JP2001085372A - Metal polishing liquid and polishing method for substrate - Google Patents

Metal polishing liquid and polishing method for substrate

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JP2001085372A
JP2001085372A JP25558599A JP25558599A JP2001085372A JP 2001085372 A JP2001085372 A JP 2001085372A JP 25558599 A JP25558599 A JP 25558599A JP 25558599 A JP25558599 A JP 25558599A JP 2001085372 A JP2001085372 A JP 2001085372A
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靖 倉田
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剛 内田
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裕樹 寺崎
Akiko Igarashi
明子 五十嵐
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To be applicable to a polish surface where different materials appear by, related to a metal polishing liquid, adjusting a polishing speed ratio between a copper or copper alloy and a barrier layer based on the concentration of an oxidant, with pH at a specified value or below. SOLUTION: A metal polishing liquid is a conductive oxidant comprising hydrogen peroxide, nitric acid, potassium periodate, hypochlorous acid, and ozone solution, etc., a protective film formation agent for a metal surface such as benzotriazole, and naphthotriazole, etc., and a polishing liquid containing acid and water, and, the concentration of an oxidant is adjusted according to an insulating layer part for an applied process, a copper on a barrier layer, or the degree of copper alloy residue, with pH at 3 or below. A substrate is polished using a polishing agent like this so that a barrier layer at the protruding part of substrate is exposed on the surface of a barrier layer at the protruding part of substrate, providing an intended conductor pattern where a copper or copper alloy film remains at a recessed part.

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、特に半導体デバイ
スの配線形成工程の研磨に使用される金属用研磨液及び
それを用いた研磨方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a metal polishing liquid used for polishing in a wiring forming step of a semiconductor device, and a polishing method using the same.

【0002】[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、例えば米国特許第4944836号公
報に開示されている。
2. Description of the Related Art In recent years, a new fine processing technology has been developed in accordance with high integration and high performance of a semiconductor integrated circuit (hereinafter, referred to as LSI). Chemical mechanical polishing (hereinafter referred to as CMP)
The method is one of them. For example, in an LSI manufacturing process, particularly, in a multilayer wiring forming process, an interlayer insulating film is flattened, a metal plug is formed,
This is a technique frequently used in the formation of embedded wiring. This technique is disclosed in, for example, US Pat. No. 4,944,836.

【0003】また、最近はLSIを高性能化するため
に、配線材料として銅または銅合金の利用が試みられて
いる。しかし、銅または銅合金は従来のアルミニウム合
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、あらかじめ溝を形
成してある絶縁膜上に銅または銅合金薄膜を堆積して埋
め込み、溝部以外の銅または銅合金薄膜を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。
[0003] Recently, in order to improve the performance of LSI, utilization of copper or copper alloy as a wiring material has been attempted. However, it is difficult to finely process copper or a copper alloy by a dry etching method frequently used in forming a conventional aluminum alloy wiring. Therefore, a so-called damascene method is mainly used in which a copper or copper alloy thin film is deposited and buried on an insulating film in which a groove is formed in advance, and the copper or copper alloy thin film other than the groove is removed by CMP to form a buried wiring. Has been adopted. This technology is disclosed in, for example,
278822.

【0004】銅または銅合金等の金属CMPの一般的な
方法は、円形の研磨定盤(プラテン)上に研磨パッドを
貼り付け、研磨パッド表面を金属用研磨液で浸し、基板
の金属膜を形成した面を押し付けて、その裏面から所定
の圧力(以下研磨圧力と記す)を加えた状態で研磨定盤
を回し、研磨液と金属膜の凸部との機械的摩擦によって
凸部の金属膜を除去するものである。CMPに用いられ
る金属用研磨液は、一般には酸化剤及び固体砥粒からな
っており必要に応じてさらに酸化金属溶解剤、保護膜形
成剤が添加される。まず酸化剤によって金属膜表面を酸
化し、その酸化層を固体砥粒によって削り取るのが基本
的なメカニズムと考えられている。凹部の金属表面の酸
化層は研磨パッドにあまり触れず、固体砥粒による削り
取りの効果が及ばないので、CMPの進行とともに凸部
の金属層が除去されて基板表面は平坦化される。この詳
細についてはジャ−ナル・オブ・エレクトロケミカルソ
サエティ誌の第138巻11号(1991年発行)の3
460〜3464頁に開示されている。
A general method of metal CMP such as copper or copper alloy is to attach a polishing pad on a circular polishing platen (platen), immerse the polishing pad surface with a metal polishing solution, and remove the metal film on the substrate. The formed surface is pressed, and the polishing platen is rotated while applying a predetermined pressure (hereinafter, referred to as polishing pressure) from the back surface, and the metal film of the convex portion is formed by mechanical friction between the polishing liquid and the convex portion of the metal film. Is to be removed. The metal polishing solution used for CMP generally comprises an oxidizing agent and solid abrasive grains, and further includes a metal oxide dissolving agent and a protective film forming agent as necessary. It is considered that the basic mechanism is to oxidize the surface of the metal film with an oxidizing agent, and to scrape off the oxidized layer with solid abrasive grains. Since the oxide layer on the metal surface of the concave portion does not substantially touch the polishing pad and does not have the effect of the scraping by the solid abrasive grains, the metal layer of the convex portion is removed with the progress of the CMP, and the substrate surface is flattened. For details, refer to Journal of Electrochemical Society, Vol. 138, No. 11, published in 1991.
It is disclosed on pages 460-3644.

【0005】CMPによる研磨速度を高める方法として
酸化金属溶解剤を添加することが有効とされている。固
体砥粒によって削り取られた金属酸化物の粒を研磨液に
溶解(以下エッチングと記す)させてしまうと固体砥粒
による削り取りの効果が増すためであるためと解釈でき
る。酸化金属溶解剤の添加によりCMPによる研磨速度
は向上するが、一方、凹部の金属膜表面の酸化層もエッ
チング(溶解)されて金属膜表面が露出すると、酸化剤
によって金属膜表面がさらに酸化され、これが繰り返さ
れると凹部の金属膜のエッチングが進行してしまう。こ
のため研磨後に埋め込まれた金属配線の表面中央部分が
皿のように窪む現象(以下ディシングと記す)が発生
し、平坦化効果が損なわれる。
As a method of increasing the polishing rate by CMP, it is effective to add a metal oxide dissolving agent. It can be interpreted that dissolving (hereinafter referred to as "etching") the metal oxide particles removed by the solid abrasive grains in the polishing liquid increases the effect of the solid abrasive grains. The polishing rate by CMP is improved by the addition of the metal oxide dissolving agent. On the other hand, when the oxide layer on the surface of the metal film in the recess is also etched (dissolved) and the metal film surface is exposed, the metal film surface is further oxidized by the oxidizing agent. If this is repeated, the etching of the metal film in the concave portion proceeds. For this reason, a phenomenon (hereinafter referred to as dishing) occurs in which the central portion of the surface of the metal wiring buried after polishing is dish-like, and the flattening effect is impaired.

