JP2006019641A - Polishing method of semiconductor wafer - Google Patents

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光史 沖田
Shinji Funakoshi
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the flatting method of a metal film formed on a semiconductor wafer capable of polishing the metal film even under a low polishing pressure condition at a high speed, and capable of suppressing the occurrence of polishing surface defects such as scratches and dishing in a process flatting the metal film formed on the semiconductor wafer and a manufacturing method of the semiconductor wafer. <P>SOLUTION: The method is for chemically and mechanically polishing the metal film formed on the semiconductor wafer using such a metal polishing composition that polyoxo acid, an anionic surface-active agent and water are contained by using a chemical and mechanical device provided with a polishing pad. In the method, the polishing pad is provided with holes for supplying the metal polishing composition onto the polishing pad surface, and the chemical and mechanical polishing device is provided with a device for supplying the metal polishing composition onto the polishing pad surface through the holes of the polishing pad. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体ウエハ上に形成された金属膜の研磨に用いられる研磨組成物、研磨装置およびそれを用いてなる半導体ウエハ上に形成された金属膜の研磨法に関する。   The present invention relates to a polishing composition used for polishing a metal film formed on a semiconductor wafer, a polishing apparatus, and a method for polishing a metal film formed on a semiconductor wafer using the same.

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ウエハ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、キャリアに装着された通常半導体材料からなる平坦な半導体ウエハを、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アおよび研磨パッド各々を回転することにより行われる。この時半導体ウエハ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 multilayer wiring wafers have been developed so far, one of which is 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 semiconductor 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 semiconductor wafer and the polishing pad.

従来、半導体ウエハ上に形成された金属膜の研磨には種々の研磨組成物や研磨法の提案がなされている。土肥俊郎ら著「半導体平坦化CMP技術」(1998年7月、工業調査会発行)235頁に示されているように、金属のCMPでは研磨組成物中の酸化剤により金属の表面を酸化しつつ、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。例えば半導体ウエハ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(例えば米国特許第4,702,792号明細書参照)、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(例えば米国特許第4,944,836号明細書参照)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(例えば米国特許第5,209,816号明細書参照)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。   Conventionally, various polishing compositions and polishing methods have been proposed for polishing a metal film formed on a semiconductor wafer. As shown in “Semiconductor planarization CMP technology” by Toshiro Tohi et al. (Published by the Industrial Research Council in July 1998), page 235, metal CMP oxidizes the metal surface with an oxidizing agent in the polishing composition. On the other hand, polishing is performed with a polishing pad and abrasive grains under conditions in which the metal is slightly corroded (etching) by making the pH acidic. For example, as a polishing composition for a metal film such as aluminum formed on a semiconductor wafer, a polishing composition in which aluminum oxide is dispersed in an aqueous nitric acid solution having a pH of 3 or lower (see, for example, US Pat. No. 4,702,792) ), And a polishing composition obtained by mixing aluminum oxide or silicon oxide with an acidic aqueous solution such as sulfuric acid, nitric acid, and acetic acid (see, for example, US Pat. No. 4,944,836). Also, a polishing composition in which aluminum oxide is dispersed in hydrogen peroxide and a phosphoric acid aqueous solution (for example, see US Pat. No. 5,209,816), abrasive grains such as aluminum oxide or silicon oxide, hydrogen peroxide A polishing composition comprising an oxidizing agent such as is usually used.

しかしながら、半導体ウエハ上に形成された金属膜の平坦化に酸化アルミニウムを用いた場合、α型では高い研磨速度を示す反面、金属膜や絶縁膜の表面にマイクロスクラッチやオレンジピール等の欠陥を発生させることがあった。一方、γ型や非晶質アルミナまたは酸化ケイ素等の砥粒を用いた場合、金属膜や絶縁膜の表面のマイクロスクラッチやオレンジピール等の欠陥発生を抑えることができるが、金属膜の研磨に際して十分な研磨速度が得られないという問題があった。このように、酸化アルミニウムや酸化ケイ素などの金属酸化物から成る砥粒を水溶液中に分散した研磨組成物は、砥粒自体の分散性不良に起因した表面スクラッチの問題があった。また、この他にも前述のように液状酸化剤である過酸化水素を用いた場合や、過硫酸アンモニウム等のエッチング剤を用いた場合(例えば特開平6−313164号公報参照)、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(d)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。   However, when aluminum oxide is used to planarize the metal film formed on the semiconductor wafer, the α type shows a high polishing rate, but defects such as micro scratches and orange peel occur on the surface of the metal film and insulating film. There was something to do. 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. Thus, the polishing composition in which abrasive grains made of a metal oxide such as aluminum oxide or silicon oxide are dispersed in an aqueous solution has a problem of surface scratches due to poor dispersibility of the abrasive grains themselves. In addition, when hydrogen peroxide, which is a liquid oxidizing agent, is used as described above, or when an etching agent such as ammonium persulfate is used (for example, see JP-A-6-313164), wet etching is excessive. There is a problem in practical use such as dishing (a phenomenon in which the central portion of the metal film (d) in FIG. 1D is excessively polished from the peripheral portion) and defects such as pits and voids are generated.

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(例えば特開平8−83780号公報、特開平11−195628号公報等参照)。しかしながらこのような化学試薬を用いると、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化学試薬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。   In order to improve this, a method of adding a chemical reagent (such as an anticorrosive agent or a chelating agent) that forms a protective film on the surface of the metal film in the polishing composition has also been proposed (for example, JP-A-8-83780, (See JP-A-11-195628). However, when such chemical reagents are used, the etching is surely suppressed and the occurrence of dishing 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 chemical reagents 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.

また、400nm/分以上という高い研磨速度を得るために200g/cm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(例えば特開2000−252242号公報参照)、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を半導体ウエハ製造に用いた場合、該絶縁膜の強度に問題がある為、半導体ウエハに過大なストレスがかかると該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。
In addition, in order to obtain a high polishing rate of 400 nm / min or more, the protective film is also removed at a high polishing pressure of 200 g / cm 2 or more (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-252242). When a porous low dielectric constant insulating film that is predicted to be used is used for manufacturing a semiconductor wafer, there is a problem with the strength of the insulating film. Occur.
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.

ところで、ポリオキソ酸とりわけヘテロポリ酸は、日本化学会編「ポリ酸の化学」(1993年8月、学会出版センター発行)にも記載のように、強い酸性と酸化作用を有するものであり、これを金属の不動態化処理やエッチングに用いることは,例えば特開平9−505111号公報等に記載されている。実際ヘテロポリ酸を半導体表面のエッチング剤として適用した例(Applied Surface Science vol.135、No.1/4、pp65−70(1998.10.8))や、ポリオキソ酸もしくはその塩を研磨用エッチング剤として用いる試みもなされている(例えば特開2000−119639号公報参照)。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。   By the way, polyoxoacids, especially heteropolyacids, have a strong acidity and oxidation action as described in the “Chemistry of Polyacids” edited by the Chemical Society of Japan (August 1993, published by the Society Press). For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-505111 discloses that it is used for metal passivation treatment and etching. Examples in which a heteropoly acid is actually applied as an etching agent for a semiconductor surface (Applied Surface Science vol. 135, No. 1/4, pp65-70 (1998.10.8)), or a polyoxo acid or a salt thereof as an etching agent for polishing Attempts have also been made (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-119639). 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.

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、この場合も、上述の第1研磨組成物と同様エッチングの進行によりディッシングの発生を抑制することは困難である。従って、ディッシングの発生を抑制しつつ、低研磨圧力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。   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. In this case, too, the above-described first polishing composition and Similarly, it is difficult to suppress the occurrence of dishing by the progress of etching. Therefore, it does not meet the purpose of obtaining a high polishing rate at a low polishing pressure while suppressing the occurrence of dishing.

また、研磨装置の改良として、研磨パッドと半導体ウエハとの間に研磨液を介在させた状態で、前記研磨パッドと前記半導体ウエハとを相対移動させることにより、前記半導体ウエハを研磨する化学機械研磨装置において、前記研磨パッドに研磨液を研磨パッド表面に供給する穴を具備する事を特徴とする、化学機械研磨装置が報告されている(例えば特表2004−505435号公報参照)。該発明による化学機械研磨装置を用いると、ディッシングは抑制されるものの、研磨速度が不十分(おおむね300nm/分以下)であった。
米国特許第4,702,792号明細書 米国特許第4,944,836号明細書 米国特許第5,209,816号明細書 特開平6−313164号公報 特開平8−83780号公報 特開平11−195628号公報 特開2000−252242号公報 特開平9−505111号公報 特開2000−119639号公報 特開2004−505435号公報 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 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 A.Rothschild、C.Debiemme−Chouvy、A.Etcheberry著、「Study of the interaction at rest potential between silicotungsticheteropolyanion solution and GaAs surface」Applied Surface Science、1998年10月8日、vol.135、No.1/4、pp65−70
Further, as an improvement of the polishing apparatus, chemical mechanical polishing for polishing the semiconductor wafer by relatively moving the polishing pad and the semiconductor wafer with a polishing liquid interposed between the polishing pad and the semiconductor wafer. In the apparatus, there has been reported a chemical mechanical polishing apparatus characterized in that the polishing pad is provided with a hole for supplying a polishing liquid to the surface of the polishing pad (see, for example, JP-T-2004-505435). When the chemical mechanical polishing apparatus according to the present invention was used, dishing was suppressed, but the polishing rate was insufficient (generally 300 nm / min or less).
US Pat. No. 4,702,792 US Pat. No. 4,944,836 US Pat. No. 5,209,816 JP-A-6-313164 JP-A-8-83780 JP-A-11-195628 JP 2000-252242 A JP-A-9-505111 JP 2000-119639 A JP 2004-505435 A Toshiro Tohi et al., “Semiconductor planarization CMP technology”, first edition, published by Industrial Research Council, July 15, 1998, page 235 The Chemical Society of Japan, “Chemistry of Polyacids”, first edition, Society Publishing Center, August 25, 1993, 86-87, 112-123 A. Rothschild, C.I. Debemme-Chouvy, A.M. Etcheberry, “Study of the interaction at rest potential between silicotungstantiopolyolation solution and GaAs surface, April, 1998. 135, no. 1/4, pp65-70

本発明は、低研磨圧力下においても半導体ウエハ上に形成された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(d)の周辺の絶縁膜(b)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ウエハ上に形成された金属膜の研磨法、ならびに半導体ウエハの製造方法を提供することを目的とする。なお、半導体ウエハの研磨方法とは、研磨前の半導体ウエハを研磨装置に装填する段階から、研磨後の半導体ウエハを装置から取り外す段階までを含む。   According to the present invention, a metal film formed on a semiconductor wafer can be polished at high speed even under a low polishing pressure, and the etching property causing dishing is controlled to a low level, and at the same time, scratch and erosion (FIG. 1D) And a method for polishing a metal film formed on a semiconductor wafer capable of suppressing the occurrence of defects on the surface to be polished, such as a phenomenon in which the insulating film (b) around the metal film (d) is polished) It aims at providing the manufacturing method of. The semiconductor wafer polishing method includes from the stage of loading a semiconductor wafer before polishing into the polishing apparatus to the stage of removing the polished semiconductor wafer from the apparatus.

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、アニオン性界面活性剤および水からなる金属用研磨組成物および、研磨パッドが前記金属用研磨組成物を前記研磨パッド表面に供給するための穴を具備し、かつ前記研磨パッドの穴を通して前記研磨パッド表面に前記金属研磨用組成物を供給する装置を具備している化学機械研磨装置を用いる事によって従来困難であったエッチング、ディッシングの抑制と低研磨圧力における高研磨速度の両立を可能とし、半導体ウエハ上に形成された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。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that a metal polishing composition comprising a polyoxoacid, an anionic surfactant and water, and the polishing pad converts the metal polishing composition into the polishing pad. Conventionally, it has been difficult to use a chemical mechanical polishing apparatus having a hole for supplying to the surface and a device for supplying the metal polishing composition to the surface of the polishing pad through the hole of the polishing pad. It has been found that it is possible to achieve both a high etching rate at a low polishing pressure while suppressing etching and dishing, and it is effective in polishing a metal film formed on a semiconductor wafer. That is, the present invention is as follows.

