JP2003059867A - 銅系金属用研磨液および半導体装置の製造方法 - Google Patents
銅系金属用研磨液および半導体装置の製造方法Info
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- JP2003059867A JP2003059867A JP2002212954A JP2002212954A JP2003059867A JP 2003059867 A JP2003059867 A JP 2003059867A JP 2002212954 A JP2002212954 A JP 2002212954A JP 2002212954 A JP2002212954 A JP 2002212954A JP 2003059867 A JP2003059867 A JP 2003059867A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 銅または銅合金の浸漬時において前記銅また
は銅合金を殆どエッチングせず、かつ研磨処理時に前記
銅または銅合金を溶解して浸漬時と研磨処理時との間で
数倍ないし数十倍のエッチング速度差を示す銅系金属用
研磨液を提供しようとするものである。 【構成】 アミノ酢酸のような銅の水和物と反応して錯
体を形成する少なくとも１種の有機酸と酸化剤と水とを
含有することを特徴としている。
は銅合金を殆どエッチングせず、かつ研磨処理時に前記
銅または銅合金を溶解して浸漬時と研磨処理時との間で
数倍ないし数十倍のエッチング速度差を示す銅系金属用
研磨液を提供しようとするものである。 【構成】 アミノ酢酸のような銅の水和物と反応して錯
体を形成する少なくとも１種の有機酸と酸化剤と水とを
含有することを特徴としている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、銅系金属用研磨液およ
び半導体装置の製造方法に関する。
び半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏ
ｃ．，ＶｏＬ．１３８．Ｎｏ１１，３４６０（１９９
１）、ＶＭＩＣ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ＩＳＭＩＣ−
１０１／９２／０１５６（１９９２）またはＶＭＩＣ
Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ＩＳＭＩＣ−１０２／９３／０
２０５（１９９３）には、アミン系コロイダルシリカの
スラリーまたはＫ3 Ｆｅ（ＣＮ）6 、Ｋ4 （ＣＮ）6 、
Ｃｏ（ＮＯ3 ）2 が添加されたスラリーからなるＣｕ膜
またはＣｕ合金膜の研磨液が開示されている。
ｃ．，ＶｏＬ．１３８．Ｎｏ１１，３４６０（１９９
１）、ＶＭＩＣ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ＩＳＭＩＣ−
１０１／９２／０１５６（１９９２）またはＶＭＩＣ
Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ＩＳＭＩＣ−１０２／９３／０
２０５（１９９３）には、アミン系コロイダルシリカの
スラリーまたはＫ3 Ｆｅ（ＣＮ）6 、Ｋ4 （ＣＮ）6 、
Ｃｏ（ＮＯ3 ）2 が添加されたスラリーからなるＣｕ膜
またはＣｕ合金膜の研磨液が開示されている。
【０００３】しかしながら、前記研磨液は浸漬時と研磨
時との間でＣｕ膜の溶解速度に差がないため、次のよう
な問題がある。
時との間でＣｕ膜の溶解速度に差がないため、次のよう
な問題がある。
【０００４】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膜を研磨液を用い
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。このようなエッチバ
ック工程後において、前記溝内のＣｕ配線層は研磨液に
接触されるため、浸漬時と研磨時との間でＣｕ膜のエッ
チング速度に差がない前述した組成の研磨液を使用する
と、前記Ｃｕ配線層はさらに前記研磨液によりエッチン
グされる。その結果、前記溝内のＣｕ配線層の表面位置
が前記絶縁膜の表面より低くなるため、前記絶縁膜の表
面と面一の配線層の形成が困難になり、平坦性が損なわ
れる。また、形成された埋め込みＣｕ配線層は、絶縁膜
の表面と面一に埋め込まれたＣｕ配線層に比べて抵抗値
が高くなる。
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膜を研磨液を用い
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。このようなエッチバ
ック工程後において、前記溝内のＣｕ配線層は研磨液に
接触されるため、浸漬時と研磨時との間でＣｕ膜のエッ
チング速度に差がない前述した組成の研磨液を使用する
と、前記Ｃｕ配線層はさらに前記研磨液によりエッチン
グされる。その結果、前記溝内のＣｕ配線層の表面位置
が前記絶縁膜の表面より低くなるため、前記絶縁膜の表
面と面一の配線層の形成が困難になり、平坦性が損なわ
れる。また、形成された埋め込みＣｕ配線層は、絶縁膜
の表面と面一に埋め込まれたＣｕ配線層に比べて抵抗値
が高くなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、銅
（Ｃｕ）または銅合金（Ｃｕ合金）の浸漬時において前
記Ｃｕ等を殆どエッチングせず、かつ研磨処理時に前記
ＣｕまたはＣｕ合金を溶解して浸漬時と研磨処理時との
間で数倍ないし数十倍のエッチング速度差を示す銅系金
属用研磨液を提供しようとするものである。
（Ｃｕ）または銅合金（Ｃｕ合金）の浸漬時において前
記Ｃｕ等を殆どエッチングせず、かつ研磨処理時に前記
ＣｕまたはＣｕ合金を溶解して浸漬時と研磨処理時との
間で数倍ないし数十倍のエッチング速度差を示す銅系金
属用研磨液を提供しようとするものである。
【０００６】本発明の別の目的は、半導体基板上の絶縁
膜に溝および／または開口部を形成し、前記絶縁膜上に
堆積された銅（Ｃｕ）または銅合金（Ｃｕ合金）からな
る配線材料膜を短時間でエッチバックできると共に絶縁
膜表面と面一の埋め込み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。
膜に溝および／または開口部を形成し、前記絶縁膜上に
堆積された銅（Ｃｕ）または銅合金（Ｃｕ合金）からな
る配線材料膜を短時間でエッチバックできると共に絶縁
膜表面と面一の埋め込み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。
【０００７】本発明のさらに別の目的は、半導体基板上
の絶縁膜に溝および／または開口部を形成し、前記絶縁
膜上に堆積されたＣｕまたはＣｕ合金からなる配線材料
膜を短時間でエッチバックして絶縁膜表面と面一の埋め
込み配線層を形成することができ、さらにエッチバック
後の絶縁膜表面等を良好に清浄化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。
の絶縁膜に溝および／または開口部を形成し、前記絶縁
膜上に堆積されたＣｕまたはＣｕ合金からなる配線材料
膜を短時間でエッチバックして絶縁膜表面と面一の埋め
込み配線層を形成することができ、さらにエッチバック
後の絶縁膜表面等を良好に清浄化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。
【０００８】
【課題を解決するための手段および作用】本発明に係わ
る銅系金属用研磨液は、銅の水和物と反応して錯体を形
成する少なくとも１種の有機酸と酸化剤と水とを含有す
る。
る銅系金属用研磨液は、銅の水和物と反応して錯体を形
成する少なくとも１種の有機酸と酸化剤と水とを含有す
る。
【０００９】前記有機酸は、少なくともアミノ酢酸であ
ることが好ましい。
ることが好ましい。
【００１０】本発明に係わる別の銅系金属用研磨液は、
アミド硫酸と酸化剤と研磨砥粒と水とを含有する。
アミド硫酸と酸化剤と研磨砥粒と水とを含有する。
【００１１】このような研磨液は、ＣｕまたはＣｕ合金
の浸漬時において前記酸化剤の酸化作用により前記Ｃｕ
またはＣｕ合金の表面にエッチングバリアとして機能す
る酸化層を形成し、ＣｕまたはＣｕ合金の研磨時おいて
前記酸化層を機械的に除去して露出したＣｕまたはＣｕ
合金を前記有機酸でエッチングする。このため、Ｃｕま
たはＣｕ合金は研磨液に浸漬されている時は前記酸化層
によりエッチングが抑制ないし防止され、研磨時に露出
したＣｕまたはＣｕ合金が物理的な研磨と研磨液中の有
機酸によるエッチングが進行する。その結果、浸漬時と
研磨時との間のＣｕまたはＣｕ合金のエッチング速度差
を十分大きく取ることが可能になる。
の浸漬時において前記酸化剤の酸化作用により前記Ｃｕ
またはＣｕ合金の表面にエッチングバリアとして機能す
る酸化層を形成し、ＣｕまたはＣｕ合金の研磨時おいて
前記酸化層を機械的に除去して露出したＣｕまたはＣｕ
合金を前記有機酸でエッチングする。このため、Ｃｕま
たはＣｕ合金は研磨液に浸漬されている時は前記酸化層
によりエッチングが抑制ないし防止され、研磨時に露出
したＣｕまたはＣｕ合金が物理的な研磨と研磨液中の有
機酸によるエッチングが進行する。その結果、浸漬時と
研磨時との間のＣｕまたはＣｕ合金のエッチング速度差
を十分大きく取ることが可能になる。
【００１２】前記酸化剤としては、例えば過酸化水素
（Ｈ2 Ｏ2 ）、次亜塩素酸ソーダ（ＮａＣｌＯ）等を用
いることができる。
（Ｈ2 Ｏ2 ）、次亜塩素酸ソーダ（ＮａＣｌＯ）等を用
いることができる。
【００１３】前記研磨液は、前記有機酸が０．０１〜１
０重量％含有し、かつ重量割合で前記有機酸１に対して
前記酸化剤を２０以上にすることが好ましい。このよう
に研磨液中の有機酸の含有量および有機酸と酸化剤の含
有比率を規定したのは、次のような理由によるものであ
る。
０重量％含有し、かつ重量割合で前記有機酸１に対して
前記酸化剤を２０以上にすることが好ましい。このよう
に研磨液中の有機酸の含有量および有機酸と酸化剤の含
有比率を規定したのは、次のような理由によるものであ
る。
【００１４】前記有機酸の含有量を０．０１重量％未満
にすると、研磨時のＣｕまたはＣｕ合金のポリシング速
度（主に化学的溶解速度）が低下する恐れがある。一
方、前記有機酸の含有量が１０重量％を越えると研磨液
中に浸漬した時にＣｕまたはＣｕ合金のエッチングが過
度に進行して浸漬時と研磨時との間のエッチング速度差
が近似する恐れがある。より好ましい前記有機酸の含有
量は、０．０１〜１重量％である。
にすると、研磨時のＣｕまたはＣｕ合金のポリシング速
度（主に化学的溶解速度）が低下する恐れがある。一
方、前記有機酸の含有量が１０重量％を越えると研磨液
中に浸漬した時にＣｕまたはＣｕ合金のエッチングが過
度に進行して浸漬時と研磨時との間のエッチング速度差
が近似する恐れがある。より好ましい前記有機酸の含有
量は、０．０１〜１重量％である。
【００１５】重量割合で有機酸１に対して酸化剤を２０
未満にすると、ＣｕまたはＣｕ合金の浸漬時と研磨時と
の間で十分なエッチング速度差を取れなくなる恐があ
る。前記研磨液中の有機酸と酸化剤の含有比率は、重量
割合で有機酸１に対して酸化剤を４０以上、さらに好ま
しくは１００以上にすることが望ましい。
未満にすると、ＣｕまたはＣｕ合金の浸漬時と研磨時と
の間で十分なエッチング速度差を取れなくなる恐があ
る。前記研磨液中の有機酸と酸化剤の含有比率は、重量
割合で有機酸１に対して酸化剤を４０以上、さらに好ま
しくは１００以上にすることが望ましい。
【００１６】前記有機酸に対する前記酸化剤の上限比率
は、酸化剤の含有量から規定することが望ましく、例え
ば前記酸化剤の含有量を３０重量％にすることが好まし
い。前記酸化剤の含有量が３０重量％を越えると、Ｃｕ
またはＣｕ合金の研磨時において露出した面に酸化層が
直ぐに生成されてポリシング速度の低下を招く恐れがあ
る。
は、酸化剤の含有量から規定することが望ましく、例え
ば前記酸化剤の含有量を３０重量％にすることが好まし
い。前記酸化剤の含有量が３０重量％を越えると、Ｃｕ
またはＣｕ合金の研磨時において露出した面に酸化層が
直ぐに生成されてポリシング速度の低下を招く恐れがあ
る。
【００１７】なお、前記有機酸の含有量を前記範囲内の
下限値（０．０１重量％）側にする場合には、前記有機
酸と酸化剤の含有比率を重量割合で有機酸１に対して酸
化剤を４０以上にすることが好ましい。
下限値（０．０１重量％）側にする場合には、前記有機
酸と酸化剤の含有比率を重量割合で有機酸１に対して酸
化剤を４０以上にすることが好ましい。
【００１８】本発明に係わる研磨液は、前記有機酸およ
び酸化剤の他にｐＨを９〜１４に調節するアルカリ剤を
含有することを許容する。このようなアルカリ剤として
は、例えば水酸化カリウム、キノリンが好適である。
び酸化剤の他にｐＨを９〜１４に調節するアルカリ剤を
含有することを許容する。このようなアルカリ剤として
は、例えば水酸化カリウム、キノリンが好適である。
【００１９】前記研磨砥粒としては、例えばシリカ粒
子、アルミナ粒子、酸化セリウム粒子、ジルコニア粒子
等を挙げることができる。これらの研磨砥粒は、２種以
上の混合物の形態で用いてもよい。
子、アルミナ粒子、酸化セリウム粒子、ジルコニア粒子
等を挙げることができる。これらの研磨砥粒は、２種以
上の混合物の形態で用いてもよい。
【００２０】前記研磨砥粒は、０．０２〜０．１μｍの
平均粒径を有することが好ましい。
平均粒径を有することが好ましい。
【００２１】前記研磨砥粒は、１〜１４重量％添加され
ることが好ましい。前記研磨砥粒の添加量を１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、前記研磨砥粒の添加量が１４重量％を越える
と、研磨液の粘度等が高くなって取扱い難くなる。より
好ましい研磨砥粒の添加量は、３〜１０重量％の範囲で
ある。
ることが好ましい。前記研磨砥粒の添加量を１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、前記研磨砥粒の添加量が１４重量％を越える
と、研磨液の粘度等が高くなって取扱い難くなる。より
好ましい研磨砥粒の添加量は、３〜１０重量％の範囲で
ある。
【００２２】本発明に係わる銅系金属用研磨液により例
えば基板上に成膜されたＣｕ膜またはＣｕ合金膜を研磨
するには、図１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上には例えば布から作られた
研磨パッド２が被覆されている。研磨液を供給するため
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。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
互いに反対方向に回転させることにより前記基板上のＣ
ｕ膜が研磨される。
えば基板上に成膜されたＣｕ膜またはＣｕ合金膜を研磨
するには、図１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上には例えば布から作られた
