(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板表面に金属配線用の凹部を有する絶縁膜を形成し、その上に窒化タンタル膜よりなるバリア膜を介して該凹部を埋めるように銅よりなる金属膜を形成した後、金属膜及びバリア膜を研磨することにより除去して絶縁膜と凹部に存在する金属膜との平坦化された面を形成するに際し、ＢＥＴ法によって測定した比表面積が８０〜４００ｍ２／ｇのシリカ、シュウ酸、酸化剤及び水よりなる金属膜用研磨剤によって上記バリア膜を停止層とした上記金属膜の研磨を行い、バリア膜と金属膜との平坦化された面を形成する操作を含むことを特徴とする研磨方法。
【請求項２】
バリア膜を停止層とした上記金属膜の研磨を行い、バリア膜と金属膜との平坦化された面を形成した後、次いで、シリカと水よりなる研磨剤を使用して金属膜及びバリア膜を同時研磨し、さらに、金属膜、絶縁膜及びその間に存在するバリア膜を同時研磨する、請求項１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】
本発明は新規な研磨剤およびそれを用いた研磨方法に関する。詳しくは、金属膜の選択研磨性に優れ、且つ金属膜の溶解特性が低く抑えられた研磨剤及び半導体デバイスの製造を上記研磨剤を使用して精度良く行うことが可能な研磨方法を提供する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの高集積化に伴って、配線技術は益々微細化かつ多層化の方向に進んでいる。そして、上記配線技術の多層化の進展によって半導体基板表面の段差は大きくなり、さらにその上に形成される配線の加工精度や信頼性を低下させ、微細化を妨げるという問題を有する。
【０００３】
上記の多層化による問題点を解決するために、配線パターンや電極等（以下、配線等という）が形成された層を平坦化し、その上にさらに配線等を形成する技術が開発されている。即ち、図１に示すように、（ａ）半導体基板１の表面に金属配線用の凹部Ａを有する絶縁膜２を形成し、（ｂ）その上にバリア膜３を介して該凹部を埋めるように金属膜４を形成した後、（ｃ）凹部以外に存在する金属膜及びバリア膜を研磨することにより除去して絶縁膜と凹部に存在する金属膜との平坦化された面を形成する方法である。上記技術において、バリア膜は、金属膜として用いるアルミニウムや銅が絶縁膜中に拡散するのを防止し、且つそれら金属膜の半導体基板表面への密着性を良くする機能を有するものであり、一般に、窒化チタンや窒化タンタルなどが使用される。
【０００４】
上記研磨方法は、高い研磨性能を実現するため、機械的な研磨とそれを促進するような化学反応とを併用する方法が採られる。この方法は、化学機械研磨（以下、ＣＭＰと略記する）法と呼ばれ、金属膜、絶縁膜、バリア膜等の研磨対象に応じて使用する研磨剤の組成が種々提案されている。上記研磨剤の一般的な組成は、研磨砥粒と薬剤とよりなる。
【０００５】
ところで、上記研磨剤のうち、各膜間の研磨速度の比（以下、選択比とも言う）が大きい場合には、研磨の停止層としてバリア膜や絶縁膜を利用することができる。
【０００６】
特開平１０−４４０４７号には、水系媒体と研磨材と酸化剤と有機酸からなり、絶縁膜に対する金属膜又はバリア膜の選択比が５０以上の研磨剤が開示されている。その実施例において具体的に示されている研磨剤組成は、アルミナを砥粒とするスラリーに、薬剤として過硫酸アンモニウムと有機酸を添加したものである。
【０００７】
