JP2000212776A - Aqueous dispersion for mechanochemical polishing - Google Patents

Aqueous dispersion for mechanochemical polishing

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JP2000212776A
JP2000212776A JP990399A JP990399A JP2000212776A JP 2000212776 A JP2000212776 A JP 2000212776A JP 990399 A JP990399 A JP 990399A JP 990399 A JP990399 A JP 990399A JP 2000212776 A JP2000212776 A JP 2000212776A
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Japan
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aqueous dispersion
acid
polishing
metal layer
film
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JP990399A
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Japanese (ja)
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Masayuki Hattori
雅幸 服部
Kiyonobu Kubota
清信 窪田
Masayuki Motonari
正之 元成
Akira Iio
章 飯尾
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JSR Corp
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JSR Corp
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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an aqueous dispersion for mechanochemical polishing useful for a metallic layer such as a film to be worked in a semiconductor device. SOLUTION: This aqueous dispersion contains an oxidizing agent such as hydrogen peroxide, peracetic acid, an organic peroxide or a permanganic acid compound, abrasive grains having 0.01-3 μm, particularly 0.05-1.0 μm average grain diameter and comprising inorganic particles of silica, alumina or the like or organic particles of polystyrene, polymethyl methacrylate or the like and water. When a body with a metallic layer to be polished is immersed in the aqueous dispersion for 30 min, the etching depth of the metallic layer is <=2,000 Å. The aqueous dispersion is used for mechanochemically polishing a metallic layer such as a film to be worked in a semiconductor device. The aqueous dispersion may further contain 3-3,000 ppm ions of a polyvalent metal such as aluminum, titanium or chromium, an organic acid such as p- toluenesulfonic acid or dodecylbenzenesulfonic acid and an inorganic acid such as nitric acid or hydrochloric acid.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、化学機械研磨用水
系分散体に関する。更に詳しくは、本発明は、半導体装
置の被加工膜等の金属層の化学機械研磨において特に有
用な水系分散体に関する。本発明の化学機械研磨用水系
分散体を使用して金属層を研磨すれば、研磨速度が大き
く、効率的に研磨することができ、且つ過度なエッチン
グ、シンニング、デッシング、キーホール及びスクラッ
チ等の発生が少なく、被加工面を高度に仕上げることが
できる。
[0001] The present invention relates to an aqueous dispersion for chemical mechanical polishing. More specifically, the present invention relates to an aqueous dispersion particularly useful in chemical mechanical polishing of a metal layer such as a film to be processed of a semiconductor device. If the metal layer is polished using the chemical mechanical polishing aqueous dispersion of the present invention, the polishing rate is high, the polishing can be efficiently performed, and excessive etching, thinning, dishing, keyhole, scratch, etc. The generation of the surface is low and the surface to be processed can be highly finished.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の集積度の向上、多層配線化
などにともない、被加工膜等の研磨に化学機械研磨の技
術が導入されている。特開昭62−102543号公
報、特開昭64−55845号公報、特開平5−275
366号公報、特表平8−510437号公報、特開平
8−17831号公報、特開平8−197414号公報
及び特開平10−44047号公報等に開示されている
ように、プロセスウエハ上の絶縁膜に形成された孔や溝
などに、タングステン、アルミニウム、銅等の配線材料
を埋め込んだ後、研磨により余剰の配線材料を除去する
ことによって配線を形成する手法が知られている。
2. Description of the Related Art With the improvement of the degree of integration of semiconductor devices and multi-layer wiring, a technique of chemical mechanical polishing has been introduced for polishing a film to be processed. JP-A-62-102543, JP-A-64-55845, JP-A-5-275
As disclosed in Japanese Patent Application Publication No. 366, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-51037, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-17831, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-197414, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-44047, etc. There is known a method of forming a wiring by embedding a wiring material such as tungsten, aluminum, or copper in a hole or a groove formed in a film and then removing excess wiring material by polishing.

【0003】このような研磨においては、化学的エッチ
ングと機械的な研磨とを効果的に組み合わせることが必
要であり、これらの化学的作用と機械的作用とのバラン
スが精度の高い良好な研磨面を得るうえで重要である。
化学的エッチングが強すぎると、過度なエッチング、シ
ンニング、デッシング、キーホールなどの間題が発生す
る。一方、機械研磨が強すぎると、機械的損傷が大きく
スクラッチの原因となる。また、化学的エッチング、機
械研磨ともに弱い場合は、研磨速度が小さすぎて実用的
ではない。
[0003] In such polishing, it is necessary to effectively combine chemical etching and mechanical polishing, and the balance between the chemical action and the mechanical action is a good polished surface with high precision. Is important in obtaining
If the chemical etching is too strong, problems such as excessive etching, thinning, dishing, and keyhole may occur. On the other hand, if the mechanical polishing is too strong, mechanical damage is large and causes scratches. Further, when both chemical etching and mechanical polishing are weak, the polishing rate is too low to be practical.

