(57)【要約】【課題】ＣＭＰ研磨時の研磨摩擦を低く保ち、信頼性の高い金属膜の埋め込みパタ−ン形成を可能とする研磨液を提供する。【解決手段】酸化剤、酸化金属溶解剤、研磨摩擦を低減させる水溶性化合物及び水を含有する研磨液であり、好ましくは、前記水溶性化合物の分配係数（ＬｏｇＰ）が、２以上、もしくは０以下である研磨液。【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、研磨摩擦を低減させる水溶性化合物及び水を含有することを特徴とする研磨液。
【請求項２】
前記水溶性化合物の分配係数（ＬｏｇＰ）が、２以上、もしくは０以下である請求項１記載の研磨液。
【請求項３】
前記水溶性化合物の分配係数（ＬｏｇＰ）が、２．５以上、もしくは−０．５以下である請求項１または２記載の研磨液。
【請求項４】
前記水溶性化合物が、尿素、イソシアヌル酸トリス（２−カルボキシエチル）、４−アミノ−１，２，４−トリアゾール、２−アミノイミダゾール、１，２，４−トリアゾール、ビス（２，３−ヒドロキシプロピルチオ）エタン、イミダゾール、ジチオグリセロール、１，４−ジアザビシクロ［２，２，２］オクタン、３−アミノ−１，２，４−トリアゾール、２，４−ジメチルチアゾール、１−フェニル−５−メルカプトテトラゾール、２−メチルメルカプト−５−メルカプトテトラゾール、２−メチルメルカプト−５−メルカプト−１，３，４−チアジアゾール、１，３−ジフェニルグアニジンから選ばれる少なくとも１種である請求項１〜３のいずれか記載の研磨液。
【請求項５】
酸化剤が、過酸化水素、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から選ばれる少なくとも１種である請求項１〜４のいずれか記載の研磨液。
【請求項６】
酸化金属溶解剤が、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から選ばれる少なくとも１種である請求項１〜５のいずれか記載の研磨液。
【請求項７】
金属防食剤を含み、該金属防食剤がベンゾトリアゾール及びその誘導体から選ばれた１種類以上の化合物からなる請求項１〜６のいずれか記載の研磨液。
【請求項８】
水溶性ポリマを含む請求項１〜７のいずれか記載の研磨液。
【請求項９】
水溶性ポリマが、多糖類、ポリカルボン酸、ポリカルボン酸エステル及びその塩、及びビニル系ポリマから選ばれた少なくとも１種である請求項８記載の研磨液。
【請求項１０】
砥粒を含む請求項１〜９のいずれか記載の研磨液。
【請求項１１】
砥粒がアルミナ、シリカ、セリア、チタニア、ジルコニア、ゲルマニアから選ばれる少なくとも１種を含む請求項１０記載の研磨液。
【請求項１２】
研磨されるのが金属膜であり、該金属膜が、銅、銅合金、銅の酸化物、銅合金の酸化物、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から選ばれる一種もしくは二種以上の組み合わせである請求項１〜１１のいずれか記載の研磨液。
【請求項１３】
研磨定盤の研磨布上に請求項１〜１２のいずれか記載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。
【請求項１４】
研磨定盤の研磨布上に請求項１〜１２のいずれか記載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ことを特徴とする研磨方法。
【請求項１５】
金属膜の積層膜のうち、先に研磨する層が銅、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であり、
該層の次の層がタンタル、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から選ばれる少なくとも一種である組み合わせである請求項１４記載の研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路（ＬＳＩ）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（ＣＭＰ）法もその一つであり、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、例えば米国特許Ｎｏ．４９４４８３６に開示されている。
近年、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、例えば特開平２−２７８８２２号公報に開示されている。
【０００３】
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（研磨圧力或いは研磨荷重）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。
ＣＭＰに用いられる金属用研磨液は、一般には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化金属溶解剤、金属防食剤が添加される。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膜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ジャ−ナル・オブ・エレクトロケミカルソサエティ誌（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｓｏｃｉｅｔｙ）の第１３８巻１１号（１９９１年発行）の３４６０〜３４６４頁に開示されている。
