(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の研磨液を用いて、銅または銅合金を研磨して平坦化する第１の工程と、
第２の研磨液を用いて、銅または銅合金の下層のバリア層を研磨する第２の工程と、
を有する研磨方法であって、
前記バリア層が、タンタル、窒化タンタル、タンタル合金、又はその他のタンタル化合物であり、
前記第１の研磨液及び前記第２の研磨液は、いずれも、導体の酸化剤、金属表面に対する保護膜形成剤、酸、水溶性高分子及び水を含有してなり、
前記第２の研磨液の酸化剤の濃度が、前記第１の研磨液の酸化剤の濃度よりも低いことを特徴とする基板の研磨方法。
【請求項２】
前記第１の研磨液の酸化剤の濃度が、１．５〜１０重量％であり、前記第２の研磨液の酸化剤の濃度が、０．０１〜３重量％である請求項１に記載の基板の研磨方法。
【請求項３】
前記第１の研磨液及び前記第２の研磨液のｐＨが、３以下である請求項１または請求項２に記載の基板の研磨方法。
【請求項４】
前記水溶性高分子が、ポリアクリル酸もしくはその塩、ポリメタクリル酸もしくはその塩、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンからなる群から選ばれた少なくとも１種である請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の基板の研磨方法。
【請求項５】
前記第２の研磨液の酸化剤の濃度が、０．０１〜１．５重量％である請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の基板の研磨方法。
【請求項６】
前記酸が、有機酸である請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の基板の研磨方法。
【請求項７】
前記有機酸が、マロン酸、リンゴ酸、酒石酸、グリコール酸及びクエン酸から選ばれた少なくとも１種である請求項６に記載の基板の研磨方法。
【請求項８】
前記保護膜形成剤が、ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）及びその誘導体から選ばれた少なくとも１種である請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の基板の研磨方法。
【請求項９】
前記酸化剤が、過酸化水素、硝酸、過ヨウ素酸カリウム、次亜塩素酸及びオゾン水より選ばれた少なくとも１種である請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の基板の研磨方法。
【請求項１０】
前記第１の研磨液及び前記第２の研磨液には、さらに砥粒が添加されていることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の基板の研磨方法。
【請求項１１】
前記砥粒が、シリカ、アルミナ、セリア、チタニア、ジルコニア、ゲルマニアより選ばれた少なくとも１種である請求項１０に記載の基板の研磨方法。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載の研磨法を用いて、銅または銅合金とそのバリア層を含む面を研磨する基板の研磨方法。
【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形成工程の研磨に使用される基板の研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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（以下ＣＭＰと記す）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、例えば米国特許第４９４４８３６号に開示されている。
【０００３】
また、最近はＬＳＩを高性能化するために、配線材料として銅または銅合金の利用が試みられている。しかし、銅または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または銅合金薄膜を堆積して埋め込み、溝部以外の銅または銅合金薄膜を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。
【０００４】
