JP2003017448A - Metal abrasives, metal abrasive composition and polishing method - Google Patents

Metal abrasives, metal abrasive composition and polishing method

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JP2003017448A
JP2003017448A JP2001198633A JP2001198633A JP2003017448A JP 2003017448 A JP2003017448 A JP 2003017448A JP 2001198633 A JP2001198633 A JP 2001198633A JP 2001198633 A JP2001198633 A JP 2001198633A JP 2003017448 A JP2003017448 A JP 2003017448A
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Japan
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metal
polishing
group
polishing composition
abrasive
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JP2001198633A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazumasa Ueda
和正 上田
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Sumitomo Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Chemical Co Ltd
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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide metal abrasives, capable of suppressing occurrence of damages on a polishing surface and suppressing dishing, by rapidly polishing the metal and to provide a metal abrasive composition, and to provide a method for polishing using them. SOLUTION: The metal abrasives comprises chelate resin particles, containing an aminocarboxylic acid or an iminodiacetic acid as functional groups, in such a manner that paired ions of the functional group are at least one type selected from among a group consisting of hydrogen ion and ammonium ion, represented by the formula<+> NR1 R2 R3 R4 , (wherein R1 , R2 , R3 and R4 are each independently a hydrogen atom, 1-5C saturated alkyl group or benzyl group).

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、金属研磨材、金属
研磨組成物、及びそれらを用いる研磨方法に関する。さ
らに詳しくは、半導体素子の製造に用いられる金属膜、
特に銅系金属膜を研磨するための金属研磨材、金属研磨
組成物及び該研磨組成物を用いる研磨方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a metal abrasive, a metal polishing composition, and a polishing method using them. More specifically, a metal film used for manufacturing a semiconductor device,
In particular, it relates to a metal abrasive for polishing a copper-based metal film, a metal polishing composition, and a polishing method using the polishing composition.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、LSIの高集積化、高性能化のた
めに様々な微細加工技術が研究開発されている。これら
の中で化学的機械研磨方法(ケミカルメカニカルポリシ
ング、以下CMPと略記することがある)が注目されて
いる。CMPは、研磨組成物と被研磨体の間の化学的作
用と機械的作用とを複合化した技術であり、特に多層配
線形成工程における層間絶縁膜の平坦化、金属プラグ形
成、埋め込み金属配線形成等において必須の技術となっ
ている。
2. Description of the Related Art In recent years, various fine processing techniques have been researched and developed for higher integration and higher performance of LSI. Among them, a chemical mechanical polishing method (chemical mechanical polishing, sometimes abbreviated as CMP hereinafter) has been attracting attention. CMP is a technique that combines a chemical action and a mechanical action between a polishing composition and an object to be polished, and particularly flattening of an interlayer insulating film, formation of a metal plug, formation of a buried metal wiring in a multilayer wiring forming process. It has become an indispensable technology in such cases.

【0003】LSIの高速化の観点から、低い抵抗を有
する金属を用いた埋め込み配線の形成が活発に検討され
ており、これに伴って、低い抵抗を有する金属研磨材に
ついて、種々の検討が行なわれている。
From the viewpoint of increasing the speed of LSIs, the formation of embedded wiring using a metal having a low resistance has been actively studied, and accordingly, various studies have been conducted on a metal abrasive having a low resistance. Has been.

【0004】例えば、研磨速度を向上させるために、銅
イオンと反応して水溶性の銅錯体を形成する錯化剤(例
えば、アミンやグリシン等)等のエッチング性添加剤を
金属研磨材に含有させることにより、エッチングを行い
ながら高速に研磨する方法が知られている。しかしなが
ら、半導体基板上に形成された金属配線を研磨する際、
エッチング性添加剤を含有する研磨組成物では金属が等
方的にエッチングされ、特に溝や開口部に埋め込まれた
金属配線膜の中心部の厚さが薄くなるディッシング(D
ishing)が生じ、平坦性が損なわれるだけでな
く、抵抗値が高くなるなどの問題があった。
For example, in order to improve the polishing rate, the metal abrasive contains an etching additive such as a complexing agent (eg, amine or glycine) which reacts with copper ions to form a water-soluble copper complex. By doing so, a method of polishing at a high speed while performing etching is known. However, when polishing the metal wiring formed on the semiconductor substrate,
In the polishing composition containing an etching additive, the metal is isotropically etched, and the thickness of the central portion of the metal wiring film embedded in the groove or opening becomes thin (D
There is a problem that the resistance value becomes high as well as the flatness is impaired due to the occurrence of ashing).

