ＣＭＰ用スラリーおよび半導体装置の製造方法
【課題】欠陥を発生させることなく、下層のＣＭＰストッパー膜を実質的に研磨せずに、実用的な速度でシリコン酸化膜を研磨できるＣＭＰ用スラリーを提供することである。
【解決手段】実施形態のＣＭＰ用スラリーは、総量の０．５質量％以上３質量％以下で配合されたコロイダルシリカと、総量の０．１質量％以上１質量％以下で配合された重量平均分子量５００以上１０，０００以下のポリカルボン酸とを含有し、ｐＨが２．５以上４．５以下である。コロイダルシリカ全体の５０質量％以上９０質量％以下の粒子は、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下の一次粒子径を有する。
【解決手段】実施形態のＣＭＰ用スラリーは、総量の０．５質量％以上３質量％以下で配合されたコロイダルシリカと、総量の０．１質量％以上１質量％以下で配合された重量平均分子量５００以上１０，０００以下のポリカルボン酸とを含有し、ｐＨが２．５以上４．５以下である。コロイダルシリカ全体の５０質量％以上９０質量％以下の粒子は、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下の一次粒子径を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ＣＭＰ用スラリーおよび半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、半導体装置の製造における素子分離ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）の形成には、セリア系スラリーを用いたＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）が採用されている。ＣＭＰストッパー膜を有する半導体基板に溝を設けて、その上にシリコン酸化膜を形成し、余分なシリコン酸化膜をＣＭＰにより除去してＳＴＩが形成される。
【０００３】
セリア系スラリーは、シリコン酸化膜の研磨速度が大きく、ＣＭＰストッパー膜の研磨速度は小さい。シリカ系スラリーでは達成し得なかった高い選択比でシリコン酸化膜を研磨できる点では、セリア系スラリーは有利である。
【０００４】
希土類元素の使用削減が望まれるものの、セリア系スラリーに匹敵する性能を有するスラリーは未だ得られていないのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１６３４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、欠陥を発生させることなく、下層のＣＭＰストッパー膜を実質的に研磨せずに、実用的な速度でシリコン酸化膜を研磨できる、セリア系スラリーに代わるＣＭＰ用スラリーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態のＣＭＰ用スラリーは、総量の０．５質量％以上３質量％以下で配合されたコロイダルシリカと、総量の０．１質量％以上１質量％以下で配合された重量平均分子量５００以上１０，０００以下のポリカルボン酸とを含有し、ｐＨが２．５以上４．５以下である。コロイダルシリカ全体の５０質量％以上９０質量％以下の粒子は、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下の一次粒子径を有することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ＳＴＩの製造工程を表わす断面図。
【図２】一実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図。
【図３】プラグの製造工程を説明する断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態を具体的に説明する。
【００１０】
本実施形態のＣＭＰ用スラリーは、研磨粒子としてコロイダルシリカを含有し、その量は、スラリー総量の０．５質量％以上３質量％以下に規定される。コロイダルシリカの含有量が少なすぎる場合には、実用的な速度（１８０ｎｍ／ｍｉｎ以上）でシリコン酸化膜を研磨することができない。一方、コロイダルシリカの含有量が多すぎるスラリーは、シリコン酸化膜を選択的に研磨することができず、その下層のＣＭＰストッパー膜も研磨してしまう。シリコン酸化膜の下層のＣＭＰストッパー膜は、通常、シリコン窒化膜またはポリシリコン膜から構成される。
【００１１】
ＣＭＰストッパー膜がシリコン酸化膜とともに研磨された場合には、研磨後の表面の平坦性も低下する。したがって、本実施形態のＣＭＰ用スラリーにおいては、コロイダルシリカの量を、スラリー総量の０．５質量％以上３質量％以下に規定した。コロイダルシリカの量は、スラリー総量の１質量％以上２質量％以下が好ましい。
【００１２】
コロイダルシリカ全体の５０質量％以上９０質量％以下の粒子は、一次粒子径が３ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。コロイダルシリカの一次粒子径は、次のような手法により求められる。
【００１３】
まず、コロイダルシリカのＴＥＭ像（倍率５０〜１００万）を得、画像中から２００個の粒子をランダムに選択する。それぞれの粒子について、周辺長を円に近似し、その直径を一次粒子径とする。具体的には、一般的な画像解析ソフトによって周辺長を円に近似する。一次粒子径が３ｎｍ以上１０ｎｍ以下の粒子が１００個以上１８０個以下の場合には、本実施形態の範囲内となる。
【００１４】
一次粒子径が３ｎｍ以上１０ｎｍ以下の粒子が少なすぎる場合には、研磨後の表面の平坦性が低下する。しかも、ＣＭＰストッパー膜の研磨速度が高められて、所望の選択比を得ることができない。一次粒子径が３ｎｍ以上１０ｎｍ以下の粒子が多すぎる場合には、ＣＭＰストッパー膜の研磨速度は、さらに大きくなって、選択比および平坦性が著しく低下する。
【００１５】
シリカ総量の５０質量％以上の粒子の一次粒子径が３ｎｍ未満の場合には、実用的な速度でシリコン酸化膜を研磨することができない。一方、シリカ総量の５０質量％以上の一次粒子径が１０ｎｍを超えた場合には、ＣＭＰストッパー膜の研磨速度が著しく増大して、選択比を確保することができない。
【００１６】
ＣＭＰストッパー膜を実質的に研磨せず、シリコン酸化膜を選択的かつ実用的な速度で研磨するためには、シリカ総量の５０質量％以上９０質量％以下の一次粒子径は、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下に規定される。研磨速度が１０ｎｍ／ｍｉｎ未満であれば、実質的に研磨しないとすることができる。次のようなシリカであれば、一次粒子径が３ｎｍ以上１０ｎｍ以下のシリカの量を、シリカ総量の５０質量％以上９０質量％以下に制御することができる。例えば、アルコキシシランの加水分解で生成したシリカや、ケイ酸ナトリウム水溶液からナトリウム除去し形成するシリカなどのコロイダルシリカである。
【００１７】
一次粒子径が３ｎｍ以上１０ｎｍ以下の粒子が、シリカ総量の５０質量％以上９０質量％以下を占めていれば、残部のシリカの一次粒子径は特に限定されない。５０ｎｍを超える一次粒子径を有するシリカが、シリカ総量の１質量％程度含まれていても問題ない。シリカ総量の１０質量％程度までであれば、３ｎｍ未満の一次粒子径を有するシリカが含まれていてもよい。
【００１８】
研磨粒子としてのコロイダルシリカに加えて、本実施形態にかかるＣＭＰ用スラリーには、重量平均分子量が５００以上１００００以下内のポリカルボン酸が所定の量で含有される。ポリカルボン酸は、シリカの凝集体の形成を助ける。ポリカルボン酸の重量平均分子量が小さすぎる場合には、研磨後の表面の平坦性が低下する。ポリカルボン酸の重量平均分子量が大きすぎる場合には、実用的な速度でシリコン酸化膜を研磨することができない。したがって、ポリカルボン酸の重量平均分子量は５００以上１００００以下に規定した。ポリカルボン酸の重量平均分子量は、１０００以上６０００以下が好ましい。
【００１９】
ポリカルボン酸の重量平均分子量は、例えば、ＧＰＣ（ゲルパーミエーションクロマトグラフィー）によって測定されたポリエチレングリコール換算の重量平均分子量（Ｍｗ）を適用できる。
【００２０】
ポリカルボン酸の含有量が少なすぎる場合には、研磨後の表面の平坦性が低下し、ポリカルボン酸の含有量が多すぎる場合には、実用的な速度でシリコン酸化膜を研磨することができない。したがって、ポリカルボン酸の含有量は、スラリー総量の０．１質量％以上１質量％以下に規定される。ポリカルボン酸の含有量は、スラリー総量の０．３質量％以上０．６質量％以下が好ましい。
【００２１】
