JPH07193034A - Polishing method - Google Patents

Polishing method

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JPH07193034A
JPH07193034A JP6044316A JP4431694A JPH07193034A JP H07193034 A JPH07193034 A JP H07193034A JP 6044316 A JP6044316 A JP 6044316A JP 4431694 A JP4431694 A JP 4431694A JP H07193034 A JPH07193034 A JP H07193034A
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JP
Japan
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polishing
film
polished
particles
wiring
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Application number
JP6044316A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasutaka Sasaki
泰孝 佐々木
Renpei Nakada
錬平 中田
Hiroyuki Yano
博之 矢野
Nobuo Hayasaka
伸夫 早坂
Haruo Okano
晴雄 岡野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Priority to DE19944410787 priority patent/DE4410787A1/en
Priority to US08/300,127 priority patent/US5607718A/en
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Priority to US08/743,044 priority patent/US5775980A/en
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  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polishing method which is one of semiconductor manufacturing techniques, and more particularly to a method for polishing a conductor 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。このため、これらの機器全体の性能は、LS
I単体の性能に大きく影響される。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。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。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
MP(ケミカルメカニカルポリッシング)技術がある。
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。
2. Description of the Related Art In recent years, large-scale integrated circuits (LSIs) formed by integrating a large number of transistors, resistors and the like on one chip have been widely used in main parts of computers and communication devices. Therefore, the performance of these devices as a whole is
It is greatly affected by the performance of I itself. With the high integration of LSI, various fine processing techniques have been developed. The minimum feature size of the pattern has been decreasing year by year, and it is already on the order of submicrons. C is one of the technologies that have been developed to meet such strict miniaturization requirements.
There is MP (Chemical Mechanical Polishing) technology.
This technique is indispensable for flattening an interlayer insulating film, forming a plug, forming a buried metal wiring, and separating a buried element in a semiconductor device manufacturing process.

【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。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。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
を形成し、絶縁膜2の表面を平坦化する。次いで、図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。次いで、図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。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。
FIGS. 19A to 19G are process cross-sectional views showing an example of embedded metal wiring formation using a conventional polishing technique. In the figure, only the metal wiring portion is shown, and other structures such as elements below the insulating film 2 are omitted. First, as shown in FIG. 19A, an insulating film 2 is formed on a semiconductor substrate 1 such as a silicon substrate.
Are formed to flatten the surface of the insulating film 2. Then, FIG.
As shown in FIG. 9B, a groove for wiring or an opening for connecting wiring is formed in the insulating film 2 by the usual photolithography method and etching method. Then, in FIG.
As shown in (C), the wiring metal film 3 having a thickness exceeding the depth of the groove formed in the insulating film 2 is formed. In this case, a barrier metal film may be formed between the insulating film 2 and the wiring metal film 3 in order to prevent mutual diffusion or reaction between them.

【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。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。
Then, in order to leave the wiring metal film 3 only in the groove or opening, the wiring metal film 3 is subjected to polishing treatment using alumina particles or the like as abrasive particles. In this case, a film made of a material having a large polishing rate selection ratio with respect to the wiring metal film 3 may be formed on or below the wiring metal film 3 as a polishing resistant film.

【0005】次いで、和田らの方法(特願平4−065
781号明細書、同4−212380明細書、同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
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。
Next, the method of Wada et al. (Japanese Patent Application No. 4-065).
781 specification, 4-212380 specification, 4-2.
69202 specification and 5-67410 specification), a polycrystalline Al film is used as a metal film for wiring.
As shown in FIG. 19 (D), annealing is continuously performed in a vacuum from the state shown in FIG. 9 (C) to monocrystallize Al in the groove portion, and the Al film is changed to a convex portion of the insulating film 2 ( 19 (E), the remaining Al film is removed by polishing as shown in FIG. 19 (E).

【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
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。
The ideal shape after the polishing process is, as shown in FIG. 19E, the wiring metal film 3 only in the groove.
Remains, and metal wiring (connection wiring) is formed on the surface without any scratches or impurities, the wiring metal film 3 does not exist at all in the convex portion, and the surface of the insulating film 2 and the wiring metal film 3 are not formed. The surfaces are coplanar.

【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。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、
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。くなる。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。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。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。
However, in the actual polishing step, the metal film for wiring is mechanically operated between the surface to be polished of the wiring metal film 3 and the polishing particles or between the surface to be polished and the pad holding the polishing agent. The surface may be scratched and roughened, or the abrasive particles may be embedded or left in the wiring metal film 3. In addition, as shown in FIG. 19F, the wiring metal film 4 embedded in the groove and the opening,
Particularly in a wide area, a phenomenon called dishing occurs in which the thickness of the central portion becomes thin. Become When this dishing phenomenon occurs, abrasive particles tend to remain there. For example, when a metal having low hardness and ductility, such as Al or Cu, is used as the material of the wiring metal film 3, those tendencies are remarkable. Occurrence of scratches or dishing on the surface of the metal film for wiring, residual polishing particles, etc. increase resistance of the obtained wiring or cause disconnection, resulting in lower reliability and lower product yield.

【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)。しかし
ながら、このポリッシング処理では、Alに対するSi
2 のポリッシング選択比(SiO2 /Al)を充分に
取ることができない。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、SiO2
膜(絶縁膜2)もポリッシングされてしまい、SiO2
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。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。
As a polishing treatment capable of suppressing the generation of scratches or dishing on the surface of the wiring metal film, for example, when the film to be polished is an Al film, a slurry in which alumina particles are dispersed in an acidic aqueous solution of pH 3 or less is used. Treatment can be mentioned (Beyer et al, USP No. 4944836). However, in this polishing process, Si for Al
The polishing selectivity ratio of O 2 (SiO 2 / Al) cannot be sufficiently obtained. Therefore, if this polishing treatment is applied when forming the buried wiring, the SiO 2 is simultaneously polished at the same time as the polishing of the Al film (wiring metal film 3).
The film (insulating film 2) is also polished, and SiO 2
There is a problem that the depth of the groove formed in the film becomes small and the size of the wiring becomes small. Further, in this polishing process, since an acidic aqueous solution is used, there is a problem that the polishing apparatus is corroded.

【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)。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。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
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。
On the other hand, a method of forming an aluminum plug by polishing treatment using a mixed solution of amine and hydrogen peroxide solution without using abrasive particles has been reported (IEDM 1992 p.976 Y. Hayashi. et al). In this method, since polishing particles are not used, polishing progresses almost chemically, and scratches and roughness hardly occur on aluminum. However, since the ratio of the polishing rate of aluminum to the dissolution rate of aluminum in the mixed solution (polishing rate / dissolution rate) is small, the occurrence of dishing becomes remarkable, and for example, the sample in the state shown in FIG. When the polishing process is performed,
As shown in FIG. 9 (G), there is a problem that the Al film in the groove to be the wiring disappears before the Al film (wiring metal film 3) remaining on the convex portion is removed.

