JP4644323B2 - 有機アルカリを含有する半導体用研磨剤 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスの製造工程における化学的機械研磨用研磨剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、種々のデジタル家電製品、モバイルコンピュータ、携帯情報通信機器等の更なる小型化、高機能化、高速化、低消費電力化の要請に応じて、これら機器にキーコンポーネントとして組み込まれて使用される半導体集積回路（以下、単に半導体装置、ＬＳＩ装置又は半導体デバイスなどと云う。）においても微細化・高密度化の検討が続けられており、基板上に形成した絶縁層上に、サブミクロンのデザインルールの微細な線幅の配線パターンを埋め込み、その微細な配線構造を絶縁層を介してより多層積層化し高密度化した多層配線構造が追求されている。
【０００３】
このように半導体装置の微細化・高密度化が進むと、各層表面の凹凸が激しくなり、その凹凸段差がリソグラフィ光学系の焦点深度を越えるようになり、又、多層配線工程における断線やショートの原因となる等種々の問題を惹起するので製造プロセスの然るべき段階で、ウエハ表面を、好ましくは全面的に平坦化すること（グローバルプラナリゼーション）が必須である。
【０００４】
従って、平坦化処理の重要なキーテクノロジーとして、多層配線構造の半導体装置の製造工程において、その各々の層（半導体基板上）に形成された絶縁膜及び／又は金属膜を超精密にかつ全面的に平坦化しうるポリシング技術である化学的機械研磨( Chemical Mechanical Polishing ; 以下、ＣＭＰと称することがある。）が、注目されている。
【０００５】
従来、ドライエッチング等で容易にパターンニングしうることから、アルミニウム（Ａｌ）系の配線材料が多く使用されているが、Ａｌ系の配線の場合、配線幅０．２５μｍ以下というデザインルールのもとでは、素子間の配線抵抗が無視できなくなって大きな配線遅延時間が生ずるようになる。また、これと共に、Ａｌ系配線間の寄生容量に起因する充放電によるパワーロスが、モバイル機器等の低消費電力化に対する大きな障害となることが問題となっている。
【０００６】
このため、より低抵抗の材料である銅（Ｃｕ）配線及びＣｕ合金配線( 以下、Ｃｕ等と略する。 )を次世代ＬＳＩ装置の多層配線構造として使用しようとする試みが行われている。Ｃｕ等についてはドライエッチング温度が高くなりＡｌのように容易にドライエッチングによる薄膜のパターンニングを行うことができないので、通常、層間絶縁膜上の配線溝及び／又はビアホール( コンタクト溝）へ電解メッキ等の手段でＣｕ等を埋め込み、これをＣＭＰ研磨して余分なＣｕ等の平坦化が行われる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、Ａｌと異なり、Ｃｕ等の場合は安定な不動態酸化膜を作らず、ＳｉやＳｉＯ2 で形成された層間絶縁膜中に拡散しやすいので、当該絶縁膜とＣｕ配線の間にＣｕの拡散防止のために、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＷＮ、等の高融点金属又はその窒化物の膜等をバリア金属層として配線溝とビアホールの内壁や底部に用いる。この厚さは平坦上で数十ｎｍ、配線溝やビアホール内壁上で数ｎｍ程度である。このようなバリア金属のうち特に、ＴａやＴａＮは、バリア性が高く、薄膜化が容易であり、かつ絶縁膜やＣｕ配線との密着性が高いと云う特徴があるため、もっとも注目されている。
【０００８】
以上の如く、次世代半導体プロセスでにおいては、Ｃｕ系配線技術及びこの平坦化技術としてのＣＭＰが必須となる。現在、研磨剤としてはアルミナ等を砥粒としＨ2 Ｏ2 等を酸化剤として含む研磨剤スラリーが用いられ、研磨砥粒で被研磨表面を研削しながら酸化された酸化生成物を研磨パッド( 研磨布 )等の研磨手段と研磨剤スラリーで除去することが試みられている。しかしながら、我々が検討したところによると、Ｃｕ等は比較的容易に研磨できるものの、バリヤ金属層のうち、特にＴａやＴａＮは、Ｃｕや絶縁膜に比較して機械的に硬いうえに、化学的反応性が乏しいため、十分な研磨速度が得られておらず、研磨時にＣｕ配線部のみが凹状に削られるディッシングと呼ばれる現象が発生する等の問題があり、層間絶縁膜表面が露出するまでＣＭＰで平坦化研磨するのは困難であることがわかった。そのため、ＴａやＴａＮなどのバリア金属層をＣｕと共に容易に研磨できる優れた研磨剤が必要とされている。
【０００９】
本発明の目的は、金属配線層およびそのバリア層を有する半導体デバイス製造プロセスにおける化学的機械研磨用として、十分な研磨速度を有する研磨剤を提供することである。特に、金属配線層がＣｕ等であり、そのバリヤ層がＴａやＴａＮなどである場合、Ｃｕ配線と同時に研磨した際の当該バリア層を高い研磨力で研磨することにより、Ｃｕ配線部のディッシングを防ぐことが可能で、優れた平坦化能力を持つ、研磨剤を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
(１) 本発明に従えば、セリウム、アルミニウム、ゲルマニウム、ジルコニウム、チタン、マンガン又はケイ素のうち少なくとも１種類の元素の酸化物からなる砥粒と有機アルカリ化合物を含有する化学的機械研磨用研磨剤スラリーであって、半導体基板上に形成された銅（Ｃｕ）または銅合金からなる金属配線層及びそのバリア層を有する半導体デバイスを研磨するための有機アルカリ化合物を当該スラリー全量に対して０．０１〜２０重量％含有する研磨剤、が提供される。
【００１１】
(２) また本発明に従えば、上記の研磨剤を研磨手段に担持させて、その基板上に銅（Ｃｕ）または銅合金からなる金属配線層及びそのバリア層を有する半導体デバイスの当該金属配線層及び当該バリア層の少なくとも一部を研磨することを特徴とする半導体基板の研磨方法、が提供される。
