JP2008053371A - Polishing method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体デバイスの製造に関するものであり、特に半導体デバイスの配線工程における平坦化に用いられる研磨方法に関する。
特に銅平坦化CMP技術において、高研磨速度であり、なおかつ同一研磨液で連続的に導体膜とバリア金属膜とを研磨する、所謂1ステップ研磨に適用される研磨方法に関する。
The present invention relates to manufacturing of semiconductor devices, and more particularly to a polishing method used for planarization in a wiring process of semiconductor devices.
In particular, the present invention relates to a polishing method applied to so-called one-step polishing in which copper conductor flattening CMP technology is used to polish a conductor film and a barrier metal film continuously with the same polishing liquid at a high polishing rate.
近年、半導体集積回路(以下、適宜「LSI」と称する。)で代表される半導体デバイスの開発においては、小型化・高速化のため、配線の微細化と積層化による高密度化・高集積化が求められている。このための技術としては、化学的機械的研磨(Chemical Mechanical Polishing、以下、適宜「CMP」と称する。)等の種々の技術が用いられてきている。 In recent years, in the development of semiconductor devices typified by semiconductor integrated circuits (hereinafter referred to as “LSI” where appropriate), high-density and high-integration by miniaturization and stacking of wirings for miniaturization and high speed. Is required. For this purpose, various techniques such as chemical mechanical polishing (hereinafter, referred to as “CMP” as appropriate) have been used.
CMPの一般的な方法は、円形の研磨定盤(プラテン)上に研磨パッドを貼り付け、研磨パッド表面を研磨液で浸して、パッドに基板(ウエハ)の表面を押しつけ、その裏面から所定の圧力(研磨圧力)を加えた状態で、研磨定盤及び基板の双方を回転させ、発生する機械的摩擦により基板の表面を平坦化するものである。 A general method of CMP is to apply a polishing pad on a circular polishing platen (platen), immerse the surface of the polishing pad with a polishing liquid, press the surface of the substrate (wafer) against the pad, In a state where pressure (polishing pressure) is applied, both the polishing platen and the substrate are rotated, and the surface of the substrate is flattened by the generated mechanical friction.
CMPに用いる金属用研磨溶液は、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)とを含むものであって、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。 A metal polishing solution used in CMP generally contains abrasive grains (eg, alumina, silica) and an oxidizing agent (eg, hydrogen peroxide, persulfuric acid), and oxidizes the metal surface with the oxidizing agent. It is considered that the oxide film is polished by removing with an abrasive.
しかしながら、このような固体砥粒を含む金属用研磨液を用いてCMPを行うと、研磨傷(スクラッチ)、研磨面全体が必要以上に研磨される現象(シニング)、研磨金属面が平面状ではなく、中央のみがより深く研磨されて皿状のくぼみを生ずる現象(ディッシング)、金属配線間の絶縁体が必要以上に研磨されたうえ、複数の配線金属面表面が皿状の凹部を形成する現象(エロージョン)などが発生することがある。 However, when CMP is performed using a metal polishing liquid containing such solid abrasive grains, scratches (scratches), a phenomenon in which the entire polished surface is polished more than necessary (thinning), and the polished metal surface is flat In addition, a phenomenon in which only the center is polished deeper to form a dish-like depression (dishing), an insulator between metal wirings is polished more than necessary, and a plurality of wiring metal surface surfaces form dish-shaped recesses. A phenomenon (erosion) may occur.
このような従来の固体砥粒における問題点を解決するために、砥粒を含まない金属用研磨液として、例えば、過酸化水素/リンゴ酸/ベンゾトリアゾール/ポリアクリル酸アンモニウム及び水からなる金属用研磨液及び研磨方法が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。同文献に記載の研磨方法によれば、半導体基体の凸部の金属膜が選択的にCMPされ、凹部に金属膜が残されて所望の導体パターンが得られるものの、従来の固体砥粒を含むよりもはるかに機械的に柔らかい研磨パッドとの摩擦によってCMPが進むため、充分な研磨速度が得難いという問題点がある。 In order to solve such problems in the conventional solid abrasive grains, as a metal polishing liquid not containing abrasive grains, for example, for metals consisting of hydrogen peroxide / malic acid / benzotriazole / ammonium polyacrylate and water A polishing liquid and a polishing method are disclosed (for example, refer to Patent Document 1). According to the polishing method described in this document, the metal film on the convex portion of the semiconductor substrate is selectively CMPed, and the metal film is left in the concave portion to obtain a desired conductor pattern, but the conventional solid abrasive grains are included. Since CMP proceeds by friction with a much softer polishing pad than mechanically, there is a problem that it is difficult to obtain a sufficient polishing rate.
また、研磨パッドの劣化を抑える有機化合物を含有する化学機械研磨用水系分散体が開示されている(例えば、特許文献2参照。)。しかしながら、この研磨用水系分散体によっても、配線部金属が過剰に研磨されて皿上に窪むディッシング現象に対する懸念がのこる。 Further, an aqueous dispersion for chemical mechanical polishing containing an organic compound that suppresses deterioration of the polishing pad is disclosed (for example, see Patent Document 2). However, even with this polishing aqueous dispersion, there is concern about the dishing phenomenon in which the wiring portion metal is excessively polished and recessed on the dish.
近年、生産性向上のため、LSI製造時のウエハ径が大型化しており、現在は直径200mm以上が汎用されており、300mm以上の大きさでの製造も開始され始めた。このようなウエハの大型化に伴い、ウエハ中心部と周辺部とでの研磨速度の差異が生じ易くなり、研磨の均一性を達成することが重要になってきている。 In recent years, in order to improve productivity, the diameter of a wafer at the time of manufacturing an LSI has been increased. Currently, a diameter of 200 mm or more is widely used, and manufacturing with a size of 300 mm or more has started. As the size of the wafer increases, a difference in polishing rate between the central portion of the wafer and the peripheral portion tends to occur, and it is important to achieve polishing uniformity.
これに対し、銅及び銅合金に対して機械的研磨手段をもたない化学研磨方法として、化学的溶解作用を利用した方法が知られている(例えば、特許文献3参照)。しかしながら、化学的溶解作用のみによる化学研磨方法は、凸部の金属膜が選択的に化学的機械的に研磨されるCMPに比べ、凹部の削れ込み、即ち、ディッシングなどの発生によりその平面性に大きな課題が残っている。 On the other hand, as a chemical polishing method having no mechanical polishing means for copper and copper alloys, a method using a chemical dissolution action is known (for example, see Patent Document 3). However, the chemical polishing method using only the chemical dissolution action is more flat than the CMP in which the metal film of the convex portion is selectively chemically and mechanically polished due to the occurrence of dishing of the concave portion, that is, dishing. Big challenges remain.
また、銅配線使用時には、銅イオンが絶縁材料へ拡散することを防止する目的で、配線部と絶縁層の間にバリア層と呼ばれる拡散防止層が一般に設けられる。このバリア層は、TaN、TaSiN、Ta、TiN、Ti、Ru、Nb、W、WN、Co、Zr、ZrN、及びCuTaなどの合金等から選ばれる1種を含む1層又は2層以上からなる金属膜(バリア金属膜)で構成されている。しかしながら、これらバリア層材料自体が導電性の性質を持っているため、リーク電流などのエラー発生を防ぐために絶縁層上のバリア層材料は完全に除去されなければならず、この除去加工は、金属配線材のバルク研磨と同様な方法によって達成されている(この方法を「バリアCMP」という場合がある)。 Further, when copper wiring is used, a diffusion preventing layer called a barrier layer is generally provided between the wiring portion and the insulating layer in order to prevent copper ions from diffusing into the insulating material. This barrier layer is composed of one or more layers including one selected from alloys such as TaN, TaSiN, Ta, TiN, Ti, Ru, Nb, W, WN, Co, Zr, ZrN, and CuTa. It is composed of a metal film (barrier metal film). However, since these barrier layer materials themselves have conductive properties, the barrier layer material on the insulating layer must be completely removed to prevent the occurrence of errors such as leakage current. This is achieved by a method similar to the bulk polishing of the wiring material (this method is sometimes referred to as “barrier CMP”).
現行では、導体膜の研磨速度がバリア金属膜の研磨速度に対して高い金属用研磨液を使用し、バリア金属膜を停止層として導体膜を研磨し、引き続いて、異なる金属用研磨液を用いて、導体膜及びバリア金属膜の研磨を行うという2段階の工程が用いられている。また、それに合わせて、それぞれの金属用研磨液に対する最適なプロセス消耗部材は異なるため、複数のパッドを用いて研磨が行われている。 At present, the polishing film for metal with a polishing rate for the conductor film is higher than the polishing rate for the barrier metal film, the conductor film is polished using the barrier metal film as a stop layer, and then a different metal polishing liquid is used. Thus, a two-step process of polishing the conductor film and the barrier metal film is used. In accordance with this, the optimum process consumable member for each metal polishing liquid is different, and therefore polishing is performed using a plurality of pads.
しかし、上記複数のパッドを用いた場合、それら各々に合わせたプロセス消耗部材が必要でありコストがかかること、さらに、製造プロセスが複雑になり総加工時間の遅延を招くことなどの問題点が多い。そこで、これらの問題を解決するために、1つのパッドで研磨を行うことが考えられる。しかし、1つのパッドで複数の研磨液を用いてウエハを研磨するには、金属用研磨液の交換やその準備、さらにはパッドの洗浄に要する時間により、多大な時間と手間を有するなどの問題点が挙げられる。
そこで、絶縁膜(層間絶縁膜)、バリア金属膜及び導体膜を有する基板を、同一金属用研磨液で連続的に導体膜とバリア金属膜とを研磨する工程(以下、「1ステップ工程」という。)が考えられる。
However, when the plurality of pads are used, there are many problems such as that process consumable members corresponding to each of the pads are necessary and costly, and that the manufacturing process is complicated and the total processing time is delayed. . Therefore, in order to solve these problems, it is conceivable to perform polishing with one pad. However, in order to polish a wafer using a plurality of polishing liquids with one pad, there is a problem that it takes a lot of time and labor depending on the time required for exchanging and preparing the metal polishing liquid and cleaning the pad. A point is mentioned.
Therefore, a process (hereinafter referred to as “one-step process”) in which a substrate having an insulating film (interlayer insulating film), a barrier metal film, and a conductor film is continuously polished with the same metal polishing liquid. .)
1ステップ工程が実現されると、金属用研磨液の交換頻度の低減に伴う研磨時間の迅速化が可能であり、半導体デバイス製造ラインの生産効率が上がること、さらに複数台の研磨装置を必要としないことに加えて、装置の小型化実現などの実用的な多くのメリットが期待できる。また、現行の研磨方法では、研磨後の廃液が2種類のスラリーが混合した状態になるので、処理が困難であるのに対し、1ステップ工程ではスラリーが1種類であることから、廃液処理が簡便になり、環境負荷低減にも寄与することが可能である。 If a one-step process is realized, it is possible to speed up the polishing time associated with the reduction in the frequency of replacement of the metal polishing liquid, increase the production efficiency of the semiconductor device manufacturing line, and further require a plurality of polishing apparatuses. In addition to this, many practical merits such as downsizing of the apparatus can be expected. In addition, in the current polishing method, since the waste liquid after polishing is in a state where two types of slurry are mixed, it is difficult to process, whereas in one step process, there is one type of slurry. It becomes simple and can contribute to reduction of environmental load.
