JP2000290638A - 研磨方法 - Google Patents

研磨方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スクラッチやはがれ、ディシング、エロージ
ョンを抑制し、且つ高い研磨速度で研磨する技術を提供
する。 【解決手段】 酸化性物質と、酸化物を水溶性化する物
質と増粘剤と水を含む研磨液で研磨する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は金属膜の研磨に関
し、特に半導体装置の埋め込み配線形成工程における研
磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体集積回路（以下ＬＳＩと記
す）の高集積化、高性能化に伴って新たな微細加工技術
が開発されている。化学機械研磨（以下ＣＭＰと記す）
法もその一つであり、ＬＳＩ製造工程、特に多層配線形
成工程における層間絶縁膜の平坦化、金属プラグ形成、
埋め込み配線形成において頻繁に利用される技術であ
る。この技術は、例えば米国特許Ｎｏ．４９４４８３６
に開示されている。
【０００３】また、最近はＬＳＩの高速性能化を達成す
るために、配線材料を従来のアルミニウム合金から低抵
抗の銅合金を利用しようとすることが試みられている。
しかし、銅合金はアルミニウム合金配線の形成で頻繁に
用いられたドライエッチング法による微細加工が困難で
ある。そこで、溝加工の施された絶縁膜上に銅合金薄膜
を堆積し、溝内に埋め込まれた部分以外の銅合金薄膜を
ＣＭＰにより除去して埋め込み配線を形成する、いわゆ
るダマシン法が主に採用されている。この技術は、例え
ば特開平２−２７８８２２号公報に開示されている。絶
縁膜と銅合金薄膜との間には接着性向上と銅拡散バリア
の目的から、数１０ｎｍ程度の厚さのＴｉＮ膜、Ｔａ膜
及びＴａＮ膜等を挿入することが一般的となっている。
【０００４】また、金属プラグ形成には埋め込み性の高
い化学気相成長法（ＣＶＤ法）によってタングステンを
用いることもある。この場合も同様にＣＭＰでプラグを
形成することが多い（他にエッチバック法がある）。
【０００５】配線に用いられる銅合金等の金属膜のＣＭ
Ｐに用いられる研磨液は、固体砥粒と酸化性物質（酸化
剤と呼ぶこともある）を主成分とするものが一般的であ
る。酸化性物質の酸化作用で金属表面を酸化しながら、
固体砥粒によってその酸化物を機械的に除去するのが基
本的なＣＭＰのメカニズムである。これに関しては、株
式会社サイエンスフォーラム発行、柏木正弘編集「ＣＭ
Ｐのサイエンス」１９９７年８月２０日発行の第２９９
頁に開示されている。
【０００６】固体砥粒としては、数１０〜数１００ｎｍ
の粒子径を持つアルミナ砥粒やシリカ砥粒が知られてい
るが、一般に市販されている金属研磨用の固体砥粒の多
くは前者である。
【０００７】酸化性物質としては、過酸化水素（Ｈ
2Ｏ2）、硝酸第二鉄（Ｆｅ（ＮＯ3）3）、過ヨウ素酸カ
リウム（ＫＩＯ3）が一般に用いられており、これらは
例えば、上記の「ＣＭＰのサイエンス」の第２９９頁か
ら第３００頁に開示されている。これらの中でも過酸化
水素が金属イオンを含まないことから、最近では頻繁に
用いられるようになってきた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
金属膜研磨用の固体砥粒を主成分として含む研磨液を用
いてＣＭＰにより配線及びプラグを形成する場合、以下
の（１）〜（７）に挙げる問題があった。
【０００９】（１）絶縁膜に形成された溝の内部に埋め
込まれる金属配線の表面中央部分が周辺部分よりも過剰
に研磨されて凹む現象（以後ディシングと記す）や配線
部周囲の絶縁膜表面が研磨される現象（以後エロージョ
ンと記す）が発生する。ディシングやエロージョンは金
属部分の面積が広い電極パッド（０．１ｍｍ角程度の面
