JP2002313758A

JP2002313758A - 研磨用組成物およびそれを用いた研磨方法

Info

Publication number: JP2002313758A
Application number: JP2001119557A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Asano; 野宏浅; Tadahiro Kitamura; 村忠浩北; Koji Ono; 野晃司大; Kenji Sakai; 井謙児酒; Katsuyoshi Ina; 奈克芳伊
Original assignee: Fujimi Inc
Current assignee: Fujimi Inc
Priority date: 2001-04-18
Filing date: 2001-04-18
Publication date: 2002-10-25
Anticipated expiration: 2021-04-18
Also published as: JP4637398B2

Abstract

(57)【要約】【課題】基材上にタンタル含有化合物からなる層と、
銅からなる層とを有する半導体デバイスを、高い研磨速
度で研磨して、優れた表面を得ることのできる研磨用組
成物の提供。【解決手段】（ａ）研磨材、（ｂ）遊離基捕捉剤、
（ｃ）研磨促進剤、（ｄ）防食剤、（ｅ）塩基性化合
物、および（ｆ）水を含んでなる研磨材、およびそれを
用いた研磨方法。（ｂ）遊離基捕捉剤は、研磨中に発生
するヒドロキシラジカルなどの遊離基を捕捉して、ピッ
トなどの表面欠陥が発生することを防止するものであ
る。さらに過酸化水素を含有させた研磨用組成物は、銅
膜に対する研磨速度も高いものとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体、フォトマ
スク、各種メモリーハードディスク用基盤の研磨に使用
される研磨用組成物に関し、特に半導体産業などにおけ
るデバイスウェーファーの表面平坦化加工に好適な研磨
用組成物およびこの組成物を用いた研磨方法に関するも
のである。

【０００２】さらに詳しくは、本発明はデバイスウェー
ファーのプロセス加工時において、いわゆる化学的・機
械的研磨（Chemical Mechanical Polishing：以下CMPと
いう）技術が適用されている半導体デバイスの研磨にお
いて、高効率であり、高選択性を有し、かつ、優れた研
磨表面を形成することができる研磨用組成物、およびこ
の組成物を用いた研磨方法に関するものである。

【０００３】

【従来の技術】近年のコンピューターをはじめとする、
いわゆ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、半導体デバイスのデ
ザインルールは、年々微細化が進み、デバイス製造プロ
セスで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。

【０００４】また、デバイス上の配線の微細化による配
線抵抗の増大に対処するため、配線材料として従来一般
的に使用されていたタングステンおよびアルミニウムに
代わり、銅の使用が検討されている。銅は、その性質上
異方性エッチングによる加工が難しい。このため、絶縁
膜上に配線溝および孔を形成させた後、スパッタリング
法またはメッキ法により配線用の銅膜を成膜し（いわゆ
るダマシン法）、次いで、絶縁膜上に堆積した不要な銅
膜を機械的研磨と化学的研磨とを組み合わせたCMP加工
により除去するような、特定のプロセスが必要であると
されている。

【０００５】しかしながら、前述のプロセスでは、銅原
子が絶縁膜中へ拡散してデバイス特性を劣化させること
がある。そこで、銅原子の拡散を防止する目的で、配線
溝および孔を形成させた絶縁膜上にバリア層を設けるこ
とが検討されている。このようなバリア層の材料として
は、金属タンタル、または窒化タンタルをはじめとする
タンタル含有化合物がデバイスの信頼性の観点から最も
優れており、今後採用される可能性が最も高い。

【０００６】従って、このような銅およびタンタル含有
化合物を含む半導体デバイスのCMP加工プロセスは、ま
ず最表層にある銅膜、次いでバリア層であるタンタル含
有化合物膜をそれぞれ研磨し、さらに二酸化ケイ素また
は酸フッ化ケイ素などの絶縁膜に達した時点で研磨を終
了させるのが一般的である。理想的なプロセスとして
は、１種類の研磨用組成物を使用し、１回の研磨工程
で、銅膜およびタンタル含有化合物膜を均一に除去し、
さらに絶縁膜に達した時点において確実に研磨を終了さ
せるものである。なお、本発明において「タンタル含有
化合物」とは窒化タンタルなどの他、金属タンタルも包
含するものとし、「銅」は銅に対してアルミニウムなど
を配合した合金をも包含するものとする。