【0004】この化学機械研磨のための研磨剤として、
特公平6−103681号公報には、研磨剤粒子、遷移
キレート塩及びこの塩を溶解する溶媒からなる研磨組成
物が記載されている。更に、特公平6−3133164
号公報には、水性コロイダルシリカゾル又はゲルからな
る研磨材と、過硫酸塩からなる研磨促進剤により構成さ
れる研磨組成物が開示されている。また、特開平7−2
33485号公報には、アミノ酢酸及びアミド硫酸と酸
化剤及び水を含有する研磨組成物が記載されている。し
かし、これらの研磨組成物の多くは、化学的研磨性能を
高めた結果、配線材料が過度にエッチングされ、研磨速
度は大きいものの、被研磨面に腐食痕が残り、良好な仕
上げ面を得ることができないとの問題がある。
As an abrasive for this chemical mechanical polishing,
Japanese Patent Publication No. 6-103681 discloses a polishing composition comprising abrasive particles, a transition chelate salt and a solvent dissolving the salt. Furthermore, Japanese Patent Publication No. 6-3133164
Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H11-157, discloses a polishing composition composed of an abrasive made of aqueous colloidal silica sol or gel and a polishing accelerator made of persulfate. Also, Japanese Patent Laid-Open No. 7-2
No. 33485 describes a polishing composition containing aminoacetic acid, amidosulfuric acid, an oxidizing agent and water. However, in many of these polishing compositions, as a result of enhancing the chemical polishing performance, the wiring material is excessively etched, and although the polishing rate is high, corrosion marks remain on the polished surface, and a good finished surface is obtained. There is a problem that can not be.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の従来
の問題を解決するものであり、研磨速度が大きく、効率
的に研磨することができ、且つ過度なエッチング、シン
ニング、デッシング、キーホール及びスクラッチなどの
発生が少なく、精度の高い良好な仕上げ面を得ることが
できる化学機械研磨用水系分散体を提供することを目的
とする。また、本発明は、半導体装置の被加工膜等の金
属層の研磨において有用な化学機械研磨用水系分散体を
提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and has a high polishing rate, can be efficiently polished, and has excessive etching, thinning, dishing, and keyholes. It is another object of the present invention to provide a chemical mechanical polishing aqueous dispersion that can produce a high-precision and good finished surface with less occurrence of scratches and the like. Another object of the present invention is to provide a chemical mechanical polishing aqueous dispersion useful in polishing a metal layer such as a film to be processed of a semiconductor device.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】第1発明の化学機械研磨
用水系分散体は、酸化剤、平均粒子径0.01〜3μm
の砥粒及び水を含有し、金属層と30分間接触させた場
合の、該金属層のエッチング深さが2000Å以下であ
り、該金属層の研磨に用いられることを特徴とする。ま
た、第2発明の化学機械研磨用水系分散体は、多価金属
イオン、酸化剤、酸、平均粒子径0.01〜3μmの砥
粒及び水を含有し、金属層と30分間接触させた場合
の、該金属層のエッチング深さが2000Å以下であ
り、該金属層の研磨に用いられることを特徴とする。
An aqueous dispersion for chemical mechanical polishing according to the first invention comprises an oxidizing agent, an average particle diameter of 0.01 to 3 μm.
Wherein the metal layer has an etching depth of 2000 ° or less when it is brought into contact with the metal layer for 30 minutes, and is used for polishing the metal layer. Further, the chemical mechanical polishing aqueous dispersion of the second invention contains a polyvalent metal ion, an oxidizing agent, an acid, abrasive grains having an average particle diameter of 0.01 to 3 μm and water, and was brought into contact with the metal layer for 30 minutes. In this case, the metal layer has an etching depth of 2000 ° or less, and is used for polishing the metal layer.

