JP2003282494A - Composition for polishing metal - Google Patents

Composition for polishing metal

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JP2003282494A
JP2003282494A JP2002080010A JP2002080010A JP2003282494A JP 2003282494 A JP2003282494 A JP 2003282494A JP 2002080010 A JP2002080010 A JP 2002080010A JP 2002080010 A JP2002080010 A JP 2002080010A JP 2003282494 A JP2003282494 A JP 2003282494A
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Japan
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polishing
acid
composition
polishing composition
water
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Japanese (ja)
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Takayuki Matsuda
隆之 松田
Hideaki Takahashi
秀明 高橋
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Asahi Kasei Corp
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Asahi Kasei Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composition for polishing a metal, a planarization method and a semiconductor substrate manufacturing method of a metal film on a semiconductor substrate using a composition having the capability to polish fast a metal film even under a low-load condition and further to restrain defect such as scratches dishings or the like from generating on polished surfaces. <P>SOLUTION: The composition for polishing the metal is characterized by being composed of a polyoxoacid and/or its salt, a water-soluble polymer and water. A planarization method and a semiconductor substrate manufacturing method of the metal film on a semiconductor substrate using the composition are provided. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板上に形
成された金属膜の研磨に用いられる研磨組成物、および
それを用いてなる半導体基板上の金属膜の研磨方法、な
らびに半導体基板の製造方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a polishing composition used for polishing a metal film formed on a semiconductor substrate, a method for polishing a metal film on a semiconductor substrate using the same, and a method for producing a semiconductor substrate. Regarding the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】LSI技術の急速な進展により、集積回
路は益々微細化や多層配線化の傾向にある。集積回路に
おける多層配線化は、半導体表面の凹凸が極めて大きく
なる要因であり、これが集積回路の微細化とも相まって
断線や電気容量の低下、エレクトロマイグレーションの
発生などをもたらし、歩留まりの低下や信頼性上の問題
をきたす原因となっている。
2. Description of the Related Art Due to the rapid development of LSI technology, integrated circuits are becoming more and more miniaturized and multilayer wiring is being used. Multi-layer wiring in integrated circuits is a factor that makes semiconductor surface irregularities extremely large, which, in combination with the miniaturization of integrated circuits, causes disconnection, lowering of electric capacity, occurrence of electromigration, etc., which leads to lower yield and reliability. Cause the problem of.

【0003】このため、これまでに多層配線基板におけ
る金属配線や層間絶縁膜を平坦化する種々の加工技術が
開発されてきており、その一つにCMP(Chemical Mec
hanical Polishing:化学機械的研磨)技術がある。C
MP技術は、半導体製造において層間絶縁膜の平坦化、
埋め込み配線形成、プラグ形成等に必要となる技術であ
る。CMPは、キャリヤーに装着された通常半導体材料
からなる平坦なウェハーを、湿ったポリッシングパッド
に対し一定の圧力で押し付けながらキャリヤーおよびポ
リッシングパッド各々を回転することにより行われる。
この時ウェハーとポリッシングパッドの間に導入される
研磨組成物により、配線や絶縁膜の凸部が研磨され平坦
化がなされる。
Therefore, various processing techniques for flattening the metal wiring and the interlayer insulating film in the multilayer wiring board have been developed so far, and one of them is CMP (Chemical Mec).
hanical Polishing: chemical mechanical polishing) technology. C
MP technology is used to flatten the interlayer insulating film in semiconductor manufacturing,
This is a technique required for forming embedded wiring, forming a plug, and the like. CMP is performed by rotating a carrier and polishing pad, respectively, while pressing a flat wafer, usually made of semiconductor material, mounted on the carrier against a wet polishing pad with a constant pressure.
At this time, the projections of the wiring and the insulating film are polished and planarized by the polishing composition introduced between the wafer and the polishing pad.

【0004】従来より、半導体基板の金属膜の研磨には
種々の研磨組成物や研磨方法の提案がなされている。土
肥俊郎ら著「半導体平坦化CMP技術」(1998年7月、
工業調査会発行)235頁に示されているように、金属
のCMPでは研磨用組成物中の酸化剤により金属の表面
を酸化し不動態化し、pHを酸性にするなどしてわずかに
金属が腐蝕する(エッチング)条件下でポリッシングパ
ッドと砥粒で研磨が行われる。例えば半導体基板上に形
成されたアルミニウム等金属膜の研磨組成物としては、
酸化アルミニウムをPH3以下の硝酸水溶液中に分散し
てなる研磨組成物(米国特許第4,702,792号明細
書)、酸化アルミニウムや酸化ケイ素を硫酸、硝酸、酢
酸等の酸性水溶液と混合してなる研磨組成物(米国特許
第4,944,836号明細書)がある。また、酸化アル
ミニウムを過酸化水素とリン酸水溶液中に分散した研磨
組成物(米国特許第5,209,816号明細書)など、
酸化アルミニウムまたは酸化ケイ素等の砥粒と、過酸化
水素等の酸化剤よりなる研磨組成物が通常使用されてい
る。しかしながら、半導体基板上の金属膜の平坦化に酸
化アルミニウムを用いた場合、α型では高い研磨速度を
示す反面、金属膜や絶縁膜の表面にマイクロスクラッチ
やオレンジピール等の欠陥を発生させることがあった。
一方、γ型や非晶質アルミナまたは酸化ケイ素等の砥粒
を用いた場合、金属膜や絶縁膜の表面のマイクロスクラ
ッチやオレンジピール等の欠陥発生を抑えることができ
るが、金属膜の研磨に際して十分な研磨速度が得られな
いという問題があった。このように、酸化アルミニウム
や酸化ケイ素などの金属酸化物から成る砥粒を水溶液中
に分散した研磨組成物は、砥粒自体の分散性不良に起因
した表面スクラッチの問題があった。また、この他にも
前述のように液状酸化剤である過酸化水素を用いた場合
や、過硫酸アンモニウム等の金属エッチャントを用いた
場合(特開平6−313164号公報)、ウェットエッ
チングが過度に進むことによりディッシング(図1
(D)の金属膜4の中央部が周辺部より過剰に研磨され
る現象)やピット、ボイド等の欠陥が発生するなど実用
化に際し問題があった。
Conventionally, various polishing compositions and polishing methods have been proposed for polishing a metal film on a semiconductor substrate. Toshio Doi et al. "Semiconductor flattening CMP technology" (July 1998,
As published on page 235 of the Industrial Research Board, in CMP of metals, the surface of the metal is oxidized and passivated by the oxidizing agent in the polishing composition, and the metal is slightly acidified by making the pH acidic. Polishing is performed with a polishing pad and abrasive grains under the condition of being corroded (etching). For example, as a polishing composition for a metal film such as aluminum formed on a semiconductor substrate,
A polishing composition (US Pat. No. 4,702,792) in which aluminum oxide is dispersed in a nitric acid aqueous solution having a pH of 3 or less, aluminum oxide or silicon oxide is mixed with an acidic aqueous solution such as sulfuric acid, nitric acid or acetic acid. Is a polishing composition (US Pat. No. 4,944,836). Further, a polishing composition in which aluminum oxide is dispersed in hydrogen peroxide and a phosphoric acid aqueous solution (US Pat. No. 5,209,816), etc.
A polishing composition comprising abrasive grains such as aluminum oxide or silicon oxide and an oxidizing agent such as hydrogen peroxide is usually used. However, when aluminum oxide is used to planarize the metal film on the semiconductor substrate, the α-type shows a high polishing rate, but on the other hand, defects such as micro scratches and orange peel can be generated on the surface of the metal film or the insulating film. there were.
On the other hand, when abrasive grains such as γ type or amorphous alumina or silicon oxide are used, it is possible to suppress the occurrence of defects such as micro scratches and orange peel on the surface of the metal film or the insulating film, but when polishing the metal film. There is a problem that a sufficient polishing rate cannot be obtained. As described above, the polishing composition in which the abrasive particles made of a metal oxide such as aluminum oxide or silicon oxide are dispersed in the aqueous solution has a problem of surface scratch due to poor dispersibility of the abrasive particles themselves. In addition, as described above, when hydrogen peroxide, which is a liquid oxidizing agent, is used, or when a metal etchant such as ammonium persulfate is used (JP-A-6-313164), wet etching proceeds excessively. By doing this, dishing (Fig. 1
(D) The central portion of the metal film 4 is excessively polished from the peripheral portion) and defects such as pits and voids are generated, which is a problem in practical use.

【0005】これを改良する目的で、研磨組成物中に金
属膜表面に保護膜を形成する化学試薬(防食剤、キレー
ト剤等)を添加する方法も提案されている(特開平8−
83780号公報、特開平11−195628号公
報)。しかしながらこのようなキレート剤を用いると、
確かにエッチングが抑制されディッシング等の発生を防
止することができるが、研磨すべき部位にも保護膜が形
成されるため研磨速度が極端に低下するという問題が生
じる。これを防ぐためエッチング剤やキレート剤の使用
量の適正化を図る試みがなされているが、両者の性能を
満足する条件を見出すことは難しく、プロセス条件の影
響も受けやすいため再現性のある結果が得られないとい
う問題がある。また、200nm/min.以上という
高い研磨速度を得るために20kPa以上の高い研磨圧
力で、前記保護膜を除去することも行われるが(特開2
000−252242号公報)、今後主流となるポーラ
ス型低誘電率絶縁膜の場合、その膜強度に問題がある
為、基板に過大なストレスがかかると絶縁膜の破壊が起
こる。また、研磨圧力を高めパッドによる機械的研磨を
行うと、研磨時のパッド表面の影響をさらに受け易くな
るため、これまで行っていたドレッシングによるパッド
表面状態の管理が難しくなり、プロセス管理上大きな問
題となる。さらには、高価なパッドの消耗が早くなりコ
ストがかさむといった問題も発生する。
For the purpose of improving this, a method of adding a chemical reagent (corrosion inhibitor, chelating agent, etc.) for forming a protective film on the surface of a metal film in a polishing composition has also been proposed (JP-A-8-
83780, JP-A-11-195628). However, with such chelating agents,
Although the etching is surely suppressed and the occurrence of dishing or the like can be prevented, a problem arises that the polishing rate is extremely lowered because the protective film is formed on the portion to be polished. In order to prevent this, attempts have been made to optimize the amounts of etching agents and chelating agents used, but it is difficult to find conditions that satisfy the performance of both and it is easy to be affected by process conditions, resulting in reproducible results. There is a problem that can not be obtained. Also, 200 nm / min. In order to obtain the above high polishing rate, the protective film may be removed with a high polishing pressure of 20 kPa or more (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-212058).
No. 000-252242), the porous type low dielectric constant insulating film which will become the mainstream in the future has a problem in the film strength, so that if the substrate is overstressed, the insulating film is broken. In addition, if the polishing pressure is increased and mechanical polishing with a pad is performed, the pad surface during polishing becomes more susceptible to the influence, which makes it difficult to control the pad surface state by dressing, which is a major problem in process control. Becomes Further, there is a problem that the expensive pad is consumed quickly and the cost is increased.

