JP2004123879A - Polishing composition - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polishing composition capable of decreasing the amount of erosion. <P>SOLUTION: The polishing composition contains (A) fumed silica in a content higher than 20 g/L but not higher than 200 g/L, (B) at least one compound selected from among periodic acid and its derivatives in a content higher than 5 g/L but not higher than 25 g/L, a tetraalkylammonium salt represented by formula (1) (wherein R<SP>1</SP>is a 1-4C hydrocarbon group; and X is OH or a halogen), (D) at least either ethylene glycol or propylene glycol, and (E) water. The composition has a pH of 1.8 or higher but lower than 4.0 and is used in the step of polishing the metal layer of a wiring structure which comprises an insulator layer with surface dents and a metal layer formed on the insulator layer and containing a conductor layer. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

（式中のＲ^１は炭素数１〜４の炭化水素基を示し、Ｘは水酸基又はハロゲン原子を示す。）
（Ｄ）：エチレングリコール及びプロピレングリコールから選ばれる少なくとも一種
（Ｅ）：水
請求項２に記載の発明の研磨用組成物は、請求項１に記載の発明において、さらに（Ｆ）硝酸アンモニウムを含有するものである。
【００１０】
請求項３に記載の発明の研磨用組成物は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、さらに（Ｇ）ベンゾトリアゾール及びその誘導体から選ばれる少なくとも一種を含有するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
半導体装置の配線構造を形成するときには、図１に示すように、まず図示しない半導体基板上の絶縁体層１１の表面に、公知のリソグラフィ技術及びパターンエッチング技術等により回路設計に基づく所定のパターンの凹部１２を形成する。絶縁体層１１としては、ＴＥＯＳ膜、ＢＳＧ膜、ＰＳＧ膜、ＢＰＳＧ膜等のＳｉＯ_２膜や、ＳｉＯＦ膜、ＳｉＯＣ膜等の半導体装置において一般的に用いられるものが挙げられる。凹部１２が形成される前の絶縁体層１１の表面は、できるだけ平坦であることが望ましい。
【００１２】
次に、少なくとも凹部１２内が完全に埋まるように、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ　ＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等により導体層１３を絶縁体層１１上に形成する。ここで、導体層１３はタングステン（Ｗ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、ハフニウム（Ｈｆ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）等を基とする導体金属により形成され、この導体層１３によるメタル層が構成されている。導体層１３の材質は、形成される配線部の導電率を向上させるために、好ましくはＷ、Ｒｕ、Ｐｔ又はＡｕであり、より好ましくはＷ又はＲｕであり、最も好ましくはＷである。そして、図２に示すように、凹部以外の箇所の絶縁体層１１が露出するまで導体層１３を研磨除去して凹部１２内に配線部１４を形成する。この実施形態では、導体層１３を研磨除去する研磨工程に用いられる研磨用組成物を示すものである。
【００１３】
この研磨工程に用いられる研磨用組成物は、（Ａ）ヒュームドシリカと、（Ｂ）過ヨウ素酸及びその塩から選ばれる少なくとも一種と、（Ｃ）下記一般式（１）で示されるテトラアルキルアンモニウム塩と、（Ｄ）エチレングリコール及びプロピレングリコールから選ばれる少なくとも一種と、（Ｅ）水とを含有している。
【００１４】
【化３】

（式中のＲ^１は炭素数１〜４の炭化水素基を示し、Ｘは水酸基又はハロゲン原子を示す。）
成分（Ａ）のヒュームドシリカは、その機械的研磨作用により被研磨面を研磨するために含有される。ヒュームドシリカは、一般に四塩化ケイ素を酸水素炎中で気相加水分解することによって製造される。こうして製造されるヒュームドシリカは数個から数十個の粒子が三次元的に凝集した鎖状構造を形成し、金属不純物の含有量が比較的低いという特徴を有している。
【００１５】
成分（Ａ）の気体吸着による粉体の比表面積測定法（ＢＥＴ法）により測定された比表面積と粒子密度から求められる平均粒子径は、好ましくは１０〜５０ｎｍ、より好ましくは２０〜４０ｎｍである。また、光散乱法により求められる平均粒子径は好ましくは８０〜２５０ｎｍ、より好ましくは１００〜２００ｎｍである。
【００１６】
１０ｎｍ又は８０ｎｍ未満では、導体層に対する研磨速度が十分得られない。一方、５０ｎｍ又は２５０ｎｍを超えると、絶縁体層に対する研磨速度が高くなって絶縁体層が研磨されることにより、図３に示すエロージョン量ｅが増大する傾向にある。ここで、エロージョンとは、近接する凹部１２により構成されている領域内の絶縁体層１１が研磨されることによって、該表面が他の領域の絶縁体層の表面に比べて内方へ後退する現象をいう。
【００１７】
研磨用組成物中の成分（Ａ）の含有量は２０ｇ／リットルを超えるとともに２００ｇ／リットル以下、好ましくは５０〜１００ｇ／リットルである。２０ｇ／リットル以下では、成分（Ａ）の含有量が低いために研磨用組成物の機械的研磨力が不足し、導体層に対する研磨速度が十分得られない。このため、研磨時間が長くなることによって絶縁体層が研磨され、エロージョン量ｅが増大する。一方、２００ｇ／リットルを超えると、フュームドシリカスラリの粘度が過大となり、取り扱いが困難になるほか、組成物の保存安定性が悪化するおそれがある。
【００１８】
成分（Ｂ）の過ヨウ素酸及びその塩から選ばれる少なくとも一種は、化学的研磨作用によって導体層に対する研磨速度を向上させるために含有される。過ヨウ素酸の具体例としては、オルト過ヨウ素酸（Ｈ_５ＩＯ_６）、メタ過ヨウ素酸（ＨＩＯ_４）、二メソ過ヨウ素酸（Ｈ_４Ｉ_２Ｏ_９）、メソ過ヨウ素酸（Ｈ_３ＩＯ_５）、二オルト過ヨウ素酸（Ｈ_８Ｉ_２Ｏ_１１）等の形態が異なるものが挙げられるが、組成が安定しているとともに入手が容易なために、オルト過ヨウ素酸が好ましい。一方、過ヨウ素酸塩としてはいずれの種類の過ヨウ素酸塩も使用可能であるが、入手が容易なために、過ヨウ素酸アンモニウム、過ヨウ素酸カリウム又は過ヨウ素酸ナトリウムが好ましい。