【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, in the formation of the buried wiring using the conventional polishing method, scratches (roughness) and dishing which occur on the wiring surface cannot be prevented, and the reliability is high. Difficult to get 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。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and provides a polishing method capable of suppressing scratches (roughness) and dishing generated on a wiring surface to the extent that there is no practical problem and polishing. The purpose 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 paid attention to the relationship between the average particle size of abrasive particles and the pH of a polishing liquid, and the scratches and dishing that occur on the object to be polished. It was also found that by regulating the pH of the polishing liquid within a desired range, polishing can be performed without causing scratches and dishing on the object to be polished.

【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。
That is, according to the present invention, a step of forming a film to be polished made of a metal so as to fill at least the concave portion on a substrate having a concave portion on the surface thereof, and an abrasive having a pH of 7.5 or more containing abrasive particles and a solvent. Is used to polish the film to be polished so as to selectively leave the film to be polished in the recesses.

【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。
In this polishing method, the film to be polished is preferably a film containing aluminum as a main component, the polishing particles preferably contain polishing particles made of silica, and the particle size of the polishing particles is 100 nm or less. 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, according to the present invention, a step of forming a film to be polished on a substrate having a concave portion on its surface so as to fill at least the concave portion, a solution for etching the film to be polished, and corrosion inhibition of the film to be polished. And a polishing agent containing a polishing particle to polish the film to be polished so as to selectively leave the film to be polished in the recesses.

【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。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。
In this polishing method, it is preferable that the corrosion inhibitor is a silicate and / or a chromate, and that it is generated by the reaction between the solution and the polishing particles. Further, it is preferable that the abrasive particles include silica particles, and the corrosion inhibitor is silicate ions and negatively charged silica.

【0017】ここで、研磨粒子の粒径とは、平均粒径、
特に一次粒子径の平均粒径を意味する。粒径が100nm
以下であることが好ましいとしたのは、粒径が100nm
を超えると傷の発生が多くなるからである。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。
Here, the particle size of the abrasive particles means the average particle size,
In particular, it means the average particle diameter of the primary particle diameter. 100 nm particle size
The following is preferable because the particle size is 100 nm.
This is because the number of scratches increases if the value exceeds. The film to be polished is an object to be polished in polishing, and examples of the material thereof include Al, Al alloy, Cu, Cu alloy, Ag, and Ag alloy.

【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
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。
In the present invention, the temperature below room temperature for supplying the abrasive means the temperature when the temperature of the slurry-like abrasive maintained at room temperature is lowered by a cooling mechanism.
It is preferable to supply the abrasive at 5 ° C. or lower, particularly 15 ° C. or lower, and most preferably 5 ° C. or lower.

【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.
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。
According to the polishing method of the present invention, a film to be polished is formed on a substrate having concave portions on its surface so as to fill at least the concave portions, and a pH of 7. containing polishing particles having a particle diameter of 100 nm or less.
It is characterized in that the film-to-be-polished is polished with 5 or more abrasives to selectively leave the film-to-be-polished in the recesses.

【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。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。
The reasons for selecting the particle size of the polishing particles and the pH of the polishing liquid in the present invention are as follows. That is, under the conditions outside the scope of the present invention, when the particle size of the abrasive particles is 100 nm or less and the pH of the polishing liquid is less than 7.5, and when the particle size of the abrasive particles is greater than 100 nm, There are practical problems.

【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、
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。
First, when the particle size of the polishing particles is 100 nm or less and the pH of the polishing liquid is less than 7.5, the mechanical action in polishing becomes large, which is a practical obstacle to the film to be polished. To some extent (maximum surface roughness of 20 nm or more),
Furthermore, in this range, the polishing liquid becomes a gel, which makes handling 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.
0の場合のRmax は20nmであり、研磨粒子の粒径が1
00nmであって研磨液のpHが7.5の場合のRmax
20nmである。このため、研磨液のpHが7.0〜7.
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。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。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
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。
As is clear from FIGS. 3 and 4, the particle size of the polishing particles is 5 nm and the pH of the polishing liquid is 7.
In the case of 0, R max is 20 nm, and the particle size of the abrasive particles is 1
When the polishing liquid has a pH of 00 nm and the polishing liquid has a pH of 7.5, R max is 20 nm. Therefore, the pH of the polishing liquid is 7.0 to 7.
In the case of the range of 5, the maximum surface roughness can be 20 nm or less by appropriately reducing the particle size of the abrasive particles. That is, in FIG. 3, the particle size of the polishing particles is 5 nm and the pH of the polishing liquid is 7.0, and the particle size of the polishing particles is 10 nm and the pH of the polishing liquid is 7.5. It is preferable to employ a condition in which the particle size of the polishing particles and the pH of the polishing liquid are combined, which is indicated by the line connecting smoothly and the region on the particle size side lower than this line. However, considering the above-mentioned problems, the particle size of the abrasive particles is 10
Most preferably, it is 0 nm or less and the pH of the polishing liquid is 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, when the particle size of the polishing particles is larger than 100 nm and the pH of the polishing liquid is higher than 7.5, the chemical action becomes large in the polishing, and the electromigration resistance is lowered and the reliability is lowered. The film to be polished in the recess is polished to the extent that problems occur, and 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。
Based on such knowledge, in the present invention, as the polishing conditions for the film to be polished, the grain size of the polishing particles is 100 nm or less and the pH of the polishing liquid is 7.5 or more, and the surface roughness and dishing are prevented. It is suppressed to the extent that there is no problem in practical use.

【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。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。
Further, in the polishing method of the present invention, a film to be polished is formed on a substrate having concave portions on its surface so as to fill at least the concave portions, and the pH is 7.5 or more including polishing particles having a particle diameter of 100 nm or less. It is characterized in that the polishing target film is selectively left in the recesses by supplying the polishing agent at a temperature below room temperature to polish the polishing target film. In this way, by supplying a polishing agent at a low temperature of room temperature or lower, polishing can be performed without causing scratches and dishing on the film to be polished.

