半导体基板的化学机械抛光方法 和化学机械抛光用水分散液

【技术领域】本发明涉及半导体基板的化学机械抛光方法和化学机械抛光用水分散液。更详细地讲，本发明涉及半导体装置制造工序中，对设有配线图像的晶片进行化学机械抛光(以下有时也叫作“CMP”)时，在配线间、多层配线的层间等形成低介电常数的绝缘膜的情况下特别有用的化学机械抛光方法，以及为此而使用的化学机械抛光用水分散液。

【现有技术】在半导体元件等上形成的绝缘膜，过去主要使用由CVD法等真空方法形成的SiO2膜。

但是近年来，人们关注的是为提高超LSI性能的绝缘膜的低介电常数化。由于这种低介电常数化的结果，作为介电常数高的SiO2膜的代用品，开发出了含硅倍半氧丙环(Silsesquioxane，介电常数约2.6～3.0)、加氟SiO2(介电常数约3.3～3.5)、聚酰胺类树脂(介电常数约2.4～3.6，日立化成工业公司制，商品名为“PIQ”，Allied Signal公司制，商品名为“FLARE”等)、苯并环丁烷(介电常数约2.7，道化学公司制，商品名为“BCB”等)、含氢SOG(介电常数约2.5～3.5)和有机SOG(介电常数约2.9，日立化成工业公司制，商品名为“IISGR7”)等的绝缘膜。但是，这些绝缘膜与SiO2膜相比，由于机械强度低、柔软而脆，用已有的化学机械抛光方法抛光，往往产生许多大小形状的擦伤。

还有如图1所示，在硅晶片等的基板1上叠层上述那种低介电常数的绝缘膜2，形成沟槽部分5，然后在形成了阻挡金属膜3的带沟槽基板的整个表面上，堆积作为配线材料的金属4形成膜，对形成膜的被抛光面进行化学机械抛光的情况下可以发现以下缺陷。即进行抛光，低介电常数的绝缘膜使抛光面尚未露出的阶段，也就是说仅对作为配线金属材料的金属膜化学抛光阶段内，作为下层的低介电常数的绝缘膜从其外周部分剥离下来的现象，这会成为问题。

为解决上述问题提出了各种方法。

例如，开发出了一种用氧化硅作磨料进行金属膜的化学机械抛光时，能够抑制被抛光面产生表面缺陷的技术(例如参见特开2001-110761号公报)。而且还开发出了一种能用不含固体磨料的浆液抑制被抛光面出现表面缺陷的技术(例如参见国际专利公开第00/13217号小册子)。

但是这些公报中没有想到使用上述那种低介电常数的绝缘膜作为被抛光材料，没有研究能抑制对这种被抛光材料化学机械抛光时产生擦伤和从外周部分剥离等的手段。

另一方面，有人尝试通过降低施加在化学机械抛光装置加压头上的压力，来减少低介电常数的绝缘膜化学机械抛光时所产生的擦伤。但是在降低施加在加压头上压力的条件下，一旦用过去已知的化学抛光用水分散液对上述叠层材料进行化学机械抛光，特别是在应当使被抛光面减少擦伤产生的低介电常数的绝缘膜尚未露出的阶段，即仅露出由作为配线材料的铜、钨、铝等形成的金属膜的阶段，不能获得足够的抛光速度，存在生产能力问题。

【发明内容】本发明是为解决上述问题而提出的，目的在于提供半导体装置制造工序中，对设有配线图案的晶片进行化学机械抛光时，在配线间、多层配线的层间等形成低介电常数的绝缘膜的情况下，特别适用的化学机械抛光方法以及该方法使用的化学机械抛光用水分散液。

