JP3554759B2 - 配線の形成方法、及び砥粒液 - Google Patents
配線の形成方法、及び砥粒液 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は配線の形成方法、及び砥粒液に関し、より詳細には研磨による半導体
装置における配線の形成方法、及び前記研磨に用いられる砥粒液に関する。
【０００２】
【従来の技術】
研磨による配線の形成方法として、絶縁膜の上部に溝を形成し、この溝に金属材料を埋め込み、さらに成膜後、この金属膜の上部を研磨により除去して配線を形成する方法がある（特開昭６２−１０２５４３号公報）。図１２は従来の研磨による配線の形成方法を工程順に示した模式的断面図であり、（ａ）は絶縁膜に溝を形成し、この絶縁膜の上面に金属膜を形成した状態、（ｂ）は研磨により絶縁膜表面まで金属膜を除去した状態、（ｃ）は研磨をさらに続行した状態を示している。この方法の場合、まず例えばスパッタリングにより基板（図示せず）上にＳｉＯ２ 等の絶縁膜２１を形成する。絶縁膜２１の厚さｔａ は配線となる金属膜２２ａの厚さｔｂ と配線となる金属膜２２ａの下方に位置する絶縁膜２１ａの厚さｔｃ との和に等しくなるように設定（ｔａ ＝ｔｂ ＋ｔｃ ）する。次にフォトリソグラフィ技術を用い、絶縁膜２１上にパターニング処理を施し、溝２１ｂを形成する。この後、絶縁膜２１上にアルミニウム合金（Ａｌ−ＳｉまたはＡｌ−Ｃｕ）の金属膜２２を形成する（ａ）。次に絶縁膜表面２１ｃ上にある金属膜２２を研磨により除去し、全体的に平坦化するとともに絶縁膜２１の溝２１ｂに配線としての金属膜２２ａを埋め込み形成する。この研磨には、砥粒としてＡｌ２ Ｏ３ 粒子等、また砥粒液として硫酸水溶液（ｐＨ２．２）、硝酸水溶液（ｐＨ２．２）、酢酸水溶液（ｐＨ２．８）等が用いられる。これらの砥粒液を用いた場合、絶縁膜２１の研磨速度よりアルミニウム合金からなる金属膜２２の研磨速度が速くなり、研磨終了時における配線となる金属膜の厚さｔｂ が制御される（ｂ）。
【０００３】
また砥粒としてＡｌ２ Ｏ３ 粒子、砥粒液として界面活性剤水溶液を用い、黄銅、構造用炭素鋼（ＪＩＳ−Ｓ５５Ｃ）、チタニウム及び銀の単一金属をラッピング研磨する方法が提案されている（友田ほか：１９９３年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集、ｐ７２３〜ｐ７２４）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した配線の形成方法において、砥粒液に硫酸水溶液、酢酸水溶液を用い、絶縁膜２１と金属膜２２とを研磨する場合、金属膜２２の絶縁膜２１に対する研磨速度比Ｒｐ （Ｒｐ ＝金属膜の研磨速度／絶縁膜の研磨速度）は比較的小さい。そのため図１１（ｃ）に示したように、絶縁膜表面２１ｃまで研磨が到達した後、さらに絶縁膜２１と金属膜２２ａとが研磨されて金属膜２２ａの厚さが薄くなり易い。したがって研磨終了時に配線となる金属膜２２ａの厚さをｔｂ に制御することが難しいという課題があった。
【０００５】
また上記した配線の形成方法においては、砥粒液に硝酸水溶液等の酸を用いており、これらの砥粒液は金属膜２２自体をエッチングする性質を有する。図１３は砥粒液に硝酸水溶液を用いた場合における従来の配線の形成方法を工程順に示した模式的断面図であり、（ａ）は研磨前の状態、（ｂ）は研磨途中の状態、（ｃ）は絶縁膜表面まで研磨した状態を示している。この方法の場合、研磨速度比Ｒｐ を高めるために砥粒液濃度を濃くすると、金属膜２２を研磨するにつれて溝２１ｂ内の金属膜２２ａ表面もエッチングされ（ｂ）、絶縁膜表面２１ｃまで研磨が到達した際、配線となる金属膜２２ａの厚さｔｄ が薄くなり易い（ｃ）という課題があった。また金属膜２２ａ表面がエッチングされるため、金属膜２２ａ表面と絶縁膜表面２１ｃとが同一面になるように平坦化することができないという課題があり、したがって砥粒液濃度を濃くして研磨速度比Ｒｐ を高めることが難しいという課題があった。
【０００６】
また上記した配線の形成方法においては、砥粒液に硝酸水溶液等の酸を用いているため、研磨装置を構成する金属部材（ステンレス鋼、鋳鉄等）に腐食が発生し易く、実用化が難しいという課題があった。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、金属膜の絶縁膜に対する研磨速度比を高めることができ、研磨終了時における金属膜の膜厚の制御が容易で、金属膜の表面と絶縁膜の表面との平坦化を図ることができるとともに、配線の形成に用いられる装置の腐食を防止することができる配線の形成方法、及び砥粒液を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係る配線の形成方法（１）は、表面に凹凸部を有する絶縁膜上の金属膜を研磨により除去する配線の形成方法において、研磨時に砥粒の分散性を高め、前記絶縁膜に対する研磨速度より前記金属膜に対する研磨速度を大きくする界面活性剤を混入した砥粒液を用いることを特徴としている。
また本発明に係る配線の形成方法（２）は、表面に凹凸部を有する絶縁膜上の金属膜を研磨により除去する配線の形成方法において、研磨時に砥粒の分散性を高め、前記絶縁膜に対する研磨速度より前記金属膜に対する研磨速度を大きくし、かつ前記金属膜に対する研磨速度より前記金属膜に対するエッチング速度を小さくする界面活性剤を混入した砥粒液を用いることを特徴としている。
また本発明に係る配線の形成方法（３）は、表面に凹凸部を有する絶縁膜上の金属膜を研磨により除去する配線の形成方法において、研磨時に前記絶縁膜に対する研磨速度より前記金属膜に対する研磨速度を大きくする酢酸ステアリルアミン、ポリエチレングリコール、ラウリン酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、ブチルナフタレンスルフォン酸ナトリウム、トリメチルステアリルアンモニウムクロリド、ラウリルアミン酢酸塩、ポリエチレングリコールモノラウリルエーテル、ソルビタンモノラウレートの少なくともいずれかの界面活性剤を混入した砥粒液を用いることを特徴としている。
また本発明に係る砥粒液（１）は、表面に凹凸部を有する絶縁膜上の金属膜を研磨する際に用いられる砥粒液であって、研磨時に砥粒の分散性を高め、前記絶縁膜に対する研磨速度より前記金属膜に対する研磨速度を大きくする界面活性剤が混入されていることを特徴としている。
また本発明に係る砥粒液（２）は、表面に凹凸部を有する絶縁膜上の金属膜を研磨する際に用いられる砥粒液であって、研磨時に砥粒の分散性を高め、前記絶縁膜に対する研磨速度より前記金属膜に対する研磨速度を大きくし、かつ前記金属膜に対する研磨速度より前記金属膜に対するエッチング速度を小さくする界面活性剤が混入されていることを特徴としている。
また本発明に係る砥粒液（３）は、表面に凹凸部を有する絶縁膜上の金属膜を研磨する際に用いられる砥粒液であって、前記絶縁膜に対する研磨速度より前記金属膜に対する研磨速度を大きくする酢酸ステアリルアミン、ポリエチレングリコール、ラウリン酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、ブチルナフタレンスルフォン酸ナトリウム、トリメチルステアリルアンモニウムクロリド、ラウリルアミン酢酸塩、ポリエチレングリコールモノラウリルエーテル、ソルビタンモノラウレートの少なくともいずれかの界面活性剤が混入されていることを特徴としている。
【０００９】
【作用】
