JP2007173370A - Polishing solution - Google Patents

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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polishing solution which can provide the optimal polishing speed and polishing selectivity for a metal interconnection material/barrier metal material/insulation material, during the polishing of the barrier metal material which is conducted following the bulk polishing of the metal interconnection material in the manufacture of a semiconductor device, and thereby can reduce dishing and which never turns into a gel during long time storage and has a superior dispersion stability of a solid content. <P>SOLUTION: This polishing solution is for polishing the barrier metal material on an interlayer insulation material. It contains silicon oxide particles, at least one kind of carboxylic acid compound selected among a group of tricarboxylic acid compounds and tetracarboxylic acid compounds, and water, and has a pH value ranging between 8.0 and 10.5. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体デバイスの製造に用いられる研磨液に関し、詳細には、半導体デバイスの製造過程における配線工程での平坦化において、バリア金属材料の研磨に好適に用いられる研磨液に関する。   The present invention relates to a polishing liquid used for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a polishing liquid suitably used for polishing a barrier metal material in planarization in a wiring process in the manufacturing 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、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層の除去を行うことができる。   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 embedded metal wiring, etc., and smoothing of a substrate, extra metal thin film at the time of wiring formation Removal or removal of an excess barrier layer on the insulating film can be performed.

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、層間絶縁膜への金属配線材料の拡散を防止することや、金属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などのバリア金属材料からなる層(バリアメタル層)を、前もって形成することが行われている。
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 a semiconductor device such as an LSI, fine wiring is formed in multiple layers. When forming a metal wiring such as Cu in each layer, a metal wiring material for an interlayer insulating film is used. In order to prevent the diffusion of metal and to improve the adhesion of the metal wiring material, a layer (barrier metal layer) made of a barrier metal material such as Ta, TaN, Ti, or TiN is formed in advance. It has been broken.

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金属配線材料を除去するCMP(以下、金属膜CMPと呼ぶ)を1段若しくは多段に亘って行い、次に、これによって表面に露出したバリア金属材料(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、金属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。
In order to form each wiring layer, first, CMP (hereinafter referred to as metal film CMP) for removing excess metal wiring material deposited by plating or the like is performed in one or more stages, and then In general, CMP (hereinafter referred to as “barrier metal CMP”) for removing the barrier metal material (barrier metal) exposed on the surface is generally performed.
However, there is a problem that the metal wiring CMP causes the metal wiring portion to be overpolished, so-called dishing, 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、金属配線材料に比較してバリアメタルや層間絶縁膜を構成する絶縁材料の研磨速度が相対的に小さい場合は、金属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。このため、バリアメタルや絶縁材料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材料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. Is required. That is, in the barrier metal CMP, when the polishing rate of the insulating material constituting the barrier metal and the interlayer insulating film is relatively low compared to the metal wiring material, the metal wiring portion is polished faster, and the dishing and the result As a result, erosion occurs. For this reason, it is desirable that the polishing rate of the barrier metal or the insulating material is appropriately high. In addition to the advantage of increasing the throughput of barrier metal CMP, in practice, dishing often occurs due to metal film CMP. For the above-mentioned reasons, the polishing rate of barrier metal and insulating material is increased. This is also desirable in that it is required to be relatively high.

また、CMPにおいて用いられる研磨液について、以下のように種々の検討がなされている。
例えば、特許文献1には、研磨傷をほとんど発生させずに高速研磨することを目的としたCMP研磨剤及び研磨方法が、特許文献2には、CMPにおける洗浄性を向上させた研磨組成物及び研磨方法、更に、特許文献3には、研磨砥粒の凝集防止を図った研磨用組成物が、それぞれ提案されている。
しかしながら、上記のような各種の研磨液においても、バリアメタル及び絶縁材料と金属配線材料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。
特開2003−17446公報 特開2003−142435公報 特開2000−84832公報
Further, various studies have been made on the polishing liquid used in CMP as follows.
For example, Patent Document 1 discloses a CMP polishing agent and a polishing method that are intended to perform high-speed polishing with almost no polishing scratches. Patent Document 2 discloses a polishing composition with improved cleaning performance in CMP and A polishing method and, further, Patent Document 3 proposes a polishing composition that prevents aggregation of abrasive grains.
However, even in the various polishing liquids as described above, the polishing rate ratio between the barrier metal and the insulating material and the metal wiring material should be adjusted to an appropriate selection ratio so that the final steps such as dishing and erosion can be made as small as possible. Has become an issue.
JP 2003-17446 A JP 2003-142435 A JP 2000-84832 A

上記問題点を考慮してなされた本発明の目的は以下の通りである。
即ち、本発明の目的は、半導体デバイスの製造にあたり、金属配線材料のバルク研磨に続いて行われるバリア金属材料の研磨において、金属配線材料/バリア金属材料/絶縁材料に対する最適な研磨速度及び研磨選択比を調整でき、ディッシングの低減が図れると共に、長期保存してもゲル化を生じず、固形分の分散安定性に優れる研磨液を提供することにある。
The objects of the present invention made in view of the above problems are as follows.
That is, an object of the present invention is to provide an optimal polishing rate and polishing selection for a metal wiring material / barrier metal material / insulating material in the polishing of a barrier metal material that is performed following the bulk polishing of the metal wiring material in the manufacture of a semiconductor device. An object of the present invention is to provide a polishing liquid in which the ratio can be adjusted, dishing can be reduced, gelation does not occur even when stored for a long period of time, and the solid content is excellent in dispersion stability.

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、下記バリア金属材料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。
即ち、本発明は、下記の通りである。
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 metal material polishing liquid, and have achieved the object.
That is, the present invention is as follows.

<1> 層間絶縁材上のバリア金属材料を研磨するための研磨液であって、
酸化ケイ素粒子と、トリカルボン酸化合物及びテトラカルボン酸化合物からなる群より選択される少なくとも1種のカルボン酸化合物と、水と、を含み、pHが8.0〜10.5の範囲であることを特徴とする研磨液である。
<1> A polishing liquid for polishing a barrier metal material on an interlayer insulating material,
It contains silicon oxide particles, at least one carboxylic acid compound selected from the group consisting of tricarboxylic acid compounds and tetracarboxylic acid compounds, and water, and has a pH in the range of 8.0 to 10.5. A characteristic polishing liquid.

<2> 電気伝導度が17mS/cm以下であることを特徴とする<1>に記載の研磨液である。 <2> The polishing liquid according to <1>, wherein the electrical conductivity is 17 mS / cm or less.

<3> 更に、複素環化合物を0.01〜0.10質量%の範囲で含むことを特徴とする<1>又は<2>に記載の研磨液である。 <3> The polishing liquid according to <1> or <2>, further comprising a heterocyclic compound in a range of 0.01 to 0.10% by mass.

