JP4327763B2 - Polishing liquid for copper metal and method for polishing copper metal - Google Patents

Polishing liquid for copper metal and method for polishing copper metal Download PDF

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本発明は、銅系金属用研磨液および銅系金属の研磨方法に関する。   The present invention relates to a copper-based metal polishing liquid and a copper-based metal polishing method.

非特許文献1〜3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。 Non-Patent Documents 1 to 3 include a Cu film or a Cu alloy film made of an amine-based colloidal silica slurry or a slurry to which K 3 Fe (CN) 6 , K 4 (CN) 6 , or Co (NO 3 ) 2 is added. A polishing liquid is disclosed.

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。   However, the polishing solution has the following problems because there is no difference in the dissolution rate of the Cu film between the immersion and the polishing.

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。
J.Electrochem.Soc.,VoL.138.No11,3460(1991) VMIC Conference,ISMIC−101/92/0156(1992) VMIC Conference,ISMIC−102/93/0205(1993)
In the formation of a wiring layer, which is one of the manufacturing processes of a semiconductor device, an etch back technique is employed for the purpose of eliminating a surface level difference. In this etch-back technique, a groove is formed in an insulating film on a semiconductor substrate, a Cu film is deposited on the insulating film including the groove, the Cu film is polished using a polishing liquid, and only in the groove. In this method, the embedded wiring layer is formed by leaving the Cu film. After such an etch-back process, the Cu wiring layer in the groove is in contact with the polishing liquid, so that the polishing liquid having the above-described composition with no difference in the etching rate of the Cu film between the immersion and the polishing is used. When used, the Cu wiring layer is further etched by the polishing liquid. As a result, since the surface position of the Cu wiring layer in the groove is lower than the surface of the insulating film, it becomes difficult to form a wiring layer flush with the surface of the insulating film, and the flatness is impaired. Further, the formed embedded Cu wiring layer has a higher resistance value than the Cu wiring layer embedded flush with the surface of the insulating film.
J. et al. Electrochem. Soc. , VoL. 138. No11, 3460 (1991) VMIC Conference, ISMIC-101 / 92/0156 (1992) VMIC Conference, ISMIC-102 / 93/0205 (1993)

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。   It is an object of the present invention to hardly etch Cu or the like when dipping copper (Cu) or a copper alloy (Cu alloy), and dissolve the Cu or Cu alloy at the time of polishing treatment, and at the time of dipping and polishing treatment. Therefore, it is an object of the present invention to provide a polishing slurry for copper-based metal that exhibits an etching rate difference of several times to several tens of times.

本発明に係る銅系金属用研磨液は、アミド硫酸と過酸化水素と水とを含有する銅系金属用研磨液であって、
前記アミド硫酸は、前記研磨液中に0.01〜10重量%の量で含有され、かつ前記アミド硫酸と前記過酸化水素の含有比率は重量割合で前記アミド硫酸1に対して前記過酸化水素が20以上であることを特徴とするものである。
The copper-based metal polishing liquid according to the present invention is a copper-based metal polishing liquid containing amidosulfuric acid, hydrogen peroxide, and water,
The amide sulfuric acid, the is contained in an amount of in the polishing liquid 0.01 to 10 wt%, and the hydrogen peroxide relative to the amide acid 1 content ratio of the said amide acid hydrogen peroxide in a weight ratio Is 20 or more.

本発明に係る銅系金属の研磨方法は、銅膜または銅合金膜が成膜された基板を基板ホルダに保持し、この基板の銅膜または銅合金膜をターンテーブルに設けられた研磨パッドに押圧し、前記ターンテーブルおよび前記基板ホルダを回転するとともに、前記研磨パッドと前記基板の銅膜または銅合金膜との間に研磨液を供給する銅系金属の研磨方法であって、
前記研磨液は、アミド硫酸と過酸化水素と水とを含有し、
前記アミド硫酸は、前記研磨液中に0.01〜10重量%の量で含有され、かつ前記アミド硫酸と前記過酸化水素の含有比率は重量割合で前記アミド硫酸1に対して前記過酸化水素が20以上であること特徴とするものである。
In the method for polishing a copper-based metal according to the present invention, a substrate on which a copper film or a copper alloy film is formed is held on a substrate holder, and the copper film or the copper alloy film on the substrate is applied to a polishing pad provided on a turntable. A method for polishing a copper-based metal that presses and rotates the turntable and the substrate holder and supplies a polishing liquid between the polishing pad and a copper film or a copper alloy film of the substrate,
The polishing liquid contains amidosulfuric acid, hydrogen peroxide, and water,
The amide sulfuric acid, the is contained in an amount of in the polishing liquid 0.01 to 10 wt%, and the hydrogen peroxide relative to the amide acid 1 content ratio of the said amide acid hydrogen peroxide in a weight ratio Is 20 or more.

本発明によれば、Cu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。   According to the present invention, when Cu or Cu alloy is immersed, Cu or Cu alloy is hardly etched, and the difference in etching rate is several to several tens times between immersion and polishing. A polishing liquid can be provided.

本発明によればCu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とることが可能な銅系金属の研磨方法を提供できる。   According to the present invention, copper or Cu alloy is hardly etched at the time of immersion of Cu or Cu alloy, and an etching rate difference of several to several tens of times can be taken between immersion and polishing. A method for polishing a metal can be provided.

以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

実施形態に係る銅系金属用研磨液は、アミド硫酸と酸化剤と水とを含有する。   The copper-based metal polishing liquid according to the embodiment contains amidosulfuric acid, an oxidizing agent, and water.

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。   Such a polishing liquid forms an oxide layer functioning as an etching barrier on the surface of the Cu or Cu alloy by the oxidizing action of the oxidizing agent during immersion of Cu or Cu alloy, and during polishing of Cu or Cu alloy. The Cu or Cu alloy exposed by mechanically removing the oxide layer is etched with the organic acid. Therefore, when the Cu or Cu alloy is immersed in the polishing liquid, etching is suppressed or prevented by the oxide layer, and the Cu or Cu alloy exposed during the polishing is physically polished and etched by the organic acid in the polishing liquid. Progresses. As a result, the difference in etching rate of Cu or Cu alloy between immersion and polishing can be made sufficiently large.

前記酸化剤としては、例えば過酸化水素(H22)、次亜塩素酸ソーダ(NaClO)等を用いることができる。 As the oxidizing agent, for example, hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), sodium hypochlorite (NaClO), or the like can be used.

前記研磨液は、前記有機酸が0.01〜10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。   The polishing liquid preferably contains 0.01 to 10% by weight of the organic acid, and the oxidant is 20 or more with respect to the organic acid 1 by weight. The reason why the content of the organic acid in the polishing liquid and the content ratio of the organic acid and the oxidizing agent are defined in this way is as follows.

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。   If the content of the organic acid is less than 0.01% by weight, the polishing rate (mainly chemical dissolution rate) of Cu or Cu alloy during polishing may be reduced. On the other hand, if the content of the organic acid exceeds 10% by weight, the etching of Cu or Cu alloy proceeds excessively when immersed in the polishing liquid, and the difference in etching rate between the immersion and the polishing may be approximated. There is. The content of the organic acid is more preferably 0.01 to 1% by weight.

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。   If the oxidizer is less than 20 with respect to the organic acid 1 by weight, there is a fear that a sufficient etching rate difference cannot be obtained between the immersion of Cu or Cu alloy and the polishing. It is desirable that the content ratio of the organic acid and the oxidizing agent in the polishing liquid is 40 or more, more preferably 100 or more, with respect to the organic acid 1 by weight.

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。   The upper limit ratio of the oxidant to the organic acid is desirably defined from the content of the oxidant. For example, the content of the oxidant is preferably 30% by weight. If the content of the oxidizing agent exceeds 30% by weight, an oxidized layer may be immediately formed on the exposed surface during polishing of Cu or Cu alloy, leading to a decrease in polishing rate.

