JP2001144055A - 金属積層膜を有する基板の研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 研磨布に研磨時に付着した被研磨物を残留さ
せることなく十分に除去でき、研磨時の研磨速度の低下
及び研磨面の傷や異物の発生のない金属積層膜を有する
基板の研磨方法を提供する。 【解決手段】 表面に凹凸の持つ金属積層膜を有する基
板を研磨定盤に貼り付けた研磨布に押し付け、研磨布上
に研磨液を供給しながら前記基板と前記研磨定盤とを相
対的に動かすことにより、前記金属積層膜を研磨し表面
の凹凸を平坦化する研磨方法において、研磨布を洗浄液
で洗浄してから金属積層膜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
スの配線工程に用いられる金属積層膜を有する基板の研
磨方法に関連し、特に埋め込み配線の形成工程に関す
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。

【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。

【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、Ｃ
ＭＰ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 Elect
rochemical 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（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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】従来の積層膜を有する
基板の研磨では、金属積載膜研磨前に行う、ドレッシン
グでは研磨時に付着した被研磨物が十分に除去できず
に、それが、次の研磨時の研磨速度の低下、及び研磨面
の傷や異物の残留の原因となった。従って、研磨時に付
着した被研磨物を残留させないような洗浄方法及び研磨
方法が望まれていた。本発明は、研磨布に研磨時に付着
した被研磨物を残留させることなく十分に除去でき、研
磨時の研磨速度の低下及び研磨面の傷や異物の発生のな
い金属積層膜を有する基板の研磨方法を提供する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、表面に凹
凸の有る金属積層膜を有する基板を研磨定盤に貼り付け
た研磨布に押し付け、研磨布上に研磨液を供給しながら
前記基板と前記研磨定盤とを相対的に動かすことによ
り、前記金属積層膜を研磨し表面の凹凸を平坦化する研
磨方法において、研磨布を洗浄液で洗浄してから、金属
積層膜を研磨することによって研磨速度の低下を防ぐこ
とを見出した。すなわち本発明は、（１）表面に凹凸の
ある金属積層膜を有する基板を研磨定盤に貼り付けた研
磨布に押し付け、研磨布上に研磨液を供給しながら前記
基板と前記研磨定盤とを相対的に動かすことにより、前
記金属積層膜を研磨し表面の凹凸を平坦化する研磨方法
において、研磨布を洗浄液で洗浄してから金属積層膜を
研磨する研磨方法である。（２）洗浄液が無機酸、有機
酸、有機酸エステル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種である上記（１）に記載の研磨方
法、（３）研磨液が金属の酸化剤、酸化金属溶解剤、保
護膜形成剤、水溶性高分子及び水を含有する上記（１）
または（２）に記載の研磨方法、（４）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種である上記
（３）に記載の研磨方法、（５）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及び硫
酸から選ばれる少なくとも１種である上記（３）または
（４）に記載の研磨方法、（６）有機酸が、リンゴ酸、
クエン酸、酒石酸、グリコール酸から選ばれる少なくと
も１種である上記（５）に記載の研磨方法、（７）保護
膜形成剤が、ベンゾトリアゾール及びベンゾトリアゾー
ル誘導体から選ばれる少なくとも１種である上記（３）
ないし（６）のいずれかに記載の研磨方法、（８）水溶
性高分子が、ポリアクリル酸及びポリアクリル酸の塩か
ら選ばれる少なくとも１種である上記（３）ないし
（７）のいずれかに記載の研磨方法、（９）洗浄液が研
磨液を使用する上記（１）ないし（８）のいずれかに記
載の研磨方法、（１０）研磨される金属膜が、銅、銅合
金から選ばれる少なくとも１種を含む上記（１）ないし
（９）のいずれかに記載の研磨方法である。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明で使用すると好ましい研磨
液は金属の酸化剤、酸化金属溶解剤、保護膜形成剤、水
溶性高分子及び水を含有する。金属の酸化剤は、過酸化
水素、硝酸、過ヨウ素酸カリウム、次亜塩素酸及びオゾ
ン水から選ばれた少なくとも１種が好ましい。酸化金属
溶解剤は、有機酸、有機酸エステル、有機酸のアンモニ
ウム塩及び硫酸から選ばれた少なくとも１種が好まし
い。有機酸としては、リンゴ酸、クエン酸、酒石酸、グ
リコール酸から選ばれた少なくとも１種が好ましい。保
護膜形成剤は、ベンゾトリアゾール及びベンゾトリアゾ
ール誘導体から選ばれた少なくとも１種が好ましい。水
溶性高分子としては、ポリアクリル酸及びポリアクリル
酸の塩、ポリメタアクリル酸及びポリメタアクリル酸の
塩から選ばれる少なくとも一種が好ましい。本発明で使
用する洗浄液は、無機酸、有機酸、有機酸エステル、有
機酸のアンモニウム塩、硫酸及び研磨液から選ばれる少
なくとも１種が好ましい。本発明の研磨方法を用いて
銅、銅合金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。