【0006】ところで、ポリオキソ酸とりわけヘテロポ
リ酸は、日本化学会編「ポリ酸の化学」(1993年8月、
学会出版センター発行)にも記載のように、強い酸性と
酸化作用を有するものであり、これを金属の不動態化処
理やエッチングに用いることは特表平9−505111
号公報等に記載されている。実際ヘテロポリ酸を半導体
表面のエッチング剤として適用した例(Applied
SurfaceScience vol.135、N
o.1/4、pp65−70(1998.10.8))
や、ポリオキソ酸もしくはその塩を研磨用エッチング剤
として用いる試みもなされている(特開2000−11
9639号公報)。特に後者においては、ポリオキソ酸
もしくはその塩のみを研磨用エッチング剤として用いる
場合(第1研磨液組成物)および、これにさらに研磨材
として公知の砥粒を含有させる場合(第2研磨液組成
物)の二つの使用方法について記載されている。第1研
磨液組成物の場合、ヘテロポリ酸を単独で金属膜研磨用
のエッチング剤として使用すると、ヘテロポリ酸は水に
可溶であるため液状酸化剤として作用することから、前
述の如く研磨速度とディッシング性能の両方を満足する
ことはできない。すなわち、研磨速度を上げるためにヘ
テロポリ酸の濃度を高めると、同時にエッチングも進行
しディッシングの発生が起こる。一方、上記ヘテロポリ
酸にアンモニア等の塩基性物質を作用させヘテロポリ酸
塩として使用すると、エッチングは抑制されるが、同時
に研磨速度も低下してしまう。そのため、研磨速度を高
める目的で、この種の第1研磨液組成物に研磨材を含有
させ第2研磨液組成物とすることが提案されているが、
これは研磨材を使用することにより機械的研磨を行おう
とするものであり、研磨速度を高めるためには高い研磨
荷重が必要となる。従って、低荷重で高い研磨速度を得
ようとする本目的に合致するものではない。
By the way, polyoxo acids, especially heteropoly acids, are described in "Chemistry of Poly Acids" edited by The Chemical Society of Japan (August 1993,
It has strong acidity and oxidative action, as described in "Publishing Society of Japan", and it can be used for passivation and etching of metals.
It is described in Japanese Patent Publication No. An example of actually applying heteropolyacid as an etching agent for semiconductor surfaces (Applied)
SurfaceScience vol. 135, N
o. 1/4, pp65-70 (1998.10.8))
Attempts have also been made to use polyoxo acids or salts thereof as etching agents for polishing (JP 2000-11).
9639). Particularly in the latter, when only polyoxoacid or a salt thereof is used as an etching agent for polishing (first polishing composition) and when it further contains abrasive grains known as polishing agent (second polishing composition) ) Are described for two uses. In the case of the first polishing liquid composition, when the heteropoly acid is used alone as an etching agent for polishing a metal film, the heteropoly acid is soluble in water and acts as a liquid oxidizing agent. It cannot satisfy both of the dishing performance. That is, when the concentration of the heteropolyacid is increased in order to increase the polishing rate, etching also progresses at the same time and dishing occurs. On the other hand, when a basic substance such as ammonia is allowed to act on the above heteropolyacid to be used as a heteropolyacid salt, etching is suppressed, but at the same time, the polishing rate also decreases. Therefore, for the purpose of increasing the polishing rate, it has been proposed that a first polishing composition of this kind contains an abrasive to form a second polishing composition.
This is intended to perform mechanical polishing by using an abrasive, and a high polishing load is required to increase the polishing rate. Therefore, it does not meet the present object to obtain a high polishing rate with a low load.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、低荷重下に
おいても半導体基板上の金属膜を高速に研磨でき、かつ
ディッシングの原因となるエッチング性も低いレベルに
制御され、同時にスクラッチやエロージョン(図1
(D)の金属膜4の周辺の絶縁膜2が研磨される現象)
等の被研磨面の欠陥発生も抑制することのできる半導体
基板上に形成された金属膜の研磨に用いられる研磨組成
物、およびそれを用いてなる半導体基板上の金属膜の研
磨方法、ならびに半導体基板の製造方法を提供すること
を目的とする。
According to the present invention, a metal film on a semiconductor substrate can be polished at high speed even under a low load, and the etching property that causes dishing is controlled to a low level, and at the same time, scratches and erosion ( Figure 1
(Phenomenon in which the insulating film 2 around the metal film 4 in (D) is polished)
Polishing composition used for polishing a metal film formed on a semiconductor substrate capable of suppressing the occurrence of defects on the surface to be polished, and a method for polishing a metal film on a semiconductor substrate using the same, and a semiconductor It is an object to provide a method for manufacturing a substrate.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明者等は、前記課題
を解決するために鋭意検討した結果、ポリオキソ酸、水
溶性高分子および水を含有して成る研磨組成物、あるい
はさらにこれに非イオン性界面活性剤を含有して成る研
磨組成物が、従来困難であったエッチングの抑制と低荷
重における高研磨速度の両立を可能とし、基板上の金属
膜の研磨において有効であることを見出し、本発明を完
成するに至った。すなわち、本発明は下記の通りであ
る。
The inventors of the present invention have conducted extensive studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, have found that a polishing composition containing a polyoxo acid, a water-soluble polymer and water It was found that a polishing composition containing an ionic surfactant enables both suppression of etching, which was conventionally difficult, and a high polishing rate under a low load, and is effective in polishing a metal film on a substrate. The present invention has been completed. That is, the present invention is as follows.

【0009】1.ポリオキソ酸および/またはその塩、
水溶性高分子および水を含有してなることを特徴とする
金属用研磨組成物。 2.さらに非イオン性界面活性剤を含有してなることを
特徴とする1.記載の金属用研磨組成物。 3.ポリオキソ酸および/またはその塩が、ヘテロポリ
酸および/またはその塩である1.または2.記載の金
属用研磨組成物。 4.水溶性高分子が、ポリエチレンオキシド、ポリビニ
ルピロリドン、ポリビニルアルコールおよびセルロース
誘導体からなる群から選ばれる少なくとも1種類であ
る、1.〜3.のいずれか1項に記載の金属用研磨組成
物。
1. Polyoxo acids and / or salts thereof,
A metal polishing composition comprising a water-soluble polymer and water. 2. Further, it is characterized by containing a nonionic surfactant. The metal polishing composition as described above. 3. 1. The polyoxoacid and / or its salt is a heteropolyacid and / or its salt. Or 2. The metal polishing composition as described above. 4. The water-soluble polymer is at least one selected from the group consisting of polyethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol, and cellulose derivatives. ~ 3. The polishing composition for metals according to any one of 1.

【0010】5.非イオン性界面活性剤のHLBが5〜
12である2.〜4.のいずれか1項に記載の金属用研
磨組成物。 6.非イオン性界面活性剤が炭素数8〜24の飽和型高
級アルコールのポリオキシエチレンエーテルである5.
記載の金属用研磨組成物。 7.前記1.〜6.記載のいずれか1項に記載の金属用
研磨組成物を用いることを特徴とする半導体基板上の金
属膜の研磨方法。 8.前記1.〜6.記載のいずれか1項に記載の金属用
研磨組成物を用いることを特徴とする半導体基板の製造
方法。
5. Nonionic surfactant HLB of 5
Is 12. ~ 4. The polishing composition for metals according to any one of 1. 6. 4. The nonionic surfactant is a polyoxyethylene ether of a saturated higher alcohol having 8 to 24 carbon atoms.
The metal polishing composition as described above. 7. The above 1. ~ 6. 13. A method for polishing a metal film on a semiconductor substrate, which comprises using the metal polishing composition according to any one of claims 1 to 5. 8. The above 1. ~ 6. A method for producing a semiconductor substrate, which comprises using the metal polishing composition according to any one of items 1 to 5.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明について、特にその好まし
い実施態様について、以下に具体的に説明する。本発明
の金属用研磨組成物は、ポリオキソ酸および/またはそ
の塩、水溶性高分子および水を含有して成り、さらに非
イオン性界面活性剤を含有してもよい。本件発明の研磨
組成物は、後述する通り本件発明の効果を阻害しない範
囲で、あるいは目的に応じて、無機砥粒、樹脂砥粒、酸
化剤、酸等のその他の成分を含むが、基本的に上記3成
分あるいは4成分で本発明の目的を達成できることが特
徴である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention, particularly preferred embodiments thereof, will be specifically described below. The metal polishing composition of the present invention contains a polyoxoacid and / or a salt thereof, a water-soluble polymer and water, and may further contain a nonionic surfactant. The polishing composition of the present invention contains other components such as an inorganic abrasive grain, a resin abrasive grain, an oxidizer, and an acid in a range that does not impair the effects of the present invention as described below, or depending on the purpose. In addition, it is characterized in that the object of the present invention can be achieved by the above-mentioned three components or four components.

【0012】本発明で用いられるポリオキソ酸は、M
o、V、W、Ti、Nb、Ta等の元素から成る酸素酸
が縮合したものであり、イソポリ酸とヘテロポリ酸がこ
れに当たる。イソポリ酸は前記ポリオキソ酸の構成元素
のうち、単一の元素からなる縮合酸素酸のことであり、
ポリモリブデン酸、ポリバナジン酸、ポリタングステン
酸、ポリチタン酸、ポリニオブ酸、ポリタンタル酸等が
挙げられる。これらのうち金属研磨を目的とした本発明
の場合、金属をエッチング(酸化、溶解)させる能力の
観点からポリモリブデン酸、ポリバナジン酸、ポリタン
グステン酸が好ましい。
The polyoxoacid used in the present invention is M
Oxygen acids composed of elements such as o, V, W, Ti, Nb, and Ta are condensed, and isopoly acid and heteropoly acid correspond to this. Isopoly acid is a condensed oxygen acid consisting of a single element among the constituent elements of the polyoxo acid,
Examples thereof include polymolybdic acid, polyvanadic acid, polytungstic acid, polytitanic acid, polyniobic acid, and polytantalic acid. Among these, in the case of the present invention for the purpose of polishing a metal, polymolybdic acid, polyvanadate, and polytungstic acid are preferable from the viewpoint of the ability to etch (oxidize, dissolve) a metal.

