JP2006278798A - Polishing composition - Google Patents

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道生 木村
Toshihiko Ogawa
俊彦 小川
Fumihiro Shiraishi
史広 白石
Motoji Saegusa
基二 三枝
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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polishing composition which uses organic resin fine grains as an abrasive and reduces foaming. <P>SOLUTION: A polishing composition contains organic resin fine grains (A), surfactant (B), and defoaming agent (C). The defoaming agent (C) is preferably at least one or more kinds of defoaming agents selected from among silica silicone defoaming agent containing hydrophobic silica, metal soap defoaming agent containing metal soap, and oxide wax defoaming agent containing oxide wax. Thus, the problems, wherein it becomes difficult to uniformly supply the polishing composition, or uniform polishing cannot be performed because of foaming of the surfactant contained in the polishing composition for diffusing the organic resin fine grains or improving the smoothness on the surface of a copper film (1), and wherein trouble occurs in drainage, since waste water after polishing foam up are solved. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体、各種メモリーハードディスク用基板等の研磨に使用される研磨用組成物に関し、特に半導体のデバイスウエハーの表面平坦化加工に好適に用いられる研磨用組成物に関するものである。     The present invention relates to a polishing composition used for polishing semiconductors, various memory hard disk substrates and the like, and more particularly to a polishing composition suitably used for surface planarization of semiconductor device wafers.

エレクトロニクス業界の最近の著しい発展により、トランジスター、IC、LSI、超LSIと進化してきており、これら半導体素子に於ける回路の集積度が急激に増大するに伴って半導体デバイスのデザインルールは年々微細化が進み、デバイス製造プロセスでの焦点深度は浅くなり、パターン形成面の平坦性はますます厳しくなってきている     Recent advances in the electronics industry have evolved into transistors, ICs, LSIs, and super LSIs. As the degree of integration of circuits in these semiconductor elements has increased rapidly, the design rules for semiconductor devices have become finer year by year. The depth of focus in the device manufacturing process has become shallower, and the flatness of the pattern formation surface has become increasingly severe

一方で配線の微細化による配線抵抗の増大をカバーするために、配線材料としてアルミニウムやタングステンからより電気抵抗の小さな銅配線が検討されてきている。しかしながら銅を配線層や配線間の相互接続に用いる場合には、絶縁膜上に配線溝や孔を形成した後、スパッタリングやメッキによって銅膜を形成して不要な部分を化学的機械的研磨法(CMP)によって絶縁膜上の不要な銅を取り除く必要がある。     On the other hand, in order to cover the increase in wiring resistance due to the miniaturization of wiring, copper wiring having a smaller electrical resistance has been studied as a wiring material from aluminum or tungsten. However, when copper is used for interconnection between wiring layers and wirings, after forming wiring grooves and holes on the insulating film, a copper film is formed by sputtering or plating, and unnecessary portions are chemically and mechanically polished. It is necessary to remove unnecessary copper on the insulating film by (CMP).

かかるプロセスでは銅が絶縁膜中に拡散してデバイス特性を低下させるので、通常は銅の拡散防止のために絶縁膜上にバリア層としてタンタルや窒化タンタルの層を設けることが一般的になっている。     In such a process, copper diffuses into the insulating film and degrades the device characteristics. Therefore, in order to prevent copper diffusion, it is common to provide a tantalum or tantalum nitride layer as a barrier layer on the insulating film. Yes.

このようにして最上層に銅膜を形成させたデバイスの平坦化CMPプロセスにおいては、初めに不要な部分の銅膜を絶縁層上に形成されたタンタル化合物の表面層まで研磨し、次のステップでは絶縁膜上のタンタル化合物の層を研磨しSiO2面が出たところで研磨が終了していなければならない。このようなプロセスを図1に示したが、かかるプロセスにおけるCMP研磨では銅、タンタル化合物、SiO2などの異種材料に対して研磨レートに選択性があることが必要である。 In the planarization CMP process for a device having a copper film formed on the uppermost layer in this manner, an unnecessary portion of the copper film is first polished to the surface layer of the tantalum compound formed on the insulating layer, and the next step Then, the tantalum compound layer on the insulating film must be polished and the polishing must be completed when the SiO 2 surface comes out. Such a process is shown in FIG. 1, and CMP polishing in such a process requires that the polishing rate be selective with respect to different materials such as copper, a tantalum compound, and SiO 2 .

