JPH11233464A - 半導体基板上の金属膜研磨用組成物及びそれを用いてなる半導体基板上の金属膜の平坦化方法ならびに半導体基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体基板上の金属膜を平坦化する工程にお
いて、金属膜を高速に研磨し、かつ金属膜／絶縁膜の研
磨選択性に優れ、金属膜及び絶縁膜表面の欠陥の発生を
抑えることができる金属膜研磨用組成物及びそれを用い
てなる半導体基板上の金属膜の平坦化方法ならびに半導
体基板の製造方法を提供する。 【解決手段】 金属膜研磨用組成物として、酸化マグネ
シウム、マグネシアスピネルまたはチタニウム、ジルコ
ニウム、セリウム、マンガンからなる群より選ばれた少
なくとも１種を含有するマグネシウム複合酸化物を用い
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板上の金
属膜研磨用組成物及びそれを用いてなる半導体基板上の
金属膜の平坦化方法ならびに半導体基板の製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ技術の急速な進展により、集積回
路は益々微細化や多層配線化の傾向にある。集積回路に
於ける多層配線化は半導体表面の凹凸を極めて大きく
し、かかる凹凸による段差の存在が、配線の段切れや抵
抗値の増大を招き、集積回路の微細化とも相まって断線
や電流容量の低下、エレクトロマイグレーションの発生
などをもたらし、歩留まりの低下や信頼性上の問題をき
たす原因となっている。

【０００３】このため、多層配線基板における金属配線
や層間絶縁膜を平坦化し、各層間の凹凸をなくす平坦化
技術が必要となってきている。平坦化加工技術は種々開
発されてきており、その一つにＣＭＰ（化学機械的研
磨：Chemical Mechanical Polishing）技術がある。
ＣＭＰ技術は半導体製造において、層間絶縁膜の平坦
化、埋め込み配線形成、プラグ形成等に必要となる技術
である。

【０００４】ＣＭＰは、通常半導体材料からなる平坦な
ウェハーを、湿ったポリッシングパッド（以下、研磨布
と称する場合がある。）に対して下方に一定の圧力を掛
けながら保持し、ポリッシングパッドおよびウェハーを
保持したポリッシングプラテン（以下、プラテンと称す
る場合がある。）が各々回転することにより行われる。
この時ウェハーとポリッシングパッドの間に導入される
研磨用組成物により、配線や絶縁膜の凸部を研磨し平坦
化を行う。

【０００５】図１に従来のＣＭＰ技術を用いた埋め込み
金属配線の形成の一例（断面図）を示す。はじめに、図
１（Ａ）のようにシリコン基板等の半導体基板１上に、
酸化ケイ素膜（以下、シリコン酸化膜と称する場合があ
る）等絶縁膜２を形成しこれを平坦化する。絶縁膜用の
研磨用組成物としては、コロイダルシリカにＫＯＨ等の
アルカリ性成分を混合したものや、酸化セリウムなどが
一般に用いられる。

【０００６】次に図１（Ｂ）に示すようにフォトリソグ
ラフィー法およびエッチング法で、絶縁膜２に金属配線
用の溝、あるいは接続配線用の開口部を形成する。

【０００７】次に図１（Ｃ）に示すように絶縁膜２に形
成した溝あるいは開口部に、溝や開口部に埋め込んだ金
属膜とシリコン基板との接触抵抗を低下させる目的で、
更には金属膜と絶縁膜が相互に拡散したり反応しないよ
うに、スパッタリングやＣＶＤ等の方法により、チタニ
ウム（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）等よりなるコンタクト
メタル層３、更に必要に応じて窒化チタニウム（Ｔｉ
Ｎ）、窒化タンタル（ＴａＮ）等よりなるバリヤーメタ
ル層４を形成する。

【０００８】次に図１（Ｄ）に示すように厚みが絶縁膜
２に形成した溝または開口部の高さ以上となるように、
配線用の金属膜５を埋め込む。金属膜として、タングス
テン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）等が用
いられる。

【０００９】次に図１（Ｅ）に示すように溝または開口
部以外の余分な金属膜を研磨により取り除く。金属膜５
の研磨には、通常、酸化アルミニウム又は酸化ケイ素等
の研磨材と、過酸化水素等の酸化剤よりなる研磨用組成
物が使用されている。

【００１０】従来より、半導体基板の金属膜または絶縁
膜の研磨に関して、種々の研磨用組成物や研磨方法の提
案がなされている。半導体基板上に形成されたアルミニ
ウム等金属膜の研磨用組成物としては、酸化アルミニウ
ムをｐＨ３以下の硝酸水溶液中に分散してなる研磨用組
成物（米国特許第４，７０２，７９２号）、酸化アルミ
ニウムや酸化ケイ素を硫酸、硝酸、酢酸等の酸性水溶液
と混合してなる研磨用組成物（米国特許第４，９４４，
８３６号）がある。