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。   In addition, when making content of the said organic acid into the lower limit (0.01 weight%) side within the said range, the content ratio of the said organic acid and an oxidizing agent is an oxidizing agent with respect to the organic acid 1 in a weight ratio. Is preferably 40 or more.

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。   The polishing liquid according to the present invention is allowed to contain an alkali agent that adjusts the pH to 9 to 14 in addition to the organic acid and the oxidizing agent. As such an alkali agent, for example, potassium hydroxide and quinoline are suitable.

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添加することを許容する。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。   The polishing liquid according to the present invention allows addition of polishing abrasive grains such as silica particles, alumina particles, cerium oxide particles, zirconia particles, in addition to the organic acid and the oxidizing agent. These abrasive grains may be used in the form of a mixture of two or more.

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。   The abrasive grains preferably have an average particle size of 0.02 to 0.1 μm.

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。   The abrasive grains are preferably added in an amount of 1 to 14% by weight. When the addition amount of the abrasive grains is less than 1% by weight, it is difficult to sufficiently achieve the effect. On the other hand, if the addition amount of the abrasive grains exceeds 14% by weight, the viscosity of the polishing liquid becomes high and handling becomes difficult. The addition amount of the abrasive grains is more preferably in the range of 3 to 10% by weight.

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Cu膜が研磨される。   For polishing, for example, a Cu film or a Cu alloy film formed on a substrate with the copper-based metal polishing liquid according to the present invention, a polishing apparatus shown in FIG. 1 is used. That is, a polishing pad 2 made of, for example, a cloth is covered on the turntable 1. A supply pipe 3 for supplying a polishing liquid is disposed above the polishing pad 2. A substrate holder 5 having a support shaft 4 on its upper surface is disposed above the polishing pad 2 so as to be vertically movable and rotatable. In such a polishing apparatus, the substrate 5 is held by the holder 5 so that the polishing surface (for example, Cu film) faces the pad 2, and the polishing liquid 7 having the above composition is supplied from the supply pipe 3. The support shaft 4 gives the substrate 6 a desired load toward the polishing pad 2, and the Cu film on the substrate is polished by rotating the hold 5 and the turntable 1 in opposite directions. The

以上説明した本発明に係わる銅系金属用研磨液は、アミノ酢酸およびアミド硫酸から選ばれる少なくとも1種の有機酸と酸化剤と水とを含有するため、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/min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。   The copper-based metal polishing liquid according to the present invention described above contains at least one organic acid selected from aminoacetic acid and amidosulfuric acid, an oxidizing agent, and water. Etc. are preferably etched (preferably an etching rate of 100 nm / min or less), and an etching rate difference of several times to several tens of times is exhibited between immersion and polishing.

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Cuの水和物と反応して錯体を生成する性質を有する。   That is, an organic acid (for example, aminoacetic acid), which is a component of the polishing liquid, has a property of forming a complex by reacting with Cu hydrate as shown in the following reaction formula.

Cu(H2 O)4 2++2H2 NCH2 COOH
→Cu(H2 NCH2 COOH)2 +4H2 O+2H+
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。
Cu (H 2 O) 4 2+ + 2H 2 NCH 2 COOH
→ Cu (H 2 NCH 2 COOH) 2 + 4H 2 O + 2H +
Cu does not react with the mixed solution of aminoacetic acid and water. In such a reaction system, by adding an oxidizing agent (for example, hydrogen peroxide), the reaction proceeds in the direction indicated by the arrow in the reaction formula, and Cu is etched.

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。 FIG. 2 shows a film formed on a substrate when the content of aminoacetic acid is constant at 0.1% by weight in a polishing liquid comprising aminoacetic acid, hydrogen peroxide and water, and the content of hydrogen peroxide is changed. 2 is a plot of the etching rate during immersion of the Cu film and the polishing rate during polishing. The polishing process is performed using the polishing apparatus shown in FIG. That is, the substrate on which the Cu film is formed on the substrate holder 5 is held upside down so that the Cu film faces the polishing pad 2 side made of, for example, a product name manufactured by Rodel Nitta Co .; While applying a load of 400 g / cm 2 to the polishing pad 2 on the substrate and rotating the turntable 1 and the holder 5 in directions opposite to each other at a speed of 100 rpm, the polishing liquid is supplied from the supply pipe 3 to 12.5 ml / min. A polishing process was performed by supplying the polishing pad 2 at a speed of 5 mm.

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。   As is apparent from FIG. 2, when a polishing solution to which hydrogen peroxide is not added is used at the time of immersion of the Cu film, the etching of the Cu film does not occur at all. It can be seen that it is etched. This is because Cu hydrate is generated by hydrogen peroxide in the polishing liquid, and amino acetate reacts with this to form a complex, thereby etching Cu. It can also be seen that when the hydrogen peroxide content is further increased, the etching rate of the Cu film is decreased, and when the hydrogen peroxide content is 5% by weight, the etching rate becomes zero. This is considered to be because when the hydrogen peroxide content is increased, an oxide layer is formed on the surface of the Cu film that prevents etching by the polishing liquid.

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Cu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。   In fact, as shown in FIG. 3A, a Cu film 12 having projections and depressions is formed on the substrate 11, and the substrate 11 is polished with a polishing liquid (aminoacetic acid 0.1.degree. When immersed in 3% by weight), the oxide layer 13 is formed on the surface of the Cu film 12 as shown in FIG. Further, after immersing the substrate in the polishing liquid and analyzing the surface of the Cu film by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy), the spectrum shown by the solid line in FIG. 4 appears, and therefore an oxide layer is formed. Was confirmed. In addition, the dotted line of FIG. 4 shows the spectrum before a process immediately after forming Cu film | membrane on a board | substrate.

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。   When the polishing process described above is performed using the polishing apparatus shown in FIG. 1 and a polishing liquid containing 0.1% by weight of aminoacetic acid and 13% by weight of hydrogen peroxide, the polishing rate of the Cu film is immersed as shown in FIG. It was confirmed that a difference of about 10 nm / min occurred compared to the case. The increase in the polishing rate of the Cu film by such a polishing process is shown in FIG. 3 when the Cu film 12 having the oxide layer 13 formed on the surface thereof shown in FIG. 3B is polished with a polishing pad containing the polishing liquid. (C), the oxide layer 13 corresponding to the convex portion of the Cu film 12 is mechanically polished by the pad so that pure Cu is exposed on the surface, and the action of aminoacetic acid and hydrogen peroxide in the polishing liquid. This is because of the rapid chemical polishing. That is, in the polishing process, pure Cu is always exposed on the polished surface of the Cu film, and chemical etching with aminoacetic acid and hydrogen peroxide in the polishing liquid is performed. In fact, when the surface of the Cu film immediately after the polishing treatment was analyzed by XPS, the spectrum shown by the one-dot chain line in FIG. 4 appeared and it was confirmed that Cu was exposed.

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60nm/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。   FIG. 5 shows a film formed on a substrate when the content of aminoacetic acid is constant at 0.9% by weight in a polishing liquid comprising aminoacetic acid, hydrogen peroxide and water, and the content of hydrogen peroxide is changed. The etching rate at the time of immersion of the prepared Cu film and the polishing rate at the time of polishing treatment are plotted. The polishing process was performed by the same procedure as described above using the polishing apparatus shown in FIG. As is apparent from FIG. 5, when a polishing liquid to which hydrogen peroxide is not added is used during the immersion of the Cu film, the etching of the Cu film does not occur at all. It can be seen that it is etched. It can also be seen that when the hydrogen peroxide content is further increased, the etching rate of the Cu film is decreased, and when the hydrogen peroxide content is about 18% by weight, the etching rate becomes zero. This is considered to be because when the hydrogen peroxide content is increased, an oxide layer is formed on the surface of the Cu film that prevents etching by the polishing liquid. In such a polishing liquid, when a Cu film is polished by the same method as described above using a solution containing 15% by weight of hydrogen peroxide, the Cu film is polished at a rate of about 85 nm / min. There is a sufficient difference in etching rate between the polishing process and the polishing process. However, a polishing solution containing 20% by weight of hydrogen peroxide, which is a condition that the Cu film is not reliably etched during immersion, that is, the content ratio of aminoacetic acid to hydrogen peroxide is 1% by weight with respect to aminoacetic acid. Even with a polishing liquid of about 20, the polishing rate during the polishing of the Cu film is about 60 nm / min. Therefore, even when a polishing liquid having a large hydrogen peroxide content is used, a sufficient etching rate difference can be obtained between the time of immersion and the time of polishing.