<4> 前記酸化ケイ素粒子が、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15〜80nmの範囲にあるコロイダルシリカであることを特徴とする<1>乃至<3>のいずれか1項に記載の研磨液である。 <4> Any one of <1> to <3>, wherein the silicon oxide particles are colloidal silica having a primary particle diameter in a range of 15 to 80 nm when converted from a specific surface area to a true spherical particle model. The polishing liquid according to item 1.

<5> 前記バリア金属材料が、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、窒化ルテニウム、及びチタン−タングステン合金からなる群より選択される少なくとも1種を含んで構成されていることを特徴とする<1>乃至<4>のいずれか1項に記載の研磨液である。 <5> The barrier metal material is at least one selected from the group consisting of tantalum, tantalum nitride, titanium, titanium nitride, tungsten, tungsten nitride, nickel, nickel nitride, ruthenium, ruthenium nitride, and a titanium-tungsten alloy. The polishing liquid according to any one of <1> to <4>, wherein the polishing liquid is configured to include.

<6> 更に、酸化剤を含むことを特徴とする<1>乃至<5>のいずれか1項に記載の研磨液である。 <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、金属配線材料のバルク研磨に続いて行われるバリア金属材料の研磨において、金属配線材料/バリア金属材料/絶縁材料に対する最適な研磨速度及び研磨選択比を調整でき、ディッシングの低減が図れると共に、長期保存してもゲル化を生じず、固形分の分散安定性に優れる研磨液を提供することができる。
上記の研磨液を用いることで、ディッシングやエロージョンなどの最終的な段差が少ない配線層を有する半導体デバイスを得ることができる。
According to the present invention, in the manufacture of a semiconductor device, in the polishing of the barrier metal material performed following the bulk polishing of the metal wiring material, the optimum polishing rate and polishing selectivity for the metal wiring material / barrier metal material / insulating material are increased. The polishing liquid can be adjusted, dishing can be reduced, gelation does not occur even when stored for a long period of time, and a solid dispersion having excellent dispersion stability can be provided.
By using the above polishing liquid, a semiconductor device having a wiring layer with few final steps such as dishing and erosion can be obtained.

以下、本発明の研磨液の具体的態様について説明する。
本発明の研磨液は、バリア金属材料を研磨するための研磨液であって、必須成分として、トリカルボン酸化合物及びテトラカルボン酸化合物からなる群より選択される少なくとも1種のカルボン酸化合物と、水と、を含むことを特徴とする。
また、この研磨液のpHを8.0〜10.5の範囲とすることで、更に、好ましくは電気伝導度を17mS/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、長期間に亘り安定な分散状態を保つことができる。
なお、電気伝導度が高い場合に起きる固形物凝集の原因としては、研磨液のイオン強度が高くなることにより、含有する固形物粒子の電気二重層が圧縮されて粒子同士の接近が容易になるためと考えられる。従って、研磨液中の固形分の分散安定性の観点から、電気伝導度を前記範囲に維持することが好ましい。
なお、電気伝導度は、前記カルボン酸化合物の添加量と、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。
Hereinafter, specific embodiments of the polishing liquid of the present invention will be described.
The polishing liquid of the present invention is a polishing liquid for polishing a barrier metal material, and includes, as essential components, at least one carboxylic acid compound selected from the group consisting of a tricarboxylic acid compound and a tetracarboxylic acid compound, and water. It is characterized by including these.
In addition, by setting the pH of the polishing liquid in the range of 8.0 to 10.5, and more preferably by setting the electric conductivity to 17 mS / cm or less, the solid matter contained in the polishing liquid can be obtained in a short time. Occurrence of a phenomenon such as agglomeration and, if it is remarkable, gelation is suppressed, and a stable dispersion state can be maintained for a long period of time.
The cause of solid aggregation that occurs when the electrical conductivity is high is that the ionic strength of the polishing liquid is increased, so that the electric double layer of the solid particles contained is compressed and the particles are easily accessible. This is probably because of this. Therefore, it is preferable to maintain the electric conductivity in the above range from the viewpoint of the dispersion stability of the solid content in the polishing liquid.
In addition, electric conductivity can be adjusted with the addition amount of the said carboxylic acid compound, and the addition amount of pH adjusters, such as an acid and an alkali.

また、本発明の研磨液の電気伝導度は、添加剤の効果的な濃度を考慮すると、下限値が0.1mS/cmであることが好ましく、0.1〜1.5mS/cmの範囲であることがより好ましい。
ここで、本発明における電気伝導度は、ECメーター(東亜DKK製CM−60G)によって簡便に測定することができる。
Further, the lower limit of the electrical conductivity of the polishing liquid of the present invention is preferably 0.1 mS / cm, taking into account the effective concentration of the additive, and in the range of 0.1 to 1.5 mS / cm. More preferably.
Here, the electrical conductivity in the present invention can be easily measured by an EC meter (CM-60G manufactured by Toa DKK).

本発明において「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、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。
以下、本発明の研磨液に含まれる各成分について説明する。
In the present invention, 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 the 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.
Hereinafter, each component contained in the polishing liquid of the present invention will be described.

〔トリカルボン酸化合物及びテトラカルボン酸化合物〕
本発明で用いられるトリカルボン酸化合物及びテトラカルボン酸化合物は、具体的には、クエン酸、プロパン−1,2,3−トリカルボン酸、アコニット酸、ジフェニルスルホンテトラカルボン酸、トリメリット酸、トリメシン酸、ヘミメリット酸、メロファン酸、プレーニト酸、ピロメリット酸、ビフェニルテトラカルボン酸などが好ましい。
トリカルボン酸化合物及びテトラカルボン酸化合物は、公知の方法により合成できるが、市販のものを用いてもよい。
[Tricarboxylic acid compound and tetracarboxylic acid compound]
Specific examples of the tricarboxylic acid compound and tetracarboxylic acid compound used in the present invention include citric acid, propane-1,2,3-tricarboxylic acid, aconitic acid, diphenylsulfonetetracarboxylic acid, trimellitic acid, trimesic acid, Hemimellitic acid, merophanic acid, planitic acid, pyromellitic acid, biphenyltetracarboxylic acid and the like are preferable.
The tricarboxylic acid compound and the tetracarboxylic acid compound can be synthesized by a known method, but commercially available products may be used.

本発明において、トリカルボン酸化合物及びテトラカルボン酸化合物は、互いに構造が異なる2種類を併用することもできる。このように、互いに構造が異なる2種類のカルボン酸化合物を併用する場合には、その併用割合は、質量比として、一般的には100/1〜1/100の範囲で任意に選択することができるが、好ましくは10/1〜1/10の範囲である。   In the present invention, two types of tricarboxylic acid compounds and tetracarboxylic acid compounds having different structures can be used in combination. Thus, when two types of carboxylic acid compounds having different structures are used in combination, the combination ratio can be arbitrarily selected as a mass ratio, generally in the range of 100/1 to 1/100. However, it is preferably in the range of 10/1 to 1/10.

