JP2008016678A - Composition for polishing - Google Patents

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Setsuko Oike
節子 大池
Akinori Eto
彰紀 江藤
Sunil Moorthi
ムルティ スニル
Takeaki Kakigano
武明 柿ヶ野
Takatoshi Abe
孝俊 阿部
Shigeharu Fujii
重治 藤井
Kiyotaka Shindo
進藤  清孝
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composition for polishing that has practical polishing speed, also has high polishing selectivity to copper that is a metal wiring material, tantalum used as a barrier layer, and an insulation film that is an underlayer, suppresses the occurrence of erosion, and is used suitably for a semiconductor CMP process. <P>SOLUTION: The slurry for polishing contains: a copolymer resin A containing at least one type of monomer selected from a group, comprising an amido group, a hydroxyl group, a carbonyl group, a nitrile group, a pyridyl group, a glycidyl group, an acetoacetyl group, a sulfonyl group, or an alkoxy group by 10-99 pts.wt. to 100 pts.wt. of the entire monomer; and an abrasive grain B where the modulus of elasticity is in the range of 0.01-300,000 MPa. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置を製造する一工程である配線形成工程において、半導体ウェハ上に形成された絶縁膜表面、アルミニウム・銅等の金属配線、タンタル等のバリヤ層等を傷つけることなく研磨し、平坦な半導体ウェハ表面を形成することの出来る研磨用組成物に関する。   The present invention is a wiring formation process, which is a process for manufacturing a semiconductor device, and polished without damaging the surface of an insulating film formed on a semiconductor wafer, a metal wiring such as aluminum and copper, a barrier layer such as tantalum, and the like. The present invention relates to a polishing composition capable of forming a flat semiconductor wafer surface.

近年、半導体装置を製造する一工程である配線形成工程において、半導体ウェハ上に形成された絶縁膜上に配線を形成するための溝を掘り、該溝部を覆う様に配線用の金属膜をメッキ法等を用いて埋め込み、過剰な金属膜を取り除くことによって金属配線を形成する技術が用いられている。ここで過剰な金属膜を取り除き半導体ウェハの表面を平坦化するために用いられているのが、CMP(Chemical and Mechanical Polishing)と呼ばれる研磨方法である。CMPは、単なる砥粒を用いた機械的な研磨ではなく、化学的な作用を施して変性された被研磨表面を機械的に研磨する方法であり、化学的な作用と機械的な作用の協同により研磨することから、化学的な作用と機械的な作用との制御された統合が重要である。   In recent years, in a wiring forming process, which is a process for manufacturing a semiconductor device, a groove for forming a wiring is dug on an insulating film formed on a semiconductor wafer, and a metal film for wiring is plated so as to cover the groove. A technique for embedding using a method or the like and forming a metal wiring by removing an excessive metal film is used. Here, a polishing method called CMP (Chemical and Mechanical Polishing) is used to remove the excessive metal film and planarize the surface of the semiconductor wafer. CMP is not a mechanical polishing using mere abrasive grains, but a method of mechanically polishing the surface to be polished that has been modified by applying a chemical action, and the cooperation between the chemical action and the mechanical action. Therefore, a controlled integration of chemical and mechanical action is important.

従来CMP用砥粒には、セリア・アルミナ・シリカ等の無機砥粒が使用されてきた。しかしこれらの無機砥粒は硬度が高く、銅等の硬度が低い金属を配線形成用の金属として用いた場合、スクラッチ・ディッシング・エロージョン等の問題が解決されていない。
スクラッチは、砥粒が被研磨材料に対して硬すぎたり砥粒が凝集したりして被研磨面を局所的に過剰研磨することで生じ、半導体装置の配線を断線させてしまう問題がある。
ディッシングは、研磨時の研磨パッドの歪みが原因となることもあれば、金属研磨用組成物の液性を整えるためのpH調整剤や錯体形成剤の種類や量と被研磨面との相性が悪く被研磨面の化学的な性状が機械的研磨特性とミスマッチしている場合に発生しやすい。その形態は、配線部分の金属膜が配線の中心部で周囲よりも過剰に研磨されることによって生じる凹形状である。
エロージョンは、配線パターンが密集している部分に発生するディッシングよりも大きい凹形状の発生であり、硬すぎる砥粒による過剰研磨や、配線用の金属膜・絶縁膜・金属の拡散を防ぐバリヤ膜等からなる不均一な研磨面の各被研磨対象に対する研磨選択性が低いことが原因で生じる。
ディッシングとエロージョンは、配線抵抗の上昇やバラツキを生じさせ、更に上層に形成される配線層間の短絡を発生させる。
このようにスクラッチ・ディッシング・エロージョンが発生すると、半導体装置の信頼性が著しく低下し、製造歩留まりを大幅に低下させる。
Conventionally, inorganic abrasive grains such as ceria, alumina, and silica have been used as abrasive grains for CMP. However, these inorganic abrasive grains have high hardness, and problems such as scratching, dishing, and erosion have not been solved when a metal having low hardness such as copper is used as a metal for wiring formation.
Scratches are caused when the abrasive grains are too hard with respect to the material to be polished or the abrasive grains aggregate to locally overpolish the surface to be polished, and there is a problem of breaking the wiring of the semiconductor device.
The dishing may be caused by distortion of the polishing pad during polishing, or the type and amount of the pH adjusting agent or complex forming agent for adjusting the liquid property of the metal polishing composition and compatibility with the surface to be polished. Poorly occurs when the chemical properties of the surface to be polished are mismatched with the mechanical polishing characteristics. The form is a concave shape that is generated when the metal film of the wiring portion is polished more excessively than the surroundings at the center of the wiring.
Erosion is a generation of a concave shape larger than dishing that occurs in densely packed wiring patterns, and is a barrier film that prevents excessive polishing due to excessively hard abrasive grains and diffusion of metal films, insulating films, and metals for wiring This is caused by low polishing selectivity for each object to be polished on a non-uniform polished surface made of, for example.
Dishing and erosion cause an increase and variation in wiring resistance, and further cause a short circuit between wiring layers formed in an upper layer.
When scratch, dishing, and erosion occur in this way, the reliability of the semiconductor device is significantly reduced, and the manufacturing yield is greatly reduced.

特に半導体装置の性能向上のため、絶縁膜上の1/2配線幅は130nmから90nmへ、さらに65nmへと微細化が進行しており、スクラッチ・ディッシング・エロージョン等の問題はより深刻化しており、研磨速度を実用的な範囲に確保しつつ被研磨面に対するダメージを最小限に抑制する研磨用組成物が求められている。   In particular, in order to improve the performance of semiconductor devices, the 1/2 wiring width on the insulating film has been reduced from 130 nm to 90 nm, and further to 65 nm, and problems such as scratches, dishing, and erosion have become more serious. There is a need for a polishing composition that minimizes damage to the surface to be polished while ensuring a polishing rate within a practical range.

これらの問題を解決するために、無機砥粒をアルミナよりも柔らかいシリカとし、被研磨金属が不動態を形成し金属イオンが溶出しにくい中性からアルカリ性側において研磨する研磨用組成物が開発されている。しかし無機砥粒をアルミナからシリカに変えても、砥粒自身によるスクラッチの発生は抑制されるが、砥粒の凝集物や被研磨金属の削り屑によってスクラッチやエロージョンが発生することを解決できていない。
一方、特許第3172008号公報(特許文献1)では、有機高分子化合物からなる粒子や非晶質炭素およびカーボンブラックからなる群から選ばれた炭素を主成分とする粒子を研磨粒子として用いる研磨方法が開示されている。しかし研磨後の被研磨表面に残留する砥粒を完全に除去することを課題としており、具体的に開示された有機高分子化合物としては官能基を持たないメタクリル樹脂やポリスチレン樹脂であり、また被研磨金属の表面を酸化させる酸化剤が添加されていないため、被研磨金属との化学的な作用が全く働かず、その結果として工業的に意味のある研磨速度は得られていない。
In order to solve these problems, a polishing composition has been developed in which the inorganic abrasive grains are made of silica softer than alumina, and the metal to be polished forms a passive state and the metal ions are not easily eluted, so that polishing is performed from the neutral to the alkaline side. ing. However, even if the inorganic abrasive grains are changed from alumina to silica, the generation of scratches due to the abrasive grains themselves is suppressed, but it has been possible to solve the occurrence of scratches and erosion due to the aggregates of abrasive grains and the shavings of the metal to be polished. Absent.
On the other hand, in Japanese Patent No. 3172008 (Patent Document 1), a polishing method using particles made of an organic polymer compound or particles mainly composed of carbon selected from the group consisting of amorphous carbon and carbon black as abrasive particles. Is disclosed. However, the problem is to completely remove the abrasive grains remaining on the surface to be polished after polishing, and the specifically disclosed organic polymer compounds are methacrylic resins and polystyrene resins having no functional groups, and Since an oxidizing agent that oxidizes the surface of the polishing metal is not added, the chemical action with the metal to be polished does not work at all, and as a result, an industrially meaningful polishing rate is not obtained.