【0013】ヘテロポリ酸は、前記イソポリ酸にヘテロ
元素を中心元素として組み込むことによって得られるも
のであり、その構成は縮合配位元素、中心元素および酸
素から成る。ここで縮合配位元素とは、前記ポリオキソ
酸の構成元素を意味し、このうちMo、W及びVからな
る群より選ばれた少なくとも1種を含むものが好ましい
例として挙げられ、その他Nb、Ta等の元素を含んで
も良い。また、ヘテロポリ酸の中心元素はP、Si、A
s、Ge、Ti、Ce、Mn、Ni、Te、I、Co、
Cr、Fe、Ga、B、V、Pt、BeおよびZnから
なる群より選ばれた1種であり縮合配位元素と中心元素
の原子比(縮合配位元素/中心元素)は2.5〜12で
ある。
The heteropoly acid is obtained by incorporating a hetero element into the isopoly acid as a central element, and its constitution is composed of a condensed coordination element, a central element and oxygen. Here, the condensation coordination element means a constituent element of the polyoxo acid, and among them, one containing at least one selected from the group consisting of Mo, W and V is mentioned as a preferable example, and Nb and Ta are also included. You may include elements, such as. The central element of the heteropolyacid is P, Si, A.
s, Ge, Ti, Ce, Mn, Ni, Te, I, Co,
It is one kind selected from the group consisting of Cr, Fe, Ga, B, V, Pt, Be and Zn, and the atomic ratio of the condensation coordination element and the central element (condensation coordination element / central element) is 2.5 to Twelve.

【0014】前述したヘテロポリ酸の具体例としては、
リンモリブデン酸、ケイモリブデン酸、リンバナドモリ
ブデン酸、ケイバナドモリブデン酸、リンタングストモ
リブデン酸、ケイタングストモリブデン酸、リンバナド
タングストモリブデン酸、ケイバナドタングストモリブ
デン酸、リンバナドタングステン酸、ケイバナドタング
ステン酸、リンモリブドニオブ酸、ホウモリブデン酸、
ホウタングストモリブデン酸、ホウバナドモリブデン
酸、ホウバナドタングステン酸、コバルトモリブデン
酸、コバルトバナドタングステン酸、リンタングステン
酸、ケイタングステン酸、リンバナジン酸、ケイバナジ
ン酸等が挙げられるがこれらに限定されるものではな
い。前記ポリオキソ酸のうち、研磨用途として金属をエ
ッチングするに足る十分な酸強度、酸化力の観点からヘ
テロポリ酸が好ましく、好適にはリンモリブデン酸、ケ
イモリブデン酸、および更にこれらにバナジウムを導入
したリンバナドモリブデン酸、ケイバナドモリブデン酸
等を挙げることができる。ポリオキソ酸は、上記を単独
でまたはそれらを混合して用いてもよい。また、得られ
る研磨液組成物の酸性度を調整し研磨性能を制御する目
的で、これらのポリオキソ酸に塩基性物質を添加しポリ
オキソ酸塩として使用することも可能である。ポリオキ
ソ酸塩は、上記ポリオキソ酸と金属、アンモニウム、有
機アミン類との塩が挙げられる。
Specific examples of the above-mentioned heteropolyacid include:
Phosphomolybdic acid, silicomolybdic acid, phosphovanadomolybdic acid, silicovanadomolybdic acid, phosphotungstomolybdic acid, phosphotungstomolybdic acid, phosphovanadotungstomolybdic acid, cavanadotungstomolybdic acid, phosphovanadotungstic acid, cavanadotungsten Acid, phosphomolybdo niobate, boromolybdic acid,
Examples include but are not limited to borotungstomolybdic acid, borovanadomolybdic acid, borovanadotungstic acid, cobalt molybdic acid, cobalt vanadotungstic acid, phosphotungstic acid, silicotungstic acid, phosphovanadic acid, and silicovanadic acid. is not. Among the above polyoxo acids, a heteropoly acid is preferable from the viewpoint of sufficient acid strength sufficient for etching a metal for polishing purposes and oxidizing power, and is preferably phosphomolybdic acid, silicomolybdic acid, or lumbar having vanadium introduced therein. Examples thereof include nadomolybdic acid and cavanadomolybdic acid. The polyoxo acids may be used alone or as a mixture thereof. Further, for the purpose of adjusting the acidity of the obtained polishing composition and controlling the polishing performance, it is also possible to add a basic substance to these polyoxo acids and use them as a polyoxo acid salt. Examples of polyoxo acid salts include salts of the above polyoxo acids with metals, ammonium, and organic amines.

【0015】本発明の研磨組成物中のポリオキソ酸およ
び/またはその塩の含有量は、特に限定されるものでは
ないが、好ましくは0.1〜30wt%の範囲で使用さ
れ、さらに好ましくは0.5〜15wt%の範囲であ
る。前記範囲より小さい場合、十分な研磨速度が発現し
にくく、また前記範囲を超えても増量による研磨性能の
際立った向上は見られない。
The content of the polyoxoacid and / or its salt in the polishing composition of the present invention is not particularly limited, but it is preferably used in the range of 0.1 to 30% by weight, more preferably 0. It is in the range of 0.5 to 15 wt%. When it is less than the above range, a sufficient polishing rate is difficult to develop, and even when it exceeds the above range, the polishing performance is not remarkably improved by increasing the amount.

【0016】本発明で用いられる水溶性高分子として
は、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコー
ル、ポリエチレングリコールアルキルエーテル等のエー
テル類;ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン
およびポリアクロレイン等のビニル系ポリマー;ポリア
クリル酸、ポリメタクリル酸、ポリアクリルアミド、ポ
リアミド酸、ポリアクリル酸アンモニウム塩等のポリカ
ルボン酸およびその塩;メチルセルロース、ヒドロキシ
プロピルセルロース、カルボキシメチルセルロース、酢
酸セルロース、硝酸セルロース、硫酸セルロース、ペク
チン等の多糖類、他ではゼラチン、でんぷん、アルブミ
ン等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。
これら水溶性高分子は、増粘剤として研磨組成物中に含
有させたり(特開平8−302338号公報)、界面活
性剤として研磨組成物中に含有させること(特開200
0−252242号公報)が報告されているが、本発明
での目的はそれらとは異なったものである。つまり、水
溶性高分子を前記ポリオキソ酸と組み合わせて使用する
ことにより、低荷重においても高い研磨速度を維持した
ままエッチングの進行を抑制し、ディッシングの発生を
制御することが可能となることを見出したのである。前
記水溶性高分子のうち、エッチングの抑制と低荷重高研
磨速度といった研磨性能の観点、あるいは生成する粒子
の分散性の観点から、ポリエチレンオキシド、ポリビニ
ルピロリドン、ポリビニルアルコールおよびセルロース
誘導体が好ましい。
The water-soluble polymer used in the present invention includes ethers such as polyethylene glycol, polypropylene glycol and polyethylene glycol alkyl ether; vinyl polymers such as polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone and polyacrolein; polyacrylic acid and polymethacryl. Polycarboxylic acids such as acids, polyacrylamides, polyamic acids, ammonium polyacrylates and salts thereof; polysaccharides such as methyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, carboxymethyl cellulose, cellulose acetate, cellulose nitrate, cellulose sulfate, pectin, and others, gelatin, Examples thereof include starch and albumin, but are not limited thereto.
These water-soluble polymers may be contained as a thickening agent in the polishing composition (JP-A-8-302338) or as a surfactant in the polishing composition (JP-A-200).
0-252242), but the purpose of the present invention is different from them. That is, it was found that by using the water-soluble polymer in combination with the polyoxoacid, it is possible to suppress the progress of etching and control the occurrence of dishing while maintaining a high polishing rate even under a low load. It was. Among the above water-soluble polymers, polyethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol and cellulose derivatives are preferable from the viewpoints of suppressing etching and polishing performance such as low load and high polishing rate, or dispersibility of particles produced.

【0017】なお、添加する水溶性高分子については、
種類だけではなくその分子量も性能に大きく関与する。
一般的には、添加する水溶性高分子の分子量が大きい
程、エッチングを抑制する効果が高くなる傾向ではある
が、粒子の分散性や研磨速度等との兼ね合いもあり、水
溶性高分子の種類によっても多種多様の結果となる。本
発明の研磨組成物に用いられる水溶性高分子の含有量
は、その種類や使用するポリオキソ酸(その塩)の種類
や量によっても異なるが、好ましくは0.01〜50w
t%の範囲で使用され、より好ましくは0.05〜30
wt%の範囲である。前記範囲より小さい場合では十分
なエッチング抑制効果が得られにくく、ディッシング発
生を制御しにくい場合がある。また、前記範囲を超える
と粘度の上昇等取り扱いが難しくなる場合がある。
Regarding the water-soluble polymer to be added,
Not only the type, but also its molecular weight has a great influence on the performance.
Generally, the larger the molecular weight of the water-soluble polymer to be added, the higher the effect of suppressing the etching tends to be, but there is also a trade-off with the dispersibility of particles and the polishing rate. The result can be various. The content of the water-soluble polymer used in the polishing composition of the present invention varies depending on the type and the type and amount of the polyoxo acid (salt thereof) used, but is preferably 0.01 to 50 w.
Used in the range of t%, more preferably 0.05 to 30
It is in the range of wt%. If it is less than the above range, it may be difficult to obtain a sufficient etching suppressing effect and it may be difficult to control the occurrence of dishing. If it exceeds the above range, handling may be difficult due to an increase in viscosity.

【0018】本発明では非イオン性界面活性剤をさらに
添加することが可能であるが、これにより生成する粒子
の高分散性、低エッチング性および低荷重高研磨速度と
いった優れた性能をさらに向上させることができる。こ
の効果は、イオン性界面活性剤であるアニオン性界面活
性剤やカチオン性界面活性剤を使用した場合には見られ
ず、非イオン性界面活性剤、とりわけHLBが5〜12
の範囲にあるものを用いた場合において顕著に見られる
ものである。
In the present invention, it is possible to further add a nonionic surfactant, which further improves the excellent properties of the particles produced, such as high dispersibility, low etching property and low load and high polishing rate. be able to. This effect is not observed when an anionic surfactant or a cationic surfactant, which is an ionic surfactant, is used, and the nonionic surfactant, especially HLB is 5-12.
It is remarkably observed when the one within the range is used.

