JP2000243730A

JP2000243730A - 化学機械研磨組成物

Info

Publication number: JP2000243730A
Application number: JP3990099A
Authority: JP
Inventors: Shin Sakurai; 伸櫻井; Tetsuyuki Itakura; 哲之板倉; Katsumi Saito; 克巳斉藤
Original assignee: Tokyo Magnetic Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Infomedia Co Ltd
Priority date: 1999-02-18
Filing date: 1999-02-18
Publication date: 2000-09-08
Anticipated expiration: 2019-02-18
Also published as: JP4538109B2

Abstract

(57)【要約】【課題】この発明は、半導体配線製造工程におけるア
ルミニウム、銅及びタングステン等の金属の配線等の研
磨段階において、エッチング速度を抑えかつ研磨速度を
増大させる化学機械研磨組成物（CMP組成物）に関す
る。【解決手段】研磨砥粒、酸化剤、酸化抑制剤、アミノ
酸及び水から成る化学機械研磨組成物であって、更に界
面活性剤及び水溶性高分子から成る群から選択される少
なくとも一種を0.00001〜10重量％含む化学機械研磨組
成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体配線製造
工程におけるアルミニウム、銅及びタングステン等の金
属の配線等の研磨段階において、エッチング速度を抑え
かつ研磨速度を増大させる化学機械研磨組成物（CMP組
成物）に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年のコンピューターを始めとするハイ
テク製品の進歩は目覚ましく、これに使用される部品、
例えばULSIは年々高集積化・高速化の一途をたどってい
る。これに伴い、半導体装置のデザインルールは年々微
細化が進み、即ち、半導体デバイスにおいては微細パタ
ーン化つまり配線密度の向上を実現させる方策として、
半導体デバイスを二次元のものとしてとらえ線幅のよう
な横方法の寸法を微細化していく傾向である。また半導
体プロセスの回路形成では、ウェハ上に塗布された感光
剤（レジスト）にマスクを通して光を照射しフォトレジ
ストパターンを形成するリソグラフィー技術が利用され
ており、昨今のデバイスの微細化要求により、高精度な
フォトレジストパターンを形成しなければならず、その
ための方策として照射に使用する光の波長を短くする必
要があり、またデバイス表面のところでパターンを結像
するつまり焦点深度を浅くする必要性があり、デバイス
製造プロセスの焦点深度は浅くなり、パターン形成面に
要求される平坦性は厳しくなってきている。また配線の
微細化に伴う配線抵抗の増大に対処するため、デバイス
の多層化による配線長の短縮や、配線材料自体を低比抵
抗化且つエレクトロマイグレーション性に優れる銅（Ｃ
ｕ）が採用される傾向にあり、このような配線金属材料
の研磨において、研磨砥粒による機械的作用と酸化剤に
よる化学的作用（エッチング）を併合した化学機械研磨
（CMP、Chemical Mechanical Polishing）加工技術が検
討されている。

【０００３】しかしながら化学機械研磨加工技術を用い
て銅膜を研磨除去する従来例では、研磨速度を向上させ
ることを目的として化学的作用を付与させており、エッ
チング性が高くビアホール（多層配線構造において上下
の導電層間を接続するための接続孔）内上部の銅がエッ
チングされてしまい、プラグロス（上部導電層とビアホ
ール内に形成された配線金属との接点不良）が発生する
という問題があった。また、酸化剤濃度を調整し化学的
作用を低下させエッチング速度を抑えたスラリー研磨液
も存在するが、研磨速度が遅いという問題があった。

【０００４】そのために、銅のエッチングを防止する別
の方法として、酸化抑制剤であるベンゾトリアゾールを
用いることが知られている（J.B.Cotton, Proc. 2nd In
tern. Congr. Metallic Corrosion, p.590 (1963)、D.C
hadwick et al., CorrosionSci., 18, 39 (1978)、能登
谷武雄、防錆管理、26(3),74 (1982)、岡部平八郎編
“石油製品添加剤の開発と最新技術”シーエムシー(199
8)ｐ77〜82等）。これはベンゾトリアゾールが、銅及び
銅合金表面に緻密な被膜を形成することにより、酸化剤
による銅のイオン化を抑制することを利用している。

