JP2000336345A - 金属用研磨液及び研磨方法 - Google Patents
金属用研磨液及び研磨方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】エッチング速度を十分に低下させディッシング
の発生を抑制し、高いＣＭＰによる研磨速度を維持し、
信頼性の高い金属膜の埋め込みパターン形成を可能とす
る金属用研磨液を提供する。 【解決手段】金属の酸化剤、１つのカルボキシル基を持
つα−オキシ酸、金属表面に対する保護膜形成剤及び水
を含有し溶液のｐＨが２以上５以下である金属用研磨
液。
の発生を抑制し、高いＣＭＰによる研磨速度を維持し、
信頼性の高い金属膜の埋め込みパターン形成を可能とす
る金属用研磨液を提供する。 【解決手段】金属の酸化剤、１つのカルボキシル基を持
つα−オキシ酸、金属表面に対する保護膜形成剤及び水
を含有し溶液のｐＨが２以上５以下である金属用研磨
液。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】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金属用研磨液及び研磨
方法に関する。
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。
【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号公
報に開示されている。
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号に開示されてい
る。
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号に開示されてい
る。
【０００４】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
（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
サエティ誌の第１３８巻１１号（１９９１年発行）の３
４６０〜３４６４頁に開示されている。
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
（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
サエティ誌の第１３８巻１１号（１９９１年発行）の３
４６０〜３４６４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（以下ディッシングと記す）
が発生し、平坦化効果が損なわれる。
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。
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。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＢＴＡ
の保護膜形成効果は非常に高いため、エッチング速度の
みならず研磨速度をも顕著に低下させてしまう。従っ
て、エッチング速度を十分に低下させ、且つＣＭＰによ
る研磨速度を低下させないような保護膜形成剤と酸化膜
溶解剤の組み合わせからなる金属用研磨液が望まれてい
た。本発明は、酸化金属溶解剤と保護膜形成剤のバラン
スを取ることにより、高いＣＭＰによる研磨速度速度を
維持し、エッチング速度を十分に低下させディッシング
の発生を抑制し、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金属用研磨液を提供するものであ
る。
の保護膜形成効果は非常に高いため、エッチング速度の
みならず研磨速度をも顕著に低下させてしまう。従っ
て、エッチング速度を十分に低下させ、且つＣＭＰによ
る研磨速度を低下させないような保護膜形成剤と酸化膜
溶解剤の組み合わせからなる金属用研磨液が望まれてい
た。本発明は、酸化金属溶解剤と保護膜形成剤のバラン
スを取ることにより、高いＣＭＰによる研磨速度速度を
維持し、エッチング速度を十分に低下させディッシング
の発生を抑制し、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金属用研磨液を提供するものであ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の金属用研磨液は
金属の酸化剤、１つのカルボキシル基を持つα−オキシ
酸、金属表面に対する保護膜形成剤及び水を含有し、液
のｐＨが２以上５以下である金属用研磨液である。金属
用研磨液には、さらに水溶性高分子を含むことが好まし
い。１つのカルボキシル基を持つα−オキシ酸は、酸化
金属溶解剤でありグリコール酸が好ましい。保護膜形成
剤は、金属表面に保護膜を形成するものでベンゾトリア
ゾ−ル（ＢＴＡ）、その誘導体又はそれらの混合物から
選ばれた少なくとも１種が好ましい。水溶性高分子は、
ポリアクリル酸、その塩、ポリアクリルアミド、ポリメ
タクリル酸その塩、ポリアミド酸、その塩、ポリアクリ
ルアミド及びポリビニルアルコールから選ばれた少なく
とも１種が好ましい。金属の酸化剤は、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種が好ましい。金属用研磨液には、
さらに固体砥粒を含むことが好ましい。固体砥粒は平均
