(57)【要約】【課題】研磨速度を維持しつつ、エッチング速度が十分に低い金属膜の埋め込みパターンを形成する研磨液を提供する。【解決手段】酸化剤、酸化金属溶解剤、金属防食剤、水を含み、金属防食剤がベンゾトリアゾール並びに、２−メチルイミダゾール、２−エチルイミダゾール、２−イソプロピルイミダゾール、２−プロピルイミダゾール、２−ブチルイミダゾール、４−メチルイミダゾール、２，４−ジメチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−アミノイミダゾールからなるイミダゾール類、３−メチル−５−ピラゾロン、３−アミノ−５−メチルピラゾール、３−アミノ−５−ヒドロキシピラゾールからなるピラゾール類、チアゾール類、１，２，３−トリアゾロ［４，５−ｂ］ピリジン、５−メチルベンゾトリアゾールからなるトリアゾール類、グアニジン類から選ばれる１種以上を含み、銅、銅合金又はそれらの酸化物を含む基体を研磨する研磨液。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化剤、酸化金属溶解剤、金属防食剤及び水を含有してなり、
前記金属防食剤がベンゾトリアゾール並びに、
２−メチルイミダゾール、２−エチルイミダゾール、２−イソプロピルイミダゾール、２−プロピルイミダゾール、２−ブチルイミダゾール、４−メチルイミダゾール、２，４−ジメチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール及び２−アミノイミダゾールから選ばれるイミダゾール類、
３−メチル−５−ピラゾロン、３−アミノ−５−メチルピラゾール及び３−アミノ−５−ヒドロキシピラゾールから選ばれるピラゾール類、
チアゾール類、
１，２，３−トリアゾロ［４，５−ｂ］ピリジン及び５−メチルベンゾトリアゾールから選ばれるトリアゾール類及び
グアニジン類
から選ばれる少なくとも１種の化合物を含み、
銅、銅合金、銅の酸化物及び銅合金の酸化物から選ばれる少なくとも１種を含む基体の研磨に使用される研磨液。
【請求項２】
前記金属防食剤の総配合量は、研磨液の総量に対して０．０００５〜１０ｗｔ％含有されてなる請求項１記載の研磨液。
【請求項３】
前記ベンゾトリアゾールは、研磨液の総量に対して５ｗｔ％以下含有されてなる請求項１または２記載の研磨液。
【請求項４】
さらに水溶性高分子を含む請求項１〜３のいずれかに記載の研磨液。
【請求項５】
固体砥粒を含む請求項１〜４いずれかに記載の研磨液。
【請求項６】
研磨定盤の研磨布上に請求項１〜５のいずれか記載の研磨液を供給しながら、銅、銅合金、銅の酸化物、銅合金の酸化物から選ばれる少なくとも一種を含む基体の被研磨面を研磨布に押圧した状態で研磨布と基体とを相対的に動かして被研磨面を研磨する研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に半導体デバイスの配線工程における研磨液及びそれを用いた研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路（以下ＬＳＩと記す）の高集積化、高性能化に伴って新たな微細加工技術が開発されている。化学機械研磨法（以下ＣＭＰと記す）もその一つであり、ＬＳＩ製造工程、特に多層配線形成工程における層間絶縁膜の平坦化、金属プラグ形成、埋め込み配線形成において頻繁に利用される技術である。この技術は、例えば特許文献１に開示されている。
【０００３】
また、最近はＬＳＩを高性能化するために、配線材料として銅合金の利用が試みられている。しかし、銅合金は従来のアルミニウム合金配線の形成で頻繁に用いられたドライエッチング法による微細加工が困難である。そこで、あらかじめ溝を形成してある絶縁膜上に銅合金薄膜を堆積して埋め込み、溝部以外の銅合金薄膜をＣＭＰにより除去して埋め込み配線を形成する、いわゆるダマシン法が主に採用されている。この技術は、例えば特許文献２に開示されている。