【０００５】これらの他に、特開平10-116804号には、
半導体デバイスの銅を含む金属の化学機械研磨に用い得
る種々のベンゾトリアゾールを含む芳香族化合物組成物
が開示されている。一方、特開平7-233485号には、エッ
チング剤では、過度の化学的作用を抑えるため、過酸化
水素水とアミノ酢酸を用いることにより、浸漬時に比べ
て研磨時のエッチング速度を高くすることができること
が開示されている。上記のような酸化抑制剤とエッチン
グ剤を含んだ研磨組成物としては、特開平8-83780号
に、金属膜表面への保護膜としてベンゾトリアゾール又
はその誘電体、エッチング剤としてアミノ酢酸又はアミ
ド硫酸、酸化剤を含む研磨剤を用いると、ディッシング
の発生を抑制し高い研磨速度で信頼性の高い導体膜を形
成できることが開示されている。さらに、特願平10-305
347号は、酸化抑制剤及びアミノ酸の濃度の合計が0.1〜
0.8重量％である化学機械組成物が金属膜に対するエッ
チング速度を抑え且つ研磨速度を増大することを開示し
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような化学機械
研磨組成物で、エッチング速度を抑え且つ高研磨速度を
得るためには、酸化抑制剤とエッチング剤のバランスが
重要である。即ち、酸化抑制剤に対しエッチング剤の添
加量が多いと、研磨速度は速くなるが配線金属が溶解し
てプラグロスが発生してしまい、エッチング剤に対し酸
化抑制剤の添加量が多いと、研磨速度が低くなる。ま
た、研磨時においてパッド及び研磨材粒子が酸化防止被
膜を剥離することで効果的に化学的作用が発現するた
め、研磨材粒子の濃度及び硬度や研磨パッドの種類など
の機械的作用と酸化抑制剤の濃度のバランスも研磨速度
を支配する要因となる。そのため酸化抑制剤の添加量を
少なくする必要があり、それによりエッチング剤の添加
量も少なくしなければならない。しかし、エッチング剤
に陽イオン基と陰イオン基の両方を有するアミノ酸を用
いると、正又は負に帯電している研磨材粒子の表面に吸
着するため、溶液中でエッチング剤として作用するアミ
ノ酸の濃度が変動し、低化学的作用の系では研磨速度が
不安定になる。そのため、エッチング速度を抑えてなお
かつ高い研磨速度が安定して得られる化学機械研磨組成
物が求められていた。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願発明者らは、半導体
デバイス製造工程における金属配線等の研磨段階におい
て、エッチング速度を抑えてなおかつ高い研磨速度が安
定して得られる手段について鋭利検討を重ねた結果、研
磨材粒子、酸化剤、酸化抑制剤、アミノ酸及び水からな
る化学機械研磨組成物に、界面活性剤および／または水
溶性高分子を添加すると研磨速度が増大してなおかつ安
定することを見出し、これにより信頼性のあるCMP法に
よる加工技術が可能になることを見出した。即ち、本願
発明の主題は研磨砥粒、酸化剤、酸化抑制剤、アミノ酸
及び水から成る化学機械研磨組成物であって、更に界面
活性剤及び水溶性高分子から成る群から選択される少な
くとも一種を0.00001〜10重量％含む化学機械研磨組成
物である。

