JP2001144042A - 金属研磨方法 - Google Patents
金属研磨方法Info
- Publication number
- JP2001144042A JP2001144042A JP32171599A JP32171599A JP2001144042A JP 2001144042 A JP2001144042 A JP 2001144042A JP 32171599 A JP32171599 A JP 32171599A JP 32171599 A JP32171599 A JP 32171599A JP 2001144042 A JP2001144042 A JP 2001144042A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- polishing
- metal
- copper
- acid
- film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高いＣＭＰ速度を発現し、高平坦化、ディッ
シング量低減及びエロージョン量低減を可能とし、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
属用研磨液を用いた研磨方法を提供する 【解決手段】 研磨定盤の研磨布上に研磨液を供給しな
がら、銅あるいは銅合金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において、砥粒を含まな
い金属用研磨液を用いて少なくとも銅表面反応層を研磨
する金属研磨方法。
シング量低減及びエロージョン量低減を可能とし、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
属用研磨液を用いた研磨方法を提供する 【解決手段】 研磨定盤の研磨布上に研磨液を供給しな
がら、銅あるいは銅合金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において、砥粒を含まな
い金属用研磨液を用いて少なくとも銅表面反応層を研磨
する金属研磨方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に半導体デバイ
スの配線工程における金属研磨方法に関する。
スの配線工程における金属研磨方法に関する。
【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。
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）上に研磨布（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。
磨定盤（プラテン）上に研磨布（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。
【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、保護膜形成剤が添加される。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
ElectrochemicalSociety）の第１３８巻１１号（１９
９１年発行）の３４６０〜３４６４頁に開示されてい
る。
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
ElectrochemicalSociety）の第１３８巻１１号（１９
９１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（以下エッチングと記す）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保護膜形成剤が添加
される。酸化金属溶解剤と保護膜形成剤の効果のバラン
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。
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（以下エッチングと記す）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保護膜形成剤が添加
される。酸化金属溶解剤と保護膜形成剤の効果のバラン
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保護膜形成剤
を添加して化学反応の効果を加えることにより、ＣＭＰ
速度（ＣＭＰによる研磨速度）が向上すると共に、ＣＭ
Ｐ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。
を添加して化学反応の効果を加えることにより、ＣＭＰ
速度（ＣＭＰによる研磨速度）が向上すると共に、ＣＭ
Ｐ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、従来の固体砥粒を含む金属
用研磨液を用いてＣＭＰによる埋め込み配線形成を行う
場合には、（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（以下ディッシ
ングと記す）の発生、（２）固体砥粒に由来する研磨傷
（スクラッチ）の発生、（３）研磨後の基体表面に残留
する固体砥粒を除去するための洗浄プロセスが複雑であ
ること、（４）固体砥粒そのものの原価や廃液処理に起
因するコストアップ、等の問題が生じる。
用研磨液を用いてＣＭＰによる埋め込み配線形成を行う
場合には、（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（以下ディッシ
