JP2004048033A - Metal-wiring forming method - Google Patents

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Tomoko Wake
和氣 智子
Yasuaki Tsuchiya
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a metal-wiring forming method inhibiting the sticking of a product of polishing to a polishing pad and forming an uniform wiring layer at high throughput even in the case of polishing a large quantity of copper-based metals in a polishing process. <P>SOLUTION: In a metal-wiring forming method having a process of forming recesses in an insulation film 1 that is formed on a substrate, a process of forming a copper-based metal film 2 on the entire surface in such a manner as to fill the recess, and a process of polishing the copper-based metal film by a chemical mechanical polishing method, the polishing process uses a chemical mechanical polishing slurry containing abrasives, an oxidizing agent, and citric acid. A polishing pad is contacted with a polishing surface at a pressure of 27kPa or above to perform polishing. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

 本発明は、化学的機械的研磨法を用いた銅系金属の電気的接続部の形成方法に関する。 (4) The present invention relates to a method for forming a copper-based metal electrical connection portion using a chemical mechanical polishing method.

 近年、微細化・高密度化が加速するULSI等の半導体集積回路の形成において、銅はエレクトロマイグレーション耐性に優れ且つ低抵抗であるため、非常に有用な電気的接続材料として着目されている。 In recent years, in the formation of semiconductor integrated circuits such as ULSIs in which miniaturization and densification are accelerating, copper is attracting attention as a very useful electrical connection material because of its excellent electromigration resistance and low resistance.

 現在、銅を用いた配線の形成は、ドライエッチングによるパターニングが困難である等の問題から次のようにして行われている。すなわち、絶縁膜に溝や接続孔等の凹部を形成し、バリア金属膜を形成した後に、その凹部を埋め込むようにメッキ法により全面に銅膜を成膜し、その後、化学的機械的研磨(以下「CMP」という)法によって凹部以外の絶縁膜表面が完全に露出するまで研磨して表面を平坦化し、凹部に銅が埋め込まれた埋め込み銅配線やビアプラグ、コンタクトプラグ等の電気的接続部を形成している。 Currently, formation of wiring using copper is performed as follows due to problems such as difficulty in patterning by dry etching. That is, a concave portion such as a groove or a connection hole is formed in an insulating film, a barrier metal film is formed, a copper film is formed on the entire surface by a plating method so as to fill the concave portion, and then a chemical mechanical polishing ( The surface is flattened by polishing until the surface of the insulating film other than the concave portion is completely exposed by a method (hereinafter referred to as “CMP”), and the electrical connection portion such as a buried copper wiring, a via plug, or a contact plug in which copper is embedded in the concave portion is formed. Has formed.

 以下、図1により埋め込み銅配線を形成する方法について説明する。 Hereinafter, a method of forming a buried copper wiring will be described with reference to FIG.

 まず、図1(a)に示すように、下層配線2が形成された第1層間絶縁膜1上にシリコン窒化膜3及び第2層間絶縁膜4をこの順で形成し、次いで第2層間絶縁膜4に、配線パターン形状を有する溝とその一部に下層配線2に達する接続孔が形成された凹部を常法により形成する。 First, as shown in FIG. 1A, a silicon nitride film 3 and a second interlayer insulating film 4 are formed in this order on a first interlayer insulating film 1 on which a lower wiring 2 is formed, and then a second interlayer insulating film is formed. A groove having a wiring pattern shape and a concave portion in which a connection hole reaching the lower wiring 2 is formed in a part of the film 4 are formed by a conventional method.

 次に、図1(b)に示すように、バリア金属膜5をスパッタリング法により形成する。次いで、この上に、メッキ法により銅膜6を凹部が埋め込まれるように全面に形成する。ここで、メッキ厚は、溝の深さと接続孔の深さとメッキ工程の製造バラツキの総和以上の厚さにする。 Next, as shown in FIG. 1B, a barrier metal film 5 is formed by a sputtering method. Next, a copper film 6 is formed on the entire surface by plating so that the concave portions are buried. Here, the plating thickness should be equal to or greater than the sum of the groove depth, the connection hole depth, and the manufacturing variation in the plating process.

 その後、図1(c)に示すように、研磨用スラリー存在下で研磨パッドにより銅膜6をCMP法により研磨して基板表面を平坦化する。続いて、図1(d)に示すように、第2層間絶縁膜4上の金属が完全に除去されるまで研磨を継続する。 (1) Thereafter, as shown in FIG. 1C, the copper film 6 is polished by a CMP method using a polishing pad in the presence of a polishing slurry to planarize the substrate surface. Subsequently, as shown in FIG. 1D, polishing is continued until the metal on the second interlayer insulating film 4 is completely removed.

 銅膜研磨用のCMP用スラリーは、酸化剤と研磨砥粒を主成分とするものが一般的である。酸化剤の化学的作用で銅表面をエッチングするとともに、その酸化表面層を研磨砥粒により機械的に除去するのが基本的なメカニズムである。 C A CMP slurry for polishing a copper film generally contains an oxidizing agent and abrasive grains as main components. The basic mechanism is to etch the copper surface by the chemical action of the oxidizing agent and to mechanically remove the oxidized surface layer with abrasive grains.

 また、銅膜の研磨速度が大きい研磨用スラリーに使用される研磨砥粒としては、所望の平均粒径を有する1次粒子が製造し易く、研磨速度が速いなどの理由により、これまで平均粒径が数100nm程度のαアルミナの1次粒子を用いることが主流であった。
特開平10−116804号公報 特開平8−83780号公報 特開平11−238709号公報 特開平10−46140号公報 特開平11−21546号公報 特開平10−44047号公報 特開平10−163141号公報 J.B.Cotton, Proc. 2nd Intern. Congr. Metallic Corrosion,(1963) p.590 D.Chadwick et al., Corrosion Sci., 18,(1978) p.39 能登谷武雄, 防錆管理, 26(3) (1982),p.74 岡部平八郎編「石油製品添加剤の開発と最新技術」(1998)シーエムシー,p.77〜82
Further, as polishing abrasive grains used in a polishing slurry having a high polishing rate of a copper film, primary particles having a desired average particle diameter are easily produced, and polishing rates are high. It has been the mainstream to use primary particles of α-alumina having a diameter of about several hundred nm.
JP-A-10-116804 JP-A-8-83780 JP-A-11-238709 JP-A-10-46140 JP-A-11-21546 JP-A-10-44047 JP-A-10-163141 JBCotton, Proc. 2nd Intern. Congr. Metallic Corrosion, (1963) p.590 D. Chadwick et al., Corrosion Sci., 18, (1978) p. 39 Notoya Takeo, Rust Prevention Management, 26 (3) (1982), p.74 Okabe Heihachiro ed., "Development of Petroleum Product Additives and the Latest Technology" (1998) CMC, pp.77-82

 半導体集積回路が近年ますます微細化高密度化され、素子構造が複雑になるにしたがって、また、配線の微細化に伴う配線抵抗の増大に対処するため配線長の短縮を目的とした多層配線や、ロジック系の多層配線の層数が増えるにしたがって、基板表面はますます凹凸が増え、その段差が大きくなってきている。また、多層配線の上層配線部は、電源用配線、信号用配線、或いはクロック用配線に用いられており、これらの配線抵抗を低くして諸特性を改善するために配線溝を深くする必要がある。そのため、このような基板表面に形成される層間絶縁膜の厚さも増大し、厚い層間絶縁膜に埋め込み銅配線やビアプラグ等の埋め込み導電部を形成するためには、深い凹部を埋め込めるように厚い銅膜を形成することが必要になってきた。細線化された配線の抵抗を低減したり、信号配線やクロック用配線を低抵抗化して伝達スピードを速くするためには、深さ方向に厚い配線を形成する必要があり、深い凹部を形成し厚い銅膜が形成される。また、電源用配線を埋め込み銅配線で形成する場合にも電源用配線を低抵抗化して電位変化を最小に抑制するために厚い銅膜が形成される。従来、厚さ数100nm程度で十分であったのに対して数1000nmにも及ぶ厚い銅膜を形成する場合が生じるようになってきた。 As semiconductor integrated circuits have become increasingly finer and denser in recent years, and the device structure has become more complicated, and in order to cope with an increase in wiring resistance due to the finer wiring, multilayer wiring and the like for the purpose of shortening the wiring length have been developed. However, as the number of layers of the logic multi-layer wiring increases, the surface of the substrate becomes more and more uneven, and the level difference becomes larger. In addition, the upper wiring portion of the multilayer wiring is used for power supply wiring, signal wiring, or clock wiring, and it is necessary to deepen the wiring groove to lower these wiring resistances and improve various characteristics. is there. Therefore, the thickness of the interlayer insulating film formed on such a substrate surface also increases, and in order to form a buried conductive portion such as a buried copper wiring or a via plug in the thick interlayer insulating film, the thickness is large enough to fill a deep recess. It has become necessary to form a copper film. In order to reduce the resistance of the thinned wiring and to reduce the resistance of the signal wiring and clock wiring to increase the transmission speed, it is necessary to form a thick wiring in the depth direction. A thick copper film is formed. In addition, even when the power supply wiring is formed of a buried copper wiring, a thick copper film is formed in order to reduce the resistance of the power supply wiring and minimize a potential change. Conventionally, a thick copper film having a thickness of several thousand nm has been formed, whereas a thickness of several hundred nm has been sufficient.

 このように厚い銅膜を形成して埋め込み導電部を形成する場合は、1度のCMP工程で除去すべき銅の研磨量が増大するため、多量の銅や酸化銅等の研磨屑がCMP装置の研磨パッド表面に付着、蓄積し、その結果、研磨不可能となる程度までに研磨速度が低下したり、均一な研磨面に仕上げることが困難となる。現在、生産性向上のためウェハの大径化が求められており、ウェハが大径化すると銅の厚さに加えて銅膜の面積も増大するため、銅の研磨量はますます増大する傾向にある。なお、以下、銅系金属膜を研磨したときに発生する銅や酸化銅などの研磨屑を「研磨生成物」と表記する。 When the buried conductive portion is formed by forming such a thick copper film, the polishing amount of copper to be removed in one CMP step increases, so that a large amount of polishing debris such as copper and copper oxide is removed by the CMP apparatus. Therefore, the polishing rate is reduced to such an extent that polishing becomes impossible or it is difficult to finish the polishing surface uniformly. At present, a wafer diameter is required to be increased in order to improve productivity. When the wafer diameter is increased, a copper film area is increased in addition to a copper thickness, so that a polishing amount of copper tends to increase more and more. It is in. Hereinafter, polishing scraps such as copper and copper oxide generated when the copper-based metal film is polished are referred to as “polishing products”.

 一方、CMP装置の定盤については、定盤の面内均一性の確保、滴下した研磨用スラリーの均一拡散性、CMP装置の設置場所の制限、研磨パッドの交換の作業性、クリーンルーム内の清浄度の確保などの理由により、大型化に限界がある。 On the other hand, for the surface plate of the CMP device, the in-plane uniformity of the surface plate is ensured, the uniformity of the dropped polishing slurry is uniform, the installation location of the CMP device is restricted, the workability of replacing the polishing pad, the cleanliness in the clean room, There is a limit to the size up for reasons such as securing the degree.

 また、銅の研磨量が増大すると、膜厚が薄い場合と同じ研磨速度ではスループットが低下するため、銅の研磨速度を上げる必要が生じてくる。しかし、銅の研磨速度を上げると、短時間で多量の研磨生成物が発生するため、研磨パッド表面への銅の付着は一層顕著になる。 (4) When the polishing amount of copper increases, the throughput decreases at the same polishing rate as when the film thickness is small, so that it is necessary to increase the polishing rate of copper. However, when the polishing rate of copper is increased, a large amount of polishing products is generated in a short time, so that the adhesion of copper to the polishing pad surface becomes more remarkable.

 このように研磨パッド表面へ研磨生成物が多量に付着すると、研磨の終了毎に研磨パッドの洗浄や交換を行わなければならず、さらには、研磨の途中で操作を一度停止し、研磨パッドの洗浄または交換を行った後に再び研磨操作を行う必要が生じるため、スループットが著しく低下する。 When a large amount of the polishing product adheres to the polishing pad surface as described above, the polishing pad must be washed or replaced every time polishing is completed. Since the polishing operation needs to be performed again after the cleaning or the replacement, the throughput is significantly reduced.

 また、研磨速度を速くするとともに研磨面の均一性を高めるために、研磨面に対する研磨パッドの接触圧力(研磨圧力)を高めた場合、研磨パッド表面へ研磨生成物が付着すると、研磨面の面内均一性を十分に高めることができないばかりか、研磨パッド表面への研磨生成物の付着を促進してしまう。 Also, when the contact pressure (polishing pressure) of the polishing pad to the polishing surface is increased to increase the polishing rate and to enhance the uniformity of the polishing surface, when the polishing product adheres to the polishing pad surface, the polishing surface is removed. Not only cannot the internal uniformity be sufficiently improved, but also the adhesion of polishing products to the polishing pad surface is promoted.

