(57)【要約】【課題】  微細化、薄膜化、寸法精度、電気特性に優れ、信頼性が高く、低コストの半導体デバイスに好適である平坦性が高い金属用研磨液、並びにその金属用研磨液を用いた研磨方法を提供する。【解決手段】  ベンゼン環化合物、酸化金属溶解剤、及び水を含有することを特徴とする金属用研磨液、並びにその金属用研磨液を供給しながら、被研磨膜を有する基板を研磨布に押圧した状態で研磨定盤と基板を相対的に動かすことによって被研磨膜を研磨する研磨方法。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベンゼン環化合物、酸化金属溶解剤、及び水を含有することを特徴とする金属用研磨液。
【請求項２】
ベンゼン環化合物が０．１から９５重量％含有することを特徴とする請求項１記載の金属用研磨液。
【請求項３】
ベンゼン環化合物がスルホニル基を有することを特徴とする請求項1〜２記載の金属用研磨液。
【請求項４】
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１〜３項記載の金属用研磨液。
【請求項５】
砥粒を含有する請求項１〜４記載の金属用研磨液。
【請求項６】
砥粒が、シリカ、アルミナ、セリア、チタニア、ジルコニア、ゲルマニアから選ばれる少なくとも１種である請求項５記載の金属用研磨液。
【請求項７】
金属の酸化剤を含むことを特徴とする請求項１〜６記載の金属用研磨液。
【請求項８】
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７記載の金属用研磨液。
【請求項９】
重量平均分子量が５００以上のポリマを含有する請求項１〜８記載の金属用研磨液。
【請求項１０】
重量平均分子量が５００以上の水溶性ポリマが、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９項記載の金属用研磨液。
【請求項１１】
研磨される金属が、銅、銅合金のバリア層である請求項１〜１０記載の金属用研磨液。
【請求項１２】
バリア層がタンタル、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１種を含む請求項１１記載の金属用研磨液。
【請求項１３】
研磨定盤の研磨布上に請求項１〜１２記載の金属用研磨液を供給しながら、被研磨膜を有する基板を研磨布に押圧した状態で研磨定盤と基板を相対的に動かすことによって被研磨膜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形成工程の研磨に使用される金属用研磨液及び研磨方法に関する。
【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（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号公報に開示されている。
【０００３】
また、最近はＬＳＩを高性能化するために、配線材料として銅及び銅合金の利用が試みられている。しかし、銅及び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或いは銅合金薄膜を堆積して埋め込み、溝部以外の銅或いは銅合金薄膜を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号に開示されている。
【０００４】
銅及び銅合金等の金属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、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。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（以下ディッシングと記す）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。
【０００７】
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号に記載されている。
【０００８】
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及び層間絶縁膜との密着性向上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は、銅或いは銅合金に比べ硬度が高いために、銅或い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ず、かつ平坦性が悪くなる場合が多い。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】