即ちステップ1では銅に対する研磨レートが高く、タンタル化合物に対してはほとんど研磨能力がない程度の選択性が必要である。さらにステップ2ではタンタル化合物に対する研磨レートは大きいがSiO2に対する研磨レートが小さいほどSiO2の削りすぎを防止できるので好ましい。 That is, in Step 1, the polishing rate with respect to copper is high and the tantalum compound needs to be selective enough to have no polishing ability. Further, in step 2, the polishing rate for the tantalum compound is large, but the smaller the polishing rate for SiO 2 is, the more preferable it is because it is possible to prevent excessive polishing of SiO 2 .

このプロセスを理想的には一つの研磨材で研磨できることが望まれるが、異種材料に対する研磨レートの選択比をプロセスの途中で変化させることはできないのでプロセスを2ステップに分けて異なる選択性を有する2つのスラリーでそれぞれのCMP工程を実施する。通常溝や孔の銅膜の削りすぎ(ディッシング、リセス、エロージョン)を防ぐためにステップ1ではタンタル化合物上の銅膜は少し残した状態で研磨を終了させる。ついでステップ2ではSiO2層をストッパーとして残ったわずかな銅とタンタル化合物を研磨除去する。 Ideally, this process can be polished with a single abrasive, but the selectivity of the polishing rate for different materials cannot be changed during the process, so the process is divided into two steps and has different selectivity. Each CMP step is performed with two slurries. In order to prevent excessive etching (dishing, recessing, erosion) of the copper film in the normal groove or hole, the polishing is finished in step 1 with a little copper film on the tantalum compound left. In step 2, the remaining copper and tantalum compound are removed by polishing using the SiO 2 layer as a stopper.

ステップ1に用いられる研磨用組成物に対しては、ステップ2で修正できないような表面上の欠陥(スクラッチ)を発生させることなく銅膜に対してのみ大きい研磨レートを有することが必要である。   For the polishing composition used in Step 1, it is necessary to have a large polishing rate only for the copper film without causing surface defects (scratches) that cannot be corrected in Step 2.

このような銅膜用の研磨用組成物としては、アミノ酢酸およびアミド硫酸から選ばれる少なくとも1種類の有機酸と酸化剤と水とを含有する研磨用組成物が特許文献1に記載されている。この研磨用組成物は、銅に対して比較的大きな研磨レートが得られているが、これは酸化剤によってイオン化された銅が上記の有機酸とキレートを形成して機械的に研磨されやすくなったためと推定できる。
しかしながら前記研磨用組成物を用いて、銅膜およびタンタル化合物を有する半導体デバイスを研磨すると、銅とタンタル化合物の研磨選択比が充分でなかったり、銅に対する選択比を高めると配線溝や孔の銅膜が削られ過ぎたり、銅膜表面の平滑性が損なわれる等の問題があった。
これらの問題点を解決するために、研磨材として有機樹脂微粒子を含有し、有機樹脂微粒子の分散安定性を界面活性剤により向上させた研磨用組成物が特許文献2に記載されている。
特開平7−233485号公報 特開2003−313540号公報
As such a polishing composition for a copper film, Patent Document 1 discloses a polishing composition containing at least one organic acid selected from aminoacetic acid and amidosulfuric acid, an oxidizing agent, and water. . This polishing composition has a relatively high polishing rate with respect to copper, and this is because copper ionized by an oxidizing agent forms a chelate with the above organic acid and is easily mechanically polished. It can be estimated that this is because
However, when polishing a semiconductor device having a copper film and a tantalum compound using the polishing composition, the polishing selectivity of copper and tantalum compound is not sufficient, or if the selectivity to copper is increased, the wiring trench and hole copper There have been problems such as excessive film shaving and loss of smoothness on the copper film surface.
In order to solve these problems, Patent Document 2 discloses a polishing composition containing organic resin fine particles as an abrasive and improving the dispersion stability of organic resin fine particles with a surfactant.
JP-A-7-233485 JP 2003-313540 A

しかしながら、上記文献記載の従来技術は、以下の点で改善の余地を有していた。
第一に、有機樹脂微粒子を分散させたり、銅膜表面の平滑性を向上させたりするために含有されている界面活性剤の泡立ちのために研磨用組成物を均一に供給することが困難になり、均一な研磨ができないという課題があった。
第二に、研磨後の排水が泡立つために排水処理に不都合が生じるという課題があった。
本発明は上記事情にかんがみてなされたものであり、その目的とするところは研磨材として有機樹脂微粒子を用いた泡立ちの少ない研磨用組成物を提供することにある。


However, the prior art described in the above literature has room for improvement in the following points.
First, it is difficult to uniformly supply the polishing composition due to foaming of the surfactant contained to disperse the organic resin fine particles and improve the smoothness of the copper film surface. Therefore, there was a problem that uniform polishing was not possible.
Secondly, there is a problem that the waste water treatment becomes inconvenient because the ground waste water is foamed.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a polishing composition using organic resin fine particles as a polishing material with less foaming.