【0006】これを防ぐためにさらに保護膜形成剤が添
加される。保護膜形成剤は金属膜表面の酸化層上に保護
膜を形成し、酸化層の研磨液中への溶解を防止するもの
である。この保護膜は固体砥粒により容易に削り取るこ
とが可能で、CMPによる研磨速度を低下させないこと
が望まれる。銅または銅合金のディッシングや研磨中の
腐食を抑制し、信頼性の高いLSI配線を形成するため
に、グリシン等のアミノ酢酸又はアミド硫酸からなる酸
化金属溶解剤及び保護膜形成剤としてBTAを含有する
金属用研磨液を用いる方法が提唱されている。この技術
は、例えば特開平8−83780号公報に記載されてい
る。
To prevent this, a protective film forming agent is further added. The protective film forming agent forms a protective film on the oxide layer on the surface of the metal film and prevents the oxide layer from dissolving in the polishing liquid. This protective film can be easily scraped off by solid abrasive grains, and it is desired that the polishing rate by CMP is not reduced. Contains a metal oxide dissolving agent consisting of aminoacetic acid or amide sulfuric acid such as glycine, and BTA as a protective film forming agent to suppress corrosion during dishing or polishing of copper or copper alloy and form highly reliable LSI wiring A method using a metal polishing solution has been proposed. This technique is described, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-83780.

【0007】銅または銅合金のダマシン配線形成やタン
グステン等のプラグ配線形成等の金属埋め込み形成にお
いては、埋め込み部分以外に形成される層間絶縁膜であ
る二酸化シリコン膜の研磨速度も大きい場合には、層間
絶縁膜ごと配線の厚みが薄くなるシニングが発生する。
その結果、配線抵抗の増加やパターン密度等により抵抗
のばらつきが生じるために、研磨される金属膜に対して
二酸化シリコン膜の研磨速度が十分小さい特性が要求さ
れる。そこで、酸の解離により生ずる陰イオンにより二
酸化シリコンの研磨速度を抑制することにより、研磨液
のpHをpKa−0.5よりも大きくする方法が提唱さ
れている。この技術は、例えば特許第2819196号
に記載されている。
In the formation of a metal buried such as the formation of a damascene wiring of copper or a copper alloy or the formation of a plug wiring of tungsten or the like, if the polishing rate of a silicon dioxide film which is an interlayer insulating film formed in a portion other than the buried portion is high, Thinning occurs in which the thickness of the wiring is thinned together with the interlayer insulating film.
As a result, variations in resistance occur due to an increase in wiring resistance, pattern density, and the like. Therefore, a characteristic in which the polishing rate of the silicon dioxide film is sufficiently low relative to the metal film to be polished is required. Therefore, a method has been proposed in which the polishing rate of the polishing liquid is made higher than pKa-0.5 by suppressing the polishing rate of silicon dioxide by anions generated by dissociation of the acid. This technique is described in, for example, Japanese Patent No. 2819196.

【0008】一方、配線の銅或いは銅合金等の下層に
は、層間絶縁膜中への銅拡散防止のためにバリア層とし
て、タンタルやタンタル合金及び窒化タンタルやその他
のタンタル化合物等が形成される。したがって、銅或い
は銅合金を埋め込む配線部分以外では、露出したバリア
層をCMPにより取り除く必要がある。しかし、これら
のバリア層導体は、銅或いは銅合金に比べ硬度が高いた
めに、銅または銅合金用の研磨材料の組み合わせでは十
分な研磨速度が得られない場合が多い。そこで、銅或い
は銅合金を研磨する第1工程と、バリア層導体を研磨す
る第2工程からなる2段研磨方法が検討されている。
On the other hand, a tantalum, a tantalum alloy, a tantalum nitride, another tantalum compound, or the like is formed as a barrier layer in the lower layer of the wiring such as copper or copper alloy to prevent copper diffusion into the interlayer insulating film. . Therefore, it is necessary to remove the exposed barrier layer by CMP except for the wiring portion where copper or copper alloy is embedded. However, since these barrier layer conductors have higher hardness than copper or copper alloy, a sufficient polishing rate cannot often be obtained with a combination of polishing materials for copper or copper alloy. Therefore, a two-step polishing method including a first step of polishing copper or a copper alloy and a second step of polishing the barrier layer conductor has been studied.