 特許文献1には、CMP中に発生した銅イオンが研磨パッドに蓄積し、ウェハ面上に再付着し、ウェハ面の平坦性を悪化させたり、電気的短絡を起こしたりする問題が提示され、この問題を解決するために、CMPにおいてベンゾトリアゾール等の再付着抑制剤を含有する研磨用組成物を用いるが記載されている。しかしながら、この特許文献1には、ウェハ面上へ銅イオンの再付着による問題は記載されているが、パッド表面への研磨生成物の付着による上記問題は何ら記載されてない。また、再付着防止剤として用いられているベンゾトリアゾールは酸化防止剤としても作用し(非特許文献1〜4)、銅の研磨速度を低下させるため、その添加量は制限される。さらに、ベンゾトリアゾールは、本来ディッシングを防止するために添加されるものであるため(特許文献2,3)、ディッシング防止を優先させる場合は、その添加量の調整に制約を受ける。 Patent Literature 1 discloses a problem that copper ions generated during CMP accumulate on a polishing pad and re-attach to the wafer surface, thereby deteriorating the flatness of the wafer surface or causing an electrical short circuit. In order to solve this problem, it is described that a polishing composition containing a redeposition inhibitor such as benzotriazole is used in CMP. However, Patent Document 1 describes a problem caused by re-adhesion of copper ions to the wafer surface, but does not describe any problem caused by adhesion of the polishing product to the pad surface. In addition, benzotriazole used as an anti-redeposition agent also acts as an antioxidant (Non-Patent Documents 1 to 4), and reduces the polishing rate of copper, so that the amount of addition is limited. Furthermore, since benzotriazole is originally added to prevent dishing (Patent Documents 2 and 3), if priority is given to prevention of dishing, adjustment of the addition amount is restricted.

 特許文献4には、特定のカルボン酸、酸化剤及び水を含有し、アルカリによりpHが5〜9に調整されてなることを特徴とする化学的機械研磨用組成物が記載されており、その実施例として、カルボン酸としてクエン酸、研磨材として酸化アルミニウムを含む研磨用組成物(実施例7)が例示されている。しかしながら、この公報には、クエン酸等のカルボン酸の添加効果としては、研磨速度の向上と腐食痕に伴うディッシングの発生防止について記載されているだけである。 Patent Literature 4 describes a chemical mechanical polishing composition containing a specific carboxylic acid, an oxidizing agent, and water, wherein the pH is adjusted to 5 to 9 with an alkali. As an example, a polishing composition (Example 7) containing citric acid as a carboxylic acid and aluminum oxide as an abrasive is illustrated. However, this publication only describes the effect of adding a carboxylic acid such as citric acid on improving the polishing rate and preventing the occurrence of dishing due to corrosion marks.

 特許文献5には、尿素、研磨材、酸化剤、膜生成剤および錯生成剤を含む化学的・機械的研磨用スラリーを用いた研磨法が開示されており、研磨剤としてアルミナ、酸化剤として過酸化水素、膜生成剤としてベンゾトリアゾール、錯生成剤としてクエン酸が例示されている。しかし、錯生成剤の添加効果としては、ベンゾトリアゾール等の膜生成剤により形成された不動態層を攪乱すること、及び、酸化層の深さを制限すること、が記載されているにすぎない。 Patent Document 5 discloses a polishing method using a chemical / mechanical polishing slurry containing urea, an abrasive, an oxidizing agent, a film forming agent, and a complexing agent. Hydrogen peroxide, benzotriazole as a film forming agent, and citric acid as a complexing agent are exemplified. However, the effects of the addition of the complexing agent merely disturb the passive layer formed by the film forming agent such as benzotriazole and limit the depth of the oxide layer. .

 特許文献6には研磨砥粒として、約1.0μm未満のサイズ分布と約0.4μm未満の平均凝集体直径を有する金属酸化物の凝集体、又は0.4μm未満の1次粒子を有する個々に独立した金属酸化物の球状粒子を用いることが記載されている。しかしながら、この公報に記載の発明は、CMPによる表面欠陥や汚染を抑制し、均一な金属層と薄膜を形成すること、及びバリア膜と絶縁膜の選択性を制御することを目的としている。そして本公報においては、研磨パッド表面への研磨生成物の付着による問題は何ら記載されていない。また、例示されているアルミナ研磨材としては、一般的な沈降アルミナ及びヒュームドアルミナが記載されているのみで、θアルミナに関する記載は全くない。更に、銅は接続材料として例示されているに過ぎず、実施例ではAlが用いられているのみである。 Patent Literature 6 discloses, as abrasive grains, aggregates of metal oxides having a size distribution of less than about 1.0 μm and an average aggregate diameter of less than about 0.4 μm, or individual particles having primary particles of less than 0.4 μm. Describes the use of independent metal oxide spherical particles. However, the invention described in this publication aims to suppress surface defects and contamination due to CMP, form uniform metal layers and thin films, and control selectivity between barrier films and insulating films. This publication does not describe any problem caused by the adhesion of the polishing product to the polishing pad surface. Further, as the exemplified alumina abrasive, only general precipitated alumina and fumed alumina are described, but there is no description about θ alumina. Further, copper is only exemplified as a connection material, and only Al is used in the embodiment.

 特許文献7には研磨砥粒として、θアルミナが記載されている。しかしながら、この公報においては、θアルミナは酸化アルミニウムの一例としてαアルミナなどと同格に記載されているに過ぎず、θアルミナの2次粒子に関しては全く記載されていない。また、この公報に記載される発明は、スクラッチやディッシングを防止し、銅膜の研磨速度が大きく、適度な選択比を有し、かつ保存時の安定性が良好な研磨用組成物を提供することを目的とするものであり、研磨パッド表面への研磨生成物の付着を抑制することに関しては何ら記載されていない。 Patent Document 7 describes θ-alumina as abrasive grains. However, in this publication, [theta] -alumina is only described as an example of aluminum oxide, such as [alpha] -alumina, and nothing is described about secondary particles of [theta] -alumina. Further, the invention described in this publication provides a polishing composition which prevents scratching and dishing, has a high polishing rate of a copper film, has an appropriate selectivity, and has good stability during storage. There is no description about suppressing adhesion of a polishing product to the polishing pad surface.

 そこで本発明の目的は、研磨工程において多量の銅系金属を研磨する場合であっても、研磨パッドへの研磨生成物の付着を抑え、高いスループットで均一な配線層を形成し得る金属配線形成方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to form a metal wiring capable of forming a uniform wiring layer with high throughput by suppressing the adhesion of polishing products to a polishing pad even when a large amount of copper-based metal is polished in the polishing step. It is to provide a method.

 本発明は、基板上に形成された絶縁膜に凹部を形成する工程と、該凹部を埋め込むように全面に銅系金属膜を形成する工程と、該銅系金属膜を化学的機械的研磨法により研磨する工程を有する金属配線形成方法において、前記研磨工程は、研磨材、酸化剤および研磨生成物の研磨パッドへの付着抑制剤としてクエン酸を含有する化学的機械的研磨用スラリーを用い、研磨面に27kPa以上の圧力で研磨パッドを接触させて一度の研磨操作での研磨パッド単位面積当たりの研磨量が2×10−4g/cm以上となるように研磨を行うことを特徴とする金属配線形成方法に関する。 The present invention provides a step of forming a concave portion in an insulating film formed on a substrate, a step of forming a copper-based metal film over the entire surface so as to fill the concave portion, and a method of chemically and mechanically polishing the copper-based metal film. In the metal wiring forming method having a step of polishing, the polishing step uses a chemical mechanical polishing slurry containing citric acid as an abrasive, an oxidizing agent and an adhesion inhibitor to a polishing pad of a polishing product, The polishing pad is brought into contact with the polishing surface at a pressure of 27 kPa or more, and the polishing is performed so that the polishing amount per unit area of the polishing pad in one polishing operation is 2 × 10 −4 g / cm 2 or more. Metal wiring forming method.

 なお、本発明において「銅系金属」とは銅または銅を主成分とする合金をいい、「凹部」とは埋め込み配線を形成するための溝や、コンタクトホールやスルーホール等の接続孔をいう。また、基板上に形成された絶縁膜は、下層配線層上に形成された層間絶縁膜を含むものである。 In the present invention, “copper-based metal” refers to copper or an alloy containing copper as a main component, and “recess” refers to a groove for forming an embedded wiring, or a connection hole such as a contact hole or a through hole. . The insulating film formed on the substrate includes an interlayer insulating film formed on the lower wiring layer.

 本発明によれば、研磨工程において多量の銅系金属を研磨する場合であっても、研磨用スラリー中のクエン酸が研磨パッドへの研磨生成物の付着を抑え、高いスループットで均一な配線層を形成することができる。 According to the present invention, even when a large amount of copper-based metal is polished in the polishing step, the citric acid in the polishing slurry suppresses the adhesion of the polishing product to the polishing pad, and provides a uniform wiring layer with high throughput. Can be formed.

 以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.

 本発明の金属配線形成方法の研磨工程では、研磨生成物の研磨パッドへの付着抑制剤であるクエン酸、あるいは研磨材として1次粒子が凝集してなる2次粒子を主成分とするθアルミナ(以下「含2次粒子θアルミナ」ともいう)を含有する化学的機械的研磨用スラリー(以下「研磨用スラリー」ともいう)を用いる。このような研磨用スラリーを用いたCMPによれば、厚いあるいは大面積の銅系金属膜を研磨する場合であっても、すなわち1度の研磨操作において多量の銅系金属を研磨する場合であっても、研磨パッドへの研磨生成物の付着を抑えることができ、研磨操作を中断することなく良好な研磨を継続して実施することが可能となる。また、研磨パッドへの研磨生成物の付着を抑えることができるため、研磨面に対する研磨パッドの接触圧力を高くすることにより研磨速度を速めるとともに研磨面の面内均一性を十分に高めることができる。その結果、抵抗のバラツキの小さい均一な配線を形成することができる。 In the polishing step of the metal wiring forming method of the present invention, the main component is citric acid, which is an agent for suppressing the adhesion of the polishing product to the polishing pad, or secondary particles formed by agglomeration of primary particles as an abrasive. A slurry for chemical mechanical polishing (hereinafter, also referred to as “polishing slurry”) containing (hereinafter, also referred to as “secondary particles θ alumina”) is used. According to CMP using such a polishing slurry, even when a thick or large-area copper-based metal film is polished, that is, when a large amount of copper-based metal is polished in one polishing operation. Even so, the adhesion of the polishing product to the polishing pad can be suppressed, and good polishing can be continuously performed without interrupting the polishing operation. Further, since the adhesion of the polishing product to the polishing pad can be suppressed, the polishing speed can be increased by increasing the contact pressure of the polishing pad with the polishing surface, and the in-plane uniformity of the polishing surface can be sufficiently improved. . As a result, a uniform wiring having a small variation in resistance can be formed.

 化学的機械的研磨用スラリーにおいて、従来、有機酸の一種であるカルボン酸は、研磨速度の向上のためにプロトン供与剤として用いられ、クエン酸はこのようなカルボン酸の一種として知られているにすぎなかった。本発明者らは、前記の問題を解決するために鋭意検討した結果、1度の研磨操作において多量の銅系金属を研磨する場合であっても、研磨用スラリー中にクエン酸が存在することによって、研磨パッドへの研磨生成物の付着が抑制されることを見い出し、本発明を完成するに至った。 Conventionally, in a slurry for chemical mechanical polishing, carboxylic acid, which is a kind of organic acid, is used as a proton donor for improving the polishing rate, and citric acid is known as one kind of such carboxylic acid. It was only. The present inventors have conducted intensive studies in order to solve the above-described problem. As a result, even when a large amount of copper-based metal is polished in one polishing operation, citric acid is present in the polishing slurry. As a result, it was found that the adhesion of the polishing product to the polishing pad was suppressed, and the present invention was completed.

 また、銅系金属膜研磨用の化学的機械的研磨用スラリーにおいて、従来、研磨材として使用されるアルミナは1次粒子から成るαアルミナが一般的であるが、本発明者らはアルミナの中でもθアルミナに着目し、2次粒子を主成分とする特定のθアルミナを研磨材として用いることにより、研磨パッドへの研磨生成物の付着が抑制されることを見い出し、本発明を完成するに至った。 Also, in a slurry for chemical mechanical polishing for polishing a copper-based metal film, conventionally, alumina generally used as an abrasive is generally α-alumina composed of primary particles. Focusing on θ-alumina, the inventors have found that the use of a specific θ-alumina containing secondary particles as a main component as an abrasive suppresses the adhesion of polishing products to a polishing pad, leading to the completion of the present invention. Was.

