JP2001115146A - Abrasive for barrier film - Google Patents

Abrasive for barrier film

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JP2001115146A
JP2001115146A JP29578499A JP29578499A JP2001115146A JP 2001115146 A JP2001115146 A JP 2001115146A JP 29578499 A JP29578499 A JP 29578499A JP 29578499 A JP29578499 A JP 29578499A JP 2001115146 A JP2001115146 A JP 2001115146A
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JP
Japan
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film
polishing
barrier film
abrasive
metal film
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JP29578499A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiko Hayashi
和彦 林
Hiroshi Kato
寛 加藤
Naoto Mochizuki
直人 望月
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Tokuyama Corp
Original Assignee
Tokuyama Corp
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Publication date
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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an abrasive for a barrier film which can polish a barrier film at a polishing speed equal to or higher than that in the case of polishing a metal film, can polish a metal film and an insulation film at about the same speed, and can finish the surface of a semiconductor substrate flatly. SOLUTION: This abrasive, for polishing a barrier film and a metal film simultaneously, comprises silica particles and water and has a pH adjusted to in the range of 8.5-10.5.

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】本発明は新規なバリア膜用研
磨剤に関する。詳しくは、バリア膜を金属膜に対して同
等以上の研磨速度で研磨でき、半導体基板表面を極めて
平坦に仕上げることが可能なバリア膜用研磨剤を提供す
る。
The present invention relates to a novel polishing agent for a barrier film. Specifically, the present invention provides a polishing slurry for a barrier film which can polish a barrier film at a polishing rate equal to or higher than that of a metal film and can finish the surface of a semiconductor substrate extremely flat.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体デバイスの高集積化に伴って、配
線技術は益々微細化かつ多層化の方向に進んでいる。そ
して、上記配線技術の多層化により半導体基板表面の段
差は大きくなり、その結果、その上に形成される配線の
加工精度や信頼性を低下させ、微細化を妨げるという問
題を有する。
2. Description of the Related Art Along with the high integration of semiconductor devices, wiring technology has been increasingly miniaturized and multilayered. The multi-layered wiring technology increases the level difference on the surface of the semiconductor substrate. As a result, there is a problem in that the processing accuracy and reliability of wiring formed thereon are reduced, and miniaturization is hindered.

【0003】上記の多層化による問題点を解決するため
に、配線パターンや電極等(以下、配線等という)が形
成された層を平坦化し、その上にさらに配線等を形成す
る技術が開発されている。
In order to solve the above-mentioned problems caused by the multi-layering, a technique has been developed in which a layer on which wiring patterns, electrodes, etc. (hereinafter, referred to as wirings, etc.) are formed is flattened, and further wirings, etc. are formed thereon. ing.

【0004】即ち、半導体基板の表面に金属配線用の凹
部を有する絶縁膜を形成し、その上にバリア膜を介して
該凹部を埋めるように金属膜を形成した後、凹部以外に
存在する金属膜及びバリア膜を研磨によって除去して絶
縁膜と凹部に存在する金属膜との平坦化された面が形成
された半導体基板の研磨方法が開発されている。
That is, an insulating film having a concave portion for metal wiring is formed on the surface of a semiconductor substrate, and a metal film is formed thereon so as to fill the concave portion via a barrier film. A polishing method of a semiconductor substrate in which a film and a barrier film are removed by polishing to form a flat surface of an insulating film and a metal film present in a concave portion has been developed.

【0005】上記研磨方法において、バリア膜として
は、金属膜として用いるアルミニウムや銅が絶縁膜中に
拡散するのを防止し、且つそれら金属膜の半導体基板表
面への密着性を良くする機能を有するものであり、一般
に、窒化チタンや窒化タンタルなどが使用される。
In the above polishing method, the barrier film has a function of preventing aluminum or copper used as a metal film from diffusing into the insulating film and improving the adhesion of the metal film to the surface of the semiconductor substrate. In general, titanium nitride, tantalum nitride, or the like is used.

【0006】また、上記研磨方法は、高い研磨性能を実
現するため、機械的な研磨とそれを促進するような化学
反応とを併用する方法が採られる。この方法は、化学機
械研磨(以下、CMPと略記する)法と呼ばれ、金属
膜、絶縁膜、バリア膜等の研磨対象に応じて使用する研
磨剤の組成が種々提案されている。上記研磨剤の一般的
な組成は、研磨砥粒と薬剤とよりなる。
In order to realize high polishing performance, the above-mentioned polishing method employs a method in which mechanical polishing is used in combination with a chemical reaction which promotes the polishing. This method is called a chemical mechanical polishing (hereinafter, abbreviated as CMP) method, and various compositions of polishing agents to be used according to a polishing target such as a metal film, an insulating film, and a barrier film have been proposed. The general composition of the above-mentioned abrasive is composed of abrasive grains and a chemical.

【0007】かかる研磨剤を使用した研磨方法として、
最上層の金属膜を研磨除去する工程である第一段研磨を
行った後、続いて、バリア膜を研磨除去して半導体基板
全面を平坦にする工程である第二段研磨を実施する研磨
方法が知られている。
As a polishing method using such an abrasive,
A polishing method for performing a first-stage polishing, which is a step of polishing and removing the uppermost metal film, and then performing a second-step polishing, which is a step of polishing and removing the barrier film to flatten the entire surface of the semiconductor substrate It has been known.

【0008】尚、上記第一段研磨で用いる研磨剤を第一
の研磨剤と言い、第二段研磨で用いる研磨剤を第二の研
磨剤と言う。
The abrasive used in the first-stage polishing is called a first abrasive, and the abrasive used in the second-stage polishing is called a second abrasive.

【0009】上記第一の研磨剤は、バリア膜に対する金
属膜の研磨速度の比(以下、選択比とも言う)が大きい
場合には、研磨の停止層としてバリア膜を利用すること
ができ、半導体デバイスを再現性良く、且つ精度良く製
造する上で有利である。
In the case where the ratio of the polishing rate of the metal film to the barrier film (hereinafter, also referred to as the selectivity) is large, the first polishing agent can use the barrier film as a polishing stop layer. This is advantageous in manufacturing a device with good reproducibility and high accuracy.

【0010】ところが、上記の第一段研磨においては、
選択比の高い研磨剤を使用した場合には、金属膜が優先
して研磨されることにより研磨停止後に金属膜の部分が
凹み(以下、この現象をディッシングという)、多少の
凹凸が生じるため、これを研磨して微調整する必要があ
る。
However, in the first stage polishing described above,
When a polishing agent having a high selectivity is used, the metal film is preferentially polished, so that the portion of the metal film is dented after polishing is stopped (hereinafter, this phenomenon is referred to as dishing), and some unevenness is generated. This needs to be polished and finely adjusted.

【0011】そのため、第二段研磨においては、バリア
膜を実用的な研磨速度で研磨除去するとともに、更には
金属膜、場合によっては絶縁膜をも実用的な速度で研磨
でき、これらの被研磨表面の段差を無くして、半導体基
板表面を平坦にすることが極めて重要となる。
Therefore, in the second-stage polishing, the barrier film can be polished and removed at a practical polishing rate, and furthermore, the metal film and, in some cases, the insulating film can be polished at a practical polishing rate. It is extremely important to make the surface of the semiconductor substrate flat by eliminating steps on the surface.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
研磨剤において、かかる要求に対応し得る研磨剤は殆ど
存在せず、特に、研磨剤としてシリカ粒子を使用したも
のについては未だ提案されるに至っていない。
However, there are hardly any conventional abrasives capable of meeting such requirements, and in particular, those using silica particles as the abrasive have not yet been proposed. Not in.