研磨パッド２が被覆されている。研磨液を供給するため
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。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
互いに反対方向に回転させることにより前記基板上のＣ
ｕ膜が研磨される。
【００２３】以上説明した本発明に係わる銅系金属用研
磨液は、ＣｕまたはＣｕ合金の浸漬時において前記Ｃｕ
等を殆どエッチングせず（好ましくは１００ｎｍ／ｍｉ
ｎ以下のエッチング速度）、かつ浸漬時と研磨時との間
で数倍ないし数十倍のエッチング速度差を示す。
磨液は、ＣｕまたはＣｕ合金の浸漬時において前記Ｃｕ
等を殆どエッチングせず（好ましくは１００ｎｍ／ｍｉ
ｎ以下のエッチング速度）、かつ浸漬時と研磨時との間
で数倍ないし数十倍のエッチング速度差を示す。
【００２４】すなわち、前記研磨液の一成分である有機
酸（例えばアミノ酢酸）は、下記反応式に示すようにＣ
ｕの水和物と反応して錯体を生成する性質を有する。
酸（例えばアミノ酢酸）は、下記反応式に示すようにＣ
ｕの水和物と反応して錯体を生成する性質を有する。
【００２５】Ｃｕ（Ｈ2 Ｏ）4 2+＋２Ｈ2 ＮＣＨ2 ＣＯ
ＯＨ→Ｃｕ（Ｈ2 ＮＣＨ2 ＣＯＯＨ）2 ＋４Ｈ2 Ｏ＋２
Ｈ+ Ｃｕは、前記アミノ酢酸と水との混合液とは反応しな
い。このような反応系において、酸化剤（例えば過酸化
水素）を添加することにより前記反応式の矢印に示す方
向に反応が進み、Ｃｕのエッチングなされる。
ＯＨ→Ｃｕ（Ｈ2 ＮＣＨ2 ＣＯＯＨ）2 ＋４Ｈ2 Ｏ＋２
Ｈ+ Ｃｕは、前記アミノ酢酸と水との混合液とは反応しな
い。このような反応系において、酸化剤（例えば過酸化
水素）を添加することにより前記反応式の矢印に示す方
向に反応が進み、Ｃｕのエッチングなされる。
【００２６】図２は、アミノ酢酸、過酸化水素および水
からなる研磨液においてアミノ酢酸の含有量を０．１重
量％と一定とし、過酸化水素の含有量を変化させた時の
基板上に成膜されたＣｕ膜の浸漬時のエッチング速度お
よび研磨処理時のポリシング速度をプロットしたもので
ある。なお、研磨処理は前述した図１に示すポリシング
装置を用いて行われる。即ち、基板ホルダ５にＣｕ膜が
成膜された基板をそのＣｕ膜が例えばローデル・ニッタ
社製商品名；ＳＵＢＡ８００からなる研磨パッド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
基板を研磨パッド２に４００ｇ／ｃｍ2 の加重を与え、
さらにターンテーブル１および前記ホルダ５をそれぞれ
１００ｒｐｍの速度で互いに反対方向に回転させなが
ら、研磨液を供給管３から１２．５ｍｌ／分の速度で前
記研磨パッド２に供給することによって研磨処理を行っ
た。
からなる研磨液においてアミノ酢酸の含有量を０．１重
量％と一定とし、過酸化水素の含有量を変化させた時の
基板上に成膜されたＣｕ膜の浸漬時のエッチング速度お
よび研磨処理時のポリシング速度をプロットしたもので
ある。なお、研磨処理は前述した図１に示すポリシング
装置を用いて行われる。即ち、基板ホルダ５にＣｕ膜が
成膜された基板をそのＣｕ膜が例えばローデル・ニッタ
社製商品名；ＳＵＢＡ８００からなる研磨パッド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
基板を研磨パッド２に４００ｇ／ｃｍ2 の加重を与え、
さらにターンテーブル１および前記ホルダ５をそれぞれ
１００ｒｐｍの速度で互いに反対方向に回転させなが
ら、研磨液を供給管３から１２．５ｍｌ／分の速度で前
記研磨パッド２に供給することによって研磨処理を行っ
た。
【００２７】図２から明らかなようにＣｕ膜の浸漬時に
おいて、過酸化水素を添加しない研磨液を用いた場合に
はＣｕ膜のエッチングは全く起きないが、過酸化水素を
少量含有させるとＣｕ膜が急激にエッチングされること
がわかる。これは、研磨液中の過酸化水素によりＣｕの
水和物が生成し、これにアミノ酢酸が反応して錯体を生
成してＣｕがエッチングされるためである。また、前記
過酸化水素の含有量をさらに多くするとＣｕ膜のエッチ
ング速度が遅くなり、過酸化水素の含有量が５重量％に
なるとエッチング速度が零になることがわかる。これ
は、過酸化水素の含有量を多くするとＣｕ膜の表面に前
記研磨液によるエッチングを妨げる酸化層が生成するた
めであると考えられる。
おいて、過酸化水素を添加しない研磨液を用いた場合に
はＣｕ膜のエッチングは全く起きないが、過酸化水素を
少量含有させるとＣｕ膜が急激にエッチングされること
がわかる。これは、研磨液中の過酸化水素によりＣｕの
水和物が生成し、これにアミノ酢酸が反応して錯体を生
成してＣｕがエッチングされるためである。また、前記
過酸化水素の含有量をさらに多くするとＣｕ膜のエッチ
ング速度が遅くなり、過酸化水素の含有量が５重量％に
なるとエッチング速度が零になることがわかる。これ
は、過酸化水素の含有量を多くするとＣｕ膜の表面に前
記研磨液によるエッチングを妨げる酸化層が生成するた
めであると考えられる。
【００２８】事実、図３の（Ａ）に示すように基板１１
上に凹凸を有するＣｕ膜１２を形成し、この基板１１を
図２に示すエッチング速度が遅くなった組成の研磨液
（アミノ酢酸０．１重量％、過酸化水素１３重量％含
有）に３分間浸漬すると、図３の（Ｂ）に示すようにＣ
ｕ膜１２表面に酸化層１３が生成される。また、前記研
磨液に前記基板を浸漬した後、Ｃｕ膜表面をＸＰＳ（X-
ray photoelectron spectroscopy）で分析すると、図４
の実線に示すスペクトルが現れることからも、酸化層が
生成されていることが確認された。なお、図４の点線は
Ｃｕ膜を基板に成膜した直後の加工前のスペクトルを示
す。
上に凹凸を有するＣｕ膜１２を形成し、この基板１１を
図２に示すエッチング速度が遅くなった組成の研磨液
（アミノ酢酸０．１重量％、過酸化水素１３重量％含
有）に３分間浸漬すると、図３の（Ｂ）に示すようにＣ
ｕ膜１２表面に酸化層１３が生成される。また、前記研
磨液に前記基板を浸漬した後、Ｃｕ膜表面をＸＰＳ（X-
ray photoelectron spectroscopy）で分析すると、図４
の実線に示すスペクトルが現れることからも、酸化層が
生成されていることが確認された。なお、図４の点線は
Ｃｕ膜を基板に成膜した直後の加工前のスペクトルを示
す。
【００２９】図１に示すポリシング装置およびアミノ酢
酸０．１重量％、過酸化水素１３重量％を含有する研磨
液を用いて前述した研磨処理を行うと、図２に示すよう
にＣｕ膜のポリシング速度は浸漬時に比べて約１０ｎｍ
／分の差が生じることが確認された。このような研磨処
理によるＣｕ膜のポリシング速度の上昇は、図３の
（Ｂ）に示す酸化層１３が表面に形成されたＣｕ膜１２
を前記研磨液が存在する研磨パッドで研磨すると、図３
の（Ｃ）に示すようにＣｕ膜１２の凸部に対応する酸化
層１３が前記パッドにより機械的な研磨されて純Ｃｕが
表面に露出し、研磨液中のアミノ酢酸および過酸化水素
の作用により化学的研磨が急激になされてためである。
つまり、研磨処理工程ではＣｕ膜の研磨面に常に純Ｃｕ
が露出して研磨液中のアミノ酢酸および過酸化水素によ
る化学的エッチングがなされるためである。事実、研磨
処理直後のＣｕ膜表面をＸＰＳで分析すると、図４の一
点鎖線に示すスペクトルが現れ、Ｃｕが露出しているこ
とが確認された。
酸０．１重量％、過酸化水素１３重量％を含有する研磨
液を用いて前述した研磨処理を行うと、図２に示すよう
にＣｕ膜のポリシング速度は浸漬時に比べて約１０ｎｍ
／分の差が生じることが確認された。このような研磨処
理によるＣｕ膜のポリシング速度の上昇は、図３の
（Ｂ）に示す酸化層１３が表面に形成されたＣｕ膜１２
を前記研磨液が存在する研磨パッドで研磨すると、図３
の（Ｃ）に示すようにＣｕ膜１２の凸部に対応する酸化
層１３が前記パッドにより機械的な研磨されて純Ｃｕが
表面に露出し、研磨液中のアミノ酢酸および過酸化水素
の作用により化学的研磨が急激になされてためである。
つまり、研磨処理工程ではＣｕ膜の研磨面に常に純Ｃｕ
が露出して研磨液中のアミノ酢酸および過酸化水素によ
る化学的エッチングがなされるためである。事実、研磨
処理直後のＣｕ膜表面をＸＰＳで分析すると、図４の一
点鎖線に示すスペクトルが現れ、Ｃｕが露出しているこ
とが確認された。
【００３０】また、図５はアミノ酢酸、過酸化水素およ
び水からなる研磨液においてアミノ酢酸の含有量を０．
９重量％と一定とし、過酸化水素の含有量を変化させた
時の基板上に成膜されたＣｕ膜の浸漬時のエッチング速
度および研磨処理時のポリシング速度をプロットしたも
のである。なお、研磨処理は図１に示すポリシング装置
を用いて前述したのと同様な手順により行なった。図５
から明らかなようにＣｕ膜の浸漬時において、過酸化水
素を添加しない研磨液を用いた場合にはＣｕ膜のエッチ
ングは全く起きないが、過酸化水素を少量含有させると
Ｃｕ膜が急激にエッチングされることがわかる。また、
前記過酸化水素の含有量をさらに多くするとＣｕ膜のエ
ッチング速度が遅くなり、過酸化水素の含有量が約１８
重量％になるとエッチング速度が零になることがわか
る。これは、過酸化水素の含有量を多くするとＣｕ膜の
表面に前記研磨液によるエッチングを妨げる酸化層が生
成するためであると考えられる。このような研磨液にお
いて、過酸化水素が１５重量％含有するものを用いて前
述したのと同様な方法によりＣｕ膜を研磨処理すると、
約８５ｎｍ／分の速度でＣｕ膜がポリシングされ、浸漬
時と研磨処理時との間に十分なエッチング速度差が生じ
る。ただし、浸漬時にＣｕ膜が確実にエッチングされな
い条件である過酸化水素が２０重量％含有する研磨液、
つまりアミノ酢酸と過酸化水素の含有比率が重量割合で
アミノ酢酸１に対して過酸化水素を約２０とした研磨液
においてもＣｕ膜の研磨処理時のポリシング速度は約６
０ｎｍ／分となる。したがって、このように過酸化水素
の含有量を多くした研磨液を用いた場合でも浸漬時と研
磨処理時との間で十分なエッチング速度差をとることが
できる。
び水からなる研磨液においてアミノ酢酸の含有量を０．
９重量％と一定とし、過酸化水素の含有量を変化させた
時の基板上に成膜されたＣｕ膜の浸漬時のエッチング速
度および研磨処理時のポリシング速度をプロットしたも
のである。なお、研磨処理は図１に示すポリシング装置
を用いて前述したのと同様な手順により行なった。図５
から明らかなようにＣｕ膜の浸漬時において、過酸化水
素を添加しない研磨液を用いた場合にはＣｕ膜のエッチ
ングは全く起きないが、過酸化水素を少量含有させると
Ｃｕ膜が急激にエッチングされることがわかる。また、
前記過酸化水素の含有量をさらに多くするとＣｕ膜のエ
ッチング速度が遅くなり、過酸化水素の含有量が約１８
重量％になるとエッチング速度が零になることがわか
る。これは、過酸化水素の含有量を多くするとＣｕ膜の
表面に前記研磨液によるエッチングを妨げる酸化層が生
成するためであると考えられる。このような研磨液にお
いて、過酸化水素が１５重量％含有するものを用いて前
述したのと同様な方法によりＣｕ膜を研磨処理すると、
約８５ｎｍ／分の速度でＣｕ膜がポリシングされ、浸漬
時と研磨処理時との間に十分なエッチング速度差が生じ
る。ただし、浸漬時にＣｕ膜が確実にエッチングされな
い条件である過酸化水素が２０重量％含有する研磨液、
つまりアミノ酢酸と過酸化水素の含有比率が重量割合で
アミノ酢酸１に対して過酸化水素を約２０とした研磨液
においてもＣｕ膜の研磨処理時のポリシング速度は約６
０ｎｍ／分となる。したがって、このように過酸化水素
の含有量を多くした研磨液を用いた場合でも浸漬時と研
磨処理時との間で十分なエッチング速度差をとることが
できる。
【００３１】さらに、図６は有機酸であるアミド硫酸、
過酸化水素および水からなる研磨液においてアミド硫酸
の含有量を０．８６重量％と一定とし、過酸化水素の含
有量を変化させた時の基板上に成膜されたＣｕ膜の浸漬
時のエッチング速度および研磨処理時のポリシング速度
をプロットしたものである。なお、研磨処理は図１に示
すポリシング装置を用いて前述したのと同様な手順によ
り行った。図６から明らかなように過酸化水素を添加し
ない研磨液を用いた場合にはＣｕ膜のエッチングは全く
起きないが、過酸化水素を少量含有させるとＣｕ膜が急
激にエッチングされることがわかる。また、前記過酸化
水素の含有量をさらに多くするとＣｕ膜のエッチング速
度が遅くなり、過酸化水素の含有量が約２２重量％以上
になるとエッチング速度が５０ｎｍ／分になることがわ
かる。これは、過酸化水素の含有量を多くするとＣｕ膜
の表面に前記研磨液によるエッチングを妨げる酸化層が
生成するためであると考えられる。このような研磨液に
おいて、過酸化水素が３０重量％含有するもの、つまり
アミド硫酸と過酸化水素の含有比率が重量割合でアミノ
酢酸１に対して過酸化水素を約３５とした研磨液を用い
て前述したのと同様な方法でＣｕ膜を研磨処理すると、
約９５０ｎｍ／分の速度でＣｕ膜がポリシングされ、浸
漬時と研磨処理時とのエッチング速度差が約１９倍と十
分に大きくとれる。
過酸化水素および水からなる研磨液においてアミド硫酸
の含有量を０．８６重量％と一定とし、過酸化水素の含
有量を変化させた時の基板上に成膜されたＣｕ膜の浸漬
時のエッチング速度および研磨処理時のポリシング速度
をプロットしたものである。なお、研磨処理は図１に示
すポリシング装置を用いて前述したのと同様な手順によ
り行った。図６から明らかなように過酸化水素を添加し
ない研磨液を用いた場合にはＣｕ膜のエッチングは全く
起きないが、過酸化水素を少量含有させるとＣｕ膜が急
激にエッチングされることがわかる。また、前記過酸化
水素の含有量をさらに多くするとＣｕ膜のエッチング速
度が遅くなり、過酸化水素の含有量が約２２重量％以上
になるとエッチング速度が５０ｎｍ／分になることがわ
かる。これは、過酸化水素の含有量を多くするとＣｕ膜
の表面に前記研磨液によるエッチングを妨げる酸化層が
生成するためであると考えられる。このような研磨液に
おいて、過酸化水素が３０重量％含有するもの、つまり
アミド硫酸と過酸化水素の含有比率が重量割合でアミノ
酢酸１に対して過酸化水素を約３５とした研磨液を用い
て前述したのと同様な方法でＣｕ膜を研磨処理すると、
約９５０ｎｍ／分の速度でＣｕ膜がポリシングされ、浸
漬時と研磨処理時とのエッチング速度差が約１９倍と十
分に大きくとれる。
【００３２】したがって、本発明に係わる研磨液はＣｕ
またはＣｕ合金の浸漬時においてＣｕまたはＣｕ合金を
殆どエッチングせず、かつ浸漬時と研磨時との間で数倍
ないし数十倍のエッチング速度差を示す。このため、研
磨処理工程において研磨液の供給タイミング等によりＣ
ｕ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。また、前記ポリシング
装置による前記基板上のＣｕ膜の研磨の終了後におい
て、前記Ｃｕ膜は研磨液に接触されると前述したように
過酸化水素によりＣｕ膜に酸化層が形成されるため、研
磨処理後においてもＣｕ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。