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。   Further, FIG. 6 shows a substrate when the content of hydrogen peroxide is changed with the content of amidosulfuric acid being constant at 0.86% by weight in the polishing liquid composed of organic acids amidosulfuric acid, hydrogen peroxide and water. The etching rate at the time of immersion of the Cu film | membrane formed into a film above and the polishing rate at the time of a grinding | polishing process are plotted. The polishing process was performed by the same procedure as described above using the polishing apparatus shown in FIG. As can be seen from FIG. 6, when a polishing solution to which hydrogen peroxide is not added is used, etching of the Cu film does not occur at all. However, when a small amount of hydrogen peroxide is contained, the Cu film is rapidly etched. . It can also be seen that when the hydrogen peroxide content is further increased, the etching rate of the Cu film is decreased, and when the hydrogen peroxide content is about 22% by weight or more, the etching rate is 50 nm / min. This is considered to be because when the hydrogen peroxide content is increased, an oxide layer is formed on the surface of the Cu film that prevents etching by the polishing liquid. In such a polishing liquid, a polishing liquid containing 30% by weight of hydrogen peroxide, that is, a polishing liquid in which the content ratio of amidosulfuric acid to hydrogen peroxide is about 35% hydrogen peroxide with respect to aminoacetic acid 1 is used. When the Cu film is polished by the same method as described above, the Cu film is polished at a rate of about 950 nm / min, and the difference in etching rate between the immersion and the polishing process can be sufficiently large, about 19 times.

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Cuのエッチング量が変動する等の問題を回避でき、その操作を簡便に行うことができる。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。   Therefore, the polishing liquid according to the present invention hardly etches Cu or Cu alloy when Cu or Cu alloy is immersed, and exhibits an etching rate difference of several times to several tens of times between immersion and polishing. For this reason, the problem that the etching amount of Cu fluctuates depending on the supply timing of the polishing liquid in the polishing process can be avoided, and the operation can be easily performed. In addition, after the polishing of the Cu film on the substrate by the polishing apparatus, when the Cu film comes into contact with the polishing liquid, an oxide layer is formed on the Cu film by hydrogen peroxide as described above. Even after the treatment, so-called over-etching, in which the Cu film is further etched, can be prevented. Further, as shown in FIG. 3C, the concave and convex Cu film 12 is not etched from the side surface in the polishing process, and can be sequentially etched from the surface of the convex portion in contact with the polishing pad. Very suitable for etch-back technology.

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。   In the polishing liquid according to the present invention, when Cu or Cu alloy is immersed in the polishing liquid by adding an alkaline agent such as potassium hydroxide to adjust the pH to 9 to 14, the surface of Cu or Cu alloy is An oxide layer having an excellent etching barrier property against the polishing liquid can be generated. Moreover, the thickness of the oxide layer produced | generated on the surface of Cu or Cu alloy is controllable. FIG. 7 shows, for example, a Cu film formed on a substrate in a polishing liquid containing 0.9% by weight of aminoacetic acid and 12% by weight of hydrogen peroxide and adjusting the pH to 8.5 to 11 by adding potassium hydroxide. It is a characteristic view which shows the thickness change of the oxide layer produced | generated on the said Cu film | membrane surface when a film | membrane is immersed. As shown in FIG. 7, as the pH increases, the thickness of the oxide layer generated on the Cu film surface increases.

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。   Such a polishing liquid whose pH is adjusted to 9 to 14 can generate an oxide layer having a high etching barrier property on the surface of the Cu or Cu alloy when the Cu or Cu alloy is immersed. For this reason, even if the content of an organic acid such as aminoacetic acid in the polishing liquid is increased, Cu or the like is hardly etched at the time of immersion of Cu or Cu alloy, while the content of the organic acid is included at the time of polishing. The polishing rate of Cu or Cu alloy can be increased by increasing the amount. Therefore, the etching rate difference between the time of immersion and the time of polishing can be increased as compared with the case where no alkali agent is added, and as a result, the polishing time of Cu or Cu alloy can be shortened.

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13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。

Figure 0004327763
In the polishing liquid according to the present invention, by adding abrasive grains such as silica particles, the polishing rate at the time of polishing Cu or Cu alloy can be improved as compared with the polishing liquid to which the abrasive grains are not added. For example, silica particles having an average particle size of 30 nm, alumina particles having an average particle size of 740 nm, cerium oxide particles having an average particle size of 1300 nm, and an average particle size of 1100 nm in an aqueous solution containing 0.1% by weight of aminoacetic acid and 13% by weight of hydrogen peroxide A polishing liquid was prepared by adding about 9 wt% of each zirconia particle. Using these polishing liquids, a polishing process was performed on a Cu film having irregularities formed on a substrate by the same procedure as described above using the polishing apparatus shown in FIG. Table 1 below shows the Cu film polishing rate for each polishing liquid. In Table 1 below, the polishing rate of the Cu film in the case of using a polishing liquid containing 0.1% by weight of aminoacetic acid and 13% by weight of hydrogen peroxide to which no abrasive grains are added is shown.
Figure 0004327763

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。   As apparent from Table 1, it can be seen that the polishing liquid to which the abrasive grains are added can improve the polishing rate of the Cu film as compared with the polishing liquid to which no abrasive grains are added. It can also be seen that the polishing rate of the Cu film can be controlled by changing the type of abrasive grains.

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 4 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。

Figure 0004327763
Further, the silica particles and alumina particles added abrasive liquid is deposited on the substrate by the same procedure as described above with reference to polishing apparatus shown in FIG. 1 to the SiO 2 film as the abrasive grains, respectively, Si 3 N 4 The film and the boron-added glass film (BPSG film) were each polished. Table 2 below shows the polishing rate of various insulating films by each polishing liquid. The values in parentheses in Table 2 are speed ratios obtained from (polishing speed of Cu film / polishing speed of each insulating film with the same kind of polishing liquid). When a buried Cu wiring layer is formed by polishing in a groove of an insulating film during the manufacture of a semiconductor device, which will be described later, the greater the speed ratio, the better the selective polishing of Cu. That is, the decrease in the thickness of the underlying insulating film can be suppressed.
Figure 0004327763

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。   Furthermore, the polishing liquid to which abrasive grains such as silica particles are added can be polished well without causing cracks or fine scratches in the Cu film or Cu alloy film. This is because, in the polishing process using the polishing apparatus shown in FIG. 1, the frictional force between the polishing surface of the Cu film and the polishing pad can be relaxed by the abrasive grains, and the impact force on the Cu film can be reduced to reduce cracks, etc. It is because it can prevent.

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。   Therefore, the polishing liquid to which polishing abrasive grains such as silica particles are added can improve the polishing rate of Cu or Cu alloy as compared with the polishing liquid to which polishing abrasive grains are not added, and can be applied to the surface of Cu or Cu alloy during the polishing process. Damage can be suppressed.

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CuまたはCu合金表面への損傷を抑制できる。   It should be noted that the polishing rate of Cu or Cu alloy can be improved even in a polishing liquid containing amidosulfuric acid such as silica particles and the polishing liquid to which the polishing abrasive grains are not added as compared with a polishing liquid to which the polishing abrasive is not added. Damage to the surface of Cu or Cu alloy can be suppressed.