【0013】従って、本発明の目的は、実用的な速度で
且つ金属膜と同等以上の研磨速度でバリア膜を研磨でき
るバリア膜用研磨剤を提供することにある。また、本発
明の他の目的は、金属膜と絶縁膜とをほぼ等しい研磨速
度で研磨することも可能な研磨剤を提供することにあ
る。更に、本発明の他の目的は、研磨による研磨面への
スクラッチの発生が低く抑えられた研磨剤を提供するこ
とにある。
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a barrier film polishing agent which can polish a barrier film at a practical speed and a polishing speed equal to or higher than that of a metal film. It is another object of the present invention to provide a polishing agent which can polish a metal film and an insulating film at substantially the same polishing rate. Still another object of the present invention is to provide an abrasive in which generation of scratches on a polished surface due to polishing is suppressed to a low level.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するため鋭意研究を重ねた。その結果、特定のp
H範囲に調整した、シリカ粒子と水よりなる研磨剤を用
いることにより、上記目的を全て達成でき、バリア膜が
効率良く研磨できるとともに、研磨後の半導体基板表面
の平坦性が極めて優れた研磨面を得ることができること
を見い出し、本発明を提案するに至った。
Means for Solving the Problems The present inventors have intensively studied to achieve the above object. As a result, a specific p
By using an abrasive made of silica particles and water adjusted to the H range, all of the above objects can be achieved, the barrier film can be efficiently polished, and the flatness of the polished semiconductor substrate surface is extremely excellent. Have been found, and the present invention has been proposed.

【0015】即ち、本発明は、バリア膜と金属膜とを同
時に研磨するための研磨剤であって、シリカ粒子と水よ
りなり、pHが8.5〜10.5の範囲に調整されたこ
とを特徴とするバリア膜用研磨剤である。
That is, the present invention is an abrasive for simultaneously polishing a barrier film and a metal film, comprising silica particles and water, and having a pH adjusted to a range of 8.5 to 10.5. It is an abrasive for barrier films characterized by the following.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る研磨剤につい
て詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the abrasive according to the present invention will be described in detail.

【0017】本発明は、砥粒としてシリカ粒子を使用す
ることが重要である。即ち、砥粒として他の種類の砥
粒、例えば、アルミナ粒子を使用した場合は、スクラッ
チの発生が多いという問題がある。研磨工程においてス
クラッチが発生すると、デバイスの配線が断線したりシ
ョートしたりするため、デバイスの歩留まりを大幅に低
下させる原因となる。
In the present invention, it is important to use silica particles as abrasive grains. That is, when other types of abrasive grains, for example, alumina particles are used as the abrasive grains, there is a problem that scratches are often generated. If a scratch occurs in the polishing step, the wiring of the device will be disconnected or short-circuited, which will greatly reduce the yield of the device.

【0018】本発明に使用されるシリカ粒子としては、
公知のものを特に制限なく用いることができる。例え
ば、火炎中で四塩化ケイ素やシラン系ガスを燃焼させて
製造されるヒュームドシリカ、アルコキシシランを原料
に用いて加水分解して製造されるゾル−ゲルシリカ(以
下、高純度コロイダルシリカともいう)、珪酸ソーダを
原料にして鉱酸で中和して製造される湿式シリカ、同じ
く珪酸ソーダを原料にしてオストワルド法で製造される
コロイダルシリカなどが挙げられる。好ましくは、ゾル
−ゲル法などの液相中で合成され、且つ乾燥工程を経ず
に製造されたシリカ粒子を用いることが好ましい。
The silica particles used in the present invention include:
Known ones can be used without particular limitation. For example, fumed silica produced by burning silicon tetrachloride or silane-based gas in a flame, or sol-gel silica produced by hydrolysis using alkoxysilane as a raw material (hereinafter, also referred to as high-purity colloidal silica) And wet silica produced by using sodium silicate as a raw material and neutralized with a mineral acid, and colloidal silica produced by using the sodium silicate as a raw material by the Ostwald process. Preferably, silica particles synthesized in a liquid phase such as a sol-gel method and produced without passing through a drying step are used.

【0019】即ち、液相中で合成されたシリカ粒子は分
散性に優れており、且つ粒子の形状が球状で軟らかいた
め、研磨の際に研磨対象のスクラッチの発生が非常に少
ないという特徴がある。また、ゾル−ゲル法で製造され
たコロイダルシリカは極めて純度が高いため、重金属等
の不純物汚染を嫌う半導体デバイスの製造工程に用いる
のには適している。
That is, the silica particles synthesized in the liquid phase are excellent in dispersibility, and the shape of the particles is spherical and soft, so that the generation of scratches to be polished during polishing is very small. . Colloidal silica produced by the sol-gel method is extremely high in purity, and thus is suitable for use in a semiconductor device manufacturing process that is resistant to impurity contamination such as heavy metals.

【0020】本発明において、シリカ粒子の比表面積は
特に限定されない。好ましい範囲としては、10〜40
0m2/gの範囲のシリカ粒子が採用可能である。シリ
カ粒子の比表面積が10m2/g未満の場合はシリカ粒
子が沈降し易い傾向にあり、また、400m2/gを超
えるとシリカ粒子が凝集し易い傾向にある。
In the present invention, the specific surface area of the silica particles is not particularly limited. A preferred range is 10 to 40
Silica particles in the range of 0 m 2 / g can be employed. If the specific surface area of the silica particles is less than 10 m 2 / g, the silica particles tend to settle, and if it exceeds 400 m 2 / g, the silica particles tend to aggregate.

【0021】特に、上記シリカ粒子の比表面積が20〜
100m2/gの範囲にある場合、バリア膜の研磨速度
が高く、好適である。
In particular, the specific surface area of the silica particles is 20 to
When it is in the range of 100 m 2 / g, the polishing rate of the barrier film is high, which is preferable.

【0022】本発明において、シリカ粒子は水に分散さ
れてなるが、この場合のシリカ粒子の濃度としては、1
〜20重量%の範囲が好適に採用される。即ち、シリカ
粒子の濃度が1重量%より小さい場合、研磨速度が低下
する傾向があり、また、20重量%を超えると、シリカ
の凝集が起こり易くなり、工業的な実施において安定な
研磨が困難となる傾向がある。
In the present invention, the silica particles are dispersed in water. In this case, the concentration of the silica particles is 1
The range of -20% by weight is suitably adopted. That is, when the concentration of the silica particles is less than 1% by weight, the polishing rate tends to decrease, and when it exceeds 20% by weight, aggregation of silica tends to occur, and stable polishing is difficult in industrial practice. It tends to be.

