JPH07193034A - Polishing method - Google Patents

Polishing method

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JPH07193034A
JPH07193034A JP4431694A JP4431694A JPH07193034A JP H07193034 A JPH07193034 A JP H07193034A JP 4431694 A JP4431694 A JP 4431694A JP 4431694 A JP4431694 A JP 4431694A JP H07193034 A JPH07193034 A JP H07193034A
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JP
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polishing
film
polished
abrasive
abrasive particles
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Application number
JP4431694A
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Japanese (ja)
Inventor
Nobuo Hayasaka
Renpei Nakada
Haruo Okano
Yasutaka Sasaki
Hiroyuki Yano
錬平 中田
泰孝 佐々木
晴雄 岡野
伸夫 早坂
博之 矢野
Original Assignee
Toshiba Corp
株式会社東芝
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Abstract

PURPOSE:To suppress the occurrence of flaws and dishing on the surface by forming a film to be polished comprising metal so as to fill a recess part on a substrate having the recess part on the surface and polishing the film to be polished by using a polishing material so that the film to be polished is made to remain selectively in the recess part. CONSTITUTION:An SiO2 film 32 is formed on. a silicon substrate 31. Then, a carbon film 34 having the thickness of 50nm is formed on the entire surface on the SiO2 film 32. Thereafter, a groove for wiring is formed. Then, an Al film 33 is formed on the entire surface by a DC magnetron sputtering method. At this time, the thickness of the Al film 33 is set at the thickness larger than the step of the SiO2 film 32. Then, polishing is performed for the Al film 33, and the Al film 33 is mode to remain only in the groove. The polishing is performed under the state, wherein the diameter of the polishing particles is 100nm or less and the pH of the polishing liquid is 7.5 or more. When the diameter of the polishing particle is larger than 100nm and the pH of the polishing liquid is higher than 7.5, the chemical action in polishing becomes large, and clishing occurs.

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造技術の一つである研磨方法に関し、特に導体膜の研磨方法に関する。 The present invention relates to a relates to a polishing method which is one of semiconductor manufacturing technology, and more particularly to a polishing method of the conductive film.

【0002】 [0002]

【従来の技術】近年、コンピューターや通信機器の主要部分には、多数のトランジスタや抵抗等を1チップ上に集積化して形成した大規模集積回路(LSI)が多用されている。 In recent years, the major portion of the computers and communications equipment, large-scale integrated circuit formed by integrating a large number of transistors and resistors or the like on one chip (LSI) has been widely used. このため、これらの機器全体の性能は、LS Therefore, the whole of these devices performance, LS
I単体の性能に大きく影響される。 It is greatly affected by the I single performance. LSIの高集積化に伴い、様々な微細加工技術が開発されている。 With high integration of LSI, various microfabrication techniques have been developed. パターンの最小加工寸法は年々小さくなり、現在では既にサブミクロンのオーダーとなっている。 Pattern minimum feature size is reduced year by year, already the submicron order is now. そのような厳しい微細化の要求を満たすために開発されている技術の一つにC C One of the techniques that have been developed to meet the demands of such a severe fine
MP(ケミカルメカニカルポリッシング)技術がある。 MP (chemical mechanical polishing) technology there is.
この技術は、半導体装置の製造工程において、例えば層間絶縁膜の平坦化、プラグ形成、埋め込み金属配線形成、埋め込み素子分離等を行う際に必須となる技術である。 This technique, in a manufacturing process of a semiconductor device, for example, planarization of the interlayer insulating film, plug formation and buried metal interconnect formation, it is essential when performing embedding element isolation like techniques.

【0003】図19(A)〜19(G)は、従来のポリッシング技術を用いた埋め込み金属配線形成の一例を示す工程断面図である。 [0003] Figure 19 (A) ~19 (G) are process cross-sectional view showing the embedding example of a metal wiring formed using a conventional polishing technique. なお、同図においては、金属配線部分だけを示しており、絶縁膜2よりも下側の素子等の他の構造は全て省略してある。 In the figure shows only the metal wiring portion, the other structure of the element, such as lower than the insulating film 2 is omitted all. まず、図19(A)に示すように、シリコン基板等の半導体基板1上に絶縁膜2 First, as shown in FIG. 19 (A), insulating on the semiconductor substrate 1 such as a silicon substrate film 2
を形成し、絶縁膜2の表面を平坦化する。 Forming a planarized surface of the insulating film 2. 次いで、図1 Then, 1
9(B)に示すように、通常のフォトリソグラフィー法およびエッチング法により、絶縁膜2に配線用の溝、あるいは接続配線用の開口部を形成する。 As shown in 9 (B), by conventional photolithography and etching, trenches for wiring in an insulating film 2, or to form an opening portion of the connection wire. 次いで、図19 Then, as shown in FIG. 19
(C)に示すように、この絶縁膜2に形成された溝の深さを超える厚さの配線用金属膜3を形成する。 As shown in (C), a wiring metal film 3 having a thickness of greater than the depth of the groove this is formed in the insulating film 2. この場合、絶縁膜2と配線用金属膜3との間の相互拡散あるいは反応を防止するために、両者の間にバリアメタル膜を形成してもよい。 In this case, in order to prevent interdiffusion or reaction between the insulating film 2 and the wiring metal film 3 may be formed a barrier metal film therebetween.

【0004】次いで、溝もしくは開口部のみに配線用金属膜3を残存させるために、配線用金属膜3にアルミナ粒子等を研磨粒子としてポリッシング処理を施す。 [0004] Then, in order to leave the wiring metal film 3 only on the groove or opening, subjected to polishing process to the wiring metal film 3 as a polishing particles alumina particles and the like. この場合、配線用金属膜3の上または下に耐研磨性膜として配線用金属膜3に対して研磨速度選択比の大きな材質の膜を形成してもよい。 In this case, it may be formed a film of great material of the polishing rate selectivity relative to the wiring metal film 3 above or below the wiring metal film 3 as the abrasion resistant film.

【0005】次いで、和田らの方法(特願平4−065 [0005] Next, Wada et al. (Japanese Patent Application No. 4-065
781号明細書、同4−212380明細書、同4−2 781 Pat, the 4-212380 specification, the same 4-2
69202号明細書、同5−67410号明細書)のように、配線用金属膜として多結晶のAl膜を用い、図1 69,202 Pat, as in the same 5-67410 Pat), an Al film of polycrystalline as a wiring metal film, FIG. 1
9(C)に示す状態から真空中において連続的にアニール処理を施して図19(D)に示すように、溝部内においてAlを単結晶化させると共に、Al膜を絶縁膜2の凸部(溝が形成されていない部分)に分離残存させ、図19(E)に示すように、その後ポリッシング処理により残存したAl膜を除去する。 9 As from the state shown in (C) is subjected to continuous annealing in vacuum is shown in FIG. 19 (D), causes the single crystal of Al in the groove, Al film convex portion of the insulating film 2 ( grooves separated remaining portion) is not formed, as shown in FIG. 19 (E), to remove the Al film remaining by subsequent polishing process.

【0006】ポリッシング処理後の理想的な形状は、図19(E)に示すように、溝部にのみに配線用金属膜3 [0006] The ideal shape after polishing process, Figure 19 (E), the metal film wires only in the groove 3
が残存し、表面に傷や不純物の無い状態で金属配線(接続配線)が形成され、凸部には配線用金属膜3が全く存在せず、絶縁膜2の表面と配線用金属膜3の表面が同一平面となっているものである。 There remains, surface metal interconnection in the absence of scratches and impurities (connection wirings) are formed on, without any presence of the wiring metal film 3 on the protruding portion, the wiring metal film 3 and the surface of the insulating film 2 surface is intended to have the same plane.

【0007】しかしながら、実際のポリッシング工程では、配線用金属膜3の被研磨面と研磨粒子との間あるいは被研磨面と研磨剤を保持するパッドとの間におけるメカニカルな作用によって、配線用金属膜表面に傷がついて表面が粗くなったり、配線用金属膜3に研磨粒子が埋め込まれたり残留したりする。 However, in an actual polishing process, by a mechanical action between the pads Retain or polished surface and the polishing agent of the polished surface of the wiring metal film 3 and the abrasive particles, the wiring metal film or roughened surface is scratched surface, abrasive particles wiring metal film 3 or residual or embedded. また、図19(F)に示すように、溝や開口部に埋め込まれた配線用金属膜4、 Further, FIG. 19 as shown in (F), wiring metal film 4 buried in the groove and openings,
特に幅が広い領域では中心部の厚さが薄くなるディッシングという現象が生じる。 In particular phenomenon dishing thickness of the central portion is thinner occurs width in a wide region. くなる。 Kunar. このディッシングの現象が生じると、そこに研磨粒子が残留し易くなる。 Symptom of dishing, the abrasive particles are likely to remain there. 例えば、配線用金属膜3の材料として、Al,Cuのような硬度が低く、延性のある金属を用いる場合、それらの傾向が顕著に現れる。 For example, as a material of the wiring metal film 3, Al, low hardness such as Cu, when using a metal with a ductile, their tendency appears remarkably. 配線用金属膜表面の傷やディッシングの発生、あるいは研磨粒子の残留等は、得られる配線の抵抗を増加させたり、断線を引き起こして、信頼性の低下や製品歩留りの低下を招く。 Residual like of the wiring generating surface of the metal film scratches and dishing, or abrasive particles or increase the resistance of the resulting wiring, causing disconnection, lowering the reduction and product yield of reliability.

【0008】配線用金属膜表面の傷やディッシングの発生を抑制できるポリッシング処理としては、例えば、被研磨膜がAl膜である場合、pH3以下の酸性水溶液にアルミナ粒子を分散させたスラリーを用いるという処理が挙げられる(Beyer et al,USP No.4944836)。 [0008] The occurrence of scratches and dishing of the wiring metal film surface as a polishing treatment can be suppressed, for example, when the film to be polished is Al film, of using a slurry prepared by dispersing alumina particles to pH3 following acidic aqueous solution processing, and the like (Beyer et al, USP No.4944836). しかしながら、このポリッシング処理では、Alに対するSi However, in this polishing process, Si to Al
2のポリッシング選択比(SiO 2 /Al)を充分に取ることができない。 O 2 polishing selection ratio (SiO 2 / Al) can not take the sufficiently. このため、埋め込み配線の形成する場合にこのポリッシング処理を適用すると、Al膜(配線用金属膜3)のポリッシングと同時に、SiO 2 Therefore, applying this polishing process when forming the embedded wiring, and polishing the Al film (wiring metal film 3) at the same time, SiO 2
膜(絶縁膜2)もポリッシングされてしまい、SiO 2 Film (insulating film 2) it will be polished, SiO 2
膜に形成された溝の深さが小さくなり、配線の寸法が小さくなってしまう問題がある。 Decreases the depth of the groove formed in the film, there is a problem that the size of the wiring is reduced. さらに、このポリッシング処理では、酸性水溶液を使用するため、研磨装置が腐食するという問題も生じる。 Furthermore, in this polishing process, to use the acidic aqueous solution, a problem that the polishing apparatus is corroded occur.