さらに、図３の（Ｃ）に示すように凹凸を有するＣｕ膜
１２は研磨工程において側面からのエッチングがなされ
ず、前記研磨パッドと当接する凸部表面から順次エッチ
ングすることができるため、後述するエッチバック技術
に極めて好適である。
またはＣｕ合金の浸漬時においてＣｕまたはＣｕ合金を
殆どエッチングせず、かつ浸漬時と研磨時との間で数倍
ないし数十倍のエッチング速度差を示す。このため、研
磨処理工程において研磨液の供給タイミング等によりＣ
ｕ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。また、前記ポリシング
装置による前記基板上のＣｕ膜の研磨の終了後におい
て、前記Ｃｕ膜は研磨液に接触されると前述したように
過酸化水素によりＣｕ膜に酸化層が形成されるため、研
磨処理後においてもＣｕ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。
さらに、図３の（Ｃ）に示すように凹凸を有するＣｕ膜
１２は研磨工程において側面からのエッチングがなされ
ず、前記研磨パッドと当接する凸部表面から順次エッチ
ングすることができるため、後述するエッチバック技術
に極めて好適である。
【００３３】本発明に係わる研磨液において、水酸化カ
リウムのようなアルカリ剤を加えてｐＨを９〜１４に調
節することにより前記研磨液にＣｕまたはＣｕ合金を浸
漬した際、ＣｕまたはＣｕ合金の表面に前記研磨液に対
してエッチングバリア性の優れた酸化層を生成できる。
また、ＣｕまたはＣｕ合金の表面に生成される酸化層の
厚さを制御することができる。図７は、例えばアミノ酢
酸０．９重量％、過酸化水素１２重量％を含み、水酸化
カリウムを添加してｐＨを８．５〜１１に調節した研磨
液に基板上に成膜されたＣｕ膜を浸漬した時の前記Ｃｕ
膜表面に生成された酸化層の厚さ変化を示す特性図であ
る。この図７に示すようにｐＨが高くなるに伴ってＣｕ
膜表面に生成される酸化層の厚さが厚くなる。
リウムのようなアルカリ剤を加えてｐＨを９〜１４に調
節することにより前記研磨液にＣｕまたはＣｕ合金を浸
漬した際、ＣｕまたはＣｕ合金の表面に前記研磨液に対
してエッチングバリア性の優れた酸化層を生成できる。
また、ＣｕまたはＣｕ合金の表面に生成される酸化層の
厚さを制御することができる。図７は、例えばアミノ酢
酸０．９重量％、過酸化水素１２重量％を含み、水酸化
カリウムを添加してｐＨを８．５〜１１に調節した研磨
液に基板上に成膜されたＣｕ膜を浸漬した時の前記Ｃｕ
膜表面に生成された酸化層の厚さ変化を示す特性図であ
る。この図７に示すようにｐＨが高くなるに伴ってＣｕ
膜表面に生成される酸化層の厚さが厚くなる。
【００３４】このようなｐＨを９〜１４に調節された研
磨液は、ＣｕまたはＣｕ合金の浸漬時にエッチングバリ
ア性の高い酸化層を前記ＣｕまたはＣｕ合金の表面に生
成させることができる。このため、前記研磨液中のアミ
ノ酢酸のような有機酸の含有量を大きくしてもＣｕまた
はＣｕ合金の浸漬時においてＣｕ等を殆どエッチングせ
ず、一方、研磨時においては前記有機酸の含有量の増加
によりＣｕまたはＣｕ合金のポリシング速度を高めるこ
とができる。したがって、アルカリ剤を添加しない場合
に比べて浸漬時と研磨時との間でエッチング速度差を大
きくすることができ、結果的にはＣｕまたはＣｕ合金の
研磨処理時間を短縮することができる。
磨液は、ＣｕまたはＣｕ合金の浸漬時にエッチングバリ
ア性の高い酸化層を前記ＣｕまたはＣｕ合金の表面に生
成させることができる。このため、前記研磨液中のアミ
ノ酢酸のような有機酸の含有量を大きくしてもＣｕまた
はＣｕ合金の浸漬時においてＣｕ等を殆どエッチングせ
ず、一方、研磨時においては前記有機酸の含有量の増加
によりＣｕまたはＣｕ合金のポリシング速度を高めるこ
とができる。したがって、アルカリ剤を添加しない場合
に比べて浸漬時と研磨時との間でエッチング速度差を大
きくすることができ、結果的にはＣｕまたはＣｕ合金の
研磨処理時間を短縮することができる。
【００３５】本発明に係わる研磨液において、シリカ粒
子のような研磨砥粒を添加することによって前記研磨砥
粒が未添加の研磨液に比べてＣｕまたはＣｕ合金の研磨
時のポリシング速度を向上できる。例えば、アミノ酢酸
０．１重量％、過酸化水素１３重量％を含有する水溶液
に平均粒径３０ｎｍのシリカ粒子、平均粒径７４０ｎｍ
のアルミナ粒子、平均粒径１３００ｎｍの酸化セリウム
粒子および平均粒径１１００ｎｍのジルコニア粒子をそ
れぞれ約９重量％添加して研磨液を調製した。これらの
研磨液を図１に示すポリシング装置を用いて前述したの
と同様な手順により基板に成膜された凹凸を有するＣｕ
膜の研磨処理を行った。各研磨液によるＣｕ膜ポリシン
グ速度を下記表１に示す。なお、下記表１には研磨砥粒
が添加されないアミノ酢酸０．１重量％、過酸化水素１
３重量％を含有する研磨液を用いた場合のＣｕ膜のポリ
シング速度を併記した。
子のような研磨砥粒を添加することによって前記研磨砥
粒が未添加の研磨液に比べてＣｕまたはＣｕ合金の研磨
時のポリシング速度を向上できる。例えば、アミノ酢酸
０．１重量％、過酸化水素１３重量％を含有する水溶液
に平均粒径３０ｎｍのシリカ粒子、平均粒径７４０ｎｍ
のアルミナ粒子、平均粒径１３００ｎｍの酸化セリウム
粒子および平均粒径１１００ｎｍのジルコニア粒子をそ
れぞれ約９重量％添加して研磨液を調製した。これらの
研磨液を図１に示すポリシング装置を用いて前述したの
と同様な手順により基板に成膜された凹凸を有するＣｕ
膜の研磨処理を行った。各研磨液によるＣｕ膜ポリシン
グ速度を下記表１に示す。なお、下記表１には研磨砥粒
が添加されないアミノ酢酸０．１重量％、過酸化水素１
３重量％を含有する研磨液を用いた場合のＣｕ膜のポリ
シング速度を併記した。
【００３６】
【表１】
【００３７】前記表１から明らかなように研磨砥粒が添
加された研磨液では、研磨砥粒が添加されない研磨液に
比べてＣｕ膜の研磨速度を向上できることがわかる。ま
た、研磨砥粒の種類を変えることによってＣｕ膜のポリ
シング速度を制御できることがわかる。
加された研磨液では、研磨砥粒が添加されない研磨液に
比べてＣｕ膜の研磨速度を向上できることがわかる。ま
た、研磨砥粒の種類を変えることによってＣｕ膜のポリ
シング速度を制御できることがわかる。
【００３８】また、前記シリカ粒子およびアルミナ粒子
をそれぞれ砥粒として添加された研磨液を図１に示すポ
リシング装置を用いて前述したのと同様な手順により基
板に成膜されたＳｉＯ2 膜、Ｓｉ3 Ｎ4 膜およびボロン
添加ガラス膜（ＢＰＳＧ膜）の研磨処理をそれぞれ行っ
た。各研磨液による各種絶縁膜のポリシング速度を下記
表２に示す。なお、表２中の括弧内の値は（同種の研磨
液でのＣｕ膜のポリシング速度／各絶縁膜のポリシング
速度）から求めた速度比である。後述する半導体装置の
製造時において絶縁膜の溝等に埋め込みＣｕ配線層を研
磨処理により形成する際、前記速度比が大きい程、Ｃｕ
の選択ポリシング性を向上することが可能になる。つま
り、下地の絶縁膜の膜減りを抑制できる。
をそれぞれ砥粒として添加された研磨液を図１に示すポ
リシング装置を用いて前述したのと同様な手順により基
板に成膜されたＳｉＯ2 膜、Ｓｉ3 Ｎ4 膜およびボロン
添加ガラス膜（ＢＰＳＧ膜）の研磨処理をそれぞれ行っ
た。各研磨液による各種絶縁膜のポリシング速度を下記
表２に示す。なお、表２中の括弧内の値は（同種の研磨
液でのＣｕ膜のポリシング速度／各絶縁膜のポリシング
速度）から求めた速度比である。後述する半導体装置の
製造時において絶縁膜の溝等に埋め込みＣｕ配線層を研
磨処理により形成する際、前記速度比が大きい程、Ｃｕ
の選択ポリシング性を向上することが可能になる。つま
り、下地の絶縁膜の膜減りを抑制できる。
【００３９】
【表２】
【００４０】さらに、シリカ粒子のような研磨砥粒が添
加された研磨液はＣｕ膜またはＣｕ合金膜の割れや微細
な傷を生じることなく良好にポリシングすることができ
る。これは、図１に示すポリシング装置を用いた研磨工
程においてＣｕ膜の研磨面と前記研磨パッドとの間の摩
擦力を前記砥粒により緩和でき、Ｃｕ膜への衝撃力を低
減して割れ等を防止することができるためである。
加された研磨液はＣｕ膜またはＣｕ合金膜の割れや微細
な傷を生じることなく良好にポリシングすることができ
る。これは、図１に示すポリシング装置を用いた研磨工
程においてＣｕ膜の研磨面と前記研磨パッドとの間の摩
擦力を前記砥粒により緩和でき、Ｃｕ膜への衝撃力を低
減して割れ等を防止することができるためである。
【００４１】したがって、シリカ粒子のような研磨砥粒
が添加された研磨液は研磨砥粒が添加されない研磨液に
比べてＣｕまたはＣｕ合金のポリシング速度を向上でき
ると共に研磨処理時におけるＣｕまたはＣｕ合金表面へ
の損傷を抑制できる。
が添加された研磨液は研磨砥粒が添加されない研磨液に
比べてＣｕまたはＣｕ合金のポリシング速度を向上でき
ると共に研磨処理時におけるＣｕまたはＣｕ合金表面へ
の損傷を抑制できる。
【００４２】なお、有機酸がアミド硫酸で、シリカ粒子
のような研磨砥粒を含む研磨液においても前記研磨砥粒
が添加されない研磨液に比べてＣｕまたはＣｕ合金のポ
リシング速度を向上できると共に研磨処理時におけるＣ
ｕまたはＣｕ合金表面への損傷を抑制できる。
のような研磨砥粒を含む研磨液においても前記研磨砥粒
が添加されない研磨液に比べてＣｕまたはＣｕ合金のポ
リシング速度を向上できると共に研磨処理時におけるＣ
ｕまたはＣｕ合金表面への損傷を抑制できる。
【００４３】本発明に係わ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／または開口部を形成する工程と、前記溝および／ま
たは開口部を含む前記絶縁膜上にＣｕまたはＣｕ合金か
らなる配線材料膜を堆積する工程と、銅の水和物と反応
して錯体を形成する少なくとも１種の有機酸と酸化剤と
研磨砥粒と水とを含有する研磨液を用いて前記配線材料
膜を前記絶縁膜の表面が露出するまで研磨処理すること
により前記絶縁膜にその表面と面一の埋め込み配線層を
形成する工程とを具備したことを特徴とするものであ
る。
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／または開口部を形成する工程と、前記溝および／ま
たは開口部を含む前記絶縁膜上にＣｕまたはＣｕ合金か
らなる配線材料膜を堆積する工程と、銅の水和物と反応
して錯体を形成する少なくとも１種の有機酸と酸化剤と
研磨砥粒と水とを含有する研磨液を用いて前記配線材料
膜を前記絶縁膜の表面が露出するまで研磨処理すること
により前記絶縁膜にその表面と面一の埋め込み配線層を
形成する工程とを具備したことを特徴とするものであ
る。
【００４４】前記絶縁膜としては、例えばシリコン酸化
膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜とこの上に積層さ
れたシリコン窒化膜の２層膜、ボロン添加ガラス膜（Ｂ
ＰＳＧ膜）、リン添加ガラス膜（ＰＳＧ膜）等を用いる
ことができる。
膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜とこの上に積層さ
れたシリコン窒化膜の２層膜、ボロン添加ガラス膜（Ｂ
ＰＳＧ膜）、リン添加ガラス膜（ＰＳＧ膜）等を用いる
ことができる。
【００４５】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。
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。
【００４６】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、真空蒸着等により堆積される。
膜は、スパッタ蒸着、真空蒸着等により堆積される。
【００４７】前記研磨液中の有機酸の含有量、およびそ
れら有機酸および酸化剤の含有比率は、前述した銅系金
属用研磨液と同様な範囲にすることが好ましい。
れら有機酸および酸化剤の含有比率は、前述した銅系金
属用研磨液と同様な範囲にすることが好ましい。
【００４８】前記研磨液は、前記有機酸および酸化剤の
他にｐＨを９〜１４に調節するアルカリ剤を含有するこ
とを許容する。このようなアルカリ剤としては、例えば
水酸化カリウム、キノリンが好適である。
他にｐＨを９〜１４に調節するアルカリ剤を含有するこ
とを許容する。このようなアルカリ剤としては、例えば
水酸化カリウム、キノリンが好適である。
【００４９】前記研磨砥粒としては、例えばシリカ粒
子、アルミナ粒子、酸化セリウム粒子、ジルコニア粒子
等を挙げることができる。これらの研磨砥粒の平均粒径
および添加量は前述した銅系金属用研磨液で説明したの
と同様な範囲にすることが好ましい。
子、アルミナ粒子、酸化セリウム粒子、ジルコニア粒子
等を挙げることができる。これらの研磨砥粒の平均粒径
および添加量は前述した銅系金属用研磨液で説明したの
と同様な範囲にすることが好ましい。
【００５０】前記研磨液による研磨処理は、例えば前述
した図１に示すポリシング装置が用いて行われる。
した図１に示すポリシング装置が用いて行われる。
【００５１】図１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
ッドに与える加重は研磨液の組成により適宜選定され
る。例えば、有機酸、酸化剤および水からなる組成の研
磨液では前記加重を２００〜２０００ｇ／ｃｍ2 にする
ことが好ましい。さらにシリカ粒子のような研磨砥粒を
含む組成の研磨液では、前記加重を１５０〜１０００ｇ
／ｃｍ2 にすることが好ましい。
理において、基板ホルダで保持された基板を前記研磨パ
ッドに与える加重は研磨液の組成により適宜選定され
る。例えば、有機酸、酸化剤および水からなる組成の研
磨液では前記加重を２００〜２０００ｇ／ｃｍ2 にする
ことが好ましい。さらにシリカ粒子のような研磨砥粒を
含む組成の研磨液では、前記加重を１５０〜１０００ｇ
／ｃｍ2 にすることが好ましい。
【００５２】本発明に係わる半導体装置の製造におい
て、前記半導体基板上の前記溝および／または開口部を
含む前記絶縁膜には前記配線材料膜を堆積する前にバリ
ア層を形成することを許容する。このようなバリア層を
前記溝および／または開口部を含む前記絶縁膜に形成す
ることによって、Ｃｕのような配線材料膜の堆積、エッ
チバックにより前記バリア層で囲まれた埋め込み配線層
を形成することが可能になる。その結果、配線材料であ
るＣｕの拡散による半導体基板の汚染を防止できる。
て、前記半導体基板上の前記溝および／または開口部を
含む前記絶縁膜には前記配線材料膜を堆積する前にバリ
ア層を形成することを許容する。このようなバリア層を
前記溝および／または開口部を含む前記絶縁膜に形成す
ることによって、Ｃｕのような配線材料膜の堆積、エッ
チバックにより前記バリア層で囲まれた埋め込み配線層
を形成することが可能になる。その結果、配線材料であ
るＣｕの拡散による半導体基板の汚染を防止できる。
【００５３】前記バリア層は、例えばＴｉＮ、Ｔｉ、Ｎ
ｂ、ＷまたはＣｕＴａ合金からなる。このようなバリア
