JP2007116090A - Polishing solution - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polishing solution capable of suitably setting the polishing speeds of a barrier metal layer (barrier material), an insulating film layer (insulating material), and a metal wiring layer (metallic wiring material), in barrier CMP to be performed continuously to bulk polishing of metal wires in the case of manufacturing a semiconductor device; capable of suppressing the generation of final steps such as dishing and erosion; and capable of stably storing a polishing solution component while maintaining high dispersion. <P>SOLUTION: The polishing solution for polishing a barrier material on an inter-layer insulating material has pH of 5.5 to 8.5 and is an aqueous solution of a dicarboxylic acid compound in which silicon dioxide particles are dispersed. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体デバイスの製造に関するものであり、特に半導体デバイスの配線工程におけるバリア材を研磨するための研磨液に関する。   The present invention relates to the manufacture of semiconductor devices, and more particularly to a polishing liquid for polishing a barrier material in a wiring process of a semiconductor device.

半導体集積回路(以下LSIと記す)で代表される半導体デバイスの開発においては、小型化・高速化のため、近年配線の微細化と積層化による高密度化・高集積化が求められている。このための技術として化学的機械的研磨(Chemical Mechanical Polishing、以下CMPと記す)等の種々の技術が用いられてきている。このCMPは層間絶縁膜等の被加工膜の表面平坦化、プラグ形成、埋め込み金属配線の形成、等を行う場合に必須の技術であり、基板の平滑化や配線形成時の余分な金属薄膜の除去や絶縁膜上の余分なバリアメタル層(バリア材)の除去を行っている。この技術は例えば特許文献1に開示されている。   In the development of a semiconductor device represented by a semiconductor integrated circuit (hereinafter referred to as LSI), in recent years, in order to reduce the size and increase the speed, there has been a demand for higher density and higher integration by miniaturizing and stacking wiring. For this purpose, various techniques such as chemical mechanical polishing (hereinafter referred to as CMP) have been used. This CMP is an indispensable technique for surface flattening of a film to be processed such as an interlayer insulating film, plug formation, formation of a buried metal wiring, etc., and an extra metal thin film at the time of substrate smoothing or wiring formation. Removal or removal of an extra barrier metal layer (barrier material) on the insulating film is performed. This technique is disclosed in Patent Document 1, for example.

CMPの一般的な方法は、円形の研磨定盤(プラテン)上に研磨パッドを貼り付け、研磨パッド表面を研磨液で浸して、パッドに基板(ウエハ)の表面を押しつけ、その裏面から所定の圧力(研磨圧力)を加えた状態で、研磨定盤及び基板の双方を回転させ、発生する機械的摩擦により基板の表面を平坦化するものである。LSIなどの半導体デバイスを製造する際には、微細な配線を多層に形成することが行われており、その各層においてCuなどの金属配線を形成する際には層間絶縁膜への配線材料の拡散を防止することや、配線材料の密着性を向上させることを目的として、TaやTaN、Ti、TiNなどのバリアメタルを前もって形成することが行われている。各配線層を形成するためには、まずメッキ法などで盛付けられた余分な配線材を除去する金属膜のCMP(以下、金属膜CMPと呼ぶ)を1段もしくは多段に渡って行い、次にこれによって表面に露出したバリアメタルを除去するCMP(以下、バリアメタルCMPと呼ぶ)を行うことが一般的になされている。しかしながら金属膜CMPによって、配線部が過研磨されてしまういわゆるディッシングや、更にエロージョンを引き起こしてしまうことが問題となっている。   A general method of CMP is to apply a polishing pad on a circular polishing platen (platen), immerse the surface of the polishing pad with a polishing liquid, press the surface of the substrate (wafer) against the pad, In a state where pressure (polishing pressure) is applied, both the polishing platen and the substrate are rotated, and the surface of the substrate is flattened by the generated mechanical friction. When manufacturing semiconductor devices such as LSI, fine wiring is formed in multiple layers, and when forming metal wiring such as Cu in each layer, diffusion of wiring material to the interlayer insulating film In order to prevent this and to improve the adhesion of the wiring material, a barrier metal such as Ta, TaN, Ti, or TiN is formed in advance. In order to form each wiring layer, first, CMP of a metal film (hereinafter referred to as metal film CMP) for removing excess wiring material deposited by plating or the like is performed in one or more stages. In general, CMP for removing the barrier metal exposed on the surface (hereinafter referred to as barrier metal CMP) is generally performed. However, there is a problem that the metal film CMP causes so-called dishing in which the wiring portion is excessively polished and further causes erosion.

このディッシングを軽減するため、次に行うバリアメタルCMPでは、金属配線部の研磨速度とバリアメタル部の研磨速度を調整して最終的にディッシングやエロージョンなどの段差が少ない配線層を形成することが求められている。即ちバリアメタルCMPでは、金属配線材に比較してバリアメタルや層間絶縁膜の研磨速度が相対的に小さい場合は配線部が早く研磨されるなどディッシングやその結果としてエロージョンが発生してしまうため、バリアメタルや絶縁膜層の研磨速度は適度に大きい方が望ましい。これはバリアメタルCMPのスループットを上げるメリットがあることに加え、実際的には金属膜CMPによってディッシングが発生していることが多く、前述の理由からバリアメタルや絶縁膜層の研磨速度を相対的に高くすることが求められている点においても望ましいからである。   In order to reduce this dishing, in the next barrier metal CMP, the polishing speed of the metal wiring portion and the polishing speed of the barrier metal portion are adjusted to finally form a wiring layer with few steps such as dishing and erosion. It has been demanded. That is, in the barrier metal CMP, if the polishing rate of the barrier metal or the interlayer insulating film is relatively small compared to the metal wiring material, dishing and erosion occur as a result of the wiring portion being polished faster. It is desirable that the polishing rate of the barrier metal or the insulating film layer is appropriately high. This has the advantage of increasing the throughput of barrier metal CMP, and in fact, dishing often occurs due to metal film CMP, and for the reasons described above, the polishing rate of the barrier metal or insulating film layer is relatively high. This is also desirable in that it is required to be higher.

上記のような研磨液においては、バリアメタル層及び絶縁膜層と金属配線材との研磨速度比を適切な選択比に調節し、ディッシングやエロージョンなどの最終的な段差をなるべく小さくすることが課題となっている。
米国特許4944836号公報
In the polishing liquid as described above, it is necessary to adjust the polishing rate ratio of the barrier metal layer and insulating film layer to the metal wiring material to an appropriate selection ratio, and to reduce the final step such as dishing and erosion as much as possible. It has become.
US Pat. No. 4,944,836

本発明は、半導体デバイスの製造にあたり、金属配線のバルク研磨に続いて行われるバリアCMPにおいて、バリアメタル層(バリア材)及び絶縁膜層(絶縁材)と金属配線層(金属配線材)との研磨速度を適切にし、ディッシングやエロージョンなどの最終的な段差の発生を抑制すると共に、研磨液成分が高分散を維持したまま安定して長期保存できる研磨液を提供するという課題に基づいて行われたものである。   The present invention relates to a barrier CMP performed after bulk polishing of metal wiring in the manufacture of a semiconductor device, and includes a barrier metal layer (barrier material), an insulating film layer (insulating material), and a metal wiring layer (metal wiring material). It is based on the problem of providing a polishing liquid that can be stored stably for a long period of time while maintaining high dispersion while maintaining the high dispersion of the polishing liquid while suppressing the occurrence of final steps such as dishing and erosion. It is a thing.

上記のバリア用研磨液に係る問題点について、本発明者は鋭意検討した結果、下記バリア用研磨液を用いることによって問題を解決できることを見出して課題を達成するに至った。
すなわち、本発明は、下記の通りである。
(1)絶縁材上のバリア材を研磨するための研磨液であって、ジカルボン酸化合物を含有するpH5.5〜8.5の水溶液であり、かつ、酸化ケイ素粒子を分散してなる研磨液。
絶縁材上のバリア材を研磨するための研磨液であって、pH5.5〜8.5であり、かつ酸化ケイ素粒子を分散したジカルボン酸化合物の水溶液であることを特徴とする研磨液。
(2)前記研磨液の示す電気伝導度が10mS/cm以下であることを特徴とする前記(1)に記載の研磨液。
(3)更に、複素環化合物を0.01〜0.10重量%の範囲で含むことを特徴とする前記(1)又は(2)に記載の研磨液。
As a result of intensive studies on the problems associated with the above-described barrier polishing liquid, the present inventors have found that the problem can be solved by using the following barrier polishing liquid, and have achieved the object.
That is, the present invention is as follows.
(1) A polishing liquid for polishing a barrier material on an insulating material, which is an aqueous solution containing a dicarboxylic acid compound and having a pH of 5.5 to 8.5 and in which silicon oxide particles are dispersed. .
A polishing liquid for polishing a barrier material on an insulating material, wherein the polishing liquid is an aqueous solution of a dicarboxylic acid compound having a pH of 5.5 to 8.5 and in which silicon oxide particles are dispersed.
(2) The polishing liquid according to (1), wherein the electric conductivity of the polishing liquid is 10 mS / cm or less.
(3) The polishing liquid according to (1) or (2), further comprising a heterocyclic compound in a range of 0.01 to 0.10% by weight.

(4)前記酸化ケイ素粒子は、比表面積から真球状粒子モデルへ換算したときの一次粒子径が15〜70nmの範囲にあるコロイダルシリカ、又は当該範囲の一次粒子径のコロイダルシリカを少なくとも含む複合粒子であることを特徴とする前記(1)〜(3)のいずれか1項に記載の研磨液。
(5)前記バリア材は、タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン、タングステン、窒化タングステン、ニッケル、窒化ニッケル、ルテニウム及びこれらの化合物の少なくとも1種類以上から構成されていることを特徴とする前記(1)〜(4)のいずれか1項に記載の研磨液。
(6)更に酸化剤を含むことを特徴とする前記(1)〜(5)のいずれか1項に記載の研磨液。
(4) The silicon oxide particles include at least a colloidal silica having a primary particle diameter in a range of 15 to 70 nm when converted from a specific surface area to a true spherical particle model, or a colloidal silica having a primary particle diameter in the range. The polishing liquid according to any one of (1) to (3), wherein the polishing liquid is any one of the above.
(5) The barrier material is composed of at least one of tantalum, tantalum nitride, titanium, titanium nitride, tungsten, tungsten nitride, nickel, nickel nitride, ruthenium, and a compound thereof. The polishing liquid according to any one of 1) to (4).
(6) The polishing liquid according to any one of (1) to (5), further comprising an oxidizing agent.