本発明において、上記のようなトリカルボン酸化合物及びテトラ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研磨液(即ち、水又は水溶液で希釈する場合は希釈後の研磨液を指す。以降の「研磨に使用する際の研磨液」も同義である。)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。   In the present invention, the addition amount of the tricarboxylic acid compound and the tetracarboxylic acid compound as described above refers to the polishing liquid when used for polishing as a total amount (that is, the diluted polishing liquid when diluted with water or an aqueous solution). In the subsequent 1 L of “polishing liquid for use in polishing”, it is preferably 0.0005 to 3 mol, more preferably 0.01 to 0.5 mol.

〔酸化ケイ素粒子〕
本発明の研磨液は、研磨粒子(砥粒)として、酸化ケイ素粒子を含有する。ここで、酸化ケイ素粒子としては、ケイ素の酸化物からなる粒子、及びこの粒子を含む複合粒子などが含まれる。
酸化ケイ素粒子を含む複合粒子(以下、酸化ケイ素複合粒子と称する場合がある。)としては、他の材料からできたコア粒子の表面に酸化ケイ素粒子を被覆させたコアシェル状のものや、コア粒子表面に酸化ケイ素粒子を付着させたもの、複数の材料からなり、どちらかの材料がどちらかの材料からできた粒子に複数個内包されているものなどが挙げられ、例えば、市販の粒子をコアとして、よく知られるアルコキシシランの加水分解法による酸化ケイ素粒子の形成方法を適用して作製することが可能である。
[Silicon oxide particles]
The polishing liquid of the present invention contains silicon oxide particles as abrasive particles (abrasive grains). Here, the silicon oxide particles include particles made of silicon oxide and composite particles containing these particles.
Examples of composite particles containing silicon oxide particles (hereinafter sometimes referred to as silicon oxide composite particles) include core-shell-like particles in which the surfaces of core particles made of other materials are coated with silicon oxide particles, and core particles Examples include those with silicon oxide particles attached to the surface, or composed of a plurality of materials, one of which is contained in a plurality of particles made of either material. As described above, it can be produced by applying a well-known method for forming silicon oxide particles by hydrolysis of alkoxysilane.

このように研磨粒子として用いられる酸化ケイ素粒子、酸化ケイ素複合粒子は共に、BET法による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15〜80nmの範囲にあることが好ましく、中でも、このような一次粒子径のコロイダルシリカであることが好ましく、また、このような一次粒子径の少なくともコロイダルシリカを含む複合粒子も好ましく用いることができる。
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、以下の関係式により算出することができる。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、下記式で表される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、比表面積と密度により粒子径を求めることができる。密度は、例えば、市販のピクノメーターにより簡便に求めることができる。
Thus, both the silicon oxide particles and the silicon oxide composite particles used as the abrasive particles preferably have a primary particle diameter in the range of 15 to 80 nm when converted from a specific surface area by the BET method to a true spherical particle model. The primary particle size is preferably colloidal silica, and composite particles containing at least such primary particle size colloidal silica can also be preferably used.
Here, the primary particle diameter when converted from the specific surface area to the true spherical particle model can be calculated by the following relational expression. When primary particles are regarded as ideal spheres, the relationship represented by the following formula 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 obtained from the specific surface area and density. The density can be easily determined by, for example, a commercially available pycnometer.

酸化ケイ素を含む研磨粒子はよ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る方法が知られている。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とを経てコロイダルシリカを作製する方法がある。
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を作製する方法も知られている。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よい。
Abrasive particles containing silicon oxide can be obtained by well-known manufacturing methods.
As a wet manufacturing method of metal oxide particles, for example, a method in which colloidal particles are obtained by a method of hydrolyzing a metal alkoxide as a starting material is known. Specifically, in an aqueous alkali solution mixed with alcohol, methyl silicate is dropped at a certain rate to cause hydrolysis, and after colloidal silica is passed through the period of grain growth and the period when grain growth is stopped by quenching. There is a method of manufacturing.
In addition, a method for producing colloidal particles using an alkoxide such as aluminum or titanium is also known. 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、金属酸化物粒子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方法が知られている。更には、目的物質に含有させたい金属或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製された粒子は、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、更に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 oxide particles, a method is known in which fumed particles are obtained by introducing a metal chloride into an oxyhydrogen flame and oxidizing the dechlorinated metal. Furthermore, the metal or alloy desired to be contained in the target substance is pulverized into a powder, which is put into an oxygen flame containing a combustion-supporting gas, and a continuous reaction is caused by the heat of oxidation of the metal, A method for obtaining fine oxide particles has also been put into practical use. Particles produced by these combustion methods are amorphized because they experience high heat during the manufacturing process, and generally have a higher solid density because there are fewer impurities such as hydroxyl groups inside compared to wet particles. Furthermore, the density of hydroxyl groups on the surface is also low.

本発明においては、酸化ケイ素粒子は1種のみを用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、研磨液中に含まれる酸化ケイ素粒子(研磨粒子)の含有量は目的に応じて適宜選択されるが、一般には、0.01〜20質量%であることが好ましく、0.1〜10質量%であることが更に好ましい。
In the present invention, the silicon oxide particles may be used alone or in combination of two or more.
The content of silicon oxide particles (abrasive particles) contained in the polishing liquid is appropriately selected according to the purpose, but is generally preferably 0.01 to 20% by mass, and preferably 0.1 to 10%. More preferably, it is mass%.

このように、前記したカルボン酸化合物及び酸化ケイ素粒子に加えて、水(例えば、超純水)を用いることで、本発明の研磨液を得ることができる。
また、本発明の研磨液には、これらの必須成分に加えて、公知のCMP研磨液に含まれる各成分を含有することが好ましい。
これらの成分について順次説明する。
Thus, in addition to the above-mentioned carboxylic acid compound and silicon oxide particles, the polishing liquid of the present invention can be obtained by using water (for example, ultrapure water).
The polishing liquid of the present invention preferably contains each component contained in a known CMP polishing liquid in addition to these essential components.
These components will be described sequentially.

〔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(不動化膜形成剤)として、少なくとも1種の複素環化合物を含有する。
ここで、「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。
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、更に好ましくは、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。
[Immobilized film forming agent]
The polishing liquid of the present invention contains at least one heterocyclic compound as a compound (passivating film forming agent) that forms a passive film on the metal surface to be polished.
Here, the “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.
The heteroatom 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, 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.

また、母核となる複素環について述べれば、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よい。単環の場合の員数は、好ましくは5〜7であり、特に好ましくは5である。縮合環を有する場合の環数は、好ましくは2又は3である。   In addition, as for the heterocyclic ring serving as the mother nucleus, the number of members of the heterocyclic ring of the heterocyclic compound 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 5 to 7, particularly preferably 5. When it has a condensed ring, the number of rings is preferably 2 or 3.