 上記研磨用スラリーを用いた本発明におけるCMPは、銅系金属膜を表面に有する基板の研磨において、1度の研磨操作での研磨パッドの単位面積当たりの研磨量2×10−4g/cm以上の銅系金属の研磨を行う場合であってもパッド汚れがなく良好に研磨を行うことができ、また1×10−3g/cm以上の研磨であっても、さらには1×10−2g/cm以上の研磨であっても良好にCMPを行うことができる。このような場合としては、例えば、多層配線構造における上層配線の形成において配線高さと接続孔の深さの総和が約1.5μmの埋め込み導電部を形成する場合、膜厚約2.0μm以上の銅膜を形成する必要があり、研磨パッドの単位面積に対して多量の銅膜を研磨することになる。 In the CMP in the present invention using the polishing slurry, the polishing amount per unit area of the polishing pad in one polishing operation in polishing a substrate having a copper-based metal film on the surface is 2 × 10 −4 g / cm. Even in the case of polishing two or more copper-based metals, good polishing can be performed without pad contamination, and even in the case of polishing of 1 × 10 −3 g / cm 2 or more, 1 × 10 −3 g / cm 2 or more. CMP can be favorably performed even with polishing of 10 −2 g / cm 2 or more. In such a case, for example, when forming a buried conductive portion in which the sum of the wiring height and the depth of the connection hole is about 1.5 μm in the formation of the upper wiring in the multilayer wiring structure, the film thickness of about 2.0 μm or more It is necessary to form a copper film, and a large amount of the copper film is polished per unit area of the polishing pad.

 このような多量の銅系金属の研磨に用いられる研磨パッドとしては、一般的な多孔性ウレタン樹脂を用いたものを使用できる。 研磨 As a polishing pad used for polishing such a large amount of copper-based metal, a polishing pad using a general porous urethane resin can be used.

 本発明に用いる研磨用スラリーは、基本組成として、研磨材、酸化剤、有機酸、及び水を含み、この基本組成において、有機酸として付着抑制剤であるクエン酸を含有し、あるいは研磨剤として1次粒子が凝集してなる2次粒子を主成分とするθアルミナ(含2次粒子θアルミナ)を含有する。また、この基本組成において、クエン酸を含有し且つ研磨剤として含2次粒子θアルミナを主成分とするθアルミナを含有してもよい。また、ディッシングの防止や研磨速度の制御のために、さらに酸化防止剤を含有させてもよい。 The polishing slurry used in the present invention contains, as a basic composition, an abrasive, an oxidizing agent, an organic acid, and water, and in this basic composition, contains citric acid, which is an adhesion inhibitor, as an organic acid, or as an abrasive. It contains θ-alumina (secondary particle-θ-alumina-containing particles) mainly composed of secondary particles formed by aggregation of primary particles. Further, the basic composition may contain citric acid and θ-alumina mainly containing secondary particles of θ-alumina as an abrasive. Further, an antioxidant may be further contained for preventing dishing and controlling the polishing rate.

 本発明に用いる研磨用スラリー中のクエン酸の含有量は、十分な付着抑制効果を発現させる点から、スラリー組成物全量に対して0.01質量%以上が好ましく、0.05質量%以上がより好ましい。また、研磨用スラリーのチクソトロピック性等の点から、5質量%以下が好ましく、3質量%以下がより好ましい。 The content of citric acid in the polishing slurry used in the present invention is preferably 0.01% by mass or more, and more preferably 0.05% by mass or more based on the total amount of the slurry composition, from the viewpoint of exhibiting a sufficient adhesion suppressing effect. More preferred. In addition, from the viewpoint of the thixotropic properties of the polishing slurry, the content is preferably 5% by mass or less, more preferably 3% by mass or less.

 クエン酸を含有する研磨用スラリーを用いたCMPの際に排出される研磨廃液の色が青緑色であったことから、酸化剤の作用によりイオン化され溶出した銅イオンと研磨用スラリー中のクエン酸とが錯体を形成し、研磨パッドや研磨面に研磨生成物として銅化合物が付着することなく、研磨された銅成分が排出されるものと考えられる。 Since the color of the polishing waste liquid discharged during the CMP using the polishing slurry containing citric acid was bluish green, the copper ions ionized and eluted by the action of the oxidizing agent and the citric acid in the polishing slurry Are considered to form a complex, and the polished copper component is discharged without the copper compound adhering to the polishing pad or the polishing surface as a polishing product.

 一方、含2次粒子θアルミナの2次粒子の含有量は、研磨パッドへの研磨生成物の付着を、より十分に抑制する点から、含2次粒子θアルミナ全体に対して60質量%以上が好ましく、65質量%以上がより好ましく、70質量%以上が更に好ましい。 On the other hand, the content of the secondary particles of the secondary-particle-containing θ-alumina is 60% by mass or more based on the entire secondary-particle-containing θ-alumina from the viewpoint of more sufficiently suppressing the adhesion of the polishing product to the polishing pad. Is preferably 65% by mass or more, more preferably 70% by mass or more.

 また、この2次粒子の平均粒径は、0.05μm以上が好ましく、0.07μm以上がより好ましく、0.08μm以上が更に好ましい。上限としては、0.5μm以下が好ましく、0.4μm以下がより好ましく、0.3μm以下が更に好ましい。 The average particle size of the secondary particles is preferably 0.05 μm or more, more preferably 0.07 μm or more, and further preferably 0.08 μm or more. The upper limit is preferably 0.5 μm or less, more preferably 0.4 μm or less, and even more preferably 0.3 μm or less.

 更に、θアルミナの2次粒子全体の中で、0.05μm以上0.5μm以下の粒径の2次粒子の占める割合は、50質量%以上が好ましく、55質量%以上がより好ましく、60質量%以上が更に好ましい。 Furthermore, the proportion of the secondary particles having a particle size of 0.05 μm or more and 0.5 μm or less in the entire secondary particles of θ alumina is preferably 50% by mass or more, more preferably 55% by mass or more, and 60% by mass or more. % Is more preferable.

 加えて、含2次粒子θアルミナは、好ましくは2μm、より好ましくは1.5μm、更に好ましくは1μmより粒径が大きい1次粒子及び2次粒子を実質的に含有しないことが望ましい。 In addition, the secondary particle-containing θ-alumina preferably does not substantially contain primary particles and secondary particles having a particle diameter of preferably 2 μm, more preferably 1.5 μm, and still more preferably 1 μm.

 上記のようなθアルミナの2次粒子を構成する1次粒子の平均粒径は、0.005μm以上が好ましく、0.007μm以上がより好ましく、0.008μm以上が更に好ましい。上限としては、0.1μm以下が好ましく、0.09μm以下がより好ましく、0.08μm以下が更に好ましい。 平均 The average particle size of the primary particles constituting the secondary particles of the above-mentioned θ-alumina is preferably 0.005 μm or more, more preferably 0.007 μm or more, and further preferably 0.008 μm or more. The upper limit is preferably 0.1 μm or less, more preferably 0.09 μm or less, and even more preferably 0.08 μm or less.

 本発明における含2次粒子θアルミナを構成する1次粒子の平均粒径は、従来の研磨砥粒として一般に使用されているαアルミナの1次粒子と比較して格段に小さいため、このような1次粒子で構成される2次粒子の平均粒径は、従来のαアルミナの1次粒子の平均粒径と同程度に調製できる。そして、この2次粒子を主成分とするθアルミナ(含2次粒子θアルミナ)を研磨砥粒の主成分として含む研磨用スラリーを用いてCMPを行うと、銅の研磨表面と2次粒子を構成する1次粒子との接触面積が小さいため、機械的に除去され生成する研磨生成物は小さいものとなる。更に、発生した研磨生成物は、2次粒子を構成する1次粒子間の空隙や凹凸により微細に粉砕されるため、更に微小な研磨生成物となる。 Since the average particle diameter of the primary particles constituting the secondary particles and the θ-alumina in the present invention is much smaller than the primary particles of α-alumina generally used as conventional abrasive grains, The average particle size of the secondary particles composed of the primary particles can be adjusted to the same level as the average particle size of the conventional primary particles of α-alumina. Then, when CMP is performed using a polishing slurry containing θ-alumina having the secondary particles as a main component (secondary particles θ-alumina) as a main component of the abrasive grains, the copper polishing surface and the secondary particles are removed. Since the contact area with the constituent primary particles is small, the polishing product generated by mechanical removal is small. Further, the generated polishing product is finely pulverized due to voids and irregularities between the primary particles constituting the secondary particles, so that the polishing product becomes a finer polishing product.

 また、含2次粒子θアルミナは、従来のαアルミナの1次粒子と比較して広い表面積を有しているため、良好な分散性を有し、このため、2次粒子の会合による巨大粒子の形成が抑制される。このため、巨大粒子によって削り取られることにより研磨表面より生成する、サイズの大きな研磨生成物の発生が抑制される。以上の理由により、含2次粒子θアルミナを含む研磨用スラリーを使用したCMPにおいては、発生する研磨生成物が微小であるため、研磨生成物が研磨パッド表面において目詰まりを起こしにくく、同時に微小な研磨生成物は、連続的に供給される研磨用スラリーによって容易に洗い流される。このため、多量の銅を研磨する場合でも、研磨パッド汚れは抑制される。 In addition, the secondary particle-containing θ-alumina has a large surface area as compared with the conventional primary particles of α-alumina, and thus has good dispersibility. Is suppressed. For this reason, generation of a large-sized polishing product generated from the polished surface by being scraped off by the giant particles is suppressed. For the above reasons, in the CMP using the polishing slurry containing the secondary particles θ-alumina, since the generated polishing product is minute, the polishing product hardly causes clogging on the polishing pad surface, and Polish products are easily washed away by the continuously supplied polishing slurry. Therefore, even when a large amount of copper is polished, contamination of the polishing pad is suppressed.

 上記研磨用スラリーを用いたCMPでは、研磨パッド汚れの抑制効果に加え、研磨表面のスクラッチの発生も抑制される。含2次粒子θアルミナは研磨パッドからの研磨荷重により変形し得るため、研磨表面と2次粒子を構成する1次粒子との接触部において応力集中が発生しない。この結果、研磨表面が大きく抉られることがなくスクラッチの発生が抑制される。 C In the CMP using the polishing slurry, in addition to the effect of suppressing polishing pad contamination, generation of scratches on the polishing surface is also suppressed. Since the secondary particle-containing θ-alumina can be deformed by the polishing load from the polishing pad, stress concentration does not occur at the contact portion between the polishing surface and the primary particles constituting the secondary particles. As a result, the occurrence of scratches is suppressed without the polishing surface being scooped largely.

 また、θアルミナのモース硬度は、αアルミナのモース硬度が9であるのに対して、7である。すなわち、θアルミナはαアルミナと比べ硬度が低く、銅のような軟質金属の研磨には適当な硬度であるため、スクラッチが発生しにくい。 モ ー Further, the Mohs hardness of θ-alumina is 7, while the Mohs hardness of α-alumina is 9. That is, θ-alumina has a lower hardness than α-alumina and has an appropriate hardness for polishing a soft metal such as copper, so that scratch is less likely to occur.

 更に、含2次粒子θアルミナの2次粒子は表面積が大きいため、分散性に優れており、また、1次粒子は格段に微小であるため、本発明に用いるこの研磨用スラリーは長期安定性に優れているという特徴も有する。 Further, the secondary particles of the θ-alumina are excellent in dispersibility because the secondary particles of the alumina have a large surface area, and since the primary particles are extremely fine, the polishing slurry used in the present invention has a long-term stability. It also has the feature of being excellent.

 研磨砥粒の平均粒径、特定範囲の粒径を有する砥粒の割合および最大粒径は、光散乱法により研磨砥粒の粒径分布を測定し、得られた粒径分布に統計処理を施すことによって算出することができる。また、電子顕微鏡を用いて、十分に多数の研磨砥粒の粒径を計測することによって、研磨砥粒の粒径分布を求めることができる。 The average particle size of the abrasive grains, the ratio of the abrasive grains having a specific range of grain size and the maximum particle size are measured by measuring the particle size distribution of the abrasive grains by a light scattering method, and statistically processing the obtained particle size distribution. It can be calculated by applying. Further, the particle size distribution of the polishing abrasive grains can be obtained by measuring the particle diameters of a large number of polishing abrasive grains using an electron microscope.

