JP4555990B2 - 半導体金属膜用cmp研磨液および基体の研磨方法 - Google Patents
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CMPに用いられる金属用研磨液は、通常は固体砥粒及び酸化剤からなっており、先ず、酸化によって金属膜表面を酸化し、その酸化層を固体砥粒によって削り取ると考えられている。金属表面の凹部の酸化層では研磨パッドにあまり触れず、固体砥粒による削り取りの効果が及ばないので、CMPの進行とともに凸部の金属層が除去されて基体表面は平坦化される(非特許文献1参照)。
(1)溝部の銅合金薄膜近傍のTaNまたはTaのバリアメタルおよびSiO2が、それ以外のSiO2より深く削れる現象(Fang)が発生する。このFangは、配線の短絡の要因となりLSIの製造歩留まりを低下させる原因となる。
(i)電気泳動法により測定したゼータ電位が5mV以上であるシリカ粒子、酸化剤、金属表面に対する保護膜形成剤、酸および水を含有する半導体金属膜用CMP研磨液で、溝部に銅配線薄膜を形成した基体のTaNおよびSiO2を連続研磨すると、溝部の銅合金薄膜近傍のTaNおよびSiO2が、それ以外のSiO2より深く削れる現象(Fang)が抑制されたこと。
また、本発明は、あらかじめ溝を形成した基体(基板)上にバリアメタルを堆積し、更にこの溝に金属を埋め込む半導体デバイスの配線工程の後、バリアメタルを研磨除去したとき、金属配線上部に対する金属配線近傍のバリアメタルおよびSiO2の膜減り(Fang)量が20nm以下である前記記載の半導体金属膜用CMP研磨液に関する。
また、本発明は、半導体集積回路における導体埋め込み配線形成後に、前記研磨液を用いて、TaNまたはTaのバリアメタルを除去し、更に、バリアメタルの残渣を完全に除去するために、バリアメタルの下地のSiO2を研磨することを順に行うことを特徴とする基体の研磨方法に関する。
本発明で、削りとられる金属膜は、TaNまたはTaおよびこれらを積層した金属層を有する堆積膜からなる金属膜、並びにその下地のSiO2である。
研磨液1の調製
アンモニア水溶液中で、テトラエトキシシランの加水分解により製造したコロイダルシリカを6.0重量部、ベンゾトリアゾールを0.2重量部、サリチル酸を0.12重量部、シランカップリング剤を0.0025重量部、プロピレングリコール モノ プロピルエーテルを8.0重量部、純水を85.6775重量部取り、よく攪拌・混合した。次に、この混合液と過酸化水素(試薬特級、30%水溶液)とを99.80:0.20の重量比率で混合し、研磨液とした。この研磨液中の砥粒のゼータ電位をMALVERN社製のゼータ電位測定装置ZETASIZER3000HSAで測定した結果、7.8mVであった。
研磨液2の調製
アンモニア水溶液中で、テトラエトキシシランの加水分解により製造したコロイダルシリカを6.0重量部、ベンゾトリアゾールを0.2重量部、サリチル酸を0.12重量部、シランカップリング剤を0.0050重量部、プロピレングリコール モノ プロピルエーテルを8.0重量部、純水を85.6750重量部取り、よく攪拌・混合した。次に、この混合液と過酸化水素(試薬特級、30%水溶液)とを99.80:0.20の重量比率で混合し、研磨液とした。この研磨液中の砥粒のゼータ電位をMALVERN社製のゼータ電位測定装置ZETASIZER3000HSAで測定した結果、8.2mVであった。
研磨液3の調製
アンモニア水溶液中で、テトラエトキシシランの加水分解により製造したコロイダルシリカを6.0重量部、ベンゾトリアゾールを0.2重量部、サリチル酸を0.12重量部、シランカップリング剤を0.010重量部、プロピレングリコール モノ プロピルエーテルを8.0重量部、純水を85.67重量部取り、よく攪拌・混合した。次に、この混合液と過酸化水素(試薬特級、30%水溶液)とを99.80:0.20の重量比率で混合し、研磨液とした。この研磨液中の砥粒のゼータ電位をMALVERN社製のゼータ電位測定装置ZETASIZER3000HSAで測定した結果、12.7mVであった。
研磨液4の調製
