JP4342918B2 - 研磨布および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、研磨布および半導体装置の製造方法に関する。

従来、半導体装置の製造において化学機械研磨により半導体基板（例えば半導体ウェハ）を鏡面仕上げしたり、半導体ウェハに埋め込み絶縁膜（埋め込み素子分離領域）を形成するために絶縁膜をエッチバックしたり、または埋め込み配線を形成するために金属膜をエッチバックしたりする場合には、研磨布が用いられている。

前記研磨布は、硬質発泡ポリウレタンまたは硬質発泡ポリウレタンとポリウレタン不織布の二層構造からなる表面に微細な凹凸を有する構造のものが知られている。このような研磨布により例えば溝が掘られた半導体ウェハ上に絶縁膜を堆積し、その絶縁膜を研磨して埋め込み絶縁膜（素子分離領域）を形成するには、ホルダにより半導体ウェハをその研磨面である絶縁膜が前記研磨布に対向するように保持し、供給管から研磨砥粒を含む研磨スラリーを研磨布に供給しながら、前記ホルダにより前記半導体ウェハを前記研磨布に向けて所望の荷重を与え、さらに前記ホルダおよび前記研磨布を同方向に回転させる。

前述した研磨において、前記研摩スラリー中の例えば０．２μｍ前後の研磨砥粒が研磨布の開放気孔（通常４０〜５０μｍ径）に充填され、前記研磨布と前記半導体ウェハの絶縁膜の間に研磨砥粒が均一に分散され、かつ開放気孔間の研磨布部分にも研磨砥粒が保持される。このため、前記半導体ウェハの絶縁膜が機械的に研磨される。

しかしながら、長い時間に亘って研磨を続行すると開放気孔に研磨砥粒が蓄積されて開放気孔間の研磨布部分に存在する研磨砥粒が増大する。つまり、研磨砥粒による研磨力が増大する。その結果、研磨初期に比べて研磨速度が高くなる、いわゆる研磨性能の変動を招く。

従来、前述したように研磨性能が変動した研磨布は、多数のダイヤモンド粒子を金属製の基材に電着した構造のドレッシングツールを有するドレッシング装置を用いて処理し、再生することが行われている。しかしながら、このようなドレッシングは被研磨部材の研磨毎に施す必要があるため、研磨操作が煩雑になる。また、ドレッシングによりドレッシングツールから脱落したダイヤモンド粒子に起因して研磨時に被研磨部材表面に傷が発生する虞がある。

一方、特許文献１には研磨前のドレッシングによって作られた表面凹凸プロファイルを基準として、１枚の酸化膜付きシリコンウェハを研磨した後の中心線平均粗さＲａ値の変化量が０．２μｍ以下である、例えば液状フェノール樹脂やポリメタクリル酸メチルにポリビニルピロリドンを分散させた樹脂からなり、ドレッシングレスで好適な研磨特性が得られる研磨パッドが記載されている。

しかしながら、特許文献１の研磨布はＲａ値の変化量の制御に関しての具体的な材料の記載がなく、さらに研磨速度が遅くなるという問題点があった。

特許文献２には、アクリル共重合体のようなアクリル系樹脂にゴムのような高分子微小エレメントを分散させた構造を有し、被研磨部材である酸化膜に対するスクラッチ等の傷が発生し難い研磨特性の優れた研磨パッドが記載されている。

しかしながら、特許文献２の研磨布は研磨布表面に開放気孔が存在するため、長時間に亘る研磨においては開放気孔に研磨砥粒が蓄積され研磨性能が変動するという問題点があった。

特許文献３には、例えばシリルエステルやカルボン酸のビニルエーテル付加体のような水系媒体で加水分解される高分子材料を含む研磨層を有し、ドレッシングレスで比較的長時間に亘って安定した研磨性能を発揮し得る研磨布が記載されている。
特開２００１−１７９６０７ 特開２００１−２９１６８５ 特開２００２−１９０４６０

本発明は、ドレッシング処理を施さずに、長い時間に亘って安定した研磨性能を発揮し、さらに研磨速度の向上を図ることが可能な研磨布を提供しようとするものである。

本発明は、半導体基板の溝内に高精度の埋め込み絶縁膜からなる素子分離領域を安定して形成することが可能な半導体装置の製造方法を提供しようとするものである。

本発明は、半導体基板上に表面が平坦化された層間絶縁膜を安定して形成することが可能な半導体装置の製造方法を提供しようとするものである。

本発明は、半導体基板上の絶縁膜に溝および開口部から選ばれる少なくとも１つの埋込み用部材に高精度の埋め込み配線層のような導電部材を安定して形成することが可能な半導体装置の製造方法を提供しようとするものである。

本発明によると、化学機械研磨に用いられる研磨布であって、酸価が１０〜１００ｍｇＫＯＨ／ｇ、水酸基価が５０〜１５０ｍｇＫＯＨ／ｇである（メタ）アクリル共重合体からなる成形体を備えることを特徴とする研磨布が提供される。

また本発明によると、半導体基板に溝を形成する工程と、
前記溝含む前記半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、
前述の研磨布に前記半導体基板の絶縁膜を押し当て回転させながら、前記研磨布に研磨砥粒を含む研磨スラリーを供給して研磨することにより前記溝内に絶縁膜を残存させて埋め込み素子分離領域を形成する工程と
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。

さらに本発明によると、半導体基板上の凹凸パターンに層間絶縁膜を形成する工程と、
前述の研磨布に前記半導体基板の層間絶縁膜を押し当て回転させながら、前記研磨布に研磨砥粒を含む研磨スラリーを供給して前記層間絶縁膜を研磨する工程と
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。

さらに本発明によると、半導体基板上の絶縁膜に配線層の形状に相当する溝およびビアフィルの形状に相当する開口部から選ばれる少なくとも１つの埋込み用部材を形成する工程と、
前記埋込み用部材の内面を含む前記絶縁膜上に配線材料膜を形成する工程と、
前述の研磨布に前記半導体基板の配線材料膜を押し当て回転させながら、前記研磨布に研磨砥粒を含む研磨スラリーを供給して研磨することにより前記埋込み用部材内に配線材料膜を残存させて配線層およびビアフィルから選ばれる少なくとも１つの導電部材を形成する工程と
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。

以下、本発明の実施形態を説明する。

（第１実施形態）
本発明に係る研磨布は、化学機械研磨に用いられる研磨布であって、酸価が１０〜１００ｍｇＫＯＨ／ｇ、水酸基価が５０〜１５０ｍｇＫＯＨ／ｇである（メタ）アクリル共重合体からなる成形体を備える。

ここで、酸価および水酸基価は、ＪＩＳ Ｋ００７０に規定される方法によって測定される。
また、（メタ）アクリル共重合体はアクリルおよび／またはメタクリル共重合体を意味する。

前記（メタ）アクリル共重合体において、酸価は研磨砥粒を含むスラリーと接触した際の膨潤性に関与し、水酸基価は同スラリーの水に対する濡れ性に関与する。前記（メタ）アクリル共重合体の酸価および水酸基価をそれぞれ前記範囲に規定することによって、それらの酸価および水酸基価のバランスにより研磨砥粒を含むスラリーの存在下での摩擦力を受けて適度な自己崩壊性を示し、研磨速度の安定化と研磨速度の向上を図ることが可能になる。