本発明によれば、半導体デバイスの製造にあたり、金属配線のバルク研磨に続いて行われるバリアCMPにおいて、バリアメタル層(バリア材)及び絶縁膜層(絶縁材)と金属配線層(金属配線材)との研磨速度を適切にし、ディッシングやエロージョンなどの最終的な段差の発生を抑制すると共に、研磨液成分が高分散を維持したまま安定して長期保存できる研磨液を提供することができる。   According to the present invention, a barrier metal layer (barrier material), an insulating film layer (insulating material), and a metal wiring layer (metal wiring material) in barrier CMP performed following bulk polishing of metal wiring in the manufacture of a semiconductor device. Thus, it is possible to provide a polishing liquid that can be stably stored for a long period of time while maintaining high dispersion of the polishing liquid component, while suppressing the occurrence of final steps such as dishing and erosion.

本発明の研磨液は、層間絶縁材上のバリア材を研磨するための研磨液(スラリー)であって、pH5.5〜8.5であり、かつ酸化ケイ素粒子を分散したジカルボン酸化合物の水溶液である。つまり、構成成分として少なくとも、ジカルボン酸化合物と、酸化ケイ素粒子を含み、かつpH5.5〜8.5の水溶液からなる研磨液である。さらに好ましくは電気伝導度が10mS/cm以下であることで含有する粒子の分散安定性を維持することができる。   The polishing liquid of the present invention is a polishing liquid (slurry) for polishing a barrier material on an interlayer insulating material, and has a pH of 5.5 to 8.5 and an aqueous solution of a dicarboxylic acid compound in which silicon oxide particles are dispersed. It is. That is, it is a polishing liquid comprising at least a dicarboxylic acid compound and silicon oxide particles as constituent components and comprising an aqueous solution having a pH of 5.5 to 8.5. More preferably, the dispersion stability of the contained particles can be maintained when the electric conductivity is 10 mS / cm or less.

本発明の研磨液は、上述のようにpH5.5〜8.5であるが、好ましくはpH6.0〜8.5であり、さらに好ましくはpH6.5〜8.0である。この研磨液のpHが低過ぎる場合は、配線部の研磨速度が高くなってディッシングが発生しやすく、pHが高過ぎる場合は、バリア層の研磨速度が低下して非効率であることから、上記範囲が適している。   The polishing liquid of the present invention has a pH of 5.5 to 8.5 as described above, preferably a pH of 6.0 to 8.5, and more preferably a pH of 6.5 to 8.0. When the pH of the polishing liquid is too low, the polishing rate of the wiring portion is increased and dishing is likely to occur, and when the pH is too high, the polishing rate of the barrier layer is decreased and is inefficient. The range is suitable.

この研磨液のpHを上記範囲とし、さらに、好ましくは電気伝導度を10mS/cm以下とすることで、研磨液に含まれる固形物が短時間で凝集し、それが著しい場合にはゲル化を起こしてしまう、といった現象の発生が抑制され、長期間にわたり安定な分散状態を保つことができる。
研磨液の電気伝導度は10mS/cm以下であることが好ましいが、より好ましくは0.2〜8.0mS/cm、さらに好ましくは0.2〜7.0mS/cmに調整されていることが望ましい。
また、本発明の研磨液は、酸化ケイ素粒子の種類によっては、研磨液のイオン強度によって凝集やゲル化が生じる虞があり、そのような現象の発生を抑制するという観点から、研磨液の電気伝導度は10mS/cm以下であることが好ましい。電気伝導度は、0.2〜8.0mS/cmであることがさらに好ましく、0.2〜7.0mS/cmに調整されていることがより好ましい。
なお、電気伝導度は、前記ジカルボン酸の添加量と酸やアルカリなどのpH調整剤の添加量により調整することができる。
本発明における電気伝導度は、以下の測定法により得られた値を採用している。
即ち、研磨液から粒子等の固形分を、ろ別などにより取り除いた研磨溶液に対し、市販の電気伝導度計(例えば、堀場製作所製、DS−52)を用いて測定した値を指す。
By setting the pH of the polishing liquid within the above range, and preferably by setting the electric conductivity to 10 mS / cm or less, the solids contained in the polishing liquid aggregate in a short time, and if this is remarkable, gelation occurs. Occurrence of such a phenomenon as to occur is suppressed, and a stable dispersed state can be maintained for a long period of time.
The electrical conductivity of the polishing liquid is preferably 10 mS / cm or less, more preferably 0.2 to 8.0 mS / cm, and still more preferably 0.2 to 7.0 mS / cm. desirable.
In addition, the polishing liquid of the present invention may cause aggregation or gelation depending on the ionic strength of the polishing liquid depending on the type of silicon oxide particles. From the viewpoint of suppressing the occurrence of such a phenomenon, The conductivity is preferably 10 mS / cm or less. The electric conductivity is more preferably 0.2 to 8.0 mS / cm, and more preferably 0.2 to 7.0 mS / cm.
In addition, electrical conductivity can be adjusted with the addition amount of the said dicarboxylic acid and the addition amount of pH adjusters, such as an acid and an alkali.
The electric conductivity in the present invention employs a value obtained by the following measurement method.
That is, it refers to a value measured using a commercially available electric conductivity meter (for example, DS-52 manufactured by Horiba, Ltd.) with respect to a polishing solution obtained by removing solids such as particles from the polishing solution by filtration or the like.

本発明の研磨液は、ジカルボン酸化合物、酸化ケイ素粒子の他、さらに他の成分を含有してもよく、好ましい成分として、いわゆる不動化膜形成剤として添加される化合物、界面活性剤、水溶性ポリマー、及び添加剤を挙げることができる。
なお、本発明の研磨液には、目的に応じて、以下に記載で表される物質以外の成分を含んでいてもよい。
これら金属用研磨液が含有する各成分は、それぞれ1種のみを用いてもよく、2種以上併用してもよい。
The polishing liquid of the present invention may contain other components in addition to the dicarboxylic acid compound and silicon oxide particles, and as preferred components, compounds added as so-called immobilization film forming agents, surfactants, water-soluble substances Mention may be made of polymers and additives.
Note that the polishing liquid of the present invention may contain components other than the substances described below depending on the purpose.
Each of the components contained in these metal polishing liquids may be used alone or in combination of two or more.

なお、「研磨液」とは、研磨に使用する際の研磨液(即ち、必要により希釈された研磨液)のみならず、金属用研磨液の濃縮液をも包含する意である。濃縮液又は濃縮された研磨液とは、研磨に使用する際の研磨液よりも、溶質の濃度が高く調製された研磨液を意味し、研磨に使用する際に、水又は水溶液などで希釈して、研磨に使用されるものである。希釈倍率は、一般的には1〜20体積倍である。本明細書において「濃縮」及び「濃縮液」とは、使用状態よりも「濃厚」及び「濃厚な液」を意味する慣用表現にしたがって用いており、蒸発などの物理的な濃縮操作を伴う一般的な用語の意味とは異なる用法で用いている。   The “polishing liquid” means not only a polishing liquid used for polishing (that is, a polishing liquid diluted as necessary) but also a concentrated liquid of a metal polishing liquid. The concentrated liquid or the concentrated polishing liquid means a polishing liquid prepared with a higher solute concentration than the polishing liquid used for polishing, and is diluted with water or an aqueous solution when used for polishing. And used for polishing. The dilution factor is generally 1 to 20 volume times. In this specification, “concentration” and “concentrated liquid” are used in accordance with conventional expressions meaning “thick” and “thick liquid” rather than the state of use, and generally involve physical concentration operations such as evaporation. The term is used in a different way from the meaning of common terms.

〔ジカルボン酸化合物〕
本発明で用いられるジカルボン酸化合物は、例えば、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グリオキシル酸、アジピン酸、マロン酸、マレイン酸、フタル酸、フマル酸、リンゴ酸、シトラリンゴ酸、酒石酸、クエン酸、イミノ二酢酸、ヒドロキシエチルイミノ二酢酸等が挙げられる。
ジカルボン酸化合物の添加量は、総量として、研磨に使用する際の金属用研磨液の1L中、好ましくは0.0005〜3mol、より好ましくは0.01〜0.5molである。
上記化合物は異なる2種類を併用することもできる。この場合の割合は、質量比として、一般的には100/1〜1/100、好ましくは10/1〜1/10である。
[Dicarboxylic acid compound]
The dicarboxylic acid compound used in the present invention is, for example, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glyoxylic acid, adipic acid, malonic acid, maleic acid, phthalic acid, fumaric acid, malic acid, citralmalic acid, tartaric acid, citric acid, Examples include iminodiacetic acid and hydroxyethyliminodiacetic acid.
The total amount of the dicarboxylic acid compound added is preferably 0.0005 to 3 mol, more preferably 0.01 to 0.5 mol in 1 L of the metal polishing liquid used for polishing.
Two different types of the above compounds can be used in combination. The ratio in this case is generally 100/1 to 1/100, preferably 10/1 to 1/10 as a mass ratio.

