JPH0955363A - 銅系金属用研磨液および半導体装置の製造方法 - Google Patents
銅系金属用研磨液および半導体装置の製造方法Info
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- JPH0955363A JPH0955363A JP13503896A JP13503896A JPH0955363A JP H0955363 A JPH0955363 A JP H0955363A JP 13503896 A JP13503896 A JP 13503896A JP 13503896 A JP13503896 A JP 13503896A JP H0955363 A JPH0955363 A JP H0955363A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 銅（Ｃｕ）または銅合金（Ｃｕ合金）の浸漬
時において前記Ｃｕ等を全く溶解せず、かつ研磨処理時
に前記ＣｕまたはＣｕ合金を実用的な速度で研磨するこ
とが可能な銅系金属用研磨液を提供しようとものであ
る。 【解決手段】 銅と反応して水に難溶性で、かつ銅より
も機械的に脆弱な銅錯体を生成する水溶性の有機酸、研
磨砥粒および水を含有することを特徴とする。
時において前記Ｃｕ等を全く溶解せず、かつ研磨処理時
に前記ＣｕまたはＣｕ合金を実用的な速度で研磨するこ
とが可能な銅系金属用研磨液を提供しようとものであ
る。 【解決手段】 銅と反応して水に難溶性で、かつ銅より
も機械的に脆弱な銅錯体を生成する水溶性の有機酸、研
磨砥粒および水を含有することを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、銅系金属用研磨液
および半導体装置の製造方法に関する。
および半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の製造工程の一つである配線
層形成においては、表面の段差を解消する目的でエッチ
バック技術が採用されている。このエッチバック技術
は、半導体基板上の絶縁膜に配線形状の溝を形成し、前
記溝を含む前記絶縁膜上にＣｕ膜を堆積し、前記Ｃｕ膜
をポリシング装置および研磨液を用いて研磨処理し、前
記溝内のみにＣｕ膜を残存させて埋め込み配線層を形成
する方法である。
層形成においては、表面の段差を解消する目的でエッチ
バック技術が採用されている。このエッチバック技術
は、半導体基板上の絶縁膜に配線形状の溝を形成し、前
記溝を含む前記絶縁膜上にＣｕ膜を堆積し、前記Ｃｕ膜
をポリシング装置および研磨液を用いて研磨処理し、前
記溝内のみにＣｕ膜を残存させて埋め込み配線層を形成
する方法である。
【０００３】ところで、前記研磨液としては従来よりコ
ロイダルシリカのような研磨砥粒が分散された純水から
なるものが用いられている。しかしながら、前記研磨液
をポリシング装置の研磨パッドに供給して基板上に成膜
されたＣｕ膜を前記研磨パッドに所定の加重を与えなが
ら研磨する場合には、単に前記研磨砥粒と研磨パッドに
よる機械的な研磨が前記Ｃｕ膜になされるのみである。
このため、研磨速度が１０ｎｍ／分と低いという問題が
あった。
ロイダルシリカのような研磨砥粒が分散された純水から
なるものが用いられている。しかしながら、前記研磨液
をポリシング装置の研磨パッドに供給して基板上に成膜
されたＣｕ膜を前記研磨パッドに所定の加重を与えなが
ら研磨する場合には、単に前記研磨砥粒と研磨パッドに
よる機械的な研磨が前記Ｃｕ膜になされるのみである。
このため、研磨速度が１０ｎｍ／分と低いという問題が
あった。
【０００４】一方、Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏ
ｃ．，ＶｏＬ．１３８．Ｎｏ１１，３４６０（１９９
１）、ＶＭＩＣ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ＩＳＭＩＣ−
１０１／９２／０１５６（１９９２）またはＶＭＩＣ
Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ＩＳＭＩＣ−１０２／９３／０
２０５（１９９３）には、アミン系コロイダルシリカの
スラリーまたはＫ3 Ｆｅ（ＣＮ）6 、Ｋ4 （ＣＮ）6 、
Ｃｏ（ＮＯ3 ）2 が添加されたスラリーからなるＣｕ膜
またはＣｕ合金膜の研磨液が開示されている。
ｃ．，ＶｏＬ．１３８．Ｎｏ１１，３４６０（１９９
１）、ＶＭＩＣ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ＩＳＭＩＣ−
１０１／９２／０１５６（１９９２）またはＶＭＩＣ
Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ＩＳＭＩＣ−１０２／９３／０
２０５（１９９３）には、アミン系コロイダルシリカの
スラリーまたはＫ3 Ｆｅ（ＣＮ）6 、Ｋ4 （ＣＮ）6 、
Ｃｏ（ＮＯ3 ）2 が添加されたスラリーからなるＣｕ膜
またはＣｕ合金膜の研磨液が開示されている。
【０００５】しかしながら、前記研磨液は浸漬時と研磨
時との間でＣｕ膜のエッチング速度に差がない。その結
果、前述したエッチバック工程後において前記溝内のＣ
ｕ配線層は研磨液に接触されると、浸漬時と研磨時との
間でＣｕ膜のエッチング速度に差がないため、前記Ｃｕ
配線層がさらに前記研磨液によりエッチングされる。し
たがって、前記溝内のＣｕ配線層の表面位置が前記絶縁
膜の表面より低くなるため、前記絶縁膜の表面と面一の
配線層の形成が困難になり、平坦性が損なわれる。ま
た、形成された埋め込みＣｕ配線層は、絶縁膜の表面と
面一に埋め込まれたＣｕ配線層に比べて抵抗値が高くな
る。
時との間でＣｕ膜のエッチング速度に差がない。その結
果、前述したエッチバック工程後において前記溝内のＣ
ｕ配線層は研磨液に接触されると、浸漬時と研磨時との
間でＣｕ膜のエッチング速度に差がないため、前記Ｃｕ
配線層がさらに前記研磨液によりエッチングされる。し
たがって、前記溝内のＣｕ配線層の表面位置が前記絶縁
膜の表面より低くなるため、前記絶縁膜の表面と面一の
配線層の形成が困難になり、平坦性が損なわれる。ま
た、形成された埋め込みＣｕ配線層は、絶縁膜の表面と
面一に埋め込まれたＣｕ配線層に比べて抵抗値が高くな
る。
【０００６】特開平７−２３３４８５号公報には、アミ
ノ酢酸およびアミド硫酸から選ばれる少なくとも１種の
有機酸と酸化剤と水とを含有する銅系金属用研磨液が開
示されている。この銅系研磨液は、銅（Ｃｕ）または銅
合金（Ｃｕ合金）の浸漬時と研磨処理時との間で数倍な
いし数十倍のエッチング速度差を示す。すなわち、前記
研磨液の一成分であるアミノ酢酸は、下記反応式に示す
ようにＣｕの水和物と反応して水に溶解する錯体を生成
する。
ノ酢酸およびアミド硫酸から選ばれる少なくとも１種の
有機酸と酸化剤と水とを含有する銅系金属用研磨液が開
示されている。この銅系研磨液は、銅（Ｃｕ）または銅
合金（Ｃｕ合金）の浸漬時と研磨処理時との間で数倍な
いし数十倍のエッチング速度差を示す。すなわち、前記
研磨液の一成分であるアミノ酢酸は、下記反応式に示す
ようにＣｕの水和物と反応して水に溶解する錯体を生成
する。
【０００７】Ｃｕ（Ｈ2 Ｏ）4 2+＋２Ｈ2 ＮＣＨ2 ＣＯ
ＯＨ→Ｃｕ（Ｈ2 ＮＣＨ2 ＣＯＯＨ）2 ＋４Ｈ2 Ｏ＋２
Ｈ+ Ｃｕは、前記アミノ酢酸と水との混合液とは反応しな
い。このような反応系において、酸化剤（例えば過酸化
水素）を添加することにより前記反応式の矢印に示す方
向に反応が進み、Ｃｕのエッチングがなされる。前記研
磨液に例えばＣｕ膜を浸漬すると、その表面に酸化層が
生成されてＣｕのエッチング（溶解）が抑制される。一
方、前記Ｃｕ膜を前記研磨液が存在する研磨パッドで研
磨すると、酸化層が前記研磨パッドにより機械的に研磨
されて純Ｃｕが表面に露出し、研磨液中のアミノ酢酸お
よび過酸化水素の作用により化学的研磨が急激になされ
る。つまり、研磨処理工程ではＣｕ膜の研磨面に常に純
Ｃｕが露出して研磨液中のアミノ酢酸および過酸化水素
による化学的エッチングがなされる。ただし、前記研磨
液はＣｕまたはＣｕ合金の研磨直後の表面に酸化層が生
成されない期間においてＣｕまたはＣｕ合金を多少溶解
する恐れがある。
ＯＨ→Ｃｕ（Ｈ2 ＮＣＨ2 ＣＯＯＨ）2 ＋４Ｈ2 Ｏ＋２
Ｈ+ Ｃｕは、前記アミノ酢酸と水との混合液とは反応しな
い。このような反応系において、酸化剤（例えば過酸化
水素）を添加することにより前記反応式の矢印に示す方
向に反応が進み、Ｃｕのエッチングがなされる。前記研
磨液に例えばＣｕ膜を浸漬すると、その表面に酸化層が
生成されてＣｕのエッチング（溶解）が抑制される。一
方、前記Ｃｕ膜を前記研磨液が存在する研磨パッドで研
磨すると、酸化層が前記研磨パッドにより機械的に研磨
されて純Ｃｕが表面に露出し、研磨液中のアミノ酢酸お
よび過酸化水素の作用により化学的研磨が急激になされ
る。つまり、研磨処理工程ではＣｕ膜の研磨面に常に純
Ｃｕが露出して研磨液中のアミノ酢酸および過酸化水素
による化学的エッチングがなされる。ただし、前記研磨
液はＣｕまたはＣｕ合金の研磨直後の表面に酸化層が生
成されない期間においてＣｕまたはＣｕ合金を多少溶解
する恐れがある。
【０００８】また、前記特開平７−２３３４８５号公報
には前記銅系金属用研磨液を用いて銅または銅合金から
なる配線材料膜をエッチバックして埋め込み配線を形成
する半導体装置の製造方法が開示されている。
には前記銅系金属用研磨液を用いて銅または銅合金から
なる配線材料膜をエッチバックして埋め込み配線を形成
する半導体装置の製造方法が開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、銅
（Ｃｕ）または銅合金（Ｃｕ合金）の浸漬時において前
記Ｃｕ等を全く溶解せず、かつ研磨処理時に前記Ｃｕま
たはＣｕ合金を実用的な速度で研磨することが可能な銅
系金属用研磨液を提供しようとするものである。
（Ｃｕ）または銅合金（Ｃｕ合金）の浸漬時において前
記Ｃｕ等を全く溶解せず、かつ研磨処理時に前記Ｃｕま
たはＣｕ合金を実用的な速度で研磨することが可能な銅
系金属用研磨液を提供しようとするものである。
【００１０】本発明の別の目的は、半導体基板上の絶縁
膜に溝および開口部から選ばれる少なくとも一つの部材
を形成し、前記絶縁膜上に堆積された銅（Ｃｕ）または
銅合金（Ｃｕ合金）からなる配線材料膜を短時間でエッ
チバックできると共に絶縁膜表面と面一で高精度の埋め
込み配線層を形成することが可能な半導体装置の製造方
法を提供しようとするものである。
膜に溝および開口部から選ばれる少なくとも一つの部材
を形成し、前記絶縁膜上に堆積された銅（Ｃｕ）または
銅合金（Ｃｕ合金）からなる配線材料膜を短時間でエッ
チバックできると共に絶縁膜表面と面一で高精度の埋め
込み配線層を形成することが可能な半導体装置の製造方
法を提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる銅系金属
用研磨液は、銅と反応して水に難溶性で、かつ銅よりも
機械的に脆弱な銅錯体を生成する水溶性の有機酸、研磨
砥粒および水を含有することを特徴とするものである。
用研磨液は、銅と反応して水に難溶性で、かつ銅よりも
機械的に脆弱な銅錯体を生成する水溶性の有機酸、研磨
砥粒および水を含有することを特徴とするものである。
【００１２】本発明に係わる半導体装置の製造方法は、
半導体基板上の絶縁膜に配線層の形状に相当する溝およ
び開口部から選ばれる少くとも一つの部材を形成する工
程と、前記溝および開口部から選ばれる少くとも一つの
部材を含む前記絶縁膜上に銅または銅合金からなる配線
材料膜を堆積する工程と、銅と反応して水に難溶性で、
かつ銅よりも機械的に脆弱な銅錯体を生成する水溶性の
有機酸、研磨砥粒および水を含有する研磨液を用いて前
記配線材料膜を前記絶縁膜の表面が露出するまで研磨処
理することにより前記配線材料膜を前記絶縁膜にその表
面と面一の埋め込み配線層を形成する工程とを具備した
ことを特徴とするものである。
半導体基板上の絶縁膜に配線層の形状に相当する溝およ
び開口部から選ばれる少くとも一つの部材を形成する工
程と、前記溝および開口部から選ばれる少くとも一つの
部材を含む前記絶縁膜上に銅または銅合金からなる配線
材料膜を堆積する工程と、銅と反応して水に難溶性で、
かつ銅よりも機械的に脆弱な銅錯体を生成する水溶性の
有機酸、研磨砥粒および水を含有する研磨液を用いて前
記配線材料膜を前記絶縁膜の表面が露出するまで研磨処
理することにより前記配線材料膜を前記絶縁膜にその表
面と面一の埋め込み配線層を形成する工程とを具備した
ことを特徴とするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる銅系金属用
研磨液を詳細に説明する。この銅系金属用研磨液は、銅
と反応して水に難溶性で、かつ銅よりも機械的に脆弱な
銅錯体を生成する水溶性の有機酸、研磨砥粒および水を
含有する。
研磨液を詳細に説明する。この銅系金属用研磨液は、銅
