JP2007227808A - Chemical mechanical polishing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、化学的機械的研磨方法に関する。更に詳しくは、本発明は、半導体デバイス製造工程の研磨加工時において効率的な処理が可能な化学的機械的研磨方法に関する。 The present invention relates to a chemical mechanical polishing method. More particularly, the present invention relates to a chemical mechanical polishing method capable of efficient processing during polishing processing in a semiconductor device manufacturing process.
微細化・高密度化が加速する半導体集積回路の形成において、銅は低抵抗材料であり、非常に有用な電気的接続材料として近年非常に着目されている。
現在、銅及び銅を主成分とする合金を用いた配線の形成は、一般的に次のようにして形成される。すなわち、絶縁膜に溝や接続孔等の凹部を形成し、バリア金属膜を形成した後に、その凹部を埋め込むように銅膜をメッキ法により成膜して、続いて化学的機械的研磨(以下、CMPと称する。)によって凹部以外の絶縁膜表面が完全に露出するまで研磨して表面を平坦化し、凹部に銅が埋め込まれた埋め込み銅配線やビアプラグ、コンタクトプラグ等の電気的接続部を形成している。
Copper is a low resistance material in the formation of semiconductor integrated circuits where miniaturization and high density are accelerated, and in recent years, it has attracted much attention as a very useful electrical connection material.
Currently, formation of wiring using copper and an alloy containing copper as a main component is generally performed as follows. That is, after forming recesses such as grooves and connection holes in the insulating film, forming a barrier metal film, a copper film is formed by plating so as to fill the recesses, and then chemical mechanical polishing (hereinafter referred to as chemical mechanical polishing) Polishing until the surface of the insulating film other than the recesses is completely exposed, thereby flattening the surface and forming electrical connection portions such as embedded copper wiring, via plugs, contact plugs, etc. with copper embedded in the recesses is doing.
前記埋め込み銅配線を形成する方法は、シリコン基板上に、下層配線を有する絶縁膜からなる下層配線層が形成され、この上に、化学気相成長法(CVD)でシリコン窒化膜を、化学気相成長(CVD)方式或いは塗布方式で絶縁膜を、この順に形成する。次いで、絶縁膜に、配線パターン形状を有しシリコン窒化膜に達する凹部を形成する。続いて、バリア金属膜をスパッタリング法により形成する。その後、この上に電解メッキ法により銅膜(導体膜)を凹部が埋め込まれるように全面に形成する。その後、化学的機械的研磨(CMP)により銅膜を研磨して基板表面を平坦化する。続いて、シリコン窒化膜上のバリア金属膜が完全に除去されるまでCMPによる研磨を継続する。 In the method of forming the buried copper wiring, a lower wiring layer made of an insulating film having a lower wiring is formed on a silicon substrate, and a silicon nitride film is formed thereon by chemical vapor deposition (CVD). An insulating film is formed in this order by a phase growth (CVD) method or a coating method. Next, a recess having a wiring pattern shape and reaching the silicon nitride film is formed in the insulating film. Subsequently, a barrier metal film is formed by a sputtering method. Thereafter, a copper film (conductor film) is formed on the entire surface by electrolytic plating so that the recesses are embedded thereon. Thereafter, the copper film is polished by chemical mechanical polishing (CMP) to planarize the substrate surface. Subsequently, polishing by CMP is continued until the barrier metal film on the silicon nitride film is completely removed.
CMPの一般的な方法は、研磨パッドを貼り付けた円形の研磨定盤(プラテン)を回転させながら、研磨パッド表面へ研磨液を滴下して保持させ、更に、研磨パッド表面に基板(ウエーハ)の表面を押しつけ、その裏面から所定の圧力(研磨圧力)を加えた状態で基板を回転させ、研磨定盤/基板間の相対運動により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。
CMPに用いる研磨液は、一般には、砥粒(例えばアルミナ、シリカ)と酸化剤(例えば過酸化水素、過硫酸)とが含まれる。基本的なメカニズムは、酸化剤によって金属表面を酸化し、その酸化皮膜を砥粒で除去することで研磨していると考えられている(例えば、非特許文献1参照)。
A general method of CMP is to rotate a circular polishing platen (platen) to which a polishing pad is attached while dropping and holding a polishing liquid on the surface of the polishing pad, and further to a substrate (wafer) on the surface of the polishing pad. The surface of the substrate is pressed, the substrate is rotated with a predetermined pressure (polishing pressure) applied from the back surface, and the surface of the substrate is flattened by mechanical friction generated by the relative movement between the polishing platen and the substrate. is there.
A polishing liquid used for CMP generally contains abrasive grains (for example, alumina and silica) and an oxidizing agent (for example, hydrogen peroxide and persulfuric acid). It is thought that the basic mechanism is polishing by oxidizing the metal surface with an oxidizing agent and removing the oxide film with abrasive grains (see, for example, Non-Patent Document 1).
また、研磨後に、被研磨面である基板表面に残留する研磨液を除去するために、研磨終了後に研磨液に続いて連続的に超純水を滴下/供給して洗い流す工程が必要となる(水ポリッシングと言う)。
更に、研磨中においては、固体砥粒や研磨屑(研磨生成物)が研磨パッド上に堆積し、研磨パッド表面への研磨液の保持力を低下させ、結果として研磨効率を下げる原因となる。加えて、この堆積物は被研磨面へのキズの発生原因ともなり、研磨を行う上で大きな問題となる。
Further, in order to remove the polishing liquid remaining on the surface of the substrate, which is the surface to be polished, after polishing, a step of washing by dropping / supplying ultrapure water continuously after the polishing liquid is required after polishing ( Called water polishing).
Further, during polishing, solid abrasive grains and polishing scraps (polishing products) are deposited on the polishing pad, reducing the holding power of the polishing liquid on the polishing pad surface, resulting in a decrease in polishing efficiency. In addition, this deposit also causes scratches on the surface to be polished, which is a major problem in polishing.
そこで、この堆積した固体砥粒や研磨屑は、ドレッシング又はコンディショニング(以下、コンディショニング)により、次の研磨を行う前に除去される。
この研磨パッドのコンディショニングにはパッドコンディショナーと呼ばれる砥石が用いられるのが一般的である(例えば、特許文献1参照)。このパッドコンディショナーは、鉄やステンレス鋼からなる略円板状をなす基板の表面に、ダイヤモンド砥粒がニッケル等の金属結合相で固着された砥粒層が形成されたものであり、また、この砥粒層が基板の表面の中心付近から外周側へ向かって放射状に延びるように形成されたものである。そして、基板の表面を、軸線回りに回転させられている研磨パッドの表面に対して一定の荷重で押し当てることにより、この基板が研磨パッドの回転運動に伴って回転運動を行い、その表面の砥粒層によって研磨パッドの表面を切削して、表面の堆積物の除去を行う。
Therefore, the accumulated solid abrasive grains and polishing debris are removed by dressing or conditioning (hereinafter referred to as conditioning) before performing the next polishing.
In general, a grinding wheel called a pad conditioner is used for conditioning the polishing pad (see, for example, Patent Document 1). In this pad conditioner, an abrasive layer in which diamond abrasive grains are fixed with a metallic binder phase such as nickel is formed on the surface of a substantially disk-shaped substrate made of iron or stainless steel. The abrasive layer is formed so as to extend radially from the vicinity of the center of the surface of the substrate toward the outer peripheral side. Then, by pressing the surface of the substrate against the surface of the polishing pad being rotated around the axis with a constant load, the substrate performs a rotational motion along with the rotational motion of the polishing pad, The surface of the polishing pad is cut with the abrasive layer to remove deposits on the surface.
上記のように、研磨後には水ポリッシングと研磨パッドのコンディショニングが必要であり、研磨処理の効率を考えた場合、これらの工程は省けることが望ましい。
更に、従来の主たる方法では、CMPは、前述の導体膜を研磨するCu−CMPと、バリア金属膜を研磨するバリアCMPの2段階に分かれており、通常それぞれ異なる研磨液と研磨パッド(ポリッシュルーム)を用い、異なる研磨定盤上で研磨が行われる。
この主たる理由としては、研磨液によって最適な研磨パッドの種類、パッドコンディショニングの条件が異なるためである。ここで言う最適とは、研磨速度、平坦化特性、キズ発生の有無等の研磨特性を総合的に調整された状態を言う。
As described above, water polishing and conditioning of the polishing pad are necessary after polishing, and it is desirable to omit these steps when considering the efficiency of the polishing process.
Further, in the conventional main method, the CMP is divided into two stages, that is, Cu-CMP for polishing the conductive film and barrier CMP for polishing the barrier metal film. Usually, different polishing liquids and polishing pads (polishing rooms) are used. ) And polishing is performed on a different polishing platen.
The main reason is that the optimum polishing pad type and pad conditioning conditions differ depending on the polishing liquid. The term “optimal” as used herein refers to a state in which polishing characteristics such as polishing speed, flattening characteristics, and the presence or absence of scratches are comprehensively adjusted.
なお、上記Cu−CMPで用いる研磨液を導体膜用研磨液と表現する場合があるが、主として銅膜(導体膜)を研磨して基板表面を平坦化するために用いる研磨液のことであり、バリア膜の研磨ができないことを指すものではない。
同様に、上記バリアCMPで用いる研磨液をバリア用研磨液と示すが、主としてシリコン酸化膜上のバリア金属膜が完全に除去するために用いる研磨液のことであり、導体膜の研磨ができない研磨液を指すものではない。
以上のように、Cu−CMPとバリアCMPを別々に行うことは、研磨パッド(チャンバー)間の搬送時間や、各々のチャンバーの洗浄時間、コンディショニング時間等が余計にかかり、CMP処理の効率化の上で好ましくない。
Similarly, although the polishing liquid used in the barrier CMP is referred to as a barrier polishing liquid, it is a polishing liquid that is mainly used for completely removing the barrier metal film on the silicon oxide film and cannot polish the conductor film. It does not refer to liquid.
As described above, performing Cu-CMP and barrier CMP separately requires extra transport time between polishing pads (chambers), cleaning time of each chamber, conditioning time, and the like, which increases the efficiency of CMP processing. Unfavorable above.
本発明は、前記問題点に鑑みなされたものであり、以下の目的を達成することを課題とする。
即ち、本発明は、半導体デバイスの製造工程において、バリア金属膜と、該バリア金属膜上に設けられた導体膜とを有する被研磨体を研磨する化学的機械的研磨方法であって、導体膜とバリア金属膜とを同じ研磨定盤で連続的に研磨することができ、研磨処理の効率が向上した化学的機械的研磨方法を提供することを目的とする。
This invention is made | formed in view of the said problem, and makes it a subject to achieve the following objectives.
That is, the present invention relates to a chemical mechanical polishing method for polishing an object to be polished having a barrier metal film and a conductor film provided on the barrier metal film in a semiconductor device manufacturing process, An object of the present invention is to provide a chemical mechanical polishing method in which the barrier metal film and the barrier metal film can be continuously polished on the same polishing surface plate, and the efficiency of the polishing process is improved.
本発明者は鋭意検討した結果、粒径の異なる研磨粒子を含む研磨液を用い、上記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。
As a result of intensive studies, the present inventor has found that the above problems can be solved by using polishing liquids containing abrasive particles having different particle diameters, and has achieved the object.
That is, the present invention is as follows.
<1> バリア金属膜と、該バリア金属膜上に設けられた導体膜とを有する被研磨体を研磨する化学的機械的研磨方法であって、
研磨液Aを用いて前記導体膜を研磨する第一の研磨工程と、研磨液Bを用いて前記バリア金属膜を研磨する第二の研磨工程と、を研磨パッドが配置された同一の研磨定盤上で連続的に行い、且つ、前記研磨液A及び前記研磨液Bが下記の成分(1)〜成分(3)の成分を含むことを特徴とする化学的機械的研磨方法。
成分(1):動的光散乱法により求められる平均粒子径が60〜150nmの範囲の粒子
成分(2):動的光散乱法により求められる平均粒子径が10〜50nmの範囲の粒子
成分(3):酸化剤
<1> A chemical mechanical polishing method for polishing an object to be polished having a barrier metal film and a conductor film provided on the barrier metal film,
The first polishing step of polishing the conductor film using the polishing liquid A and the second polishing step of polishing the barrier metal film using the polishing liquid B are the same polishing constant in which the polishing pad is disposed. A chemical mechanical polishing method which is carried out continuously on a board, and wherein the polishing liquid A and the polishing liquid B contain the following components (1) to (3).
Component (1): Particle component having an average particle size in the range of 60 to 150 nm determined by the dynamic light scattering method (2): Particle component having an average particle size in the range of 10 to 50 nm determined by the dynamic light scattering method ( 3): Oxidizing agent
本発明の作用は明確ではないが、以下のように推定される。
本発明においては、研磨粒子として粒径の異なる粒子を併用することによりパッド空孔への目詰りを抑制しており、これに起因する研磨速度の低下が防止される。また、この目詰りの抑制により、研磨面へのキズの発生を抑えることができる。その結果、同一研磨定盤上で、導体膜の研磨とバリア金属膜の研磨とを連続して行っても、処理時間を増加させること無く、キズの少ない高品質な研磨を行うことが可能となる。
Although the operation of the present invention is not clear, it is estimated as follows.
In the present invention, clogging of pad vacancies is suppressed by using particles having different particle sizes as abrasive particles, and a decrease in polishing rate due to this is prevented. In addition, the occurrence of scratches on the polished surface can be suppressed by suppressing the clogging. As a result, even if the conductor film and the barrier metal film are continuously polished on the same polishing platen, it is possible to perform high-quality polishing with few scratches without increasing the processing time. Become.
<2> 前記第一の研磨工程と前記第二の研磨工程とで用いられる研磨パッドが同一であることを特徴とする<1>に記載の化学的機械的研磨方法。
<3> 前記研磨液A及び前記研磨液BのpHが、2〜7であることを特徴とする<1>又は<2>に記載の化学的機械的研磨方法。
<4> 前記成分(1)及び成分(2)の含有量の合計が、研磨液A又は研磨液Bの質量に対して下記の範囲内であることを特徴とする、<1>乃至<3>のいずれか1つに記載の化学的機械的研磨方法。
研磨液A:研磨液Aの質量に対して0.01〜2.0質量%
研磨液B:研磨液Bの質量に対して1.0〜10質量%
<5> 前記成分(3)が、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、銀(II)塩、及び鉄(III)塩からなる群より選ばれる、少なくともひとつであることを特徴とする<1>乃至<4>のいずれか1つに記載の化学的機械的研磨方法。
<6> 前記成分(3)が過酸化水素であることを特徴とする<5>に記載の化学的機械的研磨方法。
<2> The chemical mechanical polishing method according to <1>, wherein the polishing pads used in the first polishing step and the second polishing step are the same.
<3> The chemical mechanical polishing method according to <1> or <2>, wherein the polishing liquid A and the polishing liquid B have a pH of 2 to 7.
<4> The total content of the component (1) and the component (2) is within the following range with respect to the mass of the polishing liquid A or the polishing liquid B, <1> to <3 > The chemical mechanical polishing method according to any one of the above.
Polishing liquid A: 0.01-2.0 mass% with respect to the mass of the polishing liquid A
Polishing liquid B: 1.0-10 mass% with respect to the mass of the polishing liquid B
<5> The component (3) is hydrogen peroxide, peroxide, nitrate, iodate, periodate, hypochlorite, chlorite, chlorate, perchlorate, perchlorate, <1> to <4, which is at least one selected from the group consisting of sulfate, dichromate, permanganate, ozone water, silver (II) salt, and iron (III) salt > The chemical mechanical polishing method according to any one of the above.
