JP2001326198A - Polished composition for copper-based metal, polished composition for copper diffusion preventing material and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

Polished composition for copper-based metal, polished composition for copper diffusion preventing material and manufacturing method of semiconductor device

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JP2001326198A
JP2001326198A JP2000143526A JP2000143526A JP2001326198A JP 2001326198 A JP2001326198 A JP 2001326198A JP 2000143526 A JP2000143526 A JP 2000143526A JP 2000143526 A JP2000143526 A JP 2000143526A JP 2001326198 A JP2001326198 A JP 2001326198A
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copper
film
polishing
diffusion preventing
copper diffusion
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JP2000143526A
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Japanese (ja)
Inventor
Akiko Saito
晶子 齋藤
Hideaki Hirabayashi
英明 平林
Shiyunren Chiyou
俊連 長
Katsuhiro Kato
勝弘 加藤
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Toshiba Corp
Tama Kagaku Kogyo Co Ltd
Original Assignee
Toshiba Corp
Tama Kagaku Kogyo Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polished composition for a copper-based metal, which increases the polishing rate of copper (Cu) or a copper alloy (Cu alloy) and also enables increase in the selection ratio of polishing of the polishing composition to a copper diffusion preventing material such as tantalum. SOLUTION: A polished composition for a copper-based metal contain a water-soluble organic acid, which reacts with copper, is substantially insoluble in water and produces a copper complex which is mechanically more brittle than copper, at least one polished abrasive grain which is selected from among aluminas, including a Q-alumina phase or a boehmite phase, an oxidizing agent and water.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、銅系金属用研磨組
成物、銅拡散防止材料用研磨組成物および半導体装置の
製造方法に関する。
The present invention relates to a polishing composition for a copper-based metal, a polishing composition for a copper diffusion preventing material, and a method for manufacturing a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の製造工程の一つである配線
層形成においては、表面の段差を解消する目的でエッチ
バック技術が採用されている。このエッチバック技術
は、半導体基板上の絶縁膜に配線形状の溝を形成し、前
記溝を含む前記絶縁膜上にCu膜を堆積し、前記Cu膜
をポリシング装置および研磨組成物を用いて研磨処理
し、前記溝内のみにCu膜を残存させて埋め込み配線層
を形成する方法である。
2. Description of the Related Art In forming a wiring layer, which is one of the manufacturing steps of a semiconductor device, an etch-back technique is employed for the purpose of eliminating a step on a surface. In this etch-back technique, a wiring-shaped groove is formed in an insulating film on a semiconductor substrate, a Cu film is deposited on the insulating film including the groove, and the Cu film is polished using a polishing apparatus and a polishing composition. This is a method of forming a buried wiring layer by processing and leaving a Cu film only in the trench.

【0003】ところで、前記研磨組成物としては従来よ
り硝酸第二鉄およびγ−アルミナ砥粒を含むもの、アン
モニア、シアン化カリウムおよびアルミナ砥粒を含むも
の、または硝酸、BTA及びアルミナ砥粒を含むものが
知られている。
[0003] Incidentally, as the polishing composition, those containing ferric nitrate and γ-alumina abrasive grains, those containing ammonia, potassium cyanide and alumina abrasive grains, or those containing nitric acid, BTA and alumina abrasive grains have hitherto been used. Are known.

【0004】しかしながら、半導体基板上のSiO2
らなる層間絶縁膜に溝を形成し、この溝を含む前記層間
絶縁膜全面にTaNのような銅拡散防止膜を形成し、さ
らに前記銅拡散防止膜上に銅または銅合金からなる配線
材料膜を前記溝を十分に埋めるように形成した後、前記
各研磨組成物を用いて前記配線材料膜を研磨し、さらに
前記溝を除く絶縁膜上の銅拡散防止膜を除去するエッチ
バックを行なった場合、次のような問題が生じる。
However, a groove is formed in an interlayer insulating film made of SiO 2 on a semiconductor substrate, and a copper diffusion preventing film such as TaN is formed on the entire surface of the interlayer insulating film including the groove. After a wiring material film made of copper or a copper alloy is formed so as to sufficiently fill the groove, the wiring material film is polished using the polishing composition, and further, the copper on the insulating film excluding the groove is removed. When the etch back for removing the diffusion prevention film is performed, the following problem occurs.

【0005】(1)銅または銅合金からなる配線材料膜
および銅拡散防止膜に対する研磨速度が低い。
(1) The polishing rate for the wiring material film made of copper or copper alloy and the copper diffusion preventing film is low.

【0006】(2)前記配線材料膜を研磨し、さらに溝
を除く層間絶縁膜上の銅拡散防止膜を研磨する際、前記
配線材料膜の研磨速度が前記銅拡散防止膜のそれに比べ
て速い、つまり配線材料膜/銅拡散防止膜の研磨選択比
が大きいために銅拡散防止膜の研磨後に前記溝に埋め込
まれた銅または銅合金からなる埋込み配線層の表面に凹
部が生じるディシングが進行する。
(2) When polishing the wiring material film and further polishing the copper diffusion preventing film on the interlayer insulating film excluding the groove, the polishing rate of the wiring material film is higher than that of the copper diffusion preventing film. That is, since the polishing selection ratio of the wiring material film / copper diffusion preventing film is large, dishing in which a recess is formed on the surface of the buried wiring layer made of copper or copper alloy embedded in the groove after polishing the copper diffusion preventing film proceeds. .

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、下地が窒化
チタン膜のような銅拡散防止膜上に被覆された銅(C
u)または銅合金(Cu合金)の研磨において銅または
銅合金の研磨速度を高めるとともに、前記銅拡散防止材
料との研磨選択比を高めることが可能な銅系金属用研磨
組成物を提供しようとするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a copper (C) coating whose base is coated on a copper diffusion preventing film such as a titanium nitride film.
In order to provide a polishing composition for a copper-based metal, which can increase the polishing rate of copper or a copper alloy in the polishing of u) or a copper alloy (Cu alloy) and increase the polishing selectivity with the copper diffusion preventing material. Is what you do.

【0008】本発明は、銅または銅合金の研磨後におけ
る銅拡散防止膜の研磨において前記銅または銅合金と銅
拡散防止膜材料との研磨選択比を小さくして銅または銅
合金の研磨を抑えて銅拡散防止膜材料を研磨することが
可能な拡散防止金属用研磨組成物を提供しようとするも
のである。
According to the present invention, in the polishing of a copper diffusion preventing film after polishing of copper or copper alloy, the polishing selectivity between the copper or copper alloy and the copper diffusion preventing film material is reduced to suppress the polishing of copper or copper alloy. It is an object of the present invention to provide a polishing composition for a diffusion preventing metal which can polish a copper diffusion preventing film material.

【0009】本発明は、半導体基板上の絶縁膜に溝およ
び開口部から選ばれる少なくとも1つの埋込み用部材を
形成し、前記絶縁膜上に銅(Cu)または銅合金(Cu
合金)からなる配線材料膜を形成した後の研磨により短
時間でエッチバックできると共に銅拡散防止膜で表面を
除く周囲が覆われた高精度の埋め込み配線層のような導
電部材を形成することが可能な半導体装置の製造方法を
提供しようとするものである。
According to the present invention, at least one burying member selected from a groove and an opening is formed in an insulating film on a semiconductor substrate, and copper (Cu) or copper alloy (Cu) is formed on the insulating film.
After forming a wiring material film made of an alloy, it is possible to etch back in a short time by polishing, and to form a conductive member such as a high-precision buried wiring layer whose periphery is covered except for the surface with a copper diffusion preventing film. It is intended to provide a possible method of manufacturing a semiconductor device.

【0010】また本発明は、半導体基板上の絶縁膜に溝
および開口部を形成し、前記絶縁膜上に形成された銅
(Cu)または銅合金(Cu合金)からなる配線材料膜
を形成した後の研磨により短時間でエッチバックできる
と共に銅拡散防止膜で表面を除く周囲が覆われた高精度
のデュアルダマシン構造を有する配線層を形成すること
が可能な半導体装置の製造方法を提供しようとするもの
である。
Further, according to the present invention, a groove and an opening are formed in an insulating film on a semiconductor substrate, and a wiring material film made of copper (Cu) or a copper alloy (Cu alloy) formed on the insulating film is formed. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of forming a wiring layer having a high-precision dual damascene structure, which can be etched back in a short time by subsequent polishing and has a high-precision dual damascene structure whose periphery except for the surface is covered with a copper diffusion preventing film. Is what you do.

【0011】さらに本発明は、短時間のエッチバックに
より銅拡散防止膜で表面を除く周囲が覆われた高精度の
銅を主体とする多層配線を形成することが可能な半導体
装置の製造方法を提供しようとするものである。
Further, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device capable of forming a high-precision multi-layered wiring mainly composed of copper, the periphery of which is covered with a copper diffusion preventing film except for the surface by short-time etch back. It is something to offer.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明に係る銅系金属用
研磨組成物は、銅と反応して水に実質的に不溶性で、か
つ銅よりも機械的に脆弱な銅錯体を生成する水溶性の有
機酸と、θ−アルミナ相或いはベーマイト相を含むアル
ミナから選らればれる少なくとも1つの研磨砥粒と、前
記有機酸に対して重量割合で3〜20倍配合される酸化
剤と水とを含有することを特徴とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION A polishing composition for a copper-based metal according to the present invention is an aqueous solution which reacts with copper to form a copper complex which is substantially insoluble in water and mechanically more brittle than copper. Organic acid, and at least one abrasive grain selected from alumina containing a θ-alumina phase or a boehmite phase, and an oxidizing agent and water mixed at a weight ratio of 3 to 20 times with respect to the organic acid. It is characterized by containing.

【0013】本発明に係る銅拡散防止材料用研磨組成物
は、銅と反応して水に実質的に不溶性で、かつ銅よりも
機械的に脆弱な銅錯体を生成する水溶性の有機酸と、θ
−アルミナ相或いはベーマイト相を含むアルミナおよび
バイヤライトから選らればれる少なくとも1つの研磨砥
粒と、前記有機酸に対して重量割合で3〜20倍配合さ
れる酸化剤と水とを含有することを特徴とするものであ
る。
The polishing composition for a copper diffusion preventing material according to the present invention comprises a water-soluble organic acid which reacts with copper to form a copper complex which is substantially insoluble in water and which is more brittle than copper. , Θ
-Containing at least one abrasive grain selected from alumina and bayerite containing an alumina phase or a boehmite phase, and an oxidizing agent and water mixed in a weight ratio of 3 to 20 times with respect to the organic acid. It is a feature.

【0014】本発明に係る半導体装置の製造方法は、半
導体基板上の絶縁膜に配線層の形状に相当する溝および
ビアフィルの形状に相当する開口部から選ばれる少なく
とも1つの埋込み用部材を形成する工程;前記埋込み用
部材の内面を含む前記絶縁膜上に銅拡散防止膜を形成す
る工程;前記銅拡散防止膜上に銅または銅合金からなる
配線材料膜を形成する工程;前述した組成の銅系金属用
研磨組成物を用いて前記配線材料膜を少なくとも前記埋
込み用部材を除く前記絶縁膜上の前記銅拡散防止膜部分
が露出するまで研磨する工程;および前述した組成の銅
拡散防止材料用研磨組成物を用いて少なくとも前記埋込
み用部材を除く前記絶縁膜上の前記銅拡散防止膜部分を
研磨し、それによって前記埋込み用部材内に表面を除く
周囲が前記銅拡散防止膜で覆われた配線層およびビアフ
ィルから選ばれる少なくとも1つの導電部材を形成する
工程;を具備することを特徴とするものである。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, at least one embedding member selected from a groove corresponding to a shape of a wiring layer and an opening corresponding to a shape of a via fill is formed in an insulating film on a semiconductor substrate. Forming a copper diffusion preventing film on the insulating film including the inner surface of the embedding member; forming a wiring material film made of copper or a copper alloy on the copper diffusion preventing film; Polishing the wiring material film with a polishing composition for a base metal until at least the copper diffusion preventing film portion on the insulating film excluding the embedding member is exposed; and Polishing at least the copper diffusion preventing film portion on the insulating film excluding the embedding member using a polishing composition, whereby the periphery excluding the surface inside the embedding member has the copper diffusion. It is characterized in that it comprises a; forming at least one conductive member selected from the wiring layers and via fill covered with sealing film.

【0015】本発明に係る別の半導体装置の製造方法
は、半導体基板上の絶縁膜に配線層に相当する形状の溝
およびこの溝底部の一部に位置する前記層間絶縁膜部分
に前記半導体基板表面に達する開口部を形成する工程;
前記溝および開口部の内面を含む前記絶縁膜上に銅拡散
防止膜を形成する工程;前記銅拡散防止膜上に銅または
銅合金からなる配線材料膜を形成する工程;前述した組
成の銅系金属用研磨組成物を用いて前記配線材料膜を少
なくとも前記溝および開口部を除く前記絶縁膜上の前記
銅拡散防止膜部分が露出するまで研磨する工程;および
前述した組成の銅拡散防止材料用研磨組成物を用いて少
なくとも前記溝および開口部を除く前記絶縁膜上の前記
銅拡散防止膜部分を研磨し、それによって前記開口部お
よび前記溝内に表面を除く周囲が前記銅拡散防止膜で覆
われたデュアルダマシン構造を有する配線を形成する工
程;を具備することを特徴とするものである。
Another method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: forming a groove in an insulating film on a semiconductor substrate in a shape corresponding to a wiring layer; Forming an opening reaching the surface;
Forming a copper diffusion prevention film on the insulating film including the inner surface of the groove and the opening; forming a wiring material film made of copper or a copper alloy on the copper diffusion prevention film; Polishing the wiring material film using a polishing composition for metal until the copper diffusion preventing film portion on the insulating film excluding at least the grooves and openings is exposed; and for the copper diffusion preventing material having the above-described composition. Polishing the copper diffusion prevention film portion on the insulating film except for at least the groove and the opening using a polishing composition, whereby the periphery except the surface in the opening and the groove is the copper diffusion prevention film. Forming a covered wiring having a dual damascene structure.

【0016】本発明に係るさらに別の半導体装置の製造
方法は、半導体基板上の第1絶縁膜に少なくとも第1ビ
アフィルに相当する形状の第1開口部を形成する工程;
前記第1開口部の内面を含む前記第1絶縁膜上に第1銅
拡散防止膜を形成する工程;前記第1銅拡散防止膜上に
銅または銅合金からなる第1配線材料膜を形成する工
程;前述した組成の銅系金属用研磨組成物を用いて前記
第1配線材料膜を少なくとも前記第1開口部を除く前記
第1絶縁膜上の前記第1銅拡散防止膜部分が露出するま
で研磨する工程;前述した組成の銅拡散防止材料用研磨
組成物を用いて少なくとも前記第1開口部を除く前記第
1絶縁膜上の前記銅拡散防止膜部分を研磨し、それによ
って前記第1開口部に表面を除く周囲が前記第1銅拡散
防止膜で覆われた第1ビアフィルを形成する工程;前記
第1ビアフィルを含む前記第1絶縁膜上に第2絶縁膜を
形成する工程;前記第2絶縁膜に少なくとも前記第1ビ
アフィルに到達する第2ビアフィルに相当する形状の第
2開口部を形成する工程;前記第2開口部を含む前記第
2絶縁膜上に第2銅拡散防止膜を形成する工程;前記第
2銅拡散防止膜上に銅または銅合金からなる第2配線材
料膜を形成する工程;前述した組成の銅系金属用研磨組
成物を用いて前記第2配線材料膜を前記第2開口部を除
く前記第2絶縁膜上の前記第2銅拡散防止膜部分が露出
するまで研磨する工程;および前述した組成の銅拡散防
止材料用研磨組成物を用いて前記第2開口部を除く前記
第2絶縁膜上の前記銅拡散防止膜部分を研磨し、それに
よって前記第2開口部に表面を除く周囲が前記第2銅拡
散防止膜で覆われた第2ビアフィルを形成する工程;を
具備することを特徴とするものである。
In still another method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a step of forming a first opening having a shape corresponding to at least a first via fill in a first insulating film on a semiconductor substrate;
Forming a first copper diffusion preventing film on the first insulating film including an inner surface of the first opening; forming a first wiring material film made of copper or a copper alloy on the first copper diffusion preventing film; Step: using the polishing composition for a copper-based metal having the above-described composition, changing the first wiring material film until the first copper diffusion preventing film portion on the first insulating film excluding at least the first opening is exposed. Polishing step: using the polishing composition for a copper diffusion prevention material having the above-described composition, polishing at least the copper diffusion prevention film portion on the first insulating film except for the first opening, thereby forming the first opening. Forming a first via fill whose periphery except the surface is covered with the first copper diffusion preventing film; forming a second insulating film on the first insulating film including the first via fill; 2 At least reaches the first via fill in the insulating film Forming a second opening having a shape corresponding to 2 via fill; forming a second copper diffusion preventing film on the second insulating film including the second opening; forming a second copper diffusion preventing film on the second copper diffusion preventing film; Forming a second wiring material film made of copper or a copper alloy; using a polishing composition for a copper-based metal having the above-described composition, forming the second wiring material film on the second insulating film except for the second opening; Polishing until the second copper diffusion preventing film portion is exposed; and the copper diffusion on the second insulating film except for the second opening using the polishing composition for a copper diffusion preventing material having the above-described composition. Polishing the prevention film portion, thereby forming a second via fill in which the periphery except the surface is covered with the second copper diffusion prevention film in the second opening. .

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る銅系金属用研
磨組成物を詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the polishing composition for a copper-based metal according to the present invention will be described in detail.

【0018】この銅系金属用研磨組成物は、銅と反応し
て水に実質的に不溶性で、かつ銅よりも機械的に脆弱な
銅錯体を生成する水溶性の有機酸と、θ−アルミナ相或
いはベーマイト相を含むアルミナから選らればれる少な
くとも1つの研磨砥粒と、前記有機酸に対して重量割合
で20〜50倍配合される酸化剤と水とを含有する。
The copper-based metal polishing composition comprises a water-soluble organic acid which reacts with copper to form a copper complex which is substantially insoluble in water and which is more fragile than copper, and θ-alumina. At least one abrasive selected from alumina containing a phase or a boehmite phase, an oxidizing agent and water mixed in a weight ratio of 20 to 50 times with respect to the organic acid.

【0019】前記有機酸としては、銅もしくは銅合金に
前記研磨用組成物を接触させた際に前記酸化剤により生
成された銅の水和物と反応して水に実質的に不溶性で、
Cuに比べて脆弱である銅錯体を生成する作用を有す
る。かかる有機酸としては、例えば2−キノリンカルボ
ン酸(キナルジン酸)、2−ピリジンカルボン酸、2,
6−ピリジンカルボン酸、キノン等を挙げることができ
る。
The organic acid may be substantially insoluble in water by reacting with copper hydrate generated by the oxidizing agent when the polishing composition is brought into contact with copper or a copper alloy,
It has an effect of forming a copper complex which is more fragile than Cu. Examples of such organic acids include 2-quinoline carboxylic acid (quinaldic acid), 2-pyridine carboxylic acid,
6-pyridinecarboxylic acid, quinone and the like can be mentioned.

【0020】前記有機酸は、前記研磨組成物中に0.1
重量%以上含有されることが好ましい。前記有機酸の含
有量を0.1重量%未満にすると、CuまたはCu合金
の表面に銅よりも機械的に脆弱な銅錯体を十分に生成す
ることが困難になる。その結果、研磨時においてCuま
たはCu合金の研磨速度を十分に高めることが困難にな
る。より好ましい前記有機酸の含有量は、0.3〜1.
2重量%である。
The organic acid is contained in the polishing composition in an amount of 0.1%.
Preferably, it is contained in an amount of at least% by weight. When the content of the organic acid is less than 0.1% by weight, it is difficult to sufficiently generate a copper complex that is more mechanically weaker than copper on the surface of Cu or a Cu alloy. As a result, it becomes difficult to sufficiently increase the polishing rate of Cu or Cu alloy during polishing. More preferably, the content of the organic acid is 0.3 to 1.
2% by weight.

【0021】前記研磨砥粒を構成するθ−アルミナ相を
含むアルミナは、例えばアンモニウムドウソナイト(N
4AlCo3(OH)2)を1300℃で熱分解するこ
とにより製造される。このようなθ−アルミナ相を含む
アルミナのX線回折図を図1に示す。
Alumina containing the θ-alumina phase constituting the abrasive grains is, for example, ammonium doughonite (N
It is produced by thermally decomposing H 4 AlCo 3 (OH) 2 ) at 1300 ° C. FIG. 1 shows an X-ray diffraction diagram of alumina containing such a θ-alumina phase.