【0009】一方、研磨粒子を用いないで、アミンと過酸化水素水との混合溶液を用いたポリッシング処理により、アルミニウムのプラグを形成する方法が報告されている(IEDM 1992 p.976 Y.Hayashi et al)。 On the other hand, without using the abrasive particles, the polishing process using a mixed solution of an amine and hydrogen peroxide, a method of forming an aluminum plug has been reported (IEDM 1992 p.976 Y.Hayashi et al). この方法は、研磨粒子を使用していないために、研磨がほとんどケミカルに進み、アルミニウムには傷や粗れはほとんど発生しない。 This method, in order to not using the abrasive particles, the polishing is little proceeds to chemicals, scratches and Arare hardly occurs in aluminum. しかしながら、アルミニウムの混合溶液への溶解速度に対するアルミニウムのポリッシング速度の比(ポリッシング速度/溶解速度)が小さいため、ディッシングの発生が顕著になり、例えば、図19(D)に示す状態の試料にこのポリッシング処理を施すと、図1 However, since the ratio of the polishing rate of aluminum to the dissolution rate of the aluminum mixed solution of (polishing rate / dissolution rate) is small, dishing becomes remarkable, for example, this sample state shown in FIG. 19 (D) When subjected to the polishing process, Figure 1
9(G)に示すように、凸部に残存するAl膜(配線用金属膜3)が除去される前に、配線となる溝内のAl膜が消滅してしまうという問題がある。 As shown in 9 (G), before Al film remaining projection (wiring metal film 3) is removed, there is a problem that Al film of the wiring grooves disappear.

【0010】 [0010]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来の研磨方法を利用した埋め込み配線の形成では、配線表面に生じる傷(粗れ)、ディッシングを防止することができず、信頼性の高い配線を得るのが困難である。 As described above THE INVENTION An object you try solve] In the formation of the conventional polishing methods embedded using wires, (roughening) wounds caused to the wiring surface, it is impossible to prevent dishing, reliable it is difficult to obtain the wiring.

【0011】本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、実用上問題がない程度に配線表面に生じる傷(粗れ)およびディッシングの発生を抑制して研磨することができる研磨方法を提供することを目的とする。 [0011] The present invention has been made in view of these circumstances, a polishing method capable of polishing while suppressing the practical problem (roughening) wounds caused to the extent the interconnect surface no and dishing occurred an object of the present invention is to provide.

【0012】 [0012]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、研磨粒子の平均粒径および研磨液のpHと、被研磨体に発生する傷やディッシングとの関係に着目し、研磨粒子の平均粒径および研磨液のpHを所望の範囲内に規定することにより、被研磨体に傷およびディッシングを発生させることなく研磨できることを見出だした。 Means for Solving the Problems The present inventors have found that the pH of the average particle size and the polishing liquid of the abrasive particles, by focusing on the relationship between the scratches and dishing which occurs on the polished body, the average particle size of the abrasive particles and by defining the pH of the polishing liquid in the desired range, we have found that can be polished without causing scratches and dishing on the polished body.

【0013】すなわち、本発明は、表面に凹部を有する基板上に少なくとも前記凹部を充填するように金属からなる被研磨膜を形成する工程と、研磨粒子および溶媒を含むpH7.5以上の研磨剤を用いて前記被研磨膜を研磨して前記凹部内に前記被研磨膜を選択的に残存させる工程とを具備することを特徴とする研磨方法を提供する。 [0013] Namely, the present invention includes the steps of forming a film to be polished formed of a metal so as to fill at least the concave portion on the substrate having a concave portion on the surface, pH 7.5 or more abrasives comprising abrasive particles and a solvent provides a polishing method comprising the by comprising a step of selectively left the target film in the recess by polishing the polished film with.

【0014】この研磨方法において、被研磨膜はアルミニウムを主成分とする膜であることが好ましく、研磨粒子はシリカからなる研磨粒子を含むことが好ましく、研磨粒子の粒径は100nm以下であることが好ましい。 [0014] It In this polishing method, the film to be polished is preferably a film mainly containing aluminum, the abrasive particles preferably contains abrasive particles made of silica, the particle size of the abrasive particles is 100nm or less It is preferred.

【0015】また、本発明は、表面に凹部を有する基板上に少なくとも前記凹部を充填するように被研磨膜を形成する工程と、前記被研磨膜をエッチングする溶液、前記被研磨膜の腐食抑制剤、および研磨粒子を含む研磨剤を用いて前記被研磨膜を研磨して前記凹部内に前記被研磨膜を選択的に残存させる工程とを具備することを特徴とする研磨方法を提供する。 Further, the present invention includes the steps of forming a film to be polished so as to fill at least the concave portion on the substrate having a concave portion on the surface, a solution of etching the film to be polished, corrosion inhibitors of the film to be polished agents, and by using a polishing agent comprising abrasive particles to provide a polishing method characterized by comprising the step of said selectively leave the target film the inside the recess by polishing the film.

【0016】この研磨方法において、腐食抑制剤は珪酸塩および/またはクロム酸塩であること、溶液と研磨粒子との反応により生ずることが好ましい。 [0016] In this polishing method, it corrosion inhibitor is silicate and / or chromic acid salts, it is preferable produced by reaction of the solution and the abrasive particles. また、研磨粒子がシリカ粒子を含み、腐食抑制剤が珪酸イオンおよび負に帯電したシリカであることが好ましい。 Further, abrasive particles include silica particles, it is preferred corrosion inhibitor is charged silica silicate ions and negative.

【0017】ここで、研磨粒子の粒径とは、平均粒径、 [0017] Here, the particle size of the abrasive particles have an average particle size,
特に一次粒子径の平均粒径を意味する。 Especially it means the average particle diameter of the primary particle size. 粒径が100nm The particle size is 100nm
以下であることが好ましいとしたのは、粒径が100nm The was a that it is preferably less, the particle diameter is 100nm
を超えると傷の発生が多くなるからである。 And when it is more than is because the occurrence of scratches increases. また、被研磨膜とは、研磨における被研磨体であり、その材料としてはAl、Al合金、Cu、Cu合金、Ag、Ag合金等を挙げることができる。 Further, the film to be polished is a material to be polished in the polishing, as a material thereof can be mentioned Al, Al alloy, Cu, Cu alloy, Ag, an Ag alloy, or the like.

【0018】また、本発明において、研磨剤を供給する室温以下の温度とは、室温に維持したスラリー状の研磨剤の温度を冷却機構により下げた時の温度を意味し、2 [0018] In the present invention, the temperature below room temperature for supplying the abrasive means the temperature at which lowered the temperature of the slurry polishing agent kept at room temperature by the cooling mechanism, 2
5℃以下、特に15℃以下、最も好ましくは5℃以下で研磨剤を供給することが好ましい。 5 ° C. or less, in particular 15 ℃ or less, most preferably to supply a polishing agent 5 ° C. or less.

【0019】 [0019]

【作用】本発明の研磨方法は、表面に凹部を有する基板上に少なくとも凹部を充填するように被研磨膜を形成し、粒径が100nm以下である研磨粒子を含むpH7. The polishing method of the effects of the present invention to form a film to be polished so as to fill at least the concave portion on a substrate having a concave portion on the surface, pH 7 containing abrasive particles particle size is 100nm or less.
5以上の研磨剤を用いて被研磨膜を研磨して凹部内に被研磨膜を選択的に残存させることを特徴としている。 5 using the above abrasive is characterized by selectively leave the target film in the recess by polishing the film.

【0020】本発明における研磨粒子の粒径と研磨液のpHの選定理由は次に示すものである。 The reasons for selection of the pH of the particle diameter and the polishing liquid of the abrasive particles in the present invention is shown below. すなわち、本発明の範囲外の条件、研磨粒子の粒径が100nm以下であって研磨液のpHが7.5未満の場合、並びに研磨粒子の粒径が100nmより大きい場合には下記の如きの実用上の問題がある。 In other words, outside the scope of conditions of the present invention, when the pH of the polishing liquid particle size of the abrasive particles is not more 100nm or less is less than 7.5, and the particle size of the abrasive particles that such below if 100nm is greater than there is a practical problem.

【0021】まず、研磨粒子の粒径が100nm以下であって研磨液のpHが7.5未満の場合には、研磨におてメカニカルな作用が大きくなって、被研磨膜に実用上障害となる程度の傷(最大面粗さが20nm以上)が生じ、 [0021] First, when the particle size of the abrasive particles is less than pH of the polishing liquid comprising at 100nm or less 7.5, taken mechanical action greater contact with the polishing, the practical failure on the polished film becomes the degree of scratches (more than 20nm maximum surface roughness) occurs,
さらに、この範囲では研磨液がゲル状となり、取扱いが難しくなる。 Further, the polishing liquid is in this range becomes a gel, the handling becomes difficult.

【0022】なお、図3および図4から明らかなように、研磨粒子の粒径が5nmであって研磨液のpHが7. [0022] As is clear from FIGS. 3 and 4, pH of the polishing liquid particle size of the abrasive particles a 5nm 7.
0の場合のR maxは20nmであり、研磨粒子の粒径が1 R max in the case of 0 is 20 nm, the particle size of the abrasive particles 1
00nmであって研磨液のpHが7.5の場合のR maxは20nmである。 R max in the case of the pH of the polishing liquid to a 00nm 7.5 is 20 nm. このため、研磨液のpHが7.0〜7. Therefore, pH of the polishing liquid is from 7.0 to 7.
5である範囲の場合には、研磨粒子の粒径を適当に小さくすることによって、最大面粗さを20nm以下にすることができる。 In the case of 5 and is range, by suitably reducing the particle size of the abrasive particles, it can be a maximum surface roughness below 20nm. すなわち、図3において、研磨粒子の粒径が5nmであって研磨液のpHが7.0である点と、研磨粒子の粒径が10nmであって研磨液のpHが7.5の点とを滑らかに結ぶ線、およびこの線よりも低粒径側の領域で示される、研磨粒子の粒径と研磨液のpHとを組み合わせた条件を採用することが好ましい。 That is, in FIG. 3, a point the pH of the polishing liquid is 7.0 particle size of the abrasive particles is a 5 nm, and in terms of pH of the polishing particle size of the abrasive particles is a 10nm 7.5 smoothly connecting lines, and the line indicated by a region of low particle diameter than, it is preferable to adopt a condition that a combination of the pH of the particle diameter and the polishing liquid of the abrasive particles. しかしながら、上述した問題を考慮すると、研磨粒子の粒径が10 However, considering the above problems, the particle size of the abrasive particles 10
0nm以下であって研磨液のpHが7.5未満の場合が最も好ましい。 pH of the polishing liquid comprising at 0nm less and most preferably of less than 7.5.

【0023】一方、研磨粒子の粒径が100nmより大きく、研磨液のpHが7.5より高い場合には、研磨においてケミカルな作用が大きくなって、エレクトロマイグレーション耐性の低下等の信頼性上の問題が生じる程度に凹部内の被研磨膜が研磨され、ディッシングが発生する。 On the other hand, larger particle size than 100nm of abrasive particles, if the pH of the polishing liquid is higher than 7.5, the chemical action is increased in the abrasive, such as reduction of electromigration resistance of reliability problems film to be polished in the recess is polished to the extent that occurs, dishing occurs.

【0024】このような知見に基づき、本発明では、被研磨膜の研磨条件として、研磨粒子の粒径が100nm以下であって研磨液のpHが7.5以上として、面粗れやディッシングを実用上問題がない程度に抑制している。 [0024] Based on such findings, the present invention, as the polishing conditions of the polishing target film, as the pH of the polishing liquid 7.5 or more the particle size of the abrasive particles is not more 100nm or less, the surface roughness Re or dishing It is suppressed to such an extent that there is no practical problem.