積）や密集配線パターンで顕著な問題となる。これら
は、ジャーナルオブ・エレクトロケミカル・ソサエテイ
第１４１巻第１０号、１９９４年１０月、第２８４２頁
〜第２８４８頁（Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏ
ｃ．Ｖｏｌ．１４１，Ｎｏ．１０，Ｏｃｔｏｂｅｒ １
９９４，ｐ．２８４２〜ｐ．２８４８）に記載されてい
る。
【００１０】（２）研磨用の固体砥粒によりスクラッチ
（研磨傷）が発生する。配線用金属膜の表面だけでなく
ＣＭＰによって露出した絶縁膜の表面にもスクラッチが
発生する。
【００１１】（３）ＣＭＰを行うと研磨砥粒と金属膜表
面の間に高い摩擦力が生じるため、金属膜と下地絶縁層
との間や、下地絶縁層内の塗布ガラス（ＳＯＧ；Spin O
n Glass）と化学気相蒸着（以下ＣＶＤという）酸化膜
の間ではがれが発生する場合がある。
【００１２】（４）ＣＭＰ直後のウエハ表面には研磨砥
粒が多数残留するために、次工程を行う前に洗浄を行
い、規定値以下（例えば０．２マイクロメートル以上の
異物数がウエハ当たり１００個以下）まで異物数を取り
除かなければならない。このためには化学的な洗浄だけ
でなく機械的な洗浄を併用する洗浄機を必要とした。
【００１３】一般的には、薬液を併用したブラシ洗浄と
メガソニック洗浄が行われている。ブラシ材料は金属膜
表面を傷つけない特殊な材料でなくてはならず、薬液と
しては例えば水酸化アンモニウムやフッ酸水溶液等が用
いられる。以上のようなＣＭＰ後洗浄プロセスの例とし
ては、例えば「月刊セミコンダクターワールド（Ｓｅｍ
ｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｗｏｒｌｄ）」１９９５年５月
号の１７２頁に開示されている。
【００１４】（５）ＣＭＰに用いる消耗品のコストが高
い。これは研磨剤で用いる砥粒の製造コストが高く、粒
子サイズを揃えるためにも極めて注意を要するからであ
る。特にアルミナ砥粒はシリカ砥粒に比べて数倍高価で
ある。ＣＭＰプロセスのコストに関しては、例えばリア
ライズ社最新技術講座１９９６年５月「ＣＭＰ装置と関
連材料の最新動向とその問題点」に記載されている。
【００１５】（６）ＣＭＰ関連装置及び設備の問題とし
て、上記のＣＭＰ装置や後洗浄装置以外にも研磨剤供給
装置、研磨剤を含む廃液の処理装置が必要となり、ＣＭ
Ｐ設備全体にかかるコストが非常に高いものになってい
た。研磨剤供給装置では砥粒の沈殿を防止するための攪
拌装置も必要とし、配管内にも沈殿しないように常に研
磨剤を循環するような機構も必要とした。その廃液処理
コストも高く、再利用技術も必要とされている。
【００１６】（７）ＣＭＰ装置は発塵の原因となる研磨
砥粒を多量に使用しているにもかかわらず、クリーンル
ーム内に設置しなければならないという問題がある。Ｃ
ＭＰ装置に排気ダクト等の発塵を抑制する機構を設け、
クリーンルーム内に特別の部屋を設置するなどしてクリ
ーン度を維持する必要があり、そのためのコストもかか
る。
【００１７】上記の問題点は全て研磨砥粒を含む研磨剤
によってＣＭＰを行うことが原因となっている。しか
し、従来のＣＭＰの方法では、研磨砥粒は酸化剤によっ
て形成された酸化層を速やかに除去すべく機械的除去効
果を生じさせるために必要であり、研磨砥粒を加えない
と実用的な研磨速度に達しなかった。
【００１８】一方、砥粒を含まない研磨液によって金属
膜を研磨し、埋め込み配線構造を形成する方法がこれま
での我々の研究によって見い出された。すなわち、酸化
性物質と、酸化物を水溶性化する物質と水と、必要であ
れば防食性物質を含む研磨液を用いて、金属膜表面を機
械的に摩擦することにより埋め込み金属配線を形成する
ことができる。例えば、過酸化水素水とクエン酸とベン
ゾトリアゾール（以下、ＢＴＡと略す。）を含む砥粒フ