【0019】このような非イオン性界面活性剤として
は、「新・界面活性剤入門 藤本武彦著 昭和60年1
1月1日発行 三洋化成工業株式会社」の92頁 第2
・5・1表に記載のあるポリエチレングリコール型およ
び多価アルコール型の非イオン性界面活性剤であれば適
用が可能である。前記ポリエチレングリコール型の非イ
オン性界面活性剤としては、各種疎水性基にエチレンオ
キサイドを付加させ親水性基を導入したものであり、高
級アルコールエチレンオキサイド付加物、アルキルフェ
ノールエチレンオキサイド付加物、脂肪酸エチレンオキ
サイド付加物、多価アルコール脂肪酸エステルエチレン
オキサイド付加物、高級アルキルアミンエチレンオキサ
イド付加物、脂肪酸アミドエチレンオキサイド付加物、
油脂のエチレンオキサイド付加物、ポリプロピレングリ
コールエチレンオキサイド付加物等が挙げられる。一
方、多価アルコール型の非イオン性界面活性剤は、親水
性の多価アルコールに疎水性の脂肪酸をエステルあるい
はアミド基を介して結合させたもので、グリセロールの
脂肪酸エステル、ペンタエリスリトールの脂肪酸エステ
ル、ソルビトールおよびソルビタンの脂肪酸エステル、
ショ糖の脂肪酸エステル、アルカノールアミン類の脂肪
酸アミド等が挙げられる。
Examples of such nonionic surfactants include "Introduction to New Surfactants by Takehiko Fujimoto, 1985, 1".
Issued on January 1, Sanyo Chemical Industry Co., Ltd. ”, page 92, second
The polyethylene glycol type and polyhydric alcohol type nonionic surfactants shown in Table 5.1 can be applied. The polyethylene glycol-type nonionic surfactant is one in which ethylene oxide is added to various hydrophobic groups to introduce a hydrophilic group, and higher alcohol ethylene oxide adduct, alkylphenol ethylene oxide adduct, fatty acid ethylene oxide. Adduct, polyhydric alcohol fatty acid ester ethylene oxide adduct, higher alkylamine ethylene oxide adduct, fatty acid amide ethylene oxide adduct,
Examples thereof include ethylene oxide adducts of fats and oils, polypropylene glycol ethylene oxide adducts, and the like. On the other hand, the polyhydric alcohol type nonionic surfactant is a hydrophilic polyhydric alcohol in which a hydrophobic fatty acid is bound via an ester or amide group, and is a fatty acid ester of glycerol or a fatty acid ester of pentaerythritol. , Fatty acid esters of sorbitol and sorbitan,
Examples thereof include fatty acid esters of sucrose and fatty acid amides of alkanolamines.

【0020】これらの非イオン性界面活性剤のうち本発
明に用いられるものとしては、好ましくはHLBが5〜
12の範囲のものであるが、この値が5より低いと粒子
の疎水性が強くなりやすく、分散性不良による粒子の沈
降や層分離等が起こる場合がある。一方、12より大き
いと逆に親水性が高くなりやすく子の形成が不十分な場
合があり、エッチングの抑制効果が発現しにくくなる場
合がある。本発明で研磨組成物中に添加される非イオン
性界面活性剤は、好適には前記ポリエチレングリコール
型界面活性剤として分類される炭素数8〜24の高級ア
ルコールのポリオキシエチレンエーテル、アルキルフェ
ノールのポリオキシエチレンエーテル、ポリプロピレン
グリコールのポリオキシエチレンエーテル(プルロニッ
ク型)が挙げられるが、中でも特に炭素数8〜24の高
級アルコールのポリオキシエチレンエーテルが好まし
い。また、炭素数8〜24の前記高級アルコールのポリ
オキシエチレンエーテルには、オレイル基のように分子
中に炭素−炭素二重結合を含む不飽和型のものと、全く
含まない飽和型のものがあるが、飽和基は酸化による変
質を受け難く経時の性能劣化が起こらないことから、飽
和型高級アルコールのポリオキシエチレンエーテルが好
ましい。このようなものとしては、例えばポリオキシエ
チレンデシルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエ
ーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキ
シエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレン2
−エチルヘキシルエーテル、ポリオキシエチレントリデ
シルエーテル、ポリオキシエチレンイソステアリルエー
テル、ポリオキシエチレン合成アルコールエーテル(合
成アルコール中の炭素数12〜15)等が挙げられる。
Among these nonionic surfactants, those used in the present invention preferably have an HLB of 5 to 5.
Although it is in the range of 12, if this value is lower than 5, the hydrophobicity of the particles tends to be strong, and sedimentation or layer separation of the particles may occur due to poor dispersibility. On the other hand, when it is more than 12, the hydrophilicity is likely to be high, and the formation of the child may be insufficient, and the effect of suppressing etching may be difficult to be exhibited. The nonionic surfactant added to the polishing composition in the present invention is preferably a polyoxyethylene ether of a higher alcohol having 8 to 24 carbon atoms or a polyphenol of an alkylphenol, which is classified as the polyethylene glycol type surfactant. Examples thereof include oxyethylene ether and polyoxyethylene ether of polypropylene glycol (Pluronic type). Among them, polyoxyethylene ether of higher alcohol having 8 to 24 carbon atoms is particularly preferable. The higher alcohol polyoxyethylene ether having 8 to 24 carbon atoms includes an unsaturated type having a carbon-carbon double bond in the molecule such as an oleyl group and a saturated type having no carbon-carbon double bond at all. However, a saturated higher alcohol polyoxyethylene ether is preferable because the saturated group is less likely to be deteriorated by oxidation and does not deteriorate in performance over time. Examples thereof include polyoxyethylene decyl ether, polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene cetyl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene 2
-Ethylhexyl ether, polyoxyethylene tridecyl ether, polyoxyethylene isostearyl ether, polyoxyethylene synthetic alcohol ether (carbon number 12 to 15 in synthetic alcohol) and the like can be mentioned.

【0021】これらの非イオン性界面活性剤は1種類の
みを添加しても良いが、HLBが互いに異なる2種類以
上を併用することで、本発明の研磨組成物が有する優れ
た性能、すなわち生成する研磨粒子の高分散性および低
エッチング性、ならびに低荷重での高速研磨性等をさら
に向上させることができる。本発明の研磨組成物に用い
られる非イオン性界面活性剤の含有量は、その種類、使
用するポリオキソ酸(その塩)や水溶性高分子の種類や
量によっても異なるが、好ましくは0〜50wt%の範
囲で使用され、より好ましくは0〜30wt%の範囲で
ある。前記範囲を超えると粘度の上昇等取り扱いが難し
くなる場合がある。
Although only one kind of these nonionic surfactants may be added, the excellent performance of the polishing composition of the present invention, that is, generation, can be obtained by using two or more kinds of HLB having different HLBs in combination. It is possible to further improve the high dispersibility and low etching property of the polishing particles, and the high speed polishing property under a low load. The content of the nonionic surfactant used in the polishing composition of the present invention varies depending on the type and the type and amount of the polyoxoacid (salt thereof) or the water-soluble polymer used, but is preferably 0 to 50 wt. %, And more preferably 0 to 30 wt%. If it exceeds the above range, handling such as increase in viscosity may be difficult.

【0022】本発明の研磨組成物は、通常、水を媒体に
用いる。ポリオキソ酸(その塩)や水溶性高分子、場合
によりさらに添加される非イオン性界面活性剤等の溶解
もしくは分散は、通常攪拌により行なわれるが、ホモジ
ナイザー、超音波、湿式媒体ミル等を用いて十分に分散
する方法が好ましく用いられる。こうして調整された研
磨組成物は、ポリオキソ酸(その塩)と水溶性高分子と
の相互作用により、複合体(微粒子)となって水中に高
分散状態で存在するものが好ましい。非イオン性界面活
性剤をさらに含有させた場合には、これもポリオキソ酸
(その塩)との相互作用により複合体に組み込まれる。
ここでいう複合体は、基本的には、後述する通り湿式粒
度分析計による粒度の測定や、透過型電子顕微鏡による
上記構造の観察が可能であり、湿式粒度分析計により測
定される数平均粒子径が約10nm〜1μmであるもの
が好ましい。ただし、数平均粒子径が約10nm以下で
あり、粒度の測定が困難なほど微細かつ高分散状態で存
在するものも本発明の範囲に含まれる。
The polishing composition of the present invention generally uses water as a medium. The polyoxo acid (salt thereof), the water-soluble polymer, and the nonionic surfactant, which is optionally further added, are usually dissolved or dispersed by stirring, but using a homogenizer, ultrasonic waves, a wet medium mill, or the like. A method of sufficiently dispersing is preferably used. The polishing composition thus prepared is preferably a composition (fine particles) which exists in a highly dispersed state in water as a complex (fine particles) due to the interaction between the polyoxo acid (salt thereof) and the water-soluble polymer. When a nonionic surfactant is further contained, it is also incorporated into the complex by the interaction with the polyoxo acid (salt thereof).
The composite here is basically capable of measuring the particle size by a wet particle size analyzer as described later and observing the above structure by a transmission electron microscope, and the number average particle measured by the wet particle size analyzer. Those having a diameter of about 10 nm to 1 μm are preferable. However, those having a number average particle diameter of about 10 nm or less and existing in a fine and highly dispersed state such that the particle size is difficult to measure are also included in the scope of the present invention.

【0023】本発明の研磨組成物において、その研磨機
構の詳細は明らかではないが、ポリオキソ酸(その塩)
および水溶性高分子の相互作用により形成される微粒子
が化学的研磨作用を発現する研磨粒子として働き、低エ
ッチング性を保ち、ディッシング発生を制御しながら、
低荷重でも高い研磨速度を発現することができるものと
考えられる。従ってこの研磨粒子は、従来機械的研磨を
目的に用いられる砥粒とは本質的に性格を異にするもの
であり、従来機械研磨由来の問題点であった、凝集粒子
によるスクラッチや研磨時の荷重による下地基板へのダ
メージ等が解消される。
In the polishing composition of the present invention, the details of the polishing mechanism are not clear, but a polyoxo acid (salt thereof) is used.
And the fine particles formed by the interaction of the water-soluble polymer act as abrasive particles expressing a chemical polishing action, while maintaining low etching property and controlling the occurrence of dishing,
It is considered that a high polishing rate can be exhibited even with a low load. Therefore, the abrasive particles are essentially different in character from the abrasive particles conventionally used for the purpose of mechanical polishing, and are problems caused by conventional mechanical polishing. Damage to the base substrate due to the load is eliminated.