ポリカルボン酸としては、例えば、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリマレイン酸、およびこれらの塩等が挙げられる。分子量の制御性に優れ、重量平均分子量５００以上１００００以下の際の親水疎水バランスも良好であることから、ポリアクリル酸が特に好ましい。シリカの凝集体を適切に生成して研磨布との相互作用が十分に高められ、高速研磨が可能となる。
【００２２】
さらに、本実施形態のＣＭＰ用スラリーは、ｐＨが２．５以上４．５以下の範囲内に規定される。ｐＨが２．５未満の場合には、シリコン窒化膜等のＣＭＰストッパー膜の研磨速度が大きくなって、選択比を確保することができない。一方、ｐＨが４．５より大きい場合には、ＣＭＰストッパー膜の研磨速度が大きくなるのに加えて、実用的な速度でシリコン酸化膜を研磨することができない。このため、選択比が著しく低下するのに加えて、研磨後の平坦性も低下する。
【００２３】
マレイン酸、クエン酸、リンゴ酸、シュウ酸、マロン酸などのｐＨ調整剤を加えることによって、目的のｐＨに調整することができる。本実施形態のＣＭＰ用スラリーのｐＨは、３以上３．５以下の範囲であることがより好ましい。
【００２４】
上述したような条件を全て備えることによって、シリコン窒化膜等のＣＭＰストッパー膜を実質的に研磨せずに、シリコン酸化膜を高い速度で研磨可能なＣＭＰ用スラリーを得ることが可能となった。
【００２５】
所定のコロイダルシリカとポリカルボン酸とを水に加えて、本実施形態にかかるＣＭＰ用スラリーが得られる。水としては例えば純水を用いることができる。
【００２６】
必要に応じて、非イオン性界面活性剤としてポリビニルアルコール、ポリオキシエチレン、およびポリビニルピロリドン等の添加剤が本実施形態のＣＭＰ用スラリーに含有されてもよい。こうした添加剤は、例えば、平坦性を高めて、かつスクラッチを低減することが目的の場合には、スラリー総量の０．０１〜０．５質量％程度の量で加えることができる。
【００２７】
本実施形態にかかるＣＭＰ用スラリーは、ＳＴＩの製造に適用することができる。ここで、図１を参照して、ＳＴＩの製造方法について説明する。まず、図１（ａ）に示されるような、ＣＭＰストッパー膜２１を表面に有しＳＴＩパターンＢが設けられた半導体基板２０を準備する。ＣＭＰストッパー膜２１としては、シリコン窒化膜またはポリシリコン膜を用いることができる。
【００２８】
半導体基板２０とＣＭＰストッパー膜２１との間には、例えばシリコン酸化膜等が設けられていてもよい。シリコン酸化膜等をエッチングマスクとして半導体基板２０をＣＭＰストッパー膜２１とともに加工して、ＳＴＩパターンＢが形成される。このＳＴＩパターンＢの幅および間隔は、０．０１〜５μｍの範囲で適宜決定することができ、ＳＴＩパターンＢの深さは、１００〜１０００ｎｍの範囲で適宜決定することができる。
【００２９】
ＣＭＰストッパー膜２１上には、図１（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜２２を形成する。シリコン酸化膜２２の形成には、例えば高密度プラズマＣＶＤ法（ＨＤＰ−ＣＶＤ）等を採用することができる。シリコン酸化膜２２の膜厚は、１５０〜１１００ｎｍの範囲で適宜決定することができ、全面にわたってＳＴＩパターンＢ外にも形成される。シリコン酸化膜２２は被研磨膜となるので、図１（ｂ）に示される構成は、被研磨膜を有する半導体基板１４と称することができる。
【００３０】
次に、全面のＣＭＰを行なって、図１（ｃ）に示すようにＳＴＩパターンＢ外のシリコン酸化膜２２を除去する。ＳＴＩパターンＢの内部にシリコン酸化膜２２が埋め込まれ、ＳＴＩパターンＢの外においてはＣＭＰストッパー膜２１の表面が露出される。
【００３１】
シリコン酸化膜２２の研磨に当たっては、図２に示すように、研磨布１２が貼付されたターンテーブル１１を、回転機構（図示せず）により回転させつつ、被研磨膜を有する半導体基板１４を保持した研磨ヘッド１３を当接させる。被研磨膜を有する半導体基板１４においては、図１（ｂ）に示したように、被研磨膜としてのシリコン酸化膜が形成されている。
【００３２】
研磨荷重は１００〜５００ｈＰａの範囲内で適宜選択することができ、ターンテーブルおよび研磨ヘッドの回転数は３０〜１２０ｒｐｍの範囲内で適宜選択することができる。研磨布１２の中央領域に、スラリー１５としてのサンプルを、スラリー供給ノズル１６から供給し、所定時間、研磨を行なって図１（ｃ）に示すように、ＳＴＩパターンＢ内にシリコン酸化膜が残置されてＳＴＩが得られる。
【００３３】
上述したように本実施形態にかかるＣＭＰ用スラリーは、シリコン酸化膜の研磨速度が大きく、シリコン窒化膜、ポリシリコン膜といったＣＭＰストッパー膜の研磨速度は小さい。こうしたＣＭＰストッパー膜は、プラグを形成する際にＷ膜などの金属膜の下層にも設けられる。本実施形態のＣＭＰ用スラリーに酸化剤を加えた場合には、ＣＭＰストッパー膜に対して選択的に金属膜を研磨することができる。
【００３４】
酸化剤としては、例えば、過酸化水素、および過硫酸二アンモニウム等が挙げられる。酸化剤の含有量は、スラリー総量の０．０５〜５質量％程度とすることができる。酸化剤が含有された本実施形態のＣＭＰ用スラリーは、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｕおよび、これらを主成分とする窒化物、酸化物、炭化物および、これら混合物などの金属膜を実用的な研磨速度（２０ｎｍ／ｍｉｎ以上）で研磨することができる。しかも、シリコン窒化膜およびポリシリコン膜の研磨速度は、１０ｎｍ／ｍｉｎ未満程度である。したがって、例えばＣＭＰストッパー膜としてのシリコン窒化膜の上に設けられた金属膜を、高い選択比で研磨することができる。
【００３５】
ここで、図３を参照して微細プラグの形成について説明する。まず、図３（ａ）に示すように、半導体基板３０上に順次形成された絶縁膜３１およびＣＭＰストッパー膜３２にホールＡを形成し、バリアメタル３３および配線材料膜３４を形成する。半導体基板３０には、半導体素子（図示せず）が形成されている。
【００３６】
絶縁膜３１は、例えば膜厚５００〜５０００ｎｍのシリコン酸化膜とすることができ、その上のＣＭＰストッパー膜３２は、例えば膜厚１０〜５０ｎｍのシリコン窒化膜とすることができる。これらに設けられるホールＡは、例えば、幅が３０〜１００ｎｍ、被覆率０．０００１〜６５％の微細ホールとすることができる。ここで被覆率とは、任意の領域におけるホールの密度をさす。
【００３７】
バリアメタル３３は、例えばＣＶＤ法などによって全面に形成することができる。このバリアメタル３３は、例えば、Ｔｉ、ＴｉＮ等を用いて３〜５０ｎｍの膜厚で形成することができる。バリアメタル３３上の配線材料膜３４も同様に、ＣＶＤ法などによって全面に形成される。配線材料膜３４は、例えばＷ等を用いて１００〜６００ｎｍの膜厚で形成することができる。図３（ａ）に示されるように、配線材料膜３４はホールＡ外にも形成される。
【００３８】
次に、全面のＣＭＰを行なって、図３（ｂ）に示すようにホールＡ外の配線材料膜３４を除去する（１ｓｔポリッシュ）。ここでのＣＭＰに用いられるスラリーは、配線材料膜の材質に応じて適宜選択することができる。１ｓｔポリッシュによって、ホールＡ内に配線材料膜３４が埋め込まれ、ホールＡ外においてはバリアメタル３３の表面が露出される。バリアメタル３３は被研磨膜となるので、図３（ｂ）に示される構成は、被研磨膜を有する半導体基板１４と称することができる。
【００３９】
その後、タッチアップＣＭＰを行なって、ホールＡ外のバリアメタル３３を除去することにより、図３（ｃ）に示されるようにＣＭＰストッパー膜３２の表面が露出される。このとき、ＣＭＰストッパー膜３２の表面の一部も除去される。こうして、ＣＭＰストッパー膜３２を表面に有する絶縁膜３１のホールＡ内に、バリアメタル３３を介して配線材料膜３４が埋め込まれてプラグが形成される。
【実施例】
【００４０】
以下に、ＣＭＰ用スラリーおよび半導体装置の製造方法の具体例を示す。
【００４１】
＜実施例１＞
研磨粒子としてのコロイダルシリカとポリアクリル酸とを純水に加えて、サンプルＮｏ．１のスラリーを調製した。コロイダルシリカの濃度は、スラリー総量の１．５質量％であり、コロイダルシリカ全体の６０質量％の粒子の一次粒子径は、３ｍ以上１０ｎｍ以下であった。コロイダルシリカの一次粒子径は、上述したようにＴＥＭ像上の一つの独立した粒子の像から求められた。楕円形状であっても、その周辺長を円に変換し、求めた直径を一次粒子径と判断した。
【００４２】
ポリアクリル酸の重量平均分子量は３，０００であり、その濃度はスラリー総量の０．２質量％とした。また、ｐＨ調整剤としてのマレイン酸を加えて、ｐＨを３．５に調整した。
【００４３】
さらに、コロイダルシリカ全体の６０質量％の粒子の一次粒子径を次のように変更する以外はＮｏ．１のサンプルと同様にして、Ｎｏ．２，３のサンプルを調製した。
【００４４】
Ｎｏ．２：３ｎｍ未満
Ｎｏ．３：１０ｎｍより大きい
各スラリーを用いてＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）を製造し、研磨特性を調べた。
