JP2002043258A - Polishing composition for metal films - Google Patents

Polishing composition for metal films

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JP2002043258A
JP2002043258A JP2000221954A JP2000221954A JP2002043258A JP 2002043258 A JP2002043258 A JP 2002043258A JP 2000221954 A JP2000221954 A JP 2000221954A JP 2000221954 A JP2000221954 A JP 2000221954A JP 2002043258 A JP2002043258 A JP 2002043258A
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polishing
metal film
abrasive
polishing composition
semiconductor substrate
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JP2000221954A
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Japanese (ja)
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Masahisa Yokota
昌久 横田
Hideaki Takahashi
秀明 高橋
Takayuki Matsuda
隆之 松田
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Asahi Kasei Corp
Original Assignee
Asahi Kasei Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a metal polishing composition for polishing a metal film at a high speed, which is superior in polishing selectivity of the metal film and an insulation film and can suppress defects such as scratches, dishing, etc., on the polished surface in a process of planarizing the metal film on the semiconductor substrate, a method of planarizing the metal film on the substrate using the composition, and a method of manufacturing a semiconductor substrate. SOLUTION: The metal polishing composition contains at least one kind of abrasive as a main component, water and low-crystalline fine cellulose as required. The abrasive is selected from a group of iron oxide (III) and composite materials of iron oxide (III) with at least one kind selected from alumina, ceria, germania, silica, titania and zirconia.

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、半導体基板上に形
成された金属膜を、欠陥を発生させずに高速に研磨し、
しかも金属膜/絶縁膜の研磨選択性に優れ、平坦性の極
めて高い研磨面を得る研磨用組成物、およびそれを用い
てなる半導体基板上の金属膜の平坦化方法、ならびに半
導体基板の製造方法に関する。
The present invention relates to a method for polishing a metal film formed on a semiconductor substrate at a high speed without causing defects.
In addition, a polishing composition having excellent polishing selectivity for a metal film / insulating film and obtaining a polished surface with extremely high flatness, a method for planarizing a metal film on a semiconductor substrate using the same, and a method for manufacturing a semiconductor substrate About.

【0002】[0002]

【従来の技術】LSI技術の急速な進展により、集積回
路は益々微細化や多層配線化の傾向にある。集積回路に
おける多層配線化は、半導体表面の凹凸を極めて大きく
し、これが集積回路の微細化とも間まって断線や電気容
量の低下、エレクトロマイグレーションの発生などをも
たらし、歩留まりの低下や信頼性上の問題をきたす原因
となっている。
2. Description of the Related Art With the rapid development of LSI technology, integrated circuits have been increasingly miniaturized and multilayered. Multi-layer wiring in integrated circuits greatly increases the unevenness of the semiconductor surface, which, in conjunction with the miniaturization of integrated circuits, results in disconnection, lowering of electric capacity, occurrence of electromigration, etc., resulting in lower yield and lower reliability. Causing problems.

【0003】このため、これまでに多層配線基板におけ
る金属配線や層間絶縁膜を平坦化する種々の加工技術が
開発されてきており、その一つにCMP(Chemical Mec
hanical Polishing:化学機械的研磨)技術がある。C
MP技術は、半導体製造において層間絶縁膜の平坦化、
埋め込み配線形成、プラグ形成等に必要となる技術であ
る。CMPは、通常半導体材料からなる平坦なウェハー
をポリッシングプラテンに装着し、湿ったポリッシング
パッドに対し一定の圧力で押し付けながらポリッシング
プラテンおよびポリッシングパッド各々を回転すること
により行われる。この時ウェハーとポリッシングパッド
の間に導入される研磨用組成物により、配線や絶縁膜の
凸部を研磨し平坦化を行う。
For this reason, various processing techniques for planarizing metal wirings and interlayer insulating films in a multilayer wiring board have been developed, and one of them is CMP (Chemical Mec.).
hanical Polishing (chemical mechanical polishing) technology. C
MP technology is used in semiconductor manufacturing to flatten interlayer insulating films,
This technology is necessary for forming embedded wiring and plugs. CMP is performed by mounting a flat wafer, typically made of a semiconductor material, on a polishing platen and rotating each of the polishing platen and the polishing pad while pressing the wet polishing pad with a constant pressure. At this time, the projections of the wiring and the insulating film are polished and flattened by the polishing composition introduced between the wafer and the polishing pad.

【0004】従来より、半導体基板の金属膜の研磨には
種々の研磨用組成物や研磨方法の提案がなされている。
例えば半導体基板上に形成されたアルミニウム等金属膜
の研磨用組成物としては、酸化アルミニウムをPH3以
下の硝酸水溶液中に分散してなる研磨用組成物(米国特
許第4,702,792号)、酸化アルミニウムや酸化ケ
イ素を硫酸、硝酸、酢酸等の酸性水溶液と混合してなる
研磨用組成物(米国特許第4,944,836号)があ
る。また、酸化アルミニウムを過酸化水素とリン酸水溶
液中に分散した研磨用組成物(米国特許第5,209,8
16号)など、酸化アルミニウムまたは酸化ケイ素等の
研磨材と、過酸化水素等の酸化剤よりなる研磨用組成物
が通常使用されている。
Conventionally, various polishing compositions and polishing methods have been proposed for polishing a metal film on a semiconductor substrate.
For example, as a polishing composition for a metal film such as aluminum formed on a semiconductor substrate, a polishing composition obtained by dispersing aluminum oxide in a nitric acid aqueous solution having a pH of 3 or less (US Pat. No. 4,702,792); There is a polishing composition (US Pat. No. 4,944,836) in which aluminum oxide or silicon oxide is mixed with an acidic aqueous solution of sulfuric acid, nitric acid, acetic acid or the like. Also, a polishing composition in which aluminum oxide is dispersed in an aqueous solution of hydrogen peroxide and phosphoric acid (US Pat. No. 5,209,8)
No. 16), a polishing composition comprising an abrasive such as aluminum oxide or silicon oxide and an oxidizing agent such as hydrogen peroxide is generally used.

【0005】しかしながら、半導体基板上の金属膜の平
坦化に酸化アルミニウムを用いた場合、α型では高い研
磨速度を示す反面、金属膜や絶縁膜の表面にマイクロス
クラッチやオレンジピール等の欠陥を発生させることが
あった。一方、γ型や非晶質アルミナまたは酸化ケイ素
等の研磨材を用いた場合、金属膜や絶縁膜の表面のマイ
クロスクラッチやオレンジピール等の欠陥発生を抑える
ことができるが、金属膜の研磨に際して十分な研磨速度
が得られないという問題があった。
However, when aluminum oxide is used for flattening a metal film on a semiconductor substrate, the α-type shows a high polishing rate, but generates defects such as micro scratches and orange peels on the surface of the metal film and the insulating film. There was something. On the other hand, when an abrasive such as γ-type or amorphous alumina or silicon oxide is used, the generation of defects such as micro scratches and orange peel on the surface of the metal film or the insulating film can be suppressed. There was a problem that a sufficient polishing rate could not be obtained.