【0023】本発明の研磨剤は、上記シリカ粒子濃度と
すること及び後で詳述するpHの調整により、バリア膜
を効率良く研磨することが可能であるが、金属膜、絶縁
膜、バリア膜の研磨速度を、シリカ粒子の濃度によって
適宜調整することが可能であるという特徴を有する。
The abrasive of the present invention can efficiently polish a barrier film by adjusting the silica particle concentration and adjusting the pH described later in detail, but the metal film, the insulating film and the barrier film can be efficiently polished. Is characterized in that the polishing rate can be appropriately adjusted by the concentration of the silica particles.

【0024】従って、シリカ粒子濃度を変えることによ
って、バリア膜用研磨剤として、各膜の研磨速度を所望
の値に制御し、目的とする研磨に対して最適な選択比を
有する研磨剤を調製することが可能である。
Therefore, by changing the silica particle concentration, the polishing rate of each film is controlled to a desired value as a polishing slurry for the barrier film, and a polishing slurry having an optimum selection ratio for the target polishing is prepared. It is possible to

【0025】本発明のバリア膜用研磨剤のpHは8.5
〜10.5の範囲、好ましくは9〜10の範囲に調整さ
れることが極めて重要である。即ち、研磨剤のpHを上
記範囲に調整することによって、バリア膜の研磨速度を
高く保ちながら、他の膜の研磨速度も実用的な範囲に維
持することができ、上記したように、シリカ粒子濃度を
変えることにより他の膜との選択比を所望の範囲に容易
に調整することが可能となる。
The polishing slurry for barrier film of the present invention has a pH of 8.5.
It is extremely important that the content be adjusted to the range of 110.5, preferably 9-10. That is, by adjusting the pH of the abrasive to the above range, while maintaining the polishing rate of the barrier film high, the polishing rate of other films can also be maintained in a practical range, as described above, silica particles By changing the concentration, the selectivity with other films can be easily adjusted to a desired range.

【0026】即ち、pHが8.5よりも小さい場合は、
絶縁膜の研磨速度と比較して金属膜の研磨速度が低くな
る場合がある。また、pHが10.5を越えると、絶縁
膜の研磨速度が他の膜の研磨速度と比較して大きくなり
過ぎる場合があり、研磨後の半導体基板表面の平坦性が
低下することが懸念される。
That is, when the pH is lower than 8.5,
The polishing rate of the metal film may be lower than the polishing rate of the insulating film. If the pH exceeds 10.5, the polishing rate of the insulating film may be excessively high as compared with the polishing rates of other films, and there is a concern that the flatness of the semiconductor substrate surface after polishing may be reduced. You.

【0027】因みに、上記pHの範囲でアルミナ粒子を
使用した場合、粒子が凝集する傾向があり、砥粒の安定
性の点からも特に前記シリカ粒子を使用することが重要
である。
When alumina particles are used in the above pH range, the particles tend to aggregate, and it is particularly important to use the silica particles from the viewpoint of the stability of the abrasive grains.

【0028】本発明においては、研磨剤のpHを上記範
囲に調整するために、公知の塩基性化合物を添加するこ
とができる。該塩基性化合物としては特に限定されない
が、アンモニアや各種のアミン類、またはそれらの塩類
が好適に採用できる。
In the present invention, a known basic compound can be added in order to adjust the pH of the abrasive to the above range. The basic compound is not particularly limited, but ammonia, various amines, or salts thereof can be suitably used.

【0029】塩基性化合物の添加量は、シリカスラリー
のpHを8.5〜10.5の範囲に調整する量だけ添加
すれば良い。
The basic compound may be added in such an amount that the pH of the silica slurry is adjusted to the range of 8.5 to 10.5.

【0030】本発明のバリア膜用研磨剤は、以上の構成
により、バリア膜の研磨速度が高く、且つ前記半導体基
板の研磨においてバリア膜と同時に研磨される金属膜に
対しても実用的な研磨速度を有し、主としてシリカ粒子
の濃度を変えることによってその選択比を精度良く調整
することが可能である。
The polishing slurry for a barrier film of the present invention has a high polishing rate for the barrier film and a practical polishing for a metal film which is polished simultaneously with the barrier film in the polishing of the semiconductor substrate. It has a speed and its selectivity can be adjusted precisely by mainly changing the concentration of the silica particles.

【0031】また、本発明のバリア膜用研磨剤は、金属
膜と絶縁膜との研磨速度が極めて近似しているという特
徴を有するものであり、後記の半導体基板の研磨におい
て、バリア膜と金属膜を同時研磨した後、更に、金属膜
と絶縁膜との同時研磨に対しても有用である。
Further, the polishing slurry for a barrier film of the present invention is characterized in that the polishing rates of the metal film and the insulating film are very close to each other. After the film is simultaneously polished, it is also useful for simultaneous polishing of a metal film and an insulating film.

【0032】特に、バリア膜と金属膜との同時研磨にお
いては、金属膜に対するバリア膜の選択比(バリア膜/
金属膜)が1〜3の範囲にあるものが好適に使用され
る。
In particular, in the simultaneous polishing of the barrier film and the metal film, the selection ratio of the barrier film to the metal film (barrier film / metal film).
A metal film having a thickness of 1 to 3 is preferably used.

【0033】即ち、上記選択比が1未満の場合はバリア
膜よりも金属膜が研磨されすぎる場合があり、ディッシ
ングが発生する可能性がある。また、第一段研磨の終了
が早過ぎた場合には、バリア膜上に一部金属膜が残留す
る場合がある。そのような場合には、第二段研磨におい
て上記の残留金属膜を研磨除去しながら、その下部のバ
リア膜を研磨しなければならないが、上記選択比が3を
超える場合には、バリア膜のみが研磨され、上記残留金
属膜が効率的に除去できずに、バリア膜が完全に取りき
れない事態の発生が懸念される。
That is, when the selectivity is less than 1, the metal film may be polished too much more than the barrier film, and dishing may occur. Also, if the end of the first-stage polishing is too early, a metal film may partially remain on the barrier film in some cases. In such a case, it is necessary to polish the barrier film thereunder while polishing and removing the residual metal film in the second stage polishing. However, when the selectivity exceeds 3, only the barrier film is removed. Is polished, and the remaining metal film cannot be efficiently removed, and there is a concern that a situation may occur in which the barrier film cannot be completely removed.

【0034】尚、本発明のバリア膜用研磨剤のバリア膜
に関する研磨速度は、半導体基板上に形成するバリア膜
の厚みとして、一般的に、100〜500オングストロ
ームの範囲であることが多いため、50〜1000オン
グストローム/minの範囲、好ましくは100〜50
0オングストローム/minの範囲にある方が研磨を制
御し易く、バリア膜の除去に要する時間は2分以内、好
ましくは1分以内であることがさらに好ましい。
The polishing rate of the barrier film abrasive of the present invention with respect to the barrier film is generally in the range of 100 to 500 angstroms as the thickness of the barrier film formed on the semiconductor substrate. In the range of 50-1000 Å / min, preferably 100-50
When the thickness is in the range of 0 Å / min, the polishing can be easily controlled, and the time required for removing the barrier film is preferably 2 minutes or less, more preferably 1 minute or less.