【0005】また、硬度が低い銅系金属を研磨するため
に、軟質な有機高分子化合物を主成分とする研磨粒子を
使用する方法が提案されているが、エッチング性添加剤
を含有させなければ高い研磨速度が得られず、エッチン
グ性添加剤を添加すると、上記と同様にディッシングが
生じるという問題があった。
Further, a method of using abrasive particles containing a soft organic polymer compound as a main component for polishing a copper-based metal having a low hardness has been proposed. However, if an etching additive is not included. There was a problem that a high polishing rate could not be obtained, and when an etching additive was added, dishing occurred as in the above case.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、金属
を高速に研磨し、研磨表面への傷の発生を抑制し、ディ
ッシングを抑制し得る金属研磨材、金属研磨組成物、及
びそれらを用いる研磨方法を提供することにある。
DISCLOSURE OF THE INVENTION An object of the present invention is to polish a metal at a high speed, suppress the generation of scratches on the polished surface, and suppress dishing, a metal polishing composition, and a metal polishing composition therefor. It is to provide a polishing method to be used.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記した
ような問題がない金属研磨材を見出すべく鋭意検討を重
ねた結果、特定の官能基および対イオンを有するキレー
ト樹脂粒子からなる金属研磨材が、金属を高速に研磨
し、研磨表面への傷の発生を抑制し、かつディッシング
を抑制し得ることを見出し、本発明を完成するに至っ
た。
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies to find a metal abrasive free from the above problems, the present inventors have found that a metal composed of chelate resin particles having a specific functional group and a counter ion. The inventors have found that an abrasive can polish metal at high speed, suppress the generation of scratches on the polished surface, and suppress dishing, and have completed the present invention.

【0008】即ち、本発明は、〔1〕アミノカルボン
酸、又はイミノ二酢酸を官能基として有するキレート樹
脂粒子からなる金属研磨材であり、該官能基の対イオン
が水素イオンおよび下記一般式で表されるアンモニウム
イオンからなる群から選ばれた少なくとも1種であるこ
とを特徴とする金属研磨材に係るものである。+ NR1234 (式中、R1、R2、R3及びR4は、それぞれ独立に、水
素原子、炭素数1〜5個を有するアルキル基またはベン
ジル基を表す)
That is, the present invention is [1] a metal abrasive comprising chelate resin particles having aminocarboxylic acid or iminodiacetic acid as a functional group, the counterion of the functional group being hydrogen ion and the following general formula: The present invention relates to a metal abrasive, which is at least one selected from the group consisting of the ammonium ions represented. + NR 1 R 2 R 3 R 4 (in the formula, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms or a benzyl group)

【0009】また、本発明は、〔2〕前記〔1〕記載の
金属研磨材を含む金属研磨組成物に係るものである。さ
らに、本発明は、〔3〕更に、球状粒子、ベンゾトリア
ゾール、及びベンゾトリアゾール誘導体からなる群から
選ばれた少なくとも1種を含む前記〔2〕記載の金属研
磨組成物に係るものである。さらに、本発明は、〔4〕
前記〔2〕記載の金属研磨組成物を用い、化学的機械研
磨により研磨することを特徴とする金属の研磨方法に係
るものである。
The present invention also relates to [2] a metal polishing composition containing the metal polishing material according to the above [1]. Furthermore, the present invention relates to [3] the metal polishing composition according to the above [2], which further contains at least one selected from the group consisting of spherical particles, benzotriazole and benzotriazole derivatives. Furthermore, the present invention provides [4]
The present invention relates to a metal polishing method, which comprises polishing by chemical mechanical polishing using the metal polishing composition as described in [2] above.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の金属研磨材は、アミノカルボン酸、又はイミノ
二酢酸を官能基として有するキレート樹脂粒子を含む金
属研磨材である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in detail below.
The metal abrasive of the present invention is a metal abrasive containing chelate resin particles having aminocarboxylic acid or iminodiacetic acid as a functional group.

【0011】キレート樹脂は、金属と錯体を形成する配
位原子を複数個有する多座配位子を表面に持つものであ
る。一般的に、2つ以上の配位原子を持つ多座配位子が
金属イオンに結合すると、キレート環を形成し、単座配
位子が配位した錯体よりも安定度が大きくなる性質を有
するため、研磨対象金属イオンを捕捉する能力が大きく
なり、化学的作用を増大することができる。
The chelate resin has a multidentate ligand having a plurality of coordination atoms forming a complex with a metal on the surface. Generally, when a polydentate ligand having two or more coordinating atoms binds to a metal ion, it forms a chelate ring and has stability higher than that of a complex in which a monodentate ligand is coordinated. Therefore, the ability to capture the metal ions to be polished increases, and the chemical action can be increased.

【0012】本発明で用いるキレート樹脂粒子は、研磨
特性の観点から、アミノカルボン酸、又はイミノ二酢酸
を官能基として有することが必要である。
The chelate resin particles used in the present invention must have aminocarboxylic acid or iminodiacetic acid as a functional group from the viewpoint of polishing characteristics.