【0024】本発明の研磨組成物は、上述の如く基本的
には通常機械的研磨を目的に使用される砥粒を含むこと
なく目的とする研磨を行うことができるが、スクラッチ
等の表面欠陥を起こさない範囲で、さらに研磨速度を高
める目的で砥粒を用いることも可能である。その際用い
られる砥粒としては、アルミナ、シリカ、セリア、ジル
コニア、チタニア、酸化マグネシウム等の無機粒子、有
機ポリマー、非晶質炭素、カーボンブラック等の有機粒
子が挙げられるが、このうち好適にはコロイダルアルミ
ナ、コロイダルシリカである。
As described above, the polishing composition of the present invention can basically carry out the desired polishing without containing the abrasive grains which are usually used for the purpose of mechanical polishing, but surface defects such as scratches. It is also possible to use abrasive grains for the purpose of further increasing the polishing rate within the range that does not occur. Examples of the abrasive grains used at that time include inorganic particles such as alumina, silica, ceria, zirconia, titania, and magnesium oxide, organic polymers, amorphous carbon, and organic particles such as carbon black. Colloidal alumina and colloidal silica.

【0025】本発明の研磨組成物は、ディッシングの原
因となる金属膜のエッチング性は極めて低いものである
ため、通常保護膜形成剤を併用する必要はないが、実質
研磨レートを低下させない範囲内で必要に応じて、金属
膜とキレートまたは錯体を形成する化合物を添加し、更
にエッチング性を抑制することも可能である。特に金属
が銅もしくは銅を主成分とする銅合金の場合、ベンゾト
リアゾールやキナルジン酸をキレート剤として添加する
方法が効果的である。防食剤としてはこの他にも、トリ
ルトリアゾール、ベンゾトリアゾールカルボン酸等のベ
ンゾトリアゾール誘導体やシスチン、ハロ酢酸、グルコ
ース、ドデシルメルカプタン等を挙げることができる。
これらの防食剤の添加量は、好ましくは100ppm以
下、より好ましくは50ppm以下と従来の研磨材に用
いられてきた量に比べ極めて少量で十分である。逆にこ
の添加量が多いと、研磨レートが低下し目的の研磨性能
が得られなくなる場合がある。
Since the polishing composition of the present invention has an extremely low etching property of a metal film which causes dishing, it is usually unnecessary to use a protective film-forming agent together, but within a range that does not substantially lower the polishing rate. Then, if necessary, a compound that forms a chelate or a complex with the metal film may be added to further suppress the etching property. Particularly when the metal is copper or a copper alloy containing copper as a main component, a method of adding benzotriazole or quinaldic acid as a chelating agent is effective. In addition to these, examples of the anticorrosive agent include benzotriazole derivatives such as tolyltriazole and benzotriazolecarboxylic acid, cystine, haloacetic acid, glucose, and dodecyl mercaptan.
The addition amount of these anticorrosives is preferably 100 ppm or less, more preferably 50 ppm or less, which is an extremely small amount as compared with the amount used in conventional abrasives. On the other hand, if the amount of addition is large, the polishing rate may decrease and the desired polishing performance may not be obtained.

【0026】本発明の研磨組成物には、更に金属膜の研
磨速度を向上させる目的で、過度のエッチングを引き起
こさない範囲内で公知の酸化剤を含有しても良い。含有
させる酸化剤としては、公知の酸化剤、例えば過酸化水
素等の過酸化物、過塩素酸、過塩素酸塩、過ヨウ素酸、
過ヨウ素酸塩、過硫酸、過硫酸塩、硝酸塩等を挙げるこ
とができる。本発明における研磨組成物には必要に応じ
て酸を含有してもよく、用いる酸の種類や得られるスラ
リーのpHによって金属膜の研磨性能を制御することが
できる。含有される酸としては公知の無機酸、例えば硫
酸、リン酸、硝酸等、または公知の有機酸、例えばシュ
ウ酸、クエン酸、リンゴ酸、酢酸等が挙げられる。本発
明の研磨組成物には、必要に応じてメタノール、エタノ
ール、n−プロパノール、iso−プロパノール、エチ
レングリコール、グリセリン等の水溶性アルコールを添
加することもできる。
The polishing composition of the present invention may further contain a known oxidizing agent within the range of not causing excessive etching for the purpose of improving the polishing rate of the metal film. As the oxidizing agent to be contained, known oxidizing agents, for example, peroxides such as hydrogen peroxide, perchloric acid, perchlorates, periodate,
Examples thereof include periodate, persulfate, persulfate, nitrate and the like. The polishing composition of the present invention may contain an acid as required, and the polishing performance of the metal film can be controlled by the type of acid used and the pH of the resulting slurry. Examples of the acid to be contained include known inorganic acids such as sulfuric acid, phosphoric acid and nitric acid, and known organic acids such as oxalic acid, citric acid, malic acid and acetic acid. Water-soluble alcohols such as methanol, ethanol, n-propanol, iso-propanol, ethylene glycol, and glycerin can be added to the polishing composition of the present invention, if necessary.

【0027】このようにして調製された本発明の研磨組
成物は、半導体基板上に形成された金属膜の研磨、平坦
化に適用される。研磨対象となる半導体基板上の金属膜
は、公知の配線用、プラグ用、コンタクトメタル層用、
バリヤーメタル層用金属膜であり、例えばアルミニウ
ム、銅、タングステン、チタニウム、タンタル、アルミ
ニウム合金、銅合金、窒化チタニウム、窒化タンタル等
からなる群より選ばれる金属膜等が挙げられる。特に表
面硬度が低く、傷やディシングといった欠陥が生じ易い
銅および銅合金からなる金属膜への適用が推奨される。
The polishing composition of the present invention thus prepared is applied to polishing and planarizing a metal film formed on a semiconductor substrate. The metal film on the semiconductor substrate to be polished is a known wiring, plug, contact metal layer,
Examples of the metal film for the barrier metal layer include metal films selected from the group consisting of aluminum, copper, tungsten, titanium, tantalum, aluminum alloys, copper alloys, titanium nitride, tantalum nitride, and the like. In particular, it is recommended to apply to a metal film made of copper and a copper alloy, which has a low surface hardness and is susceptible to defects such as scratches and dicing.

【0028】図1(C)に示すように、配線用の金属膜
4を埋め込むことにより得られた半導体基板について、
図1(D)に示すように溝または開口部以外の余分な金
属膜を、ポリオキソ酸(その塩)および水溶性高分子を
含有することを特徴とする研磨組成物を用いて研磨する
ことにより取り除き平坦化する。本発明の半導体基板の
製造方法は、シリコン基板等の半導体基板上の金属膜を
ポリオキソ酸(その塩)および水溶性高分子を含有する
ことを特徴とする金属用研磨組成物を用いて研磨するプ
ロセスから成ることを特徴とする。以下、半導体基板の
製造方法について説明する。
As shown in FIG. 1C, a semiconductor substrate obtained by embedding a metal film 4 for wiring is
As shown in FIG. 1 (D), the excess metal film other than the groove or opening is polished by using a polishing composition containing a polyoxo acid (salt thereof) and a water-soluble polymer. Remove and flatten. In the method for producing a semiconductor substrate of the present invention, a metal film on a semiconductor substrate such as a silicon substrate is polished with a metal polishing composition containing a polyoxoacid (salt thereof) and a water-soluble polymer. It is characterized by comprising a process. Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor substrate will be described.

【0029】初めに、図1(A)のようにシリコン基板
等の半導体基板上1に絶縁膜2を形成した後に、フォト
リソグラフィー法およびエッチング法で絶縁膜2に金属
配線用の溝、あるいは接続配線用の開口部を形成する。
次に図1(B)に示すように、絶縁膜2に形成した溝あ
るいは開口部にスパッタリングやCVD等の方法により
窒化チタニウム(TiN)、窒化タンタル(TaN)等
よりなるバリヤーメタル層3を形成する。次に図1
(C)に示すように、厚みが絶縁膜2に形成した溝また
は開口部の高さ以上となるように配線用の金属膜4を埋
め込む。次に図1(D)に示すように、溝または開口部
以外の余分な金属膜をポリオキソ酸および水溶性高分子
を含有することを特徴とする金属用研磨組成物を用いて
研磨する方法により取り除く。さらに、上記の方法を必
要回数繰り返すことにより、電子部品として多層配線構
造を有する半導体基板を得ることができる。なお、この
ように半導体基板の製造に際し半導体基板上の金属膜の
研磨には、上述した金属用研磨組成物または金属膜の平
坦化方法を適用すれば良い。
First, as shown in FIG. 1A, after forming an insulating film 2 on a semiconductor substrate 1 such as a silicon substrate, a groove for metal wiring or a connection is formed in the insulating film 2 by photolithography and etching. An opening for wiring is formed.
Next, as shown in FIG. 1B, a barrier metal layer 3 made of titanium nitride (TiN), tantalum nitride (TaN), or the like is formed in the groove or opening formed in the insulating film 2 by a method such as sputtering or CVD. To do. Next in FIG.
As shown in (C), the metal film 4 for wiring is embedded so that the thickness is equal to or higher than the height of the groove or opening formed in the insulating film 2. Next, as shown in FIG. 1D, a method of polishing an excess metal film other than the groove or opening with a metal polishing composition characterized by containing a polyoxoacid and a water-soluble polymer is used. remove. Furthermore, by repeating the above method a required number of times, a semiconductor substrate having a multilayer wiring structure as an electronic component can be obtained. It should be noted that the polishing composition for metal or the method for planarizing the metal film described above may be applied to the polishing of the metal film on the semiconductor substrate in the production of the semiconductor substrate as described above.

【0030】以下、本発明を実施例に基づいて説明する
が、本発明はこれらによって制限されるものではない。
なお、研磨組成物の特性および研磨性能の評価は以下の
方法で行った。 <粒子径測定> (1)微細(5μm未満)粒子:湿式粒度分析計 日機
装社製 商品名「マイクロトラックUPA−9230」
を用いて測定した。 (2)粗大(5μm以上)粒子:湿式粒度分析計 堀場
製作所 商品名「LA−700」を用いて測定した。な
お、本発明における平均粒子径は、数平均による粒子径
を意味する。
Hereinafter, the present invention will be described based on examples, but the present invention is not limited thereto.
The characteristics and polishing performance of the polishing composition were evaluated by the following methods. <Measurement of particle size> (1) Fine particles (less than 5 μm): wet particle size analyzer manufactured by Nikkiso Co., Ltd. under the trade name “Microtrac UPA-9230”
Was measured using. (2) Coarse (5 μm or more) particles: Wet particle size analyzer It was measured using Horiba Seisakusho's trade name “LA-700”. The average particle diameter in the present invention means the particle diameter by number average.

