JP2001127020A

JP2001127020A - 金属用研磨液及びそれを用いた基板の研磨方法

Info

Publication number: JP2001127020A
Application number: JP30866699A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Kurata; 靖倉田; Yasuo Kamigata; 康雄上方; Takeshi Uchida; 剛内田; Hiroki Terasaki; 裕樹寺崎; Akiko Igarashi; 明子五十嵐
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1999-10-29
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2001-05-11
Anticipated expiration: 2019-10-29
Also published as: JP4683681B2

Abstract

(57)【要約】【課題】銅または銅合金のバリア層として用いられる
タンタル、タンタル合金、窒化タンタル、その他のタン
タル化合物の高速研磨を可能にし、低砥粒濃度で研磨キ
ズがなく、シニングの少ない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およびそれ
を用いた研磨方法を提供する。【解決手段】砥粒、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で、砥粒濃度
を０．０５〜３重量％とした金属用研磨液。金属用研磨
液を研磨定盤上の研磨パッドに供給し、被研磨面と接触
させて被研磨面と研磨パッドを相対運動させて研磨する
研磨方法において、上記の金属用研磨液を用いて、タン
タル、窒化タンタル、タンタル合金、その他のタンタル
化合物からなるバリア層を研磨する研磨方法。

Description

【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
スの配線形成工程の研磨に使用される金属用研磨液及び
それを用いた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
（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。

【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。銅または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。

【０００８】一方、配線の銅また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、タンタル合金、窒化タンタル、その他の
タンタル化合物等が形成される。したがって、銅または
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、銅また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、銅または
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】第２工程であるバリア層のＣＭＰでは、銅
または銅合金埋め込み配線部のディシングを防止する必
要があり、銅または銅合金の研磨速度及びエッチング速
度を抑制するために、研磨液のｐＨを小さくすることは
マイナス効果であると考えられていた。

【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、タンタル合金、窒化タンタル、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及び銅合金ほど
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
銅合金配線のディシング、シニング及び研磨キズ発生を
抑制し、低砥粒濃度においてバリア層の高い研磨速度を
実現し、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及びそれを用いた基板の研磨方
法を提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、バリア層
導体として用いられるタンタル、タンタル合金、窒化タ
ンタル、その他のタンタル化合物の研磨速度が低砥粒濃
度で極大を持ち、濃度が高すぎるとかえって低下するこ
とを見いだした。また、この現象は、低ｐＨ領域かつ低
酸化剤濃度領域でタンタル、タンタル合金、窒化タンタ
ル、その他のタンタル化合物を研磨する際に顕著であ
る。本発明は、銅または銅合金配線のディシング、シニ
ング及び研磨キズ発生を抑制し、低砥粒濃度においてバ
リア層の高い研磨速度を実現し、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もので、（１）砥
粒、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であり、砥粒濃度が０．０５〜
３．０重量％であることを特徴とする金属用研磨液であ
る。また、（２）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種である上記（１）に記載の金属用研磨液である
ことが好ましい。さらに、（３）砥粒が、コロイダルシ
リカまたはコロイダルアルミナである上記（１）または
（２）の金属用研磨液であると好ましい。コロイダルシ
リカは、シリコンアルコキシドの加水分解により製造し
たものが好ましいが、珪酸ナトリウムを原料として製造
したものも使用できる。平均粒径が、５０ｎｍ以下であ
ることが好ましい。（４）金属用研磨液のｐＨは３以下、かつ酸化剤の濃度
が０．０１〜３重量％であることが好ましい。（５）金属用研磨液には、さらに、水溶性高分子を含有
することが好ましく、（６）水溶性高分子は、ポリアク
リル酸またはその塩、ポリメタクリル酸またはその塩、
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、ポリアミド酸またはその塩からなる群か
ら選ばれた少なくとも１種が好ましい。（７）その場合
の導体の酸化剤の濃度は、０．０１〜１．５重量％であ
ることが好ましい。（８）酸は、有機酸であることが好ましく、（９）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種であることがより好ましい。（１０）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）またはその誘導体から選
ばれた少なくとも一種（ＢＴＡ類）を用いることが好ま
しい。（１１）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。（１２）導体は、銅、銅合金またはそれらの酸化物のバ
リア層であり、（１３）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
と好ましい。

【００１２】本発明の研磨方法は、（１４）金属用研磨
液を研磨定盤上の研磨パッドに供給し、被研磨面と接触
させて被研磨面と研磨パッドを相対運動させて研磨する
研磨方法において、上記（１）〜（１３）のいずれかの
金属用研磨液を用いて、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なるバリア層を
研磨する基板の研磨方法である。また、本発明の研磨方
法は、上記（１）〜（１３）のいずれかの金属用研磨液
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である。