【０００８】上記目的を達成するためには、研磨時にお
いて溶液中のエッチング剤が効果的に作用しなければな
らない。金属膜の化学機械研磨組成物には、酸化剤に過
酸化水素水を用いることが多い。酸化剤として過酸化水
素水を使用する場合、水素イオンまたは水酸化物イオン
が必要であり、酸性系で使用する方が塩基性系で使用す
るよりも強力な酸化剤として作用することが知られてい
る。そのため、過酸化水素水により化学的作用を付与さ
せるには、水素イオン供給源が必要となる。一方、アミ
ノ酸は、一分子中にアミノ基とカルボキシル基を有し、
酸性領域では、カルボキシル基の部分で解離した水素イ
オンをアミノ基がイオンの形で保持することができる。
このような、かさ高い水素イオン供給源としてアミノ酸
を使用すると、低濃度の酸化抑制剤でエッチング抑制効
果が発現する。しかし、アミノ酸は、水素イオンを解離
したカルボキシル基が陰イオン基、水素イオンを保持し
たアミノ基は陽イオン基となるため、研磨材粒子の表面
電荷が陰性である場合陽イオン基が、陽性である場合陰
イオン基が研磨材粒子表面に吸着する。低化学作用の系
では、そうしたアミノ酸の研磨材粒子への吸着がエッチ
ング作用を低減させ、研磨速度を不安定にさせる要因で
あると考えられる。そこで、研磨材粒子表面を界面活性
剤及び／又は水溶性高分子で表面処理することにより、
アミノ酸の研磨材粒子の表面への吸着を抑制し、アミノ
酸が溶液中でエッチング剤として有効に作用するからで
ある。本発明では、界面活性剤及び／又は水溶性高分子
を溶液中に添加することにより研磨砥粒の表面に吸着さ
せ、アミノ酸の砥粒への吸着を防止するため、低化学的
作用の系で研磨速度が安定することを可能とする。更
に、低化学作用であるため酸化抑制剤濃度を低くできる
ため、高研磨速度が得られる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明に用いられる研磨砥粒とし
ては、研磨加工一般に用いられるものであれば特に限定
されることなく使用することが出来るが、二酸化ケイ
素、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化チタン、窒
化ケイ素、酸化マンガン及び酸化ジルコニウムが好まし
く、四塩化金属を酸水素炎中で気相合成したヒュームド
シリカ、ヒュームドアルミナや、金属アルコキシドを液
層で加水分解して焼成したシリカやアルミナがより好ま
しい。この研磨材粒子の粒径は0.005〜5μm、好ましく
は0.01〜3μmである。研磨材の粒子径がここに示した範
囲よりも小さいと研磨速度が小さくなり、逆に大きいと
表面粗さが大きくなり加工面品位に悪影響を与える。研
磨材粒子のスラリー組成物中における濃度は0.1〜50重
量％、好ましくは１〜30重量％が一般的であり、研磨能
率や研磨精度を考慮し調製する必要がある。研磨材の含
有量が少ないと研磨速度が小さくなり、逆にここに示し
た範囲よりも多いと均一分散する事が難しくなり、かつ
粘度が増大し取り扱いが困難となる。

【００１０】本発明では研磨速度安定化剤として水溶性
界面活性剤及び／又は水溶性高分子を用いる。水溶性界
面活性剤にはアニオン系界面活性剤、カチオン性界面活
性剤及びノニオン系界面活性剤がある。アニオン系界面
活性剤は、スルフォン酸、硫酸エステル、カルボン酸、
燐酸エステル、フォスフォン酸などのアルカリ金属及び
アルカリ土類金属等の可溶性塩、アンモニウム塩並びに
アミン塩等が使用できる。特にナトリウム塩が好まし
い。これらの可溶性塩類の例には、アルキルベンゼンス
ルフォン酸ナトリウム(ABS)、ドテシル硫酸ナトリウム
(SDS)、ステアリン酸ナトリウム、ヘキサメタ燐酸ナト
リウムなどがある。カチオン系界面活性剤としては造塩
し得る第1〜3級アミンを含有する単純なアミン塩、これ
らの変性塩類、第4級アンモニウム塩、フォスフォニウ
ム塩やスルフォニウム塩などの環状窒素化合物、異環状
化合物などが使用できる。これらのカチオン性界面活性
剤は、例えば、ラウリルトリメチルアンモニウムクロラ
イド、塩化セチルトリメチルアンモニウム(CTAC)、臭化
セチルトリメチルアンモニウム(CTAB)、臭化セチルジメ
チルベンジルアンモニウム、塩化セチルピリジニウム、
塩化ドテシルピリジニウム、塩化アルキルジメチルクロ
ロベンジルアンモニウム、塩化アルキルナフタレンピリ
ジニウムなどがある。