バリア層導体を研磨する第２工程において、バリア金属用研磨液には、平坦化のため層間絶縁膜であるシリコン系皮膜、または有機ポリマ膜を研磨することが要求される場合がある。層間絶縁膜の研磨速度を向上させるために、砥粒の粒径を大きくして研磨を行うことがあるが、銅或いは銅合金や酸化膜に研磨キズが発生して電気特性不良の原因になるという問題がある。また、このような電気特性不良は、ＣＭＰ後の洗浄不足により発生するといった問題があった。
【特許文献１】米国特許第４９４４８３６号公報
【特許文献２】特開平２−２７８８２２号公報
【特許文献３】特開平８−８３７８０号公報
【非特許文献１】「ジャ−ナル・オブ・エレクトロケミカルソサエティ誌」１９９１年、第１３８巻、１１号、ｐ．３４６０−３４６４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
請求項１記載の発明は、層間絶縁膜の研磨速度が大きいため、平坦性が高い金属用研磨液を提供するものであり、微細化、薄膜化、寸法精度、電気特性に優れ、信頼性が高く、低コストの半導体デバイスに好適である。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の効果に加え、さらに層間絶縁膜の研磨速度が大きいため、平坦性が高く、生産性の良い金属用研磨液を提供するものであり、微細化、薄膜化、寸法精度、電気特性に優れ、信頼性が高く、低コストの半導体デバイスに好適である。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１〜２記載の発明の効果に加え、さらに層間絶縁膜の研磨速度の面内均一性に優れるため、平坦性が高く、生産性の良い金属用研磨液を提供するものであり、微細化、薄膜化、寸法精度、電気特性に優れ、信頼性が高く、低コストの半導体デバイスに好適である。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３記載の発明の効果に加え、さらに研磨後の洗浄性に優れるため、平坦性が高く、生産性の良い金属用研磨液を提供するものであり、微細化、薄膜化、寸法精度、電気特性に優れ、信頼性が高く、低コストの半導体デバイスに好適である。
【００１４】
請求項５記載の発明は、請求項１〜４記載の発明の効果に加え、さらにバリア層金属の研磨速度及び層間絶縁膜の研磨速度を高めるため平坦性が高く、生産性の良い金属用研磨液を提供するものであり、微細化、薄膜化、寸法精度、電気特性に優れ、信頼性が高く、低コストの半導体デバイスに好適である。
【００１５】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５記載の発明の効果に加え、さらに研磨キズを抑制した金属用研磨液を提供するものであり、微細化、薄膜化、寸法精度、電気特性に優れ、信頼性が高く、低コストの半導体デバイスに好適である。
【００１６】
請求項７記載の発明は、請求項１〜６記載の発明の効果に加え、さらに銅或いは銅合金配線の研磨速度を調整できる金属用研磨液を提供するものであり、微細化、薄膜化、寸法精度、電気特性に優れ、信頼性が高く、低コストの半導体デバイスに好適である。
【００１７】
請求項８記載の発明は、請求項１〜７記載の発明の効果に加え、さらに銅或いは銅合金配線の研磨速度を調整でき銅残渣を取り除ける金属用研磨液を提供するものであり、微細化、薄膜化、寸法精度、電気特性に優れ、信頼性が高く、低コストの半導体デバイスに好適である。
【００１８】
請求項９記載の発明は、請求項１〜８記載の発明の効果に加え、さらに銅或いは銅合金配線、バリア層金属、層間絶縁膜の研磨均一性に優れる金属用研磨液を提供するものであり、微細化、薄膜化、寸法精度、電気特性に優れ、信頼性が高く、低コストの半導体デバイスに好適である。
【００１９】
請求項１０記載の発明は、請求項１〜９記載の発明の効果に加え、さらに銅或いは銅合金配線、バリア層金属、層間絶縁膜の研磨均一性に優れる金属用研磨液を提供するものであり、微細化、薄膜化、寸法精度、電気特性に優れ、信頼性が高く、低コストの半導体デバイスに好適である。
【００２０】
請求項１１記載の発明は、銅或いは銅合金のバリア層用として請求項１〜１０記載の発明の効果を有する金属用研磨液を提供するものであり、微細化、薄膜化、寸法精度、電気特性に優れ、信頼性が高く、低コストの半導体デバイスに好適である。
【００２１】