<6> The chemical mechanical polishing method according to <5>, wherein the component (3) is hydrogen peroxide.
本発明によれば、半導体デバイスの製造工程において、バリア金属膜と、該バリア金属膜上に設けられた導体膜とを有する被研磨体を研磨する化学的機械的研磨方法であって、導体膜とバリア金属膜とを同じ研磨定盤で連続的に研磨することができ、研磨処理の効率が向上した化学的機械的研磨方法を提供することができる。
この化学的機械的研磨方法によれば、面状が良好であり、且つ、残留物が抑制された研磨面を得ることができる。
According to the present invention, there is provided a chemical mechanical polishing method for polishing an object to be polished having a barrier metal film and a conductor film provided on the barrier metal film in a semiconductor device manufacturing process, the conductor film And the barrier metal film can be continuously polished with the same polishing platen, and a chemical mechanical polishing method with improved polishing efficiency can be provided.
According to this chemical mechanical polishing method, it is possible to obtain a polished surface having a good surface shape and a suppressed residue.
以下、本発明の具体的態様について説明する。
本発明の化学的機械的研磨方法は、バリア金属膜と、該バリア金属膜上に設けられた導体膜とを有する被研磨体を研磨する化学的機械的研磨方法であって、研磨液Aを用いて前記導体膜を研磨する第一の研磨工程と、研磨液Bを用いて前記バリア金属膜を研磨する第二の研磨工程と、を研磨パッドが配置された同一の研磨定盤上で連続的に行い、且つ、前記研磨液A及び前記研磨液Bが下記の成分(1)〜成分(3)の成分を含むことを特徴とする化学的機械的研磨方法である。
成分(1):動的光散乱法により求められる平均粒子径が60〜150nmの範囲の粒子
成分(2):動的光散乱法により求められる平均粒子径が10〜50nmの範囲の粒子
成分(3):酸化剤
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described.
The chemical mechanical polishing method of the present invention is a chemical mechanical polishing method for polishing an object to be polished, which has a barrier metal film and a conductor film provided on the barrier metal film. The first polishing step for polishing the conductive film using the second polishing step for polishing the barrier metal film using the polishing liquid B is continuously performed on the same polishing platen on which the polishing pad is disposed. The chemical mechanical polishing method is characterized in that the polishing liquid A and the polishing liquid B contain the following components (1) to (3).
Component (1): Particle component having an average particle size in the range of 60 to 150 nm determined by the dynamic light scattering method (2): Particle component having an average particle size in the range of 10 to 50 nm determined by the dynamic light scattering method ( 3): Oxidizing agent
ここで、本発明において、「研磨液Aを用いて導体膜を研磨する第一の研磨工程と、研磨液Bを用いてバリア金属膜を研磨する第二の研磨工程と、を研磨パッドが配置された同一の研磨定盤上で連続的に行う」とは、研磨定盤上で研磨液Aを用いて導体膜の研磨を行った後、他の研磨定盤への移動や、コンディショニング等の処理を行うことなく、導体膜の研磨に用いたものと同一の研磨定盤上で、研磨液Bを用いてバリア金属膜の研磨を行うことを意味する。また、両工程に使用される研磨パッドも同一であることが効率向上の観点から好ましい。 Here, in the present invention, the polishing pad arranges “a first polishing step for polishing the conductor film using the polishing liquid A and a second polishing step for polishing the barrier metal film using the polishing liquid B”. "Continuously performed on the same polishing surface plate" means that after polishing the conductor film using the polishing liquid A on the polishing surface plate, the transfer to another polishing surface plate, conditioning, etc. It means that the barrier metal film is polished using the polishing liquid B on the same polishing surface plate as that used for polishing the conductor film without performing the treatment. Moreover, it is preferable from a viewpoint of an efficiency improvement that the polishing pad used for both processes is also the same.
以下、本発明の化学的機械的研磨方法に用いられる研磨液A及び研磨液Bに含有される成分について以下に説明する。
なお、以下、研磨液A及び研磨液Bを総じて、「研磨液」と称する場合がある。
本発明における研磨液A及び研磨液Bは、前記成分(1)〜成分(3)の成分を含むことを要する。これら成分(1)〜成分(3)の成分の量をそれぞれ調整することで、研磨液Aは導体膜を研磨するのに好適な組成とすることができ、研磨液Bはバリア金属膜を研磨するのに好適な組成とすることができる。これにより、同一の研磨定盤上において、第一の研磨工程と第二の研磨工程とを行っても、被研磨体の導体膜とバリア金属膜とを研磨することが可能になる。
なお、以下に示す研磨液に対する各種成分の含有量(添加量)は、いずれも「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)」に対する含有量(添加量)である。
これら成分(1)〜成分(3)の成分について、詳細に説明する。
Hereinafter, the components contained in the polishing liquid A and the polishing liquid B used in the chemical mechanical polishing method of the present invention will be described below.
Hereinafter, the polishing liquid A and the polishing liquid B may be collectively referred to as “polishing liquid”.
The polishing liquid A and the polishing liquid B in the present invention are required to contain the components (1) to (3). By adjusting the amount of each of these components (1) to (3), the polishing liquid A can have a composition suitable for polishing the conductor film, and the polishing liquid B polishes the barrier metal film. It can be set as a suitable composition to do. As a result, even if the first polishing step and the second polishing step are performed on the same polishing surface plate, the conductor film and the barrier metal film of the object to be polished can be polished.
In addition, the content (addition amount) of various components with respect to the polishing liquid shown below is “the polishing liquid used for polishing (that is, the diluted polishing liquid when diluted with water or an aqueous solution)” It is content (addition amount) with respect to.
The components (1) to (3) will be described in detail.
〔研磨液〕
以下、まず、本発明における研磨液を構成する各成分について説明する。
(成分(1):動的光散乱法により求められる平均粒子径が60〜150nmの範囲の粒子、及び、成分(2):動的光散乱法により求められる平均粒子径が10〜50nmの範囲の粒子)
本発明の研磨液は、成分(1):動的光散乱法により求められる平均粒子径が60〜150nmの範囲の粒子、及び、成分(2):動的光散乱法により求められる平均粒子径が10〜50nmの範囲の粒子を、研磨粒子として含有する。
本発明において、成分(1)及び成分(2)の各粒子における平均粒子径とは、体積平均粒子径のことをいう。
[Polishing liquid]
Hereinafter, each component which comprises the polishing liquid in this invention is demonstrated first.
(Component (1): Particles having an average particle diameter of 60 to 150 nm determined by the dynamic light scattering method, and Component (2): An average particle diameter determined by the dynamic light scattering method of 10 to 50 nm. Particles)
The polishing liquid of the present invention comprises a component (1): particles having an average particle size in the range of 60 to 150 nm determined by the dynamic light scattering method, and a component (2): average particle size determined by the dynamic light scattering method. In the range of 10 to 50 nm as abrasive particles.
In the present invention, the average particle diameter in each particle of component (1) and component (2) refers to the volume average particle diameter.
本発明における成分(1)の粒子の平均粒子径は、60〜150nmであり、より好ましくは65〜100nmである。すなわち、充分な研磨加工速度を達成する目的から60nm以上の粒子が好ましい。また、平坦化特性の観点から粒径は150nm以下が好ましい。
本発明における成分(2)の粒子の平均粒子径は、10〜50nmであり、15〜40nmがより好ましい。すなわち、目詰りが少なく充分な研磨加工速度を達成する目的から10nm以上の粒子が好ましい。また、平坦化特性の観点から粒径は50nm以下が好ましい。
The average particle size of the component (1) particles in the present invention is 60 to 150 nm, more preferably 65 to 100 nm. That is, particles of 60 nm or more are preferred for the purpose of achieving a sufficient polishing speed. In addition, the particle size is preferably 150 nm or less from the viewpoint of planarization characteristics.
The average particle diameter of the component (2) particles in the present invention is 10 to 50 nm, and more preferably 15 to 40 nm. That is, particles of 10 nm or more are preferable for the purpose of achieving a sufficient polishing speed with less clogging. Further, the particle diameter is preferably 50 nm or less from the viewpoint of planarization characteristics.
上記各粒子の平均粒子径(体積平均粒子径)は動的光散乱法によって求められる。具体的には、動的光散乱法を採用した粒度分布測定装置(堀場製作所社製、LB−500)を用いて測定することができる。
なお、本発明における平均粒子径は、成分(1)及び成分(2)について各々上記方法により測定することができるが、研磨液中に両者を混合した場合にも、動的光散乱法を採用した粒度分布測定装置(堀場製作所社製、LB−500)によりそれぞれの体積平均粒子径を確認することができる。
The average particle diameter (volume average particle diameter) of each particle is determined by a dynamic light scattering method. Specifically, it can measure using the particle size distribution measuring apparatus (Horiba Ltd. make, LB-500) which employ | adopted the dynamic light-scattering method.
In addition, although the average particle diameter in this invention can be measured by the said method respectively about a component (1) and a component (2), when both are mixed in polishing liquid, a dynamic light scattering method is employ | adopted. Each of the volume average particle diameters can be confirmed by a particle size distribution measuring apparatus (manufactured by Horiba, Ltd., LB-500).
本発明における成分(1)及び成分(2)としては、具体的には、ヒュームドシリカ、コロイダルシリカ、ヒュームドアルミナ、ヒュームドチタニアが挙げられ、好ましくはコロイダルシリカが挙げられる。 Specific examples of the component (1) and the component (2) in the present invention include fumed silica, colloidal silica, fumed alumina, and fumed titania, and preferably colloidal silica.
本発明に好適なコロイダルシリカは、例えば、以下の方法で製造することができる。
金属酸化物粒子の湿式製造法としては、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製することができる。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、超微細粒子を作製する際には都合が良い。
The colloidal silica suitable for the present invention can be produced, for example, by the following method.
As a wet manufacturing method of metal oxide particles, colloidal particles are obtained by, for example, a method of hydrolyzing metal alkoxide as a starting material. Specifically, orthosilicic acid is added to an alkaline aqueous solution mixed with alcohol. Colloidal silica can be produced by dropping methyl at a certain rate to cause hydrolysis and undergoing grain growth and quenching to stop grain growth. 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或いは合金を粉砕して粉体とし、支燃性ガスを含む酸素火炎中にこれを投入して、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、高熱にさらされた後急冷され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。 Further, as a dry manufacturing method of metal oxide, fumed particles can be obtained by a reaction in which a metal chloride is introduced into an oxyhydrogen flame and the dechlorinated metal is oxidized. Furthermore, the metal or alloy desired to be contained in the target substance is pulverized into powder, and this is put into an oxygen flame containing a combustion-supporting gas, causing a continuous reaction by the oxidation heat of the metal, and fine A method for obtaining oxide particles has been put into practical use. Particles produced by these combustion methods are amorphized because they are rapidly cooled after being exposed to high heat, and the solid density is generally low because there are fewer impurities such as hydroxyl groups inside than wet particles. It is characterized by high density and low density of hydroxyl groups on the surface.
前述の窒化物は、例えば前記酸化物をカーボンなどの還元剤と共に窒素雰囲気中で昇温させることによって得ることができる。この場合、還元反応を起こさせながらも粒子間の溶着を起こさないように反応器内の温度分布を如何に均一にさせるかが非常に重要である。溶着を起こした粒子を含んでいる場合は、これらの粉体に速度エネルギーを与え、遮蔽版に衝突させることによって分散させる方法や、強固な凝集体の場合は、溶媒中に分散させてスラリー化したものを高圧ホモジナイザーなどの装置を用いて物理エネルギーを与え分散させる方法が一般的に行われている。 The aforementioned nitride can be obtained, for example, by heating the oxide together with a reducing agent such as carbon in a nitrogen atmosphere. In this case, it is very important how the temperature distribution in the reactor is made uniform so as not to cause welding between particles while causing the reduction reaction. If the particles contain welded particles, give these powders velocity energy and disperse them by colliding them with the shielding plate. In the case of strong aggregates, disperse them in a solvent to form a slurry. In general, a method is used in which physical energy is applied and dispersed using an apparatus such as a high-pressure homogenizer.
本発明におけるコロイダルシリカは、この方法以外にも、例えば、特開平6−199515号公報、特開平9−67114号公報に記載の方法に基づいて製造することもできる。 In addition to this method, the colloidal silica in the present invention can be produced based on, for example, the methods described in JP-A-6-199515 and JP-A-9-67114.
成分(1)の含有量としては、本発明で使用する研磨液Aの質量に対して0.01〜2.0質量%の範囲であることが好ましく、0.1〜1.5質量%の範囲であることがより好ましい。また、本発明で使用する研磨液Bの質量に対して1.0〜10.0質量%の範囲であることが好ましく、1.0〜5.0質量%の範囲であることがより好ましい。
成分(2)の含有量としては、本発明で使用する研磨液Aの質量に対して0.01〜2.0質量%の範囲であることが好ましく、0.1〜1.5質量%の範囲であることがより好ましい。また、本発明で使用する研磨液Bの質量に対して1.0〜8.0質量%の範囲であることが好ましく、1.0〜5.0質量%の範囲であることがより好ましい。
As content of a component (1), it is preferable that it is the range of 0.01-2.0 mass% with respect to the mass of the polishing liquid A used by this invention, and it is 0.1-1.5 mass%. A range is more preferable. Moreover, it is preferable that it is the range of 1.0-10.0 mass% with respect to the mass of the polishing liquid B used by this invention, and it is more preferable that it is the range of 1.0-5.0 mass%.
As content of a component (2), it is preferable that it is the range of 0.01-2.0 mass% with respect to the mass of the polishing liquid A used by this invention, and it is 0.1-1.5 mass%. A range is more preferable. Moreover, it is preferable that it is the range of 1.0-8.0 mass% with respect to the mass of the polishing liquid B used by this invention, and it is more preferable that it is the range of 1.0-5.0 mass%.
本発明における研磨液中における、成分(1)及び成分(2)の総含有量は、導体膜用研磨液である研磨液Aの質量に対して、0.01〜2質量%が好ましく、0.03〜0.8質量%がより好ましく、0.05〜0.5質量%が更に好ましい。
バリア金属膜用研磨液である研磨液Bの質量に対して、1.0〜10質量%が好ましく、1.5〜9.0質量%がより好ましく、2.0〜8.0質量%が更に好ましい。
The total content of the component (1) and the component (2) in the polishing liquid of the present invention is preferably 0.01 to 2% by mass with respect to the mass of the polishing liquid A which is a polishing liquid for conductive films. 0.03-0.8 mass% is more preferable, and 0.05-0.5 mass% is still more preferable.
1.0-10 mass% is preferable with respect to the mass of the polishing liquid B which is polishing liquid for barrier metal films, 1.5-9.0 mass% is more preferable, 2.0-8.0 mass% is Further preferred.
また、研磨液中における成分(1)の質量M1及び成分(2)の質量M2の質量比(M1/M2)は、前記各成分の好ましい範囲及び前述した粒子の総含有量の範囲内において、0.01〜50が好ましく、0.1〜9.0の範囲であることがより好ましく、0.2〜5.0の範囲であることが更に好ましい。 The mass ratio of the mass M 2 of the mass M 1 and of component (1) in the polishing liquid (2) (M 1 / M 2), the total content of the preferred range and above the particles of the components Within the range, 0.01-50 are preferable, It is more preferable that it is the range of 0.1-9.0, It is still more preferable that it is the range of 0.2-5.0.
