JP3371775B2 - 研磨方法 - Google Patents

研磨方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は金属膜の研磨に関
し、特に半導体装置の配線工程における研磨方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体集積回路（以下ＬＳＩと記
す）の高集積化、高性能化に伴って新たな微細加工技術
が開発されている。化学機械研磨（以下ＣＭＰと記す）
法もその一つであり、ＬＳＩ製造工程、特に多層配線形
成工程における層間絶縁膜の平坦化、金属プラグ形成、
埋め込み配線形成において頻繁に利用される技術であ
る。この技術は、例えば米国特許Ｎｏ．４９４４８３６
に開示されている。
【０００３】また、最近はＬＳＩの高速性能化を達成す
るために、配線材料を従来のアルミニウム合金から低抵
抗の銅合金を利用しようとすることが試みられている。
しかし、銅合金はアルミニウム合金配線の形成で頻繁に
用いられたドライエッチング法による微細加工が困難で
ある。そこで、加工して溝の形成された絶縁膜上に銅合
金薄膜を堆積し、溝内に埋め込まれた部分以外の銅合金
薄膜をＣＭＰにより除去して埋め込み配線を形成する、
いわゆるダマシン法が主に採用されている。この技術
は、例えば特開平２−２７８８２２号公報に開示されて
いる。
【０００４】配線に用いられる銅合金等の金属のＣＭＰ
に用いられる研磨剤は、固体砥粒と酸化性物質を主成分
とするものが一般的である。酸化性物質の酸化作用で金
属表面を酸化しながら、固体砥粒によってその酸化物を
機械的に除去するのが基本的なＣＭＰのメカニズムであ
る。これに関しては、株式会社サイエンスフォーラム発
行、柏木正弘編集「ＣＭＰのサイエンス」１９９７年８
月２０日発行の第２９９頁に開示されている。
【０００５】固体砥粒としては、数１０〜数１００ｎｍ
の粒子径を持つアルミナ砥粒やシリカ砥粒が知られてい
るが、一般に市販されている金属研磨用の固体砥粒のほ
とんどは前者である。
【０００６】酸化性物質としては、過酸化水素（Ｈ
2Ｏ2）、硝酸第二鉄（Ｆｅ（ＮＯ3）3）、過ヨウ素酸カ
リウム（ＫＩＯ3）が一般に広く用いられており、これ
らは例えば、上記の「ＣＭＰのサイエンス」の第２９９
頁から第３００頁に開示されている。
【０００７】
【本発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来
の金属膜研磨用の固体砥粒を主成分として含む研磨剤を
用いてＣＭＰにより配線及びプラグを形成する場合、以
下の（１）〜（８）に挙げる問題が発生している。
【０００８】（１）絶縁膜に形成された溝の内部に埋め
込まれる金属配線の表面中央部分が周辺部分よりも過剰
に研磨されて凹む現象（以後ディシングと記す）や配線
部周囲の絶縁膜表面が研磨される現象（以後エロージョ
ンと記す）が発生する（図５（ａ）（ｂ））。
【０００９】本来、金属膜研磨用の研磨剤の金属／絶縁
膜の選択比は１０以上とかなり高いものであるが、この
値は平坦な金属膜のみが形成されたウエハと平坦な絶縁
膜のみが形成されたウエハを用いてそれぞれ別々にＣＭ
Ｐを行い、両者の研磨速度の比をとって得られたもので
ある。
【００１０】しかし、配線パターンとなる溝が形成され
た絶縁膜上に金属膜が堆積されたウエハのCMPでは、局
所的に過剰に研磨される箇所が発生することが知られて
いる。これは、ＣＭＰ前のウエハ表面には配線パターン
となる溝を反映した凹凸が金属膜の表面に生じており、
ＣＭＰを行う場合にパターン密度に応じて局所的に高い
圧力がかかり、その部分の研磨速度が速くなるためであ
る。
【００１１】したがって、ディシングやエロージョンは
金属部分の面積が広いパッド（０．１ｍｍ角程度の面
積）や密集配線パターンで顕著な問題となる。これら
は、ジャーナルオブ・エレクトロケミカル・ソサエテイ
第１４１巻第１０号、１９９４年１０月、第２８４２頁
〜第２８４８頁（Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏ
ｃ．Ｖｏｌ．１４１，Ｎｏ．１０，Ｏｃｔｏｂｅｒ １
９９４，ｐ．２８４２〜ｐ．２８４８）に記載されてい
る。
【００１２】（２）研磨用の固体砥粒によりスクラッチ
（研磨傷）が発生する。特に、金属研磨の砥粒の主材料
であるアルミナは絶縁膜の主材料である酸化シリコンよ
りも硬度が高い。そのため、配線用金属膜の表面だけで
なくＣＭＰによって露出した絶縁膜の表面にもスクラッ
チが発生する。絶縁膜表面のスクラッチには研磨剤が残
留して重金属イオン汚染による半導体素子の動作不良が
生じたり、上層配線の加工形状に影響を与え短絡不良を
発生させたりする。また、金属膜表面のスクラッチは導
通不良やエレクトロマイグレーション耐性の劣化の原因
となる。
【００１３】スクラッチを防ぐために研磨荷重や定盤回
転数を低くしてＣＭＰを行う方法が取られている。しか
し、銅のような軟質金属ではこの方法でもスクラッチを
防ぐことは難しい。
【００１４】軟質研磨布を用いることによりスクラッチ
を低減できるが、ディシングやエロージョンが大きくな
りＣＭＰ後の平坦性は劣化する。そこで硬質研磨布で途
中までＣＭＰを行った後、軟質研磨布で仕上げ研磨を行
う２段階ＣＭＰも提案されている。しかしながら、この
場合スループットが低下するという新たな問題が生じ
る。
【００１５】（３）ＣＭＰを行うと研磨砥粒と金属膜表
面の間に高い摩擦力が生じるため、金属膜と下地絶縁層
との間や、下地絶縁層内の塗布ガラス（以下ＳＯＧとい
う）と化学気相蒸着（以下ＣＶＤという）酸化膜の間で
はがれが発生する。はがれ防止策として研磨荷重や定盤
回転数を低くする方法もあるが、完全に防止しようとす
ると研磨速度が下がり研磨時間が長くなるため実用的で
はない。また、軟質研磨布を用いると解決する場合もあ
るが、ディシングやエロージョンが大きくなり、ＣＭＰ
後の平坦性が劣化する。
【００１６】（４）ＣＭＰ直後のウエハ表面には研磨砥
粒が多数残留するために、次工程を行う前に洗浄を行
い、規定値以下（例えば０．２マイクロメートル以上の
異物数がウエハ当たり１００個以下）まで異物数を取り
除かなければならない。このためには化学的な洗浄だけ
でなく機械的な洗浄を併用する洗浄機を必要とした。
【００１７】その洗浄技術は図１１に示すように非常に
複雑であり、主に薬液を併用したブラシ洗浄とメガソニ
ック洗浄が行われている。ブラシ材料は金属膜表面を傷
つけない特殊な材料でなくてはならず、薬液としては例
えば水酸化アンモニウムやフッ酸水溶液等が用いられ
る。
【００１８】メガソニック洗浄は８００ｋＨｚ以上の高
周波振動を洗浄液に加えて砥粒を基体から遊離させる洗
浄方法であり、従来の超音波振動（４０ｋＨｚ）による
洗浄方法よりも強力な洗浄手段である。この洗浄におい
ては砥粒が基体から遊離するに足るだけのエネルギーも
しくは力を加える必要がある。一方、金属膜や絶縁膜に
損傷を与えない範囲に出力を設定しなければならない。
以上のようなＣＭＰ後洗浄プロセスの例としては、例え
ば「月刊セミコンダクターワールド（Ｓｅｍｉｃｏｎｄ
ｕｃｔｏｒ Ｗｏｒｌｄ）」１９９５年５月号の１７２
頁に開示されている。
【００１９】（５）ＣＭＰに用いる消耗品のコストが高
い。これは研磨剤で用いる砥粒の製造コストが高く、粒
子サイズを揃えるためにも極めて注意を要するからであ
る。特にアルミナ砥粒はシリカ砥粒に比べて数倍高価で
ある。
【００２０】また、研磨布は一般的に発泡ポリウレタン
が用いられている。ＣＭＰを行うと、この研磨布に研磨
砥粒が付着して、いわゆる”目詰まり”現象を起こして
研磨速度が低下する。
【００２１】これを防止するために適宜ダイヤモンド粒
子を固着させた砥石（以下コンディショナと記す）で研
磨布表面を削る必要があった。そのため研磨布の寿命は
短くなり、研磨砥粒に次ぐ高コストの消耗品となってい
た。ＣＭＰプロセスのコストに関しては、例えばリアラ
イズ社最新技術講座１９９６年５月「ＣＭＰ装置と関連
材料の最新動向とその問題点」に記載されている。
【００２２】（６）ＣＭＰ関連装置及び設備の問題とし
て、上記のＣＭＰ装置や後洗浄装置以外にも研磨剤供給
装置、研磨剤を含む廃液の処理装置が必要となり、ＣＭ
Ｐ設備全体にかかるコストが非常に高いものになってい
た。研磨剤供給装置では砥粒の沈殿を防止するための攪
拌装置も必要とし、配管内にも沈殿しないように常に研
磨剤を循環するような機構も必要とした。その廃液処理
コストも高く、再利用技術も必要とされている。
【００２３】（７）ＣＭＰ工程全体のスループットが低
いことも問題である。ＣＭＰ装置内では上記の研磨布の
コンディショニング、金属膜等を研磨する１次ＣＭＰと
露出した絶縁膜表面のダメージ層等を除去する２次ＣＭ
Ｐ（バフ研磨）を行うことが一般的である。上記の後洗
浄装置はブラシ洗浄があるため、通常ウエハを枚葉で洗
浄する。したがってＣＭＰ工程全体のスループットは半
導体装置製造工程中で最も低い状況となっている。ＣＭ
Ｐ工程全体のプロセス例としては、例えば「月刊セミコ
ンダクターワールド（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｗ
ｏｒｌｄ）」１９９５年５月号の１７２頁に詳しく記載
されている。
【００２４】（８）ＣＭＰ装置は発塵の原因となる研磨
砥粒を多量に使用しているにもかかわらず、クリーンル
ーム内に設置しなければならないという問題がある。Ｃ
ＭＰ装置に排気ダクト等の発塵を抑制する機構を設け、
クリーンルーム内に特別の部屋を設置するなどしてクリ