銅または銅合金等の金属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、基板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。
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、保護膜形成剤が添加される。まず酸化剤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板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の第１３８巻１１号（１９９１年発行）の３４６０〜３４６４頁に開示されている。
【０００５】
ＣＭＰによる研磨速度を高める方法として酸化金属溶解剤を添加することが有効とされている。固体砥粒によって削り取られた金属酸化物の粒を研磨液に溶解（以下エッチングと記す）させてしまうと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。酸化金属溶解剤の添加によりＣＭＰによる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。
【０００６】
これを防ぐためにさらに保護膜形成剤が添加される。保護膜形成剤は金属膜表面の酸化層上に保護膜を形成し、酸化層の研磨液中への溶解を防止するものである。この保護膜は固体砥粒により容易に削り取ることが可能で、ＣＭＰによる研磨速度を低下させないことが望まれる。
銅及び銅合金のディッシングや研磨中の腐食を抑制し、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保護膜形成剤としてベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）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。
【０００７】
銅または銅合金のダマシン配線形成やタングステン等のプラグ配線形成等の金属埋め込み形成においては、埋め込み部分以外に形成される層間絶縁膜である二酸化シリコン膜の研磨速度も大きい場合には、層間絶縁膜ごと配線の厚みが薄くなるシニングが発生する。その結果、配線抵抗の増加やパターン密度等により抵抗のばらつきが生じるために、研磨される金属膜に対して二酸化シリコン膜の研磨速度が十分小さい特性が要求される。そこで、酸の解離により生ずる陰イオンにより二酸化シリコンの研磨速度を抑制することにより、研磨液のｐＨをｐＫａ−０．５よりも大きくする方法が提唱されている。この技術は、例えば特許第２８１９１９６号公報に記載されている。
【０００８】
一方、配線の銅或いは銅合金等の下層には、層間絶縁膜中への銅拡散防止のためにバリア層として、タンタルやタンタル合金及び窒化タンタルやその他のタンタル化合物等が形成される。したがって、銅或いは銅合金を埋め込む配線部分以外では、露出したバリア層をＣＭＰにより取り除く必要がある。しかし、これらのバリア層導体膜は、銅或いは銅合金に比べ硬度が高いために、銅または銅合金用の研磨材料の組み合わせでは十分な研磨速度が得られない場合が多い。そこで、銅或いは銅合金を研磨する第１工程と、バリア層導体を研磨する第２工程からなる２段研磨方法が検討されている。
【０００９】
銅或いは銅合金を研磨する第１工程と、バリア層を研磨する第２工程からなる２段研磨方法では、被研磨膜の硬度や化学的性質が異なるために、研磨液のｐＨ、砥粒及び添加剤等の組成物について、かなり異なる性質のものが検討されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
バリア層として用いられるタンタルやタンタル合金及び窒化タンタルやその他のタンタル化合物は、化学的に安定でエッチングが難しく、硬度が高いために機械的な研磨も銅または銅合金ほど容易ではない。そこで、砥粒の硬度を上げた場合には、銅または銅合金に研磨キズが発生して電気特性不良の原因になったり、砥粒の粒子濃度を高くした場合には、二酸化シリコン膜の研磨速度が大きくなってしまいシニングが発生するという問題があった。