[1](A)有機樹脂微粒子、
(B)界面活性剤、及び、
(C)消泡剤、
を含有する研磨用組成物。
[2]前記(B)界面活性剤が、アニオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤の中から選ばれた1種類以上の界面活性剤である[1]記載の研磨用組成物。
[3]前記(C)消泡剤が、シリコーン系消泡剤である[1]または[2]記載の研磨用組成物。
[4]前記(C)消泡剤が、疎水性シリカを含有するシリカシリコーン系消泡剤、金属石鹸を含有する金属石鹸系消泡剤、または酸化ワックスを含有する酸化ワックス系消泡剤から選ばれた1種類以上の消泡剤である[1]乃至[4]のいずれかに記載の研磨用組成物。




[1] (A) Organic resin fine particles,
(B) a surfactant, and
(C) antifoaming agent,
Polishing composition containing this.
[2] The polishing composition according to [1], wherein (B) the surfactant is one or more surfactants selected from an anionic surfactant and a nonionic surfactant.
[3] The polishing composition according to [1] or [2], wherein the (C) antifoaming agent is a silicone-based antifoaming agent.
[4] The antifoaming agent (C) is a silica silicone antifoaming agent containing hydrophobic silica, a metal soap antifoaming agent containing metal soap, or an oxidized wax antifoaming agent containing oxidized wax. The polishing composition according to any one of [1] to [4], which is one or more selected antifoaming agents.




本発明によれば銅膜、タンタル膜を含む半導体デバイスのCMP加工プロセスにおいて銅膜を優先的に研磨可能な研磨用組成物が得られ、研磨時に泡立ちなどの作業上の不都合を生じることもなく、半導体デバイスを効率的に製造することができる。   According to the present invention, a polishing composition capable of preferentially polishing a copper film in a CMP process of a semiconductor device including a copper film and a tantalum film can be obtained without causing inconveniences such as foaming during polishing. A semiconductor device can be efficiently manufactured.

本発明は、(A)有機樹脂微粒子、(B)界面活性剤、及び、(C)消泡剤を含有する研磨用組成物に関するものである。なお下記は例示であり、本発明は何ら下記に限定されるものではない。以下に本発明の研磨用組成物の各成分について詳細に説明する。
The present invention relates to a polishing composition containing (A) organic resin fine particles, (B) a surfactant, and (C) an antifoaming agent. The following is an example, and the present invention is not limited to the following. Hereinafter, each component of the polishing composition of the present invention will be described in detail.

本発明には研磨材として(A)有機樹脂微粒子を含む。有機高分子化合物の微粒子で有れば特に限定されないが、例えば、ビニルモノマーの乳化重合などによって得られる有機高分子化合物の微粒子やポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾールなど重縮合によって得られる有機高分子化合物の微粒子およびフェノール樹脂、メラミン樹脂などの付加縮合によって得られる有機高分子化合物の微粒子を挙げることができる。これらは単独で用いてもよいし、或いは複数の異なる有機高分子化合物の微粒子を任意に組み合わせて用いてもよい。好ましい例としては比較的安価で粒径の揃った極性の低いビニル系高分子が挙げられる。     The present invention includes (A) organic resin fine particles as an abrasive. It is not particularly limited as long as it is a fine particle of an organic polymer compound. For example, fine particles of an organic polymer compound obtained by emulsion polymerization of a vinyl monomer, and organic polymers obtained by polycondensation such as polyester, polyamide, polyimide, polybenzoxazole, etc. Examples thereof include fine particles of molecular compounds and fine particles of organic polymer compounds obtained by addition condensation such as phenol resin and melamine resin. These may be used singly or in any combination of a plurality of different organic polymer compound fine particles. Preferable examples include vinyl polymers that are relatively inexpensive and have a uniform particle size and low polarity.

