JP2002080827A - 化学機械研磨用水系分散体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 化学的エッチングと機械的研磨能力とのバラ
ンスに優れるＣＭＰ用水系分散体を提供する。 【解決手段】 本発明のＣＭＰ用水系分散体は、砥粒、
水、ヘテロポリ酸を含有することを特徴とする。このＣ
ＭＰ用水系分散体は、砥粒、水、ヘテロポリ酸、および
有機酸を含有することができる。上記砥粒としては、一
次粒子径が５〜１００ｎｍであるコロイダルシリカを使
用することができる。上記ヘテロポリ酸としては、けい
モリブデン酸、りんタングステン酸、けいタングステン
酸、りんモリブデン酸、およびけいタングステンモリブ
デン酸のうちから選ばれる少なくとも一種が好ましい。
また、上記有機酸としては、シュウ酸、マロン酸、コハ
ク酸、グルタル酸、アジピン酸、マレイン酸、フマル
酸、フタル酸、リンゴ酸、酒石酸、およびクエン酸のう
ちから選ばれる少なくとも一種が好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、化学機械研磨用水
系分散体に関する。さらに詳しくは、半導体装置の製造
工程における金属層の化学機械研磨において特に有用な
水系分散体に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の集積度の向上、多層配線化
などにともない、被加工膜等の研磨に化学機械研磨（以
下、「ＣＭＰ」ともいう。）の技術が導入されている。
特開昭６２−１０２５４３号公報、特開昭６４−５５８
４５号公報、特開平５−２７５３６６号公報、特表平８
−５１０４３７号公報、特開平８−１７８３１号公報、
特開平８−１９７４１４号公報および特開平１０−４４
０４７号公報等に開示されているように、プロセスウェ
ハ上の絶縁膜に形成された孔や溝などに、タングステ
ン、アルミニウム、銅等の配線材料を埋め込んだ後、Ｃ
ＭＰにより余剰の配線材料を除去することによって配線
を形成する手法が採用されている。

【０００３】このようなＣＭＰにおいては、化学的エッ
チングと機械的な研磨とを効果的に組み合わせることが
必要であり、これらの化学的作用と機械的作用とのバラ
ンスが精度の高い良好な研磨面を得るうえで重要であ
る。このＣＭＰのための組成物として、多くの水系分散
体が提案されており、近年特に、化学的エッチング作用
の向上に主眼をおいた検討がなされている。たとえば、
特公平６−１０３６８１号公報には、研磨剤粒子、遷移
キレート塩およびこの塩を溶解する溶媒からなる研磨組
成物が記載されている。特開平６−３１３１６４号公報
には、水性コロイダルシリカゾルまたはゲルからなる研
磨材と、過硫酸塩からなる研磨促進剤により構成される
研磨組成物が開示されている。特開平７−２３３４８５
号公報には、アミノ酢酸およびアミド硫酸と酸化剤およ
び水を含有する研磨組成物が記載されている。また、特
開平１１−１３５４６７号公報には４価のセリウム塩の
水溶液を含む研磨組成物が記載されている。さらに、特
開平１０−２６５７６６号公報には、過酸化水素と触媒
量の鉄イオンを組み合わせた研磨組成物が記載されてい
る。しかし、これらの研磨組成物は、いづれも化学的エ
ッチング能力は大きくなっており、研磨速度は速くなっ
ているものの、機械的研磨能力とのバランスは未達のた
め、配線材料が過度にエッチングされ、被研磨面に腐食
痕が残り、プラグの表面のディッシング、シンニング、
キーホールなどの問題が発生し、良好な仕上げ面を得る
ことができないとの問題がある。

【０００４】また、機械的研磨能力は、研磨剤に依ると
ころが大きく、研磨剤としては従来よりシリカ、アルミ
ナ粒子などの無機粒子が多く用いられている。これらの
無機粒子はスラリー中において安定に分散されているこ
とが重要であるが、研磨促進剤をはじめとする添加剤に
よるコロイド安定性の低下、スラリー保存中の沈降など
によって不安定化し、凝集塊が発生する場合がある。こ
れらの凝集塊は、被研磨面の傷（スクラッチ）を発生さ
せ、これが歩留まり低下等の問題を誘発することがあ
る。しかし、前述のような化学的エッチング効果と、水
系分散体中での砥粒の安定性の双方を満足するＣＭＰ用
水系分散体は、未だ提案されていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の従来
の問題を解決するものであり、化学的エッチングと機械
的研磨能力とのバランスに優れるＣＭＰ用水系分散体を
提供するものである。すなわち、研磨速度が大きく、効
率的に研磨することができ、かつ過度なエッチング、シ
ンニング、ディッシング、キーホールおよびスクラッチ
などの発生が少なく、精度の高い良好な仕上げ面を得る
ことができるＣＭＰ用水系分散体を提供することを目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明における請求項１記載の化学機械研磨用水系
分散体は、砥粒、水、およびヘテロポリ酸を含有するこ
とを特徴とする。請求項２記載の化学機械研磨用水系分
散体は、請求項１記載の分散体において、ヘテロポリ酸
がけいモリブデン酸、りんタングステン酸、けいタング
ステン酸、りんモリブデン酸、およびけいタングステン
モリブデン酸のうちから選ばれる少なくとも一種である
ことを特徴とする。請求項３記載の化学機械研磨用水系
分散体は、請求項１または２記載の分散体において、さ
らに有機酸を含有することを特徴とする。この有機酸と
しては、１分子内に２個以上のカルボキシル基を有する
ものが好ましく、具体的にはシュウ酸、マロン酸、コハ
ク酸、グルタル酸、アジピン酸、マレイン酸、フマル
酸、フタル酸、リンゴ酸、酒石酸、およびクエン酸のう
ちから選ばれる少なくとも一種を用いることが好まし
い。請求項６記載の化学機械研磨用水系分散体は、請求
項１から５のいずれか一項に記載の分散体において、砥
粒が一次粒子径５〜１００ｎｍのコロイダルシリカであ
ることを特徴とする。このコロイダルシリカは、アルコ
キシシランから加水分解縮合させて得られたコロイダル
シリカであることが好ましい。請求項８記載の化学機械
研磨用水系分散体は、請求項１から７のいずれか一項に
記載の分散体において、被研磨面を構成する金属層と接
触させた場合の、該金属層のエッチング速度が１００Å
／分以下であることを特徴とする。請求項９記載の化学
機械研磨用水系分散体は、請求項１から８のいずれか一
項に記載の分散体であって、タングステン層を有する被
研磨面の研磨に用いられることを特徴とする。請求項１
０記載の化学機械研磨用水系分散体は、請求項１から８
のいずれか一項に記載の分散体であって、銅層、アルミ
ニウム層、タンタル層、チタン層、ルテニウム層または
プラチナ層を有する被研磨面の研磨に用いられることを
特徴とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明をより詳細に説明す
る。本発明のＣＭＰ用水系分散体（以下、単に「水系分
散体」ともいう。）における「砥粒」としては、シリ
カ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、セリア等の無機
粒子；スチレン系共重合体、アクリル系共重合体等の有
機粒子；上記の有機粒子および無機粒子からなる有機／
無機複合粒子；のうち、少なくとも一種以上を使用する
ことができる。

【０００８】上記無機粒子としては、高純度な無機粒子
が好ましい。具体的には、気相中で塩化ケイ素、塩化ア
ルミニウム、塩化チタン等を、酸素および水素と反応さ
せるヒュームド法により合成されたシリカ、アルミナ、
チタニア等；金属アルコキシドから加水分解縮合して合
成するゾルゲル法により合成されたシリカ、アルミナ、
チタニア等；精製により不純物を除去した無機コロイド
法等により合成されたシリカ、アルミナ、チタニア等；
が挙げられる。