層は、１５〜５０ｎｍの厚さを有することが好ましい。
ｂ、ＷまたはＣｕＴａ合金からなる。このようなバリア
層は、１５〜５０ｎｍの厚さを有することが好ましい。
【００５４】本発明に係わる半導体装置の製造におい
て、前述した図１に示すポリシング装置の前記テーブル
の回転トルクの変化、研磨パッドの温度変化、または研
磨パッドに供給される前記研磨液のｐＨ変化、に基づい
て前記研磨処理の終点を検出することを許容する。ま
た、前述した図１に示すポリシング装置のホルダの回転
トルクの変化に基づいて前記研磨処理の終点を検出する
ことを許容する。このような方法によれば、研磨処理の
終点を簡単に検出できる。その結果、この終点検出を利
用することにより前記絶縁膜にその表面と面一の埋め込
み配線層を確実に形成することができる。
て、前述した図１に示すポリシング装置の前記テーブル
の回転トルクの変化、研磨パッドの温度変化、または研
磨パッドに供給される前記研磨液のｐＨ変化、に基づい
て前記研磨処理の終点を検出することを許容する。ま
た、前述した図１に示すポリシング装置のホルダの回転
トルクの変化に基づいて前記研磨処理の終点を検出する
ことを許容する。このような方法によれば、研磨処理の
終点を簡単に検出できる。その結果、この終点検出を利
用することにより前記絶縁膜にその表面と面一の埋め込
み配線層を確実に形成することができる。
【００５５】以上説明した本発明に係わる半導体装置の
製造方法は、半導体基板上の絶縁膜に配線層に相当する
溝および／または開口部を形成し、前記溝および／また
は開口部を含む前記絶縁膜上にＣｕまたはＣｕ合金から
なる配線材料膜を堆積し、さらに銅の水和物と反応して
錯体を形成する少なくとも１種の有機酸と酸化剤と水と
を含有する研磨液および例えば前述した図１に示すポリ
シング装置を用いて前記配線材料膜を前記絶縁膜の表面
が露出するまで研磨する。前記研磨液は、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合金膜を殆どエッチングせず、かつ浸漬時と
研磨時との間で数倍ないし数十倍のエッチング速度差を
示す。その結果、前記研磨工程において前記配線材料膜
はその表面から順次ポリシングされる、いわゆるエッチ
バックがなされるため、前記絶縁膜の溝および／または
開口部にＣｕまたはＣｕ合金からなる埋め込み配線層を
前記絶縁膜表面と面一に形成できる。また、エッチバッ
ク工程後の前記配線層は前記研磨液と接触されるが、前
記配線層の露出表面には酸化層が形成されるため前記酸
化層により前記配線層がエッチングされるのを回避でき
る。したがって、高精度の埋め込み配線層を有すると共
に、表面が平坦な構造を有する半導体装置を製造するこ
とができる。
製造方法は、半導体基板上の絶縁膜に配線層に相当する
溝および／または開口部を形成し、前記溝および／また
は開口部を含む前記絶縁膜上にＣｕまたはＣｕ合金から
なる配線材料膜を堆積し、さらに銅の水和物と反応して
錯体を形成する少なくとも１種の有機酸と酸化剤と水と
を含有する研磨液および例えば前述した図１に示すポリ
シング装置を用いて前記配線材料膜を前記絶縁膜の表面
が露出するまで研磨する。前記研磨液は、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合金膜を殆どエッチングせず、かつ浸漬時と
研磨時との間で数倍ないし数十倍のエッチング速度差を
示す。その結果、前記研磨工程において前記配線材料膜
はその表面から順次ポリシングされる、いわゆるエッチ
バックがなされるため、前記絶縁膜の溝および／または
開口部にＣｕまたはＣｕ合金からなる埋め込み配線層を
前記絶縁膜表面と面一に形成できる。また、エッチバッ
ク工程後の前記配線層は前記研磨液と接触されるが、前
記配線層の露出表面には酸化層が形成されるため前記酸
化層により前記配線層がエッチングされるのを回避でき
る。したがって、高精度の埋め込み配線層を有すると共
に、表面が平坦な構造を有する半導体装置を製造するこ
とができる。
【００５６】また、水酸化カリウムのようなアルカリ剤
により研磨液のｐＨを９〜１４に調節することによっ
て、前記研磨液に含有されるアミノ酢酸のような有機酸
の量を多くしてもエッチバック工程後の前記配線層のエ
ッチングをその表面に形成されたエッチングバリア性の
高い酸化膜により防止できる。しかも、研磨液中の有機
酸の含有量を高めることによって、前記配線材料膜のポ
リシング速度を高めることができ、結果的にはエッチバ
ック時間を短縮できる。
により研磨液のｐＨを９〜１４に調節することによっ
て、前記研磨液に含有されるアミノ酢酸のような有機酸
の量を多くしてもエッチバック工程後の前記配線層のエ
ッチングをその表面に形成されたエッチングバリア性の
高い酸化膜により防止できる。しかも、研磨液中の有機
酸の含有量を高めることによって、前記配線材料膜のポ
リシング速度を高めることができ、結果的にはエッチバ
ック時間を短縮できる。
【００５７】さらに、シリカ粒子のような研磨砥粒が添
加された研磨液を用いることによって前記配線材料層の
ポリシング速度を向上できるため、エッチバック時間を
短縮できる。しかも、前記エッチバック工程において配
線材料膜の割れや傷の発生を抑制できるため、信頼性の
高い埋め込み配線層を前記絶縁膜の溝および／または開
口部に形成することができる。
加された研磨液を用いることによって前記配線材料層の
ポリシング速度を向上できるため、エッチバック時間を
短縮できる。しかも、前記エッチバック工程において配
線材料膜の割れや傷の発生を抑制できるため、信頼性の
高い埋め込み配線層を前記絶縁膜の溝および／または開
口部に形成することができる。
【００５８】本発明に係わるさらに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の形状に相当
する溝および開口部から選ばれる少なくとも１つの部材
を形成する工程と、前記部材を含む前記絶縁膜上に銅ま
たは銅合金からなる配線材料膜を形成する工程と、銅の
水和物と反応して錯体を形成する少なくとも１種の有機
酸と酸化剤と水とを含有する研磨液を用いて前記配線材
料膜を前記絶縁膜の表面が露出するまで研磨処理するこ
とにより前記絶縁膜に埋め込み配線層を形成する工程
と、前記配線層を含む前記絶縁膜表面を溶存オゾン水溶
液で処理し、さらに希フッ酸水溶液で処理する工程とを
具備したことを特徴とするものである。
造方法は、半導体基板上の絶縁膜に配線層の形状に相当
する溝および開口部から選ばれる少なくとも１つの部材
を形成する工程と、前記部材を含む前記絶縁膜上に銅ま
たは銅合金からなる配線材料膜を形成する工程と、銅の
水和物と反応して錯体を形成する少なくとも１種の有機
酸と酸化剤と水とを含有する研磨液を用いて前記配線材
料膜を前記絶縁膜の表面が露出するまで研磨処理するこ
とにより前記絶縁膜に埋め込み配線層を形成する工程
と、前記配線層を含む前記絶縁膜表面を溶存オゾン水溶
液で処理し、さらに希フッ酸水溶液で処理する工程とを
具備したことを特徴とするものである。
【００５９】本発明に係わるさらに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の形状に相当
する溝および開口部から選ばれる少なくとも１つの部材
を形成する工程と、前記部材を含む前記絶縁膜上に銅ま
たは銅合金からなる配線材料膜を形成する工程と、アミ
ド硫酸と酸化剤と水とを含有する研磨液を用いて前記配
線材料膜を研磨処理することにより前記絶縁膜に埋め込
み配線層を形成する工程と、前記配線層を含む前記絶縁
膜表面を溶存オゾン水溶液で処理し、さらに希フッ酸水
溶液で処理する工程とを具備したことを特徴とするもの
である。
造方法は、半導体基板上の絶縁膜に配線層の形状に相当
する溝および開口部から選ばれる少なくとも１つの部材
を形成する工程と、前記部材を含む前記絶縁膜上に銅ま
たは銅合金からなる配線材料膜を形成する工程と、アミ
ド硫酸と酸化剤と水とを含有する研磨液を用いて前記配
線材料膜を研磨処理することにより前記絶縁膜に埋め込
み配線層を形成する工程と、前記配線層を含む前記絶縁
膜表面を溶存オゾン水溶液で処理し、さらに希フッ酸水
溶液で処理する工程とを具備したことを特徴とするもの
である。
【００６０】本発明に係わるさらに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の形状に相当
する溝および開口部から選ばれる少なくとも１つの部材
を形成する工程と、前記部材を含む前記絶縁膜上にバリ
ア層を形成する工程と、前記部材を含む前記バリア層上
に銅または銅合金からなる配線材料膜を形成する工程
と、銅の水和物と反応して錯体を形成する少なくとも１
種の有機酸と酸化剤と水とを含有する研磨液を用いて前
記配線材料膜を前記絶縁膜上の前記バリア層表面が露出
するまで研磨処理する工程とを具備したことを特徴とす
るものである。
造方法は、半導体基板上の絶縁膜に配線層の形状に相当
する溝および開口部から選ばれる少なくとも１つの部材
を形成する工程と、前記部材を含む前記絶縁膜上にバリ
ア層を形成する工程と、前記部材を含む前記バリア層上
に銅または銅合金からなる配線材料膜を形成する工程
と、銅の水和物と反応して錯体を形成する少なくとも１
種の有機酸と酸化剤と水とを含有する研磨液を用いて前
記配線材料膜を前記絶縁膜上の前記バリア層表面が露出
するまで研磨処理する工程とを具備したことを特徴とす
るものである。
【００６１】前記絶縁膜としては、例えばシリコン酸化
膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜とこの上に積層さ
れたシリコン窒化膜の２層膜、ボロン添加ガラス膜（Ｂ
ＰＳＧ膜）、リン添加ガラス膜（ＰＳＧ膜）等を用いる
ことができる。
膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜とこの上に積層さ
れたシリコン窒化膜の２層膜、ボロン添加ガラス膜（Ｂ
ＰＳＧ膜）、リン添加ガラス膜（ＰＳＧ膜）等を用いる
ことができる。
【００６２】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。
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。
【００６３】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、真空蒸着等により堆積される。
膜は、スパッタ蒸着、真空蒸着等により堆積される。
【００６４】前記研磨液中の有機酸の含有量およびそれ
ら有機酸および酸化剤の含有比率は、前述した銅系金属
用研磨液と同様な範囲にすることが好ましい。
ら有機酸および酸化剤の含有比率は、前述した銅系金属
用研磨液と同様な範囲にすることが好ましい。
【００６５】前記研磨液は、前記有機酸および酸化剤の
他にｐＨを９〜１４に調節するアルカリ剤を含有するこ
とを許容する。このようなアルカリ剤としては、例えば
水酸化カリウム、キノリンが好適である。
他にｐＨを９〜１４に調節するアルカリ剤を含有するこ
とを許容する。このようなアルカリ剤としては、例えば
水酸化カリウム、キノリンが好適である。
【００６６】前記研磨液は、前記有機酸および酸化剤の
他にシリカ粒子、アルミナ粒子、酸化セリウム粒子、ジ
ルコニア粒子等の研磨砥粒を含有することを許容する。
これらの研磨砥粒の平均粒径および添加量は前述した銅
系金属用研磨液で説明したのと同様な範囲にすることが
好ましい。
他にシリカ粒子、アルミナ粒子、酸化セリウム粒子、ジ
ルコニア粒子等の研磨砥粒を含有することを許容する。
これらの研磨砥粒の平均粒径および添加量は前述した銅
系金属用研磨液で説明したのと同様な範囲にすることが
好ましい。
【００６７】前記研磨液による研磨処理は、前述した図
１に示すポリシング装置を用いて行われる。
１に示すポリシング装置を用いて行われる。
【００６８】図１に示すポリシング装置を用いた研磨処
理において、基板ホルダで保持された基板を前記研磨パ
ッドに与える加重は研磨液の組成により適宜選定され
る。例えば、有機酸、酸化剤および水からなる組成の研
磨液では前記加重を２００〜２０００ｇ／ｃｍ2 にする
ことが好ましい。さらにシリカ粒子のような研磨砥粒を
含む組成の研磨液では、前記加重を１５０〜１０００ｇ
／ｃｍ2 にすることが好ましい。
理において、基板ホルダで保持された基板を前記研磨パ
ッドに与える加重は研磨液の組成により適宜選定され
る。例えば、有機酸、酸化剤および水からなる組成の研
磨液では前記加重を２００〜２０００ｇ／ｃｍ2 にする
ことが好ましい。さらにシリカ粒子のような研磨砥粒を
含む組成の研磨液では、前記加重を１５０〜１０００ｇ
／ｃｍ2 にすることが好ましい。
【００６９】本発明に係わる別の半導体装置の製造にお
いて、前記半導体基板上の前記溝および／または開口部
を含む前記絶縁膜には前記配線材料膜を堆積する前にバ
リア層を形成することを許容する。このようなバリア層
を前記溝および／または開口部を含む前記絶縁膜に形成
することによって、Ｃｕのような配線材料膜の堆積、エ
ッチバックにより前記バリア層で囲まれた埋め込み配線
層を形成することが可能になる。その結果、配線材料で
あるＣｕの拡散による半導体基板の汚染を防止できる。
いて、前記半導体基板上の前記溝および／または開口部
を含む前記絶縁膜には前記配線材料膜を堆積する前にバ
リア層を形成することを許容する。このようなバリア層
を前記溝および／または開口部を含む前記絶縁膜に形成
することによって、Ｃｕのような配線材料膜の堆積、エ
ッチバックにより前記バリア層で囲まれた埋め込み配線
層を形成することが可能になる。その結果、配線材料で
あるＣｕの拡散による半導体基板の汚染を防止できる。
【００７０】前記バリア層は、例えばＴｉＮ、Ｔｉ、Ｎ
ｂ、ＷまたはＣｕＴａ合金からなる。このようなバリア
層は、１５〜５０ｎｍの厚さを有することが好ましい。
ｂ、ＷまたはＣｕＴａ合金からなる。このようなバリア
層は、１５〜５０ｎｍの厚さを有することが好ましい。
【００７１】本発明に係わる別の半導体装置の製造にお
いて、前述した図１に示すポリシング装置の前記テーブ
ルの回転トルクの変化、研磨パッドの温度変化、または
研磨パッドに供給される前記研磨液のｐＨ変化、に基づ
いて前記研磨処理の終点を検出することを許容する。ま
た、前述した図１に示すポリシング装置のホルダの回転
トルクの変化に基づいて前記研磨処理の終点を検出する
ことを許容する。このような方法によれば、研磨処理の
終点を簡単に検出できる。その結果、前記終点検出を利
用することにより前記絶縁膜にその表面と面一の埋め込
み配線層を確実に形成することができる。
いて、前述した図１に示すポリシング装置の前記テーブ
ルの回転トルクの変化、研磨パッドの温度変化、または
研磨パッドに供給される前記研磨液のｐＨ変化、に基づ
いて前記研磨処理の終点を検出することを許容する。ま
た、前述した図１に示すポリシング装置のホルダの回転
トルクの変化に基づいて前記研磨処理の終点を検出する
ことを許容する。このような方法によれば、研磨処理の
終点を簡単に検出できる。その結果、前記終点検出を利
用することにより前記絶縁膜にその表面と面一の埋め込