【0035】即ち、上記研磨速度が50オングストロー
ム/min未満では生産性が低下する場合があり、10
00オングストローム/min以上ではバリア膜のみな
らず、その下部の絶縁膜または配線の金属膜まで研磨し
てしまう場合があり、所望の位置で研磨を停止すること
が難しくなり、制御性が低下する場合がある。
That is, if the polishing rate is less than 50 angstroms / min, productivity may decrease, and
At a rate of more than 00 Å / min, not only the barrier film but also the underlying insulating film or the metal film of the wiring may be polished, and it becomes difficult to stop the polishing at a desired position, resulting in poor controllability. There is.

【0036】かかるバリア膜用研磨剤のシリカ粒子濃度
としては、1〜20重量%が好適である。
The concentration of silica particles in the polishing slurry for a barrier film is preferably 1 to 20% by weight.

【0037】上記の研磨において、バリア膜を研磨除去
した後、その下地の絶縁膜が露出することになるが、こ
の場合、金属膜に対して絶縁膜の研磨速度が高すぎると
絶縁膜が研磨され過ぎて絶縁膜がディッシングを起こす
可能性がある。
In the above polishing, after the barrier film is polished and removed, the underlying insulating film is exposed. In this case, if the polishing rate of the insulating film is too high with respect to the metal film, the insulating film is polished. There is a possibility that the insulating film is dished too much.

【0038】そのため、本発明の研磨剤は、金属膜と絶
縁膜とをほぼ同等の研磨速度で研磨できることが好まし
い。具体的には、金属膜に対する絶縁膜の選択比(絶縁
膜/金属膜)が0.5〜2の範囲に調製されたものが好
適である。
For this reason, it is preferable that the polishing slurry of the present invention can polish a metal film and an insulating film at substantially the same polishing rate. Specifically, it is preferable that the selection ratio of the insulating film to the metal film (insulating film / metal film) is adjusted to a range of 0.5 to 2.

【0039】上記バリア膜用研磨剤の好適なシリカ粒子
の濃度としては、1〜15重量%、特に、2〜10重量
%である。
The preferred silica particle concentration of the above-mentioned abrasive for barrier film is 1 to 15% by weight, particularly 2 to 10% by weight.

【0040】従って、シリカ粒子の濃度2〜10重量%
の研磨剤を使用すれば、以上の全ての条件を十分満足し
た研磨剤を構成することができ、バリア膜と金属膜との
同時研磨、更に金属膜と絶縁膜との同時研磨(一部バリ
ア膜を含む)を同一のバリア膜用研磨剤で連続して実施
することができる。
Accordingly, the concentration of the silica particles is 2 to 10% by weight.
By using the polishing agent of (1), a polishing agent satisfying all of the above conditions can be formed, and simultaneous polishing of the barrier film and the metal film, and simultaneous polishing of the metal film and the insulating film (partial barrier (Including the film) can be continuously performed with the same barrier film polishing agent.

【0041】また、本発明のバリア膜用研磨剤には、本
発明の効果を著しく損なわない範囲で、バリア膜と金属
膜との選択比、若しくは金属膜と絶縁膜との選択比を上
記の好ましい値に調節するために、酸化剤、塩類、水溶
性高分子又はその他の添加剤を加えることができる。
The abrasive for a barrier film of the present invention has a selectivity between a barrier film and a metal film or a selectivity between a metal film and an insulating film within the range not significantly impairing the effects of the present invention. Oxidizing agents, salts, water-soluble polymers or other additives can be added to adjust to a preferred value.

【0042】例えば、金属膜の研磨速度を上げたいとき
には酸化剤の併用が効果的であり、また、金属膜と絶縁
膜の両方の研磨速度を調節したいときには塩類の添加が
有効である。
For example, when it is desired to increase the polishing rate of the metal film, it is effective to use an oxidizing agent in combination, and when it is desired to adjust the polishing rates of both the metal film and the insulating film, it is effective to add salts.

【0043】但し、この場合、酸化剤と塩類とを併用し
て添加する場合、バリア膜の他の膜に対する選択比を低
下させる傾向があるため、これらの添加剤は、単独で使
用し、前記好適な選択比を達成するように添加すること
が好ましい。
However, in this case, when the oxidizing agent and the salt are added in combination, there is a tendency that the selectivity of the barrier film to other films tends to decrease. Therefore, these additives are used alone. It is preferred to add so as to achieve a suitable selectivity.

【0044】上記酸化剤としては、特に制限無く公知の
ものが使用できる。例えば、過酸化物、過塩素酸塩、過
硫酸塩、酸化性金属塩、酸化性金属錯体などが挙げられ
るが、それらの中でも、取り扱い易さ、純度等のうえで
過酸化水素と過硫酸アンモニウムが好ましい。
As the oxidizing agent, known ones can be used without any particular limitation. For example, peroxides, perchlorates, persulfates, oxidizable metal salts, oxidizable metal complexes and the like, among them, hydrogen peroxide and ammonium persulfate in terms of ease of handling, purity, etc. preferable.

【0045】上記塩類としては、特に制限無く公知のも
のが使用できる。好適な代表例を例示すると、塩化アン
モニウム、硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、炭酸
アンモニウム、リン酸アンモニウム、ホウ酸アンモニウ
ム、酢酸アンモニウム、シュウ酸アンモニウム、酒石酸
アンモニウム、フタル酸アンモニウム、コハク酸アンモ
ニウム、アルギン酸アンモニウムなどのアンモニウム塩
及び上記アンモニウム塩のアンモニアの一部を水素で置
き換えた塩類、更に上記アンモニウム塩のアンモニアの
一部又は全部をNa、K、Ca、Mgなどのカチオン及
びエチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチ
ルアミン、トリエタノールアミンなどの各種アミンで置
換した塩類などが挙げられる。
As the above salts, known salts can be used without any particular limitation. Preferred representative examples include ammonium salts such as ammonium chloride, ammonium sulfate, ammonium nitrate, ammonium carbonate, ammonium phosphate, ammonium borate, ammonium acetate, ammonium oxalate, ammonium tartrate, ammonium phthalate, ammonium succinate, and ammonium alginate. And salts in which a part of the ammonia in the ammonium salt is replaced with hydrogen, and furthermore, a part or all of the ammonia in the ammonium salt is a cation such as Na, K, Ca, Mg and ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylamine, triethanolamine and the like. Salts substituted with various amines are exemplified.

【0046】尚、塩類としては、炭酸アンモニウムのよ
うな塩基性を示すものについては上述の塩基性化合物と
しても兼用できる。
As the salts, those showing basicity such as ammonium carbonate can be used also as the above-mentioned basic compounds.

【0047】本発明において、上述したシリカ粒子の濃
度や研磨剤のpH範囲は、主に研磨剤として使用する時
の最適な濃度や範囲を述べており、かかる濃度や範囲よ
りも高いものを予め製造し、使用時に純水で希釈して使
用することは何ら問題はない。
In the present invention, the concentration of silica particles and the pH range of the abrasive mentioned above mainly describe the optimum concentration and range when used as an abrasive, and those higher than such concentrations and ranges are determined in advance. There is no problem in producing and diluting with pure water at the time of use.

【0048】ところで、本発明のバリア膜用研磨剤を使
用した半導体デバイスの製造は、半導体基板表面に絶縁
膜、バリア膜及び金属膜を所定のパターンで積層し、こ
れらを研磨することによって行われる。
The manufacture of a semiconductor device using the abrasive for a barrier film of the present invention is performed by laminating an insulating film, a barrier film, and a metal film on a semiconductor substrate in a predetermined pattern and polishing them. .

