JP2002141314A - Slurry for chemical mechanical polishing and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

Slurry for chemical mechanical polishing and manufacturing method of semiconductor device

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JP2002141314A JP2001250570A JP2001250570A JP2002141314A JP 2002141314 A JP2002141314 A JP 2002141314A JP 2001250570 A JP2001250570 A JP 2001250570A JP 2001250570 A JP2001250570 A JP 2001250570A JP 2002141314 A JP2002141314 A JP 2002141314A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide CMP slurry which can realize low erosion and low scratching for CMP treatment of a conductive material film. SOLUTION: The CMP slurry contains polishing grain which comprises colloidal grain whose primary grain diameter is 5 to 30 nm and association degree is 5 or below.

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、CMP(Chemical
Mechanical Polishing)用スラリに関し、特にDRA
Mや高速ロジックLSIに搭載されるAl、Cu、Wな
どの金属を主成分とするダマシン配線を形成するための
CMP用スラリ及びこれを用いた半導体装置の製造方法
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention
Slurry for Mechanical Polishing, especially DRA
The present invention relates to a slurry for CMP for forming a damascene wiring mainly composed of a metal such as Al, Cu, and W mounted on M or a high-speed logic LSI, and a method of manufacturing a semiconductor device using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体装置の製造技術では、LS
Iの高性能化に伴い、配線の微細化、高密度化及び多層
化が急速に進んでいる。また、デザインルールが縮小化
されていくばかりではなく、新しい材料の導入も活発に
行われている。例えば、配線材料にはCuを主成分とす
るものや有機系や多孔質など低誘電率系の層間絶縁膜
(ILD)などの開発が進んでいる。
2. Description of the Related Art In recent years, in semiconductor device manufacturing technology, LS
As the performance of I has become higher, the miniaturization, higher density, and multi-layering of wiring have been rapidly progressing. Not only are design rules being reduced, but new materials are being actively introduced. For example, as a wiring material, development of a material containing Cu as a main component and an interlayer insulating film (ILD) of a low dielectric constant type such as an organic type or a porous type is progressing.

【0003】特に、CMP技術は配線および接続配線を
絶縁膜に埋め込み形成するデュアルダマシンプロセスに
適用すると工程数が削減できる。また、CMP技術はウ
エハ最表面の凸凹を緩和することができるため、リソグ
ラフィプロセスのフォーカスマージンを確保することも
できる。さらに、CMP技術はCuなどドライエッチン
グが困難である材料で配線を形成することも可能であ
る。
In particular, when the CMP technique is applied to a dual damascene process in which wiring and connection wiring are buried in an insulating film, the number of steps can be reduced. In addition, since the CMP technique can reduce unevenness on the outermost surface of the wafer, a focus margin of a lithography process can be secured. Further, in the CMP technique, it is possible to form a wiring using a material such as Cu which is difficult to dry-etch.

【0004】現在のメタルダマシン配線プロセスでは、
スループットを向上させるために高研磨速度が望まれて
いる。また、高性能配線を形成するためには、配線など
のメタル部および層間絶縁膜などの低エロージョン(er
osion)と、配線などのメタル部および層間絶縁膜など
の低スクラッチを達成できるCMPプロセスが望まれて
いる。ここで、エロージョンとはCMP方法において配
線などのオーバーポリッシングで生じるディッシングに
よるメタルロスと、絶縁膜のオーバーポリッシングで生
じるシニングによるメタルロスを意味する。
In the current metal damascene wiring process,
A high polishing rate is desired to improve the throughput. In addition, in order to form high-performance wiring, metal parts such as wiring and low erosion (erase) such as interlayer insulating films are required.
o CMP) and a CMP process capable of achieving low scratches on metal parts such as wiring and interlayer insulating films. Here, erosion means metal loss due to dishing caused by overpolishing of wiring and the like in the CMP method and metal loss caused by thinning caused by overpolishing of an insulating film.

【0005】CMP特性は、主にスラリと研磨パッドに
より決定される。研磨パッドは、低エロージョンを得る
ために、ある程度の堅さは必要である。現在、Rode
l社で市販されているハードパッド(IC1000−P
ad)よりも柔らかい研磨パッドでは一般的なスラリを
用いてもエロージョンを制御することが困難である。
[0005] The CMP characteristics are mainly determined by the slurry and the polishing pad. The polishing pad needs some hardness to obtain low erosion. Currently, Rod
hard pads (IC1000-P
With a polishing pad softer than ad), it is difficult to control erosion even with a general slurry.

【0006】しかしながら、前記ハードパッドでは、低
エロージョンは実現できるが、スラリ中に含まれる粗大
粒子、過度の凝集体によるスクラッチあるいはスクラッ
チに起因する膜剥がれを生じる虞がある。つまり、現状
では低エロージョンと低スクラッチ化はトレードオフの
関係にある。したがって、低エロージョン及び低スクラ
ッチの両方を実現するためには、スラリ側の改善を図る
必要がある。
[0006] However, although the hard pad can achieve low erosion, there is a possibility that scratches due to coarse particles and excessive aggregates contained in the slurry or film peeling due to the scratch may occur. That is, at present, low erosion and low scratching are in a trade-off relationship. Therefore, it is necessary to improve the slurry side in order to realize both low erosion and low scratch.

【0007】CMP用スラリは、例えば水に研磨粒子を
分散させた組成を有する。この研磨粒子は、従来、フュ
ームド法で形成されたシリカやアルミナが用いられてい
る。この研磨粒子は、安価で、高純度である特徴を有す
る。また、フュームド法で形成された粒子は、製造過程
で凝集体(二次粒子)が形成され、これが研磨速度を高
める作用をなすと考えられている。
The slurry for CMP has, for example, a composition in which abrasive particles are dispersed in water. Conventionally, silica or alumina formed by a fumed method has been used for the abrasive particles. The abrasive particles are inexpensive and have high purity. Further, it is considered that the particles formed by the fumed method form aggregates (secondary particles) in the production process, and this acts to increase the polishing rate.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フュー
ムド法で形成された粒子は、一次粒子径のバラツキが大
きく、二次粒子が大きすぎ、さらに粗大粒子が形成され
易いために、CMP特性を厳格にコントロールすること
が困難になる。
However, particles formed by the fumed method have a large variation in primary particle diameter, too large secondary particles, and easy formation of coarse particles. It becomes difficult to control.

【0009】本発明の目的は、導電性材料膜のCMP処
理に際し、低エロージョンおよび低スクラッチ化を図る
ことが可能なCMP用スラリを提供することである。
An object of the present invention is to provide a slurry for CMP capable of achieving low erosion and low scratch upon CMP treatment of a conductive material film.

【0010】本発明の別の目的は、導電性材料膜のCM
P処理に際し、CMPの高速化と低エロージョンおよび
低スクラッチ化とを図ることが可能なCMP用スラリを
提供することである。
[0010] Another object of the present invention is to provide a conductive material film CM.
An object of the present invention is to provide a CMP slurry capable of achieving high-speed CMP, low erosion, and low scratch during P processing.

【0011】本発明のさらに別の目的は、絶縁膜の配線
溝に埋込まれた低エロージョンおよび低スクラッチの配
線(例えばダマシン配線)の形成を可能にした半導体装
置の製造方法を提供することである。
Still another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device which enables formation of low erosion and low scratch wiring (for example, damascene wiring) embedded in a wiring groove of an insulating film. is there.

【0012】本発明のさらに別の目的は、絶縁膜の配線
溝に導電性バリア膜を介して埋込まれた低エロージョン
および低スクラッチの配線(例えばダマシン配線)の形
成を可能にした半導体装置の製造方法を提供することで
ある。
Still another object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of forming a low erosion and low scratch wiring (eg, a damascene wiring) embedded in a wiring groove of an insulating film via a conductive barrier film. It is to provide a manufacturing method.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明によると、一次粒
子径が5〜30nmで、会合度が5以下のコロイダル粒
子からなる研磨粒子を含むことを特徴とするCMP用ス
ラリが提供される。
According to the present invention, there is provided a slurry for CMP, comprising abrasive particles composed of colloidal particles having a primary particle diameter of 5 to 30 nm and an association degree of 5 or less.

【0014】また本発明によると、一次粒子径が5〜2
0nmの第1コロイダル粒子と、一次粒子径が20nm
を超え、前記第1コロイダル粒子と同一材料の第2コロ
イダル粒子とを含み、かつ前記第1、第2のコロイダル
粒子の合量に占める前記第1コロイダル粒子の比率が重
量割合で0.6〜0.9である研磨粒子を含有すること
を特徴とするCMP用スラリが提供される。
Further, according to the present invention, the primary particle diameter is 5 to 2
0 nm first colloidal particles and a primary particle diameter of 20 nm
The first colloidal particles and the second colloidal particles of the same material, and wherein the ratio of the first colloidal particles to the total amount of the first and second colloidal particles is 0.6 to A slurry for CMP is provided, which contains abrasive particles of 0.9.

【0015】さらに本発明によると、半導体基板上に形
成された絶縁膜表面に配線溝を形成する工程と、前記配
線溝内部を含む前記絶縁膜上に導電性材料膜を堆積させ
る工程と、一次粒子径が5〜30nmで、会合度が5以
下のコロイダル粒子からなる研磨粒子を含む化学機械研
磨用スラリ、または一次粒子径が5〜20nmの第1コ
ロイダル粒子と、一次粒子径が20nmを超える大きさ
で、前記第1コロイダル粒子と同一材料の第2コロイダ
ル粒子とを含み、かつ前記第1、第2のコロイダル粒子
の合量に占める前記第1コロイダル粒子が重量比で0.
6〜0.9である研磨粒子を含有する化学機械研磨用ス
ラリを少なくとも用いて前記導電性材料膜を化学機械研
磨し、前記配線溝に埋込まれた前記導電性材料膜以外の
導電性材料膜を除去する工程とを含むことを特徴とする
半導体装置の製造方法が提供される。
Further, according to the present invention, a step of forming a wiring groove on the surface of an insulating film formed on a semiconductor substrate; a step of depositing a conductive material film on the insulating film including the inside of the wiring groove; A slurry for chemical mechanical polishing containing abrasive particles composed of colloidal particles having a particle diameter of 5 to 30 nm and an association degree of 5 or less, or a first colloidal particle having a primary particle diameter of 5 to 20 nm, and a primary particle diameter exceeding 20 nm The first colloidal particles have the same size as the first colloidal particles and the second colloidal particles of the same material, and the weight ratio of the first colloidal particles to the total weight of the first and second colloidal particles is 0.1%.
A conductive material other than the conductive material film embedded in the wiring groove by subjecting the conductive material film to chemical mechanical polishing using at least a slurry for chemical mechanical polishing containing abrasive particles of 6 to 0.9; And a step of removing the film.

【0016】さらに本発明によると、半導体基板上に形
成された絶縁膜表面に配線溝を形成する工程と、前記配
線溝の内面を含む前記絶縁膜上に導電性バリア膜を堆積
させる工程と、前記導電性バリア膜上に前記配線溝が埋
まるように配線材料膜を堆積させる工程と、前記配線材
料膜を化学機械研磨し、前記配線溝の内面を除く前記絶
縁膜上の導電性バリア膜をストッパとして前記配線溝内
に埋込まれた前記配線材料膜以外の配線材料膜を除去す
る工程と一次粒子径が5〜30nmで、会合度が5以下
のコロイダル粒子からなる研磨粒子を含む化学機械研磨
用スラリ、または一次粒子径が5〜20nmの第1コロ
イダル粒子と、一次粒子径が20nmを超える大きさ
で、前記第1コロイダル粒子と同一材料の第2コロイダ
ル粒子とを含み、かつ前記第1、第2のコロイダル粒子
の合量に占める前記第1コロイダル粒子が重量比で0.
6〜0.9である研磨粒子を含有する化学機械研磨用ス
ラリを用いて前記絶縁膜上の導電性バリア膜部分を化学
機械研磨する工程とを含むことを特徴とする半導体装置
の製造方法が提供される。
Further, according to the present invention, a step of forming a wiring groove on a surface of an insulating film formed on a semiconductor substrate, a step of depositing a conductive barrier film on the insulating film including an inner surface of the wiring groove, Depositing a wiring material film on the conductive barrier film so as to fill the wiring groove, and chemically and mechanically polishing the wiring material film to remove the conductive barrier film on the insulating film except for the inner surface of the wiring groove. A step of removing a wiring material film other than the wiring material film embedded in the wiring groove as a stopper; and a chemical machine including abrasive particles made of colloidal particles having a primary particle diameter of 5 to 30 nm and an association degree of 5 or less. A polishing slurry or a first colloidal particle having a primary particle diameter of 5 to 20 nm, and a second colloidal particle having a primary particle diameter exceeding 20 nm and the same material as the first colloidal particle, Said first, 0 the first colloidal particles occupying the total amount of the second colloidal particles by weight.
Chemical mechanical polishing a portion of the conductive barrier film on the insulating film using a slurry for chemical mechanical polishing containing abrasive particles of 6 to 0.9. Provided.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態に係るC
MP用スラリを詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, C according to an embodiment of the present invention will be described.
The MP slurry will be described in detail.

