JP3668046B2

JP3668046B2 - 研磨布及びこの研磨布を用いた半導体装置の製造方法

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Publication number: JP3668046B2
Application number: JP11811399A
Authority: JP
Inventors: 博之矢野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-05-11
Filing date: 1999-04-26
Publication date: 2005-07-06
Anticipated expiration: 2019-04-26
Also published as: JP2000033552A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学的機械研磨（ＣＭＰ）に用いられる研磨布及びこの研磨布を用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、絶縁材又は配線材等の研磨を行い、その表面を平坦化する化学的機械研磨（ＣＭＰ）法が注目されている。
研磨に用いられる研磨布には、大きく分けて２種類ある。一つはポリテックス（Ｐｏｌｉｔｅｘ）（Ｒｏｄｅｌ社製）に代表されるもので、パッドコンディショニング処理（ドレッシング）が必要のないものである。
【０００３】
ポリテックスは、たこつぼが並んだような断面構造のため、研磨の際使用されるスラリー（水、ＳｉＯ２、Ａｌ２０３、薬品（酸化剤）等）の保持性が非常に優れている。又、その表面は非常にしなやかであり、研磨後に被研磨材の表面に鋭い傷（スクラッチ）をつけることもない。
【０００４】
しかしながら、この研磨布の圧縮弾性率は、１０ＭＰａにも満たないので非常に軟らかい。その為、ポリテックスを被研磨材の平坦化工程に使用した場合、研磨速度は非常に遅く、又平坦化性が劣るという問題があった。
【０００５】
また、もう一つは、ＩＣ−１０００（Ｒｏｄｅｌ社製）に代表される布である。ＩＣ−１０００の内部には気泡が形成され、その圧縮弾性率は約２００ＭＰａとポリテックスに比べてかなり硬いものである。
【０００６】
通常、ＩＣ−１０００の研磨布は、ダイヤモンドコンディショニングプレートを用い、パッドコンディショニング処理を半導体装置にあっては被研磨剤としてのウェハを１枚毎に研磨し、ＩＣ−１０００の研磨布の表面層を掻きむしって軟らかい層を形成する。
【０００７】
これは、コンディショニング処理を行わないと、表面層が硬くスラリーの保持する割合が少なくなるので研磨速度が極端に遅くなるのでこれを防ぐためである。
【０００８】
一方、ＩＣ−１０００の研磨布の寿命は、コンディショニング処理の回数によって決まってしまう。コンディショニング処理によって表面層が掻きむしられるからである。
【０００９】
ちなみに、被研磨材としてのウェハ１０００枚をコンディショニング処理した後には、処理前の状態に比べて、研磨布の表面層が約８５０μｍ失われる。寿命を長くするため、研磨布の表面層の掻きむしられる量を少なくするようにコンディショニング条件を和らげた場合、研磨速度が遅くなったり安定しなかったりする。
【００１０】
また、コンディショニング直後の研磨布の表面には、数１０μｍ程度の厚さの軟らかい層（圧縮弾性率１０ＭＰａ以下）が形成されており、この軟らかい層が平坦性を阻害する。
【００１１】
更に、この軟らかい層は、研磨の進行と共に、圧縮され硬くなってゆく。そのため、研磨開始直後には被研磨材の表面層には、スクラッチの発生が少ないが、長時間研磨を続けて研磨布が圧縮されて硬くなると被研磨材の表層面に発生するスクラッチが大きくなる。
【００１２】
上述したように、ポリテックスに代表される研磨布は、その表面層である軟らかい層が形成されるため、被研磨材の表面層に生ずるスクラッチは少ないが研磨速度及び平坦性が劣るという問題があった。
【００１３】
また、ＩＣ−１０００に代表される研磨布は、コンディショニング処理を行わないと研磨時間が長くなるにつれて、被研磨材の表面層にスクラッチが多く発生するという問題があった。