【００１９】
研磨用組成物中の成分（Ｂ）の含有量は５ｇ／リットルを超えるとともに２５ｇ／リットル以下、好ましくは７．５〜１７．５ｇ／リットルである。５ｇ／リットル以下では、研磨を促進する効果が不足し、導体層に対する研磨速度が十分得られない。このため、研磨時間が長くなることによって絶縁体層が研磨され、エロージョン量ｅが増大する。一方、２５ｇ／リットルを超えると、研磨が促進されすぎることによって導体層に対する研磨速度が高くなりすぎるために、研磨を制御することができない。さらに、導体層に対する研磨速度が高くなるに伴って絶縁体層の対する研磨速度も高くなり、絶縁体層が研磨されることによりエロージョン量ｅが増大する。
【００２０】
成分（Ｃ）の上記一般式（１）で示されるテトラアルキルアンモニウム塩は、研磨用組成物のｐＨを調整するとともに、絶縁体層に対する研磨速度を抑制することによってエロージョン量ｅを低減するために含有される。ここで、上記式一般式（１）中のＲ^１は飽和炭化水素、不飽和炭化水素、直鎖状炭化水素、分岐状炭化水素等があるが、入手が容易なためにメチルやエチル等の炭素数３未満の直鎖状飽和炭化水素が好ましい。
【００２１】
ここで、研磨用組成物のｐＨは１．８以上４．０未満であり、好ましくは２．０〜３．０である。このため、研磨用組成物中の成分（Ｃ）の含有量は、研磨用組成物のｐＨが１．８以上４．０未満となる量であり、ｐＨが２．０〜３．０となる量が好ましい。
【００２２】
研磨用組成物のｐＨが１．８未満である場合、絶縁体層に対する研磨速度を抑制する効果が低いために、エロージョン量ｅが増大する。さらに、研磨装置に腐食を起こすおそれがある等取り扱いに注意が必要である。一方、研磨用組成物のｐＨが４．０以上である場合、絶縁体層に対する研磨速度を抑制する効果が得られずにかえって低くなるために、エロージョン量ｅが増大する。さらに、研磨用組成物の分散安定性が低下し、組成物が分離、ゲル化するおそれがある。
【００２３】
成分（Ｄ）のエチレングリコール及びプロピレングリコールから選ばれる少なくとも一種は主に界面活性作用を有し、導体層に対する過度の化学的作用を抑制することによりエロージョン量ｅを低減するために含有される。ここで、成分（Ｄ）は、凹部以外の箇所の絶縁体層が露出するまで導体層を研磨するときに、導体層が過剰に研磨されて凹部内の導体層表面が内方へ後退し、導体層間の絶縁体層表面に研磨圧力が集中して絶縁体層が研磨されることによりエロージョン量ｅが増大するのを抑制すると推察される。ここで、ポリエチレングリコールやポリプロピレングリコールの重合体は、導体層に対する過度の化学的作用を抑制する効果が高すぎるために、導体層に対する研磨速度が十分得られない。
【００２４】
研磨用組成物中の成分（Ｄ）の含有量は好ましくは０．０３〜２．０ｇ／リットル、より好ましくは０．０８〜１．０ｇ／リットルである。０．０３ｇ／リットル未満では、導体層に対する過度の化学的作用を抑制する効果が低く、エロージョン量ｅが増大する傾向にある。さらに、研磨後の被研磨面に表面欠陥が発生するおそれがある。一方、２．０ｇ／リットルを超えると、導体層に対する過度の化学的作用を抑制する効果をこれ以上得ることが出来ないため、不経済である。さらに、研磨用組成物の安定性が低下し、添加剤の析出、分離を起こすおそれがある。
【００２５】
成分（Ｅ）の水は、他の成分の分散媒又は溶媒として作用するために含有される。成分（Ｅ）は、他の成分の作用を阻害するのを防止するために不純物をできるだけ含有しないものが好ましい。具体的には、イオン交換樹脂にて不純物イオンを除去した後にフィルタを通して異物を除去した純水や超純水、又は蒸留水等が好ましい。
【００２６】
研磨用組成物には、導体層に対する研磨速度を向上させるために、その他の添加成分として（Ｆ）硝酸アンモニウムを含有するのが好ましい。成分（Ｆ）の硝酸アンモニウムは、成分（Ｂ）の化学的研磨作用を促進させることによって導体層に対する研磨速度を向上させるために含有される。
【００２７】
研磨用組成物中の成分（Ｆ）の含有量は好ましくは５〜３０ｇ／リットル、より好ましくは１０〜２５ｇ／リットルである。５ｇ／リットル未満では、成分（Ｂ）の化学的研磨作用を促進する効果が低いために導体層に対する研磨速度を十分に向上させることができない。一方、３０ｇ／リットルを超えると、成分（Ｂ）の化学的研磨作用を促進する効果が高すぎるために導体層に対する研磨速度が高くなり、研磨後の被研磨面に表面欠陥が発生するおそれがある。
【００２８】
研磨用組成物には、導体層表面の腐食を防止するために、その他の添加成分としてさらに（Ｇ）ベンゾトリアゾール及びその誘導体から選ばれる少なくとも一種を含有するのが好ましい。成分（Ｇ）は、導体層表面を保護することによってその腐食を防止するために含有される。ここで、ベンゾトリアゾール及びその誘導体は、下記一般式（２）で示されるものである。
【００２９】
【化４】

上記一般式（２）中のＲ^２は水素原子、カルボキシル基を含有するアルキル基、水酸基及び３級アミノ基を含有するアルキル基、水酸基を含有するアルキル基又はアルキル基を示し、Ｒ^３〜Ｒ^６は水素原子又はアルキル基を示す。また、４位、５位、６位又は７位の炭素原子を窒素原子に置換してもよいし、１位の窒素原子を炭素原子に置換してもよい。
【００３０】
成分（Ｇ）は、導体層表面を保護する効果が高いことからベンゾトリアゾールが好ましい。研磨用組成物中の成分（Ｇ）の含有量は好ましくは０．０５〜３．５ｇ／リットル、より好ましくは０．１５〜１．５ｇ／リットルである。０．０５ｇ／リットル未満では、導体層表面を十分に保護することができないために、導体層表面が腐食されやすい。一方、３．５ｇ／リットルを超えると、導体層表面が過剰に保護されることによって導体層に対する研磨速度が十分得られないうえ、成分（Ｇ）の溶解安定性が低下し、組成物が析出、分離するおそれがある。
【００３１】
研磨用組成物は、（Ｆ）及び（Ｇ）の各成分以外のその他の添加成分として、消泡剤等の研磨用組成物で一般的に使用されている添加剤を含有してもよい。（Ｆ）及び（Ｇ）の各成分以外のその他の添加成分の研磨用組成物中の含有量は、研磨用組成物の常法に従って決定される。
【００３２】
研磨用組成物は、不純物をできるだけ含有しないことが好ましい。具体的には、周期律表の第２族〜第１２族に属する各元素、並びにアルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウム、スズ、鉛及びビスマスの濃度（質量分率）が、それぞれ１００ｐｐｂ以下であることが好ましく、５０ｐｐｂ以下であることがより好ましい。その中でも銅、鉄、ニッケル、クロム及びマンガンはＳｉＯ_２膜等の絶縁体層中に拡散しやすく、半導体装置の歩留まりに影響を及ぼすため、特にこれらの元素の濃度は上記範囲内に抑えることが好ましい。
【００３３】
なお、上記の族番号の表記は、ＩＵＰＡＣ無機化学命名法改訂版（１９８９）に基づくものである。また、上記の不純物の濃度は、誘導結合プラズマ質量分析装置（ＩＣＰ−ＭＳ）、誘導結合高周波プラズマ分光分析装置（ＩＣＰ−ＡＥＳ）、原子吸光分析装置、全反射蛍光Ｘ線分析装置（ＴＸＲＦ）等を使って測定される。また、成分（Ａ）のヒュームドシリカが不純物として塩素を含有するときには、研磨用組成物中の塩素の濃度（質量分率）は好ましくは１０００ｐｐｍ以下、より好ましくは２００ｐｐｍ以下である。１０００ｐｐｍを超えると、研磨用組成物の安定性が低下し、ゲル化するおそれがある。この塩素の濃度はイオンクロマトグラフィで測定される塩素濃度（質量分率）から換算される値である。
【００３４】