【００１６】本発明では金属積層膜を研磨する前に、研
磨布を洗浄液で洗浄して、研磨布に付着した被研磨物を
溶解除去することにより、研磨間の研磨速度の低下と研
磨面の傷及び異物の残留を低減する研磨方法を提供する
ことができる。

【００１７】研磨剤のエッチング速度の値としては１０
ｎｍ／ｍｉｎ以下に抑制できれば好ましい平坦化効果が
得られることが分かった。ＣＭＰ速度の低下が許容でき
る範囲であればエッチング速度はさらに低い方が望まし
く、５ｎｍ／ｍｉｎ以下に抑制できれば例えば５０％程
度の過剰ＣＭＰ（金属膜をＣＭＰ除去するに必要な時間
の１．５倍のＣＭＰを行うこと）を行ってもディッシン
グは問題とならない程度に留まる。さらにエッチング速
度を１ｎｍ／ｍｉｎ以下に抑制できれば、１００％以上
の過剰ＣＭＰを行ってもディッシングは問題とならな
い。本発明の研磨方法で使用する研磨剤は、ｐＨが３以
下であり、かつ金属の酸化剤の濃度が０．０１〜１０重
量％になるように調整することが好ましい。本発明にお
ける金属用研磨液のｐＨは、３を超えて大きいとタンタ
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ＣＭＰ速度が小さくなる。ｐＨはその添加量に
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。

【００１８】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。表面に凹部を有する基板上に銅、銅合金
（銅／クロム等）を含む金属膜を形成・充填する。この
基板を砥粒を含まない研磨液と研磨布を併用し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。
この時、研磨前にドレッシングを行うことにより、研磨
布の表面が洗浄及び活性化され、研磨間で安定した研磨
速度が得られる。本発明の研磨方法では、通常のドレッ
シングよりも、洗浄液で被研磨物を溶解除去するため
に、研磨間の研磨速度の低下と研磨面の傷及び異物の残
留を低減する

【００１９】本発明において用いると好ましい研磨液
は、酸化剤の濃度が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ＣＭＰ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ＣＭＰ速度が得られる。一般にｐＨが
３より小さい場合には、銅及び銅合金膜のエッチング速
度が大きくなり、ディッ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ＣＭ
Ｐ速度が低下する。酸化剤の濃度が０．０１重量％未満
であると、酸化層が十分形成されないためにＣＭＰ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。

【００２０】研磨液中の金属の酸化剤は、水溶性高分子
を含有する場合には、濃度が０．０１〜１．５重量％で
あると好ましい。水溶性高分子は、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或いは
その酸化膜表面に吸着するために、高いＣＭＰ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、窒化タンタルや窒化チタン
等の窒化化合物膜のＣＭＰ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有し、ディ
ッシングやエロージョン等の平坦化特性を向上させる。
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。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。

【００２１】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エステ
ル、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、グルコ
ール酸が銅、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。これらは後述の第１及び第２の保護膜形成剤と
のバランスが得やすい点で好ましい。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。

【００２２】保護膜形成剤は、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
キトサン等のアルキルアミン；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
びグルコース、セルロース等の糖類が挙げられる。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、トリアジンジチオール、
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−カルボキシルベンゾトリアゾールブチルエステ
ル、トリルトリアゾール、ナフトトリアゾールが高いＣ
ＭＰ速度と低いエッチング速度を両立する上で好まし
い。