図１１は砥粒液に所定の界面活性剤を用いた場合における配線の形成方法を工程順に示した模式的断面図であり、（ａ）は研磨前の状態、（ｂ）は研磨途中の状態、（ｃ）は絶縁膜表面まで研磨した状態を示している。この方法の場合、界面活性剤により砥粒の分散性が高められるため、金属膜２２の研磨が効率的に進行する一方、界面活性剤のエッチング作用がきわめて少ないため、研磨パッドが当たらない溝２１ｂ内の金属膜２２ａ表面はエッチングされないこととなる（ｂ）。また界面活性剤の添加により、金属膜２２に対する研磨速度は速くなるが、絶縁膜２１に対する研磨速度はほとんど変化しないことを本発明者は見出した。その結果、絶縁膜２１に比べて金属膜２２をより速く研磨し得ることとなる。さらに金属膜２２ａ表面はエッチングされ難いため、研磨終了時における金属膜２２の膜厚をｔｂ に容易に制御し得るとともに、溝２１ｂ内の金属膜２２ａ表面と絶縁膜の表面２１ｃとの平坦化を確実に図り得ることとなる（ｃ）。
【００１０】
本発明に係る配線の形成方法（１）によれば、研磨時に砥粒の分散性を高め、絶縁膜に対する研磨速度より金属膜に対する研磨速度を大きくする界面活性剤を混入した砥粒液を用い、また、本発明に係る配線の形成方法（２）によれば、研磨時に砥粒の分散性を高め、絶縁膜に対する研磨速度より金属膜に対する研磨速度を大きくし、かつ前記金属膜に対する研磨速度より前記金属膜に対するエッチング速度を小さくする界面活性剤を混入した砥粒液を用いるので、前記金属膜の前記絶縁膜に対する研磨速度比を高め得ることとなる。一方、前記金属膜や研磨装置を構成する金属材料は前記界面活性剤によりエッチングされ難いため、これら複合的作用により研磨終了時における配線としての前記金属膜の膜厚を容易に制御し得るとともに、前記金属膜の表面と前記絶縁膜の表面との平坦化を確実に図り得ることとなり、さらには配線の形成に用いられる前記研磨装置の腐食を防止し得ることとなる。
また、本発明に係る配線の形成方法（３）によれば、研磨時に前記絶縁膜に対する研磨速度より前記金属膜に対する研磨速度を大きくする酢酸ステアリルアミン、ポリエチレングリコール、ラウリン酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、ブチルナフタレンスルフォン酸ナトリウム、トリメチルステアリルアンモニウムクロリド、ラウリルアミン酢酸塩、ポリエチレングリコールモノラウリルエーテル、ソルビタンモノラウレートの少なくともいずれかの界面活性剤を混入した砥粒液を用いるので、上記配線の形成方法（１）、（２）と略同様の作用を得ることとなる。
また本発明に係る砥粒液（１）によれば、研磨時に砥粒の分散性を高め、絶縁膜に対する研磨速度より金属膜に対する研磨速度を大きくする界面活性剤が混入され、また、本発明に係る砥粒液（２）によれば、研磨時に砥粒の分散性を高め、絶縁膜に対する研磨速度より前記金属膜に対する研磨速度を大きくし、かつ前記金属膜に対する研磨速度より前記金属膜に対するエッチング速度を小さくする界面活性剤が混入されているので、上記配線の形成方法（１）、（２）と略同様の作用を得ることとなる。
また本発明に係る砥粒液（３）によれば、前記絶縁膜に対する研磨速度より前記金属膜に対する研磨速度を大きくする酢酸ステアリルアミン、ポリエチレングリコール、ラウリン酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、ブチルナフタレンスルフォン酸ナトリウム、トリメチルステアリルアンモニウムクロリド、ラウリルアミン酢酸塩、ポリエチレングリコールモノラウリルエーテル、ソルビタンモノラウレートの少なくともいずれかの界面活性剤が混入されているので、上記配線の形成方法（１）、（２）と略同様の作用を得ることとなる。
【００１１】
なお、本発明は基板上に形成された絶縁膜と金属膜とを研磨し、該金属膜の前記絶縁膜に対する研磨速度比を高めつつ、前記絶縁膜と前記金属膜との表面を平坦化する方法であり、上記した単一金属のラッピング研磨方法とは異なる技術である。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明に係る配線の形成方法、及び砥粒液の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る配線の形成方法の実施例を工程順に示した模式的断面図であり、（ａ）は絶縁膜に溝を形成し、この絶縁膜の上面に金属膜を形成した状態、（ｂ）は研磨により絶縁膜表面まで金属膜を除去した状態を示している。まずＥＣＲ−ＣＶＤ（Electron Cyclotron Re sonance Chemical Vapor Deposition) 法により、略平坦形状を有する基板（図示せず）上にＳｉＯ２ 等の絶縁膜１１を形成する。次にフォトリソグラフィ技術を用い、絶縁膜１１上の所定箇所にパターニング処理を施し、溝１１ｂを形成する。この後、ＥＣＲスパッタ法により絶縁膜１１上にＡｌ−Ｃｕ合金またはＣｕの金属膜１２を形成する（ａ）。次に絶縁膜表面１１ｃ上にある金属膜１２を研磨により除去し、全体的に平坦化するとともに絶縁膜１１の溝１１ｂに配線としての金属膜１２ａを埋め込み形成する。この研磨の際、砥粒液として金属膜１２の絶縁膜１１に対する研磨速度比Ｒｐ が大きい界面活性剤を混合したものを使用する（ｂ）。
【００１３】
以下に、平均粒径が約０．０５μｍのＳｉＯ２ 粒子を純水に約１５％混合したものに界面活性剤を添加・混合した砥粒液を用い、この砥粒液中の界面活性剤濃度と、金属膜１２の絶縁膜１１に対する研磨速度比Ｒｐ （以下、単に研磨速度比Ｒｐ と記す）と、金属膜１２の研磨速度に対するエッチング速度比Ｒｅ （以下、単にエッチング速度比Ｒｅ と記す。Ｒｅ ＝金属膜のエッチング速度／金属膜の研磨速度）との関係を調査した結果について説明する。
サンプルとしては、６インチのＳｉ基板上に、ＥＣＲ−ＣＶＤ法によりＳｉＯ２ の絶縁膜を形成したもの（Ａ）と、ＥＣＲスパッタ法によりＡｌ−Ｃｕ合金またはＣｕの金属膜を形成したもの（Ｂ）とを用いた。
界面活性剤としては、下記の表１に示した酢酸ステアリルアミン、ポリエチレングリコール、ラウリン酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウムを用いた。
【００１４】
【表１】
【００１５】
研磨装置はシリコンウエハの研磨に通常用いられるものを使用し、研磨圧力は１００ｇ／ｃｍ２ 、前記基板と前記研磨装置における研磨定盤との相対速度は６０ｃｍ／ｓｅｃに設定した。
研磨速度比Ｒｐ はサンプル（Ａ）とサンプル（Ｂ）とを同一条件で研磨し、単一時間当たりにおける金属膜の研磨量（深さ）／絶縁膜の研磨量（深さ）により測定した。
エッチング速度比Ｒｅ はサンプル（Ｂ）の金属膜を砥粒液により常温でエッチングし、単一時間当たりにおける金属膜のエッチング量（深さ）／金属膜の研磨量（深さ）により測定した。
なお比較例として平均粒径が約０．０５μｍのＳｉＯ２ 粒子を純水に約１５％混合したものに、表１に示した硫酸、酢酸、硝酸を添加・混合した砥粒液をそれぞれ用い、Ａｌ−Ｃｕ合金の金属膜とＳｉＯ２ の絶縁膜とを研磨またはエッチングした場合について併せて説明する。
【００１６】
図８、図９は比較例１、比較例２のそれぞれ硫酸、酢酸を添加・混合した砥粒液を用いた場合における重量％濃度と、研磨速度比Ｒｐ 及びエッチング速度比Ｒｅ との関係を示した曲線図である。図８、図９から明らかなように、硫酸、酢酸を添加・混合した砥粒液を用いた場合、砥粒液中の硫酸、酢酸濃度が増えるにつれて研磨速度比Ｒｐ が増大するとともに、エッチング速度比Ｒｅ も増大する。したがって絶縁膜表面１１ｃによる金属膜１２ａ（ともに図１）の研磨停止効果は大きくなるが、金属膜１２ａがエッチングされ易くなり、金属膜１２ａ表面と絶縁膜表面１１ｃ（ともに図１）との平坦化が困難となり、配線となる金属膜１２ａ（図１）の所望膜厚も得難くなる。
【００１７】