【００１４】
逆にコンディショニングを行うと、研磨布の表面は、掻きむしられて厚さが薄くなるので、寿命が短かくなるいという問題もあった。
【００１５】
更に、上述した従来の研磨布を用いて半導体装置の、例えば埋め込み配線（ダマシン配線）形成のための研磨をする際に、オーバーポリシング（Over Polishing）によってディッシング（Dishing）やシンニング（Thinning）が生ずる。
【００１６】
これは、リソグラフィ行程において上層に形成された配線をショートさせたり、配線の長さがうねりの上で長くなり高抵抗となってしまうなどの欠点をもたらす。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上述した従来の研磨布が指摘されていた欠点を解消し、被研磨材に対する平坦化性能が高く、安定した研磨速度が得られ、被研磨材表面におけるスクラッチの発生の抑制を図り得る研磨布及びこの研磨布を用いた半導体装置の製造方法を提供するにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、以下のように構成されている。
【００１９】
本発明の研磨布(請求項１)は、表面でスラリーを保持し、且つ被処理基体の表面を機械的に研磨する母材と、この母材中に分散され、水に対して可溶であり且つその表面に前記水に対して不溶であるコーティング層が形成されている微粒子と、より成ることを特徴とする。
【００２０】
このとき、前記母材（請求項２）の表面には、前記被処理基体の表面を機械的に研磨する際、その表面に存在する前記微粒子が前記水に溶けて前記微粒子に対応する凹部が形成されることを特徴としている。
【００２１】
前記微粒子（請求項１）は、その表面に、前記水に対して不溶であるコーティング層を有しているから、前記母材内部で複数の微粒子が接触し、接触する全ての微粒子が溶け、表面から内部に向け大きな凹部を形成し、内部まで柔らかくしてしまうのを防ぐことができる。
【００２２】
このとき、前記母材（請求項４）は、内部に空孔が存在しない。被研磨材の表面が研磨されたときの平坦性を確保するための硬さを保持するためである。
【００２４】
又、前記微粒子（請求項５）は、研磨速度を速めるのに好ましくはその粒径が５乃至３０μｍである。
【００２５】
本発明の研磨布（請求項３）は、水に対して可溶でありその表面に前記水に対して不溶であるコーティング層が形成されて成る微粒子が分散され、被研磨材の表面が機械的に研磨されている際、表面にスラリーを保持し、且つ前記微粒子が前記水に溶けて前記表面に微粒子に対応する凹部が形成される母材と、より成る。この場合、研磨中に前記母材の表面層が少しづつ減ってゆきながら前記微粒子が露出し、前記水によって、前記微粒子が溶けてしまい、新たな凹部が表面層に形成される。
【００２６】
このときの前記微粒子（請求項３）は、その表面に、前記水に対して不溶であるコーティング層を形成しているから、前記母材内部で複数の微粒子が接触し、接触する全ての微粒子が溶け、表面から内部に向け大きな凹部を形成し、内部まで柔らかくしてしまうのを防ぐ。
【００２７】
このとき、前記母材（請求項４）は、内部に空孔が存在しない。被研磨材の表面が研磨されたときの平坦性を確保するための硬さを保持するためである。
【００２９】
又、前記微粒子（請求項５）は、研磨速度を速めるのに好ましくはその粒径が５乃至３０μｍである。
【００３０】
又、この発明の研磨布を用いた半導体装置の製造方法（請求項６）は、基板上に絶縁膜を形成した後、前記絶縁膜を通して前記基板に配線溝を設ける工程と、前記基板及び前記配線溝上に金属配線層を設ける工程と、前記配線溝中に前記金属配線を埋設する工程と、表面でスラリーを保持し、且つ被研磨材の表面を機械的に研磨する母材と、前記母材中に分散され、溶媒に対して可溶であり且つその表面に前記溶媒に対して不溶であるコーティング層を形成した微粒子とより成る研磨布によって、前記配線溝中に埋設された前記金属配線の不要部分を研磨し除去し、前記金属配線の表面を平坦化する工程と、を含む。
【００３１】
このとき、前記金属配線は、主成分がＡｌ（請求項７）であり、主成分がＣｕ（請求項８）であり、又は、主成分がＷ（請求項９）である。