本発明のさらに他の実施の形態は以下の説明から明らかになるであろう。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の研磨対象となる金属配線層は特に制限されないが、Ｃｕ、Ｗ、Ａｌ、Ｔｉ等またはこれらの合金が用いられる。特に本発明の研磨剤においてバリア膜と同時に研磨した際に有用性が大きい金属として、Ｃｕ又はその合金が好ましいものとして挙げられる。
【００１３】
また、バリア膜は、その絶縁膜やＣｕ配線との密着性や、Ｃｕのエレクトロマイグレーション防止性能からタンタル( Ｔａ )、タンタル合金およびそれらの化合物が好ましい。タンタル合金としてはＴａと、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｗ、ＭｏまたはＺｎ等との合金が好ましいものとして挙げられる。また、タンタル化合物としては、窒化物（ＴａＮ）、酸化物（ＴａＯｘ）、酸窒化物（ＴａＯｙＮｚ）〔ここで、ｘ、ｙ、ｚは任意の数値である。〕が好ましいものとして挙げられる。
なお、このタンタル化合物には上記のＴａ合金の化合物も含まれる。
【００１４】
本発明の研磨剤は、母材となる酸化物からなる砥粒と有機アルカリ化合物から構成される。
【００１５】
本発明の砥粒は、セリウム、アルミニウム、ゲルマニウム、ジルコニウム、チタン、マンガン又はケイ素のうち少なくとも一種類の元素の酸化物である。例えば、具体的には、酸化セリウム( セリア，ＣｅＯ2 ) 、酸化アルミニウム（アルミナ，Ａｌ2 Ｏ3 ) 、酸化ゲルマニウム( ゲルマニア，ＧｅＯ，ＧｅＯ2 ) 、酸化ジルコニウム( ジルコニア, ＺｒＯ2 ) 、酸化チタン( チタニア, ＴｉＯ2 ) 、酸化マンガン( ＭｎＯ2 ，Ｍｎ2 Ｏ3 ，Ｍｎ3 Ｏ4 等）及び二酸化ケイ素( シリカ，ＳｉＯ2 ) から選択される少なくとも１種類であり、なかでも、化学的及び物理的特性からセリア、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、ゲルマニア、二酸化マンガンが好ましく、セリア又はセリアを含有する混合物が最も好ましい。なお、ケイ素の化合物としては酸化物ばかりでなく窒化ケイ素( Ｓｉ3 Ｎ4 ）を使用することも可能である。
【００１６】
これらは単独で使用してもよいが２種類以上混合して用いてもよい。
これら砥粒の重量平均粒子径は、研磨速度やスクラッチの発生量などを考慮すると、０．００３〜５．０μｍが好ましく、０．０１〜０．５μｍがさらに好ましい。これより粒径が小であると研磨力が減少し、これより大きいとスクラッチの発生する可能性が増大する。
【００１７】
なお、重量平均粒径は、質量基準で粒度分布を求め、全質量を１００％とした累積カーブにおいて、その累積カーブが５０％となる点の粒径である。これを質量基準累積５０％径ともいう（例えば、化学工学便覧「改定５版」（化学工学会編）ｐ２２０〜２２１の記載参照）。粒径の測定は、水等の媒体に超音波処理等で充分分散させて粒度分布測定することにより行う。
【００１８】
本発明においては、母材である酸化物からなる砥粒とともに、研磨剤中に有機アルカリ化合物を含有するものであるが、有機アルカリ化合物としては、式（１）、〔化２〕で表される第四級アンモニウム塩基であることが好ましい。
【００１９】
【化２】
（式中Ｒ1 〜Ｒ4 はそれぞれ独立に、炭素数１〜２０のアルキル基、炭素数６〜２０のアリール基、又は炭素数２〜２０のアルケニル基のいずれかを示す。）
【００２０】
ここで炭素数１〜２０のアルキル基としては、メチル、エチル、ｎ−プロピル、ｉ−プロピル、ｎ−ブチル、ｉ−ブチル、ｓ−ブチル、ｔ−ブチル、ｎ−ペンチル、ｉ−ペンチル、ネオペンチル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘキサデシル( セチル )、ヘプタデシル、オクタデシル、ノナデシル、エイコシル等の直鎖炭化水素基；シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、１−シクロヘキセニル、シクロオクチル等の脂環式炭化水素基が挙げられる。
【００２１】
また、炭素数６〜２０のアリール基としては、フェニル、ｏ−トリル、ｍ−トリル、ｐ−トリル、キシリル、メシチル、ｏ−クメニル、ｍ−クメニル、ｐ−クメニル、ベンジル、メチルベンジル、フェニシル、ビフエニル、ナフチル、アントリル、フェナントリル等の芳香族炭化水素基が挙げられる。
炭素数２〜２０のアルケニル基としては、ビニル、１−プロペニル、アリル、ｉ−プロペニル、１−ブチニル、２−ブチニル、２−ペンチニル、１，３−ブタジエニル、３−メチル−２−ブテニル等の不飽和炭化水素基が挙げられる。
【００２２】
Ｒ1 〜Ｒ4 はそれぞれ独立に選択されるものであるから、Ｒ1 〜Ｒ4 がすべて同一であってもまたすべて異なっていてもかまわない。
【００２３】
このような第四級アンモニウム塩基の具体的な例としては、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラ（ｎ−プロピル）アンモニウム、水酸化テトラ（ｉ−プロピル）アンモニウム、水酸化テトラ（ｎ−ブチル）アンモニウム、水酸化テトラ（ｎ−ペンチル）アンモニウム、水酸化テトラネオペンチルアンモニウム、水酸化テトラヘプチルアンモニウム、水酸化テトラオクチルアンモニウム、水酸化トリメチルエチルアンモニウム、水酸化ジメチルジエチルアンモニウム、水酸化トリメチルプロピルアンモニウム、水酸化トリエチルメチルアンモニウム、水酸化トリ（ｎ−プロピル）メチルアンモニウム水酸化、水酸化トリ（ｉ−プロピル）メチルアンモニウム、水酸化トリ（ｎ−ブチル）メチルアンモニウム、水酸化トリ（ｎ−ペンチル）メチルアンモニウム、水酸化トリネオペンチルメチルアンモニウム、水酸化トリメチルシクロプロピルアンモニウム、水酸化トリエチルシクロプロピルアンモニウム、水酸化トリ（ｎ−プロピル）シクロプロピルアンモニウム、水酸化トリ（ｉ−プロピル）シクロプロピルアンモニウム、水酸化トリ（ｎ−ブチル）シクロプロピルアンモニウム、水酸化トリ（ｎ−ペンチル）シクロプロピルアンモニウム、水酸化トリネオペンチルシクロプロピルアンモニウム；
【００２４】