【0022】前記研磨砥粒を構成するベーマイト相を含
むアルミナは、バイヤライトを水熱合成することにより
製造される。
Alumina containing a boehmite phase constituting the abrasive grains is produced by hydrothermal synthesis of bayerite.

【0023】前記研磨砥粒は、0.02〜0.1μmの
平均一次粒径を有し、球状もしくは球に近似した形状を
有することが好ましい。このような研磨砥粒を含む研磨
組成物を用いてCuまたはCu合金を研磨処理すると、
CuまたはCu合金の研磨表面への損傷を抑制すること
ができる。
Preferably, the abrasive grains have an average primary particle size of 0.02 to 0.1 μm and have a spherical or spherical shape. When a polishing treatment is performed on Cu or a Cu alloy using a polishing composition containing such polishing abrasive grains,
Damage to the polishing surface of Cu or Cu alloy can be suppressed.

【0024】前記研磨砥粒は、前記研磨組成物中に0.
8〜20重量%含有されることが好ましい。前記研磨砥
粒の含有量を0.8重量%未満にすると、その効果を十
分に達成することが困難になる。一方、前記研磨砥粒の
含有量が20重量%を越えると、研磨組成物の粘度等が
高くなるなど取扱い難くなる。より好ましい研磨砥粒の
含有量は、0.8〜3重量%である。
The above-mentioned polishing abrasive is used in the above-mentioned polishing composition in an amount of 0.1%.
It is preferably contained in an amount of 8 to 20% by weight. When the content of the abrasive grains is less than 0.8% by weight, it is difficult to sufficiently achieve the effect. On the other hand, when the content of the abrasive grains exceeds 20% by weight, the handling becomes difficult, for example, the viscosity of the polishing composition increases. A more preferable content of the abrasive grains is 0.8 to 3% by weight.

【0025】前記研磨砥粒中には、コロイダルアルミナ
をさらに含有することを許容する。
The polishing abrasive grains are allowed to further contain colloidal alumina.

【0026】前記酸化剤は、銅もしくは銅合金に前記研
磨用組成物を接触させた際に銅の水和物を生成する作用
を有する。かかる酸化剤としては、例えば過酸化水素
(H22 )、次亜塩素酸ソーダ(NaClO)のよう
な酸化剤を用いることができる。
The oxidizing agent has a function of forming a hydrate of copper when the polishing composition is brought into contact with copper or a copper alloy. As such an oxidizing agent, for example, an oxidizing agent such as hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) or sodium hypochlorite (NaClO) can be used.

【0027】前記酸化剤の含有量を重量割合で前記有機
酸に対して3倍未満にすると、CuまたはCu合金の表
面への銅錯体生成を十分に促進することが困難になる。
一方、前記酸化剤の含有量が重量割合で前記有機酸に対
して20倍を超えると銅もしくは銅合金の研磨速度が低
下する虞がある。
If the content of the oxidizing agent is less than three times the weight of the organic acid, it becomes difficult to sufficiently promote the formation of a copper complex on the surface of Cu or a Cu alloy.
On the other hand, if the content of the oxidizing agent exceeds 20 times the weight of the organic acid by weight, the polishing rate of copper or copper alloy may be reduced.

【0028】本発明に係る銅系金属用研磨組成物は、さ
らにカルボキシル基およびヒドロキシル基をそれぞれ1
つ持つ別の有機酸を含有することを許容する。この別の
有機酸は、前記酸化剤による銅の水和物の生成を促進す
る作用を有する。かかる別の有機酸としては、例えば乳
酸、酒石酸、マンデル酸およびリンゴ酸等を挙げること
ができ、これらは1種または2種以上の混合物の形態で
用いることができる。この別の第2有機酸としては、特
に乳酸を用いるが好ましい。
The polishing composition for a copper-based metal according to the present invention further comprises one carboxyl group and one hydroxyl group.
It is allowed to contain another organic acid. This other organic acid has an effect of promoting the formation of copper hydrate by the oxidizing agent. Such other organic acids include, for example, lactic acid, tartaric acid, mandelic acid, malic acid and the like, and these can be used in the form of one kind or a mixture of two or more kinds. Lactic acid is particularly preferably used as the second organic acid.

【0029】前記別の有機酸は、前記研磨組成物中に前
記2−キノリンカルボン酸のような有機酸に対して20
〜250重量%含有されることが好ましい。前記別の有
機酸の含有量を20重量%未満にすると、前記酸化剤に
よる銅の水和物の生成を促進する作用を十分に発揮する
ことが困難になる。一方、前記別の有機酸の含有量が2
50重量%を超えると、銅薄膜がエッチングされ、パタ
ーン形成ができなくなる恐れがある。より好ましい前記
別の有機酸の含有量は、前記有機酸に対して40〜20
0重量%である。
The other organic acid may be present in the polishing composition in an amount of 20 to an organic acid such as the 2-quinoline carboxylic acid.
Preferably, it is contained in an amount of up to 250% by weight. When the content of the another organic acid is less than 20% by weight, it is difficult to sufficiently exert the effect of promoting the formation of copper hydrate by the oxidizing agent. On the other hand, when the content of the another organic acid is 2
If it exceeds 50% by weight, the copper thin film may be etched, and pattern formation may not be possible. More preferably, the content of the another organic acid is 40 to 20 with respect to the organic acid.
0% by weight.

【0030】本発明に係る銅系金属用研磨組成物は、さ
らに非イオン性、両性イオン性、陰イオン性、陽イオン
性の界面活性剤が添加されることを許容する。このよう
な界面活性剤をさらに含む研磨組成物は、後述するよう
にCuまたはCu合金とSiN膜およびSiO2 のよう
な絶縁膜との選択研磨性を高めることが可能になる。
The polishing composition for a copper-based metal according to the present invention permits the addition of a nonionic, zwitterionic, anionic or cationic surfactant. The polishing composition further containing such a surfactant makes it possible to enhance selective polishing of Cu or a Cu alloy and an insulating film such as a SiN film and SiO 2 as described later.

【0031】前記非イオン性界面活性剤としては、例え
ばポリエチレングリコールフェニルエーテル、エチレン
グリコール脂肪酸エステルを挙げることができる。
Examples of the nonionic surfactant include polyethylene glycol phenyl ether and ethylene glycol fatty acid ester.

【0032】前記両性イオン性界面活性剤としては、例
えばイミダゾリベタイン等を挙げることができる。
As the zwitterionic surfactant, for example, imidazoribetaine and the like can be mentioned.

【0033】前記陰イオン性界面活性剤としては、例え
ばドデシル硫酸ナトリウム、ドデシル硫酸アンモニウム
等を挙げることができる。
Examples of the anionic surfactant include sodium dodecyl sulfate and ammonium dodecyl sulfate.

【0034】前記陽イオン性界面活性剤としては、例え
ばステアリントリメチルアンモニウムクロライド等を挙
げることができる。
The cationic surfactant includes, for example, stearin trimethylammonium chloride.

【0035】前述した界面活性剤は、2種以上の混合物
の形態で用いてもよい。
The above-mentioned surfactants may be used in the form of a mixture of two or more.

【0036】前記界面活性剤は、前記研磨組成物中に1
モル/L以上添加されることが好ましい。前記界面活性
剤の添加量を1モル/L未満にすると、研磨時において
CuまたはCu合金とSiO2 のような絶縁膜との選択
研磨性を高めることが困難になる。より好ましい界面活
性剤の添加量は、10〜100モル/Lの範囲である。
The above-mentioned surfactant is contained in the above-mentioned polishing composition.
It is preferable to add at least mol / L. If the amount of the surfactant is less than 1 mol / L, it becomes difficult to enhance the selective polishing of Cu or a Cu alloy and an insulating film such as SiO 2 during polishing. A more preferred amount of the surfactant is in the range of 10 to 100 mol / L.

【0037】本発明に係わる銅系金属用研磨組成物は、
さらに前記研磨砥粒の分散剤を含有すること許容する。
この分散剤としては、例えばポリビニルピロリドン(P
VP)等を挙げることができる。
The polishing composition for a copper-based metal according to the present invention comprises:
Further, it is permitted to contain a dispersant for the abrasive grains.
As the dispersant, for example, polyvinylpyrrolidone (P
VP) and the like.

【0038】次に、本発明に係る銅拡散防止材料用研磨
組成物を詳細に説明する。
Next, the polishing composition for a copper diffusion preventing material according to the present invention will be described in detail.

【0039】この銅拡散防止材料用研磨組成物は、銅と
反応して水に実質的に不溶性で、かつ銅よりも機械的に
脆弱な銅錯体を生成する水溶性の有機酸と、θ−アルミ
ナ相或いはベーマイト相を含むアルミナおよびバイヤラ
イトから選らればれる少なくとも1つの研磨砥粒と、前
記有機酸に対して重量割合で20〜50配合される酸
化剤と水とを含有する。
The polishing composition for a copper diffusion preventing material comprises a water-soluble organic acid which reacts with copper to form a copper complex which is substantially insoluble in water and which is mechanically more brittle than copper; It contains at least one abrasive grain selected from alumina containing alumina phase or boehmite phase and bayerite, and an oxidizing agent and water mixed in a weight ratio of 20 to 50 times with respect to the organic acid.

【0040】前記有機酸としては、銅もしくは銅合金に
前記研磨用組成物を接触させた際に前記酸化剤により生
成された銅の水和物と反応して水に実質的に不溶性で、
Cuに比べて脆弱である銅錯体を生成する作用を有す
る。かかる有機酸としては、例えば2−キノリンカルボ
ン酸(キナルジン酸)、2−ピリジンカルボン酸、2,
6−ピリジンカルボン酸、キノン等を挙げることができ
る。
The organic acid is substantially insoluble in water by reacting with copper hydrate generated by the oxidizing agent when the polishing composition is brought into contact with copper or a copper alloy,
It has an effect of forming a copper complex which is more fragile than Cu. Examples of such organic acids include 2-quinoline carboxylic acid (quinaldic acid), 2-pyridine carboxylic acid,
6-pyridinecarboxylic acid, quinone and the like can be mentioned.

【0041】前記有機酸は、前記研磨組成物中に0.1
重量%以上含有されることが好ましい。
The organic acid is added to the polishing composition in an amount of 0.1%.
Preferably, it is contained in an amount of at least% by weight.

【0042】前記研磨砥粒は、0.02〜0.1μmの
平均一次粒径を有し、球状もしくは球に近似した形状を
有することが好ましい。
The abrasive grains preferably have an average primary particle size of 0.02 to 0.1 μm and have a spherical or spherical shape.

【0043】前記研磨砥粒は、前記研磨組成物中に0.
8〜20重量%含有されることが好ましい。前記研磨砥
粒の含有量を0.8重量%未満にすると、その効果を十
分に達成することが困難になる。一方、前記研磨砥粒の
含有量が20重量%を越えると、研磨組成物の粘度等が
高くなるなど取扱い難くなる。より好ましい研磨砥粒の
含有量は、0.8〜3重量%である。
The above-mentioned polishing abrasive is used in the above-mentioned polishing composition in an amount of 0.1%.
It is preferably contained in an amount of 8 to 20% by weight. When the content of the abrasive grains is less than 0.8% by weight, it is difficult to sufficiently achieve the effect. On the other hand, when the content of the abrasive grains exceeds 20% by weight, the handling becomes difficult, for example, the viscosity of the polishing composition increases. A more preferable content of the abrasive grains is 0.8 to 3% by weight.

【0044】前記研磨砥粒中には、コロイダルアルミナ
をさらに含有することを許容する。
The abrasive grains are allowed to further contain colloidal alumina.

【0045】前記酸化剤としては、例えば過酸化水素
(H2 2 )、次亜塩素酸ソーダ(NaClO)のよう
な酸化剤を用いることができる。
As the oxidizing agent, an oxidizing agent such as hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) or sodium hypochlorite (NaClO) can be used.

【0046】前記酸化剤の含有量を重量割合で前記有機
酸に対して3倍未満にすると、前記銅拡散防止膜と共に
表出されたCuまたはCu合金の研磨速度を下げ、銅拡
散防止膜の研磨速度を上げることが困難になる。一方、
前記酸化剤の含有量が重量割合で前記有機酸に対して2
0倍を超えると前記銅拡散防止膜と共に表出されたCu
またはCu合金表面への銅錯体の生成が過度に進む虞が
ある。
When the content of the oxidizing agent is less than three times the weight of the organic acid by weight, the polishing rate of Cu or Cu alloy exposed together with the copper diffusion preventing film is reduced, and the copper diffusion preventing film is removed. It becomes difficult to increase the polishing rate. on the other hand,
The content of the oxidizing agent is 2% by weight with respect to the organic acid.
If it exceeds 0 times, Cu expressed together with the copper diffusion preventing film
Alternatively, the formation of a copper complex on the Cu alloy surface may be excessively advanced.

【0047】本発明に係る銅拡散防止材料用研磨組成物
は、さらにカルボキシル基およびヒドロキシル基をそれ
ぞれ1つ持つ別の有機酸を含有することを許容する。こ
の別の有機酸は、前記酸化剤による銅の水和物の生成を
促進する作用を有する。かかる別の有機酸としては、例
えば乳酸、酒石酸、マンデル酸およびリンゴ酸等を挙げ
ることができ、これらは1種または2種以上の混合物の
形態で用いることができる。この別の第2有機酸として
は、特に乳酸を用いるが好ましい。
The polishing composition for a copper diffusion preventing material according to the present invention is allowed to further contain another organic acid having one carboxyl group and one hydroxyl group. This other organic acid has an effect of promoting the formation of copper hydrate by the oxidizing agent. Such other organic acids include, for example, lactic acid, tartaric acid, mandelic acid, malic acid and the like, and these can be used in the form of one kind or a mixture of two or more kinds. Lactic acid is particularly preferably used as the second organic acid.

【0048】前記別の有機酸は、前記研磨組成物中に前
記2−キノリンカルボン酸のような有機酸に対して20
〜250重量%含有されることが好ましい。より好まし
い前記別の有機酸の含有量は、前記有機酸に対して40
〜200重量%である。
The another organic acid may be present in the polishing composition in an amount of 20 to an organic acid such as the 2-quinoline carboxylic acid.
Preferably, it is contained in an amount of up to 250% by weight. More preferably, the content of the another organic acid is 40 to the organic acid.
~ 200% by weight.

【0049】本発明に係る銅拡散防止材料用研磨組成物
は、さらに前述した銅系金属用研磨組成物と同様、非イ
オン性、両性イオン性、陰イオン性、陽イオン性の界面
活性剤が添加されることを許容する。
The polishing composition for a copper diffusion preventing material according to the present invention further comprises a nonionic, amphoteric, anionic or cationic surfactant similarly to the above-mentioned polishing composition for a copper-based metal. Allow to be added.

【0050】前記界面活性剤は、前記研磨組成物中に1
モル/L以上、より好ましくは10〜100モル/L添
加することが望ましい。
The above-mentioned surfactant is contained in the above-mentioned polishing composition.
Mol / L or more, more preferably 10 to 100 mol / L.

【0051】本発明に係る銅拡散防止材料用研磨組成物
は、さらに前記研磨砥粒の分散剤を含有すること許容す
る。この分散剤としては、例えばポリビニルピロリドン
(PVP)等を挙げることができる。
The polishing composition for a copper diffusion preventing material according to the present invention is allowed to further contain a dispersant for the abrasive grains. Examples of the dispersant include polyvinylpyrrolidone (PVP).

【0052】本発明に係る銅系金属用研磨組成物および
銅拡散防止材料用研磨組成物を用いて例えば基板上の絶
縁膜に凹部を形成し、この凹部を含む前記絶縁膜上に窒
化チタン(TaN)膜のような銅拡散防止膜を成膜し、
さらにCu膜またはCu合金膜を成膜し、これらCu膜
またはCu合金膜、および銅拡散防止膜を研磨するに
は、図2に示すポリシング装置が用いられる。すなわ
ち、ターンテーブル1上には例えば布、独立気泡を有す
るポリウレタン発泡体から作られた研磨パッド2が被覆
されている。研磨組成物を供給するための供給管3は、
前記研磨パッド2の上方に配置されている。上面に支持
軸4を有する基板ホルダ5は、研磨パッド2の上方に上
下動自在でかつ回転自在に配置されている。
For example, a concave portion is formed in an insulating film on a substrate using the polishing composition for a copper-based metal and the polishing composition for a copper diffusion preventing material according to the present invention. Forming a copper diffusion preventing film such as a TaN) film;
Further, in order to form a Cu film or a Cu alloy film and polish the Cu film or the Cu alloy film and the copper diffusion preventing film, a polishing apparatus shown in FIG. 2 is used. That is, the turntable 1 is covered with a polishing pad 2 made of, for example, a cloth or a polyurethane foam having closed cells. The supply pipe 3 for supplying the polishing composition is:
It is arranged above the polishing pad 2. A substrate holder 5 having a support shaft 4 on its upper surface is arranged above the polishing pad 2 so as to be vertically movable and rotatable.

【0053】このようなポリシング装置において、前記
ホルダ5により基板6をその研磨面(例えばCu膜)が
前記研磨パッド2に対向するように保持し、前記供給管
3から前述した組成の研摩液7を供給しながら、前記支
持軸4により前記基板6を前記研磨パッド2に向けて所
望の加重を与え、さらに前記ホルド5および前記ターン
テーブル1をそれぞれ同方向に回転させることにより前
記基板6上のCu膜が研磨される。
In such a polishing apparatus, the substrate 6 is held by the holder 5 so that the polishing surface (eg, Cu film) of the polishing pad 2 faces the polishing pad 2. The substrate 6 is given a desired weight toward the polishing pad 2 by the support shaft 4 while the support shaft 4 is being supplied, and the holder 5 and the turntable 1 are further rotated in the same direction. The Cu film is polished.

【0054】以上説明した本発明に係る銅系金属用研磨
組成物は、銅と反応して水に難溶性で、かつ銅よりも機
械的に脆弱な銅錯体を生成する水溶性の有機酸と、θ−
アルミナ相或いはベーマイト相を含むアルミナから選ら
ればれる少なくとも1つの研磨砥粒と、前記有機酸に対
して重量割合で3〜20倍配合される酸化剤と水を含有
するため、下地が窒化チタン(TaN)膜のような銅拡
散防止膜上に被覆されたCuまたはCu合金に対して浸
漬時において前記Cu等を全く溶解せず、研磨時におい
てCuまたはCu合金を実用的な速度で研磨できるとと
もに、前記銅拡散防止材料との研磨選択比を高めること
ができる。ここで、実用的な研磨速度とは従来の研磨砥
粒のみを含有する研磨組成物を用いた場合の10倍以上
であることを意味する。
The above-described polishing composition for a copper-based metal according to the present invention comprises a water-soluble organic acid which reacts with copper to form a copper complex which is hardly soluble in water and which is more brittle than copper. , Θ-
Since at least one abrasive grain selected from alumina containing alumina phase or boehmite phase, and an oxidizing agent and water mixed in a weight ratio of 3 to 20 times with respect to the organic acid, and water, the base material is made of titanium nitride ( Cu or a Cu alloy coated on a copper diffusion preventing film such as a TaN) film does not dissolve the Cu or the like at all during immersion, and can polish Cu or a Cu alloy at a practical rate during polishing. The polishing selectivity with the copper diffusion preventing material can be increased. Here, the practical polishing rate means that the polishing rate is 10 times or more that in the case of using a polishing composition containing only conventional polishing abrasive grains.

【0055】また、本発明に係る銅拡散防止材料用研磨
組成物は、銅と反応して水に難溶性で、かつ銅よりも機
械的に脆弱な銅錯体を生成する水溶性の有機酸と、θ−
アルミナ相或いはベーマイト相を含むアルミナおよびバ
イヤライトから選らればれる少なくとも1つの研磨砥粒
と、前記有機酸に対して重量割合で20〜50倍配合さ
れる酸化剤と水を含有するため、銅または銅合金の研磨
後における窒化チタン(TaN)膜のような銅拡散防止
膜の研磨において前記銅または銅合金と銅拡散防止膜材
料との研磨選択比を小さくして銅または銅合金の研磨を
抑え、銅拡散防止膜材料を研磨することができる。
Further, the polishing composition for a copper diffusion preventing material according to the present invention comprises a water-soluble organic acid which reacts with copper to form a copper complex which is hardly soluble in water and which is more brittle than copper. , Θ-
At least one abrasive grain selected from alumina and bayerite containing an alumina phase or a boehmite phase, and containing an oxidizing agent and water mixed in a weight ratio of 20 to 50 times with respect to the organic acid, copper or In polishing a copper diffusion prevention film such as a titanium nitride (TaN) film after polishing a copper alloy, the polishing selectivity between the copper or copper alloy and the copper diffusion prevention film material is reduced to suppress polishing of the copper or copper alloy. Then, the copper diffusion preventing film material can be polished.