【0007】上記「酸化剤」としては、水溶性のもので
あれば特に制限されることなく使用することができ、半
導体装置の被加工膜等の金属層の電気化学的性質などに
より、例えば、Pourbaix線図等によって適宜の
ものを選択して使用することが好ましい。この酸化剤と
しては、具体的には、過酸化水素、過酢酸、過安息香
酸、tert−ブチルハイドロパーオキサイド等の有機
過酸化物、過マンガン酸カリウム等の過マンガン酸化合
物、重クロム酸カリウム等の重クロム酸化合物、ヨウ素
酸カリウム等のハロゲン酸化合物、硝酸及び硝酸鉄等の
硝酸化合物、過塩素酸等の過ハロゲン酸化合物、フェリ
シアン化カリウム等の遷移金属塩、過硫酸アンモニウム
等の過硫酸塩、並びにへテロポリ酸等が拳げられる。こ
れらのうちでは、金属元素を含有せず、分解生成物が無
害である過酸化水素及び有機過酸化物が特に好ましい。
これらの酸化剤を含有させることにより、特に半導体装
置の被加工膜等の金属層を研磨する場合に、研磨速度を
大きく向上させることができる。
The "oxidizing agent" can be used without any particular limitation as long as it is water-soluble. For example, depending on the electrochemical properties of a metal layer such as a film to be processed of a semiconductor device, for example, It is preferable to select and use an appropriate one according to a Pourbaix diagram or the like. Specific examples of the oxidizing agent include organic peroxides such as hydrogen peroxide, peracetic acid, perbenzoic acid, tert-butyl hydroperoxide, permanganate compounds such as potassium permanganate, and potassium dichromate. Dihalic acid compounds, such as potassium iodate, nitric acid compounds such as nitric acid and iron nitrate, perhalic acid compounds such as perchloric acid, transition metal salts such as potassium ferricyanide, and persulfates such as ammonium persulfate. , As well as heteropoly acids. Among these, hydrogen peroxide and organic peroxides which do not contain a metal element and whose decomposition products are harmless are particularly preferred.
By including these oxidizing agents, the polishing rate can be greatly improved particularly when polishing a metal layer such as a film to be processed of a semiconductor device.

【0008】酸化剤の含有量は、水系分散体を100重
量部とした場合に、0.1〜15重量部とすることがで
き、特に1〜10重量部、更には2〜8重量部とするこ
とが好ましい。この含有量が0.1重量部未満では、水
系分散体の研磨速度が十分に大きくならない。一方、1
5重量部含有させれば研磨速度を十分に向上させること
ができ、15重量部を超えて多量に含有させた場合は、
被研磨面に腐食が発生したり、取り扱い上、危険であっ
て好ましくない。
[0008] The content of the oxidizing agent can be 0.1 to 15 parts by weight, especially 1 to 10 parts by weight, more preferably 2 to 8 parts by weight, when the aqueous dispersion is 100 parts by weight. Is preferred. If this content is less than 0.1 part by weight, the polishing rate of the aqueous dispersion will not be sufficiently high. Meanwhile, 1
When the content is 5 parts by weight, the polishing rate can be sufficiently improved, and when the content is more than 15 parts by weight,
Corrosion occurs on the surface to be polished and is dangerous in handling, which is not preferable.

【0009】上記「砥粒」としては、シリカ、アルミ
ナ、チタニア及びジルコニア等の無機砥粒を使用するこ
とができる。また、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン及び
スチレン系共重合体、ポリアセタール、飽和ポリエステ
ル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポ
リプロピレン、ポリ−1−ブテン、ポリ−4−メチル−
1−ペンテン等のポリオレフィン及びオレフィン共重合
体、フェノキシ樹脂、ポリメチルメタクリレート等の
(メタ)アクリル樹脂及びアクリル系共重合体などの熱
可塑性樹脂からなる有機砥粒を用いることもできる。
As the above "abrasive grains", inorganic abrasive grains such as silica, alumina, titania and zirconia can be used. Also, polyvinyl chloride, polystyrene and styrene copolymers, polyacetal, saturated polyester, polyamide, polycarbonate, polyethylene, polypropylene, poly-1-butene, poly-4-methyl-
Organic abrasive grains made of a thermoplastic resin such as a polyolefin and an olefin copolymer such as 1-pentene, a (meth) acrylic resin such as a phenoxy resin, and polymethyl methacrylate, and an acrylic copolymer can also be used.

【0010】この有機砥粒としては、スチレン、メチル
メタクリレート等と、ジビニルベンゼン、エチレングリ
コールジメタクリレート等とを共重合させて得られる、
架橋構造を有する重合体からなるものを使用することも
できる。更に、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹
脂、エポキシ樹脂、アルキッド樹脂及び不飽和ポリエス
テル樹脂等の熱硬化性樹脂からなる有機砥粒を用いるこ
ともできる。これらの無機砥粒及び有機砥粒は、それぞ
れ1種のみを使用してもよいし、2種以上を併用しても
よい。更に、無機砥粒と有機砥粒とを併用することもで
きる。
The organic abrasive is obtained by copolymerizing styrene, methyl methacrylate or the like with divinylbenzene, ethylene glycol dimethacrylate or the like.
A polymer composed of a polymer having a crosslinked structure can also be used. Further, organic abrasive grains made of a thermosetting resin such as a phenol resin, a urea resin, a melamine resin, an epoxy resin, an alkyd resin, and an unsaturated polyester resin can also be used. These inorganic abrasive grains and organic abrasive grains may each be used alone or in combination of two or more. Further, inorganic abrasive grains and organic abrasive grains can be used in combination.