粒径１００ｎｍ以下のコロイダルシリカまたはコロイダ
ルアルミナが好ましい。
金属の酸化剤、１つのカルボキシル基を持つα−オキシ
酸、金属表面に対する保護膜形成剤及び水を含有し、液
のｐＨが２以上５以下である金属用研磨液である。金属
用研磨液には、さらに水溶性高分子を含むことが好まし
い。１つのカルボキシル基を持つα−オキシ酸は、酸化
金属溶解剤でありグリコール酸が好ましい。保護膜形成
剤は、金属表面に保護膜を形成するものでベンゾトリア
ゾ−ル（ＢＴＡ）、その誘導体又はそれらの混合物から
選ばれた少なくとも１種が好ましい。水溶性高分子は、
ポリアクリル酸、その塩、ポリアクリルアミド、ポリメ
タクリル酸その塩、ポリアミド酸、その塩、ポリアクリ
ルアミド及びポリビニルアルコールから選ばれた少なく
とも１種が好ましい。金属の酸化剤は、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種が好ましい。金属用研磨液には、
さらに固体砥粒を含むことが好ましい。固体砥粒は平均
粒径１００ｎｍ以下のコロイダルシリカまたはコロイダ
ルアルミナが好ましい。
【０００９】本発明の研磨方法は、上記の金属用研磨液
を用いて銅膜、銅合金膜、それらの金属層を含む積層膜
を研磨する工程によって少なくとも金属膜の一部を除去
する研磨方法である。本発明では、酸化金属溶解剤とし
て１つのカルボキシル基を持つα−オキシ酸と保護膜形
成剤を組み合わせることにより、ＣＭＰによる研磨速度
は維持しつつ、エッチング速度を十分に低下させた研磨
液とそれを用いた研磨方法を提供する。
を用いて銅膜、銅合金膜、それらの金属層を含む積層膜
を研磨する工程によって少なくとも金属膜の一部を除去
する研磨方法である。本発明では、酸化金属溶解剤とし
て１つのカルボキシル基を持つα−オキシ酸と保護膜形
成剤を組み合わせることにより、ＣＭＰによる研磨速度
は維持しつつ、エッチング速度を十分に低下させた研磨
液とそれを用いた研磨方法を提供する。
【００１０】保護膜形成剤は、従来より広く用いられて
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（以下ＢＴＡ類）を用いる。
ＢＴＡ類特にＢＴＡそのものの金属表面保護膜形成効果
は極めて強く、例えば金属用研磨液中に０．５重量％以
上を含ませると銅合金膜のエッチング速度は小さくなる
が、ＣＭＰによる研磨速度も非常に小さくなってしま
い、実用的な研磨液ではなくなってしまう。
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（以下ＢＴＡ類）を用いる。
ＢＴＡ類特にＢＴＡそのものの金属表面保護膜形成効果
は極めて強く、例えば金属用研磨液中に０．５重量％以
上を含ませると銅合金膜のエッチング速度は小さくなる
が、ＣＭＰによる研磨速度も非常に小さくなってしま
い、実用的な研磨液ではなくなってしまう。
【００１１】これに対して本発明者らは、保護膜形成剤
としてＢＴＡ類、酸化金属溶解剤として１つのカルボキ
シル基を持つα−オキシ酸を使用することにより、ＢＴ
Ａ類の添加濃度が低くとも十分に低いエッチング速度に
抑制できることを見出した。しかもこの様な研磨液を用
いた場合は、エッチング速度は低下してもＣＭＰによる
研磨速度はあまり低下しないという好ましい特性が得ら
れることが分かった。
としてＢＴＡ類、酸化金属溶解剤として１つのカルボキ
シル基を持つα−オキシ酸を使用することにより、ＢＴ
Ａ類の添加濃度が低くとも十分に低いエッチング速度に
抑制できることを見出した。しかもこの様な研磨液を用
いた場合は、エッチング速度は低下してもＣＭＰによる
研磨速度はあまり低下しないという好ましい特性が得ら
れることが分かった。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明においては、表面に凹部を
有する基体上に銅合金を含む金属膜を形成・充填する。
この基体を本発明による研磨液を用いてＣＭＰすると、
基体の凸部の金属膜が選択的にＣＭＰされて、凹部に金
属膜が残されて所望の導体パタ−ンが得られる。本発明
の金属用研磨液は金属の酸化剤、１つのカルボキシル基
を持つα−オキシ酸、金属表面に対する保護膜形成剤及
び水を必須成分とし、必要に応じ水溶性高分子および／
または固体砥粒を添加し、ｐＨは２以上５以下に調整す
る。
有する基体上に銅合金を含む金属膜を形成・充填する。
この基体を本発明による研磨液を用いてＣＭＰすると、
基体の凸部の金属膜が選択的にＣＭＰされて、凹部に金
属膜が残されて所望の導体パタ−ンが得られる。本発明
の金属用研磨液は金属の酸化剤、１つのカルボキシル基
を持つα−オキシ酸、金属表面に対する保護膜形成剤及
び水を必須成分とし、必要に応じ水溶性高分子および／
または固体砥粒を添加し、ｐＨは２以上５以下に調整す
る。
【００１３】本発明における金属の酸化剤としては、過
酸化水素（Ｈ2 Ｏ2 ）、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。
酸化水素（Ｈ2 Ｏ2 ）、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。
【００１４】本発明における１つのカルボキシル基を持
つα−オキシ酸とは、同一の炭素原子に水酸基とカルボ
キシル基が結合した、１分子内に１つのカルボキシル基
をもつオキシ酸であり、グリコール酸、乳酸、オキシ酪
酸、グリセリン酸及びこれらを含む混合物が挙げられ
