JP2008041781A - Composition for polishing, and polishing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体配線プロセスにおいて銅からなる導体層を研磨する用途で使用される研磨用組成物及びそれを用いた研磨方法に関する。 The present invention relates to a polishing composition used for polishing a copper conductive layer in a semiconductor wiring process and a polishing method using the same.
半導体配線プロセスにおいては通常まず、トレンチを有する絶縁体層の上にバリア層及び導体層を順次に形成する。その後、化学機械研磨により少なくともトレンチの外に位置する導体層の部分(導体層の外側部分)及びトレンチの外に位置するバリア層の部分(バリア層の外側部分)を除去する。特許文献1,2には、導体層が銅からなる場合に導体層の外側部分を除去するための研磨に使用可能な研磨用組成物が開示されている。 In the semiconductor wiring process, usually, a barrier layer and a conductor layer are sequentially formed on an insulator layer having a trench. Thereafter, at least a portion of the conductor layer (outside portion of the conductor layer) located outside the trench and a portion of the barrier layer (outside portion of the barrier layer) located outside the trench are removed by chemical mechanical polishing. Patent Documents 1 and 2 disclose a polishing composition that can be used for polishing to remove an outer portion of a conductor layer when the conductor layer is made of copper.
特許文献1の研磨用組成物は、キナルジン酸やベンゾトリアゾールのような複素環を有する化合物、スルホン酸塩(アニオン界面活性剤)のような界面活性剤、過硫酸アンモニウムや過酸化水素のような酸化剤、及びシリカのような砥粒を含有するものである。特許文献2の研磨用組成物は、キナルジン酸やベンゾトリアゾールのような複素環を有する化合物、アセチレングリコール(ノニオン界面活性剤)のような三重結合を有する界面活性剤、過硫酸アンモニウムや過酸化水素のような酸化剤、及びシリカのような砥粒を含有し、必要に応じてドデシルベンゼンスルホン酸アンモニウム(アニオン界面活性剤)をさらに含有するものである。 The polishing composition of Patent Document 1 includes compounds having a heterocyclic ring such as quinaldic acid and benzotriazole, surfactants such as sulfonates (anionic surfactants), oxidation such as ammonium persulfate and hydrogen peroxide. Agent and abrasive grains such as silica. The polishing composition of Patent Document 2 includes a compound having a heterocyclic ring such as quinaldic acid and benzotriazole, a surfactant having a triple bond such as acetylene glycol (nonionic surfactant), ammonium persulfate and hydrogen peroxide. Such an oxidizing agent and abrasives such as silica are contained, and if necessary, ammonium dodecylbenzenesulfonate (anionic surfactant) is further contained.
導体層の外側部分を除去するための研磨に使用される研磨用組成物には少なくとも以下の2つの性能が要求される。
(1)トレンチの中に位置する導体層の部分(導体層の内側部分)が除去されることにより導体層の上面のレベルが低下するディッシングと呼ばれる現象の発生を抑制すること。
The polishing composition used for polishing for removing the outer portion of the conductor layer is required to have at least the following two performances.
(1) To suppress the occurrence of a phenomenon called dishing in which the level of the upper surface of the conductor layer is reduced by removing the portion of the conductor layer (inner portion of the conductor layer) located in the trench.
(2)研磨用組成物による導体層の研磨速度が高いこと、すなわち研磨用組成物による導体層の除去速度が高いこと。
しかしながら、特許文献1,2の研磨用組成物は、これらの要求性能を十分に満足するものではなく、依然として改良の余地を残している。
However, the polishing compositions of Patent Documents 1 and 2 do not sufficiently satisfy these required performances, and there is still room for improvement.
本発明の目的は、半導体配線プロセスにおいて銅からなる導体層を研磨する用途でより好適に使用することができる研磨用組成物及びそれを用いた研磨方法を提供することにある。 The objective of this invention is providing the polishing composition which can be used more suitably for the use which grind | polishes the conductor layer which consists of copper in a semiconductor wiring process, and the grinding | polishing method using the same.
上記の目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、化学式:R1−Y1又はR1−X1−Y1(但し、R1はアルキル基、アルキルフェニル基又はアルケニル基を表し、X1はポリオキシエチレン基、ポリオキシプロピレン基又はポリ(オキシエチレン・オキシプロピレン)基を表し、Y1はSO3M1基又はSO4M1基(但し、M1はカウンターイオンを表す。)を表す。)で表される少なくとも一種類のアニオン界面活性剤と、前記アニオン界面活性剤とは異なる保護膜形成剤と、化学式:R2−X2(但し、R2はアルキル基を表し、X2はポリオキシエチレン基、ポリオキシプロピレン基又はポリ(オキシエチレン・オキシプロピレン)基を表す。)で表され、かつHLB値が10〜16である少なくとも一種類のノニオン界面活性剤とを含有し、pHが2〜9であることを特徴とする研磨用組成物を提供する。 In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 has the chemical formula: R1-Y1 or R1-X1-Y1 (wherein R1 represents an alkyl group, an alkylphenyl group or an alkenyl group, and X1 represents a polyoxy It represents an ethylene group, a polyoxypropylene group or a poly (oxyethylene / oxypropylene) group, and Y1 represents an SO 3 M1 group or an SO 4 M1 group (where M1 represents a counter ion). At least one anionic surfactant, a protective film forming agent different from the anionic surfactant, and a chemical formula: R2-X2 (where R2 represents an alkyl group, X2 is a polyoxyethylene group, a polyoxypropylene group) Or a poly (oxyethylene / oxypropylene) group) and at least one nonio having an HLB value of 10 to 16. And a polishing composition characterized by having a pH of 2 to 9.
請求項2に記載の発明は、前記ノニオン界面活性剤のポリオキシエチレン基、ポリオキシプロピレン基又はポリ(オキシエチレン・オキシプロピレン)基中の繰り返し単位の平均繰り返し数が2〜20である請求項1に記載の研磨用組成物を提供する。 In the invention according to claim 2, the average number of repeating units in the polyoxyethylene group, polyoxypropylene group or poly (oxyethylene oxypropylene) group of the nonionic surfactant is 2 to 20. The polishing composition according to 1, is provided.