 θアルミナの製造は、Alを含有する塩の水和物または水酸化物よりなるコロイドから、昇温速度が制御された加熱処理により結晶水を除去することによって行うことができる。加熱処理中に隣接する1次粒子の接触部分が融着し生成した凝集体が2次粒子である。θアルミナの製造においては、微小で粒径が制御されたコロイドの粒子を調製できるため、本発明に好適な平均粒径および粒径分布を有する微小な1次粒子を得ることが可能である。このため、従来のαアルミナの1次粒子と同程度の粒径を有するθアルミナの2次粒子を形成することができる。更に、加熱処理中に形成される1次粒子間の融着の結合力は適度な値であるため、適当な条件下での分散によって幾つかの1次粒子間の結合を破壊することができ、本発明に好適な粒径を有する2次粒子を形成することができる。 The production of θ alumina can be performed by removing water of crystallization from a colloid consisting of a hydrate or hydroxide of a salt containing Al by a heat treatment at a controlled rate of temperature rise. Aggregates formed by fusion of the contact portions of the adjacent primary particles during the heat treatment are secondary particles. In the production of θ-alumina, fine colloidal particles having a controlled particle size can be prepared, so that fine primary particles having an average particle size and a particle size distribution suitable for the present invention can be obtained. For this reason, secondary particles of θ-alumina having the same particle size as the primary particles of conventional α-alumina can be formed. Further, since the bonding force of the fusion between the primary particles formed during the heat treatment is an appropriate value, the bonding between some of the primary particles can be broken by dispersion under appropriate conditions. Thus, secondary particles having a particle size suitable for the present invention can be formed.

 本発明に用いられる含2次粒子θアルミナは、上記のようにして形成されたθアルミナを適当な条件下で分散媒体中に分散することによって作製できる。コロイドの加熱処理により製造されたθアルミナは、多数の1次粒子が融着した平均粒径10μm程度の巨大な凝集体よりなる。これを10質量%以上70質量%以下の範囲で水系媒体に添加する。必要に応じて、0.01質量%以上10質量%以下の範囲で分散剤を添加することもできる。θアルミナ及び分散剤の添加量は、得られる2次粒子の粒径に影響する。 The secondary particle-containing θ-alumina used in the present invention can be prepared by dispersing the θ-alumina formed as described above in a dispersion medium under appropriate conditions. The θ-alumina produced by the heat treatment of the colloid is composed of a huge aggregate having an average particle diameter of about 10 μm in which a large number of primary particles are fused. This is added to the aqueous medium in a range of 10% by mass to 70% by mass. If necessary, a dispersant may be added in a range of 0.01% by mass or more and 10% by mass or less. The addition amount of the θ-alumina and the dispersant affects the particle size of the obtained secondary particles.

 分散は、超音波分散機、ビーズミル分散機、ボールミル分散機、ニーダー分散機などを用いて行うことができる。なかでも所望の粒径を有する2次粒子を安定に形成できるため、ビーズミル分散機やボールミル分散機を用いることが好ましい。また、粒径が2μm以上の粒子を除去するために、これらの分散機にフィルタ機構を設けてもよい。 Dispersion can be performed using an ultrasonic disperser, a bead mill disperser, a ball mill disperser, a kneader disperser, or the like. Among these, it is preferable to use a bead mill disperser or a ball mill disperser because secondary particles having a desired particle size can be formed stably. Further, in order to remove particles having a particle size of 2 μm or more, a filter mechanism may be provided in these dispersers.

 分散時間は2次粒子の粒径分布に影響し、単分散性の高い粒径分布を有する2次粒子を得るためには、好ましくは140分以上、より好ましくは150分以上、更に好ましくは180分以上分散を行う。また、異物の混入を抑制するために、分散時間の上限としては、400分以下が好ましく、350分以下がより好ましく、300分以下が更に好ましい。 The dispersion time affects the particle size distribution of the secondary particles, and is preferably 140 minutes or more, more preferably 150 minutes or more, and still more preferably 180 minutes, in order to obtain secondary particles having a highly monodisperse particle size distribution. Disperse for more than a minute. Further, in order to suppress mixing of foreign matter, the upper limit of the dispersion time is preferably 400 minutes or less, more preferably 350 minutes or less, and even more preferably 300 minutes or less.

 分散剤としては、界面活性剤系および水溶性高分子系の分散剤の1種類以上を使用できる。 As the dispersant, one or more of a surfactant type and a water-soluble polymer type dispersant can be used.

 界面活性剤系の分散剤としては、アニオン性、カチオン性、両性及びノニオン系界面活性剤を挙げることができる。アニオン系界面活性剤としては、スルフォン酸、硫酸エステル、カルボン酸、燐酸エステル、フォスフォン酸などの可溶性塩が使用できる。これらの可溶性塩類には、例えば、アルキルベンゼンスルフォン酸ナトリウム(ABS)、ドテシル硫酸ナトリウム(SDS)、ステアリン酸ナトリウム、ヘキサメタ燐酸ナトリウムなどがある。カチオン系界面活性剤としては、造塩し得る第1〜3級アミンを含有するアミン塩、これらの変性塩類、第4級アンモニウム塩、フォスフォニウム塩やスルフォニウム塩などのオニウム化合物、ピリジニウム塩、キノリニウム塩、イミダゾリニウム塩などの環状窒素化合物、複素環化合物などを使用できる。これらのカチオン性界面活性剤としては、例えば、塩化セチルトリメチルアンモニウム(CTAC)、臭化セチルトリメチルアンモニウム(CTAB)、臭化セチルジメチルベンジルアンモニウム、塩化セチルピリジニウム、塩化ドテシルピリジニウム、塩化アルキルジメチルクロロベンジルアンモニウム、塩化アルキルナフタレンピリジニウムなどを挙げることができる。 Examples of the surfactant-based dispersant include anionic, cationic, amphoteric and nonionic surfactants. As the anionic surfactant, soluble salts such as sulfonic acid, sulfate ester, carboxylic acid, phosphate ester, and phosphonic acid can be used. These soluble salts include, for example, sodium alkylbenzenesulfonate (ABS), sodium dotesyl sulfate (SDS), sodium stearate, sodium hexametaphosphate and the like. Examples of the cationic surfactant include amine salts containing a tertiary amine capable of forming a salt, modified salts thereof, quaternary ammonium salts, onium compounds such as phosphonium salts and sulfonium salts, pyridinium salts, Cyclic nitrogen compounds such as quinolinium salts and imidazolinium salts, and heterocyclic compounds can be used. Examples of these cationic surfactants include cetyltrimethylammonium chloride (CTAC), cetyltrimethylammonium bromide (CTAB), cetyldimethylbenzylammonium bromide, cetylpyridinium chloride, dodecylpyridinium chloride, and alkyldimethylchlorobenzyl chloride. Examples thereof include ammonium and alkylnaphthalenepyridinium chloride.

 ノニオン系界面活性剤としては、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルなどの脂肪酸に酸化エチレンを付加重合させたものや、エーテル型ノニオン性界面活性剤、ポリエチレングリコール縮合型の界面活性剤を用いることができる。これらのノニオン系界面活性剤としては、例えば、POE(10)モノラウレート、POE(10)モノステアレート、POE(25)モノステアレート、POE(40)モノステアレート、POE(45)モノステアレート、POE(55)モノステアレート、POE(21)ラウリルエーテル、POE(25)ラウリルエーテル、POE(15)セチルエーテル、POE(20)セチルエーテル、POE(23)セチルエーテル、POE(25)セチルエーテル、POE(30)セチルエーテル、POE(40)セチルエーテル、POE(20)ステアリルエーテル、POE(2)ノニルフェニルエーテル、POE(3)ノニルフェニルエーテル、POE(5)ノニルフェニルエーテル、POE(7)ノニルフェニルエーテル、POE(10)ノニルフェニルエーテル、POE(15)ノニルフェニルエーテル、POE(18)ノニルフェニルエーテル、POE(20)ノニルフェニルエーテル、POE(10)オクチルフェニルエーテル、POE(30)オクチルフェニルエーテル、POE(6)ソルビタンモノオレエート、POE(20)ソルビタンモノオレエート、POE(6)ソルビタンモノラウレート、POE(20)ソルビタンモノラウレート、POE(20)ソルビタンモノパルミレート、POE(6)ソルビタンモノステアレート、POE(20)ソルビタンモノステアレート、POE(20)ソルビタントリステアレート、POE(20)ソルビタントリオレエート、POE(6)ソルビタンモノオレエート、POE(20)ソルビタンモノオレエートを挙げることができる。ただし、POEはポリオキシエチレンであり、括弧内の数字は、繰返単位−CHCHO−の繰返し数を表す。 Nonionic surfactants include polyethylene glycol fatty acid esters, polyoxyethylene alkyl ethers, polyoxyethylene alkyl phenyl ethers, and other fatty acids to which ethylene oxide is added and polymerized, ether-type nonionic surfactants, polyethylene glycol condensation Surfactants of the type can be used. Examples of these nonionic surfactants include POE (10) monostearate, POE (10) monostearate, POE (25) monostearate, POE (40) monostearate, and POE (45) monostearate. Rate, POE (55) monostearate, POE (21) lauryl ether, POE (25) lauryl ether, POE (15) cetyl ether, POE (20) cetyl ether, POE (23) cetyl ether, POE (25) cetyl Ether, POE (30) cetyl ether, POE (40) cetyl ether, POE (20) stearyl ether, POE (2) nonyl phenyl ether, POE (3) nonyl phenyl ether, POE (5) nonyl phenyl ether, POE (7) ) Nonylphenyl ether, POE ( 0) Nonyl phenyl ether, POE (15) nonyl phenyl ether, POE (18) nonyl phenyl ether, POE (20) nonyl phenyl ether, POE (10) octyl phenyl ether, POE (30) octyl phenyl ether, POE (6) Sorbitan monooleate, POE (20) sorbitan monolaurate, POE (6) sorbitan monolaurate, POE (20) sorbitan monolaurate, POE (20) sorbitan monopalmirate, POE (6) sorbitan monostearate, POE (20) sorbitan monostearate, POE (20) sorbitan tristearate, POE (20) sorbitan trioleate, POE (6) sorbitan monooleate, POE (20) sorbitan monooleate Rukoto can. Here, POE is polyoxyethylene, and the number in parentheses represents the number of repeating units —CH 2 CH 2 O—.

 両性界面活性剤としては、分子中にアニオンになる−COOH基、−SOH基、−OSOH基及び−OPO基などの中から少なくとも1種類以上の原子団と、カチオンになる原子団として、1〜3級アミン又は第4級アンモニウムとを含有する化合物を使用することができる。例えば、ベタイン、スルフォベタイン、サルフェートベタイン型などがあり、より具体的にはラウリルジメチルアミノ酢酸ベタイン、N−ヤシ油脂肪酸アシル−N−カルボキシメチル−N−ヒドロキシエチレンジアミンナトリウムなどが挙げられる。 As the amphoteric surfactant, -COOH group consisting anion in the molecule, -SO 3 H group, and at least one or more types of atomic groups from such -OSO 3 H groups and -OPO 3 H 2 group, the cation As the atomic group, a compound containing a primary to tertiary amine or a quaternary ammonium can be used. For example, there are betaine, sulfobetaine, sulfate betaine type, and more specifically, betaine lauryldimethylaminoacetate, N-coconut fatty acid acyl-N-carboxymethyl-N-hydroxyethylenediamine sodium and the like.

 また、水溶性高分子系の分散剤としては、イオン性高分子と非イオン性高分子がある。イオン性高分子としては、例えばアルギン酸又はその塩、ポリアクリル酸又はその塩、ポリカルボン酸又はその塩、セルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシルエチルセルロースなどが挙げられ、非イオン性高分子としては、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリアクリルアミドなどが挙げられる。 In addition, examples of the water-soluble polymer-based dispersant include ionic polymers and nonionic polymers. Examples of the ionic polymer include alginic acid or a salt thereof, polyacrylic acid or a salt thereof, polycarboxylic acid or a salt thereof, cellulose, carboxymethyl cellulose, hydroxylethyl cellulose, and the like.As the nonionic polymer, polyvinyl alcohol, Examples include polyvinylpyrrolidone, polyethylene glycol, polyacrylamide, and the like.

 水溶性高分子系の分散剤の重量平均分子量は、100以上が好ましく、500以上がより好ましく、1000以上が更に好ましく、上限としては、100000以下が好ましく、80000以下がより好ましく、50000以下が更に好ましい。重量平均分子量がこの範囲内であれば、得られる研磨用スラリーの粘度上昇を抑制して、良好な粒径分布を有する2次粒子が形成できる。 The weight average molecular weight of the water-soluble polymer-based dispersant is preferably 100 or more, more preferably 500 or more, and still more preferably 1,000 or more, and as the upper limit, 100,000 or less, more preferably 80,000 or less, and 50,000 or less. preferable. When the weight average molecular weight is within this range, the increase in viscosity of the obtained polishing slurry can be suppressed, and secondary particles having a good particle size distribution can be formed.