と反応して水に難溶性で、かつ銅よりも機械的に脆弱な
銅錯体を生成する水溶性の有機酸、研磨砥粒および水を
含有する。
【００１４】前記有機酸としては、例えば２−キノリン
カルボン酸（キナルジン酸）、２−ピリジンカルボン
酸、２，６−ピリジンカルボン酸、キノン等を挙げるこ
とができる。
カルボン酸（キナルジン酸）、２−ピリジンカルボン
酸、２，６−ピリジンカルボン酸、キノン等を挙げるこ
とができる。
【００１５】前記有機酸は、前記研磨液中に０．１重量
％以上含有されることが好ましい。前記有機酸の含有量
を０．１重量％未満にすると、ＣｕまたはＣｕ合金の表
面に銅よりも機械的に脆弱な銅錯体を十分に生成するこ
とが困難になる。その結果、研磨時においてＣｕまたは
Ｃｕ合金の研磨速度を十分に高めることが困難になる。
より好ましい前記有機酸の含有量は、０．３〜１．２重
量％である。
％以上含有されることが好ましい。前記有機酸の含有量
を０．１重量％未満にすると、ＣｕまたはＣｕ合金の表
面に銅よりも機械的に脆弱な銅錯体を十分に生成するこ
とが困難になる。その結果、研磨時においてＣｕまたは
Ｃｕ合金の研磨速度を十分に高めることが困難になる。
より好ましい前記有機酸の含有量は、０．３〜１．２重
量％である。
【００１６】前記研磨砥粒は、シリカ、ジルコニア、酸
化セリウムおよびアルミナから選ばれる少なくとも１つ
の材料から作られる。前記研磨砥粒は、特に研磨に適し
た硬度を有するアルミナ粒子をベースとすることが好ま
しい。すなわち、アルミナ粒子単独もしくはアルミナ粒
子とコロイダルシリカのようなシリカ粒子との混合粒子
から研磨砥粒を形成することが好ましい。
化セリウムおよびアルミナから選ばれる少なくとも１つ
の材料から作られる。前記研磨砥粒は、特に研磨に適し
た硬度を有するアルミナ粒子をベースとすることが好ま
しい。すなわち、アルミナ粒子単独もしくはアルミナ粒
子とコロイダルシリカのようなシリカ粒子との混合粒子
から研磨砥粒を形成することが好ましい。
【００１７】前記研磨砥粒は、０．０２〜０．１μｍの
平均粒径を有し、球状もしくは球に近似した形状を有す
ることが好ましい。このような研磨砥粒を含む研磨液に
よりＣｕまたはＣｕ合金を研磨処理を行うと、Ｃｕまた
はＣｕ合金表面への損傷を抑制できる。特に、γ−アル
ミナ粒子はその製造上、球状のものを簡単に作れるため
に好適である。
平均粒径を有し、球状もしくは球に近似した形状を有す
ることが好ましい。このような研磨砥粒を含む研磨液に
よりＣｕまたはＣｕ合金を研磨処理を行うと、Ｃｕまた
はＣｕ合金表面への損傷を抑制できる。特に、γ−アル
ミナ粒子はその製造上、球状のものを簡単に作れるため
に好適である。
【００１８】前記研磨砥粒は、前記研磨液中に１〜２０
重量％含有されることが好ましい。前記研磨砥粒の含有
量を１重量％未満にすると、その効果を十分に達成する
ことが困難になる。一方、前記研磨砥粒の含有量が２０
重量％を越えると、研磨液の粘度等が高くなって取扱い
難くなる。より好ましい研磨砥粒の含有量は、２〜１０
重量％である。
重量％含有されることが好ましい。前記研磨砥粒の含有
量を１重量％未満にすると、その効果を十分に達成する
ことが困難になる。一方、前記研磨砥粒の含有量が２０
重量％を越えると、研磨液の粘度等が高くなって取扱い
難くなる。より好ましい研磨砥粒の含有量は、２〜１０
重量％である。
【００１９】本発明に係わる研磨液は、さらに銅錯体生
成促進剤を含有することを許容する。このような銅錯体
生成促進剤としては、例えば過酸化水素（Ｈ2 Ｏ2 ）、
次亜塩素酸ソーダ（ＮａＣｌＯ）のような酸化剤を用い
ることができる。
成促進剤を含有することを許容する。このような銅錯体
生成促進剤としては、例えば過酸化水素（Ｈ2 Ｏ2 ）、
次亜塩素酸ソーダ（ＮａＣｌＯ）のような酸化剤を用い
ることができる。
【００２０】前記酸化剤は、前記研磨液中に前記有機酸
に対して重量割合で１０倍以上含有することが好まし
い。前記酸化剤の含有量を重量割合で前記有機酸に対し
て１０倍未満にすると、ＣｕまたはＣｕ合金の表面への
銅錯体生成を十分に促進することが困難になる。より好
ましい前記酸化剤の含有量は、前記有機酸に対して重量
割合で３０倍以上、さらに好ましくは５０倍以上であ
る。
に対して重量割合で１０倍以上含有することが好まし
い。前記酸化剤の含有量を重量割合で前記有機酸に対し
て１０倍未満にすると、ＣｕまたはＣｕ合金の表面への
銅錯体生成を十分に促進することが困難になる。より好
ましい前記酸化剤の含有量は、前記有機酸に対して重量
割合で３０倍以上、さらに好ましくは５０倍以上であ
る。
【００２１】本発明に係わる研磨液は、さらにアルカリ
剤のようなｐＨ調節剤を含有することを許容する。この
ようなアルカリ剤としては、例えば水酸化カリウム、コ
リンが好適である。
剤のようなｐＨ調節剤を含有することを許容する。この
ようなアルカリ剤としては、例えば水酸化カリウム、コ
リンが好適である。
【００２２】本発明に係わる研磨液は、さらに非イオン
性、両性イオン性、陰イオン性、陽イオン性の界面活性
剤が添加されることを許容する。前記非イオン性界面活
性剤としては、例えばポリエチレングリコールフェニル
エーテル、エチレングリコール脂肪酸エステルを挙げる
ことができる。前記両性イオン性界面活性剤としては、
例えばイミダゾリベタイン等を挙げることができる。前
記陰イオン性界面活性剤としては、例えばドデシル硫酸
ナトリウム等を挙げることができる。前記陽イオン性界
面活性剤としては、例えばステアリントリメチルアンモ
ニウムクロライド等を挙げることができる。これらの界
面活性剤は、２種以上の混合物の形態で用いてもよい。
このような界面活性剤をさらに含む研磨液は、後述する
ようにＣｕまたはＣｕ合金とＳｉＮ膜およびＳｉＯ2 の
ような絶縁膜との選択研磨性を高めることが可能にな
る。
性、両性イオン性、陰イオン性、陽イオン性の界面活性
剤が添加されることを許容する。前記非イオン性界面活
性剤としては、例えばポリエチレングリコールフェニル
エーテル、エチレングリコール脂肪酸エステルを挙げる
ことができる。前記両性イオン性界面活性剤としては、
例えばイミダゾリベタイン等を挙げることができる。前
記陰イオン性界面活性剤としては、例えばドデシル硫酸
ナトリウム等を挙げることができる。前記陽イオン性界
面活性剤としては、例えばステアリントリメチルアンモ
ニウムクロライド等を挙げることができる。これらの界
面活性剤は、２種以上の混合物の形態で用いてもよい。
このような界面活性剤をさらに含む研磨液は、後述する
ようにＣｕまたはＣｕ合金とＳｉＮ膜およびＳｉＯ2 の
ような絶縁膜との選択研磨性を高めることが可能にな
る。
【００２３】前記界面活性剤は、前記研磨液中に１モル
／リットル以上添加されることが好ましい。前記界面活
性剤の添加量を１モル／リットル未満にすると、研磨時
においてＣｕまたはＣｕ合金とＳｉＯ2 のような絶縁膜
との選択研磨性を高めることが困難になる。より好まし
い界面活性剤の添加量は、１０〜１００モル／リットル
の範囲である。
／リットル以上添加されることが好ましい。前記界面活
性剤の添加量を１モル／リットル未満にすると、研磨時
においてＣｕまたはＣｕ合金とＳｉＯ2 のような絶縁膜
との選択研磨性を高めることが困難になる。より好まし
い界面活性剤の添加量は、１０〜１００モル／リットル
の範囲である。
【００２４】本発明に係わる銅系金属用研磨液により例
えば基板上に成膜されたＣｕ膜またはＣｕ合金膜を研磨
するには、図１に示すポリシング装置が用いられる。す
なわち、ターンテーブル１上には例えば布から作られた
研磨パッド２が被覆されている。研磨液を供給するため
の供給管３は、前記研磨パッド２の上方に配置されてい
る。上面に支持軸４を有する基板ホルダ５は、研磨パッ
ド２の上方に上下動自在でかつ回転自在に配置されてい
る。このようなポリシング装置において、前記ホルダ５
により基板６をその研磨面（例えばＣｕ膜）が前記研磨
パッド２に対向するように保持し、前記供給管３から前
述した組成の研摩液７を供給しながら、前記支持軸４に
より前記基板６を前記研磨パッド２に向けて所望の加重
を与え、さらに前記ホルド５および前記ターンテーブル
１を互いに反対方向に回転させることにより前記基板上
のＣｕ膜が研磨される。
えば基板上に成膜されたＣｕ膜またはＣｕ合金膜を研磨
するには、図１に示すポリシング装置が用いられる。す
なわち、ターンテーブル１上には例えば布から作られた
研磨パッド２が被覆されている。研磨液を供給するため
の供給管３は、前記研磨パッド２の上方に配置されてい
る。上面に支持軸４を有する基板ホルダ５は、研磨パッ
ド２の上方に上下動自在でかつ回転自在に配置されてい
る。このようなポリシング装置において、前記ホルダ５
により基板６をその研磨面（例えばＣｕ膜）が前記研磨
パッド２に対向するように保持し、前記供給管３から前
述した組成の研摩液７を供給しながら、前記支持軸４に
より前記基板６を前記研磨パッド２に向けて所望の加重
を与え、さらに前記ホルド５および前記ターンテーブル
１を互いに反対方向に回転させることにより前記基板上
のＣｕ膜が研磨される。
【００２５】以上説明した本発明に係わる銅系金属用研
磨液は、銅と反応して水に難溶性で、かつ銅よりも機械
的に脆弱な銅錯体を生成する水溶性の有機酸、研磨砥粒
および水を含有するため、ＣｕまたはＣｕ合金の浸漬時
において前記Ｃｕ等を全く溶解せず、研磨時においてＣ
ｕまたはＣｕ合金を実用的な速度で研磨することができ
る。ここで、実用的な研磨速度とは従来の研磨砥粒のみ
を含有する研磨液を用いた場合の３倍以上であることを
意味する。
磨液は、銅と反応して水に難溶性で、かつ銅よりも機械
的に脆弱な銅錯体を生成する水溶性の有機酸、研磨砥粒
および水を含有するため、ＣｕまたはＣｕ合金の浸漬時
において前記Ｃｕ等を全く溶解せず、研磨時においてＣ
ｕまたはＣｕ合金を実用的な速度で研磨することができ
る。ここで、実用的な研磨速度とは従来の研磨砥粒のみ
を含有する研磨液を用いた場合の３倍以上であることを
意味する。
【００２６】すなわち、前記研磨液の一成分である有機
酸、例えば２−キノリンカルボン酸は、下記化１に示す
反応式に示すようにＣｕの水和物（Ｃｕイオン）と反応
して水に難溶性の錯体を生成する性質を有する。
酸、例えば２−キノリンカルボン酸は、下記化１に示す
反応式に示すようにＣｕの水和物（Ｃｕイオン）と反応
して水に難溶性の錯体を生成する性質を有する。
【００２７】
【化１】
【００２８】前記反応式によりＣｕまたはＣｕ合金の表
面に生成された銅錯体は、水に溶解されないものの、Ｃ
ｕに比べて脆弱であるため、研磨処理により容易に研磨
される。
面に生成された銅錯体は、水に溶解されないものの、Ｃ
ｕに比べて脆弱であるため、研磨処理により容易に研磨
される。
【００２９】また、さらに酸化剤のような銅錯体生成促
進剤を含有する前記研磨液は、前記反応式による銅錯体
の生成が促進され、研磨時においてＣｕまたはＣｕ合金
を従来の研磨砥粒のみを含有する研磨液をに比べて５倍
以上の速度で研磨することが可能になる。
進剤を含有する前記研磨液は、前記反応式による銅錯体
の生成が促進され、研磨時においてＣｕまたはＣｕ合金
を従来の研磨砥粒のみを含有する研磨液をに比べて５倍
以上の速度で研磨することが可能になる。
【００３０】図２は、本発明の研磨液と従来の研磨液を
用いて、基板上に成膜されたＣｕ膜を研磨処理した時の
研磨速度（加工速度）を前記研磨液の温度との関係でプ
ロットしたものである。本発明の研磨液は、有機酸（例
えば２−キノリンカルボン酸）０．３重量％、銅錯体生
成促進剤（例えば過酸化水素）１６．７重量％、γ−ア
ルミナ粒子１．３重量％、コロイダルシリカ４．０重量
％および水からなる組成を有する。従来の研磨液は、γ
−アルミナ粒子１．３重量％、コロイダルシリカ４．０
重量％および水からなる組成を有する。図２中のａは、
本発明の研磨液による特性線、ｂは従来の研磨液による
特性線、である。なお、研磨処理は前述した図１に示す
ポリシング装置を用いて行った。すなわち、基板ホルダ
５にＣｕ膜が成膜された基板をそのＣｕ膜が例えばロー
デル・ニッタ社製商品名；ＳＵＢＡ８００からなる研磨
パッド２側に対向するように逆さにして保持し、支持軸
４により前記基板を研磨パッド２に３００ｇ／ｃｍ2 の
加重を与え、さらにターンテーブル１および前記ホルダ
５をそれぞれ１００ｒｐｍの速度で互いに反対方向に回
転させながら、研磨液を供給管３から１２．５ｍｌ／分
の速度で前記研磨パッド２に供給することによって研磨
処理を行った。
用いて、基板上に成膜されたＣｕ膜を研磨処理した時の
研磨速度（加工速度）を前記研磨液の温度との関係でプ
ロットしたものである。本発明の研磨液は、有機酸（例
えば２−キノリンカルボン酸）０．３重量％、銅錯体生
成促進剤（例えば過酸化水素）１６．７重量％、γ−ア
ルミナ粒子１．３重量％、コロイダルシリカ４．０重量
％および水からなる組成を有する。従来の研磨液は、γ
−アルミナ粒子１．３重量％、コロイダルシリカ４．０
重量％および水からなる組成を有する。図２中のａは、
本発明の研磨液による特性線、ｂは従来の研磨液による
特性線、である。なお、研磨処理は前述した図１に示す