ングと記す）の発生、（２）固体砥粒に由来する研磨傷
（スクラッチ）の発生、（３）研磨後の基体表面に残留
する固体砥粒を除去するための洗浄プロセスが複雑であ
ること、（４）固体砥粒そのものの原価や廃液処理に起
因するコストアップ、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。
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。
【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ＣＭＰ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ＣＭＰ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。
【００１２】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。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】上述の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
ＣＭＰ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速度を低下さ
せないような金属用研磨液が望まれていた。また、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
なってしまいエロージョンが発生するという問題があっ
た。本発明は、高いＣＭＰ速度を発現し、高平坦化、デ
ィッシング量低減及びエロージョン量低減を可能とし、
信頼性の高い金属膜の埋め込みパタ−ン形成を可能とす
る金属用研磨液を用いた研磨方法を提供するものであ
る。
形成効果は非常に高いため、エッチング速度のみならず
ＣＭＰ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速度を低下さ
せないような金属用研磨液が望まれていた。また、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
なってしまいエロージョンが発生するという問題があっ
た。本発明は、高いＣＭＰ速度を発現し、高平坦化、デ
ィッシング量低減及びエロージョン量低減を可能とし、
信頼性の高い金属膜の埋め込みパタ−ン形成を可能とす
る金属用研磨液を用いた研磨方法を提供するものであ
る。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、（１）研磨定
盤の研磨布上に研磨液を供給しながら、銅あるいは銅合
金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
研磨方法において、砥粒を含まない金属用研磨液を用い
て少なくとも銅表面反応層を研磨することを特徴とする
金属研磨方法である。（２）上記（１）に記載の銅表面
反応層が研磨布を用いた研磨工程において除去可能な脆
弱な膜であることを特徴とする金属研磨方法、（３）研
磨布の硬さが銅表面反応層の硬さよりも大きいことを特
徴とする上記（１）または（２）に記載の金属研磨方
法、（４）研磨布の圧縮率が銅表面反応層の圧縮率より
も大きいことを特徴とする上記（１）ないし（３）のい
ずれかに記載の金属研磨方法、（５）上記（１）または
（２）に記載の銅表面反応層の構成成分が銅及び錯形成
化合物によって形成された錯化合物を含むことを特徴と
する金属研磨方法、（６）錯形成化合物が含窒素化合物
及びその塩、水溶性ポリマ、メルカプタン、グルコース
及びセルロースから選ばれた少なくとも１種である上記
（５）に記載の金属研磨方法、（７）錯形成化合物がベ
ンゾトリアゾールである上記（５）または（６）に記載
の金属研磨方法、（８）上記（１）に記載の砥粒を含ま
ない金属用研磨液が金属の酸化剤、酸化金属溶解剤、上
記（６）または（７）に記載の錯形成化合物及び水から
なることを特徴とする上記（１）ないし（７）のいずれ
かに記載の金属研磨方法である。
盤の研磨布上に研磨液を供給しながら、銅あるいは銅合
金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
研磨方法において、砥粒を含まない金属用研磨液を用い
て少なくとも銅表面反応層を研磨することを特徴とする
金属研磨方法である。（２）上記（１）に記載の銅表面
反応層が研磨布を用いた研磨工程において除去可能な脆
弱な膜であることを特徴とする金属研磨方法、（３）研
磨布の硬さが銅表面反応層の硬さよりも大きいことを特
徴とする上記（１）または（２）に記載の金属研磨方
法、（４）研磨布の圧縮率が銅表面反応層の圧縮率より
も大きいことを特徴とする上記（１）ないし（３）のい
ずれかに記載の金属研磨方法、（５）上記（１）または
（２）に記載の銅表面反応層の構成成分が銅及び錯形成
化合物によって形成された錯化合物を含むことを特徴と
する金属研磨方法、（６）錯形成化合物が含窒素化合物
及びその塩、水溶性ポリマ、メルカプタン、グルコース
及びセルロースから選ばれた少なくとも１種である上記
（５）に記載の金属研磨方法、（７）錯形成化合物がベ
ンゾトリアゾールである上記（５）または（６）に記載
の金属研磨方法、（８）上記（１）に記載の砥粒を含ま
ない金属用研磨液が金属の酸化剤、酸化金属溶解剤、上
記（６）または（７）に記載の錯形成化合物及び水から
なることを特徴とする上記（１）ないし（７）のいずれ
かに記載の金属研磨方法である。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の金属研磨方法は、砥粒を