ーン度を維持する必要があり、そのためのコストもかか
る。
【００２５】上記の問題点は全て高濃度の研磨砥粒を含
む研磨剤によってＣＭＰを行うことが原因となってい
る。しかし、従来のＣＭＰの方法は酸化性物質によって
金属表面を酸化し、この酸化層を研磨砥粒によって機械
的に除去することによって新たに露出した金属表面を再
度酸化して、酸化層の形成／機械的除去を繰り返して研
磨速度を上げていた。すなわち、研磨砥粒は酸化層を速
やかに除去すべく機械的除去効果を生じさせるために必
要であり、研磨砥粒を加えないと実用的な研磨速度に達
しなかった。
【００２６】特開平７−２３３４８５公報には、研磨砥
粒を添加しない研磨液（０．１重量％のアミノ酢酸と１
３重量％の過酸化水素）でＣＭＰを実施した比較例が記
載されている。この場合の研磨速度は１０ｎｍ／ｍｉｎ
で、アルミナ研磨砥粒を添加した研磨液の約１／１０、
シリカ研磨砥粒を添加した研磨液の約２／７の研磨速度
であることが記載されている。
【００２７】図２は前記公報に基づいて追試を行った結
果である。これは前記公報の結果を再現するために、
０．１重量％のアミノ酢酸と過酸化水素を含有した研磨
液（砥粒は含まない）で、研磨速度とエッチング速度の
過酸化水素水濃度依存性を測定したものである。なお、
図２では３０％過酸化水素水の濃度で図示しており、前
記公報に記載の図面と対応させるには０．３倍して換算
すればよい。研磨布としてはロデール社の硬質布ＩＣ１
０００を用いた。定盤（定盤直径：３４０ｍｍ）とホル
ダの回転数はともに６０ｒｐｍ、研磨荷重は２２０ｇ／
ｃｍ2とした（本発明のＣＭＰ条件と同一にした）。図
２の結果から、砥粒を含まない場合にはせいぜい２０ｎ
ｍ／ｍｉｎで実用的な研磨速度が得られないことが分か
る。過酸化水素濃度が低いとエッチング速度が速く研磨
の安定性が悪くなる。一方、過酸化水素濃度を高めれば
安定性は増すが研磨速度が著しく低くなり処理能力の点
では不利である。
【００２８】さらに詳細に調べると、静水液エッチング
速度（攪拌しない研磨液に静止した試料を浸した際のエ
ッチング速度）が過酸化水素水の高濃度側でも完全に０
にはならないことも分かった。また研磨液を攪拌して同
様にエッチング速度（攪拌液エッチング速度：ＣＭＰ中
のエッチング速度に近い）を測定すると、エッチング速
度が増加して研磨速度の１／２倍を超えることが分か
る。
【００２９】したがって、砥粒を含有させることによっ
て研磨速度を上げ、研磨速度と攪拌エッチング速度の比
（以下、速度比と記す）を高めないと研磨液として使用
できないことが分かった。速度比が低いと研磨面に接し
ていない凹部でのエッチングが進行し平坦性が損なわれ
る。実際にこれら過酸化水素水の濃度を変えた研磨液を
用いてＣＭＰを行った結果、４０分から１時間３０分の
研磨時間を要した。
【００３０】形成された銅配線の断面図を図２２に示
す。シリコン酸化膜の加工溝に残されるはずの銅はほと
んどがエッチングされて溶出し、蛇行配線（配線幅０．
３マイクロメートルから３マイクロメートル、長さ４０
ｍｍ）を用いて導通試験を行った結果、歩留まりは０％
であった。したがって、これをＬＳＩ配線として用いる
ことはできなかった。これは研磨速度が遅いために、長
い研磨時間の間にエッチングが進行したことが原因であ
る。
【００３１】アミノ酢酸の濃度を上げれば研磨速度は上
がるが、同時に攪拌エッチング速度も上がり、上記の結
果と同様になる。エッチングを抑制するには、水酸化カ
リウムを添加して研磨液をｐＨ１０．５のアルカリ性に
すればよいことが前記公報に記載されている。しかし、
水酸化カリウムはシリコン酸化膜をエッチングするため
に選択比が低下し、エロージョンが発生するという問題
が生じる。さらに残留したカリウムイオンが絶縁膜中を
拡散して、半導体素子の特性劣化を引き起こすという問
題が生じる。
【００３２】以上のような問題は、アミノ酢酸自体が酸
化銅を水溶性化する特性が低いことに起因している。こ
れは図９に示したｐＨ−酸化還元電位図（Ｍ．プールベ
イ、「アトラスオブ・エレクトロケミカル・イクイリブ
リア・イン・アクエアス・ソリューション」（Ｍ．Ｐｏ
ｕｒｂａｉｘ，「Ａｔｌａｓ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈ
ｅｍｉｃａｌ Ｅｑｕｉｌｉｂｒｉａ ｉｎ Ａｑｕｅｏ
ｕｓ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ」）１９７５年ＮＡＣＥ発行
の第３８７頁に開示されている。）からわかるように、
銅が銅イオンとして水溶性化する範囲（腐食域）がｐＨ
７以下であるのに対して、アミノ酢酸は中性でその効果
が弱いからである。
【００３３】図２６に銅の腐食域と不働態域における腐
食速度（エッチング速度）の違いを示した。実線は図９
において酸化還元電位が等しい場合の腐食速度を示した
ものである。代表例として、腐食域ではクエン酸と過酸
化水素水を混合した研磨液、不働態域ではアミノ酢酸と
過酸化水素水を混合した研磨液の腐食速度をプロットし
た。両研磨液は等モル比で作製して比較した。このよう
に腐食域では不働態域と比較して非常に速い速度で銅が
水溶性化されてイオン化される。
【００３４】この点に関しては、１９９６年ＣＭＰ−Ｍ
ＩＣコンファレンス予稿集，第１２３頁にも記載されて
いる。実際にアミノ酢酸は酸化銅をエッチングする効果
がないことが前記論文に記載されているが、酸化銅を水
溶性化する効果がないと、ＣＭＰを行った後に露出した
絶縁膜上に酸化銅が残り、配線間の電気的短絡の原因と
なる。なお、砥粒を含む研磨剤であれば機械的作用によ
り酸化銅は容易に除去される。
【００３５】また従来からある金属のエッチング液は上
記の腐食域にあるが、これをそのままＬＳＩ多層配線形
成用のＣＭＰ研磨液として用いることができるとは限ら
ない。ＣＭＰ研磨液では逆にエッチング速度が遅い方が
適しているからである。例えば、砥粒加工学会誌、１９
９７年、第４１巻、第１号、第２３１頁から第２３３頁
に硝酸水溶液を用いた銅表面の研磨実験に関して記載さ
れている。砥粒がないと研磨速度が低くなるものの、ス
クラッチの発生がないために研磨液として適していると
述べられているが、この研磨液のエッチング速度は調べ
られておらず、配線構造の形成もなされていない。実際
にこの研磨液の追試を行った結果、１％硝酸水溶液の銅
の静水液エッチング速度は５０ｎｍ／ｍｉｎであり、上
記学会誌に記載の研磨速度約８０ｎｍ／ｍｉｎに対して
十分に大きな比が取れなかった。さらに埋め込み配線を
形成するためにＣＭＰを行うと、配線部分として残すべ
き部分の銅もエッチングされてほとんど消失してしまっ
た。このようにエッチング速度が制御されていない研磨
液では研磨を行うことはできるが、埋め込み配線を形成
することはできない。
【００３６】本発明は係る点に鑑みてなされたものであ
り、（１）埋め込み配線形成時のディシングやエロージ
ョンの発生の抑制、（２）スクラッチや（３）はがれ等
の損傷の低減、（４）ＣＭＰ後洗浄の簡素化、（５）研
磨液と研磨布のコスト低減、（６）研磨剤供給／処理設
備の簡素化、（７）高スループット化、（８）低発塵化
の少なくとも１つを実現することのできる研磨方法や半
導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００３７】
【課題を解決するための手段】上記目的は金属膜の研磨
方法において、研磨砥粒を含まない又含むとしても１重
量％未満の低濃度の研磨砥粒を含み、ｐＨ及び酸化還元
電位が金属膜の腐食域である研磨液を用いて、金属膜表
面を機械的に摩擦することにより達成される。必要に応
じて腐食を抑制する物質（防食性物質）を研磨液に添加
しても良い。
【００３８】上記目的は、酸化性物質（金属の電子を奪
い原子価を高める作用のある物質）と、酸化物を水溶性
化する物質とを含む研磨液１を用いて、金属膜表面を機
械的に摩擦することにより達成される。なお、この場
合、Ｃｕ、Ｗ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ａｌ等の金属膜に適用で
きる。
【００３９】上記目的は前記金属を水溶性化する物質を
含む研磨液２を用いて、金属膜表面を機械的に摩擦する
ことにより達成される。なお、この場合は主にイオン化
傾向が水素よりも低い金属であるＡｌ等の金属膜に適用
できる。前記金属を水溶性化する物質としては塩酸や有
機酸等の酸もしくは水酸化アンモニウム等のアルカリが
挙げられる。また、イオン化傾向が水素よりも高い銅
も、前記金属を水溶性化する物質として水酸化アンモニ
ウムを用いることにより上記目的は達成される。
【００４０】上記研磨液のｐＨ及び酸化還元電位が金属
の腐食域であることにより前記金属を水溶性化すること
が可能になり、研磨基板表面に露出した絶縁膜表面での
金属の残留を低減することができる。各金属の腐食域は
前記プールベイのｐＨ−酸化還元電位図に記載されてい
る。例えば銅の場合、図９に示したようにｐＨ＜７、酸
化還元電位＞０．２であればＣｕ2+イオンとして溶解す
る。もしくは、ｐＨ＞１２．５のアルカリ域であればＣ
ｕＯ2 2―イオンとして溶解する。従って、銅を研磨する
場合にはいずれかの腐食域にすることが望ましい。
【００４１】但し、前記プールベイ図はＨ2Ｏ系であ
り、他の反応物が研磨液に含まれている場合はｐＨ−酸
化還元電位図内の腐食域の占める範囲は変化する。本発
明で示す腐食域は、そのような添加物も含めて研磨液が
金属を腐食するｐＨ及び酸化還元電位の範囲にある物質
を含むかどうかで定義する。研磨液に腐食性物質と防食