【００１３】本発明では、砥粒濃度が０．０５〜３重量
％の砥粒を含有し、研磨液を低ｐＨ領域、かつ、低酸化
剤濃度領域にすることにより、銅または銅合金配線のデ
ィシングとシニング及び研磨キズ発生を抑制し、低砥粒
濃度においてバリア層の高い研磨速度を実現する金属用
研磨液とそれを用いた研磨方法を提供する。バリア層を
研磨する方法として、前記したように砥粒の硬度を上げ
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りシ
ニングが発生してしまう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、タンタル合
金、窒化タンタル、その他のタンタル化合物の研磨が、
低ｐＨ領域、低酸化剤濃度領域で容易に進行することを
見出した。また、これらの研磨速度が最大になる砥粒濃
度が、低濃度領域に存在することを見出した。このよう
な研磨液を用いた場合は、酸化剤濃度が十分低い領域で
あるために、一般に低ｐＨ領域で問題になる銅または銅
合金のエッチング速度の増加による配線のディシングも
問題とならず、砥粒濃度が低いためにエロージョンも少
ないことがわかった。

【００１４】

【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。本発明の金
属用研磨液は、砥粒、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であり、砥粒
濃度が０．０５〜３重量％である。また、ｐＨが３以
下、かつ、導体の酸化剤の濃度が０．０１〜３重量％に
なるように調整することが好ましい。必要に応じて、水
溶性高分子を添加してもよい。本発明における金属用研
磨液の砥粒濃度は、全重量に対して０．０５重量％から
３重量％であり、０．１〜１重量％の範囲であることが
より好ましい。この配合量が０．０５％未満では砥粒を
入れる効果が少なく、３重量％を超えるとバリア層の研
磨速度が逆に減少する傾向が見られるようになる。

【００１５】金属用研磨液のｐＨは、３を超えて大きい
とタンタル、タンタル合金、窒化タンタル、その他のタ
ンタル化合物の研磨速度が小さい。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。

【００１６】一方、本発明における金属用研磨液は、導
体の酸化剤の濃度が０．１５重量％付近でタンタル、タ
ンタル合金、窒化タンタル、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、タンタ
ル合金、窒化タンタル、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。一般にｐＨが３より小
さい場合には、銅または銅合金膜の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。
しかし、本発明では、酸化剤の濃度が十分低いため、保
護膜形成剤によるエッチング抑制が可能である。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、タンタル合金、窒化タンタ
ル、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
度が小さくなり、タンタル膜の剥離等が発生することも
ある。

【００１７】本発明における金属用研磨液の導体の酸化
剤は、水溶性高分子を含有する場合には、濃度が０．０
１〜１．５重量％である。水溶性高分子は、タンタル、
タンタル合金、窒化タンタル、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、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、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、ディシングやシニング等の平坦化特性を向上さ
せる。

【００１８】本発明における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。

【００１９】本発明において用いる酸としては、有機酸
が好ましく、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
の混合物等が上げられる。これらの中では、実用的なＣ
ＭＰ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。

【００２０】本発明における保護膜形成剤は、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、そのメチ
ル、エチル、プロピル、ブチル及びオクチルエステル、
またはナフトトリアゾ−ル、ナフトトリアゾ−ル誘導体
またはこれらを含む混合物の中から選ばれる。

【００２１】本発明において用い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またはその塩、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。

【００２２】本発明の金属用研磨液の砥粒としては、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５０ｎｍ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３０ｎｍ以下がより好ましく、２０ｎｍ以下が特
に好ましい。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。

【００２３】本発明を適用する導体膜としては、銅また
は銅合金のバリア層であり、タンタル、タンタル合金、
窒化タンタル、その他のタンタル化合物からなることが
好ましい。。

【００２４】本発明における用いる酸の配合量は、導体
の酸化剤、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、０．００１〜０．０１ｍｏｌ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。

【００２５】本発明において用いる保護膜形成剤の配合
量は、導体の酸化剤、酸、保護膜形成剤、水溶性高分子
及び水の総量１００ｇに対して、０．０００１〜０．０
１ｍｏｌとすることが好ましく、０．０００５〜０．０
０５ｍｏｌ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。

【００２６】本発明では水溶性高分子を添加することも
でき、水溶性高分子の配合量は、導体の酸化剤、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、
０．０１〜０．２重量％とすることがより好ましい。こ
の配合量が０．００１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。

【００２７】

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
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。