【０００９】上記有機粒子としては、（１）ポリスチレ
ンおよびスチレン系共重合体、（２）ポリメチルメタク
リレート等の（メタ）アクリル樹脂、および（メタ）ア
クリル系共重合体、（３）ポリ塩化ビニル、ポリアセタ
ール、飽和ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポ
リカーボネート、フェノキシ樹脂、ならびに（４）ポリ
エチレン、ポリプロピレン、ポリ−１−ブテン、ポリ−
４−メチル−１−ペンテン等のポリオレフィンおよびオ
レフィン系共重合体、等からなる粒子を使用することが
できる。これらの有機粒子は、乳化重合法、懸濁重合
法、乳化分散法、粉砕法等で製造することができる。ま
た、この有機粒子として、上記重合体の合成時にジビニ
ルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレート等を
共存させて得られる、架橋構造を有する共重合体からな
る粒子を使用することもできる。さらに、フェノール樹
脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、アルキッ
ド樹脂および不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂
からなる有機粒子を用いることもできる。

【００１０】上記の「有機無機複合粒子」は、有機粒子
と無機粒子が、ＣＭＰ工程において容易に分離しない程
度に一体に形成されておれば良く、その種類、構成等は
特に限定されない。この有機無機複合粒子（以下、「複
合粒子」ともいう。）としては、ポリスチレン、ポリメ
チルメタクリレート等の重合体の存在下に、アルコキシ
シラン、アルミニウムアルコキシド、チタンアルコキシ
ド等を重縮合させ、重合体粒子の少なくとも表面にポリ
シロキサン等が結合されてなるものを使用することがで
きる。なお、生成する重縮合体は、重合体粒子が有する
官能基に直接結合されていてもよいし、シランカップリ
ング剤等を介して結合されていてもよい。また、この複
合粒子の製造にあたっては、アルコキシシラン等に代え
てシリカ粒子、アルミナ粒子等を用いることもできる。
これらはポリシロキサン等と絡み合って保持されていて
もよいし、それらが有するヒドロキシル基等の官能基に
より重合体粒子に化学的に結合されていてもよい。

【００１１】また、上記の複合粒子としては、符号の異
なるゼータ電位を有する無機粒子と有機粒子とを含む水
分散体において、これら粒子が静電力により結合されて
なるものを使用することもできる。有機粒子のゼータ電
位は、全ｐＨ域、あるいは低ｐＨ域を除く広範な領域に
わたって負であることが多いが、カルボキシル基、スル
ホン酸基等を有する有機粒子とすることによって、より
確実に負のゼータ電位を有する有機粒子とすることがで
きる。また、アミノ基等を有する有機粒子とすることに
より、特定のｐＨ域において正のゼータ電位を有する有
機粒子とすることもできる。一方、無機粒子のゼータ電
位はｐＨ依存性が高く、この電位が０となる等電点を有
し、その前後でゼータ電位の符号が逆転する。

【００１２】したがって、特定の無機粒子と有機粒子と
を組み合わせ、それらのゼータ電位が逆符号となるｐＨ
域で混合することによって、静電力により無機粒子と有
機粒子とを一体化させることができる。また、混合時に
はゼータ電位が同符号であっても、その後、無機粒子と
有機粒子とのゼータ電位が逆符号となるようにｐＨを変
化させることによって、無機粒子と有機粒子とを一体化
させることもできる。

【００１３】さらに、この有機無機複合粒子としては、
このように静電力により一体に複合化された粒子の存在
下、前記のようにアルコキシシラン、アルミニウムアル
コキシド、チタンアルコキシド等を重縮合させ、この粒
子の少なくとも表面に、さらにポリシロキサン等が結合
されて複合化されてなるものを使用することもできる。

【００１４】このような砥粒は通常、水系分散体中にお
いては、小さな粒子（一次粒子）が凝集した状態（二次
粒子）で存在している。この二次粒子の平均粒子径は
「０．００５〜３μｍ」であることが好ましい。この平
均粒子径が０．００５μｍ未満では、十分に研磨速度の
大きい水系分散体を得ることができない場合がある。一
方、平均粒子径が３μｍを超える場合は、砥粒が沈降
し、分離してしまって、安定な水系分散体とすることが
容易ではない。この平均粒子径は０．０１〜１．０μｍ
であることがより好ましく、０．０２〜０．７μｍであ
ることがさらに好ましい。二次粒子の平均粒子径がこの
範囲の砥粒であれば、研磨速度が大きく、かつ粒子の沈
降および分離を生ずることのない、安定なＣＭＰ用水系
分散体とすることができる。なお、この二次粒子の平均
粒子径は、レーザー散乱回折型測定機または透過型電子
顕微鏡によって観察することにより測定することができ
る。

【００１５】上記砥粒の含有量は、この水系分散体の総
量に対して０．０５〜２０質量％とすることができ、よ
り好ましくは０．１〜１５質量％、さらに好ましくは
０．１〜１０質量％である。砥粒の含有量が０．０５質
量％未満では研磨性能の向上が十分ではなく、一方、２
０質量％を超えて含有させた場合はコスト高になるとと
もに、水系分散体の安定性が低下するため好ましくな
い。

【００１６】また、上記砥粒の一例として、所定の一次
粒子径を有する「コロイダルシリカ」を好ましく使用す
ることができる。このコロイダルシリカとしては、例え
ば、塩化ケイ素などを気相中で酸素および水素と反応さ
せるヒュームド法、テトラエトキシシランなどのアルコ
キシシランから加水分解縮合して合成するゾルゲル法、
精製により不純物を除去した無機コロイド法、等により
合成されたコロイダルシリカを用いることができる。特
に、テトラエトキシシランなどのアルコキシシランから
加水分解縮合して合成するゾルゲル法により合成された
コロイダルシリカを用いることが好ましい。

【００１７】上記アルコキシシランとしては、たとえば
テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラ
−ｎ−プロポキシシラン、テトラ−ｉｓｏ−プロポキシ
シラン、テトラ−ｎ−ブトキシシラン、テトラ−ｉｓｏ
−ブトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチル
トリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチ
ルトリエトキシシラン、ｎ−プロピルトリメトキシシラ
ン、ｎ−プロピルトリエトキシシラン、ｉｓｏ−プロピ
ルトリメトキシシラン、ｉｓｏ−プロピルトリエトキシ
シラン、ｎ−ブチルトリメトキシシラン、ｉｓｏ−ブチ
ルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキ
シシラン、γ−クロロプロピルトリエトキシシラン、
３，３，３−トリフルオロプロピルトリメトキシシラ
ン、３，３，３−トリフルオロプロピルトリエトキシシ
ラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、
γ−グリシドキシプロピルジメトキシアルキルシラン、
γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ−グ
リシドキシプロピルジエトキシアルキルシラン、γ−メ
タクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタ
クリルオキシプロピルトリエトキシシラン、γ−メルカ
プトプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロ
ピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメト
キシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、
ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラ
ン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキ
シシラン、３，４−エポキシシクロヘキシルエチルトリ
メトキシシラン、３，４−エポキシシクロヘキシルエチ
ルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジ
メチルジエトキシシランおよびジエチルジメトキシシラ
ン等を使用することができる。これらのうちでもテトラ
メトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラ−ｉｓ
ｏ−プロポキシシラン、テトラ−ｎ−ブトキシシラン、
テトラ−ｉｓｏ−ブトキシシラン、メチルトリメトキシ
シラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキ
シシラン、エチルトリエトキシシラン、ｎ−プロピルト
リメトキシシラン、ｎ−プロピルトリエトキシシラン、
ｉｓｏ−プロピルトリメトキシシラン、ｉｓｏ−プロピ
ルトリエトキシシラン、ｎ−ブチルトリメトキシシラ
ン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシ
ランおよびジエチルジメトキシシラン等を好適に使用で
きる。