1ステップ工程を実現するには、導体膜、バリア金属膜、絶縁膜における研磨速度の比(以下、適宜、「選択比」と称する)を可能なだけ合わせる必要がある。
さらに、1ステップ金属用研磨液の実現に向けて障害になっているのが、導体膜とバリア金属膜を連続して研磨した場合、研磨を停止させる層、いわゆるストッパー層が存在しないことである。その結果、スクラッチが発生し、配線部と絶縁膜凸部の平坦性が悪化するなどの問題が生じる。
このように、CMPにおける1ステップ工程の実現に関しては、未だ有効な技術は提供されていないのが現状である。
Furthermore, the obstacle to the realization of a one-step metal polishing liquid is that when the conductor film and the barrier metal film are polished continuously, there is no layer that stops polishing, so-called stopper layer. . As a result, scratches occur, and problems such as deterioration in flatness between the wiring part and the insulating film convex part occur.
Thus, regarding the realization of the one-step process in CMP, no effective technique has been provided yet.
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて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、本発明の目的は、絶縁膜、導体膜及びバリア金属膜を有する基板を、同一の研磨液で連続的に研磨することが可能であり、研磨後の被研磨面の平坦性が良好で、且つ、スクラッチの発生を低減できる半導体デバイスの研磨方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to achieve the following object.
That is, an object of the present invention is to be able to continuously polish a substrate having an insulating film, a conductor film and a barrier metal film with the same polishing liquid, and the flatness of the polished surface after polishing is good. Another object of the present invention is to provide a semiconductor device polishing method capable of reducing the occurrence of scratches.
本発明者は、1ステップ工程に用いられる研磨液における問題点について鋭意検討した結果、酸化剤、特定のアミノ酸と研磨粒子とを含んだ溶液系に、バリア金属膜研磨速度調整剤を添加した研磨液を用いることによって、導体膜及びバリア金属膜を同一の研磨液で連続的に研磨することができると共に、絶縁膜が停止層(ストッパー層)として機能しうることを見出し、本発を完成するに至った。 As a result of diligent investigations on problems in the polishing liquid used in the one-step process, the present inventor has polished a solution system containing an oxidizing agent, a specific amino acid and abrasive particles, and a barrier metal film polishing rate regulator added. By using the liquid, the conductor film and the barrier metal film can be continuously polished with the same polishing liquid, and the insulating film can function as a stop layer (stopper layer), and the present invention is completed. It came to.
即ち、前記課題を解決するための手段は以下の通りである。 That is, the means for solving the problems are as follows.
<1> 凹部を有する基板或いは層間絶縁膜の表面に一面に形成されたバリア金属膜と、該バリア金属膜の表面に前記凹部が埋まるように形成された銅又は銅合金からなる導体膜とを連続的に一つの研磨液で研磨する半導体デバイスの研磨方法であって、上記研磨液が、下記一般式(I)で表わされるバリア金属膜研磨速度調整剤、アミノ酸、酸化剤および研磨粒子を含有することを特徴とする半導体デバイスの研磨方法。 <1> A barrier metal film formed on the entire surface of a substrate having a recess or an interlayer insulating film, and a conductor film made of copper or a copper alloy formed so that the recess is buried in the surface of the barrier metal film. A method for polishing a semiconductor device in which polishing is continuously performed with one polishing liquid, wherein the polishing liquid contains a barrier metal film polishing rate adjusting agent represented by the following general formula (I), an amino acid, an oxidizing agent, and polishing particles A method for polishing a semiconductor device, comprising:
一般式(I)中、R1は、H、CH3、又はNH2を表す。 In general formula (I), R 1 represents H, CH 3 , or NH 2 .
<2> 前記研磨速度調整剤と前記アミノ酸とのモル比が、(研磨速度調整剤):(アミノ酸)=3:1〜8:1であることを特徴とする請求項1に記載の研磨方法。
前記アミノ酸が下記一般式(II)で表わされる化合物から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする<1>に記載の研磨方法。
<3> 前記アミノ酸が下記一般式(II)で表わされる化合物であることを特徴とする<1>又は<2>に記載の研磨方法。
<2> The polishing method according to claim 1, wherein a molar ratio of the polishing rate adjusting agent and the amino acid is (polishing rate adjusting agent) :( amino acid) = 3: 1 to 8: 1. .
The polishing method according to <1>, wherein the amino acid is at least one selected from compounds represented by the following general formula (II).
<3> The polishing method according to <1> or <2>, wherein the amino acid is a compound represented by the following general formula (II).
一般式(II)中、R2は単結合、アルキレン基、又はフェニレン基を表し、R3及びR4は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、カルボキシル基、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、又はアリール基を表し、R5及びR6は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、カルボキシル基、アルキル基、又はアシル基を表す。但し、R2が単結合のとき、R5及びR6の少なくともいずれかは水素原子ではない。〕
前記研磨速度調整剤と前記アミノ酸とのモル比が、(研磨速度調整剤):(アミノ酸)=3:1〜8:1であることを特徴とする<1>又は<2>に記載の研磨方法。
In general formula (II), R 2 represents a single bond, an alkylene group, or a phenylene group, and R 3 and R 4 each independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, a carboxyl group, an alkyl group, a cycloalkyl group, an alkenyl group. Represents a group, an alkynyl group, or an aryl group, and R 5 and R 6 each independently represents a hydrogen atom, a halogen atom, a carboxyl group, an alkyl group, or an acyl group. However, when R 2 is a single bond, at least one of R 5 and R 6 is not a hydrogen atom. ]
The polishing according to <1> or <2>, wherein a molar ratio of the polishing rate adjusting agent and the amino acid is (polishing rate adjusting agent) :( amino acid) = 3: 1 to 8: 1. Method.
<4> 前記酸化剤が過酸化水素水であることを特徴とする<1>乃至<3>のいずれか1つに記載の研磨方法。
<5> 前記研磨液のpHが5〜8であることを特徴とする<1>乃至<4>のいずれか1つに記載の研磨方法。
<6> 前記研磨粒子がシリカ粒子であることを特徴とする<1>乃至<5>のいずれか1つに記載の研磨方法。
<4> The polishing method according to any one of <1> to <3>, wherein the oxidizing agent is a hydrogen peroxide solution.
<5> The polishing method according to any one of <1> to <4>, wherein the polishing liquid has a pH of 5 to 8.
<6> The polishing method according to any one of <1> to <5>, wherein the abrasive particles are silica particles.
本発明によれば、導体膜及びバリア金属膜を有する基板を、同一の研磨液で連続的に研磨することが可能であり、研磨後の被研磨面の平坦性が良好で、且つ、スクラッチの発生を低減できる半導体デバイスの研磨方法を提供することができる。 According to the present invention, a substrate having a conductor film and a barrier metal film can be continuously polished with the same polishing liquid, the flatness of the polished surface after polishing is good, and the scratch It is possible to provide a semiconductor device polishing method capable of reducing generation.
本発明の半導体デバイスの研磨方法は、凹部を有する基板或いは層間絶縁膜の表面に一面に形成されたバリア金属膜と、該バリア金属膜の表面に前記凹部が埋まるように形成された銅又は銅合金からなる導体膜とを連続的に一つの研磨液で研磨する半導体デバイスの研磨方法であって、上記研磨液が、下記一般式(I)で表わされるバリア金属膜研磨速度調整剤、アミノ酸、酸化剤および研磨粒子を含有することを特徴とする半導体デバイスの研磨方法である。 A polishing method for a semiconductor device according to the present invention includes a barrier metal film formed on the entire surface of a substrate having a recess or an interlayer insulating film, and copper or copper formed so that the recess is buried in the surface of the barrier metal film. A semiconductor device polishing method for continuously polishing a conductor film made of an alloy with a single polishing liquid, wherein the polishing liquid is a barrier metal film polishing rate modifier represented by the following general formula (I), an amino acid, A polishing method for a semiconductor device comprising an oxidizing agent and abrasive particles.
一般式(I)中、R1は、H、CH3、又はNH2を表す。 In general formula (I), R 1 represents H, CH 3 , or NH 2 .
まず、本発明の研磨方法で好適に用いられる研磨液について説明し、続いて本発明の研磨方法について説明するが、これらに限定されるものではない。
[研磨液]
本発明における研磨液は、成分(1)下記一般式(I)で表わされるバリア金属膜研磨速度調整剤と、成分(2)アミノ酸と、成分(3)酸化剤と、成分(4)研磨粒子と、を含む。
First, the polishing liquid suitably used in the polishing method of the present invention will be described, and then the polishing method of the present invention will be described, but the present invention is not limited thereto.
[Polishing liquid]
The polishing liquid in the present invention comprises component (1) a barrier metal film polishing rate adjusting agent represented by the following general formula (I), component (2) amino acid, component (3) oxidizing agent, and component (4) abrasive particles. And including.
一般式(I)中、R1は、H、CH3、又はNH2を表す。 In general formula (I), R 1 represents H, CH 3 , or NH 2 .
本発明における研磨液は、前記成分(1)から(4)を必須成分として含有することを特徴とする。通常、水を含んで構成される。本発明における研磨液は、所望により、さらに他の成分を含有してもよい。好ましい他の成分としては、いわゆる不動態膜形成剤として添加される化合物(複素環化合物など)、界面活性剤及び/又は親水性ポリマー、酸、アルカリ、緩衝剤、等の添加剤を挙げることができる。
前記研磨液が含有する上記各成分(必須成分及び任意成分)は、1種単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。
The polishing liquid in the present invention contains the components (1) to (4) as essential components. Usually, it contains water. The polishing liquid in the present invention may further contain other components as desired. Other preferable components include additives such as compounds added as so-called passive film forming agents (heterocyclic compounds, etc.), surfactants and / or hydrophilic polymers, acids, alkalis, buffers, and the like. it can.
Each of the above components (essential components and optional components) contained in the polishing liquid may be used alone or in combination of two or more.
なお、本発明において「研磨液」とは、研磨に使用する際の研磨液のみならず、研磨液の濃縮液をも包含する。濃縮液とは研磨に使用する際に水又は水溶液などで希釈して、研磨に使用されるもので、希釈倍率は一般には1〜20体積倍である。 In the present invention, the “polishing liquid” includes not only a polishing liquid used for polishing but also a concentrated liquid of the polishing liquid. The concentrated liquid is diluted with water or an aqueous solution when used for polishing and used for polishing, and the dilution ratio is generally 1 to 20 times volume.
以下、各構成成分について説明する。
<成分(1):研磨速度調整剤>
本発明における研磨液は、下記一般式(I)で表わされ、バリア金属膜研磨速度調整剤を含有する。下記一般式(I)で表わされる化合物が本発明における研磨液に含有されることにより、凹部を有する基板或いは層間絶縁膜の表面に一面に形成されたTaの研磨速度のみを向上させ、導体膜とバリア金属膜との選択比(導体膜/バリア金属膜)を最適化することができる。
Hereinafter, each component will be described.
<Component (1): Polishing rate adjusting agent>
The polishing liquid in the present invention is represented by the following general formula (I) and contains a barrier metal film polishing rate adjusting agent. By containing the compound represented by the following general formula (I) in the polishing liquid in the present invention, only the polishing rate of Ta formed on the entire surface of the substrate having a recess or the interlayer insulating film is improved, and the conductor film And the selectivity of the barrier metal film (conductor film / barrier metal film) can be optimized.