【０００７】しかし、銅とタンタル含有化合物では、そ
の硬度、化学的安定性、およびその他の性質が異なるた
めに前述した加工プロセスによって理想的な加工を施す
ことが困難であった。これを解決するために、２段の、
すなわち研磨工程を２回に分けて行う研磨方法が検討さ
れている。

【０００８】このような２段階の研磨方法では、まず、
１段目の研磨工程で、銅膜を高効率で研磨することがで
きる研磨用組成物を使用し、タンタル含有化合物膜をス
トッパーとして、そのタンタル含有化合物膜が表れるま
で銅膜を研磨する。この際、銅膜表面にリセス、エロー
ジョン、およびディッシングなどの各種表面欠陥を発生
させない目的で、タンタル含有化合物膜が表れる直前、
すなわち銅膜をわずかに残した時点で１段目の研磨工程
を終了させる場合もある。次に、２段目の研磨工程で、
主としてタンタル含有化合物膜を高効率で研磨すること
ができる研磨用組成物を使用し、絶縁膜をストッパーと
して、その絶縁膜に達するまで銅膜を研磨する。

【０００９】ここで、リセス、エロージョン、およびデ
ィッシングとは、配線部分を過剰に研磨することにより
生じる表面欠陥である。それぞれの表面欠陥の主な原因
は、リセスについては配線層へのエッチング作用、エロ
ージョンについては単位面積あたりにかかる圧力の違
い、ディッシングについては、配線層（ここでは銅膜）
と絶縁層またはタンタル含有化合物膜との硬度差であ
る。このような表面欠陥は配線層の断面積を小さくする
ため、デバイスを作成した場合に上記のような表面欠陥
が生じた部分の配線の抵抗が大きくなったり、極端な場
合には接触不良が起きたりする。また、絶縁膜に対する
研磨速度が過大であると、オキサイドロスが過大となっ
て配線抵抗が増大することがある。オキサイドロスと
は、例えば配線層およびバリア層の研磨後、表面に露出
する絶縁膜、具体的にはTEOS、SiOF、SiOCなど、すなわ
ちオキサイド（酸化物）の研磨除去量を示すものであ
る。このオキサイドロスが大きいということは、研磨に
よって配線溝の深さが浅くなること、すなわち配線の断
面積が小さくなることを意味する。従って過大なオキサ
イドロスは、配線抵抗の増大によるチップ性能の劣化に
つながることがある。

【００１０】このような問題点に対して、基材上に少な
くとも銅からなる層とタンタル含有化合物からなる層と
を具備してなるデバイスパターンが形成されたウェーフ
ァーを研磨するにあたり、タンタル含有化合物膜に対す
る高い研磨速度と、絶縁膜に対する低い研磨速度とを両
立し、かつ、研磨後の表面に表面欠陥を発生させない研
磨用組成物が望まれていた。

【００１１】本発明者らは、タンタル含有化合物からな
る層を研磨する研磨用組成物として、研磨材、防食剤、
酸化剤、酸、pH調整剤を含んでなり、pHが２〜５であ
り、さらに前記研磨材がコロイダルシリカまたはヒュー
ムドシリカであり、その１次粒子径が20nm以下である研
磨用組成物を開示している（特願2001-4842号）。

【００１２】また、本発明者らは、銅からなる層を研磨
する研磨用組成物として、研磨材の１次粒子径が50〜12
0nmの研磨用組成物を開示している（特願2000-253349
号）。

【００１３】本発明者らは、これらの発明の後にさらに
検討を続け、本発明を完成した。

【００１４】＜発明の概要＞本発明による研磨用組成物
は、（ａ）二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化セリ
ウム、酸化ジルコニウム、および酸化チタンからなる群
から選ばれる、少なくとも１種類の研磨材、（ｂ）遊離
基捕捉剤（ｃ）塩酸、硝酸、硫酸、リン酸、酢酸、シュ
ウ酸、マロン酸、コハク酸、リンゴ酸、クエン酸、およ
びマレイン酸からなる群から選ばれる、少なくとも１種
類のタンタル含有化合物研磨促進剤、（ｄ）ベンゾトリ
アゾール、ベンゾイミダゾール、トリアゾール、イミダ
ゾール、およびトリルトリアゾールからなる群から選ば
れる、少なくとも１種類の防食剤、（ｅ）アンモニア、
エチレンジアミン、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、水酸化カリウム、水
酸化ナトリウム、ピペラジン、ピペリジン、およびエタ
ノールアミンからなる群から選ばれる、少なくとも１種
類の塩基性化合物、ならびに（ｆ）水、を含んでなるこ
とを特徴とするものである。

