JP2005116778A - Water system dispersant for metal polishing - Google Patents

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真二 船越
Terubumi Okita
光史 沖田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a water system dispersant for metal polishing which enables a metallic film to be polished rapidly even under low loading conditions and restrains generation of defect of a polishing surface such as scratch and dishing in a process for flattening a metallic film on a semiconductor substrate, a flattening method of the metallic film on the semiconductor substrate using it, and a manufacturing method of the semiconductor substrate. <P>SOLUTION: The water system dispersant comprises a complex particle formed of a polyoxo acid, nonionic surfactant and anionic surfactant. The flattening method of the metallic film on the semiconductor substrate using it, and a manufacturing method of the semiconductor substrate, are also provided. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体基板上に形成された金属膜の研磨に用いられる金属研磨用水系分散体、およびそれを用いてなる半導体基板上の金属膜の研磨方法、ならびに半導体基板の製造方法に関する。   The present invention relates to an aqueous dispersion for metal polishing used for polishing a metal film formed on a semiconductor substrate, a method for polishing a metal film on a semiconductor substrate using the same, and a method for manufacturing a semiconductor substrate.

LSI技術の急速な進展により、集積回路は益々微細化や多層配線化の傾向にある。集積回路における多層配線化は、半導体表面の凹凸が極めて大きくなる要因であり、これが集積回路の微細化とも相まって断線や電気容量の低下、エレクトロマイグレーションの発生などをもたらし、歩留まりの低下や信頼性上の問題をきたす原因となっている。
このため、これまでに多層配線基板における金属配線や層間絶縁膜を平坦化する種々の加工技術が開発されてきており、その一つにCMP(Chemical Mechanical Polishing :化学機械的研磨)技術がある。CMP技術は、半導体製造において層間絶縁膜の平坦化、埋め込み配線形成、プラグ形成等に必要となる技術である。
CMPは、キャリヤーに装着された通常半導体材料からなる平坦なウェハーを、湿った研磨パッドに対し一定の圧力で押し付けながらキャリヤーおよび研磨パッド各々を回転することにより行われる。この時ウェハーと研磨パッドの間に導入される研磨組成物により、配線や絶縁膜の凸部が研磨され平坦化がなされる。
Due to the rapid development of LSI technology, integrated circuits are increasingly miniaturized and multi-layered. Multi-layer wiring in integrated circuits is a factor that causes extremely large irregularities on the surface of the semiconductor. This, combined with the miniaturization of integrated circuits, leads to disconnection, lower capacitance, and electromigration, resulting in reduced yield and reliability. This is the cause of the problem.
For this reason, various processing techniques for flattening metal wirings and interlayer insulating films in a multilayer wiring board have been developed so far, one of which is a CMP (Chemical Mechanical Polishing) technique. The CMP technique is a technique required for planarizing an interlayer insulating film, forming an embedded wiring, forming a plug, and the like in semiconductor manufacturing.
CMP is performed by rotating each of the carrier and the polishing pad while pressing a flat wafer made of a normal semiconductor material mounted on the carrier against the wet polishing pad with a constant pressure. At this time, the convex portions of the wiring and the insulating film are polished and planarized by the polishing composition introduced between the wafer and the polishing pad.

従来、半導体基板の金属膜の研磨には種々の研磨組成物や研磨方法の提案がなされている。非特許文献1に示されているように、金属のCMPでは研磨用組成物中の酸化剤により金属の表面を酸化し不動態化し、pHを酸性にするなどしてわずかに金属が腐蝕する(エッチング)条件下で研磨パッドと砥粒で研磨が行われる。例えば半導体基板上に形成されたアルミニウム等金属膜の研磨組成物としては、酸化アルミニウムをpH3以下の硝酸水溶液中に分散してなる研磨組成物(特許文献1)、酸化アルミニウムや酸化ケイ素を硫酸、硝酸、酢酸等の酸性水溶液と混合してなる研磨組成物(特許文献2)がある。また、酸化アルミニウムを過酸化水素とリン酸水溶液中に分散した研磨組成物(特許文献3)など、酸化アルミニウムまたは酸化ケイ素等の砥粒と、過酸化水素等の酸化剤よりなる研磨組成物が通常使用されている。しかしながら、半導体基板上の金属膜の平坦化に酸化アルミニウムを用いた場合、α型では高い研磨速度を示す反面、金属膜や絶縁膜の表面にマイクロスクラッチやオレンジピール等の欠陥を発生させることがあった。一方、γ型や非晶質アルミナまたは酸化ケイ素等の砥粒を用いた場合、金属膜や絶縁膜の表面のマイクロスクラッチやオレンジピール等の欠陥発生を抑えることができるが、金属膜の研磨に際して十分な研磨速度が得られないという問題があった。   Conventionally, various polishing compositions and polishing methods have been proposed for polishing metal films on semiconductor substrates. As shown in Non-Patent Document 1, in metal CMP, the surface of the metal is oxidized and passivated by an oxidizing agent in the polishing composition, and the metal is slightly corroded by acidifying the pH, etc. ( Polishing is performed with a polishing pad and abrasive grains under conditions of etching. For example, as a polishing composition for a metal film such as aluminum formed on a semiconductor substrate, a polishing composition in which aluminum oxide is dispersed in an aqueous nitric acid solution having a pH of 3 or less (Patent Document 1), aluminum oxide or silicon oxide is sulfuric acid, There exists polishing composition (patent document 2) formed by mixing with acidic aqueous solutions, such as nitric acid and acetic acid. Further, a polishing composition comprising abrasive grains such as aluminum oxide or silicon oxide and an oxidizing agent such as hydrogen peroxide, such as a polishing composition in which aluminum oxide is dispersed in hydrogen peroxide and an aqueous phosphoric acid solution (Patent Document 3). Usually used. However, when aluminum oxide is used to planarize the metal film on the semiconductor substrate, the α type shows a high polishing rate, but defects such as micro scratches and orange peels may be generated on the surface of the metal film or insulating film. there were. On the other hand, when abrasive grains such as γ-type, amorphous alumina, or silicon oxide are used, the occurrence of defects such as micro scratches and orange peel on the surface of the metal film or insulating film can be suppressed. There was a problem that a sufficient polishing rate could not be obtained.

また、この他にも前述のように液状酸化剤である過酸化水素を用いた場合や、過硫酸アンモニウム等の金属エッチャントを用いた場合(特許文献4)、ウェットエッチングが過度に進むことによりディッシング(図1(D)の金属膜4の中央部が周辺部より過剰に研磨される現象)やピット、ボイド等の欠陥が発生するなど実用化に際し問題があった。
これを改良する目的で、研磨組成物中に金属膜表面に保護膜を形成する化学試薬(防食剤、キレート剤等)を添加する方法も提案されている(特許文献5、特許文献6)。しかしながらこのようなキレート剤を用いると、確かにエッチングが抑制されディッシング等の発生を防止することができるが、研磨すべき部位にも保護膜が形成されるため研磨速度が極端に低下するという問題が生じる。これを防ぐためエッチング剤やキレート剤の使用量の適正化を図る試みがなされているが、両者の性能を満足する条件を見出すことは難しく、プロセス条件の影響も受けやすいため再現性のある結果が得られないという問題がある。また、200nm/分以上という高い研磨速度を得るために200g/cm2 以上の高い研磨圧力で、前記保護膜を除去することも行われるが(特許文献7)、今後主流となることが予測されているポーラス型低誘電率絶縁膜の場合、その膜強度に問題がある為、基板に過大なストレスがかかると絶縁膜の破壊が起こる。また、研磨圧力を高めパッドによる機械的研磨を行うと、研磨時のパッド表面の影響をさらに受け易くなるため、これまで行っていたドレッシングによるパッド表面状態の管理が難しくなり、プロセス管理上大きな問題となる。さらには、高価なパッドの消耗が早くなりコストがかさむといった問題も発生する。
In addition, when hydrogen peroxide as a liquid oxidizing agent is used as described above, or when a metal etchant such as ammonium persulfate is used (Patent Document 4), dishing ( There has been a problem in practical use, such as a phenomenon in which the central portion of the metal film 4 in FIG. 1D is excessively polished from the peripheral portion) and defects such as pits and voids.
In order to improve this, a method of adding a chemical reagent (such as an anticorrosive or a chelating agent) that forms a protective film on the surface of the metal film in the polishing composition has also been proposed (Patent Documents 5 and 6). However, when such a chelating agent is used, etching is surely suppressed and the occurrence of dishing and the like can be prevented. However, since a protective film is also formed on the portion to be polished, the polishing rate is extremely reduced. Occurs. Attempts have been made to optimize the use of etching agents and chelating agents to prevent this, but it is difficult to find conditions that satisfy the performance of both, and the results are reproducible because they are also susceptible to process conditions. There is a problem that cannot be obtained. Further, in order to obtain a high polishing rate of 200 nm / min or more, the protective film is also removed at a high polishing pressure of 200 g / cm 2 or more (Patent Document 7), but it is predicted that it will become mainstream in the future. In the case of the porous type low dielectric constant insulating film, there is a problem in the film strength. Therefore, when an excessive stress is applied to the substrate, the insulating film is destroyed. In addition, if the polishing pressure is increased and mechanical polishing with the pad is performed, it becomes more susceptible to the influence of the pad surface at the time of polishing. It becomes. Furthermore, there is a problem that expensive pads are consumed quickly and cost is increased.