【００２３】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。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。その中でもペクチン酸、寒天、
ポリリンゴ酸、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポ
リアクリル酸アンモニウム塩、ポリメタクリル酸アンモ
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。

【００２４】洗浄液としては、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エステル、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。また、研磨液を洗浄液として使用すること
もできる。

【００２５】金属の酸化剤成分の配合量は、金属の酸化
剤、酸化金属溶解剤、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
ことがより好ましく、０．２〜０．３ｍｏｌとすること
が特に好ましい。この配合量が、０．００３ｍｏｌ未満
では、金属の酸化が不十分でＣＭＰ速度が低く、０．７
ｍｏｌを超えると、研磨面に荒れが生じる傾向がある。

【００２６】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、保護膜形成剤、
水溶性高分子及び水の総量１００ｇに対して０〜０．０
０５ｍｏｌとすることが好ましく、０．００００５〜
０．００２５ｍｏｌとすることがより好ましく、０．０
００５〜０．００１５ｍｏｌとすることが特に好まし
い。この配合量が０．００５ｍｏｌを超えると、エッチ
ングの抑制が困難となる傾向がある。

【００２７】護膜形成剤の配合量は、金属の酸化剤、酸
化金属溶解剤、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０．０００３〜０．００５ｍｏｌとす
ることがより好ましく、０．０００５〜０．００３５ｍ
ｏｌとすることが特に好ましい。この配合量が０．００
０１ｍｏｌ未満では、エッチングの抑制が困難となる傾
向があり、０．０５ｍｏｌを超えるとＣＭＰ速度が低く
なってしまう傾向がある。

【００２８】水溶性高分子の配合量は、金属の酸化剤、
酸化金属溶解剤、保護膜形成剤、水溶性高分子及び水の
総量１００ｇに対して０．００１〜０．３重量％とする
ことが好ましく０．００３〜０．１重量％とすることが
より好ましく０．０１〜０．０８重量％とすることが特
に好ましい。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０．３重量％を超えるとＣＭＰ速度が
低下してしまう傾向がある。水溶性高分子の重量平均分
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ＣＭＰ速度が発現し
ない傾向にある。本発明では、水溶性高分子の重量平均
分子量が５００以上の重量平均分子量が異なる少なくと
も２種以上を用いることが好ましい。同種の水溶性高分
子であっても、異種の水溶性ポリマであってもよい。

【００２９】洗浄液中の酸の配合量は、水の総量１００
ｇに対して０．００１〜３ｍｏｌとすることが好ましく
０．００３〜０．５ｍｏｌとすることがより好ましく、
０．００５〜０．３ｍｏｌとすることが特に好ましい。

【００３０】本発明の研磨方法は、研磨定盤の研磨布上
に前記の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（１００〜１
０００ｇｆ／ｃｍ²）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、９．８〜４９ｋＰａ（１００〜５００ｇｆ／
ｃｍ²）であることがより好ましい。研磨している間、
研磨布には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。

【００３１】研磨間に行う洗浄方法は、研磨定盤の研磨
布上に水を供給しながら、ダイヤモンド砥粒を電着した
ドレッサーを研磨布に押圧した状態で研磨定盤とドレッ
サーを相対的に動かすことによって研磨布を洗浄する。
その後、研磨定盤の研磨布上に前記の洗浄液を供給しな
がら、ブラッシングすることによって研磨布を洗浄し、
その後流水で付着した洗浄液を払い落としてから研磨工
程に入る。

【００３２】

【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。 （研磨液作製方法）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７０重量部を加えて
溶解し、これに保護膜形成剤としてベンゾトリアゾール
０．２重量部のメタノ−ル０．８重量部溶液を加え、さ
らに、水溶性高分子としてポリアクリル酸アンモニウム
０．０５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研磨液とし
た。

【００３３】（洗浄液作製方法）クエン酸（試薬特級）
３０重量部に水７０重量部を加えて溶解し得られたもの
を研磨布洗浄液とした。実施例では上記の研磨液を用い
て、下記の研磨条件で連続して１０枚ＣＭＰした。ＣＭ
Ｐ間には上記研磨布用洗浄液を流しながら、耐酸性ドレ
ッサを用いてドレッシングすることにより洗浄した。比
較例では、下記の研磨条件で連続して１０枚ＣＭＰし、
研磨布洗浄には通常の水を使ったドレッシングのみとし
た。

