JP2005123482A - Polishing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の配線構造を形成するための研磨方法に関するものである。 The present invention relates to a polishing method for forming a wiring structure of a semiconductor device.
近年、コンピュータに使用されるULSI等の高集積化及び高速化に伴い、半導体装置のデザインルールは微細化が進んでいる。よって、半導体装置の配線構造の微細化による配線抵抗の増大に対処するために、銅を含有する金属材料を配線材料として使用することが検討されている。 In recent years, along with the high integration and high speed of ULSI used in computers, the design rules of semiconductor devices have been miniaturized. Therefore, in order to cope with an increase in wiring resistance due to miniaturization of the wiring structure of a semiconductor device, it has been studied to use a metal material containing copper as a wiring material.
銅を含有する金属材料を配線材料として使用する場合、異方性エッチングによる配線構造の形成は金属材料の性質上難しい。このため、配線構造はCMP(Chemical Mechanical Polishing)法を用いた方法等によって形成される。CMP法を用いた配線構造の形成方法では、タンタルや窒化タンタル等のタンタル含有化合物により形成されているバリア膜を、表面に配線溝が凹設された絶縁膜上に成膜する。次いで、銅を含有する金属材料により形成されている導体膜を、少なくとも配線溝内が完全に埋まるようにバリア膜上に成膜する。そして、導体膜及びバリア膜を研磨し、配線溝内に配線部を形成する。 When a metal material containing copper is used as a wiring material, it is difficult to form a wiring structure by anisotropic etching because of the nature of the metal material. For this reason, the wiring structure is formed by a method using a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method or the like. In the method of forming a wiring structure using the CMP method, a barrier film formed of a tantalum-containing compound such as tantalum or tantalum nitride is formed on an insulating film having a wiring groove formed on the surface thereof. Next, a conductor film formed of a metal material containing copper is formed on the barrier film so that at least the inside of the wiring trench is completely filled. Then, the conductor film and the barrier film are polished to form a wiring portion in the wiring groove.
従来の研磨方法では、第1の研磨工程で導体膜の一部を研磨する。次いで、第2の研磨工程で、配線溝以外の箇所のバリア膜が露出するまで導体膜を研磨する。続いて、第3の研磨工程で、配線溝以外の箇所の絶縁膜が露出するまでバリア膜を研磨する。導体膜の研磨に用いられる研磨用組成物は、二酸化ケイ素等の研磨材、α−アラニン、過酸化水素及び水を含有している(例えば特許文献1参照。)。また、アルミナ等の研磨材、過酢酸等の酸化剤、クエン酸等の錯生成剤及びイミダゾール等の膜生成剤を含有しているものもある(例えば特許文献2参照。)。これら研磨用組成物は、研磨材により被研磨面を機械的に研磨するとともに、α−アラニンや錯生成剤等により銅を含有する金属材料に対する研磨を促進する。 In the conventional polishing method, a part of the conductor film is polished in the first polishing step. Next, in the second polishing step, the conductor film is polished until the barrier film in portions other than the wiring grooves is exposed. Subsequently, in the third polishing step, the barrier film is polished until the insulating film in portions other than the wiring trench is exposed. The polishing composition used for polishing the conductor film contains an abrasive such as silicon dioxide, α-alanine, hydrogen peroxide, and water (see, for example, Patent Document 1). In addition, some contain an abrasive such as alumina, an oxidizing agent such as peracetic acid, a complexing agent such as citric acid, and a film forming agent such as imidazole (see, for example, Patent Document 2). These polishing compositions mechanically polish the surface to be polished with an abrasive and promote polishing of a metal material containing copper with α-alanine, a complexing agent or the like.
一方、バリア膜の研磨に用いられる研磨用組成物は、研磨材、酸化剤、還元剤及び水を含有している(例えば特許文献3参照)。この研磨用組成物は、酸化剤及び還元剤によりバリア膜に対する研磨を促進する。また、トリアゾール誘導体を含有し、導体膜の腐食を抑制するものもある(例えば特許文献4参照)。さらに、研磨材として一次粒子径が20nm以下のシリカを含有し、導体膜及びバリア膜に対する研磨力を高めたものもある(例えば特許文献5参照)。
ところが、従来の研磨方法は、第2の研磨工程で導体膜を過剰に研磨する。このため、第2の研磨工程後の被研磨面には、配線溝に対応する箇所の導体膜の表面がバリア膜の表面に比べて内方へ後退する現象、即ちディッシングが発生する。さらに、従来の研磨方法は、第3の研磨工程で配線溝が密に形成されている領域内の絶縁膜を研磨する。このため、第3の研磨工程後の被研磨面には、配線溝が密に形成されている領域の表面が他の領域の絶縁膜表面に比べて内方へ後退する現象、即ちエロージョンが発生する。加えて、導体膜が過剰に研磨されてディッシングが発生する。そして、これらエロージョン及びディッシングにより研磨加工後の半導体基板表面に段差が生じるという問題があった。 However, in the conventional polishing method, the conductor film is excessively polished in the second polishing step. For this reason, on the surface to be polished after the second polishing step, a phenomenon that the surface of the conductor film corresponding to the wiring groove retreats inward as compared with the surface of the barrier film, that is, dishing occurs. Further, the conventional polishing method polishes the insulating film in the region where the wiring grooves are densely formed in the third polishing step. For this reason, the surface to be polished after the third polishing process has a phenomenon that the surface of the region where the wiring grooves are densely formed is retreated inward compared to the surface of the insulating film in the other region, that is, erosion occurs. To do. In addition, the conductor film is excessively polished and dishing occurs. In addition, there is a problem that a step is generated on the surface of the semiconductor substrate after polishing by erosion and dishing.
本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、ディッシングの進行及びエロージョンの進行を抑制することにより、表面段差を抑制することができる研磨方法を提供することにある。 The present invention has been made paying attention to such problems existing in the prior art. An object of the present invention is to provide a polishing method capable of suppressing the surface step by suppressing the progress of dishing and the progress of erosion.
前記の目的を達成するために、請求項1に記載の発明の研磨方法は、半導体基板の研磨方法であって、バリア膜が露出する前に研磨を終了するように導体膜を研磨する第1の研磨工程と、バリア膜が露出するまで導体膜を研磨する第2の研磨工程と、絶縁膜が露出するまでバリア膜を研磨する第3の研磨工程とを備え、第2の研磨工程、又は第1及び第2の研磨工程に下記(a)〜(f)の各成分を含有する第1研磨用組成物を用いるとともに、第3の研磨工程に下記(g)〜(k)の各成分を含有する第2研磨用組成物を用いるものである。
(第1研磨用組成物)
(a):下記一般式(1)〜(7)のいずれか一つで示される化合物及びその塩から選ばれる少なくとも一種を含む界面活性剤
In order to achieve the above object, a polishing method according to a first aspect of the present invention is a method for polishing a semiconductor substrate, wherein the conductor film is first polished so that the polishing is finished before the barrier film is exposed. A polishing step, a second polishing step for polishing the conductor film until the barrier film is exposed, and a third polishing step for polishing the barrier film until the insulating film is exposed, the second polishing step, or The first polishing composition containing the following components (a) to (f) is used for the first and second polishing steps, and the following components (g) to (k) are used for the third polishing step. The 2nd polishing composition containing this is used.
(First polishing composition)
(A): a surfactant containing at least one compound selected from the compounds represented by any one of the following general formulas (1) to (7) and salts thereof
(b):酸化ケイ素
(c):カルボン酸
(d):防食剤
(e):酸化剤
(f):水
(第2研磨用組成物)
(g):コロイダルシリカ
(h):酸
(i):防食剤
(j):完全けん化型ポリビニルアルコール
(k):水
請求項2に記載の発明の研磨方法は、請求項1に記載の発明において、前記成分(c)がα−アミノ酸である。
(B): Silicon oxide (c): Carboxylic acid (d): Anticorrosive agent (e): Oxidizing agent (f): Water (second polishing composition)
(G): Colloidal silica (h): Acid (i): Anticorrosive agent (j): Completely saponified polyvinyl alcohol (k): Water The polishing method according to claim 2 is the invention according to claim 1. In the above, the component (c) is an α-amino acid.
請求項3に記載の発明の研磨方法は、請求項1又は2に記載の発明において、前記成分(d)が下記一般式(8)で示されるベンゾトリアゾール誘導体である。 A polishing method according to a third aspect of the present invention is the method according to the first or second aspect, wherein the component (d) is a benzotriazole derivative represented by the following general formula (8).
請求項4に記載の発明の研磨方法は、半導体基板の研磨方法であって、バリア膜が露出する前に研磨を終了するように導体膜を研磨する第1の研磨工程と、バリア膜が露出するまで導体膜を研磨する第2の研磨工程と、絶縁膜が露出するまでバリア膜を研磨する第3の研磨工程とを備え、第2の研磨工程、又は第1及び第2の研磨工程に下記(A)〜(F)の各成分を含有する第1研磨用組成物を用いるとともに、第3の研磨工程に下記(g)〜(k)の各成分を含有する第2研磨用組成物を用いるものである。
(第1研磨用組成物)
(A):α−アミノ酸
(B):下記一般式(8)で示されるベンゾトリアゾール誘導体
A polishing method according to a fourth aspect of the present invention is a method for polishing a semiconductor substrate, wherein a first polishing step for polishing the conductor film so that the polishing is finished before the barrier film is exposed, and the barrier film is exposed. A second polishing step for polishing the conductive film until the insulating film is exposed, and a third polishing step for polishing the barrier film until the insulating film is exposed. The second polishing step, or the first and second polishing steps. While using the 1st polishing composition containing each component of following (A)-(F), the 2nd polishing composition containing each component of following (g)-(k) in a 3rd grinding | polishing process. Is used.
(First polishing composition)
(A): α-amino acid (B): benzotriazole derivative represented by the following general formula (8)
(C):酸化ケイ素
(D):界面活性剤
(E):酸化剤
(F):水
(第2研磨用組成物)
(g):コロイダルシリカ
(h):酸
(i):防食剤
(j):完全けん化型ポリビニルアルコール
(k):水
(C): Silicon oxide (D): Surfactant (E): Oxidizing agent (F): Water (second polishing composition)
(G): Colloidal silica (h): Acid (i): Anticorrosive agent (j): Completely saponified polyvinyl alcohol (k): Water
本発明の研磨方法によれば、ディッシングの進行及びエロージョンの進行を抑制することにより、表面段差を抑制することができる。 According to the polishing method of the present invention, it is possible to suppress the surface step by suppressing the progress of dishing and the progress of erosion.
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態について詳細に説明する。
図1(a)に示すように、半導体装置を構成する半導体基板11上の絶縁膜12表面には、回路設計に基づく所定のパターンの配線溝13が公知のリソグラフィ技術やパターンエッチング技術等により形成されている。絶縁膜12としてはTEOS(テトラエトキシシラン)を用いたCVD(Chemical Vapor Deposition)法等の方法によって形成されるSiO2膜の他、SiOF膜、SiOC膜等が挙げられる。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail.