〔酸化ケイ素粒子〕
砥粒としての酸化ケイ素粒子は、例えば、珪素の酸化物及びこれを含む複合粒子などを使用することができる。具体的には、酸化ケイ素粒子としては、コロイダルシリカ、ヒュームドシリカ、プラズマ溶融シリカが挙げられ、複合粒子としては、上記シリカ種を含むコアシェル粒子やコア粒子にゲスト粒子を表面付着させたコンポジット粒子などが挙げられる。
例えば、前記酸化ケイ素粒子粒子は、比表面積から真球状粒子モデルへ換算したときの一次粒子径が15〜70nmの範囲(好ましくは25〜70nmの範囲)にあるコロイダルシリカ、又は、当該範囲の一次粒子径のコロイダルシリカを少なくとも含む複合粒子であることが好ましい。
[Silicon oxide particles]
As the silicon oxide particles as the abrasive grains, for example, silicon oxide and composite particles containing the same can be used. Specifically, examples of the silicon oxide particles include colloidal silica, fumed silica, and plasma fused silica. Examples of the composite particles include core-shell particles containing the above silica species and composite particles in which guest particles are attached to the surface of the core particles. Etc.
For example, the silicon oxide particle particles have colloidal silica having a primary particle diameter in a range of 15 to 70 nm (preferably in a range of 25 to 70 nm) when converted from a specific surface area to a true spherical particle model, or a primary in this range. A composite particle containing at least colloidal silica having a particle size is preferable.

ここで、比表面積から真球状粒子モデルへ換算したときの一次粒子径は次のように測定される。一次粒子を理想的な球と見立てると、粒子1個の表面積S及び体積V、密度ρと比表面積SSAとの間には次の関係がおよそ成立する。
SSA=1/(V・ρ)×S
ここで、V及びSは粒子径によって一義的に決定される物理量なので、比表面積と密度より粒子径を求めることができる。
即ち、本発明において砥粒として用いられる酸化ケイ素の一次粒子径は、試料とする酸化ケイ素粒子の比表面積SSAを、BET法などの一般的な比表面積測定装置(例えば、島津製作所製、トライスター3000)により測定し、また、密度ρは、例えば市販のピクノメーターにより求め、これらより算出した値を用いている。
Here, the primary particle diameter when converted from a specific surface area to a true spherical particle model is measured as follows. When the primary particles are regarded as ideal spheres, the following relationship is approximately established between the surface area S, volume V, density ρ, and specific surface area SSA of each particle.
SSA = 1 / (V · ρ) × S
Here, since V and S are physical quantities that are uniquely determined by the particle diameter, the particle diameter can be determined from the specific surface area and density.
That is, the primary particle diameter of silicon oxide used as an abrasive grain in the present invention is determined based on the specific surface area SSA of silicon oxide particles used as a sample by using a specific surface area measuring device such as the BET method (for example, Tristar manufactured by Shimadzu Corporation). 3000), and the density ρ is obtained by, for example, a commercially available pycnometer, and a value calculated from these values is used.

酸化ケイ素粒子は良く知られている製造法によって得ることができる。金属酸化物粒子の湿式製造法として例えば、金属アルコキシドを出発物質として、これを加水分解する方法によってコロイダル粒子が得られており、具体的には、アルコールを混合したアルカリ水溶液中に正珪酸メチルをある決まった速度で滴下して加水分解を起こさせ、粒成長の時期とクエンチによって粒成長を止める時期を経てコロイダルシリカを作成することができる。その他にアルミニウムやチタンなどのアルコキシドを用いてコロイド粒子が作成されている。この場合一般的にはシリコンアルコキシドを用いるよりも加水分解速度が速く、超微細粒子を作成する際には都合が良い。   Silicon oxide particles can be obtained by well-known production methods. Colloidal particles are obtained, for example, by a method of hydrolyzing metal alkoxide as a starting material as a wet production method of metal oxide particles. Specifically, normal methyl silicate is added to an alkaline aqueous solution mixed with alcohol. Colloidal silica can be produced by dropping at a certain rate to cause hydrolysis, and through a period of grain growth and a period when grain growth is stopped by quenching. In addition, colloidal particles are made using alkoxides such as aluminum and titanium. In this case, the rate of hydrolysis is generally faster than when silicon alkoxide is used, which is convenient when producing ultrafine particles.

また金属酸化物の乾式製造法としては、金属の塩化物を酸水素火炎中へ導入し、この脱塩素化された金属を酸化させる反応によってヒュームド粒子を得ることができる。更には目的物質に含有させたい金属あるいは合金を粉砕して粉体とし、これを支燃性ガスを含む酸素火炎中に投入して、金属の酸化熱によって連続的な反応を起こさせ、微細な酸化物粒子を得る方法も実用化されている。これら燃焼法によって作成された粒子は、製造過程で高熱を経験するため粒子がアモルファス化しており、また湿式粒子に比較すると内部に水酸基などの不純物が少ないために一般的に固体の密度が高く、また表面の水酸基の密度も低いことが特徴である。   As a dry process for producing metal oxides, fumed particles can be obtained by a reaction in which metal chloride is introduced into an oxyhydrogen flame and the dechlorinated metal is oxidized. Furthermore, the metal or alloy to be contained in the target substance is pulverized into a powder, which is put into an oxygen flame containing a combustion-supporting gas, causing a continuous reaction due to the heat of oxidation of the metal, and a fine A method for obtaining oxide particles has also been put into practical use. Particles created by these combustion methods are amorphized because they experience high heat in the manufacturing process, and generally have a higher solid density because there are fewer impurities such as hydroxyl groups inside compared to wet particles. The surface hydroxyl group density is also low.

〔不動化膜形成剤〕
本発明の研磨液は、研磨対象の金属表面に不動態膜を形成する化合物として少なくとも1種の複素環化合物を含有することができる。
「複素環化合物」とはヘテロ原子を1個以上含んだ複素環を有する化合物である。ヘテロ原子とは、炭素原子、又は水素原子以外の原子を意味する。複素環とはヘテロ原子を少なくとも一つ持つ環状化合物を意味する。ヘテロ原子は複素環の環系の構成部分を形成する原子のみを意味し、環系に対して外部に位置していたり、少なくとも一つの非共役単結合により環系から分離していたり、環系のさらなる置換基の一部分であるような原子は意味しない。
[Immobilized film forming agent]
The polishing liquid of the present invention can contain at least one heterocyclic compound as a compound that forms a passive film on the metal surface to be polished.
A “heterocyclic compound” is a compound having a heterocyclic ring containing one or more heteroatoms. A hetero atom means an atom other than a carbon atom or a hydrogen atom. A heterocycle means a cyclic compound having at least one heteroatom. A heteroatom means only those atoms that form part of a heterocyclic ring system, either external to the ring system, separated from the ring system by at least one non-conjugated single bond, Atoms that are part of a further substituent of are not meant.

ヘテロ原子として好ましくは、窒素原子、硫黄原子、酸素原子、セレン原子、テルル原子、リン原子、ケイ素原子、及びホウ素原子であり、さらに好ましくは、窒素原子、硫黄原子、酸素原子、及びセレン原子であり、特に好ましくは、窒素原子、硫黄原子、及び酸素原子であり、最も好ましくは窒素原子、及び硫黄原子である。   A hetero atom is preferably a nitrogen atom, a sulfur atom, an oxygen atom, a selenium atom, a tellurium atom, a phosphorus atom, a silicon atom, and a boron atom, and more preferably a nitrogen atom, a sulfur atom, an oxygen atom, and a selenium atom. And particularly preferably a nitrogen atom, a sulfur atom and an oxygen atom, and most preferably a nitrogen atom and a sulfur atom.

まず、母核となる複素環について述べる。
本発明で用いる複素環化合物の複素環の環員数は特に限定されず、単環化合物あっても縮合環を有する多環化合物であっても良い。単環の場合の員数は、好ましくは3〜8であり、さらに好ましくは5〜7であり、特に好ましくは5、及び6である。また、縮合環を有する場合の環数は、好ましくは2〜4であり、さらに好ましくは2又は3である。
これらの複素環として具体的に、以下のものが挙げられる。但し、これらに限定されるものではない。
First, the heterocyclic ring that is the mother nucleus is described.
The number of members of the heterocyclic ring of the heterocyclic compound used in the present invention is not particularly limited, and may be a monocyclic compound or a polycyclic compound having a condensed ring. The number of members in the case of a single ring is preferably 3 to 8, more preferably 5 to 7, and particularly preferably 5 and 6. The number of rings in the case of having a condensed ring is preferably 2 to 4, more preferably 2 or 3.
Specific examples of these heterocyclic rings include the following. However, it is not limited to these.

ピロール環、チオフェン環、フラン環、ピラン環、チオピラン環、イミダゾール環、ピラゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、ピロリジン環、ピラゾリジン環、イミダゾリジン環、イソオキサゾリジン環、イソチアゾリジン環、ピペリジン環、ピペラジン環、モルホリン環、チオモルホリン環、クロマン環、チオクロマン環、イソクロマン環、イソチオクロマン環、インドリン環、イソインドリン環、ピリンジン環、インドリジン環、インドール環、インダゾール環、プリン環、キノリジン環、イソキノリン環、キノリン環、ナフチリジン環、フタラジン環、キノキサリン環、キナゾリン環、シンノリン環、プテリジン環、アクリジン環、ペリミジン環、フェナントロリン環、カルバゾール環、カルボリン環、フェナジン環、アンチリジン環、チアジアゾール環、オキサジアゾール環、トリアジン環、トリアゾール環、テトラゾール環、ベンズイミダゾール環、ベンズオキサゾール環、ベンズチアゾール環、ベンズチアジアゾール環、ベンズフロキサン環、ナフトイミダゾール環、ベンズトリアゾール環、テトラアザインデン環等が挙げられ、より好ましくはトリアゾール環、テトラゾール環が挙げられる。   Pyrrole ring, thiophene ring, furan ring, pyran ring, thiopyran ring, imidazole ring, pyrazole ring, thiazole ring, isothiazole ring, oxazole ring, isoxazole ring, pyridine ring, pyrazine ring, pyrimidine ring, pyridazine ring, pyrrolidine ring, Pyrazolidine ring, imidazolidine ring, isoxazolidine ring, isothiazolidine ring, piperidine ring, piperazine ring, morpholine ring, thiomorpholine ring, chroman ring, thiochroman ring, isochroman ring, isothiochroman ring, indoline ring, isoindoline ring, pyringin Ring, indolizine ring, indole ring, indazole ring, purine ring, quinolidine ring, isoquinoline ring, quinoline ring, naphthyridine ring, phthalazine ring, quinoxaline ring, quinazoline ring, cinnoline ring, pteridine ring, acridine Perimidine ring, phenanthroline ring, carbazole ring, carboline ring, phenazine ring, anti-lysine ring, thiadiazole ring, oxadiazole ring, triazine ring, triazole ring, tetrazole ring, benzimidazole ring, benzoxazole ring, benzthiazole ring, benz A thiadiazole ring, a benzfuroxan ring, a naphthimidazole ring, a benztriazole ring, a tetraazaindene ring and the like are mentioned, and a triazole ring and a tetrazole ring are more preferred.

