JP4253141B2 - 化学機械研磨用スラリおよび半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）用スラリに関し、特にＤＲＡＭや高速ロジックＬＳＩに搭載されるＡｌ、Ｃｕ、Ｗなどの金属を主成分とするダマシン配線を形成するためのＣＭＰ用スラリ及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、半導体装置の製造技術では、ＬＳＩの高性能化に伴い、配線の微細化、高密度化及び多層化が急速に進んでいる。また、デザインルールが縮小化されていくばかりではなく、新しい材料の導入も活発に行われている。例えば、配線材料にはＣｕを主成分とするものや有機系や多孔質など低誘電率系の層間絶縁膜（ＩＬＤ）などの開発が進んでいる。
【０００３】
特に、ＣＭＰ技術は配線および接続配線を絶縁膜に埋め込み形成するデュアルダマシンプロセスに適用すると工程数が削減できる。また、ＣＭＰ技術はウエハ最表面の凸凹を緩和することができるため、リソグラフィプロセスのフォーカスマージンを確保することもできる。さらに、ＣＭＰ技術はＣｕなどドライエッチングが困難である材料で配線を形成することも可能である。
【０００４】
現在のメタルダマシン配線プロセスでは、スループットを向上させるために高研磨速度が望まれている。また、高性能配線を形成するためには、配線などのメタル部および層間絶縁膜などの低エロージョン（erosion）と、配線などのメタル部および層間絶縁膜などの低スクラッチを達成できるＣＭＰプロセスが望まれている。ここで、エロージョンとはＣＭＰ方法において配線などのオーバーポリッシングで生じるディッシングによるメタルロスと、絶縁膜のオーバーポリッシングで生じるシニングによるメタルロスを意味する。
【０００５】
ＣＭＰ特性は、主にスラリと研磨パッドにより決定される。研磨パッドは、低エロージョンを得るために、ある程度の堅さは必要である。現在、Ｒｏｄｅｌ社で市販されているハードパッド（ＩＣ１０００−Ｐａｄ）よりも柔らかい研磨パッドでは一般的なスラリを用いてもエロージョンを制御することが困難である。
【０００６】
しかしながら、前記ハードパッドでは、低エロージョンは実現できるが、スラリ中に含まれる粗大粒子、過度の凝集体によるスクラッチあるいはスクラッチに起因する膜剥がれを生じる虞がある。つまり、現状では低エロージョンと低スクラッチ化はトレードオフの関係にある。したがって、低エロージョン及び低スクラッチの両方を実現するためには、スラリ側の改善を図る必要がある。
【０００７】
ＣＭＰ用スラリは、例えば水に研磨粒子を分散させた組成を有する。この研磨粒子は、従来、フュームド法で形成されたシリカやアルミナが用いられている。この研磨粒子は、安価で、高純度である特徴を有する。また、フュームド法で形成された粒子は、製造過程で凝集体（二次粒子）が形成され、これが研磨速度を高める作用をなすと考えられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フュームド法で形成された粒子は、一次粒子径のバラツキが大きく、二次粒子が大きすぎ、さらに粗大粒子が形成され易いために、ＣＭＰ特性を厳格にコントロールすることが困難になる。
【０００９】
本発明の目的は、導電性材料膜のＣＭＰ処理に際し、低エロージョンおよび低スクラッチ化を図ることが可能なＣＭＰ用スラリを提供することである。
【００１０】
本発明の別の目的は、導電性材料膜のＣＭＰ処理に際し、ＣＭＰの高速化と低エロージョンおよび低スクラッチ化とを図ることが可能なＣＭＰ用スラリを提供することである。
【００１１】
本発明のさらに別の目的は、絶縁膜の配線溝に埋込まれた低エロージョンおよび低スクラッチの配線（例えばダマシン配線）の形成を可能にした半導体装置の製造方法を提供することである。
【００１２】
本発明のさらに別の目的は、絶縁膜の配線溝に導電性バリア膜を介して埋込まれた低エロージョンおよび低スクラッチの配線（例えばダマシン配線）の形成を可能にした半導体装置の製造方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、一次粒子径が５〜２０ｎｍの第１コロイダルシリカ粒子と、一次粒子径が２０ｎｍを超える大きさで、前記第１コロイダルシリカ粒子と同一材料の第２コロイダルシリカ粒子とを含み、かつ前記第１、第２のコロイダルシリカ粒子の合量に占める前記第１コロイダルシリカ粒子が重量比で０．６〜０．９である研磨粒子を含有することを特徴とするＣＭＰ用スラリが提供される。
【００１５】
さらに本発明によると、半導体基板上に形成された絶縁膜表面に配線溝を形成する工程と、
前記配線溝内部を含む前記絶縁膜上に導電性材料膜を堆積させる工程と、
一次粒子径が５〜２０ｎｍの第１コロイダルシリカ粒子と、一次粒子径が２０ｎｍを超える大きさで、前記第１コロイダルシリカ粒子と同一材料の第２コロイダルシリカ粒子とを含み、かつ前記第１、第２のコロイダルシリカ粒子の合量に占める前記第１コロイダルシリカ粒子が重量比で０．６〜０．９である研磨粒子を含有する化学機械研磨用スラリを少なくとも用いて前記導電性材料膜を化学機械研磨し、前記配線溝に埋込まれた前記導電性材料膜以外の導電性材料膜を除去する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００１６】
さらに本発明によると、半導体基板上に形成された絶縁膜表面に配線溝を形成する工程と、
前記配線溝の内面を含む前記絶縁膜上に導電性バリア膜を堆積させる工程と、
前記導電性バリア膜上に前記配線溝が埋まるように配線材料膜を堆積させる工程と、
前記配線材料膜を化学機械研磨し、前記配線溝の内面を除く前記絶縁膜上の導電性バリア膜をストッパとして前記配線溝内に埋込まれた前記配線材料膜以外の配線材料膜を除去する工程と、
一次粒子径が５〜２０ｎｍの第１コロイダルシリカ粒子と、一次粒子径が２０ｎｍを超える大きさで、前記第１コロイダルシリカ粒子と同一材料の第２コロイダルシリカ粒子とを含み、かつ前記第１、第２のコロイダルシリカ粒子の合量に占める前記第１コロイダルシリカ粒子が重量比で０．６〜０．９である研磨粒子を含有する化学機械研磨用スラリを用いて前記絶縁膜上の導電性バリア膜部分を化学機械研磨する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係るＣＭＰ用スラリを詳細に説明する。
【００１８】
（１）ＣＭＰ用スラリ
このＣＭＰ用スラリは、一次粒子径が５〜３０ｎｍで、会合度が５以下のコロイダル粒子からなる研磨粒子を水、好ましくは純水に分散させた組成を有する。
【００１９】
前記コロイダル粒子としては、例えばコロイダルシリカ粒子を挙げることができる。このコロイダルシリカ粒子は、例えばＳｉ（ＯＣ2Ｈ5）4、Ｓｉ（ｓｅｃ−ＯＣ4Ｈ9）4、Ｓｉ（ＯＣＨ3）4、Ｓｉ（ＯＣ4Ｈ9）4のようなシリコンアルコキシド化合物をゾルゲル法により加水分解することにより得ることができる。このようなコロイダル粒子（例えばコロイダルシリカ粒子）は、後述する図３に示すように粒度分布が非常に急峻なものである。
【００２０】
前記一次粒子径とは、コロイダル粒子の粒子径とその粒子径を持つ粒子数を積算した累積度数との関係を示す粒度累積曲線を求め、この曲線の累積度数が５０％のポイントでの粒子径を意味するものである。このコロイダル粒子の粒子径は、電子顕微鏡写真で測定することができる。
【００２１】
前記コロイダル粒子の一次粒子径を規定したのは、次のような理由によるものである。前記コロイダル粒子の一次粒子径を５ｎｍ未満にすると、このコロイダル粒子を研磨粒子として含むスラリの研磨性能が低下する虞がある。前記コロイダル粒子の一次粒子径が３０ｎｍを超えると、このコロイダル粒子を研磨粒子として含むスラリによる研磨時において、エロージョンおよびスクラッチが発生する虞がある。より好ましい前記コロイダル粒子の一次粒子径は１０〜２０ｎｍである。
【００２２】
前記会合度とは、一次粒子が凝集した二次粒子の径を一次粒子の径で除した値（二次粒子の径／一次粒子の径）を意味する。ここで、会合度が１とは単分散した一次粒子のみのものを意味する。前記二次粒子径は、動的光散乱法又はレーザー回折法もしくは電子顕微鏡法で測定することができる。
【００２３】
前記会合度が５を超えると、この会合度のコロイダル粒子を研磨粒子として含むスラリによる研磨時において、エロージョンおよびスクラッチが発生する虞がある。
【００２４】
前記コロイダル粒子において、会合したコロイダル粒子の径は１００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２５】
前記研磨粒子は、前記スラリ中に０．５〜５重量％含有されることが好ましい。前記研磨粒子の含有量を０.５重量％未満にすると、この研磨粒子を含むスラリの研磨性能が低下する虞がある。前記研磨粒子の含有量が５重量％を超えると、この研磨粒子を含むスラリによる研磨時において、エロージョンおよびスクラッチが発生する虞がある。より好ましい前記研磨粒子の量は、０．５〜２重量％である。
【００２６】
また、前記スラリ中に含有される研磨粒子（コロイダル粒子）の上限量を５重量％にすることによって、コロイダル粒子の一次粒子が過度に二次粒子化するのを抑えて、コロイダル粒子の会合度を５以下に容易にコントロールすることが可能になる。その結果、この研磨粒子を含むスラリによる研磨時において、低エロージョンおよび低スクラッチ化を図ることが可能になる。
【００２７】
前記ＣＭＰ用スラリのｐＨは、前記コロイダル粒子の等電点に対して±１程度ずらすことが望ましいが、基本的にｐＨ０．５〜１２の領域で使用すればよい。
【００２８】
前記ＣＭＰ用スラリは、以下に説明する１）酸化剤、２）酸化抑制剤、３）界面活性剤から選ばれる少なくとも１つの成分をさらに含有することを許容する。
【００２９】
１）酸化剤
この酸化剤としては、例えば過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過酸化水素水、硝酸第二鉄、硝酸アンモニウムセリウム等を挙げることができる。この酸化剤は、スラリ中に０．１〜５重量％配合することが好ましい。
【００３０】
２）酸化抑制剤
この酸化抑制剤は、キナルジン酸、キノリン酸、マロン酸、シュウ酸、コハク酸などの有機酸、グリシン、アラニン、トリプトファンなどのアミノ酸などを挙げることができる。この中で、取り扱いの点からキナルジン酸、キノリン酸、グリシンが好ましい。前記酸化抑制剤は、スラリ中に０．０１〜３重量％配合することが好ましい。
【００３１】
３）界面活性剤
この界面活性剤は、研磨時のエロージョン及びスクラッチを低減させるもので、例えばアニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、ノニオン界面活性剤等を挙げることができる。この中で、特にドデシルベンゼンスルホン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンラウリルエーテルが好適である。この界面活性剤は、スラリ中に０．０１〜１重量％配合することが好ましい。
【００３２】
（２）ＣＭＰ用スラリ
このＣＭＰ用スラリは、一次粒子径が５〜２０ｎｍの第１コロイダル粒子と、一次粒子径が２０ｎｍを超える大きさで、前記第１コロイダル粒子と同一材料の第２コロイダル粒子とを含み、かつ前記第１、第２のコロイダル粒子の合量に占める前記第１コロイダル粒子（第１コロイダル粒子／第１、第２のコロイダル粒子の合量）の比率が重量割合で０．６〜０．９である研磨粒子を水、好ましくは純水に分散させた組成を有する。
【００３３】
前記第１、第２のコロイダル粒子としては、例えばコロイダルシリカ粒子を挙げることができる。このコロイダルシリカ粒子は、例えばＳｉ（ＯＣ2Ｈ5）4、Ｓｉ（ｓｅｃ−ＯＣ4Ｈ9）4、Ｓｉ（ＯＣＨ3）4、Ｓｉ（ＯＣ4Ｈ9）4のようなシリコンアルコキシド化合物をゾルゲル法により加水分解することにより得ることができる。このような第１、第２のコロイダル粒子（例えば第１、第２のコロイダルシリカ粒子）は、後述する図３に示すように粒度分布が非常に急峻なものである。
【００３４】
前記第１、第２のコロイダル粒子の一次粒子径とは、コロイダル粒子の粒子径とその粒子径を持つ粒子数を積算した累積度数との関係を示す粒度累積曲線を求め、この曲線の累積度数が５０％のポイントでの粒子径を意味するものである。このコロイダル粒子の粒子径は、電子顕微鏡写真で測定することができる。
【００３５】
前記第１コロイダル粒子は、前記（１）のＣＭＰ用スラリで定義した会合度が５以下であることが好ましい。