水酸化トリメチルフェニルアンモニウム、水酸化トリエチルフェニルアンモニウム、水酸化トリ（ｎ−プロピル）フェニルアンモニウム、水酸化トリ（ｉ−プロピル）フェニルアンモニウム、水酸化トリ（ｎ−ブチル）フェニルアンモニウム、水酸化トリ（ｎ−ペンチル）フェニルアンモニウム、水酸化トリメチルベンジルアンモニウム、水酸化トリエチルベンジルアンモニウム、水酸化トリ（ｎ−プロピル）ベンジルアンモニウム、水酸化トリ（ｉ−プロピル）ベンジルアンモニウム、水酸化トリ（ｎ−ブチル）ベンジルアンモニウム、水酸化トリ（ｎ−ペンチル）ベンジルアンモニウム、水酸化ジメチルセチルフェニルアンモニウム、水酸化ジエチルセチルフェニルアンモニウム、水酸化ジ（ｎ−プロピル）セチルフェニルアンモニウム、水酸化ジ（ｉ−プロピル）セチルフェニルアンモニウム、水酸化ジ（ｎ−ブチル）セチルフェニルアンモニウム、水酸化ジ（ｎ−ペンチル）セチルフェニルアンモニウム、水酸化ジメチルセチルベンジルアンモニウム、水酸化ジエチルセチルベンジルアンモニウム、水酸化ジ（ｎ−プロピル）セチルベンジルアンモニウム、水酸化ジ（ｉ−プロピル）セチルベンジルアンモニウム、水酸化ジ（ｎ−ブチル）セチルベンジルアンモニウム、水酸化ジ（ｎ−ペンチル）セチルベンジルアンモニウム；
【００２５】
水酸化トリメチルビニルアンモニウム、水酸化トリエチルビニルアンモニウム、水酸化トリ（ｎ−プロピル）ビニルアンモニウム、水酸化トリ（ｉ−プロピル）ビニルアンモニウム、水酸化トリ（ｎ−ブチル）ビニルアンモニウム、水酸化トリ（ｎ−ペンチル）ビニルアンモニウム、水酸化トリネオペンチルアンモニウム等が挙げられる。
【００２６】
このうち合成のし易さや入手の容易さ及び研磨剤に含有させた場合の作用効果の点で、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラ（ｎ−プロピル）アンモニウム、水酸化テトラ（ｉ−プロピル）アンモニウム、水酸化テトラ（ｎ−ブチル）アンモニウム、水酸化テトラ（ｉ−ブチル）アンモニウム、水酸化テトラ（ｎ−ペンチル）アンモニウム及び水酸化テトラネオペンチルアンモニウムが特に好ましい。
【００２７】
本発明で使用するこれら第四級アンモニウム塩基は、通常のアミンと異なり、その水溶液を濃縮しても分解せず、ＯＨ- 濃度を極めて高くすることができると共に、ＫＯＨやＮａＯＨに相当する程度（ｐＫｂ：約０）の強い塩基性を示すものである。
【００２８】
本発明で使用する第四アンモニウム塩基は、相当する第三級アミンとハロゲン化アルキルを反応させて得た第四級アンモニウム塩をＫＯＨ等の水酸化銀と反応させることにより容易に合成することができる。生成した第四級アンモニウム塩基は濾液から結晶として分離することができる。また、市販品として容易に入手することが可能である。
【００２９】
本発明の研磨剤の使用方法については特に限定されないが、上記砥粒を例えばイオン交換水等の水に撹拌混合機やホモジナイザーで十分分散させ、固形分が０．１〜３０重量％、好ましくは１〜１５重量％のスラリー( 以下、研磨剤スラリーとも云う。 )として用いることが望ましい。また、このスラリー中には、用途に応じて、分散剤、増粘剤、酸化剤、界面活性剤、消泡剤、またはｐＨ調節剤等を適宜添加して使用してもよい。
【００３０】
酸化剤としては、公知の酸化剤でよく、過酸化水素、過酸化尿素、過酢酸、硝酸鉄、ヨウ素酸塩等が使用可能である。
【００３１】
本発明の第四級アンモニウム塩基等の有機アルカリ化合物は、通常この研磨剤スラリー中に溶解して使用する。この濃度は、スラリー全量に対して０．００１〜３０重量％、好ましくは０．０１〜２０重量％である。
【００３２】
有機アルカリ化合物の量がこれより少ない場合または多い場合、いずれも本発明の研磨剤の金属層または金属化合物層に対する高い研磨力を低下させることになり好ましくない。
【００３３】
なお、本発明の研磨剤は、従来研磨速度の向上のために添加されていたＮａＯＨやＫＯＨのようなアルカリ金属を含まないために、アルカリ金属が絶縁膜中に拡散して半導体デバイスの信頼性を低下させることもない。
【００３４】
本発明で母材であるセリア等の酸化物砥粒は炭酸希土等の原料を電気炉中で焼成することにより容易に得られ、また原料の粒径を粉砕等により調整することで製品の粒径を所望の範囲にすることが可能である。また、焼成後、分級等により好ましい粒径を有する粒子を選択的に得ることも可能である。
【００３５】
この研磨剤スラリーを使用する研磨は、常法に従って行うことができる。例えば上部に半導体基板等の被研磨材を保持しながら回転を与える駆動装置を備えたポリシングヘッドと、これに対向する下部のポリシングパッド( 研磨布 )が貼付されている回動しうる定盤( プラテン )からなるＣＭＰ装置において、当該研磨布等の研磨手段に本発明の研磨剤を担持させ、すなわち具体的には研磨剤スラリーをこの研磨布の上に供給しながら、半導体基板の平坦化を行えばよい。
【００３６】
【作用】
本発明の研磨剤は、セリア等の酸化物からなる砥粒と共に研磨剤中に第四級アンモニウム塩基等の強塩基性の有機アルカリ化合物を含むので、その作用により、半導体基板上に形成されたＣｕ等の金属配線層及びそのバリア層を有するデバイスの研磨に適用した場合、当該金属層を、その酸化物またはイオンに酸化させることが大いに促進されるためと考えられる。
【００３７】
加えてまた、これら有機アルカリ化合物は、当該金属層のバリア層である化学的に安定なＴａやＴａＮとも反応しやすいため、その研磨速度を大いに高めることができる。従って、Ｃｕ配線のみが選択的に研磨されることによるディッシングを防ぐことが可能となると考えられる。なお、有機アルカリ化合物は、母材となる酸化物からなる砥粒に混合することにより、とくにその効果が発揮される。
【００３８】
【実施例】
以下に実施例により本発明を具体的に説明するが、これらは単なる例示であり、本発明の技術的範囲がこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３９】
まず以下の方法で例１〜例１２の研磨剤スラリーを作成し、後記する方法で作成した半導体基板の化学的機械研磨を行った。そして、研磨時の研磨レートと平坦性を下記の方法で測定し、表１に結果を示した。ここで例１〜例１１は実施例、例１２は比較例である。
【００４０】
(１) 研磨剤の調整
〔例１〕