リー研磨液で銅配線を形成する方法が１例である。
【００１９】この砥粒を含まない研磨液を用いると上記
（１）〜（７）の問題は解決されるが、砥粒を含む研磨
液と比較して研磨速度が遅いという問題があった。特
に、高い研磨荷重（３００ｇ／ｃｍ2以上）をかけても
研磨速度が飽和して十分に上がらないという問題があっ
た。例えば、市販のアルミナ研磨液の研磨速度が２００
〜４００ｎｍ／分まで達する（但し、スクラッチ等の問
題点はより深刻になる）のに対して、上記の砥粒フリー
研磨液の研磨速度は１００〜１５０ｎｍ／分程度であっ
た。
【００２０】本発明は係る点を鑑みてなされたものであ
り、埋め込み金属配線を形成する研磨工程において、研
磨速度の高速化を実現することのできる研磨方法や半導
体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】上記目的は金属膜の研磨
方法において、酸化性物質と、酸化物を水溶性化する物
質と増粘剤と水を含む研磨液を用いて金属膜表面を機械
的に摩擦することにより達成される。
【００２２】研磨液には必要に応じて腐食を抑制する物
質（防食性物質）を研磨液に添加しても良い。
【００２３】増粘剤の分子量としては１万以上であるも
のが望ましい。さらに、１０万以上であればより高い研
磨速度が得られる。また、架橋型重合体のように数百万
に達するものであれば、なお望ましい。
【００２４】増粘剤自体の粘性率（粘度）としては、１
重量％水溶液の状態で１００ｃＰ以上であるものが望ま
しい。さらに、１０００ｃＰ以上であればより高い研磨
速度が得られる。また、研磨液の粘性率としては、室温
で１０ｃＰ以上であるものが望ましい。さらに、１００
ｃＰ以上であればより高い研磨速度が得られる。ちなみ
に純水の室温における粘性率は１ｃＰである。
【００２５】増粘剤の分子構造としては、カルボキシル
基やリン酸基を含むものが金属の研磨速度を向上する目
的から望ましい。例えば、ポリアクリル酸、ポリメタク
リル酸、及びこれらのアンモニウム塩、トリエタノール
アミン塩、モノエタノールアミン塩、トリエチルアミン
塩、ジイソプロパノールアミン塩等が挙げられ、上記の
分子量もしくは粘性率を満たすものが有効である。特
に、架橋型ポリアクリル酸もしくはその塩を用いること
により研磨速度はより一層高くなる。これらのポリマー
は複数の種類を組み合わせて用いても良い。また、共重
合ポリマーにしても良い。
【００２６】上記の酸化物を水溶性化する物質としては
有機酸もしくはその塩があり、金属イオン（例えばＣｕ
2+イオン）として水溶性化する作用を利用する。有機酸
の中でもヒドロキシカルボン酸は研磨速度を高める効果
が高い。例えば、クエン酸、リンゴ酸、マロン酸、コハ
ク酸、酒石酸、フタル酸、マレイン酸、フマル酸、乳
酸、ピメリン酸、アジピン酸、グルタル酸、シュウ酸、
サリチル酸、グルコール酸、安息香酸などのヒドロキシ
酸やギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸などのカ
ルボン酸に代表される有機酸及びそれらの塩が挙げられ
る。その他にＥＤＴＡ等のキレート剤も用いることがで
きる。塩は溶解度を高める効果があり、金属成分を含ま
ないもの、例えばアンモニウム塩、もしくは半導体素子
に悪影響を及ぼさない元素（例えばアルミニウム等）を
含むものが望ましい。また、これらの薬剤は複数を組み
合わせて用いても良い。
【００２７】上記の酸のうち、クエン酸、リンゴ酸、マ
ロン酸、コハク酸、酒石酸、ギ酸が高研磨速度、低エッ
チング速度の観点から、本発明の研磨液に使用する酸と
して望ましい。
【００２８】上記の酸のうち、クエン酸とリンゴ酸は食
品添加物としても一般に使用されており、毒性が低く、
廃液としての害も低く、臭いもなく、水への溶解度も高
いために本発明の研磨液に使用する酸として特に望まし
い。
【００２９】酸化性物質としては過酸化水素が金属を含