性物質の両者を含む場合は、前者が本発明で示す腐食域
に入る。
【００４２】上記の物質が含まれた研磨液１でＣＭＰを
行うと、まず金属表面が酸化性物質によって酸化され、
表面に薄い酸化層が形成される。次に酸化物を水溶性化
する物質が供給されると前記酸化層が水溶液となって溶
出して前記酸化層の厚さが減る。酸化層が薄くなった部
分は再度酸化性物質に晒されて酸化層の厚さが増し、こ
の反応を繰り返してＣＭＰが進行する。その際、図４
（ａ）に示したような金属表面の凸部５０は常に研磨布
の機械的摩擦を受けるため、表面の反応生成物は除去さ
れ易く、かつ局所的に加熱されるために反応が促進さ
れ、上記の酸化／水溶性化の繰り返し反応は凹部４９よ
りも速く進行する。すわなち、凸部５０の研磨速度は速
くなり平坦化される。
【００４３】防食性物質は金属表面に付着して凹部の反
応を抑制し、最終的に平坦性を向上する効果がある。防
食性物質を添加しても研磨液がプールベイ図の腐食域に
あれば、研磨布の摩擦によって防食性物質が除去された
金属表面の凸部で前記の反応が進行し、最終的に平坦化
される。すなわち、研磨液が腐食性と防食性の両者を兼
ね備え、研磨布の機械的摩擦によって両者の効果をＣＭ
Ｐ中に制御する点が重要である。防食性物質の研磨液へ
の添加濃度は、金属表面の凸部に付着した防食性物質が
研磨布の機械的摩擦によって除去される程度で良い。添
加濃度の目安として、研磨速度を５０ｎｍ／ｍｉｎ以上
に保ち、かつ攪拌エッチング速度が数ｎｍ／ｍｉｎ以下
であることが望ましい（速度比が５０程度）。それ以上
の濃度で添加するとＣＭＰ速度が低下することがある。
但し、無添加で研磨速度が十分に高く、かつエッチング
速度が数ｎｍ／ｍｉｎ以下と小さい場合には、防食性物
質を添加しなくても平坦性よく研磨することができる。
【００４４】従来のＣＭＰの方法が酸化性物質によって
金属表面を酸化し、この酸化層を研磨砥粒によって機械
的に除去することによって研磨速度を上げていたのに対
して、本発明では研磨砥粒濃度を低減する代わりに、酸
化物を水溶性化する物質を添加することによって、実質
的に研磨布の機械的摩擦のみで実用的な研磨速度を得
る。
【００４５】上記の（１）から（８）の目的は、以下の
研磨砥粒濃度範囲で達成される。
【００４６】上記の（１）ディシングとエロージョンを
抑制する目的は、上記の研磨砥粒の濃度を０．０５重量
％以下にすることにより達成される。
【００４７】上記の（２）絶縁膜表面に発生するスクラ
ッチを低減する目的は、上記の研磨砥粒の濃度を１重量
％未満にすることにより達成される。
【００４８】上記の（２）金属膜表面に発生するスクラ
ッチを低減する目的は、上記の研磨砥粒の濃度を０．１
重量％以下にすることにより達成される。
【００４９】上記の（３）はがれを低減する目的は、上
記の研磨砥粒の濃度を０．５重量％以下にすることによ
って達成される。
【００５０】上記の（４）洗浄性を向上する目的は、上
記の研磨砥粒の濃度を０．０１重量％以下にすることに
よって達成される。
【００５１】上記の（５）研磨液と研磨布のコストを低
減する目的は、上記の研磨砥粒の濃度を０．００１重量
％以下にすることによって達成される。
【００５２】上記の（６）研磨剤供給／処理設備の問題
を解決する目的は、上記の研磨砥粒の濃度を０．０００
１重量％以下にすることによって達成される。
【００５３】上記の（７）スループットを向上する目的
は、上記の研磨砥粒の濃度を０．０１重量％以下にする
ことによって達成される。
【００５４】上記の（８）発塵を抑制する目的は、上記
の研磨砥粒を添加しないことによって達成される。
【００５５】上記の酸化性物質としては過酸化水素が金
属成分を含まず、かつ強酸ではないため最も望ましい。
硝酸第二鉄及び過ヨウ素酸カリウムは金属成分を含むが
酸化力が強いために研磨速度を高くする効果がある。
【００５６】上記の酸化物を水溶性化する物質としては
酸があり、金属イオン（例えばＣｕ2+イオン）として水
溶性化する作用を利用する。無機酸としては硝酸、塩酸
が代表的なものである。
【００５７】また、有機酸もしくはその塩は毒性が低く
研磨液として扱い易い。例えば、クエン酸、フタル酸、
酢酸、乳酸、酒石酸に代表される有機酸及びそれらの塩
が挙げられる。塩は溶解度を高める効果があり、金属成
分を含まないもの、例えばアンモニウム塩、もしくは半
導体素子に悪影響を及ぼさない元素（例えばアルミニウ
ム等）を含むものが望ましい。
【００５８】上記の酸のうち、クエン酸は食品添加物と
しても一般に使用されており、毒性が低く、廃液として
の害も低く、臭いもなく、水への溶解度も高いために本
発明の研磨液に使用する酸として望ましい。
【００５９】フタル酸は水への溶解度が低いために塩に
することが望ましい。但し、塩にしてpHが変化しても研
磨液を金属の腐食域に保つようにする必要がある。例え
ばフタル酸を銅の研磨液として用いる場合、フタル酸分
子内の２個のカルボキシル基のうち、一つのみを置換し
たフタル酸水素塩であれば水への溶解度が増加し、かつ
ｐＨを酸性（腐食域）に保つことができるため研磨液と
して適している。２個のカルボキシル基を置換したフタ
ル酸塩では研磨液はほぼ中性になり、ＣＭＰ速度が低下
する。他の有機酸に関しても同様である。
【００６０】上記の酸化性物質と酸化物を水溶性化する
物質は、両者の作用を合わせ持つ薬剤であれば１種類で
も構わない。例えば銅を溶解する硝酸はその例である。
添加薬液が少なくなることにより研磨液作製に要する時
間とコストを下げることが可能になる。酸化力を高める
ために過酸化水素のような他の酸化性物質を混合するこ
ともできる。
【００６１】また、上記の酸化物を水溶性化する物質と
して水酸化アンモニウム、硝酸アンモニウム、塩化アン
モニウムのいずれかを含むものでもよい。研磨液にアン
モニウムイオンが含まれている場合には、上に示したよ
うに腐食域が変化し、ｐＨ＞４．５であってもＣｕ（Ｎ
Ｈ3）2+イオンとして銅を溶解させる作用がある。な
お、Ｃｕ−ＮＨ3−Ｈ2Ｏ系に関するｐＨ−酸化還元電位
図は、例えばジャーナルオブ・エレクトロケミカル・ソ
サエテイー、１４２巻、７号、１９９５年７月、第２３
８１頁（Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｖｏ
ｌ．１４２，Ｎｏ．７，Ｊｕｌｙ、１９９５、ｐ．２３
８１）に記載されている。
【００６２】酸化やエッチングを抑制する物質として
は、防食性物質及び界面活性剤が挙げられる。研磨液中
に混合することでエッチングが抑制され、かつ十分な研
磨速度が得られる物質であれば良い。特に銅合金の防食
性物質としてはベンゾトリアゾール（以下ＢＴＡと記
す）が最も効果が大きい。他に実用上使えるものとして
は、トリルトリアゾール（以下ＴＴＡと記す）、ＢＴＡ
カルボン酸（以下ＢＴＡ−ＣＯＯＨと記す）等のＢＴＡ
の誘導体、シスチン、ハロ酢酸、グルコース、ドデシル
メルカプタン等も防食効果がある。
【００６３】上記の機械的摩擦を加える手段は１重量％
以上の研磨砥粒を研磨液に供給しない研磨布を用いるこ
とができる。研磨布の最適硬度はＣＭＰを行う対象物に
よって異なるが、例えば０．１ｍｍ角の銅電極パターン
をダマシン法によって形成し、そのディシングの許容量
が１００ｎｍ以下である場合は、ＣＭＰを行う荷重で研
磨布を０．１ｍｍ角の開口部に押し付けた際に、その開
口部から研磨布が圧縮されて押し出される量が１００ｎ
ｍ以下であることが好ましい。硬質の研磨布はこの条件
をこの条件を満たすものであり、これを用いることによ
ってディシングを抑制することができる。なお、ダマシ
ン法とは開口を有する絶縁膜上に金属膜を形成後、研磨
し、開口部内部に金属膜を残す技術である。
【００６４】但し、最大１マイクロメートル程度のプラ
グを形成する場合は軟質研磨布を用いることもできる。
研磨布の硬度は、スクラッチや剥がれが発生しない程度
であれば高いほど望ましいが、配線やプラグのパターン
以外の基体表面の凹凸、例えばウエハのそり等には追随
できる程度に軟らかい硬度の研磨布である必要がある。
【００６５】研磨布から供給される研磨砥粒は、研磨液
の砥粒濃度と同様、上記の（１）から（８）の目的に応
じて上限が異なる。例えば、上記の（１）ディシングと
エロージョンを抑制する目的は、砥粒濃度を０．０５重
量％以下にすることによって達成される。
【００６６】ここで研磨速度が１０ｎｍ／ｍｉｎ以下の
研磨液は、例えば８００ｎｍの金属膜１枚のＣＭＰを行
う場合に８０分を要するので配線構造を作製するのに実
用的ではなく、上記のスループットの問題とコストの問
題を解決していないため本発明では研磨液として定義し
ない。
【００６７】また、研磨速度とエッチング速度の比が５
倍以上、できれば１０倍以上が好ましい。これ以下であ
れば、たとえ研磨速度が高くても、ＣＭＰ中に発生する
エッチング作用によって配線構造を寸法精度良く作製で
きなくなる。エッチング速度は数ｎｍ／ｍｉｎ以下であ
ることが望ましい。
【００６８】本発明はスクラッチやディシング、エロー
ジョン等の発生しやすい銅合金やアルミニウム合金のＣ
ＭＰにおいて最も効果があるが、他のメタルＣＭＰ、例
えばタングステン及びタングステン合金、チタン及びチ
タン合金等（特に窒化チタン）においても絶縁膜上に発
生するスクラッチの低減には有効である。
【００６９】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を用いて具体
的に説明する。
【００７０】（実施例１）本実施例では銅のＣＭＰを行
うことによって銅配線を形成する方法について説明す
る。図１は本発明の実施例において使用するＣＭＰ装置