本发明说明如下。〔1〕半导体基板的化学机械抛光方法，其特征在于使用含有(A)磨料和(B)从具有杂环的多元羧酸及其酸酐中选出的至少一种化合物的化学机械抛光用水系分散液，和抛光垫，在固定该抛光垫的定板转数为50～200rpm、该抛光垫对固定在加压头上的半导体基板施加700～18000Pa压力的条件下，对半导体基板的被抛光面抛光。〔2〕上述〔1〕中记载的半导体基板的化学机械抛光方法，其中所说的磨料(A)是由无机粒子和有机粒子中选出的至少一种粒子，以及有机无机复合粒子组成的。〔3〕上述〔2〕中记载的半导体基板的化学机械抛光方法，其中所说的(B)具有杂环的多元羧酸及其酸酐，是从2，3-吡啶二羧酸、2，3-吡啶二羧酸酐、2，5-吡啶二羧酸、2，6-吡啶二羧酸、3，4-吡啶二羧酸、3，5-吡啶二羧酸、1-(1’，2’-二羧基乙基)苯并三唑、4，4’-二羧基-2，2’-双联吡啶和5，5’-二羧基-2，2’-双联吡啶中选出的至少一种化合物。〔4〕上述〔3〕中记载的半导体基板的化学机械抛光方法，其中所说的被抛光面上有从铜膜和绝缘膜中选出的至少一种膜。〔5〕上述〔4〕中记载的半导体基板的化学机械抛光方法，其中所说的绝缘膜用毫微压痕法(Nanoindentation)测定的弹性系数处于20GPa以下。〔6〕上述〔1〕中记载的半导体基板的化学机械抛光方法，其中所说的被抛光面上有从铜膜和绝缘膜中选出的至少一种膜。〔7〕上述〔6〕中记载的半导体基板的化学机械抛光方法，其中所说的绝缘膜用毫微压痕法测定的弹性系数处于20GPa以下。〔8〕化学机械抛光用水系分散液，其特征在于其中含有(A)磨料和(B)从具有杂环的多元羧酸及其酸酐中选出的至少一种化合物，在固定该抛光垫的定板转数为50～200rpm、该抛光垫对固定在加压头上半导体基板施加700～18000Pa压力的条件下，用所说的抛光垫抛光半导体基板的被抛光面。〔9〕上述〔8〕中记载的化学机械抛光用水系分散液，其中所说的磨料(A)是由无机粒子和有机粒子中选出的至少一种粒子，以及有机无机复合粒子组成的。〔10〕上述〔9〕中记载的化学机械抛光用水系分散液，其中所说的(B)具有杂环的多元羧酸及其酸酐，是从2，3-吡啶二羧酸、2，3-吡啶二羧酸酐、2，5-吡啶二羧酸、2，6-吡啶二羧酸、3，4-吡啶二羧酸、3，5-吡啶二羧酸、1-(1’，2’-二羧基乙基)苯并三唑、4，4’-二羧基-2，2’-双联吡啶和5，5’-二羧基-2，2’-双联吡啶中选出的至少一种化合物。【发明效果】按照本发明，正如低介电常数的绝缘膜那样，即使对机械强度小的材料等叠层的半导体基板抛光的情况下，也能大幅度减少被抛光面上擦伤的产生和外周部分的剥离。还有，对作为配线材料的金属膜的抛光也不产生影响，具有优良的抛光速度和非常高的效率。

此外，按照本发明的化学机械抛光用水系分散液，能高效实施上述抛光方法。

【发明的实施方式】以下详细说明本发明。

在本发明的半导体基板的化学机械抛光方法中，使用含有(A)磨料[以下也叫作成分(A)]和(B)从具有杂环的多元羧酸及其酸酐中选出的至少一种化合物[以下也简单叫作成分(B)]的化学机械抛光用水系分散液(以下也简记作“水系分散液”)。

上述成分(A)，可以举出无机粒子、有机粒子和有机无机复合粒子。

作为上述无机粒子，可以举出二氧化硅、氧化铝、氧化铈、氧化钛、氧化锆、氮化硅和二氧化锰等。其中优选二氧化硅。作为这种二氧化硅可以具体举出采用气相中使氯化硅等与氧和氢反应的发烟法合成的发烟法氧化硅、用金属醇盐水解缩合的溶胶凝胶法合成的胶体氧化硅、采用提纯除去杂质的无机胶体法合成的胶体氧化硅等。

作为上述有机粒子，可以使用由(1)聚苯乙烯和苯乙烯类共聚物，(2)聚甲基丙烯酸甲酯等(甲基)丙烯酸树脂以及(甲基)丙烯酸类共聚物，(3)聚氯乙烯、聚缩醛、饱和聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚碳酸酯、苯酚树脂，以及(4)聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯-1、聚4-甲基-1-戊烯等聚烯烃及聚烯烃类共聚物等热塑性树脂制成的粒子。这些粒子能用乳液聚合法、悬浮聚合法、乳化分散法、粉碎法等方法制造。而且还可以在上述聚合物合成时，使二乙烯基苯、乙二醇二甲基丙烯酸酯等共存，以具有交联结构的共聚物形式使用。

这些有机粒子中，优选(1)聚苯乙烯和苯乙烯类共聚物，(2)聚甲基丙烯酸甲酯等(甲基)丙烯酸树脂和(甲基)丙烯酸类共聚物，以及具有这些交联结构的共聚物。

上述有机无机复合粒子，是指上述例示的无机粒子和有机粒子在抛光时形成不易分离的一体的粒子，而对其种类和构成等并无特别限定。

上述的复合粒子，可以使用在聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等聚合物粒子存在下，使烷氧基硅烷、铝醇盐和钛醇盐等缩聚，至少在聚合物粒子表面上结合聚硅氧烷等而形成的复合粒子。此外，生成的缩聚物既可以直接结合在聚合物粒子具有的官能团上，也可以通过硅烷偶合剂等结合。