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、
アミノ酢酸およびアミド硫酸から選ばれる少なくとも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。
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a groove and / or an opening corresponding to the shape of a wiring layer in an insulating film on a semiconductor substrate,
Depositing a wiring material film made of Cu or Cu alloy on the insulating film including the groove and / or the opening; and
Polishing the wiring material film with a polishing liquid containing at least one organic acid selected from aminoacetic acid and amidosulfuric acid, an oxidizing agent, and water until the surface of the insulating film is exposed, thereby insulating film And a step of forming a buried wiring layer flush with the surface thereof.

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(BPSG膜)、リン添加ガラス膜(PSG膜)等を用いることができる。   Examples of the insulating film include a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxide film and a silicon nitride film laminated thereon, a boron-added glass film (BPSG film), and a phosphorus-added glass film (PSG film). Etc. can be used.

前記Cu合金としては、例えばCu−Si合金、Cu−Al合金、Cu−Si−Al合金、Cu−Ag合金等を用いることができる。   As said Cu alloy, Cu-Si alloy, Cu-Al alloy, Cu-Si-Al alloy, Cu-Ag alloy etc. can be used, for example.

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。   The wiring material film made of Cu or Cu alloy is deposited by sputtering vapor deposition, vacuum vapor deposition or the like.

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。   It is preferable that the content of the organic acid in the polishing liquid and the content ratio of the organic acid and the oxidizing agent are in the same range as the above-described polishing liquid for copper-based metal.

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。   The polishing liquid is allowed to contain an alkaline agent that adjusts the pH to 9 to 14 in addition to the organic acid and the oxidizing agent. As such an alkali agent, for example, potassium hydroxide and quinoline are suitable.

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。   The polishing liquid is allowed to contain abrasive grains such as silica particles, alumina particles, cerium oxide particles, and zirconia particles in addition to the organic acid and the oxidizing agent. It is preferable that the average particle diameter and the addition amount of these abrasive grains are in the same range as described in the above-described copper-based metal polishing liquid.

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。   The polishing process using the polishing liquid is performed using, for example, the polishing apparatus shown in FIG.

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。 In the polishing process using the polishing apparatus shown in FIG. 1, the weight applied to the polishing pad with the substrate held by the substrate holder is appropriately selected according to the composition of the polishing liquid. For example, in a polishing liquid having a composition comprising an organic acid, an oxidizing agent, and water, the weight is preferably 200 to 2000 g / cm 2 . Further, in a polishing liquid having a composition containing abrasive grains such as silica particles, the load is preferably 150 to 1000 g / cm 2 .

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。   In the manufacture of the semiconductor device according to the present invention, it is allowed to form a barrier layer on the insulating film including the groove and / or opening on the semiconductor substrate before depositing the wiring material film. By forming such a barrier layer on the insulating film including the groove and / or opening, a buried wiring layer surrounded by the barrier layer is formed by depositing and etching back a wiring material film such as Cu. It becomes possible. As a result, it is possible to prevent contamination of the semiconductor substrate due to diffusion of Cu as a wiring material.

前記バリア層は、例えばTiN、Ti、Nb、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。   The barrier layer is made of, for example, TiN, Ti, Nb, W, or a CuTa alloy. Such a barrier layer preferably has a thickness of 15 to 50 nm.

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。   In the manufacture of the semiconductor device according to the present invention, based on a change in rotational torque of the table, a change in temperature of the polishing pad, or a change in pH of the polishing liquid supplied to the polishing pad in the polishing apparatus shown in FIG. It is allowed to detect the end point of the polishing process. Further, it is allowed to detect the end point of the polishing process based on the change in the rotational torque of the holder of the polishing apparatus shown in FIG. According to such a method, the end point of the polishing process can be easily detected. As a result, by using this end point detection, it is possible to reliably form a buried wiring layer flush with the surface of the insulating film.

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、さらにアミノ酢酸およびアミド硫酸から選ばれる少なくとも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。   In the semiconductor device manufacturing method according to the present invention described above, a groove and / or opening corresponding to a wiring layer is formed in an insulating film on a semiconductor substrate, and the insulating film including the groove and / or opening is formed on the insulating film. A polishing liquid containing a wiring material film made of Cu or Cu alloy and further containing at least one organic acid selected from aminoacetic acid and amidosulfuric acid, an oxidizing agent and water, and the polishing apparatus shown in FIG. The wiring material film is polished until the surface of the insulating film is exposed. As described above, the polishing liquid hardly etches the Cu film or the Cu alloy film when dipping the Cu film or the Cu alloy film, and is several times to several tens of times between the dipping time and the polishing time. The etching rate difference is shown. As a result, in the polishing step, the wiring material film is sequentially polished from the surface thereof, so-called etch back is performed. Therefore, a buried wiring layer made of Cu or Cu alloy is formed in the groove and / or opening of the insulating film. It can be formed flush with the surface of the insulating film. Further, the wiring layer after the etch-back process is brought into contact with the polishing liquid, but an oxide layer is formed on the exposed surface of the wiring layer, so that the wiring layer can be prevented from being etched by the oxide layer. . Therefore, a semiconductor device having a highly accurate embedded wiring layer and a flat surface can be manufactured.

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。   Further, by adjusting the pH of the polishing liquid to 9 to 14 with an alkaline agent such as potassium hydroxide, the amount of organic acid such as aminoacetic acid contained in the polishing liquid can be increased even after the etch-back step. Etching of the wiring layer can be prevented by an oxide film having a high etching barrier property formed on the surface thereof. In addition, by increasing the content of the organic acid in the polishing liquid, it is possible to increase the polishing speed of the wiring material film, and as a result, it is possible to shorten the etch back time.

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。   Furthermore, since the polishing rate of the wiring material layer can be improved by using a polishing liquid to which polishing abrasive grains such as silica particles are added, the etch back time can be shortened. In addition, since the generation of cracks and scratches in the wiring material film can be suppressed in the etch back process, a highly reliable embedded wiring layer can be formed in the groove and / or opening of the insulating film.

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銅または銅合金からなる配線材料膜を堆積する工程と、
アミノ酢酸およびアミド硫酸から選ばれる少なくとも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その表面と面一の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。
Another method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a groove and / or an opening corresponding to the shape of the wiring layer in an insulating film on a semiconductor substrate;
Depositing a wiring material film made of copper or a copper alloy on the insulating film including the groove and / or the opening; and
Polishing the wiring material film with a polishing liquid containing at least one organic acid selected from aminoacetic acid and amidosulfuric acid, an oxidizing agent, and water until the surface of the insulating film is exposed, thereby insulating film Forming a buried wiring layer flush with the surface thereof,
And a step of treating the surface of the insulating film including the wiring layer with a dissolved ozone aqueous solution and further treating with a dilute hydrofluoric acid aqueous solution.

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(BPSG膜)、リン添加ガラス膜(PSG膜)等を用いることができる。   Examples of the insulating film include a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxide film and a silicon nitride film laminated thereon, a boron-added glass film (BPSG film), and a phosphorus-added glass film (PSG film). Etc. can be used.

前記Cu合金としては、例えばCu−Si合金、Cu−Al合金、Cu−Si−Al合金、Cu−Ag合金等を用いることができる。   As said Cu alloy, Cu-Si alloy, Cu-Al alloy, Cu-Si-Al alloy, Cu-Ag alloy etc. can be used, for example.

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。   The wiring material film made of Cu or Cu alloy is deposited by sputtering vapor deposition, vacuum vapor deposition or the like.

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。   It is preferable that the content of the organic acid and the content ratio of the organic acid and the oxidizing agent in the polishing liquid are in the same range as the above-described polishing liquid for copper-based metal.

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。   The polishing liquid is allowed to contain an alkaline agent that adjusts the pH to 9 to 14 in addition to the organic acid and the oxidizing agent. As such an alkali agent, for example, potassium hydroxide and quinoline are suitable.