【００３６】
前記第２コロイダル粒子の一次粒子径は、特に２０ｎｍを超え、５０ｎｍ以下の大きさを有することが望ましい。
【００３７】
前記（第１コロイダル粒子／第１、第２のコロイダル粒子の合量）の比率を重量割合で０．６〜０．９に規定したのは、次のような理由によるものである。前記比率を０．６未満にすると、これら第１、第２のコロイダル粒子を研磨粒子として含むスラリによる研磨時において、エロージョンおよびスクラッチが発生する虞がある。一方、前記比率が０．９を越えるとこれら第１、第２のコロイダル粒子を研磨粒子として含むスラリの研磨性能が低下する虞がある。
【００３８】
前記研磨粒子は、前記スラリ中に０．５〜５重量％含有されることが好ましい。前記研磨粒子の含有量を０.５重量％未満にすると、この研磨粒子を含むスラリの研磨性能が低下する虞がある。前記研磨粒子の含有量が５重量％を超えると、この研磨粒子を含むスラリによる研磨時において、エロージョンおよびスクラッチが発生する虞がある。より好ましい前記研磨粒子の量は、１〜３重量％である。特に、前記第２コロイダル粒子は、前記スラリ中に最大で０．４重量％含有されることが好ましい。
【００３９】
前記ＣＭＰ用スラリのｐＨは、前記第１コロイダル粒子の等電点に対して±１程度ずらすことが望ましいが、基本的にｐＨ０．５〜１２の領域で使用すればよい。
【００４０】
前記ＣＭＰ用スラリにおいて、前記第１、第２のコロイダル粒子にさらにこれらのコロイダル粒子と異なる材料からなる第３粒子を配合して研磨粒子を構成することを許容する。この第３粒子としては、例えば酸化セリウム、酸化マンガン、シリカ、アルミナおよびジルコニアからなる群から選ばれる少なくとも１つの粒子を用いることができる。前記第３粒子は、特にコロイダルアルミナ粒子が好ましい。このコロイダルアルミナ粒子は、例えばＡｌ（ｉｓｏ−ＯＣ3Ｈ７）3、Ａｌ（ＯＣＨ3）3、Ａｌ（ＯＣ2Ｈ5）3のようなアルミニウムアルコキシド化合物をゾルゲル法により加水分解することにより得ることができる。
【００４１】
前記第３粒子は、前述した定義に基づく一次粒子径が５〜３０ｎｍであることが好ましい。この第３粒子は、前記第１、第２のコロイダル粒子の合量に対して４０重量％以下配合されることが好ましい。
【００４２】
前記ＣＭＰ用スラリは、前述した１）酸化剤、２）酸化抑制剤、３）界面活性剤から選ばれる少なくとも１つの成分をさらに含有することを許容する。
【００４３】
前述したＣＭＰ用スラリにより例えば基板上に成膜された導電性材料膜を研磨するには、図１および図２に示すポリッシング装置が用いられる。図１は、ＣＭＰ処理に使用されるポリッシング装置を示す断面図、図２は図１のポリッシング装置の要部を示す斜視図である。
【００４４】
すなわち、研磨盤受け２３はステージ２１上にベアリング２２を介して配置されている。研磨盤２４（ターンテーブル）は、前記研磨盤受け２３上に取り付けられている。研磨パッド２５は、前記研磨盤２４上に張り付けられている。駆動シャフト２６は、前記研磨盤受け２３および前記研磨盤２４を回転させるためにこれらの中心部分に連結されている。この駆動シャフト２６は、モータ２７により回転ベルト２８を介して回転される。
【００４５】
導電性材料膜が形成された基板、例えば半導体ウエハ２０は、前記研磨パッド２５と対向する位置に配置され、真空又は水張りにより吸着盤（トップリング）３１に取り付けられた吸着布３０およびテンプレート２９に固定されている。前記トップリング３１は、駆動シャフト３２に連結されている。この駆動シャフト３２は、モータ３３により２つのギア３４，３５を介して回転される。駆動台３６は、前記駆動シャフト３２に固定されている。シリンダ３７は、前記駆動台３６に取り付けられ、このシリンダ３７による上下の移動に伴って前記駆動台３６も上下する。スラリ供給管３８は、スラリタンク（図示せず）から導出され、かつ下端が前記研磨パッド２５の上方に配置されている。
【００４６】
このようなポリッシング装置において、モータ２７を駆動することにより研磨パッド２５が張り付けられた研磨盤２４を回転する。トップリング３１に半導体ウエハ２０を固定し、モータ３３を駆動して前記トップリング３１を前記研磨パッド２５と同一方向に回転させると共にシリンダ３７により前記トップリング３１に取り付けられた半導体ウエハ２０を前記研磨パッド２５に押し付ける。このとき、スラリタンク（図示せず）のＣＭＰ用スラリをスラリ供給管３８を通して互いに同一方向に回転し、摺接される前記研磨パッド２５と前記半導体ウエハ２０の間に滴下してそのウェハ表面（図１、図２では裏面）の導電性材料膜のポリッシングを行う。
【００４７】
次に、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を詳細に説明する。
【００４８】
（第１工程）
半導体基板上の絶縁膜表面に配線溝を形成し、この配線溝を含む全面に導電性材料膜を形成する。
【００４９】
前記絶縁膜としては、例えばシラン系ガス、ＴＥＯＳ系ガスを用いて形成されたシリコン酸化膜のような無機質絶縁膜、フッ素を含有した低誘電率の絶縁膜、有機系膜または多孔質膜のように柔らかく、脆く、剥がれ易く、疎水性を有するＬｏｗ−Ｋ絶縁膜を用いることができる。
【００５０】
前記導電性材料膜は、金属からなる配線材料膜単独、または導電性バリア膜とこのバリア膜に積層された金属からなる配線材料膜との２層以上の積層膜を挙げることができる。
【００５１】
前記金属からなる配線材料膜としては、例えばＣｕまたはＣｕ−Ｓｉ合金、Ｃｕ−Ａｌ合金、Ｃｕ−Ｓｉ−Ａｌ合金、Ｃｕ−Ａｇ合金のようなＣｕ合金、ＡｌまたはＡｌ合金、Ｗ等を用いることができる。
【００５２】
前記導電性バリア膜としては、例えばＴｉＮ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ，ＷＮ，ＴａＮ，ＴａＳｉＮ，Ｔａ，Ｖ，Ｍｏ，ＺｒおよびＺｒＮから選ばれる１層または２層以上から作られる。
【００５３】
（第２工程）
前記基板の導電性材料膜を前述した図１、図２に示すポリッシング装置および前記（１），（２）のＣＭＰ用スラリを用いてＣＭＰ処理を行い、前記配線溝に埋込まれた前記導電性材料膜以外の導電性材料膜を除去することにより前記絶縁膜に埋込み配線（ダマシン配線）を形成する。
【００５４】
なお、前記導電性材料膜が導電性バリア膜とこのバリア膜に積層された金属からなる配線材料膜との２層以上の積層膜からなる場合、前記配線材料膜を前述した図１および図２に示すポリッシング装置および前記（１），（２）のＣＭＰ用スラリを用いてＣＭＰ処理した後、前記絶縁膜表面に位置する露出した導電性バリア膜部分を前記配線材料膜のときに使用したスラリと異なる組成のＣＭＰ用スラリを用いてＣＭＰ処理して除去することにより、前記絶縁膜に前記導電性バリア膜を介して埋込まれたダマシン配線を形成することができる。
【００５５】
また、導電性バリア膜とこのバリア膜に積層された金属からなる配線材料膜との２層以上の積層膜からなる場合、前述した図１および図２に示すポリッシング装置および前記（２）で説明した第１、第２のコロイダル粒子、さらにコロイダルアルミナ粒子のような第３粒子を含むＣＭＰ用スラリを用いてＣＭＰ処理してそれら積層膜を除去することにより、前記絶縁膜に前記導電性バリア膜を介して埋込まれたダマシン配線を形成することができる。
【００５６】
次に、本発明の実施形態に係る別の半導体装置の製造方法を説明する。
【００５７】
（第１工程）
半導体基板上に形成された絶縁膜表面に配線溝を形成し、この配線溝の内面を含む前記絶縁膜上に導電性バリア膜を堆積した後、この導電性バリア膜上に金属からなる配線材料膜を前記配線溝が埋まるように堆積させる。
【００５８】
前記絶縁膜、導電性バリア膜および配線材料膜は、前述したのと同様なものを用いることができる。
【００５９】
（第２工程）
前記配線材料膜を化学機械研磨し、前記配線溝の内面を除く前記絶縁膜上の導電性バリア膜をストッパとして前記配線溝内に埋込まれた前記配線材料膜以外の配線材料膜を除去する。
【００６０】
前記化学機械研磨処理は、汎用のＣＭＰ用スラリを用いて行うことができる。
【００６１】
（第３工程）
前記絶縁膜上の導電性バリア膜部分を前述した図１、図２に示すポリッシング装置および前記（１），（２）のＣＭＰ用スラリを用いてＣＭＰ処理を行い、前記導電性バリア膜を介して埋込まれたダマシン配線を形成する。
【００６２】
以上説明した本発明の実施形態に係るＣＭＰ用スラリは、一次粒子径が５〜３０ｎｍで、会合度が５以下のコロイダル粒子からなる研磨粒子を含む組成を有するため、導電性材料膜、例えばＣｕ膜のＣＭＰ処理に際し、低エロージョンおよび低スクラッチ化を図ることができる。
【００６３】
また、本発明の実施形態に係る別のＣＭＰ用スラリは一次粒子径が５〜２０ｎｍの第１コロイダル粒子と、一次粒子径が２０ｎｍを超える大きさで、前記第１コロイダル粒子と同一材料の第２コロイダル粒子とを含み、かつ前記第１、第２のコロイダル粒子の合量に占める前記第１コロイダル粒子が重量比で０．６〜０．９である研磨粒子を含有するため、導電性材料膜、例えばＣｕ膜のＣＭＰ処理に際し、ＣＭＰの高速化と低エロージョンおよび低スクラッチ化とを図ることができる。
【００６４】
すなわち、図３はフュームド法で形成されたシリカ粒子およびゾルゲル法で形成されたコロイダルシリカ粒子における一次粒子の対数正規プロットを示すグラフである。図３において、縦軸は累積度数（％）を表わし、横軸は粒子径（ｎｍ）を表わしている。コロイダルシリカ粒子の累積度数曲線Ａは、累積度数５０％のポイントの粒子径が１５ｎｍ（１σ；１１．８％）であり、コロイダルシリカ粒子の累積度数曲線Ｂは累積度数５０％のポイントの粒子径が４１ｎｍ（１σ；１２．９％）であり、フュームド法のシリカ粒子の累積度数曲線Ｃは累積度数５０％のポイントの粒子径が５８ｎｍ（１σ；２５．２％）である。
【００６５】
図３に示すようにコロイダルシリカ粒子は、フュームド法に比べて粒子径のバラツキが小さい。また、コロイダルシリカ粒子は凝集して粗大粒子を生成し難い。このため、コロイダルシリカ粒子はその粒子径をコントロールするという観点から、取り扱い易い粒子である。
【００６６】
ただし、コロイダル粒子は以下に説明する図４に示すように一次粒子径が１０ｎｍ程度と小さい場合、エロージョン及びスクラッチはほとんど生じないが、研磨速度が低下する。一方、コロイダル粒子は一次粒子径が３０ｎｍを超える大きな粒子、特に５０ｎｍを超える大きな粒子になると、逆に研磨速度は向上するが、エロージョン、スクラッチが生じやすくなる。
【００６７】
すなわち、図４はＣＭＰ処理に用いるコロイダル粒子の粒子径（ｎｍ）の変化に伴うＣｕの研磨速度（ＣｕＲＲ）の変化およびエロージョンの大きさ（ｎｍ）を表している。図４において、縦軸左が研磨速度（ｎｍ／ｍｉｎ）、縦軸右がエロージョンの大きさ（ｎｍ）を表わし、横軸がコロイダルシリカ粒子の粒子径（ｎｍ）を表わしている。図４中の曲線Ｄは、コロイダルシリカ粒子の粒子径の変化に伴うエロージョンの大きさを示す特性線、曲線Ｅはコロイダルシリカ粒子の粒子径の変化に伴うＣｕの研磨速度の大きさを示す特性線である。
【００６８】
コロイダル粒子は、凝集体、つまり二次粒子を形成し難い性質を有し、一次粒子径が小さいときに低エロージョン性、低スクラッチ性を示し、一次粒子径が大きいときに高研磨速度の特性を併せ持っている。
【００６９】
このようなことから、本発明の実施形態によれば一次粒子径が５〜３０ｎｍで、会合度が５以下のコロイダル粒子からなる研磨粒子を含む組成にすることによって、導電性材料膜、例えばＣｕ膜を低エロージョンおよび低スクラッチを図りつつ、ＣＭＰ処理することが可能なＣＭＰ用スラリを提供できる。
【００７０】
また、本発明の実施形態によれば一次粒子径が５〜２０ｎｍの第１コロイダル粒子と、一次粒子径が２０ｎｍを超える大きさで、前記第１コロイダル粒子と同一材料の第２コロイダル粒子とを含み、かつ前記第１、第２のコロイダル粒子の合量に占める前記第１コロイダル粒子が重量比で０．６〜０．９である研磨粒子を含有する組成にすることによって、導電性材料膜、例えばＣｕ膜を低エロージョンおよび低スクラッチを図りつつ、高速ＣＭＰ処理することが可能なＣＭＰ用スラリを提供できる。
【００７１】
さらに、本発明の実施形態によれば半導体基板上の絶縁膜表面に配線溝を形成し、この配線溝を含む全面に導電性材料膜を形成した後、この導電性材料膜を例えば前述した図１、図２に示すポリッシング装置および前記（１），（２）のＣＭＰ用スラリを用いてＣＭＰ処理を行い、前記配線溝に埋込まれた前記導電性材料膜以外の導電性材料膜を除去することによって、前記絶縁膜の配線溝に低エロージョンおよび低スクラッチの埋込み配線（ダマシン配線）を形成することができる。
