JP2006287076A - Polishing composition - Google Patents

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史広 白石
Michio Kimura
道生 木村
Toshihiko Ogawa
俊彦 小川
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 an improved polishing composition by solving the problems that the polishing selection ratio of copper to a tantalum compound is insufficient when a semiconductor device having a copper film and the tantalum compound is polished, a wiring groove and the copper film of a hole are excessively scrapped when the selection ratio to the copper is increased, smoothness on the surface of the copper film is damaged, or the like. <P>SOLUTION: The polishing composition contains fine particles of an organic resin (A), and an anionic surfactant having polyoxyethylene-polyoxypropylene block copolymer chain in a molecule (B). <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、アミノ酢酸及びアミド硫酸から選ばれる少なくとも1種類のアミノ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アミノ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、銅膜及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。
特開平7−233485号公報
As such a polishing composition for a copper film, Patent Document 1 discloses a polishing composition containing at least one amino 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, but this is because copper ionized by an oxidizing agent forms a chelate with the above amino acid and is easily mechanically polished. Can be estimated.
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 copper in the wiring groove or hole There have been problems such as excessive film shaving and loss of smoothness on the copper film surface.
JP-A-7-233485

本発明は、銅膜とタンタル化合物を有する半導体デバイスのCMP加工プロセスにおいて、銅の研磨レートは大きいがタンタル化合物の研磨レートが小さいという選択性の高い研磨用組成物を提供することにあり、更に銅膜表面の平滑性にも優れたCMP加工用の研磨用組成物である。   An object of the present invention is to provide a polishing composition having a high selectivity in which the polishing rate of copper is high but the polishing rate of tantalum compound is low in the CMP process of a semiconductor device having a copper film and a tantalum compound. It is a polishing composition for CMP processing excellent in smoothness of the copper film surface.

[1](A)有機樹脂微粒子、(B)ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックポリマー鎖を分子内に持つアニオン性界面活性剤を含有する研磨用組成物。
[2]前記成分(B)が、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレン硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルフェニルエーテル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレン硫酸エステルアンモニウム塩、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル硫酸エステルアンモニウム塩、又はポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルフェニルエーテル硫酸エステルアンモニウム塩を含むことを特徴とする[1]記載の研磨用組成物。
[3]更に(C)ポリオキシエチレン鎖を分子内に持つアニオン性界面活性剤(前記成分(B)を除く)を含むことを特徴とする[1]または[2]記載の研磨用組成物。
[4]前記成分(C)が、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、又はポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸エステル塩を含むことを特徴とする[3]記載の研磨用組成物。
[5]前記成分(C)が、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステルアンモニウム塩、又はポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸エステルアンモニウム塩を含むことを特徴とする[3]または[4]記載の研磨用組成物。
[1] A polishing composition containing (A) organic resin fine particles and (B) an anionic surfactant having a polyoxyethylene polyoxypropylene block polymer chain in the molecule.
[2] The component (B) is a polyoxyethylene polyoxypropylene sulfate, polyoxyethylene polyoxypropylene alkyl ether sulfate, polyoxyethylene polyoxypropylene alkylphenyl ether sulfate, polyoxyethylene polyoxy The polishing composition according to [1], comprising a propylene sulfate ammonium salt, a polyoxyethylene polyoxypropylene alkyl ether sulfate ammonium salt, or a polyoxyethylene polyoxypropylene alkylphenyl ether sulfate ammonium salt.
[3] The polishing composition according to [1] or [2], further comprising (C) an anionic surfactant having a polyoxyethylene chain in the molecule (excluding the component (B)) .
[4] The polishing composition according to [3], wherein the component (C) contains a polyoxyethylene alkyl ether sulfate ester salt or a polyoxyethylene alkyl phenyl ether sulfate ester salt.
[5] The polishing composition according to [3] or [4], wherein the component (C) comprises a polyoxyethylene alkyl ether sulfate ammonium salt or a polyoxyethylene alkyl phenyl ether sulfate ammonium salt object.

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、半導体デバイスを効率的に製造することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the polishing composition which can grind | polish a copper film preferentially in the CMP processing process of the semiconductor device containing a copper film and a tantalum film is obtained, and a semiconductor device can be manufactured efficiently.

