JP2001196336A - Aqueous dispersant for chemical mechanical polishing used in manufacture of semiconductor device and chemical mechanical polishing method - Google Patents

Aqueous dispersant for chemical mechanical polishing used in manufacture of semiconductor device and chemical mechanical polishing method

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JP2001196336A
JP2001196336A JP2000003340A JP2000003340A JP2001196336A JP 2001196336 A JP2001196336 A JP 2001196336A JP 2000003340 A JP2000003340 A JP 2000003340A JP 2000003340 A JP2000003340 A JP 2000003340A JP 2001196336 A JP2001196336 A JP 2001196336A
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polishing
aqueous dispersion
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mechanical polishing
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an aqueous dispersant for chemical mechanical polishing which can form sufficiently flattened good damascene wiring and is used in the manufacture of a semiconductor device and a chemical mechanical polishing method using the dispersant. SOLUTION: The aqueous dispersant has such a feature that, when a copper film, a barrier metal film, and an insulating film are polished under the same condition, the ratio (RCu/RBM) of the polishing speed RCu of the copper film to that RBM of the barrier metal film becomes 0.5-2 and the ratio (RCu/RIn) of the polishing speed RCu of the copper film to that RIn of the insulating film becomes 0.5-2. The chemical mechanical polishing method uses the aqueous dispersant.

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、半導体装置の製造
に用いる化学機械研磨用水系分散体(以下、「化学機械
研磨用水系分散体」という。また、「水系分散体」と略
記することもある。)に関する。更に詳しくは、本発明
は、半導体基板上に設けられる各種の被加工膜の研磨に
おいて、それらを効率よく研磨することができ、且つ十
分に平坦化された精度の高い仕上げ面を得ることができ
る化学機械研磨用水系分散体、およびそれを用いた化学
機械研磨方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an aqueous dispersion for chemical mechanical polishing used in the manufacture of semiconductor devices (hereinafter referred to as "aqueous dispersion for chemical mechanical polishing", and may also be abbreviated as "aqueous dispersion". There is). More specifically, in the present invention, in polishing various films to be provided provided on a semiconductor substrate, they can be efficiently polished, and a sufficiently flat and highly accurate finished surface can be obtained. The present invention relates to an aqueous dispersion for chemical mechanical polishing and a chemical mechanical polishing method using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の製造における最近の技術と
して、プロセスウェハ上の絶縁膜に孔若しくは溝などを
形成した後、硬質の金属等よりなるバリアメタル層を形
成し、次いで、タングステン、アルミニウム、及び銅な
どの配線材を埋め込んだ後、絶縁膜の表面より上の配線
材及びバリアメタル層を化学機械研磨によって除去する
ことによって配線を形成する手法がある。この手法によ
り形成される配線をダマシン配線という。上記ダマシン
配線を形成する際の研磨においては、以下の問題点があ
る。銅等の比較的柔らかい配線材は研磨され易く、配線
部分の幅が広い場合、配線の中央部が過度に研磨され
る、いわゆるディッシングを生じ易く、平坦な仕上げ面
が得られないことがある。また、スクラッチの発生等に
より配線の断線が生じる場合もある。また、誘電率の低
い多孔質の絶縁膜等では、研磨に用いる水系分散体のp
Hが低い場合には充分な研磨速度が得られず、逆にpH
が高い場合には過度に研磨されてしまう。また、いずれ
の場合にも、スクラッチの発生を抑制することは容易で
はない。一方、タンタル等の硬度の高い金属からなるバ
リアメタル層を効率よく研磨することは容易ではない。
2. Description of the Related Art As a recent technology in the manufacture of semiconductor devices, after forming holes or grooves in an insulating film on a process wafer, a barrier metal layer made of a hard metal or the like is formed, and then tungsten, aluminum, In addition, there is a method of forming a wiring by embedding a wiring material such as copper and the like, and then removing the wiring material and the barrier metal layer above the surface of the insulating film by chemical mechanical polishing. Wiring formed by this method is called damascene wiring. There are the following problems in polishing when forming the above damascene wiring. A relatively soft wiring material such as copper is easily polished, and when the width of the wiring portion is wide, the central portion of the wiring is excessively polished, so-called dishing is likely to occur, and a flat finished surface may not be obtained. In addition, the wiring may be disconnected due to scratches or the like. Further, in the case of a porous insulating film having a low dielectric constant, for example, p
If H is low, a sufficient polishing rate cannot be obtained,
If it is high, it will be excessively polished. In any case, it is not easy to suppress the occurrence of scratches. On the other hand, it is not easy to efficiently polish a barrier metal layer made of a metal having high hardness such as tantalum.

【0003】通常、ウェハの化学機械研磨では、他段階
の研磨工程を要する。もっとも一般的には、一段目で銅
などの配線材を主に研磨し、二段階目で主にバリアメタ
ル層を研磨する二段階研磨法が採られている。この二段
階研磨について、いくつかの方法が提案されており、そ
れに用いられる多くの水系分散体が提案されている。第
一の方法としては、一段目の研磨において銅が完全に除
去されるまで研磨した後、二段目研磨でバリアメタル層
だけを除去しようとするものがある。この場合、一段目
研磨において少なからず発生するディッシングを、主に
バリアメタル層を研磨する二段階目の研磨では修正でき
ないという問題があり、良好なダマシン配線を形成する
ことが難しい場合がある。また、第二の方法として、一
段目の研磨において、銅の除去を、配線部にディッシン
グが発生しない程度に不完全に行い、二段目の研磨にお
いて、残存の銅と共にバリアメタル層を除去する方法が
提案されている。この方法によると、仕上げ面の平滑性
が不十分となる場合や、研磨終了に多大な時間を要し、
さらにコスト高になると言った問題が生じる場合があっ
た。
Usually, chemical mechanical polishing of a wafer requires another stage of polishing. Most commonly, a two-stage polishing method is employed in which a wiring material such as copper is mainly polished in the first step and a barrier metal layer is mainly polished in the second step. Several methods have been proposed for this two-step polishing, and many aqueous dispersions have been proposed for use therein. As a first method, there is a method in which polishing is performed until copper is completely removed in the first polishing, and then only the barrier metal layer is removed in the second polishing. In this case, there is a problem that dishing that occurs to a considerable extent in the first-stage polishing cannot be corrected by the second-stage polishing mainly for polishing the barrier metal layer, and it may be difficult to form a good damascene wiring. As a second method, in the first-stage polishing, the copper is removed incompletely so that dishing does not occur in the wiring portion, and in the second-stage polishing, the barrier metal layer is removed together with the remaining copper. A method has been proposed. According to this method, when the smoothness of the finished surface is insufficient, or a large amount of time is required to finish polishing,
In some cases, a problem that the cost is further increased occurs.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の従来
の問題を解決するものである。すなわち、充分に平坦化
された精度の高い仕上げ面が得られ、良好なダマシン配
線を形成することができる、半導体装置の製造において
有用な化学機械研磨用水系分散体、及びそれを用いた化
学機械研磨方法を提供することを目的とする。
The present invention solves the above-mentioned conventional problems. That is, an aqueous dispersion for chemical mechanical polishing useful in the production of semiconductor devices, which can provide a sufficiently flat finished surface with high precision and can form a good damascene wiring, and a chemical machine using the same. An object of the present invention is to provide a polishing method.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】半導体基板上に設けられ
る被加工膜の研磨において、仕上げ面を十分に平坦化す
ることができる化学機械研磨用水系分散体を得ることを
目的として検討した結果、銅膜、バリアメタル層、及び
絶縁膜を同一条件により研磨した場合に、それらの研磨
速度の比が特定の値を取る水系分散体を使用した場合に
十分に平坦化された精度の高い仕上げ面が得られること
を見出し、本発明に到達した
In the polishing of a film to be processed provided on a semiconductor substrate, as a result of studying for the purpose of obtaining an aqueous dispersion for chemical mechanical polishing capable of sufficiently flattening a finished surface, When a copper film, a barrier metal layer, and an insulating film are polished under the same conditions, the polishing surface ratio is sufficiently flat when a water-based dispersion having a specific value is used. And reached the present invention.