【００１１】また、酸化アルミニウムを過酸化水素と燐
酸水溶液中に分散した研磨用組成物（米国特許第５，２
０９，８１６号）、酸化アルミニウム等の研磨材と酸と
塩化マグネシウムまたは過塩素酸マグネシウムからなる
研磨用組成物（特開平３―７６７８２号公報）が知られ
ている。

【００１２】しかしながら、半導体基板上の金属膜の平
坦化にα型の酸化アルミニウムを用いた場合、高い研磨
速度を示す反面、金属膜や絶縁膜の表面にマイクロスク
ラッチやオレンジピール等の欠陥を発生させることがあ
った。また、γ型等の酸化アルミニウム（以後、遷移ア
ルミナと称する場合がある）、非晶質アルミナまたは酸
化ケイ素等の研磨材を用いた場合、金属膜や絶縁膜の表
面のマイクロスクラッチやオレンジピール等の欠陥発生
を抑えることができるが、金属膜の研磨に際して十分な
研磨速度が得られないとの不都合があった。

【００１３】また、酸化アルミニウムまたは酸化ケイ素
に、過酸化水素を添加する方法、酸を添加する方法等各
種の方法が提案されているが、半導体基板上に形成され
た金属膜等金属膜を高速に研磨することは困難であっ
た。

【００１４】半導体基板上の絶縁膜である酸化ケイ素膜
を研磨する方法として、酸化マグネシウムと、酸化ケイ
素、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化ジルコニウ
ムからなる群より選ばれた酸化物を含むｐＨ２．２〜１
２．４の研磨用組成物を用いる研磨方法が示されている
（米国特許第５，５２５，１９１号）。就中、半導体基
板上の絶縁膜の研磨速度を高める方法として、酸化マグ
ネシウムと酸化ケイ素を含むアルカリ性の研磨用組成物
を用いる方法が提案されている。しかしながら、半導体
基板上の金属膜の平坦化を目的に、上述したアルカリ性
の研磨用組成物を用いた場合、半導体基板上の金属膜の
みならず、該半導体基板上の絶縁膜も同時に研磨される
ために、選択的に、かつ高速に金属膜を研磨する面で問
題があった。また、上述したｐＨ２．２以上７未満の酸
性の研磨用組成物を半導体基板上の金属膜の研磨に用い
た場合、理由は詳らかではないが、金属膜の研磨に際し
て十分な研磨速度が得られない問題があった。

【００１５】半導体基板上に形成されたアルミニウム等
金属膜に限らず、アルミニウム等金属材料の表面処理研
磨の方法としては、これまでに数多くの報告例がある。
アルミニウム材料表面を鏡面研磨する方法として、シリ
カゾル及び過酸化水素等の酸化性物質を用いる方法（特
開昭５２−８１６９２号公報）、酸化マグネシウムとア
ルキルベンゼンからなる研磨用組成物を用いる方法（特
開昭６０―１３９７７７号公報）がある。これらの方法
は、半導体基板上に形成された金属膜を選択的、かつ高
速に研磨、平坦化する方法として実用に供されていな
い。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、半導体基板
上の金属膜を高速に研磨し、かつ金属膜／絶縁膜の研磨
選択性に優れ、金属膜及び絶縁膜表面の欠陥の発生を抑
えることができる金属膜研磨用組成物及びそれを用いて
なる平坦化方法ならびに半導体基板の製造方法を提供す
ることを課題とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１にマグネ
シウムを含有する酸化物及び／または水酸化物研磨材か
らなる半導体基板上の金属膜研磨用組成物、第２にマグ
ネシウムを含有する酸化物及び／または水酸化物研磨材
からなる金属膜研磨用組成物を用いてなることを特徴と
する半導体基板上の金属膜の平坦化方法、第３にマグネ
シウムを含有する酸化物及び／または水酸化物研磨材か
らなる金属膜研磨用組成物を用いてなることを特徴とす
る半導体基板の製造方法、を提供するにある。

【発明の実施の形態】

【００１８】本発明の金属膜研磨用組成物は、マグネシ
ウムを含有する酸化物及び／または水酸化物研磨材から
なることを特徴とする。

【００１９】マグネシウムを含有する酸化物研磨材とし
ては、例えば、酸化マグネシウム、マグネシアスピネル
またはチタニウム、ジルコニウム、セリウム、マンガン
からなる群より選ばれた少なくとも１種を含有するマグ
ネシウム複合酸化物等が挙げられる。

