕アミノ酸、有機酸、無機酸から選ばれた１種または２種以上（Ｃ）の含有量が、０．００１〜１０質量％である上記〔１〕〜〔８〕のいずれか１項に記載の研磨組成物。
〔１０〕酸化剤が、酸素、オゾン、過酸化水素、アルキルパーオキサイド、過酸、過マンガン酸塩、過ヨウ素酸塩、過硫酸塩、ポリオキソ酸、次亜塩素酸塩から選ばれる少なくとも1種を含有する上記〔１〕〜〔９〕のいずれか１項に記載の研磨組成物。

〔１１〕酸化剤（Ｂ）の含有量が、０．０１〜３０質量％である上記〔１〕〜〔１０〕のいずれか１項に記載の研磨組成物。
〔１２〕研磨組成物が、界面活性剤を含有する上記〔１〕〜〔１１〕のいずれか１項に記載の研磨組成物。
〔１３〕界面活性剤が、アニオン性、カチオン性、非イオン性、両性界面活性剤から選ばれる少なくとも１種を含有する上記〔１２〕に記載の研磨組成物。
〔１４〕界面活性剤が、アルキル芳香族スルホン酸またはその塩、ポリオキシエチレンアルキルリン酸またはその塩、アルキルリン酸またはその塩、脂肪酸またはその塩から選ばれる少なくとも１種である上記〔１2〕または〔１３〕に記載の研磨組成物。
〔１５〕界面活性剤の含有量が、５質量％以下である上記〔１２〕〜〔１４〕のいずれか１項に記載の研磨組成物。
〔１６〕研磨組成物が、保護膜形成剤を含有する上記〔１〕〜〔１５〕のいずれか１項に記載の研磨組成物。
〔１７〕保護膜形成剤の含有量が、５質量％以下である上記〔１６〕に記載の研磨組成物。
〔１８〕保護膜形成剤が、ベンゾトリアゾール、トリルトリアゾール、ヒドロキシベンゾトリアゾール、カルボキシベンゾトリアゾール、ベンズイミダゾール、テトラゾール、キナルジン酸から選ばれる少なくとも１種を含有する上記〔１〕〜〔１７〕のいずれか１項に記載の研磨組成物。
〔１９〕保護膜形成剤の含有量が、１０質量％以下である上記〔１８〕に記載の研磨組成物。
〔２０〕研磨組成物が、アルカリを含有する上記〔１〕〜〔１９〕のいずれか１項に記載の研磨組成物。

〔２１〕アルカリが、アンモニア、アミン、ポリアミン、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物から選ばれる少なくとも1種を含有する上記〔２０〕に記載の研磨組成物。
〔２２〕アルカリの含有量が、１０質量％以下である上記〔２０〕または〔２１〕に記載の研磨組成物。
〔２３〕研磨組成物が、さらに研磨剤を含有する上記〔１〕〜〔２２〕のいずれか１項に記載の研磨組成物。
〔２４〕研磨剤が、シリカ、アルミナ、セリア、チタニア、有機砥粒から選ばれる少なくとも1種を含有する上記〔２３〕に記載の研磨組成物。
〔２５〕研磨剤の含有量が、３０質量％以下である上記〔１〕〜〔２４〕のいずれか１項に記載の研磨組成物。
〔２６〕ｐＨが５〜１１である上記〔１〕〜〔２５〕のいずれか１項に記載の研磨組成物。
〔２７〕凹部を有する基板上に凹部を覆うように埋め込まれた金属膜を研磨する上記〔１〕〜〔２６〕のいずれか１項に記載の研磨組成物。
〔２８〕凹部を有する基板上に凹部を覆うように埋め込まれた金属膜、または凹部を有する基板上にバリヤ金属膜を形成し、凹部を覆うように埋め込まれた金属膜を研磨する金属膜研磨速度（Ｐ_RR）と、平坦なブランケット金属膜を研磨する金属膜研磨速度（Ｂ_RR）の比（Ｐ_RR／Ｂ_RR）が３．５以上である上記〔１〕〜〔２７〕のいずれか１項に記載の研磨組成物。
〔２９〕希釈して上記〔５〕、〔９〕、〔１１〕、〔１５〕、〔１７〕、〔１９〕、〔２２〕および〔２５〕のいずれか１項に記載の研磨組成物となる組成物。
〔３０〕複数の組成物のキットであって、それらの組成物を混合することにより、または混合および希釈することにより上記〔１〕〜〔２８〕のいずれか１項に記載の研磨組成物となるキット。

〔３１〕凹部を有する基板上に凹部を覆うように埋め込まれた金属膜を上記〔１〕〜〔２８〕のいずれか１項に記載の研磨組成物で研磨する研磨方法。
〔３２〕凹部を有する基板上にバリヤ金属膜を形成し、凹部を覆うように埋め込まれた金属膜を上記〔１〕〜〔２８〕のいずれか１項に記載の研磨組成物で研磨する研磨方法。
〔３３〕凹部を有する基板上に凹部を覆うように埋め込まれた金属膜、または凹部を有する基板上にバリヤ金属膜を形成し、凹部を覆うように埋め込まれた金属膜が凸部を有し、凸部の角を優先的に研磨する上記〔１〕〜〔２８〕のいずれか１項に記載の研磨組成物で研磨する研磨方法。
〔３４〕金属膜が銅または銅を含有する合金、鉄または鉄を含有する合金からなる上記〔３３〕に記載の研磨方法。
〔３５〕バリヤ金属膜がタンタル、窒化タンタルなどのタンタル系金属からなる上記〔３３〕または〔３４に記載の研磨方法。
〔３６〕凹部を有する基板上に凹部を覆うように埋め込まれた金属膜を上記〔１〕〜〔２８〕のいずれか１項に記載の研磨組成物で平坦化する基板の研磨方法。
〔３７〕凹部を有する基板上に凹部を覆うように埋め込まれた金属膜を上記〔３１〕〜〔３６〕のいずれか１項に記載の研磨方法で研磨する工程を含む基板の製造方法。
〔３８〕上記〔２９〕に記載の組成物を輸送または保存用組成物として用いる方法。
〔３９〕上記〔３０〕に記載のキットを輸送または保存用組成物として用いる方法。

とりわけ金属膜、特に銅膜の研磨においてアゾール基を３個以上含有する化合物はディッシングを低減すことが可能になる。また、アゾール基を３個以上含有する化合物はバリヤ膜の研磨レートを制御することが可能であり、エロージョン抑制が可能となる。これらアゾール基を３個以上含有する化合物、特に、ビニルイミダゾール重合物は、防食材、界面活性剤と組み合わせることによって、よりディッシングを低減することができる。

さらに、本発明のアゾール基を３個以上含有する化合物を用いた研磨組成物を用いる研磨方法および基板の製造方法により平坦性の優れた基板を製造することが容易になる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

本発明は好ましくは金属膜の研磨において、アゾール基を３個以上含む化合物、酸化剤およびアミノ酸、有機酸、無機酸から選ばれた１種または２種以上を含む研磨組成物である。

本発明におけるアゾール基を３個以上含む化合物は、１分子中にアゾール基を３個以上含む化合物であり、種々の方法で製造できる。アゾールにはイミダゾール、トリアゾール、テトラゾール、チアゾールがあるが、この中にヒドロキシル基、カルボキシル基、アミノ基などの反応性置換基を含んでいるものがある。例えば、４−カルボキシル−１Ｈ−ベンゾトリアゾール、４−ヒドロキシベンゾトリアゾール、２−アミノイミダゾールなどが挙げられる。この内カルボキシル基は、多価アルコール、多価アミンと反応して、それぞれエステル、アミドを生成する。この時多価アルコール、多価アミンとして３価以上の化合物を用いることによって、３個以上のアゾールを有する化合物を製造することができる。同様にヒドロキシル基、アミノ基を有するアゾールからそれらと反応する部位を有する化合物と反応することにより、３個以上のアゾール基を有する化合物を製造することもできる。