また図１０は比較例３の硝酸を添加・混合した砥粒液を用いた場合における重量％濃度と、研磨速度比Ｒｐ 及びエッチング速度比Ｒｅ との関係を示した曲線図である。図１０から明らかなように、硝酸を添加・混合した砥粒液を用いた場合、硝酸が低濃度の際は研磨速度比Ｒｐ が比較的高く、かつエッチング速度比Ｒｅ が小さくなっており、平坦化が容易となり、所定の金属膜厚も比較的得易い。しかし、砥粒液中の硝酸濃度が増えるにつれて研磨速度比Ｒｐ は一層増大するとともに、エッチング速度比Ｒｅ も増大しており、絶縁膜の研磨停止効果はより大きくなるが、平坦化が困難となり、金属膜の所望膜厚も得難くなる。
【００１８】
一方、図２は実施例１の酢酸ステアリルアミンを混合した砥粒液を用いた場合における重量％濃度と、研磨速度比Ｒｐ 及びエッチング速度比Ｒｅ との関係を示した曲線図である。図２から明らかなように、酢酸ステアリルアミンを混合した砥粒液を用いた場合、砥粒液中の酢酸ステアリルアミン濃度が０．０１％から２０％に増えるにつれて研磨速度比Ｒｐ は略２から略２０に増大するが、エッチング速度比Ｒｅ は略０に維持される。
【００１９】
上記した説明及び測定結果から明らかなように、実施例１に係る配線の形成方法によれば、研磨速度比Ｒｐ を高めることができる。一方、金属膜１２や研磨装置を構成する金属材料は酢酸ステアリルアミンによりエッチングされ難いため、これら複合的効果により研磨終了時における配線としての金属膜１２ａの膜厚を容易に制御することができるとともに、金属膜１２ａの表面と絶縁膜の表面１１ｃとの平坦化を確実に図ることができ、さらには配線の形成に用いられる前記研磨装置の腐食を防止することができる。特に酢酸ステアリルアミンを０．１％以上混合した砥粒液を用いると、研磨速度比Ｒｐ を大きく高めることができ、平坦化と配線の膜厚制御とをより一層確実に実現することができる。
【００２０】
また図３は実施例２のポリエチレングリコールを混合した砥粒液を用いた場合における重量％濃度と、研磨速度比Ｒｐ 及びエッチング速度比Ｒｅ との関係を示した曲線図である。図３から明らかなように、ポリエチレングリコールを混合した砥粒液を用いた場合、砥粒液中のポリエチレングリコール濃度が０．０１％から２０％に増えるにつれて研磨速度比Ｒｐ は略２から略１０に増大するが、エッチング速度比Ｒｅ は略０に維持される。
【００２１】
上記した説明及び測定結果から明らかなように、実施例２に係る配線の形成方法によれば、砥粒液にポリエチレングリコールが混合されているため、研磨速度比Ｒｐ を高めることができる。一方、金属膜１２や研磨装置を構成する金属材料はポリエチレングリコールによりエッチングされ難いため、これら複合的効果により実施例１の場合と略同様の効果を得ることができる。
【００２２】
また図４は実施例３のラウリン酸ナトリウムを混合した砥粒液を用いた場合における重量％濃度と、研磨速度比Ｒｐ 及びエッチング速度比Ｒｅ との関係を示した曲線図である。図４から明らかなように、ラウリン酸ナトリウムを混合した砥粒液を用いた場合、砥粒液中のラウリン酸ナトリウム濃度が０．０１％から２０％に増えるにつれて研磨速度比Ｒｐ は略２から略１２に増大するが、エッチング速度比Ｒｅ は略０に維持される。
【００２３】
上記した説明及び測定結果から明らかなように、実施例３に係る配線の形成方法によれば、砥粒液にラウリン酸ナトリウムが混合されているため、研磨速度比Ｒｐ を高めることができる。一方、金属膜１２や研磨装置を構成する金属材料はラウリン酸ナトリウムによりエッチングされ難いため、これら複合的効果により実施例１の場合と略同様の効果を得ることができる。
【００２４】
また図５は実施例４のオレイン酸ナトリウムを混合した砥粒液を用いた場合における重量％濃度と、研磨速度比Ｒｐ 及びエッチング速度比Ｒｅ との関係を示した曲線図である。図５から明らかなように、オレイン酸ナトリウムを混合した砥粒液を用いた場合、砥粒液中のオレイン酸ナトリウム濃度が０．０１％から２０％に増えるにつれて研磨速度比Ｒｐ は略２から略１８に増大するが、エッチング速度比Ｒｅ は略０に維持される。
【００２５】
上記した説明及び測定結果から明らかなように、実施例４に係る配線の形成方法によれば、砥粒液にオレイン酸ナトリウムが混合されているため、研磨速度比Ｒｐ を高めることができる。一方、金属膜１２や研磨装置を構成する金属材料はオレイン酸ナトリウムによりエッチングされ難いため、これら複合的効果により実施例１の場合と略同様の効果を得ることができる。
【００２６】
また図６は実施例５の酢酸ステアリルアミンと硫酸０．０５％とを混合した砥粒液を用いた場合における酢酸ステアリルアミンの重量％濃度と、研磨速度比Ｒｐ 及びエッチング速度比Ｒｅ との関係を示した曲線図である。図６から明らかなように、酢酸ステアリルアミンと硫酸０．０５％とを混合した砥粒液を用いた場合、砥粒液中の酢酸ステアリルアミン濃度が０．０１％から２０％に増えるにつれて研磨速度比Ｒｐ は略３から略２２に増大するが、エッチング速度比Ｒｅ は略０．０２に維持される。
【００２７】
上記した説明及び測定結果から明らかなように、実施例５に係る配線の形成方法によれば、砥粒液に酢酸ステアリルアミンと硫酸０．０５％とが混合されているため、研磨速度比Ｒｐ を高めることができる。一方、金属膜１２や研磨装置を構成する金属材料は酢酸ステアリルアミンと硫酸０．０５％とによりエッチングされ難いため、これら複合的効果により実施例１の場合と略同様の効果を得ることができる。
【００２８】
また図７は実施例６の酢酸ステアリルアミンを混合した砥粒液を用い、Ａｌ−Ｃｕの金属膜に代えてＣｕの金属膜１２（図１）を形成した基板を研磨した場合における酢酸ステアリルアミンの重量％濃度と、研磨速度比Ｒｐ 及びエッチング速度比Ｒｅ との関係を示した曲線図である。図７から明らかなように、酢酸ステアリルアミンを混合した砥粒液を用いた場合、砥粒液中の酢酸ステアリルアミン濃度が０．０１％から２０％に増えるにつれて研磨速度比Ｒｐ は略２から略１５に増大するが、エッチング速度比Ｒｅ は略０に維持される。
【００２９】
上記した説明及び測定結果から明らかなように、実施例６に係る配線の形成方法によれば、砥粒液に酢酸ステアリルアミンが混合されているため、金属膜１２がＣｕである場合でも、研磨速度比Ｒｐ を高めることができる。一方、金属膜１２や研磨装置を構成する金属材料は酢酸ステアリルアミンによりエッチングされ難いため、これら複合的効果により実施例１の場合と略同様の効果を得ることができる。
【００３０】
なお、上記した実施例では金属膜１２としてＡｌ−Ｃｕ合金またはＣｕを用いたが、別の実施例ではＡｌ、Ｗ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ−Ｓｉ合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金等を用いることも可能である。
【００３１】
また、上記した実施例では絶縁膜１１としてＥＣＲ−ＣＶＤまたはＥＣＲスパッタリングにより形成したＳｉＯ２ 膜を用いたが、別の実施例ではＴＥＯＳ−ＣＶＤ、ｐ−ＣＶＤ、熱ＣＶＤ、熱酸化、スパッタリング等の方法により形成したＳｉＯ２ 膜を用いることも可能である。
【００３２】
また、上記した実施例では絶縁膜１１としてＳｉＯ２ 膜を用いたが、別の実施例ではＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯＦ、ＰＳＧ、ＢＰＳＧ、ＳＯＧ膜等を用いることも可能である。
【００３３】
また、上記した実施例では砥粒に平均粒径が略０．０５μｍのＳｉＯ２ 粒子を用いたが、別の実施例では平均粒径が略０．０５μｍのＡｌ２ Ｏ３ 粒子を用いることも可能である。
【００３４】