【００３２】
更に、この発明の研磨布を用いた半導体装置の製造方法（請求項１０）は、基板に溝を設ける工程と、前記基板上に酸化膜を設け、前記溝内に前記酸化膜を埋設する工程と、表面でスラリーを保持し、且つ被研磨材の表面を機械的に研磨する母材と、前記母材中に分散され、溶媒に対して可溶であり且つその表面に前記溶媒に対して不溶であるコーティング層を形成した微粒子とより成る研磨布によって、前記溝中に埋設された酸化膜の不要部分を研磨し除去し、前記酸化膜の表面を平坦化する工程と、を含む。
【００３３】
このとき、前記酸化膜（請求項１１）は、好ましくはＳｉＯ_２である。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を説明する前に、性能上、理想的な研磨布の構成について図１３を参照して説明する。
【００３５】
安定した研磨速度、被研磨材の表面の高い平坦化性能、及びスクラッチ発生の抑制及び長寿命の条件を満足させるには、図１３に示すような研磨布が考えられる。
【００３６】
内層５１は、平坦化性を確保するために硬い方がよい。表面層５２は、スクラッチの発生を低減させるために、軟らかいことが好ましい。ただし、軟らかい表面層５２は、平坦化性の悪化を防ぐため、極薄い方が好ましい。また、表面層５２は、スラリーを保持するために、適度の表面積を有している方がよい。
【００３７】
本発明の研磨布は、上記した条件を全て兼ね備えている。研磨布の内部は、母材中に微粒子が分散されているので、硬い構成となっている。また、従来の研磨布ＩＣ−１０００のように空孔が存在しないので硬くなっている。
【００３８】
また、研磨布の表面層は、表面に露出した水溶性の微粒子が溶媒に溶けて凹部が形成されている為、表面に凹凸が形成されて表面層が広くなり、スラリーの保持性が良い。
【００３９】
また、表面に凹凸が形成されると、内部に比べて軟らかくなるので、スクラッチの発生が抑制される。
【００４０】
又、本発明の他の実施形態であるが、前記微粒子の表面をコーティングすると、複数の微粒子同士が接触していても、接触していた微粒子が全て溶けることがない。
【００４１】
接触する全ての微粒子が溶けると大きな凹部が形成されて内部の層まで軟らかくなってしまうが、表面をコーティングすることによって、溶媒に溶けるのは、表面に露出した微粒子だけであり、接触する全ての微粒子が溶けることがないので大きな凹部が形成されることがない。
【００４２】
前記溶媒が、水またはスラリーであると、研磨工程の際に表面が削られても、新たに露出した微粒子が、水またはスラリーにとけ出すので、研磨中の性能の劣化が少ない。
【００４３】
また、微粒子の粒径が５乃至３０μｍの場合、研磨速度が速い。
【００４４】
より具体的に、本発明の実施の形態を図１以降の図面を参照して説明する。
【００４５】
［第１の実施形態］
図２は、本発明の第１の実施形態に係わるＣＭＰ用研磨布の構成を示す断面図である。この研磨布１０は、例えばポリスチレンからなる母材１１中に、２５ｗｔ％程度に例えばセルロースからなる水溶性フィラー１２が分散混入されている。
【００４６】
母材１１は硬く、水溶性フィラー１２は、固体であるため圧縮されにくいため、研磨布１０の圧縮弾性率は、１０ＧＰａ以上である。
【００４７】
研磨布１０の表面に水溶性フィラー１２が露出すると、水に対して溶けてしまうので、凹部が形成されて表面積が大きくなる。表面積が大きくなると、軟らかくなるので、研磨の際に被研磨材の表面にスクラッチが形成されず、且つスラリーの保持性が良くなる。
【００４８】
また、この軟らかい表面層は、水溶性フィラーの粒径及び混入率を制御することによって、表面に形成される凹部の密度及びその厚さが変化するので、その厚さを容易に制御することが可能である。従って、水溶性フィラーの粒径及び混入率の制御によって、表面層の柔らかさ及びその厚さを制御することが容易にできる。
【００４９】
研磨布１０、並びに従来の代表的な研磨布であるポリテックス及びＩＣ−１０００を用いて、０．５％のＣｕを含むＡｌ材の研磨を行った場合の研磨速度及びスクラッチ発生の有無を表１に示す。
【００５０】
【表１】

【００５１】