【0013】これらの官能基を有するキレート樹脂粒子
は、一般には、官能基の対イオンがナトリウムイオンで
あるNa型が用いられるが、半導体製造プロセスに適用
する場合、ナトリウムイオンは絶縁膜中に拡散するなど
してデバイス特性に悪影響を与えるため、本発明におい
ては、対イオンとしては半導体デバイスへの影響が少な
い水素イオン(H型)、または下記一般式で表されるア
ンモニウムイオン(アンモニウム型)であることが必要
である。+ NR1234 (式中、R1、R2、R3及びR4はそれぞれ独立に、水素
原子、炭素数1〜5のアルキル基、またはベンジル基を
表す。) R1、R2、R3及びR4としては、水素原子または炭素数
1〜5のアルキル基が好ましい。炭素数1〜5の飽和ア
ルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロ
ピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、s
ec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、イ
ソペンチル基、ネオペンチル基、tert−ペンチル基
などが挙げられる。
As the chelate resin particles having these functional groups, Na type in which the counter ion of the functional group is sodium ion is generally used, but when applied to the semiconductor manufacturing process, sodium ion diffuses into the insulating film. Therefore, in the present invention, a hydrogen ion (H type) or an ammonium ion (ammonium type) represented by the following general formula, which has little influence on a semiconductor device, is used as a counter ion in the present invention. It is necessary to be. + NR 1 R 2 R 3 R 4 (In the formula, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, or a benzyl group.) R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are preferably a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. Examples of the saturated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, isobutyl group, s
Examples thereof include an ec-butyl group, a tert-butyl group, a pentyl group, an isopentyl group, a neopentyl group, and a tert-pentyl group.

【0014】アミノカルボン酸、又はイミノ二酢酸を官
能基として有するキレート樹脂粒子は公知の方法により
製造することができる。例えば、目的とする官能基を有
するモノマーを重合させる方法、重合したポリマー粒子
の有する官能基を目的とする官能基に化学変換させる方
法などが挙げられる。
The chelate resin particles having aminocarboxylic acid or iminodiacetic acid as a functional group can be produced by a known method. For example, a method of polymerizing a monomer having a desired functional group, a method of chemically converting the functional group of the polymerized polymer particles into a desired functional group, and the like can be mentioned.

【0015】官能基の対イオンをH型、および上記一般
式で表されるアンモニウム型からなる群から選ばれた少
なくとも1種とする方法も、公知の方法が適用できる。
例えば、原料段階から目的の対イオンとする方法、他の
対イオンをイオン交換法により目的の対イオンとする方
法などが挙げられる。イオン交換法では、例えば、対イ
オンをNa型として製造したキレート樹脂粒子をカラム
に充填し、塩酸水溶液を通液することでH型とすること
ができ、これにさらにアミン水溶液を通液することでア
ンモニウム型とすることができる。イオン交換法では、
カラムを使用して流通させる方法の他、攪拌等によるバ
ッチで処理することも可能である。
A known method can also be applied to the method in which the counter ion of the functional group is at least one selected from the group consisting of H type and ammonium type represented by the above general formula.
For example, a method of making a target counterion from the raw material stage, a method of making another counterion a target counterion by an ion exchange method, and the like can be mentioned. In the ion exchange method, for example, the chelate resin particles produced with Na as the counter ion are packed in a column, and an aqueous hydrochloric acid solution is passed through to form an H type, and an aqueous amine solution is passed through the column. Can be ammonium type. In the ion exchange method,
In addition to the method of using a column for distribution, it is also possible to perform batch processing by stirring or the like.

【0016】上記したキレート樹脂粒子は、平均粒径が
1.0μm以下のキレート樹脂粒子であることが好まし
い。平均粒径が1.0μm以下のキレート樹脂粒子を用
いると、研磨表面の加工精度がさらに向上する。ここ
で、平均粒径とは、動的光散乱法により測定した平均粒
径(平均二次粒径)をいう。
The above-mentioned chelate resin particles are preferably chelate resin particles having an average particle size of 1.0 μm or less. The use of chelate resin particles having an average particle size of 1.0 μm or less further improves the processing accuracy of the polished surface. Here, the average particle diameter means an average particle diameter (average secondary particle diameter) measured by a dynamic light scattering method.

【0017】平均粒径が1.0μm以下のキレート樹脂
粒子は、アミノカルボン酸、又はイミノ二酢酸を官能基
として有するキレート樹脂を湿式粉砕する方法などによ
り得ることができる。
The chelate resin particles having an average particle size of 1.0 μm or less can be obtained by a method of wet pulverizing a chelate resin having aminocarboxylic acid or iminodiacetic acid as a functional group.