含まない金属用研磨液を用いて銅及び銅表面反応層を研
磨することを特徴とする。また、本発明の銅表面反応層
の構成成分が銅及び錯形成化合物であり、且つ研磨布を
用いた研磨工程において除去可能な脆弱な膜であること
を特徴とする。本発明で使用する錯形成化合物は金属も
しくは金属酸化物等と反応して金属表面に保護膜を形成
するもので、錯形成化合物としては、含窒素化合物及び
その塩、水溶性ポリマ、メルカプタン、グルコ−ス及び
セルロ−スから選ばれた少なくとも１種が好ましい。本
発明の金属研磨方法を用いて銅、銅合金及び銅又は銅合
金の酸化物から選ばれる少なくとも１種の金属層を含む
積層膜からなる金属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ことができる。本発明の研磨
方法は、研磨定盤の研磨布上に前記の砥粒を含まない金
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ができる。本発明
の砥粒を含まない金属用研磨液は、金属の酸化剤、酸化
金属溶解剤、前記錯形成化合物及び水を含有する研磨液
である。必要に応じて、わずかな量の砥粒を添加しても
よい。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く、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。砥粒は、使用する際の金属用研磨液の全重量に対
しておおくて５重量％ていどであり、好ましくは１重量
％以下である。
含まない金属用研磨液を用いて銅及び銅表面反応層を研
磨することを特徴とする。また、本発明の銅表面反応層
の構成成分が銅及び錯形成化合物であり、且つ研磨布を
用いた研磨工程において除去可能な脆弱な膜であること
を特徴とする。本発明で使用する錯形成化合物は金属も
しくは金属酸化物等と反応して金属表面に保護膜を形成
するもので、錯形成化合物としては、含窒素化合物及び
その塩、水溶性ポリマ、メルカプタン、グルコ−ス及び
セルロ−スから選ばれた少なくとも１種が好ましい。本
発明の金属研磨方法を用いて銅、銅合金及び銅又は銅合
金の酸化物から選ばれる少なくとも１種の金属層を含む
積層膜からなる金属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ことができる。本発明の研磨
方法は、研磨定盤の研磨布上に前記の砥粒を含まない金
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ができる。本発明
の砥粒を含まない金属用研磨液は、金属の酸化剤、酸化
金属溶解剤、前記錯形成化合物及び水を含有する研磨液
である。必要に応じて、わずかな量の砥粒を添加しても
よい。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く、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。砥粒は、使用する際の金属用研磨液の全重量に対
しておおくて５重量％ていどであり、好ましくは１重量
％以下である。
【００１６】本発明においては、表面に凹部を有する基
体上に銅、銅合金（銅／クロム等）を含む金属膜を形成
・充填する。この基体を本発明による砥粒を含まない金
属用研磨液を用いて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。本発明で使用する金属用研
磨液では、実質的に固体砥粒を含まなくとも良く、固体
砥粒よりもはるかに機械的に柔らかい研磨布との摩擦に
よってＣＭＰが進むために研磨傷は劇的に低減される。
体上に銅、銅合金（銅／クロム等）を含む金属膜を形成
・充填する。この基体を本発明による砥粒を含まない金
属用研磨液を用いて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。本発明で使用する金属用研
磨液では、実質的に固体砥粒を含まなくとも良く、固体
砥粒よりもはるかに機械的に柔らかい研磨布との摩擦に
よってＣＭＰが進むために研磨傷は劇的に低減される。
【００１７】錯形成化合物は、以下の群から選ばれたも
のが好適である。アンモニア；ジメチルアミン、トリメ
チルアミン、トリエチルアミン、プロピレンジアミン等
のアルキルアミンや、エチレンジアミンテトラ酢酸（Ｅ
ＤＴＡ）、ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム及び
キトサン等のアミン；グリシン、Ｌ−アラニン、β−ア
ラニン、Ｌ−２−アミノ酪酸、Ｌ−ノルバリン、Ｌ−バ
リン、Ｌ−ロイシン、Ｌ−ノルロイシン、Ｌ−イソロイ
シン、Ｌ−アロイソロイシン、Ｌ−フェニルアラニン、
Ｌ−プロリン、サルコシン、Ｌ−オルニチン、Ｌ−リシ
ン、タウリン、Ｌ−セリン、Ｌ−トレオニン、Ｌ−アロ
トレオニン、Ｌ−ホモセリン、Ｌ−チロシン、３，５−
ジヨ−ド−Ｌ−チロシン、β−（３，４−ジヒドロキシ
フェニル）−Ｌ−アラニン、Ｌ−チロキシン、４−ヒド
ロキシ−Ｌ−プロリン、Ｌ−システィン、Ｌ−メチオニ
ン、Ｌ−エチオニン、Ｌ−ランチオニン、Ｌ−シスタチ
オニン、Ｌ−シスチン、Ｌ−システィン酸、Ｌ−アスパ
ラギン酸、Ｌ−グルタミン酸、Ｓ−（カルボキシメチ
ル）−Ｌ−システィン、４−アミノ酪酸、Ｌ−アスパラ
ギン、Ｌ−グルタミン、アザセリン、Ｌ−アルギニン、
Ｌ−カナバニン、Ｌ−シトルリン、δ−ヒドロキシ−Ｌ
−リシン、クレアチン、Ｌ−キヌレニン、Ｌ−ヒスチジ
ン、１−メチル−Ｌ−ヒスチジン、３−メチル−Ｌ−ヒ
スチジン、エルゴチオネイン、Ｌ−トリプトファン、ア
クチノマイシンＣ１、アパミン、アンギオテンシンＩ、
アンギオテンシンＩＩ及びアンチパイン等のアミノ酸；