【００４５】
ＣＭＰストッパー膜２１として、半導体基板２０上にシリコン窒化膜を形成し、図１（ａ）に示すようにＳＴＩパターンＢを形成した。ＳＴＩパターンＢの幅および間隔は、いずれも１μｍである（ライン／スペース：１μｍ／１μｍ）。また、ＳＴＩパターンＢの深さは、２００ｎｍである。
【００４６】
ＣＭＰストッパー膜２１上には、図１（ｂ）に示すように、膜厚２８０ｎｍのシリコン酸化膜２２を、高密度プラズマＣＶＤ法（ＨＤＰ−ＣＶＤ）等により形成した。次に、全面のＣＭＰを行なって、図１（ｃ）に示すようにＳＴＩパターンＢ外のシリコン酸化膜２２を除去した。
【００４７】
シリコン酸化膜２２の研磨に当たっては、図２に示すように、研磨布１２が貼付されたターンテーブル１１を、回転機構（図示せず）により１００ｒｐｍで回転させつつ、被研磨膜を有する半導体基板１４を保持した研磨ヘッド１３を２００ｈＰａの研磨荷重で当接させた。ここで用いた研磨布１２はＩＣ１０００（ニッタ・ハース社）製である。研磨ヘッド１３は、図示しない回転機構により１０２ｒｐｍで回転させ、研磨布１２の中央領域に、スラリー１５としてのサンプルを、スラリー供給ノズル１６から供給した。
【００４８】
所定時間、研磨を行なうことによって、ＳＴＩパターンＢの内部にシリコン酸化膜２２が埋め込まれ、ＳＴＩパターンＢの外においてはＣＭＰストッパー膜２１の表面が露出された。
【００４９】
研磨速度（ＳｉＯ2およびＳｉＮ）、ＳｉＯ2／ＳｉＮ選択比、平坦性、およびスクラッチ数を、以下の基準で評価した。研磨時間は、研磨テーブルを回転させるモータのトルク電流の変化により決定した。平坦性は、ライン／スペース（１μｍ／１μｍパターン）を、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で測定して求め、スクラッチは、ライン／スペース（１μｍ／１μｍパターン）を、ウエハ欠陥検査装置 ＫＬＡ２８１５（ケーエルエー・テンコール社製）で測定して求めた。具体的には、ＫＬＡ２８１５で総欠陥数をカウントし、その欠陥をランダムに５０個ＳＥＭ観察を行なって欠陥を分類した。下記数式よってスクラッチ数を求めた。
【００５０】
スクラッチ数＝（ＳＥＭで観測されたスクラッチ数）／５０×総欠陥数
ＳｉＯ2研磨速度
Ａ：１８０ｎｍ／ｍｉｎ以上
Ｂ：１５０ｎｍ／ｍｉｎ以上１８０ｎｍ／ｍｉｎ未満
Ｃ：１５０ｎｍ／ｍｉｎ未満
ＳｉＮ研磨速度
Ａ：１０ｎｍ／ｍｉｎ未満
Ｂ：１０ｎｍ／ｍｉｎ以上２０ｎｍ／ｍｉｎ未満
Ｃ：２０ｎｍ／ｍｉｎ以上
ＳｉＯ2／ＳｉＮ選択比
Ａ：１５以上
Ｂ：１０以上１５未満
Ｃ：１０未満
平坦性
Ａ：２０ｎｍ未満
Ｂ：２０ｎｍ以上３０ｎｍ未満
Ｃ：３０ｎｍ以上
スクラッチ
Ａ：１０未満
Ｂ：１０以上３０未満
Ｃ：３０以上
いずれの評価も、“Ｃ”は、ＮＧである。ＳｉＯ2／ＳｉＮ選択比が“Ｂ”であっても、平坦性およびスクラッチの加工精度の評価が“Ａ”であればＯＫと判断する。サンプルＮｏ．１〜３のスラリーを用いた結果を、下記表１にまとめる。
【表１】
【００５１】
上記表１に示されるように、シリカ全体の６０質量％の粒子の一次粒子径が３ｎｍ未満の場合（Ｎｏ．２）には、実用的な速度でシリコン酸化膜を研磨することができない。しかも研磨後の表面の平坦性は劣化し、スクラッチ数も増加する。一方、シリカ全体の６０質量％の粒子の一次粒子径が１０ｎｍを超える場合（Ｎｏ．３）には、シリコン窒化膜で研磨を停止することができず、選択比が得られない。平坦性はさらに低下し、スクラッチ数も増加する。
【００５２】
一次粒子径が３ｎｍ以上１０ｎｍ以下の粒子がシリカ全体の６０質量％を占める場合には、研磨速度（ＳｉＯ2およびＳｉＮ）、選択比、平坦性、およびスクラッチ数の全ての条件を満たすことができる。
【００５３】
次に、以下の点を変更する以外はＮｏ．１のサンプルと同様の処方で、Ｎｏ．４〜２８のサンプルを調製した。
【００５４】
一次粒子径が３ｎｍ以上１０ｎｍ以下のシリカの濃度を、シリカ全体の４０質量％、５０質量％、７５質量％、９０質量％、１００質量％に変更して、Ｎｏ．４，５，６，７、および８のサンプルを得た。
【００５５】
サンプル４〜８を用いた以外は前述と同様の条件でＳＴＩを製造し、その結果を調べた。研磨速度（ＳｉＯ2およびＳｉＮ）、ＳｉＯ2／ＳｉＮ選択比、平坦性、およびスクラッチ数を前述と同様に評価し、下記表２にまとめる。
【表２】
【００５６】
上記表２に示されるように、一次粒子径が３ｎｍ以上１０ｎｍ以下のシリカが、シリカ全体の４０質量％の場合（Ｎｏ．４）には、シリコン窒化膜の研磨速度が大きくなってＳｉＯ2／ＳｉＮ選択比が低下する。さらに、平坦性の低下が大きく、スクラッチ数も増加している。全シリカの一次粒子径が３ｎｍ以上１０ｎｍ以下の場合（Ｎｏ．８）には、シリコン窒化膜の研磨速度は、よりいっそう大きくなり、選択比の低下も大きい。平坦性は劣り、スクラッチ数も増加している。
【００５７】
一次粒子径が３ｎｍ以上１０ｎｍ以下のシリカが、シリカ全体の５０質量％以上９０質量％以下を占めていれば、研磨速度（ＳｉＯ2およびＳｉＮ）、ＳｉＯ2／ＳｉＮ選択比、平坦性、およびスクラッチ数の全ての条件を満たすことができる。
【００５８】
スラリー総量に対するシリカ濃度を、０．３質量％、０．５質量％、１質量％、３質量％、および５質量％にそれぞれ変更して、Ｎｏ．９，１０，１１，１２,および１３のサンプルを得た。
【００５９】
サンプル９〜１３を用いた以外は前述と同様の条件でＳＴＩを製造し、その結果を調べた。研磨速度（ＳｉＯ2およびＳｉＮ）、ＳｉＯ2／ＳｉＮ選択比、平坦性、およびスクラッチ数を前述と同様に評価し、下記表３にまとめる。
【表３】
【００６０】
上記表３に示されるように、シリカの濃度がスラリー総量の０．３質量％の場合（Ｎｏ．９）には、実用的な速度でシリコン酸化膜を研磨することができない。一方、シリカの濃度がスラリー総量の５質量％の場合（Ｎｏ．１３）には、シリコン窒化膜で研磨を停止することができず、選択比、平坦性が低下する。
【００６１】
スラリー総量の０．５質量％以上３質量％以下のシリカが含有されている場合には、研磨速度（ＳｉＯ2およびＳｉＮ）、ＳｉＯ2／ＳｉＮ選択比、平坦性、およびスクラッチ数の全ての条件を満たすことができる。
【００６２】
ポリアクリル酸の重量平均分子量を、１００、５００、１００００、および２００００にそれぞれ変更して、Ｎｏ．１４，１５，１６、および１７のサンプルを得た。
【００６３】
サンプル１４〜１７を用いた以外は前述と同様の条件でＳＴＩを製造し、その結果を調べた。研磨速度（ＳｉＯ2およびＳｉＮ）、ＳｉＯ2／ＳｉＮ選択比、平坦性、およびスクラッチ数を前述と同様に評価し、下記表４にまとめる。
【表４】
【００６４】
上記表４に示されるように、ポリアクリル酸の重量平均分子量が１００の場合（Ｎｏ．１４）には、所望の平坦性が得られず、２００００の場合（Ｎｏ．１７）には実用的な速度でＳｉＯ2膜を研磨することができない。また、平坦性およびスクラッチの評価も下がる。
【００６５】
所定の量で含有されるポリアクリル酸の重量平均分子量が５００以上１０，０００以下の場合には、研磨速度（ＳｉＯ2およびＳｉＮ）、ＳｉＯ2／ＳｉＮ選択比、平坦性、およびスクラッチ数の全ての条件を満たすことができる。
【００６６】
スラリー総量に対するポリアクリル酸の濃度を、０．０５質量％、０．１質量％、０．５質量％、１質量％、および２質量％にそれぞれ変更して、Ｎｏ．１８，１９，２０，２１および２２のサンプルを得た。
【００６７】
サンプル１８〜２２を用いた以外は前述と同様の条件でＳＴＩを製造し、その結果を調べた。研磨速度（ＳｉＯ2およびＳｉＮ）、ＳｉＯ2／ＳｉＮ選択比、平坦性、およびスクラッチ数を前述と同様に評価し、下記表５にまとめる。
【表５】
【００６８】
上記表５に示されるように、ポリアクリル酸の濃度がスラリー総量の０．０５質量％の場合（Ｎｏ．１８）には、所望の平坦性が得られず、スクラッチ数も増加する。ポリアクリル酸の濃度がスラリー総量の２質量％の場合（Ｎｏ．２２）には、実用的な速度でシリコン酸化膜を研磨することができない。
【００６９】
スラリー総量の０．１質量％以上１質量％以下で、所定の重量平均分子量を有するポリアクリル酸が含有された場合には、研磨速度（ＳｉＯ2およびＳｉＮ）、ＳｉＯ2／ＳｉＮ選択比、平坦性、およびスクラッチ数の全ての条件を満たすことができる。
【００７０】
ｐＨを２，２．５，３，４，４．５、および５にそれぞれ変更して、Ｎｏ．２３，２４，２５，２６，２７および２８のサンプルを得た。
【００７１】
こうして得られたサンプル２３〜２８を用いた以外は前述と同様の条件でＳＴＩを製造し、その結果を調べた。研磨速度（ＳｉＯ2およびＳｉＮ）、ＳｉＯ2／ＳｉＮ選択比、平坦性、およびスクラッチ数を、前述と同様に評価し、下記表６にまとめる。
【表６】
【００７２】