【００１１】ノニオン系界面活性剤としては、ポリエチ
レングリコール脂肪酸エステル、ポリエキシエチレンア
ルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニル
エーテルなどの脂肪酸に酸化エチレンを付加重合させた
ものや、エーテル型ノニオン性界面活性剤、ポリエチレ
ングリコール縮合剤型の界面活性剤を用いることができ
る。これらのノニオン系界面活性剤は、例えば、ＰＯＥ
(10)モノラウレート、ＰＯＥ(10、25、40、45、55)モノ
ステアレート、ＰＯＥ(21、25)ラウリルエーテル、ＰＯ
Ｅ(15、20、23、25、30、40)セチルエーテル、ＰＯＥ(2
0)ステアリルエーテル、ＰＯＥ(2、3、5、7、10、15、1
8、20)ノニルフェニルエーテル、ＰＯＥ(10、30)オクチ
ルフェニルエーテル、ＰＯＥ(6、20)ソルビタンモノオ
レエート、ＰＯＥ(6、20)ソルビタンモノラウレート、
ＰＯＥ(20)ソルビタンモノパルミレート、ＰＯＥ(6、2
0)ソルビタンモノステアレート、ＰＯＥ(20)ソルビタン
トリステアレート、ＰＯＥ(20)ソルビタントリオレエー
ト、ＰＯＥ(6、20)ソルビタンモノオレエートなどがあ
る(ＰＯＥはポリオキシエチレンであり、括弧内の数字
は酸化エチレンの付加モル数を表す)。また、水溶性高
分子にはイオン性高分子と非イオン性高分子がある。イ
オン性高分子には、例えばアルギン酸又はその塩、ポリ
アクリル酸又はその塩、セルロース、カルボキシメチル
セルロース、ヒドロキシルエチルセルロースなどが挙げ
られ、非イオン性高分子には、ポリビニルアルコール、
ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリ
アクリルアミドなどが挙げられる。

【００１２】本発明においては水溶性高分子よりも水溶
性界面活性剤が好ましく、水溶性界面活性剤としてはＰ
ＯＥ(5、7、10)ノニルフェニルエーテル、ＰＯＥ(6)ソ
ルビタンモノオレエート、ポリカルボン酸アンモニウ
ム、ポリアクリル酸アンモニウム、ラウリルトリメチル
アンモニウムクロライド等が好ましい。

【００１３】水溶性界面活性剤及び／又は水溶性高分子
の添加量は、選択された特定の水溶性界面活性剤及び／
又は水溶性高分子と砥粒の表面の性質とに依存して変化
する。例えば、充分でない量を添加した場合には、アミ
ノ酸の研磨材粒子表面への吸着を防げず、研磨速度安定
化に対して殆ど又は全く効果を有さない。他方では、あ
まりに多量の界面活性剤はスラリー中に好ましくない泡
立ち、界面活性剤の多層吸着による砥粒の凝集及び研磨
時における潤滑効果を生じる恐れがある。これらの理由
により、界面活性剤のような添加剤は0.00001〜10重量
％、好ましくは0.0001〜1重量％の範囲内で使用すべき
である。更に、それらの添加剤は、分散工程時または分
散終了後に混合しても良い。いずれの場合にも、添加剤
の量は研磨液中に望ましい濃度が得られるように調整さ
れる。