イオン交換水に対して、酸化セリウム（セイミケミカル（株）製：商品名ＳＨＳ１１０（重量平均粒径０．２μｍ））を３重量％、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）（東京化成工業（株）製）を０．２重量％添加した研磨剤スラリーを調整した。
【００４１】
〔例２〕
ＴＭＡＨの代わりに水酸化テトラエチルアンモニウム（ＴＥＡＨ）（東京化成工業（株）製）を用いた以外、濃度を含めて例１と同様にして研磨剤スラリーを調整した。
【００４２】
〔例３〕
イオン交換水に対して、酸化セリウム（同上）を２重量％、アルミナ（セイミケミカル（株）製：商品名ＡＬＳ１００（重量平均粒径０．２μｍ））を１重量％、水酸化テトラ（ｎ−ブチル）アンモニウム（ＴＢＡＨ）（東京化成工業（株）製）を０．２重量％添加した研磨剤スラリーを調整した。
【００４３】
〔例４〕
ＴＢＡＨの代わりに水酸化テトラ（ｎ−プロピル）アンモニウム（ＴＰＡＨ）（東京化成工業（株）製）を用いた以外、濃度を含めて例３と同様にして研磨剤スラリーを調整した。
【００４４】
〔例５〕
イオン交換水に対して、酸化セリウム（同上）を２重量％、ジルコニア（関東化学（株）製：オキシ塩化ジルコニウム８水塩を加水分解して得た（重量平均粒径０．１μｍ））を１重量％、水酸化フェニルトリメチルアンモニウム（ＰｈＭＡＨ）（東京化成工業（株）製）を０．２重量％添加した研磨剤スラリーを調整した。
【００４５】
〔例６〕
イオン交換水に対して、酸化セリウム（同上）を２重量％、酸化チタン（日本アエロジル（株）製：商品名Ｐ２５（重量平均粒径０．０５μｍ））を１重量％、水酸化ベンジルセチルジメチルアンモニウム（ＢＳＭＡＨ）（東京化成工業（株）製）を０．２重量％添加した研磨剤スラリーを調整した。
【００４６】
〔例７〕
イオン交換水に対して、酸化セリウム（同上）を２重量％、二酸化マンガン（セイミケミカル（株）製：商品名ＭＮＳ１００（重量平均粒径０．２μｍ））を１重量％、水酸化ベンジルセチルジメチルアンモニウム（ＢＳＭＡＨ）（東京化成工業（株）製）を０．２重量％添加した研磨剤スラリーを調整した。
【００４７】
〔例８〕
イオン交換水に対して、アルミナ（セイミケミカル（株）製：商品名ＡＬＳ１００（重量平均粒径０．２μｍ））を３重量％、水酸化テトラエチルアンモニウム（ＴＥＡＨ）（東京化成工業（株）製）を０．２重量％添加した研磨剤スラリーを調整した。
【００４８】
〔例９〕
ＴＥＡＨの代わりにＴＭＡＨ（同上）を用いた以外、濃度を含めて例１と同様にして研磨剤スラリーを調整した。
【００４９】
〔例１０〕
イオン交換水に対して、テトライソプロプキシドシランを加水分解することにより得たシリカ（関東化学（株）製：（重量平均粒径０．１μｍ））を３重量％、ＴＭＡＨ（同上）を０．２重量％添加した研磨剤スラリーを調整した。
【００５０】
〔例１１〕
ＴＭＡＨの代わりにＴＰＡＨ（同上）を用いた以外、濃度を含めて例１０と同様にして研磨剤スラリーを調整した。
【００５１】
〔例１２〕
ＴＭＡＨを添加しない以外、濃度を含めて例１と同様にして研磨を行った。
【００５２】
(２) 〔半導体基板の作成及び研磨試験〕
図１（ａ）に示すように、Ｓｉ基板１に、５００ｎｍのＳｉＯ2 絶縁膜２をＴＥＯＳのＣＶＤにより形成した。次に図１（ｂ）に示すように、このＳｉＯ2 絶縁膜２にＲＩＥ法により配線溝５をパターニングした。その後、図１（ｃ）に示すようにＲＦスパッタ法で、Ｔａのバリア膜３を５０ｎｍ形成した。スパッタ圧は２Ｔｏｒｒで行った。
【００５３】
さらに、図１（ｄ）に示すように、その表面にＤＣスパッタ法で、Ｃｕ膜４をブランケット膜として５００ｎｍ形成した。
【００５４】
これから、図１（ｅ）に示すように、ＣＭＰ法により平坦化を行い、溝以外の部分のＣｕを除いてＣｕからなる埋め込み配線６を形成した。このＣＭＰ法による研磨剤として例１〜例１２の研磨剤スラリーを用いた。研磨条件は以下のとおりである。
【００５５】
研磨機：片面研磨機( 定盤径５５０ｍｍ )
定盤( プラテン )回転数：１００ｒｐｍ
定盤材質：ステンレス
加工圧力：３０ｋＰａ
研磨布：不織布タイプの研磨パッド
研磨スラリー：定盤上に自動供給
【００５６】
この条件で、Ｔａのバリア層３が研磨により除去され図１（ｅ）の状態になるまで研磨を行い、以下の条件で▲１▼平坦性及び▲２▼研磨レートを測定した。
【００５７】
▲１▼〔平坦性〕
図１（ｅ）に示すＣｕ配線層を断面ＳＥＭ写真により観察し、そのディッシングの状態で評価した。ディッシングのない場合をＡ、ディッシングはあるが軽度で従来（例１２と同等）より改善された場合をＢ、ディッシングが大きい場合をＣとした。
【００５８】
▲２▼〔研磨レート〕
表面の研削量を測定し、１分間当たりの研磨量を研磨レート（Å／分）として表示した。
結果を表１に示す。
【００５９】
【表１】
【００６０】
【発明の効果】
上記実施例から明らかなように、本発明の研磨剤を用いることにより、金属配線層のバリア層にＴａおよびＴａ化合物を用いた半導体製造プロセスにおいて、高い平坦性と高い研磨速度を兼ね合わせた高精度の化学的機械研磨が可能となることがわかる。すなわち、本発明の研磨剤を用いることにより、高速化と微細化の要求を満たす半導体デバイスが作製できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における半導体基板の作製工程を示す断面図
【符号の説明】
１ Ｓｉ基板
２ ＳｉＯ2 絶縁膜
３ バリア膜
４ Ｃｕ膜
５ 配線溝
６ 埋め込み配線
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスの製造工程における化学的機械研磨用研磨剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、種々のデジタル家電製品、モバイルコンピュータ、携帯情報通信機器等の更なる小型化、高機能化、高速化、低消費電力化の要請に応じて、これら機器にキーコンポーネントとして組み込まれて使用される半導体集積回路（以下、単に半導体装置、ＬＳＩ装置又は半導体デバイスなどと云う。）においても微細化・高密度化の検討が続けられており、基板上に形成した絶縁層上に、サブミクロンのデザインルールの微細な線幅の配線パターンを埋め込み、その微細な配線構造を絶縁層を介してより多層積層化し高密度化した多層配線構造が追求されている。