【００１５】また、本発明による研磨方法は、基材上に
タンタル含有化合物からなる層を具備してなる半導体デ
バイスの、タンタル含有化合物からなる層の表面を前記
の研磨用組成物を用いて研磨することを特徴とするもの
である。

【００１６】さらに本発明によるもうひとつの研磨方法
は、基材上に、基材から表面に向かって順に、タンタル
含有化合物からなる層および銅からなる層を具備してな
る半導体デバイスを、まずタンタル含有化合物からなる
層に対する研磨速度に対して、銅からなる層に対する研
磨速度が選択的に高い研磨用組成物を用いて銅からなる
層を研磨し、ついで前記の研磨用組成物を用いて、タン
タル含有化合物からなる層を研磨することを特徴とする
ものである。

【００１７】本発明により、タンタル含有化合物からな
る層に対する高い研磨速度と、絶縁膜に対する低い研磨
速度を兼ね備え、かつ研磨表面に存在する銅配線部分に
はピットを発生させることのない研磨用組成物が提供さ
れる。さらに、本発明により、基材上にタンタル含有化
合物からなる層を有する半導体デバイス、または基材上
に、基材から表面に向かって順に、タンタル含有化合物
からなる層および銅からなる層を具備してなる半導体デ
バイスを研磨するにあたり、短い製造サイクルで、ピッ
トの発生がない優れた研磨表面を形成させることのでき
る研磨方法が提供される。

【００１８】＜研磨用組成物＞（ａ）研磨材本発明による研磨用組成物の成分の中で主研磨材として
用いるのに適当な研磨材とは、二酸化ケイ素、酸化アル
ミニウム、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、および酸
化チタンからなる群より選ばれる少なくとも１種類であ
る。

【００１９】二酸化ケイ素には、コロイダルシリカ、フ
ュームドシリカ、およびその他の、製造法や性状の異な
るものが多種存在する。

【００２０】また、酸化アルミニウムには、α−アルミ
ナ、δ−アルミナ、θ−アルミナ、κ−アルミナ、およ
びその他の形態的に異なるものがある。また製造法から
フュームドアルミナと呼ばれるものもある。

【００２１】酸化セリウムには、酸化数から３価のもの
と４価のもの、また結晶系から見て、六方晶系、等軸晶
系、および面心立方晶系のものがある。

【００２２】酸化ジルコニウムは、結晶系から見て、単
斜晶系、正方晶系、および非晶質のものがある。また、
製造法からフュームドジルコニアと呼ばれるものもあ
る。

【００２３】酸化チタンには、結晶系から見て、一酸化
チタン、三酸化二チタン、二酸化チタンおよびその他の
ものがある。また製造法からフュームドチタニアと呼ば
れるものもある。

【００２４】本発明の組成物には、これらのものを任意
に、必要に応じて組み合わせて、用いることができる。
組み合わせる場合には、その組み合わせ方や使用する割
合は特に限定されない。しかしながら、本発明による効
果、かつ経済性や入手容易性の観点から、二酸化ケイ素
が好ましく、コロイダルシリカが特に好ましい。

【００２５】上記の研磨材は、砥粒としてメカニカルな
作用により被研磨面を研磨するものである。従って、研
磨材の粒径は研磨後の表面の性能に大きく影響する。研
磨速度と、研磨後の表面の性能から、研磨材の粒径は２
〜30nmであることが好ましく、５〜20nmであることがよ
り好ましい。なお、本発明において研磨材の粒径はBET
法により測定した表面積から求められる平均粒子径であ
り、下記の計算式から算出される。 D=6/ρ・S ここで、Dは研磨材の一次粒子径、ρは研磨材の真密
度、SはBET法により測定される比表面積である。

【００２６】研磨用組成物中の研磨材の含有量は、十分
な機械的研磨速度を達成するために0.1g/リットル以上
であることが好ましく、またオキサイドロスを適切に抑
制し、研磨材の凝集を防止するという観点から、80g/リ
ットル以下が好ましい。より好ましい研磨材の含有量は
0.2〜50g/リットル、である。

