JP2007273621A - 化学機械研磨用水系分散体および化学機械研磨方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】各種の被加工層の各々を高い効率で研磨することができ、十分に平坦化された精度の高い仕上げ面を得ることのできる化学機械研磨用水系分散体、およびこれを用いた化学機械研磨方法を提供すること。
【解決手段】化学機械研磨用水系分散体は、有機粒子とコロイダルシリカとを含む砥粒(A)と、キノリンカルボン酸およびピリジンカルボン酸の少なくともいずれか一方よりなる成分(B)と、炭素数が4以上の脂肪族有機酸(C)とを含有し、コロイダルシリカの平均一次粒子径が10〜300nmであり、有機粒子の平均粒子径がコロイダルシリカの平均一次粒子径より大きい。
【選択図】図1
【解決手段】化学機械研磨用水系分散体は、有機粒子とコロイダルシリカとを含む砥粒(A)と、キノリンカルボン酸およびピリジンカルボン酸の少なくともいずれか一方よりなる成分(B)と、炭素数が4以上の脂肪族有機酸(C)とを含有し、コロイダルシリカの平均一次粒子径が10〜300nmであり、有機粒子の平均粒子径がコロイダルシリカの平均一次粒子径より大きい。
【選択図】図1
Description
本発明は、半導体装置の製造工程に用いられる化学機械研磨用水系分散体および化学機械研磨方法に関する。更に詳しくは、半導体基板上に設けられた各種の被加工層の各々を高い効率で研磨することができ、かつ十分に平坦化された精度の高い仕上げ面を得ることができる化学機械研磨用水系分散体、およびそれを用いた化学機械研磨方法に関する。
半導体装置の製造工程における最近の技術として、ダマシン法による配線形成技術が知られている。この方法では、プロセスウェハ上に設けられた絶縁膜に孔または溝などの配線用凹部を形成した絶縁層上に硬質の金属などよりなるバリアメタル層を形成した後に、タングステン、アルミニウムおよび銅などの配線材料が配線用凹部内に堆積するように配線材料層を形成し、その後、配線用凹部以外の領域に形成された配線材料層およびバリアメタル層を化学機械研磨によって除去して前記領域において絶縁層の表面を露出させ、配線用凹部内のみにバリアメタルおよび配線材料を残すことにより、ダマシン配線といわれる配線が形成される。
このようなダマシン配線を形成する過程においては、化学機械研磨による以下のような問題がある。配線材料として好適に用いられる銅などの比較的柔らかい金属は研磨されやすいことから、特に、形成すべき配線の幅が広い場合には、配線材料層が過度に研磨され、得られる配線の中央部のへこみ、いわゆるディッシングが生じることから、平坦な仕上げ面が得られないことがある。また、スクラッチが発生することに起因して配線の断線が生じることもある。
また、タンタル、窒化タンタルなどの硬度の高い金属からなるバリアメタル層を効率よく研磨することは容易ではない。
更に、絶縁層を構成する絶縁膜として誘電率の小さい多孔質体を用いた場合には、化学機械研磨において、加工液としてpHの低い化学機械研磨用水系分散体を用いると十分な研磨速度が得られず、一方、pHの高い化学機械研磨用水系分散体を用いると絶縁層が過度に研磨されてしまうことがある。また、いずれの化学機械研磨用水系分散体を用いた場合においても、スクラッチの発生を抑制することが容易ではない。
更に、絶縁層を構成する絶縁膜として誘電率の小さい多孔質体を用いた場合には、化学機械研磨において、加工液としてpHの低い化学機械研磨用水系分散体を用いると十分な研磨速度が得られず、一方、pHの高い化学機械研磨用水系分散体を用いると絶縁層が過度に研磨されてしまうことがある。また、いずれの化学機械研磨用水系分散体を用いた場合においても、スクラッチの発生を抑制することが容易ではない。
このため、ダマシン配線を形成するための化学機械研磨方法として、通常、被研磨面に対して多段階の化学機械研磨処理を施す研磨工程を有する手法が用いられている。一般的には、主として銅などの配線材料よりなる配線材料層を研磨する第1研磨処理工程と、主としてバリアメタル層を研磨する第2研磨処理工程とからなる2段階研磨処理を行う2段階研磨法が広く採用されている。
このような2段階研磨法として、例えば、第1研磨処理工程において配線材料層である銅層のうちの除去すべき配線材料層部分を完全に除去し、第2研磨処理工程において除去すべきバリアメタル層部分を完全に除去する手法(以下、「第1の手法」ともいう。)が提案されている。この第1の手法では、第1研磨処理工程において少なからず発生するディッシングを第2研磨処理工程において修正することが困難であることから、良好なダマシン配線を形成することができない、という問題があった。
また、第1研磨処理工程においてディッシングが発生しないように、配線材料層のうちの除去すべき配線材料層部分の一部を残して除去し、第2研磨処理工程において除去すべき配線材料層部分の残部を完全に除去すると共に、除去すべきバリアメタル層部分を完全
に除去する手法(以下、「第2の手法」ともいう。)が提案されている。
に除去する手法(以下、「第2の手法」ともいう。)が提案されている。
以上のような2段階研磨法において加工液として用いられる、種々の化学機械研磨用水系分散体が提案されている。
具体的に、上記の第2の手法の第2研磨処理工程に用いる化学機械研磨用水系分散体には、化学機械研磨によって配線材料である銅とバリアメタルとを同時に除去する機能を有すると共に、絶縁層の表面を磨く機能を有することが必要とされることから、銅膜、バリアメタル膜および絶縁膜の各々を同一の条件によって化学機械研磨した場合において、バリアメタル膜の研磨速度(RBM)と銅膜の研磨速度(RCu)との研磨速度比(RBM/RCu)および絶縁膜の研磨速度(RIn)と銅膜の研磨速度(RCu)の研磨速度比(RIn/RCu)がともに1に近似する研磨特性を有する化学機械研磨用水系分散体が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
具体的に、上記の第2の手法の第2研磨処理工程に用いる化学機械研磨用水系分散体には、化学機械研磨によって配線材料である銅とバリアメタルとを同時に除去する機能を有すると共に、絶縁層の表面を磨く機能を有することが必要とされることから、銅膜、バリアメタル膜および絶縁膜の各々を同一の条件によって化学機械研磨した場合において、バリアメタル膜の研磨速度(RBM)と銅膜の研磨速度(RCu)との研磨速度比(RBM/RCu)および絶縁膜の研磨速度(RIn)と銅膜の研磨速度(RCu)の研磨速度比(RIn/RCu)がともに1に近似する研磨特性を有する化学機械研磨用水系分散体が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
特許文献1には、研磨剤、酸化剤および特定の研磨速度調整剤を含有する化学機械研磨用水系分散体が開示されており、実施例において、研磨速度調整剤がマレイン酸カリウムのみからなり、研磨速度比(RBM/RCu)が0.66〜1.11であって研磨速度比(RIn/RCu)が0.72〜1.42である化学機械研磨用水系分散体を調製し、この化学機械研磨用水系分散体を第2研磨処理工程に用いた2段階研磨を実施している。
ところが、近年、上記の第2の手法の第1研磨処理工程に使用される化学機械研磨用水系分散体の研磨性能が相対的に向上してきているため、第1研磨処理工程終了後に残存する配線材料層部分が従来よりも減少する傾向にある。このため、第2研磨処理工程においては、配線材料層および絶縁層に比べてバリアメタル層の研磨すべき量の割合を相対的に大きくする必要があるが、特許文献1に記載された化学機械研磨用水系分散体は研磨速度比(RBM/RCu)が1に近似しているため、配線材料である銅が過剰に研磨されることがあり、高精度に平坦な研磨面が得られないことがある。
そこで、第2研磨処理工程に用いる化学機械研磨用水系分散体として、上記のような状況に応じた研磨特性、すなわち、研磨速度比(RBM/RCu)が適度に大きく、かつ研磨速度比(RIn/RCu)が1に近似した研磨特性を有する化学機械研磨用水系分散体が求められている。
特許文献2には、2段階研磨法の2段目の研磨における化学機械研磨用水系分散体として、研磨速度比(RBM/RCu)が0.5〜200である水系分散体が開示されている。ところが、この水系分散体は、ベンゾトリアゾールを研磨速度調整剤として用い、その濃度を制御して研磨速度比(RBN/RCu)が調整されるが、その際、研磨速度比(RIn/RCu)も大きく変動するため、研磨速度比(RIn/RCu)を1の近傍に設定すると研磨速度比(RBM/RCu)が著しく大きくなり、研磨速度比(RBM/RCu)を相対的に小さくすると研磨速度比(RIn/RCu)は著しく小さくなる。
したがって、研磨速度比(RBM/RCu)が適度に大きく、かつ研磨速度比(RIn/RCu)が1に近似した研磨特性を有する化学機械研磨用水系分散体は未だ提案されていない。
また、近年、上記の第1の手法においても、第1研磨処理工程に使用される化学機械研磨用水系分散体の研磨性能が向上し、ディッシングの発生等を抑制することができるようになってきており、ダマシン配線を形成するための手法として、第1の手法が見直されてきている。この第1の手法の第2研磨処理工程に用いる化学機械研磨用水系分散体としても、上記のような相対的にバリアメタル層に研磨速度が大きい研磨特性を有する水系分散体が求められている。
また、近年、上記の第1の手法においても、第1研磨処理工程に使用される化学機械研磨用水系分散体の研磨性能が向上し、ディッシングの発生等を抑制することができるようになってきており、ダマシン配線を形成するための手法として、第1の手法が見直されてきている。この第1の手法の第2研磨処理工程に用いる化学機械研磨用水系分散体としても、上記のような相対的にバリアメタル層に研磨速度が大きい研磨特性を有する水系分散体が求められている。
なお、特許文献3には、研磨速度調整剤としてキノリンカルボン酸とその他の有機酸を
併用した化学機械研磨用水系分散体が開示されており、実施例において、その他の有機酸として、シュウ酸またはマロン酸を用い、キノリンカルボン酸の含有量(WB)とその他の有機酸の含有量(WC)との質量比(WB/WC)が1.25〜5である化学機械研磨用水系分散体が具体的に開示されている。しかしながら、特許文献3の発明は、配線材料、特に銅膜の研磨速度を向上させることを目的としており、該公報には、研磨速度比(RBM/RCu)および研磨速度比(RIn/RCu)については何ら記載されておらず、2段階研磨についても示唆されていない。
特開2001−196336号公報
特開2002−151451号公報
特開2002−110597号公報
併用した化学機械研磨用水系分散体が開示されており、実施例において、その他の有機酸として、シュウ酸またはマロン酸を用い、キノリンカルボン酸の含有量(WB)とその他の有機酸の含有量(WC)との質量比(WB/WC)が1.25〜5である化学機械研磨用水系分散体が具体的に開示されている。しかしながら、特許文献3の発明は、配線材料、特に銅膜の研磨速度を向上させることを目的としており、該公報には、研磨速度比(RBM/RCu)および研磨速度比(RIn/RCu)については何ら記載されておらず、2段階研磨についても示唆されていない。
本発明は、上記のような従来技術に伴う問題を解決しようとするものであって、各種の被加工層の各々を高い効率で研磨することができ、十分に平坦化された精度の高い仕上げ面を得ることのできる化学機械研磨用水系分散体、およびこれを用いた化学機械研磨方法を提供することを課題としている。
本発明者は、上記問題点を解決すべく鋭意研究し、砥粒として有機粒子とコロイダルシリカとを併用し、かつキノリンカルボン酸およびピリジンカルボン酸の少なくともいずれか一方よりなる成分と炭素数が4以上の脂肪族有機酸とを併用することにより、銅膜、バリアメタル膜および絶縁膜を同一条件により化学機械研磨した場合に、それらの研磨速度の比が特定の値となる研磨特性を有する化学機械研磨用水系分散体が得られ、この化学機械研磨用水系分散体を用いることにより十分に平坦化された精度の高い仕上げ面が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明に係る化学機械研磨用水系分散体は、有機粒子とコロイダルシリカとを含む砥粒(A)と、キノリンカルボン酸およびピリジンカルボン酸の少なくともいずれか一方よりなる成分(B)と、炭素数が4以上の脂肪族有機酸(C)とを含有し、コロイダルシリカの平均一次粒子径が10〜300nmであり、有機粒子の平均粒子径がコロイダルシリカの平均一次粒子径より大きいことを特徴としている。