【０００３】
このように半導体装置の微細化・高密度化が進むと、各層表面の凹凸が激しくなり、その凹凸段差がリソグラフィ光学系の焦点深度を越えるようになり、又、多層配線工程における断線やショートの原因となる等種々の問題を惹起するので製造プロセスの然るべき段階で、ウエハ表面を、好ましくは全面的に平坦化すること（グローバルプラナリゼーション）が必須である。
【０００４】
従って、平坦化処理の重要なキーテクノロジーとして、多層配線構造の半導体装置の製造工程において、その各々の層（半導体基板上）に形成された絶縁膜及び／又は金属膜を超精密にかつ全面的に平坦化しうるポリシング技術である化学的機械研磨( Chemical Mechanical Polishing ; 以下、ＣＭＰと称することがある。）が、注目されている。
【０００５】
従来、ドライエッチング等で容易にパターンニングしうることから、アルミニウム（Ａｌ）系の配線材料が多く使用されているが、Ａｌ系の配線の場合、配線幅０．２５μｍ以下というデザインルールのもとでは、素子間の配線抵抗が無視できなくなって大きな配線遅延時間が生ずるようになる。また、これと共に、Ａｌ系配線間の寄生容量に起因する充放電によるパワーロスが、モバイル機器等の低消費電力化に対する大きな障害となることが問題となっている。
【０００６】
このため、より低抵抗の材料である銅（Ｃｕ）配線及びＣｕ合金配線( 以下、Ｃｕ等と略する。 )を次世代ＬＳＩ装置の多層配線構造として使用しようとする試みが行われている。Ｃｕ等についてはドライエッチング温度が高くなりＡｌのように容易にドライエッチングによる薄膜のパターンニングを行うことができないので、通常、層間絶縁膜上の配線溝及び／又はビアホール( コンタクト溝）へ電解メッキ等の手段でＣｕ等を埋め込み、これをＣＭＰ研磨して余分なＣｕ等の平坦化が行われる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、Ａｌと異なり、Ｃｕ等の場合は安定な不動態酸化膜を作らず、ＳｉやＳｉＯ2 で形成された層間絶縁膜中に拡散しやすいので、当該絶縁膜とＣｕ配線の間にＣｕの拡散防止のために、Ｔａ、ＴａＮ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＷＮ、等の高融点金属又はその窒化物の膜等をバリア金属層として配線溝とビアホールの内壁や底部に用いる。この厚さは平坦上で数十ｎｍ、配線溝やビアホール内壁上で数ｎｍ程度である。このようなバリア金属のうち特に、ＴａやＴａＮは、バリア性が高く、薄膜化が容易であり、かつ絶縁膜やＣｕ配線との密着性が高いと云う特徴があるため、もっとも注目されている。
【０００８】
以上の如く、次世代半導体プロセスでにおいては、Ｃｕ系配線技術及びこの平坦化技術としてのＣＭＰが必須となる。現在、研磨剤としてはアルミナ等を砥粒としＨ2 Ｏ2 等を酸化剤として含む研磨剤スラリーが用いられ、研磨砥粒で被研磨表面を研削しながら酸化された酸化生成物を研磨パッド( 研磨布 )等の研磨手段と研磨剤スラリーで除去することが試みられている。しかしながら、我々が検討したところによると、Ｃｕ等は比較的容易に研磨できるものの、バリヤ金属層のうち、特にＴａやＴａＮは、Ｃｕや絶縁膜に比較して機械的に硬いうえに、化学的反応性が乏しいため、十分な研磨速度が得られておらず、研磨時にＣｕ配線部のみが凹状に削られるディッシングと呼ばれる現象が発生する等の問題があり、層間絶縁膜表面が露出するまでＣＭＰで平坦化研磨するのは困難であることがわかった。そのため、ＴａやＴａＮなどのバリア金属層をＣｕと共に容易に研磨できる優れた研磨剤が必要とされている。
【０００９】
本発明の目的は、金属配線層およびそのバリア層を有する半導体デバイス製造プロセスにおける化学的機械研磨用として、十分な研磨速度を有する研磨剤を提供することである。特に、金属配線層がＣｕ等であり、そのバリヤ層がＴａやＴａＮなどである場合、Ｃｕ配線と同時に研磨した際の当該バリア層を高い研磨力で研磨することにより、Ｃｕ配線部のディッシングを防ぐことが可能で、優れた平坦化能力を持つ、研磨剤を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
(１) 本発明に従えば、セリウム、アルミニウム、ゲルマニウム、ジルコニウム、チタン、マンガン又はケイ素のうち少なくとも１種類の元素の酸化物からなる砥粒と有機アルカリ化合物を含有する化学的機械研磨用研磨剤スラリーであって、半導体基板上に形成された銅（Ｃｕ）または銅合金からなる金属配線層及びそのバリア層を有する半導体デバイスを研磨するための有機アルカリ化合物を当該スラリー全量に対して０．０１〜２０重量％含有する研磨剤、が提供される。
【００１１】
(２) また本発明に従えば、上記の研磨剤を研磨手段に担持させて、その基板上に銅（Ｃｕ）または銅合金からなる金属配線層及びそのバリア層を有する半導体デバイスの当該金属配線層及び当該バリア層の少なくとも一部を研磨することを特徴とする半導体基板の研磨方法、が提供される。
本発明のさらに他の実施の形態は以下の説明から明らかになるであろう。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の研磨対象となる金属配線層は特に制限されないが、Ｃｕ、Ｗ、Ａｌ、Ｔｉ等またはこれらの合金が用いられる。特に本発明の研磨剤においてバリア膜と同時に研磨した際に有用性が大きい金属として、Ｃｕ又はその合金が好ましいものとして挙げられる。
【００１３】
また、バリア膜は、その絶縁膜やＣｕ配線との密着性や、Ｃｕのエレクトロマイグレーション防止性能からタンタル( Ｔａ )、タンタル合金およびそれらの化合物が好ましい。タンタル合金としてはＴａと、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｗ、ＭｏまたはＺｎ等との合金が好ましいものとして挙げられる。また、タンタル化合物としては、窒化物（ＴａＮ）、酸化物（ＴａＯｘ）、酸窒化物（ＴａＯｙＮｚ）〔ここで、ｘ、ｙ、ｚは任意の数値である。〕が好ましいものとして挙げられる。