1)ポリオキソ酸、アニオン性界面活性剤および水を含有してなることを特徴とする金属用研磨組成物を用いて半導体ウエハ上に形成された金属膜を、研磨パッドを具備した化学機械研磨装置を用い、金属膜面を研磨パッドに押圧して化学機械研磨する方法において、前記研磨パッドが前記金属用研磨組成物を前記研磨パッド表面に供給するための穴を具備し、かつ前記化学機械研磨装置が前記研磨パッドの穴を通して前記研磨パッド表面に前記金属研磨用組成物を供給する装置を具備し、前記穴から研磨中に前記金属用研磨組成物を金属膜と研磨パッド間に供給する事を特徴とする半導体ウエハの研磨法。
2)前記ポリオキソ酸が、ヘテロポリ酸である1)の発明の半導体ウエハの研磨法
3)前記化学機械研磨装置が、前記研磨パッドを軌道運動させるために接続された支持台および、半導体ウエハを保持し、半導体ウエハ上の金属膜面を前記研磨パッドに対して押圧するキャリアを具備していることを特徴とする1)または2)の発明の半導体ウエハの研磨法。
1) Chemical mechanical polishing apparatus comprising a polishing pad for a metal film formed on a semiconductor wafer using a metal polishing composition comprising polyoxoacid, an anionic surfactant and water In the method of chemical mechanical polishing by pressing the metal film surface against the polishing pad, the polishing pad has a hole for supplying the metal polishing composition to the polishing pad surface, and the chemical mechanical polishing An apparatus includes an apparatus for supplying the metal polishing composition to the surface of the polishing pad through a hole in the polishing pad, and supplying the metal polishing composition between the metal film and the polishing pad during polishing from the hole. A method for polishing a semiconductor wafer.
2) The semiconductor wafer polishing method of the invention of 1), wherein the polyoxoacid is a heteropolyacid. 3) The chemical mechanical polishing apparatus holds a support base connected to orbitally move the polishing pad and a semiconductor wafer. The method for polishing a semiconductor wafer according to 1) or 2) further comprises a carrier for pressing a metal film surface on the semiconductor wafer against the polishing pad.

4)前記キャリアが前面基準キャリアであることを特徴とする3)の発明の半導体ウエハの研磨法。
5)前記キャリアが裏面基準キャリアであることを特徴とする3)の発明の半導体ウエハの研磨法。
6)前記支持台が4mm未満の軌道半径により、前記研磨パッドを半導体ウエハに対して水平に軌道運動させることを特徴とする3)から5)のいずれか1つの発明の半導体ウエハの研磨法。
7)前記支持台が400rpmを超える軌道速度で、前記研磨パッドを軌道運動させることを特徴とする3)から6)のいずれか1つの発明の半導体ウエハの研磨法。
4) The method for polishing a semiconductor wafer according to 3), wherein the carrier is a front reference carrier.
5) The method for polishing a semiconductor wafer according to 3), wherein the carrier is a back reference carrier.
6) The method for polishing a semiconductor wafer according to any one of 3) to 5), wherein the polishing pad is orbited horizontally with respect to the semiconductor wafer with the orbital radius of less than 4 mm.
7) The method for polishing a semiconductor wafer according to any one of 3) to 6), wherein the polishing pad is orbited at an orbital speed exceeding 400 rpm.

8)半導体ウエハの研磨法が、
(あ)半導体ウエハをキャリアに装てんする段階
(い)前記半導体ウエハを前記研磨パッドに近接して配置する段階
(う)前記半導体ウエハを前記研磨パッドに押圧する段階
(え)前記研磨パッドを軌道運動させる段階、および
(お)前記半導体ウエハを前記研磨パッドから取り外す段階
を(あ)から(お)の順で含むことを特徴とする1)から7)のいずれか1つの発明の半導体ウエハの研磨法。
8) The method of polishing a semiconductor wafer is
(A) loading a semiconductor wafer onto a carrier (i) placing the semiconductor wafer close to the polishing pad (iii) pressing the semiconductor wafer against the polishing pad (e) orbiting the polishing pad The semiconductor wafer according to any one of the inventions 1) to 7), comprising the steps of (1) to (5), and (ii) removing the semiconductor wafer from the polishing pad in the order of Polishing method.

9)前記半導体ウエハの研磨法が、
(か)前記半導体ウエハを前記研磨パッドから取り外す前に、前記半導体ウエハを回転させる段階を含むことを特徴とする8)の発明の半導体ウエハの研磨法。
10)前記半導体ウエハの研磨法が、(き)前記半導体ウエハを前記研磨パッドから取り外す前に、前記半導体ウエハを時計回りと反時計回りに交互に回転させる段階を含むことを特徴とする8)の発明の半導体ウエハの研磨法。
11)前記半導体ウエハの研磨法が、段階(う)が、前記半導体ウエハの裏面の中心ゾーンに対して第1圧力をかける段階、および前記中心ゾーンに対して同心の周辺ゾーンに前記第1圧力とは異なる第2圧力をかける段階を含むことを特徴とする8)の発明の半導体ウエハの研磨法。
9) The method for polishing the semiconductor wafer comprises:
(8) The method for polishing a semiconductor wafer according to (8), comprising a step of rotating the semiconductor wafer before removing the semiconductor wafer from the polishing pad.
10) The method for polishing the semiconductor wafer includes (i) rotating the semiconductor wafer alternately clockwise and counterclockwise before removing the semiconductor wafer from the polishing pad 8) A method for polishing a semiconductor wafer according to the present invention.
11) In the polishing method of the semiconductor wafer, the step (iii) applies a first pressure to a central zone on the back surface of the semiconductor wafer, and the first pressure is applied to a peripheral zone concentric with the central zone. 8) The method for polishing a semiconductor wafer according to 8), comprising a step of applying a second pressure different from that of the invention.

本発明の半導体ウエハの製造方法によれば、従来技術では困難であった、エッチング、ディッシング、エロージョンやスクラッチの発生を抑制すると同時に低研磨圧力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。   According to the method for manufacturing a semiconductor wafer of the present invention, it is possible to polish a metal film such as a copper film at a high speed even under a low polishing pressure, while suppressing the generation of etching, dishing, erosion and scratches, which has been difficult with the prior art. It becomes possible.

本発明について、以下に具体的に説明する。
本発明において低研磨圧力とは概ね150g/cm以下を意味し、高速研磨とは概ね450nm/分以上の研磨速度を意味する。
本発明は、半導体ウエハ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ウエハ上に形成された金属膜は、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、傷やディッ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(d)を埋め込むことにより得られた半導体ウエハについて、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、本発明の研磨組成物を用いて研磨することにより取り除き平坦化する。
The present invention will be specifically described below.
In the present invention, the low polishing pressure means about 150 g / cm 2 or less, and the high-speed polishing means a polishing rate of about 450 nm / min or more.
The present invention is applied to polishing and planarization of a metal film formed on a semiconductor wafer. The metal film formed on the semiconductor wafer 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 And a metal film selected from the group consisting of copper alloy, titanium nitride, tantalum nitride, and the like. In particular, application to a metal film made of copper and a copper alloy having a low surface hardness and easily causing defects such as scratches and dishing is recommended.
As shown in FIG. 1C, for the semiconductor wafer obtained by embedding the metal film for wiring (d), an extra metal film other than the grooves or openings as shown in FIG. It removes and planarizes by grind | polishing using the polishing composition of this invention.

以下、半導体ウエハの製造方法の一例の概要について説明する。
初めに、図1(A)のようにシリコンウエハ等の半導体ウエハ上(a)に絶縁膜(b)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(b)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(b)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(c)を形成する。次に図1(C)に示すように、厚みがバリヤーメタル層(c)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(d)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(d)を本発明の研磨組成物を用いて研磨する方法により取り除く。さらに、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ウエハを得ることができる。
Hereinafter, an outline of an example of a method for manufacturing a semiconductor wafer will be described.
First, as shown in FIG. 1A, after an insulating film (b) is formed on a semiconductor wafer (a) such as a silicon wafer, a groove for metal wiring is formed in the insulating film (b) by photolithography and etching. Alternatively, an opening for connection wiring is formed. Next, as shown in FIG. 1B, a barrier metal layer made of titanium nitride (TiN), tantalum nitride (TaN) or the like is formed in the groove or opening formed in the insulating film (b) by a method such as sputtering or CVD. c). Next, as shown in FIG. 1C, a metal film (d) for wiring is embedded so that the thickness is equal to or greater than the height of the groove or opening formed in the barrier metal layer (c). Next, as shown in FIG. 1D, the excess metal film (d) other than the grooves or openings is removed by a method of polishing using the polishing composition of the present invention. Furthermore, by forming an insulating film on the obtained flattened surface and repeating the above method as many times as necessary, a semiconductor wafer having a multilayer wiring structure as an electronic component can be obtained.

本発明の半導体ウエハの製造方法に用いる金属用研磨組成物は、ポリオキソ酸、アニオン性界面活性剤および水を含有して成る。本発明の研磨組成物は、後述する通り本件発明の効果を阻害しない範囲で、あるいは目的に応じて、通常用いられている研磨粒子や添加剤等の成分を含むが、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、1%未満である状態を言う。   The metal polishing composition used in the method for producing a semiconductor wafer of the present invention comprises a polyoxoacid, an anionic surfactant and water. The polishing composition of the present invention includes components such as abrasive particles and additives that are usually used within a range that does not impair the effects of the present invention as described later, or according to the purpose. It is a feature that the object of the present invention can be achieved with only the above. That is, the polishing composition of the present invention is characterized by exhibiting excellent polishing performance even when substantially free of abrasive grains. Here, the phrase “substantially free of abrasive grains” refers to a state in which the proportion of the mass of abrasive grains in the total mass of the polishing composition is less than 1%.

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、得られる金属用研磨組成物の研磨速度の観点からポリモリブデン酸、ポリバナジン酸、ポリタングステン酸が好ましい。   The 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 preferred from the viewpoint of the polishing rate of the resulting metal polishing composition in the present invention for metal polishing.

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 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 them, those containing at least one selected from the group consisting of Mo, W and V are 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、例えばリンモリブデン酸、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。   Specific examples of the heteropolyacids described above include, for example, phosphomolybdic acid, silicomolybdic acid, phosphovanad molybdic acid, cayvanadomolybdic acid, lintongue molybdate, cytongusto molybdic acid, phosphovanad tungstomolybdic acid, and cayvanado tungst. Molybdic acid, phosphovanad tungstic acid, cayvanadotungstic acid, phosphorus molybdoniobic acid, boromolybdic acid, borotungstomolybdic acid, borovanadomolybdic acid, borovanad tungstic acid, cobalt molybdic acid, cobalt vanadotungstic acid, phosphorus Examples include, but are not limited to, tungstic 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, preferably phosphomolybdic acid, silicomolybdic acid, and phospho-phosphoric acid into which vanadium is further introduced. Examples thereof include nadmolybdic acid and caivanadomolybdic acid.