【0006】本発明の化学機械研磨用水系分散体は、銅
膜、バリアメタル層、及び絶縁膜を同一条件により研磨
した場合に、上記銅膜の研磨速度(RCu)と上記バリア
メタル層の研磨速度(RBM)との比(RCu/RBM)が
0.5〜2であり、上記銅膜の研磨速度(RCu)と上記
絶縁膜の研磨速度(RIn)との比(RCu/RIn)が0.
5〜2であることを特徴とする。本発明の化学機械研磨
用水系分散体は、ダマシン配線形成工程における、特に
二段階目の研磨に用いる水系分散体として有用である。
上記「銅膜」を形成する銅は、純銅ばかりでなく、銅−
シリコン、銅−アルミニウム等、95重量%以上の銅を
含有する合金をも含むものとする。また、上記「バリア
メタル層」を形成する金属は、タンタル、チタン等があ
り、またそれらの窒化物、酸化物であってもよい。例え
ば、窒化物として窒化タンタル、窒化チタンがある。ま
た、上記「タンタル、チタン等」は純タンタル、純チタ
ンに限られず、例えばタンタル−ニオブ等のタンタル、
チタン等を含有する合金をも含むものとする。更に、上
記「窒化タンタル、窒化チタン」も純品に限定はされな
い。上記バリアメタル層は、好ましくは、タンタル及び
/又は窒化タンタルである。
[0006] The aqueous dispersion for chemical mechanical polishing of the present invention, when the copper film, the barrier metal layer and the insulating film are polished under the same conditions, the polishing rate (R Cu ) of the copper film and the polishing rate of the barrier metal layer. the ratio of the polishing rate ratio of the (R BM) (R Cu / R BM) is 0.5 to 2, the polishing speed of the polishing rate (R Cu) and the insulating film of the copper film (R in) ( R Cu / R In ) is 0.
5-2. The aqueous dispersion for chemical mechanical polishing of the present invention is useful as an aqueous dispersion used in a damascene wiring formation step, particularly for the second stage polishing.
The copper forming the “copper film” is not only pure copper, but also copper-
It also includes alloys containing 95% by weight or more of copper, such as silicon and copper-aluminum. The metal forming the “barrier metal layer” includes tantalum, titanium, and the like, and may be a nitride or an oxide thereof. For example, there are tantalum nitride and titanium nitride as nitrides. Further, the above “tantalum, titanium, etc.” is not limited to pure tantalum, pure titanium, for example, tantalum such as tantalum-niobium,
It also includes alloys containing titanium and the like. Furthermore, the above-mentioned "tantalum nitride and titanium nitride" are not limited to pure products. The barrier metal layer is preferably tantalum and / or tantalum nitride.

【0007】上記絶縁膜としては、 SiO2膜の他、超
LSIの性能向上を目的とした低誘電率の層間絶縁膜を
も含むものである。低誘電率化絶縁膜としては、フッ素
添加SiO2(誘電率;約3.3〜3.5)、ポリイミ
ド系樹脂(誘電率;約2.4〜3.6、日立化成工業株
式会社製、商品名「PIQ」、Allied Signal 社製、商
品名「FLARE」等)、ベンゾシクロブテン(誘電
率;約2.7、Dow Chemical社製、商品名「BCB」
等)、水素含有SOG(誘電率;約2.5〜3.5)及
び有機SOG(誘電率;約2.9、日立化成工業株式会
社製、商品名「HSGR7」等)などからなる層間絶縁
膜が挙げられる。
The above-mentioned insulating film includes, in addition to the SiO 2 film, an interlayer insulating film having a low dielectric constant for the purpose of improving the performance of the VLSI. Examples of the low dielectric constant insulating film include fluorine-added SiO 2 (dielectric constant: about 3.3 to 3.5), polyimide resin (dielectric constant: about 2.4 to 3.6, manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) Trade name “PIQ”, manufactured by Allied Signal, trade name “FLARE” etc.), benzocyclobutene (dielectric constant: about 2.7, manufactured by Dow Chemical Co., trade name “BCB”)
Etc.), interlayer insulation made of hydrogen-containing SOG (dielectric constant: about 2.5 to 3.5) and organic SOG (dielectric constant: about 2.9, manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd., trade name "HSGR7", etc.) Membrane.

【0008】上記「同一条件」とは、特定の型式の研磨
装置を使用し、その定盤及びヘッドの回転数、研磨圧
力、研磨時間、用いる研磨パッドの種類、並びに水系分
散体の単位時間当たりの供給量を同一にすることを意味
する。これらの条件は、同一条件で比較する限りにおい
て適宜の条件を採用できるが、実際の研磨条件またはそ
れに近い条件を採用することが望ましい。例えば、定盤
回転数としては30〜120rpm、好ましくは40〜
100rpm、ヘッド回転数としては30〜120rp
m、好ましくは40〜100rpm、定盤回転数/ヘッ
ド回転数の比としては0.5〜2、好ましくは0.7〜
1.5、研磨圧力としては100〜500g/cm2
好ましくは200〜350g/cm2、水系分散体供給
速度としては50〜300ml/分、好ましくは100
〜200ml/分の条件を採用することができる。研磨
速度の上記「比」は、銅膜、バリアメタル層、並びに絶
縁膜を、上記の同一条件のもとに別個に研磨し、各々の
研磨速度の値から算出することができる。この研磨は、
銅膜、バリアメタル層、又は絶縁膜を備えるウェハを用
いて行うことができる。
[0008] The above "same conditions" means that a specific type of polishing apparatus is used, the number of rotations of the platen and head, the polishing pressure, the polishing time, the type of polishing pad to be used, and the unit time of the aqueous dispersion per unit time. Means the same supply amount. As for these conditions, appropriate conditions can be adopted as long as they are compared under the same conditions. However, it is desirable to employ actual polishing conditions or conditions close thereto. For example, the platen rotation speed is 30 to 120 rpm, preferably 40 to 120 rpm.
100 rpm, head rotation speed is 30 to 120 rpm
m, preferably 40 to 100 rpm, and the ratio of the platen rotation speed / head rotation speed is 0.5 to 2, preferably 0.7 to 0.7.
1.5, polishing pressure is 100 to 500 g / cm 2 ,
Preferably, it is 200 to 350 g / cm 2 , and the aqueous dispersion feed rate is 50 to 300 ml / min, preferably 100
Conditions of ~ 200 ml / min can be employed. The "ratio" of the polishing rate can be calculated from the respective polishing rates by separately polishing the copper film, the barrier metal layer, and the insulating film under the same conditions as described above. This polishing,
It can be performed using a wafer provided with a copper film, a barrier metal layer, or an insulating film.

【0009】銅膜の研磨速度(RCu)とバリアメタル層
の研磨速度(RBM)との比(RCu/RBM)は、0.5〜
2であるが、好ましくは0.7〜1.5であり、とくに
0.8〜1.2更には0.9〜1.1が好ましい。この
比(RCu/RBM)が0.5未満の場合は、銅膜が充分な
速度で研磨されず、二段階研磨法における一段階目の研
磨において、絶縁膜上の溝又は孔部以外の銅膜の除去が
不完全であった場合、二段階目の研磨において不要部の
銅膜の除去に長時間を要する。一方、比(RCu/RBM
が2を越える場合、銅膜が過度に研磨され、ディッシン
グ発生の原因となり、良好なダマシン配線の形成ができ
ないと言う問題が生ずる。
The ratio (R Cu / R BM ) of the polishing rate (R Cu ) of the copper film to the polishing rate (R BM ) of the barrier metal layer is 0.5 to 0.5.
2, preferably 0.7 to 1.5, particularly preferably 0.8 to 1.2, and more preferably 0.9 to 1.1. When this ratio (R Cu / R BM ) is less than 0.5, the copper film is not polished at a sufficient speed, and in the first-stage polishing in the two-stage polishing method, other than grooves or holes on the insulating film. If the removal of the copper film is incomplete, it takes a long time to remove the unnecessary portion of the copper film in the second-stage polishing. On the other hand, the ratio (R Cu / R BM )
Exceeds 2, the copper film is excessively polished, causing the occurrence of dishing, and causing a problem that good damascene wiring cannot be formed.

【0010】また、銅膜の研磨速度(RCu)と絶縁膜の
研磨速度(RIn)との比(RCu/R In)は、0.5〜2
であるが、好ましくは0.7〜1.5、特に0.8〜
1.2、更には0.9〜1.1であることが好ましい。
このRCu/RInが2を越える場合は、銅膜の研磨が過度
となり、この水系分散体を半導体基板上に設けられる被
加工膜の研磨に用いた場合に、配線部分においてディッ
シングを生じ、十分に平坦化された精度の高い仕上げ面
とすることができない。一方、RCu/RInが0.5未満
であると、絶縁膜が過度に研磨され、良好なダマシン配
線を形成することができない。
The polishing rate of the copper film (RCu) And the insulation film
Polishing rate (RIn) And the ratio (RCu/ R In) Is 0.5-2
But preferably 0.7 to 1.5, especially 0.8 to
1.2, more preferably 0.9 to 1.1.
This RCu/ RInIs over 2, excessive polishing of copper film
This aqueous dispersion is coated on a semiconductor substrate.
When used to polish a processed film, the
High-precision finished surface that is sufficiently flattened
Can not be. On the other hand, RCu/ RInIs less than 0.5
In this case, the insulating film is excessively polished,
Lines cannot be formed.