【０００４】
銅金属等の金属のＣＭＰの一般的な方法は、円形の研磨定盤（プラテン）上に研磨パッドを貼り付け、研磨パッド表面を金属用の研磨液で浸し、基体の金属膜を形成した面を押し付けて、その裏面から所定の圧力（以下、研磨圧力と記す。）を加えた状態で研磨定盤を回し、研磨液と金属膜の凸部との機械的摩擦によって凸部の金属膜を除去するものである。
【０００５】
ＣＭＰに用いられる金属用研磨液は、一般には過酸化水素等の酸化剤及び固体砥粒からなっており必要に応じてさらに酸等の酸化金属溶解剤、金属防食剤（保護膜形成剤）が添加される。まず酸化によって金属膜表面を酸化し、その酸化層を固体砥粒によって削り取るのが基本的なメカニズムと考えられている。凹部の金属表面の酸化層は研磨パッドにあまり触れず、固体砥粒による削り取りの効果が及ばないので、ＣＭＰの進行とともに凸部の金属層が除去されて基体表面は平坦化される。この詳細については非特許文献１に開示されている。
【０００６】
ＣＭＰによる研磨速度を高める方法として研磨液に酸等の酸化金属溶解剤を添加することが有効とされている。これは固体砥粒によって削り取られた金属酸化物の粒が研磨液に溶解（以下、エッチングと記す。）することにより、固体砥粒による削り取りの効果が増すためであるためと解釈できる。酸の添加によりＣＭＰの研磨速度は向上するが、一方、凹部の金属膜表面の酸化層もエッチング（溶解）されて金属膜表面が露出し、過酸化水素によって金属膜表面がさらに酸化され、これが繰り返されると凹部の金属膜のエッチングが進行してしまう。このため研磨後に埋め込まれた金属配線の表面中央部分が皿のように窪む現象（以下、ディシングと記す。）が発生し平坦化効果が損なわれる。これを防ぐためにさらに金属防食剤が添加される。しかし金属防食剤は研磨速度を抑制してしまうことから、酸化金属溶解剤と金属防食剤の効果のバランスを取ることが重要である。凹部の金属膜表面の酸化層があまりエッチングされず、削り取られた酸化層の粒が効率良く溶解されてＣＭＰ研磨速度が大きくなることが望ましい。例えば、グリシン等のアミノ酸又はアミド硫酸からなる酸化金属溶解剤、およびベンゾトリアゾールで代表される金属防食剤を含有する金属用研磨液を用いる方法が提唱されている。この技術は例えば特許文献３に記載されている。
【０００７】
このように酸化金属溶解剤と金属防食剤を添加して化学反応の効果を加えることにより、ＣＭＰ速度（ＣＭＰによる研磨速度）が向上すると共に、ＣＭＰされる金属層表面の損傷（ダメ−ジ）も低減される効果が得られる。
【特許文献１】米国特許第４９４４８３６号明細書
【特許文献２】特開平２−２７８８２２号公報
【非特許文献１】ジャーナル・オブ・エレクトロケミカルソサエティ誌（Journal of Electrochemical Society）、１９９１年、第１３８巻、１１号、p．３４６０−３４６４
【特許文献３】特開平８−８３７８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、エッチングによるディッシングの発生や銅表面の荒れの抑制には、上記ベンゾトリアゾールを添加しても、十分ではなかった。従って、好ましい研磨速度を維持しつつ、エッチング速度を十分に低下させ、ディッシングの発生や銅表面の荒れを抑制するような研磨液が望まれていた。
【０００９】
本発明は、金属防食剤を添加してエッチング速度を十分に低下させることにより、ディシングの発生と表面の荒れを抑制し、信頼性の高い金属膜の埋め込みパターン形成を可能とする研磨液を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の研磨液は、
酸化剤、酸化金属溶解剤、金属防食剤及び水を含有してなり、
前記金属防食剤がベンゾトリアゾール並びに、