る。この中でグリコール酸がＣＭＰによる研磨速度が大
きく、エッチング速度を効果的に抑制できるという点で
好ましい。
つα−オキシ酸とは、同一の炭素原子に水酸基とカルボ
キシル基が結合した、１分子内に１つのカルボキシル基
をもつオキシ酸であり、グリコール酸、乳酸、オキシ酪
酸、グリセリン酸及びこれらを含む混合物が挙げられ
る。この中でグリコール酸がＣＭＰによる研磨速度が大
きく、エッチング速度を効果的に抑制できるという点で
好ましい。
【００１５】本発明における保護膜形成剤は、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。
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。
【００１６】本発明における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る。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。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を向
上させることができる。
下の群から選ばれたものが好適である。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。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を向
上させることができる。
【００１７】本発明における固体砥粒としては、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１００ｎ
ｍ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。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。
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１００ｎ
ｍ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。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。
【００１８】本発明における金属用研磨液のｐＨは、Ｃ
ＭＰによる研磨速度が大きく、エッチング速度を効果的
に抑制できるという点で２以上５以下である。ｐＨ２未
満ではエッチング速度が大きく、保護膜形成剤でのエッ
チング抑制は困難である。また、ｐＨ５を超えるとＣＭ
Ｐによる研磨速度が遅く実用的な研磨液とはなり得な
い。ｐＨ２．３以上４以下の範囲が好ましい。ｐＨは１
つのカルボキシル基を持つα−オキシ酸の添加量により
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。本発明を適
用する金属膜としては、銅もしくは銅を主体とする合金
の膜、もしくは、それらと他の金属や合金もしくは化合
物膜等とからなる積層膜である。
ＭＰによる研磨速度が大きく、エッチング速度を効果的
に抑制できるという点で２以上５以下である。ｐＨ２未
満ではエッチング速度が大きく、保護膜形成剤でのエッ
チング抑制は困難である。また、ｐＨ５を超えるとＣＭ
Ｐによる研磨速度が遅く実用的な研磨液とはなり得な
い。ｐＨ２．３以上４以下の範囲が好ましい。ｐＨは１
つのカルボキシル基を持つα−オキシ酸の添加量により
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。本発明を適
用する金属膜としては、銅もしくは銅を主体とする合金
の膜、もしくは、それらと他の金属や合金もしくは化合
物膜等とからなる積層膜である。
【００１９】本発明における酸化剤成分の配合量は、酸
化剤、１つのカルボキシル基を持つα−オキシ酸、保護
膜形成剤、水溶性高分子及び水の総量１００ｇに対し
て、０．００３〜０．７ｍｏｌとすることが好ましく、
０．０３〜０．５ｍｏｌとすることがより好ましい。こ
の配合量が０．００３ｍｏｌ未満では、金属の酸化が不
十分でＣＭＰによる研磨速度が低く、０．７ｍｏｌを超
えると、研磨面に荒れが生じる傾向がある。
化剤、１つのカルボキシル基を持つα−オキシ酸、保護
膜形成剤、水溶性高分子及び水の総量１００ｇに対し
て、０．００３〜０．７ｍｏｌとすることが好ましく、
０．０３〜０．５ｍｏｌとすることがより好ましい。こ
の配合量が０．００３ｍｏｌ未満では、金属の酸化が不
十分でＣＭＰによる研磨速度が低く、０．７ｍｏｌを超
えると、研磨面に荒れが生じる傾向がある。
【００２０】本発明における１つのカルボキシル基を持
つα−オキシ酸の配合量は、酸化剤、１つのカルボキシ
ル基を持つα−オキシ酸、保護膜形成剤、水溶性高分子
及び水の総量１００ｇに対して、０．０００１〜０．０
５ｍｏｌとすることが好ましく、０．００１〜０．０１
ｍｏｌとすることがより好ましい。この配合量が０．０
５ｍｏｌを超えると、エッチングの抑制が困難となる傾
向がある。
つα−オキシ酸の配合量は、酸化剤、１つのカルボキシ
ル基を持つα−オキシ酸、保護膜形成剤、水溶性高分子
及び水の総量１００ｇに対して、０．０００１〜０．０
５ｍｏｌとすることが好ましく、０．００１〜０．０１
ｍｏｌとすることがより好ましい。この配合量が０．０
５ｍｏｌを超えると、エッチングの抑制が困難となる傾
向がある。