As shown in FIG. 1A, a
絶縁膜12上には、所定の厚みのバリア膜14がスパッタリング法等により成膜されている。このバリア膜14は、タンタルや窒化タンタル等のタンタル含有化合物により形成されている。バリア膜14表面の配線溝13に対応する箇所は凹状に形成されている。バリア膜14上には、少なくとも配線溝13内が完全に埋まるように導体膜15が成膜されている。この導体膜15は、銅、銅−アルミニウム合金、銅−チタン合金等の銅を含有する金属材料(以下、銅含有金属という。)により形成されている。導体膜15表面の配線溝13に対応する箇所には、一般に初期段差と呼ばれる配線溝13由来の初期凹溝16が形成されている。
A
半導体装置の配線構造は、前記半導体基板11がCMP法によって研磨されることにより形成されている。具体的には、図1(b)に示すように、第1の研磨工程で導体膜15が研磨される。この第1の研磨工程による導体膜15の研磨は、バリア膜14が露出する前に終了される。第1の研磨工程後、図1(c)に示すように、第2の研磨工程で配線溝13以外の箇所のバリア膜14が露出するまで導体膜15が研磨される。続いて、図1(d)に示すように、第3の研磨工程で配線溝13以外の箇所の絶縁膜12が露出するまでバリア膜14が研磨されることにより、配線溝13内に配線部17が形成される。
The wiring structure of the semiconductor device is formed by polishing the semiconductor substrate 11 by a CMP method. Specifically, as shown in FIG. 1B, the
第1の研磨工程に用いられる研磨用組成物は導体膜15を高研磨効率で研磨するように構成され、例えば酸化ケイ素及び酸化アルミニウムから選ばれる少なくとも一種、グリシン及びα−アラニンから選ばれる少なくとも一種、過酸化水素並びに水を含有している。
The polishing composition used in the first polishing step is configured to polish the
第2の研磨工程に用いられる第1研磨用組成物には、(a)界面活性剤、(b)酸化ケイ素、(c)カルボン酸、(d)防食剤、(e)酸化剤及び(f)水が含有されている。
成分(a)の界面活性剤は、(a1)下記一般式(1)〜(7)のいずれか一つで示される化合物及びその塩から選ばれる少なくとも一種を含有しており、さらに成分(a1)と(a2)下記一般式(9)若しくは(10)で示される化合物及びその塩から選ばれる少なくとも一種とからなるのが好ましい。
The first polishing composition used in the second polishing step includes (a) a surfactant, (b) silicon oxide, (c) carboxylic acid, (d) an anticorrosive, (e) an oxidant and (f ) Contains water.
The surfactant of the component (a) contains (a1) at least one selected from the compounds represented by any one of the following general formulas (1) to (7) and salts thereof, and the component (a1 And (a2) at least one selected from the compounds represented by the following general formula (9) or (10) and salts thereof.
前記一般式(1)〜(7)並びに(9)及び(10)のいずれか一つで示される化合物の塩としては、アンモニウム塩、ナトリウム塩等のアルカリ金属塩、トリエタノールアミン塩等が挙げられる。一般式(1)〜(7)並びに(9)のいずれか一つで示される化合物及びその塩はアニオン系界面活性剤である。一方、一般式(10)で示される化合物及びその塩はノニオン系界面活性剤である。
Examples of the salt of the compound represented by any one of the general formulas (1) to (7) and (9) and (10) include alkali metal salts such as ammonium salts and sodium salts, and triethanolamine salts. It is done. The compound represented by any one of the general formulas (1) to (7) and (9) and a salt thereof are anionic surfactants. On the other hand, the compound represented by the general formula (10) and a salt thereof are nonionic surfactants.
前記一般式(1)で示される化合物及びその塩としては、下記式(11)で示されるヤシ油脂肪酸サルコシントリエタノールアミン、下記式(12)で示されるヤシ油脂肪酸メチルタウリンナトリウム、下記式(13)で示されるポリオキシエチレンヤシ油脂肪酸モノエタノールアミド硫酸ナトリウム等が挙げられる。 Examples of the compound represented by the general formula (1) and the salt thereof include coconut oil fatty acid sarcosine triethanolamine represented by the following formula (11), coconut oil fatty acid methyl taurine sodium represented by the following formula (12), And polyoxyethylene coconut oil fatty acid monoethanolamide sodium sulfate shown in 13).
成分(a2)は成分(a1)と同様にディッシング量低減作用及び銅含有金属に対する研磨抑制作用を有している。しかし、成分(a2)の各作用は成分(a1)に比べて弱い。このため、成分(a)は、成分(a1)と成分(a2)とからなるのが、ディッシング量低減作用を発揮するとともに銅含有金属に対する研磨抑制作用を弱めることができるために好ましい。 The component (a2) has the effect of reducing the dishing amount and the effect of suppressing the polishing of the copper-containing metal, like the component (a1). However, each action of the component (a2) is weaker than that of the component (a1). For this reason, it is preferable that the component (a) is composed of the component (a1) and the component (a2) because the effect of reducing the dishing amount can be exhibited and the polishing suppressing effect on the copper-containing metal can be weakened.
第1研磨用組成物中の成分(a)の含有量は0.025〜0.2質量%が好ましく、0.03〜0.1質量%がより好ましい。成分(a)の含有量が0.025質量%未満では、ディッシング量d1を十分に低減することができない。一方、0.2質量%を超えると、銅含有金属に対する研磨が成分(a)により抑制され、銅含有金属に対する研磨速度、即ち導体膜15に対する研磨速度が低下する。さらに研磨後の被研磨面上には、導体膜15の研磨除去が不十分となるために導体膜15が残留する。よって、被研磨面のクリアー性が悪化するおそれが高まる。
The content of the component (a) in the first polishing composition is preferably 0.025 to 0.2% by mass, and more preferably 0.03 to 0.1% by mass. If the content of the component (a) is less than 0.025% by mass, the dishing amount d1 cannot be sufficiently reduced. On the other hand, if it exceeds 0.2% by mass, polishing of the copper-containing metal is suppressed by the component (a), and the polishing rate for the copper-containing metal, that is, the polishing rate for the
成分(a)が成分(a1)と成分(a2)とからなるときには、成分(a1)及び成分(a2)の質量比は(a1):(a2)=10:1〜1:1が好ましい。成分(a1)の成分(a2)に対する質量比が前記範囲未満では、ディッシング量d1を十分に低減することができない。一方、成分(a1)の成分(a2)に対する質量比が前記範囲を超えると、導体膜15に対する研磨速度が低下するとともに被研磨面のクリアー性が悪化するおそれが高まる。
When the component (a) is composed of the component (a1) and the component (a2), the mass ratio of the component (a1) and the component (a2) is preferably (a1) :( a2) = 10: 1 to 1: 1. If the mass ratio of the component (a1) to the component (a2) is less than the above range, the dishing amount d1 cannot be sufficiently reduced. On the other hand, when the mass ratio of the component (a1) to the component (a2) exceeds the above range, the polishing rate for the
成分(b)の酸化ケイ素は、被研磨面に対する機械的研磨作用を有している。この酸化ケイ素は、製造方法や性状の異なる種々のものが挙げられる。酸化ケイ素の具体例としては、コロイダルシリカ(Colloidal SiO2)、ヒュームドシリカ(Fumed SiO2)、沈殿法シリカ(Precipitated SiO2)等が挙げられる。これらは単独で含有されてもよいし二種以上が組み合わされて含有されてもよい。これらの中でも、導体膜15に対する研磨速度が高いために、コロイダルシリカ又はヒュームドシリカが好ましく、コロイダルシリカがより好ましい。
The component (b) silicon oxide has a mechanical polishing action on the surface to be polished. Examples of the silicon oxide include various types having different production methods and properties. Specific examples of silicon oxide include colloidal silica (Colloidal SiO 2 ), fumed silica (Fumed SiO 2 ), and precipitated silica (Precipitated SiO 2 ). These may be contained alone or in combination of two or more. Among these, colloidal silica or fumed silica is preferable, and colloidal silica is more preferable because the polishing rate for the
成分(b)の粒子径は、レーザー回折散乱法により求められる平均粒子径(DN4)で0.01〜0.5μmが好ましく、0.03〜0.3μmがより好ましい。平均粒子径が0.01μm未満では、成分(b)の機械的研磨作用は弱く、導体膜15に対する研磨速度が低下するとともに被研磨面のクリアー性が悪化するおそれが高まる。一方、0.5μmを超えると、導体膜15に対する研磨速度は過剰に高くなり、ディッシング量d1が増加する。さらに導体膜15だけでなくバリア膜14や絶縁膜12も研磨され、第2研磨工程でのエロージョン量が増加するおそれが高まる。加えて、成分(b)の沈降性が高くなるために、第1研磨用組成物は成分(b)の分散状態を維持するのが困難になり安定性が低下するおそれが高まる。図2(b)に示すように、第2研磨工程でのエロージョン量e1とは、配線溝13が密に形成されている領域の表面と、配線溝13が疎に形成されている領域のバリア膜14の表面との間の深さ方向の距離(高さの差)のことである。
The particle diameter of the component (b) is preferably 0.01 to 0.5 [mu] m, more preferably 0.03 to 0.3 [mu] m in terms of an average particle diameter (D N4 ) determined by a laser diffraction scattering method. When the average particle size is less than 0.01 μm, the mechanical polishing action of the component (b) is weak, and the polishing rate for the
第1研磨用組成物中の成分(b)の含有量は0.01〜10質量%が好ましく、0.1〜3質量%がより好ましい。成分(b)の含有量が0.01質量%未満では、被研磨面に対する十分な研磨速度が得られないとともに被研磨面のクリアー性が悪化するおそれが高まる。一方、10質量%を超えると、導体膜15等に対する研磨速度が過剰に高くなり、ディッシング量d1及びエロージョン量e1が増加するおそれが高まる。
The content of the component (b) in the first polishing composition is preferably 0.01 to 10% by mass, and more preferably 0.1 to 3% by mass. When the content of the component (b) is less than 0.01% by mass, a sufficient polishing rate for the surface to be polished cannot be obtained and the clearness of the surface to be polished is likely to deteriorate. On the other hand, if it exceeds 10% by mass, the polishing rate for the
成分(c)のカルボン酸は、研磨中に銅とキレート結合することにより導体膜15に対する研磨速度を高める。カルボン酸はアミノ基やヒドロキシル基等を有していてもよく、具体例としてはグリシン、アラニン、バリン等のα−アミノ酸、クエン酸、シュウ酸、琥珀酸、マレイン酸、酒石酸等が挙げられる。これらは単独で含有されてもよいし、二種以上が組み合わされて含有されてもよい。成分(c)は、炭素数が10以下のモノ又はジカルボン酸やα−アミノ酸が、導体膜15に対する研磨速度をより高めることができるために好ましい。さらに成分(c)は、ディッシング量低減作用を有しているためにα−アミノ酸がより好ましく、アラニンが最も好ましい。
The carboxylic acid of component (c) increases the polishing rate for the
第1研磨用組成物中の成分(c)の含有量は0.01〜2質量%が好ましく、0.4〜1.5質量%がより好ましい。成分(c)の含有量が0.01質量%未満では、導体膜15に対する研磨速度の向上効果は低く、導体膜15に対する研磨速度が低下するおそれが高まる。一方、2質量%を超えても、かえって導体膜15に対する研磨速度が低下するとともにディッシング量d1が増加するおそれが高まる。
The content of the component (c) in the first polishing composition is preferably 0.01 to 2% by mass, and more preferably 0.4 to 1.5% by mass. When the content of the component (c) is less than 0.01% by mass, the effect of improving the polishing rate for the
成分(d)の防食剤は、銅含有金属を成分(e)による腐食から保護することにより導体膜15表面の腐食を防止する。さらに、成分(d)は、導体膜15表面の保護作用によって導体膜15の過剰の研磨を抑制してディッシング量d1を低減する。成分(d)としては、下記一般式(20)で示されるベンゾトリアゾール類(ベンゾトリアゾール及びその誘導体)が挙げられる。下記一般式(20)において、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。
The anticorrosive agent of component (d) prevents corrosion of the surface of the
成分(d)は、下記一般式(8)で示されるベンゾトリアゾール誘導体が、導体膜15表面の保護作用が強いために好ましい。
As the component (d), a benzotriazole derivative represented by the following general formula (8) is preferable because the protective action on the surface of the
前記一般式(8)で示されるベンゾトリアゾール誘導体において、R7がカルボキシル基を含有するアルキル基を示すものとしては下記一般式(21)で示されるものが挙げられ、具体例としては下記式(22)で示される1−(1,2−ジカルボキシエチル)ベンゾトリアゾールが挙げられる。
In the benzotriazole derivative represented by the general formula (8), examples of the alkyl group containing a carboxyl group as R 7 include those represented by the following general formula (21). Specific examples thereof include the following formula ( 22-) 1- (1,2-dicarboxyethyl) benzotriazole.