上記表６に示されるように、スラリーのｐＨが２の場合（Ｎｏ．２３）には、シリコン窒化膜で研磨を停止することができない。一方、スラリーのｐＨが５（Ｎｏ．２８）の場合には、所望の速度でシリコン酸化膜を研磨できないのに加えて、シリコン窒化膜で研磨を停止することができない。このため、選択比が得られず、平坦性も劣っている。
【００７３】
スラリーのｐＨが２．５以上４．５以下の場合には、研磨速度（ＳｉＯ2およびＳｉＮ）、ＳｉＯ2／ＳｉＮ選択比、平坦性、およびスクラッチ数の全ての条件を満たすことができる。
【００７４】
＜実施例２＞
ＣＭＰストッパー膜として、膜厚３０ｎｍのポリシリコン膜を用いた以外は、実施例１と同様の手法でＳＴＩを製造した。シリコン酸化膜の研磨には、Ｎｏ．２９〜３１のスラリーを用いた。
【００７５】
Ｎｏ．２９：前述のサンプルＮｏ．１
Ｎｏ．３０：ＤＬＳ２（日立化成社製）
Ｎｏ．３１：ＳＳ２５（キャボット社製）
なお、ＤＬＳ２（日立化成社製）は、一般的な酸化セリウムスラリーであり、ＳＳ２５は一般的なシリカスラリーである。
【００７６】
実施例１と同様の条件でシリコン酸化膜を研磨し、研磨速度（ＳｉＯ2およびＰｏｌｙ Ｓｉ）、ＳｉＯ2／Ｐｏｌｙ Ｓｉ選択比、平坦性、およびスクラッチ数を、以下の基準で評価した。
【００７７】
ＳｉＯ2研磨速度
Ａ：１８０ｎｍ／ｍｉｎ以上
Ｂ：１５０ｎｍ／ｍｉｎ以上１８０ｎｍ／ｍｉｎ未満
Ｃ：１５０ｎｍ／ｍｉｎ未満
Ｐｏｌｙ Ｓｉ研磨速度
Ａ：１０ｎｍ／ｍｉｎ未満
Ｂ：１０ｎｍ／ｍｉｎ以上２０ｎｍ／ｍｉｎ未満
Ｃ：２０ｎｍ／ｍｉｎ以上
ＳｉＯ2／Ｐｏｌｙ Ｓｉ選択比
Ａ：１５以上
Ｂ：１０以上１５未満
Ｃ：１０未満
平坦性
Ａ：２０ｎｍ未満
Ｂ：２０ｎｍ以上３０ｎｍ未満
Ｃ：３０ｎｍ以上
スクラッチ
Ａ：１０未満
Ｂ：１０以上３０未満
Ｃ：３０以上
いずれの評価も、“Ｃ”はＮＧである。ＳｉＯ2／Ｐｏｌｙ Ｓｉ選択比が“Ｂ”であっても、平坦性およびスクラッチの加工精度の評価が“Ａ”であればＯＫと判断する。サンプルＮｏ．２９〜３１のスラリーを用いた結果を、下記表７にまとめる。
【表７】
【００７８】
上記表７に示されるように、一般的なシリカスラリー（Ｎｏ．３１）の場合には、ポリシリコン膜で研磨を停止することができない。一方、一般的なセリアスラリー（Ｎｏ．３０）の場合には、研磨速度（ＳｉＯ2およびＰｏｌｙ Ｓｉ）、ＳｉＯ2／Ｐｏｌｙ Ｓｉ選択比、平坦性の評価は高いが、スクラッチを抑制することができない。
【００７９】
本実施例のスラリー（Ｎｏ．２９）は、スクラッチを発生させることなく、ポリシリコン膜上に形成されたシリコン酸化膜を、実用的な速度で選択的に研磨できることが確認された。
【００８０】
<実施例３＞
サンプルＮｏ，１に１質量％の過酸化水素を添加して、Ｎｏ．３２のサンプルを調製し、サンプルＮｏ．１に１質量％の過硫酸アンモニウムを添加して、Ｎｏ．３３のサンプルを調製した。
【００８１】
また、Ｗ７２０３（ｐＨ２．５、キャボット社製）に１質量％の過酸化水素を添加して、Ｎｏ．３４のサンプルとし、Ｗ７５７３Ａ（ｐＨ２．５、キャボット社製）に１質量％の過酸化水素を添加して、Ｎｏ．３５のサンプルとした。Ｗ７２０３およびＷ７５７３Ａは、タッチアップＣＭＰに用いられる一般的なスラリーである。
【００８２】
各スラリーを用いて、プラグ形成におけるタッチアップＣＭＰを行なって、研磨特性を調べた。
【００８３】
半導体基板３０上に、絶縁膜３１として膜厚３００ｎｍのシリコン酸化膜を形成し、さらに、その上にＣＭＰストッパー膜３２として膜厚２０ｎｍのシリコン窒化膜を形成した。図３（ａ）に示されるように、ＣＭＰストッパー膜３２および絶縁膜３１にホールＡを形成した。ホールＡは、幅５０ｎｍ、被覆率５０％の微細ホールとした。
【００８４】
膜厚５ｎｍのＴｉＮ膜をＣＶＤ法により全面に堆積して、バリアメタル３３を形成し、このバリアメタル３３上には、ＣＶＤ法により膜厚３００ｎｍのＷ膜を堆積して配線材料膜３４を形成した。
【００８５】
硝酸第二鉄（５ｗｔ％）とフュームドアルミナ（１ｗｔ％）との混合液をスラリーとして用いて、全面のＣＭＰを行なって、図３（ｂ）に示すようにホールＡ外の配線材料膜３４を除去した（１ｓｔポリッシュ）。１ｓｔポリッシュによって、ホールＡ内に配線材料膜３４が埋め込まれ、ホールＡ外においてはバリアメタル３３の表面が露出された。
【００８６】
次に、タッチアップＣＭＰを行なって、ホールＡ外のバリアメタル３３を除去することにより、図３（ｃ）に示されるようにＣＭＰストッパー膜３２の表面が露出された。このとき、ＣＭＰストッパー膜３２の表面の一部も除去された。こうして、ＣＭＰストッパー膜３２を表面に有する絶縁膜３１のホールＡ内に、ＴｉＮ膜からなるバリアメタル３３を介してＷ膜からなる配線材料膜３４が埋め込まれてプラグが形成された。
【００８７】
タッチアップＣＭＰは、実施例１と同様の条件で行なった。面内均一性を配慮して研磨時間を設定し、バリアメタル膜３３が完全に除去された時間の１．３倍の時間とした。
【００８８】
研磨速度（Ｗ、ＴｉＮ、およびＳｉＮ）、Ｗ／ＳｉＮ選択比、平坦性、およびスクラッチ数を、以下の基準で評価した。平坦性は、ホール幅／スペース（５０ｎｍ/５０ｎｍ）の領域２ｍｍをＡＦＭで測定して求めた。スクラッチは、ホール幅／スペース（５０ｎｍ/５０ｎｍ）の領域２ｍｍをＫＬＡで測定して求めた。
【００８９】
Ｗ研磨速度
Ａ：４０ｎｍ／ｍｉｎ以上
Ｂ：２０ｎｍ／ｍｉｎ以上４０ｎｍ／ｍｉｎ未満
Ｃ：２０ｎｍ／ｍｉｎ未満
ＴｉＮ研磨速度
Ａ：４０ｎｍ／ｍｉｎ以上
Ｂ：２０ｎｍ／ｍｉｎ以上４０ｎｍ／ｍｉｎ未満
Ｃ：２０ｎｍ／ｍｉｎ未満
ＳｉＮ研磨速度
Ａ：１０ｎｍ／ｍｉｎ未満
Ｂ：１０ｎｍ／ｍｉｎ以上２０ｎｍ／ｍｉｎ未満
Ｃ：２０ｎｍ／ｍｉｎ以上
Ｗ／ＳｉＮ選択比
Ａ：４以上
Ｂ：２以上４未満
Ｃ：２未満
平坦性
Ａ：２０ｎｍ未満
Ｂ：２０ｎｍ以上３０ｎｍ未満
Ｃ：３０ｎｍ以上
スクラッチ
Ａ：１０未満
Ｂ：１０以上３０未満
Ｃ：３０以上
いずれの評価も、“Ｃ”はＮＧである。Ｗ／ＳｉＮ選択比が“Ｂ”であっても、平坦性およびスクラッチの加工精度の評価が“Ａ”であればＯＫと判断する。サンプルＮｏ．３２〜３５のスラリーを用いた結果を、下記表８にまとめる。
【表８】
【００９０】
上記表８に示されるように、いずれのサンプルが用いられた場合も、Ｗ膜およびＴｉＮ膜といった金属膜の研磨速度は大きい。酸化剤が加えられた市販品（Ｎｏ．３４、３５）の場合には、Ｗ膜のみならずＳｉＮ膜の研磨速度も大きいことから、ＳｉＮ膜で研磨を停止することができない。その結果、選択比および平坦性が低下し、しかも、スクラッチも多数発生する。これに対して、本実施形態にかかるスラリーサンプルが用いられた場合（Ｎｏ．３２，３３）には、研磨速度に加えて、Ｗ／ＳｉＮ選択比、平坦性、およびスクラッチ数の全ての条件を満たすことができる。
【００９１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行なうことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９２】
２０…半導体基板； ２１…シリコン窒化膜； ２２…シリコン酸化膜
Ｂ…ＳＴＩパターン； １１…ターンテーブル； １３…研磨ヘッド
１４…被研磨膜を有する半導体基板； １５…スラリー； １６…スラリー供給ノズル
３０…半導体基板； ３１…絶縁膜； ３２…ＣＭＰストッパー膜
３３…バリアメタル； ３４…配線材料膜； Ａ…ホール。
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ＣＭＰ用スラリーおよび半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、半導体装置の製造における素子分離ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）の形成には、セリア系スラリーを用いたＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）が採用されている。ＣＭＰストッパー膜を有する半導体基板に溝を設けて、その上にシリコン酸化膜を形成し、余分なシリコン酸化膜をＣＭＰにより除去してＳＴＩが形成される。
【０００３】
セリア系スラリーは、シリコン酸化膜の研磨速度が大きく、ＣＭＰストッパー膜の研磨速度は小さい。シリカ系スラリーでは達成し得なかった高い選択比でシリコン酸化膜を研磨できる点では、セリア系スラリーは有利である。
【０００４】