 含2次粒子θアルミナの効果を損なわない範囲であれば、必要に応じて他の研磨砥粒を併用してもよい。他の研磨砥粒としては、α−アルミナやδ−アルミナ等のθアルミナ以外のアルミナ、ヒュームドシリカやコロイダルシリカ等のシリカ、チタニア、ジルコニア、ゲルマニア、セリア、及びこれらの金属酸化物研磨砥粒からなる群より選ばれる2種以上の混合物を用いることができる。 Secondary Particles Other abrasive grains may be used as needed, as long as the effect of the alumina is not impaired. Other polishing abrasives include alumina other than θ-alumina such as α-alumina and δ-alumina, silica such as fumed silica and colloidal silica, titania, zirconia, germania, ceria, and metal oxide polishing abrasives thereof. Or a mixture of two or more selected from the group consisting of:

 含2次粒子θアルミナの含有量は、化学的機械的研磨用スラリー全体に対して1質量%以上が好ましく、3質量%以上がより好ましく、上限としては、30質量%以下が好ましく、10質量以下%がより好ましい。研磨用スラリーが2種類以上の研磨砥粒を含有する場合、各研磨砥粒の含有量の総和は、化学的機械的研磨用スラリー全体に対して1質量%以上が好ましく、3質量%以上がより好ましく、上限としては、30質量%以下が好ましく、10質量%以下がより好ましい。 The content of the secondary particles θ-alumina is preferably 1% by mass or more, more preferably 3% by mass or more, and preferably 30% by mass or less, and more preferably 10% by mass, based on the entire slurry for chemical mechanical polishing. The following% is more preferable. When the polishing slurry contains two or more types of polishing abrasive grains, the total content of each polishing abrasive grain is preferably at least 1% by mass, and more preferably at least 3% by mass, based on the entire chemical mechanical polishing slurry. More preferably, the upper limit is preferably 30% by mass or less, and more preferably 10% by mass or less.

 本発明において、クエン酸を含有する研磨用スラリーを用いる場合は、研磨材として上記の含2次粒子θアルミナを用いないで、一般に使用されているα−アルミナやθアルミナ、δ−アルミナ等のアルミナ、ヒュームドシリカやコロイダルシリカ等のシリカ、チタニア、ジルコニア、ゲルマニア、セリア、及びこれらの金属酸化物研磨砥粒からなる群より選ばれる2種以上の混合物を用いることができる。このような研磨材の平均粒径は、研磨速度、分散安定性、研磨面の表面粗さの点から、光散乱回折法により測定した平均粒径で5nm以上が好ましく、50nm以上がより好ましく、また500nm以下が好ましく、300nm以下がより好ましい。粒径分布は、最大粒径(d100)で3μm以下が好ましく、1μm以下がより好ましい。 In the present invention, when a polishing slurry containing citric acid is used, the above-mentioned secondary particles containing θ-alumina are not used as an abrasive, and generally used α-alumina, θ-alumina, δ-alumina, etc. A mixture of two or more kinds selected from the group consisting of alumina, silica such as fumed silica and colloidal silica, titania, zirconia, germania, ceria, and metal oxide abrasive grains thereof can be used. The average particle diameter of such an abrasive is preferably 5 nm or more, more preferably 50 nm or more, as an average particle diameter measured by a light scattering diffraction method, from the viewpoint of polishing rate, dispersion stability, and surface roughness of the polished surface. Further, the thickness is preferably 500 nm or less, more preferably 300 nm or less. The particle size distribution is preferably 3 μm or less as the maximum particle size (d100), more preferably 1 μm or less.

 研磨用スラリー中の研磨材の含有量は、スラリー組成物全量に対して0.1〜50質量%の範囲で研磨能率や研磨精度等を考慮して適宜設定される。好ましくは1質量%以上が好ましく、2質量%以上がより好ましく、3質量%以上がさらに好ましい。上限としては、30質量%以下が好ましく、10質量%以下が好ましく、8質量%以下がさらに好ましい。 研磨 The content of the abrasive in the polishing slurry is appropriately set in the range of 0.1 to 50% by mass with respect to the total amount of the slurry composition in consideration of polishing efficiency, polishing accuracy and the like. It is preferably at least 1% by mass, more preferably at least 2% by mass, even more preferably at least 3% by mass. As a maximum, 30 mass% or less is preferred, 10 mass% or less is preferred, and 8 mass% or less is still more preferred.

 本発明に用いられる研磨用スラリーのpHは、研磨速度や腐食、スラリー粘度、研磨剤の分散安定性等の点から、pH4以上が好ましく、pH5以上がより好ましく、またpH8以下が好ましく、pH7以下がより好ましい。また、pHが高すぎると、クエン酸が解離して、研磨生成物との錯形成能力が低下し、クエン酸の付着抑制効果が低下するので、研磨生成物が研磨パッドへ付着しやすくなる。逆にpHが低すぎると、銅の研磨速度が上がりすぎて、銅配線の表面形状が劣化して窪みが生じることにより段差が発生しやすくなる。 The pH of the polishing slurry used in the present invention is preferably pH 4 or higher, more preferably pH 5 or higher, more preferably pH 8 or lower, and preferably pH 7 or lower, from the viewpoints of polishing rate, corrosion, slurry viscosity, and dispersion stability of the abrasive. Is more preferred. On the other hand, if the pH is too high, citric acid is dissociated, the ability to form a complex with the polishing product is reduced, and the effect of suppressing the adhesion of citric acid is reduced, so that the polishing product easily adheres to the polishing pad. Conversely, if the pH is too low, the polishing rate of copper will be too high, and the surface shape of the copper wiring will be degraded, causing depressions, which will tend to cause steps.

 研磨用スラリーのpH調整は、公知の方法で行うことができ、例えば、研磨砥粒を分散し且つカルボン酸を溶解したスラリーに、アルカリを直接添加して行うことができる。あるいは、添加すべきアルカリの一部又は全部をカルボン酸のアルカリ塩と添加してもよい。使用するアルカリとしては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属の水酸化物、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等のアルカリ金属の炭酸塩、アンモニア、アミン等を挙げることができる。 (4) The pH of the polishing slurry can be adjusted by a known method, for example, by directly adding an alkali to a slurry in which abrasive particles are dispersed and a carboxylic acid is dissolved. Alternatively, part or all of the alkali to be added may be added together with an alkali salt of carboxylic acid. Examples of the alkali used include hydroxides of alkali metals such as sodium hydroxide and potassium hydroxide, carbonates of alkali metals such as sodium carbonate and potassium carbonate, ammonia, and amines.

 酸化剤としては、導電性金属膜の種類や研磨精度、研磨能率を考慮して適宜、公知の水溶性の酸化剤から選択して用いることができる。例えば、重金属イオンのコンタミネーションを起こさないものとして、H、Na、Ba、(CC)等の過酸化物、次亜塩素酸(HClO)、過塩素酸、硝酸、オゾン水、過酢酸やニトロベンゼン等の有機過酸化物を挙げることができる。なかでも、金属成分を含有せず、有害な複生成物を発生しない過酸化水素(H)が好ましい。本発明に用いる研磨用スラリーに含有させる酸化剤量は、十分な添加効果を得る点から、研磨用スラリー全量に対して0.01質量%以上が好ましく、0.05質量%以上がより好ましく、0.1質量%以上がさらに好ましい。ディッシングの抑制や適度な研磨速度に調整する点から、15質量%以下が好ましく、10質量%以下がより好ましい。なお、過酸化水素のように比較的経時的に劣化しやすい酸化剤を用いる場合は、所定の濃度の酸化剤含有溶液と、この酸化過剤含有溶液を添加することにより所定の研磨用スラリーとなるような組成物を別個に調整しておき、使用直前に両者を混合してもよい。 The oxidizing agent can be appropriately selected from known water-soluble oxidizing agents in consideration of the type of the conductive metal film, polishing accuracy, and polishing efficiency. For example, peroxides such as H 2 O 2 , Na 2 O 2 , Ba 2 O 2 , (C 6 H 5 C) 2 O 2 , and hypochlorous acid (HClO) are used as materials that do not cause contamination of heavy metal ions. ), Perchloric acid, nitric acid, ozone water, and organic peroxides such as peracetic acid and nitrobenzene. Among them, hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) which does not contain a metal component and does not generate harmful double products is preferable. The amount of the oxidizing agent contained in the polishing slurry used in the present invention is preferably 0.01% by mass or more, more preferably 0.05% by mass or more based on the total amount of the polishing slurry, from the viewpoint of obtaining a sufficient effect of addition. 0.1 mass% or more is more preferable. From the viewpoint of suppressing dishing and adjusting to an appropriate polishing rate, the amount is preferably 15% by mass or less, more preferably 10% by mass or less. When an oxidizing agent such as hydrogen peroxide that is relatively easily deteriorated with time is used, a predetermined concentration of the oxidizing agent-containing solution and a predetermined polishing slurry are obtained by adding the oxidizing agent-containing solution. Such a composition may be separately prepared, and the two may be mixed immediately before use.

 酸化剤の酸化を促進し、また安定した研磨を行うために、プロトン供与剤として公知のカルボン酸やアミノ酸を添加してもよい。クエン酸はカルボン酸であるため、このプロトン供与剤としても機能することが可能であるが、別途に異なるカルボン酸あるいはアミノ酸等の有機酸を添加してもよい。 カ ル ボ ン A known carboxylic acid or amino acid may be added as a proton donor in order to promote oxidation of the oxidizing agent and perform stable polishing. Since citric acid is a carboxylic acid, it can also function as a proton donor, but a different carboxylic acid or an organic acid such as an amino acid may be separately added.

 カルボン酸としては、クエン酸以外に、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、アクリル酸、乳酸、コハク酸,ニコチン酸、シュウ酸、マロン酸、酒石酸、リンゴ酸、グルタル酸、クエン酸、マレイン酸、及びこれらの塩などが挙げられる。 Examples of carboxylic acids other than citric acid include, for example, formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, acrylic acid, lactic acid, succinic acid, nicotinic acid, oxalic acid, malonic acid, tartaric acid, malic acid, glutaric acid, citric acid Acids, maleic acid, and salts thereof.

 アミノ酸としては、例えば、L-グルタミン酸、D-グルタミン酸、L-グルタミン酸一塩酸塩、L-グルタミン酸ナトリウム一水和物、L-グルタミン、グルタチオン、グリシルグリシン、DL-アラニン、L-アラニン、β-アラニン、D-アラニン、γ-アラニン、γ-アミノ酪酸、ε-アミノカプロン酸、L-アルギニン一塩酸塩、L-アスパラギン酸、L-アスパラギン酸一水和物、L-アスパラギン酸カリウム、L-アスパラギン酸カルシウム三水塩、D-アスパラギン酸、L-チトルリン、L-トリプトファン、L-スレオニン、L-アルギニン、グリシン、L-シスチン、L-システイン、L-システイン塩酸塩一水和物、L-オキシプロリン、L-イソロイシン、L-ロイシン、L-リジン一塩酸塩、DL-メチオニン、L-メチオニン、L-オルチニン塩酸塩、L-フェニルアラニン、D-フェニルグリシン、L-プロリン、L-セリン、L-チロシン、L-バリンなどが挙げられる。 As amino acids, for example, L-glutamic acid, D-glutamic acid, L-glutamic acid monohydrochloride, L-glutamic acid sodium monohydrate, L-glutamine, glutathione, glycylglycine, DL-alanine, L-alanine, β- Alanine, D-alanine, γ-alanine, γ-aminobutyric acid, ε-aminocaproic acid, L-arginine monohydrochloride, L-aspartic acid, L-aspartic acid monohydrate, potassium L-aspartate, L-asparagine Acid calcium trihydrate, D-aspartic acid, L-titrulline, L-tryptophan, L-threonine, L-arginine, glycine, L-cystine, L-cysteine, L-cysteine hydrochloride monohydrate, L-oxy Proline, L-isoleucine, L-leucine, L-lysine monohydrochloride, DL-methionine, L-methionine, L-ortinine hydrochloride, L-phenylalanine, D-phenylglycine, L-prolyl , L-serine, L-tyrosine, L-valine and the like.

 有機酸の含有量は、プロトン供与剤として十分な添加効果を得る点から、研磨用スラリー全体量に対して0.01質量%以上が好ましく、0.05質量%以上がより好ましい。ディッシングの抑制や適度な研磨速度に調整する点から、クエン酸を含めた含有量として、5質量%以下が好ましく、3質量%以下がより好ましい。 (4) The content of the organic acid is preferably 0.01% by mass or more, more preferably 0.05% by mass or more based on the total amount of the polishing slurry, from the viewpoint of obtaining a sufficient effect of adding a proton donor. From the viewpoint of suppressing dishing and adjusting to an appropriate polishing rate, the content including citric acid is preferably 5% by mass or less, more preferably 3% by mass or less.