【０００４】
ＣＭＰにおける問題点として、金属膜表面の溶解（エッチング）が挙げられる。凹部の金属膜表面の酸化層もエッチングされて金属膜表面が露出すると、酸化剤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い、埋め込まれた金属配線の表面中央部分が等方的に腐食されて皿の様に窪む現象（ディッシング）が懸念される。また、エッチングにより金属表面の荒れ（コロージョン）も生じることがある。これらを防ぐためにエッチングを抑制することのできる金属防食剤が添加される。ディッシングや研磨中の銅合金の腐食を抑制し、信頼性の高いＬＳＩ配線を形成するために、グリシン等のアミノ酢酸又はアミド硫酸からなる酸化金属溶解剤及びＢＴＡ（ベンゾトリアゾール）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開平８−８３７８０号公報に記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、金属防食剤を添加することにより、研磨速度が低下することがある。さらに、問題点として、ＣＭＰ研磨時の高い研磨摩擦による金属膜の剥離が挙げられる。特に層間絶縁膜と金属膜の接着性が弱い時や層間絶縁膜層の強度が弱い時に、金属膜の研磨中に絶縁膜と金属膜の界面での剥離、もしくは絶縁膜層の凝集破壊によって、金属膜が部分的に剥離することがある。
【０００６】
ＣＭＰ研磨時の金属膜の剥離を防止するために、研磨摩擦を低下させると伴に、高いＣＭＰ特性を持った金属用の研磨液が望まれていた。本発明は、研磨摩擦を低下させる化合物を添加することによって、ＣＭＰ研磨時の研磨摩擦を低く保ち、信頼性の高い金属膜の埋め込みパタ−ン形成を可能とする研磨液を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、酸化剤、酸化金属溶解剤、研磨摩擦を低減させる水溶性化合物及び水を含有することを特徴とする研磨液に関する。
【０００８】
本発明は、前記水溶性化合物の分配係数（ＬｏｇＰ）が、２以上、もしくは０以下である請求項１記載の研磨液に関する。
本発明は、前記水溶性化合物の分配係数（ＬｏｇＰ）が、２．５以上、もしくは−０．５以下である研磨液に関する。
本発明は、前記水溶性化合物が、尿素、イソシアヌル酸トリス（２−カルボキシエチル）、４−アミノ−１，２，４−トリアゾール、２−アミノイミダゾール、１，２，４−トリアゾール、ビス（２，３−ヒドロキシプロピルチオ）エタン、イミダゾール、ジチオグリセロール、１，４−ジアザビシクロ［２，２，２］オクタン、３−アミノ−１，２，４−トリアゾール、２，４−ジメチルチアゾール、１−フェニル−５−メルカプトテトラゾール、２−メチルメルカプト−５−メルカプトテトラゾール、２−メチルメルカプト−５−メルカプト−１，３，４−チアジアゾール、１，３−ジフェニルグアニジンから選ばれる少なくとも１種である研磨液に関する。
【０００９】
本発明は、金属の酸化剤が、過酸化水素、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から選ばれる少なくとも１種である研磨液に関する。
本発明は、酸化金属溶解剤が、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から選ばれる少なくとも１種である研磨液に関する。
【００１０】
本発明は、金属防食剤を含み、該金属防食剤がベンゾトリアゾールもしくはその誘導体から選ばれた１種類以上の化合物からなる研磨液に関する。
本発明は、水溶性ポリマを含む研磨液に関する。
本発明は、水溶性ポリマが、多糖類、ポリカルボン酸、ポリカルボン酸エステル及びその塩、及びビニル系ポリマから選ばれた少なくとも１種である研磨液に関する。
本発明は、砥粒を含む研磨液に関する。
本発明は、砥粒がアルミナ、シリカ、セリア、チタニア、ジルコニア、ゲルマニアから選ばれる少なくとも１種を含む研磨液に関する。
【００１１】
本発明は、研磨されるのが金属膜であり、該金属膜が、銅、銅合金、銅の酸化物、銅合金の酸化物、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から選ばれる一種もしくは二種以上の組み合わせである研磨液に関する。
【００１２】
本発明は、研磨定盤の研磨布上に前記いずれか記載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に関する。
【００１３】
本発明は、研磨定盤の研磨布上に前記いずれか記載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研磨方法に関する。
本発明は、上記金属膜の積層膜のうち、先に研磨される層が銅、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であり、
該層の次の層がタンタル、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から選ばれる少なくとも一種である組み合わせである研磨方法に関する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の研磨液は、主要構成成分として酸化剤、酸化金属溶解剤、研磨摩擦を低減させる水溶性化合物及び水を含む。