【0018】(1)CMP用スラリ このCMP用スラリは、一次粒子径が5〜30nmで、
会合度が5以下のコロイダル粒子からなる研磨粒子を
水、好ましくは純水に分散させた組成を有する。
(1) Slurry for CMP This slurry for CMP has a primary particle diameter of 5 to 30 nm.
It has a composition in which abrasive particles composed of colloidal particles having an association degree of 5 or less are dispersed in water, preferably pure water.

【0019】前記コロイダル粒子としては、例えばコロ
イダルシリカ粒子を挙げることができる。このコロイダ
ルシリカ粒子は、例えばSi(OC254、Si(s
ec−OC494、Si(OCH34、Si(OC4
94のようなシリコンアルコキシド化合物をゾルゲル法
により加水分解することにより得ることができる。この
ようなコロイダル粒子(例えばコロイダルシリカ粒子)
は、後述する図3に示すように粒度分布が非常に急峻な
ものである。
The colloidal particles include, for example, colloidal silica particles. The colloidal silica particles include, for example, Si (OC 2 H 5 ) 4 , Si (s
ec-OC 4 H 9) 4 , Si (OCH 3) 4, Si (OC 4 H
9 ) It can be obtained by hydrolyzing a silicon alkoxide compound such as 4 by a sol-gel method. Such colloidal particles (eg, colloidal silica particles)
Has a very sharp particle size distribution as shown in FIG.

【0020】前記一次粒子径とは、コロイダル粒子の粒
子径とその粒子径を持つ粒子数を積算した累積度数との
関係を示す粒度累積曲線を求め、この曲線の累積度数が
50%のポイントでの粒子径を意味するものである。こ
のコロイダル粒子の粒子径は、電子顕微鏡写真で測定す
ることができる。
The primary particle size is determined by calculating a particle size cumulative curve showing the relationship between the particle size of colloidal particles and the cumulative frequency obtained by integrating the number of particles having the particle size. The curve has a cumulative frequency of 50%. Means the particle size. The particle size of the colloidal particles can be measured with an electron micrograph.

【0021】前記コロイダル粒子の一次粒子径を規定し
たのは、次のような理由によるものである。前記コロイ
ダル粒子の一次粒子径を5nm未満にすると、このコロ
イダル粒子を研磨粒子として含むスラリの研磨性能が低
下する虞がある。前記コロイダル粒子の一次粒子径が3
0nmを超えると、このコロイダル粒子を研磨粒子とし
て含むスラリによる研磨時において、エロージョンおよ
びスクラッチが発生する虞がある。より好ましい前記コ
ロイダル粒子の一次粒子径は10〜20nmである。
The primary particle size of the colloidal particles is specified for the following reasons. If the primary particle diameter of the colloidal particles is less than 5 nm, the polishing performance of a slurry containing the colloidal particles as abrasive particles may be reduced. The primary particle diameter of the colloidal particles is 3
If it exceeds 0 nm, erosion and scratches may occur during polishing with a slurry containing the colloidal particles as abrasive particles. More preferably, the primary particle diameter of the colloidal particles is 10 to 20 nm.

【0022】前記会合度とは、一次粒子が凝集した二次
粒子の径を一次粒子の径で除した値(二次粒子の径/一
次粒子の径)を意味する。ここで、会合度が1とは単分
散した一次粒子のみのものを意味する。前記二次粒子径
は、動的光散乱法又はレーザー回折法もしくは電子顕微
鏡法で測定することができる。
The degree of association means a value obtained by dividing the diameter of the secondary particles in which the primary particles are aggregated by the diameter of the primary particles (the diameter of the secondary particles / the diameter of the primary particles). Here, the degree of association of 1 means that only primary particles are monodispersed. The secondary particle diameter can be measured by a dynamic light scattering method, a laser diffraction method, or an electron microscope.

【0023】前記会合度が5を超えると、この会合度の
コロイダル粒子を研磨粒子として含むスラリによる研磨
時において、エロージョンおよびスクラッチが発生する
虞がある。
If the degree of association exceeds 5, erosion and scratching may occur during polishing with a slurry containing the colloidal particles having the degree of association as abrasive particles.

【0024】前記コロイダル粒子において、会合したコ
ロイダル粒子の径は100nm以下であることが好まし
い。
In the above colloidal particles, the diameter of the associated colloidal particles is preferably 100 nm or less.

【0025】前記研磨粒子は、前記スラリ中に0.5〜
5重量%含有されることが好ましい。前記研磨粒子の含
有量を0.5重量%未満にすると、この研磨粒子を含む
スラリの研磨性能が低下する虞がある。前記研磨粒子の
含有量が5重量%を超えると、この研磨粒子を含むスラ
リによる研磨時において、エロージョンおよびスクラッ
チが発生する虞がある。より好ましい前記研磨粒子の量
は、0.5〜2重量%である。
The abrasive particles are contained in the slurry in an amount of 0.5 to 0.5.
Preferably, it is contained in an amount of 5% by weight. If the content of the abrasive particles is less than 0.5% by weight, the polishing performance of the slurry containing the abrasive particles may be reduced. If the content of the abrasive particles exceeds 5% by weight, erosion and scratches may occur during polishing with a slurry containing the abrasive particles. A more preferred amount of the abrasive particles is 0.5 to 2% by weight.

【0026】また、前記スラリ中に含有される研磨粒子
(コロイダル粒子)の上限量を5重量%にすることによ
って、コロイダル粒子の一次粒子が過度に二次粒子化す
るのを抑えて、コロイダル粒子の会合度を5以下に容易
にコントロールすることが可能になる。その結果、この
研磨粒子を含むスラリによる研磨時において、低エロー
ジョンおよび低スクラッチ化を図ることが可能になる。
Further, by setting the upper limit of the abrasive particles (colloidal particles) contained in the slurry to 5% by weight, it is possible to prevent the primary particles of the colloidal particles from being excessively converted into secondary particles, and Can easily be controlled to 5 or less. As a result, low erosion and low scratching can be achieved during polishing with a slurry containing the abrasive particles.

【0027】前記CMP用スラリのpHは、前記コロイ
ダル粒子の等電点に対して±1程度ずらすことが望まし
いが、基本的にpH0.5〜12の領域で使用すればよ
い。
It is desirable that the pH of the slurry for CMP is shifted by about ± 1 with respect to the isoelectric point of the colloidal particles, but basically, it may be used in a pH range of 0.5 to 12.

【0028】前記CMP用スラリは、以下に説明する
1)酸化剤、2)酸化抑制剤、3)界面活性剤から選ば
れる少なくとも1つの成分をさらに含有することを許容
する。
The slurry for CMP is allowed to further contain at least one component selected from 1) an oxidizing agent, 2) an oxidation inhibitor, and 3) a surfactant described below.

【0029】1)酸化剤 この酸化剤としては、例えば過硫酸アンモニウム、過硫
酸カリウム、過酸化水素水、硝酸第二鉄、硝酸アンモニ
ウムセリウム等を挙げることができる。この酸化剤は、
スラリ中に0.1〜5重量%配合することが好ましい。
1) Oxidizing agent Examples of the oxidizing agent include ammonium persulfate, potassium persulfate, aqueous hydrogen peroxide, ferric nitrate, and cerium ammonium nitrate. This oxidizing agent
It is preferable to mix 0.1 to 5% by weight in the slurry.

【0030】2)酸化抑制剤 この酸化抑制剤は、キナルジン酸、キノリン酸、マロン
酸、シュウ酸、コハク酸などの有機酸、グリシン、アラ
ニン、トリプトファンなどのアミノ酸などを挙げること
ができる。この中で、取り扱いの点からキナルジン酸、
キノリン酸、グリシンが好ましい。前記酸化抑制剤は、
スラリ中に0.01〜3重量%配合することが好まし
い。
2) Oxidation inhibitors The oxidation inhibitors include organic acids such as quinaldic acid, quinolinic acid, malonic acid, oxalic acid and succinic acid, and amino acids such as glycine, alanine and tryptophan. Among them, quinaldic acid,
Quinolic acid and glycine are preferred. The oxidation inhibitor,
It is preferable to mix 0.01 to 3% by weight in the slurry.

【0031】3)界面活性剤 この界面活性剤は、研磨時のエロージョン及びスクラッ
チを低減させるもので、例えばアニオン界面活性剤、カ
チオン界面活性剤、ノニオン界面活性剤等を挙げること
ができる。この中で、特にドデシルベンゼンスルホン酸
塩、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエ
チレンラウリルエーテルが好適である。この界面活性剤
は、スラリ中に0.01〜1重量%配合することが好ま
しい。
3) Surfactant This surfactant reduces erosion and scratches during polishing, and examples thereof include anionic surfactants, cationic surfactants, and nonionic surfactants. Of these, dodecylbenzene sulfonate, polyoxyethylene alkylamine, and polyoxyethylene lauryl ether are particularly preferred. This surfactant is preferably incorporated in the slurry in an amount of 0.01 to 1% by weight.

【0032】(2)CMP用スラリ このCMP用スラリは、一次粒子径が5〜20nmの第
1コロイダル粒子と、一次粒子径が20nmを超える大
きさで、前記第1コロイダル粒子と同一材料の第2コロ
イダル粒子とを含み、かつ前記第1、第2のコロイダル
粒子の合量に占める前記第1コロイダル粒子(第1コロ
イダル粒子/第1、第2のコロイダル粒子の合量)の比
率が重量割合で0.6〜0.9である研磨粒子を水、好
ましくは純水に分散させた組成を有する。
(2) CMP Slurry This CMP slurry is composed of first colloidal particles having a primary particle diameter of 5 to 20 nm, and a first colloidal particle having a primary particle diameter exceeding 20 nm and made of the same material as the first colloidal particles. 2 colloidal particles, and the ratio of the first colloidal particles (the total amount of the first colloidal particles / the first and second colloidal particles) to the total amount of the first and second colloidal particles is a weight ratio. Has a composition of 0.6 to 0.9 in water, preferably pure water.

【0033】前記第1、第2のコロイダル粒子として
は、例えばコロイダルシリカ粒子を挙げることができ
る。このコロイダルシリカ粒子は、例えばSi(OC2
54、Si(sec−OC494、Si(OCH3
4、Si(OC494のようなシリコンアルコキシド化
合物をゾルゲル法により加水分解することにより得るこ
とができる。このような第1、第2のコロイダル粒子
(例えば第1、第2のコロイダルシリカ粒子)は、後述
する図3に示すように粒度分布が非常に急峻なものであ
る。
Examples of the first and second colloidal particles include colloidal silica particles. The colloidal silica particles are, for example, Si (OC 2
H 5) 4, Si (sec -OC 4 H 9) 4, Si (OCH 3)
4 , can be obtained by hydrolyzing a silicon alkoxide compound such as Si (OC 4 H 9 ) 4 by a sol-gel method. Such first and second colloidal particles (for example, first and second colloidal silica particles) have a very sharp particle size distribution as shown in FIG. 3 described later.

【0034】前記第1、第2のコロイダル粒子の一次粒
子径とは、コロイダル粒子の粒子径とその粒子径を持つ
粒子数を積算した累積度数との関係を示す粒度累積曲線
を求め、この曲線の累積度数が50%のポイントでの粒
子径を意味するものである。このコロイダル粒子の粒子
径は、電子顕微鏡写真で測定することができる。
The primary particle size of the first and second colloidal particles is determined by calculating a particle size cumulative curve showing the relationship between the particle size of the colloidal particles and the cumulative frequency obtained by integrating the number of particles having the particle size. Means the particle diameter at the point where the cumulative frequency of the particles is 50%. The particle size of the colloidal particles can be measured with an electron micrograph.

【0035】前記第1コロイダル粒子は、前記(1)の
CMP用スラリで定義した会合度が5以下であることが
好ましい。
The first colloidal particles preferably have an association degree of 5 or less as defined in the slurry for CMP in (1).

【0036】前記第2コロイダル粒子の一次粒子径は、
特に20nmを超え、50nm以下の大きさを有するこ
とが望ましい。
The primary particle diameter of the second colloidal particles is:
In particular, it is desirable to have a size exceeding 20 nm and 50 nm or less.

【0037】前記(第1コロイダル粒子/第1、第2の
コロイダル粒子の合量)の比率を重量割合で0.6〜
0.9に規定したのは、次のような理由によるものであ
る。前記比率を0.6未満にすると、これら第1、第2
のコロイダル粒子を研磨粒子として含むスラリによる研
磨時において、エロージョンおよびスクラッチが発生す
る虞がある。一方、前記比率が0.9を越えるとこれら
第1、第2のコロイダル粒子を研磨粒子として含むスラ
リの研磨性能が低下する虞がある。
The ratio (the total amount of the first colloidal particles / the total amount of the first and second colloidal particles) is 0.6 to
The reason for setting the value to 0.9 is as follows. If the ratio is less than 0.6, these first and second
Erosion and scratches may occur during polishing with a slurry containing the above colloidal particles as abrasive particles. On the other hand, if the ratio exceeds 0.9, the polishing performance of a slurry containing the first and second colloidal particles as abrasive particles may be reduced.