ポリオキソ酸は、上記を単独でまたはそれらを混合して用いてもよい。また、得られる研磨組成物の酸性度を調整し研磨性能を制御する目的で、これらのポリオキソ酸に塩基性物質を添加し、ポリオキソ酸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。ポリオキソ酸塩としては、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。
本発明の研磨組成物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。高い研磨速度が得られるという観点から0.1質量%以上が好ましく、ディッシング抑制の容易さという観点から30質量%以下が好ましい。
The polyoxo acids may be used alone or in combination. In addition, for the purpose of adjusting the acidity of the resulting polishing composition and controlling the polishing performance, it is also possible to add basic substances to these polyoxo acids and use some or all of the polyoxo acids as polyoxo acid salts. It is. Examples of polyoxo acid salts include salts of the above polyoxo acids with metals, ammonium and organic amines.
The content of the polyoxo acid in the polishing composition 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. It is a range. From the viewpoint of obtaining a high polishing rate, it is preferably 0.1% by mass or more, and from the viewpoint of easy dishing suppression, it is preferably 30% by mass or less.

本発明の組成物にアニオン性界面活性剤を含有することにより、ポリオキソ酸による研磨対象金属のエッチングを抑制することが可能となり、研磨対象金属膜の平坦化、ディッシングの抑制などの研磨性能を有する研磨組成物が得られる。
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、例えば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。
By including an anionic surfactant in the composition of the present invention, it becomes possible to suppress the etching of the metal to be polished by polyoxo acid, and it has polishing performance such as planarization of the metal film to be polished and suppression of dishing. A polishing composition is obtained.
The anionic surfactant used in the present invention is not particularly limited. For example, 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 a salt thereof, polyoxyethylene alkylarylsulfuric acid or a salt thereof, p-styrenesulfonic acid or a salt thereof, an alkylnaphthalenesulfonic acid or a salt thereof, a naphthalenesulfonic acid or a salt thereof, a naphthenic acid or a salt thereof, an alkyl ether carboxylic acid or Its salt, α-olefin sulfonic acid or its salt, N-acylmethyl taurine, alkyl ether sulfuric acid or its salt, polyoxyethylene alkyl phenyl ether sulfuric acid or its salt, alkyl ether phosphoric acid ester or its Salts, alkylphosphoric 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.

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。
すなわち、本発明における金属用研磨組成物の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。
In the present invention, a saturated type that does not contain any carbon-carbon double bond (excluding a benzene ring) is preferable because it does not easily deteriorate due to oxidation and does not deteriorate 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.
That is, from the viewpoint of the polishing rate of the metal polishing composition in the present invention, 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.

本発明の研磨組成物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(その塩)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。
本発明の研磨組成物は、通常、水を媒体に用いる。ポリオキソ酸およびアニオン性界面活性剤の溶解は、一般に使用される撹拌翼を使用した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撹拌することは好ましい。
The content of the anionic surfactant used in the polishing composition of the present invention varies depending on the type and the type and amount of the polyoxo acid (its salt) and nonionic surfactant used, but is preferably 0.00. It is used in the range of 1 to 50% by mass, and more preferably in the range of 0.3 to 20% by 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.
The polishing composition of the present invention usually uses water as a medium. The polyoxo acid and the anionic surfactant are dissolved by stirring using a commonly used stirring blade, but it is preferable to sufficiently stir using a homogenizer, ultrasonic waves, a wet medium mill or the like.

本発明の研磨組成物において、その研磨機構の詳細は明らかではないが、ポリオキソ酸のみを溶解させた研磨組成物を用いた場合、研磨対象金属に対するその高いエッチング性のため、極めて高い研磨速度が得られるが、金属膜表面の平坦化は起こらず、かつ、激しいディッシングも生じてしまうが、ポリオキソ酸にアニオン性界面活性剤を適した割合で混合し本発明の研磨組成物とした場合、ポリオキソ酸の持つエッチング性が抑制され、研磨対象の金属膜の凸部が研磨パッドと接触する部分のみ研磨が進み、平坦な金属膜表面が得られ、ディッシングの発生も抑制されることが判った。このことから、アニオン性界面活性剤が何らかの作用により、ポリオキソ酸のエッチング性を抑制し、さらに研磨パッドと金属膜の凸部で生じる摩擦あるいは液膜に生じる高いシェアによって、アニオン性界面活性剤によるポリオキソ酸のエッチング性抑制効果が阻害され、金属膜の凸部のみ研磨が進行するものと推定している。   In the polishing composition of the present invention, the details of the polishing mechanism are not clear, but when a polishing composition in which only polyoxo acid is dissolved is used, an extremely high polishing rate is obtained due to its high etching property to the metal to be polished. Although the surface of the metal film is not flattened and severe dishing occurs, the polyoxoacid is mixed with an anionic surfactant at an appropriate ratio to obtain the polishing composition of the present invention. It was found that the etching property of the acid was suppressed, the polishing progressed only at the portion where the convex portion of the metal film to be polished was in contact with the polishing pad, a flat metal film surface was obtained, and the occurrence of dishing was also suppressed. From this, the anionic surfactant suppresses the etching property of polyoxo acid by some action, and further, the friction generated by the polishing pad and the convex part of the metal film or the high share generated in the liquid film causes the anionic surfactant to It is presumed that the effect of suppressing the etching property of polyoxo acid is hindered and only the convex portions of the metal film are polished.

従って、本発明の研磨組成物は、従来、機械的研磨を目的に添加されていた砥粒を必要としないことが特徴であり、砥粒由来の問題点であった、凝集粒子による金属膜表面へのスクラッチや砥粒の沈降などが解消される。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、本発明の研磨組成物を使用した場合、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。該閾値は本発明の研磨組成物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ウエハへのダメージ等の問題が解消される。   Therefore, the polishing composition of the present invention is characterized in that it does not require abrasive grains that have been conventionally added for the purpose of mechanical polishing, and is a problem derived from the abrasive grains. This eliminates scratches and sedimentation of abrasive grains. Further, in the 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 polishing composition of the present invention is used, the polishing rate is not polished. The polishing is not proportional to the pressure, and polishing does not proceed below a certain threshold of the polishing pressure, and a high polishing rate can be obtained rapidly at a polishing pressure exceeding the threshold. The threshold value varies depending on the composition of the polishing composition 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 are resolved.

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、例えばシスチン、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。   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. Examples of organic compounds having a nitrogen atom and a carboxyl group in the molecule include cystine, glycine, glutamic acid, aspartic acid, quinaldic acid, quinolinic acid, picolinic acid, nicotinic acid, histidine, benzotriazole carboxylic acid, glutamine, glutathione, glycyl Glycine, alanine, γ-aminobutyric acid, ε-aminocaproic acid, arginine, titrulline, tryptophan, threonine, cysteine, N-acetylcysteine, oxyproline, isoleucine, leucine, lysine, methionine, phenylalanine, phenylglycine, proline, serine, tyrosine And valine are preferable examples, and more preferable examples are 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、5000ppm以下、好ましくは1000ppm以下、さらに好ましくは200ppm以下である。
本発明の研磨組成物は、ディッシングの原因となる金属膜のエッチング性は極めて低いものであるため、当該業界において知られている保護膜形成剤を併用する必要はないが、研磨レートの低下が実用上許容される範囲内で、必要に応じて、該保護膜形成剤を添加し、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、例えばベンゾトリアゾール、ベンゾイミダゾール、トリルトリアゾール、キノリン、イソキノリン、インドール、イソインドール、キナゾリン、シンノリン、グルコース、キノキサリン、フタラジン、アクリジン、ドデシルメルカプタン等を好ましい一例として挙げることができる。
The addition amount of the organic compound having both a nitrogen atom and a carboxyl group in the molecule is 5000 ppm or less, preferably 1000 ppm or less, more preferably 200 ppm or less, from the viewpoint of polishing rate and from the viewpoint of expression of dishing suppression effect.
In the polishing composition of the present invention, the etching property of the metal film that causes dishing is extremely low, so it is not necessary to use a protective film forming agent known in the industry, but the polishing rate is lowered. Within a practically acceptable range, the protective film forming agent may be added as necessary to further suppress the etching property. Particularly when the metal is copper or a copper alloy containing copper as a main component, for example, benzotriazole, benzimidazole, tolyltriazole, quinoline, isoquinoline, indole, isoindole, quinazoline, cinnoline, glucose, quinoxaline, phthalazine, acridine, dodecyl mercaptan, etc. Can be mentioned as a preferred example.

これらの保護膜形成剤の添加量は、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、500ppm以下、好ましくは200ppm以下、さらに好ましくは100ppm以下である。
本発明の金属用研磨組成物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、例えば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 these protective film forming agents is 500 ppm or less, preferably 200 ppm or less, more preferably 100 ppm or less, from the viewpoint of polishing rate and from the viewpoint of manifesting the effect of suppressing dishing.
Including the water-soluble polymer compound and / or the polyhydric alcohol compound in the metal polishing composition of the present invention is preferable from the viewpoint of improving the polishing uniformity of the obtained polished surface. Examples of the water-soluble polymer 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, Polycarboxylic acids such as polyacrylamide, polyamic acid and ammonium polyacrylate and their salts; polysaccharides such as methylcellulose, hydroxyethylcellulose, hydroxypropylcellulose, carboxymethylcellulose, cellulose acetate, cellulose nitrate, cellulose sulfate, pectin, etc. , Starch, albumin and the like are preferable examples. Polyethylene glycol, hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl Pills 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、例えば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。
本発明の研磨組成物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(その塩)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0.1〜20質量%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 refers to a compound having a plurality of hydroxyl groups in one molecule, such as ethylene glycol, glycerin, propanediol, pentaerythritol, Fructose, sucrose, diethylene glycol, triethylene glycol and the like are listed as preferred examples, and ethylene glycol, glycerin, diethylene glycol and triethylene glycol are listed as more preferred examples.
The content of the water-soluble polymer compound and / or polyhydric alcohol compound used in the polishing composition of the present invention varies depending on the type and the type and amount of the polyoxo acid (salt) to be used, but is preferably 0.00. It is the range of 01-50 mass%, More preferably, it is the range of 0.1-20 mass%. 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.

本発明の研磨組成物は、上述の通り、通常機械的研磨を目的に使用される砥粒を含まないでも目的とする研磨を行うことができるが、更に研磨速度を高める目的で砥粒を用いることも可能である。その際用いられる砥粒としては、例えばアルミナ、シリカ、セリア、ジルコニア、酸化マグネシウム等の無機粒子、有機ポリマー、非晶質炭素、カーボンブラック等の有機粒子が挙げられるが、このうち好適にはコロイダルアルミナ、コロイダルシリカである。   As described above, the polishing composition of the present invention can perform desired polishing without including abrasive grains that are usually used for the purpose of mechanical polishing, but uses abrasive grains for the purpose of further increasing the polishing rate. It is also possible. Examples of the abrasive grains used here include inorganic particles such as alumina, silica, ceria, zirconia, and magnesium oxide, and organic particles such as organic polymer, amorphous carbon, and carbon black. Among these, colloidal is preferable. Alumina and colloidal silica.

本発明に用いる化学機械研磨装置は、具備する研磨パッドが金属用研磨組成物を前記研磨パッド表面に供給するための穴を具備し、かつ前記化学機械研磨装置が前記研磨パッドの穴を通して前記研磨パッド表面に前記金属研磨用組成物を供給する装置を具備することを特徴とする。さらには研磨パッドを軌道運動させる装置を具備してなることが好ましい。   In the chemical mechanical polishing apparatus used in the present invention, the polishing pad provided has a hole for supplying a metal polishing composition to the surface of the polishing pad, and the chemical mechanical polishing apparatus performs the polishing through the hole of the polishing pad. An apparatus for supplying the metal polishing composition to the pad surface is provided. Furthermore, it is preferable that a device for orbiting the polishing pad is provided.