み配線層を確実に形成することができる。
【００７２】前記溶存オゾン水溶液は、オゾン濃度が
０．１〜２５ｐｐｍであることが好ましい。前記溶存オ
ゾン水溶液のオゾン濃度を０．１ｐｐｍ未満にすると前
記絶縁膜上に残留した配線材料であるＣｕまたはＣｕ合
金を酸化物に変換したり、有機物等の汚染物を酸化分解
したりすることが困難になる。より好ましい前記溶存オ
ゾン水溶液のオゾン濃度は、５〜２５ｐｐｍである。
０．１〜２５ｐｐｍであることが好ましい。前記溶存オ
ゾン水溶液のオゾン濃度を０．１ｐｐｍ未満にすると前
記絶縁膜上に残留した配線材料であるＣｕまたはＣｕ合
金を酸化物に変換したり、有機物等の汚染物を酸化分解
したりすることが困難になる。より好ましい前記溶存オ
ゾン水溶液のオゾン濃度は、５〜２５ｐｐｍである。
【００７３】前記希フッ酸水溶液は、フッ酸濃度が０．
０５〜２０％であることが好ましい。前記希フッ酸水溶
液のフッ酸濃度を０．０５％未満にすると、前記溶存オ
ゾン水溶液での処理により変換されたＣｕまたはＣｕ合
金を酸化物を効果的に溶解除去することが困難になる。
一方、前記希フッ酸水溶液のフッ酸濃度が２０％を越え
ると絶縁膜としてシリコン酸化膜を用いた場合にはその
酸化膜をも溶解除去された膜減りを生じる恐れがある。
より好ましい前記希フッ酸水溶液のフッ酸濃度は０．１
〜５％である。
０５〜２０％であることが好ましい。前記希フッ酸水溶
液のフッ酸濃度を０．０５％未満にすると、前記溶存オ
ゾン水溶液での処理により変換されたＣｕまたはＣｕ合
金を酸化物を効果的に溶解除去することが困難になる。
一方、前記希フッ酸水溶液のフッ酸濃度が２０％を越え
ると絶縁膜としてシリコン酸化膜を用いた場合にはその
酸化膜をも溶解除去された膜減りを生じる恐れがある。
より好ましい前記希フッ酸水溶液のフッ酸濃度は０．１
〜５％である。
【００７４】以上説明した本発明に係わる別の半導体装
置の製造方法は、半導体基板上の絶縁膜に配線層に相当
する溝および／または開口部を形成し、前記溝および／
または開口部を含む前記絶縁膜上にＣｕまたはＣｕ合金
からなる配線材料膜を堆積し、さらに銅の水和物と反応
して錯体を形成する少なくとも１種の有機酸と酸化剤と
水とを含有する研磨液および例えば前述した図１に示す
ポリシング装置を用いて前記配線材料膜を前記絶縁膜の
表面が露出するまで研磨する。前記研磨液は、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Ｃ
ｕ膜またはＣｕ合金膜を殆どエッチングせず、かつ浸漬
時と研磨時との間で数倍ないし数十倍のエッチング速度
差を示す。その結果、前記研磨工程において前記配線材
料膜はその表面から順次ポリシングされる、いわゆるエ
ッチバックがなされるため、前記絶縁膜の溝および／ま
たは開口部にＣｕまたはＣｕ合金からなる埋め込み配線
層を前記絶縁膜表面と面一に形成できる。また、エッチ
バック工程後の前記配線層は前記研磨液と接触される
が、前記配線層の露出表面には酸化層が形成されるため
前記酸化層により前記配線層がエッチングされるのを回
避できる。
置の製造方法は、半導体基板上の絶縁膜に配線層に相当
する溝および／または開口部を形成し、前記溝および／
または開口部を含む前記絶縁膜上にＣｕまたはＣｕ合金
からなる配線材料膜を堆積し、さらに銅の水和物と反応
して錯体を形成する少なくとも１種の有機酸と酸化剤と
水とを含有する研磨液および例えば前述した図１に示す
ポリシング装置を用いて前記配線材料膜を前記絶縁膜の
表面が露出するまで研磨する。前記研磨液は、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Ｃ
ｕ膜またはＣｕ合金膜を殆どエッチングせず、かつ浸漬
時と研磨時との間で数倍ないし数十倍のエッチング速度
差を示す。その結果、前記研磨工程において前記配線材
料膜はその表面から順次ポリシングされる、いわゆるエ
ッチバックがなされるため、前記絶縁膜の溝および／ま
たは開口部にＣｕまたはＣｕ合金からなる埋め込み配線
層を前記絶縁膜表面と面一に形成できる。また、エッチ
バック工程後の前記配線層は前記研磨液と接触される
が、前記配線層の露出表面には酸化層が形成されるため
前記酸化層により前記配線層がエッチングされるのを回
避できる。
【００７５】さらに、前記エッチバック工程後に前記配
線層を含む前記絶縁膜表面を溶存オゾン水溶液で処理す
ることにより前記絶縁膜上に残留した微細な配線材料、
つまりＣｕまたはＣｕ合金を酸化物に変換したり、有機
物等の汚染物質を酸化分解することができる。このよう
な溶存オゾン水溶液での処理後に希フッ酸水溶液で処理
することによって、前記絶縁膜上にＣｕまたはＣｕ合金
の酸化物や前記汚染物質の酸化分解物を容易に溶解除去
することができる。
線層を含む前記絶縁膜表面を溶存オゾン水溶液で処理す
ることにより前記絶縁膜上に残留した微細な配線材料、
つまりＣｕまたはＣｕ合金を酸化物に変換したり、有機
物等の汚染物質を酸化分解することができる。このよう
な溶存オゾン水溶液での処理後に希フッ酸水溶液で処理
することによって、前記絶縁膜上にＣｕまたはＣｕ合金
の酸化物や前記汚染物質の酸化分解物を容易に溶解除去
することができる。
【００７６】したがって、高精度の埋め込み配線層を有
すると共に、表面が平坦な構造を有し、さらに絶縁膜表
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。
すると共に、表面が平坦な構造を有し、さらに絶縁膜表
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。
【００７７】また、水酸化カリウムのようなアルカリ剤
により研磨液のｐＨを９〜１４に調節することによっ
て、前記研磨液に含有されるアミノ酢酸のような有機酸
の量を多くしてもエッチバック工程後の前記配線層のエ
ッチングをその表面に形成されたエッチングバリア性の
高い酸化膜により防止できる。しかも、研磨液中の有機
酸の含有量を高めることによって、前記配線材料膜のポ
リシング速度を高めることができ、結果的にはエッチバ
ック時間を短縮できる。
により研磨液のｐＨを９〜１４に調節することによっ
て、前記研磨液に含有されるアミノ酢酸のような有機酸
の量を多くしてもエッチバック工程後の前記配線層のエ
ッチングをその表面に形成されたエッチングバリア性の
高い酸化膜により防止できる。しかも、研磨液中の有機
酸の含有量を高めることによって、前記配線材料膜のポ
リシング速度を高めることができ、結果的にはエッチバ
ック時間を短縮できる。
【００７８】さらに、シリカ粒子のような研磨砥粒が添
加された研磨液を用いることによって前記配線材料層の
ポリシング速度を向上できるため、エッチバック時間を
短縮できる。しかも、前記エッチバック工程において配
線材料膜の割れや傷の発生を抑制できるため、信頼性の
高い埋め込み配線層を前記絶縁膜の溝および／または開
口部に形成することができる。
加された研磨液を用いることによって前記配線材料層の
ポリシング速度を向上できるため、エッチバック時間を
短縮できる。しかも、前記エッチバック工程において配
線材料膜の割れや傷の発生を抑制できるため、信頼性の
高い埋め込み配線層を前記絶縁膜の溝および／または開
口部に形成することができる。
【００７９】
【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を詳細に説明
する。
する。
【００８０】実施例１
まず、図８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１０
００ｎｍ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８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１
５ｎｍのＴｉＮからなるバリア層２４および厚さ６００
ｎｍのＣｕ膜２５をこの順序で堆積した。
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１０
００ｎｍ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８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１
５ｎｍのＴｉＮからなるバリア層２４および厚さ６００
ｎｍのＣｕ膜２５をこの順序で堆積した。
【００８１】次いで、前述した図１に示すポリシング装
置の基板ホルダ５に図８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・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１００ｐｐｍの速度で互いに反対方向に回転
させながら、研磨液を供給管３から２０ｍｌ／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２５およびバリア層２４を前記ＳｉＯ2 膜２２の
表面が露出するまで研磨した。ここで、前記研磨液とし
てアミノ酢酸０．１重量％、過酸化水素１３．０重量％
および平均粒径０．０４μｍのシリカ粉末８重量％を含
む純水からなり、重量割合でアミノ酢酸１に対して過酸
化水素が１３０であるものを用いた。前記研磨工程にお
いて、前記研磨液はＣｕ膜との接触時のエッチング速度
が零であり、前記研磨パッドによる研磨時のポリシング
速度が約７７ｎｍ／分で浸漬時に比べて十分に大きなエ
ッチング速度差を示した。このため、研磨工程において
図８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、
さらに露出したバリア層２４がポリシングされる、いわ
ゆるエッチバックがなされた。その結果、図８の（Ｃ）
に示すように前記溝２３内のみにバリア層２４が残存す
ると共に、前記バリア層２４で覆われた前記溝２３に前
記ＳｉＯ2 膜２２表面と面一な埋め込みＣｕ配線層２６
が形成された。また、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２６が前記研磨液に接触されてもエッチ
ングが進行することがなかった。
置の基板ホルダ５に図８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・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１００ｐｐｍの速度で互いに反対方向に回転
させながら、研磨液を供給管３から２０ｍｌ／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２５およびバリア層２４を前記ＳｉＯ2 膜２２の
表面が露出するまで研磨した。ここで、前記研磨液とし
てアミノ酢酸０．１重量％、過酸化水素１３．０重量％
および平均粒径０．０４μｍのシリカ粉末８重量％を含
む純水からなり、重量割合でアミノ酢酸１に対して過酸
化水素が１３０であるものを用いた。前記研磨工程にお
いて、前記研磨液はＣｕ膜との接触時のエッチング速度
が零であり、前記研磨パッドによる研磨時のポリシング
速度が約７７ｎｍ／分で浸漬時に比べて十分に大きなエ
ッチング速度差を示した。このため、研磨工程において
図８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、
さらに露出したバリア層２４がポリシングされる、いわ
ゆるエッチバックがなされた。その結果、図８の（Ｃ）
に示すように前記溝２３内のみにバリア層２４が残存す
ると共に、前記バリア層２４で覆われた前記溝２３に前
記ＳｉＯ2 膜２２表面と面一な埋め込みＣｕ配線層２６
が形成された。また、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２６が前記研磨液に接触されてもエッチ
ングが進行することがなかった。
【００８２】また、前述した図１のポリシング装置によ
るポリシング工程（エッチバック工程）において研磨パ
ッドから研磨液を逐次採取してｐＨ測定計によりｐＨの
変化を測定した。研磨時間に対する研磨液のｐＨ変化を
図９に示す。図９から明らかなように、ｐＨはホルダに
よる基板の加重後に一度下がり、再度上昇する。このｐ
Ｈが上昇する時、例えば加重開始後８分間経過した時、
をエッチング終点とした。このような終点検出によりエ
ッチバック時間を設定することによって、前記ＳｉＯ2
膜２２の溝２３に前記ＳｉＯ2 膜２２表面と面一な埋め
込みＣｕ配線層２６を再現性よく形成することができ
た。
るポリシング工程（エッチバック工程）において研磨パ
ッドから研磨液を逐次採取してｐＨ測定計によりｐＨの
変化を測定した。研磨時間に対する研磨液のｐＨ変化を
図９に示す。図９から明らかなように、ｐＨはホルダに
よる基板の加重後に一度下がり、再度上昇する。このｐ
Ｈが上昇する時、例えば加重開始後８分間経過した時、
をエッチング終点とした。このような終点検出によりエ
ッチバック時間を設定することによって、前記ＳｉＯ2
膜２２の溝２３に前記ＳｉＯ2 膜２２表面と面一な埋め
込みＣｕ配線層２６を再現性よく形成することができ
た。
【００８３】なお、前述した図１のポリシング装置によ
るポリシング工程（エッチバック工程）において温度セ
ンサにより前記研磨パッドの温度変化の測定、およびタ
ーンテーブルの駆動モータの電圧変化、をそれぞれ測定
した。研磨時間に対する前記研磨パッドの温度変化を図
１０に、研磨時間に対する前記駆動モータの電圧変化を
図１１に、それぞれ示す。温度変化を示す図１０におい
て、加重開始直後に研磨パッドの温度が上昇して一定の
温度になり、再度温度が上昇する。この温度上昇が起こ
る時をエッチング終点とした。電圧変化を示す図１１に
おいて、加重開始直後にターンテーブルの駆動モータの
電圧が上昇して一定の電圧になり、再度、電圧が上昇す
る。この電圧が上昇する時をエッチング終点とした。こ
のような終点検出によりエッチバック時間を設定するこ
とによって、前述した研磨液のｐＨ測定の場合と同様に
前記ＳｉＯ2 膜２２の溝２３に前記ＳｉＯ2 膜２２表面
と面一な埋め込みＣｕ配線層２６を再現性よく形成する
ことができた。
るポリシング工程（エッチバック工程）において温度セ
ンサにより前記研磨パッドの温度変化の測定、およびタ
ーンテーブルの駆動モータの電圧変化、をそれぞれ測定
した。研磨時間に対する前記研磨パッドの温度変化を図
１０に、研磨時間に対する前記駆動モータの電圧変化を
図１１に、それぞれ示す。温度変化を示す図１０におい
て、加重開始直後に研磨パッドの温度が上昇して一定の
温度になり、再度温度が上昇する。この温度上昇が起こ
る時をエッチング終点とした。電圧変化を示す図１１に
おいて、加重開始直後にターンテーブルの駆動モータの
電圧が上昇して一定の電圧になり、再度、電圧が上昇す
る。この電圧が上昇する時をエッチング終点とした。こ
のような終点検出によりエッチバック時間を設定するこ
とによって、前述した研磨液のｐＨ測定の場合と同様に
前記ＳｉＯ2 膜２２の溝２３に前記ＳｉＯ2 膜２２表面
と面一な埋め込みＣｕ配線層２６を再現性よく形成する
ことができた。
【００８４】さらに、前記埋め込み配線層の形成後の基