上記研磨剤を使用すれば、絶縁膜を停止層とした、金属膜とバリア膜との研磨が可能である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記研磨方法においては、金属膜とバリア膜との研磨を行うための選択比が１の理想的な研磨剤は存在せず、金属膜或いはバリア膜のいずれかが優先して研磨されることにより多少の凹凸が生じるため、これを研磨して微調整する必要がある。そのため、絶縁膜まで研磨した後、選択比の異なる他の研磨剤を使用して研磨が行われるが、かかる研磨により、絶縁膜の厚みが低減し、配線等の断面積の減少、惹いては、回路の信頼性が低下するおそれがある。
【０００９】
また、ＣＭＰ法においては、一般に、薬剤により研磨対象の金属が溶解し、配線として残したい絶縁膜表面の凹部を埋めた金属までが薄くなる（以下、この現象をディッシングという）場合がある。ディッシングが起こると配線不良が発生し易くなるため、ディッシングの発生をできる限り抑える必要がある。また、明らかなディッシングは見られなくても、金属膜の表面は薄い腐食層（酸化膜）が生成している場合が多い。
【００１０】
以上のように、金属膜とバリア膜との両方を絶縁膜に対して選択的に研磨する研磨材を使用した従来の研磨方法においては、絶縁膜の過剰研磨という現象を避けざるを得なく、また、上記薬剤によるディッシングの問題も、十分に解決されるに至っていないのが現状であった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記問題を解決するための研究を重ねた結果、金属膜の研磨速度が大きく、バリア膜の研磨速度が小さく、且つ選択比が大きい研磨剤により、該バリア膜を停止層として研磨工程の制御を行う方法に着目した。即ち、図２に示すように、（ａ）前記凹部を有する絶縁膜２上に順次積層されたバリア膜３及び金属膜４を（ｂ）研磨剤を使用して研磨することにより、バリア膜３の存在する位置で研磨を停止させることができ、これにより、研磨工程における管理を容易とすることができる。次いで、（ｃ）バリア膜と金属膜、更には、金属膜、バリア膜及び絶縁膜を同時研磨することにより、前記平坦化の調整のための研磨をバリア膜の厚みを主に利用して行うことができ、絶縁膜の研磨量を減少でき、配線等の断面積を減少させることなく、平坦な表面を得ることができる。
【００１２】
そして、上記工程を実現するために更に研究を進めた結果、上記（ｂ）の工程において、実用化レベルで金属膜を選択的に研磨でき、しかも、ディッシングの問題の極めて少ない研磨剤の開発に成功し、本発明を提案するに至った。
【００１３】
即ち、本発明は、半導体基板表面に金属配線用の凹部を有する絶縁膜を形成し、その上に窒化タンタル膜よりなるバリア膜を介して該凹部を埋めるように銅よりなる金属膜を形成した後、金属膜及びバリア膜を研磨することにより除去して絶縁膜と凹部に存在する金属膜との平坦化された面を形成するに際し、ＢＥＴ法によって測定した比表面積が８０〜４００ｍ２／ｇのシリカ、シュウ酸、酸化剤及び水よりなる金属膜用研磨剤によって上記バリア膜を停止層とした上記金属膜の研磨を行い、バリア膜と金属膜との平坦化された面を形成する操作を含むことを特徴とする研磨方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る研磨剤及び研磨方法を詳細に説明する。
【００１５】
本発明は、砥粒として特定の比表面積を有するシリカを使用することが重要である。即ち、砥粒として他の種類の砥粒、例えば、アルミナを使用した場合は、研磨傷（スクラッチ）の発生が多いという問題がある。ＣＭＰ研磨工程においてスクラッチが発生すると、デバイスの配線が断線したりショートしたりするため、デバイスの歩留まりを大幅に低下させる原因となる。
【００１６】