【００２０】マグネシウムを含有する酸化物研磨材とし
て酸化マグネシウムを用いる場合、酸化マグネシウムの
製法としては、公知の方法が適用できる。例えば海水中
のマグネシウム塩と石灰乳の反応によって生成する水酸
化マグネシウムを精製し仮焼して得る方法（海水法）
や、気流雰囲気下で高純度の金属マグネシウムと酸素と
を反応させ、生成する核を粒成長させる方法（気相
法）、ペリクレース鉱物等の天然に存在する鉱物を粉砕
する方法、炭酸マグネシウムをはじめとする種々のマグ
ネシウム塩を仮焼する方法等が挙げられる。またアルコ
キシド法により酸化マグネシウムを得ることも勿論可能
である。これらの製法のうち、好ましくは海水法及び気
相法である。

【００２１】マグネシウムを含有する酸化物研磨材とし
てマグネシアスピネルを用いる場合、マグネシアスピネ
ルの製法としては、公知の方法が適用できる。例えば、
酸化アルミニウムと酸化マグネシウムを原料とする焼結
法やアルミニウム−マグネシウム合金を純水中で火花放
電する方法等が挙げられる。

【００２２】マグネシウムを含有する酸化物研磨材とし
て、チタニウム、ジルコニウム、セリウム、マンガンか
らなる群より選ばれた少なくとも１種を含有するマグネ
シウム複合酸化物を用いる場合、当該複合酸化物の調製
方法としては、固相反応、共沈法、含浸法、気相法等の
公知の方法が適用できる。

【００２３】マグネシウムを含有する水酸化物研磨材と
しては、例えば、水酸化マグネシウムまたはアルミニウ
ム、チタニウム、ジルコニウム、セリウム、マンガンか
らなる群より選ばれた少なくとも１種を含有するマグネ
シウム複合水酸化物等が挙げられる。

【００２４】マグネシウムを含有する水酸化物研磨材と
して水酸化マグネシウムを用いる場合、水酸化マグネシ
ウムの製法としては、公知の方法が適用できる。例えば
海水中のマグネシウム塩と石灰乳の反応によって得る方
法（海水法）や、アルコキシド法により得る方法等が挙
げられる。また、酸化マグネシウムが一部水和したもの
も水酸化マグネシウムと同様に用いることが可能であ
る。

【００２５】マグネシウムを含有する水酸化物研磨材と
して、アルミニウム、チタニウム、ジルコニウム、セリ
ウム、マンガンからなる群より選ばれた少なくとも１種
を含有するマグネシウム複合水酸化物を用いる場合、当
該複合水酸化物の調製方法としては、共沈法、含浸法等
の公知の方法が適用できる。

【００２６】また、マグネシウムを含有する酸化物及び
／または水酸化物研磨材は、通常、光散乱法（マイクロ
トラックにより測定）により測定した平均粒子径（平均
二次粒子径）が約２０μｍ以下、好ましくは約０．１μ
ｍ〜約１５μｍのものが用いられる。

【００２７】本発明の金属膜研磨用組成物の適用に際し
ては、研磨対象となる半導体基板上の金属膜の種類に応
じて、適宜、マグネシウムを含有する酸化物及び／また
は水酸化物研磨材を選択すればよい。例えば、半導体基
板上の金属膜がアルミニウムである場合、研磨材として
酸化マグネシウムまたは水酸化マグネシウムの適用が推
奨され、半導体基板上の金属膜が銅である場合、研磨材
としてマグネシアスピネルの適用が推奨される。

【００２８】本発明における金属膜研磨用組成物は、研
磨対象となる半導体基板上の金属膜の種類により異なり
一義的ではないが、マグネシウムを含有する酸化物及び
／または水酸化物研磨材に加えて、酸を含有せしめても
よい。含有せしめる酸としては公知の無機酸、例えば硫
酸、燐酸、硝酸等、または公知の有機酸、例えば蓚酸、
酢酸等が挙げられ、好ましくは硫酸が挙げられる。酸の
ｐＨは、酸の種類、添加量、酸化物研磨材等と酸の混合
方法等の条件に依存するが、通常、酸のｐＨは約２以
下、好ましくは約１．５以下である。酸のｐＨが２より
高い場合、半導体基板上の金属膜の研磨において、絶縁
膜の研磨が進行しやすくなることから、金属膜／絶縁膜
の研磨選択性が低下するとの不都合が生じる場合があ
る。