請求項3に記載の発明は、前記アニオン界面活性剤のポリオキシエチレン基、ポリオキシプロピレン基又はポリ(オキシエチレン・オキシプロピレン)基中の繰り返し単位の平均繰り返し数が6以下である請求項1又は2に記載の研磨用組成物を提供する。 In the invention according to claim 3, the average number of repeating units in the polyoxyethylene group, polyoxypropylene group or poly (oxyethylene / oxypropylene) group of the anionic surfactant is 6 or less. Alternatively, the polishing composition according to 2 is provided.
請求項4に記載の発明は、前記アニオン界面活性剤におけるM1がカリウムカチオン、アンモニウムカチオン又はアミン類カチオンである請求項1〜3のいずれか一項に記載の研磨用組成物を提供する。 The invention according to claim 4 provides the polishing composition according to any one of claims 1 to 3, wherein M1 in the anionic surfactant is a potassium cation, an ammonium cation, or an amine cation.
請求項5に記載の発明は、トレンチを有する絶縁体層の上に銅からなる導体層が設けられてなり、導体層がトレンチの外に位置する外側部分及びトレンチの中に位置する内側部分を有する研磨対象物を研磨する方法を提供する。その方法は、予備研磨用組成物を用いた研磨により導体層の外側部分の大半を除去する工程と、前記予備研磨用組成物とは異なる仕上げ研磨用組成物として請求項1〜4のいずれか一項に記載の研磨用組成物を用いた研磨により導体層の外側部分の残部を除去する工程とを備える。 According to a fifth aspect of the present invention, a conductor layer made of copper is provided on an insulator layer having a trench, and an outer portion where the conductor layer is located outside the trench and an inner portion located inside the trench are provided. A method for polishing an object to be polished is provided. The method includes any of the steps of removing most of the outer portion of the conductor layer by polishing using the preliminary polishing composition, and a final polishing composition different from the preliminary polishing composition. And a step of removing the remainder of the outer portion of the conductor layer by polishing using the polishing composition according to one item.
本発明によれば、半導体配線プロセスにおいて銅からなる導体層を研磨する用途でより好適に使用することができる研磨用組成物及びそれを用いた研磨方法が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the polishing composition which can be used more suitably for the use which grind | polishes the conductor layer which consists of copper in a semiconductor wiring process, and the grinding | polishing method using the same are provided.
以下、本発明の一実施形態を説明する。
はじめに、半導体配線プロセスを図1(a)〜図1(d)に従って説明する。半導体配線プロセスは通常、以下の工程を含む。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described.
First, the semiconductor wiring process will be described with reference to FIGS. 1 (a) to 1 (d). The semiconductor wiring process usually includes the following steps.
まず、図1(a)に示すように、半導体基板(図示略)の上に設けられてトレンチ11を有する絶縁体層12の上にバリア層13及び導体層14を順次に形成する。バリア層13は、導体層14の形成に先立って、絶縁体層12の表面を覆うように絶縁体層12の上に形成される。バリア層13の厚さはトレンチ11の深さよりも小さい。導体層14は、バリア層13の形成に引き続いて、少なくともトレンチ11が埋まるようにバリア層13の上に形成される。
First, as shown in FIG. 1A, a
その後、化学機械研磨により少なくともトレンチ11の外に位置する導体層14の部分(導体層14の外側部分)及びトレンチ11の外に位置するバリア層13の部分(バリア層13の外側部分)を除去する。その結果、図1(d)に示すように、トレンチ11の中に位置するバリア層13の部分(バリア層13の内側部分)の少なくとも一部及びトレンチ11の中に位置する導体層14の部分(導体層14の内側部分)の少なくとも一部が絶縁体層12の上に残る。すなわち、トレンチ11の内側にバリア層13の一部及び導体層14の一部が残る。こうしてトレンチ11の内側に残った導体層14の部分が配線として機能することになる。
Thereafter, at least a portion of the
化学機械研磨により少なくとも導体層14の外側部分及びバリア層13の外側部分を除去する場合まず、図1(b)に示すように、導体層14の外側部分の大半が除去される。次に、図1(c)に示すように、バリア層13の外側部分の上面を露出させるべく、導体層14の外側部分の残部が除去される。その後、図1(d)に示すように、絶縁体層12の上面を露出させるとともに平坦な表面を得るべく、バリア層13の外側部分が除去される。
When removing at least the outer portion of the
本実施形態の研磨用組成物は、導体層14が銅からなる場合のこのような半導体配線プロセスにおける導体層14の研磨に使用されるものであり、より具体的には、導体層14の外側部分の大半が除去された後に導体層14の外側部分の残部を除去するための研磨での使用に特に適するものである。
The polishing composition of the present embodiment is used for polishing the
本実施形態の研磨用組成物は、所定量のアニオン界面活性剤と保護膜形成剤とノニオン界面活性剤を、好ましくは所定量の酸化剤とエッチング剤と砥粒とともに、水と混合することによってpHが2〜9になるように製造される。従って、本実施形態の研磨用組成物は、アニオン界面活性剤、保護膜形成剤、ノニオン界面活性剤及び水を含有し、好ましくは酸化剤、エッチング剤及び砥粒をさらに含有する。 The polishing composition of this embodiment is obtained by mixing a predetermined amount of an anionic surfactant, a protective film forming agent, and a nonionic surfactant with water, preferably together with a predetermined amount of an oxidizing agent, an etching agent, and abrasive grains. It is manufactured so that the pH is 2-9. Therefore, the polishing composition of this embodiment contains an anionic surfactant, a protective film forming agent, a nonionic surfactant and water, and preferably further contains an oxidizing agent, an etching agent and abrasive grains.
