JP2000299320A

JP2000299320A - 配線形成方法

Info

Publication number: JP2000299320A
Application number: JP10754699A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Kondo; 誠一近藤; Kenji Hinode; 憲治日野出
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-04-15
Filing date: 1999-04-15
Publication date: 2000-10-24

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、且つ研磨残りなく金属配線を形成する技
術を提供する。【解決手段】過酸化水素と芳香族ニトロ化合物を含む
水溶液で研磨もしくはエッチングする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は配線形成方法に関
し、特に半導体装置の埋め込み配線形成方法に関する。

【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。

【０００４】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Ｔ
ｉＮ膜、Ｔａ膜もしくはＴａＮ膜等のバリア膜を挿入す
ることが一般的となっている。配線抵抗低減の目的か
ら、これらバリア膜の膜厚はできるだけ薄い方が望まし
い。

【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、固体砥粒と酸化剤を主成分と
するものが一般的である。酸化剤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「ＣＭＰ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】酸化剤としては、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）、
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】一般的に、これら従来の研磨液を用いて埋
め込み銅配線を形成する際、バリア膜のＴｉＮ膜も銅用
の研磨液で同時に研磨されることが多い。

【０００９】

【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。

【００１０】（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，Ｏｃｔｏｂｅｒ１
９９４，ｐ．２８４２〜ｐ．２８４８）に記載されてい
る。

【００１１】（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。

【００１２】（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。

【００１３】（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。

【００１４】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ワールド（Ｓｅｍｉ
ｃｏｎｄｕｃｔｏｒＷｏｒｌｄ）」１９９５年５月号
の１７２頁に開示されている。

【００１５】（５）研磨液のコストが高い。これは砥粒
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。

【００１６】（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。

【００１７】（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。

【００１８】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。

【００１９】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
剤と、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その１例である。但
し、この砥粒を含まない研磨液によって金属膜を研磨す
ることは、公知の技術ではない。従って、以下の課題
は、この度新たに見いだされた事実であり、以下の課題
も公知ではない。

【００２０】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、バリア膜である
窒化チタン膜の研磨工程において研磨残りが発生すると
いう問題があった。研磨残りの膜厚は数ナノメートル程
度で、この膜厚ではほとんど透明であるため、研磨終了
時点で目視で判定することが難しい。また、電気抵抗で
測定することは原理的に可能であるが、配線パターンの
無いウエハでは研磨残りはほとんど発生せず、配線パタ
ーンの形成されたウエハにおいて、パターンに対応して
わずかな領域で研磨残りが発生するために、ＳＥＭ（走
査型電子顕微鏡）での観察において初めてわかる問題と
なっている。

【００２１】一方、チタン化合物は半導体装置以外でも
一般的に用いられている。例えば、装飾品である時計フ
リーム、時計バンド、眼鏡フレームやポンチ、金型、ド
リルの刃等の工具の装飾性や耐摩耗性を向上させるため
に、表面にイオンプレーティング法によってチタン化合
物の被膜を形成することが頻繁に行われている。これら
の製造工程において、不良品再生や工具・金型の再利用
を目的として、チタン化合物を剥離する方法が知られて
いる。例えば、特開昭５９―４１４７９号には硝酸水溶
液を加温して剥離する方法が、特開平５―１１２８８５
号、特開昭６２―１７１９０号、特開平１０―２５１８
７４号には過酸化水素を含むアルカリ性の水溶液で母材
（鉄やチタン）を侵食せずに剥離する方法が開示されて
いる。アルカリ側にする理由は、チタン化合物被膜の剥
離速度を高めるためである。これらの剥離剤は上記の装
飾品や工具を対象としており、目視で除去判定が可能な
レベルであった。なお、これらの技術は、あくまで装飾
品等を対象とするものであり、半導体装置に適用するこ
とについては全く記載がなく、本願の分野とは全く異な
るものである。

