水酸化フラーレンスラリーを用いたCu-CMP 加工法に関する研究―研磨特性の検証

田近英之; 高谷裕浩; 林照剛田名田祐樹小久保研鈴木恵友

摘要

近年，半導体集積回路の高性能化が進む中で，素子の微細化に伴い配線を3次元的に構成する多層配線が一般的になっている．しかし，多層配線を行うためには各層間の十分な平坦化が必要となる．これは，下層の凹凸の影響を受けて上層の凹凸が大きくなると，膜被覆性の悪化やビアホール欠陥が発生することに加え，段差が露光装置の焦点深度を超えてしまい，一括露光による配線パターン形成が困難になるためである．そこで考え出されたのがCMP(Chemical Mechanical Polishing)と呼ばれる研磨手法である．CMPとはスラリーと呼ばれる研磨液を用いる研磨法であり，配線材料として用いられる銅に対しても適用可能であるため，多層配線の製造方法であるデュアルダマシン法のキープロセスとなっている．スラリー中に含まれる研磨砥粒は，銅表面に形成されるBTA（Benzotriazole）保護膜と過酸化水素水によって生成される脆性膜を機械的に除去する役割を担っている．しかし，現在使用されている研磨砥粒も近年の配線の微細化に伴い，粒径が配線幅よりも大きくなり，配線部分における高度な平坦化が困難になることが懸念されている．この問題に対応すべく，低圧研磨手法の開発などに加えて，砥粒フリースラリーや粒径を10nm-20nmで制御できるコロイダルシリカスラリーの開発などの研究が行われており，次世代半導体へ適応可能なスラリーが早急に求められている．そこで，我々は今後の微細化に対応可能な研磨砥粒として水酸化フラーレンを提案する．水酸化フラーレンは，図１に示すようにフラーレンに水酸基が複数個修飾した物質であり，高い水溶性を持つ，粒径が一様である，金属原子を含まないなどのCMPの研磨砥粒として望ましい性質を持っている．また，粒径が1nmであるため今後の微細配線への適応が期待される．そこで本研究では，水酸化フラーレンの研磨砥粒としての特性評価を行い，水酸化フラーレンを用いたCu-CMP用スラリーによる超平坦化加工プロセスの確立を目指す．本報では，水酸化フラーレンの持つ平坦化特性について調査を行い，その平坦化特性を解析するために，銅と水酸化フラーレンの化学反応性について調べたので報告する．

水酸化フラーレンスラリーを用いたCu-CMP 加工法に関する研究―研磨特性の検証

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