而且也可以用氧化硅粒子、氧化铝粒子等代替烷氧基硅烷等。它们既可以与聚硅氧烷等保持络合，也可以通过它们具有的羟基等官能团化学结合在聚合物粒子上。

此外上述的复合粒子，在包含具有符号不同的ξ电位(zetapotential)的有机粒子和无机粒子的水系分散液中，这些粒子也可以依靠静电力加以结合。

这种情况下有机粒子的ξ电位，在全部pH区域内或者除低pH区的宽广区域内大多呈负电性，但是由于形成具有羧基、磺基的有机粒子，所以能更确实地形成具有负ξ电位的有机粒子。而且通过形成具有氨基的有机粒子，还能形成在特定pH区域内具有正ξ电位的有机粒子。

另一方面，无机粒子的ξ电位对pH的依赖性强，具有电位为0的等电点，ξ电位的符号在等电点前后将发生转变。

因此，通过将特定的有机粒子和无机粒子组合，在使其ξ电位变成相反符号的pH区域内加以混合，能够利用静电力将有机粒子和无机粒子复合为一体。

不仅如此，作为这种有机无机复合粒子，也可以使用在因静电力而被这样复合为一体的粒子存在下，像上述那样使烷氧基硅烷、铝醇盐和钛醇盐等缩聚，至少在这种粒子表面上再结合聚硅氧烷等而复合而成的粒子。

以下就成分(A)的优选粒径进行说明。

关于无机粒子，据认为大多是，例如用溶胶凝胶法或胶体法合成的胶体氧化硅等，在粒径较小的情况下初级粒子以会合或凝聚状态(次级粒子)存在。

此时，优选的初级粒子的平均粒径为1～3000nm，更优选为2～1000nm。

还有，优选的次级粒子的平均粒径为5～5000nm，更优选5～3000nm，特别优选10～1000nm。平均粒径低于5nm时，抛光速度有时会变得不充分，而此值超过5000nm的情况下有时对凹陷和腐蚀不能充分抑制，除了容易产生擦伤等表面缺陷之外，有时还有损于水系分散液的稳定性。

上述初级粒子的平均粒径，可以利用比表面积测定和透射式电子显微镜观察等方法算出。而且上述次级粒子的平均粒径可以利用激光散射衍射型测定仪的测定等求出。

另一方面，用发烟法合成的氧化硅等粒子，原是以次级粒子形式制造的，但是由于在水系分散液中以初级粒子将其分散极为困难，所以据认为与上述同样是以初级粒子凝聚而成的次级粒子形式存在的。因此关于发烟法合成的氧化硅等粒子，仅规定次级粒子的直径足以满足要求。

发烟法合成的氧化硅等粒子的优选次级粒子平均粒径为10～10000nm，更优选20～7000nm，特别优选50～5000nm。采用此范围内的次级粒子平均粒径时，抛光速度高、能够充分抑制凹陷和腐蚀，而且还能得到稳定的水系分散液。

有机粒子，据认为在水系分散液中几乎都已单独的粒子形式存在。

有机粒子的优选平均粒径为10～5000nm，更优选15～3000nm，特别优选20～1000nm。采用此范围内的平均粒径时，抛光速度高、能够充分抑制凹陷和腐蚀，而且还能得到稳定的水系分散液。

据说，有机无机复合粒子将以以下一种或者两种以上组合状态存在，取决于所使用的有机粒子和无机粒子的化学性质、粒径和使用量。

(i)有机粒子成为芯粒子，无机粒子(初级粒子或次级粒子状态下)在其四周以壳粒子形式附着，形成有机无机复合粒子状态。

(ii)无机粒子(初级粒子或次级粒子状态下)成为芯粒子，有机粒子在其四周以壳粒子形式附着，形成有机无机复合粒子状态。

(iii)有机粒子和无机粒子(初级粒子或次级粒子状态下)不以明确的芯/壳结构凝聚，形成有机无机复合粒子状态。

优选(i)或(iii)状态的。

上述(i)～(iii)中无机粒子和有机粒子的用量比，相对于100重量份有机粒子，无机粒子占1～2000重量份，优选占10～1000重量份。

还有，上述(i)～(iii)的有机无机复合粒子的平均粒径为20～20000nm，优选50～10000nm，更优选50～5000nm。

制成此范围内的有机无机复合粒子时，抛光速度高、能充分抑制擦伤，而且还能得到稳定的水系分散液。

作成分(A)用的无机粒子、有机粒子和有机无机复合粒子，虽然都可以各自单独使用一种或者两种以上并用，但是优选无机粒子与有机无机复合粒子并用，以及有机粒子和有机无机复合粒子并用，这种方式下可以得到高抛光速度，而且还能充分抑制抛光面被擦伤。特别优选的方式是无机粒子与有机无机复合粒子并用。