２−メチルイミダゾール、２−エチルイミダゾール、２−イソプロピルイミダゾール、２−プロピルイミダゾール、２−ブチルイミダゾール、４−メチルイミダゾール、２，４−ジメチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール及び２−アミノイミダゾールから選ばれるイミダゾール類、
３−メチル−５−ピラゾロン、３−アミノ−５−メチルピラゾール及び３−アミノ−５−ヒドロキシピラゾールから選ばれるピラゾール類、
チアゾール類、
１，２，３−トリアゾロ［４，５−ｂ］ピリジン及び５−メチルベンゾトリアゾールから選ばれるトリアゾール類及び
グアニジン類
から選ばれる少なくとも１種の化合物を含み、
銅、銅合金、銅の酸化物及び銅合金の酸化物から選ばれる少なくとも１種を含む基体の研磨に使用される研磨液に関する。
【００１１】
本発明の研磨液において、前記金属防食剤の総配合量は、研磨液の総量に対して０．０００５〜１０ｗｔ％含有されてなるのが好ましい。
【００１２】
また、ベンゾトリアゾールは、研磨液の総量に対して５ｗｔ％以下含有されてなるのが好ましい。
【００１３】
本発明の研磨液において、水溶性高分子、固体砥粒を含むことができる。
【００１４】
本発明は、研磨定盤の研磨布上に上記のいずれか記載の研磨液を供給しながら、銅、銅合金、銅の酸化物、銅合金の酸化物から選ばれる少なくとも一種を含む基体の被研磨面を研磨布に押圧した状態で研磨布と基体とを相対的に動かして被研磨面を研磨する研磨方法に関する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、金属防食剤を添加してエッチング速度を十分に低下させることにより、ディシングの発生と表面の荒れを抑制し、ディシングの発生と表面の荒れを抑制し、信頼性の高い金属膜の埋め込みパターン形成を可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の酸化剤としては、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）、硝酸、過ヨウ素酸カリウム、次亜塩素酸、過硫酸塩及びオゾン水等が挙げられ、その中でも過酸化水素が特に好ましい。これらは１種類単独で、もしくは２種類以上混合して用いることができる。適用対象の基体が集積回路用素子を含むシリコン基板である場合、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ハロゲン化物などによる汚染は望ましくないので、不揮発成分を含まない酸化剤が望ましい。但し、オゾン水は組成の時間変化が激しいので過酸化水素が最も適している。但し、基体が半導体素子を含まないガラス基板などである場合は不揮発成分を含む酸化剤であっても差し支えない。
【００１７】
酸化剤の配合量は、研磨液の総量に対して、０．１〜２５ｗｔ％とすることが好ましく、１〜２０ｗｔ％とすることがより好ましく、５〜１５ｗｔ％とすることが特に好ましい。配合量が０．１ｗｔ％未満または２５ｗｔ％を超えると、研磨速度の低下が顕著になる。
【００１８】
酸化金属溶解剤は、水溶性のものであれば特に制限はなく、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、２−メチル酪酸、ｎ−ヘキサン酸、３，３−ジメチル酪酸、２−エチル酪酸、４−メチルペンタン酸、ｎ−ヘプタン酸、２−メチルヘキサン酸、ｎ−オクタン酸、２−エチルヘキサン酸、安息香酸、グリコ−ル酸、サリチル酸、グリセリン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、マレイン酸、フタル酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸等の有機酸、これらの有機酸エステル及びこれら有機酸のアンモニウム塩等が例示できる。また塩酸、硫酸、硝酸等の無機酸、これら無機酸のアンモニウム塩類、例えば過硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、塩化アンモニウム等、クロム酸等が挙げられる。