第1研磨用組成物中の成分(d)の含有量は0.1質量%以下が好ましい。さらに、成分(d)がベンゾトリアゾールのときには、第1研磨用組成物中の成分(d)の含有量は0.000001〜0.001質量%がより好ましく、0.00003〜0.0005質量%が最も好ましい。また、成分(d)が1−[N,N−ビス(ヒドロキシエチル)アミノメチル]ベンゾトリアゾールのときには0.00005〜0.005質量%がより好ましく、0.0001〜0.001質量が最も好ましい。一方、成分(d)が1−(2,3−ジヒドロキシプロピル)ベンゾトリアゾールのときには0.001〜0.1質量%がより好ましく、0.003〜0.05質量%が最も好ましい。成分(d)が1−(1,2−ジカルボキシエチル)ベンゾトリアゾールのときには0.0005〜0.01質量%がより好ましく、0.002〜0.008質量%が最も好ましい。 The content of the component (d) in the first polishing composition is preferably 0.1% by mass or less. Furthermore, when the component (d) is benzotriazole, the content of the component (d) in the first polishing composition is more preferably 0.000001 to 0.001% by mass, and 0.00003 to 0.0005% by mass. Is most preferred. Further, when the component (d) is 1- [N, N-bis (hydroxyethyl) aminomethyl] benzotriazole, 0.00005 to 0.005 mass% is more preferable, and 0.0001 to 0.001 mass is most preferable. . On the other hand, when the component (d) is 1- (2,3-dihydroxypropyl) benzotriazole, 0.001 to 0.1% by mass is more preferable, and 0.003 to 0.05% by mass is most preferable. When the component (d) is 1- (1,2-dicarboxyethyl) benzotriazole, 0.0005 to 0.01% by mass is more preferable, and 0.002 to 0.008% by mass is most preferable.
成分(d)の含有量が前記範囲未満では、導体膜15表面の保護効果及びディッシング量低減効果は低く、研磨後の導体膜15表面に面荒れが発生するとともにディッシング量d1が増加するおそれが高まる。一方、成分(d)の含有量が前記範囲を超えると、導体膜15に対する研磨が成分(d)により抑制され、導体膜15に対する研磨速度が低下するとともに被研磨面のクリアー性が悪化するおそれが高まる。
When the content of the component (d) is less than the above range, the effect of protecting the surface of the
成分(e)の酸化剤は、銅含有金属を酸化させることにより剥ぎ取られやすい酸化膜を被研磨面上に生成し、成分(b)による機械的研磨を促進する。酸化剤は一般的に銅を酸化するのに十分な酸化力を持つものが用いられ、その具体例としては過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム等の過硫酸塩、過ヨウ素酸、過酢酸、過塩素酸、過炭酸アンモニウム、過酸化水素等が挙げられる。これらの中でも、銅に対する酸化力が強いために過硫酸塩が好ましく、過硫酸アンモニウムがより好ましい。 The oxidizing agent of component (e) generates an oxide film that is easily peeled off by oxidizing the copper-containing metal, and promotes mechanical polishing by component (b). The oxidizing agent generally has an oxidizing power sufficient to oxidize copper. Specific examples thereof include persulfates such as ammonium persulfate, potassium persulfate, and sodium persulfate, periodic acid, and peracetic acid. , Perchloric acid, ammonium percarbonate, hydrogen peroxide and the like. Among these, persulfate is preferable because of its strong oxidizing power against copper, and ammonium persulfate is more preferable.
第1研磨用組成物中の成分(e)の含有量は0.5〜10質量%が好ましく、1〜5質量%がより好ましい。成分(e)の含有量が0.5質量%未満では、研磨促進効果は低く、導体膜15に対する研磨速度が低下するおそれが高まる。一方、10質量%を超えると、導体膜15に対する研磨速度が過剰に高くなり、ディッシング量d1が増加するおそれが高まる。
The content of the component (e) in the first polishing composition is preferably 0.5 to 10% by mass, and more preferably 1 to 5% by mass. When the content of the component (e) is less than 0.5% by mass, the polishing accelerating effect is low, and the possibility that the polishing rate for the
成分(f)の水は、他の成分を溶解又は分散させる。成分(f)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、成分(f)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ーを通して異物を除去した純水や超純水、又は蒸留水が好ましい。第1研磨用組成物中の成分(f)の含有量は、第1研磨用組成物中の他の成分の含有量に対する残量である。 The water of component (f) dissolves or disperses other components. The component (f) preferably contains as little impurities as possible in order to prevent the action of other components from being inhibited. Specifically, component (f) is preferably pure water, ultrapure water, or distilled water from which foreign ions are removed through a filter after removing impurity ions with an ion exchange resin. The content of the component (f) in the first polishing composition is the remaining amount with respect to the content of other components in the first polishing composition.
第1研磨用組成物は、安定化、研磨加工上の必要性等に応じ、前記各成分以外にもその他の添加成分として増粘剤、消泡剤、防腐剤等を含有してもよい。第1研磨用組成物は、成分(f)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(f)に対する他の成分の混合順序は限定されない。 The first polishing composition may contain a thickener, an antifoaming agent, a preservative, and the like as other additive components in addition to the above-described components, depending on the necessity for stabilization and polishing processing. The first polishing composition is prepared by mixing other components with the component (f) 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 component (f) is not limited.
第1研磨用組成物のpHは7以上が好ましく、7〜12がより好ましく、8〜10が最も好ましい。第1研磨用組成物のpHが7未満では、導体膜15の研磨除去が十分進まず、研磨速度が低下する。一方、12を超えると、導体膜15に対する研磨速度が過剰に高くなり、ディッシング量d1が増加するおそれが高まる。第1研磨用組成物のpHの調整は、アンモニア等を第1研磨用組成物に配合することにより行われる。
The pH of the first polishing composition is preferably 7 or more, more preferably 7 to 12, and most preferably 8 to 10. When the pH of the first polishing composition is less than 7, polishing removal of the
第3の研磨工程に用いられる第2研磨用組成物には、(g)コロイダルシリカ、(h)酸、(i)防食剤、(j)完全けん化型ポリビニルアルコール及び(k)水が含有されている。 The second polishing composition used in the third polishing step contains (g) colloidal silica, (h) acid, (i) anticorrosive, (j) fully saponified polyvinyl alcohol, and (k) water. ing.
成分(g)のコロイダルシリカは、被研磨面に対する機械的研磨作用を有している。コロイダルシリカは種々の方法により合成されるが、不純物元素が極めて少ないことから、ゾルゲル法で合成されたものが好ましい。ゾルゲル法とは、一般にメタノール、アンモニア及び水からなる溶媒中にケイ酸メチルを滴下し、加水分解させることによって行なわれる。但し、不純物元素の存在をそれほど問題としない場合、珪酸ソーダを出発原料とし、イオン交換にてコロイダルシリカを生成する、いわゆるイオン交換法によるコロイダルシリカを用いてもよい。 The colloidal silica of component (g) has a mechanical polishing action on the surface to be polished. Colloidal silica is synthesized by various methods, but since it contains very few impurity elements, those synthesized by a sol-gel method are preferred. The sol-gel method is generally performed by dropping methyl silicate into a solvent composed of methanol, ammonia and water and hydrolyzing it. However, in the case where the presence of the impurity element does not matter so much, so-called ion exchange method colloidal silica that uses colloidal silica by ion exchange using sodium silicate as a starting material may be used.
成分(g)の平均粒子径はDN4で0.01〜0.5μmが好ましく、0.03〜0.3μmがより好ましい。平均粒子径が0.01μm未満では、十分な研磨速度を得ることができない。一方、0.5μmを超えると、第3の研磨工程でのエロージョン量が増加するおそれが高まる。図3(b)に示すように、第3の研磨工程でのエロージョン量e2とは、配線溝13が密に形成されている領域の表面と、配線溝13が疎に形成されている領域の絶縁膜12の表面との間の深さ方向の距離(高さの差)のことである。
The average particle diameter of the component (g) is preferably from 0.01 to 0.5 μm, more preferably from 0.03 to 0.3 μm, as DN 4 . When the average particle size is less than 0.01 μm, a sufficient polishing rate cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 0.5 μm, the risk of an increase in the amount of erosion in the third polishing step increases. As shown in FIG. 3B, the erosion amount e2 in the third polishing step is the surface of the region where the
また、平均粒子径の大きいコロイダルシリカ(第1シリカ、平均粒子径D1)と、その第1シリカより粒子径の小さいコロイダルシリカ(第2シリカ、平均粒子径D2)を組み合わせて含有させることが好ましい。平均粒子径D1は0.05μm以上0.3μm以下が好ましく、0.05μm以上0.1μm以下がより好ましい。平均粒子径D1が0.05μm未満では、絶縁膜12に対する研磨速度を高めるのが困難である。一方、0.3μmを超えると、絶縁膜12に対する研磨速度が高すぎるため、エロージョン量e2が増加するおそれが高まる。平均粒子径D2は0.01μm以上0.05μm未満が好ましく、0.02μm以上0.04μm以下がより好ましい。平均粒子径D2が0.01μm未満及び0.05μmを超える場合には、タンタル含有化合物に対する研磨速度、即ちバリア膜14に対する十分な研磨速度が得られないおそれが高まる。
Further, it is preferable to contain a combination of colloidal silica having a large average particle diameter (first silica, average particle diameter D1) and colloidal silica having a smaller particle diameter than the first silica (second silica, average particle diameter D2). . The average particle diameter D1 is preferably 0.05 μm or more and 0.3 μm or less, and more preferably 0.05 μm or more and 0.1 μm or less. If the average particle diameter D1 is less than 0.05 μm, it is difficult to increase the polishing rate for the insulating
第2研磨用組成物中の成分(g)の含有量は0.01〜20質量%が好ましく、0.1〜10質量%がより好ましい。成分(g)の含有量が0.01質量%未満では、バリア膜14に対する十分な研磨速を得ることができない。一方、20質量%を超えると、表面段差が十分に抑制されないおそれが高まる。
The content of the component (g) in the second polishing composition is preferably from 0.01 to 20 mass%, more preferably from 0.1 to 10 mass%. When the content of the component (g) is less than 0.01% by mass, a sufficient polishing speed for the
成分(h)の酸は、バリア膜14に対する研磨速度を高める。成分(h)は、前記作用効果に優れることから、硝酸、塩酸、硫酸、乳酸、酢酸、シュウ酸、クエン酸、リンゴ酸、琥珀酸、酪酸及びマロン酸から選ばれる少なくとも一種が好ましく、硝酸、シュウ酸及び乳酸から選ばれる少なくとも一種がより好ましく、硝酸が最も好ましい。また、成分(h)が硝酸を含有するときには、第2研磨用組成物の保存安定性を向上し、研磨速度の経時的な低下を抑制することができる。
The acid of component (h) increases the polishing rate for the
第2研磨用組成物中の成分(h)の含有量は0.01〜3質量%が好ましく、0.01〜0.3質量%がより好ましい。成分(h)の含有量が0.01質量%未満では、バリア膜14に対する十分な研磨速度が得られない。一方、3質量%を超えると、第2研磨用組成物のpHが低くなり、その取扱い性が悪化するおそれが高まる。成分(h)の含有量が0.03〜0.1質量%のときには、表面段差を一層抑制することができる。
The content of the component (h) in the second polishing composition is preferably 0.01 to 3% by mass, and more preferably 0.01 to 0.3% by mass. When the content of the component (h) is less than 0.01% by mass, a sufficient polishing rate for the
成分(i)の防食剤の作用効果及び具体例は、第1研磨用組成物の成分(d)と同じである。第2研磨用組成物中の成分(i)の含有量は0.001〜3質量%が好ましく、0.01〜0.3質量%がより好ましい。成分(i)の含有量が0.001質量%未満では、導体膜15表面の保護効果及びディッシング量低減効果は低く、研磨後の導体膜15表面に面荒れが発生するとともに第3の研磨工程でのディッシング量が増加するおそれが高まる。一方、3質量%を超えると、導体膜15に対する研磨が成分(i)により抑制され、導体膜15に対する研磨速度が低下するおそれが高まる。図2(a)に示すように、第3の研磨工程でのディッシング量d2とは、絶縁膜12の配線溝13以外の箇所の表面と導体膜15表面との間の深さ方向の距離(高さの差)のことである。
The effects and specific examples of the anticorrosive agent of component (i) are the same as those of component (d) of the first polishing composition. The content of component (i) in the second polishing composition is preferably 0.001 to 3 mass%, more preferably 0.01 to 0.3 mass%. When the content of the component (i) is less than 0.001% by mass, the effect of protecting the surface of the
成分(j)の完全けん化型ポリビニルアルコールは、被研磨面の表面段差を抑制する。この成分(j)は、ポリ酢酸ビニルをけん化(加水分解)したものである。ここで、完全けん化型とは、けん化度が98.0モル%以上であることをいう。成分(j)の分子量は、一般的に10000〜500000程度であるが、成分(k)に対する溶解性が良好であることから、100000以下であることが好ましい。 The fully saponified polyvinyl alcohol of component (j) suppresses the surface step of the surface to be polished. This component (j) is saponified (hydrolyzed) of polyvinyl acetate. Here, the complete saponification type means that the degree of saponification is 98.0 mol% or more. The molecular weight of component (j) is generally about 10,000 to 500,000, but is preferably 100,000 or less because of good solubility in component (k).