【００２７】（ｂ）遊離基捕捉剤本発明において、遊離基捕捉剤とは、研磨工程途中に研
磨用組成物中に発生する、化学的研磨作用を増幅する遊
離基を捕捉する作用を有するものである。すなわち、銅
からなる層を研磨したとき、研磨材用組成物中に生成さ
れる銅イオンが触媒となり、組成物中の化合物、例えば
過酸化水素、尿素など、が分解する。分解反応の結果、
ヒドロキシラジカル、ニトロラジカルなどの遊離基が発
生し、この遊離基が銅からなる層に対する化学的研磨作
用を増幅することがある。このような化学的研磨作用の
増幅は、膜面に対して均一に起こらないため、銅配線部
の表面欠陥（一般的にはピットと呼ばれるへこみ）が発
生することがある。本発明において、遊離基捕捉剤はこ
のような表面欠陥の原因となる遊離基を捕捉して、化学
的研磨作用の増幅を抑制するものである。

【００２８】このような遊離基捕捉剤としては、フェノ
ール化合物およびニトロソ基含有化合物が挙げられる。
フェノール化合物のフェノール性水酸基中の水素原子が
遊離基と容易に反応する。遊離基がヒドロキシラジカル
の場合には、そのような反応によって水が生成するが、
このような生成物は化学的研磨作用にはほとんど寄与し
ない。一方、ニトロソ基含有化合物の窒素−酸素結合
は、二重結合が開裂して遊離基と反応する。このような
反応によって、化学的研磨によって組成物中に生成した
遊離基が捕捉され、化学的研磨作用の増幅が抑制され
る。

【００２９】このようなフェノール化合物の具体例とし
ては、フェノール、ピロカテキン、レゾルシン、ヒドロ
キノン、オルシン、ウルシオール、ピロガロール、ヒド
ロキシヒドロキノンなどが挙げられる。また、ニトロソ
基含有化合物の具体例としては、ニトロソジメチルアニ
リン、ニトロソピペラジン、ニトロソピペリジンなどが
挙げられる。これらのうち、水に対する溶解性、一般的
に使用される容器の化合物に対する耐性、経済性などの
観点から、ヒドロキノンまたはニトロソピペリジンが好
ましい。

【００３０】遊離基捕捉剤の添加量は、表面欠陥の発生
を抑制する効果と、遊離基捕捉剤の環境への影響との観
点から、好ましくは0.01〜１g/リットル、より好ましく
は0.05〜0.5g/リットル、である。

【００３１】（ｃ）タンタル含有化合物研磨促進剤本発明による研磨用組成物はタンタル含有化合物研磨促
進剤（以下、単に研磨促進剤ということがある）を含ん
でなる。この研磨促進剤は、タンタル含有化合物を研磨
するための化学作用の中心をになうものであり、塩酸、
硝酸、硫酸、リン酸、酢酸、シュウ酸、マロン酸、コハ
ク酸、リンゴ酸、クエン酸、およびマレイン酸からなる
群から選ばれる、少なくとも１種類の化合物である。

【００３２】研磨促進剤の添加量は、タンタル含有化合
物膜に対する化学的研磨作用を十分に保ち、研磨促進の
効果を発現させるために0.1g/リットル以上であること
が好ましい。なお、研磨促進剤の含有量が多い方が研磨
速度を高くできるのが一般的であるが、経済性および環
境への影響などを考慮して添加量を決定すべきである。
このような観点から、より好ましい研磨促進剤の添加量
は１〜５g/リットルである。

【００３３】（ｄ）防食剤本発明による研磨用組成物は防食剤を含んでなる。この
防食剤は、研磨中および研磨後に研磨された銅膜表面を
保護して、銅が腐食されることを抑制する働きを有する
ものであり、ベンゾトリアゾール、ベンゾイミダゾー
ル、トリアゾール、イミダゾール、およびトリルトリア
ゾールからなる群から選ばれる、少なくとも１種類の化
合物である。これらのうち、本発明の効果がより顕著に
表れるベンゾトリアゾールを防食剤として用いることが
好ましい。

【００３４】防食剤の添加量は、銅に対する十分な防食
効果を達成するために0.1g/リットル以上であることが
好ましい。一方、過剰な保護膜形成作用による研磨作用
の不均一性を抑制するという観点、および防食剤の溶解
不良による問題を防止するために、５g/リットル以下で
あることが好ましい。より好ましい防食剤の添加量は、
0.5〜３g/リットルである。

