JP7268785B2 - 研磨液及び研磨方法 - Google Patents

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Description

本発明は、研磨液及び研磨方法に関する。
近年、半導体集積回路（Ｌａｒｇｅ－Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ。以下、「ＬＳＩ」という。）の高集積化及び高性能化に伴って新たな微細加工技術が開発されている。化学機械研磨（以下、「ＣＭＰ」という。）法もその一つである。ＣＭＰ法は、ＬＳＩ製造工程（特に、多層配線形成工程における絶縁膜の平坦化、金属プラグの形成、埋め込み配線の形成等）において頻繁に利用される技術である（例えば、下記特許文献１参照）。
現在、プラグ材料、配線材料、コンタクト材料、ビア材料、ゲート材料等として、コバルトを含む金属が用いられている。配線、プラグ等の埋め込み部を形成する際には、例えば、ダマシン法が採用される。ダマシン法では、研磨液を用いて、表面に凹凸を有する絶縁部材（絶縁材料を含む部材。例えば層間絶縁膜）と、絶縁部材の凹凸に追従して絶縁部材上に配置されたライナー部と、ライナー部上に配置された導電部材と、を備える基体を研磨して、絶縁部材の凹部に埋め込まれた導電部材からなる埋め込み部を形成する。埋め込み部の形成工程は、ライナー部が露出するまで導電部材を研磨する第１工程と、絶縁部材の凸部が露出するまで導電部材及びライナー部を研磨する第２工程と、導電部材、ライナー部及び絶縁部材を研磨して被研磨面を平坦化する第３工程と、を備える。
米国特許第４９４４８３６号明細書
近年、埋め込み性等に優れる観点から埋め込み部の構成材料としてコバルトが用いられる場合がある。また、上述の第３工程において研磨される被研磨面における埋め込み部（例えば、柱状の形状を有するプラグ）の占有面積は絶縁部材と比較して狭い傾向があることから、絶縁部材と比較して埋め込み部が研磨されづらい傾向がある。そのため、コバルトを含有する埋め込み部を形成するために用いられる研磨液に対しては、絶縁材料に対するコバルトの高い研磨速度比（コバルトの研磨速度／絶縁材料の研磨速度）が求められる。
本発明の一側面は、絶縁材料に対するコバルトの高い研磨速度比を得ることが可能な研磨液及び研磨方法を提供することを目的とする。
本発明の一側面は、コバルトを含む被研磨面を研磨するための研磨液であって、砥粒と、糖アルコール、糖アルコール誘導体及び多糖類からなる群より選ばれる少なくとも一種の糖成分と、酸成分と、水と、を含有し、前記研磨液のｐＨが８．０を超える、研磨液を提供する。
本発明の他の一側面は、上述の研磨液を用いて、コバルトを含む被研磨面を研磨する、研磨方法を提供する。
これらの研磨液及び研磨方法によれば、絶縁材料に対するコバルトの高い研磨速度比を得ることができる。
本発明の一側面によれば、絶縁材料に対するコバルトの高い研磨速度比を得ることができる。
図１は、研磨方法の一例を示す模式断面図である。
本明細書において、「～」を用いて示された数値範囲は、「～」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。本明細書に段階的に記載されている数値範囲において、ある段階の数値範囲の上限値又は下限値は、他の段階の数値範囲の上限値又は下限値と任意に組み合わせることができる。本明細書に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。「Ａ又はＢ」とは、Ａ及びＢのどちらか一方を含んでいればよく、両方とも含んでいてもよい。本明細書に例示する材料は、特に断らない限り、１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。組成物中の各成分の含有量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の作用が達成されれば、本用語に含まれる。
以下、本発明の実施形態について説明する。但し、本発明は下記実施形態に何ら限定されるものではない。
＜研磨液＞
本実施形態に係る研磨液は、コバルトを含む被研磨面を研磨するための研磨液である。本実施形態に係る研磨液は、砥粒と、糖アルコール、糖アルコール誘導体及び多糖類からなる群より選ばれる少なくとも一種の糖成分と、酸成分と、水と、を含有する。本実施形態に係る研磨液のｐＨは、８．０を超える。本実施形態に係る研磨液は、ＣＭＰ研磨液として用いることができる。本実施形態に係る研磨液によれば、絶縁材料に対するコバルトの高い研磨速度比を得ることができる。本実施形態に係る研磨液によれば、コバルトの良好な研磨速度が得つつ、絶縁材料に対するコバルトの高い研磨速度比を得ることができる。