【0009】第1工程の銅或いは銅合金の研磨におい
て、埋め込み配線部分以外の絶縁層部分ではウエハ面内
で均一にバリア膜上部の銅或いは銅合金が完全に研磨さ
れバリア層が露出した理想的な状態であれば、第2工程
のバリア層のCMPでは、銅または銅合金に対しバリア
層を選択的に研磨することができる研磨液が有効であ
る。一方、多層配線の上層プロセスでは、下層プロセス
での微小な残段差や不均一性の蓄積によりウエハ面内の
均一性及び平坦性にばらつきが発生し、第1工程後でも
部分的に絶縁層部分のバリア層に銅或いは銅合金が残存
してしまう。このような上層プロセスでは、第2工程の
バリア層の研磨において残存した銅または銅合金を研磨
で除去した後、バリア層を研磨する必要がある。このよ
うに、プロセス適用箇所に応じて、第2工程の研磨液に
要求される銅または銅合金とバリア層導体の研磨速度比
の特性が異なる。銅または銅合金の研磨が要求されるバ
リア層の研磨において、銅または銅合金用の研磨液を適
用すると、配線のディシングが増加する或いはバリア層
の充分な研磨速度が得られない等の問題がある。
In the polishing of copper or copper alloy in the first step, in the insulating layer portion other than the buried wiring portion, the copper or copper alloy on the upper part of the barrier film is completely polished uniformly in the wafer surface, and the ideal barrier layer is exposed. In such a state, in the CMP of the barrier layer in the second step, a polishing liquid capable of selectively polishing the barrier layer with respect to copper or a copper alloy is effective. On the other hand, in the upper layer process of the multilayer wiring, uniformity and flatness in the wafer surface vary due to accumulation of minute residual steps and non-uniformity in the lower layer process. Copper or copper alloy remains in the barrier layer. In such an upper layer process, it is necessary to polish the barrier layer after removing the copper or copper alloy remaining in the polishing of the barrier layer in the second step by polishing. As described above, the characteristics of the polishing rate ratio between the copper or copper alloy and the barrier layer conductor required for the polishing liquid in the second step are different depending on the application location of the process. In the polishing of a barrier layer which requires polishing of copper or a copper alloy, when a polishing liquid for copper or a copper alloy is applied, problems such as an increase in dishing of wiring or an insufficient polishing rate of the barrier layer cannot be obtained. is there.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】バリア層として用いら
れるタンタルやタンタル合金及び窒化タンタルやその他
のタンタル化合物は、化学的に安定でエッチングが難し
く、硬度が高いために機械的な研磨も銅または銅合金ほ
ど容易ではない。また、バリア層の研磨では、プロセス
適用箇所によって、要求される銅または銅合金との研磨
速度比が異なるために、別の組成の研磨液を適用しなけ
ればならないという問題があった。本発明は、銅または
銅合金とバリア層導体として用いられるタンタルやタン
タル合金及び窒化タンタルやその他のタンタル化合物の
研磨が、研磨液の一成分を調整することにより異なる材
質の現れる研磨表面に適用可能で、効率的に金属膜の埋
め込みパタ−ン形成を可能とする金属用研磨液及びそれ
を用いた基板の研磨方法を提供するものである。
The tantalum, tantalum alloy, tantalum nitride and other tantalum compounds used as the barrier layer are chemically stable and difficult to etch, and have high hardness, so that the mechanical polishing can be performed using copper or copper. Not as easy as alloys. Further, in the polishing of the barrier layer, a required polishing rate ratio with respect to copper or a copper alloy is different depending on a portion to which the process is applied, so that there is a problem that a polishing liquid having a different composition must be applied. The present invention is applicable to polishing of tantalum, tantalum alloy, tantalum nitride, and other tantalum compounds used as copper or a copper alloy and a barrier layer conductor, by adjusting one component of a polishing solution, a different material appears. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a metal polishing liquid capable of efficiently forming a buried pattern of a metal film and a method of polishing a substrate using the same.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明の金属用研磨液
は、導体の酸化剤、金属表面に対する保護膜形成剤、酸
及び水を含有する研磨液であり、pHが3以下であり、
酸化剤の濃度により銅または銅合金とバリア層の研磨速
度比を調整することが可能な金属用研磨液である。酸化
剤の濃度は、0.01〜10重量%であることが好まし
く、0.01〜3重量%がより好ましい。金属用研磨液
にはさらに水溶性高分子を含むことができる。水溶性高
分子は、ポリアクリル酸もしくはその塩、ポリメタクリ
ル酸もしくはその塩、ポリアクリルアミド、ポリビニル
アルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアミド酸およ
びその塩からなる群から選ばれた少なくとも1種が好ま
しい。酸は、有機酸であることが好ましく、マロン酸、
リンゴ酸、酒石酸、グリコール酸及びクエン酸から選ば
れた少なくとも1種であることがより好ましい。金属表
面に対する保護膜形成剤は、従来から広く用いられてき
たベンゾトリアゾール(BTA)およびその誘導体から
選ばれた少なくとも1種(BTA類)を用いる。導体の
酸化剤は、過酸化水素、硝酸、過ヨウ素酸カリウム、次
亜塩素酸、オゾン水より選ばれた少なくとも1種である
ことが好ましい。金属用研磨液は、砥粒を含有してもよ
い。砥粒は、シリカ、アルミナ、セリア、チタニア、ジ
ルコニア、ゲルマニアより選ばれた少なくとも1種であ
ることが好ましく、平均粒径100nm以下のコロイダ
ルシリカまたはコロイダルアルミナであることがより好
ましい。導体は、銅または銅合金のバリア層であり、バ
リア層は、タンタル、窒化タンタル、タンタル合金、そ
の他のタンタル化合物である。本発明の金属用研磨液
は、タンタル、窒化タンタルと二酸化シリコン膜の研磨
速度比(Ta/SiO2、TaN/SiO2)が10より
大きいことが好ましい。本発明の研磨方法は、上記の金
属用研磨液を用いて、タンタル、窒化タンタル、タンタ
ル合金及びその他のタンタル化合物からなるバリア層を
研磨する研磨方法である。本発明の研磨方法は、上記の
金属用研磨液を用いて、銅または銅合金とそのバリア層
を含む面を研磨する研磨方法である。
The metal-polishing liquid of the present invention is a polishing liquid containing an oxidizing agent for a conductor, a protective film forming agent for a metal surface, an acid and water, and has a pH of 3 or less;
This is a metal polishing liquid capable of adjusting the polishing rate ratio between copper or a copper alloy and the barrier layer by adjusting the concentration of the oxidizing agent. The concentration of the oxidizing agent is preferably 0.01 to 10% by weight, more preferably 0.01 to 3% by weight. The metal polishing liquid may further contain a water-soluble polymer. The water-soluble polymer is preferably at least one selected from the group consisting of polyacrylic acid or a salt thereof, polymethacrylic acid or a salt thereof, polyacrylamide, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, polyamic acid and a salt thereof. The acid is preferably an organic acid, malonic acid,
More preferably, it is at least one selected from malic acid, tartaric acid, glycolic acid and citric acid. As the protective film forming agent for the metal surface, at least one kind (BTAs) selected from benzotriazole (BTA) and its derivatives, which have been widely used in the past, is used. The oxidizing agent for the conductor is preferably at least one selected from hydrogen peroxide, nitric acid, potassium periodate, hypochlorous acid, and ozone water. The metal-polishing liquid may contain abrasive grains. The abrasive grains are preferably at least one selected from silica, alumina, ceria, titania, zirconia, and germania, and more preferably colloidal silica or colloidal alumina having an average particle diameter of 100 nm or less. The conductor is a barrier layer of copper or a copper alloy, and the barrier layer is tantalum, tantalum nitride, a tantalum alloy, or another tantalum compound. The polishing liquid for metal of the present invention preferably has a polishing rate ratio (Ta / SiO 2 , TaN / SiO 2 ) of tantalum, tantalum nitride and silicon dioxide film of more than 10. The polishing method of the present invention is a polishing method for polishing a barrier layer made of tantalum, tantalum nitride, a tantalum alloy, and other tantalum compounds using the above-mentioned metal polishing slurry. The polishing method of the present invention is a polishing method for polishing a surface containing copper or a copper alloy and its barrier layer using the above-mentioned metal polishing liquid.

【0012】本発明では、金属用研磨液を低pH領域か
つ低酸化剤濃度領域にすることにより、銅または銅合金
配線のディシング、シニング及び研磨キズ発生を抑制
し、低砥粒濃度においてバリア層の高い研磨速度を実現
する金属用研磨液とそれを用いた基板の研磨方法を提供
する。バリア層を研磨する方法として、プロセス適用箇
所によって、要求される銅または銅合金の研磨速度比が
異なるために、特性の異なる別の組成の研磨液を適用し
なければならないという問題があった。 本発明者ら
は、バリア層導体として用いられるタンタルやタンタル
合金及び窒化タンタルやその他のタンタル化合物の研磨
が、低pH領域かつ低酸化剤濃度領域で容易に進行する
こと、及び酸化剤濃度によって銅または銅合金との研磨
速度比を調整できることを見出した。
According to the present invention, dishing, thinning, and polishing scratches of copper or copper alloy wiring are suppressed by using a metal polishing solution in a low pH region and a low oxidizing agent concentration region, and the barrier layer is formed at a low abrasive particle concentration. The present invention provides a metal polishing liquid realizing a high polishing rate and a method for polishing a substrate using the same. As a method of polishing the barrier layer, a required polishing rate ratio of copper or a copper alloy differs depending on a portion to which a process is applied, and therefore, there is a problem that a polishing liquid having another composition having different characteristics must be applied. The present inventors have found that polishing of tantalum, a tantalum alloy, tantalum nitride, and other tantalum compounds used as a barrier layer conductor easily proceeds in a low pH region and a low oxidizing agent concentration region, and that the oxidizing agent concentration makes copper polishing possible. Alternatively, it has been found that the polishing rate ratio with the copper alloy can be adjusted.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】本発明においては、表面に二酸化
シリコンの凹部を有する基板上にバリア層及び銅或いは
銅合金を含む金属膜を形成・充填する。この基板をまず
銅或いは銅合金/バリア層の研磨速度比が十分大きい銅
または銅合金用の研磨液を用いてCMPすると、基板の
凸部のバリア層が表面に露出し、凹部に銅或いは銅合金
膜が残された所望の導体パタ−ンが得られる。本発明の
金属用研磨液は、導体の酸化剤、金属表面に対する保護
膜形成剤、酸及び水を含有する研磨液であり、pHが3
以下であり、適用するプロセスの絶縁層部分、バリア層
上の銅或いは銅合金残存程度に応じて酸化剤の濃度を調
整する。必要に応じて、水溶性高分子を添加してもよ
い。本発明における金属用研磨液のpHは、3を超えて
大きいと酸化剤の濃度によらずタンタルやタンタル合金
及び窒化タンタルやその他のタンタル化合物の研磨速度
が小さい。pHは、酸の添加量により調整することがで
きる。またアンモニア、水酸化ナトリウム、テトラメチ
ルアンモニウムハイドライド等のアルカリ成分の添加に
よっても調整可能である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the present invention, a barrier layer and a metal film containing copper or a copper alloy are formed and filled on a substrate having a concave portion of silicon dioxide on the surface. When the substrate is first subjected to CMP using a polishing liquid for copper or copper alloy having a sufficiently high polishing rate ratio of copper or copper alloy / barrier layer, the barrier layer of the convex portion of the substrate is exposed on the surface, and the copper or copper A desired conductor pattern with the alloy film left is obtained. The metal polishing liquid of the present invention is a polishing liquid containing an oxidizing agent for a conductor, a protective film forming agent for a metal surface, an acid and water, and has a pH of 3
The concentration of the oxidizing agent is adjusted according to the degree of the copper or copper alloy remaining on the insulating layer portion and the barrier layer in the process to be applied. If necessary, a water-soluble polymer may be added. If the pH of the metal polishing liquid in the present invention exceeds 3 and is large, the polishing rate of tantalum, a tantalum alloy, tantalum nitride and other tantalum compounds is low regardless of the concentration of the oxidizing agent. The pH can be adjusted by the amount of the acid added. It can also be adjusted by adding an alkali component such as ammonia, sodium hydroxide, or tetramethylammonium hydride.