を示す概略図である。研磨布１７が貼り付けられた定盤
１１の上をバッキングパッド１８によってウエハ１４を
支持したホルダ１２が回転してＣＭＰを行う構造になっ
ている。ＣＭＰ中にウエハがはずれないようにリテーナ
リング１３が設けられている。ＣＭＰ中における研磨荷
重は２２０ｇ／ｃｍ2、定盤とホルダの回転数はともに
６０ｒｐｍとした。なお、研磨荷重や回転数はこれに限
られるものではない。一般に、荷重や定盤回転数を増や
すことにより研磨速度が速くなるが、図２５に示したよ
うにスクラッチが入りやすくなる。但し、本発明では研
磨砥粒濃度が低いので、又は含まないので荷重に対する
研磨傷の発生は少ない。研磨布はロデール社製の硬質布
ＩＣ１０００を用いた。
【００７１】本発明の研磨液は定盤上に設けられた第１
の供給口１５から研磨布上に約３０ｃｃ／ｍｉｎの速度
で滴下してＣＭＰを行う。ＣＭＰが終了した段階で第１
の供給口１５を閉じて研磨液の供給を停止し、第２の供
給口１６から純水を約３０００ｃｃ／ｍｉｎの速度で供
給してリンスを１５〜３０秒間行う。その後ウエハを乾
燥しないような状態でメガソニック洗浄を行い、研磨液
を除去した後、ウエハを乾燥させる。
【００７２】まず、配線パターンが形成されていないウ
エハを用いて本発明の研磨液の研磨特性を調べた。試料
はシリコンウエハ上に厚さ２００ｎｍのシリコン酸化膜
を形成した後、接着層として厚さ５０ｎｍのＴｉＮ膜と
厚さ８００ｎｍのＣｕ膜をスパッタリング法によって真
空中で連続成膜したものである。ウエハ直径は４インチ
である。
【００７３】本実施例で用いた研磨液は酸化性物質及び
酸化物を水溶性化する物質である有機酸を混合したもの
である。酸化性物質としては過酸化水素水（３０％Ｈ2
Ｏ2水溶液）、有機酸としてはクエン酸を用いた。クエ
ン酸は水への溶解度が高いという利点がある。混合比を
最適化するため、濃度を変えて研磨速度とエッチング速
度を調べた。なお、研磨液の温度は室温である。エッチ
ング速度とは研磨液中に試料を浸した際に銅表面がエッ
チングされる速度であり、ＣＭＰ中に過剰にエッチング
が進行すると配線構造が形成されないため、できるだけ
低い方が望ましい。エッチング速度は、図２と同様に静
水液エッチング速度と攪拌液エッチング速度を調べた。
研磨速度とエッチング速度は電気抵抗値変化から換算し
て求めた。
【００７４】図３に研磨液の過酸化水素水濃度依存性を
調べた結果を示す。クエン酸濃度は０．０３重量％で一
定とした。研磨速度と静水液エッチング速度の比も合わ
せて示してある。研磨速度は過酸化水素水の濃度が１０
体積％のときに最大値８４ｎｍ／ｍｉｎを示している
が、エッチング速度は５体積％以下で５ｎｍ／ｍｉｎ以
下の低い値になっているため、研磨速度とエッチング速
度の比をとると、５体積％で最も高い比３０を示した。
過酸化水素水のみ、もしくはクエン酸のみでは１０ｎｍ
／ｍｉｎ以下の研磨速度となり、埋め込み配線を形成す
る目的には十分な研磨速度ではない。すなわちクエン酸
と過酸化水素水の両方が含有されていることが必要であ
る。そこで５体積％の過酸化水素水と０．０３重量％の
クエン酸を純水に混合した研磨液を用いて、銅の埋め込
み配線パターンを作製した。図９に示したように本研磨
液は銅の腐食域にある。
【００７５】埋め込み配線を形成する試料の研磨前の断
面構造の例を図４（ａ）に示す。不純物ドープ層や絶縁
膜が形成されたシリコン基板２５上に厚さ５００ｎｍの
ＢＰＳＧ膜（ホウ素とリンが添加されたシリコン酸化
膜）２４と厚さ５００ｎｍのシリコン酸化膜２３を成膜
し、リソグラフィ工程及びドライエッチ工程によって深
さ５００ｎｍの配線用の溝パターンをシリコン酸化膜２
３内に形成した。その上に接着層として厚さ５０ｎｍの
ＴｉＮ層２２を成膜した後に厚さ８００ｎｍの銅薄膜２
１をスパッタリング法により真空中で連続成膜した。さ
らに段差被覆性を良くするためにスパッタ装置内で摂氏
４５０度で３０分間の真空熱処理を行った。シリコン基
板２５にはソース、ドレイン等の不純物ドープ層が形成
されているが、ここでは省略して記載していない。
【００７６】この試料を、５体積％の過酸化水素水と
０．０３重量％のクエン酸を純水に混合した研磨液を用
いてＣＭＰを行った結果、図４（ｂ）のように、ディシ
ングやエロージョンが約５０ｎｍ以下となる形状に加工
することができた。形成された銅配線の電気抵抗率を測
定した結果、ＴｉＮ層の部分も含めて１．９マイクロオ
ームセンチメートルの値を得た。また、蛇行配線（配線
幅０．３マイクロメートルから３マイクロメートル、長
さ４０ｍｍ）や櫛形配線（配線間隔０．３マイクロメー
トルから３マイクロメートル、長さ４０ｍｍ）を用いて
導通／絶縁試験を行った結果、ほぼ１００％の歩留まり
が得られた。
【００７７】次に銅のプラグを本発明の研磨液によって
形成した例を示す。成膜方法とＣＭＰ条件は上記の埋め
込み配線の形成方法と同様である。図１７（ａ）〜図１
７（ｃ）に形成した直径０．５マイクロメートルの銅プ
ラグの構造を示す。図１７（ａ）はＣＭＰ前の断面構
造、図１７（ｂ）はＣＭＰ後の断面断面、図１７（ｃ）
は上面から見た構造である。プラグの場合は絶縁膜の開
口部が１マイクロメートル以下であるため、軟質研磨布
（例えばロデール社製のＳｕｂａ８００やＸＨＧＭ１１
５８）でも図１７（ｂ）のようにディシングやエロージ
ョンなく形成することができた。硬質研磨布（ＩＣ１０
００）を使えることは言うまでもない。
【００７８】ＣＭＰの終点検出に関しては問題なく行う
ことができた。終点検出方法として、ＣＭＰ装置の研磨
定盤もしくはウエハホルダの回転トルクの変化に基づい
て行った場合、図２３に示す信号が得られた。約３５０
秒経過した時点でＣｕの研磨が終了し、ＴｉＮを研磨す
る段階になるとトルク信号強度が強くなり、その後の約
４００秒経過した時点で強度が落ちることから判定でき
た。
【００７９】また、研磨処理後の研磨液の光学的スペク
トル変化に基づいて終点検出することもできた。研磨処
理前の研磨液は透明であるが、銅を研磨することによっ
て銅イオンが研磨液に溶け込み、研磨液は青くなる。そ
こで図２４に示したように研磨処理が終わって流れ出た
研磨液の光信号強度を波長７２５ｎｍで測定した結果、
研磨が終了した段階で強度が下がり終点検出できること
がわかった。従来の研磨砥粒が添加された研磨液では研
磨液が白濁しているため、光スペクトルの変化で測定す
ることが困難であった。また、研磨布の一部に穴を開
け、ウエハ表面からの光反射スペクトル変化に基づいて
終点検出することも可能であった。この場合も研磨液に
砥粒が含まれているとウエハ表面に付着した白濁の研磨
液によって信号にノイズが入り、測定が困難であった。
【００８０】本実施例では、酸化剤として過酸化水素を
用いたが、過酸化水素の代わりに硝酸第二鉄や過ヨウ素
酸カリウムを用いても配線構造を形成できる。但し、鉄
やカリウムの汚染対策が必要になる。
【００８１】また、水酸化アンモニウム、硝酸アンモニ
ウム、塩化アンモニウムのいずれかを含む研磨液でＣＭ
Ｐを行っても同様に埋め込み配線構造を形成することが
できた。
【００８２】（実施例２）本実施例では、実施例１で用
いた研磨液に防食性物質を添加してさらに研磨特性を向
上する方法について説明する。防食性物質の添加によっ
て図３に示したエッチング速度が低下し、研磨速度とエ
ッチング速度の比がさらに高くなる。このことによっ
て、ＣＭＰ中に銅表面が過剰にエッチングされるのを防
止でき、かつＣＭＰ後に銅研磨面が酸化されるのを防ぐ
ことが可能になる。
【００８３】防食剤はＢＴＡを用いた。５体積％の過酸
化水素水と０．０３重量％のクエン酸を純水に混合した
研磨液に、ＢＴＡを０．１％添加した。ＢＴＡを添加し
ても、本研磨液のｐＨと酸化還元電位はほとんど変化せ
ず、図９に示した銅の腐食域にある。実施例１と同様に
銅のエッチング速度を調べた結果、ＢＴＡ添加前と比較
して約６分の１に低減することができた。そこでこの研
磨液を用いて、実施例１と同様の条件でＣＭＰを行った
結果、銅研磨面の腐食を抑制し図４に示した埋め込み配
線を形成することができた。形成された銅配線の電気抵
抗率を測定した結果、ＴｉＮ層の部分も含めて１．９マ
イクロオームセンチメートルの値を得た。また、蛇行配
線（配線幅０．３マイクロメートルから３マイクロメー
トル、長さ４０ｍｍ）や櫛形配線（配線間隔０．３マイ
クロメートルから３マイクロメートル、長さ４０ｍｍ）
を用いて導通／絶縁試験を行った結果、ほぼ１００％の
歩留まりが得られた。
【００８４】また、オーバーＣＭＰを長時間（例えば２
倍の時間）行った場合、ＢＴＡを添加しない研磨液では
図１６（ａ）のように銅配線部が約１００ｎｍの深さだ
けエッチングされて周辺の絶縁膜部分よりも凹む減少が
観察されたが、ＢＴＡを添加した研磨液を用いることに
より図１６（ｂ）のように数１０ｎｍ以下に抑制するこ
とができた。なお、オーバーＣＭＰはウエハ全体で研磨
残りがないようにするために行うものである。
【００８５】上記研磨液を濃厚にしたものでも同様に配
線構造を作製できた。例えば３０体積％の過酸化水素水
と０．１５重量％のクエン酸と０．３％のＢＴＡを純水
に混合したものが良好であった。研磨液が濃厚な場合、
ウエハ内の研磨均一性が向上する効果があった。研磨液
が希薄な場合の均一性が１０％以上であったのに対し
て、濃厚液の均一性は８％以下になった。但し、希薄液
は研磨液を安価に作製できる効果がある。
【００８６】また、金属を水溶性化する物質として水酸
化アンモニウムを用いる場合もＢＴＡを添加した研磨液
とすることにより上記の効果が得られ、埋め込み銅配線