また、ビニル基を有するアゾールを重合することによって、３個以上のアゾール基を有する化合物を製造することもできる。ビニル基を有するアゾールとしては、１−ビニルイミダゾール、２−［３−（２H−ベンゾトリアゾール−１−イル）−４−ヒドロキシフェニル］エチルメタクリレートなどが挙げられる。

これら３個以上のアゾール基を有する化合物のうち、ビニル基を有するアゾールを重合して得られた化合物が好ましい。これらは単独で重合しても構わないし、その他のビニル化合物と共重合しても構わない。

ビニル基を有するアゾールと共重合できるビニル化合物としては、次の化合物を例示することができる。アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリルアミド、N−ビニルアセトアミド、N−ビニルホルムアミド、アクリロイルモルホリン、N−ビニルピロリドン、酢酸ビニル、スチレンなどが挙げられる。

このようなビニル化合物の重合方法としては、水溶液、有機溶媒中でのラジカル重合が一般的である。アゾビスイソブチロニトリルなどのラジカル開始剤を用いて重合するが、ドデシルメルカプタン、トリメチロールプロパントリス（3-メルカプトプロピオネート）、α−メチルスチレンダイマーなどの連鎖移動剤で分子量を調整することもできる。

このような重合物の分子量としては、質量平均分子量として３００〜５,０００,０００のものを使用することが好ましい。より好ましくは１０００〜１,０００,０００であり、更に好ましくは２０００〜３００,０００であり、特に好ましくは２０００〜２００,０００である。

本発明で使用されるアゾール基を３個以上含む化合物の研磨組成物への含有量としては、０．００１〜１質量％が好ましい。より好ましくは０．００２〜０．５質量％であり、特に好ましくは０．００３〜０．１質量％である。少量ではエッチング抑制、研磨速度向上の効果が少なく、多量に添加しても効果は少なく、場合によっては、添加した砥粒の凝集を促進することにもなりかねない。

本発明の組成物は、有機溶剤組成物、有機溶剤／水混合組成物、水溶性組成物いずれでも使用することができるが、安全性、コスト、使い勝手などを考慮すると研磨組成物は水溶液であることが望ましい。その為、アゾール基を３個以上含む化合物も水溶性であることが望ましい。アゾール基を３個以上含む化合物は濃度の濃い原液を調整し、希釈して組成物を調整すると取り扱いやすいので、水への溶解度は、０．０１質量％以上が好ましく、更に好ましくは、０．０３質量％以上である。

本発明に用いられるアゾール基は銅などの金属と相互作用することは知られており、これが段差緩和性、ディッシングを向上したものと考えられる。また、アゾール基を３個以上含む化合物は、タンタルなどのバリヤ膜の研磨レートを制御することが可能であり、これがエロージョン向上に効いたものと考えられる。しかし、一般的にエタノールアミンなどの塩基性化合物はタンタルなどのバリヤ膜研磨を制御し、エロージョンを向上させるが、段差緩和性、ディッシングはむしろ悪化させる。本発明は、アゾール基を３個以上の複数個存在する化合物を用いたことにより、複雑な作用を起こし、段差緩和性、ディッシング、エロージョン向上と相反する機能を一度に持ちえたものと考えている。

本発明の研磨組成物の無機酸、有機酸やアミノ酸は、エッチング剤として研磨を促進すると共に安定した研磨を行うために含有させることが出来る。このような無機酸、有機酸やアミノ酸としては、硫酸、燐酸、ホスホン酸、硝酸などの無機酸、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、２−メチル酪酸、ｎ−ヘキサン酸、３，３−ジメチル酪酸、２−エチル酪酸、４−メチルペンタン酸、ｎ−ヘプタン酸、２−メチルヘキサン酸、ｎ−オクタン酸、２−エチルヘキサン酸、安息香酸、グリコ−ル酸、サリチル酸、グリセリン酸、蓚酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、マレイン酸、フタル酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、乳酸などのカルボン酸及びそれらの塩、グリシン、Ｌ−アラニン、β−アラニン、Ｌ−２−アミノ酪酸、Ｌ−ノルバリン、Ｌ−バリン、Ｌ−ロイシン、Ｌ−ノルロイシン、Ｌ−イソロイシン、Ｌ−アロイソロイシン、Ｌ−フェニルアラニン、Ｌ−プロリン、サルコシン、Ｌ−オルニチン、Ｌ−リシン、タウリン、Ｌ−セリン、Ｌ−トレオニン、Ｌ−アロトレオニン、Ｌ−ホモセリン、Ｌ−チロシン、３，５−ジヨ−ド−Ｌ−チロシン、β−（３，４−ジヒドロキシフェニル）−Ｌ−アラニン、Ｌ−チロキシン、４−ヒドロキシ−Ｌ−プロリン、Ｌ−システィン、Ｌ−メチオニン、Ｌ−エチオニン、Ｌ−ランチオニン、Ｌ−シスタチオニン、Ｌ−シスチン、Ｌ−システィン酸、Ｌ−アスパラギン酸、Ｌ−グルタミン酸、Ｓ−（カルボキシメチル）−Ｌ−システィン、４−アミノ酪酸、Ｌ−アスパラギン、Ｌ−グルタミン、アザセリン、Ｌ−アルギニン、Ｌ−カナバニン、Ｌ−シトルリン、δ−ヒドロキシ−Ｌ−リシン、クレアチン、Ｌ−キヌレニン、Ｌ−ヒスチジン、１−メチル−Ｌ−ヒスチジン、３−メチル−Ｌ−ヒスチジン、エルゴチオネイン、Ｌ−トリプトファンなどのアミノ酸が挙げられる。

これらの無機酸、有機酸やアミノ酸は、一種を添加しても良いし、二種以上を混合して添加しても良い。含有量としては、研磨組成物に対して０．０１〜１０質量％が好ましい。より好ましくは０．０２〜５質量％であり、特に好ましくは０．０５〜２質量％である。少ないと適切な研磨速度がでず、多いと金属または金属合金などのエッチング速度が速く、平坦化ができずディッシングも抑制することができない。

本発明の研磨組成物に用いられる酸化剤は、金属または金属合金などを酸化し、研磨速度向上に寄与する。酸化剤としては、酸素、オゾン、過酸化水素、ｔ−ブチルハイドロパーオキサイド、エチルベンゼンハイドロパーオキサイドなどのアルキルパーオキサイド、過酢酸、過安息香酸などの過酸、過マンガン酸カリウムなどの過マンガン酸塩、過ヨウ素酸カリウムなどの過ヨウ素酸塩、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウムなどの過硫酸塩、次亜塩素酸カリウムなどの次亜塩素酸塩、ポリオキソ酸などが挙げられる。これらの酸化剤のうち、取り扱いやすい過酸化水素、過硫酸塩が好ましい。

酸化剤の含有量としては、研磨組成物に対して０．０１〜３０質量％が好ましい。より好ましくは０．０５〜２０質量％であり、特に好ましくは０．１〜１０質量％である。少ないと研磨速度が小さく十分な添加効果が得られず、多いと無駄であるばかりか逆に研磨速度を抑制する場合もある。