本発明で用いる複素環化合物に導入しうる置換基としては、例えば以下のものが挙げられる。
複素環が有しうる置換基としては、例えばハロゲン原子、アルキル基(直鎖、分岐又は環状のアルキル基であり、ビシクロアルキル基のように多環アルキル基であっても、活性メチン基を含んでもよい)、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、アミノ基、ヘテロ環基が挙げられる。さらに、複数の置換基のうち2以上が互いに結合して環を形成してもよく、例えば、芳香環、脂肪族炭化水素環、複素環などを形成することもできる。
Examples of the substituent that can be introduced into the heterocyclic compound used in the present invention include the following.
Examples of the substituent that the heterocyclic ring may have include, for example, a halogen atom, an alkyl group (a linear, branched or cyclic alkyl group, and an active methine group, even a polycyclic alkyl group such as a bicycloalkyl group). Or an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, an amino group, or a heterocyclic group. Furthermore, two or more of a plurality of substituents may be bonded to each other to form a ring, and for example, an aromatic ring, an aliphatic hydrocarbon ring, a heterocyclic ring, or the like can be formed.

本発明で特に好ましく用いることができる複素環化合物の具体例としては以下のものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
すなわち、1,2,3,4−テトラゾール、5−アミノ−1,2,3,4−テトラゾール、5−メチル−1,2,3,4−テトラゾール、1,2,3−トリアゾール、4−アミノ−1,2,3−トリアゾール、4,5−ジアミノ−1,2,3−トリアゾール、1,2,4−トリアゾール、3−アミノ−1,2,4−トリアゾール、3,5−ジアミノ−1,2,4−トリアゾール、ベンゾトリアゾール等である。
Specific examples of the heterocyclic compound that can be particularly preferably used in the present invention include, but are not limited to, the following.
That is, 1,2,3,4-tetrazole, 5-amino-1,2,3,4-tetrazole, 5-methyl-1,2,3,4-tetrazole, 1,2,3-triazole, 4- Amino-1,2,3-triazole, 4,5-diamino-1,2,3-triazole, 1,2,4-triazole, 3-amino-1,2,4-triazole, 3,5-diamino- 1,2,4-triazole, benzotriazole and the like.

本発明で用いる複素環化合物は、単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。また、本発明で用いる複素環化合物は、常法に従って合成できるほか、市販品を使用してもよい。
本発明で用いる複素環化合物の添加量は、総量として、研磨に使用する際の金属用研磨液(即ち、水又は水溶液で希釈する場合は希釈後の金属用研磨液。以降の「研磨に使用する際の金属用研磨液」も同意である。)に対して0.01〜0.10重量%の範囲であることが好ましく、より好ましくは0.03〜0.10重量%の範囲であり、より好ましくは0.04〜0.08重量%の範囲である。
The heterocyclic compounds used in the present invention may be used alone or in combination of two or more. Moreover, the heterocyclic compound used by this invention can be synthesize | combined according to a conventional method, and may use a commercial item.
The total amount of the heterocyclic compound used in the present invention is the metal polishing liquid used for polishing (that is, the diluted metal polishing liquid when diluted with water or an aqueous solution. "The polishing liquid for metal" is also agreed.) Is preferably in the range of 0.01 to 0.10 wt%, more preferably in the range of 0.03 to 0.10 wt%. More preferably, it is in the range of 0.04 to 0.08% by weight.

〔酸化剤〕
本発明の金属用研磨液は、研磨対象の金属(バリア材)を酸化できる化合物(酸化剤)を含有することができる。
酸化剤としては、例えば、過酸化水素、過酸化物、硝酸塩、ヨウ素酸塩、過ヨウ素酸塩、次亜塩素酸塩、亜塩素酸塩、塩素酸塩、過塩素酸塩、過硫酸塩、重クロム酸塩、過マンガン酸塩、オゾン水及び銀(II)塩、鉄(III)塩が挙げられる。
鉄(III)塩としては例えば、硝酸鉄(III)、塩化鉄(III)、硫酸鉄(III)、臭化鉄(III)など無機の鉄(III)塩の他、鉄(III)の有機錯塩が好ましく用いられる。
〔Oxidant〕
The metal-polishing liquid of the present invention can contain a compound (oxidant) that can oxidize a metal (barrier material) to be polished.
Examples of the oxidizing agent include hydrogen peroxide, peroxide, nitrate, iodate, periodate, hypochlorite, chlorite, chlorate, perchlorate, persulfate, Examples thereof include dichromate, permanganate, ozone water, silver (II) salt, and iron (III) salt.
Examples of iron (III) salts include inorganic iron (III) salts such as iron nitrate (III), iron chloride (III), iron sulfate (III), iron bromide (III), and organic iron (III) salts. Complex salts are preferably used.

酸化剤の添加量は、研磨に使用する際の金属用研磨液の1L中、0.003mol〜8molとすることが好ましく、0.03mol〜6molとすることがより好ましく、0.1mol〜4molとすることが特に好ましい。即ち、酸化剤の添加量は、金属の酸化が十分で高いCMP速度を確保する点で0.003mol以上が好ましく、研磨面の荒れ防止の点から8mol以下が好ましい。
また、酸化剤は、使用の直前に他の成分を含む組成物に添加して、研磨液としてもよい。
The addition amount of the oxidizing agent is preferably 0.003 mol to 8 mol, more preferably 0.03 mol to 6 mol, and more preferably 0.1 mol to 4 mol in 1 liter of the metal polishing liquid used for polishing. It is particularly preferable to do this. That is, the addition amount of the oxidizing agent is preferably 0.003 mol or more from the viewpoint of sufficient metal oxidation and ensuring a high CMP rate, and is preferably 8 mol or less from the viewpoint of preventing roughening of the polished surface.
Moreover, an oxidizing agent is good also as a polishing liquid, adding to the composition containing another component just before use.

(pH調整剤)
本発明の研磨液は、pH5.5〜8.5とすべく、アルカリ/酸又は緩衝剤を添加されることが好ましい。この範囲において本発明の金属液は優れた効果を発揮する。
アルカリ/酸又は緩衝剤としては、水酸化アンモニウム及びテトラメチルアンモニウムハイドロキサイドなどの有機水酸化アンモニウム、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミンなどのようなアルカノールアミン類などの非金属アルカリ剤、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムなどのアルカリ金属水酸化物、硝酸、硫酸、りん酸などの無機酸、炭酸ナトリウムなどの炭酸塩、リン酸三ナトリウムなどのリン酸塩、ホウ酸塩、四ホウ酸塩、ヒドロキシ安息香酸塩等を好ましく挙げることができる。特に好ましいアルカリ剤として水酸化アンモニウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム及びテトラメチルアンモニウムハイドロキサイドである。
(PH adjuster)
The polishing liquid of the present invention is preferably added with an alkali / acid or a buffer so as to have a pH of 5.5 to 8.5. Within this range, the metal liquid of the present invention exhibits excellent effects.
Alkali / acid or buffering agents include organic ammonium hydroxides such as ammonium hydroxide and tetramethylammonium hydroxide, non-metallic alkaline agents such as alkanolamines such as diethanolamine, triethanolamine, triisopropanolamine, water Alkali metal hydroxides such as sodium oxide, potassium hydroxide and lithium hydroxide, inorganic acids such as nitric acid, sulfuric acid and phosphoric acid, carbonates such as sodium carbonate, phosphates and borates such as trisodium phosphate, Preferable examples include tetraborate and hydroxybenzoate. Particularly preferred alkali agents are ammonium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide and tetramethylammonium hydroxide.

アルカリ/酸又は緩衝剤の添加量としては、pHが好ましい範囲に維持される量であればよく、研磨に使用する際の金属用研磨液の1L中、0.0001mol〜1.0molとすることが好ましく0.003mol〜0.5molとすることがより好ましい。   The addition amount of the alkali / acid or the buffer may be an amount that maintains the pH within a preferable range, and is 0.0001 mol to 1.0 mol in 1 L of the metal polishing liquid used for polishing. Is preferably 0.003 mol to 0.5 mol.

〔キレート剤〕
本発明の金属用研磨液は、混入する多価金属イオンなどの悪影響を低減させるために、必要に応じてキレート剤(すなわち硬水軟化剤)を含有することが好ましい。
キレート剤としては、カルシウムやマグネシウムの沈澱防止剤である汎用の硬水軟化剤やその類縁化合物であり、例えば、ニトリロ三酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、N,N,N−トリメチレンホスホン酸、エチレンジアミン−N,N,N′,N′−テトラメチレンスルホン酸、トランスシクロヘキサンジアミン四酢酸、1,2−ジアミノプロパン四酢酸、グリコールエーテルジアミン四酢酸、エチレンジアミンオルトヒドロキシフェニル酢酸、エチレンジアミンジ琥珀酸(SS体)、N−(2−カルボキシラートエチル)−L−アスパラギン酸、β−アラニンジ酢酸、2−ホスホノブタン−1,2,4−トリカルボン酸、1−ヒドロキシエチリデン−1,1−ジホスホン酸、N,N′−ビス(2−ヒドロキシベンジル)エチレンジアミン−N,N′−ジ酢酸、1,2−ジヒドロキシベンゼン−4,6−ジスルホン酸等が挙げられる。
[Chelating agent]
The metal polishing liquid of the present invention preferably contains a chelating agent (that is, a hard water softening agent) as necessary in order to reduce adverse effects such as mixed polyvalent metal ions.
Examples of chelating agents include general water softeners and related compounds that are calcium and magnesium precipitation inhibitors, such as nitrilotriacetic acid, diethylenetriaminepentaacetic acid, ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), N, N, N-trile. Methylenephosphonic acid, ethylenediamine-N, N, N ', N'-tetramethylenesulfonic acid, transcyclohexanediaminetetraacetic acid, 1,2-diaminopropanetetraacetic acid, glycol etherdiaminetetraacetic acid, ethylenediamine orthohydroxyphenylacetic acid, ethylenediaminedi Succinic acid (SS form), N- (2-carboxylate ethyl) -L-aspartic acid, β-alanine diacetic acid, 2-phosphonobutane-1,2,4-tricarboxylic acid, 1-hydroxyethylidene-1,1-diphosphone Acid, N, N′-bis (2 Hydroxybenzyl) ethylenediamine -N, N'-diacetic acid, 1,2-dihydroxy-4,6-disulfonic acid.