【0056】すなわち、例えば図3の(A)に示すよう
に基板11上に絶縁膜12を形成し、この絶縁膜12に
前記基板11に達する開口(ビアホール)13を形成
し、このビアホール13の内面を含む前記絶縁膜12上
にTaのような銅拡散防止膜14を形成し、さらにこの
銅拡散防止膜14上にCu膜15を前記ビアホール13
内を埋めるように形成する。
That is, as shown in FIG. 3A, for example, an insulating film 12 is formed on a substrate 11, an opening (via hole) 13 reaching the substrate 11 is formed in the insulating film 12, and A copper diffusion preventing film 14 such as Ta is formed on the insulating film 12 including the inner surface, and a Cu film 15 is further formed on the copper diffusion preventing film 14 with the via hole 13.
It is formed to fill the inside.

【0057】次いで、前述した図2に示すポリシング装
置を用い、前記ポリシング装置の基板ホルダ5に図3の
(A)に示す基板11をそのCu膜15が研磨パッド2
側に対向するように逆さにして保持し、有機酸(例えば
2−キノリンカルボン酸)、酸化剤(例えば過酸化水
素)、θ−アルミナ相或いはベーマイト相を含むアルミ
ナから選らればれる少なくとも1つの研磨砥粒、前記有
機酸に対して重量割合で3〜20倍配合される酸化剤お
よび水を含む銅系金属用研磨組成物を供給管3から前記
研磨パッド2に供給して前記基板11のCu膜15が前
記銅系金属用研磨組成物に接触すると、その組成物中の
酸化剤が水の存在下で銅と反応してCuの水和物(Cu
イオン)を生成する。この時、前記研磨組成物中の有機
酸(例えば2−キノリンカルボン酸)は、下記化1に示
す反応式のように前記Cuの水和物(Cuイオン)と反
応して図3の(A)に示すようにCu膜15表面に銅錯
体層16が生成される。
Then, the substrate 11 shown in FIG. 3A is placed on the substrate holder 5 of the polishing apparatus by using the polishing apparatus shown in FIG.
At least one polishing selected from an organic acid (eg, 2-quinoline carboxylic acid), an oxidizing agent (eg, hydrogen peroxide), an alumina including a θ-alumina phase or a boehmite phase. A polishing composition for a copper-based metal containing an abrasive, water and an oxidizing agent mixed with the organic acid in a weight ratio of 3 to 20 times is supplied from a supply pipe 3 to the polishing pad 2 so that Cu When the film 15 comes into contact with the polishing composition for a copper-based metal, an oxidizing agent in the composition reacts with copper in the presence of water to react with copper hydrate (Cu
Ions). At this time, the organic acid (for example, 2-quinolinecarboxylic acid) in the polishing composition reacts with the Cu hydrate (Cu ion) according to the reaction formula shown in the following Chemical Formula 1 to react with the Cu hydrate (Cu ion). As shown in (), a copper complex layer 16 is formed on the surface of the Cu film 15.

【0058】[0058]

【化1】 Embedded image

【0059】次いで、前記ポリシング装置の基板ホルダ
5に図3の(A)に示す基板11を保持し、前記銅系金
属用研磨組成物を供給管3から前記研磨パッド2への供
給を続行しながら、支持軸4により前記基板を研磨パッ
ド2に所定の荷重を与え、さらに前記ホルダ5およびタ
ーンテーブル1をそれぞれ同方向に回転させる。この
時、前記反応式によりCu膜15表面に生成された銅錯
体層16は、水に溶解されないものの、Cuに比べて脆
弱であるため、前記研磨パッド2に存在する研磨砥粒を
含有する前記銅系金属用研磨組成物により、図3の
(B)に示すようにCu膜15の凸部に対応する銅錯体
層16が機械的に研磨される。
Next, the substrate 11 shown in FIG. 3A is held in the substrate holder 5 of the polishing apparatus, and the supply of the copper-based metal polishing composition from the supply pipe 3 to the polishing pad 2 is continued. A predetermined load is applied to the polishing pad 2 by the support shaft 4 on the substrate while rotating the holder 5 and the turntable 1 in the same direction. At this time, the copper complex layer 16 formed on the surface of the Cu film 15 by the above reaction formula is not dissolved in water, but is more fragile than Cu, and therefore contains the polishing abrasive grains present in the polishing pad 2. As shown in FIG. 3B, the copper complex layer 16 corresponding to the convex portion of the Cu film 15 is mechanically polished by the copper-based metal polishing composition.

【0060】前記ポリシング装置および前記銅系金属用
研磨組成物を用いて前記絶縁膜表面に対応する銅拡散防
止膜13部分が露出するまでCu膜15の研磨を続行す
ることにより図3の(C)に示すように前記ビアホール
13内にCu17が残存する。
The polishing of the Cu film 15 is continued by using the polishing apparatus and the polishing composition for a copper-based metal until the portion of the copper diffusion preventing film 13 corresponding to the surface of the insulating film is exposed. ), Cu17 remains in the via hole 13.

【0061】このような工程後に、銅系金属用研磨組成
物に代えて銅と反応して水に実質的に不溶性で、かつ銅
よりも機械的に脆弱な銅錯体を生成する水溶性の有機酸
とθ−アルミナ相或いはベーマイト相を含むアルミナお
よびバイヤライトから選らればれる少なくとも1つの研
磨砥粒と前記有機酸に対して重量割合で20〜50
合される酸化剤と水とを含有する銅拡散防止材料用研磨
組成物、並びに前述したポリシング装置を用いて前記銅
拡散防止膜を研磨することにより前記ビアホール13内
のCu17の研磨を抑えつつ前記絶縁膜12表面に位置
する銅拡散防止膜14部分を除去できる。その結果、図
3の(D)に示すように前記ビアホール13内に銅拡散
防止膜14が残存すると共に、前記銅拡散防止膜14で
覆われた前記ビアホール13内に前記絶縁膜12表面と
面一なCuからなるビアフィル18を形成できる。
After such a step, a water-soluble organic compound which reacts with copper in place of the polishing composition for a copper-based metal to form a copper complex which is substantially insoluble in water and mechanically more brittle than copper. the acid and θ- alumina phases or Bareru twisted alumina and bayerite containing boehmite phase at least one abrasive grains and 20 to 50 times distribution <br/> engaged by oxidizing agent in a weight ratio with respect to the organic acid A polishing composition for a copper diffusion preventing material containing water, and a position on the surface of the insulating film 12 while suppressing polishing of Cu 17 in the via hole 13 by polishing the copper diffusion preventing film using the polishing apparatus described above. The portion of the copper diffusion preventing film 14 to be removed can be removed. As a result, as shown in FIG. 3D, the copper diffusion preventing film 14 remains in the via hole 13, and the surface and the surface of the insulating film 12 are formed in the via hole 13 covered with the copper diffusion preventing film 14. A via fill 18 made of a uniform Cu can be formed.

【0062】したがって、本発明に係わる銅系金属用研
磨組成物はCuまたはCu合金の被膜に対する研磨速度
が高く、かつ銅拡散防止材料との研磨選択比が高いため
に前記被膜を短時間でエッチバックできるとともに、絶
縁膜表面に位置する銅拡散防止膜部分上の前記被膜の研
磨終了時期を容易に確認することができる。
Therefore, the polishing composition for a copper-based metal according to the present invention has a high polishing rate for a Cu or Cu alloy film and a high polishing selectivity with a copper diffusion preventing material, so that the film can be etched in a short time. In addition to the backing, it is possible to easily confirm the polishing completion timing of the coating on the copper diffusion preventing film located on the surface of the insulating film.

【0063】このような絶縁膜表面に位置する銅拡散防
止膜部分上の前記CuまたはCu合金の被膜の研磨終了
において、前記銅系金属用研磨組成物に代えてCuまた
はCuと銅拡散防止膜材料との研磨選択比の小さい特性
を持つ銅拡散防止材料用研磨組成物を用いて前記絶縁膜
上に露出した銅拡散防止膜を研磨することによって、前
記銅拡散防止膜と共に表面に露出したCuまたはCu合
金(配線またはビアフィル)の研磨を抑えつつ前記絶縁
膜表面に位置する銅拡散防止膜部分を除去できる。その
結果、前記銅拡散防止膜で周囲が覆われたCuまたはC
u合金からなる配線またはビアフィルに凹部が生じる、
いわゆるディシングを防止することができる。
When polishing of the Cu or Cu alloy film on the copper diffusion preventing film portion located on the surface of the insulating film is completed, Cu or Cu and the copper diffusion preventing film are used instead of the polishing composition for a copper-based metal. Polishing the copper diffusion preventing film exposed on the insulating film using a polishing composition for a copper diffusion preventing material having a characteristic of a small polishing selectivity with a material, the Cu exposed on the surface together with the copper diffusion preventing film is polished. Alternatively, the copper diffusion preventing film portion located on the surface of the insulating film can be removed while suppressing polishing of a Cu alloy (wiring or via fill). As a result, Cu or C whose periphery is covered with the copper diffusion prevention film
A recess is formed in the wiring or via fill made of a u alloy,
So-called dishing can be prevented.

【0064】また、本発明に係わる銅系金属用研磨組成
物はCuまたはCu合金の浸漬時において前記Cu等を
溶解しないため、研磨処理工程での前記研磨組成物の供
給タイミング等によりCuのエッチング量が変動する等
の問題を回避でき、その操作を簡便に行うことができ
る。
The polishing composition for a copper-based metal according to the present invention does not dissolve the Cu or the like when immersed in Cu or a Cu alloy. Therefore, the etching of Cu is performed by the supply timing of the polishing composition in the polishing process. Problems such as a change in the amount can be avoided, and the operation can be performed easily.

【0065】さらに、前述した図2に示すポリシング装
置によりCu膜またはCu合金膜を銅系金属用研磨組成
物により研磨する際、前記Cu膜またはCu合金膜は研
磨パッド2が所定の荷重で当接(摺接)されている間の
み研磨され、前記研磨パッドが前記Cu膜から離れる
と、研磨が直ちに停止される。このため、研磨処理後に
おいてCu膜またはCu合金膜がさらにエッチングされ
る、いわゆるオーバーエッチングを阻止することができ
る。
Further, when the Cu film or Cu alloy film is polished by the polishing apparatus shown in FIG. 2 with the polishing composition for a copper-based metal, the Cu film or Cu alloy film is applied to the polishing pad 2 by a predetermined load. Polishing is performed only during the contact (sliding contact). When the polishing pad separates from the Cu film, polishing is immediately stopped. Therefore, it is possible to prevent so-called over-etching in which the Cu film or the Cu alloy film is further etched after the polishing treatment.

【0066】本発明に係わる銅系金属用研磨組成物にお
いて、非イオン性、両性イオン性、陰イオン性、陽イオ
ン性の界面活性剤を添加することによって、研磨時にお
いてCuまたはCu合金とSiO2 のような絶縁膜との
選択研磨比を高めることができる。
In the polishing composition for a copper-based metal according to the present invention, by adding a nonionic, zwitterionic, anionic or cationic surfactant, Cu or Cu alloy and SiO It is possible to increase the selective polishing ratio with the insulating film such as 2 .

【0067】次に、本発明に係わる半導体装置の製造方
法を説明する。
Next, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described.

【0068】まず、半導体基板上の絶縁膜に配線層の形
状に相当する溝およびビアフィルの形状に相当する開口
部から選ばれる少なくとも1つの埋込み用部材を形成す
る。つづいて、この埋込み用部材の内面を含む前記絶縁
膜上に銅拡散防止膜を形成する。この前記銅拡散防止膜
上に銅または銅合金からなる配線材料膜を形成した後、
前述した組成の銅系金属用研磨組成物を用いて前記配線
材料膜を前記埋込み用部材を除く前記絶縁膜上の前記銅
拡散防止膜部分が露出するまで研磨する。次いで、前記
銅系金属用研磨組成物に代えて前述した組成の銅拡散防
止材料用研磨組成物を用いて前記埋込み用部材を除く前
記絶縁膜上の前記銅拡散防止膜部分を研磨し、それによ
って前記埋込み用部材内に表面を除く周囲が前記銅拡散
防止膜で覆われた配線層およびビアフィルから選ばれる
少なくとも1つの導電部材を形成して半導体装置の製造
する。
First, at least one embedding member selected from a groove corresponding to the shape of a wiring layer and an opening corresponding to the shape of a via fill is formed in an insulating film on a semiconductor substrate. Subsequently, a copper diffusion preventing film is formed on the insulating film including the inner surface of the embedding member. After forming a wiring material film made of copper or a copper alloy on the copper diffusion prevention film,
The wiring material film is polished by using the copper-based metal polishing composition having the composition described above until the copper diffusion preventing film portion on the insulating film excluding the burying member is exposed. Next, the copper diffusion preventing film portion on the insulating film excluding the embedding member is polished by using the copper diffusion preventing material polishing composition having the above-described composition instead of the copper-based metal polishing composition, Thus, at least one conductive member selected from a wiring layer and a via fill whose periphery except the surface is covered with the copper diffusion preventing film is formed in the embedding member to manufacture a semiconductor device.

【0069】前記絶縁膜としては、例えばシリコン酸化
膜、ボロン添加ガラス膜(BPSG膜)、リン添加ガラ
ス膜(PSG膜)等を用いることができる。この絶縁膜
は、表面に窒化シリコン、炭素、アルミナ、窒化ホウ
素、ダイヤモンド等からなる絶縁性の研磨ストッパ膜が
被覆されることを許容する。
As the insulating film, for example, a silicon oxide film, a boron-doped glass film (BPSG film), a phosphorus-doped glass film (PSG film), or the like can be used. This insulating film allows its surface to be covered with an insulating polishing stopper film made of silicon nitride, carbon, alumina, boron nitride, diamond, or the like.

【0070】前記絶縁膜は、比誘電率が3.5以下の絶
縁材料から作られることが好ましい。この比誘電率を有
する絶縁材料としては、例えばSiOF、有機スピンオ
ングラス、ポリイミド、フッ素添加ポリイミド、ポリテ
トラフルオロエチレン、フッ化ポリアリルエーテル、フ
ッ素添加パレリン等を挙げることができる。このような
比誘電率を有する絶縁膜を用いることによって、この絶
縁膜に埋設された銅または銅合金からなる配線層の信号
伝播速度を高めることが可能になる。
It is preferable that the insulating film is made of an insulating material having a relative dielectric constant of 3.5 or less. Examples of the insulating material having this relative dielectric constant include SiOF, organic spin-on-glass, polyimide, fluorinated polyimide, polytetrafluoroethylene, fluorinated polyallyl ether, and fluorinated parelin. By using an insulating film having such a relative dielectric constant, it is possible to increase the signal propagation speed of a wiring layer made of copper or a copper alloy embedded in the insulating film.

【0071】前記銅拡散防止膜は、例えばTaN、Ta
Nb、W,WN,TaN,TaSiN,Ta,Co,Z
r,ZrNおよびCuTa合金から選ばれる1層または
2層以上から作られる。このような銅拡散防止膜は、1
5〜50nmの厚さを有することが好ましい。
The copper diffusion preventing film is made of, for example, TaN, Ta
Nb, W, WN, TaN, TaSiN, Ta, Co, Z
It is made of one or more layers selected from r, ZrN and CuTa alloy. Such a copper diffusion prevention film is composed of 1
Preferably, it has a thickness of 5 to 50 nm.

【0072】前記Cu合金としては、例えばCu−Si
合金、Cu−Al合金、Cu−Si−Al合金、Cu−
Ag合金等を用いることができる。
As the Cu alloy, for example, Cu—Si
Alloy, Cu-Al alloy, Cu-Si-Al alloy, Cu-
An Ag alloy or the like can be used.

【0073】前記CuまたはCu合金からなる配線材料
膜は、スパッタ蒸着、真空蒸着、または無電解メッキ等
により形成される。具体的には、銅もしくは銅合金をス
パッタ法またはCVD法により堆積し、さらに無電解銅
メッキを施して銅または銅合金からなる配線材料膜を形
成する。
The wiring material film made of Cu or Cu alloy is formed by sputter deposition, vacuum deposition, electroless plating, or the like. Specifically, copper or a copper alloy is deposited by a sputtering method or a CVD method, and further subjected to electroless copper plating to form a wiring material film made of copper or a copper alloy.

【0074】前記銅系金属用研磨組成物および銅拡散防
止材料研磨組成物による研磨処理は、例えば前述した図
2に示すポリシング装置が用いて行われる。
The polishing treatment using the polishing composition for a copper-based metal and the polishing composition for a copper diffusion preventing material is carried out, for example, by using the polishing apparatus shown in FIG.

【0075】図2に示すポリシング装置を用いる研磨処
理において、基板ホルダで保持された基板を前記研磨パ
ッドに与える荷重は研磨組成物の組成により適宜選定さ
れるが、例えば50〜1000g/cm2 にすることが
好ましい。
In the polishing process using the polishing apparatus shown in FIG. 2, the load applied to the polishing pad by the substrate held by the substrate holder is appropriately selected depending on the composition of the polishing composition. For example, the load is 50 to 1000 g / cm 2 . Is preferred.

【0076】以上説明した本発明に係わる半導体装置の
製造方法は、まず、半導体基板上の絶縁膜に配線層の形
状に相当する溝およびビアフィルの形状に相当する開口
部から選ばれる少なくとも1つの埋込み用部材を形成
し、前記埋込み用部材の内面を含む前記絶縁膜上に銅拡
散防止膜を形成し、さらに前記銅拡散防止膜上に銅また
は銅合金からなる配線材料膜を形成する。つづいて、銅
と反応して水に難溶性で、かつ銅よりも機械的に脆弱な
銅錯体を生成する水溶性の有機酸と、θ−アルミナ相或
いはベーマイト相を含むアルミナから選らればれる少な
くとも1つの研磨砥粒と、前記有機酸に対して重量割合
で3〜20倍配合される酸化剤と、水とを含有する前述
した銅系金属用研磨組成物と例えば前述した図2に示す
ポリシング装置とを用いて前記配線材料膜を前記埋込み
用部材を除く前記絶縁膜上の前記銅拡散防止膜部分が露
出するまで研磨する。前記銅系金属用研磨組成物は、既
述したようにCu膜またはCu合金膜の浸漬時において
前記Cu膜またはCu合金膜を全く溶解せず、研磨時に
おいてCuまたはCu合金を実用的な速度で研磨でき
る。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention described above, first, at least one embedding selected from a groove corresponding to the shape of a wiring layer and an opening corresponding to the shape of a via fill in an insulating film on a semiconductor substrate. A copper diffusion preventing film is formed on the insulating film including the inner surface of the embedding member, and a wiring material film made of copper or a copper alloy is formed on the copper diffusion preventing film. Subsequently, a water-soluble organic acid that reacts with copper to form a copper complex that is hardly soluble in water and mechanically weaker than copper, and at least one selected from alumina containing a θ-alumina phase or a boehmite phase The polishing composition for a copper-based metal described above containing one abrasive grain, an oxidizing agent that is mixed 3 to 20 times by weight with respect to the organic acid, and water, for example, the polishing shown in FIG. 2 described above. The wiring material film is polished using an apparatus until the copper diffusion preventing film portion on the insulating film excluding the embedding member is exposed. As described above, the polishing composition for a copper-based metal does not dissolve the Cu film or the Cu alloy film at all when the Cu film or the Cu alloy film is immersed, and the Cu or Cu alloy has a practical speed at the time of polishing. Can be polished.

【0077】また、前記銅系金属用研磨組成物は前記銅
拡散防止材料との研磨選択比が高いという特徴を有す
る。このため、前記配線材料膜を短時間でエッチバック
できるとともに、絶縁膜表面に位置する銅拡散防止膜部
分上の前記配線材料膜の研磨終了時期を容易に確認する
ことができる。
Further, the polishing composition for a copper-based metal is characterized in that the polishing selection ratio with the copper diffusion preventing material is high. Therefore, it is possible to etch back the wiring material film in a short time, and it is possible to easily confirm the polishing end time of the wiring material film on the copper diffusion preventing film portion located on the surface of the insulating film.