本発明に使用されるシリカとしては、公知のものを特に制限なく用いることができる。例えば、火炎中で四塩化ケイ素やシラン系ガスを燃焼させて製造されるヒュームドシリカ、アルコキシシランを原料に用いて加水分解して製造されるゾル−ゲルシリカ（以下、高純度コロイダルシリカともいう）、珪酸ソーダを原料にして鉱酸で中和して製造される湿式シリカ、同じく珪酸ソーダを原料にしてオストワルド法で製造されるコロイダルシリカなどが挙げられる。
【００１７】
また、上記シリカの比表面積は８０〜４００ｍ2／ｇの範囲であることが極めて重要であり、２００〜４００ｍ2／ｇの範囲が特に好適である。即ち、比表面積が８０ｍ2／ｇよりも小さくなると、研磨砥粒の機械的作用が大きくなるため、バリア膜及び絶縁膜の研磨性が向上し、金属膜の該バリア膜及び絶縁膜に対する選択比が小さくなるため、バリア膜で研磨を停止せしめることが難しくなる。一方、比表面積が４００ｍ2／ｇよりも大きい場合、研磨剤がゲル化するなど安定性において特に問題が生じる。
【００１８】
本発明の金属膜用研磨剤における上記シリカの濃度は０．１〜２０重量％の範囲が良く、好ましくは０．１〜１０重量％の範囲である。シリカの濃度が０．１重量％よりも小さいと、金属膜の研磨速度が低下し、２０重量％よりも大きい場合には、研磨剤がゲル化するなど安定性が低下する傾向がある。
【００１９】
本発明に用いるシリカとしては、金属膜のバリア膜に対する選択比や純度などを勘案すれば、８０〜４００ｍ2／ｇの比表面積のヒュームドシリカが特に好ましい。
【００２０】
本発明の金属膜用研磨剤において、酸としてシュウ酸を使用することが極めて重要である。即ち、シュウ酸を使用することにより、金属膜の研磨速度を十分維持しながら、研磨がバリア膜に達した際における、金属膜の溶解を効果的に防止でき、前記絶縁膜凹部における金属膜のディッシングを防止することができる。
【００２１】
本発明の金属膜用研磨剤において、上記シュウ酸の濃度は、０．１〜１重量％の範囲が好ましく、さらに好ましくは０．２〜１重量％の範囲が好ましい。本発明の研磨剤は、金属膜の研磨速度が研磨剤中のシュウ酸濃度に大きく依存する傾向にある。そのため、シュウ酸濃度が０．１重量％未満では研磨速度が非常に低くなるため、研磨に要する時間が長くなり過ぎる傾向がある。また、シュウ酸濃度が１重量％を越えると、逆に研磨速度が非常に大きくなり過ぎるため、研磨の制御が難しくなる傾向がある。
【００２２】
本発明において、酸化剤は特に制限無く公知のものが使用できる。例えば、過酸化物、過塩素酸塩、過硫酸塩、酸化性金属塩、酸化性金属錯体などが挙げられるが、それらの中でも、取り扱いやすさ、純度等のうえで過酸化水素と過硫酸アンモニウムが好ましい。
【００２３】
また、本発明の金属膜用研磨剤において、上記酸化剤の濃度は０．１〜１０重量％の範囲が良く、好ましくは０．２〜６重量％の範囲が適当である。酸化剤の濃度が０．１重量％未満であると研磨速度が低下する傾向がある。また、酸化剤の濃度が１０重量％を越えても研磨速度の向上効果はあまり見られない場合が多く、濃度の高い酸化剤を使用することは危険性の面でも問題があり、また廃水処理の負担が増えるなどの問題が生じることが懸念される。
【００２４】
本発明の金属膜用研磨剤の使用において、各成分の添加順序は特に制限されるものではなく、使用時、即ち、研磨時に全成分が含まれていればよい。しかし、一般に、酸化剤は空気中に放置しておくと徐々に分解して、その酸化力が低下する場合が多いので使用時に添加することが望ましい。
【００２５】
なお、酸化剤として過酸化水素を用いた場合には、０．５〜６重量％の範囲で金属膜の研磨速度がほぼ一定であるので、上記のように酸化剤が多少分解したとしても安定した研磨速度が得られるため、研磨速度の再現性、制御性の上で極めて好適に使用される。