前記化学機械研磨用水系分散体はさらに酸化剤(D)を含んでいることが好ましい。
前記化学機械研磨用水系分散体は銅膜、バリアメタル膜および絶縁膜の各々を同一条件において化学機械研磨した場合に、バリアメタル膜の研磨速度(RBM)と銅膜の研磨速度(RCu)との研磨速度比(RBM/RCu)が2〜5の範囲であり、かつ、絶縁膜の研磨速度(RIn)と銅膜の研磨速度(RCu)との研磨速度比(RIn/RCu)が0.95〜3.5の範囲であることが好ましい。
前記化学機械研磨用水系分散体は銅膜、バリアメタル膜および絶縁膜の各々を同一条件において化学機械研磨した場合に、バリアメタル膜の研磨速度(RBM)と銅膜の研磨速度(RCu)との研磨速度比(RBM/RCu)が2〜5の範囲であり、かつ、絶縁膜の研磨速度(RIn)と銅膜の研磨速度(RCu)との研磨速度比(RIn/RCu)が0.95〜3.5の範囲であることが好ましい。
前記化学機械研磨用水系分散体が含む酸化剤(D)は過酸化水素からなることが好ましい。
前記化学機械研磨用水系分散体が含む有機粒子とコロイダルシリカとの重量比が、有機粒子:コロイダルシリカ=1:100〜100:1の範囲であることが好ましい。
前記化学機械研磨用水系分散体が含む有機粒子とコロイダルシリカとの重量比が、有機粒子:コロイダルシリカ=1:100〜100:1の範囲であることが好ましい。
前記化学機械研磨用水系分散体がpHが8.5〜11.5であることが好ましい。
すなわち、本発明に係る化学機械研磨方法は、基板表面上に、少なくとも、溝部を有する絶縁膜とバリアメタル膜と銅膜とがこの順で積層された研磨対象体を、2段階研磨処理により化学機械研磨する方法であって、
銅膜およびバリアメタル膜の各々を同一条件において化学機械研磨した場合に、銅膜の
研磨速度(RCu)とバリアメタル膜の研磨速度(RBM)との研磨速度比(RCu/RBM)が50以上である化学機械研磨用水系分散体を用いて、前記研磨対象体の銅膜の除去すべき部分をバリアメタル膜が露出するまで化学機械研磨して除去する第1研磨処理工程と、
この第1研磨処理工程において化学機械研磨が施された被研磨面に対して、
銅膜、バリアメタル膜および絶縁膜の各々を同一条件において化学機械研磨した場合に、バリアメタル膜の研磨速度(RBM)と銅膜の研磨速度(RCu)との研磨速度比(RBM/RCu)が2〜5の範囲であり、かつ、絶縁膜の研磨速度(RIn)と銅膜の研磨速度(RCu)との研磨速度比(RIn/RCu)が0.95〜3.5の範囲である化学機械研磨用水系分散体を用いて、前記研磨対象体のバリアメタル膜の除去すべき部分を化学機械研磨により除去する第2研磨処理工程とを有し、
第2研磨処理工程に用いられる前記化学機械研磨用水系分散体が、有機粒子とコロイダルシリカとを含む砥粒(A)と、キノリンカルボン酸およびピリジンカルボン酸の少なくともいずれか一方よりなる成分(B)と、炭素数が4以上の脂肪族有機酸(C)と、酸化剤(D)とを含有し
コロイダルシリカの平均一次粒子径が10〜300nmであり、
有機粒子の平均粒子径がコロイダルシリカの平均一次粒子径より大きいことを特徴としている。
すなわち、本発明に係る化学機械研磨方法は、基板表面上に、少なくとも、溝部を有する絶縁膜とバリアメタル膜と銅膜とがこの順で積層された研磨対象体を、2段階研磨処理により化学機械研磨する方法であって、
銅膜およびバリアメタル膜の各々を同一条件において化学機械研磨した場合に、銅膜の
研磨速度(RCu)とバリアメタル膜の研磨速度(RBM)との研磨速度比(RCu/RBM)が50以上である化学機械研磨用水系分散体を用いて、前記研磨対象体の銅膜の除去すべき部分をバリアメタル膜が露出するまで化学機械研磨して除去する第1研磨処理工程と、
この第1研磨処理工程において化学機械研磨が施された被研磨面に対して、
銅膜、バリアメタル膜および絶縁膜の各々を同一条件において化学機械研磨した場合に、バリアメタル膜の研磨速度(RBM)と銅膜の研磨速度(RCu)との研磨速度比(RBM/RCu)が2〜5の範囲であり、かつ、絶縁膜の研磨速度(RIn)と銅膜の研磨速度(RCu)との研磨速度比(RIn/RCu)が0.95〜3.5の範囲である化学機械研磨用水系分散体を用いて、前記研磨対象体のバリアメタル膜の除去すべき部分を化学機械研磨により除去する第2研磨処理工程とを有し、
第2研磨処理工程に用いられる前記化学機械研磨用水系分散体が、有機粒子とコロイダルシリカとを含む砥粒(A)と、キノリンカルボン酸およびピリジンカルボン酸の少なくともいずれか一方よりなる成分(B)と、炭素数が4以上の脂肪族有機酸(C)と、酸化剤(D)とを含有し
コロイダルシリカの平均一次粒子径が10〜300nmであり、
有機粒子の平均粒子径がコロイダルシリカの平均一次粒子径より大きいことを特徴としている。
前記化学機械研磨方法において第2研磨処理工程に用いられる前記化学機械研磨用水系分散体に含まれる酸化剤(D)が過酸化水素からなることが好ましい。
前記化学機械研磨方法において第2研磨処理工程に用いられる前記化学機械研磨用水系分散体に含まれる有機粒子とコロイダルシリカとの重量比が、有機粒子:コロイダルシリカ=1:100〜100:1の範囲であることが好ましい。
前記化学機械研磨方法において第2研磨処理工程に用いられる前記化学機械研磨用水系分散体に含まれる有機粒子とコロイダルシリカとの重量比が、有機粒子:コロイダルシリカ=1:100〜100:1の範囲であることが好ましい。
前記化学機械研磨方法において第2研磨処理工程に用いられる前記化学機械研磨用水系分散体のpHが8.5〜11.5であることが好ましい。
前記化学機械研磨方法において第2研磨処理工程の研磨時の研磨圧力が211g/cm2以下であることが好ましい。
前記化学機械研磨方法において第2研磨処理工程の研磨時の研磨圧力が211g/cm2以下であることが好ましい。
また本発明には係る化学機械研磨キットは、
2種類の化学機械研磨用水系分散体(I)と(II)との組み合わせからなる化学機械研磨用キットであって、化学機械研磨用水系分散体(I)と化学機械研磨用水系分散体(II)とは混合状態になく、前記化学機械研磨用水系分散体(I)は、砥粒と有機酸と酸化剤とを含有する水系分散体であり、かつ該水系分散体にはアンモニアおよびアンモニウムイオンからなる群から選択される少なくとも1種のアンモニア成分が含まれ、銅膜およびバリアメタル膜の各々を同一条件において化学機械研磨した場合に、銅膜の研磨速度(RCu)とバリアメタル膜の研磨速度(RBM)との研磨速度比(RCu/RBM)が50以上であり、前記化学機械研磨用水系分散体(II)は、有機粒子とコロイダルシリカとを含む砥粒(A)と、キノリンカルボン酸およびピリジンカルボン酸の少なくともいずれか一方よりなる成分(B)と、炭素数が4以上の脂肪族有機酸(C)とを含有しコロイダルシリカの平均一次粒子径が10〜300nmであり、有機粒子の平均粒子径がコロイダルシリカの平均一次粒子径より大きく、銅膜、バリアメタル膜および絶縁膜の各々を同一条件において化学機械研磨した場合に、バリアメタル膜の研磨速度(RBM)と銅膜の研磨速度(RCu)との研磨速度比(RBM/RCu)が2〜5の範囲であり、かつ、絶縁膜の研磨速度(RIn)と銅膜の研磨速度(RCu)との研磨速度比(RIn/RCu)が0.95〜3.5であることを特徴としている。
2種類の化学機械研磨用水系分散体(I)と(II)との組み合わせからなる化学機械研磨用キットであって、化学機械研磨用水系分散体(I)と化学機械研磨用水系分散体(II)とは混合状態になく、前記化学機械研磨用水系分散体(I)は、砥粒と有機酸と酸化剤とを含有する水系分散体であり、かつ該水系分散体にはアンモニアおよびアンモニウムイオンからなる群から選択される少なくとも1種のアンモニア成分が含まれ、銅膜およびバリアメタル膜の各々を同一条件において化学機械研磨した場合に、銅膜の研磨速度(RCu)とバリアメタル膜の研磨速度(RBM)との研磨速度比(RCu/RBM)が50以上であり、前記化学機械研磨用水系分散体(II)は、有機粒子とコロイダルシリカとを含む砥粒(A)と、キノリンカルボン酸およびピリジンカルボン酸の少なくともいずれか一方よりなる成分(B)と、炭素数が4以上の脂肪族有機酸(C)とを含有しコロイダルシリカの平均一次粒子径が10〜300nmであり、有機粒子の平均粒子径がコロイダルシリカの平均一次粒子径より大きく、銅膜、バリアメタル膜および絶縁膜の各々を同一条件において化学機械研磨した場合に、バリアメタル膜の研磨速度(RBM)と銅膜の研磨速度(RCu)との研磨速度比(RBM/RCu)が2〜5の範囲であり、かつ、絶縁膜の研磨速度(RIn)と銅膜の研磨速度(RCu)との研磨速度比(RIn/RCu)が0.95〜3.5であることを特徴としている。
前記化学機械研磨用キットは化学機械研磨用水系分散体(II)にさらに酸化剤(D)を含むことが好ましい。
前記化学機械研磨用キットは化学機械研磨用水系分散体(II)に含まれる酸化剤(D
)が過酸化水素からなることが好ましい。
前記化学機械研磨用キットは化学機械研磨用水系分散体(II)に含まれる酸化剤(D
)が過酸化水素からなることが好ましい。
前記化学機械研磨用キットは化学機械研磨用水系分散体(II)に含まれる有機粒子とコロイダルシリカとの重量比が、有機粒子:コロイダルシリカ=1:100〜100:1の範囲であることが好ましい。
前記化学機械研磨用キットは化学機械研磨用水系分散体(II)のpHが8.5〜11.5であることが好ましい。
本発明に係る化学機械研磨用水系分散体を用いて化学機械研磨することによって、各種の被加工層の各々を高い効率で研磨することができ、十分に平坦化された精度の高い仕上げ面を得ることができる。
本発明に係る化学機械研磨方法によれば、第1研磨処理工程に特定の研磨特性を有する化学機械研磨用水系分散体を用い、かつ第2研磨処理工程に本発明に係る化学機械研磨用水系分散体を用いるため、各種の被加工層の各々を高い効率で研磨することができ、十分に平坦化された精度の高い仕上げ面を得ることができる。その結果、半導体装置の製造工程において、良好な銅ダマシン配線を形成することができる。
<化学機械研磨用水系分散体>
本発明に係る化学機械研磨用水系分散体(以下、「研磨用水系分散体」とも記す。)は、化学機械研磨処理に用いられる加工液であって、有機粒子とコロイダルシリカとを含む砥粒(A)と、キノリンカルボン酸およびピリジンカルボン酸の少なくともいずれか一方よりなる成分(B)と、炭素数が4以上の脂肪族有機酸(C)とを含有する。本発明に係る化学機械研磨用水系分散体は前記コロイダルシリカの平均一次粒子径が10〜300nmであり、前記有機粒子は、その平均粒子径が前記コロイダルシリカの平均一次粒子径より大きい粒子である。
本発明に係る化学機械研磨用水系分散体(以下、「研磨用水系分散体」とも記す。)は、化学機械研磨処理に用いられる加工液であって、有機粒子とコロイダルシリカとを含む砥粒(A)と、キノリンカルボン酸およびピリジンカルボン酸の少なくともいずれか一方よりなる成分(B)と、炭素数が4以上の脂肪族有機酸(C)とを含有する。本発明に係る化学機械研磨用水系分散体は前記コロイダルシリカの平均一次粒子径が10〜300nmであり、前記有機粒子は、その平均粒子径が前記コロイダルシリカの平均一次粒子径より大きい粒子である。
前記化学機械研磨用水系分散体は、銅膜、バリアメタル膜および絶縁膜の各々を同一条件において化学機械研磨した場合に、バリアメタル膜の研磨速度(RBM)と銅膜の研磨速度(RCu)との研磨速度比(RBM/RCu)が2〜5の範囲であり、かつ、絶縁膜の研磨速度(RIn)と銅膜の研磨速度(RCu)との研磨速度比(RIn/RCu)が0.95〜3.5の範囲である研磨特性を有することが好ましい。
本発明において、「銅膜」は、純銅よりなる膜に限定されず、例えば、銅−シリコン、銅−アルミニウムなどの銅の含有割合が95質量%以上の合金よりなる膜も含む。
「バリアメタル膜」は、タンタル、チタン、タングステンなどの金属よりなる膜、およびこれらの金属の窒化物や酸化物よりなる膜を含む。バリアメタル膜を構成する金属は、純タンタル、純チタン、純タングステンなどの純金属に限定されず、例えば、タンタル−ニオブなどの合金も含む。バリアメタル膜を構成する金属窒化物としては、例えば、窒化タンタル、窒化チタン、窒化タングステンが挙げられるが、これらは純金属窒化物に限定されない。