まないことから最も適している。また、硝酸第二鉄、硝
酸、過ヨウ素酸カリウムも十分な酸化力があり、特にタ
ングステンの研磨に適している。これらの酸化性物質は
複数を組み合わせて用いても良い。
【００３０】金属膜の過剰な酸化やエッチングを抑制す
る物質としては防食性物質が有効である。増粘剤自体に
も防食機能を有するものもあるが、さらに強い防食性物
質を研磨液中に混合することでディシングを抑制するこ
とができる。特に銅合金の防食性物質としてはベンゾト
リアゾール（以下ＢＴＡと記す）が最も効果が大きい。
他に実用上使えるものとしては、トリルトリアゾール
（以下ＴＴＡと記す）、ＢＴＡカルボン酸（以下ＢＴＡ
−ＣＯＯＨと記す）等のＢＴＡの誘導体、シスチン、ハ
ロ酢酸、グルコース、ドデシルメルカプタン、キナルジ
ン酸等も防食効果がある。
【００３１】研磨砥粒に関しては、アルミナ砥粒やシリ
カ砥粒が本発明の研磨液に含まれていると研磨速度を増
加する効果が期待できる。但し、上に記載した問題点
（１）〜（７）が発生するため、このような問題点が障
害にならない場合には適用できる。
【００３２】なお、研磨する金属膜としては、Ｃｕ、
Ｗ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｔａ、ＴａＮ、Ａｌ等に適用でき
る。特にＣｕは研磨速度が高く、本発明の対象金属とし
て最も適している。Ｗ、Ｔｉ及びＴｉＮは研磨速度はＣ
ｕほど高くないが、研磨膜厚が薄い場合（例えばＣｕ配
線のバリア膜としては数１０ｎｍ程度の膜厚）には適し
ている。
【００３３】上記の物質が含まれた研磨液でＣＭＰを行
うと、まず金属膜表面がポリマー（増粘剤）によって被
覆保護される。図３（ａ）に示したような金属膜表面の
凸部２７は常に研磨布の機械的摩擦を受けるため、ポリ
マーによって形成された保護膜は容易に除去される。研
磨液に晒された金属膜表面は酸化性物質によって酸化さ
れ、表面に薄い酸化層が形成される。次に酸化物を水溶
性化する物質が供給されると前記酸化層が水溶液となっ
て溶出して前記酸化層の厚さが減る。酸化層が薄くなっ
た部分は再度酸化性物質に晒されて酸化層の厚さが増
し、この反応を繰り返してＣＭＰが進行する。したがっ
て、金属膜表面の凸部２７は表面の反応生成物は除去さ
れ易く、かつ局所的に加熱されるために反応が促進さ
れ、上記の酸化／水溶性化の繰り返し反応はポリマー保
護膜が形成された凹部２６よりも速く進行する。すわな
ち、凸部２７の研磨速度は速くなり平坦化される。
【００３４】防食性物質は金属表面に付着して凹部の反
応をさらに抑制し、最終的にディシングの発生を阻止す
る効果がある。添加濃度の目安として、研磨速度を５０
ｎｍ／ｍｉｎ以上に保ち、かつエッチング速度が数ｎｍ
／ｍｉｎ以下であることが望ましい（速度比が５０程
度）。それ以上の濃度で添加するとＣＭＰ速度が低下す
ることがある。但し、無添加で研磨速度が十分に高く、
かつエッチング速度が数ｎｍ／ｍｉｎ以下と小さい場合
には、防食性物質を添加しなくても平坦性よく研磨する
ことができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を用いて具体
的に説明する。
【００３６】（実施例１）本実施例では銅のＣＭＰを行
うことによって銅配線を形成する方法について説明す
る。図１は本発明の実施例において使用するＣＭＰ装置
を示す概略図である。 研磨布１７が貼り付けられた定
盤１１の上をバッキングパッド１８によってウエハ１４
を支持したホルダ１２が回転してＣＭＰを行う構造にな
っている。ＣＭＰ中にウエハがはずれないようにリテー
ナリング１３が設けられている。ＣＭＰ中における研磨
荷重はホルダ１２の上に重りを載せて調節した。標準的
な研磨荷重は２２０ｇ／ｃｍ2、定盤の回転数は６０ｒ
ｐｍ、ホルダの回転数は４０ｒｐｍとした。なお、研磨
荷重や回転数はこれに限られるものではない。研磨布は