ジチゾン、クプロイン（２，２’−ビキノリン）、ネオ
クプロイン（２，９−ジメチル−１，１０−フェナント
ロリン）、バソクプロイン（２，９−ジメチル−４，７
−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン）及びキュ
ペラゾン（ビスシクロヘキサノンオキサリルヒドラゾ
ン）等のイミン；ベンズイミダゾール−２−チオール、
２−［２−（ベンゾチアゾリル）］チオプロピオン酸、
２−［２−（ベンゾチアゾリル）チオブチル酸、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−メトキシカルボニル−１Ｈ−ベンゾトリアゾール、
４−ブトキシカルボニル−１Ｈ−ベンゾトリアゾール、
４−オクチルオキシカルボニル−１Ｈ−ベンゾトリアゾ
ール、５−ヘキシルベンゾトリアゾール、Ｎ−（１，
２，３−ベンゾトリアゾリル−１−メチル）−Ｎ−
（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
スホン酸等のアゾール；ノニルメルカプタン、ドデシル
メルカプタン、トリアジンチオール、トリアジンジチオ
ール、トリアジントリチオール等のメルカプタン；及び
アルギン酸、ペクチン酸、カルボキシメチルセルロ−
ス、寒天、カ−ドラン及びプルラン等の多糖類；グリシ
ンアンモニウム塩及びグリシンナトリウム塩等のアミノ
酸塩；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及びその塩；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。その中でもキトサン、エチレンジアミンテトラ酢
酸、Ｌ−トリプトファン、キュペラゾン、トリアジンジ
チオ−ル、ベンゾトリアゾ−ル、４−ヒドロキシベンゾ
トリアゾ−ル、４−カルボキシル(−１Ｈ−)ベンゾトリ
アゾ−ルブチルエステル、トリルトリアゾ−ル、ナフト
トリアゾ−ル、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
塩が高いＣＭＰ速度と低いエッチング速度を両立する上
で好ましい。
のが好適である。アンモニア；ジメチルアミン、トリメ
チルアミン、トリエチルアミン、プロピレンジアミン等
のアルキルアミンや、エチレンジアミンテトラ酢酸（Ｅ
ＤＴＡ）、ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム及び
キトサン等のアミン；グリシン、Ｌ−アラニン、β−ア
ラニン、Ｌ−２−アミノ酪酸、Ｌ−ノルバリン、Ｌ−バ
リン、Ｌ−ロイシン、Ｌ−ノルロイシン、Ｌ−イソロイ
シン、Ｌ−アロイソロイシン、Ｌ−フェニルアラニン、
Ｌ−プロリン、サルコシン、Ｌ−オルニチン、Ｌ−リシ
ン、タウリン、Ｌ−セリン、Ｌ−トレオニン、Ｌ−アロ
トレオニン、Ｌ−ホモセリン、Ｌ−チロシン、３，５−
ジヨ−ド−Ｌ−チロシン、β−（３，４−ジヒドロキシ
フェニル）−Ｌ−アラニン、Ｌ−チロキシン、４−ヒド
ロキシ−Ｌ−プロリン、Ｌ−システィン、Ｌ−メチオニ
ン、Ｌ−エチオニン、Ｌ−ランチオニン、Ｌ−シスタチ
オニン、Ｌ−シスチン、Ｌ−システィン酸、Ｌ−アスパ
ラギン酸、Ｌ−グルタミン酸、Ｓ−（カルボキシメチ
ル）−Ｌ−システィン、４−アミノ酪酸、Ｌ−アスパラ
ギン、Ｌ−グルタミン、アザセリン、Ｌ−アルギニン、
Ｌ−カナバニン、Ｌ−シトルリン、δ−ヒドロキシ−Ｌ
−リシン、クレアチン、Ｌ−キヌレニン、Ｌ−ヒスチジ
ン、１−メチル−Ｌ−ヒスチジン、３−メチル−Ｌ−ヒ
スチジン、エルゴチオネイン、Ｌ−トリプトファン、ア
クチノマイシンＣ１、アパミン、アンギオテンシンＩ、
アンギオテンシンＩＩ及びアンチパイン等のアミノ酸；
ジチゾン、クプロイン（２，２’−ビキノリン）、ネオ
クプロイン（２，９−ジメチル−１，１０−フェナント
ロリン）、バソクプロイン（２，９−ジメチル−４，７
−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン）及びキュ
ペラゾン（ビスシクロヘキサノンオキサリルヒドラゾ
ン）等のイミン；ベンズイミダゾール−２−チオール、
２−［２−（ベンゾチアゾリル）］チオプロピオン酸、
２−［２−（ベンゾチアゾリル）チオブチル酸、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−メトキシカルボニル−１Ｈ−ベンゾトリアゾール、
４−ブトキシカルボニル−１Ｈ−ベンゾトリアゾール、
４−オクチルオキシカルボニル−１Ｈ−ベンゾトリアゾ
ール、５−ヘキシルベンゾトリアゾール、Ｎ−（１，
２，３−ベンゾトリアゾリル−１−メチル）−Ｎ−
（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
スホン酸等のアゾール；ノニルメルカプタン、ドデシル
メルカプタン、トリアジンチオール、トリアジンジチオ
ール、トリアジントリチオール等のメルカプタン；及び
アルギン酸、ペクチン酸、カルボキシメチルセルロ−
ス、寒天、カ−ドラン及びプルラン等の多糖類；グリシ
ンアンモニウム塩及びグリシンナトリウム塩等のアミノ
酸塩；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及びその塩；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。その中でもキトサン、エチレンジアミンテトラ酢
酸、Ｌ−トリプトファン、キュペラゾン、トリアジンジ
チオ−ル、ベンゾトリアゾ−ル、４−ヒドロキシベンゾ
トリアゾ−ル、４−カルボキシル(−１Ｈ−)ベンゾトリ
アゾ−ルブチルエステル、トリルトリアゾ−ル、ナフト