【0078】このような絶縁膜表面に位置する銅拡散防
止膜部分上の前記CuまたはCu合金の配線材料膜の研
磨終了において、前記銅系金属用研磨組成物に代えてC
uまたはCuと銅拡散防止膜材料との研磨選択比の小さ
い特性を持つ銅拡散防止材料用研磨組成物を用いて前記
絶縁膜上に露出した銅拡散防止膜を研磨することによっ
て、前記銅拡散防止膜ととも表面に露出した配線材料膜
の研磨を抑えつつ前記絶縁膜表面に位置する銅拡散防止
膜部分を除去できる。その結果、前記銅拡散防止膜とと
も表面露に出したCuまたはCu合金からなる配線層お
よびビアフィルから選ばれる少なくとも1つの埋め込み
導電部材に凹部が生じるディシングを防止することがで
きる。
At the end of the polishing of the wiring material film of Cu or Cu alloy on the copper diffusion preventing film portion located on the surface of the insulating film, C is replaced with the polishing composition for copper-based metal.
The copper diffusion preventing film exposed on the insulating film is polished using a polishing composition for a copper diffusion preventing material having a characteristic of a small polishing selectivity between u or Cu and a copper diffusion preventing film material, whereby the copper diffusion is reduced. The copper diffusion prevention film portion located on the insulating film surface can be removed while suppressing the polishing of the wiring material film exposed on the surface together with the prevention film. As a result, it is possible to prevent dishing in which a recess is formed in at least one buried conductive member selected from a wiring layer made of Cu or a Cu alloy and a via fill exposed on the surface together with the copper diffusion preventing film.

【0079】したがって、銅拡散防止膜で囲まれた前記
溝および開口部から選ばれる少なくとも1つの埋込み用
部材に配線層およびビアフィルから選ばれる少なくとも
1つの埋め込み導電部材をディシングを抑制して形成す
ることができるため、配線材料であるCuが前記絶縁膜
に拡散するのを前記銅拡散防止膜で阻止し、Cuによる
半導体基板の汚染を防止することが可能な半導体装置を
製造することができる。
Therefore, at least one buried conductive member selected from a wiring layer and a via fill is formed in at least one buried member selected from the groove and the opening surrounded by the copper diffusion preventing film while suppressing dishing. Accordingly, it is possible to manufacture a semiconductor device capable of preventing Cu as a wiring material from diffusing into the insulating film with the copper diffusion preventing film and preventing contamination of the semiconductor substrate with Cu.

【0080】さらに、非イオン性、両性イオン性、陰イ
オン性、陽イオン性の界面活性剤がさらに含有する銅系
金属用研磨組成物を用いれば、前記エッチバック工程に
おいてCuまたはCu合金からなる配線材料膜とSiO
2 のような絶縁膜との選択研磨性を高めることができ
る。その結果、下地の絶縁膜の膜減り(シンニング)を
抑制でき、絶縁耐圧の高い半導体装置を製造することが
可能になる。また、このような界面活性剤を含む研磨組
成物を用いることによって、前記エッチバック工程後の
洗浄において前記絶縁膜上に残留した微細な配線材料お
よび有機物等の汚染物質を容易に除去することが可能に
なる。したがって、絶縁膜表面の有機物や残留配線材料
が除去された清浄な表面を有する半導体装置を製造する
ことができる。
Further, if a polishing composition for a copper-based metal further containing a nonionic, zwitterionic, anionic, or cationic surfactant is used, Cu or a Cu alloy is used in the etch-back step. Wiring material film and SiO
Selective polishing with an insulating film such as 2 can be improved. As a result, thinning of the underlying insulating film can be suppressed, and a semiconductor device with high withstand voltage can be manufactured. In addition, by using the polishing composition containing such a surfactant, it is possible to easily remove fine wiring materials and contaminants such as organic substances remaining on the insulating film in cleaning after the etch-back step. Will be possible. Therefore, it is possible to manufacture a semiconductor device having a clean surface from which organic substances and residual wiring materials on the surface of the insulating film are removed.

【0081】次に、本発明に係わるデュアルダマシン構
造の配線を有する半導体装置の製造方法を説明する。
Next, a method of manufacturing a semiconductor device having a wiring having a dual damascene structure according to the present invention will be described.

【0082】まず、半導体基板上の絶縁膜に配線層に相
当する形状の溝およびこの溝底部の一部に位置する前記
層間絶縁膜部分に前記半導体基板表面に達する開口部を
形成する。つづいて、この溝および開口部の内面を含む
前記絶縁膜上に銅拡散防止膜を形成する。この銅拡散防
止膜上に銅または銅合金からなる配線材料膜を形成した
後、前述した組成を有する銅系金属用研磨組成物を用い
て前記配線材料膜を前記溝および開口部を除く前記絶縁
膜上の前記銅拡散防止膜部分が露出するまで研磨する。
次いで、前記銅系金属用研磨組成物に代えて前述した組
成の銅拡散防止材料用研磨組成物を用いて前記溝および
開口部を除く前記絶縁膜上の前記銅拡散防止膜部分を研
磨し、それによって前記開口部および前記溝内に表面を
除く周囲が前記銅拡散防止膜で覆われたデュアルダマシ
ン構造を有する配線を形成して半導体装置を製造する。
First, a groove having a shape corresponding to a wiring layer is formed in an insulating film on a semiconductor substrate, and an opening reaching the surface of the semiconductor substrate is formed in the interlayer insulating film located at a part of the bottom of the groove. Subsequently, a copper diffusion preventing film is formed on the insulating film including the inner surface of the groove and the opening. After forming a wiring material film made of copper or a copper alloy on the copper diffusion preventing film, the wiring material film is subjected to the insulation except for the grooves and openings using a polishing composition for a copper-based metal having the above-described composition. Polishing is performed until the copper diffusion preventing film portion on the film is exposed.
Then, polishing the copper diffusion prevention film portion on the insulating film except for the grooves and openings using the copper diffusion prevention material polishing composition of the above composition instead of the copper-based metal polishing composition, As a result, a wiring having a dual damascene structure in which the periphery except the surface is covered with the copper diffusion preventing film in the opening and the groove is formed, thereby manufacturing a semiconductor device.

【0083】前記開口部が位置する前記半導体基板の表
面には、前記基板と同一導電型もしくは前記基板と反対
導電型の拡散層を形成することを許容する。前者の拡散
層は、基板バイアス用として利用でき、後者の拡散層は
配線層として利用することができる。
On the surface of the semiconductor substrate where the opening is located, a diffusion layer of the same conductivity type as the substrate or a conductivity type opposite to the substrate is allowed to be formed. The former diffusion layer can be used as a substrate bias, and the latter diffusion layer can be used as a wiring layer.

【0084】前記絶縁膜としては、例えばシリコン酸化
膜、ボロン添加ガラス膜(BPSG膜)、リン添加ガラ
ス膜(PSG膜)等を用いることができる。この絶縁膜
は、表面に窒化シリコン、炭素、アルミナ、窒化ホウ
素、ダイヤモンド等からなる絶縁性の研磨ストッパ膜が
被覆されることを許容する。
As the insulating film, for example, a silicon oxide film, a boron-doped glass film (BPSG film), a phosphorus-doped glass film (PSG film), or the like can be used. This insulating film allows its surface to be covered with an insulating polishing stopper film made of silicon nitride, carbon, alumina, boron nitride, diamond, or the like.

【0085】前記絶縁膜は、前述した比誘電率が3.5
以下の絶縁材料から作られることが好ましい。このよう
な比誘電率を有する絶縁膜を用いることによって、この
絶縁膜に埋設された銅または銅合金からなるデュアルダ
マシン構造の配線層の信号伝播速度を高めることが可能
になる。
The insulating film has the above-mentioned relative dielectric constant of 3.5.
It is preferably made from the following insulating materials: By using an insulating film having such a relative dielectric constant, it is possible to increase the signal propagation speed of a wiring layer having a dual damascene structure made of copper or a copper alloy embedded in the insulating film.

【0086】前記絶縁膜に溝および開口部を形成するに
は、例えば: (1)前記絶縁膜に配線層の形状に相当する溝をエッチ
ング技術により形成した後、この溝底部の一部を選択的
にエッチングして前記半導体基板の表面に達する開口部
を形成する方法;または (2)前記絶縁膜に選択エッチング技術によりホールを
その底部から前記基板表面までの厚さが後述する溝の深
さ相当するように形成した後、前記ホールを含む前記絶
縁膜に選択的にエッチングして配線層の形状に相当する
溝を形成するとともに、前記ホール底部の絶縁膜部分を
除去する方法;が採用される。
To form a groove and an opening in the insulating film, for example, (1) After forming a groove corresponding to the shape of a wiring layer in the insulating film by an etching technique, a part of the groove bottom is selected. A method of forming an opening reaching the surface of the semiconductor substrate by selective etching; or (2) forming a hole in the insulating film by a selective etching technique from the bottom to the depth of the groove whose thickness from the bottom to the surface of the substrate will be described later. And then selectively etching the insulating film including the hole to form a groove corresponding to the shape of the wiring layer and removing the insulating film portion at the bottom of the hole. You.

【0087】前記銅拡散防止膜は、例えばTaN、Ta
Nb、W,WN,TaN,TaSiN,Ta,Co,C
o,Zr,ZrNおよびCuTa合金から選ばれる1層
または2層以上から作られる。このような銅拡散防止膜
は、15〜50nmの厚さを有することが好ましい。
The copper diffusion preventing film is made of, for example, TaN, Ta
Nb, W, WN, TaN, TaSiN, Ta, Co, C
It is made of one or more layers selected from o, Zr, ZrN and CuTa alloy. Such a copper diffusion barrier film preferably has a thickness of 15 to 50 nm.

【0088】前記Cu合金としては、例えばCu−Si
合金、Cu−Al合金、Cu−Si−Al合金、Cu−
Ag合金等を用いることができる。
As the Cu alloy, for example, Cu—Si
Alloy, Cu-Al alloy, Cu-Si-Al alloy, Cu-
An Ag alloy or the like can be used.

【0089】前記CuまたはCu合金からなる配線材料
膜は、スパッタ蒸着、真空蒸着、または無電解メッキ等
により形成される。具体的には、銅もしくは銅合金をス
パッタ法またはCVD法により堆積し、さらに無電解銅
メッキを施して銅または銅合金からなる配線材料膜を形
成する。
The wiring material film made of Cu or Cu alloy is formed by sputter deposition, vacuum deposition, electroless plating, or the like. Specifically, copper or a copper alloy is deposited by a sputtering method or a CVD method, and further subjected to electroless copper plating to form a wiring material film made of copper or a copper alloy.

【0090】前記研磨組成物による研磨処理は、例えば
前述した図2に示すポリシング装置が用いて行われる。
The polishing treatment with the polishing composition is performed, for example, by using the polishing apparatus shown in FIG.

【0091】前述した図2に示すポリシング装置を用い
る研磨処理において、基板ホルダで保持された基板を前
記研磨パッドに与える荷重は研磨組成物の組成により適
宜選定されるが、例えば50〜1000g/cm2 にす
ることが好ましい。
In the polishing process using the polishing apparatus shown in FIG. 2, the load applied to the polishing pad by the substrate held by the substrate holder is appropriately selected depending on the composition of the polishing composition. Preferably it is 2 .

【0092】以上説明した本発明によれば、前記絶縁膜
の前記溝および開口部内に銅拡散防止膜で周囲が覆われ
てCuによる半導体基板の汚染を防止することが可能
で、かつディシングを抑制した高精度のデュアルダマシ
ン構造を有する配線層を有する半導体装置を製造するこ
とができる。
According to the present invention described above, the periphery of the trench and the opening of the insulating film is covered with the copper diffusion preventing film, so that contamination of the semiconductor substrate by Cu can be prevented and dishing can be suppressed. A semiconductor device having a wiring layer having a highly accurate dual damascene structure can be manufactured.

【0093】次に、本発明に係わる多層配線構造を有す
る半導体装置の製造方法を説明する。
Next, a method of manufacturing a semiconductor device having a multilayer wiring structure according to the present invention will be described.

【0094】まず、半導体基板上の第1絶縁膜に少なく
とも第1ビアフィルに相当する形状の第1開口部を形成
する。この第1開口部の内面を含む前記第1絶縁膜上に
第1銅拡散防止膜を形成する。つづいて、この第1銅拡
散防止膜上に銅または銅合金からなる第1配線材料膜を
形成した後、前述した組成の銅系金属用研磨組成物を用
いて前記第1配線材料膜を前記第1開口部を除く前記第
1絶縁膜上の前記第1銅拡散防止膜部分が露出するまで
研磨する。ひきつづき、前記銅系金属用研磨組成物に代
えて前述した組成の銅拡散防止材料用研磨組成物を用い
て前記第1開口部を除く前記第1絶縁膜上の前記銅拡散
防止膜部分を研磨し、それによって前記第1開口部に表
面を除く周囲が前記第1銅拡散防止膜で覆われた第1ビ
アフィルを形成する。
First, a first opening having a shape corresponding to at least a first via fill is formed in a first insulating film on a semiconductor substrate. A first copper diffusion preventing film is formed on the first insulating film including the inner surface of the first opening. Subsequently, after forming a first wiring material film made of copper or a copper alloy on the first copper diffusion preventing film, the first wiring material film is formed by using the copper-based metal polishing composition having the above-described composition. Polishing is performed until the first copper diffusion preventing film portion on the first insulating film excluding the first opening is exposed. Subsequently, the copper diffusion preventing film portion on the first insulating film excluding the first opening is polished by using the copper diffusion preventing material polishing composition having the above-described composition instead of the copper-based metal polishing composition. Accordingly, a first via fill is formed in the first opening, the periphery of which is covered with the first copper diffusion preventing film except for the surface.

【0095】次いで、前記第1ビアフィルを含む前記第
1絶縁膜上に第2絶縁膜を形成する。この第2絶縁膜に
少なくとも前記第1ビアフィルに到達する第2ビアフィ
ルに相当する形状の第2開口部を形成する。この第2開
口部を含む前記第2絶縁膜上に第2銅拡散防止膜を形成
する。つづいて、この第2銅拡散防止膜上に銅または銅
合金からなる第2配線材料膜を形成した後、前述した組
成の銅系金属用研磨組成物を用いて前記第2配線材料膜
を前記第2開口部を除く前記第2絶縁膜上の前記第2銅
拡散防止膜部分が露出するまで研磨する。ひきつづき、
銅系金属用研磨組成物の代わりに前述した組成の銅拡散
防止材料用研磨組成物を用いて前記第2開口部を除く前
記第2絶縁膜上の前記銅拡散防止膜部分を研磨し、それ
によって前記第2開口部に表面を除く周囲が前記第2銅
拡散防止膜で覆われた前記第2ビアフィルを形成するこ
とにより多層配線構造を有する半導体装置を製造する。
Next, a second insulating film is formed on the first insulating film including the first via fill. A second opening having a shape corresponding to the second via fill reaching at least the first via fill is formed in the second insulating film. A second copper diffusion preventing film is formed on the second insulating film including the second opening. Subsequently, after a second wiring material film made of copper or a copper alloy is formed on the second copper diffusion preventing film, the second wiring material film is formed by using the copper-based metal polishing composition having the above-described composition. Polishing is performed until the second copper diffusion preventing film portion on the second insulating film excluding the second opening is exposed. Continued,
Polishing the copper diffusion prevention film portion on the second insulating film except for the second opening using the copper diffusion prevention material polishing composition having the above-described composition instead of the copper-based metal polishing composition, By forming the second via fill in which the periphery except the surface is covered with the second copper diffusion preventing film in the second opening, a semiconductor device having a multilayer wiring structure is manufactured.

【0096】前記第1ビアフィルが位置する前記半導体
基板の表面には、前記基板と同一導電型もしくは前記基
板と反対導電型の拡散層を形成することを許容する。前
者の拡散層は、基板バイアス用として利用でき、後者の
拡散層は配線層として利用することができる。
On the surface of the semiconductor substrate where the first via fill is located, a diffusion layer of the same conductivity type as the substrate or a conductivity type opposite to the substrate is allowed to be formed. The former diffusion layer can be used as a substrate bias, and the latter diffusion layer can be used as a wiring layer.

【0097】前記第1、第2の絶縁膜としては、例えば
シリコン酸化膜、ボロン添加ガラス膜(BPSG膜)、
リン添加ガラス膜(PSG膜)等を用いることができ
る。前記第2絶縁膜は、表面に窒化シリコン、炭素、ア
ルミナ、窒化ホウ素、ダイヤモンド等からなる絶縁性の
研磨ストッパ膜が被覆されることを許容する。
As the first and second insulating films, for example, a silicon oxide film, a boron-doped glass film (BPSG film),
A phosphorus-added glass film (PSG film) or the like can be used. The second insulating film allows the surface to be covered with an insulating polishing stopper film made of silicon nitride, carbon, alumina, boron nitride, diamond, or the like.

【0098】前記第1、第2の絶縁膜のうちの少なくと
も一方の絶縁膜は、前述した比誘電率が3.5以下の絶
縁材料から作られることが好ましい。
It is preferable that at least one of the first and second insulating films is made of the above-mentioned insulating material having a relative dielectric constant of 3.5 or less.

【0099】前記銅拡散防止膜は、例えばTaN、Ta
Nb、W,WN,TaN,TaSiN,Ta,Co,C
o,Zr,ZrNおよびCuTa合金から選ばれる1層
または2層以上から作られる。このような銅拡散防止膜
は、15〜50nmの厚さを有することが好ましい。
The copper diffusion preventing film is made of, for example, TaN, Ta
Nb, W, WN, TaN, TaSiN, Ta, Co, C
It is made of one or more layers selected from o, Zr, ZrN and CuTa alloy. Such a copper diffusion barrier film preferably has a thickness of 15 to 50 nm.

【0100】前記Cu合金としては、例えばCu−Si
合金、Cu−Al合金、Cu−Si−Al合金、Cu−
Ag合金等を用いることができる。
As the Cu alloy, for example, Cu—Si
Alloy, Cu-Al alloy, Cu-Si-Al alloy, Cu-
An Ag alloy or the like can be used.

【0101】前記CuまたはCu合金からなる第1、第
2の配線材料膜は、スパッタ蒸着、真空蒸着、または無
電解メッキ等により形成される。具体的には、銅もしく
は銅合金をスパッタ法またはCVD法により堆積し、さ
らに無電解銅メッキを施して銅または銅合金からなる第
1、第2の配線材料膜を形成する。
The first and second wiring material films made of Cu or Cu alloy are formed by sputter deposition, vacuum deposition, electroless plating, or the like. Specifically, copper or a copper alloy is deposited by a sputtering method or a CVD method, and further subjected to electroless copper plating to form first and second wiring material films made of copper or a copper alloy.

【0102】前記各研磨組成物による研磨処理は、例え
ば前述した図2に示すポリシング装置が用いて行われ
る。
The polishing treatment with each of the polishing compositions is performed, for example, by using the polishing apparatus shown in FIG.

【0103】図2に示すポリシング装置を用いる研磨処
理において、基板ホルダで保持された基板を前記研磨パ
ッドに与える荷重は研磨組成物の組成により適宜選定さ
れるが、例えば50〜1000g/cm2 にすることが
好ましい。
In the polishing treatment using the polishing apparatus shown in FIG. 2, the load applied to the polishing pad by the substrate held by the substrate holder is appropriately selected depending on the composition of the polishing composition. For example, the load is 50 to 1000 g / cm 2 . Is preferred.

【0104】前記第1配線材料膜の研磨に用いる銅系金
属用研磨組成物と前記第2配線材料膜の研磨に用いる銅
系金属用研磨組成物とは、互いに成分組成および組成比
率が同一であっても、互いに成分組成または組成比率が
異なってもよい。
The polishing composition for copper-based metal used for polishing the first wiring material film and the polishing composition for copper-based metal used for polishing the second wiring material film have the same component composition and composition ratio. Even if they are present, their component compositions or composition ratios may be different from each other.