ところで、ポリオキソ酸とりわけヘテロポリ酸は、非特許文献2にも記載のように、強い酸性と酸化作用を有するものであり、これを金属の不動態化処理やエッチングに用いることは特許文献8等に記載されている。実際ヘテロポリ酸を半導体表面のエッチング剤として適用した例(非特許文献3)や、ポリオキソ酸もしくはその塩を研磨用エッチング剤として用いる試みもなされている(特許文献9)。特に後者においては、ポリオキソ酸もしくはその塩のみを研磨用エッチング剤として用いる場合(第1研磨組成物)および、これにさらに研磨材として公知の砥粒を含有させる場合(第2研磨組成物)の二つの使用方法について記載されている。第1研磨組成物の場合、ヘテロポリ酸を単独で金属膜研磨用のエッチング剤として使用すると、ヘテロポリ酸は水に可溶であるため液状酸化剤として作用することから、前述の如く研磨速度とディッシング性能の両方を満足することはできない。すなわち、研磨速度を上げるためにヘテロポリ酸の濃度を高めると、同時にエッチングも進行しディッシングの発生が起こる。一方、上記ヘテロポリ酸にアンモニア等の塩基性物質を作用させヘテロポリ酸塩として使用すると、エッチングは抑制されるが、同時に研磨速度も低下してしまう。そのため、研磨速度を高める目的で、この種の第1研磨組成物に研磨材を含有させ第2研磨組成物とすることが提案されているが、これは研磨材を使用することにより機械的研磨を行おうとするものであり、研磨速度を高めるためには高い研磨荷重が必要となる。従って、低荷重で高い研磨速度を得ようとする本目的に合致するものではない。   By the way, polyoxoacids, especially heteropolyacids, have strong acidity and oxidizing action as described in Non-Patent Document 2, and it is disclosed in Patent Document 8 that they are used for metal passivation treatment and etching. Has been described. Actually, an example in which a heteropolyacid is applied as an etching agent on a semiconductor surface (Non-patent Document 3), and an attempt to use a polyoxoacid or a salt thereof as an etching etchant has been made (Patent Document 9). In particular, in the latter case, when only polyoxo acid or a salt thereof is used as a polishing etchant (first polishing composition) and when a known abrasive is further added as an abrasive (second polishing composition). Two usages are described. In the case of the first polishing composition, when the heteropolyacid is used alone as an etching agent for polishing a metal film, the heteropolyacid is soluble in water and thus acts as a liquid oxidizing agent. Both performances cannot be satisfied. That is, when the concentration of the heteropolyacid is increased in order to increase the polishing rate, etching progresses simultaneously and dishing occurs. On the other hand, when a basic substance such as ammonia is allowed to act on the heteropolyacid to be used as a heteropolyacid salt, etching is suppressed, but at the same time, the polishing rate is reduced. Therefore, for the purpose of increasing the polishing rate, it has been proposed that this type of first polishing composition contains an abrasive to form a second polishing composition, which is mechanically polished by using the abrasive. In order to increase the polishing rate, a high polishing load is required. Therefore, it does not meet the purpose of obtaining a high polishing rate with a low load.

米国特許第4,702,792号明細書US Pat. No. 4,702,792 米国特許第4,944,836号明細書US Pat. No. 4,944,836 米国特許第5,209,816号明細書US Pat. No. 5,209,816 特開平06−313164号公報Japanese Patent Laid-Open No. 06-313164 特開平08−083780号公報Japanese Patent Laid-Open No. 08-083780 特開平11−195628号公報JP-A-11-195628 特開2000−252242号公報JP 2000-252242 A 特表平09−505111号公報Japanese Translation of National Publication No. 09-505111 特開2000−119639号公報JP 2000-119639 A 土肥俊郎ら著、「半導体平坦化CMP技術」、初版、工業調査会発行、1998年7月15日、235頁Toshiro Tohi et al., “Semiconductor planarization CMP technology”, first edition, published by Industrial Research Council, July 15, 1998, page 235 日本化学会編、「ポリ酸の化学」、初版、学会出版センター、1993年8月25日、86〜87頁、112〜123頁Edited by Chemical Society of Japan, “Chemistry of Polyacids”, First Edition, Society Publishing Center, August 25, 1993, 86-87, 112-123 A.Rothschild、C.Debiemme−Chouvy、A.Etcheberry著、「StudyoftheinteractionatrestpotentialbetweensilicotungsticheteropolyanionsolutionandGaAssurface」Applied SurfaceScience、1998年10月8日、vol.135、No.1/4、pp65−70A. Rothschild, C.I. Debemme-Chouvy, A.M. Etcheberry, “Studyoftheinteractionatrepotentialbetweensilicotungstichiopolystyrenesolution and GaAs surface”, Applied Surface Science, Oct. 8, 1998, vol. 135, no. 1/4, pp65-70

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

本発明者等は、前記課題を解決するために鋭意検討した結果、ポリオキソ酸、非イオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤とから形成される複合体粒子を含有する金属研磨用水系分散体が、従来困難であったエッチング、ディッシングの抑制と低荷重における高研磨速度の両立を可能とし、基板上の金属膜の研磨において有効であることを見出し、本発明をなすに至った。すなわち、本発明は以下の通りである。
1) ポリオキソ酸、非イオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤とから形成される複合体粒子を含有することを特徴とする金属研磨用水系分散体。
2) ポリオキソ酸が、ヘテロポリ酸であることを特徴とする1)の発明の金属研磨用水系分散体。
3) アニオン性界面活性剤が酸型であることを特徴とする1)または2)の発明の金属研磨用水系分散体。
4) 非イオン性界面活性剤として、HLBの異なる2種以上の非イオン性界面活性剤を併用することを特徴とする1)〜3)のいずれかの発明の金属研磨用水系分散体。
5) 水溶性高分子化合物および/または多価アルコール化合物を含有することを特徴とする1)〜4)のいずれかの発明の金属研磨用水系分散体。
6) 窒素原子およびカルボキシル基を分子内に併せ持つ有機化合物を含有することを特徴とする1)〜5)のいずれかの発明の金属研磨用水系分散体。
7)実質的に砥粒を含まないことを特徴とする1)〜6)のいずれかに記載の金属研磨用水系分散体。
8) 1)〜7)のいずれかの発明の金属研磨用水系分散体を用いることを特徴とする半導体基板上の金属膜の研磨方法。
9) 1)〜7)のいずれかの発明の金属研磨用水系分散体を用いることを特徴とする半導体基板の製造方法。
As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventors have found that an aqueous dispersion for metal polishing containing composite particles formed from a polyoxoacid, a nonionic surfactant, and an anionic surfactant However, it has been found that the present invention makes it possible to achieve both the suppression of etching and dishing, which has been difficult in the past, and the high polishing rate under a low load, and is effective in polishing a metal film on a substrate. That is, the present invention is as follows.
1) An aqueous dispersion for polishing metal comprising composite particles formed from a polyoxoacid, a nonionic surfactant, and an anionic surfactant.
2) The metal-polishing aqueous dispersion according to 1), wherein the polyoxoacid is a heteropolyacid.
3) An aqueous dispersion for metal polishing according to the invention of 1) or 2), wherein the anionic surfactant is in acid form.
4) The aqueous dispersion for metal polishing according to any one of 1) to 3), wherein two or more kinds of nonionic surfactants having different HLBs are used in combination as the nonionic surfactant.
5) The water-based dispersion for metal polishing according to any one of 1) to 4), which comprises a water-soluble polymer compound and / or a polyhydric alcohol compound.
6) An aqueous dispersion for metal polishing according to any one of 1) to 5), which comprises an organic compound having both a nitrogen atom and a carboxyl group in the molecule.
7) The aqueous dispersion for metal polishing according to any one of 1) to 6), which is substantially free of abrasive grains.
8) A method for polishing a metal film on a semiconductor substrate, comprising using the metal polishing aqueous dispersion according to any one of 1) to 7).
9) A method for producing a semiconductor substrate, comprising using the metal polishing aqueous dispersion according to any one of 1) to 7).

本発明の金属研磨用水系分散体によれば、従来技術では困難であった、エッチング、ディシングを抑制すると同時に低荷重下においても高速に銅膜等の金属膜を研磨することが可能となる。本発明は、半導体基板上の金属膜を研磨する上で極めて有用な性能を有する材料を見出したものであり、産業上の利用価値は甚だ大きなものである。   According to the aqueous dispersion for metal polishing of the present invention, it is possible to polish a metal film such as a copper film at high speed even under a low load while suppressing etching and dishing, which has been difficult with the prior art. The present invention has found a material having extremely useful performance in polishing a metal film on a semiconductor substrate, and has a great industrial utility value.

本発明について、以下に具体的に説明する。
本発明において低荷重とは150g/cm2 以下を意味し、高速研磨とは300nm/分以上の研磨速度を意味する。
本発明の金属研磨用水系分散体は、ポリオキソ酸、非イオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤とから形成される複合体粒子を含有して成る。本件発明の金属研磨用水系分散体は、後述する通り本件発明の効果を阻害しない範囲で、あるいは目的に応じて、通常用いられている添加剤等のその他の成分を含むが、基本的に上記3成分のみでも本発明の目的を達成できることが特徴である。即ち、本発明の研磨組成物は、実質的に砥粒を含まないでも優れた研磨性能を示すという特徴を有する。ここで、実質的に砥粒を含まないとは、研磨組成物全質量中に占める砥粒の質量の割合が、0〜1%未満である(したがって、砥粒は任意成分である。)状態を言う。
The present invention will be specifically described below.
In the present invention, low load means 150 g / cm 2 or less, and high speed polishing means a polishing rate of 300 nm / min or more.
The metal polishing aqueous dispersion of the present invention comprises composite particles formed from a polyoxo acid, a nonionic surfactant, and an anionic surfactant. The aqueous dispersion for metal polishing of the present invention contains other components such as additives that are usually used within the range not inhibiting the effects of the present invention as described later, or depending on the purpose, but basically the above-mentioned It is a feature that the object of the present invention can be achieved with only three components. That is, the polishing composition of the present invention is characterized by exhibiting excellent polishing performance even when substantially free of abrasive grains. Here, “substantially free of abrasive grains” means that the ratio of the mass of abrasive grains in the total mass of the polishing composition is 0 to less than 1% (therefore, the abrasive grains are an optional component). Say.