【0038】前記研磨粒子は、前記スラリ中に0.5〜
5重量%含有されることが好ましい。前記研磨粒子の含
有量を0.5重量%未満にすると、この研磨粒子を含む
スラリの研磨性能が低下する虞がある。前記研磨粒子の
含有量が5重量%を超えると、この研磨粒子を含むスラ
リによる研磨時において、エロージョンおよびスクラッ
チが発生する虞がある。より好ましい前記研磨粒子の量
は、1〜3重量%である。特に、前記第2コロイダル粒
子は、前記スラリ中に最大で0.4重量%含有されるこ
とが好ましい。
The abrasive particles are contained in the slurry in an amount of 0.5 to 0.5.
Preferably, it is contained in an amount of 5% by weight. If the content of the abrasive particles is less than 0.5% by weight, the polishing performance of the slurry containing the abrasive particles may be reduced. If the content of the abrasive particles exceeds 5% by weight, erosion and scratches may occur during polishing with a slurry containing the abrasive particles. A more preferred amount of the abrasive particles is 1 to 3% by weight. In particular, the second colloidal particles are preferably contained in the slurry at a maximum of 0.4% by weight.

【0039】前記CMP用スラリのpHは、前記第1コ
ロイダル粒子の等電点に対して±1程度ずらすことが望
ましいが、基本的にpH0.5〜12の領域で使用すれ
ばよい。
It is desirable that the pH of the slurry for CMP is shifted by about ± 1 with respect to the isoelectric point of the first colloidal particles, but basically, it may be used in a pH range of 0.5 to 12.

【0040】前記CMP用スラリにおいて、前記第1、
第2のコロイダル粒子にさらにこれらのコロイダル粒子
と異なる材料からなる第3粒子を配合して研磨粒子を構
成することを許容する。この第3粒子としては、例えば
酸化セリウム、酸化マンガン、シリカ、アルミナおよび
ジルコニアからなる群から選ばれる少なくとも1つの粒
子を用いることができる。前記第3粒子は、特にコロイ
ダルアルミナ粒子が好ましい。このコロイダルアルミナ
粒子は、例えばAl(iso−OC33、Al(O
CH33、Al(OC253のようなアルミニウムア
ルコキシド化合物をゾルゲル法により加水分解すること
により得ることができる。
In the CMP slurry, the first,
It is allowed to form abrasive particles by further blending the second colloidal particles with third particles made of a material different from these colloidal particles. As the third particles, for example, at least one particle selected from the group consisting of cerium oxide, manganese oxide, silica, alumina, and zirconia can be used. The third particles are particularly preferably colloidal alumina particles. The colloidal alumina particles, for example, Al (iso-OC 3 H 7 ) 3, Al (O
It can be obtained by hydrolyzing an aluminum alkoxide compound such as CH 3 ) 3 and Al (OC 2 H 5 ) 3 by a sol-gel method.

【0041】前記第3粒子は、前述した定義に基づく一
次粒子径が5〜30nmであることが好ましい。この第
3粒子は、前記第1、第2のコロイダル粒子の合量に対
して40重量%以下配合されることが好ましい。
The third particles preferably have a primary particle diameter of 5 to 30 nm based on the above definition. The third particles are preferably blended in an amount of 40% by weight or less based on the total amount of the first and second colloidal particles.

【0042】前記CMP用スラリは、前述した1)酸化
剤、2)酸化抑制剤、3)界面活性剤から選ばれる少な
くとも1つの成分をさらに含有することを許容する。
The slurry for CMP is allowed to further contain at least one component selected from 1) an oxidizing agent, 2) an oxidation inhibitor, and 3) a surfactant.

【0043】前述したCMP用スラリにより例えば基板
上に成膜された導電性材料膜を研磨するには、図1およ
び図2に示すポリッシング装置が用いられる。図1は、
CMP処理に使用されるポリッシング装置を示す断面
図、図2は図1のポリッシング装置の要部を示す斜視図
である。
In order to polish a conductive material film formed on a substrate, for example, by the CMP slurry described above, a polishing apparatus shown in FIGS. 1 and 2 is used. FIG.
FIG. 2 is a sectional view showing a polishing apparatus used for the CMP process. FIG. 2 is a perspective view showing a main part of the polishing apparatus shown in FIG.

【0044】すなわち、研磨盤受け23はステージ21
上にベアリング22を介して配置されている。研磨盤2
4(ターンテーブル)は、前記研磨盤受け23上に取り
付けられている。研磨パッド25は、前記研磨盤24上
に張り付けられている。駆動シャフト26は、前記研磨
盤受け23および前記研磨盤24を回転させるためにこ
れらの中心部分に連結されている。この駆動シャフト2
6は、モータ27により回転ベルト28を介して回転さ
れる。
That is, the polishing plate receiver 23 is
It is arranged above via a bearing 22. Polishing machine 2
4 (turntable) is mounted on the polishing plate receiver 23. The polishing pad 25 is attached on the polishing board 24. The drive shaft 26 is connected to the central portions of the polishing disk receiver 23 and the polishing disk 24 for rotating the polishing disk receiver 23 and the polishing disk 24. This drive shaft 2
6 is rotated by a motor 27 via a rotating belt 28.

【0045】導電性材料膜が形成された基板、例えば半
導体ウエハ20は、前記研磨パッド25と対向する位置
に配置され、真空又は水張りにより吸着盤(トップリン
グ)31に取り付けられた吸着布30およびテンプレー
ト29に固定されている。前記トップリング31は、駆
動シャフト32に連結されている。この駆動シャフト3
2は、モータ33により2つのギア34,35を介して
回転される。駆動台36は、前記駆動シャフト32に固
定されている。シリンダ37は、前記駆動台36に取り
付けられ、このシリンダ37による上下の移動に伴って
前記駆動台36も上下する。スラリ供給管38は、スラ
リタンク(図示せず)から導出され、かつ下端が前記研
磨パッド25の上方に配置されている。
The substrate on which the conductive material film is formed, for example, the semiconductor wafer 20, is disposed at a position facing the polishing pad 25, and the suction cloth 30 and the suction cloth 30 attached to the suction plate (top ring) 31 by vacuum or water filling. It is fixed to the template 29. The top ring 31 is connected to a drive shaft 32. This drive shaft 3
2 is rotated by a motor 33 via two gears 34 and 35. The drive base 36 is fixed to the drive shaft 32. The cylinder 37 is attached to the drive base 36, and the drive base 36 moves up and down as the cylinder 37 moves up and down. The slurry supply pipe 38 is led out of a slurry tank (not shown), and has a lower end disposed above the polishing pad 25.

【0046】このようなポリッシング装置において、モ
ータ27を駆動することにより研磨パッド25が張り付
けられた研磨盤24を回転する。トップリング31に半
導体ウエハ20を固定し、モータ33を駆動して前記ト
ップリング31を前記研磨パッド25と同一方向に回転
させると共にシリンダ37により前記トップリング31
に取り付けられた半導体ウエハ20を前記研磨パッド2
5に押し付ける。このとき、スラリタンク(図示せず)
のCMP用スラリをスラリ供給管38を通して互いに同
一方向に回転し、摺接される前記研磨パッド25と前記
半導体ウエハ20の間に滴下してそのウェハ表面(図
1、図2では裏面)の導電性材料膜のポリッシングを行
う。
In such a polishing apparatus, the polishing board 24 on which the polishing pad 25 is adhered is rotated by driving the motor 27. The semiconductor wafer 20 is fixed to the top ring 31, the motor 33 is driven to rotate the top ring 31 in the same direction as the polishing pad 25, and the top ring 31 is rotated by the cylinder 37.
The semiconductor wafer 20 attached to the polishing pad 2
Press on 5. At this time, a slurry tank (not shown)
Are rotated in the same direction through a slurry supply pipe 38, and are dropped between the polishing pad 25 and the semiconductor wafer 20 which are in sliding contact with each other, and the conductivity of the wafer surface (the back surface in FIGS. 1 and 2) is reduced. Polishing of a conductive material film.

【0047】次に、本発明の実施形態に係る半導体装置
の製造方法を詳細に説明する。
Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

【0048】(第1工程)半導体基板上の絶縁膜表面に
配線溝を形成し、この配線溝を含む全面に導電性材料膜
を形成する。
(First Step) A wiring groove is formed on the surface of an insulating film on a semiconductor substrate, and a conductive material film is formed on the entire surface including the wiring groove.

【0049】前記絶縁膜としては、例えばシラン系ガ
ス、TEOS系ガスを用いて形成されたシリコン酸化膜
のような無機質絶縁膜、フッ素を含有した低誘電率の絶
縁膜、有機系膜または多孔質膜のように柔らかく、脆
く、剥がれ易く、疎水性を有するLow−K絶縁膜を用
いることができる。
As the insulating film, for example, an inorganic insulating film such as a silicon oxide film formed using a silane-based gas or a TEOS-based gas, a low-dielectric-constant insulating film containing fluorine, an organic-based film, or a porous film A low-K insulating film that is soft, brittle, easily peeled, and hydrophobic like a film can be used.

【0050】前記導電性材料膜は、金属からなる配線材
料膜単独、または導電性バリア膜とこのバリア膜に積層
された金属からなる配線材料膜との2層以上の積層膜を
挙げることができる。
The conductive material film may be a metal wiring material film alone or a laminated film of two or more layers of a conductive barrier film and a metal wiring material film laminated on the barrier film. .

【0051】前記金属からなる配線材料膜としては、例
えばCuまたはCu−Si合金、Cu−Al合金、Cu
−Si−Al合金、Cu−Ag合金のようなCu合金、
AlまたはAl合金、W等を用いることができる。
As the wiring material film made of the metal, for example, Cu or Cu—Si alloy, Cu—Al alloy, Cu
Cu alloys such as -Si-Al alloys, Cu-Ag alloys,
Al or an Al alloy, W, or the like can be used.

【0052】前記導電性バリア膜としては、例えばTi
N、Ti、Nb、W,WN,TaN,TaSiN,T
a,V,Mo,ZrおよびZrNから選ばれる1層また
は2層以上から作られる。
As the conductive barrier film, for example, Ti
N, Ti, Nb, W, WN, TaN, TaSiN, T
It is made of one layer or two or more layers selected from a, V, Mo, Zr and ZrN.

【0053】(第2工程)前記基板の導電性材料膜を前
述した図1、図2に示すポリッシング装置および前記
(1),(2)のCMP用スラリを用いてCMP処理を
行い、前記配線溝に埋込まれた前記導電性材料膜以外の
導電性材料膜を除去することにより前記絶縁膜に埋込み
配線(ダマシン配線)を形成する。
(Second Step) The conductive material film on the substrate is subjected to a CMP process using the polishing apparatus shown in FIGS. 1 and 2 and the CMP slurry (1) or (2), and the wiring is formed. An embedded wiring (damascene wiring) is formed in the insulating film by removing a conductive material film other than the conductive material film embedded in the groove.

【0054】なお、前記導電性材料膜が導電性バリア膜
とこのバリア膜に積層された金属からなる配線材料膜と
の2層以上の積層膜からなる場合、前記配線材料膜を前
述した図1および図2に示すポリッシング装置および前
記(1),(2)のCMP用スラリを用いてCMP処理
した後、前記絶縁膜表面に位置する露出した導電性バリ
ア膜部分を前記配線材料膜のときに使用したスラリと異
なる組成のCMP用スラリを用いてCMP処理して除去
することにより、前記絶縁膜に前記導電性バリア膜を介
して埋込まれたダマシン配線を形成することができる。
When the conductive material film is composed of two or more laminated films of a conductive barrier film and a wiring material film made of a metal laminated on this barrier film, the wiring material film is formed as shown in FIG. Then, after performing the CMP processing using the polishing apparatus shown in FIG. 2 and the CMP slurry of the above (1) and (2), the exposed conductive barrier film portion located on the surface of the insulating film is used as the wiring material film. By performing CMP treatment using a CMP slurry having a composition different from that of the used slurry and removing the same, a damascene wiring buried in the insulating film via the conductive barrier film can be formed.