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。   The polishing liquid is allowed to contain abrasive grains such as silica particles, alumina particles, cerium oxide particles, and zirconia particles in addition to the organic acid and the oxidizing agent. It is preferable that the average particle diameter and the addition amount of these abrasive grains are in the same range as described in the above-described copper-based metal polishing liquid.

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。   The polishing process using the polishing liquid is performed using the polishing apparatus shown in FIG.

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。 In the polishing process using the polishing apparatus shown in FIG. 1, the weight applied to the polishing pad with the substrate held by the substrate holder is appropriately selected according to the composition of the polishing liquid. For example, in a polishing liquid having a composition comprising an organic acid, an oxidizing agent, and water, the weight is preferably 200 to 2000 g / cm 2 . Further, in a polishing liquid having a composition containing abrasive grains such as silica particles, the load is preferably 150 to 1000 g / cm 2 .

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。   In manufacturing another semiconductor device according to the present invention, a barrier layer is allowed to be formed on the insulating film including the groove and / or opening on the semiconductor substrate before the wiring material film is deposited. By forming such a barrier layer on the insulating film including the groove and / or opening, a buried wiring layer surrounded by the barrier layer is formed by depositing and etching back a wiring material film such as Cu. It becomes possible. As a result, it is possible to prevent contamination of the semiconductor substrate due to diffusion of Cu as a wiring material.

前記バリア層は、例えばTiN、Ti、Nb、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。   The barrier layer is made of, for example, TiN, Ti, Nb, W, or a CuTa alloy. Such a barrier layer preferably has a thickness of 15 to 50 nm.

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。   In the manufacture of another semiconductor device according to the present invention, a change in rotational torque of the table, a change in temperature of the polishing pad, or a change in pH of the polishing liquid supplied to the polishing pad in the polishing apparatus shown in FIG. Based on this, it is allowed to detect the end point of the polishing process. Further, it is allowed to detect the end point of the polishing process based on the change in the rotational torque of the holder of the polishing apparatus shown in FIG. According to such a method, the end point of the polishing process can be easily detected. As a result, by using the end point detection, a buried wiring layer flush with the surface of the insulating film can be reliably formed.

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。   The dissolved ozone aqueous solution preferably has an ozone concentration of 0.1 to 25 ppm. If the ozone concentration of the dissolved ozone aqueous solution is less than 0.1 ppm, Cu or Cu alloy, which is a wiring material remaining on the insulating film, may be converted into an oxide, or contaminants such as organic substances may be oxidatively decomposed. It becomes difficult. The ozone concentration of the dissolved ozone aqueous solution is more preferably 5 to 25 ppm.

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。   The dilute hydrofluoric acid aqueous solution preferably has a hydrofluoric acid concentration of 0.05 to 20%. When the hydrofluoric acid concentration of the dilute hydrofluoric acid aqueous solution is less than 0.05%, it becomes difficult to effectively dissolve and remove the oxide of Cu or Cu alloy converted by the treatment with the dissolved ozone aqueous solution. On the other hand, if the concentration of hydrofluoric acid in the dilute hydrofluoric acid solution exceeds 20%, when a silicon oxide film is used as the insulating film, the oxide film may be dissolved and removed. More preferably, the dilute hydrofluoric acid aqueous solution has a hydrofluoric acid concentration of 0.1 to 5%.

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、さらにアミノ酢酸およびアミド硫酸から選ばれる少なくとも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。   In another method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention described above, a groove and / or an opening corresponding to a wiring layer is formed in an insulating film on a semiconductor substrate, and the insulating film including the groove and / or the opening is formed. A wiring material film made of Cu or a Cu alloy is deposited thereon, and further contains a polishing liquid containing at least one organic acid selected from aminoacetic acid and amidosulfuric acid, an oxidizing agent, and water, for example, the polishing shown in FIG. The wiring material film is polished using an apparatus until the surface of the insulating film is exposed. As described above, the polishing liquid hardly etches the Cu film or the Cu alloy film when dipping the Cu film or the Cu alloy film, and is several times to several tens of times between the dipping time and the polishing time. The etching rate difference is shown. As a result, in the polishing step, the wiring material film is sequentially polished from the surface thereof, so-called etch back is performed. Therefore, a buried wiring layer made of Cu or Cu alloy is formed in the groove and / or opening of the insulating film. It can be formed flush with the surface of the insulating film. Further, the wiring layer after the etch-back process is brought into contact with the polishing liquid, but an oxide layer is formed on the exposed surface of the wiring layer, so that the wiring layer can be prevented from being etched by the oxide layer. .

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。   Furthermore, by treating the surface of the insulating film including the wiring layer after the etch back step with a dissolved ozone aqueous solution, the fine wiring material remaining on the insulating film, that is, converting Cu or Cu alloy into an oxide, It can oxidize and decompose pollutants such as organic matter. By treating with a dilute hydrofluoric acid solution after the treatment with such a dissolved ozone aqueous solution, the oxide of Cu or Cu alloy and the oxidative decomposition product of the contaminant can be easily dissolved and removed on the insulating film.

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。   Therefore, it is possible to manufacture a semiconductor device having a highly accurate embedded wiring layer, a flat surface, and a clean surface from which organic substances and residual wiring material on the surface of the insulating film are removed.

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。   Further, by adjusting the pH of the polishing liquid to 9 to 14 with an alkaline agent such as potassium hydroxide, the amount of organic acid such as aminoacetic acid contained in the polishing liquid can be increased even after the etch-back step. Etching of the wiring layer can be prevented by an oxide film having a high etching barrier property formed on the surface thereof. In addition, by increasing the content of the organic acid in the polishing liquid, it is possible to increase the polishing speed of the wiring material film, and as a result, it is possible to shorten the etch back time.

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。   Furthermore, since the polishing rate of the wiring material layer can be improved by using a polishing liquid to which polishing abrasive grains such as silica particles are added, the etch back time can be shortened. In addition, since the generation of cracks and scratches in the wiring material film can be suppressed in the etch back process, a highly reliable embedded wiring layer can be formed in the groove and / or opening of the insulating film.

以下、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.

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1000nmのSiO2 膜22を堆積した後、前記SiO2 膜22にフォトエッチング技術により配線層に相当する形状を有する深さ500nmの複数の溝23を形成した。つづいて、図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。
Example 1
First, as shown in FIG. 8A, a SiO 2 film 22 having a thickness of, for example, 1000 nm as an interlayer insulating film is formed by CVD on a silicon substrate 21 on which diffusion layers such as source and drain (not shown) are formed on the surface. After the deposition, a plurality of grooves 23 having a depth of 500 nm and having a shape corresponding to the wiring layer were formed in the SiO 2 film 22 by a photoetching technique. Subsequently, as shown in FIG. 8B, a barrier layer 24 made of TiN having a thickness of 15 nm and a Cu film 25 having a thickness of 600 nm are formed in this order on the SiO 2 film 22 including the groove 23 by sputtering deposition. Deposited.

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/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。 Next, the substrate 21 shown in FIG. 8B is held upside down on the substrate holder 5 of the polishing apparatus shown in FIG. 1 described above, and the substrate is supported on the load table on the turntable 1 by the support shaft 4 of the holder 5. Product name made by Nitta Co .; a polishing pad 2 made of SUBA800 is given a load of 300 g / cm 2 , and the polishing liquid is supplied from the supply pipe 3 while rotating the turntable 1 and the holder 5 in directions opposite to each other at a speed of 100 ppm. The Cu film 25 and the barrier layer 24 supplied to the polishing pad 2 at a rate of 20 ml / min and deposited on the substrate 21 were polished until the surface of the SiO 2 film 22 was exposed. Here, the polishing liquid is composed of pure water containing 0.1% by weight of aminoacetic acid, 13.0% by weight of hydrogen peroxide and 8% by weight of silica powder having an average particle size of 0.04 μm. On the other hand, a hydrogen peroxide of 130 was used. In the polishing step, the polishing liquid has an etching rate of zero when in contact with the Cu film, and the polishing rate at the time of polishing with the polishing pad is about 77 nm / min. It was. For this reason, in the polishing process, the convex Cu film 25 shown in FIG. 8B is preferentially polished from the surface in mechanical contact with the polishing pad, and the exposed barrier layer 24 is further polished. Etchback was done. As a result, as shown in FIG. 8C, the barrier layer 24 remains only in the groove 23 and the groove 23 covered with the barrier layer 24 is flush with the surface of the SiO 2 film 22. A Cu wiring layer 26 was formed. Further, after the weight applied to the polishing pad 2 by the holder 5 of the polishing apparatus is released and the rotation of the turntable 1 and the holder 5 is stopped, the etching is performed even if the Cu wiring layer 26 comes into contact with the polishing liquid. Did not progress.