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。
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。
Specific examples of these heterocyclic rings include the following. However, it is not limited to these.
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.

次に、上記複素環が有しうる置換基について述べる。
上記複素環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。但し、これらに限定されるものではない。
即ち、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。
更に、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、複素環などが形成されてもよいし、これらが更に組み合わされて多環縮合環が形成されてもよい。形成される環として具体的には、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、ピロール環、フラン環、チオフェン環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環などが挙げられる。
Next, substituents that the heterocyclic ring may have will be described.
Examples of the substituent that can be introduced into the heterocyclic ring include the following. However, it is not limited to these.
That is, for example, a halogen atom, an alkyl group (a linear, branched or cyclic alkyl group, which may be a polycyclic alkyl group such as a bicycloalkyl group or an active methine group), an alkenyl group, an alkynyl group Group, aryl group, amino group and heterocyclic group.
Further, two or more of the plurality of substituents may be bonded to each other to form a ring. For example, an aromatic ring, an aliphatic hydrocarbon ring, a heterocyclic ring, or the like may be formed, or these may be further combined. Thus, a polycyclic fused ring may be formed. Specific examples of the ring formed include a benzene ring, naphthalene ring, anthracene ring, pyrrole ring, furan ring, thiophene ring, imidazole ring, oxazole ring, and thiazole ring.

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。
即ち、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.

本発明における複素環化合物は、単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。
また、本発明における複素環化合物は、常法に従って合成できる他、市販品を使用してもよい。
The heterocyclic compound in this invention may be used independently and may be used together 2 or more types.
In addition, the heterocyclic compound in the present invention can be synthesized according to a conventional method, or a commercially available product may be used.

本発明におけ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研磨液に対して、0.01〜0.10質量%の範囲であることが好ましく、より好ましくは、0.03〜0.10質量%の範囲であり、更に好ましくは、0.04〜0.08質量%の範囲である。   The total amount of the heterocyclic compound added in the present invention is preferably in the range of 0.01 to 0.10% by mass, more preferably 0.03%, based on the polishing liquid used for polishing. It is the range of -0.10 mass%, More preferably, it is the range of 0.04-0.08 mass%.

〔酸化剤〕
本発明の研磨液は、研磨対象の金属を酸化できる化合物(酸化剤)を含有することが好ましい。
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 polishing liquid of the present invention preferably contains a compound (oxidant) that can oxidize the metal 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 the iron (III) salt include iron (III) in addition to inorganic iron (III) salts such as iron nitrate (III), iron chloride (III), iron sulfate (III) and iron bromide (III). Organic complex salts are preferably used.

酸化剤の添加量は、バリアメタルCMP初期のディッシング量によって調整できる。バリアメタルCMP初期のディッシング量が大きい場合、即ち、バリアメタルCMPにおいて、金属配線材をあまり研磨したくない場合には、酸化剤を少ない添加量にすることが望ましく、ディッシング量が十分に小さく、金属配線材を高速で研磨したい場合は、酸化剤の添加量を多くすることが望ましい。
このように、バリアメタルCMP初期のディッシング状況によって酸化剤の添加量を変化させることが望ましいが、通常、研磨に使用する際の研磨液の1L中に、0.01mol〜1molとすることが好ましく、0.05mol〜0.6molとすることが特に好ましい。
The addition amount of the oxidizing agent can be adjusted by the dishing amount at the initial stage of the barrier metal CMP. When the amount of dishing at the initial stage of the barrier metal CMP is large, that is, when it is not desired to polish the metal wiring material so much in the barrier metal CMP, it is desirable to add a small amount of oxidizing agent, and the amount of dishing is sufficiently small. When it is desired to polish the metal wiring material at a high speed, it is desirable to increase the amount of the oxidizing agent added.
As described above, it is desirable to change the addition amount of the oxidizing agent depending on the dishing state in the initial stage of the barrier metal CMP, but it is usually preferable to set the amount to 0.01 mol to 1 mol in 1 L of the polishing liquid used for polishing. 0.05 mol to 0.6 mol is particularly preferable.

本発明の研磨液は、更に他の成分を含有してもよい。好ましい成分としては、pH調整剤、キレート剤、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、これらの各成分は、1種を用いてもよいし、2種以上併用してもよい。
The polishing liquid of the present invention may further contain other components. Preferred components include pH adjusters, chelating agents, surfactants, water-soluble polymers, and additives.
Each of these components may be used alone or in combination of two or more.

〔pH調整剤〕
本発明の研磨液は、pH8.0〜10.5であることを要し、好ましくはpH8.0〜9.5の範囲である。本発明の研磨液はpHがこの範囲において優れた効果を発揮する。そのため、本発明の研磨液のpHを好ましい範囲に調整するために、アルカリ/酸、緩衝剤等のpH調整剤が用いられる。
アルカリ/酸、緩衝剤としては、アンモニア;水酸化アンモニウム;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は、アンモニア、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 needs to have a pH of 8.0 to 10.5, preferably in the range of pH 8.0 to 9.5. The polishing liquid of the present invention exhibits an excellent effect when the pH is in this range. Therefore, in order to adjust the pH of the polishing liquid of the present invention to a preferable range, a pH adjusting agent such as an alkali / acid or a buffering agent is used.
Alkali / acid, buffering agents include ammonia; ammonium hydroxide; organic ammonium hydroxide such as tetramethylammonium hydroxide; nonmetallic alkaline agents such as alkanolamines such as diethanolamine, triethanolamine, triisopropanolamine Alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide, potassium hydroxide and lithium hydroxide; inorganic acids such as nitric acid, sulfuric acid and phosphoric acid; carbonates such as sodium carbonate; phosphates such as trisodium phosphate; boric acid Preferred examples include salts, tetraborate, hydroxybenzoate; and the like.
Particularly preferred alkaline agents are ammonia, ammonium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, and tetramethylammonium hydroxide.

アルカリ/酸や緩衝剤の添加量としては、前述した電気伝導度の値以下であれば、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 buffering agent may be an amount that maintains the pH within a preferable range as long as it is equal to or less than the above-described electrical conductivity value. In 1 L of a polishing liquid used for polishing, It is preferable to set it as 0.0001 mol-1.0 mol, and it is more preferable to set it as 0.003 mol-0.5 mol.

〔キレート剤〕
本発明の研磨液は、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(即ち、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、ジエチレントリアミン五酢酸、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、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、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 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 diethylenetriaminepentaacetic acid, N, N, N-trimethylenephosphonic acid, ethylenediamine-N, N, N. ', N'-tetramethylenesulfonic acid, ethylenediamine orthohydroxyphenylacetic acid, ethylenediamine disuccinic acid (SS form), N- (2-carboxylateethyl) -L-aspartic acid, β-alanine diacetic acid, 1-hydroxyethylidene- Examples include 1,1-diphosphonic acid, N, N′-bis (2-hydroxybenzyl) ethylenediamine-N, N′-diacetic acid, 1,2-dihydroxybenzene-4,6-disulfonic acid, and the like.