【００２６】
なお、これまでに述べてきた、シリカ、シュウ酸、酸化剤の各濃度は、主に研磨剤として使用する時の最適な濃度範囲を述べており、上述した濃度よりも高いものを製造して、使用時に希釈して使っても何ら問題はない。
【００２７】
本発明の金属膜用研磨剤中のシリカは水中に良く分散している方が望ましいため予め調製しておく必要があるが、シュウ酸と酸化剤は少なくとも研磨するときに共存していれば良いので、研磨装置中または配管中で混合しても良い。
【００２８】
従って、シュウ酸と酸化剤に関しては、研磨工程中においてそれらの濃度を前記好適な範囲内で可変にすることによって、より高度な研磨を行うことも可能である。例えば、初期には比較的高濃度のシュウ酸と過酸化水素を添加して金属膜の研磨速度を高くし、終盤にはそれらの添加剤の両方もしくは一方の濃度を下げることによって研磨速度を下げるような態様も実施可能である。
【００２９】
そうすることによって、金属膜とバリア膜あるいはバリア膜と絶縁膜との選択比を最適な範囲に調整したり、配線パターンや電極上の金属膜の溶解性（ディッシング）を一層低下させることも可能である。
【００３０】
本発明は、上記の金属膜用研磨剤を用いる研磨方法をも提供する。
【００３１】
即ち、本発明は、半導体基板表面に金属配線用の凹部を有する絶縁膜を形成し、その上にバリア膜を介して該凹部を埋めるように金属膜を形成した後、金属膜及びバリア膜を研磨することにより除去して絶縁膜と凹部に存在する金属膜との平坦化された面を形成するに際し、本発明の金属膜用研磨剤によって上記金属膜の研磨を選択的に行うことを特徴とする研磨方法である。
【００３２】
ここで言う半導体基板とは、ＩＣやＬＳＩなどの半導体デバイスに使用されるシリコン基板が代表的であるが、ゲルマニウムや化合物半導体などの半導体基板にも適用できる。
【００３３】
また、絶縁膜とは配線層間の電気的分離に用いられるものであって、絶縁性のものであれば特に制限はない。一般には、酸化シリコン膜（プラズマ−ＴＥＯＳ膜やＳＯＧ膜と呼ばれているものなど）や有機ＳＯＧ膜等が挙げられる。
【００３４】
更に、バリア膜は配線用金属の絶縁膜中への拡散を防止すると共に、金属膜の絶縁膜への密着性を良くするために絶縁膜と金属膜の間に形成される薄膜であって、窒化タンタル膜が使用される。
【００３５】
更にまた、金属膜は、配線パターンや電極を形成するための配線材料であり、銅膜に対して本発明は特に有効である。
【００３６】
本発明の上記研磨方法を図２に従って詳細に説明する。
【００３７】
前記半導体基板表面に形成される絶縁膜に設けられる凹部Ａは、配線等を形成するために絶縁膜上に形成される溝や接続孔である。
【００３８】
先ず、（ａ）上記凹部Ａを有する絶縁膜２上に順次積層されたバリア膜３及び金属膜４を（ｂ）本発明の金属膜用研磨剤を使用して研磨することにより、バリア膜３の存在する位置で研磨を停止させる（以下、この研磨を第一段研磨といい、これに使用する研磨剤を第一の研磨剤という）。
【００３９】
第一段研磨においては、本発明の金属膜用研磨剤を用いることにより、スクラッチやディッシングの発生を抑えながら金属膜を選択的に除去できるため、バリア膜と金属膜とよりなる平坦な表面を形成することができる。
【００４０】
次いで、（ｃ）第一の研磨剤とは選択比が異なる研磨剤（以下、第二の研磨剤という）を使用してバリア膜と金属膜を同時研磨し、（以下、第二段研磨という）、更に必要に応じて、金属膜、バリア膜及び絶縁膜を同時研磨する（以下、第三段研磨という）。
【００４１】