（砥粒）
砥粒の構成材料としては、シリカ、アルミナ、セリア、チタニア、ジルコニア、ゲルマニア、炭化ケイ素等の無機物；ポリスチレン、ポリアクリル酸、ポリ塩化ビニル等の有機物；これらの変性物などが挙げられる。上記変性物を含む砥粒としては、例えば、シリカ、アルミナ、セリア、チタニア、ジルコニア、ゲルマニア等を含む粒子の表面をアルキル基で変性した砥粒が挙げられる。砥粒は、１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。砥粒は、ジルコニアを含まなくてもよい。
砥粒は、研磨対象の研磨後の表面（配線部の表面、ライナー部の表面、絶縁部の表面等）にスクラッチ等の欠陥を生じさせにくくする観点から、シリカを含んでよい。シリカを含む砥粒としては、無定形シリカ、結晶性シリカ、溶融シリカ、球状シリカ、合成シリカ、中空シリカ、コロイダルシリカ等が挙げられる。砥粒は、研磨傷を低減しやすい観点から、コロイダルシリカを含むことが好ましい。
シリカを含む砥粒において、シリカの含有量の下限は、研磨に必要な研磨速度が得られやすい観点から、砥粒全体（研磨液に含まれる砥粒全体）を基準として、８０質量％以上であってよく、９０質量％以上であってよく、９５質量％以上であってよく、９８質量％以上であってよく、９９質量％以上であってよい。砥粒が実質的にシリカからなる（実質的に砥粒の１００質量％がシリカの粒子である）態様であってもよい。
砥粒の平均二次粒子径は、被研磨面にスクラッチ等の欠陥を生じさせにくい観点から、１２０ｎｍ以下であってよく、１００ｎｍ以下であってよく、９０ｎｍ以下であってよく、８０ｎｍ以下であってよい。砥粒の平均二次粒子径は、コバルトを含む金属の除去能力が充分となり、必要となるコバルトの研磨速度が得られやすい観点から、５ｎｍ以上であってよく、１０ｎｍ以上であってよく、１５ｎｍ以上であってよい。これらの観点から、砥粒の平均二次粒子径は、５～１２０ｎｍであってよい。砥粒の平均二次粒子径は、光回折散乱式粒度分布計（例えば、ＢＥＣＫＭＡＮ ＣＯＵＬＴＥＲ社製、商品名：Ｎ５）を用いて測定できる。
砥粒の含有量は、研磨液の全質量を基準として下記の範囲であってよい。砥粒の含有量は、コバルトを含む金属の除去能力が充分となり、必要となるコバルトの研磨速度が得られやすい観点から、０．０１質量％以上であってよく、０．０５質量％以上であってよく、０．１質量％以上であってよく、０．２５質量％以上であってよく、０．５質量％以上であってよく、０．６質量％以上であってよく、０．８質量％以上であってよく、１質量％以上であってよく、１．５質量％以上であってよく、２質量％以上であってよく、２．５質量％以上であってよく、３質量％以上であってよい。砥粒の含有量は、砥粒の良好な分散安定性が得られやすく、スクラッチ等の欠陥が生じ難い観点から、２０質量％以下であってよく、１５質量％以下であってよく、１０質量％以下であってよく、５質量％以下であってよい。これらの観点から、砥粒の含有量は、０．０１～２０質量％であってよい。
（添加剤）
本実施形態に係る研磨液は、砥粒及び水以外に添加剤を含有することができる。
［糖成分：糖アルコール、糖アルコール誘導体及び多糖類］
本実施形態に係る研磨液は、絶縁材料に対するコバルトの高い研磨速度比を得る観点から、糖アルコール、糖アルコール誘導体及び多糖類からなる群より選ばれる少なくとも一種の糖成分を含有する。糖成分は、コバルトの良好な研磨速度が得つつ、絶縁材料に対するコバルトの研磨速度比が向上しやすい観点から、糖アルコール及び糖アルコール誘導体からなる群より選ばれる少なくとも一種の糖アルコール成分を含んでよく、糖アルコールを含んでよい。糖成分は、１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
糖アルコールとしては、ソルビトール、エリスリトール、ペンタエリスリトール、アラビトール、リビトール、キシリトール、ズルシトール、マルチトール、マンニトール等が挙げられる。糖アルコールの誘導体としては、糖アルコールエステル（例えばソルビトール脂肪酸エステル）等が挙げられる。糖アルコールは、絶縁材料に対するコバルトの研磨速度比が向上しやすい観点から、ソルビトールを含んでよい。
糖アルコール成分（糖アルコール又は糖アルコール誘導体）における炭素数は、４以上であってよく、５以上であってよく、６以上であってよい。糖アルコール成分における炭素数は、８以下であってよく、７以下であってよく、６以下であってよい。