第2研磨用組成物中の成分(j)の含有量は0.001〜1.0質量%が好ましく、0.005〜0.5質量%がより好ましい。成分(j)の含有量が0.001質量%未満及び1.0質量%を超える場合には、ディッシング量d2が増加するおそれが高まる。また、成分(j)の含有量を増加させるに伴い、導体膜15に対する研磨速度を高めることができる。
The content of the component (j) in the second polishing composition is preferably 0.001 to 1.0% by mass, and more preferably 0.005 to 0.5% by mass. When the content of the component (j) is less than 0.001% by mass and exceeds 1.0% by mass, the dishing amount d2 is likely to increase. Further, the polishing rate for the
成分(k)の水の作用効果及び具体例は、第1研磨用組成物の成分(f)と同じである。第3の研磨工程において導体膜15を研磨する必要がある場合、第2研磨用組成物には(l)酸化剤を含有させるのが好ましい。成分(l)の作用効果は第1研磨用組成物の成分(e)と同じである。成分(l)としては過酸化水素、硝酸、過マンガン酸カリウム、過硫酸塩等が挙げられ、これらは単独で含有されてもよいし二種以上が組み合わされて含有されてもよい。これらの中でも、過酸化水素が、比較的安価であるとともに銅に対して十分な酸化力を有しており、さらに金属不純物の含有量が少ないために好ましい。
The action effect and specific examples of the water of the component (k) are the same as those of the component (f) of the first polishing composition. When it is necessary to polish the
第2研磨用組成物中の成分(l)の含有量は0.1〜20質量%が好ましく、0.1〜5質量%がより好ましい。成分(l)の含有量が0.1質量%未満では、酸化力が低く、十分な研磨速度が得られないおそれが高まる。一方、20質量%を超えると、ディッシング量d2が増加するおそれが高まる。 The content of the component (l) in the second polishing composition is preferably 0.1 to 20% by mass, and more preferably 0.1 to 5% by mass. When the content of the component (l) is less than 0.1% by mass, the oxidizing power is low, and the possibility that a sufficient polishing rate cannot be obtained increases. On the other hand, if it exceeds 20% by mass, the risk of increasing the dishing amount d2 increases.
第2研磨用組成物は、第1研磨用組成物と同様に前記その他の添加成分を含有してもよい。第2研磨用組成物は、成分(k)に他の成分を混合し、第1研磨用組成物と同様に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(k)に対する他の成分の混合順序は限定されない。 Similar to the first polishing composition, the second polishing composition may contain the other additive components. The second polishing composition is prepared by mixing other components with the component (k) and dispersing or dissolving each component in the same manner as the first polishing composition. Here, the mixing order of the other components with respect to the component (k) is not limited.
第2研磨用組成物のpHは主として成分(h)の添加量によって調整され、第2研磨用組成物のpHは1.5〜4が好ましく、2〜3がより好ましい。pHが1.5未満では、第2研磨用組成物は強酸となり、その取扱い性が悪化するおそれが高まる。一方、4を超えると、成分(h)の含有量が低いために、バリア膜14に対する十分な研磨速度が得られない。
The pH of the second polishing composition is mainly adjusted by the amount of component (h) added, and the pH of the second polishing composition is preferably 1.5 to 4, and more preferably 2-3. If pH is less than 1.5, the 2nd constituent for polish becomes a strong acid, and there is a possibility that the handleability may deteriorate. On the other hand, if it exceeds 4, the content of the component (h) is low, so that a sufficient polishing rate for the
さて、半導体基板11を研磨するときには、図1(b)に示すように、第1の研磨工程として、導体膜15を高研磨効率で研磨することができる研磨用組成物を用いて導体膜15を研磨する。第1の研磨工程における導体膜15の研磨は、バリア膜14が露出する前に終了される。研磨が終了したときには、導体膜15表面の初期凹溝はほとんど完全に解消されているのが好ましい。
When the semiconductor substrate 11 is polished, as shown in FIG. 1B, as the first polishing step, the
第1の研磨工程後、図1(c)に示すように、第2の研磨工程として第1研磨用組成物を用いて導体膜15を研磨する。具体的には、被研磨面に第1研磨用組成物を供給しながら研磨パッドを被研磨面に押し付けて回転させる。このとき、第1研磨用組成物は、成分(b)によって被研磨面を機械的研磨することにより、導体膜15を研磨することができる。第2の研磨工程においては、露出したバリア膜14が研磨されないように研磨速度を調整するのが好ましい。第2の研磨工程後、図1(d)に示すように、第3の研磨工程として第2研磨用組成物を用いてバリア膜14を研磨する。具体的には、被研磨面に第2研磨用組成物を供給しながら研磨パッドを被研磨面に押し付けて回転させる。このとき、第2研磨用組成物は、成分(g)によって被研磨面を機械的研磨することにより、バリア膜14を研磨することができる。
After the first polishing step, as shown in FIG. 1C, the
前記の実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
・ 第1の実施形態の研磨方法における第2の研磨工程は、第1研磨用組成物を用いることにより、(a)及び(d)の各成分によってディッシング量d1を低減することができるとともに、(c)及び(e)の各成分によって導体膜15に対する研磨速度を高めることができる。加えて、第2の研磨工程は、第1研磨用組成物を用いることによりエロージョン量e1を低減することができる。一方、第3の研磨工程は、第2研磨用組成物を用いることにより、成分(j)によってディッシング量d2及びエロージョン量e2を低減することができる。これは、成分(j)はディッシングやエロージョンが形成されている部分の表面に対する保護作用を有し、その部分における研磨の促進を抑制するためと推測される。成分(j)の保護作用は、部分けん化型ポリビニルアルコールでは発揮されず、成分(j)に特有の作用である。加えて、第3の研磨工程は、第2研磨用組成物を用いることにより、(g)及び(h)の各成分によってバリア膜14に対する研磨速度を高めることができる。
The effects exhibited by the above embodiment will be described below.
In the second polishing step in the polishing method of the first embodiment, the dishing amount d1 can be reduced by each component of (a) and (d) by using the first polishing composition, The polishing rate for the
ここで、各ディッシング量d1、d2及び各エロージョン量e1、e2が増加したときには、被研磨面にディッシング及びエロージョンが発生する。このため、研磨加工後の半導体基板11表面には、ディッシング及びエロージョンに起因して段差が生じる。そして、半導体基板11には、この段差により配線構造の多層化が困難になるとともに、配線部17の断面積が小さくなるために配線抵抗が増大するといった不具合が生じる。よって、第1の実施形態の研磨方法は、第2の研磨工程においてディッシング量d1及びエロージョン量e1を低減するとともに第3の研磨工程においてディッシング量d2及びエロージョン量e2を低減することによりディッシング及びエロージョンの進行を抑制し、半導体基板11の表面段差を抑制することができる。
Here, when each dishing amount d1, d2 and each erosion amount e1, e2 increase, dishing and erosion occur on the surface to be polished. For this reason, a step is generated on the surface of the semiconductor substrate 11 after polishing due to dishing and erosion. The semiconductor substrate 11 has problems such as difficulty in multilayering the wiring structure due to the step and an increase in wiring resistance due to a reduction in the cross-sectional area of the
・ また、第2の研磨工程後の被研磨面上には、第2の研磨の進行度合いによって配線溝13の内側以外のバリア膜14上に導体膜15が残留する場合がある。この場合には、第3の研磨工程ではバリア膜14のみならず、残留している導体膜15を除去する必要がある。このとき、第2研磨用組成物は成分(j)の含有量を変化させることにより、導体膜15に対する研磨速度を変化させることができる。このため、第1の実施形態の研磨方法は、第2の研磨工程が完了したときの被研磨面の状態、即ち除去すべき導体膜15の残留量に適した第2研磨用組成物により第3の研磨工程を行うことができる。
Further, on the surface to be polished after the second polishing step, the
・ 第3の研磨工程は、成分(g)として平均粒子径D1が0.05μm以上0.3μm以下の第1シリカと、平均粒子径D2が0.01μm以上0.05μm未満の第2シリカとを併用することが好ましい。この場合には、第1シリカにより絶縁膜12に対する研磨速度を高めるとともに第2シリカによりバリア膜14に対する研磨速度を高めることができ、第3の研磨工程における研磨効率を向上させることができる。ここで、第2の研磨工程後の被研磨面の平滑性が悪い場合にはバリア膜14に加えて絶縁膜12を研磨する必要があるために、第1シリカと第2シリカとの併用は特に有用である。
The third polishing step includes a first silica having an average particle diameter D1 of 0.05 μm or more and 0.3 μm or less, and a second silica having an average particle diameter D2 of 0.01 μm or more and less than 0.05 μm as the component (g). It is preferable to use together. In this case, the polishing rate for the insulating
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。尚、第2の実施形態については、第1の実施形態と異なる点を中心に説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. Note that the second embodiment will be described focusing on differences from the first embodiment.
第2の研磨工程に用いられる第1研磨用組成物には、(A)α−アミノ酸、(B)ベンゾトリアゾール誘導体、(C)酸化ケイ素、(D)界面活性剤、(E)酸化剤及び(F)水が含有されている。ここで、(C)、(E)及び(F)の各成分の作用効果、具体例及び第1研磨用組成物中の含有量は、第1の実施形態の(b)、(e)及び(f)の各成分と同じである。 The first polishing composition used in the second polishing step includes (A) an α-amino acid, (B) a benzotriazole derivative, (C) silicon oxide, (D) a surfactant, (E) an oxidizing agent, and (F) Water is contained. Here, the effects of the components (C), (E), and (F), the specific examples, and the content in the first polishing composition are the same as those in the first embodiment (b), (e), and It is the same as each component of (f).
成分(A)のα−アミノ酸はディッシング量低減作用を有している。さらに成分(A)は、成分(c)と同様に導体膜15に対する研磨速度を高める。α−アミノ酸としてはアラニン、グリシン、バリン等が挙げられる。これらは単独で含有されてもよいし、二種以上が組み合わされて含有されてもよい。これらの中でも、アラニンが、ディッシング量低減作用が強いとともに成分(F)に対する溶解性が高いために好ましい。
The α-amino acid of component (A) has a dishing amount reducing action. Furthermore, the component (A) increases the polishing rate for the
第1研磨用組成物中の成分(A)の含有量は成分(c)と同じである。成分(A)の含有量が0.01質量%未満では、ディッシング量低減作用が弱く、ディッシング量d1を十分に低減することができない。一方、2質量%を超えると、銅含有金属に対する研磨が成分(A)により抑制され、銅含有金属に対する研磨速度が低下する。さらに、被研磨面のクリアー性が悪化するおそれが高まる。 The content of the component (A) in the first polishing composition is the same as the component (c). When the content of the component (A) is less than 0.01% by mass, the dishing amount reducing action is weak, and the dishing amount d1 cannot be sufficiently reduced. On the other hand, when it exceeds 2 mass%, the grinding | polishing with respect to a copper containing metal will be suppressed by a component (A), and the grinding | polishing rate with respect to a copper containing metal will fall. Furthermore, there is an increased risk that the clearness of the surface to be polished will deteriorate.