従来の研磨布ＩＣ−１０００の場合、コンディショニング処理を行わないと、研磨速度が６０ｎｍ／ｍｉｎであり、コンディショニング処理を行った場合の研磨速度２１０ｎｍ／ｍｉｎに比べて極端に遅くなっている。
【００５２】
コンディショニング処理を行わない研磨速度が遅いのは、研磨布の表面層でスラリーの保持が行われていないためだと考えられる。
【００５３】
それに対し、本実施形態の研磨布は、コンディショニング処理を行わなくても２０５ｎｍ／ｍｉｎと大きな研磨速度が得られた。これは、研磨布表面に露出した水溶性フィラーが水（スラリー）に溶け、水溶性フィラーの存在していた領域が凹部となって表面積が大きくなるため、スラリーの保持性が良くなるためである。
【００５４】
コンディショニング処理を行わない研磨速度が遅いのは、表面層でスラリーの保持が行われていないためだと考えられる。
【００５５】
それに対し、本実施形態の研磨布は、コンディショニング処理を行わなくても２０５ｎｍ／ｍｉｎと大きな研磨速度が得られた。これは、研磨布表面に露出した水溶性フィラーが水（スラリー）に溶け、水溶性フィラーの存在していた領域が凹部となって表面積が大きくなるため、スラリーの保持性が良くなるためである。
【００５６】
コンディショニング処理を行わない研磨速度が遅いのは、表面層でスラリーの保持が行われていないためだと考えられる。
【００５７】
それに対し、本実施形態の研磨布は、コンディショニング処理を行わなくても２０５ｎｍ／ｍｉｎと大きな研磨速度が得られた。これは、研磨布表面に露出した水溶性フィラーが水（スラリー）に溶け、水溶性フィラーの存在していた領域が凹部となって表面積が大きくなるため、スラリーの保持性が良くなるためである。
【００５８】
コンディショニング処理を行わない研磨速度が遅いのは、研磨布の表面層でスラリーの保持が行われていないためだと考えられる。
【００５９】
それに対し、本実施形態の研磨布は、コンディショニング処理を行わなくても２０５ｎｍ／ｍｉｎと大きな研磨速度が得られた。これは、研磨布表面に露出した水溶性フィラーが水（スラリー）に溶け、水溶性フィラーの存在していた領域が凹部となって表面積が大きくなるため、スラリーの保持性が良くなるためである。
【００６０】
また、本実施形態の研磨布は、研磨速度が安定して得られていた。これは、研磨中に母材１１の表面層が少しずつすり減ってゆきながら、水溶性フィラー１２が露出し、スラリーによって水溶性フィラー１２が溶けてしまい、新たな凹部が形成されるためである。
【００６１】
また、研磨布１０のコンディショニングを行いながら使用した場合、コンディショニングを行わないものや、ポリテックスや従来の研磨布ＩＣ−１０００に比べて非常に大きな、３１０ｎｍ／ｍｉｎの研磨速度が得られた。
【００６２】
また、被研磨材としての図３に示す試料を用いて、ディッシング量の評価を行った。前記試料は、Ｓｉ基板２１上に凹凸を有するシリコン酸化膜２２が形成され、このシリコン酸化膜２２の全面にＡｌ膜２３が堆積されている。
【００６３】
なお、Ａｌ膜２３の膜厚は８００ｎｍ、シリコン酸化膜２２の膜厚は、７００ｎｍ、シリコン酸化膜２２に形成された凹部の高さは４００ｎｍである。また、凹部の幅Ａと、凹部の配置間隔Ｂの関係が、Ａ／（Ａ＋Ｂ）が０．７になるようにしつつ、凹部の幅Ａを１０μｍと１００μｍの場合で評価を行った。
【００６４】
なお、Ａｌ膜２３が研磨され、表面が２３ｂまで研磨された際のディッシング量で評価を行った。
【００６５】
ディッシング量の評価結果を表２に示す。
【００６６】
【表２】

【００６７】
非常に軟らかい研磨布であるポリテックスを用いて研磨を行った場合のディッシング量は、１０ｎｍの配線間隔でも１６０ｎｍあり、１００ｎｍの配線間隔Ａでは３５０ｎｍ以上もあった。
【００６８】
また、コンディショニングが行われた従来の研磨布ＩＣ−１０００を用いて研磨を行った場合のディッシング量は、８０ｎｍ（Ａ＝１０μｍ），２１０ｎｍ（Ａ＝１００μｍ）であり、ポリテックスを用いた場合よりは改善されているが、やはり非常に大きい値である。
【００６９】
コンディショニングによりＩＣ−１０００の表面層には軟らかい層が形成されて研磨の際に被研磨材の表面層における平坦化性に悪影響を及ぼすため、コンディショニングを行わないで研磨を行ったほうが、ディッシング量が小さくなると考えられる。
