JP2001085374A - Abrasive liquid composition - Google Patents

Abrasive liquid composition

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JP2001085374A
JP2001085374A JP2000119690A JP2000119690A JP2001085374A JP 2001085374 A JP2001085374 A JP 2001085374A JP 2000119690 A JP2000119690 A JP 2000119690A JP 2000119690 A JP2000119690 A JP 2000119690A JP 2001085374 A JP2001085374 A JP 2001085374A
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polished
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康洋 米田
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良一 橋本
Toshiya Hagiwara
敏也 萩原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a composition having superior preventing effects of dishing or the like of a metal wiring layer by maintaining a polishing speed of the film on a surface to be polished, having an insulating layer and a metal layer and suppressing the etching rate, a method for polishing, and a method for manufacturing a semiconductor substrate. SOLUTION: This abrasive liquid composition polishes a surface to be polished having an insulating layer and a metal layer. The composition comprises a first abrasive liquid composition containing a compound having a structure, including a hydroxyl group in two or more adjacent carbon atoms in a molecule, a second abrasive liquid composition containing an organic acid and/or an oxidizer, and a third abrasive liquid composition containing an abrasive material further in the first or second composition. A method for polishing a semiconductor substrate comprises the steps of polishing a surface to be polished, having an insulating layer and a metal layer by using the first to the third compositions, and planarizing it. A method for manufacturing a semiconductor substrate comprises the steps of polishing a surface to be polished, having an insulating layer and a metal a layer by sing the first to the third composition, and planarizing it.

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、絶縁層と金属層を
有する被研磨表面を研磨する研磨液組成物に関する。さ
らに詳しくは、半導体基板上の埋め込み金属配線の形成
手法に適用される研磨液組成物、研磨方法及び半導体基
板の製造方法に関する。
The present invention relates to a polishing composition for polishing a surface to be polished having an insulating layer and a metal layer. More specifically, the present invention relates to a polishing composition, a polishing method, and a method for manufacturing a semiconductor substrate, which are applied to a technique for forming embedded metal wiring on a semiconductor substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の製造工程において、半導体
基板上の絶縁膜表面に配線形状の溝を形成し、該溝を有
する絶縁膜上に銅等からなる金属膜を堆積し、前記金属
膜をポリッシング装置及び研磨液により研磨処理するこ
とにより、前記溝内のみに金属層を残存させ金属配線層
を形成させる方法の研磨工程にはメタルケミカルメカニ
カルポリッシング(Metal Chemical Mechanical Pol
ishing、以下メタルCMPという)が採用されている。
2. Description of the Related Art In a manufacturing process of a semiconductor device, a wiring-shaped groove is formed on the surface of an insulating film on a semiconductor substrate, and a metal film made of copper or the like is deposited on the insulating film having the groove. The polishing process of the method of forming a metal wiring layer by leaving a metal layer only in the groove by performing a polishing treatment with a polishing apparatus and a polishing liquid is a metal chemical mechanical polishing (Metal Chemical Mechanical Polishing).
ishing, hereinafter referred to as metal CMP).

【0003】しかしながら、このメタルCMPには絶縁
膜の溝内に金属配線層にディッシング(Dishing)と呼ば
れるくぼみが発生し、金属配線層の断面積が減少して、
電気抵抗の増大等を引き起こすという問題がある。この
ディッシングは、研磨液組成物により金属配線層の表面
が絶縁膜表面よりも過剰に研磨又はエッチングされて生
じるとされている。特に主要な配線金属の1つである銅
は、研磨液組成物により過剰にエッチングされて、ディ
ッシングが発生しやすいという欠陥がある。
However, in this metal CMP, a depression called “dishing” occurs in the metal wiring layer in the groove of the insulating film, and the cross-sectional area of the metal wiring layer is reduced.
There is a problem of causing an increase in electric resistance and the like. This dishing is said to occur when the surface of the metal wiring layer is polished or etched more excessively by the polishing composition than the surface of the insulating film. In particular, copper, which is one of the main wiring metals, has a defect that dishing is likely to occur due to excessive etching by the polishing composition.

【0004】従って、絶縁膜上の金属膜を研磨するため
のエッチング作用は残しつつも、配線形成時には、金属
層にディッシング等の欠陥が発生しない研磨液組成物が
望まれている。
Therefore, there is a demand for a polishing composition which does not cause dishing or other defects in the metal layer when forming wirings, while leaving an etching effect for polishing the metal film on the insulating film.

【0005】従来の研磨液として、例えば、特開平8−
83780号公報及び特開平11−21546号公報に
は、ディッシングを防止する手法として、金属表面の保
護膜生成剤としてベンゾトリアゾール又はその誘導体を
含有する研磨液が開示されているが、生成する保護膜が
強固なものとなるため、メタルCMPにおいて金属層を
研磨する場合、研磨速度が不十分となる。また、特開平
11−116942号公報には、アルコール性水酸基を
1〜10個有する化合物又はアルコール性水酸基を1〜
10個有する含窒素塩基性化合物を含む研磨用組成物が
記載されているが、この研磨用組成物は、半導体ウェー
ハの鏡面研磨においてウェーハ表面に付着するパーティ
クルの低減を目的とするものであり、解決しようとする
課題が異なっている。
As a conventional polishing liquid, for example, Japanese Unexamined Patent Publication No.
JP-A-83780 and JP-A-11-21546 disclose a polishing solution containing benzotriazole or a derivative thereof as a protective film forming agent for a metal surface as a method for preventing dishing. Becomes strong, so that when the metal layer is polished in metal CMP, the polishing rate becomes insufficient. JP-A-11-116942 discloses a compound having 1 to 10 alcoholic hydroxyl groups or a compound having 1 to 10 alcoholic hydroxyl groups.
Although a polishing composition containing a nitrogen-containing basic compound having 10 is described, this polishing composition is intended to reduce particles attached to the wafer surface in mirror polishing of a semiconductor wafer, The problem to be solved is different.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、絶縁
層と金属層を有する被研磨表面において、金属膜の研磨
速度を維持し、エッチング速度を抑制し、金属配線層の
ディッシング等の防止効果に優れた研磨液組成物、研磨
方法、及び半導体基板の製造方法を提供することにあ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to maintain a polishing rate of a metal film on a surface to be polished having an insulating layer and a metal layer, suppress an etching rate, and prevent dishing of a metal wiring layer. An object of the present invention is to provide a polishing composition, a polishing method, and a method for manufacturing a semiconductor substrate, which are excellent in effects.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、〔1〕
絶縁層と金属層を有する被研磨表面を研磨する研磨液組
成物であって、分子内に2個以上の隣接する炭素原子に
それぞれ水酸基を有する構造を有する化合物と水を含有
する研磨液組成物(以下、第1研磨液組成物ともい
う)、〔2〕さらに、有機酸及び/ 又は酸化剤を含有す
る〔1〕記載の研磨液組成物(以下、第2研磨液組成物
ともいう)、〔3〕さらに研磨材を含有する〔1〕又は
〔2〕記載の研磨液組成物(以下、第3研磨液組成物と
もいう)、〔4〕前記〔1〕〜〔3〕記載の研磨液組成
物を用いて、絶縁層と金属層を有する被研磨表面を研磨
し、平坦化する半導体基板の研磨方法、〔5〕前記
〔1〕〜〔3〕記載の研磨液組成物を用いて、絶縁層と
金属層を有する被研磨表面を研磨し平坦化する工程を有
する半導体基板の製造方法に関する。
The gist of the present invention is [1].
A polishing composition for polishing a surface to be polished having an insulating layer and a metal layer, comprising a compound having a structure having a hydroxyl group at each of two or more adjacent carbon atoms in a molecule and water. (Hereinafter, also referred to as a first polishing composition), [2] a polishing composition according to [1] further containing an organic acid and / or an oxidizing agent (hereinafter, also referred to as a second polishing composition), [3] The polishing composition according to [1] or [2] (hereinafter also referred to as a third polishing composition) further containing an abrasive, [4] The polishing composition according to [1] to [3]. A polishing method for a semiconductor substrate, in which a polishing target surface having an insulating layer and a metal layer is polished and flattened using the composition, [5] the polishing liquid composition according to the above [1] to [3], Semiconductor substrate manufacturing method including a step of polishing and flattening a surface to be polished having an insulating layer and a metal layer About.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】本発明において、前記分子内に2
個以上の隣接する炭素原子にそれぞれ水酸基を有する構
造を有する化合物(以下、水酸基含有化合物ともいう)
を用いることに一つの大きな特徴があり、かかる水酸基
含有化合物を含有する研磨液組成物を用いることで、研
磨速度を維持し、且つ金属膜の過剰なエッチングを防止
することができ、ディッシング等の欠陥のない研磨表面
を得ることができるという優れた効果が発現される。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the present invention, 2
A compound having a structure having a hydroxyl group at each of at least two adjacent carbon atoms (hereinafter, also referred to as a hydroxyl group-containing compound)
There is one major feature in the use of, and by using a polishing composition containing such a hydroxyl group-containing compound, the polishing rate can be maintained, and excessive etching of the metal film can be prevented. An excellent effect that a polished surface without defects can be obtained is exhibited.