を形成することができる。
【００８７】（実施例３）本実施例では砥粒濃度低減に
よるディシングとエロージョンの抑制効果を調べた。実
施例２の研磨液（５体積％の過酸化水素水と０．０３重
量％のクエン酸と０．１％のＢＴＡを純水に混合したも
の）と、比較例としてこの研磨液にアルミナ砥粒（粒子
径：約２００ｎｍ）を２．５％加えたものを用意した。
これらの研磨液を用いて実施例２と同様に埋め込み配線
を形成し、図５に定義したディシング量とエロージョン
量の配線幅依存性を、幅０．４マイクロメートルから９
０マイクロメートルで、長さ４００マイクロメートルの
配線の断面写真を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮影して
測定した。図６（ａ）（ｂ）に計測結果を図７及び図８
にＳＥＭ観察に基づき描いた断面の形状を示す。
【００８８】図６（ａ）（ｂ）からディシング量、エロ
ージョン量ともに配線幅が太くなるにつれて大きくなる
傾向にあるが、アルミナ砥粒をなくすことによってディ
シング量は約半分に低減され、幅４マイクロメートル以
下の配線のエロージョン量はほとんどＳＥＭでは観察で
きない程度（１０ｎｍ以下）にまで低減された。図８
（ａ）（ｂ）の比較から９０マイクロメートルの配線幅
では顕著な差が観察される。
【００８９】次にディシング量とエロージョン量のアル
ミナ砥粒濃度依存性を調べた。両値の計測は図５に示し
た定義に従って行った。アルミナ砥粒濃度は０．０００
１重量％、０．００１重量％、０．０１重量％、０．０
５重量％、０．１重量％、０．５重量％、１重量％の７
種類の研磨液を用意した。その結果、アルミナ砥粒濃度
が０．０５重量％以下になると両値ともアルミナ砥粒が
入っていない研磨液と同程度の値になり、誤差の範囲
（２０ｎｍ以下）で図６（ｂ）の結果と一致した。これ
により、アルミナ砥粒濃度が０．０５重量％以下の研磨
液を用いてＣＭＰを行うことにより、ディシングとエロ
ージョンを抑制した埋め込み配線構造を形成できること
が分かった。
【００９０】（実施例４）本実施例では砥粒濃度の低減
によるスクラッチ抑制効果を調べた。実施例２の研磨液
（５体積％の過酸化水素水と０．０３重量％のクエン酸
と０．１％のＢＴＡを純水に混合したもの）と、これに
アルミナ砥粒（粒子径：約２００ｎｍ）を０．０００１
重量％、０．００１重量％、０．０１重量％、０．０５
重量％、０．１重量％、０．５重量％、１重量％、２．
５重量％、５重量％添加した研磨液を用意した。これら
の研磨液を用いて配線パターンの無い銅薄膜表面とシリ
コン酸化膜表面のＣＭＰを行った。
【００９１】その結果、１重量％以上のアルミナ砥粒濃
度の研磨液でＣＭＰを行ったシリコン酸化膜表面には、
図２５に示したようにウエハ当たり１００〜１０００個
の点状スクラッチが光学顕微鏡で観察されたが、０．５
重量％以下のアルミナ砥粒濃度の研磨液でＣＭＰを行っ
たウエハでは数個程度まで抑制された。スクラッチの大
きさは１マイクロメートル以下であるため、この程度の
スクラッチ数であれば配線構造を形成する目的では問題
とならないレベルである。
【００９２】次に銅表面に形成されるスクラッチを調べ
た。０．５重量％以上のアルミナ砥粒濃度の研磨液でＣ
ＭＰを行った銅表面には目視で判別可能な線状のスクラ
ッチが発生した。アルミナ砥粒濃度が増えるにしたがっ
てウエハ当たりのスクラッチ発生個数は増加する傾向で
あった。０．１重量％のアルミナ砥粒濃度の研磨液でＣ
ＭＰを行ったウエハで発生するスクラッチ数は数個であ
るが、この試料をＳＥＭによるウエハ断面の観察とＡＦ
Ｍ（原子間力顕微鏡）で表面の凹凸観察を行った結果、
スクラッチの深さは１００ｎｍ程度であることがわかっ
た。埋め込み銅配線の深さが５００ｎｍであるため、１
００ｎｍのスクラッチは問題となる。
【００９３】０．１重量％以下のアルミナ砥粒濃度の研
磨液でＣＭＰを行った銅表面では目視で判別可能なスク
ラッチは消滅した。これらの試料をＳＥＭとＡＦＭで観
察を行った結果、スクラッチの深さは１０ｎｍ程度であ
ることがわかった。この程度であれば配線の電気抵抗に
ほとんど影響を与えることはない。
【００９４】さらに、スクラッチの発生を低減できるの
で研磨荷重と定盤回転数を増加することができ、研磨速
度を上げることが可能になるという効果もあった。
【００９５】実際に砥粒濃度０．１重量％以下の研磨液
を用いて実施例１と同様にして埋め込み配線を形成し、
蛇行配線（配線幅０．３マイクロメートルから３マイク
ロメートル、長さ４０ｍｍ）や櫛形配線（配線間隔０．
３マイクロメートルから３マイクロメートル、長さ４０
ｍｍ）を用いて導通／絶縁試験を行った結果、ほぼ１０
０％の歩留まりが得られた。
【００９６】（実施例５）本実施例では砥粒濃度の低減
による剥がれ抑制効果を調べた。実施例２の研磨液（５
体積％の過酸化水素水と０．０３重量％のクエン酸と
０．１％のＢＴＡを純水に混合したもの）と、これにア
ルミナ砥粒を０．０００１重量％、０．００１重量％、
０．０１重量％、０．０５重量％、０．１重量％、０．
５重量％、１重量％、５重量％、１０重量％添加した研
磨液を用意した。試料は、厚さ８００ｎｍの銅薄膜を厚
さ５ｎｍ（実施例１の１／１０の厚さ）のＴｉＮ層をは
さんでシリコン酸化膜上にスパッタリングで成膜したも
のを用いた。この試料を上記の研磨液を用いてＣＭＰを
行った。
【００９７】その結果、１重量％以上のアルミナ砥粒濃
度の研磨液でＣＭＰを行ったウエハ周辺部から剥がれが
銅層とＴｉＮ層との間で発生した。アルミナ砥粒と銅表
面に発生する摩擦力が原因と考えられる。０．５重量％
以下のアルミナ砥粒濃度の研磨液でＣＭＰを行ったウエ
ハでは摩擦力が低下し、剥がれは全く発生しなかった。
さらに、剥がれの発生が減少すると研磨荷重と定盤回転
数を増加することができ、研磨速度を上げることが可能
になるという効果もあった。
【００９８】そこで、砥粒濃度０．５重量％以下の研磨
液を用いて実施例２と同様にして埋め込み配線を形成し
た。試料は、図４のＴｉＮ層２２を５ｎｍにした試料を
用いた。その結果、銅薄膜の剥がれなく埋め込み配線を
形成することができた。
【００９９】（実施例６）本実施例では砥粒濃度の低減
による洗浄性の向上の効果を調べた。実施例２の研磨液
（５体積％の過酸化水素水と０．０３重量％のクエン酸
と０．１％のＢＴＡを純水に混合したもの）と、これに
アルミナ砥粒を０．０００１重量％、０．００１重量
％、０．０１重量％、０．０５重量％、０．１重量％、
０．５重量％、１重量％、５重量％、１０重量％添加し
た研磨液を用意した。これらの研磨液でシリコン酸化膜
上に形成された銅薄膜とＴｉＮ薄膜をＣＭＰによって除
去し、表面に現れたシリコン酸化膜表面を純水により洗
浄を行った後、残存するアルミナ砥粒（欠陥数）を面盤
欠陥装置を用いて調べた。大きさが０．２マイクロメー
トル以上の欠陥についてウエハ当たりの数を測定した。
ウエハの大きさは４インチである。
【０１００】その結果、図１０に示したようにアルミナ
砥粒濃度の低減に従い欠陥数は減少し、濃度０．０１重
量％以下であればメガソニック洗浄のみで欠陥数を１０
０個以下に低減できることがわかった。従来は、１重量
％以上の濃度のアルミナ砥粒研磨液を用いていたため
に、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）のブラシ洗浄とメ
ガソニック洗浄を併用して、欠陥数を１００個以下に低
減していた。したがって、砥粒濃度が０．０１重量％以
下の研磨液を用いて研磨を行うことにより洗浄工程数を
減らす効果がある。もしくは従来と同様の洗浄工程を行
うことによって、より異物数を減らす効果がある。
【０１０１】（実施例７）本実施例では、砥粒濃度の低
減によりＣＭＰ処理工程数を低減できることを示す。図
１１に従来の研磨液を用いた場合のＣＭＰの処理工程を
示す。従来のＣＭＰ装置では、例えばアルミナ砥粒濃度
が１重量％以上と高く、砥粒の研磨布への目詰まりを防
ぐために、ＣＭＰを行う前に数１０秒から数分間の研磨
布のコンディショニングを行っていた。
【０１０２】また、研磨により露出したシリコン酸化膜
等の絶縁膜表面のダメージ層を除去する目的で、埋め込
み配線層を形成するためのメタルＣＭＰの後に、絶縁膜
のＣＭＰを数１０秒から２分程度行っていた。その後、
ウエハを乾燥することなく洗浄工程に移り、砥粒除去の
目的でアンモニア液による第１ブラシ洗浄を行う。さら
にシリコン酸化膜等の絶縁膜表面のダメージ層の金属汚
染を除去するために希フッ酸（ＨＦ）による第２ブラシ
洗浄を行っていた。最終的にメガソニック洗浄により目
的のレベルまで砥粒を除去した後、ウエハを乾燥してい
た。
【０１０３】図１２に本発明に係る０．０１重量％未満
の低濃度研磨砥粒含有研磨液を用いた場合のＣＭＰ工程
全体を示す。ＣＭＰ装置では砥粒の目詰まりがほとんど
発生しなくなるため、新品の研磨布を用いる場合以外は
ほとんどコンディショニングが不要になった。砥粒濃度
が１／１０倍になれば、研磨布の寿命が１０倍になっ
た。また、シリコン酸化膜表面のスクラッチ等によるダ
メージ層が無くなるため、絶縁膜のＣＭＰも不要となっ
た。洗浄工程ではメガソニック洗浄のみで従来のレベル
（欠陥数）まで洗浄可能であった。
【０１０４】全反射蛍光Ｘ線により重金属汚染を評価し
た結果、この点に関してもメガソニック洗浄のみで従来
のレベルまで洗浄可能であった。最終的に従来のＣＭＰ
工程と比較して、２分の１程度に工程時間が短縮され
た。図１２の工程は砥粒濃度が０．０１重量％以下であ
れば実用上使用可能であるが、０．００５重量％以下が
望ましい。