請求項１２記載の発明は、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、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バリア層用として請求項１〜１１記載の発明の効果を有する金属用研磨液を提供するものであり、微細化、薄膜化、寸法精度、電気特性に優れ、信頼性が高く、低コストの半導体デバイスに好適である。
【００２２】
請求項１３記載の発明は、微細化、薄膜化、寸法精度、電気特性に優れ、信頼性が高く、低コストの半導体デバイスの製造における研磨方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は、ベンゼン環化合物、酸化金属溶解剤、及び水を含有することを特徴とする金属用研磨液に関する。
本発明は、ベンゼン環化合物が０．１から９５重量％含有することを特徴とする金属用研磨液に関する。
本発明は、ベンゼン環化合物がスルホニル基を有することを特徴とする金属用研磨液に関する。
【００２４】
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種である金属用研磨液に関する。
本発明は、砥粒を含有する金属用研磨液に関する。
本発明は、砥粒が、シリカ、アルミナ、セリア、チタニア、ジルコニア、ゲルマニアから選ばれる少なくとも１種である金属用研磨液に関する。
【００２５】
本発明は、金属の酸化剤を含むことを特徴とする金属用研磨液に関する。
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、次亜塩素酸及びオゾン水から選ばれる少なくとも１種である金属用研磨液に関する。
本発明は、重量平均分子量が５００以上のポリマを含有する金属用研磨液に関する。
【００２６】
本発明は、重量平均分子量が５００以上の水溶性ポリマが、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種である金属用研磨液に関する。
本発明は、研磨される金属が、銅、銅合金のバリア層である金属用研磨液に関する。
【００２７】
本発明は、バリア層がタンタル、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１種を含む金属用研磨液に関する。
本発明は、研磨定盤の研磨布上に金属用研磨液を供給しながら、被研磨膜を有する基板を研磨布に押圧した状態で研磨定盤と基板を相対的に動かすことによって被研磨膜を研磨する研磨方法に関する。
【発明の効果】
【００２８】
本発明により、金属の研磨速度が大きくエッチング速度が小さいため、生産性が高く、ディッシング及びエロージョンが小さい金属用研磨液が得られた。この金属用研磨液は、微細化、薄膜化、寸法精度、電気特性に優れ、信頼性の高い半導体デバイス及び機器に好適である。
本発明により、層間絶縁膜の研磨速度が大きく平坦性が高い金属用研磨液が得られた。この金属用研磨液は微細化、薄膜化、寸法精度、電気特性に優れ、信頼性が高く、低コストの半導体デバイスに好適である。
【００２９】
本発明により、上記の発明の効果に加え、さらにバリア層金属の研磨速度を低下させずに層間絶縁膜の研磨速度を維持するため、平坦性が高く、生産性の良い金属用研磨液が得られた。この金属用研磨液は、微細化、薄膜化、寸法精度、電気特性に優れ、信頼性が高く、低コストの半導体デバイスに好適である。
本発明により、上記の発明の効果に加え、さらに研磨後の洗浄性に優れるため、平坦性が高く、生産性の良い金属用研磨液が得られた。この金属用研磨液は、微細化、薄膜化、寸法精度、電気特性に優れ、信頼性が高く、低コストの半導体デバイスに好適である。
【００３０】
本発明により、上記の発明の効果に加え、さらにバリア層金属の研磨速度及び層間絶縁膜の研磨速度を高めるため平坦性が高く、生産性の良い金属用研磨液が得られた。この金属用研磨液は、微細化、薄膜化、寸法精度、電気特性に優れ、信頼性が高く、低コストの半導体デバイスに好適である。
本発明により、上記の発明の効果に加え、さらに研磨キズを抑制した金属用研磨液が得られた。この金属用研磨液は、微細化、薄膜化、寸法精度、電気特性に優れ、信頼性が高く、低コストの半導体デバイスに好適である。
【００３１】
本発明により、上記の発明の効果に加え、さらに銅或いは銅合金配線の研磨速度を調整できる金属用研磨液が得られた。この金属用研磨液は、微細化、薄膜化、寸法精度、電気特性に優れ、信頼性が高く、低コストの半導体デバイスに好適である。