また、上記した実施例では平均粒径が略０．０５μｍの砥粒を用いたが、別の実施例では平均粒径が０．０５μｍでない砥粒を用いることも可能である。
【００３５】
また、上記した実施例では界面活性剤として酢酸ステアリルアミン、ポリエチレングリコール、ラウリン酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウムを用いたが、別の実施例ではドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、ブチルナフタレンスルフォン酸ナトリウム、トリメチルステアリルアンモニウムクロリド、ラウリルアミン酢酸塩、ポリエチレングリコールモノラウリルエーテル、ソルビタンモノラウレート等の界面活性剤を用いることも可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明に係る配線の形成方法（１）にあっては、研磨時に砥粒の分散性を高め、前記絶縁膜に対する研磨速度より前記金属膜に対する研磨速度を大きくする界面活性剤を混入した砥粒液を用い、また、本発明に係る配線の形成方法（２）によれば、研磨時に砥粒の分散性を高め、絶縁膜に対する研磨速度より前記金属膜に対する研磨速度を大きくし、かつ前記金属膜に対する研磨速度より前記金属膜に対するエッチング速度を小さくする界面活性剤を混入した砥粒液を用いるので、前記金属膜の前記絶縁膜に対する研磨速度比を高めることができる。一方、前記金属膜や研磨装置を構成する金属材料は前記界面活性剤によりエッチングされ難いため、これら複合的作用により研磨終了時における配線としての前記金属膜の膜厚を容易に制御することができるとともに、前記金属膜の表面と前記絶縁膜の表面との平坦化を確実に図ることができ、さらには配線の形成に用いられる前記研磨装置の腐食を防止することができる。
また、本発明に係る配線の形成方法（３）によれば、研磨時に前記絶縁膜に対する研磨速度より前記金属膜に対する研磨速度を大きくする酢酸ステアリルアミン、ポリエチレングリコール、ラウリン酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、ブチルナフタレンスルフォン酸ナトリウム、トリメチルステアリルアンモニウムクロリド、ラウリルアミン酢酸塩、ポリエチレングリコールモノラウリルエーテル、ソルビタンモノラウレートの少なくともいずれかの界面活性剤を混入した砥粒液を用いるので、上記配線の形成方法（１）、（２）と略同様の効果を得ることができる。
また本発明に係る砥粒液（１）によれば、研磨時に砥粒の分散性を高め、絶縁膜に対する研磨速度より金属膜に対する研磨速度を大きくする界面活性剤が混入され、また、本発明に係る砥粒液（２）によれば、研磨時に砥粒の分散性を高め、絶縁膜に対する研磨速度より前記金属膜に対する研磨速度を大きくし、かつ前記金属膜に対する研磨速度より前記金属膜に対するエッチング速度を小さくする界面活性剤が混入されているので、上記配線の形成方法（１）、（２）と略同様の効果を得ることができる。
また本発明に係る砥粒液（３）によれば、前記絶縁膜に対する研磨速度より前記金属膜に対する研磨速度を大きくする酢酸ステアリルアミン、ポリエチレングリコール、ラウリン酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、ブチルナフタレンスルフォン酸ナトリウム、トリメチルステアリルアンモニウムクロリド、ラウリルアミン酢酸塩、ポリエチレングリコールモノラウリルエーテル、ソルビタンモノラウレートの少なくともいずれかの界面活性剤が混入されているので、上記配線の形成方法（１）、（２）と略同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る配線の形成方法の実施例を工程順に示した模式的断面図であり、（ａ）は絶縁膜に溝を形成し、この絶縁膜の上面に金属膜を形成した状態、（ｂ）は研磨により絶縁膜表面まで金属膜を除去した状態を示している。
【図２】実施例１の酢酸ステアリルアミンを混合した砥粒液を用いた場合における重量％濃度と、研磨速度比Ｒｐ 及びエッチング速度比Ｒｅ との関係を示した曲線図である。
【図３】実施例２のポリエチレングリコールを混合した砥粒液を用いた場合における重量％濃度と、研磨速度比Ｒｐ 及びエッチング速度比Ｒｅ との関係を示した曲線図である。
【図４】実施例３のラウリン酸ナトリウムを混合した砥粒液を用いた場合における重量％濃度と、研磨速度比Ｒｐ 及びエッチング速度比Ｒｅ との関係を示した曲線図である。
【図５】実施例４のオレイン酸ナトリウムを混合した砥粒液を用いた場合における重量％濃度と、研磨速度比Ｒｐ 及びエッチング速度比Ｒｅ との関係を示した曲線図である。
【図６】実施例５の酢酸ステアリルアミンと硫酸０．０５％とを混合した砥粒液を用いた場合における酢酸ステアリルアミンの重量％濃度と、研磨速度比Ｒｐ 及びエッチング速度比Ｒｅ との関係を示した曲線図である。
【図７】実施例６の酢酸ステアリルアミンを混合した砥粒液を用い、Ｃｕの金属膜を形成した基板の場合における酢酸ステアリルアミンの重量％濃度と、研磨速度比Ｒｐ 及びエッチング速度比Ｒｅ との関係を示した曲線図である。
【図８】比較例１の硫酸を混合した砥粒液を用いた場合における重量％濃度と、研磨速度比Ｒｐ 及びエッチング速度比Ｒｅ との関係を示した曲線図である。
【図９】比較例２の酢酸を混合した砥粒液を用いた場合における重量％濃度と、研磨速度比Ｒｐ 及びエッチング速度比Ｒｅ との関係を示した曲線図である。
【図１０】比較例３の硝酸を混合した砥粒液を用いた場合における重量％濃度と、研磨速度比Ｒｐ 及びエッチング速度比Ｒｅ との関係を示した曲線図である。
【図１１】砥粒液に所定の界面活性剤を用いた場合における配線を形成する工程を模式的に示した断面図であり、（ａ）は研磨前の状態、（ｂ）は研磨途中の状態、（ｃ）は絶縁膜表面まで研磨した状態を示している。
【図１２】従来の配線の形成方法を工程順に示した模式的断面図であり、（ａ）は絶縁膜に溝を形成し、この絶縁膜の上面に金属膜を形成した状態、（ｂ）は研磨により絶縁膜表面まで金属膜を除去した状態、（ｃ）は研磨をさらに続行した状態を示している。
【図１３】砥粒液に硝酸水溶液を用いた場合における従来の配線の形成方法を工程順に示した模式的断面図であり、（ａ）は研磨前の状態、（ｂ）は研磨途中の状態、（ｃ）は絶縁膜表面まで研磨した状態を示している。
【符号の説明】
１１ 絶縁膜
１２、１２ａ 金属膜
【産業上の利用分野】
本発明は配線の形成方法、及び砥粒液に関し、より詳細には研磨による半導体
装置における配線の形成方法、及び前記研磨に用いられる砥粒液に関する。
【０００２】
【従来の技術】
研磨による配線の形成方法として、絶縁膜の上部に溝を形成し、この溝に金属材料を埋め込み、さらに成膜後、この金属膜の上部を研磨により除去して配線を形成する方法がある（特開昭６２−１０２５４３号公報）。図１２は従来の研磨による配線の形成方法を工程順に示した模式的断面図であり、（ａ）は絶縁膜に溝を形成し、この絶縁膜の上面に金属膜を形成した状態、（ｂ）は研磨により絶縁膜表面まで金属膜を除去した状態、（ｃ）は研磨をさらに続行した状態を示している。この方法の場合、まず例えばスパッタリングにより基板（図示せず）上にＳｉＯ２ 等の絶縁膜２１を形成する。絶縁膜２１の厚さｔａ は配線となる金属膜２２ａの厚さｔｂ と配線となる金属膜２２ａの下方に位置する絶縁膜２１ａの厚さｔｃ との和に等しくなるように設定（ｔａ ＝ｔｂ ＋ｔｃ ）する。次にフォトリソグラフィ技術を用い、絶縁膜２１上にパターニング処理を施し、溝２１ｂを形成する。この後、絶縁膜２１上にアルミニウム合金（Ａｌ−ＳｉまたはＡｌ−Ｃｕ）の金属膜２２を形成する（ａ）。次に絶縁膜表面２１ｃ上にある金属膜２２を研磨により除去し、全体的に平坦化するとともに絶縁膜２１の溝２１ｂに配線としての金属膜２２ａを埋め込み形成する。この研磨には、砥粒としてＡｌ２ Ｏ３ 粒子等、また砥粒液として硫酸水溶液（ｐＨ２．２）、硝酸水溶液（ｐＨ２．２）、酢酸水溶液（ｐＨ２．８）等が用いられる。これらの砥粒液を用いた場合、絶縁膜２１の研磨速度よりアルミニウム合金からなる金属膜２２の研磨速度が速くなり、研磨終了時における配線となる金属膜の厚さｔｂ が制御される（ｂ）。