【0049】上記半導体基板は、ICやLSIなどの半
導体デバイスに使用されるシリコン基板が代表的である
が、ゲルマニウムや化合物半導体などの半導体基板も使
用される。
The above-mentioned semiconductor substrate is typically a silicon substrate used for a semiconductor device such as an IC or LSI, but a semiconductor substrate such as germanium or a compound semiconductor is also used.

【0050】また、絶縁膜は配線層間の電気的分離に用
いられるものであって、絶縁性のものであれば特に制限
はない。一般には、酸化シリコン膜(プラズマ−TEO
S膜やSOG膜と呼ばれているものなど)や有機SOG
膜等が使用される。
The insulating film is used for electrical isolation between wiring layers, and is not particularly limited as long as it is insulating. Generally, a silicon oxide film (plasma-TEO)
S film and SOG film) and organic SOG
A membrane or the like is used.

【0051】更に、バリア膜は配線用金属の絶縁膜中へ
の拡散を防止すると共に、金属膜の絶縁膜への密着性を
良くするために絶縁膜と金属膜の間に形成される薄膜で
あって、タンタル膜、窒化タンタル膜、チタン膜、窒化
チタン膜、窒化タングステン膜などが挙げられる。中で
も、窒化チタン膜や窒化タンタル膜が好適である。
Further, the barrier film is a thin film formed between the insulating film and the metal film in order to prevent the diffusion of the wiring metal into the insulating film and to improve the adhesion of the metal film to the insulating film. In addition, a tantalum film, a tantalum nitride film, a titanium film, a titanium nitride film, a tungsten nitride film, and the like can be given. Among them, a titanium nitride film and a tantalum nitride film are preferable.

【0052】更にまた、金属膜は、配線パターンや電極
を形成するための配線材料であり、アルミニウム膜、銅
膜、タングステン膜などが挙げられる。本発明のバリア
膜用研磨剤は、金属膜に銅膜を、バリア膜に窒化タンタ
ル膜を用いたときに特に顕著な効果を発揮する。
Further, the metal film is a wiring material for forming a wiring pattern and an electrode, and examples thereof include an aluminum film, a copper film, and a tungsten film. The abrasive for a barrier film of the present invention exhibits a particularly remarkable effect when a copper film is used as a metal film and a tantalum nitride film is used as a barrier film.

【0053】本発明のバリア膜用研磨剤を使用した代表
的な研磨方法を図1に従って詳細に説明する。
A typical polishing method using the barrier film polishing agent of the present invention will be described in detail with reference to FIG.

【0054】前記半導体基板表面に形成される絶縁膜に
設けられる凹部Aは、配線等を形成するために絶縁膜上
に形成される溝や接続孔である。
The recess A provided in the insulating film formed on the surface of the semiconductor substrate is a groove or a connection hole formed on the insulating film for forming a wiring or the like.

【0055】先ず、(a)上記凹部Aを有する絶縁膜2
上に順次積層されたバリア膜3及び金属膜4を(b)金
属膜用研磨剤を使用して選択的に研磨することにより、
バリア膜3の存在する位置で研磨を停止させる(第一段
研磨)。
First, (a) the insulating film 2 having the concave portion A
By selectively polishing the barrier film 3 and the metal film 4 which are sequentially laminated thereon by using (b) a metal film polishing agent,
The polishing is stopped at the position where the barrier film 3 exists (first-stage polishing).

【0056】第一段研磨においては、金属膜を2000
オングストローム/min以上の高い研磨速度で研磨
し、更に、スクラッチやディッシングの発生を抑えなが
ら金属膜をバリア膜に対して選択的に除去できる公知の
金属膜用研磨剤を選択して使用することが好ましい。
In the first stage polishing, the metal film is
It is possible to select and use a known metal film polishing agent that can polish at a high polishing rate of Angstroms / min or more and can selectively remove a metal film from a barrier film while suppressing generation of scratches and dishing. preferable.

【0057】次いで、(c)前記した好適な(バリア膜
/金属膜)選択比を有する本発明のバリア膜用研磨剤を
使用し、バリア膜と金属膜とを同時研磨しながら絶縁膜
の凹部以外のバリア膜を研磨除去する。(第二段研
磨)。
Next, (c) using the abrasive for a barrier film of the present invention having the preferred (barrier film / metal film) selectivity described above, simultaneously polishing the barrier film and the metal film, and forming a recess in the insulating film. The remaining barrier film is polished and removed. (Second stage polishing).

【0058】更に必要に応じて、上記第二段研磨に引き
続いて、該バリア膜下地の絶縁膜と絶縁膜の凹部に埋め
込まれた金属膜の表面とを同時研磨して半導体基板表面
を平坦にすることもできる(以下、この研磨を第三段研
磨及びこれに使用する研磨剤を第三の研磨剤ともい
う)。
Further, if necessary, subsequent to the second polishing step, the insulating film underlying the barrier film and the surface of the metal film embedded in the concave portion of the insulating film are simultaneously polished to flatten the surface of the semiconductor substrate. (Hereinafter, this polishing is also referred to as a third polishing and the polishing agent used for this is also referred to as a third polishing agent).

【0059】尚、絶縁膜の凹部以外のバリア膜は完全に
取り去る必要があるため、上記二段研磨は比較的長めに
実施するのが望ましい。即ち、バリア膜をほぼ除去した
と思われる時間よりも数秒〜数百秒間余分に研磨を継続
することが望ましい。そうすることによって、絶縁膜の
凹部以外のバリア膜を完全に除去でき、更に絶縁膜と金
属膜の段差を効果的に取り去ることも可能である。その
際に、本発明の研磨剤はバリア膜のみならず、金属膜及
び絶縁膜の研磨速度も比較的低く抑えられているので、
制御性が高く、二段研磨に適している。即ち、上記のよ
うな過剰研磨を行っても、絶縁膜の厚みが薄くなり過ぎ
たり、配線の断面積が減少したりして半導体デバイスの
信頼性を低下させる恐れが少ないという特徴を有してい
る。
Since it is necessary to completely remove the barrier film other than the concave portion of the insulating film, it is desirable to perform the two-stage polishing relatively long. That is, it is desirable to continue polishing for several seconds to several hundred seconds longer than the time when it is considered that the barrier film is almost removed. By doing so, the barrier film other than the concave portion of the insulating film can be completely removed, and the step between the insulating film and the metal film can be effectively removed. At that time, the polishing agent of the present invention is not only a barrier film, but also the polishing rate of the metal film and the insulating film is suppressed relatively low,
High controllability, suitable for two-stage polishing. That is, even if the above-described excessive polishing is performed, the thickness of the insulating film is too thin, or the cross-sectional area of the wiring is reduced, so that there is little possibility that the reliability of the semiconductor device is reduced. I have.

【0060】以上説明したように、本発明のバリア膜用
研磨剤を第二の研磨剤として使用することによって、バ
リア膜を効率的に除去可能で、更に半導体基板の表面を
高度に平坦に仕上げることが可能である。
As described above, by using the polishing slurry for a barrier film of the present invention as the second polishing slurry, the barrier film can be efficiently removed, and the surface of the semiconductor substrate can be highly flattened. It is possible.