本発明で用いられるポリオキソ酸は、Mo、V、W、Ti、Nb、Ta等の元素から成る酸素酸が縮合したものであり、イソポリ酸とヘテロポリ酸がこれに当たる。イソポリ酸は前記ポリオキソ酸の構成元素のうち、単一の元素からなる縮合酸素酸のことであり、ポリモリブデン酸、ポリバナジン酸、ポリタングステン酸、ポリチタン酸、ポリニオブ酸、ポリタンタル酸等が挙げられる。これらのうち金属研磨を目的とした本発明の場合、金属をエッチング(酸化、溶解)させる能力の観点からポリモリブデン酸、ポリバナジン酸、ポリタングステン酸が好ましい。
ヘテロポリ酸は、前記イソポリ酸にヘテロ元素を中心元素として組み込むことによって得られるものであり、その構成は縮合配位元素、中心元素および酸素から成る。ここで縮合配位元素とは、前記ポリオキソ酸の構成元素を意味し、このうちMo、W及びVからなる群より選ばれた少なくとも1 種を含むものが好ましい例として挙げられ、その他Nb、Ta等の元素を含んでも良い。また、ヘテロポリ酸の中心元素はP、Si、As、Ge、Ti、Ce、Mn、Ni、Te、I、Co、Cr、Fe、Ga、B、V、Pt、BeおよびZnからなる群より選ばれた1種であり縮合配位元素と中心元素の原子比(縮合配位元素/中心元素)は2.5〜12である。
The polyoxo acid used in the present invention is a condensate of an oxygen acid composed of elements such as Mo, V, W, Ti, Nb, Ta, etc., and an isopoly acid and a heteropoly acid correspond to this. The isopolyacid is a condensed oxygen acid composed of a single element among the constituent elements of the polyoxoacid, and examples thereof include polymolybdic acid, polyvanadic acid, polytungstic acid, polytitanic acid, polyniobic acid, and polytantalic acid. Of these, polymolybdic acid, polyvanadic acid, and polytungstic acid are preferable from the viewpoint of the ability to etch (oxidize and dissolve) metal in the present invention for the purpose of metal polishing.
The heteropolyacid is obtained by incorporating a heteroelement as a central element into the isopolyacid, and its structure is composed of a condensed coordination element, a central element and oxygen. Here, the condensed coordination element means a constituent element of the polyoxoacid, and among these, those containing at least one selected from the group consisting of Mo, W and V can be mentioned as preferred examples, and other Nb, Ta Or the like. The central element of the heteropolyacid is selected from the group consisting of P, Si, As, Ge, Ti, Ce, Mn, Ni, Te, I, Co, Cr, Fe, Ga, B, V, Pt, Be, and Zn. The atomic ratio of the condensed coordination element to the central element (condensed coordination element / central element) is 2.5-12.

前述したヘテロポリ酸の具体例としては、リンモリブデン酸、ケイモリブデン酸、リンバナドモリブデン酸、ケイバナドモリブデン酸、リンタングストモリブデン酸、ケイタングストモリブデン酸、リンバナドタングストモリブデン酸、ケイバナドタングストモリブデン酸、リンバナドタングステン酸、ケイバナドタングステン酸、リンモリブドニオブ酸、ホウモリブデン酸、ホウタングストモリブデン酸、ホウバナドモリブデン酸、ホウバナドタングステン酸、コバルトモリブデン酸、コバルトバナドタングステン酸、リンタングステン酸、ケイタングステン酸、リンバナジン酸、ケイバナジン酸等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。前記ポリオキソ酸のうち、研磨用途として金属をエッチングするに足る十分な酸強度、酸化力の観点からヘテロポリ酸が好ましく、好適にはリンモリブデン酸、ケイモリブデン酸、および更にこれらにバナジウムを導入したリンバナドモリブデン酸、ケイバナドモリブデン酸等を挙げることができる。ポリオキソ酸は、上記を単独でまたはそれらを混合して用いてもよい。   Specific examples of the heteropolyacids described above include phosphomolybdic acid, silicomolybdic acid, phosphovanadomolybdic acid, cayvanadomolybdic acid, phosphotungstomolybdic acid, cytongustomolybdic acid, phosphovanadotungstomolybdic acid, and cyvanadotungstomolybdenum. Acid, phosphovanadotungstic acid, cayvanadotungstic acid, phosphomolybdniobic acid, boromolybdic acid, borotungstomolybdic acid, borovanadomolybdic acid, borovanadotungstic acid, cobaltmolybdic acid, cobaltvanadotungstic acid, phosphotungsten Examples thereof include, but are not limited to, acid, silicotungstic acid, phosphovanadic acid, and silicovanadic acid. Among the polyoxoacids, heteropolyacids are preferable from the viewpoint of sufficient acid strength and oxidizing power sufficient for etching a metal for polishing purposes, and preferably phosphomolybdic acid, silicomolybdic acid, and phosphorous containing vanadium introduced therein. Examples thereof include nadmolybdic acid and caivanadomolybdic acid. The polyoxo acids may be used alone or in combination.

得られる金属研磨用水系分散体の酸性度を調整し研磨性能を制御する目的で、これらのポリオキソ酸に塩基性物質を添加し、ポリオキソ酸の一部または全部をポリオキソ酸塩として使用することも可能である。ポリオキソ酸塩は、上記ポリオキソ酸と金属、アンモニウム、有機アミン類との塩が挙げられる。ただし、本発明における金属研磨用水系分散体の研磨速度の観点から、上記ポリオキソ酸は塩を形成しているものよりも酸型のものが好ましい。
本発明の研磨用水系分散体中のポリオキソ酸の含有量は、特に限定されるものではないが、好ましくは0.1〜30質量%の範囲で使用され、さらに好ましくは0.5〜15質量%の範囲である。0.1質量%以上で十分な研磨速度が発現し、また30質量%以下で研磨性能が良い。
本発明で用いられる非イオン性界面活性剤は、前記ポリオキソ酸と組み合わせて使用することにより、低荷重においても高い研磨速度を維持したままエッチングの進行を抑制し、ディッシングの発生を制御することが可能となる。驚くべきことにこの効果は、HLBが5〜12の範囲にある非イオン性界面活性剤を用いた場合において顕著に見られるので好ましい。
For the purpose of adjusting the acidity of the resulting metal polishing aqueous dispersion and controlling the polishing performance, a basic substance may be added to these polyoxoacids, and some or all of the polyoxoacids may be used as polyoxoacid salts. Is possible. Examples of the polyoxo acid salt include salts of the above polyoxo acid with metals, ammonium, and organic amines. However, from the viewpoint of the polishing rate of the metal polishing aqueous dispersion in the present invention, the polyoxo acid is preferably in acid form rather than forming a salt.
The content of the polyoxo acid in the polishing aqueous dispersion of the present invention is not particularly limited, but is preferably used in the range of 0.1 to 30% by mass, more preferably 0.5 to 15% by mass. % Range. A sufficient polishing rate is exhibited when the content is 0.1% by mass or more, and polishing performance is good when the content is 30% by mass or less.
By using the nonionic surfactant used in the present invention in combination with the polyoxo acid, it is possible to suppress the progress of etching while maintaining a high polishing rate even at a low load, and to control the occurrence of dishing. It becomes possible. Surprisingly, this effect is preferable since it is noticeable when a nonionic surfactant having an HLB in the range of 5 to 12 is used.

このような非イオン性界面活性剤としては、例えば「新・界面活性剤入門 藤本武彦著 昭和60年11月1日発行 三洋化成工業株式会社」の92頁 第2・5・1表に記載のあるポリエチレングリコール型および多価アルコール型の非イオン性界面活性剤であれば適用が可能である。前記ポリエチレングリコール型の非イオン性界面活性剤としては、例えば各種疎水性基にエチレンオキサイドを付加させ親水性基を導入したものであり、高級アルコールエチレンオキサイド付加物、アルキルフェノールエチレンオキサイド付加物、脂肪酸エチレンオキサイド付加物、多価アルコール脂肪酸エステルエチレンオキサイド付加物、高級アルキルアミンエチレンオキサイド付加物、脂肪酸アミドエチレンオキサイド付加物、油脂のエチレンオキサイド付加物、ポリプロピレングリコールエチレンオキサイド付加物等が挙げられる。一方、多価アルコール型の非イオン性界面活性剤は、親水性の多価アルコールに疎水性の脂肪酸をエステルあるいはアミド基を介して結合させたもので、グリセロールの脂肪酸エステル、ペンタエリスリトールの脂肪酸エステル、ソルビトールおよびソルビタンの脂肪酸エステル、ショ糖の脂肪酸エステル、アルカノールアミン類の脂肪酸アミド等が挙げられる。
これらの非イオン性界面活性剤のうち本発明に用いられるものとしては、好ましくはHLB(hydrophile−lypophile balance)が5〜12の範囲のものであるが、HLBが5以上で形成される研磨粒子の疎水性が適切で有り、分散性が良好であり、粒子の沈降や層分離等の問題がない。一方、12以下で逆に親水性が適切であり、粒子の形成に有効でありエッチングの抑制効果が良い。
Examples of such nonionic surfactants include those described in Table 2, page 2, page 52, "Sanyo Kasei Kogyo Co., Ltd." issued on November 1, 1985, "Introduction to New Surfactants". Any polyethylene glycol type and polyhydric alcohol type nonionic surfactant can be applied. Examples of the polyethylene glycol type nonionic surfactant include those obtained by adding a hydrophilic group by adding ethylene oxide to various hydrophobic groups, such as higher alcohol ethylene oxide adduct, alkylphenol ethylene oxide adduct, fatty acid ethylene. Oxide adducts, polyhydric alcohol fatty acid ester ethylene oxide adducts, higher alkylamine ethylene oxide adducts, fatty acid amide ethylene oxide adducts, fat and oil ethylene oxide adducts, polypropylene glycol ethylene oxide adducts, and the like. On the other hand, polyhydric alcohol type nonionic surfactants are those in which a hydrophobic fatty acid is bound to a hydrophilic polyhydric alcohol via an ester or amide group. The fatty acid ester of glycerol or the fatty acid ester of pentaerythritol. , Fatty acid esters of sorbitol and sorbitan, fatty acid esters of sucrose, fatty acid amides of alkanolamines, and the like.
Among these nonionic surfactants, those used in the present invention are preferably those having an HLB (hydrophile-balance balance) in the range of 5 to 12, but having an HLB of 5 or more. The hydrophobicity is appropriate, the dispersibility is good, and there are no problems such as sedimentation of particles and layer separation. On the other hand, when it is 12 or less, the hydrophilicity is appropriate, and it is effective for the formation of particles and has a good etching suppression effect.