【０００３】
また砥粒としてＡｌ２ Ｏ３ 粒子、砥粒液として界面活性剤水溶液を用い、黄銅、構造用炭素鋼（ＪＩＳ−Ｓ５５Ｃ）、チタニウム及び銀の単一金属をラッピング研磨する方法が提案されている（友田ほか：１９９３年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集、ｐ７２３〜ｐ７２４）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した配線の形成方法において、砥粒液に硫酸水溶液、酢酸水溶液を用い、絶縁膜２１と金属膜２２とを研磨する場合、金属膜２２の絶縁膜２１に対する研磨速度比Ｒｐ （Ｒｐ ＝金属膜の研磨速度／絶縁膜の研磨速度）は比較的小さい。そのため図１１（ｃ）に示したように、絶縁膜表面２１ｃまで研磨が到達した後、さらに絶縁膜２１と金属膜２２ａとが研磨されて金属膜２２ａの厚さが薄くなり易い。したがって研磨終了時に配線となる金属膜２２ａの厚さをｔｂ に制御することが難しいという課題があった。
【０００５】
また上記した配線の形成方法においては、砥粒液に硝酸水溶液等の酸を用いており、これらの砥粒液は金属膜２２自体をエッチングする性質を有する。図１３は砥粒液に硝酸水溶液を用いた場合における従来の配線の形成方法を工程順に示した模式的断面図であり、（ａ）は研磨前の状態、（ｂ）は研磨途中の状態、（ｃ）は絶縁膜表面まで研磨した状態を示している。この方法の場合、研磨速度比Ｒｐ を高めるために砥粒液濃度を濃くすると、金属膜２２を研磨するにつれて溝２１ｂ内の金属膜２２ａ表面もエッチングされ（ｂ）、絶縁膜表面２１ｃまで研磨が到達した際、配線となる金属膜２２ａの厚さｔｄ が薄くなり易い（ｃ）という課題があった。また金属膜２２ａ表面がエッチングされるため、金属膜２２ａ表面と絶縁膜表面２１ｃとが同一面になるように平坦化することができないという課題があり、したがって砥粒液濃度を濃くして研磨速度比Ｒｐ を高めることが難しいという課題があった。
【０００６】
また上記した配線の形成方法においては、砥粒液に硝酸水溶液等の酸を用いているため、研磨装置を構成する金属部材（ステンレス鋼、鋳鉄等）に腐食が発生し易く、実用化が難しいという課題があった。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、金属膜の絶縁膜に対する研磨速度比を高めることができ、研磨終了時における金属膜の膜厚の制御が容易で、金属膜の表面と絶縁膜の表面との平坦化を図ることができるとともに、配線の形成に用いられる装置の腐食を防止することができる配線の形成方法、及び砥粒液を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係る配線の形成方法（１）は、表面に凹凸部を有する絶縁膜上の金属膜を研磨により除去する配線の形成方法において、研磨時に砥粒の分散性を高め、前記絶縁膜に対する研磨速度より前記金属膜に対する研磨速度を大きくする界面活性剤を混入した砥粒液を用いることを特徴としている。
また本発明に係る配線の形成方法（２）は、表面に凹凸部を有する絶縁膜上の金属膜を研磨により除去する配線の形成方法において、研磨時に砥粒の分散性を高め、前記絶縁膜に対する研磨速度より前記金属膜に対する研磨速度を大きくし、かつ前記金属膜に対する研磨速度より前記金属膜に対するエッチング速度を小さくする界面活性剤を混入した砥粒液を用いることを特徴としている。
また本発明に係る配線の形成方法（３）は、表面に凹凸部を有する絶縁膜上の金属膜を研磨により除去する配線の形成方法において、研磨時に前記絶縁膜に対する研磨速度より前記金属膜に対する研磨速度を大きくする酢酸ステアリルアミン、ポリエチレングリコール、ラウリン酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、ブチルナフタレンスルフォン酸ナトリウム、トリメチルステアリルアンモニウムクロリド、ラウリルアミン酢酸塩、ポリエチレングリコールモノラウリルエーテル、ソルビタンモノラウレートの少なくともいずれかの界面活性剤を混入した砥粒液を用いることを特徴としている。
また本発明に係る砥粒液（１）は、表面に凹凸部を有する絶縁膜上の金属膜を研磨する際に用いられる砥粒液であって、研磨時に砥粒の分散性を高め、前記絶縁膜に対する研磨速度より前記金属膜に対する研磨速度を大きくする界面活性剤が混入されていることを特徴としている。
また本発明に係る砥粒液（２）は、表面に凹凸部を有する絶縁膜上の金属膜を研磨する際に用いられる砥粒液であって、研磨時に砥粒の分散性を高め、前記絶縁膜に対する研磨速度より前記金属膜に対する研磨速度を大きくし、かつ前記金属膜に対する研磨速度より前記金属膜に対するエッチング速度を小さくする界面活性剤が混入されていることを特徴としている。
また本発明に係る砥粒液（３）は、表面に凹凸部を有する絶縁膜上の金属膜を研磨する際に用いられる砥粒液であって、前記絶縁膜に対する研磨速度より前記金属膜に対する研磨速度を大きくする酢酸ステアリルアミン、ポリエチレングリコール、ラウリン酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、ブチルナフタレンスルフォン酸ナトリウム、トリメチルステアリルアンモニウムクロリド、ラウリルアミン酢酸塩、ポリエチレングリコールモノラウリルエーテル、ソルビタンモノラウレートの少なくともいずれかの界面活性剤が混入されていることを特徴としている。
【０００９】
【作用】
図１１は砥粒液に所定の界面活性剤を用いた場合における配線の形成方法を工程順に示した模式的断面図であり、（ａ）は研磨前の状態、（ｂ）は研磨途中の状態、（ｃ）は絶縁膜表面まで研磨した状態を示している。この方法の場合、界面活性剤により砥粒の分散性が高められるため、金属膜２２の研磨が効率的に進行する一方、界面活性剤のエッチング作用がきわめて少ないため、研磨パッドが当たらない溝２１ｂ内の金属膜２２ａ表面はエッチングされないこととなる（ｂ）。また界面活性剤の添加により、金属膜２２に対する研磨速度は速くなるが、絶縁膜２１に対する研磨速度はほとんど変化しないことを本発明者は見出した。その結果、絶縁膜２１に比べて金属膜２２をより速く研磨し得ることとなる。さらに金属膜２２ａ表面はエッチングされ難いため、研磨終了時における金属膜２２の膜厚をｔｂ に容易に制御し得るとともに、溝２１ｂ内の金属膜２２ａ表面と絶縁膜の表面２１ｃとの平坦化を確実に図り得ることとなる（ｃ）。
【００１０】
本発明に係る配線の形成方法（１）によれば、研磨時に砥粒の分散性を高め、絶縁膜に対する研磨速度より金属膜に対する研磨速度を大きくする界面活性剤を混入した砥粒液を用い、また、本発明に係る配線の形成方法（２）によれば、研磨時に砥粒の分散性を高め、絶縁膜に対する研磨速度より金属膜に対する研磨速度を大きくし、かつ前記金属膜に対する研磨速度より前記金属膜に対するエッチング速度を小さくする界面活性剤を混入した砥粒液を用いるので、前記金属膜の前記絶縁膜に対する研磨速度比を高め得ることとなる。一方、前記金属膜や研磨装置を構成する金属材料は前記界面活性剤によりエッチングされ難いため、これら複合的作用により研磨終了時における配線としての前記金属膜の膜厚を容易に制御し得るとともに、前記金属膜の表面と前記絶縁膜の表面との平坦化を確実に図り得ることとなり、さらには配線の形成に用いられる前記研磨装置の腐食を防止し得ることとなる。