本実施形態の研磨用組成物に含まれるアニオン界面活性剤は、中性から酸性のpH領域において導体層14の表面に電気的に吸着して保護膜を形成する作用を有する。中性から酸性のpH領域においては銅からなる導体層14の表面電位は正である。そのため、アニオン界面活性剤の親水性部分であるアニオン基が導体層14の表面に結合し、アニオン界面活性剤の疎水性部分は導体層14の表面とは反対側に位置している。従って、アニオン界面活性剤による保護膜の表面は疎水性を有している。導体層14の表面にアニオン界面活性剤による保護膜が形成されると、導体層14の表面と砥粒との間の親和性が低下し、研磨用組成物による導体層14の研磨速度が低下する。その結果、導体層14の内側部分の過剰な除去が抑制され、ディッシング(図2参照)の発生が抑制される。
The anionic surfactant contained in the polishing composition of the present embodiment has an action of forming a protective film by being electrically adsorbed on the surface of the
研磨用組成物に含まれるアニオン界面活性剤は、化学式:R1−Y1又はR1−X1−Y1で表される化合物から選ばれる少なくとも一種を含む。但し、R1はアルキル基、アルキルフェニル基又はアルケニル基を表し、X1はポリオキシエチレン基、ポリオキシプロピレン基又はポリ(オキシエチレン・オキシプロピレン)基を表し、Y1はSO3M1基又はSO4M1基を表す。SO3M1基及びSO4M1基のM1はカウンターイオンを表す。カウンターイオンは、例えば、アンモニウムカチオン、アミン類カチオン、およびリチウムカチオン、ナトリウムカチオン、カリウムカチオンのようなアルカリ金属カチオンなど特に限定されない。その中でも、研磨用組成物による導体層14の研磨速度を向上するという観点からすると、好ましくはカリウムカチオン、アンモニウムカチオン又はアミン類カチオンであり、より好ましくはアンモニウムカチオン又はトリエタノールアミンカチオン、最も好ましくはアンモニウムカチオンである。
The anionic surfactant contained in the polishing composition contains at least one compound selected from compounds represented by the chemical formula: R1-Y1 or R1-X1-Y1. However, R1 represents an alkyl group, an alkylphenyl group, or an alkenyl group, X1 represents a polyoxyethylene group, a polyoxypropylene group, or a poly (oxyethylene / oxypropylene) group, and Y1 represents an SO 3 M1 group or SO 4 M1. Represents a group. M1 in the SO 3 M1 group and SO 4 M1 group represents a counter ion. The counter ions are not particularly limited, for example, ammonium cations, amine cations, and alkali metal cations such as lithium cations, sodium cations, and potassium cations. Among them, from the viewpoint of improving the polishing rate of the
研磨用組成物中のアニオン界面活性剤の含有量はディッシングの抑制及び研磨速度と密接な関係がある。これが少なすぎる場合には、導体層14の過剰な研磨を強く抑制するのに十分な保護膜が導体層14の表面に形成されず、その結果、ディッシングの発生があまり強く抑制されない虞がある。ディッシングの発生をより強く抑制するという観点からすると、研磨用組成物中のアニオン界面活性剤の含有量は0.01g/L以上であることが好ましく、より好ましくは0.03g/L以上、さらに好ましくは0.05g/L以上、さらにより好ましくは0.08g/L以上、最も好ましくは0.1g/L以上である。一方、研磨用組成物中のアニオン界面活性剤の含有量が多すぎる場合には、導体層14の表面に保護膜が過剰に形成されることにより導体層14の研磨が抑制されすぎる虞がある。研磨用組成物による導体層14の研磨速度を高く保つためには、研磨用組成物中のアニオン界面活性剤の含有量は10g/L以下であることが好ましく、より好ましくは5g/L以下、さらに好ましくは1g/L以下、さらにより好ましくは0.5g/L以下、最も好ましくは0.3g/L以下である。
The content of the anionic surfactant in the polishing composition is closely related to the suppression of dishing and the polishing rate. If this amount is too small, a protective film sufficient to strongly suppress excessive polishing of the
研磨用組成物に含まれるアニオン界面活性剤が化学式:R1−X1−Y1で表される化合物を含むとき、X1中の繰り返し単位の平均繰り返し数は、導体層14における配線エッジ部の金属腐食と密接な関係がある。これが多すぎる場合には、配線エッジ部分にスリットと呼ばれる金属腐食が発生する虞がある。配線エッジ部分における金属腐食の発生を抑制するという観点からすると、X1中の繰り返し単位の平均繰り返し数は6以下であることが好ましく、より好ましくは4以下、最も好ましくは2以下である。
When the anionic surfactant contained in the polishing composition contains a compound represented by the chemical formula: R1-X1-Y1, the average number of repeating units in X1 is the metal corrosion of the wiring edge portion in the
本実施形態の研磨用組成物に含まれる保護膜形成剤は、導体層14の表面に吸着して保護膜を形成する作用を有する。この保護膜形成剤による保護膜の表面は疎水性を有している。導体層14の表面に保護膜形成剤による保護膜が形成されると、導体層14の表面と砥粒との間の親和性が低下し、研磨用組成物による導体層14の研磨速度が低下する。その結果、導体層14の内側部分の過剰な除去が抑制され、ディッシングの発生が抑制される。
The protective film forming agent contained in the polishing composition of the present embodiment has an action of forming a protective film by adsorbing to the surface of the
研磨用組成物に含まれる保護膜形成剤は、ベンゾトリアゾール又はベンゾトリアゾール誘導体であってもよい。ベンゾトリアゾール誘導体は、ベンゾトリアゾールの五員環に結合している水素原子が他の原子団で置き換えられてなるものである。ディッシングの発生をより強く抑制するという観点からすると、研磨用組成物に含まれる保護膜形成剤は、ベンゾトリアゾールであることが好ましい。ベンゾトリアゾールによる保護膜は、ベンゾトリアゾールの五員環部分が導体層14の表面に結合し、ベンゾトリアゾールのベンゼン環部分が導体層の14の表面とは反対側に位置する結果、表面が疎水性を有している。ベンゾトリアゾール誘導体による保護膜は、ベンゾトリアゾール誘導体の五員環部分が導体層14の表面に結合し、ベンゾトリアゾール誘導体のベンゼン環部分が導体層の14の表面とは反対側に位置する結果、表面が疎水性を有している。
The protective film forming agent contained in the polishing composition may be benzotriazole or a benzotriazole derivative. The benzotriazole derivative is formed by replacing the hydrogen atom bonded to the five-membered ring of benzotriazole with another atomic group. From the viewpoint of suppressing the occurrence of dishing more strongly, the protective film forming agent contained in the polishing composition is preferably benzotriazole. The protective film made of benzotriazole has a hydrophobic surface because the five-membered ring portion of benzotriazole is bonded to the surface of the