【００１９】
これらの中で特に、効果的に研磨できるという点でギ酸、マロン酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、コハク酸の有機酸、有機酸エステル、有機酸のアンモニウム塩及び硫酸が金属層のＣＭＰに対して好適である。これらは１種類単独で、もしくは２種類以上混合して用いることができる。
【００２０】
本発明における酸化金属溶解剤成分の配合量は、研磨液の総量に対して０．００１〜１０ｗｔ％とすることが好ましく、０．０１〜８ｗｔ％とすることがより好ましく、０．０２〜５ｗｔ％とすることが特に好ましい。この配合量が０．００１ｗｔ％未満になると研磨速度が極端に減少する傾向にあり、１０ｗｔ％を超えると、研磨速度が飽和する傾向がある。
【００２１】
金属防食剤は、２５℃のエッチング速度を１．０ｎｍ／分以下にできる化合物であれば特に制限はない。例えば、これらの化合物としてイミダゾール類、ピラゾール類、チアゾール類、トリアゾール類、グアニジン類が挙げられる。これらは１種類単独で、もしくは２種類以上併用することができる。
【００２２】
イミダゾール類としては、イミダゾール、２−メチルイミダゾール、２−エチルイミダゾール、２−イソプロピルイミダゾール、２−プロピルイミダゾール、２−ブチルイミダゾール、４−メチルイミダゾール、２，４−ジメチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−アミノイミダゾール、メルカプトベンゾイミダゾール等を例示することができる。これらは、１種類単独で、もしくは２種類以上併用することができる。
【００２３】
ピラゾール類としては、３，５−ジメチルピラゾール、３−メチル−５−ピラゾロン、３−アミノ−５−メチルピラゾール、３−アミノ−５−ヒドロキシピラゾール、３−アミノ−５−メチルピラゾール等を例示することができる。これらは、１種類単独で、もしくは２種類以上併用することができる。
【００２４】
チアゾール類としては、２−アミノチアゾール、４，５−ジメチルチアゾール、２−アミノ−２−チアゾリン、２，４−ジメチルチアゾール、２−アミノ−４−メチルチアゾール等を例示することができる。これらは、１種類単独で、もしくは２種類以上併用することができる。
【００２５】
トリアゾール類としては、１，２，４−トリアゾール、３−アミノ−１，２，４−トリアゾール、４−アミノ−１，２，４−トリアゾール、１，２，４−トリアゾロ[１，５−a]ピリミジン、１，２，３−トリアゾロ[４，５−ｂ]ピリジン、５−メチルベンゾトリアゾール等を例示することができる。これらは、１種類単独で、もしくは２種類以上併用することができる。
【００２６】
グアニジン類としては、グアニジン、１，３‐ジフェニルグアニジン、1-(オルトトリル)ビグアナイド等を例示することができる。これらは、１種類単独で、もしくは２種類以上併用することができる。
【００２７】
金属防食剤の総配合量は、一般に研磨液の総量に対して０．０００５〜１０ｗｔ％とすることが好ましく、配合量が１０ｗｔ％を超えると研磨速度が低くなることがあるが、適正な配合量は防食剤によって異なり、さらに酸化剤、酸化金属溶解剤、その他添加剤の配合量によっても影響されるため、適宜選択される。
【００２８】
本発明の金属研磨液は、金属防食剤としてベンゾトリアゾールを含むことができる。
【００２９】
ベンゾトリアゾールを含む場合の配合量は、研磨液の総量に対して５ｗｔ％以下とすることが好ましく、１ｗｔ％以下とすることがより好ましく、０．５ｗｔ％以下とすることが特に好ましい。この配合量が５ｗｔ％を超えると研磨速度が低くなってしまう傾向がある。