【0061】また、上記第二段研磨に次いで、必要に応
じて、第三段研磨を行うことができる。かかる研磨に使
用される第三の研磨剤は、金属膜、バリア膜及び絶縁膜
をほぼ等しい研磨速度で研磨できることが好ましい。特
に好ましくは、絶縁膜に対する金属膜とバリア膜との選
択比(絶縁膜/金属膜の研磨速度比及びバリア膜/金属
膜の研磨速度比)は、0.5〜2の範囲が好ましく、更
には0.7〜1.4の範囲がより好ましい。
After the second-stage polishing, a third-stage polishing can be performed if necessary. It is preferable that the third polishing agent used for such polishing can polish the metal film, the barrier film, and the insulating film at substantially the same polishing rate. Particularly preferably, the selectivity between the metal film and the barrier film with respect to the insulating film (the polishing rate ratio of the insulating film / metal film and the polishing rate ratio of the barrier film / metal film) is preferably in the range of 0.5 to 2. Is more preferably in the range of 0.7 to 1.4.

【0062】上記範囲を超えると、どちらかの膜が選択
的に研磨され、ディッシングが発生し、半導体基板表面
の平坦性が低下することが懸念される。
If it exceeds the above range, either of the films is selectively polished, dishing occurs, and there is a concern that the flatness of the surface of the semiconductor substrate is reduced.

【0063】上記第三の研磨剤は、公知の研磨剤より上
記選択比のものを選択して使用しても良いし、第二の研
磨剤、即ち本発明のバリア膜用研磨剤の中から、上記選
択比のものを選択して使用しても良い。後者の場合、第
二段研磨と第三段研磨を連続して行うことができ好まし
い。
The third polishing agent may be used by selecting the one having the above selection ratio from known polishing agents, or may be used from the second polishing agent, that is, the polishing agent for barrier film of the present invention. Alternatively, one having the above selection ratio may be selected and used. In the latter case, the second-stage polishing and the third-stage polishing can be performed continuously, which is preferable.

【0064】[0064]

【発明の効果】以上の説明より理解されるように、本発
明のバリア膜用研磨剤は、バリア膜を金属膜に対して同
等以上の研磨速度で研磨でき、更に金属膜と絶縁膜とを
ほぼ等しい研磨速度で研磨できるため、半導体基板表面
を極めて平坦に仕上げることが可能である。
As will be understood from the above description, the polishing slurry for a barrier film of the present invention can polish a barrier film at a polishing rate equal to or higher than that of a metal film, and furthermore, the metal film and the insulating film can be polished. Since the polishing can be performed at substantially the same polishing rate, the surface of the semiconductor substrate can be extremely flat.

【0065】また、半導体基板表面に金属配線用の凹部
を有する絶縁膜を形成し、その上にバリア膜を介して該
凹部を埋めるように金属膜を形成した後、金属膜及びバ
リア膜を研磨することにより除去して絶縁膜と凹部に存
在する金属膜との平坦化された面を形成するに際し、金
属膜を選択的に研磨した後、次いで、本発明による研磨
剤を使用して金属膜とバリア膜を同時研磨し、さらに、
金属膜と絶縁膜を同時研磨することによって、極めて平
坦性の高い半導体基板表面を得ることができる。
Further, an insulating film having a concave portion for metal wiring is formed on the surface of the semiconductor substrate, and a metal film is formed thereon so as to fill the concave portion via a barrier film, and then the metal film and the barrier film are polished. In forming the planarized surface of the insulating film and the metal film present in the concave portion by removing the metal film, after selectively polishing the metal film, and then using the polishing agent according to the present invention, the metal film And the barrier film are simultaneously polished,
By simultaneously polishing the metal film and the insulating film, a highly flat semiconductor substrate surface can be obtained.

【0066】[0066]

【実施例】以下、本発明の実施例を挙げて具体的に説明
するが、本発明はこれらの実施例によって何ら制限され
るものではない。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

【0067】(研磨試験)銅(Cu)膜あるいは窒化タ
ンタル(TaN)膜あるいは酸化シリコン(SiO2
膜が表面に形成された4インチのシリコンウェハを用い
て研磨試験を行った。研磨パッドにはロデール製のIC
1000/SUBA400を用い、加工圧力300g/
cm2、定盤回転数40rpm、研磨剤の滴下速度80
ml/minの条件で研磨試験を行い、研磨速度を求め
た。
(Polishing test) Copper (Cu) film, tantalum nitride (TaN) film, or silicon oxide (SiO 2 )
A polishing test was performed using a 4-inch silicon wafer having a film formed on the surface. Rodel IC for polishing pad
Using 1000 / SUBA400, processing pressure 300g /
cm 2 , platen rotation speed 40 rpm, abrasive dripping speed 80
A polishing test was performed under the condition of ml / min, and a polishing rate was obtained.

【0068】(溶解性試験)Cu膜が表面に形成された
シリコンウェハを用いて溶解性の試験を行った。研磨剤
中に試験片を浸漬し、それらの入った容器を50℃に保
持された恒温振盪器中に入れた。10分後に容器から試
験片を取り出し、表面に残存する研磨剤を洗い流した。
浸漬前後のCu膜の膜厚変化からCu膜の溶解速度を求
めた。
(Solubility Test) A solubility test was performed using a silicon wafer having a Cu film formed on the surface. The test pieces were immersed in an abrasive, and the container containing them was placed in a thermostatic shaker maintained at 50 ° C. After 10 minutes, the test piece was taken out of the container, and the abrasive remaining on the surface was washed away.
The dissolution rate of the Cu film was determined from the change in the thickness of the Cu film before and after immersion.

【0069】実施例1及び比較例 比表面積が30m2/gの高純度コロイダルシリカ粒子
と純水とアンモニア水を所定量混合し、シリカ粒子の濃
度が5重量%、pHが9.5の研磨剤を調製し、評価し
た。また、シリカ粒子の代わりに、比表面積が70m2
/gのγ−アルミナ粒子を用いた以外は上記と同様にし
てアルミナ系の研磨剤も調製し、評価した。
Example 1 and Comparative Example A high-purity colloidal silica particle having a specific surface area of 30 m 2 / g, pure water and ammonia water were mixed in predetermined amounts, and the silica particle concentration was 5% by weight and the pH was 9.5. Agents were prepared and evaluated. Also, instead of silica particles, the specific surface area is 70 m 2.
/ G of γ-alumina particles was prepared in the same manner as above, and an alumina-based abrasive was prepared and evaluated.

【0070】研磨試験の結果を表1に示した。尚、N
o.2は比較例である。
Table 1 shows the results of the polishing test. Note that N
o. 2 is a comparative example.