特に、前記酸価を１０ｍｇＫＯＨ／ｇ未満にすると、スラリーの存在下における研磨布表面の膨潤性が低く適度な自己崩壊性が得られないため研磨速度の安定性が低下する虞がある。一方、前記酸価が１００ｍｇＫＯＨ／ｇを超えると、スラリーの存在下における研磨布表面の膨潤性が高すぎ、研磨布表面の硬度が下がるために初期の研磨速度が低下したり、自己崩壊性が高すぎるために研磨速度の安定性が低下したりする虞がある。

前記（メタ）アクリル共重合体は、カルボキシル基含有α，β−不飽和単量体と、水酸基含有α，β−不飽和単量体を、他のα，β−不飽和単量体と共重合させることによって得られる。ここで用いられるカルボキシル基含有α，β−不飽和単量体としては、例えばアクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、メサコン酸、シトラコン酸、マレイン酸、フマル酸などが挙げられ、アクリル酸、メタクリル酸が好ましく、特にメタクリル酸が好ましい。また、水酸基含有α，β−不飽和単量体としては、例えばアクリル酸２−ヒドロキシエチル、アクリル酸ヒドロキシプロピル、アクリル酸ヒドロキシブチル、アクリル酸ポリアルキレングリコールエステル、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル、メタクリル酸ヒドロキシプロピル、メタクリル酸ヒドロキシブチル、メタクリル酸ポリアルキレングリコールエステルなどが挙げられ、アクリル酸２−ヒドロキシエチル、アクリル酸ヒドロキシプロピル、アクリル酸ヒドロキシブチル、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル、メタクリル酸ヒドロキシプロピル、メタクリル酸ヒドロキシブチルが好ましく、特にメタクリル酸２−ヒドロキシエチルが好ましい。これらのカルボキシル基含有α，β−不飽和単量体および水酸基含有α，β−不飽和単量体は、それぞれ１種または２種以上を用いてもよい。

具体的には、前記（メタ）アクリル共重合体は酸価を示す基が（メタ）アクリル酸に基づく構成単位で、水酸基価を示す基が（メタ）アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルに基づく構成単位である下記一般式（Ｉ）で表されるもであることが好ましい。

（ただし、式中のＲ１、Ｒ２、Ｒ３はそれぞれ独立に水素原子もしくはメチル基を示し、Ｒ４は炭素数が２〜４の直鎖状または分岐状のアルキレン基を示し、Ｒ５は炭素数が１〜１８の直鎖状または分岐状のアルキル基を示す。また、ｌ、ｍ、ｎは各単量体に基づく構成単位の重量％を示し、かつｌ、ｍ、ｎは共重合体の酸価が１０〜１００ｍｇＫＯＨ／ｇ、水酸基価が５０〜１５０ｍｇＫＯＨ／ｇになるようにそれぞれ選択される数を示す。各構成単位は、１種または２種以上であってもよい。）
なお、前記式（Ｉ）において（メタ）アクリル共重合体の構成単位である（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルおよび（メタ）アクリル酸アルキルエステルの配列は、前記式（Ｉ）に限らず、それぞれの構成単位が相互に入替わってもよい。

前記メタクリル共重合体は、下記式（II）にて表されることがより好ましい。

（ただし、式中のＲはアルキル基を示し、Ｒを有するメタクリル酸アルキルエステルは１種または２種以上であってもよい。また、ｌ、ｍ、ｎは各単量体に基づく構成単位の重量％を示し、かつｌ、ｍ、ｎは共重合体の酸価が１０〜１００ｍｇＫＯＨ／ｇ、水酸基価が５０〜１５０ｍｇＫＯＨ／ｇになるようにそれぞれ選択される数を示す。）
なお、前記式（II）においてメタクリル共重合体の構成単位であるメタクリル酸、メタクリル酸２−ヒドロキシエチルおよびメタクリル酸アルキルエステルの配列は、前記式（II）に限らず、それぞれの構成単位が相互に入替わってもよい。

前記式（Ｉ）、（II）のＲ５，Ｒとして導入されるアルキル基は、炭素数１〜１８、より好ましくは１〜６であることが望ましい。このアルキル基を具体的に例示すると、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、ｓｅｃ−ブチル、イソブチル、ｎ−アミル、イソアミル、ｓｅｃ−アミル、ｎ−ペンチル、ｎ−ヘキシル、シクロヘキシル、ｎ−オクチル、2−エチルヘキシル、ドデシル、セチル、ステアリルなどが挙げられ、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、ｓｅｃ−ブチル、イソブチル、ｎ−アミル、イソアミル、ｓｅｃ−アミル、ｎ−ペンチル、ｎ−ヘキシル、シクロヘキシルが好ましい。また、これらのアルキル基を有するα，β−不飽和単量体は、１種または２種以上を用いても良い。

前記（メタ）アクリル共重合体は、重量平均分子量が４０，０００〜１，０００，０００であることが好ましい。（メタ）アクリル共重合体の重量平均分子量を４０，０００未満にすると、その成形体の機械的強度が低下する虞がある。一方、アクリル共重合体の重量平均分子量が１，０００，０００を超えると、流動性が下がって成形性を損なう虞がある。

前記（メタ）アクリル共重合体は、ビニル重合開始剤の存在下、常法に準じて溶液重合、塊状重合、乳化重合、懸濁重合などの各種方法で重合させることにより得ることができる。

ビニル重合開始剤としては、２，２’−アゾビスイソブチロニトリル、２，２’−アゾビス−２−メチルブチロニトリル、２，２’−アゾビス−２，４−ジメチルバレロニトリル、トリフェニルメチルアゾベンゼン等のアゾ化合物、ベンゾイルペルオキシド、ジ−ｔ−ブチルペルオキシド、ｔ−ブチルペルオキシベンゾエート、ｔ−ブチルペルオキシイソプロピルカーボネート、ｔ−ブチルペルオキシ−２−エチルヘキサノエート、ｔ−ヘキシルペルオキシピバレート、ｔ−ヘキシルペルオキシ−２−エチルヘキサノエート等の過酸化物が用いられる。

本発明に係る研磨布は、具体的には図１または図２に示す構造を有す。図１に示す研磨布１は、前記（メタ）アクリル共重合体を成形して作られた成形体２を回転可能な定盤（タ−ンテ−ブル）３上に固定した構造を有する。図２に示す研磨布１は、前記（メタ）アクリル共重合体を成形して作られた成形体２を回転可能な定盤３上に例えばゴム層のような緩衝材層４を介して固定した構造を有する。

特に、緩衝材層との２層構造にした研磨布は、ウェハのうねりに対する追従性が増すため平坦性に優れていることが好ましい。このような緩衝材層としては特に限定されるものではないが、例えば、不織布タイプの研磨パッド（例えばロデール社製Ｓｕｂａ−４００やＳｕｂａ−８００など）、ゴム、弾性発泡体などを使用することができる。