【００２１】本発明における保護膜形成剤の配合量は、
酸化剤、１つのカルボキシル基を持つα−オキシ酸、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、
エッチングの抑制が困難となる傾向があり、０．０１ｍ
ｏｌを超えるとＣＭＰによる研磨速度が低くなる傾向が
ある。
酸化剤、１つのカルボキシル基を持つα−オキシ酸、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、
エッチングの抑制が困難となる傾向があり、０．０１ｍ
ｏｌを超えるとＣＭＰによる研磨速度が低くなる傾向が
ある。
【００２２】本発明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、１つのカル
ボキシル基を持つα−オキシ酸、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、０．０１〜０．２
重量％とすることがより好ましい。この配合量が０．０
０１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。
できる。水溶性高分子の配合量は、酸化剤、１つのカル
ボキシル基を持つα−オキシ酸、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、０．０１〜０．２
重量％とすることがより好ましい。この配合量が０．０
０１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。
【００２３】本発明では固体砥粒を添加することもでき
る。固体砥粒の添加量は全重量に対して０．１重量％か
ら１０重量％であることが好ましく、０．５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０．１％以下では物理的な削り取り作用が小さいため
ＣＭＰによる研磨速度が小さく、１０％以上では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。
る。固体砥粒の添加量は全重量に対して０．１重量％か
ら１０重量％であることが好ましく、０．５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０．１％以下では物理的な削り取り作用が小さいため
ＣＭＰによる研磨速度が小さく、１０％以上では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。
【００２４】
【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制限されるものではない。
明はこれらの実施例により制限されるものではない。
【００２５】実施例１〜５、比較例１ 《研磨液の作製方法》テトラエトキシシランのアンモニ
ア溶液中での加水分解により作製した平均粒径４０ｎｍ
のコロイダルシリカ１重量部、酸化膜溶解剤０．２重量
部、水溶性高分子０．０５重量部、保護膜形成剤として
ＢＴＡ０．２重量部に水７０重量部を加えて溶解し、過
酸化水素水（試薬特級、３０％水溶液）３３．２重量部
を加えて得られたものを金属用研磨液とした。実施例１
〜５、比較例１では表１に記した酸化膜溶解剤、水溶性
高分子を用いた上記金属用研磨液を用いてＣＭＰした。 《研磨条件》 基体：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：２１０ｇｆ／ｃｍ2 基体と研磨定盤との相対速度：３６ｍ／ｍｉｎ 《研磨品評価項目》 ＣＭＰによる研磨速度：銅膜の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：撹拌した研磨液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：絶縁膜中に深さ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についても基体と
して用いてＣＭＰ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。実施例１〜５、比較例
１における、ＣＭＰによる研磨速度、エッチング速度、
ディッシング量は表１に示す様であった。
ア溶液中での加水分解により作製した平均粒径４０ｎｍ
のコロイダルシリカ１重量部、酸化膜溶解剤０．２重量
部、水溶性高分子０．０５重量部、保護膜形成剤として
ＢＴＡ０．２重量部に水７０重量部を加えて溶解し、過
酸化水素水（試薬特級、３０％水溶液）３３．２重量部
を加えて得られたものを金属用研磨液とした。実施例１
〜５、比較例１では表１に記した酸化膜溶解剤、水溶性
高分子を用いた上記金属用研磨液を用いてＣＭＰした。 《研磨条件》 基体：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：２１０ｇｆ／ｃｍ2 基体と研磨定盤との相対速度：３６ｍ／ｍｉｎ 《研磨品評価項目》 ＣＭＰによる研磨速度：銅膜の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：撹拌した研磨液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：絶縁膜中に深さ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についても基体と