无机粒子与有机无机复合粒子并用的情况下，以及有机粒子和有机无机复合粒子并用的情况下，无机粒子或有机粒子与有机无机复合粒子的含量比，以重量比优选1∶10～10∶1，更优选1∶10～5∶1，特别优选1∶5～5∶1。通过将二者含量比设置在此范围内，从抛光速度高和抑制擦伤的角度来看，均能发挥优良效果。

水系分散液中成分(A)的含量，若以水系分散液总量为100重量％，则优选0.01～15重量％。成分(A)含量低于0.01重量％时，不能制成具有充分抛光速度的水系分散液，反之当超过15重量％的情况下，成本增高，同时水系分散液的稳定性也往往不充分。

上述成分(B)，是从具有杂环的多元羧酸及其酸酐中选择出来的至少一种化合物。作为结合的杂环没有特别限制，例如可以举出吡啶基、吲哚基、吡咯基、三唑基、三嗪基等。而且多元羧酸可以是二元羧酸、三元羧酸、四元羧酸，也可以是具有四个以上羧基的化合物。

而且上述酸酐只要是具有杂环的酸酐就无特别限制，但是也可以是具有杂环以及羧基的酸酐。

作为上述成分(B)，既可以仅是具有杂环的多元羧酸，也可以仅是上述的酸酐，还可以是具有杂环的多元羧酸与上述酸酐的组合。

作为上述成分(B)的实例，可以举出2，3-吡啶二羧酸、2，3-吡啶二羧酸酐、2，5-吡啶二羧酸、2，6-吡啶二羧酸、3，4-吡啶二羧酸、3，5-吡啶二羧酸、1-(1’，2’-二羧基乙基)苯并三唑、4，4’-二羧基-2，2’-双联吡啶和5，5’-二羧基-2，2’-双联吡啶等。这些化合物可以单独使用一种或者两种以上组合使用。

这些化合物中所含的羧基，在水系分散液中既可以是羧酸(COOH)结构，也可以是与碱金属离子、碱土类金属离子、铵离子、胺化合物离子等的羧酸盐结构。

这些化合物中，优选2，3-吡啶二羧酸及其碱金属盐和铵盐。

上述成分(B)的含量，以水系分散液总量为100重量％的情况下，优选0.0001～7重量％，更优选0.001～5重量％，特别优选0.01～1重量％。成分(B)的含量低于0.0001重量％时，抛光速度常常不充分。另一方面若配入7重量％则能得到充分的效果，因而没有必要使配比超过该数值。

本发明的半导体基板的化学机械抛光方法用水系分散液，虽然是含有成分(A)和成分(B)的，但是必要时也可以配合保护膜形成剂、氧化剂、有机酸、表面活性剂等。

上述的保护膜形成剂，在抛光过程中，通过与作配线材料用的金属反应在由这种金属构成的膜表面形成保护膜来调整抛光速度。其具体实例可以举出苯并三唑、羧基苯并三唑、甲苯基三唑、硫脲、苯并咪唑、苯并N-氧化噁二唑、2，1，3-苯并噻二唑、2-巯基苯并噻唑、2-巯基苯并噻二唑、2-巯基苯并噁唑、喹啉羧酸、蜜胺等与上述成分(B)不相当的杂环化合物；甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、胱氨酸、磺基丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、氨基丁酸等氨基酸；上述氨基酸的铵盐等氨基酸盐；水杨醛肟、邻苯二胺、间苯二胺、邻苯二酚和邻氨基苯酚等化合物。这些化合物可以单独使用一种或者两种以上组合并用。

其中优选苯并三唑、羧基苯并三唑、喹啉羧酸、甘氨酸、丙氨酸、水杨醛肟，特别优选苯并三唑、羧基苯并三唑、喹啉羧酸、甘氨酸。

上述保护膜形成剂的含量，以水系分散液总量为100重量％的情况下，优选5重量％以下，更优选0.001～3重量％，特别优选0.01～1重量％。处于此含量范围内时，能够在保持充分抛光速度的条件下，可以抑制金属配线的凹陷和腐蚀。

上述氧化剂和有机酸是以提高抛光速度的目的添加的。上述氧化剂可以举出例如过硫酸盐、过氧化氢、无机酸、有机过氧化物、多价金属盐、杂多酸等。

上述过硫酸盐可以举出过硫酸铵、过硫酸钾等。

上述无机酸可以举出硝酸、盐酸、硫酸等。

上述有机过氧化物可以举出过乙酸、过苯甲酸、叔丁基过氧化物等。

上述多价金属盐可以举出高锰酸化合物、重铬酸化合物等。高锰酸化合物和重铬酸化合物可以分别举出高锰酸钾等和重铬酸钾等。

上述的杂多酸可以举出硅钼酸、硅钨酸、磷钼酸、磷钨酸和硅钨钼酸等。

这些化合物可以单独使用一种或者两种以上组合使用。而且在这些氧化剂中从不含金属元素的情况下分解产物无害的观点来看，优选过氧化氢和有机过氧化物，特别优选过氧化氢。

上述氧化剂的含量，以水系分散液总量为100重量％的情况下，优选5重量％以下，更优选0.01～3重量％，特别优选0.05～2重量％。若含有5重量％氧化剂则能充分提高抛光速度，所以不必配合超过5重量％的氧化剂。