ロデール社製の硬質布ＩＣ１０００を用いた。
【００３７】本発明の研磨液は定盤１１上に設けられた
第１の供給口１５から研磨布上に約１００ｃｃ／ｍｉｎ
の速度で滴下してＣＭＰを行う。ＣＭＰが終了した段階
で第１の供給口１５を閉じて研磨液の供給を停止し、第
２の供給口１６から純水を約３０００ｃｃ／ｍｉｎの速
度で供給してリンスを１５〜３０秒間行う。その後ウエ
ハを乾燥しないような状態で保持し、ブラシスクラブ洗
浄により研磨液を除去した後、ウエハを乾燥させる。
【００３８】まず、配線パターンが形成されていないウ
エハを用いて本発明の研磨液の研磨特性を調べた。試料
はシリコンウエハ上に厚さ２００ｎｍのシリコン酸化膜
を形成した後、接着層として厚さ５０ｎｍのＴｉＮ膜と
厚さ８００ｎｍのＣｕ膜をスパッタリング法によって真
空中で連続成膜したものである。ウエハ直径は５インチ
である。
【００３９】本実施例で用いた研磨液は過酸化水素水
（市販の３０％Ｈ2Ｏ2水溶液）とクエン酸と、分子量の
異なるポリアクリル酸から構成された水溶液である。組
成は過酸化水素水は３０体積％、クエン酸は０．１５重
量％、ポリアクリル酸は０．１重量％である。この研磨
液を用いて、Ｃｕ膜の研磨速度とエッチング速度を測定
した。エッチング速度とは研磨液中に試料を浸した際に
Ｃｕ膜表面がエッチングされる速度であり、ＣＭＰ中に
過剰にエッチングが進行すると配線構造が形成されない
ため、できるだけ低い方が望ましい。なお、研磨液の温
度は室温である。研磨速度及びエッチング速度はＣｕ膜
の電気抵抗値変化から換算して求めた。
【００４０】図２にＣｕの研磨速度のポリアクリル酸の
分子量依存性を調べた結果を示す。分子量が１万以下の
ポリアクリル酸を含む研磨液の研磨速度は９０ｎｍ／分
であった。これに対して、分子量が１４万のものでは２
００ｎｍ／分になり、分子量１００万を超える架橋ポリ
マーでは２５０ｎｍ／分になった。エッチング速度はい
ずれの研磨液においても１．０ｎｍ／分以下に抑制され
ており、ディシング発生の問題はない。
【００４１】埋め込み配線を形成する試料の研磨前の断
面構造の例を図３（ａ）に示す。不純物ドープ層や絶縁
膜が形成されたシリコン基板２５上に厚さ５００ｎｍの
ＢＰＳＧ膜（ホウ素とリンが添加されたシリコン酸化
膜）２４と厚さ５００ｎｍのシリコン酸化膜２３を成膜
し、リソグラフィ工程及びドライエッチ工程によって深
さ５００ｎｍの配線用の溝パターンをシリコン酸化膜２
３内に形成した。その上に接着層として厚さ５０ｎｍの
ＴｉＮ層２２を成膜した後に厚さ８００ｎｍの銅薄膜２
１をスパッタリング法により真空中で連続成膜した。さ
らに段差被覆性を良くするためにスパッタ装置内で摂氏
４５０度で３分間の真空熱処理を行った。シリコン基板
２５にはソース、ドレイン等の不純物ドープ層が形成さ
れているが、ここでは省略して記載していない。
【００４２】この試料を、前述の研磨液でＣＭＰを行っ
た結果、図３（ｂ）及び（ｃ）のように、いずれの研磨
液でもディシングやエロージョンが約５０ｎｍ以下とな
る形状に加工することができた。はがれも発生しなかっ
た。分子量が１４万のポリアクリル酸を添加した研磨液
を用いた場合は１万のものと比較して半分の時間で研磨
が終了した。分子量が１００万を超えるポリアクリル酸
を添加した研磨液を用いた場合は１万のものと比較して
４０％の時間で研磨が終了した。
【００４３】形成された銅配線の電気抵抗率を測定した
結果、ＴｉＮ層の部分も含めて１．９マイクロオームセ
ンチメートルの値を得た。また、蛇行配線（配線幅０．
３マイクロメートルから３マイクロメートル、長さ４０
ｍｍ）や櫛形配線（配線間隔０．３マイクロメートルか
ら３マイクロメートル、長さ４０ｍｍ）を用いて導通／
絶縁試験を行った結果、ほぼ１００％の歩留まりが得ら
れた。ＬＳＩの動作も正常であることがわかった。
【００４４】（実施例２）本実施例で用いた研磨液は過