板をオゾン濃度０．００１％の溶存オゾン水溶液に３分
間浸漬して処理した後、フッ酸濃度１０％の希フッ酸水
溶液に９０秒間浸漬して処理した。図１２は、ＸＰＳで
分析したスペクトル図であり、実線はＣｕ配線層形成直
後の表面のスペクトル、点線は溶存オゾン水溶液で処理
した後のＣｕ配線層表面のスペクトル、一点鎖線は希フ
ッ酸処理後のＣｕ配線層表面のスペクトル、である。図
１２から明らかなように配線形成後の基板を溶存オゾン
水溶液に浸漬して処理すると、点線に示すスペクトルの
ように配線形成直後で見られた金属Ｃｕの信号はなくな
り、Ｃｕ配線層表面が酸化物に変化したことがわかる。
この後、希フッ酸水溶液で処理すると一点鎖線に示すス
ペクトルのように前記溶存オゾン水溶液の処理で見られ
たＣｕＯの信号がなくなり、純ＣｕがＣｕ配線層表面に
露出したことがわかる。このように溶存オゾン水溶液で
処理することによって、ＳｉＯ2 膜２２等の表面に残留
したアミノ酢酸のような有機物を分解できると共に、前
記ＳｉＯ2 膜２２に残留したＣｕを酸化物に変換でき
る。溶存オゾン水溶液の処理で生成された有機物の分解
物およびＣｕの酸化物は、この後の希フッ酸水溶液の処
理により除去できると共に、前記研磨液との接触により
Ｃｕ配線層２６表面に生成されたＣｕ酸化物層も除去す
ることができる。その結果、ＳｉＯ2 膜２２の表面を清
浄化でき、さらにＣｕ配線層２６表面に純Ｃｕを露出す
ることができる。
板をオゾン濃度０．００１％の溶存オゾン水溶液に３分
間浸漬して処理した後、フッ酸濃度１０％の希フッ酸水
溶液に９０秒間浸漬して処理した。図１２は、ＸＰＳで
分析したスペクトル図であり、実線はＣｕ配線層形成直
後の表面のスペクトル、点線は溶存オゾン水溶液で処理
した後のＣｕ配線層表面のスペクトル、一点鎖線は希フ
ッ酸処理後のＣｕ配線層表面のスペクトル、である。図
１２から明らかなように配線形成後の基板を溶存オゾン
水溶液に浸漬して処理すると、点線に示すスペクトルの
ように配線形成直後で見られた金属Ｃｕの信号はなくな
り、Ｃｕ配線層表面が酸化物に変化したことがわかる。
この後、希フッ酸水溶液で処理すると一点鎖線に示すス
ペクトルのように前記溶存オゾン水溶液の処理で見られ
たＣｕＯの信号がなくなり、純ＣｕがＣｕ配線層表面に
露出したことがわかる。このように溶存オゾン水溶液で
処理することによって、ＳｉＯ2 膜２２等の表面に残留
したアミノ酢酸のような有機物を分解できると共に、前
記ＳｉＯ2 膜２２に残留したＣｕを酸化物に変換でき
る。溶存オゾン水溶液の処理で生成された有機物の分解
物およびＣｕの酸化物は、この後の希フッ酸水溶液の処
理により除去できると共に、前記研磨液との接触により
Ｃｕ配線層２６表面に生成されたＣｕ酸化物層も除去す
ることができる。その結果、ＳｉＯ2 膜２２の表面を清
浄化でき、さらにＣｕ配線層２６表面に純Ｃｕを露出す
ることができる。
【００８５】したがって、実施例１によれば前記ＳｉＯ
2 膜２２の溝２３内にその深さと同様な厚さを有する埋
め込みＣｕ配線層２６を前記ＳｉＯ2 膜２２表面と面一
に形成することができ、配線層２６の形成後の基板２１
表面を平坦化することがてきた。また、Ｃｕ配線層２６
の形成後に溶存オゾン水溶液の処理、希フッ酸水溶液の
処理を行うことによって、ＳｉＯ2 膜２２表面の清浄
化、研磨液の酸化により生成された抵抗成分となる酸化
層の除去がなされるため、Ｃｕ本来の低抵抗性を持つ埋
め込みＣｕ配線層を有し、かつ信頼性の高い半導体装置
を製造することができる。
2 膜２２の溝２３内にその深さと同様な厚さを有する埋
め込みＣｕ配線層２６を前記ＳｉＯ2 膜２２表面と面一
に形成することができ、配線層２６の形成後の基板２１
表面を平坦化することがてきた。また、Ｃｕ配線層２６
の形成後に溶存オゾン水溶液の処理、希フッ酸水溶液の
処理を行うことによって、ＳｉＯ2 膜２２表面の清浄
化、研磨液の酸化により生成された抵抗成分となる酸化
層の除去がなされるため、Ｃｕ本来の低抵抗性を持つ埋
め込みＣｕ配線層を有し、かつ信頼性の高い半導体装置
を製造することができる。
【００８６】なお、前記実施例１において研磨液として
アミド硫酸０．８６重量％、過酸化水素水３０重量％、
平均粒径０．０９μｍのシリカ粉末８重量％を含む純水
からなるものを用いたところ、実施例１と同様、層間絶
縁ＳｉＯ2 膜の溝内に埋め込み配線層を前記絶縁ＳｉＯ
2 膜表面と面一に形成することができた。
アミド硫酸０．８６重量％、過酸化水素水３０重量％、
平均粒径０．０９μｍのシリカ粉末８重量％を含む純水
からなるものを用いたところ、実施例１と同様、層間絶
縁ＳｉＯ2 膜の溝内に埋め込み配線層を前記絶縁ＳｉＯ
2 膜表面と面一に形成することができた。
【００８７】実施例２
まず、図１３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２
１上にＣＶＤ法により例えば厚さ８００ｎｍのＳｉＯ2
膜２２および厚さ２００ｎｍのＳｉ3 Ｎ4 膜２７をこの
順序で堆積して層間絶縁膜を形成した後、前記Ｓｉ3 Ｎ
4 膜２７および前記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５００ｎ
ｍの複数の溝２３を形成した。つづいて、図１３の
（Ｂ）に示すように前記溝２３を含む前記Ｓｉ3 Ｎ4 膜
２７上にスパッタ蒸着により厚さ１５ｎｍのＴｉＮから
なるバリア層２４および厚さ６００ｎｍのＣｕ膜２５を
この順序で堆積した。
ース、ドレイン等の拡散層が形成されたシリコン基板２
１上にＣＶＤ法により例えば厚さ８００ｎｍのＳｉＯ2
膜２２および厚さ２００ｎｍのＳｉ3 Ｎ4 膜２７をこの
順序で堆積して層間絶縁膜を形成した後、前記Ｓｉ3 Ｎ
4 膜２７および前記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５００ｎ
ｍの複数の溝２３を形成した。つづいて、図１３の
（Ｂ）に示すように前記溝２３を含む前記Ｓｉ3 Ｎ4 膜
２７上にスパッタ蒸着により厚さ１５ｎｍのＴｉＮから
なるバリア層２４および厚さ６００ｎｍのＣｕ膜２５を
この順序で堆積した。
【００８８】次いで、前述した図１に示すポリシング装
置の基板ホルダ５に図１３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１００ｐ
ｐｍの速度で互いに反対方向に回転させながら、研磨液
を供給管３から２０ｍｌ／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２５およびバ
リア層２４を前記Ｓｉ3 Ｎ4 膜２７の表面が露出するま
で研磨した。ここで、前記研磨液としてアミノ酢酸０．
１重量％、過酸化水素１３．０重量％および平均粒径
０．０４μｍのシリカ粉末８重量％を含む純水からな
り、重量割合でアミノ酢酸１に対して過酸化水素が１３
０であるものを用いた。前記研磨工程において、前記研
磨液はＣｕ膜との接触時のエッチング速度が零であり、
前記研磨パッドによる研磨時のポリシング速度が約７７
ｎｍ／分で浸漬時に比べて十分に大きなエッチング速度
差を示した。このため、図１３の（Ｂ）に示す凸状のＣ
ｕ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、さらに露出したバリア層２４
がポリシングされる、いわゆるエッチバックがなされ
た。
置の基板ホルダ５に図１３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１００ｐ
ｐｍの速度で互いに反対方向に回転させながら、研磨液
を供給管３から２０ｍｌ／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２５およびバ
リア層２４を前記Ｓｉ3 Ｎ4 膜２７の表面が露出するま
で研磨した。ここで、前記研磨液としてアミノ酢酸０．
１重量％、過酸化水素１３．０重量％および平均粒径
０．０４μｍのシリカ粉末８重量％を含む純水からな
り、重量割合でアミノ酢酸１に対して過酸化水素が１３
０であるものを用いた。前記研磨工程において、前記研
磨液はＣｕ膜との接触時のエッチング速度が零であり、
前記研磨パッドによる研磨時のポリシング速度が約７７
ｎｍ／分で浸漬時に比べて十分に大きなエッチング速度
差を示した。このため、図１３の（Ｂ）に示す凸状のＣ
ｕ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、さらに露出したバリア層２４
がポリシングされる、いわゆるエッチバックがなされ
た。
【００８９】その結果、図１３の（Ｃ）に示すように前
記溝２３内のみにバリア層２４が残存すると共に、前記
バリア層２４で覆われた前記溝２３に前記Ｓｉ3 Ｎ4 膜
２７表面と面一な埋め込みＣｕ配線層２６が形成され
た。また、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２６が前記研磨液に接触されてもエッチングが進行
することがなかった。
記溝２３内のみにバリア層２４が残存すると共に、前記
バリア層２４で覆われた前記溝２３に前記Ｓｉ3 Ｎ4 膜
２７表面と面一な埋め込みＣｕ配線層２６が形成され
た。また、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２６が前記研磨液に接触されてもエッチングが進行
することがなかった。
【００９０】さらに、前記シリカ粒子を研磨砥粒として
含む研磨液を用いたポリシング工程において前記層間絶
縁膜は表面側が優れた耐ポリシング性を有するＳｉ3 Ｎ
4 膜２７で形成されているため、前記エッチバック工程
での膜減りを抑制することができた。このため、良好な
絶縁耐圧を有する層間絶縁膜を備えた半導体装置を製造
することができた。
含む研磨液を用いたポリシング工程において前記層間絶
縁膜は表面側が優れた耐ポリシング性を有するＳｉ3 Ｎ
4 膜２７で形成されているため、前記エッチバック工程
での膜減りを抑制することができた。このため、良好な
絶縁耐圧を有する層間絶縁膜を備えた半導体装置を製造
することができた。
【００９１】実施例３
まず、図１４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２
１上にＣＶＤ法により層間絶縁膜としての例えば厚さ１
０００ｎｍのＳｉ3 Ｎ4 膜２７を堆積した後、前記Ｓｉ
3 Ｎ4 膜２７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１４の（Ｂ）に示すように前記溝
２３を含む前記Ｓｉ3 Ｎ4 膜２７上にスパッタ蒸着によ
り厚さ６００ｎｍのＣｕ膜２５を堆積した。
ース、ドレイン等の拡散層が形成されたシリコン基板２
１上にＣＶＤ法により層間絶縁膜としての例えば厚さ１
０００ｎｍのＳｉ3 Ｎ4 膜２７を堆積した後、前記Ｓｉ
3 Ｎ4 膜２７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１４の（Ｂ）に示すように前記溝
２３を含む前記Ｓｉ3 Ｎ4 膜２７上にスパッタ蒸着によ
り厚さ６００ｎｍのＣｕ膜２５を堆積した。
【００９２】次いで、前述した図１に示すポリシング装
置の基板ホルダ５に図１４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
板をローデル・ニッタ社製商品名；ＳＵＢＡ８００から
なる研磨パッド２に４００ｇ／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１００ｐ
ｐｍの速度で互いに反対方向に回転させながら、研磨液
を供給管３から２０ｍｌ／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２５を前記Ｓ
ｉ3 Ｎ4 膜２７の表面が露出するまで研磨した。ここ
で、前記研磨液としてアミノ酢酸０．９重量％、過酸化
水素２２．０重量％および水酸化カリウム３．７重量％
を含む純水からなり、重量割合でアミノ酢酸１に対して
過酸化水素が約２４であるｐＨ１０．５のものを用い
た。前記研磨工程において、前記研磨液はＣｕ膜との接
触時のエッチング速度が零であり、前記研磨パッドによ
る研磨時のポリシング速度が約２２０ｎｍ／分で浸漬時
に比べて十分に大きなエッチング速度差を示した。この
ため、図１４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
グされる、いわゆるエッチバックがなされた。
置の基板ホルダ５に図１４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
板をローデル・ニッタ社製商品名；ＳＵＢＡ８００から
なる研磨パッド２に４００ｇ／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１００ｐ
ｐｍの速度で互いに反対方向に回転させながら、研磨液
を供給管３から２０ｍｌ／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２５を前記Ｓ
ｉ3 Ｎ4 膜２７の表面が露出するまで研磨した。ここ
で、前記研磨液としてアミノ酢酸０．９重量％、過酸化
水素２２．０重量％および水酸化カリウム３．７重量％
を含む純水からなり、重量割合でアミノ酢酸１に対して
過酸化水素が約２４であるｐＨ１０．５のものを用い
た。前記研磨工程において、前記研磨液はＣｕ膜との接
触時のエッチング速度が零であり、前記研磨パッドによ
る研磨時のポリシング速度が約２２０ｎｍ／分で浸漬時
に比べて十分に大きなエッチング速度差を示した。この
ため、図１４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
グされる、いわゆるエッチバックがなされた。
【００９３】その結果、図１４の（Ｃ）に示すように前
記溝２３内に前記Ｓｉ3 Ｎ4 膜２７表面と面一な埋め込
みＣｕ配線層２６が形成された。また、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２６が前記研磨液に接
触されてもエッチングが進行することがなかった。
記溝２３内に前記Ｓｉ3 Ｎ4 膜２７表面と面一な埋め込
みＣｕ配線層２６が形成された。また、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２６が前記研磨液に接
触されてもエッチングが進行することがなかった。
【００９４】さらに、前記埋め込みＣｕ配線層２６が形
成される溝２３を有する層間絶縁膜２７は、Ｃｕの拡散
バリア性の優れたＳｉ3 Ｎ4 からなる。その結果、Ｃｕ
配線層２６からＣｕが前記層間絶縁膜を通して前記シリ
コン基板２１に拡散することがないため、前記溝２３内
面のＴｉＮのようなバリア層を形成しなくとも、前記シ
リコン基板２１の汚染を回避することができた。
成される溝２３を有する層間絶縁膜２７は、Ｃｕの拡散
バリア性の優れたＳｉ3 Ｎ4 からなる。その結果、Ｃｕ
配線層２６からＣｕが前記層間絶縁膜を通して前記シリ
コン基板２１に拡散することがないため、前記溝２３内
面のＴｉＮのようなバリア層を形成しなくとも、前記シ
リコン基板２１の汚染を回避することができた。