 本発明の研磨用スラリーには、さらに酸化防止剤を添加してもよい。酸化防止剤の添加により、銅系金属膜の研磨速度の調整が容易となり、また、銅系金属膜の表面に被膜を形成することにより、化学的研磨に起因する銅配線の表面形状の劣化、すなわちディッシングやリセスも抑制できる。 研磨 An antioxidant may be further added to the polishing slurry of the present invention. The addition of the antioxidant makes it easy to adjust the polishing rate of the copper-based metal film, and by forming a coating on the surface of the copper-based metal film, the deterioration of the surface shape of the copper wiring due to chemical polishing, That is, dishing and recess can be suppressed.

 酸化防止剤としては、例えば、ベンゾトリアゾール、1,2,4−トリアゾール、ベンゾフロキサン、2,1,3−ベンゾチアゾール、o−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、カテコール、o−アミノフェノール、2−メルカプトベンゾチアゾール、2−メルカプトベンゾイミダゾール、2−メルカプトベンゾオキサゾール、メラミン、及びこれらの誘導体が挙げられる。中でもベンゾトリアゾール及びその誘導体が好ましい。ベンゾトリアゾール誘導体としては、そのベンゼン環にヒドロキシル基、メトキシやエトキシ等のアルコキシ基、アミノ基、ニトロ基、メチル基やエチル基、ブチル等のアルキル基、又は、フッ素や塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン置換基を有する置換ベンゾトリアゾールが挙げられる。また、ナフタレントリアゾールや、ナフタレンビストリアゾール、上記と同様に置換された置換ナフタレントリアゾールや、置換ナフタレンビストリアゾールを挙げることができる。 Examples of the antioxidant include benzotriazole, 1,2,4-triazole, benzofuroxane, 2,1,3-benzothiazole, o-phenylenediamine, m-phenylenediamine, catechol, o-aminophenol, -Mercaptobenzothiazole, 2-mercaptobenzimidazole, 2-mercaptobenzoxazole, melamine, and derivatives thereof. Among them, benzotriazole and its derivatives are preferred. As the benzotriazole derivative, the benzene ring has a hydroxyl group, an alkoxy group such as methoxy and ethoxy, an amino group, a nitro group, an alkyl group such as a methyl group and an ethyl group, and a butyl group, or a fluorine, chlorine, bromine, and iodine group. Substituted benzotriazoles having a halogen substituent are mentioned. Further, naphthalenetriazole, naphthalenebistriazole, substituted naphthalenetriazole substituted in the same manner as described above, and substituted naphthalenebistriazole can be exemplified.

 このような酸化防止剤の含有量としては、十分な防食効果を得る点から、研磨用スラリー全体量に対して0.0001質量%以上が好ましく、0.001質量%以上がより好ましい。適度な研磨速度に調整する点から、5.0質量%以下が好ましく、2.5質量%以下がさらに好ましい。酸化防止剤の含有量が多すぎると、防食効果が効きすぎて銅の研磨速度が低下しすぎ、CMPに時間がかかる。 か ら The content of the antioxidant is preferably 0.0001% by mass or more, more preferably 0.001% by mass or more based on the total amount of the polishing slurry, from the viewpoint of obtaining a sufficient anticorrosion effect. From the viewpoint of adjusting the polishing rate to an appropriate value, the content is preferably 5.0% by mass or less, more preferably 2.5% by mass or less. If the content of the antioxidant is too large, the anticorrosion effect is too effective, the copper polishing rate is too low, and the CMP takes time.

 本発明に用いる研磨用スラリーには、その特性を損なわない範囲内で、広く一般に研磨用スラリーに添加されている分散剤、緩衝剤、粘度調整剤などの種々の添加剤を含有させてもよい。 The polishing slurry used in the present invention may contain various additives such as a dispersant, a buffer, and a viscosity modifier that are generally added to the polishing slurry, as long as the properties are not impaired. .

 本発明に用いる研磨用スラリーは、銅系金属膜の研磨速度が、好ましくは300nm/分以上、より好ましくは400nm/分以上になるように組成比を調整することが好ましい。また、本発明に用いる研磨用スラリーは、銅系金属膜の研磨速度が、好ましくは1500nm/分以下、より好ましくは1000nm/分以下になるように組成比を調整することが好ましい。 組成 The polishing slurry used in the present invention preferably has a composition ratio adjusted so that the polishing rate of the copper-based metal film is preferably 300 nm / min or more, more preferably 400 nm / min or more. The polishing slurry used in the present invention preferably has a composition ratio adjusted so that the polishing rate of the copper-based metal film is preferably 1500 nm / min or less, more preferably 1000 nm / min or less.

 本発明に用いる研磨用スラリーの製造方法は、一般的な遊離砥粒研磨スラリー組成物の製造方法が適用できる。すなわち、分散媒に研磨材粒子を適量混合する。必要であるならば保護剤を適量混合する。この状態では、研磨材粒子表面は空気が強く吸着しているため、ぬれ性が悪く凝集状態で存在している。そこで、凝集した研磨材粒子を一次粒子の状態にするために粒子の分散を実施する。分散工程では一般的な分散方法および分散装置を使用することができる。具体的には、例えば超音波分散機、各種のビーズミル分散機、ニーダー、ボールミルなどを用いて公知の方法で実施できる。なお、クエン酸は、研磨砥粒のフロキュレーション化を引き起こすと同時にチキソトロピック性を高める場合もあるため、良好に分散を行うためには、分散終了後に添加し、混合することが好ましい。 は As a method for producing a polishing slurry used in the present invention, a general method for producing a free abrasive polishing slurry composition can be applied. That is, an appropriate amount of abrasive particles is mixed with the dispersion medium. If necessary, mix the appropriate amount of protective agent. In this state, since the air is strongly adsorbed on the surface of the abrasive particles, the abrasive particles have poor wettability and exist in an aggregated state. Therefore, in order to make the aggregated abrasive particles into primary particles, the particles are dispersed. In the dispersing step, a general dispersing method and dispersing apparatus can be used. Specifically, it can be carried out by a known method using, for example, an ultrasonic disperser, various types of bead mill dispersers, kneaders, ball mills and the like. In addition, citric acid may cause flocculation of the abrasive grains and at the same time enhance thixotropic properties. Therefore, in order to perform good dispersion, it is preferable to add and mix after the dispersion is completed.

 本発明における研磨工程は、例えば図2に示すような化学的機械的研磨装置(CMP装置)を用いて行うことができる。 研磨 The polishing step in the present invention can be performed using, for example, a chemical mechanical polishing apparatus (CMP apparatus) as shown in FIG.

 基板上に絶縁膜や銅系金属膜等が成膜されたウェハ21は、スピンドルのウェハキャリア22に設置される。このウェハ21の表面を、回転プレート(定盤)23上に貼り付けられた研磨パッド24に接触させ、研磨用スラリー供給口25から研磨用スラリーを研磨パッド24表面に供給しながら、ウェハ21と研磨パッド24の両方を回転させて研磨する。必要により、パッドコンディショナー26を研磨パッド24の表面に接触させて研磨パッド表面のコンディショニングを行う。なお、研磨用スラリーの供給は、回転プレート23側から研磨パッド24表面へ供給する構成とすることも可能である。 ウ ェ ハ The wafer 21 on which an insulating film, a copper-based metal film, or the like is formed on a substrate is set on a wafer carrier 22 of a spindle. The surface of the wafer 21 is brought into contact with a polishing pad 24 attached to a rotating plate (platen) 23, and while the polishing slurry is supplied from the polishing slurry supply port 25 to the surface of the polishing pad 24, The polishing is performed by rotating both of the polishing pads 24. If necessary, the pad conditioner 26 is brought into contact with the surface of the polishing pad 24 to condition the polishing pad surface. The polishing slurry may be supplied from the rotating plate 23 to the surface of the polishing pad 24.

 本発明において、CMP時の研磨面に対する研磨パッドの接触圧力は、27kPa以上とする。好ましくは34kPa以上である。研磨パッドの接触圧力を高めることで、研磨パッドのたわみを抑えることができるため、研磨面の面内均一性を高めることができ、その結果、配線高さのバラツキが小さくなり、配線抵抗のバラツキが小さくなる。また、面内均一性を高めるとともに研磨速度を速くできるため、スループットを向上させることができる。さらに、高速研磨を行う場合であっても、研磨用スラリー中の過酸化水素等の酸化剤の含有量をハンドリング性がよく安定した研磨が可能な領域に設定できる。なお、研磨面に対する研磨パッドの接触圧力(研磨圧力)の上限は特に制限されないが、研磨速度や研磨面の面内均一性などの観点から、ウェハと研磨パッドとの接触が十分に行われ、かつ研磨用スラリーがウェハと研磨パッド間に供給されるためには48.3kPa(7psi)以下にすることが好ましい。 に お い て In the present invention, the contact pressure of the polishing pad with respect to the polishing surface during CMP is 27 kPa or more. It is preferably at least 34 kPa. By increasing the contact pressure of the polishing pad, the deflection of the polishing pad can be suppressed, so that the in-plane uniformity of the polished surface can be increased. As a result, the variation in wiring height is reduced, and the variation in wiring resistance is reduced. Becomes smaller. In addition, since the in-plane uniformity can be increased and the polishing rate can be increased, the throughput can be improved. Furthermore, even when high-speed polishing is performed, the content of the oxidizing agent such as hydrogen peroxide in the polishing slurry can be set to a region where the handling property is good and stable polishing is possible. The upper limit of the contact pressure (polishing pressure) of the polishing pad to the polishing surface is not particularly limited, but from the viewpoint of the polishing rate and the in-plane uniformity of the polishing surface, the contact between the wafer and the polishing pad is sufficiently performed. In addition, in order for the polishing slurry to be supplied between the wafer and the polishing pad, the pressure is preferably 48.3 kPa (7 psi) or less.

 その他のCMP条件としては、ウェハよりやや大きい研磨パッド(ウェハ直径より小さい半径をもつ研磨パッド)を用いる場合は、例えば、リテーナ圧力:25.2kPa(3.65psi)〜27.9kPa(4.05psi)、定盤回転数:260〜280rpm、研磨用スラリー供給速度:80〜150ml/分とすることができる。また、ウェハ直径より大きい半径をもつ研磨パッドを用いる場合は、例えば、定盤回転数:30〜100rpm、研磨用スラリー供給速度:100〜300ml/分とすることができる。 As other CMP conditions, when a polishing pad slightly larger than the wafer (a polishing pad having a radius smaller than the wafer diameter) is used, for example, a retainer pressure: 25.2 kPa (3.65 psi) to 27.9 kPa (4.05 psi) is used. ), Platen rotation speed: 260-280 rpm, polishing slurry supply rate: 80-150 ml / min. When a polishing pad having a radius larger than the diameter of the wafer is used, for example, the rotation speed of the platen can be 30 to 100 rpm, and the supply rate of the polishing slurry can be 100 to 300 ml / min.

 なお現在、ウェハの大きさ(直径)としては6インチや8インチが主流であるが、本発明によれば直径12インチ以上のウェハに対しても研磨パッドの研磨生成物の付着が抑制され、良好にCMPを行うことができる。 At present, the size (diameter) of the wafer is 6 inches or 8 inches, but according to the present invention, the adhesion of the polishing product to the polishing pad is suppressed even for a wafer having a diameter of 12 inches or more. Good CMP can be performed.

 以上に説明した本発明は、バリア金属膜が溝や接続孔等の凹部を有する絶縁膜上に形成され、その上にこの凹部を埋め込むように全面に銅系金属膜が形成された基板を凹部以外の絶縁膜表面がほぼ完全に露出するまでCMPを行って埋め込み配線やビアプラグ、コンタクトプラグ等の電気的接続部を形成する方法に好適に用いられる。バリア金属膜としては、Ta、TaN、Ti、TiN、W、WN、WSiN等が挙げられる。絶縁膜としては、シリコン酸化膜、BPSG膜、SOG膜等の絶縁膜が挙げられる。銅系金属膜としては、銅膜の他、銀、金、白金、チタン、タングテン、アルミニウム等の各種の導電性金属を含む銅合金膜を挙げることができる。 According to the present invention described above, a substrate in which a barrier metal film is formed on an insulating film having a concave portion such as a groove or a connection hole, and a copper-based metal film is entirely formed on the insulating film so as to fill the concave portion is formed thereon. It is preferably used in a method of performing CMP until the surface of the insulating film other than the above is almost completely exposed to form an electrical connection such as a buried wiring, a via plug, or a contact plug. Examples of the barrier metal film include Ta, TaN, Ti, TiN, W, WN, and WSiN. Examples of the insulating film include a silicon oxide film, a BPSG film, and an SOG film. Examples of the copper-based metal film include a copper alloy film including various conductive metals such as silver, gold, platinum, titanium, tungsten, and aluminum, in addition to the copper film.