酸化水素水（市販の３０％Ｈ2Ｏ2水溶液）とリンゴ酸
と、分子量の異なるポリアクリル酸アンモニウム塩から
構成された水溶液である。組成は過酸化水素水は３０体
積％、リンゴ酸は０．１５重量％、ポリアクリル酸アン
モニウム塩は０．１重量％である。この研磨液を用い
て、Ｃｕ膜の研磨速度とエッチング速度を測定した。研
磨特性の評価は実施例１と同様に行った。
【００４５】図４にＣｕの研磨速度の研磨液の粘性率依
存性を調べた結果を示す。粘性率が１０以下のポリアク
リル酸アンモニウム塩を含む研磨液の研磨速度は９０ｎ
ｍ／分であった。これに対して、粘性率が１２０のもの
では２００ｎｍ／分になり、１０００を超える架橋ポリ
マーでは２５０ｎｍ／分になった。エッチング速度はい
ずれの研磨液においても１．０ｎｍ／分以下に抑制され
ており、ディシング発生の問題はない。
【００４６】埋め込み配線を形成する試料を、前述の研
磨液でＣＭＰを行った結果、図３（ｂ）及び（ｃ）のよ
うに、いずれの研磨液でもディシングやエロージョンが
約５０ｎｍ以下となる形状に加工することができた。は
がれも発生しなかった。粘性率が１０以下のポリアクリ
ル酸アンモニウム塩を添加した研磨液を用いた場合は１
２０のものと比較して半分の時間で研磨が終了した。分
子量が１０００を超えるポリアクリル酸アンモニウム塩
を添加した研磨液を用いた場合は１０のものと比較して
４０％の時間で研磨が終了した。
【００４７】形成された銅配線の電気抵抗率を測定した
結果、ＴｉＮ層の部分も含めて１．９マイクロオームセ
ンチメートルの値を得た。また、蛇行配線（配線幅０．
３マイクロメートルから３マイクロメートル、長さ４０
ｍｍ）や櫛形配線（配線間隔０．３マイクロメートルか
ら３マイクロメートル、長さ４０ｍｍ）を用いて導通／
絶縁試験を行った結果、ほぼ１００％の歩留まりが得ら
れた。ＬＳＩの動作も正常であることがわかった。
【００４８】（実施例３）本実施例ではＷの埋め込みプ
ラグの形成方法について説明する。用いた研磨液は過酸
化水素水（市販の３０％Ｈ2Ｏ2水溶液）とリンゴ酸とマ
ロン酸とアジピン酸と、分子量の異なるポリアクリル酸
トリエタノールアミン塩から構成された水溶液である。
組成に関しては過酸化水素水は１０体積％、リンゴ酸は
０．０１重量％、マロン酸は０．０３％、アジピン酸は
０．１％、ポリアクリル酸トリエタノールアミン塩は
０．０１重量％である。この研磨液を用いて、ＣＶＤに
より形成したＷ膜の研磨速度とエッチング速度を測定し
た。研磨特性の評価は実施例１と同様に行った。研磨特
性の評価は実施例１と同様に行った。但し、研磨荷重は
４００ｇ／ｃｍ2とした。
【００４９】図５にＷの研磨速度の研磨液の粘性率依存
性を調べた結果を示す。粘性率が１０以下のポリアクリ
ル酸トリエタノールアミン塩を含む研磨液の研磨速度は
４０ｎｍ／分であった。これに対して、粘性率が１２０
のものでは８０ｎｍ／分となり、１０００を超える架橋
ポリマーでは１００ｎｍ／分になった。エッチング速度
はいずれの研磨液においても１．０ｎｍ／分以下に抑制
されており、ディシング発生の問題はない。
【００５０】埋め込みＷプラグを形成する試料（図６
（ａ））を、前述の研磨液でＣＭＰを行った結果、図６
（ｂ）及び（ｃ）のように、いずれの研磨液でもディシ
ングやエロージョンが約５０ｎｍ以下となる形状に加工
することができた。はがれも発生しなかった。粘性率が
１０以下のポリアクリル酸トリエタノールアミン塩を添
加した研磨液を用いた場合は１２０のものと比較して半
分の時間で研磨が終了した。分子量が１０００を超える
ポリアクリル酸トリエタノールアミン塩を添加した研磨
液を用いた場合は１０のものと比較して４０％の時間で
研磨が終了した。
【００５１】形成されたＷプラグの電気抵抗率を測定し
た結果、２０マイクロオームセンチメートルの値を得
た。また、プラグが連続で１００個形成されたビアチェ