【００９５】実施例４
まず、図１５の（Ａ）に示すように表面にｎ+ 型拡散層
３１が形成されたｐ型シリコン基板３２上にＣＶＤ法に
より第１層間絶縁膜としての例えば厚さ１０００ｎｍの
ＳｉＯ2 膜３３を堆積した後、前記拡散層３１に対応す
る前記ＳｉＯ2膜３３にフォトエッチング技術によりビ
アホール３４を形成した。つづいて、図１５の（Ｂ）に
示すように前記ビアホール３４を含む前記ＳｉＯ2 膜３
３上にスパッタ蒸着により厚さ２０ｎｍのＴｉＮからな
るバリア層３５を堆積した後、スパッタ蒸着により厚さ
１１００ｎｍのＣｕ膜３６を堆積した。
３１が形成されたｐ型シリコン基板３２上にＣＶＤ法に
より第１層間絶縁膜としての例えば厚さ１０００ｎｍの
ＳｉＯ2 膜３３を堆積した後、前記拡散層３１に対応す
る前記ＳｉＯ2膜３３にフォトエッチング技術によりビ
アホール３４を形成した。つづいて、図１５の（Ｂ）に
示すように前記ビアホール３４を含む前記ＳｉＯ2 膜３
３上にスパッタ蒸着により厚さ２０ｎｍのＴｉＮからな
るバリア層３５を堆積した後、スパッタ蒸着により厚さ
１１００ｎｍのＣｕ膜３６を堆積した。
【００９６】次いで、前述した図１に示すポリシング装
置のホルダ５に図１５の（Ｂ）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１００ｐｐｍ
の速度で互いに反対方向に回転させながら、研磨液を供
給管３から２０ｍｌ／分の速度で前記研磨パッド２に供
給して前記基板３２に堆積したＣｕ膜３６およびバリア
層３５を前記ＳｉＯ2 膜３３の表面が露出するまで研磨
した。ここで、前記研磨液としてアミノ酢酸０．２重量
％、過酸化水素２０．０重量％および平均粒径０．０４
μｍのシリカ粉末１０重量％を含む純水からなり、重量
割合でアミノ酢酸１に対して過酸化水素が１００である
ものを用いた。前記研磨工程において、前記研磨液はＣ
ｕ膜との接触時のエッチング速度が零であり、前記研磨
パッドによる研磨時のポリシング速度が約７０ｎｍ／分
で浸漬時に比べて十分に大きなエッチング速度差を示し
た。このため、図１５の（Ｂ）に示す凸状のＣｕ膜３６
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、さらに露出したバリア層３５がポリシ
ングされる、いわゆるエッチバックがなされた。その結
果、図１５の（Ｃ）に示すように前記ビアホール３４内
のみにバリア層３５が残存すると共に、前記バリア層３
５で覆われた前記ビアホール３４に前記ＳｉＯ2 膜３３
表面と面一なＣｕからなるビアフィル３７が形成され
た。また、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３７が前記研磨液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３７の
形成後の基板をオゾン濃度０．００２％の溶存オゾン水
溶液に３分間浸漬して処理した後、フッ酸濃度５％の希
フッ酸水溶液に９秒間浸漬して処理することによりＳｉ
Ｏ2 膜３３表面を清浄化した。
置のホルダ５に図１５の（Ｂ）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１００ｐｐｍ
の速度で互いに反対方向に回転させながら、研磨液を供
給管３から２０ｍｌ／分の速度で前記研磨パッド２に供
給して前記基板３２に堆積したＣｕ膜３６およびバリア
層３５を前記ＳｉＯ2 膜３３の表面が露出するまで研磨
した。ここで、前記研磨液としてアミノ酢酸０．２重量
％、過酸化水素２０．０重量％および平均粒径０．０４
μｍのシリカ粉末１０重量％を含む純水からなり、重量
割合でアミノ酢酸１に対して過酸化水素が１００である
ものを用いた。前記研磨工程において、前記研磨液はＣ
ｕ膜との接触時のエッチング速度が零であり、前記研磨
パッドによる研磨時のポリシング速度が約７０ｎｍ／分
で浸漬時に比べて十分に大きなエッチング速度差を示し
た。このため、図１５の（Ｂ）に示す凸状のＣｕ膜３６
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、さらに露出したバリア層３５がポリシ
ングされる、いわゆるエッチバックがなされた。その結
果、図１５の（Ｃ）に示すように前記ビアホール３４内
のみにバリア層３５が残存すると共に、前記バリア層３
５で覆われた前記ビアホール３４に前記ＳｉＯ2 膜３３
表面と面一なＣｕからなるビアフィル３７が形成され
た。また、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３７が前記研磨液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３７の
形成後の基板をオゾン濃度０．００２％の溶存オゾン水
溶液に３分間浸漬して処理した後、フッ酸濃度５％の希
フッ酸水溶液に９秒間浸漬して処理することによりＳｉ
Ｏ2 膜３３表面を清浄化した。
【００９７】次いで、図１６の（Ｄ）に示すように前記
ビアフィル３７を含む前記ＳｉＯ2膜３３上にＣＶＤ法
により第２層間絶縁膜としての例えば厚さ８００ｎｍの
Ｓｉ 3 Ｎ4 膜３８を堆積した後、前記Ｓｉ3 Ｎ4 膜３８
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の複数の溝３９を形成した。さら
に、前記ビアフィル３７上にに位置する前記溝３９にフ
ォトエッチング技術によりスルーホール４０を形成し
た。つづいて、図１６の（Ｅ）に示すように前記溝３９
およびスルーホール４０を含む前記Ｓｉ3 Ｎ4 膜３８上
にスパッタ蒸着により厚さ９００ｎｍのＣｕ膜４１を堆
積した。
ビアフィル３７を含む前記ＳｉＯ2膜３３上にＣＶＤ法
により第２層間絶縁膜としての例えば厚さ８００ｎｍの
Ｓｉ 3 Ｎ4 膜３８を堆積した後、前記Ｓｉ3 Ｎ4 膜３８
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の複数の溝３９を形成した。さら
に、前記ビアフィル３７上にに位置する前記溝３９にフ
ォトエッチング技術によりスルーホール４０を形成し
た。つづいて、図１６の（Ｅ）に示すように前記溝３９
およびスルーホール４０を含む前記Ｓｉ3 Ｎ4 膜３８上
にスパッタ蒸着により厚さ９００ｎｍのＣｕ膜４１を堆
積した。
【００９８】次いで、前述した図１に示すポリシング装
置の基板ホルダ５に図１６の（Ｅ）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１００ｐ
ｐｍの速度で互いに反対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研
磨液を供給管３から２０ｍｌ／分の速度で前記研磨パッ
ド２に供給して前記基板３２に堆積したＣｕ膜４１を前
記Ｓｉ3 Ｎ4 膜３８の表面が露出するまで研磨した。そ
の結果、図１６の（Ｅ）に示す凸状のＣｕ膜４１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
ングされる、いわゆるエッチバックがなされた。このよ
うなエッチバックにより図１６の（Ｆ）に示すように前
記溝３９内に前記Ｓｉ3 Ｎ4 膜３８表面と面一な埋め込
みＣｕ配線層４２が形成された。同時に、前記スルーホ
ール４０を通して前記ビアフィル３７と接続される埋め
込みＣｕ配線層４２が形成された。また、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４２が前記研磨液に
接触されてもエッチングが進行することがなかった。
置の基板ホルダ５に図１６の（Ｅ）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１００ｐ
ｐｍの速度で互いに反対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研
磨液を供給管３から２０ｍｌ／分の速度で前記研磨パッ
ド２に供給して前記基板３２に堆積したＣｕ膜４１を前
記Ｓｉ3 Ｎ4 膜３８の表面が露出するまで研磨した。そ
の結果、図１６の（Ｅ）に示す凸状のＣｕ膜４１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
ングされる、いわゆるエッチバックがなされた。このよ
うなエッチバックにより図１６の（Ｆ）に示すように前
記溝３９内に前記Ｓｉ3 Ｎ4 膜３８表面と面一な埋め込
みＣｕ配線層４２が形成された。同時に、前記スルーホ
ール４０を通して前記ビアフィル３７と接続される埋め
込みＣｕ配線層４２が形成された。また、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４２が前記研磨液に
接触されてもエッチングが進行することがなかった。
【００９９】したがって、実施例４によれば第１、第２
の層間絶縁膜３３、３９を有し、前記第１層間絶縁膜３
３にその表面と面一なビアフィル３７が形成され、第２
層間絶縁膜３９にその表面と面一なＣｕ配線層４２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た
半導体装置を製造することができた。
の層間絶縁膜３３、３９を有し、前記第１層間絶縁膜３
３にその表面と面一なビアフィル３７が形成され、第２
層間絶縁膜３９にその表面と面一なＣｕ配線層４２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た
半導体装置を製造することができた。
【０１００】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によればＣ
ｕまたはＣｕ合金の浸漬時においてＣｕ、Ｃｕ合金を殆
どエッチングせず、かつ浸漬時と研磨時との間で数倍な
いし数十倍のエッチング速度差を示す銅系金属用研磨液
を提供できる。
ｕまたはＣｕ合金の浸漬時においてＣｕ、Ｃｕ合金を殆
どエッチングせず、かつ浸漬時と研磨時との間で数倍な
いし数十倍のエッチング速度差を示す銅系金属用研磨液
を提供できる。
【０１０１】また、本発明によれば半導体基板上の絶縁
膜に溝および／または開口部を形成し、前記絶縁膜上に
堆積されたＣｕまたはＣｕ合金からなる配線材料膜を短
時間でエッチバックでき、ひいては前記絶縁膜にＣｕま
たはＣｕ合金からなる埋め込み配線層を前記絶縁膜表面
と面一となるように形成した表面が平坦な半導体装置の
製造方法を提供できる。
膜に溝および／または開口部を形成し、前記絶縁膜上に
堆積されたＣｕまたはＣｕ合金からなる配線材料膜を短
時間でエッチバックでき、ひいては前記絶縁膜にＣｕま
たはＣｕ合金からなる埋め込み配線層を前記絶縁膜表面
と面一となるように形成した表面が平坦な半導体装置の
製造方法を提供できる。
【０１０２】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／または開口部を形成し、前記絶縁膜上
に堆積されたＣｕまたはＣｕ合金からなる配線材料膜を
短時間でエッチバックして絶縁膜表面と面一の埋め込み
配線層を形成することができ、さらにエッチバック後の
絶縁膜表面の有機物や残留配線材料が除去された清浄で
平坦な表面を有する半導体装置の製造方法を提供でき
る。
縁膜に溝および／または開口部を形成し、前記絶縁膜上
に堆積されたＣｕまたはＣｕ合金からなる配線材料膜を
短時間でエッチバックして絶縁膜表面と面一の埋め込み
配線層を形成することができ、さらにエッチバック後の
絶縁膜表面の有機物や残留配線材料が除去された清浄で
平坦な表面を有する半導体装置の製造方法を提供でき
る。
【図１】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。
を示す概略図。
【図２】０．１重量％のアミノ酢酸、過酸化水素および
水からなる組成の研磨液における過酸化水素の量とその
研磨液に浸漬した時のＣｕ膜のエッチング速度、研磨処
理時のＣｕ膜のポリシング速度との関係を示す特性図。
水からなる組成の研磨液における過酸化水素の量とその
研磨液に浸漬した時のＣｕ膜のエッチング速度、研磨処
理時のＣｕ膜のポリシング速度との関係を示す特性図。
【図３】凹凸を有するＣｕ膜をアミノ酢酸、過酸化水素
および水からなる組成の研磨液に浸漬した時、ポリシン
グ装置を用いて研磨処理した時の状態を示す断面図。
および水からなる組成の研磨液に浸漬した時、ポリシン
グ装置を用いて研磨処理した時の状態を示す断面図。
【図４】加工前、本発明の研磨液の浸漬後および研磨処
理後のＣｕ膜表面のＸＰＳによるスペクトル図。
理後のＣｕ膜表面のＸＰＳによるスペクトル図。
【図５】０．９重量％のアミノ酢酸、過酸化水素および
水からなる組成の研磨液における過酸化水素の量とその
研磨液に浸漬した時のＣｕ膜のエッチング速度、研磨処
理時のＣｕ膜のポリシング速度との関係を示す特性図。
水からなる組成の研磨液における過酸化水素の量とその
研磨液に浸漬した時のＣｕ膜のエッチング速度、研磨処
理時のＣｕ膜のポリシング速度との関係を示す特性図。
【図６】アミド硫酸、過酸化水素および水からなる組成
の研磨液における過酸化水素の量とその研磨液に浸漬し
た時のＣｕ膜のエッチング速度、研磨処理時のＣｕ膜の
ポリシング速度との関係を示す特性図。
の研磨液における過酸化水素の量とその研磨液に浸漬し
た時のＣｕ膜のエッチング速度、研磨処理時のＣｕ膜の
ポリシング速度との関係を示す特性図。
【図７】本発明の研磨液のｐＨとＣｕ膜表面に生成され
る酸化層の厚さ変化を示す特性図。
る酸化層の厚さ変化を示す特性図。
【図８】本発明の実施例１における半導体装置の製造工
程を示す断面図。
程を示す断面図。
【図９】実施例１の研磨処理（エッチバック工程）での
研磨液のｐＨ変化を示す特性図。
研磨液のｐＨ変化を示す特性図。
【図１０】実施例１の研磨処理（エッチバック工程）で
の研磨布の温度変化を示す特性図。
の研磨布の温度変化を示す特性図。
【図１１】実施例１の研磨処理（エッチバック工程）で
のターンテーブルの駆動モータの電圧変化を示す特性
図。
のターンテーブルの駆動モータの電圧変化を示す特性
図。
【図１２】本発明の実施例１におけるＣｕ配線層形成直
後の表面、オゾン処理後のＣｕ配線層表面、および希フ
ッ酸処理後のＣｕ配線層表面のＸＰＳ分析により得られ
たスペクトル図。
後の表面、オゾン処理後のＣｕ配線層表面、および希フ
ッ酸処理後のＣｕ配線層表面のＸＰＳ分析により得られ
たスペクトル図。
【図１３】本発明の実施例２おける半導体装置の製造工
程を示す断面図。
程を示す断面図。
【図１４】本発明の実施例３おける半導体装置の製造工
程を示す断面図。
程を示す断面図。
【図１５】本発明の実施例４おける半導体装置の製造工
程を示す断面図。
程を示す断面図。
【図１６】本発明の実施例４おける半導体装置の製造工
程を示す断面図。
程を示す断面図。
１…ターンテーブル、２…研磨パッド、３…供給管、５
…ホルダ、１１、２１、３２…シリコン基板、１２、２
５、３６、４１…Ｃｕ膜、１３…酸化層、２２、３３…
ＳｉＯ2 膜、２３、３９…溝、２４、３５…バリア層、
２６、４２…Ｃｕ配線層、３７…ビアフィル。
…ホルダ、１１、２１、３２…シリコン基板、１２、２
５、３６、４１…Ｃｕ膜、１３…酸化層、２２、３３…