【0031】<研磨レート測定>研磨前後の各膜厚の変
化を研磨時間で除することにより算出した。研磨条件
は、研磨圧力5kPa、基板と研磨パッドとの相対速度
が40m/min.、研磨パッドに「IC1400」
(商品名、ロデ−ルニッタ社製)を用い、該研磨パッド
に金属用研磨組成物を滴下しつつ、銅膜(厚み:1μ
m)付きシリコンウェハーを研磨して行った。
<Measurement of Polishing Rate> The change in each film thickness before and after polishing was calculated by dividing by the polishing time. The polishing conditions were such that the polishing pressure was 5 kPa and the relative speed between the substrate and the polishing pad was 40 m / min. "IC1400" for polishing pad
(Trade name, manufactured by Rodel Nitta Co., Ltd.), a copper film (thickness: 1 μm was added while the metal polishing composition was dropped onto the polishing pad.
m) attached silicon wafer was polished.

【0032】<表面欠陥(スクラッチ)評価>上記<研
磨レート測定>で研磨したシリコンウェハーを洗浄し乾
燥した後、該半導体ウェハー表面に暗室にてスポットラ
イトを当て、目視でスクラッチの有無を判定した。
<Evaluation of Surface Defects (Scratches)> After cleaning and drying the silicon wafer polished in the above <Measurement of polishing rate>, a spotlight was applied to the surface of the semiconductor wafer in a dark room to visually determine the presence or absence of scratches. .

【0033】<研磨組成物の分散性評価>室温1日放置
後の各研磨組成物の分散状態を目視で以下のように判定
した。 ○ :沈降物なし △ :沈降物少 × :沈降物多
<Evaluation of Dispersibility of Polishing Composition> The dispersion state of each polishing composition after standing for 1 day at room temperature was visually evaluated as follows. ○: No sediment △: Small sediment ×: Large sediment

【0034】<エッチング速度測定によるディッシング
性評価>ディッシング発生の原因である、ウェットエッ
チング性を評価することにより、ディッシング特性の代
替評価とした。すなわち、ディッシングとは研磨組成物
の持つ過度の化学作用(ウェットエッチング)が原因で
金属膜が侵食されることにより発生するものであること
から、ディッシングの主たる原因である研磨組成物のエ
ッチング速度をここで評価することは、結果としてディ
ッシング特性を評価することになる。
<Evaluation of Dishing Property by Measuring Etching Rate> By evaluating the wet etching property, which is a cause of occurrence of dishing, an alternative evaluation of the dishing property was made. That is, since the dishing is caused by the erosion of the metal film due to the excessive chemical action (wet etching) of the polishing composition, the etching rate of the polishing composition, which is the main cause of the dishing, is The evaluation here results in the evaluation of the dishing characteristics.

【0035】具体的には、銅膜(厚み:1μm)付きシ
リコンウェハーを一定時間研磨組成物中に浸漬揺動し、
浸漬前後の膜厚変化を測定し、それを浸漬時間で除する
ことでエッチング速度を求め、ディッシング特性を下記
基準(◎〜×)により評価した。エッチング速度が遅い
ほど、ウェットエッチング性が弱くディッシングが起こ
りにくい。 ◎:エッチング速度1nm/分未満 ○:エッチング速度1〜10nm/分 △:エッチング速度10〜50nm/分 ×:エッチング速度50nm/分超
Specifically, a silicon wafer with a copper film (thickness: 1 μm) is immersed in a polishing composition for a certain period of time and shaken,
The change in film thickness before and after the immersion was measured, and the etching rate was obtained by dividing the change in the immersion time, and the dishing characteristics were evaluated according to the following criteria (⊚ to ×). The slower the etching rate, the weaker the wet etching property and the less likely dishing occurs. ⊚: Etching rate less than 1 nm / min ○: Etching rate 1 to 10 nm / min Δ: Etching rate 10 to 50 nm / min ×: Etching rate over 50 nm / min

【0036】[0036]

【実施例1】ポリオキソ酸としてリンバナドモリブデン
酸:PVMo(商品名「PVM−1−11」 日本無機
化学工業社製)6gを水154gに溶解させ、ホモジナ
イザーで攪拌下、これに水溶性高分子としてポリビニル
ピロリドンK30:PVP(平均分子量40000、和
光純薬工業社製)6gを純水34gに溶解した水溶液を
添加し、金属用研磨組成物を得た。この組成物の「UP
A−9230」測定による平均粒子径は約700nmで
あった。この評価結果を表1に示す。なお、この組成物
は室温で1ヶ月放置後も変色や粒子の沈降は見られず、
良好な安定性および分散性を示した。
EXAMPLE 1 Phosphovanadomolybdic acid as a polyoxo acid: 6 g of PVMo (trade name "PVM-1-11" manufactured by Japan Inorganic Chemical Industry Co., Ltd.) was dissolved in 154 g of water, and a water-soluble polymer was added thereto while stirring with a homogenizer. An aqueous solution prepared by dissolving 6 g of polyvinylpyrrolidone K30: PVP (average molecular weight 40,000, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) in 34 g of pure water was added to obtain a metal polishing composition. "UP" of this composition
The average particle diameter measured by "A-9230" was about 700 nm. The evaluation results are shown in Table 1. The composition showed no discoloration or sedimentation of particles even after being left at room temperature for 1 month.
It showed good stability and dispersibility.

【0037】[0037]

【実施例2】ポリオキソ酸としてPVMo6gを水11
4gに溶解させ、ホモジナイザーで攪拌下、これに水溶
性高分子としてPVP12gを純水68gに溶解した水
溶液を添加し、金属用研磨組成物を得た。この組成物は
目視では均一な溶液となり、「UPA−9230」測定
による平均粒子径は約10nmであった。この評価結果
を表1に示す。なお、この組成物は室温で1ヶ月放置後
も変色や粒子の沈降は見られず、良好な安定性および分
散性を示した。
EXAMPLE 2 6 g of PVMo as a polyoxo acid was added to water 11
An aqueous solution prepared by dissolving 12 g of PVP as a water-soluble polymer in 68 g of pure water as a water-soluble polymer was added to 4 g of the solution under stirring with a homogenizer to obtain a metal polishing composition. This composition became a uniform solution visually, and the average particle size measured by "UPA-9230" was about 10 nm. The evaluation results are shown in Table 1. The composition showed no discoloration or settling of particles even after being left at room temperature for one month, and showed good stability and dispersibility.

【0038】[0038]

【実施例3】ポリオキソ酸としてPVMo6gを水62
gに溶解させ、ホモジナイザーで攪拌下、これに水溶性
高分子としてポリエチレングリコール4000:PEG
−1(平均分子量3000、和光純薬工業社製)40g
を純水92gに溶解した水溶液を添加し、金属用研磨組
成物を得た。この組成物は均一な溶液となり、粒子径の
測定は不能であった。この評価結果を表1に示す。
Example 3 6 g of PVMo as a polyoxo acid was added to water 62.
g and dissolve it in a homogenizer while stirring to give polyethylene glycol 4000: PEG as a water-soluble polymer.
-1 (average molecular weight 3000, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 40 g
An aqueous solution in which 92 g of pure water was dissolved was added to obtain a metal polishing composition. This composition became a uniform solution, and the particle size could not be measured. The evaluation results are shown in Table 1.

【0039】[0039]

【実施例4】ポリオキソ酸としてPVMo6gを水94
gに溶解させ、ホモジナイザーで攪拌下、これに水溶性
高分子としてポリエチレングリコール20000:PE
G−2(平均分子量20000、和光純薬工業社製)3
0gを純水70gに溶解した水溶液を添加し、金属用研
磨組成物を得た。この組成物は均一な溶液となり、粒子
径の測定は不能であった。この評価結果を表1に示す。
Example 4 6 g of PVMo as a polyoxo acid was added to water 94.
g and dissolve it in a homogenizer with stirring to give polyethylene glycol 20000: PE as a water-soluble polymer.
G-2 (average molecular weight 20000, Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 3
An aqueous solution prepared by dissolving 0 g in 70 g of pure water was added to obtain a metal polishing composition. This composition became a uniform solution, and the particle size could not be measured. The evaluation results are shown in Table 1.

【0040】[0040]

【実施例5】ポリオキソ酸としてPVMo9gを水12
3gに溶解させ、ホモジナイザーで攪拌下、これに水溶
性高分子としてPEG−1の15gを純水35gに溶解
した水溶液を添加し、次にこれに非イオン性界面活性剤
としてポリオキシエチレンラウリルエーテル:SF−1
(商品名「BLAUNON EL−1503P」、HL
B=8.3、青木油脂工業社製)18gを添加すること
により金属用研磨組成物を得た。この組成物の「UPA
−9230」測定による平均粒子径は約70nmであっ
た。この評価結果を表1に示す。なお、この組成物は室
温で1ヶ月放置後も変色や粒子の沈降は見られず、良好
な安定性および分散性を示した。
Example 5 9 g of PVMo as a polyoxo acid was added to 12 parts of water.
It was dissolved in 3 g and stirred with a homogenizer, to which was added an aqueous solution in which 15 g of PEG-1 as a water-soluble polymer was dissolved in 35 g of pure water, and then polyoxyethylene lauryl ether was added as a nonionic surfactant. : SF-1
(Product name "BLAUNON EL-1503P", HL
B = 8.3, manufactured by Aoki Yushi Kogyo Co., Ltd.) was added to obtain a metal polishing composition. This composition of "UPA
The average particle size measured by "-9230" was about 70 nm. The evaluation results are shown in Table 1. The composition showed no discoloration or settling of particles even after being left at room temperature for one month, and showed good stability and dispersibility.

【0041】[0041]

【実施例6】実施例5で得られた研磨組成物に、濃度が
50ppmとなるようにベンゾトリアゾール(BTA)
を加えることにより防食剤の添加された金属研磨用組成
物を得た。この組成物の「UPA−9230」測定によ
る平均粒子径は、実施例5で得られた研磨組成物同様約
70nmであった。この評価結果を表1に示す。なお、
この組成物は室温で1ヶ月放置後も変色や粒子の沈降は
見られず、良好な安定性および分散性を示した。
Example 6 Benzotriazole (BTA) was added to the polishing composition obtained in Example 5 so that the concentration was 50 ppm.
Was added to obtain a metal polishing composition containing an anticorrosive agent. The average particle size of this composition measured by "UPA-9230" was about 70 nm, which was the same as the polishing composition obtained in Example 5. The evaluation results are shown in Table 1. In addition,
The composition showed no discoloration or sedimentation of particles even after standing at room temperature for one month, and showed good stability and dispersibility.