糖アルコール成分における水酸基の数は、４以上であってよく、５以上であってよく、６以上であってよい。糖アルコール成分における水酸基の数は、８以下であってよく、７以下であってよく、６以下であってよい。
多糖類としては、セルロース化合物；デキストリン；マルトデキストリン；シクロデキストリン；デキストラン；オリゴ糖；プルラン；アミロース；アミロペクチン等が挙げられる。
セルロース化合物は、セルロース骨格を有する化合物である。セルロース化合物としては、セルロース及びセルロース誘導体からなる群より選ばれる少なくとも一種を用いることができる。セルロース誘導体は、例えば、セルロースの水酸基の少なくとも一部がエーテル化された化合物である。セルロース誘導体としては、アルキルセルロース、ヒドロキシアルキルセルロース、カルボキシアルキルセルロース等が挙げられる。
アルキルセルロースは、セルロースの水酸基の少なくとも一部が炭化水素基（エチル基、メチル基、プロピル基等）でエーテル化された化合物である。アルキルセルロースとしては、メチルセルロース、エチルセルロース等が挙げられる。
ヒドロキシアルキルセルロースは、セルロースの水酸基とアルキレンオキシド（エチレンオキシド、プロピレンオキシド等）とが反応して得られる化合物である。ヒドロキシアルキルセルロースとしては、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース等が挙げられる。ヒドロキシアルキルセルロースにおけるヒドロキシアルキル基の炭素数は、絶縁材料に対するコバルトの研磨速度比が向上しやすい観点から、１以上であってよく、２以上であってよく、３以上であってよい。ヒドロキシアルキルセルロースにおけるヒドロキシアルキル基の炭素数は、絶縁材料に対するコバルトの研磨速度比が向上しやすい観点から、５以下であってよく、４以下であってよく、３以下であってよい。
カルボキシアルキルセルロースは、セルロースの水酸基がカルボキシアルキル基（カルボキシメチル基、カルボキシエチル基、カルボキシプロピル基等）でエーテル化された化合物である。カルボキシアルキルセルロースとしては、カルボキシメチルセルロース、カルボキシエチルセルロース等が挙げられる。
デキストリンとしては、澱粉の分解により得られる、分解物末端にアルデヒド基を有したデキストリン；澱粉の分解の過程で一部分解されにくいものを精製することにより分取した難消化性デキストリン；前記アルデヒド末端を水素添加により還元し、ヒドロキシル基に変えた還元型デキストリン（例えば粉末還元澱粉分解物）；高度分岐環状デキストリン；デキストリン水和物等が挙げられる。シクロデキストリンとしては、α－シクロデキストリン、β－シクロデキストリン、γ－シクロデキストリン等が挙げられる。オリゴ糖としては、スクロース、マルトース、イソマルトース、マルトトリオース、スタキオース等が挙げられる。
多糖類は、絶縁材料に対するコバルトの研磨速度比が向上しやすい観点から、セルロース化合物、デキストリン、デキストラン及びプルランからなる群より選ばれる少なくとも一種を含んでよく、ヒドロキシアルキルセルロース、デキストリン、デキストラン及びプルランからなる群より選ばれる少なくとも一種を含んでよい。
糖成分の含有量は、研磨液の全質量を基準として下記の範囲であってよい。糖成分の含有量は、絶縁材料に対するコバルトの研磨速度比が向上しやすい観点から、０．０１質量％以上であってよく、０．０３質量％以上であってよく、０．０５質量％以上であってよく、０．０７質量％以上であってよく、０．０９質量％以上であってよく、０．１質量％以上であってよい。糖成分の含有量は、絶縁材料に対するコバルトの研磨速度比が向上しやすい観点から、２０質量％以下であってよく、１０質量％以下であってよく、８質量％以下であってよく、５質量％以下であってよく、４質量％以下であってよく、３質量％以下であってよく、２質量％以下であってよく、１質量％以下であってよく、０．５質量％以下であってよく、０．３質量％以下であってよい。これらの観点から、糖成分の含有量は、０．０１～２０質量％であってよい。また、糖成分の含有量は、０．２質量％を超えていてもよく、０．３質量％以上であってもよい。糖成分の含有量は、０．２質量％を超え２０質量％以下であってもよく、０．３～２０質量％であってもよい。