【0018】該湿式粉砕の方法としては、例えば、振動
ミル、ボールミル等の公知の粉砕装置を用いる方法が挙
げられる。粉砕装置等からの金属汚染を避けるため、接
液部にジルコニアやポリマーを用いることが好ましい。
必要に応じて、湿式の重力沈降、遠心沈降、フィルタリ
ング等の操作により、粗大粒子を分級し、所望の粒度に
整粒して用いてもよい。
Examples of the wet crushing method include a method using a known crushing device such as a vibration mill and a ball mill. It is preferable to use zirconia or a polymer in the liquid contact part in order to avoid metal contamination from the pulverizer or the like.
If necessary, coarse particles may be classified by operations such as wet gravity sedimentation, centrifugal sedimentation, and filtering, and the particles may be sized to a desired particle size before use.

【0019】また、湿式粉砕を行う前に乾式粉砕により
粗砕処理を行うことは、湿式粉砕時における粉砕効率を
上げるために好適である。乾式粉砕の方法としては、例
えば、ジョークラッシャー、ジャイレトリクラッシャ
ー、ロールクラッシャー、エッジランナー、ハンマーク
ラッシャー、ボールミル、ジョットミル、ディスククラ
ッシャー等の公知の粉砕装置を用いることができる。粉
砕装置等からの金属汚染を避ける等のため、接触部にジ
ルコニアやポリマーを用いることが好ましい。必要に応
じて、乾式の風力分級等の装置により、粗大粒子を分級
し、所望の粒度に整粒して用いてもよい。
Further, it is suitable to perform the coarse crushing treatment by the dry crushing before the wet crushing in order to improve the crushing efficiency in the wet crushing. As a method for dry pulverization, for example, a known pulverizer such as a jaw crusher, a gyratory crusher, a roll crusher, an edge runner, a hammer crusher, a ball mill, a jott mill, a disc crusher, or the like can be used. It is preferable to use zirconia or a polymer in the contact portion in order to avoid metal contamination from a pulverizer or the like. If necessary, coarse particles may be classified by an apparatus such as dry air classification, and the particles may be sized to a desired particle size before use.

【0020】湿式粉砕するキレート樹脂の官能基の対イ
オンは、H型、および前記一般式で表されるアンモニウ
ム型からなる群から選ばれた少なくとも1種であること
が好ましいが、対イオンがH型、アンモニウム型でない
場合には、湿式粉砕後、イオン交換することにより対イ
オンがH型、アンモニウム型としてもよい。例えば、N
a型のキレート樹脂を湿式粉砕した後、塩酸や硝酸など
のプロトン酸を加えてナトリウムイオンを遊離させ、膜
ろ過などによりナトリウムイオンを除去することにより
H型を得ることができる。さらに、H型としたものにア
ミンを加えることでアンモニウム型を得ることができ
る。
The counter ion of the functional group of the chelate resin to be wet-milled is preferably at least one selected from the group consisting of H type and ammonium type represented by the above general formula, but the counter ion is H When the type is not ammonium type, the counter ions may be H type or ammonium type by ion exchange after wet pulverization. For example, N
After wet-milling the a-type chelate resin, a protonic acid such as hydrochloric acid or nitric acid is added to liberate sodium ions, and the sodium ions are removed by membrane filtration or the like to obtain H-type. Further, an ammonium type can be obtained by adding an amine to the H type.

【0021】本発明の金属研磨材を金属の研磨に用いる
場合には、該研磨材と酸化剤を水に分散させたスラリー
状の金属研磨組成物とすることが好ましい。用いられる
酸化剤は、研磨速度を向上させる効果を有する酸化剤が
好ましい。該酸化剤としては、過酸化水素、沃素酸、沃
素酸塩等の公知の酸化剤を使用することができ、これら
の中で過酸化水素が好ましく使用される。
When the metal abrasive of the present invention is used for polishing a metal, it is preferable to prepare a slurry metal polishing composition in which the abrasive and an oxidizing agent are dispersed in water. The oxidizing agent used is preferably an oxidizing agent having an effect of improving the polishing rate. As the oxidizing agent, known oxidizing agents such as hydrogen peroxide, iodic acid and iodate can be used, and among these, hydrogen peroxide is preferably used.