【００７０】
ところが、結果は逆で、コンディショニングを行わずに研磨を行った場合のディッシング量は、２００ｎｍ（Ａ＝１０μｍ），２５０ｎｍ（Ａ＝１００μｍ）であり、コンディショニングを行った場合よりも悪くなっている。
【００７１】
これは、コンディショニングを行わないと、Ａｌの表面に深い傷（＞２００ｎｍ）がつき、傷が拡大する形でＡｌの浸食が進むためである。
【００７２】
これらの結果に対し、コンディショニングが行われていない本発明の上記実施形態の研磨布１０を用いて研磨を行った場合のディッシング量は、間隔Ａが１０μｍのもので８ｎｍ、間隔Ａが１００μｍのもので４０ｎｍであり、ディッシングが著しく改善されている。
【００７３】
母材自体の圧縮弾性率が１０ＧＰａと非常に硬いこと、また表面層の軟らかい層が、被研磨材表面にスクラッチを生じさせず、且つ母材表面がスラリーを十分に保持し、この表面層の軟らかい層の厚さが、非常に薄くなるよう制御されていることのためディッシングの改善がなされた。
【００７４】
また、コンディショニング処理が行われた研磨布１０を用いて研磨した場合のディッシング量は、２０ｎｍ（Ａ＝１０μｍ），８０ｎｍ（Ａ＝１００μｍ）であった。
【００７５】
ディッシング量が悪化したのは、コンディショニングにより、研磨布の表面の軟らかい層がより軟らかくなった為か、軟らかい層が厚くなった為、若しくはその両方のためである。
【００７６】
次に、水溶性フィラー１２の粒径を変えてＡｌ膜に対する研磨速度の評価を行った。なお、全ての粒径で水溶性フィラーの濃度を２５ｗｔ％に固定して研磨布を製造した。その結果を表３に示す。
【００７７】
【表３】

【００７８】
表３から、水溶性フィラー１２の粒径に応じて研磨速度が変化していることが確認された。粒径が１μｍの場合、被研磨材であるＡｌ膜の表面に多数のスクラッチが発生していた。
【００７９】
これは、研磨布の粒径が小さすぎるため、研磨布の表面に形成される凹凸が微細すぎて、表面に軟らかな層が形成されなかったのと同時に、スラリーの保持が困難であったためである。
【００８０】
一方、粒径が５０μｍ及び１００μｍの場合、研磨速度が遅くなっている。これは、凹凸が大きすぎたためと考えられる。以上の結果から、水溶性フィラーの粒径は、５乃至３０μｍ程度が好ましいと言える。
【００８１】
以上説明したように、本実施形態の研磨布は、凹凸が形成され軟らかい表面層と、母材及び固体の水溶性フィラーからなる硬い内部層とから構成されているので、理想的な研磨布にほぼ等しくなる。
【００８２】
従って、研磨布の凹凸のある軟らかい表面層によって、研磨速度の向上及び被研磨材の表面層に生ずるスクラッチの形成が抑制されると共に、研磨布の内部の硬い層によって平坦化の向上を図ることができる。
【００８３】
また、本発明の研磨布は、母材の表面層が削れても新しい、水溶性フィラーが露出して水又はスラリーに溶け出すので、常に表面層に軟らかい層が存在するので、安定した研磨速度を得ることができる。
【００８４】
また、軟らかい表面層が自動的に形成されるので、コンディショニング処理をほとんど必要としないので、研磨布の寿命が長くなる。
【００８５】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係わる研磨布の構成を示す断面図である。
【００８６】
なお、図４において、図２と同一なものには同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００８７】
本実施形態の特徴は、水溶性フィラー１２の表面が、水（スラリー）に対して不溶性の材料からなるコーティング層３１でコーティングされていることである。
【００８８】
水溶性フィラーを多量に母材中に混入させた場合、水溶性フィラー同士が接触する確率が高くなる。複数の水溶性フィラー同士が接触した状態で、水につけると、図５に示すように、深い凹部４１が形成されてしまう。
【００８９】
しかし、本実施形態のように、コーティング層でコーティングすることで、接触している水溶性フィラー１２が、全て溶けることがない。従って、母材内の奥深くまで凹部が形成されることによる、弾性率の低下を防ぐことができる。