本発明はかかる上記の問題点を解決するために種々検討した結果、特定の研磨材、化合物、酸化剤及び水を含有する研磨用組成物を用いることにより、銅膜に対する研磨レートが大きく、タンタル化合物に対する研磨レートが小さい、高い選択性を得ることができ銅膜表面の平滑性にも優れた結果が得られることを見いだし、発明を完成するに至ったものである。   As a result of various investigations in order to solve the above-mentioned problems, the present invention uses a polishing composition containing a specific abrasive, compound, oxidant and water, so that the polishing rate for a copper film is large and tantalum is used. The inventors have found that the polishing rate with respect to the compound is small, that high selectivity can be obtained, and that the smoothness of the copper film surface is excellent, and that the present invention has been completed.

本発明は、(A)有機樹脂微粒子、(B)ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックポリマー鎖を分子内に持つアニオン性界面活性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 and (B) an anionic surfactant having a polyoxyethylene polyoxypropylene block polymer chain in the molecule. 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及びフェノール樹脂、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 which 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好ましくは、10〜200nmの範囲であるが、20〜150nmの範囲が更に好ましい。10nmより大きいと銅膜の研磨レートが大きくなるために研磨用途としてより適切になり、200nmより小さいと粒子の分散性が向上するために表面平坦化機能が高まる。これらの微粒子は、必要なモノマーを懸濁重合、乳化重合する公知の方法によって得ることが出来る。   The average particle diameter of the organic resin fine particles of the present invention is preferably in the range of 10 to 200 nm, more preferably in the range of 20 to 150 nm. When the thickness is larger than 10 nm, the polishing rate of the copper film increases, so that it is more suitable as a polishing application. These fine particles can be obtained by a known method in which necessary monomers are subjected to suspension polymerization or emulsion polymerization.

また、本発明の有機樹脂微粒子の研磨用組成物中の濃度は好ましくは0.1〜5重量%であるが、更に0.5〜3重量%が好ましい。濃度が0.1重量%以上ではより適切な研磨レートが得られ、5重量%を下回ると粒子の分散性が向上することにより、凝集や沈降等の不具合が起こりにくくなる。   The concentration of the organic resin fine particles in the polishing composition of the present invention is preferably 0.1 to 5% by weight, more preferably 0.5 to 3% by weight. When the concentration is 0.1% by weight or more, a more appropriate polishing rate is obtained. When the concentration is less than 5% by weight, the dispersibility of the particles is improved, so that problems such as aggregation and sedimentation hardly occur.

本発明の研磨用組成物は(B)ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックポリマー鎖を分子内に持つアニオン性界面活性剤を含有する。ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックポリマー鎖とは、エキシエチレン単位を複数含む部分と、オキシプロピレン単位を複数含む部分を併有するポリマー鎖のことをいう。両部分がブロック共重合体のようになっていることが好ましい。ブロック共重合体の態様については、通常のブロック型の他、くし型、星型、グラディエント型なども含む。   The polishing composition of the present invention contains (B) an anionic surfactant having a polyoxyethylene polyoxypropylene block polymer chain in the molecule. The polyoxyethylene polyoxypropylene block polymer chain refers to a polymer chain having both a part containing a plurality of exciethylene units and a part containing a plurality of oxypropylene units. It is preferable that both parts are like a block copolymer. About the aspect of a block copolymer, a comb type, a star type, a gradient type etc. are included besides a normal block type.

本発明における界面活性剤は銅膜表面に作用してディッシングを抑制するとともに、銅膜と絶縁膜の選択性を向上させ、エロージョンを防止する効果がある。   The surfactant in the present invention acts on the surface of the copper film to suppress dishing and improves the selectivity between the copper film and the insulating film and has the effect of preventing erosion.

成分(B)の具体例としては、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレン硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、又はポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルフェニルエーテル硫酸エステル塩等が挙げられる。これらの塩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。   Specific examples of the component (B) include polyoxyethylene polyoxypropylene sulfate, polyoxyethylene polyoxypropylene alkyl ether sulfate, polyoxyethylene polyoxypropylene alkyl phenyl ether sulfate, and the like. These salts may be used alone or in combination of two or more.

またポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル硫酸エステル塩の具体例としてはポリオキシエチレンポリオキシプロピレンオレイルエーテル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルフェニルエーテル硫酸エステル塩の具体例としてはポリオキシエチレンポリオキシプロピレンノニルフェニルエーテル硫酸エステル塩等が挙げられる。このうち塩の構成としてはポリオキシエチレンポリオキシプロピレン硫酸エステルアンモニウム、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンオレイルエーテル硫酸エステルアンモニウム、ポリオキシエチレンポリオキシプロピ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などのアンモニウム塩が最も好ましい。   Specific examples of polyoxyethylene polyoxypropylene alkyl ether sulfates include polyoxyethylene polyoxypropylene oleyl ether sulfate, and specific examples of polyoxyethylene polyoxypropylene alkylphenyl ether sulfates include polyoxyethylene polyoxypropylene. Examples thereof include oxypropylene nonylphenyl ether sulfate ester salt. Among these, ammonium salts such as polyoxyethylene polyoxypropylene ammonium sulfate, polyoxyethylene polyoxypropylene oleyl ether ammonium sulfate, and polyoxyethylene polyoxypropylene nonylphenyl ether ammonium sulfate are most preferred as the salt composition.