トリアゾ−ル、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
塩が高いＣＭＰ速度と低いエッチング速度を両立する上
で好ましい。
【００１８】本発明の砥粒を含まない金属用研磨液は、
金属の酸化剤、酸化金属溶解剤、前記錯形成化合物及び
水を含有する研磨液である。必要に応じて、砥粒を添加
してもよい。
金属の酸化剤、酸化金属溶解剤、前記錯形成化合物及び
水を含有する研磨液である。必要に応じて、砥粒を添加
してもよい。
【００１９】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。
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。
【００２０】酸化金属溶解剤は、水溶性のものが望まし
い。以下の群から選ばれたものの水溶液が適している。
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、及びそ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、塩化アンモニウム等、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、銅合金及び銅又は銅合
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。特に、リンゴ酸、酒石酸、
クエン酸については実用的な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好まし
い。
い。以下の群から選ばれたものの水溶液が適している。
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、及びそ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、塩化アンモニウム等、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、銅合金及び銅又は銅合
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。特に、リンゴ酸、酒石酸、
クエン酸については実用的な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好まし
い。
【００２１】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９．８〜９８ｋＰａ（１００
〜１０００ｇｆ／ｃｍ2）であることが好ましく、ＣＭ
Ｐ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、９．８〜４９ｋＰａ（１００〜５００ｇ
ｆ／ｃｍ2）であることがより好ましい。本発明の研磨
方法では、銅表面反応層が研磨布を用いた研磨工程にお
いて除去可能な脆弱な膜であること、研磨布の硬さが銅
表面反応層の硬さよりも大きいこと、研磨布の圧縮率が
銅表面反応層の圧縮率よりも大きいことをいずれも特徴
とする。何れも、銅表面反応層を研磨するために必要な
条件である。 研磨中、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。
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９．８〜９８ｋＰａ（１００
〜１０００ｇｆ／ｃｍ2）であることが好ましく、ＣＭ
Ｐ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、９．８〜４９ｋＰａ（１００〜５００ｇ
ｆ／ｃｍ2）であることがより好ましい。本発明の研磨
方法では、銅表面反応層が研磨布を用いた研磨工程にお
いて除去可能な脆弱な膜であること、研磨布の硬さが銅
表面反応層の硬さよりも大きいこと、研磨布の圧縮率が
銅表面反応層の圧縮率よりも大きいことをいずれも特徴
とする。何れも、銅表面反応層を研磨するために必要な
条件である。 研磨中、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。
【００２２】本発明は、砥粒を含む金属用研磨液を用い
た研磨方法とは異なり、固体砥粒による強い機械的摩擦
に頼らなくとも、それよりもはるかに柔らかい研磨パッ
ドとの摩擦によってＣＭＰ平坦化が可能である金属研磨
方法を提供することができる。この金属研磨方法におい
ては銅表面反応層の構成分を銅及び錯形成化合物とした
ことにより、砥粒を含まない金属用研磨液及び研磨布を
用いた研磨工程において除去可能な脆弱な膜を削り取る
形でＣＭＰが進行すると推定される。一般にＣＭＰにお
いては研磨傷の発生の度合いは固体砥粒の粒径や粒径分
布や形状に依存し、絶縁膜の削れによる膜厚減少（以下
エロ−ジョンと記す）や平坦化効果の劣化はやはり固体
砥粒の粒径や研磨パッドの物理的性質に依存し、金属
膜、特に銅膜表面にＢＴＡを処理した場合、金属膜のデ
ィッシングは研磨布の硬さ、圧縮率や研磨液の化学的性
質に依存すると考えられる。すなわち、硬い固体砥粒は
ＣＭＰの進行には必要ではあるが、ＣＭＰにおける平坦
化効果やＣＭＰ面の完全性（研磨傷等の損傷がないこ
と）を向上させるためには望ましくない。平坦化効果は
実際には固体砥粒よりも柔らかい研磨布の特性に依存し
ていることが分かる。このことより、本発明では、固体
砥粒が無くともＣＭＰの進行を実現させたという点で銅
合金のＣＭＰ、引いてはそれを用いた埋め込みパタ−ン
の形成に対しては極めて望ましいことが分かる。保護膜
形成剤の内、ＢＴＡを例として説明すると、銅合金膜表
面をＢＴＡを含む液にさらすと銅（Ｃｕ）もしくはその
酸化物とＢＴＡとの反応により、Ｃｕ（I）ＢＴＡ又は