【0025】また、本発明の研磨方法は、表面に凹部を有する基板上に少なくとも凹部を充填するように被研磨膜を形成し、粒径が100nm以下である研磨粒子を含むpH7.5以上の研磨剤を室温以下の温度で供給して被研磨膜を研磨することにより凹部内に被研磨膜を選択的に残存させることを特徴としている。 Further, the polishing method of the present invention forms a film to be polished so as to fill at least the concave portion on a substrate having a concave portion on the surface, the particle size is more than pH7.5 containing abrasive particles is 100nm or less It is characterized in that selectively leave the target film in the recess by the abrasive was supplied at a temperature below room temperature polishing the film. このように、研磨剤を供給する際に室温以下の低温にすることにより、被研磨膜に傷およびディッシングを発生させることなく研磨することができる。 Thus, by the following low temperature room temperature at the time of supplying the polishing agent it can be polished without causing scratches and dishing on the polished film.

【0026】 [0026]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して具体的に説明する。 EXAMPLES Hereinafter, the embodiments of the present invention with reference to the drawings will be described in detail. (実施例1)図1は本発明の研磨方法に使用される研磨装置の一例を示す概略図である。 (Example 1) FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a polishing apparatus used in the polishing method of the present invention. この研磨装置は、回転可能な研磨プレート14と、研磨プレート14上に貼付されたポリッシングパッド13と、研磨プレート14の上方に配置されており、回転可能な試料ホルダー11 The polishing apparatus includes a rotatable polishing plate 14, the polishing plate 14 and polishing pad 13 affixed onto, disposed above the polishing plate 14, the rotatable sample holder 11
と、研磨液タンクに接続され、吐出部がポリッシングパッド13近傍まで延出した研磨液供給用配管15とから構成されている。 When connected to the polishing solution tank, the discharge portion is constituted by the polishing liquid supply pipe 15 which extends to the vicinity polishing pad 13. 被研磨体12は、ポリッシングパッド13に被研磨面が対向するように試料ホルダー11に真空チャックされる。 Object to be polished 12 is polished surface is vacuum chucked to the sample holder 11 so as to face the polishing pad 13. また、研磨剤16は研磨液供給用配管15によりポリッシングパッド13上に供給されるようになっており、その供給量は任意に制御できるようになっている。 Further, the abrasive 16 is adapted to be supplied onto the polishing pad 13 by the polishing liquid supply pipe 15, the supply amount is adapted to be arbitrarily controlled.

【0027】ここで、ポリッシングパッド13の材料を選択するにあたって、硬度(ショア硬度で66〜88) [0027] Here, in selecting the material of the polishing pad 13, the hardness (66 to 88 in Shore hardness)
および材質(発砲ポリウレタン、発砲ポリウレタンにスウェード加工を施したもの、不織布、樹脂含浸不織布) And material (polyurethane foam, which was subjected to suede processed polyurethane foam, nonwoven fabric, resin-impregnated nonwoven fabric)
を変えたポリッシングパッドを用いて被研磨体(Al Polishing target by using a polishing pad with varied (Al
膜)にポリッシング処理を施して、それぞれの場合について被研磨体の傷の発生を調べた。 Is subjected to polishing treatment membrane) was investigated the occurrence of scratches on the object to be polished in each case. この結果、材質として発砲ポリウレタンにスウェード加工を施したものを用いた場合、硬度に関係なく被研磨体の表面に深さ5nm以上の傷は発生しなかった。 As a result, in the case of using those subjected to suede processed into foamed polyurethane as the material, the depth of 5nm or more flaws on the surface of the polishing body regardless hardness did not occur. したがって、ポリッシングパッドの材料としては、発砲ポリウレタンにスウェード加工を施したものが最も好ましいことが分った。 Therefore, as the material of the polishing pad, it was found that those subjected to suede processed into foamed polyurethane is most preferred. そこで、 there,
本実施例では、この材料をポリシングパッド13に用いた。 In this embodiment, this material is used in the polishing pad 13.

【0028】また、研磨剤としては、第二級アミンであるピペラジン[C 4102 ]の希水溶液中にSiO 2 Further, as the polishing agent, piperazine secondary amine [C 4 H 10 N 2] SiO 2 into dilute aqueous solution of
粒子を分散させたコロイド溶液を用いた。 Particles using a colloid solution containing dispersed. なお、研磨液中の研磨粒子であるSiO 2粒子の割合を50重量%以下の範囲で変化させることにより、SiO 2粒子の平均粒径を変えることにより得られた種々の研磨液を用いた。 Incidentally, was used by changing a range rate below 50% by weight of the abrasive particles in which SiO 2 particles in the polishing liquid, the various polishing liquid obtained by changing the average particle diameter of SiO 2 particles. また、研磨液のpHはアミン濃度を調節することにより調整した。 Further, pH of the polishing liquid was adjusted by adjusting the amine concentration.

【0029】図2は本実施例で使用する被研磨体を示す断面図である。 FIG. 2 is a sectional view showing a polishing target for use in the present embodiment. 図中21はシリコン基板を示す。 Figure 21 shows a silicon substrate. シリコン基板21上には、SiO 2膜22が形成されている。 On the silicon substrate 21, SiO 2 film 22 is formed.
SiO 2膜22には、幅0.4〜10μm、深さ0.4 The SiO 2 film 22, the width 0.4~10Myuemu, depth 0.4
μm程度の配線用の溝が形成されている。 Grooves for μm approximately wiring is formed. 溝を有するS S having a groove
iO 2膜22全面上には、直流マグネトロンスパッタリング法により耐研磨膜として厚さ50nmの炭素膜23が形成されている。 The iO 2 film 22 on the entire surface, a carbon film 23 having a thickness of 50nm as an anti-abrasive layer is formed by a DC magnetron sputtering method. 炭素膜23上には、直流マグネトロンスパッタリング法により多結晶のAl膜24が形成されている。 On the carbon film 23, Al film 24 of polycrystalline is formed by a DC magnetron sputtering method. この多結晶のAl膜24は、真空中で非加熱で形成した後に連続して真空中で熱処理を施すことにより、多結晶アルミニウムが凝集して溝内部に埋め込まれて単結晶化する。 The Al film 24 of polycrystalline, by heat treatment in vacuum in succession after forming without heating in vacuo, the polycrystalline aluminum a single crystal embedded in the groove agglomerated. このとき、一部の多結晶のAl膜24 At this time, Al film 24 of a portion of the polycrystalline
aは凝集しても溝内部に埋め込まれずに、溝以外の広い領域に単結晶化して残存する。 a is not embedded in the groove inside be aggregated, it remains in a single crystal in a wide region other than the groove.

【0030】このような被研磨体にポリッシング処理(CMP)を施して溝以外の領域に残存したAl膜24 The Al film 24 remaining in the region other than the groove by performing a polishing process (CMP) to such polishing target
aを除去した。 To remove a. 図3はポリッシング処理における研磨粒子の粒径とAl膜24の最大表面粗さR maxとの関係を示すグラフである。 Figure 3 is a graph showing the relationship between the maximum surface roughness R max of the particle size and the Al film 24 of the abrasive particles in the polishing process. 図3において横軸の粒径は、研磨剤中に含まれる研磨粒子の最大直径を意味する。 The particle size of the horizontal axis in FIG. 3 refers to the maximum diameter of the abrasive grains contained in the polishing agent. また、図4は研磨液のpHと最大表面粗さR maxとの関係を示すグラフである。 Further, FIG. 4 is a graph showing the relationship between pH and the maximum surface roughness R max of the polishing liquid. なお、図3および図4の結果は、研磨圧力300gf/cm 2 、試料ホルダー11および研磨プレート14の回転数100 rpmの研磨条件でポリッシング処理を行ったものである。 Incidentally, the results of FIG. 3 and FIG. 4, the polishing pressure 300 gf / cm 2, in which were polishing process in the polishing conditions of the rotating number 100 rpm of the sample holder 11 and the polishing plate 14.

【0031】図3において、研磨粒子の粒径が100nm [0031] In FIG. 3, the particle size of the abrasive particles 100nm
であって研磨液のpHが7.5、並びに研磨粒子の粒径が150nmであって研磨液のpHが14における最大表面粗さR maxはともに20nmである。 PH of the polishing liquid comprising at 7.5, and the maximum surface roughness R max in a pH 14 of the polishing liquid particle size a 150nm of abrasive particles are both 20 nm. また、図3から分かるように、研磨粒子の粒径を小さくすれば、最大表面粗さR maxも小さくなる。 Moreover, as can be seen from FIG. 3, by reducing the particle size of the abrasive particles, the maximum surface roughness R max is also small. この理由は、アルミニウム表面の傷がアルミニウムと研磨粒子とのメカニカルな作用により形成されるためである。 This is because the scratches of the aluminum surface is formed by mechanical action between the aluminum and the abrasive particles. また、図3から分かるように、研磨粒子の粒径が小さくなるにしたがいグラフの傾きは緩やかになる。 Moreover, as can be seen from FIG. 3, the inclination of the graph in accordance with the particle size of the abrasive particles is reduced becomes gentle. 特に、研磨液のpHが7.5以上の場合には、研磨粒子の粒径が10nmの近傍における最大表面粗さR maxはほぼ一定になっている。 In particular, when the pH of the polishing liquid is 7.5 or more, the maximum surface roughness R max particle size of the abrasive particles in the vicinity of 10nm is almost constant. これは、研磨粒子の粒径が小さくなると研磨粒子が凝集し易くなることに起因していると考えられる。 This abrasive particles the particle size of the abrasive particles is reduced is thought to be due to tend to aggregate. すなわち、個々の研磨粒子の粒径が小さくても、これら小粒径の研磨粒子が凝集して形成された粒径の大きいものが実際の研磨に携わるからであると考えられる。 That is, even with a small particle size of the individual abrasive particles, abrasive particles of small particle diameter is considered to be larger particle size which are formed by aggregation is because engaging in actual polishing.

【0032】一方、図4から分かるように、研磨液のp On the other hand, as can be seen from Fig. 4, p of the polishing liquid
Hを大きくすれば、最大表面粗さR maxも小さくなる。 A larger H, the maximum surface roughness R max is also small.
特に、研磨液のpHが7〜7.5の間で最大表面粗さR In particular, the maximum surface roughness R between pH of the polishing liquid is 7-7.5
maxが急激に小さくなる。 max rapidly decreases. この理由は次のように考えられる。 The reason for this is considered as follows. 一般に、アルミニウムは、水系の溶液中においては、その表面に酸化膜等の不動態膜を形成するという性質を持っている。 In general, aluminum, in the aqueous solution in, has the property of forming a passivation film such as an oxide film on the surface thereof. この不動態膜は、pH4〜7.5の範囲で安定であり、アルミニウムを保護するバリアとして良好に働く。 The passivation film is stable in the range of PH4~7.5, works well as a barrier that protects the aluminum. しかしながら、pHが7.5を超える溶液中では、不動態膜のバリアとしての能力が急激に弱くなるため、アルミニウムは溶解してしまう。 However, the solution pH is greater than 7.5, since the capacity as a barrier passivation film is rapidly weakened, aluminum had dissolved. したがって、 Therefore,
このようなアルミニウムの特性から、pH7.5付近において最大表面粗さR maxが急激に変化するのは、アルミニウムに対するケミカルな作用がpH7.5付近で急激に大きくなるからであると考えられる。 The characteristics of such aluminum, is the maximum surface roughness R max changes abruptly in the vicinity of pH 7.5, a chemical action to aluminum is believed to be because suddenly increases in the vicinity of pH 7.5.