【００３５】（ｅ）塩基性化合物本発明による研磨用組成物は塩基性化合物を含んでな
る。この塩基性化合物は、本発明による効果を損なうこ
となく研磨用組成物のpHを調整する作用を有するもので
あり、アンモニア、エチレンジアミン、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、
水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、ピペラジン、ピペ
リジン、およびエタノールアミンからなる群から選ばれ
る、少なくとも１種類の化合物である。これらのうち、
銅膜に対するエッチング作用が小さく、粒子を凝集させ
にくく、また不純物金属を含まないものが好ましい。そ
のような観点から、もっとも好ましい塩基性化合物は水
酸化テトラメチルアンモニウムである。

【００３６】本発明による研磨用組成物のpHは、前記の
研磨促進剤および塩基性化合物の含有量により変化す
る。通常、塩基性化合物の添加量を調整することによっ
て研磨用組成物のpHを調整する。調整後のpHは、一般に
２〜５、好ましくは３〜４、である。

【００３７】（ｆ）水本発明による研磨用組成物は、前記の各成分および必要
に応じてその他の添加剤（詳細後述）を水に溶解または
分散させたものである。このような媒体としての水は、
本発明の効果を十分に発現させ、また本発明による研磨
組成物を用いて製造された製品が不純物により汚染され
ないように、不純物が少ないものが好ましい。具体的に
は、イオン交換樹脂により不純物イオンを除去し、かつ
フィルターによって懸濁物を除去した水、蒸留水などが
用いられる。

【００３８】（ｇ）その他の添加剤本発明による研磨用組成物は、前記した必須成分の他
に、製品の品質保持や安定化を図る目的や、被加工物の
種類、加工条件およびその他の研磨加工上の必要に応じ
て、各種の公知の添加剤をさらに含んでいてもよい。

【００３９】このような添加剤のひとつとして、過酸化
水素が挙げられる。過酸化水素は銅膜の表面に酸化膜を
形成させる作用を有する。形成された酸化膜は、本発明
による研磨組成物による研磨作用を受けやすくなるの
で、銅からなる層を研磨する場合には研磨速度を向上さ
せることができる。過酸化水素は銅膜を酸化させるのに
十分な酸化力を有する一方で、不純物となり得る金属イ
オンを含まないものが容易に入手できるので、本発明に
よる研磨用組成物に好ましいものである。

【００４０】過酸化水素を添加する場合には、研磨速度
を適切に保つために、その添加量は一般に2.5〜15g/リ
ットル、好ましくは５〜10g/リットル、である。ただ
し、研磨する対象が銅を含まない場合、前記のような研
磨速度改良の効果は小さい。したがって、そのような場
合は経済性の観点から過酸化水素を含有させないことが
望ましい。

【００４１】また、研磨材の分散性を高めるために、あ
るいは研磨用組成物の表面張力または粘度を調整するた
めに、その他の添加剤として界面活性剤を組成物に添加
することができる。このような界面活性剤としては、分
散剤、湿潤剤、増粘剤、消泡剤、起泡剤、撥水剤、およ
びその他が挙げられる。例えば、分散剤として用いられ
る一般的な界面活性剤としては、スルホン酸系、リン酸
系、カルボン酸系、または非イオン系の界面活性剤が挙
げられる。

【００４２】＜研磨用組成物の調製＞本発明による組成
物は、一般に上記の各成分を所望の含有率で水に混合
し、研磨材を分散させ、各種添加剤を溶解させることに
より調製する。これらの成分を水中に分散または溶解さ
せる方法は任意であり、例えば、翼式撹拌機で撹拌した
り、超音波分散により分散させる。また、これらの混合
順序は任意であり、研磨用組成物において、研磨材の分
散と添加剤の溶解のいずれを先に行ってもよく、また同
時に行ってもよい。

【００４３】また、本発明による研磨用組成物は、比較
的高濃度の原液として調製して貯蔵または輸送などを
し、実際の研磨加工時に希釈して使用することもでき
る。前述の好ましい濃度範囲は、実際の研磨加工時のも
のとして記載したのであり、使用時に希釈する使用方法
をとる場合、貯蔵または輸送などをされる状態において
はより高濃度の溶液となることは言うまでもない。さら
には、取り扱い性の観点から、そのような濃縮された形
態で製造されることが好ましい。

【００４４】なお、前記したその他の添加剤として用い
ることのできる過酸化水素は金属イオン、アンモニウム
イオンなどが共存すると分解する性質がある。従って、
本発明による研磨用組成物の成分として過酸化水素を用
いる場合には、過酸化水素を使用の直前に組成物に添加
し、混合して使用することが好ましい。