【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。 (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。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
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。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。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。
Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIG. 1 is a schematic view showing an example of a polishing apparatus used in the polishing method of the present invention. This polishing apparatus includes a rotatable polishing plate 14, a polishing pad 13 affixed on the polishing plate 14, a polishing plate 14, and a rotatable sample holder 11.
And a polishing liquid supply pipe 15 connected to the polishing liquid tank and having a discharge portion extending to the vicinity of the polishing pad 13. The object to be polished 12 is vacuum-chucked to the sample holder 11 so that the surface to be polished faces the polishing pad 13. Further, the polishing agent 16 is supplied onto the polishing pad 13 by the polishing solution supply pipe 15, and the supply amount thereof can 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)
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)
を変えたポリッシングパッドを用いて被研磨体(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。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。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。そこで、
本実施例では、この材料をポリシングパッド13に用い
た。
Here, in selecting the material of the polishing pad 13, the hardness (Shore hardness of 66 to 88) is selected.
And materials (foam polyurethane, foam polyurethane subjected to suede processing, non-woven fabric, resin-impregnated non-woven fabric)
The polishing pad (Al
The film) was subjected to polishing treatment, and the occurrence of scratches on the object to be polished was examined in each case. As a result, when a foamed polyurethane material having a suede finish was used as the material, scratches having a depth of 5 nm or more did not occur on the surface of the object to be polished regardless of hardness. Therefore, it was found that as the material for the polishing pad, foamed polyurethane with suede processing was most preferable. Therefore,
In this embodiment, this material is used for 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[C4102 ]の希水溶液中にSiO2
粒子を分散させたコロイド溶液を用いた。なお、研磨液
中の研磨粒子であるSiO2 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、SiO2 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。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, as a polishing agent, SiO 2 in a dilute aqueous solution of piperazine [C 4 H 10 N 2 ] which is a secondary amine is used.
A colloidal solution in which particles are dispersed was used. Various polishing liquids obtained by changing the average particle diameter of SiO 2 particles by changing the proportion of SiO 2 particles as polishing particles in the polishing liquid within the range of 50% by weight or less were used. The 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。図中21はシリコン基板を示す。シリコ
ン基板21上には、SiO2 膜22が形成されている。
SiO2 膜22には、幅0.4〜10μm、深さ0.4
μm程度の配線用の溝が形成されている。溝を有するS
iO2 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。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。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。このとき、一部の多結晶のAl膜24
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。
FIG. 2 is a sectional view showing an object to be polished used in this embodiment. In the figure, 21 indicates a silicon substrate. A SiO 2 film 22 is formed on the silicon substrate 21.
The SiO 2 film 22 has a width of 0.4 to 10 μm and a depth of 0.4.
A groove for wiring of about μm is formed. S with groove
A carbon film 23 having a thickness of 50 nm is formed as a polishing resistant film on the entire surface of the iO 2 film 22 by a DC magnetron sputtering method. A polycrystalline Al film 24 is formed on the carbon film 23 by the DC magnetron sputtering method. The polycrystalline Al film 24 is formed without being heated in a vacuum and then continuously subjected to a heat treatment in a vacuum, whereby polycrystalline aluminum is aggregated and embedded in the groove to be a single crystal. At this time, part of the polycrystalline Al film 24
Even if a is aggregated, it is not embedded in the groove but single crystallized and remains 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
aを除去した。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Rmax との関係を
示すグラフである。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。また、図
4は研磨液のpHと最大表面粗さRmax との関係を示す
グラフである。なお、図3および図4の結果は、研磨圧
力300gf/cm2 、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。
The Al film 24 remaining in the regions other than the grooves by subjecting such an object to be polished to a polishing process (CMP)
a was removed. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the particle size of abrasive particles and the maximum surface roughness R max of the Al film 24 in the polishing process. In FIG. 3, the particle diameter on the horizontal axis means the maximum diameter of the abrasive particles contained in the abrasive. Further, FIG. 4 is a graph showing the relationship between the pH of the polishing liquid and the maximum surface roughness R max . The results shown in FIGS. 3 and 4 are obtained by performing the polishing process under the polishing conditions of the polishing pressure of 300 gf / cm 2 , and the rotation speed of the sample holder 11 and the polishing plate 14 of 100 rpm.

【0031】図3において、研磨粒子の粒径が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Rmax はともに20nmである。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Rmax も小さくなる。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。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。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Rmax はほぼ一定になっている。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。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。
In FIG. 3, the particle size of the abrasive particles is 100 nm.
The maximum surface roughness R max is 20 nm when the pH of the polishing liquid is 7.5 and the particle size of the polishing particles is 150 nm and the pH of the polishing liquid is 14. Further, as can be seen from FIG. 3, when the particle size of the abrasive particles is reduced, the maximum surface roughness R max is also reduced. The reason for this is that scratches on the aluminum surface are formed by the mechanical action of aluminum and abrasive particles. Further, as can be seen from FIG. 3, the inclination of the graph becomes gentler as the particle size of the abrasive particles becomes smaller. Particularly, when the pH of the polishing liquid is 7.5 or more, the maximum surface roughness R max is almost constant when the particle diameter of the polishing particles is around 10 nm. It is considered that this is because when the particle size of the abrasive particles becomes smaller, the abrasive particles tend to aggregate. That is, it is considered that even if the particle diameters of the individual polishing particles are small, those having a large particle diameter formed by aggregating the polishing particles having these small particle diameters are involved in the actual polishing.

【0032】一方、図4から分かるように、研磨液のp
Hを大きくすれば、最大表面粗さRmax も小さくなる。
特に、研磨液のpHが7〜7.5の間で最大表面粗さR
maxが急激に小さくなる。この理由は次のように考えら
れる。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。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。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。したがって、
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Rmax 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。
On the other hand, as can be seen from FIG.
If H is increased, the maximum surface roughness R max also decreases.
In particular, when the pH of the polishing liquid is between 7 and 7.5, the maximum surface roughness R
max decreases rapidly. The reason for this is considered as follows. Generally, aluminum has the property of forming a passivation film such as an oxide film on its surface in an aqueous solution. This passivation film is stable in the pH range of 4 to 7.5 and works well as a barrier for protecting aluminum. However, in a solution having a pH of more than 7.5, the ability of the passivation film as a barrier is suddenly weakened, so that aluminum is dissolved. Therefore,
From such characteristics of aluminum, it is considered that the reason why the maximum surface roughness R max rapidly changes in the vicinity of pH 7.5 is that the chemical action on aluminum rapidly 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
0gf/cm2 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Rmax も大きくなることが分かった。
一方、研磨圧力が300gf/cm2 未満の場合には、最大
表面粗さRmax はほぼ飽和し、例えば、研磨圧力が30
gf/cm2 における最大表面粗さRmax の値は、研磨圧力
が300gf/cm2 での値の約90〜100%であった。
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
max に特に変化はみられなかった。
Regarding the polishing pressure, the value is 30.
It was found that, when it was 0 gf / cm 2 or more, the maximum surface roughness R max also increased substantially in proportion to the increase of the polishing pressure.
On the other hand, when the polishing pressure is less than 300 gf / cm 2 , the maximum surface roughness R max is almost saturated, and for example, the polishing pressure is 30
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.
Regarding the rotation speeds of the sample holder 11 and the polishing plate 14, there was no particular change in the maximum surface roughness R max in the range of 50 to 500 rpm.