【００２２】これに対して、数１０ナノメートルの加工
精度を必要とする半導体装置の製造プロセスでは、これ
らの剥離剤は全く用いられていなかった。そのため、従
来はナトリウムイオン（トランジスタの動作不良を引き
起こす）を含む剥離剤（ＮａＯＨや有機酸のＮａ塩）を
用いることが一般的であり、チタン化合物以外の配線金
属（例えば、銅やタングステン）の腐蝕を引き起こす薬
剤（例えば硝酸や、アンモニア水と過酸化水素を混合し
たもの）を用いることが多かった。また、１マイクロメ
ートル以下の厚さの銅と絶縁膜（ＳｉＯ₂等）を母材と
して数１０ナノメートル以下の厚さの窒化チタンを除去
する方法（ダマシン法で銅配線を形成する方法）につい
ては全く知られていなかった。わずか残留量でもある
と、配線間に高電界が印加された際のショート不良とな
る。一般的にその基準は１ｘ１０¹⁰原子／ｃｍ²程度で
ある。

【００２３】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、窒
化チタン膜の研磨残りの無い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。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上記目的は絶縁膜上に形
成された金属膜の少なくとも一部を除去する配線形成方
法において、過酸化水素水と芳香族ニトロ化合物を含む
研磨液を用いて金属膜表面を機械的に摩擦をかけること
により達成される。

【００２５】上記目的は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配線形成方法において、過酸
化水素水と芳香族ニトロ化合物を含むエッチング液を用
いて金属膜の一部をエッチングすることにより達成され
る。

【００２６】上記研磨液及びエッチング液には、必要に
応じて金属の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。

【００２７】上記研磨液及びエッチング液には、必要に
応じて有機酸もしくはその塩、無機酸もしくはその塩、
アンモニア水、アミンもしくはその塩等を添加してｐＨ
を調整することにより、金属膜の腐食を抑制することが
できる。

【００２８】本発明の研磨液及びエッチング液中におけ
る過酸化水素は、チタンと反応してチタン・ペルオキシ
錯体を生成し、研磨及びエッチングを進行させるための
ものである。過酸化水素水の濃度は、３０重量％過酸化
水素水を基準に表して、５〜８０体積％、好ましくは１
０〜５０体積％である。

【００２９】芳香族ニトロ化合物はチタン化合物のエッ
チングを促進するための酸化剤として作用する。例え
ば、ニトロベンゼンスルホン酸、ニトロフェノールスル
ホン酸、１―ニトロナフタリン―２―スルホン酸、これ
らのスルホン酸塩等、ニトロ安息香酸、４―クロル―３
―ニトロ安息香酸、ニトロフタル酸、イソニトロフタル
酸、ニトロテレフタル酸、３―ニトロサリチル酸、３,
５―ジニトロサリチル酸、ピクリン酸、アミノニトロ安
息香酸、ニトロ―１―ナフトエ酸、これらのカルボン酸
塩等が挙げられる。前述の塩としては、ナトリウム塩、
カリウム塩、アンモニウム塩等が挙げられるが、半導体
装置を対象として用いる薬品としてはアンモニウム塩が
最も望ましい。その次にカリウム塩が半導体装置内の拡
散係数が小さいので望ましい。これら薬剤は単独でまた
は２種以上組み合わせて使用することができる。これら
芳香族ニトロ化合物の中で、ニトロベンゼンスルホン酸
及びその塩は、ＴｉＮの研磨及びエッチングに対して研
磨速度及びエッチング速度が最も高いので望ましい。芳
香族ニトロ化合物は、本発明の研磨液及びエッチング液
中に０．１〜３０重量％、好ましくは１〜２０重量％の
濃度で用いることができる。

【００３０】研磨もしくはエッチング対象以外の金属膜
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。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】また、界面活性剤や増粘剤も母材の腐蝕を
抑制する効果があり、銅合金やタングステンに対して適
用できる。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、分子量が１
００００以上、もしくは粘性率（粘度）が１重量％水溶
液の状態で１００ｃＰ以上であるものが望ましい。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
により高い研磨速度が得られる。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。特にタングステンやモリブデンの
腐蝕を抑制するためには、ポリリン酸塩が効果がある。
例えば、ピロリン酸、トリポリリン酸、テトラポリリン
酸の塩がある。