本発明は、銅または銅合金とバリア層導体とを連続して効率的に研磨を行うことができ、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基板の研磨方法を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の基板の研磨方法は、導体の酸化剤、金属表面に対する保護膜形成剤、酸及び水を含有する研磨液を用いて、銅または銅合金を研磨して平坦化する第１の工程と、それに続く銅または銅合金の下層のバリア層を研磨する第２の工程からなる研磨方法において、酸化剤の濃度を変えて研磨することを特徴とする基板の研磨方法である。
研磨液の酸化剤濃度が、第１の工程は１．５〜１０重量部、第２の工程は０．０１〜３重量％であることが好ましく、研磨液の酸化剤濃度を第１の工程よりも第２の工程で低い濃度にする。
本発明における基板の研磨方法の研磨液のｐＨは、３以下であることが好ましい。
本発明における基板の研磨方法の研磨液は、さらに水溶性高分子を含有することができる。
水溶性高分子は、ポリアクリル酸もしくはその塩、ポリメタクリル酸もしくはその塩、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール、ポリアミド酸およびその塩、ポリビニルピロリドンからなる群から選ばれた少なくとも１種が好ましい。
基板の研磨方法の研磨液が水溶性高分子を含有する場合には、第２工程で用いる研磨液の酸化剤濃度が０．０１〜１．５重量％であることが好ましい。
酸は、有機酸であることが好ましく、マロン酸、リンゴ酸、酒石酸、グリコール酸及びクエン酸から選ばれた少なくとも１種であることが好ましい。
保護膜形成剤は、従来から広く用いられてきたベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）およびその誘導体から選ばれた少なくとも一種（ＢＴＡ類）であることが好ましい。
導体の酸化剤は、過酸化水素、硝酸、過ヨウ素酸カリウム、次亜塩素酸、オゾン水より選ばれた少なくとも１種であることが好ましい。
研磨液には、砥粒を含有しても良い。砥粒は、シリカ、アルミナ、セリア、チタニア、ジルコニア、ゲルマニアより選ばれた少なくとも１種であることが好ましく、平均粒径１００ｎｍ以下のコロイダルシリカまたはコロイダルアルミナであることが好ましい。
導体は、銅または銅合金及びそのバリア層であり、バリア層は、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である。
本発明の基板の研磨方法は、銅または銅合金とそのバリア層を含む面を研磨する研磨方法であると好ましい。
本発明の基板の研磨方法は、銅または銅合金とタンタル、窒化タンタルの研磨速度比（Ｃｕ／Ｔａ、Ｃｕ／ＴａＮ）が２０よりも大きい研磨液で第１の工程を、タンタル、窒化タンタルと銅または銅合金の研磨速度比（Ｔａ／Ｃｕ、ＴａＮ／Ｃｕ）が１よりも大きく、かつタンタル、窒化タンタルと二酸化シリコン膜の研磨速度比（Ｔａ／ＳｉＯ2、ＴａＮ／ＳｉＯ2）が１０より大きい研磨液で第２の工程を研磨する研磨法である。
本発明では、酸化剤濃度を変えるだけで、１つの研磨定盤で、第１の工程である銅または銅合金膜の研磨と第２の工程であるバリア層の研磨を連続して効率的に行うことができ、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基板の研磨方法を提供する。
銅または銅合金とその下層のバリア層を研磨する方法として、研磨液の組成を変えた別の研磨液を用いて２段研磨する方法が行われていた。時間効率を上げるために、第１の工程と第２の工程別に複数台の研磨装置を用意したり、複数の定盤を有する研磨装置が必要であり、工程間の時間ロスや装置費の面で、効率的及び経済的でないという問題があった。
本発明者らは、バリア層として用いられるタンタルやタンタル合金及び窒化タンタルやその他のタンタル化合物の研磨が低酸化剤濃度領域で容易に進行することを見出したことにより、酸化剤濃度を変えるだけで、銅または銅合金の研磨とその後のバリア層の研磨を同じ成分の研磨液で行うことができる方法を見出した。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明においては、表面に二酸化シリコンの凹部を有する基板上にバリア層及び銅或いは銅合金を含む金属膜を形成・充填する。この基板をまず銅或いは銅合金／バリア層の研磨速度比が十分大きい銅及び銅合金用の研磨液を用いてＣＭＰすると、基板の凸部のバリア層が表面に露出し、凹部に銅或いは銅合金膜が残された所望の導体パタ−ンが得られる。本発明の研磨方法は、導体の酸化剤、金属表面に対する保護膜形成剤、酸及び水を含有する研磨液を用いて、銅または銅合金を研磨して平坦化する第１の工程と、それに続く銅または銅合金の下層のバリア層を研磨する第２の工程からなり、第１の工程と第２の工程の酸化剤の濃度のみを変える研磨方法を用いる。必要に応じて、水溶性高分子や砥粒を添加した研磨液を使用してもよい。