【0105】前記第1銅拡散防止膜の研磨に用いる銅拡
散防止材料用研磨組成物と前記第2銅拡散防止膜の研磨
に用いる銅拡散防止材料用研磨組成物とは、互いに成分
組成および組成比率が同一であっても、互いに成分組成
または組成比率が異なってもよい。
The polishing composition for a copper diffusion preventing material used for polishing the first copper diffusion preventing film and the polishing composition for a copper diffusion preventing material used for polishing the second copper diffusion preventing film have the same component composition and composition. Even if the ratio is the same, the component composition or the composition ratio may be different from each other.

【0106】以上説明した本発明に係わる半導体装置の
製造方法によれば、第1絶縁膜に半導体基板表面に達
し、かつ銅拡散防止膜で周囲が覆われた銅または銅合金
からなる高精度の第1ビアフィルを少なくとも形成で
き、さらに第2絶縁膜に前記第1ビアフィルに接続さ
れ、銅拡散防止膜で周囲が覆われた銅または銅合金から
なる高精度の第2ビアフィルを少なくとも形成できる。
その結果、銅または銅合金からなり、Cuによる半導体
基板の汚染を防止することが可能な多層配線構造を有す
る半導体装置を得ることができる。
According to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention described above, a high-precision copper or copper alloy made of copper or a copper alloy whose first insulating film reaches the semiconductor substrate surface and whose periphery is covered with a copper diffusion preventing film is used. At least a first via fill can be formed, and at least a high-accuracy second via fill made of copper or a copper alloy connected to the first via fill and covered with a copper diffusion prevention film can be formed on a second insulating film.
As a result, a semiconductor device made of copper or a copper alloy and having a multilayer wiring structure capable of preventing contamination of the semiconductor substrate with Cu can be obtained.

【0107】[0107]

【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照
しして詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0108】(実施例1)前述した図2に示すポリシン
グ装置および下記組成の銅系金属用研磨組成物を用いて
基板ホルダ5にCu膜およびTaN膜がそれぞれ成膜さ
れたシリコンウェハをそのCu膜(またはTaN膜)が
研磨パッド(ローデル社製商品名;IC1000)2側
に対向するように逆さにして保持し、支持軸4により前
記ウェハを研磨パッド2に150gf/cm2 の荷重を
与え、さらに前記ターンテーブル1およびホルダ5をそ
れぞれ103rpm、100rpmの速度で同方向に回
転させながら、銅系金属用研磨組成物を供給管3から1
00mL/分の速度で前記研磨パッド2に供給すること
によって、前記Cu膜およびTaN膜の研磨を行なっ
た。
(Example 1) A silicon wafer having a Cu film and a TaN film formed on a substrate holder 5 using the polishing apparatus shown in FIG. The film (or TaN film) is held upside down so as to face the polishing pad (trade name: IC1000, manufactured by Rodel) 2, and a load of 150 gf / cm 2 is applied to the polishing pad 2 by the support shaft 4. Further, while rotating the turntable 1 and the holder 5 in the same direction at a speed of 103 rpm and 100 rpm, respectively, the polishing composition for copper-based metal
The Cu film and the TaN film were polished by supplying the polishing pad 2 at a rate of 00 mL / min.

【0109】<銅系金属用研磨組成物;各成分量は水に
対する割合> ・2−キノリンカルボン酸(キナルジン酸);0.67
重量%、 ・乳酸;0.67重量%、 ・θ−アルミナ相を含むアルミナ;1.67重量%、 ・過酸化水素;4.67重量%、 ・ドデシル硫酸アンモニウム;0.576重量%、 ・ポリビニルピロリドン(PVP);0.4重量%。
<Polishing composition for copper-based metal; each component is in proportion to water> 2-quinolinecarboxylic acid (quinaldic acid); 0.67
Lactic acid; 0.67% by weight; Alumina containing θ-alumina phase; 1.67% by weight; Hydrogen peroxide; 4.67% by weight; Ammonium dodecyl sulfate; 0.576% by weight; Pyrrolidone (PVP); 0.4% by weight.

【0110】また、下記組成の銅拡散防止材料用研磨組
成物を用いた以外、前述したのと同様な条件でCu膜お
よびTaN膜の研磨を行なった。
The Cu film and the TaN film were polished under the same conditions as described above, except that a polishing composition for a copper diffusion preventing material having the following composition was used.

【0111】<銅拡散防止材料用研磨組成物;各成分量
は水に対する割合> ・2−キノリンカルボン酸(キナルジン酸);0.67
重量%、 ・乳酸;0.67重量%、 ・θ−アルミナ相を含むアルミナ;1.67重量%、 ・過酸化水素;17重量%、 ・ドデシル硫酸アンモニウム;0.576重量%、 ・ポリビニルピロリドン(PVP);0.4重量%。
<Polishing Composition for Copper Diffusion Preventing Material; Each Component is Percentage of Water> 2-quinolinecarboxylic acid (quinaldic acid); 0.67
Lactic acid; 0.67% by weight; Alumina containing θ-alumina phase; 1.67% by weight; hydrogen peroxide; 17% by weight; ammonium dodecyl sulfate; 0.576% by weight; polyvinylpyrrolidone ( PVP); 0.4% by weight.

【0112】(比較例1)下記組成の銅系金属用研磨組
成物を用いた以外、実施例1と同様な条件でCu膜およ
びTaN膜の研磨を行なった。
Comparative Example 1 A Cu film and a TaN film were polished under the same conditions as in Example 1 except that a polishing composition for a copper-based metal having the following composition was used.

【0113】<銅系金属用研磨組成物;各成分量は水に
対する割合> ・2−キノリンカルボン酸(キナルジン酸);0.67
重量%、 ・乳酸;0.67重量%、 ・コロイダルシリカ;4.4重量%、 ・コロイダルアルミナ;1.47重量%、 ・過酸化水素;4.67重量%、 ・ドデシル硫酸アンモニウム;0.576重量%、 ・ポリビニルピロリドン(PVP);0.4重量%。
<Polishing composition for copper-based metal; the amount of each component is relative to water> 2-quinolinecarboxylic acid (quinaldic acid); 0.67
Lactic acid; 0.67% by weight Colloidal silica: 4.4% by weight Colloidal alumina: 1.47% by weight Hydrogen peroxide: 4.67% by weight Ammonium dodecyl sulfate: 0.576 % By weight Polyvinylpyrrolidone (PVP); 0.4% by weight.

【0114】実施例1の銅系金属用研磨組成物、銅拡散
防止材料用研磨組成物および比較例1の銅系金属用研磨
組成物によるCu,TaNの研磨速度を測定した。
The polishing rates of Cu and TaN by the polishing composition for a copper-based metal, the polishing composition for a copper diffusion preventing material of Example 1, and the polishing composition for a copper-based metal of Comparative Example 1 were measured.

【0115】その結果、実施例1の銅系金属用研磨組成
物によるCu,TaNの研磨速度は、比較例1のそれに
比べてそれぞれ倍になり、かつCu/TaNの研磨選択
比は25であった。
As a result, the polishing rates of Cu and TaN by the polishing composition for a copper-based metal of Example 1 were doubled as compared with those of Comparative Example 1, and the polishing selectivity of Cu / TaN was 25. Was.

【0116】また、実施例1の銅拡散防止材料用研磨組
成物によるCu,TaNの研磨速度は、実施例1の銅系
金属用研磨組成物に比べてそれぞれ0.6倍、2倍にな
り、かつCu/TaNの研磨選択比は25から7に減少
した。
Further, the polishing rate of Cu and TaN by the polishing composition for copper diffusion preventing material of Example 1 is 0.6 times and 2 times that of the polishing composition for copper-based metal of Example 1, respectively. And the polishing selectivity of Cu / TaN was reduced from 25 to 7.

【0117】(実施例2)下記組成の銅系金属用研磨組
成物を用い、荷重を500gf/cm2 にした以外、実
施例1と同様な条件でCu膜およびTaN膜の研磨を行
なった。
Example 2 A Cu film and a TaN film were polished under the same conditions as in Example 1 except that a load was set to 500 gf / cm 2 using a polishing composition for a copper-based metal having the following composition.

【0118】<銅系金属用研磨組成物;各成分量は水に
対する割合> ・2−キノリンカルボン酸(キナルジン酸);0.67
重量%、 ・乳酸;0.67重量%、 ・ベーマイト相を含むアルミナ;0.83重量%、 ・過酸化水素;4.67重量%、 ・ドデシル硫酸アンモニウム;0.576重量%、 ・ポリビニルピロリドン(PVP);0.4重量%。
<Polishing composition for copper-based metal; each component is in proportion to water> 2-quinoline carboxylic acid (quinaldic acid); 0.67
Lactic acid; 0.67% by weight; Alumina containing boehmite phase; 0.83% by weight; Hydrogen peroxide; 4.67% by weight; Ammonium dodecyl sulfate; 0.576% by weight; Polyvinylpyrrolidone ( PVP); 0.4% by weight.

【0119】また、下記組成の銅拡散防止材料用研磨組
成物を用い、荷重を500gf/cm2 にした以外、実
施例1と同様な条件でCu膜およびTaN膜の研磨を行
なった。
The Cu film and the TaN film were polished under the same conditions as in Example 1 except that the load was set to 500 gf / cm 2 using the polishing composition for a copper diffusion preventing material having the following composition.

【0120】<銅拡散防止材料用研磨組成物;各成分量
は水に対する割合> ・2−キノリンカルボン酸(キナルジン酸);0.67
重量%、 ・乳酸;0.67重量%、 ・ベーマイト相を含むアルミナ;0.83重量%、 ・過酸化水素;17重量%、 ・ドデシル硫酸アンモニウム;0.576重量%、 ・ポリビニルピロリドン(PVP);0.4重量%。
<Polishing Composition for Copper Diffusion Prevention Material; Each Component is in Ratio to Water> 2-Quinolinecarboxylic acid (quinaldic acid); 0.67
Lactic acid; 0.67% by weight Alumina containing boehmite phase; 0.83% by weight Hydrogen peroxide: 17% by weight Ammonium dodecyl sulfate; 0.576% by weight Polyvinyl pyrrolidone (PVP) 0.4% by weight;

【0121】(比較例2)比較例1と同様な組成の銅系
金属用研磨組成物を用い、かつ荷重を500gf/cm
2 にした以外、実施例1と同様な条件でCu膜およびT
aN膜の研磨を行なった。
Comparative Example 2 A polishing composition for a copper-based metal having the same composition as in Comparative Example 1 was used, and the load was 500 gf / cm.
2 and the Cu film and T under the same conditions as in Example 1.
The aN film was polished.

【0122】比較例2の銅系金属用研磨組成物、銅拡散
防止材料用研磨組成物および比較例2の銅系金属用研磨
組成物によるCu,TaNの研磨速度を測定した。
The polishing rates of Cu and TaN by the polishing composition for a copper-based metal of Comparative Example 2, the polishing composition for a copper diffusion preventing material, and the polishing composition for a copper-based metal of Comparative Example 2 were measured.

【0123】その結果、実施例2の銅系金属用研磨組成
物によるCu,TaNの研磨速度は、比較例2のそれに
比べてそれぞれ0.5倍になり、かつCu/TaNの研
磨選択比は50であった。
As a result, the polishing rate of Cu and TaN by the polishing composition for copper-based metal of Example 2 was 0.5 times that of Comparative Example 2, and the polishing selectivity of Cu / TaN was It was 50.

【0124】また、実施例2の銅拡散防止材料用研磨組
成物によるCu,TaNの研磨速度は、実施例2の銅系
金属用研磨組成物に比べてそれぞれ0.5倍、2.5倍
になり、かつCu/TaNの研磨選択比は50から10
に減少した。
The polishing rate for Cu and TaN by the polishing composition for copper diffusion preventing material of Example 2 was 0.5 times and 2.5 times that of the polishing composition for copper-based metals of Example 2, respectively. And the polishing selectivity of Cu / TaN is 50 to 10
Decreased to.

【0125】(実施例3)下記組成の銅拡散防止材料用
研磨組成物を用いた以外、実施例1と同様な条件でCu
膜およびTaN膜の研磨を行なった。
(Example 3) The same conditions as in Example 1 were used except that a polishing composition for a copper diffusion preventing material having the following composition was used.
The film and the TaN film were polished.

【0126】<銅拡散防止材料用研磨組成物;各成分量
は水に対する割合> ・2−キノリンカルボン酸(キナルジン酸);0.67
重量%、 ・乳酸;0.67重量%、 ・バイヤライト;0.83重量%、 ・過酸化水素;17重量%、 ・ドデシル硫酸アンモニウム;0.576重量%、 ・ポリビニルピロリドン(PVP);0.4重量%。
<Polishing Composition for Copper Diffusion Preventing Material; Each Component is in Percentage of Water> 2-quinolinecarboxylic acid (quinaldic acid); 0.67
Lactic acid; 0.67% by weight; bayerite; 0.83% by weight; hydrogen peroxide; 17% by weight; ammonium dodecyl sulfate; 0.576% by weight; polyvinylpyrrolidone (PVP); 4% by weight.

【0127】実施例3の銅拡散防止材料用研磨組成物に
よるCu,TaNの研磨速度を測定した。その結果、こ
の銅拡散防止材料用研磨組成物によるCu,TaNの研
磨速度は比較例1の銅系金属用研磨組成物に比べてそれ
ぞれ0.005倍、0.5倍になり、かつCu/TaN
の研磨選択比は0.1であった。
The polishing rate of Cu and TaN by the polishing composition for a copper diffusion preventing material of Example 3 was measured. As a result, the polishing rate of Cu and TaN by the polishing composition for copper diffusion preventing material was 0.005 times and 0.5 times respectively that of the polishing composition for copper-based metal of Comparative Example 1, and Cu / TaN
Was 0.1.

【0128】(実施例4)まず、図4の(A)に示すよ
うに表面に図示しないソース、ドレイン等の拡散層が形
成されたシリコン基板21上にCVD法により層間絶縁
膜としての例えば厚さ1000nmのSiO2 膜22を
堆積した後、前記SiO2 膜22にフォトエッチング技
術により配線層に相当する形状を有する深さ500nm
の複数の溝23を形成した。つづいて、図4の(B)に
示すように前記溝23を含む前記SiO2 膜22上にス
パッタ蒸着により厚さ15nmのTaNからなる銅拡散
防止膜24および厚さ600nmのCu膜25をこの順
序で形成した。
(Example 4) First, as shown in FIG. 4A, on a silicon substrate 21 on which a diffusion layer such as a source and a drain (not shown) is formed on the surface, for example, a thick film as an interlayer insulating film is formed by a CVD method. after depositing the SiO 2 film 22 of 1000nm is, the depth 500nm having a shape corresponding to the wiring layer by photoetching technique on the SiO 2 film 22
Are formed. Subsequently, as shown in FIG. 4B, a copper diffusion preventing film 24 made of TaN having a thickness of 15 nm and a Cu film 25 having a thickness of 600 nm are formed on the SiO 2 film 22 including the groove 23 by sputtering. Formed in order.

【0129】次いで、前述した図2に示すポリシング装
置の基板ホルダ5に図4の(B)に示す基板21を逆さ
にして保持し、前記ホルダ5の支持軸4により前記基板
をターンテーブル1上のローデル社製商品名;IC10
00からなる研磨パッド2に500g/cm2 の荷重を
与え、前記ターンテーブル1およびホルダ5をそれぞれ
103rpm、100rpmの速度で同方向に回転させ
ながら、銅系金属用研磨組成物を供給管3から50ml
/分の速度で前記研磨パッド2に供給して前記基板21
に形成したCu膜25を前記SiO2 膜22上の前記銅
拡散防止膜24の表面が露出するまで研磨した。ここ
で、前記銅系金属用研磨組成物として2−キノリンカル
ボン酸(キナルジン酸)0.67重量%、乳酸0.67
重量%、θ−アルミナ相を含むアルミナ1.67重量
%、過酸化水素4.67重量%、ドデシル硫酸アンモニ
ウム0.576重量%、ポリビニルピロリドン(PV
P)0.4重量%および水の組成を有するものを用い
た。前記研磨工程において、前記研磨組成物はCu膜と
の接触時のエッチングが全く起こらず、前記研磨パッド
による研磨時の研磨速度が約600nm/分であった。
このため、研磨工程において図4の(B)に示す凸状の
Cu膜25は前記研磨パッドと機械的に接触する表面か
ら優先的にポリシングされた。
Next, the substrate 21 shown in FIG. 4B is held upside down on the substrate holder 5 of the polishing apparatus shown in FIG. 2, and the substrate is placed on the turntable 1 by the support shaft 4 of the holder 5. Product name of Rodel; IC10
The polishing pad 2 consisting of 00 apply a load of 500 g / cm 2, 103 rpm the turntable 1 and the holder 5, respectively, while rotating in the same direction at 100rpm speed, the copper-based metal polishing composition from the supply pipe 3 50 ml
/ Min to the polishing pad 2 and supply the substrate 21
The Cu film 25 formed as described above was polished until the surface of the copper diffusion preventing film 24 on the SiO 2 film 22 was exposed. Here, as the polishing composition for a copper-based metal, 0.67% by weight of 2-quinolinecarboxylic acid (quinaldic acid) and 0.67% of lactic acid were used.
% By weight, 1.67% by weight of alumina containing a θ-alumina phase, 4.67% by weight of hydrogen peroxide, 0.576% by weight of ammonium dodecyl sulfate, polyvinylpyrrolidone (PV
P) A composition having a composition of 0.4% by weight and water was used. In the polishing step, the polishing composition did not undergo any etching at the time of contact with the Cu film, and the polishing rate at the time of polishing with the polishing pad was about 600 nm / min.
For this reason, in the polishing step, the convex Cu film 25 shown in FIG. 4B was preferentially polished from the surface that is in mechanical contact with the polishing pad.

【0130】次いで、前述したCu膜研磨に用いたポリ
シング装置に隣接された図2と同構造を有する別のポリ
シング装置の基板ホルダ5に図4の(B)に示す基板2
1を逆さにして保持し、前記ホルダ5の支持軸4により
前記基板をターンテーブル1上のローデル社製商品名;
IC1000からなる研磨パッド2に500g/cm 2
の荷重を与え、前記ターンテーブル1およびホルダ5を
それぞれ103rpm、100rpmの速度で同方向に
回転させながら、銅拡散防止材料用研磨組成物を供給管
3から100ml/分の速度で前記研磨パッド2に供給
して前記基板21に形成した銅拡散防止膜24を前記S
iO2 膜22表面が露出するまで研磨した。ここで、前
記銅拡散防止材料用研磨組成物として2−キノリンカル
ボン酸(キナルジン酸)0.67重量%、乳酸0.67
重量%、θ−アルミナ相を含むアルミナ1.67重量
%、過酸化水素17重量%、ドデシル硫酸アンモニウム
0.576重量%、ポリビニルピロリドン(PVP)
0.4重量%および水の組成を有するものを用いた。そ
の結果、図4の(C)に示すように前記溝23内に銅拡
散防止膜24が残存すると共に、前記銅拡散防止膜24
で覆われた前記溝23内にデッシングが抑制された前記
SiO2 膜22表面とほぼ面一な埋め込みCu配線層2
6が形成された。
Next, the polysilicon used for polishing the Cu film was used.
Another poly-element having the same structure as that of FIG.
The substrate 2 shown in FIG.
1 is held upside down, and is supported by the support shaft 4 of the holder 5.
The substrate is made on a turntable 1 by a trade name of Rodel;
500 g / cm on polishing pad 2 made of IC1000 Two
Of the turntable 1 and the holder 5
In the same direction at a speed of 103 rpm and 100 rpm respectively
While rotating, supply pipe for polishing composition for copper diffusion prevention material
Supply to the polishing pad 2 at a rate of 3 to 100 ml / min
The copper diffusion preventing film 24 formed on the substrate 21
iOTwoPolishing was performed until the surface of the film 22 was exposed. Where before
2-quinolinecal as a polishing composition for a copper diffusion preventing material
Bonic acid (quinaldic acid) 0.67% by weight, lactic acid 0.67
1.67% by weight of alumina containing θ-alumina phase
%, Hydrogen peroxide 17% by weight, ammonium dodecyl sulfate
0.576% by weight, polyvinylpyrrolidone (PVP)
One having a composition of 0.4% by weight and water was used. So
As a result, as shown in FIG.
The diffusion preventing film 24 remains and the copper diffusion preventing film 24
The dishing is suppressed in the groove 23 covered with
SiOTwoBuried Cu wiring layer 2 substantially flush with the surface of film 22
6 was formed.