本発明により、上記の発明の効果に加え、さらに銅或いは銅合金配線の研磨速度を調整でき銅残渣を取り除ける金属用研磨液が得られた。この金属用研磨液は、微細化、薄膜化、寸法精度、電気特性に優れ、信頼性が高く、低コストの半導体デバイスに好適である。
【００３２】
本発明により、上記の発明の効果に加え、さらに銅或いは銅合金配線、バリア層金属、層間絶縁膜の研磨均一性に優れる金属用研磨液が得られた。この金属用研磨液は、微細化、薄膜化、寸法精度、電気特性に優れ、信頼性が高く、低コストの半導体デバイスに好適である。
本発明により、銅或いは銅合金のバリア層用として上記の効果を有する金属用研磨液が得られた。この金属用研磨液は、微細化、薄膜化、寸法精度、電気特性に優れ、信頼性が高く、低コストの半導体デバイスに好適である。
【００３３】
本発明により、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バリア層用として請求項１〜１２記載の発明の効果を有する金属用研磨液が得られた。この金属用研磨液は、微細化、薄膜化、寸法精度、電気特性に優れ、信頼性が高く、低コストの半導体デバイスに好適である。
請求項１３記載の発明により、微細化、薄膜化、寸法精度、電気特性に優れ、信頼性が高く、低コストの半導体デバイスの製造における研磨方法が得られた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明においては、層間絶縁膜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。この得られたパターン基板が本発明における被研磨物に当たる。
【００３５】
本発明の金属用研磨液は、有機溶媒、酸化金属溶解剤、水、砥粒、金属の酸化剤を含有する研磨液である。必要に応じて、重量平均分子量が５００以上のポリマや金属防食剤を添加してもよい。
【００３６】
本発明における金属用研磨液のベンゼン環化合物としては特に制限はないが、例えばｐ−トルエンスルホン酸、ｐ−トルエンスルホン酸アミド、ｐ−トルエンスルホン酸メチル、ｐ−トルエンスルホン酸エチル、ｐ−トルエンスルホン酸無水物、ｐ−トルエンスルホニルアセトニトリル、トルエン−２，α−ジカルボン酸、ｐ−トルエンスルホン酸ピリジニウム、安息香酸、安息香酸アンモニウム、安息香酸ｎ−アミル、安息香酸エチル、安息香酸ビニル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸無水物、ベンズアルデヒド、フェニルグリコール、ベンジルアルコール、ベンジルインドール、ベンジルフェニルアミン、ベンジルホスホン酸、ベンジルホスホン酸ジエチル、１，３−ベンゼンアセトニトリル、１，２−ベンゼンジオール、フタル酸メチル、イソフタル酸メチル、テレフタル酸メチル、ベンゼンスルホン酸一水和物、ベンゼンスルホン酸メチル、１，２，４，５−ベンゼンテトラカルボン酸、１，２，３−ベンゼントリカルボン酸、フェニルグリシン、アニリン、アニリンスルホン酸、Ｎ−アニリノ酢酸等が挙げられる。
【００３７】
本発明の酸化金属溶解剤は、特に制限はないが、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挙げられる。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。これらの中では、実用的なＣＭＰ速度を維持しつつ、エッチング速度を効果的に抑制できるという点でギ酸、マロン酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸が銅、銅合金及び銅又は銅合金の酸化物から選ばれた少なくとも１種の金属層を含む積層膜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。
【００３８】
本発明の金属用研磨液の砥粒としては、シリカ、アルミナ、ジルコニア、セリア、チタニア、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７０ｎｍ以下のコロイダルシリカ、コロイダルアルミナが好ましく、平均粒径が４０ｎｍ以下のコロイダルシリカ、コロイダルアルミナがより好ましい。一次粒子が平均２粒子未満しか凝集していない粒子が好ましく、一次粒子が平均１．２粒子未満しか凝集していない粒子がより好ましい。また、平粒度分布の標準偏差が１０ｎｍ以下であることが好ましく、平粒度分布の標準偏差が５ｎｍ以下であることがより好ましい。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。