【0006】また酸化ケイ素の場合、酸性領域では表面
電荷が不安定になることから粒子の凝集が起こり、マイ
クロスクラッチ等の表面欠陥が発生し易くなるという問
題があった。この他にも、前述のように液状酸化剤であ
る過酸化水素を用いた場合や、過硫酸アンモニウム等の
金属エッチャントを用いた場合(特開平6−31316
4号)、ウェットエッチングが過度に進むことによりデ
ィッシングやピット、ボイド等の欠陥が発生するなど実
用化に際し問題があった。
[0006] In the case of silicon oxide, the surface charge becomes unstable in an acidic region, so that particles are aggregated, and there is a problem that surface defects such as micro scratches are easily generated. In addition to the above, when hydrogen peroxide as a liquid oxidizing agent is used as described above, or when a metal etchant such as ammonium persulfate is used (Japanese Patent Laid-Open No. 6-31316).
No. 4), there has been a problem in practical use, such as the occurrence of defects such as dishing, pits and voids due to excessive progress of wet etching.

【0007】また、特開平10−163141号では、
二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化セリウム、窒化
ケイ素、および酸化ジルコニウムからなる群より選ばれ
る研磨剤および水とともに鉄(III)化合物を含む研
磨用組成物が提案されており、過酸化水素等を用いる場
合に較べて銅の研磨速度が速く、しかもスクラッチ、エ
ッチングの発生が少ないとしている。しかしながら、研
磨速度を高めて生産性を上げようと鉄(III)化合物
のような研磨促進剤を大量に使用したり、研磨条件、例
えば加重を大きくするなど、を厳しくするため、ディッ
シングやスクラッチの発生が防げない。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-163141,
Polishing compositions containing an iron (III) compound together with water and a polishing agent selected from the group consisting of silicon dioxide, aluminum oxide, cerium oxide, silicon nitride, and zirconium oxide have been proposed. It is said that the polishing rate of copper is higher and the occurrence of scratches and etching is smaller than that of copper. However, in order to increase the polishing rate and increase the productivity, a large amount of a polishing accelerator such as an iron (III) compound is used, and the polishing conditions, for example, the load are increased. The occurrence cannot be prevented.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、半導体基板
上の金属膜を高速に研磨し、かつ段差部の平坦性やウェ
ハー面内の均一性に優れ、また研磨微粒子の分散安定性
が極めて良好なことやエッチング性能の抑制が可能であ
ることから被研磨面の欠陥発生を抑制し、金属膜/絶縁
膜の研磨選択性にも優れる金属膜用研磨組成物およびそ
れを用いてなる平坦化方法、ならびに半導体基板の製造
方法を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, a metal film on a semiconductor substrate is polished at a high speed, the flatness of a step portion and the uniformity on a wafer surface are excellent, and the dispersion stability of polishing fine particles is extremely high. A polishing composition for a metal film, which suppresses the occurrence of defects on the surface to be polished because it is good and can suppress etching performance, and has excellent polishing selectivity for a metal film / insulating film, and planarization using the same. It is an object to provide a method and a method for manufacturing a semiconductor substrate.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明者等は、前記課題
を解決するために鋭意検討した結果、(A)酸化鉄(I
II)、および酸化鉄(III)とアルミナ、セリア、ゲ
ルマニア、シリカ、チタニア、およびジルコニアから選
ばれた少なくとも一種との複合材料よりなる群から選ば
れた少なくとも1種からなる研磨材および(B)水を含
んでなることを特徴とする研磨組成物が基板上の金属膜
の研磨において有効であることを見出し、本発明をなす
に至った。
The present inventors have conducted intensive studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, have found that (A) iron oxide (I)
II) and at least one abrasive selected from the group consisting of a composite material of iron (III) oxide and at least one selected from alumina, ceria, germania, silica, titania, and zirconia; and (B) The present inventors have found that a polishing composition characterized by containing water is effective in polishing a metal film on a substrate, and have accomplished the present invention.

【0010】すなわち、本発明は第1に(A)酸化鉄
(III)、および酸化鉄(III)とアルミナ、セリ
ア、ゲルマニア、シリカ、チタニア、およびジルコニア
から選ばれた少なくとも一種との複合材料よりなる群か
ら選ばれた少なくとも1種からなる研磨材および(B)
水を含んでなることを特徴とする研磨組成物であり、第
2に(A)酸化鉄(III)、および酸化鉄(III)と
アルミナ、セリア、ゲルマニア、シリカ、チタニア、お
よびジルコニアから選ばれた少なくとも一種との複合材
料よりなる群から選ばれた少なくとも1種からなる研磨
材および(B)水を含んでなることを特徴とする研磨組
成物を用いることを特徴とする半導体基板上の金属膜の
平坦化方法、第3に(A)酸化鉄(III)、および酸
化鉄(III)とアルミナ、セリア、ゲルマニア、シリ
カ、チタニア、およびジルコニアから選ばれた少なくと
も一種との複合材料よりなる群から選ばれた少なくとも
1種からなる研磨材および(B)水を含んでいる研磨組
成物を用いることを特徴とする半導体基板の製造方法を
提供するものである。
That is, the present invention firstly comprises (A) a composite material of iron (III) oxide and iron (III) oxide and at least one selected from alumina, ceria, germania, silica, titania and zirconia. An abrasive comprising at least one abrasive selected from the group consisting of:
A polishing composition characterized by comprising water, and secondly, (A) selected from iron (III) oxide, and iron (III) oxide and alumina, ceria, germania, silica, titania, and zirconia. A metal on a semiconductor substrate, characterized by using a polishing composition comprising at least one abrasive selected from the group consisting of at least one composite material and (B) water. Third, a group consisting of (A) iron oxide (III) and a composite material of iron oxide (III) and at least one selected from alumina, ceria, germania, silica, titania, and zirconia. A polishing composition comprising at least one abrasive selected from the group consisting of water and (B) water.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明について、以下に具体的に
説明する。本発明の金属膜研磨用組成物は、(A)酸化
鉄(III)、および酸化鉄(III)とアルミナ、セリ
ア、ゲルマニア、シリカ、チタニア、およびジルコニア
から選ばれた少なくとも一種との複合材料よりなる群か
ら選ばれた少なくとも1種からなる研磨材および(B)
水を含んでなることを特徴とする。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be specifically described below. The metal film polishing composition of the present invention comprises (A) a composite material of iron (III) oxide and iron (III) oxide and at least one selected from alumina, ceria, germania, silica, titania, and zirconia. An abrasive comprising at least one abrasive selected from the group consisting of:
It is characterized by comprising water.