これらのキレート剤は、必要に応じて2種以上併用してもよい。
本発明において、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よく、例えば、研磨に使用する際の研磨液の1L中、0.0003mol〜0.07molになるように添加する。
These chelating agents may be used in combination of two or more as required.
In the present invention, the addition amount of the chelating agent may be an amount sufficient to sequester metal ions such as mixed multivalent metal ions. For example, 0.0003 mol in 1 L of a polishing liquid used for polishing Add to 0.07 mol.

〔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。
界面活性剤及び親水性ポリマーは、いずれも被研磨面の接触角を低下させ、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は、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る。
陽イオン界面活性剤としては、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る。
両性界面活性剤としては、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られる。
非イオン界面活性剤としては、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る。
また、フッ素系界面活性剤などを用いることもできる。
[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 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 salts, aliphatic quaternary ammonium salts, benzalkonium chloride salts, benzethonium chloride, pyridinium salts, and imidazolinium salts.
Examples of amphoteric surfactants include carboxybetaine type, aminocarboxylate, imidazolinium betaine, lecithin, and alkylamine oxide.
Nonionic surfactants include ether type, ether ester type, ester type, and nitrogen-containing type.
Moreover, a fluorine-type surfactant etc. can also be used.

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。   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、酸若しくはそのアンモニウム塩の形態で含まれることが、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い点から望ましい。
また、界面活性剤及び親水性ポリマーの好ましい具体例としては、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挙げられる。
In addition, it is desirable that the above-mentioned substances are contained in the form of an acid or an ammonium salt thereof from the point of being free from contamination by alkali metals, alkaline earth metals, halides and the like.
Preferred specific examples of the surfactant and the hydrophilic polymer include cyclohexanol, ammonium polyacrylate, polyvinyl alcohol, succinic acid amide, polo vinyl pyrrolidone, polyethylene glycol, and polyoxyethylene polyoxypropylene block polymer. .

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。
また、これらの界面活性剤や親水性ポリマーは、本発明の効果を損なわない範囲の量を添加することができ、通常、研磨に使用する際の研磨液の1L中、0.003〜60gになるように添加することが好ましい。
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.
In addition, these surfactants and hydrophilic polymers can be added in amounts that do not impair the effects of the present invention, and are usually 0.003 to 60 g in 1 L of a polishing liquid used for polishing. It is preferable to add so that it becomes.

〔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。
即ち、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、ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム、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)、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;等が挙げられる。
〔Additive〕
Moreover, it is also preferable to use the following additives for the polishing liquid of the present invention.
That is, alkylamines such as dimethylamine, trimethylamine, triethylamine, propylenediamine, and amines such as sodium diethyldithiocarbamate and chitosan; dithizone, cuproin (2,2′-biquinoline), neocuproine (2,9-dimethyl-1,10) -Imine such as phenanthroline), bathocuproine (2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline), cuperazone (biscyclohexanone oxalylhydrazone); nonyl mercaptan, dodecyl mercaptan, triazine thiol, triazine dithiol, triazine tri Mercaptans such as thiol; and the like.

これらの中でも、キトサン、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, 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、エッチング抑制、また、CMP速度低下防止の点から、研磨に使用する際の研磨液の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。   The addition amount of these additives is preferably 0.0001 mol to 0.5 mol in 1 L of a polishing liquid used for polishing, from the viewpoint of suppressing etching and preventing a decrease in CMP rate. More preferably, the amount is 0.2 mol, and particularly preferably 0.005 mol to 0.1 mol.

なお、本発明において、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。   In the present invention, among the components added at the time of preparing the concentrate of the polishing liquid, the blending amount of water having a solubility in water at room temperature of less than 5% prevents precipitation when the concentrate is cooled to 5 ° C. Thus, it is preferably within 2 times the solubility in water at room temperature, and more preferably within 1.5 times.

本発明の研磨液は、一般に、銅及び/又は銅合金などからなる金属配線と層間絶縁膜との間に存在させ、銅及び/又は銅合金の拡散を防ぐためのバリアメタル層の研磨に適している。   The polishing liquid of the present invention is generally suitable for polishing a barrier metal layer for preventing diffusion of copper and / or a copper alloy, which is present between a metal wiring made of copper and / or a copper alloy and an interlayer insulating film. ing.

〔バリアメタル材料〕
本発明において、被研磨体(研磨する対象)のバリアメタル層を構成するバリア金属材料は、一般に低抵抗の金属材料が好ましく、特に、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)、窒化ルテニウム(RuN)、及びチタン−タングステン合金(Ti−W)からなる群より選択される少なくとも1種を含んで構成されていることが好適である。
これらの中でも、TiN、Ti−W、Ta、TaN、W、WNが好ましいものとして挙げられ、中でも、Ta、TaNが特に好ましい。
[Barrier metal materials]
In the present invention, the barrier metal material constituting the barrier metal layer of the object to be polished (target to be polished) is generally preferably a low-resistance metal material, and in particular, tantalum (Ta), tantalum nitride (TaN), titanium (Ti). , Titanium nitride (TiN), tungsten (W), tungsten nitride (WN), nickel (Ni), nickel nitride (NiN), ruthenium (Ru), ruthenium nitride (RuN), and titanium-tungsten alloy (Ti-W) It is preferable that at least one selected from the group consisting of:
Among these, TiN, Ti-W, Ta, TaN, W, and WN are preferable, and Ta and TaN are particularly preferable.

〔金属配線材料〕
本発明においては、被研磨体(研磨する対象)の金属配線を構成する金属配線材料は、銅金属及び/又は銅合金が好ましく、中でも、銅合金が好ましく、更に、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質量%以下が好ましく、特には10質量%以下、更には1質量%以下が好ましく、0.00001〜0.1質量%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。
[Metal wiring materials]
In the present invention, the metal wiring material constituting the metal wiring of the object to be polished (the object to be polished) is preferably a copper metal and / or a copper alloy, more preferably a copper alloy, and further contains silver among the copper alloys. A copper alloy is preferred.
The silver content contained in the copper alloy is preferably 40% by mass or less, particularly 10% by mass or less, more preferably 1% by mass or less, most preferably in the range of 0.00001 to 0.1% by mass. Exhibits excellent effects.