アンモニア水溶液中で、テトラエトキシシランの加水分解により製造したコロイダルシリカを6.0重量部、ベンゾトリアゾールを0.2重量部、サリチル酸を0.12重量部、プロピレングリコール モノ プロピルエーテルを8.0重量部、純水を85.68重量部取り、よく攪拌・混合した。次に、この混合液と過酸化水素(試薬特級、30%水溶液)とを99.80:0.20の重量比率で混合し、研磨液とした。この研磨液中の砥粒のゼータ電位をMALVERN社製のゼータ電位測定装置ZETASIZER3000HSAで測定した結果、0.5mVであった。
研磨液5の調製
アンモニア水溶液中で、テトラエトキシシランの加水分解により製造したコロイダルシリカを6.0重量部、ベンゾトリアゾールを0.2重量部、サリチル酸を0.12重量部、シランカップリング剤を0.001重量部、プロピレングリコール モノ プロピルエーテルを8.0重量部、純水を85.6790重量部取り、よく攪拌・混合した。次に、この混合液と過酸化水素(試薬特級、30%水溶液)とを99.80:0.20の重量比率で混合し、研磨液とした。この研磨液中の砥粒のゼータ電位をMALVERN社製のゼータ電位測定装置ZETASIZER3000HSAで測定した結果、2.9mVであった。
研磨液6の調製
アンモニア水溶液中で、テトラエトキシシランの加水分解により製造したコロイダルシ リカを6.0重量部、ベンゾトリアゾールを0.2重量部、サリチル酸を0.12重量部、シランカップリング剤を0.005重量部、プロピレングリコール モノ プロピルエーテルを8.0重量部、純水を85.6750重量部取り、よく攪拌・混合した。次に、この混合液と過酸化水素(試薬特級、30%水溶液)とを99.80:0.20の重量比率で混合し、研磨液とした。この研磨液中の砥粒のゼータ電位をMALVERN社製のゼータ電位測定装置ZETASIZER3000HSAで測定した結果、4.3mVであった。
銅配線付き基体:表面のSiO2中に深さ0.5μmの溝を形成して、公知のスパッタ法によってバリア層として厚さ25nmのTaN膜を形成し、同様にスパッタ法により銅膜を形成して公知の熱処理によって埋め込み、溝部以外の銅膜を銅用研磨液を用いて公知のCMP法により研磨除去したシリコン基板。この基板の配線金属部幅100μm、絶縁膜部幅100μmが交互に並んだストライプ状パターン部の触針式段差計による表面形状から、絶縁膜部に対する銅配線金属部の膜減り(Dishing)量は、60nmであった。
研磨パッド:独立気泡を持つ発泡ポリウレタン樹脂を用いた。
研磨圧力:140gf/cm2
基体と研磨定盤との相対速度:100m/min
研磨時間:研磨後の絶縁膜部膜厚が、450nmとなるように、研磨時間を設定した。
Fang量:銅配線付き基体を用いて研磨を行い、触針式段差計で配線金属部幅100μm、絶縁膜部幅100μmが交互に並んだストライプ状パターン部の表面形状から、銅配線上部に対する銅配線近傍のTaNおよびSiO2の膜減り量をFang量とした。
(4)研磨結果
Claims (4)
- 基体としてSiO2を、バリアメタルとしてTa又はTaNを、配線材料として銅又は銅合金を含む金属を有する基板を研磨して埋め込み配線を形成するダマシン法において、
前記バリアメタルと、前記基体の一部を研磨するために用いられるCMP研磨液であって、
電気泳動法により測定したゼータ電位が8.2mV以上であるシリカ粒子、酸化剤、保護膜形成剤、酸、シランカップリング剤、及び水を含有するCMP研磨液。 - シランカップリング剤は、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−β(アミノエチル)γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、及びγ−アミノプロピルトリエトキシシランから選択される少なくとも一種を含有してなる請求項1に記載のCMP研磨液。
- 前記保護膜形成剤は、ベンゾトリアゾール(BTA)、ベンゾトリアゾール(BTA)誘導体、7−ヒドロキシ−5−メチル−(2,3a)−トリアゾロピリミジンから選択される少なくとも一種を含有してなる請求項1又は請求項2に記載のCMP研磨液。
- 研磨する膜を形成した基板を研磨定盤の研磨布に押し当て加圧し、請求項1〜3のいずれかに記載の半導体金属膜用CMP研磨液を研磨膜と研磨布との間に供給しながら、基板と研磨定盤を動かして研磨する膜を研磨する基板の研磨方法。
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