【００３９】
コロイダルシリカは、粒径制御性やアルカリ金属不純物の点で、シリコンアルコキシドの加水分解による製造方法によるものが最も利用される。シリコンアルコキシドとしては、ＴＥＭＳ（テトラメトキシシラン）又はＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）が一般に用いられる。アルコール溶媒中で加水分解する方法において、粒径に影響するパラメータとしては、シリコンアルコキシドの濃度、触媒として用いられるアンモニア濃度とｐＨ、反応温度、アルコール溶媒の種類（分子量）及び反応時間などがある。これらのパラメータを調整することによって、所望の粒径及び凝集度のコロイダルシリカ分散液を得ることができる。
【００４０】
本発明の金属の酸化剤としては、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。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。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、適用対象の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。
【００４１】
本発明の重量平均分子量が５００以上のポリマとしては、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。
【００４２】
また、本発明の金属用研磨液に金属防食剤を添加しても良い。例えば、２−メルカプトベンゾチアゾ−ル、１，２，３−トリアゾ−ル、１，２，４−トリアゾ−ル、３−アミノ−１Ｈ−１，２，４−トリアゾ−ル、ベンゾトリアゾ−ル、１−ヒドロキシベンゾトリアゾ−ル、１−ジヒドロキシプロピルベンゾトリアゾ−ル、２，３−ジカルボキシプロピルベンゾトリアゾ−ル、４−ヒドロキシベンゾトリアゾ−ル、４−カルボキシル（−１Ｈ−）ベンゾトリアゾ−ル、４−カルボキシル（−１Ｈ−）ベンゾトリアゾ−ルメチルルエステル、４−カルボキシル（−１Ｈ−）ベンゾトリアゾ−ルブチルエステル、４−カルボキシル（−１Ｈ−）ベンゾトリアゾ−ルオクチルエステル、５−ヘキシルベンゾトリアゾ−ル、〔１，２，３−ベンゾトリアゾリル−１−メチル〕〔１，２，４−トリアゾリル−１−メチル〕〔２−エチルヘキシル〕アミン、トリルトリアゾ−ル、ナフトトリアゾ−ル、ビス〔（１−ベンゾトリアゾリル）メチル〕ホスホン酸等が挙げられる。また、ピリミジン骨格を有する化合物としてピリミジン、１，２，４−トリアゾロ〔１，５−ａ〕ピリミジン、１，３，４，６，７，８−ヘキサハイドロ−２Ｈ−ピリミド〔１，２−ａ〕ピリミジン、１，３−ジフェニル−ピリミジン−２，４，６−トリオン、１，４，５，６−テトラハイドロピリミジン、２，４，５，６−テトラアミノピリミジンサルフェイト、２，４，５−トリハイドロキシピリミジン、２，４，６−トリアミノピリミジン、２，４，６−トリクロロピリミジン、２，４，６−トリメトキシピリミジン、２，４，６−トリフェニルピリミジン、２，４−ジアミノ−６−ヒドロキシルピリミジン、２，４−ジアミノピリミジン、２−アセトアミドピリミジン、２−アミノピリミジン、２−メチル−５，７−ジフェニル−（１，２，４）トリアゾロ（１，５−ａ）ピリミジン、２−メチルサルファニル−５，７−ジフェニル−（１，２，４）トリアゾロ（１，５−ａ）ピリミジン、２−メチルサルファニル−５，７−ジフェニル−４，７−ジヒドロ−（１，２，４）トリアゾロ（１，５−Ａ）ピリミジン、４−アミノピラゾロ〔３，４−ｄ〕ピリミジン等が挙げられ、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。
【００４３】
本発明のベンゼン環化合物の配合量は、ベンゼン環化合物、酸化金属溶解剤、水、砥粒、及び金属の酸化剤の総量１００ｇに対して、０．０００１〜９５ｇとすることが好ましく、０．０００２〜６０ｇとすることがより好ましく、０．０００５〜５０ｇとすることが特に好ましい。配合量が０．０００１ｇ未満では、研磨液の基板に対する濡れ性が低く、９５ｇを超えると溶解性が低下するため製造プロセス上好ましくない。
【００４４】
本発明の酸化金属溶解剤の配合量は、ベンゼン環化合物、酸化金属溶解剤、水、砥粒、及び金属の酸化剤の総量１００ｇに対して、０．００１〜２０ｇとすることが好ましく、０．００２〜１５ｇとすることがより好ましく、０．００５〜１５ｇとすることが特に好ましい。配合量が０．００１ｇ未満では、研磨速度が低く、２０ｇを超えるとエッチングの抑制が困難となり研磨面に荒れが生じる傾向がある。