【0071】シリカ系の研磨剤では、バリア膜であるT
aN膜の研磨速度が432オングストローム/minと
比較的高く、Cu膜に対するTaN膜の研磨速度の比
(以下、TaN/Cuの選択比と略記する)が2.1
で、本発明の研磨剤はバリア膜を金属膜に対して同等以
上の研磨速度で研磨できることがわかったまた、Cu膜
に対するSiO2膜の研磨速度比(以下、SiO2/Cu
の選択比と略記する)が0.93であり、金属膜と絶縁
膜をほぼ等しい研磨速度で研磨でき、半導体基板表面の
平坦化に好適であることもわかった。
In the case of a silica-based polishing agent, the barrier film T
The polishing rate of the aN film is relatively high at 432 angstroms / min, and the ratio of the polishing rate of the TaN film to the Cu film (hereinafter, abbreviated to the selection ratio of TaN / Cu) is 2.1.
It has been found that the polishing agent of the present invention can polish a barrier film at a polishing rate equal to or higher than that of a metal film, and a polishing rate ratio of a SiO 2 film to a Cu film (hereinafter, SiO 2 / Cu).
Is abbreviated to 0.93), which means that the metal film and the insulating film can be polished at almost the same polishing rate, which is suitable for flattening the surface of the semiconductor substrate.

【0072】一方、アルミナ系の研磨剤では、研磨剤が
弱く凝集し、数時間研磨剤を静置しておくと相分離を起
こした。該研磨剤を良く攪拌しながら研磨試験を行った
ところ、Cu膜については十分な研磨速度は出せるもの
の、TaN膜とSiO2膜はCu膜よりも非常に低い研
磨速度となり、そのため、TaN/Cuの選択比は1よ
りも低く、また、SiO2/Cuの選択比は0.5より
も低くなった。
On the other hand, in the case of an alumina-based abrasive, the abrasive was weakly agglomerated, and phase separation occurred when the abrasive was allowed to stand for several hours. When a polishing test was carried out while stirring the abrasive well, a sufficient polishing rate could be obtained for the Cu film, but the TaN film and the SiO 2 film had a polishing rate much lower than that of the Cu film. Was lower than 1 and the selectivity of SiO 2 / Cu was lower than 0.5.

【0073】また、研磨後のCu膜付きウエハの表面を
観察したところ、シリカ系研磨剤で研磨したウエハは顕
微鏡でもスクラッチの発生は確認できなかったが、アル
ミナ系研磨剤の方は顕微鏡でスクラッチの発生が認めら
れた。したがって、本発明の研磨剤の研磨砥粒としては
シリカ粒子が適していることがわかった。
When the surface of the wafer with the Cu film after polishing was observed, no scratch was observed on the wafer polished with the silica-based abrasive under a microscope. Was observed. Therefore, it was found that silica particles were suitable as the abrasive grains of the abrasive of the present invention.

【0074】[0074]

【表1】 実施例2及び比較例 アンモニアの添加量を種々変えてスラリーのpHを変え
た以外は実施例1、No.1と同様にして研磨剤を調製
し、評価した。
[Table 1] Example 2 and Comparative Example Example 1, No. 1 except that the pH of the slurry was changed by variously changing the amount of added ammonia. An abrasive was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1.

【0075】研磨試験の結果を表2に示した。尚、N
o.1、4は比較例である。
Table 2 shows the results of the polishing test. Note that N
o. Reference numerals 1 and 4 are comparative examples.

【0076】研磨剤のpHが8.5〜10.5の範囲に
ある場合には、TaN/Cuの選択比は1〜3の範囲に
あり、更にSiO2/Cuの選択比は0.5〜2の範囲
にあり、第二の研磨に用いるのに適していることがわか
った。
When the pH of the abrasive is in the range of 8.5 to 10.5, the selectivity of TaN / Cu is in the range of 1 to 3, and the selectivity of SiO 2 / Cu is 0.5. ~ 2, which proved to be suitable for use in the second polishing.

【0077】pHが8.5よりも低い場合には、Cu膜
の研磨速度が低い上に、TaN/Cuの選択比が3より
も高く、SiO2/Cuの選択比が2よりも高くなっ
た。一方、pHが10.5よりも高い場合には、SiO
2膜の研磨速度が高いために、SiO2/Cuの選択比が
2よりも高くなった。
When the pH is lower than 8.5, the polishing rate of the Cu film is low, the selectivity of TaN / Cu is higher than 3, and the selectivity of SiO 2 / Cu is higher than 2. Was. On the other hand, when the pH is higher than 10.5, SiO 2
Since the polishing rate of the two films was high, the selectivity ratio of SiO 2 / Cu was higher than 2.

【0078】また、Cu膜の溶解速度は、中性付近の方が
優れていたものの、pHが8.5〜10.5の範囲にお
いても30オングストローム/min以下と実用に際し
て特に問題のない範囲であることが確認できた。
The dissolution rate of the Cu film was better in the vicinity of neutrality, but was 30 angstrom / min or less even in the pH range of 8.5 to 10.5. It was confirmed that there was.

【0079】[0079]

【表2】 実施例3 比表面積の異なる各種のシリカ粒子を用い、更にシリカ
粒子の濃度を変えた以外は実施例1、No.1と同様に
して研磨剤を調製し、評価した。
[Table 2] Example 3 Example 1 was repeated except that various types of silica particles having different specific surface areas were used and the concentration of the silica particles was further changed. An abrasive was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1.

【0080】研磨試験の結果を表3に示した。Table 3 shows the results of the polishing test.

【0081】全ての例でTaN膜の研磨速度はほぼ30
0オングストローム/minを超えており、TaN/C
uの選択比は1〜3の範囲であった。更に、SiO2
Cuの選択比も0.5〜2の範囲にあり、第二の研磨と
して好適であることがわかった。
In all cases, the polishing rate of the TaN film was about 30.
0 Angstroms / min and TaN / C
The selectivity of u was in the range of 1-3. Furthermore, SiO 2 /
The selectivity of Cu was also in the range of 0.5 to 2, which proved to be suitable for the second polishing.

【0082】[0082]

【表3】 実施例4 塩基性化合物としてアンモニアの代わりにいくつかの化
合物を用いて試験した。比表面積が30m2/gの高純
度コロイダルシリカ粒子と純水とエチレンジアミンを所
定量混合し、シリカ粒子の濃度が5重量%、pHが9.
5の研磨剤を調製した。また、比表面積が30m2/g
の高純度コロイダルシリカ粒子と純水と炭酸アンモニウ
ムとアンモニアを所定量混合し、シリカ粒子の濃度が4
重量%、炭酸アンモニウムの濃度が2000ppm、p
Hが9.0の研磨剤を調製した。その他は実施例1、N
o.1と同様にして研磨剤を調製し、評価した。
[Table 3] Example 4 A test was conducted using several compounds instead of ammonia as the basic compound. A high-purity colloidal silica particle having a specific surface area of 30 m 2 / g, a predetermined amount of pure water and ethylenediamine are mixed, and the concentration of the silica particle is 5% by weight and the pH is 9.
5 abrasives were prepared. In addition, the specific surface area is 30 m 2 / g
A predetermined amount of high-purity colloidal silica particles, pure water, ammonium carbonate and ammonia are mixed, and the concentration of silica particles is 4
Wt%, the concentration of ammonium carbonate is 2000 ppm, p
An abrasive having H of 9.0 was prepared. Others are Example 1, N
o. An abrasive was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1.

【0083】研磨試験の結果を表4に示した。Table 4 shows the results of the polishing test.