【0012】本発明で使用する研磨材は酸化鉄(II
I)を含有するものであり、これら単独の粒子あるいは
酸化鉄(III)とアルミナ、セリア、ゲルマニア、シ
リカ、チタニア、ジルコニアから選ばれた少なくとも一
種との複合材料で構成される粒子である。酸化鉄(II
I)としては、三二酸化鉄のほか、四三酸化鉄や酸化鉄
リチウム、酸化鉄亜鉛などの亜鉄酸塩も含まれる。研磨
材として酸化鉄(III)単独の粒子を用いる場合、そ
の製法は一般に公知の方法が適用できる。例えば三二酸
化鉄の場合、硫酸鉄を高温で焼く方法や水酸化鉄を加熱
する方法、硝酸鉄を焼成する方法などが挙げられる。
The abrasive used in the present invention is iron oxide (II).
And particles composed of a composite material of iron (III) oxide and at least one selected from the group consisting of alumina, ceria, germania, silica, titania and zirconia. Iron oxide (II
Examples of I) include ferrite such as triiron tetroxide, lithium iron oxide, and zinc iron oxide, in addition to iron sesquioxide. In the case of using particles of iron oxide (III) alone as the abrasive, a generally known method can be used for the production method. For example, in the case of iron sesquioxide, a method of baking iron sulfate at a high temperature, a method of heating iron hydroxide, a method of baking iron nitrate, and the like can be mentioned.

【0013】一方、研磨材として酸化鉄(III)とア
ルミナ、セリア、ゲルマニア、シリカ、チタニア、ジル
コニアから選ばれた少なくとも一種との複合材料を用い
る場合、その調製方法としては固相反応、共沈法、含浸
法、気相法等の公知の方法が適用できる。例えばシリカ
との複合材料の場合、フュームドシリカ、コロイダルシ
リカ等のシリカ粒子を適当な分散媒中で硝酸鉄を加えた
後焼成して複合化させる方法や、シリカの粉末に硫酸鉄
アンモニウムの水溶液を含浸した後焼成して調整する方
法、また両者の原料アルコキシドの加水分解速度を制御
して均質な複合酸化物を調整する配位化学的ゾルゲル法
等を挙げることができる。
On the other hand, when a composite material of iron (III) oxide and at least one selected from the group consisting of alumina, ceria, germania, silica, titania and zirconia is used as an abrasive, solid phase reaction, coprecipitation, A known method such as a method, an impregnation method, and a gas phase method can be applied. For example, in the case of a composite material with silica, a method in which silica particles such as fumed silica and colloidal silica are added to iron nitrate in an appropriate dispersion medium and then calcined to form a composite, or an aqueous solution of ammonium iron sulfate in silica powder Impregnated and then calcined, and a coordination chemical sol-gel method in which the rate of hydrolysis of both raw material alkoxides is controlled to prepare a homogeneous composite oxide.

【0014】本発明の研磨組成物に用いる研磨材は通
常、光散乱法により測定した平均粒子径が約15μm以
下のものが好適に用いられる。本発明は、本発明の金属
膜研磨用組成物は、酸化鉄(III)、および酸化鉄
(III)とアルミナ、セリア、ゲルマニア、シリカ、チ
タニア、およびジルコニアから選ばれた少なくとも一種
との複合材料よりなる群から選ばれた少なくとも1種か
らなる研磨材を水に分散させて使用する。その分散液の
PHは広い範囲で良好な研磨が可能である。PHを低く
調整する際には酸を使用する。酸は無機酸、有機酸どち
らでもよく、分散媒である水に溶解していても不溶解で
も良い。例えば、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、ホウ酸、
過塩素酸、ヘテロポリ酸、ゼオライト等の無機酸、酢
酸、コハク酸、トルエンスルホン酸、ポリアクリル酸等
の有機酸が例示できる。その中でも特に硫酸や硝酸が好
適に使用される。
Generally, the abrasive used in the polishing composition of the present invention preferably has an average particle diameter of about 15 μm or less as measured by a light scattering method. The present invention provides a composition for polishing a metal film according to the present invention, comprising: iron (III) oxide;
An abrasive comprising at least one selected from the group consisting of a composite material of (III) and at least one selected from alumina, ceria, germania, silica, titania, and zirconia is used by being dispersed in water. Good polishing is possible over a wide range of pH of the dispersion. When adjusting the pH to low, an acid is used. The acid may be an inorganic acid or an organic acid, and may be dissolved or insoluble in water as a dispersion medium. For example, sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, boric acid,
Examples thereof include inorganic acids such as perchloric acid, heteropolyacid, and zeolite, and organic acids such as acetic acid, succinic acid, toluenesulfonic acid, and polyacrylic acid. Among them, sulfuric acid and nitric acid are particularly preferably used.

【0015】硫酸を使用して銅の研磨をするような場
合、硫酸に銅を浸漬してもこれを溶解する速度は極めて
遅く、従来使用されているシリカやアルミナのような研
磨材を分散させた研磨液を使用して銅を研磨しようとし
ても研磨速度が遅いばかりでなく、スクラッチが発生し
てしまう。驚くべきことに、酸化鉄を含む研磨材を使用
することにより始めて、高い研磨速度を示しかつスクラ
ッチの発生が極めて少ないことを見出した。
In the case of polishing copper using sulfuric acid, even if copper is immersed in sulfuric acid, the rate of dissolving the copper is extremely slow, and a conventionally used abrasive such as silica or alumina is dispersed. Even if an attempt is made to polish copper using the polishing solution, not only the polishing rate is low, but also scratches occur. Surprisingly, for the first time, it has been found that, by using an abrasive containing iron oxide, a high polishing rate is exhibited and the occurrence of scratches is extremely low.

【0016】また、硝酸を使用して銅の研磨をするよう
な場合、硝酸に銅を浸漬すると硝酸が高い酸化性能を有
するために非常に早い速度で銅を溶解するため、硝酸と
従来使用されているシリカやアルミナのような研磨材で
研磨する際にはディッシングが誘発されるが、驚くべき
ことに酸化鉄を含む研磨材と硝酸を共存させた研磨組成
物に銅を浸漬しても溶解速度が極めて小さくなり、且つ
実際の研磨時には早い研磨速度を示し、且つディッシン
グが極めて小さくなることを見出した。
In the case where copper is polished using nitric acid, immersion of copper in nitric acid dissolves copper at a very fast rate because nitric acid has high oxidizing performance. Although dishing is induced when polishing with an abrasive such as silica or alumina, surprisingly, even when copper is immersed in a polishing composition in which an abrasive containing iron oxide and nitric acid coexist, the copper is dissolved. It has been found that the speed is extremely low, a high polishing speed is exhibited during actual polishing, and dishing is extremely low.

【0017】他方、弱酸性からアルカリ性、特にPHで
5〜12の領域では、銅は腐蝕しにくいことが良く知ら
れており、従来使用されているシリカやアルミナのよう
な研磨材を分散させた研磨材を使用しても研磨速度が遅
いばかりでなく、スクラッチが発生してしまう。驚くべ
きことに、上記領域のPHで酸化鉄を含む研磨材を分散
させた研磨液を使用すると早い研磨速度を示し、且つデ
ィッシングやスクラッチが極めて小さくなることを見出
した。
On the other hand, it is well known that copper is hardly corroded in the range of weak acidity to alkalinity, especially in the pH range of 5 to 12, and a conventionally used abrasive such as silica or alumina is dispersed therein. Even if an abrasive is used, not only the polishing rate is low, but also scratches occur. Surprisingly, it has been found that when a polishing liquid in which an abrasive containing iron oxide is dispersed at a pH in the above range is used, a high polishing rate is exhibited and dishing and scratching become extremely small.