【００１４】酸化剤としては、重金属イオンなどのコン
タミネーションが少ないという理由から、過酸化物（Ｈ
₂Ｏ₂、Ｎａ₂Ｏ₂、ＢａＯ₂、（Ｃ₆Ｈ₅ＣＯ）₂Ｏ₂等）、
次亜塩素酸（ＨＣｌＯ）、オゾン水、有機過酸化物（ケ
トンパーオキサイド類（メチルエチルケトンパーオキサ
イド、メチルイソブチルケトンパーオキサイド、シクロ
ヘキサノンパーオキサイド、メチルシクロヘキサノンパ
ーオキサイド、３，３，５−トリメチルシクロヘキサノ
ンパーオキサイド等）、ジアシルパーオキサイド類（ア
セチルパーオキサイド、プロピオニルパーオキサイド、
イソブチリルパーオキサイド、オクタノイルパーオキサ
イド、３，５，５−トリメチルヘキサノイルパーオキサ
イド、デカノイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキ
サイド、ベンゾイルパーオキサイド、Ｐ−クロロベンゾ
イルパーオキサイド、２，４−ジクロロベンゾイルパー
オキサイド、アセチルシクロヘキサンスルホニルパーオ
キサイド等）、ヒドロパーオキサイド類（ｔ−ブチルヒ
ドロパーオキサイド、キュメンヒドロパーオキサイド、
ジ−イソプロピルベンゼンヒドロパーオキサイド、Ｐ−
メンタンヒドロパーオキサイド、２，５−ジメチルヘキ
サン２，５−ジヒドロパーオキサイド、１，１，３，３
−テトラメチルブチルヒドロパーオキサイド等）、アル
キルパーオキサイド類（ジ−ｔ−ブチルパーオキサイ
ド、ｔ−ブチル−α−クミルパーオキサイド、ジ−α−
クミルパーオキサイド、１、４（または１，３）−ビス
〔（ｔ−ブチルジオキシ）イソプロピル〕ベンゼン、
２，５−ジメチル−２，５−ビス（ｔ−ブチルパーオキ
シ）ヘキサン、２，５−ジメチル−２，５−−ビス（ｔ
−ブチルパーオキシ）−３−ヘキシン等）、パーオキシ
ケタール類（１，１−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）−
３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、ｎ−ブチル＝
４，４−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）バレレート、
２，２−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ブタン等）、ア
ルキルパーエステル類（ｔ−ブチルパーオキシアセテー
ト、ｔ−ブチルパーオキシイソブチレート、ｔ−ブチル
パーオキシオクトエート、ｔ−ブチルパーオキシピバレ
ート、ｔ−ブチルパーオキシネオデカノエート、ｔ−ブ
チルパーオキシ−３，５，５−トリメチルヘキサノエー
ト、ｔ−ブチルパーオキシベンゾエート、ジ−ｔ−ブチ
ルパーオキシフタレート、ジ−ｔ−ブチルジパーオキシ
イソフタレート、ｔ−ブチルパーオキシラウレート、
２，５−ジメチル−２，５−ビス（ベンゾイルパーオキ
シ）ヘキサン等）、パーオキシカーボネート類（ビス−
（２−エチルヘキシル）パーオキシジカーボネート、ジ
イソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ−ｓｅｃ−
ブチルパーオキシジカーボネート、ジ−ｎ−プロピルパ
ーオキシジカーボネート、ビス（メトキシイソプロピ
ル）パーオキシジカーボネート、ビス（３−メトキシブ
チル）パーオキシジカーボネート、ビス（２−エトキシ
エチル）パーオキシジカーボネート、ビス（４−ｔ−ブ
チルシクロヘキシル）パーオキシジカーボネート、ｏ，
ｏ−ブチルｏ−イソプロピルパーオキシカーボネート
等）及び水溶性パーオキサイド（コハク酸パーオキサイ
ド等）がある。）等が挙げられるが、過酸化水素（Ｈ₂
Ｏ₂）が適している。酸化剤の添加濃度は、０．０１〜
０．７９重量％、好ましくは０．０３〜０．１０重量％
である。酸化剤の含有量が多いとエッチング速度が速く
なりプラグロスが発生し、逆にここに示した範囲よりも
少ないと研磨速度が遅くなる傾向にある。