して用いてＣＭＰ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。実施例１〜５、比較例
１における、ＣＭＰによる研磨速度、エッチング速度、
ディッシング量は表１に示す様であった。
【００２６】
【表１】 ─────────────────────────────────── 酸化膜 水溶性高分子 ｐＨ CMP による エッチンク゛ テ゛ィッシンク゛ 溶解剤 研磨速度 速度 量 (nm/min) (nm/min) nm ─────────────────────────────────── 実施例１ ク゛リコール 酸 （なし） 2.7 290 1.8 200 実施例２ ク゛リコール 酸 ホ゜リアクリルアミト゛ 2.8 330 1.0 90 実施例３ クリコール 酸 ホ゜リヒ゛ニルアルコール 2.7 320 1.2 100 実施例４ ク゛リコール 酸 ホ゜リアクリル 酸 3.0 330 1.0 90 アンモニウム 実施例５ 乳酸 ホ゜リアクリルアミト゛ 3.0 270 1.2 160 比較例１ クエン 酸 （なし） 2.5 180 13.5 430 ───────────────────────────────────
【００２７】
【発明の効果】本発明の金属用研磨液は、酸化膜溶解剤
として１つのカルボキシル基を持つα−オキシ酸、保護
膜形成剤としてＢＴＡ類を使用することにより、高いＣ
ＭＰによる研磨速度と、エッチング抑制効果の両立を可
能にすることによって、信頼性の高い埋め込みパタ−ン
を形成することができる。
として１つのカルボキシル基を持つα−オキシ酸、保護
膜形成剤としてＢＴＡ類を使用することにより、高いＣ
ＭＰによる研磨速度と、エッチング抑制効果の両立を可
能にすることによって、信頼性の高い埋め込みパタ−ン
を形成することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/304 ６２２ Ｈ０１Ｌ 21/304 ６２２Ｄ 21/308 21/308 Ｆ (72)発明者 寺崎 裕樹 茨城県つくば市和台48 日立化成工業株式 会社筑波開発研究所内 Ｆターム(参考） 3C058 AA07 CB02 CB03 CB10 DA02 DA12 DA17 4K057 WA04 WA10 WA11 WB04 WE02 WE11 WE23 WE25 WE30 WG06 WN01 5F043 AA26 AA27 BB18 FF07 GG03
Claims (9)
- 【請求項１】金属の酸化剤、１つのカルボキシル基を持
つα−オキシ酸、金属表面に対する保護膜形成剤及び水
を含有し、ｐＨが２以上５以下である金属用研磨液。 - 【請求項２】水溶性高分子を含有する請求項１記載の金
属用研磨液。 - 【請求項３】１つのカルボキシル基を持つα−オキシ酸
が、グリコール酸である請求項１又は２記載の金属用研
磨液。 - 【請求項４】保護膜形成剤が、ベンゾトリアゾール（Ｂ
ＴＡ）及びその誘導体から選ばれた少なくとも１種類で
ある請求項１〜３各項記載の金属用研磨液。 - 【請求項５】水溶性高分子が、ポリアクリル酸、ポリア
クリル酸の塩、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸の
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から選ばれた少なくとも１種である
請求項１〜４各項記載の金属用研磨液。 - 【請求項６】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より選ばれた
少なくとも１種である請求項１〜５各項記載の金属用研
磨液。 - 【請求項７】金属用研磨液に、固体砥粒を添加する請求
項１〜６各項記載の金属用研磨液。 - 【請求項８】固体砥粒が、平均粒径１００ｎｍ以下のコ
ロイダルシリカ及びコロイダルアルミナの少なくとも１
種である請求項１〜７各項記載の金属用研磨液。 - 【請求項９】請求項１〜８各項記載の金属用研磨液を用
いて銅膜、銅合金膜またはそれらの金属膜を含む積層膜
を研磨する工程によって少なくとも金属膜の一部を除去
する研磨方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14837999A JP4164941B2 (ja) | 1999-05-27 | 1999-05-27 | 金属用研磨液及び研磨方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14837999A JP4164941B2 (ja) | 1999-05-27 | 1999-05-27 | 金属用研磨液及び研磨方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000336345A true JP2000336345A (ja) | 2000-12-05 |
| JP4164941B2 JP4164941B2 (ja) | 2008-10-15 |
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ID=15451456