【0018】本発明における金属膜研磨用組成物には、
低結晶性微細セルロースを含有させることができる。こ
れにより研磨材粒子の分散安定性が向上し、粒子凝集に
起因する研磨面のスクラッチ傷が抑制されると共に、金
属膜/絶縁膜の研磨選択性も向上する。また、適度な増
粘効果によりスラリー粒子の研磨面への保持性が良好と
なりスラリー消費量が削減でき、さらに良好な分散性か
ら使用済みスラリーは回収した後も再使用できるなど低
コスト化が図れるという特徴も発揮される。本発明に用
いられるセルロースは、平均重合度(DP):100以
下、セルロースI型結晶成分の分率が0.1以下、セル
ロースII型結晶成分の分率が0.4以下であり、かつ
構成するセルロース粒子の平均粒径が5μm以下という
低重合度、低結晶性に特徴がある。ここで平均重合度
(DP)は、乾燥セルロース試料をカドキセンに溶解し
た希釈セルロース溶液の比粘度をウベローデ型粘度計で
測定し(25℃)、その極限粘度数[躱から下記粘度式
(1)および換算式(2)により算出される値である。 [η]=3.85×10-2×MW0.76 (1) DP=MW/162 (2)
The metal film polishing composition of the present invention includes:
Low crystalline fine cellulose can be contained. As a result, the dispersion stability of the abrasive particles is improved, scratches on the polished surface due to particle aggregation are suppressed, and the polishing selectivity of the metal film / insulating film is also improved. In addition, the moderate thickening effect improves the retention of the slurry particles on the polished surface, thereby reducing the amount of slurry consumption, and further improving the dispersibility, so that the used slurry can be reused after being recovered, thereby reducing costs. The feature that is also exhibited. The cellulose used in the present invention has an average degree of polymerization (DP) of 100 or less, a fraction of cellulose I-type crystal component of 0.1 or less, and a fraction of cellulose II-type crystal component of 0.4 or less. It is characterized by a low degree of polymerization and a low crystallinity, in which the average particle size of the cellulose particles is 5 μm or less. Here, the average degree of polymerization (DP) is determined by measuring the specific viscosity of a diluted cellulose solution obtained by dissolving a dried cellulose sample in cadoxene with an Ubbelohde viscometer (25 ° C.), and measuring the intrinsic viscosity [viscosity formula (1) And the value calculated by the conversion formula (2). [η] = 3.85 × 10 −2 × MW 0.76 (1) DP = MW / 162 (2)

【0019】また、セルロールI型結晶成分の分率(χ
I)とは、セルロース分散体を乾燥して試料を粉状に粉
砕し錠剤に成形し、線源CuKαで反射法で得た広角X
線回折図において、セルロースI型結晶の(110)面
ピークに帰属される2θ=15.0Oにける絶対ピーク
強度h0と、この面間隔におけるベースラインからのピ
ーク強度h1から下記(3)式によって求められる値を
意味する。またセルロースII型結晶成分の分率
(χII)も同様に、乾燥セルロース試料を粉状に粉砕し
錠剤に成形し、線源CuKαで反射法で得た広角X線回
折図において、セルロースII型結晶の(110)面ピ
ークに帰属される2θ=12.6Oにける絶対ピーク強
度h0*と、この面間隔におけるベースラインからのピ
ーク強度h1*から下記(4)式によって求められる値
を意味する。 χI=h1/h0 (3) χII=h1*/h0* (4)
Further, the fraction of the cellulose I-type crystal component (χ
I ) means that a wide-angle X obtained by drying a cellulose dispersion, pulverizing a sample into a powder, forming a tablet, and using a reflection method with a radiation source CuKα is used.
In the line diffraction diagram, the following (3) was obtained from the absolute peak intensity h 0 at 2θ = 15.0 O attributed to the (110) plane peak of the cellulose type I crystal and the peak intensity h 1 from the baseline at this plane interval. ) Means the value obtained by the formula. Similarly, the fraction (χ II ) of the cellulose type II crystal component was similarly determined by pulverizing the dried cellulose sample into powder, forming the tablet, and measuring the cellulose type II in the wide-angle X-ray diffraction diagram obtained by the reflection method using the radiation source CuKα. A value obtained by the following equation (4) from the absolute peak intensity h 0 * at 2θ = 12.6 O attributed to the (110) plane peak of the crystal and the peak intensity h 1 * from the baseline at this plane interval. Means χ I = h 1 / h 0 (3) χ II = h 1 * / h 0 * (4)

【0020】上記セルロースの平均粒子径は、水中にお
ける粒子間会合を可能な限り切断した状態で、レーザー
回折式等の光散乱法方式により測定した値を示すもので
あり、具体的にはセルロース濃度が約0.5重量%にな
るように水で希釈した後、15000rpm以上の能力
を持つブレンダーで10分間混合処理を行い均一な分散
液とし、次にこれを30分間超音波処理をした試料を測
定したものである。上記セルロースの含量は、使用する
パッド等の条件により異なるが、概ね組成物の全重量に
対して0.1〜5重量%の範囲で用いられる。0.1重
量%より少ないと添加による効果が十分えら得ず、また
5重量%を越えると得られる組成物の粘度が高くなり過
ぎ、取扱い上不具合が生じる。
The average particle diameter of the cellulose is a value measured by a light scattering method such as a laser diffraction method in a state where the association between particles in water is cut as much as possible. Was diluted with water so as to be about 0.5% by weight, and then mixed for 10 minutes with a blender having a capacity of 15,000 rpm or more to obtain a uniform dispersion, which was then subjected to ultrasonic treatment for 30 minutes. Measured. The content of the above-mentioned cellulose varies depending on the conditions of the pad or the like to be used, but is generally used in the range of 0.1 to 5% by weight based on the total weight of the composition. If the amount is less than 0.1% by weight, the effect of the addition cannot be sufficiently obtained. If the amount exceeds 5% by weight, the viscosity of the obtained composition becomes too high, and handling problems occur.

【0021】本発明の研磨組成物の公知の酸化剤を含有
しても良い。酸化剤の使用により、オーバーエッチング
を引き起こさない範囲で金属膜の研磨速度を向上させた
り、研磨された金属膜の不均一な溶出を防止することが
期待される。含有させる酸化剤としては、公知の酸化
剤、例えば過酸化物、過塩素酸、過塩素酸塩、ヨウ素
酸、ヨウ素酸塩、過硫酸、過硫酸塩、硝酸塩等を挙げる
ことができる。
The polishing composition of the present invention may contain a known oxidizing agent. The use of an oxidizing agent is expected to improve the polishing rate of the metal film within a range that does not cause over-etching, and to prevent uneven elution of the polished metal film. Examples of the oxidizing agent to be contained include known oxidizing agents such as peroxide, perchloric acid, perchlorate, iodic acid, iodate, persulfate, persulfate, and nitrate.