【０１０５】（実施例８）本実施例では砥粒濃度の低減
による研磨布と研磨剤のコスト削減の効果を調べた。
【０１０６】銅ＣＭＰ用のアルミナ研磨剤はＣＭＰ時間
をオーバー研磨時間も含めて５分とし、１００ｃｃ／分
の速度でＣＭＰ装置内に研磨剤を供給すると１回のＣＭ
Ｐで１リットル使用される。又、研磨布は約４００枚の
ＣＭＰで１枚を消耗する。さらに、ＣＭＰ装置の他に後
洗浄装置が必要である。
【０１０７】従来のアルミナ砥粒濃度が１重量％以上の
研磨液を用いたＣＭＰを行う場合のＣＭＰ関連コストの
内訳を図１３に示す。他の半導体関連装置と異なり、消
耗品である研磨布と研磨剤のコストが全体の約７０％を
占めることがわかる。
【０１０８】これに対して、本発明の研磨液ではアルミ
ナ砥粒濃度を０．００１％以下に低減することによりＣ
ＭＰ関連コストを大きく削減することが可能になる。研
磨液に添加する薬液のコストは必要になるが、従来のア
ルミナ研磨剤のコストの１／１００程度である。研磨布
のコストも、従来行っていたコンディショニングの頻度
が少なくなるので削減可能である。
【０１０９】ＣＭＰ装置に関しても、アルミナ砥粒濃度
が０．０００１％以下であれば研磨剤供給装置、研磨剤
撹拌機構、研磨剤処理装置等の設備が不要になり、アル
ミナ砥粒濃度が０になればクリーンルーム内の発塵防止
対策も不要になり、従来品と比較してコスト削減とな
る。洗浄装置に関しても、従来のブラシ洗浄が不要とな
るため半分程度のコストになる。以上の結果から、本発
明の研磨液を用いることによってＣＭＰ関連全体で約７
０％のコストを削減することができる。
【０１１０】（実施例９）本実施例では、硝酸とＢＴＡ
を使った研磨液で埋め込み銅配線を形成する方法を説明
する。硝酸は銅に対して酸化作用があり、かつ硝酸自身
の酸の性質で銅を水溶性化することが可能であるため、
１薬液で本発明の２種の作用を兼ねることが可能であ
る。ＢＴＡは実施例２と同様にエッチングを抑制する効
果があり、研磨速度とエッチング速度の比を高めること
が可能になる。このことによって、ＣＭＰ中に銅表面が
過剰にエッチングされるのを防止でき、かつＣＭＰ後に
銅研磨面が過度に酸化されるのを防ぐことが可能にな
る。研磨液の濃度は硝酸：０．２体積％、ＢＴＡ：０．
０１重量％を純水に混合した水溶液である。図９に示し
たように本研磨液は銅の腐食域にある。
【０１１１】実施例１と同様に銅のエッチング速度を調
べた結果、ＢＴＡの添加によって約６分の１に低減する
ことができた。そこでこの研磨液を用いて、実施例１と
同様の条件でＣＭＰを行った結果、銅研磨面の腐食を抑
制して埋め込み配線を形成することができた。形成され
た銅配線の電気抵抗率を測定した結果、ＴｉＮ層の部分
も含めて１．９マイクロオームセンチメートルの値を得
た。また、蛇行配線（配線幅０．３マイクロメートルか
ら３マイクロメートル、長さ４０ｍｍ）や櫛形配線（配
線間隔０．３マイクロメートルから３マイクロメート
ル、長さ４０ｍｍ）を用いて導通／絶縁試験を行った結
果、ほぼ１００％の歩留まりが得られた。
【０１１２】また、ＢＴＡを添加しない研磨液では銅配
線部がエッチングされて周辺の絶縁膜部分よりも凹む現
象が観察されたが（特に硝酸濃度が１％以上と高い場合
には銅が消失した）、ＢＴＡを添加した研磨液を用いる
ことにより図１６（ｂ）のように数１０ｎｍ以下に抑制
することができた。
【０１１３】この研磨液にアルミナ砥粒を添加すると、
０．１重量％を越える濃度で銅研磨面に、１重量％を越
える濃度でシリコン酸化膜にスクラッチが発生した。ま
た、０．５重量％を越える濃度の研磨液で下地ＴｉＮ層
が５ｎｍの銅薄膜のＣＭＰを行うと剥がれが発生した。
これらの濃度以下にアルミナ砥粒を低減することによっ
てスクラッチと剥がれを防止できた。さらに濃度０．０
１重量％以下であればメガソニック洗浄のみで欠陥数を
１００個以下に低減でき、薬液によるブラシ洗浄は不要
となることがわかった。
【０１１４】次に形成した埋め込み配線のディシング量
とエロージョン量の評価を行った。図６に示した結果と
同様に、アルミナ砥粒濃度が０．０５重量％以下になる
と両値ともアルミナ砥粒が入っていない研磨液と同程度
の値になり、誤差の範囲（２０ｎｍ以下）で図６（ｂ）
と一致した。したがって、この研磨液を用いてＣＭＰを
行うことによって、図４及び図１７に示したようなディ
シングとエロージョンを抑制した埋め込み配線構造及び
プラグ構造を形成できた。
【０１１５】（実施例１０）本実施例では実施例９の研
磨液（硝酸：０．５体積％、ＢＴＡ：０．０１重量％）
で積層配線構造を作製し、その効果を示す実験を行っ
た。比較実験として従来のアルミナ砥粒を１重量％含む
研磨液を用いたＣＭＰも行った。
【０１１６】図１４に従来の研磨液によってＣＭＰを行
った結果得られた２層配線構造を示す。シリコン基板部
２５にはソース、ドレイン等の拡散層が形成された半導
体素子が作製されているが、ここでは省略して記載して
いない（図１５から図２０も同様）。１層目の配線２１
間の絶縁膜部２３に生じたディシング３６やエロージョ
ン３７、スクラッチ３８による表面の凹みが原因とな
り、その上に成膜した絶縁膜３５表面にもそれぞれ金属
膜の研磨残り３２、３３、３４が生じ、その研磨残りが
２層目の銅配線３１間での電気的短絡の問題として発生
した。なお、３９はＴｉＮ層、５２はスルーホール層の
絶縁膜層である。
【０１１７】一方、図１５に示したように砥粒を含まな
い研磨液でＣＭＰを行った試料ではそのような問題は発
生しなかった。なお、銅配線の上にはＴｉＮ層が無いた
め、銅がシリコン酸化膜中を拡散して半導体素子を汚染
する可能がある。それを防止するために銅配線上にシリ
コン窒化膜を５０ｎｍ形成してあるが、図１４、１５中
には省略して記載していない（図１８、１９、２０も同
様に省略してある）。
【０１１８】図１８には１層目の配線２１と２層目の配
線３１を銅プラグ４０によって接続された部分を示し
た。プラグも含めて各層で上記の研磨液でＣＭＰを行っ
て作製したものである。図１４に示したようなディシン
グやエロージョン、スクラッチによる電気的短絡の不良
問題は全く発生しなかった。また、研磨液は実施例１及
び実施例２で記載したものでも同様に多層配線を形成す
ることができた。
【０１１９】図２０のように、プラグ部分を被覆性の高
いＣＶＤ法によるタングステン膜で形成することもでき
る。但し、タングステンはプラグ中央部にシーム４３
（キーホール等と呼ぶこともある。）が形成され易く、
そこから研磨液が内部にしみ込み下地銅配線２１を一瞬
のうちに腐食させる問題が発生することがある。図２０
（ａ）にその様子を示した。４４が腐食した銅配線部で
ある。その際は、タングステンの研磨液に銅の防食剤、
例えばＢＴＡを添加することにより、タングステン内部
にしみ込んだ研磨液が洗浄工程で除去されるまでに銅配
線の腐食を防止することができた。図２０（ｂ）にその
結果を示した。また研磨液に砥粒が含まれていないため
に、シーム内に砥粒が残留することがない。
【０１２０】図１９にはデュアルダマシン法によって２
層配線を形成した試料を示した。これは１層目の配線に
対するプラグと第２層目の配線とを一度の研磨で作製す
る技術である。ここでは１層目の配線層を上記研磨液で
研磨後、プラグと２層目の配線層も上記の研磨液でＣＭ
Ｐを行って作製したものである。４１がデュアルダマシ
ンによって形成されたプラグ部分である。図１４に示し
たようなディシングやエロージョン、スクラッチによる
電気的短絡の不良問題は全く発生しなかった。また、研
磨液は実施例１及び実施例２で記載したものでも同様に
多層配線を形成することができた。
【０１２１】図２１には本発明の研磨液を用いてシリコ
ン基板の不純物ドープ層４５上にタングステンプラグ４
２を形成して銅配線２１と接続した様子を示した。この
上層に上記に示したように多層配線を形成することによ
って各半導体素子を接続してＬＳＩを作製して動作する
ことを確認した。
【０１２２】
【発明の効果】本発明の研磨砥粒を含まない研磨液でＣ
ＭＰを行う方法は、従来の研磨砥粒を含む研磨剤でＣＭ
Ｐを行う方法と比較して、スクラッチや剥がれ、ディシ
ング、エロージョンを抑制する効果があり、かつ高度の
洗浄プロセスや研磨剤供給／処理装置を必要とせず、研
磨剤や研磨布等の消耗品のコストを抑さえ、かつ実用的
な研磨速度でＣＭＰを行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施したＣＭＰ装置を示す図である。
【図２】従来の方法でＣＭＰを行った場合の銅の研磨速
度とエッチング速度の過酸化水素水濃度依存性を示す図
である。
【図３】本発明の方法でＣＭＰを行った場合の銅の研磨
速度とエッチング速度の過酸化水素水濃度依存性を示す
図である。
【図４】（ａ）はＣＭＰ前の試料の配線部の断面構造を
示す図、（ｂ）はＣＭＰ後の試料の配線部の断面構造を
示す図、（ｃ）はＣＭＰ後の試料の平面図である。な
お、点線は（ｂ）の断面位置である。
【図５】（ａ）はディシングを示す図、（ｂ）はエロー
ジョンを示す図である。
【図６】本発明の効果を示す図であり、（ａ）は従来の
方法でＣＭＰを行った試料のエロージョン量とディシン
グ量、（ｂ）は本発明の方法でＣＭＰを行った試料のエ
ロージョン量とディシング量である。
【図７】（ａ）は従来の方法でＣＭＰを行った試料の断
面図、（ｂ）は本発明の方法でＣＭＰを行った試料の断
面図である。
【図８】（ａ）は従来の方法でＣＭＰを行った試料の断
面図、（ｂ）は本発明の方法でＣＭＰを行った試料の断
面図である。
【図９】銅のｐＨ−酸化還元電位図である。
【図１０】ウエハ上欠陥数の研磨液中のアルミナ砥粒濃