なお、このタンタル化合物には上記のＴａ合金の化合物も含まれる。
【００１４】
本発明の研磨剤は、母材となる酸化物からなる砥粒と有機アルカリ化合物から構成される。
【００１５】
本発明の砥粒は、セリウム、アルミニウム、ゲルマニウム、ジルコニウム、チタン、マンガン又はケイ素のうち少なくとも一種類の元素の酸化物である。例えば、具体的には、酸化セリウム( セリア，ＣｅＯ2 ) 、酸化アルミニウム（アルミナ，Ａｌ2 Ｏ3 ) 、酸化ゲルマニウム( ゲルマニア，ＧｅＯ，ＧｅＯ2 ) 、酸化ジルコニウム( ジルコニア, ＺｒＯ2 ) 、酸化チタン( チタニア, ＴｉＯ2 ) 、酸化マンガン( ＭｎＯ2 ，Ｍｎ2 Ｏ3 ，Ｍｎ3 Ｏ4 等）及び二酸化ケイ素( シリカ，ＳｉＯ2 ) から選択される少なくとも１種類であり、なかでも、化学的及び物理的特性からセリア、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、ゲルマニア、二酸化マンガンが好ましく、セリア又はセリアを含有する混合物が最も好ましい。なお、ケイ素の化合物としては酸化物ばかりでなく窒化ケイ素( Ｓｉ3 Ｎ4 ）を使用することも可能である。
【００１６】
これらは単独で使用してもよいが２種類以上混合して用いてもよい。
これら砥粒の重量平均粒子径は、研磨速度やスクラッチの発生量などを考慮すると、０．００３〜５．０μｍが好ましく、０．０１〜０．５μｍがさらに好ましい。これより粒径が小であると研磨力が減少し、これより大きいとスクラッチの発生する可能性が増大する。
【００１７】
なお、重量平均粒径は、質量基準で粒度分布を求め、全質量を１００％とした累積カーブにおいて、その累積カーブが５０％となる点の粒径である。これを質量基準累積５０％径ともいう（例えば、化学工学便覧「改定５版」（化学工学会編）ｐ２２０〜２２１の記載参照）。粒径の測定は、水等の媒体に超音波処理等で充分分散させて粒度分布測定することにより行う。
【００１８】
本発明においては、母材である酸化物からなる砥粒とともに、研磨剤中に有機アルカリ化合物を含有するものであるが、有機アルカリ化合物としては、式（１）、〔化２〕で表される第四級アンモニウム塩基であることが好ましい。
【００１９】
【化２】
【００２０】
ここで炭素数１〜２０のアルキル基としては、メチル、エチル、ｎ−プロピル、ｉ−プロピル、ｎ−ブチル、ｉ−ブチル、ｓ−ブチル、ｔ−ブチル、ｎ−ペンチル、ｉ−ペンチル、ネオペンチル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘキサデシル( セチル )、ヘプタデシル、オクタデシル、ノナデシル、エイコシル等の直鎖炭化水素基；シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、１−シクロヘキセニル、シクロオクチル等の脂環式炭化水素基が挙げられる。
【００２１】
また、炭素数６〜２０のアリール基としては、フェニル、ｏ−トリル、ｍ−トリル、ｐ−トリル、キシリル、メシチル、ｏ−クメニル、ｍ−クメニル、ｐ−クメニル、ベンジル、メチルベンジル、フェニシル、ビフエニル、ナフチル、アントリル、フェナントリル等の芳香族炭化水素基が挙げられる。
炭素数２〜２０のアルケニル基としては、ビニル、１−プロペニル、アリル、ｉ−プロペニル、１−ブチニル、２−ブチニル、２−ペンチニル、１，３−ブタジエニル、３−メチル−２−ブテニル等の不飽和炭化水素基が挙げられる。
【００２２】
Ｒ1 〜Ｒ4 はそれぞれ独立に選択されるものであるから、Ｒ1 〜Ｒ4 がすべて同一であってもまたすべて異なっていてもかまわない。
【００２３】
このような第四級アンモニウム塩基の具体的な例としては、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラ（ｎ−プロピル）アンモニウム、水酸化テトラ（ｉ−プロピル）アンモニウム、水酸化テトラ（ｎ−ブチル）アンモニウム、水酸化テトラ（ｎ−ペンチル）アンモニウム、水酸化テトラネオペンチルアンモニウム、水酸化テトラヘプチルアンモニウム、水酸化テトラオクチルアンモニウム、水酸化トリメチルエチルアンモニウム、水酸化ジメチルジエチルアンモニウム、水酸化トリメチルプロピルアンモニウム、水酸化トリエチルメチルアンモニウム、水酸化トリ（ｎ−プロピル）メチルアンモニウム水酸化、水酸化トリ（ｉ−プロピル）メチルアンモニウム、水酸化トリ（ｎ−ブチル）メチルアンモニウム、水酸化トリ（ｎ−ペンチル）メチルアンモニウム、水酸化トリネオペンチルメチルアンモニウム、水酸化トリメチルシクロプロピルアンモニウム、水酸化トリエチルシクロプロピルアンモニウム、水酸化トリ（ｎ−プロピル）シクロプロピルアンモニウム、水酸化トリ（ｉ−プロピル）シクロプロピルアンモニウム、水酸化トリ（ｎ−ブチル）シクロプロピルアンモニウム、水酸化トリ（ｎ−ペンチル）シクロプロピルアンモニウム、水酸化トリネオペンチルシクロプロピルアンモニウム；
【００２４】
水酸化トリメチルフェニルアンモニウム、水酸化トリエチルフェニルアンモニウム、水酸化トリ（ｎ−プロピル）フェニルアンモニウム、水酸化トリ（ｉ−プロピル）フェニルアンモニウム、水酸化トリ（ｎ−ブチル）フェニルアンモニウム、水酸化トリ（ｎ−ペンチル）フェニルアンモニウム、水酸化トリメチルベンジルアンモニウム、水酸化トリエチルベンジルアンモニウム、水酸化トリ（ｎ−プロピル）ベンジルアンモニウム、水酸化トリ（ｉ−プロピル）ベンジルアンモニウム、水酸化トリ（ｎ−ブチル）ベンジルアンモニウム、水酸化トリ（ｎ−ペンチル）ベンジルアンモニウム、水酸化ジメチルセチルフェニルアンモニウム、水酸化ジエチルセチルフェニルアンモニウム、水酸化ジ（ｎ−プロピル）セチルフェニルアンモニウム、水酸化ジ（ｉ−プロピル）セチルフェニルアンモニウム、水酸化ジ（ｎ−ブチル）セチルフェニルアンモニウム、水酸化ジ（ｎ−ペンチル）セチルフェニルアンモニウム、水酸化ジメチルセチルベンジルアンモニウム、水酸化ジエチルセチルベンジルアンモニウム、水酸化ジ（ｎ−プロピル）セチルベンジルアンモニウム、水酸化ジ（ｉ−プロピル）セチルベンジルアンモニウム、水酸化ジ（ｎ−ブチル）セチルベンジルアンモニウム、水酸化ジ（ｎ−ペンチル）セチルベンジルアンモニウム；