前記（メタ）アクリル共重合体から研磨布は、例えば（メタ）アクリル共重合体を金属等の各種材料からなる基材上にキャスティングする方法、またはプレス成形や射出成形などで成形する方法により製造することができる。特に、研磨布は（メタ）アクリル共重合体が成形加工性が良好であることから、プレス成形や射出成形などの成形方法で製造することが好ましい。

このような構造の研磨布において、その表面に対し、新鮮な研磨スラリーの供給、流動性の向上、古い研磨スラリーや削りくずの排出を目的として、溝（例えば格子状の溝）、孔等の加工を施してもよい。この溝、孔の加工方法は、特に限定されるものではなく、例えばＮＣルーターなどで切削加工する方法、熱プレス等で溝を一括成形する方法、溝形状のある金型を用いてプレス成形や射出成形を行い（メタ）アクリル共重合体の成形体を作製するときに同時に溝を形成する方法、ドリル等で孔を形成する方法などが挙げられる。

本発明に係る研磨布が組み込まれた研磨装置の一例を図３を参照して説明する。

研磨布１は、例えばアクリル共重合体を射出成形等により成形して作られた成形体２を回転可能な定盤３上に例えばゴム層のような緩衝材層４を介して固定した構造を有する。研磨砥粒および水を含み、必要に応じて界面活性剤、分散剤を含む研磨スラリーを供給するための供給管５は、前記研磨布１の上方に配置されている。上面に支持軸６を有する基板ホルダ７は、研磨布１の上方に上下動自在でかつ回転自在に配置されている。

前記研磨スラリーに含有される研磨砥粒としては、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種を用いることができる。

前記研磨スラリーに含有される界面活性剤としては、例えば、ポリエチレングリコールアルキルフェニルエーテル、ポリエチレングリコールアルキルエーテル、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル等の非イオン性界面活性剤；例えば、イミダゾリニウムベタイン等の両性イオン性界面活性剤；例えば、ドデシル硫酸ナトリウム等の陰イオン性界面活性剤；ステアリルトリメチルアンモニウムクロライド等の陽イオン性界面活性剤を挙げることができる。

前述した研磨布を有する研磨装置による研磨処理を以下に説明する。

まず、ホルダ７により被研磨部材（例えば基板）８をその被研磨面が研磨布１のアクリル共重合体の成形体２に対向するように保持する。つづいて、供給管５から研磨砥粒および水を含む研磨用スラリー９を供給しながら、支持軸６により前記被研磨部材８を前記研磨布１に向けて所望の加重を与え、さらに前記ホルダ７および研磨布１の定盤３を同方向に回転させる。このとき、前記被研磨部材８の被研磨面は主にこの被研磨部材８と前記研磨布１の間に供給された研磨用スラリー中の研磨砥粒により研磨される。

以上、第１実施形態に係る研磨布は酸価が１０〜１００ｍｇＫＯＨ／ｇ、水酸基価が５０〜１５０ｍｇＫＯＨ／ｇである（メタ）アクリル共重合体からなる成形体を備え、この成形体は水に殆ど溶解せず、かつ研磨スラリ−に用いられる水酸化カリウム水溶液に僅かに溶解し、水と接触する表面に膨潤層を形成する性質を有する。

このような構成の研磨布（初期ドレッシングを実施して表面に微細な凹凸を形成した研磨布）に被研磨部材を押圧して回転させながら、研磨砥粒および水を含む研磨スラリーを供給すると、前記研磨布の凹部に研磨スラリー中の研磨砥粒が保持され、主にこの研磨砥粒により前記被研磨部材の研磨面が研磨される。また、前記研磨布の表面に膨潤層が形成される。この時、前記研磨布は前記被研磨部材および前記研磨砥粒による摩擦力を受けるため、その表面の膨潤層が削り取られる。研磨布の膨潤層が削り取られる時に、その研磨布表面に保持されていた古い研磨砥粒および削り屑が膨潤層とともに研磨布から排出される。その結果、前記研磨布に古い研磨砥粒および削り屑が滞留せずに常に研磨スラリ−からの新鮮な研磨砥粒を供給できるため、その研磨砥粒による前記被研磨部材への高い研磨性を引き出すことができると共に、研磨速度の安定化を図ることができる。したがって、初期ドレッシングの実施が必要であるものの、その後長時間に亘ってドレッシングを実施せずに、つまりドレッシングレスで被研磨部材を研磨することができる。

また、研磨布として前記式（Ｉ）で表される（メタ）アクリル酸、（メタ）アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルおよび（メタ）アクリル酸アルキルエステルをそれぞれ構成単位とする（メタ）アクリル共重合体からなる成形体を用いれば、被研磨部材への高い研磨性を引き出すことができると共に、優れた研磨速度の安定化を図ることができる。

さらに、研磨布として前記式（II）で表されるメタクリル酸、メタクリル酸２−ヒドロキシエチルおよびメタクリル酸アルキルエステルをそれぞれ構成単位とするメタクリル共重合体からなる成形体を用いれば、被研磨部材への高い研磨性を引き出すことができると共に、より一層優れた研磨速度の安定化を図ることができる。

さらに、研磨布として溝、例えば格子状の溝を形成した成形体を用いれば、前述した研磨時において不要な研磨砥粒や研磨屑を研磨布からより円滑に排出することが可能になる。

さらに、研磨布として前述した図２に示すように（メタ）アクリル共重合体からなる成形体２を緩衝材層４を介して定盤３を固定した構造にすれば、研磨時において緩衝材層４による緩衝作用が働くため、被研磨部材をソフトに研磨することが可能なる。

（第２実施形態）
以下、本発明に係る浅溝型素子分離（ＳＴＩ）領域を有する半導体装置の製造方法を説明する。

（第１工程）
半導体基板表面にバッファ酸化膜を形成した後、素子分離領域の形状に開口された穴を有するマスク材を形成する。つづいて、このマスク材から露出する前記バッファ酸化膜およびその下の半導体基板を例えばリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）のような異方性エッチングにより前記半導体基板に溝を形成する。ひきつづき、前記溝を含む前記マスク材の全面に絶縁膜をその溝の深さ以上の厚さになるように形成する。

前記マスク材は、例えば前記バッファ酸化膜上に窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）を堆積し、この窒化シリコン膜にレジストパターンを形成し、これをマスクとして前記窒化シリコン膜を選択的にエッチングすることにより形成される。

前記絶縁膜としては、例えばＳｉＯ₂ 膜、ＴＥＯＳ膜等を用いることができる。

（第２工程）
前述した第１実施形態の研磨布に前記半導体基板の絶縁膜を押し当てて回転させながら、その研磨布に研磨砥粒を含むスラリーを供給して前記絶縁膜を前記マスク材表面が露出するまで化学機械研磨（ＣＭＰ）処理して絶縁材を前記溝および前記バッファ酸化膜、マスク材の穴内に埋め込む。つづいて、前記マスク材およびバッファ酸化膜を除去することにより前記溝に絶縁材が埋め込まれた浅溝型素子分離（ＳＴＩ）領域を形成する。なお、形成されたＳＴＩ領域の表面が半導体基板表面から突出する場合には、前記マスク材およびバッファ酸化膜を除去する前に、前記絶縁材をエッチング処理して前記バッファ酸化膜、マスク材の穴に位置する絶縁材を僅か除去してもよい。