[酸化剤]
本発明の研磨液A及び研磨液Bは共に、研磨対象の金属を酸化できる化合物として、成分(3):酸化剤を含有する。
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、銀(II)塩、及び鉄(III)塩が挙げられる。
[Oxidant]
Both the polishing liquid A and the polishing liquid B of the present invention contain component (3): an oxidizing agent as a compound capable of oxidizing the metal to be polished.
Examples of the oxidizing agent include hydrogen peroxide, peroxide, nitrate, iodate, periodate, hypochlorite, chlorite, chlorate, perchlorate, persulfate, Examples include dichromate, permanganate, ozone water, silver (II) salt, and iron (III) salt.
前記鉄(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。
また、鉄(III)の有機錯塩を用いる場合、鉄(III)錯塩を構成する錯形成化合物としては、例えば、酢酸、クエン酸、シュウ酸、サリチル酸、ジエチルジチオカルバミン酸、コハク酸、酒石酸、グリコール酸、グリシン、アラニン、アスパラギン酸、チオグリコール酸、エチレンジアミン、トリメチレンジアミン、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,2−エタンジチオール、マロン酸、グルタル酸、3−ヒドロキシ酪酸、プロピオン酸、フタル酸、イソフタル酸、3−ヒドロキシサリチル酸、3,5−ジヒドロキシサリチル酸、没食子酸、安息香酸、マレイン酸などやこれらの塩の他、アミノポリカルボン酸及びその塩が挙げられる。
Examples of the iron (III) salt include iron (III) in addition to inorganic iron (III) salts such as iron (III) nitrate, iron (III) chloride, iron (III) sulfate, and iron (III) bromide. The organic complex salt is preferably used.
In addition, when an organic complex salt of iron (III) is used, examples of complex-forming compounds constituting the iron (III) complex salt include acetic acid, citric acid, oxalic acid, salicylic acid, diethyldithiocarbamic acid, succinic acid, tartaric acid, and glycolic acid. Glycine, alanine, aspartic acid, thioglycolic acid, ethylenediamine, trimethylenediamine, diethylene glycol, triethylene glycol, 1,2-ethanedithiol, malonic acid, glutaric acid, 3-hydroxybutyric acid, propionic acid, phthalic acid, isophthalic acid In addition to 3-hydroxysalicylic acid, 3,5-dihydroxysalicylic acid, gallic acid, benzoic acid, maleic acid, and the like, and aminopolycarboxylic acids and salts thereof.
上記アミノポリカルボン酸及びその塩の具体例としては、エチレンジアミン−N,N,N’,N’−四酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、1,3−ジアミノプロパン−N,N,N’,N’−四酢酸、1,2−ジアミノプロパン−N,N,N’,N’−四酢酸、エチレンジアミン−N,N’−ジコハク酸(ラセミ体)、エチレンジアミンジコハク酸(SS体)、N−(2−カルボキシラートエチル)−L−アスパラギン酸、N−(カルボキシメチル)−L−アスパラギン酸、β−アラニンジ酢酸、メチルイミノジ酢酸、ニトリロ三酢酸、シクロヘキサンジアミン四酢酸、イミノジ酢酸、グリコールエーテルジアミン四酢酸、エチレンジアミン1−N,N’−ニ酢酸、エチレンジアミンオルトヒドロキシフェニル酢酸、N,N−ビス(2−ヒドロキシベンジル)エチレンジアミン−N,N−ジ酢酸など及びその塩が挙げられる。対塩の種類は、アルカリ金属塩及びアンモニウム塩が好ましく、特にはアンモニウム塩が好ましい。 Specific examples of the aminopolycarboxylic acid and salts thereof include ethylenediamine-N, N, N ′, N′-tetraacetic acid, diethylenetriaminepentaacetic acid, 1,3-diaminopropane-N, N, N ′, N′— Tetraacetic acid, 1,2-diaminopropane-N, N, N ′, N′-tetraacetic acid, ethylenediamine-N, N′-disuccinic acid (racemic), ethylenediamine disuccinic acid (SS), N- (2 -Carboxylate ethyl) -L-aspartic acid, N- (carboxymethyl) -L-aspartic acid, β-alanine diacetic acid, methyliminodiacetic acid, nitrilotriacetic acid, cyclohexanediaminetetraacetic acid, iminodiacetic acid, glycol etherdiaminetetraacetic acid, ethylenediamine 1-N, N′-diacetic acid, ethylenediamine orthohydroxyphenylacetic acid, N, N-bis (2-hydride) Kishibenjiru) ethylenediamine -N, it includes and salts thereof such as N- diacetic acid. The kind of the counter salt is preferably an alkali metal salt or an ammonium salt, and particularly preferably an ammonium salt.
前述した酸化剤の中でも、過酸化水素、ヨウ素酸塩、次亜塩素酸塩、塩素酸塩、過硫酸塩、鉄(III)の有機錯塩が好ましい。特に、鉄(III)の有機錯塩を用いる場合、その好ましい錯形成化合物は、クエン酸、酒石酸、アミノポリカルボン酸(具体的には、エチレンジアミン−N,N,N’,N’−四酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、1,3−ジアミノプロパン−N,N,N’,N’−四酢酸、エチレンジアミン−N,N’−ジコハク酸(ラセミ体)、エチレンジアミンジコハク酸(SS体)、N−(2−カルボキシラートエチル)−L−アスパラギン酸、N−(カルボキシメチル)−L−アスパラギン酸、β−アラニンジ酢酸、メチルイミノジ酢酸、ニトリロ三酢酸、イミノジ酢酸)を挙げることができる。 Among the oxidizing agents described above, hydrogen peroxide, iodate, hypochlorite, chlorate, persulfate, and organic complex salts of iron (III) are preferable. In particular, when an organic complex salt of iron (III) is used, preferred complex-forming compounds are citric acid, tartaric acid, aminopolycarboxylic acid (specifically, ethylenediamine-N, N, N ′, N′-tetraacetic acid, Diethylenetriaminepentaacetic acid, 1,3-diaminopropane-N, N, N ′, N′-tetraacetic acid, ethylenediamine-N, N′-disuccinic acid (racemic), ethylenediaminedisuccinic acid (SS), N- ( 2-carboxylate ethyl) -L-aspartic acid, N- (carboxymethyl) -L-aspartic acid, β-alanine diacetic acid, methyliminodiacetic acid, nitrilotriacetic acid, iminodiacetic acid).
これらの中で、研磨液Aに含有する酸化剤として最も好ましくは、過酸化水素、過硫酸塩、並びに、鉄(III)のエチレンジアミン−N,N,N’,N’−四酢酸、1,3−ジアミノプロパン−N,N,N’,N’−四酢酸、及びエチレンジアミンジコハク酸(SS体)の錯体である。
また、研磨液Bに含有する酸化剤として最も好ましくは、過酸化水素である。
Of these, most preferably, the oxidizing agent contained in the polishing liquid A is hydrogen peroxide, persulfate, and iron (III) ethylenediamine-N, N, N ′, N′-tetraacetic acid, It is a complex of 3-diaminopropane-N, N, N ′, N′-tetraacetic acid and ethylenediamine disuccinic acid (SS form).
The most preferable oxidizing agent contained in the polishing liquid B is hydrogen peroxide.
本発明における成分(3)酸化剤は、導体膜を研磨する研磨液A:1Lに対して、0.001〜5.0molの割合で添加されることが好ましく、0.1〜4.0molの割合で含有されることがより好ましい。即ち、研磨液Aに対する酸化剤の添加量は、研磨速度の点で0.001mol以上が好ましく、平坦化特性の点から5.0mol以下が好ましい。
一方、本発明における成分(3)酸化剤は、バリア金属膜を研磨する研磨液B:1Lに対して、0.001〜0.5molの割合で添加されることが好ましく、0.005〜0.2molの割合で含有されることがより好ましい。即ち、研磨液Bに対する酸化剤の添加量は、研磨速度の点で0.001mol以上が好ましく、平坦化特性点から0.5mol以下が好ましい。
The component (3) oxidizing agent in the present invention is preferably added at a ratio of 0.001 to 5.0 mol, based on 0.1 L of polishing liquid A for polishing the conductor film, and 0.1 to 4.0 mol. More preferably, it is contained in a proportion. That is, the amount of the oxidizing agent added to the polishing liquid A is preferably 0.001 mol or more in terms of polishing rate, and is preferably 5.0 mol or less in terms of planarization characteristics.
On the other hand, the component (3) oxidizing agent in the present invention is preferably added in a ratio of 0.001 to 0.5 mol with respect to 1 L of the polishing liquid B for polishing the barrier metal film, and 0.005 to 0. More preferably, it is contained in a proportion of 2 mol. That is, the amount of the oxidizing agent added to the polishing liquid B is preferably 0.001 mol or more from the viewpoint of polishing rate, and preferably 0.5 mol or less from the point of planarization characteristics.
[任意の成分]
本発明における研磨液は、下記に示すような任意の成分を含有してもよい。任意の成分としては、例えば、不動態膜形成剤(複素環化合物)、有機酸、界面活性剤、及び水溶性ポリマーを挙げることができる。これらの成分は、1種を用いてもよいし、2種以上併用してもよい。
以下、これらの任意の成分について説明する。
[Arbitrary ingredients]
The polishing liquid in the present invention may contain arbitrary components as shown below. Examples of the optional component include a passive film forming agent (heterocyclic compound), an organic acid, a surfactant, and a water-soluble polymer. These components may be used alone or in combination of two or more.
Hereinafter, these optional components will be described.
(不動態膜形成剤)
本発明における研磨液は、研磨対象の金属表面に不動態膜を形成し、基板上での化学反応を抑制する化合物として、すなわち、不動態膜形成剤として、少なくとも1種の複素環化合物を含有していてもよい。
ここで、「複素環化合物」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。また、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。更に、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。
(Passive film forming agent)
The polishing liquid in the present invention contains at least one heterocyclic compound as a compound that forms a passive film on the metal surface to be polished and suppresses a chemical reaction on the substrate, that is, as a passive film forming agent. You may do it.
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. Moreover, the heterocyclic ring means a cyclic compound having at least one hetero atom. Furthermore, a heteroatom means only those atoms that form part of a heterocyclic ring system, located 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 the ring system 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、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。 The 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、本発明において、不動態膜形成剤として用いられる複素環化合物の母核となる複素環について述べる。
本発明で用いられ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よい。単環の場合の員数は、好ましくは3〜8であり、更に好ましくは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、更に好ましくは2又は3である。
First, in the present invention, a heterocyclic ring serving as a mother nucleus of a heterocyclic compound used as a passive film forming agent will be described.
The number of members of the heterocyclic ring of the heterocyclic compound used in the present invention is not particularly limited, and it 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.
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。
すなわち、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、ベンゾイミダゾール環、ベンゾオキサゾール環、ベンゾチアゾール環、ベンゾチアジアゾール環、ベンゾフロキサン環、ナフトイミダゾール環、ベンゾトリアゾール環、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.
That is, 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 , Pyridine 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, Kridine ring, 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, benzothiazole ring Benzothiadiazole ring, benzofuroxan ring, naphthimidazole ring, benzotriazole ring, tetraazaindene ring and the like, more preferably triazole ring and tetrazole ring.
次に、上記複素環に導入しうる置換基について述べる。
なお、本発明において、下記に示すように、特定の部分を「基」と称した場合には、当該部分はそれ自体が置換されていなくても、一種以上の(可能な最多数までの)置換基で置換されていてもよいことを意味する。例えば、「アルキル基」とは置換又は無置換のアルキル基を意味する。
Next, substituents that can be introduced into the heterocyclic ring will be described.
In the present invention, as described below, when a specific part is referred to as a “group”, the part may be one or more (up to the maximum possible number) even if the part itself is not substituted. It means that it may be substituted with a substituent. For example, “alkyl group” means a substituted or unsubstituted alkyl group.
本発明で用いる複素環化合物に使用できる置換基は、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。
すなわち、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、又は沃素原子)、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、ヘテロ環基(置換する位置は問わない)、アシル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、ヘテロ環オキシカルボニル基、カルバモイル基(置換基を有するカルバモイル基としては、例えば、N−ヒドロキシカルバモイル基、N−アシルカルバモイル基、N−スルホニルカルバモイル基、N−カルバモイルカルバモイル基、チオカルバモイル基、N−スルファモイルカルバモイル基)、カルバゾイル基、カルボキシ基又はその塩、オキサリル基、オキサモイル基、シアノ基、カルボンイミドイル基、ホルミル基、ヒドロキシ基、アルコキシ基(エチレンオキシ基若しくはプロピレンオキシ基単位を繰り返し含む基を含む)、アリールオキシ基、ヘテロ環オキシ基、アシルオキシ基、(アルコキシ若しくはアリールオキシ)カルボニルオキシ基、カルバモイルオキシ基、スルホニルオキシ基、アミノ基、(アルキル基、アリール基、又はヘテロ環基)アミノ基、アシルアミノ基、スルホンアミド基、ウレイド基、チオウレイド基、N−ヒドロキシウレイド基、イミド基、(アルコキシ若しくはアリールオキシ)カルボニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、セミカルバジド基、チオセミカルバジド基、ヒドラジノ基、アンモニオ基、オキサモイルアミノ基、N−(アルキル若しくはアリール)スルホニルウレイド基、N−アシルウレイド基、N−アシルスルファモイルアミノ基、ヒドロキシアミノ基、ニトロ基、4級化された窒素原子を含むヘテロ環基(例えば、ピリジニオ基、イミダゾリオ基、キノリニオ基、イソキノリニオ基)、イソシアノ基、イミノ基、メルカプト基、(アルキル、アリール、又はヘテロ環)チオ基、(アルキル、アリール、又はヘテロ環)ジチオ基、(アルキル又はアリール)スルホニル基、(アルキル又はアリール)スルフィニル基、スルホ基又はその塩、スルファモイル基(置換基を有するスルファモイル基としては、例えば、N−アシルスルファモイル基、N−スルホニルスルファモイル基)又はその塩、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスフィニルオキシ基、ホスフィニルアミノ基、シリル基等が挙げられる。
Examples of the substituent that can be used in the heterocyclic compound used in the present invention include the following. However, it is not limited to these.
That is, a halogen atom (a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom), an alkyl group (a linear, branched, or cyclic alkyl group, even if it is a polycyclic alkyl group such as a bicycloalkyl group) A methine group), an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, a heterocyclic group (regardless of the position of substitution), an acyl group, an alkoxycarbonyl group, an aryloxycarbonyl group, a heterocyclic oxycarbonyl group, a carbamoyl group ( Examples of the carbamoyl group having a substituent include an N-hydroxycarbamoyl group, an N-acylcarbamoyl group, an N-sulfonylcarbamoyl group, an N-carbamoylcarbamoyl group, a thiocarbamoyl group, and an N-sulfamoylcarbamoyl group), a carbazoyl group. Carboxy group or a salt thereof, oxalyl group, oxy Moyl group, cyano group, carbonimidoyl group, formyl group, hydroxy group, alkoxy group (including groups containing repeating ethyleneoxy group or propyleneoxy group units), aryloxy group, heterocyclic oxy group, acyloxy group, (alkoxy group) Or aryloxy) carbonyloxy group, carbamoyloxy group, sulfonyloxy group, amino group, (alkyl group, aryl group, or heterocyclic group) amino group, acylamino group, sulfonamido group, ureido group, thioureido group, N-hydroxy Ureido group, imide group, (alkoxy or aryloxy) carbonylamino group, sulfamoylamino group, semicarbazide group, thiosemicarbazide group, hydrazino group, ammonio group, oxamoylamino group, N- (alkyl or aryl) Sulfonylureido group, N-acylureido group, N-acylsulfamoylamino group, hydroxyamino group, nitro group, heterocyclic group containing a quaternized nitrogen atom (for example, pyridinio group, imidazolio group, quinolinio group, isoquinolinio group) Group), isocyano group, imino group, mercapto group, (alkyl, aryl, or heterocyclic) thio group, (alkyl, aryl, or heterocyclic) dithio group, (alkyl or aryl) sulfonyl group, (alkyl or aryl) sulfinyl Group, a sulfo group or a salt thereof, a sulfamoyl group (the sulfamoyl group having a substituent is, for example, an N-acylsulfamoyl group or an N-sulfonylsulfamoyl group) or a salt thereof, a phosphino group, a phosphinyl group, a phosphini Luoxy group, phosphinylamino group, silyl group, etc. Is mentioned.