【００７２】
さらに、本発明の実施形態によれば半導体基板上の絶縁膜表面に配線溝を形成し、この配線溝内面を含む全面に導電性バリア膜を堆積し、さらに金属からなる配線材料膜を堆積した後、この配線材料膜を前記導電性バリア膜をストッパとしてＣＭＰを行い、ひきつづき露出した導電性バリア膜部分を例えば前述した図１、図２に示すポリッシング装置および前記（１），（２）のＣＭＰ用スラリを用いてＣＭＰ処理することによって、前記絶縁膜の配線溝に導電性バリア膜を介して埋込まれた低エロージョンおよび低スクラッチの配線（ダマシン配線）を形成することができる。
【００７３】
特に、有機系膜または多孔質膜のように柔らかく、脆く、剥がれ易く、疎水性を有するＬｏｗ−Ｋ絶縁膜の配線溝に導電性バリア膜を介して埋め込んでダマシン配線を形成する際、前記（１），（２）のＣＭＰ用スラリによるＣＭＰ処理は前記Ｌｏｗ−Ｋ絶縁膜に対してソフトでかつ穏やかである。このため、前記Ｌｏｗ−Ｋ絶縁膜上の導電性バリア膜をＣＭＰ処理する際、前記Ｌｏｗ−Ｋ絶縁膜が前記導電性バリア膜と共に剥離されることなく、その絶縁膜の配線溝に導電性バリア膜を介して埋込まれた低エロージョンおよび低スクラッチの配線（ダマシン配線）を形成することができる。その結果、低誘電率の絶縁膜に起因する伝播遅延を抑制した高速の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。
【００７４】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【００７５】
（実施例１）
まず、図５の（ａ）に示すように例えば半導体素子などが作られたシリコン基板（シリコンウエハ）１０１上に例えば酸化シリコンからなる絶縁膜１０２を形成した後、表面を平坦化した。つづいて、この絶縁膜１０２を選択的にエッチングして深さ４００ｎｍの配線溝１０３を形成した。ひきつづき、厚さ１０ｎｍ程度のバリア膜としてのＴａＮ膜１０４を前記絶縁膜１０２上および前記配線溝１０３の内面に堆積させた。この後、厚さ８００ｎｍのＣｕ膜１０５をスパッタリング法およびメッキ法により順次堆積した。
【００７６】
次いで、前述した図１、図２に示すポリッシング装置および下記組成の第１ＣＭＰ用スラリを用いて下記条件で前記Ｃｕ膜１０５表面をＣＭＰ処理することにより、図５の（ｂ）に示すように前記配線溝１０３にのみＣｕ膜１０５を残存させた。なお、前記ＣＭＰ処理はＴａＮ膜１０４でストップさせることができた。
【００７７】
＜第１ＣＭＰ用スラリの組成＞
・研磨粒子；一次粒子径１５ｎｍ、会合度３．０の第１コロイダルシリカ（前述した図３のコロイダルシリカ粒子Ａ）：０．８ｗｔ％、一次粒子径４１ｎｍ、会合度３．０の第２コロイダルシリカ（前述した図３のコロイダルシリカ粒子Ｂ）：０．２ｗｔ％、
・過硫酸アンモニウム（酸化剤）：１ｗｔ％、
・キナルジン酸（酸化抑制剤）：０．５ｗｔ％、
・ドデシルベンゼンスルホン酸カリウム：０．０６ｗｔ％、
・ｐＨ；９．２（水酸化カリウム水溶液を加えて調節）。
【００７８】
＜ＣＭＰ処理条件＞
・研磨パッド；Ｒｏｄｅｌ社製商品名ＩＣ１０００／ＳＵＢＡ４００、
・スラリの供給流量：２００ｃｃ／分、
・トップリング（ＴＲ）の回転数；１００ｒｐｍ、
・ターンテーブル（ＴＴ）回転数：１００ｒｐｍ、
・荷重（ＤＦ）：３００ｇ／ｃｍ2。
【００７９】
次いで、前記絶縁膜１０２上に位置する露出したＴａＮ膜１０４部分を前述した図１、図２に示すポリッシング装置および下記組成の第２ＣＭＰ用スラリを用いて下記条件でＣＭＰ処理した。このＣＭＰ処理により図５の（ｃ）に示すように配線溝１０３にＴａＮ膜１０４を介して埋込まれたＣｕ配線（Ｃｕダマシン配線）１０６が形成された。
【００８０】
＜第２ＣＭＰ用スラリの組成＞
・研磨粒子；一次粒子径３０ｎｍのコロイダルシリカ：３ｗｔ％、
・エチレンジアミン：０．０５ｗｔ％。
【００８１】
＜ＣＭＰ処理条件＞
・スラリの供給流量：２００ｃｃ／分、
・研磨パッド；Ｒｏｄｅｌ社製商品名ＩＣ１０００／ＳＵＢＡ４００、
・トップリング（ＴＲ）の回転数；５０ｒｐｍ、
・ターンテーブル（ＴＴ）回転数：５０ｒｐｍ、
・荷重（ＤＦ）：３００ｇ／ｃｍ2。
【００８２】
本実施例１において、前記Ｃｕ膜のＣＭＰ処理によるＣＭＰ特性を図６に示す。なお、図６には研磨粒子としてフュームド法のシリカ粒子を用いた以外、実施例１と同様な組成のＣＭＰ用スラリ、図１、図２に示すポリッシング装置を用いて同様な条件でＣｕ膜をＣＭＰ処理したときのＣＭＰ特性を比較例１として示す。図６の縦軸は、エロージョン（erosion）／配線幅１００μｍの大きさ（ｎｍ）を表わし、横軸はオーバーポリッシング（％）を表わしている。ここでのエロージョンは、配線幅を１００μｍとし、＋０〜１００％の範囲でオーバーポリッシングを行った場合の大きさを表す。つまり、前記エロージョンは配線溝内部以外のＣｕ膜がなくなるジャストポリッシングまでのポリッシング時間に０〜１００％のポリッシング時間を付加してオーバーポリッシングを行った場合の大きさを表す。
【００８３】
この図６から明らかなように研磨粒子としてフュームド法のシリカ粒子を用いた比較例１によれば、エロージョンが４００ｎｍ（配線幅１００μｍ、＋１００％オーバーポリッシュ）であった。また、比較例１によるＣｕ膜の研磨速度は、４３２ｎｍ／分であった。
【００８４】
これに対し、研磨粒子として一次粒子径１５ｎｍの第１コロイダルシリカ粒子および一次粒子径４１ｎｍの第２コロイダルシリカ粒子を含む実施例１のＣＭＰ用スラリによるＣＭＰ処理では、Ｃｕ膜の研磨速度が５２０ｎｍ／分と約２０％向上し、エロージョンが２８ｎｍ（配線幅１００μｍ、＋１００％オーバーポリッシュ）と飛躍的に改善できた。
【００８５】
また、本実施例１で用いられるスラリ中の第１コロイダルシリカ粒子と第２コロイダルシリカ粒子との配合バランスは、図７に示す関係にある。図７において、縦軸左は、Ｃｕの研磨速度（ＣｕＲＲ：ｎｍ／ｍｉｎ）、縦軸右はエロージョンの大きさ（ｎｍ）を表わし、横軸は第１、第２のコロイダルシリカ粒子の合量に占める第１コロイダルシリカの比率（重量割合）を表わしている。曲線Ｆは、エロージョンの大きさを示す特性曲線、曲線ＧはＣｕ研磨速度を示す特性曲線、を表わしている。
【００８６】
図７から明らかなように第１、第２のコロイダルシリカ粒子の合量に占める第１コロイダルシリカの比率が０．６〜０．９の範囲において低エロージョン、高研磨速度を両立できることがわかる。
【００８７】
また、第１、第２のコロイダルシリカ粒子の合量に占める第１コロイダルシリカの比率が０．６〜０．９の範囲においてＴａＮ膜１０４の研磨速度を抑制しつつ、Ｃｕ膜を高速研磨することが可能で、それら膜の選択比を大きくできる。例えばＴａＮ膜１０４の研磨速度をＣｕ膜のそれに対し１／５（約３ｎｍ／分）とすることができる。その結果、より確実にＴａＮ膜１０４でポリッシングのストッパとして機能させることができる。
【００８８】
以上、本実施例１によればＣｕに対する研磨速度の向上によりスループットの向上と、エロージョン性が大幅に改善された高性能のＣｕダマシン配線の形成とを達成することができる。
【００８９】
また、本実施例１で用いられるＣＭＰ用スラリは研磨中の摩擦（テーブルモータのトルクセンサ電流値）も小さいため、絶縁膜の剥がれに対しても有利である。さらに、２種類のコロイダルシリカ粒子を混合することによって、研磨速度のウエハ面内の均一性が改善され、特にウエハエッジ部の研磨速度が向上するため、配線のショート歩留まりが、比較例１のそれが８０〜９０％であったのに対し、１００％に改善された。
【００９０】
（参考例１）
まず、図８の（ａ）に示すように例えば半導体素子などが作られたシリコン基板（シリコンウエハ）２０１上に絶縁膜２０２を形成した後、この絶縁膜２０２を選択的にエッチングして深さ４００ｎｍの配線溝２０３を形成した。前記絶縁膜２０２は、多孔質膜や有機系膜のような柔らかく、脆く、剥がれ易いｌｏｗ−Ｋ膜である。つづいて、厚さ１５ｎｍ程度のバリア膜としてのＮｂ膜２０４を前記絶縁膜２０２上および前記配線溝２０３の内面に堆積させた。この後、厚さ８００ｎｍのＡｌ膜２０５をスパッタリング法により堆積した。
【００９１】
次いで、前述した図１、図２に示すポリッシング装置および下記組成の第１ＣＭＰ用スラリを用いて下記条件で前記Ａｌ膜２０５表面をＣＭＰ処理することにより、図８の（ｂ）に示すように前記配線溝２０３にのみＡｌ膜２０５を残存させた。このＡｌ膜２０５の研磨において、前記Ｎｂ膜２０４がストッパとして作用する。このため、下記組成のようにフュームド法で形成したアルミナとシリカの混合粒子を含むスラリを用いても、前述した脆弱な絶縁膜２０２に対するダメージを抑制できる。
【００９２】
＜第１ＣＭＰ用スラリの組成＞
・研磨粒子；フュームド法で形成したアルミナとシリカの混合粒子、
・過硫酸アンモニウム（酸化剤）：０．５ｗｔ％、
・キナルジン酸（酸化抑制剤）：０．０２ｗｔ％、
＜ＣＭＰ処理条件＞
・スラリの供給流量：２００ｃｃ／分、
・研磨パッド；Ｒｏｄｅｌ社製商品名ＩＣ１０００／ＳＵＢＡ４００、
・トップリング（ＴＲ）の回転数；１００ｒｐｍ、
・ターンテーブル（ＴＴ）回転数：１００ｒｐｍ、
・荷重（ＤＦ）：３００ｇ／ｃｍ2。
【００９３】
次いで、前記絶縁膜２０２上に位置する露出したＮｂ膜２０４部分を前述した図１、図２に示すポリッシング装置および下記組成の第２ＣＭＰ用スラリを用いて下記条件でＣＭＰ処理した。このＣＭＰ処理により図８の（ｃ）に示すように配線溝２０３にＮｂ膜２０４を介して埋込まれたＡｌ配線（Ａｌダマシン配線）２０６が形成された。
【００９４】
＜第２ＣＭＰ用スラリの組成＞
・研磨粒子；一次粒子径１５ｎｍ、会合度：３．０のコロイダルシリカ：０．８ｗｔ％、
・過硫酸アンモニウム（酸化剤）：１ｗｔ％、
・キナルジン酸（酸化抑制剤）：０．０５ｗｔ％、
・カチオン界面活性剤：０．０２５ｗｔ％。
【００９５】
＜ＣＭＰ処理条件＞
・研磨パッド；ポリテックス社製商品名Ｐｏｌｉｔｅｘ、
・スラリの供給流量：２００ｃｃ／分、
・トップリング（ＴＲ）の回転数；６０ｒｐｍ、
・ターンテーブル（ＴＴ）回転数：１００ｒｐｍ、
・荷重（ＤＦ）：３００ｇ／ｃｍ2。
【００９６】
このようなＮｂ膜２０４のＣＭＰ処理において、柔らかく、脆く、且つ疎水性のｌｏｗ−Ｋ絶縁膜２０２にダメージを与えることなく研磨でき、ダマシン配線２０６を形成することができた。
【００９７】
また、参考例１で用いられるスラリ中のコロイダルシリカの一次粒子径と絶縁膜に対するスクラッチとの関係を図９に示す。なお、コロイダルシリカの会合度は３．０と一定にした。図９において、縦軸は８インチウエハ上の絶縁膜に対するスクラッチ数（個）を表わし、横軸はスラリに含有されるコロイダルシリカの一次粒子径（ｎｍ）を表わしている。
【００９８】
図９から明らかなように一次粒子径が３０ｎｍを超える大きさのコロイダルシリカ粒子を研磨粒子として含むスラリでＣＭＰ処理すると、ｌｏｗ−Ｋ絶縁膜へのスクラッチ数が急激に増加することがわかる。
【００９９】
これに対し、一次粒子径が５〜３０ｎｍのコロイダルシリカ粒子を研磨粒子として含む本実施例のスラリでＣＭＰ処理すると、ｌｏｗ−Ｋ絶縁膜へのスクラッチ数がほぼゼロに激減できることがわかる。
【０１００】
以上、参考例１によれば有機系絶縁膜や多孔質絶縁膜のように柔らかく、脆く、剥れ易いｌｏｗ−Ｋ膜に対しても、ダメージを与えることなくＣＭＰ処理をすることが可能となる。そのため、ダマシン配線を多層に形成した場合、各層でのスクラッチに起因する上層膜の剥れ、配線形成時のメタル残りのための電流ショート、リソグラフィプロセスのフォーカスずれによるパターン形状の異常等を大幅に改善することができる。
【０１０１】
（参考例２）
半導体素子などが作られたシリコン基板（シリコンウエハ）の例えば酸化シリコンからなる絶縁膜上に堆積されたＣｕ膜を前述した図１、図２に示すポリッシング装置および下記組成のＣＭＰ用スラリを用いて下記条件でＣＭＰ処理した以外、実施例１と同様な方法により配線溝にＴａＮ膜を介して埋込まれたＣｕ配線（Ｃｕダマシン配線）を形成して半導体装置を製造した。
【０１０２】
＜ＣＭＰ用スラリの組成＞
・研磨粒子；会合度の異なる一次粒子径２５ｎｍのコロイダルシリカ粒子：１．０ｗｔ％、
・過硫酸アンモニウム（酸化剤）：１ｗｔ％、
・キナルジン酸（酸化抑制剤）：０．５ｗｔ％、
・ドデシルベンゼンスルホン酸カリウム：０．０６ｗｔ％、