【００４５】＜本発明による研磨用組成物を用いた研磨
方法＞本発明による研磨方法のひとつの態様は、基材上
にタンタル含有化合物からなる層を具備してなる半導体
デバイスの、タンタル含有化合物からなる層の表面を前
記の研磨用組成物を用いて研磨する方法である。

【００４６】前記したように、基材上に、基材から表面
に向かって順に、タンタル含有化合物からなる層および
銅からなる層を具備してなる半導体デバイスは、主に銅
からなる層を研磨する１段目の研磨工程と、主にタンタ
ル含有化合物からなる層を研磨する２段目の研磨工程と
の２段階研磨によって研磨されることが一般的である。
本発明による研磨方法は、この２段目の研磨工程に前記
の研磨用組成物を用いることに相当するものである。

【００４７】この２段階研磨の１段目の研磨が終了した
段階における半導体デバイスの表面は、１段目の研磨の
程度によって状態が異なる。すなわち、１段目の研磨終
了後、理想的な場合には銅からなる層が配線溝や孔の部
分に残る銅を除いて除去された状態にある。したがっ
て、銅からなる層が除去されて露出したタンタル含有化
合物からなる層を除去することが２段目の研磨工程の目
的となる。この場合、前記した本発明による研磨用組成
物を用いることによって、高い研磨速度で研磨すること
ができて、同時に研磨後の表面はピットの発生が少ない
ものとなる。一方、リセス、エロージョン、またはディ
ッシングなどの表面欠陥を避けるために、銅からなる層
を完全に除去せず、銅からなる層をわずかに残して１段
目の研磨を終了させる場合がある。この場合には、本発
明による研磨用組成物、特に過酸化水素を含んでなる本
発明による研磨用組成物を用いると、銅からなる層に対
する研磨速度も高くなり、本発明による効果が発現す
る。

【００４８】上記のような２段階研磨において、１段目
の研磨工程における研磨用組成物は銅からなる層に対す
る研磨速度が高いものが好ましく、銅からなる層に対す
る研磨速度が、タンタル含有化合物からなる層に対する
研磨速度に比べて選択的に高いことが特に好ましい。す
なわち、本発明による研磨方法のもうひとつの態様は、
基材上に、基材から表面に向かって順に、タンタル含有
化合物からなる層および銅からなる層を具備してなる半
導体デバイスを、１段目の研磨工程として、タンタル含
有化合物からなる層に対する研磨速度に対して、銅から
なる層に対する研磨速度が選択的に高い研磨用組成物を
用いて銅からなる層を研磨し、２段目の研磨工程とし
て、前記の研磨用組成物を用いて、タンタル含有化合物
からなる層を研磨する方法である。

【００４９】ここで、「タンタル含有化合物からなる層
に対する研磨速度に対して、銅からなる層に対する研磨
速度が選択的に高い」とは、それらの研磨速度が有意差
をもっており、銅からなる層に対する研磨速度が相対的
に高いことを意味する。この研磨速度の差は大きい方が
好ましく、具体的にはタンタル含有化合物からなる層に
対する研磨速度に対して、銅からなる層に対する研磨速
度が10〜10000倍であることが好ましく、100〜1000倍で
あることがより好ましい。

【００５０】このような方法において、１段目の研磨の
度合い、すなわち、銅からなる層を実質的に完全に除去
するか、わずかに残すかによって、２段目の研磨工程に
用いるのに好ましい研磨用組成物が変化する。すなわ
ち、銅からなる層が完全に除去されている場合には、過
酸化水素を含まない研磨用組成物を用いて研磨すること
が好ましく、銅からなる層を残している場合には過酸化
水素を含む研磨用組成物を用いて研磨することが好まし
い。なお、ここで銅からなる層を実質的に完全に除去す
るとは、配線溝や孔に存在する銅は除去しないことを意
味する。

【００５１】以下は、本発明による研磨用組成物を例を
用いて具体的に説明するものである。なお、本発明は、
その要旨を超えない限り、以下に説明する諸例の構成に
限定されるものではない。

【００５２】

【実施例】実施例１〜１８および比較例１〜３＜研磨用組成物の内容および調製＞表１に示される組成
を有する研磨用組成物を準備した。いずれの例において
も、平均一次粒径が13nmのコロイダルシリカを用いた。
ここで、実施例１〜５は、ヒドロキノン、硝酸、ベンゾ
トリアゾールの添加量をそれぞれ一定量とし、コロイダ
ルシリカの濃度のみを、0.1〜80g/リットルの範囲で変
化させた。なお、これらの例では過酸化水素は添加しな
かった。