研磨用組成物は、成分（Ｅ）の水に他の成分を混合し、例えば翼式撹拌機による撹拌や超音波分散等によって、各成分を分散又は溶解させることにより調製される。ここで、成分（Ｅ）の水に対する他の成分の混合順序は限定されない。
【００３５】
さて、配線部を形成するときには、図２に示すように、本実施形態の研磨用組成物を用い、凹部１２以外の箇所の絶縁体層１１が露出するまで導体層１３を研磨除去する。ここで、導体層１３に対する研磨速度は、好ましくは２００〜５００ｎｍ／ｍｉｎ、より好ましくは３００〜４００ｎｍ／ｍｉｎである。２００ｎｍ／ｍｉｎ未満では研磨時間が長くなる恐れがある。一方、５００ｎｍ／ｍｉｎを超えると、研磨速度を制御するのが困難になる。
【００３６】
このとき、成分（Ｃ）によって絶縁体層に対する研磨速度が抑制され、成分（Ｄ）によって導体層に対する過度の化学的作用、即ち成分（Ｂ）による過度の化学的研磨作用が抑制される。さらに、研磨用組成物のｐＨが１．８以上４．０未満に調整されることによって絶縁体層に対する研磨速度が適度に抑制され、エロージョン量ｅを低減することができる。
【００３７】
また、成分（Ａ）の機械的研磨作用と成分（Ｂ）の化学的研磨作用とが相乗的に作用することにより、導体層に対する研磨速度を向上させることができる。ここで、例えば導体層がタングステンにより形成されているときには、タングステン表面は成分（Ｂ）によって酸化されることにより、脆弱で成分（Ａ）の機械的研磨作用によって容易に研磨除去されうる三酸化タングステンに変化される。
【００３８】
以上詳述した本実施形態によれば、次のような効果が発揮される。
・　本実施形態の研磨用組成物は（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）の各成分を含有し、ｐＨは１．８以上４．０未満である。さらに、研磨用組成物中の成分（Ａ）の含有量は１０ｇ／リットルを超え、２００ｇ／リットル以下であり、成分（Ｂ）の含有量は５ｇ／リットルを超え、２５ｇ／リットル以下である。このため、（Ｃ）及び（Ｄ）の各成分による作用と、（Ａ）及び（Ｂ）の各成分の含有量並びにｐＨが上記範囲となることによって、エロージョン量ｅを低減することができる。さらに、（Ａ）及び（Ｂ）の各成分によって導体層に対する研磨速度を向上させることができる。
【００３９】
・　成分（Ａ）はヒュームドシリカである。このため、コロイダルシリカ等に比べて、導体層に対する研磨速度を向上させることができるとともに絶縁体層に対する研磨速度を抑制することができる。この効果は、数個から数十個の粒子が三次元的に凝集した鎖状構造を形成するヒュームドシリカの独特の形態によるものと推測される。
【００４０】
・　研磨用組成物は成分（Ｆ）を含有するのが好ましい。この場合、成分（Ｂ）の化学的研磨作用を促進させることによって導体層に対する研磨速度を向上させることができる。
【００４１】
・　研磨用組成物は成分（Ｇ）を含有するのが好ましい。この場合、導体層表面を保護することによってその腐食を防止することができる。
・　研磨用組成物中の周期律表の第２族〜第１２族に属する各元素、並びにアルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウム、スズ、鉛及びビスマスの濃度（質量分率）は、それぞれ１００ｐｐｂ以下が好ましい。この場合、これら不純物元素による汚染に起因する表面欠陥が発生するのを抑制することができるとともに、半導体装置においては電気的特性が低下するのを抑制することができる。さらに、従来の研磨用組成物に比べて希フッ酸による表面洗浄を省略又は短縮することができるために、配線構造の製造コストを低減することができる。
【００４２】
なお、前記実施形態を次のように変更して構成することもできる。
・　前記実施形態において、配線構造を形成するときに、前記実施形態の研磨用組成物を用いて導体層の大部分を研磨除去した後、仕上げ研磨用組成物を用いて凹部以外の箇所の絶縁体層が露出するまで導体層を仕上げ研磨する等、複数段階に分けて研磨を施してもよい。ここで、凹部以外の箇所の導体層の厚さは例えば３００ｎｍ以上等のように厚く、導体層の大部分を研磨除去するとは、凹部以外の箇所の導体層の厚みが２００ｎｍ以下、好ましくは１００ｎｍ以下になるまで導体層を研磨することをいう。このように構成した場合は、導体層の大部分の研磨除去後に生じるエロージョン量を低減することにより、仕上げ研磨後のエロージョン量を低減することができる。
【００４３】
・　絶縁体層上に、チタン又は窒化チタンからなる下地層を一定の厚みで形成してもよい。このとき、下地層表面において、凹部に対応する箇所は凹部によって凹状に形成される。続いて、少なくとも凹部内が完全に埋まるように、導体層が下地層上に形成される。ここで、下地層及び導体層によりメタル層が構成されている。このように構成した場合は、下地層によって導体層の絶縁体層に対する接着性が向上するために、導体層、ひいては配線部が絶縁体層から剥離するのを防止することができる。
【００４４】
・　前記研磨用組成物を、濃縮されることにより成分（Ｅ）の水の含有量が低い状態で調製及び保管され、研磨に用いられるときに不足分の成分（Ｅ）が混合されて希釈されるように構成してもよい。このように構成した場合は、研磨用組成物の管理を容易にするとともに輸送コストを低減することができる。
【００４５】
・　前記研磨用組成物を、（Ａ）及び（Ｅ）の各成分を含有する第１剤と、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）及び（Ｅ）の各成分を含有する第２剤とを別々に分けた状態で調製及び保管され、研磨に用いられるときに第１剤と第２剤とを混合して調製されるように構成してもよい。
【００４６】
【実施例】
次に、実施例及び比較例を挙げて前記実施形態をさらに具体的に説明する。
（実施例１〜１７及び比較例１〜１０）
実施例１においては、まず成分（Ａ）のヒュームドシリカと、成分（Ｂ）としてのオルト過ヨウ素酸と、成分（Ｄ）としてのエチレングリコールと、成分（Ｅ）の水と、成分（Ｆ）の硝酸アンモニウムと、成分（Ｇ）としてのベンゾトリアゾールとを混合した。ここで、ヒュームドシリカの平均粒子径は、ＢＥＴ法により測定された比表面積と粒子密度とから求められる平均粒子径で３０ｎｍであり、光散乱法により求められる平均粒子径で１００ｎｍであった。ここで、コロイダルシリカの比表面積の測定には、ＦｌｏｗＳｏｒｂＩＩ２３００（ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ社製）で、光散乱法による平均粒子径の測定には、Ｎ４　Ｐｌｕｓ　Ｓｕｂｍｉｃｒｏｎ　Ｐａｒｔｉｃｌｅ　Ｓｉｚｅｒ（Ｂｅｃｋｍａｎ　Ｃｏｕｌｔｅｒ，　Ｉｎｃ．製）をそれぞれ用いた。
【００４７】
そして、成分（Ｃ）の水酸化テトラメチルアンモニウムを用いてｐＨを調整して研磨用組成物を調製した。（Ａ）、（Ｂ）、（Ｄ）、（Ｆ）及び（Ｇ）の各成分の含有量及びｐＨを表１に示す。実施例２〜１７及び比較例１〜１０においては、各成分の含有量及びｐＨを表１に示すように変更した以外は実施例１と同様にして研磨用組成物を調製した。ここで、比較例６においては、成分（Ｃ）を用いたｐＨの調整を省略した。比較例１０においては、成分（Ａ）としてＢＥＴ法により測定された比表面積と粒子密度とから求められる平均粒子径で３０ｎｍであり、光散乱法により求められる平均粒子径で１００ｎｍのヒュームドアルミナを含有した。表１において、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｄ）、（Ｆ）及び（Ｇ）の各成分の含有量の数値はｇ／リットルで示す。