【0055】また、導電性バリア膜とこのバリア膜に積
層された金属からなる配線材料膜との2層以上の積層膜
からなる場合、前述した図1および図2に示すポリッシ
ング装置および前記(2)で説明した第1、第2のコロ
イダル粒子、さらにコロイダルアルミナ粒子のような第
3粒子を含むCMP用スラリを用いてCMP処理してそ
れら積層膜を除去することにより、前記絶縁膜に前記導
電性バリア膜を介して埋込まれたダマシン配線を形成す
ることができる。
In the case where the polishing apparatus is composed of two or more laminated films of a conductive barrier film and a wiring material film made of a metal laminated on the barrier film, the polishing apparatus shown in FIGS. The CMP process is performed using a CMP slurry containing the first and second colloidal particles described above in (3) and the third particles such as colloidal alumina particles to remove the laminated film, whereby the conductive film is formed on the insulating film. The damascene wiring buried through the conductive barrier film can be formed.

【0056】次に、本発明の実施形態に係る別の半導体
装置の製造方法を説明する。
Next, another method of manufacturing a semiconductor device according to the embodiment of the present invention will be described.

【0057】(第1工程)半導体基板上に形成された絶
縁膜表面に配線溝を形成し、この配線溝の内面を含む前
記絶縁膜上に導電性バリア膜を堆積した後、この導電性
バリア膜上に金属からなる配線材料膜を前記配線溝が埋
まるように堆積させる。
(First Step) A wiring groove is formed on the surface of an insulating film formed on a semiconductor substrate, and a conductive barrier film is deposited on the insulating film including the inner surface of the wiring groove. A wiring material film made of metal is deposited on the film so that the wiring grooves are filled.

【0058】前記絶縁膜、導電性バリア膜および配線材
料膜は、前述したのと同様なものを用いることができ
る。
The insulating film, the conductive barrier film and the wiring material film may be the same as those described above.

【0059】(第2工程)前記配線材料膜を化学機械研
磨し、前記配線溝の内面を除く前記絶縁膜上の導電性バ
リア膜をストッパとして前記配線溝内に埋込まれた前記
配線材料膜以外の配線材料膜を除去する。
(Second step) The wiring material film is subjected to chemical mechanical polishing, and the wiring material film embedded in the wiring groove using the conductive barrier film on the insulating film excluding the inner surface of the wiring groove as a stopper. The wiring material film other than the above is removed.

【0060】前記化学機械研磨処理は、汎用のCMP用
スラリを用いて行うことができる。
The chemical mechanical polishing treatment can be performed using a general-purpose CMP slurry.

【0061】(第3工程)前記絶縁膜上の導電性バリア
膜部分を前述した図1、図2に示すポリッシング装置お
よび前記(1),(2)のCMP用スラリを用いてCM
P処理を行い、前記導電性バリア膜を介して埋込まれた
ダマシン配線を形成する。
(Third Step) The conductive barrier film portion on the insulating film is subjected to CM using the polishing apparatus shown in FIGS. 1 and 2 and the CMP slurry (1) and (2).
A P process is performed to form a damascene wiring buried through the conductive barrier film.

【0062】以上説明した本発明の実施形態に係るCM
P用スラリは、一次粒子径が5〜30nmで、会合度が
5以下のコロイダル粒子からなる研磨粒子を含む組成を
有するため、導電性材料膜、例えばCu膜のCMP処理
に際し、低エロージョンおよび低スクラッチ化を図るこ
とができる。
The CM according to the embodiment of the present invention described above
The slurry for P has a composition including abrasive particles composed of colloidal particles having a primary particle diameter of 5 to 30 nm and a degree of association of 5 or less. Therefore, during CMP treatment of a conductive material film, for example, a Cu film, low erosion and low erosion Scratching can be achieved.

【0063】また、本発明の実施形態に係る別のCMP
用スラリは一次粒子径が5〜20nmの第1コロイダル
粒子と、一次粒子径が20nmを超える大きさで、前記
第1コロイダル粒子と同一材料の第2コロイダル粒子と
を含み、かつ前記第1、第2のコロイダル粒子の合量に
占める前記第1コロイダル粒子が重量比で0.6〜0.
9である研磨粒子を含有するため、導電性材料膜、例え
ばCu膜のCMP処理に際し、CMPの高速化と低エロ
ージョンおよび低スクラッチ化とを図ることができる。
Further, another CMP according to the embodiment of the present invention
The slurry for use includes first colloidal particles having a primary particle diameter of 5 to 20 nm, and second colloidal particles having a primary particle diameter exceeding 20 nm and the same material as the first colloidal particles, and The weight ratio of the first colloidal particles to the total amount of the second colloidal particles is 0.6 to 0.5%.
Since the abrasive particles of No. 9 are contained, it is possible to increase the speed of CMP and to reduce the erosion and the scratch in the CMP treatment of the conductive material film, for example, the Cu film.

【0064】すなわち、図3はフュームド法で形成され
たシリカ粒子およびゾルゲル法で形成されたコロイダル
シリカ粒子における一次粒子の対数正規プロットを示す
グラフである。図3において、縦軸は累積度数(%)を
表わし、横軸は粒子径(nm)を表わしている。コロイ
ダルシリカ粒子の累積度数曲線Aは、累積度数50%の
ポイントの粒子径が15nm(1σ;11.8%)であ
り、コロイダルシリカ粒子の累積度数曲線Bは累積度数
50%のポイントの粒子径が41nm(1σ;12.9
%)であり、フュームド法のシリカ粒子の累積度数曲線
Cは累積度数50%のポイントの粒子径が58nm(1
σ;25.2%)である。
That is, FIG. 3 is a graph showing logarithmic normal plots of primary particles of silica particles formed by the fumed method and colloidal silica particles formed by the sol-gel method. In FIG. 3, the vertical axis represents the cumulative frequency (%), and the horizontal axis represents the particle diameter (nm). The cumulative frequency curve A of the colloidal silica particles has a particle diameter of 15 nm (1σ; 11.8%) at a point of 50% cumulative frequency, and the cumulative frequency curve B of the colloidal silica particles has a particle diameter of 50% cumulative point. Is 41 nm (1σ; 12.9)
%), And the cumulative frequency curve C of the fumed silica particles has a particle size of 58 nm (1
σ; 25.2%).

【0065】図3に示すようにコロイダルシリカ粒子
は、フュームド法に比べて粒子径のバラツキが小さい。
また、コロイダルシリカ粒子は凝集して粗大粒子を生成
し難い。このため、コロイダルシリカ粒子はその粒子径
をコントロールするという観点から、取り扱い易い粒子
である。
As shown in FIG. 3, the colloidal silica particles have a smaller variation in particle diameter than the fumed method.
Further, the colloidal silica particles hardly aggregate to form coarse particles. For this reason, the colloidal silica particles are easy to handle from the viewpoint of controlling the particle size.

【0066】ただし、コロイダル粒子は以下に説明する
図4に示すように一次粒子径が10nm程度と小さい場
合、エロージョン及びスクラッチはほとんど生じない
が、研磨速度が低下する。一方、コロイダル粒子は一次
粒子径が30nmを超える大きな粒子、特に50nmを
超える大きな粒子になると、逆に研磨速度は向上する
が、エロージョン、スクラッチが生じやすくなる。
However, when the primary particle diameter of the colloidal particles is as small as about 10 nm as shown in FIG. 4 described below, erosion and scratch hardly occur, but the polishing rate decreases. On the other hand, when the colloidal particles become large particles having a primary particle diameter of more than 30 nm, particularly large particles of more than 50 nm, the polishing rate is improved, but erosion and scratching tend to occur.

【0067】すなわち、図4はCMP処理に用いるコロ
イダル粒子の粒子径(nm)の変化に伴うCuの研磨速
度(CuRR)の変化およびエロージョンの大きさ(n
m)を表している。図4において、縦軸左が研磨速度
(nm/min)、縦軸右がエロージョンの大きさ(n
m)を表わし、横軸がコロイダルシリカ粒子の粒子径
(nm)を表わしている。図4中の曲線Dは、コロイダ
ルシリカ粒子の粒子径の変化に伴うエロージョンの大き
さを示す特性線、曲線Eはコロイダルシリカ粒子の粒子
径の変化に伴うCuの研磨速度の大きさを示す特性線で
ある。
That is, FIG. 4 shows a change in the polishing rate (CuRR) of Cu and a change in erosion size (n
m). In FIG. 4, the polishing speed (nm / min) is on the left vertical axis, and the magnitude of erosion (n
m), and the horizontal axis represents the particle diameter (nm) of the colloidal silica particles. Curve D in FIG. 4 is a characteristic line showing the magnitude of erosion with a change in the particle size of the colloidal silica particles, and curve E is a characteristic line showing the magnitude of the polishing rate of Cu with a change in the particle size of the colloidal silica particles. Line.

【0068】コロイダル粒子は、凝集体、つまり二次粒
子を形成し難い性質を有し、一次粒子径が小さいときに
低エロージョン性、低スクラッチ性を示し、一次粒子径
が大きいときに高研磨速度の特性を併せ持っている。
The colloidal particles have a property that it is difficult to form aggregates, that is, secondary particles. The colloidal particles exhibit low erosion and low scratching properties when the primary particle diameter is small, and have a high polishing rate when the primary particle diameter is large. It has the characteristics of

【0069】このようなことから、本発明の実施形態に
よれば一次粒子径が5〜30nmで、会合度が5以下の
コロイダル粒子からなる研磨粒子を含む組成にすること
によって、導電性材料膜、例えばCu膜を低エロージョ
ンおよび低スクラッチを図りつつ、CMP処理すること
が可能なCMP用スラリを提供できる。
From the above, according to the embodiment of the present invention, the conductive material film is formed by using a composition including abrasive particles composed of colloidal particles having a primary particle diameter of 5 to 30 nm and an association degree of 5 or less. For example, it is possible to provide a CMP slurry capable of performing a CMP process while achieving low erosion and low scratch on a Cu film.

【0070】また、本発明の実施形態によれば一次粒子
径が5〜20nmの第1コロイダル粒子と、一次粒子径
が20nmを超える大きさで、前記第1コロイダル粒子
と同一材料の第2コロイダル粒子とを含み、かつ前記第
1、第2のコロイダル粒子の合量に占める前記第1コロ
イダル粒子が重量比で0.6〜0.9である研磨粒子を
含有する組成にすることによって、導電性材料膜、例え
ばCu膜を低エロージョンおよび低スクラッチを図りつ
つ、高速CMP処理することが可能なCMP用スラリを
提供できる。
According to the embodiment of the present invention, the first colloidal particles having a primary particle diameter of 5 to 20 nm and the second colloidal particles having a primary particle diameter exceeding 20 nm and made of the same material as the first colloidal particles are used. Particles, and wherein the first colloidal particles occupy the total amount of the first and second colloidal particles in the composition containing abrasive particles having a weight ratio of 0.6 to 0.9, thereby providing a conductive material. It is possible to provide a CMP slurry capable of performing a high-speed CMP process while achieving low erosion and low scratch on a conductive material film, for example, a Cu film.

【0071】さらに、本発明の実施形態によれば半導体
基板上の絶縁膜表面に配線溝を形成し、この配線溝を含
む全面に導電性材料膜を形成した後、この導電性材料膜
を例えば前述した図1、図2に示すポリッシング装置お
よび前記(1),(2)のCMP用スラリを用いてCM
P処理を行い、前記配線溝に埋込まれた前記導電性材料
膜以外の導電性材料膜を除去することによって、前記絶
縁膜の配線溝に低エロージョンおよび低スクラッチの埋
込み配線(ダマシン配線)を形成することができる。
Further, according to the embodiment of the present invention, a wiring groove is formed on the surface of the insulating film on the semiconductor substrate, and a conductive material film is formed on the entire surface including the wiring groove. CM using the polishing apparatus shown in FIGS. 1 and 2 and the CMP slurries (1) and (2) described above.
By performing a P process to remove a conductive material film other than the conductive material film embedded in the wiring groove, a low erosion and low scratch embedded wiring (damascene wiring) is formed in the wiring groove of the insulating film. Can be formed.

【0072】さらに、本発明の実施形態によれば半導体
基板上の絶縁膜表面に配線溝を形成し、この配線溝内面
を含む全面に導電性バリア膜を堆積し、さらに金属から
なる配線材料膜を堆積した後、この配線材料膜を前記導
電性バリア膜をストッパとしてCMPを行い、ひきつづ
き露出した導電性バリア膜部分を例えば前述した図1、
図2に示すポリッシング装置および前記(1),(2)
のCMP用スラリを用いてCMP処理することによっ
て、前記絶縁膜の配線溝に導電性バリア膜を介して埋込
まれた低エロージョンおよび低スクラッチの配線(ダマ
シン配線)を形成することができる。
Further, according to the embodiment of the present invention, a wiring groove is formed on the surface of the insulating film on the semiconductor substrate, a conductive barrier film is deposited on the entire surface including the inner surface of the wiring groove, and a wiring material film made of metal is further formed. After this, the wiring material film is subjected to CMP using the conductive barrier film as a stopper, and the exposed conductive barrier film portion is continuously exposed, for example, as shown in FIG.
Polishing apparatus shown in FIG. 2 and (1) and (2)
By performing the CMP process using the CMP slurry described above, a low erosion and low scratch wiring (damascene wiring) embedded in the wiring groove of the insulating film via a conductive barrier film can be formed.