なお、活性メチン基とは2つの電子求引性基で置換されたメチン基を意味し、電子求引性基とは、例えば、アシル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、カルバモイル基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、スルファモイル基、トリフルオロメチル基、シアノ基、ニトロ基、カルボンイミドイル基を意味する。また、2つの電子求引性基は互いに結合して環状構造をとっていてもよい。
また、前述の置換基中における塩とは、アルカリ金属、アルカリ土類金属、重金属などの陽イオンや、アンモニウムイオン、ホスホニウムイオンなどの有機の陽イオンにより形成された塩を意味する。
The active methine group means a methine group substituted with two electron-withdrawing groups. Examples of the electron-withdrawing group include an acyl group, an alkoxycarbonyl group, an aryloxycarbonyl group, a carbamoyl group, and an alkyl group. A sulfonyl group, an arylsulfonyl group, a sulfamoyl group, a trifluoromethyl group, a cyano group, a nitro group, and a carbonimidoyl group are meant. Two electron-withdrawing groups may be bonded to each other to form a cyclic structure.
Moreover, the salt in the above-mentioned substituent means a salt formed by a cation such as alkali metal, alkaline earth metal or heavy metal, or an organic cation such as ammonium ion or phosphonium ion.
これらの中でも好ましい置換基としては、例えば、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、又は沃素原子)、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、ヘテロ環基(置換する位置は問わない)、アシル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、ヘテロ環オキシカルボニル基、カルバモイル基、N−ヒドロキシカルバモイル基、N−アシルカルバモイル基、N−スルホニルカルバモイル基、N−カルバモイルカルバモイル基、チオカルバモイル基、N−スルファモイルカルバモイル基、カルバゾイル基、オキサリル基、オキサモイル基、シアノ基、カルボンイミドイル基、ホルミル基、ヒドロキシ基、アルコキシ基(エチレンオキシ基若しくはプロピレンオキシ基単位を繰り返し含む基を含む)、アリールオキシ基、ヘテロ環オキシ基、アシルオキシ基、(アルコキシ若しくはアリールオキシ)カルボニルオキシ基、カルバモルオキシ基、スルホニルオキシ基、(アルキル、アリール、又はヘテロ環)アミノ基、アシルアミノ基、スルホンアミド基、ウレイド基、チオウレイド基、N−ヒドロキシウレイド基、イミド基、(アルコキシ若しくはアリールオキシ)カルボニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、セミカルバジド基、チオセミカルバジド基、ヒドラジノ基、アンモニオ基、オキサモイルアミノ基、N−(アルキル若しくはアリール)スルホニルウレイド基、N−アシルウレイド基、N−アシルスルファモイルアミノ基、ヒドロキシアミノ基、ニトロ基、4級化された窒素原子を含むヘテロ環基(例えば、ピリジニオ基、イミダゾリオ基、キノリニオ基、イソキノリニオ基)、イソシアノ基、イミノ基、メルカプト基、(アルキル、アリール、又はヘテロ環)チオ基、(アルキル、アリール、又はヘテロ環)ジチオ基、(アルキル又はアリール)スルホニル基、(アルキル又はアリール)スルフィニル基、スルホ基又はその塩、スルファモイル基、N−アシルスルファモイル基、N−スルホニルスルファモイル基又はその塩、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスフィニルオキシ基、ホスフィニルアミノ基、シリル基等が挙げられる。 Among these, preferable substituents include, for example, a halogen atom (a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom), an alkyl group (a linear, branched, or cyclic alkyl group, and many like a bicycloalkyl group). A cyclic alkyl group or an active methine group), an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, a heterocyclic group (regarding the position of substitution), an acyl group, an alkoxycarbonyl group, an aryloxycarbonyl group, Heterocyclic oxycarbonyl group, carbamoyl group, N-hydroxycarbamoyl group, N-acylcarbamoyl group, N-sulfonylcarbamoyl group, N-carbamoylcarbamoyl group, thiocarbamoyl group, N-sulfamoylcarbamoyl group, carbazoyl group, oxalyl group , Oxamoyl group, cyano group, carboximide Ruyl group, formyl group, hydroxy group, alkoxy group (including groups containing ethyleneoxy group or propyleneoxy group unit), aryloxy group, heterocyclic oxy group, acyloxy group, (alkoxy or aryloxy) carbonyloxy group, Carbamoloxy group, sulfonyloxy group, (alkyl, aryl, or heterocyclic) amino group, acylamino group, sulfonamide group, ureido group, thioureido group, N-hydroxyureido group, imide group, (alkoxy or aryloxy) carbonyl Amino group, sulfamoylamino group, semicarbazide group, thiosemicarbazide group, hydrazino group, ammonio group, oxamoylamino group, N- (alkyl or aryl) sulfonylureido group, N-acylureido group, N-acyl Sulfamoylamino group, hydroxyamino group, nitro group, heterocyclic group containing a quaternized nitrogen atom (eg, pyridinio group, imidazolio group, quinolinio group, isoquinolinio group), isocyano group, imino group, mercapto group, (Alkyl, aryl, or heterocyclic) thio group, (alkyl, aryl, or heterocyclic) dithio group, (alkyl or aryl) sulfonyl group, (alkyl or aryl) sulfinyl group, sulfo group or a salt thereof, sulfamoyl group, N -Acylsulfamoyl group, N-sulfonylsulfamoyl group or a salt thereof, phosphino group, phosphinyl group, phosphinyloxy group, phosphinylamino group, silyl group and the like.
更に好ましくは、例えば、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、又は沃素原子)、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、ヘテロ環基(置換する位置は問わない)が挙げられる。 More preferably, for example, a halogen atom (a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom), an alkyl group (a linear, branched or cyclic alkyl group, and a polycyclic alkyl group such as a bicycloalkyl group). Or an active methine group may be included), an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, or a heterocyclic group (regarding the position of substitution).
また、上記置換基の2つが互いに結合して環構造を形成していてもよい。形成される環構造としては、芳香族、又は非芳香族の炭化水素環、又は複素環が挙げられ、これらは、更に組み合わされて多環縮合環を形成することができる。
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、フェナントレン環、フルオレン環、トリフェニレン環、ナフタセン環、ビフェニル環、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、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、インドリジン環、インドール環、ベンゾフラン環、ベンゾチオフェン環、イソベンゾフラン環、キノリジン環、キノリン環、フタラジン環、ナフチリジン環、キノキサリン環、キノキサゾリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、フェナントリジン環、アクリジン環、フェナントロリン環、チアントレン環、クロメン環、キサンテン環、フェノキサチイン環、フェノチアジン環、フェナジン環が挙げられる。
Two of the above substituents may be bonded to each other to form a ring structure. Examples of the ring structure formed include an aromatic or non-aromatic hydrocarbon ring or a heterocyclic ring, and these can be further combined to form a polycyclic fused ring.
Specifically, for example, benzene ring, naphthalene ring, anthracene ring, phenanthrene ring, fluorene ring, triphenylene ring, naphthacene ring, biphenyl ring, pyrrole ring, furan ring, thiophene ring, imidazole ring, oxazole ring, thiazole ring, pyridine Ring, pyrazine ring, pyrimidine ring, pyridazine ring, indolizine ring, indole ring, benzofuran ring, benzothiophene ring, isobenzofuran ring, quinolidine ring, quinoline ring, phthalazine ring, naphthyridine ring, quinoxaline ring, quinoxazoline ring, isoquinoline ring, Examples thereof include carbazole ring, phenanthridine ring, acridine ring, phenanthroline ring, thianthrene ring, chromene ring, xanthene ring, phenoxathiin ring, phenothiazine ring, and phenazine ring.
本発明において、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、これらに限定されるものではないが以下のものが挙げられる。
すなわち、研磨液Aにおいては、1−H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、2キノリンカルボン酸、ベンゾトリアゾールである。
また、研磨液Bにおいては、ベンゾトリアゾールである。
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, in the polishing liquid A, 1-H 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, 2 quinolinecarboxylic acid, and benzotriazole.
In the polishing liquid B, it is benzotriazole.
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、このような複素環化合物は、常法に従って合成できるほか、市販品を使用してもよい。
The heterocyclic compound in this invention may be used independently and may be used together 2 or more types.
Moreover, such a heterocyclic compound 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(不動態膜形成剤)は、導体膜を研磨する研磨液A:1Lに対して、0.01〜100mmolの割合で添加されることが好ましく、0.1〜30mmolの割合で含有されることがより好ましい。即ち、研磨液Aに対する複素環化合物の添加量は、平坦化特性の点で0.01mmol以上が好ましく、研磨速度の点から100mmol以下が好ましい。
一方、本発明における複素環化合物(不動態膜形成剤)は、バリア金属膜を研磨する研磨液B:1Lに対して、1.0〜100mmolの割合で添加されることが好ましく、5.0〜50mmolの割合で含有されることがより好ましい。即ち、研磨液Bに対する複素環化合物の添加量は、平坦化特性の点で1.0mmol以上が好ましく、研磨速度の点から100mmol以下が好ましい。
The heterocyclic compound (passive film forming agent) in the present invention is preferably added at a ratio of 0.01 to 100 mmol with respect to 1 L of polishing liquid A for polishing the conductor film, More preferably, it is contained in a proportion. That is, the amount of the heterocyclic compound added to the polishing liquid A is preferably 0.01 mmol or more in terms of planarization characteristics, and is preferably 100 mmol or less in terms of polishing rate.
On the other hand, the heterocyclic compound (passive film forming agent) in the present invention is preferably added at a ratio of 1.0 to 100 mmol with respect to 1 L of polishing liquid B for polishing the barrier metal film, and 5.0 More preferably, it is contained at a ratio of ˜50 mmol. That is, the amount of the heterocyclic compound added to the polishing liquid B is preferably 1.0 mmol or more in terms of planarization characteristics, and preferably 100 mmol or less in terms of polishing rate.
(有機酸)
本発明における研磨液には更に有機酸を含有することが好ましい。ここでいう有機酸は、金属を酸化するために用いる酸化剤とは構造が異なる化合物であり、前述の酸化剤として機能する酸を包含するものではない。ここでの有機酸は、酸化の促進、pH調整、緩衝剤としての作用を有する。
(Organic acid)
The polishing liquid in the present invention preferably further contains an organic acid. The organic acid here is a compound having a structure different from that of the oxidant used to oxidize the metal, and does not include an acid that functions as the oxidant described above. The organic acid here has an action of promoting oxidation, adjusting pH, and buffering agent.
有機酸としては、以下の群から選ばれたものがより適している。
すなわち、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、2−メチル酪酸、n−ヘキサン酸、3,3−ジメチル酪酸、2−エチル酪酸、4−メチルペンタン酸、n−ヘプタン酸、2−メチルヘキサン酸、n−オクタン酸、2−エチルヘキサン酸、安息香酸、グリコール酸、サリチル酸、グリセリン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、マレイン酸、フタル酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、乳酸、及びそれらのアンモニウム塩やアルカリ金属塩等の塩、硫酸、硝酸、アンモニア、アンモニウム塩類、又はそれらの混合物等が挙げられる。
これらの中では、ギ酸、マロン酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸が、銅、銅合金及び銅又は銅合金の酸化物から選ばれた少なくとも1種の金属層を含む積層膜に対して、好適である。
As the organic acid, one selected from the following group is more suitable.
That is, formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, 2-methylbutyric acid, n-hexanoic acid, 3,3-dimethylbutyric acid, 2-ethylbutyric acid, 4-methylpentanoic acid, n-heptanoic acid, 2-methyl Hexanoic acid, n-octanoic acid, 2-ethylhexanoic acid, benzoic acid, glycolic acid, salicylic acid, glyceric acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, maleic acid, phthalic acid, apple Examples thereof include acids, tartaric acid, citric acid, lactic acid, and salts thereof such as ammonium salts and alkali metal salts, sulfuric acid, nitric acid, ammonia, ammonium salts, and mixtures thereof.
Among these, formic acid, malonic acid, malic acid, tartaric acid, and citric acid are suitable for a laminated film including at least one metal layer selected from copper, copper alloys, and copper or copper alloy oxides. It is.
アミノ酸としては、水溶性のものが好ましい。以下の群から選ばれたものがより適している。例えば、グリシン、ジヒドロキシエチルグリシン、トリシン、L−アラニン、β−アラニン、L−2−アミノ酪酸、L−ノルバリン、L−バリン、L−ロイシン、L−ノルロイシン、L−イソロイシン、L−アロイソロイシン、L−フェニルアラニン、L−プロリン、サルコシン、L−オルニチン、L−リシン、タウリン、L−セリン、L−トレオニン、L−アロトレオニン、L−ホモセリン、L−チロシン、3,5−ジヨード−L−チロシン、β−(3,4−ジヒドロキシフェニル)−L−アラニン、L−チロキシン、4−ヒドロキシ−L−プロリン、L−システィン、L−メチオニン、L−エチオニン、L−ランチオニン、L−シスタチオニン、L−シスチン、L−システィン酸、L−アスパラギン酸、L−グルタミン酸、S−(カルボキシメチル)−L−システィン、4−アミノ酪酸、L−アスパラギン、L−グルタミン、アザセリン、L−アルギニン、L−カナバニン、L−シトルリン、δ−ヒドロキシ−L−リシン、クレアチン、L−キヌレニン、L−ヒスチジン、1−メチル−L−ヒスチジン、3−メチル−L−ヒスチジン、エルゴチオネイン、L−トリプトファン、アクチノマイシンC1、アパミン、アンギオテンシンI、アンギオテンシンII、及びアンチパイン等のアミノ酸等から少なくとも1種を含むことが望ましい。 The amino acid is preferably water-soluble. Those selected from the following group are more suitable. For example, glycine, dihydroxyethylglycine, tricine, L-alanine, β-alanine, L-2-aminobutyric acid, L-norvaline, L-valine, L-leucine, L-norleucine, L-isoleucine, L-alloisoleucine, L-phenylalanine, L-proline, sarcosine, L-ornithine, L-lysine, taurine, L-serine, L-threonine, L-allothreonine, L-homoserine, L-tyrosine, 3,5-diiodo-L-tyrosine , Β- (3,4-dihydroxyphenyl) -L-alanine, L-thyroxine, 4-hydroxy-L-proline, L-cysteine, L-methionine, L-ethionine, L-lanthionine, L-cystathionine, L- Cystine, L-cysteic acid, L-aspartic acid, L-glutamic acid, S- (carboxyl Cymethyl) -L-cystine, 4-aminobutyric acid, L-asparagine, L-glutamine, azaserine, L-arginine, L-canavanine, L-citrulline, δ-hydroxy-L-lysine, creatine, L-quinurenin, L- Containing at least one of amino acids such as histidine, 1-methyl-L-histidine, 3-methyl-L-histidine, ergothioneine, L-tryptophan, actinomycin C1, apamin, angiotensin I, angiotensin II, and antipine. Is desirable.