【００４８】
実施例１〜１７及び比較例１〜１０の各例の研磨用組成物を用いて、タングステンのブランケットウエハを下記の研磨条件で１分間研磨した。そして、下記に示す計算式に基づいてタングステンに対する研磨速度を求めた。
【００４９】
さらに、５００ｎｍの厚みで成膜されたタングステンのパターンウエハを下記の研磨条件で研磨した。このとき、研磨時間については、終点検出器を用いて確認することにより、タングステンが完全に研磨除去できるまでの時間とした。そして、触針式のプロフィラ（ＨＲＰ３４０；ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製）を用いて、５０％プラグ配線部におけるエロージョン量の測定を行った。それらの結果を表１に示す。
【００５０】
＜研磨条件＞
研磨機：片面ＣＭＰ用研磨機（Ｍｉｒｒａ；アプライドマテリアルズ社製）、研磨パッド：ポリウレタン製の積層研磨パッド（ＩＣ−１０００／Ｓｕｂａ４００；ロデール社製）、研磨圧力：４ｐｓｉ（＝約２８ｋＰａ）、定盤回転数：８０ｒｐｍ、研磨用組成物の供給速度：１５０ｍｌ／ｍｉｎ、キャリア回転数：８０ｒｐｍ
＜研磨速度の計算式＞
研磨速度［ｎｍ／ｍｉｎ］＝（研磨加工前のブランケットウエハの厚み［ｎｍ］−研磨加工後のブランケットウエハの厚み［ｎｍ］）÷研磨時間［ｍｉｎ］
尚、研磨加工前後のブランケットウエハの厚みはシート抵抗測定器（ＶＲ−１２０；国際電気システムサービス株式会社製）を用いて測定した。
【００５１】
【表１】

表１に示すように、実施例１〜１７においては、研磨速度及びエロージョン量は低減され、優れた値となった。一方、比較例１及び比較例２においては、成分（Ａ）の含有量が２０ｇ／リットル以下であるために、エロージョン量が増大した。比較例３及び比較例４においては、成分（Ｂ）の含有量が５ｇ／リットル以下であるために研磨速度が低い値であるとともにエロージョン量が増大した。比較例５においては、成分（Ｄ）を含有しないためにエロージョン量が増大した。
【００５２】
比較例６及び比較例７においては、研磨用組成物のｐＨが１．８未満又は４．０以上であるために、エロージョン量が増大した。比較例８においては、研磨用組成物のｐＨが６．０と高い値であり安定性が低下してゲル化したために、ブランケットウエハ及びパターンウエハを研磨することができなかった。比較例９においては、成分（Ａ）を含有しないために、研磨速度が低い値となって研磨時間が長時間となり、さらにタングステンを完全に研磨除去することができずに研磨後にタングステンが一部残存した。このため、研磨されたパターンウエハから半導体装置を製造することができなかった。比較例１０においては、成分（Ａ）としてヒュームドアルミナを含有するために、エロージョン量が増大した。
【００５３】
次に、前記実施形態から把握できる技術的思想について以下に記載する。
（１）周期律表の第２族〜第１２族に属する各元素、並びにアルミニウム、ガリウム、インジウム、タリウム、スズ、鉛及びビスマスの濃度（質量分率）が、それぞれ１００ｐｐｂ以下である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の研磨用組成物。この構成によれば、不純物元素による汚染に起因する表面欠陥が発生するのを抑制することができるとともに、半導体装置においては電気的特性が低下するのを抑制することができる。
【００５４】
（２）表面に凹部が形成された絶縁体層と、絶縁体層上に形成され、導体層を含むメタル層とを有し、請求項１から請求項３及び上記（１）のいずれか一項に記載の研磨用組成物を用いて、絶縁体層が露出するまでメタル層を研磨することを特徴とする研磨方法。この構成によれば、エロージョン量を低減することができる。
【００５５】
（３）表面に凹部が形成された絶縁体層と、絶縁体層上に形成され、導体層を含むメタル層とを有し、請求項１から請求項３及び上記（１）のいずれか一項に記載の研磨用組成物を用いて、凹部以外の箇所のメタル層の厚みが２００ｎｍ以下になるとともに絶縁体層が露出する前に研磨を終了するようにメタル層を研磨する第１の研磨工程と、仕上げ研磨用組成物を用いて絶縁体層が露出するまでメタル層を研磨する第２の研磨工程とを備えていることを特徴とする研磨方法。この構成によれば、第１の研磨工程後に生じるエロージョン量を低減することにより、第２の研磨工程後のエロージョン量を低減することができる。
【００５６】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成されているため、次のような効果を奏する。
請求項１に記載の発明の研磨用組成物によれば、エロージョン量を低減することができる。
【００５７】
請求項２に記載の発明の研磨用組成物によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、成分（Ｂ）の化学的研磨作用を促進させることによって導体層に対する研磨速度を向上させることができる。
【００５８】
請求項３に記載の発明の研磨用組成物によれば、請求項１又は請求項２に記載の発明の効果に加え、導体層表面を保護することによってその腐食を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の研磨方法を模式的に示す要部拡大端面図。
【図２】本実施形態の研磨方法を模式的に示す要部拡大端面図。
【図３】エロージョンを模式的に示す要部拡大端面図。
【符号の説明】
１１…絶縁体層、１２…凹部、１３…導体層。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a polishing composition used for polishing for forming a wiring structure in a semiconductor device or the like. More specifically, the present invention relates to a polishing composition capable of reducing the amount of erosion.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a wiring structure of a semiconductor device or the like is formed by a method using a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method or the like. In the method for forming a wiring structure using the CMP method, first, a metal layer including a conductor layer is formed on an insulator layer in which a recess is formed so that at least the inside of the recess is completely filled. Next, the metal layer is polished and removed until the insulator layer other than the concave portion is exposed, and a wiring portion is formed in the concave portion.