【００１３】
上記基板の研磨方法の研磨液の酸化剤濃度は、第１の工程が１．５〜１０重量％、第２の工程が０．０１〜３重量％に調整する。第１工程の酸化剤の濃度は、１．５重量％未満であると銅または銅合金の研磨速度が小さくなり、１０重量％を超えて大きくしても銅または銅合金の研磨速度は変化しないので経済的でない。第２の工程の酸化剤の濃度は、０．１５重量％付近でタンタルやタンタル合金及び窒化タンタルやその他のタンタル化合物の研磨速度が極大になる。酸化剤によりタンタルやタンタル合金及び窒化タンタルやその他のタンタル化合物等の導体膜表面に、機械的に研磨されやすい一次酸化層が形成され、高い研磨速度が得られる。酸化剤の濃度が３重量％を超えて大きいと、銅または銅合金のエッチング速度が大きくなりディシング等が発生し易くなるだけでなく、タンタルやタンタル合金及び窒化タンタルやその他のタンタル化合物等の導体膜表面に、一次酸化層よりも研磨されにくい二次酸化層が形成されるために研磨速度が低下する。酸化剤の濃度が０．０１重量％未満であると、酸化層が充分形成されないために研磨速度が小さくなる。
【００１４】
本発明の基板の研磨方法では、研磨液のｐＨを３以下に調整すると好ましい。研磨液のｐＨは、３を超えて大きいと第１工程の銅または銅合金の研磨速度が小さくなり、第２工程のタンタルやタンタル合金及び窒化タンタルやその他のタンタル化合物の研磨速度が小さくなる。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。
【００１５】
本発明の基板の研磨方法における研磨液は、水溶性高分子を含有する場合もある。水溶性高分子は、第１の工程において、銅または銅合金のタンタルやタンタル合金及び窒化タンタルやその他のタンタル化合物、或いはその酸化膜表面に吸着するために、高い研磨速度が得られる酸化剤濃度範囲が小さくなる。また、水溶性高分子は、特に窒化タンタル膜や窒化チタン等の窒化化合物膜の表面に吸着し易いために、窒化タンタル膜や窒化チタン等の窒化化合物膜の研磨速度が小さくなる。一方、水溶性高分子は、金属の表面保護膜形成効果を持ち、保護膜形成剤との相乗効果及び水溶性高分子の基材表面への保護膜形成効果により、ディシングやシニング等の平坦化特性を向上させる。
【００１６】
基板の研磨方法における研磨液の導体の酸化剤としては、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）、硝酸、過ヨウ素酸カリウム、次亜塩素酸、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。基板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、適用対象の基板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】
研磨液の酸としては、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、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、及びこれらの有機酸のアンモニウム塩等の塩、硫酸、硝酸、アンモニア、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、クロム酸等又はそれらの混合物等が挙げられる。これらの中では、実用的なＣＭＰ研磨速度が得られるという点でマロン酸、リンゴ酸、酒石酸、グリコール酸及びクエン酸が好ましい。
【００１８】
研磨液の保護膜形成剤としては、ベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）、ＢＴＡ誘導体、例えばＢＴＡのベンゼン環の一つの水素原子をメチル基で置換したもの（トリルトリアゾール）もしくはカルボキシル基等で置換したもの（ベンゾトリアゾール−４−カルボン酸、のメチル、エチル、プロピル、ブチル及びオクチルエステル）、又はナフトトリアゾ−ル、ナフトトリアゾ−ル誘導体及びこれらを含む混合物の中から選ばれる。