本発明の有機樹脂微粒子の平均粒径は10〜500nmの範囲であるが、好ましくは20〜200nmの範囲である。下限値より小さいと銅膜の研磨レートが小さいために研磨用途としては適切ではなく、上限値を越えると粒子の分散が困難になるため表面平坦化機能が損なわれる。また、本発明の研磨用組成物中の濃度は0.1〜5重量%であるが、好ましくは0.5〜3重量%である。ただし本発明は特にこの範囲に限定されるものではない。濃度が下限値未満では十分な研磨レートが得られず不都合であり、上限値を越えると粒子の分散が困難になり、凝集や沈降等の不具合が起こりやすくなる。     The average particle diameter of the organic resin fine particles of the present invention is in the range of 10 to 500 nm, preferably in the range of 20 to 200 nm. If it is smaller than the lower limit value, the polishing rate of the copper film is small, so that it is not suitable as a polishing application. If the upper limit value is exceeded, it becomes difficult to disperse the particles and the surface flattening function is impaired. The concentration in the polishing composition of the present invention is 0.1 to 5% by weight, preferably 0.5 to 3% by weight. However, the present invention is not particularly limited to this range. If the concentration is less than the lower limit, a sufficient polishing rate cannot be obtained, which is inconvenient. If the concentration exceeds the upper limit, it becomes difficult to disperse the particles, and problems such as aggregation and sedimentation tend to occur.

本発明の研磨用組成物は(B)界面活性剤を含有する。界面活性剤としてはアニオン性界面活性剤またはノニオン性界面活性剤が好ましいが、本発明は特にこれらに限定されるものではない。これらの界面活性剤は単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。またアニオン性界面活性剤の具体的な例としては、ラウリン酸塩、ステアリン酸塩、オレイン酸塩などのカルボン酸塩、高級アルコール硫酸エステル塩、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル硫酸エステル塩などの硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルナフタレンスルホン酸塩、パラフィンスルホン酸塩などのスルホン酸塩、高級アルコールリン酸エステル塩、ポリオキシアルキレンアルキルエーテルリン酸エステル塩などのリン酸エステル塩等が挙げられる。塩の構成としてはナトリウム塩、カリウム塩およびアンモニウム塩等が挙げられる。ノニオン界面活性剤の具体的な例としてはポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテル等が上げられる。本発明における界面活性剤は有機樹脂微粒子の分散安定性を向上させるとともに、研磨速度の均一性を向上させる効果がある。本発明における研磨用組成物中の濃度は0.0001〜1重量%であるが、好ましくは0.01〜0.5重量%の範囲である。ただし本発明はなんらこの範囲に限定されるものではない。下限値であると添加しても効果が見られず、上限値を越えると濃度が高すぎるために析出してくる可能性がある。     The polishing composition of the present invention contains (B) a surfactant. The surfactant is preferably an anionic surfactant or a nonionic surfactant, but the present invention is not particularly limited thereto. These surfactants may be used alone or in combination of two or more. Specific examples of the anionic surfactant include carboxylates such as laurate, stearate and oleate, sulfate esters such as higher alcohol sulfates and polyoxyalkylene alkyl ether sulfates. And sulfonates such as alkylbenzene sulfonate, alkylnaphthalene sulfonate, and paraffin sulfonate, and phosphate esters such as higher alcohol phosphate esters and polyoxyalkylene alkyl ether phosphate salts. Examples of the salt structure include sodium salt, potassium salt and ammonium salt. Specific examples of the nonionic surfactant include polyoxyalkylene alkyl ether and polyoxyalkylene alkylphenyl ether. The surfactant in the present invention has an effect of improving the dispersion stability of the organic resin fine particles and improving the uniformity of the polishing rate. The concentration in the polishing composition in the present invention is 0.0001 to 1% by weight, preferably 0.01 to 0.5% by weight. However, the present invention is not limited to this range. If the lower limit is added, no effect is observed, and if the upper limit is exceeded, the concentration may be too high, and precipitation may occur.

本発明の研磨用組成物は(C)消泡剤を含有する。特に限定されるものではないが、シリコーン系消泡剤が好ましい。シリコーン系消泡剤の具体例としては疎水性シリカを含有するシリカシリコーン系消泡剤、金属石鹸を含有する金属石鹸系消泡剤、酸化ワックスを含有する酸化ワックス系消泡剤などが挙げられる。これらの消泡剤は消泡効果および分散性を向上するために鉱油や界面活性剤などとの混合物として提供される。消泡剤を加えることによって、界面活性剤などによる泡立ちを押さえることができ、泡が原因となる銅膜表面への付着物等の不良を改善できる。また、混合時や排水の泡立ち等の作業性への影響も改善される。本発明の研磨用組成物中の添加量は0.0001〜1重量%であるが、好ましくは0.001〜0.1重量%の範囲である。ただし本発明はなんらこの範囲に限定されるものではない。下限値であると添加しても効果が十分ではなく、上限値を越えると濃度が高すぎるために分散させることが困難である。 The polishing composition of the present invention contains (C) an antifoaming agent. Although not particularly limited, a silicone-based antifoaming agent is preferable. Specific examples of the silicone antifoaming agent include a silica silicone antifoaming agent containing hydrophobic silica, a metal soap antifoaming agent containing metal soap, and an oxidized wax antifoaming agent containing oxidized wax. . These antifoaming agents are provided as a mixture with mineral oil or a surfactant to improve the antifoaming effect and dispersibility. By adding an antifoaming agent, foaming due to a surfactant or the like can be suppressed, and defects such as deposits on the copper film surface caused by bubbles can be improved. In addition, the influence on workability such as mixing and foaming of drainage can be improved. The addition amount in the polishing composition of the present invention is 0.0001 to 1% by weight, preferably 0.001 to 0.1% by weight. However, the present invention is not limited to this range. Even if it is added at the lower limit, the effect is not sufficient, and if it exceeds the upper limit, the concentration is too high and it is difficult to disperse.