【００３４】（研磨布） ポリウレタン発泡パッド（ロデール：ＩＣ−１０００） （研磨条件） 基板：厚さ１μｍの銅膜を形成したシリコン基板 研磨圧力：２０．６ｋＰａ（２１０ｇ／ｃｍ²） 基板と研磨定盤との相対速度：３６ｍ／ｍｉｎ （研磨品評価） 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。ま
た、ディッシングを評価するため、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ディッシング、
エロ−ジョン及び研磨傷発生の有無を確認した。その結
果、ディッシング、エロ−ジョン及び研磨傷の発生は見
られなかった。この方法では、エッチング速度は、何れ
も約０．２ｎｍ／ｍｉｎであった。比較例１及び実施例
１〜４における、ＣＭＰ速度の評価結果を表１に示し
た。なお、表中のＮｏ．はＣＭＰに供した１０枚の基板
のＣＭＰを行った順番を示し、Ｎｏ．１は最初にＣＭＰ
した基板を、Ｎｏ．１０は、１０枚のうち最後にＣＭＰ
した基板を示す。

【００３５】

【表１】 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 項目 ＣＭＰ速度 実験Ｎｏ． （ｎｍ／ｍｉｎ） ------------------------------------ Ｎｏ． １ １５６ 比較例 Ｎｏ． ５ １４９ Ｎｏ． ７ １３０ Ｎｏ． １０ １２０ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− Ｎｏ． １ １５６ 実施例 Ｎｏ． ５ １５３ Ｎｏ． ７ １５７ Ｎｏ． １０ １５８ −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−

【００３６】比較例が示したようにドレッシングだけで
研磨すると、研磨速度が低下する。これに対し、実施例
に示したように、研磨間に本発明の洗浄液を用いた洗浄
を加えると、ＣＭＰ速度の低下がみられない。

【００３７】

【発明の効果】本発明の研磨方法は、研磨布を洗浄液で
洗浄してから，金属積層膜を有する基板を研磨すること
により、研磨間の研磨速度の低下と研磨面の傷及び異物
の残留を低減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 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 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 AA07 AC04 AC05 BA02 DA02 DA17 5F043 AA22 AA26 BB18 DD16 EE08 GG02

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に凹凸のある金属積層膜を有する基
   板を研磨定盤に貼り付けた研磨布に押し付け、研磨布上
   に研磨液を供給しながら前記基板と前記研磨定盤とを相
   対的に動かすことにより、前記金属積層膜を研磨し表面
   の凹凸を平坦化する研磨方法において、研磨布を洗浄液
   で洗浄してから金属積層膜を研磨する研磨方法。
2. 【請求項２】 洗浄液が無機酸、有機酸、有機酸エステ
   ル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種である請求項1に記載の研磨方法。
3. 【請求項３】 研磨液が金属の酸化剤、酸化金属溶解
   剤、保護膜形成剤、水溶性高分子及び水を含有する請求
   項1または請求項２に記載の研磨方法。
4. 【請求項４】 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種である請求項３に記載の研磨方法。
5. 【請求項５】 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及び硫酸から選ばれる少
   なくとも１種である請求項３または請求項４に記載の研
   磨方法。
6. 【請求項６】 有機酸が、リンゴ酸、クエン酸、酒石
   酸、グリコール酸から選ばれる少なくとも１種である請
   求項５に記載の研磨方法。
7. 【請求項７】 保護膜形成剤が、ベンゾトリアゾール及
   びベンゾトリアゾール誘導体から選ばれる少なくとも１
   種である請求項３ないし請求項６のいずれかに記載の研
   磨方法。
8. 【請求項８】 水溶性高分子が、ポリアクリル酸及びポ
   リアクリル酸の塩から選ばれる少なくとも１種である請
   求項３ないし請求項７のいずれかに記載の研磨方法。
9. 【請求項９】 洗浄液が研磨液を使用する請求項1ない
   し請求項８のいずれかに記載の研磨方法。
10. 【請求項１０】 研磨される金属膜が、銅、銅合金から
    選ばれる少なくとも１種を含む請求項１ないし請求項９
    のいずれかに記載の研磨方法。