一般式(I)中、R1は、H、CH3、又はNH2を表す。 In general formula (I), R 1 represents H, CH 3 , or NH 2 .
研磨速度調整剤としては、例えば、一般式(I)で表わされる、メチルスルホン酸、エチルスルホン酸、アミノメタンスルホン酸が挙げられる。中でも、導体膜と絶縁膜との研磨速度選択比(導体膜/絶縁膜)を維持し、且つ導体膜とバリア金属膜との研磨速度選択比(導体膜/バリア金属膜)を小さくする観点から、アミノメタンスルホン酸が特に望ましい。 Examples of the polishing rate adjusting agent include methylsulfonic acid, ethylsulfonic acid, and aminomethanesulfonic acid represented by the general formula (I). Above all, from the viewpoint of maintaining the polishing rate selection ratio between the conductor film and the insulating film (conductor film / insulating film) and reducing the polishing rate selection ratio between the conductor film and the barrier metal film (conductor film / barrier metal film). Aminomethanesulfonic acid is particularly desirable.
一般式(I)で表される化合物の合成方法としては、特に制限はなく、公知の方法により合成できる。また、一般式(I)で表される化合物は、市販のものを用いてもよい。 There is no restriction | limiting in particular as a synthesis method of the compound represented by general formula (I), It can synthesize | combine by a well-known method. A commercially available compound may be used as the compound represented by the general formula (I).
バリア金属膜と導体膜との研磨速度の選択比(以下、適宜、「選択比」と称する)は、本発明における成分(1)を添加しない場合、(導体膜/バリア金属膜)=400〜500程度である。これに対し、本発明における研磨速度調整剤を、研磨液1Lあたり、0.030mol〜0.508molの範囲で研磨液に添加すると、選択比は10〜100となる。また、研磨速度調整剤の濃度の最適化を行うと、より好ましい態様となる。すなわち、研磨速度調整剤を、研磨液1Lあたり、0.127mol〜0.254molの範囲で研磨液に添加すると、選択比は、10〜20となる。さらに好ましい態様としては、研磨速度調整剤を、研磨液1Lあたり、0.127mol〜0.254molの範囲で研磨液に添加し、且つ成分(2)のアミノ酸として下記一般式(II)で表わされる化合物を研磨液に添加すると、選択比は、10〜18となる。 When the component (1) in the present invention is not added, the selection ratio of the polishing rate between the barrier metal film and the conductor film (hereinafter appropriately referred to as “selection ratio”) is (conductor film / barrier metal film) = 400 to About 500. On the other hand, when the polishing rate adjusting agent in the present invention is added to the polishing liquid in a range of 0.030 mol to 0.508 mol per liter of the polishing liquid, the selection ratio is 10 to 100. Moreover, it will become a more preferable aspect if the density | concentration of a polishing-rate regulator is optimized. That is, when the polishing rate adjusting agent is added to the polishing liquid in a range of 0.127 mol to 0.254 mol per liter of the polishing liquid, the selection ratio is 10 to 20. As a more preferred embodiment, the polishing rate adjusting agent is added to the polishing liquid in a range of 0.127 mol to 0.254 mol per liter of the polishing liquid, and the amino acid of the component (2) is represented by the following general formula (II). When the compound is added to the polishing liquid, the selectivity is 10-18.
<成分(2):アミノ酸>
本発明における研磨液には、酸化の促進、pH調整、緩衝剤としての作用を示す、アミノ酸を含有する。以下に、アミノ酸について詳述する。
<Component (2): Amino acid>
The polishing liquid in the present invention contains an amino acid that exhibits the action of promoting oxidation, adjusting pH, and buffering agent. The amino acids are described in detail below.
アミノ酸としては、以下の群から選ばれたものがより適している。
グリシン、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が挙げられる。
As the amino acid, one selected from the following group is more suitable.
Glycine, 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-cystine acid, L -Aspartic acid, L-glutamic acid, S- (carboxymethyl) -L-cysteine, 4-aminobutyric acid, Asparagine, L-glutamine, azaserine, L-arginine, L-canavanine, L-citrulline, δ-hydroxy-L-lysine, creatine, L-quinurenin, L-histidine, 1-methyl-L-histidine, 3-methyl -Amino acids such as L-histidine, ergothioneine, L-tryptophan, actinomycin C1, apamin, angiotensin I, angiotensin II and antipine.
また、本発明においては、前記アミノ酸の中でも、下記一般式(II)で表わされる化合物を用いることが特に好ましい。下記一般式(II)で表わされる化合物と前記一般式(I)で表される化合物とを、本発明における研磨液に添加することで、導体膜とバリア金属膜との選択比(導体膜/バリア金属膜)が最適化される。以下に、一般式(II)で表わされる化合物について説明する。 In the present invention, among the amino acids, it is particularly preferable to use a compound represented by the following general formula (II). By adding the compound represented by the following general formula (II) and the compound represented by the above general formula (I) to the polishing liquid in the present invention, the selectivity between the conductor film and the barrier metal film (conductor film / Barrier metal film) is optimized. Below, the compound represented by general formula (II) is demonstrated.
特定アミノ酸の構造は、下記一般式(II)で表すことができる。 The structure of the specific amino acid can be represented by the following general formula (II).
R2は、単結合、アルキレン基、又はフェニレン基を表す。
R3及びR4は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、カルボキシル基、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、又はアリール基を表す。
R5及びR6は、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、カルボキシル基、アルキル基、又はアシル基を表す。
但し、R2が単結合のとき、R5及びR6の少なくともいずれかは水素原子ではない。
R 2 represents a single bond, an alkylene group, or a phenylene group.
R 3 and R 4 each independently represents a hydrogen atom, a halogen atom, a carboxyl group, an alkyl group, a cycloalkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, or an aryl group.
R 5 and R 6 each independently represents a hydrogen atom, a halogen atom, a carboxyl group, an alkyl group, or an acyl group.
However, when R 2 is a single bond, at least one of R 5 and R 6 is not a hydrogen atom.
一般式(II)におけるR2としてのアルキレン基は、直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよく、好ましくは炭素数1〜8であり、例えば、メチレン基、エチレン基を挙げることができる。アルキレン基が有していてもよい置換基としては、水酸基、ハロゲン原子などを挙げることができる。 The alkylene group as R 2 in the general formula (II) may be linear, branched or cyclic, and preferably has 1 to 8 carbon atoms, and examples thereof include a methylene group and an ethylene group. Can do. Examples of the substituent that the alkylene group may have include a hydroxyl group and a halogen atom.
一般式(II)におけるR3及びR4としてのアルキル基は、好ましくは炭素数1〜8であり、例えば、メチル基、プロピル基などを挙げることができる。
一般式(II)におけるR3及びR4としてのシクロアルキル基は、好ましくは炭素数5〜15であり、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基を挙げることができる。
一般式(II)におけるR3及びR4としてのアルケニル基は、好ましくは炭素数2〜9であり、例えば、ビニル基、プロペニル基、アリル基を挙げることができる。
一般式(II)におけるR3及びR4としてのアルキニル基は、好ましくは炭素数2〜9であり、例えば、エチニル基、プロピニル基、ブチニル基を挙げることができる。
The alkyl group as R 3 and R 4 in the general formula (II) preferably has 1 to 8 carbon atoms, and examples thereof include a methyl group and a propyl group.
The cycloalkyl group as R 3 and R 4 in the general formula (II) preferably has 5 to 15 carbon atoms, and examples thereof include a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, and a cyclooctyl group.
The alkenyl group as R 3 and R 4 in the general formula (II) preferably has 2 to 9 carbon atoms, and examples thereof include a vinyl group, a propenyl group, and an allyl group.
The alkynyl group as R 3 and R 4 in the general formula (II) preferably has 2 to 9 carbon atoms, and examples thereof include an ethynyl group, a propynyl group, and a butynyl group.
一般式(II)におけるR3及びR4としてのアリール基は、好ましくは炭素数6〜15であり、例えばフェニル基を挙げることができる。
これらの基におけるアルキレン鎖中には、酸素原子、硫黄原子などのヘテロ原子を有していてもよい。
一般式(II)におけるR3及びR4としての各基が有してもよい置換基としては、水酸基、ハロゲン原子、芳香環(好ましくは炭素数3〜15)、カルボキシル基、アミノ基などを挙げることができる。
The aryl group as R 3 and R 4 in the general formula (II) preferably has 6 to 15 carbon atoms, and examples thereof include a phenyl group.
The alkylene chain in these groups may have a hetero atom such as an oxygen atom or a sulfur atom.
Examples of the substituent that each group as R 3 and R 4 in the general formula (II) may have include a hydroxyl group, a halogen atom, an aromatic ring (preferably having 3 to 15 carbon atoms), a carboxyl group, an amino group, and the like. Can be mentioned.
一般式(II)におけるR5及びR6としてのアルキル基は、好ましくは炭素数1〜8であり、例えば、メチル基、エチル基を挙げることができる。
アシル基は、好ましくは炭素数2〜9であり、例えば、メチルカルボニル基を挙げることができる。
一般式(II)におけるR5及びR6としての各基が有してもよい置換基としては、水酸基、アミノ基、ハロゲン原子を挙げることができる。
一般式(II)において、R5及びR6のいずれか一方は水素原子でないことが好ましい。
The alkyl group as R 5 and R 6 in the general formula (II) preferably has 1 to 8 carbon atoms, and examples thereof include a methyl group and an ethyl group.
The acyl group preferably has 2 to 9 carbon atoms, and examples thereof include a methylcarbonyl group.
Examples of the substituent that each group represented by R 5 and R 6 in the general formula (II) may have include a hydroxyl group, an amino group, and a halogen atom.
In general formula (II), it is preferable that either one of R 5 and R 6 is not a hydrogen atom.
また、一般式(II)において、R2が単結合、R3及びR5が水素原子であることが特に好ましい。この場合、R4は、水素原子、ハロゲン原子、カルボキシル基、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、又はアリール基を表すが、特に水素原子、アルキル基が好ましい。R6は、水素原子、ハロゲン原子、カルボキシル基、アルキル基、又はアシル基を表すが、特にはアルキル基が好ましい。R3としてのアルキル基が有してもよい置換基として、水酸基、カルボキシル基又はアミノ基が好ましい。R5としてのアルキル基が有してもよい置換基として、水酸基又はアミノ基が好ましい。 In the general formula (II), it is particularly preferable that R 2 is a single bond, and R 3 and R 5 are hydrogen atoms. In this case, R 4 represents a hydrogen atom, a halogen atom, a carboxyl group, an alkyl group, a cycloalkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, or an aryl group, and particularly preferably a hydrogen atom or an alkyl group. R 6 represents a hydrogen atom, a halogen atom, a carboxyl group, an alkyl group or an acyl group, and particularly preferably an alkyl group. As the substituent that the alkyl group as R 3 may have, a hydroxyl group, a carboxyl group, or an amino group is preferable. As the substituent that the alkyl group as R 5 may have, a hydroxyl group or an amino group is preferable.
以下に一般式(II)で表される化合物の具体例を示すが、これらに限定されるものではない。 Although the specific example of a compound represented by general formula (II) below is shown, it is not limited to these.
一般式(II)で表される化合物の合成方法としては、特に制限はなく、公知の方法により合成できる。また、一般式(II)で表される化合物は、市販のものを用いてもよい。 There is no restriction | limiting in particular as a synthesis method of the compound represented by general formula (II), It can synthesize | combine by a well-known method. A commercially available compound may be used as the compound represented by the general formula (II).