【0022】該研磨組成物中の酸化剤の濃度は、通常、
該金属研磨組成物に対して約0.1〜15重量%である
ことが好ましい。該酸化剤の濃度が0.1重量%未満の
場合には、研磨速度を向上させる効果が発現しにくい傾
向があり、15重量%を超えても、濃度に見合った研磨
速度の向上は認められない傾向がある。また、酸化剤の
添加の時期は、酸化剤の変質等が無ければ特に限定され
ないが、経時変化によりその効果が低下する場合には、
研磨直前に添加することが好ましい。
The concentration of the oxidizing agent in the polishing composition is usually
It is preferably about 0.1 to 15% by weight with respect to the metal polishing composition. If the concentration of the oxidant is less than 0.1% by weight, the effect of improving the polishing rate tends to be difficult to appear, and even if it exceeds 15% by weight, the improvement of the polishing rate commensurate with the concentration is recognized. Tend not to. Further, the timing of addition of the oxidizing agent is not particularly limited as long as there is no deterioration of the oxidizing agent and the like.
It is preferable to add it just before polishing.

【0023】該研磨組成物の調製方法としては、研磨材
と酸化剤及び水を同時に混合・分散してもよいし、研磨
材と水を予め混合した後、酸化剤を混合する、研磨材と
酸化剤を予め混合した後、水を混合する、酸化剤と水を
予め混合した後、研磨材を混合してもよい。スラリーに
するための分散方法としては、公知の方法が適用でき、
例えば、ホモジナイザー、超音波、湿式媒体ミルなどに
よる分散方法が挙げられる。スラリー濃度(研磨組成物
中の研磨材含有量)は、通常、約1〜30重量%であ
る。該研磨材の濃度が1重量%未満の場合には、研磨速
度を向上させる効果が発現しにくい傾向があり、30重
量%を超えても、濃度に見合った研磨速度の向上は認め
られない傾向がある。
As the method for preparing the polishing composition, the abrasive, the oxidizing agent and water may be mixed and dispersed at the same time, or the abrasive and the water are mixed in advance and then the oxidizing agent is mixed. The oxidizing agent may be mixed in advance and then water may be mixed, or the oxidizing agent and water may be mixed in advance, and then the abrasive may be mixed. As a dispersion method for forming a slurry, a known method can be applied,
For example, a dispersion method using a homogenizer, ultrasonic waves, a wet medium mill and the like can be mentioned. The slurry concentration (abrasive content in the polishing composition) is usually about 1 to 30% by weight. If the concentration of the abrasive is less than 1% by weight, the effect of improving the polishing rate tends to be difficult to appear, and even if it exceeds 30% by weight, the improvement of the polishing rate commensurate with the concentration tends not to be observed. There is.

【0024】本発明の金属研磨組成物には、表面に凹凸
を有する金属の研磨時における平坦化特性を向上させる
目的で、更に球状粒子、ベンゾトリアゾール及びベンゾ
トリアゾール誘導体からなる群から選ばれた少なくとも
1種を添加することができる。球状粒子は、略球状であ
れば特に限定されないが、例えば、コロイダルシリカや
コロイダルアルミナ等の無機酸化物粒子や、乳化重合に
より製造したエマルジョン等のポリマー粒子等を用いる
ことができる。球状粒子の濃度は、全量の約0.1〜3
0重量%であることが好ましい。ベンゾトリアゾール及
びベンゾトリアゾール誘導体の濃度は、全量の約0.0
1〜0.2重量%であることが好ましい。
The metal polishing composition of the present invention further contains at least one selected from the group consisting of spherical particles, benzotriazole and benzotriazole derivatives for the purpose of improving the flattening property during polishing of a metal having irregularities on the surface. One kind can be added. The spherical particles are not particularly limited as long as they are substantially spherical, but for example, inorganic oxide particles such as colloidal silica and colloidal alumina, and polymer particles such as emulsion produced by emulsion polymerization can be used. The concentration of spherical particles is about 0.1 to 3 of the total amount.
It is preferably 0% by weight. The concentration of benzotriazole and benzotriazole derivative is about 0.0% of the total amount.
It is preferably from 1 to 0.2% by weight.

【0025】本発明の金属研磨組成物には、必要に応じ
て、分散安定・沈降防止・研磨面表面粗さ改善等の目的
で界面活性剤等の添加剤を添加してもよい。界面活性剤
は、アニオン系、カチオン系、ノニオン系、両性系が使
用でき、2種類以上を組み合わせて使用することもでき
る。
If desired, the metal polishing composition of the present invention may contain additives such as surfactants for the purpose of stabilizing dispersion, preventing sedimentation, and improving the surface roughness of the polishing surface. Anionic, cationic, nonionic and amphoteric surfactants can be used, and two or more types can be used in combination.