【0011】本発明は、研磨剤として、無機粒子、有機
粒子及び無機有機複合粒子のうちの少なくとも1種を使
用し得ることを明らかにするものである。無機粒子とし
ては、シリカ、アルミナ、セリア、チタニア、ジルコニ
ア、酸化鉄及び酸化マンガン等の、ケイ素又は金属元素
の酸化物からなる粒子を用いることができる。
The present invention makes it clear that at least one of inorganic particles, organic particles and inorganic-organic composite particles can be used as an abrasive. As the inorganic particles, particles made of an oxide of silicon or a metal element such as silica, alumina, ceria, titania, zirconia, iron oxide, and manganese oxide can be used.

【0012】有機粒子としては、(1)ポリスチレン及
びスチレン系共重合体、(2)ポリメチルメタクリレー
ト等の(メタ)アクリル樹脂及びアクリル系共重合体、
(3)ポリ塩化ビニル、ポリアセタール、飽和ポリエス
テル、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、フ
ェノキシ樹脂、並びに(4)ポリエチレン、ポリプロピ
レン、ポリ−1−ブテン、ポリ−4−メチル−1−ペン
テン等のポリオレフィン及びオレフィン系共重合体など
の熱可塑性樹脂からなる粒子を使用することができる。
更に、この有機粒子として、スチレン、メチルメタクリ
レート等と、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジ
メタクリレート等とを共重合させて得られる、架橋構造
を有する重合体からなるものを用いることもできる。こ
の架橋の程度によって有機粒子の硬度を調整することが
できる。また、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、尿素樹
脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、アルキッド樹脂及び
不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂からなる有機
粒子を使用することもできる。これらの無機粒子及び有
機粒子は、それぞれ1種のみを使用してもよいし、2種
以上を併用することもできる。
The organic particles include (1) a polystyrene and styrene copolymer, (2) a (meth) acrylic resin such as polymethyl methacrylate and an acrylic copolymer,
(3) Polyvinyl chloride, polyacetal, saturated polyester, polyamide, polyimide, polycarbonate, phenoxy resin, and (4) polyolefins and olefins such as polyethylene, polypropylene, poly-1-butene, poly-4-methyl-1-pentene, etc. Particles made of a thermoplastic resin such as a copolymer can be used.
Further, as the organic particles, those composed of a polymer having a crosslinked structure, obtained by copolymerizing styrene, methyl methacrylate, etc., with divinylbenzene, ethylene glycol dimethacrylate, etc., can also be used. The hardness of the organic particles can be adjusted by the degree of the crosslinking. Further, organic particles made of a thermosetting resin such as a phenol resin, a urethane resin, a urea resin, a melamine resin, an epoxy resin, an alkyd resin, and an unsaturated polyester resin can also be used. Each of these inorganic particles and organic particles may be used alone or in combination of two or more.

【0013】無機有機複合粒子は、無機粒子と有機粒子
とが、研磨時、容易に分離しない程度に一体に形成され
ておればよく、その種類、構成等は特に限定されない。
この複合粒子としては、ポリスチレン、ポリメチルメタ
クリレート等の重合体粒子の存在下、アルコキシシラ
ン、アルミニウムアルコキシド、チタンアルコキシド等
を重縮合させ、重合体粒子の少なくとも表面に、ポリシ
ロキサン等が結合されてなるものを使用することができ
る。なお、生成する重縮合体は、重合体粒子が有する官
能基に直接結合されていてもよいし、シランカップリン
グ剤等を介して結合されていてもよい。また、この重縮
合体は必ずしも重合体粒子に化学的に結合される必要は
なく、特に、三次元的に成長した重縮合体が、重合体粒
子の表面に物理的に保持されている状態であってもよ
い。また、アルコキシシラン等に代えてシリカ粒子、ア
ルミナ粒子等を用いることもできる。これらはポリシロ
キサン等と絡み合って保持されていてもよいし、それら
が有するヒドロキシル基等の官能基により重合体粒子に
化学的に結合されていてもよい。
The inorganic-organic composite particles are only required to be integrally formed so that the inorganic particles and the organic particles are not easily separated at the time of polishing, and the type, constitution and the like are not particularly limited.
As the composite particles, polysiloxane, aluminum alkoxide, titanium alkoxide, or the like is polycondensed in the presence of polymer particles such as polystyrene and polymethyl methacrylate, and at least the surface of the polymer particles has polysiloxane or the like bonded thereto. Things can be used. The resulting polycondensate may be directly bonded to a functional group of the polymer particles, or may be bonded via a silane coupling agent or the like. In addition, the polycondensate does not necessarily need to be chemically bonded to the polymer particles, particularly in a state where the three-dimensionally grown polycondensate is physically held on the surface of the polymer particles. There may be. In addition, silica particles, alumina particles and the like can be used instead of alkoxysilane and the like. These may be held intertwined with polysiloxane or the like, or may be chemically bonded to the polymer particles by a functional group such as a hydroxyl group contained in them.

【0014】複合粒子としては、符号の異なるゼータ電
位を有する無機粒子と有機粒子とを含む水分散体におい
て、これら粒子が静電力により結合されてなるものを使
用することもできる。重合体粒子のゼータ電位は、全p
H域、或いは低pH域を除く広範な領域に渡って負であ
ることが多いが、カルボキシル基、スルホン酸基等を有
する重合体粒子とすることによって、より確実に負のゼ
ータ電位を有する重合体粒子とすることができる。ま
た、アミノ基等を有する重合体粒子とすることにより、
特定のpH域において正のゼータ電位を有する重合体粒
子とすることもできる。一方、無機粒子のゼータ電位は
pH依存性が高く、この電位が0となる等電点を有し、
その前後でゼータ電位の符号が逆転する。従って、特定
の無機粒子と有機粒子とを組み合わせ、それらのゼータ
電位が逆符号となるpH域で混合することによって、静
電力により無機粒子と有機粒子とを一体に複合化するこ
とができる。また、混合時、ゼータ電位が同符号であっ
ても、その後、pHを変化させ、ゼータ電位を逆符号と
することによって、無機粒子と有機粒子とを一体とする
こともできる。
As the composite particles, it is possible to use an aqueous dispersion containing inorganic particles and organic particles having different zeta potentials, which particles are combined by electrostatic force. The zeta potential of the polymer particles is
Although it is often negative over a wide range excluding the H range or the low pH range, the polymer particles having a carboxyl group, a sulfonic acid group, etc., make it possible to more surely obtain a polymer having a negative zeta potential. It can be a united particle. In addition, by making the polymer particles having an amino group and the like,
Polymer particles having a positive zeta potential in a specific pH range can also be obtained. On the other hand, the zeta potential of the inorganic particles is highly pH-dependent, and has an isoelectric point at which this potential becomes 0,
Before and after that, the sign of the zeta potential is reversed. Therefore, by combining specific inorganic particles and organic particles and mixing them in a pH range where the zeta potential has the opposite sign, the inorganic particles and the organic particles can be integrally compounded by electrostatic force. In addition, even when the zeta potential has the same sign during mixing, the inorganic particles and the organic particles can be integrated by changing the pH and setting the zeta potential to the opposite sign.

【0015】更に、この複合粒子としては、このように
静電力により一体に複合化された粒子の存在下、前記の
ようにアルコキシシラン、アルミニウムアルコキシド、
チタンアルコキシド等を重縮合させ、この粒子の少なく
とも表面に、更にポリシロキサン等が結合されて複合化
されてなるものを使用することもできる。
Further, as the composite particles, in the presence of the particles which are integrally composited by the electrostatic force, as described above, the alkoxysilane, the aluminum alkoxide,
Titanium alkoxide or the like may be polycondensed, and at least the surface of the particles may be further combined with a polysiloxane or the like to form a composite.

【0016】砥粒の平均粒子径は0.01〜3μmであ
ることが好ましい。この平均粒子径が0.01μm未満
では、十分に研磨速度の大きい水系分散体を得ることが
できないことがある。一方、砥粒の平均粒子径が3μm
を越える場合は、砥粒が沈降し、分離してしまって、安
定な水系分散体とすることが容易ではない。この平均粒
子径は0.05〜1.0μm、更には0.1〜0.7μ
mであることがより好ましい。この範囲の平均粒子径を
有する砥粒であれば、十分な研磨速度を有し、且つ粒子
の沈降、及び分離を生ずることのない、安定なCMP用
水系分散体とすることができる。なお、この平均粒子径
は、透過型電子顕微鏡によって観察することにより測定
することができる。
The average grain size of the abrasive grains is preferably 0.01 to 3 μm. If the average particle size is less than 0.01 μm, an aqueous dispersion having a sufficiently high polishing rate may not be obtained. On the other hand, the average grain size of the abrasive grains is 3 μm
If the average particle diameter exceeds the range, the abrasive grains settle and separate, and it is not easy to obtain a stable aqueous dispersion. This average particle size is 0.05 to 1.0 μm, and further 0.1 to 0.7 μm
m is more preferable. An abrasive having an average particle diameter in this range can provide a stable aqueous dispersion for CMP having a sufficient polishing rate and without causing sedimentation and separation of particles. In addition, this average particle diameter can be measured by observing with a transmission electron microscope.