本発明の研磨組成物には、更に、必要に応じて本発明で用いられるアゾール基を３個以上含む化合物以外の水溶性ポリマーや界面活性剤を含有させることが出来る。水溶性ポリマーとしては、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸やそのアンモニウム塩、ポリイソプロピルアクリルアミド、ポリジメチルアクリルアミド、ポリメタクリルアミド、ポリメトキシエチレン、ポリビニルアルコール、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、カルボキシエチルセルロース、ポリビニルピロリドンが挙げられる。界面活性剤としては、カチオン性、アニオン性及び非イオン性のいずれも使用することができる。カチオン性界面活性剤としては、脂肪族アミンまたはその塩、脂肪族アンモニウム塩などが挙げられる。また、アニオン性界面活性剤としては、ウンデシル酸、ミリスチン酸、スレアリン酸、イソステアリン酸、オレイン酸などの脂肪酸またはその塩（脂肪酸石鹸）、アルキルエーテルカルボン酸またはその塩、アルキルベンゼンスルホン酸またはその塩、アルキルナフタレンスルホン酸またはその塩などのスルホン酸化合物、高級アルコール硫酸エステル、アルキルエーテル硫酸またはその塩などの硫酸エステル化合物、ポリオキシエチレンラウリルエーテルリン酸エステル、ポリオキシエチレンオレイルエーテルリン酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸エステル、ポリオキシエチレン２級アルキルエーテルリン酸エステル、ラウリルリン酸エステルまたはこれらの塩などのリン酸化合物などが挙げられる。非イオン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテルなどのエーテル型、グリセリンエステルのポリオキシエチレンエーテルなどのエーテルエステル型、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、グリセリンエステル、ソルビタンエステルなどのエステル型が挙げられる。これら水溶性高分子や界面活性剤は、一種を添加してもよいし、二種以上を混合して添加してもよい。これら水溶性高分子、界面活性剤の内、スルホン酸化合物界面活性剤、脂肪酸型界面活性剤、リン酸化合物型界面活性剤が好ましい。更に好ましくは、炭素数８以上のアルキル基を有するアルキルベンゼンスルホン酸またはその塩、炭素数８以上のアルキル基を有する脂肪酸またはその塩、炭素数８以上のアルキル基を有するリン酸化合物またはその塩である。これら水溶性高分子、界面活性剤の含有量は、研磨組成物に対してそれぞれ５質量％以下が好ましい。より好ましくは１質量％以下であり、特に好ましくは０．５質量％以下である。

本発明の研磨組成物には、防食材（保護膜形成剤）を含有させることができる。このような成分としてはベンズイミダゾール−２−チオール、２−［２−（ベンゾチアゾリル）］チオプロピオン酸、２−［２−（ベンゾチアゾリル）チオブチル酸、２−メルカプトベンゾチアゾール、１，２，３−トリアゾール、１，２，４−トリアゾール、３−アミノ−１Ｈ−１，２，４−トリアゾール、ベンゾトリアゾール、１−ヒドロキシベンゾトリアゾール、１−ジヒドロキシプロピルベンゾトリアゾール、２，３−ジカルボキシプロピルベンゾトリアゾール、４−ヒドロキシベンゾトリアゾール、４−カルボキシル−１Ｈ−ベンゾトリアゾール、４−メトキシカルボニル−１Ｈ−ベンゾトリアゾール、４−ブトキシカルボニル−１Ｈ−ベンゾトリアゾール、４−オクチルオキシカルボニル−１Ｈ−ベンゾトリアゾール、５−ヘキシルベンゾトリアゾール、Ｎ−（１，２，３−ベンゾトリアゾリル−１−メチル）−Ｎ−（１，２，４−トリアゾリル−１−メチル）−２−エチルヘキシルアミン、トリルトリアゾール、ナフトトリアゾール、ビス［（１−ベンゾトリアゾリル）メチル］ホスホン酸、ベンズイミダゾール、テトラゾールなどのアゾールまたはその塩が好ましい。更に好ましくは、ベンゾトリアゾール、トリルトリアゾール、ヒドロキシベンゾトリアゾール、カルボキシベンゾトリアゾール、ベンズイミダゾール、テトラゾール、キナルジン酸である。防食材の含有量は、研磨組成物に対して、5質量％以下が好ましい。より好ましくは２質量％以下であり、特に好ましくは０．５質量％以下である。

本発明の研磨組成物には性能、物性に悪影響を及ぼさない範囲で、アルカリを含有させることが出来る。安定した研磨性能を維持する目的やｐＨ調整剤、緩衝剤として使用される。このようなアルカリとしては、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素アンモニウム、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、イソプロピルアミン、ブチルアミン、イソブチルアミン、ｔ−ブチルアミン、アミルアミン、アリルアミン、２−エチルヘキシルアミン、シクロヘキシルアミン、ベンジルアミン、フルフリルアミン、テトラヒドロフルフリルアミンなどのアルキルモノアミン、Ｏ−アミノフェノール、エタノールアミン、３−アミノ−１−プロパノール、２−アミノ−１−プロパノールなどのヒドロキシル基を有するモノアミン、エチレンジアミン、１，２−プロピレンジアミン、１，３−プロピレンジアミン、Ｏ−フェニレンジアミン、トリメチレンジアミン、２−メチル−２−（２−ベンジルチオエチル）エチレンジアミン、１，５−ジアミノ−３−ペンタノール、１，３−ジアミノ−２−プロパノール、キシレンジアミン、ビスアミノプロピルポリアルキレンエーテルなどのジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、２，２−ジアミノジｎ−プロピルアミン、ポリアリルアミン、ポリエチレンイミンなどのポリアミンが挙げられる。これらアルカリのうち、好ましくは、アンモニア、ジアミン、水酸化カリウムである。アルカリの添加は、研磨組成物に対して１０質量％以下である。好ましくは、5質量％以下であり、更に好ましくは1質量％以下である。

本発明の研磨組成物は、砥粒なしで使用することも出来るが、研磨速度を十分に上げたりする目的で含有させることも出来る。砥粒としては、シリカ、アルミナ、セリア、有機砥粒が挙げられる。これら砥粒は一種を添加しても良いし、二種以上を混合して添加しても良い。含有量が多いと、ディッシングやスクラッチの原因になるので、含有量は研磨組成物に対して３０質量％以下が好ましい。より好ましくは２０質量％以下であり、特に好ましくは、１０質量％以下である。

本発明で用いられる研磨組成物は、ｐＨ２〜１２までの間で使用することが好ましい。より好ましくはｐＨ３〜１１であり、特に好ましくはｐH５〜１０である。このようにｐＨを調整する試薬としては、前記無機酸、前記有機酸、前記アルカリを用いることが出来る。

本発明の組成物は、凹部を有する基板上に凹部を覆うように埋め込まれた金属膜、または凹部を有する基板上にバリヤ金属膜を形成し、凹部を覆うように埋め込まれた金属膜を研磨する金属膜研磨速度（Ｐ_RR）と、平坦なブランケット金属膜を研磨する金属膜研磨速度（Ｂ_RR）の比（Ｐ_RR／Ｂ_RR）が３．５以上であればより段差緩和性が向上する。すなわち、凹凸を有する金属膜を研磨する場合に、初期は凹凸が大きいために研磨速度が大きく、研磨が進むにしたがい凹凸が無くなると共に研磨速度が小さくなる。最終的には、平坦なブランケット金属膜を研磨する速度に落ち着く。ブランケット金属膜を研磨する研磨速度が著しく小さい場合には、凹凸が無くなると共に研磨速度が小さくなり、最終的には凹凸を有する基板が平坦になり、研磨がストップしたような状況になる。

本発明の組成物は、凹部を有する基板上に凹部を覆うように埋め込まれた金属膜、または凹部を有する基板上にバリヤ金属膜を形成し、凹部を覆うように埋め込まれた金属膜が凸部を有し、凸部の角を優先的に研磨すればさらに段差緩和性が向上する。凹凸を有する金属膜の凸部の角は、一般的にシェアがかかりやすく研磨されやすいが、本発明ではさらに研磨されやすく、そのため、段差緩和性がより高くなっている。