【0011】砥粒として機能する重合体粒子の形状は球
状であることが好ましい。この球状とは、鋭角部分を有
さない略球形のものをも意味し、必ずしも真球に近いも
のである必要はない。球状の研磨粒子を用いることによ
り、研磨の際に被研磨面にスクラッチが発生したり、被
研磨面が粗面となることが防止、或いは少なくとも抑制
される。
The shape of the polymer particles functioning as abrasive grains is preferably spherical. The spherical shape also means a substantially spherical shape having no acute angle portion, and does not necessarily need to be close to a true sphere. The use of spherical abrasive particles prevents or at least suppresses the occurrence of scratches on the surface to be polished during polishing and the roughening of the surface to be polished.

【0012】砥粒の平均粒子径は「0.01〜3μm」
であり、この平均粒子径が0.01μm未満では、十分
に研磨速度の大きい水系分散体を得ることができない。
一方、平均粒子径が3μmを超える場合は、砥粒が沈降
し、分離してしまって、安定な水系分散体とすることが
容易ではない。この平均粒子径は特に0.05〜1.0
μm、更には0.1〜0.7μmであることが好まし
い。この範囲の平均粒子径を有する砥粒であれば、研磨
速度が大きく、且つ粒子の沈降、及び分離を生ずること
のない、安定な化学機械研磨用水系分散体とすることが
できる。尚、この平均粒子径は、透過型電子顕微鏡によ
って観察することにより測定することができる。
The average particle size of the abrasive grains is "0.01 to 3 μm"
If the average particle size is less than 0.01 μm, an aqueous dispersion having a sufficiently high polishing rate cannot be obtained.
On the other hand, when the average particle diameter exceeds 3 μm, the abrasive grains settle and separate, and it is not easy to obtain a stable aqueous dispersion. This average particle diameter is particularly 0.05 to 1.0.
μm, and more preferably 0.1 to 0.7 μm. Abrasive particles having an average particle diameter in this range can provide a stable chemical mechanical polishing aqueous dispersion that has a high polishing rate and does not cause sedimentation and separation of particles. In addition, this average particle diameter can be measured by observing with a transmission electron microscope.

【0013】また、砥粒の含有量は、水系分散体を10
0重量部とした場合に、0.1〜20重量部とすること
ができ、特に1〜15重量部、更には2〜10重量部と
することが好ましい。砥粒の含有量が0.1重量部未満
では研磨性能の向上が十分ではなく、一方、20重量部
を超えて含有させた場合はコスト高になるとともに、水
系分散体の安定性が低下するため好ましくない。
[0013] The content of the abrasive grains is 10% for the aqueous dispersion.
When it is 0 parts by weight, it can be 0.1 to 20 parts by weight, particularly preferably 1 to 15 parts by weight, more preferably 2 to 10 parts by weight. When the content of the abrasive grains is less than 0.1 part by weight, the polishing performance is not sufficiently improved. On the other hand, when the content exceeds 20 parts by weight, the cost increases and the stability of the aqueous dispersion decreases. Therefore, it is not preferable.

【0014】第2発明において、上記「多価金属イオ
ン」としては、アルミニウム、チタン、バナジウム、ク
ロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、
ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、錫、アンチ
モン、タンタル、タングステン、鉛及びセリウム等の金
属のイオンが挙げられる。これらは1種のみであっても
よいし、2種以上の多価金属イオンが併存していてもよ
い。この多価金属イオンとしては、第3発明のように、
アルミニウム、チタン、クロム、マンガン、鉄、銅、亜
鉛、錫及びセリウムから選ばれるl種以上の金属のイオ
ンであることが、研磨速度がより高くなるため特に好ま
しい。
In the second invention, the "polyvalent metal ion" includes aluminum, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc,
Examples include ions of metals such as germanium, zirconium, molybdenum, tin, antimony, tantalum, tungsten, lead, and cerium. These may be only one kind or two or more kinds of polyvalent metal ions may coexist. As the polyvalent metal ion, as in the third invention,
It is particularly preferable that the ion is at least one metal selected from aluminum, titanium, chromium, manganese, iron, copper, zinc, tin, and cerium because the polishing rate is higher.

【0015】水系分散体に含まれる多価金属イオンの含
有量は、第3発明のように、3〜3000ppmである
ことが好ましい。この含有量は、特に10〜2000p
pm、更には30〜l000ppmであることがより好
ましい。この多価金属イオンは酸化剤の機能を促進する
作用を有するものであり、多価金属イオンの含有量が3
ppm未満では、この促進作用が不十分となり、研磨速
度が十分に高くならないため好ましくない。一方、30
00ppmを超える多価金属イオンを含有させた場合
は、半導体装置の被加工膜等が金属イオンによって汚損
されるため好ましくない。
The content of polyvalent metal ions contained in the aqueous dispersion is preferably 3 to 3000 ppm as in the third invention. This content is especially 10 to 2000p
pm, more preferably 30 to 1,000 ppm. This polyvalent metal ion has an action of promoting the function of the oxidizing agent, and the content of the polyvalent metal ion is 3%.
If the amount is less than ppm, the accelerating effect becomes insufficient, and the polishing rate is not sufficiently increased. On the other hand, 30
It is not preferable to include a polyvalent metal ion exceeding 00 ppm because a film to be processed of a semiconductor device is contaminated by the metal ion.