【００２５】
水酸化トリメチルビニルアンモニウム、水酸化トリエチルビニルアンモニウム、水酸化トリ（ｎ−プロピル）ビニルアンモニウム、水酸化トリ（ｉ−プロピル）ビニルアンモニウム、水酸化トリ（ｎ−ブチル）ビニルアンモニウム、水酸化トリ（ｎ−ペンチル）ビニルアンモニウム、水酸化トリネオペンチルアンモニウム等が挙げられる。
【００２６】
このうち合成のし易さや入手の容易さ及び研磨剤に含有させた場合の作用効果の点で、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラ（ｎ−プロピル）アンモニウム、水酸化テトラ（ｉ−プロピル）アンモニウム、水酸化テトラ（ｎ−ブチル）アンモニウム、水酸化テトラ（ｉ−ブチル）アンモニウム、水酸化テトラ（ｎ−ペンチル）アンモニウム及び水酸化テトラネオペンチルアンモニウムが特に好ましい。
【００２７】
本発明で使用するこれら第四級アンモニウム塩基は、通常のアミンと異なり、その水溶液を濃縮しても分解せず、ＯＨ- 濃度を極めて高くすることができると共に、ＫＯＨやＮａＯＨに相当する程度（ｐＫｂ：約０）の強い塩基性を示すものである。
【００２８】
本発明で使用する第四アンモニウム塩基は、相当する第三級アミンとハロゲン化アルキルを反応させて得た第四級アンモニウム塩をＫＯＨ等の水酸化銀と反応させることにより容易に合成することができる。生成した第四級アンモニウム塩基は濾液から結晶として分離することができる。また、市販品として容易に入手することが可能である。
【００２９】
本発明の研磨剤の使用方法については特に限定されないが、上記砥粒を例えばイオン交換水等の水に撹拌混合機やホモジナイザーで十分分散させ、固形分が０．１〜３０重量％、好ましくは１〜１５重量％のスラリー( 以下、研磨剤スラリーとも云う。 )として用いることが望ましい。また、このスラリー中には、用途に応じて、分散剤、増粘剤、酸化剤、界面活性剤、消泡剤、またはｐＨ調節剤等を適宜添加して使用してもよい。
【００３０】
酸化剤としては、公知の酸化剤でよく、過酸化水素、過酸化尿素、過酢酸、硝酸鉄、ヨウ素酸塩等が使用可能である。
【００３１】
本発明の第四級アンモニウム塩基等の有機アルカリ化合物は、通常この研磨剤スラリー中に溶解して使用する。この濃度は、スラリー全量に対して０．００１〜３０重量％、好ましくは０．０１〜２０重量％である。
【００３２】
有機アルカリ化合物の量がこれより少ない場合または多い場合、いずれも本発明の研磨剤の金属層または金属化合物層に対する高い研磨力を低下させることになり好ましくない。
【００３３】
なお、本発明の研磨剤は、従来研磨速度の向上のために添加されていたＮａＯＨやＫＯＨのようなアルカリ金属を含まないために、アルカリ金属が絶縁膜中に拡散して半導体デバイスの信頼性を低下させることもない。
【００３４】
本発明で母材であるセリア等の酸化物砥粒は炭酸希土等の原料を電気炉中で焼成することにより容易に得られ、また原料の粒径を粉砕等により調整することで製品の粒径を所望の範囲にすることが可能である。また、焼成後、分級等により好ましい粒径を有する粒子を選択的に得ることも可能である。
【００３５】
この研磨剤スラリーを使用する研磨は、常法に従って行うことができる。例えば上部に半導体基板等の被研磨材を保持しながら回転を与える駆動装置を備えたポリシングヘッドと、これに対向する下部のポリシングパッド( 研磨布 )が貼付されている回動しうる定盤( プラテン )からなるＣＭＰ装置において、当該研磨布等の研磨手段に本発明の研磨剤を担持させ、すなわち具体的には研磨剤スラリーをこの研磨布の上に供給しながら、半導体基板の平坦化を行えばよい。
【００３６】
【作用】
本発明の研磨剤は、セリア等の酸化物からなる砥粒と共に研磨剤中に第四級アンモニウム塩基等の強塩基性の有機アルカリ化合物を含むので、その作用により、半導体基板上に形成されたＣｕ等の金属配線層及びそのバリア層を有するデバイスの研磨に適用した場合、当該金属層を、その酸化物またはイオンに酸化させることが大いに促進されるためと考えられる。
【００３７】
加えてまた、これら有機アルカリ化合物は、当該金属層のバリア層である化学的に安定なＴａやＴａＮとも反応しやすいため、その研磨速度を大いに高めることができる。従って、Ｃｕ配線のみが選択的に研磨されることによるディッシングを防ぐことが可能となると考えられる。なお、有機アルカリ化合物は、母材となる酸化物からなる砥粒に混合することにより、とくにその効果が発揮される。
【００３８】
【実施例】
以下に実施例により本発明を具体的に説明するが、これらは単なる例示であり、本発明の技術的範囲がこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３９】
まず以下の方法で例１〜例１２の研磨剤スラリーを作成し、後記する方法で作成した半導体基板の化学的機械研磨を行った。そして、研磨時の研磨レートと平坦性を下記の方法で測定し、表１に結果を示した。ここで例１〜例１１は実施例、例１２は比較例である。
【００４０】
(１) 研磨剤の調整
〔例１〕
イオン交換水に対して、酸化セリウム（セイミケミカル（株）製：商品名ＳＨＳ１１０（重量平均粒径０．２μｍ））を３重量％、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）（東京化成工業（株）製）を０．２重量％添加した研磨剤スラリーを調整した。
【００４１】
〔例２〕
ＴＭＡＨの代わりに水酸化テトラエチルアンモニウム（ＴＥＡＨ）（東京化成工業（株）製）を用いた以外、濃度を含めて例１と同様にして研磨剤スラリーを調整した。
【００４２】
〔例３〕
イオン交換水に対して、酸化セリウム（同上）を２重量％、アルミナ（セイミケミカル（株）製：商品名ＡＬＳ１００（重量平均粒径０．２μｍ））を１重量％、水酸化テトラ（ｎ−ブチル）アンモニウム（ＴＢＡＨ）（東京化成工業（株）製）を０．２重量％添加した研磨剤スラリーを調整した。
【００４３】
〔例４〕