[0003]
In a conventional polishing composition, a slurry containing alumina contained a pH adjusting compound such as ammonium persulfate, potassium periodate and sodium hydroxide (for example, see Patent Document 1). Then, the metal layer is mechanically polished with alumina, and ammonium persulfate and potassium periodate act synergistically to improve the polishing rate for the conductor layer.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-T-2000-501771 (page 5-39)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the metal layer is polished and removed using the conventional polishing composition until the insulating layer at a portion other than the most part or the concave portion of the metal layer is exposed, the insulating rate increases as the polishing rate for the conductor layer increases. The polishing rate for the body layer also increases. For this reason, the insulator layer in the region constituted by the adjacent concave portions is polished, and the depth direction difference (height difference) between the surface of the region and the surface of the insulator layer in another region, that is, There is a problem that the erosion amount increases.
[0006]
The present invention has been made by paying attention to the problems existing in the prior art as described above. An object of the present invention is to provide a polishing composition capable of reducing the amount of erosion.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the polishing composition of the invention according to claim 1 includes an insulator layer having a concave portion formed on a surface thereof, and a metal layer formed on the insulator layer and including a conductor layer. Which is used in a polishing step of polishing a metal layer and contains the following components (A), (B), (C), (D) and (E), and has a pH of 1.8 or more and 4 0.0.
[0008]
(A): fumed silica exceeding 20 g / l and not more than 200 g / l
(B): at least one selected from periodic acid and salts thereof in an amount of more than 5 g / l and not more than 25 g / l
(C): a tetraalkylammonium salt represented by the following general formula (1)
[0009]
Embedded image

(R in the formula ¹ Represents a hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, and X represents a hydroxyl group or a halogen atom. )
(D): at least one selected from ethylene glycol and propylene glycol
(E): water
A polishing composition according to a second aspect of the present invention is the polishing composition according to the first aspect, further comprising (F) ammonium nitrate.
[0010]
A polishing composition according to a third aspect of the present invention is the polishing composition according to the first or second aspect, further comprising (G) at least one selected from benzotriazole and derivatives thereof.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
When a wiring structure of a semiconductor device is formed, first, as shown in FIG. 1, a predetermined pattern based on a circuit design is formed on a surface of an insulator layer 11 on a semiconductor substrate (not shown) by a known lithography technique and a pattern etching technique. The recess 12 is formed. As the insulator layer 11, SiO 2 such as TEOS film, BSG film, PSG film, BPSG film, etc. ₂ Films and those commonly used in semiconductor devices such as SiOF films and SiOC films are exemplified. It is desirable that the surface of the insulator layer 11 before the recess 12 is formed is as flat as possible.
[0012]
Next, the conductor layer 13 is formed on the insulator layer 11 by PVD (Physical Vapor Deposition) or the like so that at least the inside of the concave portion 12 is completely filled. Here, the conductive layer 13 is formed of a conductive metal based on tungsten (W), ruthenium (Ru), platinum (Pt), gold (Au), hafnium (Hf), cobalt (Co), nickel (Ni), or the like. The conductor layer 13 forms a metal layer. The material of the conductor layer 13 is preferably W, Ru, Pt, or Au, more preferably W or Ru, and most preferably W, in order to improve the conductivity of the wiring portion to be formed. Then, as shown in FIG. 2, the conductor layer 13 is polished and removed until the insulator layer 11 other than the concave portion is exposed to form the wiring portion 14 in the concave portion 12. In this embodiment, a polishing composition used in a polishing step of polishing and removing the conductive layer 13 is shown.
[0013]
The polishing composition used in this polishing step includes (A) fumed silica, (B) at least one selected from periodic acid and a salt thereof, and (C) a tetraalkyl compound represented by the following general formula (1). It contains an ammonium salt, (D) at least one selected from ethylene glycol and propylene glycol, and (E) water.
[0014]
Embedded image

(R in the formula ¹ Represents a hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, and X represents a hydroxyl group or a halogen atom. )
The fumed silica of the component (A) is contained for polishing a surface to be polished by its mechanical polishing action. Fumed silica is generally produced by gas phase hydrolysis of silicon tetrachloride in an oxyhydrogen flame. The fumed silica thus produced has a characteristic that a few to several tens of particles form a three-dimensionally aggregated chain structure and the content of metal impurities is relatively low.
[0015]
The average particle diameter obtained from the specific surface area and the particle density measured by the specific surface area measurement method (BET method) of the powder by gas adsorption of the component (A) is preferably 10 to 50 nm, more preferably 20 to 40 nm. . The average particle size determined by the light scattering method is preferably from 80 to 250 nm, more preferably from 100 to 200 nm.
[0016]
If it is less than 10 nm or 80 nm, a sufficient polishing rate for the conductor layer cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 50 nm or 250 nm, the polishing rate for the insulator layer is increased and the insulator layer is polished, so that the erosion amount e shown in FIG. 3 tends to increase. Here, the erosion means that the surface of the insulator layer 11 in a region formed by the adjacent concave portion 12 is polished, so that the surface retreats inward as compared with the surface of the insulator layer in the other region. A phenomenon.
[0017]
The content of the component (A) in the polishing composition is more than 20 g / l and not more than 200 g / l, preferably 50 to 100 g / l. When the content is less than 20 g / liter, the mechanical polishing power of the polishing composition is insufficient due to the low content of the component (A), and the polishing rate for the conductor layer cannot be sufficiently obtained. Therefore, the insulator layer is polished as the polishing time becomes longer, and the erosion amount e increases. On the other hand, if it exceeds 200 g / liter, the viscosity of the fumed silica slurry becomes excessive, handling becomes difficult, and the storage stability of the composition may be deteriorated.