ポリシング装置を用いて行った。すなわち、基板ホルダ
５にＣｕ膜が成膜された基板をそのＣｕ膜が例えばロー
デル・ニッタ社製商品名；ＳＵＢＡ８００からなる研磨
パッド２側に対向するように逆さにして保持し、支持軸
４により前記基板を研磨パッド２に３００ｇ／ｃｍ2 の
加重を与え、さらにターンテーブル１および前記ホルダ
５をそれぞれ１００ｒｐｍの速度で互いに反対方向に回
転させながら、研磨液を供給管３から１２．５ｍｌ／分
の速度で前記研磨パッド２に供給することによって研磨
処理を行った。
【００３１】図２から明らかなように、本発明の研磨液
によるＣｕ膜の研磨速度（特性線ａ）は研磨砥粒のみを
含む従来の研磨液による研磨速度（特性線ｂ）の約６倍
程度になることがわかる。
によるＣｕ膜の研磨速度（特性線ａ）は研磨砥粒のみを
含む従来の研磨液による研磨速度（特性線ｂ）の約６倍
程度になることがわかる。
【００３２】図３は、２−キノリンカルボン酸、過酸化
水素、研磨砥粒（γ−アルミナ粒子とコロイダルシリ
カ）および水からなる組成の研磨液において、過酸化水
素、γ−アルミナ粒子およびコロイダルシリカの含有量
をそれぞれ１６．７重量％、１．３重量％、４．０重量
％と一定とし、２−キノリンカルボン酸の含有量を変化
させた時の基板上に成膜されたＣｕ膜の研磨処理時の研
磨速度（加工速度）をプロットしたものである。なお、
研磨処理は図１に示すポリシング装置を用い、前述した
のと同様な手順で行った。
水素、研磨砥粒（γ−アルミナ粒子とコロイダルシリ
カ）および水からなる組成の研磨液において、過酸化水
素、γ−アルミナ粒子およびコロイダルシリカの含有量
をそれぞれ１６．７重量％、１．３重量％、４．０重量
％と一定とし、２−キノリンカルボン酸の含有量を変化
させた時の基板上に成膜されたＣｕ膜の研磨処理時の研
磨速度（加工速度）をプロットしたものである。なお、
研磨処理は図１に示すポリシング装置を用い、前述した
のと同様な手順で行った。
【００３３】図３から明らかなように研磨液中の２−キ
ノリンカルボン酸の含有量が多くなるに従ってＣｕの研
磨速度が増大することがわかる。図４は、２−キノリン
カルボン酸、過酸化水素、研磨砥粒（γ−アルミナ粒子
とコロイダルシリカ）および水からなる組成の研磨液に
おいて、２−キノリンカルボン酸、γ−アルミナ粒子お
よびコロイダルシリカの含有量をそれぞれ０．３重量
％、１．３重量％、４．０重量％と一定とし、過酸化水
素の含有量を変化させた時の基板上に成膜されたＣｕ膜
の研磨処理時の研磨速度（加工速度）をプロットしたも
のである。なお、研磨処理は図１に示すポリシング装置
を用い、前述したのと同様な手順で行った。
ノリンカルボン酸の含有量が多くなるに従ってＣｕの研
磨速度が増大することがわかる。図４は、２−キノリン
カルボン酸、過酸化水素、研磨砥粒（γ−アルミナ粒子
とコロイダルシリカ）および水からなる組成の研磨液に
おいて、２−キノリンカルボン酸、γ−アルミナ粒子お
よびコロイダルシリカの含有量をそれぞれ０．３重量
％、１．３重量％、４．０重量％と一定とし、過酸化水
素の含有量を変化させた時の基板上に成膜されたＣｕ膜
の研磨処理時の研磨速度（加工速度）をプロットしたも
のである。なお、研磨処理は図１に示すポリシング装置
を用い、前述したのと同様な手順で行った。
【００３４】図４から明らかなようにＣｕ膜の研磨処理
時において、過酸化水素を含有しない研磨液を用いた場
合にはＣｕ膜の加工速度は約５１ｎｍ／分であるが、過
酸化水素の含有量の増加に伴ってＣｕ膜の加工速度は上
昇し、９重量％以上含有した研磨液では約９０ｎｍ／分
にまで達する。つまり、過酸化水素水は前記錯体形成の
促進剤として寄与し、研磨パットおよび研磨液中の研磨
砥粒による機械的な研磨過程で露出する下地のＣｕまた
はＣｕ合金が速やかに前記反応式にしたがって脆弱な性
質を有する銅錯体を生成するものと考えられる。
時において、過酸化水素を含有しない研磨液を用いた場
合にはＣｕ膜の加工速度は約５１ｎｍ／分であるが、過
酸化水素の含有量の増加に伴ってＣｕ膜の加工速度は上
昇し、９重量％以上含有した研磨液では約９０ｎｍ／分
にまで達する。つまり、過酸化水素水は前記錯体形成の
促進剤として寄与し、研磨パットおよび研磨液中の研磨
砥粒による機械的な研磨過程で露出する下地のＣｕまた
はＣｕ合金が速やかに前記反応式にしたがって脆弱な性
質を有する銅錯体を生成するものと考えられる。
【００３５】事実、図５の（Ａ）に示すように基板１１
上に凹凸を有するＣｕ膜１２を形成し、この基板１１を
図４に示す研磨速度が高い組成の研磨液（２−キノリン
カルボン酸、γ−アルミナ粒子、コロイダルシリカおよ
び過酸化水素がそれぞれ０．３重量％、１．３重量％、
４．０重量％、１６．７重量％含有）に３分間浸漬する
と、図５の（Ｂ）に示すようにＣｕ膜１２表面に銅錯体
層１３が生成される。前記研磨液浸漬後のＣｕ膜表面を
ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）で分析した。その結果、Ｃ
ｕ膜表面において多量の炭素が検出され、Ｃｕは少量し
か検出されなかった。また、ＡＥＳ（オージェ電子分光
法）によって前記銅錯体層の厚さを調べた。その結果、
前記銅錯体層の厚さは約２０ｎｍであった。
上に凹凸を有するＣｕ膜１２を形成し、この基板１１を
図４に示す研磨速度が高い組成の研磨液（２−キノリン
カルボン酸、γ−アルミナ粒子、コロイダルシリカおよ
び過酸化水素がそれぞれ０．３重量％、１．３重量％、
４．０重量％、１６．７重量％含有）に３分間浸漬する
と、図５の（Ｂ）に示すようにＣｕ膜１２表面に銅錯体
層１３が生成される。前記研磨液浸漬後のＣｕ膜表面を
ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）で分析した。その結果、Ｃ
ｕ膜表面において多量の炭素が検出され、Ｃｕは少量し
か検出されなかった。また、ＡＥＳ（オージェ電子分光
法）によって前記銅錯体層の厚さを調べた。その結果、
前記銅錯体層の厚さは約２０ｎｍであった。
【００３６】図１に示すポリシング装置および前記組成
の研磨液を用いて図５の（Ｂ）に示す変質層１３が表面
に形成されたＣｕ膜１２を前記研磨液が存在する研磨パ
ッドで研磨すると、図５の（Ｃ）に示すようにＣｕ膜１
２の凸部に対応する銅錯体層１３が前記パッドにより機
械的に容易に研磨されて純Ｃｕが表面に露出する。この
研磨直後のＣｕ表面をＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）で分
析すると、Ｃｕのみが検出され、酸化も殆どなされてい
なかった。つまり、研磨処理工程ではＣｕ膜表面にＣｕ
よりも脆弱な銅錯体層が生成されながら、その銅錯体層
を研磨パッド等で機械的に除去（研磨）することによっ
て、Ｃｕ膜の表面加工が進行する。
の研磨液を用いて図５の（Ｂ）に示す変質層１３が表面
に形成されたＣｕ膜１２を前記研磨液が存在する研磨パ
ッドで研磨すると、図５の（Ｃ）に示すようにＣｕ膜１
２の凸部に対応する銅錯体層１３が前記パッドにより機
械的に容易に研磨されて純Ｃｕが表面に露出する。この
研磨直後のＣｕ表面をＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）で分
析すると、Ｃｕのみが検出され、酸化も殆どなされてい
なかった。つまり、研磨処理工程ではＣｕ膜表面にＣｕ
よりも脆弱な銅錯体層が生成されながら、その銅錯体層
を研磨パッド等で機械的に除去（研磨）することによっ
て、Ｃｕ膜の表面加工が進行する。
【００３７】なお、前述した図３に示す２−キノリンカ
ルボン酸無添加の研磨液を用いた時のＣｕ研磨速度（約
１５ｎｍ／ｍｉｎ）と図４に示す過酸化水素無添加の研
磨液（２−キノリンカルボン酸、研磨砥粒および水から
なる組成）を用いた時のＣｕ研磨速度（約５１ｎｍ／ｍ
ｉｎ）とを比較すれば明らかなように、２−キノリンカ
ルボン酸、研磨砥粒および水からなる組成を有する本発
明の研磨液は、２−キノリンカルボン酸が無添加の従来
の研磨液に比べて３倍以上の高い研磨速度を有すること
がわかる。
ルボン酸無添加の研磨液を用いた時のＣｕ研磨速度（約
１５ｎｍ／ｍｉｎ）と図４に示す過酸化水素無添加の研
磨液（２−キノリンカルボン酸、研磨砥粒および水から
なる組成）を用いた時のＣｕ研磨速度（約５１ｎｍ／ｍ
ｉｎ）とを比較すれば明らかなように、２−キノリンカ
ルボン酸、研磨砥粒および水からなる組成を有する本発
明の研磨液は、２−キノリンカルボン酸が無添加の従来
の研磨液に比べて３倍以上の高い研磨速度を有すること
がわかる。
【００３８】したがって、本発明に係わる研磨液はＣｕ
またはＣｕ合金の浸漬時において前記Ｃｕ等を全く溶解
せず、研磨時においてＣｕまたはＣｕ合金を実用的な速
度（従来の研磨砥粒を含む研磨液を用いた場合の３倍以
上の速度）で研磨することができる。このため、研磨処
理工程において研磨液の供給タイミング等によりＣｕの
エッチング量が変動する等の問題を回避でき、その操作
を簡便に行うことができる。
またはＣｕ合金の浸漬時において前記Ｃｕ等を全く溶解
せず、研磨時においてＣｕまたはＣｕ合金を実用的な速
度（従来の研磨砥粒を含む研磨液を用いた場合の３倍以
上の速度）で研磨することができる。このため、研磨処
理工程において研磨液の供給タイミング等によりＣｕの
エッチング量が変動する等の問題を回避でき、その操作
を簡便に行うことができる。
【００３９】また、前記ポリシング装置により前記基板
上のＣｕ膜を研磨する際、前記Ｃｕ膜は研磨パッドが所
定の加重で当接（摺接）されている間のみ研磨され、前
記研磨パッドが前記Ｃｕ膜から離れると、研磨が直ちに
停止されるため、研磨処理後においてＣｕ膜がさらにエ
ッチングされる、いわゆるオーバーエッチングを阻止す
ることができる。
上のＣｕ膜を研磨する際、前記Ｃｕ膜は研磨パッドが所
定の加重で当接（摺接）されている間のみ研磨され、前
記研磨パッドが前記Ｃｕ膜から離れると、研磨が直ちに
停止されるため、研磨処理後においてＣｕ膜がさらにエ
ッチングされる、いわゆるオーバーエッチングを阻止す
ることができる。
【００４０】さらに、図５の（Ｃ）に示すように凹凸を
有するＣｕ膜１２は研磨工程において側面からのエッチ
ングがなされず、前記研磨パッドと当接する凸部表面か
ら順次エッチングすることができるため、後述するエッ
チバック技術に極めて好適である。また、研磨加工が施
されたＣｕ膜表面は研磨液に接触して前述した銅錯体層
が生成されるものの、その厚さは２０ｎｍと極めて薄い
ため、前記銅錯体層を除去して純Ｃｕ表面を露出させる
際にＣｕ膜が過度に膜減りするのを回避できる。
有するＣｕ膜１２は研磨工程において側面からのエッチ
ングがなされず、前記研磨パッドと当接する凸部表面か
ら順次エッチングすることができるため、後述するエッ
チバック技術に極めて好適である。また、研磨加工が施
されたＣｕ膜表面は研磨液に接触して前述した銅錯体層
が生成されるものの、その厚さは２０ｎｍと極めて薄い
ため、前記銅錯体層を除去して純Ｃｕ表面を露出させる
際にＣｕ膜が過度に膜減りするのを回避できる。
【００４１】本発明に係わる研磨液において、コリンの
ようなアルカリ剤を加えてｐＨを調節することによっ
て、Ｃｕの研磨速度（加工速度）を制御できる。図６
は、例えば２−キノリンカルボン酸、γ−アルミナ粒
子、コロイダルシリカおよび過酸化水素がそれぞれ０．
３重量％、１．３重量％、４．０重量％、１６．７重量
％を含み、コリンを添加してｐＨを４〜９．５に調節し
た研磨液を用いて基板上に成膜されたＣｕ膜を研磨処理
した時の前記Ｃｕ膜の研磨速度（加工速度）を示す特性
図である。この図６に示すようにｐＨが高くなるに伴っ
てＣｕ膜の研磨速度が低下し、特にｐＨが８以上で研磨
速度が極端に低下する。
ようなアルカリ剤を加えてｐＨを調節することによっ
て、Ｃｕの研磨速度（加工速度）を制御できる。図６
は、例えば２−キノリンカルボン酸、γ−アルミナ粒
子、コロイダルシリカおよび過酸化水素がそれぞれ０．
３重量％、１．３重量％、４．０重量％、１６．７重量
％を含み、コリンを添加してｐＨを４〜９．５に調節し
た研磨液を用いて基板上に成膜されたＣｕ膜を研磨処理
した時の前記Ｃｕ膜の研磨速度（加工速度）を示す特性
図である。この図６に示すようにｐＨが高くなるに伴っ
てＣｕ膜の研磨速度が低下し、特にｐＨが８以上で研磨
速度が極端に低下する。
【００４２】本発明に係わる研磨液において、非イオン
性、両性イオン性、陰イオン性、陽イオン性の界面活性
剤を添加することによって、研磨時においてＣｕまたは
Ｃｕ合金とＳｉＯ2 のような絶縁膜との選択研磨性を高
めることができる。図７は、例えば２−キノリンカルボ
ン酸、γ−アルミナ粒子、コロイダルシリカおよび過酸
化水素がそれぞれ０．３重量％、１．３重量％、４．０
重量％、１６．７重量％を含み、陰イオン性界面活性剤
であるドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）の添加量を変
化させた研磨液を用いて基板上に成膜されたＣｕ膜、プ
ラズマ窒化シリコン膜（Ｐ−ＳｉＮ膜）およびＳｉＯ2