前記研磨砥粒としては、例えば酸化セリウム、シリカを用いることができる。

以上、本発明の第２実施形態によれば前述したドレッシングレスで安定した研磨性能を有する研磨布により前記絶縁膜を簡略された操作で研磨を行うことによって、ＳＴＩ領域が形成された半導体装置を量産的に製造することが可能になる。

（第３実施形態）
以下、本発明に係る平坦化された層間絶縁膜を有する半導体装置の製造方法を説明する。

（第１工程）
拡散層等の素子が形成された半導体基板上の凹凸パターン、例えばゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極に層間絶縁膜（第１層層間絶縁膜）を形成する。この時、前記ゲート電極による凹凸形状が前記第１層層間絶縁膜に転写されてその表面が凹凸形状になる。

前記ゲ−ト電極材料としては、例えば多結晶シリコン、またはＷ，Ｍｏ，Ｔｉなどの高融点金属,もしくはこれら高融点金属のシリサイド等を用いることができる。

前記第１層層間絶縁膜としては、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、ボロン添加ガラス膜（ＢＰＳＧ膜）、リン添加ガラス膜（ＰＳＧ膜）のような無機質絶縁膜を用いることができる。

（第２工程）
前述した第１実施形態の研磨布に前記半導体基板の第１層層間絶縁膜を押し当てて回転させながら、その研磨布に研磨砥粒を含むスラリーを供給して前記第１層層間絶縁膜の表層を化学機械研磨（ＣＭＰ）処理して前記第１層層間絶縁膜の表面を平坦化する。

前記研磨砥粒としては、前述した第２実施形態と同様、例えば酸化セリウム、シリカを用いることができる。

以上、本発明の第３実施形態によれば前述したドレッシングレスで安定した研磨性能を有する研磨布により前記第１層層間絶縁膜を簡略された操作で研磨を行うことによって、その表面を平坦化でき、その後のパターン形成工程での高精度化、微細化が可能な半導体装置を量産的に製造することができる。

なお、前記第３実施形態において凹凸パターンは半導体基板にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極に限らず、例えば半導体基板上の第１層層間絶縁膜に形成された配線層等を挙げることができる。この場合、配線層を含む第１層層間絶縁膜に第２層間絶縁膜を形成することにより、表面に前記配線層による凹凸形状が転写される。したがって、ＣＭＰ処理前記２層層間絶縁膜に適用され、その表面が平坦化される。

（第４実施形態）
次に、本発明に係る埋め込み配線を有する半導体装置の製造方法を説明する。

（第１工程）
半導体基板上の絶縁膜に凹部および開口部から選ばれる少なくとも１つの埋込み用部材を形成し、この埋込み用部材を含む全面に銅または銅合金からなる配線材料膜を形成する。

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、ボロン添加ガラス膜（ＢＰＳＧ膜）、リン添加ガラス膜（ＰＳＧ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なＬｏｗ−Ｋ絶縁膜を用いることができる。この絶縁膜上には、窒化シリコン、炭素、アルミナ、窒化ホウ素、ダイヤモンド等からなる研磨ストッパ膜が被覆されることを許容する。

前記配線材料としては、例えば銅系金属、タングステンを挙げることができる。銅系金属としては、銅（Ｃｕ）またはＣｕ−Ｓｉ合金、Ｃｕ−Ａｌ合金、Ｃｕ−Ｓｉ−Ａｌ合金、Ｃｕ−Ａｇ合金のような銅合金（Ｃｕ合金）等を用いることができる。

前記配線材料膜は、例えばスパッタ蒸着、真空蒸着、またはメッキ等により形成される。

前記半導体基板上の埋込み用部材を含む前記絶縁膜に銅系金属の配線材料膜を形成する場合には、その配線材料膜の形成前に導電性バリア層を形成することを許容する。このような導電性バリア層を前記埋込み用部材を含む前記絶縁膜に形成することによって、配線材料膜の形成後の後述する研磨処理により前記導電性バリア層で囲まれた前記埋込み用部材に配線層およびビアフィルから選ばれる少なくとも１つの埋め込み導電部材に形成することが可能になる。その結果、導電部材である銅系金属が前記絶縁膜に拡散するのを前記導電性バリア層で阻止し、銅による半導体基板の汚染を防止することが可能になる。

前記導電性バリア層は、例えばＴｉＮ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ，ＷＮ，ＴａＮ，ＴａＳｉＮ，Ｔａ，Ｃｏ，Ｚｒ，ＺｒＮおよびＣｕＴａ合金からなる群から選ばれる１層または２層以上から作られる。このような導電性バリア層は、１５〜５０ｎｍの厚さを有することが好ましい。

（第２工程）
前述した第１実施形態の研磨布に前記基板の配線材料膜を押し当てて回転させながら、その研磨布に研磨砥粒を含むスラリーを供給して前記絶縁膜を前記マスク材表面が露出するまで化学機械研磨（ＣＭＰ）処理して前記配線材料を埋込み用部材内に埋込み、例えば銅または銅合金からなる埋め込み配線層のような埋込み導電部材を形成する。

前記研磨スラリ−中の研磨砥粒としては、例えば前記配線材料が銅系金属の場合、シリカ粒子、アルミナ粒子が用いられる。前記配線材料がタングステンの場合には、前記研磨砥粒としてシリカ粒子、アルミナ粒子が用いられる。

前記配線材料がタングステンの場合には、研磨スラリー中に硝酸鉄をさらに含有させることを許容する。

前記配線材料が銅系金属の場合には、研磨スラリー中に銅と反応して水に実質的に不溶性で、かつ銅よりも機械的に脆弱な銅錯体を生成する水溶性の有機酸（第１有機酸）および酸化剤をさらに含有させることを許容する。

前記第１有機酸としては、例えば２−キノリンカルボン酸（キナルジン酸）、２−ピリジンカルボン酸、２，６−ピリジンジカルボン酸等を挙げることができる。

前記第１有機酸は、前記研磨スラリーまたは研磨組成物中に０．１重量％以上含有されることが好ましい。前記第１有機酸の含有量を０．１重量％未満にすると、ＣｕまたはＣｕ合金の表面に銅よりも機械的に脆弱な銅錯体を十分に生成することが困難になる。その結果、研磨時においてＣｕまたはＣｕ合金の研磨速度を十分に高めることが困難になる。より好ましい前記第１有機酸の含有量は、０．３〜１．２重量％である。

前記酸化剤は、銅もしくは銅合金に前記研磨スラリーまたは研磨組成物を接触させた際に銅の水和物を生成する作用を有する。かかる酸化剤としては、例えば過酸化水素（Ｈ₂ Ｏ₂ ）、次亜塩素酸ソーダ（ＮａＣｌＯ）のような酸化剤を用いることができる。

前記酸化剤は、前記研磨スラリーまたは研磨組成物中に前記第１有機酸に対して重量割合で１０倍以上含有することが好ましい。前記酸化剤の含有量を重量割合で前記第１有機酸に対して１０倍未満にすると、ＣｕまたはＣｕ合金の表面への銅錯体生成を十分に促進することが困難になる。より好ましい前記酸化剤の含有量は、前記第１有機酸に対して重量割合で３０倍以上、さらに好ましくは５０倍以上である。