本発明に用いる好ましい化学機械研磨装置の例を以下に説明する。
研磨パッドは、軌道運動させる手段を有する支持台(supporting base)に接続されるか、または前記軌道運動させる装置に接続される。キャリアは、前面基準キャリアであることが望ましく、支持台が研磨パッドを軌道運動させる間、半導体ウエハを保持し、研磨パッドに対して押し当てる。
An example of a preferable chemical mechanical polishing apparatus used in the present invention will be described below.
The polishing pad is connected to a supporting base having means for orbiting or connected to the orbiting device. The carrier is preferably a front reference carrier and holds the semiconductor wafer against the polishing pad while the support base orbits the polishing pad.

また、研磨工程の間、半導体ウエハを回転またはその他の運動をさせるため、軸を介して、キャリアをモータに接続することができる。さらに、半導体ウエハ裏面に、複数の異なる圧力ゾーンを適用できるキャリアを使用することにより、平坦化工程に対し一層のフレキシビリティが得られるので好ましい。軌道半径および/または軌道速度を調整することにより、種々の半導体ウエハ、および半導体ウエハ上に堆積された薄膜について研磨工程を最適化できる。より小さい軌道半径で研磨パッドを軌道運動させる、またはより速い軌道速度で研磨パッドを軌道運動させること、好ましくは2つを組み合わせることにより、研磨の結果を改善できる。   Also, during the polishing process, the carrier can be connected to a motor via a shaft to rotate or otherwise move the semiconductor wafer. Furthermore, it is preferable to use a carrier to which a plurality of different pressure zones can be applied on the back surface of the semiconductor wafer, since further flexibility can be obtained for the planarization process. By adjusting the track radius and / or track speed, the polishing process can be optimized for various semiconductor wafers and thin films deposited on the semiconductor wafer. By orbiting the polishing pad with a smaller orbital radius, or orbiting the polishing pad with a faster orbital velocity, preferably by combining the two, the result of the polishing can be improved.

本発明の研磨法では、キャリア、好ましくは前面基準キャリア内に半導体ウエハを装てんして、実質的に硬質のプラテンに取り付けられた研磨パッドに近接して半導体ウエハを配置することによって、実施できる。半導体ウエハは、研磨パッドに好ましくは4mm未満の半径、400軌道/分を超える速度で軌道運動させながら、半導体ウエハを研磨パッドに対して押圧することによって、研磨される。また、キャリアは、半導体ウエハの前面上に形成されることが多いパターンを平滑化して除去するように回転させることができる。このほかに、キャリアを、時計方向と反時計方向に交互に、好ましくは360度未満の角度で回転させて、キャリアへの流体の供給を単純化することもできる。   The polishing method of the present invention can be carried out by placing a semiconductor wafer in a carrier, preferably a front reference carrier, and placing the semiconductor wafer in proximity to a polishing pad attached to a substantially rigid platen. The semiconductor wafer is polished by pressing the semiconductor wafer against the polishing pad while orbiting the polishing pad, preferably with a radius of less than 4 mm, at a speed exceeding 400 orbits / minute. Also, the carrier can be rotated to smooth and remove patterns that are often formed on the front surface of the semiconductor wafer. Alternatively, the carrier can be rotated alternately in the clockwise and counterclockwise directions, preferably at an angle of less than 360 degrees, to simplify the supply of fluid to the carrier.

個別に制御可能な複数の圧力ゾーンを有する前面基準キャリアを使用する場合には、研磨工程についてさらなる改善が得られる。半導体ウエハ前面上の、除去する材料の多いゾーンまたは少ないゾーンに応じて、半導体ウエハ裏面に当接させて加える圧力を増減できる。半導体ウエハの研磨工程は、研磨パッドから半導体ウエハを取り外すか、または半導体ウエハと研磨パッドの間の相対的な動きを停止することによって終了できる。   When using a front reference carrier with a plurality of individually controllable pressure zones, a further improvement is obtained for the polishing process. The pressure applied to the semiconductor wafer in contact with the back surface of the semiconductor wafer can be increased or decreased according to the zone where the material to be removed is large or small on the front surface of the semiconductor wafer. The semiconductor wafer polishing process can be terminated by removing the semiconductor wafer from the polishing pad or stopping the relative movement between the semiconductor wafer and the polishing pad.

図2を参照して、本発明を実施する装置の例について詳細に説明する。前面基準キャリア215は、平坦化工程の間、半導体ウエハ216を保持して、研磨パッド207に対して半導体ウエハ216を押圧するのに使用できる。前面基準キャリア215は、半導体ウエハ216の裏面に突起がある場合でも、半導体ウエハ216の裏面に実質的に均一の圧力を加える。このため、裏面基準キャリア(back−reference carrier)の突起に関わる問題、すなわち、これらの突起と反対側の半導体ウエハ前面のスポットに局所的に強い圧力が生じることが回避される。前面基準キャリア215は通常、加圧流体(例:ろ過空気、脱イオン水など)、および/またはフレキシブル隔膜(flexiblemembrane)/ダイヤフラム203を使用して、半導体ウエハ216の裏面に均一に圧力を加える。本発明を実施するのに使用できる前面基準キャリアの数例が、例えば米国特許第5,423,716号明細書(Strasbaugh),米国特許第5,449,316号明細書(Strasbaugh),米国特許第5,635,083号明細書(Breivogel等),米国特許第5,851,140号明細書(Barns等),米国特許第6,012,964号明細書(Arai等)および米国特許第6,024,630号明細書(Shendon等)等に開示されている。前面基準キャリア215は、複数のゾーン204,228を有することができ、これらは通常互いに同心状であって、複数の均一な圧力ゾーンを生じるように、個別に加圧できる。言い換えれば、各ゾーンは互いに異なる圧力がかけられるが、各ゾーン内の圧力は実質的に均一である。   With reference to FIG. 2, an example of an apparatus for carrying out the present invention will be described in detail. The front reference carrier 215 can be used to hold the semiconductor wafer 216 and press the semiconductor wafer 216 against the polishing pad 207 during the planarization process. The front reference carrier 215 applies a substantially uniform pressure to the back surface of the semiconductor wafer 216 even when there are protrusions on the back surface of the semiconductor wafer 216. For this reason, the problem relating to the back-reference carrier protrusions, that is, the occurrence of a strong local pressure at the spot on the front surface of the semiconductor wafer opposite to the protrusions, is avoided. The front reference carrier 215 typically applies pressure to the back surface of the semiconductor wafer 216 using a pressurized fluid (eg, filtered air, deionized water, etc.) and / or a flexible membrane / diaphragm 203. Some examples of front reference carriers that can be used to practice the present invention are described, for example, in US Pat. No. 5,423,716 (Strasbaugh), US Pat. No. 5,449,316 (Strasbaugh), US Pat. No. 5,635,083 (Breivogel et al.), US Pat. No. 5,851,140 (Barns et al.), US Pat. No. 6,012,964 (Arai et al.) And US Pat. , 024,630 (Shendon et al.) And the like. The front reference carrier 215 can have a plurality of zones 204, 228, which are usually concentric with each other and can be individually pressurized to produce a plurality of uniform pressure zones. In other words, different pressures are applied to each zone, but the pressure within each zone is substantially uniform.

複数ゾーンを有する前面基準キャリア215は、半導体ウエハ216の前面のバルジ(膨らみ:bulge)を有する同心状のゾーンから余分な材料を迅速に除去するために好適に使用することができる。特に、複数ゾーンを有する前面基準キャリア215は、バルジと反対側の半導体ウエハ216の裏面に対して、より高い均一な圧力を加えることができる。同時に、半導体ウエハ216の裏面の他のゾーン、たとえば、バルジ間のゾーンでは、より低い均一な圧力をかけられる。   A front reference carrier 215 having multiple zones can be suitably used to quickly remove excess material from a concentric zone having a bulge in front of the semiconductor wafer 216. In particular, the front reference carrier 215 having a plurality of zones can apply a higher uniform pressure to the back surface of the semiconductor wafer 216 opposite to the bulge. At the same time, a lower, uniform pressure is applied in other zones on the backside of the semiconductor wafer 216, such as the zone between bulges.

本発明を実施するために使用できる複数ゾーン前面基準キャリアの例は、例えば米国特許第5,941,758号明細書(Mack),米国特許出願第09/540,476号明細書および米国特許出願第08/504,686号明細書等に開示されている。図2には、個別に制御可能な均一圧力ゾーン204,228を有する前面基準キャリア215の例をあわせて示した。圧力源227は、マニホールド229を介して2つの圧力調整器223,224に圧力を供給できる。圧力調整器223,224は、コンピュータ制御されるのが望ましく、制御システム230と接続できる。圧力調整器223,224は、加圧流体をキャリアシャフト201内の対応する回転カップラ(図示せず)に送ることができる。回転カップラはついで、キャリアシャフト201内のチューブまたはチャネル225,226を通して、加圧流体を、前面基準キャリア215内の対応するチューブまたはチャネルに送ることができる。前面基準キャリア215内のチューブまたはチャネルはついで、加圧流体を、前面基準キャリア215内のゾーン204,228に流通させ、半導体ウエハ216の裏面上の対応するゾーンに加えられる圧力を制御する。ゾーン204,228は、1つまたは複数のリング形状のバリヤ205によって分離されて、各ゾーンが別個の内圧を有することができるようにする。   Examples of multi-zone front reference carriers that can be used to practice the present invention are described, for example, in US Pat. No. 5,941,758 (Mack), US Patent Application No. 09 / 540,476, and US Patent Application. No. 08 / 504,686 and the like. FIG. 2 also shows an example of a front reference carrier 215 having uniform pressure zones 204 and 228 that can be individually controlled. The pressure source 227 can supply pressure to the two pressure regulators 223 and 224 via the manifold 229. The pressure regulators 223 and 224 are preferably computer controlled and can be connected to the control system 230. The pressure regulators 223 and 224 can send pressurized fluid to a corresponding rotary coupler (not shown) in the carrier shaft 201. The rotating coupler can then route pressurized fluid through the tubes or channels 225, 226 in the carrier shaft 201 to the corresponding tubes or channels in the front reference carrier 215. The tubes or channels in the front reference carrier 215 then flow pressurized fluid to the zones 204, 228 in the front reference carrier 215 to control the pressure applied to the corresponding zone on the backside of the semiconductor wafer 216. Zones 204 and 228 are separated by one or more ring-shaped barriers 205 so that each zone can have a separate internal pressure.

このため、制御システム230は、半導体ウエハ216の裏面上の2つのゾーン204,228に加えられる圧力を個別に制御できる。半導体ウエハ216の裏面上に所望の圧力をかけることを容易にするため、他にも種々のキャリアを使用できることを理解されたい。ここでは、特に前面基準キャリア215について詳しく記載しており、本発明は前面基準キャリアを用いて実施することが望ましいが、本発明は種々の前面基準キャリアおよび裏面基準キャリアを使用しても実施可能である。   For this reason, the control system 230 can individually control the pressure applied to the two zones 204 and 228 on the back surface of the semiconductor wafer 216. It should be understood that various other carriers can be used to facilitate applying the desired pressure on the backside of the semiconductor wafer 216. Here, the front reference carrier 215 is particularly described in detail, and the present invention is preferably implemented using the front reference carrier, but the present invention can also be implemented using various front reference carriers and back reference carriers. It is.

前面基準キャリア215は、静止状態に保持するか、または種々の運動を行わせることができ、たとえば、研磨パッド207上で線形運動、軌道運動、振動または回転運動させることができる。たとえば、前面基準キャリア215は、キャリアシャフト201を介して、モータ222により回転可能である。前面基準キャリア215が回転する場合には、約10から20rpmで回転することが望ましい。前面基準キャリア215を回転させることにより、研磨パッド207の軌道運動の周期性によって、半導体ウエハ216の前面上に生じがちなパターンを平滑化または除去することが認められた。また、前面基準キャリア215を、時計方向と反時計方向に交互に回転させることができる。   The front reference carrier 215 can be held stationary or can perform various movements, for example, linear, orbital, oscillating or rotating on the polishing pad 207. For example, the front reference carrier 215 can be rotated by the motor 222 via the carrier shaft 201. When the front reference carrier 215 rotates, it is desirable to rotate at about 10 to 20 rpm. It has been observed that rotating the front reference carrier 215 smoothes or removes patterns that tend to occur on the front surface of the semiconductor wafer 216 due to the periodicity of the orbital motion of the polishing pad 207. Further, the front reference carrier 215 can be alternately rotated clockwise and counterclockwise.