【0084】塩基性化合物として、エチレンジアミンや
炭酸アンモニウムを用いた場合もTaN膜の研磨速度は
400オングストローム/min以上、TaN/Cuの
選択比は1〜3の範囲、更にSiO2/Cuの選択比は
0.5〜2の範囲にあり、第二の研磨に適していること
がわかった。
Even when ethylenediamine or ammonium carbonate is used as the basic compound, the polishing rate of the TaN film is 400 Å / min or more, the selection ratio of TaN / Cu is in the range of 1 to 3, and the selection ratio of SiO 2 / Cu is also selected. Was in the range of 0.5 to 2 and was found to be suitable for the second polishing.

【0085】[0085]

【表4】 実施例5 ここではパターン付きウェハを用いて本発明のバリア膜
用研磨剤の性能を調べた。
[Table 4] Example 5 Here, the performance of the abrasive for a barrier film of the present invention was examined using a patterned wafer.

【0086】まず、比表面積が75m2/gの高純度コ
ロイダルシリカ粒子が7重量%と、炭酸アンモニウムが
0.6重量%と、過酸化水素水が4重量%のアルカリ性
(pH9.3)の第一の研磨剤を調製した。また、実施
例1のNo.1を第二の研磨剤として使用した。
First, 7% by weight of high-purity colloidal silica particles having a specific surface area of 75 m 2 / g, 0.6% by weight of ammonium carbonate, and 4% by weight of aqueous hydrogen peroxide were alkaline (pH 9.3). A first abrasive was prepared. In addition, in Example No. 1, 1 was used as the second abrasive.

【0087】シリコンウエハ表面に形成されたSiO2
膜上に幅0.35〜100μmの配線用溝が形成され、
その上に厚さ約200オングストロームのTaN膜と厚
さ約1.2μmのCu膜が順次積層されたTEGウエハ
を用いて、そのシリコンウエハ表面をまず第一の研磨剤
で約200秒間研磨した。
SiO 2 formed on silicon wafer surface
A wiring groove having a width of 0.35 to 100 μm is formed on the film,
Using a TEG wafer on which a TaN film having a thickness of about 200 angstroms and a Cu film having a thickness of about 1.2 μm were sequentially stacked, the silicon wafer surface was first polished with a first abrasive for about 200 seconds.

【0088】その結果、SiO2膜の配線溝以外の部分
の上にあるCu膜が除去され、TaN膜と配線溝のCu
膜が露出した状態となった。続いて、第二の研磨剤で1
20秒間研磨を行ったところ、配線溝以外のSiO2
上のTaN膜が完全に除去され、SiO2膜と配線溝の
Cu膜が露出した状態になった。研磨後のシリコンウエ
ハ表面を電子顕微鏡で観察したところ、スクラッチやデ
ィッシングは全く見られず、配線溝以外の部分のSiO
2膜と配線溝のCu膜の表面にはほとんど段差は無く、
平坦な表面が形成されていることが確認できた。
As a result, the Cu film on the portion other than the wiring groove of the SiO 2 film is removed, and the TaN film and the Cu of the wiring groove are removed.
The film was exposed. Then, 1 second with the second abrasive
After polishing for 20 seconds, the TaN film on the SiO 2 film other than the wiring groove was completely removed, and the SiO 2 film and the Cu film in the wiring groove were exposed. When the surface of the polished silicon wafer was observed with an electron microscope, no scratch or dishing was observed, and the SiO
There is almost no step on the surface of the Cu film of the 2 film and the wiring groove,
It was confirmed that a flat surface was formed.

【0089】以上の結果より、第一の研磨剤で金属膜を
研磨除去した後に、本発明のバリア膜用研磨剤を用いて
バリア膜と金属膜を同時研磨し、更に絶縁膜と金属膜を
同時研磨することによって、極めて平坦な半導体基板表
面が形成できることがわかった。
From the above results, after the metal film is polished and removed with the first abrasive, the barrier film and the metal film are simultaneously polished using the barrier film abrasive of the present invention, and the insulating film and the metal film are further polished. It has been found that an extremely flat semiconductor substrate surface can be formed by simultaneous polishing.

【0090】なお、参考のために、第一の研磨剤、第二
の研磨剤のCu膜、TaN膜、SiO2膜に対するそれ
ぞれの研磨速度を表5に示した。これからわかるよう
に、ここで用いた第一の研磨剤はバリア膜に対して金属
膜を選択的に研磨できることがわかる。一方、第二の研
磨剤はバリア膜を金属膜に対して同等以上の研磨速度で
研磨でき、しかも金属膜と酸化膜をほぼ等しい研磨速度
で研磨できることがわかる。
For reference, Table 5 shows the respective polishing rates of the first polishing agent and the second polishing agent with respect to the Cu film, the TaN film, and the SiO 2 film. As can be seen, the first abrasive used here can selectively polish the metal film with respect to the barrier film. On the other hand, it can be seen that the second abrasive can polish the barrier film at a polishing rate equal to or higher than the metal film, and can polish the metal film and the oxide film at substantially the same polishing rate.

【0091】[0091]

【表5】 [Table 5]

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

【図1】本発明の研磨剤を使用した研磨方法の代表的な
態様を示す概略図
FIG. 1 is a schematic diagram showing a typical embodiment of a polishing method using the polishing agent of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A 凹部 1 半導体基板 2 絶縁膜 3 バリア膜 4 金属膜 A recess 1 semiconductor substrate 2 insulating film 3 barrier film 4 metal film

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 バリア膜と金属膜とを同時に研磨するた
めの研磨剤であって、シリカ粒子と水よりなり、pHが
8.5〜10.5の範囲に調整されたことを特徴とする
バリア膜用研磨剤。
An abrasive for simultaneously polishing a barrier film and a metal film, wherein the abrasive is made of silica particles and water, and has a pH adjusted to a range of 8.5 to 10.5. Abrasive for barrier film.
【請求項2】 シリカ粒子の濃度が1〜20重量%の範
囲にある、請求項1記載のバリア膜用研磨剤。
2. The barrier film abrasive according to claim 1, wherein the concentration of the silica particles is in the range of 1 to 20% by weight.
【請求項3】 シリカ粒子の比表面積が10〜400m
2/gの範囲にある、請求項1記載のバリア膜用研磨
剤。
3. The silica particles have a specific surface area of 10 to 400 m.
The abrasive for a barrier film according to claim 1, which is in the range of 2 / g.
【請求項4】 金属膜に対するバリア膜の研磨速度の比
(バリア膜/金属膜)が1〜3の範囲である、請求項1
記載のバリア膜用研磨剤。
4. The ratio of the polishing rate of the barrier film to the metal film (barrier film / metal film) is in the range of 1 to 3.
The abrasive for a barrier film according to the above.
【請求項5】 金属膜に対する絶縁膜の研磨速度の比
(絶縁膜/金属膜)が0.5〜2の範囲である、請求項
1記載のバリア膜用研磨剤。
5. The polishing agent for a barrier film according to claim 1, wherein the ratio of the polishing rate of the insulating film to the metal film (insulating film / metal film) is in the range of 0.5 to 2.
【請求項6】 バリア膜の研磨速度が50〜1000オ
ングストローム/minの範囲である、請求項1記載の
バリア膜用研磨剤。
6. The polishing agent for a barrier film according to claim 1, wherein the polishing rate of the barrier film is in the range of 50 to 1000 Å / min.
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