本発明におけるアミノ酸の含有比は、導体膜とバリア金属膜との選択比(導体膜/バリア金属膜)を最適化するため、前記研磨速度調整剤とのモル比で、研磨速度調整剤:アミノ酸=3:1〜8:1であることが好ましく、4:1〜5:1であることがより好ましい。 The content ratio of amino acids in the present invention is a molar ratio with the polishing rate adjusting agent in order to optimize the selection ratio (conductor film / barrier metal film) between the conductor film and the barrier metal film. = 3: 1 to 8: 1 is preferable, and 4: 1 to 5: 1 is more preferable.
<成分(3):酸化剤>
本発明における研磨液は、酸化剤(研磨対象の金属を酸化できる化合物)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、オゾン水及び銀(II)塩、鉄(III)塩が挙げられる。鉄(III)塩としては、例えば、硝酸鉄(III)、塩化鉄(III)、硫酸鉄(III)、臭化鉄(III)など無機の鉄(III)塩の他、鉄(III)の有機錯塩が好ましく用いられる。
<Component (3): Oxidizing agent>
The polishing liquid in the present invention contains an oxidizing agent (a compound capable of oxidizing a metal to be polished).
Examples of the oxidizing agent include hydrogen peroxide, peroxide, nitrate, iodate, periodate, hypochlorite, chlorite, chlorate, perchlorate, persulfate, Examples thereof include dichromate, permanganate, ozone water, silver (II) salt, and iron (III) salt. Examples of the iron (III) salt include, in addition to inorganic iron (III) salts such as iron nitrate (III), iron chloride (III), iron sulfate (III), iron bromide (III), and iron (III) Organic complex salts are preferably used.
前記酸化剤の中でも、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)の錯体が最も好ましい。 Among the oxidizing agents, hydrogen peroxide, persulfate, and iron (III) ethylenediamine-N, N, N ′, N′-tetraacetic acid, 1,3-diaminopropane-N, N, N ′, N A complex of '-tetraacetic acid and ethylenediamine disuccinic acid (SS form) is most preferred.
酸化剤の添加量は、研磨液に対して、0.003〜8mol/Lの範囲とすることが好ましく、0.03〜6mol/Lの範囲とすることがより好ましく、0.1〜1.5mol/Lの範囲とすることが特に好ましい。即ち、酸化剤の添加量は、金属の酸化が充分であり高いCMP速度を確保する点で0.003mol/L以上であることが好ましく、研磨面の荒れを防止する点で8mol/L以下であることが好ましい。 The addition amount of the oxidizing agent is preferably in the range of 0.003 to 8 mol / L, more preferably in the range of 0.03 to 6 mol / L, with respect to the polishing liquid. A range of 5 mol / L is particularly preferable. That is, the addition amount of the oxidizing agent is preferably 0.003 mol / L or more from the viewpoint of sufficient metal oxidation and ensuring a high CMP rate, and 8 mol / L or less from the viewpoint of preventing the polishing surface from being rough. Preferably there is.
酸化剤は、研磨液を使用して研磨を行う際に、酸化剤以外の他の成分を含む組成物に混合して使用することが好ましい。酸化剤を混合する時期としては、研磨液を使用する直前の1時間以内が好ましく、更に好ましくは5分以内、特に好ましくは、研磨装置にて研磨液を供給する直前に混合器を設け、被研磨面へ供給する直前5秒以内に混合することである。 The oxidizing agent is preferably used by mixing with a composition containing other components other than the oxidizing agent when polishing using a polishing liquid. The timing of mixing the oxidizing agent is preferably within 1 hour immediately before using the polishing liquid, more preferably within 5 minutes, and particularly preferably, a mixer is provided immediately before the polishing liquid is supplied by the polishing apparatus. Mixing within 5 seconds immediately before feeding to the polishing surface.
<成分(4):研磨粒子>
本発明における研磨液は、研磨粒子(砥粒)を含有する。
研磨粒子としては、シリカ、アルミナ、セリア、チタニア、ジルコニア、ゲルマニア、炭化ケイ素等の無機物粒子、ポリスチレン、ポリアクリル、ポリ塩化ビニル等の有機物粒子のいずれでもよい。中でも、シリカ、アルミナ、セリア、チタニア、ジルコニア、及びゲルマニアから選ばれる少なくとも1種の粒子であることが好ましく、研磨液中での分散安定性が良く、CMPにより発生する研磨傷(スクラッチ)の発生数の少ない、シリカ粒子(沈降シリカ、フュームドシリカ、コロイダルシリカ、合成シリカ)が好ましい。シリカ粒子としては、銅含有金属に対する研磨速度が高いためにコロイダルシリカ又はフュームドシリカが好ましく、さらに好ましくはコロイダルシリカである。
<Component (4): Abrasive particles>
The polishing liquid in the present invention contains abrasive particles (abrasive grains).
The abrasive particles may be any of inorganic particles such as silica, alumina, ceria, titania, zirconia, germania, and silicon carbide, and organic particles such as polystyrene, polyacryl, and polyvinyl chloride. Among these, at least one kind of particles selected from silica, alumina, ceria, titania, zirconia, and germania is preferable, and dispersion stability in the polishing liquid is good, and generation of polishing scratches (scratches) generated by CMP. A small number of silica particles (precipitated silica, fumed silica, colloidal silica, synthetic silica) is preferred. The silica particles are preferably colloidal silica or fumed silica, and more preferably colloidal silica because of the high polishing rate for copper-containing metals.
また、本発明における研磨液に含まれる研磨粒子は、動的光散乱法により求められる体積平均粒子径が25〜70nmの範囲の粒子である。 In addition, the abrasive particles contained in the polishing liquid in the present invention are particles having a volume average particle diameter determined by a dynamic light scattering method in the range of 25 to 70 nm.
前記粒子の体積平均粒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。 The volume average particle diameter of the particles 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.
前記コロイダルシリカは良く知られている製造法によって得ることができる。金属酸化物粒子の湿式製造法としては、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 can be obtained by a well-known production 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ある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 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.
研磨粒子の添加量は、使用する際の研磨液に対して、0.0001〜5質量%の範囲であることが好ましく、0.1〜2.0質量%の範囲であることがより好ましい。研磨速度の向上とウエハ面内における研磨速度のばらつきの低減に対する充分な効果を得る上で、0.0001質量%以上が好ましく、CMPによる研磨速度が飽和するため、5質量%以下が好ましい。 The addition amount of the abrasive particles is preferably in the range of 0.0001 to 5 mass%, more preferably in the range of 0.1 to 2.0 mass% with respect to the polishing liquid used. In order to obtain a sufficient effect for improving the polishing rate and reducing variations in the polishing rate within the wafer surface, 0.0001% by mass or more is preferable, and since the polishing rate by CMP is saturated, 5% by mass or less is preferable.
<研磨液のpH>
本発明における研磨液のpHは2以上であり、好ましくはpH2〜10の範囲、より好ましくはpH5〜8の範囲である。この範囲において、本発明における研磨液は特に優れた効果を発揮する。本発明における研磨液は、研磨に際し、水を含まない形態であってもよいし、水又は水溶液により希釈してもよい。水又は水溶液により希釈される場合、本発明におけるpHとは、水又は水溶液により希釈後の値を表す。
本発明における研磨液のpHは、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を考慮して設定することできる。
pHは、例えば、後述するアルカリ剤の添加、さらには成分(2)以外の酸、緩衝剤の添加などにより調整することができる。
<PH of polishing liquid>
The pH of the polishing liquid in the present invention is 2 or more, preferably in the range of pH 2 to 10, more preferably in the range of pH 5 to 8. Within this range, the polishing liquid in the present invention exhibits particularly excellent effects. In the polishing, the polishing liquid in the present invention may be in a form not containing water, or may be diluted with water or an aqueous solution. When diluted with water or an aqueous solution, the pH in the present invention represents a value after dilution with water or an aqueous solution.
The pH of the polishing liquid in the present invention takes into consideration the adsorptivity and reactivity to the polishing surface, the solubility of the polishing metal, the electrochemical properties of the surface to be polished, the dissociation state of the compound functional group, the stability as the liquid, etc. Can be set.
The pH can be adjusted, for example, by adding an alkali agent described later, and by adding an acid other than the component (2), a buffering agent, or the like.
<他の成分>
−複素環化合物−
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する化合物として、複素環化合物を含有することが好ましい。
「複素環化合物」とはヘテロ原子を含んだ複素環を有する化合物である。
複素環を有する化合物に含まれるヘテロ原子の数は限定されるものではないが、2個以上が好ましく、さらに好ましくは4個以上のヘテロ原子を含む化合物である。特に、3個以上の窒素原子を含有する複素環化合物を用いることは好ましく、4個以上の窒素原子を含有する複素環化合物を用いると本発明の顕著な効果が得られ、好ましい。
また、複素環は単環であっても縮合環を有する多環であってもよい。単環の場合の員数は、好ましくは5〜7であり、特に好ましくは5である。縮合環を有する場合の環数は、好ましくは2または3である。
<Other ingredients>
-Heterocyclic compounds-
The polishing liquid in the present invention preferably contains a heterocyclic compound as a compound that forms a passive film on the metal surface to be polished.
A “heterocyclic compound” is a compound having a heterocycle containing a heteroatom.
The number of heteroatoms contained in the compound having a heterocycle is not limited, but is preferably 2 or more, more preferably 4 or more heteroatoms. In particular, it is preferable to use a heterocyclic compound containing 3 or more nitrogen atoms, and using a heterocyclic compound containing 4 or more nitrogen atoms is preferable because the remarkable effects of the present invention can be obtained.
Further, the heterocyclic ring may be a single ring or a polycyclic ring having a condensed ring. The number of members in the case of a single ring is preferably 5 to 7, particularly preferably 5. In the case of having a condensed ring, the number of rings is preferably 2 or 3.
これらの複素環として具体的に、以下のものが挙げられる。
ピロール環、チオフェン環、フラン環、ピラン環、チオピラン環、イミダゾール環、ピラゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、ピロリジン環、ピラゾリジン環、イミダゾリジン環、イソオキサゾリジン環、イソチアゾリジン環、ピペリジン環、ピペラジン環、モルホリン環、チオモルホリン環、クロマン環、チオクロマン環、イソクロマン環、イソチオクロマン環、インドリン環、イソインドリン環、ピリンジン環、インドリジン環、インドール環、インダゾール環、プリン環、キノリジン環、イソキノリン環、キノリン環、ナフチリジン環、フタラジン環、キノキサリン環、キナゾリン環、シンノリン環、プテリジン環、アクリジン環、ペリミジン環、フェナントロリン環、カルバゾール環、カルボリン環、フェナジン環、アンチリジン環、チアジアゾール環、オキサジアゾール環、トリアジン環、トリアゾール環、テトラゾール環、ベンズイミダゾール環、ベンズオキサゾール環、ベンズチアゾール環、ベンズチアジアゾール環、ベンズフロキサン環、ナフトイミダゾール環、ベンズトリアゾール環、テトラアザインデン環等が挙げられ、より好ましくはトリアゾール環、テトラゾール環が挙げられる。
本発明で用いる複素環化合物に導入しうる置換基としては、例えば以下のものが挙げられる。
複素環が有しうる置換基としては、例えばハロゲン原子、アルキル基(直鎖、分岐又は環状のアルキル基であり、ビシクロアルキル基のように多環アルキル基であっても、活性メチン基を含んでもよい)、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、アミノ基、ヘテロ環基が挙げられる。さらに、複数の置換基のうち2以上が互いに結合して環を形成してもよく、例えば、芳香環、脂肪族炭化水素環、複素環などを形成することもできる。
Specific examples of these heterocyclic rings include the following.