「バリアメタル膜」は、タンタル、チタン、タングステンなどの金属よりなる膜、およびこれらの金属の窒化物や酸化物よりなる膜を含む。バリアメタル膜を構成する金属は、純タンタル、純チタン、純タングステンなどの純金属に限定されず、例えば、タンタル−ニオブなどの合金も含む。バリアメタル膜を構成する金属窒化物としては、例えば、窒化タンタル、窒化チタン、窒化タングステンが挙げられるが、これらは純金属窒化物に限定されない。
本発明において、バリアメタル膜は、上記金属類のうち、タンタルおよび窒化タンタルの少なくともいずれか一方よりなることが好ましい。
「絶縁膜」としては、酸化シリコン(SiO2)膜、酸化シリコン膜中に少量のホウ素
およびリンを添加したホウ素リンシリケート膜(BPSG膜)、酸化シリコン膜中にフッ素をドープしたFSG(Fluorine doped silicate glass)と称される膜(以下、「FS
G膜」ともいう。)、低誘電率膜などが挙げられる。
「絶縁膜」としては、酸化シリコン(SiO2)膜、酸化シリコン膜中に少量のホウ素
およびリンを添加したホウ素リンシリケート膜(BPSG膜)、酸化シリコン膜中にフッ素をドープしたFSG(Fluorine doped silicate glass)と称される膜(以下、「FS
G膜」ともいう。)、低誘電率膜などが挙げられる。
酸化シリコン膜としては、例えば、熱酸化膜、PETEOS膜(Plasma Enhanced-TEOS
膜)、HDP膜(High Density Plasma Enhanced-TEOS膜)、熱CVD法により得られる膜(以下、「熱CVD法膜」ともいう。)などが挙げられる。
膜)、HDP膜(High Density Plasma Enhanced-TEOS膜)、熱CVD法により得られる膜(以下、「熱CVD法膜」ともいう。)などが挙げられる。
熱酸化膜は、シリコンを高温にして酸化性雰囲気に晒し、シリコンと酸素とを化学反応させたり、あるいはシリコンと水とを化学反応させることにより形成することができる。
PETEOS膜は、原料としてテトラエチルオルトシリケート(TEOS)を使用し、促進条件としてプラズマを利用した化学気相成長によって成膜することができる。
PETEOS膜は、原料としてテトラエチルオルトシリケート(TEOS)を使用し、促進条件としてプラズマを利用した化学気相成長によって成膜することができる。
HDP膜は、原料としてテトラエチルオルトシリケート(TEOS)を使用し、促進条件として高密度プラズマを利用した化学気相成長によって成膜することができる。
熱CVD法膜は、常圧CVD法(AP−CVD法)または減圧CVD法(LP−CVD法)により形成することができる。
熱CVD法膜は、常圧CVD法(AP−CVD法)または減圧CVD法(LP−CVD法)により形成することができる。
ホウ素リンシリケート膜(BPSG膜)は、常圧CVD法(AP−CVD法)または減圧CVD法(LP−CVD法)により得ることができる。
FSG膜は、促進条件として高密度プラズマを利用した化学気相成長によって成膜することができる。
FSG膜は、促進条件として高密度プラズマを利用した化学気相成長によって成膜することができる。
低誘電率膜のうち、酸化シリコン系の膜としては、例えば、トリエトキシシランを原料とするHSQ膜(Hydrogen Silsesquioxane膜)、テトラエトキシシランおよび少量のメ
チルトリメトキシシランを原料とするMSQ膜(Methyl Silsesquioxane膜)が挙げられ
る。このような酸化シリコン系の低誘電率膜は、原料を、例えば、回転塗布法によって基体上に塗布することによって得られた塗膜を酸化性雰囲気下で加熱することによって形成することができる。
チルトリメトキシシランを原料とするMSQ膜(Methyl Silsesquioxane膜)が挙げられ
る。このような酸化シリコン系の低誘電率膜は、原料を、例えば、回転塗布法によって基体上に塗布することによって得られた塗膜を酸化性雰囲気下で加熱することによって形成することができる。
酸化シリコン系以外の低誘電率膜としては、ポリアリーレン系ポリマー、ポリアリーレンエーテル系ポリマー、ポリイミド系ポリマー、ベンゾシクロブテンポリマー等の有機ポリマーを原料とする膜などが挙げられる。
本発明に置いて絶縁膜は硬さの異なる2層であっても良い。この場合、通常はプロセスウェハ上に第1層を形成しその上に第1層より硬い第2層を形成することにより、2層からなる絶縁膜とする。本発明の化学機械研磨用水系分散体は前記第2層を好適に研磨することが可能である。
また、本発明において、「同一条件」とは、特定の型式の研磨装置を使用し、かつ定盤およびヘッドの回転数、研磨圧力、研磨時間、用いる研磨パッドの種類、および研磨用水系分散体の単位時間当たりの供給量(研磨用水系分散体の供給速度)の各々について、研磨速度を測定する具体的な条件が同一であることを意味する。
これらの研磨速度測定用の条件は、銅膜、バリアメタル膜および絶縁膜の各々の研磨速度を同一の条件で算出できる限り、適宜設定することができるが、実際に被研磨面を化学機械研磨処理する際の条件またはそれに近い条件に設定することが好ましい。
具体的には、例えば、下記の条件を研磨速度測定用の条件とすることができる。定盤回転数は、通常30〜150rpm、好ましくは40〜130rpmの範囲内にある一定値とする。ヘッド回転数は、通常30〜150rpm、好ましくは40〜130rpmの範囲内にある一定値とする。定盤回転数/ヘッド回転数は、通常0.5〜2、好ましくは0
.7〜1.5の範囲内にある一定値とする。研磨圧力は、通常85〜500g/cm2、
好ましくは100〜200g/cm2の範囲内にある一定値とする。研磨用水系分散体の
供給速度は、通常60〜500ml/分、好ましくは100〜300ml/分の範囲内にある一定値とする。
.7〜1.5の範囲内にある一定値とする。研磨圧力は、通常85〜500g/cm2、
好ましくは100〜200g/cm2の範囲内にある一定値とする。研磨用水系分散体の
供給速度は、通常60〜500ml/分、好ましくは100〜300ml/分の範囲内にある一定値とする。
「研磨速度比(RBM/RCu)」および「研磨速度比(RIn/RCu)」は、銅膜、バリアメタル膜および絶縁膜を、同一条件によって各々別個に化学機械研磨処理することによって算出される各膜の研磨速度に基づいて算出される値である。これらの研磨速度比を算出するための化学機械研磨処理は、例えば、パターンが形成されていないウエハの表面に形成された、銅膜、バリアメタル膜または絶縁膜を各々独立の研磨対象として行う。
本発明に係る研磨用水系分散体は、同一条件で測定されたバリアメタル膜の研磨速度(RBM)と銅膜の研磨速度(RCU)との研磨速度比(RBM/RCu)が2〜5の範囲となる研磨特性を有するものである。この研磨速度比(RBM/RCu)は、好ましくは2〜4であり、更に好ましくは1.8〜3.5であり、特に好ましくは2.0〜3.0である。研磨速度比(RBM/RCu)が上記下限未満の研磨用水系分散体では、化学機械研磨後に、平坦性などの表面特性に優れた被研磨面が得られないおそれがある。一方、研磨速度比(RBM/RCu)が上記上限を超える研磨用水系分散体では、銅が充分に研磨除去されないことによる配線上への銅残留が発生するおそれがある。
また、本発明に係る研磨用水系分散体は、絶縁膜の研磨速度(RIn)と銅膜の研磨速度(RCu)との研磨速度比(RIn/RCu)が0.95〜3.5の範囲となる研磨特性を有するものである。この研磨速度比(RIn/RCu)は、好ましくは1.0〜3.5であり、更に好ましくは1.2〜3.0である。研磨速度比(RIn/RCu)が上記上限を超える研磨用水系分散体では、絶縁膜が過度に研磨されることがあり、そのため、良好な銅ダマシン配線を形成することができないおそれがある。一方、研磨速度比(RIn/RCu)が上記下限未満の研磨用水系分散体では、銅膜が過度に研磨されることがあり、そのため、形成すべき銅ダマシン配線の銅配線部にディッシングが生じ、十分に平坦化された精度の高い仕上げ面を得ることができないおそれがある。
このような上記研磨速度比が特定の値となる研磨特性を有する研磨用水系分散体としては、たとえば、下記の組成を有するものが好ましい。
本発明に係る研磨用水系分散体は、水系媒体中に、有機粒子とコロイダルシリカとを含む砥粒(A)と、キノリンカルボン酸およびピリジンカルボン酸の少なくともいずれか一方よりなる成分(B)と、炭素数が4以上の脂肪族有機酸(C)とを含有し、コロイダルシリカの平均一次粒子径が10〜300nmであり、有機粒子の平均粒子径がコロイダルシリカの平均一次粒子径より大きいことを特徴とする水系分散体(以下、「特定水系分散体」ともいう。)が挙げられる。
本発明に係る研磨用水系分散体は、水系媒体中に、有機粒子とコロイダルシリカとを含む砥粒(A)と、キノリンカルボン酸およびピリジンカルボン酸の少なくともいずれか一方よりなる成分(B)と、炭素数が4以上の脂肪族有機酸(C)とを含有し、コロイダルシリカの平均一次粒子径が10〜300nmであり、有機粒子の平均粒子径がコロイダルシリカの平均一次粒子径より大きいことを特徴とする水系分散体(以下、「特定水系分散体」ともいう。)が挙げられる。
本発明の化学機械研磨用水系分散体はさらに酸化剤(D)を含有することが好ましい。酸化剤(D)を含有するとより充分な研磨速度が得られるため好ましい。
ここで、水系媒体として、水のみを使用してもよいが、水とメタノールとの混合媒体等の水を主成分とする水系混合媒体も使用することができる。この水系媒体としては水のみを用いることが特に好ましい。
ここで、水系媒体として、水のみを使用してもよいが、水とメタノールとの混合媒体等の水を主成分とする水系混合媒体も使用することができる。この水系媒体としては水のみを用いることが特に好ましい。
砥粒(A)は有機粒子とコロイダルシリカとを含んでいる。
砥粒として用いられる有機粒子およびコロイダルシリカは、その形状が球状であることが好ましい。砥粒として球状の粒子を用いることにより、十分な研磨速度が得られると共に、スクラッチなどの発生を抑制することができる。ここで、「球状」とは、必ずしも真球に近い形状である必要はなく、鋭角部分を有さない略球形も含む。
砥粒として用いられる有機粒子およびコロイダルシリカは、その形状が球状であることが好ましい。砥粒として球状の粒子を用いることにより、十分な研磨速度が得られると共に、スクラッチなどの発生を抑制することができる。ここで、「球状」とは、必ずしも真球に近い形状である必要はなく、鋭角部分を有さない略球形も含む。
有機粒子としては、ポリスチレンおよびスチレン系共重合体、ポリメチルメタクリレート等の(メタ)アクリル樹脂および(メタ)アクリル系共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリアセタール、飽和ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、フェノキシ樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−1−ブテン、ポリ−4−メチル−1−ペンテン等のポリオレフィンおよびオレフィン系共重合体などの熱可塑性樹脂からなる粒子が挙げられる。
また、有機粒子として、上記の熱可塑性樹脂を得るために用いられる単量体と、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレートなどの2個以上の重合性不飽和基を有する単量体とを共重合させて得られる、架橋構造を有する樹脂よりなる粒子を用いることもできる。
これらのうち、ポリスチレンおよびスチレン系共重合体、ポリメチルメタクリレート等の(メタ)アクリル樹脂および(メタ)アクリル系共重合体、ならびにこれらの熱可塑性樹脂を得るための単量体が共重合させて得られる、架橋構造を有する樹脂よりなる粒子が好ましい。
これらの樹脂よりなる粒子は、乳化重合法、懸濁重合法、乳化分散法または粉砕法などによって製造することができる。