〔研磨方法〕
本発明の研磨液は、1.濃縮液であって、使用する際に水又は水溶液を加えて希釈して使用液とする場合、2.各成分が次項に述べる水溶液の形態で準備され、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、3.使用液として調製されている場合がある。
本発明の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ることで研磨する研磨方法である。
[Polishing method]
The polishing liquid of the present invention is 1. 1. A concentrated liquid which is diluted by adding water or an aqueous solution when used. 2. When each component is prepared in the form of an aqueous solution described in the next section, these are mixed, and if necessary diluted with water to make a working solution. It may be prepared as a working solution.
The polishing method using the polishing liquid of the present invention can be applied to any case, supplying the polishing liquid to the polishing pad on the polishing surface plate, and bringing the polishing surface and the polishing pad into relative motion by bringing them into contact with the surface to be polished. This is a polishing method for polishing.

研磨に用いられる装置としては、被研磨面を有する半導体基板(ウエハ)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)研磨定盤と、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。また、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)を有する半導体集積回路用基板の研磨パッドへの押しつけ圧力は、5〜500g/cm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/cmであることがより好ましい。 As an apparatus used for polishing, a holder for holding a semiconductor substrate (wafer) having a surface to be polished, a polishing plate with a polishing pad attached (a motor etc. capable of changing the number of rotations), A general polishing apparatus having the following 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 integrated circuit substrate having the surface to be polished (film to be polished) is preferably 5 to 500 g / cm 2 , and the uniformity of the polishing rate within the wafer surface and the flatness of the pattern are improved. In order to satisfy, it is more preferable that it is 12-240 g / cm < 2 >.

研磨している間、研磨パッドには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、流水中でよく洗浄した後、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。
なお、研磨パッドに対する研磨液の供給速度は、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、10〜1000ml/minが好ましく、170〜800ml/minであることがより好ましい。
During polishing, a polishing liquid 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. After the polishing, the semiconductor substrate 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.
The supply rate of the polishing liquid to the polishing pad is preferably 10 to 1000 ml / min, more preferably 170 to 800 ml / min, in order to satisfy the uniformity of the polishing rate within the wafer surface and the flatness of the pattern.

本発明において、前記1.の方法のように、濃縮液を希釈する際には、下記に示す水溶液を用いることができる。水溶液は、予め、酸化剤、有機酸、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あり、この水溶液中に含有している成分と、希釈される濃縮液中に含有している成分と、を合計した成分が、研磨する際に使用する研磨液(使用液)の成分となるようにする。
このように、濃縮液を水溶液で希釈して使用する場合には、溶解しにくい成分を水溶液の形で後から配合することができることから、より濃縮した濃縮液を調製することができる。
In the present invention, the 1. When diluting the concentrated solution as in the above method, the following aqueous solutions can be used. The aqueous solution is water containing at least one of an oxidizing agent, an organic acid, an additive, and a surfactant in advance, and the components contained in the aqueous solution and the concentrated solution to be diluted are contained. A component obtained by summing up the component and the component is used as a component of a polishing liquid (use liquid) used for polishing.
Thus, when the concentrate is diluted with an aqueous solution and used, components that are difficult to dissolve can be added later in the form of an aqueous solution, so that a more concentrated concentrate can be prepared.

また、濃縮液に水又は水溶液を加え希釈する方法としては、濃縮された研磨液を供給する配管と水又は水溶液を供給する配管とを途中で合流させて混合し、混合し希釈された研磨液の使用液を研磨パッドに供給する方法がある。濃縮液と水又は水溶液との混合は、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。   In addition, as a method of diluting by adding water or an aqueous solution to the concentrated liquid, the pipe for supplying the concentrated polishing liquid and the pipe for supplying the water or the aqueous solution are joined together and mixed, and mixed and diluted. There is a method of supplying the used liquid to the polishing pad. Mixing of concentrated liquid with water or aqueous solution is a method in which liquids collide with each other through a narrow passage under pressure, filling the pipe with a filler such as a glass tube, and separating and separating the liquid flow. Ordinary methods such as a method of repeatedly performing and a method of providing a blade rotating with power in the pipe can be employed.

更に、濃縮液を水又は水溶液などにより希釈しつつ、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とを独立に設け、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がある。また、1つの容器に、所定量の濃縮液と水又は水溶液と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、研磨をする方法を用いることもできる。   Further, as a method of polishing while diluting the concentrated liquid with water or an aqueous solution, a pipe for supplying the polishing liquid and a pipe for supplying the water or the aqueous solution are provided independently, and a predetermined amount of liquid is respectively applied to the polishing pad. There is a method of supplying and polishing while mixing by the relative motion of the polishing pad and the surface to be polished. It is also possible to use a method in which a predetermined amount of concentrated liquid and water or an aqueous solution are mixed in one container and then the mixed polishing liquid is supplied to the polishing pad for polishing.

本発明の研磨液を用いた別の研磨方法としては、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がある。
例えば、酸化剤を構成成分(A)とし、有機酸、添加剤、界面活性剤、及び水を構成成分(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)及び構成成分(B)を希釈して使用することができる。
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、例えば、酸化剤、添加剤、及び界面活性剤を構成成分(A)とし、有機酸、添加剤、界面活性剤、及び水を構成成分(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)及び構成成分(B)を希釈して使用する。
As another polishing method using the polishing liquid of the present invention, the components to be contained in the polishing liquid are divided into at least two components, and when these are used, they are diluted by adding water or an aqueous solution. There is a method of polishing by supplying the upper polishing pad and bringing the surface to be polished into contact with the surface to be polished and moving the surface to be polished and the polishing pad relative to each other.
For example, an oxidant is used as the component (A), an organic acid, an additive, a surfactant, and water are used as the component (B). A component (B) can be diluted and used.
Further, an additive having low solubility is divided into two constituent components (A) and (B). For example, an oxidizing agent, an additive, and a surfactant are used as the constituent component (A), and an organic acid, an additive, and a surfactant are used. An agent and water are used as the component (B), and when they are used, water or an aqueous solution is added to dilute the component (A) and the component (B).

上記のような例の場合、構成成分(A)と構成成分(B)と水又は水溶液と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。具体的には、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、更に、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や、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研磨液を供給する方法がある。
In the case of the above example, three pipes for supplying the component (A), the component (B), and water or an aqueous solution are required, and dilution mixing supplies the three pipes to the polishing pad. There is a method of connecting to one pipe and mixing in the pipe. In this case, it is possible to connect two pipes and then connect another pipe. Specifically, this 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 water or aqueous solution pipe is further coupled. .
As described above, the other mixing methods are as follows. The three pipes are directly guided to the polishing pad and mixed by the relative movement of the polishing pad and the surface to be polished, or the three components are mixed in one container. There is a method of supplying diluted polishing liquid to the polishing pad from there.