研磨用組成物中の保護膜形成剤の含有量は、ディッシングの抑制及び研磨速度と密接な関係がある。これが少なすぎる場合には、導体層14の過剰な研磨を強く抑制するのに十分な保護膜が導体層14の表面に形成されず、その結果、ディッシングの発生があまり抑制されない虞がある。ディッシングの発生をより強く抑制するという観点からすると、研磨用組成物中の保護膜形成剤の含有量は0.001g/L以上であることが好ましく、より好ましくは0.01g/L以上である。一方、研磨用組成物中の保護膜形成剤の含有量が多すぎる場合には、導体層14の表面に保護膜が過剰に形成されることにより導体層14の研磨が抑制されすぎる虞がある。研磨用組成物による導体層14の研磨速度を高く保つためには、研磨用組成物中の保護膜形成剤の含有量は1g/L以下であることが好ましく、より好ましくは0.2g/L以下である。
The content of the protective film forming agent in the polishing composition is closely related to the suppression of dishing and the polishing rate. If this amount is too small, a protective film sufficient to strongly suppress excessive polishing of the
本実施形態の研磨用組成物に含まれるノニオン界面活性剤は、前記アニオン界面活性剤及び前記保護膜形成剤による保護膜の疎水表面に吸着して保護膜を形成する作用を有する。ノニオン界面活性剤の疎水性部分はアニオン界面活性剤及び保護膜形成剤による保護膜の疎水表面に結合し、ノニオン界面活性剤の親水性部分はアニオン界面活性剤及び保護膜形成剤による保護膜の疎水表面とは反対側に位置している。そのため、アニオン界面活性剤及び保護膜形成剤による保護膜の疎水表面の上に形成されるノニオン界面活性剤による保護膜の表面は親水性を有している。アニオン界面活性剤及び保護膜形成剤による保護膜の疎水表面の上にノニオン界面活性剤による保護膜が形成されると、導体層14の表面と砥粒との間の親和性が向上し、研磨用組成物による導体層14の研磨速度が向上する。その結果、研磨用組成物による導体層14の研磨速度の前記アニオン界面活性剤及び前記保護膜形成剤の使用による過度の低下が抑制される。
The nonionic surfactant contained in the polishing composition of the present embodiment has an action of forming a protective film by adsorbing to the hydrophobic surface of the protective film by the anionic surfactant and the protective film forming agent. The hydrophobic part of the nonionic surfactant binds to the hydrophobic surface of the protective film formed by the anionic surfactant and the protective film forming agent, and the hydrophilic part of the nonionic surfactant forms the protective film formed by the anionic surfactant and the protective film forming agent. Located on the opposite side of the hydrophobic surface. For this reason, the surface of the protective film made of the nonionic surfactant formed on the hydrophobic surface of the protective film made of the anionic surfactant and the protective film forming agent has hydrophilicity. When the protective film by the nonionic surfactant is formed on the hydrophobic surface of the protective film by the anionic surfactant and the protective film forming agent, the affinity between the surface of the
研磨用組成物に含まれるノニオン界面活性剤は、化学式:R2−X2で表され、かつHLB値が10〜16であるノニオン界面活性剤から選ばれる少なくとも一種を含む。但し、R2はアルキル基を表し、X2はポリオキシエチレン基、ポリオキシプロピレン基又はポリ(オキシエチレン・オキシプロピレン)基を表す。 The nonionic surfactant contained in the polishing composition contains at least one selected from nonionic surfactants represented by the chemical formula: R2-X2 and having an HLB value of 10 to 16. However, R2 represents an alkyl group, and X2 represents a polyoxyethylene group, a polyoxypropylene group or a poly (oxyethylene / oxypropylene) group.
研磨用組成物中のノニオン界面活性剤の含有量は、研磨速度の低下抑制及びディッシングの抑制と密接な関係がある。これが少なすぎる場合には、導体層14の研磨速度の過度の低下があまり強く抑制されない虞がある。導体層14の研磨速度の過度の低下をより強く抑制するという観点からすると、研磨用組成物中のノニオン界面活性剤の含有量は0.01g/L以上であることが好ましく、より好ましくは0.05g/L以上、さらに好ましくは0.1g/L以上、最も好ましくは0.3g/L以上である。一方、研磨用組成物中のノニオン界面活性剤の含有量が多すぎる場合には、アニオン界面活性剤及び保護膜形成剤によるディッシング抑制作用が弱まる虞があり、その結果、ディッシングが発生しやすくなる虞がある。また、導体層14を研磨する研磨用組成物の能力が却って低下する虞もある。ディッシングの発生をより強く抑制するという観点からすると、研磨用組成物中のノニオン界面活性剤の含有量は20g/L以下であることが好ましく、より好ましくは10g/L以下、さらに好ましくは5g/L以下、最も好ましくは3g/L以下である。
The content of the nonionic surfactant in the polishing composition is closely related to the reduction in polishing rate and the suppression of dishing. When this is too small, there is a possibility that an excessive decrease in the polishing rate of the
本実施形態の研磨用組成物に含まれるノニオン界面活性剤は曇点という物理パラメータをもっている。この曇点は研磨用組成物の腐食作用の強さと密接な関係がある。研磨用組成物に含まれるノニオン界面活性剤の曇点が高すぎる場合には、研磨用組成物の腐食作用が過度に強まる虞がある。研磨用組成物の腐食作用が過度に強まるのを抑制するという観点からすると、研磨用組成物に含まれるノニオン界面活性剤の曇点は90℃以下であることが好ましく、より好ましくは50℃以下、最も好ましくは35℃以下である。 The nonionic surfactant contained in the polishing composition of this embodiment has a physical parameter called cloud point. This cloud point is closely related to the strength of the corrosive action of the polishing composition. When the clouding point of the nonionic surfactant contained in the polishing composition is too high, the corrosive action of the polishing composition may be excessively increased. From the viewpoint of suppressing an excessive increase in the corrosive action of the polishing composition, the cloud point of the nonionic surfactant contained in the polishing composition is preferably 90 ° C. or less, more preferably 50 ° C. or less. Most preferably, it is 35 ° C. or lower.