【００１８】上記コロイダルシリカの一次粒子径は５〜
１００ｎｍであり、さらに好ましくは５〜５０ｎｍであ
る。コロイダルシリカの一次粒子径が５ｎｍ未満である
と、十分な機械的研磨力が得られない場合がある。一
方、一次粒子径が１００ｎｍを越えると、スクラッチの
発生が起こりやすくなる場合があり、また、水系分散体
の安定性が低下する場合がある。この範囲の一次粒子径
を有するコロイダルシリカであれば、研磨速度が大き
く、スクラッチが少なく、かつ粒子の沈降、および分離
を生ずることのない、安定なＣＭＰ用水系分散体とする
ことができる。

【００１９】このような一次粒子の凝集体からなる二次
粒子の平均粒子径は１０〜２００ｎｍであることが好ま
しく、さらに好ましくは１０〜１００ｎｍである。この
平均二次粒子径が１０ｎｍ未満では、十分に研磨速度の
大きい水系分散体を得ることができない場合がある。一
方、平均二次粒子径が２００ｎｍを超えると、スクラッ
チの発生が起こりやすくなる場合があり、また、水系分
散体の安定性が低下する場合がある。この範囲の平均二
次粒子径を有するコロイダルシリカであれば、研磨速度
が大きく、スクラッチが少なく、かつ粒子の沈降および
分離を生ずることのない、安定なＣＭＰ用水系分散体と
することができる。これらのコロイダルシリカは一種の
みを用いてもよく、一次粒子径または二次粒子径の異な
る二種類以上を併用することもできる。なお、上記の一
次粒子径はＢＥＴ法によって測定された比表面積から算
出することができる。また、平均二次粒子径は、レーザ
ー散乱回折型測定機または透過型電子顕微鏡によって観
察することにより測定することができる。

【００２０】上記コロイダルシリカは、被研磨面の汚染
を避けるため、高純度であることが好ましい。具体的に
は、含有ナトリウム量として好ましくは１０ｐｐｍ以
下、さらに好ましくは８ｐｐｍ以下、とくに好ましくは
５ｐｐｍ以下であるコロイダルシリカが好ましい。ナト
リウム含量が１０ｐｐｍを越えると、ＣＭＰスラリーと
して用いる際に、ナトリウムによる研磨面の汚染が発生
する場合がある。

【００２１】本発明の水系分散体における媒体として
は、水、もしくは水を主成分とする混合物（例えば水と
メタノールとの混合物等）を使用することができ、水の
みを用いることが特に好ましい。

【００２２】本発明の水系分散体に含まれる上記「ヘテ
ロポリ酸」としては、無機酸が縮合してできるポリ酸の
うち二種以上の金属によって生成されている酸を用いる
ことができる。ヘテロポリ酸を形成するポリ酸の主たる
原子としてはＣｕ、Ｂｅ、Ｂ、Ａｌ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、
Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｔｈ、Ｎ、Ｐ、Ａs、Ｓｂ、
Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｕ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔ
ｅ、Ｍｎ、Ｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｉｒ、
Ｐｔを挙げることができ、この中でもＶ、Ｍｏ、Ｗが好
ましい。上記主たる原子と組み合わせるヘテロ原子とし
ては、Ｃｕ、Ｂｅ、Ｂ、Ａｌ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｅ、Ｔｈ、Ｎ、Ｐ、Ａs、Ｓｂ、Ｖ、Ｎ
ｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｕ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｍ
ｎ、Ｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔの
うち、上記主たる金属以外のものを用いることができ、
この中でもＳｉ、Ｐが好ましい。

【００２３】ヘテロポリ酸の具体例としては、けいモリ
ブデン酸、りんタングステン酸、けいタングステン酸、
りんモリブデン酸、およびけいタングステンモリブデン
酸を挙げることができる。タングステン膜を有する被研
磨面を研磨する場合は、けいモリブデン酸、りんモリブ
デン酸、およびけいタングステンモリブデン酸が特に好
ましい。

【００２４】また、ヘテロポリ酸の使用量は、この水系
分散体の総量に対して０．１〜１５質量％とすることが
でき、好ましくは０．２〜１０質量％、より好ましくは
０．５〜８質量％、さらに好ましくは２〜８質量％であ
る。このヘテロポリ酸の含有量が０．１質量％未満で
は、水系分散体の研磨速度が十分に大きくならない。一
方、１５質量％含有させれば研磨速度を十分に向上させ
ることができる。１５質量％を超えて多量に含有させた
場合は、被研磨面に腐食が発生したり、取り扱い上、危
険であって好ましくない。なお、ヘテロポリ酸と塩基を
組み合わせて、塩の形で使用してもよい。また、ヘテロ
ポリ酸、および／またはその塩は、水系分散体中でその
一部または全部が電離し、イオンの状態を含んでいても
よい。

【００２５】本発明のＣＭＰ用水系分散体は、上記の砥
粒、水およびヘテロポリ酸を含有するだけで高い性能を
発揮することができるが、目的に応じてその他の添加剤
を含有してもよい。このような添加剤としては、ヘテロ
ポリ酸以外の酸化剤、ヘテロポリ酸以外の酸、塩基、界
面活性剤、粘度調整剤等を挙げることができる。

【００２６】上記「酸」を含有させることにより、水系
分散体の分散性、安定性および研磨速度をより向上させ
ることができる。この酸は特に限定されず、有機酸、無
機酸のいずれも使用することができる。

【００２７】有機酸としては、パラトルエンスルホン
酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、イソプレンスルホン
酸、グルコン酸、乳酸、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸、
グリコール酸、マロン酸、ギ酸、シユウ酸、コハク酸、
フマル酸、マレイン酸およびフタル酸等が挙げられる。
これらのうち、一分子内に２個以上のカルボキシル基を
有する有機酸が好ましい。好ましい有機酸の具体的とし
ては、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、ア
ジピン酸、マレイン酸、フマル酸、フタル酸、リンゴ
酸、酒石酸、クエン酸が挙げられる。これらの有機酸は
一種のみを用いてもよいし、二種以上を併用することも
できる。また、無機酸としては、硝酸、塩酸および硫酸
等が挙げられ、これら無機酸も一種のみを用いてもよい
し、二種以上を併用することもできる。さらに、有機酸
と無機酸とを併用することもできる。

【００２８】これらの酸の含有量は、水系分散体の総量
に対して１０質量％以下とすることができ、０．００５
〜１０質量％とすることが好ましく、０．０１〜８質量
％とすることがより好ましく、１〜８質量％とすること
がさらに好ましい。酸の含有量がこの範囲であれば、分
散性に優れ、十分に安定な水系分散体とすることがで
き、また、エッチング等も抑えられるため好ましい。

