(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
過酸化水素、酸化金属溶解剤、金属防食剤、及び水を含有する研磨液であり、
前記金属防食剤が４−アミノピラゾロ［３，４−ｄ］ピリミジン、１，２，４−トリアゾロ［１，５−ａ］ピリミジン及び２−メチル−５，７−ジフェニル−（１，２，４）トリアゾロ［１，５−ａ］ ピリミジンから選ばれる少なくとも１種のピリミジン骨格を有する化合物を含有し、
前記酸化金属溶解剤が、有機酸及び有機酸のアンモニウム塩から選ばれる少なくとも１種の化合物を含有することを特徴とする金属用研磨液。
【請求項２】
金属防食剤が、ピリミジン骨格を有する化合物とトリアゾール骨格を有する化合物とを含有する請求項１記載の金属用研磨液。
【請求項３】
トリアゾール骨格を有する化合物が、１，２，３−トリアゾール、１，２，４−トリアゾール、３−アミノ−１Ｈ−１，２，４−トリアゾール、ベンゾトリアゾール及び１−ヒドロキシベンゾトリアゾールから選ばれる少なくとも１種の化合物である請求項２記載の金属用研磨液。
【請求項４】
重量平均分子量が５００以上の水溶性ポリマーを含有する請求項１〜３いずれか記載の金属用研磨液。
【請求項５】
重量平均分子量が５００以上の水溶性ポリマーが、多糖類、ポリカルボン酸、ポリカルボン酸エステル及びそれらの塩、並びにビニル系ポリマーから選ばれた少なくとも１種のポリマーである請求項４記載の金属用研磨液。
【請求項６】
研磨される金属が、銅、銅合金及び銅若しくは銅合金の酸化物から選ばれる少なくとも１種を含む金属である請求項１〜５いずれか記載の金属用研磨液。
【請求項７】
研磨される金属のバリア層が、タングステン、窒化タングステン、タングステン合金、又はその他のタングステン化合物である請求項１〜６いずれか記載の金属用研磨液。
【請求項８】
研磨定盤の研磨布上に請求項１〜７いずれか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ことを特徴とする研磨方法。
【請求項９】
研磨定盤の研磨布上に請求項１〜７いずれか記載の一つの金属用研磨液を供給しながら、金属とバリア層を有する基板を連続して研磨する請求項８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いて好適に用いられる金属用研磨液及びそれを用いた研磨法に関する。
【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、例えば米国特許第４９４４８３６号明細書に開示されている。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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と解釈できる。但し、凹部の金属膜表面の酸化層も溶解（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、平坦化効果が損なわれることが懸念される。これを防ぐためにさらに金属防食剤が添加される。平坦化特性を維持するためには、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り、凹部の金属膜表面の酸化層は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ＣＭＰによる研磨速度が大きいことが望ましい。
【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。
【０００８】
しかしながら、従来のＣＭＰによる埋め込み配線形成は、（１）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）の発生、配線密度の高い部分で絶縁膜も研磨されて金属配線の厚みが薄くなる現象（エロージョン或いはシニング）の発生、（２）研磨傷（スクラッチ）の発生、（３）研磨後の基体表面に残留する研磨カスを除去するための洗浄プロセスが複雑であること、（４）廃液処理に起因するコストアップ、（５）金属の腐食、等の問題が生じる。
【０００９】
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−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。
【００１０】
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２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エロージョンが発生する。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ため、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。
【００１１】
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、タングステンや窒化タングステン及びタングステン合金やその他のタングステン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ＣＭＰ速度が得られず、バリア層をＣＭＰにより取り除く間に銅または銅合金等がエッチングされ配線厚さが低下するという問題が生じる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、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を提供することにあり、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の製造に好適な金属用研磨液を提供することにある。
本発明の他の目的は、上記の発明の効果に加え、さらに金属の腐食が小さい金属用研磨液を提供することにあり、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の製造に好適な金属用研磨液を提供することにある。
本発明の他の目的は、上記の発明の効果に加え、さらに研磨速度が大きい金属用研磨液を提供することにあり、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の製造に好適な金属用研磨液を提供することにある。
本発明の他の目的は、上記の発明の効果に加え、さらに研磨速度が大きい金属用研磨液を提供することにあり、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の製造に好適な金属用研磨液を提供することにある。
本発明の他の目的は、上記の発明の効果に加え、さらに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を提供することにあり、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の製造に好適な金属用研磨液を提供することにある。
本発明の他の目的は、上記の発明の効果に加え、さらに研磨の面内均一性が高い金属用研磨液を提供することにあり、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の製造に好適な金属用研磨液を提供することにある。