【0073】特に、有機系膜または多孔質膜のように柔
らかく、脆く、剥がれ易く、疎水性を有するLow−K
絶縁膜の配線溝に導電性バリア膜を介して埋め込んでダ
マシン配線を形成する際、前記(1),(2)のCMP
用スラリによるCMP処理は前記Low−K絶縁膜に対
してソフトでかつ穏やかである。このため、前記Low
−K絶縁膜上の導電性バリア膜をCMP処理する際、前
記Low−K絶縁膜が前記導電性バリア膜と共に剥離さ
れることなく、その絶縁膜の配線溝に導電性バリア膜を
介して埋込まれた低エロージョンおよび低スクラッチの
配線(ダマシン配線)を形成することができる。その結
果、低誘電率の絶縁膜に起因する伝播遅延を抑制した高
速のダマシン配線を有する半導体装置を製造することが
できる。
In particular, a soft, brittle, easily peelable, hydrophobic Low-K film such as an organic film or a porous film.
When a damascene wiring is formed by embedding a conductive barrier film in a wiring groove of an insulating film via a conductive barrier film, the CMP of the above (1) and (2)
The CMP process using the slurry for use is soft and gentle with respect to the Low-K insulating film. For this reason, the Low
When the conductive barrier film on the -K insulating film is subjected to the CMP treatment, the Low-K insulating film is not peeled off together with the conductive barrier film, but is buried in the wiring groove of the insulating film via the conductive barrier film. The embedded low erosion and low scratch wiring (damascene wiring) can be formed. As a result, it is possible to manufacture a semiconductor device having a high-speed damascene wiring in which propagation delay caused by a low dielectric constant insulating film is suppressed.

【0074】[0074]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0075】(実施例1)まず、図5の(a)に示すよ
うに例えば半導体素子などが作られたシリコン基板(シ
リコンウエハ)101上に例えば酸化シリコンからなる
絶縁膜102を形成した後、表面を平坦化した。つづい
て、この絶縁膜102を選択的にエッチングして深さ4
00nmの配線溝103を形成した。ひきつづき、厚さ
10nm程度のバリア膜としてのTaN膜104を前記
絶縁膜102上および前記配線溝103の内面に堆積さ
せた。この後、厚さ800nmのCu膜105をスパッ
タリング法およびメッキ法により順次堆積した。
(Example 1) First, as shown in FIG. 5A, an insulating film 102 made of, for example, silicon oxide is formed on a silicon substrate (silicon wafer) 101 on which, for example, semiconductor elements are formed. The surface was flattened. Subsequently, the insulating film 102 is selectively etched to a depth of 4
A wiring groove 103 having a thickness of 00 nm was formed. Subsequently, a TaN film 104 as a barrier film having a thickness of about 10 nm was deposited on the insulating film 102 and on the inner surface of the wiring groove 103. Thereafter, a Cu film 105 having a thickness of 800 nm was sequentially deposited by a sputtering method and a plating method.

【0076】次いで、前述した図1、図2に示すポリッ
シング装置および下記組成の第1CMP用スラリを用い
て下記条件で前記Cu膜105表面をCMP処理するこ
とにより、図5の(b)に示すように前記配線溝103
にのみCu膜105を残存させた。なお、前記CMP処
理はTaN膜104でストップさせることができた。
Next, the surface of the Cu film 105 is subjected to the CMP treatment under the following conditions using the polishing apparatus shown in FIGS. 1 and 2 and the first CMP slurry having the following composition, as shown in FIG. So that the wiring groove 103
Only the Cu film 105 was left. The CMP process could be stopped at the TaN film 104.

【0077】<第1CMP用スラリの組成> ・研磨粒子;一次粒子径15nm、会合度3.0の第1
コロイダルシリカ(前述した図3のコロイダルシリカ粒
子A):0.8wt%、一次粒子径41nm、会合度
3.0の第2コロイダルシリカ(前述した図3のコロイ
ダルシリカ粒子B):0.2wt%、 ・過硫酸アンモニウム(酸化剤):1wt%、 ・キナルジン酸(酸化抑制剤):0.5wt%、 ・ドデシルベンゼンスルホン酸カリウム:0.06wt
%、 ・pH;9.2(水酸化カリウム水溶液を加えて調
節)。
<Composition of the slurry for the first CMP> Abrasive particles: The first having a primary particle diameter of 15 nm and an association degree of 3.0.
Colloidal silica (colloidal silica particles A in FIG. 3 described above): 0.8 wt%, second colloidal silica having a primary particle diameter of 41 nm and a degree of association of 3.0 (colloidal silica particles B in FIG. 3 described above): 0.2 wt% -Ammonium persulfate (oxidizing agent): 1 wt%-Quinaldic acid (oxidation inhibitor): 0.5 wt%-Potassium dodecylbenzenesulfonate: 0.06 wt
%; PH: 9.2 (adjusted by adding aqueous potassium hydroxide solution).

【0078】<CMP処理条件> ・研磨パッド;Rodel社製商品名IC1000/S
UBA400、 ・スラリの供給流量:200cc/分、 ・トップリング(TR)の回転数;100rpm、 ・ターンテーブル(TT)回転数:100rpm、 ・荷重(DF):300g/cm2
<CMP treatment conditions> Polishing pad; trade name IC1000 / S manufactured by Rodel
UBA400, • Slurry supply flow rate: 200 cc / min, • Top ring (TR) rotation speed: 100 rpm, • Turntable (TT) rotation speed: 100 rpm, • Load (DF): 300 g / cm 2 .

【0079】次いで、前記絶縁膜102上に位置する露
出したTaN膜104部分を前述した図1、図2に示す
ポリッシング装置および下記組成の第2CMP用スラリ
を用いて下記条件でCMP処理した。このCMP処理に
より図5の(c)に示すように配線溝103にTaN膜
104を介して埋込まれたCu配線(Cuダマシン配
線)106が形成された。
Next, the exposed portion of the TaN film 104 located on the insulating film 102 was subjected to the CMP treatment under the following conditions using the polishing apparatus shown in FIGS. 1 and 2 and the second CMP slurry having the following composition. By this CMP process, a Cu wiring (Cu damascene wiring) 106 buried in the wiring groove 103 via the TaN film 104 was formed as shown in FIG. 5C.

【0080】<第2CMP用スラリの組成> ・研磨粒子;一次粒子径30nmのコロイダルシリカ:
3wt%、 ・エチレンジアミン:0.05wt%。
<Composition of Slurry for Second CMP> Abrasive particles: Colloidal silica having a primary particle diameter of 30 nm:
3 wt%, ethylenediamine: 0.05 wt%.

【0081】<CMP処理条件> ・スラリの供給流量:200cc/分、 ・研磨パッド;Rodel社製商品名IC1000/S
UBA400、 ・トップリング(TR)の回転数;50rpm、 ・ターンテーブル(TT)回転数:50rpm、 ・荷重(DF):300g/cm2
<CMP Treatment Conditions> Slurry supply flow rate: 200 cc / min. Polishing pad; trade name IC1000 / S manufactured by Rodel.
UBA400, rotation speed of top ring (TR): 50 rpm, rotation speed of turntable (TT): 50 rpm, load (DF): 300 g / cm 2 .

【0082】本実施例1において、前記Cu膜のCMP
処理によるCMP特性を図6に示す。なお、図6には研
磨粒子としてフュームド法のシリカ粒子を用いた以外、
実施例1と同様な組成のCMP用スラリ、図1、図2に
示すポリッシング装置を用いて同様な条件でCu膜をC
MP処理したときのCMP特性を比較例1として示す。
図6の縦軸は、エロージョン(erosion)/配線幅10
0μmの大きさ(nm)を表わし、横軸はオーバーポリ
ッシング(%)を表わしている。ここでのエロージョン
は、配線幅を100μmとし、+0〜100%の範囲で
オーバーポリッシングを行った場合の大きさを表す。つ
まり、前記エロージョンは配線溝内部以外のCu膜がな
くなるジャストポリッシングまでのポリッシング時間に
0〜100%のポリッシング時間を付加してオーバーポ
リッシングを行った場合の大きさを表す。
In the first embodiment, the CMP of the Cu film
FIG. 6 shows the CMP characteristics by the processing. In FIG. 6, except for using fumed silica particles as abrasive particles,
A CMP slurry having the same composition as in Example 1 and a Cu film formed on the Cu film under the same conditions using the polishing apparatus shown in FIGS.
The CMP characteristics after the MP treatment are shown as Comparative Example 1.
The vertical axis in FIG. 6 is erosion / wiring width 10
The value represents a size (nm) of 0 μm, and the horizontal axis represents overpolishing (%). The erosion here indicates a size when the wiring width is 100 μm and overpolishing is performed in a range of +0 to 100%. In other words, the erosion represents the size when the overpolishing is performed by adding a polishing time of 0 to 100% to the polishing time until the just polishing in which the Cu film other than the inside of the wiring groove disappears.

【0083】この図6から明らかなように研磨粒子とし
てフュームド法のシリカ粒子を用いた比較例1によれ
ば、エロージョンが400nm(配線幅100μm、+
100%オーバーポリッシュ)であった。また、比較例
1によるCu膜の研磨速度は、432nm/分であっ
た。
As is apparent from FIG. 6, according to Comparative Example 1 in which fumed silica particles were used as the abrasive particles, the erosion was 400 nm (wiring width 100 μm, +
100% over polish). The polishing rate of the Cu film according to Comparative Example 1 was 432 nm / min.

【0084】これに対し、研磨粒子として一次粒子径1
5nmの第1コロイダルシリカ粒子および一次粒子径4
1nmの第2コロイダルシリカ粒子を含む実施例1のC
MP用スラリによるCMP処理では、Cu膜の研磨速度
が520nm/分と約20%向上し、エロージョンが2
8nm(配線幅100μm、+100%オーバーポリッ
シュ)と飛躍的に改善できた。
On the other hand, the primary particles having a primary particle diameter of 1
5 nm primary colloidal silica particles and primary particle size 4
Example 1C containing 1 nm second colloidal silica particles
In the CMP process using the slurry for MP, the polishing rate of the Cu film is increased by about 20% to 520 nm / min, and erosion is reduced by 2%.
It was dramatically improved to 8 nm (wiring width 100 μm, + 100% over polish).

【0085】また、本実施例1で用いられるスラリ中の
第1コロイダルシリカ粒子と第2コロイダルシリカ粒子
との配合バランスは、図7に示す関係にある。図7にお
いて、縦軸左は、Cuの研磨速度(CuRR:nm/m
in)、縦軸右はエロージョンの大きさ(nm)を表わ
し、横軸は第1、第2のコロイダルシリカ粒子の合量に
占める第1コロイダルシリカの比率(重量割合)を表わ
している。曲線Fは、エロージョンの大きさを示す特性
曲線、曲線GはCu研磨速度を示す特性曲線、を表わし
ている。
The mixing balance between the first colloidal silica particles and the second colloidal silica particles in the slurry used in Example 1 has a relationship shown in FIG. In FIG. 7, the left vertical axis indicates the polishing rate of Cu (CuRR: nm / m).
in), the right side of the vertical axis represents the size of erosion (nm), and the horizontal axis represents the ratio (weight ratio) of the first colloidal silica to the total amount of the first and second colloidal silica particles. Curve F represents a characteristic curve representing the magnitude of erosion, and curve G represents a characteristic curve representing the Cu polishing rate.

【0086】図7から明らかなように第1、第2のコロ
イダルシリカ粒子の合量に占める第1コロイダルシリカ
の比率が0.6〜0.9の範囲において低エロージョ
ン、高研磨速度を両立できることがわかる。
As is clear from FIG. 7, a low erosion and a high polishing rate can both be achieved when the ratio of the first colloidal silica to the total amount of the first and second colloidal silica particles is in the range of 0.6 to 0.9. I understand.

【0087】また、第1、第2のコロイダルシリカ粒子
の合量に占める第1コロイダルシリカの比率が0.6〜
0.9の範囲においてTaN膜104の研磨速度を抑制
しつつ、Cu膜を高速研磨することが可能で、それら膜
の選択比を大きくできる。例えばTaN膜104の研磨
速度をCu膜のそれに対し1/5(約3nm/分)とす
ることができる。その結果、より確実にTaN膜104
でポリッシングのストッパとして機能させることができ
る。
The ratio of the first colloidal silica to the total amount of the first and second colloidal silica particles is from 0.6 to 0.6.
In the range of 0.9, the Cu film can be polished at a high speed while the polishing rate of the TaN film 104 is suppressed, and the selectivity of these films can be increased. For example, the polishing rate of the TaN film 104 can be reduced to 1/5 (about 3 nm / min) of that of the Cu film. As a result, the TaN film 104 is more reliably
Can function as a polishing stopper.