【００３０】
本発明の研磨液は水溶性高分子を含むことができる。水溶性高分子としては、重量平均分子量が５００以上であれば特に制限はなく、例えばアルギン酸、ペクチン酸、カルボキシメチルセルロ−ス、寒天、カ−ドラン及びプルラン等の多糖類；ポリアスパラギン酸、ポリグルタミン酸、ポリリシン、ポリリンゴ酸、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸アンモニウム塩、ポリメタクリル酸ナトリウム塩、ポリアミド酸、ポリマーレイン酸、ポリイタコン酸、ポリフマル酸、ポリ（ｐ−スチレンカルボン酸）、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、アミノポリアクリルアミド、ポリアクリル酸アンモニウム塩、ポリアクリル酸ナトリウム塩、ポリアミド酸、ポリアミド酸アンモニウム塩、ポリアミド酸ナトリウム塩及びポリグリオキシル酸等のポリカルボン酸、ポリカルボン酸エステル及びその塩；ポリビニルアルコ−ル、ポリビニルピロリドン及びポリアクロレイン等のビニル系ポリマー等が挙げられる。但し、適用する基体が半導体集積回路用シリコン基板などの場合はアルカリ金属、アルカリ土類金属、ハロゲン化物等による汚染は望ましくないため、酸もしくはそのアンモニウム塩が望ましい。基体がガラス基板等である場合はその限りではない。その中でもペクチン酸、寒天、ポリリンゴ酸、ポリメタクリル酸、ポリアクリル酸アンモニウム塩、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール及びポリビニルピロリドン、それらのエステル及びそれらのアンモニウム塩が好ましい。
【００３１】
水溶性高分子を含む場合の配合量は、研磨液の総量に対して１０ｗｔ％以下とすることが好ましく、５ｗｔ％以下とすることがより好ましく、１ｗｔ％以下とすることが特に好ましい。この配合量が１０ｗｔ％を超えると研磨速度が低下する傾向がある。
【００３２】
水溶性高分子の重量平均分子量は５００以上とすることが好ましく、１５００以上とすることがより好ましく５０００以上とすることが特に好ましい。重量平均分子量の上限は特に規定するものではないが、溶解性の観点から５００万以下である。重量平均分子量が５００未満では高い研磨速度が発現しない傾向にある。本発明では、重量平均分子量が５００以上である少なくとも１種の水溶性高分子を用いることが好ましい。
【００３３】
本発明の研磨液は砥粒を添加することもできる。砥粒としては、アルミナ、シリカ、セリア、ジルコニア、チタニア、ゲルマニア、炭化珪素等の無機物砥粒、ポリスチレン、ポリアクリル、ポリ塩化ビニル等の有機物砥粒を例示することができるが、アルミナ、シリカ、セリア、ジルコニア、チタニア、ゲルマニアから選ばれる少なくとも１種を含むのが好ましい。さらに、研磨液中での分散安定性が良く、ＣＭＰにより発生する研磨傷（スクラッチ）の発生数の少ない、平均粒径が１００ｎｍ以下のコロイダルシリカ、コロイダルアルミナが好ましい。
【００３４】
砥粒を添加する場合の添加量は研磨液全重量に対して１０ｗｔ％以下であることが好ましく、５ｗｔ％以下であることがより好ましい。この配合量が１０ｗｔ％を超えるとＣＭＰによる研磨速度は飽和し、それ以上加えても研磨速度の増加は見られない。
【００３５】
本発明の研磨液には、上述した材料のほかにアニオン系、カチオン系、ノニオン系の界面活性剤、ビクトリアピュアブルー等の染料、フタロシアニングリーン等の顔料等の着色剤を含有させてもよい。
【００３６】
本発明における研磨液のｐＨはＣＭＰによる研磨速度が大きく、エッチング速度を効果的に抑制できるという点で２以上７以下であるのが好ましい。特にｐＨ２．５以上５以下範囲が好ましい。ｐＨは酸の添加量により調整することができる。またアンモニア、水酸化ナトリウム、テトラメチルアンモニウムハイドライド等のアルカリ成分の添加によっても調整可能である。