前記銅系金属用の研磨スラリーには、カルボキシル基およびヒドロキシル基をそれぞれ１つ以上持つ有機酸（第２有機酸）を存在させることを許容する。

前記第２有機酸は、前記酸化剤による銅の水和物の生成を促進する作用を有する。かかる第２有機酸としては、例えば乳酸、酒石酸、マンデル酸およびリンゴ酸等を挙げることができ、これらは１種または２種以上の混合物の形態で用いることができる。特に、乳酸が好ましい。

前記第２有機酸は、前記研磨スラリーまたは研磨組成物中に前記第１有機酸に対して２０〜２５０重量％含有されることが好ましい。第２有機酸の含有量を２０重量％未満にすると、前記酸化剤による銅の水和物の生成を促進する作用を十分に発揮することが困難になる。一方、第２有機酸の含有量が２５０重量％を超えると、銅もしくは銅合金からなる配線材料膜がエッチングされ、パターン形成ができなくなる恐れがある。より好ましい前記第２有機酸の含有量は、前記第１有機酸に対して４０〜２００重量％である。

以上、第４実施形態によれば、前述したドレッシングレスで安定した研磨性能を有する研磨布を備えた研磨装置により前記配線材料膜を簡略された操作で研磨を行うことによって、目的とする膜厚を有する配線層のような導電部材が埋込み用部材に形成された半導体装置を量産的に製造することが可能になる。

［実施例］
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。

（合成例１，２）
温度計、還流冷却器、滴下管、窒素ガス導入管、攪拌機を備えた５つ口フラスコに、下記表１に示す配合組成により、まず、溶剤を仕込み、撹拌および窒素ガスを導入しつつ、８０℃に昇温した。つづいて、これに共重合単量体と重合触媒との混合液を３時間で滴下し、滴下終了後６時間その温度で保持して重合を完了し、下記表１に示す略号の共重合体を含む固形分４０重量％のメタクリル共重合体溶液を得た。

なお、表１中の原料の略号は下記のとおりである。

ＰＧＭ：プロピレングリコールモノメチルエーテル、
ＰＭＡｃ：プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、
ＭＡＡ：メタクリル酸、
ＨＥＭＡ：メタクリル酸２−ヒドロキシエチル、
ＭＭＡ：メタクリル酸メチル、
ＢＭＡ：メタクリル酸ｎ−ブチル、
ＡＩＢＮ：２，２’−アゾビスイソブチロニトリル。

（比較合成例１）
温度計、還流冷却器、滴下管、窒素ガス導入管、攪拌機を備えた５つ口フラスコに、プロピレングリコールモノメチルエーテル２９８．２重量部、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート２９８．２重量部を仕込み、撹拌および窒素ガスを導入しつつ、８０℃に昇温した。つづいて、これにメタクリル酸９２．０重量部、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル９２．８重量部、メタクリル酸メチル１２．０重量部、メタクリル酸ｎ−ブチル２０３．２重量部と重合開始剤である２，２’−アゾビスイソブチロニトリル３．６重量部の混合液を３時間で滴下し、滴下終了後６時間その温度で保持して重合を完了し、下記表２に示す酸価、水酸基価および重量平均分子量を有するメタクリル共重合体（Ｒ−１）を含む固形分４０重量％のメタクリル共重合体溶液を得た。

（比較合成例２）
温度計、還流冷却器、滴下管、窒素ガス導入管、攪拌機を備えた５つ口フラスコに、キシレン４０．０重量部、酢酸ブチル１０．０重量部を仕込み、１３４℃に昇温させ、攪拌しながら、メタクリル酸メチル１５．０重量部、メタクリル酸ｎ−ブチル８５．０重量部および重合触媒パーブチルＩ（ｔ−ブチルペルオキシイソプロピルカーボネート、日本油脂株式会社製商品名）１．０重量部の混合液をフラスコの中へ３時間で滴下し、滴下終了後同温度で３０分間保持した。つづいて、キシレン１０．０重量部、パーブチルＩ１．０重量部との混合物を２０分間で滴下し、さらに同温度で２時間攪拌を続けて重合反応を完結させた。

最後に、キシレン４８．０重量部を加えて希釈し、下記表２に示す重量平均分子量を有する（酸価および水酸基価を有さず）メタクリル共重合体（Ｒ−２）を含む固形分が５０重量％のメタクリル共重合体溶液を得た。

（合成例３）
温度計、還流冷却器、窒素ガス導入管、攪拌機を備えた４つ口フラスコに、イオン交換水１２００．０重量部、懸濁剤としてポリビニルアルコール０．７５重量部を仕込み、十分に攪拌してポリビニルアルコールを溶解させた。この溶液にメタクリル酸１３．８重量部、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル６９．６重量部、メタクリル酸メチル７５．６重量部、メタクリル酸ｎ−ブチル１４１．０重量部、重合開始剤である２，２’−アゾビス−２，４−ジメチルバレロニトリル８．４重量部の混合溶液を仕込み、窒素ガスを導入しながら室温で３０分攪拌した。つぎに温度を６０℃に上げ、２時間攪拌をつづけた。さらに、温度を８０℃に上げ、１時間攪拌をつづけて重合反応を完結させた。

得られた懸濁溶液を濾過、乾燥することにより平均粒径が１７０μｍ、下記表２に示す酸価、水酸基価および重量平均分子量を有するメタクリル共重合体（Ｓ−１）を得た。

なお、合成例１〜３および比較合成例１で得られたメタクリル共重合体は下記構造式（Ａ）で表され、かつ構造式（Ａ）の構成単位であるメタクリル酸（ＭＡＡ）、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル（ＨＥＭＡ）、メタクリル酸メチル（ＭＭＡ）、メタクリル酸ｎ−ブチル（ＢＭＡ）の量（ｌ、ｍ、ｎ、ｐ）を下記表２に示す。また、比較合成例２で得られたメタクリル共重合体の組成は、下記構造式（Ａ）の構成単位であるメタクリル酸メチル（ＭＭＡ）、メタクリル酸ｎ−ブチル（ＢＭＡ）の量（ｎ、ｐ）として下記表２に便宜的に示す。

（実施例１）
合成例１、２で得られたメタクリル共重合Ａ−１、Ａ−２および比較合成例１で得られたメタクリル共重合Ｒ−１を含むメタクリル共重合体溶液をアルミニウム板（Ａｌ板）の一端側を除く片面に塗布し、乾燥して厚さ１００μｍのメタクリル共重合体被膜をそれぞれ形成した。つづいて、これらのメタクリル共重合体被膜付きＡｌ板の未被膜部を保持し、４０℃のイオン交換水が収容された容器に浸漬すると共に、前記イオン交換水を２００ｒｐｍの速度で回転する撹拌羽根で撹拌した。このようなメタクリル共重合体被膜付きＡｌ板のイオン交換水への浸漬を２４０分間行い、０分、６０分、１２０分、１８０分および２４０分後のアクリル共重合体被膜の重量変化を調べた。すなわち、塗布、乾燥直後のメタクリル共重合体被膜付きＡｌ板の重量と各浸漬時間経過後の同Ａｌ板の重量（乾燥重量）を測定し、その測定差からメタクリル共重合体被膜の重量変化として求めた。その結果を図４に示す。なお、重量変化がマイナスの場合、メタクリル共重合体被膜がイオン交換水に溶出したことを意味する。