【0088】以上、本実施例1によればCuに対する研
磨速度の向上によりスループットの向上と、エロージョ
ン性が大幅に改善された高性能のCuダマシン配線の形
成とを達成することができる。
As described above, according to the first embodiment, it is possible to achieve an improvement in throughput due to an increase in the polishing rate for Cu, and the formation of a high-performance Cu damascene wiring with greatly improved erosion.

【0089】また、本実施例1で用いられるCMP用ス
ラリは研磨中の摩擦(テーブルモータのトルクセンサ電
流値)も小さいため、絶縁膜の剥がれに対しても有利で
ある。さらに、2種類のコロイダルシリカ粒子を混合す
ることによって、研磨速度のウエハ面内の均一性が改善
され、特にウエハエッジ部の研磨速度が向上するため、
配線のショート歩留まりが、比較例1のそれが80〜9
0%であったのに対し、100%に改善された。
The slurry for CMP used in the first embodiment also has a small friction during polishing (current value of the torque sensor of the table motor), which is advantageous for peeling of the insulating film. Further, by mixing the two types of colloidal silica particles, the uniformity of the polishing rate within the wafer surface is improved, and particularly, the polishing rate at the wafer edge is improved.
The short-circuit yield of the wiring was 80 to 9 in Comparative Example 1.
It was improved from 0% to 100%.

【0090】(実施例2)まず、図8の(a)に示すよ
うに例えば半導体素子などが作られたシリコン基板(シ
リコンウエハ)201上に絶縁膜202を形成した後、
この絶縁膜202を選択的にエッチングして深さ400
nmの配線溝203を形成した。前記絶縁膜202は、
多孔質膜や有機系膜のような柔らかく、脆く、剥がれ易
いlow−K膜である。つづいて、厚さ15nm程度の
バリア膜としてのNb膜204を前記絶縁膜202上お
よび前記配線溝203の内面に堆積させた。この後、厚
さ800nmのAl膜205をスパッタリング法により
堆積した。
Embodiment 2 First, as shown in FIG. 8A, an insulating film 202 is formed on a silicon substrate (silicon wafer) 201 on which, for example, semiconductor elements are formed.
This insulating film 202 is selectively etched to a depth of 400
A wiring groove 203 of nm was formed. The insulating film 202
It is a soft, brittle, and easily peelable low-K film such as a porous film or an organic film. Subsequently, an Nb film 204 as a barrier film having a thickness of about 15 nm was deposited on the insulating film 202 and on the inner surface of the wiring groove 203. Thereafter, an 800 nm-thick Al film 205 was deposited by a sputtering method.

【0091】次いで、前述した図1、図2に示すポリッ
シング装置および下記組成の第1CMP用スラリを用い
て下記条件で前記Al膜205表面をCMP処理するこ
とにより、図8の(b)に示すように前記配線溝203
にのみAl膜205を残存させた。このAl膜205の
研磨において、前記Nb膜204がストッパとして作用
する。このため、下記組成のようにフュームド法で形成
したアルミナとシリカの混合粒子を含むスラリを用いて
も、前述した脆弱な絶縁膜202に対するダメージを抑
制できる。
Next, the surface of the Al film 205 is subjected to the CMP treatment under the following conditions using the polishing apparatus shown in FIGS. 1 and 2 and the first CMP slurry having the following composition, as shown in FIG. So that the wiring groove 203
Only the Al film 205 was left. In polishing the Al film 205, the Nb film 204 functions as a stopper. Therefore, even if a slurry containing mixed particles of alumina and silica formed by the fumed method as described below is used, the above-described damage to the fragile insulating film 202 can be suppressed.

【0092】<第1CMP用スラリの組成> ・研磨粒子;フュームド法で形成したアルミナとシリカ
の混合粒子、 ・過硫酸アンモニウム(酸化剤):0.5wt%、 ・キナルジン酸(酸化抑制剤):0.02wt%、 <CMP処理条件> ・スラリの供給流量:200cc/分、 ・研磨パッド;Rodel社製商品名IC1000/S
UBA400、 ・トップリング(TR)の回転数;100rpm、 ・ターンテーブル(TT)回転数:100rpm、 ・荷重(DF):300g/cm2
<Composition of slurry for first CMP> Abrasive particles; mixed particles of alumina and silica formed by fumed method; ammonium persulfate (oxidizing agent): 0.5 wt%; quinaldic acid (oxidation inhibitor): 0 .02 wt%, <CMP treatment conditions> Slurry supply flow rate: 200 cc / min. Polishing pad: Brand name IC1000 / S manufactured by Rodel.
UBA400, rotation speed of top ring (TR): 100 rpm, rotation speed of turntable (TT): 100 rpm, load (DF): 300 g / cm 2 .

【0093】次いで、前記絶縁膜202上に位置する露
出したNb膜204部分を前述した図1、図2に示すポ
リッシング装置および下記組成の第2CMP用スラリを
用いて下記条件でCMP処理した。このCMP処理によ
り図8の(c)に示すように配線溝203にNb膜20
4を介して埋込まれたAl配線(Alダマシン配線)2
06が形成された。
Next, the exposed portion of the Nb film 204 located on the insulating film 202 was subjected to a CMP process using the polishing apparatus shown in FIGS. 1 and 2 and the second CMP slurry having the following composition under the following conditions. By this CMP process, the Nb film 20 is formed in the wiring groove 203 as shown in FIG.
Al wiring (Al damascene wiring) 2 buried through 4
06 was formed.

【0094】<第2CMP用スラリの組成> ・研磨粒子;一次粒子径15nm、会合度:3.0のコ
ロイダルシリカ:0.8wt%、 ・過硫酸アンモニウム(酸化剤):1wt%、 ・キナルジン酸(酸化抑制剤):0.05wt%、 ・カチオン界面活性剤:0.025wt%。
<Composition of the slurry for the second CMP> Abrasive particles; colloidal silica having a primary particle diameter of 15 nm and an association degree of 3.0: 0.8 wt%; ammonium persulfate (oxidizing agent): 1 wt%; quinaldic acid ( Oxidation inhibitor): 0.05 wt% Cationic surfactant: 0.025 wt%

【0095】<CMP処理条件> ・研磨パッド;ポリテックス社製商品名Polite
x、 ・スラリの供給流量:200cc/分、 ・トップリング(TR)の回転数;60rpm、 ・ターンテーブル(TT)回転数:100rpm、 ・荷重(DF):300g/cm2
<CMP treatment conditions> Polishing pad; trade name, Polite, manufactured by Polytex
x, the supply flow rate of the slurry: 200 cc / min, the number of revolutions of the top ring (TR): 60 rpm, the number of revolutions of the turntable (TT): 100 rpm, and the load (DF): 300 g / cm 2 .

【0096】このようなNb膜204のCMP処理にお
いて、柔らかく、脆く、且つ疎水性のlow−K絶縁膜
202にダメージを与えることなく研磨でき、ダマシン
配線206を形成することができた。
In the CMP treatment of the Nb film 204, the soft, brittle, and hydrophobic low-K insulating film 202 can be polished without damaging it, and the damascene wiring 206 can be formed.

【0097】また、本実施例2で用いられるスラリ中の
コロイダルシリカの一次粒子径と絶縁膜に対するスクラ
ッチとの関係を図9に示す。なお、コロイダルシリカの
会合度は3.0と一定にした。図9において、縦軸は8
インチウエハ上の絶縁膜に対するスクラッチ数(個)を
表わし、横軸はスラリに含有されるコロイダルシリカの
一次粒子径(nm)を表わしている。
FIG. 9 shows the relationship between the primary particle diameter of the colloidal silica in the slurry used in Example 2 and the scratch on the insulating film. The degree of association of colloidal silica was kept constant at 3.0. In FIG. 9, the vertical axis is 8
The number of scratches (pieces) on the insulating film on the inch wafer is shown, and the horizontal axis represents the primary particle diameter (nm) of colloidal silica contained in the slurry.

【0098】図9から明らかなように一次粒子径が30
nmを超える大きさのコロイダルシリカ粒子を研磨粒子
として含むスラリでCMP処理すると、low−K絶縁
膜へのスクラッチ数が急激に増加することがわかる。
As is clear from FIG. 9, the primary particle diameter is 30
It can be seen that the number of scratches on the low-K insulating film sharply increases when CMP is performed with a slurry containing colloidal silica particles having a size exceeding nm as abrasive particles.

【0099】これに対し、一次粒子径が5〜30nmの
コロイダルシリカ粒子を研磨粒子として含む本実施例の
スラリでCMP処理すると、low−K絶縁膜へのスク
ラッチ数がほぼゼロに激減できることがわかる。
On the other hand, when the slurry of this embodiment containing colloidal silica particles having a primary particle diameter of 5 to 30 nm as abrasive particles is subjected to the CMP treatment, the number of scratches on the low-K insulating film can be drastically reduced to almost zero. .

【0100】以上、本実施例2によれば有機系絶縁膜や
多孔質絶縁膜のように柔らかく、脆く、剥れ易いlow
−K膜に対しても、ダメージを与えることなくCMP処
理をすることが可能となる。そのため、ダマシン配線を
多層に形成した場合、各層でのスクラッチに起因する上
層膜の剥れ、配線形成時のメタル残りのための電流ショ
ート、リソグラフィプロセスのフォーカスずれによるパ
ターン形状の異常等を大幅に改善することができる。
As described above, according to the second embodiment, a soft, brittle, and easily peelable low like an organic insulating film or a porous insulating film.
The CMP process can be performed without damaging the −K film. Therefore, when damascene wiring is formed in multiple layers, the upper layer film peels due to scratches in each layer, current shortage due to metal remaining at the time of wiring formation, abnormal pattern shape due to focus shift in the lithography process, etc. Can be improved.

【0101】(実施例3)半導体素子などが作られたシ
リコン基板(シリコンウエハ)の例えば酸化シリコンか
らなる絶縁膜上に堆積されたCu膜を前述した図1、図
2に示すポリッシング装置および下記組成のCMP用ス
ラリを用いて下記条件でCMP処理した以外、実施例1
と同様な方法により配線溝にTaN膜を介して埋込まれ
たCu配線(Cuダマシン配線)を形成して半導体装置
を製造した。
(Example 3) A Cu film deposited on an insulating film made of, for example, silicon oxide on a silicon substrate (silicon wafer) on which a semiconductor element and the like are formed is subjected to the polishing apparatus shown in FIGS. Example 1 except that CMP was performed using the CMP slurry having the composition under the following conditions.
A Cu wiring (Cu damascene wiring) buried in the wiring groove via the TaN film was formed in the same manner as described above to manufacture a semiconductor device.

【0102】<CMP用スラリの組成> ・研磨粒子;会合度の異なる一次粒子径25nmのコロ
イダルシリカ粒子:1.0wt%、 ・過硫酸アンモニウム(酸化剤):1wt%、 ・キナルジン酸(酸化抑制剤):0.5wt%、 ・ドデシルベンゼンスルホン酸カリウム:0.06wt
%、 ・pH;9.2(水酸化カリウム水溶液を加えて調
節)。
<Composition of CMP slurry> Abrasive particles: Colloidal silica particles having a primary particle diameter of 25 nm having different association degrees: 1.0 wt%, ammonium persulfate (oxidizing agent): 1 wt%, quinaldic acid (oxidizing inhibitor) ): 0.5 wt%, potassium dodecylbenzenesulfonate: 0.06 wt
%; PH: 9.2 (adjusted by adding aqueous potassium hydroxide solution).

【0103】<CMP処理条件> ・研磨パッド;Rodel社製商品名IC1000/S
UBA400、 ・スラリの供給流量:200cc/分、 ・トップリング(TR)の回転数;100rpm、 ・ターンテーブル(TT)回転数:100rpm、 ・荷重(DF):300g/cm2
<CMP Processing Conditions> Polishing pad; trade name IC1000 / S manufactured by Rodel
UBA400, • Slurry supply flow rate: 200 cc / min, • Top ring (TR) rotation speed: 100 rpm, • Turntable (TT) rotation speed: 100 rpm, • Load (DF): 300 g / cm 2 .

【0104】本実施例3で用いられるCMP用スラリ中
の研磨粒子であるコロイダルシリカ粒子の会合度に対す
るCu研磨速度(CuRR:)およびエロージョンの関
係を図10に示す。図10において、縦軸左はCuの研
磨速度(nm/min)、縦軸右はエロージョンの大き
さ(nm)を表わし、横軸はスラリに含まれるコロイダ
ル粒子の会合度を表している。曲線Hは、会合度の変化
に伴うCu研磨速度を示す特性曲線、曲線Iは会合度の
変化に伴うエロージョンの大きさを示す特性曲線、を表
わしている。
FIG. 10 shows the relationship between the Cu polishing rate (CuRR :) and the erosion with respect to the degree of association of the colloidal silica particles which are the abrasive particles in the slurry for CMP used in Example 3. In FIG. 10, the left vertical axis represents the polishing rate (nm / min) of Cu, the right vertical axis represents the size of erosion (nm), and the horizontal axis represents the degree of association of the colloidal particles contained in the slurry. Curve H represents a characteristic curve representing the Cu polishing rate with a change in the degree of association, and curve I represents a characteristic curve representing the magnitude of erosion with a change in the degree of association.