本発明の非イオン性界面活性剤は、好適には前記ポリエチレングリコール型界面活性剤として分類される炭素数8〜24の高級アルコールのポリオキシエチレンエーテル、アルキルフェノールのポリオキシエチレンエーテル、ポリプロピレングリコールのポリオキシエチレンエーテル(プルロニック型)が挙げられるが、中でも特に炭素数8〜24の高級アルコールのポリオキシエチレンエーテルが好ましい。また、炭素数8〜24の前記高級アルコールのポリオキシエチレンエーテルには、オレイル基のように分子中に炭素- 炭素二重結合を含む不飽和型のものと、全く含まない飽和型のものがあるが、飽和基は酸化による変質を受け難く経時の性能劣化が起こらないことから、飽和型高級アルコールのポリオキシエチレンエーテルが好ましい。このようなものとしては、例えばポリオキシエチレンデシルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンセチルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレン2- エチルヘキシルエーテル、ポリオキシエチレントリデシルエーテル、ポリオキシエチレンイソステアリルエーテル、ポリオキシエチレン合成アルコールエーテル(合成アルコール中の炭素数12〜15)等が挙げられる。   The nonionic surfactant of the present invention is preferably a polyoxyethylene ether of a higher alcohol having 8 to 24 carbon atoms, a polyoxyethylene ether of an alkylphenol, or a polyoxyethylene of polypropylene glycol classified as the polyethylene glycol type surfactant. Although oxyethylene ether (pluronic type) is mentioned, Polyoxyethylene ether of a higher alcohol having 8 to 24 carbon atoms is particularly preferable. Further, the polyoxyethylene ethers of the higher alcohols having 8 to 24 carbon atoms include an unsaturated type containing a carbon-carbon double bond in the molecule, such as an oleyl group, and a saturated type containing no carbon at all. However, a saturated higher alcohol polyoxyethylene ether is preferable because the saturated group is not easily affected by oxidation and does not deteriorate over time. Such as, for example, polyoxyethylene decyl ether, polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene cetyl ether, polyoxyethylene stearyl ether, polyoxyethylene 2-ethylhexyl ether, polyoxyethylene tridecyl ether, polyoxyethylene Examples include isostearyl ether, polyoxyethylene synthetic alcohol ether (carbon number 12 to 15 in synthetic alcohol), and the like.

これらの非イオン性界面活性剤は1種類のみを用いても良いが、HLBが互いに異なる2種類以上を併用することで、本発明の金属研磨用水系分散体が有する優れた性能、すなわち生成する研磨粒子の高分散性および低エッチング性、ならびに低荷重での高速研磨性等を容易に発現することが可能となる。さらにHLBが互いに異なる2種類以上の非イオン性界面活性剤を併用する場合、事前にそれぞれを混合した後、もしくはそれぞれを同時にポリオキソ酸と混合することも可能であるが、好ましくはまずHLBの高い方を先にポリオキソ酸と混合した後、HLBの低い方をこれに混合して調整した方が、生成する研磨粒子の高い分散性を保ったまま低エッチング性および低荷重での高速研磨性を発現させる上で有利である。   Only one kind of these nonionic surfactants may be used, but by using two or more kinds of HLBs different from each other, the excellent performance of the aqueous dispersion for metal polishing of the present invention, that is, the generation is generated. High dispersibility and low etching property of abrasive particles, high-speed polishing property under a low load, and the like can be easily expressed. Furthermore, when two or more kinds of nonionic surfactants having different HLBs are used in combination, it is possible to mix each of them in advance or simultaneously with polyoxoacids, but preferably the HLB is high first. If one is mixed with polyoxoacid first, then the one with the lower HLB is mixed and adjusted, the low dispersibility of the generated abrasive particles is maintained and the high polishing performance at a low load is maintained. This is advantageous for expression.

本発明の金属研磨用水系分散体に用いられる非イオン性界面活性剤の含有量は、その種類や使用するポリオキソ酸の種類や量によっても異なるが、好ましくは0.1〜50質量%の範囲で使用され、より好ましくは0.5〜25質量%の範囲である。0.1質量%以上で十分なエンチング抑制効果が発現し、ディッシング発生を制御できる。また、50質量%以下で粘度の上昇等の問題がなく、取り扱いが容易である。
本発明の金属研磨用水系分散体にアニオン性界面活性剤を含有させることにより、該水系分散体の研磨性能(研磨速度やディッシングの抑制など)を安定に保つことが可能となり、該水系分散体の保存安定性を大きく改善することができる。ポリオキソ酸の水溶液に、前述の非イオン性界面活性剤を添加することなしにアニオン性界面活性剤を添加しても、後述の複合体(微粒子)を形成することはない。即ち、非イオン性界面活性剤を添加した後にアニオン性界面活性剤を加えることによって後述の複合体(微粒子)形成によるエッチング抑制効果を発現するとともに、該金属研磨用水系分散体の保存安定性を大幅に改善する効果があることを見出した。
The content of the nonionic surfactant used in the metal polishing aqueous dispersion of the present invention varies depending on the type and the type and amount of the polyoxo acid used, but is preferably in the range of 0.1 to 50% by mass. More preferably, it is the range of 0.5-25 mass%. When the content is 0.1% by mass or more, a sufficient anti-enching effect is exhibited and the occurrence of dishing can be controlled. Further, at 50% by mass or less, there is no problem such as an increase in viscosity, and handling is easy.
By including an anionic surfactant in the metal polishing aqueous dispersion of the present invention, it becomes possible to stably maintain the polishing performance of the aqueous dispersion (such as suppression of polishing rate and dishing), and the aqueous dispersion The storage stability of can be greatly improved. Even if an anionic surfactant is added to an aqueous polyoxoacid solution without adding the above-mentioned nonionic surfactant, a complex (fine particles) described later is not formed. That is, by adding an anionic surfactant after the addition of a nonionic surfactant, the effect of suppressing etching due to the formation of the composite (fine particles) described later is exhibited, and the storage stability of the aqueous dispersion for metal polishing is improved. It has been found that there is a significant improvement effect.

本発明に用いられるアニオン性界面活性剤としては特に制限はないが、脂肪酸またはその塩、アルキルスルホン酸またはその塩、アルキルベンゼンスルホン酸またはその塩、アルキルスルホコハク酸またはその塩、ポリオキシエチレンアルキル硫酸またはその塩、ポリオキシエチレンアルキルアリール硫酸またはその塩、p−スチレンスルホン酸またはその塩、アルキルナフタレンスルホン酸またはその塩、ナフタレンスルホン酸またはその塩、ナフテン酸またはその塩等、アルキルエーテルカルボン酸またはその塩、α−オレフィンスルホン酸またはその塩、N−アシルメチルタウリン、アルキルエーテル硫酸またはその塩、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸またはその塩、アルキルエーテル燐酸エステルまたはその塩、アルキル燐酸エステルまたはその塩、アシル化ペプチド、ホルマリン重縮合物、高級脂肪酸とアミノ酸の縮合物、モノグリサルフェート、第二級高級アルコールエトキシサルフェート、ジアルキルスルホコハク酸エステル塩等が挙げられる。本発明においては、炭素- 炭素二重結合(ベンゼン環を除く)を全く含まない飽和型のものが酸化による変質を受け難く経時の性能劣化が起こらないことから好ましく、アルキルスルホン酸またはその塩、アルキルベンゼンスルホン酸またはその塩、アルキルスルホコハク酸またはその塩、ポリオキシエチレンアルキル硫酸またはその塩、ポリオキシエチレンアルキルアリール硫酸またはその塩が好ましく用いられる。さらに好ましくはアルキルスルホン酸、アルキルベンゼンスルホン酸、アルキルスルホコハク酸、ポリオキシエチレンアルキル硫酸、ポリオキシエチレンアルキルアリール硫酸が用いられる。   The anionic surfactant used in the present invention is not particularly limited, but fatty acid or a salt thereof, alkylsulfonic acid or a salt thereof, alkylbenzenesulfonic acid or a salt thereof, alkylsulfosuccinic acid or a salt thereof, polyoxyethylene alkylsulfuric acid or Salt thereof, polyoxyethylene alkylaryl sulfate or salt thereof, p-styrenesulfonic acid or salt thereof, alkylnaphthalenesulfonic acid or salt thereof, naphthalenesulfonic acid or salt thereof, naphthenic acid or salt thereof, alkyl ether carboxylic acid or salt thereof Salt, α-olefin sulfonic acid or its salt, N-acylmethyl taurine, alkyl ether sulfuric acid or its salt, polyoxyethylene alkylphenyl ether sulfuric acid or its salt, alkyl ether phosphoric acid ester or its salt, Alkyl phosphoric acid ester, or a salt thereof, acylated peptides, formalin polycondensate, condensate of higher fatty acids and amino acids, monoglysulfate, secondary higher alcohol ethoxy sulfates, and the like dialkyl sulfosuccinate salts. In the present invention, a saturated type containing no carbon-carbon double bond (excluding a benzene ring) is preferable since it is not easily affected by oxidation and does not deteriorate in performance over time, alkylsulfonic acid or a salt thereof, Alkylbenzenesulfonic acid or a salt thereof, alkylsulfosuccinic acid or a salt thereof, polyoxyethylene alkylsulfuric acid or a salt thereof, polyoxyethylene alkylarylsulfuric acid or a salt thereof is preferably used. More preferably, alkylsulfonic acid, alkylbenzenesulfonic acid, alkylsulfosuccinic acid, polyoxyethylene alkylsulfuric acid, and polyoxyethylenealkylarylsulfuric acid are used.