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pH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。 Further, in the polishing process (etchback process) by the polishing apparatus of FIG. 1 described above, the polishing liquid was sequentially collected from the polishing pad, and the change in pH was measured with a pH meter. FIG. 9 shows the pH change of the polishing liquid with respect to the polishing time. As is apparent from FIG. 9, the pH decreases once after the substrate is loaded by the holder and then increases again. When this pH rises, for example, when 8 minutes have elapsed after the start of weighting, the etching end point was determined. By setting the etch-back time by such endpoint detection, said SiO 2 layer 22 flush with the surface of buried Cu wiring layer 26 can be reproducibly formed in the groove 23 of the SiO 2 film 22.

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。 In the polishing process (etchback process) by the polishing apparatus of FIG. 1 described above, the temperature change of the polishing pad and the voltage change of the drive motor of the turntable were measured by the temperature sensor. FIG. 10 shows the temperature change of the polishing pad with respect to the polishing time, and FIG. 11 shows the voltage change of the drive motor with respect to the polishing time. In FIG. 10 showing the temperature change, the temperature of the polishing pad rises to a constant temperature immediately after the start of weighting, and the temperature rises again. The time when this temperature rise occurred was regarded as the etching end point. In FIG. 11 showing the voltage change, immediately after the start of weighting, the voltage of the drive motor of the turntable rises to a constant voltage, and the voltage rises again. The time when this voltage increased was regarded as the etching end point. By setting the etch-back time by such endpoint detection, the SiO 2 film 22 flush with the surface of buried Cu wiring layer in the groove 23 in the case of pH measurement in the same manner as the SiO 2 film 22 of the polishing liquid as described above 26 could be formed with good reproducibility.

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。 Further, the substrate after the formation of the buried wiring layer was treated by immersing it in a dissolved ozone aqueous solution having an ozone concentration of 0.001% for 3 minutes, and then immersed in a dilute hydrofluoric acid aqueous solution having a hydrofluoric acid concentration of 10% for 90 seconds. . FIG. 12 is a spectrum diagram analyzed by XPS, the solid line is the surface spectrum immediately after the formation of the Cu wiring layer, the dotted line is the spectrum of the Cu wiring layer surface after treatment with the dissolved ozone aqueous solution, and the one-dot chain line is after the dilute hydrofluoric acid treatment Of the Cu wiring layer surface. As is apparent from FIG. 12, when the substrate after wiring formation is immersed in a dissolved ozone aqueous solution and processed, the signal of metal Cu seen immediately after the wiring formation disappears as shown by the dotted line, and the surface of the Cu wiring layer is oxidized. You can see that it has changed. Thereafter, when treated with a dilute hydrofluoric acid aqueous solution, the CuO signal seen in the treatment of the dissolved ozone aqueous solution disappeared as shown by the dashed line, and it can be seen that pure Cu was exposed on the surface of the Cu wiring layer. By treating with the dissolved ozone aqueous solution in this way, organic substances such as aminoacetic acid remaining on the surface of the SiO 2 film 22 and the like can be decomposed, and Cu remaining in the SiO 2 film 22 can be converted into an oxide. The decomposition product of organic matter and Cu oxide generated by the treatment with the dissolved ozone aqueous solution can be removed by the subsequent treatment with the dilute hydrofluoric acid aqueous solution, and also produced on the surface of the Cu wiring layer 26 by contact with the polishing liquid. The Cu oxide layer can also be removed. As a result, the surface of the SiO 2 film 22 can be cleaned, and pure Cu can be exposed on the surface of the Cu wiring layer 26.

したがって、実施例1によれば前記SiO2 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できた。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。 Therefore, it is possible to form the Cu wiring layer 26 buried with the depth in the groove 23 and the same thickness of the SiO 2 film 22 according to the first embodiment in the SiO 2 film 22 flush with the surface of the wiring The surface of the substrate 21 after the formation of the layer 26 could be planarized. Further, after the formation of the Cu wiring layer 26, the treatment of the dissolved ozone aqueous solution and the treatment of the dilute hydrofluoric acid aqueous solution are performed to clean the surface of the SiO 2 film 22 and to form an oxide layer serving as a resistance component generated by oxidation of the polishing liquid. Since the removal is performed, it is possible to manufacture a highly reliable semiconductor device having an embedded Cu wiring layer having a low resistance inherent in Cu.

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SiO2 膜表面と面一に形成することができた。 In Example 1, the polishing liquid used was pure water containing 0.86% by weight of amidosulfuric acid, 30% by weight of hydrogen peroxide, and 8% by weight of silica powder having an average particle size of 0.09 μm. as in example 1, it was possible to form a wiring layer embedded in the groove of the interlayer insulating SiO 2 film on the insulating SiO 2 film surface flush.

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21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 4 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 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500nm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 4 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。
Example 2
First, as shown in FIG. 13A, a SiO 2 film 22 having a thickness of, for example, 800 nm and a Si film having a thickness of 200 nm are formed on a silicon substrate 21 having a diffusion layer such as a source and drain (not shown) formed on the surface by CVD. After the 3 N 4 film 27 is deposited in this order to form an interlayer insulating film, the Si 3 N 4 film 27 and the SiO 2 film 22 have a shape corresponding to the wiring layer by a photoetching technique with a depth of 500 nm. A plurality of grooves 23 were formed. Subsequently, as shown in FIG. 13B, a barrier layer 24 made of TiN having a thickness of 15 nm and a Cu film 25 having a thickness of 600 nm are formed on the Si 3 N 4 film 27 including the groove 23 by sputtering deposition. Deposited in order.

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Si3 4 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、図13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。 Next, the substrate 21 shown in FIG. 13B is held upside down on the substrate holder 5 of the polishing apparatus shown in FIG. 1 and the substrate is supported by the support shaft 4 of the holder 5 under the trade name of Rodel Nitta. ; the polishing pad 2 consisting of SUBA800 give a load of 300 g / cm 2, the rate of the while rotating in opposite directions the turntable 1 and the holder 5 at a rate of 100ppm respectively, 20 ml / min polishing liquid from the supply pipe 3 Then, the Cu film 25 and the barrier layer 24 supplied to the polishing pad 2 and deposited on the substrate 21 were polished until the surface of the Si 3 N 4 film 27 was exposed. Here, the polishing liquid is composed of pure water containing 0.1% by weight of aminoacetic acid, 13.0% by weight of hydrogen peroxide and 8% by weight of silica powder having an average particle size of 0.04 μm. On the other hand, a hydrogen peroxide of 130 was used. In the polishing step, the polishing liquid has an etching rate of zero when in contact with the Cu film, and the polishing rate at the time of polishing with the polishing pad is about 77 nm / min. It was. For this reason, the convex Cu film 25 shown in FIG. 13B is polished preferentially from the surface that is in mechanical contact with the polishing pad, and the exposed barrier layer 24 is further polished so-called etch back. Was made.

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 4 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。 As a result, as shown in FIG. 13C, the barrier layer 24 remains only in the groove 23 and is flush with the surface of the Si 3 N 4 film 27 in the groove 23 covered with the barrier layer 24. A buried Cu wiring layer 26 was formed. Further, after the weight applied to the polishing pad 2 by the holder 5 of the polishing apparatus is released and the rotation of the turntable 1 and the holder 5 is stopped, the etching is performed even if the Cu wiring layer 26 comes into contact with the polishing liquid. Did not progress.