本発明の研磨摩擦を低減させる水溶性化合物は、研磨液に添加することにより、添加前の研磨液に比べて研磨摩擦の低減効果を示す水溶性の化合物群であれば特に制限はないが、特定の化合物の分配係数を測定、または計算することで研磨摩擦の低減効果を予測することができる。
分配係数は、水と非極性溶媒、一般的には１−オクタノール、の二層間の化合物の比溶解性（溶媒／水）をＰ、またはその対数値ＬｏｇＰで表す。分配係数（ＬｏｇＰ）は、実際に測定することも可能であるが、Ｊ．　Ｃｈｅｍ．　Ｉｎｆ．　Ｃｏｍｐｕｔ．　Ｓｃｉ　１９８７，　２７，　２１で記載の方法などによって容易に計算することができ、より簡便である。
【００１５】
すなわち、実測または計算された特定の化合物の分配係数（ＬｏｇＰ）が２以上、もしくは０以下、さらに好ましくは２．５以上、もしくは−０．５以下である時、研磨摩擦の低減効果を示す。この範囲を満足している水溶性化合物であれば、特に制限はないが、尿素、イソシアヌル酸トリス（２−カルボキシエチル）、４−アミノ−１，２，４−トリアゾール、２−アミノイミダゾール、１，２，４−トリアゾール、ビス（２，３−ヒドロキシプロピルチオ）エタン、イミダゾール、ジチオグリセロール、１，４−ジアザビシクロ［２，２，２］オクタン、３−アミノ−１，２，４−トリアゾール、２，４−ジメチルチアゾール、１−フェニル−５−メルカプトテトラゾール、２−メチルメルカプト−５−メルカプトテトラゾール、２−メチルメルカプト−５−メルカプト−１，３，４−チアジアゾール、１，３−ジフェニルグアニジン等を例示することができる。また、２種類以上を併用することもできる。
なお、分配係数が０以下の水溶性化合物が、２以上の水溶性化合物よりも好ましい傾向がある。また、分配係数の上限は５程度が好ましい。
【００１６】
本発明における研磨摩擦を低減させる水溶性化合物の配合量は、研磨液の総量に対して０．０００５〜１０ｗｔ％とすることが好ましく、０．００１〜５ｗｔ％とすることがより好ましく、０．００５〜１ｗｔ％とすることが特に好ましい。この配合量が０．００１未満では、十分な研磨摩擦の低減効果が得られない傾向があり、１０ｗｔ％を超えると研磨速度が著しく低下したり、飽和して研磨摩擦の低減効果が変わらない場合がある。
【００１７】
本発明における酸化剤としては、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。
【００１８】
本発明における酸化剤の配合量は、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。
【００１９】
本発明における酸化金属溶解剤は、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、グリコール酸、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。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】
また、本発明の金属研磨液は、金属防食剤を含有することができ、金属防食剤としてベンゾトリアゾール及びその誘導体から選ばれた１種類以上の化合物が挙げられる。ベンゾトリアゾール誘導体としては、特に制限はないが、３−アミノ−１，２，４−トリアゾール、ベンゾトリアゾール、１−ヒドロキシベンゾトリアゾールを例示することができる。これらは１種類単独で、または２種類以上混合して用いることができる。
本発明において金属防食剤を含む場合の金属防食剤の総配合量は、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。
【００２２】
本発明の研磨液は水溶性ポリマを含むことができる。水溶性ポリマとしては、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。
【００２３】
本発明において水溶性ポリマを含む場合、その配合量は、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。
水溶性ポリマ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種の水溶性ポリマを用いることが好ましい。
【００２４】
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、チタニア、ジルコニア、ゲルマニアを例示することができ、これら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。
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
研磨される金属膜は、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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
すなわち本発明の研磨方法によれば、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ができる。
【００３３】