希土類元素の使用削減が望まれるものの、セリア系スラリーに匹敵する性能を有するスラリーは未だ得られていないのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１６３４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、欠陥を発生させることなく、下層のＣＭＰストッパー膜を実質的に研磨せずに、実用的な速度でシリコン酸化膜を研磨できる、セリア系スラリーに代わるＣＭＰ用スラリーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態のＣＭＰ用スラリーは、総量の０．５質量％以上３質量％以下で配合されたコロイダルシリカと、総量の０．１質量％以上１質量％以下で配合された重量平均分子量５００以上１０，０００以下のポリカルボン酸とを含有し、ｐＨが２．５以上４．５以下である。コロイダルシリカ全体の５０質量％以上９０質量％以下の粒子は、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下の一次粒子径を有することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ＳＴＩの製造工程を表わす断面図。
【図２】一実施形態にかかる半導体装置の製造方法を説明する図。
【図３】プラグの製造工程を説明する断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態を具体的に説明する。
【００１０】
本実施形態のＣＭＰ用スラリーは、研磨粒子としてコロイダルシリカを含有し、その量は、スラリー総量の０．５質量％以上３質量％以下に規定される。コロイダルシリカの含有量が少なすぎる場合には、実用的な速度（１８０ｎｍ／ｍｉｎ以上）でシリコン酸化膜を研磨することができない。一方、コロイダルシリカの含有量が多すぎるスラリーは、シリコン酸化膜を選択的に研磨することができず、その下層のＣＭＰストッパー膜も研磨してしまう。シリコン酸化膜の下層のＣＭＰストッパー膜は、通常、シリコン窒化膜またはポリシリコン膜から構成される。
【００１１】
ＣＭＰストッパー膜がシリコン酸化膜とともに研磨された場合には、研磨後の表面の平坦性も低下する。したがって、本実施形態のＣＭＰ用スラリーにおいては、コロイダルシリカの量を、スラリー総量の０．５質量％以上３質量％以下に規定した。コロイダルシリカの量は、スラリー総量の１質量％以上２質量％以下が好ましい。
【００１２】
コロイダルシリカ全体の５０質量％以上９０質量％以下の粒子は、一次粒子径が３ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。コロイダルシリカの一次粒子径は、次のような手法により求められる。
【００１３】
まず、コロイダルシリカのＴＥＭ像（倍率５０〜１００万）を得、画像中から２００個の粒子をランダムに選択する。それぞれの粒子について、周辺長を円に近似し、その直径を一次粒子径とする。具体的には、一般的な画像解析ソフトによって周辺長を円に近似する。一次粒子径が３ｎｍ以上１０ｎｍ以下の粒子が１００個以上１８０個以下の場合には、本実施形態の範囲内となる。
【００１４】
一次粒子径が３ｎｍ以上１０ｎｍ以下の粒子が少なすぎる場合には、研磨後の表面の平坦性が低下する。しかも、ＣＭＰストッパー膜の研磨速度が高められて、所望の選択比を得ることができない。一次粒子径が３ｎｍ以上１０ｎｍ以下の粒子が多すぎる場合には、ＣＭＰストッパー膜の研磨速度は、さらに大きくなって、選択比および平坦性が著しく低下する。
【００１５】
シリカ総量の５０質量％以上の粒子の一次粒子径が３ｎｍ未満の場合には、実用的な速度でシリコン酸化膜を研磨することができない。一方、シリカ総量の５０質量％以上の一次粒子径が１０ｎｍを超えた場合には、ＣＭＰストッパー膜の研磨速度が著しく増大して、選択比を確保することができない。
【００１６】
ＣＭＰストッパー膜を実質的に研磨せず、シリコン酸化膜を選択的かつ実用的な速度で研磨するためには、シリカ総量の５０質量％以上９０質量％以下の一次粒子径は、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下に規定される。研磨速度が１０ｎｍ／ｍｉｎ未満であれば、実質的に研磨しないとすることができる。次のようなシリカであれば、一次粒子径が３ｎｍ以上１０ｎｍ以下のシリカの量を、シリカ総量の５０質量％以上９０質量％以下に制御することができる。例えば、アルコキシシランの加水分解で生成したシリカや、ケイ酸ナトリウム水溶液からナトリウム除去し形成するシリカなどのコロイダルシリカである。
【００１７】
一次粒子径が３ｎｍ以上１０ｎｍ以下の粒子が、シリカ総量の５０質量％以上９０質量％以下を占めていれば、残部のシリカの一次粒子径は特に限定されない。５０ｎｍを超える一次粒子径を有するシリカが、シリカ総量の１質量％程度含まれていても問題ない。シリカ総量の１０質量％程度までであれば、３ｎｍ未満の一次粒子径を有するシリカが含まれていてもよい。
【００１８】
研磨粒子としてのコロイダルシリカに加えて、本実施形態にかかるＣＭＰ用スラリーには、重量平均分子量が５００以上１００００以下内のポリカルボン酸が所定の量で含有される。ポリカルボン酸は、シリカの凝集体の形成を助ける。ポリカルボン酸の重量平均分子量が小さすぎる場合には、研磨後の表面の平坦性が低下する。ポリカルボン酸の重量平均分子量が大きすぎる場合には、実用的な速度でシリコン酸化膜を研磨することができない。したがって、ポリカルボン酸の重量平均分子量は５００以上１００００以下に規定した。ポリカルボン酸の重量平均分子量は、１０００以上６０００以下が好ましい。
【００１９】
ポリカルボン酸の重量平均分子量は、例えば、ＧＰＣ（ゲルパーミエーションクロマトグラフィー）によって測定されたポリエチレングリコール換算の重量平均分子量（Ｍｗ）を適用できる。
【００２０】
ポリカルボン酸の含有量が少なすぎる場合には、研磨後の表面の平坦性が低下し、ポリカルボン酸の含有量が多すぎる場合には、実用的な速度でシリコン酸化膜を研磨することができない。したがって、ポリカルボン酸の含有量は、スラリー総量の０．１質量％以上１質量％以下に規定される。ポリカルボン酸の含有量は、スラリー総量の０．３質量％以上０．６質量％以下が好ましい。
【００２１】
ポリカルボン酸としては、例えば、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリマレイン酸、およびこれらの塩等が挙げられる。分子量の制御性に優れ、重量平均分子量５００以上１００００以下の際の親水疎水バランスも良好であることから、ポリアクリル酸が特に好ましい。シリカの凝集体を適切に生成して研磨布との相互作用が十分に高められ、高速研磨が可能となる。
【００２２】
さらに、本実施形態のＣＭＰ用スラリーは、ｐＨが２．５以上４．５以下の範囲内に規定される。ｐＨが２．５未満の場合には、シリコン窒化膜等のＣＭＰストッパー膜の研磨速度が大きくなって、選択比を確保することができない。一方、ｐＨが４．５より大きい場合には、ＣＭＰストッパー膜の研磨速度が大きくなるのに加えて、実用的な速度でシリコン酸化膜を研磨することができない。このため、選択比が著しく低下するのに加えて、研磨後の平坦性も低下する。
【００２３】
マレイン酸、クエン酸、リンゴ酸、シュウ酸、マロン酸などのｐＨ調整剤を加えることによって、目的のｐＨに調整することができる。本実施形態のＣＭＰ用スラリーのｐＨは、３以上３．５以下の範囲であることがより好ましい。
【００２４】
上述したような条件を全て備えることによって、シリコン窒化膜等のＣＭＰストッパー膜を実質的に研磨せずに、シリコン酸化膜を高い速度で研磨可能なＣＭＰ用スラリーを得ることが可能となった。
【００２５】
所定のコロイダルシリカとポリカルボン酸とを水に加えて、本実施形態にかかるＣＭＰ用スラリーが得られる。水としては例えば純水を用いることができる。
【００２６】
必要に応じて、非イオン性界面活性剤としてポリビニルアルコール、ポリオキシエチレン、およびポリビニルピロリドン等の添加剤が本実施形態のＣＭＰ用スラリーに含有されてもよい。こうした添加剤は、例えば、平坦性を高めて、かつスクラッチを低減することが目的の場合には、スラリー総量の０．０１〜０．５質量％程度の量で加えることができる。
【００２７】
本実施形態にかかるＣＭＰ用スラリーは、ＳＴＩの製造に適用することができる。ここで、図１を参照して、ＳＴＩの製造方法について説明する。まず、図１（ａ）に示されるような、ＣＭＰストッパー膜２１を表面に有しＳＴＩパターンＢが設けられた半導体基板２０を準備する。ＣＭＰストッパー膜２１としては、シリコン窒化膜またはポリシリコン膜を用いることができる。
【００２８】
半導体基板２０とＣＭＰストッパー膜２１との間には、例えばシリコン酸化膜等が設けられていてもよい。シリコン酸化膜等をエッチングマスクとして半導体基板２０をＣＭＰストッパー膜２１とともに加工して、ＳＴＩパターンＢが形成される。このＳＴＩパターンＢの幅および間隔は、０．０１〜５μｍの範囲で適宜決定することができ、ＳＴＩパターンＢの深さは、１００〜１０００ｎｍの範囲で適宜決定することができる。
【００２９】
ＣＭＰストッパー膜２１上には、図１（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜２２を形成する。シリコン酸化膜２２の形成には、例えば高密度プラズマＣＶＤ法（ＨＤＰ−ＣＶＤ）等を採用することができる。シリコン酸化膜２２の膜厚は、１５０〜１１００ｎｍの範囲で適宜決定することができ、全面にわたってＳＴＩパターンＢ外にも形成される。シリコン酸化膜２２は被研磨膜となるので、図１（ｂ）に示される構成は、被研磨膜を有する半導体基板１４と称することができる。