【0017】また、砥粒の含有量は、水系分散体を10
0重量部(以下、「部」と略記する。)とした場合に、
0.05〜30部とすることができ、好ましくは0.1
〜20部、特に0.5〜10部、更には1〜7部とする
ことが好ましい。砥粒の含有量が0.05部未満では研
磨速度が不十分となる。一方、30部を越えて含有させ
た場合はコスト高になるとともに、水系分散体の安定性
が低下するため好ましくない。これら砥粒として機能す
る無機粒子、有機粒子及び複合粒子の形状は球状である
ことが好ましい。この球状とは、鋭角部分を有さない略
球形のものをも意味し、必ずしも真球に近いものである
必要はない。球状の砥粒を用いることにより、十分な速
度で研磨することができるとともに、被研磨面における
スクラッチ等の発生も抑えられる。
Further, the content of the abrasive grains is 10
0 parts by weight (hereinafter abbreviated as “parts”),
0.05 to 30 parts, preferably 0.1
It is preferably from 20 to 20 parts, particularly from 0.5 to 10 parts, and more preferably from 1 to 7 parts. When the content of the abrasive grains is less than 0.05 part, the polishing rate becomes insufficient. On the other hand, when the content exceeds 30 parts, the cost is increased and the stability of the aqueous dispersion is undesirably reduced. It is preferable that the shape of the inorganic particles, organic particles, and composite particles functioning as the abrasive grains is spherical. The spherical shape also means a substantially spherical shape having no acute angle portion, and does not necessarily need to be close to a true sphere. By using spherical abrasive grains, polishing can be performed at a sufficient speed, and generation of scratches and the like on the surface to be polished can be suppressed.

【0018】本発明の水系分散体は、研磨速度調整成分
を含有することにより、上記の特定の研磨速度比を達成
する。そのような研磨速度調整成分としては、有機酸を
挙げることができ、一官能化酸、二感応化酸、ビロキシ
ル/カルボキシレート酸、キレート化酸、非キレート化
酸のような広範囲な通常の有機酸を使用することができ
る。有機酸として好ましくは、酢酸、アジピン酸、酪
酸、カプリン酸、カプロン酸、カプリル酸、クエン酸、
グルタル酸、グリコール酸、蟻酸、フマル酸、乳酸、ラ
ウリン酸、リンゴ酸、マレイン酸、マロン酸、ミリスチ
ン酸、シュウ酸、パルミチン酸、フタル酸、プロピオン
酸、ピルビン酸、ステアリン酸、コハク酸、酒石酸、バ
レアリン酸、及びこれらの混合物の群から選択される。
The aqueous dispersion of the present invention achieves the above specific polishing rate ratio by containing a polishing rate adjusting component. Such polishing rate adjusting components may include organic acids, and include a wide range of common organic acids such as monofunctional acids, disensitizing acids, viloxyl / carboxylate acids, chelating acids, and non-chelating acids. Acids can be used. Preferred organic acids are acetic acid, adipic acid, butyric acid, capric acid, caproic acid, caprylic acid, citric acid,
Glutaric acid, glycolic acid, formic acid, fumaric acid, lactic acid, lauric acid, malic acid, maleic acid, malonic acid, myristic acid, oxalic acid, palmitic acid, phthalic acid, propionic acid, pyruvic acid, stearic acid, succinic acid, tartaric acid , Balearic acid, and mixtures thereof.

【0019】なお、上記有機酸を水系分散体に添加した
場合、解離部が解離していても解離していなくてもよ
い。また、有機酸が二価以上の多価酸の場合、解離部は
1価であってもそれ以上でもよい。また、解離部の対の
陽イオンは、水素イオン、その他任意的に加えられる添
加剤由来の陽イオン、例えばアンモニウムイオン、カリ
ウムイオン等、いずれであってもよい。さらに、上記有
機酸は、有機酸イオン(有機酸塩)として添加されたも
のでも良く、この場合有機酸イオンは、有機酸が二価以
上の多価酸の場合、解離部は1価であってもそれ以上で
もよい。また、解離部の対の陽イオンは、水素イオン、
その他任意的に加えられる添加剤由来の陽イオン、例え
ばアンモニウムイオン、カリウムイオン等、いずれであ
ってもよい。
When the organic acid is added to the aqueous dispersion, the dissociation portion may or may not be dissociated. When the organic acid is a divalent or higher polyacid, the dissociation portion may be monovalent or higher. In addition, the cation of the pair of the dissociation portion may be any of a hydrogen ion and a cation derived from an optionally added additive such as an ammonium ion and a potassium ion. Further, the organic acid may be added as an organic acid ion (organic acid salt). In this case, when the organic acid is a divalent or higher polyacid, the dissociation portion is monovalent. Or more. The pair of cations in the dissociation part is a hydrogen ion,
Other cations derived from optionally added additives, such as ammonium ions and potassium ions, may be used.

【0020】上記有機酸のうち、マレイン酸が特に好ま
しい。マレイン酸は、水系分散体中で実質的に全量が解
離してマレイン酸イオンと対の陽イオンが生成する。こ
こで対の陽イオンは、水素イオン、その他任意的に加え
られる添加剤由来の陽イオン、例えばアンモニウムイオ
ン、カリウムイオン等、いずれであってもよいが、好ま
しくはカリウムイオンである。マレイン酸イオンの濃度
は、0.005〜1モル/リットルが好ましく、とくに
0.01〜0.5モル/リットルが好ましい。このマレ
イン酸イオンの濃度範囲を実現するためには、マレイン
酸の添加量として、0.06〜11.6質量%、とくに
0.1〜5.8質量%とすればよい。マレイン酸イオン
の濃度が0.005モル/リットル未満であると、とく
に銅膜およびバリアメタルの研磨速度が不十分である場
合がある。一方、マレイン酸イオンの濃度が1モル/リ
ットルを越える場合は、被研磨面が腐食することがあ
り、精度の高い良好な仕上げ面が得られない場合があ
る。なお、このマレイン酸イオンの濃度はイオンクロマ
トグラフィーによって測定することができる。
Of the above organic acids, maleic acid is particularly preferred. The maleic acid dissociates substantially in its entirety in the aqueous dispersion to produce a maleate ion and a counter cation. Here, the paired cation may be a hydrogen ion or a cation derived from an optionally added additive such as an ammonium ion or a potassium ion, but is preferably a potassium ion. The concentration of the maleate ion is preferably from 0.005 to 1 mol / l, particularly preferably from 0.01 to 0.5 mol / l. In order to realize the maleic acid ion concentration range, the addition amount of maleic acid may be set to 0.06 to 11.6% by mass, particularly 0.1 to 5.8% by mass. When the concentration of maleate ions is less than 0.005 mol / liter, the polishing rate of the copper film and the barrier metal may be insufficient. On the other hand, when the concentration of maleate ion exceeds 1 mol / liter, the surface to be polished may be corroded, and a highly accurate and good finished surface may not be obtained. In addition, the concentration of the maleate ion can be measured by ion chromatography.

【0021】対の陽イオン等として生成するカリウムイ
オンも研磨速度を向上させる作用を有し、より研磨速度
の大きい水系分散体とすることができる。カリウムイオ
ンの濃度は、適宜の濃度を採用できるが、好ましくは
0.01〜2モル/リットル、更に好ましくは0.02
〜1モル/リットルである。この場合、カリウムイオン
濃度が0.01モル/リットル未満だと研磨速度の向上
効果が十分に発揮できない場合があり、一方2モル/リ
ットルを越えるとスクラッチが発生しやすくなる場合が
ある。上記マレイン酸イオンおよびカリウムイオンを生
成させるには、マレイン酸カリウムを用いることがもっ
とも便利で有効である。カリウムイオンとしては、マレ
イン酸カリウムから生成するものの他に、水系分散体の
pH調整に使用される水酸化カリウム等から生成するも
の、その他任意的に加えられる添加剤由来のものが含ま
れていてもよい。
Potassium ions generated as a pair of cations and the like also have an effect of improving the polishing rate, and an aqueous dispersion having a higher polishing rate can be obtained. The concentration of the potassium ion can be an appropriate concentration, but is preferably 0.01 to 2 mol / l, more preferably 0.02 mol / l.
11 mol / liter. In this case, if the potassium ion concentration is less than 0.01 mol / l, the effect of improving the polishing rate may not be sufficiently exhibited, while if it exceeds 2 mol / l, scratches may easily occur. In order to generate the above maleate ions and potassium ions, it is most convenient and effective to use potassium maleate. As potassium ions, in addition to those generated from potassium maleate, those generated from potassium hydroxide or the like used for adjusting the pH of the aqueous dispersion, and those derived from other optionally added additives are included. Is also good.