【0016】この多価金属イオンは、多価金属元素を含
む硫酸塩、酢酸塩等の塩或いは錯体を水系媒体に添加し
て生成させることができ、多価金属元素の酸化物を添加
して生成させることもできる。また、水系媒体に添加さ
れ、1価の金属イオンが生成する化合物であっても、こ
のイオンが酸化剤により多価金属イオンになるものであ
れば使用することができる。
This polyvalent metal ion can be formed by adding a salt or complex such as a sulfate or an acetate containing a polyvalent metal element to an aqueous medium, and adding an oxide of the polyvalent metal element to the aqueous medium. It can also be generated. Further, even a compound which is added to an aqueous medium and generates a monovalent metal ion can be used as long as this ion becomes a polyvalent metal ion by an oxidizing agent.

【0017】上記「酸」を含有させ、pHを調整するこ
とにより、水系分散体の分散性、安定性及び研磨速度を
より向上させることができる。この酸は特に限定され
ず、有機酸、無機酸のいずれも使用することができる。
有機酸としては、パラトルエンスルホン酸、ドデシルベ
ンゼンスルホン酸、イソプレンスルホン酸、グルコン
酸、乳酸、クエン酸、酒石酸、リンゴ酸、グリコール
酸、マロン酸、ギ酸、シユウ酸、コハク酸、フマル酸、
マレイン酸及びフタル酸等が挙げられる。これらの有機
酸は1種のみを用いてもよいし、2種以上を併用するこ
ともできる。また、無機酸としては、硝酸、塩酸及び硫
酸等が挙げられ、これら無機酸も1種のみを用いてもよ
いし、2種以上を併用することもできる。更に、有機酸
と無機酸とを併用することもできる。これらの酸は、水
系分散体を100重量部とした場合に、0.1〜10重
量部、特に1〜8重量部含有させることができる。酸の
含有量が0.1〜10重量部の範囲であれば、分散性に
優れ、十分に安定な水系分散体とすることができ、ま
た、エッチング等が抑えられ、研磨速度も向上するため
好ましい。
By adding the above "acid" and adjusting the pH, the dispersibility, stability and polishing rate of the aqueous dispersion can be further improved. This acid is not particularly limited, and any of an organic acid and an inorganic acid can be used.
Examples of organic acids include p-toluenesulfonic acid, dodecylbenzenesulfonic acid, isoprenesulfonic acid, gluconic acid, lactic acid, citric acid, tartaric acid, malic acid, glycolic acid, malonic acid, formic acid, oxalic acid, succinic acid, fumaric acid,
Maleic acid and phthalic acid; One of these organic acids may be used alone, or two or more thereof may be used in combination. Examples of the inorganic acid include nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid and the like. These inorganic acids may be used alone or in combination of two or more. Further, an organic acid and an inorganic acid can be used in combination. These acids can be contained in an amount of 0.1 to 10 parts by weight, particularly 1 to 8 parts by weight, based on 100 parts by weight of the aqueous dispersion. When the content of the acid is in the range of 0.1 to 10 parts by weight, the dispersibility is excellent, and a sufficiently stable aqueous dispersion can be obtained. Further, etching and the like are suppressed, and the polishing rate is improved. preferable.

【0018】第1及び第2発明の水系分散体では、半導
体装置の被加工膜等の金属層と水系分散体とを30分間
接触させた場合の、この金属層の「エッチング深さ」が
「2000Å以下」である。このエッチング深さは、特
に30〜1500Å、更には20〜1000Å程度とす
ることができるが、研磨速度及び被研磨面における腐食
の有無等を勘案し、酸化剤の含有量、多価金属イオン濃
度等を適宜調整して、所要のエッチング深さとすること
が好ましい。
In the aqueous dispersions of the first and second inventions, when the metal layer such as a film to be processed of a semiconductor device is brought into contact with the aqueous dispersion for 30 minutes, the "etching depth" of this metal layer is " 2000 mm or less ". The etching depth can be about 30 to 1500 °, and more preferably about 20 to 1000 °. The oxidizing agent content and the polyvalent metal ion concentration are taken into consideration in consideration of the polishing rate and the presence or absence of corrosion on the surface to be polished. It is preferable that the etching depth is appropriately adjusted to obtain a required etching depth.