【００２９】上記「酸化剤」としては、被研磨面である
金属膜の電気化学的性質などにより、例えば、Ｐｏｕｒ
ｂａｉｘ線図等によって適宜のものを選択して使用する
ことができる。この酸化剤の例としては、過酸化水素；
過酢酸、過安息香酸、ｔｅｒｔ−ブチルハイドロパーオ
キサイド等の有機過酸化物；過マンガン酸カリウム等の
過マンガン酸化合物；重クロム酸カリウム等の重クロム
酸化合物；ヨウ素酸カリウム等のハロゲン酸化合物；硝
酸および硝酸鉄等の硝酸化合物；過塩素酸等の過ハロゲ
ン酸化合物；フェリシアン化カリウム等の遷移金属塩；
過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩等が拳げられる。

【００３０】上記酸化剤の含有量は、この水系分散体の
総量に対して１５質量％以下とすることができ、より好
ましくは１０質量％以下、さらに好ましくは８質量％以
下である。１５質量％を超えて多量に含有させた場合
は、被研磨面に腐食が発生したり、取り扱い上、危険で
あって好ましくない場合がある。酸化剤の含有量の下限
は特に限定されないが、十分な添加効果を得るための通
常の使用量は例えば１質量％以上、より好ましくは２質
量％以上である。

【００３１】本発明のＣＭＰ用水系分散体には、さらに
「塩基」を含有させ、ｐＨを制御することにより水系分
散体の分散性、腐食防止、安定性および研磨速度をより
向上させることができる。この塩基は特に限定されず、
有機塩基、無機塩基のいずれも使用することができる。
有機塩基としては、エチレンジアミン、エタノールアミ
ン等が挙げられる。無機塩基としては、アンモニア、水
酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム等が
挙げられ、これらの塩基一種のみを用いてもよいし、二
種以上を併用することもできる。これらの塩基の含有量
は、この水系分散体の総量に対して１０質量％以下とす
ることができ、０．００１〜８質量％含有させることが
好ましく、１〜８質量％含有させることがより好まし
い。

【００３２】上記「界面活性剤」としては、カチオン
系、アニオン系および非イオン系のいずれも使用するこ
とができる。カチオン系界面活性剤としては、脂肪族ア
ミン塩、脂肪族アンモニウム塩等が挙げられる。また、
アニオン系界面活性剤としては、脂肪酸石鹸、アルキル
エーテルカルボン酸塩等のカルボン酸塩、アルキルベン
ゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、
α−オレフィンスルホン酸塩等のスルホン酸塩、高級ア
ルコール硫酸エステル塩、アルキルエーテル硫酸塩等の
硫酸エステル塩、アルキルリン酸エステル塩等のリン酸
エステル塩などが挙げられる。非イオン系界面活性剤と
しては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル等のエー
テル型、グリセリンエステルのポリオキシエチレンエー
テル等のエーテルエステル型、ポリエチレングリコール
脂肪酸エステル、グリセリンエステル、ソルビタンエス
テル等のエステル型などが挙げられる。

【００３３】界面活性剤の含有量は、水系分散体の総量
に対して５質量％以下とすることができ、好ましくは３
質量％以下、さらには１質量％以下とすることができ
る。界面活性剤の含有量が５質量％を越えると、研磨性
能の低下が起こる場合があり、好ましくない。

【００３４】本発明のＣＭＰ用水系分散体を用いて研磨
される、金属層を有する被研磨面としては、超ＬＳＩ等
の半導体装置の製造過程において半導体基板上に設けら
れる純タングステン膜、純アルミニウム膜、あるいは純
銅膜、純ルテニウム膜、純タンタル膜、純チタン膜ある
いは純プラチナ膜等の他、タングステン、アルミニウ
ム、銅、ルテニウム、タンタル、チタン、プラチナ等と
他の金属との合金からなる膜等のうち少なくとも一つの
金属層を有する被研磨面が挙げられる。この被研磨面
は、上記の金属層の他、バリアメタル層用に使用される
窒化タンタル、窒化チタンの他、ポリシリコン等からな
る層を有していてもよい。

【００３５】本発明の水系分散体は、その使用目的によ
り適宜の組成を採用することができるが、被加工面を構
成する金属層と水系分散体とを接触させた場合の、該金
属層の「エッチング速度」が「１００Å／分以下」であ
ることが好ましい。さらに好ましいエッチング速度は６
０Å／分以下であり、特に好ましくは４０Å／分以下で
ある。このエッチング速度は、酸化剤の含有量、酸の含
有量、塩基の含有量を適宜調整して調整することができ
る。エッチング速度は、適宜の方法で測定しうるが、被
研磨面を有するウェハを、５〜４０℃、常圧にて、５〜
３０分間、水系分散体に浸漬した後、金属層の膜厚の減
少量を調べることにより測定することが好ましい。本発
明では、このように水系分散体の組成成分およびｐＨ調
整によってエッチング速度を調整することにより、所要
の研磨性能を有するＣＭＰ用水系分散体とすることがで
きる。

【００３６】本発明のＣＭＰ用水系分散体を用いた被研
磨面のＣＭＰは、市販の化学機械研磨装置（例えば、ラ
ップマスターＳＦＴ株式会社製の型式「ＬＧＰ５１
０」、「ＬＧＰ５５２」等；株式会社荏原製作所製、型
式「ＥＰＯ−１１２」、「ＥＰＯ−１１３」、「ＥＰＯ
−２２２」等；アプライドマテリアルズ社製の型式「Ｍ
ｉｒｒａ」等；アイペック社製の型式「ＡＶＡＮＴＩ−
４７２」等）を用いて、所定の研磨条件で研磨すること
ができる。

【００３７】研磨後、被研磨面に残留する砥粒は除去す
ることが好ましい。この砥粒の除去は通常の洗浄方法に
よって行うことができる。また、砥粒が有機粒子のみか
らなる場合には、被研磨面を、酸素の存在下で高温にす
ることにより、この有機砥粒を燃焼させて除去すること
もできる。燃焼の具体的な方法としては、酸素プラズマ
に晒す、酸素ラジカルをダウンフローで供給する等のプ
ラズマによる灰化処理方法を採用することができ、これ
によって残留する有機砥粒を被研磨面から容易に除去す
ることができる。

【００３８】

【実施例】以下、実施例によって本発明をより詳しく説
明する。 （１）実験例１ 実施例１Ａ〜１９Ａおよび比較例１Ａ〜４ＡのＣＭＰ用
水系分散体を調製し、その評価を行った。実施例１Ａ ５質量部（以下、単に「部」ともいう。）のけいモリブ
デン酸を溶解し、５部のヒュームド法シリカ（日本アエ
ロジル（株）製 ＃９０）を分散した１００部のＣＭＰ
用水系分散体を調製した。このｐＨは１．５であった。

【００３９】この水系分散体にタングステン層を有する
ブランケットウェハ（SKW Associates 社製、「W-Blank
et」）を２５℃にて３０分間浸漬し、３０分後の膜厚の
減少を４探針法による抵抗率測定器（ＮＳＰ社製、シグ
マ５型）によりシート抵抗を測定することにより求め、
エッチング速度を計算したところ、１２Å/minであっ
た。また、８インチ熱酸化膜付きシリコンウエハ上の膜
（SKW Associates 社製、「W-Blanket」膜厚；１０００
０Å）を、化学機械研磨装置（（株）荏原製作所製、型
式「ＥＰＯ−１１２」）にセットし、多孔質ポリウレタ
ン製の研磨パッド（ロデールニッタ社製、商品名「ＩＣ
ｌ０００」）を用い、加重３００ｇ／ｃｍ²になるよう
にして研磨を行った。ウレタンパッド表面に水系分散体
を２００ｃｃ/分の速度で供給しながら、テーブル；５
０ｒｐｍ、ヘッド５０ｒｐｍで１分間回転研磨した。そ
の結果、オムニマップＲＳ−７５（ＫＬＡ−テンコール
社製）で測定したところ研磨速度は２７００Å／分であ
った。また、面内均一性を、４９点直径方向測定、３ｍ
ｍエッジイクスクルージョンにて測定した結果、３σは
８．５％であった。また、腐食の評価として、直径０．
２８μｍのコンタクトホールのあるパターン付きウエー
ハを、３０％オーバーで研磨後、キーホールの数を評価
したところ１００個のうちキーホールの認められたもの
は２個のみであった。