Ｃｕ（II）ＢＴＡの構造を主骨格とするポリマ状錯化合
物皮膜を形成すると考えられる。この皮膜はかなり強固
で、ＢＴＡ １重量％を含む金属用研磨液を用いた場
合、当該研磨液に固体砥粒が含まれていたとしても、一
般にはほとんど研磨されない。この様に保護膜形成剤の
種類に応じて異なる種類の保護膜が形成されることは従
来から知られていたが、本発明で示した砥粒を含まない
金属用研磨液と研磨布の組み合わせで脆弱な銅及び銅表
面反応層を研磨する方法であれば高いＣＭＰ速度と低い
エッチング速度を両立でき、しかも固体砥粒による強い
摩擦をも不要になる。
た研磨方法とは異なり、固体砥粒による強い機械的摩擦
に頼らなくとも、それよりもはるかに柔らかい研磨パッ
ドとの摩擦によってＣＭＰ平坦化が可能である金属研磨
方法を提供することができる。この金属研磨方法におい
ては銅表面反応層の構成分を銅及び錯形成化合物とした
ことにより、砥粒を含まない金属用研磨液及び研磨布を
用いた研磨工程において除去可能な脆弱な膜を削り取る
形でＣＭＰが進行すると推定される。一般にＣＭＰにお
いては研磨傷の発生の度合いは固体砥粒の粒径や粒径分
布や形状に依存し、絶縁膜の削れによる膜厚減少（以下
エロ−ジョンと記す）や平坦化効果の劣化はやはり固体
砥粒の粒径や研磨パッドの物理的性質に依存し、金属
膜、特に銅膜表面にＢＴＡを処理した場合、金属膜のデ
ィッシングは研磨布の硬さ、圧縮率や研磨液の化学的性
質に依存すると考えられる。すなわち、硬い固体砥粒は
ＣＭＰの進行には必要ではあるが、ＣＭＰにおける平坦
化効果やＣＭＰ面の完全性（研磨傷等の損傷がないこ
と）を向上させるためには望ましくない。平坦化効果は
実際には固体砥粒よりも柔らかい研磨布の特性に依存し
ていることが分かる。このことより、本発明では、固体
砥粒が無くともＣＭＰの進行を実現させたという点で銅
合金のＣＭＰ、引いてはそれを用いた埋め込みパタ−ン
の形成に対しては極めて望ましいことが分かる。保護膜
形成剤の内、ＢＴＡを例として説明すると、銅合金膜表
面をＢＴＡを含む液にさらすと銅（Ｃｕ）もしくはその
酸化物とＢＴＡとの反応により、Ｃｕ（I）ＢＴＡ又は
Ｃｕ（II）ＢＴＡの構造を主骨格とするポリマ状錯化合
物皮膜を形成すると考えられる。この皮膜はかなり強固
で、ＢＴＡ １重量％を含む金属用研磨液を用いた場
合、当該研磨液に固体砥粒が含まれていたとしても、一
般にはほとんど研磨されない。この様に保護膜形成剤の
種類に応じて異なる種類の保護膜が形成されることは従
来から知られていたが、本発明で示した砥粒を含まない
金属用研磨液と研磨布の組み合わせで脆弱な銅及び銅表
面反応層を研磨する方法であれば高いＣＭＰ速度と低い
エッチング速度を両立でき、しかも固体砥粒による強い
摩擦をも不要になる。
【００２３】
【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限定されるものでは
ない。（金属用研磨液の作製方法） 酸化金属溶解剤と
してＤＬ−リンゴ酸（試薬特級）０．１５重量部に水７
０重量部を加えて溶解し、これに錯形成化合物としてベ
ンゾトリアゾール０．２重量部のメタノ−ル０．８重量
部溶液とポリアクリル酸アンモニウム０．０１重量部
（固形分量）を加えた。最後に金属の酸化剤として過酸
化水素水（試薬特級、３０重量％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。
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。（金属用研磨液の作製方法） 酸化金属溶解剤と
してＤＬ−リンゴ酸（試薬特級）０．１５重量部に水７
０重量部を加えて溶解し、これに錯形成化合物としてベ
ンゾトリアゾール０．２重量部のメタノ−ル０．８重量
部溶液とポリアクリル酸アンモニウム０．０１重量部
（固形分量）を加えた。最後に金属の酸化剤として過酸
化水素水（試薬特級、３０重量％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。
【００２４】実施例１〜２及び比較例１〜３では、表１
に記したベンゾトリアゾール濃度を変化させ、砥粒の記
載があるものについてはその砥粒を研磨液中に３重量％
含むように上記の金属用研磨液加えたものを用いて、下
記の研磨条件で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 研磨布：（ＩＣ１０００（ロデ−ル社製）） 独立気泡を持つ発泡ポリウレタン樹脂 研磨圧力：２０．６ｋＰａ（２１０ｇ／ｃｍ2） 基体と研磨定盤との相対速度：３６ｍ／ｍｉｎ（研磨品
の評価） ＣＭＰ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：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。 実際のＣＭＰ特性を評価するため、絶縁層中に深さ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
を用いてＣＭＰを行った。ＣＭＰ後の基板の目視、光学
顕微鏡観察及び電子顕微鏡観察によりエロ−ジョン及び
研磨傷発生の有無を確認した。その際、触針式段差計を
用いてディシング量（配線幅１００μｍ）を測定した。
エロ−ジョン及び研磨傷については、その発生は見られ
なかった。実施例１〜４及び比較例１〜３における、Ｃ
ＭＰ速度、エッチング速度及びディッシング量の評価結
果を表１に示した。
に記したベンゾトリアゾール濃度を変化させ、砥粒の記
載があるものについてはその砥粒を研磨液中に３重量％
含むように上記の金属用研磨液加えたものを用いて、下