研磨用組成物に含まれるノニオン界面活性剤のX2中の繰り返し単位の平均繰り返し数は、ノニオン界面活性剤の水に対する溶解性と密接な関係がある。これが少なすぎる場合には、ノニオン界面活性剤が水に対して溶解しにくくなる。ノニオン界面活性剤の水への溶解性を高めるという観点からすると、X2中の繰り返し単位の平均繰り返し数は2以上であることが好ましく、より好ましくは3以上である。一方、研磨用組成物に含まれるノニオン界面活性剤のX2中の繰り返し単位の平均繰り返し数が多すぎる場合には、導体層14における配線エッジ部分に金属腐食が発生する虞がある。配線エッジ部分における金属腐食の発生を抑制するという観点からすると、X2中の繰り返し単位の平均繰り返し数は20以下であることが好ましく、より好ましくは15以下、最も好ましくは10以下である。
The average number of repeating units in X2 of the nonionic surfactant contained in the polishing composition is closely related to the solubility of the nonionic surfactant in water. When this amount is too small, the nonionic surfactant becomes difficult to dissolve in water. From the viewpoint of increasing the solubility of the nonionic surfactant in water, the average number of repeating units in X2 is preferably 2 or more, more preferably 3 or more. On the other hand, when the average number of repeating units in the nonionic surfactant X2 contained in the polishing composition is too large, metal corrosion may occur in the wiring edge portion of the
研磨用組成物に含まれるノニオン界面活性剤のHLB値は、研磨速度の低下抑制及びディッシングの抑制と密接な関係がある。これが低すぎる場合には、導体層14の研磨速度の過度の低下があまり強く抑制されない虞がある。導体層14の研磨速度の過度の低下をより強く抑制するという観点からすると、研磨用組成物に含まれるノニオン界面活性剤のHLB値は10以上であることが好ましく、より好ましくは10.5以上、さらに好ましくは11以上、最も好ましくは11.5以上である。一方、研磨用組成物に含まれるノニオン界面活性剤のHLB値が高すぎる場合には、アニオン界面活性剤及び保護膜形成剤によるディッシング抑制作用が弱まる虞があり、その結果、ディッシングが発生しやすくなる虞がある。ディッシングの発生をより強く抑制するという観点からすると、研磨用組成物中のノニオン界面活性剤のHLB値は16以下であることが好ましく、より好ましくは15以下、さらに好ましくは14以下、最も好ましくは13.5以下である。なお、ノニオン界面活性剤のHLB値は、例えばグリフィン法で求められる。
The HLB value of the nonionic surfactant contained in the polishing composition is closely related to the reduction in polishing rate and the suppression of dishing. If this is too low, an excessive decrease in the polishing rate of the
本実施形態の研磨用組成物は酸化剤をさらに含有することが好ましい。酸化剤は、導体層14を酸化する作用を有し、研磨用組成物による導体層14の研磨速度を向上する働きをする。研磨用組成物に含まれる酸化剤は、過酸化水素及び過硫酸アンモニウムのような過酸化物であってもよい。酸化剤に由来する導体層14の金属汚染を低減するという観点からすると過酸化水素が好ましい。
It is preferable that the polishing composition of this embodiment further contains an oxidizing agent. The oxidizing agent has an action of oxidizing the
研磨用組成物中の酸化剤の含有量が少なすぎる場合には、研磨用組成物による導体層14の研磨速度はあまり大きく向上しない。研磨用組成物による導体層14の研磨速度をより大きく向上するという観点からすると、研磨用組成物中の酸化剤の含有量は1g/L以上であることが好ましく、より好ましくは3g/L以上、最も好ましくは5g/L以上である。一方、研磨用組成物中の酸化剤の含有量が多すぎる場合には、導体層14に対する研磨用組成物の研磨能力が高くなりすぎてディッシングが発生しやすくなる虞がある。ディッシングの発生をより強く抑制するという観点からすると、研磨用組成物中の酸化剤の含有量は30g/L以下であることが好ましく、より好ましくは20g/L以下、最も好ましくは15g/L以下である。
When there is too little content of the oxidizing agent in polishing composition, the grinding | polishing speed | rate of the
本実施形態の研磨用組成物はエッチング剤をさらに含有することが好ましい。エッチング剤は、導体層14をエッチングする作用を有し、研磨用組成物による導体層14の研磨速度を向上する働きをする。研磨用組成物に含まれるエッチング剤は、グリシンやアラニン、バリンのようなα−アミノ酸であってもよい。研磨用組成物による導体層14の研磨速度をより大きく向上するという観点からするとグリシンが好ましい。
It is preferable that the polishing composition of this embodiment further contains an etching agent. An etching agent has the effect | action which etches the
研磨用組成物中のエッチング剤の含有量が少なすぎる場合には、研磨用組成物による導体層14の研磨速度はあまり大きく向上しない。研磨用組成物による導体層14の研磨速度をより大きく向上するという観点からすると、研磨用組成物中のエッチング剤の含有量は0.5g/L以上であることが好ましく、より好ましくは1g/L以上、さらに好ましくは3g/L以上、最も好ましくは5g/L以上である。一方、研磨用組成物中のエッチング剤の含有量が多すぎる場合には、導体層14に対する研磨用組成物の研磨能力が高くなりすぎてディッシングが発生しやすくなる虞がある。ディッシングの発生をより強く抑制するという観点からすると、研磨用組成物中のエッチング剤の含有量は50g/L以下であることが好ましく、より好ましくは30g/L以下、さらに好ましくは20g/L以下、最も好ましくは15g/L以下である。