特定水系分散体中において、有機粒子は、そのほとんどが単独の粒子として存在していると信じられている。有機粒子の平均粒子径は、30〜5,000nmであることが好ましく、更に50〜3,000nmであることが好ましく、特に75〜1,000nmであることが好ましい。有機粒子の平均粒子径が上記範囲内にあると、大きな研磨速度が得られ、ディッシング、エロージョンなどの発生が十分に抑制され、かつ高い安定性を有する特定水系分散体を得ることができる。
特定水系分散体中において、有機粒子は、そのほとんどが単独の粒子として存在していると信じられている。有機粒子の平均粒子径は、30〜5,000nmであることが好ましく、更に50〜3,000nmであることが好ましく、特に75〜1,000nmであることが好ましい。有機粒子の平均粒子径が上記範囲内にあると、大きな研磨速度が得られ、ディッシング、エロージョンなどの発生が十分に抑制され、かつ高い安定性を有する特定水系分散体を得ることができる。
コロイダルシリカとしてはゾルゲル法により、金属アルコキシドを加水分解および縮合して合成されたコロイダルシリカ;無機コロイド法等により合成され、精製によって不純物を除去したコロイダルシリカなどよりなる粒子が挙げられる。
ゾルゲル法または無機コロイド法によって合成された、比較的粒子径の小さいコロイダルシリカは、上記特定水系分散体中において、一次粒子が会合または凝集した状態の二次粒子として存在していることが多いと信じられている。
本発明に用いるコロイダルシリカの平均一次粒子径は、10〜300nmであり、12〜200nmであることが好ましく、更に15〜150mであることが好ましい。平均一次粒子径が上記下限未満であると、十分な研磨速度が得られないおそれがある。一方、平均二次粒子径が上記上限を超えると、ディッシング、エロージョンなどの発生を十分に抑制することができないおそれがあり、更にスクラッチなどの表面欠陥が生じやすくなるおそれがあると共に、得られた特定水系分散体が十分な安定性を有しないおそれがある。
ここで、平均一次粒子径は、比表面積を測定し、それに基づいて算出することができると共に、透過型電子顕微鏡による観察によって計測することもできる。
また有機粒子の平均粒子径とコロイダルシリカの平均一次粒子径とを比較すると、有機粒子の平均粒子径の方が大きい。有機粒子の平均粒子径(SO)とコロイダルシリカの平
均一次粒子径(SS)との比、SO/SSが1.05〜30の範囲が好ましく、更に1.1
〜25の範囲が好ましく、特に1.2〜20の範囲であることが好ましい。有機粒子の平均粒子径とコロイダルシリカの平均一次粒子径との比がこの範囲であれば、より研磨速度が大きく、且つ被研磨面に傷が付くことがない水系分散体とすることができる。このSO
/SSが30を超えると、研磨速度が低下する傾向にあり、好ましくない。
また有機粒子の平均粒子径とコロイダルシリカの平均一次粒子径とを比較すると、有機粒子の平均粒子径の方が大きい。有機粒子の平均粒子径(SO)とコロイダルシリカの平
均一次粒子径(SS)との比、SO/SSが1.05〜30の範囲が好ましく、更に1.1
〜25の範囲が好ましく、特に1.2〜20の範囲であることが好ましい。有機粒子の平均粒子径とコロイダルシリカの平均一次粒子径との比がこの範囲であれば、より研磨速度が大きく、且つ被研磨面に傷が付くことがない水系分散体とすることができる。このSO
/SSが30を超えると、研磨速度が低下する傾向にあり、好ましくない。
通常はコロイダルシリカを100重量部とすると有機粒子が1〜10000重量部の範囲であり、好ましくは1〜100重量部の範囲であり、より好ましくは2〜80重量部の範囲であり上記下限未満であると、研磨速度が著しく低下するおそれがあり、上記上限を超えると研磨速度比(RIn/RCu)が増大するのおそれがある。
砥粒(A)の含有量は、砥粒(A)と、成分(B)と、炭素数が4以上の脂肪族有機酸(C)と水系媒体との合計を100質量%とすると、好ましくは1〜10質量%であり、より好ましくは2〜8質量%であり、更に好ましくは3.5〜5.5質量%である。砥粒(A)の含有量が上記下限未満であると、十分な研磨速度が得られないおそれがある。一方、砥粒(A)の含有量が上記上限を超えると、コスト高になると共に、得られた特定水系分散体が十分な安定性を有しないおそれがある。
成分(B)はキノリンカルボン酸およびピリジンカルボン酸の少なくともいずれか一方よりなる。
キノリンカルボン酸としては、無置換のキノリンカルボン酸;キノリンカルボン酸のカルボキシル基以外の部位において、一個または複数個の水素原子を、水酸基、ハロゲン原子等で置換した置換キノリンカルボン酸が挙げられる。
キノリンカルボン酸としては、無置換のキノリンカルボン酸;キノリンカルボン酸のカルボキシル基以外の部位において、一個または複数個の水素原子を、水酸基、ハロゲン原子等で置換した置換キノリンカルボン酸が挙げられる。
また成分(B)に用いられるピリジンカルボン酸としては、無置換のピリジンカルボン酸;ピリジンカルボン酸のカルボキシル基以外の部位において、一個または複数個の水素原子を、水酸基、ハロゲン原子等で置換した置換ピリジンカルボン酸が挙げられる。
これらのうち、無置換のキノリンカルボン酸および無置換のピリジンカルボン酸が好ましく、特に2−キノリンカルボン酸(キナルジン酸)および2,3−ピリジンジカルボン酸(キノリン酸)が好ましい。なお、キノリンカルボン酸およびピリジンカルボン酸は、各々、カリウム塩、アンモニウム塩などの塩を配合することによって得られるものであってもよい。
成分(B)の含有量は、砥粒(A)と、成分(B)と、炭素数が4以上の脂肪族有機酸(C)と水系媒体との合計を100質量%とすると、好ましくは0.01〜10質量%であり、さらに好ましくは0.05〜5質量%であり、特に0.1〜3質量%である。成分(B)の含有量が上記下限未満であると、十分な銅膜研磨速度が得られないおそれがある。一方、成分(B)の含有量が上記上限を超えると、他の成分を所望の含有量で含有することができなくなる。
炭素数が4以上の脂肪族有機酸(C)としては、炭素数が4以上であれば、モノカルボン酸などの一塩基酸、ジカルボン酸などの二塩基酸、ヒドロキシル酸およびカルボキシレート酸のように広範な種類の有機酸を用いることができ、例えば、飽和酸、不飽和酸などを挙げることができる。
飽和酸としては、酪酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ヒドロキシル酸などが挙げられ、ヒドロキシル酸としては、リンゴ酸、酒石酸などが挙げられる。
不飽和酸としては、マレイン酸、フマル酸などが挙げられる。
不飽和酸としては、マレイン酸、フマル酸などが挙げられる。
これらのうち、高精度に平坦な研磨面が得られるという点で、炭素数4以上の脂肪族有機酸の中でも、炭素数4以上の脂肪族カルボン酸がさらに好ましく、分子量105以上かつ炭素数4以上の脂肪族カルボン酸が特に好ましい。さらに、分子量105以上かつ炭素数4以上の脂肪族カルボン酸のうち、1分子中にカルボキシル基を2個以上有するカルボ
ン酸がより好ましく、ジカルボン酸が特に好ましく、不飽和ジカルボン酸が最も好ましい。
ン酸がより好ましく、ジカルボン酸が特に好ましく、不飽和ジカルボン酸が最も好ましい。
なお、このような炭素数が4以上の脂肪族有機酸(C)は、カリウム塩、アンモニウム塩などの塩を配合することによって得られるものであってもよい。
炭素数が4以上の脂肪族有機酸(C)の含有量は、砥粒(A)と、成分(B)と、炭素数が4以上の脂肪族有機酸(C)と水系媒体との合計を100質量%とすると、好ましくは0.01〜10質量%であり、さらに好ましくは0.05〜5質量%であり、特に好ましくは0.1〜3質量%である。炭素数が4以上の脂肪族有機酸(C)の含有量が上記下限未満であると、十分なバリアメタル膜の研磨速度が得られないおそれがある。一方、炭素数が4以上の脂肪族有機酸(C)の含有量が上記上限を超えると、被研磨面を腐食するおそれがある。
炭素数が4以上の脂肪族有機酸(C)の含有量は、砥粒(A)と、成分(B)と、炭素数が4以上の脂肪族有機酸(C)と水系媒体との合計を100質量%とすると、好ましくは0.01〜10質量%であり、さらに好ましくは0.05〜5質量%であり、特に好ましくは0.1〜3質量%である。炭素数が4以上の脂肪族有機酸(C)の含有量が上記下限未満であると、十分なバリアメタル膜の研磨速度が得られないおそれがある。一方、炭素数が4以上の脂肪族有機酸(C)の含有量が上記上限を超えると、被研磨面を腐食するおそれがある。
本発明に係る特定水系分散体において、成分(B)の含有量(WB)と炭素数が4以上の脂肪族有機酸(C)の含有量(WC)との質量比(WB/WC)は、0.01以上で2未満であることが好ましく、0.01〜1.5であることがより好ましく、さらに0.02〜1.0であることが好ましく、0.05〜0.75であることが特に好ましく、0.10を超えて0.75以下であることが特に好ましい。
質量比(WB/WC)が2以上であると、バリアメタル膜の研磨速度(RBM)と銅膜の研磨速度(RCu)の研磨速度比(RBM/RCu)が2〜5の範囲を下回るおそれがある。一方、質量比(WB/WC)が0.01より小さいと、絶縁膜の研磨速度(RIn)と銅膜の研磨速度(RCu)の研磨速度比(RIn/RCu)が0.95〜3.5の範囲から外れるおそれがある。その結果、平坦性などの優れた表面特性を有する被研磨面が得られないおそれがある。
酸化剤(D)を構成する酸化剤としては、過硫酸塩、過酸化水素、無機酸、有機過酸化物、多価金属塩などを挙げることができる。過酸化水素は、特定水系分散体中において、その少なくとも一部が解離し、過酸化水素イオンが生成することがあるが、本発明における過酸化水素には、この過酸化水素イオンも含まれる。
過硫酸塩としては、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウムなどが挙げられる。
無機酸としては、硝酸、硫酸などが挙げられる。
有機過酸化物としては、過酢酸、過安息香酸、tert−ブチルハイドロパーオキサイドなどが挙げられる。
無機酸としては、硝酸、硫酸などが挙げられる。
有機過酸化物としては、過酢酸、過安息香酸、tert−ブチルハイドロパーオキサイドなどが挙げられる。
多価金属塩としては、過マンガン酸化合物、重クロム酸化合物などが挙げられ、具体的に、過マンガン酸化合物としては、過マンガン酸カリウム等が挙げられ、重クロム酸化合物としては、重クロム酸カリウム等が挙げられる。
これらのうち、過酸化水素、過硫酸塩および無機酸が好ましく、特に過酸化水素が好ましい。
酸化剤(D)の含有量は、砥粒(A)と、成分(B)と、炭素数が4以上の脂肪族有機酸(C)と水系媒体との合計を100重量部とすると、好ましくは0.001〜2重量部であり、さらに好ましくは0.01〜0.75重量部であり、特に好ましくは0.05〜0.5重量部である。酸化剤(D)の含有量が上記下限未満であると、十分な研磨速度が得られないおそれがある。一方、酸化剤(D)の含有量が上記上限を超えると、被研磨面を腐食するおそれがある。
酸化剤(D)の含有量は、砥粒(A)と、成分(B)と、炭素数が4以上の脂肪族有機酸(C)と水系媒体との合計を100重量部とすると、好ましくは0.001〜2重量部であり、さらに好ましくは0.01〜0.75重量部であり、特に好ましくは0.05〜0.5重量部である。酸化剤(D)の含有量が上記下限未満であると、十分な研磨速度が得られないおそれがある。一方、酸化剤(D)の含有量が上記上限を超えると、被研磨面を腐食するおそれがある。
本発明では、上記特定水系分散体に、酸化剤(D)として過酸化水素を用いる場合には
、過酸化水素の酸化剤としての機能を促進する作用を有すると共に研磨速度をより向上させる機能を有する多価金属イオンを含有させることもできる。
、過酸化水素の酸化剤としての機能を促進する作用を有すると共に研磨速度をより向上させる機能を有する多価金属イオンを含有させることもできる。
多価金属イオンとしては、アルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、錫、アンチモン、タンタル、タングステン、鉛およびセリウムなどの金属のイオンが挙げられる。これらの金属イオンは、単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。
これらの多価金属イオンは、多価金属元素を含む硝酸塩、硫酸塩および酢酸塩等の塩、または多価金属元素を含む錯体を、水系媒体に添加することによって生成させてもよいし、多価金属元素の酸化物を水系媒体に添加することによって生成させてもよい。