・ｐＨ；９．２（水酸化カリウム水溶液を加えて調節）。
【０１０３】
＜ＣＭＰ処理条件＞
・研磨パッド；Ｒｏｄｅｌ社製商品名ＩＣ１０００／ＳＵＢＡ４００、
・スラリの供給流量：２００ｃｃ／分、
・トップリング（ＴＲ）の回転数；１００ｒｐｍ、
・ターンテーブル（ＴＴ）回転数：１００ｒｐｍ、
・荷重（ＤＦ）：３００ｇ／ｃｍ2。
【０１０４】
参考例２で用いられるＣＭＰ用スラリ中の研磨粒子であるコロイダルシリカ粒子の会合度に対するＣｕ研磨速度（ＣｕＲＲ：）およびエロージョンの関係を図１０に示す。図１０において、縦軸左はＣｕの研磨速度（ｎｍ／ｍｉｎ）、縦軸右はエロージョンの大きさ（ｎｍ）を表わし、横軸はスラリに含まれるコロイダル粒子の会合度を表している。曲線Ｈは、会合度の変化に伴うＣｕ研磨速度を示す特性曲線、曲線Ｉは会合度の変化に伴うエロージョンの大きさを示す特性曲線、を表わしている。
【０１０５】
図１０から明らかなようにエロージョンは、スラリ中のコロイダルシリカ粒子の会合度が増加するに従って劣化する方向ヘシフトする。さらに、コロイダルシリカ粒子の会合度が５を越えると、Ｃｕ膜及びＴａＮ膜上に細かなスクラッチが多く発生することが確認された。
【０１０６】
これに対し、会合度が５以下のコロイダルシリカ粒子を含む本実施形態のスラリによりＣｕ膜をＣＭＰ処理した場合、研磨速度が低くなるものの、Ｃｕ膜表面のエロージョンを抑制できることがわかる。
【０１０７】
例えば、会合度３で一次粒子径２５ｎｍのコロイダルシリカ粒子を含むスラリを用いると、前述した研磨粒子としてフュームド法のシリカ粒子を含む比較例１のスラリによるエロージョン１１６ｎｍ（図６参照）から６８ｎｍとエロージョンを小さくすることができる。
【０１０８】
以上、参考例２によればＣｕなど金属膜の研磨速度の向上と、エロージョンの大幅な改善が達成され、例えばＣｕダマシン配線を容易に形成することが可能になる。
【０１０９】
（実施例２）
まず、図１１の（ａ）に示すように例えば半導体素子などが作られたシリコン基板（シリコンウエハ）３０１上に例えば酸化シリコンからなる絶縁膜３０２を形成した後、表面を平坦化した。つづいて、この絶縁膜３０２を選択的にエッチングして深さ４００ｎｍの配線溝３０３を形成した。ひきつづき、厚さ１５ｎｍ程度のバリア膜としてのＴｉＮ膜３０４を前記絶縁膜３０２上および前記配線溝３０３の内面に堆積させた。この後、厚さ６００ｎｍのＷ膜３０５をＣＶＤ法により堆積した。
【０１１０】
次いで、前述した図１、図２に示すポリッシング装置および下記組成のＣＭＰ用スラリを用いて下記条件で前記Ｗ膜３０５およびＴｉＮ膜３０４を順次ＣＭＰ処理した。このＣＭＰ処理により図１１の（ｂ）に示すように配線溝３０３にＴｉＮ膜３０４を介して埋込まれたＷ配線（Ｗダマシン配線）３０６が形成された。
【０１１１】
＜ＣＭＰ用スラリの組成＞
・研磨粒子；一次粒子径１５ｎｍ、会合度３．０の第１コロイダルシリカ粒子：２．５ｗｔ％、一次粒子径４１ｎｍ、会合度３．０の第２コロイダルシリカ粒子：０．３ｗｔ％、一次粒子径１５ｎｍ、会合度１．５のコロイダルアルミナ粒子：０．２ｗｔ％、
・硝酸第二鉄（酸化剤）：５ｗｔ％、
・過硫酸アンモニウム（酸化剤）：０．５ｗｔ％、
・マロン酸（酸化抑制剤）：１ｗｔ％、
・ｐＨ；１．５。
【０１１２】
＜ＣＭＰ処理条件＞
・研磨パッド；Ｒｏｄｅｌ社製商品名ＩＣ１０００／ＳＵＢＡ４００、
・スラリの供給流量：２００ｃｃ／分、
・トップリング（ＴＲ）の回転数；１００ｒｐｍ、
・ターンテーブル（ＴＴ）回転数：１００ｒｐｍ、
・荷重（ＤＦ）：３００ｇ／ｃｍ2、
・研磨時間：１６０秒間。
【０１１３】
本実施例２によれば、エロージョン（配線幅：５μｍ、＋５０％のオーバーポリッシュ）は３０ｎｍであり、前述した研磨粒子としてフュームド法のシリカ粒子を含む比較例１のスラリを用いた場合（研磨時間２１０秒でエロージョンが１８０ｎｍ）に比べてエロージョンが改善された。
【０１１４】
なお、前記実施例１で用いた第１、第２のコロイダルシリカ粒子を研磨粒子として含むＣＭＰ用スラリを前記参考例１のＮｂ膜のようなバリア膜のＣＭＰ処理に適用しても、参考例１と同様にそのＮｂ膜の下地膜である有機系絶縁膜や多孔質絶縁膜のように柔らかく、脆く、剥れ易いｌｏｗ−Ｋ膜に対して、ダメージを与えることなくＣＭＰ処理をすることができる。
【０１１５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、導電性材料膜のＣＭＰ処理に際し、低エロージョンおよび低スクラッチ化を図ることが可能なＣＭＰ用スラリを提供することができる。
【０１１６】
また、本発明によれば導電性材料膜のＣＭＰ処理に際し、ＣＭＰの高速化と低エロージョンおよび低スクラッチ化とを図ることが可能なＣＭＰ用スラリを提供することができる。
【０１１７】
さらに、本発明によれば絶縁膜の配線溝に埋込まれた低エロージョンおよび低スクラッチの配線（例えばダマシン配線）の形成を可能にした半導体装置の製造方法を提供することができる。
【０１１８】
さらに、本発明によれば絶縁膜の配線溝に導電性バリア膜を介して埋込まれた低エロージョンおよび低スクラッチの配線（例えばダマシン配線）の形成を可能にした半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＣＭＰ処理に使用されるポリッシング装置を示す断面図。
【図２】 図１のポリッシング装置の要部を示す斜視図。
【図３】 ＣＭＰ用スラリに含まれるコロイダル粒子とフュームド粒子のバラツキを示すグラフ。
【図４】 ＣＭＰ用スラリに含まれるコロイダル粒子径とＣｕ研磨速度（ＣｕＲＲ）およびエロージョンとの関係を示すグラフ。
【図５】 本発明の実施例１における半導体装置の製造工程を示す断面図。
【図６】 図６は、実施例１および比較例１のＣＭＰ処理によるオーバポリッシングとエロージョンの度合との関係（ＣＭＰ特性）を示すグラフ。
【図７】 実施例１のＣＭＰ処理における第１、第２コロイダルシリカ粒子の配合バランスとＣｕ研磨速度（ＣｕＲＲ）およびエロージョンとの関係を示すグラフ。
【図８】 参考例１における半導体装置の製造工程を示す断面図。
【図９】 参考例１のＣＭＰ処理におけるコロイダル粒子径とスクラッチ数との関係を説明するグラフ。
【図１０】 参考例２のＣＭＰ用スラリに含まれるコロイダル粒子の会合度とＣｕ研磨速度（ＣｕＲＲ）およびエロージョンとの関係を示すグラフ。
【図１１】 本発明の実施例２における半導体装置の製造工程を示す断面図。
【符号の説明】
２０…半導体ウェハ、
２１…ステージ、
２４…研磨盤、
２５…研磨パッド、
３１…吸着盤（トップリング）、
３８…スラリ供給管、
１０１，２０１，３０１…シリコン基板、
１０２，２０２，３０２…絶縁膜、
１０３，２０３，３０３…配線溝、
１０４…ＴａＮ膜、
１０５…Ｃｕ膜、
１０６，２０６，３０６…配線、
２０４…Ｎｂ膜、
２０５…Ａｌ膜、
３０４…ＴｉＮ膜、
３０５…Ｗ膜。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）用スラリに関し、特にＤＲＡＭや高速ロジックＬＳＩに搭載されるＡｌ、Ｃｕ、Ｗなどの金属を主成分とするダマシン配線を形成するためのＣＭＰ用スラリ及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、半導体装置の製造技術では、ＬＳＩの高性能化に伴い、配線の微細化、高密度化及び多層化が急速に進んでいる。また、デザインルールが縮小化されていくばかりではなく、新しい材料の導入も活発に行われている。例えば、配線材料にはＣｕを主成分とするものや有機系や多孔質など低誘電率系の層間絶縁膜（ＩＬＤ）などの開発が進んでいる。
【０００３】
特に、ＣＭＰ技術は配線および接続配線を絶縁膜に埋め込み形成するデュアルダマシンプロセスに適用すると工程数が削減できる。また、ＣＭＰ技術はウエハ最表面の凸凹を緩和することができるため、リソグラフィプロセスのフォーカスマージンを確保することもできる。さらに、ＣＭＰ技術はＣｕなどドライエッチングが困難である材料で配線を形成することも可能である。
【０００４】
現在のメタルダマシン配線プロセスでは、スループットを向上させるために高研磨速度が望まれている。また、高性能配線を形成するためには、配線などのメタル部および層間絶縁膜などの低エロージョン（erosion）と、配線などのメタル部および層間絶縁膜などの低スクラッチを達成できるＣＭＰプロセスが望まれている。ここで、エロージョンとはＣＭＰ方法において配線などのオーバーポリッシングで生じるディッシングによるメタルロスと、絶縁膜のオーバーポリッシングで生じるシニングによるメタルロスを意味する。
【０００５】
ＣＭＰ特性は、主にスラリと研磨パッドにより決定される。研磨パッドは、低エロージョンを得るために、ある程度の堅さは必要である。現在、Ｒｏｄｅｌ社で市販されているハードパッド（ＩＣ１０００−Ｐａｄ）よりも柔らかい研磨パッドでは一般的なスラリを用いてもエロージョンを制御することが困難である。
【０００６】
しかしながら、前記ハードパッドでは、低エロージョンは実現できるが、スラリ中に含まれる粗大粒子、過度の凝集体によるスクラッチあるいはスクラッチに起因する膜剥がれを生じる虞がある。つまり、現状では低エロージョンと低スクラッチ化はトレードオフの関係にある。したがって、低エロージョン及び低スクラッチの両方を実現するためには、スラリ側の改善を図る必要がある。
【０００７】
ＣＭＰ用スラリは、例えば水に研磨粒子を分散させた組成を有する。この研磨粒子は、従来、フュームド法で形成されたシリカやアルミナが用いられている。この研磨粒子は、安価で、高純度である特徴を有する。また、フュームド法で形成された粒子は、製造過程で凝集体（二次粒子）が形成され、これが研磨速度を高める作用をなすと考えられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フュームド法で形成された粒子は、一次粒子径のバラツキが大きく、二次粒子が大きすぎ、さらに粗大粒子が形成され易いために、ＣＭＰ特性を厳格にコントロールすることが困難になる。
【０００９】
本発明の目的は、導電性材料膜のＣＭＰ処理に際し、低エロージョンおよび低スクラッチ化を図ることが可能なＣＭＰ用スラリを提供することである。
【００１０】
本発明の別の目的は、導電性材料膜のＣＭＰ処理に際し、ＣＭＰの高速化と低エロージョンおよび低スクラッチ化とを図ることが可能なＣＭＰ用スラリを提供することである。
【００１１】
本発明のさらに別の目的は、絶縁膜の配線溝に埋込まれた低エロージョンおよび低スクラッチの配線（例えばダマシン配線）の形成を可能にした半導体装置の製造方法を提供することである。
【００１２】
本発明のさらに別の目的は、絶縁膜の配線溝に導電性バリア膜を介して埋込まれた低エロージョンおよび低スクラッチの配線（例えばダマシン配線）の形成を可能にした半導体装置の製造方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、一次粒子径が５〜２０ｎｍの第１コロイダルシリカ粒子と、一次粒子径が２０ｎｍを超える大きさで、前記第１コロイダルシリカ粒子と同一材料の第２コロイダルシリカ粒子とを含み、かつ前記第１、第２のコロイダルシリカ粒子の合量に占める前記第１コロイダルシリカ粒子が重量比で０．６〜０．９である研磨粒子を含有することを特徴とするＣＭＰ用スラリが提供される。
【００１５】
さらに本発明によると、半導体基板上に形成された絶縁膜表面に配線溝を形成する工程と、
前記配線溝内部を含む前記絶縁膜上に導電性材料膜を堆積させる工程と、
一次粒子径が５〜２０ｎｍの第１コロイダルシリカ粒子と、一次粒子径が２０ｎｍを超える大きさで、前記第１コロイダルシリカ粒子と同一材料の第２コロイダルシリカ粒子とを含み、かつ前記第１、第２のコロイダルシリカ粒子の合量に占める前記第１コロイダルシリカ粒子が重量比で０．６〜０．９である研磨粒子を含有する化学機械研磨用スラリを少なくとも用いて前記導電性材料膜を化学機械研磨し、前記配線溝に埋込まれた前記導電性材料膜以外の導電性材料膜を除去する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００１６】
さらに本発明によると、半導体基板上に形成された絶縁膜表面に配線溝を形成する工程と、
前記配線溝の内面を含む前記絶縁膜上に導電性バリア膜を堆積させる工程と、
前記導電性バリア膜上に前記配線溝が埋まるように配線材料膜を堆積させる工程と、