【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
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Rmax を実用上問題がない程度の
値である20nm以下にできる。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Rmax を20nm以下にすることができる。
Thus, from FIGS. 3 and 4, at least the particle size of the polishing particles is 100 nm or less, and the polishing liquid p
By polishing the Al film 24 under the condition that H is 7.5 or more, the maximum surface roughness R max can be set to 20 nm or less, which is a value at which there is no practical problem. Even if the above conditions are not satisfied, the surface roughness R max can be 20 nm or less if the pH of the polishing liquid is 7.5 or more.

【0035】ここで、最大表面粗さRmax 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。図6は、配線幅が0.2,
0.4,1.0μmの3つの場合についての最大表面粗
さRmax と比抵抗ρとの関係を示す。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。以下に、ここでの
比抵抗の定義を図5を用いて説明する。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)
の値を求める際に、その断面積として傷が全くないAl
配線25a(点線)の断面積を仮定して求める。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。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Rmax に対する抵抗値Rの実測値を基
に描いたものである。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Rmax
20nmを境にして急激に増加する。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。また、
現実的なLSI配線として、例えば、配線幅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。このように最大表面粗さRmax 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。
Here, the fact that the maximum surface roughness R max is 20 nm or less has a great significance in forming an actual LSI wiring. In FIG. 6, the wiring width is 0.2,
The relationship between the maximum surface roughness R max and the specific resistance ρ for three cases of 0.4 and 1.0 μm is shown. The specific resistance here is different from a constant determined by a substance and its structure as generally defined. Hereinafter, the definition of the specific resistance will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5, the Al wiring 25 (solid line) having scratches on the polished surface
When obtaining the value of Al, the cross-sectional area is Al with no scratches
It is calculated by assuming the cross-sectional area of the wiring 25a (dotted line). In general, the specific resistance ρ is represented by ρ = R · S / L, where L is a wiring length, S is a cross-sectional area, and R is a resistance value. Therefore, the graph shown in FIG. 6 is drawn based on the measured value of the resistance value R with respect to the maximum surface roughness R max with S and L fixed for each wiring width. As can be seen from FIG. 6, the specific resistance ρ of the wiring width on the order of submicron is the maximum surface roughness R max.
It increases sharply at the boundary of 20 nm. The rate of increase increases as the wiring width decreases. Also,
As a realistic LSI wiring, for example, wiring width 0.2 μm
When a wiring of 2 is attempted to be manufactured, a scratch having a depth of 20 nm or more greatly increases the specific resistance, and the device performance and reliability are significantly reduced. In this way, suppressing the maximum surface roughness R max to 20 nm or less is very important in forming a practical LSI wiring.

【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。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。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。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。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。また、研磨液の
pHが10の場合には、図7(B)に示すように、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。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。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。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。
FIG. 7 shows the state of the surface of the object to be polished when the object to be polished shown in FIG. 2 is polished by fixing the particle size of the polishing particles to 100 nm and changing the pH of the polishing liquid in the range of 7 to 13. It is a figure. Specifically, the surface of the object to be polished polished under the above conditions is observed by an optical microscope and an electron microscope (SEM). The polishing pressure, rotation speed and polishing time were constant at all pH values. When the pH of the polishing liquid was 7, as shown in FIG. 7A, many scratches were observed on the surface of the Al film 24. It is considered that this is because the chemical action hardly works. Further, when the pH of the polishing liquid is 10, as shown in FIG.
There was no scratch on the surface of the film 24, and no decrease in film thickness was observed. Further, even when the pH of the polishing liquid was 13, as shown in FIG. 7C, there was no scratch on the surface of the Al film 24. However, in this case, dishing was large and the film thickness was considerably reduced. Regarding dishing, it becomes more remarkable when the pH of the polishing liquid is increased to increase the chemical action.

【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VE に対するアルミニウムの
ポリッシング速度VP の比(VP /VE )を大きくする
ことが必要である。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。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。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。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。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VE が0nm/分であることが最も
望ましい。
As described above, in order to suppress the dishing which appears remarkably when the pH of the polishing liquid is increased, the ratio (V P / V E ) of the polishing rate V P of aluminum to the dissolution rate V E of aluminum by the polishing agent is set. It needs to be large. Generally, on the aluminum surface during the polishing process, the convex portion of the surface is easily subjected to the mechanical action of the abrasive particles held by the polishing pad stuck on the polishing plate 14, and the new surface is always exposed to the abrasive. Therefore, it is easily affected by chemical action. That is, the convex portion receives both mechanical and chemical actions. On the other hand, the concave portion is less susceptible to mechanical action and is only isotropically etched by the chemical component of the abrasive. That is, it is considered that the recesses are only subjected to a chemical action. Therefore, in order to suppress the dishing, it is most desirable that the dissolution rate V E of aluminum by the abrasive in the recess is 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。図中実線は研磨粒子(SiO2 )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。また、図
9は研磨液のpHとポリッシング速度VP との関係を示
すグラフである。図8から分かるように、溶解速度VE
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。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。また、図9から分か
るように、ポリッシング速度VP は粒径φおよびpHに
比例して大きくなる。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
P の増加は小さいものとなる。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the pH of the polishing liquid and the dissolution rate. In the figure, the solid line shows the polishing liquid of the amine aqueous solution containing no polishing particles (SiO 2 ), and the broken line shows the polishing liquid in which the polishing particles are dispersed in the amine aqueous solution. FIG. 9 is a graph showing the relationship between the pH of the polishing liquid and the polishing rate V P. As can be seen from FIG. 8, the dissolution rate V E
Is sharply reduced by dispersing abrasive particles in an aqueous amine solution. In particular, when the particle diameter φ of the abrasive particles is 100 nm or less, it is stable at 2 nm / min or less. Further, as can be seen from FIG. 9, the polishing rate V P increases in proportion to the particle diameter φ and pH. However, when the particle diameter φ is larger than 100 nm, the polishing speed V increases with the increase of the particle diameter φ.
The increase in P is 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VP /VE
値は90以上である必要がある。これは、凸部である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。この点を考慮して最大表面粗さ
max が20nm以下、かつVP /VE 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。
By the way, when polishing the object to be polished shown in FIG. 2, the value of V P / V E needs to be 90 or more from the practical point of view. This is the convex part A
The height of the I film 24a is generally in the range of 1 to 1.8 μm, while the dishing amount allowed for the Al film 24 as a wiring prevents an increase in resistance and a decrease in reliability (electromigration resistance etc.). Therefore, it is necessary to make the thickness 20 nm or less. In consideration of this point, the range of the particle size of the polishing particles and the pH of the polishing liquid at which the maximum surface roughness R max is 20 nm or less and V P / V E is 90 or more are 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VE は2(pH7.5)〜2.4(pH1
4)となる。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VP は180(pH7.
5)〜220(pH14)となる。すなわち、粒径が1
00nmであり、pHが7.5〜14の場合には、VP
E は90以上となる。ここで、粒径に対する溶解速度
E の増加率は、pH7.5〜14の範囲では、常にポ
リッシング速度VP の増加率よりも大きい(ΔVE >Δ
P )ことが分かっている。すなわち、粒径が100nm
より大きくなると、pH7.5〜14の範囲におけるV
P /VE は90未満となり、適切な研磨が不可能とな
る。したがって、最大表面粗さRmaxを20nm以下と
し、かつVP /VE 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。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
00nmでは±5%の誤差がある。したがって、粒径を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。また、図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、
例えば、通常のポリッシング処理で用いられる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。
As can be seen from FIG. 8, when the particle size of the polishing particles is 100 nm and the pH of the polishing liquid is 7.5 to 14, the dissolution rate V E is 2 (pH 7.5) to 2.4. (PH 1
4). Further, as can be seen from FIG. 9, when the particle size of the polishing particles is 100 nm and the pH of the polishing liquid is 7.5 to 14, the polishing rate V P is 180 (pH 7.
5) to 220 (pH 14). That is, the particle size is 1
00 nm and pH of 7.5-14, V P /
V E is 90 or more. Here, the increase rate of the dissolution rate V E with respect to the particle size is always larger than the increase rate of the polishing rate V P in the range of pH 7.5 to 14 (ΔV E > Δ).
VP ) is known. That is, the particle size is 100 nm
When it becomes larger, V in the range of pH 7.5 to 14
P / V E is less than 90, which makes proper polishing impossible. Therefore, in order to set the maximum surface roughness R max to 20 nm or less and the V P / V E to 90 or more, the particle size of the polishing particles must be 100 nm or less and the pH of the polishing liquid must be 7.5 or more. . In addition, among the abrasives currently on the market, the most accurate particle size is, for example, a particle size of 1
There is an error of ± 5% at 00 nm. Therefore, the particle size is 1
Although it is specified to be 00 nm or less, it is necessary to consider the error (95 to 105 nm) as the true value. Also, FIG.
And FIG. 9 shows the case where the weight ratio of the abrasive particles to the whole abrasive is 5%, and when the weight ratio is higher than 5%,
For example, 10 to 3 used in normal polishing processing
When it is about 0%, the number of abrasive particles per unit area increases, and thus dishing is naturally suppressed.