【0026】本発明の金属研磨組成物のpHは、官能基
の種類や対象金属の種類により研磨に有効なpH値が異
なるため一義的ではないが、通常、約1〜8であり、好
ましくは2〜6である。研磨組成物のpHが1未満の場
合、研磨組成物の取扱い上の問題や研磨装置等の腐食の
問題が生じる傾向がある。本発明の金属用研磨組成物の
pHは、公知の酸やアルカリを用いて調節可能である。
pHの調節には、金属イオンを含まない、硝酸、燐酸、
硫酸、水酸化アンモニウム、アミン等の酸やアルカリを
使用することが好ましい。
The pH of the metal polishing composition of the present invention is not unique because the pH value effective for polishing varies depending on the type of functional group and the type of target metal, but is usually about 1 to 8, and preferably 2 to 6. If the pH of the polishing composition is less than 1, problems in handling the polishing composition and corrosion of the polishing apparatus tend to occur. The pH of the metal polishing composition of the present invention can be adjusted using a known acid or alkali.
To adjust pH, nitric acid, phosphoric acid,
It is preferable to use an acid or alkali such as sulfuric acid, ammonium hydroxide or amine.

【0027】本発明の金属研磨組成物は、各種金属、好
適には銅系金属の研磨に使用できるものである。該研磨
組成物は、金属膜、特に半導体基板上に形成されている
銅系金属膜の研磨に好適に使用される。ここで、銅系金
属としては、例えば、純銅膜、銅合金膜等が挙げられ
る。
The metal polishing composition of the present invention can be used for polishing various metals, preferably copper-based metals. The polishing composition is suitably used for polishing a metal film, particularly a copper-based metal film formed on a semiconductor substrate. Here, examples of the copper-based metal include a pure copper film and a copper alloy film.

【0028】本発明の金属研磨組成物を用いることによ
り、金属を高速に研磨し、かつ研磨表面への傷の発生を
抑制することができる。
By using the metal polishing composition of the present invention, it is possible to polish a metal at a high speed and suppress the generation of scratches on the polished surface.

【0029】本発明の金属研磨組成物を用いることによ
り、金属を化学的機械研磨により研磨することが可能と
なるので、本発明の研磨方法は、金属膜、特に半導体基
板上に形成された金属膜、中でも銅膜に好ましく適用で
きる。
By using the metal polishing composition of the present invention, it is possible to polish a metal by chemical mechanical polishing. Therefore, the polishing method of the present invention can be applied to a metal film, particularly a metal formed on a semiconductor substrate. It can be preferably applied to a film, especially a copper film.

【0030】[0030]

【実施例】以下、本発明を実施例を挙げて説明するが、
本発明が実施例により限定されるものでないことは言う
までもない。
EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples.
It goes without saying that the present invention is not limited to the examples.

【0031】なお、粒子の平均粒径については、マイク
ロトラックUPA粒度分布計(日機装株式会社製)によ
り累積50%径を測定して、これを平均粒径とした。ま
た、研磨速度は、スパッタリングで成膜した銅膜が付い
たウェハーを下記条件で研磨することにより測定した。 [研磨条件] 研磨機:MECAPOL E−460(PRESI社) パッド:ポリウレタンタイプ 回転定盤の回転数:60rpm ウェハー保持台の回転数:60rpm 研磨圧力:200g/cm2 研磨組成物流量:100ml/分 研磨時間:1分
As for the average particle size of the particles, a cumulative 50% size was measured with a Microtrac UPA particle size distribution meter (manufactured by Nikkiso Co., Ltd.) and this was taken as the average particle size. The polishing rate was measured by polishing a wafer with a copper film formed by sputtering under the following conditions. [Polishing conditions] Polishing machine: MECAPOL E-460 (PRESI) Pad: Polyurethane type Rotation speed of rotating platen: 60 rpm Rotation speed of wafer holder: 60 rpm Polishing pressure: 200 g / cm 2 Polishing composition flow rate: 100 ml / min Polishing time: 1 minute