【００９０】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、母材としてポリスチレンを、また水溶性フィラーとしてセルロースを例として挙げたが、他の材料を用いることができる。
【００９１】
また、固体の水溶性フィラーの代わりに、液体を母材中に分散混入させても良い。液体は、固体に比べて軟らかいが、気体に比べれば十分硬いので、水溶性フィラーの替わりに用いることができる。もちろん、表面に露出した液体は流れ出るので、液体が存在していた領域に凹部が形成され、固体の水溶性フィラーと同様の効果を持つ。
【００９２】
また、母材中に混入される微粒子としては、水溶性だけでなく、他の溶媒に対して溶けるようなもので有ればよい。研磨処理を行う前に、研磨布の表面に微粒子を溶かし得る溶媒を浴びせることによって微粒子を溶かし凹部を形成すればよい。
【００９３】
次に、上記研磨布を用いて、配線溝を有するダマシン配線構造の半導体装置を製造する方法の実施態様について説明する。
【００９４】
図６は、ＳｉＯ_２基板１に設けられた配線溝２中にＡｌ配線３を埋め込むダマシン配線構造の部分的な断面図を示している。
【００９５】
配線溝２の深さは、４，０００Å（オングストローム）、幅は、１００μm、及び研磨前におけるＡｌ配線３のＡｌ層の厚さを８，０００Å（オングストローム）とする。
【００９６】
このような構造で、配線溝２にＡｌ配線３を埋め込み、上方からＡｌ配線３の表面を研磨布で研磨したとき、ＳｉＯ_２基板１の表面以下の溝内にまでオーバーポリシング（Over Polishing）してしまい、いわゆるデッシング（Dishing）又はシニング（Thinning）が生じてしまう。
【００９７】
この実施態様において、荷重３００g/ｃｍ²、テーブル及びキャリアの回転数５０rpmで平坦性の評価を行った。その結果、配線溝２に埋め込まれたＡｌ配線３上のスクラッチは、ＫＬＡで評価を行ったところ、従来の研磨布ＩＣ−１０００では、４２，３２８個／Wafer、観察された。
【００９８】
これに対し、本発明の研磨布は、３２０個の／Waferのスクラッチが観察されたに過ぎなかった。
本発明の研磨布において、デッシング（Dishing）の発生が従来の研磨布と比較して格段に改善されたことを図７に示す。
【００９９】
従来の研磨布ＩＣ−１０００を用いてＡｌ配線３を研磨したときに発生するデッシング（Dishing）の数は、点線で示すようにオーバーポリシング（Over Polishing）が溝の深さの６０％に至ると３５００Dishing（Å）を越えてしまう。
【０１００】
これに対して本発明の内部に分散された微粒子を含む研磨布は、Ａｌ_２Ｏ_３を３ｗｔ％、（ＮＨ_４）_２Ｓ_２Ｏ_８を１ｗｔ％、及びベンズトリアゾールを０．０２％としたスラリーを表面に保持させたものを採用して、Ａｌ配線３の表面を研磨したとき、発生するデッシング（Dishing) の数は、実線で示すようにオーバポリシングス（Over Polishing）が溝の深さの６０％に達したときであっても、殆ど増加しない。
【０１０１】
このことは、Ａｌ配線３の品質、特性が向上したことを意味し配線形成が良好に行われたと言える。
【０１０２】
図８は、ＳｉＯ_２基板１に設けられた配線溝２中にＣｕ配線4を埋め込むダマシン配線構造の部分的な断面図を示している。
【０１０３】
配線溝２の深さは、４，０００Å（オングストローム）、幅は、１００μm、及び研磨前におけるＣｕ配線４のＣｕ層の厚さを８，０００Å（オングストローム）とする。
【０１０４】
本発明の研磨布において、デッシング（Dishing)の発生が従来の研磨布と比較して格段に改善されたことを図９に示す。
【０１０５】
従来の研磨布ＩＣ−１０００を用いてＣｕ配線4を研磨したときに発生するデッシング（Dishing)の数は、点線で示すようにオーバポリシング（Over Polishing）が溝の深さの６０％に至ると３５００Dishing （Å）の近傍に達する。
【０１０６】