【0041】図2に示す被研磨体において、炭素膜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。す
なわち、炭素膜23が存在しないことにより、下地のS
iO2 膜22まで若干ポリッシングが進んだが問題はな
い。ただし、この場合、炭素膜等の耐研磨膜よりもSi
2 膜のポリッシング速度が速いため、AlとSiO2
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。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。実際に、pH11におけるAl,炭
素,SiO2 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SiO2 よりも耐研磨
膜の材料としてより優れている。ただし、pH調整とし
てKOH、NaOHを用いた研磨液の場合には、SiO
2 のポリッシング速度が100nm/分以上となり、Al
とSiO2 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。なお、炭素膜23
の代わりに、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。 (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。
まず、図11(A)に示すように、シリコン基板31上
にSiO2 膜32を形成した。次いで、このSiO2
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。
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。このとき、Al膜33の膜厚
は450nmとし、SiO2 膜32の段差以上の厚さにな
るようにした。次いで、図11(B)に示すように、A
l膜33にポリッシング処理を施して溝内部のみにAl
膜33を残存させた。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
Hを7.5以上として行った。また、研磨液および研磨
装置も上述したものを用いた。
In the object to be polished shown in FIG. 2, the carbon film 23
When the same polishing as above was carried out using the object to be polished which was omitted only as the object to be polished, the following was found. That is, since the carbon film 23 does not exist, the underlying S
Polishing has proceeded to the iO 2 film 22 slightly, but there is no problem. However, in this case, Si is better than a polishing resistant film such as a carbon film.
Due to the high polishing speed of the O 2 film, Al and SiO 2
Both polishing amounts must be controlled to appropriate values. This can be done even if the object to be polished does not have a polishing resistant film, but the polishing conditions must be rigorously defined. In fact, when comparing the polishing rates of Al, carbon, and SiO 2 at pH 11, as shown in FIG. 10, carbon is superior to SiO 2 as a material for the polishing resistant film. However, in the case of a polishing liquid using KOH or NaOH for pH adjustment, SiO
The polishing speed of 2 is 100 nm / min or more, and Al
Since the selection ratio between SiO 2 and SiO 2 becomes smaller, a polishing resistant film such as the carbon film 23 is required. The carbon film 23
Instead of TiN, ZrN, HfN, TaN, VN,
A film made of NbN, TiW or the like may be used as a polishing resistant film against aluminum polishing. (Embodiment 2) FIGS. 11A and 11B are process sectional views for explaining another example of the polishing method of the present invention.
First, as shown in FIG. 11A, a SiO 2 film 32 was formed on a silicon substrate 31. Next, a carbon film 34 having a thickness of 50 nm was formed on the entire surface of the SiO 2 film 32 by a DC magnetron sputtering method, and then a wiring groove was formed through a normal photolithography process.
Then, the Al film 33 was formed on the entire surface by the DC magnetron sputtering method. At this time, the thickness of the Al film 33 is 450 nm, and the thickness is equal to or larger than the step difference of the SiO 2 film 32. Then, as shown in FIG.
l film 33 is subjected to a polishing treatment to form Al only in the groove.
Membrane 33 remained. In this polishing treatment, the particle size of the polishing particles is 100 nm or less as described above, and the polishing liquid p
H was set to 7.5 or more. Further, the polishing liquid and the polishing apparatus used are those 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
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。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。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SiO2 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、
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
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。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。
Observation of the polished surface after the polishing treatment with an optical microscope and SEM revealed that Al
The film 33 was completely removed, and no scratches or roughness due to polishing were observed on the surface of the Al film 33 inside the groove. Further, it was found from the cross-sectional observation by SEM that the film thickness of the Al film 33 inside the groove was hardly reduced and that dishing did not occur. In the above-described examples, the case where colloidal silica prepared by dispersing SiO 2 particles as abrasive particles in an aqueous solution of piperazine is used as the polishing liquid has been described.
A that occurs when abrasive particles are added to an alkaline aqueous solution
It has been found that the drastic decrease in the dissolution rate is particularly remarkable in the case of silica particles. Further, it has been found that other particles such as cerium oxide, titanium oxide, and alumina have a lower dissolution rate, but do not show a sharp change as compared with silica particles and can be used.