When the content of the etching agent in the polishing composition is too small, the polishing rate of the
本実施形態の研磨用組成物は砥粒をさらに含有することが好ましい。砥粒は、導体層14を機械的に研磨する役割を担い、研磨用組成物による導体層14の研磨速度を向上する働きをする。研磨用組成物に含まれる砥粒はシリカであってもよい。研磨後の導体層14の表面欠陥を低減するという観点からするとコロイダルシリカが好ましい。
It is preferable that the polishing composition of this embodiment further contains abrasive grains. The abrasive has a role of mechanically polishing the
研磨用組成物中の砥粒の含有量が少なすぎる場合には、研磨用組成物による導体層14の研磨速度はあまり大きく向上しない。研磨用組成物による導体層14の研磨速度をより大きく向上するという観点からすると、研磨用組成物中の砥粒の含有量は0.5g/L以上であることが好ましく、より好ましくは1g/L以上、最も好ましくは5g/L以上である。一方、研磨用組成物中の砥粒の含有量が多すぎる場合には、導体層14に対する研磨用組成物の研磨能力が高くなりすぎてディッシングが発生しやすくなる虞がある。ディッシングの発生をより強く抑制するという観点からすると、研磨用組成物中の砥粒の含有量は100g/L以下であることが好ましく、より好ましくは50g/L以下、最も好ましくは20g/L以下である。
When there is too little content of the abrasive grain in polishing composition, the grinding | polishing speed | rate of the
研磨用組成物に含まれる砥粒の平均一次粒子径が小さすぎる場合には、研磨用組成物による導体層14の研磨速度はあまり大きく向上しない。研磨用組成物による導体層14の研磨速度をより大きく向上するという観点からすると、研磨用組成物に含まれる砥粒の平均一次粒子径は3nm以上であることが好ましく、より好ましくは5nm以上、最も好ましくは8nm以上である。一方、研磨用組成物に含まれる砥粒の平均一次粒子径が大きすぎる場合には、研磨用組成物中で砥粒が沈降しやすくなる。砥粒の沈降を防止するという観点からすると、研磨用組成物に含まれる砥粒の平均一次粒子径は200nm以下であることが好ましく、より好ましくは100nm以下、最も好ましくは50nm以下である。なお、砥粒の平均一次粒子径は、BET法により測定される砥粒の比表面積から算出される。
When the average primary particle diameter of the abrasive grains contained in the polishing composition is too small, the polishing rate of the
本実施形態の研磨用組成物のpHについては、導体層14の表面へのアニオン界面活性剤の吸着作用と密接な関係がある。この吸着作用が好適に働くためには研磨用組成物のpHは中性付近から酸性であることが求められる。しかし、研磨用組成物のpHが強酸性領域である場合にはかなりのディッシングが発生するため、研磨用組成物のpHは2以上であることが必須である。また、ディッシングの発生をより強く抑制するという観点からすると、研磨用組成物のpHは好ましくは4以上、より好ましくは6以上である。一方、研磨用組成物のpHがアルカリ領域である場合には、研磨用組成物中のエッチング剤の分解が経時的に起こりやすく、研磨用組成物のポットライフが大きく低下する。そのため、研磨用組成物のpHは9以下であることが必須である。また、研磨用組成物のpHが9を超えるとアニオン界面活性剤による保護膜の形成が妨げられる虞もある。研磨用組成物のポットライフをより向上するという観点からすると、研磨用組成物のpHは好ましくは8.5以下、より好ましくは8以下である。
The pH of the polishing composition of this embodiment is closely related to the adsorption action of the anionic surfactant on the surface of the
本実施形態によれば以下の利点が得られる。
本実施形態の研磨用組成物は、ディッシングの発生を抑制する働きをする成分としてアニオン界面活性剤と保護膜形成剤を含有するとともに、研磨用組成物による導体層14の研磨速度のアニオン界面活性剤及び保護膜形成剤の使用による過度の低下を抑制する働きをする成分としてノニオン界面活性剤を含有している。そのため、本実施形態の研磨用組成物によれば、ディッシングに関する要求性能と研磨速度に関する要求性能の両方を満たすことができる。従って、本実施形態の研磨用組成物は、半導体配線プロセスにおいて導体層14を研磨する用途で好適に使用することができる。
According to the present embodiment, the following advantages can be obtained.
The polishing composition of the present embodiment contains an anionic surfactant and a protective film forming agent as components that function to suppress the occurrence of dishing, and an anionic surface activity of the polishing rate of the
前記実施形態は次のように変更されてもよい。
・ 前記実施形態の研磨用組成物は使用前に濃縮原液を希釈することによって調製されてもよい。
The embodiment may be modified as follows.
-The polishing composition of the said embodiment may be prepared by diluting a concentrate concentrate before use.
・ 前記実施形態の研磨用組成物には必要に応じてpH調整剤や防腐剤、消泡剤のような公知の添加剤を添加してもよい。
次に、本発明の実施例及び比較例を説明する。
-You may add well-known additives, such as a pH adjuster, antiseptic | preservative, and an antifoamer, to the polishing composition of the said embodiment as needed.
Next, examples and comparative examples of the present invention will be described.