複数のチャンバを有する前面基準キャリアを使用する場合には、これは特に利点があり好ましい。どのチャンバも、動作するには追加の流体供給路(fluidcommunication path)が必要である。前面基準キャリア215が1つの方向にのみ回転する場合には、ロータリーカップリング(RotaryCoupling)など複雑な流体供給手段を必要とする。しかしながら、前面基準キャリア215が、時計方向と反時計方向に交互に回転する場合、さらに好ましくは360度まで回転しない場合には、従来のチューブなどの複雑性の低い流体供給手段を使用できる。   This is particularly advantageous and preferred when using a front reference carrier with multiple chambers. Every chamber requires an additional fluid communication path to operate. When the front reference carrier 215 rotates in only one direction, complicated fluid supply means such as a rotary coupling is required. However, when the front reference carrier 215 rotates alternately in the clockwise and counterclockwise directions, and more preferably when it does not rotate up to 360 degrees, a conventional fluid supply means such as a tube can be used.

研磨工程の間、半導体ウエハ216の前面は、一般にはスラリーが存在するなかで、プラテン221に固定された研磨パッド207へと押圧される。研磨パッド207は、たとえば、IC1000/Suba400またはIC1400でよい。両方の製品とも、アリゾナ州フェニックスに本社を置くRodelInc.により製造かつ商業的に提供される。使用する具体的な研磨パッド207は、半導体ウエハ216の特性に応じて変更できるが、通常はウレタン・ベースの材料からなる。図3に示すように、研磨パッド207は、スラリーを研磨パッド207の表面に供給するための穴322を具備している。また、研磨パッド207は、研磨パッド207の表面全体にスラリーが行き渡るのを支援するために、溝(図示せず)を具備することもできる。   During the polishing process, the front surface of the semiconductor wafer 216 is generally pressed against the polishing pad 207 secured to the platen 221 in the presence of slurry. The polishing pad 207 may be, for example, IC1000 / Suba400 or IC1400. Both products are available from Rodel Inc., headquartered in Phoenix, Arizona. Manufactured and provided commercially. The specific polishing pad 207 to be used can be changed according to the characteristics of the semiconductor wafer 216, but is usually made of a urethane-based material. As shown in FIG. 3, the polishing pad 207 includes a hole 322 for supplying slurry to the surface of the polishing pad 207. The polishing pad 207 can also include grooves (not shown) to assist in spreading the slurry across the surface of the polishing pad 207.

図2に戻って参照して、プラテン221は、研磨パッド207を載置するために、実質的に平坦な表面を有する硬質材料から作製できる。本発明のプラテン221は、研磨パッドを支持するために、硬質にすべきである。たとえば、プラテン221は、アルミニウム,ステンレス鋼,セラミック,チタンまたはその他の硬質かつ好ましくは非腐食性の材料から構成される。
研磨工程の間、プラテン221は、支持台220により軌道運動することができる。図4を参照して、研磨パッド207の軌道運動について詳述する。研磨パッド207は時間1,時間2,時間3および時間4において、それぞれ位置207a,207b,207c,207dに移動し、その結果、研磨パッド上の「X」は円400aを描いて移動する。研磨パッド207は軌道運動時には回転しないことに注意されたい。軌道半径は円400aまたは研磨パッド上の1つの軌道運動ポイントにより描かれる他の円の半径と同じである。円400aにより示される軌道運動の大きさは、軌道運動を説明しやすくするために、通常所望される大きさよりも大きめである。
Referring back to FIG. 2, the platen 221 can be made from a hard material having a substantially flat surface for mounting the polishing pad 207. The platen 221 of the present invention should be rigid to support the polishing pad. For example, the platen 221 is composed of aluminum, stainless steel, ceramic, titanium or other hard and preferably non-corrosive material.
During the polishing process, the platen 221 can be orbited by the support table 220. The trajectory motion of the polishing pad 207 will be described in detail with reference to FIG. The polishing pad 207 moves to positions 207a, 207b, 207c, and 207d at time 1, time 2, time 3, and time 4, respectively. As a result, “X” on the polishing pad moves while drawing a circle 400a. Note that the polishing pad 207 does not rotate during orbital motion. The orbital radius is the same as the radius of the circle 400a or other circles drawn by one orbital motion point on the polishing pad. The magnitude of the orbital motion indicated by the circle 400a is larger than normally desired in order to facilitate explanation of the orbital movement.

図5を参照して、半導体ウエハ216を、複数の円運動400bとともに示す。円運動400bは、軌道運動中に半導体ウエハ216の前面上の各ポイントがたどる動きを表す。円運動400bを生じる軌道の半径は、円運動400aを生じる軌道の半径よりも大幅に小さい。軌道半径は、軌道運動を生じるために使用される機構によって制御でき、ここではその幾つかの例を考察する。例えば、米国特許第5,582,534号明細書(Shendon)および米国特許第5,938,884号明細書(Hoshizaki等)は、キャリアの軌道運動を生じるための幾つかの機構を開示する。軌道運動を生じるために開示されたこれらの機構の原理は、当業者をして、プラテン221を軌道運動させることができる支持台220を作製するために応用できる。   Referring to FIG. 5, a semiconductor wafer 216 is shown with a plurality of circular motions 400b. Circular motion 400b represents the movement followed by each point on the front surface of semiconductor wafer 216 during orbital motion. The radius of the trajectory that produces the circular motion 400b is significantly smaller than the radius of the trajectory that produces the circular motion 400a. The orbit radius can be controlled by the mechanism used to produce the orbital motion, and some examples are considered here. For example, US Pat. No. 5,582,534 (Shendon) and US Pat. No. 5,938,884 (Hoshizaki et al.) Disclose several mechanisms for producing the orbital motion of a carrier. The principles of these mechanisms disclosed to produce orbital motion can be applied by those skilled in the art to make a support base 220 that can orbit the platen 221.

図6は、プラテン211の軌道運動を生じさせるのに使用できる典型的な支持台220の断面図である。この支持台は概ね、米国特許第5,554,064号明細書(Breivogel等)に開示され、ここに参考資料として包含される。支持台220は、地面にしっかりと固定できる剛体の固定フレーム502を具備する。固定フレーム502は、運動生成器を支持し、そのバランスをとるために使用される。下方ベアリング506の外側リング504は、クランプによって固定フレーム502にしっかりと固定される。固定フレーム502は、下方ベアリング506の外側リング504が回転するのを防ぐ。円形で中空の硬質ステンレス鋼の本体により形成される波動生成器(wavegenerator)508は、下方ベアリング506の内側リング510に取り付けられる。波動生成器508はまた、上方ベアリング514の外側リング512に取り付けられる。波動生成器508は、上方ベアリング514を下方ベアリング506と平行に配置する。波動生成器508は、上方ベアリング514の中心軸515を、下方ベアリング506の中心軸517からオフセットする。   FIG. 6 is a cross-sectional view of an exemplary support base 220 that can be used to cause the orbital motion of the platen 211. This support is generally disclosed in US Pat. No. 5,554,064 (Breivogel et al.), Which is hereby incorporated by reference. The support table 220 includes a rigid fixed frame 502 that can be firmly fixed to the ground. The fixed frame 502 is used to support and balance the motion generator. The outer ring 504 of the lower bearing 506 is firmly fixed to the fixed frame 502 by a clamp. The fixed frame 502 prevents the outer ring 504 of the lower bearing 506 from rotating. A wave generator 508 formed by a circular hollow hard stainless steel body is attached to the inner ring 510 of the lower bearing 506. The wave generator 508 is also attached to the outer ring 512 of the upper bearing 514. The wave generator 508 places the upper bearing 514 in parallel with the lower bearing 506. The wave generator 508 offsets the central axis 515 of the upper bearing 514 from the central axis 517 of the lower bearing 506.

アルミニウムの円形プラテン211は、上方ベアリング514の内側リング519に対して対称に配置されて、これにしっかりと固定される。研磨パッドまたは研磨パッド・アセンブリは、プラテン211の上面の外側端の周囲に形成されるリッジ(ridge)525にしっかりと固定できる。2つのピボット・ポイント520a,520bを有する自在継手518は、固定フレーム502と、プラテン211の下面とにしっかりと固定される。波動生成器508の下方部分は、中空かつ円筒形のドライブ・スプール(drivespool)522と硬く接続されて、これは、ついで、中空かつ円筒形のドライブ・プーリ523と接続される。ドライブ・プーリ523は、ベルト524によりモータ526と結合される。モータ526は、可変速度の3相2馬力ACモータとすることができる。   The aluminum circular platen 211 is disposed symmetrically with respect to the inner ring 519 of the upper bearing 514 and is secured thereto. The polishing pad or polishing pad assembly can be secured to a ridge 525 formed around the outer edge of the top surface of the platen 211. A universal joint 518 having two pivot points 520 a and 520 b is firmly fixed to the fixed frame 502 and the lower surface of the platen 211. The lower part of the wave generator 508 is rigidly connected to a hollow and cylindrical drive spool 522 which is then connected to a hollow and cylindrical drive pulley 523. Drive pulley 523 is coupled to motor 526 by belt 524. The motor 526 may be a variable speed three-phase two-horsepower AC motor.

プラテン211の軌道運動は、波動生成器508をスピンさせることによって生じる。波動生成器508は、可変速モータ526によって回転される。波動生成器508が回転するにつれ、上方ベアリング514の中心軸515が、下方ベアリング506の中心軸517の周囲を回る。上方ベアリング514の軌道半径は、上方ベアリング514の中心軸515と、下方ベアリング506の中心軸517とのオフセット(R)526に等しい。上方ベアリング514は、波動生成器508の回転に等しい速度で、下方ベアリング506の中心軸517の周囲を回転する。波動生成器508が回転するにつれ、上方ベアリング514の外側リング512が軌道運動すると同時に回転(スピン)することに注意されたい。   The orbital motion of the platen 211 is caused by spinning the wave generator 508. The wave generator 508 is rotated by a variable speed motor 526. As the wave generator 508 rotates, the central axis 515 of the upper bearing 514 rotates around the central axis 517 of the lower bearing 506. The track radius of the upper bearing 514 is equal to the offset (R) 526 between the central axis 515 of the upper bearing 514 and the central axis 517 of the lower bearing 506. Upper bearing 514 rotates about central axis 517 of lower bearing 506 at a speed equal to the rotation of wave generator 508. Note that as wave generator 508 rotates, outer ring 512 of upper bearing 514 orbits and rotates (spins) at the same time.