図４から明らかなように合成例１、２で得られたメタクリル共重合Ａ−１、Ａ−２および比較合成例１で得られたメタクリル共重合Ｒ−１は、いずれもイオン交換水に２４０分間浸漬しても殆ど溶解しないことがわかる。

（実施例２）
実施例１と同様な３種のメタクリル共重合体被膜付きＡｌ板の未被膜部を保持し、４０℃の水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ水溶液：ｐＨ＝１１）が収容された容器に浸漬すると共に、前記ＫＯＨ水溶液を２００ｒｐｍの速度で回転する撹拌羽根で撹拌した。水酸化カリウム水溶液は、研磨スラリ−の溶液として用いられる。このようなメタクリル共重合体被膜付きＡｌ板のＫＯＨ水溶液への浸漬を２４０分間行い、０分、６０分、１２０分、１８０分および２４０分後のメタクリル共重合体被膜の重量変化を調べた。すなわち、塗布、乾燥直後のメタクリル共重合体被膜付きＡｌ板の重量と各浸漬時間経過後の同Ａｌ板の重量（乾燥重量）を測定し、その測定差からメタクリル共重合体被膜の重量変化として求めた。その結果を図５に示す。なお、重量変化がマイナスの場合、メタクリル共重合体被膜がＫＯＨ水溶液に溶出したことを意味する。

図５から明らかなように合成例１で得られた酸価が３０ｍｇＫＯＨ／ｇのメタクリル共重合体Ａ−１は、ＫＯＨ水溶液に２４０分間浸漬しても殆ど溶解しないことがわかる。また、合成例２で得られた酸価が７０ｍｇＫＯＨ／ｇのメタクリル共重合体Ａ−２はＫＯＨ水溶液に僅かに溶解することがわかる。

これに対し、比較合成例１で得られた酸価が１００ｍｇＫＯＨ／ｇを超えるＲ−１のメタクリル共重合体はＫＯＨ水溶液に浸漬後、６０分間を経過する前にその水溶液に相当量溶解することがわかる。

このような実施例１、２の結果から酸価が１０〜１００ｍｇＫＯＨ／ｇの本発明のメタクリル共重合体は、研磨スラリー中の水（イオン交換水）に殆ど溶解せず、かつ例えばシリカ微粉末が分散される研磨スラリ−に用いられる水酸化カリウム水溶液に僅かに溶解し、実質的に研磨スラリ−の存在下で摩擦力を受けた時にのみ削られる性質を示す。

（実施例３）
純水に平均粒径０．２μｍの酸化セリウム砥粒を１重量％分散させて研磨スラリーを調製した。

また、ロデール社商品名のＳｕｂａ−４００（不織布タイプの軟質研磨パッド）の研磨表面に合成例１、２および比較合成例１で得られたメタクリル共重合溶液Ａ−１、Ａ−２およびＲ−１を塗布し、乾燥させて厚さ約５００μｍの研磨層を形成し、緩衝材層の上に研磨層を有した２層タイプの研磨布を作製した。この研磨布をムサシ工業社製商品名ＭＡ２００の研磨装置に組み込み、ドレッシングツールを有するドレッシング装置で前記研磨布の成形体をドレッシングした。

次いで、シリコン酸化膜が形成された２０ｍｍ角のシリコンウェハを用意した。つづいて、前述した研磨装置の基板ホルダに前記シリコンウェハをその酸化膜が研磨布と対向するように保持した。つづいて、前記ホルダの支持軸により前記ウェハを研磨布に約４００ｇ／ｃｍ² の荷重を与え、前記定盤およびホルダをそれぞれ１５０ｒｐｍ、１１２ｒｐｍの速度で同方向に回転させながら、前記研磨スラリーを供給管から１０ｍｌ／分の速度で前記研磨布に供給して前記シリコンウェハ表面のシリコン酸化膜を研磨した。

また、従来例１として前記研磨装置に組み込まれる研磨布として硬質発泡ポリウレタン（ロデール社製商品名；ＩＣ１０００）を用い、これをドレッシング装置でドレッシングした以外、前述した条件でシリコンウェハ表面のシリコン酸化膜を研磨した。

前述した４種の研磨布が組み込まれた研磨装置によるシリコン酸化膜の研磨初期における研磨速度を測定した。その結果を図６に示す。

図６から明らかなように酸価が１０〜１００ｍｇＫＯＨ／ｇのメタクリル共重合体（合成例１、２のメタクリル共重合体Ａ−１およびＡ−２）の成形体を有する本発明の研磨布は、いずれも酸価が１００ｍｇＫＯＨ／ｇを超えるメタクリル共重合体（比較合成例１のメタクリル共重合体Ｒ−１）の成形体を有する参照例の研磨布に比べて研磨速度が速くなることがわかる。特に、酸価が７０ｍｇＫＯＨ／ｇのメタクリル共重合体（合成例２のメタクリル共重合体Ａ−２）の成形体を有する本発明の研磨布は、従来例１のＩＣ−１０００の研磨布と同等の研磨速度を示すが、酸価が３０ｍｇＫＯＨ／ｇのメタクリル共重合体（合成例１のメタクリル共重合体Ａ−１）の成形体を有する本発明の研磨布は従来例１のＩＣ−１０００の研磨布に比べて格段に速い研磨速度を示すことがわかる。

（実施例４）
前記実施例３での４種の研磨布が組み込まれた研磨装置によるシリコン酸化膜の研磨において、研磨時間とシリコン酸化膜の研磨速度を測定した。これらの結果を図７に示す。

図７から明らかなように酸価が１００ｍｇＫＯＨ／ｇを超えるメタクリル共重合体（比較合成例１のメタクリル共重合体Ｒ−１）の成形体を有する参照例の研磨布は初期研磨速度が低いばかりか、研磨時間の経過に伴って研磨速度が下がり、初期研磨速度に対して６０分間経過後において約６０％の研磨速度が下降，つまり研磨速度が変動することがわかる。

また、従来例１の硬質発泡ポリウレタン（ＩＣ−１０００）の研磨布は、研磨時間の経過に伴って研磨速度が上昇し、初期研磨速度に対して６０分間経過後において約３０％の研磨速度が上昇，つまり研磨速度が変動することがわかる。

これに対し、酸価が７０ｍｇＫＯＨ／ｇのアクリル共重合体（合成例２のメタクリル共重合体Ａ−２）の成形体を有する本発明の研磨布は、初期研磨から６０分間経過後において研磨速度が変化せず、極めて安定した研磨速度を示すことがわかる。

また、酸価が３０ｍｇＫＯＨ／ｇのアクリル共重合体（合成例１のメタクリル共重合体Ａ−１）の成形体を有する本発明の研磨布は、従来のＩＣ−１０００の研磨布に比べて研磨速度を極めて高く、研磨時間の経過に伴って研磨速度が若干下上昇するものの、初期研磨速度に対して６０分間経過後において約１６％しか研磨速度が上昇せず、安定した研磨速度を示すことがわかる。