成分(B)のベンゾトリアゾール誘導体は前記一般式(8)により示され、成分(d)と同様の作用を有する。成分(B)の具体例は成分(d)と同じである。第1研磨用組成物中の成分(B)の含有量は0.1質量%以下が好ましい。さらに、成分(B)が前記一般式(21)で示されるときには0.0005〜0.01質量%がより好ましく、0.002〜0.008質量%が最も好ましい。一方、成分(B)が前記一般式(23)で示されるときには0.00005〜0.005質量%がより好ましく、0.0001〜0.001質量%が最も好ましい。成分(b)が前記一般式(25)又は一般式(26)で示されるときには0.001〜0.1質量%がより好ましく、0.003〜0.005質量%が最も好ましい。 The benzotriazole derivative of component (B) is represented by the general formula (8) and has the same action as component (d). Specific examples of the component (B) are the same as those of the component (d). The content of the component (B) in the first polishing composition is preferably 0.1% by mass or less. Furthermore, 0.0005-0.01 mass% is more preferable when a component (B) is shown by the said General formula (21), and 0.002-0.008 mass% is the most preferable. On the other hand, when the component (B) is represented by the general formula (23), 0.00005 to 0.005 mass% is more preferable, and 0.0001 to 0.001 mass% is most preferable. When the component (b) is represented by the general formula (25) or the general formula (26), 0.001 to 0.1 mass% is more preferable, and 0.003 to 0.005 mass% is most preferable.
成分(B)の含有量が前記範囲未満では、導体膜15表面の保護効果及びディッシング量低減効果は低く、研磨後の導体膜15表面に面荒れが発生するとともにディッシング量d1が増加するおそれが高まる。一方、成分(B)の含有量が前記範囲を超えると、銅含有金属に対する研磨が抑制され、銅含有金属に対する研磨速度が低下するとともに被研磨面のクリアー性が悪化するおそれが高まる。
When the content of the component (B) is less than the above range, the effect of protecting the surface of the
成分(D)の界面活性剤は、成分(a)と同様にディッシング量d1を低減する。成分(D)としては、前記式(11)で示されるヤシ油脂肪酸サルコシントリエタノールアミン、前記式(12)で示されるヤシ油脂肪酸メチルタウリンナトリウム、前記式(13)で示されるポリオキシエチレンヤシ油脂肪酸モノエタノールアミド硫酸ナトリウム、前記式(14)で示されるポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルリン酸、前記式(15)で示されるドデシルベンゼンスルホン酸トリエタノールアミン、前記式(16)で示されるポリオキシエチレンアルキル(12〜14)スルホコハク酸二ナトリウム、前記式(17)で示されるスルホコハク酸塩(ジオクチル系)、前記式(18)で示されるポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸トリエタノールアミン、前記式(19)で示されるジイソブチルジメチルブチンジオールポリオキシエチレングリコールエーテル等が挙げられる。第1研磨用組成物中の成分(D)の含有量は成分(a)と同じである。 The surfactant of the component (D) reduces the dishing amount d1 similarly to the component (a). As the component (D), coconut oil fatty acid sarcosine triethanolamine represented by the above formula (11), coconut oil fatty acid methyl taurine sodium represented by the above formula (12), and polyoxyethylene coconut represented by the above formula (13) Oil fatty acid sodium monoethanolamide sulfate, polyoxyethylene alkylphenyl ether phosphoric acid represented by the above formula (14), dodecylbenzenesulfonic acid triethanolamine represented by the above formula (15), and polyoxyethylene represented by the above formula (16) Oxyethylene alkyl (12-14) disodium sulfosuccinate, sulfosuccinate (dioctyl type) represented by formula (17), polyoxyethylene lauryl ether sulfate triethanolamine represented by formula (18), 19) Diisobutyldimethylbutane Emissions diol polyoxyethylene glycol ether. The content of the component (D) in the first polishing composition is the same as the component (a).
従って、第2の研磨工程として第2の実施形態の第1研磨用組成物を用いて導体膜15を研磨するときには、成分(C)によって被研磨面を機械的研磨することにより導体膜15を研磨することができる。さらに、第2の研磨工程は、第1研磨用組成物を用いることにより、(A)、(B)及び(D)の各成分によってディッシング量d1を低減することができるとともに、(A)及び(E)の各成分により導体膜15に対する研磨速度を高めることができる。加えて、第2の研磨工程は、第1研磨用組成物を用いることによりエロージョン量e1を低減することができる。
Accordingly, when the
次に、実施例1において試験例及び比較例を挙げて、前記第1の実施形態をさらに具体的に説明する。
<第2の研磨工程>
(試験例1〜31及び比較例1〜11)
試験例1においては、成分(a1)としてのヤシ油脂肪酸サルコシントリエタノールアミン、成分(a2)としてのポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸トリエタノールアミン、成分(b)としてのコロイダルシリカ、成分(c)としてのアラニン、成分(d)としての1−(2,3−ジヒドロキシプロピル)ベンゾトリアゾール、成分(e)としての過硫酸アンモニウム及び成分(f)の水を混合して第1研磨用組成物を調製した。成分(f)以外の各成分の含有量を表1に示す。ここで、コロイダルシリカは、N4 Plus Submicron Particle Sizer(Beckman Coulter, Inc.の製品名)で測定されたDN4で0.05μmであり、20質量%水溶液中における鉄、ニッケル、銅、クロム、亜鉛及びカルシウムの含有量の合計は20ppb以下であった。
Next, the first embodiment will be described more specifically with reference to test examples and comparative examples in Example 1.
<Second polishing step>
(Test Examples 1-31 and Comparative Examples 1-11)
In Test Example 1, coconut oil fatty acid sarcosine triethanolamine as component (a1), polyoxyethylene lauryl ether triethanolamine as component (a2), colloidal silica as component (b), as component (c) A first polishing composition was prepared by mixing 1- (2,3-dihydroxypropyl) benzotriazole as component (d), ammonium persulfate as component (e) and water as component (f). . Table 1 shows the content of each component other than the component (f). Here, colloidal silica, N4 Plus Submicron Particle Sizer (Beckman Coulter, product name Inc.) was 0.05μm at D N4 measured at iron in the 20 wt% aqueous solution of nickel, copper, chromium, zinc And the total content of calcium was 20 ppb or less.
試験例2〜31及び比較例1〜11においては、各成分の種類又は含有量を表1に示すように変更した以外は、試験例1と同様にして第1研磨用組成物を調製した。そして、各第1研磨用組成物のpHを測定するとともに、下記各項目について評価を行った。その結果を表2に示す。尚、表1において、含有量(質量%)を「量」で示す。 In Test Examples 2-31 and Comparative Examples 1-11, a first polishing composition was prepared in the same manner as in Test Example 1 except that the type or content of each component was changed as shown in Table 1. And while measuring the pH of each 1st polishing composition, it evaluated about each following item. The results are shown in Table 2. In Table 1, the content (% by mass) is indicated by “amount”.
<研磨速度>
銅ブランケットウエハの厚みを、シート抵抗機(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。次いで、銅ブランケットウエハ表面に、各例の第1研磨用組成物を用いるとともに下記研磨条件1により1分間研磨を施した。そして、研磨後の銅ブランケットウエハの厚みを前記と同様にして測定した後、下記計算式に基づいて研磨速度を求めた。
<Polishing speed>
The thickness of the copper blanket wafer was measured using a sheet resistance machine (VR-120; manufactured by Kokusai Electric System Service Co., Ltd.). Next, the surface of the copper blanket wafer was polished for 1 minute under the following polishing conditions 1 while using the first polishing composition of each example. And after measuring the thickness of the copper blanket wafer after grinding | polishing similarly to the above, the grinding | polishing speed | rate was calculated | required based on the following formula.
研磨速度[nm/分]=(研磨前のウエハの厚み[nm]−研磨後のウエハの厚み[nm])÷研磨時間[分]
<研磨条件1>
研磨機:片面CMP用研磨機(Mirra;アプライドマテリアルズ社製)、被研磨物:銅ブランケットウエハ(電解メッキ法により銅を成膜した8インチシリコンウエハ)、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)、研磨加工圧力:2psi(=約13.8kPa)、定盤回転数:60rpm、第1研磨用組成物の供給速度:200ml/分、キャリア回転数:60rpm
<ディッシング量:d1及び被研磨面のクリアー性:C>
銅パターンウエハ表面に、第1の研磨工程用の研磨用組成物(PLANERELITE−7102;株式会社フジミインコーポレーテッド製)を用いるとともに下記研磨条件2により研磨を施した。研磨量は初期膜厚の70%(700nm)とした。前記研磨後、銅パターンウエハ表面に、各例の第1研磨用組成物を用いるととも前記研磨条件1により、エンドポイントシグナルが現れてから銅膜の研磨量にして200nmオーバーの研磨を施した。次いで、第2研磨後の銅パターンウエハ表面の100μm幅の孤立配線部において、接触式の表面測定装置であるプロフィラ(HRP340;ケーエルエー・テンコール社製)を用いてディッシング量d1を測定した。尚、表中において、研磨速度が遅く研磨自体が進行しないためにディッシング量d1の測定が不可能であったものは、「─」と表記した。
Polishing rate [nm / min] = (wafer thickness before polishing [nm] −wafer thickness after polishing [nm]) ÷ polishing time [min]
<Polishing condition 1>
Polishing machine: Polishing machine for single-sided CMP (Mirra; manufactured by Applied Materials), object to be polished: copper blanket wafer (8-inch silicon wafer in which copper is formed by electrolytic plating), polishing pad: laminated polishing pad made of polyurethane (IC-1000 / Suba400; manufactured by Rodel), polishing pressure: 2 psi (= about 13.8 kPa), platen rotation speed: 60 rpm, first polishing composition supply speed: 200 ml / min, carrier rotation speed: 60 rpm
<Dishing amount: d1 and clearness of polished surface: C>
The copper pattern wafer surface was polished under the following polishing condition 2 while using a polishing composition for the first polishing step (PLANERELITE-7102; manufactured by Fujimi Incorporated). The polishing amount was 70% (700 nm) of the initial film thickness. After the polishing, the first polishing composition of each example was used on the surface of the copper pattern wafer and the polishing amount of the copper film was polished by 200 nm over the polishing condition 1 after the end point signal appeared. . Next, in the 100 μm-wide isolated wiring portion on the surface of the copper pattern wafer after the second polishing, the dishing amount d1 was measured using a profila (HRP340; manufactured by KLA Tencor) which is a contact type surface measuring device. In the table, “−” indicates that the dishing amount d1 could not be measured because the polishing rate was low and polishing itself did not proceed.
さらに、微分干渉顕微鏡(OPTIPHOTO300;NIKON製)を用いて配線部17以外のバリア膜14上に残る導体膜15の量を目視にて観察した。そして、被研磨面のクリアー性について、導体膜15の残留が全く見られないものを優(◎)、斑点状の導体膜15の残留がわずかに見られるものを良(○)、全体的に斑点状の導体膜15の残留が見られるが第3の研磨工程で研磨除去できる範囲のものをやや不良(△)、全体に導体膜15が残留して配線部が見えず第3の研磨工程で研磨除去するのが困難のものを不良(×)の4段階で評価した。
<研磨条件2>
研磨機:片面CMP用研磨機(Mirra;アプライドマテリアルズ社製)、被研磨物:銅パターンウエハ(SEMATECH社製、854マスクパターン、成膜厚さ1000nm、初期凹溝800nm)、研磨パッド:ポリウレタン製の積層研磨パッド(IC−1400;ロデール社製)、研磨加工圧力:2.0psi(=約13.8kPa)、定盤回転数:100rpm、第1研磨用組成物の供給速度:200ml/分、キャリア回転数:100rpm
<ポットライフ:P>
第1研磨用組成物の調製直後に前記項目<研磨速度>と同様にして研磨速度を求めた。次いで、第1研磨用組成物を密閉容器にて保存し、保存開始後一定期間経過毎に前記と同様にして研磨速度を求めた。続いて、調製直後の研磨速度に対して研磨速度が90%低下したときの経過時間をポットライフとした。そして、ポットライフについて、2週間以上を優(◎)、1週間以上2週間未満を良(○)、3日以上1週間未満をやや不良(△)、3日未満を不良(×)の4段階で評価した。
Further, the amount of the
<Polishing condition 2>
Polishing machine: single-side CMP polishing machine (Mirra; manufactured by Applied Materials), polishing target: copper pattern wafer (manufactured by SEMATECH, 854 mask pattern, film thickness 1000 nm, initial concave groove 800 nm), polishing pad: polyurethane Laminated polishing pad (IC-1400; manufactured by Rodel), polishing processing pressure: 2.0 psi (= about 13.8 kPa), platen rotation speed: 100 rpm, supply speed of the first polishing composition: 200 ml / min Carrier rotation speed: 100rpm
<Pot life: P>
Immediately after the preparation of the first polishing composition, the polishing rate was determined in the same manner as in the above item <Polishing rate>. Next, the first polishing composition was stored in a hermetically sealed container, and the polishing rate was determined in the same manner as described above every time a fixed period elapsed after the start of storage. Subsequently, the elapsed time when the polishing rate decreased by 90% with respect to the polishing rate immediately after preparation was defined as the pot life. The pot life is 4 (excellent (◎), 1 week or more but less than 2 weeks is good (○), 3 days or more but less than 1 week is slightly bad (△), and 3 days or less is bad (x). Rated by stage.