【0033】また、研磨圧力に関しては、その値が30 [0033] In addition, with respect to the polishing pressure, its value 30
0gf/cm 2以上の場合には、研磨圧力の増加にほぼ比例して最大表面粗さR maxも大きくなることが分かった。 In the case of 0 gf / cm 2 or more it was found to be greater maximum surface roughness R max approximately proportional to the increase in the polishing pressure.
一方、研磨圧力が300gf/cm 2未満の場合には、最大表面粗さR maxはほぼ飽和し、例えば、研磨圧力が30 On the other hand, if the polishing pressure is lower than 300 gf / cm 2, the maximum surface roughness R max is substantially saturated, for example, a polishing pressure of 30
gf/cm 2における最大表面粗さR maxの値は、研磨圧力が300gf/cm 2での値の約90〜100%であった。 The value of the maximum surface roughness R max in gf / cm 2, the polishing pressure was about 90% to 100% of the value at 300 gf / cm 2.
また、試料ホルダー11および研磨プレート14の回転数に関しては、50〜500 rpmの範囲で最大表面粗さR maxに特に変化はみられなかった。 As for the number of revolutions of the sample holder 11 and the polishing plate 14, in particular changes in the maximum surface roughness R max in the range of 50 to 500 rpm was observed.

【0034】このように、図3および図4から、少なくとも研磨粒子の粒径が100nm以下でしかも研磨液のp [0034] Thus, in FIGS. 3 and 4, the particle size of at least abrasive grains is also the polishing liquid only 100nm or less p
Hが7.5以上の条件でAl膜24の研磨を行なうことにより、最大表面粗さR maxを実用上問題がない程度の値である20nm以下にできる。 H is by performing polishing of the Al film 24 is 7.5 or more conditions, can be made 20nm or less is the value of degree no practical problem maximum surface roughness R max. なお、上記条件を満たさなくても研磨液のpHが7.5以上の条件であれば表面粗さR maxを20nm以下にすることができる。 Incidentally, if even a pH of 7.5 or more conditions of the polishing liquid not satisfy the condition of the surface roughness R max can be 20nm or less.

【0035】ここで、最大表面粗さR maxが20nm以下であるということは、実際のLSI配線を形成する上で非常に大きな意味を持つ。 [0035] Here, the fact that the maximum surface roughness R max is 20nm or less, has a very great significance in order to form the actual LSI wiring. 図6は、配線幅が0.2, 6, the wiring width is 0.2,
0.4,1.0μmの3つの場合についての最大表面粗さR maxと比抵抗ρとの関係を示す。 It shows the maximum surface roughness relationship between R max and resistivity ρ for the case of three 0.4,1.0Myuemu. ここでの比抵抗は、一般に定義されているような物質およびその構造で決まる定数とは異なったものである。 Here the resistivity of the, the generally determined by material and structure as defined constants in which different. 以下に、ここでの比抵抗の定義を図5を用いて説明する。 It will be described below with reference to FIG. 5 the definition of the specific resistance here. 図5に示すように、研磨面に傷が形成されているAl配線25(実線) FIG as shown in 5, Al wiring scratches are formed on the polished surface 25 (solid line)
の値を求める際に、その断面積として傷が全くないAl Al in determining the value, there is no flaw as its cross-sectional area
配線25a(点線)の断面積を仮定して求める。 It determined assuming the cross-sectional area of ​​the wiring 25a (dotted line). 一般に、比抵抗ρは、配線の長さをL、断面積をS、抵抗値をRとすると、ρ=R・S/Lで表される。 Generally, the specific resistance [rho, and the length of the wiring L, and cross-sectional area S, the resistance value is R, represented by ρ = R · S / L. そこで、図6に示すグラフは、各配線幅毎にSおよびLを固定して、最大表面粗さR maxに対する抵抗値Rの実測値を基に描いたものである。 Therefore, the graph shown in Figure 6, by fixing S and L for each wiring width and illustrates the basis of the measured values of the resistance value R of the maximum surface roughness R max. 図6から分かるように、サブミクロンオーダの配線幅の比抵抗ρは、最大表面粗さR max As it can be seen from FIG. 6, the specific resistance ρ of the wiring width of the submicron order, the maximum surface roughness R max
20nmを境にして急激に増加する。 Rapid increases in the 20nm to the border. また、その増加の割合は配線幅が小さくなるにしたがい大きくなる。 Also a proportion of the increase becomes larger as the wiring width is reduced. また、 Also,
現実的なLSI配線として、例えば、配線幅0.2μm As a practical LSI wiring, for example, the wiring width 0.2μm
の配線を作製しようとすると、深さ20nm以上の傷は比抵抗を大きく増大させ、素子性能や信頼性を著しく低下させる。 If you try to wire manufacturing, more scratch depth 20nm increases the specific resistance increases, significantly reduces the device performance and reliability. このように最大表面粗さR maxを20nm以下に抑制することは実用的なLSI配線を形成する上で非常に重要である。 It is very important to form a practical LSI wiring to suppress in this way the maximum surface roughness R max below 20nm.

【0036】図7は研磨粒子の粒径を100nmに固定し、研磨液のpHを7〜13の範囲で変えて図2に示す被研磨体を研磨したときの被研磨体表面の状態を示す図である。 [0036] Figure 7 shows the state of the polished surface when the polishing objects that the particle size of abrasive particles fixed to 100 nm, shown in FIG. 2 by changing the pH of the polishing liquid in the range of 7-13 it is a diagram. 具体的には、上記条件で研磨された被研磨体の表面を光学顕微鏡および電子顕微鏡(SEM)により観察したものである。 Specifically, it is obtained by observing the surface of the object to be polished that is polished by the above-mentioned conditions by an optical microscope and an electron microscope (SEM). なお、研磨圧力、回転数および研磨時間はすべてのpHで一定とした。 The polishing pressure, speed and polishing time was constant at all pH. 研磨液のpHが7の場合には、図7(A)に示すように、Al膜24の表面に多数の傷が観察された。 When the pH of the polishing liquid is 7, as shown in FIG. 7 (A), a large number of scratches on the surface of the Al film 24 was observed. これはケミカルな作用がほとんど働かないためであると考えられる。 This is believed to be due to the action of chemical does not work most of the time. また、研磨液のpHが10の場合には、図7(B)に示すように、Al Further, when the pH of the polishing liquid is 10, as shown in FIG. 7 (B), Al
膜24の表面には傷がなく、さらに膜厚の減少も観察されなかった。 No scratches on the surface of the membrane 24 was not further observed decrease in film thickness. また、研磨液のpHが13の場合にも、図7(C)に示すように、Al膜24の表面に傷はなかった。 Further, when the pH of the polishing liquid 13 also, as shown in FIG. 7 (C), there was no flaw on the surface of the Al film 24. しかし、この場合はディッシングが大きく、膜厚がかなり減少していた。 However, this case has a large dishing, thickness had been considerably reduced. ディッシングに関しては、研磨液のpHを高くしてケミカルな作用を大きくすると、より顕著に現れてくる。 With respect to dishing, increasing the chemical action by raising the pH of the polishing liquid, it emerges more prominently.

【0037】このように研磨液のpHを高くすると顕著に現れるディッシングを抑制するためには、研磨剤によるアルミニウムの溶解速度V Eに対するアルミニウムのポリッシング速度V Pの比(V P /V E )を大きくすることが必要である。 [0037] In order to suppress the dishing conspicuous when increasing the pH of the thus polishing liquid, the ratio of the polishing speed V P of the aluminum to the dissolution rate V E of the aluminum by the polishing agent (V P / V E) it is necessary to increase. 一般に、ポリッシング処理中のアルミニウム表面において、その表面の凸部は研磨プレート14上に貼付されたポリッシングパッドによって保持された研磨粒子によるメカニカルな作用を受け易く、さらに常に新しい面が研磨剤に晒されるのでケミカルな作用も受けやすい。 In general, exposed in an aluminum surface during polishing process, the convex portion of the surface susceptible to mechanical action by abrasive particles retained by polishing pad affixed on the polishing plate 14, further always new faces abrasive susceptible also chemical action since. すなわち、凸部はメカニカル、ケミカルの両方の作用を受ける。 That is, the convex portion receives mechanical, the effects of both chemicals. 一方、凹部はメカニカルな作用を受け難く、研磨剤のケミカル成分により等方的にエッチングされるのみである。 Meanwhile, the recess less susceptible to mechanical action, is only etched isotropically by chemical components of the polishing agent. すなわち、凹部はケミカルな作用のみを受けると考えられる。 In other words, the recess is considered to undergo only a chemical action. したがって、ディッシングを抑制するためには、凹部において研磨剤によるアルミニウムの溶解速度V Eが0nm/分であることが最も望ましい。 Therefore, in order to suppress dishing, dissolution rate V E of the aluminum by the polishing agent in the recess it is most desirable that 0 nm / min.

【0038】図8は研磨液のpHと溶解速度との関係を示すグラフである。 [0038] FIG. 8 is a graph showing the relationship between dissolution rate and the pH of the polishing liquid. 図中実線は研磨粒子(SiO 2 )を含まないアミン水溶液の研磨液を示し、破線はアミン水溶液中に研磨粒子を分散させた研磨液を示す。 Solid line in the figure indicates the polishing solution of the amine aqueous solution containing no abrasive particles (SiO 2), a broken line indicates a polishing liquid obtained by dispersing abrasive particles in an aqueous amine solution. また、図9は研磨液のpHとポリッシング速度V Pとの関係を示すグラフである。 Further, FIG. 9 is a graph showing the relationship between the pH and polishing speed V P of the polishing liquid. 図8から分かるように、溶解速度V E As can be seen from FIG. 8, the dissolution rate V E
はアミン水溶液中に研磨粒子を分散させることにより急激に低下する。 It decreases rapidly by the dispersing the abrasive particles in an aqueous amine solution. 特に、研磨粒子の粒径φが100nm以下では2nm/分以下で安定している。 In particular, the particle diameter φ of the abrasive particles in the 100nm or less stabilized at 2 nm / min or less. また、図9から分かるように、ポリッシング速度V Pは粒径φおよびpHに比例して大きくなる。 Moreover, as can be seen from Figure 9, the polishing speed V P is increased in proportion to the particle diameter φ and pH. ただし、粒径φが100nmより大きくなると、粒径φの増加に対するポリッシング速度V However, when the particle diameter phi is larger than 100 nm, the polishing rate with respect to the increase in particle size phi V
Pの増加は小さいものとなる。 An increase of P becomes small.

【0039】ところで、図2に示す被研磨体をポリッシング処理する場合には、実用上の観点からV P /V Eの値は90以上である必要がある。 [0039] Incidentally, in the case of polishing process for polishing target shown in FIG. 2, the value of V P / V E from the viewpoint of practical use is required to be 90 or more. これは、凸部であるA This is a convex portion A
l膜24aの高さが一般に1〜1.8μmの範囲であるのに対し、配線としてのAl膜24に許容されるディッシング量は抵抗増加や信頼性(エレクトロマイグレーション耐性等)の低下を防止するために20nm以下にする必要があるからである。 While the height of l film 24a is generally in the range of 1~1.8Myuemu, dishing amount allowed for the Al film 24 as a wiring is to prevent a reduction in the resistance increase and reliability (electromigration resistance, etc.) This is because it is necessary to 20nm or less in order. この点を考慮して最大表面粗さR maxが20nm以下、かつV P /V Eが90以上となる研磨粒子の粒径および研磨液のpHの範囲は下記のようになる。 Maximum surface roughness R max is 20nm or less in consideration of this point, and the particle size and the range of pH of the polishing abrasive grains V P / V E is 90 or more is as follows.