また、水系媒体に添加した際には多価金属イオンを生成せずに1価の金属イオンを生成する化合物であっても、その後に酸化剤の作用によって多価金属イオンを生成し得るものであれば、上記多価金属イオンを得るための化合物として用いることができる。
このような多価金属イオンを得るための化合物のうち、得られる多価金属イオンが研磨速度を向上させるという優れた機能を発揮する点で、硝酸鉄が好ましい。
多価金属イオンの含有量は、特定水系分散体に対して、3,000ppm以下であることが好ましく、特に10〜2,000ppmであることが好ましい。
多価金属イオンの含有量は、特定水系分散体に対して、3,000ppm以下であることが好ましく、特に10〜2,000ppmであることが好ましい。
特定水系分散体のpHは、8.5〜11.5であることが好ましく、更に9.0〜11.0であることが好ましく、特に9.5〜11.0であることが好ましい。pHが上記下限未満であると、銅などよりなる被加工層に対するエッチング作用が大きくなることから、ディッシングおよびエロージョンなどが発生しやすくなるおそれがある。一方、pHが上記上限を超える場合には、絶縁膜が過度に研磨されるおそれがあり、そのため、良好な銅ダマシン配線を形成することができないおそれがある。
特定水系分散体のpHを調整する手法としては、酸化剤(D)を構成する硝酸および硫酸等の無機塩の含有量や、成分(B)または炭素数が4以上の脂肪族有機酸(C)を構成する有機酸の含有量を調整する手法、あるいは水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、テトラアルキルアンモニウム塩等のアルカリ成分を添加する手法が挙げられる。
中でも水酸化カリウムは金属との反応性が低いため、pHを調製するために好適に用いることができる。
このような特定水系分散体は、例えば、銅ダマシン配線を形成するための2段階研磨処理、すなわち2段階研磨法における第2研磨処理工程の加工液として好適に用いることができる。特に、本発明に係る特定水系分散体は、銅膜およびバリアメタル膜の各々を同一条件において化学機械研磨した場合に、銅膜の研磨速度(RCu)とバリアメタル膜の研磨速度(RBM)との研磨速度比(RCu/RBM)が50以上である、後述の化学機械研磨用水系分散体と組み合わせて使用することによって、より優れた研磨特性を発揮することができる。
このような特定水系分散体は、例えば、銅ダマシン配線を形成するための2段階研磨処理、すなわち2段階研磨法における第2研磨処理工程の加工液として好適に用いることができる。特に、本発明に係る特定水系分散体は、銅膜およびバリアメタル膜の各々を同一条件において化学機械研磨した場合に、銅膜の研磨速度(RCu)とバリアメタル膜の研磨速度(RBM)との研磨速度比(RCu/RBM)が50以上である、後述の化学機械研磨用水系分散体と組み合わせて使用することによって、より優れた研磨特性を発揮することができる。
なお、本発明に係る特定水系分散体を1段階研磨法の加工液として用いた場合や、2段階研磨法における第1研磨処理工程の加工液として用いた場合には、研磨処理に多くの時間を要すること、また、多量の加工液が必要となることから経済的に不利となることがある。
<化学機械研磨方法>
本発明に係る化学機械研磨方法は、銅膜およびバリアメタル膜の各々を同一条件におい
て化学機械研磨した場合に、銅膜の研磨速度(RCu)とバリアメタル膜の研磨速度(RBM)との研磨速度比(RCu/RBM)が50以上の研磨特性を有する化学機械研磨用水系分散体(以下、「第1研磨用水系分散体」ともいう。)を用いて被研磨面に対して化学機械研磨を行う第1研磨処理工程と、この第1研磨処理工程において化学機械研磨が施された被研磨面に対して、本発明に係る化学機械研磨用水系分散体(特定水系分散体)中でも酸化剤(D)を含有する化学機械研磨用水系分散体(特定水系分散体)を用いて化学機械研磨を行う第2研磨処理工程とを有する。
本発明に係る化学機械研磨方法は、銅膜およびバリアメタル膜の各々を同一条件におい
て化学機械研磨した場合に、銅膜の研磨速度(RCu)とバリアメタル膜の研磨速度(RBM)との研磨速度比(RCu/RBM)が50以上の研磨特性を有する化学機械研磨用水系分散体(以下、「第1研磨用水系分散体」ともいう。)を用いて被研磨面に対して化学機械研磨を行う第1研磨処理工程と、この第1研磨処理工程において化学機械研磨が施された被研磨面に対して、本発明に係る化学機械研磨用水系分散体(特定水系分散体)中でも酸化剤(D)を含有する化学機械研磨用水系分散体(特定水系分散体)を用いて化学機械研磨を行う第2研磨処理工程とを有する。
本発明では、第1研磨処理と第2研磨処理とを、同一の研磨装置を用い、研磨対象体を装着したまま、供給する研磨用水系分散体を順次切り替えることにより連続的に行ってもよく、また、同一の研磨装置を用い、第1研磨処理工程の終了後に研磨対象体を一旦取り出し、供給する研磨用水系分散体を切り替えた後に取り出した研磨対象体を改めて装着して第2研磨処理を実施してもよい。
また、第1研磨処理と第2研磨処理とを別個の研磨装置を用いて実施してもよい。
更に、複数の研磨パッドを備える研磨装置を使用する場合には、第1研磨処理と第2研磨処理とを、異なる研磨パッドを用いて、連続的に実施してもよい。
更に、複数の研磨パッドを備える研磨装置を使用する場合には、第1研磨処理と第2研磨処理とを、異なる研磨パッドを用いて、連続的に実施してもよい。
以下、本発明に係る化学機械研磨方法を図面を用いて詳細に説明するが、本発明は例示した図面に何ら限定されるものではない。
本発明に係る化学機械研磨方法に供される研磨対象体としては、例えば、図1(a)に示すような構造を有する複合基板素材1を挙げることができる。この複合基板素材1は、例えば、シリコン等よりなる基板11と、この基板11の表面に積層され、溝等の配線用凹部が形成された、PETEOS膜(テトラエトキシシランを用いてCVD法により形成された膜)等よりなる絶縁膜12と、絶縁膜12の表面ならびに配線用凹部の底部および内壁面を覆うよう設けられたタンタルや窒化タンタル等よりなるバリアメタル膜13と、上記配線用凹部を充填し、かつバリアメタル膜13上に形成された銅等の金属配線材料よりなる金属膜14とを有する。
本発明に係る化学機械研磨方法に供される研磨対象体としては、例えば、図1(a)に示すような構造を有する複合基板素材1を挙げることができる。この複合基板素材1は、例えば、シリコン等よりなる基板11と、この基板11の表面に積層され、溝等の配線用凹部が形成された、PETEOS膜(テトラエトキシシランを用いてCVD法により形成された膜)等よりなる絶縁膜12と、絶縁膜12の表面ならびに配線用凹部の底部および内壁面を覆うよう設けられたタンタルや窒化タンタル等よりなるバリアメタル膜13と、上記配線用凹部を充填し、かつバリアメタル膜13上に形成された銅等の金属配線材料よりなる金属膜14とを有する。
本発明に係る化学機械研磨方法に供される研磨対象体は、図2(a)に示すように、基板11と絶縁膜12との間にシリコン酸化物等よりなる絶縁膜21と、この絶縁膜21上に形成されたシリコン窒化物等よりなる絶縁膜22を有していてもよい。
本発明に係る化学機械研磨方法は、このような研磨対象体を、例えば、以下のような手順に従って研磨する方法である。まず、第1研磨処理工程において、第1研磨用水系分散体を用いて、金属膜14のうち、配線用凹部に埋設された金属配線部以外の部分の除去すべき金属材料を、所定の面、例えばバリアメタル膜13が露出するまで化学機械研磨する(図1(b)および図2(b)参照)。その後、第2研磨処理工程において、特定水系分散体を用いて、バリアメタル膜13のうち、配線用凹部の底部および内壁面以外の部分に形成された除去すべきバリアメタル膜が完全に除去されるように化学機械研磨する。このとき、同時に絶縁膜12の表面も研磨され、高精度に平坦化されたダマシン配線が形成される(図1(c)および図2(c)参照)。
上記第1研磨用水系分散体は、上述したように銅膜の研磨速度(RCu)とバリアメタル膜の研磨速度(RBM)との研磨速度比(RCu/RBM)が50以上となる研磨特性を有するものである。この研磨速度比(RCu/RBM)は、好ましくは60以上であり、更に好ましくは70以上である。研磨速度比(RCu/RBM)が上記下限未満であると、第1研磨処理終了後、銅膜の除去すべき部分に銅が過剰に残存し、第2研磨処理に多くの時間を要することとなり、また、多量な加工液が必要となるおそれがある。
このような第1研磨用水系分散体は、研磨速度比(RCu/RBM)が上記範囲であれば、その組成は特に限定されるものではないが、例えば、水系媒体中に、砥粒、有機酸、酸化剤、ならびにアンモニアおよびアンモニウムイオンからなる群から選択される少なくとも1種のアンモニア成分を含有することが好ましい。
第1研磨用水系分散体に用いられる水系媒体としては、例えば、本発明に係る特定水系分散体において水系媒体として例示したものが挙げられ、これらのうち、水のみを用いることが好ましい。
第1研磨用水系分散体に用いられる砥粒としては、例えば、特開2005−45229号公報に
記載の第1研磨用水系分散体に用いられる砥粒が挙げられ、中でも二酸化ケイ素、有機粒
子または有機無機複合粒子が好ましく用いられる。
記載の第1研磨用水系分散体に用いられる砥粒が挙げられ、中でも二酸化ケイ素、有機粒
子または有機無機複合粒子が好ましく用いられる。
第1研磨用水系分散体に用いられる有機酸としては、例えば、特開2005−45229号公報
に記載の第1研磨用水系分散体に用いられる砥粒が挙げられ、これらから選択される少な
くとも1種の有機酸を用いることができる。これらのうち、より大きな研磨速度比(RCu/RBM)が得られるという点で、グリシン、アラニン、クエン酸、リンゴ酸、カルボキシベンゾトリアゾール、2−キノリンカルボン酸、2,3−ピリジンジカルボン酸が好ましく用いられる。
に記載の第1研磨用水系分散体に用いられる砥粒が挙げられ、これらから選択される少な
くとも1種の有機酸を用いることができる。これらのうち、より大きな研磨速度比(RCu/RBM)が得られるという点で、グリシン、アラニン、クエン酸、リンゴ酸、カルボキシベンゾトリアゾール、2−キノリンカルボン酸、2,3−ピリジンジカルボン酸が好ましく用いられる。
第1研磨用水系分散体に用いられる酸化剤としては、例えば、本発明に係る特定水系分散体において酸化剤(D)として例示したものが挙げられ、これらから選択される少なくとも1種の酸化剤を用いることができる。これらのうち、過酸化水素または過硫酸塩が好ましく、特に過硫酸アンモニウムが好ましく用いられる。
第1研磨用水系分散体に含まれるアンモニア成分は、アンモニアとして存在していてもよく、アンモニウムイオンとして存在していてもよく、また両者が混在していてもよい。アンモニウムイオンは、遊離した状態で存在していてもよく、酸のアンモニウム塩として存在していてもよく、また両者が混在し、それらの平衡状態として存在していてもよい。このようなアンモニアおよびアンモニウムイオンは、アンモニア水を独立して第1研磨用水系分散体に添加して生成させてもよいが、上述した有機酸のアンモニウム塩または酸化剤として添加した過硫酸アンモニウムなどの無機酸のアンモニウム塩から生成させてもよく、あるいは後述するアニオン性界面活性剤のカウンターカチオンとして添加してもよい。
上記第1研磨用水系分散体は、砥粒、有機酸、酸化剤、ならびにアンモニアおよびアンモニウムイオンからなる群から選択される少なくとも1種のアンモニア成分が、各々下記の割合で含有していることが好ましい。
砥粒の含有量は、第1研磨用水系分散体全体に対して、通常0.001〜3質量%であり、好ましくは0.01〜3質量%であり、より好ましくは0.01〜2.5質量%であり、更に0.01〜2質量%が好ましい。
有機酸の含有量は、第1研磨用水系分散体全体に対して、通常0.01〜10質量%であり、好ましくは0.1〜5質量%である。
酸化剤の含有量は、第1研磨用水系分散体全体に対して、通常0.01〜10質量%であり、好ましくは0.02〜5質量%である。
酸化剤の含有量は、第1研磨用水系分散体全体に対して、通常0.01〜10質量%であり、好ましくは0.02〜5質量%である。
アンモニア成分の含有量は、第1研磨用水系分散体1リットルに対して、通常0.005〜20molであり、好ましくは0.01〜15molであり、更に好ましくはは0.