【００１５】アミノ酸は、溶媒に溶けるものであれば特
に限定されることなく使用することが出来る。具体的に
は、Ｌ−グルタミン酸、Ｄ−グルタミン酸、Ｌ−グルタ
ミン酸−塩酸塩、Ｌ−グルタミン酸ナトリウム−水和
物、Ｌ−グルタミン、グルタチオン、グリシルグリシ
ン、ＤＬ−アラニン、Ｌ−アラニン、β−アラニン、Ｄ
−アラニン、γ−アミノ酪酸、ε−アミノカプロン酸、
Ｌ−アルギニン−塩酸塩、Ｌ−アスパラギン酸、Ｌ−ア
スパラギン−水加物、Ｌ−アスパラギン酸カリ、Ｌ−ア
スパラギン酸カルシウム三水塩、Ｄ−アスパラギン酸、
Ｌ−チトルリン、Ｌ−トリプトファン、Ｌ−スレオニ
ン、Ｌ−アルギニン、グリシン、Ｌ−シスチン、Ｌ−シ
ステイン、Ｌ−システイン塩酸塩-水和物、Ｌ−システ
インエチルエステル塩酸塩、Ｌ−システインメチルエス
テル塩酸塩、Ｎ−アセチル−Ｌ−システイン、Ｌ−ヒス
チジン、Ｌ−ヒスチジン塩酸塩−水和物、Ｌ−オキシプ
ロリン、Ｌ−イソロイシン、Ｌ−ロイシン、Ｌ−リジン
−塩酸塩、ＤＬ−メチオニン、Ｌ−メチオニン、Ｌ−オ
ルニチン塩酸塩、Ｌ−フェニルアラニン、Ｄ−フェニル
グリシン、Ｌ−プロリン、Ｌ−セリン、Ｌ−チロシン、
Ｌ−バリンなどが挙げられるが、グリシンが好ましい。
アミノ酸の添加濃度は０．０１〜１重量％である。

【００１６】酸化抑制剤としては、銅表面に物理吸着ま
たは化学吸着し被膜を形成することにより銅の溶出を抑
制させる物質であれば良く、ベンゼン環、ビリジン環、
ビラジン環、ペンゾキノン環、メラミン環から成る群か
ら選択される芳香族六員環と、芳香族環内にある、又は
芳香族環と結合した、窒素原子、酸素原子、硫黄原子か
ら成る群から選択される少なくとも２個のヘテロ原子と
を有する芳香族有機化合物であって、具体的には、ベン
ゾトリアゾール、ベンゾフロキサン、２，１，３−ベン
ゾチアジゾール、Ｏ−フェニレンジアミン、Ｍ−フェニ
レンジアミン、カテコール、Ｏ−アミノフェノール、２
−メルカプトベンゾチアゾール、２−メルカプトベンゾ
イミダゾール、２−メルカプトベンゾオキサゾール、メ
ラミン及びそれらの誘導体が挙げられるが、ベンゾトリ
アゾール及びその誘導体が好ましい。酸化抑制剤の添加
濃度は０．０００１〜０．５重量％、好ましくは０.０
０１〜０．０５重量％である。酸化抑制剤の含有量が少
ないとエッチング速度が速くなりプラグロスが発生し、
逆にここに示した範囲よりも多いと研磨速度が遅くなる
傾向にある。

【００１７】本発明の化学機械研磨組成物の製造方法
は，一般的な遊離砥粒研磨スラリー組成物の製造方法が
適応できる。すなわち，分散媒として水を用いて，分散
媒に研磨材砥粒を適量混合する。このとき，研磨速度安
定化剤（界面活性剤及び／又は水溶性高分子）を適量添
加し，砥粒に吸着させても良い。しかし，この状態で
は，研磨材粒子表面は空気が強く吸着しているため，ぬ
れ性が悪く凝集状態で存在している。そこで，凝集した
研磨材粒子を一次粒子に解砕するために粒子の分散を実
施する。分散行程では一般的な分散方法及び分散装置を
使用することができる。具体的には，例えば超音波分散
機，各種ビーズミル分散機，ニーダー，ボールミルなど
が適応できる。本発明で使用するアミノ酸，抑制剤及び
研磨速度安定化剤は分散行程時にまたは分散終了後に混
合しても良いが，より好ましくは，研磨速度安定化剤を
アミノ酸よりも先に添加し，研磨材粒子表面に吸着させ
ると良い。酸化剤に関しては，分解が促進するため研磨
に使用する直前に混合することが好ましい。