Pyrrole ring, thiophene ring, furan ring, pyran ring, thiopyran ring, imidazole ring, pyrazole ring, thiazole ring, isothiazole ring, oxazole ring, isoxazole ring, pyridine ring, pyrazine ring, pyrimidine ring, pyridazine ring, pyrrolidine ring, Pyrazolidine ring, imidazolidine ring, isoxazolidine ring, isothiazolidine ring, piperidine ring, piperazine ring, morpholine ring, thiomorpholine ring, chroman ring, thiochroman ring, isochroman ring, isothiochroman ring, indoline ring, isoindoline ring, pyringin Ring, indolizine ring, indole ring, indazole ring, purine ring, quinolidine ring, isoquinoline ring, quinoline ring, naphthyridine ring, phthalazine ring, quinoxaline ring, quinazoline ring, cinnoline ring, pteridine ring, acridine Perimidine ring, phenanthroline ring, carbazole ring, carboline ring, phenazine ring, anti-lysine ring, thiadiazole ring, oxadiazole ring, triazine ring, triazole ring, tetrazole ring, benzimidazole ring, benzoxazole ring, benzthiazole ring, benz A thiadiazole ring, a benzfuroxan ring, a naphthimidazole ring, a benztriazole ring, a tetraazaindene ring and the like are mentioned, and a triazole ring and a tetrazole ring are more preferred.
Examples of the substituent that can be introduced into the heterocyclic compound used in the present invention include the following.
Examples of the substituent that the heterocyclic ring may have include, for example, a halogen atom, an alkyl group (a linear, branched or cyclic alkyl group, and an active methine group, even a polycyclic alkyl group such as a bicycloalkyl group). Or an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, an amino group, or a heterocyclic group. Furthermore, two or more of a plurality of substituents may be bonded to each other to form a ring, and for example, an aromatic ring, an aliphatic hydrocarbon ring, a heterocyclic ring, or the like can be formed.
本発明で特に好ましく用いることができる複素環化合物の具体例としては以下のものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
すなわち、1,2,3,4−テトラゾール、5−アミノ−1,2,3,4−テトラゾール、5−メチル−1,2,3,4−テトラゾール、1,2,3−トリアゾール、4−アミノ−1,2,3−トリアゾール、4,5−ジアミノ−1,2,3−トリアゾール、1,2,4−トリアゾール、3−アミノ−1,2,4−トリアゾール、3,5−ジアミノ−1,2,4−トリアゾール、ベンゾトリアゾールである。
本発明で用いる複素環化合物は、単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。また、本発明で用いる複素環化合物は、常法に従って合成できるほか、市販品を使用してもよい。
Specific examples of the heterocyclic compound that can be particularly preferably used in the present invention include, but are not limited to, the following.
That is, 1,2,3,4-tetrazole, 5-amino-1,2,3,4-tetrazole, 5-methyl-1,2,3,4-tetrazole, 1,2,3-triazole, 4- Amino-1,2,3-triazole, 4,5-diamino-1,2,3-triazole, 1,2,4-triazole, 3-amino-1,2,4-triazole, 3,5-diamino- 1,2,4-triazole and benzotriazole.
The heterocyclic compounds used in the present invention may be used alone or in combination of two or more. Moreover, the heterocyclic compound used by this invention can be synthesize | combined according to a conventional method, and may use a commercial item.
本発明で用いる複素環化合物の添加量は、総量として、研磨に使用する際の研磨液(即ち、水又は水溶液で希釈する場合は希釈後の研磨液)1L中、0.0001〜1.0molの範囲が好ましく、より好ましくは0.0005〜0.5molの範囲、更に好ましくは0.0005〜0.05molの範囲である。 The total amount of the heterocyclic compound used in the present invention is 0.0001 to 1.0 mol in 1 L of a polishing liquid used for polishing (that is, a diluted polishing liquid when diluted with water or an aqueous solution). Is more preferable, more preferably in the range of 0.0005 to 0.5 mol, and still more preferably in the range of 0.0005 to 0.05 mol.
−界面活性剤及び/又は親水性ポリマー−
本発明に使用する研磨液は、界面活性剤や親水性ポリマーを含有することが好ましい。
界面活性剤と親水性ポリマーは、いずれも被研磨面の接触角を低下させる作用を有して、均一な研磨を促す作用を有する。用いられる界面活性剤や親水性ポリマーとしては、以下の群から選ばれたものが好適である。
陰イオン界面活性剤として、カルボン酸塩、スルホン酸塩、硫酸エステル塩、リン酸エステル塩が挙げられ、陽イオン界面活性剤として、脂肪族アミン塩、脂肪族4級アンモニウム塩、塩化ベンザルコニウム塩、塩化ベンゼトニウム、ピリジニウム塩、イミダゾリニウム塩が挙げられ、両性界面活性剤として、カルボキシベタイン型、アミノカルボン酸塩、イミダゾリニウムベタイン、レシチン、アルキルアミンオキサイドを挙げることができ、非イオン界面活性剤として、エーテル型、エーテルエステル型、エステル型、含窒素型が挙げられ、また、フッ素系界面活性剤などが挙げられる。
さらに、親水性ポリマーとしては、ポリエチレングリコール等のポリグリコール類、ポリビニルアルコール、ポロビニルピロリドン、アルギン酸等の多糖類、ポリメタクリル酸等のカルボン酸含有ポリマー等が挙げられる。
-Surfactant and / or hydrophilic polymer-
The polishing liquid used in the present invention preferably contains a surfactant or a hydrophilic polymer.
Both the surfactant and the hydrophilic polymer have the action of reducing the contact angle of the surface to be polished and the action of promoting uniform polishing. As the surfactant and the hydrophilic polymer used, those selected from the following groups are suitable.
Examples of the anionic surfactant include carboxylate, sulfonate, sulfate ester salt and phosphate ester salt. Examples of the cationic surfactant include aliphatic amine salt, aliphatic quaternary ammonium salt, benzalkonium chloride. Salts, benzethonium chloride, pyridinium salts, imidazolinium salts, and amphoteric surfactants include carboxybetaine type, aminocarboxylate, imidazolinium betaine, lecithin, alkylamine oxide, nonionic interface Examples of the activator include an ether type, an ether ester type, an ester type, and a nitrogen-containing type, and also include a fluorine-based surfactant.
Furthermore, examples of the hydrophilic polymer include polyglycols such as polyethylene glycol, polysaccharides such as polyvinyl alcohol, polovinyl pyrrolidone, and alginic acid, and carboxylic acid-containing polymers such as polymethacrylic acid.
なお、上記のものは、酸もしくはそのアンモニウム塩の方が、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ハロゲン化物等による汚染がなく望ましい。上記例示化合物の中でもシクロヘキサノール、ポリアクリル酸アンモニウム塩、ポリビニルアルコール、コハク酸アミド、ポロビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックポリマーがより好ましい。 Of the above, the acid or its ammonium salt is preferably free from contamination by alkali metals, alkaline earth metals, halides and the like. Among the above exemplified compounds, cyclohexanol, polyacrylic acid ammonium salt, polyvinyl alcohol, succinic acid amide, polo vinyl pyrrolidone, polyethylene glycol, and polyoxyethylene polyoxypropylene block polymer are more preferable.
これらの界面活性剤や親水性ポリマーの重量平均分子量としては、500〜100000が好ましく、特には2000〜50000が好ましい。 The weight average molecular weight of these surfactants and hydrophilic polymers is preferably from 500 to 100,000, particularly preferably from 2,000 to 50,000.
界面活性剤及び/又は親水性ポリマーの添加量は、総量として、研磨に使用する際の金属用研磨液の1L中、0.001〜10gとすることが好ましく、0.01〜5gとすることがより好ましく0.1〜3gとすることが特に好ましい。 The total amount of the surfactant and / or hydrophilic polymer added is preferably 0.001 to 10 g and preferably 0.01 to 5 g in 1 liter of the metal polishing slurry used for polishing. Is more preferably 0.1 to 3 g.
−キレート剤、アルカリ、緩衝剤−
本発明においては、さらに、キレート剤、アルカリ、緩衝剤を加えることが好ましい。以下に、本発明に用いうるキレート剤、アルカリ、緩衝剤について説明する。
-Chelating agents, alkalis, buffering agents-
In the present invention, it is preferable to further add a chelating agent, an alkali, and a buffer. Below, the chelating agent, alkali, and buffering agent which can be used for this invention are demonstrated.
(キレート剤)
本発明における研磨液は、混入する多価金属イオンなどの悪影響を低減させるために、必要に応じてキレート剤(すなわち硬水軟化剤)を含有することが好ましい。
キレート剤としては、カルシウムやマグネシウムの沈澱防止剤である汎用の硬水軟化剤やその類縁化合物であり、例えば、ニトリロ三酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、エチレンジアミン四酢酸、N,N,N−トリメチレンホスホン酸、エチレンジアミン−N,N,N’,N’−テトラメチレンスルホン酸、トランスシクロヘキサンジアミン四酢酸、1,2−ジアミノプロパン四酢酸、グリコールエーテルジアミン四酢酸、エチレンジアミンオルトヒドロキシフェニル酢酸、エチレンジアミンジ琥珀酸(SS体)、N−(2−カルボキシラートエチル)−L−アスパラギン酸、β−アラニンジ酢酸、2−ホスホノブタン−1,2,4−トリカルボン酸、1−ヒドロキシエチリデン−1,1−ジホスホン酸、N,N’−ビス(2−ヒドロキシベンジル)エチレンジアミン−N,N’−ジ酢酸、1,2−ジヒドロキシベンゼン−4,6−ジスルホン酸等が挙げられる。
(Chelating agent)
The polishing liquid in the present invention preferably contains a chelating agent (that is, a hard water softening agent) as necessary in order to reduce adverse effects such as mixed polyvalent metal ions.
Chelating agents include general water softeners and related compounds that are calcium and magnesium precipitation inhibitors, such as nitrilotriacetic acid, diethylenetriaminepentaacetic acid, ethylenediaminetetraacetic acid, N, N, N-trimethylenephosphonic acid. , Ethylenediamine-N, N, N ′, N′-tetramethylenesulfonic acid, transcyclohexanediaminetetraacetic acid, 1,2-diaminopropanetetraacetic acid, glycol etherdiaminetetraacetic acid, ethylenediamine orthohydroxyphenylacetic acid, ethylenediamine disuccinic acid ( SS form), N- (2-carboxylateethyl) -L-aspartic acid, β-alanine diacetic acid, 2-phosphonobutane-1,2,4-tricarboxylic acid, 1-hydroxyethylidene-1,1-diphosphonic acid, N , N′-bis (2-hydroxyben Le) ethylenediamine -N, N'-diacetic acid, 1,2-dihydroxy-4,6-disulfonic acid.