キレート剤は必要に応じて2種以上併用しても良い。
キレート剤の添加量は混入する多価金属イオンなどの金属イオンを封鎖するのに充分な量であれば良く、例えば、研磨に使用する際の金属用研磨液の1L中、0.0003mol〜0.07molになるように添加する。
Two or more chelating agents may be used in combination as required.
The addition amount of the chelating agent may be an amount sufficient to sequester metal ions such as mixed polyvalent metal ions. For example, 0.0003 mol to 0 in 1 L of a metal polishing liquid used for polishing. 0.07 mol is added.

〔添加剤〕
また、本発明の研磨液には以下の添加剤を用いることも好ましい。
アンモニア;ジメチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、プロピレンジアミン等のアルキルアミンや、エチレンジアミンテトラ酢酸、ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム及びキトサン等のアミン;ジチゾン、クプロイン(2,2'−ビキノリン)、ネオクプロイン(2,9−ジメチル−1,10−フェナントロリン)、バソクプロイン(2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン)及びキュペラゾン(ビスシクロヘキサノンオキサリルヒドラゾン)等のイミン;ノニルメルカプタン、ドデシルメルカプタン、トリアジンチオール、トリアジンジチオール、トリアジントリチオール等のメルカプタン;L−トリプトファン、キュペラゾン。
〔Additive〕
Moreover, it is also preferable to use the following additives for the polishing liquid of the present invention.
Ammonia; alkylamines such as dimethylamine, trimethylamine, triethylamine, and propylenediamine; amines such as ethylenediaminetetraacetic acid, sodium diethyldithiocarbamate, and chitosan; dithizone, cuproin (2,2′-biquinoline), neocuproine (2,9-dimethyl) -1,10-phenanthroline), bathocuproine (2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) and cuperazones (biscyclohexanone oxalylhydrazone); nonyl mercaptans, dodecyl mercaptans, triazine thiols, triazines Mercaptans such as dithiol and triazine trithiol; L-tryptophan, cuperazone.

これらの中でもキトサン、エチレンジアミンテトラ酢酸、L−トリプトファン、キュペラゾン、トリアジンジチオールが高いCMP速度と低いエッチング速度を両立する上で好ましい。   Among these, chitosan, ethylenediaminetetraacetic acid, L-tryptophan, cuperazone, and triazinedithiol are preferable for achieving both a high CMP rate and a low etching rate.

これら添加剤の添加量は、研磨に使用する際の金属用研磨液の1L中、0.0001mol〜0.5molとすることが好ましく0.001mol〜0.2molとすることがより好ましく、0.005mol〜0.1molとすることが特に好ましい。即ち、添加剤の添加量は、エッチング抑制の点から0.0001mol以上が好ましく、CMP速度低下防止の点から0.5mol以下が好ましい。   The addition amount of these additives is preferably 0.0001 mol to 0.5 mol, more preferably 0.001 mol to 0.2 mol, in 1 L of the metal polishing liquid used for polishing. It is especially preferable to set it as 005 mol-0.1 mol. That is, the addition amount of the additive is preferably 0.0001 mol or more from the viewpoint of suppressing etching, and preferably 0.5 mol or less from the viewpoint of preventing a decrease in CMP rate.

(界面活性剤/親水性ポリマー)
本発明の研磨液は、界面活性剤や親水性ポリマーを含有することが好ましい。
界面活性剤と親水性ポリマーは、いずれも被研磨面の接触角を低下させる作用を有して、均一な研磨を促す作用を有する。用いられる界面活性剤や親水性ポリマーとしては、以下の群から選ばれたものが好適である。
陰イオン界面活性剤として、カルボン酸塩、スルホン酸塩、硫酸エステル塩、リン酸エステル塩が挙げられ、陽イオン界面活性剤として、脂肪族アミン塩、脂肪族4級アンモニウム塩、塩化ベンザルコニウム塩、塩化ベンゼトニウム、ピリジニウム塩、イミダゾリニウム塩が挙げられ、両性界面活性剤として、カルボキシベタイン型、アミノカルボン酸塩、イミダゾリニウムベタイン、レシチン、アルキルアミンオキサイドを挙げることができ、非イオン界面活性剤として、エーテル型、エーテルエステル型、エステル型、含窒素型が挙げられ、また、フッ素系界面活性剤などが挙げられる。
さらに、親水性ポリマーとしては、ポリエチレングリコール等のポリグリコール類、ポリビニルアルコール、ポロビニルピロリドン、アルギン酸等の多糖類、ポリメタクリル酸等のカルボン酸含有ポリマー等が挙げられる。
(Surfactant / Hydrophilic polymer)
The polishing liquid of the present invention preferably contains a surfactant and a hydrophilic polymer.
Both the surfactant and the hydrophilic polymer have the action of reducing the contact angle of the surface to be polished and the action of promoting uniform polishing. As the surfactant and the hydrophilic polymer used, those selected from the following groups are suitable.
Examples of the anionic surfactant include carboxylate, sulfonate, sulfate ester salt and phosphate ester salt. Examples of the cationic surfactant include aliphatic amine salt, aliphatic quaternary ammonium salt, benzalkonium chloride. Salt, benzethonium chloride, pyridinium salt, imidazolinium salt, and amphoteric surfactants include carboxybetaine type, aminocarboxylate, imidazolinium betaine, lecithin, alkylamine oxide, nonionic interface Examples of the activator include an ether type, an ether ester type, an ester type, and a nitrogen-containing type, and also include a fluorine-based surfactant.
Furthermore, examples of the hydrophilic polymer include polyglycols such as polyethylene glycol, polysaccharides such as polyvinyl alcohol, polovinyl pyrrolidone, and alginic acid, and carboxylic acid-containing polymers such as polymethacrylic acid.

なお、上記のものは、酸もしくはそのアンモニウム塩の方が、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ハロゲン化物等による汚染がなく望ましい。上記例示化合物の中でもシクロヘキサノール、ポリアクリル酸アンモニウム塩、ポリビニルアルコール、コハク酸アミド、ポロビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、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がより好ましい。
これらの界面活性剤や親水性ポリマーの重量平均分子量としては、500〜100000が好ましく、特には2000〜50000が好ましい。
Of the above, the acid or its ammonium salt is preferably free from contamination by alkali metals, alkaline earth metals, halides and the like. Among the above exemplified compounds, cyclohexanol, polyacrylic acid ammonium salt, polyvinyl alcohol, succinic acid amide, polo vinyl pyrrolidone, polyethylene glycol, and polyoxyethylene polyoxypropylene block polymer are more preferable.
The weight average molecular weight of these surfactants and hydrophilic polymers is preferably from 500 to 100,000, particularly preferably from 2,000 to 50,000.

なお、研磨液の濃縮液作製時に添加する成分の内、室温での水に対する溶解度が5%未満のものの配合量は、濃縮液を5℃に冷却した際の析出を防止する点で、室温での水に対する溶解度の2倍以内とすることが好ましく、1.5倍以内とすることがより好ましい。   Of the components added during the preparation of the concentrated concentrate of the polishing liquid, the blending amount of water having a solubility in water at room temperature of less than 5% is that at room temperature, in order to prevent precipitation when the concentrated liquid is cooled to 5 ° C. The solubility in water is preferably within 2 times, more preferably within 1.5 times.

〔バリア材(バリアメタル層)〕
本発明の研磨液は、一般に、銅金属及び/又は銅合金からなる配線と層間絶縁膜との間に存在させる銅の拡散を防ぐ為と、配線と層間絶縁膜の密着性を上げ剥離を防ぐ為に設けられるバリアメタル層(バリア材)及び層間絶縁膜の研磨に適する。
バリアメタル層は、一般にタンタル(Ta)、窒化タンタル(TaN)、チタン(Ti)、窒化チタン(TiN)、タングステン(W)、窒化タングステン(WN)、ニッケル(Ni)、窒化ニッケル(NiN)、ルテニウム(Ru)及びこれらの化合物の少なくとも1種類以上から構成されていることが好適である。また、チタン(Ti)、チタンタングステン(TiW:チタン−タングステン合金)も適用することができるが、これらの中でも特に、タンタル(Ta)、窒化タンタル(TaN)が特に好ましい。
[Barrier material (barrier metal layer)]
The polishing liquid of the present invention generally prevents diffusion of copper existing between a wiring made of copper metal and / or a copper alloy and an interlayer insulating film, and improves adhesion between the wiring and the interlayer insulating film to prevent peeling. Therefore, it is suitable for polishing a barrier metal layer (barrier material) and an interlayer insulating film provided for the purpose.
The barrier metal layer is generally made of tantalum (Ta), tantalum nitride (TaN), titanium (Ti), titanium nitride (TiN), tungsten (W), tungsten nitride (WN), nickel (Ni), nickel nitride (NiN), It is preferably composed of ruthenium (Ru) and at least one of these compounds. Titanium (Ti) and titanium tungsten (TiW: titanium-tungsten alloy) can also be applied. Among these, tantalum (Ta) and tantalum nitride (TaN) are particularly preferable.