【0022】本発明の水系分散体は、酸化剤を含有する
ことが好ましい。酸化剤を含有することで、研磨速度が
向上する。酸化剤としては、広範囲な酸化剤が使用され
うるが、適切な酸化剤には、酸化性金属塩、酸化性金属
錯体、非金属系酸化剤の例えば過酢酸や過ヨウ素酸、鉄
系イオンの例えば二トレート、スルフェート、EDT
A、シトレート、フェリシアン化カリウムなど、アルミ
ニウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム
塩、第4アンモニウム塩、ホスホニウム塩、あるいは過
酸化物のその他のカチオン塩、塩素酸塩、化塩素酸塩、
硝酸塩、化マンガン酸塩、過硫酸塩、及びこれらの混合
物が挙げられる。
The aqueous dispersion of the present invention preferably contains an oxidizing agent. By containing the oxidizing agent, the polishing rate is improved. As the oxidizing agent, a wide range of oxidizing agents can be used. Suitable oxidizing agents include oxidizing metal salts, oxidizing metal complexes, and nonmetallic oxidizing agents such as peracetic acid, periodate, and iron ions. For example, nitrate, sulfate, EDT
A, citrate, potassium ferricyanide and the like, aluminum salt, sodium salt, potassium salt, ammonium salt, quaternary ammonium salt, phosphonium salt, or other cationic salts of peroxides, chlorates, chlorinates,
Nitrate, manganate, persulfate, and mixtures thereof.

【0023】前記「酸化剤」として、とくに過酸化水素
が好ましい。過酸化水素は、その少なくとも一部が解離
し、過酸化水素イオンが生成する。なお、「過酸化水
素」とは、分子状過酸化水素の他、上記過酸化水素イオ
ンをも含むものを意味する。上記における過酸化水素の
濃度は、0.01〜5.0質量%の範囲で任意に設定し
うるが、0.05から3.0質量%とすることがさらに
好ましく、0.07〜1.0質量%とすることが特に好
ましい。過酸化水素の濃度が0.01質量%未満である
と、十分な速度で研磨することができない場合があり、
一方5.0質量%を越えると、被研磨面が腐食する場合
がある。
As the "oxidizing agent", hydrogen peroxide is particularly preferred. Hydrogen peroxide is at least partially dissociated to generate hydrogen peroxide ions. In addition, "hydrogen peroxide" means what contains the above-mentioned hydrogen peroxide ion in addition to molecular hydrogen peroxide. The concentration of hydrogen peroxide in the above can be arbitrarily set in the range of 0.01 to 5.0% by mass, but is more preferably 0.05 to 3.0% by mass, and more preferably 0.07 to 1.0% by mass. It is particularly preferable to set the amount to 0% by mass. If the concentration of hydrogen peroxide is less than 0.01% by mass, it may not be possible to polish at a sufficient speed,
On the other hand, if it exceeds 5.0% by mass, the polished surface may be corroded.

【0024】本発明の水系分散体には、過酸化水素の酸
化剤としての機能を促進する作用を有し、研磨速度をよ
り向上させることができる多価金属イオンを含有させる
こともできる。この多価金属イオンとしては、アルミニ
ウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コ
バルト、ニッケル、銅、亜鉛、ゲルマニウム、ジルコニ
ウム、モリブデン、錫、アンチモン、タンタル、タング
ステン、鉛及びセリウム等の金属のイオンが挙げられ
る。これらは1種のみであってもよいし、2種以上の多
価金属イオンが併存していてもよい。多価金属イオンの
含有量は、水系分散体に対して3000ppm以下とす
ることができ、特に10〜2000ppmとすることが
できる。この多価金属イオンは、多価金属元素を含む硝
酸塩、硫酸塩、酢酸塩等の塩或いは錯体を水系媒体に配
合して生成させることができ、多価金属元素の酸化物を
配合して生成させることもできる。また、水系媒体に配
合され、1価の金属イオンが生成する化合物であって
も、このイオンが酸化剤により多価金属イオンになるも
のを使用することもできる。各種の塩及び錯体のうちで
は、研磨速度を向上させる作用に特に優れる硝酸鉄が好
ましい。
The aqueous dispersion of the present invention may contain a polyvalent metal ion which has an effect of promoting the function of hydrogen peroxide as an oxidizing agent and can further improve the polishing rate. Examples of the polyvalent metal ions include metal ions such as aluminum, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, germanium, zirconium, molybdenum, tin, antimony, tantalum, tungsten, lead, and cerium. Is mentioned. These may be only one kind or two or more kinds of polyvalent metal ions may coexist. The content of the polyvalent metal ion can be 3000 ppm or less, particularly 10 to 2000 ppm, based on the aqueous dispersion. The polyvalent metal ion can be formed by mixing a salt or a complex such as nitrate, sulfate, acetate or the like containing a polyvalent metal element in an aqueous medium, and is formed by mixing an oxide of the polyvalent metal element. It can also be done. In addition, even if a compound which is mixed with an aqueous medium and generates a monovalent metal ion, a compound in which this ion becomes a polyvalent metal ion by an oxidizing agent can be used. Among various salts and complexes, iron nitrate, which is particularly excellent in the action of improving the polishing rate, is preferable.

【0025】本発明の水系分散体のpHは8〜11が好
ましく、8.5〜10.5、特に9〜10の範囲に調整
することが好ましい。このpHの調整は硝酸、硫酸等の
酸、或いは水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、アンモ
ニア等のアルカリによって行うことができる。水系分散
体のpHが8未満であると、銅等の被加工膜に対するエ
ッチングの作用が強いため、ディッシング及びエロージ
ョン等が発生しやすくなる場合がある。一方、このpH
が11を越えると、絶縁膜が過度に研磨され、良好な配
線パターンが得られないとの問題が生じる場合がある。
The pH of the aqueous dispersion of the present invention is preferably from 8 to 11, more preferably from 8.5 to 10.5, particularly preferably from 9 to 10. This pH adjustment can be performed with an acid such as nitric acid or sulfuric acid, or an alkali such as potassium hydroxide, sodium hydroxide or ammonia. If the pH of the aqueous dispersion is less than 8, etching of a film to be processed such as copper is strong, and dishing and erosion may easily occur. On the other hand, this pH
Exceeds 11, the insulating film may be excessively polished, resulting in a problem that a good wiring pattern cannot be obtained.

【0026】本発明の水系分散体は、2段階研磨におけ
る2段目の研磨において有用である。更に一段目の研磨
においてRCu/RBMが20以上、特に40以上、更に50
以上の水系分散体を使用した場合の2段目の研磨におい
て特に有用である。本発明の水系分散体を、一段階研磨
法で用いた場合、及び/又は、2段階研磨法の一段目で
用いた場合、研磨に時間を要し、又、多量な水系分散体
を必要とするため、経済的に不利となる場合がある。本
発明の水系分散体を2段階研磨法の2段目に用いると
き、1段目の研磨に用いる水系分散体のRCu/RBMが20
未満の場合、一段目研磨に多大な時間を要し、又、多量
な水系分散体を必要とするため、好ましくない。
The aqueous dispersion of the present invention is useful in the second polishing step of the two-step polishing. In the first polishing step, R Cu / R BM is 20 or more, especially 40 or more, and 50 or more.
It is particularly useful in the second polishing step when the above aqueous dispersion is used. When the aqueous dispersion of the present invention is used in the one-step polishing method and / or when used in the first step of the two-step polishing method, it takes a long time for polishing and also requires a large amount of the aqueous dispersion. Therefore, it may be economically disadvantageous. When the aqueous dispersion of the present invention is used in the second stage of the two-stage polishing method, the aqueous dispersion used for the first stage polishing has an R Cu / R BM of 20.
If it is less than 1 hour, a large amount of time is required for the first polishing and a large amount of aqueous dispersion is required, which is not preferable.