【００２９】本発明の金属膜研磨用組成物を用いて半導
体基板上の金属膜を研磨するに際しては半導体基板上の
金属膜上へ金属膜研磨用組成物を供給すればよく、例え
ば、研磨装置のウェハーを保持したポリッシングプラテ
ン上にマグネシウムを含有する酸化物及び／または水酸
化物研磨材からなる金属研磨用組成物を供給する方法、
研磨装置のポリッシングパット上にマグネシウムを含有
する酸化物及び／または水酸化物研磨材からなる金属研
磨用組成物を供給する方法、ウェハー上にマグネシウム
を含有する酸化物及び／または水酸化物研磨材からなる
金属研磨用組成物を供給する方法等がある。

【００３０】マグネシウムを含有する酸化物及び／また
は水酸化物研磨材が酸に溶解しやすい場合には、該研磨
材と酸を各々別々にポリッシングプラテン上、ポリッシ
ングパット上またはウェハー上（以下、ポリッシングプ
ラテン上、ポリッシングパット上またはウェハー上を総
称して半導体基板上の金属膜上と称する。）へ供給し、
半導体基板上の金属膜上で混合して研磨する方法が推奨
され、該研磨材が酸に実質的に溶解しない範囲内であれ
ば、研磨装置の給液配管内等で該研磨材と酸とを混合し
半導体基板上の金属膜上に供給することも可能である。
一方、マグネシウムを含有する酸化物及び／または水酸
化物研磨材が酸に実質的に溶解しない場合には、該研磨
材と酸とをあらかじめ混合した金属膜研磨用組成物を研
磨に用いることも可能である。

【００３１】また、本発明における金属研磨用組成物
は、マグネシウムを含有する酸化物及び／または水酸化
物研磨材に加えて、酸化剤を含有せしめてもよい。酸化
剤の使用により、コンタクト層として用いるチタニウム
層等の研磨速度を向上させることや金属層の不均一な溶
出を防止できることが期待される。含有せしめる酸化剤
としては公知の酸化剤、例えば過酸化物、過塩素酸、過
塩素酸塩、沃素酸、沃素酸塩、過硫酸、過硫酸塩等が挙
げられ、好ましくは過酸化水素が挙げられる。酸化剤の
添加量は、通常、金属膜研磨用組成物に対して約０．１
重量％〜約３０重量％の範囲で添加すればよい。添加量
が約０．１重量％より少ない場合、酸化剤添加による上
述した効果は期待できず、また添加量が約３０重量％よ
り多い場合には、当該効果は飽和してしまい、添加量増
加による効果の向上は期待できない。

【００３２】酸化剤を含有せしめるに際しては、例え
ば、マグネシウムを含有する酸化物及び／または水酸化
物研磨材からなる金属膜研磨用組成物と酸化剤を別々に
半導体基板上の金属膜上に供給し、半導体基板上の金属
膜上で混合して研磨する方法があり、該研磨材が酸化剤
共存下で実質的に化学的に安定に存在できる範囲内であ
れば、研磨装置の給液配管内等で該研磨材と酸化剤とを
混合し半導体基板上の金属膜上に供給することも可能で
ある。一方、マグネシウムを含有する酸化物及び／また
は水酸化物研磨材が酸化剤共存下で化学的に安定である
場合、該研磨材と酸化剤とをあらかじめ混合した金属膜
研磨用組成物を研磨に用いることも可能である。

【００３３】本発明における金属研磨用組成物は、マグ
ネシウムを含有する酸化物及び／または水酸化物研磨材
に加えて、酸と酸化剤とを含有せしめることも勿論可能
である。酸と酸化剤とを含有せしめるに際しては、例え
ば、マグネシウムを含有する酸化物及び／または水酸化
物研磨材、酸及び酸化剤を別々に半導体基板上の金属膜
上に供給する方法があり、該研磨材及び酸と酸化剤との
混合物を別々に半導体基板上の金属膜上に供給する方法
があり、該研磨材が酸、酸化剤共存下で実質的に化学的
に安定に存在できる範囲内であれば、研磨装置の給液配
管内等で該研磨材、酸及び酸化剤を混合し半導体基板上
の金属膜上に供給することも可能である。また、該研磨
材が、酸、酸化剤共存下で化学的に安定である場合、該
研磨材、酸及び酸化剤をあらかじめ混合した金属膜研磨
用組成物を研磨に用いることも可能である。

【００３４】さらに、本発明の金属膜研磨用組成物は、
マグネシウムを含有する酸化物及び／または水酸化物研
磨材を水、アルコール等溶媒に分散せしめたスラリーと
して用いることも可能である。分散方法としては、例え
ば、ホモジナイザー、超音波、湿式媒体ミル等による分
散方法が挙げられる。スラリー濃度（金属膜研磨用組成
物中の酸化物研磨材の含有量）は、通常、約１〜約３０
重量％である。必要に応じてポリカルボン酸アンモニウ
ム等の公知の分散剤、アルコールやポリエチレングリコ
ール等の過酸化水素をはじめとする公知の酸化剤の安定
化剤、その他公知の沈降防止剤および消泡剤等の添加剤
を添加することができる。