キレート剤は必要に応じて2種以上併用してもよい。
キレート剤の添加量は混入する多価金属イオンなどの金属イオンを封鎖するのに充分な量であればよく、例えば、研磨に使用する際の研磨液の1L中、0.0003mol〜0.07molの範囲になるように添加する。
Two or more chelating agents may be used in combination as necessary.
The addition amount of the chelating agent may be an amount sufficient to sequester metal ions such as mixed polyvalent metal ions. For example, 0.0003 mol to 0.07 mol in 1 L of a polishing liquid used for polishing. Add so that it is in the range.
(アルカリ剤、緩衝剤)
また、本発明における研磨液は、必要に応じて、pH調整のためにアルカリ剤、さらにはpHの変動抑制の点から緩衝剤を含有することができる。
(Alkaline agent, buffer agent)
Moreover, the polishing liquid in the present invention can contain an alkali agent for pH adjustment and further a buffering agent from the viewpoint of suppressing fluctuations in pH, if necessary.
アルカリ剤及び緩衝剤としては、水酸化アンモニウム及びテトラメチルアンモニウムハイドロキサイドなどの有機水酸化アンモニウム、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミンなどのようなアルカノールアミン類などの非金属アルカリ剤、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムなどのアルカリ金属水酸化物、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 ammonium hydroxide and tetramethylammonium hydroxide, nonmetallic alkali agents such as alkanolamines such as diethanolamine, triethanolamine, triisopropanolamine, and the like. Alkali metal hydroxides such as sodium, potassium hydroxide and 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, trishydroxyaminomethane salt Lysine salt etc. can be used .
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。
特に好ましいアルカリ剤としては、水酸化アンモニウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム及びテトラメチルアンモニウムハイドロキサイドである。
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.
Particularly preferred alkali agents are ammonium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide and tetramethylammonium hydroxide.
アルカリ剤及び緩衝剤の添加量としては、pHが好ましい範囲に維持される量であればよく、研磨に使用する際の研磨液の1L中、0.0001mol〜1.0molの範囲とすることが好ましく、0.003mol〜0.5molの範囲とすることがより好ましい。 The addition amount of the alkali agent and the buffer may be an amount that can maintain the pH within a preferable range, and may be in the range of 0.0001 mol to 1.0 mol in 1 L of the polishing liquid used for polishing. Preferably, the range is 0.003 mol to 0.5 mol.
本発明においては、液の流動性や研磨性能の安定性等の点から、研磨液の比重は0.8〜1.5の範囲とすることが好ましく、0.95〜1.35の範囲とすることが特に好ましい。 In the present invention, the specific gravity of the polishing liquid is preferably in the range of 0.8 to 1.5 from the viewpoint of the fluidity of the liquid and the stability of the polishing performance, and the range of 0.95 to 1.35. It is particularly preferable to do this.
[研磨方法]
本発明の研磨方法は、凹部を有する、基板或いは層間絶縁膜の表面に一面に形成されたバリア金属膜と、該バリア金属膜の表面に前記凹部が埋まるように形成された銅及び/又は銅合金からなる導体膜とを、該導体膜側の面を被研磨面として研磨する方法であって、前記研磨液を用いて一つの研磨液で連続的に研磨することを特徴とする。
[Polishing method]
The polishing method of the present invention comprises a barrier metal film having a recess and formed on the entire surface of a substrate or an interlayer insulating film, and copper and / or copper formed so that the recess is buried in the surface of the barrier metal film. A method of polishing a conductor film made of an alloy using the surface on the conductor film side as a surface to be polished, wherein the polishing film is continuously polished with one polishing liquid.
すなわち、本発明の研磨方法は、1種類の研磨液で絶縁膜の前記凹部以外の表面に製膜され凸状に突き出た導体膜を化学的機械研磨した後、続いて同一の研磨液で連続的に導体膜の残膜とバリア金属膜とを研磨することが可能な研磨液を用いた化学的機械研磨方法であり、かかる研磨液として、本発明における研磨液を用いるものである。 That is, in the polishing method of the present invention, the conductive film formed on the surface other than the concave portion of the insulating film with a single type of polishing liquid is chemically and mechanically polished, and then continuously with the same polishing liquid. In particular, a chemical mechanical polishing method using a polishing liquid capable of polishing the residual film of the conductor film and the barrier metal film, and the polishing liquid according to the present invention is used as the polishing liquid.
本発明の研磨方法で使用する研磨液は、濃縮液であって使用する際に水を加えて希釈して使用液とする場合、又は、各成分が後述する水溶液の形態でこれらを混合し、必要により水を加え希釈して使用液とする場合、あるいは使用液として調製されている場合がある。本発明における研磨液としては、特に制限されないが、本発明では上記いずれの態様も適用できる。 The polishing liquid used in the polishing method of the present invention is a concentrated liquid and when used to dilute by adding water, or each component is mixed in the form of an aqueous solution described later, If necessary, it may be diluted with water to make a working solution, or it may be prepared as a working solution. The polishing liquid in the present invention is not particularly limited, but any of the above aspects can be applied in the present invention.
本発明の研磨方法は、研磨液を研磨定盤上の研磨パッドに供給し、これを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(相対的に移動)させて研磨する研磨方法である。 In the polishing method of the present invention, a polishing liquid is supplied to a polishing pad on a polishing surface plate, is brought into contact with the surface to be polished, and the surface to be polished and the polishing pad are moved relative to each other (moved relatively) for polishing. Polishing method.
研磨する装置としては、被研磨面を有する半導体基板等を保持するホルダーと研磨パッドとを貼り付けた(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。 As a polishing apparatus, a general polishing apparatus having a polishing surface plate (with a motor or the like capable of changing the number of rotations) attached with a holder for holding a semiconductor substrate having a surface to be polished and a polishing pad. Can be used.
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、研磨用のパッドは、無発泡構造パッドでも発泡構造パッドでもよい。前者はプラスチック板のように硬質の合成樹脂バルク材をパッドに用いるものである。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。 As the polishing pad, a general nonwoven fabric, foamed polyurethane, porous fluororesin, or the like can be used, and there is no particular limitation. The polishing pad may be a non-foamed structure pad or a foamed structure pad. The former uses a hard synthetic resin bulk material like a plastic plate for a pad. The latter is further divided into three types: an independent foam (dry foam system), a continuous foam (wet foam system), and a two-layer composite (laminate system), and a two-layer composite (laminate system) is particularly preferable. Foaming may be uniform or non-uniform.
さらに、研磨パッドは、研磨に用いる粒子(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、研磨パッドについては、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, the polishing pad may contain particles (for example, ceria, silica, alumina, resin, etc.) used for polishing.
In addition, each of the polishing pads may be 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.
研磨条件には制限はないが、研磨定盤の線速度は1m/s以上が望ましい。
被研磨面(被研磨膜)を有する半導体基板を研磨パッドに押圧した時の圧力(押しつけ圧力)は、20kPa以下であることが好ましく、さらに13kPa以下の低圧条件下にすることによって、高研磨速度を維持したままの状態で、研磨速度のウエハ面内均一性及びパターンの平坦性を向上させることが可能であるためより好ましい。
なお、押しつけ圧力が20kPaを超えると、平坦性が悪化する場合がある。
また、押しつけ圧力の下限としては、特に制限されないが、2kPa以上が好ましく、3.5kPa以上がより好ましい。
The polishing conditions are not limited, but the linear velocity of the polishing platen is preferably 1 m / s or more.
The pressure (pressing pressure) when a semiconductor substrate having a surface to be polished (film to be polished) is pressed against the polishing pad is preferably 20 kPa or less, and further, under a low pressure condition of 13 kPa or less, a high polishing rate. This is more preferable because it is possible to improve the uniformity of the polishing rate within the wafer surface and the flatness of the pattern while maintaining the above.
In addition, when pressing pressure exceeds 20 kPa, flatness may deteriorate.
The lower limit of the pressing pressure is not particularly limited, but is preferably 2 kPa or more, and more preferably 3.5 kPa or more.
研磨している間、研磨パッドには研磨液をポンプ等で連続的に供給する。この供給量に制限はないが、研磨パッドの表面が常に研磨液で覆われていることが好ましい。研磨終了後の半導体基板は、流水中で良く洗浄した後、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。 During polishing, a polishing liquid is continuously supplied to the polishing pad with a pump or the like. Although there is no restriction | limiting in this supply amount, it is preferable that the surface of a polishing pad is always covered with polishing liquid. The semiconductor substrate after polishing is thoroughly washed in running water, and then dried after removing water droplets adhering to the semiconductor substrate using a spin dryer or the like.
本発明の研磨方法では、研磨液を希釈する水溶液は、次に述べる水溶液と同じである。水溶液は、予め、酸化剤、酸、添加剤、界面活性剤のうち少なくとも1つ以上を含有した水で、水溶液中に含有した成分と希釈される研磨液の成分を合計した成分が、研磨液を使用して研磨する際の成分となるようにする。研磨液を水溶液で希釈して使用する場合は、溶解しにくい成分を水溶液の形で配合することができ、より濃縮した研磨液を調製することができる。 In the polishing method of the present invention, the aqueous solution for diluting the polishing liquid is the same as the aqueous solution described below. The aqueous solution is water containing at least one of an oxidizing agent, an acid, an additive, and a surfactant, 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 a polishing liquid. It becomes a component when polishing using. When the polishing liquid is diluted with an aqueous solution and used, components that are difficult to dissolve can be blended in the form of an aqueous solution, and a more concentrated polishing liquid can be prepared.
濃縮された研磨液に水又は水溶液を加え希釈する方法としては、濃縮された研磨液を供給する配管と水又は水溶液を供給する配管を途中で合流させて混合し、混合し希釈された研磨液を研磨パッドに供給する方法がある。混合は、圧力を付した状態で狭い通路を通して液同士を衝突混合する方法、配管中にガラス管などの充填物を詰め液体の流れを分流分離、合流させることを繰り返し行う方法、配管中に動力で回転する羽根を設ける方法など通常に行われている方法を採用することができる。 As a method of diluting the concentrated polishing liquid by adding water or an aqueous solution, the pipe for supplying the concentrated polishing liquid and the pipe for supplying the water or the aqueous solution are joined together and mixed, and mixed and diluted. There is a method of supplying a polishing pad to a polishing pad. Mixing is a method in which liquids collide with each other through a narrow passage under pressure, a method in which a filling such as a glass tube is filled in the pipe, and the flow of liquid is repeatedly separated and merged. Conventional methods such as a method of providing blades that rotate in the above can be employed.
研磨液の供給速度は、10〜1000ml/minの範囲が好ましく、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、170〜800ml/minの範囲であることがより好ましい。 The supply rate of the polishing liquid is preferably in the range of 10 to 1000 ml / min, and more preferably in the range of 170 to 800 ml / min in order to satisfy the uniformity of the polishing rate within the wafer surface and the flatness of the pattern. .
濃縮された研磨液を水又は水溶液などにより希釈し、研磨する方法としては、研磨液を供給する配管と水又は水溶液を供給する配管を独立に設け、それぞれから所定量の液を研磨パッドに供給し、研磨パッドと被研磨面の相対運動で混合しつつ研磨する方法が挙げられる。又は、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、研磨をする方法も適用可能である。 As a method of diluting and polishing the concentrated polishing liquid with water or an aqueous solution, a pipe for supplying the polishing liquid and a pipe for supplying water or an aqueous solution are provided independently, and a predetermined amount of liquid is supplied from each to the polishing pad. Further, there is a method of polishing while mixing by a relative motion of the polishing pad and the surface to be polished. Alternatively, it is also possible to apply a method in which a predetermined amount of a concentrated polishing liquid and water or an aqueous solution are mixed in one container and then the mixed polishing liquid is supplied to a polishing pad for polishing.