〔配線金属原材料〕
本発明においては、被研磨体(研磨する対象)である半導体デバイスが銅金属及び/又は銅合金からなる配線を持つLSIであることが好ましく、特には銅合金が好ましい。更には、銅合金の中でも銀を含有する銅合金が好ましい。銅合金に含有される銀含量は、40重量%以下が好ましく、特には10重量%以下、さらには1重量%以下が好ましく、0.00001〜0.1重量%の範囲である銅合金において最も優れた効果を発揮する。
[Raw metal materials]
In the present invention, the semiconductor device that is the object to be polished (target to be polished) is preferably an LSI having wiring made of copper metal and / or a copper alloy, and a copper alloy is particularly preferable. Furthermore, the copper alloy containing silver is preferable among copper alloys. The silver content contained in the copper alloy is preferably 40% by weight or less, particularly preferably 10% by weight or less, more preferably 1% by weight or less, most preferably in the range of 0.00001 to 0.1% by weight. Exhibits excellent effects.

〔配線の太さ〕
本発明においては、被研磨体(研磨する対象)である半導体デバイスが、例えばDRAMデバイス系ではハーフピッチで0.15μm以下で特には0.10μm以下、更には0.08μm以下、一方、MPUデバイス系では0.12μm以下で特には0.09μm以下、更には0.07μm以下の配線を持つLSIであることが好ましい。これらのLSIに対して、本発明の研磨液は特に優れた効果を発揮する。
[Wiring thickness]
In the present invention, a semiconductor device which is an object to be polished (object to be polished) is, for example, a DRAM device system having a half pitch of 0.15 μm or less, particularly 0.10 μm or less, further 0.08 μm or less, while MPU device In the system, an LSI having a wiring of 0.12 μm or less, particularly 0.09 μm or less, and further 0.07 μm or less is preferable. The polishing liquid of the present invention exhibits particularly excellent effects on these LSIs.

〔研磨方法〕
本発明の研磨液は、濃縮液であって使用する際に水を加えて希釈して使用液とする場合、又は、各成分が次項に述べる水溶液の形態でこれらを混合し、必要により水を加え希釈して使用液とする場合、あるいは使用液として調製されている場合がある。本発明の金属用研磨液を用いた研磨方法は、いずれの場合にも適用でき、研磨液を研磨定盤上の研磨パッドに供給し、被研磨面と接触させて被研磨面と研磨パッドを相対運動させて研磨する研磨方法である。
[Polishing method]
The polishing liquid of the present invention is a concentrated liquid and is diluted by adding water when used, or each component is mixed in the form of an aqueous solution described in the next section, and water is added if necessary. In addition, it may be diluted to give a working solution or may be prepared as a working solution. The polishing method using the metal polishing liquid of the present invention can be applied to any case, and the polishing liquid is supplied to the polishing pad on the polishing surface plate and brought into contact with the surface to be polished to thereby connect the surface to be polished and the polishing pad. This is a polishing method in which polishing is performed by relative movement.

研磨する装置としては、被研磨面を有する半導体基板等を保持するホルダーと研磨パッドを貼り付けた(回転数が変更可能なモータ等を取り付けてある)研磨定盤を有する一般的な研磨装置が使用できる。研磨パッドとしては、一般的な不織布、発泡ポリウレタン、多孔質フッ素樹脂などが使用でき、特に制限がない。研磨条件には制限はないが、研磨定盤の回転速度は基板が飛び出さないように200rpm以下の低回転が好ましい。被研磨面(被研磨膜)を有する半導体基板の研磨パッドへの押しつけ圧力は、5〜500g/cm2であることが好ましく、研磨速度のウエハ面内均一性及びパターンの平坦性を満足するためには、12〜240g/cm2であることがより好ましい。 As an apparatus for polishing, there is a general polishing apparatus having a polishing surface plate with a holder for holding a semiconductor substrate having a surface to be polished and a polishing pad attached (a motor etc. capable of changing the number of rotations is attached). Can be used. As the polishing pad, a general nonwoven fabric, foamed polyurethane, porous fluororesin, or the like can be used, and there is no particular limitation. The polishing conditions are not limited, but the rotation speed of the polishing surface plate is preferably a low rotation of 200 rpm or less so that the substrate does not jump out. The pressure applied to the polishing pad of the semiconductor substrate having the surface to be polished (film to be polished) is preferably 5 to 500 g / cm 2 in order to satisfy the uniformity of the polishing rate within the wafer surface and the flatness of the pattern. Is more preferably 12 to 240 g / cm 2 .

研磨している間、研磨パッドには金属用研磨液をポンプ等で連続的に供給する。この供給量に制限はないが、研磨パッドの表面が常に研磨液で覆われていることが好ましい。研磨終了後の半導体基板は、流水中で良く洗浄した後、スピンドライヤ等を用いて半導体基板上に付着した水滴を払い落としてから乾燥させる。本発明の研磨方法では、希釈する水溶液は、次ぎに述べる水溶液と同じである。水溶液は、予め酸化剤、酸、添加剤、界面活性剤のうち少なくとも1つ以上を含有した水で、水溶液中に含有した成分と希釈される金属用研磨液の成分を合計した成分が、金属用研磨液を使用して研磨する際の成分となるようにする。水溶液で希釈して使用する場合は、溶解しにくい成分を水溶液の形で配合することができ、より濃縮した金属用研磨液を調製することができる。   During polishing, a polishing liquid for metal is continuously supplied to the polishing pad with a pump or the like. Although there is no restriction | limiting in this supply amount, it is preferable that the surface of a polishing pad is always covered with polishing liquid. The semiconductor substrate after polishing is thoroughly washed in running water, and then dried after removing water droplets adhering to the semiconductor substrate using a spin dryer or the like. In the polishing method of the present invention, the aqueous solution to be diluted is the same as the aqueous solution described below. The aqueous solution is water that contains at least one of an oxidizing agent, an acid, an additive, and a surfactant in advance, and the total amount of the components contained in the aqueous solution and the components of the metal polishing liquid to be diluted is a metal. It becomes the component at the time of grinding | polishing using the polishing liquid. When diluted with an aqueous solution and used, components that are difficult to dissolve can be blended in the form of an aqueous solution, and a more concentrated metal polishing liquid can be prepared.

濃縮された研磨液に水又は水溶液を加え希釈する方法としては、濃縮された金属用研磨液を供給する配管と水又は水溶液を供給する配管を途中で合流させて混合し、混合し希釈された金属用研磨液を研磨パッドに供給する方法がある。混合は、圧力を付した状態で狭い通路を通して液同士を衝突混合する方法、配管中にガラス管などの充填物を詰め液体の流れを分流分離、合流させることを繰り返し行う方法、配管中に動力で回転する羽根を設ける方法など通常に行われている方法を採用することができる。   As a method of diluting by adding water or an aqueous solution to the concentrated polishing liquid, the pipe for supplying the concentrated metal polishing liquid and the pipe for supplying the water or the aqueous solution are merged and mixed, mixed and diluted. There is a method of supplying a metal polishing liquid to a polishing pad. Mixing is a method in which liquids collide with each other through a narrow passage under pressure, a method in which a filling such as a glass tube is filled in a pipe, and the flow of liquid is repeatedly separated and merged. Conventional methods such as a method of providing blades that rotate in the above can be employed.

研磨液の供給速度は10〜1000ml/minが好ましく、研磨速度の被研磨体(ウエハ)面内均一性及びパターンの平坦性を満足するためには、170〜800ml/minであることがより好ましい。   The supply rate of the polishing liquid is preferably 10 to 1000 ml / min, and more preferably 170 to 800 ml / min in order to satisfy the in-plane uniformity of the polishing target (wafer) and the flatness of the pattern. .

濃縮された研磨液を水又は水溶液などにより希釈し、研磨する方法としては、研磨液を供給する配管と水又は水溶液を供給する配管を独立に設け、それぞれから所定量の液を研磨パッドに供給し、研磨パッドと被研磨面の相対運動で混合しつつ研磨する方法である。又は、1つの容器に、所定量の濃縮された金属用研磨液と水又は水溶液を入れ混合してから、研磨パッドにその混合した研磨液を供給し、研磨をする方法がある。   As a method of diluting and polishing the concentrated polishing liquid with water or an aqueous solution, a pipe for supplying the polishing liquid and a pipe for supplying water or an aqueous solution are provided independently, and a predetermined amount of liquid is supplied from each to the polishing pad. In this method, the polishing pad and the surface to be polished are mixed while being mixed by relative movement. Alternatively, there is a method in which a predetermined amount of concentrated metal polishing liquid and water or an aqueous solution are mixed in one container, and then the mixed polishing liquid is supplied to a polishing pad for polishing.

本発明の別の研磨方法は、研磨液が含有すべき成分を少なくとも2つの構成成分に分けて、それらを使用する際に、水又は水溶液を加え希釈して研磨定盤上の研磨パッドに供給し、被研磨面と接触させて被研磨面と研磨パッドを相対運動させて研磨する方法である。   According to another polishing method of the present invention, the component to be contained in the polishing liquid is divided into at least two components, and when these components are used, they are diluted by adding water or an aqueous solution and supplied to the polishing pad on the polishing platen. In this method, the surface to be polished and the polishing pad are moved relative to each other and brought into contact with the surface to be polished.

例えば、酸化剤を1つの構成成分(A)とし、酸、添加剤、界面活性剤及び水を1つの構成成分(B)とし、それらを使用する際に水又は水溶液で構成成分(A)と構成成分(B)を希釈して使用する。
また、溶解度の低い添加剤を2つの構成成分(A)と(B)に分け、酸化剤、添加剤及び界面活性剤を1つの構成成分(A)とし、酸、添加剤、界面活性剤及び水を1つの構成成分(B)とし、それらを使用する際に水又は水溶液を加え構成成分(A)と構成成分(B)を希釈して使用する。この例の場合、構成成分(A)と構成成分(B)と水又は水溶液をそれぞれ供給する3つの配管が必要であり、希釈混合は、3つの配管を、研磨パッドに供給する1つの配管に結合し、その配管内で混合する方法があり、この場合、2つの配管を結合してから他の1つの配管を結合することも可能である。
For example, an oxidant is one component (A), an acid, an additive, a surfactant, and water are one component (B). The component (B) is diluted before use.
In addition, the low-solubility additive is divided into two components (A) and (B), and the oxidizing agent, additive and surfactant are one component (A), and the acid, additive, surfactant and Water is used as one component (B), and when these are used, water or an aqueous solution is added to dilute the component (A) and the component (B). In the case of this example, three pipes for supplying the component (A), the component (B), and water or an aqueous solution are required, and dilution mixing is performed on one pipe that supplies the three pads to the polishing pad. There is a method of combining and mixing in the pipe. In this case, it is also possible to combine two pipes and then connect another pipe.