【0042】[0042]

【実施例7】非イオン性界面活性剤としてSF−1の代
わりに、ポリオキシエチレンオレイルエーテル:SF−
2(商品名「BLAUNON EN−905」、HLB
=8.9、青木油脂工業社製)を用いる以外は実施例5
と全く同様にして金属用研磨組成物を得た。この組成物
の「UPA−9230」測定による平均粒子径は約15
0nmであった。この評価結果を表1に示す。なお、こ
の組成物は室温で約2週間放置後に変色と粒子の沈降が
確認された。
Example 7 Instead of SF-1 as the nonionic surfactant, polyoxyethylene oleyl ether: SF-
2 (Brand name "BLAUNON EN-905", HLB
= 8.9, manufactured by Aoki Yushi Kogyo Co., Ltd.)
A polishing composition for metal was obtained in exactly the same manner as. The average particle size of this composition measured by "UPA-9230" is about 15
It was 0 nm. The evaluation results are shown in Table 1. Discoloration and sedimentation of particles were confirmed after the composition was left at room temperature for about 2 weeks.

【0043】[0043]

【実施例8】ポリオキソ酸としてPVMo6gを水16
8gに溶解させ、ホモジナイザーで攪拌下、これに水溶
性高分子としてPEG−1の6gを純水14gに溶解し
た水溶液を添加し、次にこれに非イオン性界面活性剤と
してポリオキシエチレンラウリルエーテル:SF−3
(商品名「BLAUNON EL−1502.2」、H
LB=6.3、青木油脂工業社製)6gを添加すること
により金属用研磨組成物を得た。この組成物の「UPA
−9230」測定による平均粒子径は約120nmであ
った。この評価結果を表1に示す。なお、この組成物は
室温で1ヶ月放置後も変色や粒子の沈降は見られず、良
好な安定性および分散性を示した。
Example 8 6 g of PVMo as a polyoxo acid was added to 16 parts of water.
It was dissolved in 8 g and stirred with a homogenizer, an aqueous solution prepared by dissolving 6 g of PEG-1 as a water-soluble polymer in 14 g of pure water was added to this, and then polyoxyethylene lauryl ether as a nonionic surfactant was added thereto. : SF-3
(Brand name "BLAUNON EL-1502.2", H
LB = 6.3, manufactured by Aoki Yushi Kogyo Co., Ltd.) was added to obtain a metal polishing composition. This composition of "UPA
The average particle size measured by "-9230" was about 120 nm. The evaluation results are shown in Table 1. The composition showed no discoloration or settling of particles even after being left at room temperature for one month, and showed good stability and dispersibility.

【0044】[0044]

【実施例9】ポリオキソ酸としてPVMo9gを水11
6gおよびエタノール6gに溶解させ、ホモジナイザー
で攪拌下、これに水溶性高分子としてPVPの9gを純
水51gに溶解した水溶液を添加し、次にこれに非イオ
ン性界面活性剤としてSF−1の9gを添加することに
より金属用研磨組成物を得た。この組成物のUPA−9
230測定による平均粒子径は約300nmであった。
この評価結果を表1に示す。なお、この組成物は室温で
1ヶ月放置後も変色や粒子の沈降は見られず、良好な安
定性および分散性を示した。
Example 9 9 g of PVMo as a polyoxo acid was added to water 11
6 g of ethanol and 6 g of ethanol, and with stirring with a homogenizer, an aqueous solution of 9 g of PVP as a water-soluble polymer in 51 g of pure water was added thereto, and then SF-1 as a nonionic surfactant was added thereto. A polishing composition for metals was obtained by adding 9 g. UPA-9 of this composition
The average particle diameter measured by 230 was about 300 nm.
The evaluation results are shown in Table 1. The composition showed no discoloration or settling of particles even after being left at room temperature for one month, and showed good stability and dispersibility.

【0045】[0045]

【実施例10】ポリオキソ酸としてPVMo12gを水
178gに溶解させ、ホモジナイザーで攪拌下、これに
非イオン性界面活性剤としてポリオキシエチレンセチル
エーテル:SF−4(商品名「BLAUNON CH−
305」、HLB=9.4、青木油脂工業社製)6gを
添加し、次にこれに水溶性高分子としてヒドロキシプロ
ピルセルロース:HPC(150〜400mPa・s、
和光純薬工業社製)0.4gを純水3.6gに溶解した
水溶液を添加することにより金属用研磨組成物を得た。
この組成物の「UPA−9230」測定による平均粒子
径は約320nmであった。この評価結果を表1に示
す。なお、この組成物は室温で1ヶ月放置後も変色は見
られなかったが、粒子の沈降が確認された。
Example 10 12 g of PVMo as a polyoxo acid was dissolved in 178 g of water and stirred with a homogenizer, and a polyoxyethylene cetyl ether: SF-4 (trade name “BLAUNON CH-as a nonionic surfactant was added thereto.
305 ", HLB = 9.4, manufactured by Aoki Yushi Kogyo Co., Ltd.), and then hydroxypropyl cellulose as a water-soluble polymer: HPC (150 to 400 mPa · s,
A polishing composition for metal was obtained by adding an aqueous solution prepared by dissolving 0.4 g of Wako Pure Chemical Industries, Ltd. in 3.6 g of pure water.
The average particle size of this composition measured by "UPA-9230" was about 320 nm. The evaluation results are shown in Table 1. The composition did not show discoloration even after being left at room temperature for 1 month, but it was confirmed that particles settled.

【0046】[0046]

【実施例11】ポリオキソ酸としてPVMo12gを水
176gに溶解させ、ホモジナイザーで攪拌下、これに
非イオン性界面活性剤としてSF−4の6gをエタノー
ル2gに溶解した溶液を添加した後、さらに非イオン性
界面活性剤としてポリオキシエチレン合成アルコールエ
ーテル:SF−5(商品名「BLAUNON OX−2
0」、HLB=5.7、青木油脂工業社製)2gを添加
した。次にこれに水溶性高分子としてHPCの0.2g
を純水1.8gに溶解した水溶液を添加することにより
金属用研磨組成物を得た。この組成物の「UPA−92
30」測定による平均粒子径は約150nmであった。
この評価結果を表1に示す。なお、この組成物は室温で
1ヶ月放置後も変色は見られなかったが、粒子の沈降が
確認された。
Example 11 12 g of PVMo as a polyoxo acid was dissolved in 176 g of water, and a solution of 6 g of SF-4 as a nonionic surfactant in 2 g of ethanol was added to the solution under stirring with a homogenizer. Polyoxyethylene synthetic alcohol ether: SF-5 (trade name "BLAUNON OX-2
0 ", HLB = 5.7, manufactured by Aoki Yushi Kogyo Co., Ltd.) was added. Next, 0.2 g of HPC as a water-soluble polymer
Was added to an aqueous solution of 1.8 g of pure water to obtain a metal polishing composition. This composition of "UPA-92
The average particle size measured by "30" was about 150 nm.
The evaluation results are shown in Table 1. The composition did not show discoloration even after being left at room temperature for 1 month, but it was confirmed that particles settled.

【0047】[0047]

【実施例12】ポリオキソ酸としてPVMo6gを水1
69gに溶解させ、ホモジナイザーで攪拌下、これに水
溶性高分子としてPEG−1の6gを純水6gに溶解し
た水溶液を添加した後、さらに水溶性高分子としてPV
Pの1gを純水6gに溶解した水溶液を添加した。次に
これに非イオン性界面活性剤としてSF−1の6gを添
加することにより金属用研磨組成物を得た。この組成物
の「UPA−9230」測定による平均粒子径は約70
nmであった。この評価結果を表1に示す。なお、この
組成物は室温で1ヶ月放置後も変色や粒子の沈降は見ら
れず、良好な安定性および分散性を示した。
Example 12 6 g of PVMo as a polyoxo acid was added to 1 part of water.
After being dissolved in 69 g and stirred with a homogenizer, an aqueous solution prepared by dissolving 6 g of PEG-1 as a water-soluble polymer in 6 g of pure water was added thereto, and then PV was added as a water-soluble polymer.
An aqueous solution prepared by dissolving 1 g of P in 6 g of pure water was added. Next, 6 g of SF-1 as a nonionic surfactant was added thereto to obtain a metal polishing composition. The average particle size of this composition measured by "UPA-9230" is about 70.
was nm. The evaluation results are shown in Table 1. The composition showed no discoloration or settling of particles even after being left at room temperature for one month, and showed good stability and dispersibility.

【0048】このようにして上記実施例で得られた微細
粒子を含む研磨組成物を、カーボン支持膜付きグリッド
上に滴下、自然乾燥することにより検鏡試料とし、透過
型電子顕微鏡(商品名「HITACHI HF−200
0」 加速電圧200KV)により粒子構造の観察を行
ったところ、ポリオキソ酸が非イオン性界面活性剤に取
り込まれた形態を有する粒子の存在が確認された。粒径
は研磨組成物にもよるが、約20〜50nmのものか
ら、さらにそれらが凝集したと思われるような構造のも
のが観察された。
The polishing composition containing the fine particles thus obtained in the above examples was dropped on a grid with a carbon support film and naturally dried to obtain a sample for microscopy, and a transmission electron microscope (trade name " HITACHI HF-200
When the particle structure was observed with an accelerating voltage of 200 KV), the presence of particles having a form in which polyoxoacid was incorporated in a nonionic surfactant was confirmed. Although the particle size depends on the polishing composition, a particle size of about 20 to 50 nm was observed, and a structure in which it was thought that they were further aggregated was observed.

【0049】[0049]

【比較例1】ポリオキソ酸としてリンバナドモリブデン
酸:PVMoの12gを水188gに溶解させた、水溶
性高分子を全く使用しない金属研磨用組成物を得た。こ
の組成物は均一な溶液状態であり、粒子径の測定は不能
であった。この評価結果を表2に示す。
Comparative Example 1 A metal polishing composition was prepared by dissolving 12 g of phosphovanadomolybdic acid: PVMo as a polyoxo acid in 188 g of water and using no water-soluble polymer. This composition was in a uniform solution state, and the particle size could not be measured. The evaluation results are shown in Table 2.