【0105】図10から明らかなようにエロージョン
は、スラリ中のコロイダルシリカ粒子の会合度が増加す
るに従って劣化する方向ヘシフトする。さらに、コロイ
ダルシリカ粒子の会合度が5を越えると、Cu膜及びT
aN膜上に細かなスクラッチが多く発生することが確認
された。
As is clear from FIG. 10, the erosion shifts to a direction in which the erosion deteriorates as the degree of association of the colloidal silica particles in the slurry increases. Further, when the degree of association of the colloidal silica particles exceeds 5, the Cu film and T
It was confirmed that many fine scratches were generated on the aN film.

【0106】これに対し、会合度が5以下のコロイダル
シリカ粒子を含む本実施形態のスラリによりCu膜をC
MP処理した場合、研磨速度が低くなるものの、Cu膜
表面のエロージョンを抑制できることがわかる。
On the other hand, the slurry of the present embodiment containing colloidal silica particles having an association degree of 5 or less
It can be seen that when the MP treatment is performed, the erosion on the surface of the Cu film can be suppressed although the polishing rate is reduced.

【0107】例えば、会合度3で一次粒子径25nmの
コロイダルシリカ粒子を含むスラリを用いると、前述し
た研磨粒子としてフュームド法のシリカ粒子を含む比較
例1のスラリによるエロージョン116nm(図6参
照)から68nmとエロージョンを小さくすることがで
きる。
For example, when a slurry containing colloidal silica particles having an association degree of 3 and a primary particle diameter of 25 nm is used, the erosion of the slurry of Comparative Example 1 containing fumed silica particles as the above-mentioned abrasive particles was 116 nm (see FIG. 6). Erosion can be reduced to 68 nm.

【0108】以上、本実施例3によればCuなど金属膜
の研磨速度の向上と、エロージョンの大幅な改善が達成
され、例えばCuダマシン配線を容易に形成することが
可能になる。
As described above, according to the third embodiment, the polishing rate of a metal film such as Cu can be improved, and the erosion can be greatly improved. For example, Cu damascene wiring can be easily formed.

【0109】(実施例4)まず、図11の(a)に示す
ように例えば半導体素子などが作られたシリコン基板
(シリコンウエハ)301上に例えば酸化シリコンから
なる絶縁膜302を形成した後、表面を平坦化した。つ
づいて、この絶縁膜302を選択的にエッチングして深
さ400nmの配線溝303を形成した。ひきつづき、
厚さ15nm程度のバリア膜としてのTiN膜304を
前記絶縁膜302上および前記配線溝303の内面に堆
積させた。この後、厚さ600nmのW膜305をCV
D法により堆積した。
Embodiment 4 First, as shown in FIG. 11A, an insulating film 302 made of, for example, silicon oxide is formed on a silicon substrate (silicon wafer) 301 on which, for example, semiconductor elements are formed. The surface was flattened. Subsequently, the insulating film 302 was selectively etched to form a wiring groove 303 having a depth of 400 nm. Continued,
A TiN film 304 as a barrier film having a thickness of about 15 nm was deposited on the insulating film 302 and on the inner surface of the wiring groove 303. Thereafter, the W film 305 having a thickness of 600 nm is
Deposited by D method.

【0110】次いで、前述した図1、図2に示すポリッ
シング装置および下記組成のCMP用スラリを用いて下
記条件で前記W膜305およびTiN膜304を順次C
MP処理した。このCMP処理により図11の(b)に
示すように配線溝303にTiN膜304を介して埋込
まれたW配線(Wダマシン配線)306が形成された。
Next, the W film 305 and the TiN film 304 are successively formed under the following conditions using the polishing apparatus shown in FIGS. 1 and 2 and a slurry for CMP having the following composition.
MP treated. As a result of this CMP processing, a W wiring (W damascene wiring) 306 buried in the wiring groove 303 via the TiN film 304 was formed as shown in FIG.

【0111】<CMP用スラリの組成> ・研磨粒子;一次粒子径15nm、会合度3.0の第1
コロイダルシリカ粒子:2.5wt%、一次粒子径41
nm、会合度3.0の第2コロイダルシリカ粒子:0.
3wt%、一次粒子径15nm、会合度1.5のコロイ
ダルアルミナ粒子:0.2wt%、 ・硝酸第二鉄(酸化剤):5wt%、 ・過硫酸アンモニウム(酸化剤):0.5wt%、 ・マロン酸(酸化抑制剤):1wt%、 ・pH;1.5。
<Composition of slurry for CMP> Abrasive particles: primary particles having a primary particle diameter of 15 nm and an association degree of 3.0
Colloidal silica particles: 2.5 wt%, primary particle diameter 41
Second colloidal silica particles having an association degree of 3.0 nm: 0.
3 wt%, colloidal alumina particles having a primary particle diameter of 15 nm and a degree of association of 1.5: 0.2 wt%, ferric nitrate (oxidizing agent): 5 wt%, ammonium persulfate (oxidizing agent): 0.5 wt%, Malonic acid (oxidation inhibitor): 1 wt%, pH: 1.5.

【0112】<CMP処理条件> ・研磨パッド;Rodel社製商品名IC1000/S
UBA400、 ・スラリの供給流量:200cc/分、 ・トップリング(TR)の回転数;100rpm、 ・ターンテーブル(TT)回転数:100rpm、 ・荷重(DF):300g/cm2、 ・研磨時間:160秒間。
<CMP Processing Conditions> Polishing pad; trade name IC1000 / S manufactured by Rodel
UBA400, • Slurry supply flow rate: 200 cc / min, • Top ring (TR) rotation speed: 100 rpm, • Turntable (TT) rotation speed: 100 rpm, • Load (DF): 300 g / cm 2 , • Polishing time: 160 seconds.

【0113】本実施例4によれば、エロージョン(配線
幅:5μm、+50%のオーバーポリッシュ)は30n
mであり、前述した研磨粒子としてフュームド法のシリ
カ粒子を含む比較例1のスラリを用いた場合(研磨時間
210秒でエロージョンが180nm)に比べてエロー
ジョンが改善された。
According to the fourth embodiment, the erosion (wiring width: 5 μm, + 50% over polish) is 30 n
The erosion was improved as compared with the case of using the slurry of Comparative Example 1 containing fumed silica particles as the above-mentioned abrasive particles (polishing time: 210 seconds, erosion: 180 nm).

【0114】なお、前記実施例1で用いた第1、第2の
コロイダルシリカ粒子を研磨粒子として含むCMP用ス
ラリを前記実施例2のNb膜のようなバリア膜のCMP
処理に適用しても、実施例2と同様にそのNb膜の下地
膜である有機系絶縁膜や多孔質絶縁膜のように柔らか
く、脆く、剥れ易いlow−K膜に対して、ダメージを
与えることなくCMP処理をすることができる。
The slurry for CMP containing the first and second colloidal silica particles used as the abrasive particles in the first embodiment was used for the CMP of the barrier film such as the Nb film in the second embodiment.
Even when applied to the treatment, similarly to the second embodiment, damage is applied to a soft, brittle, and easily peelable low-K film such as an organic insulating film or a porous insulating film which is a base film of the Nb film. The CMP process can be performed without giving.

【0115】[0115]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、導
電性材料膜のCMP処理に際し、低エロージョンおよび
低スクラッチ化を図ることが可能なCMP用スラリを提
供することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a slurry for CMP which can achieve low erosion and low scratch in the CMP treatment of the conductive material film.

【0116】また、本発明によれば導電性材料膜のCM
P処理に際し、CMPの高速化と低エロージョンおよび
低スクラッチ化とを図ることが可能なCMP用スラリを
提供することができる。
According to the present invention, the conductive material film CM
In the P treatment, it is possible to provide a CMP slurry capable of achieving high-speed CMP, low erosion, and low scratch.

【0117】さらに、本発明によれば絶縁膜の配線溝に
埋込まれた低エロージョンおよび低スクラッチの配線
(例えばダマシン配線)の形成を可能にした半導体装置
の製造方法を提供することができる。
Further, according to the present invention, it is possible to provide a method of manufacturing a semiconductor device which enables formation of low erosion and low scratch wiring (for example, damascene wiring) embedded in a wiring groove of an insulating film.

【0118】さらに、本発明によれば絶縁膜の配線溝に
導電性バリア膜を介して埋込まれた低エロージョンおよ
び低スクラッチの配線(例えばダマシン配線)の形成を
可能にした半導体装置の製造方法を提供することができ
る。
Further, according to the present invention, a method of manufacturing a semiconductor device capable of forming low erosion and low scratch wiring (eg, damascene wiring) embedded in a wiring groove of an insulating film via a conductive barrier film. Can be provided.

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

【図1】CMP処理に使用されるポリッシング装置を示
す断面図。
FIG. 1 is a sectional view showing a polishing apparatus used for a CMP process.

【図2】図1のポリッシング装置の要部を示す斜視図。FIG. 2 is a perspective view showing a main part of the polishing apparatus of FIG. 1;

【図3】CMP用スラリに含まれるコロイダル粒子とフ
ュームド粒子のバラツキを示すグラフ。
FIG. 3 is a graph showing the dispersion of colloidal particles and fumed particles contained in a slurry for CMP.

【図4】CMP用スラリに含まれるコロイダル粒子径と
Cu研磨速度(CuRR)およびエロージョンとの関係
を示すグラフ。
FIG. 4 is a graph showing a relationship between a colloidal particle diameter contained in a slurry for CMP, a Cu polishing rate (CuRR), and erosion.

【図5】本発明の実施例1における半導体装置の製造工
程を示す断面図。
FIG. 5 is a sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

【図6】図6は、実施例1および比較例1のCMP処理
によるオーバポリッシングとエロージョンの度合との関
係(CMP特性)を示すグラフ。
FIG. 6 is a graph showing a relationship (CMP characteristics) between the degree of erosion and overpolishing by the CMP processing in Example 1 and Comparative Example 1.

【図7】実施例1のCMP処理における第1、第2コロ
イダルシリカ粒子の配合バランスとCu研磨速度(Cu
RR)およびエロージョンとの関係を示すグラフ。
FIG. 7 is a diagram showing the balance between the first and second colloidal silica particles and the Cu polishing rate (Cu polishing rate) in the CMP treatment of Example 1.
9 is a graph showing the relationship between (RR) and erosion.

【図8】本発明の実施例2における半導体装置の製造工
程を示す断面図。
FIG. 8 is a sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.

【図9】実施例2のCMP処理におけるコロイダル粒子
径とスクラッチ数との関係を説明するグラフ。
FIG. 9 is a graph for explaining the relationship between the colloidal particle diameter and the number of scratches in the CMP process of Example 2.

【図10】実施例3のCMP用スラリに含まれるコロイ
ダル粒子の会合度とCu研磨速度(CuRR)およびエ
ロージョンとの関係を示すグラフ。
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the degree of association of colloidal particles contained in the CMP slurry of Example 3 and Cu polishing rate (CuRR) and erosion.