膜を研磨処理した時のそれらの膜の研磨速度（加工速
度）を示す特性図である。なお、図７中のＡはＣｕ膜の
研磨速度を示す特性線、ＢはＰ−ＳｉＮ膜の研磨速度を
示す特性線、ＣはＳｉＯ2 膜の研磨速度を示す特性線、
である。この図７に示すようにＳＤＳの添加量の増加に
伴ってＣｕ膜の研磨速度は上昇する。一方、ＳＤＳの添
加量の増加に伴って前記Ｐ−ＳｉＮ膜およびＳｉＯ2 膜
の研磨速度は低下し、ＳＤＳの添加量が１０ｍモル／リ
ットルになると、前記Ｐ−ＳｉＮ膜およびＳｉＯ2 膜の
研磨速度はほぼ零になる。したがって、ＳＤＳの添加に
よってＣｕとＰ−ＳｉＮ膜およびＳｉＯ2 のような絶縁
膜との選択研磨性を高めることができる。このような選
択研磨性を高める界面活性剤は、陰イオン性界面活性剤
であるＳＤＳのみならず、図８に示すように両生界面活
性剤、陽イオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤で
も同様に達成することができる。
性、両性イオン性、陰イオン性、陽イオン性の界面活性
剤を添加することによって、研磨時においてＣｕまたは
Ｃｕ合金とＳｉＯ2 のような絶縁膜との選択研磨性を高
めることができる。図７は、例えば２−キノリンカルボ
ン酸、γ−アルミナ粒子、コロイダルシリカおよび過酸
化水素がそれぞれ０．３重量％、１．３重量％、４．０
重量％、１６．７重量％を含み、陰イオン性界面活性剤
であるドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）の添加量を変
化させた研磨液を用いて基板上に成膜されたＣｕ膜、プ
ラズマ窒化シリコン膜（Ｐ−ＳｉＮ膜）およびＳｉＯ2
膜を研磨処理した時のそれらの膜の研磨速度（加工速
度）を示す特性図である。なお、図７中のＡはＣｕ膜の
研磨速度を示す特性線、ＢはＰ−ＳｉＮ膜の研磨速度を
示す特性線、ＣはＳｉＯ2 膜の研磨速度を示す特性線、
である。この図７に示すようにＳＤＳの添加量の増加に
伴ってＣｕ膜の研磨速度は上昇する。一方、ＳＤＳの添
加量の増加に伴って前記Ｐ−ＳｉＮ膜およびＳｉＯ2 膜
の研磨速度は低下し、ＳＤＳの添加量が１０ｍモル／リ
ットルになると、前記Ｐ−ＳｉＮ膜およびＳｉＯ2 膜の
研磨速度はほぼ零になる。したがって、ＳＤＳの添加に
よってＣｕとＰ−ＳｉＮ膜およびＳｉＯ2 のような絶縁
膜との選択研磨性を高めることができる。このような選
択研磨性を高める界面活性剤は、陰イオン性界面活性剤
であるＳＤＳのみならず、図８に示すように両生界面活
性剤、陽イオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤で
も同様に達成することができる。
【００４３】なお、本発明に係わる研磨液において２−
キノリンカルボン酸以外の銅と反応して水に難溶性で、
かつ銅よりも機械的に脆弱な銅錯体を生成する水溶性の
有機酸である２−ピリジンカルボン酸、２，６−ピリジ
ンカルボン酸、キノン等を用いた場合でも前述したよう
にＣｕまたはＣｕ合金の浸漬時において前記Ｃｕ等を全
く溶解せず、研磨時においてＣｕまたはＣｕ合金を実用
的な速度で研磨することができる。
キノリンカルボン酸以外の銅と反応して水に難溶性で、
かつ銅よりも機械的に脆弱な銅錯体を生成する水溶性の
有機酸である２−ピリジンカルボン酸、２，６−ピリジ
ンカルボン酸、キノン等を用いた場合でも前述したよう
にＣｕまたはＣｕ合金の浸漬時において前記Ｃｕ等を全
く溶解せず、研磨時においてＣｕまたはＣｕ合金を実用
的な速度で研磨することができる。
【００４４】次に、本発明に係わる半導体装置の製造方
法を説明する。この半導体装置の製造方法は、半導体基
板上の絶縁膜に配線層の形状に相当する溝および開口部
から選ばれる少くとも一つの部材（member）を形成する
工程と、前記溝および開口部から選ばれる少くとも一つ
の部材を含む前記絶縁膜上に銅または銅合金からなる配
線材料膜を堆積する工程と、銅と反応して水に難溶性
で、かつ銅よりも機械的に脆弱な銅錯体を生成する水溶
性の有機酸、研磨砥粒および水を含有する研磨液を用い
て前記配線材料膜を前記絶縁膜の表面が露出するまで研
磨処理することにより前記配線材料膜を前記絶縁膜にそ
の表面と面一の埋め込み配線層を形成する工程とを具備
する。
法を説明する。この半導体装置の製造方法は、半導体基
板上の絶縁膜に配線層の形状に相当する溝および開口部
から選ばれる少くとも一つの部材（member）を形成する
工程と、前記溝および開口部から選ばれる少くとも一つ
の部材を含む前記絶縁膜上に銅または銅合金からなる配
線材料膜を堆積する工程と、銅と反応して水に難溶性
で、かつ銅よりも機械的に脆弱な銅錯体を生成する水溶
性の有機酸、研磨砥粒および水を含有する研磨液を用い
て前記配線材料膜を前記絶縁膜の表面が露出するまで研
磨処理することにより前記配線材料膜を前記絶縁膜にそ
の表面と面一の埋め込み配線層を形成する工程とを具備
する。
【００４５】前記絶縁膜としては、例えばシリコン酸化
膜、ボロン添加ガラス膜（ＢＰＳＧ膜）、リン添加ガラ
ス膜（ＰＳＧ膜）等を用いることができる。この絶縁膜
上には、窒化シリコン、炭素、アルミナ、窒化ホウ素、
ダイヤモンド等からなる研磨ストッパ膜が被覆されるこ
とを許容する。
膜、ボロン添加ガラス膜（ＢＰＳＧ膜）、リン添加ガラ
ス膜（ＰＳＧ膜）等を用いることができる。この絶縁膜
上には、窒化シリコン、炭素、アルミナ、窒化ホウ素、
ダイヤモンド等からなる研磨ストッパ膜が被覆されるこ
とを許容する。
【００４６】前記Ｃｕ合金としては、例えばＣｕ−Ｓｉ
合金、Ｃｕ−Ａｌ合金、Ｃｕ−Ｓｉ−Ａｌ合金、Ｃｕ−
Ａｇ合金等を用いることができる。前記ＣｕまたはＣｕ
合金からなる配線材料膜は、スパッタ蒸着、真空蒸着等
により堆積される。
合金、Ｃｕ−Ａｌ合金、Ｃｕ−Ｓｉ−Ａｌ合金、Ｃｕ−
Ａｇ合金等を用いることができる。前記ＣｕまたはＣｕ
合金からなる配線材料膜は、スパッタ蒸着、真空蒸着等
により堆積される。
【００４７】前記研磨液中の前記有機酸の含有量は、前
述した銅系金属用研磨液と同様な範囲にすることが好ま
しい。前記研磨液中の前記研磨砥粒としては、例えばア
ルミナ粒子、シリカ粒子、酸化セリウム粒子、ジルコニ
ア粒子等を挙げることができる。前記研磨砥粒は、特に
研磨に適した硬度を有するアルミナ粒子をベースとする
ことが好ましい。すなわち、アルミナ粒子単独もしくは
アルミナ粒子とコロイダルシリカのようなシリカ粒子と
の混合粒子から研磨砥粒を形成することが好ましい。
述した銅系金属用研磨液と同様な範囲にすることが好ま
しい。前記研磨液中の前記研磨砥粒としては、例えばア
ルミナ粒子、シリカ粒子、酸化セリウム粒子、ジルコニ
ア粒子等を挙げることができる。前記研磨砥粒は、特に
研磨に適した硬度を有するアルミナ粒子をベースとする
ことが好ましい。すなわち、アルミナ粒子単独もしくは
アルミナ粒子とコロイダルシリカのようなシリカ粒子と
の混合粒子から研磨砥粒を形成することが好ましい。
【００４８】前記研磨砥粒は、０．０２〜０．１μｍの
平均粒径を有し、球状もしくは球に近似した形状を有す
ることが好ましい。このような研磨砥粒を含む研磨液に
より研磨処理を行うと、ＣｕまたはＣｕ合金表面への損
傷を抑制できる。特に、γ−アルミナ粒子はその製造
上、球状のものを簡単に作れるために好適である。
平均粒径を有し、球状もしくは球に近似した形状を有す
ることが好ましい。このような研磨砥粒を含む研磨液に
より研磨処理を行うと、ＣｕまたはＣｕ合金表面への損
傷を抑制できる。特に、γ−アルミナ粒子はその製造
上、球状のものを簡単に作れるために好適である。
【００４９】前記研磨砥粒の含有量は、前述した銅系金
属用研磨液と同様な１〜２０重量％、より好ましくは２
〜７重量％の範囲にすることが好ましい。前記研磨液
は、さらに銅錯体生成促進剤を含有することを許容す
る。このような銅錯体生成促進剤としては、例えば過酸
化水素（Ｈ2 Ｏ2 ）、次亜塩素酸ソーダ（ＮａＣｌＯ）
のような酸化剤を用いることができる。
属用研磨液と同様な１〜２０重量％、より好ましくは２
〜７重量％の範囲にすることが好ましい。前記研磨液
は、さらに銅錯体生成促進剤を含有することを許容す
る。このような銅錯体生成促進剤としては、例えば過酸
化水素（Ｈ2 Ｏ2 ）、次亜塩素酸ソーダ（ＮａＣｌＯ）
のような酸化剤を用いることができる。
【００５０】前記酸化剤は、前記研磨液中に前記有機酸
に対して重量割合で１０倍以上含有することが好まし
い。前記酸化剤の含有量を重量割合で前記有機酸に対し
て１０倍未満にすると、ＣｕまたはＣｕ合金の表面への
銅錯体生成を十分に促進することが困難になる。より好
ましい前記酸化剤の含有量は、前記有機酸に対して重量
割合で３０倍以上、さらに好ましくは５０倍以上であ
る。
に対して重量割合で１０倍以上含有することが好まし
い。前記酸化剤の含有量を重量割合で前記有機酸に対し
て１０倍未満にすると、ＣｕまたはＣｕ合金の表面への
銅錯体生成を十分に促進することが困難になる。より好
ましい前記酸化剤の含有量は、前記有機酸に対して重量
割合で３０倍以上、さらに好ましくは５０倍以上であ
る。
【００５１】前記研磨液は、さらにアルカリ剤のような
ｐＨ調節剤を含有することを許容する。このようなアル
カリ剤としては、例えば水酸化カリウム、トリメチルア
ンモニウムヒドロキシドが好適である。
ｐＨ調節剤を含有することを許容する。このようなアル
カリ剤としては、例えば水酸化カリウム、トリメチルア
ンモニウムヒドロキシドが好適である。
【００５２】前記研磨液は、さらに非イオン性、両性イ
オン性、陰イオン性、陽イオン性の界面活性剤が添加さ
れることを許容する。前記非イオン性界面活性剤として
は、例えばポリエチレングリコールフェニルエーテル、
エチレングリコール脂肪酸エステルを挙げることができ
る。両性イオン性界面活性剤としては、例えばイミダゾ
リベタイン等を挙げることができる。陰イオン性界面活
性剤としては、例えばドデシル硫酸ナトリウム等を挙げ
ることができる。陽イオン性界面活性剤としては、例え
ばステアリントリメチルアンモニウムクロライド等を挙
げることができる。これらの界面活性剤は、２種以上の
混合物の形態で用いてもよい。
オン性、陰イオン性、陽イオン性の界面活性剤が添加さ
れることを許容する。前記非イオン性界面活性剤として
は、例えばポリエチレングリコールフェニルエーテル、
エチレングリコール脂肪酸エステルを挙げることができ
る。両性イオン性界面活性剤としては、例えばイミダゾ
リベタイン等を挙げることができる。陰イオン性界面活
性剤としては、例えばドデシル硫酸ナトリウム等を挙げ
ることができる。陽イオン性界面活性剤としては、例え
ばステアリントリメチルアンモニウムクロライド等を挙
げることができる。これらの界面活性剤は、２種以上の
混合物の形態で用いてもよい。
【００５３】前記研磨液による研磨処理は、例えば前述
した図１に示すポリシング装置が用いて行われる。図１
に示すポリシング装置を用いる研磨処理において、基板
ホルダで保持された基板を前記研磨パッドに与える加重
は研磨液の組成により適宜選定される。例えば、有機酸
である２−キノリンカルボン酸、研磨砥粒および水をか
らなる組成の研磨液では前記加重を５０〜１０００ｇ／
ｃｍ2 にすることが好ましい。
した図１に示すポリシング装置が用いて行われる。図１
に示すポリシング装置を用いる研磨処理において、基板
ホルダで保持された基板を前記研磨パッドに与える加重
は研磨液の組成により適宜選定される。例えば、有機酸
である２−キノリンカルボン酸、研磨砥粒および水をか
らなる組成の研磨液では前記加重を５０〜１０００ｇ／
ｃｍ2 にすることが好ましい。
【００５４】本発明に係わる半導体装置の製造におい
て、前記半導体基板上の前記溝および開口部から選ばれ
る少なくとも一つのmemberを含む前記絶縁膜には前記配
線材料膜を堆積する前にバリア層を形成することを許容
する。このようなバリア層を前記溝および開口部から選
ばれる少なくとも一つのmemberを含む前記絶縁膜に形成
することによって、Ｃｕのような配線材料膜の堆積、エ
ッチバックにより前記バリア層で囲まれた埋め込み配線
層を前記溝および開口部の少なくとも一方に形成するこ
とが可能になる。その結果、配線材料であるＣｕが前記
絶縁膜に拡散するのを前記バリア層で阻止し、Ｃｕによ
る半導体基板の汚染を防止することが可能になる。
て、前記半導体基板上の前記溝および開口部から選ばれ
る少なくとも一つのmemberを含む前記絶縁膜には前記配
線材料膜を堆積する前にバリア層を形成することを許容
する。このようなバリア層を前記溝および開口部から選
ばれる少なくとも一つのmemberを含む前記絶縁膜に形成
することによって、Ｃｕのような配線材料膜の堆積、エ
ッチバックにより前記バリア層で囲まれた埋め込み配線
層を前記溝および開口部の少なくとも一方に形成するこ
とが可能になる。その結果、配線材料であるＣｕが前記
絶縁膜に拡散するのを前記バリア層で阻止し、Ｃｕによ
る半導体基板の汚染を防止することが可能になる。
【００５５】前記バリア層は、例えばＴｉＮ、Ｔｉ、Ｎ
ｂ、ＷまたはＣｕＴａ合金からなる。このようなバリア
層は、１５〜５０ｎｍの厚さを有することが好ましい。