【0040】図8から分かるように、研磨粒子の粒径が100nmであり、研磨液のpHが7.5〜14の場合には、溶解速度V Eは2(pH7.5)〜2.4(pH1 [0040] As can be seen from FIG. 8, the particle size of the abrasive particles is 100 nm, if the pH of the polishing liquid is from 7.5 to 14, the dissolution rate V E is 2 (pH 7.5) to 2.4 (pH1
4)となる。 4) to become. また、図9から分かるように、研磨粒子の粒径が100nmであり、研磨液のpHが7.5〜14の場合には、ポリッシング速度V Pは180(pH7. Moreover, as can be seen from Figure 9, the particle size of the abrasive particles is 100 nm, if the pH of the polishing liquid is from 7.5 to 14, the polishing rate V P is 180 (pH 7.
5)〜220(pH14)となる。 5) the ~220 (pH14). すなわち、粒径が1 In other words, the particle size is 1
00nmであり、pHが7.5〜14の場合には、V P Is a 00nm, when the pH is 7.5 to 14 is, V P /
Eは90以上となる。 V E is 90 or more. ここで、粒径に対する溶解速度V Eの増加率は、pH7.5〜14の範囲では、常にポリッシング速度V Pの増加率よりも大きい(ΔV E >Δ Here, the rate of increase in dissolution rate V E for particle size in the range of PH7.5~14, always greater than the increase rate of the polishing speed V P (ΔV E> Δ
P )ことが分かっている。 V P) has been found to be. すなわち、粒径が100nm In other words, the particle size is 100nm
より大きくなると、pH7.5〜14の範囲におけるV Becomes larger, V in the range pH7.5~14
P /V Eは90未満となり、適切な研磨が不可能となる。 P / V E becomes less than 90, suitable polishing becomes impossible. したがって、最大表面粗さR maxを20nm以下とし、かつV P /V Eを90以上にするには、研磨粒子の粒径を100nm以下とし、研磨液のpHを7.5以上にしなければならない。 Therefore, the maximum surface roughness R max and 20nm or less, and to a V P / V E 90 or more, the particle size of the abrasive particles and 100nm or less shall the pH of the polishing liquid to 7.5 or more . なお、現在市販されている研磨剤のうちで最も粒径の精度が良いものでは、例えば粒径1 Note that the most grain size accuracy is good among the abrasives are currently commercially available, for example, particle size 1
00nmでは±5%の誤差がある。 There is an error of ± 5% in 00nm. したがって、粒径を1 Therefore, the particle size 1
00nm以下と規定しているが、真の値としてはその誤差(95〜105nm)も考慮する必要がある。 00nm is limited to be less than, but as a true value the error (95~105nm) must also be considered. また、図8 In addition, FIG. 8
および図9は、研磨粒子の研磨剤全体に対する重量比率が5%の場合であるが、重量比率が5%より高い場合、 And Figure 9 is a weight ratio to the total abrasive abrasive particles are cases 5%, if higher than 5% by weight ratio,
例えば、通常のポリッシング処理で用いられる10〜3 For example, it used in conventional polishing process 10-3
0%程度の場合には、単位面積当たりの研磨粒子の数が多くなるので、当然にディッシングが抑制される。 In the case of about 0%, since the number of abrasive particles per unit area increases, dishing is suppressed naturally.

【0041】図2に示す被研磨体において、炭素膜23 [0041] In the abrasive body shown in Figure 2, the carbon film 23
のみを省略したものを被研磨体として用いて上記と同様な研磨を行なったところ次のようなことが分かった。 Those omitting only used as polished body was found to be as follows was carried out the same polishing as above. すなわち、炭素膜23が存在しないことにより、下地のS That is, by the carbon film 23 is not present, the underlying S
iO 2膜22まで若干ポリッシングが進んだが問題はない。 It polishing is advanced slightly to iO 2 film 22 is not a problem. ただし、この場合、炭素膜等の耐研磨膜よりもSi However, in this case, than the abrasion film such as a carbon film Si
2膜のポリッシング速度が速いため、AlとSiO 2 For polishing rate of the O 2 film is high, Al and SiO 2
の両方のポリッシング量を適当な値に制御しなくてはならない。 It must be controlled both polishing amount to a proper value. このことは被研磨体が耐研磨膜を有していなくても可能であるが、ポリッシング条件を厳しく規定しなければならない。 While this is possible even when no work to be polished has a abrasion film shall specify strictly the polishing conditions. 実際に、pH11におけるAl,炭素,SiO 2のポリッシング速度を比較したところ、図10に示すように、炭素のほうがSiO 2よりも耐研磨膜の材料としてより優れている。 Indeed, it was compared Al, carbon, a polishing rate of the SiO 2 in pH 11, as shown in FIG. 10, more carbon is superior as the material of the abrasion layer than SiO 2. ただし、pH調整としてKOH、NaOHを用いた研磨液の場合には、SiO However, in the case of a polishing solution using KOH, the NaOH as pH adjustment, SiO
2のポリッシング速度が100nm/分以上となり、Al 2 of the polishing speed becomes 100nm / min or more, Al
とSiO 2との選択比がさらに小さくなるので、炭素膜23のような耐研磨膜が必要となる。 The selectivity of the SiO 2 is further reduced and, it is necessary to abrasion layer such as a carbon film 23. なお、炭素膜23 In addition, the carbon film 23
の代わりに、TiN,ZrN,HfN,TaN,VN, Instead of, TiN, ZrN, HfN, TaN, VN,
NbN,TiW等からなる膜をアルミニウム研磨に対する耐研磨膜として用いてもよい。 NbN, may be used a film made of TiW or the like as abrasion film to aluminum polishing. (実施例2)図11(A)および11(B)は本発明の研磨方法の他の例を説明するための工程断面図である。 (Embodiment 2) FIG. 11 (A) and 11 (B) is a process sectional view for explaining another example of the polishing method of the present invention.
まず、図11(A)に示すように、シリコン基板31上にSiO 2膜32を形成した。 First, as shown in FIG. 11 (A), to form a SiO 2 film 32 on the silicon substrate 31. 次いで、このSiO 2膜32上に直流マグネトロンスパッタリング法により全面に厚さ50nmの炭素膜34を形成し、その後、通常のフォトリソグラフィー工程を経て配線用の溝を形成した。 Then, the by SiO 2 film 32 DC magnetron sputtering on to form a carbon film 34 having a thickness of 50nm over the entire surface, followed by forming a groove for wiring via a conventional photolithography process.
その後、直流マグネトロンスパッタリング法により全面にAl膜33を形成した。 Then, to form an Al film 33 on the entire surface by a DC magnetron sputtering method. このとき、Al膜33の膜厚は450nmとし、SiO 2膜32の段差以上の厚さになるようにした。 At this time, the film thickness of the Al film 33 was set to 450 nm, was set to the thickness of the above steps of the SiO 2 film 32. 次いで、図11(B)に示すように、A Then, as shown in FIG. 11 (B), A
l膜33にポリッシング処理を施して溝内部のみにAl Al only inside the groove by performing a polishing process on l membrane 33
膜33を残存させた。 It was leaving the film 33. このポリッシング処理は上述したように研磨粒子の粒径を100nm以下とし、研磨液のp The polishing process and the particle size of the abrasive particles as described above 100nm or less, p of the polishing liquid
Hを7.5以上として行った。 H was carried out with 7.5 or more. また、研磨液および研磨装置も上述したものを用いた。 Also, the polishing liquid and a polishing apparatus used was described above.

【0042】ポリッシング処理後の研磨表面を光学顕微鏡およびSEMで観察したところ、溝以外の領域のAl [0042] Observation of the polished surface after the polishing process with an optical microscope and SEM, Al in a region other than the groove
膜33はすべてきれいに除去されており、しかも、溝内部のAl膜33の表面にはポリッシングによる傷や粗れはまったく観察されなかった。 Film 33 are all being cleanly removed, moreover, the surface of the groove inside the Al film 33 and a wound and the crude by polishing was observed. また、SEMによる断面観察から溝内部のAl膜33の膜厚の減少はほとんどなく、ディッシングは発生していないことが分かった。 Also, almost no decrease in the thickness of the grooves inside the Al film 33 from the cross-sectional observation by SEM, the dishing was found to have occurred. なお、上述した実施例では、研磨液として、ピペラジン水溶液に研磨粒子としてSiO 2粒子を分散させて作製したコロイダルシリカを用いた場合について説明したが、 In the embodiment described above, as a polishing liquid, it has been described using a colloidal silica prepared by the SiO 2 particles are dispersed as abrasive particles piperazine solution,
アルカリ性水溶液中に研磨粒子を加えたときに起こるA A that occurs when the abrasive particles were added to the aqueous alkaline solution
l溶解速度の急激な低下は、シリカ粒子の場合に特に顕著であることが判明した。 A sharp drop in l dissolution rate was found to be particularly pronounced in the case of the silica particles. さらに、酸化セリウム、酸化チタン、アルミナ等の他の粒子では、溶解速度は低下するが、シリカ粒子ほど急激な変化はみられず、使用することができることも判明した。 Further, cerium oxide, the other particles such as titanium oxide, alumina, dissolution rate is lowered, a rapid change as the silica particles was not observed, was also found to be able to use.

【0043】これらのメカニズムは、以下のようであると思われる。 [0043] These mechanisms are believed to be as follows. 本実施例のようにアルカリ性水溶液にシリカ粒子を分散させた場合、シリカ粒子の表面は負に帯電するため、アルミニウム表面の局部陽極に吸着して電気二重層を形成し、結果的にアルミニウムの溶解を抑制する。 If the silica particles are dispersed in an alkaline aqueous solution as in the present embodiment, since the surface of the silica particles are negatively charged, the electric double layer formed by adsorption to the local anode aluminum surface, resulting in lysis of aluminum to suppress. すなわち、シリカ粒子は、アルミニウムに対していわゆる腐食抑制剤(インヒビター)の役割を担っている。 That is, the silica particles plays a role of so-called corrosion inhibitor with respect to aluminum (inhibitors). このことにより、本発明におけるアルカリ性シリカ分散溶液は、傷やディッシングを生ずることなく、Al Thus, an alkaline silica dispersion solution in the present invention, without causing scratches and dishing, Al
を研磨することが可能なのである。 It's possible to polish. 例えば、アルミナ粒子(粒径50nm)をピペラジン水溶液(pH11)に分散した研磨剤でAlを研磨すると、R maxは20nm以内になるが、ディッシングが大きく、Al埋め込み配線の形成は困難であった。 For example, when polishing the Al alumina particles (particle size 50 nm) with an abrasive dispersed piperazine solution (pH 11), R max is made within 20 nm, dishing is large, the formation of Al embedded wiring is difficult.

【0044】ところで、酸化セリウム、酸化チタン、アルミナ等、シリカ以外の粒子をアルカリ性水溶液に分散させた場合には、上述しようにAl溶解速度の低下はシリカ粒子ほど顕著ではないが、この水溶液に、例えば、 By the way, cerium oxide, titanium oxide, alumina or the like, when the particles other than silica is dispersed in an alkaline aqueous solution is a decrease in it Ni Al dissolution rate to above not as remarkable as silica particles, in the aqueous solution, For example,
シリカ粒子を一定量加えることにより、Al研磨速度に対する溶解速度の比は充分に小さくなる。 By adding silica particles predetermined amount, the ratio of dissolution rate in Al polishing rate sufficiently small. このとき、酸化セリウム、酸化チタン、あるいはアルミナ粒子の粒径を100nm以下としてpH7.5を超える水溶液に分散させ、さらに粒径が100nm以下のシリカ粒子を加えれば、本発明の効果が発揮される。 In this case, cerium oxide, titanium oxide, or the particle size of the alumina particles are dispersed in an aqueous solution of greater than pH7.5 as 100nm or less, be added further particle size less silica particles 100nm, the effect of the present invention is exhibited .