本発明における成分(B)の研磨用組成物中の濃度は好ましくは0.0001〜1重量%であるが、0.001〜0.5重量%の範囲が更に好ましい。0.0001重量%以上のときには添加時に効果が高く、1重量%を下回ると砥粒の研磨阻害及び研磨レートへの悪影響をより抑制することができる。   The concentration of the component (B) in the polishing composition in the present invention is preferably 0.0001 to 1% by weight, more preferably 0.001 to 0.5% by weight. When the amount is 0.0001% by weight or more, the effect is high at the time of addition, and when the amount is less than 1% by weight, the polishing inhibition of the abrasive grains and the adverse effect on the polishing rate can be further suppressed.

本発明の研磨用組成物は(C)ポリオキシエチレン鎖を分子内に持つアニオン性界面活性剤(前記成分(B)を除く)を含有することが好ましい。(C)ポリオキシエチレン鎖を分子内に持つアニオン性界面活性剤には成分(B)のアニオン界面活性剤を含まないものとする。   The polishing composition of the present invention preferably contains (C) an anionic surfactant having a polyoxyethylene chain in the molecule (excluding the component (B)). (C) The anionic surfactant having a polyoxyethylene chain in the molecule does not contain the anionic surfactant of component (B).

本発明における成分(C)は成分(B)と組み合わせて用いることにより、さらにディッシングを抑制するとともに、銅膜と絶縁膜の選択性を向上させ、エロージョンを防止する効果がある。   By using the component (C) in the present invention in combination with the component (B), it is possible to further suppress dishing, improve the selectivity between the copper film and the insulating film, and prevent erosion.

このアニオン性界面活性剤の具体的な例としてポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸エステル塩等が挙げられる。これらの塩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。   Specific examples of the anionic surfactant include polyoxyethylene alkyl ether sulfate ester salt, polyoxyethylene alkylphenyl ether sulfate ester salt and the like. These salts may be used alone or in combination of two or more.

またポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩の具体例としてはポリオキシエチレンオレイルエーテル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸エステル塩の具体例としては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塩等が挙げられる。このうち塩の構成としてはポリオキシエチレンオレイルエーテル硫酸エステルアンモニウム、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などのアンモニウム塩が最も好ましい。   Specific examples of the polyoxyethylene alkyl ether sulfate ester salt include polyoxyethylene oleyl ether sulfate ester salt. Specific examples of the polyoxyethylene alkyl phenyl ether sulfate ester salt include polyoxyethylene nonylphenyl ether sulfate ester. . Among these, the salt is most preferably an ammonium salt such as ammonium polyoxyethylene oleyl ether sulfate or ammonium polyoxyethylene nonylphenyl ether sulfate.

本発明における成分(C)の研磨用組成物中の濃度は好ましくは0.0001〜1重量%であるが、0.001〜0.5重量%の範囲が更に好ましい。0.0001重量%以上のときには添加時に効果が高く、1重量%を下回ると砥粒の研磨阻害及び研磨レートへの悪影響をより抑制することができる。   The concentration of the component (C) in the polishing composition in the present invention is preferably 0.0001 to 1% by weight, more preferably 0.001 to 0.5% by weight. When the amount is 0.0001% by weight or more, the effect is high at the time of addition, and when it is less than 1% by weight, the polishing inhibition of the abrasive grains and the adverse effect on the polishing rate can be further suppressed.

本発明の研磨用組成物は必要に応じてアミノ酸を含有することができる。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、ヒスチジン及びアルギニンが挙げられる。このうちグリシン、アラニン、セリン及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。   The polishing composition of the present invention can 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.

アミノ酸の添加量については研磨用組成物中、好ましくは0.01〜10重量%の範囲で使用する。更に好ましくは0.1〜5重量%の範囲である。0.01重量%を超えると研磨レートがより適切になり、10重量%を下回ると研磨レートの制御が容易になり過研磨や銅膜の表面腐食の問題を抑制することができる。   The amount of amino acid added is preferably in the range of 0.01 to 10% by weight in the polishing composition. More preferably, it is the range of 0.1 to 5 weight%. When it exceeds 0.01% by weight, the polishing rate becomes more appropriate, and when it is less than 10% by weight, the polishing rate can be easily controlled, and problems of overpolishing and surface corrosion of the copper film can be suppressed.