【0014】本発明における金属用研磨液の酸化剤濃度
は、0.01〜10重量%が好ましく、0.01〜3重
量%がより好ましい。バリア層であるタンタルやタンタ
ル合金及び窒化タンタルやその他のタンタル化合物の研
磨速度は、0.15重量%付近で極大になる。これは、
酸化剤によりタンタルやタンタル合金及び窒化タンタル
やその他のタンタル化合物等の導体膜表面に、機械的に
研磨されやすい一次酸化層が形成され、高い研磨速度が
得られる。一方、銅または銅合金の研磨速度は、酸化剤
の濃度が高くなるにつれて大きくなる。酸化剤の濃度を
0.01〜10重量%の範囲で、銅または銅合金に対す
るバリア層導体の研磨速度比を調整することができる。
酸化剤の濃度が10重量%を超えて大きいと、銅または
銅合金のエッチング速度が大きくなりディシング等が発
生し易くなる。また、酸化剤濃度がより大きくなるにつ
れ、タンタルやタンタル合金及び窒化タンタルやその他
のタンタル化合物等の導体膜表面に、一次酸化層よりも
研磨されにくい二次酸化層が形成されるために研磨速度
が低下するようになる。酸化剤の濃度が0.01重量%
未満であると、酸化層が充分形成されないためにタンタ
ルやタンタル合金及び窒化タンタルやその他のタンタル
化合物の研磨速度が小さく、銅または銅合金の研磨速度
も小さいために実用的でなくなる。
The oxidizing agent concentration of the metal polishing slurry in the present invention is preferably 0.01 to 10% by weight, more preferably 0.01 to 3% by weight. The polishing rate of tantalum, a tantalum alloy, tantalum nitride, and other tantalum compounds serving as barrier layers reaches a maximum near 0.15% by weight. this is,
A primary oxide layer that is easily mechanically polished is formed on the surface of a conductive film such as tantalum, a tantalum alloy, tantalum nitride, or another tantalum compound by the oxidizing agent, and a high polishing rate can be obtained. On the other hand, the polishing rate of copper or a copper alloy increases as the concentration of the oxidizing agent increases. When the concentration of the oxidizing agent is in the range of 0.01 to 10% by weight, the polishing rate ratio of the barrier layer conductor to copper or copper alloy can be adjusted.
If the concentration of the oxidizing agent is greater than 10% by weight, the etching rate of copper or copper alloy is increased, and dishing or the like is likely to occur. In addition, as the oxidizing agent concentration increases, a secondary oxide layer, which is less polished than the primary oxide layer, is formed on the surface of a conductor film such as tantalum, a tantalum alloy, tantalum nitride, or another tantalum compound. Will decrease. Oxidant concentration is 0.01% by weight
If it is less than 10, the oxide layer is not sufficiently formed, so that the polishing rate of tantalum, a tantalum alloy, tantalum nitride, and other tantalum compounds is low, and the polishing rate of copper or a copper alloy is low.

【0015】本発明における金属用研磨液は、水溶性高
分子を含有してもよい。水溶性高分子は、タンタルやタ
ンタル合金及び窒化タンタルやその他のタンタル化合
物、或いはその酸化膜表面に吸着するために、これらの
バリア層導体膜の高い研磨速度が得られる酸化剤濃度範
囲が小さくなる。また、水溶性高分子は、特に窒化タン
タル膜や窒化チタン等の窒化化合物膜の表面に吸着し易
いために、窒化タンタル膜や窒化チタン等の窒化化合物
膜の研磨速度が小さくなる。しかし、水溶性高分子は、
金属の表面に保護膜を形成する効果を有するので、ディ
シングやシニング等の平坦化特性を向上させる。
The metal polishing slurry of the present invention may contain a water-soluble polymer. Since the water-soluble polymer is adsorbed on tantalum, a tantalum alloy, tantalum nitride or other tantalum compounds, or the oxide film surface thereof, the oxidizing agent concentration range in which a high polishing rate of these barrier layer conductor films can be obtained is reduced. . Further, since the water-soluble polymer is easily adsorbed on the surface of a nitride compound film such as a tantalum nitride film or titanium nitride, the polishing rate of the nitride compound film such as a tantalum nitride film or titanium nitride decreases. However, water-soluble polymers
Since it has an effect of forming a protective film on the surface of a metal, planarization characteristics such as dishing and thinning are improved.

【0016】本発明における導体の酸化剤としては、過
酸化水素(H22)、硝酸、過ヨウ素酸カリウム、次亜
塩素酸、オゾン水等が挙げられ、その中でも過酸化水素
が特に好ましい。基板が集積回路用素子を含むシリコン
基板である場合、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ハ
ロゲン化物などによる汚染は望ましくないので、不揮発
成分を含まない酸化剤が望ましい。但し、オゾン水は組
成の時間変化が激しいので過酸化水素が最も適してい
る。しかし、適用対象の基板が半導体素子を含まないガ
ラス基板などである場合は不揮発成分を含む酸化剤であ
っても差し支えない。
Examples of the oxidizing agent for the conductor in the present invention include hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), nitric acid, potassium periodate, hypochlorous acid, ozone water and the like. Of these, hydrogen peroxide is particularly preferred. . When the substrate is a silicon substrate including an element for an integrated circuit, contamination by an alkali metal, an alkaline earth metal, a halide, or the like is not desirable, and an oxidizing agent containing no nonvolatile component is desirable. However, hydrogen peroxide is most suitable because the composition of ozone water changes drastically with time. However, when the substrate to be applied is a glass substrate or the like containing no semiconductor element, an oxidizing agent containing a nonvolatile component may be used.