【0045】ここで、アルミナ粒子とシリカ粒子とを混合してAlを研磨した例を示す。 [0045] Here, an example of polishing the Al by mixing the alumina particles and silica particles. 研磨液は、pH11. Polishing liquid, pH11.
0のピペラジン水溶液に粒径50nmのアルミナ粒子を1 0 of piperazine aqueous alumina particles having a particle diameter of 50 nm 1
0.0重量%、粒径50nmのシリカ粒子を1.0重量% 0.0 wt%, the silica particles having a particle diameter of 50 nm 1.0 wt%
それぞれ分散させて作製した。 We were prepared respectively by dispersing. 研磨装置および被研磨体は、それぞれ図1および図11(A)に示したものを使用した。 Polishing apparatus and polishing target used was that shown in FIGS. 1 and FIG. 11 (A). 研磨の結果、上記実施例と同様に、Al表面に傷、ディッシングの発生はみられず、図11(B)のような断面形状が得られた。 Result of polishing, as in the above example, scratches Al surface, dishing is not observed, the cross-sectional shape as shown in FIG. 11 (B) was obtained. このときのAl表面のR max R max of Al surface at this time
は9〜10nmであった。 It was 9~10nm. また、上記アルミナ粒子に代えて、粒径50nmの酸化チタン、酸化セリウム粒子に関しても同様な実験を行ったが、やはり上記と同様な効果を確認することができた。 Further, instead of the alumina particles, titanium oxide having a particle size of 50 nm, was subjected to the same experiment with regard cerium oxide particles, it was possible also to confirm the same effect as described above. また、シリカ粒子と混合して用いるならば、上記アルミナ、酸化チタン、酸化セリウム粒子以外にも、例えば、ダイアモンド、炭化硅素、酸化ジルコニウム等が有効であることを確認した。 Further, if used as a mixture with silica particles, the alumina, titanium oxide, other than cerium oxide particles, for example, was confirmed diamond, silicon carbide, that zirconium oxide is effective.

【0046】さらに、pH調整用の物質としては、上述のピペラジン以外に、例えば、トリエチルアミン、コリン、TMAH等のアミン類や、アンモニア等を用いてもよい。 [0046] Further, as the material for pH adjustment, in addition piperazine described above, for example, triethylamine, choline, amines and the like TMAH, may be used ammonia. また、一般にAlの腐食抑制剤として知られている物質を加えれば、シリカ以外の粒子を用いる場合でも、Al溶解速度を極端に低下させることができる。 Also, be added a substance generally known as corrosion inhibitor Al, even when using the particles other than silica, it is possible to reduce the Al dissolution rate extremely. A
lの腐食抑制剤としては、溶液が酸性、アルカリ性で使用するものは異なるが、珪酸塩、クロム酸塩、アミン類、グルコ―ス、トラガカント(トラガント)ゴム、寒天質等が知られている。 The corrosion inhibitor of l, the solution is acidic, those used in alkaline is different, silicates, chromates, amines, gluco - scan, tragacanth (tragacanth) gum, agar proteins and the like are known. 本発明者等が検討したところ、 The inventors of the present invention and others were investigated,
研磨液がアルカリ性の場合には、少なくともシリカ粒子、珪酸塩、グルコ―ス、寒天質等が、腐食抑制剤として良好な特性、すなわち、Al溶解速度の低下傾向を示すことを確認した。 If the polishing liquid is alkaline, at least silica particles, silicate, gluco - scan, agar proteins and the like, excellent characteristics as a corrosion inhibitor, i.e., it was confirmed that tends to decrease the Al dissolution rate. さらに、アルミナ粒子(粒径50n In addition, alumina particles (particle size 50n
m)をピペラジン水溶液(pH11)に分散した研磨剤にそれぞれの腐食抑制剤を加え、これを用いてAlを研磨したところ、R maxは20nm以内であると同時に、ディッシングも低く抑えられることが確認された。 Each corrosion inhibitor added to m) in the polishing agent dispersed piperazine solution (pH 11), was polished Al with this, at the same time R max is within 20 nm, it confirmed that dishing can be suppressed low It has been.

【0047】また、上記実施例では、被研磨体としてA [0047] In the above embodiment, A as polished body
l膜を用いた場合について説明したが、Alを主成分としてCuやSiを少量含んだAl合金膜等を被研磨体として使用することもできる。 Has been described using l membranes, can also be a small amount inclusive Al alloy film of Cu or Si as a main component of Al used as object to be polished. さらに、研磨粒子、金属の溶出を抑える腐食抑制剤、金属を溶解する化学成分を研磨剤に混合したもの用いれば、CuやCu合金、AgやAg合金等からなる膜を被研磨体としてすることもできる。 Furthermore, abrasive particles, corrosion inhibitor to suppress the elution of the metal, by using those obtained by mixing the chemical components that dissolves the metal to abrasive, to Cu or Cu alloy, a film made of Ag or Ag alloy or the like as a material to be polished It can also be. さらに、本発明において凹部は、場所により幅が異なっていてもよい。 Furthermore, the recess in the present invention may have different widths depending on the position. その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。 Other, without departing from the scope of the present invention can be variously modified. (実施例3)図12は本発明の研磨方法に使用される研磨装置の他の例を示す概略図である。 (Embodiment 3) FIG. 12 is a schematic diagram showing another example of a polishing apparatus used in the polishing method of the present invention. 図中41は試料ボルダーを示す。 Figure 41 shows a sample Boulder. この試料ホルダー41は図示しない駆動機構に接続されており、この駆動機構により上下方向に移動可能であり、また回転可能になっている。 The sample holder 41 is connected to a drive mechanism (not shown), it is movable by the drive mechanism in the vertical direction and is rotatable. 試料ボルダー41には、真空チャックにより被研磨体42が保持されている。 The sample Boulder 41 polished body 42 is held by a vacuum chuck. 試料ホルダー41の下方には、研磨プレート44が配置されており、研磨プレート44の上面には、ポリッシングパッド43が貼付されている。 Below the sample holder 41, the polishing plate 44 is disposed on the upper surface of the polishing plate 44, polishing pad 43 is attached. 研磨プレート44およびポリッシングパッド43により研磨定盤が構成されている。 The polishing surface plate is constituted by the polishing plate 44 and polishing pad 43. この研磨定盤は図示しない駆動機構により回転可能になっている。 The polishing platen is rotatable by a driving mechanism (not shown).

【0048】研磨プレート44内には、配管45が配設されており、配管45は定盤温度調節装置46に接続されている。 [0048] In the polishing plate 44, which pipe 45 is arranged, the pipe 45 is connected to the base temperature controller 46. この配管45には水等の媒体が循環される。 This pipe 45 medium such as water is circulated.
定盤温度調節装置46は、内部に図示しない冷凍機およびヒータを備えており、配管45内を循環する媒体の温度を調節するようになっている。 Platen temperature control device 46, the refrigerator and not shown therein includes a heater, so as to adjust the temperature of the medium circulating in the pipe 45. これにより、研磨定盤の温度が調節される。 Accordingly, the temperature of the polishing platen is adjusted.

【0049】研磨定盤よりも上方には、研磨剤を収容する50リットルの研磨剤貯蔵タンク47が設置されている。 [0049] Above than polishing plate 50 liters of slurry storage tank 47 is provided to accommodate an abrasive. 研磨剤貯蔵タンク47内には、研磨剤を撹拌するためのプロペラ48が取り付けられている。 The polishing agent storage tank 47, a propeller 48 for stirring the abrasive is attached. 研磨剤貯蔵タンク47の側部には、研磨剤供給管49が取り付けられており、研磨剤供給管49には、研磨剤温度調節装置5 The side of the abrasive storage tank 47, is attached a polishing agent supply pipe 49, the slurry supply pipe 49, an abrasive temperature controller 5
2が取り付けられている。 2 is attached. この研磨剤温度調節装置52 The abrasive temperature regulating device 52
には、図示しない冷凍機が備えられている。 The refrigerator is provided (not shown). 研磨剤51 Abrasives 51
が研磨剤供給管49を通過することにより、研磨剤51 By but passing through the slurry supply pipe 49, the abrasive 51
はポリッシングパッド43上に供給される前に温度調節される。 And temperature-regulated before it is fed onto the polishing pad 43. 研磨剤貯蔵タンク47には、配管53が巻回されており、配管53はタンク温度調節装置54に接続されている。 The polishing agent storage tank 47, the pipe 53 is wound, pipe 53 is connected to the tank temperature controller 54. この配管53には水等の媒体が循環される。 This pipe 53 medium such as water is circulated.
タンク温度調節装置54は、内部に図示しない冷凍機およびヒータを備えており、配管53内を循環する媒体の温度を調節するようになっている。 Tank temperature adjusting device 54, the refrigerator and not shown therein includes a heater, so as to adjust the temperature of the medium circulating in the pipe 53. これにより、研磨剤貯蔵タンク47の温度が調節される。 Accordingly, the temperature of the polishing agent storage tank 47 is adjusted. なお、研磨剤温度調節装置52およびタンク温度調節装置54は別々に制御してもよく、一括して両者を制御してもよい。 Incidentally, the polishing agent temperature control unit 52 and the tank temperature adjusting device 54 may be separately controlled may be controlled both at once. このようにして本発明に係る研磨装置が構成されている。 The polishing apparatus is configured in accordance with this way the present invention.

【0050】上記構成を有する研磨装置において、実際に被研磨体を研磨する場合、駆動機構により試料ホルダー41および研磨定盤を回転させ、試料ホルダー41を下方に降下させて、被研磨体42をポリッシングパッド43に一定の荷重で押し付ける。 [0050] In the polishing apparatus having the above structure, the case of polishing actually polished body, rotates the sample holder 41 and polishing table by a drive mechanism, by lowering the sample holder 41 downward, the object to be polished 42 the polishing pad 43 is pressed against a constant load. この状態で研磨剤供給管49の吐出部50から研磨剤51をポリッシングパッド43上に供給することにより研磨が行われる。 Polishing is carried out by supplying the polishing agent 51 onto the polishing pad 43 from the discharge portion 50 of the slurry supply pipe 49 in this state.

【0051】まず、シリコン基板上にSiO 2膜60を形成する。 [0051] First, an SiO 2 film 60 on a silicon substrate. 次いで、このSiO 2膜60上に直流マグネトロンスパッタリング法により全面に厚さ50nmの炭素膜61を形成した後、通常のフォトリソグラフィー工程を経て配線用の溝(幅1μm、3μm、5μm、および10μm)を形成する。 Then, after forming a carbon film 61 having a thickness of 50nm over the entire surface by a DC magnetron sputtering on the SiO 2 film 60, a groove for wiring via a conventional photolithography process (width 1 [mu] m, 3 [mu] m, 5 [mu] m and 10 [mu] m,) to form. その後、直流マグネトロンスパッタリング法により全面にAl膜62を形成する。 Thereafter, an Al film 62 on the entire surface by a DC magnetron sputtering method. このとき、Al膜62の膜厚は450nmとし、溝段差以上の高さになるようにした。 At this time, the film thickness of the Al film 62 was set to 450 nm, was set to a height of more than the groove step. このようにして、図13に示すような被研磨体42を作製した。 Thus, to prepare a polishing target 42 as shown in FIG. 13.