03〜10molであり、特に0.05〜10molが好ましい。
03〜10molであり、特に0.05〜10molが好ましい。
第1研磨用水系分散体は、必要に応じて、さらに、界面活性剤、消泡剤、金属表面に対する保護膜形成剤などの添加物を含んでいてもよい。
界面活性剤としては、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、水溶性ポリマー等が挙げられ、特にアニオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤または水溶性ポリマーが好ましく用いられる。
界面活性剤としては、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、水溶性ポリマー等が挙げられ、特にアニオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤または水溶性ポリマーが好ましく用いられる。
アニオン系界面活性剤としては、カルボン酸塩、スルホン酸塩、硫酸エステル塩、リン酸エステル塩などを挙げることができる。カルボン酸塩としては、例えば、脂肪酸石鹸、アルキルエーテルカルボン酸塩などを挙げることができ、スルホン酸塩としては、例えば、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩などを挙げることができ、硫酸エステル塩としては、例えば、高級アルコール硫酸エステル塩、アルキルエーテル硫酸塩、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸塩などを挙げることができ、リン酸エステル塩としては、例えば、アルキルリン酸エステル塩などを挙げることができる。これらのうち、スルホン酸塩が好ましく、アルキルベンゼンスルホン酸塩が更に好ましく、ドデシルベンゼンスルホン酸カリウムが特に好ましく用いられる。
非イオン性界面活性剤としては、例えば、ポリエチレングリコール型界面活性剤、アセチレングリコール、アセチレングリコールのエチレンオキサイド付加物、アセチレンアルコール等の非イオン性界面活性剤を挙げることができる。
水溶性ポリマーとしては、例えば、アニオン性ポリマー、カチオン性ポリマー、両性ポリマー、ノニオン性ポリマー等を挙げることができる。アニオン性ポリマーとしては、例えば、ポリアクリル酸およびその塩、ポリメタクリル酸およびその塩、ポリビニルアルコールなどを挙げることができ、カチオン性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンイミン、ポリビニルピロリドンなどを挙げることができ、両性ポリマーとしては、例えば、ポリアクリルアミドなどを挙げることができ、ノニオン性ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等を挙げることができる。
界面活性剤の含有量は、第1研磨用水系分散体全体に対して、20質量%以下であることが好ましく、0.001〜20質量%であることがさらに好ましく、0.01〜10質量%であることがより好ましく、特に好ましくは0.05〜5質量%である。
金属表面に対する保護膜形成剤としては、例えば、ベンゾトリアゾール、ベンゾトリアゾールの誘導体が挙げられ、その含有量は第1研磨用水系分散体全体に対して、5質量%以下であることが好ましく、0.001〜5質量%であることがより好ましく、0.005〜1質量%であることが更に好ましく、特に0.01〜0.5質量%であることが好ましい。
第1研磨用水系分散体のpHは、酸性領域、中性近辺の領域(弱酸性領域から弱アルカリ性領域)およびアルカリ性領域のいずれの値に設定してもよい。酸性領域のpHは2〜4が好ましく、中性近辺の領域のpHは6〜8が好ましく、アルカリ性領域のpHは8〜12が好ましい。これらのうち、中性付近からアルカリ性領域のpH、すなわち、6〜12が好ましい。
本発明に係る化学機械研磨方法による研磨は、市販の化学機械研磨装置(例えば、LGP510、LGP552(以上、ラップマスターSFT(株)製)、EPO−113、EPO−222(以上、(株)荏原製作所製)、Mirra(アプライドマテリアルズ社製
)、AVANTI−472(アイペック社製)等)を用いて、公知の研磨条件で行うことができる。
)、AVANTI−472(アイペック社製)等)を用いて、公知の研磨条件で行うことができる。
好ましい研磨条件としては、第1研磨処理工程および第2研磨処理工程共に、定盤回転数は、通常30〜150rpm、好ましくは40〜130rpmを適用し、ヘッド回転数は、通常30〜150rpm、好ましくは40〜130rpmを適用し、定盤回転数/ヘッド回転数は、通常0.5〜2、好ましくは0.7〜1.5を適用し、研磨用水系分散体供給速度は、通常50〜500ml/分、好ましくは100〜300ml/分を適用することができる。
研磨圧力は、第1研磨処理工程および第2研磨処理工程でそれぞれ異なり、第1研磨工程では通常35〜500g/cm2、好ましくは100〜200g/cm2を適用し、第2研磨工程では211g/cm2(3psi)以下好ましくは35〜140g/cm2を適用することができる。本発明の化学機械研磨方法の第2研磨工程では上記のような低い研磨圧力で研磨しても充分な研磨速度を得ることができる。また低い研磨圧力で研磨を行うことができるため、エネルギー効率が良く、研磨装置への負荷を低減することできる。
具体的な化学機械研磨方法の一態様は、以下の通りであるが、本発明はこれに限定されるものではない。まず、研磨対象体を化学機械研磨装置に装着し、上述の第1研磨用水系分散体を上記研磨用水系分散体供給速度で供給しながら、上記研磨条件で、研磨対象体の金属膜14のうちの除去すべき金属材料をバリアメタル膜13が露出するまで研磨する(第1研磨処理工程)。次いで、供給する研磨用水系分散体を、第1研磨用水系分散体から特定水系分散体に切り替え、上記研磨条件で、研磨対象体のバリアメタル膜13のうちの除去すべき部分が完全に除去されるように研磨して(第2研磨処理工程)、高精度に平坦な研磨面が得られる。なお、第1研磨処理工程と第2研磨処理工程は、同一の定盤上で実施してもよいし、各々別個の定盤上で実施してもよい。
本発明では、第2研磨処理工程の後、化学機械研磨された面に残留する砥粒などを除去することが好ましい。砥粒を除去する手法としては、通常の洗浄方法を用いることができる。例えば、研磨された面に対して、ブラシスクラブ洗浄を行った後、更にアルカリ性洗浄液(例えば、アンモニア:過酸化水素:水=1:1:5(質量比)の混合液)で洗浄することより、研磨された面に付着した砥粒を除去することができる。
被研磨面に吸着した不純物金属種を除去する場合には、洗浄液として、例えば、クエン酸水溶液、フッ化水素酸とクエン酸の混合水溶液、またはフッ化水素酸とエチレンジアミン四酢酸(EDTA)との混合水溶液等を用いることができる。
<化学機械研磨用キット>
本発明に係る化学機械研磨用キットは、上述の第1研磨用水系分散体である化学機械研磨用水系分散体(I)と、本発明に係る特定水系分散体である化学機械研磨用水系分散体(II)との組み合わせからなり、化学機械研磨用水系分散体(I)と(II)は混合状態にない。このような化学機械研磨用キットは、本発明に係る化学機械研磨方法に好適に使用できる。
本発明に係る化学機械研磨用キットは、上述の第1研磨用水系分散体である化学機械研磨用水系分散体(I)と、本発明に係る特定水系分散体である化学機械研磨用水系分散体(II)との組み合わせからなり、化学機械研磨用水系分散体(I)と(II)は混合状態にない。このような化学機械研磨用キットは、本発明に係る化学機械研磨方法に好適に使用できる。
[実施例]
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明は、この実施例により何ら限定されるものではない。
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明は、この実施例により何ら限定されるものではない。
<有機粒子を含む水系分散体の調整>
[有機粒子の水系分散体(1)の調製]
スチレン92部、メタクリル酸4部、ヒドロキシエチルアクリレート4部、ラウリル硫酸アンモニウム0.1部、過硫酸アンモニウム0.5部及びイオン交換水400部を、容量2リットルのフラスコに投入し、窒素ガス雰囲気下、攪拌しながら70℃に昇温し、6時間重合させた。これによりカルボキシル基及びヒドロキシル基を有し、平均粒子径200nmの重合体粒子を含む、有機粒子の水系分散体(1)を得た。
[有機粒子の水系分散体(1)の調製]
スチレン92部、メタクリル酸4部、ヒドロキシエチルアクリレート4部、ラウリル硫酸アンモニウム0.1部、過硫酸アンモニウム0.5部及びイオン交換水400部を、容量2リットルのフラスコに投入し、窒素ガス雰囲気下、攪拌しながら70℃に昇温し、6時間重合させた。これによりカルボキシル基及びヒドロキシル基を有し、平均粒子径200nmの重合体粒子を含む、有機粒子の水系分散体(1)を得た。
なお有機粒子の水系分散体(1)を構成する有機粒子を「有機粒子1」と記す。
[有機粒子の水系分散体(2)の調製]
メチルメタクリレ−ト94.5部、メタクリル酸4部、ジビニルベンゼン(純度;55%)1部、メタクリルアミド0.5部、ラウリル硫酸アンモニウム0.03部、過硫酸アンモニウム0.6部及びイオン交換水400部を、容量2リットルのフラスコに投入し、窒素ガス雰囲気下、攪拌しながら70℃に昇温し、6時間重合させた。これによりカルボキシル基及びアミド基を有し、平均粒子径100nmの重合体粒子を含む、有機粒子の水系分散体(2)を得た。
[有機粒子の水系分散体(2)の調製]
メチルメタクリレ−ト94.5部、メタクリル酸4部、ジビニルベンゼン(純度;55%)1部、メタクリルアミド0.5部、ラウリル硫酸アンモニウム0.03部、過硫酸アンモニウム0.6部及びイオン交換水400部を、容量2リットルのフラスコに投入し、窒素ガス雰囲気下、攪拌しながら70℃に昇温し、6時間重合させた。これによりカルボキシル基及びアミド基を有し、平均粒子径100nmの重合体粒子を含む、有機粒子の水系分散体(2)を得た。
なお有機粒子の水系分散体(2)を構成する有機粒子を「有機粒子2」と記す。
<無機粒子を含む水系分散体の調製>
[コロイダルシリカ粒子を含む水系分散体(1)〜(4)の調製]
容量10リットルのフラスコにアンモニア水(濃度25質量%)350g、イオン交換水300g、エタノール875gおよびテトラエトキシシラン105gを投入し、180rpmで攪拌しながら60℃まで昇温し、この温度のまま2時間攪拌を継続した。その後、冷却し、コロイダルシリカのエタノール分散体を得た。次いで、この分散体について、エバポレータを使用し、80℃にてイオン交換水を添加しながらエタノールを除去する操作を数回繰り返し、平均一次粒子径70nmのコロイダルシリカ(以下、「コロイダルシリカ3」とも記す。)を15質量%含む、水分散体(3)を調製した。
<無機粒子を含む水系分散体の調製>
[コロイダルシリカ粒子を含む水系分散体(1)〜(4)の調製]
容量10リットルのフラスコにアンモニア水(濃度25質量%)350g、イオン交換水300g、エタノール875gおよびテトラエトキシシラン105gを投入し、180rpmで攪拌しながら60℃まで昇温し、この温度のまま2時間攪拌を継続した。その後、冷却し、コロイダルシリカのエタノール分散体を得た。次いで、この分散体について、エバポレータを使用し、80℃にてイオン交換水を添加しながらエタノールを除去する操作を数回繰り返し、平均一次粒子径70nmのコロイダルシリカ(以下、「コロイダルシリカ3」とも記す。)を15質量%含む、水分散体(3)を調製した。
エタノールとテトラエトキシシラン量を変量する以外は略同様にして、平均一次粒子径15nmのコロイダルシリカ(以下、「コロイダルシリカ1」とも記す。)を含む水系分散体(1)を調製した。
エタノールとテトラエトキシシラン量を変量する以外は略同様にして、平均一次粒子径45nmのコロイダルシリカ(以下、「コロイダルシリカ2」とも記す。)を含む水系分散体(2)を調製した。
エタノールとテトラエトキシシラン量を変量する以外は略同様にして、平均一次粒子径200nmのコロイダルシリカ(以下、「コロイダルシリカ4」とも記す。)を含む水系分散体(4)を調製した。
<第1研磨処理工程に用いる研磨用水系分散体の調製>
〔第1研磨用水系分散体の調製例1〕
超音波分散機を用い、ヒュームドシリカ粒子(日本アエロジル(株)製、商品名「アエロジル#90」、一次粒子径20nm、二次粒子径220nm)2kgを、イオン交換水6.7kg中に分散させることによって分散液を得た。これを孔径5μmのフィルターによって濾過することにより、ヒュームドシリカ粒子を含有する水系分散体を調製した。
〔第1研磨用水系分散体の調製例1〕
超音波分散機を用い、ヒュームドシリカ粒子(日本アエロジル(株)製、商品名「アエロジル#90」、一次粒子径20nm、二次粒子径220nm)2kgを、イオン交換水6.7kg中に分散させることによって分散液を得た。これを孔径5μmのフィルターによって濾過することにより、ヒュームドシリカ粒子を含有する水系分散体を調製した。