【００３５】このようにして調製された本発明の金属膜
研磨用組成物は、半導体基板上に形成された金属膜の研
磨、平坦化に適用される。研磨対象となる半導体基板上
の金属膜は公知の配線用、プラグ用、コンタクトメタル
層用、バリヤーメタル層用金属膜であればよく、例え
ば、アルミニウム、銅、タングステン、チタニウム、タ
ンタル、アルミニウム合金、銅合金、窒化チタニウム、
窒化タンタル等からなる群より選ばれた金属膜等が挙げ
られる。特に、酸化マグネシウムからなる金属膜研磨用
組成物の場合、アルミニウム及びアルミニウム合金から
なる金属膜への適用が推奨され、マグネシアスピネルか
らなる金属膜研磨用組成物の場合、銅及び銅合金からな
る金属膜への適用が推奨される。

【００３６】本発明の半導体基板上の金属膜の平坦化方
法は、上述したマグネシウムを含有する酸化物及び／ま
たは水酸化物研磨材からなる金属膜研磨用組成物を用い
ることにより、半導体基板上の金属膜を研磨、平坦化す
ることを特徴とする。以下、金属膜の平坦化方法につい
て説明する。

【００３７】図１（Ｄ）に示すように、配線用の金属膜
５を埋め込むことにより得られた半導体基板について、
図１（Ｅ）に示すように溝または開口部以外の余分な金
属膜を、マグネシウムを含有する酸化物及び／または水
酸化物研磨材からなる金属膜研磨用組成物を用いて研磨
することにより、金属膜を取り除き平坦化する。

【００３８】マグネシウムを含有する酸化物研磨材とし
ては、例えば、酸化マグネシウム、マグネシアスピネル
またはチタニウム、ジルコニウム、セリウム、マンガン
からなる群より選ばれた少なくとも１種を含有するマグ
ネシウム複合酸化物等が挙げられる。

【００３９】マグネシウムを含有する水酸化物研磨材と
しては、例えば、水酸化マグネシウムまたはアルミニウ
ム、チタニウム、ジルコニウム、セリウム、マンガンか
らなる群より選ばれた少なくとも１種を含有するマグネ
シウム複合水酸化物水等が挙げられる。

【００４０】本発明の半導体基板上の金属膜の平坦化方
法を行うに際して、酸を併用してもよい。併用する酸と
しては公知の無機酸、例えば硫酸、燐酸、硝酸等、また
は公知の有機酸、例えば蓚酸、酢酸等が挙げられ、好ま
しくは硫酸が挙げられる。酸のｐＨは、酸の種類、添加
量、酸化物研磨材と酸の混合方法等の条件に依存する
が、通常、酸のｐＨは約２以下、好ましくは約１．５以
下である。

【００４１】マグネシウムを含有する酸化物及び／また
は水酸化物研磨材が酸に溶解しやすい場合には、該研磨
材と酸を各々別々に半導体基板上の金属膜上へ供給し、
半導体基板上の金属膜上で混合して研磨する方法が推奨
され、該研磨材が酸に実質的に溶解しない範囲内であれ
ば、研磨装置の給液配管内等で該研磨材と酸とを混合し
半導体基板上の金属膜上に供給することも可能である。
一方、マグネシウムを含有する酸化物及び／または水酸
化物研磨材が酸に実質的に溶解しない場合には、該研磨
材と酸とをあらかじめ混合した金属膜研磨用組成物を研
磨に用いることも可能である。

【００４２】平坦化の対象となる半導体基板上の金属膜
は公知の配線用、プラグ用、コンタクトメタル層用、バ
リヤーメタル層用金属膜であればよく、例えば、アルミ
ニウム、銅、タングステン、チタニウム、タンタル、ア
ルミニウム合金、銅合金、窒化チタニウム、窒化タンタ
ル等からなる群より選ばれた金属膜等が挙げられる。

【００４３】本発明の半導体基板の製造方法は、シリコ
ン基板等の半導体基板上の金属膜を、マグネシウムを含
有する酸化物及び／または水酸化物研磨材からなる金属
膜研磨用組成物を用いて研磨することを特徴とする。以
下、半導体基板の製造方法について説明する。