自在継手518の機能は、プラテン211の回転またはスピンによるトルクを防ぐことである。自在継手518の2つのピボット・ポイント520a,520bにより、プラテン211は、回転方向を除く全方向に動くことができる。プラテン211を上方ベアリング514の内側リング519に接続し、かつ自在継手518をプラテン211と固定フレーム502とに接続することによって、内側リング519とプラテン211の回転運
動が妨げられて、プラテン211は所望の軌道運動のみを行う。プラテン211の軌道速度は、波動生成器508の回転速度に等しく、プラテン211の軌道半径は、上方ベアリング514の中心軸515の、下方ベアリング506の中心軸517からのオフセットに等しい。研磨パッドの軌道運動を容易にするために、他にも種々の周知の手段を使用できることを理解されたい。軌道運動を生じさせる具体的な方法を詳しく述べたが、本発明は、プラテン211上の研磨パッドを軌道運動させるための種々の技術を使用して実施できる。
The function of the universal joint 518 is to prevent torque due to rotation or spin of the platen 211. The two pivot points 520a and 520b of the universal joint 518 allow the platen 211 to move in all directions except the rotational direction. By connecting the platen 211 to the inner ring 519 of the upper bearing 514 and connecting the universal joint 518 to the platen 211 and the fixed frame 502, the rotational movement of the inner ring 519 and the platen 211 is prevented, so that the platen 211 is Only orbital motion is performed. The orbital speed of the platen 211 is equal to the rotational speed of the wave generator 508, and the orbital radius of the platen 211 is equal to the offset of the central axis 515 of the upper bearing 514 from the central axis 517 of the lower bearing 506. It should be understood that various other known means can be used to facilitate the orbiting of the polishing pad. Although specific methods for generating orbital motion have been described in detail, the present invention can be implemented using various techniques for orbiting the polishing pad on the platen 211.

図2と図7とを参照して、本発明に用いる化学機械研磨装置の典型的な動作方法を説明する。第1段階は、半導体ウエハ216を前面基準キャリア215に装てんすることである(段階600)。裏面基準キャリアも使用可能であるが、本発明では、前面基準キャリア215を使用すると、良好な結果が得られた。半導体ウエハ216が、その前面に1つまたは複数の同心のバルジを有する場合には、個別に制御可能な複数の圧力ゾーンを有する前面基準キャリア215を使用するのが適切である。個別に制御可能な圧力ゾーンは、半導体ウエハの凹部または低いポイントに当接してかけられる圧力よりも、バルジに当接する半導体ウエハ裏面に高い圧力をかけることができる。バルジの数と位置は、たとえば、その場(insitu)で測定を行うか、または前処理工程により生じた一般的な半導体ウエハの形状を知ることによって決定できる。   A typical operation method of the chemical mechanical polishing apparatus used in the present invention will be described with reference to FIGS. The first step is to load the semiconductor wafer 216 onto the front reference carrier 215 (step 600). Although a back reference carrier can also be used, in the present invention, good results were obtained when the front reference carrier 215 was used. If the semiconductor wafer 216 has one or more concentric bulges on its front surface, it is appropriate to use a front reference carrier 215 having a plurality of individually controllable pressure zones. The individually controllable pressure zone can apply a higher pressure to the backside of the semiconductor wafer that abuts the bulge than the pressure applied to the recess or low point of the semiconductor wafer. The number and location of bulges can be determined, for example, by taking measurements in situ or knowing the shape of a typical semiconductor wafer produced by a pretreatment process.

ついで、半導体ウエハ216を、プラテン221に固定された研磨パッド207に近接して配置する(段階601)。半導体ウエハ216を研磨パッド207に近接する位置に移動する機械的手段は、当該技術分野で知られており、本発明を不必要に曖昧にすることを避けるため言及しない。
半導体ウエハ216の裏面に加えられる圧力により、半導体ウエハ216は研磨パッド207へと押圧される(段階604)。半導体ウエハ216裏面に加えられる最適圧力は、半導体ウエハ216の特性,研磨パッド207,スラリー,所望の除去速度およびその他の要素に依存して変化しうる。しかしながら、約0.5psiから約2psiの間の圧力が極めて良好な結果を生じた。ただし、本発明はこれより低いまたは高い圧力でも容易に使用し得る。
Next, the semiconductor wafer 216 is disposed adjacent to the polishing pad 207 fixed to the platen 221 (step 601). Mechanical means for moving the semiconductor wafer 216 to a position proximate the polishing pad 207 are known in the art and will not be mentioned in order to avoid unnecessarily obscuring the present invention.
The semiconductor wafer 216 is pressed against the polishing pad 207 by the pressure applied to the back surface of the semiconductor wafer 216 (step 604). The optimum pressure applied to the backside of the semiconductor wafer 216 can vary depending on the characteristics of the semiconductor wafer 216, the polishing pad 207, the slurry, the desired removal rate, and other factors. However, pressures between about 0.5 psi and about 2 psi produced very good results. However, the present invention can be easily used at lower or higher pressures.

半導体ウエハ216が研磨パッド207に押し当てられる(段階604)とほぼ同時に、研磨パッド207は、軌道運動を開始することができ(段階602)、キャリアは回転を開始できる(段階603)。研磨パッド207は、400周回/分を超える速度で軌道運動することが望ましく、軌道半径16mm、軌道速度約600回/分において、極めて良好な平坦化を得た。また、研磨パッド207の軌道半径は、6mm未満にすることができ、軌道回転周波数約6400周回/分、軌道半径約1.5mmにおいて、極めて良好な平坦化を得た。小さい軌道半径では一般に、半導体ウエハ216前面から材料を除去する所与の速度を保つために、軌道周期を高くする必要がある。前面基準キャリア215は30rpmより低い速度で回転することができ、約10から約20rpmの間の速度が望ましい。前面基準キャリア215が、時計方向または反時計方向に、360度まで回転せずに、交互に回転する場合には、チューブまたはチャネル225,226を簡素化できる。
終点検出システムからの入力に基づき、または経験により割り出された具体的な平坦化工程で要する時間に基づき、半導体ウエハ216を研磨パッド207から取り外し、平坦化工程を終了することができる。
At substantially the same time as the semiconductor wafer 216 is pressed against the polishing pad 207 (step 604), the polishing pad 207 can begin an orbital motion (step 602) and the carrier can begin to rotate (step 603). It is desirable that the polishing pad 207 orbits at a speed exceeding 400 revolutions / minute, and an extremely good flattening is obtained at an orbit radius of 16 mm and an orbital speed of about 600 times / minute. Further, the orbit radius of the polishing pad 207 can be made less than 6 mm, and an extremely good flattening was obtained at an orbital rotation frequency of about 6400 revolutions / minute and an orbital radius of about 1.5 mm. Small trajectory radii generally require a higher trajectory period to maintain a given rate of material removal from the front surface of the semiconductor wafer 216. The front reference carrier 215 can rotate at a speed lower than 30 rpm, and a speed between about 10 and about 20 rpm is desirable. If the front reference carrier 215 rotates alternately without rotating up to 360 degrees clockwise or counterclockwise, the tubes or channels 225 and 226 can be simplified.
The semiconductor wafer 216 can be removed from the polishing pad 207 based on the input from the end point detection system or based on the time required for the specific planarization process determined by experience, and the planarization process can be completed.

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
〔配合例1〕
ポリオキソ酸としてリンバナドモリブデン酸(商品名PVM−1−11 日本無機化学工業社製)12gを水187gに溶解させた後、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)1gを添加、混合した後、水を添加し3倍に希釈することで金属用研磨組成物(ア)を得た。
[配合例2]
ポリオキソ酸としてリンバナドモリブデン酸12gを水187gに溶解させた後、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0.55g、グリシン(和光純薬工業社製)0.02gを添加、混合した後、水を添加し3倍に希釈することで金属用研磨組成物(イ)を得た。
Hereinafter, the present invention will be described based on examples.
[Formulation Example 1]
After dissolving 12 g of phosphovanadomolybdic acid (trade name: PVM-1-11, manufactured by Nippon Inorganic Chemical Industry Co., Ltd.) as a polyoxoacid in 187 g of water, dodecylbenzenesulfonic acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as an anionic surfactant After adding 1 g and mixing, water was added and diluted 3 times to obtain a metal polishing composition (A).
[Formulation Example 2]
After dissolving 12 g of phosphovanadomolybdic acid as polyoxo acid in 187 g of water, 0.55 g of dodecylbenzenesulfonic acid and 0.02 g of glycine (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were added and mixed as an anionic surfactant, By adding water and diluting 3 times, a metal polishing composition (I) was obtained.

[配合例3]
ポリオキソ酸としてリンバナドタングステン酸(商品名PVW−1−11 日本無機化学工業社製)12gを水187gに溶解させた後、アニオン性界面活性剤としてメタンスルホン酸0.5g、ヒスチジン0.03g、キナルジン酸(和光純薬工業社製)0.008gを添加、混合した後、水を添加し3倍に希釈することで金属用研磨組成物(ウ)を得た。
[配合例4]
ポリオキソ酸としてケイモリブデン酸(商品名SM 日本無機化学工業社製)10gを水189gに溶解させた後、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0.4g、ヒスチジン0.02g、キナルジン酸0.01gを添加、混合した後、水を添加し3倍に希釈することで金属用研磨組成物(エ)を得た。
[Composition Example 3]
After 12 g of phosphovanadotungstic acid (trade name PVW-1-11 manufactured by Nippon Inorganic Chemical Industry Co., Ltd.) was dissolved in 187 g of water as polyoxo acid, 0.5 g of methanesulfonic acid, 0.03 g of histidine as an anionic surfactant, After adding and mixing 0.008 g of quinaldic acid (made by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), water was added and diluted 3 times to obtain a metal polishing composition (U).
[Formulation Example 4]
10 g of silicomolybdic acid (trade name SM manufactured by Nippon Inorganic Chemical Industry Co., Ltd.) as a polyoxo acid was dissolved in 189 g of water, and then 0.4 g of dodecylbenzenesulfonic acid, 0.02 g of histidine, 0.02 g of quinaldic acid as an anionic surfactant. After 01 g was added and mixed, water was added and diluted 3 times to obtain a metal polishing composition (D).

[配合例5]
ポリオキソ酸としてリンモリブデン酸12gを水187gに溶解させた後、アニオン性界面活性剤としてパラトルエンスルホン酸0.5g、プロリン(和光純薬工業社製)0.02gを添加、混合した後、水を添加し3倍に希釈することで金属用研磨組成物(オ)を得た。
[配合例6]
ポリオキソ酸としてケイタングステン酸12gを水187gに溶解させた後、アニオン性界面活性剤としてベンゼンスルホン酸0.5g、ニコチン酸(和光純薬工業社製)0.02gを添加、混合した後、水を添加し3倍に希釈することで金属用研磨組成物(カ)を得た。
[Formulation Example 5]
After 12 g of phosphomolybdic acid as polyoxo acid was dissolved in 187 g of water, 0.5 g of paratoluenesulfonic acid and 0.02 g of proline (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were added and mixed as an anionic surfactant. Was added and diluted 3 times to obtain a metal polishing composition (e).
[Composition Example 6]
After dissolving 12 g of silicotungstic acid as a polyoxo acid in 187 g of water, 0.5 g of benzenesulfonic acid and 0.02 g of nicotinic acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) are added and mixed as an anionic surfactant. Was added and diluted 3 times to obtain a metal polishing composition (f).

[配合例7]
ポリオキソ酸としてリンモリブデン酸(商品名PVW−1−11 日本無機化学工業社製)12gを水187gに溶解させた後、アニオン性界面活性剤としてメタンスルホン酸0.5g、ヒスチジン0.03g、キナルジン酸(和光純薬工業社製)0.008gを添加、混合した後、水を添加し3倍に希釈することで金属用研磨組成物(キ)を得た。
[配合例8]
リンバナドモリブデン酸4gを水196gに溶解させただけの金属用研磨用組成物(ク)を得た。
[Composition Example 7]
After dissolving 12 g of phosphomolybdic acid (trade name: PVW-1-11 manufactured by Nippon Inorganic Chemical Industry Co., Ltd.) in 187 g of water as a polyoxo acid, 0.5 g of methanesulfonic acid, 0.03 g of histidine, quinaldine as an anionic surfactant After adding and mixing 0.008g of acid (made by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), water was added and diluted 3 times to obtain a metal polishing composition (ki).
[Formulation Example 8]
A polishing composition for metal (ku) in which 4 g of phosphovanadmolybdic acid was dissolved in 196 g of water was obtained.