糖成分の含有量は、砥粒１００質量部に対して下記の範囲であってよい。糖成分の含有量は、絶縁材料に対するコバルトの研磨速度比が向上しやすい観点から、０．１質量部以上であってよく、０．５質量部以上であってよく、１質量部以上であってよく、２質量部以上であってよく、３質量部以上であってよい。糖成分の含有量は、絶縁材料に対するコバルトの研磨速度比が向上しやすい観点から、５０質量部未満であってよく、４０質量部以下であってよく、３０質量部以下であってよく、２０質量部以下であってよく、１０質量部以下であってよい。これらの観点から、糖成分の含有量は、０．１質量部以上５０質量部未満であってよい。また、糖成分の含有量は、５質量部以下であってもよく、４質量部以下であってもよい。本実施形態に係る研磨液が、糖アルコール及び糖アルコール誘導体からなる群より選ばれる少なくとも一種を含有する場合（例えば、研磨液が糖アルコールを含有する場合）、糖成分の含有量が砥粒１００質量部に対して上記範囲であってよい。
［酸成分］
酸成分は、金属（酸化金属等）を溶解する金属溶解剤として機能できる。酸成分は、例えば、酸化金属溶解剤である。酸成分としては、有機酸、有機酸エステル、有機酸塩、無機酸、無機酸塩等が挙げられる。酸成分は、絶縁材料に対するコバルトの研磨速度比が向上しやすい観点から、有機酸を含んでよい。酸成分は、水溶性を有していてよい。上述の糖成分にも該当する酸成分は、糖成分に帰属するものとする。
有機酸としては、例えば、アミノ酸、及び、アミノ酸とは異なる有機酸が挙げられる。アミノ酸としては、グリシン、アラニン、ロイシン、イソロイシン、アスパラギン、アスパラギン酸、アルギニン、トレオニン、システイン等が挙げられる。アミノ酸とは異なる有機酸としては、酢酸、プロピオン酸、安息香酸等のモノカルボン酸；マロン酸、コハク酸、クエン酸、リンゴ酸、ジグリコール酸、イソフタル酸、メチルコハク酸、シュウ酸、酒石酸、ピコリン酸、フタル酸、アジピン酸、グルタル酸等のジカルボン酸などが挙げられる。有機酸塩としては、アンモニウム塩等が挙げられる。無機酸としては、硫酸、硝酸、リン酸、塩酸等が挙げられる。酸成分は、１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
酸成分は、コバルトの研磨速度が向上しやすい観点から、有機酸を含んでよく、アミノ酸、及び、ジカルボン酸（アミノ酸に該当する化合物を除く）からなる群より選ばれる少なくとも一種を含んでよい。ジカルボン酸は、コバルトの研磨速度が向上しやすい観点から、マロン酸、コハク酸、クエン酸、リンゴ酸、ジグリコール酸、イソフタル酸及びメチルコハク酸からなる群より選ばれる少なくとも一種を含んでよい。アミノ酸は、コバルトの研磨速度が向上しやすい観点から、グリシン、イソロイシン、アスパラギン、アスパラギン酸、アルギニン及びトレオニンからなる群より選ばれる少なくとも一種を含んでよい。
酸成分の含有量は、研磨液の全質量を基準として下記の範囲であってよい。酸成分の含有量は、コバルトの研磨速度が向上しやすい観点から、０．００５質量％以上であってよく、０．０１質量％以上であってよく、０．０５質量％以上であってよく、０．１質量％以上であってよく、０．３質量％以上であってよい。酸成分の含有量は、砥粒が凝集し難いことに伴い研磨液の保管安定性が向上することによって安定した研磨速度が得られやすい観点から、５質量％以下であってよく、３質量％以下であってよく、２．５質量％以下であってよく、２．２５質量％以下であってよく、２質量％以下であってよく、１．７５質量％以下であってよく、１．５質量％以下であってよく、１．２５質量％以下であってよく、１質量％以下であってよく、０．８質量％以下であってよく、０．５質量％以下であってよく、０．４質量％以下であってよい。これらの観点から、酸成分の含有量は、０．００５～５質量％であってよい。
［金属防食剤］
本実施形態に係る研磨液は、金属防食剤を含有してよい。金属防食剤は、コバルト等の金属とキレート錯体を生成することで、金属を含む被研磨部が過度に腐食されることを防ぐための保護膜を被研磨部の表面に形成し得る化合物である。金属防食剤としては、トリアゾール骨格を有する化合物、イミダゾール骨格を有する化合物、ピリミジン骨格を有する化合物、グアニジン骨格を有する化合物、チアゾール骨格を有する化合物、ピラゾール骨格を有する化合物等が挙げられる。