特開2001−55559号公報(特許文献2)では、被研磨面と反応し得る官能基を有する有機粒子を含む化学機械研磨用水系分散体が開示されており、スクラッチを抑制しつつ研磨速度を向上させているが、ディッシングやエロージョンに関する評価はなんらなされていない。
特表2004−532521号公報(特許文献3)では、水溶性カルボン酸重合体を含むCMP研磨用組成物が開示されているが、金属の腐食領域すなわち銅の場合において酸性側で研磨していることから、銅層とバリヤメタル層の界面部分で銅の腐食反応が進行して銅イオンが溶出することで生じるファングと呼ばれるスリット形状の窪みが形成されやすいという問題点がある。
特許第3337464号公報(特許文献4)には、異なる2種類の保護膜形成剤を含む金属用研磨液が開示されている。具体的には第1の保護膜形成剤としてベンゾトリアゾール類が、第2の保護膜形成剤としてポリアクリル酸やポリメタクリル酸等の水溶性ポリマーが開示されているが、中性からアルカリ性領域ではエッチングの抑制効果が低くディッシングの発生を抑制することは期待できない。また中和によって粘度が上昇し研磨液の流動性が低下して研磨速度と研磨品位とを低下させる恐れがある。また実質的に砥粒を含んでいないため工業的に意味のある研磨速度は得られない。
特開2003−313541号公報(特許文献5)には従来の無機砥粒に比べて弾性率の低い樹脂粒子を用いることによってバリヤメタル材料として用いられるタンタルの研磨を抑制して、銅とタンタルの研磨選択性を向上できることが開示されているが、従来の無機砥粒に比べて銅の研磨速度が遅いため十分な銅とタンタルとの研磨選択比を得ることが出来ず、エロージョンの発生を完全に抑制することは困難であると予想される。
特許第3172008号公報 特開2001−55559号公報 特表2004−532521号公報 特許第3337464号公報 特開2003−313541号公報
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-55559 (Patent Document 2) discloses an aqueous dispersion for chemical mechanical polishing containing organic particles having a functional group capable of reacting with a surface to be polished. Although improved, there has been no evaluation of dishing or erosion.
Japanese Patent Application Publication No. 2004-532521 (Patent Document 3) discloses a CMP polishing composition containing a water-soluble carboxylic acid polymer, but polishing is performed on the acid side in the case of a metal corrosion region, that is, copper. For this reason, there is a problem that a slit-shaped depression called a fang is easily formed when a copper corrosion reaction proceeds at the interface portion between the copper layer and the barrier metal layer and copper ions are eluted.
Japanese Patent No. 3337464 (Patent Document 4) discloses a metal polishing liquid containing two different types of protective film forming agents. Specifically, benzotriazoles are disclosed as the first protective film forming agent, and water-soluble polymers such as polyacrylic acid and polymethacrylic acid are disclosed as the second protective film forming agent. The effect of suppressing etching is low and it cannot be expected to suppress the occurrence of dishing. Further, there is a risk that the viscosity increases due to neutralization and the fluidity of the polishing liquid decreases, thereby reducing the polishing rate and the polishing quality. Further, since it does not substantially contain abrasive grains, an industrially meaningful polishing rate cannot be obtained.
JP 2003-313541 A (Patent Document 5) suppresses polishing of tantalum used as a barrier metal material by using resin particles having a lower elastic modulus than conventional inorganic abrasive grains, thereby polishing copper and tantalum. Although it is disclosed that the selectivity can be improved, the polishing rate of copper is slower than the conventional inorganic abrasive grains, so that a sufficient polishing selection ratio of copper and tantalum cannot be obtained, and erosion is completely prevented. It is expected to be difficult to suppress.
Japanese Patent No. 3172008 JP 2001-55559 A JP-T-2004-532521 Japanese Patent No. 3337464 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-313541

本発明は、工業的に意味のある研磨速度を維持しつつ、金属配線材料である銅と、バリヤ層として用いられるタンタルと、下地層である絶縁膜に対して高い研磨選択性(以下、銅/タンタル/絶縁膜研磨選択性等ということがある。)を有し、エロージョンの発生を極限まで抑制する半導体CMP工程に好適に用いられる研磨用組成物を提供することを課題とする。   The present invention has a high polishing selectivity (hereinafter referred to as copper) with respect to copper as a metal wiring material, tantalum used as a barrier layer, and an insulating film as an underlayer while maintaining an industrially significant polishing rate. / Tantalum / insulating film polishing selectivity, etc.), and an object of the present invention is to provide a polishing composition suitable for use in a semiconductor CMP process that suppresses the occurrence of erosion to the limit.

本発明者等は、上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。すなわち本発明の研磨用組成物は、アミド基・ヒドロキシル基・カルボニル基・ニトリル基・ピリジル基・グリシジル基・アセトアセチル基・アミノ基・スルホニル基及びアルコキシ基からなる群から選ばれた少なくとも1種以上の単量体を、全単量体100重量部に対して10〜99重量部含む共重合樹脂(A)と、弾性率が0.01〜300000MPaの範囲にある砥粒(B)と、を含むことを特徴とする研磨用組成物である。
更に、全単量体100重量部に対して10〜99重量部含まれる単量体が、アクリルアミド・メタクリルアミド・ジメチル(メタ)アクリルアミド・2−ヒドロキシ(メタ)アクリレート・アセトアセトキシエチル(メタ)アクリレート・(メタ)アクリロニトリル・グリシジル(メタ)アクリレート・N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート・アクリロイルモルホリン及びビニルピロリドンからなる群から選ばれた少なくとも1種以上の単量体であることは、本発明の好ましい態様の一つである。
また、砥粒(B)が、アクリル樹脂・フェノール樹脂・メラミン樹脂・ウレタン樹脂・ポリオレフィン樹脂・ポリエステル樹脂・ポリアミド樹脂・ポリイミド樹脂・ポリシロキサン樹脂及びコロイダルシリカからなる群から選ばれる少なくとも1種以上の砥粒であることは、本発明の好ましい態様の一つである。
そして、更に酸化剤と、被研磨金属と錯体を形成し得る水溶性化合物と、防食剤と、を含むことは、本発明の好ましい態様の一つであり、特に酸化剤が過酸化水素であり、被研磨金属と錯体を形成しうる水溶性化合物が、カルボン酸類・アミン類・アミノ酸類及びアンモニアから選ばれる少なくとも1種以上の水溶性化合物であることは、高い研磨速度とディッシングの発生を抑制する観点から好ましい。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have completed the present invention. That is, the polishing composition of the present invention is at least one selected from the group consisting of amide group, hydroxyl group, carbonyl group, nitrile group, pyridyl group, glycidyl group, acetoacetyl group, amino group, sulfonyl group and alkoxy group. Copolymer resin (A) containing 10 to 99 parts by weight of the above monomers with respect to 100 parts by weight of all monomers, abrasive grains (B) having an elastic modulus in the range of 0.01 to 300000 MPa, It is polishing composition characterized by including.
Furthermore, the monomer contained in 10 to 99 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the total monomers is acrylamide, methacrylamide, dimethyl (meth) acrylamide, 2-hydroxy (meth) acrylate, acetoacetoxyethyl (meth) acrylate. (Meth) acrylonitrile, glycidyl (meth) acrylate, N, N-dimethylaminoethyl (meth) acrylate, at least one monomer selected from the group consisting of acryloylmorpholine and vinylpyrrolidone This is one of the preferred embodiments of the invention.
The abrasive grains (B) are at least one selected from the group consisting of acrylic resin, phenol resin, melamine resin, urethane resin, polyolefin resin, polyester resin, polyamide resin, polyimide resin, polysiloxane resin and colloidal silica. It is one of the preferable aspects of this invention that it is an abrasive grain.
Further, it is one of the preferred embodiments of the present invention that it further contains an oxidizing agent, a water-soluble compound capable of forming a complex with the metal to be polished, and an anticorrosive, and particularly the oxidizing agent is hydrogen peroxide. The water-soluble compound capable of forming a complex with the metal to be polished is at least one water-soluble compound selected from carboxylic acids, amines, amino acids and ammonia, which suppresses high polishing rate and dishing. From the viewpoint of