また、本発明に係る配線の形成方法（３）によれば、研磨時に前記絶縁膜に対する研磨速度より前記金属膜に対する研磨速度を大きくする酢酸ステアリルアミン、ポリエチレングリコール、ラウリン酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、ブチルナフタレンスルフォン酸ナトリウム、トリメチルステアリルアンモニウムクロリド、ラウリルアミン酢酸塩、ポリエチレングリコールモノラウリルエーテル、ソルビタンモノラウレートの少なくともいずれかの界面活性剤を混入した砥粒液を用いるので、上記配線の形成方法（１）、（２）と略同様の作用を得ることとなる。
また本発明に係る砥粒液（１）によれば、研磨時に砥粒の分散性を高め、絶縁膜に対する研磨速度より金属膜に対する研磨速度を大きくする界面活性剤が混入され、また、本発明に係る砥粒液（２）によれば、研磨時に砥粒の分散性を高め、絶縁膜に対する研磨速度より前記金属膜に対する研磨速度を大きくし、かつ前記金属膜に対する研磨速度より前記金属膜に対するエッチング速度を小さくする界面活性剤が混入されているので、上記配線の形成方法（１）、（２）と略同様の作用を得ることとなる。
また本発明に係る砥粒液（３）によれば、前記絶縁膜に対する研磨速度より前記金属膜に対する研磨速度を大きくする酢酸ステアリルアミン、ポリエチレングリコール、ラウリン酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、ブチルナフタレンスルフォン酸ナトリウム、トリメチルステアリルアンモニウムクロリド、ラウリルアミン酢酸塩、ポリエチレングリコールモノラウリルエーテル、ソルビタンモノラウレートの少なくともいずれかの界面活性剤が混入されているので、上記配線の形成方法（１）、（２）と略同様の作用を得ることとなる。
【００１１】
なお、本発明は基板上に形成された絶縁膜と金属膜とを研磨し、該金属膜の前記絶縁膜に対する研磨速度比を高めつつ、前記絶縁膜と前記金属膜との表面を平坦化する方法であり、上記した単一金属のラッピング研磨方法とは異なる技術である。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明に係る配線の形成方法、及び砥粒液の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る配線の形成方法の実施例を工程順に示した模式的断面図であり、（ａ）は絶縁膜に溝を形成し、この絶縁膜の上面に金属膜を形成した状態、（ｂ）は研磨により絶縁膜表面まで金属膜を除去した状態を示している。まずＥＣＲ−ＣＶＤ（Electron Cyclotron Re sonance Chemical Vapor Deposition) 法により、略平坦形状を有する基板（図示せず）上にＳｉＯ２ 等の絶縁膜１１を形成する。次にフォトリソグラフィ技術を用い、絶縁膜１１上の所定箇所にパターニング処理を施し、溝１１ｂを形成する。この後、ＥＣＲスパッタ法により絶縁膜１１上にＡｌ−Ｃｕ合金またはＣｕの金属膜１２を形成する（ａ）。次に絶縁膜表面１１ｃ上にある金属膜１２を研磨により除去し、全体的に平坦化するとともに絶縁膜１１の溝１１ｂに配線としての金属膜１２ａを埋め込み形成する。この研磨の際、砥粒液として金属膜１２の絶縁膜１１に対する研磨速度比Ｒｐ が大きい界面活性剤を混合したものを使用する（ｂ）。
【００１３】
以下に、平均粒径が約０．０５μｍのＳｉＯ２ 粒子を純水に約１５％混合したものに界面活性剤を添加・混合した砥粒液を用い、この砥粒液中の界面活性剤濃度と、金属膜１２の絶縁膜１１に対する研磨速度比Ｒｐ （以下、単に研磨速度比Ｒｐ と記す）と、金属膜１２の研磨速度に対するエッチング速度比Ｒｅ （以下、単にエッチング速度比Ｒｅ と記す。Ｒｅ ＝金属膜のエッチング速度／金属膜の研磨速度）との関係を調査した結果について説明する。
サンプルとしては、６インチのＳｉ基板上に、ＥＣＲ−ＣＶＤ法によりＳｉＯ２ の絶縁膜を形成したもの（Ａ）と、ＥＣＲスパッタ法によりＡｌ−Ｃｕ合金またはＣｕの金属膜を形成したもの（Ｂ）とを用いた。
界面活性剤としては、下記の表１に示した酢酸ステアリルアミン、ポリエチレングリコール、ラウリン酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウムを用いた。
【００１４】
【表１】
研磨装置はシリコンウエハの研磨に通常用いられるものを使用し、研磨圧力は１００ｇ／ｃｍ２ 、前記基板と前記研磨装置における研磨定盤との相対速度は６０ｃｍ／ｓｅｃに設定した。
研磨速度比Ｒｐ はサンプル（Ａ）とサンプル（Ｂ）とを同一条件で研磨し、単一時間当たりにおける金属膜の研磨量（深さ）／絶縁膜の研磨量（深さ）により測定した。
エッチング速度比Ｒｅ はサンプル（Ｂ）の金属膜を砥粒液により常温でエッチングし、単一時間当たりにおける金属膜のエッチング量（深さ）／金属膜の研磨量（深さ）により測定した。
なお比較例として平均粒径が約０．０５μｍのＳｉＯ２ 粒子を純水に約１５％混合したものに、表１に示した硫酸、酢酸、硝酸を添加・混合した砥粒液をそれぞれ用い、Ａｌ−Ｃｕ合金の金属膜とＳｉＯ２ の絶縁膜とを研磨またはエッチングした場合について併せて説明する。
【００１６】
図８、図９は比較例１、比較例２のそれぞれ硫酸、酢酸を添加・混合した砥粒液を用いた場合における重量％濃度と、研磨速度比Ｒｐ 及びエッチング速度比Ｒｅ との関係を示した曲線図である。図８、図９から明らかなように、硫酸、酢酸を添加・混合した砥粒液を用いた場合、砥粒液中の硫酸、酢酸濃度が増えるにつれて研磨速度比Ｒｐ が増大するとともに、エッチング速度比Ｒｅ も増大する。したがって絶縁膜表面１１ｃによる金属膜１２ａ（ともに図１）の研磨停止効果は大きくなるが、金属膜１２ａがエッチングされ易くなり、金属膜１２ａ表面と絶縁膜表面１１ｃ（ともに図１）との平坦化が困難となり、配線となる金属膜１２ａ（図１）の所望膜厚も得難くなる。
【００１７】
また図１０は比較例３の硝酸を添加・混合した砥粒液を用いた場合における重量％濃度と、研磨速度比Ｒｐ 及びエッチング速度比Ｒｅ との関係を示した曲線図である。図１０から明らかなように、硝酸を添加・混合した砥粒液を用いた場合、硝酸が低濃度の際は研磨速度比Ｒｐ が比較的高く、かつエッチング速度比Ｒｅ が小さくなっており、平坦化が容易となり、所定の金属膜厚も比較的得易い。しかし、砥粒液中の硝酸濃度が増えるにつれて研磨速度比Ｒｐ は一層増大するとともに、エッチング速度比Ｒｅ も増大しており、絶縁膜の研磨停止効果はより大きくなるが、平坦化が困難となり、金属膜の所望膜厚も得難くなる。
【００１８】
一方、図２は実施例１の酢酸ステアリルアミンを混合した砥粒液を用いた場合における重量％濃度と、研磨速度比Ｒｐ 及びエッチング速度比Ｒｅ との関係を示した曲線図である。図２から明らかなように、酢酸ステアリルアミンを混合した砥粒液を用いた場合、砥粒液中の酢酸ステアリルアミン濃度が０．０１％から２０％に増えるにつれて研磨速度比Ｒｐ は略２から略２０に増大するが、エッチング速度比Ｒｅ は略０に維持される。
【００１９】