【0131】さらに、前記ポリシング装置のホルダ5に
よる前記研磨パッド2への荷重を解除し、かつターンテ
ーブル1およびホルダ5の回転の停止した後において、
前記Cu配線層26が前記研磨組成物に接触されても溶
解(エッチング)されることがなかった。
Further, after releasing the load on the polishing pad 2 by the holder 5 of the polishing apparatus and stopping the rotation of the turntable 1 and the holder 5,
Even when the Cu wiring layer 26 was brought into contact with the polishing composition, it was not dissolved (etched).

【0132】(実施例5)まず、図5の(A)に示すよ
うに表面にn+型拡散層31が形成されたシリコン基板
31上にCVD法により例えば厚さ800nmのSiO
2 膜33を堆積して層間絶縁膜を形成した後、前記Si
2 膜33にフォトエッチング技術により配線層の形状
に相当する深さ500nm、幅400nmの複数の溝3
4を形成した。つづいて、図5の(B)に示すように前
記複数の溝34のうち所定の溝34底部の一部に位置す
る前記SiO2 膜33部分をフォトエッチング技術によ
り選択的に除去して前記n+型拡散層31に達する開口
部35を形成した。
Example 5 First, as shown in FIG. 5A, an 800 nm-thick SiO 2 film was formed on a silicon substrate 31 having an n + -type diffusion layer 31 formed on the surface by CVD.
2 after depositing the film 33 to form an interlayer insulating film,
A plurality of grooves 3 having a depth of 500 nm and a width of 400 nm corresponding to the shape of the wiring layer are formed in the O 2 film 33 by a photoetching technique.
4 was formed. Subsequently, as shown in FIG. 5B, the SiO 2 film 33 located at a part of the bottom of the predetermined groove 34 among the plurality of grooves 34 is selectively removed by a photo-etching technique to form the n. An opening 35 reaching the + type diffusion layer 31 was formed.

【0133】次いで、図6の(C)に示すように前記溝
34および開口部35を含む前記SiO2 膜33上にス
パッタ蒸着により厚さ15nmのTaNからなる銅拡散
防止膜36および厚さ600nmのCu膜37をこの順
序で堆積した。
Next, as shown in FIG. 6C, a copper diffusion preventing film 36 of TaN having a thickness of 15 nm and a thickness of 600 nm are formed on the SiO 2 film 33 including the groove 34 and the opening 35 by sputtering. Was deposited in this order.

【0134】次いで、前述した図2に示すポリシング装
置の基板ホルダ5に図6の(C)に示す基板32を逆さ
にして保持し、前記ホルダ5の支持軸4により前記基板
をローデル・ニッタ社製商品名;SUBA800からな
る研磨パッド2に300g/cm2 の加重を与え、前記
ターンテーブル1およびホルダ5をそれぞれ100rp
mの速度で同方向に回転させながら、銅系金属用研磨組
成物を供給管3から12.5ml/分の速度で前記研磨
パッド2に供給して前記基板21に堆積したCu膜37
を前記SiO2 膜33上の前記銅拡散防止膜36表面が
露出するまで研磨した。ここで、前記銅系金属用研磨組
成物として2−キノリンカルボン酸(キナルジン酸)
0.67重量%、乳酸0.67重量%、θ−アルミナ相
を含むアルミナ1.67重量%、過酸化水素4.67重
量%、ドデシル硫酸アンモニウム0.576重量%、ポ
リビニルピロリドン(PVP)0.4重量%および水の
組成を有するものを用いた。前記研磨工程において、前
記研磨組成物はCu膜との接触時のエッチングが全く起
こらず、前記研磨パッドによる研磨時の研磨速度が約6
00nm/分であった。このため、図6の(C)に示す
凸状のCu膜37は前記研磨パッドと機械的に接触する
表面から優先的にポリシングされた。
Next, the substrate 32 shown in FIG. 6C is held upside down on the substrate holder 5 of the polishing apparatus shown in FIG. 2, and the substrate is held by the support shaft 4 of the holder 5 by Rodel-Nitta. A 300 g / cm 2 load was applied to a polishing pad 2 made of SUBA800, and the turntable 1 and the holder 5 were each rotated at 100 rpm.
While rotating in the same direction at a speed of m, the copper-based metal polishing composition is supplied from the supply pipe 3 to the polishing pad 2 at a rate of 12.5 ml / min to deposit the Cu film 37 deposited on the substrate 21.
Was polished until the surface of the copper diffusion preventing film 36 on the SiO 2 film 33 was exposed. Here, 2-quinoline carboxylic acid (quinaldic acid) is used as the copper-based metal polishing composition.
0.67% by weight, 0.67% by weight of lactic acid, 1.67% by weight of alumina containing a θ-alumina phase, 4.67% by weight of hydrogen peroxide, 0.576% by weight of ammonium dodecylsulfate, and 0.2% by weight of polyvinylpyrrolidone (PVP). One having a composition of 4% by weight and water was used. In the polishing step, the polishing composition does not undergo any etching at the time of contact with the Cu film, and the polishing rate at the time of polishing with the polishing pad is about 6
00 nm / min. For this reason, the convex Cu film 37 shown in FIG. 6C was preferentially polished from the surface that mechanically contacts the polishing pad.

【0135】次いで、前述したCu膜研磨に用いたポリ
シング装置に隣接された図2と同構造を有する別のポリ
シング装置の基板ホルダ5に図6の(C)に示す基板3
2を逆さにして保持し、前記ホルダ5の支持軸4により
前記基板をターンテーブル1上のローデル社製商品名;
IC1000からなる研磨パッド2に500g/cm 2
の荷重を与え、前記ターンテーブル1およびホルダ5を
それぞれ103rpm、100rpmの速度で同方向に
回転させながら、銅拡散防止材料用研磨組成物を供給管
3から100ml/分の速度で前記研磨パッド2に供給
して前記基板32に形成した銅拡散防止膜36を前記S
iO2 膜33表面が露出するまで研磨した。ここで、前
記銅拡散防止材料用研磨組成物として2−キノリンカル
ボン酸(キナルジン酸)0.67重量%、乳酸0.67
重量%、θ−アルミナ相を含むアルミナ1.67重量
%、過酸化水素17重量%、ドデシル硫酸アンモニウム
0.576重量%、ポリビニルピロリドン(PVP)
0.4重量%および水の組成を有するものを用いた。
Next, the polysilicon used for polishing the Cu film was used.
Another poly-element having the same structure as that of FIG.
The substrate 3 shown in FIG.
2 is held upside down, and is supported by the support shaft 4 of the holder 5.
The substrate is made on a turntable 1 by a trade name of Rodel;
500 g / cm on polishing pad 2 made of IC1000 Two
Of the turntable 1 and the holder 5
In the same direction at a speed of 103 rpm and 100 rpm respectively
While rotating, supply pipe for polishing composition for copper diffusion prevention material
Supply to the polishing pad 2 at a rate of 3 to 100 ml / min
The copper diffusion preventing film 36 formed on the substrate 32
iOTwoPolishing was performed until the surface of the film 33 was exposed. Where before
2-quinolinecal as a polishing composition for a copper diffusion preventing material
Bonic acid (quinaldic acid) 0.67% by weight, lactic acid 0.67
1.67% by weight of alumina containing θ-alumina phase
%, Hydrogen peroxide 17% by weight, ammonium dodecyl sulfate
0.576% by weight, polyvinylpyrrolidone (PVP)
One having a composition of 0.4% by weight and water was used.

【0136】その結果、図6の(D)に示すように前記
溝34および前記開口部35内に前記銅拡散防止膜36
が残存すると共に、前記銅拡散防止膜36で覆われた前
記溝34および前記開口部35内にデッシングが抑制さ
れた前記SiO2 膜33表面とほぼ面一なデュアルダマ
シン構造を有するCu配線層38が形成された。同時
に、前記溝34内に前記銅拡散防止膜36が残存すると
共に、前記銅拡散防止膜36で覆われた前記溝34内に
デッシングが抑制された前記SiO2 膜33表面とほぼ
面一なCu配線層39が形成された。
As a result, as shown in FIG. 6D, the copper diffusion preventing film 36 is formed in the groove 34 and the opening 35.
And a Cu wiring layer 38 having a dual damascene structure substantially flush with the surface of the SiO 2 film 33 in which the dishing is suppressed in the grooves 34 and the openings 35 covered with the copper diffusion preventing film 36. Was formed. At the same time, the copper diffusion preventing film 36 remains in the groove 34, and the Cu 2 that is substantially flush with the surface of the SiO 2 film 33 in which the dishing is suppressed is formed in the groove 34 covered with the copper diffusion preventing film 36. The wiring layer 39 was formed.

【0137】また、前記デュアルダマシン構造を有する
Cu配線層38およびCu配線層39はTaNからなる
銅拡散防止膜36を介して前記SiO2 膜33に埋め込
まれているため、前記配線層38,39から銅がSiO
2 膜33に拡散してシリコン基板32に達し、それを汚
染するのを防止することができた。
Since the Cu wiring layer 38 and the Cu wiring layer 39 having the dual damascene structure are embedded in the SiO 2 film 33 via the copper diffusion preventing film 36 made of TaN, the wiring layers 38 and 39 are formed. From copper to SiO
Diffusion into the second film 33 reaches the silicon substrate 32, thereby preventing contamination.

【0138】さらに、前記ポリシング装置のホルダ5に
よる前記研磨パッド2への加重を解除し、かつターンテ
ーブル1およびホルダ5の回転の停止した後において、
前記Cu配線層38,39が前記研磨組成物に接触され
ても溶解(エッチング)されることがなかった。
Further, after the load on the polishing pad 2 by the holder 5 of the polishing apparatus is released and the rotation of the turntable 1 and the holder 5 is stopped,
Even when the Cu wiring layers 38 and 39 were brought into contact with the polishing composition, they were not dissolved (etched).

【0139】したがって、実施例5によれば高精度のデ
ュアルダマシン構造を有するCu配線層38およびCu
配線層39が形成され、活動による汚染を回避した高信
頼性の半導体装置を製造することができた。
Therefore, according to the fifth embodiment, the Cu wiring layer 38 having a high-accuracy dual damascene
The wiring layer 39 was formed, and a highly reliable semiconductor device in which contamination due to the activity was avoided could be manufactured.

【0140】(実施例6)まず、図7の(A)に示すよ
うに表面にn+ 型拡散層41が形成されたp型シリコン
基板42上にCVD法により第1絶縁膜としての例えば
厚さ1000nmのSiO2 膜43を堆積した後、前記
拡散層31に対応する前記SiO2 膜43にフォトエッ
チング技術により第1開口部(第1ビアホール)44を
形成した。つづいて、図7の(B)に示すように前記第
1ビアホール44を含む前記SiO 2 膜43上にスパッ
タ蒸着により厚さ20nmのTaNからなる銅拡散防止
膜45を堆積した後、スパッタ蒸着により第1配線材料
膜である厚さ1100nmの第1Cu膜46を堆積し
た。
(Embodiment 6) First, as shown in FIG.
Sea surface n+P-type silicon on which a p-type diffusion layer 41 is formed
For example, as a first insulating film on a substrate 42 by a CVD method,
1000nm thick SiOTwoAfter depositing the film 43,
The SiO corresponding to the diffusion layer 31TwoPhoto-etching on film 43
The first opening (first via hole) 44 is formed by the
Formed. Subsequently, as shown in FIG.
The SiO including one via hole 44 TwoSpatter on the film 43
Prevention of copper diffusion made of TaN with a thickness of 20 nm by vapor deposition
After depositing the film 45, the first wiring material is formed by sputter deposition.
A first Cu film 46 having a thickness of 1100 nm, which is a film, is deposited.
Was.

【0141】次いで、前述した図2に示すポリシング装
置のホルダ5に図7の(B)に示す基板42を逆さにし
て保持し、前記ホルダ5の支持軸4により前記基板をロ
ーデル・ニッタ社製商品名;SUBA800からなる研
磨パッド2に300g/cm 2 の荷重を与え、前記ター
ンテーブル1およびホルダ5をそれぞれ100rpmの
速度で同方向に回転させながら、銅系金属用研磨組成物
を供給管3から12.5ml/分の速度で前記研磨パッ
ド2に供給して前記基板42に堆積した第1Cu膜46
を前記SiO2 膜43上の前記銅拡散防止膜45表面が
露出するまで研磨した。ここで、前記銅系金属用研磨組
成物として2−キノリンカルボン酸(キナルジン酸)
0.67重量%、乳酸0.67重量%、θ−アルミナ相
を含むアルミナ1.67重量%、過酸化水素4.67重
量%、ドデシル硫酸アンモニウム0.576重量%、ポ
リビニルピロリドン(PVP)0.4重量%および水の
組成を有するものを用いた。前記研磨工程において、前
記研磨組成物は第1Cu膜との接触時のエッチングが全
く起こらず、前記研磨パッドによる研磨時の研磨速度が
約600nm/分であった。このため、図7の(B)に
示す凸状の第1Cu膜46は前記研磨パッドと機械的に
接触する表面から優先的にポリシングされた。
Next, the polishing apparatus shown in FIG.
The substrate 42 shown in FIG.
And hold the substrate by the support shaft 4 of the holder 5.
-Product name manufactured by Del Nitta; Lab consisting of SUBA800
300 g / cm for polishing pad 2 TwoAnd apply the load
The table 1 and the holder 5 are each set at 100 rpm.
While rotating in the same direction at a speed, the polishing composition for copper-based metal
From the supply pipe 3 at a rate of 12.5 ml / min.
Cu film 46 supplied to the substrate 2 and deposited on the substrate 42
With the SiOTwoThe surface of the copper diffusion preventing film 45 on the film 43 is
Polished until exposed. Here, the polishing group for copper-based metal
2-quinolinecarboxylic acid (quinaldic acid) as a product
0.67% by weight, lactic acid 0.67% by weight, θ-alumina phase
1.67% by weight of alumina containing 4.67% by weight of hydrogen peroxide
%, Ammonium dodecyl sulfate 0.576% by weight,
0.4% by weight of vinyl pyrrolidone (PVP) and water
The one having the composition was used. In the polishing step,
The polishing composition was completely etched when contacting the first Cu film.
Does not occur, the polishing rate at the time of polishing by the polishing pad is
It was about 600 nm / min. For this reason, FIG.
The convex first Cu film 46 shown in FIG.
Polished preferentially from the contacting surface.

【0142】次いで、前述したCu膜研磨に用いたポリ
シング装置に隣接された図2と同構造を有する別のポリ
シング装置の基板ホルダ5に図7の(B)に示す基板4
2を逆さにして保持し、前記ホルダ5の支持軸4により
前記基板をターンテーブル1上のローデル社製商品名;
IC1000からなる研磨パッド2に500g/cm 2
の荷重を与え、前記ターンテーブル1およびホルダ5を
それぞれ103rpm、100rpmの速度で同方向に
回転させながら、銅拡散防止材料用研磨組成物を供給管
3から100ml/分の速度で前記研磨パッド2に供給
して前記基板42に形成した銅拡散防止膜45を前記S
iO2 膜43表面が露出するまで研磨した。ここで、前
記銅拡散防止材料用研磨組成物として2−キノリンカル
ボン酸(キナルジン酸)0.67重量%、乳酸0.67
重量%、ベーマイト相を含むアルミナ0.83重量%、
過酸化水素17重量%、ドデシル硫酸アンモニウム0.
576重量%、ポリビニルピロリドン(PVP)0.4
重量%および水の組成を有するものを用いた。
Next, the poly film used for polishing the Cu film was used.
Another poly-element having the same structure as that of FIG.
The substrate 4 shown in FIG.
2 is held upside down, and is supported by the support shaft 4 of the holder 5.
The substrate is made on a turntable 1 by a trade name of Rodel;
500 g / cm on polishing pad 2 made of IC1000 Two
Of the turntable 1 and the holder 5
In the same direction at a speed of 103 rpm and 100 rpm respectively
While rotating, supply pipe for polishing composition for copper diffusion prevention material
Supply to the polishing pad 2 at a rate of 3 to 100 ml / min
The copper diffusion preventing film 45 formed on the substrate 42
iOTwoPolishing was performed until the surface of the film 43 was exposed. Where before
2-quinolinecal as a polishing composition for a copper diffusion preventing material
Bonic acid (quinaldic acid) 0.67% by weight, lactic acid 0.67
0.83% by weight of alumina containing boehmite phase,
17% by weight of hydrogen peroxide, ammonium dodecyl sulfate 0.1%
576% by weight, polyvinylpyrrolidone (PVP) 0.4
Those having the composition of weight% and water were used.

【0143】その結果、図7の(C)に示すように前記
第1ビアホール44内に銅拡散防止膜45が残存すると
共に、前記銅拡散防止膜45で覆われた前記ビアホール
44内にデッシングが抑制された前記SiO2 膜43表
面とほぼ面一なCuからなる第1ビアフィル47が形成
された。また、界面活性剤を含む前記組成の研磨組成物
はCuとSiO2 との研磨選択性が高いため、前記エッ
チバック工程においてSiO2 膜43の膜減り(シンニ
ング)を防止することができた。さらに、前記ポリシン
グ装置のホルダ5による前記研磨パッド2への加重を解
除し、かつターンテーブル1およびホルダ5の回転の停
止した後において、前記ビアフィル47が前記研磨組成
物に接触されてもエッチングが進行することがなかっ
た。つづいて、前記ビアフィル47の形成後の基板を純
水を用いた超音波洗浄を行ってSiO2 膜43表面を清
浄化した。
As a result, as shown in FIG. 7C, the copper diffusion preventing film 45 remains in the first via hole 44, and the dishing also occurs in the via hole 44 covered with the copper diffusion preventing film 45. The suppressed first via fill 47 made of Cu was formed substantially flush with the surface of the SiO 2 film 43. In addition, since the polishing composition having the above-described composition containing a surfactant has high polishing selectivity between Cu and SiO 2 , it was possible to prevent the SiO 2 film 43 from being thinned (thinned) in the etch-back step. Furthermore, even after the weight of the polishing pad 2 by the holder 5 of the polishing apparatus is released and the rotation of the turntable 1 and the holder 5 is stopped, even if the via fill 47 comes into contact with the polishing composition, etching is not performed. Did not progress. Subsequently, the substrate after the formation of the via fill 47 was subjected to ultrasonic cleaning using pure water to clean the surface of the SiO 2 film 43.

【0144】次いで、図8の(D)に示すように前記第
1ビアフィル47を含む前記SiO 2 膜43上にCVD
法により第2絶縁膜としての例えば厚さ1000nmの
SiO2 膜48を堆積した後、前記ビアフィル37上に
位置する前記SiO2 膜48にフォトエッチング技術に
より第2開口部(第2ビアホール)49を形成した。さ
らに、前記SiO2 膜48にフォトエッチング技術によ
り配線層に相当する形状を有する深さ400nmの溝5
0を形成した。つづいて、図10の(E)に示すように
前記第2ビアホール49および溝50を含む前記SiO
2 膜48上にスパッタ蒸着により厚さ15nmのTaN
からなる銅拡散防止膜51および第2配線材料膜である
厚さ900nmの第2Cu膜52を堆積した。
Next, as shown in FIG.
The SiO containing 1 via fill 47 TwoCVD on film 43
The second insulating film, for example, having a thickness of 1000 nm
SiOTwoAfter depositing the film 48, the via
Said SiO locatedTwoPhoto-etching technology for film 48
Thus, a second opening (second via hole) 49 was formed. Sa
In addition, the SiOTwoPhoto-etching technology is applied to the film 48
400 nm deep groove 5 having a shape corresponding to the wiring layer
0 was formed. Then, as shown in FIG.
The SiO including the second via hole 49 and the groove 50
Two15 nm thick TaN on the film 48 by sputter deposition
Copper diffusion prevention film 51 and second wiring material film made of
A second Cu film 52 having a thickness of 900 nm was deposited.

【0145】次いで、前述した図2に示すポリシング装
置の基板ホルダ5に図8の(E)に示す基板42を逆さ
にして保持し、前記ホルダ5の支持軸4により前記基板
をローデル・ニッタ社製商品名;SUBA800からな
る研磨パッド2に300g/cm2 の加重を与え、前記
ターンテーブル1およびホルダ5をそれぞれ100rp
mの速度で同方向に回転させながら、前述したエッチバ
ック工程で用いたのと同様な組成を有する銅系金属用研
磨組成物を供給管3から12.5ml/分の速度で前記
研磨パッド2に供給して前記基板42に堆積した第2C
u膜52を前記SiO2 膜48上の前記銅拡散防止膜5
1表面が露出するまで研磨した。
Next, the substrate 42 shown in FIG. 8E is held upside down in the substrate holder 5 of the polishing apparatus shown in FIG. 2 and the substrate is held by the support shaft 4 of the holder 5 by Rodel-Nitta. A 300 g / cm 2 load was applied to a polishing pad 2 made of SUBA800, and the turntable 1 and the holder 5 were each rotated at 100 rpm.
While rotating in the same direction at a speed of m, a polishing composition for a copper-based metal having a composition similar to that used in the above-described etch-back step was supplied from the supply pipe 3 at a rate of 12.5 ml / min. And the second C deposited on the substrate 42
u film 52 is formed on the SiO 2 film 48 by the copper diffusion prevention film 5.
Polishing was performed until one surface was exposed.