【００３０】
次に、全面のＣＭＰを行なって、図１（ｃ）に示すようにＳＴＩパターンＢ外のシリコン酸化膜２２を除去する。ＳＴＩパターンＢの内部にシリコン酸化膜２２が埋め込まれ、ＳＴＩパターンＢの外においてはＣＭＰストッパー膜２１の表面が露出される。
【００３１】
シリコン酸化膜２２の研磨に当たっては、図２に示すように、研磨布１２が貼付されたターンテーブル１１を、回転機構（図示せず）により回転させつつ、被研磨膜を有する半導体基板１４を保持した研磨ヘッド１３を当接させる。被研磨膜を有する半導体基板１４においては、図１（ｂ）に示したように、被研磨膜としてのシリコン酸化膜が形成されている。
【００３２】
研磨荷重は１００〜５００ｈＰａの範囲内で適宜選択することができ、ターンテーブルおよび研磨ヘッドの回転数は３０〜１２０ｒｐｍの範囲内で適宜選択することができる。研磨布１２の中央領域に、スラリー１５としてのサンプルを、スラリー供給ノズル１６から供給し、所定時間、研磨を行なって図１（ｃ）に示すように、ＳＴＩパターンＢ内にシリコン酸化膜が残置されてＳＴＩが得られる。
【００３３】
上述したように本実施形態にかかるＣＭＰ用スラリーは、シリコン酸化膜の研磨速度が大きく、シリコン窒化膜、ポリシリコン膜といったＣＭＰストッパー膜の研磨速度は小さい。こうしたＣＭＰストッパー膜は、プラグを形成する際にＷ膜などの金属膜の下層にも設けられる。本実施形態のＣＭＰ用スラリーに酸化剤を加えた場合には、ＣＭＰストッパー膜に対して選択的に金属膜を研磨することができる。
【００３４】
酸化剤としては、例えば、過酸化水素、および過硫酸二アンモニウム等が挙げられる。酸化剤の含有量は、スラリー総量の０．０５〜５質量％程度とすることができる。酸化剤が含有された本実施形態のＣＭＰ用スラリーは、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｕおよび、これらを主成分とする窒化物、酸化物、炭化物および、これら混合物などの金属膜を実用的な研磨速度（２０ｎｍ／ｍｉｎ以上）で研磨することができる。しかも、シリコン窒化膜およびポリシリコン膜の研磨速度は、１０ｎｍ／ｍｉｎ未満程度である。したがって、例えばＣＭＰストッパー膜としてのシリコン窒化膜の上に設けられた金属膜を、高い選択比で研磨することができる。
【００３５】
ここで、図３を参照して微細プラグの形成について説明する。まず、図３（ａ）に示すように、半導体基板３０上に順次形成された絶縁膜３１およびＣＭＰストッパー膜３２にホールＡを形成し、バリアメタル３３および配線材料膜３４を形成する。半導体基板３０には、半導体素子（図示せず）が形成されている。
【００３６】
絶縁膜３１は、例えば膜厚５００〜５０００ｎｍのシリコン酸化膜とすることができ、その上のＣＭＰストッパー膜３２は、例えば膜厚１０〜５０ｎｍのシリコン窒化膜とすることができる。これらに設けられるホールＡは、例えば、幅が３０〜１００ｎｍ、被覆率０．０００１〜６５％の微細ホールとすることができる。ここで被覆率とは、任意の領域におけるホールの密度をさす。
【００３７】
バリアメタル３３は、例えばＣＶＤ法などによって全面に形成することができる。このバリアメタル３３は、例えば、Ｔｉ、ＴｉＮ等を用いて３〜５０ｎｍの膜厚で形成することができる。バリアメタル３３上の配線材料膜３４も同様に、ＣＶＤ法などによって全面に形成される。配線材料膜３４は、例えばＷ等を用いて１００〜６００ｎｍの膜厚で形成することができる。図３（ａ）に示されるように、配線材料膜３４はホールＡ外にも形成される。
【００３８】
次に、全面のＣＭＰを行なって、図３（ｂ）に示すようにホールＡ外の配線材料膜３４を除去する（１ｓｔポリッシュ）。ここでのＣＭＰに用いられるスラリーは、配線材料膜の材質に応じて適宜選択することができる。１ｓｔポリッシュによって、ホールＡ内に配線材料膜３４が埋め込まれ、ホールＡ外においてはバリアメタル３３の表面が露出される。バリアメタル３３は被研磨膜となるので、図３（ｂ）に示される構成は、被研磨膜を有する半導体基板１４と称することができる。
【００３９】
その後、タッチアップＣＭＰを行なって、ホールＡ外のバリアメタル３３を除去することにより、図３（ｃ）に示されるようにＣＭＰストッパー膜３２の表面が露出される。このとき、ＣＭＰストッパー膜３２の表面の一部も除去される。こうして、ＣＭＰストッパー膜３２を表面に有する絶縁膜３１のホールＡ内に、バリアメタル３３を介して配線材料膜３４が埋め込まれてプラグが形成される。
【実施例】
【００４０】
以下に、ＣＭＰ用スラリーおよび半導体装置の製造方法の具体例を示す。
【００４１】
＜実施例１＞
研磨粒子としてのコロイダルシリカとポリアクリル酸とを純水に加えて、サンプルＮｏ．１のスラリーを調製した。コロイダルシリカの濃度は、スラリー総量の１．５質量％であり、コロイダルシリカ全体の６０質量％の粒子の一次粒子径は、３ｍ以上１０ｎｍ以下であった。コロイダルシリカの一次粒子径は、上述したようにＴＥＭ像上の一つの独立した粒子の像から求められた。楕円形状であっても、その周辺長を円に変換し、求めた直径を一次粒子径と判断した。
【００４２】
ポリアクリル酸の重量平均分子量は３，０００であり、その濃度はスラリー総量の０．２質量％とした。また、ｐＨ調整剤としてのマレイン酸を加えて、ｐＨを３．５に調整した。
【００４３】
さらに、コロイダルシリカ全体の６０質量％の粒子の一次粒子径を次のように変更する以外はＮｏ．１のサンプルと同様にして、Ｎｏ．２，３のサンプルを調製した。
【００４４】
Ｎｏ．２：３ｎｍ未満
Ｎｏ．３：１０ｎｍより大きい
各スラリーを用いてＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）を製造し、研磨特性を調べた。
【００４５】
ＣＭＰストッパー膜２１として、半導体基板２０上にシリコン窒化膜を形成し、図１（ａ）に示すようにＳＴＩパターンＢを形成した。ＳＴＩパターンＢの幅および間隔は、いずれも１μｍである（ライン／スペース：１μｍ／１μｍ）。また、ＳＴＩパターンＢの深さは、２００ｎｍである。
【００４６】
ＣＭＰストッパー膜２１上には、図１（ｂ）に示すように、膜厚２８０ｎｍのシリコン酸化膜２２を、高密度プラズマＣＶＤ法（ＨＤＰ−ＣＶＤ）等により形成した。次に、全面のＣＭＰを行なって、図１（ｃ）に示すようにＳＴＩパターンＢ外のシリコン酸化膜２２を除去した。
【００４７】
シリコン酸化膜２２の研磨に当たっては、図２に示すように、研磨布１２が貼付されたターンテーブル１１を、回転機構（図示せず）により１００ｒｐｍで回転させつつ、被研磨膜を有する半導体基板１４を保持した研磨ヘッド１３を２００ｈＰａの研磨荷重で当接させた。ここで用いた研磨布１２はＩＣ１０００（ニッタ・ハース社）製である。研磨ヘッド１３は、図示しない回転機構により１０２ｒｐｍで回転させ、研磨布１２の中央領域に、スラリー１５としてのサンプルを、スラリー供給ノズル１６から供給した。
【００４８】
所定時間、研磨を行なうことによって、ＳＴＩパターンＢの内部にシリコン酸化膜２２が埋め込まれ、ＳＴＩパターンＢの外においてはＣＭＰストッパー膜２１の表面が露出された。
【００４９】
研磨速度（ＳｉＯ2およびＳｉＮ）、ＳｉＯ2／ＳｉＮ選択比、平坦性、およびスクラッチ数を、以下の基準で評価した。研磨時間は、研磨テーブルを回転させるモータのトルク電流の変化により決定した。平坦性は、ライン／スペース（１μｍ／１μｍパターン）を、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で測定して求め、スクラッチは、ライン／スペース（１μｍ／１μｍパターン）を、ウエハ欠陥検査装置 ＫＬＡ２８１５（ケーエルエー・テンコール社製）で測定して求めた。具体的には、ＫＬＡ２８１５で総欠陥数をカウントし、その欠陥をランダムに５０個ＳＥＭ観察を行なって欠陥を分類した。下記数式よってスクラッチ数を求めた。
【００５０】
スクラッチ数＝（ＳＥＭで観測されたスクラッチ数）／５０×総欠陥数
ＳｉＯ2研磨速度
Ａ：１８０ｎｍ／ｍｉｎ以上
Ｂ：１５０ｎｍ／ｍｉｎ以上１８０ｎｍ／ｍｉｎ未満
Ｃ：１５０ｎｍ／ｍｉｎ未満
ＳｉＮ研磨速度
Ａ：１０ｎｍ／ｍｉｎ未満
Ｂ：１０ｎｍ／ｍｉｎ以上２０ｎｍ／ｍｉｎ未満
Ｃ：２０ｎｍ／ｍｉｎ以上
ＳｉＯ2／ＳｉＮ選択比
Ａ：１５以上
Ｂ：１０以上１５未満
Ｃ：１０未満
平坦性
Ａ：２０ｎｍ未満
Ｂ：２０ｎｍ以上３０ｎｍ未満
Ｃ：３０ｎｍ以上
スクラッチ
Ａ：１０未満
Ｂ：１０以上３０未満
Ｃ：３０以上
いずれの評価も、“Ｃ”は、ＮＧである。ＳｉＯ2／ＳｉＮ選択比が“Ｂ”であっても、平坦性およびスクラッチの加工精度の評価が“Ａ”であればＯＫと判断する。サンプルＮｏ．１〜３のスラリーを用いた結果を、下記表１にまとめる。