【0043】これらのメカニズムは、以下のようである
と思われる。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。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。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
を研磨することが可能なのである。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、Rmax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。
These mechanisms are believed to be as follows. When silica particles are dispersed in an alkaline aqueous solution as in this example, the surface of the silica particles is negatively charged, so that the electric double layer is formed by adsorption on the local anode on the aluminum surface, resulting in dissolution of aluminum. Suppress. That is, the silica particles play a role of a so-called corrosion inhibitor (inhibitor) with respect to aluminum. As a result, the alkaline silica dispersion solution of the present invention can be treated with Al without causing scratches or dishing.
Can be polished. For example, when Al is polished with a polishing agent in which alumina particles (particle diameter 50 nm) are dispersed in a piperazine aqueous solution (pH 11), R max is within 20 nm, but dishing is large and it is difficult to form Al-embedded wiring.

【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、
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。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。
By the way, when particles other than silica, such as cerium oxide, titanium oxide, and alumina, are dispersed in an alkaline aqueous solution, the decrease in Al dissolution rate is not as remarkable as that of silica particles as described above. For example,
By adding a certain amount of silica particles, the ratio of the dissolution rate to the Al polishing rate becomes sufficiently small. At this time, the effect of the present invention is exhibited by dispersing the cerium oxide, titanium oxide, or alumina particles in an aqueous solution having a particle size of 100 nm or less and having a pH of more than 7.5, and further adding silica particles having a particle size of 100 nm or less. .

【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。研磨液は、pH11.
0のピペラジン水溶液に粒径50nmのアルミナ粒子を1
0.0重量%、粒径50nmのシリカ粒子を1.0重量%
それぞれ分散させて作製した。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。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。このときのAl表面のRmax
は9〜10nmであった。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。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。
Here, an example is shown in which alumina particles and silica particles are mixed to polish Al. The polishing liquid has a pH of 11.
Alumina particles with a particle size of 50 nm were added to 0 of the piperazine aqueous solution.
0.0 wt%, 1.0 wt% silica particles with a particle size of 50 nm
Each was dispersed and produced. As the polishing apparatus and the object to be polished, those shown in FIG. 1 and FIG. 11 (A) were used. As a result of polishing, no scratches or dishing were observed on the Al surface, and a cross-sectional shape as shown in FIG. 11 (B) was obtained, as in the above example. R max of Al surface at this time
Was 9-10 nm. In addition, instead of the above-mentioned alumina particles, the same experiment was conducted using titanium oxide particles and cerium oxide particles having a particle diameter of 50 nm, but the same effects as above could be confirmed. In addition, it was confirmed that diamond, silicon carbide, zirconium oxide, and the like are effective in addition to the above-mentioned alumina, titanium oxide, and cerium oxide particles when they are used by mixing with silica particles.

【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。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。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。本発明者等が検討したところ、
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。さらに、アルミナ粒子(粒径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、Rmax 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。
Further, as the substance for adjusting the pH, amines such as triethylamine, choline, TMAH, ammonia, etc. may be used in addition to the above-mentioned piperazine. Also, by adding a substance generally known as an Al corrosion inhibitor, the Al dissolution rate can be extremely reduced even when particles other than silica are used. A
As the corrosion inhibitor of 1), silicates, chromates, amines, glucose, tragacanth rubber, agar and the like are known, although different ones are used depending on whether the solution is acidic or alkaline. As a result of examination by the present inventors,
It was confirmed that when the polishing liquid is alkaline, at least silica particles, silicates, glucose, agar and the like show good characteristics as a corrosion inhibitor, that is, a tendency of decreasing the Al dissolution rate. In addition, alumina particles (particle size 50n
m) was dispersed in an aqueous solution of piperazine (pH 11), each corrosion inhibitor was added, and Al was polished using this. It was confirmed that R max was within 20 nm and dishing was also suppressed low. Was done.

【0047】また、上記実施例では、被研磨体としてA
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。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。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。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。 (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。図中41は試料ボ
ルダーを示す。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。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。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。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。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。
Further, in the above embodiment, the material to be polished is A
Although the case where the 1 film is used has been described, an Al alloy film containing Al as a main component and a small amount of Cu or Si may be used as the object to be polished. Furthermore, if abrasive particles, a corrosion inhibitor that suppresses elution of metals, and a mixture of chemical components that dissolve metals are used in the abrasive, a film made of Cu, Cu alloy, Ag, Ag alloy, or the like is used as an object to be polished. You can also Further, in the present invention, the recess may have a different width depending on the location. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. (Embodiment 3) FIG. 12 is a schematic view showing another example of the polishing apparatus used in the polishing method of the present invention. In the figure, 41 indicates a sample boulder. The sample holder 41 is connected to a drive mechanism (not shown), and is vertically movable and rotatable by the drive mechanism. An object 42 to be polished is held on the sample boulder 41 by a vacuum chuck. A polishing plate 44 is arranged below the sample holder 41, and a polishing pad 43 is attached to the upper surface of the polishing plate 44. The polishing plate 44 and the polishing pad 43 form a polishing platen. This polishing platen is rotatable by a drive 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。この配管45には水等の媒体が循環される。
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。これにより、研磨定盤
の温度が調節される。
A pipe 45 is arranged in the polishing plate 44, and the pipe 45 is connected to a platen temperature adjusting device 46. A medium such as water is circulated in the pipe 45.
The platen temperature adjustment device 46 is provided with a refrigerator and a heater (not shown) inside and adjusts the temperature of the medium circulating in the pipe 45. Thereby, 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。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。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
2が取り付けられている。この研磨剤温度調節装置52
には、図示しない冷凍機が備えられている。研磨剤51
が研磨剤供給管49を通過することにより、研磨剤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。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。この配管53には水等の媒体が循環される。
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。これにより、研磨剤
貯蔵タンク47の温度が調節される。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。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。
Above the polishing platen, a 50-liter polishing agent storage tank 47 containing the polishing agent is installed. In the abrasive storage tank 47, a propeller 48 for stirring the abrasive is attached. A polishing agent supply pipe 49 is attached to a side portion of the polishing agent storage tank 47, and the polishing agent temperature adjusting device 5 is attached to the polishing agent supply pipe 49.
2 is attached. This polishing agent temperature control device 52
Is equipped with a refrigerator (not shown). Abrasive 51
As the abrasive passes through the abrasive supply pipe 49,
Is temperature controlled prior to being applied to the polishing pad 43. A pipe 53 is wound around the abrasive storage tank 47, and the pipe 53 is connected to a tank temperature adjusting device 54. A medium such as water is circulated in the pipe 53.
The tank temperature adjustment device 54 is provided with a refrigerator and a heater (not shown) inside and adjusts the temperature of the medium circulating in the pipe 53. As a result, the temperature of the abrasive storage tank 47 is adjusted. The polishing agent temperature adjusting device 52 and the tank temperature adjusting device 54 may be controlled separately, or may be collectively controlled. Thus, the polishing apparatus according to the present invention is constructed.