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 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。 Further, in the polishing process using a polishing liquid containing the silica particles as polishing abrasive grains, the interlayer insulating film is formed of the Si 3 N 4 film 27 having excellent polishing resistance on the surface side, so the etch back process It was possible to suppress film loss at the same time. For this reason, the semiconductor device provided with the interlayer insulation film which has a favorable dielectric strength voltage was able to be manufactured.

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21上にCVD法により層間絶縁膜としての例えば厚さ1000nmのSi3 4 膜27を堆積した後、前記Si3 4 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 4 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。
Example 3
First, as shown in FIG. 14A, a Si 3 N 4 film having a thickness of, for example, 1000 nm as an interlayer insulating film is formed by CVD on a silicon substrate 21 on which diffusion layers such as source and drain (not shown) are formed on the surface. After depositing 27, a plurality of grooves 23 having a depth of 500 nm and having a shape corresponding to the wiring layer were formed in the Si 3 N 4 film 27 by a photoetching technique. Subsequently, as shown in FIG. 14B, a Cu film 25 having a thickness of 600 nm was deposited on the Si 3 N 4 film 27 including the groove 23 by sputtering deposition.

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を前記Si3 4 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。 Next, the substrate 21 shown in FIG. 14B is held upside down on the substrate holder 5 of the polishing apparatus shown in FIG. 1 and the substrate is supported by the support shaft 4 of the holder 5 under the trade name of Rodel Nitta. ; the polishing pad 2 consisting of SUBA800 give a load of 400 g / cm 2, the rate of the while rotating in opposite directions the turntable 1 and the holder 5 at a rate of 100ppm respectively, 20 ml / min polishing liquid from the supply pipe 3 The Cu film 25 supplied to the polishing pad 2 and deposited on the substrate 21 was polished until the surface of the Si 3 N 4 film 27 was exposed. Here, the polishing liquid comprises pure water containing 0.9% by weight of aminoacetic acid, 22.0% by weight of hydrogen peroxide and 3.7% by weight of potassium hydroxide, and is peroxidized with respect to aminoacetic acid 1 by weight. A pH of 10.5 with about 24 hydrogen was used. In the polishing step, the polishing liquid has an etching rate of zero when in contact with the Cu film, and the polishing rate at the time of polishing with the polishing pad is about 220 nm / min. It was. Therefore, the convex Cu film 25 shown in FIG. 14B is so-called etched back that is preferentially polished from the surface that is in mechanical contact with the polishing pad.

その結果、図14の(C)に示すように前記溝23内に前記Si3 4 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。 As a result, a buried Cu wiring layer 26 flush with the surface of the Si 3 N 4 film 27 was formed in the groove 23 as shown in FIG. Further, after the weight applied to the polishing pad 2 by the holder 5 of the polishing apparatus is released and the rotation of the turntable 1 and the holder 5 is stopped, the etching is performed even if the Cu wiring layer 26 comes into contact with the polishing liquid. Did not progress.

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 4 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。 Further, the interlayer insulating film 27 having the groove 23 in which the embedded Cu wiring layer 26 is formed is made of Si 3 N 4 having excellent Cu diffusion barrier properties. As a result, Cu does not diffuse from the Cu wiring layer 26 to the silicon substrate 21 through the interlayer insulating film. Therefore, the contamination of the silicon substrate 21 can be achieved without forming a barrier layer such as TiN on the inner surface of the groove 23. Could be avoided.

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33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。
Example 4
First, as shown in FIG. 15A, a SiO 2 film 33 having a thickness of, for example, 1000 nm as a first interlayer insulating film is formed by CVD on a p-type silicon substrate 32 having an n + -type diffusion layer 31 formed on the surface. Then, a via hole 34 was formed in the SiO 2 film 33 corresponding to the diffusion layer 31 by a photoetching technique. Subsequently, as shown in FIG. 15B, a barrier layer 35 made of TiN having a thickness of 20 nm is deposited on the SiO 2 film 33 including the via hole 34 by sputtering, and then the thickness of 1100 nm is deposited by sputtering. A Cu film 36 was deposited.

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0.04μm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35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SiO2 膜33表面を清浄化した。 Next, the substrate 32 shown in FIG. 15B is held upside down in the holder 5 of the polishing apparatus shown in FIG. 1 described above, and the substrate is supported by the support shaft 4 of the holder 5 under the trade name of Rodel Nitta Co .; giving a load of 300 g / cm 2 to the polishing pad 2 consisting of SUBA800, the turntable 1 and the holder 5 is rotated in the opposite directions at a rate of 100ppm respectively, the polishing liquid from the supply pipe 3 20 ml / min of rate The Cu film 36 and the barrier layer 35 supplied to the polishing pad 2 and deposited on the substrate 32 were polished until the surface of the SiO 2 film 33 was exposed. Here, the polishing liquid comprises pure water containing 0.2% by weight of aminoacetic acid, 20.0% by weight of hydrogen peroxide, and 10% by weight of silica powder having an average particle size of 0.04 μm. On the other hand, a hydrogen peroxide of 100 was used. In the polishing step, the polishing liquid has an etching rate of zero when in contact with the Cu film, and the polishing rate at the time of polishing with the polishing pad is about 70 nm / min. It was. For this reason, the convex Cu film 36 shown in FIG. 15B is preferentially polished from the surface that is in mechanical contact with the polishing pad, and the exposed barrier layer 35 is further polished so-called etch back. Was made. As a result, as shown in FIG. 15C, the barrier layer 35 remains only in the via hole 34, and the via hole 34 covered with the barrier layer 35 has a Cu that is flush with the surface of the SiO 2 film 33. A via fill 37 made of was formed. In addition, after the weight applied to the polishing pad 2 by the holder 5 of the polishing apparatus is released and the rotation of the turntable 1 and the holder 5 is stopped, the etching proceeds even if the via fill 37 comes into contact with the polishing liquid. I never did. Subsequently, the substrate after the formation of the via fill 37 is treated by immersing in a dissolved ozone aqueous solution having an ozone concentration of 0.002% for 3 minutes, and then immersed in a dilute hydrofluoric acid aqueous solution having a hydrofluoric acid concentration of 5% for 9 seconds. As a result, the surface of the SiO 2 film 33 was cleaned.

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Si3 4 膜38を堆積した後、前記Si3 4 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 4 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。 Next, as shown in FIG. 16D, after depositing a Si 3 N 4 film 38 having a thickness of, for example, 800 nm as a second interlayer insulating film on the SiO 2 film 33 including the via fill 37 by a CVD method, A plurality of grooves 39 having a depth of 400 nm and having a shape corresponding to a wiring layer were formed in the Si 3 N 4 film 38 by a photoetching technique. Further, a through hole 40 was formed in the groove 39 located on the via fill 37 by a photoetching technique. Subsequently, as shown in FIG. 16E, a Cu film 41 having a thickness of 900 nm was deposited on the Si 3 N 4 film 38 including the groove 39 and the through hole 40 by sputtering deposition.

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100ppm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 4 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 4 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。 Next, the substrate 32 shown in FIG. 16 (E) is held upside down on the substrate holder 5 of the polishing apparatus shown in FIG. 1 and the substrate is supported by the support shaft 4 of the holder 5 under the trade name of Rodel Nitta. ; the polishing pad 2 consisting of SUBA800 give a load of 300 g / cm 2, while rotating the turntable 1 and the holder 5 in opposite directions at 100ppm rate of each, similar to that used in the etch-back step described above A polishing liquid having a composition was supplied from the supply pipe 3 to the polishing pad 2 at a rate of 20 ml / min, and the Cu film 41 deposited on the substrate 32 was polished until the surface of the Si 3 N 4 film 38 was exposed. As a result, the convex Cu film 41 shown in FIG. 16E was so-called etched back that is preferentially polished from the surface that is in mechanical contact with the polishing pad. By such etch back, a buried Cu wiring layer 42 flush with the surface of the Si 3 N 4 film 38 was formed in the groove 39 as shown in FIG. At the same time, a buried Cu wiring layer 42 connected to the via fill 37 through the through hole 40 was formed. Further, after the weight applied to the polishing pad 2 by the holder 5 of the polishing apparatus is released and the rotation of the turntable 1 and the holder 5 is stopped, the etching is performed even if the Cu wiring layer 42 comes into contact with the polishing liquid. Did not progress.