[0018]
At least one selected from periodic acid and a salt thereof as the component (B) is contained in order to improve a polishing rate for the conductor layer by a chemical polishing action. Specific examples of periodic acid include orthoperiodic acid (H ₅ IO ₆ ), Metaperiodic acid (HIO) ₄ ), Dimesoperiodic acid (H ₄ I ₂ O ₉ ), Mesoperiodic acid (H ₃ IO ₅ ), Diorthoperiodic acid (H ₈ I ₂ O ₁₁ And the like. However, orthoperiodic acid is preferred because of its stable composition and easy availability. On the other hand, any type of periodate can be used as the periodate, but ammonium periodate, potassium periodate or sodium periodate is preferred because it is easily available.
[0019]
The content of the component (B) in the polishing composition is more than 5 g / l and not more than 25 g / l, preferably 7.5 to 17.5 g / l. If it is less than 5 g / liter, the effect of promoting polishing is insufficient, and a sufficient polishing rate for the conductor layer cannot be obtained. Therefore, the insulator layer is polished as the polishing time becomes longer, and the erosion amount e increases. On the other hand, if it exceeds 25 g / liter, the polishing cannot be controlled because the polishing is accelerated too much and the polishing rate for the conductor layer becomes too high. Furthermore, as the polishing rate for the conductor layer increases, the polishing rate for the insulator layer also increases, and the erosion amount e increases as the insulator layer is polished.
[0020]
The tetraalkylammonium salt represented by the general formula (1) of the component (C) is used to adjust the pH of the polishing composition and to reduce the erosion amount e by suppressing the polishing rate on the insulator layer. Contained. Here, R in the above general formula (1) ¹ Is a saturated hydrocarbon, an unsaturated hydrocarbon, a linear hydrocarbon, a branched hydrocarbon, etc., but a straight-chain saturated hydrocarbon having less than 3 carbon atoms, such as methyl and ethyl, is preferable because it is easily available.
[0021]
Here, the pH of the polishing composition is 1.8 or more and less than 4.0, and preferably 2.0 to 3.0. Therefore, the content of the component (C) in the polishing composition is such that the pH of the polishing composition becomes 1.8 or more and less than 4.0, and the pH becomes 2.0 to 3.0. The amount is preferred.
[0022]
When the pH of the polishing composition is less than 1.8, the erosion amount e increases because the effect of suppressing the polishing rate on the insulator layer is low. In addition, care must be taken in handling, for example, corrosion may occur in the polishing apparatus. On the other hand, when the pH of the polishing composition is 4.0 or more, the effect of suppressing the polishing rate for the insulator layer is not obtained, but rather, the polishing rate is lowered, so that the erosion amount e increases. Further, the dispersion stability of the polishing composition is reduced, and the composition may be separated and gelled.
[0023]
At least one component selected from ethylene glycol and propylene glycol as the component (D) has a surfactant activity mainly, and is contained in order to reduce the erosion amount e by suppressing an excessive chemical action on the conductor layer. Here, when the conductor layer is polished until the insulator layer other than the concave portion is exposed, the component (D) is excessively polished, and the surface of the conductive layer in the concave portion recedes inward. It is presumed that the polishing pressure is concentrated on the surface of the insulator layer between the conductor layers and the insulator layer is polished, thereby suppressing an increase in the erosion amount e. Here, a polymer of polyethylene glycol or polypropylene glycol has too high an effect of suppressing an excessive chemical action on the conductor layer, so that a sufficient polishing rate for the conductor layer cannot be obtained.
[0024]
The content of the component (D) in the polishing composition is preferably 0.03 to 2.0 g / liter, and more preferably 0.08 to 1.0 g / liter. If it is less than 0.03 g / liter, the effect of suppressing excessive chemical action on the conductor layer is low, and the erosion amount e tends to increase. Further, surface defects may occur on the polished surface after polishing. On the other hand, if it exceeds 2.0 g / liter, the effect of suppressing excessive chemical action on the conductor layer cannot be obtained any more, which is uneconomical. Further, the stability of the polishing composition may be reduced, and the additives may be precipitated and separated.
[0025]
Water of component (E) is included to act as a dispersion medium or solvent for other components. The component (E) preferably contains as little impurities as possible to prevent the action of other components from being inhibited. Specifically, pure water, ultrapure water, distilled water, or the like, in which foreign matter is removed through a filter after removing impurity ions with an ion exchange resin, is preferable.
[0026]
The polishing composition preferably contains (F) ammonium nitrate as another additive component in order to improve the polishing rate for the conductor layer. The component (F) ammonium nitrate is contained in order to promote the chemical polishing action of the component (B) to improve the polishing rate for the conductor layer.
[0027]
The content of the component (F) in the polishing composition is preferably 5 to 30 g / liter, more preferably 10 to 25 g / liter. If the amount is less than 5 g / liter, the effect of promoting the chemical polishing action of the component (B) is low, so that the polishing rate for the conductor layer cannot be sufficiently improved. On the other hand, if it exceeds 30 g / liter, the effect of promoting the chemical polishing action of the component (B) is too high, so that the polishing rate for the conductor layer increases, and surface defects may occur on the polished surface after polishing. is there.
[0028]
The polishing composition preferably further contains (G) at least one selected from benzotriazole and its derivatives as other additional components in order to prevent corrosion of the conductor layer surface. Component (G) is included to protect the conductor layer surface and prevent its corrosion. Here, benzotriazole and its derivative are those represented by the following general formula (2).
[0029]
Embedded image

R in the above general formula (2) ² Represents a hydrogen atom, an alkyl group containing a carboxyl group, an alkyl group containing a hydroxyl group and a tertiary amino group, an alkyl group containing a hydroxyl group or an alkyl group; ³ ~ R ⁶ Represents a hydrogen atom or an alkyl group. Further, the carbon atom at the 4-, 5-, 6- or 7-position may be substituted with a nitrogen atom, or the nitrogen atom at the 1-position may be substituted with a carbon atom.
[0030]
Component (G) is preferably benzotriazole because of its high effect of protecting the conductor layer surface. The content of the component (G) in the polishing composition is preferably 0.05 to 3.5 g / liter, more preferably 0.15 to 1.5 g / liter. When the content is less than 0.05 g / liter, the surface of the conductor layer cannot be sufficiently protected, so that the surface of the conductor layer is easily corroded. On the other hand, when it exceeds 3.5 g / liter, the surface of the conductor layer is excessively protected, so that the polishing rate for the conductor layer cannot be sufficiently obtained, and the dissolution stability of the component (G) decreases, and the composition is deposited. May be separated.