【0009】水酸基含有化合物において、研磨速度を維
持し、且つディッシングを抑制するという観点から、分
子内に水酸基を有する隣接する炭素原子の個数は、2個
以上であり、2〜10個が好ましく、2〜7個がより好
ましく、2〜4個が特に好ましい。
In the hydroxyl group-containing compound, from the viewpoint of maintaining the polishing rate and suppressing dishing, the number of adjacent carbon atoms having a hydroxyl group in the molecule is 2 or more, preferably 2 to 10, Two to seven are more preferred, and two to four are particularly preferred.

【0010】また、水酸基含有化合物の構造としては、
2個以上の隣接する炭素原子にそれぞれ水酸基を有する
構造が分子の末端部分に存在することが特に好ましい。
The structure of the hydroxyl-containing compound is as follows:
It is particularly preferred that a structure having a hydroxyl group at each of two or more adjacent carbon atoms is present at a terminal portion of the molecule.

【0011】この例として、式(I): R1 −X−(CH2)q −〔CH(OH)〕n −CH2 OH (I) (式中、R1 は炭素数1〜24の炭化水素基、Xは(C
2)m 、酸素原子、硫黄原子、COO基、OCO基、N
2 基、O(R2 O)P(O)O基、R2 は水素原子又
は炭素数1〜24の炭化水素基、m及びqは0又は1、
nは1〜4の整数を示す。)で表される化合物が挙げら
れる。
As an example of this, the formula (I): R 1 -X- (CH 2 ) q- [CH (OH)] n -CH 2 OH (I) (wherein R 1 has 1 to 24 carbon atoms) The hydrocarbon group, X is (C
H 2 ) m , oxygen atom, sulfur atom, COO group, OCO group, N
R 2 group, O (R 2 O) P (O) O group, R 2 is a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 24 carbon atoms, m and q are 0 or 1,
n shows the integer of 1-4. )).

【0012】式(I)中において、R1 の炭化水素基
は、脂肪族及び芳香族のいずれであってもよいが、脂肪
族が好ましい。該脂肪族の構造は、飽和及び不飽和のい
ずれであってもよく、直鎖及び分岐鎖のいずれの基であ
ってもよいが、ディッシングを抑制するという観点か
ら、飽和構造が好ましく、また直鎖構造が好ましい。ま
た、前記炭化水素基の炭素数は、1〜18が好ましく、
2〜12がより好ましい。該炭素数は、ディッシングを
抑制するという観点から、1個以上であり、式(I)で
表される化合物の水への溶解性の観点から、24以下で
ある。m及びqは、1が好ましい。R2 の炭化水素の炭
素数は、ディッシング抑制の観点から、12個以下が好
ましく、8個以下がより好ましく、4個以下がさらに好
ましい。特に、R2 は水素原子又はメチル基が好まし
い。nは、ディッシング抑制の観点から、2以下が好ま
しく、1がより好ましい。
In the formula (I), the hydrocarbon group for R 1 may be either aliphatic or aromatic, but is preferably aliphatic. The aliphatic structure may be either saturated or unsaturated, and may be a linear or branched group. However, from the viewpoint of suppressing dishing, a saturated structure is preferable. Chain structures are preferred. The hydrocarbon group preferably has 1 to 18 carbon atoms,
2-12 are more preferable. The carbon number is 1 or more from the viewpoint of suppressing dishing, and is 24 or less from the viewpoint of solubility of the compound represented by the formula (I) in water. m and q are preferably 1. The carbon number of the hydrocarbon of R 2 is preferably 12 or less, more preferably 8 or less, and still more preferably 4 or less from the viewpoint of suppressing dishing. Particularly, R 2 is preferably a hydrogen atom or a methyl group. n is preferably 2 or less, and more preferably 1 from the viewpoint of suppressing dishing.

【0013】また、水酸基含有化合物は、分子内に水酸
基以外の各種官能基を有していてもよいが、研磨速度を
維持し、ディッシングを抑制するという観点から、カル
ボキシル基、スルホン基、一級アミノ基、フェノール性
水酸基を含まないものが好ましい。
The hydroxyl group-containing compound may have various functional groups other than the hydroxyl group in the molecule. However, from the viewpoint of maintaining a polishing rate and suppressing dishing, a carboxyl group, a sulfone group, a primary amino group, and the like. And those containing no phenolic hydroxyl group are preferred.

【0014】水酸基含有化合物の分子量は、研磨速度を
維持し、且つディッシングを抑制するという観点から、
5000以下が好ましく、1000以下がさらに好まし
く、500以下が特に好ましい。
The molecular weight of the hydroxyl group-containing compound is determined from the viewpoint of maintaining the polishing rate and suppressing dishing.
It is preferably 5,000 or less, more preferably 1,000 or less, and particularly preferably 500 or less.

【0015】水酸基含有化合物は、研磨速度を維持し、
ディッシングを抑制するという観点から、水溶液中の酸
解離定数pKaの値が8以上が好ましく、9以上がより
好ましく、10以上がさらに好ましい。ただし、分子内
に2個以上の解離可能な官能基を有する水酸基含有化合
物の場合、ここでいうpKaとは第1解離定数の値であ
る。また、水酸基含有化合物の溶解性は、水系媒体中に
配合するという観点から、研磨液組成物として使用され
るpHにおいて、25℃の水に対して0.5重量%以上
溶解することが好ましく、1.0重量%以上溶解するこ
とがさらに好ましい。
The hydroxyl group-containing compound maintains the polishing rate,
From the viewpoint of suppressing dishing, the value of the acid dissociation constant pKa in the aqueous solution is preferably 8 or more, more preferably 9 or more, and still more preferably 10 or more. However, in the case of a hydroxyl group-containing compound having two or more dissociable functional groups in the molecule, the pKa here is the value of the first dissociation constant. In addition, the solubility of the hydroxyl group-containing compound is preferably 0.5% by weight or more in water at 25 ° C. at the pH used as the polishing composition, from the viewpoint of being incorporated into an aqueous medium, More preferably, the dissolution is 1.0% by weight or more.

【0016】これらの水酸基含有化合物の具体例として
は、1,2−ブタンジオール、1,2−ヘプタンジオー
ル、1,2−ヘキサンジオール(後述の表1中のa)、
1,2−オクタンジオール等のアルカンジオール類、
1,2,3−ヘキサントリオール、1,2,6−ヘキサ
ントリオール、1,2,3−ヘプタントリオール等のア
ルカントリオール類、ブチルグリセリルエーテル(後述
の表1中のb)、ペンチルグリセリルエーテル、へキシ
ルグリセリルエーテル、オクチルグリセリルエーテル等
のグリセリルエーテル類、ブタン酸モノグリセライド、
ペンタン酸モノグリセライド、へキサン酸モノグリセラ
イド、ヘプタン酸モノグリセライド(後述の表1中の
c)、オクタン酸モノグリセライド等のモノグリセライ
ド類、グルコン酸とへキシルアルコール等のアルコール
とをエステル化反応させた化合物等の多価アルコールの
部分エステル類、グリシドールとへキシルアミン等のモ
ノアルキルアミン又はジプロピルアミン等のジアルキル
アミン(後述の表1中のd)とを反応させた化合物、酒
石酸ジエチル、酒石酸ジブチル、酒石酸ジプロピル(後
述の表1中のe)、酒石酸ジへキシル等の酒石酸ジエス
テル類、1,2−シクロヘキサンジオール等が挙げられ
る。これらの中でも研磨速度とディッシング抑制の点か
らアルカンジオール類及びグリセリルエーテル類が好ま
しい。これらの水酸基含有化合物は、単独で又は2種以
上を混合して使用してもよい。
Specific examples of these hydroxyl group-containing compounds include 1,2-butanediol, 1,2-heptanediol, 1,2-hexanediol (a in Table 1 described later),
Alkanediols such as 1,2-octanediol,
Alkantriols such as 1,2,3-hexanetriol, 1,2,6-hexanetriol, 1,2,3-heptanetriol, butyl glyceryl ether (b in Table 1 described later), pentyl glyceryl ether; Glyceryl ethers such as xyl glyceryl ether, octyl glyceryl ether, butanoic acid monoglyceride,
Monoglycerides such as pentanoic acid monoglyceride, hexanoic acid monoglyceride, heptanoic acid monoglyceride (c in Table 1 below), octanoic acid monoglyceride and the like; Partial esters of polyhydric alcohols, compounds obtained by reacting glycidol with monoalkylamines such as hexylamine or dialkylamines such as dipropylamine (d in Table 1 described below), diethyl tartrate, dibutyl tartrate, dipropyl tartrate (described later) E) in Table 1 above, diesters of tartaric acid such as dihexyl tartrate, and 1,2-cyclohexanediol. Of these, alkanediols and glyceryl ethers are preferred from the viewpoints of polishing rate and suppression of dishing. These hydroxyl group-containing compounds may be used alone or in combination of two or more.

【0017】水酸基含有化合物の研磨液組成物中におけ
る配合量は、研磨速度を維持し、且つディッシングを抑
制する観点から、0.01〜30重量%が好ましく、
0.05〜5重量%がより好ましく、0.1〜3重量%
がさらに好ましい。
The amount of the hydroxyl group-containing compound in the polishing composition is preferably 0.01 to 30% by weight from the viewpoint of maintaining the polishing rate and suppressing dishing.
0.05 to 5% by weight is more preferable, and 0.1 to 3% by weight.
Is more preferred.