これに対して、本発明の実施態様の、内部に分散された微粒子を含む研磨布は、Ａｌ_２Ｏ_３を１ｗｔ％、（ＮＨ_４）_２Ｓ_２Ｏ_８を１ｗｔ％及びベンズトリアゾールを０．０５％としたスラリーを表面に保持させたものを採用して、Ｃｕ配線4の表面を研磨したとき、発生するデッシング（Dishing) の数は、実線で示すようにオーバポリシング（Over Polishing）が溝の深さの６０％に達したときであっても、僅かしか増加しない。
【０１０７】
図１０は、ＳｉＯ_２基板１に設けられた配線溝２中にＷ配線層５を埋め込むダマシン配線構造の部分的な断面図を示している。
【０１０８】
配線溝２の深さは、４，０００Å（オングストローム）、幅は、１００μm、及び研磨前におけるＷ配線層５のＷ層の厚さを８，０００Å（オングストローム）とする。
【０１０９】
本発明の研磨布において、デッシング（Dishing)の発生が従来の研磨布と比較して格段に改善されたことを図１１に示す。
【０１１０】
従来の研磨布ＩＣ−１０００を用いてＷ配線５を研磨したときに発生する
デッシング（Dishing)の数は、点線で示すようにオーバポリシング（Over Polishing）が溝の深さの６０％に至ると３５００Dishing ／Åを越える。
【０１１１】
これに対して本発明の内部に分散された微粒子を含む研磨布は、Ａｌ_２Ｏ_３を３ｗｔ％、Ｆｅ（ＮＯ_３）_３を５ｗｔ％としたスラリーを表面に保持させたものを採用して、Ｗ配線５の表面を研磨したとき、発生するデッシング（Dishing)の数は、実線で示すようにオーバポリシング（Over Polishing）が溝の深さの６０％に達したときであっても、僅かしか増加しない。
【０１１２】
次に、本発明の他の実施態様として、図１２に示すように、Ｓｉ基板１上の厚さ１４，０００Å（オングストローム）の酸化膜６を、深さ７，０００Å（オングストローム）、幅が、１００μmの配線溝２内に埋設し、本発明の研磨布で酸化膜６を上面から研磨する。このときのスラリーは、Cabot社製ＳＣ−１を純水で３倍希釈したものを用いる。
【０１１３】
その結果、図１３に示すように、従来の研磨布ＩＣ−１０００と本発明の研磨布とを比較したとき、同一のオキサイド・リムーバル（Oxide Removal）量Å（オングストローム）を得るのに、リメイニング・ステップ（Remaining Step）量Å（オングストローム）は、本発明の研磨布の方がより理想的曲線に近付いていることが分かる。
【０１１４】
それによって、本発明の研磨布を用いて酸化膜の表面を研磨することによって、ばらつきのない平坦化が実現できる。
【０１１５】
その他、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが可能である。
【０１１６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の研磨布によれば、被研磨材の表面を機械的に研磨するための母材中に、溶媒に対して可溶である微粒子を分散混入することによって、特に、研磨中に前記微粒子が前記溶媒に溶けて、研磨布の表面に凹部を形成するので、被研磨材の表面層上において、高い平坦化性能，安定した研磨速度が得られ、被研磨材の表面でのスクラッチの発生を抑制できる。
【０１１７】
又、基板上に配線溝を設け、この配線溝中に金属配線を埋め込み、前記金属配線の不要部分を、母材中に溶媒に対して可溶である微粒子を分散混入して構成した研磨布で研磨し除去することにより、前記金属配線（特にダマシン配線）のクオリティを高めることができる。
【０１１８】
更に、この発明の研磨布を用いた半導体の製造方法は、配線溝中に金属配線に替え酸化膜を埋設した場合でも、本発明の研磨布で研磨することにより、前記酸化膜の表面を良好に平坦化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】理想的な研磨布の構成を示す模式図。
【図２】本発明の第１実施形態に係わる研磨布の構成を示す部分的断面図。
【図３】研磨布の評価に用いた被研磨体の構成を部分的に示す断面図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係わる研磨布の構成を示す部分的断面図。
【図５】研磨布の微粒子同士が接触することによって生ずる問題点を説明するための研磨布の断面図。
【図６】本発明の研磨布を用いて研磨される埋め込み配線（ダマシン配線）構造の金属配線がAl である場合の半導体装置の形成過程を示す要部断面図。