[0031]
The polishing composition may contain additives generally used in the polishing composition such as an antifoaming agent as other additive components other than the components (F) and (G). The content of the additional components other than the components (F) and (G) in the polishing composition is determined according to a conventional method for the polishing composition.
[0032]
It is preferable that the polishing composition contains as little impurities as possible. Specifically, the concentration (mass fraction) of each element belonging to Groups 2 to 12 of the periodic table and aluminum, gallium, indium, thallium, tin, lead, and bismuth is 100 ppb or less, respectively. , And more preferably 50 ppb or less. Among them, copper, iron, nickel, chromium and manganese are SiO ₂ Since these elements easily diffuse into an insulating layer such as a film and affect the yield of a semiconductor device, it is particularly preferable to suppress the concentration of these elements within the above range.
[0033]
The notation of the above-mentioned group numbers is based on the revised edition of IUPAC nomenclature for inorganic chemistry (1989). The concentration of the above impurities is determined by an inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS), an inductively coupled high frequency plasma spectrometer (ICP-AES), an atomic absorption analyzer, a total reflection X-ray fluorescence analyzer (TXRF), or the like. It is measured using When the fumed silica of the component (A) contains chlorine as an impurity, the concentration (mass fraction) of chlorine in the polishing composition is preferably 1,000 ppm or less, more preferably 200 ppm or less. If it exceeds 1000 ppm, the stability of the polishing composition may be reduced, and the polishing composition may be gelled. The chlorine concentration is a value converted from the chlorine concentration (mass fraction) measured by ion chromatography.
[0034]
The polishing composition is prepared by mixing other components with water of the component (E), and dispersing or dissolving each component by, for example, stirring with a blade-type stirrer or ultrasonic dispersion. Here, the mixing order of the other components with respect to the water of the component (E) is not limited.
[0035]
When the wiring portion is formed, as shown in FIG. 2, the conductive layer 13 is polished and removed using the polishing composition of the present embodiment until the insulator layer 11 other than the concave portion 12 is exposed. Here, the polishing rate for the conductive layer 13 is preferably 200 to 500 nm / min, more preferably 300 to 400 nm / min. If it is less than 200 nm / min, the polishing time may be long. On the other hand, if it exceeds 500 nm / min, it becomes difficult to control the polishing rate.
[0036]
At this time, the polishing rate for the insulator layer is suppressed by the component (C), and the excessive chemical action on the conductor layer, that is, the excessive chemical polishing action by the component (B) is suppressed by the component (D). Further, by adjusting the pH of the polishing composition to 1.8 or more and less than 4.0, the polishing rate for the insulator layer is appropriately suppressed, and the erosion amount e can be reduced.
[0037]
Moreover, the mechanical polishing action of the component (A) and the chemical polishing action of the component (B) act synergistically, whereby the polishing rate for the conductor layer can be improved. Here, for example, when the conductor layer is formed of tungsten, the tungsten surface is oxidized by the component (B), so that the tungsten surface is fragile and can be easily polished and removed by the mechanical polishing action of the component (A). Is changed to
[0038]
According to the present embodiment described in detail above, the following effects are exhibited.
-The polishing composition of this embodiment contains each component of (A), (B), (C), and (D), and pH is 1.8 or more and less than 4.0. Further, the content of the component (A) in the polishing composition is more than 10 g / L and is 200 g / L or less, and the content of the component (B) is more than 5 g / L and 25 g / L or less. Therefore, the erosion amount e can be reduced by the action of each component of (C) and (D) and the content and pH of each component of (A) and (B) within the above ranges. Furthermore, the polishing rate for the conductor layer can be improved by the components (A) and (B).
[0039]
-Component (A) is fumed silica. Therefore, the polishing rate for the conductor layer can be improved and the polishing rate for the insulator layer can be suppressed as compared with colloidal silica or the like. This effect is presumed to be due to the unique form of fumed silica, which forms a chain structure in which several to several tens of particles are aggregated three-dimensionally.
[0040]
-The polishing composition preferably contains the component (F). In this case, the polishing rate for the conductor layer can be improved by promoting the chemical polishing action of the component (B).
[0041]
-The polishing composition preferably contains the component (G). In this case, the corrosion can be prevented by protecting the conductor layer surface.
-The concentration (mass fraction) of each of the elements belonging to Groups 2 to 12 of the periodic table and aluminum, gallium, indium, thallium, tin, lead and bismuth in the polishing composition is preferably 100 ppb or less. preferable. In this case, generation of surface defects due to contamination by these impurity elements can be suppressed, and a decrease in electrical characteristics of the semiconductor device can be suppressed. Further, since the surface cleaning with dilute hydrofluoric acid can be omitted or shortened as compared with the conventional polishing composition, the manufacturing cost of the wiring structure can be reduced.
[0042]
The above-described embodiment may be modified as follows.
In the above embodiment, when forming the wiring structure, after polishing and removing most of the conductor layer using the polishing composition of the above embodiment, insulating the portions other than the concave portions using the finish polishing composition. The polishing may be performed in a plurality of stages, such as finishing polishing of the conductor layer until the body layer is exposed. Here, the thickness of the conductor layer in a portion other than the concave portion is as thick as 300 nm or more, for example. It means that the conductor layer is polished until it becomes below. In the case of such a configuration, by reducing the amount of erosion generated after polishing and removing most of the conductor layer, the amount of erosion after finish polishing can be reduced.
[0043]
-An underlayer made of titanium or titanium nitride may be formed on the insulator layer with a certain thickness. At this time, on the surface of the underlayer, a portion corresponding to the concave portion is formed in a concave shape by the concave portion. Subsequently, a conductor layer is formed on the underlayer so that at least the inside of the recess is completely filled. Here, a metal layer is constituted by the underlayer and the conductor layer. In such a configuration, the adhesion of the conductor layer to the insulator layer is improved by the base layer, so that the conductor layer, and eventually the wiring portion, can be prevented from peeling from the insulator layer.
[0044]
-The polishing composition is prepared and stored in a state where the water content of the component (E) is low by being concentrated, and the insufficient component (E) is mixed and diluted when used for polishing. You may comprise so that it may be. With such a configuration, the management of the polishing composition can be facilitated and the transportation cost can be reduced.
[0045]
A first agent containing the components (A) and (E) and a second agent containing the components (B), (C), (D), and (E); May be prepared and stored separately in a state where they are separately prepared, and may be prepared by mixing the first agent and the second agent when used for polishing.
[0046]
【Example】
Next, the embodiment will be described more specifically with reference to examples and comparative examples.