例えば、溶解しにくい添加剤を含む構成成分と他の構成成分を混合し、混合経路を長くして溶解時間を確保してから、さらに水又は水溶液の配管を結合する方法である。その他の混合方法は、上記したように直接に3つの配管をそれぞれ研磨パッドに導き、研磨パッドと被研磨面の相対運動により混合する方法、1つの容器に3つの構成成分を混合して、そこから研磨パッドに希釈された金属用研磨液を供給する方法である。上記した研磨方法において、酸化剤を含む1つの構成成分を40℃以下にし、他の構成成分を室温から100℃の範囲に加温し、且つ1つの構成成分と他の構成成分又は水もしくは水溶液を加え希釈して使用する際に、混合した後に40℃以下とするようにすることもできる。温度が高いと溶解度が高くなるため、金属用研磨液の溶解度の低い原料の溶解度を上げるために好ましい方法である。   For example, it is a method in which a constituent component containing an additive that is difficult to dissolve is mixed with another constituent component, a mixing path is lengthened to ensure a dissolution time, and then a pipe of water or an aqueous solution is further combined. Other mixing methods are as described above, in which the three pipes are each guided directly to the polishing pad and mixed by the relative movement of the polishing pad and the surface to be polished, and the three components are mixed in one container. A method for supplying a diluted metal polishing liquid to a polishing pad. In the above polishing method, one constituent component containing an oxidizing agent is made 40 ° C. or lower, the other constituent components are heated in the range of room temperature to 100 ° C., and one constituent component and another constituent component or water or an aqueous solution When the mixture is diluted and used, it can be adjusted to 40 ° C. or lower after mixing. Since the solubility increases when the temperature is high, this is a preferable method for increasing the solubility of the raw material having a low solubility in the metal polishing slurry.

酸化剤を含まない他の成分を室温から100℃の範囲で加温して溶解させた原料は、温度が下がると溶液中に析出するため、温度が低下したその成分を用いる場合は、予め加温して析出したものを溶解させる必要がある。これには、加温し溶解した構成成分液を送液する手段と、析出物を含む液を攪拌しておき、送液し配管を加温して溶解させる手段を採用することができる。加温した成分が酸化剤を含む1つの構成成分の温度を40℃以上に高めると酸化剤が分解してくる恐れがあるので、加温した構成成分とこの加温した構成成分を冷却する酸化剤を含む1つの構成成分で混合した場合、40℃以下となるようにする。   A raw material in which other components not containing an oxidizing agent are heated and dissolved in the range of room temperature to 100 ° C. is precipitated in the solution when the temperature is lowered. It is necessary to dissolve what is deposited by heating. For this, a means for feeding a heated component solution and a means for stirring the liquid containing the precipitate, feeding the liquid, and heating and dissolving the pipe can be employed. When the temperature of one component containing an oxidant is increased to 40 ° C. or higher, the oxidant may be decomposed. Therefore, the heated component and the oxidation for cooling the heated component When mixed with one component containing an agent, the temperature is set to 40 ° C. or lower.

また本発明においては、上述したように金属用研磨液の成分を二分割以上に分割して、研磨面に供給してもよい。この場合、酸化物を含む成分と酸を含有する成分とに分割して供給することが好ましい。また、金属用研磨液を濃縮液とし、希釈水を別にして研磨面に供給してもよい。   In the present invention, as described above, the component of the metal polishing liquid may be divided into two or more parts and supplied to the polishing surface. In this case, it is preferable to divide and supply the component containing an oxide and the component containing an acid. Alternatively, the metal polishing liquid may be a concentrated liquid, and the diluted water may be separately supplied to the polishing surface.

〔研磨パッド〕
研磨パッドは、無発泡構造パッドでも発泡構造パッドでもよい。前者はプラスチック板のように硬質の合成樹脂バルク材をパッドに用いるものである。また、後者は更に独立発泡体(乾式発泡系)、連続発泡体(湿式発泡系)、2層複合体(積層系)の3つがあり、特には2層複合体(積層系)が好ましい。発泡は、均一でも不均一でもよい。
[Polishing pad]
The polishing pad may be a non-foamed structure pad or a foamed structure pad. The former uses a hard synthetic resin bulk material like a plastic plate for a pad. Further, the latter further includes three types of a closed foam (dry foam system), a continuous foam (wet foam system), and a two-layer composite (laminated system), and a two-layer composite (laminated system) is particularly preferable. Foaming may be uniform or non-uniform.

更に研磨に用いる砥粒(例えば、セリア、シリカ、アルミナ、樹脂など)を含有したものでもよい。また、それぞれに硬さは軟質のものと硬質のものがあり、どちらでもよく、積層系ではそれぞれの層に異なる硬さのものを用いることが好ましい。材質としては不織布、人工皮革、ポリアミド、ポリウレタン、ポリエステル、ポリカーボネート等が好ましい。また、研磨面と接触する面には、格子溝/穴/同心溝/らせん状溝などの加工を施してもよい。   Further, it may contain abrasive grains (for example, ceria, silica, alumina, resin, etc.) used for polishing. In addition, the hardness may be either soft or hard, and either may be used. In the laminated system, it is preferable to use a different hardness for each layer. The material is preferably non-woven fabric, artificial leather, polyamide, polyurethane, polyester, polycarbonate or the like. In addition, the surface contacting the polishing surface may be subjected to processing such as lattice grooves / holes / concentric grooves / helical grooves.

〔ウエハ〕
本発明の研磨液でCMPを行なう対象ウエハ(被研磨体)は、径が200mm以上であることが好ましく、特には300mm以上が好ましい。300mm以上である時に顕著に本発明の効果を発揮する。
[Wafer]
The target wafer (object to be polished) to be subjected to CMP with the polishing liquid of the present invention preferably has a diameter of 200 mm or more, particularly preferably 300 mm or more. The effect of the present invention is remarkably exhibited when the thickness is 300 mm or more.

(研磨装置)
本発明の研磨液を用いる研磨方法を実施できる装置は、特に限定されないが、市販品としては、例えば、Mirra Mesa CMP、Reflexion CMP(アプライドマテリアルズ社製)、FREX200、FREX300 (荏原製作所製)、NPS3301、NPS2301(ニコンV)、A-FP-310A、A-FP-210A(東京精密社製)、2300 TERES(ラムリサーチ社製)、Momentum(Speedfam IPEC社製)などを挙げることができる。
(Polishing equipment)
An apparatus capable of carrying out the polishing method using the polishing liquid of the present invention is not particularly limited, but examples of commercially available products include Mirra Mesa CMP, Reflexion CMP (manufactured by Applied Materials), FREX200, FREX300 (manufactured by Ebara Corporation), Examples include NPS3301, NPS2301 (Nikon V), A-FP-310A, A-FP-210A (manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd.), 2300 TERES (manufactured by Ram Research), Momentum (manufactured by Speedfam IPEC), and the like.

(研磨パッド/被研磨体(ウェハ)の平均相対運動速度)
研磨パッドの研磨面と被研磨面との相対運動は、回転式研磨である関係上、部位によって相違があるので、平均相対運動速度(平均相対速度)で表すのが適切であり、本発明では、平均相対速度は、被研磨面の中心を通る直線の、半径方向の相対運動速度の平均値として求める。
(Average relative motion speed of polishing pad / object to be polished (wafer))
Since the relative motion between the polishing surface of the polishing pad and the surface to be polished is different depending on the part because of the rotational polishing, it is appropriate to represent the average relative motion speed (average relative speed). The average relative speed is obtained as an average value of the relative motion speed in the radial direction of a straight line passing through the center of the surface to be polished.

例えば、被研磨面及び研磨面が共に回転体であるとき、それぞれの回転中心間の距離を中心間距離Lとする。この中心間を結ぶ線上における、被研磨面の相対運動速度を求めて平均相対速度とする。図1は、平均相対速度を説明するための研磨面と被研磨面を含む回転式研磨面の平面図である。図1において、被研磨面中心Bと研磨面中心Oとの距離をL[m]、研磨面の半径をRp[m]、被研磨面の半径をRw[m]とし、研磨面の角速度をωp[rad/s]、被研磨面の角速度をωw[rad/s]とする。
Rp>RwのときのA点、B点、C点の各点における相対運動速度Va、Vb、Vcは下記の式で表される。
A : Va = (L−Rw)*ωp + Rw*ωw
B : Vb = L*ωp
C : Vc = (L+Rw)*ωp − Rw*ωw
上記の要領で、被研磨面の半径方向A−Cの速度分布を求め、それらの和を測定点数で除した平均値を平均相対運動速度として求める。
For example, when both the surface to be polished and the polishing surface are rotating bodies, the distance between the respective rotation centers is set as the center-to-center distance L. The relative motion speed of the surface to be polished on the line connecting the centers is obtained and used as the average relative speed. FIG. 1 is a plan view of a rotary polishing surface including a polishing surface and a surface to be polished for explaining the average relative speed. In FIG. 1, the distance between the center B of the surface to be polished and the center O of the surface to be polished is L [m], the radius of the surface to be polished is Rp [m], the radius of the surface to be polished is Rw [m], and the angular velocity of the surface to be polished is Let ωp [rad / s] and the angular velocity of the surface to be polished be ωw [rad / s].
The relative motion speeds Va, Vb, and Vc at points A, B, and C when Rp> Rw are expressed by the following equations.
A: Va = (L−Rw) * ωp + Rw * ωw
B: Vb = L * ωp
C: Vc = (L + Rw) * ωp−Rw * ωw
In the above manner, the velocity distribution in the radial direction A-C of the surface to be polished is obtained, and the average value obtained by dividing the sum by the number of measurement points is obtained as the average relative motion velocity.

以下、実施例により本発明を説明する。本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described by way of examples. The present invention is not limited to these examples.