記の研磨条件で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 研磨布：（ＩＣ１０００（ロデ−ル社製）） 独立気泡を持つ発泡ポリウレタン樹脂 研磨圧力：２０．６ｋＰａ（２１０ｇ／ｃｍ2） 基体と研磨定盤との相対速度：３６ｍ／ｍｉｎ（研磨品
の評価） ＣＭＰ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：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。 実際のＣＭＰ特性を評価するため、絶縁層中に深さ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
を用いてＣＭＰを行った。ＣＭＰ後の基板の目視、光学
顕微鏡観察及び電子顕微鏡観察によりエロ−ジョン及び
研磨傷発生の有無を確認した。その際、触針式段差計を
用いてディシング量（配線幅１００μｍ）を測定した。
エロ−ジョン及び研磨傷については、その発生は見られ
なかった。実施例１〜４及び比較例１〜３における、Ｃ
ＭＰ速度、エッチング速度及びディッシング量の評価結
果を表１に示した。
【００２５】
【表１】 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 項目 砥粒 ヘ゛ンソ゛トリアソ゛ール ＣＭＰ速度 エッチンク゛速度 テ゛ィッシンク゛量 濃度（重量％） （nm/min） （nm/min） （nm） −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 実施例 １ （なし） 0.1 ２８７ ３．６ １５０ 実施例 ２ （なし） 0.2 １８５ ０．２ ４０ 比較例 １ コロイタ゛ルシリカ 0.2 ２１０ ０．３ ２００ 比較例 ２ γ-アルミナ 0 ４４０ ２０．１ ２８０ 比較例 ３ γ-アルミナ 0.05 １４２ ３．９ ２００ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
【００２６】比較例１に示したように砥粒としてコロイ
ダルシリカを使用すると、ＣＭＰ速度（研磨速度）及び
エッチング速度はほとんど変わらずディッシング量が大
きくなる。また、比較例２に示すように砥粒としてγ−
アルミナを使用しＢＴＡ濃度を０にすると、ＣＭＰ速度
（研磨速度）は大きくなるが、エッチング速度も高くな
り、その結果ディッシング量も大きくなる。また、比較
例３では比較例２の研磨液にＢＴＡを加えてエッチング
速度を低減したが、ＣＭＰ速度が低いのにも関わらずエ
ッチング速度の下がり方は十分でなく、ディッシング量
も大きくなる。これに対し、実施例１〜２に示したよう
に、砥粒を含まない銅表面反応層を形成する錯形成化合
物を配合した金属用研磨液を用いて研磨すると、エッチ
ング速度が低いのにも関わらず、ＣＭＰ速度を大きくで
きて研磨時間を短縮できる。しかも、ディッシング量が
小さく、高平坦化できる。これは、研磨布の硬さや研磨
布の圧縮率が銅表面反応層より大きいためである。
ダルシリカを使用すると、ＣＭＰ速度（研磨速度）及び
エッチング速度はほとんど変わらずディッシング量が大
きくなる。また、比較例２に示すように砥粒としてγ−
アルミナを使用しＢＴＡ濃度を０にすると、ＣＭＰ速度
（研磨速度）は大きくなるが、エッチング速度も高くな
り、その結果ディッシング量も大きくなる。また、比較
例３では比較例２の研磨液にＢＴＡを加えてエッチング
速度を低減したが、ＣＭＰ速度が低いのにも関わらずエ
ッチング速度の下がり方は十分でなく、ディッシング量
も大きくなる。これに対し、実施例１〜２に示したよう
に、砥粒を含まない銅表面反応層を形成する錯形成化合
物を配合した金属用研磨液を用いて研磨すると、エッチ
ング速度が低いのにも関わらず、ＣＭＰ速度を大きくで
きて研磨時間を短縮できる。しかも、ディッシング量が
小さく、高平坦化できる。これは、研磨布の硬さや研磨
布の圧縮率が銅表面反応層より大きいためである。
【００２７】
【発明の効果】本発明の金属研磨方法は、砥粒を含まな
い金属用研磨液を用いて研磨布で除去可能な脆弱な膜で
かつ銅表面反応層を研磨することにより高いＣＭＰ速度
を発現し信頼性の高い埋め込みパタ−ンを形成すること
ができる。
い金属用研磨液を用いて研磨布で除去可能な脆弱な膜で
かつ銅表面反応層を研磨することにより高いＣＭＰ速度
を発現し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 (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 倉田 靖 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 AA09 AC04 CB01 CB02 CB03 DA02 DA12
Claims (8)
- 【請求項１】 研磨定盤の研磨布上に研磨液を供給しな
がら、銅あるいは銅合金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において、砥粒を含まな
い金属用研磨液を用いて少なくとも銅表面反応層を研磨
することを特徴とする金属研磨方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の銅表面反応層が研磨布
を用いた研磨工程において除去可能な脆弱な膜であるこ
とを特徴とする金属研磨方法。 - 【請求項３】 研磨布の硬さが銅表面反応層の硬さより
も大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記
載の金属研磨方法。 - 【請求項４】 研磨布の圧縮率が銅表面反応層の圧縮率