トリアゾール骨格を有する化合物としては、１，２，３－トリアゾール、ベンゾトリアゾール、１－ヒドロキシベンゾトリアゾール、ビス［（１－ベンゾトリアゾリル）メチル］ホスホン酸、５－メチルベンゾトリアゾール等が挙げられる。イミダゾール骨格を有する化合物としては、２－メチルイミダゾール、２－アミノイミダゾール等が挙げられる。ピリミジン骨格を有する化合物としては、ピリミジン、１，２，４－トリアゾロ［１，５－ａ］ピリミジン等が挙げられる。グアニジン骨格を有する化合物としては、１，３－ジフェニルグアニジン、１－メチル－３－ニトログアニジン等が挙げられる。チアゾール骨格を有する化合物としては、２－メルカプトベンゾチアゾ－ル、２－アミノチアゾール等が挙げられる。ピラゾール骨格を有する化合物としては、３，５－ジメチルピラゾール、３－メチル－５－ピラゾロン、３－アミノ－５－メチルピラゾール等が挙げられる。金属防食剤は、被研磨部の腐食を抑制しやすい観点から、トリアゾール骨格を有する化合物を含んでよい。トリアゾール骨格を有する化合物は、被研磨部の腐食を抑制しやすい観点から、１，２，３－トリアゾール、１，２，４－トリアゾール、３－アミノ－１Ｈ－１，２，４－トリアゾール、４－アミノ－４Ｈ－１，２，４－トリアゾール、ベンゾトリアゾール、１－ヒドロキシベンゾトリアゾール及び５－メチルベンゾトリアゾールからなる群より選ばれる少なくとも一種を含んでいてよい。金属防食剤は、１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
金属防食剤の含有量は、研磨液の全質量を基準として下記の範囲であってよい。金属防食剤の含有量は、被研磨部の腐食を抑制しやすい観点から、０．０００５質量％以上であってよく、０．００１質量％以上であってよく、０．００３質量％以上であってよい。金属防食剤の含有量は、砥粒が凝集し難いことに伴い研磨液の保管安定性が向上することによって安定した研磨速度が得られやすい観点から、０．５質量％以下であってよく、０．３質量％以下であってよく、０．１質量％以下であってよい。これらの観点から、金属防食剤の含有量は、０．０００５～０．５質量％であってよい。
［酸化剤］
本実施形態に係る研磨液は、酸化剤を含有することができるが、酸化剤を含有していなくてもよい。酸化剤としては、過酸化水素、過ヨウ素酸カリウム、過硫酸アンモニウム、次亜塩素酸、オゾン水等が挙げられる。酸化剤としては、添加後も比較的安定である観点から、過酸化水素であってよい。酸化剤は、１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
研磨液が酸化剤を含有する場合、酸化剤の含有量は、研磨液の全質量を基準として下記の範囲であってよい。酸化剤の含有量は、金属を含む被研磨面を酸化し、充分な研磨速度を確保しやすい観点から、０．０１質量％以上であってよく、０．０２質量％以上であってよく、０．０３質量％以上であってよい。酸化剤の含有量は、被研磨面に荒れが生じることを抑制しやすい観点から、１０質量％以下であってよく、５質量％以下であってよく、３質量％以下であってよい。これらの観点から、酸化剤の含有量は、０．０１～１０質量％であってよい。
［ｐＨ調整剤］
本実施形態に係る研磨液は、研磨液のｐＨを所望のｐＨに調整する目的等のために、ｐＨ調整剤を含有してよい。ｐＨ調整剤としては、アルカリ金属の水酸化物、アルカリ土類金属の水酸化物、アンモニア等が挙げられる。ｐＨ調整剤としては、砥粒の凝集を防止しやすい観点から、水酸化カリウム、ベンジルアミン及びジエタノールアミンからなる群より選ばれる少なくとも一種であってよい。ｐＨ調整剤は、１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
［その他の添加剤］
本実施形態に係る研磨液は、上述の成分とは異なる添加剤を含有してよい。このような添加剤としては、水溶性高分子、有機溶媒等が挙げられる。本実施形態に係る研磨液は、水溶性高分子を含有しなくてもよい。水溶性高分子の含有量は、研磨液の全質量を基準として、０．０２５質量％未満であってよく、０．３質量％を超えてもよい。これらの場合においても、絶縁材料に対するコバルトの研磨速度比として０．６０以上の研磨速度比を得ることができる。
（水）
水としては、特に制限はないが、イオン交換水（脱イオン水）、純水、超純水、蒸留水等が挙げられる。水の含有量は、他の構成成分の含有量を除いた研磨液の残部でよく、特に限定されない。
（研磨液のｐＨ）
本実施形態に係る研磨液のｐＨは、絶縁材料に対するコバルトの高い研磨速度比が得られる観点から、８．０を超える。研磨液のｐＨは、絶縁材料に対するコバルトの高い研磨速度比が得られやすい観点から、８．２以上であってよく、８．５以上であってよく、８．５を超えてよく、８．７以上であってよく、９．０以上であってよく、９．０を超えてよく、９．５以上であってよく、９．５を超えてよい。研磨液のｐＨは、ケイ素を含む被研磨部を研磨対象が備える場合に被研磨部の溶解が抑制され、安定した研磨速度が得られやすい観点、及び、砥粒がシリカを含む場合に砥粒の溶解が抑制され、安定した研磨速度が得られやすい観点から、１２．０以下であってよく、１２．０未満であってよく、１１．０以下であってよく、１１．０未満であってよく、１０．５以下であってよく、１０．５未満であってよく、１０．０以下であってよい。これらの観点から、研磨液のｐＨは、８．０を超え１２．０以下であってよい。研磨液のｐＨは、９．０未満であってもよい。研磨液のｐＨは、液温２５℃におけるｐＨと定義する。