【0018】本発明に用いられる水は、媒体として用い
られるものである。その配合量は、被研磨物を効率よく
研磨できる観点から、研磨液組成物中において、好まし
くは60〜99.99重量%、より好ましくは70〜9
9.4重量%、さらに好ましくは80〜99.0重量%
である。
The water used in the present invention is used as a medium. The compounding amount is preferably 60 to 99.99% by weight, more preferably 70 to 9% by weight in the polishing composition from the viewpoint of efficiently polishing the object to be polished.
9.4% by weight, more preferably 80 to 99.0% by weight
It is.

【0019】かかる組成を有する本発明の第1研磨液組
成物のpHは、研磨速度を実用レベルに保ち、且つディ
ッシング抑制の観点及び表面の微細なスクラッチ傷を除
去する観点から、2〜11が好ましく、2〜7がより好
ましく、2 〜6がさらに好ましく、3〜5が特に好まし
い。pHを前記範囲内に調整するためには、必要に応じ
て、硝酸、硫酸等の無機酸、有機酸、水酸化カリウム、
水酸化ナトリウム、アンモニア、有機アミン等の塩基性
物質を適時配合することができる。
The pH of the first polishing composition of the present invention having such a composition is preferably 2 to 11 from the viewpoints of keeping the polishing rate at a practical level, suppressing dishing and removing fine scratches on the surface. Preferably, 2-7 are more preferable, 2-6 are more preferable, and 3-5 are particularly preferable. In order to adjust the pH within the above range, if necessary, nitric acid, inorganic acids such as sulfuric acid, organic acids, potassium hydroxide,
Basic substances such as sodium hydroxide, ammonia, and organic amines can be appropriately blended.

【0020】本発明の第2研磨液組成物は、第1研磨液
組成物に有機酸及び/又は酸化剤がさらに配合されたも
のである。本発明において、かかる有機酸を用いること
で、金属層を構成する各種金属、特に銅と錯体を形成し
又は結合し、金属層を脆弱な層にして、研磨の際に、金
属層の除去を容易にするという効果が発現される。
The second polishing composition of the present invention is obtained by further adding an organic acid and / or an oxidizing agent to the first polishing composition. In the present invention, by using such an organic acid, a complex is formed or bonded with various metals constituting the metal layer, particularly copper, and the metal layer is made to be a fragile layer. The effect of facilitating this is exhibited.

【0021】また、特に、有機酸と分子内に2個以上の
隣接する炭素原子にそれぞれ水酸基を有する構造を有す
る化合物を併用することで、研磨速度を維持し、且つデ
ィッシングを防止することができる。
In particular, by using a combination of an organic acid and a compound having a structure having a hydroxyl group at two or more adjacent carbon atoms in the molecule, the polishing rate can be maintained and dishing can be prevented. .

【0022】有機酸は、酸性を示す有機化合物である。
これらの酸性を示す有機化合物としては、カルボキシル
基、ホスホン基、ホスフィン基、スルホン基、スルフィ
ン基、フェノール基、エノール基、チオフェノール基、
イミド基、オキシム基、芳香族スルホアミド基、第一級
及び第二級ニトロ基等の官能基を有するものが挙げられ
る。
An organic acid is an organic compound exhibiting acidity.
Examples of these acidic organic compounds include a carboxyl group, a phosphon group, a phosphine group, a sulfone group, a sulfine group, a phenol group, an enol group, a thiophenol group,
Those having a functional group such as an imide group, an oxime group, an aromatic sulfamide group, and a primary and secondary nitro group are exemplified.

【0023】本発明で用いられる有機酸の分子量は、1
000以下が好ましく、500以下がより好ましい。
The molecular weight of the organic acid used in the present invention is 1
000 or less is preferable, and 500 or less is more preferable.

【0024】カルボキシル基を有する有機酸としては、
水への溶解性の観点から、炭素数1〜24のモノカルボ
ン酸、ジカルボン酸、ヒドロキシカルボン酸及びアミノ
カルボン酸が好ましく、その炭素数は、より好ましくは
1〜18、さらに好ましくは1〜12、特に好ましくは
1〜8である。具体的には、モノカルボン酸としては、
ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、バレリアン酸、カプ
ロン酸、ピルビン酸等;ジカルボン酸としては、シュウ
酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、フ
タル酸等;ヒドロキシカルボン酸としては、グルコン
酸、酒石酸、グリコール酸、乳酸、クエン酸、リンゴ酸
等;アミノカルボン酸としては、エチレンジアミンテト
ラ酢酸、ニトリロトリ酢酸等が挙げられる。ホスホン基
を有する有機酸としては、アミノトリ(メチレンホスホ
ン酸)、1−ヒドロキシエチリデン−1,1−ジホスホ
ン酸、エチレンジアミンテトラ(メチレンホスホン
酸)、ヘキサメチレンジアミンテトラ(メチレンホスホ
ン酸)、ジエチレントリアミンペンタ(メチレンホスホ
ン酸)等、ホスフィン基を有する有機酸としては、亜リ
ン酸エチル等、スルホン基を有する有機酸としては、メ
タンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p−トルエンス
ルホン酸、ナフタリンスルホン酸等、スルフィン基を有
する有機酸としては、ベンゼンスルフィン酸、p−トル
エンスルフィン酸等が挙げられる。これらの中でも、カ
ルボキシル基を有する有機酸が好ましく、より具体的に
は、モノカルボン酸、ジカルボン酸、ヒドロキシカルボ
ン酸及びアミノカルボン酸が好ましく、酢酸、シュウ
酸、コハク酸、グリコール酸、乳酸、クエン酸、リンゴ
酸、酒石酸、グルコン酸、エチレンジアミンテトラ酢酸
及びニトリロトリ酢酸がより好ましく、グリコール酸及
びグルコン酸がさらに好ましい。これらの有機酸は、単
独で又は2種以上を混合して用いてもよい。
The organic acid having a carboxyl group includes
From the viewpoint of solubility in water, a monocarboxylic acid having 1 to 24 carbon atoms, a dicarboxylic acid, a hydroxycarboxylic acid and an aminocarboxylic acid are preferable, and the number of carbon atoms is more preferably 1 to 18, and still more preferably 1 to 12. And particularly preferably 1 to 8. Specifically, as the monocarboxylic acid,
Formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, caproic acid, pyruvic acid and the like; dicarboxylic acids such as oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid and phthalic acid; Acids, tartaric acid, glycolic acid, lactic acid, citric acid, malic acid, etc .; Examples of aminocarboxylic acids include ethylenediaminetetraacetic acid, nitrilotriacetic acid and the like. Examples of the organic acid having a phosphon group include aminotri (methylenephosphonic acid), 1-hydroxyethylidene-1,1-diphosphonic acid, ethylenediaminetetra (methylenephosphonic acid), hexamethylenediaminetetra (methylenephosphonic acid), diethylenetriaminepenta (methylene Examples of organic acids having a phosphine group such as phosphonic acid) include ethyl phosphite, and examples of organic acids having a sulfone group include methanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, and naphthalenesulfonic acid. Examples of the organic acid having the formula include benzenesulfinic acid and p-toluenesulfinic acid. Among these, organic acids having a carboxyl group are preferred, and more specifically, monocarboxylic acids, dicarboxylic acids, hydroxycarboxylic acids, and aminocarboxylic acids are preferred, and acetic acid, oxalic acid, succinic acid, glycolic acid, lactic acid, and citric acid are preferred. Acids, malic acid, tartaric acid, gluconic acid, ethylenediaminetetraacetic acid and nitrilotriacetic acid are more preferred, and glycolic acid and gluconic acid are even more preferred. These organic acids may be used alone or in combination of two or more.

【0025】有機酸は、第2研磨液組成物中において水
を媒体とした状態で使用される。有機酸の第2研磨液組
成物中における配合量は、金属層の除去のために実用レ
ベルでの研磨速度を確保し、且つ金属層の過剰なエッチ
ングを防ぐために種々選択することができ、例えば、好
ましくは0.1〜10重量%、より好ましくは0.2〜
8重量%、さらに好ましくは0.3〜5重量%である。
The organic acid is used in the second polishing composition with water as a medium. The compounding amount of the organic acid in the second polishing composition can be variously selected in order to secure a polishing rate at a practical level for removing the metal layer and to prevent excessive etching of the metal layer. , Preferably 0.1 to 10% by weight, more preferably 0.2 to 10% by weight.
It is 8% by weight, more preferably 0.3 to 5% by weight.