【表１】
【００５１】
上記表１に示されるように、シリカ全体の６０質量％の粒子の一次粒子径が３ｎｍ未満の場合（Ｎｏ．２）には、実用的な速度でシリコン酸化膜を研磨することができない。しかも研磨後の表面の平坦性は劣化し、スクラッチ数も増加する。一方、シリカ全体の６０質量％の粒子の一次粒子径が１０ｎｍを超える場合（Ｎｏ．３）には、シリコン窒化膜で研磨を停止することができず、選択比が得られない。平坦性はさらに低下し、スクラッチ数も増加する。
【００５２】
一次粒子径が３ｎｍ以上１０ｎｍ以下の粒子がシリカ全体の６０質量％を占める場合には、研磨速度（ＳｉＯ2およびＳｉＮ）、選択比、平坦性、およびスクラッチ数の全ての条件を満たすことができる。
【００５３】
次に、以下の点を変更する以外はＮｏ．１のサンプルと同様の処方で、Ｎｏ．４〜２８のサンプルを調製した。
【００５４】
一次粒子径が３ｎｍ以上１０ｎｍ以下のシリカの濃度を、シリカ全体の４０質量％、５０質量％、７５質量％、９０質量％、１００質量％に変更して、Ｎｏ．４，５，６，７、および８のサンプルを得た。
【００５５】
サンプル４〜８を用いた以外は前述と同様の条件でＳＴＩを製造し、その結果を調べた。研磨速度（ＳｉＯ2およびＳｉＮ）、ＳｉＯ2／ＳｉＮ選択比、平坦性、およびスクラッチ数を前述と同様に評価し、下記表２にまとめる。
【表２】
【００５６】
上記表２に示されるように、一次粒子径が３ｎｍ以上１０ｎｍ以下のシリカが、シリカ全体の４０質量％の場合（Ｎｏ．４）には、シリコン窒化膜の研磨速度が大きくなってＳｉＯ2／ＳｉＮ選択比が低下する。さらに、平坦性の低下が大きく、スクラッチ数も増加している。全シリカの一次粒子径が３ｎｍ以上１０ｎｍ以下の場合（Ｎｏ．８）には、シリコン窒化膜の研磨速度は、よりいっそう大きくなり、選択比の低下も大きい。平坦性は劣り、スクラッチ数も増加している。
【００５７】
一次粒子径が３ｎｍ以上１０ｎｍ以下のシリカが、シリカ全体の５０質量％以上９０質量％以下を占めていれば、研磨速度（ＳｉＯ2およびＳｉＮ）、ＳｉＯ2／ＳｉＮ選択比、平坦性、およびスクラッチ数の全ての条件を満たすことができる。
【００５８】
スラリー総量に対するシリカ濃度を、０．３質量％、０．５質量％、１質量％、３質量％、および５質量％にそれぞれ変更して、Ｎｏ．９，１０，１１，１２,および１３のサンプルを得た。
【００５９】
サンプル９〜１３を用いた以外は前述と同様の条件でＳＴＩを製造し、その結果を調べた。研磨速度（ＳｉＯ2およびＳｉＮ）、ＳｉＯ2／ＳｉＮ選択比、平坦性、およびスクラッチ数を前述と同様に評価し、下記表３にまとめる。
【表３】
【００６０】
上記表３に示されるように、シリカの濃度がスラリー総量の０．３質量％の場合（Ｎｏ．９）には、実用的な速度でシリコン酸化膜を研磨することができない。一方、シリカの濃度がスラリー総量の５質量％の場合（Ｎｏ．１３）には、シリコン窒化膜で研磨を停止することができず、選択比、平坦性が低下する。
【００６１】
スラリー総量の０．５質量％以上３質量％以下のシリカが含有されている場合には、研磨速度（ＳｉＯ2およびＳｉＮ）、ＳｉＯ2／ＳｉＮ選択比、平坦性、およびスクラッチ数の全ての条件を満たすことができる。
【００６２】
ポリアクリル酸の重量平均分子量を、１００、５００、１００００、および２００００にそれぞれ変更して、Ｎｏ．１４，１５，１６、および１７のサンプルを得た。
【００６３】
サンプル１４〜１７を用いた以外は前述と同様の条件でＳＴＩを製造し、その結果を調べた。研磨速度（ＳｉＯ2およびＳｉＮ）、ＳｉＯ2／ＳｉＮ選択比、平坦性、およびスクラッチ数を前述と同様に評価し、下記表４にまとめる。
【表４】
【００６４】
上記表４に示されるように、ポリアクリル酸の重量平均分子量が１００の場合（Ｎｏ．１４）には、所望の平坦性が得られず、２００００の場合（Ｎｏ．１７）には実用的な速度でＳｉＯ2膜を研磨することができない。また、平坦性およびスクラッチの評価も下がる。
【００６５】
所定の量で含有されるポリアクリル酸の重量平均分子量が５００以上１０，０００以下の場合には、研磨速度（ＳｉＯ2およびＳｉＮ）、ＳｉＯ2／ＳｉＮ選択比、平坦性、およびスクラッチ数の全ての条件を満たすことができる。
【００６６】
スラリー総量に対するポリアクリル酸の濃度を、０．０５質量％、０．１質量％、０．５質量％、１質量％、および２質量％にそれぞれ変更して、Ｎｏ．１８，１９，２０，２１および２２のサンプルを得た。
【００６７】
サンプル１８〜２２を用いた以外は前述と同様の条件でＳＴＩを製造し、その結果を調べた。研磨速度（ＳｉＯ2およびＳｉＮ）、ＳｉＯ2／ＳｉＮ選択比、平坦性、およびスクラッチ数を前述と同様に評価し、下記表５にまとめる。
【表５】
【００６８】
上記表５に示されるように、ポリアクリル酸の濃度がスラリー総量の０．０５質量％の場合（Ｎｏ．１８）には、所望の平坦性が得られず、スクラッチ数も増加する。ポリアクリル酸の濃度がスラリー総量の２質量％の場合（Ｎｏ．２２）には、実用的な速度でシリコン酸化膜を研磨することができない。
【００６９】
スラリー総量の０．１質量％以上１質量％以下で、所定の重量平均分子量を有するポリアクリル酸が含有された場合には、研磨速度（ＳｉＯ2およびＳｉＮ）、ＳｉＯ2／ＳｉＮ選択比、平坦性、およびスクラッチ数の全ての条件を満たすことができる。
【００７０】
ｐＨを２，２．５，３，４，４．５、および５にそれぞれ変更して、Ｎｏ．２３，２４，２５，２６，２７および２８のサンプルを得た。
【００７１】
こうして得られたサンプル２３〜２８を用いた以外は前述と同様の条件でＳＴＩを製造し、その結果を調べた。研磨速度（ＳｉＯ2およびＳｉＮ）、ＳｉＯ2／ＳｉＮ選択比、平坦性、およびスクラッチ数を、前述と同様に評価し、下記表６にまとめる。
【表６】
【００７２】
上記表６に示されるように、スラリーのｐＨが２の場合（Ｎｏ．２３）には、シリコン窒化膜で研磨を停止することができない。一方、スラリーのｐＨが５（Ｎｏ．２８）の場合には、所望の速度でシリコン酸化膜を研磨できないのに加えて、シリコン窒化膜で研磨を停止することができない。このため、選択比が得られず、平坦性も劣っている。
【００７３】
スラリーのｐＨが２．５以上４．５以下の場合には、研磨速度（ＳｉＯ2およびＳｉＮ）、ＳｉＯ2／ＳｉＮ選択比、平坦性、およびスクラッチ数の全ての条件を満たすことができる。
【００７４】
＜実施例２＞
ＣＭＰストッパー膜として、膜厚３０ｎｍのポリシリコン膜を用いた以外は、実施例１と同様の手法でＳＴＩを製造した。シリコン酸化膜の研磨には、Ｎｏ．２９〜３１のスラリーを用いた。
【００７５】
Ｎｏ．２９：前述のサンプルＮｏ．１
Ｎｏ．３０：ＤＬＳ２（日立化成社製）
Ｎｏ．３１：ＳＳ２５（キャボット社製）
なお、ＤＬＳ２（日立化成社製）は、一般的な酸化セリウムスラリーであり、ＳＳ２５は一般的なシリカスラリーである。
【００７６】
実施例１と同様の条件でシリコン酸化膜を研磨し、研磨速度（ＳｉＯ2およびＰｏｌｙ Ｓｉ）、ＳｉＯ2／Ｐｏｌｙ Ｓｉ選択比、平坦性、およびスクラッチ数を、以下の基準で評価した。
【００７７】
ＳｉＯ2研磨速度
Ａ：１８０ｎｍ／ｍｉｎ以上
Ｂ：１５０ｎｍ／ｍｉｎ以上１８０ｎｍ／ｍｉｎ未満
Ｃ：１５０ｎｍ／ｍｉｎ未満
Ｐｏｌｙ Ｓｉ研磨速度
Ａ：１０ｎｍ／ｍｉｎ未満
Ｂ：１０ｎｍ／ｍｉｎ以上２０ｎｍ／ｍｉｎ未満
Ｃ：２０ｎｍ／ｍｉｎ以上
ＳｉＯ2／Ｐｏｌｙ Ｓｉ選択比
Ａ：１５以上
Ｂ：１０以上１５未満
Ｃ：１０未満
平坦性
Ａ：２０ｎｍ未満
Ｂ：２０ｎｍ以上３０ｎｍ未満
Ｃ：３０ｎｍ以上
スクラッチ
Ａ：１０未満
Ｂ：１０以上３０未満
Ｃ：３０以上
いずれの評価も、“Ｃ”はＮＧである。ＳｉＯ2／Ｐｏｌｙ Ｓｉ選択比が“Ｂ”であっても、平坦性およびスクラッチの加工精度の評価が“Ａ”であればＯＫと判断する。サンプルＮｏ．２９〜３１のスラリーを用いた結果を、下記表７にまとめる。
【表７】
【００７８】
上記表７に示されるように、一般的なシリカスラリー（Ｎｏ．３１）の場合には、ポリシリコン膜で研磨を停止することができない。一方、一般的なセリアスラリー（Ｎｏ．３０）の場合には、研磨速度（ＳｉＯ2およびＰｏｌｙ Ｓｉ）、ＳｉＯ2／Ｐｏｌｙ Ｓｉ選択比、平坦性の評価は高いが、スクラッチを抑制することができない。
【００７９】
本実施例のスラリー（Ｎｏ．２９）は、スクラッチを発生させることなく、ポリシリコン膜上に形成されたシリコン酸化膜を、実用的な速度で選択的に研磨できることが確認された。
【００８０】
<実施例３＞
サンプルＮｏ，１に１質量％の過酸化水素を添加して、Ｎｏ．３２のサンプルを調製し、サンプルＮｏ．１に１質量％の過硫酸アンモニウムを添加して、Ｎｏ．３３のサンプルを調製した。
【００８１】
また、Ｗ７２０３（ｐＨ２．５、キャボット社製）に１質量％の過酸化水素を添加して、Ｎｏ．３４のサンプルとし、Ｗ７５７３Ａ（ｐＨ２．５、キャボット社製）に１質量％の過酸化水素を添加して、Ｎｏ．３５のサンプルとした。Ｗ７２０３およびＷ７５７３Ａは、タッチアップＣＭＰに用いられる一般的なスラリーである。