<成分(b)>CS1:DN4が0.03μmのコロイダルシリカ、CS2:DN4が0.05μmのコロイダルシリカ、CS3:DN4が0.07μmのコロイダルシリカ、FS3:DN4が0.07μmのフュームドシリカ
<成分(c)>Ala:アラニン、Gly:グリシン、Val:バリン、Cit:クエン酸、Oxa:シュウ酸
<成分(d)>G:1−(2,3ジヒドロキシプロピル)ベンゾトリアゾール、H:1−[N,N−ビス(ヒドロキシジメチル)アミノメチル]−ベンゾトリアゾール、I:1−(1,2−ジカルボキシエチル)ベンゾトリアゾール
<成分(e)>APS:過硫酸アンモニウム、HPO:過酸化水素
<Component (b)> CS1: D N4 is 0.03μm colloidal silica, CS2: D N4 is 0.05μm colloidal silica, CS3: D N4 is 0.07μm colloidal silica, FS3: D N4 is 0.07μm Fumed silica <component (c)> Ala: alanine, Gly: glycine, Val: valine, Cit: citric acid, Oxa: oxalic acid <component (d)> G: 1- (2,3 dihydroxypropyl) benzotriazole , H: 1- [N, N-bis (hydroxydimethyl) aminomethyl] -benzotriazole, I: 1- (1,2-dicarboxyethyl) benzotriazole <component (e)> APS: ammonium persulfate, HPO: hydrogen peroxide
<第3の研磨工程>
(試験例32〜72及び比較例12〜26)
試験例32においては、成分(g)としてのコロイダルシリカ、成分(h)としての硝酸、成分(i)としての1−[N,N−ビス(ヒドロキシジメチル)アミノメチル]−ベンゾトリアゾール、成分(j)の完全けん化型ポリビニルアルコール(分子量:10万)、成分(k)の水及び成分(l)としての過酸化水素を混合して第2研磨用組成物を調製した。成分(k)以外の各成分の含有量(質量%)を表3に示す。ここで、コロイダルシリカは、N4 Plus Submicron Particle Sizer(Beckman Coulter, Inc.の製品名)で測定されたDN4で0.07μmであり、20質量%水溶液中における鉄、ニッケル、銅、クロム、亜鉛及びカルシウムの含有量の合計は20ppb以下であった。試験例33〜72及び比較例12〜26においては、各成分の種類又は含有量を表3に示すように変更した以外は、試験例32と同様にして第2研磨用組成物を調製した。そして、各第2研磨用組成物のpHを測定するとともに、下記研磨性能評価を行った。その結果を表4に示す。
(研磨性能評価)
各例の第2研磨用組成物を用いるとともに下記研磨条件3により被研磨物に1分間研磨を施した。
<研磨条件3>
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:ポリウレタン製積層研磨パッド(IC−1000/Suba400:ローデル社製)、研磨加工圧力:2psi(=約13.8kPa)、定盤回転数:80rpm、第2研磨組成物供給速度:200ml/分、キャリア回転数:80rpm
<被研磨物>
(i)銅パターンウエハ(以下、ウエハP)
第1の研磨工程として、前記PLANERELITE−7102を用いるとともに前記研磨条件2により研磨を施した。ここで、研磨量は初期膜厚の70%とした。次いで、第2の研磨工程として、試験例2の第1研磨用組成物を用いるとともに前記研磨条件1により、エンドポイントシグナルが現れてから銅膜の研磨量にして200nmオーバーの研磨を施したもの。
<Third polishing step>
(Test Examples 32-72 and Comparative Examples 12-26)
In Test Example 32, colloidal silica as component (g), nitric acid as component (h), 1- [N, N-bis (hydroxydimethyl) aminomethyl] -benzotriazole as component (i), component ( A fully saponified polyvinyl alcohol (molecular weight: 100,000) of j), water of component (k) and hydrogen peroxide as component (l) were mixed to prepare a second polishing composition. Table 3 shows the content (% by mass) of each component other than the component (k). Here, colloidal silica is 0.07 μm in DN 4 measured by N4 Plus Submicron Particle Sizer (product name of Beckman Coulter, Inc.), and is iron, nickel, copper, chromium, zinc in 20% by mass aqueous solution. And the total content of calcium was 20 ppb or less. In Test Examples 33 to 72 and Comparative Examples 12 to 26, a second polishing composition was prepared in the same manner as in Test Example 32 except that the type or content of each component was changed as shown in Table 3. And while measuring the pH of each 2nd polishing composition, the following polishing performance evaluation was performed. The results are shown in Table 4.
(Polishing performance evaluation)
The second polishing composition of each example was used and the object to be polished was polished for 1 minute under the following polishing condition 3.
<Polishing condition 3>
Polishing machine: Polishing machine for single-side CMP (Mirra, manufactured by Applied Materials), polishing pad: polyurethane laminated polishing pad (IC-1000 / Suba400: manufactured by Rodel), polishing processing pressure: 2 psi (= about 13.8 kPa) , Platen rotation speed: 80 rpm, second polishing composition supply speed: 200 ml / min, carrier rotation speed: 80 rpm
<Polished object>
(I) Copper pattern wafer (hereinafter referred to as wafer P)
As the first polishing step, the PLANERELITE-7102 was used and polishing was performed under the polishing condition 2. Here, the polishing amount was 70% of the initial film thickness. Next, as the second polishing step, the first polishing composition of Test Example 2 was used, and the polishing condition 1 was used to polish the copper film by 200 nm over after the end point signal appeared. .
(ii)銅ブランケットウエハ(以下、ウエハA)
電解めっき法によって銅を成膜した8インチシリコンウエハ。
(iii)タンタルブランケットウエハ(以下、ウエハB)
スパッタリング法によってタンタルを成膜した8インチシリコンウエハ。
(Ii) Copper blanket wafer (hereinafter referred to as wafer A)
An 8-inch silicon wafer on which copper is deposited by electrolytic plating.
(Iii) Tantalum blanket wafer (hereinafter referred to as wafer B)
An 8-inch silicon wafer on which tantalum is deposited by sputtering.
(iv)窒化タンタルブランケットウエハ(以下、ウエハC)
スパッタリング法によって窒化タンタルを成膜した8インチシリコンウエハ。
(v)二酸化ケイ素ブランケットウエハ(以下、ウエハD)
TEOSを出発原料としてCVD法によって二酸化ケイ素を成膜した8インチシリコンウエハ。
(Iv) Tantalum nitride blanket wafer (hereinafter referred to as wafer C)
An 8-inch silicon wafer on which tantalum nitride is deposited by sputtering.
(V) Silicon dioxide blanket wafer (hereinafter referred to as wafer D)
An 8-inch silicon wafer on which silicon dioxide is deposited by CVD using TEOS as a starting material.
(vi)Black Diamond(R)ブランケットウエハ(以下、ウエハE)
アプライドマテリアルズ社製Low−K材料膜を成膜した8インチシリコンウエハ。
<段差形状>
第3の研磨工程後のウエハP表面の100μm幅の孤立配線部において、前記項目<ディッシング量:d1>と同様にしてディッシング量d2(nm)を測定した。そして、段差の進行量(段差進行量[nm]=d1[nm]−ディッシング量d2[nm])を算出した。ここで、d1は表2中の試験例2の結果より20nmである。この段差進行量が、0nm以上を優(◎)、−10nm以上0nm未満を良(○)、−20nm以上−10nm未満をやや不良(△)及び−20nm未満を不良(×)の4段階で評価した。
(Vi) Black Diamond (R) blanket wafer (hereinafter referred to as wafer E)
An 8-inch silicon wafer on which a Low-K material film manufactured by Applied Materials is formed.
<Step shape>
In the isolated wiring portion having a width of 100 μm on the surface of the wafer P after the third polishing step, the dishing amount d2 (nm) was measured in the same manner as the item <Dishing amount: d1>. Then, the amount of progress of the step (step difference amount [nm] = d1 [nm] −dishing amount d2 [nm]) was calculated. Here, d1 is 20 nm from the result of Test Example 2 in Table 2. The amount of progress of the step is excellent (◎) when it is 0 nm or more, good (◯) when it is -10 nm or more and less than 0 nm, slightly bad (△) when it is -20 nm or more and less than -10 nm, and bad (x) when it is less than -20 nm. evaluated.
<洗浄性>
研磨が施された被研磨物(ウエハP、ウエハA及びウエハD)を純水が満たされた超音波洗浄槽(40kHz)に1分間浸した後に、洗浄剤SD3000(三菱化学(株)製)を添加した純水でスクラブ洗浄した。さらに、純水で流水洗浄した後、スピン乾燥した。洗浄後のウエハPについて、暗視野パターン付ウエハ欠陥検査装置(AITIII、ケーエルエー・テンコール社製)によって、パーティクル値(0.25μm以上)のパーティクル個数をカウントした。また、洗浄後におけるウエハA及びウエハDについて、パターンなしウエハ表面異物検査装置(SP1−TBI:ケーエルエー・テンコール社製)によって、パーティクル値(0.25μm以上)のパーティクル個数をカウントした。そして、パーティクル個数について、ウエハPが600以下、ウエハAが250以下、かつウエハDが100以下であるものを優(◎)、及びウエハPが601以上1000以下、ウエハAが251以上500以下、かつウエハDが101以上200以下であるものを良(○)とした。加えて、ウエハPが1000以上2000以下、ウエハAが501以上1000以下、かつウエハDが201以上400以下であるものをやや不良(△)、及びウエハPが2001以上、ウエハAが1001以上、かつウエハDが401以上であるものを不良(×)とする4段階で評価した。
<Cleanability>
After the polished objects (wafer P, wafer A and wafer D) are immersed in an ultrasonic cleaning tank (40 kHz) filled with pure water for 1 minute, a cleaning agent SD3000 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) Scrub-cleaning was performed with pure water added. Further, the substrate was washed with pure water and spin-dried. For the wafer P after cleaning, the number of particles having a particle value (0.25 μm or more) was counted by a wafer defect inspection apparatus with a dark field pattern (AITIII, manufactured by KLA Tencor). Further, for wafer A and wafer D after cleaning, the number of particles having a particle value (0.25 μm or more) was counted by a non-patterned wafer surface foreign matter inspection apparatus (SP1-TBI: manufactured by KLA Tencor). For the number of particles, the wafer P is 600 or less, the wafer A is 250 or less, and the wafer D is 100 or less (◎), the wafer P is 601 to 1000, the wafer A is 251 to 500, A wafer having a wafer D of 101 to 200 was evaluated as good (◯). In addition, the wafer P is 1000 or more and 2000 or less, the wafer A is 501 or more and 1000 or less, and the wafer D is 201 or more and 400 or less, and the wafer P is 2001 or more, the wafer A is 1001 or more, In addition, the evaluation was made in four stages, where a wafer D of 401 or more was regarded as defective (x).