本発明においては、研磨液が含有すべき成分を少なくとも2つの構成成分に分けて、それらを使用する際に、水又は水溶液を加え希釈して研磨定盤上の研磨パッドに供給し、被研磨面と接触させて被研磨面と研磨パッドを相対運動させて研磨する方法も用いることができる。 In the present invention, the component to be contained in the polishing liquid is divided into at least two components, and when these are used, they are diluted by adding water or an aqueous solution and supplied to the polishing pad on the polishing platen, It is also possible to use a method in which the surface to be polished and the polishing pad are moved relative to each other in contact with the surface for polishing.
例えば、酸化剤を1つの構成成分(A)とし、添加剤、界面活性剤及び水を1つの構成成分(B)とし、それらを使用する際に水又は水溶液で構成成分(A)と構成成分(B)を希釈して使用する。
また、溶解度の低い添加剤を2つの構成成分(C)と(D)とに分け、酸化剤、添加剤及び界面活性剤を1つの構成成分(C)とし、酸、添加剤、界面活性剤及び水を1つの構成成分(D)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(C)と構成成分(D)とを希釈して使用する。
For example, an oxidant is one component (A), an additive, a surfactant and water are one component (B), and when they are used, the component (A) and the component in water or an aqueous solution are used. Dilute (B) for use.
In addition, the low-solubility additive is divided into two components (C) and (D), and the oxidizing agent, additive, and surfactant are one component (C), and the acid, additive, and surfactant And water as one component (D), and when using them, water or an aqueous solution is added to dilute the component (C) and the component (D).
この例の場合、構成成分(C)と構成成分(D)と水又は水溶液をそれぞれ供給する3つの配管が必要であり、希釈混合は、3つの配管を、研磨パッドに供給する1つの配管に結合し、その配管内で混合する方法があり、この場合、2つの配管を結合してから他の1つの配管を結合することも可能である。
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とを混合し、混合経路を長くして溶解時間を確保してから、さらに水又は水溶液の配管を結合する方法である。
In the case of this example, three pipes for supplying the component (C), the component (D), and water or an aqueous solution are required, and dilution mixing is performed on one pipe that supplies the three pads to the polishing pad. There is a method of combining and mixing in the pipe. In this case, it is also possible to combine two pipes and then connect another pipe.
For example, a constituent component containing an additive that is difficult to dissolve is mixed with another constituent component, a mixing path is lengthened to secure a dissolution time, and then a pipe for water or an aqueous solution is further combined.
その他の混合方法は、上記したように直接に3つの配管をそれぞれ研磨パッドに導き、研磨パッドと被研磨面の相対運動により混合する方法、1つの容器に3つの構成成分を混合して、そこから研磨パッドに希釈された研磨液を供給する方法が挙げられる。上記した研磨方法において、酸化剤を含む1つの構成成分を40℃以下にし、他の構成成分を室温から100℃の範囲に加温し、且つ1つの構成成分と他の構成成分又は水もしくは水溶液を加え希釈して使用する際に、混合した後に40℃以下とするようにすることもできる。温度が高いと溶解度が高くなるため、研磨液の溶解度の低い原料の溶解度を上げるために好ましい方法である。 Other mixing methods are as described above, in which the three pipes are each guided directly to the polishing pad and mixed by the relative movement of the polishing pad and the surface to be polished, and the three components are mixed in one container. And a method of supplying a diluted polishing liquid to the polishing pad. In the above polishing method, one constituent component containing an oxidizing agent is made 40 ° C. or lower, the other constituent components are heated in the range of room temperature to 100 ° C., and one constituent component and another constituent component or water or an aqueous solution When the mixture is diluted and used, it can be adjusted to 40 ° C. or lower after mixing. Since the solubility increases when the temperature is high, this is a preferable method for increasing the solubility of the raw material having a low solubility of the polishing liquid.
酸化剤を含まない他の成分を室温から100℃の範囲で加温して溶解させた原料は、温度が下がると溶液中に析出するため、温度が低下したその成分を用いる場合は、予め加温して析出したものを溶解させる必要がある。これには、加温し溶解した構成成分液を送液する手段と、析出物を含む液を攪拌しておき、送液し配管を加温して溶解させる手段を採用することができる。加温した成分が酸化剤を含む1つの構成成分の温度を40℃以上に高めると酸化剤が分解してくる恐れがあるので、加温した構成成分とこの加温した構成成分を冷却する酸化剤を含む1つの構成成分で混合した場合、40℃以下となるようにする。 A raw material in which other components not containing an oxidizing agent are heated and dissolved in the range of room temperature to 100 ° C. is precipitated in the solution when the temperature is lowered. It is necessary to dissolve what is deposited by heating. For this, a means for feeding a heated component solution and a means for stirring the liquid containing the precipitate, feeding the liquid, and heating and dissolving the pipe can be employed. When the temperature of one component containing an oxidant is increased to 40 ° C. or higher, the oxidant may be decomposed. Therefore, the heated component and the oxidation for cooling the heated component When mixed with one component containing an agent, the temperature is set to 40 ° C. or lower.
また、本発明においては、上述したように研磨液の成分を二分割以上に分割して、研磨面に供給してもよい。この場合、酸化物を含む成分と酸を含有する成分とに分割して供給する事が好ましい。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。 In the present invention, as described above, 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 acid. Alternatively, the polishing liquid may be a concentrated liquid, and diluted water may be separately supplied to the polishing surface.
研磨液の供給方法としては、上述したように研磨液の成分を二分割以上に分割して、研磨面に供給する場合、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する場合に区別される。しかし、いずれの研磨液の供給方法においても、本発明における研磨方法では、1種類の研磨液で絶縁膜の凸部上に製膜された導体膜を化学的機械研磨した後、続いて同一の研磨液で連続的に導体膜の残膜とバリア金属膜とを研磨することが可能である。 As described above, when supplying the polishing liquid by dividing the components of the polishing liquid into two or more parts and supplying them to the polishing surface, the polishing liquid is used as a concentrate and the dilution water is separated from the polishing surface. A distinction is made when supplying. However, in any polishing liquid supply method, in the polishing method of the present invention, the conductive film formed on the convex portion of the insulating film is chemically mechanically polished with one type of polishing liquid, and then the same method is used. It is possible to polish the remaining film of the conductor film and the barrier metal film continuously with the polishing liquid.
本発明の研磨方法により研磨される対象は、凹部を有する層間絶縁膜の表面に一面に形成されたバリア金属膜と、該バリア金属膜の表面に前記凹部が埋まるように形成された銅及び/又は銅合金からなる導体膜と、を有する基板であるが、この基板は半導体基板であり、銅金属及び/又は銅合金からなる配線を持つLSIであることが好ましく、特に配線が銅合金であることが好ましい。 An object to be polished by the polishing method of the present invention includes a barrier metal film formed on the entire surface of an interlayer insulating film having a recess, and copper and / or copper formed so that the recess is buried in the surface of the barrier metal film. Or a conductor film made of a copper alloy, which is a semiconductor substrate, preferably an LSI having wiring made of copper metal and / or copper alloy, and the wiring is particularly a copper alloy. It is preferable.
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、より好ましくは10質量%以下、さらに好ましくは1質量%以下であり、0.00001〜0.1質量%の範囲である銅合金において最も優れた効果を発揮する。 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, more preferably 10% by mass or less, still more preferably 1% by mass or less, and a copper alloy in the range of 0.00001 to 0.1% by mass. The most excellent effect is exhibited.
本発明においては、研磨する対象である半導体基板が、例えば、DRAMデバイス系ではハーフピッチで0.15μm以下が好ましく、0.10μm以下がより好ましく、0.08μm以下がさらに好ましい。一方、MPUデバイス系では0.12μm以下が好ましく、0.09μm以下がより好ましく、0.07μm以下の配線を持つLSIであることがさらに好ましい。これらのLSIに対して、本発明における研磨液を用いることにより、特に優れた効果を発揮する。 In the present invention, the semiconductor substrate to be polished is preferably 0.15 μm or less, more preferably 0.10 μm or less, and further preferably 0.08 μm or less in a half pitch in a DRAM device system, for example. On the other hand, in the MPU device system, 0.12 μm or less is preferable, 0.09 μm or less is more preferable, and an LSI having a wiring of 0.07 μm or less is more preferable. By using the polishing liquid of the present invention for these LSIs, particularly excellent effects are exhibited.
(基板)
本発明に用いられる基板の例としては、8インチ、12インチ半導体用ウエハ製造工程、あるいは、マイクロマシン製造工程に用いられるものが挙げられる。その種類としては、半導体用シリコンウエハやSOIウエハ、半導体レーザなどに使用される化合物半導体のサファイヤ基板なども含まれる。他には、高分子のフィルム基板上に配線パターンを形成し、平坦化する用途にも用いられる。
本発明における研磨液でCMPを行う対象ウエハは、直径が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。
(substrate)
Examples of the substrate used in the present invention include those used in 8-inch and 12-inch semiconductor wafer manufacturing processes or micromachine manufacturing processes. The types include compound semiconductor sapphire substrates used for semiconductor silicon wafers, SOI wafers, semiconductor lasers, and the like. In addition, it is used for the purpose of flattening by forming a wiring pattern on a polymer film substrate.
The target wafer to be subjected to CMP with the polishing liquid in the present invention preferably has a diameter of 200 mm or more, and particularly preferably 300 mm or more. The effect of the present invention is remarkably exhibited when the thickness is 300 mm or more.
(層間絶縁膜)
本発明の研磨方法は、基板上の配線の平坦化のみならず、多層配線基板の平坦化にも使用できる。この場合、層間絶縁膜上に形成された配線を平坦化することができる。本発明における層間絶縁膜とは前記基板(ウエハ)上で後述のバリア金属層との間に形成される、各層間の絶縁のための膜である。
本発明における層間絶縁膜は、前記基板上に形成される絶縁膜であれば、特に限定されるものではないが、シリカ系被膜又は有機系被膜であることが有効に本発明の効果を奏することができる点で好ましく、中でも、シリカ系被膜であることが好ましい。シリカ系被膜としては、炭素をドープしたシリカ系被膜、フッ素化シリコン硝子、水素シルセスキオキサン、メチルシルセスキオキサン等が挙げられるが、炭素をドープしたシリカ系被膜が好ましい。
炭素をドープしたシリカ系被膜における炭素の含有量としては、実行誘電率を低減する観点と、絶縁膜自体の機械的強度を維持する点から20質量%〜60質量%が好ましく、25質量%〜35質量%が特に好ましい。
有機系被膜としては、ポリイミド、パリレン、テフロン(登録商標)等が挙げられ、ポリイミドが好ましい。
また、層間絶縁膜の誘電率が2.6以下の特性を有するものであることが有効に本発明の効果を奏することができる点で好ましく、2.4〜2.5であることがより好ましい。
本発明における層間絶縁膜としては、前記の好ましい例の組み合わせがより好ましい。
また、本発明における層間絶縁膜の厚さは、多層配線における配線の上部と下部、又は世代間(ノード)により適宜調整可能である。
本発明における層間絶縁膜の形成方法は、米国特許(US)第6,440,866号、同第6,410,463号、同第6,596,654号等の各明細書に記載の方法を挙げることができる。
(Interlayer insulation film)
The polishing method of the present invention can be used not only for planarizing wiring on a substrate but also for planarizing a multilayer wiring substrate. In this case, the wiring formed on the interlayer insulating film can be planarized. The interlayer insulating film in the present invention is a film for insulating between layers formed between the substrate (wafer) and a barrier metal layer described later.