本発明においては、研磨速度の観点から、上記アニオン性界面活性剤は塩を形成しているものよりも酸型のものが好ましい。
本発明においては、前記アニオン性界面活性剤を1種単独で使用することもできるし、またその2種以上を併用することもできる。
本発明の金属研磨用水系分散体に用いられるアニオン性界面活性剤の含有量は、その種類や使用するポリオキソ酸および非イオン性界面活性剤の種類や量によっても異なるが、好ましくは0.1〜50質量%の範囲で使用され、より好ましくは0.3〜20質量%の範囲である。0.1質量%以上で十分な組成物の安定化効果が発現し、また50質量%以下でディッシング小さく、あるいは粘度の上昇が生じるなどの不都合がない。
In the present invention, from the viewpoint of polishing rate, the anionic surfactant is preferably an acid type rather than a salt.
In the present invention, the anionic surfactants can be used alone or in combination of two or more thereof.
The content of the anionic surfactant used in the metal polishing aqueous dispersion of the present invention varies depending on the type and the type and amount of the polyoxo acid and nonionic surfactant used, but preferably 0.1%. It is used in the range of ˜50 mass%, more preferably in the range of 0.3 to 20 mass%. When the amount is 0.1% by mass or more, a sufficient stabilizing effect of the composition is exhibited, and when it is 50% by mass or less, dishing is small, or there is no inconvenience such as an increase in viscosity.

本発明の金属研磨用水系分散体は、通常、水を媒体に用いる。ポリオキソ酸、非イオン性界面活性剤およびアニオン性界面活性剤の溶解もしくは分散は、通常攪拌により行なわれるが、ホモジナイザー、超音波、湿式媒体ミル等を用いて十分に分散する方法が好ましく用いられる。
こうして調整された金属研磨用水系分散体は、ポリオキソ酸と非イオン性界面活性剤との相互作用により、ポリオキソ酸が非イオン性界面活性剤およびアニオン性界面活性剤の形成するミセル中に取り込まれたような構造の複合体(微粒子)となって水中に高分散状態で存在するものが好ましい。ここでいう複合体は、基本的には、後述する通り湿式粒度分析計による粒度の測定が可能であり、湿式粒度分析計により測定される数平均粒子径が5nm〜1μmであるものが好ましい。すなわち、本発明の金属研磨用水系分散体を用いて研磨した結果得られる研磨面の平滑性の観点から、該複合体の粒径は1μm以下であることが好ましく、研磨速度の観点から5nm以上であることが好ましい。
The metal polishing aqueous dispersion of the present invention usually uses water as a medium. The polyoxoacid, nonionic surfactant and anionic surfactant are usually dissolved or dispersed by stirring, but a method of sufficiently dispersing using a homogenizer, ultrasonic wave, wet medium mill or the like is preferably used.
The aqueous dispersion for metal polishing prepared in this way is incorporated into micelles formed by the nonionic surfactant and the anionic surfactant due to the interaction between the polyoxoacid and the nonionic surfactant. A composite (fine particle) having such a structure is preferably present in a highly dispersed state in water. Basically, the composite here can be measured by a wet particle size analyzer as described later, and preferably has a number average particle size of 5 nm to 1 μm measured by a wet particle size analyzer. That is, from the viewpoint of smoothness of the polished surface obtained as a result of polishing using the metal polishing aqueous dispersion of the present invention, the particle size of the composite is preferably 1 μm or less, and from the viewpoint of polishing rate, 5 nm or more. It is preferable that

本発明の金属研磨用水系分散体において、その研磨機構の詳細は明らかではないが、ポリオキソ酸、非イオン性界面活性剤およびアニオン性界面活性剤の相互作用により形成される複合体(微粒子)が、研磨パッドと研磨対象物表面の凸部との間に生じる圧力によって化学的研磨作用(エッチング)を発現する研磨粒子として働き、該圧力が低い凹部においては低いエッチング性を保ち、ディッシング発生を抑制する効果をもつことによって極めて平坦な研磨面が得られるものと考えられる。すなわち、該複合体(微粒子)はエッチング作用が強いポリオキソ酸を非イオン性界面活性剤とアニオン性界面活性剤の保護膜が蔽った状態であると考えられる。従って該複合体(微粒子)は、従来機械的研磨を目的に用いられる砥粒とは本質的に性格を異にするものであり、従来機械研磨由来の問題点であった、凝集粒子によるスクラッチや砥粒の沈降などが解消される。   Although the details of the polishing mechanism in the metal-based polishing aqueous dispersion of the present invention are not clear, composites (fine particles) formed by the interaction of polyoxoacid, nonionic surfactant and anionic surfactant are formed. , Acts as abrasive particles that develop a chemical polishing action (etching) due to the pressure generated between the polishing pad and the projection on the surface of the object to be polished, and maintains low etching properties in depressions where the pressure is low, thereby suppressing dishing It is considered that a very flat polished surface can be obtained by having the effect of. That is, the composite (fine particles) is considered to be in a state where polyoxo acid having a strong etching action is covered with a protective film of a nonionic surfactant and an anionic surfactant. Therefore, the composite (fine particles) is essentially different in character from the abrasive grains conventionally used for the purpose of mechanical polishing. The settling of abrasive grains is eliminated.

さらに、砥粒による機械的研磨を必要とする従来の研磨組成物では、研磨速度は研磨圧力に比例することが知られているが、本発明の金属研磨用水系分散体を使用した場合、研磨速度は研磨圧力に比例するものではなく、研磨圧力のある一定の閾値以下では研磨は進行せず、該閾値を越える研磨圧力において急激に高い研磨速度が得られるという特徴がある。該閾値は本発明の金属研磨用水系分散体の組成によって異なるが、該閾値が低い組成を選択することによって、低研磨圧力で高い研磨速度を得ることが可能となり、研磨時の研磨圧力による下地基板へのダメージ等の問題が解消される。 本発明において窒素原子およびカルボキシル基を分子内に併せ持つ有機化合物を含有させることはディッシングの抑制の観点から好ましい。窒素原子およびカルボキシル基を分子内に併せ持つ有機化合物としては、シスチン、グリシン、グルタミン酸、アスパラギン酸、キナルジン酸、キノリン酸、ピコリン酸、ニコチン酸、ヒスチジン、ベンゾトリアゾールカルボン酸、グルタミン、グルタチオン、グリシルグリシン、アラニン、γ−アミノ酪酸、ε−アミノカプロン酸、アルギニン、チトルリン、トリプトファン、スレオニン、システイン、N−アセチルシステイン、オキシプロリン、イソロイシン、ロイシン、リジン、メチオニン、フェニルアラニン、フェニルグリシン、プロリン、セリン、チロシン、バリンなどが好ましい例として挙げられ、より好ましい例としてキナルジン酸、ヒスチジンが挙げられる。   Furthermore, in a conventional polishing composition that requires mechanical polishing with abrasive grains, it is known that the polishing rate is proportional to the polishing pressure. However, when the metal polishing aqueous dispersion of the present invention is used, polishing is performed. The speed is not proportional to the polishing pressure. The polishing does not proceed below a certain threshold of the polishing pressure, and a high polishing speed can be obtained at a polishing pressure exceeding the threshold. The threshold value varies depending on the composition of the metal polishing aqueous dispersion of the present invention. By selecting a composition having a low threshold value, a high polishing rate can be obtained at a low polishing pressure. Problems such as damage to the substrate are eliminated. In the present invention, it is preferable to contain an organic compound having both a nitrogen atom and a carboxyl group in the molecule from the viewpoint of suppressing dishing. Organic compounds having nitrogen and carboxyl groups in the molecule include cystine, glycine, glutamic acid, aspartic acid, quinaldic acid, quinolinic acid, picolinic acid, nicotinic acid, histidine, benzotriazole carboxylic acid, glutamine, glutathione, glycylglycine , Alanine, γ-aminobutyric acid, ε-aminocaproic acid, arginine, titrulline, tryptophan, threonine, cysteine, N-acetylcysteine, oxyproline, isoleucine, leucine, lysine, methionine, phenylalanine, phenylglycine, proline, serine, tyrosine, Preferred examples include valine, and more preferred examples include quinaldic acid and histidine.

窒素原子およびカルボキシル基を分子内に併せ持つ有機化合物の添加量は、研磨速度の観点からおよびディッシング抑制の効果発現の観点から、0〜5000ppm以下、好ましくは0〜1000ppm以下、さらに好ましくは0〜200ppm以下である。
本発明の金属研磨用水系分散体に水溶性高分子化合物および/または多価アルコール化合物を含有させることは、得られる研磨面の研磨の均一性を向上させる観点から好ましい。
本発明で用いられる水溶性高分子としては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコールアルキルエーテル等のエーテル類;ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンおよびポリアクロレイン等のビニル系ポリマー;ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリアミド酸、ポリアクリル酸アンモニウム塩等のポリカルボン酸およびその塩;メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロース、酢酸セルロース、硝酸セルロース、硫酸セルロース、ペクチン等の多糖類、他ではゼラチン、でんぷん、アルブミン等が好ましい例として挙げられ、ポリエチレングリコール、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロース、がより好ましい例として挙げられる。
The addition amount of the organic compound having both a nitrogen atom and a carboxyl group in the molecule is 0 to 5000 ppm, preferably 0 to 1000 ppm, more preferably 0 to 200 ppm, from the viewpoint of polishing rate and from the viewpoint of expression of dishing suppression effect. It is as follows.
Including the water-soluble polymer compound and / or polyhydric alcohol compound in the metal polishing aqueous dispersion of the present invention is preferable from the viewpoint of improving the polishing uniformity of the resulting polished surface.
Examples of water-soluble polymers used in the present invention include ethers such as polyethylene glycol, polypropylene glycol, and polyethylene glycol alkyl ether; vinyl polymers such as polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, and polyacrolein; polyacrylic acid, polymethacrylic acid, poly Polycarboxylic acids such as acrylamide, polyamic acid, ammonium polyacrylate and salts thereof; polysaccharides such as methyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, carboxymethyl cellulose, cellulose acetate, cellulose nitrate, cellulose sulfate, pectin, gelatin in others; Starch, albumin, and the like are preferable examples. Polyethylene glycol, hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl Cellulose, carboxymethyl cellulose, but are mentioned as more preferable examples.