【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。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。
In the polishing apparatus having the above structure, when actually polishing an object to be polished, the drive mechanism rotates the sample holder 41 and the polishing platen, and the sample holder 41 is lowered to remove the object 42 to be polished. It is pressed against the polishing pad 43 with a constant load. In this state, polishing is performed by supplying the polishing agent 51 onto the polishing pad 43 from the discharge portion 50 of the polishing agent supply pipe 49.

【0051】まず、シリコン基板上にSiO2 膜60を
形成する。次いで、このSiO2 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。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。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。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。
First, a SiO 2 film 60 is formed on a silicon substrate. Then, a carbon film 61 having a thickness of 50 nm is formed on the entire surface of the SiO 2 film 60 by a DC magnetron sputtering method, and then a wiring groove (widths 1 μm, 3 μm, 5 μm, and 10 μm) is formed through a normal photolithography process. To form. After that, the Al film 62 is formed on the entire surface by the DC magnetron sputtering method. At this time, the film thickness of the Al film 62 was set to 450 nm so as to be higher than the groove step. Thus, the object 42 to be polished as shown in FIG. 13 was produced.

【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。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。このポリッシングパッドの選定理由は、研磨
圧力30〜600gf/cm2 で、純水だけを用いて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。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。研磨条件は以下
に示すように設定した。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 object 42 to be polished was placed on the sample holder 41, and the object 42 to be polished was subjected to CMP. As the polishing pad 43, one having a total thickness of 1.5 mm and a Shore hardness of 66 to 88 formed by sticking a foamed polyurethane layer on a non-woven fabric was used. The reason for selecting this polishing pad is that the polishing pressure is 30 to 600 gf / cm 2 and only pure water is used for Al,
This is because when CMP was performed on a soft metal such as Cu, no scratches having a depth of 100 nm or more were generated on the polished surface regardless of hardness and polishing pressure. Further, as the abrasive 51, silica particles having an average particle diameter of 30 nm dispersed in an alkaline amine aqueous solution at 10% by weight were used. The polishing conditions were set as shown below. The polishing platen temperature was kept constant by the platen temperature controller 46.

【0053】研磨圧力 :300gf/cm2 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。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。このとき、研磨剤貯蔵タンク47内の研磨剤5
1をプロペラ48により撹拌する。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。
Polishing pressure: 300 gf / cm 2 Polishing plate temperature: 25 ° C. (room temperature) Polishing plate: 100 rpm rotation speed Sample holder: 100 rpm rotation speed Under the above polishing conditions, the temperature of the polishing agent supplied was as follows. Changed. That is, the polishing agent 51 is put into the polishing agent storage tank 47 at 25 ° C. (room temperature), and the polishing agent storage tank 47 is adjusted to 25 ° C. by the tank temperature adjusting device 54. At this time, the polishing agent 5 in the polishing agent storage tank 47
Stir 1 with propeller 48. When the polishing agent 51 is supplied onto the polishing pad 43 through the polishing agent supply pipe 49, the temperature of the polishing agent 51 is changed by the polishing agent temperature adjusting device 52 to −1 to 80 ° C.

【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
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。
A graph showing the relationship between the dishing amount of the Al wiring and the polishing agent temperature when the object to be polished shown in FIG. 13 was polished under these conditions, and the maximum surface roughness Rmax of the Al surface.
Graphs showing the relationship between the temperature and the polishing agent temperature are shown in FIGS. 14 and 15, respectively.

【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。
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。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。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。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。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。
As is clear from FIG. 14, the dishing amount tends to decrease as the temperature of the polishing agent decreases.
Therefore, the dishing of the object to be polished can be reduced by lowering the temperature of the polishing agent. This effect was effective when an abrasive having a colloidal property was used. A fluid having such a colloidal property generally does not follow Newton's viscosity law, and exhibits a property called dilatancy, in which the apparent viscosity increases as the displacement stress increases. Due to this property, it is considered that the abrasive particles retained in the apparently gelled liquid mechanically remove the object to be polished in minute units. Therefore, the biggest cause of the effect of suppressing dishing by lowering the temperature of the polishing agent as in this example is that the above-described polishing mechanism has temperature dependency and dilatancy is emphasized more at low temperature. 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、
10%程度に抑えることが要求されている。このため、
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。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
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。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。
In general, from the viewpoint of RC delay in LSI wiring, the reduction of the wiring cross-sectional area due to dishing is
It is required to be suppressed to about 10%. For this reason,
The suitable temperature range of the abrasive varies depending on the intended thickness and shape of the wiring. For example, when an embedded wiring having a thickness of 0.4 μm and a width of 0.4 to 10 μm is formed using a polishing resistant film having a thickness of 50 nm, the dishing amount is about 130.
Since it must be less than or equal to nm, it is necessary to keep the temperature of the polishing agent below 15 ° C. as shown in FIG. Further, more desirably, as is clear from FIG. 14, the dishing can be further suppressed by setting the temperature of the polishing agent near the freezing point, that is, -1 to 5 ° C.

【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。
Further, as is apparent from FIG. 15, when the above-mentioned polishing agent is used, the maximum surface roughness Rmax of the Al surface after polishing is constant regardless of the temperature of the polishing agent supplied, There was no problem in terms of wiring reliability.

【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。例えば、Si1.0重量%や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。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。例えば、
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。 (実施例4)図16は図12に示す研磨装置を用いてC
MPを行う被研磨体の他の例を示す断面図である。シリ
コン基板上にSiO2 膜60を形成する。次いで、この
SiO2 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
0μm)を形成する。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
を形成する。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。このとき、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。このようにして被研磨体42を作製した。
In this embodiment, Al may contain a small amount of impurities. For example, Si 1.0 wt% or Cu
Even if a film made of an Al alloy containing 1.0% by weight is used as the object to be polished, the above effect is exhibited. Further, in the present example, an abrasive containing only silica particles as abrasive particles is used, but if the particle diameter of the abrasive particles is 100 nm or less and the pH of the abrasive is 7.5 or more, it is regarded as silica particles. An abrasive containing other particles as abrasive particles may be used. For example,
The effect of the present embodiment can be exhibited even by using an abrasive containing silica particles and alumina particles having a particle size of 100 nm or less. (Embodiment 4) FIG. 16 shows C using the polishing apparatus shown in FIG.
It is sectional drawing which shows the other example of the to-be-polished object which performs MP. The SiO 2 film 60 is formed on the silicon substrate. Then, on the SiO 2 film 60, wiring grooves (width 1 μm, 3 μm, 5 μm and 1
0 μm) is formed. A titanium nitride film 63 having a thickness of 50 nm is formed on the entire surface by DC magnetron sputtering.
To form. Then, the Cu film 64 is formed on the entire surface by the DC magnetron sputtering method. At this time, Cu
The film thickness of the film 64 was set to 450 nm so as to be higher than the groove step. In this way, the object 42 to be polished was produced.