【0017】本発明における酸としては、ギ酸、酢酸、
プロピオン酸、吉草酸、2−メチル酪酸、n−ヘキサン
酸、3,3−ジメチル酪酸、2−エチル酪酸、4−メチ
ルペンタン酸、n−ヘプタン酸、2−メチルヘキサン
酸、n−オクタン酸、2−エチルヘキサン酸、安息香
酸、グリコール酸、サリチル酸、グリセリン酸、シュウ
酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピ
メリン酸、マレイン酸、フタル酸、リンゴ酸、酒石酸、
クエン酸等及びこれらの有機酸のアンモニウム塩等の
塩、硫酸、硝酸、アンモニア、アンモニウム塩類、例え
ば過硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、塩化アンモ
ニウム、クロム酸等又はそれらの混合物等が挙げられ
る。これらの中では、実用的なCMP研磨速度が得られ
るという点でマロン酸、リンゴ酸、酒石酸、グリコール
酸及びクエン酸が好ましい。
The acid in the present invention includes formic acid, acetic acid,
Propionic acid, valeric acid, 2-methylbutyric acid, n-hexanoic acid, 3,3-dimethylbutyric acid, 2-ethylbutyric acid, 4-methylpentanoic acid, n-heptanoic acid, 2-methylhexanoic acid, n-octanoic acid, 2-ethylhexanoic acid, benzoic acid, glycolic acid, salicylic acid, glyceric acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, maleic acid, phthalic acid, malic acid, tartaric acid,
Examples thereof include citric acid and the like, and salts of these organic acids such as ammonium salt, sulfuric acid, nitric acid, ammonia and ammonium salts such as ammonium persulfate, ammonium nitrate, ammonium chloride, chromic acid and the like, and mixtures thereof. Among these, malonic acid, malic acid, tartaric acid, glycolic acid and citric acid are preferred in that a practical CMP polishing rate can be obtained.

【0018】本発明における保護膜形成剤は、ベンゾト
リアゾール(BTA)、BTA誘導体、例えばBTAの
ベンゼン環の一つの水素原子をメチル基で置換したもの
(トリルトリアゾール)もしくはカルボキシル基等で置
換したもの(ベンゾトリアゾール−4−カルボン酸、の
メチル、エチル、プロピル、ブチル及びオクチルエステ
ル)、又はナフトトリアゾ−ル、ナフトトリアゾ−ル誘
導体及びこれらを含む混合物の中から選ばれる。
The protective film forming agent in the present invention is a benzotriazole (BTA), a BTA derivative, for example, one obtained by substituting one hydrogen atom of the benzene ring of BTA with a methyl group (tolyltriazole) or substituting it with a carboxyl group or the like. (Methyl, ethyl, propyl, butyl and octyl esters of benzotriazole-4-carboxylic acid), or naphthotriazole, naphthotriazole derivatives and mixtures containing these.

【0019】本発明における水溶性高分子としては、以
下の群から選ばれたものが好適で、ポリアクリル酸、ポ
リアクリル酸アンモニウム塩、ポリアクリル酸ナトリウ
ム塩、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸アンモニウ
ム塩、ポリメタクリル酸ナトリウム塩、ポリアクリルア
ミド等のカルボキシル基を持つモノマーを基本構成単位
とするポリマーおよびその塩、ポリビニルアルコール、
ポリビニルピロリドン等のビニル基を持つモノマーを基
本構成単位とするポリマーが挙げられる。但し、適用す
る基板が半導体集積回路用シリコン基板などの場合はア
ルカリ金属、アルカリ土類金属、ハロゲン化物等による
汚染は望ましくないため、酸もしくはそのアンモニウム
塩が望ましい。基板がガラス基板等である場合はその限
りではない。これらの水溶性高分子を添加することによ
り、保護膜形成剤との相乗効果及び水溶性高分子の保護
膜形成効果によりエッチングが抑制されディシング特性
を大幅に向上させることができる。
As the water-soluble polymer in the present invention, those selected from the following groups are preferred, and polyacrylic acid, ammonium polyacrylate, sodium polyacrylate, polymethacrylic acid, polyammonium polymethacrylate are preferred. , Polymethacrylic acid sodium salt, a polymer having a carboxyl group-containing monomer such as polyacrylamide as a basic structural unit and a salt thereof, polyvinyl alcohol,
A polymer having a monomer having a vinyl group such as polyvinylpyrrolidone as a basic structural unit is exemplified. However, when the substrate to be applied is a silicon substrate for a semiconductor integrated circuit or the like, an acid or an ammonium salt thereof is preferable because contamination by an alkali metal, an alkaline earth metal, a halide or the like is not desirable. This is not the case when the substrate is a glass substrate or the like. By adding these water-soluble polymers, etching is suppressed by the synergistic effect with the protective film forming agent and the protective film forming effect of the water-soluble polymer, and the dishing characteristics can be greatly improved.

【0020】本発明の金属用研磨液には、砥粒を添加し
ても良い。砥粒としては、シリカ、アルミナ、ジルコニ
ア、セリア、チタニア、ゲルマニア、炭化珪素等の無機
物砥粒、ポリスチレン、ポリアクリル、ポリ塩化ビニル
等の有機物砥粒のいずれでもよいが、研磨液中での分散
安定性が良く、CMPにより発生する研磨傷(スクラッ
チ)の発生数の少ない、平均粒径が100nm以下のコ
ロイダルシリカ、コロイダルアルミナが好ましい。平均
粒径は、バリア層の研磨速度がより大きくなり、二酸化
シリコンの研磨速度がより小さくなる20nm以下がよ
り好ましい。コロイダルシリカはシリコンアルコキシド
の加水分解または珪酸ナトリウムのイオン交換による製
造方法が知られており、コロイダルアルミナは硝酸アル
ミニウムの加水分解による製造方法が知られている。
Abrasive grains may be added to the metal polishing liquid of the present invention. The abrasive grains may be any of inorganic abrasive grains such as silica, alumina, zirconia, ceria, titania, germania, and silicon carbide, and organic abrasive grains such as polystyrene, polyacryl, and polyvinyl chloride. Colloidal silica and colloidal alumina which have good stability, have a small number of polishing scratches (scratch) generated by CMP, and have an average particle diameter of 100 nm or less are preferable. The average particle size is more preferably 20 nm or less at which the polishing rate of the barrier layer becomes higher and the polishing rate of silicon dioxide becomes lower. A method of producing colloidal silica by hydrolysis of silicon alkoxide or ion exchange of sodium silicate is known, and a method of producing colloidal alumina by hydrolysis of aluminum nitrate is known.

【0021】本発明を適用する導体膜としては、銅また
は銅合金のバリア層であり、タンタルやタンタル合金及
び窒化タンタルやその他のタンタル化合物からなる。
The conductor film to which the present invention is applied is a copper or copper alloy barrier layer and is made of tantalum, a tantalum alloy, tantalum nitride, or another tantalum compound.

【0022】本発明における酸の配合量は、導体の酸化
剤、酸、保護膜形成剤、水溶性高分子及び水の総量10
0gに対して、0.0001〜0.05molとするこ
とが好ましく、0.001〜0.01molとすること
がより好ましい。この配合量が0.05molを超える
と、銅または銅合金のエッチングが増加する傾向があ
る。
In the present invention, the compounding amount of the acid is determined by the total amount of the oxidizing agent for the conductor, the acid, the protective film forming agent, the water-soluble polymer and the water.
The amount is preferably 0.0001 to 0.05 mol, more preferably 0.001 to 0.01 mol, per 0 g. If the amount exceeds 0.05 mol, the etching of copper or copper alloy tends to increase.