次いで、ポリエチレン製の瓶に、シリカの質量換算で1.2質量%に相当する量のヒュームドシリカ粒子を含有する上記水系分散体を仕込み、これに、キナルジン酸を0.5質量%相当量と、サーフィノール465(商品名、三重結合を有する非イオン系界面活性剤、エアープロダクツジャパン(株)製)を0.05質量%相当量と、過硫酸アンモニウムを1.0質量%相当量とを添加し、更にイオン交換水で希釈した後、十分に攪拌した。次
いで、水酸化カリウム水溶液によりpHを9.5に調整した後、孔径5μmのフィルターで濾過することにより、第1研磨用水系分散体を調製した。
いで、水酸化カリウム水溶液によりpHを9.5に調整した後、孔径5μmのフィルターで濾過することにより、第1研磨用水系分散体を調製した。
〔第1研磨用水系分散体の研磨性能テスト〕
化学機械研磨装置(アプライドマテリアル社製、型式「Mirra」)に、下記の研磨速度測定用加工膜が設けられた研磨性能テスト用基板の各々を装着し、多孔質ポリウレタン製研磨パッド(ロームアンドハース社製、品番「IC1000」)を用いて、上記第1研磨用水系分散体を供給しながら、下記研磨条件にて1分間研磨処理を行い、下記の手法によって研磨速度を算出した。
化学機械研磨装置(アプライドマテリアル社製、型式「Mirra」)に、下記の研磨速度測定用加工膜が設けられた研磨性能テスト用基板の各々を装着し、多孔質ポリウレタン製研磨パッド(ロームアンドハース社製、品番「IC1000」)を用いて、上記第1研磨用水系分散体を供給しながら、下記研磨条件にて1分間研磨処理を行い、下記の手法によって研磨速度を算出した。
(研磨性能テスト用基板)
・8インチ熱酸化膜付きシリコン基板上に膜厚15,000Åの銅膜が設けられたもの。・8インチ熱酸化膜付きシリコン基板上に膜厚2,000Åのタンタル膜が設けられたもの。
・8インチ熱酸化膜付きシリコン基板上に膜厚2,000Åの窒化タンタル膜が設けられたもの。
・8インチ熱酸化膜付きシリコン基板上に膜厚15,000Åの銅膜が設けられたもの。・8インチ熱酸化膜付きシリコン基板上に膜厚2,000Åのタンタル膜が設けられたもの。
・8インチ熱酸化膜付きシリコン基板上に膜厚2,000Åの窒化タンタル膜が設けられたもの。
(研磨条件)
・ヘッド回転数:100rpm
・ヘッド荷重(研磨圧力):140g/cm2
・テーブル回転数:100rpm
・化学機械研磨用水系分散体の供給量:250ml/min
(研磨速度の算出)
電気伝導式膜厚測定器(ケーエルエー・テンコール(株)製、形式「オムニマップRS75」)を用いて、研磨処理後の膜厚を測定し、研磨されて減少した膜厚と研磨時間とから研磨速度を算出した。
・ヘッド回転数:100rpm
・ヘッド荷重(研磨圧力):140g/cm2
・テーブル回転数:100rpm
・化学機械研磨用水系分散体の供給量:250ml/min
(研磨速度の算出)
電気伝導式膜厚測定器(ケーエルエー・テンコール(株)製、形式「オムニマップRS75」)を用いて、研磨処理後の膜厚を測定し、研磨されて減少した膜厚と研磨時間とから研磨速度を算出した。
(研磨速度の算出結果)
・銅膜の研磨速度(RCu):5600Å/min
・タンタル膜の研磨速度(RBM):25Å/min
・窒化タンタル膜の研磨速度(RBM):30Å/min
・銅膜の研磨速度/タンタル膜の研磨速度(RCu/RBM):228
・銅膜の研磨速度/窒化タンタル膜の研磨速度(RCu/RBM):187
<2段階研磨処理に供する研磨対象体の作製>
〔研磨対象基板の作製例1〕
シリコンからなる基板表面に、PETEOS膜(絶縁膜)を積層し、その表面にフォトリソグラフィーにより深さ1μm、幅100μmの溝部を有するパターンを形成した。次いで、絶縁膜の表面に、厚さ300Åの窒化タンタル膜よりなるバリアメタル膜をスパッタリングにより形成した。その後、底部および内壁面を窒化タンタル膜で覆われた溝内に銅を充填するために、厚さ1.3μm(13000Å)の銅膜をスパッタリングおよびめっきにより堆積し、基板表面に、PETEOS膜とタンタル膜と銅膜がこの順に積層され、かつ溝部に銅が充填された研磨対象基板(1)を作製した。
・銅膜の研磨速度(RCu):5600Å/min
・タンタル膜の研磨速度(RBM):25Å/min
・窒化タンタル膜の研磨速度(RBM):30Å/min
・銅膜の研磨速度/タンタル膜の研磨速度(RCu/RBM):228
・銅膜の研磨速度/窒化タンタル膜の研磨速度(RCu/RBM):187
<2段階研磨処理に供する研磨対象体の作製>
〔研磨対象基板の作製例1〕
シリコンからなる基板表面に、PETEOS膜(絶縁膜)を積層し、その表面にフォトリソグラフィーにより深さ1μm、幅100μmの溝部を有するパターンを形成した。次いで、絶縁膜の表面に、厚さ300Åの窒化タンタル膜よりなるバリアメタル膜をスパッタリングにより形成した。その後、底部および内壁面を窒化タンタル膜で覆われた溝内に銅を充填するために、厚さ1.3μm(13000Å)の銅膜をスパッタリングおよびめっきにより堆積し、基板表面に、PETEOS膜とタンタル膜と銅膜がこの順に積層され、かつ溝部に銅が充填された研磨対象基板(1)を作製した。
[実施例1]
<第2研磨処理工程に用いる特定水系分散体の調製>
〔特定水系分散体(1)の調製例〕
ポリエチレン製の瓶に、固形分換算で5.00質量部相当量のコロイダルシリカ粒子を含む水系分散体(1)を仕込み、これに、固形分換算で0.10質量部相当量の有機粒子の水系分散体(1)、キナルジン酸0.20質量部と、マレイン酸0.60質量部と、過酸化水素0.60質量部とを順次配合し、15分間攪拌した。次いで、水酸化カリウムと
イオン交換水とを全構成成分の合計量が100質量部となるように加え、孔径5μmのフィルターで濾過することにより、pHが10.2の特定水系成分(1)を得た。
<第2研磨処理工程に用いる特定水系分散体の調製>
〔特定水系分散体(1)の調製例〕
ポリエチレン製の瓶に、固形分換算で5.00質量部相当量のコロイダルシリカ粒子を含む水系分散体(1)を仕込み、これに、固形分換算で0.10質量部相当量の有機粒子の水系分散体(1)、キナルジン酸0.20質量部と、マレイン酸0.60質量部と、過酸化水素0.60質量部とを順次配合し、15分間攪拌した。次いで、水酸化カリウムと
イオン交換水とを全構成成分の合計量が100質量部となるように加え、孔径5μmのフィルターで濾過することにより、pHが10.2の特定水系成分(1)を得た。
〔特定水系分散体(1)の研磨性能テスト〕
化学機械研磨装置(アプライドマテリアル社製、型式「Mirra」)に、下記の研磨速度測定用加工膜が設けられた研磨性能テスト用基板の各々を装着し、多孔質ポリウレタン製研磨パッド(ロームアンドハース社製、品番「IC1000」)を用いて、上記第1研磨用水系分散体を供給しながら、下記研磨条件にて1分間研磨処理を行い、下記の手法によって研磨速度を算出した。結果を表1に示す。
(研磨性能テスト用基板)
・8インチ熱酸化膜付きシリコン基板上に膜厚15,000Åの銅膜が設けられたもの。・8インチ熱酸化膜付きシリコン基板上に膜厚2,000Åの窒化タンタル膜が設けられたもの。
・8インチPETEOS膜(膜厚10,000Å)付きシリコン基板。
(研磨条件)
・ヘッド回転数:100rpm
・ヘッド荷重(研磨圧力):100g/cm2
・テーブル回転数:100rpm
・化学機械研磨用水系分散体の供給量:200ml/min
(研磨速度の算出)
銅膜、タンタル膜および窒化タンタル膜については、電気伝導式膜厚測定器(ケーエルエー・テンコール(株)製、形式「オムニマップRS75」)を用いて、研磨処理後の膜厚を測定し、研磨されて減少した膜厚と研磨時間とから研磨速度を算出した。
化学機械研磨装置(アプライドマテリアル社製、型式「Mirra」)に、下記の研磨速度測定用加工膜が設けられた研磨性能テスト用基板の各々を装着し、多孔質ポリウレタン製研磨パッド(ロームアンドハース社製、品番「IC1000」)を用いて、上記第1研磨用水系分散体を供給しながら、下記研磨条件にて1分間研磨処理を行い、下記の手法によって研磨速度を算出した。結果を表1に示す。
(研磨性能テスト用基板)
・8インチ熱酸化膜付きシリコン基板上に膜厚15,000Åの銅膜が設けられたもの。・8インチ熱酸化膜付きシリコン基板上に膜厚2,000Åの窒化タンタル膜が設けられたもの。
・8インチPETEOS膜(膜厚10,000Å)付きシリコン基板。
(研磨条件)
・ヘッド回転数:100rpm
・ヘッド荷重(研磨圧力):100g/cm2
・テーブル回転数:100rpm
・化学機械研磨用水系分散体の供給量:200ml/min
(研磨速度の算出)
銅膜、タンタル膜および窒化タンタル膜については、電気伝導式膜厚測定器(ケーエルエー・テンコール(株)製、形式「オムニマップRS75」)を用いて、研磨処理後の膜厚を測定し、研磨されて減少した膜厚と研磨時間とから研磨速度を算出した。
PETEOS膜については、光干渉式膜測定器(SENTEC社製、形式「FPT500」)を用いて、研磨処理後の膜厚を測定し、研磨されて減少した膜厚と研磨時間とから研磨速度を算出した。
〔研磨対象基板の化学機械研磨処理〕
(1)第1研磨処理工程
化学機械研磨装置(アプライドマテリアル社製、型式「Mirra」)に、下記の研磨速度測定用加工膜が設けられた研磨性能テスト用基板の各々を装着し、多孔質ポリウレタン製研磨パッド(ロームアンドハース社製、品番「IC1000」)を用いて、上記第1研磨用水系分散体を供給しながら、下記研磨条件にて3.25分間研磨処理を行った。
(1)第1研磨処理工程
化学機械研磨装置(アプライドマテリアル社製、型式「Mirra」)に、下記の研磨速度測定用加工膜が設けられた研磨性能テスト用基板の各々を装着し、多孔質ポリウレタン製研磨パッド(ロームアンドハース社製、品番「IC1000」)を用いて、上記第1研磨用水系分散体を供給しながら、下記研磨条件にて3.25分間研磨処理を行った。
この第1研磨処理工程終了後に、被研磨面における幅100μmの銅配線部分に生じたディッシングの大きさを、表面粗さ計(KLA−Tencor社製、型式「P−10」)を用いて測定したところ、500Åであった。ここで、「ディッシングの大きさ」とは、基板表面上の絶縁膜またはバリアメタル膜により形成される平面と、銅配線部分の最低部位との距離(高低差)を示す。
(研磨条件)
・ヘッド回転数:100rpm
・ヘッド荷重(研磨圧力):100g/cm2
・テーブル回転数:100rpm
・化学機械研磨用水系分散体の供給量:200ml/min
なお、第1研磨処理工程における研磨時間は、下記の式により算出した。
(研磨条件)
・ヘッド回転数:100rpm
・ヘッド荷重(研磨圧力):100g/cm2
・テーブル回転数:100rpm
・化学機械研磨用水系分散体の供給量:200ml/min
なお、第1研磨処理工程における研磨時間は、下記の式により算出した。
研磨時間(min)=T1/RCu×1.3
ここで、T1は銅層の厚さを示し、RCuは銅膜の研磨速度を示す。本実施例では、T1=13000Å、RCu=5600Å/minである。
ここで、T1は銅層の厚さを示し、RCuは銅膜の研磨速度を示す。本実施例では、T1=13000Å、RCu=5600Å/minである。
(2)第2研磨処理工程
上記第1研磨処理工程終了後、供給する加工液を、第1研磨用水系分散体から特定水系分散体(1)に切り替え、研磨圧力を140g/cm2とし、第1研磨処理工程に引き続
き、下記式により算出される研磨時間で研磨処理を行った。
上記第1研磨処理工程終了後、供給する加工液を、第1研磨用水系分散体から特定水系分散体(1)に切り替え、研磨圧力を140g/cm2とし、第1研磨処理工程に引き続
き、下記式により算出される研磨時間で研磨処理を行った。
研磨時間(min)=T2/RBM+(D−T2)/RIn
ここで、T2はバリアメタル層の厚さを示し、RBMはバリアメタル膜の研磨速度を示し
、Dは第1研磨処理工程において被研磨面における幅100μmの銅配線部分に生じたディッシングの大きさを示し、RInは絶縁膜の研磨速度を示す。本実施例では、T2=30
0Å、D=800Åである。
ここで、T2はバリアメタル層の厚さを示し、RBMはバリアメタル膜の研磨速度を示し
、Dは第1研磨処理工程において被研磨面における幅100μmの銅配線部分に生じたディッシングの大きさを示し、RInは絶縁膜の研磨速度を示す。本実施例では、T2=30
0Å、D=800Åである。
第2研磨処理工程終了後に、研磨対象基板(1)および研磨対象基板(2)の被研磨面における幅100μmの銅配線部分に生じたディッシングの大きさを、表面粗さ計(KLA−Tencor社製、型式「P−10」)を用いて測定した。
第2研磨処理工程終了後に、研磨対象基板(1)および研磨対象基板(2)の被研磨面における幅0.25um/0.25umの銅配線部分に生じたエロージョンの大きさについても表面粗さ計(KLA−Tencor社製、型式「P−10」)を用いて測定した。
これらの結果を表1に示す。
第二研磨処理工程で研磨した8インチ熱酸化膜付きシリコン基板上に膜厚15,000Åの銅膜が設けられた基板のスクラッチ発生状況を光学顕微鏡(オリンパス社製)の暗視野観察で実施した。結果を表1に示す。
第二研磨処理工程で研磨した8インチ熱酸化膜付きシリコン基板上に膜厚15,000Åの銅膜が設けられた基板のスクラッチ発生状況を光学顕微鏡(オリンパス社製)の暗視野観察で実施した。結果を表1に示す。
[実施例2]