度依存性を示す図である。
【図１１】従来のＣＭＰプロセスを示す説明図である。
【図１２】本発明のＣＭＰプロセスを示す説明図であ
る。
【図１３】本発明によりＣＭＰ関連コストの低減効果を
示す図である。
【図１４】（ａ）は従来研磨液により多層配線を形成し
た試料の断面構造を示す図、（ｂ）は試料の平面図であ
る。なお、点線は（ａ）の断面位置である。
【図１５】（ａ）は本発明の研磨液により多層配線を形
成した試料の断面構造を示す図、（ｂ）は試料の平面図
である。点線は（ａ）の断面位置である。
【図１６】（ａ）はオーバーＣＭＰにより配線部がエッ
チングされた試料の断面構造を示す図、（ｂ）は防食性
物質によりエッチングを抑制した図である。
【図１７】（ａ）はＣＭＰ前の試料のプラグ部の断面構
造を示す図、（ｂ）はＣＭＰ後の試料のプラグ部の断面
構造を示す図、（ｃ）はＣＭＰ後の試料の平面図であ
る。点線は（ｂ）の断面位置である。
【図１８】（ａ）は本発明の研磨液により多層配線を形
成した試料の断面構造を示す図、（ｂ）は試料平面図で
ある。点線は（ａ）の断面位置である。
【図１９】（ａ）は本発明の研磨液によりデュアルダマ
シン法によって多層配線を形成した試料の断面構造を示
す図、（ｂ）は試料の平面図である。点線は（ａ）の断
面位置である。
【図２０】（ａ）は本発明の研磨液によってタングステ
ンプラグを形成する際に下地銅配線がタングステンの研
磨液の沁み込みによって腐食した様子を示す図、（ｂ）
はタングステンの研磨液にＢＴＡを添加することによっ
て腐食を防止した様子を示す図である。
【図２１】本発明の研磨液によって基板の拡散層上にプ
ラグと配線を形成した様子を示す試料の断面図である。
【図２２】（ａ）はアミノ酢酸系の研磨液を用いてＣＭ
Ｐを行った試料の配線部の断面図、（ｂ）は試料の平面
図である。点線は（ａ）の断面位置である。
【図２３】本発明の研磨液を用いてＣＭＰ装置のトルク
信号強度から終点検出した結果を示す図である。
【図２４】本発明の研磨液を用いて光信号強度から終点
検出した結果を示す図である。
【図２５】砥粒を含む研磨液を用いてＣＭＰを行った際
にシリコン酸化膜上に発生したスクラッチの個数の研磨
荷重依存性を示す図である。
【図２６】銅の腐食域と不働態域における腐食速度の違
いを示す図である。
【符号の説明】
１１…研磨定盤、１２…ウエハホルダ、１３…リテーナ
ー、１４…ウエハ、１５…研磨液供給口、１６…純水供
給口、１７…研磨布、１８…バッキングパッド、２１…
Ｃｕ、２２…ＴｉＮ、２３：１層目の配線層部分のＳｉ
Ｏ2膜、２４…ＢＰＳＧ膜、２５…不純物ドープ層や絶
縁膜が形成されたＳｉ基板、３１…２層目のＣｕ配線、
３２…１層目のＣｕ配線のディシングによって２層目の
絶縁膜の凹みに形成された金属膜の研磨残り、３３…１
層目のＣｕ配線近傍のエロージョンによって２層目の絶
縁膜の凹みに形成された金属膜の研磨残り、３４…１層
目の絶縁膜表面のスクラッチによって２層目の絶縁膜の
凹みに形成された金属膜の研磨残り、３５…２層目のＳ
ｉＯ2膜、３６…１層目のＣｕ配線のディシング、３７
…１層目のＣｕ配線近傍のエロージョン、３８…１層目
の絶縁膜表面のスクラッチ、３９…２層目のＴｉＮ、４
０…プラグ、４１…デュアルダマシンによって形成され
たプラグ、４２…タングステン、４３…シーム、４４…
１層目の銅配線の腐食部分、４５…不純物ドープ層、４
８…銅が溶出して絶縁膜が露出した部分、４９…金属膜
表面の凹部、５０…金属膜表面の凸部、５２…１層目の
配線層と２層目の配線層の間のスルーホール層の絶縁
膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武田 健一 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 日野出 憲治 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 平７−233485（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−139060（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−63997（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−240413（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/304 B24B 37/00 C09K 3/14

Claims (46)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】金属膜の少なくとも一部を除去する研磨方
    法において、前記金属膜表面を酸化するための酸化性物
    質と、前記酸化性物質で酸化された酸化物を水溶性化す
    る有機酸と、酸化やエッチングを抑制する物質とを有
    し、ｐH及び酸化還元電位が前記金属膜の腐食域である
    前記酸化性物質と前記有機酸を含む研磨液を用い、前記
    金属膜表面を機械的に摩擦することにより金属膜表面の
    酸化やエッチングを抑制する物質を除去することによ
    り、除去された部分において前記金属膜表面から前記研
    磨液中に金属を水溶化して研磨を行うことを特徴とする
    研磨方法。
  2. 【請求項２】絶縁膜上に形成された金属膜の少なくとも
    一部を除去する研磨方法において、 前記金属膜表面を酸化するための酸化性物質と、前記酸
    化性物質で酸化された酸化物を水溶性化する有機酸と、
    酸化やエッチングを抑制する物質とを含み、ｐH及び酸
    化還元電位が前記金属膜の腐食域である前記酸化性物質
    と前記有機酸を含む研磨液を用い、前記金属膜表面を機
    械的に摩擦することにより金属膜表面の酸化やエッチン
    グを抑制する物質を除去することにより、除去された部
    分において前記金属膜表面から前記研磨液中に金属を水
    溶化して研磨を行うことを特徴とする研磨方法。
  3. 【請求項３】上記金属膜は、銅もしくは銅を主成分とす
    る合金もしくは銅化合物を含むことを特徴とする請求項
    ２記載の研磨方法。
  4. 【請求項４】上記金属膜は、タングステンやタングステ
    ン合金もしくはタングステン化合物を含むことを特徴と
    する請求項２記載の研磨方法。
  5. 【請求項５】上記金属膜は、チタンやチタン合金もしく
    はチタン化合物を含むことを特徴とする請求項２記載の
    研磨方法。
  6. 【請求項６】上記チタン化合物は、窒化チタンであるこ
    とを特徴とする請求項５記載の研磨方法。
  7. 【請求項７】上記酸化やエッチングを抑制する物質は防
    食性物質若しくは界面活性剤であることを特徴とする請
    求項２乃至６の何れかに記載の研磨方法。
  8. 【請求項８】上記防食性物質はベンゾトリアゾールまた
    はその誘導体であることを特徴とする請求項７記載の研
    磨方法。
  9. 【請求項９】上記ベンゾトリアゾールまたはその誘導体
    の濃度は、０．００１〜１重量％の範囲内にあることを
    特徴とする請求項８記載の研磨方法。
  10. 【請求項１０】上記酸化性物質は過酸化水素であること
    を特徴とする請求項２乃至９の何れかに記載の研磨方
    法。
  11. 【請求項１１】上記酸化性物質は、少なくとも硝酸第二
    鉄および過ヨウ素酸カリウムのいずれか一者を含むこと
    を特徴とする請求項２乃至９の何れかに記載の研磨方
    法。
  12. 【請求項１２】上記酸化物を水溶性化する物質は、酸も
    しくはその塩を含むことを特徴とする請求項２乃至１１
    の何れかに記載の研磨方法。
  13. 【請求項１３】上記酸は、有機酸であることを特徴とす
    る請求項１２記載の研磨方法。
  14. 【請求項１４】上記有機酸は、クエン酸であることを特
    徴とする請求項１３記載の研磨方法。
  15. 【請求項１５】上記酸化物を水溶性化する物質は、アン
    モニウム化合物を含むことを特徴とする請求項２乃至１
    １の何れかに記載の研磨方法。
  16. 【請求項１６】上記酸化物を水溶性化する物質は、少な
    くとも水酸化アンモニウム、硝酸アンモニウムおよび塩
    化アンモニウムのいずれか一者を含むことを特徴とする
    請求項２乃至１１の何れかに記載の研磨方法。
  17. 【請求項１７】上記研磨液は１重量％未満の濃度の研磨
    砥粒を含むことを特徴とする請求項１乃至１６の何れか
    に記載の研磨方法。
  18. 【請求項１８】上記研磨液は０．５重量％以下の濃度の
    研磨砥粒を含むことを特徴とする請求項１乃至１６の何
    れかに記載の研磨方法。
  19. 【請求項１９】上記研磨液は０．１重量％以下の濃度の
    研磨砥粒を含むことを特徴とする請求項１乃至１６の何
    れかに記載の研磨方法。
  20. 【請求項２０】上記研磨液は０．０５重量％以下の濃度
    の研磨砥粒を含むことを特徴とする請求項１乃至１６の
    何れかに記載の研磨方法。
  21. 【請求項２１】上記研磨液は０．０１重量％以下の濃度
    の研磨砥粒を含むことを特徴とする請求項１乃至１６の
    何れかに記載の研磨方法。
  22. 【請求項２２】上記研磨液は０．００１重量％以下の濃
    度の研磨砥粒を含むことを特徴とする請求項１乃至１６