【0026】また、前記有機酸の中でも、水媒体共存下
で、金属、特に銅を溶解、エッチングし、下記のエッチ
ング試験Aより得られるエッチング速度aが3Å/mi
n以上の化合物は、エッチング剤として用いることがで
きる。即ち、エッチング試験Aは、まず、長さ100m
mの銅リボン((株)ニラコ製:厚み0.10mm、幅
6mm)を用意し、表面の汚れ等を紙で拭きとった後、
ノルマルヘキサンに浸した状態で超音波洗浄を1分間行
い、十分に脱脂し、乾燥させる。その後リボン全面に研
磨液が浸漬するようにその金属試験片を、螺旋状に巻
き、試験前の金属試験片とし、精密天秤により、浸漬前
重量を測定する。
Among the organic acids, metals, especially copper, are dissolved and etched in the presence of an aqueous medium, and the etching rate a obtained by the following etching test A is 3A / mi.
Compounds of n or more can be used as an etching agent. That is, the etching test A is firstly 100 m in length.
m copper ribbon (manufactured by Nilaco Co., Ltd .: thickness 0.10 mm, width 6 mm), and after dirt on the surface is wiped off with paper,
Ultrasonic cleaning is performed for 1 minute in a state of being immersed in normal hexane, sufficiently degreased, and dried. Thereafter, the metal test piece is spirally wound so that the polishing liquid is immersed in the whole surface of the ribbon, and the metal test piece before the test is used. The weight before immersion is measured by a precision balance.

【0027】次に、エッチング剤を2重量%水溶液と
し、さらにアンモニア水によりpHを8±0.5に調整
したエッチング液100gを150ccのビーカー
((株)テラオカ 150ccデスカップ)に用意し、
その中に前記金属試験片を25℃で12時間浸漬する。
浸漬中はマグネティックスターラーで銅リボンがエッチ
ング液の流れによって回転する程度に攪拌する。試験
後、銅リボン表面を充分に拭き取り、再度精密天秤にて
重量を測定し、試験後の重量とする。試験前後の銅リボ
ンの重量減少から銅の膜厚減少量を換算し、それをエッ
チング時間で除すことによりエッチング速度aを求め
る。実用的な研磨速度を得るという観点から、上記エッ
チング試験Aより得られるエッチング速度aが3Å/m
in以上のエッチング剤が好ましく、5Å/min以上
のエッチング剤がより好ましく、10Å/min以上の
エッチング剤がさらに好ましい。この場合のエッチング
速度aは、2つ以上のエッチング剤を併用した場合のエ
ッチング速度であってもよい。
Next, 100 g of an etching solution prepared as a 2% by weight aqueous solution of an etching agent and adjusted to pH 8 ± 0.5 with aqueous ammonia was prepared in a 150 cc beaker (Teraoka 150 cc Descup).
The metal test piece is immersed therein at 25 ° C. for 12 hours.
During the immersion, the copper ribbon is stirred by a magnetic stirrer to such an extent that the copper ribbon is rotated by the flow of the etching solution. After the test, the surface of the copper ribbon is sufficiently wiped off, the weight is measured again with a precision balance, and the weight is taken as the weight after the test. The amount of decrease in the thickness of the copper is converted from the decrease in the weight of the copper ribbon before and after the test, and is divided by the etching time to obtain the etching rate a. From the viewpoint of obtaining a practical polishing rate, the etching rate a obtained from the etching test A is 3 ° / m.
An etching agent of in or more is preferable, an etching agent of 5 ° / min or more is more preferable, and an etching agent of 10 ° / min or more is further preferable. The etching rate a in this case may be an etching rate when two or more etching agents are used in combination.

【0028】また、エッチング剤には、水媒体共存下
で、金属、特に銅を溶解、エッチングし、前記のエッチ
ング試験Aより得られるエッチング速度aが3Å/mi
n以上の無機酸も用いることができる。
The etching agent dissolves and etches a metal, particularly copper, in the presence of an aqueous medium, and the etching rate a obtained by the etching test A is 3 ° / mi.
More than n inorganic acids can also be used.

【0029】好ましいエッチング剤としては、適切なエ
ッチング速度を有する観点から、下記A〜Eの群から選
ばれる一つ以上の化合物を含むものである。 A:炭素数6以下で1〜3個のカルボキシル基を有する
脂肪族有機酸 B:炭素数7〜10で1〜4個のカルボキシル基を有す
る芳香族有機酸 C:炭素数6以下で1〜4個のホスホン酸基を有する有
機酸 D:分子内に式(II):
Preferred etching agents include one or more compounds selected from the following groups A to E from the viewpoint of having an appropriate etching rate. A: an aliphatic organic acid having 6 to 6 carbon atoms and having 1 to 3 carboxyl groups B: an aromatic organic acid having 7 to 10 carbon atoms and having 1 to 4 carboxyl groups C: 1 to 6 carbon atoms or less Organic acid having four phosphonic acid groups D: Formula (II) in the molecule:

【0030】[0030]

【化1】 Embedded image

【0031】で表される構造を2つ以上有するポリアミ
ノカルボン酸 E:無機酸
Polyaminocarboxylic acid having two or more structures represented by the following formula: E: inorganic acid

【0032】具体的には、Aの炭素数6以下で1〜3個
のカルボキシル基を有する脂肪族有機酸として、ギ酸、
酢酸、プロピオン酸等のモノカルボン酸;シュウ酸、マ
ロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、トリカル
バリル酸等の多価カルボン酸;グリコール酸、乳酸、2
−ヒドロキシプロピオン酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン
酸、グルコン酸等のヒドロキシカルボン酸;グリシン、
アラニン、アスパラギン酸等のアミノ酸等が挙げられ
る。Bの炭素数7〜10で1〜4個のカルボキシル基を
有する芳香族有機酸として、安息香酸、フタル酸、トリ
メリット酸、ピロメリット酸、マンデル酸、サリチル酸
等が挙げられる。Cの炭素数6以下で1〜4個のホスホ
ン酸基を有する有機酸として、メチルホスホン酸、フェ
ニルホスホン酸等のホスホン酸;メチルホスフィン酸、
フェニルホスフィン酸等のホスフィン酸;ホスホン酸メ
チルエステル等のホスホン酸エステル;アミノトリ(メ
チレンホスホン酸)、1−ヒドロキシエチリデン−1−
ジホスホン酸等のアミノホスホン酸等が挙げられる。D
の分子内に式(II)で表される構造を2つ以上有するポ
リアミノカルボン酸として、エチレンジアミン四酢酸、
ニトリロ三酢酸、ジエチレンジアミン五酢酸、トリエチ
レンテトラミン六酢酸、ヒドロキシエチルエチレンジア
ミン三酢酸等が挙げられる。Eの無機酸として、塩酸、
過塩素酸、硫酸、硝酸、リン酸、ホスホン酸、ホスフィ
ン酸等が挙げられる。これらの中でも、研磨速度の点か
らA又はBに属する多価カルボン酸又はヒドロキシカル
ボン酸、Cに属するアミノホスホン酸、Dに属する分子
内に式(II)で表される構造を2つ以上有するポリアミ
ノカルボン酸、Eに属する塩酸、硫酸、硝酸及びリン酸
が好ましく、シュウ酸、コハク酸、グリコール酸、乳
酸、クエン酸、リンゴ酸、グルコン酸、フタル酸、アミ
ノトリ(メチレンホスホン酸)、1−ヒドロキシエチリ
デン−1−ジホスホン酸、エチレンジアミン四酢酸、塩
酸及び硫酸がさらに好ましい。これらのエッチング剤は
単独で又は2種類以上を混合して用いても良い。
Specifically, as an aliphatic organic acid having a carbon number of 6 or less and A having 1 to 3 carboxyl groups, formic acid,
Monocarboxylic acids such as acetic acid and propionic acid; polycarboxylic acids such as oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid and tricarballylic acid; glycolic acid, lactic acid,
-Hydroxycarboxylic acids such as hydroxypropionic acid, malic acid, tartaric acid, citric acid, gluconic acid; glycine;
Examples include amino acids such as alanine and aspartic acid. Examples of the aromatic organic acid having 1 to 4 carboxyl groups having 7 to 10 carbon atoms of B include benzoic acid, phthalic acid, trimellitic acid, pyromellitic acid, mandelic acid, and salicylic acid. Examples of the organic acid having 1 to 4 phosphonic acid groups having 6 or less carbon atoms of C include phosphonic acids such as methylphosphonic acid and phenylphosphonic acid; methylphosphinic acid;
Phosphinic acids such as phenylphosphinic acid; phosphonic esters such as methyl phosphonate; aminotri (methylenephosphonic acid), 1-hydroxyethylidene-1-
And aminophosphonic acids such as diphosphonic acid. D
As a polyaminocarboxylic acid having two or more structures represented by the formula (II) in the molecule of, ethylenediaminetetraacetic acid,
Examples include nitrilotriacetic acid, diethylenediaminepentaacetic acid, triethylenetetraminehexaacetic acid, and hydroxyethylethylenediaminetriacetic acid. Hydrochloric acid as an inorganic acid of E,
Examples include perchloric acid, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, phosphonic acid, and phosphinic acid. Among these, from the viewpoint of the polishing rate, a polycarboxylic acid or hydroxycarboxylic acid belonging to A or B, an aminophosphonic acid belonging to C, and two or more structures represented by the formula (II) in a molecule belonging to D are included. Polyaminocarboxylic acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid and phosphoric acid belonging to E are preferred, and oxalic acid, succinic acid, glycolic acid, lactic acid, citric acid, malic acid, gluconic acid, phthalic acid, aminotri (methylenephosphonic acid), 1- Hydroxyethylidene-1-diphosphonic acid, ethylenediaminetetraacetic acid, hydrochloric acid and sulfuric acid are more preferred. These etchants may be used alone or in combination of two or more.