【0022】本発明の金属膜研磨用組成物は、水に分散
させたスラリー状で用いられる。スラリー状にする分散
方法としては、例えばホモジナイザー、超音波、湿式媒
体ミル等による分散方法が挙げられる。スラリー濃度
(金属膜研磨用組成物中の研磨材の含有量)は、通常約
1〜30重量%である。必要に応じてポリカルボン酸ア
ンモニウム等の公知の分散剤やエタノール、n−プロパ
ノール、iso−プロパノール、エチレングリコール、
グリセリン等の水溶性アルコール、またアルキルベンゼ
ンスルホン酸塩等の界面活性剤やエチレンジアミン四酢
酸塩、グルコン酸塩等のキレート化剤を添加することも
できる。
The metal film polishing composition of the present invention is used in the form of a slurry dispersed in water. Examples of the dispersion method for forming a slurry include a dispersion method using a homogenizer, ultrasonic waves, a wet medium mill, or the like. The slurry concentration (the content of the abrasive in the metal film polishing composition) is usually about 1 to 30% by weight. If necessary, known dispersants such as ammonium polycarboxylate and ethanol, n-propanol, iso-propanol, ethylene glycol,
Water-soluble alcohols such as glycerin, surfactants such as alkylbenzenesulfonates, and chelating agents such as ethylenediaminetetraacetate and gluconate can also be added.

【0023】このようにして調整された本発明の金属膜
研磨用研磨用組成物は、半導体基板上に形成された金属
膜の研磨、平坦化に適用される。研磨対象となる半導体
基板上の金属膜は、公知の配線用、プラグ用、コンタク
トメタル層用、バリヤーメタル層用金属膜であり、例え
ばアルミニウム、銅、タングステン、チタニウム、タン
タル、アルミニウム合金、銅合金、窒化チタニウム、窒
化タンタル等からなる群より選ばれる金属膜等が挙げら
れる。特に表面硬度が低く、傷やディシングといった欠
陥が生じ易い銅および銅合金からなる金属膜への適用が
推奨される。
The polishing composition for polishing a metal film of the present invention thus prepared is applied to polishing and flattening of a metal film formed on a semiconductor substrate. The metal film on the semiconductor substrate to be polished is a known metal film for wiring, plug, contact metal layer, and barrier metal layer, for example, aluminum, copper, tungsten, titanium, tantalum, aluminum alloy, copper alloy. And a metal film selected from the group consisting of titanium nitride, tantalum nitride and the like. In particular, application to a metal film made of copper and a copper alloy having a low surface hardness and easily causing defects such as scratches and dishing is recommended.

【0024】本発明の半導体基板上の金属膜の平坦化方
法は、上述した光触媒性能を有する研磨材と水を必須成
分とする研磨用組成物を、使用に当り活性光線を照射
し、半導体基板上の金属膜を研磨、平坦化することを特
徴とする。以下、金属膜の平坦化方法について説明す
る。図1(C)に示すように、配線用の金属膜5を埋め
込むことにより得られた半導体基板について、図1
(D)に示すように溝または開口部以外の余分な金属膜
を光触媒性能を有する研磨材と水を含んでなる金属膜研
磨用組成物を用いて研磨することにより、金属膜を取り
除き平坦化する。
The method for planarizing a metal film on a semiconductor substrate according to the present invention comprises irradiating a polishing composition having the above-mentioned photocatalytic performance and a polishing composition containing water as essential components with active rays. The upper metal film is polished and flattened. Hereinafter, a method of flattening the metal film will be described. As shown in FIG. 1C, a semiconductor substrate obtained by embedding a metal film 5 for wiring is shown in FIG.
As shown in (D), an excess metal film other than the groove or the opening is polished by using a metal film polishing composition containing an abrasive having photocatalytic performance and water, thereby removing the metal film and flattening. I do.

【0025】本発明の半導体基板の製造方法は、シリコ
ン基板等の半導体基板上の金属膜を、光触媒性能を有す
る研磨材と水を必須成分とする金属膜研磨用組成物を用
いて研磨することを特徴とする。以下、半導基板の製造
方法について説明する。初めに、図1(A)のようにシ
リコン基板等の半導体基板上1に絶縁膜2を形成した後
に、フォトリソグラフィー法およびエッチング法で絶縁
膜2に金属配線用の溝、あるいは接続配線用の開口部を
形成する。次に図1(B)に示すように、絶縁膜2に形
成した溝あるいは開口部にスパッタリングやCVD等の
方法により窒化チタニウム(TiN)、窒化タンタル
(TaN)等よりなるバリヤーメタル層3を形成する。
According to the method of manufacturing a semiconductor substrate of the present invention, a metal film on a semiconductor substrate such as a silicon substrate is polished using a polishing material having photocatalytic performance and a metal film polishing composition containing water as essential components. It is characterized by. Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor substrate will be described. First, as shown in FIG. 1A, after an insulating film 2 is formed on a semiconductor substrate 1 such as a silicon substrate, a groove for metal wiring or a wiring for connection wiring is formed in the insulating film 2 by photolithography and etching. An opening is formed. Next, as shown in FIG. 1B, a barrier metal layer 3 made of titanium nitride (TiN), tantalum nitride (TaN), or the like is formed in the groove or opening formed in the insulating film 2 by a method such as sputtering or CVD. I do.

【0026】次に図1(C)に示すように、厚みが絶縁
膜2に形成した溝または開口部の高さ以上となるように
配線用の金属膜4を埋め込む。次に図1(D)に示すよ
うに、溝または開口部以外の余分な金属膜を光触媒性能
を有する研磨材と水を必須成分とする金属膜研磨用組成
物を用いて研磨する方法により取り除く。さらに、上記
の方法を必要回数繰り返すことにより、電子部品として
多層配線構造を有する半導体基板を得ることができる。
なお、このように半導体基板の製造に際し半導体基板上
の金属膜の研磨には、上述した金属膜研磨用組成物また
は金属膜の平坦化方法を適用すれば良い。以下、本発明
を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらによっ
て制限されるものではない。
Next, as shown in FIG. 1C, a metal film 4 for wiring is buried so that the thickness is equal to or larger than the height of the groove or opening formed in the insulating film 2. Next, as shown in FIG. 1 (D), excess metal film other than the grooves or openings is removed by a polishing method using a polishing material having photocatalytic performance and a metal film polishing composition containing water as an essential component. . Furthermore, a semiconductor substrate having a multilayer wiring structure as an electronic component can be obtained by repeating the above method a required number of times.
Note that the metal film on the semiconductor substrate can be polished by the above-described metal film polishing composition or the method for planarizing a metal film when the semiconductor substrate is manufactured. Hereinafter, the present invention will be described based on examples, but the present invention is not limited thereto.