尚、本発明の組成物が凹部を有する基板上に凹部を覆うように埋め込まれた金属膜、または凹部を有する基板上にバリヤ金属膜を形成し、凹部を覆うように埋め込まれた金属膜を研磨する金属膜研磨速度（Ｐ_RR）と、平坦なブランケット金属膜を研磨する金属膜研磨速度（Ｂ_RR）の比（Ｐ_RR／Ｂ_RR）が３．５以上であり、凹部を有する基板上に凹部を覆うように埋め込まれた金属膜、または凹部を有する基板上にバリヤ金属膜を形成し、凹部を覆うように埋め込まれた金属膜が凸部を有し、凸部の角を優先的に研磨すればより段差緩和性は向上する。

本発明で用いられる研磨組成物は、０〜１００℃の範囲で用いることが好ましい。一般的には使用する室温近辺が好ましいが、研磨速度を調整するなどの目的などで研磨組成物の温度を調節することも可能である。温度が低すぎると研磨速度が上がらず、０℃以下であると氷ってしまうこともある。また、温度が高いと副反応が起こったりすることも考えられる。より好ましくは１０〜５０℃であり、特に好ましくは１５℃〜４０℃である。

本発明で用いられる研磨組成物の研磨機への滴下量は、研磨機、ウエハの大きさによって決定される。８インチウエハを用いた時には、１０〜１０００ｍｌ／分で使用することが好ましい。より好ましくは５０〜５００ｍｌ／分であり、特に好ましくは１００〜４００ｍｌ／分である。

本発明の研磨組成物が好ましく通用される被研磨対象物として金属が挙げられ、好ましい金属の具体例としては、アルミニウム、銅、鉄、タングステン、ニッケル、タンタル、ルテニウムや白金などの白金族金属またはこれら金属の合金が挙げられる。特に好ましくは多層配線部の配線部分あるいは配線部分を覆うようになる金属膜であり、凹部を有する基板上に凹部を覆うように埋めこまれる。更に好ましくは、多層配線部の配線部分になる銅または銅合金、鉄または鉄合金に使用することが出来る。なおこの配線金属膜は基板との間にバリヤ膜が形成されることがあり、その場合には金属膜と共にバリヤ膜も研磨されることができる。このようなバリヤ膜材料としては、タンタル、タンタル合金、窒化タンタル、チタン、チタン合金などが好ましく用いられる。

本発明の研磨組成物を用いた研磨方法は、研磨定盤の研磨布上に本発明の研磨組成物を供給しながら、例えば被研磨金属膜を有する基板を研磨布に押し当てた状態で研磨定盤と基板を相対的に動かすことによって被研磨金属膜を研磨する方法である。研磨する装置としては、半導体基板を保持するホルダーと研磨布を貼り付けた定盤を有する一般的な研磨装置が使用できる。研磨定盤の回転速度は、研磨機の構造、大きさによって全く異なるのでここで規定することは難しいが、周速度１０〜５００ｍ／分で研磨が行われることが好ましい。より好ましくは周速度２０〜３００ｍ／分であり、特に好ましくは周速度３０〜１５０ｍ／分である。研磨定盤が回転することにより基板研磨の均一性を維持するために、基板を回転する必要がある。基板は、研磨定盤とほぼ同じ回転数にするが、均一性を得るために若干、回転数を少なくしたり多くしたりすることがある。また、基板はホルダーを通して研磨布に圧力をかけて押し付けるが、この時の圧力は、０．１〜１００ＫＰａで行うことが好ましい。研磨定盤の回転速度が速いと圧力が低い傾向があったりするので、規定することは難しいが、より好ましくは０．５〜８０ＫＰａであり、特に好ましくは１〜５０ＫＰａである。

研磨布としては、一般的な不織布、発泡ポリウレタンなどが使用できる。研磨布には、研磨速度を上げたり、スラリーの排出を良くしたりする目的でグルーブをつけているものが多い。ＸＹグルーブ、Ｋグルーブなどがあるが、本発明の研磨組成物はいずれのグルーブも用いることができる。また、研磨布は目詰まりを防止し、安定した研磨を行うために、ダイヤモンドなどが付いたドレッサーでドレスするが、一般的に知られている方法を使用することができる。

研磨定盤の研磨布上に本発明の研磨組成物を供給する方法としては、ポンプなどで連続的に供給する。この時研磨組成物は全ての成分を含んだ１液で供給されてもよく、更には、液の安定性を考慮して過酸化水素などの酸化剤の溶液とその他の溶液を別ラインで供給することもできる。別ラインで２液以上を供給する場合には、研磨布直前に１液にして供給することも出来るし、別ラインでそのまま研磨布上に供給することも可能である。

このような研磨方法により金属膜が平坦化された基板を製造することができる。この工程を素子上に配線を形成する方法として更に説明する。まず、基板上の層間絶縁膜に配線を形成する溝および開口部を開け、絶縁膜上に薄くバリヤ膜を形成する。更に、前記溝および開口部を埋め込むようにメッキなどの方法により銅などの金属配線用の金属膜を形成させる。この金属膜を研磨し、必要があればバリヤ膜および層間絶縁膜をさらに研磨平坦化を行うことにより金属膜が平坦化された基板を製造することが出来る。次に、ＭＲＡＭにおける配線形成方法について説明する。金属配線はアルミニウムまたはアルミニウム合金、銅または銅合金から成る導体層とこれを囲むようにニッケル−鉄（パーマロイ）などの強磁性層からなる。必要があれば、タンタル、窒化タンタルなどのバリヤ膜を強磁性層を挟むように薄く形成する。この金属配線はダマシン法で形成されるが、余分な導体層、強磁性層およびバリヤ膜は、研磨を行いながら平坦化し除去される。

ここでいう層間絶縁膜とは、酸化ケイ素膜、ヒドロキシシルセスキオキサン（ＨＳＱ）、メチルシルセスキオキサン（ＭＳＱ）などのケイ素を多量に含む無機系の層間絶縁膜やベンゾシクロブテンからなる膜のような有機系層間絶縁膜であり、また、これらに空孔を持たせた低誘電率層間絶縁膜も用いることが出来る。

本発明の研磨組成物は液の安定性等の取り扱いの利便性を考慮して輸送時や保存時に複数種に分けておよび／または濃厚な組成物として保存しても良い。例えば、酸化剤とその他の溶液の2種に分ける。砥粒を用いる場合には砥粒を主体とするものとその他の溶液に分ける等が挙げられる。また、本発明の研磨組成物は、使用時より濃厚な研磨組成物とし、研磨時に水等で希釈して研磨に適した濃度にして使用してもかまわない。このように分けた組成物を組み合せ、それら組成物を混合および必要なら希釈することにより本発明の研磨組成物となるキットを構成してもよい。

以下、実施例をあげて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例になんら限定されるものではない。
〔合成例〕
以下、アゾール基を３個以上含む化合物の合成例を示すが、本発明はこれら合成例になんら限定されるものではない。

〈化合物Ａ〉
攪拌翼、温度計、冷却管を装着した１００ｍｌ三口フラスコに冷却管から窒素を封入し、攪拌しながら、１−プロパノール４２ｇ、アゾ系開始剤Ｖ−６０１（和光純薬製）４．６１ｇ、１−ビニルイミダゾール９．４１ｇ、連鎖移動剤ｎ−ドデシルメルカプタン４．０５ｇを溶解させた。３０分室温で攪拌後、温度を８０℃に上昇させ、５時間反応させた。更に、９０℃で２時間攪拌した後、室温に冷却した。この溶液を５００ｍｌのｎ−ヘキサン中に滴下して沈殿させ、ろ過した。得られた化合物を５０℃、２４時間真空して化合物Ａを得た。