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、1つの構成成分と他の構成成分とを混合する際、又は、水若しくは水溶液を加え希釈する際に、液温を40℃以下とするようにすることができる。この方法は、温度が高いと溶解度が高くなる現象を利用し、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。   In the above polishing method, when one constituent component containing an oxidizing agent is made 40 ° C. or lower and the other constituent components are heated in the range of room temperature to 100 ° C., one constituent component and another constituent component are mixed. Alternatively, when diluting by adding water or an aqueous solution, the liquid temperature can be set to 40 ° C. or lower. This method is a preferable method for increasing the solubility of the raw material having a low solubility of the polishing liquid by utilizing the phenomenon that the solubility becomes high when the temperature is high.

上記の他の構成成分を室温から100℃の範囲で加温することで溶解させた原料は、温度が下がると溶液中に析出するため、低温状態の他の構成成分を用いる場合は、予め加温して析出した原料を溶解させる必要がある。これには、加温し、原料が溶解した他の構成成分を送液する手段と、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と、を採用することができる。加温した他の構成成分が、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する恐れがあるので、この加温した他の構成成分と酸化剤を含む1つの構成成分とを混合した場合、40℃以下となるようにすることが好ましい。   The raw materials in which the above other components are dissolved by heating in the range of room temperature to 100 ° C. are precipitated in the solution when the temperature is lowered. It is necessary to dissolve the raw material deposited by heating. For this purpose, there are provided means for heating and feeding the other constituents in which the raw material is dissolved, and means for stirring and feeding the liquid containing the precipitate, and heating and dissolving the piping. Can be adopted. When the temperature of one constituent component containing an oxidizing agent is increased to 40 ° C. or higher, the other constituent components that have been heated may be decomposed. When two components are mixed, it is preferable that the temperature be 40 ° C. or lower.

このように、本発明においては、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有機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、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。   Thus, in the present invention, the components of the 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 organic acid. Alternatively, the polishing liquid may be a concentrated liquid, and diluted water may be separately supplied to the polishing surface.

〔パッド〕
本発明において、研磨用のパッドは、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、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。
更に、パッドは、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、エポキシ等が好ましい。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。
〔pad〕
In the present invention, 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.
Furthermore, the pad 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, epoxy 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.

(研磨装置)
本発明の研磨液を用いて研磨を実施できる装置は、特に限定されないが、Mirra Mesa CMP、Reflexion CMP(アプライドマテリアルズ)、FREX200、FREX300(荏原製作所)、NPS3301、NPS2301(ニコン)、A−FP−310A、A−FP−210A(東京精密)、2300 TERES(ラムリサーチ)、Momentum(Speedfam IPEC)などを挙げることができる。
(Polishing equipment)
An apparatus capable of performing polishing using the polishing liquid of the present invention is not particularly limited, but is mira mesa CMP, reflexion CMP (Applied Materials), FREX200, FREX300 (Ebara Seisakusho), NPS3301, NPS2301 (Nikon), A-FP -310A, A-FP-210A (Tokyo Seimitsu), 2300 TERES (Ram Research), Momentum (Speedfam IPEC), etc. can be mentioned.

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。
(研磨試験)
・ワーク:TEOSの層間絶縁膜と、タンタルのバリアメタル層と、銅メッキの金属配線が施された市販のパターンウエハに対し、層間絶縁膜より上位にある余分な銅メッキが完全に除去されるまで、同一条件で均一な金属CMPを施して得られた、ウエハ全面に亘る層間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)
・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)
Hereinafter, the present invention will be described by way of examples. The present invention is not limited to these examples.
(Polishing test)
-Work: Excess copper plating above the interlayer insulation film is completely removed from commercially available pattern wafers with TEOS interlayer insulation film, tantalum barrier metal layer, and copper-plated metal wiring. Until now, obtained by performing uniform metal CMP under the same conditions, a substrate in which the barrier metal layer is exposed on the surface of the interlayer insulating film over the entire surface of the wafer. Commercially available pattern wafer: 854 mask pattern wafer (Sematech)
・ Polishing pad: IC1400 (Rohm & Haas)
・ Polisher: LGP-612 (Lapmaster)
・ Pressing pressure: 14000 Pa
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 the wafer surface)

(評価方法)
<バリアメタル層の除去性>
上記のように研磨試験を行い、バリアメタルCMP後のパターンウエハ上に、層間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り確認し、更に加えて、パターンウエハの中心からエッジまでの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元素マッピングにより確認した。
評価装置としては、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)を用いた。
なお、評価基準は、パターンウエハの層間絶縁膜上を、X線分析装置を用いて元素マッピングした場合に、バリアメタル層に用いられる金属元素が検出されなければ「○」とし、バリアメタル層に用いられる金属元素の検出ピークが現れれば「×」とした。
(Evaluation methods)
<Removability of barrier metal layer>
The polishing test is performed as described above, and it is visually confirmed whether or not the barrier metal layer that must be removed on the interlayer insulating film remains on the pattern wafer after the barrier metal CMP. The four chips from the center to the edge were confirmed by elemental mapping using an electron microscope observation and an X-ray analyzer.
As an evaluation apparatus, an ultra-high resolution electron microscope + X-ray analyzer S4800 + EMAX (Hitachi High-Tech) was used.
The evaluation standard is “◯” if the metal element used for the barrier metal layer is not detected when element mapping is performed on the interlayer insulating film of the pattern wafer using an X-ray analyzer. When the detection peak of the metal element used appeared, it was set as “x”.

<ディッシングの評価(金属配線部の段差の測定)>
上記のように研磨試験を行い、バリアメタルCMP後のパターンウエハ上の、L/S=100μm/100μmの金属配線とスペースとの間に生じた高低差を、段差計を用いて測定し、ディッシング量を測定した。
測定は、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、測定結果値はこれらの平均値とした。
段差量の測定装置としては、接触式段差測定装置Dektak V320(Veeco社)を用いた。
<Evaluation of dishing (measurement of level difference in metal wiring part)>
The polishing test is performed as described above, and the height difference generated between the metal wiring of L / S = 100 μm / 100 μm and the space on the pattern wafer after the barrier metal CMP is measured using a step gauge, and dishing is performed. The amount was measured.
Measurement was performed on three equally spaced chips arranged in the radial direction of the pattern wafer, and the measurement result value was the average of these values.
A contact-type level difference measuring device Dektak V320 (Veeco) was used as the level difference measuring device.

<研磨液中の固形分の分散安定性>
研磨液中の固形分の分散安定性について、次のような方法で評価した。
即ち、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した。この際、研磨液中に含有する固形分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。
<Dispersion stability of solid content in polishing liquid>
The dispersion stability of the solid content in the polishing liquid was evaluated by the following method.
That is, the polishing liquid was divided into sample tubes, irradiated with laser light, and the intensity of transmitted light was measured. At this time, when aggregation is observed in the solid particles contained in the polishing liquid, the transmitted light intensity decreases, and when the gel is gelled, the intensity becomes almost zero.
The evaluation standard is “◎” for samples that maintain almost the same transmitted light intensity at the end of 6 months against the standard solution that maintains a highly dispersed state for at least half a year. Samples that maintained the transmitted light intensity were evaluated as “◯”, and samples that did not satisfy this were evaluated as “x”.