【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。
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。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。研磨条件は以
下に示すように設定した。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。
This object to be polished was set on the sample holder 41 of the polishing apparatus shown in FIG. 12, and the object to be polished was subjected to CMP.
The polishing pad 43 has a total thickness of 1.5 mm and a Shore hardness of 66, which is formed by pasting a foamed polyurethane layer on a non-woven fabric.
.About.88 was used. As the abrasive 51, silica particles having an average particle diameter of 30 nm dispersed in hydrogen peroxide solution containing an oxidizing agent in an amount of 20% by weight were used. The polishing conditions were set as shown below. The polishing platen temperature was kept constant by the platen temperature controller 86.

【0060】研磨圧力 :300gf/cm2 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
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。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。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。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。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。
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 dishing amount of Cu wiring and the polishing agent temperature at this time Graph and maximum surface roughness Rmax of Cu surface
17 and 18 are graphs showing the relationship between the polishing agent temperature and the polishing agent temperature. As is clear from FIG. 17, the dishing amount tends to decrease as the temperature of the polishing agent decreases. Therefore, the dishing of the object to be polished can be reduced by lowering the temperature of the polishing agent. Further, this effect was a phenomenon that appeared when the abrasive had a colloidal property. Further, as is apparent from FIG. 18, in the same manner as in Example 3, when the above-described polishing agent was used, the maximum surface roughness Rmax of the Cu surface after polishing did not depend on the temperature of the polishing agent supplied. It was constant and there was no problem in reliability 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。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。
In this embodiment, the Cu film is used as the object to be polished, but the above effect is exhibited even if Cu contains a small amount of impurities. Further, in Examples 3 and 4, the polishing pad is formed by laminating a foamed polyurethane layer on a non-woven fabric, but if the hardness is about the same, for example, non-woven fabric of polyester, polyether or the like. The above effect can be obtained by using a polishing pad obtained by impregnating these non-woven fabrics with a resin, or a polishing pad obtained by laminating two or more different types of pads.

【0062】本発明は、半導体基板上の絶縁膜表面に、
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。
According to the present invention, the surface of the insulating film on the semiconductor substrate is
A groove in which a wiring material is formed, or a groove in which a light (visible light, ultraviolet light, X-ray, etc.) absorber material is formed on a transparent (insulating) substrate (for example, It can also be applied to a phase mask made of Cr or W, an X-ray mask).

【0063】[0063]

【発明の効果】以上説明した如く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、研磨粒子および溶媒を含むp
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。
As described above, the polishing method of the present invention is
A film to be polished is formed on a substrate having concave portions on its surface so as to fill at least the concave portions, and p containing abrasive particles and a solvent is added.
Since the film-to-be-polished is polished with a polishing agent of H7.5 or higher to selectively leave the film-to-be-polished in the recesses, scratches (roughness) and dishing generated on the wiring surface to the extent that there is no practical problem. Generation can be suppressed and polishing can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of 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。
FIG. 1 is a schematic view showing an example of a polishing apparatus used in a 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。
FIG. 2 is a sectional view for explaining an example of the polishing method of the present invention.

【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。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the particle size of abrasive particles and the maximum surface roughness of an Al film.

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

【図5】比抵抗の定義を説明するための説明図。FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining the definition of specific 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。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the specific resistance and the maximum surface roughness in each 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。
7A to 7C are cross-sectional views showing a state of a polishing surface due to a difference in pH of a polishing liquid.

【図8】各研磨粒子の平均粒径における溶解速度とpH
との関係を示すグラフ。
FIG. 8: Dissolution rate and pH at average particle size of each abrasive particle
A graph showing the relationship with.

【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。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the polishing rate and pH of the average particle size of each abrasive particle.

【図10】Al、TiN、SiO2 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。
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the polishing rate and the average particle size of abrasive particles for Al, TiN, 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。
FIG. 11 is 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。
FIG. 12 is a schematic view showing another example of a polishing apparatus used in the polishing method of the present invention.

【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。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing an example of an object to be polished used in the polishing method of the present 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。
FIG. 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。
FIG. 15 is a graph showing the relationship between maximum surface roughness and 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。
FIG. 16 is a cross-sectional view showing another example of the object to be polished used in the polishing method of 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。
FIG. 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。
FIG. 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。
19A to 19G are process cross-sectional views for explaining a conventional polishing process.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11,41…試料ホルダー、12,42…被研磨体、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、
21,31…シリコン基板、22,32,60…SiO
2 膜、23,34,61…炭素膜、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
膜。
11, 41 ... Sample holder, 12, 42 ... Object to be polished, 1
3, 43 ... Polishing pad, 14, 44 ... Polishing plate, 15 ... Polishing liquid supply pipe, 16, 51 ... Abrasive,
21, 31 ... Silicon substrate, 22, 32, 60 ... SiO
2 film, 23, 34, 61 ... Carbon film, 24, 24a, 3
3, 62 ... Al film, 25, 25a ... Al wiring, 45 ... Piping, 46 ... Plate temperature adjusting device, 47 ... Abrasive storage tank, 48 ... Propeller, 49 ... Abrasive supply pipe, 50 ... Discharge part, 52 ... Abrasive temperature control device, 53 ... Piping, 54 ... Tank temperature control device, 63 ... Titanium nitride film, 64 ... Cu
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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Nobuo Hayasaka No. 1 Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Inside the Toshiba Research & Development Center (72) Inventor Haruo Okano Komukai-Toshiba, Kouki-ku, Kawasaki, Kanagawa Town No. 1 Toshiba Corporation Research & Development Center

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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。
1. A step of forming a film to be polished made of a metal so as to fill at least the concave portion on a substrate having a concave portion on the surface thereof, and a polishing agent having a pH of 7.5 or more containing abrasive particles and a solvent is used. Polishing the film to be polished so that the film to be polished selectively remains in the recesses.
【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。
2. The polishing method according to claim 1, wherein the film to be polished is a film containing aluminum as a main component.
【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。
3. The polishing method according to claim 1, wherein the polishing particles include polishing particles made of silica.
【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。
4. The polishing method according to claim 1, wherein the particle size of the polishing particles is 100 nm or less.
【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 step of forming a film to be polished on a substrate having a recess on the surface so as to fill at least the recess, a solution for etching the film to be polished, a corrosion inhibitor for the film to be polished, and polishing. Polishing the film to be polished with an abrasive containing particles to selectively leave the film to be polished in the recesses.
【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, wherein the corrosion inhibitor contains at least one substance selected from the group consisting of silicates and chromates.
【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 the corrosion inhibitor is generated by a reaction between the solution and the polishing particles.
【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。
8. The polishing method according to claim 7, wherein the polishing particles include silica particles, and the corrosion inhibitor is silicate ions and negatively charged silica.
【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, wherein the polishing agent is supplied at a temperature of room temperature or lower to polish the film to be polished.
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