【0146】次いで、前述したCu膜研磨に用いたポリ
シング装置に隣接された図2と同構造を有する別のポリ
シング装置の基板ホルダ5に図8の(E)に示す基板4
2を逆さにして保持し、前記ホルダ5の支持軸4により
前記基板をターンテーブル1上のローデル社製商品名;
IC1000からなる研磨パッド2に500g/cm 2
の荷重を与え、前記ターンテーブル1およびホルダ5を
それぞれ103rpm、100rpmの速度で同方向に
回転させながら、前述したのと同様な組成を有する銅拡
散防止材料用研磨組成物を供給管3から100ml/分
の速度で前記研磨パッド2に供給して前記基板42に形
成した銅拡散防止膜51を前記SiO2膜48表面が露
出するまで研磨した。
Next, the polysilicon used for polishing the Cu film described above was used.
Another poly-element having the same structure as that of FIG.
The substrate 4 shown in FIG.
2 is held upside down, and is supported by the support shaft 4 of the holder 5.
The substrate is made on a turntable 1 by a trade name of Rodel;
500 g / cm on polishing pad 2 made of IC1000 Two
Of the turntable 1 and the holder 5
In the same direction at a speed of 103 rpm and 100 rpm respectively
While rotating, expand copper with a composition similar to that described above.
100 ml / min of the polishing composition for the scattering prevention material from the supply pipe 3
To the polishing pad 2 at a speed of
The formed copper diffusion preventing film 51 isTwoThe surface of the film 48 is exposed
Polished until it came out.

【0147】その結果、図8の(F)に示すように前記
第1ビアフィル47上に位置した第2ビアホール49内
に銅拡散防止膜51が残存すると共に、前記銅拡散防止
膜51で覆われた前記第2ビアホール49内にデッシン
グが抑制された前記SiO2膜48表面とほぼ面一なC
uからなる第2ビアフィル53が形成された。同時に、
前記銅拡散防止膜51で覆われた前記溝50内に前記S
iO2 膜48表面とほぼ面一な埋め込みCu配線層54
が形成された。また、界面活性剤を含む前記組成の研磨
組成物はCuとSiO2 との研磨選択性が高いため、前
記エッチバック工程においてSiO2 膜48の膜減り
(シンニング)を防止することができた。さらに、前記
ポリシング装置のホルダ5による前記研磨パッド2への
加重を解除し、かつターンテーブル1およびホルダ5の
回転の停止した後において、前記Cuからなる第2ビア
フィル53および配線層54が前記研磨組成物に接触さ
れてもエッチングが進行することがなかった。
As a result, as shown in FIG. 8F, the copper diffusion preventing film 51 remains in the second via hole 49 located on the first via fill 47 and is covered with the copper diffusion preventing film 51. In the second via hole 49, C is substantially flush with the surface of the SiO 2 film 48 in which dishing is suppressed.
A second via fill 53 made of u was formed. at the same time,
In the trench 50 covered with the copper diffusion preventing film 51, the S
A buried Cu wiring layer 54 substantially flush with the surface of the iO 2 film 48
Was formed. In addition, since the polishing composition having the above-described composition containing a surfactant has high polishing selectivity between Cu and SiO 2 , it was possible to prevent the SiO 2 film 48 from being thinned (thinned) in the etch-back step. Further, after the weight of the polishing pad 2 by the holder 5 of the polishing apparatus is released and the rotation of the turntable 1 and the holder 5 is stopped, the second via-fill 53 made of Cu and the wiring layer 54 are polished by the polishing. Etching did not proceed even when contacted with the composition.

【0148】したがって、実施例6によれば第1、第2
の絶縁膜としてのSiO2 膜43、48を有し、前記S
iO2 膜43にその表面とほぼ面一なCuからなる第1
ビアフィル47が形成され、前記SiO2 膜48にその
表面とほぼ面一で前記第1ビアフィル47に接続された
Cuからなる第2ビアフィル53とCu配線層54が形
成された多層配線構造を有し、かつ表面が平坦化され、
さらに銅の拡散バリア性を有するバリア層45,51に
より前記第1、第2のビアフィル47,53および配線
層54からの銅の拡散を防止した半導体装置を製造する
ことができた。
Therefore, according to the sixth embodiment, the first and second
Having SiO 2 films 43 and 48 as insulating films of
A first layer made of Cu substantially flush with the surface of the iO 2 film 43
It has a multilayer wiring structure in which a via fill 47 is formed, and a second via fill 53 made of Cu and a Cu wiring layer 54 are formed on the SiO 2 film 48 and connected to the first via fill 47 almost flush with the surface thereof. , And the surface is flattened,
Furthermore, a semiconductor device in which the diffusion of copper from the first and second via fills 47 and 53 and the wiring layer 54 was prevented by the barrier layers 45 and 51 having a copper diffusion barrier property was able to be manufactured.

【0149】(実施例7)まず、図9の(A)に示すよ
うに表面にn+ 型拡散層41が形成されたp型シリコン
基板42上にCVD法により第1絶縁膜としての例えば
厚さ1100nmのSiO2 膜43を堆積した後、前記
拡散層31に対応する前記SiO2 膜43にフォトエッ
チング技術により第1開口部(第1ビアホール)44を
形成した。さらに、前記第1SiO2 膜43にフォトエ
ッチング技術により配線層に相当する形状を有する深さ
400nmの溝55を形成した。つづいて、図9の
(B)に示すように前記第1ビアホール44および溝5
5を含む前記SiO2 膜43上にスパッタ蒸着により厚
さ20nmのTaNからなる銅拡散防止膜45を堆積し
た後、スパッタ蒸着により第1配線材料膜である厚さ1
100nmの第1Cu膜46を堆積した。
(Embodiment 7) First, as shown in FIG. 9A, a p-type silicon substrate 42 having an n + -type diffusion layer 41 formed on the surface thereof is formed on a p-type silicon substrate 42 as a first insulating film by a CVD method. After depositing an SiO 2 film 43 having a thickness of 1100 nm, a first opening (first via hole) 44 was formed in the SiO 2 film 43 corresponding to the diffusion layer 31 by a photo-etching technique. Further, a groove 55 having a shape corresponding to the wiring layer and having a depth of 400 nm was formed in the first SiO 2 film 43 by a photoetching technique. Subsequently, as shown in FIG. 9B, the first via hole 44 and the groove 5 are formed.
After depositing a copper diffusion preventing film 45 made of TaN with a thickness of 20 nm on the SiO 2 film 43 containing
A 100 nm first Cu film 46 was deposited.

【0150】次いで、前述した図2に示すポリシング装
置のホルダ5に図9の(B)に示す基板42を逆さにし
て保持し、前記ホルダ5の支持軸4により前記基板をロ
ーデル・ニッタ社製商品名;SUBA800からなる研
磨パッド2に300g/cm 2 の加重を与え、前記ター
ンテーブル1およびホルダ5をそれぞれ100rpmの
速度で同方向に回転させながら、銅系金属用研磨組成物
を供給管3から12.5ml/分の速度で前記研磨パッ
ド2に供給して前記基板42に堆積した第1Cu膜46
を前記SiO2 膜43上の前記銅拡散防止膜45表面が
露出するまで研磨した。ここで、前記銅系金属用研磨組
成物として2−キノリンカルボン酸(キナルジン酸)
0.67重量%、乳酸0.67重量%、θ−アルミナ相
を含むアルミナ1.67重量%、過酸化水素4.67重
量%、ドデシル硫酸アンモニウム0.576重量%、ポ
リビニルピロリドン(PVP)0.4重量%および水の
組成を有するものを用いた。前記研磨工程において、前
記研磨組成物は第1Cu膜46との接触時のエッチング
が全く起こらず、前記研磨パッドによる研磨時の研磨速
度が約600nm/分であった。このため、図9の
(B)に示す凸状の第1Cu膜46は前記研磨パッドと
機械的に接触する表面から優先的にポリシングされた。
Next, the polishing apparatus shown in FIG.
The substrate 42 shown in FIG.
And hold the substrate by the support shaft 4 of the holder 5.
-Product name manufactured by Del Nitta; Lab consisting of SUBA800
300 g / cm for polishing pad 2 TwoWeight, and the tar
The table 1 and the holder 5 are each set at 100 rpm.
While rotating in the same direction at a speed, the polishing composition for copper-based metal
From the supply pipe 3 at a rate of 12.5 ml / min.
Cu film 46 supplied to the substrate 2 and deposited on the substrate 42
With the SiOTwoThe surface of the copper diffusion preventing film 45 on the film 43 is
Polished until exposed. Here, the polishing group for copper-based metal
2-quinolinecarboxylic acid (quinaldic acid) as a product
0.67% by weight, lactic acid 0.67% by weight, θ-alumina phase
1.67% by weight of alumina containing 4.67% by weight of hydrogen peroxide
%, Ammonium dodecyl sulfate 0.576% by weight,
0.4% by weight of vinyl pyrrolidone (PVP) and water
The one having the composition was used. In the polishing step,
The polishing composition is etched at the time of contact with the first Cu film 46.
Does not occur at all and the polishing speed when polishing with the polishing pad
The degree was about 600 nm / min. Therefore, in FIG.
The convex first Cu film 46 shown in FIG.
Polished preferentially from mechanically contacting surfaces.

【0151】次いで、前述したCu膜研磨に用いたポリ
シング装置に隣接された図2と同構造を有する別のポリ
シング装置の基板ホルダ5に図9の(B)に示す基板4
2を逆さにして保持し、前記ホルダ5の支持軸4により
前記基板をターンテーブル1上のローデル社製商品名;
IC1000からなる研磨パッド2に500g/cm 2
の荷重を与え、前記ターンテーブル1およびホルダ5を
それぞれ103rpm、100rpmの速度で同方向に
回転させながら、銅拡散防止材料用研磨組成物を供給管
3から100ml/分の速度で前記研磨パッド2に供給
して前記基板42に形成した銅拡散防止膜45を前記S
iO2 膜43表面が露出するまで研磨した。ここで、前
記銅拡散防止材料用研磨組成物として2−キノリンカル
ボン酸(キナルジン酸)0.67重量%、乳酸0.67
重量%、バイヤライト0.83重量%、過酸化水素17
重量%、ドデシル硫酸アンモニウム0.576重量%、
ポリビニルピロリドン(PVP)0.4重量%および水
の組成を有するものを用いた。
Next, the polysilicon used for polishing the Cu film was used.
Another poly-element having the same structure as that of FIG.
The substrate 4 shown in FIG.
2 is held upside down, and is supported by the support shaft 4 of the holder 5.
The substrate is made on a turntable 1 by a trade name of Rodel;
500 g / cm on polishing pad 2 made of IC1000 Two
Of the turntable 1 and the holder 5
In the same direction at a speed of 103 rpm and 100 rpm respectively
While rotating, supply pipe for polishing composition for copper diffusion prevention material
Supply to the polishing pad 2 at a rate of 3 to 100 ml / min
The copper diffusion preventing film 45 formed on the substrate 42
iOTwoPolishing was performed until the surface of the film 43 was exposed. Where before
2-quinolinecal as a polishing composition for a copper diffusion preventing material
Bonic acid (quinaldic acid) 0.67% by weight, lactic acid 0.67
Wt%, bayerite 0.83 wt%, hydrogen peroxide 17
% By weight, 0.576% by weight of ammonium dodecyl sulfate,
0.4% by weight of polyvinylpyrrolidone (PVP) and water
Having the following composition was used.

【0152】その結果、図9の(C)に示すように前記
第1ビアホール44内に銅拡散防止膜45が残存すると
共に、前記銅拡散防止膜45で覆われた前記ビアホール
44内にデッシングが抑制された前記SiO2 膜43表
面とほぼ面一なCuからなる第1ビアフィル47が形成
された。同時に、前記銅拡散防止膜45で覆われた前記
溝55内にデッシングが抑制された前記SiO2 膜43
表面とほぼ面一な埋め込みCu配線層56が形成され
た。また、界面活性剤を含む前記組成の研磨組成物はC
uとSiO2 との研磨選択性が高いため、前記エッチバ
ック工程においてSiO2 膜43の膜減り(シンニン
グ)を防止することができた。さらに、前記ポリシング
装置のホルダ5による前記研磨パッド2への加重を解除
し、かつターンテーブル1およびホルダ5の回転の停止
した後において、前記ビアフィル47およびCu配線層
56が前記研磨組成物に接触されてもエッチングが進行
することがなかった。つづいて、前記ビアフィル47の
形成後の基板を純水を用いた超音波洗浄を行ってSiO
2 膜43表面を清浄化した。
As a result, as shown in FIG. 9C, the copper diffusion preventing film 45 remains in the first via hole 44, and the dishing also occurs in the via hole 44 covered with the copper diffusion preventing film 45. The suppressed first via fill 47 made of Cu was formed substantially flush with the surface of the SiO 2 film 43. At the same time, the SiO 2 film 43 in which the dishing is suppressed is formed in the groove 55 covered with the copper diffusion prevention film 45.
A buried Cu wiring layer 56 substantially flush with the surface was formed. The polishing composition having the above-mentioned composition containing a surfactant is C
Since the polishing selectivity between u and SiO 2 is high, thinning of the SiO 2 film 43 in the etch-back step can be prevented. Further, after the weight of the polishing pad 2 by the holder 5 of the polishing apparatus is released and the rotation of the turntable 1 and the holder 5 is stopped, the via fill 47 and the Cu wiring layer 56 come into contact with the polishing composition. Etching did not proceed even if it was performed. Subsequently, the substrate after the formation of the via-fill 47 is subjected to ultrasonic cleaning using pure water to form SiO 2.
2 The surface of the film 43 was cleaned.

【0153】次いで、図10の(D)に示すように前記
第1ビアフィル47およびCu配線層56を含む前記S
iO2 膜43上にCVD法により第2絶縁膜としての例
えば厚さ1000nmのSiO2 膜48を堆積した後、
前記ビアフィル37上に位置する前記SiO2 膜48に
フォトエッチング技術により第2開口部(第2ビアホー
ル)49を形成した。つづいて、図10の(E)に示す
ように前記第2ビアホール49を含む前記SiO2 膜4
8上にスパッタ蒸着により厚さ15nmのTaNからな
る銅拡散防止膜51および第2配線材料膜である厚さ9
00nmの第2Cu膜52を堆積した。
Next, as shown in FIG. 10D, the S via including the first via fill 47 and the Cu wiring layer 56 is formed.
After depositing, for example, a 1000 nm thick SiO 2 film 48 as a second insulating film on the iO 2 film 43 by a CVD method,
A second opening (second via hole) 49 was formed in the SiO 2 film 48 located on the via fill 37 by a photoetching technique. Subsequently, as shown in FIG. 10E, the SiO 2 film 4 including the second via hole 49 is formed.
A copper diffusion preventing film 51 made of TaN having a thickness of 15 nm and a second wiring material film having a thickness of 9
A second Cu film 52 of 00 nm was deposited.

【0154】次いで、前述した図2に示すポリシング装
置の基板ホルダ5に図10の(E)に示す基板42を逆
さにして保持し、前記ホルダ5の支持軸4により前記基
板をローデル・ニッタ社製商品名;SUBA800から
なる研磨パッド2に300g/cm2 の加重を与え、前
記ターンテーブル1およびホルダ5をそれぞれ100r
pmの速度で同方向に回転させながら、前述したのと同
様な組成を有する銅系金属用研磨組成物を供給管3から
12.5ml/分の速度で前記研磨パッド2に供給して
前記基板42に堆積した第2Cu膜52を前記SiO2
膜48上の前記銅拡散防止膜51表面が露出するまで研
磨した。
Next, the substrate 42 shown in FIG. 10E is held upside down on the substrate holder 5 of the polishing apparatus shown in FIG. 2 and the substrate is held by the support shaft 4 of the holder 5 by Rodel-Nitta. A 300 g / cm 2 load was applied to the polishing pad 2 made of SUBA800, and the turntable 1 and the holder 5 were each placed at 100 r.
While rotating in the same direction at a speed of pm, a polishing composition for a copper-based metal having a composition similar to that described above is supplied from the supply pipe 3 to the polishing pad 2 at a rate of 12.5 ml / min. the first 2Cu film 52 deposited on 42 the SiO 2
Polishing was performed until the surface of the copper diffusion preventing film 51 on the film 48 was exposed.

【0155】次いで、前述したCu膜研磨に用いたポリ
シング装置に隣接された図2と同構造を有する別のポリ
シング装置の基板ホルダ5に図10の(E)に示す基板
42を逆さにして保持し、前記ホルダ5の支持軸4によ
り前記基板をターンテーブル1上のローデル社製商品
名;IC1000からなる研磨パッド2に500g/c
2 の荷重を与え、前記ターンテーブル1およびホルダ
5をそれぞれ103rpm、100rpmの速度で同方
向に回転させながら、前述したのと同様な組成の銅拡散
防止材料用研磨組成物を供給管3から100ml/分の
速度で前記研磨パッド2に供給して前記基板42に形成
した銅拡散防止膜51を前記SiO2 膜48表面が露出
するまで研磨した。
Next, the substrate 42 shown in FIG. 10E is held upside down in the substrate holder 5 of another polishing apparatus having the same structure as that of FIG. 2 adjacent to the polishing apparatus used for polishing the Cu film. Then, the substrate is supported on the turntable 1 by the support shaft 4 of the holder 5 on a turntable 1 with a polishing pad 2 made of Rodel Corporation;
While applying a load of m 2 and rotating the turntable 1 and the holder 5 in the same direction at a speed of 103 rpm and 100 rpm, respectively, a polishing composition for a copper diffusion preventing material having the same composition as described above is supplied from the supply pipe 3. The copper diffusion preventing film 51 formed on the substrate 42 was supplied to the polishing pad 2 at a rate of 100 ml / min and polished until the surface of the SiO 2 film 48 was exposed.

【0156】その結果、図10の(F)に示すように前
記第1ビアフィル47上に位置した第2ビアホール49
内に銅拡散防止膜51が残存すると共に、前記銅拡散防
止膜51で覆われた前記第2ビアホール49内にデッシ
ングが抑制された前記SiO 2 膜48表面とほぼ面一な
Cuからなる第2ビアフィル53が形成された。また、
界面活性剤を含む前記組成の研磨組成物はCuとSiO
2 との研磨選択性が高いため、前記エッチバック工程に
おいてSiO2 膜48の膜減り(シンニング)を防止す
ることができた。さらに、前記ポリシング装置のホルダ
5による前記研磨パッド2への加重を解除し、かつター
ンテーブル1およびホルダ5の回転の停止した後におい
て、前記Cuからなる第2ビアフィル53が前記研磨組
成物に接触されてもエッチングが進行することがなかっ
た。
As a result, as shown in FIG.
The second via hole 49 located on the first via fill 47
The copper diffusion preventing film 51 remains in
A disc is formed in the second via hole 49 covered with the stop film 51.
The above-described SiO in which TwoIt is almost flush with the surface of the film 48
A second via fill 53 made of Cu was formed. Also,
The polishing composition having the above-mentioned composition containing a surfactant contains Cu and SiO.
TwoHigh polishing selectivity for the etch back step
And SiOTwoPrevents thinning of the film 48
I was able to. Further, a holder of the polishing apparatus
5, the load on the polishing pad 2 is released, and
After the rotation of the table 1 and the holder 5 has stopped.
The second via fill 53 made of Cu is
Etching does not proceed even if it comes in contact with the product
Was.