研磨液のｐＨは、ｐＨメータ（例えば、株式会社堀場製作所製のＭｏｄｅｌ Ｆ－５１）で測定することができる。具体的には、標準緩衝液（フタル酸塩ｐＨ緩衝液、ｐＨ：４．０１（２５℃）；中性リン酸塩ｐＨ緩衝液、ｐＨ６．８６（２５℃）；ホウ酸塩ｐＨ緩衝液、ｐＨ：９．１８（２５℃））を用いて３点校正した後、電極を研磨液に入れ、３分以上経過して安定した後に得られる測定値を研磨液のｐＨとして得ることができる。標準緩衝液及び研磨液の液温は、共に２５℃とする。
本実施形態に係る研磨液は、少なくとも砥粒と糖成分と酸成分と水とを含む一液式研磨液として保存してよく、スラリ（第一の液）と、添加液（第二の液）とを有する複数液式研磨液として保存してもよい。複数液式研磨液では、スラリと添加液とを混合して前記研磨液となるように前記研磨液の構成成分がスラリと添加液とに分けられる。スラリは、例えば、少なくとも砥粒及び水を含む。添加液は、例えば、少なくとも糖成分と酸成分と水とを含む。他の添加剤は、スラリ及び添加液のうち添加液に含まれてよい。研磨液の構成成分は、三液以上に分けて保存してもよい。複数液式研磨液においては、研磨直前又は研磨時にスラリ及び添加液が混合されて研磨液が調製されてよい。複数液式研磨液におけるスラリと添加液とをそれぞれ研磨定盤上へ供給し、研磨定盤上においてスラリ及び添加液が混合されて得られる研磨液を用いて被研磨面を研磨してもよい。
本実施形態に係る研磨液用貯蔵液は、前記研磨液を得るための貯蔵液であり、研磨液用貯蔵液を水で希釈することにより前記研磨液が得られる。研磨液用貯蔵液は、水の量を使用時よりも減じて保管されており、使用前又は使用時に水で希釈されて前記研磨液として用いることができる。研磨液用貯蔵液は、水の含有量が前記研磨液よりも少ない点で前記研磨液と異なっている。希釈倍率は、例えば１．５倍以上である。
＜研磨方法＞
本実施形態に係る研磨方法は、本実施形態に係る研磨液を用いて、コバルトを含む被研磨面を研磨する研磨工程を備える。研磨工程では、コバルトを含む被研磨面を研磨することによりコバルトの少なくとも一部を除去することができる。研磨工程では、コバルトを含む被研磨面を有する基体の当該被研磨面を研磨することができる。基体は、コバルトを含む被研磨面を有する部材として、コバルトを含む部材を備えてよい。コバルトを含む被研磨面の構成材料としては、コバルト原子を含む材料であればよく、コバルト単体、コバルト合金、コバルトの酸化物、コバルト合金の酸化物等が挙げられる。
研磨工程は、コバルト及び絶縁材料を含む被研磨面を研磨する工程であってよく、例えば、コバルトを含む部分と、絶縁材料を含む部分とを有する被研磨面を研磨する工程であってよい。基体は、コバルトを含む部材と、絶縁材料を含む部材とを備えてよい。絶縁材料としては、シリコン系絶縁材料、有機ポリマ系絶縁材料等が挙げられる。シリコン系絶縁材料としては、酸化ケイ素（例えば、テトラエチルオルトケイ酸（ＴＥＯＳ）を用いて得られた二酸化ケイ素）、窒化ケイ素、テトラエトキシシラン、フルオロシリケートグラス、トリメチルシラン、ジメトキシジメチルシランを出発原料として得られるオルガノシリケートグラス、シリコンオキシナイトライド、水素化シルセスキオキサン、シリコンカーバイド、シリコンナイトライド等が挙げられる。有機ポリマ系絶縁材料としては、全芳香族系低誘電率絶縁材料等が挙げられる。
研磨工程は、コバルト、絶縁材料及び導電材料（コバルトを除く。以下同様）を含む被研磨面を研磨する工程であってよく、例えば、コバルトを含む部分と、絶縁材料を含む部分と、導電材料を含む部分とを有する被研磨面を研磨する工程であってよい。基体は、コバルトを含む部材と、絶縁材料を含む部材と、導電材料を含む部材とを備えてよい。導電材料としては、例えば、銅、タングステン、タンタル、チタン、ルテニウム、貴金属（銀、金等）などを含む材料が挙げられる。導電材料としては、銅、銅合金、銅の酸化物、銅合金の酸化物；タングステン単体、窒化タングステン、タングステン合金；タンタル単体、窒化タンタル、タンタル合金；チタン単体、窒化チタン、チタン合金；ルテニウム単体、窒化ルテニウム、ルテニウム合金；貴金属（銀、金等）などが挙げられる。