ーンを用いて導通／絶縁試験を行った結果、１００％の
歩留まりが得られた。ＬＳＩの動作も正常であることが
わかった。
【００５２】
【発明の効果】本発明の増粘剤を含む研磨液でＣＭＰを
行う方法は、従来の研磨液でＣＭＰを行う方法と比較し
て、スクラッチやはがれ、ディシング、エロージョンを
抑制し、且つ高い研磨速度で研磨を行う効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施したＣＭＰ装置を示す図である。
【図２】Ｃｕの研磨速度に対する増粘剤の分子量依存性
を示す図である。
【図３】（ａ）はＣＭＰ前の試料の配線部の断面構造を
示す図、（ｂ）はＣＭＰ後の試料の配線部の断面構造を
示す図、（ｃ）はＣＭＰ後の試料の平面図である。な
お、点線は（ｂ）の断面位置である。
【図４】Ｃｕの研磨速度に対する研磨液の粘性率依存性
を示す図である。
【図５】Ｗの研磨速度に対する研磨液の粘性率依存性を
示す図である。
【図６】（ａ）はＣＭＰ前の試料のプラグ部の断面構造
を示す図、（ｂ）はＣＭＰ後の試料のプラグ部の断面構
造を示す図、（ｃ）はＣＭＰ後の試料の平面図である。
なお、点線は（ｂ）の断面位置である。
【符号の説明】
１１…研磨定盤、１２…ウエハホルダ、１３…リテーナ
ー、１４…ウエハ、１５…研磨液供給口、１６…純水供
給口、１７…研磨布、１８…バッキングパッド、２１…
Ｃｕ膜、２２…ＴｉＮ膜、２３…１層目の配線層部分の
ＳｉＯ2膜、２４…ＢＰＳＧ膜、２５…不純物ドープ層
や絶縁膜が形成されたＳｉ基板、２６…金属膜表面の凹
部、２７…金属膜表面の凸部、２８…Ｗ膜。

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】絶縁膜上に形成された金属膜の少なくとも
    一部を除去する研磨方法において、酸化性物質と、酸化
    物を水溶性化する物質と増粘剤と水を含む研磨液を用
    い、前記金属膜表面を機械的に摩擦することを特徴とす
    る研磨方法。
  2. 【請求項２】前記増粘剤の分子量が、１００００以上で
    あることを特徴とする請求項２記載の研磨方法。
  3. 【請求項３】前記増粘剤の粘性率が、１重量％水溶液の
    状態で１００ｃＰ以上であることを特徴とする請求項１
    乃至２記載の研磨方法。
  4. 【請求項４】前記研磨液の粘性率が、１０ｃＰ以上であ
    ることを特徴とする請求項１乃至３記載の研磨方法。
  5. 【請求項５】前記増粘剤が、ポリアクリル酸であること
    を特徴とする請求項１乃至４記載の研磨方法。
  6. 【請求項６】前記増粘剤が、ポリアクリル酸アンモニウ
    ム塩もしくはポリアクリル酸アミン塩であることを特徴
    とする請求項１乃至４記載の研磨方法。
  7. 【請求項７】前記増粘剤が、架橋型重合体であることを
    特徴とする請求項１乃至６記載の研磨方法。
  8. 【請求項８】絶縁膜上に形成された金属膜の少なくとも
    一部を除去する研磨方法において、酸化性物質と、酸化
    物を水溶性化する物質と、分子量が１００００以上の防
    食性物質と水を含む研磨液を用い、前記金属膜表面を機
    械的に摩擦することを特徴とする研磨方法。
  9. 【請求項９】絶縁膜上に形成された金属膜の少なくとも
    一部を除去する研磨方法において、酸化性物質と、酸化
    物を水溶性化する物質と、防食性物質と水を含み、粘性
    率が１０ｃＰ以上の研磨液を用い、前記金属膜表面を機
    械的に摩擦することを特徴とする研磨方法。
  10. 【請求項１０】前記酸化性物質は、過酸化水素であるこ
    とを特徴とする請求項１乃至９記載の研磨方法。
  11. 【請求項１１】前記酸化物を水溶性化する物質は、有機
    酸もしくはその塩を含むことを特徴とする請求項１乃至
    ９記載の研磨方法。