本発明の他の目的は、上記の発明の効果に加え、さらに研磨の面内均一性が高い金属用研磨液を提供することにあり、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の製造に好適な金属用研磨液を提供することにある。
本発明の他の目的は、上記の発明の効果に加え、さらに研磨傷（スクラッチ）が少なく、研磨後の基体表面に残留する研磨カスが少ない金属用研磨液を提供することにあり、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の製造に好適な金属用研磨液を提供することにある。
本発明の他の目的は、銅、銅合金及び銅又は銅合金の酸化物用として、上記の発明の効果を有する金属用研磨液を提供することにあり、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の製造に好適な金属用研磨液を提供することにある。
本発明の他の目的は、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等のバリア層用として、上記の発明の効果を有する金属用研磨液を提供することにあり、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の製造に好適な金属用研磨液を提供することにある。
に好適である。
本発明の他の目的は、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の研磨方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、上記の発明の効果に加え、さらに生産性に優れる半導体デバイスの研磨方法を提供することにある。
【００１３】
【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、金属防食剤、及び水を含有する研磨液であり、金属防食剤がピリミジン骨格を有する化合物であることを特徴とする金属用研磨液に関する。
本発明は、上記ピリミジン骨格を有する化合物が、４−アミノピラゾロ［３，４−ｄ］ピリミジン、１，２，４−トリアゾロ［１，５−ａ］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］ ピリミジン及び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］ピリミジンから選ばれる少なくとも１種の化合物である金属用研磨液に関する。
本発明は、上記金属防食剤が、ピリミジン骨格を有する化合物とトリアゾール骨格を有する化合物とを併用することを特徴とする金属用研磨液関する。
本発明は、トリアゾール骨格を有する化合物が１，２，３−トリアゾール、１，２，４−トリアゾール、３−アミノ−１Ｈ−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から選ばれる少なくとも１種の化合物である金属用研磨液に関する。
本発明は、上記金属の酸化剤が、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種の化合物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以上の水溶性ポリマーを含有する上記金属用研磨液に関する。
本発明は、重量平均分子量が５００以上の水溶性ポリマーが、多糖類、ポリカルボン酸、ポリカルボン酸エステル及びそれらの塩、並びにビニル系ポリマーから選ばれた少なくとも１種のポリマーから選ばれた少なくとも１種のポリマーである上記金属用研磨液に関する。
本発明は、上記酸化金属溶解剤が、有機酸、有機酸エステル、有機酸のアンモニウム塩から選ばれる少なくとも１種の化合物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、銅合金及び銅若しくは銅合金の酸化物から選ばれる少なくとも１種を含む金属である上記金属用研磨液に関する。
本発明は、研磨される金属のバリア層が、タングステン、窒化タングステン、タングステン合金、又はその他のタングステン化合物である上記金属用研磨液に関する。
本発明は、研磨定盤の研磨布上に上記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ことを特徴とする研磨方法に関する。
本発明は、研磨定盤の研磨布上に上記金属用研磨液を供給しながら、金属とバリア層を連続して研磨する上記研磨方法に関する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の金属用研磨液は、主要構成成分として金属の酸化剤、酸化金属溶解剤、金属防食剤、及び水からなる。
【００１５】
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、若しくは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。
【００１６】
本発明の酸化金属溶解剤は、水溶性のものであれば特に制限はないが、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、銅合金及び銅若しく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、若しくは２種類以上混合して用いることができる。
【００１７】
本発明の金属防食剤は、ピリミジン骨格を有するものであれば特に制限はなく、ピリミジン、１，２，４−トリアゾロ［１，５−ａ］ ピリミジン、１，３，６，７，８−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、特に、研磨速度、エッチング速度の点から４−アミノピラゾロ［３，４−ｄ］ピリミジン、１，２，４−トリアゾロ［１，５−ａ］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） ピリミジンが好ましい。これらは１種類単独で、若しくは２種類以上混合して用いることができる。
【００１８】
また、ピリミジン骨格を有する金属防食剤と併用するトリアゾール骨格を有する化合物としては、特に制限はないが、２−メルカプトベンゾチアゾール、１，２，３−トリアゾール、１，２，４−トリアゾール、３−アミノ−１Ｈ−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、１−ジヒドロキシプロピルベンゾトリアゾール、２，３−ジカルボキシプロピルベンゾトリアゾール、４−ヒドロキシベンゾトリアゾール、４−カルボキシル（−１Ｈ−）ベンゾトリアゾール、４−カルボキシル（−１Ｈ−）ベンゾトリアゾールメチルルエステル、４−カルボキシル（−１Ｈ−）ベンゾトリアゾールブチルエステル、４−カルボキシル（−１Ｈ−）ベンゾトリアゾールオクチルエステル、５−ヘキシルベンゾトリアゾール、［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、トリルトリアゾール、ナフトトリアゾール、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。
【００１９】
本発明において用いられる水溶性ポリマーとしては、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ース、寒天、カー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れらの塩；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、酸若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。