第一段研磨において研磨剤で金属膜を除去した後の被研磨面には、バリア膜と凹部に埋められた金属膜が露出した状態で存在する。
【００４２】
本発明の第二の研磨剤は、該被研磨面からバリア膜を除去する必要があるため、金属膜に対してバリア膜を同等以上の研磨速度で研磨することが望ましい。従って、金属膜に対するバリア膜の選択比（バリア膜／金属膜研磨速度比）は０．８以上が好ましく、さらに好ましくは１．５以上である。
【００４３】
上記選択比が０．８未満ではバリア膜よりも金属膜が研磨されすぎる場合があり、ディッシングが発生する可能性がある。
【００４４】
本発明において、第二の研磨剤は、シリカと水よりなる研磨剤が好ましく、さらに比表面積が２０〜８０ｍ２／ｇの範囲のシリカを用いた場合には、バリア膜の研磨速度が高いため好ましい。さらに好ましくは、ゾル−ゲル法などの液相中で合成され、且つ乾燥工程を経ずに製造されたシリカを用いることが好ましい。
【００４５】
即ち、液相中で合成されたシリカは分散性に優れており、且つ粒子の形状が球状で軟らかいため、研磨の際に研磨対象のスクラッチの発生が非常に少ないという特徴がある。
【００４６】
なお、半導体基板上に形成するバリア膜の厚みは、一般的に１００〜５００オングストロームの範囲にあることが多いため、第二の研磨剤のバリア膜に対する研磨速度は５０〜１０００オングストローム／ｍｉｎの範囲、好ましくは２００〜５００オングストローム／ｍｉｎの範囲にある方が制御し易く、バリア膜の除去に要する時間は２分以内、好ましくは１分以内であることがさらに好ましい。
【００４７】
上記研磨速度が５０オングストローム／ｍｉｎ未満では生産性が低下する場合があり、１０００オングストローム／ｍｉｎ以上ではバリア膜のみならず、その下部の絶縁膜または配線の金属膜まで研磨してしまう場合があり、所望の位置で研磨を停止することが難しくなり、制御性が低下する場合がある。
【００４８】
かかる研磨特性を達成するため、第二の研磨剤中のシリカの濃度としては１〜２０重量％の範囲が好ましい。バリア膜の研磨においてはシリカの機械的作用によって研磨する場合が多いため、シリカの濃度を変えることにより、上記の所望の研磨速度に制御することができる。
【００４９】
また、第二の研磨剤は、ｐＨが５〜９の範囲、好ましくは６〜８の範囲にある場合には、金属膜と絶縁膜とをほぼ同じ研磨速度で研磨できる傾向があり、好適である。研磨剤のｐＨが５未満では金属膜の研磨速度が、９を超えると絶縁膜の研磨速度が、バリア膜の研磨速度と比較してそれぞれ著しく高くなる場合がある。そのような場合には、金属膜や絶縁膜にディッシングが発生し易くなり、半導体基板表面の平坦性が低下する場合がある。また、ｐＨが５未満または９を超えた場合には、金属膜が腐食し易くなる傾向にある。
【００５０】
上記で説明したように、シリカと水よりなる第二の研磨剤で研磨することによって、半導体基板の表面を高度に平坦に仕上げることが可能である。
【００５１】
また、第二の研磨剤には酸化剤や水溶性高分子など、その他の添加剤を加えることができる。しかしながら、Ｃｕ膜などの金属膜は一般に酸化され易く、表面に酸化膜が形成されると、続けて表面に他の膜を形成するときに、密着性が低下するなどの問題が発生する場合がある。そのため、第二の研磨剤は酸化剤を含まない方が好ましい場合が多い。
【００５２】
また、バリア膜と金属膜との研磨、即ち、第二段研磨に次いで、必要に応じて、第三段研磨が行われる。かかる研磨に使用される第三の研磨剤は、金属膜、バリア膜及び絶縁膜をほぼ等しい研磨速度で研磨できることが好ましい。特に好ましくは、絶縁膜に対する金属膜とバリア膜との選択比（金属膜／絶縁膜研磨速度比及びバリア膜／絶縁膜研磨速度比）は、好ましくは、０．３〜３、さらに好ましくは０．５〜２、特に、０．８〜１．２である。