【００４５】
本発明の砥粒の配合量は、ベンゼン環化合物、酸化金属溶解剤、水、砥粒、及び金属の酸化剤の総量１００ｇに対して、０〜５０ｇとすることが好ましく、０．００１〜４５ｇとすることがより好ましく、０．００２〜４０ｇとすることが特に好ましい。配合量が５０ｇを超えると研磨キズが多く発生する傾向にある。
【００４６】
本発明の酸化剤の配合量は、ベンゼン環化合物、酸化金属溶解剤、水、砥粒、及び金属の酸化剤の総量１００ｇに対して、０〜５０ｇとすることが好ましく、０．００１〜４５ｇとすることがより好ましく、０．００２〜４０ｇとすることが特に好ましい。配合量が５０ｇを超えると、研磨面に荒れが生じる傾向がある。
【００４７】
本発明の水溶性ポリマの配合量は、ベンゼン環化合物、酸化金属溶解剤、水、砥粒、金属の酸化剤及びポリマの総量１００ｇに対して０〜１０ｇとすることが好ましく、０．０１〜８ｇとすることがより好ましく、０．０２〜５ｇとすることが特に好ましい。この配合量が１０ｇを超えると研磨速度が低下する傾向がある。
【００４８】
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種以上の水溶性ポリマを用いることが好ましい。
【００４９】
本発明の金属防食剤の配合量は、ベンゼン環化合物、酸化金属溶解剤、水、砥粒、金属の酸化剤及び金属防食剤の総量１００ｇに対して０〜１０ｇとすることが好ましく、０．００１〜８ｇとすることがより好ましく、０．００２〜５ｇとすることが特に好ましい。この配合量が１０ｇを超えると研磨速度が低くなってしまう傾向がある。
【００５０】
本発明の金属用研磨液には、上述した材料のほかに界面活性剤、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。
【００５１】
本発明を適用する銅、銅合金及び銅又は銅合金の酸化物（以下銅合金という）膜としては、公知のスパッタ法、メッキ法により成膜できる。
【００５２】
本発明を適用する金属としては、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、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、から選ばれた少なくとも１種の金属バリア層を含む積層膜である。
【００５３】
本発明を適用する層間絶縁膜としては、シリコン系皮膜や有機ポリマ膜が挙げられる。  シリコン系皮膜としては、二酸化ケイ素、フルオロシリケートグラス、トリメチルシランやジメトキシジメチルシランを出発原料として得られるオルガノシリケートグラス、シリコンオキシナイトライド、水素化シルセスキオキサン等のシリカ系皮膜や、シリコンカーバイド及びシリコンナイトライドが挙げられる。また、有機ポリマ膜としては、全芳香族系低誘電率層間絶縁膜が挙げられる。これらの膜は、ＣＶＤ法、スピンコート法、ディップコート法、またはスプレー法によって成膜される。
【００５４】
本発明の研磨方法は、研磨定盤の研磨パッド上に前記の金属用研磨液を供給しながら、被研磨膜を有する基板を研磨パッドに押圧した状態で研磨定盤と基板を相対的に動かすことによって被研磨膜を研磨する研磨方法である。研磨する装置としては、半導体基板を保持するホルダと研磨パッドを貼り付けた（回転数が変更可能なモータ等を取り付けてある）定盤を有する一般的な研磨装置が使用できる。研磨パッドとしては、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板が飛び出さないように２００ｒｐｍ以下の低回転が好ましい。被研磨膜を有する半導体基板の研磨パッドへの押し付け圧力は、１〜１００ｋＰａであることが好ましく、ＣＭＰ速度のウエハ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、研磨パッドには金属用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、研磨パッドの表面が常に研磨液で覆われていることが好ましい。研磨終了後の半導体基板は、流水中でよく洗浄後、スピンドライ等を用いて半導体基板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。
【実施例】
【００５５】
以下、実施例及び比較例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
【００５６】
（研磨液作製方法）