本発明の研磨用組成物には、必要に応じてアミノ酸を含有させることができる。アミノ酸の具体例としてはグリシン、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、セリン、トレオニン、システイン、シスチン、メチオニン、フェニルアラニン、チロシン、トリプトファン、プロリン、アスパラギン、グルタミン、アスパラギン酸、グルタミン酸、リジン、ヒスチジンおよびアルギニンが挙げられる。このうちグリシン、アラニン、セリンおよびヒスチジンが好ましく、更に好ましくはグリシンである。これらのアミノ酸は単独で用いてもよいし、異なる2種以上のアミノ酸を組み合わせて用いてもよい。ただし本発明はなんらこれらに限定されるものではない。添加量については研磨用組成物中、0.01〜10重量%の範囲で使用する。また特に限定されるものではないが、好ましくは0.1〜5重量%の範囲である。アミノ酸の添加量が、下限値未満では研磨レートが不十分であり、上限値を越えると研磨レートが制御できなくなり過研磨や銅膜の表面腐食といった問題発生の原因となる。 The polishing composition of the present invention may contain an amino acid as necessary. Specific examples of amino acids include glycine, alanine, valine, leucine, isoleucine, serine, threonine, cysteine, cystine, methionine, phenylalanine, tyrosine, tryptophan, proline, asparagine, glutamine, aspartic acid, glutamic acid, lysine, histidine and arginine. It is done. Of these, glycine, alanine, serine and histidine are preferred, and glycine is more preferred. These amino acids may be used alone, or two or more different amino acids may be used in combination. However, the present invention is not limited to these. The amount added is in the range of 0.01 to 10% by weight in the polishing composition. Moreover, although it does not specifically limit, Preferably it is the range of 0.1 to 5 weight%. If the amount of amino acid added is less than the lower limit, the polishing rate is insufficient, and if it exceeds the upper limit, the polishing rate cannot be controlled, causing problems such as overpolishing and surface corrosion of the copper film.

本発明の研磨用組成物には、必要に応じてベンゾトリアゾールを含有させることができる。本発明の研磨用組成物中の濃度は0.0001〜1重量%である。また特に限定されるものではないが、好ましくは0.001〜0.5重量%の範囲である。下限値であると銅膜の研磨レートを十分に制御することができず不都合であり、上限値を越えると銅膜の研磨レートが極端に低下するので問題である。

The polishing composition of the present invention can contain benzotriazole as necessary. The concentration in the polishing composition of the present invention is 0.0001 to 1% by weight. Moreover, although it does not specifically limit, Preferably it is the range of 0.001-0.5 weight%. If it is the lower limit, the polishing rate of the copper film cannot be sufficiently controlled, which is inconvenient. If the upper limit is exceeded, the polishing rate of the copper film is extremely lowered.

本発明の研磨用組成物には、必要に応じてアミンを含有させることができる。アミンの具体例としてエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、エチレンジアミン、ジメチルアミン及びジエチルアミン等が挙げられる。このうちエタノールアミン、ジエタノールアミンおよびトリエタノールアミンが好ましく、更に好ましくはエタノールアミンである。これらのアミンは単独で用いてもよいし、異なる2種以上のアミンを組み合わせて用いてもよい。ただし本発明はなんらこれらに限定されるものではない。添加量については研磨用組成物中、0.001〜1重量%の範囲で使用する。また特に限定されるものではないが、好ましくは0.005〜0.5重量%の範囲である。アミンの添加量が、下限値未満では研磨レートの安定性が不十分であり、上限値を越えると過研磨や銅膜の表面腐食といった問題発生の原因となる。 The polishing composition of the present invention can contain an amine as necessary. Specific examples of amines include ethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, ethylenediamine, dimethylamine, and diethylamine. Of these, ethanolamine, diethanolamine and triethanolamine are preferred, and ethanolamine is more preferred. These amines may be used alone or in combination of two or more different amines. However, the present invention is not limited to these. About addition amount, it uses in 0.001 to 1 weight% of range in polishing composition. Moreover, although it does not specifically limit, Preferably it is the range of 0.005-0.5 weight%. If the amount of amine added is less than the lower limit, the polishing rate is not stable enough. If the amount exceeds the upper limit, problems such as overpolishing and surface corrosion of the copper film may occur.