作为有机酸，可以使用一元酸、二元酸、羟基酸、羧酸酯之类种类广泛的有机酸，例如可以举出饱和酸、不饱和酸和芳香族酸等。

上述的饱和酸可以举出甲酸、乙酸、丁酸、草酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、羟基酸等。

上述不饱和酸可以举出马来酸和富马酸等。

上述芳香族酸可以举出苯甲酸和苯二甲酸等。

上述羟基酸可以举出乳酸、苹果酸、酒石酸、枸橼酸等。

这些酸可以单独使用一种或者两种以上组合使用。

这些有机酸中优选草酸、丙二酸、马来酸、乳酸、酒石酸、枸橼酸，特别优选草酸、丙二酸、马来酸、乳酸。

上述有机酸的含量，以水系分散液总量为100重量％的情况下，优选3重量％以下，更优选0.01～2重量％，特别优选0.01～1重量％。若含有3重量％有机酸则能充分提高抛光速度，所以其配合量不必超过此数值。

上述的表面活性剂可以在调整抛光速度和减少擦伤的目的下添加，可以使用阳离子型表面活性剂、阴离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂中任何类型的。其中特别优选阴离子型表面活性剂。

上述阴离子型表面活性剂，可以举出碳酸盐、磺酸盐、硫酸酯盐和磷酸酯盐等。

上述的碳酸盐可以举出脂肪酸皂、烷基醚碳酸盐等。

上述的磺酸盐可以举出烷基苯磺酸盐、烷基萘磺酸盐和α-烯烃磺酸盐等。

上述的硫酸酯盐可以举出高级醇硫酸酯盐、烷基醚硫酸盐、聚氧乙烯烷基苯基醚硫酸盐等。

上述的磷酸酯盐可以举出烷基磷酸酯盐等。

这些阴离子型表面活性剂中优选磺酸盐，更优选烷基苯磺酸盐，特别优选十二烷基苯磺酸钾和十二烷基苯磺酸铵。

上述表面活性剂的含量，在水系分散液总量为100重量％的情况下，优选2重量％以下，更优选0.001～1重量％，特别优选0.001～0.5重量％。处于此含量范围内时，抛光速度足够大，而且能得到有效抑制产生擦伤的水系分散液。

上述水系分散液，如上所述，是将(A)磨料和(B)从具有杂环的多元羧酸及其酸酐中选出的至少一种化合物，以及必要时任意配合的其他配合剂分散或溶解在水系介质中的分散液。作为上述水系介质，可以举出水，以及水和醇的混合介质等。作为醇可以举出甲醇、乙醇等。作为水系介质优选水。

水系分散液的pH，优选3～12，更优选5～11，特别优选7～10。若处于此范围内，则能实现充分的抛光速度，而且即使在抛光脆弱的绝缘膜的情况下，也能抑制擦伤等表面缺陷产生。

pH调整除使用上述无机酸和有机酸之外，还可以适当添加碱调整。

上述的碱可以举出碱金属氢氧化物、氨等。上述碱金属氢氧化物可以举出氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铷、氢氧化铯等。

本发明的化学机械抛光方法中，可以用上述水系分散液，以及例如EPO112、EPO222(以上均为任原制作所制造)、LGP-510、LGP-552(以上均为ラツプマスタ-SFT公司制造)、Mirra(アプライドマテリアル公司制造)等市售的化学机械抛光装置和IC1000、IC1010(以上均为ロデ-ル·ニツタ公司制造)等市售的抛光垫，对半导体基板进行抛光。

本发明的化学机械抛光方法中，固定抛光垫定板的转数为50～200rpm，优选70～180rpm。而且固定半导体基板的加压头对抛光垫施加的压力为700～18000Pa，优选1400～15000Pa，更优选1400～12000Pa。

此外，本发明的化学机械抛光方法中，向抛光垫供给水系分散液的供给量，通常为10～500毫升/分钟，优选100～400毫升/分钟。

定板转数、施加压力和化学机械水系分散液的供给量处于上述范围内，能够同时获得充分的抛光速度和被抛光面的良好表面状态。此效果据推定是由于抛光垫与被抛光面间的摩擦力处于适当范围之内的缘故。