【００５３】また、実施例６〜９では、遊離基捕捉剤で
あるヒドロキノンの量のみを、0.01〜１g/リットルの範
囲で変化させ、コロイダルシリカの濃度は20g/リットル
で一定とした。実施例10〜13では硝酸の添加量のみを0.
1〜10g/リットルの範囲で変化させ、実施例14〜17では
ベンゾトリアゾールの添加量のみを0.1〜５g/リットル
の範囲で変化させた。また、実施例18では遊離基捕捉剤
としてニトロソピペリジンを用いた。

【００５４】また、比較例１〜３は、それぞれ遊離基捕
捉剤、研磨促進剤、または防食剤を含まない例である。
なお、比較例２以外は組成物のpHが3.5になるように塩
基性化合物として水酸化テトラメチルアンモニウムを添
加した。比較例２のpHは６であった。

【００５５】

【表１】

【００５６】＜研磨試験＞研磨は、片面CMP用研磨機を
用いて行った。研磨機の定盤には、ポリウレタン製の積
層研磨パッド（ロデール社（米国）製IC-1000/Suba40
0）を貼り付け、加工圧力２psi（約140g/cm²）、定盤回
転数70rpm、研磨用組成物の供給量200cc/分、キャリア
回転数70rpmとした。

【００５７】研磨速度算出のため、被研磨物として、電
解メッキ法で銅からなる層を成膜した銅ブランケットウ
ェーファー、スパッタリング法で金属タンタルからなる
層を成膜したタンタルブランケットウェーファー、およ
びCVD法による酸化ケイ素膜（いわゆるTEOS膜）を成膜
したTEOSブランケットウェーファーを用いた。これらの
被研磨物を研磨用組成物を用いて１分間研磨し、研磨前
と研磨後の膜厚差から研磨速度を算出した。

【００５８】また、パターンウェーファーとしては、SE
MATECH社製の854パターンウェーファーを用いた。研磨
の終了は、除去すべき銅からなる層が除去された時点と
した。研磨後、電子顕微鏡で微細配線部（0.25μｍ孤立
配線）の銅表面のピットの発生状況を、下記基準に従っ
て評価した。 ◎：ピットの発生が全くない。 ○：１つの配線に１〜２個のピットが発生している。た
だし、パフォーマンスには影響のないレベルである。 ×：多数のピットが発生し、実用に耐えない。表１は、この基準に基づいて各研磨用組成物を評価した
結果が示されている。

【００５９】実施例１〜５の結果から、コロイダルシリ
カの濃度が増加すると銅からなる層およびタンタル含有
化合物からなる層に対する研磨速度が増加する傾向があ
ることがわかる。

【００６０】また、遊離基捕捉剤、研磨促進剤、および
防食剤の添加量を変化させても、本発明の効果が発現し
ていることがわかる。さらに、遊離基捕捉剤の種類を変
えても本発明の効果が発現した。

【００６１】実施例１９〜２２表２に示されるとおりの、過酸化水素を含有する研磨用
組成物を準備した。これは、２段階研磨の２段目の研磨
に用いる研磨用組成物の例である。過酸化水素水は市販
の31％水溶液を使用した。ただし、表中の含有量は過酸
化水素の実質重量をもとにしたものである。過酸化水素
以外の成分は、実施例３と同様とした。

【００６２】研磨試験は実施例１〜１８と同様に実施し
た。

【００６３】表２過酸化水素銅研磨速度タンタル研磨速度 TEOS研磨速度ピット (g/l) （Å/分）（Å/分）（Å/分）実施例３ 0 60 500 11 ◎ 19 2.5 100 500 15 ◎ 20 5 120 510 15 ◎ 21 10 150 520 17 ◎ 22 15 160 520 18 ◎

【００６４】表２に示された結果から、過酸化水素を添
加することにより、銅からなる層に対する研磨速度のみ
が増加し、タンタル含有化合物からなる層、TEOS膜に対
する研磨速度はほとんど変化しなかった。この結果よ
り、２段階研磨における１段目の研磨工程において、銅
からなる層を残している場合に、本発明による研磨用組
成物は優れた研磨速度を示し、かつ優れた研磨表面を与
えることがわかる。