以上説明した本発明に係わる半導体装置の製造方法は、
半導体基板上の絶縁膜に配線層に相当する溝および開口
部から選ばれる少なくとも１つの部材（member）を形成
し、前記memberを含む前記絶縁膜上にＣｕまたはＣｕ合
金からなる配線材料膜を堆積し、さらに銅と反応して水
に難溶性で、かつ銅よりも機械的に脆弱な銅錯体を生成
する水溶性の有機酸、研磨砥粒および水を含有する研磨
液と例えば前述した図１に示すポリシング装置とを用い
て前記配線材料膜を前記絶縁膜の表面が露出するまで研
磨する。前記研磨液は、既述したようにＣｕ膜またはＣ
ｕ合金膜の浸漬時において前記Ｃｕ膜またはＣｕ合金膜
を全く溶解せず、かつ研磨時においてＣｕ膜またはＣｕ
合金膜を実用的な速度（従来の研磨砥粒を含む研磨液を
用いた場合の３倍以上の速度）で研磨することができ
る。特に、酸化剤のような銅錯体生成促進剤をさらに含
有する研磨液を用いた場合にはＣｕ膜またはＣｕ合金膜
を従来の研磨砥粒を含む研磨液に比べて５倍以上の速度
で研磨することが可能になる。その結果、前記研磨工程
において前記配線材料膜はその表面から順次ポリシング
される、いわゆるエッチバックがなされるため、前記絶
縁膜の溝および開口部から選ばれる少なくとも１のmemb
erにＣｕまたはＣｕ合金からなる埋め込み配線層を前記
絶縁膜表面と面一に形成できる。また、エッチバック工
程後の前記配線層は前記研磨液と接触されるが、前述し
たようにＣｕまたはＣｕ合金を全く溶解しないため、前
記配線層が溶解（エッチング）されるのを回避できる。
ｂ、ＷまたはＣｕＴａ合金からなる。このようなバリア
層は、１５〜５０ｎｍの厚さを有することが好ましい。
以上説明した本発明に係わる半導体装置の製造方法は、
半導体基板上の絶縁膜に配線層に相当する溝および開口
部から選ばれる少なくとも１つの部材（member）を形成
し、前記memberを含む前記絶縁膜上にＣｕまたはＣｕ合
金からなる配線材料膜を堆積し、さらに銅と反応して水
に難溶性で、かつ銅よりも機械的に脆弱な銅錯体を生成
する水溶性の有機酸、研磨砥粒および水を含有する研磨
液と例えば前述した図１に示すポリシング装置とを用い
て前記配線材料膜を前記絶縁膜の表面が露出するまで研
磨する。前記研磨液は、既述したようにＣｕ膜またはＣ
ｕ合金膜の浸漬時において前記Ｃｕ膜またはＣｕ合金膜
を全く溶解せず、かつ研磨時においてＣｕ膜またはＣｕ
合金膜を実用的な速度（従来の研磨砥粒を含む研磨液を
用いた場合の３倍以上の速度）で研磨することができ
る。特に、酸化剤のような銅錯体生成促進剤をさらに含
有する研磨液を用いた場合にはＣｕ膜またはＣｕ合金膜
を従来の研磨砥粒を含む研磨液に比べて５倍以上の速度
で研磨することが可能になる。その結果、前記研磨工程
において前記配線材料膜はその表面から順次ポリシング
される、いわゆるエッチバックがなされるため、前記絶
縁膜の溝および開口部から選ばれる少なくとも１のmemb
erにＣｕまたはＣｕ合金からなる埋め込み配線層を前記
絶縁膜表面と面一に形成できる。また、エッチバック工
程後の前記配線層は前記研磨液と接触されるが、前述し
たようにＣｕまたはＣｕ合金を全く溶解しないため、前
記配線層が溶解（エッチング）されるのを回避できる。
【００５６】したがって、高精度の埋め込み配線層を有
すると共に、表面が平坦な構造を有する半導体装置を製
造することができる。また、前記絶縁膜に形成された埋
め込み配線層の表面は、研磨液に接触して前述した銅錯
体層が生成されるものの、その厚さは２０ｎｍと極めて
薄いため、前記銅錯体層を除去して純Ｃｕ表面を露出さ
せる際に埋め込み配線層が過度に膜減りするのを回避で
きる。
すると共に、表面が平坦な構造を有する半導体装置を製
造することができる。また、前記絶縁膜に形成された埋
め込み配線層の表面は、研磨液に接触して前述した銅錯
体層が生成されるものの、その厚さは２０ｎｍと極めて
薄いため、前記銅錯体層を除去して純Ｃｕ表面を露出さ
せる際に埋め込み配線層が過度に膜減りするのを回避で
きる。
【００５７】さらに、球状もしくは球に近似した形状の
研磨砥粒を含む研磨液を用いることによって、前記エッ
チバック工程において配線材料膜の割れや傷の発生を抑
制できるため、前記絶縁膜に信頼性の高い埋め込み配線
層を形成することができる。
研磨砥粒を含む研磨液を用いることによって、前記エッ
チバック工程において配線材料膜の割れや傷の発生を抑
制できるため、前記絶縁膜に信頼性の高い埋め込み配線
層を形成することができる。
【００５８】さらに、前記絶縁膜上に予め窒化シリコ
ン、炭素、アルミナ、窒化ホウ素、ダイヤモンド等から
なる研磨ストッパ膜を被覆すれば、前記配線材料膜のエ
ッチバック工程において絶縁膜が研磨されるを防止でき
る。その結果、下地の絶縁膜の膜減り（シンニング）を
抑制でき、絶縁耐圧の高い半導体装置を製造することが
可能になる。
ン、炭素、アルミナ、窒化ホウ素、ダイヤモンド等から
なる研磨ストッパ膜を被覆すれば、前記配線材料膜のエ
ッチバック工程において絶縁膜が研磨されるを防止でき
る。その結果、下地の絶縁膜の膜減り（シンニング）を
抑制でき、絶縁耐圧の高い半導体装置を製造することが
可能になる。
【００５９】さらに、非イオン性、両性イオン性、陰イ
オン性、陽イオン性の界面活性剤がさらに含有する研磨
液を用いれば、前記エッチバック工程においてＣｕまた
はＣｕ合金からなる配線材料膜とＳｉＯ2 のような絶縁
膜との選択研磨性を高めることができる。その結果、下
地の絶縁膜の膜減り（シンニング）を抑制でき、絶縁耐
圧の高い半導体装置を製造することが可能になる。ま
た、このような界面活性剤を含む研磨液を用いることに
よって、前記エッチバック工程後の洗浄において前記絶
縁膜上に残留した微細な配線材料および有機物等の汚染
物質を容易に除去することが可能になる。その結果、絶
縁膜表面の有機物や残留配線材料が除去された清浄な表
面を有する半導体装置を製造することができる。
オン性、陽イオン性の界面活性剤がさらに含有する研磨
液を用いれば、前記エッチバック工程においてＣｕまた
はＣｕ合金からなる配線材料膜とＳｉＯ2 のような絶縁
膜との選択研磨性を高めることができる。その結果、下
地の絶縁膜の膜減り（シンニング）を抑制でき、絶縁耐
圧の高い半導体装置を製造することが可能になる。ま
た、このような界面活性剤を含む研磨液を用いることに
よって、前記エッチバック工程後の洗浄において前記絶
縁膜上に残留した微細な配線材料および有機物等の汚染
物質を容易に除去することが可能になる。その結果、絶
縁膜表面の有機物や残留配線材料が除去された清浄な表
面を有する半導体装置を製造することができる。
【００６０】
【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照
しして詳細に説明する。 （実施例１）まず、図９の（Ａ）に示すように表面に図
示しないソース、ドレイン等の拡散層が形成されたシリ
コン基板２１上にＣＶＤ法により層間絶縁膜としての例
えば厚さ１０００ｎｍのＳｉＯ2 膜２２を堆積した後、
前記ＳｉＯ2 膜２２にフォトエッチング技術により配線
層に相当する形状を有する深さ５００ｎｍの複数の溝２
３を形成した。つづいて、図９の（Ｂ）に示すように前
記溝２３を含む前記ＳｉＯ2 膜２２上にスパッタ蒸着に
より厚さ１５ｎｍのＴｉＮからなるバリア層２４および
厚さ６００ｎｍのＣｕ膜２５をこの順序で堆積した。
しして詳細に説明する。 （実施例１）まず、図９の（Ａ）に示すように表面に図
示しないソース、ドレイン等の拡散層が形成されたシリ
コン基板２１上にＣＶＤ法により層間絶縁膜としての例
えば厚さ１０００ｎｍのＳｉＯ2 膜２２を堆積した後、
前記ＳｉＯ2 膜２２にフォトエッチング技術により配線
層に相当する形状を有する深さ５００ｎｍの複数の溝２
３を形成した。つづいて、図９の（Ｂ）に示すように前
記溝２３を含む前記ＳｉＯ2 膜２２上にスパッタ蒸着に
より厚さ１５ｎｍのＴｉＮからなるバリア層２４および
厚さ６００ｎｍのＣｕ膜２５をこの順序で堆積した。
【００６１】次いで、前述した図１に示すポリシング装
置の基板ホルダ５にＦＩＧ．９Ｂに示す基板２１を逆さ
にして保持し、前記ホルダ５の支持軸４により前記基板
をターンテーブル１上のローデル・ニッタ社製商品名；
ＳＵＢＡ８００からなる研磨パッド２に３００ｇ／ｃｍ
2 の加重を与え、前記ターンテーブル１およびホルダ５
をそれぞれ１００ｒｐｍの速度で互いに反対方向に回転
させながら、研磨液を供給管３から１２．５ｍｌ／分の
速度で前記研磨パッド２に供給して前記基板２１に堆積
したＣｕ膜２５およびバリア層２４を前記ＳｉＯ2 膜２
２の表面が露出するまで研磨した。ここで、前記研磨液
として２−キノリンカルボン酸０．３重量％、平均粒径
３０ｎｍのγ−アルミナ粒子１．４重量％およびコロイ
ダルシリカ４．１重量％を含む純水からなものを用い
た。前記研磨工程において、前記研磨液はＣｕ膜との接
触時のエッチングが全く起こらず、前記研磨パッドによ
る研磨時の研磨速度が約５１ｎｍ／分であった。このた
め、研磨工程において図９の（Ｂ）に示す凸状のＣｕ膜
２５は前記研磨パッドと機械的に接触する表面から優先
的にポリシングされ、さらに露出したバリア層２４がポ
リシングされる、いわゆるエッチバックがなされた。そ
の結果、図９の（Ｃ）に示すように前記溝２３内にバリ
ア層２４が残存すると共に、前記バリア層２４で覆われ
た前記溝２３内に前記ＳｉＯ2 膜２２表面と面一な埋め
込みＣｕ配線層２６が形成された。
置の基板ホルダ５にＦＩＧ．９Ｂに示す基板２１を逆さ
にして保持し、前記ホルダ５の支持軸４により前記基板
をターンテーブル１上のローデル・ニッタ社製商品名；
ＳＵＢＡ８００からなる研磨パッド２に３００ｇ／ｃｍ
2 の加重を与え、前記ターンテーブル１およびホルダ５
をそれぞれ１００ｒｐｍの速度で互いに反対方向に回転
させながら、研磨液を供給管３から１２．５ｍｌ／分の
速度で前記研磨パッド２に供給して前記基板２１に堆積
したＣｕ膜２５およびバリア層２４を前記ＳｉＯ2 膜２
２の表面が露出するまで研磨した。ここで、前記研磨液
として２−キノリンカルボン酸０．３重量％、平均粒径
３０ｎｍのγ−アルミナ粒子１．４重量％およびコロイ
ダルシリカ４．１重量％を含む純水からなものを用い
た。前記研磨工程において、前記研磨液はＣｕ膜との接
触時のエッチングが全く起こらず、前記研磨パッドによ
る研磨時の研磨速度が約５１ｎｍ／分であった。このた
め、研磨工程において図９の（Ｂ）に示す凸状のＣｕ膜
２５は前記研磨パッドと機械的に接触する表面から優先
的にポリシングされ、さらに露出したバリア層２４がポ
リシングされる、いわゆるエッチバックがなされた。そ
の結果、図９の（Ｃ）に示すように前記溝２３内にバリ
ア層２４が残存すると共に、前記バリア層２４で覆われ
た前記溝２３内に前記ＳｉＯ2 膜２２表面と面一な埋め
込みＣｕ配線層２６が形成された。
【００６２】また、前記ポリシング装置のホルダ５によ
る前記研磨パッド２への加重を解除し、かつターンテー
ブル１およびホルダ５の回転の停止した後において、前
記Ｃｕ配線層２６が前記研磨液に接触されても溶解（エ
ッチング）されることがなかった。
る前記研磨パッド２への加重を解除し、かつターンテー
ブル１およびホルダ５の回転の停止した後において、前
記Ｃｕ配線層２６が前記研磨液に接触されても溶解（エ
ッチング）されることがなかった。
【００６３】（実施例２）まず、表面にソース、ドレイ
ン等の拡散層が形成されたシリコン基板上にＣＶＤ法に
より層間絶縁膜としての例えば厚さ１０００ｎｍのＳｉ
Ｏ2 膜を堆積した後、前記ＳｉＯ2 膜にフォトエッチン
グ技術により配線層に相当する形状を有する深さ５００
ｎｍの複数の溝を形成した。つづいて、前記溝を含む前
記ＳｉＯ2膜上にスパッタ蒸着により厚さ１５ｎｍのＴ
ｉＮからなるバリア層および厚さ６００ｎｍのＣｕ膜を
この順序で堆積した。
ン等の拡散層が形成されたシリコン基板上にＣＶＤ法に
より層間絶縁膜としての例えば厚さ１０００ｎｍのＳｉ
Ｏ2 膜を堆積した後、前記ＳｉＯ2 膜にフォトエッチン
グ技術により配線層に相当する形状を有する深さ５００
ｎｍの複数の溝を形成した。つづいて、前記溝を含む前
記ＳｉＯ2膜上にスパッタ蒸着により厚さ１５ｎｍのＴ
ｉＮからなるバリア層および厚さ６００ｎｍのＣｕ膜を
この順序で堆積した。
【００６４】次いで、前述した図１に示すポリシング装
置の基板ホルダ５に前記基板を逆さにして保持し、前記
ホルダ５の支持軸４により前記基板をターンテーブル１
上のローデル・ニッタ社製商品名；ＳＵＢＡ８００から
なる研磨パッド２に３００ｇ／ｃｍ2 の加重を与え、前
記ターンテーブル１およびホルダ５をそれぞれ１００ｒ
ｐｍの速度で互いに反対方向に回転させながら、研磨液
を供給管３から１２．５ｍｌ／分の速度で前記研磨パッ
ド２に供給して前記基板に堆積したＣｕ膜およびバリア
層を前記ＳｉＯ2 膜の表面が露出するまで研磨した。こ
こで、前記研磨液として２−キノリンカルボン酸０．３
重量％、過酸化水素１６．７重量％、平均粒径３０ｎｍ
のγ−アルミナ粒子１．３重量％およびコロイダルシリ
カ４．０重量％を含む純水からなり、重量割合で２−キ