前記配線材料膜を化学機械研磨し、前記配線溝の内面を除く前記絶縁膜上の導電性バリア膜をストッパとして前記配線溝内に埋込まれた前記配線材料膜以外の配線材料膜を除去する工程と、
一次粒子径が５〜２０ｎｍの第１コロイダルシリカ粒子と、一次粒子径が２０ｎｍを超える大きさで、前記第１コロイダルシリカ粒子と同一材料の第２コロイダルシリカ粒子とを含み、かつ前記第１、第２のコロイダルシリカ粒子の合量に占める前記第１コロイダルシリカ粒子が重量比で０．６〜０．９である研磨粒子を含有する化学機械研磨用スラリを用いて前記絶縁膜上の導電性バリア膜部分を化学機械研磨する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係るＣＭＰ用スラリを詳細に説明する。
【００１８】
（１）ＣＭＰ用スラリ
このＣＭＰ用スラリは、一次粒子径が５〜３０ｎｍで、会合度が５以下のコロイダル粒子からなる研磨粒子を水、好ましくは純水に分散させた組成を有する。
【００１９】
前記コロイダル粒子としては、例えばコロイダルシリカ粒子を挙げることができる。このコロイダルシリカ粒子は、例えばＳｉ（ＯＣ2Ｈ5）4、Ｓｉ（ｓｅｃ−ＯＣ4Ｈ9）4、Ｓｉ（ＯＣＨ3）4、Ｓｉ（ＯＣ4Ｈ9）4のようなシリコンアルコキシド化合物をゾルゲル法により加水分解することにより得ることができる。このようなコロイダル粒子（例えばコロイダルシリカ粒子）は、後述する図３に示すように粒度分布が非常に急峻なものである。
【００２０】
前記一次粒子径とは、コロイダル粒子の粒子径とその粒子径を持つ粒子数を積算した累積度数との関係を示す粒度累積曲線を求め、この曲線の累積度数が５０％のポイントでの粒子径を意味するものである。このコロイダル粒子の粒子径は、電子顕微鏡写真で測定することができる。
【００２１】
前記コロイダル粒子の一次粒子径を規定したのは、次のような理由によるものである。前記コロイダル粒子の一次粒子径を５ｎｍ未満にすると、このコロイダル粒子を研磨粒子として含むスラリの研磨性能が低下する虞がある。前記コロイダル粒子の一次粒子径が３０ｎｍを超えると、このコロイダル粒子を研磨粒子として含むスラリによる研磨時において、エロージョンおよびスクラッチが発生する虞がある。より好ましい前記コロイダル粒子の一次粒子径は１０〜２０ｎｍである。
【００２２】
前記会合度とは、一次粒子が凝集した二次粒子の径を一次粒子の径で除した値（二次粒子の径／一次粒子の径）を意味する。ここで、会合度が１とは単分散した一次粒子のみのものを意味する。前記二次粒子径は、動的光散乱法又はレーザー回折法もしくは電子顕微鏡法で測定することができる。
【００２３】
前記会合度が５を超えると、この会合度のコロイダル粒子を研磨粒子として含むスラリによる研磨時において、エロージョンおよびスクラッチが発生する虞がある。
【００２４】
前記コロイダル粒子において、会合したコロイダル粒子の径は１００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２５】
前記研磨粒子は、前記スラリ中に０．５〜５重量％含有されることが好ましい。前記研磨粒子の含有量を０.５重量％未満にすると、この研磨粒子を含むスラリの研磨性能が低下する虞がある。前記研磨粒子の含有量が５重量％を超えると、この研磨粒子を含むスラリによる研磨時において、エロージョンおよびスクラッチが発生する虞がある。より好ましい前記研磨粒子の量は、０．５〜２重量％である。
【００２６】
また、前記スラリ中に含有される研磨粒子（コロイダル粒子）の上限量を５重量％にすることによって、コロイダル粒子の一次粒子が過度に二次粒子化するのを抑えて、コロイダル粒子の会合度を５以下に容易にコントロールすることが可能になる。その結果、この研磨粒子を含むスラリによる研磨時において、低エロージョンおよび低スクラッチ化を図ることが可能になる。
【００２７】
前記ＣＭＰ用スラリのｐＨは、前記コロイダル粒子の等電点に対して±１程度ずらすことが望ましいが、基本的にｐＨ０．５〜１２の領域で使用すればよい。
【００２８】
前記ＣＭＰ用スラリは、以下に説明する１）酸化剤、２）酸化抑制剤、３）界面活性剤から選ばれる少なくとも１つの成分をさらに含有することを許容する。
【００２９】
１）酸化剤
この酸化剤としては、例えば過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過酸化水素水、硝酸第二鉄、硝酸アンモニウムセリウム等を挙げることができる。この酸化剤は、スラリ中に０．１〜５重量％配合することが好ましい。
【００３０】
２）酸化抑制剤
この酸化抑制剤は、キナルジン酸、キノリン酸、マロン酸、シュウ酸、コハク酸などの有機酸、グリシン、アラニン、トリプトファンなどのアミノ酸などを挙げることができる。この中で、取り扱いの点からキナルジン酸、キノリン酸、グリシンが好ましい。前記酸化抑制剤は、スラリ中に０．０１〜３重量％配合することが好ましい。
【００３１】
３）界面活性剤
この界面活性剤は、研磨時のエロージョン及びスクラッチを低減させるもので、例えばアニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、ノニオン界面活性剤等を挙げることができる。この中で、特にドデシルベンゼンスルホン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンラウリルエーテルが好適である。この界面活性剤は、スラリ中に０．０１〜１重量％配合することが好ましい。
【００３２】
（２）ＣＭＰ用スラリ
このＣＭＰ用スラリは、一次粒子径が５〜２０ｎｍの第１コロイダル粒子と、一次粒子径が２０ｎｍを超える大きさで、前記第１コロイダル粒子と同一材料の第２コロイダル粒子とを含み、かつ前記第１、第２のコロイダル粒子の合量に占める前記第１コロイダル粒子（第１コロイダル粒子／第１、第２のコロイダル粒子の合量）の比率が重量割合で０．６〜０．９である研磨粒子を水、好ましくは純水に分散させた組成を有する。
【００３３】
前記第１、第２のコロイダル粒子としては、例えばコロイダルシリカ粒子を挙げることができる。このコロイダルシリカ粒子は、例えばＳｉ（ＯＣ2Ｈ5）4、Ｓｉ（ｓｅｃ−ＯＣ4Ｈ9）4、Ｓｉ（ＯＣＨ3）4、Ｓｉ（ＯＣ4Ｈ9）4のようなシリコンアルコキシド化合物をゾルゲル法により加水分解することにより得ることができる。このような第１、第２のコロイダル粒子（例えば第１、第２のコロイダルシリカ粒子）は、後述する図３に示すように粒度分布が非常に急峻なものである。
【００３４】
前記第１、第２のコロイダル粒子の一次粒子径とは、コロイダル粒子の粒子径とその粒子径を持つ粒子数を積算した累積度数との関係を示す粒度累積曲線を求め、この曲線の累積度数が５０％のポイントでの粒子径を意味するものである。このコロイダル粒子の粒子径は、電子顕微鏡写真で測定することができる。
【００３５】
前記第１コロイダル粒子は、前記（１）のＣＭＰ用スラリで定義した会合度が５以下であることが好ましい。
【００３６】
前記第２コロイダル粒子の一次粒子径は、特に２０ｎｍを超え、５０ｎｍ以下の大きさを有することが望ましい。
【００３７】
前記（第１コロイダル粒子／第１、第２のコロイダル粒子の合量）の比率を重量割合で０．６〜０．９に規定したのは、次のような理由によるものである。前記比率を０．６未満にすると、これら第１、第２のコロイダル粒子を研磨粒子として含むスラリによる研磨時において、エロージョンおよびスクラッチが発生する虞がある。一方、前記比率が０．９を越えるとこれら第１、第２のコロイダル粒子を研磨粒子として含むスラリの研磨性能が低下する虞がある。
【００３８】
前記研磨粒子は、前記スラリ中に０．５〜５重量％含有されることが好ましい。前記研磨粒子の含有量を０.５重量％未満にすると、この研磨粒子を含むスラリの研磨性能が低下する虞がある。前記研磨粒子の含有量が５重量％を超えると、この研磨粒子を含むスラリによる研磨時において、エロージョンおよびスクラッチが発生する虞がある。より好ましい前記研磨粒子の量は、１〜３重量％である。特に、前記第２コロイダル粒子は、前記スラリ中に最大で０．４重量％含有されることが好ましい。
【００３９】
前記ＣＭＰ用スラリのｐＨは、前記第１コロイダル粒子の等電点に対して±１程度ずらすことが望ましいが、基本的にｐＨ０．５〜１２の領域で使用すればよい。
【００４０】
前記ＣＭＰ用スラリにおいて、前記第１、第２のコロイダル粒子にさらにこれらのコロイダル粒子と異なる材料からなる第３粒子を配合して研磨粒子を構成することを許容する。この第３粒子としては、例えば酸化セリウム、酸化マンガン、シリカ、アルミナおよびジルコニアからなる群から選ばれる少なくとも１つの粒子を用いることができる。前記第３粒子は、特にコロイダルアルミナ粒子が好ましい。このコロイダルアルミナ粒子は、例えばＡｌ（ｉｓｏ−ＯＣ3Ｈ７）3、Ａｌ（ＯＣＨ3）3、Ａｌ（ＯＣ2Ｈ5）3のようなアルミニウムアルコキシド化合物をゾルゲル法により加水分解することにより得ることができる。
【００４１】
前記第３粒子は、前述した定義に基づく一次粒子径が５〜３０ｎｍであることが好ましい。この第３粒子は、前記第１、第２のコロイダル粒子の合量に対して４０重量％以下配合されることが好ましい。
【００４２】
前記ＣＭＰ用スラリは、前述した１）酸化剤、２）酸化抑制剤、３）界面活性剤から選ばれる少なくとも１つの成分をさらに含有することを許容する。
【００４３】
前述したＣＭＰ用スラリにより例えば基板上に成膜された導電性材料膜を研磨するには、図１および図２に示すポリッシング装置が用いられる。図１は、ＣＭＰ処理に使用されるポリッシング装置を示す断面図、図２は図１のポリッシング装置の要部を示す斜視図である。
【００４４】
すなわち、研磨盤受け２３はステージ２１上にベアリング２２を介して配置されている。研磨盤２４（ターンテーブル）は、前記研磨盤受け２３上に取り付けられている。研磨パッド２５は、前記研磨盤２４上に張り付けられている。駆動シャフト２６は、前記研磨盤受け２３および前記研磨盤２４を回転させるためにこれらの中心部分に連結されている。この駆動シャフト２６は、モータ２７により回転ベルト２８を介して回転される。
【００４５】
導電性材料膜が形成された基板、例えば半導体ウエハ２０は、前記研磨パッド２５と対向する位置に配置され、真空又は水張りにより吸着盤（トップリング）３１に取り付けられた吸着布３０およびテンプレート２９に固定されている。前記トップリング３１は、駆動シャフト３２に連結されている。この駆動シャフト３２は、モータ３３により２つのギア３４，３５を介して回転される。駆動台３６は、前記駆動シャフト３２に固定されている。シリンダ３７は、前記駆動台３６に取り付けられ、このシリンダ３７による上下の移動に伴って前記駆動台３６も上下する。スラリ供給管３８は、スラリタンク（図示せず）から導出され、かつ下端が前記研磨パッド２５の上方に配置されている。
【００４６】
このようなポリッシング装置において、モータ２７を駆動することにより研磨パッド２５が張り付けられた研磨盤２４を回転する。トップリング３１に半導体ウエハ２０を固定し、モータ３３を駆動して前記トップリング３１を前記研磨パッド２５と同一方向に回転させると共にシリンダ３７により前記トップリング３１に取り付けられた半導体ウエハ２０を前記研磨パッド２５に押し付ける。このとき、スラリタンク（図示せず）のＣＭＰ用スラリをスラリ供給管３８を通して互いに同一方向に回転し、摺接される前記研磨パッド２５と前記半導体ウエハ２０の間に滴下してそのウェハ表面（図１、図２では裏面）の導電性材料膜のポリッシングを行う。
【００４７】
次に、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を詳細に説明する。
【００４８】
（第１工程）
半導体基板上の絶縁膜表面に配線溝を形成し、この配線溝を含む全面に導電性材料膜を形成する。
【００４９】
前記絶縁膜としては、例えばシラン系ガス、ＴＥＯＳ系ガスを用いて形成されたシリコン酸化膜のような無機質絶縁膜、フッ素を含有した低誘電率の絶縁膜、有機系膜または多孔質膜のように柔らかく、脆く、剥がれ易く、疎水性を有するＬｏｗ−Ｋ絶縁膜を用いることができる。
【００５０】
前記導電性材料膜は、金属からなる配線材料膜単独、または導電性バリア膜とこのバリア膜に積層された金属からなる配線材料膜との２層以上の積層膜を挙げることができる。
【００５１】
前記金属からなる配線材料膜としては、例えばＣｕまたはＣｕ−Ｓｉ合金、Ｃｕ−Ａｌ合金、Ｃｕ−Ｓｉ−Ａｌ合金、Ｃｕ−Ａｇ合金のようなＣｕ合金、ＡｌまたはＡｌ合金、Ｗ等を用いることができる。
【００５２】