【００２８】（実施例１〜３、比較例１）（金属用研磨液の作製方法）酸０．４重量％、保護膜形
成剤としてベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）０．２重量％
に水を加えて溶解し、導体の酸化剤として過酸化水素水
（試薬特級、３０％水溶液）を０．５重量％加えて得ら
れたものを金属用研磨液とした。砥粒は、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３０ｎｍのコロイダルシリカを０．１〜５重
量％添加し、それに合わせて水を９８．８〜９３．９重
量％とした。使用したグリコール酸のｐＫａは、３．７
である。実施例１〜３、比較例１では、表１に砥粒濃度
の上記金属用研磨液を用いてＣＭＰした。（研磨条件）基板：厚さ２００ｎｍのタンタル膜を形成したシリコン
基板厚さ１００ｎｍの窒化タンタル膜を形成したシリコン基
板厚さ１μｍの二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：２４．５ＫＰａ（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：２５℃、１００ｒｐｍで攪拌した金属
用研磨液への浸漬前後の銅層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。銅用の１段目研磨液としては、窒化タンタルに対
する銅の研磨速度比が十分大きい銅及び銅合金用の研磨
液を使用して研磨した。１段研磨後に、絶縁膜部上にバ
リア層が露出した状態で測定したディシング量が、５０
ｎｍになるように基板サンプルを作製し、絶縁膜部でバ
リア層がなくなるまで上記金属用研磨液を用いて２段研
磨した。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。１段研磨後に、絶縁膜部上に
バリア層が露出した状態で測定したシニング量が、２０
ｎｍになるように基板サンプルを作製し、絶縁膜部でバ
リア層がなくなるまで上記金属用研磨液を用いて２段研
磨した。実施例１〜３、比較例１における、ＣＭＰによ
る研磨速度を表１に示した。また、ディシング量及びシ
ニング量を表２に示した。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】実施例１〜３では、バリア層導体であるタ
ンタル、窒化タンタル膜の研磨速度が大きく、二酸化シ
リコン膜の研磨速度が比較的小さいので、良好なディシ
ング及びシニング特性が得られる。それに対し、比較例
１では、バリア層膜（特のタンタル膜）の研磨速度が小
さく、二酸化シリコン膜の研磨速度がかなり大きくなる
ためにディシング及びシニング特性が悪化した。

【００３２】

【発明の効果】本発明の金属用研磨液は、砥粒濃度を
０．０５〜３重量％にしたので、バリア層として用いら
れるタンタル、タンタル合金、窒化タンタル、その他の
タンタル化合物の研磨を可能にし、かつ、銅または銅合
金配線のディシング、シニング、研磨キズ発生を抑制
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）Ｃ０９Ｋ 3/14 ５５０Ｃ０９Ｋ 3/14 ５５０Ｚ 13/00 13/00 (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 CA04 CB02 CB03 CB10 DA02 DA12 DA17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】砥粒、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であり、砥粒
濃度が０．０５〜３．０重量％であることを特徴とする
金属用研磨液。
【請求項２】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１に記載の金属用研磨液。
【請求項３】砥粒が、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１または請求項２に記載の金
属用研磨液。
【請求項４】金属用研磨液のｐＨが３以下であり、か
つ導体の酸化剤の濃度が０．０１〜３重量％であること
を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載
の金属用研磨液。
【請求項５】水溶性高分子をさらに含有する請求項１
ないし請求項４のいずれかに記載の金属用研磨液。
【請求項６】水溶性高分子が、ポリアクリル酸または
その塩、ポリメタクリル酸またはその塩、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５
に記載の金属用研磨液。
【請求項７】導体の酸化剤の濃度が０．０１〜１．５
重量％であることを特徴とする請求項５または請求項６
に記載の金属用研磨液。
【請求項８】酸が、有機酸である請求項１ないし請求
項７のいずれかに記載の金属用研磨液。
【請求項９】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８に記載の金属用研磨液。
【請求項１０】保護膜形成剤が、ベンゾトリアゾール
（ＢＴＡ）または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９のいずれかに記載の金
属用研磨液。
【請求項１１】導体の酸化剤が、過酸化水素水、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１
０のいずれかに記載の金属用研磨液。
【請求項１２】導体が、銅、銅合金またはそれらの酸
化物のバリア層である請求項１ないし請求項１１のいず
れかに記載の金属用研磨液。
【請求項１３】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１２に記載の金属用研磨液。
【請求項１４】金属用研磨液を研磨定盤上の研磨パッ
ドに供給し、被研磨面と接触させて被研磨面と研磨パッ
ドを相対運動させて研磨する研磨方法において、請求項
１ないし請求項１３のいずれかに記載の金属用研磨液を
用いて、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なるバリア層を研磨する基板の
研磨方法。
【請求項１５】金属用研磨液を研磨定盤上の研磨パッ
ドに供給し、被研磨面と接触させて被研磨面と研磨パッ
ドを相対運動させて研磨する研磨方法において、請求項
１ないし請求項１３のいずれかに記載の金属用研磨液を
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。