【0032】実施例1 官能基としてイミノ二酢酸基を有するキレート樹脂(商
品名:スミキレートMC−700、住友化学工業社製、
対イオン:Na型)1Lをカラムに充填し超純水で洗浄
後、2規定の塩酸水溶液を10L通液し、再び超純水洗
浄することによりH型(H+)のキレート樹脂とした。
さらに、2規定のアンモニア水を10L通液し、再び超
純水洗浄することによりアンモニウム型(NH4)のキ
レート樹脂を得た。上記アンモニウム型のキレート樹脂
を乾式粉砕(ウエスト社製ミクロパウダー使用)し、得
られた粉砕品120gに超純水140gを加え、5mm
φのジルコニアボールを用いて回転数130rpm、処
理時間40時間の条件でボールミル処理を行った。得ら
れたスラリー中のキレート樹脂粒子の平均粒径は0.6
5μmであった。得られたスラリーに過酸化水素および
ベンゾトリアゾールを加えて、キレート樹脂濃度10重
量%、過酸化水素濃度1.5重量%、ベンゾトリアゾー
ル濃度0.01重量%に調整した後、硝酸を用いてpH
4として研磨組成物を得た。研磨結果を表1に示す。
Example 1 Chelating resin having an iminodiacetic acid group as a functional group (trade name: Sumichelate MC-700, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.,
1 L of counter ion: Na type) was packed in the column, washed with ultrapure water, 10 L of a 2N hydrochloric acid aqueous solution was passed, and washed with ultrapure water again to obtain an H type (H + ) chelate resin.
Further, 10 L of 2N aqueous ammonia was passed through the column and the column was washed again with ultrapure water to obtain an ammonium type (NH 4 ) chelate resin. The above ammonium-type chelate resin was dry-ground (using Micro Powder made by West Co., Ltd.), and 140 g of ultrapure water was added to 120 g of the obtained ground product, which was 5 mm.
Ball mill treatment was performed using φ zirconia balls under the conditions of a rotation speed of 130 rpm and a treatment time of 40 hours. The average particle size of the chelate resin particles in the obtained slurry is 0.6.
It was 5 μm. Hydrogen peroxide and benzotriazole were added to the obtained slurry to adjust the chelate resin concentration to 10% by weight, the hydrogen peroxide concentration to 1.5% by weight, and the benzotriazole concentration to 0.01% by weight, and then nitric acid was used to adjust the pH.
A polishing composition was obtained as No. 4. The polishing results are shown in Table 1.

【0033】実施例2 官能基としてイミノ二酢酸基を有するキレート樹脂(商
品名:スミキレートMC−700、住友化学工業社製、
対イオン:Na型)1Lをカラムに充填し超純水で洗浄
後、2規定の塩酸水溶液を10L通液し、再び超純水洗
浄することによりH型のキレート樹脂とした。このキレ
ート樹脂を4%の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶
液500gに加えて攪拌し、テトラメチルアンモニウム
型(N(CH4))のキレート樹脂を得た。上記テトラ
メチルアンモニウム型のキレート樹脂と水酸化テトラメ
チルアンモニウム水溶液の混合物を、5mmφのジルコ
ニアボールを用いて回転数70rpm、処理時間29時
間の条件でボールミル処理を行った。得られたスラリー
中のキレート樹脂粒子の平均粒径は0.37μmであっ
た。得られたスラリーに過酸化水素およびベンゾトリア
ゾールを加えて、キレート樹脂濃度10重量%、過酸化
水素濃度1.5重量%、ベンゾトリアゾール濃度0.0
1重量%に調整した後、硝酸を用いてpH4として研磨
組成物を得た。研磨結果を表1に示す。
Example 2 Chelating resin having an iminodiacetic acid group as a functional group (trade name: Sumichelate MC-700, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.,
1 L of counter ion: Na type) was packed in the column, washed with ultrapure water, 10 L of a 2N hydrochloric acid aqueous solution was passed, and washed again with ultrapure water to obtain an H type chelate resin. This chelate resin was added to 500 g of a 4% tetramethylammonium hydroxide aqueous solution and stirred to obtain a tetramethylammonium type (N (CH 4 )) chelate resin. The mixture of the tetramethylammonium chelate resin and an aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide was subjected to ball mill treatment using 5 mmφ zirconia balls under the conditions of a rotation speed of 70 rpm and a treatment time of 29 hours. The average particle size of the chelate resin particles in the obtained slurry was 0.37 μm. Hydrogen peroxide and benzotriazole were added to the obtained slurry to obtain a chelate resin concentration of 10% by weight, a hydrogen peroxide concentration of 1.5% by weight, and a benzotriazole concentration of 0.0%.
After adjusting to 1% by weight, pH was adjusted to 4 with nitric acid to obtain a polishing composition. The polishing results are shown in Table 1.

【0034】比較例1 研磨砥粒として無機酸化物粒子であるコロイダルシリカ
(商品名:スノーテックス、日産化学工業社製、平均粒
径0.1μm)を用い、砥粒濃度10重量%、過酸化水
素濃度1.5重量%、ベンゾトリアゾール濃度0.01
重量%に調整した後、硝酸を用いてpHを4として研磨
組成物を得た。研磨結果を表1に示す。
COMPARATIVE EXAMPLE 1 Inorganic oxide particles, colloidal silica (trade name: Snowtex, manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd., average particle size: 0.1 μm) were used as polishing abrasive particles, and the abrasive particle concentration was 10% by weight and peroxide was used. Hydrogen concentration 1.5% by weight, benzotriazole concentration 0.01
After adjusting to the weight%, the pH was adjusted to 4 with nitric acid to obtain a polishing composition. The polishing results are shown in Table 1.