【００４０】実施例２Ａ〜１０Ａおよび比較例１Ａ、２
Ａ 砥粒とヘテロポリ酸、およびｐＨを表１のように変更
し、実施例１Ａと同様にタングステン膜のエッチング速
度、および研磨性能の評価を行った。結果を表１に示
す。なお、ｐＨの調整には、必要に応じてＫＯＨを添加
した。

【００４１】

【表１】

【００４２】表１の結果によれば、実施例１Ａ〜１０Ａ
では、エッチング速度は３４Å／分以下であった。研磨
速度は１９００Å／分以上と十分な速度で研磨されてい
ることが分かった。また、腐食によるキーホールは０ま
たはごく僅かであり、問題ないことが分かる。一方、比
較例１Ａでは腐食によるキーホールが多い問題があり、
比較例２Ａでは十分な速度で研磨ができない問題があっ
た。

【００４３】実施例１１Ａ ２部のけいモリブデン酸を溶解し、１部のヒュームド法
シリカ（日本アエロジル（株）製 ＃９０）を分散しＫ
ＯＨでｐＨ４に調整した１００部のＣＭＰ用水系分散体
を調製した。この水系分散体に銅層を有するブランケッ
トウェハ（ＩＭＡＴ社製、「Ｃｕ-Blanket」）を２５℃
にて３０分間浸漬し、３０分後の膜厚の減少を４探針法
による抵抗率測定器（ＮＳＰ社製、シグマ５型）により
シート抵抗を測定することにより求め、エッチング速度
を計算したところ、１４Å/minであった。また、８イン
チ熱酸化膜付きシリコンウエハ上の銅膜ＩＭＡＴ社製、
「Ｃｕ-Blanket」膜厚；１００００Å）を、化学機械研
磨装置（荏原製作所製、型式「ＥＰＯ−１１２」）にセ
ットし、多孔質ポリウレタン製の研磨パッド（ロデール
ニッタ社製、商品名「ＩＣｌ０００」）を用い、加重３
００ｇ／ｃｍ²になるようにして研磨を行った。ウレタ
ンパッド表面に水系分散体を２００ｃｃ/分の速度で供
給しながら、テーブル；５０ｒｐｍ、ヘッド５０ｒｐｍ
で１分間回転研磨した。その結果、オムニマップＲＳ−
７５（ＫＬＡ−テンコール社製）で測定したところ研磨
速度は４９００Å／分であった。また、実施例１Ａと同
様に面内均一性を測定した結果、３σは２１％であっ
た。また、腐食の評価として、直径０．２８μｍのコン
タクトホールのあるパターン付きウエーハを、３０％オ
ーバーで研磨後、キーホールの数を評価したところ１０
０個のうちキーホールは認めらなかった。および配線付
きウエーハ（SKW社製 SKW6-2）を、３０％オーバーで
研磨後、１００μｍの配線幅のディッシングを評価した
ところ８００Åであり問題なかった。

【００４４】実施例１２Ａ〜１９Ａおよび比較例３Ａ、
４Ａ ヘテロポリ酸の種類、ｐＨおよび砥粒の種類を表２のよ
うに変更し、実施例１１Ａと同様に銅膜のエッチング速
度、および研磨性能の評価を行った。結果を表２に示
す。なお、ｐＨの調整には、必要に応じてＫＯＨを添加
した。

【００４５】

【表２】

【００４６】表２の結果によれば、実施例１１Ａ〜１９
Ａでは、エッチング速度は２３Å／分以下であった。研
磨速度は２９００Å／分以上と十分な速度で研磨されて
いることが分かった。また、腐食によるキーホールは０
またはごく僅かであり、問題ないことが分かる。一方、
比較例３Ａでは腐食によるキーホールが多い問題があ
り、比較例４Ａでは十分な速度で研磨ができない問題が
あった。

【００４７】（２）実験例２ 実施例１Ｂ〜１５Ｂおよび比較例１Ｂ〜５ＢのＣＭＰ用
水系分散体を調製し、その評価を行った。実施例１Ｂ ５質量％のけいモリブデン酸（和光純薬工業（株）
製）、および１質量％のシュウ酸（和光純薬工業（株）
製）を水に溶解し、さらに５質量％のヒュームド法シリ
カ（日本アエロジル（株）製 ＃９０）を分散したＣＭ
Ｐ用水系分散体を調製した。この水系分散体のｐＨは
１．５であった。

【００４８】この水系分散体に、タングステン層を有す
るブランケットウェハ（SKW Associates 社製、「W-Bla
nket」）を２５℃にて３０分間浸漬し、３０分後の膜厚
の減少を４探針法による抵抗率測定器（ＮＳＰ社製、シ
グマ５型）によりシート抵抗を測定することにより求
め、エッチング速度を計算したところ、１３Å/minであ
った。また、８インチ熱酸化膜付きシリコンウェハ上の
膜（SKW Associates 社製、「W-Blanket」膜厚；１００
００Å）を、化学機械研磨装置（（株）荏原製作所製、
型式「ＥＰＯ−１１２」）にセットし、多孔質ポリウレ
タン製の研磨パッド（ロデールニッタ社製、商品名「Ｉ
Ｃｌ０００」）を用い、加重３００ｇ／ｃｍ²になるよ
うにして研磨を行った。ウレタンパッド表面に水系分散
体を２００ｃｃ/分の速度で供給しながら、テーブル；
５０ｒｐｍ、ヘッド５０ｒｐｍで１分間回転研磨した。
その結果、オムニマップＲＳ−７５（ＫＬＡ−テンコー
ル社製）で測定したところ研磨速度は２９００Å／分で
あった。また、実施例１Ａと同様に面内均一性を測定し
た結果、３σは８．５％であった。また、腐食の評価と
して、直径０．２８μｍのコンタクトホールのあるパタ
ーン付きウェハを、３０％オーバーで研磨後、キーホー
ルの数を評価したところ、１００個のコンタクトホール
のうち、キーホールの認められたものは２個のみであっ
た。また、配線付きウェハ（ＳＫＷ社製、「ＳＫＷ
５」）を３０％オーバーで研磨後、１００μｍの配線幅
のディッシングを評価したところ、５００Åであり、問
題なかった。

【００４９】実施例２Ｂ〜６Ｂおよび比較例１Ｂ、２Ｂ 砥粒、ヘテロポリ酸または他の酸化剤、ならびに有機酸
の種類と量、ならびにｐＨを表３のように変更し、実施
例１Ｂと同様にタングステン膜のエッチング速度、およ
び研磨性能の評価を行った。結果を表３に示す。なお、
実施例２Ｂおよび４Ｂで使用の高純度コロイダルシリ
カ、実施例５Ｂで使用のヒュームド法アルミナ、実施例
６Ｂで使用のポリメチルメタクリレート粒子は次のよう
にして得た。りんモリブデン酸は、和光純薬工業（株）
製を用いた。また、ｐＨの調整は、必要に応じてＫＯＨ
を添加して行った。