本発明の研磨用組成物は必要に応じてベンゾトリアゾールを含有することができる。本発明の研磨用組成物中の濃度は好ましくは0.0001〜0.5重量%である。更に好ましくは0.01〜0.25重量%の範囲である。0.0001重量%以上であると銅膜の研磨レートを制御しやすくなり、0.5重量%を下回ると銅膜の研磨レートが向上する。 The polishing composition of the present invention can contain benzotriazole as necessary. The concentration in the polishing composition of the present invention is preferably 0.0001 to 0.5% by weight. More preferably, it is 0.01 to 0.25% by weight. When it is 0.0001% by weight or more, it becomes easy to control the polishing rate of the copper film, and when it is less than 0.5% by weight, the polishing rate of the copper film is improved.

本発明の研磨用組成物は必要に応じてアミンを含有することができる。アミンの好ましい例としては、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、エチレンジアミンが挙げられる。これらのアミンは主に研磨用組成物のpHを調整し銅膜の研磨レートをコントロールするために用いる。   The polishing composition of the present invention can contain an amine as necessary. Preferable examples of the amine include monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, and ethylenediamine. These amines are mainly used for adjusting the pH of the polishing composition and controlling the polishing rate of the copper film.

アミンの研磨用組成物中の濃度は0.001〜0.5重量%であることが望ましい。0.001重量%以上になると研磨レートがより適切になり、0.5重量%を下回ると研磨レートが制御しやすくなり、過研磨や銅膜の表面腐食の問題を抑制しやすくなる。   The concentration of amine in the polishing composition is preferably 0.001 to 0.5% by weight. When the amount is 0.001% by weight or more, the polishing rate becomes more appropriate. When the amount is less than 0.5% by weight, the polishing rate is easily controlled, and problems of overpolishing and surface corrosion of the copper film are easily suppressed.

本発明の研磨用組成物は必要に応じて過酸化水素を含有することができる。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好ましくは0.01〜10重量%である。0.1〜5重量%の範囲が更に好ましい。0.01重量%以上になると研磨レートがより適切になり、10重量%を下回ると銅の表面荒れやディッシングを抑制しやすくなる。   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 preferably 0.01. -10% by weight. A range of 0.1 to 5% by weight is more preferable. When it is 0.01% by weight or more, the polishing rate becomes more appropriate, and when it is less than 10% by weight, it becomes easy to suppress copper surface roughness and dishing.

本発明の研磨用組成物の媒体は好ましくは水であり、イオン性不純物や金属イオンを極力減らしたものであることが望ましい。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。   The medium of the polishing composition of the present invention is preferably water, and it is desirable to reduce ionic impurities and metal ions 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、アニオン性界面活性剤、必要に応じてアミノ酸、ベンゾトリアゾール、及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 the above-described organic resin fine particles, an anionic surfactant, and, if necessary, an amino acid, benzotriazole, and an 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、消泡剤、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。消泡剤としては流動パラフィン、ジメチルシリコーンオイル、ステアリン酸グリセリド混合物、ソルビタンモノパルミチエート等が挙げられる。   In addition to the above components, various polishing aids may be blended. Examples of such polishing aids include dispersants, rust inhibitors, antifoaming agents, pH adjusters, fungicides, etc., and these are intended to improve the dispersion storage stability of the slurry and the polishing rate. Added in. 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. Examples of antifoaming agents include liquid paraffin, dimethyl silicone oil, stearic acid glyceride mixture, sorbitan monopalmitate 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40nmのポリメチルメタクリレート(PMMA)とジビニルベンゼンの共縮合物、界面活性剤A、過酸化水素、グリシン、ベンゾトリアゾール、およびアミンが表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>
0.5 μm so that the polycondensate of polymethyl methacrylate (PMMA) with an average particle size of 40 nm and divinylbenzene, surfactant A, hydrogen peroxide, glycine, benzotriazole, and amine have the concentrations shown in Table 1. Was mixed with ion-exchanged water filtered with a cartridge filter of No. 1 and stirred uniformly with a high-speed homogenizer to uniformly disperse to obtain the polishing composition of Example 1.