(研磨試験)
研磨液を適用する研磨試験における被研磨体、研磨装置の諸条件は以下の通りである。
被研磨体(ワーク):TEOSの絶縁膜とタンタルバリアメタル層と銅メッキ配線層が施された市販のパターンウエハに対し、絶縁層より上位にある余分なCuメッキが完全にクリアされるまで、同一条件で均一なCu−CMPを施し、ウエハ全面にわたる絶縁膜表面上にバリアメタル層が露出している基板(市販のパターンウエハ:854マスクパターンウエハ(Sematech社))
研磨パッド: IC1400(ローム&ハース社)
研磨機: LGP−612(ラップマスター社)
押さえ圧力: 14000Pa
研磨液供給速度: 200ml/min
ウエハサイズ: 8インチ
研磨パッド/ウエハの相対運動速度: 1.0m/sec (ウエハ面内の平均相対運動速度)
(Polishing test)
The conditions of the object to be polished and the polishing apparatus in the polishing test to which the polishing liquid is applied are as follows.
Object to be polished (work): With respect to a commercially available pattern wafer on which a TEOS insulating film, a tantalum barrier metal layer, and a copper-plated wiring layer have been applied, until the excess Cu plating above the insulating layer is completely cleared, A substrate in which a uniform Cu-CMP is performed under the same conditions, and a barrier metal layer is exposed on the surface of the insulating film over the entire wafer surface (commercially available pattern wafer: 854 mask pattern wafer (Sematech))
Polishing pad: IC1400 (Rohm & Haas)
Polishing machine: LGP-612 (Lapmaster)
Holding pressure: 14000Pa
Polishing liquid supply rate: 200 ml / min
Wafer size: 8 inches Relative motion speed of polishing pad / wafer: 1.0 m / sec (average relative motion speed in wafer surface)

(評価方法)
<液の安定性>
研磨液の安定性は次のように評価した。研磨液をサンプル管に取り分け、これにレーザー光を照射し、透過光の強度を測定する。含有する粒子に凝集が見られた場合は透過光強度が低下し、ゲル化した場合は強度がほぼゼロになる。
なお、評価基準は最低半年間は高分散状態を保つ標準液に対し、6ヶ月経過時点でほぼ同等の透過光強度を保ったサンプルには「◎」を、3ヶ月経過時点でほぼ同等の透過光強度を保ったサンプルを「○」とし、これに満たないサンプルを「×」と評価した。
(Evaluation methods)
<Liquid stability>
The stability of the polishing liquid was evaluated as follows. The polishing liquid is divided into sample tubes, which are irradiated with laser light, and the intensity of transmitted light is measured. When aggregation is observed in the contained particles, the transmitted light intensity decreases, and when gelling, the intensity becomes almost zero.
The evaluation standard is “◎” for samples that maintain almost the same transmitted light intensity after 6 months compared to the standard solution that maintains a highly dispersed state for at least half a year. Samples that maintained the light intensity were evaluated as “◯”, and samples less than this were evaluated as “x”.

<バリアメタル層の除去性(バリア膜クリア)>
バリアCMP後のパターンウエハ上に、絶縁膜上の除去されなければならないバリアメタル層が残っていないかについて、目視による確認に加えて、ウエハの中心からエッジの4チップに対し、電子顕微鏡観察及びX線分析装置を用いて確認した。
評価装置: 超高分解能型電子顕微鏡+X線分析装置 S4800+Emax (日立ハイテク社製)
なお、評価基準はパターンウエハの絶縁膜上を、X線分析装置を用いて元素マッピングした場合に、バリア材に用いられる金属元素が検出されなかった場合を「○」とし、バリア材に用いられた金属元素の検出ピークが現れた場合を「×」とした。
<Removability of barrier metal layer (barrier film clear)>
In addition to visually confirming whether or not the barrier metal layer that must be removed on the insulating film remains on the patterned wafer after the barrier CMP, the four chips from the center to the edge of the wafer are observed with an electron microscope. It confirmed using the X-ray analyzer.
Evaluation device: Ultra-high resolution electron microscope + X-ray analyzer S4800 + Emax (manufactured by Hitachi High-Tech)
The evaluation standard is “○” when a metal element used for the barrier material is not detected when element mapping is performed on the insulating film of the pattern wafer using an X-ray analyzer, and is used for the barrier material. A case where a detection peak of a metallic element appeared was indicated as “x”.

<ディッシング>
バリアCMP後のパターンウエハ上の、L/S=100(μm)/100(μm)部の配線(L)とスペース(S)の間に生じた高低差を、段差計を用いて測定し、測定した数値をディッシング量(nm)とした。測定箇所は、パターンウエハの半径方向に並んだ等間隔の3チップに対して行い、測定値はこれらの平均値を用いた。
評価装置: 接触式段差測定装置 Dektak V320 (Veeco社)
<Dishing>
The height difference generated between the wiring (L) and the space (S) of the L / S = 100 (μm) / 100 (μm) portion on the pattern wafer after the barrier CMP is measured using a step gauge, The measured value was defined as the dishing amount (nm). The measurement location was performed on three equally spaced chips arranged in the radial direction of the pattern wafer, and the average value of these measurements was used.
Evaluation device: Contact level difference measuring device Dektak V320 (Veeco)

(バリア用研磨液の調製方法)
溶媒 : 超純水
酸化剤: 過酸化水素 (和光純薬工業(株)製) :添加量 20g/L
カルボン酸化合物:(表1に示す化合物) 添加量:0.05〜0.12mol/L
砥粒 : 酸化ケイ素粒子(実施例に用いた種類及び大きさ等の特性を表1に示す)
添加量:5.0重量%
複素環化合物:(表1に示す化合物) 添加量:0.5〜0.75g/L(研磨液組成物に対する含有量:0.01〜0.10重量%の範囲内)
pH : 表1に示すpHになるように、酸及びアルカリを用いて適宜調整
(Preparation method of barrier polishing liquid)
Solvent: Ultrapure water Oxidizing agent: Hydrogen peroxide (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.): Addition 20g / L
Carboxylic acid compound: (compound shown in Table 1) Addition amount: 0.05 to 0.12 mol / L
Abrasive grains: silicon oxide particles (characteristics such as type and size used in the examples are shown in Table 1)
Addition amount: 5.0% by weight
Heterocyclic compound: (compound shown in Table 1) Addition amount: 0.5 to 0.75 g / L (content with respect to polishing composition: 0.01 to 0.10% by weight)
pH: adjusted as appropriate using acid and alkali so that the pH shown in Table 1 is obtained.

(実施例1〜13、比較例1〜7)
上述に基づき、表1に示したカルボン酸(モノカルボン酸或いはジカルボン酸)、複素環化合物及びpHに変更して各研磨液を調整した。その電気伝導度を表2に示す。また、これらの調整した研磨液に対して、上記の実験評価方法にて液の安定性、エロージョン(バリア膜クリア)及びディッシングを評価した。結果を表2に示す。
(Examples 1-13, Comparative Examples 1-7)
Based on the above, each polishing liquid was adjusted by changing to carboxylic acid (monocarboxylic acid or dicarboxylic acid), heterocyclic compound and pH shown in Table 1. The electrical conductivity is shown in Table 2. Further, the stability, erosion (barrier film clear), and dishing of the liquid were evaluated by the above-described experimental evaluation method for these adjusted polishing liquids. The results are shown in Table 2.

Figure 2007116090
Figure 2007116090

Figure 2007116090
Figure 2007116090

上記結果から、実施例1〜13の研磨液を用いると、バリアメタル層及び絶縁膜層と金属配線層との研磨速度を適切にし、ディッシングやエロージョンなどの最終的な段差の発生を抑制できることがわかる。また、研磨液の安定性の向上も図れることがわかる。   From the above results, when the polishing liquids of Examples 1 to 13 are used, the polishing rate of the barrier metal layer and the insulating film layer and the metal wiring layer can be made appropriate, and the occurrence of final steps such as dishing and erosion can be suppressed. Recognize. It can also be seen that the stability of the polishing liquid can be improved.

平均相対速度を説明するための研磨面と被研磨面を含む回転式研磨面の平面図である。It is a top view of the rotary polishing surface containing the grinding | polishing surface and to-be-polished surface for demonstrating an average relative speed.

Claims (6)

絶縁材上のバリア材を研磨するための研磨液であって、ジカルボン酸化合物を含有するpH5.5〜8.5の水溶液であり、かつ、酸化ケイ素粒子を分散してなる研磨液。   A polishing liquid for polishing a barrier material on an insulating material, which is an aqueous solution having a pH of 5.5 to 8.5 containing a dicarboxylic acid compound, and in which silicon oxide particles are dispersed. 前記研磨液の示す電気伝導度が10mS/cm以下であることを特徴とする請求項1に記載の研磨液。   The polishing liquid according to claim 1, wherein the electric conductivity of the polishing liquid is 10 mS / cm or less. 更に、複素環化合物を0.01〜0.10重量%の範囲で含むことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の研磨液。   The polishing liquid according to claim 1 or 2, further comprising a heterocyclic compound in a range of 0.01 to 0.10% by weight. 前記酸化ケイ素粒子は、比表面積から真球状粒子モデルへ換算したときの一次粒子径が15〜70nmの範囲にあるコロイダルシリカ、又は当該範囲の一次粒子径のコロイダルシリカを少なくとも含む複合粒子であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の研磨液。   The silicon oxide particles are composite particles containing at least colloidal silica having a primary particle diameter in the range of 15 to 70 nm when converted from a specific surface area to a true spherical particle model, or colloidal silica having a primary particle diameter in the range. The polishing liquid according to any one of claims 1 to 3, wherein: 前記バリア材は、タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン、タングステン、窒化タングステン、ニッケル、窒化ニッケル,ルテニウム及びこれらの化合物の少なくとも1種類を含んで構成されていることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の研磨液。   The barrier material is configured to include at least one of tantalum, tantalum nitride, titanium, titanium nitride, tungsten, tungsten nitride, nickel, nickel nitride, ruthenium, and a compound thereof. The polishing liquid according to claim 4. 更に、酸化剤を含むことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の研磨液。   Furthermore, an oxidizing agent is included, The polishing liquid of any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned.
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