<表面欠陥>
前記項目<洗浄性>において、ウエハP、ウエハA及びウエハDでカウントされたパーティクルから100個を無作為に抽出し、そのパーティクルを分析した。次いで、100個のパーティクルのうち、表面欠陥に該当する個数をカウントし、その比率を算出した。そして、表面欠陥が5%未満を優(◎)、5%以上10%未満を良(○)、10%以上20%未満をやや不良(△)及び20%以上を不良(×)とする4段階で評価した。
<Surface defects>
In the item <cleanability>, 100 particles were randomly extracted from the particles counted on the wafer P, the wafer A, and the wafer D, and the particles were analyzed. Next, out of 100 particles, the number corresponding to the surface defect was counted, and the ratio was calculated. And, surface defects of less than 5% are excellent (◎), 5% or more and less than 10% are good (◯), 10% or more and less than 20% are slightly bad (Δ), and 20% or more are bad (x) 4 Rated by stage.
<安定性>
第2研磨用組成物の調製直後に、研磨条件を前記研磨条件3に変更した以外は前記第2の研磨工程の項目<研磨速度>と同様にしてウエハDに対する研磨速度を求めた。次いで、第2研磨用組成物を43℃の恒温槽にて保存し、調製後から1週間後、1ヶ月後及び2ヶ月後の第2研磨用組成物を用いて、前記と同様にしてウエハDに対する研磨速度を求めた。そして、安定性について、研磨速度が調製直後の90%まで低下するのが、2ヶ月以上の場合を優(◎)、1ヶ月以上2ヶ月未満を良(○)、1週間以上1ヶ月未満をやや不良(△)及び1週間未満を不良(×)の4段階で評価した。
<Stability>
Immediately after the preparation of the second polishing composition, the polishing rate for the wafer D was determined in the same manner as the item <polishing rate> in the second polishing step except that the polishing condition was changed to the polishing condition 3. Next, the second polishing composition was stored in a constant temperature bath at 43 ° C., and the wafer was prepared in the same manner as described above using the second polishing composition after one week, one month and two months after preparation. The polishing rate for D was determined. In terms of stability, the polishing rate decreases to 90% immediately after preparation, when it is 2 months or more (◎), 1 month to 2 months is good (○), 1 week to 1 month. Slightly poor (Δ) and less than 1 week were evaluated in four grades: poor (×).
<研磨速度>
各例における調製直後の第2研磨用組成物を用いるとともに前記項目<安定性>と同様にして銅、タンタル、窒化タンタル、二酸化ケイ素及びLow−K材料に対する研磨速度を求めた。
<Polishing speed>
The polishing composition for copper, tantalum, tantalum nitride, silicon dioxide, and Low-K materials was determined in the same manner as in the above item <stability> while using the second polishing composition immediately after preparation in each example.
<成分(h)>NA:硝酸、LA:乳酸、Cit:クエン酸、Oxa:シュウ酸
<成分(i)>G:1−(2,3ジヒドロキシプロピル)ベンゾトリアゾール、H:1−[N,N−ビス(ヒドロキシジメチル)アミノメチル]−ベンゾトリアゾール、J:ベンゾトリアゾール
<PVA他>PVA:完全けん化型ポリビニルアルコール(けん化度:98モル%以上)、PVA’:部分けん化型ポリビニルアルコール(けん化度:約88モル%)、A:ポリエチレングリコール、B:ポリアクリル酸、C:ラウリル硫酸アンモニウム、D:ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル、E:ドデシルベンゼンスルホン酸アンモニウム
<成分(l)>過酸化水素
次に、実施例2において試験例及び比較例を挙げて、前記第2の実施形態をさらに具体的に説明する。
<第2の研磨工程>
(試験例73〜105及び比較例27〜42)
試験例73においては、成分(A)としてのアラニン(0.01質量%)、成分(B)としての1−(2,3ジヒドロキシプロピル)ベンゾトリアゾール(0.01質量%)、成分(C)としてのコロイダルシリカ(0.5質量%)、成分(D)としてのヤシ油脂肪酸サルコシントリエタノールアミン(0.02質量%)及びポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸トリエタノールアミン(0.015質量%)、成分(E)としての過硫酸アンモニウム(1質量%)及び成分(F)の水を混合して第1研磨用組成物を調製した。ここで、コロイダルシリカは、N4 Plus Submicron Particle Sizer(Beckman Coulter, Inc.の製品名)で測定されがDN4で0.05μmであり、20質量%水溶液中における鉄、ニッケル、銅、クロム、亜鉛及びカルシウムの含有量の合計は20ppb以下であった。
Next, the second embodiment will be described more specifically with reference to test examples and comparative examples in Example 2.
<Second polishing step>
(Test Examples 73 to 105 and Comparative Examples 27 to 42)
In Test Example 73, alanine (0.01% by mass) as component (A), 1- (2,3dihydroxypropyl) benzotriazole (0.01% by mass), component (C) as component (B) Colloidal silica (0.5% by mass) as a coconut oil fatty acid sarcosine triethanolamine (0.02% by mass) and polyoxyethylene lauryl ether sulfate triethanolamine (0.015% by mass) as component (D), A first polishing composition was prepared by mixing ammonium persulfate (1% by mass) as component (E) and water of component (F). Here, colloidal silica, N4 Plus Submicron Particle Sizer (Beckman Coulter, Inc. product name) was measured at but 0.05μm at D N4, iron in the 20 wt% aqueous solution of nickel, copper, chromium, zinc And the total content of calcium was 20 ppb or less.
試験例74〜105及び比較例27〜42においては、各成分の種類又は含有量を表5又は表6に示すように変更した以外は、試験例73と同様にして第1研磨用組成物を調製した。そして、各第1研磨用組成物のpHを測定するとともに、実施例1の前記各項目について評価を行った。その結果を表5及び表6に示す。尚、表5及び表6において含有量(質量%)を「量」で示し、含有量の記載が省略されている成分の含有量は試験例73と同じである。成分(D)において、「+」の左側に位置する化合物の含有量は0.02質量%であるとともに「+」の右側に位置する化合物の含有量は0.015質量%である。さらに、試験例99においては、A1の含有量を0.035質量%とした。 In Test Examples 74 to 105 and Comparative Examples 27 to 42, the first polishing composition was prepared in the same manner as in Test Example 73 except that the type or content of each component was changed as shown in Table 5 or Table 6. Prepared. And while measuring pH of each 1st polishing composition, it evaluated about each said item of Example 1. FIG. The results are shown in Tables 5 and 6. In Tables 5 and 6, the content (mass%) is indicated by “amount”, and the content of the components whose content is omitted is the same as in Test Example 73. In component (D), the content of the compound located on the left side of “+” is 0.02% by mass and the content of the compound located on the right side of “+” is 0.015% by mass. Furthermore, in Test Example 99, the content of A1 was set to 0.035% by mass.
<成分(B)及び防食剤>G:1−(2,3ジヒドロキシプロピル)ベンゾトリアゾール、H:1−[N,N−ビス(ヒドロキシジメチル)アミノメチル]−ベンゾトリアゾール、I:1−(1,2−ジカルボキシエチル)ベンゾトリアゾール、J:ベンゾトリアゾール
<成分(C)>CS1:DN4が0.03μmのコロイダルシリカ、CS2:DN4が0.05μmのコロイダルシリカ、CS3:DN4が0.07μmのコロイダルシリカ、FS3:DN4が0.07μmのフュームドシリカ
<成分(D)>A1:ヤシ油脂肪酸サルコシントリエタノールアミン、A2:ヤシ油脂肪酸メチルタウリンナトリウム、A3:ポリオキシエチレンヤシ油脂肪酸モノエタノールアミド硫酸ナトリウム、B1:ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテルリン酸、B2:ドデシルベンゼンスルホン酸トリエタノールアミン、C1:ポリオキシエチレンアルキル(12〜14)スルホコハク酸二ナトリウム、C2:スルホコハク酸塩、D:ポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸トリエタノールアミン、E:ジイソブチルジメチルブチンジオールポリオキシエチレングリコールエーテル
<成分(E)>APS:過硫酸アンモニウム、HPO:過酸化水素
表5に示すように、試験例73〜105においては、ディッシング量d1を低減するとともに、銅含有金属に対する研磨速度を高めることができた。試験例73〜77に示すように、成分(A)は、その含有量を0.5質量%以上、特に0.5〜1.5質量%にすることにより、研磨速度を維持しつつディッシング量d1を特に低減することができた。一方、試験例78〜80に示すように、成分(B)は、その含有量を0.005質量%以上、特に0.005〜0.02質量%にすることにより、研磨速度を維持しつつディッシング量d1を特に低減することができた。
<第3の研磨工程>
ウエハPに、試験例2の第1研磨用組成物を試験例75の第1研磨用組成物に変更した以外は前記実施例1の第3の研磨工程と同様にして第1研磨工程及び第2の研磨工程を施した。ここで、試験例75の第1研磨用組成物を用いたときのd1は20nmであった。そして、試験例32〜72及び比較例12〜26と同一の組成からなる各第2研磨用組成物について実施例1の前記研磨性能評価をそれぞれ行ったところ、その結果は表4に示す結果と同じであった。
<Third polishing step>
Except that the first polishing composition of Test Example 2 was changed to the first polishing composition of Test Example 75 on the wafer P, the first polishing process and the first polishing process were performed in the same manner as the third polishing process of Example 1 described above. Two polishing steps were performed. Here, d1 when the first polishing composition of Test Example 75 was used was 20 nm. And when the said polishing performance evaluation of Example 1 was performed about each 2nd polishing composition which consists of the same composition as Test Examples 32-72 and Comparative Examples 12-26, respectively, the result is the result shown in Table 4. It was the same.
尚、前記各実施形態において、第1及び第2の研磨工程を、第1の研磨用組成物を用いてそれぞれ行ってもよい。このとき、第1及び第2の研磨工程を一つの研磨工程として連続して行ってもよい。 In each of the above embodiments, the first and second polishing steps may be performed using the first polishing composition. At this time, the first and second polishing steps may be continuously performed as one polishing step.
さらに、前記実施形態より把握できる技術的思想について以下に記載する。
(1) 半導体基板の研磨方法であって、バリア膜が露出する前に研磨を終了するように導体膜を研磨する第1の研磨工程と、バリア膜が露出するまで導体膜を研磨する第2の研磨工程と、絶縁膜が露出するまでバリア膜を研磨する第3の研磨工程とを備え、
第2の研磨工程に下記(a)〜(f)の各成分を含有する第1研磨用組成物を用いるとともに、第3の研磨工程に下記(g)〜(k)の各成分を含有する第2研磨用組成物を用いる研磨方法。この構成によれば、ディッシングの進行及びエロージョンの進行を抑制することにより、表面段差を抑制することができる。
(第1研磨用組成物)
(a):前記一般式(1)〜(7)のいずれか一つで示される化合物及びその塩から選ばれる少なくとも一種を含む界面活性剤
(b):酸化ケイ素
(c):カルボン酸
(d):防食剤
(e):酸化剤
(f):水
(第2研磨用組成物)
(g):コロイダルシリカ
(h):酸
(i):防食剤
(j):完全けん化型ポリビニルアルコール
(k):水
Further, the technical idea that can be grasped from the embodiment will be described below.
(1) A method for polishing a semiconductor substrate, comprising: a first polishing step for polishing a conductor film so as to finish polishing before the barrier film is exposed; and a second polishing method for polishing the conductor film until the barrier film is exposed. And a third polishing step of polishing the barrier film until the insulating film is exposed,
The first polishing composition containing the following components (a) to (f) is used in the second polishing step, and the following components (g) to (k) are included in the third polishing step. A polishing method using the second polishing composition. According to this configuration, the surface step can be suppressed by suppressing the progress of dishing and the progress of erosion.