【００３２】本発明の研磨（もしくはエッチング）液
は、芳香族ニトロ化合物の選択により広いｐＨを有する
ことができるが、必要ならばｐＨ調整剤を添加すること
により任意の好適な範囲に調整することも可能である。
このようなｐＨ調整剤としては、有機酸（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、グル
コン酸、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、チオグリコール酸などのカ
ルボン酸）もしくはその塩（アンモニウム塩が金属汚染
が無い為に最も望ましい）、硝酸や硫酸等の無機酸もし
くはその塩、アンモニア、アミン（モノメチルアミン、
ジメチルアミン、モノエタノールアミン、トリエタノー
ルアミン等）、アミン塩（ＥＤＴＡ塩等）等が挙げられ
る。ｐＨ調整剤は、研磨（もしくはエッチング）を対象
とする金属（例えばＴｉＮ）以外の金属（例えば銅）の
腐蝕を抑制することを目的にｐＨを調整することができ
る。

【００３３】但し、研磨（もしくはエッチング）液のｐ
Ｈが８より小さくなると過酸化水素の分解が少なく酸化
力が弱くなり、研磨（もしくはエッチング）速度が遅く
なる。ｐＨが１３より大きくなると研磨（もしくはエッ
チング）速度は速くなるが、過酸化水素の分解が多くな
り、研磨（もしくはエッチング）液の寿命が短くなる。
これを抑制するためには、ＥＤＴＡ等のキレート剤を添
加すれば良い。

【００３４】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。

【００３５】なお、研磨する金属膜としては、Ｔｉ、Ｔ
ｉＮ等のＴｉ合金、Ｔａ、ＴａＮ、Ｗ等に適用できる。
特にＴｉＮ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。ＴｉＮ膜を銅埋め込み配線のバリア膜
として用いている場合に、絶縁膜上のＴｉＮ膜のみを除
去し、銅膜と銅膜周囲のＴｉＮ膜を残すことが可能であ
る。

【００３６】なお、本発明の研磨液を他の金属の研磨液
と混合して２種以上の金属膜を同時に研磨することも可
能である。例えば、銅の研磨液に混合し、銅の研磨とＴ
ｉＮの研磨を同時に行うことも可能である。

【００３７】

【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。

【００３８】（実施例１）本実施例ではＣｕとＴｉＮの
ＣＭＰを行うことによってＣｕ／ＴｉＮ積層埋め込み配
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装置は研磨定盤１１を２つ搭載してお
り（図１では省略している）、第一の定盤がＣｕの研磨
用、第二の定盤がＴｉＮの研磨用となっている。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６０ｒｐｍ、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（発
泡ポリウレタン製）を用いた。

【００３９】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／分の速
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／分の速度で供給
してリンスを１５〜３０秒間行う。第二の定盤において
も同様である。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。

【００４０】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、厚さ２００ｎｍのＴｉＮ膜をスパッタリ
ング法によって成膜したものと、それとは別に厚さ５０
ｎｍのＴｉＮ膜と厚さ８００ｎｍのＣｕ膜をそれぞれス
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。前者がＴｉＮの研磨特性評価用、後者がＣｕの研磨
特性評価用である。ウエハ直径は５インチである。研磨
速度とエッチング速度は電気抵抗の変化から換算して求
めた。エッチング速度とは研磨液中に試料を浸した際に
金属膜表面がエッチングされる速度であり、Ｃｕ膜のＣ
ＭＰ中に過剰にＣｕやＴｉＮの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。ＴｉＮのＣＭＰ中にもＣｕはエッチングされては
ならない。

【００４１】本実施例で用いたＣｕ用の研磨液は過酸化
水素水（市販の３０％Ｈ₂Ｏ₂水溶液）とクエン酸と、ベ
ンゾトリアゾール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
％、ベンゾトリアゾールは０．１重量％である。

【００４２】本実施例で用いたＴｉＮ用の研磨液は過酸
化水素水（市販の３０％Ｈ₂Ｏ₂水溶液）とニトロベンゼ
ンスルホン酸から構成された水溶液である。組成は過酸
化水素水は２０体積％、ニトロベンゼンスルホン酸は１
０重量％である。

【００４３】これらの研磨液を用いて研磨速度を調べた
結果、Ｃｕ研磨液によるＣｕの研磨速度は１００ｎｍ／
分、エッチング速度は１ｎｍ／分であった。Ｃｕ研磨
液によるＴｉＮの研磨速度は１０ｎｍ／分（但し研磨残
りが発生する）、ＴｉＮのエッチング速度は１ｎｍ／
分以下であった。一方、ＴｉＮ研磨液によるＴｉＮの研
磨速度は５０ｎｍ／分であった。また、ＴｉＮ研磨液に
よるＣｕの研磨速度とエッチング速度はいずれも１ｎｍ
／分であった。