【0019】本発明では、このように水系分散体の組成
成分によってエッチングの程度を調整することにより、
所要の研磨性能を有する化学機械研磨用水系分散体とす
ることができる。尚、金属層と水系分散体とを接触させ
る方法は特に限定されないが、この金属層を有する半導
体装置の被加工膜等を、水系分散体に浸漬する方法が、
より確実に接触させることができ、且つ簡便であるため
好ましい。
In the present invention, the degree of etching is adjusted by the composition of the aqueous dispersion as described above.
An aqueous dispersion for chemical mechanical polishing having a required polishing performance can be obtained. The method of contacting the metal layer and the aqueous dispersion is not particularly limited, but a method of immersing a film to be processed of a semiconductor device having the metal layer in the aqueous dispersion,
It is preferable because the contact can be made more reliably and it is simple.

【0020】本発明の水系分散体では、その媒体として
は、水、及び水とメタノール等、水を主成分とする混合
物を使用することができるが、水のみを用いることが特
に好ましい。
In the aqueous dispersion of the present invention, as the medium, water and a mixture containing water as a main component such as water and methanol can be used, but it is particularly preferable to use only water.

【0021】また、金属層を有する被加工膜としては、
超LSI等の半導体装置の製造過程において半導体基板
上に設けられる純タングステン膜、純アルミニウム膜、
或いは純銅膜等の他、タングステン、アルミニウム、銅
等と他の金属との合金からなる膜などが挙げられる。
Further, as a film to be processed having a metal layer,
A pure tungsten film, a pure aluminum film provided on a semiconductor substrate in a process of manufacturing a semiconductor device such as an VLSI,
Alternatively, in addition to a pure copper film or the like, a film made of an alloy of tungsten, aluminum, copper, or the like and another metal may be used.

【0022】更に、本発明の水系分散体による半導体装
置の被加工膜等の化学機械研磨は、金属酸化物の粒子を
研磨粒子とする従来の方法において用いられている市販
の化学機械研磨装置(ラップマスターSFT社製、型式
「LGP−510、LGP−552」等)を用いて行な
うことができる。
Further, the chemical mechanical polishing of a film to be processed of a semiconductor device using the aqueous dispersion according to the present invention is performed by using a commercially available chemical mechanical polishing apparatus used in a conventional method using metal oxide particles as abrasive particles. Lapmaster SFT, model "LGP-510, LGP-552" etc.).

【0023】また、研磨後、被研磨面に残留する砥粒は
除去することが好ましい。この砥粒の除去は通常の洗浄
方法によって行うことができるが、砥粒が有機粒子の場
合は、被研磨面を、酸素の存在下、高温にすることによ
り、有機砥粒を燃焼させて除去することもできる。燃焼
の具体的な方法としては、酸素プラズマに晒したり、酸
素ラジカルをダウンフローで供給すること等のプラズマ
による灰化処理等が挙げられ、これによって残留する有
機砥粒を被研磨面から容易に除去することができる。
After polishing, it is preferable to remove abrasive grains remaining on the surface to be polished. The removal of the abrasive grains can be performed by a normal cleaning method. However, when the abrasive grains are organic particles, the surface to be polished is heated to a high temperature in the presence of oxygen to burn the organic abrasive grains and remove the abrasive grains. You can also. Specific methods of combustion include exposing to oxygen plasma, ashing treatment by plasma such as supplying oxygen radicals in a down flow, and the like, whereby residual organic abrasive grains can be easily removed from the surface to be polished. Can be removed.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下、実施例によって本発明をよ
り詳しく説明する。 実施例l 0.214重量部のグルコン酸銅(銅イオンとして30
0ppm含有することになる。)、4重量部の過酸化水
素、4重量部のコハク酸及び5重量部のヒュームド法シ
リカ粒子(アエロジル#50)を、イオン交換水に配合
し、100重量部の化学機械研磨用水系分散体を調製し
た。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. Example l 0.214 parts by weight of copper gluconate (30% as copper ion)
It will contain 0 ppm. ) 4 parts by weight of hydrogen peroxide, 4 parts by weight of succinic acid and 5 parts by weight of fumed silica particles (Aerosil # 50) were mixed with ion-exchanged water, and 100 parts by weight of an aqueous dispersion for chemical mechanical polishing. Was prepared.