    の何れかに記載の研磨方法。
  23. 【請求項２３】上記研磨液は０．０００１重量％以下の
    濃度の研磨砥粒を含むことを特徴とする請求項１乃至１
    ６の何れかに記載の研磨方法。
  24. 【請求項２４】上記研磨液は、研磨砥粒を含まないこと
    を特徴とする請求項１乃至１６の何れかに記載の研磨方
    法。
  25. 【請求項２５】前記研磨液を用いたときの研磨速度が、
    前記研磨液中に前記金属膜を浸したときのエッチング速
    度の１０倍以上であることを特徴とする請求項１乃至２
    ４の何れかに記載の研磨方法。
  26. 【請求項２６】前記研磨液を用いたときの研磨速度が１
    ０ｎｍ／ｍｉｎを越えることを特徴とする請求項１乃至
    ２５の何れかに記載の研磨方法。
  27. 【請求項２７】銅若しくは銅を主成分とする合金もしく
    は銅合金を含み、絶縁膜上に形成された金属膜の少なく
    とも一部を除去する研磨方法において、 １重量％未満の研磨砥粒と、過酸化水素と、クエン酸
    と、金属膜表面の酸化や金属膜を研磨液中に水溶化して
    エッチングすることを抑制する物質とを含む研磨液を用
    い、前記金属膜表面を摩擦することにより金属膜表面の
    酸化やエッチングを抑制する物質を除去することによ
    り、除去された部分において前記金属膜表面から前記研
    磨液中に金属膜を水溶化して研磨を行うことを特徴とす
    る研磨方法。
  28. 【請求項２８】絶縁膜上に形成された金属膜の少なくと
    も一部を除去する研磨方法において、 １重量％未満の研磨砥粒と、酸化性物質と、酸化物を水
    溶性化する有機酸と、防食性物質を含み、ｐH及び酸化
    還元電位が前記金属膜の腐食域である前記酸化性物質と
    前記有機酸を含む研磨液を用い、前記金属膜表面を機械
    的に摩擦をかけることにより前記金属膜表面の防食性物
    質を除去するにより、除去された部分において前記金属
    膜表面から前記研磨液中に金属膜を水溶化して研磨を行
    うことを特徴とする研磨方法。
  29. 【請求項２９】上記防食性物質は、ベンゾトリアゾール
    またはその誘導体であることを特徴とする請求項２８記
    載の研磨方法。
  30. 【請求項３０】銅若しくは銅を主成分とする合金もしく
    は銅合金を含み、絶縁膜上に形成された金属膜の少なく
    とも一部を除去する研磨方法において、 １重量％未満の研磨砥粒と、硝酸と、防食性物質とを含
    む研磨液を用い、上記金属膜表面を摩擦することにより
    上記金属膜表面の防食性物質を除去するにより、除去さ
    れた部分において前記金属膜表面から前記研磨液中に金
    属膜を水溶化して研磨を行うことを特徴とする研磨方
    法。
  31. 【請求項３１】不純物ドープ層を有する基体を準備する
    工程と、 上記不純物ドープ層上に開口部を有する絶縁膜を形成す
    る工程と、 上記絶縁膜が形成された基体上に金属膜を形成する工程
    と、 上記金属膜表面を酸化するための酸化性物質と、上記酸
    化性物質で酸化された酸化物を水溶性化する有機酸と、
    酸化やエッチングを抑制する物質とを含み、ｐH及び酸
    化還元電位が前記金属膜の腐食域である前記酸化性物質
    と前記有機酸を含む研磨液を用い、前記金属膜表面を機
    械的に摩擦をかけることにより前記金属膜表面の酸化や
    エッチングを抑制する物質を除去することにより、除去
    された部分において前記金属膜表面から前記研磨液中に
    金属膜を水溶化して研磨を行う工程とを有することを特
    徴とする半導体装置の製造方法。
  32. 【請求項３２】第１の配線層を有する基体を準備する工
    程と、 前記第１の配線層が露出される開口部を有する第１の絶
    縁膜を形成する工程と、 前記絶縁膜が形成された基体上に金属膜を形成する工程
    と、 上記金属膜表面を酸化するための酸化性物質と、上記酸
    化性物質で酸化された酸化物を水溶性化する有機酸と、
    酸化やエッチングを抑制する物質とを含み、pH及び酸化
    還元電位が前記金属膜の腐食域である前記酸化性物質と
    前記有機酸を含む研磨液を用い、前記金属膜表面を機械
    的に摩擦をかけることにより前記金属膜表面の酸化やエ
    ッチングを抑制する物質を除去することにより、除去さ
    れた部分において前記金属膜表面から前記研磨液中に金
    属膜を水溶化して研磨を行う工程とを有することを特徴
    とする半導体装置の製造方法。
  33. 【請求項３３】上記研磨液は１重量％未満の濃度の研磨
    砥粒を有することを特徴とする請求項３１又は請求項３
    ２に記載の半導体装置の製造方法。
  34. 【請求項３４】上記研磨液は０．０１重量％以下の濃度
    の研磨砥粒を有することを特徴とする請求項３１又は請
    求項３２に記載の半導体装置の製造方法。
  35. 【請求項３５】導電体層を有する基体を準備する工程
    と、 前記導電体層上に開口部を有する絶縁膜を形成する工程
    と、 前記絶縁膜が形成された基体上に、窒化チタン膜と銅を
    主成分とする金属膜を含む積層膜を形成する工程と、 ０．０１重量％未満のアルミナ研磨砥粒と、過酸化水素
    と、クエン酸を含む研磨液を用い、前記積層膜を機械的
    に摩擦する工程とを有することを特徴とする半導体装置
    の製造方法。
  36. 【請求項３６】導電体層を有する基体を準備する工程
    と、 前記導電体層上に第１の開口部を有する第１の絶縁膜を
    形成する工程と、 溝状の開口部および前記第１の開口部が露出する第２の
    開口部とを有する第２の絶縁膜を前記基体上に形成する
    工程と、 前記第２の絶縁膜が形成された基体上に、金属膜を形成
    する工程と、 上記金属膜表面を酸化する酸化性物質と、上記金属膜の
    酸化物を水溶性化する有機酸と、酸化やエッチングを抑
    制する物質とを含み、pH及び酸化還元電位が前記金属膜
    の腐食域である前記酸化性物質と前記有機酸を含む研磨
    液を用い、上記金属膜表面を摩擦することにより上記金
    属膜表面の酸化やエッチングを抑制する物質を除去する
    ことにより、除去された部分において前記金属膜表面か
    ら前記研磨液中に金属膜を水溶化して研磨を行う工程と
    を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  37. 【請求項３７】上記研磨液はベンゾトリアゾールを有す
    ることを特徴とする請求項３１乃至３６の何れかに記載
    の半導体装置の製造方法。
  38. 【請求項３８】第１の配線層を有する基体を準備する工
    程と、 前記第１の配線層が露出される開口部を有する第１の絶
    縁膜を形成する工程と、 前記絶縁膜が形成された基体上に金属膜を形成する工程
    と、 上記金属膜を酸化する酸化性物質と、上記酸化性物質で
    酸化された酸化物を水溶性化する有機酸と、前記第１の
    配線材料に対する防食性物質とを含み、pH及び酸化還元
    電位が前記金属膜の腐食域である前記酸化性物質と前記
    有機酸を含む研磨液を用い、前記金属膜表面を機械的に
    摩擦することにより前記金属膜表面の防食性物質を除去
    することにより、除去された部分において前記金属膜表
    面から前記研磨液中に金属膜を水溶化して研磨を行う工
    程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  39. 【請求項３９】前記防食性物質は、ベンゾトリアゾール
    またはその誘導体であることを特徴とする請求項３８記
    載の半導体装置の製造方法。
  40. 【請求項４０】上記基体を洗浄する工程と、洗浄された
    上記基体を乾燥する工程とを有することを特徴とする請
    求項３１乃至請求項３９の何れかに記載の半導体装置の
    製造方法。
  41. 【請求項４１】上記研磨処理の終点検出は、研磨装置の
    研磨定盤もしくはウエハホルダの回転トルクを用いてな
    されることを特徴とする請求項１乃至３０の何れかに記
    載の研磨方法。
  42. 【請求項４２】上記除去工程の終点検出は、研磨装置の
    研磨定盤もしくはウエハホルダの回転トルクを用いてな
    されることを特徴とする請求項３１乃至４０の何れかに
    記載の半導体装置の製造方法。
  43. 【請求項４３】上記研磨処理の終点検出は、研磨処理後
    の研磨液の光学的スペクトルを用いてなされることを特
    徴とする請求項１乃至３０の何れかに記載の研磨方法。
  44. 【請求項４４】上記除去工程の終点検出は、研磨処理後
    の研磨液の光学的スペクトルを用いてなされることを特
    徴とする請求項３１乃至４０の何れかに記載の半導体装
    置の製造方法。
  45. 【請求項４５】上記研磨処理の終点検出は、金属膜から
    の光反射スペクトルを用いてなされることを特徴とする
    請求項１乃至３０の何れかに記載の研磨方法。
  46. 【請求項４６】上記除去工程の終点検出は、金属膜から
    の光反射スペクトルを用いてなされることを特徴とする
    請求項３１乃至４０の何れかに記載の半導体装置の製造
    方法。
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