【００３７】
本発明の研磨液を適用して研磨されるものには金属膜が挙げられ、該金属膜としては、銅、銅合金、銅の酸化物、銅合金の酸化物（以下、銅及びその化合物という。）、タンタル、窒化タンタル、タンタル合金、その他のタンタル化合物、チタン、窒化チタン、チタン合金、その他のチタン化合物、タングステン、窒化タングステン、タングステン合金、その他のタングステン化合物（以下、タンタル、チタン、タングステン及びそれらの化合物という。）等を例示することができ、公知のスパッタ法、メッキ法により成膜できる。これらは１種または２種以上を組み合わせて研磨される。銅及びその化合物のうち、銅、銅合金からから選ばれるのが、タンタル、チタン、タングステン及びそれらの化合物のうち、タンタル、窒化タンタル、タンタル合金、チタン、窒化チタン、チタン合金、タングステン、窒化タングステン、タングステン合金のうちから選ばれるのが、より好ましい。
【００３８】
研磨は、研磨液によって金属薄膜表面に軟らかい金属錯体を形成させ、この金属錯体を効率よく除去し、再び金属表面を出現させる過程を繰り返すことによって構成される。
【００３９】
金属膜は、二種以上の上記金属を組み合わせた積層膜であってもよい。本発明を適用する積層膜としては、研磨される金属膜の積層膜のうち、先に研磨される層が前記銅及びその化合物から選ばれる少なくとも一種であり、該層の次の層が前記タンタル、チタン、タングステン及びそれらの化合物から選ばれる少なくとも一種である組み合わせが挙げられる。本発明の研磨液を用いることにより上記の二種以上の金属膜の積層膜を連続して研磨することもできる。
【００４０】
本発明の第一の研磨方法は、研磨定盤の研磨布上に前記本発明の研磨液を供給しながら、基体の被研磨面を研磨布に押圧した状態で研磨布と基体とを相対的に動かして被研磨面を研磨することを特徴とする研磨方法である。
【００４１】
研磨する装置としては、例えば、研磨される基体を保持するホルダーと、研磨パッド（研磨布）を貼り付けてあり、回転数が変更可能なモータ等を取り付けてある研磨定盤とを有する一般的な研磨装置が使用できる。研磨布としては、一般的な不織布、発泡ポリウレタン、多孔質フッ素樹脂などが使用でき、特に制限がない。研磨条件には制限はないが、定盤の回転速度は基体が飛び出さないように２００ｒｐｍ以下の低回転が好ましい。被研磨面を有する基体の研磨布への押し付け圧力が１〜１００ｋPaであることが好ましく、ＣＭＰ速度の被研磨面内均一性及びパターンの平坦性を満足するためには、５〜５０ｋPaであることがより好ましい。研磨している間、研磨布には研磨液をポンプ等で連続的に供給する。この供給量に制限はないが、研磨布の表面が常に研磨液で覆われていることが好ましい。研磨終了後の基体は、流水中でよく洗浄後、スピンドライ等を用いて基体上に付着した水滴を払い落としてから乾燥させることが好ましい。
【００４２】
研磨布と基体とを相対的に動かすには、研磨定盤を回転させる他に、ホルダーを回転や揺動させて研磨しても良い。また、研磨定盤を遊星回転させる研磨方法、ベルト状の研磨パッドを長尺方向の一方向に直線状に動かす研磨方法等が挙げられる。なお、ホルダーは固定、回転、揺動のいずれの状態でも良い。これらの研磨方法は、研磨パッドと基体とを相対的に動かすのであれば、被研磨面や研磨装置により適宜選択できる。
【００４３】
また、本発明の第二の研磨方法は、研磨定盤の研磨布上に本発明の研磨液を供給しながら、二種以上の金属膜の積層膜を連続して研磨するものである。例えば、金属膜の積層膜のうち、先に研磨される層が、前記銅及びその化合物から選ばれる少なくとも一種であり、該層と積層している層すなわち次の層が、前記タンタル、チタン、タングステン及びそれらの化合物から選ばれる少なくとも一種である積層膜の組み合わせが挙げられる。