【0027】[0027]

【製造例1】<研磨材の調製> 研磨材A:容器にフュームドシリカ粉体(AEROSI
L50/日本アエロジル(株):平均粒子径20nm
(カタログ値))30gを充填し、容器を振とうしなが
ら硝酸鉄の30%水溶液12.2gを少量ずつに分けて
加え、含浸させた。得られた粉体を電気炉中にて空気存
在下450℃で5時間焼成することにより、酸化鉄(I
II)複合シリカ粉体を得た。
[Production Example 1] <Preparation of abrasive> Abrasive A: fumed silica powder (AEROSI)
L50 / Nippon Aerosil Co., Ltd .: Average particle size 20 nm
(Catalog value)) 30 g of a 30% aqueous solution of iron nitrate was added in small portions while shaking the container, and the container was impregnated. The obtained powder was calcined in an electric furnace at 450 ° C. for 5 hours in the presence of air to obtain iron oxide (I).
II) A composite silica powder was obtained.

【0028】[0028]

【製造例2】<研磨材の調製> 研磨材B:固形分10wt%のシリカゾル(商品名:ス
ノーテックス30、日産化学株式会社製)300部に、
硝酸鉄(III)九水和物16部を溶解した液をスプレ
ードライヤーにて噴霧乾燥して得た粉体を電気炉中にて
空気存在下700℃で5時間焼成する事により酸化鉄
(III)複合シリカ粉体を得た。
[Production Example 2] <Preparation of Abrasive> Abrasive B: 300 parts of silica sol having a solid content of 10 wt% (trade name: Snowtex 30, manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.)
A powder obtained by spray-drying a liquid in which 16 parts of iron (III) nitrate nonahydrate was dissolved by a spray drier was calcined in an electric furnace at 700 ° C. for 5 hours in the presence of air to obtain iron (III) oxide. ) A composite silica powder was obtained.

【0029】[0029]

【製造例3】<低結晶性微細セルロースの調整>木材パ
ルプを65重量%硫酸に、パルプ含量が4重量%となる
ように−5℃で溶解し、このセルロース/硫酸溶液を
2.7倍量の水中に強力撹拌下において注ぎ、セルロー
スを析出させた。得られたフレーク状のセルロース分散
液を80℃で40分間加水分解した後、ろ過、水洗して
ペースト状のセルロース微粒子の水分散体を得た。次い
でこのゲル状物にイオン交換水を加えセルロース濃度
4.0重量%とした後、ブレンダーを用い15,000
rpmで5分間、さらに超高圧ホモジナイザーを用い処
理圧力1,750kg/cm2で4回処理して透明度の
高いゲル状のセルロース分散体を得た。これにより得ら
れたセルロースの平均粒子径は0.24μm、セルロー
ス粒子のセルロースI型結晶成分およびセルロースII
型成分の分率は、それぞれ0.03および0.16であ
った。
[Production Example 3] <Preparation of low crystalline fine cellulose> Wood pulp was dissolved in 65% by weight sulfuric acid at -5 ° C so that the pulp content was 4% by weight, and this cellulose / sulfuric acid solution was 2.7 times. The cellulose was poured into a volume of water under vigorous stirring to precipitate the cellulose. After hydrolyzing the obtained flaky cellulose dispersion at 80 ° C. for 40 minutes, it was filtered and washed with water to obtain an aqueous dispersion of paste-like cellulose fine particles. Next, ion-exchanged water was added to the gel to make the cellulose concentration 4.0% by weight, and then 15,000 using a blender.
The mixture was treated with an ultrahigh-pressure homogenizer at a treatment pressure of 1,750 kg / cm 2 four times at 5 rpm for 4 minutes to obtain a highly transparent gelled cellulose dispersion. The cellulose thus obtained has an average particle diameter of 0.24 μm, the cellulose I-type crystal component of the cellulose particles and the cellulose II.
The mold component fractions were 0.03 and 0.16, respectively.

【0030】[0030]

【実施例1】酸化第二鉄(和光純薬社製)を研磨材とし
て、研磨材濃度が3重量%になるように水と混合した
後、セルロース濃度がスラリー全量に対し1.5wt%
になるように上記で調整した低結晶性微細セルロースを
加え、撹拌機および超高圧ホモジナイザーを用いて分散
させ、金属膜研磨用スラリーを調整した(PHは5.8
であった)。このスラリーを用い、銅膜、窒化タンタル
膜およびシリコン酸化膜のそれぞれについて研磨を行
い、下記に示す一連の研磨性能評価を実施した。研磨
は、加工圧力300g/cm2、定盤回転数200rp
m、研磨布にIC1400(商品名、ロデールニッタ社
製)を用いた条件で行った。評価結果を表1に示す。
Example 1 Ferric oxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used as an abrasive, mixed with water so that the abrasive concentration was 3% by weight, and then the cellulose concentration was 1.5 wt% based on the total amount of the slurry.
Was added thereto, and dispersed using a stirrer and an ultra-high pressure homogenizer to prepare a slurry for polishing a metal film (PH was 5.8).
Met). Using this slurry, each of a copper film, a tantalum nitride film, and a silicon oxide film was polished, and a series of polishing performance evaluations described below were performed. Polishing is performed at a processing pressure of 300 g / cm 2 and a platen rotation speed of 200 rpm.
m, under the conditions using IC1400 (trade name, manufactured by Rodel Nitta) as a polishing cloth. Table 1 shows the evaluation results.

【0031】[0031]

【実施例2】酸化第二鉄(和光純薬社製)を研磨材とし
て、研磨材濃度が3重量%になるように水と混合した後
PHが11.5になるように水酸化ナトリウムを加え
て、撹拌機および超高圧ホモジナイザーを用いて分散さ
せ、金属膜研磨用スラリーを調整した。このスラリーを
用い、銅膜、窒化タンタル膜およびシリコン酸化膜のそ
れぞれについて研磨を行い、下記に示す一連の研磨性能
評価を実施した。研磨は、加工圧力300g/cm2
定盤回転数200rpm、研磨布にIC1400(商品
名、ロデールニッタ社製)を用いた条件で行った。評価
結果を表1に示す。
Example 2 Ferric oxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used as an abrasive, mixed with water so that the abrasive concentration was 3% by weight, and then sodium hydroxide was added so that the pH became 11.5. In addition, the mixture was dispersed using a stirrer and an ultra-high pressure homogenizer to prepare a slurry for polishing a metal film. Using this slurry, each of a copper film, a tantalum nitride film, and a silicon oxide film was polished, and a series of polishing performance evaluations described below were performed. Polishing is performed at a processing pressure of 300 g / cm 2 ,
The polishing was performed under the conditions of a platen rotation speed of 200 rpm and an IC 1400 (trade name, manufactured by Rodel Nitta) as a polishing cloth. Table 1 shows the evaluation results.