本実施形態に係る研磨方法では、絶縁材料に対してコバルトを選択的に研磨することができる。絶縁材料に対するコバルトの研磨速度比は、０．６０以上であってよく、０．６５以上であってよく、０．７０以上であってよく、０．７５以上であってよく、０．８０以上であってよく、０．８５以上であってよく、０．９０以上であってよく、０．９５以上であってよく、１．００以上であってよい。
研磨工程では、例えば、被研磨面を有する基体の当該被研磨面を研磨定盤の研磨パッド（研磨布）に押圧した状態で、研磨液を被研磨面と研磨パッドとの間に供給し、基体と研磨定盤とを相対的に動かして被研磨面を研磨する。
研磨に用いる装置としては、基体を保持するホルダと、回転数が変更可能なモータ等に接続され、且つ、研磨パッドを貼り付け可能な研磨定盤と、を有する一般的な研磨装置を使用できる。研磨パッドとしては、特に制限はないが、一般的な不織布、発泡ポリウレタン、多孔質フッ素樹脂等を使用することができる。
研磨条件は、特に制限されない。研磨定盤の回転速度は、基体が研磨定盤から飛び出さないように、２００ｍｉｎ－１（＝ｒｐｍ）以下であってよい。研磨パッドへの基体の押し付け圧力は、１～１００ｋＰａであってよい。
基体としては、表面に凹凸を有する絶縁部材（絶縁材料を含む部材）と、絶縁部材の凹凸に追従して絶縁部材上に配置されたライナー部と、ライナー部上に配置された導電部材（導電材料を含む部材）と、を備える基体を用いることができる。基体としては、例えば半導体基板を用いることができる。ライナー部は、絶縁部材中への導電材料の拡散防止等のために配置される。
研磨工程は、基体を研磨して、絶縁部材の凹部（例えば柱状の凹部）に埋め込まれた導電部材からなる埋め込み部を形成する工程であってよい。この場合、研磨工程は、ライナー部が露出するまで導電部材を研磨する第１工程と、絶縁部材の凸部が露出するまで導電部材及びライナー部を研磨する第２工程と、導電部材、ライナー部及び絶縁部材を研磨して被研磨面を平坦化する第３工程と、をこの順に備える。本実施形態に係る研磨液は、第１～３工程のいずれにも用いることができる。
本実施形態では、導電部材がコバルトを含有していてよい。この場合、例えば、絶縁部材の凹部に埋め込まれた導電部材（コバルトを含有する部材）としてプラグ（例えば円柱状のプラグ）、配線、コンタクト、ビア、ゲート等を形成できる。ライナー部の構成材料としては、タンタル、チタン等を用いることができる。コバルトの高い研磨速度（例えば１００ｎｍ／ｍｉｎ以上）を与える研磨液は、コバルトを含有する導電部材を上述の第１工程及び第２工程において研磨することに好適に用いることができる。
本実施形態では、ライナー部がコバルトを含有していてもよい。この場合、導電部材の構成材料としては、上述の導電材料等が挙げられる。
図１は、本実施形態に係る研磨方法の一例を示す模式断面図である。図１に示される研磨方法では、まず、図１（ａ）に示す基体１０ａを準備する。基体１０ａは、基板１１と、基板１１上に配置されると共に表面に凹凸を有する絶縁部材（層間絶縁膜）１３と、絶縁部材１３の凹凸に追従して絶縁部材１３上に配置されたライナー部１５と、ライナー部１５上に配置された導電部材１７と、を備える。絶縁部材１３は、凹部（例えば柱状の凹部）１３ａ及び凸部１３ｂを有している。導電部材１７はコバルトを含んでいる。ライナー部１５は、凹部１３ａの内壁、及び、凸部１３ｂの上面に沿って配置されており、凹部１３ａ内におけるライナー部１５上に導電部材１７が充填されている。
次に、第１工程として、ライナー部１５が露出するまで基体１０ａの導電部材１７を研磨して、図１（ｂ）に示す基体１０ｂを得る。続いて、第２工程として、絶縁部材１３の凸部１３ｂが露出するまで基体１０ｂのライナー部１５及び導電部材１７を研磨した後、絶縁部材１３、ライナー部１５及び導電部材１７を研磨して被研磨面を平坦化することにより、図１（ｃ）に示す基体１０ｃを得る。基体１０ｃは、絶縁部材１３の凹部１３ａに埋め込まれた導電部材１７からなる埋め込み部１９を有している。
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
＜砥粒の準備＞
砥粒として、平均二次粒子径が６０ｎｍのシリカ粒子（シリカを含む砥粒）を用意した。シリカ粒子の平均二次粒子径は、ＢＥＣＫＭＡＮ ＣＯＵＬＴＥＲ社製の粒度分布（商品名：Ｎ５）を用いて光子相関法により測定した。具体的には、シリカ粒子の水分散液として、散乱強度が５．０×１０４～１．０×１０６ｃｐｓである測定サンプルを調製した後、当該測定サンプルをプラスチックセルに入れ、平均二次粒子径を測定した。
＜研磨液の調製＞