【００８２】
各スラリーを用いて、プラグ形成におけるタッチアップＣＭＰを行なって、研磨特性を調べた。
【００８３】
半導体基板３０上に、絶縁膜３１として膜厚３００ｎｍのシリコン酸化膜を形成し、さらに、その上にＣＭＰストッパー膜３２として膜厚２０ｎｍのシリコン窒化膜を形成した。図３（ａ）に示されるように、ＣＭＰストッパー膜３２および絶縁膜３１にホールＡを形成した。ホールＡは、幅５０ｎｍ、被覆率５０％の微細ホールとした。
【００８４】
膜厚５ｎｍのＴｉＮ膜をＣＶＤ法により全面に堆積して、バリアメタル３３を形成し、このバリアメタル３３上には、ＣＶＤ法により膜厚３００ｎｍのＷ膜を堆積して配線材料膜３４を形成した。
【００８５】
硝酸第二鉄（５ｗｔ％）とフュームドアルミナ（１ｗｔ％）との混合液をスラリーとして用いて、全面のＣＭＰを行なって、図３（ｂ）に示すようにホールＡ外の配線材料膜３４を除去した（１ｓｔポリッシュ）。１ｓｔポリッシュによって、ホールＡ内に配線材料膜３４が埋め込まれ、ホールＡ外においてはバリアメタル３３の表面が露出された。
【００８６】
次に、タッチアップＣＭＰを行なって、ホールＡ外のバリアメタル３３を除去することにより、図３（ｃ）に示されるようにＣＭＰストッパー膜３２の表面が露出された。このとき、ＣＭＰストッパー膜３２の表面の一部も除去された。こうして、ＣＭＰストッパー膜３２を表面に有する絶縁膜３１のホールＡ内に、ＴｉＮ膜からなるバリアメタル３３を介してＷ膜からなる配線材料膜３４が埋め込まれてプラグが形成された。
【００８７】
タッチアップＣＭＰは、実施例１と同様の条件で行なった。面内均一性を配慮して研磨時間を設定し、バリアメタル膜３３が完全に除去された時間の１．３倍の時間とした。
【００８８】
研磨速度（Ｗ、ＴｉＮ、およびＳｉＮ）、Ｗ／ＳｉＮ選択比、平坦性、およびスクラッチ数を、以下の基準で評価した。平坦性は、ホール幅／スペース（５０ｎｍ/５０ｎｍ）の領域２ｍｍをＡＦＭで測定して求めた。スクラッチは、ホール幅／スペース（５０ｎｍ/５０ｎｍ）の領域２ｍｍをＫＬＡで測定して求めた。
【００８９】
Ｗ研磨速度
Ａ：４０ｎｍ／ｍｉｎ以上
Ｂ：２０ｎｍ／ｍｉｎ以上４０ｎｍ／ｍｉｎ未満
Ｃ：２０ｎｍ／ｍｉｎ未満
ＴｉＮ研磨速度
Ａ：４０ｎｍ／ｍｉｎ以上
Ｂ：２０ｎｍ／ｍｉｎ以上４０ｎｍ／ｍｉｎ未満
Ｃ：２０ｎｍ／ｍｉｎ未満
ＳｉＮ研磨速度
Ａ：１０ｎｍ／ｍｉｎ未満
Ｂ：１０ｎｍ／ｍｉｎ以上２０ｎｍ／ｍｉｎ未満
Ｃ：２０ｎｍ／ｍｉｎ以上
Ｗ／ＳｉＮ選択比
Ａ：４以上
Ｂ：２以上４未満
Ｃ：２未満
平坦性
Ａ：２０ｎｍ未満
Ｂ：２０ｎｍ以上３０ｎｍ未満
Ｃ：３０ｎｍ以上
スクラッチ
Ａ：１０未満
Ｂ：１０以上３０未満
Ｃ：３０以上
いずれの評価も、“Ｃ”はＮＧである。Ｗ／ＳｉＮ選択比が“Ｂ”であっても、平坦性およびスクラッチの加工精度の評価が“Ａ”であればＯＫと判断する。サンプルＮｏ．３２〜３５のスラリーを用いた結果を、下記表８にまとめる。
【表８】
【００９０】
上記表８に示されるように、いずれのサンプルが用いられた場合も、Ｗ膜およびＴｉＮ膜といった金属膜の研磨速度は大きい。酸化剤が加えられた市販品（Ｎｏ．３４、３５）の場合には、Ｗ膜のみならずＳｉＮ膜の研磨速度も大きいことから、ＳｉＮ膜で研磨を停止することができない。その結果、選択比および平坦性が低下し、しかも、スクラッチも多数発生する。これに対して、本実施形態にかかるスラリーサンプルが用いられた場合（Ｎｏ．３２，３３）には、研磨速度に加えて、Ｗ／ＳｉＮ選択比、平坦性、およびスクラッチ数の全ての条件を満たすことができる。
【００９１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行なうことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９２】
２０…半導体基板； ２１…シリコン窒化膜； ２２…シリコン酸化膜
Ｂ…ＳＴＩパターン； １１…ターンテーブル； １３…研磨ヘッド
１４…被研磨膜を有する半導体基板； １５…スラリー； １６…スラリー供給ノズル
３０…半導体基板； ３１…絶縁膜； ３２…ＣＭＰストッパー膜
３３…バリアメタル； ３４…配線材料膜； Ａ…ホール。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
総量の０．５質量％以上３質量％以下で配合されたコロイダルシリカであって、その５０質量％以上９０質量％以下の粒子は３ｎｍ以上１０ｎｍ以下の一次粒子径を有するコロイダルシリカと、
総量の０．１質量％以上１質量％以下で配合された重量平均分子量５００以上１０，０００以下のポリカルボン酸とを含有し、
ｐＨが２．５以上４．５以下の範囲内であることを特徴とするＣＭＰ用スラリー。
【請求項２】
酸化剤をさらに含有することを特徴とする請求項１に記載のＣＭＰ用スラリー。
【請求項３】
ＣＭＰストッパー膜を有する半導体基板に、前記ＣＭＰストッパー膜を介して凹部を形成する工程と、
前記凹部の内部および前記ＣＭＰストッパー膜の上にシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記ＣＭＰストッパー膜上に堆積された前記シリコン酸化膜をＣＭＰにより除去して、前記ＣＭＰストッパー膜を露出する工程とを具備し、
前記シリコン酸化膜のＣＭＰは、請求項１に記載のＣＭＰ用スラリーを用いて行なわれることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
ＣＭＰストッパー膜を有する半導体基板に、前記ＣＭＰストッパー膜を介して凹部を形成する工程と、
前記凹部の内部および前記ＣＭＰストッパー膜の上に金属膜を形成する工程と、
前記ＣＭＰストッパー膜上に堆積された前記金属膜をＣＭＰにより除去して、前記ＣＭＰストッパー膜を露出する工程とを具備し、
前記金属膜のＣＭＰは、請求項２に記載のＣＭＰ用スラリーを用いて行なわれることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記ＣＭＰストッパー膜は、シリコン窒化膜またはポリシリコン膜であることを特徴とする請求項３または４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】
総量の０．５質量％以上３質量％以下で配合されたコロイダルシリカであって、その５０質量％以上９０質量％以下の粒子は３ｎｍ以上１０ｎｍ以下の一次粒子径を有するコロイダルシリカと、
総量の０．１質量％以上１質量％以下で配合された重量平均分子量５００以上１０，０００以下のポリカルボン酸とを含有し、
ｐＨが２．５以上４．５以下の範囲内であることを特徴とするＣＭＰ用スラリー。
【請求項２】
酸化剤をさらに含有することを特徴とする請求項１に記載のＣＭＰ用スラリー。
【請求項３】
ＣＭＰストッパー膜を有する半導体基板に、前記ＣＭＰストッパー膜を介して凹部を形成する工程と、
前記凹部の内部および前記ＣＭＰストッパー膜の上にシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記ＣＭＰストッパー膜上に堆積された前記シリコン酸化膜をＣＭＰにより除去して、前記ＣＭＰストッパー膜を露出する工程とを具備し、
前記シリコン酸化膜のＣＭＰは、請求項１に記載のＣＭＰ用スラリーを用いて行なわれることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
ＣＭＰストッパー膜を有する半導体基板に、前記ＣＭＰストッパー膜を介して凹部を形成する工程と、
前記凹部の内部および前記ＣＭＰストッパー膜の上に金属膜を形成する工程と、
前記ＣＭＰストッパー膜上に堆積された前記金属膜をＣＭＰにより除去して、前記ＣＭＰストッパー膜を露出する工程とを具備し、
前記金属膜のＣＭＰは、請求項２に記載のＣＭＰ用スラリーを用いて行なわれることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記ＣＭＰストッパー膜は、シリコン窒化膜またはポリシリコン膜であることを特徴とする請求項３または４に記載の半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−７４０３６（Ｐ２０１３−７４０３６Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１１００１（Ｐ２０１１−２１１００１）
【出願日】平成２３年９月２７日（２０１１．９．２７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２７日（２０１１．９．２７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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