上記した説明及び測定結果から明らかなように、実施例１に係る配線の形成方法によれば、研磨速度比Ｒｐ を高めることができる。一方、金属膜１２や研磨装置を構成する金属材料は酢酸ステアリルアミンによりエッチングされ難いため、これら複合的効果により研磨終了時における配線としての金属膜１２ａの膜厚を容易に制御することができるとともに、金属膜１２ａの表面と絶縁膜の表面１１ｃとの平坦化を確実に図ることができ、さらには配線の形成に用いられる前記研磨装置の腐食を防止することができる。特に酢酸ステアリルアミンを０．１％以上混合した砥粒液を用いると、研磨速度比Ｒｐ を大きく高めることができ、平坦化と配線の膜厚制御とをより一層確実に実現することができる。
【００２０】
また図３は実施例２のポリエチレングリコールを混合した砥粒液を用いた場合における重量％濃度と、研磨速度比Ｒｐ 及びエッチング速度比Ｒｅ との関係を示した曲線図である。図３から明らかなように、ポリエチレングリコールを混合した砥粒液を用いた場合、砥粒液中のポリエチレングリコール濃度が０．０１％から２０％に増えるにつれて研磨速度比Ｒｐ は略２から略１０に増大するが、エッチング速度比Ｒｅ は略０に維持される。
【００２１】
上記した説明及び測定結果から明らかなように、実施例２に係る配線の形成方法によれば、砥粒液にポリエチレングリコールが混合されているため、研磨速度比Ｒｐ を高めることができる。一方、金属膜１２や研磨装置を構成する金属材料はポリエチレングリコールによりエッチングされ難いため、これら複合的効果により実施例１の場合と略同様の効果を得ることができる。
【００２２】
また図４は実施例３のラウリン酸ナトリウムを混合した砥粒液を用いた場合における重量％濃度と、研磨速度比Ｒｐ 及びエッチング速度比Ｒｅ との関係を示した曲線図である。図４から明らかなように、ラウリン酸ナトリウムを混合した砥粒液を用いた場合、砥粒液中のラウリン酸ナトリウム濃度が０．０１％から２０％に増えるにつれて研磨速度比Ｒｐ は略２から略１２に増大するが、エッチング速度比Ｒｅ は略０に維持される。
【００２３】
上記した説明及び測定結果から明らかなように、実施例３に係る配線の形成方法によれば、砥粒液にラウリン酸ナトリウムが混合されているため、研磨速度比Ｒｐ を高めることができる。一方、金属膜１２や研磨装置を構成する金属材料はラウリン酸ナトリウムによりエッチングされ難いため、これら複合的効果により実施例１の場合と略同様の効果を得ることができる。
【００２４】
また図５は実施例４のオレイン酸ナトリウムを混合した砥粒液を用いた場合における重量％濃度と、研磨速度比Ｒｐ 及びエッチング速度比Ｒｅ との関係を示した曲線図である。図５から明らかなように、オレイン酸ナトリウムを混合した砥粒液を用いた場合、砥粒液中のオレイン酸ナトリウム濃度が０．０１％から２０％に増えるにつれて研磨速度比Ｒｐ は略２から略１８に増大するが、エッチング速度比Ｒｅ は略０に維持される。
【００２５】
上記した説明及び測定結果から明らかなように、実施例４に係る配線の形成方法によれば、砥粒液にオレイン酸ナトリウムが混合されているため、研磨速度比Ｒｐ を高めることができる。一方、金属膜１２や研磨装置を構成する金属材料はオレイン酸ナトリウムによりエッチングされ難いため、これら複合的効果により実施例１の場合と略同様の効果を得ることができる。
【００２６】
また図６は実施例５の酢酸ステアリルアミンと硫酸０．０５％とを混合した砥粒液を用いた場合における酢酸ステアリルアミンの重量％濃度と、研磨速度比Ｒｐ 及びエッチング速度比Ｒｅ との関係を示した曲線図である。図６から明らかなように、酢酸ステアリルアミンと硫酸０．０５％とを混合した砥粒液を用いた場合、砥粒液中の酢酸ステアリルアミン濃度が０．０１％から２０％に増えるにつれて研磨速度比Ｒｐ は略３から略２２に増大するが、エッチング速度比Ｒｅ は略０．０２に維持される。
【００２７】
上記した説明及び測定結果から明らかなように、実施例５に係る配線の形成方法によれば、砥粒液に酢酸ステアリルアミンと硫酸０．０５％とが混合されているため、研磨速度比Ｒｐ を高めることができる。一方、金属膜１２や研磨装置を構成する金属材料は酢酸ステアリルアミンと硫酸０．０５％とによりエッチングされ難いため、これら複合的効果により実施例１の場合と略同様の効果を得ることができる。
【００２８】
また図７は実施例６の酢酸ステアリルアミンを混合した砥粒液を用い、Ａｌ−Ｃｕの金属膜に代えてＣｕの金属膜１２（図１）を形成した基板を研磨した場合における酢酸ステアリルアミンの重量％濃度と、研磨速度比Ｒｐ 及びエッチング速度比Ｒｅ との関係を示した曲線図である。図７から明らかなように、酢酸ステアリルアミンを混合した砥粒液を用いた場合、砥粒液中の酢酸ステアリルアミン濃度が０．０１％から２０％に増えるにつれて研磨速度比Ｒｐ は略２から略１５に増大するが、エッチング速度比Ｒｅ は略０に維持される。
【００２９】
上記した説明及び測定結果から明らかなように、実施例６に係る配線の形成方法によれば、砥粒液に酢酸ステアリルアミンが混合されているため、金属膜１２がＣｕである場合でも、研磨速度比Ｒｐ を高めることができる。一方、金属膜１２や研磨装置を構成する金属材料は酢酸ステアリルアミンによりエッチングされ難いため、これら複合的効果により実施例１の場合と略同様の効果を得ることができる。
【００３０】
なお、上記した実施例では金属膜１２としてＡｌ−Ｃｕ合金またはＣｕを用いたが、別の実施例ではＡｌ、Ｗ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ−Ｓｉ合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ合金等を用いることも可能である。
【００３１】
また、上記した実施例では絶縁膜１１としてＥＣＲ−ＣＶＤまたはＥＣＲスパッタリングにより形成したＳｉＯ２ 膜を用いたが、別の実施例ではＴＥＯＳ−ＣＶＤ、ｐ−ＣＶＤ、熱ＣＶＤ、熱酸化、スパッタリング等の方法により形成したＳｉＯ２ 膜を用いることも可能である。
【００３２】
また、上記した実施例では絶縁膜１１としてＳｉＯ２ 膜を用いたが、別の実施例ではＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯＦ、ＰＳＧ、ＢＰＳＧ、ＳＯＧ膜等を用いることも可能である。
【００３３】
また、上記した実施例では砥粒に平均粒径が略０．０５μｍのＳｉＯ２ 粒子を用いたが、別の実施例では平均粒径が略０．０５μｍのＡｌ２ Ｏ３ 粒子を用いることも可能である。
【００３４】
また、上記した実施例では平均粒径が略０．０５μｍの砥粒を用いたが、別の実施例では平均粒径が０．０５μｍでない砥粒を用いることも可能である。
【００３５】
また、上記した実施例では界面活性剤として酢酸ステアリルアミン、ポリエチレングリコール、ラウリン酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウムを用いたが、別の実施例ではドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、ブチルナフタレンスルフォン酸ナトリウム、トリメチルステアリルアンモニウムクロリド、ラウリルアミン酢酸塩、ポリエチレングリコールモノラウリルエーテル、ソルビタンモノラウレート等の界面活性剤を用いることも可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明に係る配線の形成方法（１）にあっては、研磨時に砥粒の分散性を高め、前記絶縁膜に対する研磨速度より前記金属膜に対する研磨速度を大きくする界面活性剤を混入した砥粒液を用い、また、本発明に係る配線の形成方法（２）によれば、研磨時に砥粒の分散性を高め、絶縁膜に対する研磨速度より前記金属膜に対する研磨速度を大きくし、かつ前記金属膜に対する研磨速度より前記金属膜に対するエッチング速度を小さくする界面活性剤を混入した砥粒液を用いるので、前記金属膜の前記絶縁膜に対する研磨速度比を高めることができる。一方、前記金属膜や研磨装置を構成する金属材料は前記界面活性剤によりエッチングされ難いため、これら複合的作用により研磨終了時における配線としての前記金属膜の膜厚を容易に制御することができるとともに、前記金属膜の表面と前記絶縁膜の表面との平坦化を確実に図ることができ、さらには配線の形成に用いられる前記研磨装置の腐食を防止することができる。