本発明において多価アルコール化合物とは上記の水溶性高分子化合物以外の低分子化合物であって、一分子内に複数の水酸基を有する化合物をいい、エチレングリコール、グリセリン、プロパンジオール、ペンタエリスリトール、果糖、ショ糖、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールなどが好ましい例として挙げられ、エチレングリコール、グリセリン、ジエチレングリコール、トリエチレングリコールがより好ましい例として挙げられる。
本発明の金属研磨用水系分散体に用いられる水溶性高分子化合物および/または多価アルコール化合物の含有量は、その種類や使用するポリオキソ酸の種類や量によっても異なるが、好ましくは0.01〜50質量%の範囲であり、より好ましくは0.1〜20wt%の範囲である。即ち、添加効果発現の観点から0.01質量%以上が好ましく、添加による粘度の上昇の観点から50質量%以下が好ましい。
In the present invention, the polyhydric alcohol compound is a low molecular compound other than the above water-soluble polymer compound, and means a compound having a plurality of hydroxyl groups in one molecule, such as ethylene glycol, glycerin, propanediol, pentaerythritol, and fructose. Sucrose, diethylene glycol, triethylene glycol and the like are preferable examples, and ethylene glycol, glycerin, diethylene glycol and triethylene glycol are more preferable examples.
The content of the water-soluble polymer compound and / or polyhydric alcohol compound used in the metal polishing aqueous dispersion of the present invention varies depending on the type and the type and amount of the polyoxo acid used, but is preferably 0.01. It is the range of -50 mass%, More preferably, it is the range of 0.1-20 wt%. That is, 0.01% by mass or more is preferable from the viewpoint of the effect of addition, and 50% by mass or less is preferable from the viewpoint of increase in viscosity due to addition.

本発明の金属研磨用水系分散体は、ディッシングの原因となる金属膜のエッチング性は極めて低いものであるため、通常保護膜形成剤を併用する必要はないが、実質研磨速度を低下させない範囲内で必要に応じて、金属膜とキレートまたは錯体を形成する化合物を添加し、更にエッチング性を抑制することも可能である。特に金属が銅もしくは銅を主成分とする銅合金の場合、ベンゾトリアゾールやキナルジン酸をキレート剤として添加する方法が効果的である。防食剤としてはこの他にも、トリルトリアゾール、ベンゾトリアゾールカルボン酸等のベンゾトリアゾール誘導体やシスチン、ハロ酢酸、グルコース、ドデシルメルカプタン等を挙げることができる。これらの防食剤の添加量は、0〜100ppm以下、好ましくは0〜50ppm以下と従来の研磨材に用いられてきた量に比べ極めて少量で十分である。逆にこの添加量が多いと、研磨速度が低下し目的の研磨性能が得られなくなり好ましくない。   Since the metal polishing aqueous dispersion of the present invention has a very low etching property of the metal film that causes dishing, it is usually not necessary to use a protective film forming agent, but it does not substantially reduce the polishing rate. If necessary, it is also possible to add a compound that forms a chelate or complex with the metal film to further suppress the etching property. In particular, when the metal is copper or a copper alloy containing copper as a main component, a method of adding benzotriazole or quinaldic acid as a chelating agent is effective. Other examples of the anticorrosive include benzotriazole derivatives such as tolyltriazole and benzotriazole carboxylic acid, cystine, haloacetic acid, glucose, dodecyl mercaptan and the like. The amount of these anticorrosives added is 0 to 100 ppm or less, preferably 0 to 50 ppm or less, and a very small amount is sufficient as compared with the amount used in conventional abrasives. On the other hand, if the amount added is large, the polishing rate is lowered and the desired polishing performance cannot be obtained, which is not preferable.

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

このようにして調製された本発明の金属研磨用水系分散体は、半導体基板上に形成された金属膜の研磨、平坦化に適用される。研磨対象となる半導体基板上の金属膜は、公知の配線用、プラグ用、コンタクトメタル層用、バリヤーメタル層用金属膜であり、例えばアルミニウム、銅、タングステン、チタニウム、タンタル、アルミニウム合金、銅合金、窒化チタニウム、窒化タンタル等からなる群より選ばれる金属膜等が挙げられる。特に表面硬度が低く、傷やディシングといった欠陥が生じ易い銅および銅合金からなる金属膜への適用が推奨される。
図1(C)に示すように、配線用の金属膜4を埋め込むことにより得られた半導体基板について、図1(D)に示すように溝または開口部以外の余分な金属膜を、ポリオキソ酸、非イオン性界面活性剤および非イオン性界面活性剤とから形成される複合体粒子を含有する金属研磨用水系分散体を用いて研磨することにより取り除き平坦化する。
The aqueous dispersion for metal polishing of the present invention thus prepared is applied to polishing and planarizing a metal film formed on a semiconductor substrate. The metal film on the semiconductor substrate to be polished is a known metal film for wiring, plug, contact metal layer, barrier metal layer, for example, aluminum, copper, tungsten, titanium, tantalum, aluminum alloy, copper alloy And a metal film selected from the group consisting of titanium nitride, tantalum nitride, and the like. In particular, application to a metal film made of copper or a copper alloy, which has a low surface hardness and is liable to cause defects such as scratches and dishing, is recommended.
As shown in FIG. 1C, for the semiconductor substrate obtained by embedding the wiring metal film 4, as shown in FIG. 1D, an extra metal film other than the groove or opening is formed on the polyoxoacid. It is removed and flattened by polishing with a metal polishing aqueous dispersion containing composite particles formed from a nonionic surfactant and a nonionic surfactant.

本発明の半導体基板の製造方法は、シリコン基板等の半導体基板上の金属膜をポリオキソ酸、非イオン性界面活性剤および非イオン性界面活性剤とから形成される複合体粒子を含有する金属研磨用水系分散体を用いて研磨するプロセスから成ることを特徴とする。以下、半導基板の製造方法について説明する。
初めに、図1(A)のようにシリコン基板等の半導体基板上1に絶縁膜2を形成した後に、フォトリソグラフィー法およびエッチング法で絶縁膜2に金属配線用の溝、あるいは接続配線用の開口部を形成する。次に図1(B)に示すように、絶縁膜2に形成した溝あるいは開口部にスパッタリングやCVD等の方法により窒化チタニウム(TiN)、窒化タンタル(TaN)等よりなるバリヤーメタル層3を形成する。次に図1(C)に示すように、厚みが絶縁膜2に形成した溝または開口部の高さ以上となるように配線用の金属膜4を埋め込む。次に図1(D)に示すように、溝または開口部以外の余分な金属膜をポリオキソ酸、非イオン性界面活性剤およびアニオン性界面活性剤とから形成される複合体粒子を含有する金属研磨用水系分散体を用いて研磨する方法により取り除く。さらに、得られた該平坦化された表面上に絶縁膜を形成し上記の方法を必要回数繰り返すことにより、電子部品として多層配線構造を有する半導体基板を得ることができる。
The method for producing a semiconductor substrate of the present invention comprises polishing a metal film on a semiconductor substrate such as a silicon substrate containing composite particles formed from a polyoxoacid, a nonionic surfactant and a nonionic surfactant. It comprises a process of polishing with an aqueous dispersion. Hereinafter, a method for manufacturing the semiconductor substrate will be described.
First, as shown in FIG. 1A, after an insulating film 2 is formed on a semiconductor substrate 1 such as a silicon substrate, a groove for metal wiring or a connection wiring is formed in the insulating film 2 by a photolithography method and an etching method. An opening is formed. Next, as shown in FIG. 1B, a barrier metal layer 3 made of titanium nitride (TiN), tantalum nitride (TaN) or the like is formed in the groove or opening formed in the insulating film 2 by a method such as sputtering or CVD. To do. Next, as shown in FIG. 1C, a metal film 4 for wiring is embedded so that the thickness is equal to or greater than the height of the groove or opening formed in the insulating film 2. Next, as shown in FIG. 1 (D), a metal containing composite particles in which an extra metal film other than a groove or an opening is formed from a polyoxo acid, a nonionic surfactant, and an anionic surfactant. It is removed by a method of polishing using a polishing aqueous dispersion. Furthermore, by forming an insulating film on the obtained flattened surface and repeating the above method as many times as necessary, a semiconductor substrate having a multilayer wiring structure as an electronic component can be obtained.

以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらによって制限されるものではない。
なお、金属研磨用水系分散体の粒子径測定および研磨性能の評価は以下の方法で行った。
<粒子径測定>
(1)微細(5μm未満)粒子:湿式粒度分析計 日機装社製 マイクロトラックUPA−9230)を用いて測定した。
(2)粗大(5μm以上)粒子:湿式粒度分析計 堀場製作所 LA−700を用いて測定した。
なお、これ以降で示される平均粒子径は、数平均による粒子径を意味する。
<研磨速度測定>
研磨前後の各膜厚の変化を研磨時間で除することにより算出した。
研磨条件は、研磨圧力50g/cm2 、基板と研磨パッドとの相対速度が50m/分、研磨パッドとしてIC1400A21(ロデールニッタ社製)を100番のドレッサーにてドレッシングして用い、該研磨パッドに金属研磨用水系分散体を200ml/分滴下しつつ、銅膜(厚み:1μm)付きシリコンウェハーを1分研磨して行った。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated based on an Example, this invention is not restrict | limited by these.
The particle diameter measurement and polishing performance evaluation of the metal polishing aqueous dispersion were performed by the following methods.
<Particle size measurement>
(1) Fine (less than 5 μm) particles: Measured using a wet particle size analyzer Nikkiso Co., Ltd. Microtrac UPA-9230).
(2) Coarse (5 μm or more) particles: Measured using a wet particle size analyzer, Horiba LA-700.
In addition, the average particle diameter shown after this means the particle diameter by a number average.
<Polishing speed measurement>
The change in each film thickness before and after polishing was calculated by dividing by the polishing time.
The polishing conditions were: polishing pressure 50 g / cm 2 , relative speed between substrate and polishing pad 50 m / min, IC1400A21 (Rodel Nitta Co., Ltd.) dressed with a No. 100 dresser as a polishing pad, and metal on the polishing pad A silicon wafer with a copper film (thickness: 1 μm) was polished for 1 minute while dropping a polishing aqueous dispersion at 200 ml / min.