【００４４】はじめに、図１（Ａ）のようにシリコン基
板等の半導体基板上１に絶縁膜２を形成し、これを周知
の絶縁膜用研磨材、例えばコロイダルシリカにＫＯＨ等
のアルカリ性成分を混合したものまたは酸化セリウム等
の研磨材を用いて平坦化する。

【００４５】次に図１（Ｂ）に示すようにフォトリソグ
ラフィー法およびエッチング法で、絶縁膜２に金属配線
用の溝、あるいは接続配線用の開口部を形成する。

【００４６】次に図１（Ｃ）に示すように絶縁膜２に形
成した溝あるいは開口部に、スパッタリングやＣＶＤ等
の方法により、チタニウム（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）
等よりなるコンタクトメタル層３、更に必要に応じて窒
化チタニウム（ＴｉＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）等よ
りなるバリヤーメタル層４を形成する。

【００４７】次に図１（Ｄ）に示すように厚みが絶縁膜
２に形成した溝または開口部の高さ以上となるように、
配線用の金属膜５を埋め込む。

【００４８】次に図１（Ｅ）に示すように溝または開口
部以外の余分な金属膜を、マグネシウムを含有する酸化
物及び／または水酸化物研磨材からなる金属膜研磨用組
成物を用いて研磨する方法により取り除く。

【００４９】さらに、イオン注入、拡散等の半導体素子
の形成に必要な公知の処理を施し、図１（Ａ）から図１
（Ｅ）を必要回数繰り返すことにより、電子部品として
回路を有した半導体基板を得ることができる。尚、半導
体基板の製造に際して、半導体基板上の金属膜の研磨に
は上述した金属膜研磨用組成物または金属膜の平坦化方
法を適用すればよい。

【００５０】

【発明の効果】以上詳述した様に、本発明の金属膜研磨
用組成物及びそれを用いてなる平坦化方法ならびに半導
体基板の製造方法は、半導体基板上の金属膜を平坦化す
る工程において、マグネシウムを含有する酸化物及び／
または水酸化物研磨材からなる金属膜研磨用組成物を半
導体基板上の金属膜上へ供給し、金属膜を研磨するとい
う方法により、金属膜を高速に研磨し、かつ金属膜／絶
縁膜の研磨選択性に優れ、金属膜及び絶縁膜表面の欠陥
の発生を抑えることを可能ならしめるものであり、半導
体基板は勿論のこと、磁気ディスク基板や金属の表面処
理用の研磨用組成物及び平坦化方法としても適用可能で
あり、その産業上における利用価値は頗る大なるもので
ある。

【００５１】

【実施例】以下、本発明を実施例を挙げて説明するが、
本発明はこれらによって制限されるものではない。

【００５２】実施例１ 酸化マグネシウム粉末（商品名：ＨＰ−３０、神島化学
製）３０ｇを水１２０ｇに分散させ２０重量％の酸化物
研磨材スラリー１５０ｇを得た。また、３０％過酸化水
素水１２．２ｇ、６Ｎ（規定）硫酸９．９ｇ及びポリエ
チレングリコール溶液２．７ｇを水１２５．２ｇに添加
して、ｐＨ１の酸（酸化剤、添加剤を含む）を得た。酸
化物研磨材スラリーと酸を各々別々に、プラテン上に供
給し、これらをプラテン上で混合しアルミニウム膜
（０．５重量％の銅を含むアルミニウム合金膜、以下、
単にアルミニウム膜と称する）を研磨した。混合し研磨
に供した時の金属膜研磨用組成物のスラリー濃度は１０
重量％、過酸化水素の濃度は１．２重量％、ポリエチレ
ングリコールの濃度は０．９重量％であった。膜厚約
０．８μｍのアルミニウム膜を用い、加工圧力２６５ｇ
／ｃｍ²、定盤回転数２００ｒｐｍの条件下で、研磨布
（商品名：ＸＨＧＭ−１１５８、ロデール社）を用いて
行った。結果を表１に示す。

【００５３】実施例２ 酸化マグネシウム粉末（商品名：酸化マグネシウム０．
１μｍ ９９．９％、和光純薬製）３０ｇを水１２０ｇ
に分散させ２０重量％の酸化物研磨材スラリー１５０ｇ
を得た。また、実施例１と同様にして酸を得た。酸化物
研磨材スラリーと酸を各々別々にプラテン上に供給し、
これらをプラテン上で混合し、実施例１と同条件でアル
ミニウム膜を研磨した。結果を表１に示す。