【0027】半導体装置の被加工膜及びバリアメタル層
の研磨は市販の化学機械研磨装置(例えば、LGP51
0、LGP552(以上、ラップマスターSFT株式会
社製)、EPO−113、EPO−222(以上、株式
会社荏原製作所製)、Mirra(アプライドマテリア
ルズ社製)、AVANTI−472(アイペック社製)
等)を用いて行なうことができる。この研磨において、
研磨後、被研磨面に残留する研磨剤は除去することが好
ましい。この研磨剤の除去は通常の洗浄方法によって行
うことができるが、有機粒子の場合は、被研磨面を、酸
素の存在下、高温にすることにより粒子を燃焼させて除
去することもできる。燃焼の方法としては、酸素プラズ
マに晒したり、酸素ラジカルをダウンフローで供給する
こと等のプラズマによる灰化処理等が挙げられ、これに
よって残留する有機粒子を被研磨面から容易に除去する
ことができる。
Polishing of a film to be processed and a barrier metal layer of a semiconductor device is performed by using a commercially available chemical mechanical polishing apparatus (for example, LGP51).
0, LGP552 (above, manufactured by Lapmaster SFT Co., Ltd.), EPO-113, EPO-222 (above, manufactured by Ebara Corporation), Mirra (manufactured by Applied Materials), AVANTI-472 (manufactured by AIPEC)
Etc.). In this polishing,
After polishing, it is preferable to remove the abrasive remaining on the surface to be polished. The removal of the abrasive can be carried out by a usual cleaning method. In the case of organic particles, the surface to be polished can be removed by burning the particles by raising the temperature in the presence of oxygen. Examples of the method of combustion include ashing with plasma, such as exposure to oxygen plasma or supply of oxygen radicals in a downflow manner, so that residual organic particles can be easily removed from the surface to be polished. it can.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】以下、実施例によって本発明を更
に詳しく説明する。 [1]砥粒を含む水分散体の調製 (1)無機粒子を含む水分散体の調製 ヒュームドシリカ又はヒュームドアルミナを含む水分
散体の調製 容量2リットルのポリエチレン製の瓶に、100gのヒ
ュームドシリカ粒子(日本アエロジル株式会社製、商品
名「アエロジル#90」)、ヒュームドアルミナ粒子
(デグサ社製、商品名「Aluminium Oxide C 」)を入れ
た後、イオン交換水を投入して全量を1000gとし
た。次いで、超音波分散機により粒子を分散させ、10
部のヒュームドシリカ粒子、又はヒュームドアルミナ粒
子を含む水分散体を調製した。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. [1] Preparation of Aqueous Dispersion Containing Abrasive Grains (1) Preparation of Aqueous Dispersion Containing Inorganic Particles Preparation of Aqueous Dispersion Containing Fumed Silica or Fumed Alumina 100 g of a 2 liter polyethylene bottle After adding fumed silica particles (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., trade name “Aerosil # 90”) and fumed alumina particles (manufactured by Degussa, trade name “Aluminium Oxide C”), ion-exchanged water is put into the vessel, and the total volume Was set to 1000 g. Next, the particles were dispersed by an ultrasonic disperser, and 10
An aqueous dispersion containing a part of fumed silica particles or fumed alumina particles was prepared.

【0029】コロイダルシリカを含む水分散体の調製 容量2リットルのフラスコに、25質量%アンモニア水
70g、イオン交換水40g、エタノール175g及び
テトラエトキシシラン21gを投入し、180rpmで
撹拌しながら60℃に昇温し、この温度のまま2時間撹
拌を継続した後、冷却し、平均粒径が0.23μmのコ
ロイダルシリカ/アルコール分散体を得た。次いで、エ
バポレータにより、この分散体に80℃の温度でイオン
交換水を添加しながらアルコール分を除去する操作を数
回実施し、分散体中のアルコールを除き、固形分濃度が
8質量%の水分散体を得た。
Preparation of Aqueous Dispersion Containing Colloidal Silica In a flask having a capacity of 2 liters, 70 g of 25 mass% ammonia water, 40 g of ion-exchanged water, 175 g of ethanol and 21 g of tetraethoxysilane were charged, and the mixture was heated to 60 ° C. while stirring at 180 rpm. After the temperature was raised and stirring was continued for 2 hours at this temperature, the mixture was cooled to obtain a colloidal silica / alcohol dispersion having an average particle size of 0.23 μm. Next, an operation of removing the alcohol content by adding an ion-exchanged water to the dispersion at a temperature of 80 ° C. by an evaporator was performed several times to remove the alcohol in the dispersion, and to remove water having a solid concentration of 8% by mass. A dispersion was obtained.

【0030】(2)複合粒子を含む水分散体の調製 重合体粒子を含む水分散体 メチルメタクリレ−ト90部、メトキシポリエチレング
リコールメタクリレート(新中村化学工業株式会社製、
商品名「NKエステルM−90G」、#400)5部、
4−ビニルピリジン5部、アゾ系重合開始剤(和光純薬
株式会社製、商品名「V50」)2部、及びイオン交換
水400部を、容量2リットルのフラスコに投入し、窒
素ガス雰囲気下、攪拌しながら70℃に昇温し、6時間
重合させた。これによりアミノ基の陽イオン及びポリエ
チレングリコール鎖を有する官能基を有し、平均粒子径
0.15μmのポリメチルメタクリレート系粒子を含む
水分散体を得た。尚、重合収率は95%であった。
(2) Preparation of Water Dispersion Containing Composite Particles Water Dispersion Containing Polymer Particles 90 parts of methyl methacrylate, methoxypolyethylene glycol methacrylate (manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.
Product name "NK Ester M-90G", # 400) 5 parts,
5 parts of 4-vinylpyridine, 2 parts of an azo-based polymerization initiator (trade name “V50”, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and 400 parts of ion-exchanged water are charged into a flask having a capacity of 2 liters, and placed under a nitrogen gas atmosphere. The temperature was raised to 70 ° C. with stirring, and the polymerization was carried out for 6 hours. As a result, an aqueous dispersion containing polymethyl methacrylate-based particles having a cation of an amino group and a functional group having a polyethylene glycol chain and having an average particle diameter of 0.15 μm was obtained. The polymerization yield was 95%.

【0031】複合粒子を含む水分散体 において得られたポリメチルメタクリレート系粒子を
10重量%含む水分散体100部を、容量2リットルの
フラスコに投入し、メチルトリメトキシシラン1部を添
加し、40℃で2時間攪拌した。その後、硝酸によりp
Hを2に調整して水分散体(a)を得た。また、コロイ
ダルシリカ(日産化学株式会社製、商品名「スノーテッ
クスO」)を10質量%含む水分散体のpHを水酸化カ
リウムにより8に調整し、水分散体(b)を得た。水分
散体(a)に含まれるポリメチルメタクリレート系粒子
のゼータ電位は+17mV、水分散体(b)に含まれる
シリカ粒子のゼータ電位は−40mVであった。
100 parts of an aqueous dispersion containing 10% by weight of the polymethyl methacrylate-based particles obtained in the aqueous dispersion containing the composite particles was charged into a 2 liter flask, and 1 part of methyltrimethoxysilane was added. Stirred at 40 ° C. for 2 hours. Then, p with nitric acid
H was adjusted to 2 to obtain an aqueous dispersion (a). Further, the pH of an aqueous dispersion containing 10% by mass of colloidal silica (trade name “Snowtex O” manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) was adjusted to 8 with potassium hydroxide to obtain an aqueous dispersion (b). The zeta potential of the polymethyl methacrylate-based particles contained in the aqueous dispersion (a) was +17 mV, and the zeta potential of the silica particles contained in the aqueous dispersion (b) was -40 mV.

【0032】その後、水分散体(a)100部に水分散
体(b)50部を2時間かけて徐々に添加、混合し、2
時間攪拌して、ポリメチルメタクリレート系粒子にシリ
カ粒子が付着した予備粒子を含む水分散体を得た。次い
で、この水分散体に、ビニルトリエトキシシラン2部を
添加し、1時間攪拌した後、テトラエトキシシラン1部
を添加し、60℃に昇温し、3時間攪拌を継続した後、
冷却することにより、複合粒子を含む水系分散体を得
た。この複合粒子の平均粒子径は180nmであり、ポ
リメチルメタクリレート系粒子の表面の80%にシリカ
粒子が付着していた。
Thereafter, 50 parts of the aqueous dispersion (b) were gradually added to 100 parts of the aqueous dispersion (a) over 2 hours, and mixed.
After stirring for an hour, an aqueous dispersion containing preliminary particles in which silica particles adhered to polymethyl methacrylate-based particles was obtained. Next, 2 parts of vinyltriethoxysilane was added to the aqueous dispersion, and the mixture was stirred for 1 hour. 1 part of tetraethoxysilane was added, the temperature was raised to 60 ° C., and stirring was continued for 3 hours.
By cooling, an aqueous dispersion containing the composite particles was obtained. The average particle diameter of the composite particles was 180 nm, and silica particles were attached to 80% of the surface of the polymethyl methacrylate-based particles.

【0033】[2]化学機械研磨用水系分散体の調製 実施例1 [1]、(1)、で調製したヒュームドシリカを含む
水分散体を、ヒュームドシリカが5部となるように、ま
た、マレイン酸カリウム及び過酸化水素を、それぞれ1
質量%、0.1質量%の濃度となるようにイオン交換水
に配合し、水酸化カリウムによりpHを9.5に調整し
てCMP用水系分散体を得た。
[2] Preparation of Chemical-Mechanical Polishing Aqueous Dispersion Example 1 The aqueous dispersion containing fumed silica prepared in [1] and (1) was mixed with fumed silica in an amount of 5 parts. In addition, potassium maleate and hydrogen peroxide were
It was mixed with ion-exchanged water to a concentration of 0.1% by mass and 0.1% by mass, and the pH was adjusted to 9.5 with potassium hydroxide to obtain an aqueous dispersion for CMP.