(Examples 1 to 17 and Comparative Examples 1 to 10)
In Example 1, first, fumed silica of component (A), orthoperiodic acid as component (B), ethylene glycol as component (D), water of component (E), and component (F) ) And benzotriazole as the component (G) were mixed. Here, the average particle diameter of the fumed silica was 30 nm as the average particle diameter determined from the specific surface area and the particle density measured by the BET method, and was 100 nm as the average particle diameter determined by the light scattering method. Here, FlowSorbII2300 (manufactured by micromeritics) was used to measure the specific surface area of colloidal silica, and N4 Plus Submicron Particle Sizer (manufactured by Beckman Coulter, Inc.) was used to measure the average particle diameter by the light scattering method. .
[0047]
Then, the pH was adjusted using tetramethylammonium hydroxide as the component (C) to prepare a polishing composition. Table 1 shows the content and pH of each component of (A), (B), (D), (F) and (G). In Examples 2 to 17 and Comparative Examples 1 to 10, polishing compositions were prepared in the same manner as in Example 1 except that the content and pH of each component were changed as shown in Table 1. Here, in Comparative Example 6, the adjustment of the pH using the component (C) was omitted. In Comparative Example 10, fumed alumina having an average particle diameter of 30 nm as the component (A) determined from the specific surface area and the particle density measured by the BET method and an average particle diameter of 100 nm determined by the light scattering method was used. Contained. In Table 1, the numerical values of the contents of the components (A), (B), (D), (F) and (G) are shown in g / liter.
[0048]
Using the polishing compositions of Examples 1 to 17 and Comparative Examples 1 to 10, a tungsten blanket wafer was polished for one minute under the following polishing conditions. Then, the polishing rate for tungsten was determined based on the following formula.
[0049]
Further, a tungsten pattern wafer having a thickness of 500 nm was polished under the following polishing conditions. At this time, the polishing time was determined by confirming using an end point detector until the tungsten was completely polished and removed. Then, the erosion amount in the 50% plug wiring portion was measured using a stylus type profiler (HRP340; manufactured by KLA-Tencor). Table 1 shows the results.
[0050]
<Polishing conditions>
Polishing machine: polishing machine for single-sided CMP (Mirra; manufactured by Applied Materials), polishing pad: laminated polishing pad made of polyurethane (IC-1000 / Suba400; manufactured by Rodale), polishing pressure: 4 psi (= about 28 kPa), constant Board rotation speed: 80 rpm, supply rate of polishing composition: 150 ml / min, carrier rotation speed: 80 rpm
<Calculation formula for polishing rate>
Polishing rate [nm / min] = (thickness of blanket wafer before polishing [nm] −thickness of blanket wafer after polishing] [nm] ÷ polishing time [min]
The thickness of the blanket wafer before and after polishing was measured using a sheet resistance measuring device (VR-120; manufactured by Kokusai Electric System Services Co., Ltd.).
[0051]
[Table 1]

As shown in Table 1, in Examples 1 to 17, the polishing rate and the erosion amount were reduced, and excellent values were obtained. On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2, since the content of the component (A) was 20 g / liter or less, the erosion amount increased. In Comparative Examples 3 and 4, since the content of the component (B) was 5 g / liter or less, the polishing rate was low and the erosion amount was increased. In Comparative Example 5, the erosion amount was increased because the component (D) was not contained.
[0052]
In Comparative Examples 6 and 7, since the pH of the polishing composition was less than 1.8 or 4.0 or more, the erosion amount was increased. In Comparative Example 8, the blanket wafer and the patterned wafer could not be polished because the pH of the polishing composition was as high as 6.0, the stability was lowered, and the gel was formed. In Comparative Example 9, since the component (A) was not contained, the polishing rate was low and the polishing time was long, and the tungsten could not be completely removed by polishing. It remained. Therefore, a semiconductor device cannot be manufactured from the polished pattern wafer. In Comparative Example 10, since fumed alumina was contained as the component (A), the erosion amount was increased.
[0053]
Next, technical ideas that can be grasped from the embodiment will be described below.
(1) The concentration (mass fraction) of each element belonging to Groups 2 to 12 of the periodic table and aluminum, gallium, indium, thallium, tin, lead, and bismuth is 100 ppb or less, respectively. The polishing composition according to any one of claims 1 to 3. According to this configuration, it is possible to suppress the occurrence of surface defects due to the contamination by the impurity element, and to suppress a decrease in the electrical characteristics of the semiconductor device.
[0054]
(2) An insulating layer having a concave portion formed on a surface thereof, and a metal layer formed on the insulating layer and including a conductor layer, wherein the metal layer includes a conductor layer. 13. A polishing method, comprising polishing the metal layer until the insulator layer is exposed, using the polishing composition according to any one of the above items. According to this configuration, the erosion amount can be reduced.
[0055]
(3) An insulating layer having a concave portion formed on a surface thereof, and a metal layer formed on the insulating layer and including a conductive layer, wherein the metal layer includes a conductor layer. First polishing, using the polishing composition described in the above section, polishing the metal layer so that the thickness of the metal layer other than the concave portions becomes 200 nm or less and the polishing is completed before the insulator layer is exposed. A polishing method, comprising: a step of polishing the metal layer until the insulator layer is exposed using the final polishing composition. According to this configuration, the amount of erosion generated after the first polishing step can be reduced, so that the amount of erosion after the second polishing step can be reduced.
[0056]
【The invention's effect】
The present invention is configured as described above, and has the following effects.
According to the polishing composition of the first aspect, the amount of erosion can be reduced.
[0057]
According to the polishing composition of the second aspect of the invention, in addition to the effect of the first aspect of the invention, the polishing rate for the conductor layer is improved by promoting the chemical polishing action of the component (B). be able to.
[0058]
According to the polishing composition of the invention described in claim 3, in addition to the effects of the invention described in claim 1 or 2, the corrosion can be prevented by protecting the conductor layer surface.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an enlarged end view of a main part schematically showing a polishing method according to an embodiment.
FIG. 2 is an enlarged end view of a main part schematically showing the polishing method of the embodiment.
FIG. 3 is an enlarged end view of a main part schematically showing erosion.
[Explanation of symbols]
11: insulator layer, 12: concave portion, 13: conductor layer.

Claims (3)

It has an insulator layer having a concave portion on its surface and a metal layer formed on the insulator layer and including a conductor layer, and is used in a polishing step of polishing the metal layer. The following (A) and (B) A polishing composition comprising the components (C), (C), (D) and (E), and having a pH of 1.8 or more and less than 4.0.
(A): more than 20 g / l and less than 200 g / l fumed silica (B): more than 5 g / l and less than 25 g / l or less periodic acid and its salts (C): the following general Tetraalkylammonium salt represented by formula (1)

(In the formula, R ¹ represents a hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, and X represents a hydroxyl group or a halogen atom.)
(D): at least one selected from ethylene glycol and propylene glycol (E): water The polishing composition according to claim 1, further comprising (F) ammonium nitrate. 3. The polishing composition according to claim 1, further comprising (G) at least one selected from benzotriazole and a derivative thereof.

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