【0032】[0032]

【実施例3】製造例1で得られた研磨材A(平均粒子径
0.8μm)を、その濃度が5重量%になるように水と
混合した後、超高圧ホモジナイザーにより微分散化処理
を行った。次いでこれに、PHが0.5になるように硫
酸を加えて、金属研磨用スラリーを調整した。このスラ
リーを用い、実施例1と同様にして研磨性能の評価を実
施した。結果を表1に示す。
Example 3 Abrasive A (average particle diameter 0.8 μm) obtained in Production Example 1 was mixed with water so that the concentration was 5% by weight, and then finely dispersed using an ultra-high pressure homogenizer. went. Next, sulfuric acid was added to the mixture to adjust the pH to 0.5 to prepare a metal polishing slurry. Using this slurry, the polishing performance was evaluated in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results.

【0033】[0033]

【実施例4】製造例1で得られた研磨材A(平均粒子径
0.8μm)を、その濃度が5重量%になるように水と
混合した後、セルロース濃度がスラリー全量に対し1.
5wt%になるように製造例3で調整した低結晶性微細
セルロースを加え、超高圧ホモジナイザーにより微分散
化処理を行った。次いでこれに、PHが0.5になるよ
うに硫酸を加えて、金属研磨用スラリーを調整した。こ
のスラリーを用い、実施例1と同様にして研磨性能の評
価を実施した。結果を表1に示す。
Example 4 Abrasive A (average particle diameter 0.8 μm) obtained in Production Example 1 was mixed with water so as to have a concentration of 5% by weight.
The low-crystalline fine cellulose prepared in Production Example 3 was added so as to have a concentration of 5 wt%, and a fine dispersion treatment was performed using an ultrahigh-pressure homogenizer. Next, sulfuric acid was added to the mixture to adjust the pH to 0.5 to prepare a metal polishing slurry. Using this slurry, the polishing performance was evaluated in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results.

【0034】[0034]

【実施例5】研磨材B(平均粒子径0.5μm)を用い
る以外は実施例4と同様にして研磨スラリーを調整し、
それを用いて研磨性能の評価を実施した。結果を表1に
示す。
Example 5 A polishing slurry was prepared in the same manner as in Example 4 except that abrasive B (average particle diameter: 0.5 μm) was used.
The polishing performance was evaluated using this. Table 1 shows the results.

【0035】[0035]

【実施例6】PHを0.2とする以外は実施例4と同様
にして研磨性能の評価を実施した。結果を表1に示す。
Example 6 The polishing performance was evaluated in the same manner as in Example 4 except that the pH was changed to 0.2. Table 1 shows the results.

【0036】[0036]

【実施例7】硝酸を用いてPHを0.2とする以外は実
施例4と同様にして研磨性能の評価を実施した。結果を
表1に示す。
Example 7 The polishing performance was evaluated in the same manner as in Example 4 except that the pH was adjusted to 0.2 using nitric acid. Table 1 shows the results.

【0037】[0037]

【比較例1】フュームドシリカ粉体(AEROSIL5
0/日本アエロジル(株):平均粒子径20nm)を研
磨材として、その濃度が5重量%になるように水と混合
した後、撹拌機および超高圧ホモジナイザーを用いて分
散させ、硫酸を用いてPHを0.5として金属研磨用ス
ラリーを調整した。このスラリーを用い、実施例1と同
様にして研磨性能の評価を実施した。結果を表1に示
す。
Comparative Example 1 Fumed silica powder (AEROSIL5)
0 / Nippon Aerosil Co., Ltd .: average particle diameter of 20 nm) was mixed with water so as to have a concentration of 5% by weight, and then dispersed using a stirrer and an ultra-high pressure homogenizer, followed by sulfuric acid. The pH was adjusted to 0.5 to prepare a slurry for metal polishing. Using this slurry, the polishing performance was evaluated in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results.

【0038】[0038]

【比較例2】研磨材としてアルミナ(酸化アルミニウム
C,日本アエロジル社製)を用いる以外は実施例2と同
様にして研磨性能の評価を実施した。結果を表1に示
す。
Comparative Example 2 The polishing performance was evaluated in the same manner as in Example 2 except that alumina (aluminum oxide C, manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.) was used as the abrasive. Table 1 shows the results.

【0039】[0039]

【比較例3】フュームドシリカ粉体(AEROSIL5
0/日本アエロジル(株):平均粒子径20nm)を研
磨材として、その濃度が5重量%になるように水と混合
した後、撹拌機および超高圧ホモジナイザーを用いて分
散させ、硝酸を用いてPHを0.2として金属研磨用ス
ラリーを調整した。このスラリーを用い、実施例1と同
様にして研磨性能の評価を実施した。結果を表1に示
す。
Comparative Example 3 Fumed silica powder (AEROSIL5)
0 / Nippon Aerosil Co., Ltd .: average particle diameter of 20 nm) was mixed with water so as to have a concentration of 5% by weight, and then dispersed using a stirrer and an ultra-high pressure homogenizer, followed by nitric acid. The slurry for metal polishing was adjusted to a pH of 0.2. Using this slurry, the polishing performance was evaluated in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results.

【0040】<研磨性能の評価> ・研磨レートの測定:研磨前後の各膜厚の変化を研磨時
間で除することにより算出した。 ・段差平滑性の評価:シリコンウェハー上にまず0.2
μm厚の銅膜を形成し、さらにその上に部分的に0.3
μmの銅膜を形成することで、段差を有する銅膜の基板
を作成した。上記で求めた各研磨レートから、0.3μ
mの銅膜を研磨するのに要する時間だけ研磨した後、基
板上の段差を測定することにより段差平滑性を評価し
た。
<Evaluation of polishing performance> Measurement of polishing rate: Calculated by dividing the change in each film thickness before and after polishing by the polishing time.・ Evaluation of step smoothness: First, 0.2 on silicon wafer
A copper film having a thickness of μm is formed, and a 0.3 μm thick
A copper film substrate having a step was formed by forming a μm copper film. From each polishing rate obtained above, 0.3 μ
After polishing for the time required to polish the m-th copper film, the level difference on the substrate was measured to evaluate the level difference smoothness.