 以上に説明した本発明によれば、銅膜が厚かったり大面積であるために銅の研磨量が多い場合であっても、研磨パッドへの研磨生成物の付着が抑えられパッド表面を洗浄する必要がないため、研磨操作を中断することなく多量の銅系金属を1度の研磨操作で良好にCMPできる。 According to the present invention described above, even when a large amount of copper is polished due to a thick copper film or a large area, adhesion of polishing products to a polishing pad is suppressed, and the pad surface is cleaned. Since there is no necessity, a large amount of copper-based metal can be satisfactorily CMPed by one polishing operation without interrupting the polishing operation.

 加えて、研磨パッド表面の洗浄が不要であるだけでなく、コンディショニング時間も低減できるため、研磨パッドの寿命を長くすることができる。 In addition, the cleaning of the polishing pad surface is not required, and the conditioning time can be reduced, so that the life of the polishing pad can be extended.

 また本発明によれば、研磨パッドへの研磨生成物の付着を抑えることができるため、研磨面に対する研磨パッドの接触圧力を高くすることにより、研磨速度を速めることができるとともに研磨面の面内均一性を十分に高めることができる。その結果、配線高さのバラツキが小さくなるため、配線抵抗のバラツキも小さくなり、均一な埋め込み配線を形成できる。 Further, according to the present invention, since the adhesion of the polishing product to the polishing pad can be suppressed, the polishing speed can be increased by increasing the contact pressure of the polishing pad with the polishing surface, and the in-plane of the polishing surface can be increased. Uniformity can be sufficiently improved. As a result, the variation in the wiring height is reduced, the variation in the wiring resistance is also reduced, and a uniform embedded wiring can be formed.

 また本発明によれば、研磨工程において、研磨パッド表面だけでなく研磨面にも研磨生成物が付着することを抑制できるため、配線間の電気短絡等の素子特性上の問題を起こすことがなく、また面内均一性に優れた研磨面を形成でき、ディッシングやエロージョンを抑制できる。 Further, according to the present invention, in the polishing step, it is possible to suppress the polishing product from being attached not only to the polishing pad surface but also to the polishing surface, so that there is no problem in element characteristics such as an electrical short circuit between wirings. In addition, a polished surface having excellent in-plane uniformity can be formed, and dishing and erosion can be suppressed.

 以下に実施例により本発明を更に詳細に説明する。 The present invention will be described in more detail with reference to the following examples.

 (CMP条件)
 CMPは、スピードファム・アイペック社製SH-24型を使用して行った。研磨機の定盤には、直径61cm(24インチ)の研磨パッド(ロデール・ニッタ社製IC 1400)を張り付けて使用した。研磨条件は、研磨パッドの接触圧力:27.6 kPa(4psi)、研磨パッドの研磨面積1820cm2、定盤回転数:55rpm、キャリア回転数:55rpm、スラリー研磨液供給量:100ml/分とした。
(CMP conditions)
The CMP was performed using SH-24 type manufactured by Speed Fam Ipec. A polishing pad (IC 1400 manufactured by Rodale Nitta) with a diameter of 61 cm (24 inches) was attached to the surface plate of the polishing machine. The polishing conditions were as follows: the contact pressure of the polishing pad: 27.6 kPa (4 psi); the polishing area of the polishing pad: 1820 cm2; the rotation speed of the platen: 55 rpm; the rotation speed of the carrier: 55 rpm; and the supply amount of the slurry polishing liquid: 100 ml / min.

 (研磨速度の測定)
 研磨速度は、加工前後の表面抵抗率から算出した。具体的には、ウエハ上に一定間隔に並んだ4本の針状電極を直線上に置き、外側の2探針間に一定電流を流し、内側の2探針間に生じる電位差を測定して抵抗(R')を求め、更に補正係数RCF(Resistivity Correction Factor)を乗じて表面抵抗率(ρs')を求める。また厚みがT(nm)と既知であるウエハ膜の表面抵抗率(ρs)を求める。ここで表面抵抗率は、厚みに反比例するため、表面抵抗率がρs'の時の厚みをdとするとd(nm)=(ρs×T)/ρs'が成り立ち、これより厚みdを算出することができ、更に研磨前後の膜厚変化量を研磨時間で割ることにより研磨速度を算出した。表面抵抗率の測定は、三菱化学社製四探針抵抗測定器(Loresta-GP)を用いた。
(Measurement of polishing rate)
The polishing rate was calculated from the surface resistivity before and after processing. Specifically, four needle-like electrodes arranged at regular intervals on a wafer are placed on a straight line, a constant current is passed between two outer probes, and a potential difference generated between the two inner probes is measured. The resistance (R ′) is obtained, and the surface resistance (ρs ′) is further obtained by multiplying the resistance (R ′) by a correction coefficient RCF (Resistivity Correction Factor). Further, the surface resistivity (ρs) of the wafer film whose thickness is known as T (nm) is obtained. Here, since the surface resistivity is inversely proportional to the thickness, if the thickness is d when the surface resistivity is ρs ′, then d (nm) = (ρs × T) / ρs ′ holds, and the thickness d is calculated from this. The polishing rate was calculated by dividing the change in film thickness before and after polishing by the polishing time. The surface resistivity was measured using a four-probe resistance meter (Loresta-GP) manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation.

 (研磨面の面内均一性の評価)
 研磨前後にウェハ面内の40点の表面抵抗率(比抵抗)を測定し、絶対研磨量分布のk値を求めて面内均一性の指標とした。
(Evaluation of in-plane uniformity of polished surface)
Before and after polishing, the surface resistivity (resistivity) at 40 points in the wafer surface was measured, and the k value of the absolute polishing amount distribution was obtained as an index of in-plane uniformity.

 ウェハ面内の各点の表面抵抗率の測定により各点毎にウェハ上の銅の膜厚を求め、研磨前の膜厚値から研磨後の膜厚値を引いて各点毎に削れ量Pを求めた。40点における削れ量Pの最大値Pmax、最小値Pmin、平均値Pavを求めた。これらの値から、面内均一率k(%)=(Pmax−Pmin)×100/(2×Pav)を算出した。 The thickness of copper on the wafer is determined for each point by measuring the surface resistivity at each point in the wafer surface, and the film thickness value after polishing is subtracted from the film thickness value before polishing to obtain the shaving amount P for each point. I asked. The maximum value Pmax, minimum value Pmin, and average value Pav of the shaving amount P at 40 points were obtained. From these values, the in-plane uniformity k (%) = (Pmax−Pmin) × 100 / (2 × Pav) was calculated.

 (実施例1)
 バリア金属膜としてTa膜を用いた銅の埋め込み配線の形成を行った。
(Example 1)
An embedded wiring of copper was formed using a Ta film as a barrier metal film.

 トランジスタ等の半導体素子が形成された6インチのウェハ(シリコン基板)上に(図示せず)、図1(a)に示すように、下層配線2を有する第1のシリコン酸化膜1を形成し、その上にシリコン窒化膜3と厚さ1.5μm程度の第2のシリコン酸化膜4を形成した後、フォトリソグラフィ技術とエッチングによるパターニング等の常法によりこの第2シリコン酸化膜4に配線溝およびその一部に下層配線2に達する接続孔を形成した。次いで、スパッタリング法により厚さ50nmのTa膜を形成し、引き続きスパッタリング法により50nm程度の銅膜を形成後、メッキ法により厚さ2.0μm程度の銅膜6を形成した。 On a 6-inch wafer (silicon substrate) on which semiconductor elements such as transistors are formed (not shown), as shown in FIG. 1A, a first silicon oxide film 1 having a lower wiring 2 is formed. After a silicon nitride film 3 and a second silicon oxide film 4 having a thickness of about 1.5 μm are formed thereon, wiring grooves are formed in the second silicon oxide film 4 by a conventional method such as photolithography and patterning by etching. Further, a connection hole reaching the lower wiring 2 was formed in a part thereof. Next, a Ta film having a thickness of 50 nm was formed by a sputtering method, a copper film having a thickness of about 50 nm was formed by a sputtering method, and then a copper film 6 having a thickness of about 2.0 μm was formed by a plating method.

 このようにして作製された基板を、表1に示す種々の研磨用スラリーを用いてCMPし、銅膜を2μm程度研磨した後の研磨パッドの汚れを目視や研磨速度により評価した。 基板 The substrate thus manufactured was subjected to CMP using various polishing slurries shown in Table 1, and the polishing of the polishing pad after polishing the copper film by about 2 μm was evaluated by visual observation and polishing rate.

 なお、クエン酸、グルタル酸、グリシン、ベンゾトリアゾール(BTA)は関東化学社製の試薬を用いた。シリカはトクヤマ社製のヒュームドシリカQs−9、アルミナは、住友化学社製のθアルミナ(AKP−G008)を使用した。 (4) Citric acid, glutaric acid, glycine, and benzotriazole (BTA) used reagents manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd. The silica used was fumed silica Qs-9 manufactured by Tokuyama Corporation, and the alumina used was θ-alumina (AKP-G008) manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.

 表1に、研磨用スラリーの組成とともにCMP結果を示す。クエン酸を含有する研磨用スラリーを用いたCMPにおいては、研磨パッド表面には研磨生成物の付着はほとんど見られず、研磨速度も研磨終了まで安定して一定であった。これに対して、クエン酸を含有せずカルボン酸(グルタル酸)やアミノ酸(グリシン)を含有する研磨用スラリーを用いたCMPにおいては、研磨終了後に研磨パッドに研磨生成物が多量に付着した。 Table 1 shows the CMP results together with the composition of the polishing slurry. In the CMP using the polishing slurry containing citric acid, almost no adhesion of the polishing product was observed on the polishing pad surface, and the polishing rate was stable and constant until the polishing was completed. On the other hand, in the CMP using the polishing slurry not containing citric acid but containing carboxylic acid (glutaric acid) or amino acid (glycine), a large amount of polishing products adhered to the polishing pad after polishing was completed.

 また、クエン酸を含有する研磨用スラリーを用いたCMPにおいては、研磨面の面内均一性は5%であった。さらに、研磨パッドの接触圧力を27.6kPa(4psi)から34.5kPa(5psi)へ上げて同様にCMPを行ったところ、面内均一性は3.5%であった。このとき、研磨面への研磨生成物の付着はなかった。 In CMP using a polishing slurry containing citric acid, the in-plane uniformity of the polished surface was 5%. Further, when the contact pressure of the polishing pad was increased from 27.6 kPa (4 psi) to 34.5 kPa (5 psi) and the same CMP was performed, the in-plane uniformity was 3.5%. At this time, there was no adhesion of the polishing product to the polishing surface.

 図4に、クエン酸を含有する研磨用スラリーと含有しない研磨用スラリーを用いてそれぞれCMPを行った場合の、研磨圧力に対する面内均一性(k値)の変化を示す。クエン酸を含有する研磨用スラリーを用いた場合(○)は、用いない場合(□)に比べて、k値が小さく、同じ研磨圧力でも面内均一性に優れた研磨が行えることがわかる。これは、クエン酸を含有しない研磨用スラリーを用いたCMP研磨では研磨パッドに研磨生成物が付着するのに対して、クエン酸を含有する研磨用スラリーを用いたCMPでは研磨パッドの研磨生成物が付着しないためである。 FIG. 4 shows the change in the in-plane uniformity (k value) with respect to the polishing pressure when CMP was performed using a polishing slurry containing citric acid and a polishing slurry not containing it. It can be seen that when the polishing slurry containing citric acid is used (○), the k value is smaller than when no polishing slurry is used (□), and polishing with excellent in-plane uniformity can be performed even at the same polishing pressure. This is because the polishing product adheres to the polishing pad in the CMP polishing using the polishing slurry not containing citric acid, whereas the polishing product of the polishing pad in the CMP using the polishing slurry containing citric acid. Is not attached.

Figure 2004048033
 (含2次粒子θアルミナ分散液の調製)
 含2次粒子θアルミナの調製は、住友化学工業社製θアルミナ(AKP−G008)を用いて行った。この調製前のθアルミナをSEMにより観察したところ、最小粒径0.03μm、最大粒径0.08μmの多数の1次粒子(平均粒径0.05μm)が融着により結合した凝集体からなることが判った。この凝集体の平均粒径は10μmであった。なお、この最小粒径に対して著しく小さい1次粒子やこの最大粒径に対してかなり大きい1次粒子も微量に観察される場合もあったが、最終的に得られる研磨用スラリーの特性には全く影響せず、また平均粒径の値にも全く寄与しない程度であった。
Figure 2004048033
(Preparation of secondary particle θ alumina dispersion)
The preparation of the secondary particle-containing θ-alumina was carried out using θ-alumina (AKP-G008) manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd. Observation of the pre-prepared θ-alumina by SEM revealed that a large number of primary particles (average particle diameter 0.05 μm) having a minimum particle diameter of 0.03 μm and a maximum particle diameter of 0.08 μm consisted of aggregates bonded by fusion. It turns out. The average particle size of the aggregate was 10 μm. In some cases, a very small amount of primary particles with respect to the minimum particle size and a large amount of primary particles with respect to the maximum particle size were observed. Had no effect at all and did not contribute to the value of the average particle size at all.