本発明の研磨用組成物は、特定の官能基を有する共重合樹脂と酸化剤と被研磨金属と錯体を形成し得る水溶性化合物とを含むことから、高い研磨速度と高い銅/タンタル/絶縁膜研磨選択性が得られ、また、砥粒の弾性率を0.01〜300000MPaの範囲に限定しているため高い銅/タンタル/絶縁膜研磨選択性が得られかつエロージョンの発生を極限にまで抑制することが可能である。   Since the polishing composition of the present invention contains a copolymer resin having a specific functional group, an oxidizing agent, and a water-soluble compound capable of forming a complex with the metal to be polished, a high polishing rate and a high copper / tantalum / insulation Film polishing selectivity is obtained, and since the elastic modulus of the abrasive grains is limited to a range of 0.01 to 300,000 MPa, high copper / tantalum / insulating film polishing selectivity can be obtained and erosion can be minimized. It is possible to suppress.

本発明の研磨用組成物は、アミド基・ヒドロキシル基・カルボニル基・ニトリル基・ピリジル基・グリシジル基・アセトアセチル基・アミノ基・スルホニル基及びアルコキシ基からなる群から選ばれた少なくとも1種以上の単量体を、全単量体100重量部に対して10〜99重量部含む共重合樹脂(A)と、弾性率が0.01〜300000MPaの範囲にある砥粒(B)と、を含む研磨用組成物であり、更に酸化剤・被研磨金属と錯体を形成しうる水溶性化合物及び防食剤等の添加剤を含んでいることが好ましい。
以下に各成分について具体的に説明する。
The polishing composition of the present invention is at least one selected from the group consisting of amide group, hydroxyl group, carbonyl group, nitrile group, pyridyl group, glycidyl group, acetoacetyl group, amino group, sulfonyl group and alkoxy group. A copolymer resin (A) containing 10 to 99 parts by weight of the monomer, and abrasive grains (B) having an elastic modulus in the range of 0.01 to 300000 MPa. It is preferable that the composition further contains an additive such as a water-soluble compound and an anticorrosive capable of forming a complex with an oxidizing agent / metal to be polished.
Each component will be specifically described below.

(共重合樹脂(A))
本発明で用いる共重合樹脂(A)を構成する単量体には、全単量体100重量部に対して10〜99重量部含まれる単量体が有する官能基が、陰イオンを形成しにくい特性を有することが好ましい。陰イオンを形成し難い官能基としては、アミド基・ヒドロキシル基・カルボニル基・ニトリル基・ピリジル基・グリシジル基・アセトアセチル基・アミノ基・スルホニル基及びアルコキシ基を挙げることができる。
本発明で用いる共重合樹脂(A)を構成する単量体に含まれる陰イオンを形成しにくいビニル単量体としては、アクリルアミド・メタクリルアミド・アクリロイルモルホリン・ジメチル(メタ)アクリルアミド・2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート・ビニルアルコール・(メタ)アクリロニトリル・ビニルピロリドン・アセトアセトキシエチル(メタ)アクリレート・グリシジル(メタ)アクリレート・N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート等が挙げられる。
共重合樹脂(A)を構成する単量体の組成は、共重合樹脂(A)を構成する全単量体100重量部に対して前記陰イオンを形成しにくい官能基を有する単量体が10〜99重量部含まれ、それ以外の単量体を1〜90重量部含むことが高い研磨速度を得る観点から好ましい。
研磨組成物全体に対する共重合樹脂(A)の含有率は、1〜20重量%が好ましく、特に好ましくは3〜10重量%である。共重合樹脂(A)の含有率が1重量%未満では被研磨金属と共重合樹脂(A)との化学的な相互作用が十分進行せず、目的とする研磨速度が達成出来ない場合がある。一方共重合樹脂(A)の含有率が20重量%を超えるとスラリーの粘度が上昇して流動性が低下し十分な研磨速度が達成出来ない場合がある。
全単量体100重量部に対して1〜90重量部含まれるその他の単量体としては、スチレン、メチルアクリレートやメチルメタクリレート等の(メタ)アクリル酸アルキル、イソボルニル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸等のカルボキシル基含有ビニル単量体、スチレンスルホン酸ナトリウム等のスルホン酸基含有ビニル単量体等の官能基含有ビニル単量体、2−メタクロイロキシエチルアシッドフォスフェート等のリン酸基含有ビニル単量体、酢酸ビニル等が挙げられる。必要に応じて、架橋性ビニル単量体を使用しても良く、このような架橋性のビニル単量体としては、メチレンビス(メタ)アクリルアミド・ジビニルベンゼン・ポリエチレングリコール鎖含有ジ(メタ)アクリレート等が例示できる。また、架橋性ビニル単量体として2つ以上のビニル基を含有するものであっても構わない。
(Copolymer resin (A))
In the monomer constituting the copolymer resin (A) used in the present invention, the functional group of the monomer contained in 10 to 99 parts by weight with respect to 100 parts by weight of all monomers forms an anion. It is preferable to have difficult characteristics. Examples of functional groups that are difficult to form anions include amide groups, hydroxyl groups, carbonyl groups, nitrile groups, pyridyl groups, glycidyl groups, acetoacetyl groups, amino groups, sulfonyl groups, and alkoxy groups.
Examples of vinyl monomers that are difficult to form anions contained in the monomer constituting the copolymer resin (A) used in the present invention include acrylamide, methacrylamide, acryloylmorpholine, dimethyl (meth) acrylamide, and 2-hydroxyethyl. (Meth) acrylate, vinyl alcohol, (meth) acrylonitrile, vinylpyrrolidone, acetoacetoxyethyl (meth) acrylate, glycidyl (meth) acrylate, N, N-dimethylaminoethyl (meth) acrylate, and the like.
The composition of the monomer constituting the copolymer resin (A) is such that the monomer having a functional group that hardly forms the anion with respect to 100 parts by weight of the total monomers constituting the copolymer resin (A). It is preferably 10 to 99 parts by weight and 1 to 90 parts by weight of other monomers from the viewpoint of obtaining a high polishing rate.
The content of the copolymer resin (A) with respect to the entire polishing composition is preferably 1 to 20% by weight, particularly preferably 3 to 10% by weight. When the content of the copolymer resin (A) is less than 1% by weight, the chemical interaction between the metal to be polished and the copolymer resin (A) does not proceed sufficiently, and the target polishing rate may not be achieved. . On the other hand, when the content of the copolymer resin (A) exceeds 20% by weight, the viscosity of the slurry increases, the fluidity decreases, and a sufficient polishing rate may not be achieved.
Other monomers contained in an amount of 1 to 90 parts by weight based on 100 parts by weight of the total monomers include styrene, alkyl (meth) acrylates such as methyl acrylate and methyl methacrylate, isobornyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meta ) Functional group-containing vinyl monomers such as carboxyl group-containing vinyl monomers such as acrylate, benzyl (meth) acrylate, (meth) acrylic acid, sulfonic acid group-containing vinyl monomers such as sodium styrenesulfonate, 2- Phosphoric acid group-containing vinyl monomers such as methacroyloxyethyl acid phosphate, vinyl acetate and the like. If necessary, crosslinkable vinyl monomers may be used. Examples of such crosslinkable vinyl monomers include methylenebis (meth) acrylamide, divinylbenzene, polyethylene glycol chain-containing di (meth) acrylate, etc. Can be illustrated. Moreover, you may contain a 2 or more vinyl group as a crosslinkable vinyl monomer.