【0034】実施例2〜9 砥粒の種類及び混合量、並びにマレイン酸カリウム及び
過酸化水素の混合量を表1のようにした他は、実施例1
と同様にして特定のpHを有するCMP用水系分散体を
得た。
Examples 2 to 9 Example 1 was repeated except that the types and mixing amounts of the abrasive grains and the mixing amounts of potassium maleate and hydrogen peroxide were as shown in Table 1.
In the same manner as in the above, an aqueous dispersion for CMP having a specific pH was obtained.

【0035】比較例1 研磨速度調整成分を添加しなかった他は、実施例1と同
様にして特定のpHを有するCMP用水系分散体を得
た。 比較例2〜6 砥粒、研磨速度調整成分の種類及び混合量、並びに過酸
化水素の混合量を表2のように変更した他は、実施例1
と同様にして特定のpHを有するCMP用水系分散体を
得た。ただし比較例5においては、水酸化カリウムのか
わりに硝酸を用いて特定のpHに調整した。
Comparative Example 1 An aqueous dispersion for CMP having a specific pH was obtained in the same manner as in Example 1 except that no polishing rate adjusting component was added. Comparative Examples 2 to 6 Example 1 except that the types and mixing amounts of the abrasive grains, the polishing rate adjusting component, and the mixing amount of hydrogen peroxide were changed as shown in Table 2.
In the same manner as in the above, an aqueous dispersion for CMP having a specific pH was obtained. However, in Comparative Example 5, the specific pH was adjusted using nitric acid instead of potassium hydroxide.

【0036】以上、実施例1〜9及び比較例1〜6の化
学機械研磨用水系分散体を使用し、8インチ銅膜付きウ
ェーハ、8インチタンタル膜付きウェーハ、8インチ窒
化タンタル膜付きウェーハ及び8インチプラズマTEO
S膜付きウェーハを研磨した。結果を表1及び表2に示
す。
As described above, using the aqueous dispersions for chemical mechanical polishing of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 6, a wafer with an 8-inch copper film, a wafer with an 8-inch titanium film, a wafer with an 8-inch tantalum nitride film, and 8 inch plasma TEO
The wafer with the S film was polished. The results are shown in Tables 1 and 2.

【0037】研磨装置としてラップマスター社製の型式
「LGP−510」を使用し、以下の条件で各ウェーハ
に設けられた膜を研磨し、下記の式によって研磨速度を
算出した。 テーブル回転数;50rpm、ヘッド回転数;50rp
m、研磨圧力;300g/cm2、水系分散体供給速
度;100ml/分、研磨時間;1分、研磨パッド;ロ
デール・ニッタ株式会社製、品番IC1000/SUB
A400の2層構造 研磨速度(Å/分)=(研磨前の各膜の厚さ−研磨後の
各膜の厚さ)/研磨時間
Using a model "LGP-510" manufactured by Lapp Master Co., Ltd. as a polishing apparatus, the film provided on each wafer was polished under the following conditions, and the polishing rate was calculated by the following equation. Table rotation speed: 50 rpm, head rotation speed: 50 rpm
m, polishing pressure: 300 g / cm 2 , supply rate of aqueous dispersion: 100 ml / min, polishing time: 1 minute, polishing pad: manufactured by Rodale Nitta Co., Ltd., product number IC1000 / SUB
Polishing rate (構造 / min) = (thickness of each film before polishing−thickness of each film after polishing) / polishing time

【0038】尚、各膜の厚さは、抵抗率測定機(NPS
社製、型式「Σ−5」)により直流4探針法でシート抵
抗を測定し、このシート抵抗値と銅、タンタル、窒化タ
ンタル又はプラズマTEOSの抵抗率から下記の式によ
って算出した。 各膜の厚さ(Å)=[シート抵抗値(Ω/cm2)×
銅、タンタル、窒化タンタル又はプラズマTEOSの抵
抗率(Ω/cm)]×108 また、銅膜のスクラッチの評価は、暗室にてスポットラ
イトを照射し、目視にてスクラッチの有無を確認した。
絶縁膜のスクラッチの評価は、微分干渉顕微鏡により写
真撮影を行い、100μm × 100μmの視野での
スクラッチを数えた。
The thickness of each film is measured by using a resistivity meter (NPS).
The sheet resistance was measured by a direct current four-probe method using a model “Σ-5” manufactured by the company and calculated from the sheet resistance value and the resistivity of copper, tantalum, tantalum nitride or plasma TEOS by the following equation. Thickness of each film (Å) = [sheet resistance (Ω / cm 2 ) x
Resistivity of copper, tantalum, tantalum nitride, or plasma TEOS (Ω / cm)] × 10 8 For evaluation of scratches on the copper film, spotlight was irradiated in a dark room, and the presence or absence of scratches was confirmed visually.
Evaluation of scratches on the insulating film was performed by taking a photograph with a differential interference microscope and counting the number of scratches in a visual field of 100 μm × 100 μm.

【0039】[0039]

【表1】 [Table 1]

【0040】[0040]

【表2】 [Table 2]

【0041】表1の結果によれば、マレイン酸カリウム
が1〜3部、過酸化水素が0.1〜3部混合された実施
例1〜9の水系分散体では、銅膜とタンタル膜及び/又
は窒化タンタル膜との研磨速度の比(RCu/RBM)、並び
に銅膜と絶縁体との研磨速度の比(RCu/RIn)は、いず
れも0.5〜2の範囲内であった。特に研磨剤に複合粒
子、又は複合粒子とヒュームドシリカの混合物を用いた
実施例4〜6は、 RCu/RBM及びRCu/Rinが0.8〜
1.2の範囲にあり、又銅膜及び絶縁膜のスクラッチが
非常に少なく、充分に平坦化された精度の高い仕上げ面
が得られうることが示された。
According to the results shown in Table 1, in the aqueous dispersions of Examples 1 to 9 in which 1 to 3 parts of potassium maleate and 0.1 to 3 parts of hydrogen peroxide were mixed, a copper film, a tantalum film and And / or the ratio of the polishing rate with the tantalum nitride film (R Cu / R BM ) and the ratio of the polishing rate with the copper film and the insulator (R Cu / R In ) are all within the range of 0.5 to 2. Met. In particular, in Examples 4 to 6 using composite particles or a mixture of composite particles and fumed silica as the abrasive, R Cu / R BM and R Cu / R in were 0.8 to
1.2, and the scratches of the copper film and the insulating film were very small, indicating that a sufficiently flat and highly accurate finished surface could be obtained.

【0042】一方、表2の結果によれば、比較例1〜5
では、銅膜とタンタル膜及び/又は窒化タンタル膜との
研磨速度の比(RCu/RBM)、並びに銅膜と絶縁体との研
磨速度の比(RCu/RIn)は、非常に大きいか又は非常に
小さい値となり、平坦化が不十分な仕上げ面になること
が示された。また、 RCu/RBM=100の1段目用水系
分散体を用いた比較例6では、銅膜の研磨速度RCuは大
きいものの、銅膜とタンタル膜及び/又は窒化タンタル
膜との研磨速度の比(RCu/RBM)、並びに銅膜と絶縁体
との研磨速度の比(RCu/RIn)は小さく、平坦化が不十
分な仕上げ面しか得られないことが示された。
On the other hand, according to the results in Table 2, Comparative Examples 1 to 5
Then, the polishing rate ratio (R Cu / R BM ) between the copper film and the tantalum film and / or the tantalum nitride film and the polishing rate ratio (R Cu / R In ) between the copper film and the insulator are extremely high. Large or very small values indicate a poorly planarized finished surface. In Comparative Example 6 using the first-stage aqueous dispersion of R Cu / R BM = 100, although the polishing rate R Cu of the copper film was large, the polishing of the copper film and the tantalum film and / or the tantalum nitride film was performed. The rate ratio (R Cu / R BM ) and the ratio of the polishing rate between the copper film and the insulator (R Cu / R In ) were small, indicating that only a finished surface with insufficient planarization was obtained. .