【図11】本発明の実施例4における半導体装置の製造
工程を示す断面図。
FIG. 11 is a sectional view illustrating a manufacturing step of a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20…半導体ウェハ、 21…ステージ、 24…研磨盤、 25…研磨パッド、 31…吸着盤(トップリング)、 38…スラリ供給管、 101,201,301…シリコン基板、 102,202,302…絶縁膜、 103,203,303…配線溝、 104…TaN膜、 105…Cu膜、 106,206,306…配線、 204…Nb膜、 205…Al膜、 304…TiN膜、 305…W膜。 Reference Signs List 20: semiconductor wafer, 21: stage, 24: polishing disk, 25: polishing pad, 31: suction disk (top ring), 38: slurry supply pipe, 101, 201, 301: silicon substrate, 102, 202, 302: insulation Films, 103, 203, 303: wiring groove, 104: TaN film, 105: Cu film, 106, 206, 306: wiring, 204: Nb film, 205: Al film, 304: TiN film, 305: W film.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/3205 H01L 21/88 K M R (72)発明者 倉嶋 延行 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 矢野 博之 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 川橋 信夫 東京都中央区築地2丁目11番24号 ジェイ エスアール株式会社内 (72)発明者 服部 雅幸 東京都中央区築地2丁目11番24号 ジェイ エスアール株式会社内 (72)発明者 西元 和男 東京都中央区築地2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 CB10 DA02 DA12 DA17 5F033 HH08 HH09 HH11 HH12 HH17 HH18 HH19 HH20 HH21 HH27 HH32 HH33 HH34 MM01 MM12 MM13 PP15 PP27 QQ09 QQ48 QQ49 QQ50 RR04 RR11 RR21 RR29 SS04 WW01 WW04 XX00 XX01 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 21/3205 H01L 21/88 KMR (72) Inventor Nobuyuki Kurashima Shinsugita-machi, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa No. 8 In the Toshiba Yokohama office of the Company Limited (72) Inventor Hiroyuki Yano 8 in Shinsugita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture In the Yokohama office of the Toshiba Corporation (72) Inventor Nobuo Kawabashi 2-11-24 Tsukiji, Chuo-ku, Tokyo No. Within JSR Co., Ltd. (72) Masayuki Hattori Inventor, Masayuki Hattori 2-1-1-24 Tsukiji, Chuo-ku, Tokyo Inside JSR Co., Ltd. (72) Kazuo Nishimoto 2-11-24, Tsukiji, Chuo-ku, Tokyo JSR Co., Ltd. F term in the company (reference) 3C058 AA07 CB01 CB10 DA02 DA12 DA17 5F033 HH08 HH09 HH11 HH12 HH17 HH18 HH19 HH20 HH21 HH27 HH 32 HH33 HH34 MM01 MM12 MM13 PP15 PP27 QQ09 QQ48 QQ49 QQ50 RR04 RR11 RR21 RR29 SS04 WW01 WW04 XX00 XX01

Claims (21)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一次粒子径が5〜30nmで、会合度が
5以下のコロイダル粒子からなる研磨粒子を含むことを
特徴とする化学機械研磨用スラリ。
1. A slurry for chemical mechanical polishing comprising abrasive particles composed of colloidal particles having a primary particle diameter of 5 to 30 nm and an association degree of 5 or less.
【請求項2】 前記コロイダル粒子は、コロイダルシリ
カ粒子であることを特徴とする請求項1記載の化学機械
研磨用スラリ。
2. The slurry for chemical mechanical polishing according to claim 1, wherein the colloidal particles are colloidal silica particles.
【請求項3】 前記コロイダル粒子が会合している場
合、その会合した二次粒子は粒径が100nm以下であ
ることを特徴とする請求項1記載の化学機械研磨用スラ
リ。
3. The slurry for chemical mechanical polishing according to claim 1, wherein when the colloidal particles are associated, the associated secondary particles have a particle size of 100 nm or less.
【請求項4】 前記研磨粒子は、前記スラリ中に0.5
〜5重量%含有されることを特徴とする請求項1記載の
化学機械研磨用スラリ。
4. The method according to claim 1, wherein the abrasive particles comprise 0.5
The slurry for chemical mechanical polishing according to claim 1, which is contained in an amount of 5 to 5% by weight.
【請求項5】 一次粒子径が5〜20nmの第1コロイ
ダル粒子と、一次粒子径が20nmを超える大きさで、
前記第1コロイダル粒子と同一材料の第2コロイダル粒
子とを含み、かつ前記第1、第2のコロイダル粒子の合
量に占める前記第1コロイダル粒子が重量比で0.6〜
0.9である研磨粒子を含有することを特徴とする化学
機械研磨用スラリ。
5. A first colloidal particle having a primary particle diameter of 5 to 20 nm, a primary colloidal particle having a primary particle diameter exceeding 20 nm,
The first colloidal particles include the first colloidal particles and the second colloidal particles of the same material, and the weight ratio of the first colloidal particles to the total amount of the first and second colloidal particles is 0.6 to
A slurry for chemical mechanical polishing, comprising abrasive particles having a particle diameter of 0.9.
【請求項6】 前記第1、第2のコロイダル粒子は、コ
ロイダルシリカ粒子であることを特徴とする請求項5記
載の化学機械研磨用スラリ。
6. The slurry for chemical mechanical polishing according to claim 5, wherein the first and second colloidal particles are colloidal silica particles.
【請求項7】 前記研磨粒子は、前記第1、第2のコロ
イダル粒子と異なる材料からなる第3粒子をさらに含む
ことを特徴とする請求項5記載の化学機械研磨用スラ
リ。
7. The slurry for chemical mechanical polishing according to claim 5, wherein the abrasive particles further include third particles made of a material different from the first and second colloidal particles.
【請求項8】 前記第3粒子は、コロイダルアルミナ粒
子であることを特徴とする請求項7記載の化学機械研磨
用スラリ。
8. The slurry according to claim 7, wherein the third particles are colloidal alumina particles.
【請求項9】 前記研磨粒子は、前記スラリ中に0.5
〜5重量%含有されることを特徴とする請求項5記載の
化学機械研磨用スラリ。
9. The method according to claim 9, wherein the abrasive particles comprise 0.5
The slurry for chemical mechanical polishing according to claim 5, which is contained in an amount of 5 to 5% by weight.
【請求項10】 さらに酸化剤および酸化抑制剤を含有
することを特徴とする請求項1〜9いずれか記載の化学
機械研磨用スラリ。
10. The slurry for chemical mechanical polishing according to claim 1, further comprising an oxidizing agent and an oxidation inhibitor.
【請求項11】 前記酸化抑制剤は、キナルジン酸、キ
ノリン酸およびグリシンから選ばれる少なくとも1つで
あることを特徴とする請求項10記載の化学機械研磨用
スラリ。
11. The slurry for chemical mechanical polishing according to claim 10, wherein the oxidation inhibitor is at least one selected from quinaldic acid, quinolinic acid, and glycine.
【請求項12】 さらに界面活性剤を含有することを特
徴とする請求項1〜11いずれか記載の化学機械研磨用
スラリ。
12. The slurry for chemical mechanical polishing according to claim 1, further comprising a surfactant.
【請求項13】 前記界面活性剤は、ドデシルベンゼン
スルホン酸塩であることを特徴とする請求項12記載の
化学機械研磨用スラリ。
13. The slurry for chemical mechanical polishing according to claim 12, wherein the surfactant is dodecylbenzene sulfonate.
【請求項14】 半導体基板上に形成された絶縁膜表面
に配線溝を形成する工程と、 前記配線溝内部を含む前記絶縁膜上に導電性材料膜を堆
積させる工程と、 一次粒子径が5〜30nmで、会合度が5以下のコロイ
ダル粒子からなる研磨粒子を含む化学機械研磨用スラ
リ、または一次粒子径が5〜20nmの第1コロイダル
粒子と、一次粒子径が20nmを超える大きさで、前記
第1コロイダル粒子と同一材料の第2コロイダル粒子と
を含み、かつ前記第1、第2のコロイダル粒子の合量に
占める前記第1コロイダル粒子が重量比で0.6〜0.
9である研磨粒子を含有する化学機械研磨用スラリを少
なくとも用いて前記導電性材料膜を化学機械研磨し、前
記配線溝に埋込まれた前記導電性材料膜以外の導電性材
料膜を除去する工程とを含むことを特徴とする半導体装
置の製造方法。
14. A step of forming a wiring groove on the surface of an insulating film formed on a semiconductor substrate; a step of depositing a conductive material film on the insulating film including the inside of the wiring groove; 3030 nm, the degree of association is a slurry for chemical mechanical polishing containing abrasive particles composed of colloidal particles of 5 or less, or the primary colloidal particles having a primary particle diameter of 5 to 20 nm, and the primary particle diameter is greater than 20 nm, The first colloidal particles include the first colloidal particles and the second colloidal particles of the same material, and the weight ratio of the first colloidal particles to the total amount of the first and second colloidal particles is 0.6 to 0.
The conductive material film is chemically and mechanically polished using at least a slurry for chemical mechanical polishing containing abrasive particles of No. 9 to remove a conductive material film other than the conductive material film embedded in the wiring groove. And a method of manufacturing a semiconductor device.
【請求項15】 前記導電性材料膜は、配線材料膜であ
ることを特徴とする請求項14記載の半導体装置の製造
方法。
15. The method according to claim 14, wherein the conductive material film is a wiring material film.
【請求項16】 前記配線材料膜は、銅膜であることを
特徴とする請求項15記載の半導体装置の製造方法。
16. The method according to claim 15, wherein the wiring material film is a copper film.
【請求項17】 前記導電性材料膜は、TiN、Ti、
Nb、W,WN,TaN,TaSiN,Ta,V,M
o,ZrおよびZrNから選ばれる少なくとも1つの導
電性バリア膜とこのバリア膜に積層された配線材料膜と
の2層以上の積層膜で、前記配線材料膜を前記化学機械
研磨用スラリを用いて化学機械研磨することを特徴とす
る請求項14記載の半導体装置の製造方法。
17. The method according to claim 17, wherein the conductive material film includes TiN, Ti,
Nb, W, WN, TaN, TaSiN, Ta, V, M
The wiring material film is formed by using the chemical mechanical polishing slurry with two or more layers of at least one conductive barrier film selected from o, Zr and ZrN and a wiring material film laminated on the barrier film. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 14, wherein chemical mechanical polishing is performed.
【請求項18】 前記導電性材料膜は、TiN、Ti、
Nb、W,WN,TaN,TaSiN,Ta,V,M
o,ZrおよびZrNから選ばれる少なくとも1つの導
電性バリア膜とこのバリア膜に積層された配線材料膜と
の2層以上の積層膜で、この導電性材料膜を前記第1、
第2のコロイダル粒子と異なる材料からなる第3粒子を
さらに含む化学機械研磨用スラリを用いて化学機械研磨
し、前記配線溝に埋込まれた前記導電性材料膜以外の導
電性材料膜を除去することを特徴とする請求項14記載
の半導体装置の製造方法。
18. The method according to claim 18, wherein the conductive material film includes TiN, Ti,
Nb, W, WN, TaN, TaSiN, Ta, V, M
o, Zr, and ZrN, two or more stacked films of at least one conductive barrier film selected from the group consisting of at least one conductive barrier film and a wiring material film stacked on the barrier film.
Chemical mechanical polishing is performed using a chemical mechanical polishing slurry further including third particles made of a material different from the second colloidal particles to remove a conductive material film other than the conductive material film embedded in the wiring groove. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 14, wherein:
【請求項19】 半導体基板上に形成された絶縁膜表面
に配線溝を形成する工程と、 前記配線溝の内面を含む前記絶縁膜上に導電性バリア膜
を堆積させる工程と、前記導電性バリア膜上に前記配線
溝が埋まるように配線材料膜を堆積させる工程と、 前記配線材料膜を化学機械研磨し、前記配線溝の内面を
除く前記絶縁膜上の導電性バリア膜をストッパとして前
記配線溝内に埋込まれた前記配線材料膜以外の配線材料
膜を除去する工程と一次粒子径が5〜30nmで、会合
度が5以下のコロイダル粒子からなる研磨粒子を含む化
学機械研磨用スラリ、または一次粒子径が5〜20nm
の第1コロイダル粒子と、一次粒子径が20nmを超え
る大きさで、前記第1コロイダル粒子と同一材料の第2
コロイダル粒子とを含み、かつ前記第1、第2のコロイ
ダル粒子の合量に占める前記第1コロイダル粒子が重量
比で0.6〜0.9である研磨粒子を含有する化学機械
研磨用スラリを用いて前記絶縁膜上の導電性バリア膜部
分を化学機械研磨する工程とを含むことを特徴とする半
導体装置の製造方法。
19. A step of forming a wiring groove on a surface of an insulating film formed on a semiconductor substrate; a step of depositing a conductive barrier film on the insulating film including an inner surface of the wiring groove; Depositing a wiring material film on the film so as to fill the wiring groove; and chemically and mechanically polishing the wiring material film, and using the conductive barrier film on the insulating film excluding the inner surface of the wiring groove as a stopper to form the wiring A step of removing a wiring material film other than the wiring material film embedded in the groove and a slurry for chemical mechanical polishing comprising abrasive particles composed of colloidal particles having a primary particle diameter of 5 to 30 nm and an association degree of 5 or less; Or the primary particle size is 5-20 nm
And a second colloidal particle having a primary particle size of more than 20 nm and the same material as the first colloidal particle.
A slurry for chemical mechanical polishing, comprising abrasive particles comprising colloidal particles, and wherein the first colloidal particles occupy 0.6 to 0.9 by weight in the total amount of the first and second colloidal particles. Subjecting the conductive barrier film portion on the insulating film to chemical mechanical polishing using the method.
【請求項20】 前記絶縁膜は、SiO2に比べて低誘
電率の多孔質膜または有機膜であることを特徴とする請
求項19記載の半導体装置の製造方法。
20. The method according to claim 19, wherein the insulating film is a porous film or an organic film having a lower dielectric constant than SiO 2 .
【請求項21】 前記導電性バリア膜は、TiN、T
i、Nb、W,WN,TaN,TaSiN,Ta,V,
Mo,ZrおよびZrNから選ばれる1層または2層以
上から作られることを特徴とする請求項19記載の半導
体装置の製造方法。
21. The conductive barrier film is made of TiN, T
i, Nb, W, WN, TaN, TaSiN, Ta, V,
20. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 19, wherein the semiconductor device is made of one or more layers selected from Mo, Zr, and ZrN.
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