【0023】本発明における保護膜形成剤の配合量は、
酸化剤、酸、保護膜形成剤、水溶性高分子及び水の総量
100gに対して、0.0001〜0.01molとす
ることが好ましく、0.0005〜0.005molと
することがより好ましい。この配合量が0.0001m
ol未満では、銅または銅合金のエッチングが増加する
傾向があり、0.01molを超えても効果に変わりが
ない。
The compounding amount of the protective film forming agent in the present invention is as follows:
The amount is preferably 0.0001 to 0.01 mol, more preferably 0.0005 to 0.005 mol, per 100 g of the total amount of the oxidizing agent, acid, protective film forming agent, water-soluble polymer and water. This compounding amount is 0.0001m
If the amount is less than 0.01 mol, the etching of copper or a copper alloy tends to increase, and if it exceeds 0.01 mol, the effect remains unchanged.

【0024】本発明では水溶性高分子を添加することも
できる。水溶性高分子の配合量は、酸化剤、酸、保護膜
形成剤、水溶性高分子及び水の総量100gに対して、
0.001〜0.5重量%とすることが好ましく、0.
01〜0.2重量%とすることがより好ましい。この配
合量が0.001重量%未満では、エッチング抑制にお
いて保護膜形成剤との併用効果が現れない傾向があり、
0.5重量%を超えると、CMPによる研磨速度が低下
する傾向がある。
In the present invention, a water-soluble polymer can be added. The blending amount of the water-soluble polymer is based on 100 g of the total amount of the oxidizing agent, the acid, the protective film forming agent, the water-soluble polymer and water.
It is preferably 0.001 to 0.5% by weight,
It is more preferable that the content be 01 to 0.2% by weight. If the compounding amount is less than 0.001% by weight, the effect of using the protective film forming agent in combination tends not to be exhibited in suppressing etching,
If it exceeds 0.5% by weight, the polishing rate by CMP tends to decrease.

【0025】本発明では砥粒を含有することもできる。
砥粒の添加量は全重量に対して0.01重量%から10
重量%であることが好ましく、0.05重量%から5重
量%の範囲であることがより好ましい。この配合量が
0.01重量%未満では砥粒を含有する効果がなく、1
0重量%を超えるとCMPによる研磨速度は飽和し、そ
れ以上加えても増加は見られない。
In the present invention, abrasive grains can be contained.
The amount of abrasive added is from 0.01% by weight to 10% by
%, More preferably in the range of 0.05% to 5% by weight. If the amount is less than 0.01% by weight, there is no effect of containing abrasive grains,
When the content exceeds 0% by weight, the polishing rate by CMP saturates, and no increase is observed even if the polishing rate is further increased.

【0026】[0026]

【実施例】以下、実施例により本発明を具体的に説明す
る。本発明はこれらの実施例により制限されるものでは
ない。
The present invention will be described below in detail with reference to examples. The present invention is not limited by these examples.

【0027】(実施例1〜10) (研磨液の作製方法)酸 0.4重量部、水溶性高分子
0.05重量部、保護膜形成剤としてBTA 0.2
重量部に水98.85重量部〜89.35重量部(過酸
化水素濃度により調整、水溶性高分子を加えない場合は
98.9重量部〜89.40重量部)を加えて溶解し、
過酸化水素(試薬特級、30%水溶液)を0.5重量部
〜10重量部を加えて得られたものを金属用研磨液とし
た。砥粒を添加する場合には、テトラエトキシシランの
アンモニア水溶液中での加水分解により作製した平均粒
径20nmのコロイダルシリカを1重量部添加し、水を
97.85重量部〜88.35重量部(過酸化水素濃度
により調整、水溶性高分子を加えない場合は97.9重
量部〜88.40重量部)とした。使用した酸のpKa
は、リンゴ酸が3.4及びグリコール酸が3.7であ
る。実施例1〜10では表1に記した酸、水溶性高分子
を用いた上記金属用研磨液で下記の研磨条件でCMPし
た。 (研磨条件) 基板:厚さ200nmのタンタル膜を形成したシリコン基板 厚さ100nmの窒化タンタル膜を形成したシリコン基板 厚さ1μmの二酸化シリコン膜を形成したシリコン基板 厚さ1μmの銅膜を形成したシリコン基板 研磨パッド:独立気泡を持つ発泡ポリウレタン樹脂 研磨圧力:250gf/cm2 基板と研磨定盤との相対速度:18m/min (研磨品評価項目) CMPによる研磨速度:膜のCMP前後での膜厚差を電
気抵抗値から換算して求めた。 エッチング速度:攪拌した研磨液(室温、25℃、攪拌
100rpm)への浸漬前後の銅膜厚差を電気抵抗値か
ら換算して求めた。 ディシング量:二酸化シリコン中に深さ0.5μmの溝
を形成して、公知のスパッタ法によってバリア層として
厚さ50nmの窒化タンタル膜を形成し、同様にスパッ
タ法により銅膜を形成して公知の熱処理によって埋め込
んだシリコン基板を用いて2段研磨を行い、触針式段差
計で配線金属部幅100μm、絶縁膜部幅100μmが
交互に並んだストライプ状パターン部の表面形状から、
絶縁膜部に対する配線金属部の膜減り量を求めた。銅用
の1段目研磨液としては、窒化タンタルに対する銅の研
磨速度比が十分大きい銅または銅合金用の研磨液を使用
して研磨した。1段研磨後に、絶縁膜部上にバリア層が
露出した状態で測定したディシング量が、50nmにな
るように基板サンプルを作製し、絶縁膜部でバリア層が
なくなるまで2段研磨した。 シニング量:上記ディシング量評価用基板に形成された
配線金属部幅45μm、絶縁膜部幅5μmが交互に並ん
だ総幅2.5mmのストライプ状パターン部の表面形状
を触針式段差計により測定し、ストライプ状パターン周
辺の絶縁膜フィールド部に対するパターン中央付近の絶
縁膜部の膜減り量を求めた。1段研磨後に、絶縁膜部上
にバリア層が露出した状態で測定したシニング量が、2
0nmになるように基板サンプルを作製し、絶縁膜部で
バリア層がなくなるまで2段研磨した。実施例1〜10
のCMPによる研磨速度、研磨速度比を表1に示した。
また、ディシング量とシニング量を表2に示した。
(Examples 1 to 10) (Preparation method of polishing liquid) Acid 0.4 parts by weight, water-soluble polymer 0.05 parts by weight, BTA 0.2 as protective film forming agent
98.85 parts by weight to 89.35 parts by weight of water (adjusted by the concentration of hydrogen peroxide, 98.9 parts by weight to 89.40 parts by weight when no water-soluble polymer is added) is added to and dissolved in parts by weight,
A solution obtained by adding 0.5 to 10 parts by weight of hydrogen peroxide (special grade reagent, 30% aqueous solution) was used as a metal polishing liquid. In the case of adding abrasive grains, 1 part by weight of colloidal silica having an average particle diameter of 20 nm produced by hydrolysis of tetraethoxysilane in an aqueous ammonia solution is added, and water is 97.85 parts by weight to 88.35 parts by weight. (Adjusted by the concentration of hydrogen peroxide, 97.9 parts by weight to 88.40 parts by weight when no water-soluble polymer is added). PKa of the acid used
Is 3.4 for malic acid and 3.7 for glycolic acid. In Examples 1 to 10, CMP was performed under the following polishing conditions using the above metal polishing slurry using the acid and water-soluble polymer shown in Table 1. (Polishing conditions) Substrate: Silicon substrate on which a 200 nm-thick tantalum film was formed. Silicon substrate on which a 100-nm-thick tantalum nitride film was formed. Silicon substrate on which a 1-μm-thick silicon dioxide film was formed. A 1-μm-thick copper film was formed. Silicon substrate Polishing pad: Foamed polyurethane resin having closed cells Polishing pressure: 250 gf / cm 2 Relative speed between substrate and polishing platen: 18 m / min (Evaluation item of polishing product) Polishing speed by CMP: Film before and after CMP The thickness difference was determined by converting from the electric resistance value. Etching rate: The difference in copper film thickness before and after immersion in a stirred polishing liquid (room temperature, 25 ° C., stirring 100 rpm) was determined by converting from the electrical resistance value. Dicing amount: A groove having a depth of 0.5 μm is formed in silicon dioxide, a tantalum nitride film having a thickness of 50 nm is formed as a barrier layer by a known sputtering method, and a copper film is similarly formed by a sputtering method. Polishing is performed using the silicon substrate embedded by the heat treatment of step 2. From the surface shape of the stripe pattern portion in which the wiring metal part width and the insulating film part width 100 μm are alternately arranged by a stylus type step meter,
The amount of film reduction of the wiring metal part relative to the insulating film part was determined. As the first-stage polishing liquid for copper, polishing was performed using a polishing liquid for copper or a copper alloy having a sufficiently high polishing rate ratio of copper to tantalum nitride. After the first-stage polishing, a substrate sample was prepared so that the dishing amount measured in a state where the barrier layer was exposed on the insulating film portion was 50 nm, and two-stage polishing was performed until the insulating film portion had no barrier layer. Thinning amount: The surface shape of a 2.5-mm-wide stripe-shaped pattern portion formed by alternately arranging a wiring metal portion width of 45 μm and an insulating film portion width of 5 μm formed on the dishing amount evaluation substrate is measured by a stylus type profilometer. Then, the amount of film reduction of the insulating film portion near the center of the pattern with respect to the insulating film field portion around the stripe pattern was determined. After the first-stage polishing, the thinning amount measured with the barrier layer exposed on the insulating film portion was 2
A substrate sample was prepared so as to have a thickness of 0 nm, and polished in two steps until the barrier layer disappeared in the insulating film portion. Examples 1 to 10
Table 1 shows polishing rates and polishing rate ratios by CMP.
Table 2 shows the amount of dishing and the amount of thinning.