【0157】したがって、実施例7によれば第1、第2
の絶縁膜としてのSiO2 膜43、48を有し、前記S
iO2 膜43にその表面と面一なCuからなる第1ビア
フィル47およびCu配線層56が形成され、前記Si
2 膜48にその表面と面一で前記第1ビアフィル47
に接続されたCuからなる第2ビアフィル53が形成さ
れた多層配線構造を有し、かつ表面が平坦化され、さら
に銅拡散防止膜45,51により前記第1、第2のビア
フィル47,53および配線層56からの銅の拡散を防
止した半導体装置を製造することができた。
Therefore, according to the seventh embodiment, the first and second
Having SiO 2 films 43 and 48 as insulating films of
A first via fill 47 made of Cu and a Cu wiring layer 56 are formed on the iO 2 film 43 so as to be flush with the surface thereof.
The first via fill 47 is flush with the surface of the O 2 film 48.
Has a multilayer wiring structure in which a second via fill 53 made of Cu connected to the first and second via fills 47, 53 is formed by copper diffusion prevention films 45, 51. A semiconductor device in which diffusion of copper from the wiring layer 56 was prevented could be manufactured.

【0158】なお、前記実施例では層間絶縁膜として酸
化シリコン膜、窒化シリコン膜を用いたが、SiOF、
有機スピンオングラスのような比誘電率が3.5以下の
絶縁材料からなる膜を用いてもよい。このような比誘電
率を有する絶縁膜を用いることによって、この絶縁膜に
埋設されたCu配線層の信号伝播速度を高めることがで
きた。
In the above embodiment, a silicon oxide film and a silicon nitride film are used as the interlayer insulating film.
A film made of an insulating material having a relative dielectric constant of 3.5 or less, such as an organic spin-on-glass, may be used. By using an insulating film having such a relative permittivity, the signal propagation speed of the Cu wiring layer embedded in the insulating film could be increased.

【0159】前記実施例において、銅系金属用研磨組成
物および銅拡散防止材料用研磨組成物の一成分である有
機酸として2−キノリンカルボン酸を用いたが、2−ピ
リジンカルボン酸、2,6−ピリジンカルボン酸、キノ
ン等を用いて実施例と同様な効果を発揮することが可能
であった。
In the above examples, 2-quinolinecarboxylic acid was used as an organic acid as one component of the polishing composition for copper-based metals and the polishing composition for copper diffusion preventing materials. Using 6-pyridinecarboxylic acid, quinone, or the like, it was possible to exhibit the same effect as in the example.

【0160】前記実施例6,7の多層配線構造を有する
半導体装置の製造において、1層目および2層目のビア
フィルのような導電部材を形成する際、同一の成分およ
び組成比率の銅系金属用研磨組成物を用いたが、異なる
成分組成または組成比率の銅系金属用研磨組成物を用い
てもよい。
In the manufacture of the semiconductor device having the multilayer wiring structure of the sixth and seventh embodiments, when forming the conductive members such as the first and second via fills, the copper-based metal having the same component and composition ratio is used. Although the polishing composition for polishing was used, a polishing composition for copper-based metal having a different component composition or composition ratio may be used.

【0161】[0161]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば下
地が窒化チタン膜のような銅拡散防止膜上に被覆された
銅(Cu)または銅合金(Cu合金)の研磨において銅
または銅合金の研磨速度を高めるとともに、前記銅拡散
防止材料との研磨選択比を高めることが可能な銅系金属
用研磨組成物を提供することができる。
As described above, according to the present invention, in polishing copper (Cu) or copper alloy (Cu alloy) whose base is coated on a copper diffusion preventing film such as a titanium nitride film, copper or copper is polished. It is possible to provide a polishing composition for a copper-based metal, which can increase the polishing rate of the alloy and increase the polishing selectivity with the copper diffusion preventing material.

【0162】また、本発明によれば銅または銅合金の研
磨後における窒化チタン膜のような銅拡散防止膜の研磨
において前記銅または銅合金と銅拡散防止膜材料との研
磨選択比を小さくして銅または銅合金の研磨を抑えて銅
拡散防止膜材料を研磨することが可能な拡散防止材料用
研磨組成物を提供することができる。
Further, according to the present invention, in the polishing of a copper diffusion preventing film such as a titanium nitride film after polishing of a copper or copper alloy, the polishing selectivity between the copper or copper alloy and the copper diffusion preventing film material is reduced. Thus, it is possible to provide a polishing composition for a diffusion preventing material capable of polishing a copper diffusion preventing film material while suppressing polishing of copper or a copper alloy.

【0163】さらに、本発明によれば半導体基板上の絶
縁膜に溝および開口部から選ばれる少なくとも1つの埋
込み用部材を形成し、前記絶縁膜上に銅(Cu)または
銅合金(Cu合金)からなる配線材料膜を形成した後の
研磨により短時間でエッチバックできると共に銅拡散防
止膜で表面を除く周囲が覆われた高精度の埋め込み配線
層のような導電部材を形成することが可能な半導体装置
の製造方法を提供することができる。
Further, according to the present invention, at least one burying member selected from a groove and an opening is formed in an insulating film on a semiconductor substrate, and copper (Cu) or a copper alloy (Cu alloy) is formed on the insulating film. It is possible to etch back in a short time by polishing after forming a wiring material film made of, and to form a conductive member such as a high-precision embedded wiring layer whose periphery is covered except for the surface with a copper diffusion preventing film. A method for manufacturing a semiconductor device can be provided.

【0164】さらに、本発明によれば半導体基板上の絶
縁膜に溝および開口部を形成し、前記絶縁膜上に形成さ
れた銅(Cu)または銅合金(Cu合金)からなる配線
材料膜を形成した後の研磨により短時間でエッチバック
できると共に銅拡散防止膜で表面を除く周囲が覆われた
高精度のデュアルダマシン構造を有する配線層を形成す
ることが可能な半導体装置の製造方法を提供することが
できる。
Further, according to the present invention, a groove and an opening are formed in an insulating film on a semiconductor substrate, and a wiring material film made of copper (Cu) or a copper alloy (Cu alloy) formed on the insulating film is formed. Provided is a method for manufacturing a semiconductor device capable of forming a wiring layer having a high-precision dual damascene structure that can be etched back in a short time by polishing after formation and has a high-precision dual damascene structure whose periphery except for the surface is covered with a copper diffusion prevention film. can do.

【0165】さらに、本発明によれば短時間のエッチバ
ックにより銅拡散防止膜で表面を除く周囲が覆われた高
精度の銅を主体とする多層配線を形成することが可能な
半導体装置の製造方法を提供することができる。
Further, according to the present invention, it is possible to manufacture a semiconductor device capable of forming a high-precision multi-layered wiring mainly composed of copper, the periphery of which is covered with a copper diffusion preventing film except for the surface by short-time etch back. A method can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】θ−アルミナ相を含むアルミナのX線回折図。FIG. 1 is an X-ray diffraction diagram of alumina containing a θ-alumina phase.

【図2】本発明の研磨工程に使用されるポリシング装置
を示す概略図。
FIG. 2 is a schematic view showing a polishing apparatus used in the polishing step of the present invention.

【図3】銅拡散防止膜を下地膜として有する凹凸を有す
るCu膜を本発明の銅系金属用研磨組成物および銅拡散
防止材料用研磨組成物により研磨する工程を示す断面
図。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a step of polishing a Cu film having irregularities having a copper diffusion prevention film as a base film with the polishing composition for a copper-based metal and the polishing composition for a copper diffusion prevention material of the present invention.

【図4】本発明の実施例4における半導体装置の製造工
程を示す断面図。
FIG. 4 is a sectional view showing a manufacturing step of a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施例5における半導体装置の製造工
程を示す断面図。
FIG. 5 is a sectional view showing a manufacturing step of a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施例5における半導体装置の製造工
程を示す断面図。
FIG. 6 is a sectional view illustrating a manufacturing step of a semiconductor device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施例6における半導体装置の製造工
程を示す断面図。
FIG. 7 is a sectional view illustrating a manufacturing process of a semiconductor device according to a sixth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施例6における半導体装置の製造工
程を示す断面図。
FIG. 8 is a sectional view illustrating a manufacturing process of a semiconductor device according to a sixth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施例7における半導体装置の製造工
程を示す断面図。
FIG. 9 is a sectional view illustrating a manufacturing step of a semiconductor device according to a seventh embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施例7における半導体装置の製造
工程を示す断面図。
FIG. 10 is a sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device according to the seventh embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ターンテーブル、 2…研磨パッド、 3…供給管、 5…ホルダ、 11,21,31,42…シリコン基板、 15,25,37,46,52…Cu膜、 16…銅錯体層、 12,22,33,43,48…SiO2 膜、 23,34,50,55…溝、 14,24,36,45,51…銅拡散防止膜、 26,38,39,54,56…Cu配線層、 31,41…n+型拡散層、 13,44,49…ビアホール、 18,47,53…ビアフィル。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Turntable, 2 ... Polishing pad, 3 ... Supply pipe, 5 ... Holder, 11, 21, 31, 42 ... Silicon substrate, 15, 25, 37, 46, 52 ... Cu film, 16 ... Copper complex layer, 12 , 22, 33, 43, 48 ... SiO 2 film, 23, 34, 50, 55 ... groove, 14, 24, 36, 45, 51 ... copper diffusion preventing film, 26, 38, 39, 54, 56 ... Cu wiring Layers 31, 41... N + -type diffusion layers, 13, 44, 49... Via holes, 18, 47, 53.

───────────────────────────────────────────────────── 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 3/14 550 C09K 3/14 550Z 13/00 13/00 H01L 21/306 H01L 21/306 M (72)発明者 平林 英明 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術センター内 (72)発明者 長 俊連 神奈川県川崎市川崎区駅前本町12番1 多 摩化学工業株式会社内 (72)発明者 加藤 勝弘 神奈川県川崎市川崎区塩浜3−22−9 多 摩化学工業株式会社内 Fターム(参考) 3C047 FF08 GG15 3C058 AA07 CA01 CB01 CB03 DA02 5F043 AA27 BB30 DD16 FF07 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) C09K 3/14 550 C09K 3/14 550Z 13/00 13/00 H01L 21/306 H01L 21/306 M (72 Inventor Hideaki Hirabayashi 33, Shinisogo-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Toshiba Production Technology Center Co., Ltd. (72) Inventor Katsuhiro Kato 3-22-9 Shiohama, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa F-term (reference) 3C047 FF08 GG15 3C058 AA07 CA01 CB01 CB03 DA02 5F043 AA27 BB30 DD16 FF07

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 銅と反応して水に実質的に不溶性で、か
つ銅よりも機械的に脆弱な銅錯体を生成する水溶性の有
機酸と、θ−アルミナ相或いはベーマイト相を含むアル
ミナから選らればれる少なくとも1つの研磨砥粒と、前
記有機酸に対して重量割合で3〜20倍配合される酸化
剤と水とを含有することを特徴とする銅系金属用研磨組
成物。
1. A water-soluble organic acid which reacts with copper to form a copper complex which is substantially insoluble in water and which is more mechanically weaker than copper, and an alumina containing a θ-alumina phase or a boehmite phase. A polishing composition for a copper-based metal, comprising: at least one selected abrasive grain, an oxidizing agent and water mixed in a weight ratio of 3 to 20 times the organic acid.
【請求項2】 銅と反応して水に実質的に不溶性で、か
つ銅よりも機械的に脆弱な銅錯体を生成する水溶性の有
機酸と、θ−アルミナ相或いはベーマイト相を含むアル
ミナおよびバイヤライトから選らればれる少なくとも1
つの研磨砥粒と、前記有機酸に対して重量割合で20〜
50倍配合される酸化剤と水とを含有することを特徴と
する銅拡散防止材料用研磨組成物。
2. A water-soluble organic acid which reacts with copper to form a copper complex which is substantially insoluble in water and mechanically weaker than copper, and an alumina containing a θ-alumina phase or a boehmite phase. At least one selected from bayerite
Abrasive grains and the organic acid in a weight ratio of 20 to 20 to
A polishing composition for a copper diffusion preventing material, comprising an oxidizing agent and water mixed 50 times.
【請求項3】 前記有機酸は、2−キノリンカルボン酸
であることを特徴とする請求項1または2記載の研磨組
成物。
3. The polishing composition according to claim 1, wherein the organic acid is 2-quinoline carboxylic acid.
【請求項4】 さらにカルボキシル基およびヒドロキシ
ル基をそれぞれ1つ持つ別の有機酸を含有することを特
徴とする請求項1または2記載の研磨組成物。
4. The polishing composition according to claim 1, further comprising another organic acid having one carboxyl group and one hydroxyl group.
【請求項5】 前記研磨砥粒は、さらにコロイダルアル
ミナを含有することを特徴とする請求項1または2記載
の研磨組成物。
5. The polishing composition according to claim 1, wherein the polishing abrasive further contains colloidal alumina.
【請求項6】 半導体基板上の絶縁膜に配線層の形状に
相当する溝およびビアフィルの形状に相当する開口部か
ら選ばれる少なくとも1つの埋込み用部材を形成する工
程;前記埋込み用部材の内面を含む前記絶縁膜上に銅拡
散防止膜を形成する工程;前記銅拡散防止膜上に銅また
は銅合金からなる配線材料膜を形成する工程;請求項1
記載の銅系金属用研磨組成物を用いて前記配線材料膜を
少なくとも前記埋込み用部材を除く前記絶縁膜上の前記
銅拡散防止膜部分が露出するまで研磨する工程;および
請求項2記載の銅拡散防止材料用研磨組成物を用いて少
なくとも前記埋込み用部材を除く前記絶縁膜上の前記銅
拡散防止膜部分を研磨し、それによって前記埋込み用部
材内に表面を除く周囲が前記銅拡散防止膜で覆われた配
線層およびビアフィルから選ばれる少なくとも1つの導
電部材を形成する工程;を具備することを特徴とする半
導体装置の製造方法。
6. A step of forming at least one embedding member selected from a groove corresponding to a shape of a wiring layer and an opening corresponding to a shape of a via fill in an insulating film on a semiconductor substrate; Forming a copper diffusion preventing film on the insulating film including: forming a wiring material film made of copper or a copper alloy on the copper diffusion preventing film;
3. A step of polishing the wiring material film using the polishing composition for a copper-based metal according to the above, until at least a portion of the copper diffusion preventing film on the insulating film excluding the embedding member is exposed; Polishing at least the copper diffusion preventing film portion on the insulating film except for the embedding member using a polishing composition for diffusion preventing material, whereby the periphery excluding the surface inside the embedding member has the copper diffusion preventing film. Forming at least one conductive member selected from a wiring layer and a via fill covered with the semiconductor device.
【請求項7】 前記銅拡散防止膜は、TaN、TaN
b、W,WN,TaN,TaSiN,Ta,Co,C
o,Zr,ZrNおよびCuTa合金から選ばれる1層
または2層以上から作られることを特徴とする請求項6
記載の半導体装置の製造方法。
7. The copper diffusion preventing film is made of TaN, TaN.
b, W, WN, TaN, TaSiN, Ta, Co, C
7. It is made of one or more layers selected from o, Zr, ZrN and CuTa alloy.
The manufacturing method of the semiconductor device described in the above.
【請求項8】 前記銅合金は、Cu−Si合金、Cu−
Al合金、Cu−Si−Al合金、およびCu−Ag合
金からなる群から選ばれる材料であることを特徴とする
請求項6記載の半導体装置の製造方法。
8. The copper alloy is a Cu—Si alloy, Cu—
The method according to claim 6, wherein the material is selected from the group consisting of an Al alloy, a Cu-Si-Al alloy, and a Cu-Ag alloy.
【請求項9】 半導体基板上の絶縁膜に配線層に相当す
る形状の溝およびこの溝底部の一部に位置する前記層間
絶縁膜部分に前記半導体基板表面に達する開口部を形成
する工程;前記溝および開口部の内面を含む前記絶縁膜
上に銅拡散防止膜を形成する工程;前記銅拡散防止膜上
に銅または銅合金からなる配線材料膜を形成する工程;
請求項1記載の銅系金属用研磨組成物を用いて前記配線
材料膜を少なくとも前記溝および開口部を除く前記絶縁
膜上の前記銅拡散防止膜部分が露出するまで研磨する工
程;および請求項2記載の銅拡散防止材料用研磨組成物
を用いて少なくとも前記溝および開口部を除く前記絶縁
膜上の前記銅拡散防止膜部分を研磨し、それによって前
記開口部および前記溝内に表面を除く周囲が前記銅拡散
防止膜で覆われたデュアルダマシン構造を有する配線を
形成する工程;を具備することを特徴とする半導体装置
の製造方法。
9. a step of forming a groove having a shape corresponding to a wiring layer in an insulating film on the semiconductor substrate and an opening reaching the surface of the semiconductor substrate in a portion of the interlayer insulating film located at a part of a bottom of the groove; Forming a copper diffusion preventing film on the insulating film including the inner surface of the groove and the opening; forming a wiring material film made of copper or a copper alloy on the copper diffusion preventing film;
A step of polishing the wiring material film using the polishing composition for a copper-based metal according to claim 1 until the portion of the copper diffusion preventing film on the insulating film excluding at least the groove and the opening is exposed; Polishing at least a portion of the copper diffusion preventing film on the insulating film except for the groove and the opening using the polishing composition for copper diffusion preventing material according to 2, thereby removing a surface in the opening and the groove. Forming a wiring having a dual damascene structure, the periphery of which is covered with the copper diffusion preventing film.
【請求項10】 半導体基板上の第1絶縁膜に少なくと
も第1ビアフィルに相当する形状の第1開口部を形成す
る工程;前記第1開口部の内面を含む前記第1絶縁膜上
に第1銅拡散防止膜を形成する工程;前記第1銅拡散防
止膜上に銅または銅合金からなる第1配線材料膜を形成
する工程;請求項1記載の銅系金属用研磨組成物を用い
て前記第1配線材料膜を少なくとも前記第1開口部を除
く前記第1絶縁膜上の前記第1銅拡散防止膜部分が露出
するまで研磨する工程;請求項2記載の銅拡散防止材料
用研磨組成物を用いて少なくとも前記第1開口部を除く
前記第1絶縁膜上の前記銅拡散防止膜部分を研磨し、そ
れによって前記第1開口部に表面を除く周囲が前記第1
銅拡散防止膜で覆われた第1ビアフィルを形成する工
程;前記第1ビアフィルを含む前記第1絶縁膜上に第2
絶縁膜を形成する工程;前記第2絶縁膜に少なくとも前
記第1ビアフィルに到達する第2ビアフィルに相当する
形状の第2開口部を形成する工程;前記第2開口部を含
む前記第2絶縁膜上に第2銅拡散防止膜を形成する工
程;前記第2銅拡散防止膜上に銅または銅合金からなる
第2配線材料膜を形成する工程;請求項1記載の銅系金
属用研磨組成物を用いて前記第2配線材料膜を前記第2
開口部を除く前記第2絶縁膜上の前記第2銅拡散防止膜
部分が露出するまで研磨する工程;および請求項2記載
の銅拡散防止材料用研磨組成物を用いて前記第2開口部
を除く前記第2絶縁膜上の前記銅拡散防止膜部分を研磨
し、それによって前記第2開口部に表面を除く周囲が前
記第2銅拡散防止膜で覆われた前記第2ビアフィルを形
成する工程;を具備することを特徴とする半導体装置の
製造方法。
10. A step of forming a first opening having a shape corresponding to at least a first via fill in a first insulating film on a semiconductor substrate; forming a first opening on the first insulating film including an inner surface of the first opening. A step of forming a copper diffusion barrier film; a step of forming a first wiring material film made of copper or a copper alloy on the first copper diffusion barrier film; 3. The polishing composition for a copper diffusion preventing material according to claim 2, wherein the first wiring material film is polished until at least the first copper diffusion preventing film portion on the first insulating film excluding the first opening is exposed. Polishing at least the copper diffusion preventing film portion on the first insulating film except for the first opening, so that the periphery of the first opening except the surface is the first.
Forming a first via fill covered with a copper diffusion preventing film; forming a second via fill on the first insulating film including the first via fill;
Forming an insulating film; forming a second opening in the second insulating film at least corresponding to the second via fill reaching the first via fill; the second insulating film including the second opening 2. A polishing composition for a copper-based metal according to claim 1, wherein a step of forming a second copper diffusion preventing film thereon; a step of forming a second wiring material film made of copper or a copper alloy on the second copper diffusion preventing film; The second wiring material film using the second
Polishing the second copper diffusion preventing film portion on the second insulating film excluding the opening until the second copper diffusion preventing film portion is exposed; Polishing the portion of the copper diffusion preventing film on the removed second insulating film, thereby forming the second via fill in which the periphery except the surface is covered with the second copper diffusion preventing film in the second opening. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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