前記導電性バリア膜としては、例えばＴｉＮ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ，ＷＮ，ＴａＮ，ＴａＳｉＮ，Ｔａ，Ｖ，Ｍｏ，ＺｒおよびＺｒＮから選ばれる１層または２層以上から作られる。
【００５３】
（第２工程）
前記基板の導電性材料膜を前述した図１、図２に示すポリッシング装置および前記（１），（２）のＣＭＰ用スラリを用いてＣＭＰ処理を行い、前記配線溝に埋込まれた前記導電性材料膜以外の導電性材料膜を除去することにより前記絶縁膜に埋込み配線（ダマシン配線）を形成する。
【００５４】
なお、前記導電性材料膜が導電性バリア膜とこのバリア膜に積層された金属からなる配線材料膜との２層以上の積層膜からなる場合、前記配線材料膜を前述した図１および図２に示すポリッシング装置および前記（１），（２）のＣＭＰ用スラリを用いてＣＭＰ処理した後、前記絶縁膜表面に位置する露出した導電性バリア膜部分を前記配線材料膜のときに使用したスラリと異なる組成のＣＭＰ用スラリを用いてＣＭＰ処理して除去することにより、前記絶縁膜に前記導電性バリア膜を介して埋込まれたダマシン配線を形成することができる。
【００５５】
また、導電性バリア膜とこのバリア膜に積層された金属からなる配線材料膜との２層以上の積層膜からなる場合、前述した図１および図２に示すポリッシング装置および前記（２）で説明した第１、第２のコロイダル粒子、さらにコロイダルアルミナ粒子のような第３粒子を含むＣＭＰ用スラリを用いてＣＭＰ処理してそれら積層膜を除去することにより、前記絶縁膜に前記導電性バリア膜を介して埋込まれたダマシン配線を形成することができる。
【００５６】
次に、本発明の実施形態に係る別の半導体装置の製造方法を説明する。
【００５７】
（第１工程）
半導体基板上に形成された絶縁膜表面に配線溝を形成し、この配線溝の内面を含む前記絶縁膜上に導電性バリア膜を堆積した後、この導電性バリア膜上に金属からなる配線材料膜を前記配線溝が埋まるように堆積させる。
【００５８】
前記絶縁膜、導電性バリア膜および配線材料膜は、前述したのと同様なものを用いることができる。
【００５９】
（第２工程）
前記配線材料膜を化学機械研磨し、前記配線溝の内面を除く前記絶縁膜上の導電性バリア膜をストッパとして前記配線溝内に埋込まれた前記配線材料膜以外の配線材料膜を除去する。
【００６０】
前記化学機械研磨処理は、汎用のＣＭＰ用スラリを用いて行うことができる。
【００６１】
（第３工程）
前記絶縁膜上の導電性バリア膜部分を前述した図１、図２に示すポリッシング装置および前記（１），（２）のＣＭＰ用スラリを用いてＣＭＰ処理を行い、前記導電性バリア膜を介して埋込まれたダマシン配線を形成する。
【００６２】
以上説明した本発明の実施形態に係るＣＭＰ用スラリは、一次粒子径が５〜３０ｎｍで、会合度が５以下のコロイダル粒子からなる研磨粒子を含む組成を有するため、導電性材料膜、例えばＣｕ膜のＣＭＰ処理に際し、低エロージョンおよび低スクラッチ化を図ることができる。
【００６３】
また、本発明の実施形態に係る別のＣＭＰ用スラリは一次粒子径が５〜２０ｎｍの第１コロイダル粒子と、一次粒子径が２０ｎｍを超える大きさで、前記第１コロイダル粒子と同一材料の第２コロイダル粒子とを含み、かつ前記第１、第２のコロイダル粒子の合量に占める前記第１コロイダル粒子が重量比で０．６〜０．９である研磨粒子を含有するため、導電性材料膜、例えばＣｕ膜のＣＭＰ処理に際し、ＣＭＰの高速化と低エロージョンおよび低スクラッチ化とを図ることができる。
【００６４】
すなわち、図３はフュームド法で形成されたシリカ粒子およびゾルゲル法で形成されたコロイダルシリカ粒子における一次粒子の対数正規プロットを示すグラフである。図３において、縦軸は累積度数（％）を表わし、横軸は粒子径（ｎｍ）を表わしている。コロイダルシリカ粒子の累積度数曲線Ａは、累積度数５０％のポイントの粒子径が１５ｎｍ（１σ；１１．８％）であり、コロイダルシリカ粒子の累積度数曲線Ｂは累積度数５０％のポイントの粒子径が４１ｎｍ（１σ；１２．９％）であり、フュームド法のシリカ粒子の累積度数曲線Ｃは累積度数５０％のポイントの粒子径が５８ｎｍ（１σ；２５．２％）である。
【００６５】
図３に示すようにコロイダルシリカ粒子は、フュームド法に比べて粒子径のバラツキが小さい。また、コロイダルシリカ粒子は凝集して粗大粒子を生成し難い。このため、コロイダルシリカ粒子はその粒子径をコントロールするという観点から、取り扱い易い粒子である。
【００６６】
ただし、コロイダル粒子は以下に説明する図４に示すように一次粒子径が１０ｎｍ程度と小さい場合、エロージョン及びスクラッチはほとんど生じないが、研磨速度が低下する。一方、コロイダル粒子は一次粒子径が３０ｎｍを超える大きな粒子、特に５０ｎｍを超える大きな粒子になると、逆に研磨速度は向上するが、エロージョン、スクラッチが生じやすくなる。
【００６７】
すなわち、図４はＣＭＰ処理に用いるコロイダル粒子の粒子径（ｎｍ）の変化に伴うＣｕの研磨速度（ＣｕＲＲ）の変化およびエロージョンの大きさ（ｎｍ）を表している。図４において、縦軸左が研磨速度（ｎｍ／ｍｉｎ）、縦軸右がエロージョンの大きさ（ｎｍ）を表わし、横軸がコロイダルシリカ粒子の粒子径（ｎｍ）を表わしている。図４中の曲線Ｄは、コロイダルシリカ粒子の粒子径の変化に伴うエロージョンの大きさを示す特性線、曲線Ｅはコロイダルシリカ粒子の粒子径の変化に伴うＣｕの研磨速度の大きさを示す特性線である。
【００６８】
コロイダル粒子は、凝集体、つまり二次粒子を形成し難い性質を有し、一次粒子径が小さいときに低エロージョン性、低スクラッチ性を示し、一次粒子径が大きいときに高研磨速度の特性を併せ持っている。
【００６９】
このようなことから、本発明の実施形態によれば一次粒子径が５〜３０ｎｍで、会合度が５以下のコロイダル粒子からなる研磨粒子を含む組成にすることによって、導電性材料膜、例えばＣｕ膜を低エロージョンおよび低スクラッチを図りつつ、ＣＭＰ処理することが可能なＣＭＰ用スラリを提供できる。
【００７０】
また、本発明の実施形態によれば一次粒子径が５〜２０ｎｍの第１コロイダル粒子と、一次粒子径が２０ｎｍを超える大きさで、前記第１コロイダル粒子と同一材料の第２コロイダル粒子とを含み、かつ前記第１、第２のコロイダル粒子の合量に占める前記第１コロイダル粒子が重量比で０．６〜０．９である研磨粒子を含有する組成にすることによって、導電性材料膜、例えばＣｕ膜を低エロージョンおよび低スクラッチを図りつつ、高速ＣＭＰ処理することが可能なＣＭＰ用スラリを提供できる。
【００７１】
さらに、本発明の実施形態によれば半導体基板上の絶縁膜表面に配線溝を形成し、この配線溝を含む全面に導電性材料膜を形成した後、この導電性材料膜を例えば前述した図１、図２に示すポリッシング装置および前記（１），（２）のＣＭＰ用スラリを用いてＣＭＰ処理を行い、前記配線溝に埋込まれた前記導電性材料膜以外の導電性材料膜を除去することによって、前記絶縁膜の配線溝に低エロージョンおよび低スクラッチの埋込み配線（ダマシン配線）を形成することができる。
【００７２】
さらに、本発明の実施形態によれば半導体基板上の絶縁膜表面に配線溝を形成し、この配線溝内面を含む全面に導電性バリア膜を堆積し、さらに金属からなる配線材料膜を堆積した後、この配線材料膜を前記導電性バリア膜をストッパとしてＣＭＰを行い、ひきつづき露出した導電性バリア膜部分を例えば前述した図１、図２に示すポリッシング装置および前記（１），（２）のＣＭＰ用スラリを用いてＣＭＰ処理することによって、前記絶縁膜の配線溝に導電性バリア膜を介して埋込まれた低エロージョンおよび低スクラッチの配線（ダマシン配線）を形成することができる。
【００７３】
特に、有機系膜または多孔質膜のように柔らかく、脆く、剥がれ易く、疎水性を有するＬｏｗ−Ｋ絶縁膜の配線溝に導電性バリア膜を介して埋め込んでダマシン配線を形成する際、前記（１），（２）のＣＭＰ用スラリによるＣＭＰ処理は前記Ｌｏｗ−Ｋ絶縁膜に対してソフトでかつ穏やかである。このため、前記Ｌｏｗ−Ｋ絶縁膜上の導電性バリア膜をＣＭＰ処理する際、前記Ｌｏｗ−Ｋ絶縁膜が前記導電性バリア膜と共に剥離されることなく、その絶縁膜の配線溝に導電性バリア膜を介して埋込まれた低エロージョンおよび低スクラッチの配線（ダマシン配線）を形成することができる。その結果、低誘電率の絶縁膜に起因する伝播遅延を抑制した高速の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。
【００７４】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【００７５】
（実施例１）
まず、図５の（ａ）に示すように例えば半導体素子などが作られたシリコン基板（シリコンウエハ）１０１上に例えば酸化シリコンからなる絶縁膜１０２を形成した後、表面を平坦化した。つづいて、この絶縁膜１０２を選択的にエッチングして深さ４００ｎｍの配線溝１０３を形成した。ひきつづき、厚さ１０ｎｍ程度のバリア膜としてのＴａＮ膜１０４を前記絶縁膜１０２上および前記配線溝１０３の内面に堆積させた。この後、厚さ８００ｎｍのＣｕ膜１０５をスパッタリング法およびメッキ法により順次堆積した。
【００７６】
次いで、前述した図１、図２に示すポリッシング装置および下記組成の第１ＣＭＰ用スラリを用いて下記条件で前記Ｃｕ膜１０５表面をＣＭＰ処理することにより、図５の（ｂ）に示すように前記配線溝１０３にのみＣｕ膜１０５を残存させた。なお、前記ＣＭＰ処理はＴａＮ膜１０４でストップさせることができた。
【００７７】
＜第１ＣＭＰ用スラリの組成＞
・研磨粒子；一次粒子径１５ｎｍ、会合度３．０の第１コロイダルシリカ（前述した図３のコロイダルシリカ粒子Ａ）：０．８ｗｔ％、一次粒子径４１ｎｍ、会合度３．０の第２コロイダルシリカ（前述した図３のコロイダルシリカ粒子Ｂ）：０．２ｗｔ％、
・過硫酸アンモニウム（酸化剤）：１ｗｔ％、
・キナルジン酸（酸化抑制剤）：０．５ｗｔ％、
・ドデシルベンゼンスルホン酸カリウム：０．０６ｗｔ％、
・ｐＨ；９．２（水酸化カリウム水溶液を加えて調節）。
【００７８】
＜ＣＭＰ処理条件＞
・研磨パッド；Ｒｏｄｅｌ社製商品名ＩＣ１０００／ＳＵＢＡ４００、
・スラリの供給流量：２００ｃｃ／分、
・トップリング（ＴＲ）の回転数；１００ｒｐｍ、
・ターンテーブル（ＴＴ）回転数：１００ｒｐｍ、
・荷重（ＤＦ）：３００ｇ／ｃｍ2。
【００７９】
次いで、前記絶縁膜１０２上に位置する露出したＴａＮ膜１０４部分を前述した図１、図２に示すポリッシング装置および下記組成の第２ＣＭＰ用スラリを用いて下記条件でＣＭＰ処理した。このＣＭＰ処理により図５の（ｃ）に示すように配線溝１０３にＴａＮ膜１０４を介して埋込まれたＣｕ配線（Ｃｕダマシン配線）１０６が形成された。
【００８０】
＜第２ＣＭＰ用スラリの組成＞
・研磨粒子；一次粒子径３０ｎｍのコロイダルシリカ：３ｗｔ％、
・エチレンジアミン：０．０５ｗｔ％。
【００８１】
＜ＣＭＰ処理条件＞
・スラリの供給流量：２００ｃｃ／分、
・研磨パッド；Ｒｏｄｅｌ社製商品名ＩＣ１０００／ＳＵＢＡ４００、
・トップリング（ＴＲ）の回転数；５０ｒｐｍ、
・ターンテーブル（ＴＴ）回転数：５０ｒｐｍ、
・荷重（ＤＦ）：３００ｇ／ｃｍ2。
【００８２】
本実施例１において、前記Ｃｕ膜のＣＭＰ処理によるＣＭＰ特性を図６に示す。なお、図６には研磨粒子としてフュームド法のシリカ粒子を用いた以外、実施例１と同様な組成のＣＭＰ用スラリ、図１、図２に示すポリッシング装置を用いて同様な条件でＣｕ膜をＣＭＰ処理したときのＣＭＰ特性を比較例１として示す。図６の縦軸は、エロージョン（erosion）／配線幅１００μｍの大きさ（ｎｍ）を表わし、横軸はオーバーポリッシング（％）を表わしている。ここでのエロージョンは、配線幅を１００μｍとし、＋０〜１００％の範囲でオーバーポリッシングを行った場合の大きさを表す。つまり、前記エロージョンは配線溝内部以外のＣｕ膜がなくなるジャストポリッシングまでのポリッシング時間に０〜１００％のポリッシング時間を付加してオーバーポリッシングを行った場合の大きさを表す。
【００８３】
この図６から明らかなように研磨粒子としてフュームド法のシリカ粒子を用いた比較例１によれば、エロージョンが４００ｎｍ（配線幅１００μｍ、＋１００％オーバーポリッシュ）であった。また、比較例１によるＣｕ膜の研磨速度は、４３２ｎｍ／分であった。
【００８４】
これに対し、研磨粒子として一次粒子径１５ｎｍの第１コロイダルシリカ粒子および一次粒子径４１ｎｍの第２コロイダルシリカ粒子を含む実施例１のＣＭＰ用スラリによるＣＭＰ処理では、Ｃｕ膜の研磨速度が５２０ｎｍ／分と約２０％向上し、エロージョンが２８ｎｍ（配線幅１００μｍ、＋１００％オーバーポリッシュ）と飛躍的に改善できた。