[配合例9]
リンバナドタングステン酸4gを水196gに溶解させただけの金属用研磨組成物(ケ)を得た。
[配合例10]
ケイモリブデン酸4gを水196gに溶解させただけの金属用研磨組成物(コ)を得た。
[配合例11]
ドデシルベンゼンスルホン酸1gを水199gに溶解させただけの金属用研磨組成物(サ)を得た。
[配合例12]
メタンスルホン酸1gを水199gに溶解させただけの金属用研磨組成物(シ)を得た。
[配合例13]
ヒスチジン0.01gを水200gに溶解させただけの金属用研磨組成物(ス)を得た。
[配合例14]
キナルジン酸0.01gを水200gに溶解させただけの金属用研磨組成物(セ)を得た。
[配合例15]
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を用いる以外は配合例5と全く同様にして金属用研磨組成物(ソ)を得た。なお、この組成物は1日放置後、粒子の沈降が確認された。
[Formulation Example 9]
A metal polishing composition (ke) was prepared by dissolving 4 g of phosphovanad tungstic acid in 196 g of water.
[Formulation Example 10]
A metal polishing composition (co) in which 4 g of silicomolybdic acid was dissolved in 196 g of water was obtained.
[Formulation Example 11]
A metal polishing composition (sa) in which 1 g of dodecylbenzenesulfonic acid was dissolved in 199 g of water was obtained.
[Composition Example 12]
A polishing composition for metal (si) in which 1 g of methanesulfonic acid was dissolved in 199 g of water was obtained.
[Formulation Example 13]
A polishing composition for metal (su) in which 0.01 g of histidine was dissolved in 200 g of water was obtained.
[Formulation Example 14]
A polishing composition for metal (C) in which 0.01 g of quinaldic acid was dissolved in 200 g of water was obtained.
[Formulation Example 15]
A metal polishing composition (So) was obtained in exactly the same manner as in Formulation Example 5, except that the same amount of lauryltrimethylammonium chloride was used as the cationic surfactant instead of the nonionic surfactant. In addition, sedimentation of the particles was confirmed after leaving this composition for 1 day.

〔実施例1〕
半導体ウエハとして300mm径の酸化珪素絶縁膜上に銅膜を設けたシリコンウエハを、研磨剤として配合例1で得られた金属研磨用組成物(ア)を300ml/分の量研磨パッドの穴から供給し、研磨パッドとしてポリウレタン樹脂を素材としたパッドを、研磨装置としてNOVELLUS社製 MOMENTUM300を用い、キャリア回転数を20rpm、研磨パッドの回転数を700rpm、研磨パッドの軌道半径を4mm、ウエハにかかる研磨パッドの圧力を1.4psi(100g/cm2)で研磨を行なって、パターン幅150μmの半導体ウエハを得た。研磨速度は850nm/分であり、ディッシングは、16nmであった。
[Example 1]
As a semiconductor wafer, a silicon wafer provided with a copper film on a silicon oxide insulating film having a diameter of 300 mm is used, and the metal polishing composition (a) obtained in Formulation Example 1 is used as an abrasive from the hole of the polishing pad in an amount of 300 ml / min. Supply a pad made of polyurethane resin as a polishing pad, and use a NOVELLUS MOMENTUM300 as a polishing device, carrier rotation speed 20 rpm, polishing pad rotation speed 700 rpm, polishing pad orbit radius 4 mm, applied to the wafer Polishing was performed at a polishing pad pressure of 1.4 psi (100 g / cm 2 ) to obtain a semiconductor wafer having a pattern width of 150 μm. The polishing rate was 850 nm / min and the dishing was 16 nm.

〔実施例2〕
研磨剤として配合例2で得られた金属用研磨組成物(イ)を用いる他は実施例1と同様に研磨を行い、パターン幅150μmの半導体ウエハを得た。研磨速度は810nm/分であり、ディッシングは、19nmであった。
[Example 2]
Polishing was performed in the same manner as in Example 1 except that the metal polishing composition (A) obtained in Formulation Example 2 was used as the polishing agent to obtain a semiconductor wafer having a pattern width of 150 μm. The polishing rate was 810 nm / min and the dishing was 19 nm.

〔実施例3〕
研磨剤として配合例3で得られた金属用研磨組成物(ウ)を用いる他は実施例1と同様に研磨を行い、パターン幅150μmの半導体ウエハを得た。研磨速度は780nm/分であり、ディッシングは、19nmであった。
Example 3
Polishing was performed in the same manner as in Example 1 except that the metal polishing composition (C) obtained in Formulation Example 3 was used as the polishing agent to obtain a semiconductor wafer having a pattern width of 150 μm. The polishing rate was 780 nm / min and the dishing was 19 nm.

〔実施例4〕
研磨剤として配合例4で得られた金属用研磨組成物(エ)を用いる他は実施例1と同様に研磨を行い、パターン幅150μmの半導体ウエハを得た。研磨速度は765nm/分であり、ディッシングは、23nmであった。
Example 4
Polishing was performed in the same manner as in Example 1 except that the metal polishing composition (D) obtained in Formulation Example 4 was used as an abrasive to obtain a semiconductor wafer having a pattern width of 150 μm. The polishing rate was 765 nm / min and the dishing was 23 nm.

〔実施例5〕
研磨剤として配合例5で得られた金属用研磨組成物(オ)を用いる他は実施例1と同様に研磨を行い、パターン幅150μmの半導体ウエハを得た。研磨速度は687nm/分であり、ディッシングは、22nmであった。
Example 5
Polishing was performed in the same manner as in Example 1 except that the metal polishing composition (e) obtained in Formulation Example 5 was used as an abrasive, to obtain a semiconductor wafer having a pattern width of 150 μm. The polishing rate was 687 nm / min and the dishing was 22 nm.

〔実施例6〕
研磨剤として配合例6で得られた金属用研磨組成物(カ)を用いる他は実施例1と同様に研磨を行い、パターン幅150μmの半導体ウエハを得た。研磨速度は697nm/分であり、ディッシングは、22nmであった。
Example 6
Polishing was performed in the same manner as in Example 1 except that the metal polishing composition (f) obtained in Formulation Example 6 was used as the polishing agent to obtain a semiconductor wafer having a pattern width of 150 μm. The polishing rate was 697 nm / min and the dishing was 22 nm.

〔実施例7〕
研磨剤として配合例3で得られた金属用研磨組成物(キ)を用いる他は実施例1と同様に研磨を行い、パターン幅150μmの半導体ウエハを得た。研磨速度は735nm/分であり、ディッシングは、27nmであった。
Example 7
Polishing was performed in the same manner as in Example 1 except that the metal polishing composition (ki) obtained in Formulation Example 3 was used as the polishing agent to obtain a semiconductor wafer having a pattern width of 150 μm. The polishing rate was 735 nm / min and the dishing was 27 nm.

〔比較例1〕
金属用研磨組成物を研磨パッドの穴からではなく、研磨パッド上方から供給する他は、実施例1と同様に研磨を行い、パターン幅150μmの半導体ウエハを得た。研磨速度は430nm/分であり、ディッシングは35nmであった。
[Comparative Example 1]
Polishing was performed in the same manner as in Example 1 except that the metal polishing composition was supplied not from the hole of the polishing pad but from above the polishing pad to obtain a semiconductor wafer having a pattern width of 150 μm. The polishing rate was 430 nm / min and the dishing was 35 nm.

〔比較例2〕
研磨剤として配合例2で得られた金属用研磨組成物(イ)を用いる他は、比較例1と同様に研磨を行い、パターン幅150μmの半導体ウエハを得た。研磨速度は503nm/分であり、ディッシングは55nmであった。
[Comparative Example 2]
Polishing was performed in the same manner as in Comparative Example 1 except that the metal polishing composition (A) obtained in Formulation Example 2 was used as the polishing agent to obtain a semiconductor wafer having a pattern width of 150 μm. The polishing rate was 503 nm / min and the dishing was 55 nm.

〔比較例3〕
研磨剤として配合例3で得られた金属用研磨組成物(ウ)を用いる他は、比較例1と同様に研磨を行い、パターン幅150μmの半導体ウエハを得た。研磨速度は551nm/分であり、ディッシングは53nmであった。
[Comparative Example 3]
Polishing was performed in the same manner as in Comparative Example 1 except that the metal polishing composition (c) obtained in Formulation Example 3 was used as the polishing agent to obtain a semiconductor wafer having a pattern width of 150 μm. The polishing rate was 551 nm / min and the dishing was 53 nm.

〔比較例4〕
研磨剤として配合例4で得られた金属用研磨組成物(エ)を用いる他は、比較例1と同様に研磨を行い、パターン幅150μmの半導体ウエハを得た。研磨速度は487nm/分であり、ディッシングは78nmであった。
[Comparative Example 4]
Polishing was performed in the same manner as in Comparative Example 1 except that the metal polishing composition (D) obtained in Formulation Example 4 was used as an abrasive to obtain a semiconductor wafer having a pattern width of 150 μm. The polishing rate was 487 nm / min and the dishing was 78 nm.

〔比較例5〕
研磨剤として配合例5で得られた金属用研磨組成物(オ)を用いる他は、比較例1と同様に研磨を行い、パターン幅150μmの半導体ウエハを得た。研磨速度は509nm/分であり、ディッシングは87nmであった。
[Comparative Example 5]
Polishing was performed in the same manner as in Comparative Example 1 except that the metal polishing composition (e) obtained in Formulation Example 5 was used as an abrasive to obtain a semiconductor wafer having a pattern width of 150 μm. The polishing rate was 509 nm / min and the dishing was 87 nm.

〔比較例6〕
研磨剤として配合例6で得られた金属用研磨組成物(カ)を用いる他は、比較例1と同様に研磨を行い、パターン幅150μmの半導体ウエハを得た。研磨速度は501nm/分であり、ディッシングは72nmであった。
[Comparative Example 6]
Polishing was performed in the same manner as in Comparative Example 1 except that the metal polishing composition (f) obtained in Formulation Example 6 was used as the polishing agent to obtain a semiconductor wafer having a pattern width of 150 μm. The polishing rate was 501 nm / min and the dishing was 72 nm.

〔比較例7〕
研磨剤として配合例7で得られた金属用研磨組成物(キ)を用いる他は、比較例1と同様に研磨を行い、パターン幅150μmの半導体ウエハを得た。研磨速度は511nm/分であり、ディッシングは87nmであった。
[Comparative Example 7]
Polishing was performed in the same manner as in Comparative Example 1 except that the metal polishing composition (ki) obtained in Formulation Example 7 was used as an abrasive, and a semiconductor wafer having a pattern width of 150 μm was obtained. The polishing rate was 511 nm / min and the dishing was 87 nm.

〔比較例8〕
研磨剤として配合例8で得られた金属用研磨組成物(ク)を用いる他は、比較例1と同様に研磨を行い、パターン幅150μmの半導体ウエハを得た。研磨速度は545nm/分であり、ディッシングは490nmであった。
[Comparative Example 8]
Polishing was performed in the same manner as in Comparative Example 1 except that the metal polishing composition (K) obtained in Formulation Example 8 was used as the polishing agent to obtain a semiconductor wafer having a pattern width of 150 μm. The polishing rate was 545 nm / min and the dishing was 490 nm.

〔比較例9〕
研磨剤として配合例9で得られた金属用研磨組成物(ケ)を用いる他は、比較例1と同様に研磨を行い、パターン幅150μmの半導体ウエハを得た。研磨速度は534nm/分であり、ディッシングは523nmであった。
[Comparative Example 9]
Polishing was performed in the same manner as in Comparative Example 1 except that the metal polishing composition (K) obtained in Formulation Example 9 was used as the polishing agent to obtain a semiconductor wafer having a pattern width of 150 μm. The polishing rate was 534 nm / min and the dishing was 523 nm.