ノリンカルボン酸に対して過酸化水素が約５６倍である
ものを用いた。前記研磨工程において、前記研磨液はＣ
ｕ膜との接触時のエッチングが全く起こらず、前記研磨
パッドによる研磨時の研磨速度が約８５ｎｍ／分であっ
た。このため、研磨工程において凸状のＣｕ膜は前記研
磨パッドと機械的に接触する表面から優先的にポリシン
グされ、さらに露出した前記バリア層がポリシングされ
る、いわゆるエッチバックがなされた。その結果、前記
溝内にバリア層が残存すると共に、前記バリア層で覆わ
れた前記溝内に前記ＳｉＯ2 膜表面と面一な埋め込みＣ
ｕ配線層が形成された。
置の基板ホルダ５に前記基板を逆さにして保持し、前記
ホルダ５の支持軸４により前記基板をターンテーブル１
上のローデル・ニッタ社製商品名；ＳＵＢＡ８００から
なる研磨パッド２に３００ｇ／ｃｍ2 の加重を与え、前
記ターンテーブル１およびホルダ５をそれぞれ１００ｒ
ｐｍの速度で互いに反対方向に回転させながら、研磨液
を供給管３から１２．５ｍｌ／分の速度で前記研磨パッ
ド２に供給して前記基板に堆積したＣｕ膜およびバリア
層を前記ＳｉＯ2 膜の表面が露出するまで研磨した。こ
こで、前記研磨液として２−キノリンカルボン酸０．３
重量％、過酸化水素１６．７重量％、平均粒径３０ｎｍ
のγ−アルミナ粒子１．３重量％およびコロイダルシリ
カ４．０重量％を含む純水からなり、重量割合で２−キ
ノリンカルボン酸に対して過酸化水素が約５６倍である
ものを用いた。前記研磨工程において、前記研磨液はＣ
ｕ膜との接触時のエッチングが全く起こらず、前記研磨
パッドによる研磨時の研磨速度が約８５ｎｍ／分であっ
た。このため、研磨工程において凸状のＣｕ膜は前記研
磨パッドと機械的に接触する表面から優先的にポリシン
グされ、さらに露出した前記バリア層がポリシングされ
る、いわゆるエッチバックがなされた。その結果、前記
溝内にバリア層が残存すると共に、前記バリア層で覆わ
れた前記溝内に前記ＳｉＯ2 膜表面と面一な埋め込みＣ
ｕ配線層が形成された。
【００６５】また、前記ポリシング装置のホルダ５によ
る前記研磨パッド２への加重を解除し、かつターンテー
ブル１およびホルダ５の回転の停止した後において、前
記Ｃｕ配線層が前記研磨液に接触されても溶解（エッチ
ング）されることがなかった。
る前記研磨パッド２への加重を解除し、かつターンテー
ブル１およびホルダ５の回転の停止した後において、前
記Ｃｕ配線層が前記研磨液に接触されても溶解（エッチ
ング）されることがなかった。
【００６６】（実施例３）まず、表面にソース、ドレイ
ン等の拡散層が形成されたシリコン基板上にＣＶＤ法に
より層間絶縁膜としての例えば厚さ１０００ｎｍのＳｉ
Ｏ2 膜を堆積した後、前記ＳｉＯ2 膜にフォトエッチン
グ技術により配線層に相当する形状を有する深さ５００
ｎｍの複数の溝を形成した。つづいて、前記溝を含む前
記ＳｉＯ2膜上にスパッタ蒸着により厚さ１５ｎｍのＴ
ｉＮからなるバリア層および厚さ６００ｎｍのＣｕ膜を
この順序で堆積した。
ン等の拡散層が形成されたシリコン基板上にＣＶＤ法に
より層間絶縁膜としての例えば厚さ１０００ｎｍのＳｉ
Ｏ2 膜を堆積した後、前記ＳｉＯ2 膜にフォトエッチン
グ技術により配線層に相当する形状を有する深さ５００
ｎｍの複数の溝を形成した。つづいて、前記溝を含む前
記ＳｉＯ2膜上にスパッタ蒸着により厚さ１５ｎｍのＴ
ｉＮからなるバリア層および厚さ６００ｎｍのＣｕ膜を
この順序で堆積した。
【００６７】次いで、前述した図１に示すポリシング装
置の基板ホルダ５に前記基板を逆さにして保持し、前記
ホルダ５の支持軸４により前記基板をターンテーブル１
上のローデル・ニッタ社製商品名；ＳＵＢＡ８００から
なる研磨パッド２に３００ｇ／ｃｍ2 の加重を与え、前
記ターンテーブル１およびホルダ５をそれぞれ１００ｒ
ｐｍの速度で互いに反対方向に回転させながら、研磨液
を供給管３から１２．５ｍｌ／分の速度で前記研磨パッ
ド２に供給して前記基板に堆積したＣｕ膜およびバリア
層を前記ＳｉＯ2 膜の表面が露出するまで研磨した。こ
こで、前記研磨液として２−キノリンカルボン酸０．３
重量％、過酸化水素１６．７重量％、平均粒径３０ｎｍ
のγ−アルミナ粒子１．３重量％およびコロイダルシリ
カ４．０重量％、陰イオン性界面活性剤であるドデシル
硫酸ナトリウム１０ｍモル／ｌを含む純水からなり、重
量割合で２−キノリンカルボン酸に対して過酸化水素が
約５６倍であるものを用いた。前記研磨工程において、
前記研磨液はＣｕ膜との接触時のエッチングが全く起こ
らず、前記研磨パッドによる研磨時の研磨速度が約８５
ｎｍ／分であった。このため、研磨工程において凸状の
Ｃｕ膜は前記研磨パッドと機械的に接触する表面から優
先的にポリシングされ、さらに露出したバリア層がポリ
シングされる、いわゆるエッチバックがなされた。その
結果、前記溝内に前記バリア層が残存すると共に、前記
バリア層で覆われた前記溝内に前記ＳｉＯ2 膜表面と面
一な埋め込みＣｕ配線層が形成された。
置の基板ホルダ５に前記基板を逆さにして保持し、前記
ホルダ５の支持軸４により前記基板をターンテーブル１
上のローデル・ニッタ社製商品名；ＳＵＢＡ８００から
なる研磨パッド２に３００ｇ／ｃｍ2 の加重を与え、前
記ターンテーブル１およびホルダ５をそれぞれ１００ｒ
ｐｍの速度で互いに反対方向に回転させながら、研磨液
を供給管３から１２．５ｍｌ／分の速度で前記研磨パッ
ド２に供給して前記基板に堆積したＣｕ膜およびバリア
層を前記ＳｉＯ2 膜の表面が露出するまで研磨した。こ
こで、前記研磨液として２−キノリンカルボン酸０．３
重量％、過酸化水素１６．７重量％、平均粒径３０ｎｍ
のγ−アルミナ粒子１．３重量％およびコロイダルシリ
カ４．０重量％、陰イオン性界面活性剤であるドデシル
硫酸ナトリウム１０ｍモル／ｌを含む純水からなり、重
量割合で２−キノリンカルボン酸に対して過酸化水素が
約５６倍であるものを用いた。前記研磨工程において、
前記研磨液はＣｕ膜との接触時のエッチングが全く起こ
らず、前記研磨パッドによる研磨時の研磨速度が約８５
ｎｍ／分であった。このため、研磨工程において凸状の
Ｃｕ膜は前記研磨パッドと機械的に接触する表面から優
先的にポリシングされ、さらに露出したバリア層がポリ
シングされる、いわゆるエッチバックがなされた。その
結果、前記溝内に前記バリア層が残存すると共に、前記
バリア層で覆われた前記溝内に前記ＳｉＯ2 膜表面と面
一な埋め込みＣｕ配線層が形成された。
【００６８】また、界面活性剤を含む前記組成の研磨液
は前述した図７に示すようにＣｕとＳｉＯ2 との研磨選
択性が高いため、前記エッチバック工程においてＳｉＯ
2 膜（層間絶縁膜）の膜減り（シンニング）を防止する
ことができた。
は前述した図７に示すようにＣｕとＳｉＯ2 との研磨選
択性が高いため、前記エッチバック工程においてＳｉＯ
2 膜（層間絶縁膜）の膜減り（シンニング）を防止する
ことができた。
【００６９】さらに、前記ポリシング装置のホルダ５に
よる前記研磨パッド２への加重を解除し、かつターンテ
ーブル１およびホルダ５の回転の停止した後において、
前記Ｃｕ配線層が前記研磨液に接触されても溶解（エッ
チング）されることがなかった。
よる前記研磨パッド２への加重を解除し、かつターンテ
ーブル１およびホルダ５の回転の停止した後において、
前記Ｃｕ配線層が前記研磨液に接触されても溶解（エッ
チング）されることがなかった。
【００７０】次いで、前記埋め込み配線層の形成後の基
板を純水を用いて超音波洗浄を行った。このように洗浄
処理を行うことによって、ＳｉＯ2 膜（層間絶縁膜）等
の表面に残留したＣｕ研磨片、Ｃｕ錯体の研磨片および
２−キノリンカルボン酸のような有機物が除去され、Ｓ
ｉＯ2 膜の表面を清浄化できた。
板を純水を用いて超音波洗浄を行った。このように洗浄
処理を行うことによって、ＳｉＯ2 膜（層間絶縁膜）等
の表面に残留したＣｕ研磨片、Ｃｕ錯体の研磨片および
２−キノリンカルボン酸のような有機物が除去され、Ｓ
ｉＯ2 膜の表面を清浄化できた。
【００７１】したがって、実施例３によれば前記層間絶
縁膜の溝内にその深さと同様な厚さを有する埋め込みＣ
ｕ配線層を前記層間絶縁膜表面と面一に形成することが
でき、配線層の形成後の基板表面を平坦化することがで
きた。また、界面活性剤を含む前記組成の研磨液を用い
たエッチバック工程によりＣｕ配線層の形成した後、純
水で超音波洗浄を行うことによって、前記研磨液中の界
面活性剤の作用により層間絶縁膜表面が容易に清浄化さ
れるため、Ｃｕ本来の低抵抗性を持つ埋め込みＣｕ配線
層を有する高信頼性の半導体装置を製造することができ
た。
縁膜の溝内にその深さと同様な厚さを有する埋め込みＣ
ｕ配線層を前記層間絶縁膜表面と面一に形成することが
でき、配線層の形成後の基板表面を平坦化することがで
きた。また、界面活性剤を含む前記組成の研磨液を用い
たエッチバック工程によりＣｕ配線層の形成した後、純
水で超音波洗浄を行うことによって、前記研磨液中の界
面活性剤の作用により層間絶縁膜表面が容易に清浄化さ
れるため、Ｃｕ本来の低抵抗性を持つ埋め込みＣｕ配線
層を有する高信頼性の半導体装置を製造することができ
た。
【００７２】（実施例４）まず、表面にソース、ドレイ
ン等の拡散層が形成されたシリコン基板上にＣＶＤ法に
より層間絶縁膜としての例えば厚さ１０００ｎｍのＳｉ
Ｏ2 膜を堆積した後、前記ＳｉＯ2 膜にフォトエッチン
グ技術により配線層に相当する形状を有する深さ５００
ｎｍの複数の溝を形成した。つづいて、前記溝を含む前
記ＳｉＯ2膜上にスパッタ蒸着により厚さ１５ｎｍのＴ
ｉＮからなるバリア層および厚さ６００ｎｍのＣｕ膜を
この順序で堆積した。
ン等の拡散層が形成されたシリコン基板上にＣＶＤ法に
より層間絶縁膜としての例えば厚さ１０００ｎｍのＳｉ
Ｏ2 膜を堆積した後、前記ＳｉＯ2 膜にフォトエッチン
グ技術により配線層に相当する形状を有する深さ５００
ｎｍの複数の溝を形成した。つづいて、前記溝を含む前
記ＳｉＯ2膜上にスパッタ蒸着により厚さ１５ｎｍのＴ
ｉＮからなるバリア層および厚さ６００ｎｍのＣｕ膜を
この順序で堆積した。
【００７３】次いで、前述した図１に示すポリシング装
置の基板ホルダ５に前記基板を逆さにして保持し、前記
ホルダ５の支持軸４により前記基板をターンテーブル１
上のローデル・ニッタ社製商品名；ＳＵＢＡ８００から
なる研磨パッド２に３００ｇ／ｃｍ2 の加重を与え、前
記ターンテーブル１およびホルダ５をそれぞれ１００ｒ
ｐｍの速度で互いに反対方向に回転させながら、研磨液
を供給管３から１２．５ｍｌ／分の速度で前記研磨パッ
ド２に供給して前記基板に堆積したＣｕ膜およびバリア
層を前記ＳｉＯ2 膜の表面が露出するまで研磨した。こ
こで、前記研磨液として２−ピリジンカルボン酸０．６
重量％、平均粒径３０ｎｍのγ−アルミナ粒子１．４重
量％およびコロイダルシリカ４．１重量％を含む純水か
らなるものを用いた。前記研磨工程において、前記研磨
液はＣｕ膜との接触時のエッチングが全く起こらず、前
記研磨パッドによる研磨時の研磨速度が約３０ｎｍ／分
であった。このため、研磨工程において凸状のＣｕ膜は
前記研磨パッドと機械的に接触する表面から優先的にポ
リシングされ、さらに露出した前記バリア層がポリシン
グされる、いわゆるエッチバックがなされた。その結
果、前記溝内にバリア層が残存すると共に、前記バリア
層で覆われた前記溝内に前記ＳｉＯ2 膜表面と面一な埋
め込みＣｕ配線層が形成された。
置の基板ホルダ５に前記基板を逆さにして保持し、前記
ホルダ５の支持軸４により前記基板をターンテーブル１
上のローデル・ニッタ社製商品名；ＳＵＢＡ８００から
なる研磨パッド２に３００ｇ／ｃｍ2 の加重を与え、前
記ターンテーブル１およびホルダ５をそれぞれ１００ｒ
ｐｍの速度で互いに反対方向に回転させながら、研磨液
を供給管３から１２．５ｍｌ／分の速度で前記研磨パッ
ド２に供給して前記基板に堆積したＣｕ膜およびバリア
層を前記ＳｉＯ2 膜の表面が露出するまで研磨した。こ
こで、前記研磨液として２−ピリジンカルボン酸０．６
重量％、平均粒径３０ｎｍのγ−アルミナ粒子１．４重
量％およびコロイダルシリカ４．１重量％を含む純水か
らなるものを用いた。前記研磨工程において、前記研磨
液はＣｕ膜との接触時のエッチングが全く起こらず、前
記研磨パッドによる研磨時の研磨速度が約３０ｎｍ／分
であった。このため、研磨工程において凸状のＣｕ膜は
前記研磨パッドと機械的に接触する表面から優先的にポ
リシングされ、さらに露出した前記バリア層がポリシン
グされる、いわゆるエッチバックがなされた。その結
果、前記溝内にバリア層が残存すると共に、前記バリア
層で覆われた前記溝内に前記ＳｉＯ2 膜表面と面一な埋
め込みＣｕ配線層が形成された。
【００７４】また、前記ポリシング装置のホルダ５によ
る前記研磨パッド２への加重を解除し、かつターンテー
ブル１およびホルダ５の回転の停止した後において、前
記Ｃｕ配線層が前記研磨液に接触されても溶解（エッチ
ング）されることがなかった。
る前記研磨パッド２への加重を解除し、かつターンテー
ブル１およびホルダ５の回転の停止した後において、前
記Ｃｕ配線層が前記研磨液に接触されても溶解（エッチ