【0035】比較例2 研磨砥粒として、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)
水性エマルジョン樹脂粒子(平均粒径0.20μm)を
用い、砥粒濃度10重量%、過酸化水素濃度1.5重量
%、ベンゾトリアゾール濃度0.01重量%に調整した
後、水酸化カリウム水溶液を用いてpHを4として研磨
組成物を得た。研磨結果を表1に示す。
Comparative Example 2 Polymethylmethacrylate (PMMA) was used as polishing abrasive grains.
Using aqueous emulsion resin particles (average particle size 0.20 μm), the abrasive grain concentration was adjusted to 10% by weight, the hydrogen peroxide concentration was 1.5% by weight, and the benzotriazole concentration was 0.01% by weight. The pH was adjusted to 4 to obtain a polishing composition. The polishing results are shown in Table 1.

【0036】[0036]

【表1】 [Table 1]

【0037】キレート樹脂粒子からなる金属研磨組成物
である実施例1や実施例2の場合、高い研磨速度を達成
しているが、比較例1のコロイダルシリカや比較例2の
PMMA水性エマルジョン樹脂粒子からなる研磨組成物
では、研磨速度は低かった。
In the case of Example 1 or Example 2 which is a metal polishing composition comprising chelate resin particles, a high polishing rate was achieved, but colloidal silica of Comparative Example 1 and PMMA aqueous emulsion resin particles of Comparative Example 2 were obtained. With the polishing composition consisting of, the polishing rate was low.

【0038】[0038]

【発明の効果】本発明によれば、金属を高速に研磨し、
研磨表面への傷の発生を抑制し、かつディッシングを抑
制することができ、特に優れた加工表面を得ることが可
能となる。
According to the present invention, metal is polished at high speed,
Generation of scratches on the polished surface can be suppressed and dishing can be suppressed, and a particularly excellent processed surface can be obtained.

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】アミノカルボン酸、又はイミノ二酢酸を官
能基として有するキレート樹脂粒子からなる金属研磨材
であり、該官能基の対イオンが水素イオンおよび下記一
般式で表されるアンモニウムイオンからなる群から選ば
れた少なくとも1種であることを特徴とする金属研磨
材。+ NR1234 (式中、R1、R2、R3及びR4は、それぞれ独立に、水
素原子、炭素数1〜5のアルキル基またはベンジル基を
表す)
1. A metal abrasive comprising chelate resin particles having aminocarboxylic acid or iminodiacetic acid as a functional group, the counterion of the functional group being hydrogen ion and ammonium ion represented by the following general formula. A metal abrasive, which is at least one selected from the group. + NR 1 R 2 R 3 R 4 (in the formula, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms or a benzyl group)
【請求項2】キレート樹脂粒子の官能基がイミノ二酢酸
である請求項1記載の金属研磨材。
2. The metal abrasive according to claim 1, wherein the functional group of the chelate resin particles is iminodiacetic acid.
【請求項3】R1、R2、R3及びR4が水素原子である請
求項1記載の金属研磨材。
3. The metal abrasive according to claim 1 , wherein R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are hydrogen atoms.
【請求項4】キレート樹脂粒子が、平均粒径が1.0μ
m以下である請求項1〜3いずれかに記載の金属研磨
材。
4. The chelate resin particles have an average particle size of 1.0 μm.
The metal abrasive according to any one of claims 1 to 3, which is m or less.
【請求項5】金属が銅系金属である請求項1〜4いずれ
かに記載の金属研磨材。
5. The metal abrasive according to claim 1, wherein the metal is a copper-based metal.
【請求項6】請求項1〜5いずれかに記載の金属研磨材
を含むことを特徴とする金属研磨組成物。
6. A metal polishing composition comprising the metal polishing material according to claim 1.
【請求項7】さらに酸化剤を含む請求項6記載の金属研
磨組成物。
7. The metal polishing composition according to claim 6, further comprising an oxidizing agent.
【請求項8】酸化剤が過酸化水素である請求項7記載の
金属研磨組成物。
8. The metal polishing composition according to claim 7, wherein the oxidizing agent is hydrogen peroxide.
【請求項9】更に、球状粒子、ベンゾトリアゾール、及
びベンゾトリアゾール誘導体からなる群から選ばれた少
なくとも1種を含む請求項6〜8いずれかに記載の金属
研磨組成物。
9. The metal polishing composition according to claim 6, further comprising at least one selected from the group consisting of spherical particles, benzotriazole, and benzotriazole derivatives.
【請求項10】請求項6〜9いずれかに記載の金属研磨
組成物を用い、化学的機械研磨により研磨することを特
徴とする金属の研磨方法。
10. A method for polishing a metal, which comprises polishing the metal polishing composition according to claim 6 by chemical mechanical polishing.
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JP4641155B2 (en) * 2004-06-03 2011-03-02 株式会社日本触媒 Abrasives for chemical mechanical polishing

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