【００５０】高純度コロイダルシリカの合成法（実施例
２Ｂ,４Ｂ） 高純度コロイダルシリカはJ. of Colloid and Interfac
e Science 26,62-69(1968)の記載に準じ、テトラエトキ
シシランをエタノール／水の混合溶媒中でアンモニアを
触媒として縮合させたものを、水に溶媒置換して使用し
た。エタノールと水の組成を変更することで、粒子径３
９ｎｍと６７ｎｍの二種類の高純度コロイダルシリカを
合成した。

【００５１】ヒュームド法アルミナ（実施例５Ｂ） 「アルミナＣ」（商品名、デグサ社製）を分散して使用
した。

【００５２】０．２μｍポリメチルメタクリレート粒子
の合成法（実施例６Ｂ） メチルメタクリレート９６部、メタクリル酸４部、ラウ
リル硫酸アンモニウム０．１部、過硫酸アンモニウム
０．５部、およびイオン交換水４００部を、容量２リッ
トルのフラスコに投入し、窒素ガス雰囲気下、撹拌しな
がら７０℃に昇温し、６時間重合させた。これによりカ
ルボキシル基を有する、平均粒子径０．２μｍのアニオ
ンポリメチルメタクリレート高分子微粒子（以下、
「０．２μｍＰＭＭＡ粒子」という。）を含む水分散体
を得た。なお、重合収率は９５％であった。

【００５３】

【表３】

【００５４】表３の結果によれば、実施例１Ｂ〜６Ｂで
は、エッチング速度は２０Å／分以下であった。研磨速
度は２０００Å／分以上と十分な速度で研磨されている
ことが分かった。また、腐食によるキーホールは０また
はごく僅かであり、問題ないことが分かる。一方、比較
例１Ｂでは腐食によるキーホールが多い問題があり、比
較例２Ｂでは十分な速度で研磨ができず、キーホール、
ディッシング、面内均一性の評価は不能であった。

【００５５】実施例７Ｂ ２質量％のけいモリブデン酸（和光純薬工業（株）製）
および１質量％のマレイン酸（和光純薬工業（株）製）
を水に溶解し、１質量％のヒュームド法シリカ（日本ア
エロジル（株）製 ＃９０）を分散しＫＯＨでｐＨ４に
調整したＣＭＰ用水系分散体を調製した。この水系分散
体に銅層を有するブランケットウェハ（ＩＭＡＴ社製、
「Ｃｕ-Blanket」）を２５℃にて３０分間浸漬し、３０
分後の膜厚の減少を４探針法による抵抗率測定器（ＮＳ
Ｐ社製、シグマ５型）によりシート抵抗を測定すること
により求め、エッチング速度を計算したところ、１２Å
/minであった。また、８インチ熱酸化膜付きシリコンウ
ェハ上の銅膜ＩＭＡＴ社製、「Ｃｕ-Blanket」膜厚；１
００００Å）を、化学機械研磨装置（荏原製作所製、型
式「ＥＰＯ−１１２」）にセットし、多孔質ポリウレタ
ン製の研磨パッド（ロデールニッタ社製、商品名「ＩＣ
ｌ０００」）を用い、加重３００ｇ／ｃｍ²になるよう
にして研磨を行った。ウレタンパッド表面に水系分散体
を２００ｃｃ/分の速度で供給しながら、テーブル；５
０ｒｐｍ、ヘッド５０ｒｐｍで１分間回転研磨した。そ
の結果、オムニマップＲＳ−７５（ＫＬＡ−テンコール
社製）で測定したところ研磨速度は５３００Å／分であ
った。また、実施例１Ａと同様に面内均一性を測定した
結果、３σは１８．０％であった。また、腐食の評価と
して、直径０．２８μｍのコンタクトホールのあるパタ
ーン付きウェハを、３０％オーバーで研磨後、キーホー
ルの数を評価したところ１００個のうちキーホールは認
めらなかった。および配線付きウェハ（SKW社製、「SKW
6-2」）を、３０％オーバーで研磨後、１００μｍの配
線幅のディッシングを評価したところ６００Åであり問
題なかった。

【００５６】実施例８Ｂ〜１２Ｂ、比較例３Ｂ、４Ｂ 砥粒、ヘテロポリ酸または他の酸化剤、ならびに有機酸
の種類と量、ならびにｐＨを表４のように変更し、実施
例７Ｂと同様に銅膜のエッチング速度、および研磨性能
の評価を行った。結果を表４に示す。なお、高純度コロ
イダルシリカ、ヒュームドアルミナ、および、０．２μ
ｍＰＭＭＡ粒子は、表３と同様にして得た。また、けい
タングステン酸は、和光純薬工業（株）製を用いた。ｐ
Ｈの調整は、必要に応じてＫＯＨを添加して行った。

【００５７】

【表４】

【００５８】表４の結果によれば、実施例７Ｂ〜１２Ｂ
では、エッチング速度は２１Å／分以下であった。研磨
速度は２９００Å／分以上と十分な速度で研磨されてい
ることが分かった。また、腐食によるキーホールは０ま
たはごく僅かであり、問題ないことが分かる。一方、比
較例３Ｂでは腐食によるキーホールが多い問題があり、
比較例４Ｂでは十分な速度で研磨ができず、キーホー
ル、ディッシング、面内均一性の評価は不能であった。

【００５９】実施例１３Ｂ ４質量％のけいモリブデン酸（和光純薬工業（株）製）
および１質量％のマロン酸（和光純薬工業（株）製）を
水に溶解し、２質量％のヒュームド法アルミナ（デグサ
社製、商品名「アルミナＣ」）を分散し、ＫＯＨでｐＨ
４に調整したＣＭＰ用水系分散体を調製した。この水系
分散体にアルミニウム層を有するブランケットウェハを
２５℃にて３０分間浸漬し、３０分後の膜厚の減少を４
探針法による抵抗率測定器（ＮＳＰ社製、シグマ５型）
によりシート抵抗を測定することにより求め、エッチン
グ速度を計算したところ、１０Å/minであった。また、
８インチ熱酸化膜付きシリコンウェハ上のアルミニウム
膜 膜厚；６０００Å）を、化学機械研磨装置（荏原製
作所製、型式「ＥＰＯ−１１２」）にセットし、多孔質
ポリウレタン製の研磨パッド（ロデールニッタ社製、商
品名「ＩＣｌ０００」）を用い、加重３００ｇ／ｃｍ²
になるようにして研磨を行った。ウレタンパッド表面に
水系分散体を２００ｃｃ/分の速度で供給しながら、テ
ーブル；１００ｒｐｍ、ヘッド１００ｒｐｍで１分間回
転研磨した。その結果、オムニマップＲＳ−７５（ＫＬ
Ａ−テンコール社製）で測定したところ研磨速度は３９
００Å／分であった。また、実施例１Ａと同様に面内均
一性を測定した結果、３σは１５．３％であった。ま
た、腐食の評価として、直径０．２８μｍのコンタクト
ホールのあるパターン付きウェハを、３０％オーバーで
研磨後、キーホールの数を評価したところ１００個のう
ちキーホールは認めらなかった。および配線付きウェハ
を、３０％オーバーで研磨後、１００μｍの配線幅のデ
ィッシングを評価したところ９００Åであり問題なかっ
た。