【0025】この水系分散体に半導体装置のタングステ
ン層を有する被加工膜を30分間浸漬したところ、タン
グステン層のエッチング深さは400Åであった。ま
た、6インチ熱酸化膜付きシリコンウエハ上のタングス
テン膜(膜厚;3000Å)を、化学機械研磨装置(ラ
ップマスターSFT社製、型式「LGP−510」)に
セットし、多孔質ポリウレタン製の研磨パッド(ロデー
ルニッタ社製、商品名「ICl000」)を用い、加重
300g/cm2になるようにして研磨を行った。ウレ
タンパッド表面には水系分散体を150cc/分の速度
で供給しながら、50rpmで1分間回転研磨した。そ
の結果、研磨速度は1500Å/分であった。また、走
査型電子顕微鏡によって観察したところ、タングステン
膜の表面には腐食はまったく観察されなかった。
When a film to be processed having a tungsten layer of a semiconductor device was immersed in the aqueous dispersion for 30 minutes, the etching depth of the tungsten layer was 400 °. In addition, a tungsten film (thickness: 3000 mm) on a silicon wafer having a 6-inch thermal oxide film was set on a chemical mechanical polishing apparatus (Lapp Master SFT, model "LGP-510") and polished with porous polyurethane. Polishing was performed using a pad (trade name “ICl000” manufactured by Rodel Nitta Co., Ltd.) so that the weight became 300 g / cm 2 . The surface of the urethane pad was rotationally polished at 50 rpm for 1 minute while supplying the aqueous dispersion at a rate of 150 cc / min. As a result, the polishing rate was 1500 ° / min. Further, when observed with a scanning electron microscope, no corrosion was observed on the surface of the tungsten film.

【0026】尚、エッチング深さは、4探針法による抵
抗率測定器(NSP社製、シグマ5型)によりシート抵
抗を測定することにより求めた。研磨速度は、このシー
ト抵抗に基づき、予め作成した検量線から残留膜厚を求
め、下記の式に従って算出した。 研磨速度(Å/分)=(研磨前膜厚−残留膜厚)/研磨
時間
The etching depth was determined by measuring the sheet resistance with a resistivity measuring device (manufactured by NSP, Sigma 5 type) by a four probe method. The polishing rate was calculated based on the sheet resistance by calculating the residual film thickness from a calibration curve prepared in advance and following the formula below. Polishing rate (Å / min) = (Film thickness before polishing-Residual film thickness) / Polishing time

【0027】実施例2〜12及び比較例1、2 多価金属イオンを生成するための化合物の種類及び配合
量を表1に記載のようにした他は、実施例1と同様にし
て実施例2〜12及び比較例1、2の化学機械研磨用水
系分散体を調製した。この水系分散体を使用し、実施例
1と同様にしてエッチング深さ及び研磨速度を測定し、
腐食の有無を観察した。結果を表1に併記する。
Examples 2 to 12 and Comparative Examples 1 and 2 Example 2 was repeated in the same manner as in Example 1 except that the types and amounts of the compounds for producing polyvalent metal ions were as shown in Table 1. 2 to 12 and Comparative Examples 1 and 2 were prepared. Using this aqueous dispersion, the etching depth and polishing rate were measured in the same manner as in Example 1,
The presence or absence of corrosion was observed. The results are also shown in Table 1.

【0028】[0028]

【表1】 [Table 1]

【0029】表1の結果によれば、実施例1〜11で
は、多価金属イオンの種類及びその濃度によって違いは
あるものの、エッチング深さは50〜1400Åの範囲
にあり、研磨速度はエッチング深さとの相関はないが、
800〜2400Å/分と十分な速度で研磨されている
ことが分かる。また、腐食はまったくなし或いは僅少で
あり、ほとんど問題ないことが分かる。更に、実施例1
2では、エッチング深さは200Åであり、研磨速度は
600Å/分であって、多価金属イオンを含有していな
くても、研磨速度は十分に大きく、且つ腐食はまったく
生じていないことが分かる。一方、比較例1及び2で
は、十分な速度で研磨を行うことはできるものの、エッ
チング深さが大きく腐食が多いことが分かる。
According to the results shown in Table 1, in Examples 1 to 11, the etching depth was in the range of 50 to 1400 ° and the polishing rate was in the range of 50 to 1400 °, although there was a difference depending on the type of polyvalent metal ion and its concentration. There is no correlation with
It can be seen that the polishing was performed at a sufficient speed of 800 to 2400 ° / min. In addition, no or little corrosion was observed, indicating that there was almost no problem. Further, Example 1
In No. 2, the etching depth was 200 °, the polishing rate was 600 ° / min, and it was found that the polishing rate was sufficiently high and no corrosion occurred even if polyvalent metal ions were not contained. . On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2, although the polishing can be performed at a sufficient speed, it can be seen that the etching depth is large and the corrosion is large.

【0030】また、図1は、実施例8と比較例1の水系
分散体の浸漬時間とエッチング深さとの相関を表すもの
である。この図1によれば、実施例8では、エッチング
は穏やかに進み、30分後でも100Åであることが分
かる。一方、比較例1では、エッチングはかなりの速度
で進行し、30分後には3000Åの深さにまでなって
いる。そのため、上記のように研磨後の金属層表面の腐
食が激しく、研磨することはできるものの、実用的では
ないことが分かる。
FIG. 1 shows the correlation between the immersion time of the aqueous dispersions of Example 8 and Comparative Example 1 and the etching depth. According to FIG. 1, it can be seen that in Example 8, the etching proceeds gently, and is 100 ° even after 30 minutes. On the other hand, in Comparative Example 1, the etching progressed at a considerable speed, and reached a depth of 3000 ° after 30 minutes. Therefore, as described above, the surface of the metal layer after polishing is severely corroded, and although it can be polished, it is not practical.