<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80rpm、ウエハー回転数80rpm、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). The polishing conditions were a load of 300 g / cm 2 , a platen rotation speed of 80 rpm, a wafer rotation speed of 80 rpm, and a polishing composition flow rate of 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。また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、△:平滑性良好なるも一部腐食、×:腐食発生
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. Further, the polished surface was examined by observing the polished surface with an optical microscope, and the following ranking was performed.
◎: Good, ○: Partially slightly smooth but usable, △: Good smoothness but partial corrosion, ×: Corrosion occurred

Cu配線の中央が薄くなってしまう現象であるディッシングの評価(nm)はオーバーポリッシュ60秒後のL/S=100μm配線パターンを蝕針式表面粗さ計を用いて測定した。   The dishing evaluation (nm), which is a phenomenon in which the center of the Cu wiring becomes thin, was measured by using a stylus type surface roughness meter on an L / S = 100 μm wiring pattern after 60 seconds of overpolishing.

<実施例2〜6、比較例1〜8>
有機樹脂微粒子A、B、界面活性剤A、B、過酸化水素、アミノ酸、ベンゾトリアゾール、およびアミンが表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 2-6, Comparative Examples 1-8>
Ion exchange water filtered with a 0.5 μm cartridge filter so that the organic resin fine particles A and B, surfactants A and B, hydrogen peroxide, amino acid, benzotriazole, and amine have the concentrations shown in Table 1. The mixture was stirred and dispersed uniformly with a high-speed homogenizer 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.
The evaluation results are shown in Table 1.

Figure 2006287076
Figure 2006287076

表1中で使われた各成分の詳細は以下の通りである。
(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)界面活性剤A:ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル硫酸エステルアンモニウム塩(第一工業製薬株式会社:ハイテノール LF710)
(4)界面活性剤B:ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステルアンモニウム塩 (第一工業製薬株式会社:ハイテノール 08E)
(5)グリシン、ベンゾトリアゾール、モノエタノールアミンは試薬を用いた。
(6)過酸化水素:30%過酸化水素水を使用した。
Details of each component used in Table 1 are as follows.
(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) Surfactant A: Polyoxyethylene polyoxypropylene alkyl ether sulfate ammonium salt (Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd .: Hightenol LF710)
(4) Surfactant B: Polyoxyethylene alkyl ether sulfate ammonium salt (Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd .: Highenol 08E)
(5) Reagents were used for glycine, benzotriazole, and monoethanolamine.
(6) 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 (5)

(A)有機樹脂微粒子、
(B)ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックポリマー鎖を分子内に持つアニオン性界面活性剤、
を含有する研磨用組成物。
(A) Organic resin fine particles,
(B) an anionic surfactant having a polyoxyethylene polyoxypropylene block polymer chain in the molecule;
Polishing composition containing this.
前記成分(B)が、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレン硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルフェニルエーテル硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレン硫酸エステルアンモニウム塩、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテル硫酸エステルアンモニウム塩、又はポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルフェニルエーテル硫酸エステルアンモニウム塩を含むことを特徴とする請求項1記載の研磨用組成物。   The component (B) is a polyoxyethylene polyoxypropylene sulfate, polyoxyethylene polyoxypropylene alkyl ether sulfate, polyoxyethylene polyoxypropylene alkyl phenyl ether sulfate, polyoxyethylene polyoxypropylene sulfate The polishing composition according to claim 1, comprising an ammonium salt, a polyoxyethylene polyoxypropylene alkyl ether sulfate ammonium salt, or a polyoxyethylene polyoxypropylene alkylphenyl ether sulfate ammonium salt. 更に(C)ポリオキシエチレン鎖を分子内に持つアニオン性界面活性剤(前記成分(B)を除く)を含むことを特徴とする請求項1または2記載の研磨用組成物。   The polishing composition according to claim 1 or 2, further comprising (C) an anionic surfactant having a polyoxyethylene chain in the molecule (excluding the component (B)). 前記成分(C)が、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、又はポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸エステル塩を含むことを特徴とする請求項3記載の研磨用組成物。   The polishing composition according to claim 3, wherein the component (C) contains a polyoxyethylene alkyl ether sulfate ester salt or a polyoxyethylene alkyl phenyl ether sulfate ester salt. 前記成分(C)が、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステルアンモニウム塩、又はポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸エステルアンモニウム塩を含むことを特徴とする請求項3または4記載の研磨用組成物。   The polishing composition according to claim 3 or 4, wherein the component (C) contains a polyoxyethylene alkyl ether sulfate ammonium salt or a polyoxyethylene alkyl phenyl ether sulfate ammonium salt.
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