作为上述摩擦力的指标，监测化学机械抛光时定板的驱动电流值是有效的。定板驱动电流的适当数值，因所用的化学机械抛光装置、抛光垫和被抛光面的种类等而异。例如，使用任原制作所制的EPO112型化学机械抛光装置和ロデ-ル·ニツタ公司制造的IC1000型抛光垫对铜膜进行化学机械抛光的情况下，适当数值为7A以下，优选5A以下。

作为能用本发明的化学机械抛光方法化学机械抛光的被抛光材料，例如可以举出在硅晶片上叠层的绝缘膜上形成沟槽部分，然后在形成了阻挡金属膜的带沟槽基板的整个表面上，堆积作配线材料用金属形成膜的半导体基板等。

此时，作配线材料的金属，例如可以举出铜、钨、铝等，但是本发明方法以铜作配线材料时特别适用。其中所说的铜，除纯铜外还包括铜硅合金、铜铝合金等，而且也包括含有95重量％以上铜的合金。

作为阻挡金属膜的材料，例如可以举出钽、氮化钽、钛、氮化钛等。这里所说的钽并不限于纯钽，也包括钽-铌等含钽的合金。而且氮化钽、钛、氮化钛等也不限于纯品。

本发明的化学机械抛光方法，即使采用低介电常数的绝缘膜作为上述绝缘膜材料的情况下，也能抑制擦伤等表面缺陷发生。低介电常数的绝缘膜，由于机械强度比过去的SiO2膜弱，所以用过去已知的化学机械抛光方法进行化学机械抛光时容易产生擦伤等表面缺陷，但是若用本发明的化学机械抛光方法，即使对这种低介电常数的绝缘膜进行化学机械抛光的情况下，也能获得良好的表面状态。

本发明的化学机械抛光方法，即使在用毫微压痕法测得弹性系数为20GPa以下的低介电常数的绝缘膜的情况下也能适用。上述弹性系数可以处于10GPa以下，特别是5GPa以下.

这种弹性系数，可以使用CSIRO制造的UMIS-2000型毫微试验压头以及锐角试验压头的毫微压痕法或半球形试验压头的毫微压痕法(分别记载在《非破坏检查》第47卷6号(1998)358～363页中的“毫微压痕法的原理及应用”4.毫微压痕的原理及应用4.1毫微试验压头的结构，以及4.2项和4.3项)求出。

这种低介电常数的绝缘膜，例如可以举出由含硅倍半氧丙环(介电常数约2.6～3.0)、加氟SiO2(介电常数约3.3～3.5)、聚酰胺类树脂(介电常数约2.4～3.6)、苯并环丁烷(介电常数约2.7)、含氢SOG(介电常数约2.5～3.5)和有机SOG(介电常数约2.9，)等形成的绝缘膜；在氧、一氧化碳、二氧化碳、氮气、氩气、水蒸汽、臭氧、氨等存在下，使烷氧基硅烷、硅烷、烷基硅烷、芳基硅烷、硅氧烷、烷基硅氧烷等，等离子聚合的聚合物形成的绝缘膜等。

其中以硅倍半氧丙环为主要成分的绝缘膜，例如可以举出密度为0.3～1.85克/平方厘米，具有孔径100nm以下的细孔的多孔性绝缘膜。

本发明的化学机械抛光方法中，在硅晶片上叠层上述那种绝缘膜，进而在其上形成沟槽部分，然后在形成了阻挡金属膜的带沟槽基板的整个表面上堆积作配线材料用金属形成膜，通过对此膜的被抛光面进行化学机械抛光，除去嵌埋在上述沟槽部分内的金属(配线材料)以外的部分金属，能够形成嵌埋的配线。

此外，上述半导体基板由于在作配线材料用的金属层和绝缘膜间形成阻挡金属层，所以理论上绝缘部分不会被化学机械抛光。但是，在现有的化学机械抛光工序中，由于为除去若干残存在于沟槽以外部分的配线材料而进行所谓的过度抛光(超过除去金属层计算上所需时间的继续抛光)，所以部分绝缘膜材料有时露出被抛光表面，这种情况下会出现擦伤等表面缺陷。本发明的化学机械抛光方法，在那种情况下，即使使用例如机械强度脆弱的低介电常数材料作为绝缘膜材料，也能抑制擦伤等表面缺陷产生，有利于提高产品的成品率。