【0050】[0050]

【比較例2】ポリオキソ酸塩としてリンモリブデン酸ア
ンモニウム:NPMo((NH43[PMo1240] 日
本無機化学社製)12gをよく粉砕したのち水88g中
に加え、ホモジナイザーにて分散させた。次いでこれに
組成物中の砥粒濃度が6%となるようにコロイダルアル
ミナ(平均粒径130nm 触媒化成社製)100gを
加え、更にホモジナイザーで分散処理を行うことにより
砥粒としてアルミナ粒子を含む金属用研磨組成物を得
た。この組成物の「UPA−9230」測定による平均
粒子径は約160nmであった。なお、この組成物は室
温で数時間放置しただけで砥粒粒子の沈降が見られた。
この評価結果を表2に示す。
Comparative Example 2 12 g of ammonium phosphomolybdate: NPMo ((NH 4 ) 3 [PMo 12 O 40 ] manufactured by Nippon Inorganic Chemical Co., Ltd.) as a polyoxo acid salt was well pulverized, then added to 88 g of water, and dispersed by a homogenizer. It was Next, 100 g of colloidal alumina (average particle size 130 nm, manufactured by Catalysis Co., Ltd.) was added to this so that the concentration of the abrasive grains in the composition was 6%, and a dispersion treatment was further performed with a homogenizer to obtain a metal containing alumina particles as abrasive grains. A polishing composition for use was obtained. The average particle size of this composition measured by "UPA-9230" was about 160 nm. It should be noted that, when this composition was left at room temperature for several hours, sedimentation of abrasive grains was observed.
The evaluation results are shown in Table 2.

【0051】[0051]

【比較例3】クエン酸6gを水62gに加え溶解し、こ
れにBTA0.4gをエタノール3gに溶解して得られ
る溶液を加え、さらにこれに組成物中の砥粒濃度が6%
となるようにコロイダルアルミナ(同上)100gを加
え、最後に過酸化水素水(試薬特級、30%水溶液)2
8gを加えて金属用研磨組成物を調整した。この組成物
の「UPA−9230」測定による平均粒子径は約15
0nmであった。なお、この組成物は室温で数時間放置
しただけで砥粒粒子の沈降が見られた。この評価結果を
表2に示す。
[Comparative Example 3] A solution obtained by dissolving 6 g of citric acid in 62 g of water and dissolving it, and dissolving 0.4 g of BTA in 3 g of ethanol was added, and the concentration of abrasive grains in the composition was 6%.
100 g of colloidal alumina (same as above) was added to the mixture so that hydrogen peroxide solution (reagent grade, 30% aqueous solution) was added.
8 g was added to prepare a metal polishing composition. The average particle size of this composition measured by "UPA-9230" is about 15
It was 0 nm. It should be noted that, when this composition was left at room temperature for several hours, sedimentation of abrasive grains was observed. The evaluation results are shown in Table 2.

【0052】[0052]

【比較例4】クエン酸6gおよび水溶性高分子としてP
VPの6gを水60gに加え溶解し、これに組成物中の
砥粒濃度が6%となるようにコロイダルアルミナ(同
上)100gを加えた後、過酸化水素水(試薬特級、3
0%水溶液)28gを加えて金属用研磨組成物を調整し
た。この組成物の「UPA−9230」測定による平均
粒子径は約150nmであった。なお、この組成物は室
温で数時間放置しただけで砥粒粒子の沈降が見られた。
この評価結果を表2に示す。
Comparative Example 4 6 g of citric acid and P as a water-soluble polymer
6 g of VP was added to 60 g of water to dissolve it, and 100 g of colloidal alumina (same as above) was added thereto so that the concentration of the abrasive grains in the composition was 6%, and then hydrogen peroxide solution (special grade reagent, 3%
28% of 0% aqueous solution) was added to prepare a metal polishing composition. The average particle size of this composition measured by "UPA-9230" was about 150 nm. It should be noted that, when this composition was left at room temperature for several hours, sedimentation of abrasive grains was observed.
The evaluation results are shown in Table 2.

【0053】表1および表2に示した結果から、本発明
の研磨用組成物は5kPaという低荷重下においても、
銅膜に対して400nm/min.以上という極めて高
い研磨速度を有していることがわかる。エッチング性
は、防食剤の添加がなくとも10nm/min.以下と
いう低いレベルに抑制されており、ディシングの抑制に
有効であることがわかる。また、BTAの添加によりさ
らなるエッチング性の抑制が可能であるが、その添加量
は50ppm程度と微量で済み、研磨速度の大幅な低下
を来たすこともない。スクラッチも従来の研磨砥粒を添
加した系に比べ全く見られず、表面欠陥の発生もなく優
れた研磨性能を有していることがわかる。一方、比較例
で示されるように、ヘテロポリ酸のみからなる研磨液で
はエッチング性が高過ぎ、所望する性能は得られない。
また、ヘテロポリ酸をアンモニウム塩の形として用いた
場合においても、銅膜に対する研磨レートが極端に低下
することから、これに機械的研磨を目的にアルミナ砥粒
を添加したが、本研磨条件においては高い研磨レートは
得られないことが分かる。この他、エッチング性を10
nm/min.以内に抑制するだけのBTAを防食剤と
して添加した場合、同時に研磨レートも低下してしま
い、本発明で得られるような特性はたとえ砥粒を添加し
ても得ることができないことが分かる。また、本発明で
は、ヘテロポリ酸に水溶性高分子を添加することにより
エッチング性の抑制ならびに低荷重高研磨速度を実現し
ているが、比較例から分かるように、過酸化水素を酸化
剤として使用する一般的な系に水溶性高分子を添加して
もエッチング性の抑制効果は見られず、この効果は本発
明特有のものであることが分かる。
From the results shown in Tables 1 and 2, the polishing composition of the present invention shows that even under a low load of 5 kPa,
400 nm / min. For copper film. It can be seen that the polishing rate is extremely high as described above. The etching property is 10 nm / min. Without adding an anticorrosive agent. It is suppressed to a low level below, and it can be seen that it is effective in suppressing dishing. Further, the addition of BTA can further suppress the etching property, but the addition amount is as small as about 50 ppm, and the polishing rate is not significantly reduced. It can be seen that scratches are not seen at all as compared with the conventional system in which abrasive grains are added, and surface defects are not generated and the polishing performance is excellent. On the other hand, as shown in the comparative example, the polishing liquid containing only heteropolyacid has too high an etching property to obtain the desired performance.
Further, even when using the heteropoly acid in the form of ammonium salt, since the polishing rate for the copper film is extremely reduced, alumina abrasive grains were added to this for the purpose of mechanical polishing. It can be seen that a high polishing rate cannot be obtained. In addition, the etching property is 10
nm / min. It can be seen that when BTA, which is only suppressed within the range, is added as an anticorrosive agent, the polishing rate is also lowered at the same time, and the characteristics obtained in the present invention cannot be obtained even if abrasive grains are added. Further, in the present invention, the addition of a water-soluble polymer to the heteropoly acid achieves the suppression of the etching property and the low load high polishing rate, but as can be seen from the comparative examples, hydrogen peroxide is used as the oxidant. Even if a water-soluble polymer is added to the above general system, the effect of suppressing the etching property is not seen, and it can be seen that this effect is peculiar to the present invention.

【0054】[0054]

【表1】 [Table 1]

【0055】[0055]

【表2】 [Table 2]

【0056】[0056]

【発明の効果】本発明により、従来は困難であった、エ
ッチング、ディッシングの抑制と低荷重条件下での銅膜
等金属膜の高速研磨の両立を可能にした。本発明は、半
導体基板上の金属膜を研磨する上で極めて有用な性能を
有する材料を見出したものであり、産業上の利用価値は
甚だ大きなものがある。
According to the present invention, it has become possible to achieve both suppression of etching and dishing and high-speed polishing of a metal film such as a copper film under low load conditions, which were difficult in the past. The present invention has found a material having extremely useful performance for polishing a metal film on a semiconductor substrate, and has a great industrial utility value.

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

【図1】CMP技術を用いた金属配線の形成例を示す概
略断面図であり、(A)、(B)、(C)、および
(D)は、それぞれその工程を示す概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of forming a metal wiring using a CMP technique, and (A), (B), (C), and (D) are schematic cross-sectional views showing the respective steps. .

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 絶縁膜 3 バリヤーメタル層 4 金属膜 1 Semiconductor substrate 2 insulating film 3 Barrier metal layer 4 metal film

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ポリオキソ酸および/またはその塩、水
溶性高分子および水を含有してなることを特徴とする金
属用研磨組成物。
1. A polishing composition for metals comprising a polyoxo acid and / or a salt thereof, a water-soluble polymer and water.
【請求項2】 さらに非イオン性界面活性剤を含有して
なることを特徴とする請求項1記載の金属用研磨組成
物。
2. The polishing composition for metals according to claim 1, further comprising a nonionic surfactant.
【請求項3】 ポリオキソ酸および/またはその塩が、
ヘテロポリ酸および/またはその塩である請求項1また
は2記載の金属用研磨組成物。
3. A polyoxoacid and / or a salt thereof,
The metal polishing composition according to claim 1 or 2, which is a heteropoly acid and / or a salt thereof.
【請求項4】 水溶性高分子が、ポリエチレンオキシ
ド、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコールおよ
びセルロース誘導体からなる群から選ばれる少なくとも
1種類である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の金
属用研磨組成物。
4. The metal polishing according to any one of claims 1 to 3, wherein the water-soluble polymer is at least one selected from the group consisting of polyethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol and cellulose derivatives. Composition.
【請求項5】 非イオン性界面活性剤のHLBが5〜1
2である請求項2〜4のいずれか1項に記載の金属用研
磨組成物。
5. A nonionic surfactant having an HLB of 5 to 1
The polishing composition for metals according to claim 2, wherein the polishing composition is 2.
【請求項6】 非イオン性界面活性剤が炭素数8〜24
の飽和型高級アルコールのポリオキシエチレンエーテル
である請求項5記載の金属用研磨組成物。
6. The nonionic surfactant has 8 to 24 carbon atoms.
6. The polishing composition for metals according to claim 5, which is polyoxyethylene ether of saturated higher alcohol.
【請求項7】 請求項1〜6記載のいずれか1項に記載
の金属用研磨組成物を用いることを特徴とする半導体基
板上の金属膜の研磨方法。
7. A method for polishing a metal film on a semiconductor substrate, which comprises using the metal polishing composition according to any one of claims 1 to 6.
【請求項8】 請求項1〜6記載のいずれか1項に記載
の金属用研磨組成物を用いることを特徴とする半導体基
板の製造方法。
8. A method for producing a semiconductor substrate, which comprises using the metal polishing composition according to claim 1.
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