【図７】本発明の研磨布を用いて図５に示す金属配線Alを研磨したときのデッシング（Dishing)の発生を従来例と比較したときの図。
【図８】本発明の研磨布を用いて研磨される埋め込み配線（ダマシン配線）構造の金属配線がCu である場合の半導体装置の形成過程を示す要部断面図。
【図９】本発明の研磨布を用いて図７に示す金属配線Cuを研磨したときのデッシング（Dishing)の発生を従来例と比較したときの図。
【図１０】本発明の研磨布を用いて研磨される埋め込み配線（ダマシン配線）構造の金属配線がW である場合の半導体装置の形成過程を示す要部断面図。
【図１１】本発明の研磨布を用いて図９に示す金属配線Wを研磨したときのデッシング（Dishing)の発生を従来例と比較したときの図。
【図１２】本発明の半導体装置の製造方法に係る応用例を示し、基板に設けられた溝中に埋め込まれた酸化膜を本発明の研磨布を用いて研磨する半導体装置の形成過程を示す要部断面図。
【図１３】本発明の研磨布を用いて図１０に示す酸化膜を研磨したときの同一リメイニングステップ（Remaining step）/Åにおいてオキサイド・リムーバル（Oxide Removal）の値が従来例と比較して改善されたことを示す図。
【符号の説明】
１０…研磨布
１１…母材
１２…水溶性フィラー（微粒子）
３１…コーティング層
１…ＳｉＯ_２基板
２…配線溝
３…金属配線Ａｌ
４…金属配線Ｃｕ
５…金属配線Ｗ
６…酸化膜

Claims

表面でスラリーを保持し、且つ被処理基体の表面を機械的に研磨する母材と、
前記母材中に分散され、水に対して可溶であり、且つその表面に前記水に対して不溶であるコーティング層が形成されている微粒子と、より成ることを特徴とする研磨布。
前記母材の表面には、前記被処理基体の表面を機械的に研磨する際、その表面に存在する前記微粒子が前記水に溶けて前記微粒子に対応する凹部が形成されることを特徴とする請求項１に記載の研磨布。
水に対して可溶であり、且つその表面に前記水に対して不溶であるコーティング層が形成されている微粒子と、
内部に前記微粒子が分散され、被研磨材の表面を機械的に研磨する際、その表面にスラリーを保持し、且つその表面に存在する前記微粒子が前記水に溶けて前記表面に微粒子に対応する凹部が形成される母材と、より成ることを特徴とする研磨布。
前記母材は、内部に空孔が存在しないことを特徴とする請求項１あるいは請求項３に記載の研磨布。
前記微粒子は、その粒径が５乃至３０μｍであることを特徴とする請求項１或いは請求項３に記載の研磨布。
基板上に絶縁膜を形成した後、前記絶縁膜を通して前記基板に配線溝を設ける工程と、
前記基板及び前記配線溝上に金属配線層を設ける工程と、
前記配線溝中に金属配線を埋設する工程と、
表面でスラリーを保持し且つ被研磨材の表面を機械的に研磨する母材と、前記母材中に分散され、溶媒に対して可溶であり且つその表面に前記溶媒に対して不溶であるコーティング層が形成されている微粒子とより成る研磨布によって、前記配線溝中に埋設された金属配線の不要部分を研磨し除去し、前記金属配線の表面を平坦化する工程と、を含むことを特徴とする研磨布を用いた半導体装置の製造方法。
前記金属配線は、主成分がＡｌであることを特徴とする請求項６に記載の研磨布を用いた半導体装置の製造方法。
前記金属配線は、主成分がＣｕであることを特徴とする請求項６に記載の研磨布を用いた半導体装置の製造方法。
前記金属配線は、主成分がＷであることを特徴とする請求項６に記載の研磨布を用いた半導体装置の製造方法。
基板に溝を設ける工程と、
前記基板上に酸化膜を設け、前記溝内に前記酸化膜を埋設する工程と、
表面でスラリーを保持し、且つ被研磨材の表面を機械的に研磨する母材と、前記母材中に分散され、溶媒に対して可溶であり、且つその表面に前記溶媒に対して不溶であるコーティング層が形成されている微粒子とより成る研磨布によって、前記溝中に埋設された酸化膜の不要部分を研磨し除去し、前記酸化膜の表面を平坦化する工程と、を含むことを特徴とする研磨布を用いた半導体装置の製造方法。
前記酸化膜は、ＳｉＯ_２であることを特徴とする請求項１０に記載の研磨布を用いた半導体装置の製造方法。