<表面欠陥(スクラッチ)評価>
上記<研磨速度測定>で研磨したシリコンウェハーを洗浄し乾燥した後、該半導体ウェハー表面に暗室にてスポットライトを当て、目視でスクラッチの有無を判定した。
<エッチング速度測定によるディッシング性評価>
ディッシング発生の原因である、ウェットエッチング性を評価することにより、ディッシング性の代替評価とした。すなわち、ディッシングとは研磨組成物の持つ過度の化学作用(ウェットエッチング)が原因で金属膜が侵食されることにより発生するものであることから、ディッシングの主たる原因である研磨組成物のエッチング速度をここで評価することは、結果としてディッシング性を評価することになる。
<Evaluation of surface defects (scratches)>
After the silicon wafer polished by the above <Polishing speed measurement> was washed and dried, a spotlight was applied to the surface of the semiconductor wafer in a dark room, and the presence or absence of scratch was visually determined.
<Dishing performance evaluation by etching rate measurement>
By evaluating wet etching, which is the cause of dishing, alternative evaluation of dishing was made. That is, dishing is caused by the erosion of the metal film due to excessive chemical action (wet etching) of the polishing composition, so the etching rate of the polishing composition, which is the main cause of dishing, is reduced. Evaluation here results in evaluation of dishing performance.

具体的には、本発明で言うエッチング速度とは、被試験物質を予め所定の濃度となるよう溶解した試験液を準備し、強攪拌された該試験液中に、金属膜が形成された基板を浸漬し、一定時間に消失した金属膜の厚みのことをいう。具体的には内径10cmの円筒形の容器に研磨液を800ml充填し、IKA−WERKE社製ホモジナイザーULTRA−TURRAX T8(シャフトS8N−8G)を円筒形容器の中心部に入れて25000rpmで攪拌されている試験液中に、Siウェハー上に金属膜が形成された5mm角の基板小片を鉛直に立て、容器壁面に基板小片の両端が接する位置に固定し、3分ほど浸漬し、浸漬前後の金属膜(容器中心側の面の金属膜)の厚みを測定して単位時間当たりに消失した金属膜の厚みを計算してエッチング速度を求め、ディッシング性を下記基準(◎〜×)により評価した。エッチング速度が遅いほど、ウェットエッチング性が弱くディッシングが起こりにくい。
◎:エッチング速度3nm/分未満
○:エッチング速度3〜10nm/分
△:エッチング速度10nm/分超〜50nm/分
×:エッチング速度50nm/分超
Specifically, the etching rate referred to in the present invention refers to a substrate on which a metal film is formed in a test solution prepared by dissolving a substance to be tested in advance so as to have a predetermined concentration. Is the thickness of the metal film that disappears after a certain period of time. Specifically, 800 ml of polishing liquid is filled in a cylindrical container having an inner diameter of 10 cm, and a homogenizer ULTRA-TURRAX T8 (shaft S8N-8G) manufactured by IKA-WERKE is placed in the center of the cylindrical container and stirred at 25000 rpm. In a test solution, a 5 mm square substrate piece with a metal film formed on a Si wafer is placed vertically, fixed at a position where both ends of the substrate piece are in contact with the wall of the container, and immersed for about 3 minutes. The thickness of the film (metal film on the surface at the center of the container) was measured, the thickness of the metal film disappeared per unit time was calculated to determine the etching rate, and the dishing property was evaluated according to the following criteria (◎ to ×). The slower the etching rate, the weaker the wet etching property and the less likely dishing occurs.
A: Less than 3 nm / min etching rate B: Etching rate 3-10 nm / min Δ: Etching rate 10 nm / min to 50 nm / min X: Etching rate 50 nm / min

<金属研磨用水系分散体の保存安定性評価>
金属研磨用水系分散体の室温1 ヶ月放置後の保存安定性評価として、以下のように判定した。
○:研磨速度およびエッチング速度の変化率が5%未満
△:研磨速度およびエッチング速度の変化率が5%以上20%未満
×:研磨速度およびエッチング速度の変化率が20%以上
<面内均一性評価>
上記<研磨速度測定>で研磨したシリコンウエハーを洗浄し乾燥した後、ウエハー表面に暗室にてスポットライトを当て、目視でウエハー表面全体の研磨状態の均一性を判定した。
◎:均一性極めて良好
○:均一性良好
△:部分的に不均一な研磨状態が確認される
×:均一性不良
<Evaluation of storage stability of aqueous dispersion for metal polishing>
As the storage stability evaluation after leaving the aqueous metal dispersion for metal polishing at room temperature for 1 month, the following determination was made.
○: Change rate of polishing rate and etching rate is less than 5% Δ: Change rate of polishing rate and etching rate is 5% or more and less than 20% ×: Change rate of polishing rate and etching rate is 20% or more <In-plane uniformity Evaluation>
After cleaning and drying the silicon wafer polished in the above <Polishing speed measurement>, a spotlight was applied to the wafer surface in a dark room, and the uniformity of the polishing state of the entire wafer surface was visually determined.
◎: Very good uniformity ○: Good uniformity △: Partially non-uniform polishing state is confirmed ×: Poor uniformity

[実施例1]
ポリオキソ酸としてリンバナドモリブデン酸:PVMo(商品名PVM−1−11 日本無機化学工業社製)(以下、PVMo)12gを水176gに溶解させ、ホモジナイザーで攪拌下、これに非イオン性界面活性剤としてポリオキシエチレン合成アルコールエーテル:SF−1(商品名BLAUNON DAL−5、HLB=10.7、青木油脂工業社製)(以下、SF−1)8gを添加した後、アニオン性界面活性剤としてドデシルベンゼンスルホン酸(和光純薬工業社製)4gを添加し金属研磨用水系分散体を得た。この組成物のUPA−9230測定による平均粒子径は約100nmであった。この評価結果を表1に示す。
[実施例2]
非イオン性界面活性剤としてSF−1の代わりに、ポリオキシエチレンオレイルエーテル:SF−2(商品名BLAUNON EN−905、HLB=8.9、青木油脂工業社製)を用いる以外は実施例1と全く同様にして金属研磨用水系分散体を得た。この組成物のUPA−9230測定による平均粒子径は約80nmであった。この評価結果を表1に示す。
[Example 1]
As the polyoxoacid, 12 g of phosphovanadmolybdic acid: PVMo (trade name: PVM-1-11 manufactured by Nippon Inorganic Chemical Industry Co., Ltd.) (hereinafter referred to as PVMo) was dissolved in 176 g of water and stirred with a homogenizer. After adding 8 g of polyoxyethylene synthetic alcohol ether: SF-1 (trade name BLAUNON DAL-5, HLB = 10.7, manufactured by Aoki Yushi Kogyo Co., Ltd.) (hereinafter referred to as SF-1), an anionic surfactant 4 g of dodecylbenzenesulfonic acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to obtain an aqueous dispersion for metal polishing. The average particle size of this composition measured by UPA-9230 was about 100 nm. The evaluation results are shown in Table 1.
[Example 2]
Example 1 except that polyoxyethylene oleyl ether: SF-2 (trade name: BLAUNON EN-905, HLB = 8.9, manufactured by Aoki Yushi Kogyo Co., Ltd.) is used as a nonionic surfactant instead of SF-1. In the same manner as above, an aqueous dispersion for metal polishing was obtained. The average particle size of this composition measured by UPA-9230 was about 80 nm. The evaluation results are shown in Table 1.

[実施例3]
実施例2で得られた金属研磨用水系分散体に、ヒスチジン(和光純薬工業製)0.02gを添加、混合し金属研磨用水系分散体を得た。この組成物のUPA- 9230測定による平均粒子径は、実施例2で得られた金属研磨用水系分散体同様約80nmであった。この評価結果を表1に示す。
[実施例4]
ポリオキソ酸としてケイモリブデン酸:SiMo(商品名SM 日本無機化学工業社製)を用いる以外は実施例1と全く同様にして金属研磨用水系分散体を得た。この組成物のUPA−9230測定による平均粒子径は約70nmであった。この評価結果を表1に示す。
[Example 3]
0.02 g of histidine (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to and mixed with the metal polishing aqueous dispersion obtained in Example 2 to obtain a metal polishing aqueous dispersion. The average particle size of this composition as measured by UPA-9230 was about 80 nm as in the case of the metal polishing aqueous dispersion obtained in Example 2. The evaluation results are shown in Table 1.
[Example 4]
An aqueous metal polishing dispersion was obtained in the same manner as in Example 1 except that silmomolybdic acid: SiMo (trade name SM, manufactured by Nippon Inorganic Chemical Industry Co., Ltd.) was used as the polyoxo acid. The average particle diameter of this composition measured by UPA-9230 was about 70 nm. The evaluation results are shown in Table 1.