【００５４】比較例１ シリカゾル（商品名：スノーテックスＳＴ−ＺＬ固形分
濃度４０重量％、日産化学製）７５ｇを水７５ｇに分散
させ得た２０重量％の酸化物研磨材スラリー１５０ｇを
得た。また、実施例１と同様にして酸を得た。酸化物研
磨材スラリーと酸を各々別々にプラテン上に供給し、こ
れらをプラテン上で混合し、実施例１と同条件でアルミ
ニウム膜を研磨した。結果を表１に示す。

【００５５】比較例２ θ−アルミナ（商品名：ＡＫＰ−Ｇ００８、住友化学工
業製）３０ｇを水１２０ｇに分散させ２０重量％の酸化
物研磨材スラリー１５０ｇを得た。また、実施例１と同
様にして酸を得た。酸化物研磨材スラリーと酸を各々別
々にプラテン上に供給し、これらをプラテン上で混合
し、実施例１と同条件でアルミニウム膜を研磨した。結
果を表１に示す。

【００５６】実施例３ 酸化マグネシウム粉末（商品名：ＨＰ−３０、神島化学
製）３０ｇを水１２０ｇに分散させ２０重量％の酸化物
研磨材スラリー１５０ｇを得た。また、３０％過酸化水
素水１２．２ｇ、６Ｎ（規定）硫酸９．９ｇ及びポリエ
チレングリコール溶液２．７ｇを水１２５．２ｇに添加
して、ｐＨ１の酸（酸化剤、添加剤を含む）を得た。酸
化物研磨材スラリーと酸を各々別々に、プラテン上に供
給し、これらをプラテン上で混合しアルミニウム膜、チ
タニウム膜、シリコン酸化膜を研磨した。混合し研磨に
供した時の金属膜研磨用組成物のスラリー濃度は１０重
量％、過酸化水素の濃度は１．２重量％、ポリエチレン
グリコールの濃度は０．９重量％であった。アルミニウ
ム膜の研磨は、膜厚約０．８μｍのアルミニウム膜を用
い、加工圧力２６５ｇ／ｃｍ²、定盤回転数２００ｒｐ
ｍの条件下で、研磨布（商品名：ＸＨＧＭ−１１５８、
ロデール社）を用いて行った。チタニウム膜の研磨は、
膜厚約０．８μｍのチタニウム膜を用い、加工圧力２６
９ｇ／ｃｍ²、定盤回転数２００ｒｐｍの条件下で、研
磨布（商品名：ＸＨＧＭ−１１５８、ロデール社）を用
いて行った。シリコン酸化膜の研磨は、膜厚約１μｍの
シリコン酸化膜を加工圧力１１０ｇ／ｃｍ²、定盤回転
数１４０ｒｐｍの条件下で、 研磨布（商品名：ＸＨＧ
Ｍ−１１５８、ロデール社）を用いて行った。結果を表
２に示す。

【００５７】実施例４ ３０％過酸化水素水を２４．４ｇに変え、水を１１３．
０ｇに変えた以外は、実施例３と同様にして研磨を行っ
た。結果を表２に示す。

【００５８】実施例５ ３０％過酸化水素水を０ｇに変え、水を１３７．４ｇを
変えた以外は、実施例３と同様にして研磨を行った。結
果を表２に示す。

【００５９】実施例６ ６Ｎ（規定）硫酸を１９．８ｇに変え、水を１１５．３
ｇに変えた以外は、実施例３と同様にして研磨を行っ
た。結果を表２に示す。

【００６０】比較例３ 酸化マグネシウム粉末（商品名：ＨＰ−３０、神島化学
製）３０ｇを水１２０ｇに分散させ２０重量％の酸化物
研磨材スラリー１５０ｇを得た。また、３０％過酸化水
素水１２．２ｇ及びポリエチレングリコール溶液２．７
ｇを水１３５．１ｇに添加して、ｐＨ４．４の溶液（酸
化剤、添加剤を含む）を得た。酸化物研磨材スラリーと
溶液を各々別々に、プラテン上に供給し、これらをプラ
テン上で混合し実施例３と同様にしてアルミニウム膜、
チタニウム膜、シリコン酸化膜を研磨した。混合し研磨
に供した時の金属膜研磨用組成物のスラリー濃度は１０
重量％、過酸化水素の濃度は１．２重量％、ポリエチレ
ングリコールの濃度は０．９重量％であった。結果を表
２に示す。