これらの有機酸の中でも、導電膜を研磨する研磨液Aには、グリコール酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、乳酸、グリシン、ジヒドロキシエチルグリシン、トリシン、L−アラニン、β−アラニン、L−バリン、L−フェニルアラニン、L−リシン、L−セリン、L−ヒスチジンが好適であり、特に、グリシン、L−アラニン、ジヒドロキシエチルグリシン、トリシン、シュウ酸、リンゴ酸が好ましい。
また、バリア金属膜を研磨する研磨液Bには、グリコール酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、乳酸、グリシン、ジヒドロキシエチルグリシン、トリシン、L−アラニン、β−アラニン、L−バリン、L−フェニルアラニン、L−リシン、L−セリン、L−ヒスチジンが好適であり、特に、乳酸、グリコール酸、酒石酸が好ましい。
Among these organic acids, the polishing liquid A for polishing the conductive film includes glycolic acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, malic acid, tartaric acid, citric acid, lactic acid, glycine, dihydroxyethylglycine, tricine, L- Alanine, β-alanine, L-valine, L-phenylalanine, L-lysine, L-serine, and L-histidine are preferable, and glycine, L-alanine, dihydroxyethylglycine, tricine, oxalic acid, malic acid are particularly preferable. preferable.
The polishing liquid B for polishing the barrier metal film includes glycolic acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, malic acid, tartaric acid, citric acid, lactic acid, glycine, dihydroxyethylglycine, tricine, L-alanine, β- Alanine, L-valine, L-phenylalanine, L-lysine, L-serine, and L-histidine are preferable, and lactic acid, glycolic acid, and tartaric acid are particularly preferable.
本発明における有機酸は、導体膜を研磨する研磨液A:1Lに対して、0.01〜0.5molの割合で添加されることが好ましく、0.05〜0.3molの割合で含有されることがより好ましい。即ち、研磨液Aに対する有機酸の添加量は、研磨速度の点で0.01mol以上が好ましく、平坦化特性点から0.5mol以下が好ましい。
一方、本発明における有機酸は、バリア金属膜を研磨する研磨液B:1Lに対して、0.05〜0.7molの割合で添加されることが好ましく、0.1〜0.5molの割合で含有されることがより好ましい。即ち、研磨液Bに対する有機酸の添加量は、研磨速度の点で0.05mol以上が好ましく、平坦化特性、キズ点から0.7mol以下が好ましい。
The organic acid in the present invention is preferably added in a proportion of 0.01 to 0.5 mol, and contained in a proportion of 0.05 to 0.3 mol, with respect to 1 L of polishing liquid A for polishing the conductor film. More preferably. That is, the amount of the organic acid added to the polishing liquid A is preferably 0.01 mol or more in terms of polishing rate, and preferably 0.5 mol or less in terms of planarization characteristics.
On the other hand, the organic acid in the present invention is preferably added at a ratio of 0.05 to 0.7 mol, and a ratio of 0.1 to 0.5 mol, with respect to 1 L of the polishing liquid B for polishing the barrier metal film. More preferably, it is contained. That is, the amount of the organic acid added to the polishing liquid B is preferably 0.05 mol or more in terms of polishing rate, and is preferably 0.7 mol or less in terms of planarization characteristics and scratch points.
(界面活性剤及び/又は親水性化合物)
本発明における研磨液は、界面活性剤及び/又は親水性化合物を含有することが好ましい。界面活性剤及び親水性化合物(親水性ポリマーを含む)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。
(Surfactant and / or hydrophilic compound)
The polishing liquid in the present invention preferably contains a surfactant and / or a hydrophilic compound. Both the surfactant and the hydrophilic compound (including the hydrophilic polymer) have an action of reducing the contact angle of the surface to be polished, and an action of promoting uniform polishing.
用いられる界面活性剤及び親水性化合物としては、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、カルボン酸塩として、石鹸、N−アシルアミノ酸塩、ポリオキシエチレン又はポリオキシプロピレンアルキルエーテルカルボン酸塩、アシル化ペプチド;スルホン酸塩として、アルキルスルホン酸塩、アルキルベンゼン及びアルキルナフタレンスルホン酸塩、ナフタレンスルホン酸塩、スルホコハク酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、N−アシルスルホン酸塩;硫酸エステル塩として、硫酸化油、アルキル硫酸塩、アルキルエーテル硫酸塩、ポリオキシエチレン又はポリオキシプロピレンアルキルアリルエーテル硫酸塩、アルキルアミド硫酸塩;リン酸エステル塩として、アルキルリン酸塩、ポリオキシエチレン又はポリオキシプロピレンアルキルアリルエーテルリン酸塩を挙げることができる。
As the surfactant and the hydrophilic compound to be used, those selected from the following group are suitable.
Examples of the anionic surfactant include carboxylate, sulfonate, sulfate ester salt and phosphate ester salt. Examples of the carboxylate salt include soap, N-acyl amino acid salt, polyoxyethylene or polyoxypropylene alkyl ether carboxyl. Acid salt, acylated peptide; as sulfonate, alkyl sulfonate, alkyl benzene and alkyl naphthalene sulfonate, naphthalene sulfonate, sulfosuccinate, α-olefin sulfonate, N-acyl sulfonate; sulfate ester Salts include sulfated oil, alkyl sulfates, alkyl ether sulfates, polyoxyethylene or polyoxypropylene alkyl allyl ether sulfates, alkyl amide sulfates; phosphate ester salts such as alkyl phosphates, polyoxyethylene or polyoxypropyls. Can pyrene alkyl allyl ether phosphates.
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;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る。 As cationic surfactant, aliphatic amine salt, aliphatic quaternary ammonium salt, benzalkonium chloride salt, benzethonium chloride, pyridinium salt, imidazolinium salt; carboxybetaine type, aminocarboxylate as amphoteric surfactant And imidazolinium betaine, lecithin, and alkylamine oxide.
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、エーテル型として、ポリオキシエチレンアルキル及びアルキルフェニルエーテル、アルキルアリルホルムアルデヒド縮合ポリオキシエチレンエーテル、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、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテルが挙げられ、エーテルエステル型として、グリセリンエステルのポリオキシエチレンエーテル、ソルビタンエステルのポリオキシエチレンエーテル、ソルビトールエステルのポリオキシエチレンエーテル、エステル型として、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、グリセリンエステル、ポリグリセリンエステル、ソルビタンエステル、プロピレングリコールエステル、ショ糖エステル、含窒素型として、脂肪酸アルカノールアミド、ポリオキシエチレン脂肪酸アミド、ポリオキシエチレンアルキルアミド等が例示される。
これらの他、フッ素系界面活性剤などを用いることもできる。
Nonionic surfactants include ether type, ether ester type, ester type and nitrogen-containing type. Ether type includes polyoxyethylene alkyl and alkylphenyl ether, alkylallyl formaldehyde condensed polyoxyethylene ether, polyoxyethylene poly Examples include oxypropylene block polymer, polyoxyethylene polyoxypropylene alkyl ether, ether ester type, glycerin ester polyoxyethylene ether, sorbitan ester polyoxyethylene ether, sorbitol ester polyoxyethylene ether, ester type, Polyethylene glycol fatty acid ester, glycerin ester, polyglycerin ester, sorbitan ester, propylene glycol ester , Sucrose esters, nitrogen-containing type, fatty acid alkanolamides, polyoxyethylene fatty acid amides, polyoxyethylene alkyl amide, and the like.
In addition to these, fluorine-based surfactants and the like can also be used.
更に、その他の界面活性剤、親水性化合物(親水性ポリマーを含む)等としては、グリセリンエステル、ソルビタンエステル、メトキシ酢酸、エトキシ酢酸、3−エトキシプロピオン酸及びアラニンエチルエステル等のエステル;ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ポリエチレングリコールアルキルエーテル、ポリエチレングリコールアルケニルエーテル、アルキルポリエチレングリコール、アルキルポリエチレングリコールアルキルエーテル、アルキルポリエチレングリコールアルケニルエーテル、アルケニルポリエチレングリコール、アルケニルポリエチレングリコールアルキルエーテル、アルケニルポリエチレングリコールアルケニルエーテル、ポリプロピレングリコールアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールアルケニルエーテル、アルキルポリプロピレングリコール、アルキルポリプロピレングリコールアルキルエーテル、アルキルポリプロピレングリコールアルケニルエーテル、アルケニルポリプロピレングリコール、アルケニルポリプロピレングリコールアルキルエーテル及びアルケニルポリプロピレングリコールアルケニルエーテル等のエーテル;アルギン酸、ペクチン酸、カルボキシメチルセルロース、カードラン及びプルラン等の多糖類;グリシンアンモニウム塩及びグリシンナトリウム塩等のアミノ酸塩;ポリアスパラギン酸、ポリグルタミン酸、ポリリシン、ポリリンゴ酸、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸アンモニウム塩、ポリメタクリル酸ナトリウム塩、ポリアミド酸、ポリマレイン酸、ポリイタコン酸、ポリフマル酸、ポリ(p−スチレンカルボン酸)、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、アミノポリアクリルアミド、ポリアクリル酸アンモニウム塩、ポリアクリル酸ナトリウム塩、ポリアミド酸、ポリアミド酸アンモニウム塩、ポリアミド酸ナトリウム塩及びポリグリオキシル酸等のポリカルボン酸及びその塩;ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン及びポリアクロレイン等のビニル系ポリマー;メチルタウリン酸アンモニウム塩、メチルタウリン酸ナトリウム塩、硫酸メチルナトリウム塩、硫酸エチルアンモニウム塩、硫酸ブチルアンモニウム塩、ビニルスルホン酸ナトリウム塩、1−アリルスルホン酸ナトリウム塩、2−アリルスルホン酸ナトリウム塩、メトキシメチルスルホン酸ナトリウム塩、エトキシメチルスルホン酸アンモニウム塩、3−エトキシプロピルスルホン酸ナトリウム塩、メトキシメチルスルホン酸ナトリウム塩、エトキシメチルスルホン酸アンモニウム塩、3−エトキシプロピルスルホン酸ナトリウム塩及びスルホコハク酸ナトリウム塩等のスルホン酸及びその塩;プロピオンアミド、アクリルアミド、メチル尿素、ニコチンアミド、コハク酸アミド及びスルファニルアミド等のアミド等が挙げられる。 Furthermore, as other surfactants and hydrophilic compounds (including hydrophilic polymers), esters such as glycerin ester, sorbitan ester, methoxyacetic acid, ethoxyacetic acid, 3-ethoxypropionic acid and alanine ethyl ester; polyethylene glycol, Polypropylene glycol, polytetramethylene glycol, polyethylene glycol alkyl ether, polyethylene glycol alkenyl ether, alkyl polyethylene glycol, alkyl polyethylene glycol alkyl ether, alkyl polyethylene glycol alkenyl ether, alkenyl polyethylene glycol, alkenyl polyethylene glycol alkyl ether, alkenyl polyethylene glycol alkenyl ether, Polypropylene glycol alkyl Ethers such as polypropylene glycol alkenyl ether, alkyl polypropylene glycol, alkyl polypropylene glycol alkyl ether, alkyl polypropylene glycol alkenyl ether, alkenyl polypropylene glycol, alkenyl polypropylene glycol alkyl ether and alkenyl polypropylene glycol alkenyl ether; alginic acid, pectic acid, carboxymethyl cellulose, Polysaccharides such as curdlan and pullulan; amino acid salts such as glycine ammonium salt and glycine sodium salt; polyaspartic acid, polyglutamic acid, polylysine, polymalic acid, polymethacrylic acid, polymethacrylic acid ammonium salt, polymethacrylic acid sodium salt, polyamide Acid, polymaleic acid Polyitaconic acid, polyfumaric acid, poly (p-styrenecarboxylic acid), polyacrylic acid, polyacrylamide, aminopolyacrylamide, polyacrylic acid ammonium salt, polyacrylic acid sodium salt, polyamic acid, polyamic acid ammonium salt, polyamic acid sodium salt And polycarboxylic acids such as polyglyoxylic acid and salts thereof; vinyl polymers such as polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone and polyacrolein; methyl taurate ammonium salt, methyl taurate sodium salt, methyl sodium sulfate salt, ethyl ammonium sulfate salt, sulfuric acid Butyl ammonium salt, vinyl sulfonic acid sodium salt, 1-allyl sulfonic acid sodium salt, 2-allyl sulfonic acid sodium salt, methoxymethyl sulfonic acid sodium salt, ethoxy Sulfonic acid and its salts such as methylsulfonic acid ammonium salt, 3-ethoxypropylsulfonic acid sodium salt, methoxymethylsulfonic acid sodium salt, ethoxymethylsulfonic acid ammonium salt, 3-ethoxypropylsulfonic acid sodium salt and sulfosuccinic acid sodium salt; Examples include amides such as propionamide, acrylamide, methylurea, nicotinamide, succinic acid amide and sulfanilamide.
上記の例示された化合物の中でも、研磨液Aについては、シクロヘキサノール、ポリオキシエチレンアルキルエーテルカルボン酸塩、アルキルスルホン酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル硫酸塩、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテルリン酸塩がより好ましく、研磨液Bについては、 ポリオキシエチレンアルキルエーテルカルボン酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル硫酸塩、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテルリン酸塩がより好ましい。 Among the compounds exemplified above, for the polishing liquid A, cyclohexanol, polyoxyethylene alkyl ether carboxylate, alkyl sulfonate, alkyl benzene sulfonate, polyoxyethylene alkyl allyl ether sulfate, polyoxyethylene alkyl Allyl ether phosphate is more preferable, and for polishing liquid B, polyoxyethylene alkyl ether carboxylate, alkylbenzene sulfonate, polyoxyethylene alkyl allyl ether sulfate, and polyoxyethylene alkyl allyl ether phosphate are more preferable. .
但し、上記のような化合物を含む研磨液を適用する基体が、半導体集積回路用シリコン基板などの場合は、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は好ましくないため、酸若しくはそのアンモニウム塩を用いることが好ましい。一方、基体がガラス基板等である場合はその限りではない。 However, in the case where the substrate to which the polishing liquid containing the above compound is applied is a silicon substrate for a semiconductor integrated circuit or the like, contamination with alkali metal, alkaline earth metal, halide, etc. is not preferable. It is preferable to use a salt. On the other hand, this is not the case when the substrate is a glass substrate or the like.
界面活性剤及び/又は親水性化合物の添加量は、研磨に使用する際の研磨液A(即ち、水又は水溶液で希釈する場合は希釈後の研磨液)1L中、0.0001g〜0.05gとすることが好ましく、0.0005g〜0.01gとすることがより好ましく0.001g〜0.007gとすることが特に好ましい。すなわち、界面活性剤及び/又は親水性化合物の添加量は、充分な効果を得る上で、0.0001g以上が好ましく、CMP速度の低下防止の点から0.1g以下が好ましい。
また、研磨に使用する際の研磨液B(即ち、水又は水溶液で希釈する場合は希釈後の研磨液)1L中、0.0001g〜0.1gとすることが好ましく、0.0005g〜0.05gとすることがより好ましく0.001g〜0.01gとすることが特に好ましい。すなわち、界面活性剤及び/又は親水性化合物の添加量は、充分な効果を得る上で、0.0001g以上が好ましく、CMP速度の低下防止の点から0.1g以下が好ましい。
The addition amount of the surfactant and / or the hydrophilic compound is 0.0001 g to 0.05 g in 1 L of the polishing liquid A used for polishing (that is, the diluted polishing liquid when diluted with water or an aqueous solution). It is preferable to be 0.0005 g to 0.01 g, and it is particularly preferable to be 0.001 g to 0.007 g. That is, the addition amount of the surfactant and / or the hydrophilic compound is preferably 0.0001 g or more from the viewpoint of obtaining a sufficient effect, and preferably 0.1 g or less from the viewpoint of preventing a decrease in the CMP rate.