〈化合物Ｂ〉
攪拌翼、温度計、冷却管を装着した２００ｍｌ三口フラスコに冷却管から窒素を封入し、攪拌しながら、１−プロパノール５８．３ｇ、アゾ系開始剤Ｖ−６０１（和光純薬製）１ｇ、１−ビニルイミダゾール２５ｇ、連鎖移動剤α−メチルスチレンダイマー１．０４ｇを溶解させた。３０分室温で攪拌後、温度を８０℃に上昇させ、５時間反応させた。更に、９０℃で２時間攪拌した後、室温に冷却した。この溶液を１０００ｍｌのｎ−ヘキサン中に滴下して沈殿させ、ろ過した。得られた化合物を５０℃、２４時間真空して化合物Ｂを得た。

〈化合物Ｃ〉
攪拌翼、温度計、冷却管を装着した１０００ｍｌ三口フラスコに冷却管から窒素を封入し、攪拌しながら、ジメチルホルムアミド４００ｇ、アゾ系開始剤Ｖ−６０１（和光純薬製）５ｇ、１−ビニルイミダゾール１００ｇを溶解させた。３０分室温で攪拌後、温度を１００℃に上昇させ、３時間反応させた。更に、５ｇのＶ−６０１を１０ｇのジメチルホルムアミド１０ｇに溶解させた溶液を滴下し、１００℃で３時間攪拌した。その後、溶液を室温に冷却し、２０００ｍｌのテトラヒドロフラン中に滴下して沈殿させ、ろ過した。得られた化合物を５０℃、２４時間真空して化合物Ｃを得た。

〈化合物Ｄ〉
攪拌翼、温度計、冷却管を装着した１０００ｍｌ三口フラスコに冷却管から窒素を封入し、攪拌しながら、水４００ｇ、アゾ系開始剤ＶＡ−０８６（和光純薬製）５ｇ、１−ビニルイミダゾール１００ｇを溶解させた。３０分室温で攪拌後、温度を１００℃に上昇させ、３時間反応させた。更に、５ｇのＶＡ０８６を１０ｇの水に溶解した溶液を滴下し、１００℃で３時間攪拌した。室温に冷却した後、固形分濃度を測定したところ２１．４％であった。化合物Ｄは単離することなく、そのまま用いた。

〈化合物Ｅ〉
温度計、攪拌装置、窒素導入管および還流冷却管を取付けた５００ｍｌのフラスコに、２−プロパノール４０ｇを仕込み窒素雰囲気下にて攪拌しながら７５℃まで昇温した。これに１−ビニルイミダゾール４６．３１ｇと１−ビニルピロリドン４３．６９ｇ（モノマー比を２−プロパノール７８ｇに溶解した液（以下モノマー溶液とする。）とジメチル２，２’−アゾビス（２−メチルプロピオネート）４．０８ｇを２−プロパノール１６３．９２ｇに溶解した液（以下開始剤溶液１とする。）をそれぞれ定量ポンプで添加した。添加時間はモノマー溶液が４時間、開始剤溶液１が６時間である。開始剤溶液添加後、反応溶液を還流温度（約８３℃）まで昇温した。ジメチル２，２’−アゾビス（２−メチルプロピオネート）２．０４ｇを２−プロパノール３８．７６ｇに溶解した液（以下開始剤溶液２とする。）を添加しさらに７．５時間反応を続けた。室温まで冷却後、約４１５gの茶色透明溶液を得た。この茶色透明溶液をロータリーバキュームエバポレーターで濃縮、水溶解を2回繰り返し溶媒を２−プロパノールから水に置換した。固形分濃度は１５％であり、単離することなくそのままスラリー調整に用いた。

〈化合物Ｆ〉
温度計、攪拌装置、窒素導入管および還流冷却管を取付けた５００ｍｌのフラスコに、２−プロパノール３０ｇを仕込み窒素雰囲気下にて攪拌しながら還流温度（約８３℃）まで昇温した。これに１−ビニルイミダゾール４６．３１ｇ、１−ビニルピロリドン４３．６９ｇとα―メチルスチレンダイマー０．８４ｇを２−プロパノール７７．２ｇに溶解した液（以下モノマー溶液とする。）とジメチル２，２’−アゾビス（２−メチルプロピオネート）３．２６ｇを２−プロパノール１６４．７４ｇに溶解した液（以下開始剤溶液１とする。）をそれぞれ定量ポンプで添加した。添加時間は両方の液共に４時間である。モノマー溶液、開始剤溶液１を添加後、１時間反応を続けた。さらに、ジメチル２，２’−アゾビス（２−メチルプロピオネート）０．８２ｇを２−プロパノール１５．５８ｇに溶解した液（以下開始剤溶液２とする。）を添加した。反応一時間おきに同じ開始剤溶液２を添加する操作(開始剤追加添加操作)をさらに３回繰り返した後に４時間反応を続けた。室温まで冷却後、約４２０gの茶色透明溶液を得た。この茶色透明溶液をロータリーバキュームエバポレーターで濃縮、水溶解を2回繰り返し、溶媒を２−プロパノールから水に置換した。固形分濃度は１５％であり、単離することなくそのままスラリー調整に用いた。

〈化合物Ｇ〉
温度計、攪拌装置、窒素導入管および還流冷却管を取付けた５００ｍｌのフラスコに、ｎ−プロパノール３０ｇを仕込み窒素雰囲気下にて攪拌しながら還流温度（約９８℃）まで昇温した。ここに１−ビニルイミダゾール１５．７２ｇ、１−ビニルピロリドン７４．２８ｇと２−メルカプトエタノール０．０６６ｇをｎ−プロパノール２９．９３ｇに溶解した液（以下モノマー溶液とする。）とジメチル２，２’−アゾビス（２−メチルプロピオネート）０．７７ｇをｎ−プロパノール２１５．２３ｇに溶解した液（以下開始剤溶液１とする）をそれぞれ定量ポンプで添加した。添加時間は両方の液共に４時間である。モノマー溶液、開始剤溶液１を添加後、１時間反応を続けた。さらに、ジメチル２，２’−アゾビス（２−メチルプロピオネート）０．７７ｇをｎ−プロパノール１４．６３ｇに溶解した液（以下開始剤溶液２とする）を添加した。その後さらに５時間反応を続けた。室温まで冷却後、約３８０gの茶色透明溶液を得た。この茶色透明溶液をロータリーバキュームエバポレーターで濃縮、水溶解を2回繰り返し、溶媒を２−プロパノールから水に置換した。固形分濃度は１５％であり、単離することなくそのままスラリー調整に用いた。

〈化合物Ｈ〉
モノマー溶液が１−ビニルイミダゾール４６．３１ｇ、１−ビニルピロリドン４３．６９ｇと２−メルカプトエタノール０．２１ｇをｎ−プロパノール２９．７９ｇに溶解した液であること、開始剤溶液１がジメチル２，２’−アゾビス（２−メチルプロピオネート）０．８２ｇをｎ−プロパノール２１５．１８ｇに溶解した液であること、開始剤溶液２がジメチル２，２’−アゾビス（２−メチルプロピオネート）０．８２ｇをｎ−プロパノール１５．５８ｇに溶解した液であること、および、開始剤追加添加操作を２回繰り返した以外は化合物Ｇと同様に合成した。固形分濃度は１８％であり、単離することなくそのままスラリー調整に用いた。