【００４４】埋め込みＣｕ／ＴｉＮ積層配線を形成する
試料の研磨前の断面構造の例を図２（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２３内に形成した。その上にバリア膜とし
て厚さ５０ｎｍのＴｉＮ層２２を成膜した後に厚さ８０
０ｎｍのＣｕ薄膜２１をスパッタリング法により真空中
で連続成膜した。Ｃｕのスパッタではロングスロー方式
により段差被覆性を上げている。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。

【００４５】この試料を、前述のＣｕ用の研磨液とＴｉ
Ｎ用の研磨液で２段ＣＭＰを行った結果、図２（ｂ）及
び（ｃ）のように、ディシングやエロージョンが約５０
ｎｍ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。ＳＥＭで研磨面を観察した結果、Ｔｉ
Ｎの研磨残りは全くなかった。

【００４６】形成されたＣｕ／ＴｉＮ積層配線の電気抵
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４０ｍｍ）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。

【００４７】本発明のＴｉＮ用の研磨液にさらにベンゾ
トリアゾールを添加するとＣｕのエッチング速度を低減
し、表面荒れを抑制することが可能になる。例えば、
０．０１重量％のベンゾトリアゾールを添加すると、エ
ッチング速度を０．５ｎｍ／分まで抑制できる。勿論こ
の研磨液を用いても、図２（ｂ）及び（ｃ）のように、
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。ＬＳＩの動作も正常であ
る。

【００４８】（実施例２）本実施例では、Ｃｕ膜をＣＭ
Ｐで除去し、ＴｉＮをエッチングで除去する方法につい
て説明する。Ｃｕ用の研磨液として過酸化水素水（市販
の３０％Ｈ₂Ｏ₂水溶液）とリンゴ酸とポリアクリル酸ア
ンモニウム塩から構成された水溶液を用いた。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。

【００４９】ＴｉＮ用のエッチング液は過酸化水素水
（市販の３０％Ｈ₂Ｏ₂水溶液）とニトロベンゼンスルホ
ン酸アンモニウム塩とモノエタノールアミンから構成さ
れた水溶液である。組成は過酸化水素水は２０体積％、
ニトロベンゼンスルホン酸アンモニウム塩は５重量％、
モノエタノールアミンは１重量％である。

【００５０】これらの研磨液とエッチング液を用いて研
磨速度を調べた結果、Ｃｕ研磨液によるＣｕの研磨速度
は１２０ｎｍ／分、エッチング速度は１ｎｍ／分であっ
た。Ｃｕ研磨液によるＴｉＮの研磨速度は１０ｎｍ／分
（但し研磨残りが発生する）、エッチング速度は１ｎｍ
／分以下であった。一方、ＴｉＮエッチング液によるＴ
ｉＮのエッチング速度は１５ｎｍ／分であった。また、
ＴｉＮエッチング液のＣｕのエッチング速度は１ｎｍ／
分であった。なお、研磨特性とエッチング特性の評価方
法は実施例１と同様である。

【００５１】実施例１で説明した埋め込みＣｕ／ＴｉＮ
積層配線を形成する試料を、前述のＣｕ用の研磨液でＣ
ＭＰを行った後にＴｉＮ用のエッチング液でＴｉＮエッ
チングを行った結果、図２（ｂ）及び（ｃ）のように、
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。Ｓ
ＥＭで観察した結果、ＴｉＮの研磨残りはなかった。

【００５２】形成されたＣｕ／ＴｉＮ積層配線の電気抵
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４０ｍｍ）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。

【００５３】本発明のＴｉＮ用のエッチング液にさらに
ベンゾトリアゾールを添加するとＣｕのエッチング速度
を低減し、表面荒れを抑制することが可能になる。例え
ば、０．０１重量％のベンゾトリアゾールを添加する
と、エッチング速度を０．５ｎｍ／分まで抑制できる。
勿論この研磨液を用いても、図２（ｂ）及び（ｃ）のよ
うに、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。ＬＳＩの動作も正常
である。

【００５４】（実施例３）本実施例では、ＴｉＮ膜をＣ
ＭＰで除去し、ＴｉＮプラグを形成する方法について説
明する。絶縁膜表面に直径３００ｎｍの穴加工が形成
されたウエハに膜厚２００ｎｍのＴｉＮ膜をＣＶＤ（化
学気相成長法）で形成した。ＣＶＤ膜はスパッタ膜と比
較して被覆性に優れており、穴内部までＴｉＮ膜が埋め
込まれ易い。