【００６０】実施例１４Ｂ〜１５Ｂ、比較例５Ｂ 砥粒、ヘテロポリ酸または他の有機酸、ならびに有機酸
の種類と量、ならびにｐＨを表５のように変更し、実施
例１３Ｂと同様に銅膜のエッチング速度、および研磨性
能の評価を行った。結果を表５に示す。なお、高純度コ
ロイダルシリカ、りんモリブデン酸は、表３と同様にし
て得た。また、ｐＨの調整は、必要に応じてＫＯＨを添
加して行った。

【００６１】

【表５】

【００６２】表５の結果によれば、実施例１３Ｂ〜１５
Ｂでは、エッチング速度は２５Å／分以下であった。研
磨速度は２８００Å／分以上と十分な速度で研磨されて
いることが分かった。また、腐食によるキーホールは０
またはごく僅かであり、問題ないことが分かる。一方、
比較例５Ｂでは十分な速度で研磨ができず、キーホー
ル、ディッシング、面内均一性の評価は不能であった。

【００６３】（３）実験例３ 実施例１Ｃ〜１１Ｃおよび比較例１Ｃ〜５ＣのＣＭＰ用
水系分散体を調製し、その評価を行った。コロイダルシリカの合成法 コロイダルシリカはJ. of Colloid and Interface Scie
nce 26,62-69(1968)の記載に準じ、テトラエトキシシラ
ンをエタノール／水の混合溶媒中でアンモニアを触媒と
して縮合させたものを、水に溶媒置換し、濃縮して使用
した。エタノールと水の組成、アンモニア量、および反
応温度を変更することで、平均二次粒子径が３９ｎｍ、
６７ｎｍおよび１２５ｎｍの３種類の高純度コロイダル
シリカを合成した。各コロイダルシリカのＢＥＴ法によ
って測定した比表面積から一次粒子径を算出したとこ
ろ、それぞれ１５ｎｍ、３５ｎｍ、７５ｎｍであった。
また、原子吸光法により上記コロイダルシリカ中のナト
リウム量を測定したところ、それぞれ１ｐｐｍ、０．７
ｐｐｍ、０．９ｐｐｍであった。

【００６４】実施例１Ｃ ３質量％のけいモリブデン酸（和光純薬工業（株）製）
を水に溶解し、さらに５質量％の一次粒子径１５ｎｍの
コロイダルシリカを分散したＣＭＰ用水系分散体を調製
した。この水系分散体のｐＨは１．９であった。

【００６５】この水系分散体にタングステン層を有する
ブランケットウェハ（SKW Associates 社製、「W-Blank
et」）を２５℃にて３０分間浸漬し、３０分後の膜厚の
減少を４探針法による抵抗率測定器（ＮＳＰ社製、シグ
マ５型）によりシート抵抗を測定することにより求め、
エッチング速度を計算したところ、１２Å/minであっ
た。また、８インチ熱酸化膜付きシリコンウエハ上の膜
（SKW Associates 社製、「W-Blanket」膜厚；１０００
０Å）を、化学機械研磨装置（（株）荏原製作所製、型
式「ＥＰＯ−１１２」）にセットし、多孔質ポリウレタ
ン製の研磨パッド（ロデールニッタ社製、商品名「ＩＣ
ｌ０００」）を用い、加重３００ｇ／ｃｍ²になるよう
にして研磨を行った。ウレタンパッド表面に水系分散体
を２００ｃｃ/分の速度で供給しながら、テーブル；５
０ｒｐｍ、ヘッド５０ｒｐｍで１分間回転研磨した。そ
の結果、オムニマップＲＳ−７５（ＫＬＡ−テンコール
社製）で測定したところ研磨速度は２５００Å／分であ
った。また、実施例１Ａと同様に面内均一性を測定した
結果、３σは９．２％であった。また、ウェハ表面異物
検査装置（ケーエルエー・テンコール株式会社製、型式
「サーフスキャンＳＰ１」）によって被研磨面の全面
［この面積をＳｔ（単位；ｍｍ²）とする。］に生成し
たスクラッチの全数（Ｋｔ）を計測し、下記の式にした
がって単位面積（１０^-2ｍｍ²、１００×１００μｍの
正方形の領域）当たりのスクラッチの個数を算出したと
ころスクラッチは１個であった。 〔スクラッチ個数算出方法〕 単位面積当たりのスクラッチの個数（個）＝Ｋｔ／（Ｓ
ｔ／１０^-2） また、腐食の評価として、直径０．２８μｍのコンタク
トホールのあるパターン付きウエーハを、３０％オーバ
ーで研磨後、キーホールの数を評価したところ、１００
個のコンタクトホールのうち、キーホールは認められな
かった。および配線付きウェハー（SKW社製 SKW5）を
３０％オーバーで研磨後、１００μｍの配線幅のディッ
シングを評価したところ７８０Åであり問題なかった。

【００６６】実施例２Ｃ〜４Ｃおよび比較例１Ｃ、２Ｃ コロイダルシリカ、ヘテロポリ酸または他の酸化剤、な
らびに有機酸の種類と量、ならびにｐＨを表６のように
変更し、実施例１Ｃと同様にタングステン膜のエッチン
グ速度、および研磨性能の評価を行った。結果を表６に
示す。なお、ｐＨの調整は、必要に応じてＫＯＨを添加
して行った。実施例４Ｃで使用のりんモリブデン酸は和
光純薬工業（株）製を用いた。また、比較例２Ｃで使用
のヒュームドアルミナは、「アルミナＣ」（商品名、デ
グサ社製、一次粒子径１３ｎｍ）を、分散して用いた。

【００６７】

【表６】

【００６８】表６の結果によれば、実施例１Ｃ〜４Ｃで
は、エッチング速度は２０Å／分以下であった。研磨速
度は２１００Å／分以上と十分な速度で研磨されている
ことが分かった。また、スクラッチの数、腐食によるキ
ーホールは０またはごく僅かであり、問題ないことが分
かる。一方、比較例１Ｃではエッチング速度が速く、デ
ィッシングが大きく、さらに腐食によるキーホールが多
い問題があり、比較例２Ｃではスクラッチの数が多い問
題があった。

【００６９】実施例５Ｃ ２質量％のけいモリブデン酸（和光純薬工業（株）製）
および２質量％のマレイン酸（和光純薬工業（株）製）
を水に溶解し、一次粒子径１５ｎｍのコロイダルシリカ
２質量％を分散し、ＫＯＨでｐＨ４に調整したＣＭＰ用
水系分散体を調製した。この水系分散体に銅層を有する
ブランケットウェハ（ＩＭＡＴ社製、「Ｃｕ-Blanke
t」）を２５℃にて３０分間浸漬し、３０分後の膜厚の
減少を４探針法による抵抗率測定器（ＮＳＰ社製、シグ
マ５型）によりシート抵抗を測定することにより求め、
エッチング速度を計算したところ、１２Å/minであっ
た。また、８インチ熱酸化膜付きシリコンウエハ上の銅
膜ＩＭＡＴ社製、「Ｃｕ-Blanket」膜厚；１００００
Å）を、化学機械研磨装置（荏原製作所製、型式「ＥＰ
Ｏ−１１２」）にセットし、多孔質ポリウレタン製の研
磨パッド（ロデールニッタ社製、商品名「ＩＣｌ００
０」）を用い、加重３００ｇ／ｃｍ²になるようにして
研磨を行った。ウレタンパッド表面に水系分散体を２０
０ｃｃ/分の速度で供給しながら、テーブル；５０ｒｐ
ｍ、ヘッド５０ｒｐｍで１分間回転研磨した。その結
果、オムニマップＲＳ−７５（ＫＬＡ−テンコール社
製）で測定したところ研磨速度は５４００Å／分であっ
た。また、実施例１Ａと同様に面内均一性を測定した結
果、３σは１７．５％であった。また、ウェハ表面異物
検査装置（ケーエルエー・テンコール株式会社製、型式
「サーフスキャンＳＰ１」）によって被研磨面の全面に
生成したスクラッチの全数（Ｋｔ）を計測したところ、
スクラッチの数は１個であった。また、配線付きウエー
ハ（SKW社製 SKW6-2）を、３０％オーバーで研磨後、
１００μｍの配線幅のディッシングを評価したところ６
５０Åであり問題なかった。