【００８５】
また、本実施例１で用いられるスラリ中の第１コロイダルシリカ粒子と第２コロイダルシリカ粒子との配合バランスは、図７に示す関係にある。図７において、縦軸左は、Ｃｕの研磨速度（ＣｕＲＲ：ｎｍ／ｍｉｎ）、縦軸右はエロージョンの大きさ（ｎｍ）を表わし、横軸は第１、第２のコロイダルシリカ粒子の合量に占める第１コロイダルシリカの比率（重量割合）を表わしている。曲線Ｆは、エロージョンの大きさを示す特性曲線、曲線ＧはＣｕ研磨速度を示す特性曲線、を表わしている。
【００８６】
図７から明らかなように第１、第２のコロイダルシリカ粒子の合量に占める第１コロイダルシリカの比率が０．６〜０．９の範囲において低エロージョン、高研磨速度を両立できることがわかる。
【００８７】
また、第１、第２のコロイダルシリカ粒子の合量に占める第１コロイダルシリカの比率が０．６〜０．９の範囲においてＴａＮ膜１０４の研磨速度を抑制しつつ、Ｃｕ膜を高速研磨することが可能で、それら膜の選択比を大きくできる。例えばＴａＮ膜１０４の研磨速度をＣｕ膜のそれに対し１／５（約３ｎｍ／分）とすることができる。その結果、より確実にＴａＮ膜１０４でポリッシングのストッパとして機能させることができる。
【００８８】
以上、本実施例１によればＣｕに対する研磨速度の向上によりスループットの向上と、エロージョン性が大幅に改善された高性能のＣｕダマシン配線の形成とを達成することができる。
【００８９】
また、本実施例１で用いられるＣＭＰ用スラリは研磨中の摩擦（テーブルモータのトルクセンサ電流値）も小さいため、絶縁膜の剥がれに対しても有利である。さらに、２種類のコロイダルシリカ粒子を混合することによって、研磨速度のウエハ面内の均一性が改善され、特にウエハエッジ部の研磨速度が向上するため、配線のショート歩留まりが、比較例１のそれが８０〜９０％であったのに対し、１００％に改善された。
【００９０】
（参考例１）
まず、図８の（ａ）に示すように例えば半導体素子などが作られたシリコン基板（シリコンウエハ）２０１上に絶縁膜２０２を形成した後、この絶縁膜２０２を選択的にエッチングして深さ４００ｎｍの配線溝２０３を形成した。前記絶縁膜２０２は、多孔質膜や有機系膜のような柔らかく、脆く、剥がれ易いｌｏｗ−Ｋ膜である。つづいて、厚さ１５ｎｍ程度のバリア膜としてのＮｂ膜２０４を前記絶縁膜２０２上および前記配線溝２０３の内面に堆積させた。この後、厚さ８００ｎｍのＡｌ膜２０５をスパッタリング法により堆積した。
【００９１】
次いで、前述した図１、図２に示すポリッシング装置および下記組成の第１ＣＭＰ用スラリを用いて下記条件で前記Ａｌ膜２０５表面をＣＭＰ処理することにより、図８の（ｂ）に示すように前記配線溝２０３にのみＡｌ膜２０５を残存させた。このＡｌ膜２０５の研磨において、前記Ｎｂ膜２０４がストッパとして作用する。このため、下記組成のようにフュームド法で形成したアルミナとシリカの混合粒子を含むスラリを用いても、前述した脆弱な絶縁膜２０２に対するダメージを抑制できる。
【００９２】
＜第１ＣＭＰ用スラリの組成＞
・研磨粒子；フュームド法で形成したアルミナとシリカの混合粒子、
・過硫酸アンモニウム（酸化剤）：０．５ｗｔ％、
・キナルジン酸（酸化抑制剤）：０．０２ｗｔ％、
＜ＣＭＰ処理条件＞
・スラリの供給流量：２００ｃｃ／分、
・研磨パッド；Ｒｏｄｅｌ社製商品名ＩＣ１０００／ＳＵＢＡ４００、
・トップリング（ＴＲ）の回転数；１００ｒｐｍ、
・ターンテーブル（ＴＴ）回転数：１００ｒｐｍ、
・荷重（ＤＦ）：３００ｇ／ｃｍ2。
【００９３】
次いで、前記絶縁膜２０２上に位置する露出したＮｂ膜２０４部分を前述した図１、図２に示すポリッシング装置および下記組成の第２ＣＭＰ用スラリを用いて下記条件でＣＭＰ処理した。このＣＭＰ処理により図８の（ｃ）に示すように配線溝２０３にＮｂ膜２０４を介して埋込まれたＡｌ配線（Ａｌダマシン配線）２０６が形成された。
【００９４】
＜第２ＣＭＰ用スラリの組成＞
・研磨粒子；一次粒子径１５ｎｍ、会合度：３．０のコロイダルシリカ：０．８ｗｔ％、
・過硫酸アンモニウム（酸化剤）：１ｗｔ％、
・キナルジン酸（酸化抑制剤）：０．０５ｗｔ％、
・カチオン界面活性剤：０．０２５ｗｔ％。
【００９５】
＜ＣＭＰ処理条件＞
・研磨パッド；ポリテックス社製商品名Ｐｏｌｉｔｅｘ、
・スラリの供給流量：２００ｃｃ／分、
・トップリング（ＴＲ）の回転数；６０ｒｐｍ、
・ターンテーブル（ＴＴ）回転数：１００ｒｐｍ、
・荷重（ＤＦ）：３００ｇ／ｃｍ2。
【００９６】
このようなＮｂ膜２０４のＣＭＰ処理において、柔らかく、脆く、且つ疎水性のｌｏｗ−Ｋ絶縁膜２０２にダメージを与えることなく研磨でき、ダマシン配線２０６を形成することができた。
【００９７】
また、参考例１で用いられるスラリ中のコロイダルシリカの一次粒子径と絶縁膜に対するスクラッチとの関係を図９に示す。なお、コロイダルシリカの会合度は３．０と一定にした。図９において、縦軸は８インチウエハ上の絶縁膜に対するスクラッチ数（個）を表わし、横軸はスラリに含有されるコロイダルシリカの一次粒子径（ｎｍ）を表わしている。
【００９８】
図９から明らかなように一次粒子径が３０ｎｍを超える大きさのコロイダルシリカ粒子を研磨粒子として含むスラリでＣＭＰ処理すると、ｌｏｗ−Ｋ絶縁膜へのスクラッチ数が急激に増加することがわかる。
【００９９】
これに対し、一次粒子径が５〜３０ｎｍのコロイダルシリカ粒子を研磨粒子として含む本実施例のスラリでＣＭＰ処理すると、ｌｏｗ−Ｋ絶縁膜へのスクラッチ数がほぼゼロに激減できることがわかる。
【０１００】
以上、参考例１によれば有機系絶縁膜や多孔質絶縁膜のように柔らかく、脆く、剥れ易いｌｏｗ−Ｋ膜に対しても、ダメージを与えることなくＣＭＰ処理をすることが可能となる。そのため、ダマシン配線を多層に形成した場合、各層でのスクラッチに起因する上層膜の剥れ、配線形成時のメタル残りのための電流ショート、リソグラフィプロセスのフォーカスずれによるパターン形状の異常等を大幅に改善することができる。
【０１０１】
（参考例２）
半導体素子などが作られたシリコン基板（シリコンウエハ）の例えば酸化シリコンからなる絶縁膜上に堆積されたＣｕ膜を前述した図１、図２に示すポリッシング装置および下記組成のＣＭＰ用スラリを用いて下記条件でＣＭＰ処理した以外、実施例１と同様な方法により配線溝にＴａＮ膜を介して埋込まれたＣｕ配線（Ｃｕダマシン配線）を形成して半導体装置を製造した。
【０１０２】
＜ＣＭＰ用スラリの組成＞
・研磨粒子；会合度の異なる一次粒子径２５ｎｍのコロイダルシリカ粒子：１．０ｗｔ％、
・過硫酸アンモニウム（酸化剤）：１ｗｔ％、
・キナルジン酸（酸化抑制剤）：０．５ｗｔ％、
・ドデシルベンゼンスルホン酸カリウム：０．０６ｗｔ％、
・ｐＨ；９．２（水酸化カリウム水溶液を加えて調節）。
【０１０３】
＜ＣＭＰ処理条件＞
・研磨パッド；Ｒｏｄｅｌ社製商品名ＩＣ１０００／ＳＵＢＡ４００、
・スラリの供給流量：２００ｃｃ／分、
・トップリング（ＴＲ）の回転数；１００ｒｐｍ、
・ターンテーブル（ＴＴ）回転数：１００ｒｐｍ、
・荷重（ＤＦ）：３００ｇ／ｃｍ2。
【０１０４】
参考例２で用いられるＣＭＰ用スラリ中の研磨粒子であるコロイダルシリカ粒子の会合度に対するＣｕ研磨速度（ＣｕＲＲ：）およびエロージョンの関係を図１０に示す。図１０において、縦軸左はＣｕの研磨速度（ｎｍ／ｍｉｎ）、縦軸右はエロージョンの大きさ（ｎｍ）を表わし、横軸はスラリに含まれるコロイダル粒子の会合度を表している。曲線Ｈは、会合度の変化に伴うＣｕ研磨速度を示す特性曲線、曲線Ｉは会合度の変化に伴うエロージョンの大きさを示す特性曲線、を表わしている。
【０１０５】
図１０から明らかなようにエロージョンは、スラリ中のコロイダルシリカ粒子の会合度が増加するに従って劣化する方向ヘシフトする。さらに、コロイダルシリカ粒子の会合度が５を越えると、Ｃｕ膜及びＴａＮ膜上に細かなスクラッチが多く発生することが確認された。
【０１０６】
これに対し、会合度が５以下のコロイダルシリカ粒子を含む本実施形態のスラリによりＣｕ膜をＣＭＰ処理した場合、研磨速度が低くなるものの、Ｃｕ膜表面のエロージョンを抑制できることがわかる。
【０１０７】
例えば、会合度３で一次粒子径２５ｎｍのコロイダルシリカ粒子を含むスラリを用いると、前述した研磨粒子としてフュームド法のシリカ粒子を含む比較例１のスラリによるエロージョン１１６ｎｍ（図６参照）から６８ｎｍとエロージョンを小さくすることができる。
【０１０８】
以上、参考例２によればＣｕなど金属膜の研磨速度の向上と、エロージョンの大幅な改善が達成され、例えばＣｕダマシン配線を容易に形成することが可能になる。
【０１０９】
（実施例２）
まず、図１１の（ａ）に示すように例えば半導体素子などが作られたシリコン基板（シリコンウエハ）３０１上に例えば酸化シリコンからなる絶縁膜３０２を形成した後、表面を平坦化した。つづいて、この絶縁膜３０２を選択的にエッチングして深さ４００ｎｍの配線溝３０３を形成した。ひきつづき、厚さ１５ｎｍ程度のバリア膜としてのＴｉＮ膜３０４を前記絶縁膜３０２上および前記配線溝３０３の内面に堆積させた。この後、厚さ６００ｎｍのＷ膜３０５をＣＶＤ法により堆積した。
【０１１０】
次いで、前述した図１、図２に示すポリッシング装置および下記組成のＣＭＰ用スラリを用いて下記条件で前記Ｗ膜３０５およびＴｉＮ膜３０４を順次ＣＭＰ処理した。このＣＭＰ処理により図１１の（ｂ）に示すように配線溝３０３にＴｉＮ膜３０４を介して埋込まれたＷ配線（Ｗダマシン配線）３０６が形成された。
【０１１１】
＜ＣＭＰ用スラリの組成＞
・研磨粒子；一次粒子径１５ｎｍ、会合度３．０の第１コロイダルシリカ粒子：２．５ｗｔ％、一次粒子径４１ｎｍ、会合度３．０の第２コロイダルシリカ粒子：０．３ｗｔ％、一次粒子径１５ｎｍ、会合度１．５のコロイダルアルミナ粒子：０．２ｗｔ％、
・硝酸第二鉄（酸化剤）：５ｗｔ％、
・過硫酸アンモニウム（酸化剤）：０．５ｗｔ％、
・マロン酸（酸化抑制剤）：１ｗｔ％、
・ｐＨ；１．５。
【０１１２】
＜ＣＭＰ処理条件＞
・研磨パッド；Ｒｏｄｅｌ社製商品名ＩＣ１０００／ＳＵＢＡ４００、
・スラリの供給流量：２００ｃｃ／分、
・トップリング（ＴＲ）の回転数；１００ｒｐｍ、
・ターンテーブル（ＴＴ）回転数：１００ｒｐｍ、
・荷重（ＤＦ）：３００ｇ／ｃｍ2、
・研磨時間：１６０秒間。
【０１１３】
本実施例２によれば、エロージョン（配線幅：５μｍ、＋５０％のオーバーポリッシュ）は３０ｎｍであり、前述した研磨粒子としてフュームド法のシリカ粒子を含む比較例１のスラリを用いた場合（研磨時間２１０秒でエロージョンが１８０ｎｍ）に比べてエロージョンが改善された。
【０１１４】
なお、前記実施例１で用いた第１、第２のコロイダルシリカ粒子を研磨粒子として含むＣＭＰ用スラリを前記参考例１のＮｂ膜のようなバリア膜のＣＭＰ処理に適用しても、参考例１と同様にそのＮｂ膜の下地膜である有機系絶縁膜や多孔質絶縁膜のように柔らかく、脆く、剥れ易いｌｏｗ−Ｋ膜に対して、ダメージを与えることなくＣＭＰ処理をすることができる。
【０１１５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、導電性材料膜のＣＭＰ処理に際し、低エロージョンおよび低スクラッチ化を図ることが可能なＣＭＰ用スラリを提供することができる。
【０１１６】
また、本発明によれば導電性材料膜のＣＭＰ処理に際し、ＣＭＰの高速化と低エロージョンおよび低スクラッチ化とを図ることが可能なＣＭＰ用スラリを提供することができる。
【０１１７】
さらに、本発明によれば絶縁膜の配線溝に埋込まれた低エロージョンおよび低スクラッチの配線（例えばダマシン配線）の形成を可能にした半導体装置の製造方法を提供することができる。
【０１１８】
さらに、本発明によれば絶縁膜の配線溝に導電性バリア膜を介して埋込まれた低エロージョンおよび低スクラッチの配線（例えばダマシン配線）の形成を可能にした半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＣＭＰ処理に使用されるポリッシング装置を示す断面図。
【図２】 図１のポリッシング装置の要部を示す斜視図。
【図３】 ＣＭＰ用スラリに含まれるコロイダル粒子とフュームド粒子のバラツキを示すグラフ。
【図４】 ＣＭＰ用スラリに含まれるコロイダル粒子径とＣｕ研磨速度（ＣｕＲＲ）およびエロージョンとの関係を示すグラフ。
【図５】 本発明の実施例１における半導体装置の製造工程を示す断面図。