(砥粒(B))
本発明に用いる砥粒(B)は、高い研磨速度を得る観点から弾性率が0.01〜300000MPaの範囲にある砥粒を用いることが好ましい。更にエロージョン等の欠陥の発生を抑制する観点からは弾性率が0.01〜10000MPaの範囲にある砥粒を用いることがより好ましい。砥粒の弾性率が0.01MPaを未満になると十分な研磨速度が得られない恐れがあり、300000MPaを超えると銅/タンタル研磨選択性が低下してエロージョンが発生し易くなることが懸念される。
砥粒としては有機粒子からなる砥粒を用いても良いし、弾性率が0.01〜300000MPaの範囲にあれば無機砥粒を用いても良いし更に有機−無機複合材料からなる粒子を用いても構わない。
弾性率の測定は、砥粒が有機粒子であれば研磨用組成物から水分を蒸発させた後フィルム状に加工して動的粘弾性試験機を用いて測定することが出来る。また樹脂を構成する単量体の分子構造とガラス転移点とを基に原子団寄与法を用いた計算によっても弾性率を算出することが出来る。このような計算を行うためのポリマー物性推算ソフトウェアとしては「Polymer−Design Tools」を例示することが出来る。
表1に砥粒(B)として好ましい有機材料とそれら有機材料の弾性率の文献値と「Polymer−Design Tools」を用いて計算した弾性率を示す。


































表1

Figure 2008016678



































(文献1)Mark、J.E.、Polymer Data Handbook、Oxford University Press,1999
(文献2)Bicerano,J.,Prediction of Polymer Properties,Marcel Dekker,2002
(文献3)Buchholz,F.L.,The Structure and Properties of Superabsorbent Polyacrylates.In:Modern Superabsorbent Polymer Technology,Wiley,1998.Page 172.
(文献4)Schroeder,U.P.,Oppermann,Properties of PolyelectrolyteGels.In:Physical Properties of Polymeric Gels,Wiley,1996.Page30.

結晶性あるいはポリマー鎖の分子配列の方位を制御した有機材料を粉砕することによって、さらに高い弾性率の樹脂粒子を得ることができる。表2に、砥粒(B)として好ましい結晶性及び分子配列を制御した材料の弾性率の文献値を示す。
表2

Figure 2008016678










砥粒(B)として有機粒子を用いる場合、特に好ましいものとしてはアクリルエマルション樹脂・不飽和ポリエステル樹脂・ポリイミド樹脂・ポリアミド樹脂・ポリウレタン樹脂・ポリオレフィン樹脂・フェノール樹脂・メラミン樹脂及びポリ酢酸ビニル樹脂等の樹脂の微粒子や、有機−無機複合粒子としては無機材料の弾性率を低下させるアルキル基等の官能基を有するポリシロキサンの微粒子等を例示することが出来る。これらを単独であるいは組み合わせて使用することが出来る。
本発明の砥粒(B)に用いる樹脂粒子は公知の水溶液重合・乳化重合・分散重合等により製造することができるが、これらに限定されるものではない。 (Abrasive grain (B))
The abrasive grains (B) used in the present invention are preferably abrasive grains having an elastic modulus in the range of 0.01 to 300,000 MPa from the viewpoint of obtaining a high polishing rate. Further, from the viewpoint of suppressing the occurrence of defects such as erosion, it is more preferable to use abrasive grains having an elastic modulus in the range of 0.01 to 10000 MPa. If the elastic modulus of the abrasive grains is less than 0.01 MPa, a sufficient polishing rate may not be obtained, and if it exceeds 300,000 MPa, the copper / tantalum polishing selectivity is lowered and erosion is likely to occur. .
Abrasive grains made of organic particles may be used as the abrasive grains, inorganic abrasive grains may be used if the elastic modulus is in the range of 0.01 to 300,000 MPa, and particles made of an organic-inorganic composite material are used. It doesn't matter.
If the abrasive grains are organic particles, the elastic modulus can be measured by using a dynamic viscoelasticity tester after evaporating moisture from the polishing composition and processing it into a film. The elastic modulus can also be calculated by calculation using the atomic group contribution method based on the molecular structure of the monomer constituting the resin and the glass transition point. “Polymer-Design Tools” can be exemplified as polymer property estimation software for performing such calculation.
Table 1 shows organic materials preferable as the abrasive grains (B), literature values of elastic modulus of these organic materials, and elastic modulus calculated using “Polymer-Design Tools”.


































Table 1

Figure 2008016678



































(Reference 1) Mark, J. et al. E. , Polymer Data Handbook, Oxford University Press, 1999
(Reference 2) Bicerano, J. et al. , Prediction of Polymer Properties, Marcel Dekker, 2002
(Reference 3) Buchholz, F .; L. The Structure and Properties of Superabsorbent Polyacrylates. In: Modern Supersorbent Polymer Technology, Wiley, 1998. Page 172.
(Reference 4) Schroeder, U. P. , Oppermann, Properties of PolyelectrolytesGels. In: Physical Properties of Polymeric Gels, Wiley, 1996. Page30.

By pulverizing an organic material in which the crystallinity or the orientation of the molecular arrangement of the polymer chain is controlled, resin particles having a higher elastic modulus can be obtained. Table 2 shows literature values of the elastic modulus of the material having controlled crystallinity and molecular arrangement preferable as the abrasive grains (B).
Table 2

Figure 2008016678










When organic particles are used as the abrasive grains (B), particularly preferred are acrylic emulsion resin, unsaturated polyester resin, polyimide resin, polyamide resin, polyurethane resin, polyolefin resin, phenol resin, melamine resin, and polyvinyl acetate resin. Examples of the resin fine particles and organic-inorganic composite particles include polysiloxane fine particles having a functional group such as an alkyl group that lowers the elastic modulus of the inorganic material. These can be used alone or in combination.
The resin particles used for the abrasive grains (B) of the present invention can be produced by known aqueous solution polymerization / emulsion polymerization / dispersion polymerization, but are not limited thereto.

弾性率が0.01〜300000MPaの微粒子を形成するアクリル樹脂が得られるビニル単量体としては、スチレン、(メタ)アクリル酸アルキル、イソボルニル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート等の疎水性ビニル単量体、(メタ)アクリロニトリル等のシアノ基含有ビニル単量体、(メタ)アクリルアミド等のアミド基含有ビニル単量体、(メタ)アクリル酸等のカルボキシル基含有ビニル単量体、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート等の水酸基含有ビニル単量体、グリシジル(メタ)アクリレート等のグリシジル基含有ビニル単量体、アセトアセトキシエチル(メタ)アクリレート等のアセトアセトキシ基含有ビニル単量体、スチレンスルホン酸ナトリウム等のスルホン酸含有ビニル単量体等の官能基含有ビニル単量体、2−メタクロイロキシエチルアシッドフォスフェート等のリン酸基含有ビニル単量体等が挙げられる。必要に応じて、架橋性ビニル単量体を使用しても良く、このような架橋性のビニル単量体としては、メチレンビス(メタ)アクリルアミド・ジビニルベンゼン・ポリエチレングリコール鎖含有ジ(メタ)アクリレート等が例示できる。また、架橋性ビニル単量体として2つ以上のビニル基を含有するものであっても構わない。
研磨用スラリー中の砥粒(B)の含有率は、1〜20重量%が好ましく、特に好ましくは1.5〜10重量%である。砥粒(B)の含有率が少なすぎると研磨速度が低下する恐れがあり、一方20重量%を超えるとスクラッチやディッシング等が発生するなど、研磨品質が低下する恐れがある。
Vinyl monomers that can be used to obtain acrylic resins that form fine particles with an elastic modulus of 0.01 to 300,000 MPa include styrene, alkyl (meth) acrylate, isobornyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, and benzyl (meth). Hydrophobic vinyl monomers such as acrylate, cyano group-containing vinyl monomers such as (meth) acrylonitrile, amide group-containing vinyl monomers such as (meth) acrylamide, and carboxyl group-containing vinyl monomers such as (meth) acrylic acid A monomer, a hydroxyl group-containing vinyl monomer such as 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, a glycidyl group-containing vinyl monomer such as glycidyl (meth) acrylate, and an acetoacetoxy group-containing vinyl monomer such as acetoacetoxyethyl (meth) acrylate. Mer, sulfone such as sodium styrenesulfonate Examples thereof include functional group-containing vinyl monomers such as acid-containing vinyl monomers, and phosphate group-containing vinyl monomers such as 2-methacryloxyethyl acid phosphate. If necessary, crosslinkable vinyl monomers may be used. Examples of such crosslinkable vinyl monomers include methylenebis (meth) acrylamide, divinylbenzene, polyethylene glycol chain-containing di (meth) acrylate, etc. Can be illustrated. Moreover, you may contain a 2 or more vinyl group as a crosslinkable vinyl monomer.
The content of the abrasive grains (B) in the polishing slurry is preferably 1 to 20% by weight, particularly preferably 1.5 to 10% by weight. If the content of the abrasive grains (B) is too small, the polishing rate may be reduced. On the other hand, if it exceeds 20% by weight, the polishing quality may be deteriorated, such as scratching or dishing.