ング）されることがなかった。
【００７５】（実施例５）まず、図１０の（Ａ）に示す
ように表面に図示しないソース、ドレイン等の拡散層が
形成されたシリコン基板２１上にＣＶＤ法により例えば
厚さ８００ｎｍのＳｉＯ2 膜２２および研磨ストッパ膜
としての厚さ２００ｎｍのＳｉ3 Ｎ4 膜２７をこの順序
で堆積して層間絶縁膜を形成した後、前記Ｓｉ3 Ｎ4 膜
２７および前記ＳｉＯ2 膜２２にフォトエッチング技術
により配線層に相当する形状を有する深さ５００ｎｍの
複数の溝２３を形成した。つづいて、図１０の（Ｂ）に
示すように前記溝２３を含む前記Ｓｉ3 Ｎ4 膜２７上に
スパッタ蒸着により厚さ１５ｎｍのＴｉＮからなるバリ
ア層２４および厚さ６００ｎｍのＣｕ膜２５をこの順序
で堆積した。
ように表面に図示しないソース、ドレイン等の拡散層が
形成されたシリコン基板２１上にＣＶＤ法により例えば
厚さ８００ｎｍのＳｉＯ2 膜２２および研磨ストッパ膜
としての厚さ２００ｎｍのＳｉ3 Ｎ4 膜２７をこの順序
で堆積して層間絶縁膜を形成した後、前記Ｓｉ3 Ｎ4 膜
２７および前記ＳｉＯ2 膜２２にフォトエッチング技術
により配線層に相当する形状を有する深さ５００ｎｍの
複数の溝２３を形成した。つづいて、図１０の（Ｂ）に
示すように前記溝２３を含む前記Ｓｉ3 Ｎ4 膜２７上に
スパッタ蒸着により厚さ１５ｎｍのＴｉＮからなるバリ
ア層２４および厚さ６００ｎｍのＣｕ膜２５をこの順序
で堆積した。
【００７６】次いで、前述した図１に示すポリシング装
置の基板ホルダ５に図１０の（Ｂ）に示す基板２１を逆
さにして保持し、前記ホルダ５の支持軸４により前記基
板をローデル・ニッタ社製商品名；ＳＵＢＡ８００から
なる研磨パッド２に３００ｇ／ｃｍ2 の加重を与え、前
記ターンテーブル１およびホルダ５をそれぞれ１００ｒ
ｐｍの速度で互いに反対方向に回転させながら、研磨液
を供給管３から１２．５ｍｌ／分の速度で前記研磨パッ
ド２に供給して前記基板２１に堆積したＣｕ膜２５およ
び前記バリア層２４を前記Ｓｉ3 Ｎ4 膜２７の表面が露
出するまで研磨した。ここで、前記研磨液として２−キ
ノリンカルボン酸０．３重量％、過酸化水素１６．７重
量％、平均粒径３０ｎｍのγ−アルミナ粒子１．３重量
％および平均粒径３０ｎｍのコロイダルシリカ４．０重
量％を含む純水からなり、重量割合で２−キノリンカル
ボン酸に対して過酸化水素が約５６倍であるものを用い
た。前記研磨工程において、前記研磨液はＣｕ膜との接
触時のエッチングが全く起こらず、前記研磨パッドによ
る研磨時の研磨速度が約１００ｎｍ／分であった。この
ため、図１０の（Ｂ）に示す凸状のＣｕ膜２５は前記研
磨パッドと機械的に接触する表面から優先的にポリシン
グされ、さらに露出した前記バリア層２４がポリシング
される、いわゆるエッチバックがなされた。
置の基板ホルダ５に図１０の（Ｂ）に示す基板２１を逆
さにして保持し、前記ホルダ５の支持軸４により前記基
板をローデル・ニッタ社製商品名；ＳＵＢＡ８００から
なる研磨パッド２に３００ｇ／ｃｍ2 の加重を与え、前
記ターンテーブル１およびホルダ５をそれぞれ１００ｒ
ｐｍの速度で互いに反対方向に回転させながら、研磨液
を供給管３から１２．５ｍｌ／分の速度で前記研磨パッ
ド２に供給して前記基板２１に堆積したＣｕ膜２５およ
び前記バリア層２４を前記Ｓｉ3 Ｎ4 膜２７の表面が露
出するまで研磨した。ここで、前記研磨液として２−キ
ノリンカルボン酸０．３重量％、過酸化水素１６．７重
量％、平均粒径３０ｎｍのγ−アルミナ粒子１．３重量
％および平均粒径３０ｎｍのコロイダルシリカ４．０重
量％を含む純水からなり、重量割合で２−キノリンカル
ボン酸に対して過酸化水素が約５６倍であるものを用い
た。前記研磨工程において、前記研磨液はＣｕ膜との接
触時のエッチングが全く起こらず、前記研磨パッドによ
る研磨時の研磨速度が約１００ｎｍ／分であった。この
ため、図１０の（Ｂ）に示す凸状のＣｕ膜２５は前記研
磨パッドと機械的に接触する表面から優先的にポリシン
グされ、さらに露出した前記バリア層２４がポリシング
される、いわゆるエッチバックがなされた。
【００７７】その結果、図１０の（Ｃ）に示すように前
記溝２３内に前記バリア層２４が残存すると共に、前記
バリア層２４で覆われた前記溝２３内に前記Ｓｉ3 Ｎ4
膜２７表面と面一な埋め込みＣｕ配線層２６が形成され
た。また、前記ポリシング装置のホルダ５による前記研
磨パッド２への加重を解除し、かつターンテーブル１お
よびホルダ５の回転の停止した後において、前記Ｃｕ配
線層２６が前記研磨液に接触されても溶解（エッチン
グ）されることがなかった。さらに、研磨砥粒を含む前
記研磨液を用いたポリシング工程において前記層間絶縁
膜は表面側に研磨ストッパ膜として機能するＳｉ3 Ｎ4
膜２７を形成しているため、前記エッチバック工程での
膜減りを抑制することができた。このため、良好な絶縁
耐圧を有する層間絶縁膜を備えた半導体装置を製造する
ことができた。
記溝２３内に前記バリア層２４が残存すると共に、前記
バリア層２４で覆われた前記溝２３内に前記Ｓｉ3 Ｎ4
膜２７表面と面一な埋め込みＣｕ配線層２６が形成され
た。また、前記ポリシング装置のホルダ５による前記研
磨パッド２への加重を解除し、かつターンテーブル１お
よびホルダ５の回転の停止した後において、前記Ｃｕ配
線層２６が前記研磨液に接触されても溶解（エッチン
グ）されることがなかった。さらに、研磨砥粒を含む前
記研磨液を用いたポリシング工程において前記層間絶縁
膜は表面側に研磨ストッパ膜として機能するＳｉ3 Ｎ4
膜２７を形成しているため、前記エッチバック工程での
膜減りを抑制することができた。このため、良好な絶縁
耐圧を有する層間絶縁膜を備えた半導体装置を製造する
ことができた。
【００７８】（実施例６）まず、図１１の（Ａ）に示す
ように表面にｎ+ 型拡散層３１が形成されたｐ型シリコ
ン基板３２上にＣＶＤ法により第１層間絶縁膜としての
例えば厚さ１０００ｎｍのＳｉＯ2 膜３３を堆積した
後、前記拡散層３１に対応する前記ＳｉＯ2膜３３にフ
ォトエッチング技術によりビアホール３４を形成した。
つづいて、図１１の（Ｂ）に示すように前記ビアホール
３４を含む前記ＳｉＯ2 膜３３上にスパッタ蒸着により
厚さ２０ｎｍのＴｉＮからなるバリア層３５を堆積した
後、スパッタ蒸着により厚さ１１００ｎｍのＣｕ膜３６
を堆積した。
ように表面にｎ+ 型拡散層３１が形成されたｐ型シリコ
ン基板３２上にＣＶＤ法により第１層間絶縁膜としての
例えば厚さ１０００ｎｍのＳｉＯ2 膜３３を堆積した
後、前記拡散層３１に対応する前記ＳｉＯ2膜３３にフ
ォトエッチング技術によりビアホール３４を形成した。
つづいて、図１１の（Ｂ）に示すように前記ビアホール
３４を含む前記ＳｉＯ2 膜３３上にスパッタ蒸着により
厚さ２０ｎｍのＴｉＮからなるバリア層３５を堆積した
後、スパッタ蒸着により厚さ１１００ｎｍのＣｕ膜３６
を堆積した。
【００７９】次いで、前述した図１に示すポリシング装
置のホルダ５に図１１の（Ｂ）に示す基板３２を逆さに
して保持し、前記ホルダ５の支持軸４により前記基板を
ローデル・ニッタ社製商品名；ＳＵＢＡ８００からなる
研磨パッド２に３００ｇ／ｃｍ2 の加重を与え、前記タ
ーンテーブル１およびホルダ５をそれぞれ１００ｒｐｍ
の速度で互いに反対方向に回転させながら、研磨液を供
給管３から１２．５ｍｌ／分の速度で前記研磨パッド２
に供給して前記基板３２に堆積したＣｕ膜３６およびバ
リア層３５を前記ＳｉＯ2 膜３３の表面が露出するまで
研磨した。ここで、前記研磨液として２−キノリンカル
ボン酸０．３重量％、過酸化水素１６．７重量％、平均
粒径３０ｎｍのγ−アルミナ粒子１．３重量％およびコ
ロイダルシリカ４．０重量％、陰イオン性界面活性剤で
あるドデシル硫酸ナトリウム１０ｍモル／ｌを含む純水
からなり、重量割合で２−キノリンカルボン酸に対して
過酸化水素が約５６倍であるものを用いた。前記研磨工
程において、前記研磨液はＣｕ膜との接触時のエッチン
グが全く起こらず、前記研磨パッドによる研磨時の研磨
速度が約８５ｎｍ／分であった。このため、図１１の
（Ｂ）に示す凸状のＣｕ膜３６は前記研磨パッドと機械
的に接触する表面から優先的にポリシングされ、さらに
露出したバリア層３５がポリシングされる、いわゆるエ
ッチバックがなされた。
置のホルダ５に図１１の（Ｂ）に示す基板３２を逆さに
して保持し、前記ホルダ５の支持軸４により前記基板を
ローデル・ニッタ社製商品名；ＳＵＢＡ８００からなる
研磨パッド２に３００ｇ／ｃｍ2 の加重を与え、前記タ
ーンテーブル１およびホルダ５をそれぞれ１００ｒｐｍ
の速度で互いに反対方向に回転させながら、研磨液を供
給管３から１２．５ｍｌ／分の速度で前記研磨パッド２
に供給して前記基板３２に堆積したＣｕ膜３６およびバ
リア層３５を前記ＳｉＯ2 膜３３の表面が露出するまで
研磨した。ここで、前記研磨液として２−キノリンカル
ボン酸０．３重量％、過酸化水素１６．７重量％、平均
粒径３０ｎｍのγ−アルミナ粒子１．３重量％およびコ
ロイダルシリカ４．０重量％、陰イオン性界面活性剤で
あるドデシル硫酸ナトリウム１０ｍモル／ｌを含む純水
からなり、重量割合で２−キノリンカルボン酸に対して
過酸化水素が約５６倍であるものを用いた。前記研磨工
程において、前記研磨液はＣｕ膜との接触時のエッチン
グが全く起こらず、前記研磨パッドによる研磨時の研磨
速度が約８５ｎｍ／分であった。このため、図１１の
（Ｂ）に示す凸状のＣｕ膜３６は前記研磨パッドと機械
的に接触する表面から優先的にポリシングされ、さらに
露出したバリア層３５がポリシングされる、いわゆるエ
ッチバックがなされた。
【００８０】その結果、図１１の（Ｃ）に示すように前
記ビアホール３４内にバリア層３５が残存すると共に、
前記バリア層３５で覆われた前記ビアホール３４内に前
記ＳｉＯ2 膜３３表面と面一なＣｕからなるビアフィル
３７が形成された。また、界面活性剤を含む前記組成の
研磨液は前述した図７に示すようにＣｕとＳｉＯ2 との
研磨選択性が高いため、前記エッチバック工程において
ＳｉＯ2 膜（層間絶縁膜）の膜減り（シンニング）を防
止することができた。さらに、前記ポリシング装置のホ
ルダ５による前記研磨パッド２への加重を解除し、かつ
ターンテーブル１およびホルダ５の回転の停止した後に
おいて、前記ビアフィル３７が前記研磨液に接触されて
もエッチングが進行することがなかった。つづいて、前
記ビアフィル３７の形成後の基板を純水を用いた超音波
洗浄を行ってＳｉＯ2 膜３３表面を清浄化した。
記ビアホール３４内にバリア層３５が残存すると共に、
前記バリア層３５で覆われた前記ビアホール３４内に前
記ＳｉＯ2 膜３３表面と面一なＣｕからなるビアフィル
３７が形成された。また、界面活性剤を含む前記組成の
研磨液は前述した図７に示すようにＣｕとＳｉＯ2 との
研磨選択性が高いため、前記エッチバック工程において
ＳｉＯ2 膜（層間絶縁膜）の膜減り（シンニング）を防
止することができた。さらに、前記ポリシング装置のホ
ルダ５による前記研磨パッド２への加重を解除し、かつ
ターンテーブル１およびホルダ５の回転の停止した後に
おいて、前記ビアフィル３７が前記研磨液に接触されて
もエッチングが進行することがなかった。つづいて、前
記ビアフィル３７の形成後の基板を純水を用いた超音波
洗浄を行ってＳｉＯ2 膜３３表面を清浄化した。
【００８１】次いで、図１２の（Ｄ）に示すように前記
ビアフィル３７を含む前記ＳｉＯ2膜３３上にＣＶＤ法
により第２層間絶縁膜としての例えば厚さ８００ｎｍの
Ｓｉ3 Ｎ4 膜３８を堆積した後、前記Ｓｉ3 Ｎ4 膜３８
にフォトエッチング技術により配線層に相当する形状を
有する深さ４００ｎｍの複数の溝３９を形成した。さら
に、前記ビアフィル３７上にに位置する前記溝３９にフ
ォトエッチング技術によりスルーホール４０を形成し
た。つづいて、図１２の（Ｅ）に示すように前記溝３９
およびスルーホール４０を含む前記Ｓｉ3 Ｎ4 膜３８上
にスパッタ蒸着により厚さ９００ｎｍのＣｕ膜４１を堆
積した。
ビアフィル３７を含む前記ＳｉＯ2膜３３上にＣＶＤ法
により第２層間絶縁膜としての例えば厚さ８００ｎｍの
Ｓｉ3 Ｎ4 膜３８を堆積した後、前記Ｓｉ3 Ｎ4 膜３８
にフォトエッチング技術により配線層に相当する形状を
有する深さ４００ｎｍの複数の溝３９を形成した。さら
に、前記ビアフィル３７上にに位置する前記溝３９にフ
ォトエッチング技術によりスルーホール４０を形成し
た。つづいて、図１２の（Ｅ）に示すように前記溝３９
およびスルーホール４０を含む前記Ｓｉ3 Ｎ4 膜３８上
にスパッタ蒸着により厚さ９００ｎｍのＣｕ膜４１を堆
積した。
【００８２】次いで、前述した図１に示すポリシング装
置の基板ホルダ５に図１２の（Ｅ）に示す基板３２を逆
さにして保持し、前記ホルダ５の支持軸４により前記基
板をローデル・ニッタ社製商品名；ＳＵＢＡ８００から
なる研磨パッド２に３００ｇ／ｃｍ2 の加重を与え、前
記ターンテーブル１およびホルダ５をそれぞれ１００ｒ
ｐｍの速度で互いに反対方向に回転させながら、前述し
たエッチバック工程で用いたのと同様な組成を有する研
磨液を供給管３から１２．５ｍｌ／分の速度で前記研磨