【0052】この被研磨体42を試料ホルダー41に設置し、被研磨体42にCMPを行った。 [0052] The object to be polished 42 is placed on the sample holder 41 was subjected to CMP to be polished 42. ポリッシングパッド43には、不織布上に発泡ポリウレタン層を貼付してなる総厚さ1.5mm、ショア硬度66〜88のものを使用した。 The polishing pad 43 has a total thickness of 1.5mm obtained by attaching a foamed polyurethane layer on a nonwoven fabric, it was used in the Shore hardness 66-88. このポリッシングパッドの選定理由は、研磨圧力30〜600gf/cm 2で、純水だけを用いてAl、 Reason for selection of the polishing pad is a polishing pressure 30~600gf / cm 2, using only pure water Al,
Cu等の軟質金属のCMPを行ったところ、硬度、研磨圧力によらず、研磨表面には、深さ100nm以上の傷は発生しなかったからである。 Was subjected to CMP of soft metal such as Cu, hardness, irrespective of the polishing pressure, the polishing surface, the depth 100nm or more wound because did not occur. また、研磨剤51には、平均粒径30nmのシリカ粒子をアルカリ性アミン水溶液に10重量%分散させたものを使用した。 Further, the abrasives 51, the silica particles having an average particle size of 30nm was used by dispersing 10 wt% alkaline aqueous amine solution. 研磨条件は以下に示すように設定した。 The polishing conditions were set as shown below. なお、研磨定盤温度は、定盤温度調節装置46により一定に維持した。 The polishing platen temperature was maintained constant by platen temperature control device 46.

【0053】研磨圧力 :300gf/cm 2研磨定盤温度:25℃(室温) 研磨プレート:100 rpm 回転数 試料ホルダー:100 rpm 回転数 上記研磨条件の下で、供給する研磨剤の温度を以下のように変化させた。 [0053] Polishing pressure: 300 gf / cm 2 Polishing platen temperature: 25 ° C. (room temperature) Polishing plate: 100 rpm Rotation speed sample holder: 100 rpm Rotation speed under the polishing conditions, below the temperature of the abrasive supply It was varied as. すなわち、25℃(室温)の状態で研磨剤51を研磨剤貯蔵タンク47に投入し、研磨剤貯蔵タンク47をタンク温度調節装置54により25℃に調節する。 That was charged with abrasive 51 to the polishing agent storage tank 47 in a state of 25 ° C. (room temperature), to adjust the polishing agent storage tank 47 by the tank temperature adjusting device 54 to 25 ° C.. このとき、研磨剤貯蔵タンク47内の研磨剤5 In this case, abrasive polishing agents in the storage tank 47 5
1をプロペラ48により撹拌する。 1 is stirred by a propeller 48. 研磨剤51を研磨剤供給管49を介してポリッシングパッド43上に供給する際に、研磨剤温度調節装置52により研磨剤51の温度を−1〜80℃まで変化させる。 When supplying the polishing agent 51 onto the polishing pad 43 through a polishing agent supply pipe 49, changing the temperature of the abrasive 51 to -1~80 ° C. The abrasive temperature control device 52.

【0054】これら条件で図13に示す被研磨体を研磨したときのAl配線のディッシング量と研磨剤温度との関係を示すグラフおよびAl表面の最大表面粗さRmax [0054] The maximum surface roughness Rmax of the graph and the Al surface showing the relationship between the dishing amount of the Al wiring when the polishing objects shown in Figure 13 under these conditions and an abrasive Temperature
と研磨剤温度との関係を示すグラフをそれぞれ図14および図15に示す。 And a graph showing the relationship between the abrasive temperature in FIGS. 14 and 15.

【0055】図14から明らかなように、研磨剤の温度が低いほど、ディッシング量は小さくなる傾向がある。 [0055] As apparent from FIG. 14, as the temperature of the polishing agent is low, dishing amount tends to decrease.
したがって、研磨剤の温度を低くすることにより、被研磨体のディッシングを小さくすることができる。 Therefore, by lowering the temperature of the polishing agent, it is possible to reduce the dishing of the polishing body. この効果はコロイドの性質を持つ研磨剤を用いた場合に有効であった。 This effect was effective in the case of using the abrasive nature of the colloid. このようなコロイドの性質を持った流体は、一般にニュートンの粘性法則には従わず、ズレ応力が増大すると見掛けの粘性率が増加する、ダイラタンシーという性質を示す。 Fluid having properties of such colloids are generally not follow Newton viscosity law, the apparent viscosity increases the shear stress is increased, showing a property that dilatancy. この性質により、見掛け上ゲル化した液体に保持された研磨粒子が、被研磨体を機械的に微小単位で除去していると考えられる。 This property, apparently gelled abrasive particles held in a liquid is considered to be mechanically removed by micro units polished body. したがって、本実施例のように研磨剤を低温することによりディッシングが抑制される効果の最も大きな原因は、上述の研磨メカニズムが温度依存性を有し、低温においてダイラタンシーがより強調されることであると考えられる。 Therefore, the most significant causes of effects that dishing is suppressed by the abrasive at a low temperature as in this embodiment, the polishing mechanism described above has a temperature dependence is that the dilatancy at low temperatures is more emphasized it is conceivable that.

【0056】一般に、LSIの配線におけるRC遅延の観点から、ディッシングによる配線の断面積の減少は、 [0056] Generally, in view of the RC delay in the LSI wiring, the reduction of the cross-sectional area of ​​the wiring due to dishing,
10%程度に抑えることが要求されている。 It is required to suppressed to about 10%. このため、 For this reason,
目的とする配線の厚さや形状等により、好適な研磨剤の温度範囲は変化する。 The thickness and shape of the wiring of interest, the temperature range suitable polishing agents are changed. 例えば、厚さ50nmの耐研磨膜を用いて、厚さ0.4μm、幅0.4〜10μmの埋め込み配線を形成する場合には、ディッシング量は約130 For example, using the abrasion film having a thickness of 50 nm, a thickness of 0.4 .mu.m, in the case of forming a buried wiring width 0.4~10μm is dishing amount is about 130
nm以下でなくてはならないので、図14より研磨剤の温度を15℃以下にする必要がある。 Because nm should be less, it is necessary to set the temperature of the polishing agent which 14 to 15 ℃ below. また、より望ましくは、図14から明らかなように、研磨剤の温度を凝固点近傍、すなわち−1〜5℃に設定することにより、ディッシングをさらに抑制することができる。 Further, more desirably, as is apparent from FIG. 14, the temperature of the abrasive freezing point near, namely by setting -1~5 ° C., it is possible to further suppress the dishing.

【0057】また、図15から明らかなように、上記のような研磨剤を用いた場合、研磨後のAl表面の最大表面粗さRmax は、供給する研磨剤の温度によらず一定であり、配線の信頼性上問題ない程度であった。 [0057] As is clear from FIG. 15, when using the polishing agent as described above, the maximum surface roughness Rmax of the Al surface after the polishing is constant regardless of the temperature of the polishing agent supplied, was a degree not reliable on the issue of wiring.

【0058】本実施例では、Alには少量の不純物が含まれていてもよい。 [0058] In this embodiment, it may contain a small amount of impurities in Al. 例えば、Si1.0重量%やCu For example, Si1.0% by weight and Cu
1.0重量%を含むAl合金からなる膜を被研磨体として使用しても上記効果を発揮する。 Also a film made of an Al alloy containing 1.0% by weight was used as the polishing target exerts the above effects. また、本実施例では、シリカ粒子のみを研磨粒子として含む研磨剤を用いているが、研磨粒子の粒径が100nm以下であって研磨剤のpHが7.5以上であれば、シリカ粒子と他の粒子を研磨粒子として含む研磨剤を用いてもよい。 Further, in the present embodiment uses an abrasive containing only silica particles as abrasive particles, if pH of the abrasive particle size of the abrasive particles is not more 100nm or less than 7.5, silica particles the other particles may be used abrasive agent containing as an abrasive grain. 例えば、 For example,
粒径100nm以下のシリカ粒子とアルミナ粒子とを含む研磨剤を用いても本実施例の効果は発揮される。 Even with a polishing agent comprising a particle diameter 100nm or less of silica particles and alumina particles effect of this embodiment is exhibited. (実施例4)図16は図12に示す研磨装置を用いてC (Embodiment 4) FIG. 16 by using the polishing apparatus shown in FIG. 12 C
MPを行う被研磨体の他の例を示す断面図である。 Performing MP is a sectional view showing another example of the object to be polished. シリコン基板上にSiO 2膜60を形成する。 Forming a SiO 2 film 60 on a silicon substrate. 次いで、このSiO 2膜60上に通常のフォトリソグラフィー工程を経て配線用の溝(幅1μm、3μm、5μm、および1 Then, the SiO 2 film 60 on the groove (the width 1μm for wiring via a conventional photolithography process, 3 [mu] m, 5 [mu] m, and 1
0μm)を形成する。 0μm) to form. この上に直流マグネトロンスパッタリング法により全面に厚さ50nmの窒化チタン膜63 Titanium nitride film 63 having a thickness of 50nm over the entire surface by a DC magnetron sputtering method on this
を形成する。 To form. その後、直流マグネトロンスパッタリング法により全面にCu膜64を形成する。 Thereafter, a Cu film 64 on the entire surface by a DC magnetron sputtering method. このとき、Cu In this case, Cu
膜64の膜厚は450nmとし、溝段差以上の高さになるようにした。 The film thickness of the film 64 was set to 450 nm, was set to a height of more than the groove step. このようにして被研磨体42を作製した。 There was thus prepared the polished body 42.

【0059】この被研磨体を図12に示す研磨装置の試料ホルダー41に設置し、被研磨体にCMPを行った。 [0059] The object to be polished is placed on the sample holder 41 of the polishing apparatus shown in FIG. 12, CMP is performed on the polished body.
ポリッシングパッド43には、不織布上に発泡ポリウレタン層を貼付してなる総厚さ1.5mm、ショア硬度66 The polishing pad 43 has a total thickness of 1.5mm obtained by attaching a foamed polyurethane layer on a nonwoven fabric, a Shore hardness 66
〜88のものを使用した。 It was used for to 88. また、研磨剤51には、平均粒径30nmのシリカ粒子を酸化剤を加えた過酸化水素水に20重量%分散させたものを使用した。 Further, the abrasive 51, were used those obtained by 20 wt% dispersed aqueous hydrogen peroxide plus an oxidizing agent with silica particles having an average particle size 30 nm. 研磨条件は以下に示すように設定した。 The polishing conditions were set as shown below. なお、研磨定盤温度は、定盤温度調節装置86により一定に維持した。 The polishing platen temperature was maintained constant by platen temperature control device 86.

【0060】研磨圧力 :300gf/cm 2研磨定盤温度:25℃(室温) 研磨プレート:100 rpm 回転数 試料ホルダー:100 rpm 回転数 このときのCu配線のディッシング量と研磨剤温度との関係を示すグラフおよびCu表面の最大表面粗さRmax [0060] Polishing pressure: 300 gf / cm 2 Polishing platen temperature: 25 ° C. (room temperature) Polishing plate: 100 rpm Rotation speed sample holder: 100 rpm Rotation speed the relationship between the abrasive temperature dishing amount of Cu wiring this time maximum surface roughness Rmax of the graph and the Cu surface shown
と研磨剤温度との関係を示すグラフをそれぞれ図17および図18に示す。 And a graph showing the relationship between the abrasive temperature in FIGS. 17 and 18. 図17から明らかなように、研磨剤の温度が低いほど、ディッシング量は小さくなる傾向がある。 As is clear from FIG. 17, as the temperature of the polishing agent is low, dishing amount tends to decrease. したがって、研磨剤の温度を低くすることにより、被研磨体のディッシングを小さくすることができる。 Therefore, by lowering the temperature of the polishing agent, it is possible to reduce the dishing of the polishing body. また、この効果は研磨剤がコロイドの性質を持つ場合に現れる現象であった。 Moreover, this effect abrasive was a phenomenon that appears when the nature of the colloid. また、図18から明らかなように、実施例3と同様に、上記のような研磨剤を用いた場合、研磨後のCu表面の最大表面粗さRmax は、供給する研磨剤の温度によらず一定であり、配線の信頼性上問題ない程度であった。 As is clear from FIG. 18, in the same manner as in Example 3, when using the polishing agent as described above, the maximum surface roughness Rmax of the Cu surface after polishing, regardless of the temperature of the polishing agent supplied is a constant, had a degree not reliable on the issue of wiring.