【００５３】
上記範囲を超えると、どちらかの膜が選択的に研磨され、ディッシングが発生し易くなる。
【００５４】
上記第三の研磨剤は、公知の研磨剤より上記選択比のものを選択して使用しても良いし、第二の研磨剤の中から、上記選択比のものを選択して使用しても良い。後者の場合、第二段研磨と第三段研磨を連続して行うことができ好ましい。
【００５５】
【発明の効果】
本発明の研磨剤は、ＢＥＴ法によって測定した比表面積が８０〜４００ｍ2／ｇのシリカ、シュウ酸、酸化剤及び水よりなる、金属膜用研磨剤であり、２０００オングストローム／ｍｉｎ以上の比較的高い研磨速度を示し、バリア膜に対する金属膜の選択比が高く、さらには金属膜に対する溶解性が低いという特徴を有する。
【００５６】
また、本発明の研磨剤は、半導体基板表面に金属配線用の凹部を有する絶縁膜を形成し、その上にバリア膜を介して該凹部を埋めるように金属膜を形成した後、金属膜及びバリア膜を研磨することにより除去して絶縁膜と凹部に存在する金属膜との平坦化された面を形成するに際し、上記金属膜の研磨を選択的に行うことができる。
【００５７】
さらに、上記の方法によって金属膜を選択的に研磨した後、次いで、シリカと水よりなる研磨剤を使用して金属膜及びバリア膜を同時研磨し、さらに、金属膜及び絶縁膜を同時研磨することによって、極めて平坦性の高い半導体基板表面を得ることができる。
【００５８】
【実施例】
以下、本発明の実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら制限されるものではない。
【００５９】
（研磨試験）
銅（Ｃｕ）膜あるいは窒化タンタル（ＴａＮ）膜あるいは酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜が表面に形成された４インチのシリコンウェハを用いて研磨試験を行った。研磨パッドにはロデール製のＩＣ１０００／ＳＵＢＡ４００を用い、加工圧力３００ｇ／ｃｍ2、定盤回転数４０ｒｐｍ、研磨剤の滴下速度８０ｍｌ／ｍｉｎの条件で研磨試験を行い、研磨速度を求めた。
【００６０】
（溶解性試験）
Ｃｕ膜が表面に形成されたシリコンウェハを用いて溶解性の試験を行った。研磨剤中に試験片を浸漬し、それらの入った容器を５０℃に保持された恒温振盪器中に入れた。１０分後に恒温振盪器から取出した後、直ちにウエハを研磨剤中から純水中に移し、表面に残存する研磨剤を洗い流した。浸漬前後のＣｕ膜の膜厚変化から研磨剤に対するＣｕ膜の溶解速度を求めた。
【００６１】
実施例１及び比較例
比表面積が９０ｍ2／ｇのヒュームドシリカあるいは比表面積が９０ｍ2／ｇのヒュームドアルミナと、シュウ酸と水と過酸化水素水を所定量混合し、シリカ濃度あるいはアルミナ濃度が７重量％、シュウ酸の濃度が０．２重量％、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）の濃度が４重量％の研磨剤をそれぞれ調整した。
【００６２】
研磨試験の結果を表１に示した。尚、Ｎｏ．２は比較例である。
【００６３】
Ｃｕ膜の研磨速度はシリカを用いた研磨剤の方がアルミナを用いた研磨剤よりも遥かに高かったのに対して、ＴａＮ膜の研磨速度は逆にアルミナを用いた研磨剤の方がシリカを用いた研磨剤よりも高かった。そのため、シリカを砥粒に用いた研磨剤では、ＴａＮ膜に対するＣｕ膜の研磨速度の比（以下、Ｃｕ／ＴａＮの選択比と略記する）が４９程度あり、本発明の目的である、金属膜（ここでは、Ｃｕ膜）を高速で研磨し、バリア膜（ここでは、ＴａＮ膜）で研磨を停止することが十分可能なことが実証された。それに対して、アルミナを砥粒に用いた研磨剤では、Ｃｕ／ＴａＮの選択比が２程度であり、本発明の目的である、ＴａＮ膜に対するＣｕ膜の選択的研磨が不十分であることがわかった。また、研磨後のウエハ表面を集光灯を用いて観察したところ、シリカを含む研磨剤で研磨したウエハよりもアルミナを含む研磨剤で研磨したウエハの方が、表面に多くのスクラッチが発生していた。