(First polishing composition)
(A): a surfactant containing at least one selected from the compound represented by any one of the general formulas (1) to (7) and a salt thereof (b): silicon oxide (c): carboxylic acid (d ): Anticorrosive (e): Oxidizing agent (f): Water (second polishing composition)
(G): Colloidal silica (h): Acid (i): Anticorrosive agent (j): Completely saponified polyvinyl alcohol (k): Water
(2) 半導体基板の研磨方法であって、バリア膜が露出するまで導体膜を研磨する第一の研磨工程と、絶縁膜が露出するまでバリア膜を研磨する第二の研磨工程とを備え、
第一の研磨工程に下記(a)〜(f)の各成分を含有する第1研磨用組成物を用いるとともに、第二の研磨工程に下記(g)〜(k)の各成分を含有する第2研磨用組成物を用いる研磨方法。この構成によれば、ディッシングの進行及びエロージョンの進行を抑制することにより、表面段差を抑制することができる。
(第1研磨用組成物)
(a):前記一般式(1)〜(7)のいずれか一つで示される化合物及びその塩から選ばれる少なくとも一種を含む界面活性剤
(b):酸化ケイ素
(c):カルボン酸
(d):防食剤
(e):酸化剤
(f):水
(第2研磨用組成物)
(g):コロイダルシリカ
(h):酸
(i):防食剤
(j):完全けん化型ポリビニルアルコール
(k):水
(2) A method for polishing a semiconductor substrate, comprising: a first polishing step for polishing the conductor film until the barrier film is exposed; and a second polishing step for polishing the barrier film until the insulating film is exposed,
While using the 1st polishing composition containing each component of following (a)-(f) for a 1st grinding | polishing process, each component of the following (g)-(k) is contained in a 2nd grinding | polishing process. A polishing method using the second polishing composition. According to this configuration, the surface step can be suppressed by suppressing the progress of dishing and the progress of erosion.
(First polishing composition)
(A): a surfactant containing at least one selected from the compound represented by any one of the general formulas (1) to (7) and a salt thereof (b): silicon oxide (c): carboxylic acid (d ): Anticorrosive (e): Oxidizing agent (f): Water (second polishing composition)
(G): Colloidal silica (h): Acid (i): Anticorrosive agent (j): Completely saponified polyvinyl alcohol (k): Water
(3) 半導体基板の研磨方法であって、バリア膜が露出する前に研磨を終了するように導体膜を研磨する第1の研磨工程と、バリア膜が露出するまで導体膜を研磨する第2の研磨工程と、絶縁膜が露出するまでバリア膜を研磨する第3の研磨工程とを備え、
第2の研磨工程に下記(A)〜(F)の各成分を含有する第1研磨用組成物を用いるとともに、第3の研磨工程に下記(g)〜(k)の各成分を含有する第2研磨用組成物を用いる研磨方法。この構成によれば、ディッシングの進行及びエロージョンの進行を抑制することにより、表面段差を抑制することができる。
(第1研磨用組成物)
(A):α−アミノ酸
(B):前記一般式(8)で示されるベンゾトリアゾール誘導体
(C):酸化ケイ素
(D):界面活性剤
(E):酸化剤
(F):水
(第2研磨用組成物)
(g):コロイダルシリカ
(h):酸
(i):防食剤
(j):完全けん化型ポリビニルアルコール
(k):水
(3) A method for polishing a semiconductor substrate, the first polishing step for polishing the conductor film so that the polishing is finished before the barrier film is exposed, and the second polishing method for polishing the conductor film until the barrier film is exposed. And a third polishing step of polishing the barrier film until the insulating film is exposed,
The first polishing composition containing the following components (A) to (F) is used in the second polishing step, and the following components (g) to (k) are included in the third polishing step. A polishing method using the second polishing composition. According to this configuration, the surface step can be suppressed by suppressing the progress of dishing and the progress of erosion.
(First polishing composition)
(A): α-amino acid (B): benzotriazole derivative represented by the general formula (8) (C): silicon oxide (D): surfactant (E): oxidizing agent (F): water (second Polishing composition)
(G): Colloidal silica (h): Acid (i): Anticorrosive agent (j): Completely saponified polyvinyl alcohol (k): Water
(4) 半導体基板の研磨方法であって、バリア膜が露出するまで導体膜を研磨する第一の研磨工程と、絶縁膜が露出するまでバリア膜を研磨する第二の研磨工程とを備え、
第一の研磨工程に下記(A)〜(F)の各成分を含有する第1研磨用組成物を用いるとともに、第二の研磨工程に下記(g)〜(k)の各成分を含有する第2研磨用組成物を用いる研磨方法。この構成によれば、ディッシングの進行及びエロージョンの進行を抑制することにより、表面段差を抑制することができる。
(第1研磨用組成物)
(A):α−アミノ酸
(B):前記一般式(8)で示されるベンゾトリアゾール誘導体
(C):酸化ケイ素
(D):界面活性剤
(E):酸化剤
(F):水
(第2研磨用組成物)
(g):コロイダルシリカ
(h):酸
(i):防食剤
(j):完全けん化型ポリビニルアルコール
(k):水
(4) A method for polishing a semiconductor substrate, comprising: a first polishing step for polishing the conductor film until the barrier film is exposed; and a second polishing step for polishing the barrier film until the insulating film is exposed,
The first polishing composition containing the following components (A) to (F) is used in the first polishing step, and the following components (g) to (k) are included in the second polishing step. A polishing method using the second polishing composition. According to this configuration, the surface step can be suppressed by suppressing the progress of dishing and the progress of erosion.
(First polishing composition)
(A): α-amino acid (B): benzotriazole derivative represented by the general formula (8) (C): silicon oxide (D): surfactant (E): oxidizing agent (F): water (second Polishing composition)
(G): Colloidal silica (h): Acid (i): Anticorrosive agent (j): Completely saponified polyvinyl alcohol (k): Water
(5) 半導体基板のバリア膜が露出する前に研磨を終了するように導体膜を研磨する第1の研磨工程及びバリア膜が露出するまで導体膜を研磨する第2の研磨工程、又は前記第2の研磨工程に用いられ、下記(a)〜(f)の各成分を含有する第1研磨用組成物と、絶縁膜が露出するまでバリア膜を研磨する第3の研磨工程に用いられ、下記(g)〜(k)の各成分を含有する第2研磨用組成物とからなる研磨用組成物。この構成によれば、ディッシングの進行及びエロージョンの進行を抑制することにより、表面段差を抑制することができる。
(第1研磨用組成物)
(a):前記一般式(1)〜(7)のいずれか一つで示される化合物及びその塩から選ばれる少なくとも一種を含む界面活性剤
(b):酸化ケイ素
(c):カルボン酸
(d):防食剤
(e):酸化剤
(f):水
(第2研磨用組成物)
(g):コロイダルシリカ
(h):酸
(i):防食剤
(j):完全けん化型ポリビニルアルコール
(k):水
(5) a first polishing step for polishing the conductor film so as to finish polishing before the barrier film of the semiconductor substrate is exposed, and a second polishing step for polishing the conductor film until the barrier film is exposed; Used for the polishing process of No. 2, used for the first polishing composition containing the following components (a) to (f), and the third polishing process for polishing the barrier film until the insulating film is exposed, A polishing composition comprising: a second polishing composition containing the following components (g) to (k): According to this configuration, the surface step can be suppressed by suppressing the progress of dishing and the progress of erosion.
(First polishing composition)
(A): a surfactant containing at least one selected from the compound represented by any one of the general formulas (1) to (7) and a salt thereof (b): silicon oxide (c): carboxylic acid (d ): Anticorrosive (e): Oxidizing agent (f): Water (second polishing composition)
(G): Colloidal silica (h): Acid (i): Anticorrosive agent (j): Completely saponified polyvinyl alcohol (k): Water
(6) 半導体基板のバリア膜が露出する前に研磨を終了するように導体膜を研磨する第1の研磨工程及びバリア膜が露出するまで導体膜を研磨する第2の研磨工程、又は前記第2の研磨工程に用いられ、下記(A)〜(F)の各成分を含有する第1研磨用組成物と、絶縁膜が露出するまでバリア膜を研磨する第3の研磨工程に用いられ、下記(g)〜(k)の各成分を含有する第2研磨用組成物とからなる研磨用組成物。この構成によれば、ディッシングの進行及びエロージョンの進行を抑制することにより、表面段差を抑制することができる。
(第1研磨用組成物)
(A):α−アミノ酸
(B):前記一般式(8)で示されるベンゾトリアゾール誘導体
(C):酸化ケイ素
(D):界面活性剤
(E):酸化剤
(F):水
(第2研磨用組成物)
(g):コロイダルシリカ
(h):酸
(i):防食剤
(j):完全けん化型ポリビニルアルコール
(k):水
(6) a first polishing step for polishing the conductor film so as to finish polishing before the barrier film of the semiconductor substrate is exposed; a second polishing step for polishing the conductor film until the barrier film is exposed; Used for the polishing process of No. 2, used for the first polishing composition containing the following components (A) to (F), and the third polishing process for polishing the barrier film until the insulating film is exposed, A polishing composition comprising: a second polishing composition containing the following components (g) to (k): According to this configuration, the surface step can be suppressed by suppressing the progress of dishing and the progress of erosion.
(First polishing composition)
(A): α-amino acid (B): benzotriazole derivative represented by the general formula (8) (C): silicon oxide (D): surfactant (E): oxidizing agent (F): water (second Polishing composition)
(G): Colloidal silica (h): Acid (i): Anticorrosive agent (j): Completely saponified polyvinyl alcohol (k): Water
11…半導体基板、12…絶縁膜、14…バリア膜、15…導体膜。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Semiconductor substrate, 12 ... Insulating film, 14 ... Barrier film, 15 ... Conductor film.
Claims (4)
第2の研磨工程、又は第1及び第2の研磨工程に下記(a)〜(f)の各成分を含有する第1研磨用組成物を用いるとともに、第3の研磨工程に下記(g)〜(k)の各成分を含有する第2研磨用組成物を用いる研磨方法。
(第1研磨用組成物)
(a):下記一般式(1)〜(7)のいずれか一つで示される化合物及びその塩から選ばれる少なくとも一種を含む界面活性剤
(b):酸化ケイ素
(c):カルボン酸
(d):防食剤
(e):酸化剤
(f):水
(第2研磨用組成物)
(g):コロイダルシリカ
(h):酸
(i):防食剤
(j):完全けん化型ポリビニルアルコール
(k):水 A method for polishing a semiconductor substrate, the first polishing step for polishing the conductor film so that the polishing is finished before the barrier film is exposed, and the second polishing step for polishing the conductor film until the barrier film is exposed. And a third polishing step for polishing the barrier film until the insulating film is exposed,
The first polishing composition containing the following components (a) to (f) is used for the second polishing step or the first and second polishing steps, and the following (g) is used for the third polishing step. Polishing method using the 2nd polishing composition containing each component of (k).
(First polishing composition)
(A): a surfactant containing at least one compound selected from the compounds represented by any one of the following general formulas (1) to (7) and salts thereof
(B): Silicon oxide (c): Carboxylic acid (d): Anticorrosive agent (e): Oxidizing agent (f): Water (second polishing composition)
(G): Colloidal silica (h): Acid (i): Anticorrosive agent (j): Completely saponified polyvinyl alcohol (k): Water
第2の研磨工程、又は第1及び第2の研磨工程に下記(A)〜(F)の各成分を含有する第1研磨用組成物を用いるとともに、第3の研磨工程に下記(g)〜(k)の各成分を含有する第2研磨用組成物を用いる研磨方法。
(第1研磨用組成物)
(A):α−アミノ酸
(B):下記一般式(8)で示されるベンゾトリアゾール誘導体
(C):酸化ケイ素
(D):界面活性剤
(E):酸化剤
(F):水
(第2研磨用組成物)
(g):コロイダルシリカ
(h):酸
(i):防食剤
(j):完全けん化型ポリビニルアルコール
(k):水 A method for polishing a semiconductor substrate, the first polishing step for polishing the conductor film so that the polishing is finished before the barrier film is exposed, and the second polishing step for polishing the conductor film until the barrier film is exposed. And a third polishing step for polishing the barrier film until the insulating film is exposed,
The first polishing composition containing the following components (A) to (F) is used for the second polishing step or the first and second polishing steps, and the following (g) is used for the third polishing step. Polishing method using the 2nd polishing composition containing each component of (k).
(First polishing composition)
(A): α-amino acid (B): benzotriazole derivative represented by the following general formula (8)
(C): Silicon oxide (D): Surfactant (E): Oxidizing agent (F): Water (second polishing composition)
(G): Colloidal silica (h): Acid (i): Anticorrosive agent (j): Completely saponified polyvinyl alcohol (k): Water
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