Moreover, it is preferable to set it as 0.0001g-0.1g in 1L of polishing liquid B at the time of using for grinding | polishing (namely, when diluted with water or aqueous solution), 0.0005g-0. The amount is more preferably 05 g, and particularly preferably 0.001 g to 0.01 g. That is, the addition amount of the surfactant and / or the hydrophilic compound is preferably 0.0001 g or more from the viewpoint of obtaining a sufficient effect, and preferably 0.1 g or less from the viewpoint of preventing a decrease in the CMP rate.
(無機酸、アルカリ剤、緩衝剤)
本発明における研磨液は、必要に応じて、pH調整のために無機酸、アルカリ剤、更には、pHの変動抑制の点から緩衝剤を含有することができる。
(Inorganic acid, alkali agent, buffer)
The polishing liquid in the present invention can contain an inorganic acid, an alkali agent, and further a buffer from the viewpoint of suppressing pH fluctuations, as necessary, for pH adjustment.
無機酸としては、硫酸、硝酸、ホウ酸、燐酸、炭酸などが挙げられる。これらの中でも、研磨液Aに含有するには、硫酸、燐酸、硝酸が好ましく、研磨液Bに含有するには、硫酸、燐酸、硝酸が好ましい。 Examples of the inorganic acid include sulfuric acid, nitric acid, boric acid, phosphoric acid, and carbonic acid. Among these, sulfuric acid, phosphoric acid, and nitric acid are preferable for inclusion in the polishing liquid A, and sulfuric acid, phosphoric acid, and nitric acid are preferable for inclusion in the polishing liquid B.
アルカリ剤及び緩衝剤としては、アンモニア、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、炭酸塩、リン酸塩、ホウ酸塩、四ホウ酸塩、ヒドロキシ安息香酸塩、グリシル塩、N,N−ジメチルグリシン塩、ロイシン塩、ノルロイシン塩、グアニン塩、3,4−ジヒドロキシフェニルアラニン塩、アラニン塩、アミノ酪酸塩、2−アミノ−2−メチル−1,3−プロパンジオール塩、バリン塩、プロリン塩、トリスヒドロキシアミノメタン塩、リシン塩などを用いることができる。 Alkaline agents and buffering agents include organic ammonium hydroxides such as ammonia, ammonium hydroxide and tetramethylammonium hydroxide, non-metallic alkaline agents such as alkanolamines such as diethanolamine, triethanolamine, triisopropanolamine, Alkali metal hydroxide such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, carbonate, phosphate, borate, tetraborate, hydroxybenzoate, glycyl salt, N, N-dimethylglycine salt , Leucine salt, norleucine salt, guanine salt, 3,4-dihydroxyphenylalanine salt, alanine salt, aminobutyrate, 2-amino-2-methyl-1,3-propanediol salt, valine salt, proline salt, trishydroxyamino Use methane salt, lysine salt, etc. It is possible.
アルカリ剤及び緩衝剤の具体例としては、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、重炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム、リン酸三ナトリウム、リン酸三カリウム、リン酸二ナトリウム、リン酸二カリウム、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸カリウム、四ホウ酸ナトリウム(ホウ砂)、四ホウ酸カリウム、o−ヒドロキシ安息香酸ナトリウム(サリチル酸ナトリウム)、o−ヒドロキシ安息香酸カリウム、5−スルホ−2−ヒドロキシ安息香酸ナトリウム(5−スルホサリチル酸ナトリウム)、5−スルホ−2−ヒドロキシ安息香酸カリウム(5−スルホサリチル酸カリウム)、水酸化アンモニウムなどを挙げることができる。 Specific examples of alkaline agents and buffering agents include ammonia, sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, sodium carbonate, potassium carbonate, sodium bicarbonate, potassium bicarbonate, trisodium phosphate, tripotassium phosphate, phosphorus Disodium acid, dipotassium phosphate, sodium borate, potassium borate, sodium tetraborate (borax), potassium tetraborate, sodium o-hydroxybenzoate (sodium salicylate), potassium o-hydroxybenzoate, 5 -Sodium sulfo-2-hydroxybenzoate (sodium 5-sulfosalicylate), potassium 5-sulfo-2-hydroxybenzoate (potassium 5-sulfosalicylate), ammonium hydroxide and the like.
特に好ましいアルカリ剤及び緩衝剤として、研磨液Aについては、アンモニア、水酸化アンモニウム、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、であり、研磨液Bについては、アンモニア、水酸化アンモニウムである。 Particularly preferable alkaline agents and buffering agents are ammonia, ammonium hydroxide, lithium hydroxide and tetramethylammonium hydroxide for the polishing liquid A, and ammonia and ammonium hydroxide for the polishing liquid B.
本発明で使用する研磨液A及び研磨液BのpHは、2〜7であることが好ましい。
また、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)のpHは、研磨液Aでは3.0〜7.0が好ましく、3.5〜6.5がより好ましい。研磨液Bでは、2.0〜5.0が好ましく、2.5〜4.5がより好ましい。
The pH of the polishing liquid A and the polishing liquid B used in the present invention is preferably 2-7.
The pH of the polishing liquid used for polishing (that is, the diluted polishing liquid when diluted with water or an aqueous solution) is preferably 3.0 to 7.0 in the polishing liquid A, and preferably 3.5 to 6 .5 is more preferred. In the polishing liquid B, 2.0-5.0 are preferable and 2.5-4.5 are more preferable.
(分散媒)
本発明における研磨液A及び研磨液Bには、分散媒として、水単独、又は水を主成分(分散媒中、50〜99質量%)とし、アルコ−ル、グリコ−ル等の水溶性有機溶媒を副成分(1〜30質量%)として配合したものが使用できる。
水は、できる限り巨大粒子を含まない純水又はイオン交換水が好ましい。
アルコールとしては、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコールが、グリコ−ル類としては、エチレングリコール、テトラメチレングリコール、ジエチレングリコ−ル、プロピレングリコ−ル、ポリエチレングリコ−ル、等が挙げられる。
これらの中で、研磨液Aに含有することができる好ましい例としては、純水が挙げられ、研磨液Bに含有することができる好ましい例としては、純水が挙げられる。
(Dispersion medium)
In the polishing liquid A and the polishing liquid B in the present invention, water alone or water as a main component (50 to 99% by mass in the dispersion medium) is used as a dispersion medium, and water-soluble organic materials such as alcohol and glycol. What mix | blended the solvent as a subcomponent (1-30 mass%) can be used.
The water is preferably pure water or ion-exchanged water that does not contain macro particles as much as possible.
Examples of the alcohol include methyl alcohol, ethyl alcohol, and isopropyl alcohol, and examples of the glycol include ethylene glycol, tetramethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, and polyethylene glycol.
Among these, a preferable example that can be contained in the polishing liquid A is pure water, and a preferable example that can be contained in the polishing liquid B is pure water.
研磨液中に占める分散媒の含有量は、研磨液Aでは90.0〜99.9質量%、好ましくは94.0〜99.0質量%である。研磨液の基板上への供給性の観点から90.0質量%以上が好ましく、研磨速度の観点から99.9質量%以下が好ましい。
また、研磨液Bでは80.0〜95.0質量%、好ましくは85.0〜90.0質量%である。研磨液の基板上への供給性の観点から80.0質量%以上が好ましく、研磨速度の観点から95.0質量%以下が好ましい。
In the polishing liquid A, the content of the dispersion medium in the polishing liquid is 90.0 to 99.9% by mass, preferably 94.0 to 99.0% by mass. 90.0 mass% or more is preferable from a viewpoint of the supply property of the polishing liquid onto the substrate, and 99.9 mass% or less is preferable from the viewpoint of a polishing rate.
Moreover, in the polishing liquid B, it is 80.0-95.0 mass%, Preferably it is 85.0-90.0 mass%. From the viewpoint of supplying the polishing liquid onto the substrate, 80.0% by mass or more is preferable, and from the viewpoint of polishing rate, 95.0% by mass or less is preferable.
本発明における研磨液A及び研磨液Bは、粒子の濃度を制御する以外は、いずれの研磨液に対しても、研磨面への吸着性や反応性、研磨金属の溶解性、被研磨面の電気化学的性質、化合物官能基の解離状態、液としての安定性などにより、適時、化合物種、その添加量やpH、分散媒を設定することが好ましい。 In the present invention, the polishing liquid A and the polishing liquid B, except for controlling the concentration of particles, adsorb to and react with any polishing liquid, the solubility of the polishing metal, and the surface to be polished. Depending on the electrochemical properties, the dissociation state of the functional group of the compound, the stability as a liquid, and the like, it is preferable to set the compound species, the addition amount and pH, and the dispersion medium in a timely manner.
〔バリア金属膜と導体膜とを有する半導体集積回路(配線金属原材料)〕
本発明における前述の研磨液に研磨される対象、すなわちバリア金属膜と導体膜とを有する半導体集積回路は、下記のような配線を有するものが好ましい。
本発明において、研磨する対象は、例えば、LSI等の半導体における、銅金属及び/又は銅合金からなる配線が好ましく、特に、銅合金からなる配線が好ましい。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質量%以下が好ましく、特に、10質量%以下、更には1質量%以下が好ましく、0.00001〜0.1質量%の範囲で銀を含有する銅合金において最も優れた効果を発揮する。
[Semiconductor integrated circuit having a barrier metal film and a conductor film (wiring metal raw material)]
The object to be polished by the above-described polishing liquid in the present invention, that is, the semiconductor integrated circuit having the barrier metal film and the conductor film, preferably has the following wiring.
In the present invention, the object to be polished is preferably a wiring made of copper metal and / or a copper alloy in a semiconductor such as an LSI, and particularly a wiring made of a copper alloy is preferable. Furthermore, the copper alloy containing silver is preferable among copper alloys. 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, and copper containing silver in the range of 0.00001 to 0.1% by mass. Exhibits the most excellent effect in alloys.
(配線の太さ)
本発明においては、前述の研磨液で研磨する対象である半導体が、例えば、DRAMデバイス系では、ハーフピッチで0.15μm以下である配線を有するLSIであることが好ましく、また、0.10μm以下の配線であることがより好ましく、0.09μm以下の配線であることが更に好ましい。
一方、MPUデバイス系では、ハーフピッチで0.12μm以下である配線を有するLSIであることが好ましく、また、0.09μm以下の配線であることがより好ましく、0.07μm以下の配線であることが更に好ましい。
これらのLSIに対して、前述の研磨液は特に優れた効果を発揮する。
(Wiring thickness)
In the present invention, the semiconductor to be polished with the above-described polishing liquid is preferably an LSI having a wiring with a half pitch of 0.15 μm or less in a DRAM device system, for example, and 0.10 μm or less. It is more preferable that the wiring is 0.09 μm or less.
On the other hand, in the MPU device system, an LSI having a wiring with a half pitch of 0.12 μm or less is preferable, a wiring of 0.09 μm or less is more preferable, and a wiring of 0.07 μm or less is preferable. Is more preferable.
For these LSIs, the above-described polishing liquid exhibits particularly excellent effects.
(バリア金属膜)
前述の研磨液が研磨する対象である被研磨体は、導体膜(銅金属及び/又は銅合金からなる配線)と後述の絶縁膜との間に、銅の拡散を防ぐためのバリア金属膜を有する。このバリア金属膜を構成する材料は、低抵抗のメタル材料がよく、複数の材料による積層構造でもよい。
バリア金属膜を構成する材料としては、TiN、TiW、Ta、TaN、W、WN、Ruの群より選ばれる少なくとも一種類以上が好ましく、中でも、Ta及び/又はTaNがより好ましい。
(Barrier metal film)
The object to be polished by the polishing liquid described above has a barrier metal film for preventing copper diffusion between a conductor film (wiring made of copper metal and / or copper alloy) and an insulating film described later. Have. The material constituting the barrier metal film is preferably a low-resistance metal material, and may be a laminated structure of a plurality of materials.
The material constituting the barrier metal film is preferably at least one selected from the group consisting of TiN, TiW, Ta, TaN, W, WN, and Ru, and more preferably Ta and / or TaN.
(絶縁膜)
前述の研磨液が研磨する対象である被研磨体は絶縁膜を有することが好ましい。この絶縁膜としては、無機絶縁膜や有機絶縁膜を適用することができる。本発明における絶縁膜としては、具体的には、定圧CVD法やプラズマCVD法により作製される、酸化シリコン膜等の無機絶縁膜を用いることができる。また、テトラアルコキシランの加水分解生成物を主成分とし、塗布法により得られる有機絶縁膜や、有機SOGと呼ばれるポリオルガノシロキサンを主成分とする低比誘電率の有機絶縁膜を用いることもできる。
(Insulating film)
It is preferable that the object to be polished by the polishing liquid has an insulating film. As this insulating film, an inorganic insulating film or an organic insulating film can be applied. Specifically, as the insulating film in the present invention, an inorganic insulating film such as a silicon oxide film manufactured by a constant pressure CVD method or a plasma CVD method can be used. In addition, an organic insulating film obtained by a coating method having a hydrolyzed product of tetraalkoxylane as a main component, or an organic insulating film having a low relative dielectric constant having a polyorganosiloxane called an organic SOG as a main component can also be used. .
(ウエハ)
本発明における研磨液で研磨する対象であるウエハは、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 wafer to be polished with the polishing liquid in 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.
〔化学的機械的研磨方法〕
以下に化学的機械的研磨方法について記載するが、下記の工程は第一の研磨工程と第二の研磨工程の両方に適用される。
本発明においては、第一の研磨工程として、研磨パッドが配置された研磨定盤上に、研磨液Aを供給して導電膜を研磨した後、他の処理工程(コンディショニング)等を行うことなく、第二の研磨工程として、第一の研磨工程で用いたものと同一の研磨定盤上に、研磨液Bを供給してバリア金属膜を研磨する。これにより、バリア金属膜と導体膜とを一つの研磨定盤上で連続的に研磨することができる。
本発明において、第一の研磨工程は、バリア金属膜上の導体膜が全て除去され、更に30%の過研磨を行った点を終点とした。この終点になった時点で研磨液Aの供給を止め、これにより第一の研磨工程が終了する。その後、研磨定盤上への研磨液Bの供給が始まることで、第二の研磨工程が開始される。
第二の研磨工程は、絶縁膜上のバリア金属膜が除去され、更に絶縁膜を30nm研磨した点を終点とした。
上記第一の研磨工程及び第二の研磨工程における終点は、いずれも、渦電流式終点検出器により検出することができる。
[Chemical mechanical polishing method]
Although the chemical mechanical polishing method is described below, the following steps are applied to both the first polishing step and the second polishing step.
In the present invention, as the first polishing step, after supplying the polishing liquid A onto the polishing surface plate on which the polishing pad is disposed and polishing the conductive film, without performing other processing steps (conditioning) or the like. As the second polishing step, the barrier metal film is polished by supplying the polishing liquid B onto the same polishing surface plate as that used in the first polishing step. Thereby, the barrier metal film and the conductor film can be continuously polished on one polishing surface plate.