各成分を混合して、表１～４に示す含有成分を含有する研磨液を調製した。表１～４の各成分の含有量は、研磨液の全質量を基準とする含有量（単位：質量％）である。ｐＨ調整剤の含有量は、表に示すｐＨが得られる量に調整した。ヒドロキシプロピルセルロースとしては、ヒドロキシプロピルセルロースの水溶液（粘度（２０℃）：１０００～４０００ｍＰａ・ｓ、関東化学株式会社製、商品名：Ｈｙｄｒｏｘｙｐｒｏｐｙｌ Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ（１０００－４０００ｍＰａ・ｓ，２％ ｉｎ Ｗａｔｅｒ ａｔ ２０℃））を用いた。表に示すヒドロキシプロピルセルロースの量は、水の量を含まないヒドロキシプロピルセルロースの量を示す。
＜ｐＨの測定＞
各研磨液のｐＨを下記に従って測定した。測定結果を表１～４に示す。
・測定温度：２５℃
・測定器：ｐＨメータ（株式会社堀場製作所製、Ｍｏｄｅｌ Ｆ－５１）
・測定方法：標準緩衝液（フタル酸塩ｐＨ緩衝液、ｐＨ：４．０１（２５℃）；中性リン酸塩ｐＨ緩衝液、ｐＨ６．８６（２５℃）；ホウ酸塩ｐＨ緩衝液、ｐＨ：９．１８（２５℃））を用いて３点校正した後、電極を研磨液に入れ、３分以上経過して安定した後の値を測定した。
＜基体の研磨＞
各研磨液を用いて、下記評価用基体の被研磨膜（コバルト膜及び絶縁膜）を下記研磨条件で研磨し、コバルトの研磨速度及び絶縁材料の研磨速度を測定した。抵抗測定器ＶＲ－１２０／０８Ｓ（株式会社日立国際電気製）を用いて得られた研磨前後の被研磨膜の電気抵抗値を換算して研磨前後の膜厚差を求め、膜厚差を研磨時間で除算することにより研磨速度を求めた。また、絶縁材料に対するコバルトの研磨速度比（コバルトの研磨速度／絶縁材料の研磨速度）を求めた。結果を表１～４に示す。
（評価用基体）
・第１の評価用基板：シリコン基板（直径１２インチウエハ）上に配置された厚さ２００ｎｍのコバルト膜を有する基体
・第２の評価用基板：シリコン基板（直径１２インチウエハ）上に配置された厚さ１０００ｎｍの絶縁膜（ＴＥＯＳを用いて得られた二酸化ケイ素膜：ＴＥＯＳ膜）を有する基体
（研磨条件）
・研磨機：片面用研磨機（株式会社荏原製作所製、商品名：Ｆ－ＲＥＸ３００）
・研磨パッド：Ｈ８００（富士紡ホールディングス株式会社製）
・研磨圧力：１０．３ｋＰａ
・定盤回転数：９３ｒｐｍ
・ヘッド回転数：８７ｒｐｍ
・研磨液供給量：２５０ｍｌ／ｍｉｎ
・研磨時間：３０秒
Figure 0007268785000001
Figure 0007268785000002
Figure 0007268785000003
Figure 0007268785000004
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…基体、１１…基板、１３…絶縁部材、１３ａ…凹部、１３ｂ…凸部、１５…ライナー部、１７…導電部材、１９…埋め込み部。

Claims (9)

  1. コバルトを含む被研磨面を研磨するための研磨液であって、
    砥粒と、糖アルコール、糖アルコール誘導体、デキストリン（シクロデキストリンとは異なる化合物）、デキストラン及びプルランからなる群より選ばれる少なくとも一種の糖成分と、酸成分と、水と、を含有し、
    前記砥粒がシリカを含み、
    前記糖成分の含有量が前記研磨液の全質量を基準として０．０１～２０質量％であり、
    前記研磨液のｐＨが８．０を超える、研磨液。
  2. 前記糖成分が、糖アルコール及び糖アルコール誘導体からなる群より選ばれる少なくとも一種を含む、請求項１に記載の研磨液。
  3. 前記糖成分がソルビトールを含む、請求項１又は２に記載の研磨液。
  4. 前記糖成分の含有量が前記砥粒１００質量部に対して５０質量部未満である、請求項２又は３に記載の研磨液。
  5. 前記糖成分がデキストリン（シクロデキストリンとは異なる化合物）を含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の研磨液。
  6. 前記糖成分がデキストランを含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の研磨液。
  7. 前記糖成分がプルランを含む、請求項１～６のいずれか一項に記載の研磨液。
  8. 前記酸成分が有機酸を含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の研磨液。
  9. 請求項１～８のいずれか一項に記載の研磨液を用いて、コバルトを含む被研磨面を研磨する、研磨方法。

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