而且本发明的化学机械抛光方法，在硅晶片上叠层上述那种绝缘膜，进而在其上形成沟槽部分，然后在形成阻挡金属膜的带沟槽基板的整个表面上堆积作配线材料用金属形成膜，对此膜的半导体基板的表面进行化学机械抛光时，在低介电常数的绝缘膜尚未露出抛光面的阶段，即仅对作配线材料的金属进行抛光的阶段，能够有效地抑制为底层用的低介电常数的绝缘膜从其外部剥离现象的出现。这种效果，据推定是由于在抛光垫与作被抛光面用的金属膜(优选铜膜)间的摩擦力被设定在适当范围内的缘故。能够用来代替化学机械抛光时定板驱动电流值作为这种摩擦力指标的虽然记载如上，但是这种情况下的驱动电流应当理解成对金属膜(优选铜膜)作化学机械抛光阶段的驱动电流。【附图简要说明】图1表示CMP前的半导体基板的配线部分的截面概略图。【实施例】以下借助于实施例对本发明作更详细的说明。1、含磨料的分散液的制备1-1、含发烟法氧化硅粒子分散液的制备向6.7千克离子交换水中投入2千克发烟法氧化硅粒子(日本アエロジル公司制，商品名“アエロジル#50”)，用超声波分散机分散后，用孔径5μm的过滤器过滤，制成含有发烟法氧化硅粒子的分散液。此分散液中所含发烟法氧化硅粒子的平均初级粒子粒径为20nm，平均次级粒子粒径为100nm。1-2、含发烟法氧化铝粒子分散液的制备上述1-1中，除使用发烟法氧化铝粒子(デグサ公司制，商品名“Aluminium Oxide C”)代替发烟法氧化硅粒子之外，与上述1-1大体相同的方式制备了含有发烟法氧化铝粒子的分散液。此分散液中所含发烟法氧化铝粒子的平均初级粒子粒径为13nm，平均次级粒子粒径为130nm。1-3、含有由复合粒子组成磨料的分散液的制备向容积为2升的烧瓶中，加入90重量份甲基丙烯酸甲酯、5重量份甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯(新中村化学工业公司制，商品名“NKエステル-90G #400”)、5重量份4-乙烯基吡啶、2重量份偶氮类聚合引发剂(和光纯药公司制，商品名“ V50”)和400重量份离子交换水，在氮气气氛和搅拌下升温至70℃，使之聚合6小时。利用这种方法得到了具有氨基的阳离子和聚乙二醇链的、含有平均粒径为0.15μm的聚甲基丙烯酸甲酯类粒子的分散液。向此含有聚甲基丙烯酸甲酯类粒子的分散液中加入离子交换水，将粒子含量调整到10重量％。其中聚合收率为95％。

接着，将100重量份这种含有聚甲基丙烯酸甲酯类粒子的分散液(粒子含量10重量％)投入容积2升的烧瓶中，添加1重量份甲基三甲氧基硅烷，在40℃下搅拌2小时。然后用1N硝酸将pH调整至2，得到了分散液(a)。

分散液(a)所含聚甲基丙烯酸甲酯类粒子的ξ电位为+17mV。

另一方面，用1N氢氧化钾水溶液，将含有10重量％胶体氧化硅(日产化学公司制，商品名“スノ-テツクス O”)分散液(所含胶体氧化硅的平均初级粒子粒径为12nm，平均次级粒子粒径为79nm)的pH调整到8，得到分散液(b)。

分散液(b)所含胶体氧化硅粒子的ξ电位为-40mV。

然后，在2小时内将50重量份分散液(b)在100重量份分散液(a)中缓缓添加混合，搅拌2小时，得到了含有在聚甲基丙烯酸甲酯类粒子上附着氧化硅粒子的粒子的分散液。其中此阶段内分散液的pH为6.5，此pH下聚甲基丙烯酸甲酯类粒子的电位为+6.5mV，胶体氧化硅粒子的ξ电位为-30mV。

接着，向此分散液中添加2重量份乙烯基三乙氧基硅烷，搅拌1小时后，添加1重量份四乙氧基硅烷，升温到60℃，继续搅拌3小时后冷却，得到了含有复合粒子的分散液。此复合粒子的平均粒径为180nm，在聚甲基丙烯酸甲酯类粒子的80％表面上附着了氧化硅粒子。2、化学机械抛光用水系分散液的制备2-1、水系分散液[1]的制备向聚乙烯瓶中投入含有上述1-1中制备的发烟法氧化硅粒子的预定量分散液，然后添加表1记载的各种配合剂达到其中记载的含量(重量％)，充分搅拌。其中过氧化氢使用31重量％的双氧水，使按照纯过氧化氢换算的配比达到表1记载的数值。还有，在表1中“DBK”表示十二烷基苯磺酸钾。

接着，加入10重量％的氢氧化钾水溶液调节pH后，再加入离子交换水使水系分散液总量达到100重量％。然后用直径5μm的过滤器过滤，得到了水系分散液[1]。

此化学机械水系分散液的pH为10.5。2-2、水系分散液[2]～[12]的制备在水系分散液[1]的制备中，除配合的各成分的种类和数量、pH调节剂种类和pH如表1～3记载的之外，采用与上述水系分散液[1]的制备大体相同的方式，制备了水系分散液[2]～[12]。