【0033】なお、これらエッチング剤のエッチング速
度aは、例えば、グリコール酸:60Å/min、クエ
ン酸:25Å/min、フタル酸:50Å/min、ア
ミノトリ(メチレンホスホン酸):10Å/min、エ
チレンジアミン四酢酸:30Å/min、酢酸:70Å
/min、グリシン:40Å/min、塩酸:400Å
/min、硫酸:100Å/minである。
The etching rate a of these etching agents is, for example, glycolic acid: 60 ° / min, citric acid: 25 ° / min, phthalic acid: 50 ° / min, aminotri (methylenephosphonic acid): 10 ° / min, ethylenediamine Acetic acid: 30Å / min, acetic acid: 70Å
/ Min, glycine: 40Å / min, hydrochloric acid: 400Å
/ Min, sulfuric acid: 100 ° / min.

【0034】本発明に用いられるエッチング剤は、さら
に酸化剤、砥粒等が共存する研磨液組成物(但し、前記
水酸基含有化合物を含有しない組成物)に調製した際
に、下記のエッチング試験Bより得られる研磨液組成物
のエッチング速度bが20Å/min以上となるよう
に、その種類、含有量等を調整することが好ましい。即
ち、エッチング試験Bは、エッチング試験Aのエッチン
グ液として、水、研磨材及びエッチング剤、要すれば酸
化剤を含む研磨液組成物を用いて、室温(25℃)2時
間浸漬し、pHを4.0±0.5に調整した以外はエッ
チング試験Aと全く同一の操作で行う。エッチング試験
Bによって求めたエッチング速度をエッチング速度bと
する。実用的な研磨速度を得るという観点から、上記エ
ッチング試験Bより得られるエッチング速度bは20Å
/min以上が好ましく、30Å/min以上がより好
ましく、50Å/min以上がさらに好ましい。この場
合のエッチング速度bは、2つ以上のエッチング剤を併
用した研磨液組成物のエッチング速度であってもよい。
When the etching agent used in the present invention is prepared into a polishing composition (composition not containing the above-mentioned hydroxyl group-containing compound) further comprising an oxidizing agent and abrasive grains, the following etching test B It is preferable to adjust the type, content, etc. of the resulting polishing composition so that the etching rate b of the polishing composition is 20 ° / min or more. That is, in the etching test B, a polishing liquid composition containing water, an abrasive, an etching agent, and, if necessary, an oxidizing agent is used as an etching liquid in the etching test A, and the substrate is immersed at room temperature (25 ° C.) for 2 hours to adjust the pH. Except for adjusting to 4.0 ± 0.5, the same operation as in the etching test A is performed. The etching rate obtained by the etching test B is defined as an etching rate b. From the viewpoint of obtaining a practical polishing rate, the etching rate b obtained from the etching test B is 20 °.
/ Min or more, more preferably 30 ° / min or more, and even more preferably 50 ° / min or more. The etching rate b in this case may be the etching rate of the polishing composition using two or more etching agents in combination.

【0035】本発明において、かかるエッチング剤を用
いることで、金属層を構成する各種金属、特に銅と錯体
を形成し又は結合し、水溶性の塩及び/又はキレート化
合物として表面からの除去を容易にし、研磨の際に、金
属層の研磨速度を向上させる効果が発現される。
In the present invention, by using such an etching agent, a complex is formed or bonded with various metals constituting the metal layer, particularly copper, and is easily removed from the surface as a water-soluble salt and / or chelate compound. In polishing, the effect of improving the polishing rate of the metal layer is exhibited.

【0036】エッチング剤の第2研磨液組成物中におけ
る配合量は、金属層の除去のために実用レベルでの研磨
速度を確保し、且つ金属層の過剰なエッチングを防ぐた
めに種々選択することができ、好ましくは0.1〜10
重量%、より好ましくは0.2〜8重量%、さらに好ま
しくは0.3〜5重量%である。
The amount of the etching agent in the second polishing composition can be selected variously in order to secure a polishing rate at a practical level for removing the metal layer and to prevent excessive etching of the metal layer. And preferably 0.1 to 10
%, More preferably 0.2 to 8% by weight, even more preferably 0.3 to 5% by weight.

【0037】本発明に用いられる酸化剤は、金属を酸化
させるものである。本発明においては、かかる酸化剤を
用いることにより、金属層を酸化させ、金属層の機械的
研磨効果を促進させる効果が発現されると考えられる。
The oxidizing agent used in the present invention oxidizes a metal. In the present invention, it is considered that the effect of oxidizing the metal layer and promoting the mechanical polishing effect of the metal layer is exhibited by using such an oxidizing agent.

【0038】酸化剤としては、過酸化物、過マンガン酸
又はその塩、クロム酸又はその塩、硝酸又はその塩、ペ
ルオクソ酸又はその塩、酸素酸又はその塩、金属塩類、
硫酸類等が挙げられる。
As the oxidizing agent, peroxide, permanganic acid or a salt thereof, chromic acid or a salt thereof, nitric acid or a salt thereof, peroxoic acid or a salt thereof, oxyacid or a salt thereof, metal salts,
And sulfuric acids.

【0039】その具体例として、過酸化物としては、過
酸化水素、過酸化ナトリウム、過酸化バリウム等;過マ
ンガン酸又はその塩としては、過マンガン酸カリウム
等;クロム酸又はその塩としては、クロム酸金属塩、重
クロム酸金属塩等;硝酸塩としては、硝酸鉄(III)、硝
酸アンモニウム等;ペルオクソ酸又はその塩としては、
ペルオクソ二硫酸、ペルオクソ二硫酸アンモニウム、ペ
ルオクソ二硫酸金属塩、ペルオクソリン酸、ペルオクソ
硫酸、ペルオクソホウ酸ナトリウム、過ギ酸、過酢酸、
過安息香酸、過フタル酸等;酸素酸又はその塩として
は、次亜塩素酸、次亜臭素酸、次亜ヨウ素酸、塩素酸、
臭素酸、ヨウ素酸、過塩素酸、次亜塩素酸ナトリウム、
次亜塩素酸カルシウム等;金属塩類としては、塩化鉄
(III)、硫酸鉄(III)、クエン酸鉄(III)、硫酸アンモニ
ウム鉄(III)等が挙げられる。好ましい酸化剤として
は、過酸化水素、硝酸鉄(III)、過酢酸、ペルオクソ二
硫酸アンモニウム、硫酸鉄(III)及び硫酸アンモニウム
鉄(III)が挙げられ、特に、過酸化水素が好ましい。こ
れらの酸化物は、単独で又は2種以上を混合して使用し
てもよい。
Specific examples of the peroxide include hydrogen peroxide, sodium peroxide, barium peroxide and the like; permanganic acid and salts thereof include potassium permanganate; and chromic acid and salts thereof include: Metal chromate salts, metal dichromate salts, etc .; as nitrates, iron (III) nitrate, ammonium nitrate, etc .;
Peroxodisulfuric acid, ammonium peroxodisulfate, metal peroxodisulfate, peroxophosphoric acid, peroxosulfuric acid, sodium peroxoborate, performic acid, peracetic acid,
Perbenzoic acid, perphthalic acid, etc .; oxygen acids or salts thereof include hypochlorous acid, hypobromous acid, hypoiodic acid, chloric acid,
Bromic acid, iodic acid, perchloric acid, sodium hypochlorite,
Calcium hypochlorite, etc .; metal salts include iron chloride
(III), iron (III) sulfate, iron (III) citrate, iron (III) ammonium sulfate and the like. Preferred oxidizing agents include hydrogen peroxide, iron (III) nitrate, peracetic acid, ammonium peroxodisulfate, iron (III) sulfate and iron (III) ammonium sulfate, with hydrogen peroxide being particularly preferred. These oxides may be used alone or in combination of two or more.

【0040】酸化剤は、第2研磨液組成物中において水
を媒体とした状態で使用される。該酸化剤の第2研磨液
組成物中における配合量は、金属層の迅速な酸化によ
り、実用レベルの研磨速度を得る観点から、好ましくは
0.1〜60重量%、より好ましくは0.2〜50重量
%、さらに好ましくは0.3〜30重量%である。ま
た、第2研磨液組成物における水酸基含有化合物の配合
量は、好ましくは0.01〜30重量%、より好ましく
は0.05〜5重量%、さらに好ましくは0.1〜3重
量%である。水の配合量は、好ましくは40〜99.8
9重量%、より好ましくは70〜99.4重量%、さら
に好ましくは80〜99重量%である。かかる組成を有
する第2研磨液組成物のpHは、第1研磨液組成物と同
様適宜調整することが好ましい。
The oxidizing agent is used in the second polishing composition with water as a medium. The amount of the oxidizing agent in the second polishing composition is preferably 0.1 to 60% by weight, and more preferably 0.2 to 60% by weight, from the viewpoint of obtaining a practical level of polishing rate by rapid oxidation of the metal layer. To 50% by weight, more preferably 0.3 to 30% by weight. The amount of the hydroxyl group-containing compound in the second polishing composition is preferably 0.01 to 30% by weight, more preferably 0.05 to 5% by weight, and still more preferably 0.1 to 3% by weight. . The amount of water is preferably 40 to 99.8.
It is 9% by weight, more preferably 70 to 99.4% by weight, even more preferably 80 to 99% by weight. It is preferable that the pH of the second polishing composition having such a composition is appropriately adjusted similarly to the first polishing composition.