【００５５】ＴｉＮ用の研磨液は過酸化水素水（市販の
３０％Ｈ₂Ｏ₂水溶液）とニトロベンゼンスルホン酸から
構成された水溶液である。組成は過酸化水素水は２０体
積％、ニトロベンゼンスルホン酸は５重量％である。こ
の研磨液を用いてＴｉＮの研磨速度を調べた結果、４０
ｎｍ／分であった。

【００５６】埋め込みＴｉＮプラグを形成する試料（図
３（ａ））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、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。はがれもなかった。ＳＥＭで観察した結果、Ｔｉ
Ｎの研磨残りは発生しなかった。

【００５７】形成されたＴｉＮプラグの電気抵抗率を測
定した結果、１２０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。

【００５８】

【発明の効果】本発明の過酸化水素水と芳香族ニトロ化
合物を含む水溶液で金属膜をＣＭＰもしくはエッチング
を行うことにより金属配線を形成する方法は、従来の研
磨液でＣＭＰを行うことにより金属配線を形成する方法
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、且つ研磨残りなく研磨を行い金属配線
を形成する効果がある。

【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】（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３】（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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3C058 AA01 CA04 CB02 DA02 5F033 HH11 HH33 MM01 MM12 MM13 PP06 PP15 QQ08 QQ20 QQ50 QQ98 RR04 RR15 XX01 XX17 XX21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁膜上に形成された金属膜の少なくとも
一部を除去する配線形成方法において、過酸化水素と芳香族ニトロ化合物を含む水溶液を用い、
前記金属膜表面を機械的に摩擦することを特徴とする配
線形成方法。
【請求項２】絶縁膜上に形成された金属膜の少なくとも
一部を除去する配線形成方法において、過酸化水素と芳香族ニトロ化合物を含む水溶液を用い
て、前記金属膜の一部をエッチングすることを特徴とす
る配線形成方法。
【請求項３】前記金属膜は、窒化チタンを含むことを特
徴とする請求項１乃至２記載の配線形成方法。
【請求項４】前記芳香族ニトロ化合物は、ニトロベンゼ
ンスルホン酸もしくはその塩であることを特徴とする請
求項１乃至２記載の配線形成方法。
【請求項５】前記水溶液は、防食性物質を含むことを特
徴とする請求項１乃至２記載の配線形成方法。
【請求項６】前記防食性物質は、ベンゾトリアゾールで
あることを特徴とする請求項５記載の配線形成方法。
【請求項７】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窒化チタン膜を形成す
る工程と、過酸化水素水とニトロベンゼンスルホン酸塩を含む第一
の研磨液を用い、前記窒化チタン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。
【請求項８】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、過酸化水素水と有機酸と防食性物質を含む第二の研磨液
を用い、前記銅膜表面を機械的に摩擦をかけることによ
り前記窒化チタン膜を露出させる工程と、その後、過酸化水素水とニトロベンゼンスルホン酸塩を
含む第一の研磨液を用い、前記窒化チタン膜と銅膜から
成る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、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。
【請求項９】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、過酸化水素水と有機酸と防食性物質を含む研磨液を用
い、前記銅膜表面を機械的に摩擦をかけることにより前
記窒化チタン膜を露出させる工程と、その後、過酸化水素水とニトロベンゼンスルホン酸塩を
含む第一の水溶液を用い、前記窒化チタン膜の一部をエ
ッチング除去することにより前記絶縁膜を露出させる工
程と、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。
【請求項１０】前記第一の研磨液もしくは前記第一の水
溶液は、ベンゾトリアゾールを含むことを特徴とする請
求項７乃至９記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】前記有機酸は、クエン酸もしくはリンゴ
酸を含むことを特徴とする請求項８乃至９記載の半導体
装置の製造方法。
【請求項１２】前記防食性物質は、ベンゾトリアゾール
を含むことを特徴とする請求項８乃至９記載の半導体装
置の製造方法。
【請求項１３】前記防食性物質は、ポリアクリル酸もし
くはその塩を含むことを特徴とする請求項８乃至９記載
の半導体装置の製造方法。