また、本発明に係る配線の形成方法（３）によれば、研磨時に前記絶縁膜に対する研磨速度より前記金属膜に対する研磨速度を大きくする酢酸ステアリルアミン、ポリエチレングリコール、ラウリン酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、ブチルナフタレンスルフォン酸ナトリウム、トリメチルステアリルアンモニウムクロリド、ラウリルアミン酢酸塩、ポリエチレングリコールモノラウリルエーテル、ソルビタンモノラウレートの少なくともいずれかの界面活性剤を混入した砥粒液を用いるので、上記配線の形成方法（１）、（２）と略同様の効果を得ることができる。
また本発明に係る砥粒液（１）によれば、研磨時に砥粒の分散性を高め、絶縁膜に対する研磨速度より金属膜に対する研磨速度を大きくする界面活性剤が混入され、また、本発明に係る砥粒液（２）によれば、研磨時に砥粒の分散性を高め、絶縁膜に対する研磨速度より前記金属膜に対する研磨速度を大きくし、かつ前記金属膜に対する研磨速度より前記金属膜に対するエッチング速度を小さくする界面活性剤が混入されているので、上記配線の形成方法（１）、（２）と略同様の効果を得ることができる。
また本発明に係る砥粒液（３）によれば、前記絶縁膜に対する研磨速度より前記金属膜に対する研磨速度を大きくする酢酸ステアリルアミン、ポリエチレングリコール、ラウリン酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、ブチルナフタレンスルフォン酸ナトリウム、トリメチルステアリルアンモニウムクロリド、ラウリルアミン酢酸塩、ポリエチレングリコールモノラウリルエーテル、ソルビタンモノラウレートの少なくともいずれかの界面活性剤が混入されているので、上記配線の形成方法（１）、（２）と略同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る配線の形成方法の実施例を工程順に示した模式的断面図であり、（ａ）は絶縁膜に溝を形成し、この絶縁膜の上面に金属膜を形成した状態、（ｂ）は研磨により絶縁膜表面まで金属膜を除去した状態を示している。
【図２】実施例１の酢酸ステアリルアミンを混合した砥粒液を用いた場合における重量％濃度と、研磨速度比Ｒｐ 及びエッチング速度比Ｒｅ との関係を示した曲線図である。
【図３】実施例２のポリエチレングリコールを混合した砥粒液を用いた場合における重量％濃度と、研磨速度比Ｒｐ 及びエッチング速度比Ｒｅ との関係を示した曲線図である。
【図４】実施例３のラウリン酸ナトリウムを混合した砥粒液を用いた場合における重量％濃度と、研磨速度比Ｒｐ 及びエッチング速度比Ｒｅ との関係を示した曲線図である。
【図５】実施例４のオレイン酸ナトリウムを混合した砥粒液を用いた場合における重量％濃度と、研磨速度比Ｒｐ 及びエッチング速度比Ｒｅ との関係を示した曲線図である。
【図６】実施例５の酢酸ステアリルアミンと硫酸０．０５％とを混合した砥粒液を用いた場合における酢酸ステアリルアミンの重量％濃度と、研磨速度比Ｒｐ 及びエッチング速度比Ｒｅ との関係を示した曲線図である。
【図７】実施例６の酢酸ステアリルアミンを混合した砥粒液を用い、Ｃｕの金属膜を形成した基板の場合における酢酸ステアリルアミンの重量％濃度と、研磨速度比Ｒｐ 及びエッチング速度比Ｒｅ との関係を示した曲線図である。
【図８】比較例１の硫酸を混合した砥粒液を用いた場合における重量％濃度と、研磨速度比Ｒｐ 及びエッチング速度比Ｒｅ との関係を示した曲線図である。
【図９】比較例２の酢酸を混合した砥粒液を用いた場合における重量％濃度と、研磨速度比Ｒｐ 及びエッチング速度比Ｒｅ との関係を示した曲線図である。
【図１０】比較例３の硝酸を混合した砥粒液を用いた場合における重量％濃度と、研磨速度比Ｒｐ 及びエッチング速度比Ｒｅ との関係を示した曲線図である。
【図１１】砥粒液に所定の界面活性剤を用いた場合における配線を形成する工程を模式的に示した断面図であり、（ａ）は研磨前の状態、（ｂ）は研磨途中の状態、（ｃ）は絶縁膜表面まで研磨した状態を示している。
【図１２】従来の配線の形成方法を工程順に示した模式的断面図であり、（ａ）は絶縁膜に溝を形成し、この絶縁膜の上面に金属膜を形成した状態、（ｂ）は研磨により絶縁膜表面まで金属膜を除去した状態、（ｃ）は研磨をさらに続行した状態を示している。
【図１３】砥粒液に硝酸水溶液を用いた場合における従来の配線の形成方法を工程順に示した模式的断面図であり、（ａ）は研磨前の状態、（ｂ）は研磨途中の状態、（ｃ）は絶縁膜表面まで研磨した状態を示している。
【符号の説明】
１１ 絶縁膜
１２、１２ａ 金属膜
Claims (6)
- 表面に凹凸部を有する絶縁膜上の金属膜を研磨により除去する配線の形成方法において、研磨時に砥粒の分散性を高め、前記絶縁膜に対する研磨速度より前記金属膜に対する研磨速度を大きくする界面活性剤を混入した砥粒液を用いることを特徴とする配線の形成方法。
- 表面に凹凸部を有する絶縁膜上の金属膜を研磨により除去する配線の形成方法において、研磨時に砥粒の分散性を高め、前記絶縁膜に対する研磨速度より前記金属膜に対する研磨速度を大きくし、かつ前記金属膜に対する研磨速度より前記金属膜に対するエッチング速度を小さくする界面活性剤を混入した砥粒液を用いることを特徴とする配線の形成方法。
- 表面に凹凸部を有する絶縁膜上の金属膜を研磨により除去する配線の形成方法において、研磨時に前記絶縁膜に対する研磨速度より前記金属膜に対する研磨速度を大きくする酢酸ステアリルアミン、ポリエチレングリコール、ラウリン酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、ブチルナフタレンスルフォン酸ナトリウム、トリメチルステアリルアンモニウムクロリド、ラウリルアミン酢酸塩、ポリエチレングリコールモノラウリルエーテル、ソルビタンモノラウレートの少なくともいずれかの界面活性剤を混入した砥粒液を用いることを特徴とする配線の形成方法。
- 表面に凹凸部を有する絶縁膜上の金属膜を研磨する際に用いられる砥粒液であって、研磨時に砥粒の分散性を高め、前記絶縁膜に対する研磨速度より前記金属膜に対する研磨速度を大きくする界面活性剤が混入されていることを特徴とする砥粒液。
- 表面に凹凸部を有する絶縁膜上の金属膜を研磨する際に用いられる砥粒液であって、研磨時に砥粒の分散性を高め、前記絶縁膜に対する研磨速度より前記金属膜に対する研磨速度を大きくし、かつ前記金属膜に対する研磨速度より前記金属膜に対するエッチング速度を小さくする界面活性剤が混入されていることを特徴とする砥粒液。
- 表面に凹凸部を有する絶縁膜上の金属膜を研磨する際に用いられる砥粒液であって、前記絶縁膜に対する研磨速度より前記金属膜に対する研磨速度を大きくする酢酸ステアリルアミン、ポリエチレングリコール、ラウリン酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、ブチルナフタレンスルフォン酸ナトリウム、トリメチルステアリルアンモニウムクロリド、ラウリルアミン酢酸塩、ポリエチレングリコールモノラウリルエーテル、ソルビタンモノラウレートの少なくともいずれかの界面活性剤が混入されていることを特徴とする砥粒液。
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