【0041】本発明の第1及び第2研磨液組成物は、固
定砥石、パッド中に砥粒を固定した研磨パッド等を用い
る研磨方式において有効である。例えば、固定砥石によ
る研磨方式の研磨中に本発明の第1及び第2の研磨液組
成物を使用することにより、研磨速度を維持し、且つ金
属層のディッシングを抑制することができる。
The first and second polishing compositions of the present invention are effective in a polishing system using a fixed whetstone, a polishing pad having abrasive grains fixed in the pad, and the like. For example, by using the first and second polishing liquid compositions of the present invention during polishing by a polishing method using a fixed grindstone, the polishing rate can be maintained and dishing of the metal layer can be suppressed.

【0042】本発明の第3研磨液組成物は、第1又は第
2研磨液組成物に研磨材をさらに含有させたものであ
り、遊離研磨材による研磨方式に用いられるものであ
る。
The third polishing composition of the present invention is obtained by further adding an abrasive to the first or second polishing composition, and is used in a polishing method using a free abrasive.

【0043】研磨材としては、研磨用に一般に使用され
る研磨材を使用することができ、例えば、金属、金属又
は半金属の炭化物、金属又は半金属の窒化物、金属又は
半金属の酸化物、金属又は半金属のホウ化物、ダイヤモ
ンド等が挙げられる。金属又は半金属元素は周期律表の
3A、4A、5A、3B、4B、5B、6B、7B又は
8B族に属するものが挙げられる。その例としては、二
酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化チ
タン、酸化ジルコニウム、窒化ケイ素、二酸化マンガ
ン、炭化ケイ素、酸化亜鉛、ダイヤモンド及び酸化マグ
ネシウムが挙げられる。これらの中では、二酸化ケイ
素、酸化アルミニウム、酸化セリウムが好ましく、この
具体例として、二酸化ケイ素としては、コロイダルシリ
カ粒子、フュームドシリカ粒子、表面修飾したシリカ粒
子等;酸化アルミニウムとしては、α―アルミナ粒子、
γ―アルミナ粒子、δ―アルミナ粒子、θ―アルミナ粒
子、η―アルミナ粒子、無定型アルミナ粒子、その他の
製造法の異なるフュームドアルミナやコロイダルアルミ
ナ等;酸化セリウムとしては、酸化数が3価又は4価の
もの、結晶系が、六方晶系、等軸晶系又は面心立方晶系
のもの等が挙げられる。これらの研磨材は、単独で又は
2種以上を混合して用いてもよい。
As the abrasive, an abrasive generally used for polishing can be used, for example, metal, metal or metalloid carbide, metal or metalloid nitride, metal or metalloid oxide. , Metal or metalloid borides, diamonds and the like. Examples of the metal or metalloid element include those belonging to Groups 3A, 4A, 5A, 3B, 4B, 5B, 6B, 7B or 8B of the periodic table. Examples include silicon dioxide, aluminum oxide, cerium oxide, titanium oxide, zirconium oxide, silicon nitride, manganese dioxide, silicon carbide, zinc oxide, diamond and magnesium oxide. Among them, silicon dioxide, aluminum oxide, and cerium oxide are preferred. Specific examples of the silicon dioxide include colloidal silica particles, fumed silica particles, and surface-modified silica particles; and aluminum oxide includes α-alumina. particle,
γ-alumina particles, δ-alumina particles, θ-alumina particles, η-alumina particles, amorphous alumina particles, fumed alumina, colloidal alumina, etc. with different production methods; cerium oxide has an oxidation number of 3 or Tetravalent ones and those having a hexagonal, equiaxed, or face-centered cubic crystal system are exemplified. These abrasives may be used alone or in combination of two or more.

【0044】かかる研磨材の一次粒子の平均粒径は、好
ましくは5〜1000nm、より好ましくは10〜500
nm、さらに好ましくは20〜300nm、特に好ましくは
50nm〜200nm、最も好ましくは50〜100nmであ
る。該平均粒径の下限は、一定の研磨速度を維持する観
点から、5nm以上が好ましく、また、その上限は、被研
磨物の表面に引っ掻き傷(スクラッチ)を発生させない
観点から、1000nm以下が好ましい。
The average particle size of the primary particles of such an abrasive is preferably 5 to 1000 nm, more preferably 10 to 500 nm.
nm, more preferably 20 to 300 nm, particularly preferably 50 to 200 nm, most preferably 50 to 100 nm. The lower limit of the average particle size is preferably 5 nm or more from the viewpoint of maintaining a constant polishing rate, and the upper limit is preferably 1000 nm or less from the viewpoint of not generating scratches on the surface of the object to be polished. .

【0045】特に研磨材として二酸化ケイ素を用いた場
合には、研磨速度を向上させる観点から、1次粒子の平
均粒径は、5nm以上、好ましくは10nm以上、より好ま
しくは20nm以上である。
In particular, when silicon dioxide is used as the abrasive, the average particle size of the primary particles is 5 nm or more, preferably 10 nm or more, more preferably 20 nm or more, from the viewpoint of improving the polishing rate.

【0046】なお、研磨材の一次粒子の平均粒径は、
0.1%ポリスチレンスルフォン酸ソーダ水溶液100
gに該研磨材0.1gを加え、次いで超音波を印加し該
研磨材を分散させたものを透過型電子顕微鏡で観察して
画像解析により求められる。
The average particle size of the primary particles of the abrasive is
0.1% polystyrene sodium sulfonate aqueous solution 100
0.1 g of the abrasive is added to g, then ultrasonic waves are applied, and the dispersion of the abrasive is observed with a transmission electron microscope, and determined by image analysis.

【0047】第3研磨液組成物を半導体装置の配線形成
の際に用いる場合、前記水酸基含有化合物との添加相乗
効果が向上する観点から、特に好ましく用いられる研磨
材は、純度が好ましくは98重量%以上、より好ましく
は99重量%以上、特に好ましくは99.9重量%以上
のシリカ粒子である。かかる研磨材としては、四塩化ケ
イ素等の揮発性ケイ素化合物を酸水素焔中での高温加水
分解により製造されるフュームドシリカ、又はケイ酸ア
ルカリやケイ酸エチルを出発原料とする製法で得られる
コロイダルシリカが挙げられる。
In the case where the third polishing composition is used for forming wiring of a semiconductor device, the polishing material which is particularly preferably used has a purity of preferably 98% by weight from the viewpoint of improving the synergistic effect of addition with the hydroxyl group-containing compound. %, More preferably 99% by weight or more, particularly preferably 99.9% by weight or more. As such an abrasive, fumed silica produced by high-temperature hydrolysis of a volatile silicon compound such as silicon tetrachloride in an oxyhydrogen flame, or a production method using an alkali silicate or ethyl silicate as a starting material can be obtained. Colloidal silica is mentioned.

【0048】なお、前記研磨材の純度は、次のようにし
て求められる。即ち、研磨材1〜3gを酸又はアルカリ
水溶液に溶かし、ICP(プラズマ発光分析)法によ
り、ケイ素イオンを定量することにより測定することが
できる。
The purity of the abrasive is determined as follows. That is, it can be measured by dissolving 1 to 3 g of an abrasive in an aqueous acid or alkali solution and quantifying silicon ions by ICP (plasma emission analysis).

【0049】かかる研磨材は、第3研磨液組成物中にお
いて水を媒体とした、いわゆるスラリー状態で使用され
る。研磨材の第3研磨液組成物中における配合量は、本
発明の研磨液組成物の粘度や被研磨物の要求品質等に応
じて種々選択することができ、0.01〜30重量%が
好ましく、0.02〜20重量%がより好ましく、0.
05〜10重量%がさらに好ましい。
Such an abrasive is used in a so-called slurry state using water as a medium in the third polishing composition. The amount of the abrasive in the third polishing composition can be variously selected depending on the viscosity of the polishing composition of the present invention, the required quality of the object to be polished, and the like. Preferably, it is 0.02 to 20% by weight, more preferably 0.02% by weight.
More preferably, the amount is from 0.05 to 10% by weight.

【0050】水酸基含有化合物の第3研磨液組成物中に
おける配合量は、研磨速度を維持し、且つディッシング
を抑制する観点から、0.01〜30重量%が好まし
く、0.05〜5重量%がより好ましく、0.1〜3重
量%がさらに好ましい。
The amount of the hydroxyl group-containing compound in the third polishing composition is preferably 0.01 to 30% by weight, and more preferably 0.05 to 5% by weight, from the viewpoint of maintaining the polishing rate and suppressing dishing. Is more preferable, and 0.1 to 3% by weight is further preferable.

【0051】有機酸の第3研磨液組成物中における配合
量は、金属層除去のために実用レベルの研磨速度を確保
し、且つ金属層の過剰なエッチングを防ぐために種々選
択することができ、例えば、好ましくは0.1〜10重
量%、より好ましくは0.2〜8重量%、さらに好まし
くは0.3〜5重量%である。
The amount of the organic acid in the third polishing composition can be selected variously in order to secure a practical level of polishing rate for removing the metal layer and to prevent excessive etching of the metal layer. For example, it is preferably 0.1 to 10% by weight, more preferably 0.2 to 8% by weight, and still more preferably 0.3 to 5% by weight.