【００４４】
本発明は、例えば半導体デバイスの配線層の形成における、金属配線用の導電性物質層と、層間絶縁膜へ前記導電性物質が拡散するのを防ぐバリア導体層と、層間絶縁膜との化学機械研磨（ＣＭＰ）に適用することができる。前記先に研磨される層が導電性物質層、該層の次の層がバリア導体層に相当する。
【００４５】
すなわち本発明の第三の研磨方法は、表面が凹部および凸部からなる層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜を表面に沿って被覆するバリア導体層と、前記凹部を充填してバリア導体層を被覆する金属層とを有する基板の金属層を研磨して前記凸部のバリア層を露出させる第１研磨工程と、該第１研磨工程後に、少なくともバリア導体層および凹部の金属層を研磨して凸部の層間絶縁膜を露出させる第２研磨工程とを含み、第１研磨工程および第２研磨工程の少なくとも一方の工程で本発明の研磨液を用いて研磨することを特徴とする。
【００４６】
以下、本発明の研磨方法の実施態様を、半導体デバイスにおける配線層の形成に沿って説明する。
【００４７】
まず、シリコンの基板上に二酸化ケイ素等の層間絶縁膜を積層する。次いで、レジスト層形成、エッチング等の公知の手段によって、層間絶縁膜表面に所定パターンの凹部（基板露出部）を形成して凸部と凹部とからなる層間絶縁膜とする。この層間絶縁膜上に、表面の凸凹に沿って層間絶縁膜を被覆するバリア導体層（以下、バリア層という。）として、タンタル等を蒸着またはＣＶＤ等により成膜する。さらに、前記凹部を充填するようにバリア層を被覆する導電性物質層（以下、金属層という。）として銅等を蒸着、めっきまたはＣＶＤ等により形成して積層膜を得る。層間絶縁膜、バリア層および金属層の形成厚さは、それぞれ０．０１〜２．０μｍ、１〜１００ｎｍ、０．０１〜２．５μｍ程度が好ましい。
【００４８】
（第１研磨工程）次に、この半導体基板を研磨装置に固定し、表面の金属層を被研磨面として、本発明の研磨液を供給しながら研磨する。これにより、層間絶縁膜凸部のバリア層が基板表面に露出し、層間絶縁膜凹部に前記金属層が残された所望の導体パターンが得られる。
【００４９】
（第２研磨工程）次いで、前記導体パターンを被研磨面として、少なくとも、前記露出しているバリア層および凹部の金属層を被研磨面として、本発明の研磨液を供給しながら研磨する。凸部のバリア層の下の層間絶縁膜が全て露出し、凹部に配線層となる前記金属層が残され、凸部と凹部との境界にバリア層の断面が露出した所望のパターンが得られた時点で研磨を終了する。なお、研磨終了時のより優れた平坦性を確保するために、さらに、オーバー研磨（例えば、第２研磨工程で所望のパターンを得られるまでの時間が１００秒の場合、この１００秒の研磨に加えて５０秒追加して研磨することをオーバー研磨５０％という。）して凸部の層間絶縁膜の一部を含む深さまで研磨しても良い。
【００５０】
この第１研磨工程および第２研磨工程の少なくとも一方で、本発明の研磨液を使用して研磨することにより、２５℃のエッチング速度を１．０ｎｍ／分以下に低下させ、高い研磨速度を維持し、ディシングの発生と表面の荒れを抑制できる。そして、基体の金属膜の凸部が選択的に研磨され、一方凹部には金属膜が残されることによって高平坦化された所望のパターンが得られる。
【００５１】
第１研磨工程および第２研磨工程で、引き続いて、本発明の研磨液を使用して研磨してもよい。この場合、第１研磨工程と第２研磨工程との間は、特に被研磨面の洗浄工程や乾燥工程等を行う必要はないが、研磨定盤や研磨布を取り換えたり、加工荷重等を変更させるために停止させてもよい。第１研磨工程および第２研磨工程で使用する本発明の研磨液は同一組成でも異なった組成でもよいが、同一組成であれば、第１研磨工程から第２研磨工程へ停止せずに連続して研磨を続けることができるため、生産性に優れる。