なお、従来例２として比較合成例２で得た酸価、水酸基価を有さないメタクリル共重合体Ｒ−２を含むメタクリル共重合体溶液を、Ｓｕｂａ４００の研磨表面に塗装し、乾燥させて厚さ５００μｍの研磨層を形成し、緩衝材層の上に研磨層を有した２層タイプの研磨布を作製した。この研磨布を実施例３と同様な研磨装置に組み込み、ドレッシングした後、実施例３と同様なシリコン酸化膜付きシリコンウェハの研磨に供し、研磨時間とシリコン酸化膜の研磨速度を測定した。その結果、酸価、水酸基価を有さないメタクリル共重合体Ｒ−２を有する従来例２の研磨布は、安定した研磨速度を示すものの、初期研磨速度が４０ｎｍ／分と低い値を示した。

（実施例５）
純水に平均粒径０．２μｍの酸化セリウム砥粒を１重量％分散させて研磨スラリーを調製した。

また、合成例３で得られたメタクリル共重合体Ｓ−１を射出成形し、直径６０ｃｍ、厚さ３ｍｍの円板状成形体を作製した。この円板状成形体をロデール社製Ｓｕｂａ−４００に両面テープで貼り合せ、その表面に幅２ｍｍ、深さ１ｍｍ、ピッチ幅１５ｍｍの格子状の溝加工を施して、２層構造の研磨パッドを作製した。この研磨パッドを前述した図３に示す研磨装置に組み込み、ドレッシングツールを有するドレッシング装置で前記研磨布の成形体をドレッシングした。

次いで、図８の（Ａ）に示すように８インチのシリコンウェハ２１の表面を酸化して厚さ約１０ｎｍのバッファ酸化膜２２を形成した。この後、前面にＣＶＤ法により厚さ２００ｎｍの窒化シリコン膜２３を堆積した。

次いで、図８の（Ｂ）に示すように窒化シリコン膜上に素子分離領域に相当する箇所が開口されたレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスクとして前記窒化シリコン膜を選択的にエッチングして窒化シリコンからなるマスク材２４を形成した。前記レジストパターンを剥離、除去した後、前記マスク材２４を用いて露出するバッファ酸化膜２２、さらにシリコンウェハ２１を例えばリアクティブイオンエッチングのような異方性エッチングを行って溝２５を形成した。つづいて、図８の（Ｃ）に示すように前記溝２５を含む前記マスク材２４の全面にＣＶＤ法によりＳｉＯ₂膜２６をその溝２５の深さ以上の厚さになるように堆積した。

次いで、前述したメタクリル共重合体Ｓ−１の成形体を有する研磨布が組み込まれた図３に示す研磨装置を用いて基板ホルダ７に前記ＳｉＯ₂膜２６が堆積されたシリコンウェハ２１をそのＳｉＯ₂膜２６が研磨布布１側に対向するように逆さにして保持した。支持軸６により前記シリコンウェハ２１を研磨布１に４００ｇｆ／ｃｍ² の荷重を与え、さらに前記研磨布１の定盤３およびホルダ７をそれぞれ１００ｒｐｍ、１０７ｒｐｍの速度で同一方向に回転させながら、前記研磨スラリーを供給管５から１９０ｍＬ／分の速度で前記研磨布１に供給して前記溝２５を除く前記マスク材２４表面が露出するまでＳｉＯ₂膜２６をＣＭＰ処理することにより、ＳｉＯ₂膜２６を前記溝２５および前記バッファ酸化膜２２、マスク材２４の穴内に残存させた。この後、前記マスク材２４およびバッファ酸化膜２２を除去することにより、図８の（Ｄ）に示すように前記溝２５にＳｉＯ₂が埋め込まれた浅溝型素子分離（ＳＴＩ）領域２７を形成した。

このようなＣＭＰ処理を４０枚の研磨相当のシリコンウェハ２１に対して連続して実施した結果、全てのシリコンウェハ２１に良好な浅溝型素子分離（ＳＴＩ）領域２７を安定的に形成することができた。

（実施例６）
図９の（Ａ）に示すように表面に図示しないソース、ドレイン等の拡散層が形成されたシリコンウェハ３１上にＣＶＤ法により例えば厚さ１０００ｎｍのＳｉＯ₂ 膜（第１層層間絶縁膜）３２を堆積した。

次いで、図９の（Ｂ）に示すように第１層層間絶縁膜３２上にＡｌ−Ｓｉ合金膜を形成し、このＡｌ−Ｓｉ合金膜にレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスクとして前記Ａｌ−Ｓｉ合金膜を例えばリアクティブイオンエッチングのような異方性エッチングを配線層３３を形成した。つづいて、前記配線層３３を含む前記第１層層間絶縁膜３２の全面にＣＶＤ法により例えば厚さ１２００ｎｍのＳｉＯ₂膜（第２層層間絶縁膜）３４を堆積した。このとき、２層層間絶縁膜３４は前記記配線層３３による凹凸形状が転写されて表面が凹凸形状になった。

次いで、前述したメタクリル共重合体Ｓ−１の成形体を有する研磨布が組み込まれた図３に示す研磨装置を用いて基板ホルダ７に前記２層層間絶縁膜３４が堆積されたシリコンウェハ３１をその２層層間絶縁膜３４が研磨布布１側に対向するように逆さにして保持した。支持軸６により前記シリコンウェハ３１を研磨布１に４００ｇｆ／ｃｍ² の荷重を与え、さらに前記研磨布１の定盤３およびホルダ７をそれぞれ１００ｒｐｍ、１０７ｒｐｍの速度で同一方向に回転させながら、前記研磨スラリーを供給管５から１９０ｍＬ／分の速度で前記研磨布１に供給して前記２層層間絶縁膜３４表層をＣＭＰ処理することにより、図９の（Ｃ）に示すように２層層間絶縁膜３４表面が平坦化された。

このようなＣＭＰ処理を４０枚の研磨相当のシリコンウェハ３１に対して連続して実施した結果、全てのシリコンウェハ３１上の第２層層間絶縁膜３４表面を安定的に平坦化することができた。

（実施例７）
まず、コロイダルシリカ３．６重量％、コロイダルアルミナ１．１重量％、２−キノリンカルボン酸（キナルジン酸）０．６重量％、乳酸０．３５重量％、ドデシル硫酸アンモニウム１．８重量％、過酸化水素３．９重量％、ヒドロキシエチルセルロース０．５重量％および残部水からなる研磨スラリーを調製した。

次いで、図１０の（Ａ）に示すように表面に図示しないソース、ドレイン等の拡散層が形成されたシリコンウェハ４１上にＣＶＤ法により層間絶縁膜としての例えば厚さ１０００ｎｍのＳｉＯ₂ 膜４２を堆積した後、前記ＳｉＯ₂ 膜４２にフォトエッチング技術により配線層に相当する形状を有する幅１００μｍ、深さ０．８μｍの複数の溝４３を形成した。つづいて、図１０の（Ｂ）に示すように前記溝４３を含む前記ＳｉＯ₂ 膜４２上にスパッタ蒸着により厚さ１５ｎｍのＴｉＮからなるバリア層４４および厚さ１．６μｍのＣｕ膜４５をこの順序で形成した。