よりも大きい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研磨方法。 - 【請求項５】 請求項１または請求項２に記載の銅表面
反応層の構成成分が銅及び錯形成化合物によって形成さ
れた錯化合物を含むことを特徴とする金属研磨方法。 - 【請求項６】 錯形成化合物が含窒素化合物及びその
塩、水溶性ポリマ、メルカプタン、グルコース及びセル
ロースから選ばれた少なくとも１種である請求項５に記
載の金属研磨方法。 - 【請求項７】 錯形成化合物がベンゾトリアゾールであ
る請求項５または請求項６に記載の金属研磨方法。 - 【請求項８】 請求項１に記載の砥粒を含まない金属用
研磨液が金属の酸化剤、酸化金属溶解剤、請求項６また
は請求項７に記載の錯形成化合物及び水からなることを
特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の
金属研磨方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32171599A JP2001144042A (ja) | 1999-11-11 | 1999-11-11 | 金属研磨方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32171599A JP2001144042A (ja) | 1999-11-11 | 1999-11-11 | 金属研磨方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001144042A true JP2001144042A (ja) | 2001-05-25 |
Family
ID=18135641
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32171599A Pending JP2001144042A (ja) | 1999-11-11 | 1999-11-11 | 金属研磨方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001144042A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| JP2009505423A (ja) * | 2005-08-17 | 2009-02-05 | キャボット マイクロエレクトロニクス コーポレイション | 砥材を有しない研磨システム |
-
1999
- 1999-11-11 JP JP32171599A patent/JP2001144042A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| JP2009505423A (ja) * | 2005-08-17 | 2009-02-05 | キャボット マイクロエレクトロニクス コーポレイション | 砥材を有しない研磨システム |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2242091B1 (en) | Polishing solution for metal and polishing method | |
| EP1223609A1 (en) | Polishing compound for chemimechanical polishing and polishing method | |
| US20030219982A1 (en) | CMP (chemical mechanical polishing) polishing liquid for metal and polishing method | |
| JP4816836B2 (ja) | 金属用研磨液及びそれを用いた研磨方法 | |
| JP2001139937A (ja) | 金属用研磨液及び研磨方法 | |
| JP2001127018A (ja) | 金属研磨方法 | |
| JP2001144060A (ja) | 金属積層膜を有する基板の研磨方法 | |
| JP3902897B2 (ja) | 金属用研磨液を用いた基板の研磨方法 | |
| JP2001144044A (ja) | 金属用研磨液及びそれを用いた研磨方法 | |
| JP2007019531A (ja) | 化学機械研磨用研磨剤及び研磨方法 | |
| JP2001144042A (ja) | 金属研磨方法 | |
| JP2001127027A (ja) | 金属研磨方法 | |
| JP2001144047A (ja) | 金属用研磨液及び研磨方法 | |
| JP2002198332A (ja) | 金属用研磨液及びそれを用いた研磨方法 | |
| JP3902896B2 (ja) | 金属用研磨液及びそれを用いた基板の研磨方法 | |
| JP2002208573A (ja) | 金属用研磨液及び研磨方法 | |
| JP2005142597A (ja) | 金属用研磨液及びそれを用いた研磨方法 | |
| JP2001127017A (ja) | 金属研磨方法 | |
| JP4062903B2 (ja) | 金属用研磨液及び研磨方法 | |
| JP2002176015A (ja) | 金属用研磨液及び研磨方法 | |
| JP3627598B2 (ja) | 金属用研磨液及び研磨方法 | |
| JP2002198333A (ja) | 金属用研磨液及びそれを用いた基板の研磨方法 | |
| JP2001144055A (ja) | 金属積層膜を有する基板の研磨方法 | |
| JP2001144046A (ja) | 金属用研磨液及びそれを用いた研磨方法 | |
| JP2000252244A (ja) | 金属用研磨液及びそれを用いた研磨方法 |