本発明の研磨用組成物には、必要に応じて過酸化水素を含有させることができる。本発明における研磨用組成物において過酸化水素は酸化剤として作用しているものである。過酸化水素は銅膜に対して酸化作用を発揮し、イオン化を促進することによって銅膜の研磨レートを高める働きがあるが、本発明中の研磨用組成物中の濃度は0.01〜10重量%である。また特に限定されるものではないが、0.1〜5重量%の範囲が好ましい。下限値未満であると充分な研磨レートが得られず不都合であり、上限値を超えると銅の表面荒れやディッシングの原因となり問題である。     The polishing composition of the present invention can contain hydrogen peroxide as necessary. In the polishing composition according to the present invention, hydrogen peroxide acts as an oxidizing agent. Hydrogen peroxide exerts an oxidizing action on the copper film and works to increase the polishing rate of the copper film by promoting ionization, but the concentration in the polishing composition in the present invention is 0.01 to 10%. % By weight. Although not particularly limited, a range of 0.1 to 5% by weight is preferable. If it is less than the lower limit value, a sufficient polishing rate cannot be obtained, which is inconvenient. If the upper limit value is exceeded, copper surface roughening or dishing may be caused.

本発明の研磨用組成物の媒体としてイオン性不純物や金属イオンを極力減らした水を使用することが望ましい。すなわち、イオン交換樹脂で不純物イオンを除去し、フィルターを通して懸濁物を除去したもの、または、蒸留水であることが好ましい。   As a medium for the polishing composition of the present invention, it is desirable to use water in which ionic impurities and metal ions are reduced as much as possible. That is, it is preferable that the impurity ions are removed with an ion exchange resin and the suspension is removed through a filter, or distilled water.

本発明の研磨用組成物は、前述の各成分である有機樹脂微粒子、界面活性剤、消泡剤、必要に応じてアミノ酸、ベンゾトリアゾールおよびアミンを水に混合、溶解、分散させて製造する。過酸化水素は、研磨直前に前記の混合液に添加、混合するが予め混合しておくことも可能である。混合方法は任意の装置で行うことができる。例えば、翼式回転攪拌機、超音波分散機、ビーズミル分散機、ニーダー、ボールミルなどが適用可能である。   The polishing composition of the present invention is produced by mixing, dissolving, and dispersing organic resin fine particles, surfactant, antifoaming agent, and if necessary, amino acid, benzotriazole, and amine in water. Hydrogen peroxide is added to and mixed with the above-mentioned liquid mixture immediately before polishing, but can also be mixed in advance. The mixing method can be performed with any apparatus. For example, a blade-type rotary stirrer, an ultrasonic disperser, a bead mill disperser, a kneader, a ball mill, and the like are applicable.

また上記成分以外に種々の研磨助剤を配合してもよい。このような研磨助剤の例としては、分散剤、防錆剤、pH調整剤、防かび剤等が挙げられるが、これらはスラリーの分散貯蔵安定性、研磨レートの向上の目的で加えられる。ポリビニルアルコールなどの水溶性高分子などを添加して分散性を向上させることができることは言うまでもない。pH調整剤としてはアンモニアなどの塩基性化合物や酢酸、塩酸、硝酸等が挙げられる。     In addition to the above components, various polishing aids may be blended. Examples of such polishing aids include dispersants, rust inhibitors, pH adjusters, fungicides and the like, and these are added for the purpose of improving the dispersion storage stability of the slurry and the polishing rate. Needless to say, the dispersibility can be improved by adding a water-soluble polymer such as polyvinyl alcohol. Examples of the pH adjuster include basic compounds such as ammonia, acetic acid, hydrochloric acid, nitric acid and the like.