ＳｉＯ2 膜、２３、３９…溝、２４、３５…バリア層、
２６、４２…Ｃｕ配線層、３７…ビアフィル。
─────────────────────────────────────────────────────
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 Ｃ０９Ｋ 3/14 ５５０Ｚ
Claims (43)
- 【請求項１】 銅の水和物と反応して錯体を形成する少
なくとも１種の有機酸と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液。 - 【請求項２】 前記有機酸は、少なくともアミノ酢酸で
あることを特徴とする請求項１記載の銅系金属用研磨
液。 - 【請求項３】 前記酸化剤は、過酸化水素であることを
特徴とする請求項１記載の銅系金属用研磨液。 - 【請求項４】 前記有機酸は、前記研磨液中に０．０１
〜１０重量％の量で含有されていることを特徴とする請
求項１ないし３いずれか記載の銅系金属用研磨液。 - 【請求項５】 前記有機酸と前記酸化剤の含有比率は、
重量割合で前記有機酸１に対して前記酸化剤が２０以上
であることを特徴とする請求項１ないし４いずれか記載
の銅系金属用研磨液。 - 【請求項６】 さらにｐＨを９〜１４に調節するための
アルカリ剤が含有されることを特徴とする請求項１ない
し５いずれか記載の銅系金属用研磨液。 - 【請求項７】 さらに研磨砥粒を含有することを特徴と
する請求項１ないし６いずれか記載の銅系金属用研磨
液。 - 【請求項８】 前記研磨砥粒は、シリカ、ジルコニア、
酸化セリウムおよびアルミナから選ばれる少なくとも１
種であることを特徴とする請求項７記載の銅系金属用研
磨液。 - 【請求項９】 前記研磨砥粒は、前記研磨液中に１〜１
４重量％の量で含有されることを特徴とする請求項７記
載の銅系金属用研磨液。 - 【請求項１０】 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開口部から選ばれる少なくとも１つ
の部材を形成する工程と、 前記部材を含む前記絶縁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と、 銅の水和物と反応して錯体を形成する少なくとも１種の
有機酸と酸化剤と水とを含有する研磨液を用いて前記配
線材料膜を前記絶縁膜の表面が露出するまで研磨処理す
ることにより前記絶縁膜に埋め込み配線層を形成する工
程とを具備したことを特徴とする半導体装置の製造方
法。 - 【請求項１１】 前記錯体は、水溶性であることを特徴
とする請求項１０記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１２】 配線層の形状に相当する溝および開口
部から選ばれる少なくとも１つの部材を含む前記絶縁膜
上には、前記配線材料膜を形成する前にバリア層が形成
されることを特徴とする請求項１０記載の半導体装置の
製造方法。 - 【請求項１３】 前記Ｃｕ合金は、Ｃｕ−Ｓｉ合金、Ｃ
ｕ−Ａｌ合金、Ｃｕ−Ｓｉ−Ａｌ合金またはＣｕ−Ａｇ
合金であることを特徴とする請求項１０記載の半導体装
置の製造方法。 - 【請求項１４】 前記研磨液中の前記有機酸は、少なく
ともアミノ酢酸であることを特徴とする請求項１０記載
の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１５】 前記酸化剤は、過酸化水素であること
を特徴とする請求項１０記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１６】 前記研磨液は、さらに研磨砥粒を含有
することを特徴とする請求項１０記載の半導体装置の製
造方法。 - 【請求項１７】 前記研磨砥粒は、シリカ、ジルコニ
ア、酸化セリウムおよびアルミナから選ばれる少なくと
も１種であることを特徴とする請求項１６記載の半導体
装置の製造方法。 - 【請求項１８】 前記研磨処理は、研磨パッドで覆われ
たターンテーブルと、前記テーブルの研磨パッドに前記
研磨液を供給する手段と、前記半導体基板を下面に保持
し、前記基板を前記研磨パッドに押圧して回転させる基
板ホルダとを備えたポリシング装置を用いて行われるこ
とを特徴とする請求項１０記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項１９】 前記研磨処理の終点検出は、前記ポリ
シング装置の前記テーブルの回転トルクの変化に基づい
てなされることを特徴とする請求項１８記載の半導体装
置の製造方法。 - 【請求項２０】 前記研磨処理の終点検出は、前記研磨
パッドの温度変化に基づいてなされることを特徴とする
請求項１８記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項２１】 前記研磨処理の終点検出は、前記研磨
パッドに供給される前記研磨液のｐＨ変化に基づいてな
されることを特徴とする請求項１８記載の半導体装置の
製造方法。 - 【請求項２２】 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開口部から選ばれる少なくとも１つ
の部材を形成する工程と、 前記部材を含む前記絶縁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と、 銅の水和物と反応して錯体を形成する少なくとも１種の
有機酸と酸化剤と水とを含有する研磨液を用いて前記配
線材料膜を前記絶縁膜の表面が露出するまで研磨処理す
ることにより前記絶縁膜に埋め込み配線層を形成する工
程と、 前記配線層を含む前記絶縁膜表面を溶存オゾン水溶液で
処理し、さらに希フッ酸水溶液で処理する工程とを具備
したことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項２３】 配線層の形状に相当する溝および開口
部から選ばれる少なくとも１つの部材を含む前記絶縁膜
上には、前記配線材料膜を形成する前にバリア層が形成
されることを特徴とする請求項２２記載の半導体装置の
製造方法。 - 【請求項２４】 前記Ｃｕ合金は、Ｃｕ−Ｓｉ合金、Ｃ
ｕ−Ａｌ合金、Ｃｕ−Ｓｉ−Ａｌ合金またはＣｕ−Ａｇ
合金であることを特徴とする請求項２２記載の半導体装
置の製造方法。 - 【請求項２５】 前記研磨液中の前記有機酸は、少なく
ともアミノ酢酸であることを特徴とする請求項２２記載
の半導体装置の製造方法。 - 【請求項２６】 前記酸化剤は、過酸化水素であること
を特徴とする請求項２２記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項２７】 前記研磨液は、さらに研磨砥粒を含有
することを特徴とする請求項２２記載の半導体装置の製
造方法。 - 【請求項２８】 前記研磨砥粒は、シリカ、ジルコニ
ア、酸化セリウムおよびアルミナから選ばれる少なくと
も１種であることを特徴とする請求項２７記載の半導体
装置の製造方法。 - 【請求項２９】 研磨パッドで覆われたターンテーブル
と、前記テーブルの研磨パッドに前記研磨液を供給する
手段と、前記半導体基板を下面に保持し、前記基板を前
記研磨パッドに押圧して回転させる基板ホルダとを備え
たポリシング装置を用いて行われることを特徴とする請
求項２２記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項３０】 前記研磨処理の終点検出は、前記ポリ
シング装置の前記テーブルの回転トルクの変化に基づい
てなされることを特徴とする請求項２９記載の半導体装
置の製造方法。 - 【請求項３１】 前記研磨処理の終点検出は、前記研磨
パッドの温度変化に基づいてなされることを特徴とする
請求項２９記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項３２】 前記研磨処理の終点検出は、前記研磨
パッドに供給される前記研磨液のｐＨ変化に基づいてな
されることを特徴とする請求項２９記載の半導体装置の
製造方法。 - 【請求項３３】 前記溶存オゾン水溶液は、オゾン濃度
が０．１〜２５ｐｐｍであることを特徴とする請求項２
２記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項３４】 前記希フッ酸水溶液は、フッ酸濃度が
０．０５〜２０％であることを特徴とする請求項２２記
載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項３５】 拡散層が形成された半導体基板上の第
１絶縁膜の前記拡散層に対応する位置に第１ビアフィル
の形状に相当する第１開口部を形成する工程と、 前記第１開口部の内側面および底面を含む前記第１絶縁
膜上にバリア層を形成する工程と、 前記第１開口部を含む前記バリア層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と、 銅の水和物と反応して錯体を形成する少なくとも１種の
有機酸と酸化剤と水とを含有する研磨液を用いて前記第
１配線材料膜および前記バリア層を順次研磨処理するこ
とにより前記第１開口部に第１ビアフィルを形成する工
程と、 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
膜を形成する工程と、 前記第２絶縁膜に底部が前記第１ビアフィルに達する第
２開口部を形成する工程と、 前記第２開口部を含む前記第２絶縁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と、 銅の水和物と反応して錯体を形成する少なくとも１種の
有機酸と酸化剤と水とを含有する研磨液を用いて前記第
２配線材料膜を研磨処理することにより前記第２開口部
に第２ビアフィルを形成する工程と、を具備したことを
特徴とする多層配線構造を有する半導体装置の製造方
法。 - 【請求項３６】 前記錯体は、水溶性であることを特徴
とする請求項３５記載の多層配線構造を有する半導体装
置の製造方法。 - 【請求項３７】 前記研磨液中の前記有機酸は、少なく
ともアミノ酢酸であることを特徴とする請求項３５記載
の多層配線構造を有する半導体装置の製造方法。 - 【請求項３８】 前記研磨液は、さらに研磨砥粒を含有
することを特徴とする請求項３５記載の多層配線構造を
有する半導体装置の製造方法。 - 【請求項３９】 前記バリア層は、ＴｉＮ，Ｔｉ，Ｎ
ｂ，ＷまたはＣｕＴａ合金から選ばれる材料から作られ
ることを特徴とする請求項３５記載の多層配線構造を有
する半導体装置の製造方法。 - 【請求項４０】 アミド硫酸と酸化剤と研磨砥粒と水と
を含有することを特徴とする銅系金属用研磨液。 - 【請求項４１】 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開口部から選ばれる少なくとも１つ
の部材を形成する工程と、 前記部材を含む前記絶縁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と、 アミド硫酸と酸化剤と研磨砥粒と水とを含有する研磨液
を用いて前記配線材料膜を研磨処理することにより前記
絶縁膜に埋め込み配線層を形成する工程とを具備したこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項４２】 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開口部から選ばれる少なくとも１つ
の部材を形成する工程と、 前記部材を含む前記絶縁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と、 アミド硫酸と酸化剤と研磨砥粒と水とを含有する研磨液
を用いて前記配線材料膜を研磨処理することにより前記
絶縁膜に埋め込み配線層を形成する工程と、 前記配線層を含む前記絶縁膜表面を溶存オゾン水溶液で
処理し、さらに希フッ酸水溶液で処理する工程とを具備
したことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項４３】 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開口部から選ばれる少なくとも１つ
の部材を形成する工程と、 前記部材を含む前記絶縁膜上にバリア層を形成する工程
と、 前記部材を含む前記バリア層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と、 銅の水和物と反応して錯体を形成する少なくとも１種の
有機酸と酸化剤と水とを含有する研磨液を用いて前記配
線材料膜を前記絶縁膜上の前記バリア層表面が露出する
まで研磨処理する工程とを具備したことを特徴とする半
導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002212954A JP4128819B2 (ja) | 1993-12-14 | 2002-07-22 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5-313406 | 1993-12-14 | ||
| JP31340693 | 1993-12-14 | ||
| JP2002212954A JP4128819B2 (ja) | 1993-12-14 | 2002-07-22 | 半導体装置の製造方法 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26361394A Division JP3556978B2 (ja) | 1993-12-14 | 1994-10-27 | 銅系金属の研磨方法 |
Related Child Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2005120393A Division JP4327763B2 (ja) | 1993-12-14 | 2005-04-18 | 銅系金属用研磨液および銅系金属の研磨方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003059867A true JP2003059867A (ja) | 2003-02-28 |
| JP4128819B2 JP4128819B2 (ja) | 2008-07-30 |
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|---|---|---|---|
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| Country | Link |
|---|---|
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-
2002
- 2002-07-22 JP JP2002212954A patent/JP4128819B2/ja not_active Expired - Lifetime
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