  12. 【請求項１２】前記有機酸は、ヒドロキシカルボン酸で
    あることを特徴とする請求項１１記載の研磨方法。
  13. 【請求項１３】前記ヒドロキシカルボン酸は、リンゴ酸
    もしくはクエン酸であることを特徴とする請求項１２に
    記載の研磨方法。
  14. 【請求項１４】前記金属膜は、銅もしくは銅を主成分と
    する合金もしくは銅化合物を含むことを特徴とする請求
    項１乃至９記載の研磨方法。
  15. 【請求項１５】前記金属膜は、タングステンやタングス
    テン合金もしくはタングステン化合物を含むことを特徴
    とする請求項１乃至９記載の研磨方法。
  16. 【請求項１６】前記金属膜は、窒化チタンもしくはタン
    タル、もしくは窒化タンタルを含むことを特徴とする請
    求項１乃至９記載の研磨方法。
  17. 【請求項１７】絶縁膜上に形成された金属膜の少なくと
    も一部を除去する研磨方法において、過酸化水素水と、
    クエン酸もしくはリンゴ酸と、分子量が１００００以上
    のポリアクリル酸もしくはポリアクリル酸アンモニウム
    を含む研磨液を用い、前記金属膜表面を機械的に摩擦す
    ることを特徴とする研磨方法。
  18. 【請求項１８】不純物ドープ層を有する基体を準備する
    工程と、 前記不純物ドープ層上に開口部を有する絶縁膜を形成す
    る工程と、 前記絶縁膜が形成された基体上に金属膜を形成する工程
    と、酸化性物質と、酸化物を水溶性化する物質と増粘剤
    と水を含む研磨液を用い、前記金属膜表面を機械的に摩
    擦をかけることにより前記絶縁膜を露出させる工程と、
    その後、前記基体を洗浄する工程と、洗浄された前記基
    体を乾燥する工程とを有することを特徴とする半導体装
    置の製造方法。
  19. 【請求項１９】第１の配線層を有する基体を準備する工
    程と、 前記第１の配線層が露出される開口部を有する第１の絶
    縁膜を形成する工程と、 前記絶縁膜が形成された基体
    上に金属膜を形成する工程と、 酸化性物質と、酸化物を水溶性化する物質と増粘剤と水
    を含む研磨液を用い、 前記金属膜表面を機械的に摩擦をかけることにより前記
    絶縁膜を露出させる工程と、 その後、前記基体を洗浄する工程と、洗浄された前記基
    体を乾燥する工程とを有することを特徴とする半導体装
    置の製造方法。
  20. 【請求項２０】導電体層を有する基体を準備する工程
    と、 前記導電体層上に開口部を有する絶縁膜を形成する工程
    と、 前記絶縁膜が形成された基体上に、窒化チタン膜と銅を
    主成分とする金属膜を含む積層膜を形成する工程と、 過酸化水素水と、クエン酸もしくはリンゴ酸と、架橋型
    ポリアクリル酸もしくは架橋型ポリアクリル酸塩を含む
    研磨液を用い、前記金属膜表面を機械的に摩擦する工程
    と、その後、 前記基体を洗浄する工程と、 洗浄された前記基体を乾燥する工程とを有することを特
    徴とする半導体装置の製造方法。
  21. 【請求項２１】導電体層を有する基体を準備する工程
    と、 前記導電体層上に開口部を有する絶縁膜を形成する工程
    と、 前記絶縁膜が形成された基体上に、窒化チタン膜と銅を
    主成分とする金属膜を含む積層膜を形成する工程と、 過酸化水素水と、クエン酸もしくはリンゴ酸と、ポリア
    クリル酸もしくはポリアクリル酸塩を含み、粘性率が１
    ０ｃＰ以上の研磨液を用い、前記金属膜表面を機械的に
    摩擦する工程と、その後、 前記基体を洗浄する工程と、 洗浄された前記基体を乾燥する工程とを有することを特
    徴とする半導体装置の製造方法。
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