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33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。   Therefore, according to the fourth embodiment, the first and second interlayer insulating films 33 and 39 are provided, and a via fill 37 that is flush with the surface of the first interlayer insulating film 33 is formed. In addition, a semiconductor device having a multilayer wiring structure in which a Cu wiring layer 42 flush with the surface thereof is formed and the surface is flattened can be manufactured.

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。Schematic which shows the polishing apparatus used for the grinding | polishing process of this invention. 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。The amount of hydrogen peroxide in a polishing liquid composed of 0.1% by weight aminoacetic acid, hydrogen peroxide and water, the etching rate of the Cu film when immersed in the polishing liquid, and the polishing rate of the Cu film during polishing The characteristic view which shows the relationship. 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。Sectional drawing which shows the state at the time of grind | polishing using a polishing apparatus, when Cu film | membrane which has an unevenness | corrugation is immersed in the polishing liquid of the composition which consists of aminoacetic acid, hydrogen peroxide, and water. 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。The spectrum figure by XPS of the Cu film | membrane surface after immersion of the polishing liquid of this invention and after a grinding | polishing process before a process. 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。The amount of hydrogen peroxide in a polishing liquid composed of 0.9% by weight of aminoacetic acid, hydrogen peroxide and water, the etching rate of the Cu film when immersed in the polishing liquid, and the polishing rate of the Cu film during the polishing process The characteristic view which shows the relationship. 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。Characteristic showing the relationship between the amount of hydrogen peroxide in a polishing liquid composed of amidosulfuric acid, hydrogen peroxide and water, the etching rate of the Cu film when immersed in the polishing liquid, and the polishing rate of the Cu film during polishing Figure. 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。The characteristic view which shows pH of the polishing liquid of this invention, and the thickness change of the oxide layer produced | generated on the Cu film | membrane surface. 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。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device in Example 1 of this invention. 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。The characteristic view which shows the pH change of the polishing liquid in the grinding | polishing process (etch-back process) of Example 1. FIG. 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。The characteristic view which shows the temperature change of polishing cloth in the grinding | polishing process (etch-back process) of Example 1. FIG. 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。The characteristic view which shows the voltage change of the drive motor of the turntable in the grinding | polishing process (etch-back process) of Example 1. FIG. 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。The spectrum figure obtained by XPS analysis of the surface immediately after Cu wiring layer formation in Example 1 of this invention, the Cu wiring layer surface after ozone treatment, and the Cu wiring layer surface after dilute hydrofluoric acid treatment. 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。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device in Example 2 of this invention. 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。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device in Example 3 of this invention. 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。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device in Example 4 of this invention. 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。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor device in Example 4 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…ターンテーブル、2…研磨パッド、3…供給管、5…ホルダ、11、21、32…シリコン基板、12、25、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。 1 ... turntable 2 ... polishing pad, 3 ... supply pipe, 5 ... holder, 11,21,32 ... silicon substrate, 12,25,36,41 ... Cu film, 13 ... oxide layer, 22 and 33 ... SiO 2 Film, 23, 39 ... groove, 24, 35 ... barrier layer, 26, 42 ... Cu wiring layer, 37 ... via fill.

Claims (10)

アミド硫酸と過酸化水素と水とを含有する銅系金属用研磨液であって、
前記アミド硫酸は、前記研磨液中に0.01〜10重量%の量で含有され、かつ前記アミド硫酸と前記過酸化水素の含有比率は重量割合で前記アミド硫酸1に対して前記過酸化水素が20以上であることを特徴とする銅系金属用研磨液。
A polishing liquid for copper-based metals containing amidosulfuric acid, hydrogen peroxide and water,
The amide sulfuric acid, the is contained in an amount of in the polishing liquid 0.01 to 10 wt%, and the hydrogen peroxide relative to the amide acid 1 content ratio of the said amide acid hydrogen peroxide in a weight ratio The polishing liquid for copper-based metals, characterized in that is 20 or more.
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記載の銅系金属用研磨液。   Furthermore, the alkali agent for adjusting pH to 9-14 contains, The polishing liquid for copper-type metals of Claim 1 characterized by the above-mentioned. さらに研磨砥粒を含有することを特徴とする請求項1または2記載の銅系金属用研磨液。   The polishing slurry for copper-based metals according to claim 1 or 2, further comprising abrasive grains. 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3記載の銅系金属用研磨液。   The said polishing abrasive is at least 1 sort (s) chosen from a silica, a zirconia, a cerium oxide, and an alumina, The polishing liquid for copper-type metals of Claim 3 characterized by the above-mentioned. 前記研磨砥粒は、前記研磨液中に1〜14重量%の量で含有されることを特徴とする請求項3または4記載の銅系金属用研磨液。   The said polishing abrasive is contained in the said polishing liquid in the quantity of 1-14 weight%, The polishing liquid for copper type metals of Claim 3 or 4 characterized by the above-mentioned. 銅膜または銅合金膜が成膜された基板を基板ホルダに保持し、この基板の銅膜または銅合金膜をターンテーブルに設けられた研磨パッドに押圧し、前記ターンテーブルおよび前記基板ホルダを回転するとともに、前記研磨パッドと前記基板の銅膜または銅合金膜との間に研磨液を供給する銅系金属の研磨方法であって、
前記研磨液は、アミド硫酸と過酸化水素と水とを含有し、
前記アミド硫酸は、前記研磨液中に0.01〜10重量%の量で含有され、かつ前記アミド硫酸と前記過酸化水素の含有比率は重量割合で前記アミド硫酸1に対して前記過酸化水素が20以上であること特徴とする銅系金属の研磨方法。
A substrate on which a copper film or a copper alloy film is formed is held by a substrate holder, the copper film or copper alloy film of this substrate is pressed against a polishing pad provided on the turntable, and the turntable and the substrate holder are rotated. And a polishing method for a copper-based metal that supplies a polishing liquid between the polishing pad and the copper film or copper alloy film of the substrate,
The polishing liquid contains amidosulfuric acid, hydrogen peroxide, and water,
The amide sulfuric acid, the is contained in an amount of in the polishing liquid 0.01 to 10 wt%, and the hydrogen peroxide relative to the amide acid 1 content ratio of the said amide acid hydrogen peroxide in a weight ratio A method for polishing a copper-based metal, characterized in that is 20 or more.
前記研磨液は、さらに研磨砥粒が含有されることを特徴とする請求項6記載の銅系金属の研磨方法。   The copper-based metal polishing method according to claim 6, wherein the polishing liquid further contains abrasive grains. 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記載の銅系金属の研磨方法。   The method for polishing a copper-based metal according to claim 7, wherein the polishing abrasive is at least one selected from silica, zirconia, cerium oxide, and alumina. 前記研磨砥粒は、前記研磨液中に1〜14重量%の量で含有されることを特徴とする請求項7または8記載の銅系金属の研磨方法。   The method for polishing a copper-based metal according to claim 7 or 8, wherein the abrasive grains are contained in the polishing liquid in an amount of 1 to 14% by weight. 前記研磨液は、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6ないし9いずれか記載の銅系金属の研磨方法。   The method for polishing a copper-based metal according to any one of claims 6 to 9, wherein the polishing liquid further contains an alkali agent for adjusting the pH to 9 to 14.
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