【0031】[0031]

【発明の効果】第1及び第2発明の化学機械研磨用水系
分散体を研磨剤として、半導体装置の被加工膜等の金属
層を研磨すれば、研磨速度が大きく、且つ被研磨面にス
クラッチが発生することもない。特に、第4発明の特定
の酸化物を使用すれば、重金属を含有していないため安
全であり、且つ分解生成物も無害なものであるため、作
業環境上も好ましい。
When the metal layer such as a film to be processed of a semiconductor device is polished using the aqueous dispersion for chemical mechanical polishing of the first and second inventions as an abrasive, the polishing rate is high and the surface to be polished is scratched. Does not occur. In particular, when the specific oxide of the fourth invention is used, it is safe because it does not contain heavy metals, and its decomposition products are also harmless.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施例8と比較例1との、浸漬時間とエッチン
グ量との相関を比較して表すグラフである。
FIG. 1 is a graph showing a correlation between an immersion time and an etching amount in Example 8 and Comparative Example 1.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // C09K 3/14 550 C09K 3/14 550E 550H 550M (72)発明者 元成 正之 東京都中央区築地二丁目11番24号 ジェイ エスアール株式会社内 (72)発明者 飯尾 章 東京都中央区築地二丁目11番24号 ジェイ エスアール株式会社内 Fターム(参考) 3C058 AA07 CA01 CB01 CB02 CB03 CB10 DA02 DA12 DA17 4K057 WA11 WB04 WB05 WB08 WB15 WE02 WE03 WE08 WE11 WE13 WE14 WE25 WE30 WG03 WG04 WN01 5F043 AA24 AA26 BB16 BB18 DD16──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) // C09K 3/14 550 C09K 3/14 550E 550H 550M (72) Inventor Masayuki Motonari Tsukiji, Chuo-ku, Tokyo 2-11-11 24 Inside JSR Co., Ltd. (72) Inventor Akira Iio 2-11-24 Tsukiji, Chuo-ku, Tokyo FSR Inside JSR Co., Ltd. 3C058 AA07 CA01 CB01 CB02 CB03 CB10 DA02 DA12 DA17 4K057 WA11 WB04 WB05 WB08 WB15 WE02 WE03 WE08 WE11 WE13 WE14 WE25 WE30 WG03 WG04 WN01 5F043 AA24 AA26 BB16 BB18 DD16

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 酸化剤、平均粒子径0.01〜3μmの
砥粒及び水を含有し、金属層と30分間接触させた場合
の、該金属層のエッチング深さが2000Å以下であ
り、該金属層の研磨に用いられることを特徴とする化学
機械研磨用水系分散体。
1. An etching agent containing an oxidizing agent, abrasive grains having an average particle diameter of 0.01 to 3 μm, and water, and having an etching depth of 2000 ° or less when brought into contact with the metal layer for 30 minutes. An aqueous dispersion for chemical mechanical polishing, which is used for polishing a metal layer.
【請求項2】 多価金属イオン、酸化剤、酸、平均粒子
径0.01〜3μmの砥粒及び水を含有し、金属層と3
0分間接触させた場合の、該金属層のエッチング深さが
2000Å以下であり、該金属層の研磨に用いられるこ
とを特徴とする化学機械研磨用水系分散体。
2. A metal layer containing polyvalent metal ions, an oxidizing agent, an acid, abrasive grains having an average particle diameter of 0.01 to 3 μm, and water.
An aqueous dispersion for chemical mechanical polishing, wherein the metal layer has an etching depth of 2000 ° or less when contacted for 0 minutes, and is used for polishing the metal layer.
【請求項3】 上記多価金属イオンが、アルミニウム、
チタン、クロム、マンガン、鉄、銅、亜鉛、スズ及びセ
リウムから選ばれるl種以上の金属のイオンであり、そ
の濃度が3〜3000ppmである請求項2記載の化学
機械研磨用水系分散体。
3. The method according to claim 2, wherein the polyvalent metal ion is aluminum,
The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to claim 2, wherein the dispersion is at least one metal ion selected from titanium, chromium, manganese, iron, copper, zinc, tin, and cerium, and has a concentration of 3 to 3000 ppm.
【請求項4】 上記酸化剤が、過酸化水素及び水溶性の
有機過酸化物から選ばれる1種以上である請求項1乃至
3のうちのいずれか1項に記載の化学機械研磨用水系分
散体。
4. The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to claim 1, wherein the oxidizing agent is at least one selected from hydrogen peroxide and a water-soluble organic peroxide. body.
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