表１及び表２に示すような配合で材料を混合し、実施例１〜１２及び比較例１〜２で用いる金属用研磨液を作製した。
【００５７】
【表１】
2005285944.tif 000002
【００５８】
【表２】
2005285944.tif 000003
【００５９】
（研磨条件）
ブランケット基板：トリメチルシランを出発原料としてＣＶＤ法で成膜されたオルガノ                  シリケート（厚さ：１０００ｎｍ）を形成したシリコン基板
：厚さ１０００ｎｍの二酸化ケイ素を形成したシリコン基板
：厚さ２００ｎｍのタンタル膜を形成したシリコン基板
：厚さ１６００ｎｍの銅膜を形成したシリコン基板
【００６０】
パターン基板：トリメチルシランを出発原料としてＣＶＤ法で成膜されたオルガノシリ              ケート、または二酸化ケイ素中に公知の方法を用いて深さ０．５〜１００              μｍ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２０              ０ｎｍのタンタル膜を形成し、同様にスパッタ法により銅膜を１．０μｍ              形成した基板を公知の方法で突出した銅膜だけ研磨した基板。
研磨パッド：ＩＣ１０００（ロデ−ル社製）
研磨圧力：２１０ｇ／ｃｍ２
基体と研磨定盤との相対速度：３６ｍ／ｍｉｎ
【００６１】
（評価項目）
研磨速度：各種ブランケット基板を６０秒研磨することで求めた。
オルガノシリケート及び二酸化ケイ素の研磨速度は研磨前後での膜厚差を大日          本スクリーン社製ラムダエースを用いて測定し求めた。
また、タンタル膜及び銅の研磨速度は研磨前後での膜厚差を電気抵抗値から換          算して求めた。
【００６２】
研磨速度の面内均一性：上記研磨速度の標準偏差を平均値に対して１００分率（％）で          表した。
エッチング速度：攪拌した金属用研磨液（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。
【００６３】
平坦性（ディッシング量）：上記層間絶縁膜にオルガノシリケートまたは二酸化ケイ素          を用いたパターン基板を、上記金属用研磨液で９０秒間研磨を行った。
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。
【００６４】
平坦性（エロージョン量）：上記金属用研磨液で９０秒間研磨を行ったパターン基板に          形成された配線金属部幅４．５μｍ、絶縁膜部幅０．５μｍ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。
【００６５】
配線抵抗値：上記金属用研磨液で９０秒間研磨を行ったパターン基板を用いて、配線抵          抗値の測定を行った。ディッシング量測定部の幅１００μｍ銅配線パターンに          おいて、配線長さ１ｍｍの配線抵抗値を測定した。また、エロージョン量測定          部の幅４．５μｍ銅配線パターンにおいて、配線長さ１ｍｍの配線抵抗値を測          定した。
【００６６】
洗浄性（研磨カスの量）：上記金属用研磨液で９０秒間研磨を行ったパターン基板の
研磨カスの量をＳＥＭを用いて観察し、１ｃｍ２当たりの個数で評価した。
研磨キズ：上記金属用研磨液で９０秒間研磨を行ったパターン基板の研磨キズの量を
ＫＬＡ Ｔｅｎｃｏｒ２１３８を用いて測定し、１ｃｍ２当たりの個数で評価          した。
【００６７】
実施例１〜１２及び比較例１〜２におけるＣＭＰによるオルガノシリケートグラス、二酸化ケイ素、タンタル膜及び銅に関する、研磨速度、エッチング速度、ディッシング量、エロージョン量、配線抵抗値、研磨カスの量及び研磨キズの量を、表３及び表４に示した。
【００６８】
【表３】
2005285944.tif 000004
【００６９】
【表４】
2005285944.tif 000005
【００７０】
比較例１及び比較例２では、オルガノシリケートグラスの研磨速度が小さく、研磨速度の面内均一性が大きいためにディッシング及びエロージョンが大きく配線抵抗値が増加している。また、比較例１及び比較例２では、研磨カスの量及び研磨キズの量が多い。それに対し実施例１〜１２では、オルガノシリケートグラスまたは二酸化ケイ素の研磨速度が大きく研磨速度の面内均一性に優れるために良好なディッシング及びエロージョン特性により配線抵抗の増加が少ない。また、研磨カスの量及び研磨キズの量が少なく良好である。