【0043】実施例10 シリコンからなる基板表面に、深さ1μmで5、10、
25、50、75、及び100μmの幅を有する溝で形
成されたパターンを備える絶縁膜を積層した。次いで、
絶縁膜の表面に300ÅのTaN膜を形成し、その後銅
をTaN膜で覆われた溝内にスパッタリング及びめっき
により1.3μm堆積し、ウェハーを作製した。研磨装
置としてラップマスターSFT株式会社製の型式「LG
P−510」を使用し、上記で作製したウェハーを以下
の条件で2段階研磨した。ただし1段階目の研磨におい
ては、水系分散体としてヒュームドシリカ系水系分散体
( RCu/RBM=30)を使用して3分間研磨し、その後
2段階目の研磨として、実施例5で使用したものと同様
の水系分散体を用いて、残存の銅とTaNが完全に除去
されるまで研磨した。 テーブル回転数;50rpm、ヘッド回転数;50rp
m、研磨圧力;300g/cm2、水系分散体供給速
度;100ml/分、研磨パッド;ロデール・ニッタ株
式会社製、品番IC1000/SUBA400の2層構
造 研磨終了後、表面粗さ計(KLA−Tencor社製、
形式「P−10」)を用いて100μm幅の銅配線にお
けるディッシングを測定したところ、450Åであっ
た。
Example 10 5 and 10 at a depth of 1 μm were formed on the surface of a silicon substrate.
An insulating film having a pattern formed by grooves having widths of 25, 50, 75, and 100 μm was laminated. Then
A TaN film having a thickness of 300 ° was formed on the surface of the insulating film, and then copper was deposited to a thickness of 1.3 μm in a groove covered with the TaN film by sputtering and plating to produce a wafer. Model "LG" manufactured by Wrapmaster SFT Co., Ltd.
Using P-510, the wafer prepared above was polished in two stages under the following conditions. However, in the first-stage polishing, a fumed silica-based aqueous dispersion (R Cu / R BM = 30) was used as the aqueous dispersion, and polishing was performed for 3 minutes. Polishing was performed using the same aqueous dispersion as used until the remaining copper and TaN were completely removed. Table rotation speed: 50 rpm, head rotation speed: 50 rpm
m, polishing pressure: 300 g / cm 2 , supply rate of aqueous dispersion: 100 ml / min, polishing pad: 2-layer structure of product number IC1000 / SUBA400 manufactured by Rodale Nitta Co., Ltd. After polishing is completed, a surface roughness meter (KLA-Tencor) is used. Company
The dishing in a copper wiring having a width of 100 μm was measured using a type “P-10”) and found to be 450 °.

【0044】実施例11 2段階目の研磨用の水系分散体として、実施例6で使用
のものと同様の水系分散体を使用した他は、実施例10
と同様に2段階研磨し、100μm銅配線におけるディ
ッシングを測定した。研磨終了後の100μm銅配線に
おけるディッシングは、470Åであった。
Example 11 Example 10 was repeated except that the same aqueous dispersion used in Example 6 was used as the aqueous dispersion for polishing in the second stage.
Polishing was performed in the same manner as described above, and dishing in a 100 μm copper wiring was measured. The dishing in the 100 μm copper wiring after polishing was 470 °.

【0045】比較例7 2段階目の研磨用の水系分散体として、比較例3で使用
のものと同様の水系分散体を使用した他は、実施例10
と同様に2段階研磨し、100μm銅配線におけるディ
ッシングを測定した。研磨終了後の100μm銅配線に
おけるディッシングは、3500Åであった。
Comparative Example 7 Example 10 was repeated except that the same aqueous dispersion as that used in Comparative Example 3 was used as the second aqueous dispersion for polishing.
Polishing was performed in the same manner as described above, and dishing in a 100 μm copper wiring was measured. The dishing in the 100 μm copper wiring after polishing was 3500 °.

【0046】上記のように、本発明の研磨方法による実
施例10及び11では、研磨終了後の100μm銅配線
におけるディッシングは500Å未満であり、充分に平
坦化された精度の高い仕上げ面が得られた。一方、比較
例7では、研磨終了後の100μm銅配線におけるディ
ッシングは3500Åと大きく、平坦化が不十分な仕上
げ面しか得られなかった。
As described above, in Examples 10 and 11 according to the polishing method of the present invention, the dishing in the 100 μm copper wiring after the polishing was completed was less than 500 °, and a sufficiently flat and highly accurate finished surface was obtained. Was. On the other hand, in Comparative Example 7, dishing in the 100 μm copper wiring after polishing was as large as 3500 °, and only a finished surface with insufficient flattening was obtained.

【0047】[0047]

【発明の効果】本発明によれば、銅膜とバリアメタル層
との研磨速度の比、及び銅膜と絶縁膜との研磨速度の比
を特定することにより、被加工膜を適度な速度で同程度
に研磨することができ、スクラッチやディッシングを生
ずることのない、半導体装置の製造において有用な化学
機械研磨用水系分散体を得ることができる。また、上記
化学機械研磨用水系分散体を用いて、十分に平坦化され
た精度の高い仕上げ面を得ることができる化学機械研磨
方法が提供される。
According to the present invention, the ratio of the polishing speed between the copper film and the barrier metal layer and the ratio between the polishing speed between the copper film and the insulating film are specified, so that the film to be processed can be formed at an appropriate speed. An aqueous dispersion for chemical mechanical polishing useful in the manufacture of semiconductor devices, which can be polished to the same extent and does not cause scratching or dishing, can be obtained. Further, there is provided a chemical mechanical polishing method capable of obtaining a sufficiently flat finished surface with high precision by using the chemical mechanical polishing aqueous dispersion.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C09K 13/00 C09K 13/00 (72)発明者 川橋 信夫 東京都中央区築地二丁目11番24号 ジェイ エスアール株式会社内 Fターム(参考) 3C058 AA07 CB01 CB02 CB03 CB05 DA02 DA12 DA17 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) C09K 13/00 C09K 13/00 (72) Inventor Nobuo Kawabashi 2-11-24 Tsukiji 2-chome, Chuo-ku, Tokyo J F Co., Ltd. F term (reference) 3C058 AA07 CB01 CB02 CB03 CB05 DA02 DA12 DA17

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 銅膜、バリアメタル膜、並びに絶縁膜を
同一条件により研磨した場合に、上記銅膜の研磨速度
(RCu)と上記バリアメタル膜の研磨速度(RBM)との比
(RCu/RBM)が0.5〜2であり、上記銅膜の研磨速度
(RCu)と上記絶縁膜の研磨速度(RIn)との比(RCu/R
In)が0.5〜2であることを特徴とする半導体装置の
製造に用いる化学機械研磨用水系分散体。
When a copper film, a barrier metal film, and an insulating film are polished under the same conditions, a ratio of a polishing speed (R Cu ) of the copper film to a polishing speed (R BM ) of the barrier metal film (R BM ) R Cu / R BM) is 0.5 to 2, the ratio (R Cu / R of the polishing rate of (R Cu) and the insulating film of the copper film (R an in)
In ) is 0.5 to 2, wherein the chemical mechanical polishing aqueous dispersion is used for manufacturing a semiconductor device.
【請求項2】 バリアメタル膜がタンタル及び/又は窒
化タンタルである請求項1記載の化学機械研磨用水系分
散体。
2. The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to claim 1, wherein the barrier metal film is tantalum and / or tantalum nitride.
【請求項3】 少なくとも、研磨剤、水、及び研磨速度
調整成分を含有することを特徴とする請求項1または2
記載の化学機械研磨用水系分散体。
3. The method according to claim 1, further comprising at least an abrasive, water and a polishing rate adjusting component.
The aqueous dispersion for chemical mechanical polishing according to the above.
【請求項4】 研磨剤が、無機粒子、有機粒子及び無機
有機複合粒子のうち少なくとも1種であることを特徴と
する請求項3記載の化学機械研磨用水系分散体。
4. The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to claim 3, wherein the abrasive is at least one of inorganic particles, organic particles and inorganic-organic composite particles.
【請求項5】 研磨速度調整成分がマレイン酸イオンで
あることを特徴とする請求項3記載の化学機械研磨用水
系分散体。
5. The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to claim 3, wherein the polishing rate adjusting component is maleate ion.
【請求項6】 マレイン酸イオンの濃度が0.005〜
1モル/リットルである請求項5記載の化学機械研磨用
水系分散体。
6. The method according to claim 1, wherein the concentration of the maleate ion is 0.005 to
The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to claim 5, wherein the amount is 1 mol / liter.
【請求項7】 pHが8〜11である請求項1〜6のう
ちいずれか一項に記載の化学機械研磨用水系分散体。
7. The chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to claim 1, which has a pH of 8 to 11.
【請求項8】 銅膜の研磨速度(RCu)とバリアメタル
膜の研磨速度(RBM)との比(RCu/RBM)が20以上で
ある化学機械研磨用水系分散体を第一段階目研磨の化学
機械研磨用水系分散体として用い、請求項1〜7のうち
いずれか一項に記載の化学機械研磨用水系分散体を第二
段階目研磨の化学機械研磨用水系分散体として用いるこ
とを特徴とする、半導体装置の製造に用いる化学機械研
磨方法。
8. A chemical mechanical polishing aqueous dispersion having a ratio (R Cu / R BM ) of a polishing rate (R Cu ) of a copper film to a polishing rate (R BM ) of a barrier metal film of 20 or more is first used. Used as a chemical mechanical polishing aqueous dispersion for the second stage polishing, the chemical mechanical polishing aqueous dispersion according to any one of claims 1 to 7 as a chemical mechanical polishing aqueous dispersion for the second stage polishing. A chemical mechanical polishing method used for manufacturing a semiconductor device, characterized by using the method.
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