【００６４】
【表１】
0004083342.tif 000002
【００６５】
実施例２及び比較例
各種のシリカとシュウ酸と水と過酸化水素水を所定量混合し、シリカ濃度が７重量％、シュウ酸の濃度が０．２重量％、Ｈ2Ｏ2の濃度が４重量％の研磨剤を数種類調整した。シリカには、比表面積が３０ｍ2／ｇの高純度コロイダルシリカと比表面積が５０〜３８０ｍ2／ｇの範囲の数種類のヒュームドシリカを用いた。
【００６６】
研磨試験の結果を表２に示した。尚、Ｎｏ．１，２は比較例である。
【００６７】
Ｃｕ膜の研磨速度は、シリカの比表面積にほとんど依存しなかったが、ＴａＮ膜とＳｉＯ2膜の研磨速度は３０〜５０ｍ2／ｇのシリカを用いたときに比較的高かった。そのため、９０〜３８０ｍ2／ｇのシリカを用いた場合には、Ｃｕ／ＴａＮの選択比は約５０以上、Ｃｕ／ＳｉＯ2の選択比は約３００以上であったが、比表面積が３０〜５０ｍ2／ｇのシリカでは上記選択比が小さくなり、Ｃｕ膜のみを選択的に研磨することが難しくなることがわかった。
【００６８】
【表２】
0004083342.tif 000003
【００６９】
実施例３及び比較例
比表面積が２００ｍ2／ｇのヒュームドシリカとシュウ酸と水と過酸化水素水を所定量混合し、シュウ酸の濃度を０．２重量％、Ｈ2Ｏ2の濃度を１重量％に固定し、シリカ濃度を０〜１０重量％の範囲で変化させたときのいくつかの研磨剤を調整した。
【００７０】
研磨試験の結果を表３に示した。尚、Ｎｏ．１は比較例である。
【００７１】
シリカ濃度が０重量％のときは他と比べて明らかにＣｕ膜の研磨速度が低いことがわかった。したがって、少量でもシリカは添加した方が望ましいことがわかった。シリカ濃度が１重量％以上の範囲ではＣｕ膜の研磨速度が５０００オングストローム／ｍｉｎを越え、シリカ濃度に依存せずほぼ一定であった。ＴａＮ膜の研磨速度もすべてのシリカ濃度においてほぼ一定であり、Ｃｕ／ＴａＮの選択比は５０以上、Ｃｕ／ＳｉＯ2の選択比も１００以上であった。
【００７２】
【表３】
0004083342.tif 000004
【００７３】
実施例４及び比較例
比表面積が２００ｍ2／ｇのヒュームドシリカとシュウ酸と水と過酸化水素水を所定量混合し、シリカの濃度を７重量％、Ｈ2Ｏ2の濃度を１重量％に固定し、シュウ酸の濃度を０〜０．４重量％の範囲で変化させたときのいくつかの研磨剤を調整した。
【００７４】
研磨試験の結果を表４に示した。尚、Ｎｏ．１は比較例である。
【００７５】
【表４】
0004083342.tif 000005
【００７６】
実施例５及び比較例
比表面積が２００ｍ2／ｇのヒュームドシリカとシュウ酸と水と過酸化水素水を所定量混合し、シリカ濃度を７重量％、シュウ酸の濃度を０．２重量％に固定し、Ｈ2Ｏ2の濃度を０．１〜６重量％の範囲で変化させて各種の研磨剤を調整した。
【００７７】
研磨試験の結果を表５に示した。尚、Ｎｏ．１は比較例である。
【００７８】
【表５】
0004083342.tif 000006
【００７９】
実施例６
比表面積が２００ｍ2／ｇのヒュームドシリカとシュウ酸と水と過硫酸アンモニウムを所定量混合し、シリカ濃度を７重量％、シュウ酸の濃度を０．２重量％に固定し、過硫酸アンモニウムの濃度を４〜６重量％の範囲で変化させて各種の研磨剤を調整した。