アニオン界面活性剤、保護膜形成剤、ノニオン界面活性剤、酸化剤、エッチング剤、砥粒及びpH調整剤を適宜に水と混合することにより実施例1〜26及び比較例1〜10の研磨用組成物を調製した。各研磨用組成物中のアニオン界面活性剤、保護膜形成剤、ノニオン界面活性剤、酸化剤、エッチング剤、砥粒及びpH調整剤の詳細並びに各研磨用組成物のpHは表1及び表2に示すとおりである。 For polishing Examples 1 to 26 and Comparative Examples 1 to 10 by appropriately mixing an anionic surfactant, a protective film forming agent, a nonionic surfactant, an oxidizing agent, an etching agent, abrasive grains, and a pH adjuster with water. A composition was prepared. Tables 1 and 2 show the details of the anionic surfactant, the protective film forming agent, the nonionic surfactant, the oxidizing agent, the etching agent, the abrasive grains, and the pH adjusting agent in each polishing composition, and the pH of each polishing composition. As shown in
表1及び表2の“研磨速度”欄には、実施例1〜26及び比較例1〜10の研磨用組成物を用いて、直径200mmの銅ブランケットウエハを表3に示す研磨条件で研磨したときに得られる研磨速度を示す。研磨速度は、研磨前後の各ウエハの厚みの差を研磨時間で除することにより求めた。ウエハの厚みの測定には、国際電気システムサービス株式会社のシート抵抗測定機“VR−120”を使用した。 In the “polishing rate” column of Tables 1 and 2, a copper blanket wafer having a diameter of 200 mm was polished under the polishing conditions shown in Table 3 using the polishing compositions of Examples 1 to 26 and Comparative Examples 1 to 10. The polishing rate sometimes obtained is shown. The polishing rate was determined by dividing the difference in thickness of each wafer before and after polishing by the polishing time. For measuring the thickness of the wafer, a sheet resistance measuring machine “VR-120” manufactured by Kokusai Electric System Service Co., Ltd. was used.
表1及び表2の“ディッシング”欄には、実施例1〜26及び比較例1〜10の研磨用組成物を用いて研磨したSEMATEC社の銅パターンウエハ(854マスクパターン)でディッシング量を測定した結果を示す。具体的には、SEMATEC社の銅パターンウエハは、トレンチを有する二酸化ケイ素製の絶縁体層の上にタンタル製のバリア層及び厚さ1000nmの銅製の導体層が順に設けられてなり、深さ500nmの初期凹部を上面に有している。この銅パターンウエハを、実施例1〜26及び比較例1〜10の研磨用組成物を用いて研磨する前に、株式会社フジミインコーポレーテッドのポリシング材“PLANERLITE-7105”を用いて、導体層の厚さが300nmになるまで表3に示す研磨条件で予備研磨した。続いて、実施例1〜26及び比較例1〜10の研磨用組成物を用いて、予備研磨後の銅パターンウエハをバリア層の上面が露出するまで表3に示す研磨条件で研磨した。その後、ケーエルエー・テンコール社の接触式表面測定装置であるプロファイラ“HRP340”を用いて、100μm幅のトレンチが孤立して形成されている各ウエハの領域でディッシング量を測定した。 In the "Dishing" column of Tables 1 and 2, the dishing amount was measured with a copper pattern wafer (854 mask pattern) of SEMATEC that was polished using the polishing compositions of Examples 1 to 26 and Comparative Examples 1 to 10. The results are shown. Specifically, a copper pattern wafer of SEMATEC is formed by sequentially providing a barrier layer made of tantalum and a copper conductor layer having a thickness of 1000 nm on an insulator layer made of silicon dioxide having a trench, and having a depth of 500 nm. Initial recesses on the top surface. Before polishing this copper pattern wafer with the polishing compositions of Examples 1 to 26 and Comparative Examples 1 to 10, using a polishing material “PLANERLITE-7105” manufactured by Fujimi Incorporated, Pre-polishing was performed under the polishing conditions shown in Table 3 until the thickness reached 300 nm. Subsequently, using the polishing compositions of Examples 1 to 26 and Comparative Examples 1 to 10, the copper pattern wafer after preliminary polishing was polished under the polishing conditions shown in Table 3 until the upper surface of the barrier layer was exposed. Thereafter, using a profiler “HRP340” which is a contact surface measuring device manufactured by KLA-Tencor Corporation, the dishing amount was measured in each wafer region in which trenches having a width of 100 μm were formed in isolation.
表1及び表2の“ポットライフ”欄には、実施例1〜26及び比較例1〜10の研磨用組成物のポットライフを評価した結果を示す。具体的には、調製直後の実施例1〜26及び比較例1〜10の研磨用組成物と、調製後に25℃の恒温槽中に14日間静置した実施例1〜26及び比較例1〜10の各研磨用組成物とをそれぞれ用いて、銅ブランケットウエハを表3に示す研磨条件で研磨した。そして、研磨前後の各ウエハの厚みの差を研磨時間で除することにより研磨速度を算出し、調製直後の研磨用組成物での研磨速度と25℃に14日間に保った研磨用組成物での研磨速度の比較に基づいて、各研磨用組成物のポットライフについて評価した。“ポットライフ”欄中、○(良)は研磨速度の低下率が5%以下であったことを示し、△(やや不良)は研磨速度の低下率が5〜10%、×(不良)は研磨速度の低下率が10%以上であったことを示す。 In the “pot life” column of Tables 1 and 2, the results of evaluating the pot life of the polishing compositions of Examples 1 to 26 and Comparative Examples 1 to 10 are shown. Specifically, the polishing compositions of Examples 1 to 26 and Comparative Examples 1 to 10 immediately after preparation, and Examples 1 to 26 and Comparative Examples 1 to 26 which were allowed to stand in a thermostatic bath at 25 ° C. after preparation for 14 days. The copper blanket wafer was polished under the polishing conditions shown in Table 3 using each of the 10 polishing compositions. Then, the polishing rate is calculated by dividing the difference in thickness of each wafer before and after polishing by the polishing time, and the polishing rate at the polishing composition immediately after preparation and the polishing composition kept at 25 ° C. for 14 days. Based on the comparison of the polishing rate, the pot life of each polishing composition was evaluated. In the “pot life” column, ○ (good) indicates that the rate of decrease in the polishing rate was 5% or less, Δ (somewhat poor) indicates that the rate of decrease in the polishing rate is 5 to 10%, and × (defect) indicates It shows that the reduction rate of the polishing rate was 10% or more.