パッド２に供給して前記基板３２に堆積したＣｕ膜４１
を前記Ｓｉ3 Ｎ4 膜３８の表面が露出するまで研磨し
た。
置の基板ホルダ５に図１２の（Ｅ）に示す基板３２を逆
さにして保持し、前記ホルダ５の支持軸４により前記基
板をローデル・ニッタ社製商品名；ＳＵＢＡ８００から
なる研磨パッド２に３００ｇ／ｃｍ2 の加重を与え、前
記ターンテーブル１およびホルダ５をそれぞれ１００ｒ
ｐｍの速度で互いに反対方向に回転させながら、前述し
たエッチバック工程で用いたのと同様な組成を有する研
磨液を供給管３から１２．５ｍｌ／分の速度で前記研磨
パッド２に供給して前記基板３２に堆積したＣｕ膜４１
を前記Ｓｉ3 Ｎ4 膜３８の表面が露出するまで研磨し
た。
【００８３】その結果、図１２の（Ｅ）に示す凸状のＣ
ｕ膜４１は前記研磨パッドと機械的に接触する表面から
優先的にポリシングされる、いわゆるエッチバックがな
された。このようなエッチバックにより図１２の（Ｆ）
に示すように前記溝３９内に前記Ｓｉ3 Ｎ4 膜３８表面
と面一な埋め込みＣｕ配線層４２が形成された。同時
に、前記スルーホール４０を通して前記ビアフィル３７
と接続される埋め込みＣｕ配線層４２が形成された。ま
た、前記ポリシング装置のホルダ５による前記研磨パッ
ド２への加重を解除し、かつターンテーブル１およびホ
ルダ５の回転の停止した後において、前記Ｃｕ配線層４
２が前記研磨液に接触されてもエッチングが進行するこ
とがなかった。
ｕ膜４１は前記研磨パッドと機械的に接触する表面から
優先的にポリシングされる、いわゆるエッチバックがな
された。このようなエッチバックにより図１２の（Ｆ）
に示すように前記溝３９内に前記Ｓｉ3 Ｎ4 膜３８表面
と面一な埋め込みＣｕ配線層４２が形成された。同時
に、前記スルーホール４０を通して前記ビアフィル３７
と接続される埋め込みＣｕ配線層４２が形成された。ま
た、前記ポリシング装置のホルダ５による前記研磨パッ
ド２への加重を解除し、かつターンテーブル１およびホ
ルダ５の回転の停止した後において、前記Ｃｕ配線層４
２が前記研磨液に接触されてもエッチングが進行するこ
とがなかった。
【００８４】したがって、実施例６によれば第１、第２
の層間絶縁膜３３、３９を有し、前記第１層間絶縁膜３
３にその表面と面一なビアフィル３７が形成され、第２
層間絶縁膜３９にその表面と面一なＣｕ配線層４２が形
成された多層配線構造を有し、かつ表面が平坦化された
半導体装置を製造することができた。
の層間絶縁膜３３、３９を有し、前記第１層間絶縁膜３
３にその表面と面一なビアフィル３７が形成され、第２
層間絶縁膜３９にその表面と面一なＣｕ配線層４２が形
成された多層配線構造を有し、かつ表面が平坦化された
半導体装置を製造することができた。
【００８５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば銅
（Ｃｕ）または銅合金（Ｃｕ合金）の浸漬時において前
記Ｃｕ等を全く溶解せず、かつ研磨処理時に前記Ｃｕま
たはＣｕ合金を実用的な速度で研磨することが可能な銅
系金属用研磨液を提供することができる。
（Ｃｕ）または銅合金（Ｃｕ合金）の浸漬時において前
記Ｃｕ等を全く溶解せず、かつ研磨処理時に前記Ｃｕま
たはＣｕ合金を実用的な速度で研磨することが可能な銅
系金属用研磨液を提供することができる。
【００８６】また、本発明によれば半導体基板上の絶縁
膜に溝および開口部から選ばれる少なくとも１つの部材
を形成し、前記絶縁膜上に堆積されたＣｕまたはＣｕ合
金からなる配線材料膜を短時間でエッチバックでき、ひ
いては前記絶縁膜にＣｕまたはＣｕ合金からなる埋め込
み配線層を前記絶縁膜表面と面一となるように形成した
表面が平坦な半導体装置の製造方法を提供できる。
膜に溝および開口部から選ばれる少なくとも１つの部材
を形成し、前記絶縁膜上に堆積されたＣｕまたはＣｕ合
金からなる配線材料膜を短時間でエッチバックでき、ひ
いては前記絶縁膜にＣｕまたはＣｕ合金からなる埋め込
み配線層を前記絶縁膜表面と面一となるように形成した
表面が平坦な半導体装置の製造方法を提供できる。
【００８７】さらに、本発明によれば半導体基板上の絶
縁膜に溝および開口部から選ばれる少なくとも１つの部
材を形成し、前記絶縁膜上に堆積されたＣｕまたはＣｕ
合金からなる配線材料膜を短時間でエッチバックして絶
縁膜表面と面一の埋め込み配線層を形成することがで
き、その上エッチバック工程での絶縁膜の膜減りを抑制
でき、平坦な表面を有し、絶縁耐圧の優れた半導体装置
の製造方法を提供できる。
縁膜に溝および開口部から選ばれる少なくとも１つの部
材を形成し、前記絶縁膜上に堆積されたＣｕまたはＣｕ
合金からなる配線材料膜を短時間でエッチバックして絶
縁膜表面と面一の埋め込み配線層を形成することがで
き、その上エッチバック工程での絶縁膜の膜減りを抑制
でき、平坦な表面を有し、絶縁耐圧の優れた半導体装置
の製造方法を提供できる。
【図１】本発明の研磨工程に使用されるポリシング装置
を示す概略図。
を示す概略図。
【図２】本発明の研磨液および研磨砥粒のみを含む従来
の研磨液を用いて、基板上に成膜されたＣｕ膜を研磨処
理した時の研磨速度（加工速度）を前記研磨液の温度と
の関係で示した特性図。
の研磨液を用いて、基板上に成膜されたＣｕ膜を研磨処
理した時の研磨速度（加工速度）を前記研磨液の温度と
の関係で示した特性図。
【図３】２−キノリンカルボン酸、過酸化水素、研磨砥
粒および水からなる組成の研磨液における２−キノリン
カルボン酸の量とＣｕ膜の研磨速度との関係を示す特性
図。
粒および水からなる組成の研磨液における２−キノリン
カルボン酸の量とＣｕ膜の研磨速度との関係を示す特性
図。
【図４】２−キノリンカルボン酸、過酸化水素、研磨砥
粒および水からなる組成の研磨液における過酸化水素の
量とＣｕ膜の研磨速度との関係を示す特性図。
粒および水からなる組成の研磨液における過酸化水素の
量とＣｕ膜の研磨速度との関係を示す特性図。
【図５】凹凸を有するＣｕ膜を２−キノリンカルボン
酸、過酸化水素、研磨砥粒および水からなる組成の研磨
液に浸漬した時、ポリシング装置を用いて研磨処理した
時の状態を示す断面図。
酸、過酸化水素、研磨砥粒および水からなる組成の研磨
液に浸漬した時、ポリシング装置を用いて研磨処理した
時の状態を示す断面図。
【図６】本発明のｐＨ調整された研磨液によるＣｕ膜の
研磨速度を示す特性図。
研磨速度を示す特性図。
【図７】研磨液によるＣｕ膜、Ｐ−ＳｉＮ膜およびＳｉ
Ｏ2 膜の研磨において、界面活性剤（ドデシル硫酸ナト
リウム）の添加量と前記各膜の研磨速度との関係を示す
特性図。
Ｏ2 膜の研磨において、界面活性剤（ドデシル硫酸ナト
リウム）の添加量と前記各膜の研磨速度との関係を示す
特性図。
【図８】研磨液によるＣｕ膜、Ｐ−ＳｉＮ膜およびＳｉ
Ｏ2 膜の研磨において、添加される界面活性剤の種類と
前記各膜の研磨速度との関係を示す特性図。
Ｏ2 膜の研磨において、添加される界面活性剤の種類と
前記各膜の研磨速度との関係を示す特性図。
【図９】本発明の実施例１における半導体装置の製造工
程を示す断面図。
程を示す断面図。
【図１０】本発明の実施例５における半導体装置の製造
工程を示す断面図。
工程を示す断面図。
【図１１】本発明の実施例６おける半導体装置の製造工
程を示す断面図。
程を示す断面図。
【図１２】本発明の実施例６おける半導体装置の製造工
程を示す断面図。
程を示す断面図。
１…ターンテーブル、 ２…研磨パッド、 ３…供給管、 ５…ホルダ、 １１、２１、３２…シリコン基板、 １２、２５、３６、４１…Ｃｕ膜、 １３…酸化層、 ２２、３３…ＳｉＯ2 膜、 ２３、３９…溝、 ２４、３５…バリア層、 ２６、４２…Ｃｕ配線層、 ３７…ビアフィル。
Claims (21)
- 【請求項１】 銅と反応して水に難溶性で、かつ銅より
も機械的に脆弱な銅錯体を生成する水溶性の有機酸、研
磨砥粒および水を含有することを特徴とする銅系金属用
研磨液。 - 【請求項２】 前記有機酸は、２−キノリンカルボン酸
であることを特徴とする請求項１記載の銅系金属用研磨
液。 - 【請求項３】 前記有機酸は、前記研磨液中に０．１重
量％以上含有されることを特徴とする請求項１記載の銅
系金属用研磨液。 - 【請求項４】 前記研磨砥粒は、シリカ、ジルコニア、
酸化セリウムおよびアルミナから選ばれる少なくとも１
つの材料から作られることを特徴とする請求項１記載の
銅系金属用研磨液。 - 【請求項５】 前記研磨砥粒は、前記研磨液中に１〜２
０重量％含有されることを特徴とする請求項１記載の銅
系金属用研磨液。 - 【請求項６】 さらに銅錯体生成促進剤として酸化剤を
含有することを特徴とする請求項１記載の銅系金属用研
磨液。 - 【請求項７】 前記有機酸に対する前記酸化剤の含有比
率は、重量比率で１０倍以上であることを特徴とする請
求項６記載の銅系金属用研磨液。 - 【請求項８】 さらに界面活性剤を含有することを特徴
とする請求項１記載の銅系金属用研磨液。 - 【請求項９】 前記界面活性剤は、前記研磨液中に１モ
ル／リットル以上添加されることを特徴とする請求項８
記載の銅系金属用研磨液。 - 【請求項１０】 半導体基板上の絶縁膜に配線層の形状
に相当する溝および開口部から選ばれる少くとも一つの
部材を形成する工程と、 前記溝および開口部から選ばれる少くとも一つの部材を
含む前記絶縁膜上に銅または銅合金からなる配線材料膜
を堆積する工程と、 銅と反応して水に難溶性で、かつ銅よりも機械的に脆弱
な銅錯体を生成する水溶性の有機酸、研磨砥粒および水
を含有する研磨液を用いて前記配線材料膜を前記絶縁膜
の表面が露出するまで研磨処理することにより前記配線
材料膜を前記絶縁膜にその表面と面一の埋め込み配線層
を形成する工程とを具備することを特徴とする半導体装
置の製造方法。 - 【請求項１１】 前記溝および開口部から選ばれる少く
とも一つの部材(member)を形成する前に前記絶縁膜上に
バリア層を被覆することを特徴とする請求項１０記載の
半導体装置の製造方法。 - 【請求項１２】 前記バリア層は、ＴｉＮ、Ｔｉ、Ｎ
ｂ、ＷまたはＣｕＴａ合金から選ばれる材料から作られ
ることを特徴とする請求項１０記載の半導体装置の製造
方法。 - 【請求項１３】 前記銅合金は、Ｃｕ−Ｓｉ合金、Ｃｕ
−Ａｌ合金、Ｃｕ−Ｓｉ−Ａｌ合金、およびＣｕ−Ａｇ
合金からなる群から選ばれる材料であることを特徴とす
る請求項１０記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１４】 前記研磨液中の前記有機酸は、２−キ
ノリンカルボン酸であることを特徴とする請求項１０記
載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１５】 前記有機酸は、前記研磨液中に０．１
重量％以上含有されることを特徴とする請求項１０記載
の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１６】 前記研磨液中の前記研磨砥粒は、シリ
カ、ジルコニア、酸化セリウムおよびアルミナから選ば
れる少なくとも１つの材料から作られることを特徴とす
る請求項１０記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１７】 前記研磨砥粒は、前記研磨液中に１〜
２０重量％含有されることを特徴とする請求項１０記載
の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１８】 前記研磨液中には、さらに銅錯体生成
促進剤として酸化剤を含有することを特徴とする請求項
１０記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１９】 前記有機酸に対する前記酸化剤の含有
比率は、重量比率で１０倍以上であることを特徴とする
請求項１８記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項２０】 前記研磨液には、さらに界面活性剤を
含有することを特徴とする請求項１０記載の半導体装置
の製造方法。 - 【請求項２１】 前記界面活性剤は、前記研磨液中に１
モル／リットル以上添加されることを特徴とする請求項
２０記載の半導体装置の製造方法。
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|---|---|---|---|
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| JP14204595 | 1995-06-08 | ||
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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-
1996
- 1996-05-29 JP JP13503896A patent/JP3192968B2/ja not_active Expired - Lifetime
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