【００６５】実施例２３〜２６表３に示されるとおりの、研磨材の粒径がそれぞれ５、
10、20、または30nmである研磨用組成物を準備した。研
磨材以外の成分は実施例３と同様とした。

【００６６】研磨試験は実施例１〜１８と同様に実施し
た。

【００６７】表３研磨材粒径銅研磨速度タンタル研磨速度 TEOS研磨速度ピット (μｍ) （Å/分）（Å/分）（Å/分）実施例３ 13 60 500 11 ◎ 23 5 30 600 3 ◎ 24 10 50 550 10 ◎ 25 20 60 520 25 ◎ 26 30 70 520 50 ◎

【００６８】表３に示された結果から、粒子径を増加さ
せることにより、銅からなる層に対する研磨速度、およ
びタンタル含有化合物からなる層に対する研磨速度は顕
著な変化を示さないが、TEOS膜に対する研磨速度は大き
くなる傾向があるが、いずれの粒径でも本願発明の効果
が発現することがわかった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者北村忠浩愛知県西春日井郡西枇杷島町地領二丁目１番地の１株式会社フジミインコーポレーテッド内 (72)発明者大野晃司愛知県西春日井郡西枇杷島町地領二丁目１番地の１株式会社フジミインコーポレーテッド内 (72)発明者酒井謙児愛知県西春日井郡西枇杷島町地領二丁目１番地の１株式会社フジミインコーポレーテッド内 (72)発明者伊奈克芳愛知県西春日井郡西枇杷島町地領二丁目１番地の１株式会社フジミインコーポレーテッド内Ｆターム(参考） 3C058 AA07 DA02 DA12 DA17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下記（ａ）〜（ｆ）を含んでなることを特
徴とする研磨用組成物。（ａ）二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化セリウ
ム、酸化ジルコニウム、および酸化チタンからなる群か
ら選ばれる、少なくとも１種類の研磨材、（ｂ）遊離基
捕捉剤（ｃ）塩酸、硝酸、硫酸、リン酸、酢酸、シュウ
酸、マロン酸、コハク酸、リンゴ酸、クエン酸、および
マレイン酸からなる群から選ばれる、少なくとも１種類
のタンタル含有化合物研磨促進剤、（ｄ）ベンゾトリア
ゾール、ベンゾイミダゾール、トリアゾール、イミダゾ
ール、およびトリルトリアゾールからなる群から選ばれ
る、少なくとも１種類の防食剤、（ｅ）アンモニア、エ
チレンジアミン、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、水酸化カリウム、水酸
化ナトリウム、ピペラジン、ピペリジン、およびエタノ
ールアミンからなる群から選ばれる、少なくとも１種類
の塩基性化合物、ならびに（ｆ）水。
【請求項２】前記遊離基捕捉剤が、ヒドロキノンまたは
ニトロソピペリジンである、請求項１に記載の研磨用組
成物。
【請求項３】前記防食剤が、ベンゾトリアゾールであ
る、請求項１または２に記載の研磨用組成物。
【請求項４】過酸化水素をさらに含んでなる、請求項１
〜３のいずれか１項に記載の研磨用組成物。
【請求項５】基材上にタンタル含有化合物からなる層を
具備してなる半導体デバイスの、タンタル含有化合物か
らなる層の表面を、請求項１〜４のいずれかに記載の研
磨用組成物を用いて研磨することを特徴とする研磨方
法。
【請求項６】基材上に、基材から表面に向かって順に、
タンタル含有化合物からなる層および銅からなる層を具
備してなる半導体デバイスを、１段目の研磨工程として
タンタル含有化合物からなる層に対する研磨速度に対し
て、銅からなる層に対する研磨速度が選択的に高い研磨
用組成物を用いて銅からなる層を研磨し、２段目の研磨
工程として請求項１〜４のいずれか１項に記載の研磨用
組成物を用いて、タンタル含有化合物からなる層を研磨
することを特徴とする研磨方法。
【請求項７】１段目の研磨工程後、銅からなる層が実質
的に完全に除去されており、２段目の研磨工程における
研磨用組成物が過酸化水素を含まない、請求項６に記載
の研磨方法。
【請求項８】１段目の研磨工程後、銅からなる層が実質
的に完全に除去されておらず、２段目の研磨工程におい
て請求項４に記載の研磨用組成物を用いる、請求項６に
記載の研磨方法。