【００７０】実施例６Ｃ〜８Ｃ、比較例３Ｃ、４Ｃ コロイダルシリカ、ヘテロポリ酸または他の酸化剤、な
らびに有機酸の種類と量、ならびにｐＨを表７のように
変更し、実施例５Ｃと同様に銅膜のエッチング速度、お
よび研磨性能の評価を行った。結果を表７に示す。けい
タングステン酸は、和光純薬工業（株）製を用いた。ま
た、りんモリブデン酸およびヒュームドアルミナは、表
６と同様にして得た。なお、ｐＨの調整は、必要に応じ
てＫＯＨを添加して行った。

【００７１】

【表７】

【００７２】表７の結果によれば、実施例６Ｃ〜８Ｃで
は、エッチング速度は２５Å／分以下であった。研磨速
度は４２００Å／分以上と十分な速度で研磨されている
ことが分かった。また、スクラッチはごく僅かであり、
問題ないことが分かる。一方、比較例３Ｃではエッチン
グ速度が速く、ディッシングが大きい問題があり、比較
例４Ｃではスクラッチが多い問題があった。

【００７３】実施例９Ｃ ５質量％のけいモリブデン酸（和光純薬工業（株）製）
および２質量％のマロン酸（和光純薬工業（株）製）を
水に溶解し、一次粒子径１５ｎｍのコロイダルシリカ３
質量％を分散し、ＫＯＨでｐＨ４に調整したＣＭＰ用水
系分散体を調製した。この水系分散体にアルミニウム層
を有するブランケットウェハを２５℃にて３０分間浸漬
し、３０分後の膜厚の減少を４探針法による抵抗率測定
器（ＮＳＰ社製、シグマ５型）によりシート抵抗を測定
することにより求め、エッチング速度を計算したとこ
ろ、１５Å/minであった。また、８インチ熱酸化膜付き
シリコンウエハ上のアルミニウム膜 膜厚；６０００
Å）を、化学機械研磨装置（荏原製作所製、型式「ＥＰ
Ｏ−１１２」）にセットし、多孔質ポリウレタン製の研
磨パッド（ロデールニッタ社製、商品名「ＩＣｌ００
０」）を用い、加重３００ｇ／ｃｍ²になるようにして
研磨を行った。ウレタンパッド表面に水系分散体を２０
０ｃｃ/分の速度で供給しながら、テーブル；１００ｒ
ｐｍ、ヘッド１００ｒｐｍで１分間回転研磨した。その
結果、オムニマップＲＳ−７５（ＫＬＡ−テンコール社
製）で測定したところ研磨速度は３２００Å／分であっ
た。また、実施例１Ａと同様に面内均一性を測定した結
果、３σは１９．２％であった。また、ウェハ表面異物
検査装置（ケーエルエー・テンコール株式会社製、型式
「サーフスキャンＳＰ１」）によって被研磨面の全面に
生成したスクラッチの全数（Ｋｔ）を計測したところス
クラッチの数は３個であった。また、配線付きウエーハ
を、３０％オーバーで研磨後、１００μｍの配線幅のデ
ィッシングを評価したところ９５０Åであり問題なかっ
た。

【００７４】実施例１０Ｃ〜１１Ｃ、比較例５Ｃ コロイダルシリカ、ヘテロポリ酸または他の有機酸、な
らびに有機酸の種類と量、ならびにｐＨを表８のように
変更し、実施例９Ｃと同様にアルミニウム膜のエッチン
グ速度、および研磨性能の評価を行った。結果を表８に
示す。なお、ｐＨの調整は、必要に応じてＫＯＨを添加
して行った。

【００７５】

【表８】

【００７６】表８の結果によれば、実施例９Ｃ〜１１Ｃ
では、エッチング速度は２５Å／分以下であった。研磨
速度は２５００Å／分以上と十分な速度で研磨されてい
ることが分かった。また、スクラッチはごく僅かであ
り、問題ないことが分かる。一方、比較例５Ｃではエッ
チング速度が速く、ディッシングが大きく、スクラッチ
が多い問題があった。

【００７７】

【発明の効果】本発明のＣＭＰ用水系分散体は、化学的
エッチングと機械的研磨能力のバランスに優れ、これを
用いて金属層を有する被研磨面を研磨すれば、被研磨面
の腐食、ディッシングやキーホールの発生といった問題
がない、高精度の研磨面を得ることができる。したがっ
て本発明のＣＭＰ用水系分散体は、半導体装置の製造工
程における金属層を有する被研磨面のＣＭＰにおいて有
用である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 窪田 清信 東京都中央区築地二丁目11番24号 ジェイ エスアール株式会社内 (72)発明者 川橋 信夫 東京都中央区築地二丁目11番24号 ジェイ エスアール株式会社内 Ｆターム(参考） 3C058 CB01 CB10 DA02 DA12 DA17 5F043 BB28 DD16 DD30 FF07 GG10

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 砥粒、水、およびヘテロポリ酸を含有す
   ることを特徴とする化学機械研磨用水系分散体。
2. 【請求項２】 ヘテロポリ酸がけいモリブデン酸、りん
   タングステン酸、けいタングステン酸、りんモリブデン
   酸、およびけいタングステンモリブデン酸のうちから選
   ばれる少なくとも一種である、請求項１に記載の化学機
   械研磨用水系分散体。
3. 【請求項３】 さらに有機酸を含有する、請求項１また
   は２に記載の化学機械研磨用水系分散体。
4. 【請求項４】 有機酸が１分子内に２個以上のカルボキ
   シル基を有することを特徴とする請求項３に記載の化学
   機械研磨用水系分散体。
5. 【請求項５】 有機酸がシュウ酸、マロン酸、コハク
   酸、グルタル酸、アジピン酸、マレイン酸、フマル酸、
   フタル酸、リンゴ酸、酒石酸、およびクエン酸のうちか
   ら選ばれる少なくとも一種である、請求項４に記載の化
   学機械研磨用水系分散体。
6. 【請求項６】 砥粒が、一次粒子径５〜１００ｎｍのコ
   ロイダルシリカである、請求項１〜５のいずれか一項に
   記載の化学機械研磨用水系分散体。
7. 【請求項７】 上記コロイダルシリカがアルコキシシラ
   ンから加水分解縮合させて得られたコロイダルシリカで
   あることを特徴とする、請求項６に記載の化学機械研磨
   用水系分散体。
8. 【請求項８】 被研磨面を構成する金属層と接触させた
   場合の、該金属層のエッチング速度が１００Å／分以下
   である請求項１〜７のいずれか一項に記載の化学機械研
   磨用水系分散体。
9. 【請求項９】 タングステン層を有する被研磨面の研磨
   に用いる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の化学機
   械研磨用水系分散体。
10. 【請求項１０】 銅層、アルミニウム層、タンタル層、
    チタン層、ルテニウム層またはプラチナ層を有する被研
    磨面の研磨に用いる、請求項１〜８のいずれか一項に記
    載の化学機械研磨用水系分散体。