〔実施例1〜11、比較例1〜5〕
(バリア金属材料用の研磨液の調製)
・溶媒:超純水 ・・・残量
・酸化剤:過酸化水素(和光純薬工業(株)製) ・・・1g/L
・カルボン酸化合物:下記表1に示す化合物 ・・・0.2mol/L
・研磨粒子:酸化ケイ素粒子 ・・・5.0質量%
・複素環化合物:下記表1に示す化合物 ・・・0.6g/L
ここで、研磨粒子として用いた酸化ケイ素粒子は、コロイダルシリカであり、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71nmあった。
なお、研磨液のpHは、下記表1に示す値になるように、硝酸及びアンモニアを用いて、適宜、調整した。
[Examples 1-11, Comparative Examples 1-5]
(Preparation of polishing liquid for barrier metal materials)
・ Solvent: Ultra pure water ・ Residual amount ・ Oxidizing agent: Hydrogen peroxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) ・ ・ ・ ・
Carboxylic acid compound: Compounds shown in Table 1 below: 0.2 mol / L
・ Abrasive particles: Silicon oxide particles: 5.0% by mass
Heterocyclic compound: Compound shown in Table 1 below ... 0.6 g / L
Here, the silicon oxide particles used as the abrasive particles were colloidal silica, and the primary particle diameter when converted from a specific surface area to a true spherical particle model was 71 nm.
The pH of the polishing liquid was appropriately adjusted using nitric acid and ammonia so as to have the values shown in Table 1 below.

表1に示したカルボン酸化合物、複素環化合物を用い、更に、酸やアルカリを用いて表1に示すpHに調整することで、実施例1〜11及び比較例1〜5の研磨液を調製した。
各研磨液の電気伝導度をECメーター(東亜DKK製CM−60G)により測定し、その結果を表1に併記した。
これら研磨液を用いて、上記の評価方法にて、バリアメタル層の除去性、ディッシング(金属配線部の段差)、及び研磨液中の固形分の分散安定性について評価した。
結果は表1に併記した。
Using the carboxylic acid compounds and heterocyclic compounds shown in Table 1, and further adjusting the pH shown in Table 1 using acids and alkalis, the polishing liquids of Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 5 were prepared. did.
The electrical conductivity of each polishing liquid was measured with an EC meter (CM-60G manufactured by Toa DKK), and the results are also shown in Table 1.
Using these polishing liquids, the removal properties of the barrier metal layer, dishing (steps in the metal wiring portion), and solid dispersion stability in the polishing liquid were evaluated by the above evaluation methods.
The results are shown in Table 1.

Figure 2007173370
Figure 2007173370

表1に明らかなように、酸化ケイ素粒子と、トリカルボン酸化合物又はテトラカルボン酸化合物と、水と、を含み、pHを8.0〜10.5の範囲で調整され、更に、電気伝導度が17mS/cm以下を示すように調整されたバリア金属材料用の研磨液(実施例の研磨液)は、バリアメタルの除去性に優れ、比較例の研磨液に比べて、ディッシングが軽減されていることが分かる。また、実施例の研磨液は、ゲル化することなく、固形分の分散安定性に優れ、保存安定性に優れることが分かる。
なお、比較例1の研磨液では、pHが高く、電気伝導度が高くなったことから砥粒が凝集したため固形分の分散安定性が悪く、その結果、研磨試験自体ができず、バリアメタルの除去性に対する評価を行うことができなかった。
また、比較例2の研磨液では、本発明におけるカルボン酸化合物や有機酸を含まなかったため、研磨がほとんど進行せず(研磨速度が低すぎる)、研磨試験が終了しなかった。そのため、バリアメタルの除去性が悪く、更には、ディッシングに対する評価を行うことができなかった。
As is apparent from Table 1, it contains silicon oxide particles, a tricarboxylic acid compound or a tetracarboxylic acid compound, and water, the pH is adjusted in the range of 8.0 to 10.5, and the electrical conductivity is further increased. The polishing liquid for the barrier metal material adjusted to show 17 mS / cm or less (the polishing liquid of the example) is excellent in the removal property of the barrier metal, and the dishing is reduced as compared with the polishing liquid of the comparative example. I understand that. Moreover, it turns out that the polishing liquid of an Example is excellent in the dispersion stability of solid content, and excellent in storage stability, without gelatinizing.
In addition, in the polishing liquid of Comparative Example 1, since the abrasive grains aggregated because the pH was high and the electrical conductivity was high, the dispersion stability of the solid content was poor. As a result, the polishing test itself could not be performed, and the barrier metal The removal property could not be evaluated.
Moreover, since the polishing liquid of Comparative Example 2 did not contain the carboxylic acid compound or organic acid in the present invention, the polishing hardly progressed (the polishing rate was too low), and the polishing test was not completed. For this reason, the removal property of the barrier metal is poor, and furthermore, evaluation for dishing cannot be performed.

Claims (6)

層間絶縁材上のバリア金属材料を研磨するための研磨液であって、
酸化ケイ素粒子と、トリカルボン酸化合物及びテトラカルボン酸化合物からなる群より選択される少なくとも1種のカルボン酸化合物と、水と、を含み、pHが8.0〜10.5の範囲であることを特徴とする研磨液。
A polishing liquid for polishing a barrier metal material on an interlayer insulating material,
It contains silicon oxide particles, at least one carboxylic acid compound selected from the group consisting of tricarboxylic acid compounds and tetracarboxylic acid compounds, and water, and has a pH in the range of 8.0 to 10.5. A characteristic polishing liquid.
電気伝導度が17mS/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 is 17 mS / cm or less. 更に、複素環化合物を0.01〜0.10質量%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, further comprising a heterocyclic compound in a range of 0.01 to 0.10% by mass. 前記酸化ケイ素粒子が、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15〜80nmの範囲にあるコロイダルシリカであることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の研磨液。   4. The colloidal silica according to claim 1, wherein the silicon oxide particles are colloidal silica having a primary particle diameter in a range of 15 to 80 nm when converted from a specific surface area to a true spherical particle model. The polishing liquid described in 1. 前記バリア金属材料が、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、窒化ルテニウム、及びチタン−タングステン合金からなる群より選択される少なくとも1種を含んで構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の研磨液。   The barrier metal material includes at least one selected from the group consisting of tantalum, tantalum nitride, titanium, titanium nitride, tungsten, tungsten nitride, nickel, nickel nitride, ruthenium, ruthenium nitride, and titanium-tungsten alloy. The polishing liquid according to any one of claims 1 to 4, wherein the polishing liquid is provided. 更に、酸化剤を含むことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の研磨液。   The polishing liquid according to claim 1, further comprising an oxidizing agent.
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