〈化合物Ｉ〉
温度計、攪拌装置、窒素導入管および還流冷却管を取付けた５００ｍｌのフラスコに、2−プロパノール４０ｇを仕込み窒素雰囲気下にて攪拌しながら還流温度（約８３℃）まで昇温した。これに１−ビニルイミダゾール４６．３１ｇ、Ｎ−ビニルピロリドン４３．６９ｇとα―メチルスチレンダイマー１．４６ｇを２−プロパノール２８．５ｇに溶解した液を２−プロパノール７８ｇに溶解した液（以下モノマー溶液とする）とジメチル２，２’−アゾビス（２−メチルプロピオネート）２．４５ｇを２−プロパノール２１３．５５ｇに溶解した液（以下開始剤溶液１とする）をそれぞれ定量ポンプで添加した。添加時間はモノマー溶液が４時間、開始剤溶液１が７時間である。開始剤溶液１添加後１時間反応を続けた後、ジメチル２，２’−アゾビス（２−メチルプロピオネート）０．２１ｇを２−プロパノール６．５９ｇに溶解した液（以下開始剤溶液２とする）を添加した。反応一時間おきに同じ開始剤溶液２を添加する操作(開始剤追加添加操作)をさらに５回繰り返した後に４時間反応を続けた。室温まで冷却後、約３８０gの茶色透明溶液を得た。この茶色透明溶液をロータリーバキュームエバポレーターで濃縮、水溶解を２回繰り返し溶媒を２−プロパノールから水に置換した。固形分濃度は１５％であり、単離することなくそのままスラリー調整に用いた。

〈分子量測定〉
合成した化合物の分子量は、ゲルパーミッションクロマトグラフィー（ＧＰＣ）を用い、ポリエチレングリコール換算で測定した。尚、本発明では市販の化合物も用いたのでこれらも合わせて測定した。市販の化合物としては１−ビニルイミダゾールと１−ビニルビロリドンとの１：１共重合体、ＶＰＩ５５Ｋ１８Ｐ（１８Ｐと略す。ＢＡＳＦ社製）とＶＰＩ５５Ｋ７２Ｗ（７２Ｗと略す。ＢＡＳＦ社）を用いた。

化合物Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，１８Ｐ，７２Ｗの分子量を測定した結果はそれぞれ下記のとおりであった。

化合物Ａ： 2600
化合物Ｂ： 5200
化合物Ｃ： 9700
化合物Ｄ： 89000
化合物Ｅ： 10500
化合物Ｆ： 6200
化合物Ｇ： 5500
化合物Ｈ： 5500
化合物Ｉ： 5000
化合物１８Ｐ：5000
化合物７２Ｗ：220000
〈ウエハ〉
ブランケット：銅膜及びタンタル膜（バリヤ膜）が均一に付いたシリコンウエハ
パターン：溝深さが５００ｎｍで、２５ｎｍの厚さでタンタルがバリヤ膜として形成され、１０００ｎｍの銅膜が付いたシリコンウエハ（図１の上図参照）。

〈４×４ｃｍに切断したウエハの研磨〉
基板と研磨定盤との相対速度：５４ｍ／分
研磨パッド：ロデールニッタ社製 ＩＣ１０００／ＳＵＢＡ４００
研磨組成物供給速度：１３ｍｌ／分
〈８インチウエハの研磨〉
基板と研磨定盤との相対速度：７０ｍ／分
研磨パッド：ロデールニッタ社製 ＩＣ１０００／ＳＵＢＡ４００
研磨組成物供給速度：２００ｍｌ／分
〈エッチングテスト〉
２ｃｍ×２ｃｍの銅板を研磨組成物に浸け、銅板の減少量から、１分間当たりのエッチング速度を計算した。

〈研磨特性評価〉
段差の測定：触診式の段差測定計を用いた。

ブランケット銅、タンタル膜厚測定：シート抵抗から測定した。

パターン銅膜厚測定：評価する部位近傍のパターンのない銅膜のシート抵抗から測定した。

研磨速度の測定：研磨前後の電気抵抗値から銅膜、バリヤ膜厚を測定し、研磨時間から換算した。

段差緩和性評価：上記パターンウエハ（１００μｍ／１００μｍのライン／スペース；図１の上図参照）をウェハ上に約３００ｎｍの銅が残るように研磨したとき、発生する段差を測定した。２００ｎｍ以上の段差が残っている場合には×、２００〜１００ｎｍで△、１００〜５０ｎｍで○、５０ｎｍ未満で◎とした。

ディッシング評価：上記パターンウエハ（１００μｍ／１００μｍのライン／スペース；図１の上図参照）を約３００ｎｍの銅が残るように研磨した時の研磨速度を基準にして、初期銅膜厚に対して５０％オーバーポリッシュ（図１の中図からさらに５０％研磨）になるように研磨した時の１００μｍ／１００μｍのライン／スペースの銅パターンに発生した段差（図２のｄ）をディッシングとして評価した。

エロージョン測定：上記と同様のパターンウエハ（９μｍ／１μｍのライン／スペース）を約３００ｎｍの銅が残るように研磨した時の研磨速度を基準にし、初期銅膜厚に対して５０％オーバーポリッシュになるように研磨した時の９μｍ／１μｍライン／スペースのスペース部のバリヤ膜および相関絶縁膜の目減り（図３のｅ）をエロージョンとして測定した。

実施例１〜３、比較例１
アゾール、酸、アミノ酸、酸化剤、防食材および砥粒を表1のように添加し、アルカリでｐＨを調整した。表１以外の添加物は水であり、添加量は質量％で示した。ウエハは４×４ｃｍに切断したものを用いた。研磨圧力は１０KPaで行った。

ここで、ＡＰＳは過硫酸アンモニウム、ＢＴＡはベンゾトリアゾール、コロイダルシリカは粒子径７０ｎｍのものを用いた。

結果を表２に示す。いずれの実施例でもほとんどエッチングが起こっておらず、ディッシング、エロージョンは著しく良いことが分かる。これに比較してアゾールを添加しない比較例１ではディッシングが全くストップしておらず、エロージョンも満足するものではない。本発明のアゾールは防食材と組み合わせることにより、段差緩和性に大きな効果はないが、ディッシング、エロージョンに効果のあることが分かった。また、実施例２にグリシンを少量添加した実施例３では、エッチング、ディッシングはやや悪くなるものの、研磨レートが高くなり、エロージョンも向上する結果が得られた。

実施例４〜８、比較例２
各種アゾールを表３のように変化させ、研磨液を調整した。ｐＨはアルカリで調整した。ウエハは４×４ｃｍに切断したものを用いた。研磨圧力は２０KPaで行った。ここで、ＤＢＳはドデシルベンゼンスルホン酸、コロイダルシリカは粒子径７０ｎｍのものを用いた。尚、添加量は質量％で示した。

研磨結果を表４に示す。実施例４ではビニルイミダゾールとビニルピロリドンの共重合体を用いたが、ディッシング１９１ｎｍであった。エロージョンは著しく抑えられ５ｎｍと非常によかった。実施例５〜８はビニルイミダゾールのホモポリマーの分子量を変化させて研磨した。研磨レートはそれほど大きな変化はなかったが、ディッシング、エロジョンは分子量が大きくなるほどに向上する傾向が見られた。一方、比較例２のアゾールを添加しない系では、段差緩和性がなく、ディッシング、エロージョンが止まらない結果となった。本発明のアゾールは界面活性剤と組み合わせることにより、より段差緩和性、ディッシング、エロージョンに効果のあることが分かった。また、エロージョンが向上するのはタンタルの研磨レートが減少するためと考えられる。

実施例９〜１１、比較例３
アゾールＰ１８を表５のように変化させ、研磨液を調整した。ｐＨはアルカリで調整した。表以外の組成物は水であり、添加量は質量％で示した。ウエハは４×４に切断したものを用いた。研磨圧力は１５KPaで行った。ここで、ＤＢＳはドデシルベンゼンスルホン酸、コロイダルシリカは粒子径７０ｎｍのものを用いた。

結果を表６に示す。アゾールＰ１８を添加するほどに、バリヤ膜タンタルの研磨速度は減少し、エロージョンがなくなってくることが分かる。ただし、Ｐ１８を多く添加すると銅の研磨レートが上がる傾向にあり、添加しない比較例３に比べると良いが、段差緩和性、ディッシングも悪化する傾向にあるので、組成によってはうまくバランスをとることが重要になる。

