JP2002141314A

JP2002141314A - 化学機械研磨用スラリおよび半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2002141314A
Application number: JP2001250570A
Authority: JP
Inventors: Fukugaku Minami; 学南幅; Nobuyuki Kurashima; 延行倉嶋; Hiroyuki Yano; 博之矢野; Nobuo Kawahashi; 信夫川橋; Masayuki Hattori; 雅幸服部; Kazuo Nishimoto; 和男西元
Original assignee: Toshiba Corp; JSR Corp
Current assignee: Toshiba Corp; JSR Corp
Priority date: 2000-08-21
Filing date: 2001-08-21
Publication date: 2002-05-17
Anticipated expiration: 2021-08-21
Also published as: JP4253141B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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。【解決手段】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ＣＭＰ
用スラリ。

Description

【発明の詳細な説明】

【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ＤＲＡ
Ｍ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、ＬＳ
Ｉ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（er
osion）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、Ｒｏｄｅ
ｌ社で市販されているハードパッド（ＩＣ１０００−Ｐ
ａｄ）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ＣＭ
Ｐ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５〜３０ｎｍ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ことを特徴とするＣＭＰ用ス
ラリが提供される。

【００１４】また本発明によると、一次粒子径が５〜２
０ｎｍの第１コロイダル粒子と、一次粒子径が２０ｎｍ
を超え、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コロイダル粒子の比率が重
量割合で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５〜３０ｎｍ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化学機械研
磨用スラリ、または一次粒子径が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５〜３０ｎｍ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化学機械研磨
用スラリ、または一次粒子径が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Ｃ
ＭＰ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（ｓ
ｅｃ−ＯＣ₄Ｈ₉）₄、Ｓｉ（ＯＣＨ₃）₄、Ｓｉ（ＯＣ₄Ｈ
₉）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３
０ｎｍ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（ＯＣ₂
Ｈ₅）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−ＯＣ₃Ｈ_７）₃、Ａｌ（Ｏ
ＣＨ₃）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２
４（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２
６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３
２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２
５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Ｔｉ
Ｎ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ，ＷＮ，ＴａＮ，ＴａＳｉＮ，Ｔ
ａ，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ＣＭ
Ｐ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ＣＭ
Ｐ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（１
σ；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（ｎ
ｍ）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（ｎ
ｍ）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ＣＭ
Ｐ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４
００ｎｍ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／Ｓ
ＵＢＡ４００、・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／Ｓ
ＵＢＡ４００、・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Ｃ
ＭＰ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１０
０μｍ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１
５ｎｍの第１コロイダルシリカ粒子および一次粒子径４
１ｎｍの第２コロイダルシリカ粒子を含む実施例１のＣ
ＭＰ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２
８ｎｍ（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／ｍ
ｉｎ）、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８０〜９
０％であったのに対し、１００％に改善された。

【００９０】（実施例２）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４００
ｎｍ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／Ｓ
ＵＢＡ４００、・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２０
４を介して埋込まれたＡｌ配線（Ａｌダマシン配線）２
０６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Ｐｏｌｉｔｅ
ｘ、・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、本実施例２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３０
ｎｍ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、本実施例２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】（実施例３）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／Ｓ
ＵＢＡ４００、・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】本実施例３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Ｔ
ａＮ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Ｃ
ＭＰ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、本実施例３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４）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ＣＶ
Ｄ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Ｃ
ＭＰ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４１
ｎｍ、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／Ｓ
ＵＢＡ４００、・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４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３０ｎ
ｍ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
ラリを前記実施例２のＮｂ膜のようなバリア膜のＣＭＰ
処理に適用しても、実施例２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ＣＭ
Ｐ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（Ｃｕ
ＲＲ）およびエロージョンとの関係を示すグラフ。

【図８】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。

【図９】実施例２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】実施例３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４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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/3205 Ｈ０１Ｌ 21/88 ＫＭＲ (72)発明者倉嶋延行神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者矢野博之神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者川橋信夫東京都中央区築地２丁目11番24号ジェイエスアール株式会社内 (72)発明者服部雅幸東京都中央区築地２丁目11番24号ジェイエスアール株式会社内 (72)発明者西元和男東京都中央区築地２丁目11番24号ジェイエスアール株式会社内Ｆターム(参考） 3C058 AA07 CB01 CB10 DA02 DA12 DA17 5F033 HH08 HH09 HH11 HH12 HH17 HH18 HH19 HH20 HH21 HH27 HH32 HH33 HH34 MM01 MM12 MM13 PP15 PP27 QQ09 QQ48 QQ49 QQ50 RR04 RR11 RR21 RR29 SS04 WW01 WW04 XX00 XX01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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ことを
特徴とする化学機械研磨用スラリ。
【請求項２】前記コロイダル粒子は、コロイダルシリ
カ粒子であ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。
【請求項３】前記コロイダル粒子が会合している場
合、その会合した二次粒子は粒径が１００ｎｍ以下であ
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。
【請求項４】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。
【請求項５】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ことを特徴とする化学
機械研磨用スラリ。
【請求項６】前記第１、第２のコロイダル粒子は、コ
ロイダルシリカ粒子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。
【請求項７】前記研磨粒子は、前記第１、第２のコロ
イダル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５記載の化学機械研磨用スラ
リ。
【請求項８】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７記載の化学機械研磨
用スラリ。
【請求項９】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５記載の
化学機械研磨用スラリ。
【請求項１０】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１〜９いずれか記載の化学
機械研磨用スラリ。
【請求項１１】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１０記載の化学機械研磨用
スラリ。
【請求項１２】さらに界面活性剤を含有することを特
徴とする請求項１〜１１いずれか記載の化学機械研磨用
スラリ。
【請求項１３】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１２記載の
化学機械研磨用スラリ。
【請求項１４】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５〜３０ｎｍ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化学機械研磨用スラ
リ、または一次粒子径が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。
【請求項１５】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１４記載の半導体装置の製造
方法。
【請求項１６】前記配線材料膜は、銅膜であることを
特徴とする請求項１５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】前記導電性材料膜は、ＴｉＮ、Ｔｉ、
Ｎｂ、Ｗ，ＷＮ，ＴａＮ，ＴａＳｉＮ，Ｔａ，Ｖ，Ｍ
ｏ，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１４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】前記導電性材料膜は、ＴｉＮ、Ｔｉ、
Ｎｂ、Ｗ，ＷＮ，ＴａＮ，ＴａＳｉＮ，Ｔａ，Ｖ，Ｍ
ｏ，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１４記載
の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】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５〜３０ｎｍ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化
学機械研磨用スラリ、または一次粒子径が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。
【請求項２０】前記絶縁膜は、ＳｉＯ₂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１９記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２１】前記導電性バリア膜は、ＴｉＮ、Ｔ
ｉ、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１９記載の半導
体装置の製造方法。