【0041】・表面欠陥(スクラッチ)評価:研磨後ウ
ェハーを洗浄、乾燥し、暗室にてスポットライトを当
て、目視でスクラッチの有無を判定した。 ・ディッシング評価:ディッシング発生の原因である、
ウェットエッチング性を評価することにより、ディッシ
ング特性の代替評価とした。すなわち、銅膜付きウェハ
ーを一定時間スラリーに浸漬し、浸漬前後の膜厚変化を
測定し、それを浸漬時間で除することでエッチング速度
を求め、下記基準により評価した。 ◎:エッチング速度0.5nm/分未満 ○:エッチング速度0.5〜1nm/分 △:エッチング速度1〜10nm/分 ×:エッチング速度10nm/分超
Evaluation of Surface Defects (Scratch): After polishing, the wafer was washed and dried, spotlighted in a dark room, and the presence or absence of scratches was visually determined.・ Dishing evaluation: the cause of dishing
By evaluating the wet etching property, the dishing property was evaluated as an alternative. That is, the wafer with the copper film was immersed in the slurry for a certain period of time, the change in film thickness before and after immersion was measured, and the change in the film thickness was divided by the immersion time to determine the etching rate, which was evaluated according to the following criteria. :: etching rate of less than 0.5 nm / min ○: etching rate of 0.5 to 1 nm / min :: etching rate of 1 to 10 nm / min ×: etching rate of more than 10 nm / min

【0042】・スラリー粒子の分散安定性:室温に1ヶ
月放置した後、スラリー中の研磨粒子の分散性を目視に
て評価した。 ○:粒子の沈降もなく分散性良好 △:わずかに粒子の沈降あるいは濃度むらあり。 ×:粒子の沈降あるいは濃度むらあり
Dispersion stability of slurry particles: After standing at room temperature for one month, the dispersibility of abrasive particles in the slurry was visually evaluated. :: good dispersibility without sedimentation of particles △: slight sedimentation or uneven concentration of particles ×: Sedimentation of particles or uneven concentration

【0043】表1に示した結果から、本発明の研磨用組
成物は、酸化膜に対して銅膜や窒化タンタル膜の研磨速
度が大きく、また段差平坦化性にも優れていることがわ
かる。さらに、スクラッチやディシングといった欠陥の
発生もなく、スラリー中での研磨粒子の分散安定性にも
優れていることがわかる。また、本発明の研磨用組成物
は研磨促進剤が低い場合でも研磨速度の変化が小さく、
それだけディシングが小さくできる。
From the results shown in Table 1, it can be seen that the polishing composition of the present invention has a higher polishing rate of a copper film or a tantalum nitride film than an oxide film, and is excellent in step flattening property. . Further, it can be seen that there is no occurrence of defects such as scratching and dishing, and the dispersion stability of the abrasive particles in the slurry is excellent. Further, the polishing composition of the present invention has a small change in polishing rate even when the polishing accelerator is low,
The dishing can be reduced accordingly.

【0044】[0044]

【表1】 [Table 1]

【0045】[0045]

【発明の効果】本発明の金属膜研磨用組成物は、酸化鉄
(III)、および酸化鉄(III)とアルミナ、セリ
ア、ゲルマニア、シリカ、チタニア、およびジルコニア
から選ばれた少なくとも一種との複合材料よりなる群か
ら選ばれた少なくとも1種からなる研磨材と酸、水を含
み、さらに必要に応じて低結晶性微細セルロースを含有
することにより、高速にCu膜とバリヤーメタルのTa
N膜を研磨し得、かつ金属膜/絶縁膜の研磨選択性に優
れる。さらには、研磨材自体が化学研磨作用を有するた
めに、段差平坦化性能にも優れると共に、良好な粒子分
散性からスクラッチ、ディッシング等の欠陥の発生も抑
制できるという半導体基板上の金属膜を研磨する上で極
めて有用な性能を有する材料を見出したものであり、産
業上の利用価値は甚だ大きなものである。
The composition for polishing a metal film of the present invention is a composite of iron (III) oxide and iron (III) oxide with at least one selected from alumina, ceria, germania, silica, titania, and zirconia. A material containing at least one abrasive selected from the group consisting of materials, an acid, and water, and, if necessary, low-crystalline fine cellulose, so that the Cu film and the barrier metal Ta
The N film can be polished, and the metal film / insulating film has excellent polishing selectivity. Furthermore, since the abrasive itself has a chemical polishing action, it has excellent step flattening performance, and can polish a metal film on a semiconductor substrate that can suppress the occurrence of defects such as scratching and dishing due to good particle dispersibility. The present invention has found a material having extremely useful performance in performing the method, and its industrial use value is extremely large.

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

【図1】CMP技術を用いた金属配線の形成例を示す概
略断面図。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of forming a metal wiring using a CMP technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 絶縁膜 3 バリヤーメタル層 4 金属膜 Reference Signs List 1 semiconductor substrate 2 insulating film 3 barrier metal layer 4 metal film

フロントページの続き Fターム(参考) 3C058 CB01 CB02 CB03 DA02 DA12 DA17 5F043 AA24 AA26 BB30 DD16 FF07Continued on the front page F term (reference) 3C058 CB01 CB02 CB03 DA02 DA12 DA17 5F043 AA24 AA26 BB30 DD16 FF07

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 (A)酸化鉄(III)、および酸化鉄
(III)とアルミナ、セリア、ゲルマニア、シリカ、チ
タニア、およびジルコニアから選ばれた少なくとも一種
との複合材料よりなる群から選ばれた少なくとも1種か
らなる研磨材、(B)水を含んでなることを特徴とする
金属膜用の研磨組成物。
(A) Iron (III) oxide, and iron oxide
An abrasive comprising at least one selected from the group consisting of a composite material of (III) and at least one selected from alumina, ceria, germania, silica, titania, and zirconia; and (B) water. A polishing composition for a metal film, comprising:
【請求項2】 (C)セルロース粒子を含むことを特徴
とする請求項1記載の金属膜用の研磨組成物。
2. The polishing composition for a metal film according to claim 1, further comprising (C) cellulose particles.
【請求項3】 セルロース粒子が、平均重合度(D
P):100以下、セルロースI型結晶成分の分率が
0.1以下、セルロースII型結晶成分の分率が0.4
以下であり、かつ構成するセルロース粒子の平均粒径が
5μm以下である請求項2記載の金属膜用の研磨用組成
物。
3. The cellulose particles having an average degree of polymerization (D)
P): 100 or less, the fraction of cellulose type I crystal component is 0.1 or less, and the fraction of cellulose type II crystal component is 0.4
3. The polishing composition for a metal film according to claim 2, wherein the average particle diameter of the constituent cellulose particles is 5 μm or less.
【請求項4】 金属膜が半導体基板上のアルミニウム、
銅、タングステン、チタニウム、タンタル、アルミニウ
ム合金、銅合金、窒化チタニウム、窒化タンタルから選
ばれた金属膜であることを特徴とする請求項1〜3記載
の半導体基板上の金属膜研磨用組成物。
4. The method according to claim 1, wherein the metal film is aluminum on a semiconductor substrate,
4. The composition for polishing a metal film on a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the composition is a metal film selected from copper, tungsten, titanium, tantalum, an aluminum alloy, a copper alloy, titanium nitride, and tantalum nitride.
【請求項5】 請求項1〜3のいずれかに記載の金属膜
用研磨組成物を用いることを特徴とする半導体基板上の
金属膜の平坦化方法。
5. A method for planarizing a metal film on a semiconductor substrate, comprising using the polishing composition for a metal film according to claim 1.
【請求項6】 請求項1〜3のいずれかに記載の金属膜
用研磨組成物を用いることを特徴とする半導体基板の製
造方法。
6. A method for producing a semiconductor substrate, comprising using the polishing composition for a metal film according to claim 1.
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