特定水系分散体(1)の各成分を表1に示した成分および重量部に変更した以外は、実施例1の特定水系分散体の調製例1と同様に配合し、15分間攪拌した。次いで、水酸化カリウムとイオン交換水とを全構成成分の合計量が100質量部となるように加え、孔径5μmのフィルターで濾過することにより、pHが10.0の特定水系成分(2)を得た。
特定水系分散体(1)の各成分を表1に示した成分および重量部に変更した以外は、実施例1の特定水系分散体の調製例1と同様に配合し、15分間攪拌した。次いで、水酸化カリウムとイオン交換水とを全構成成分の合計量が100質量部となるように加え、孔径5μmのフィルターで濾過することにより、pHが10.0の特定水系成分(2)を得た。
また、得た特定水系分散体(2)について、実施例1と同様にして、研磨性能テストおよび研磨対象基板の化学機械研磨処理を行った。結果を表1に示す。
[実施例3]
特定水系分散体(1)の各成分を表1に示した成分および重量部に変更した以外は、実施例1の特定水系分散体の調製例1と同様に配合し、15分間攪拌した。次いで、水酸化カリウムとイオン交換水とを全構成成分の合計量が100質量部となるように加え、孔径5μmのフィルターで濾過することにより、pHが10.2の特定水系成分(3)を得た。
[実施例3]
特定水系分散体(1)の各成分を表1に示した成分および重量部に変更した以外は、実施例1の特定水系分散体の調製例1と同様に配合し、15分間攪拌した。次いで、水酸化カリウムとイオン交換水とを全構成成分の合計量が100質量部となるように加え、孔径5μmのフィルターで濾過することにより、pHが10.2の特定水系成分(3)を得た。
また、得た特定水系分散体(3)において、研磨圧力を125g/cm2とした以外は
実施例1と同様にして、研磨性能テストおよび研磨対象基板の化学機械研磨処理を行った。結果を表1に示す。
実施例1と同様にして、研磨性能テストおよび研磨対象基板の化学機械研磨処理を行った。結果を表1に示す。
[実施例4]
特定水系分散体(1)の各成分を表1に示した成分および重量部に変更した以外は、実施例1の特定水系分散体の調製例1と同様に配合し、15分間攪拌した。次いで、水酸化カリウムとイオン交換水とを全構成成分の合計量が100質量部となるように加え、孔径5μmのフィルターで濾過することにより、pHが9.6の特定水系成分(4)を得た。
特定水系分散体(1)の各成分を表1に示した成分および重量部に変更した以外は、実施例1の特定水系分散体の調製例1と同様に配合し、15分間攪拌した。次いで、水酸化カリウムとイオン交換水とを全構成成分の合計量が100質量部となるように加え、孔径5μmのフィルターで濾過することにより、pHが9.6の特定水系成分(4)を得た。
また、得た特定水系分散体(4)について、実施例1と同様にして、研磨性能テストお
よび研磨対象基板の化学機械研磨処理を行った。結果を表1に示す。
[実施例5]
特定水系分散体(1)の各成分を表1に示した成分および重量部に変更した以外は、実施例1の特定水系分散体の調製例1と同様に配合し、15分間攪拌した。次いで、水酸化カリウムとイオン交換水とを全構成成分の合計量が100質量部となるように加え、孔径5μmのフィルターで濾過することにより、pHが9.9の特定水系成分(5)を得た。
よび研磨対象基板の化学機械研磨処理を行った。結果を表1に示す。
[実施例5]
特定水系分散体(1)の各成分を表1に示した成分および重量部に変更した以外は、実施例1の特定水系分散体の調製例1と同様に配合し、15分間攪拌した。次いで、水酸化カリウムとイオン交換水とを全構成成分の合計量が100質量部となるように加え、孔径5μmのフィルターで濾過することにより、pHが9.9の特定水系成分(5)を得た。
また、得た特定水系分散体(5)について、実施例1と同様にして、研磨性能テストおよび研磨対象基板の化学機械研磨処理を行った。結果を表1に示す。
[比較例1]
特定水系分散体(1)の各成分を表1に示した成分および重量部に変更した以外は、実施例1の特定水系分散体の調製例1と同様に配合し、15分間攪拌した。次いで、水酸化カリウムとイオン交換水とを全構成成分の合計量が100質量部となるように加え、孔径5μmのフィルターで濾過することにより、pHが10.1の特定水系成分(6)を得た。
[比較例1]
特定水系分散体(1)の各成分を表1に示した成分および重量部に変更した以外は、実施例1の特定水系分散体の調製例1と同様に配合し、15分間攪拌した。次いで、水酸化カリウムとイオン交換水とを全構成成分の合計量が100質量部となるように加え、孔径5μmのフィルターで濾過することにより、pHが10.1の特定水系成分(6)を得た。
また、得た特定水系分散体(6)について、実施例1と同様にして、研磨性能テストおよび研磨対象基板の化学機械研磨処理を行った。結果を表1に示す。
[比較例2]
特定水系分散体(1)の各成分を表1に示した成分および重量部に変更した以外は、実施例1の特定水系分散体の調製例1と同様に配合し、15分間攪拌した。次いで、水酸化カリウムとイオン交換水とを全構成成分の合計量が100質量部となるように加え、孔径5μmのフィルターで濾過することにより、pHが10.3の特定水系成分(7)を得た。
[比較例2]
特定水系分散体(1)の各成分を表1に示した成分および重量部に変更した以外は、実施例1の特定水系分散体の調製例1と同様に配合し、15分間攪拌した。次いで、水酸化カリウムとイオン交換水とを全構成成分の合計量が100質量部となるように加え、孔径5μmのフィルターで濾過することにより、pHが10.3の特定水系成分(7)を得た。
また、得た特定水系分散体(7)について、実施例1と同様にして、研磨性能テストおよび研磨対象基板の化学機械研磨処理を行った。結果を表1に示す。
[比較例3]
特定水系分散体(1)の各成分を表1に示した成分および重量部に変更した以外は、実施例1の特定水系分散体の調製例1と同様に配合し、15分間攪拌した。次いで、水酸化カリウムとイオン交換水とを全構成成分の合計量が100質量部となるように加え、孔径5μmのフィルターで濾過することにより、pHが10.7の特定水系成分(8)を得た。
[比較例3]
特定水系分散体(1)の各成分を表1に示した成分および重量部に変更した以外は、実施例1の特定水系分散体の調製例1と同様に配合し、15分間攪拌した。次いで、水酸化カリウムとイオン交換水とを全構成成分の合計量が100質量部となるように加え、孔径5μmのフィルターで濾過することにより、pHが10.7の特定水系成分(8)を得た。
また、得た特定水系分散体(8)について、実施例1と同様にして、研磨性能テストおよび研磨対象基板の化学機械研磨処理を行った。結果を表1に示す。
本発明は半導体装置の製造工程に適用することができ、その結果、良好な銅ダマシン配線を有する半導体装置を製造することができる。
1 複合基板素材
11 基板(例えば、シリコン製)
12 絶縁膜(例えば、PETEOS製)
13 バリアメタル膜
14 金属膜
21 絶縁膜(例えば、シリコン酸化物製)
22 絶縁膜(例えば、シリコン窒化物製)
11 基板(例えば、シリコン製)
12 絶縁膜(例えば、PETEOS製)
13 バリアメタル膜
14 金属膜
21 絶縁膜(例えば、シリコン酸化物製)
22 絶縁膜(例えば、シリコン窒化物製)
Claims (16)
- 有機粒子とコロイダルシリカとを含む砥粒(A)と、キノリンカルボン酸およびピリジンカルボン酸の少なくともいずれか一方よりなる成分(B)と、炭素数が4以上の脂肪族有機酸(C)とを含有し、
コロイダルシリカの平均一次粒子径が10〜300nmであり、
有機粒子の平均粒子径がコロイダルシリカの平均一次粒子径より大きいことを特徴とする化学機械研磨用水系分散体。 - さらに酸化剤(D)を含むことを特徴とする請求項1に記載の化学機械研磨用水系分散体。
- 銅膜、バリアメタル膜および絶縁膜の各々を同一条件において化学機械研磨した場合に、バリアメタル膜の研磨速度(RBM)と銅膜の研磨速度(RCu)との研磨速度比(RBM/RCu)が2〜5の範囲であり、かつ、絶縁膜の研磨速度(RIn)と銅膜の研磨速度(RCu)との研磨速度比(RIn/RCu)が0.95〜3.5の範囲であることを特徴とする請求項2に記載の化学機械研磨用水系分散体。
- 酸化剤(D)が過酸化水素からなることを特徴とする請求項2または3に記載の化学機械研磨用水系分散体。
- 前記有機粒子とコロイダルシリカとの重量比が、有機粒子:コロイダルシリカ=
1:100〜100:1の範囲である請求項1〜4のいずれかに記載の化学機械研磨用水系分散体。 - pHが8.5〜11.5であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の化学機械研磨用水系分散体。
- 基板表面上に、少なくとも、溝部を有する絶縁膜とバリアメタル膜と銅膜とがこの順で積層された研磨対象体を、2段階研磨処理により化学機械研磨する方法であって、
銅膜およびバリアメタル膜の各々を同一条件において化学機械研磨した場合に、銅膜の研磨速度(RCu)とバリアメタル膜の研磨速度(RBM)との研磨速度比(RCu/RBM)が50以上である化学機械研磨用水系分散体を用いて、前記研磨対象体の銅膜の除去すべき部分をバリアメタル膜が露出するまで化学機械研磨して除去する第1研磨処理工程と、
この第1研磨処理工程において化学機械研磨が施された被研磨面に対して、
銅膜、バリアメタル膜および絶縁膜の各々を同一条件において化学機械研磨した場合に、バリアメタル膜の研磨速度(RBM)と銅膜の研磨速度(RCu)との研磨速度比(RBM/RCu)が2〜5の範囲であり、かつ、絶縁膜の研磨速度(RIn)と銅膜の研磨速度(RCu)との研磨速度比(RIn/RCu)が0.95〜3.5の範囲である化学機械研磨用水系分散体を用いて、前記研磨対象体のバリアメタル膜の除去すべき部分を化学機械研磨により除去する第2研磨処理工程とを有し、
第2研磨処理工程に用いられる前記化学機械研磨用水系分散体が、有機粒子とコロイダルシリカとを含む砥粒(A)と、キノリンカルボン酸およびピリジンカルボン酸の少なくともいずれか一方よりなる成分(B)と、炭素数が4以上の脂肪族有機酸(C)と、酸化剤(D)とを含有し
コロイダルシリカの平均一次粒子径が10〜300nmであり、
有機粒子の平均粒子径がコロイダルシリカの平均一次粒子径より大きいことを特徴とする化学機械研磨方法。 - 第2研磨処理工程に用いられる前記化学機械研磨用水系分散体に含まれる酸化剤(D)
が過酸化水素からなることを特徴とする請求項7に記載の化学機械研磨方法。 - 第2研磨処理工程に用いられる前記化学機械研磨用水系分散体に含まれる有機粒子とコロイダルシリカとの重量比が、有機粒子:コロイダルシリカ=1:100〜100:1の範囲であることを特徴とする請求項7または8に記載の化学機械研磨方法。
- 第2研磨処理工程に用いられる前記化学機械研磨用水系分散体のpHが8.5〜11.5であることを特徴とする請求項7〜9のいずれかに記載の化学機械研磨方法。
- 第2研磨処理工程の研磨時の研磨圧力が211g/cm2以下であることを特徴とする
請求項7〜10のいずれかに記載の化学機械研磨方法。 - 2種類の化学機械研磨用水系分散体(I)と(II)との組み合わせからなる化学機械研磨用キットであって、
化学機械研磨用水系分散体(I)と化学機械研磨用水系分散体(II)とは混合状態になく、
前記化学機械研磨用水系分散体(I)は、砥粒と有機酸と酸化剤とを含有する水系分散体であり、かつ該水系分散体にはアンモニアおよびアンモニウムイオンからなる群から選択される少なくとも1種のアンモニア成分が含まれ、銅膜およびバリアメタル膜の各々を同一条件において化学機械研磨した場合に、銅膜の研磨速度(RCu)とバリアメタル膜の研磨速度(RBM)との研磨速度比(RCu/RBM)が50以上であり、
前記化学機械研磨用水系分散体(II)は、有機粒子とコロイダルシリカとを含む砥粒(A)と、キノリンカルボン酸およびピリジンカルボン酸の少なくともいずれか一方よりなる成分(B)と、炭素数が4以上の脂肪族有機酸(C)とを含有し
コロイダルシリカの平均一次粒子径が10〜300nmであり、
有機粒子の平均粒子径がコロイダルシリカの平均一次粒子径より大きく、
銅膜、バリアメタル膜および絶縁膜の各々を同一条件において化学機械研磨した場合に、バリアメタル膜の研磨速度(RBM)と銅膜の研磨速度(RCu)との研磨速度比(RBM/RCu)が2〜5の範囲であり、かつ、絶縁膜の研磨速度(RIn)と銅膜の研磨速度(RCu)との研磨速度比(RIn/RCu)が0.95〜3.5であることを特徴とする化学機械研磨用キット。 - 前記化学機械研磨用水系分散体(II)にさらに酸化剤(D)を含むことを特徴とする請求項12に記載の化学機械研磨用キット。
- 前記化学機械研磨用水系分散体(II)に含まれる酸化剤(D)が過酸化水素からなることを特徴とする請求項13に記載の化学機械研磨用キット。
- 前記化学機械研磨用水系分散体(II)に含まれる有機粒子とコロイダルシリカとの重量比が、有機粒子:コロイダルシリカ=1:100〜100:1の範囲であることを特徴とする請求項12〜14のいずれかに記載の化学機械研磨用キット。
- 前記化学機械研磨用水系分散体(II)のpHが8.5〜11.5であることを特徴とする請求項12〜15のいずれかに記載の化学機械研磨用キット。
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