【００１９】
研磨液の水溶性高分子としては、以下の群から選ばれたものが好適であり、ポリアクリル酸、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、ポリアクリルアミド等のカルボキシル基を持つモノマーを基本構成単位とするポリマーおよびその塩、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン等のビニル基を持つモノマーを基本構成単位とするポリマーが挙げられる。但し、適用する基板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。基板がガラス基板等である場合はその限りではない。これらの水溶性高分子を添加することにより、保護膜形成剤によるエッチング抑止効果によりディシング特性を向上させることができる。
【００２０】
本発明の基板の研磨方法には、砥粒を添加しても良い。砥粒としては、シリカ、アルミナ、セリア、チタニア、ジルコニア、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のいずれでもよいが、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。平均粒径は、バリア層の研磨速度がより大きくなり、二酸化シリコンの研磨速度がより小さくなる２０ｎｍ以下がより好ましい。コロイダルシリカはシリコンアルコキシドの加水分解または珪酸ナトリウムのイオン交換による製造方法が知られており、コロイダルアルミナは硝酸アルミニウムの加水分解による製造方法が知られている。
【００２１】
本発明を適用する導体膜としては、第１の工程が銅または銅合金であり、第２の工程が銅または銅合金のバリア層であり、バリア層はタンタルやタンタル合金及び窒化タンタルやその他のタンタル化合物からなる。
【００２２】
本発明の基板の研磨方法における研磨液の酸の配合量は、酸化剤、酸、保護膜形成剤、水溶性高分子及び水の総量１００ｇに対して、０．０００１〜０．０５ｍｏｌとすることが好ましく、０．００１〜０．０１ｍｏｌとすることがより好ましい。この配合量が０．０５ｍｏｌを超えると、銅または銅合金のエッチングが増加する傾向がある。
【００２３】
保護膜形成剤の配合量は、酸化剤、酸、保護膜形成剤、水溶性高分子及び水の総量１００ｇに対して、０．０００１〜０．０１ｍｏｌとすることが好ましく、０．０００５〜０．００５ｍｏｌとすることがより好ましい。この配合量が０．０００１ｍｏｌ未満では、銅または銅合金のエッチングが増加する傾向があり、０．０１ｍｏｌを超えても効果に変わりがない。
【００２４】
本発明の基板の研磨方法における研磨液では水溶性高分子を添加することもできる。水溶性高分子の配合量は、酸化剤、酸、保護膜形成剤、水溶性高分子及び水の総量１００ｇに対して、０．００１〜０．５重量％とすることが好ましく、０．０１重量％〜０．２重量％とすることがより好ましい。この配合量が０．００１重量％未満では、エッチング抑制において保護膜形成剤との併用効果が現れない傾向があり、０．５重量％を超えると、ＣＭＰによる研磨速度が低下する傾向がある。
【００２５】
本発明の基板の研磨方法における研磨液では、砥粒を含有することもできる。砥粒の添加量は全重量に対して０．０１重量％から１０重量％であることが好ましく、０．０５重量％から５重量％の範囲であることがより好ましい。この配合量が０．０１％未満では砥粒を含まない場合の研磨速度と有意差がなく、１０重量％を超えるとＣＭＰによる研磨速度は飽和し、それ以上加えても増加は見られない。
【００２６】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、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。
【００２７】
（実施例１〜３）
（磨液の作製方法）
酸  ０．５７重量部、水溶性高分子  ０．０７重量部、保護膜形成剤としてＢＴＡ  ０．２９重量部に水９９．０７重量部（水溶性高分子を加えない場合は９９．１４重量部）を加えて溶解した混合液を作製した。第１の工程の研磨では、上記混合液と過酸化水素（試薬特級、３０％水溶液）を７：３の重量比率で混合し、第２の工程では、混合液と過酸化水素（試薬特級、３０％水溶液）を９９．５：０．５の重量比率で混合して使用する。砥粒を添加する場合には、テトラエトキシシランのアンモニア水溶液中での加水分解により作製した平均粒径２０ｎｍのコロイダルシリカを上記混合液に１重量部添加し、水を９８．０７重量部（水溶性高分子を加えない場合は９８．１４重量部）とした。