【0052】酸化剤の第3研磨液組成物中における配合
量は、金属層の迅速な酸化により、実用レベルの研磨速
度を得る観点から、好ましくは0.1〜60重量%、よ
り好ましくは0.2〜50重量%、さらに好ましくは
0.3〜30重量%である。
The amount of the oxidizing agent in the third polishing composition is preferably 0.1 to 60% by weight, more preferably 0 to 60% by weight, from the viewpoint of obtaining a practical level of polishing rate by rapid oxidation of the metal layer. 0.2 to 50% by weight, more preferably 0.3 to 30% by weight.

【0053】また、第3研磨液組成物における水の配合
量は、好ましくは40〜99.88重量%、より好まし
くは60〜99.4重量%、さらに好ましくは75〜9
9重量%である。かかる組成を有する第3研磨液組成物
のpHは、第1研磨液組成物と同様適宜調整することが
好ましい。
The amount of water in the third polishing composition is preferably 40 to 99.88% by weight, more preferably 60 to 99.4% by weight, and further preferably 75 to 9% by weight.
9% by weight. It is preferable that the pH of the third polishing composition having such a composition is appropriately adjusted similarly to the first polishing composition.

【0054】本発明の研磨液組成物は、絶縁層と金属層
を有する表面を研磨の対象とし、メタルCMPに用いら
れる。金属層を形成する金属としては、銅又は銅合金、
アルミニウム又はアルミニウム合金、タングステン等が
挙げられる。これらの中では、特に半導体基板上の埋め
込み金属配線形成工程に用いる場合、銅又は銅合金が好
ましい。かかる銅又は銅合金の金属配線層の形成に、本
発明の研磨液組成物を用いると、研磨速度を維持し、且
つ埋め込み金属配線層のディッシングを抑制する効果が
特に顕著に発現される。また、絶縁層を形成する材とし
ては、有機、無機いずれの材を用いてもよく、二酸化ケ
イ素、フッ素添加二酸化ケイ素、水素含有SOG(スピ
ンオングラス)、窒化物(例えば、窒化タンタル、窒化
チタン等)等の無機系の材、有機SOG、ポリイミド、
フッ素化ポリイミド、芳香族ポリエーテル、フルオロカ
ーボン等の有機系の材が挙げられる。
The polishing composition of the present invention is used for metal CMP for polishing a surface having an insulating layer and a metal layer. As a metal forming the metal layer, copper or copper alloy,
Aluminum or an aluminum alloy, tungsten, or the like can be given. Among these, copper or a copper alloy is preferable particularly when used in the step of forming a buried metal wiring on a semiconductor substrate. When the polishing composition of the present invention is used to form such a copper or copper alloy metal wiring layer, the effects of maintaining the polishing rate and suppressing dishing of the buried metal wiring layer are particularly remarkably exhibited. As the material for forming the insulating layer, any of organic and inorganic materials may be used, such as silicon dioxide, fluorine-added silicon dioxide, hydrogen-containing SOG (spin-on-glass), and nitride (for example, tantalum nitride, titanium nitride, etc.). ), Inorganic SOG, polyimide,
Organic materials such as fluorinated polyimide, aromatic polyether, and fluorocarbon are exemplified.

【0055】これらの被研磨物の形状は、半導体基板上
の絶縁膜表面に配線形状の溝を形成し、該溝を含む絶縁
膜上に金属が堆積した形状であることが好ましい。ま
た、絶縁膜と金属層の間にタンタル、チタン又はそれら
の窒化物からなるバリア膜が設けられてもよい。特に金
属層が銅又は銅合金である場合、前記バリア膜を設ける
ことにより、絶縁層への銅の拡散を防止できるため好ま
しい。
The shape of the object to be polished is preferably such that a wiring-shaped groove is formed on the surface of the insulating film on the semiconductor substrate, and a metal is deposited on the insulating film including the groove. Further, a barrier film made of tantalum, titanium, or a nitride thereof may be provided between the insulating film and the metal layer. In particular, when the metal layer is copper or a copper alloy, it is preferable to provide the barrier film because diffusion of copper to the insulating layer can be prevented.

【0056】本発明の絶縁層と金属層を有する被研磨表
面の研磨方法は、本発明の研磨液組成物を用いて半導体
基板を研磨し、平坦化する工程を有する。
The method for polishing a surface to be polished having an insulating layer and a metal layer according to the present invention includes a step of polishing and flattening a semiconductor substrate using the polishing composition of the present invention.

【0057】また、本発明の半導体基板の製造方法は、
本発明の研磨液組成物を用い、絶縁層と金属層を有する
半導体表面を研磨することにより、金属層の研磨速度を
維持し、且つ埋め込み金属配線層のディッシングを抑制
できるため、半導体基板の製造に好適に用いることがで
きる。
Further, the method for manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention comprises:
Polishing a semiconductor surface having an insulating layer and a metal layer using the polishing composition of the present invention can maintain the polishing rate of the metal layer and suppress dishing of the buried metal wiring layer. Can be suitably used.

【0058】[0058]

【実施例】実施例1〜14及び比較例1〜4 表1に実施例1〜14で使用した分子内に2個以上の隣
接する炭素原子にそれぞれ水酸基を有する構造を有する
化合物(水酸基含有化合物)を示した。表1に示した水
酸基含有化合物と表2に示した有機酸、過酸化水素をそ
れぞれ表2に示す組成になるように混合し、さらに表2
に示した研磨材5重量%分と残部水を混合、攪拌した
後、混合液のpHを4.0に調整し、研磨液組成物を得
た。なお、使用した各研磨材は、フュームドシリカ(1
次粒径:50nm)、コロイダルシリカ(1次粒径:3
0nm)である。また、表1のa〜eの水酸基含有化合
物は、いずれも水に対して1.0重量%以上溶解する。
被研磨物を片面研磨機により下記の条件にて研磨した。
EXAMPLES Examples 1 to 14 and Comparative Examples 1 to 4 Table 1 shows compounds used in Examples 1 to 14 each having a structure having a hydroxyl group at two or more adjacent carbon atoms in the molecule (a hydroxyl group-containing compound). )showed that. The hydroxyl group-containing compound shown in Table 1 was mixed with the organic acid and hydrogen peroxide shown in Table 2 so as to have the compositions shown in Table 2, respectively.
After mixing and stirring 5% by weight of the abrasive shown in the above and the remaining water, the pH of the mixture was adjusted to 4.0 to obtain a polishing composition. In addition, each abrasive used was fumed silica (1
Secondary particle size: 50 nm), colloidal silica (primary particle size: 3)
0 nm). In addition, all of the hydroxyl group-containing compounds a to e in Table 1 dissolve in water in an amount of 1.0% by weight or more.
The object to be polished was polished by a single-side polishing machine under the following conditions.

【0059】<片面加工機の設定条件> 使用片面加工機:エンギス社製 片面加工機(定盤サイ
ズ30cm) 加工圧力:29.4×103 Pa 研磨パッド:上層:「IC1000」(ロデールニッタ社
製)、下層:「SUBA400 」(ロデールニッタ社製) 定盤回転数:60rpm ワーク回転数:50rpm (定盤とワークは同一方向に回
転) 研磨液組成物供給流量:100ml/min 研磨時間:10分間
<Setting conditions for single-side processing machine> Single-side processing machine used: Single-side processing machine manufactured by Engis Co., Ltd. (platen size: 30 cm) Processing pressure: 29.4 × 10 3 Pa Polishing pad: Upper layer: “IC1000” (Rodel Nitta) Lower layer: "SUBA400" (manufactured by Rodel Nitta) Surface plate rotation speed: 60 rpm Work rotation speed: 50 rpm (surface plate and work rotate in the same direction) Polishing liquid composition supply flow rate: 100 ml / min Polishing time: 10 minutes

【0060】また、相対研磨速度、相対エッチング速
度、被研磨表面のディッシング等の研磨液組成物の特性
を以下の方法に従って評価した。
The properties of the polishing composition such as relative polishing rate, relative etching rate, dishing of the surface to be polished and the like were evaluated according to the following methods.

【0061】(相対研磨速度)相対研磨速度を求めるた
めに用いた被研磨対象物は、板厚1mmの圧延した銅板
である。また、研磨速度は、研磨前後の板厚変化を測定
し、それを研磨時間で除することにより求め、比較例
1、2又は3を基準として相対値を求めた。その結果を
表2に示す。なお、銅板の板厚は、東京精密社製、高精
度デジタル測長器「MINIAX」を用いて測定した。
(Relative Polishing Speed) The object to be polished used for obtaining the relative polishing speed is a rolled copper plate having a thickness of 1 mm. The polishing rate was determined by measuring a change in thickness before and after polishing and dividing the result by the polishing time to obtain a relative value based on Comparative Example 1, 2, or 3. Table 2 shows the results. The thickness of the copper plate was measured using a high-precision digital length measuring device “MINIAX” manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd.