 次に、日本触媒社製の分散剤アクアリックHL415を4質量%となるようイオン交換水に混合し、引続き、調製前のθアルミナを40質量%となるよう混合した。得られた混合液について、井上製作所社製ビーズミル機(スーパーミル)により回転数1000回/分で分散を行った。20〜400分の間で分散時間を変化させ、複数の分散液を調製した。 (4) Next, the dispersant Aqualic HL415 manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd. was mixed with ion-exchanged water so as to have a concentration of 4% by mass. The obtained mixed liquid was dispersed at a rotation speed of 1,000 times / minute by using a bead mill (Super Mill) manufactured by Inoue Seisakusho. The dispersion time was varied between 20 and 400 minutes to prepare a plurality of dispersions.

 それぞれの分散液中に含まれるθアルミナについて、粒子全体の粒径分布をベックマン・コールター社製粒度分布測定装置LS−230で測定した。得られた粒子全体の粒径分布より、最大粒径を求めた。また、粒子全体の粒径分布から1次粒子の粒径分布を差し引いて、2次粒子の粒径分布を算出した。得られた2次粒子の粒径分布に統計処理を施すことにより、2次粒径の平均粒径を求めた。更に分散時間が200分の分散液については、含2次粒子θアルミナの全体に対する2次粒子の含有量、及び粒径が0.05μm以上で0.5μm以下の2次粒子の2次粒子全体に占める割合も求めた。 Θ For θ-alumina contained in each dispersion, the particle size distribution of the whole particles was measured by a particle size distribution analyzer LS-230 manufactured by Beckman Coulter. The maximum particle size was determined from the particle size distribution of all the obtained particles. The particle size distribution of the secondary particles was calculated by subtracting the particle size distribution of the primary particles from the particle size distribution of the whole particles. The average particle size of the secondary particles was determined by performing statistical processing on the particle size distribution of the obtained secondary particles. Furthermore, for the dispersion liquid having a dispersion time of 200 minutes, the content of the secondary particles with respect to the entirety of the secondary particles θ-alumina and the total secondary particles of the secondary particles having a particle size of 0.05 μm or more and 0.5 μm or less are used. The percentage of the total was also determined.

 図3に、各分散時間における分散液中のθアルミナの最大粒子径(●)及び2次粒子の平均粒径(○)を示した。分散時間が120分以下の場合、3μmを超える粒径の大きな2次粒子が含まれていたが、分散時間が140分以上となると、最大粒子径は1μm以下となった。 FIG. 3 shows the maximum particle size (●) of θ alumina and the average particle size (粒径) of secondary particles in the dispersion at each dispersion time. When the dispersion time was 120 minutes or less, large secondary particles having a particle size exceeding 3 μm were included, but when the dispersion time was 140 minutes or more, the maximum particle diameter was 1 μm or less.

 分散時間が200分の場合、2次粒子の平均粒径は0.15μm、最大粒子径は0.6μm、含2次粒子θアルミナの全体に対する2次粒子の含有量は74質量%、粒径が0.05μm以上で0.5μm以下の2次粒子の2次粒子全体に占める割合は62質量%であった。また、特に異物は確認されなかった。 When the dispersion time is 200 minutes, the average particle size of the secondary particles is 0.15 μm, the maximum particle size is 0.6 μm, the content of the secondary particles is 74% by mass based on the entirety of the secondary particles and the alumina, and the particle size is The ratio of secondary particles having a particle size of 0.05 μm or more and 0.5 μm or less to the entire secondary particles was 62% by mass. In addition, no foreign matter was particularly confirmed.

 (実施例2)
 上記のようにして得られた分散液のうち、分散時間が200分のものを用いて、5.03質量%の含2次粒子θアルミナ、0.47質量%のクエン酸、1.9質量%のH2O2を含み、pHは7である研磨用スラリー1を調製した。なお、pHはアンモニアにより調整し、H2O2はCMP直前に添加した。
(Example 2)
Among the dispersion liquids obtained as described above, a dispersion liquid having a dispersion time of 200 minutes was used, 5.03% by mass of secondary particles θ-alumina, 0.47% by mass of citric acid, 1.9% by mass % Of H2O2 and a pH of 7 was prepared. The pH was adjusted with ammonia, and H2O2 was added immediately before CMP.

 次に、実施例1と同様にして6インチのシリコン基板上にシリコン酸化膜、配線用溝、接続配線用開孔、バリア金属膜、銅膜を形成した。 Next, a silicon oxide film, a wiring groove, a connection wiring opening, a barrier metal film, and a copper film were formed on a 6-inch silicon substrate in the same manner as in Example 1.

 このようにして作製された基板を、研磨用スラリー1を用いてCMPし、銅膜を2μm程度研磨した。研磨が終了するまで研磨速度は一定で、安定して研磨を行うことができた。その後、研磨パッドの汚れを目視や研磨速度により評価した結果、研磨パッドに研磨生成物は殆ど付着していないことが判った。更に、研磨表面をSEMにより観察したところ、スクラッチの発生も抑制されていた。また、研磨面の面内均一性は5%であった。さらに、研磨パッドの接触圧力を27.6kPa(4psi)から34.5kPa(5psi)へ上げて同様にCMPを行ったところ、面内均一性は3.5%であった。このとき、研磨面への研磨生成物の付着はなく、スクラッチも抑制されていた。 基板 The substrate thus manufactured was subjected to CMP using the polishing slurry 1 to polish a copper film by about 2 μm. The polishing rate was constant until the polishing was completed, and the polishing could be performed stably. Thereafter, dirt on the polishing pad was evaluated visually and by a polishing rate. As a result, it was found that the polishing product was hardly adhered to the polishing pad. Further, when the polished surface was observed with an SEM, generation of scratches was also suppressed. The in-plane uniformity of the polished surface was 5%. Further, when the contact pressure of the polishing pad was increased from 27.6 kPa (4 psi) to 34.5 kPa (5 psi) and the same CMP was performed, the in-plane uniformity was 3.5%. At this time, there was no adhesion of the polishing product to the polishing surface, and the scratch was suppressed.

 (実施例3)
 クエン酸に代えてリンゴ酸を用いた以外は研磨用スラリー1と同様にして、研磨用スラリー2を調製した。この研磨用スラリー2を用いて、上述と同様にしてCMPを行った。研磨が終了するまで研磨速度は一定で、安定して研磨を行うことができた。研磨パッドには、研磨生成物は殆ど付着していなかった。更に、研磨表面をSEMにより観察したところ、スクラッチの発生も抑制されていた。また、研磨面の面内均一性は5%以下であった。さらに、研磨パッドの接触圧力を27.6kPa(4psi)から34.5kPa(5psi)へ上げて同様にCMPを行ったところ、面内均一性は3.5%であった。このとき、研磨面への銅の研磨生成物の付着はなく、スクラッチも抑制されていた。
(Example 3)
Polishing slurry 2 was prepared in the same manner as polishing slurry 1 except that malic acid was used instead of citric acid. Using this polishing slurry 2, CMP was performed in the same manner as described above. The polishing rate was constant until the polishing was completed, and the polishing could be performed stably. The polishing product hardly adhered to the polishing pad. Further, when the polished surface was observed with an SEM, generation of scratches was also suppressed. The in-plane uniformity of the polished surface was 5% or less. Further, when the contact pressure of the polishing pad was increased from 27.6 kPa (4 psi) to 34.5 kPa (5 psi) and the same CMP was performed, the in-plane uniformity was 3.5%. At this time, there was no adhesion of the copper polishing product to the polished surface, and the scratch was suppressed.

 (比較例1)
 θアルミナに代えて市販のαアルミナを用いた以外は研磨用スラリー2と同様にして研磨用スラリー3を調製した。この研磨用スラリー3を用いて、上述と同様にしてCMPを行ったところ、研磨パッドに多量の研磨生成物が付着していた。また、研磨面の面内均一性は、研磨パッドの接触圧力が27.6kPa(4psi)のときは8%、34.5kPa(5psi)のときは6.5%であった。
(Comparative Example 1)
Polishing slurry 3 was prepared in the same manner as polishing slurry 2 except that commercially available α-alumina was used instead of θ-alumina. When CMP was performed using the polishing slurry 3 in the same manner as described above, a large amount of polishing products was attached to the polishing pad. The in-plane uniformity of the polishing surface was 8% when the contact pressure of the polishing pad was 27.6 kPa (4 psi) and 6.5% when the contact pressure was 34.5 kPa (5 psi).

埋め込み銅配線の形成方法を説明するための工程断面図である。FIG. 4 is a process cross-sectional view for describing a method of forming a buried copper wiring. 化学的機械的研磨装置の概略構成図である。It is a schematic structure figure of a chemical mechanical polishing device. 分散時間に対するθアルミナの粒径変化を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a change in the particle size of θ alumina with respect to a dispersion time. 研磨圧力に対する面内均一性(k値)の変化を示すグラフである。5 is a graph showing a change in in-plane uniformity (k value) with respect to a polishing pressure.

符号の説明Explanation of reference numerals

 1 第1層間絶縁膜
 2 下層配線
 3 シリコン窒化膜
 4 第2層間絶縁膜
 5 バリア金属膜
 6 銅膜
 21 ウェハ
 22 ウェハキャリア
 23 回転プレート(定盤)
 24 研磨パッド
 25 研磨用スラリー供給口
 26 パッドコンディショナー
REFERENCE SIGNS LIST 1 first interlayer insulating film 2 lower layer wiring 3 silicon nitride film 4 second interlayer insulating film 5 barrier metal film 6 copper film 21 wafer 22 wafer carrier 23 rotating plate (plate)
24 Polishing Pad 25 Polishing Slurry Supply Port 26 Pad Conditioner

Claims (6)

基板上に形成された絶縁膜に凹部を形成する工程と、該凹部を埋め込むように全面に銅系金属膜を形成する工程と、該銅系金属膜を化学的機械的研磨法により研磨する工程を有する金属配線形成方法において、
 前記研磨工程は、研磨材、酸化剤および研磨生成物の研磨パッドへの付着抑制剤としてクエン酸を含有する化学的機械的研磨用スラリーを用い、研磨面に27kPa以上の圧力で研磨パッドを接触させて一度の研磨操作での研磨パッド単位面積当たりの研磨量が2×10−4g/cm以上となるように研磨を行うことを特徴とする金属配線形成方法。
Forming a recess in the insulating film formed on the substrate, forming a copper-based metal film over the entire surface so as to fill the recess, and polishing the copper-based metal film by a chemical mechanical polishing method In the method for forming a metal wiring having
The polishing step uses a slurry for chemical mechanical polishing containing citric acid as an abrasive, an oxidizing agent and an adhesion inhibitor of a polishing product to the polishing pad, and contacts the polishing pad with a polishing surface at a pressure of 27 kPa or more. A method for forming a metal wiring, wherein the polishing is performed such that the polishing amount per unit area of the polishing pad in one polishing operation is 2 × 10 −4 g / cm 2 or more.
前記化学的機械的研磨用スラリーは、酸化防止剤を更に含有することを特徴とする請求項1記載の金属配線形成方法。 The method of claim 1, wherein the slurry for chemical mechanical polishing further comprises an antioxidant. 前記化学的機械的研磨用スラリー中の前記クエン酸の含有量が0.01質量%以上5質量%以下である請求項1又は2記載の金属配線形成方法。 3. The method according to claim 1, wherein the content of the citric acid in the slurry for chemical mechanical polishing is 0.01% by mass or more and 5% by mass or less. 前記化学的機械的研磨用スラリー中の前記酸化防止剤の含有量が0.0001質量%以上5質量%以下である請求項3記載の金属配線形成方法。 4. The metal wiring forming method according to claim 3, wherein the content of the antioxidant in the slurry for chemical mechanical polishing is 0.0001% by mass or more and 5% by mass or less. 前記研磨材がシリカ粒子であることを特徴とする請求項1乃至4のいじれか一に記載の金属配線形成方法。 5. The method according to claim 1, wherein the abrasive is silica particles. 前記研磨量が1×10−3g/cm以上となるように行うことを特徴とする請求項1記載の金属配線形成方法。
The method according to claim 1, wherein the polishing is performed so that the polishing amount is 1 × 10 −3 g / cm 2 or more.
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