JP2001085376A - 基板の研磨方法 - Google Patents
基板の研磨方法Info
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- JP2001085376A JP2001085376A JP25558499A JP25558499A JP2001085376A JP 2001085376 A JP2001085376 A JP 2001085376A JP 25558499 A JP25558499 A JP 25558499A JP 25558499 A JP25558499 A JP 25558499A JP 2001085376 A JP2001085376 A JP 2001085376A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 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−ン形成を可能とする基板の研磨方法を
提供する。 【解決手段】 研磨液のｐＨが３以下であり、導体の酸
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％、第２工程のバリア層の研磨では０．０
１〜３重量％に調整する基板の研磨方法を用いる。ま
た、ディシングやシニング等の平坦化特性を向上させる
ために、研磨液に水溶性高分子を添加した場合には、第
２工程の酸化剤の濃度を０．０１〜１．５重量％に調整
する研磨液を用いる。
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。 【解決手段】 研磨液のｐＨが３以下であり、導体の酸
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％、第２工程のバリア層の研磨では０．０
１〜３重量％に調整する基板の研磨方法を用いる。ま
た、ディシングやシニング等の平坦化特性を向上させる
ために、研磨液に水溶性高分子を添加した場合には、第
２工程の酸化剤の濃度を０．０１〜１．５重量％に調整
する研磨液を用いる。
Description
【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。
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。
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。
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３
４６０〜３４６４頁に開示されている。
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（以下ディシングと記す）が発生
し、平坦化効果が損なわれる。
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８−８３７８
０号公報に記載されている。
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８−８３７８
０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。
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。
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。
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。
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／Ｓｉ
Ｏ2）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。
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／Ｓｉ
Ｏ2）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。
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。
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ｐ
Ｈ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。
Ｈ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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、０．００１〜０．０
１ｍｏｌ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。
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、０．００１〜０．０
１ｍｏｌ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。
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０．００
１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。
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０．００
１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。
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。
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 ０．２
９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１
００μｍ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。
０．０７重量部、保護膜形成剤としてＢＴＡ ０．２
９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１
００μｍ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】
【００２９】
【表２】
【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１７．０ｎ
ｍ／ｍｉｎとバリアであるタンタルの４．５ｎｍ／ｍｉ
ｎ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。
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１７．０ｎ
ｍ／ｍｉｎとバリアであるタンタルの４．５ｎｍ／ｍｉ
ｎ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ｐ
Ｈ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。
Ｈ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。
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｃ０９Ｋ 13/00 Ｃ０９Ｋ 13/00 Ｈ０１Ｌ 21/306 Ｈ０１Ｌ 21/306 Ｍ (72)発明者 内田 剛 茨城県つくば市和台48 日立化成工業株式 会社総合研究所内 (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 会社総合研究所内 (72)発明者 五十嵐 明子 茨城県つくば市和台48 日立化成工業株式 会社総合研究所内 Ｆターム(参考） 3C058 AA07 BA02 BA09 CB01 CB03 CB10 DA02 DA12 5F043 AA26 BB30 DD16 DD30 EE08 FF07 GG02 GG10
Claims (16)
- 【請求項１】 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。 - 【請求項２】 研磨液の酸化剤濃度が、第１の工程は
１．５〜１０重量％、第２の工程は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】 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】 研磨液が、さらに水溶性高分子を含有す
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】 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４に記載の基板の研磨方法。 - 【請求項６】 第２の工程で用いる研磨液の酸化剤濃度
が、０．０１〜１．５重量％である請求項４または請求
項５に記載の基板の研磨方法。 - 【請求項７】 酸が、有機酸である研磨液を用いる請求
項１ないし請求項６のいずれかに記載の基板の研磨方
法。 - 【請求項８】 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７に記載の基板の研磨方法。 - 【請求項９】 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８のいずれかに記載の基板
の研磨方法。 - 【請求項１０】 導体の酸化剤が、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】 研磨液に、さらに砥粒を添加すること
を特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれかに記
載の基板の研磨方法。 - 【請求項１２】 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１１に記載の基板の研磨方法。 - 【請求項１３】 砥粒が、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請求項
１２に記載の基板の研磨方法。 - 【請求項１４】 銅または銅合金のバリア層が、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
合物である請求項１ないし請求項１３のいずれかに記載
の基板の研磨方法。 - 【請求項１５】 請求項１ないし請求項１４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。 - 【請求項１６】 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、Ｔ
ａＮ／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／ＳｉＯ
2、ＴａＮ／ＳｉＯ2）が１０より大きい研磨液で第２の
工程を研磨することを特徴とする基板の研磨方法。
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