(分子量調整剤)
共重合樹脂(A)を重合する際に、必要に応じてt−ドデシルメルカプタン・n−ドデシルメルカプタン等のメルカプタン類、イソプロパノール等のアルコール類、等を分子量調整剤として用いても良い。
(Molecular weight regulator)
When the copolymer resin (A) is polymerized, a mercaptan such as t-dodecyl mercaptan or n-dodecyl mercaptan, an alcohol such as isopropanol, or the like may be used as necessary.

(重合開始剤)
被研磨対象の金属配線に不必要なダメージを与えないためには、研磨スラリー中に金属成分が存在しないことが望ましい。共重合体樹脂(A)を構成する単量体はもとより、重合開始剤・界面活性剤・被研磨金属と錯体を形成しうる水溶性化合物・分子量調整剤・pH調整剤等、研磨スラリーに含まれ得る物質に、金属を含まない物質を用いることが好ましい。
金属を含まない重合開始剤としては、例えば、過酸化水素・過硫酸アンモニウム・クメンハイドロパーオキサイド・t−ブチルハイドロパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド等の有機過酸化物、アゾビスシアノ吉草酸・2,2’−アゾビス(2−アミノジプロパン)ニ塩基酸塩等のアゾ化合物等が挙げられ、これらの1種、または2種以上を選択して使用することが出来る。
重合開始剤としては水溶性であることが好ましく、過硫酸アンモニウム・アゾビスシアノ吉草酸・2,2’−アゾビス(2−アミノジプロパン)ニ塩基酸塩が好ましく用いられる。
重合開始剤の使用量としては、一般的に重合させる単量体100重量部に対して0.1〜5重量部である。
(Polymerization initiator)
In order not to cause unnecessary damage to the metal wiring to be polished, it is desirable that no metal component is present in the polishing slurry. In addition to the monomers constituting the copolymer resin (A), the polymerization slurry, a surfactant, a water-soluble compound capable of forming a complex with the metal to be polished, a molecular weight adjusting agent, a pH adjusting agent, etc. are included in the polishing slurry. As the material that can be obtained, it is preferable to use a material that does not contain a metal.
Examples of the polymerization initiator not containing metal include organic peroxides such as hydrogen peroxide, ammonium persulfate, cumene hydroperoxide, t-butyl hydroperoxide, and benzoyl peroxide, azobiscyanovaleric acid, 2,2′- Examples include azo compounds such as azobis (2-aminodipropane) dibasic acid salt, and one or more of these can be selected and used.
The polymerization initiator is preferably water-soluble, and ammonium persulfate, azobiscyanovaleric acid, 2,2′-azobis (2-aminodipropane) dibasic acid salt is preferably used.
The amount of the polymerization initiator used is generally 0.1 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the monomer to be polymerized.

(被研磨金属と錯体を形成しうる水溶性化合物)
被研磨金属と錯体を形成しうる水溶性化合物として、酢酸・シュウ酸・マロン酸・リンゴ酸・酒石酸・コハク酸・クエン酸等のカルボン酸類、メチルアミン・ジメチルアミン・トリメチルアミン・エチルアミン・ジエチルアミン・トリエチルアミン等のアミン類、グリシン・アスパラギン酸・グルタミン酸等のアミノ酸類、アセチルアセトン等のケトン類、アンモニア等、が挙げられる。
この内好ましくは、カルボン酸類・アミン類・アミノ酸類・アンモニアが挙げられ、より好ましくはシュウ酸、マロン酸、酒石酸、グリシンを例示出来る。
被研磨金属と錯体を形成しうる水溶性化合物の添加量としては、研磨用スラリー100重量部に対して0.1〜10重量部が好ましい。0.1重量部未満では、その効果が十分に発揮できず目的とする研磨速度を達成出来ない場合がある。一方10重量部より多い場合、被研磨金属が過剰に錯体を形成して溶出しディッシングの発生を助長する恐れがある。
(Water-soluble compound that can form a complex with the metal to be polished)
Water-soluble compounds that can form complexes with the metal to be polished include carboxylic acids such as acetic acid, oxalic acid, malonic acid, malic acid, tartaric acid, succinic acid, citric acid, methylamine, dimethylamine, trimethylamine, ethylamine, diethylamine, and triethylamine. And the like, amino acids such as glycine, aspartic acid and glutamic acid, ketones such as acetylacetone, ammonia and the like.
Of these, carboxylic acids, amines, amino acids, and ammonia are preferable, and oxalic acid, malonic acid, tartaric acid, and glycine are more preferable.
The addition amount of the water-soluble compound capable of forming a complex with the metal to be polished is preferably 0.1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polishing slurry. If the amount is less than 0.1 parts by weight, the effect cannot be sufficiently exhibited and the intended polishing rate may not be achieved. On the other hand, when the amount is more than 10 parts by weight, the metal to be polished may be excessively complexed and eluted to promote dishing.

(酸化剤)
酸化剤としては、過酸化水素・過硫酸アンモニウム・過硫酸カリウムが挙げられ、過酸化水素が好ましく用いられる。
酸化剤の添加量は研磨用スラリー100重量部に対して0.1〜15重量部の範囲が好ましく、特に0.5〜5重量部の範囲が好ましい。酸化剤の添加量が0.1重量部未満では、被研磨金属と共重合樹脂(A)との化学反応が進行せず目的とする研磨速度が達成出来ない場合がある。また酸化剤の添加量が15重量部を超えると被研磨金属表面に酸化膜が生成して不動態化し、研磨が進行しない場合がある。
(Oxidant)
Examples of the oxidizing agent include hydrogen peroxide, ammonium persulfate, and potassium persulfate, and hydrogen peroxide is preferably used.
The addition amount of the oxidizing agent is preferably in the range of 0.1 to 15 parts by weight, particularly preferably in the range of 0.5 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polishing slurry. If the addition amount of the oxidizing agent is less than 0.1 parts by weight, the chemical reaction between the metal to be polished and the copolymer resin (A) does not proceed and the intended polishing rate may not be achieved. On the other hand, if the addition amount of the oxidizing agent exceeds 15 parts by weight, an oxide film may be formed on the surface of the metal to be polished and passivated, and polishing may not proceed.

(研磨用スラリーのpH)
研磨用スラリーのpHは、7〜11の範囲が好ましく、より好ましくは7〜9の範囲である。研磨用スラリーのpHが7未満の場合、被研磨金属の腐食が進行し金属イオンが溶出しやすいため、ディッシングやファング等の欠陥形成を充分に抑制できない場合がある。またpHが11を超えると、研磨の終了点である半導体絶縁膜と被研磨金属膜とが同一平面となった際に、絶縁膜を溶解させたり部分的に分解させてしまう場合がある。
(PH of slurry for polishing)
The pH of the polishing slurry is preferably in the range of 7-11, more preferably in the range of 7-9. When the polishing slurry has a pH of less than 7, corrosion of the metal to be polished proceeds and metal ions are likely to elute, so that the formation of defects such as dishing and fangs may not be sufficiently suppressed. If the pH exceeds 11, the insulating film may be dissolved or partially decomposed when the semiconductor insulating film, which is the end point of polishing, and the metal film to be polished are on the same plane.