【0062】(相対エッチング速度)相対エッチング速
度は、前記水酸基含有化合物を含有する研磨液組成物の
エッチング速度を、前記水酸基含有化合物を含有しない
が、研磨材、酸化剤及びエッチング剤の種類及び量を同
一とした研磨液組成物のエッチング速度bで除した値で
ある。実施例1〜5、9〜10は比較例1を、実施例6
〜8は比較例2を、実施例13〜14は比較例3を基準
とした。なお、上記規定と異なり、実施例11は比較例
1を、実施例12は比較例2を、比較例4は比較例1を
基準として相対エッチング速度を算出した。なお、実施
例1〜14及び比較例4の研磨液組成物のエッチング速
度は、これら研磨液組成物を用いる以外は、前記エッチ
ング試験Bと同じ条件下で測定された値である。
(Relative etching rate) The relative etching rate is determined by determining the etching rate of the polishing composition containing the hydroxyl group-containing compound by the type and amount of the abrasive, the oxidizing agent, and the etching agent, not containing the hydroxyl group-containing compound. Is the value obtained by dividing by the etching rate b of the polishing liquid composition with the same value. Examples 1 to 5 and 9 to 10 are Comparative Example 1 and Example 6
8 are based on Comparative Example 2, and Examples 13 and 14 are based on Comparative Example 3. Note that, different from the above-mentioned rules, the relative etching rate was calculated based on Comparative Example 1 in Example 11, Comparative Example 2 in Example 12, and Comparative Example 1 in Comparative Example 4. The etching rates of the polishing compositions of Examples 1 to 14 and Comparative Example 4 were measured under the same conditions as in the above-mentioned etching test B except that these polishing compositions were used.

【0063】(ディッシング)ディッシング評価のため
に、銅ダマシン配線パターン付きウエハ(SKW社製、
「SKW6-2」、サイズ:200mm )から20mm角のウエハチ
ップを切り出し、ウエハチップ5枚をセラミック製の貼
り付け板に固定後、上記条件で状態を確認しながら配線
幅150μmの銅配線部分周辺の銅膜が除去され、バリ
ア膜が現れた時点まで研磨し、この時点まで要した研磨
時間の20%の時間でさらに研磨し、ディッシング評価
用サンプルとした。ディッシングは、ウエハチップ上の
配線幅150μmの銅配線部分の断面形状プロファイルを
表面粗さ測定機((株)ミツトヨ製「SV-600」)で測定
し、評価した。なお、測定した銅配線の断面形状プロフ
ァイルに0.15μm以上の凹みがない場合、ディッシ
ング無しとし、0.15μm以上の凹みがある場合、デ
ィッシング有りとし、表2中それぞれ「無」、「有」で
示す。
(Dishing) For evaluation of dishing, a wafer with a copper damascene wiring pattern (manufactured by SKW,
"SKW6-2", size: 200mm) Cut out 20mm square wafer chip, fix 5 wafer chips on ceramic bonding board, and confirm the condition under the above conditions, around the copper wiring area of 150μm wiring width Was polished until the copper film was removed and the barrier film appeared, and further polished for 20% of the polishing time required up to this point to obtain a dishing evaluation sample. The dishing was evaluated by measuring a cross-sectional profile of a copper wiring portion having a wiring width of 150 μm on a wafer chip using a surface roughness measuring device (“SV-600” manufactured by Mitutoyo Corporation). In addition, when there is no dent of 0.15 μm or more in the measured cross-sectional shape profile of the copper wiring, dishing is not performed. When there is a dent of 0.15 μm or more, dishing is performed. Indicated by

【0064】なお、比較例1〜3で用いた研磨液組成物
のエッチング速度bは、以下の通りである。 比較例1(80Å/min)、比較例2(80Å/mi
n)、比較例3(200Å/min)
The etching rate b of the polishing composition used in Comparative Examples 1 to 3 is as follows. Comparative Example 1 (80 ° / min), Comparative Example 2 (80 ° / mi)
n), Comparative Example 3 (200 ° / min)

【0065】[0065]

【表1】 [Table 1]

【0066】[0066]

【表2】 [Table 2]

【0067】表1〜2の結果から水酸基含有化合物を研
磨液組成物に配合した実施例1〜14の研磨液組成物は
いずれも、配合しない比較例1〜3の研磨液組成物に比
べて、研磨速度を実質的に低下させることなく、エッチ
ング速度を抑制し、ディッシングが発生しないものであ
ることがわかる。
From the results of Tables 1 and 2, all of the polishing compositions of Examples 1 to 14 in which the hydroxyl group-containing compound was blended into the polishing composition were compared with the polishing compositions of Comparative Examples 1 to 3 not blended. It can be seen that the etching rate was suppressed without substantially lowering the polishing rate, and no dishing occurred.

【0068】また、実施例1〜5の研磨液組成物は、水
酸基含有化合物に代えてベンゾトリアゾールを用いた比
較例4の研磨液組成物に比べて、研磨速度が顕著に高い
ことがわかる。
Further, it can be seen that the polishing rates of the polishing compositions of Examples 1 to 5 are remarkably higher than those of the polishing composition of Comparative Example 4 using benzotriazole instead of the hydroxyl group-containing compound.

【0069】また、水酸基含有化合物と有機酸と酸化剤
を併用することにより、より高い研磨速度を実現でき、
且つディッシングを防止できることがわかる。
Further, by using a hydroxyl group-containing compound, an organic acid and an oxidizing agent together, a higher polishing rate can be realized.
It can be seen that dishing can be prevented.

【0070】[0070]

【発明の効果】本発明の研磨液組成物を絶縁層と金属層
を有する被研磨表面の研磨に用いることにより、金属膜
の研磨速度を維持し、エッチング速度を抑制し、配線金
属層にディッシング等の欠陥を発生させないという効果
が奏される。
By using the polishing composition of the present invention for polishing a surface to be polished having an insulating layer and a metal layer, the polishing rate of the metal film is maintained, the etching rate is suppressed, and the wiring metal layer is dished. And the like are not generated.

───────────────────────────────────────────────────── 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) H01L 21/306 H01L 21/306 M (72)発明者 萩原 敏也 和歌山市湊1334番地 花王株式会社研究所 内 Fターム(参考) 3C058 AA07 BC02 CA01 CB01 CB03 DA02 DA12 5F043 AA26 BB18 BB30 DD16 EE08 FF07 GG10 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 21/306 H01L 21/306 M (72) Inventor Toshiya Hagiwara 1334 Minato, Wakayama-shi Kao Corporation Laboratory F term (reference) 3C058 AA07 BC02 CA01 CB01 CB03 DA02 DA12 5F043 AA26 BB18 BB30 DD16 EE08 FF07 GG10

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁層と金属層を有する被研磨表面を研
磨する研磨液組成物であって、分子内に2個以上の隣接
する炭素原子にそれぞれ水酸基を有する構造を有する化
合物と水を含有する研磨液組成物。
1. A polishing composition for polishing a surface to be polished having an insulating layer and a metal layer, comprising a compound having a structure having a hydroxyl group at two or more adjacent carbon atoms in a molecule and water. Polishing liquid composition.
【請求項2】 分子内に2個以上の隣接する炭素原子に
それぞれ水酸基を有する構造を有する化合物が、下記式
(I)で表される化合物である請求項1記載の研磨液組
成物。 R1 −X−(CH2)q −〔CH(OH)〕n −CH2 OH (I) (式中、R1 は炭素数1〜24の炭化水素基、Xは(C
2)m 、酸素原子、硫黄原子、COO基、OCO基、N
2 基、O(R2 O)P(O)O基、R2 は水素原子又
は炭素数1〜24の炭化水素基、m及びqは0又は1、
nは1〜4の整数を示す。)
2. The polishing composition according to claim 1, wherein the compound having a structure having a hydroxyl group at two or more adjacent carbon atoms in the molecule is a compound represented by the following formula (I). R 1 -X- (CH 2 ) q- [CH (OH)] n -CH 2 OH (I) (wherein, R 1 is a hydrocarbon group having 1 to 24 carbon atoms, and X is (C
H 2 ) m , oxygen atom, sulfur atom, COO group, OCO group, N
R 2 group, O (R 2 O) P (O) O group, R 2 is a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 24 carbon atoms, m and q are 0 or 1,
n shows the integer of 1-4. )
【請求項3】 さらに、有機酸及び/又は酸化剤を含有
する請求項1又は2記載の研磨液組成物。
3. The polishing composition according to claim 1, further comprising an organic acid and / or an oxidizing agent.
【請求項4】 さらに、研磨材を含有する請求項1〜3
いずれか記載の研磨液組成物。
4. The method according to claim 1, further comprising an abrasive.
The polishing composition according to any one of the above.
【請求項5】 請求項1〜4いずれか記載の研磨液組成
物を用いて、絶縁層と金属層を有する被研磨表面を研磨
し、平坦化する半導体基板の研磨方法。
5. A method for polishing a semiconductor substrate, comprising polishing a surface to be polished having an insulating layer and a metal layer by using the polishing composition according to claim 1.
【請求項6】 請求項1〜4いずれか記載の研磨液組成
物を用いて、絶縁層と金属層を有する被研磨表面を研磨
し平坦化する工程を有する半導体基板の製造方法。
6. A method for manufacturing a semiconductor substrate, comprising the step of polishing and flattening a surface to be polished having an insulating layer and a metal layer using the polishing composition according to claim 1.
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