【００１８】

【実施例】実施例１〜５、比較例１〜３本実施例では、研磨速度の増大及び安定化を目的として
研磨速度安定化剤（界面活性剤及び／又は水溶性高分
子）の最適添加量を調べるために、Si基板上にスパッタ
リング法で堆積した銅膜について研磨実験を行ない、研
磨速度およびエッチング速度を測定した。研磨実験に使
用した化学機械研磨組成物の組成を表１に示す。ここで
水溶性界面活性剤として、下式で表されるＰＯＥ（５）
ノニルフェニルエーテル

【化１】、下式で表されるポリアクリル酸アンモニウム

【化２】及び下式で表されるラウリルトリメチルアンモニウムク
ロライド

【化３】を用いた。

【００１９】

【表１】

【００２０】エッチング速度及び研磨速度については、
下式のように、AFM(原子間力顕微鏡)を用いることによ
り試験前後の膜厚変化を算出し、それを研磨時間で割る
ことにより各速度を算出した。速度(nm／分)＝膜厚変化／試験時間研磨条件は、日本エンギス(株)製自動ラッピングマシン
HYPREREZ J−380 1N型を使用して行なった。研磨機の定
盤には研磨パッド(ロデール・ニッタ製IC1400)を張り付
けて使用した。研磨条件は、加工圧力 300 g／cm²、定
盤回転数 110 rpm、スラリー研磨液供給量 100 ml／mi
n、ウェハ回転数を110 rpmとした。上記条件による研磨
実験を、各化学機械研磨組成物に対し3回行ない、研磨
速度の変動を下記の基準により評価した。 ◎：研磨速度の変動幅が10 nm／分未満：研磨速度の変動幅が10〜50 nm／分 △：研磨速度の変動幅が50〜100 nm／分 ×：研磨速度の変動幅が100 nm／分以上試験結果を表２及び表３に示す。

【００２１】

【表２】

【００２２】表２から明らかなように、界面活性剤を含
まない場合及び界面活性剤の添加量が少ない場合、研磨
速度の変動幅は100 nm／分以上であり、研磨速度は低く
なおかつばらついている。これは、界面活性剤の添加量
が0.00001重量％未満では、研磨材粒子表面の吸着サイ
トに対し充分でないため、グリシンが吸着してしまうか
らである。界面活性剤の添加量を多くしていくと研磨速
度が増大し、安定する。このことから、研磨材粒子表面
の吸着サイトに界面活性剤が吸着し、グリシンの研磨材
粒子表面への吸着を防ぐことにより、グリシンが有効に
化学的作用を付与していることがわかる。また、研磨組
成物中に銅膜を浸漬させても、界面活性剤の有無にかか
わらずエッチングされなかったことを考慮すると、エッ
チング力と酸化抑制力のバランスは、界面活性剤の添加
により崩されていないことがわかる。しかし、界面活性
剤の添加量を多くしていくと、研磨速度が遅くなる。こ
れは、界面活性剤の添加量が多くなると、研磨時に潤滑
剤として働き、研磨材粒子及び研磨パッドによる機械的
作用が低下してしまうためと思われる。そのため、界面
活性剤の添加量は0.0001〜1重量％の範囲が適している
といえる。

【００２３】

【表３】

【００２４】表３の結果から、アミノ酸の種類が変わっ
ても、研磨速度は低くなおかつばらつくが、界面活性剤
を添加すると、研磨材粒子表面へのアミノ酸の吸着を防
止し、研磨速度を増大させ安定化させることができる。
また、少量の界面活性剤で、研磨速度の安定化に効果的
に機能していることがわかる。

【００２５】

【発明の効果】本発明の化学機械研磨組成物を用いるこ
とにより、半導体デバイス製造工程における金属の配線
等の研磨段階で、エッチング速度を抑えてなおかつ高い
研磨速度を安定して得ることが可能になる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者斉藤克巳東京都台東区台東１丁目５番１号東京磁気印刷株式会社内Ｆターム(参考） 3C058 AA07 CB01 CB03 DA02 DA12 DA17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】研磨砥粒、酸化剤、酸化抑制剤、アミノ
酸及び水から成る化学機械研磨組成物であって、更に界
面活性剤及び水溶性高分子から成る群から選択される少
なくとも一種を0.00001〜10重量％含む化学機械研磨組
成物。