【００８０】
研磨試験の結果を表６に示した。
【００８１】
過硫酸アンモニウムの濃度が１重量％ではＣｕ膜の研磨速度は低かったが、４及び６重量％のときには４０００〜６０００オングストローム／ｍｉｎの実用的な研磨速度を出せることがわかった。また、Ｃｕ／ＴａＮの選択比も３０を越えることがわかった。以上のことから、酸化剤としては過酸化水素以外にも過硫酸アンモニウムも好ましいことが確認できた。
【００８２】
【表６】
0004083342.tif 000007
【００８３】
実施例７及び比較例
比表面積が２００ｍ2／ｇのヒュームドシリカと各種の酸類と水と過酸化水素水を所定量混合し、シリカ量が７重量％、Ｈ2Ｏ2の濃度が１重量％でｐＨが２〜３の範囲の各種研磨剤を調整した。
【００８４】
Ｃｕ膜の溶解性試験の結果を表７に示した。尚、Ｎｏ．１〜５，７〜１１は比較例である。
【００８５】
酸の種類によってＣｕ膜の溶解速度は大きく依存することがわかった。これらの中でも、シュウ酸は際立って溶解速度が低いことがわかる。参考のために、同様な試験を純水（ｐＨ７）中で行うとＣｕ膜の溶解速度は２オングストローム／ｍｉｎ程度であった。
【００８６】
以上のことから、酸の種類としてシュウ酸を使えばディッシングの起こり難い研磨ができることが確認できた。
【００８７】
【表７】
0004083342.tif 000008
【００８８】
実施例８
比表面積が２００ｍ2／ｇのヒュームドシリカとシュウ酸と水と過酸化水素水を所定量混合し、シリカの濃度が７重量％、シュウ酸の濃度が０．２重量％、Ｈ2Ｏ2の濃度が１重量％となる第一の研磨剤を調製した。また、比表面積が３０ｍ2／ｇの高純度コロイダルシリカと水を所定量混合し、シリカの濃度が７重量％の中性（ｐＨ６．８）の第二の研磨剤を調製した。
【００８９】
シリコンウエハ表面に形成されたＳｉＯ2膜上に幅１００μｍの配線用溝が１００μｍの間隔で形成され、その上に厚さ約２００オングストロームのＴａＮ膜と厚さ約１．５μｍのＣｕ膜が順次積層されたＴＥＧウエハを用いて、そのシリコンウエハ表面をまず第一の研磨剤で３分間研磨した。その結果、ＳｉＯ2膜の配線溝以外の部分の上にあるＣｕ膜が除去され、ＴａＮ膜と配線溝のＣｕ膜が露出した状態となった。続いて、第二の研磨剤で４０秒間研磨を行ったところ、ＴａＮ膜が除去され、配線溝以外の部分のＳｉＯ2膜と配線溝のＣｕ膜が露出した状態になった。研磨後のシリコンウエハ表面を電子顕微鏡で観察したところ、スクラッチやディッシングは全く見られず、配線溝以外の部分のＳｉＯ2膜と配線溝のＣｕ膜の表面にはほとんど段差は無く、平坦な表面が形成されていることが確認できた。
【００９０】
以上の結果より、本発明の研磨剤とそれを用いた本発明の研磨方法を採用することによって、極めて平坦な半導体基板表面が形成できることがわかった。
【００９１】
なお、参考のために第二の研磨剤のＣｕ膜、ＴａＮ膜、ＳｉＯ2膜に対するそれぞれの研磨速度を表８に示した。これからわかるように、ここで用いた第二の研磨剤は、金属膜、バリア膜、絶縁膜をほぼ同じ研磨速度で研磨できることがわかる。
【００９２】
【表８】
0004083342.tif 000009
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な研磨方法を示す概略図
【図２】本発明の研磨方法の代表的な態様を示す概略図
【符号の説明】
Ａ  凹部
１  半導体基板
２  絶縁膜
３  バリア膜
４  金属膜
【図１】
0004083342.tif 000010
【図２】
0004083342.tif 000011