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14837999A Expired - Lifetime JP4164941B2 (ja) | 1999-05-27 | 1999-05-27 | 金属用研磨液及び研磨方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4164941B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007146158A (ja) * | 2005-11-02 | 2007-06-14 | Hitachi Chem Co Ltd | 複合材料膜用研磨材および研磨方法 |
| US7250369B1 (en) * | 1998-12-28 | 2007-07-31 | Hitachi, Ltd. | Materials for polishing liquid for metal, polishing liquid for metal, method for preparation thereof and polishing method using the same |
| US7427362B2 (en) * | 2005-01-26 | 2008-09-23 | Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. | Corrosion-resistant barrier polishing solution |
| JP2008263215A (ja) * | 2002-04-30 | 2008-10-30 | Hitachi Chem Co Ltd | 研磨液及び研磨方法 |
| CN108621033A (zh) * | 2017-03-21 | 2018-10-09 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 研磨垫的研磨方法 |
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|---|---|---|---|---|
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| KR101400585B1 (ko) * | 2009-02-16 | 2014-05-27 | 히타치가세이가부시끼가이샤 | 구리 연마용 연마제 및 이를 이용한 연마 방법 |
-
1999
- 1999-05-27 JP JP14837999A patent/JP4164941B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| US7250369B1 (en) * | 1998-12-28 | 2007-07-31 | Hitachi, Ltd. | Materials for polishing liquid for metal, polishing liquid for metal, method for preparation thereof and polishing method using the same |
| US7799686B2 (en) | 1998-12-28 | 2010-09-21 | Hitachi, Ltd. | Materials for polishing liquid for metal, polishing liquid for metal, method for preparation thereof and polishing method using the same |
| US8226849B2 (en) | 1998-12-28 | 2012-07-24 | Hitachi, Ltd. | Materials for polishing liquid for metal, polishing liquid for metal, method for preparation thereof and polishing method using the same |
| JP2008263215A (ja) * | 2002-04-30 | 2008-10-30 | Hitachi Chem Co Ltd | 研磨液及び研磨方法 |
| US8696929B2 (en) | 2002-04-30 | 2014-04-15 | Hitachi Chemical Co., Ltd. | Polishing slurry and polishing method |
| US7427362B2 (en) * | 2005-01-26 | 2008-09-23 | Rohm And Haas Electronic Materials Cmp Holdings, Inc. | Corrosion-resistant barrier polishing solution |
| JP2007146158A (ja) * | 2005-11-02 | 2007-06-14 | Hitachi Chem Co Ltd | 複合材料膜用研磨材および研磨方法 |
| CN108621033A (zh) * | 2017-03-21 | 2018-10-09 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 研磨垫的研磨方法 |
| CN108621033B (zh) * | 2017-03-21 | 2020-04-07 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 研磨垫的研磨方法 |
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