【００２０】
本発明における金属の酸化剤の配合量は、金属の酸化剤、酸化金属溶解剤、金属防食剤、水溶性ポリマー及び水の総量１００ｇに対して、０．１〜５０ｇとすることが好ましく、０．２〜４０ｇとすることがより好ましく、０．３〜３０ｇとすることが特に好ましい。配合量が０．１ｇ未満では、金属の酸化が不十分でＣＭＰ速度が低く、５０ｇを超えると、研磨面に荒れが生じる傾向がある。
【００２１】
本発明における酸化金属溶解剤成分の配合量は、金属の酸化剤、酸化金属溶解剤、金属防食剤、水溶性ポリマー及び水の総量１００ｇに対して０．００１〜１０ｇ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０．００１ｇ未満になると研磨カスが増加する傾向にあり、１０ｇを超えると、エッチングの抑制が困難となる傾向がある。
【００２２】
本発明における金属防食剤の配合量は、金属の酸化剤、酸化金属溶解剤、金属防食剤、水溶性ポリマー及び水の総量１００ｇに対して０．００１〜１０ｇ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０．００１未満では、エッチングの抑制が困難となる傾向があり、１０ｇを超えると研磨速度が低くなってしまう傾向がある。
【００２３】
本発明における水溶性ポリマーの配合量は、金属の酸化剤、酸化金属溶解剤、金属防食剤、水溶性ポリマ及び水の総量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。
水溶性ポリマー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ーを用いることが好ましい。
【００２４】
本発明の金属用研磨液には、上述した材料のほかにアルミナ、シリカ、セリア等の固体砥粒、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。
【００２５】
本発明を適用する金属としては、銅、銅合金及び銅若しくは銅合金の酸化物が挙げられ、公知のスパッタ法、メッキ法により成膜された金属膜に適用される。
【００２６】
本発明を適用する金属のバリア層としては、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。
【００２７】
本発明の研磨方法は、研磨定盤の研磨布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布（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、研磨布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。
【００２８】
【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。
（研磨液作製方法）  表１及び表２に示すような配合で実施例１〜８及び比較例１〜２で用いる金属用研磨液を作製した。
【００２９】
【表１】
0004951808.tif 000002
【００３０】
【表２】
0004951808.tif 000003
（研磨条件）
基体：厚さ１５００ｎｍの銅金属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
配線溝深さ０．５μｍ／バリア層：タンタル膜厚５０ｎｍ／銅膜厚１．０μｍのパターン付き基板
研磨パッド：（ＩＣ１０００（ロデール社製））
研磨圧力：２１０ｇ／ｃｍ２（２０．５８ＫＰａ）、基体と研磨定盤との相対速度：３６ｍ／ｍｉｎ（研磨品評価項目）
研磨速度：各膜の研磨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：攪拌した金属用研磨液（室温、２５℃、攪拌１００ｒｐｍ）への浸漬前後の銅層膜厚差を電気抵抗値から換算して求めた。
ディッシング量：二酸化シリコン中に深さ０．５〜１００μｍ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形成して公知の熱処理によって埋め込んだシリコン基板を用い、基体表面全面で二酸化シリコンが露出するまで研磨を行った。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。
エロージョン量：上記ディッシング量評価用基体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。
配線抵抗量：基体表面全面で二酸化シリコンが露出するまで研磨を行った後に、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。
実施例１〜８及び比較例１〜２のＣＭＰによる研磨速度、エッチング速度、ディッシング量、エロージョン量、及び配線抵抗値を表３及び表４に示した。
【００３１】
【表３】
0004951808.tif 000004
【００３２】
【表４】
0004951808.tif 000005
【００３３】
比較例１では、タングステンバリア層のエッチング速度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２では、銅金属及びタングステンバリア層のエッチング速度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。それに対し実施例１〜８では、銅金属とタングステンバリア層のエッチング速度が小さいため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。
【００３４】
【発明の効果】
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、上記の発明の効果に加え、さらに金属の腐食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、上記の発明の効果に加え、さらに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、上記の発明の効果に加え、さらに研磨の面内均一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、上記の発明の効果に加え、さらに研磨傷（スクラッチ）が少なく、研磨後の基体表面に残留する研磨カスが少な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、銅、銅合金及び銅又は銅合金の酸化物用として、上記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、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等のバリア層用として、上記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、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の研磨方法が得られた。
本発明により、上記の発明の効果に加え、さらに生産性に優れる半導体デバイスの研磨方法が得られた。