【0028】[0028]

【表1】 [Table 1]

【0029】[0029]

【表2】 [Table 2]

【0030】実施例1、2は、砥粒と水溶性高分子を配
合しない例で、過酸化水素濃度を実施例1では、0.1
5重量%、実施例2では3.0重量%配合した例であ
る。実施例2の過酸化水濃度が高いと銅の研磨速度が7
5.0nm/minであり、第1の工程での研磨残りで
ある銅層の研磨に適している。二酸化シリコンの絶縁層
に溝を形成し、銅の拡散を防止するバリア層としてタン
タルや窒化タンタルを用いて、その表面に銅層を設けた
場合、酸化剤である過酸化水素の濃度を高めた金属用研
磨液では、銅層の研磨速度が速く、第1工程で残存して
しまった銅層を短時間に研磨することができる。第1工
程での銅層研磨残りが無い場合には、金属用研磨液とし
て、酸化剤である過酸化水素濃度を低下させた実施例1
で研磨すると、銅の研磨速度が低下し、タンタルや窒化
タンタルの研磨速度が速くなり、バリア層と銅層をほぼ
同じ程度に研磨できるようになる。金属用研磨液は、第
1工程でバリア層上に銅の研磨残りがある場合、過酸化
水素の濃度を高めたものとし、その研磨液をポンプ等で
供給し、第1工程で銅の研磨残りがない場合、過酸化水
素の濃度の低い研磨液をポンプ等で供給し研磨すると良
い。実施例3〜5は、砥粒を用いた例であり、酸化剤で
ある過酸化水素の濃度が高いと砥粒を配合しない実施例
1、2と同様、銅の研磨速度が高く、バリア層の研磨速
度が比較的低くなり、バリア層研磨後の均一性も向上す
る。過酸化水素の濃度が低くなるとバリア層の研磨速度
が速く、銅層の研磨速度が低くなり、バリア層と銅層の
研磨速度が等しくなる濃度があり、ディシングのないバ
リア層研磨が可能である。実施例6〜8は、水溶性高分
子を配合した例であり、同様な傾向が見られる。表2に
示したディシング量は、過酸化水素濃度3.0重量%の
実施例2、5、8で比較すると水溶性高分子を配合した
実施例8が最も値が小さく良好である。何れの実施例に
おいても絶縁層である二酸化シリコンの研磨速度は金属
層に比べ低く、研磨はこの層の上面付近で確実に停止で
きる。
Examples 1 and 2 are examples in which abrasive grains and a water-soluble polymer are not blended. In Example 1, the hydrogen peroxide concentration was 0.1%.
5% by weight, and Example 2 is 3.0% by weight. When the concentration of the peroxide solution was high in Example 2, the polishing rate of copper was 7
It is 5.0 nm / min, which is suitable for polishing the copper layer that is left unpolished in the first step. Grooves were formed in the insulating layer of silicon dioxide, and when tantalum or tantalum nitride was used as a barrier layer to prevent copper diffusion, the concentration of hydrogen peroxide as an oxidizing agent was increased when a copper layer was provided on the surface. With the metal polishing liquid, the polishing rate of the copper layer is high, and the copper layer remaining in the first step can be polished in a short time. In the case where there was no copper layer polishing residue in the first step, the concentration of hydrogen peroxide as an oxidizing agent was reduced as a metal polishing liquid in Example 1.
When the polishing is performed, the polishing rate of copper is reduced, the polishing rate of tantalum or tantalum nitride is increased, and the barrier layer and the copper layer can be polished to substantially the same degree. If there is a polishing residue of copper on the barrier layer in the first step, the concentration of hydrogen peroxide is increased, and the polishing liquid is supplied by a pump or the like, and the polishing step of the copper is performed in the first step. When there is no residue, polishing may be performed by supplying a polishing solution having a low concentration of hydrogen peroxide by a pump or the like. Examples 3 to 5 are examples using abrasive grains. As in Examples 1 and 2 in which abrasive grains are not blended when the concentration of hydrogen peroxide as an oxidizing agent is high, the polishing rate of copper is high and a barrier layer is used. Is relatively low, and the uniformity after barrier layer polishing is also improved. When the concentration of hydrogen peroxide is low, the polishing rate of the barrier layer is high, the polishing rate of the copper layer is low, and there is a concentration at which the polishing rate of the barrier layer and the polishing rate of the copper layer are equal, and the barrier layer polishing without dishing is possible. . Examples 6 to 8 are examples in which a water-soluble polymer is blended, and the same tendency is observed. The dicing amount shown in Table 2 is the smallest and is excellent in Example 8, in which a water-soluble polymer is blended, as compared with Examples 2, 5, and 8 in which the concentration of hydrogen peroxide is 3.0% by weight. In any of the embodiments, the polishing rate of silicon dioxide as the insulating layer is lower than that of the metal layer, and the polishing can be reliably stopped near the upper surface of this layer.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明の金属用研磨液は、pHが3以下
であり、酸化剤濃度だけで、バリア層導体として用いら
れるタンタルやタンタル合金及び窒化タンタルやその他
のタンタル化合物と銅または銅合金との研磨速度比を調
整できることにより、バリア層研磨が必要な全てのプロ
セス箇所において配合成分が同じの研磨液を適用するこ
とが可能になり、効率的に金属膜の埋め込みパタ−ン形
成をすることができる。
The polishing liquid for metals of the present invention has a pH of 3 or less, and can be used only as an oxidizing agent in a tantalum, a tantalum alloy, a tantalum nitride, another tantalum compound, or a tantalum compound used as a barrier layer conductor. By adjusting the polishing rate ratio with the polishing rate, it is possible to apply a polishing liquid having the same compounding component to all the processing locations where the barrier layer polishing is required, and to efficiently form a buried pattern of the metal film. be able to.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内田 剛 茨城県つくば市和台48 日立化成工業株式 会社総合研究所内 (72)発明者 寺崎 裕樹 茨城県つくば市和台48 日立化成工業株式 会社総合研究所内 (72)発明者 五十嵐 明子 茨城県つくば市和台48 日立化成工業株式 会社総合研究所内 Fターム(参考) 3C058 AA07 CA01 CB03 DA02 DA12 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (72) Inventor Tsuyoshi Uchida 48 Wadai, Tsukuba, Ibaraki Prefecture Within Hitachi Chemical Co., Ltd. In-house (72) Inventor Akiko Igarashi 48 Wadai, Tsukuba-shi, Ibaraki F-term (reference) at Hitachi Chemical Co., Ltd. 3C058 AA07 CA01 CB03 DA02 DA12