In the present invention, in the first polishing step, the end point was that all the conductor film on the barrier metal film was removed and further overpolishing was performed at 30%. When the end point is reached, the supply of the polishing liquid A is stopped, thereby completing the first polishing step. Thereafter, the supply of the polishing liquid B onto the polishing surface plate starts, whereby the second polishing step is started.
In the second polishing step, the end point was determined by removing the barrier metal film on the insulating film and further polishing the insulating film by 30 nm.
The end points in the first polishing step and the second polishing step can both be detected by an eddy current end point detector.
上述のように、本発明の研磨方法は、同一の研磨定盤上で第一の研磨工程と第二の研磨工程とが連続的に行われるが、この研磨定盤に配置された研磨パッドは、第一の研磨工程と第二の研磨工程とで同じものを用いてもよいし、異なるものを用いてもよい。研磨処理の効率化の点から、第一の研磨工程と第二の研磨工程とで同一の研磨パッドを用いることが好ましい。
以下、この化学的機械的研磨方法(以下、単に「研磨方法」と称する場合がある。)について説明する。
As described above, in the polishing method of the present invention, the first polishing step and the second polishing step are continuously performed on the same polishing surface plate. The polishing pad disposed on this polishing surface plate is The same thing may be used by a 1st grinding | polishing process and a 2nd grinding | polishing process, and a different thing may be used. From the viewpoint of increasing the efficiency of the polishing treatment, it is preferable to use the same polishing pad in the first polishing step and the second polishing step.
Hereinafter, this chemical mechanical polishing method (hereinafter sometimes simply referred to as “polishing method”) will be described.
本発明における研磨液は、(a)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態様、(b)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態様、(c)最初から使用液として調製されている態様がある。
本発明における化学的機械的研磨方法は、このような態様により調製された研磨液の使用液を、研磨定盤上の一つ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、研磨を行う方法である。
The polishing liquid in the present invention is (a) a concentrated liquid which is prepared by adding water to dilute to use the liquid, and (b) each component is prepared in the form of an aqueous solution described in the next section. There is an embodiment in which the mixture is mixed and diluted with water as necessary to obtain a use solution, and (c) an embodiment prepared as a use solution from the beginning.
In the chemical mechanical polishing method of the present invention, the working liquid of the polishing liquid prepared according to such an embodiment is supplied to one polishing pad on the polishing surface plate and brought into contact with the surface to be polished. In this method, polishing is performed by relatively moving the polishing pad.
研磨の際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等を保持するホルダーと研磨パッドとを貼り付けた(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。
ここで、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、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、第一の研磨工程では0.1〜15kPa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、1〜7.0kPaであることがより好ましい。また、第二の研磨工程では、0.1〜15kPa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、1〜7.0kPaであることがより好ましい。
As an apparatus used for polishing, there is a polishing surface plate in which a holder for holding a semiconductor substrate having a surface to be polished and a polishing pad are attached (a motor that can change the number of rotations is attached) A typical polishing apparatus can be used.
Here, as a polishing pad, a general nonwoven fabric, a polyurethane foam, a porous fluororesin, etc. can be used, and there is no restriction | limiting in particular.
The polishing conditions are not limited, but the pressing pressure of the semiconductor substrate having the surface to be polished (film to be polished) against the polishing pad is preferably 0.1 to 15 kPa in the first polishing step. In order to satisfy the speed uniformity within the wafer surface and the flatness of the pattern, it is more preferably 1 to 7.0 kPa. In the second polishing step, it is preferably 0.1 to 15 kPa, and in order to satisfy the uniformity of the polishing rate within the wafer surface and the flatness of the pattern, it is more preferably 1 to 7.0 kPa. preferable.
ここで、研磨液の供給速度は、第一の研磨工程の場合、10〜500ml/minが好ましく、研磨速度の面内均一性及びパターンの平坦性を満足するためには、50〜300ml/minであることがより好ましい。
第二の研磨工程の場合、10〜500ml/minが好ましく、研磨速度の面内均一性及びパターンの平坦性を満足するためには、100〜300ml/minであることがより好ましい。
Here, the supply rate of the polishing liquid is preferably 10 to 500 ml / min in the case of the first polishing step. In order to satisfy the in-plane uniformity of the polishing rate and the flatness of the pattern, 50 to 300 ml / min. It is more preferable that
In the case of the second polishing step, 10 to 500 ml / min is preferable, and in order to satisfy the in-plane uniformity of the polishing rate and the flatness of the pattern, 100 to 300 ml / min is more preferable.
また、研磨が継続している間、装置内の研磨パッドには、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。本発明における第一の研磨工程、及び第二の研磨工程が終了し、研磨が終了した後の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。 Further, while polishing is continued, the polishing liquid is continuously supplied to the polishing pad in the apparatus by 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 first polishing step and the second polishing step in the present invention are finished and the polishing is finished, the semiconductor substrate after the polishing is thoroughly washed in running water, and then is washed on the semiconductor substrate using a spin dryer or the like. Remove water droplets adhering to and dry.
前記(a)や(b)の態様において、研磨液の使用液を得る際に用いられる希釈用の水溶液は、下記に示す水溶液と同様である。
水溶液は、予め、酸化剤、有機酸、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研磨液の成分を合計した成分が、実際の研磨に用いられる際の研磨液の使用液の成分となるようにする。
このように、使用液にする際に、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可能であるため、より濃縮した研磨液を調製することができる。
In the embodiments (a) and (b), the diluting aqueous solution used when obtaining the working liquid of the polishing liquid is the same as the aqueous solutions shown below.
The aqueous solution is water containing at least one of an oxidizing agent, an organic acid, and a surfactant in advance, and a component obtained by adding up the components contained in the aqueous solution and the components of the polishing liquid to be diluted is used for actual polishing. It becomes a component of the working liquid of the polishing liquid when used.
As described above, when diluting with an aqueous solution when using the solution, it is possible to mix components that are difficult to dissolve in the form of an aqueous solution, so that a more concentrated polishing liquid can be prepared. .
前記(a)の態様のように、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、研磨装置内で、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することが好ましい。このようにして混合し希釈された研磨液の使用液が、研磨パッドに供給されて、研磨が行われる。この液体の混合には、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 as in the aspect (a), a pipe for supplying the concentrated polishing liquid and a pipe for supplying the water or the aqueous solution in the polishing apparatus. Are preferably mixed and mixed in the middle. The polishing liquid mixed and diluted in this way is supplied to the polishing pad to perform polishing. For mixing the liquid, a method in which the 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 the pipe, a flow of the liquid is separated, and the liquid flow is repeatedly performed, Conventional methods such as a method of providing blades that rotate with power in the pipe can be employed.
濃縮された研磨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、研磨装置内に、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との相対運動で混合しつつ研磨する方法が用いられる。また、1つの容器に、所定量の濃縮された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、研磨をする方法を適用することもできる。 As a method of polishing while diluting the concentrated polishing liquid with water or an aqueous solution, etc., a pipe for supplying the polishing liquid and a pipe for supplying water or an aqueous solution are independently provided in the polishing apparatus, and a predetermined amount is provided from each. The liquid is supplied to the polishing pad, and the polishing is performed while mixing by the relative movement of the polishing pad and the surface to be polished. It is also possible to apply a method in which a predetermined amount of the concentrated polishing liquid and water or an aqueous solution are mixed in one container and then the mixed polishing liquid is supplied to the polishing pad to perform polishing.
前記(b)の態様のように、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、それらを使用する際に、必要に応じて、水又は水溶液を加え希釈して、研磨液の使用液を調製することも、本発明において好適である。
この場合、具体的には、例えば、酸化剤を1つの構成成分(A)とし、有機酸、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、必要に応じて、水又は水溶液で構成成分(A)と構成成分(B)を希釈する方法が用いられる。
また、溶解度の低い添加剤を2つの構成成分(A)と(B)とに分け、酸化剤、及び界面活性剤を1つの構成成分(A)とし、有機酸、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とも可能である。
As in the embodiment (b), the component to be contained in the polishing liquid is divided into at least two components, and when these are used, if necessary, diluted with water or an aqueous solution to dilute the polishing liquid. It is also suitable in the present invention to prepare a working solution.
In this case, specifically, for example, an oxidant is used as one component (A), an organic acid, a surfactant, and water are used as one component (B). Then, a method of diluting the component (A) and the component (B) with water or an aqueous solution is used.
In addition, the low-solubility additive is divided into two components (A) and (B), the oxidizing agent and the surfactant are one component (A), and the organic acid, the surfactant and water are 1 It is possible to dilute the component (A) and the component (B) by adding water or an aqueous solution when using them as the two components (B).
上記の例のように研磨液の使用液を調製しつつ、研磨する方法の場合、研磨装置内に、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、希釈混合するには、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用いられる。
また、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。これは、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、更に、水又は水溶液の配管を結合する方法に好適である。
このように混合されてなる研磨液の使用液は、引き続き、研磨定盤上の研磨パッドに供給され、被研磨面と接触させて被研磨面と研磨パッドとを相対運動させることで、研磨が行われる。
In the case of the method of polishing while preparing the working liquid of the polishing liquid as in the above example, three pipes for supplying the component (A), the component (B) and water or an aqueous solution, respectively, into the polishing apparatus In order to dilute and mix, three pipes are connected to one pipe supplied to the polishing pad and mixed in the pipe.
It is also possible to combine two pipes and then connect another one pipe. This is suitable, for example, for 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 a pipe for water or an aqueous solution is further combined. It is.
The use liquid of the polishing liquid thus mixed is continuously supplied to the polishing pad on the polishing surface plate and brought into contact with the surface to be polished to move the surface to be polished and the polishing pad relative to each other so that polishing can be performed. Done.
また、研磨装置内での他の混合方法としては、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との相対運動により混合する方法、1つの容器で、構成成分(A)、構成成分(B)、及び水又は水溶液の3つを混合して、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。 Further, as another mixing method in the polishing apparatus, as described above, each of the three pipes is directly guided to the polishing pad and mixed by the relative movement of the polishing pad and the surface to be polished. There is a method of mixing the constituent component (A), the constituent component (B), and water or an aqueous solution, and supplying the diluted polishing liquid to the polishing pad therefrom.
上述の(b)の態様において、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℃の範囲に加温したものを用い、これらを混合する際に、又は、これらを混合して、更に水若しくは水溶液を加え希釈する際に、液温を40℃以下とするという方法を用いることもできる。この方法は、液温が高いと溶質の溶解度が高くなるため、研磨液を構成する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。
また、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、上記のように、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際に、又は、これらを混合し、更に希釈する際に、40℃以下となるようにすることが望ましい。
In the above-mentioned embodiment (b), when one component containing an oxidizing agent is made 40 ° C. or lower and the other components are heated in the range of room temperature to 100 ° C., and these are mixed, or When mixing these and further diluting by adding water or an aqueous solution, a method of setting the liquid temperature to 40 ° C. or lower can also be used. This method is a preferable method for increasing the solubility of the raw material having a low solubility constituting the polishing liquid because the solubility of the solute increases when the liquid temperature is high.
Moreover, since the oxidizing agent may be decomposed when the temperature of one constituent component including the oxidizing agent is increased to 40 ° C. or higher, as described above, one constituent component containing the other heated components and the oxidizing agent is included. It is desirable that the temperature be 40 ° C. or lower when the components are mixed or when these components are mixed and further diluted.
上記のように、酸化剤を含まない他の構成成分を、室温から100℃の範囲で加温して溶解させたものは、温度が下がると溶解していた成分が溶液中に析出するため、研磨装置内には、加温して析出されうる成分を溶解させる手段が設けられることが好ましい。これには、加温し溶解した構成成分液を送液する手段や、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。 As mentioned above, other components that do not contain an oxidant are heated and dissolved in the range from room temperature to 100 ° C., because the dissolved components are precipitated in the solution when the temperature drops, The polishing apparatus is preferably provided with a means for dissolving components that can be deposited by heating. For this, it is possible to employ a means for feeding a component liquid that has been heated and dissolved, or a means for stirring a liquid containing precipitates, feeding the liquid, and heating and dissolving the piping.
以上のように、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。 As described above, 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.
(研磨パッド)
本発明において用いられる研磨パッドは、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 used in the present invention 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.
本発明の研磨方法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(ノベラス)などを挙げることができる。 Although the apparatus which can implement the polishing method of the present invention is not particularly limited, Mirror Mesa CMP, Reflexion CMP (Applied Materials), FREX200, FREX300 (Ebara Manufacturing), NPS3301, NPS2301 (Nikon), A-FP-310A, A -FP-210A (Tokyo Seimitsu), 2300 TERES (ram research), Momentum (novelas), etc. can be mentioned.
以下、実施例により、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
<研磨粒子>
研磨粒子としては、下記の各公報に記載の方法に基づいて調製したコロイダルシリカ粒子を用いた。
研磨粒子a:平均粒子径15nm、特開平6−199515号公報に記載の方法に基づいて調製したコロイダルシリカ粒子
研磨粒子b:平均粒子径35nm、特開平6−199515号公報に記載の方法に基づいて調製したコロイダルシリカ粒子
研磨粒子c:平均粒子径55nm、特開平6−199515号公報に記載の方法に基づいて調製したコロイダルシリカ粒子
研磨粒子d:平均粒子径70nm、特開平6−199515号公報に記載の方法に基づいて調製したコロイダルシリカ粒子
研磨粒子e:平均粒子径200nm、特開平9−67114号公報に記載の方法に基づいて調製したコロイダルシリカ粒子
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited to these.
<Abrasive particles>
As abrasive particles, colloidal silica particles prepared based on the methods described in the following publications were used.
Abrasive particles a: average particle size 15 nm, colloidal silica particles prepared based on the method described in JP-A-6-199515 b: average particle size 35 nm, based on the method described in JP-A-6-199515 Colloidal silica particle abrasive particles c prepared as described above: average particle size 55 nm, colloidal silica particle abrasive particles prepared based on the method described in JP-A-6-199515 d: average particle size 70 nm, JP-A-6-199515 Colloidal silica particles prepared on the basis of the method described in e): average particle size 200 nm, colloidal silica particles prepared on the basis of the method described in JP-A-9-67114
<研磨液Aの調製>
下記の各成分を混合した後、高速ホモジナイザーで撹拌して均一に分散させて研磨液A−1〜A−13を得た。また、得られた研磨液を、アンモニア水と硫酸で調整し、pH7.0とした。
<Preparation of polishing liquid A>
After mixing the following components, the mixture was stirred and uniformly dispersed with a high-speed homogenizer to obtain polishing liquids A-1 to A-13. Moreover, the obtained polishing liquid was adjusted with aqueous ammonia and sulfuric acid to pH 7.0.
・研磨粒子(表1に記載のもの) (表1の記載の濃度になる量)
・過酸化水素(酸化剤) 10g/L
・グリシン 8g/L
・ベンゾトリアゾール 0.1g/L(固形分換算)
・純水 全量が1000mlとなる量
・ Abrasive particles (as listed in Table 1) (Amount to give the concentration as listed in Table 1)
・ Hydrogen peroxide (oxidant) 10g / L
・ Glycine 8g / L
・ Benzotriazole 0.1 g / L (solid content conversion)
・ Pure water The total volume is 1000 ml
<研磨速度の評価>
下記のようにして、研磨液Aが銅を研磨する際の速度(銅研磨速度)を求めた。
研磨装置として荏原製作所製装置「FREX−300」を用い、下記の研磨対象ウエハを以下の研磨条件で研磨し、その際の研磨速度を測定した。
(研磨条件)
・テ−ブル回転数: 104rpm
・ヘッド回転数: 105rpm
・研磨圧力: 14.0kPa
・研磨パッド:ローム アンド ハース社製 品番IC−1400 K−grv+A21
・スラリー供給速度: 300ml/分
<Evaluation of polishing rate>
The rate at which the polishing liquid A polished copper (copper polishing rate) was determined as follows.