実施例１２〜１７
８インチウエハを用いて評価した。圧力は１５Ｋｐａで行った。

組成は表７に示した。表以外の添加物は水であり、添加量は質量％で示した。ここで、ＴＴＡはトリルトリアゾール、コロイダルシリカは粒子径７０ｎｍのものを用いた。

結果を表８に示した。実施例１２はアゾールと界面活性剤の組み合わせであるが、これに防食材を組み合わせた実施例１３ではよりディッシングが小さくなっていた。また、防食材をＴＴＡに換えた実施例１５では防食材ＢＴＡよりもディッシングが向上していた。更に、防食材をＢＴＡとキナルジン酸の組み合わせで用いた場合にもディッシングが向上した。界面活性剤、防食材と同時に組み合わせることにより、更に、性能が向上することが分かった。

実施例１８〜２５
８インチウエハを用いて評価した。圧力は１５Ｋｐａで行った。パッドはＩＣ１４００（ｋグルーブ）を用いた。
組成は表９に示した。表以外の添加物は水であり、添加量は質量％で示した。ここで、ＡＰＳは過硫酸アンモニウム、ＤＢＳはドデシルベンゼンスルホン酸、ＰＯＥはポリオキシエチレン２級アルキルエーテルリン酸エステル、ＯＬＡはオレイン酸、ＢＺＩはベンズイミダゾールを示す。コロイダルシリカは粒子径１２０ｎｍのものを用いた。

結果を表１０に示した。実施例１８〜２１は種々のビニルイミダゾールと１−ビニルピロリドン共重合体をアゾール類として用いた。いずれもディッシング、エロージョンは低く、特に分子量の高いアゾール類はディッシング性能が高く（実施例２２）、実施例１８は少量の添加で同様の性能が得られた。

実施例２３はアルカリとしてエチレンジアミンを少量添加して研磨した。ややディッシングが大きくなる。プロセスによってはある程度のディッシングが必要な場合もあり、この場合にはエチレンジアミンを添加することが有効になる。

実施例２４〜２６はコロイダルシリカ添加量を変化させた。ディッシングは添加量が多くなるほどにやや増加傾向であるが、それほど大きくなっていない。

実施例２７〜３１、比較例４〜８
酸、酸化剤、界面活性剤、防食材、アゾールおよび砥粒を表１１のように添加し、アルカリでｐＨを調整した。表１１以外の添加物は水であり、添加量は質量％で示した。ウエハは４×４ｃｍに切断したものを用いた。

ここで、ＤＢＳはドデシルベンゼンスルホン酸、ＢＴＡはベンゾトリアゾール、ＴＨＦＡはテトラヒドロフルフリルアミン、コロイダルシリカは粒子径７０〜８０ｎｍのものを用いた。

研磨圧、研磨結果を表１２に示す。Ｐ_RR／Ｂ_RRは銅のブランケットウェハの研磨レート（Ｂ_RR）と銅のパターンウェハの研磨レート（Ｐ_RR）の比を表す。比較例４〜８はアゾール基を３個以上有する化合物を添加していない。段差緩和性が低く、すべてにおいてＰ_RR／Ｂ_RRも低くなっている。これに対して、アゾール基を３個以上有する化合物を添加した実施例２７〜３１では、著しく段差緩和性が高くなっていることがわかる。特に、実施例２８〜３１では比較例に対してＰ_RR／Ｂ_RRが高く、段差緩和性が高くなっている。さらに実施例３０および３１では、銅残膜約３００ｎｍから殆ど削れなくなった。１００μm／１００μmの段差は完全になくなるとともに、その他のパターンでも全く段差が確認されなかった。Ｐ_RR／Ｂ_RRが大きなスラリーでは段差緩和性が著しく高いことがわかった。

実施例３２〜３４
酸、酸化剤、界面活性剤、防食材、アゾールおよび砥粒を表１３のように添加し、アルカリでｐＨを調整した。表１３以外の添加物は水であり、添加量は質量％で示した。ウエハは８インチウエハ（セマテック８５４相当品）を用いた。

ここで、ＤＢＳはドデシルベンゼンスルホン酸、ＢＴＡはベンゾトリアゾール、コロイダルシリカは粒子径７０〜８０ｎｍのものを用いた。

研磨圧力、研磨結果を表１４に示す。ディッシング評価はパターンウエハを約３００ｎｍの銅が残るように研磨した時の研磨速度を基準にし、初期銅膜厚に対して５０％オーバーポリッシュした時の１００μｍ／１００μｍの段差をディッシングとして評価した。実施例３２〜３４では界面活性剤としてＤＢＳのほかにＰＯＥを添加し、防食材は添加しなかった。段差緩和性が著しく高く、これはＰ_RR／Ｂ_RRが高かったためと考えられる。また、１００μｍ／１００μｍのディッシングは５０〜６０ｎｍと小さかった。本発明のＰ_RR／Ｂ_RRが高いスラリーは図４に示すように、段差がある研磨初期では研磨速度が高く、段差がなくなってくるとＢ_RRに近づいてくる。そのため、段差緩和性が高くなるとともにバリヤ膜が現れたときに研磨速度が小さくディッシングが小さくなるものと考えられる。

また、実施例３２〜３４までの結果から圧力を変更させても研磨レート、段差緩和、ディッシングに殆ど影響しないことから、圧力にこれらが依存しているためではないことは明らかである。

実施例３５、３６および比較例９、１０
実施例３１、２７、比較例８、６の研磨組成を用いて４×４ｃｍパターンウエハを約３００ｎｍだけ研磨し、触診式段差測定器で１００μｍ／１００μｍを測定した。凸部の銅の角を観察した。その結果を表１５及び図５に示す。

比較例９ではやや角がとれていたが、この比較例９に界面活性剤を添加した比較例１０ではさらに角がとれ滑らかになっていた。アゾール基を３個以上含む化合物を添加した実施例３５及び３６では比較例よりさらに大きく角がとれ丸くなっていた。このことはＰ_RR／Ｂ_RRが大きく段差緩和性が高いことが関係しており、角があるところが優先的に研磨されＰ_RRが高くなり、Ｂ_RRは角がないために研磨速度は遅くなったものと考えられる。

パターンウェハの研磨工程を説明する横断面図である。 ディッシィングを説明する横断面図である。 エロージョンを説明する横断面図である。 実施例における銅パターンの研磨速度の時間変化を示す。 実施例における研磨した銅パターン凸部の角の観察結果を示す。

符号の説明

１ ウェハ
２ 溝
２’、２” ライン（銅）
３、３’ スペース
５ 銅膜
ｄ ディッシィング
ｅ エロージョン

Claims (39)