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。
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。
【００３４】
（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。
【００３５】
（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。
【００３６】
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れば、研磨摩擦係数を低減できる。特に、第２研磨工程に用いることにより、層間絶縁膜からの金属剥離を低減できる。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。
【００３７】
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。
【００３８】
【実施例】
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限定されるものではない。
実施例１〜１４および比較例１〜３
（研磨摩擦の測定）
図１は、可動式キャリア・ホルダー装置を装着したウエハ研磨装置の一例の上面模式図である。図１のように、可動式のキャリア・ホルダー装置１を５インチ用ウエハ研磨装置に装着した。該研磨装置の研磨定盤２上に、上記基体のうちパターン無しのウエハ（図示せず）をキャリア・ホルダー装置１のキャリア３により固定した。下記の研磨液および研磨条件でＣｕ膜の研磨を開始し、研磨開始２分後にキャリア・ホルダー装置１のローラー４を介して圧電素子５にかかる力を株式会社共和電業製のＬＭ−５０ＫＡ（型）荷重変換器により電気信号として読み取り、この数値を摩擦力に変換し、研磨摩擦係数を算出した。
【００３９】
（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％、表１に示す水溶性化合物を０．２ｗｔ％、水を残部、混合して調製した。
【００４０】
（研磨条件）
銅基体：直径５インチ、厚さ約２ｍｍの、銅金属基板
研磨布：発泡ポリウレタン樹脂（ＩＣ１０００（ロデール社製））
研磨圧力：２１ｋＰａ
パッド回転数：６０ｒｐｍ
表１に各水溶性化合物のＬｏｇＰおよび各研磨液の銅基体に対する研磨摩擦係数を併記した。
【００４１】
【表１】
2004031442.tif 000002
【００４２】
実施例１〜１４は、研磨摩擦係数がいずれの場合も０．７以下であり、水溶性化合物を用いない比較例３、さらには同量の研磨摩擦を低減させない水溶性化合物を加えた場合の比較例１、２と比較して研磨摩擦係数が低下している。このとき実施例１〜１４の水溶性化合物のＬｏｇＰは、２以上、または０以下である。
さらに、ＬｏｇＰが２．５以上である実施例１２〜１４、および−０．５以下である実施例１〜８において、水溶性化合物を用いない比較例３と比較して十分に研磨摩擦係数が低下していることがわかる。
【００４３】
実施例１５（ディッシング）
研磨液総量に対して、３０％過酸化水素水　３０ｗｔ％、リンゴ酸　０．１５ｗｔ％、水溶性ポリマー　０．１５ｗｔ％、平均粒径５０ｎｍのコロイダルシリカ砥粒　０．３ｗｔ％、さらに研磨摩擦を低減する水溶性化合物としてベンゾトリアゾール　０．２ｗｔ％、尿素　０．２ｗｔ％、水を残部、混合して研磨液Ａを作製した。
ディッシング量測定：　基体として、シリコン表面に配線幅０．３５〜１００μｍ、深さ０．５〜１００μｍの溝を形成して、次に公知のプラズマＣＶＤ法によって厚さ３００ｎｍの二酸化ケイ素膜を形成した後、公知のスパッタ法によりバリア層として厚さ５０ｎｍのタンタル層を形成し、その上層にスパッタ法により銅膜を１．４μｍ形成したシリコン基板を用意した。基板表面全面でタンタルバリア層が露出するまで、上記研磨液Ａおよび実施例１と同じ研磨条件によって銅膜の研磨を行った。
研磨前後の膜厚差を電気抵抗値から換算して研磨速度を求めた。研磨時間は５分であり、約２８０ｎｍ／ｍｉｎ以上の研磨速度が得られた。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７４ｎｍであり、十分実用的な値であった。
【００４４】
【発明の効果】
本発明により、ＣＭＰ時の研磨摩擦が減少し、金属膜の剥離が起きにくいため、生産性および信頼性の高い研磨液が得られた。この研磨液は、微細化、薄膜化、寸法精度、電気特性にも優れ、信頼性の高い半導体デバイス及び機器に好適である。
特に、銅、銅合金、銅の酸化物、銅合金の酸化物から選ばれる層と、該層の次の層として積層しているタンタル、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から選ばれる層とを含む積層膜用研磨液として最適である。
さらに本発明により、生産性に優れた半導体デバイスの研磨方法が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】可動式キャリア・ホルダー装置を装着したウエハ研磨装置の一例の上面模式図である。
【符号の説明】
１　　キャリア・ホルダー装置
２　　研磨定盤
３　　キャリア
４　　ローラー
５　　圧電素子
【図１】
2004031442.tif 000003