〔比較例10〕
研磨剤として配合例10で得られた金属用研磨組成物(コ)を用いる他は、比較例1と同様に研磨を行い、パターン幅150μmの半導体ウエハを得た。研磨速度は522nm/分であり、ディッシングは443nmであった。
[Comparative Example 10]
Polishing was performed in the same manner as in Comparative Example 1 except that the metal polishing composition (co) obtained in Formulation Example 10 was used as the polishing agent to obtain a semiconductor wafer having a pattern width of 150 μm. The polishing rate was 522 nm / min and the dishing was 443 nm.

〔比較例11〕
研磨剤として配合例11で得られた金属用研磨組成物(サ)を用いる他は、比較例1と同様に研磨を行い、パターン幅150μmの半導体ウエハを得た。研磨速度は50nm/分以下であり、ディッシングを測定できなかった。
[Comparative Example 11]
Polishing was performed in the same manner as in Comparative Example 1 except that the metal polishing composition (sa) obtained in Formulation Example 11 was used as the polishing agent to obtain a semiconductor wafer having a pattern width of 150 μm. The polishing rate was 50 nm / min or less, and dishing could not be measured.

〔比較例12〕
研磨剤として配合例12で得られた金属用研磨組成物(シ)を用いる他は、比較例1と同様に研磨を行い、パターン幅150μmの半導体ウエハを得た。研磨速度は50nm/分以下であり、ディッシングを測定できなかった。
[Comparative Example 12]
Polishing was performed in the same manner as in Comparative Example 1 except that the metal polishing composition (B) obtained in Formulation Example 12 was used as an abrasive, and a semiconductor wafer having a pattern width of 150 μm was obtained. The polishing rate was 50 nm / min or less, and dishing could not be measured.

〔比較例13〕
研磨剤として配合例13で得られた金属用研磨組成物(ス)を用いる他は、比較例1と同様に研磨を行い、パターン幅150μmの半導体ウエハを得た。研磨速度は10nm/分以下であり、ディッシングを測定できなかった。
[Comparative Example 13]
Polishing was performed in the same manner as in Comparative Example 1 except that the metal polishing composition (s) obtained in Formulation Example 13 was used as the polishing agent to obtain a semiconductor wafer having a pattern width of 150 μm. The polishing rate was 10 nm / min or less, and dishing could not be measured.

〔比較例14〕
研磨剤として配合例14で得られた金属用研磨組成物(セ)を用いる他は、比較例1と同様に研磨を行い、パターン幅150μmの半導体ウエハを得た。研磨速度は10nm/分以下であり、ディッシングを測定できなかった。
[Comparative Example 14]
Polishing was performed in the same manner as in Comparative Example 1 except that the metal polishing composition (se) obtained in Formulation Example 14 was used as an abrasive, and a semiconductor wafer having a pattern width of 150 μm was obtained. The polishing rate was 10 nm / min or less, and dishing could not be measured.

〔比較例15〕
研磨剤として配合例15で得られた金属用研磨組成物(ソ)を用いる他は、比較例1と同様に研磨を行い、パターン幅150μmの半導体ウエハを得た。研磨速度は430nm/分であり、ディッシングは370nmであった。
[Comparative Example 15]
Polishing was performed in the same manner as in Comparative Example 1 except that the metal polishing composition (So) obtained in Formulation Example 15 was used as an abrasive to obtain a semiconductor wafer having a pattern width of 150 μm. The polishing rate was 430 nm / min and the dishing was 370 nm.

〔比較例16〕
研磨剤としてA社から発売されている金属用研磨組成物(タ)を用いる他は、比較例1と同様に研磨を行い、パターン幅150μmの半導体ウエハを得た。研磨速度は180nm/分であり、ディッシングは27nmであった。
[Comparative Example 16]
Polishing was performed in the same manner as in Comparative Example 1 except that the metal polishing composition (ta) sold by Company A was used as the polishing agent to obtain a semiconductor wafer having a pattern width of 150 μm. The polishing rate was 180 nm / min and the dishing was 27 nm.

本発明の半導体ウエハの製造方法によれば、従来技術では困難であった、エッチング、ディッシングを抑制すると同時に低研磨圧力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、半導体ウエハ上に形成された金属膜を研磨する上で極めて有用な半導体ウエハの製造方法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 method for manufacturing a semiconductor wafer of the present invention, it becomes possible to polish a metal film such as a copper film at a high speed even under a low polishing pressure while suppressing etching and dishing, which has been difficult in the prior art. The present invention has found a method for manufacturing a semiconductor wafer that is extremely useful for polishing a metal film formed on a semiconductor wafer, and has a great industrial utility value.

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. 半導体ウエハを、プラテンに取り付けられた研磨パッドに対して保持する前面基準キャリアの断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a front reference carrier that holds a semiconductor wafer against a polishing pad attached to a platen. 軌道運動する研磨パッドに近接する半導体ウエハの平面図である。It is a top view of the semiconductor wafer adjacent to the polishing pad which orbits. 研磨パッドの軌道運動中の4つの異なる時間における軌道運動する研磨パッドとともに示された、静止状態の半導体ウエハの平面図である。1 is a plan view of a stationary semiconductor wafer, shown with orbiting polishing pads at four different times during the orbiting of the polishing pad. FIG. 軌道運動のみによって半導体ウエハ前面のあらゆる点で経験される動きを示す、半導体ウエハの前面の図である。FIG. 2 is a front view of a semiconductor wafer showing the movement experienced at every point on the front side of the semiconductor wafer only by orbital motion. 研磨パッドの軌道運動を生じさせる1つの考えられる機構の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of one possible mechanism for causing orbital motion of the polishing pad. 研磨法の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the grinding | polishing method.

符号の説明Explanation of symbols

(a) 半導体ウエハ
(b) 絶縁膜
(c) バリヤーメタル層
(d) 金属膜
(A) Semiconductor wafer (b) Insulating film (c) Barrier metal layer (d) Metal film

Claims (11)

ポリオキソ酸、アニオン性界面活性剤および水を含有してなることを特徴とする金属用研磨組成物を用いて半導体ウエハ上に形成された金属膜を、研磨パッドを具備した化学機械研磨装置を用い、金属膜面を研磨パッドに押圧して化学機械研磨する方法において、前記研磨パッドが前記金属用研磨組成物を前記研磨パッド表面に供給するための穴を具備し、かつ前記化学機械研磨装置が前記研磨パッドの穴を通して前記研磨パッド表面に前記金属研磨用組成物を供給する装置を具備し、前記穴から研磨中に前記金属用研磨組成物を金属膜と研磨パッド間に供給する事を特徴とする半導体ウエハの研磨法。   A chemical mechanical polishing apparatus equipped with a polishing pad is used to form a metal film formed on a semiconductor wafer using a metal polishing composition comprising a polyoxoacid, an anionic surfactant and water. In the method of chemical mechanical polishing by pressing the metal film surface against the polishing pad, the polishing pad comprises a hole for supplying the metal polishing composition to the polishing pad surface, and the chemical mechanical polishing apparatus comprises An apparatus for supplying the metal polishing composition to the surface of the polishing pad through the hole of the polishing pad is provided, and the metal polishing composition is supplied between the metal film and the polishing pad during polishing from the hole. A method for polishing a semiconductor wafer. 前記ポリオキソ酸が、ヘテロポリ酸である請求項1に記載の半導体ウエハの研磨法。   The method for polishing a semiconductor wafer according to claim 1, wherein the polyoxoacid is a heteropolyacid. 前記化学機械研磨装置が、前記研磨パッドを軌道運動させるために接続された支持台および、半導体ウエハを保持し、半導体ウエハ上の金属膜面を前記研磨パッドに対して押圧するキャリアを具備していることを特徴とする請求項1または2のいずれか一項に記載の半導体ウエハの研磨法。   The chemical mechanical polishing apparatus includes a support base connected to orbit the polishing pad, and a carrier that holds the semiconductor wafer and presses the metal film surface on the semiconductor wafer against the polishing pad. The semiconductor wafer polishing method according to claim 1, wherein the semiconductor wafer is polished. 前記キャリアが前面基準キャリアであることを特徴とする請求項3記載の半導体ウエハの研磨法。   4. The semiconductor wafer polishing method according to claim 3, wherein the carrier is a front reference carrier. 前記キャリアが裏面基準キャリアであることを特徴とする請求項3記載の半導体ウエハの研磨法。   4. The semiconductor wafer polishing method according to claim 3, wherein the carrier is a back surface reference carrier. 前記支持台が4mm未満の軌道半径により、前記研磨パッドを半導体ウエハに対して水平に軌道運動させることを特徴とする請求項3から5のいずれか1項に記載の半導体ウエハの研磨法。   6. The method for polishing a semiconductor wafer according to claim 3, wherein the support pad is moved orbitally with respect to the semiconductor wafer by an orbit radius of less than 4 mm. 前記支持台が400rpmを超える軌道速度で、前記研磨パッドを軌道運動させることを特徴とする請求項3から6のいずれか1項に記載の半導体ウエハの研磨法。   The method for polishing a semiconductor wafer according to claim 3, wherein the polishing pad is caused to orbit at a trajectory speed exceeding 400 rpm. 半導体ウエハの研磨法が、
(あ)半導体ウエハをキャリアに装てんする段階
(い)前記半導体ウエハを前記研磨パッドに近接して配置する段階
(う)前記半導体ウエハを前記研磨パッドに押圧する段階
(え)前記研磨パッドを軌道運動させる段階、および
(お)前記半導体ウエハを前記研磨パッドから取り外す段階
を(あ)から(お)の順で含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の半導体ウエハの研磨法。
Semiconductor wafer polishing method
(A) loading a semiconductor wafer onto a carrier (i) placing the semiconductor wafer close to the polishing pad (iii) pressing the semiconductor wafer against the polishing pad (e) orbiting the polishing pad The semiconductor wafer according to any one of claims 1 to 7, comprising a step of moving and a step of removing the semiconductor wafer from the polishing pad in the order of (a) to (o). Polishing method.
前記半導体ウエハの研磨法が、
(か)前記半導体ウエハを前記研磨パッドから取り外す前に、前記半導体ウエハを回転させる段階
を含むことを特徴とする請求項8に記載の半導体ウエハの研磨法。
The semiconductor wafer polishing method comprises:
9. The method for polishing a semiconductor wafer according to claim 8, further comprising the step of rotating the semiconductor wafer before removing the semiconductor wafer from the polishing pad.
前記半導体ウエハの研磨法が、
(き)前記半導体ウエハを前記研磨パッドから取り外す前に、前記半導体ウエハを時計回りと反時計回りに交互に回転させる段階
を含むことを特徴とする請求項8に記載の半導体ウエハの研磨法。
The semiconductor wafer polishing method comprises:
9. The method for polishing a semiconductor wafer according to claim 8, further comprising a step of alternately rotating the semiconductor wafer clockwise and counterclockwise before removing the semiconductor wafer from the polishing pad.
前記半導体ウエハの研磨法が、段階(う)が、前記半導体ウエハの裏面の中心ゾーンに対して第1圧力をかける段階、および前記中心ゾーンに対して同心の周辺ゾーンに前記第1圧力とは異なる第2圧力をかける段階を含むことを特徴とする請求項8に記載の半導体ウエハの研磨法。   In the polishing method of the semiconductor wafer, the step (ii) applies a first pressure to a central zone on the back surface of the semiconductor wafer, and the first pressure is applied to a peripheral zone concentric with the central zone. The method for polishing a semiconductor wafer according to claim 8, further comprising applying a different second pressure.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008091411A (en) * 2006-09-29 2008-04-17 Fujifilm Corp Polishing solution for metal
JPWO2013157442A1 (en) * 2012-04-18 2015-12-21 株式会社フジミインコーポレーテッド Polishing composition

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