次いで、前述したメタクリル共重合体Ｓ−１の成形体を有する研磨布が組み込まれた実施例５と同様な図３に示す研磨装置を用いて基板ホルダ７に前記Ｃｕ膜４５が成膜されたシリコンウェハ４１をそのＣｕ膜４５が前記研磨布１側に対向するように逆さにして保持した。支持軸６により前記シリコンウェハ４１を研磨布１に４００ｇｆ／ｃｍ² の荷重を与え、さらに前記研磨布１の定盤４およびホルダ７をそれぞれ１００ｒｐｍ、１０７ｒｐｍの速度で同一方向に回転させながら、前記研磨スラリーを供給管５から５０ｍＬ／分の速度で前記研磨布１に供給して前記溝４３を除く前記ＳｉＯ₂膜４２表面が露出するまでＣｕ膜４５および前記バリア層４４をＣＭＰ処理することにより図１０の（Ｃ）に示すように周囲がバリア層４４で包まれた埋込みＣｕ配線層４６を形成して半導体装置を製造した。

このようなＣＭＰ処理を４０枚の研磨相当のシリコンウェハ４１に対して連続して実施した結果、全てのシリコンウェハ４１に良好な埋込みＣｕ配線層４６を安定的に形成することができた。

以上詳述したように本発明によれば、ドレッシング処理を施さずに、長い時間に亘って安定した研磨性能を発揮し得る研磨布を提供することができる。

また、本発明によれば半導体基板に浅溝型素子分離（ＳＴＩ）領域を安定して形成することが可能な半導体装置の製造方法を提供することができる。

さらに、本発明によれば半導体基板上に表面が平坦化されたの層間絶縁膜を安定して形成することが可能な半導体装置の製造方法を提供することができる。

さらに、本発明によれば半導体基板上の絶縁膜に溝および開口部から選ばれる少なくとも１つの埋込み用部材に高精度の埋め込み配線層のような導電部材を安定して形成することが可能な半導体装置の製造方法を提供することができる。

本発明に係る研磨布の一形態を示す概略図。 本発明に係る研磨布の他の形態を示す概略図。 本発明に係る研磨布が組み込まれた研磨装置の一形態を示す概略図。 実施例１における３種の（メタ）アクリル共重合体のイオン交換水に対する溶解性の評価結果を示す図。 実施例２における３種の（メタ）アクリル共重合体の水酸化カリウム水溶液に対する溶解性の評価結果を示す図。 実施例３における各種研磨布の初期研磨速度を示す図。 実施例４における各種研磨布の研磨時間と研磨速度の関係を示す図。 本発明の実施例５における半導体装置の製造工程を示す断面図。 本発明の実施例６における半導体装置の製造工程を示す断面図。 本発明の実施例７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

１…研磨布、２…（メタ）アクリル共重合体からなる成形体、３…定盤（ターンテーブル）、４…緩衝材層、５…供給管、６…支持軸、７…ホルダ、２１、３１、４１…シリコンウェハ、２５，４３…溝、２７…浅溝型素子分離（ＳＴＩ）領域、３２、３４…層間絶縁膜、４６…Ｃｕ埋込み配線層。

Claims (10)

1. 化学機械研磨に用いられる研磨布であって、酸価が１０〜１００ｍｇＫＯＨ／ｇ、水酸基価が５０〜１５０ｍｇＫＯＨ／ｇである（メタ）アクリル共重合体からなる成形体を備えることを特徴とする研磨布。
2. 前記（メタ）アクリル共重合体は、酸価を示す基が（メタ）アクリル酸に基づく構成単位で、水酸基価を示す基が（メタ）アクリル酸ヒドロキシアルキルエステルに基づく構成単位である下記一般式（Ｉ）で表されることを特徴とする請求項１に記載の研磨布。
   

   

   （ただし、式中のＲ１、Ｒ２、Ｒ３はそれぞれ独立に水素原子もしくはメチル基を示し、Ｒ４は炭素数が２〜４の直鎖状または分岐状のアルキレン基を示し、Ｒ５は炭素数が１〜１８の直鎖状または分岐状のアルキル基を示す。また、ｌ、ｍ、ｎは各単量体に基づく構成単位の重量％を示し、かつｌ、ｍ、ｎは共重合体の酸価が１０〜１００ｍｇＫＯＨ／ｇ、水酸基価が５０〜１５０ｍｇＫＯＨ／ｇになるようにそれぞれ選択される数を示す。）
3. 前記メタクリル共重合体は、酸価を示す基がメタクリル酸に基づく構成単位で、水酸基価を示す基がメタクリル酸２−ヒドロキシエチルに基づく構成単位である下記式（II）にて表されることを特徴とする請求項１記載の研磨布。
   

   

   （ただし、式中のＲはアルキル基を示し、Ｒを有するメタクリル酸アルキルエステルは１種または２種以上であってもよい。また、ｌ、ｍ、ｎは各単量体に基づく構成単位の重量％を示し、かつｌ、ｍ、ｎは共重合体の酸価が１０〜１００ｍｇＫＯＨ／ｇ、水酸基価が５０〜１５０ｍｇＫＯＨ／ｇになるようにそれぞれ選択される数を示す。）
4. 前記（メタ）アクリル共重合体は、重量平均分子量が４０，０００〜１，０００，０００であることを特徴とする請求項１ないし３いずれか記載の研磨布。
5. 前記（メタ）アクリル共重合体の成形体は、回転可能な定盤上に直接もしくは緩衝材層を介して固定されていることを特徴とする請求項１ないし４いずれか記載の研磨布。
6. 半導体基板に溝を形成する工程と、
   前記溝を含む前記半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、
   請求項１〜５記載の研磨布に前記半導体基板の絶縁膜を押し当て回転させながら、前記研磨布に研磨砥粒を含む研磨スラリーを供給して研磨することにより前記溝内に絶縁膜を残存させて埋め込み素子分離領域を形成する工程と
   を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
7. 半導体基板上の凹凸パターンに層間絶縁膜を形成する工程と、
   請求項１〜５記載の研磨布に前記半導体基板の層間絶縁膜を押し当て回転させながら、前記研磨布に研磨砥粒を含む研磨スラリーを供給して前記層間絶縁膜を研磨する工程と
   を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
8. 前記研磨砥粒は、酸化セリウムおよびシリカからなる群から選ばれる少なくとも１つの酸化物の粒子であることを特徴とする請求項６または７記載の半導体装置の製造方法。
9. 半導体基板上の絶縁膜に配線層の形状に相当する溝およびビアフィルの形状に相当する開口部から選ばれる少なくとも１つの埋込み用部材を形成する工程と、
   前記埋込み用部材の内面を含む前記絶縁膜上に配線材料膜を形成する工程と、
   請求項１〜５記載の研磨布に前記半導体基板の配線材料膜を押し当て回転させながら、前記研磨布に研磨砥粒を含む研磨スラリーを供給して研磨することにより前記埋込み用部材内に配線材料膜を残存させて配線層およびビアフィルから選ばれる少なくとも１つの導電部材を形成する工程と
   を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
10. 前記研磨砥粒は、シリカおよびアルミナからなる群から選ばれる少なくとも１つの酸化物の粒子であることを特徴とする請求項９記載の半導体装置の製造方法。

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