表1及び表2の“腐食性”欄には、実施例1〜26及び比較例1〜10の研磨用組成物の腐食作用の強さを評価した結果を示す。具体的には、実施例1〜26及び比較例1〜10の研磨用組成物を用いて研磨したSEMATEC社の銅パターンウエハにおける0.25μm幅の配線の配線エッジ部分において、日立ハイテクノロジー社のレビューSEM RS−400を用いて、腐食の有無を観察した。その観察結果に基づいて各研磨用組成物の腐食作用の強さを評価した。“腐食性”欄中、○(良)は腐食が認められなかったことを示し、×は腐食が認められたことを示す。 In the “Corrosive” column of Tables 1 and 2, the results of evaluating the strength of the corrosive action of the polishing compositions of Examples 1 to 26 and Comparative Examples 1 to 10 are shown. Specifically, in the wiring edge portion of the 0.25 μm wide wiring in the SEMATEC copper pattern wafer polished using the polishing compositions of Examples 1 to 26 and Comparative Examples 1 to 10, Hitachi High-Technology's The presence or absence of corrosion was observed using the review SEM RS-400. Based on the observation results, the strength of the corrosive action of each polishing composition was evaluated. In the “Corrosive” column, ○ (good) indicates that no corrosion was observed, and × indicates that corrosion was observed.
表1及び表2の“保護膜形成剤”欄中、B1はベンゾトリアゾールを表す。
表1及び表2の“ノニオン界面活性剤”欄中、C1はオキシエチレン単位の平均繰り返し数が7であるポリオキシエチレンアルキルエーテルを表し、C2はオキシエチレン単位の平均繰り返し数が4.2であるポリオキシエチレンラウリルエーテルを表し、C3はオキシエチレン単位の平均繰り返し数が9であるポリオキシエチレンラウリルエーテルを表し、C4はアセチレンジオールを表し、C5はオキシエチレン単位の平均繰り返し数が30であるポリオキシエチレンラウリルエーテルを表し、C6はオキシエチレン単位の平均繰り返し数が2であるポリオキシエチレンラウリルエーテルを表す。なお、ポリオキシエチレンアルキルエーテル中のアルキル基の炭素数は12〜14である。
In the “protective film forming agent” column of Tables 1 and 2, B1 represents benzotriazole.
In the column of “nonionic surfactant” in Tables 1 and 2, C1 represents a polyoxyethylene alkyl ether having an average number of oxyethylene unit repeats of 7, and C2 has an average number of repeats of oxyethylene units of 4.2. Represents a certain polyoxyethylene lauryl ether, C3 represents a polyoxyethylene lauryl ether having an average number of repeating oxyethylene units of 9, C4 represents acetylenic diol, and C5 has an average number of repeating oxyethylene units of 30 Polyoxyethylene lauryl ether is represented, and C6 represents polyoxyethylene lauryl ether having an average number of repeating oxyethylene units of 2. In addition, carbon number of the alkyl group in polyoxyethylene alkyl ether is 12-14.
表1及び表2の“酸化剤”欄中、D1は過酸化水素を表す。
表1及び表2の“エッチング剤”欄中、E1はグリシンを表す。
表1及び表2の“砥粒”欄中、F1はコロイダルシリカを表す。
In the “oxidant” column of Tables 1 and 2, D1 represents hydrogen peroxide.
In the “Etching Agent” column of Tables 1 and 2, E1 represents glycine.
In the “Abrasive Grain” column in Tables 1 and 2, F1 represents colloidal silica.
表1及び表2の“pH調整剤”欄中、G1は水酸化カリウムを表し、G2は硝酸を表す。 In the “pH adjuster” column of Tables 1 and 2, G1 represents potassium hydroxide, and G2 represents nitric acid.
11…トレンチ、12…絶縁体層、14…導体層。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Trench, 12 ... Insulator layer, 14 ... Conductor layer.
Claims (5)
前記アニオン界面活性剤とは異なる保護膜形成剤と、
化学式:R2−X2(但し、R2はアルキル基を表し、X2はポリオキシエチレン基、ポリオキシプロピレン基又はポリ(オキシエチレン・オキシプロピレン)基を表す。)で表され、かつHLB値が10〜16である少なくとも一種類のノニオン界面活性剤とを含有し、pHが2〜9であることを特徴とする研磨用組成物。 Chemical formula: R1-Y1 or R1-X1-Y1 (where R1 represents an alkyl group, an alkylphenyl group or an alkenyl group, and X1 represents a polyoxyethylene group, a polyoxypropylene group or a poly (oxyethylene / oxypropylene) group) Y1 represents an SO 3 M1 group or an SO 4 M1 group (where M1 represents a counter ion); and at least one anionic surfactant represented by:
A protective film forming agent different from the anionic surfactant;
Chemical formula: R2-X2 (wherein R2 represents an alkyl group, X2 represents a polyoxyethylene group, a polyoxypropylene group or a poly (oxyethylene / oxypropylene) group), and has an HLB value of 10 to 10. A polishing composition comprising at least one nonionic surfactant that is 16 and a pH of 2 to 9.
予備研磨用組成物を用いた研磨により導体層の外側部分の大半を除去する工程と、
前記予備研磨用組成物とは異なる仕上げ研磨用組成物として請求項1〜4のいずれか一項に記載の研磨用組成物を用いた研磨により導体層の外側部分の残部を除去する工程と
を備える方法。 A method of polishing an object to be polished having a conductor layer made of copper on an insulator layer having a trench, the conductor layer having an outer portion located outside the trench and an inner portion located inside the trench. There,
Removing most of the outer portion of the conductor layer by polishing with a pre-polishing composition;
Removing the remainder of the outer portion of the conductor layer by polishing using the polishing composition according to any one of claims 1 to 4 as a final polishing composition different from the preliminary polishing composition. How to prepare.
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