ＴＢＡＨの代わりに水酸化テトラ（ｎ−プロピル）アンモニウム（ＴＰＡＨ）（東京化成工業（株）製）を用いた以外、濃度を含めて例３と同様にして研磨剤スラリーを調整した。
【００４４】
〔例５〕
イオン交換水に対して、酸化セリウム（同上）を２重量％、ジルコニア（関東化学（株）製：オキシ塩化ジルコニウム８水塩を加水分解して得た（重量平均粒径０．１μｍ））を１重量％、水酸化フェニルトリメチルアンモニウム（ＰｈＭＡＨ）（東京化成工業（株）製）を０．２重量％添加した研磨剤スラリーを調整した。
【００４５】
〔例６〕
イオン交換水に対して、酸化セリウム（同上）を２重量％、酸化チタン（日本アエロジル（株）製：商品名Ｐ２５（重量平均粒径０．０５μｍ））を１重量％、水酸化ベンジルセチルジメチルアンモニウム（ＢＳＭＡＨ）（東京化成工業（株）製）を０．２重量％添加した研磨剤スラリーを調整した。
【００４６】
〔例７〕
イオン交換水に対して、酸化セリウム（同上）を２重量％、二酸化マンガン（セイミケミカル（株）製：商品名ＭＮＳ１００（重量平均粒径０．２μｍ））を１重量％、水酸化ベンジルセチルジメチルアンモニウム（ＢＳＭＡＨ）（東京化成工業（株）製）を０．２重量％添加した研磨剤スラリーを調整した。
【００４７】
〔例８〕
イオン交換水に対して、アルミナ（セイミケミカル（株）製：商品名ＡＬＳ１００（重量平均粒径０．２μｍ））を３重量％、水酸化テトラエチルアンモニウム（ＴＥＡＨ）（東京化成工業（株）製）を０．２重量％添加した研磨剤スラリーを調整した。
【００４８】
〔例９〕
ＴＥＡＨの代わりにＴＭＡＨ（同上）を用いた以外、濃度を含めて例１と同様にして研磨剤スラリーを調整した。
【００４９】
〔例１０〕
イオン交換水に対して、テトライソプロプキシドシランを加水分解することにより得たシリカ（関東化学（株）製：（重量平均粒径０．１μｍ））を３重量％、ＴＭＡＨ（同上）を０．２重量％添加した研磨剤スラリーを調整した。
【００５０】
〔例１１〕
ＴＭＡＨの代わりにＴＰＡＨ（同上）を用いた以外、濃度を含めて例１０と同様にして研磨剤スラリーを調整した。
【００５１】
〔例１２〕
ＴＭＡＨを添加しない以外、濃度を含めて例１と同様にして研磨を行った。
【００５２】
(２) 〔半導体基板の作成及び研磨試験〕
図１（ａ）に示すように、Ｓｉ基板１に、５００ｎｍのＳｉＯ2 絶縁膜２をＴＥＯＳのＣＶＤにより形成した。次に図１（ｂ）に示すように、このＳｉＯ2 絶縁膜２にＲＩＥ法により配線溝５をパターニングした。その後、図１（ｃ）に示すようにＲＦスパッタ法で、Ｔａのバリア膜３を５０ｎｍ形成した。スパッタ圧は２Ｔｏｒｒで行った。
【００５３】
さらに、図１（ｄ）に示すように、その表面にＤＣスパッタ法で、Ｃｕ膜４をブランケット膜として５００ｎｍ形成した。
【００５４】
これから、図１（ｅ）に示すように、ＣＭＰ法により平坦化を行い、溝以外の部分のＣｕを除いてＣｕからなる埋め込み配線６を形成した。このＣＭＰ法による研磨剤として例１〜例１２の研磨剤スラリーを用いた。研磨条件は以下のとおりである。
【００５５】
研磨機：片面研磨機( 定盤径５５０ｍｍ )
定盤( プラテン )回転数：１００ｒｐｍ
定盤材質：ステンレス
加工圧力：３０ｋＰａ
研磨布：不織布タイプの研磨パッド
研磨スラリー：定盤上に自動供給
【００５６】
この条件で、Ｔａのバリア層３が研磨により除去され図１（ｅ）の状態になるまで研磨を行い、以下の条件で▲１▼平坦性及び▲２▼研磨レートを測定した。
【００５７】
▲１▼〔平坦性〕
図１（ｅ）に示すＣｕ配線層を断面ＳＥＭ写真により観察し、そのディッシングの状態で評価した。ディッシングのない場合をＡ、ディッシングはあるが軽度で従来（例１２と同等）より改善された場合をＢ、ディッシングが大きい場合をＣとした。
【００５８】
▲２▼〔研磨レート〕
表面の研削量を測定し、１分間当たりの研磨量を研磨レート（Å／分）として表示した。
結果を表１に示す。
【００５９】
【表１】
【発明の効果】
上記実施例から明らかなように、本発明の研磨剤を用いることにより、金属配線層のバリア層にＴａおよびＴａ化合物を用いた半導体製造プロセスにおいて、高い平坦性と高い研磨速度を兼ね合わせた高精度の化学的機械研磨が可能となることがわかる。すなわち、本発明の研磨剤を用いることにより、高速化と微細化の要求を満たす半導体デバイスが作製できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における半導体基板の作製工程を示す断面図
【符号の説明】
１ Ｓｉ基板
２ ＳｉＯ2 絶縁膜
３ バリア膜
４ Ｃｕ膜
５ 配線溝
６ 埋め込み配線
Claims (2)
- セリウム、アルミニウム又はケイ素のうち少なくとも１種類の元素の酸化物からなる砥粒と、
水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラ（ｎ−プロピル）アンモニウム、水酸化テトラ（ｉ−プロピル）アンモニウム、水酸化テトラ（ｎ−ブチル）アンモニウム、水酸化テトラ（ｉ−ブチル）アンモニウム、水酸化フェニルトリメチルアンモニウム、及び水酸化ベンジルセチルジメチルアンモニウムからなる群より選択される少なくとも一種類の第四級アンモニウム塩基と、
水と、から実質的になる、化学的機械研磨用研磨剤スラリーであって、
半導体基板上に形成された銅（Ｃｕ）または銅合金からなる金属配線層及びタンタル又はタンタル化合物（タンタル合金及びタンタル合金化合物を含む）からなるそのバリア層を有する半導体デバイスを研磨するためのものであり、前記スラリー全量に対して、前記第四級アンモニウム塩基を０．０１〜０．２重量％、前記砥粒を０．１〜３重量％、及び、水を９６．８重量％以上含有する研磨剤スラリー。 - 請求項１に記載の研磨剤スラリーを研磨手段に担持させて、基板上に銅（Ｃｕ）または銅合金からなる金属配線層及びタンタル又はタンタル化合物（タンタル合金及びタンタル合金化合物を含む）からなるそのバリア層を有する半導体デバイスの当該金属配線層及び当該バリア層の少なくとも一部を研磨することを特徴とする半導体基板の研磨方法。
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