(pH調整剤)
研磨用スラリーのpHを調整するために用いるpH調整剤としては従来公知のものが使用できる。金属を含有しない塩基性物質が好ましく用いられ、アンモニア・メチルアミン・ジメチルアミン・トリエチルアミン・エチルアミン・ジメチルアミン・トリエチルアミン・モノエタノールアミン・ジエタノールアミン・トリエタノールアミン等のアミン類、水酸化テトラメチルアンモニウム・水酸化テトラエチルアンモニウム等のアルキルアンモニウム塩等から選ばれる1種または2種以上のpH調整剤が特に好ましく用いることが出来る。
pH調整剤は先に述べた被研磨金属と錯体を形成しうる水溶性化合物と同一の物質を、研磨用スラリーのpHを調整しかつ被研磨金属と錯体を形成する2つの目的のために使用しても良い。
(PH adjuster)
As the pH adjuster used for adjusting the pH of the polishing slurry, conventionally known ones can be used. Metal-free basic substances are preferably used, and amines such as ammonia, methylamine, dimethylamine, triethylamine, ethylamine, dimethylamine, triethylamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, tetramethylammonium hydroxide, water One or more pH adjusting agents selected from alkyl ammonium salts such as tetraethylammonium oxide can be particularly preferably used.
As the pH adjuster, the same substance as the water-soluble compound capable of forming a complex with the metal to be polished is used for the two purposes of adjusting the pH of the polishing slurry and forming a complex with the metal to be polished. You may do it.

(その他の添加剤)
その他の添加剤としては、防食剤・濡れ剤・帯電防止剤・防腐剤・紫外線吸収剤・光安定化剤・浸透剤・消泡剤・制泡剤・抑泡剤・流動性改良剤等の添加剤を添加しても構わない。本発明の研磨用スラリーに用いる添加剤としては、金属を含有しないものを適宜選択することが好ましい。例えば防食剤としては、ベンゾトリアゾール・キナルジン酸・キノリン酸等の窒素含有複素環化合物、フェニルアラニン等の芳香族アミノ酸を1種または2種以上組み合わせて添加しても良い。
添加剤の添加時期は、共重合樹脂(A)の重合前・重合中・重合後のいずれであっても添加することが出来る。その量・種類については、本発明の目的を達成することができる限り、特に限定されない。
(Other additives)
Other additives include anticorrosives, wetting agents, antistatic agents, preservatives, UV absorbers, light stabilizers, penetrants, antifoaming agents, antifoaming agents, antifoaming agents, fluidity improving agents, etc. An additive may be added. As an additive used in the polishing slurry of the present invention, it is preferable to appropriately select an additive that does not contain a metal. For example, as an anticorrosive agent, nitrogen-containing heterocyclic compounds such as benzotriazole, quinaldic acid, and quinolinic acid, and aromatic amino acids such as phenylalanine may be added alone or in combination.
The additive can be added at any time before, during, or after polymerization of the copolymer resin (A). The amount and type are not particularly limited as long as the object of the present invention can be achieved.

(研磨用スラリーの調製方法)
これまで説明した共重合樹脂(A)と砥粒(B)とを水に分散させ、酸化剤と、被研磨金属と錯体を形成しうる水溶性化合物と、防食剤とを添加して調製したスラリーが、本発明の研磨用スラリーとして好適に用いることが出来る。
本発明のスラリーを調製する方法としては特に限定するものではないが、それぞれにpHを調整した、被研磨金属と錯体を形成しうる水溶性化合物の水溶液と、共重合樹脂(A)とを少量ずつ撹拌混合して安定なスラリーを形成させ、その後に砥粒(B)とその他の添加剤とをスラリーの分散状態を不安定化させないように混合し、最終的にpHを調整し、不溶解物・凝集体を除去して研磨用スラリーとすることが好ましい。
(Method for preparing slurry for polishing)
The copolymer resin (A) and abrasive grains (B) described so far were dispersed in water, and prepared by adding an oxidizing agent, a water-soluble compound capable of forming a complex with the metal to be polished, and an anticorrosive. A slurry can be suitably used as the polishing slurry of the present invention.
A method for preparing the slurry of the present invention is not particularly limited, but a small amount of an aqueous solution of a water-soluble compound capable of forming a complex with the metal to be polished and a copolymer resin (A) each having a pH adjusted. Stir and mix each to form a stable slurry, and then mix the abrasive grains (B) and other additives so as not to destabilize the dispersed state of the slurry, and finally adjust the pH to make it insoluble It is preferable to remove the objects and aggregates to obtain a polishing slurry.