本発明を実施例で具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
<実施例1>
平均粒径約40nmのメタクリル酸メチルとジビニルベンゼンの架橋樹脂微粒子、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル硫酸エステルアンモニウム塩、シリカシリコーン系消泡剤、グリシン、ベンゾトリアゾール、エアタノールアミンおよび過酸化水素が表1に示された濃度になるように0.5μmのカートリッジフィルターで濾過されたイオン交換水に混合し、高速ホモジナイザーで攪拌して均一に分散させて実施例1の研磨用組成物を得た。
The present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.
<Example 1>
Table 1 shows cross-linked resin fine particles of methyl methacrylate having an average particle size of about 40 nm and divinylbenzene, polyoxyethylene nonylphenyl ether sulfate ammonium salt, silica silicone antifoaming agent, glycine, benzotriazole, airanolamine and hydrogen peroxide. The polishing composition of Example 1 was obtained by mixing with ion-exchanged water filtered through a 0.5 μm cartridge filter so as to have the concentration shown in FIG.

<研磨性評価>
被研磨物は8インチのシリコンウエハー上にスパッタリングで1500Åのタンタル(Ta)及び電解メッキで15000Åの銅を製膜したものを準備し、銅、Ta面を研磨した。
<Abrasiveness evaluation>
The object to be polished was prepared by forming a 1500-inch tantalum (Ta) film by sputtering on an 8-inch silicon wafer and 15000-thick copper film by electrolytic plating, and polishing the copper and Ta surfaces.

研磨は定盤径600mmの片面研磨機を用いた。研磨機の定盤にはロデール社製(米国)のポリウレタン製研磨パッドIC−1000/Suba400を専用の両面テープ張り付け、研磨用組成物(スラリー)を流しながら1分間銅、タンタル膜を研磨した。研磨条件としては加重を300g/cm2、定盤の回転数を40rpm、ウエハー回転数40rpm、研磨用組成物の流量を200ml/minとした。 For polishing, a single-side polishing machine having a surface plate diameter of 600 mm was used. A polyurethane polishing pad IC-1000 / Suba400 manufactured by Rodel (USA) was attached to the surface plate of the polishing machine, and a copper and tantalum film was polished for 1 minute while flowing the polishing composition (slurry). As polishing conditions, the load was 300 g / cm 2 , the rotation speed of the surface plate was 40 rpm, the rotation speed of the wafer was 40 rpm, and the flow rate of the polishing composition was 200 ml / min.

ウエハーを洗浄、乾燥後減少した膜厚を求めることにより研磨レート(Å/min)を求めた。タンタルの研磨レートに対する銅の研磨レートの比を選択比とした。     The polishing rate (Å / min) was determined by determining the film thickness that decreased after washing and drying the wafer. The ratio of the polishing rate of copper to the polishing rate of tantalum was taken as the selection ratio.

光学顕微鏡で研磨面を観察して研磨状態を調べ以下のランク分けをした。
◎:良好、○:一部にやや平滑不足があるが使用可能、△:付着物等の不良発生、×:腐食発生
The polished surface was examined by observing the polished surface with an optical microscope, and the following ranking was performed.
◎: Good, ○: Some smoothness is slightly insufficient but usable, △: Defects such as deposits are generated, ×: Corrosion is generated

研磨用組成物の泡立ちを調べ以下のランク分けをした。
◎:ほとんど泡立たない、○:泡立つがすぐに消える、×:泡がなかなか消えない
The foaming of the polishing composition was examined and classified into the following ranks.
◎: Almost no foam, ○: Foaming disappears immediately, ×: Foam does not disappear easily

<実施例2〜5、比較例1〜3>
有機樹脂微粒子A−B、コロイダルシリカ、界面活性剤A−B、消泡剤A−C、グリシン、ベンゾトリアゾール、エタノールアミンおよび過酸化水素が表1に示された濃度になるように0.5μmのカートリッジフィルターで濾過されたイオン交換水に混合し、高速ホモジナイザーで攪拌して均一に分散させて実施例1と同様に研磨用組成物を調整し、実施例1と同様に研磨性評価を行った。
評価結果を表1に示した。
<Examples 2-5, Comparative Examples 1-3>
The organic resin fine particles AB, colloidal silica, surfactant AB, antifoaming agent AC, glycine, benzotriazole, ethanolamine and hydrogen peroxide are 0.5 μm so as to have the concentrations shown in Table 1. The mixture was mixed with ion-exchanged water filtered through a cartridge filter, stirred with a high-speed homogenizer and uniformly dispersed to prepare a polishing composition in the same manner as in Example 1, and the polishing property was evaluated in the same manner as in Example 1. It was.
The evaluation results are shown in Table 1.