其中在化学机械水系分散液[3]～[10]和[12]中，利用向容器中依次投入预定量的、含有上述1-1中制备的发烟法氧化硅粒子的分散液，以及由上述1-3制备的复合粒子组成磨料的分散液的方法互相配合的。在水系分散液[6]中，利用依次添加预定量的喹啉酸和甘氨酸的方法配合。

而且水系分散液[7]和[8]中作pH调节剂用的氨，使用28重量％的氨水，使换算成纯氨的配比量达到表2中记载的数值。

在表2～表3中，“DBK”也表示十二烷基苯磺酸钾。【表1】

*)DBK表示十二烷基苯磺酸钾【表2】

*)DBK表示十二烷基苯磺酸钾【表3】

*)DBK表示十二烷基苯磺酸钾3、实施例1～13和对照例1～6使用上述方式制备的水系分散液[1]～[12]，对铜膜和绝缘膜的抛光性能评价如下。3-1、铜膜抛光性能的评价将作为抛光面用的表面形成铜膜的8英寸带有热氧化膜的硅基板上(旭日产业公司制，铜膜厚度15000)，安装在化学机械抛光装置(任原制作所制，“EPO112”型)上，使用多孔聚氨酯抛光垫(ロデ-ル·ニツタ公司制，商品名“IC1000”)，以300毫升/分钟供给表1～表3记载的水系分散液，在表4～表6记载的施加压力和定板转数下抛光1分钟。此时定板的驱动电流最大值示于表4～表6之中。

而且用电导式膜厚测定仪(ケ-エルエ-·テンコ-ル公司制，商品名“オムニマツプRS75”)测定抛光后的膜厚，计算出铜膜的抛光速度。结果示于表4～表6之中。3-2、低介电常数的绝缘膜抛光性能的评价3-2-1、低介电常数的绝缘膜的制造(i)聚硅氧烷溶胶的制备将由101.5克甲基三甲氧基硅烷、276.8克甲氧基丙酸甲酯和9.7克四异丙氧基钛/乙酰乙酸乙酯复合体组成的混合溶液加热到60℃，在1小时内向此混合溶液中滴加112.3克γ-丁内酯和水的混合液(重量比4.58∶1)。混合液滴加终止后，再于60℃下使反应1小时，得到了聚硅氧烷溶胶。(ii)聚苯乙烯粒子的制备将100重量份苯乙烯、2重量份偶氮类聚合引发剂(和光纯药公司制，商品名“V60”)、0.5重量份十二烷基苯磺酸钾和400重量份离子交换水加入烧瓶中，在氮气气氛和搅拌下升温至70℃，使聚合6小时。这样得到了平均粒径150nm的聚苯乙烯粒子。(iii)低介电常数的绝缘膜的制造将15克上述(i)得到的聚硅氧烷溶胶和1克上述(ii)得到的聚苯乙烯粒子混合，用旋涂法将得到的混合物涂布在直径8英寸带热氧化膜的硅基板(旭日产业公司制)上，形成厚度1.39μm涂膜。然后在80℃下加热5分钟，接着在200℃下加热5分钟，进而在真空下，依次在340℃、360℃和380℃下各加热30分钟，再于450℃下加热1小时后，形成了无色透明的薄膜(膜厚2000)。

用扫描型电子显微镜观察此膜断面后发现，形成了微小的空孔。而且介电常数为1.96，弹性系数经毫微压痕法测定为3GPa，孔隙率为15％。3-2-2低介电常数的绝缘膜的抛光以上述方式制造的低介电常数的绝缘膜作为被抛光面，在与上述3-1同样条件下进行了化学机械抛光。用光干涉型膜厚测定仪(SENTEC公司制造，“FPT500”型)测定了抛光后绝缘膜的厚度，计算出抛光速度。还有，用光学显微镜观察在绝缘膜边缘部有无绝缘膜的剥离。而且用晶片表面异物检查装置(ケ-エルエ-·テンコ-ル公司制，“サ-フスキヤン SP1”型)测定了被抛光面全表面上擦伤的数目。将此值换算成单位面积(10-2mm2，100×100μm的正方形区域)所相当的数目。此值处于5以下时可以说擦伤良好。

低介电常数的绝缘膜的抛光速度、绝缘膜外周部分绝缘膜剥离的有无和单位面积上相当的擦伤数目示于表4～表6之中。【表4】

【表5】

【表6】

表4～表5的结果说明，本发明的化学机械抛光方法，铜膜的抛光速度十分高，而且即使在对脆弱的低介电常数的绝缘膜进行抛光的情况下也完全没有擦伤现象发生或极少发生。

另一方面，表6的结果还说明，在本发明条件之外进行化学机械抛光，不能获得绝缘膜抛光时具有良好的表面状态和铜膜抛光时具有充分抛光速度两全的效果。