【0061】本実施例では、被研磨体としてCu膜を用いているが、Cuには少量の不純物が含まれていても上記効果を発揮する。 [0061] In this embodiment uses a Cu film as a material to be polished, even in the Cu contains a small amount of impurities to exhibit the above effect. また、実施例3および実施例4において、ポリッシングパッドには不織布上に発泡ポリウレタン層を貼付してなるものを用いているが、硬度が同程度であれば、例えば、ポリエステル、ポリエーテル等の不織布や、それらの不織布に樹脂含浸処理を施したポリッシングパッド、あるいは2種類以上の異なるパッドを張り合せてなるポリッシングパッド等を用いても上記効果を発揮する。 Further, in Examples 3 and 4, although the polishing pad is used made by attaching a foamed polyurethane layer on the nonwoven fabric, as long as hardness of the, for example, polyester, nonwoven polyether and also exhibits the effect using their polishing pad was subjected to resin impregnated non-woven fabric, or two or more different polishing pad or the like to be together span the pad.

【0062】本発明は、半導体基板上の絶縁膜表面に、 [0062] The present invention, on the surface of the insulating film on the semiconductor substrate,
配線材料を埋め込むための溝が形成されたものや、透明(絶縁)基板上に、光(可視光、紫外光、X線等)の吸収体材料を埋め込むための溝が形成されたもの(例えばCrやWからなる位相マスク、X線マスク)に対しても適用することができる。 And that grooves for embedding an interconnection material is formed, on a transparent (insulating) substrate, the light which (visible light, ultraviolet light, X-rays, etc.) is a groove for embedding the absorber material is formed (e.g. phase mask made of Cr and W, also for X-ray mask) can be applied.

【0063】 [0063]

【発明の効果】以上説明した如く本発明の研磨方法は、 As it has been described above polishing method of the present invention,
表面に凹部を有する基板上に少なくとも凹部を充填するように被研磨膜を形成し、研磨粒子および溶媒を含むp Forming a film to be polished so as to fill at least the concave portion on a substrate having a concave portion on the surface, p comprising abrasive particles and a solvent
H7.5以上の研磨剤を用いて被研磨膜を研磨して凹部内に被研磨膜を選択的に残存させるので、実用上問題がない程度に配線表面に生じる傷(粗れ)およびディッシングの発生を抑制して研磨することができる。 Since then polishing the film with H7.5 more abrasive selectively leave the target film in the recess, the practical problem scratches occurring on the wiring surface extent not (hail) and dishing it can be polished while suppressing the occurrence.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】本発明の研磨方法に使用される研磨装置の一例を示す概略図。 Schematic diagram illustrating an example of FIG. 1 polishing apparatus used in the polishing method of the present invention.

【図2】本発明の研磨方法の一例を説明するための断面図。 Sectional view for explaining an example of a polishing method of the present invention; FIG.

【図3】研磨粒子の粒径とAl膜の最大表面粗さとの関係を示すグラフ。 3 is a graph showing the relationship between the maximum surface roughness of the particle size and the Al film of the abrasive particles.

【図4】研磨液のpHと最大表面粗さとの関係を示すグラフ。 Figure 4 is a graph showing the relationship between pH and the maximum surface roughness of the polishing liquid.

【図5】比抵抗の定義を説明するための説明図。 [5] ratio explanatory diagram for describing the definition of the resistance.

【図6】各配線幅における比抵抗と最大表面粗さとの関係を示すグラフ。 Figure 6 is a graph showing the relationship between the specific resistance and the maximum surface roughness of the wiring width.

【図7】(A)〜(C)は研磨液のpHの違いによる研磨表面の様子を示す断面図。 7 (A) ~ (C) cross-sectional view showing a state of polishing the surface due to difference in pH of the polishing liquid.

【図8】各研磨粒子の平均粒径における溶解速度とpH [8] The dissolution rate and pH in the average particle diameter of each abrasive particles
との関係を示すグラフ。 Graph showing the relationship between the.

【図9】各研磨粒子の平均粒径におけるポリッシング速度とpHとの関係を示すグラフ。 9 is a graph showing the relationship between the polishing rate and the pH in the average particle diameter of each abrasive grain.

【図10】Al、TiN、SiO 2およびCについてのポリッシング速度と研磨粒子の平均粒径との関係を示すグラフ。 Figure 10 is a graph showing Al, TiN, the relationship between the average particle diameter of the polishing rate and the polishing particles for SiO 2 and C.

【図11】本発明の研磨方法の他の例を説明するための工程断面図。 [11] a process sectional view for explaining another example of the polishing method of the present invention.

【図12】本発明の研磨方法に使用される研磨装置の他の例を示す概略図。 Schematic diagram showing another example of a polishing apparatus used in the polishing method of the present invention; FIG.

【図13】本発明の研磨方法に使用される被研磨体の一例を示す断面図。 Sectional view showing an example of the abrasive member used in the polishing method of 13 the invention.

【図14】ディッシング量と研磨面温度との関係を示すグラフ。 Figure 14 is a graph showing the relationship between the dishing amount and the polishing surface temperature.

【図15】最大表面粗さと研磨面温度との関係を示すグラフ。 Figure 15 is a graph showing the relationship between the maximum surface roughness and the polishing surface temperature.

【図16】本発明の研磨方法に使用される被研磨体の他の例を示す断面図。 Cross-sectional view showing another example of a polishing target for use in the polishing method of Figure 16 the present invention.

【図17】ディッシング量と研磨面温度との関係を示すグラフ。 Figure 17 is a graph showing the relationship between the dishing amount and the polishing surface temperature.

【図18】最大表面粗さと研磨面温度との関係を示すグラフ。 Figure 18 is a graph showing the relationship between the maximum surface roughness and the polishing surface temperature.

【図19】(A)〜(G)は従来のポリッシング処理を説明するための工程断面図。 19 (A) ~ (G) is a process sectional view for explaining a conventional polishing process.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

11,41…試料ホルダー、12,42…被研磨体、1 11, 41 ... sample holder, 12, 42 ... object to be polished, 1
3,43…ポリッシングパッド、14,44…研磨プレート、15…研磨液供給用配管、16,51…研磨剤、 3, 43 ... Polishing pad, 14, 44 ... grinding plate, 15 ... polishing liquid supply pipe, 16,51 ... abrasives,
21,31…シリコン基板、22,32,60…SiO 21, 31 ... silicon substrate, 22,32,60 ... SiO
2膜、23,34,61…炭素膜、24,24a,3 2 film, 23,34,61 ... carbon film, 24,24a, 3
3,62…Al膜、25,25a…Al配線、45…配管、46…定盤温度調節装置、47…研磨剤貯蔵タンク、48…プロペラ、49…研磨剤供給管、50…吐出部、52…研磨剤温度調節装置、53…配管、54…タンク温度調節装置、63…窒化チタン膜、64…Cu 3,62 ... Al film, 25, 25a ... Al wiring, 45 ... pipe, 46 ... platen temperature control device, 47 ... abrasive storage tank, 48 ... propeller, 49 ... abrasive supply pipe, 50 ... discharge unit, 52 ... abrasive temperature controller, 53 ... pipe, 54 ... tank temperature adjusting device, 63 ... titanium nitride film, 64 ... Cu
膜。 film.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 早坂 伸夫 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 岡野 晴雄 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 ────────────────────────────────────────────────── ─── of the front page continued (72) inventor Nobuo Hayasaka Kawasaki-shi, Kanagawa-ku, Saiwai Komukaitoshiba-cho, address 1 Co., Ltd. Toshiba research and development in the Center (72) inventor Haruo Okano Kawasaki-shi, Kanagawa-ku, seafood Komukaitoshiba town address 1 Co., Ltd., Toshiba research and development Center in

Claims (9)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】表面に凹部を有する基板上に少なくとも前記凹部を充填するように金属からなる被研磨膜を形成する工程と、 研磨粒子および溶媒を含むpH7.5以上の研磨剤を用いて前記被研磨膜を研磨して前記凹部内に前記被研磨膜を選択的に残存させる工程と、を具備することを特徴とする研磨方法。 [Claim 1] with a step of forming a film to be polished formed of a metal so as to fill at least the concave portion on the substrate having a concave portion on the surface, the pH7.5 more abrasive comprising abrasive particles and a solvent wherein polishing method characterized by comprising the step of selectively leaving the polished film in the recess by polishing the film.
  2. 【請求項2】 前記被研磨膜はアルミニウムを主成分とする膜である請求項1記載の研磨方法。 Wherein said film to be polished is polished method of claim 1, wherein a film mainly containing aluminum.
  3. 【請求項3】 前記研磨粒子はシリカからなる研磨粒子を含む請求項1記載の研磨方法。 Wherein the abrasive particles are abrasive method of claim 1, including abrasive particles made of silica.
  4. 【請求項4】 前記研磨粒子の粒径は100nm以下である請求項1記載の研磨方法。 Wherein the particle size of the abrasive particles the polishing method according to claim 1, wherein at 100nm or less.
  5. 【請求項5】表面に凹部を有する基板上に少なくとも前記凹部を充填するように被研磨膜を形成する工程と、 前記被研磨膜をエッチングする溶液、前記被研磨膜の腐食抑制剤、および研磨粒子を含む研磨剤を用いて前記被研磨膜を研磨して前記凹部内に前記被研磨膜を選択的に残存させる工程と、を具備することを特徴とする研磨方法。 5. A process for forming a film to be polished so as to fill at least the concave portion on the substrate having a concave portion on the surface, a solution of etching the film to be polished, corrosion inhibitors of the film to be polished, and polishing polishing method characterized by comprising a, a step of selectively leaving the polished film the in the recess by polishing the film by using a polishing agent containing particles.
  6. 【請求項6】 前記腐食抑制剤は珪酸塩およびクロム酸塩からなる群より選ばれた少なくとも1つの物質を含む請求項5記載の研磨方法。 6. The polishing method according to claim 5 further comprising at least one substance wherein the corrosion inhibitor is selected from the group consisting of silicate, and chromate.
  7. 【請求項7】 前記腐食抑制剤は前記溶液と前記研磨粒子との反応により生ずる請求項5記載の研磨方法。 7. The polishing method according to claim 5, wherein causing the corrosion inhibitor by reaction with the abrasive particles and the solution.
  8. 【請求項8】 前記研磨粒子はシリカ粒子を含み、前記腐食抑制剤は珪酸イオンおよび負に帯電したシリカである請求項7記載の研磨方法。 Wherein said abrasive particles comprise silica particles, the corrosion inhibitor polishing method according to claim 7 wherein the silica charged silicate ions and negative.
  9. 【請求項9】 前記研磨剤を室温以下の温度で供給して前記被研磨膜を研磨する請求項1または5記載の研磨方法。 9. The polishing method according to claim 1 or 5, wherein polishing the abrasive said film to be polished by supplying at temperatures below room temperature.
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