【図６】 図６は、実施例１および比較例１のＣＭＰ処理によるオーバポリッシングとエロージョンの度合との関係（ＣＭＰ特性）を示すグラフ。
【図７】 実施例１のＣＭＰ処理における第１、第２コロイダルシリカ粒子の配合バランスとＣｕ研磨速度（ＣｕＲＲ）およびエロージョンとの関係を示すグラフ。
【図８】 参考例１における半導体装置の製造工程を示す断面図。
【図９】 参考例１のＣＭＰ処理におけるコロイダル粒子径とスクラッチ数との関係を説明するグラフ。
【図１０】 参考例２のＣＭＰ用スラリに含まれるコロイダル粒子の会合度とＣｕ研磨速度（ＣｕＲＲ）およびエロージョンとの関係を示すグラフ。
【図１１】 本発明の実施例２における半導体装置の製造工程を示す断面図。
【符号の説明】
２０…半導体ウェハ、
２１…ステージ、
２４…研磨盤、
２５…研磨パッド、
３１…吸着盤（トップリング）、
３８…スラリ供給管、
１０１，２０１，３０１…シリコン基板、
１０２，２０２，３０２…絶縁膜、
１０３，２０３，３０３…配線溝、
１０４…ＴａＮ膜、
１０５…Ｃｕ膜、
１０６，２０６，３０６…配線、
２０４…Ｎｂ膜、
２０５…Ａｌ膜、
３０４…ＴｉＮ膜、
３０５…Ｗ膜。
Claims (16)
- 一次粒子径が５〜２０ｎｍの第１コロイダルシリカ粒子と、一次粒子径が２０ｎｍを超える大きさで、前記第１コロイダルシリカ粒子と同一材料の第２コロイダルシリカ粒子とを含み、かつ前記第１、第２のコロイダルシリカ粒子の合量に占める前記第１コロイダルシリカ粒子が重量比で０．６〜０．９である研磨粒子を含有することを特徴とする化学機械研磨用スラリ。
- 前記研磨粒子は、前記第１、第２のコロイダルシリカ粒子と異なる材料からなる第３粒子をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の化学機械研磨用スラリ。
- 前記第３粒子は、コロイダルアルミナ粒子であることを特徴とする請求項２記載の化学機械研磨用スラリ。
- 前記研磨粒子は、前記スラリ中に０．５〜５重量％含有されることを特徴とする請求項１記載の化学機械研磨用スラリ。
- さらに酸化剤および酸化抑制剤を含有することを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の化学機械研磨用スラリ。
- 前記酸化抑制剤は、キナルジン酸、キノリン酸およびグリシンから選ばれる少なくとも１つであることを特徴とする請求項５記載の化学機械研磨用スラリ。
- さらに界面活性剤を含有することを特徴とする請求項１〜６いずれか記載の化学機械研磨用スラリ。
- 前記界面活性剤は、ドデシルベンゼンスルホン酸塩であることを特徴とする請求項７記載の化学機械研磨用スラリ。
- 半導体基板上に形成された絶縁膜表面に配線溝を形成する工程と、
前記配線溝内部を含む前記絶縁膜上に導電性材料膜を堆積させる工程と、
一次粒子径が５〜２０ｎｍの第１コロイダルシリカ粒子と、一次粒子径が２０ｎｍを超える大きさで、前記第１コロイダルシリカ粒子と同一材料の第２コロイダルシリカ粒子とを含み、かつ前記第１、第２のコロイダルシリカ粒子の合量に占める前記第１コロイダルシリカ粒子が重量比で０．６〜０．９である研磨粒子を含有する化学機械研磨用スラリを少なくとも用いて前記導電性材料膜を化学機械研磨し、前記配線溝に埋込まれた前記導電性材料膜以外の導電性材料膜を除去する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記導電性材料膜は、配線材料膜であることを特徴とする請求項９記載の半導体装置の製造方法。
- 前記配線材料膜は、銅膜であることを特徴とする請求項１０記載の半導体装置の製造方法。
- 前記導電性材料膜は、ＴｉＮ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ，ＷＮ，ＴａＮ，ＴａＳｉＮ，Ｔａ，Ｖ，Ｍｏ，ＺｒおよびＺｒＮから選ばれる少なくとも１つの導電性バリア膜とこのバリア膜に積層された配線材料膜との２層以上の積層膜で、前記配線材料膜を前記化学機械研磨用スラリを用いて化学機械研磨することを特徴とする請求項９記載の半導体装置の製造方法。
- 前記導電性材料膜は、ＴｉＮ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ，ＷＮ，ＴａＮ，ＴａＳｉＮ，Ｔａ，Ｖ，Ｍｏ，ＺｒおよびＺｒＮから選ばれる少なくとも１つの導電性バリア膜とこのバリア膜に積層された配線材料膜との２層以上の積層膜で、この導電性材料膜を前記第１、第２のコロイダルシリカ粒子と異なる材料からなる第３粒子をさらに含む化学機械研磨用スラリを用いて化学機械研磨し、前記配線溝に埋込まれた前記導電性材料膜以外の導電性材料膜を除去することを特徴とする請求項９記載の半導体装置の製造方法。
- 半導体基板上に形成された絶縁膜表面に配線溝を形成する工程と、
前記配線溝の内面を含む前記絶縁膜上に導電性バリア膜を堆積させる工程と、
前記導電性バリア膜上に前記配線溝が埋まるように配線材料膜を堆積させる工程と、
前記配線材料膜を化学機械研磨し、前記配線溝の内面を除く前記絶縁膜上の導電性バリア膜をストッパとして前記配線溝内に埋込まれた前記配線材料膜以外の配線材料膜を除去する工程と、
一次粒子径が５〜２０ｎｍの第１コロイダルシリカ粒子と、一次粒子径が２０ｎｍを超える大きさで、前記第１コロイダルシリカ粒子と同一材料の第２コロイダルシリカ粒子とを含み、かつ前記第１、第２のコロイダルシリカ粒子の合量に占める前記第１コロイダルシリカ粒子が重量比で０．６〜０．９である研磨粒子を含有する化学機械研磨用スラリを用いて前記絶縁膜上の導電性バリア膜部分を化学機械研磨する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記絶縁膜は、ＳｉＯ 2 に比べて低誘電率の多孔質膜または有機膜であることを特徴とする請求項１４記載の半導体装置の製造方法。
- 前記導電性バリア膜は、ＴｉＮ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ，ＷＮ，ＴａＮ，ＴａＳｉＮ，Ｔａ，Ｖ，Ｍｏ，ＺｒおよびＺｒＮから選ばれる１層または２層以上から作られることを特徴とする請求項１４記載の半導体装置の製造方法。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012005142A1 (ja) * | 2010-07-09 | 2012-01-12 | 旭硝子株式会社 | 研磨剤および研磨方法 |
Families Citing this family (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4719204B2 (ja) * | 2000-08-21 | 2011-07-06 | 株式会社東芝 | 化学機械研磨用スラリおよび半導体装置の製造方法 |
| US6974777B2 (en) * | 2002-06-07 | 2005-12-13 | Cabot Microelectronics Corporation | CMP compositions for low-k dielectric materials |
| US6896591B2 (en) * | 2003-02-11 | 2005-05-24 | Cabot Microelectronics Corporation | Mixed-abrasive polishing composition and method for using the same |
| JP4130614B2 (ja) | 2003-06-18 | 2008-08-06 | 株式会社東芝 | 半導体装置の製造方法 |
| JP4541674B2 (ja) * | 2003-09-30 | 2010-09-08 | 株式会社フジミインコーポレーテッド | 研磨用組成物 |
| EP1670047B1 (en) * | 2003-09-30 | 2010-04-07 | Fujimi Incorporated | Polishing composition and polishing method |
| JP4316406B2 (ja) * | 2004-03-22 | 2009-08-19 | 株式会社フジミインコーポレーテッド | 研磨用組成物 |
| WO2006073156A1 (ja) * | 2005-01-05 | 2006-07-13 | Nitta Haas Incorporated | 研磨用スラリー |
| JP4938238B2 (ja) * | 2005-01-07 | 2012-05-23 | ソニー株式会社 | 固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法 |
| JP2007012679A (ja) * | 2005-06-28 | 2007-01-18 | Asahi Glass Co Ltd | 研磨剤および半導体集積回路装置の製造方法 |
| JP2007095713A (ja) * | 2005-09-26 | 2007-04-12 | Fujifilm Corp | バリア層用研磨液 |
| WO2007060869A1 (ja) * | 2005-11-24 | 2007-05-31 | Jsr Corporation | 化学機械研磨用水系分散体および化学機械研磨方法 |
| JP2007227446A (ja) * | 2006-02-21 | 2007-09-06 | Fujifilm Corp | バリア用研磨液及び研磨方法 |
| JP2008124222A (ja) * | 2006-11-10 | 2008-05-29 | Fujifilm Corp | 研磨液 |
| JP2008205432A (ja) * | 2007-01-25 | 2008-09-04 | Jsr Corp | 電気光学表示装置用基板に設けられた銅または銅合金からなる配線層を研磨するための化学機械研磨用水系分散体および該化学機械研磨用水系分散体を調製するためのキット、ならびに化学機械研磨方法 |
| US8821750B2 (en) | 2007-02-27 | 2014-09-02 | Hitachi Chemical Co., Ltd. | Metal polishing slurry and polishing method |
| JP5329786B2 (ja) * | 2007-08-31 | 2013-10-30 | 株式会社東芝 | 研磨液および半導体装置の製造方法 |
| JP5236283B2 (ja) * | 2007-12-28 | 2013-07-17 | 花王株式会社 | ハードディスク基板用研磨液組成物 |
| KR101263625B1 (ko) | 2008-04-16 | 2013-05-10 | 히타치가세이가부시끼가이샤 | Ｃｍｐ용 연마액 및 연마방법 |
| JP5312887B2 (ja) * | 2008-09-24 | 2013-10-09 | 富士フイルム株式会社 | 研磨液 |
| JP5473544B2 (ja) * | 2008-11-06 | 2014-04-16 | 花王株式会社 | 磁気ディスク基板用研磨液組成物 |
| JP6122783B2 (ja) * | 2012-02-17 | 2017-04-26 | 株式会社フジミインコーポレーテッド | 研磨用組成物及び半導体基板の製造方法 |
| WO2013188296A1 (en) * | 2012-06-11 | 2013-12-19 | Cabot Microelectronics Corporation | Composition and method for polishing molybdenum |
| JP2013065858A (ja) * | 2012-10-22 | 2013-04-11 | Jsr Corp | 化学機械研磨用水系分散体および化学機械研磨方法、ならびに化学機械研磨用水系分散体を調製するためのキット |
| JP6140384B1 (ja) * | 2015-09-30 | 2017-05-31 | 株式会社フジミインコーポレーテッド | 研磨用組成物 |
| WO2018012176A1 (ja) * | 2016-07-15 | 2018-01-18 | 株式会社フジミインコーポレーテッド | 研磨用組成物、研磨用組成物の製造方法および研磨方法 |
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