1. （Ａ）アゾール基を分子中に３個以上含む化合物、（Ｂ）酸化剤、および（Ｃ）アミノ酸、有機酸、無機酸から選ばれた１種または２種以上、を含むことを特徴とする研磨組成物。
2. アゾール基を分子中に３個以上含む化合物（Ａ）が、ビニル基を含むアゾール重合体である請求項１に記載の研磨組成物。
3. アゾール基を分子中に３個以上含む化合物（Ａ）が、水溶性である請求項１または２に記載の研磨組成物。
4. アゾール基を分子中に３個以上含む化合物（Ａ）の質量平均分子量が、３００〜５，０００，０００の範囲内である請求項１〜３のいずれか１項に記載の研磨組成物。
5. アゾール基を分子中に３個以上含む化合物（Ａ）の含有量が０．００１〜１質量％である請求項１〜４のいずれか１項に記載の研磨組成物。
6. アミノ酸が、グリシン、Ｌ−アラニン、β−アラニン、Ｌ−２−アミノ酪酸、Ｌ−ノルバリン、Ｌ−バリン、Ｌ−ロイシン、Ｌ−ノルロイシン、Ｌ−イソロイシン、Ｌ−アロイソロイシン、Ｌ−フェニルアラニン、Ｌ−プロリン、サルコシン、Ｌ−オルニチン、Ｌ−リシン、タウリン、Ｌ−セリン、Ｌ−トレオニン、Ｌ−アロトレオニン、Ｌ−ホモセリン、Ｌ−チロシン、３，５−ジヨ−ド−Ｌ−チロシン、β−（３，４−ジヒドロキシフェニル）−Ｌ−アラニン、Ｌ−チロキシン、４−ヒドロキシ−Ｌ−プロリン、Ｌ−システィン、Ｌ−メチオニン、Ｌ−エチオニン、Ｌ−ランチオニン、Ｌ−シスタチオニン、Ｌ−シスチン、Ｌ−システィン酸、Ｌ−アスパラギン酸、Ｌ−グルタミン酸、Ｓ−（カルボキシメチル）−Ｌ−システィン、４−アミノ酪酸、Ｌ−アスパラギン、Ｌ−グルタミン、アザセリン、Ｌ−アルギニン、Ｌ−カナバニン、Ｌ−シトルリン、δ−ヒドロキシ−Ｌ−リシン、クレアチン、Ｌ−キヌレニン、Ｌ−ヒスチジン、１−メチル−Ｌ−ヒスチジン、３−メチル−Ｌ−ヒスチジン、エルゴチオネイン、Ｌ−トリプトファンから選ばれる少なくとも１種を含有する請求項１〜５のいずれか１項に記載の研磨組成物。
7. 有機酸が、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、２−メチル酪酸、ｎ−ヘキサン酸、３，３−ジメチル酪酸、２−エチル酪酸、４−メチルペンタン酸、ｎ−ヘプタン酸、２−メチルヘキサン酸、ｎ−オクタン酸、２−エチルヘキサン酸、安息香酸、グリコ−ル酸、サリチル酸、グリセリン酸、蓚酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、マレイン酸、フタル酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、乳酸から選ばれる少なくとも１種を含有する請求項１〜６のいずれか１項に記載の研磨組成物。
8. 無機酸が、硫酸、硝酸、燐酸、これらの塩である請求項１〜７のいずれか１項に記載の研磨組成物。
9. アミノ酸、有機酸、無機酸から選ばれた１種または２種以上（Ｃ）の含有量が、０．００１〜１０質量％である請求項１〜８のいずれか１項に記載の研磨組成物。
10. 酸化剤が、酸素、オゾン、過酸化水素、アルキルパーオキサイド、過酸、過マンガン酸塩、過ヨウ素酸塩、過硫酸塩、ポリオキソ酸、次亜塩素酸塩から選ばれる少なくとも1種を含有する請求項１〜９のいずれか１項に記載の研磨組成物。
11. 酸化剤（Ｂ）の含有量が、０．０１〜３０質量％である請求項１〜１０のいずれか１項に記載の研磨組成物。
12. 研磨組成物が、界面活性剤を含有する請求項１〜１１のいずれか１項に記載の研磨組成物。
13. 界面活性剤が、アニオン性、カチオン性、非イオン性、両性界面活性剤から選ばれる少なくとも１種を含有する請求項１２に記載の研磨組成物。
14. 界面活性剤が、アルキル芳香族スルホン酸またはその塩、ポリオキシエチレンアルキルリン酸またはその塩、アルキルリン酸またはその塩、脂肪酸またはその塩から選ばれる少なくとも１種である請求１２に記載の研磨組成物。
15. 界面活性剤の含有量が、５質量％以下である請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の研磨組成物。
16. 研磨組成物が、保護膜形成剤を含有する請求項１〜１５のいずれか１項に記載の研磨組成物。
17. 保護膜形成剤の含有量が、５質量％以下である請求項１６に記載の研磨組成物。
18. 保護膜形成剤が、ベンゾトリアゾール、トリルトリアゾール、ヒドロキシベンゾトリアゾール、カルボキシベンゾトリアゾール、ベンズイミダゾール、テトラゾール、キナルジン酸から選ばれる少なくとも１種を含有する請求項１〜１７のいずれか１項に記載の研磨組成物。
19. 保護膜形成剤の含有量が、１０質量％以下である請求項１８に記載の研磨組成物。
20. 研磨組成物が、アルカリを含有する請求項１〜１９のいずれか１項に記載の研磨組成物。
21. アルカリが、アンモニア、アミン、ポリアミン、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物から選ばれる少なくとも1種を含有する請求項２０に記載の研磨組成物。
22. アルカリの含有量が、１０質量％以下である請求項２０または２１に記載の研磨組成物。
23. 研磨組成物が、さらに研磨剤を含有する請求項１〜２２のいずれか１項に記載の研磨組成物。
24. 研磨剤が、シリカ、アルミナ、セリア、チタニア、有機砥粒から選ばれる少なくとも1種を含有する請求項２３に記載の研磨組成物。
25. 研磨剤の含有量が、３０質量％以下である請求項２３または２４に記載の研磨組成物。
26. ｐＨが５〜１１である請求項１〜２５のいずれか１項に記載の研磨組成物。
27. 凹部を有する基板上に凹部を覆うように埋め込まれた金属膜を研磨する請求項１〜２６のいずれか１項に記載の研磨組成物。
28. 凹部を有する基板上に凹部を覆うように埋め込まれた金属膜、または凹部を有する基板上にバリヤ金属膜を形成し、凹部を覆うように埋め込まれた金属膜を研磨する金属膜研磨速度（Ｐ_RR）と、平坦なブランケット金属膜を研磨する金属膜研磨速度（Ｂ_RR）の比（Ｐ_RR／Ｂ_RR）が３．５以上である請求項１〜２７のいずれか１項に記載の研磨組成物。
29. 希釈して請求項５，９，１１，１５，１７，１９，２２及び２５のいずれか１項に記載の研磨組成物となる組成物。
30. 複数の組成物のキットであって、それらの組成物を混合することにより、または混合および希釈することにより請求項１〜２８のいずれか１項に記載の研磨組成物となるキット。
31. 凹部を有する基板上に凹部を覆うように埋め込まれた金属膜を請求項１〜２８のいずれか１項に記載の研磨組成物で研磨する研磨方法。
32. 凹部を有する基板上にバリヤ金属膜を形成し、凹部を覆うように埋め込まれた金属膜を請求項１〜２８のいずれか１項に記載の研磨組成物で研磨する研磨方法。
33. 凹部を有する基板上に凹部を覆うように埋め込まれた金属膜、または凹部を有する基板上にバリヤ金属膜を形成し、凹部を覆うように埋め込まれた金属膜が凸部を有し、凸部の角を優先的に研磨する請求項１〜２８のいずれか１項に記載の研磨組成物で研磨する研磨方法。
34. 金属膜が銅または銅を含有する合金、鉄または鉄を含有する合金からなる請求項３３に記載の研磨方法。
35. バリヤ金属膜がタンタル、窒化タンタルなどのタンタル系金属からなる請求項３３または３４に記載の研磨方法。
36. 凹部を有する基板上に凹部を覆うように埋め込まれた金属膜を請求項１〜２８のいずれか１項に記載の研磨組成物で平坦化する基板の研磨方法。
37. 凹部を有する基板上に凹部を覆うように埋め込まれた金属膜を請求項３１〜３６のいずれか１項に記載の研磨方法で研磨する工程を含む基板の製造方法。
38. 請求項２９に記載の組成物を輸送または保存用組成物として用いる方法。
39. 請求項３０に記載のキットを輸送または保存用組成物として用いる方法。

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