[実施例5]
非イオン性界面活性剤としてSF−1の代わりに、ポリオキシエチレン合成アルコールエーテル:SF−3(商品名BLAUNON OX−20、HLB=5.7、青木油脂工業社製)(以下、SF−3)8gを用いる以外は、実施例1と全く同様にして、金属研磨用水系分散体を得た。この組成物のUPA−9230測定による平均粒子径は約200nmであった。この評価結果を表1に示す。
[実施例6]
ポリオキソ酸としてPVMoの12gを水176gに溶解させ、ホモジナイザーで攪拌下、これに非イオン性界面活性剤としてSF−1の4gを添加し、次にこれに非イオン性界面活性剤:SF−3の4gを添加した後、アニオン性界面活性剤としてドデシルベンゼンスルホン酸(和光純薬工業社製)4gを添加し、混合することにより金属研磨用水系分散体を得た。この組成物のUPA−9230測定による平均粒子径は約30nmであった。この評価結果を表1に示す。
[Example 5]
Instead of SF-1 as a nonionic surfactant, polyoxyethylene synthetic alcohol ether: SF-3 (trade name BLAUNON OX-20, HLB = 5.7, manufactured by Aoki Yushi Kogyo Co., Ltd.) (hereinafter referred to as SF-3) ) A metal-polishing aqueous dispersion was obtained in the same manner as in Example 1 except that 8 g was used. The average particle diameter of this composition measured by UPA-9230 was about 200 nm. The evaluation results are shown in Table 1.
[Example 6]
12 g of PVMo as a polyoxo acid was dissolved in 176 g of water, and 4 g of SF-1 as a nonionic surfactant was added thereto while stirring with a homogenizer. Next, a nonionic surfactant: SF-3 was added thereto. Then, 4 g of dodecylbenzenesulfonic acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added as an anionic surfactant and mixed to obtain an aqueous dispersion for metal polishing. The average particle size of this composition measured by UPA-9230 was about 30 nm. The evaluation results are shown in Table 1.

[実施例7]
ポリオキソ酸としてPVMoの12gを水168gに溶解させ、ホモジナイザーで攪拌下、これに非イオン性界面活性剤としてポリオキシエチレンセチルエーテル:SF−4(商品名BLAUNON CH−305、HLB=9.4、青木油脂工業社製)(以下、SF−4)8gを純水52gに混合したものを添加し、次にこれに非イオン性界面活性剤としてポリオキシエチレン2- エチルヘキシルエーテル:SF−5(商品名BLAUNON EH−2、HLB=8.1、青木油脂工業社製)3gを純水57gに混合したものを添加した後、アニオン性界面活性剤としてドデシルベンゼンスルホン酸(和光純薬工業社製)3gを添加し、さらに、ジエチレングリコール(和光純薬工業製)20gを添加、混合することにより金属研磨用水系分散体を得た。この組成物のUPA−9230測定による平均粒子径は約230nmであった。この評価結果を表1に示す。
[Example 7]
12 g of PVMo as polyoxo acid was dissolved in 168 g of water and stirred with a homogenizer. Polyoxyethylene cetyl ether: SF-4 (trade name BLAUNON CH-305, HLB = 9.4, as a nonionic surfactant was added thereto. Aoki Yushi Kogyo Co., Ltd.) (hereinafter referred to as SF-4) 8 g mixed with 52 g of pure water was added, and then polyoxyethylene 2-ethylhexyl ether: SF-5 (product) as a nonionic surfactant Name BLAUNON EH-2, HLB = 8.1, manufactured by Aoki Yushi Kogyo Co., Ltd.) 3 g mixed with 57 g of pure water was added, followed by dodecylbenzenesulfonic acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as an anionic surfactant 3g is added, and further 20g of diethylene glycol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) is added and mixed. Got the body. The average particle size of this composition measured by UPA-9230 was about 230 nm. The evaluation results are shown in Table 1.

[実施例8]
ポリオキソ酸としてPVMoの12gを水168gに溶解させ、ホモジナイザーで攪拌下、これに非イオン性界面活性剤:SF−4の6gを純水54gに混合したものを添加し、次にこれに非イオン性界面活性剤としてポリオキシエチレン合成アルコールエーテル:SF−6(商品名BLAUNON OX−20、HLB=5.7、青木油脂工業社製)2gを純水58gに混合したものを添加した後、アニオン性界面活性剤としてドデシルベンゼンスルホン酸(和光純薬工業社製)3gを添加し、さらに、ポリエチレングリコール(平均分子量8000 和光純薬工業製)5gを添加、混合することにより金属研磨用水系分散体を得た。この組成物のUPA−9230測定による平均粒子径は約120nmであった。この評価結果を表1に示す。
[Example 8]
As a polyoxoacid, 12 g of PVMo was dissolved in 168 g of water, and a mixture of 6 g of nonionic surfactant: SF-4 mixed with 54 g of pure water was added to this while stirring with a homogenizer. After adding 2 g of polyoxyethylene synthetic alcohol ether: SF-6 (trade name BLAUNON OX-20, HLB = 5.7, manufactured by Aoki Yushi Kogyo Co., Ltd.) as pure surfactant to 58 g of pure water, anion 3 g of dodecylbenzenesulfonic acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as a surfactant, and 5 g of polyethylene glycol (average molecular weight 8000, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) are added and mixed to obtain an aqueous dispersion for metal polishing. Got. The average particle size of this composition measured by UPA-9230 was about 120 nm. The evaluation results are shown in Table 1.

[比較例1]
ポリオキソ酸としてPVMoの12gを水200gに溶解させ組成物を得た。この組成物は均一な溶液となり、粒子径の測定は不能であった。この評価結果を表1に示す。
[比較例2]
非イオン性界面活性剤の代わりにカチオン性界面活性剤として同量のラウリルトリメチルアンモニウムクロリド:SF−7を用いる以外は実施例1と全く同様にして組成物を得た。この組成物のLA−700測定による平均粒子径は、約5μmであった。この評価結果を表1に示す。なお、この組成物は1日放置後、粒子の沈降が確認された。
[Comparative Example 1]
As a polyoxoacid, 12 g of PVMo was dissolved in 200 g of water to obtain a composition. This composition became a uniform solution, and the particle size could not be measured. The evaluation results are shown in Table 1.
[Comparative Example 2]
A composition was obtained in exactly the same manner as in Example 1 except that the same amount of lauryltrimethylammonium chloride: SF-7 was used as the cationic surfactant instead of the nonionic surfactant. The average particle diameter of this composition measured by LA-700 was about 5 μm. The evaluation results are shown in Table 1. In addition, sedimentation of the particles was confirmed after leaving this composition for 1 day.

[比較例3]
アニオン性界面活性剤(ドデシルベンゼンスルホン酸)を添加しない以外は実施例1と全く同様にして組成物を得た。この組成物のUPA−9230測定による平均粒子径は約300nmであった。この評価結果を表1に示す。
[比較例4] クエン酸6gを水162gに加え溶解し、これにベンゾトリアゾール(BTA)0.4gをエタノール3gに溶解して得られる溶液を加え、さらにこれにコロイダルシリカ(平均粒径40nm、シリカ濃度20%、日産化学工業社製)60gを加え、最後に過酸化水素水(試薬特級、30%水溶液)28gを加えて金属研磨用水系分散体を調整した。この組成物のUPA−9230測定による平均粒子径は約40nmであった。この組成物の評価結果を表1に示す。
[Comparative Example 3]
A composition was obtained in exactly the same manner as in Example 1 except that the anionic surfactant (dodecylbenzenesulfonic acid) was not added. The average particle size of this composition measured by UPA-9230 was about 300 nm. The evaluation results are shown in Table 1.
[Comparative Example 4] 6 g of citric acid was added to 162 g of water and dissolved, and a solution obtained by dissolving 0.4 g of benzotriazole (BTA) in 3 g of ethanol was added thereto. Further, colloidal silica (average particle size of 40 nm, 60 g of silica concentration 20%, manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd.) was added, and finally 28 g of hydrogen peroxide water (special grade reagent, 30% aqueous solution) was added to prepare an aqueous dispersion for metal polishing. The average particle diameter of this composition measured by UPA-9230 was about 40 nm. The evaluation results of this composition are shown in Table 1.

Figure 2005116778
Figure 2005116778

CMP技術を用いた金属配線の形成例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the example of formation of the metal wiring using CMP technique.

符号の説明Explanation of symbols

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

Claims (9)

ポリオキソ酸、非イオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤とから形成される複合体粒子を含有することを特徴とする金属研磨用水系分散体。   An aqueous dispersion for metal polishing comprising composite particles formed from a polyoxoacid, a nonionic surfactant, and an anionic surfactant. ポリオキソ酸が、ヘテロポリ酸であることを特徴とする請求項1に記載の金属研磨用水系分散体。   The aqueous dispersion for metal polishing according to claim 1, wherein the polyoxo acid is a heteropoly acid. アニオン性界面活性剤が酸型であることを特徴とする請求項1または2に記載の金属研磨用水系分散体。   The aqueous dispersion for metal polishing according to claim 1 or 2, wherein the anionic surfactant is in an acid form. 非イオン性界面活性剤として、HLBの異なる2種以上の非イオン性界面活性剤を併用することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の金属研磨用水系分散体。   The aqueous dispersion for metal polishing according to any one of claims 1 to 3, wherein two or more kinds of nonionic surfactants having different HLBs are used in combination as the nonionic surfactant. 水溶性高分子化合物および/または多価アルコール化合物を含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の金属研磨用水系分散体。   The water-based dispersion for metal polishing according to claim 1, comprising a water-soluble polymer compound and / or a polyhydric alcohol compound. 窒素原子およびカルボキシル基を分子内に併せ持つ有機化合物を含有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の金属研磨用水系分散体。   The aqueous dispersion for metal polishing according to any one of claims 1 to 5, comprising an organic compound having both a nitrogen atom and a carboxyl group in the molecule. 実質的に砥粒を含まないことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の金属研磨用水系分散体。   The aqueous dispersion for metal polishing according to any one of claims 1 to 6, which is substantially free of abrasive grains. 請求項1〜7記載のいずれか1項に記載の金属研磨用水系分散体を用いることを特徴とする半導体基板上の金属膜の研磨方法。   A method for polishing a metal film on a semiconductor substrate, comprising using the metal-based polishing aqueous dispersion according to claim 1. 請求項1〜7記載のいずれか1項に記載の金属研磨用水系分散体を用いることを特徴とする半導体基板の製造方法。   A method for producing a semiconductor substrate, comprising using the metal polishing aqueous dispersion according to claim 1.
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