Figure 2006278798
Figure 2006278798

表1で用いた各成分について以下に説明する。
(1)有機樹脂微粒子A : 非架橋単量体としてメタクリル酸メチル、架橋単量体としてジビニルベンゼンを用い、公知の方法により乳化重合させて得られた、平均粒径約40nmの架橋樹脂微粒子。
(2)有機樹脂微粒子B : 単量体としてメラミンとホルムアルデヒドを用い、公知の方法により付加縮合させて得られた、平均粒径約200nmの熱硬化性樹脂微粒子。
(3)コロイダルシリカ : 平均粒子径30nmのコロイダルシリカ(扶桑化学:PL−3)
(4)界面活性剤A : ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル硫酸エステルアンモニウム塩 (ミヨシ油脂:スパミン W)
(5)界面活性剤B : ポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸エステルナトリウム塩 (花王:エマール E−27C)
(6)消泡剤A : シリカシリコーン系消泡剤(サンノプコ:ノプコ 8034−L)
(7)消泡剤B : 金属石鹸系消泡剤(サンノプコ:ノプコ NXZ)
(8)消泡剤C : 酸化ワックス系消泡剤(サンノプコ:ノプコ DF−124−L)
(9)グリシン、ベンゾトリアゾール、エタノールアミンは試薬を用いた。
(10)過酸化水素:30%過酸化水素水を使用した。

Each component used in Table 1 will be described below.
(1) Organic resin fine particles A: Crosslinked resin fine particles having an average particle diameter of about 40 nm obtained by emulsion polymerization by a known method using methyl methacrylate as a non-crosslinking monomer and divinylbenzene as a crosslinking monomer.
(2) Organic resin fine particles B: Thermosetting resin fine particles having an average particle size of about 200 nm, obtained by addition condensation using a known method using melamine and formaldehyde as monomers.
(3) Colloidal silica: Colloidal silica having an average particle size of 30 nm (Fuso Chemical: PL-3)
(4) Surfactant A: Polyoxyethylene nonylphenyl ether sulfate ammonium salt (Miyoshi oil and fat: Spamine W)
(5) Surfactant B: Polyoxyethylene lauryl ether sulfate sodium salt (Kao: Emar E-27C)
(6) Antifoaming agent A: Silica silicone-based antifoaming agent (San Nopco: Nopco 8034-L)
(7) Defoaming agent B: Metal soap type defoaming agent (San Nopco: Nopco NXZ)
(8) Antifoaming agent C: oxidized wax-based antifoaming agent (San Nopco: Nopco DF-124-L)
(9) Reagents were used for glycine, benzotriazole, and ethanolamine.
(10) Hydrogen peroxide: 30% hydrogen peroxide water was used.

本発明の研磨用組成物は、半導体のデバイスウエハーの表面平坦化加工に好適に用いられる。   The polishing composition of the present invention is suitably used for surface planarization of a semiconductor device wafer.

銅膜を形成させたデバイスの研磨プロセスの概略図Schematic of polishing process for devices with copper film

符号の説明Explanation of symbols

1 Cu
2 Ta
3 SiO2
1 Cu
2 Ta
3 SiO 2

Claims (4)

(A)有機樹脂微粒子、
(B)界面活性剤、及び、
(C)消泡剤、
を含有する研磨用組成物。
(A) Organic resin fine particles,
(B) a surfactant, and
(C) antifoaming agent,
Polishing composition containing this.
前記(B)界面活性剤が、アニオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤の中から選ばれた1種類以上の界面活性剤である請求項1記載の研磨用組成物。     The polishing composition according to claim 1, wherein the (B) surfactant is one or more surfactants selected from anionic surfactants and nonionic surfactants. 前記(C)消泡剤が、シリコーン系消泡剤である請求項1または2記載の研磨用組成物。 The polishing composition according to claim 1 or 2, wherein the (C) antifoaming agent is a silicone-based antifoaming agent. 前記(C)消泡剤が、疎水性シリカを含有するシリカシリコーン系消泡剤、金属石鹸を含有する金属石鹸系消泡剤、または酸化ワックスを含有する酸化ワックス系消泡剤から選ばれた1種類以上の消泡剤である請求項1乃至3のいずれかに記載の研磨用組成物。





The (C) antifoaming agent was selected from a silica silicone antifoaming agent containing hydrophobic silica, a metal soap antifoaming agent containing metal soap, or an oxidized wax antifoaming agent containing oxidized wax. The polishing composition according to claim 1, wherein the polishing composition is one or more antifoaming agents.





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