An apparatus “FREX-300” manufactured by Ebara Corporation was used as a polishing apparatus, and the following polishing target wafer was polished under the following polishing conditions, and the polishing rate at that time was measured.
(Polishing conditions)
Table rotation speed: 104 rpm
-Head rotation speed: 105rpm
Polishing pressure: 14.0 kPa
Polishing pad: Rohm and Haas product number IC-1400 K-grv + A21
・ Slurry supply rate: 300 ml / min
研磨速度は、研磨前後での膜厚差を電気抵抗値から換算して求めた。
具体的には、研磨速度(nm/分)=(研磨前の銅膜の厚さ−研磨後の銅膜の厚さ)/研磨時間で測定した。
なお、膜厚差測定は国際電気アルファ株式会社製VR−200を用いて行った。
また、研磨対象として使用したウエハは、12inch(φ300mm)銅膜付きブランケットウエハ(シリコン基板上に、1000nm酸化膜(絶縁膜)、25nmTa(バリア金属膜)、1500nmCu膜(導体膜)の順に製膜したもの)である。
結果は表1に示す。
The polishing rate was determined by converting the film thickness difference before and after polishing from the electric resistance value.
Specifically, the measurement was performed by polishing rate (nm / min) = (thickness of copper film before polishing−thickness of copper film after polishing) / polishing time.
The film thickness difference measurement was performed using VR-200 manufactured by Kokusai Denki Alpha Co., Ltd.
The wafer used for polishing was a blanket wafer with 12 inch (φ300 mm) copper film (on a silicon substrate, 1000 nm oxide film (insulating film), 25 nm Ta (barrier metal film), 1500 nm Cu film (conductor film) in this order). Is).
The results are shown in Table 1.
<研磨液Bの調製>
下記の成分を混合した後、高速ホモジナイザーで撹拌して均一に分散させて研磨液B−1〜B−13を得た。また、得られた研磨剤組成物を、アンモニア水と硫酸で調整し、pH4.0とした。
<Preparation of polishing liquid B>
After mixing the following components, the mixture was stirred and uniformly dispersed with a high-speed homogenizer to obtain polishing liquids B-1 to B-13. Moreover, the obtained abrasive | polishing agent composition was adjusted with ammonia water and a sulfuric acid, and was set to pH 4.0.
・研磨粒子(表2に記載のもの) (表2の記載の濃度になる量)
・過酸化水素(酸化剤) 10g/L
・乳酸 3g/L
・ベンゾトリアゾール 1g/L(固形分換算)
・純水 全量が1000mlとなる量
・ Abrasive particles (things listed in Table 2) (amounts resulting in the concentrations shown in Table 2)
・ Hydrogen peroxide (oxidant) 10g / L
・ Lactic acid 3g / L
・ Benzotriazole 1g / L (converted to solid content)
・ Pure water The total volume is 1000 ml
<研磨速度の評価>
下記のようにして、研磨液Bが、銅、タンタル、又は酸化膜を研磨する際の速度(銅研磨速度、タンタル研磨速度、酸化膜研磨速度)をそれぞれ求めた。
ここで、研磨対象を下記に示すものにそれぞれ変えた以外は、使用する研磨装置、研磨条件、及び研磨速度の算出方法は、研磨液Aの研磨速度を求めた場合と同様である。
研磨対象として使用したウエハは、以下の通りである。
銅研磨速度を求める場合:12inch(φ300mm)銅膜付きブランケットウエハ(シリコン基板上に、1000nm酸化膜(絶縁膜)、25nmTa(バリア金属膜)、1500nmCu膜(導体膜)の順に製膜したもの)
タンタル研磨速度を求める場合:12inch(φ300mm)タンタル膜付きブランケットウエハ(シリコン基板上に、1000nm酸化膜(絶縁膜)、150nmTa(バリア金属膜)の順に製膜したもの)
酸化膜研磨速度を求める場合:12inch(φ300mm)酸化膜付きブランケットウエハ(シリコン基板上に、1000nm酸化膜(絶縁膜)を製膜したもの)
<Evaluation of polishing rate>
In the following manner, the rate at which the polishing liquid B polished copper, tantalum, or an oxide film (copper polishing rate, tantalum polishing rate, oxide film polishing rate) was determined.
Here, the polishing apparatus to be used, the polishing conditions, and the method for calculating the polishing rate are the same as those for obtaining the polishing rate of the polishing liquid A, except that the polishing target is changed to the one shown below.
The wafers used as objects to be polished are as follows.
When obtaining the copper polishing rate: Blanket wafer with 12 inch (φ300 mm) copper film (those formed on a silicon substrate in the order of 1000 nm oxide film (insulating film), 25 nm Ta (barrier metal film), 1500 nm Cu film (conductor film))
When obtaining the tantalum polishing rate: Blanket wafer with 12 inch (φ300 mm) tantalum film (thick film formed on a silicon substrate in the order of 1000 nm oxide film (insulating film) and 150 nm Ta (barrier metal film))
When obtaining the oxide film polishing rate: Blanket wafer with 12 inch (φ300 mm) oxide film (thickness of 1000 nm oxide film (insulating film) formed on a silicon substrate)
<研磨時間の測定>
研磨装置として、荏原製作所製装置「FREX−300」を使用し、下記の条件で、スラリー(研磨液A及び研磨液B)を供給しながら、下記の研磨対象ウエハに設けられた導体膜及びバリア金属膜を研磨した。
なお、研磨工程は下記に示す通りである。
即ち、研磨定盤に配置された研磨パッド上に、研磨液Aを供給して導体膜を全て研磨した後(第一の研磨工程)、連続して、同じ研磨定盤に配置された同じ研磨パッド上に、研磨液Bを供給してバリア金属膜を研磨し(第二の研磨工程)、更に続けて、水ポリッシュで被研磨面を清浄化する、といった工程を経て研磨を行った。
なお、研磨液Aを用いた第一の研磨工程の終点は、同研磨装置に付帯の渦電流式終点検出器を用いて、30%相当の過研磨を行った点とした。ここで、研磨液Aの供給を止め、研磨液Bの供給を開始して、連続的にバリア金属膜の研磨を行った。ここで、第二の研磨工程の終点は、バリア金属膜を除去し、更に酸化シリコン膜を30nm相当研磨した点とした。
上記のようにして、研磨に要した時間(第一の研磨工程に要した研磨時間+第二の研磨工程に要した研磨時間)を求めた。結果を下記表3に示す。
<Measurement of polishing time>
As a polishing apparatus, an apparatus “FREX-300” manufactured by Ebara Corporation is used, and a slurry (polishing liquid A and polishing liquid B) is supplied under the following conditions, and a conductive film and a barrier provided on the following wafer to be polished: The metal film was polished.
The polishing process is as shown below.
That is, after supplying the polishing liquid A onto the polishing pad disposed on the polishing surface plate to polish all the conductor film (first polishing step), the same polishing surface continuously disposed on the same polishing surface plate The polishing liquid B was supplied onto the pad to polish the barrier metal film (second polishing step), and then the polishing was performed through steps such as cleaning the surface to be polished with water polish.
The end point of the first polishing step using the polishing liquid A was a point where overpolishing corresponding to 30% was performed using an eddy current type end point detector attached to the polishing apparatus. Here, the supply of the polishing liquid A was stopped, the supply of the polishing liquid B was started, and the barrier metal film was continuously polished. Here, the end point of the second polishing step was a point where the barrier metal film was removed and the silicon oxide film was further polished by 30 nm.
As described above, the time required for polishing (polishing time required for the first polishing step + polishing time required for the second polishing step) was determined. The results are shown in Table 3 below.
(研磨対象)
研磨対象ウエハ:12inch(φ300mm)銅膜付きパターンウエハ 754CMP003、atdf社製(シリコン基板上に、500nm酸化膜を蒸着し、ここにパターンを形成した後、25nmTa(バリア金属膜)、1500nmCu膜(導体膜)の順に製膜したもの)
(Polishing target)
Wafer to be polished: Pattern wafer with 12 inch (φ300 mm) copper film 754CMP003, manufactured by atdf (on the silicon substrate, a 500 nm oxide film is deposited and a pattern is formed thereon, and then a 25 nm Ta (barrier metal film), 1500 nm Cu film (conductor) Film))
(研磨条件)
・テ−ブル回転数: 104rpm
・ヘッド回転数: 105rpm
・研磨圧力: 14.0kPa
・研磨パッド:ローム アンド ハース社製 品番IC−1400 K−grv+A21
・スラリー供給速度: 300ml/分
(Polishing conditions)
Table rotation speed: 104 rpm
-Head rotation speed: 105rpm
Polishing pressure: 14.0 kPa
Polishing pad: Rohm and Haas product number IC-1400 K-grv + A21
・ Slurry supply rate: 300 ml / min
<導体膜及びバリア金属膜残りの測定>
絶縁膜上に銅膜(導体膜)及びタンタル膜(バリア金属膜)が残っていないか、上述の研磨時間の測定に記載の方法により研磨が終了した後のパターンウエハの、露出した被研磨面に対して微分干渉式光学顕微鏡(MX−80,オリンパス社製)を用いて目視で測定した。尚、測定結果は以下の二段階で評価した。
○:銅膜及びタンタル膜残りなし(研磨残りなし)
×:銅膜及びタンタル膜残りあり(研磨残りあり)
<Measurement of conductor film and remaining barrier metal film>
The exposed polished surface of the pattern wafer after the copper film (conductor film) and the tantalum film (barrier metal film) are not left on the insulating film or after the polishing is finished by the method described in the measurement of the polishing time. On the other hand, it measured visually using the differential interference type | formula optical microscope (MX-80, Olympus company make). The measurement results were evaluated in the following two stages.
○: No remaining copper film and tantalum film (no polishing residue)
X: Copper film and tantalum film remaining (polishing remaining)
<キズの測定>
キズの評価は、下記に示す研磨対象ウエハ(ブランケットウエハ)を、上述の研磨時間の測定に記載の方法により研磨し、その研磨が終了した後の露出した被研磨面に対して、KLAテンコール社製、異物検査装置SP1−TBIを用い、被研磨面に存在する0.2μm以上のキズを計測することで行った。
研磨対象ウエハ:12inch(φ300mm)銅膜付きブランケットウエハ(シリコン基板上に、500nmの酸化膜を蒸着し、その上に、25nmのTa膜(バリア金属膜)と、4000nmのCu膜(導体膜)と、をこの順に製膜したもの)
<Measurement of scratches>
The scratches are evaluated by polishing a wafer to be polished (blanket wafer) shown below by the method described in the above-mentioned measurement of the polishing time, and the exposed polished surface after the polishing is finished with KLA Tencor. This was done by measuring a scratch of 0.2 μm or more present on the surface to be polished, using a manufactured foreign matter inspection apparatus SP1-TBI.
Wafer to be polished: Blanket wafer with 12 inch (φ300 mm) copper film (a 500 nm oxide film is deposited on a silicon substrate, and then a 25 nm Ta film (barrier metal film) and a 4000 nm Cu film (conductor film)) And in this order)
被研磨面に存在する0.2μm以上のキズの数を、下記の三段階で評価した。結果を下記表2に示す。
○:10個未満
△:10個以上50個未満(許容の範囲)
×:50個以上
The number of scratches of 0.2 μm or more present on the surface to be polished was evaluated in the following three stages. The results are shown in Table 2 below.
○: Less than 10 Δ: 10 or more and less than 50 (allowable range)
×: 50 or more
<ディッシング及びエロージョンの測定>
上述の研磨時間の測定に記載の方法により研磨が終了した後のパターンウエハの露出した被研磨面におけるディッシング及びエロージョンを、接触式段差測定装置 Dektak V320Si(Veeco社)を用いて測定した。
<Dishing and erosion measurement>
The dishing and erosion on the exposed polished surface of the pattern wafer after the polishing was finished by the method described in the above measurement of the polishing time were measured using a contact level difference measuring device Dektak V320Si (Veeco).
表3に明らかなように、実施例のように、導体膜の研磨を行った後に搬送工程を行うことなくバリア金属膜の研磨を行う、つまり、一つの研磨定盤及び一つの研磨パッドで連続的に導体膜とバリア金属膜とを研磨することで、得られた被研磨面のキズの量及びディッシング量が少なく、高品質な研磨が行えていることが分かる。
このように、粒径の異なる2種の粒子を組み合わせた研磨液A、研磨液Bを用いることで、研磨速度と平坦化特性を両立させ、且つ、一つの研磨定盤及び一つの研磨パッドで連続的に導体膜とバリア金属膜とを研磨することが可能となり、大幅な処理時間の短縮によるコストダウンが実現できる。
As is apparent from Table 3, the barrier metal film is polished without performing the transport process after the conductor film is polished as in the embodiment, that is, continuously with one polishing platen and one polishing pad. In particular, it can be seen that polishing the conductor film and the barrier metal film reduces the amount of scratches and dishing on the surface to be polished, and enables high-quality polishing.
In this way, by using the polishing liquid A and the polishing liquid B in which two kinds of particles having different particle diameters are used, both the polishing speed and the flattening characteristics can be achieved, and one polishing surface plate and one polishing pad can be used. The conductor film and the barrier metal film can be continuously polished, and the cost can be reduced by greatly reducing the processing time.
Claims (6)
研磨液Aを用いて前記導体膜を研磨する第一の研磨工程と、研磨液Bを用いて前記バリア金属膜を研磨する第二の研磨工程と、を研磨パッドが配置された同一の研磨定盤上で連続的に行い、且つ、前記研磨液A及び前記研磨液Bが下記の(1)〜(3)の成分を含むことを特徴とする化学的機械的研磨方法。
成分(1):動的光散乱法により求められる平均粒子径が60〜150nmの範囲の粒子
成分(2):動的光散乱法により求められる平均粒子径が10〜50nmの範囲の粒子
成分(3):酸化剤 A chemical mechanical polishing method for polishing an object to be polished having a barrier metal film and a conductor film provided on the barrier metal film,
A first polishing step of polishing the conductor film using the polishing liquid A and a second polishing step of polishing the barrier metal film using the polishing liquid B are the same polishing constant in which the polishing pad is disposed. A chemical mechanical polishing method, which is carried out continuously on a board, and wherein the polishing liquid A and the polishing liquid B contain the following components (1) to (3).
Component (1): Particle component having an average particle size in the range of 60 to 150 nm determined by the dynamic light scattering method (2): Particle component having an average particle size in the range of 10 to 50 nm determined by the dynamic light scattering method ( 3): Oxidizing agent
研磨液A:研磨液Aの質量に対して0.01〜2.0質量%
研磨液B:研磨液Bの質量に対して1.0〜10質量% 4. The chemical mechanical polishing method according to claim 1, wherein the total content of the component (1) and the component (2) is within the following range.
Polishing liquid A: 0.01-2.0 mass% with respect to the mass of the polishing liquid A
Polishing liquid B: 1.0-10 mass% with respect to the mass of the polishing liquid B
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