【００６１】

【表１】

【００６２】

【表２】

【００６３】実施例７ マグネシアスピネル粉末（商品名：ＳＰ−１、住友化学
工業製）１０．４ｇを水２８９．６ｇに分散させスラリ
ー３００ｇを得た。これに、３０％過酸化水素水１００
ｇを加えて研磨材スラリー４００ｇを得た。このスラリ
ーを用いて、銅ピース（２５mmφ、２２mmｔ）、タンタ
ルピース（２５mmφ、２２mmｔ）、シリコン酸化膜を研
磨した。銅ピースの研磨は、加工圧力２７９ｇ／ｃｍ²
で、定盤回転数４００ｒｐｍの条件下で、研磨布（商品
名：ＩＣ−１０００、ロデール社製）を用いて行った。
タンタルピースの研磨は、加工圧力２９７ｇ／ｃｍ
²で、定盤回転数４００ｒｐｍの条件下で、研磨布（商
品名：ＩＣ−１０００、ロデール社製）を用いて行っ
た。シリコン酸化膜の研磨は、膜厚約１μｍのシリコン
酸化膜を加工圧力３００ｇ／ｃｍ²、定盤回転数３９ｒ
ｐｍの条件下で、研磨布（商品名：ＩＣ−１０００、ロ
デール社製）を用いて行った。結果を表３に示す。

【００６４】比較例４ 酸化アルミニウム粉末（商品名：ＡＫＰ−３０００、住
友化学工業製）１０．４ｇを水２８９．６ｇに分散させ
スラリー３００ｇを得た。これに、３０％過酸化水素水
１００ｇを加えて研磨材スラリー４００ｇを得た。この
スラリーを用いて、実施例７と同様にして銅ピース、タ
ンタルピース、シリコン酸化膜を研磨した。結果を表３
に示す。

【００６５】

【表３】

【図面の簡単な説明】

【図１】ＣＭＰ技術を用いた金属配線の形成例を示す概
略断面図である。

【符号の説明】

１．半導体基板 ２．絶縁膜 ３．コンタクトメタル層 ４．バリヤーメタル層 ５．金属膜

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マグネシウムを含有する酸化物及び／ま
   たは水酸化物研磨材からなる半導体基板上の金属膜研磨
   用組成物。
2. 【請求項２】 マグネシウムを含有する酸化物及び／ま
   たは水酸化物研磨材及び酸からなる半導体基板上の金属
   膜研磨用組成物。
3. 【請求項３】 酸のｐＨが２以下であることを特徴とす
   る請求項２記載の半導体基板上の金属膜研磨用組成物。
4. 【請求項４】 マグネシウムを含有する酸化物研磨材
   が、酸化マグネシウム、マグネシアスピネルまたはチタ
   ニウム、ジルコニウム、セリウム、マンガンからなる群
   より選ばれた少なくとも１種を含有するマグネシウム複
   合酸化物であることを特徴とする請求項１〜３のいずれ
   かに記載の半導体基板上の金属膜研磨用組成物。
5. 【請求項５】 マグネシウムを含有する酸化物研磨材が
   マグネシアスピネルであることを特徴とする請求項１〜
   ３のいずれかに記載の半導体基板上の金属膜研磨用組成
   物。
6. 【請求項６】 マグネシウムを含有する水酸化物研磨材
   が、水酸化マグネシウムまたはアルミニウム、チタニウ
   ム、ジルコニウム、セリウム、マンガンからなる群より
   選ばれた少なくとも１種を含有するマグネシウム複合水
   酸化物であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか
   に記載の半導体基板上の金属膜研磨用組成物。
7. 【請求項７】 半導体基板上の金属膜がアルミニウム、
   銅、タングステン、チタニウム、タンタル、アルミニウ
   ム合金、銅合金、窒化チタニウム、窒化タンタルからな
   る群れより選ばれた金属膜であることを特徴とする請求
   項１〜６のいずれかに記載の半導体基板上の金属膜研磨
   用組成物。
8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれかに記載の半導体
   基板上の金属膜研磨用組成物を用いてなることを特徴と
   する半導体基板上の金属膜の平坦化方法。
9. 【請求項９】 マグネシウムを含有する酸化物及び／ま
   たは水酸化物研磨材と酸を各々別々に半導体基板上の金
   属膜上へ供給して研磨することによる半導体基板上の金
   属膜の平坦化方法。
10. 【請求項１０】 酸のｐＨが２以下であることを特徴と
    する請求項９記載の半導体基板上の金属膜の平坦化方
    法。
11. 【請求項１１】 請求項１〜７のいずれかに記載の半導
    体基板上の金属膜研磨用組成物を用いてなることを特徴
    とする半導体基板の製造方法。
12. 【請求項１２】 マグネシウムを含有する酸化物及び／
    または水酸化物研磨材と酸を各々別々に半導体基板上の
    金属膜上へ供給して半導体基板上の金属膜を研磨するこ
    とによる半導体基板の製造方法。
13. 【請求項１３】 酸のｐＨが２以下であることを特徴と
    する請求項１２記載の半導体基板の製造方法。