実施例１〜３では表１に記した酸、水溶性高分子を用いて上記研磨液でＣＭＰした。
（研磨条件）
基材：厚さ２００ｎｍのタンタル膜を形成したシリコン基板
厚さ１μｍの２酸化シリコン膜を形成したシリコン基板
厚さ１μｍの銅膜を形成したシリコン基板
研磨パッド：独立気泡を持つ発泡ポリウレタン樹脂
研磨圧力：２５０ｇｆ／ｃｍ2
基板と研磨定盤との相対速度：１８ｍ／ｍｉｎ
（研磨品評価項目）
ＣＭＰによる研磨速度：膜のＣＭＰ前後での膜厚差を電気抵抗値から換算して求めた。
エッチング速度：攪拌した研磨液（室温、２５℃、攪拌１００ｒｐｍ）への浸漬前後の銅膜厚差を電気抵抗値から換算して求めた。
ディシング量：二酸化シリコン中に深さ０．５μｍの溝を形成して、公知のスパッタ法によってバリア層として厚さ５０ｎｍの窒化タンタル膜を形成し、同様にスパッタ法により銅膜を形成して公知の熱処理によって埋め込んだシリコン基板を基板として用いて２段研磨を行い、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。第１の工程の研磨液で、絶縁膜部でバリア層が露出するまで銅の研磨を行った状態、及び第２の工程の研磨液で、絶縁膜部でバリア層がなくなるまで研磨を行った状態で評価した。
シニング量：上記ディシング量評価用基板に形成された配線金属部幅４５μｍ、絶縁膜部幅５μｍが交互に並んだ総幅２．５ｍｍのストライプ状パターン部の表面形状を触針式段差計により測定し、ストライプ状パターン周辺の絶縁膜フィールド部に対するパターン中央付近の絶縁膜部の膜減り量を求めた。第１の工程後及び第２の工程後に評価した。
実施例１〜３における、ＣＭＰによる研磨速度、エッチング速度の測定結果を表１に示した。ディシング量及びシニング量の測定結果を表２に示した。
【００２８】
【表１】
0004759779.tif 000002
【００２９】
【表２】
0004759779.tif 000003
【００３０】
実施例１は、砥粒と水溶性高分子を配合しない例で、酸化剤である過酸化水素濃度を第１の工程では９重量％含む研磨液で研磨し、第２の工程では、過酸化水素を０．１５重量％含む研磨液で研磨する例である。第１の工程で使用する研磨液中の過酸化水素濃度を高くすると銅の研磨速度が２１０ｎｍ／ｍｉｎとバリアであるタンタルの０．３ｎｍ／ｍｉｎに比べ顕著に速くなる。一方、第２の工程で使用する研磨液中の過酸化水素を０．１５重量％とすると銅の研磨速度が１７．０ｎｍ／ｍｉｎとバリアであるタンタルの４．５ｎｍ／ｍｉｎと銅の研磨速度が遅くなり、タンタルの研磨速度が速くなる。絶縁層である二酸化シリコンの研磨速度は、非常に小さい。銅とバリアのタンタルの研磨速度は、砥粒を配合した実施例２、さらに水溶性高分子を配合した実施例３においてもその傾向は変化がない。二酸化シリコンの絶縁層に溝を形成し、銅の拡散を防止するバリア層としてタンタルを用いて、その表面に銅層を設けた場合、第１の工程で酸化剤である過酸化水素の濃度を高めた研磨液を使用すると、銅層の研磨速度が速く、短時間に研磨することができ、銅層が研磨されてバリア層が露出してくる。バリア層が露出してきたら、今度は、第２の工程で研磨液として、酸化剤である過酸化水素濃度を低下させ、研磨すると、銅の研磨速度が低下し、タンタルの研磨速度が速くなり、バリア層と銅層をほぼ同じ程度に研磨できるようになる。このように第１の工程で、酸化剤である過酸化水素濃度の高い研磨液をポンプ等で供給し、バリア層が露出してきたら、第２の工程として過酸化水素の濃度の低い研磨液をポンプ等で供給し研磨すると良い。絶縁層である二酸化シリコンの研磨速度は銅やタンタルに比べ低く、研磨はこの層の上面付近で確実に停止できる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の基板の研磨方法は、研磨液のｐＨが３よりも小さく、かつ酸化剤の濃度を第１工程の銅または銅合金の研磨では１．５〜１０重量％に、第２工程のバリア層の研磨では０．０１〜３重量％に調整することにより、酸化剤濃度を変えるだけで、１つの研磨定盤で、銅または銅合金膜の研磨とバリア層の研磨を連続して効率的に行うことができ、信頼性の高い金属膜の埋め込みパタ−ン形成が可能になる。