【００５２】
このようにして形成された金属配線の上に、さらに、層間絶縁膜および第２層目の金属配線を形成し、その配線間および配線上に再度層間絶縁膜を形成後、研磨して半導体基板全面に渡って平滑な面とする。この工程を所定数繰り返すことにより、所望の配線層数を有する半導体デバイスを製造することができる。
【実施例】
【００５３】
以下、実施例により本発明を説明する。本発明はこれらの実施例により制限されるものではない。
【００５４】
（実施例１〜３９および比較例１〜２）
（研磨液作製方法）
研磨液総量に対して酸化剤として３０％過酸化水素水  ３０ｗｔ％、酸化金属溶解剤としてリンゴ酸  ０．１５ｗｔ％、水溶性高分子  ０．１５ｗｔ%、ベンゾトリアゾール  ０．２ｗｔ％、さらに表１及び表２に示す金属防食剤を０．０２ｗｔ％、水を残部、混合して調製した。
【００５５】
（研磨条件）
銅基体：厚さ１．５μｍの銅金属を堆積したシリコン基板
タングステン基体：厚さ６００nmのタングステン化合物（窒化タングステン）を堆積したシリコン基板
研磨布：発泡ポリウレタン樹脂（ＩＣ１０００（ロデール社製））
研磨圧力：３０ｋＰａ
パッド回転数：６０ｒｐｍ
（研磨速度測定条件）
研磨速度は、それぞれの基体の研磨前後の膜厚差を電気抵抗値から換算して求めた。
【００５６】
（エッチング速度測定条件）
エッチング速度は、攪拌した研磨液（室温、２５℃、攪拌６００ｒｐｍ）への浸漬前後のそれぞれの基体の膜厚差を五点平均の電気抵抗値から換算して求めた。
【００５７】
各研磨液の銅基体に対するエッチング速度及び研磨速度を表１に、タングステン化合物基体に対するエッチング速度及び研磨速度を表２に併記した。
【表１】
2008270826.tif 000002
【表２】
2008270826.tif 000003
【００５８】
実施例１〜３９は、エッチング速度がいずれの場合も１．０以下であり、金属防食剤を加えない場合の比較例１、２と比較してエッチング速度が大幅に抑制されている。さらに、いずれの場合も研磨速度は実用の範囲内である。
【００５９】
さらに、研磨後の基体被研磨面の目視、光学顕微鏡観察、及び電子顕微鏡観察による表面観察を行った。その結果、実施例の表面はいずれも金属の色が保たれており、比較例において表面荒れが一部に観察されたが、実施例で表面荒れはいずれも観察されなかった。
【００６０】
（実施例４０）
研磨液総量に対してリンゴ酸  ０．１５ｗｔ%、水溶性高分子  ０．１５ｗｔ%、３，５−ジメチルピラゾール  ０．１５ｗｔ%、２−ブチルイミダゾール  ０．０２wt％、ベンゾトリアゾール  ０．２０ｗｔ％、３０％過酸化水素水  ３０ｗｔ％、水  残部を混合して研磨液を調製した。この研磨液で実施例１〜３９と同様の条件でエッチングしたときのエッチング速度は、銅では０．８５ｎｍ／ｍｉｎ、タングステン化合物では０．０９ｎｍ／ｍｉｎであった。
【００６１】
ディッシング量測定：配線幅０．３５〜１００μｍ、深さ０．５〜１００μｍの溝を形成した二酸化ケイ素膜上に、公知のスパッタ法によりバリア層として厚さ５０nmのタングステン化合物層を形成し、その上層にスパッタ法により銅膜を１．０μｍ形成したシリコン基板を用い、被研磨面表面全面で二酸化ケイ素の凸部が露出するまで上記研磨液で実施例１〜３９と同様の条件で研磨を行った。研磨時間は４分であり、約２５０ｎｍ／ｍｉｎ以上の研磨速度が得られた。
【００６２】
次に、触針式段差計で配線金属部幅１００μｍ、絶縁膜部幅１００μｍが交互に並んだストライプ状パターン部の表面形状から、絶縁膜部に対する配線金属部の膜減り量を求めたところ８４ｎｍであり、十分実用的な値であった。さらに、基体被研磨面の目視、光学顕微鏡観察、及び電子顕微鏡観察による表面観察を行った結果、表面荒れは観察されなかった。