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 導体の酸化剤、金属表面に対する保護膜
形成剤、酸及び水を含有する研磨液であり、pHが3以
下であり、酸化剤の濃度により銅または銅合金とバリア
層の研磨速度比を調整することを特徴とする金属用研磨
液。
1. A polishing liquid containing an oxidizing agent for a conductor, an agent for forming a protective film for a metal surface, an acid and water, having a pH of 3 or less, and polishing copper or a copper alloy and a barrier layer depending on the concentration of the oxidizing agent. A polishing liquid for metal, which adjusts a speed ratio.
【請求項2】 酸化剤の濃度が、0.01〜10重量%
である請求項1に記載の金属用研磨液。
2. An oxidizing agent having a concentration of 0.01 to 10% by weight.
The polishing liquid for metals according to claim 1, which is:
【請求項3】 さらに水溶性高分子を含有する請求項1
または請求項2に記載の金属用研磨液。
3. The method according to claim 1, further comprising a water-soluble polymer.
Alternatively, the metal polishing slurry according to claim 2.
【請求項4】 水溶性高分子が、ポリアクリル酸もしく
はその塩、ポリメタクリル酸もしくはその塩、ポリアク
リルアミド、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリ
ドンからなる群から選ばれた少なくとも1種である請求
項3に記載の金属用研磨液。
4. The water-soluble polymer according to claim 3, wherein the water-soluble polymer is at least one selected from the group consisting of polyacrylic acid or a salt thereof, polymethacrylic acid or a salt thereof, polyacrylamide, polyvinyl alcohol, and polyvinylpyrrolidone. Polishing liquid for metals.
【請求項5】 酸が、有機酸である請求項1ないし請求
項4のいずれかに記載の金属用研磨液。
5. The metal polishing slurry according to claim 1, wherein the acid is an organic acid.
【請求項6】 酸が、マロン酸、リンゴ酸、酒石酸、グ
リコール酸及びクエン酸から選ばれた少なくとも1種で
ある請求項5に記載の金属用研磨液。
6. The metal polishing slurry according to claim 5, wherein the acid is at least one selected from malonic acid, malic acid, tartaric acid, glycolic acid and citric acid.
【請求項7】 金属表面に対する保護膜形成剤が、ベン
ゾトリアゾール(BTA)及びその誘導体から選ばれた
少なくとも1種である請求項1ないし請求項6のいずれ
かに記載の金属用研磨液。
7. The metal-polishing liquid according to claim 1, wherein the protective film forming agent for the metal surface is at least one selected from benzotriazole (BTA) and its derivatives.
【請求項8】 導体の酸化剤が、過酸化水素、硝酸、過
ヨウ素酸カリウム、次亜塩素酸及びオゾン水より選ばれ
た少なくとも1種である請求項1ないし請求項7のいず
れかに記載の金属用研磨液。
8. The conductor according to claim 1, wherein the oxidizing agent is at least one selected from hydrogen peroxide, nitric acid, potassium periodate, hypochlorous acid, and ozone water. Polishing liquid for metals.
【請求項9】 金属用研磨液に、砥粒を添加した請求項
1ないし請求項8のいずれかに記載の金属用研磨液。
9. The metal polishing liquid according to claim 1, wherein abrasive grains are added to the metal polishing liquid.
【請求項10】 砥粒が、シリカ、アルミナ、セリア、
チタニア、ジルコニア、ゲルマニアより選ばれた少なく
とも1種である請求項9に記載の金属用研磨液。
10. The abrasive grains are silica, alumina, ceria,
The metal polishing slurry according to claim 9, wherein the metal polishing slurry is at least one selected from titania, zirconia, and germania.
【請求項11】 砥粒が、平均粒径100nm以下のコ
ロイダルシリカまたはコロイダルアルミナである請求項
10に記載の金属用研磨液。
11. The metal polishing slurry according to claim 10, wherein the abrasive is colloidal silica or colloidal alumina having an average particle diameter of 100 nm or less.
【請求項12】 導体が、銅または銅合金のバリア層で
ある請求項1ないし請求項11のいずれかに記載の金属
用研磨液。
12. The metal polishing slurry according to claim 1, wherein the conductor is a copper or copper alloy barrier layer.
【請求項13】 バリア層が、タンタル、窒化タンタ
ル、タンタル合金、その他のタンタル化合物から選ばれ
た少なくとも1種である請求項12に記載の金属用研磨
液。
13. The metal-polishing liquid according to claim 12, wherein the barrier layer is at least one selected from tantalum, tantalum nitride, a tantalum alloy, and other tantalum compounds.
【請求項14】 タンタル、窒化タンタルと二酸化シリ
コン膜の研磨速度比(Ta/SiO2、TaN/Si
2)が10より大きいことを特徴とする請求項1ない
し請求項13のいずれかに記載の金属用研磨液。
14. A polishing rate ratio between a tantalum, a tantalum nitride and a silicon dioxide film (Ta / SiO 2 , TaN / Si).
The metal polishing slurry according to any one of claims 1 to 13, wherein O 2 ) is larger than 10.
【請求項15】 請求項1ないし請求項14のいずれか
に記載の金属用研磨液を用いて、タンタル、窒化タンタ
ル、タンタル合金及びその他のタンタル化合物から選ば
れた少なくとも1種からなるバリア層を研磨する研磨方
法。
15. A barrier layer comprising at least one selected from the group consisting of tantalum, tantalum nitride, a tantalum alloy and another tantalum compound, using the metal polishing liquid according to claim 1. Polishing method for polishing.
【請求項16】 請求項1ないし請求項14のいずれか
に記載の金属用研磨液を用いて、銅または銅合金とその
バリア層を含む面を研磨する研磨方法。
16. A polishing method for polishing a surface including copper or a copper alloy and a barrier layer thereof using the metal polishing liquid according to claim 1. Description:
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