以下に実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
研磨用スラリーの評価及びスラリーの調製、は以下に記載する方法で行った。
1.研磨速度を算出する際の研磨条件
研磨用スラリー: 本発明の研磨用スラリー
被研磨物: シリコンウェハ上にSi熱酸化膜500nm/スパッタ法で形
成したTa膜30nm/CVD法で形成したメッキ用シード銅
膜150nm/メッキ法で形成した銅膜1500nmを積層し
た8インチシリコンウェハ、配線パターンが形成されたSEM
ATECH社製商品名#854シリコンウェハ、及びシリコン
ウェハ上にSi熱酸化膜500nm/スパッタ法により形成し
たTa膜100nmを製膜したシリコンウェハ
研磨機: MAT−ARW−681M
研磨パッド: IC−1000/suba400
研磨荷重: 3.0psi
研磨時間: 1min.
スラリー供給量: 200ml/min.
定盤回転数: 100rpm
基板側回転数: 96rpm
2.研磨速度の算出方法
被研磨物を超純水洗浄及び超音波洗浄した後、乾燥させ、4端子プローブを用いたシート抵抗測定により研磨前後での膜厚を測定した。膜厚の変化量と研磨時間から平均研磨速度を算出した。
3.エロージョンの観測
本発明の研磨用スラリーを用いて前記の条件で配線パターンが形成されたウェハSEMATECH社製商品名#854を研磨した後、配線幅(ライン/スペース)が9/1μmの領域の断面を走査型電子顕微鏡を用いて観察し、Ta膜の形状からエロージョンを評価した。
4.共重合樹脂(A)及び砥粒(B)の合成
(共重合樹脂(A)の製造例1〜6)
撹拌機、還流冷却器を備えたセパラブルフラスコに蒸留水200重量部を仕込み、窒素ガスで置換した後75℃に昇温した。次いで過硫酸アンモニウム2.0重量部を添加し溶解させた。その後表3に示した組成の単量体と蒸留水200重量部との混合物を、撹拌しながら2時間かけて連続的に添加し、更に2時間熟成して重合反応を完結させた。
(砥粒(B)の製造例1;アクリル樹脂砥粒)
撹拌機、還流冷却器を備えたセパラブルフラスコに蒸留水260重量部と共重合樹脂(A)の実施例1で合成した共重合樹脂(A)を100重量部仕込み、窒素ガスで雰囲気を置換した後80℃に昇温した。次いで過硫酸アンモニウム2.0重量部を添加してから表4製造例1に記載した単量体を蒸留水に乳化させた乳化物を撹拌しながら4時間かけて連続的にフラスコ内に滴下し、さらに4時間熟成して重合反応を完結させた。
(砥粒(B)の製造例2;アクリル樹脂砥粒)
撹拌機、還流冷却器つきのセパラブルフラスコに蒸留水360重量部を仕込み、窒素ガスで雰囲気を置換したあと80℃に昇温した。次いで過硫酸アンモニウム2.0重量部を加えてから表4製造例2に記載した単量体と蒸留水の乳化物を撹拌しながら4時間かけて連続的にフラスコ内に滴下し、さらに4時間熟成させて、重合反応を策定した。
(砥粒(B)の製造例3;アクリル樹脂砥粒)
撹拌機、還流冷却器つきのセパラブルフラスコに蒸留水360重量部を仕込み、窒素ガスで雰囲気を置換したあと80℃に昇温した。次いで過硫酸アンモニウム2.0重量部を加えてから表4製造例3に記載した単量体と蒸留水の乳化物を撹拌しながら4時間かけて連続的にフラスコ内に滴下し、さらに4時間熟成させて、重合反応を策定した。
(砥粒(B)の製造例4;ポリイミド樹脂砥粒)
3,3,4,4−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BDTA、1mmol)を含有するアセトン溶液(50ml)、3,5−ジアミノ安息香酸(3,5DBA、0.05mmol)を含有するメタノール・アセトン混合溶液(25mL)、さらに4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(DPE、0.5mmol)を含有するアセトン溶液(25mL)の3液を調製した。次に、25℃で上記2液を混合して周波数38kHzの超音波で10分間撹拌して反応させることにより、ポリアミド酸微粒子を析出させた。この析出物を遠心分離法によって回収し、キシレンで洗浄した。回収したポリアミド酸微粒子(0.3g)をキシレン(200mL)中に分散させた後、135℃で4時間加熱還流してイミド化した。イミド化した微粒子を遠心分離法によって回収し、キシレンを用いて洗浄し精製した。
(砥粒(B)の製造例5;ポリアミド樹脂砥粒)
テレフタル酸ジクロライド0.5mmolを溶解したアセトン溶液(50mL)、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル0.5mmolを溶解したアセトン溶液(50mL)をそれぞれ調製して4℃に冷却した。次に、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル/アセトン溶液に、イオン交換水(25mL)を添加し撹拌した。さらに氷浴中で両溶液を混合して周波数28kHzの超音波で20分間撹拌して反応させ、ポリアミド粒子を析出させた。
(砥粒(B)の製造例6;ポリエステル樹脂砥粒)
イソフタル酸25重量部、無水マレイン酸30重量部とプロピレングリコール26重量部、エチレングリコール9重量部の割合で混合し、これを窒素雰囲気下、180〜210℃の温度でエステル化反応を行い、不飽和ポリエステルを得た。次に、得られた不飽和ポリエステル100重量部をスチレン50重量部に溶解させ、さらにアゾイソブチロニトリル1.5重量部を混合した。この混合液を、水450重量部にポリビニルアルコール1.5重量部を溶解させた水溶液に、撹拌下で液化分散させ、70℃で2時間、さらに80℃で3時間加熱撹拌して、重合反応を完了させた。
(砥粒(B)の製造例7;フェノール樹脂砥粒)
レゾルシン100重量部、水1000重量部、炭酸ナトリウム0.3重量部を添加して、完全に溶解するまで撹拌した。次に、37%ホルムアルデヒド水溶液147重量部を添加して撹拌後、80℃の恒温槽で72時間放置した後、遠心分離法により粒子を得た。
(砥粒(B)の製造例8;ポリシロキサン粒子砥粒)
撹拌機、還流冷却器付きのセパラブルフラスコに、テトラメトキシシラン144.5重量部、γ―メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン23.6重量部、水19重量部、メタノール30重量部、陽イオン性交換樹脂(ローム&ハースジャパン社製、商品名アンバーリスト15)5重量部を入れて、65℃で2時間撹拌した。反応物を冷却させた後、還流冷却器に換えて蒸留塔と蒸留塔に接続した冷却器及び流出口を設け、常圧下で80℃まで昇温し、メタノールが流出しなくなるまで80℃で保持した。メタノールが流出しなくなった後に200mmHgに減圧し90℃に昇温して反応を進行させた後に、陽イオン交換樹脂をロ別してシロキサン粒子を得た。
表3

Figure 2008016678









表4
Figure 2008016678






5.研磨用スラリーの調製
研磨用スラリーは、共重合樹脂(A)10重量部を水に分散させたスラリーに、アンモニアを用いてpHを中和した被研磨金属と錯体を形成しうる水溶性化合物を滴下混合し、研磨する直前に過酸化水素水と防食剤ベンゾトリアゾールとをそれぞれ2%と0.04%となるように添加して調製した。各実施例と各比較例に用いた研磨用スラリーの組成を表5に示す。
表5


Figure 2008016678




















6.実施例と比較例の研磨用スラリーの研磨能力
各実施例と各比較例で得られた、銅とタンタルの研磨速度、及び銅とタンタルの研磨速度比、エロージョンの発生状況を表6に示す。エロージョンの発生が確認されなかったものを○、エロージョンの発生が確認されたものを×として示した。
表6
Figure 2008016678










EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to examples below, but the present invention is not limited to these examples.
Evaluation of the slurry for polishing and preparation of the slurry were carried out by the methods described below.
1. Polishing conditions for calculating the polishing rate Polishing slurry: Polishing slurry of the present invention Polishing object: Si thermal oxide film 500 nm on silicon wafer / formed by sputtering method
Seed copper for plating formed by Ta film 30nm / CVD method
150nm film / copper film 1500nm formed by plating
8 inch silicon wafer, SEM with wiring pattern
Product name # 854 silicon wafer and silicon manufactured by ATECH
Si thermal oxide film 500nm / wafer formed on wafer by sputtering method
Wafer polishing machine: MAT-ARW-681M
Polishing pad: IC-1000 / suba400
Polishing load: 3.0 psi
Polishing time: 1 min.
Slurry supply amount: 200 ml / min.
Plate rotation speed: 100rpm
Substrate side rotation speed: 96rpm
2. Method for calculating polishing rate The object to be polished was washed with ultrapure water and subjected to ultrasonic cleaning, then dried, and the film thickness before and after polishing was measured by sheet resistance measurement using a four-terminal probe. The average polishing rate was calculated from the change in film thickness and the polishing time.
3. Observation of erosion After polishing the product name # 854 manufactured by SEMATECH on which a wiring pattern is formed under the above conditions using the polishing slurry of the present invention, a cross section of a region where the wiring width (line / space) is 9/1 μm Was observed using a scanning electron microscope, and erosion was evaluated from the shape of the Ta film.
4). Synthesis of copolymer resin (A) and abrasive grains (B) (Production Examples 1 to 6 of copolymer resin (A))
A separable flask equipped with a stirrer and a reflux condenser was charged with 200 parts by weight of distilled water, replaced with nitrogen gas, and heated to 75 ° C. Next, 2.0 parts by weight of ammonium persulfate was added and dissolved. Thereafter, a mixture of the monomer having the composition shown in Table 3 and 200 parts by weight of distilled water was continuously added over 2 hours with stirring, and further aged for 2 hours to complete the polymerization reaction.
(Production Example 1 of abrasive grains (B); acrylic resin abrasive grains)
A separable flask equipped with a stirrer and a reflux condenser was charged with 260 parts by weight of distilled water and 100 parts by weight of copolymer resin (A) synthesized in Example 1 of copolymer resin (A), and the atmosphere was replaced with nitrogen gas. Then, the temperature was raised to 80 ° C. Next, 2.0 parts by weight of ammonium persulfate was added, and then the emulsion described in Table 4 Production Example 1 was emulsified in distilled water and continuously dropped into the flask over 4 hours while stirring. The polymerization reaction was completed by further aging for 4 hours.
(Production Example 2 of Abrasive Grain (B); Acrylic Resin Abrasive Grain)
A separable flask equipped with a stirrer and a reflux condenser was charged with 360 parts by weight of distilled water, and the atmosphere was replaced with nitrogen gas. Next, 2.0 parts by weight of ammonium persulfate was added, and then the monomer and distilled water emulsion described in Table 4 Production Example 2 were continuously dropped into the flask over 4 hours while stirring, and further aged for 4 hours. The polymerization reaction was formulated.
(Production Example 3 of Abrasive Grain (B); Acrylic Resin Abrasive Grain)
A separable flask equipped with a stirrer and a reflux condenser was charged with 360 parts by weight of distilled water, and the atmosphere was replaced with nitrogen gas. Next, 2.0 parts by weight of ammonium persulfate was added, and then the emulsion described in Production Example 3 in Table 4 and the emulsion of distilled water were continuously dropped into the flask over 4 hours while stirring, and further aged for 4 hours. The polymerization reaction was formulated.
(Production Example 4 of abrasive grains (B); polyimide resin abrasive grains)
Acetone solution (50 ml) containing 3,3,4,4-benzophenonetetracarboxylic dianhydride (BDTA, 1 mmol), methanol containing 3,5-diaminobenzoic acid (3,5 DBA, 0.05 mmol) Three liquids of an acetone mixed solution (25 mL) and an acetone solution (25 mL) containing 4,4′-diaminodiphenyl ether (DPE, 0.5 mmol) were prepared. Next, the above-mentioned two liquids were mixed at 25 ° C. and stirred for 10 minutes with an ultrasonic wave having a frequency of 38 kHz to cause polyamic acid fine particles to precipitate. The precipitate was collected by centrifugation and washed with xylene. The recovered polyamic acid fine particles (0.3 g) were dispersed in xylene (200 mL), and then imidized by heating at 135 ° C. for 4 hours under reflux. The imidized fine particles were collected by centrifugation, washed with xylene and purified.
(Abrasive grain (B) production example 5; polyamide resin abrasive grains)
An acetone solution (50 mL) in which 0.5 mmol of terephthalic acid dichloride was dissolved and an acetone solution (50 mL) in which 0.5 mmol of 4,4′-diaminodiphenyl ether was dissolved were prepared and cooled to 4 ° C. Next, ion-exchanged water (25 mL) was added to the 4,4′-diaminodiphenyl ether / acetone solution and stirred. Further, both solutions were mixed in an ice bath and stirred for 20 minutes with an ultrasonic wave having a frequency of 28 kHz to precipitate polyamide particles.
(Production Example 6 of abrasive grains (B); polyester resin abrasive grains)
25 parts by weight of isophthalic acid, 30 parts by weight of maleic anhydride, 26 parts by weight of propylene glycol and 9 parts by weight of ethylene glycol were mixed, and this was subjected to an esterification reaction at a temperature of 180 to 210 ° C. in a nitrogen atmosphere. A saturated polyester was obtained. Next, 100 parts by weight of the obtained unsaturated polyester was dissolved in 50 parts by weight of styrene, and 1.5 parts by weight of azoisobutyronitrile was further mixed. This mixed solution was liquefied and dispersed with stirring in an aqueous solution in which 1.5 parts by weight of polyvinyl alcohol was dissolved in 450 parts by weight of water, and the mixture was heated and stirred at 70 ° C. for 2 hours and further at 80 ° C. for 3 hours to conduct a polymerization reaction. Was completed.
(Production Example 7 of abrasive grains (B); phenol resin abrasive grains)
100 parts by weight of resorcin, 1000 parts by weight of water and 0.3 part by weight of sodium carbonate were added and stirred until completely dissolved. Next, 147 parts by weight of 37% formaldehyde aqueous solution was added and stirred, and then allowed to stand in a thermostatic bath at 80 ° C. for 72 hours, and then particles were obtained by a centrifugal separation method.
(Abrasive (B) Production Example 8; polysiloxane particle abrasive)
In a separable flask equipped with a stirrer and a reflux condenser, tetramethoxysilane 144.5 parts by weight, γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane 23.6 parts by weight, water 19 parts by weight, methanol 30 parts by weight, cationic exchange 5 parts by weight of a resin (trade name Amberlyst 15 manufactured by Rohm & Haas Japan Co., Ltd.) was added and stirred at 65 ° C. for 2 hours. After cooling the reaction product, replace the reflux condenser with a distillation column and a condenser connected to the distillation column and an outlet, raise the temperature to 80 ° C. under normal pressure, and maintain at 80 ° C. until methanol no longer flows out. did. After methanol stopped flowing out, the pressure was reduced to 200 mmHg and the temperature was raised to 90 ° C. to advance the reaction, and then the cation exchange resin was separated to obtain siloxane particles.
Table 3
Figure 2008016678









Table 4
Figure 2008016678






5. Preparation of Polishing Slurry Polishing slurry is a slurry in which 10 parts by weight of copolymer resin (A) is dispersed in water, and a water-soluble compound capable of forming a complex with the metal to be polished, which has been neutralized with ammonia. The mixture was added dropwise, and immediately before polishing, hydrogen peroxide water and the anticorrosive benzotriazole were added to 2% and 0.04%, respectively. Table 5 shows the composition of the polishing slurry used in each Example and each Comparative Example.
Table 5


Figure 2008016678




















6). Polishing Ability of Polishing Slurries of Examples and Comparative Examples Table 6 shows the polishing rate of copper and tantalum, the polishing rate ratio of copper and tantalum, and the occurrence of erosion obtained in each example and each comparative example. The case where the occurrence of erosion was not confirmed was shown as ◯, and the case where the occurrence of erosion was confirmed was shown as x.
Table 6
Figure 2008016678










本発明によれば、高い研磨速度を発現しつつ、エロージョンの発生を抑制した、半導体装置を製造する配線工程で用いられるCMPに用いる研磨用スラリーを提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the grinding | polishing slurry used for CMP used in the wiring process which manufactures a semiconductor device which suppressed generation | occurrence | production of erosion while expressing high polishing rate can be provided.

Claims (4)

アミド基・ヒドロキシル基・カルボニル基・ニトリル基・ピリジル基・グリシジル基・アセトアセチル基・アミノ基・スルホニル基及びアルコキシ基からなる群から選ばれた少なくとも1種以上の官能基を含む単量体を、全単量体100重量部に対して10〜99重量部含む共重合樹脂(A)と、弾性率が0.01〜300000MPaの範囲にある砥粒(B)と、を含むことを特徴とする研磨用組成物。   A monomer containing at least one functional group selected from the group consisting of amide group, hydroxyl group, carbonyl group, nitrile group, pyridyl group, glycidyl group, acetoacetyl group, amino group, sulfonyl group and alkoxy group A copolymer resin (A) containing 10 to 99 parts by weight with respect to 100 parts by weight of all monomers, and abrasive grains (B) having an elastic modulus in the range of 0.01 to 300,000 MPa. Polishing composition. 請求項1に記載の研磨用組成物であって、共重合樹脂(A)に10〜99重量部含まれる単量体が、アクリルアミド・メタクリルアミド・ジメチル(メタ)アクリルアミド・2−ヒドロキシ(メタ)アクリレート・アセトアセトキシエチル(メタ)アクリレート・(メタ)アクリロニトリル・グリシジル(メタ)アクリレート・N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート・アクリロイルモルホリン及びビニルピロリドンからなる群から選ばれた少なくとも1種以上の単量体であることを特徴とする、研磨用組成物。   The polishing composition according to claim 1, wherein the monomer contained in the copolymer resin (A) in an amount of 10 to 99 parts by weight is acrylamide, methacrylamide, dimethyl (meth) acrylamide, 2-hydroxy (meth). At least one selected from the group consisting of acrylate, acetoacetoxyethyl (meth) acrylate, (meth) acrylonitrile, glycidyl (meth) acrylate, N, N-dimethylaminoethyl (meth) acrylate, acryloylmorpholine and vinylpyrrolidone A polishing composition, which is a monomer. 請求項1及び2に記載の研磨用組成物であって、砥粒(B)が、アクリル樹脂・フェノール樹脂・メラミン樹脂・ウレタン樹脂・ポリオレフィン樹脂・ポリエステル樹脂・ポリアミド樹脂・ポリイミド樹脂・ポリシロキサン樹脂及びコロイダルシリカからなる群から選ばれる少なくとも1種以上の砥粒であることを特徴とする、研磨用組成物。   3. The polishing composition according to claim 1, wherein the abrasive grains (B) are acrylic resin, phenol resin, melamine resin, urethane resin, polyolefin resin, polyester resin, polyamide resin, polyimide resin, polysiloxane resin. And at least one abrasive selected from the group consisting of colloidal silica. 請求項1〜3に記載の研磨用組成物であって、更に、酸化剤と、被研磨金属と錯体を形成し得る水溶性化合物と、防食剤と、を含むことを特徴とする、研磨用組成物。
The polishing composition according to claim 1, further comprising an oxidizing agent, a water-soluble compound capable of forming a complex with the metal to be polished, and an anticorrosive agent. Composition.
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