The interlayer insulating film in the present invention is not particularly limited as long as it is an insulating film formed on the substrate, but a silica-based film or an organic film effectively exhibits the effects of the present invention. In particular, a silica-based film is preferable. Examples of the silica-based coating include a silica-based coating doped with carbon, fluorinated silicon glass, hydrogen silsesquioxane, methyl silsesquioxane, and the like, but a silica-based coating doped with carbon is preferable.
The content of carbon in the silica-based film doped with carbon is preferably 20% by mass to 60% by mass from the viewpoint of reducing the effective dielectric constant and maintaining the mechanical strength of the insulating film itself. 35% by mass is particularly preferred.
Examples of the organic coating include polyimide, parylene, and Teflon (registered trademark), and polyimide is preferable.
In addition, it is preferable that the dielectric constant of the interlayer insulating film has a characteristic of 2.6 or less from the viewpoint that the effect of the present invention can be effectively obtained, and it is more preferable that it is 2.4 to 2.5. .
The interlayer insulating film in the present invention is more preferably a combination of the above preferred examples.
In addition, the thickness of the interlayer insulating film in the present invention can be appropriately adjusted depending on the upper and lower portions of the wiring in the multilayer wiring or between generations (nodes).
The method for forming an interlayer insulating film according to the present invention is described in US Pat. Nos. 6,440,866, 6,410,463, 6,596,654 and the like. Can be mentioned.
(バリア金属膜)
バリア金属膜とは、半導体基板上に設けられる銅及び/又は銅合金からなる導体膜(配線)と層間絶縁膜との間に、銅の拡散を防ぐための膜(層)である。
バリア金属膜の材料としては、低抵抗のメタル材料であることが好ましく、具体的には、タンタル又はタンタル化合物、チタン又はチタン化合物、タングステン又はタングステン化合物、及びルテニウムから選ばれる少なくとも1種を含むことが好ましく、TiN、TiW、Ta、TaN、W、WN、Ruを含むことがより好ましく、中でもTa、TaNが特に好ましい。
バリア金属膜の厚さとしては、5〜30nm程度とすることが好ましい。
(Barrier metal film)
The barrier metal film is a film (layer) for preventing diffusion of copper between a conductor film (wiring) made of copper and / or a copper alloy provided on a semiconductor substrate and an interlayer insulating film.
The material of the barrier metal film is preferably a low-resistance metal material, and specifically includes at least one selected from tantalum or a tantalum compound, titanium or a titanium compound, tungsten or a tungsten compound, and ruthenium. It is more preferable that TiN, TiW, Ta, TaN, W, WN, and Ru are included, and Ta and TaN are particularly preferable.
The thickness of the barrier metal film is preferably about 5 to 30 nm.
以上のように、本発明の研磨方法で半導体デバイスを研磨することにより、絶縁膜、導体膜、及びバリア金属膜を有する基板を、同一の研磨液で連続的に研磨することが可能であり、研磨後の被研磨面の平坦性が良好で、且つ、スクラッチの発生を低減することができる。 As described above, by polishing a semiconductor device with the polishing method of the present invention, a substrate having an insulating film, a conductor film, and a barrier metal film can be continuously polished with the same polishing liquid, The flatness of the polished surface after polishing is good, and the generation of scratches can be reduced.
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described specifically by way of examples. The present invention is not limited to these examples.
<砥粒(粒子)の調製>
アルコキシシランの加水分解から得られるコロイダルシリカの一般的な合成方法を用いて、コロイダルシリカを作製した。即ち、メタノールとアンモニア、純水及び分散剤を50℃以上の一定の温度下で攪拌しながら混合した溶液に、正珪酸メチルと有機溶媒の混合物を滴下させ、砥粒を作製した。
なお、下記成分(4)の粒子の粒径制御は、粒子の攪拌速度を調節することにより制御した。その後、砥粒(4)について、反応生成後に大量のメタノールを加えてクエンチさせ、必要に応じてエバポレーターにて水溶媒に置換し、成分(4)粒子の調製を完了した。
<Preparation of abrasive grains>
Colloidal silica was prepared using a general synthesis method of colloidal silica obtained from hydrolysis of alkoxysilane. That is, a mixture of normal methyl silicate and an organic solvent was dropped into a solution in which methanol, ammonia, pure water and a dispersant were mixed with stirring at a constant temperature of 50 ° C. or higher to prepare abrasive grains.
In addition, the particle diameter control of the particle | grains of the following component (4) was controlled by adjusting the stirring speed of particle | grains. Thereafter, the abrasive (4) was quenched by adding a large amount of methanol after the reaction was produced, and was replaced with an aqueous solvent by an evaporator as necessary to complete the preparation of the component (4) particles.
上記のようにして調製した砥粒としては、成分(4)の粒子として扶桑化学社製コロイダルシリカで、商品名:PL−7(体積平均粒径:70nm)、PL−10(体積平均粒径:100nm)、PL−20(体積平均粒径:180nm)を用い、成分(2)が扶桑化学社製コロイダルシリカで、商品名:PL−07(体積平均粒径:7nm)、PL−1(体積平均粒径:15nm)、PL−2(体積平均粒径:25nm)、PL−3(体積平均粒径:35nm)、PL−5(体積平均粒径:55nm)を用いた。 The abrasive grains prepared as described above are colloidal silica manufactured by Fuso Chemical Co., Ltd. as the component (4) particles, and trade names: PL-7 (volume average particle diameter: 70 nm), PL-10 (volume average particle diameter). : 100 nm), PL-20 (volume average particle size: 180 nm), component (2) is colloidal silica manufactured by Fuso Chemical Co., Ltd., trade name: PL-07 (volume average particle size: 7 nm), PL-1 ( Volume average particle size: 15 nm, PL-2 (volume average particle size: 25 nm), PL-3 (volume average particle size: 35 nm), and PL-5 (volume average particle size: 55 nm) were used.
<研磨液の調整>
(実施例1)
・複素環化合物:ベンゾトリアゾール 0.01質量%
・成分(1):アミノメタンスルホン酸 0.03175mol/L
・成分(2):A−16・・・下記構造式 0.13mol/L
・成分(3):過酸化水素 0.13mol/L
・成分(4):研磨粒子(上記PL−3) 1.5質量%
・pH(アンモニア水と硫酸で調整) 6.5
・純水を加えて全量 1000mL
<Polishing of polishing liquid>
(Example 1)
-Heterocyclic compound: 0.01% by mass of benzotriazole
Component (1): Aminomethanesulfonic acid 0.03175 mol / L
-Component (2): A-16 ... Structural formula below 0.13 mol / L
Component (3): hydrogen peroxide 0.13 mol / L
Component (4): Abrasive particles (PL-3 above) 1.5% by mass
・ PH (adjusted with ammonia water and sulfuric acid) 6.5
・ Pure water is added and the total volume is 1000mL
各成分が上記の濃度となるよう水溶液を調製し、高速ホモジナイザーで撹拌して均一に分散させて実施例1の研磨液を得た。該研磨液を用いて上記研磨試験を行い評価した。 An aqueous solution was prepared so that each component had the above-mentioned concentration, stirred with a high-speed homogenizer, and uniformly dispersed to obtain the polishing liquid of Example 1. The polishing test was conducted using the polishing liquid and evaluated.
<研磨条件>
研磨装置として、ラップマスター社製装置「LGP−612」を使用し、下記の条件で研磨を行った。具体的には、研磨装置の研磨定盤の研磨パッド上に、前述した研磨液のスラリーを供給しながら、研磨基板を研磨パッドに押し当てた状態で研磨定盤と基板とを相対的に動かして金属膜を研磨した。
・テ−ブル回転数: 64rpm
・ヘッド回転数: 65rpm
・研磨圧力: 13kPa
・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: 200ml/分
<Polishing conditions>
As a polishing apparatus, an apparatus “LGP-612” manufactured by Lapmaster Co. was used, and polishing was performed under the following conditions. Specifically, while supplying the above-mentioned slurry of polishing liquid onto the polishing pad of the polishing surface plate of the polishing apparatus, the polishing surface plate and the substrate are relatively moved while the polishing substrate is pressed against the polishing pad. The metal film was polished.
Table rotation speed: 64 rpm
-Head rotation speed: 65rpm
・ Polishing pressure: 13 kPa
Polishing pad: Rohm and Haas product number IC-1400 (K-grv) + (A21)
・ Slurry supply rate: 200 ml / min
基板としては、フォトリソグラフィー工程と反応性イオンエッチング工程によりシリコン酸化膜(絶縁膜)をパターニングして、幅0.09〜100μm、深さ600nmの配線用溝と接続孔(凹部)を形成し、さらに、スパッタリング法により厚さ20nmのTa膜(バリア金属膜)を形成し、続いてスパッタリング法により厚さ50nmの銅膜を形成後、メッキ法により合計厚さ1000nmの銅膜(導体膜)を形成した8inchウエハを使用した。 As a substrate, a silicon oxide film (insulating film) is patterned by a photolithography process and a reactive ion etching process to form wiring grooves and connection holes (recesses) having a width of 0.09 to 100 μm and a depth of 600 nm, Further, a Ta film (barrier metal film) having a thickness of 20 nm is formed by sputtering, and then a copper film having a thickness of 50 nm is formed by sputtering, and then a copper film (conductor film) having a total thickness of 1000 nm is formed by plating. The formed 8-inch wafer was used.
(実施例2〜6、比較例1)
実施例1において、研磨液の組成を表2に示す組成で調製した以外は実施例1と同様にして研磨試験を行い評価した。
(Examples 2-6, Comparative Example 1)
In Example 1, a polishing test was conducted and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the composition of the polishing liquid was adjusted to the composition shown in Table 2.
[評価項目]
(研磨速度)
−銅及びTa膜−
導体膜及びバリア金属膜である、銅及びTa膜のCMP前後での膜厚差を電気抵抗値から換算して求めた。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。具体的には、研磨速度(nm/分)=〔(研磨前の銅及びTa膜の厚さ)−(研磨後の銅及びTa膜の厚さ)〕/研磨時間で測定した。
[Evaluation item]
(Polishing speed)
-Copper and Ta films-
The film thickness difference before and after CMP of the copper film and the Ta film as the conductor film and the barrier metal film was calculated from the electric resistance value. The film thickness difference measurement was performed using VR-200 manufactured by Kokusai Denki Alpha Co., Ltd. Specifically, it was measured by polishing rate (nm / min) = [(thickness of copper and Ta film before polishing) − (thickness of copper and Ta film after polishing)] / polishing time.
−絶縁膜−
絶縁膜である、シリコン酸化膜のCMP前後での膜厚差を電気抵抗値から換算して求めた。膜厚差測定はフィルメトリックス株式会社製、F20を用いて行った。具体的には、研磨速度(nm/分)=〔(研磨前の絶縁膜の厚さ)−(研磨後の絶縁膜の厚さ)〕/研磨時間で測定した。
-Insulating film-
The difference in film thickness before and after CMP of the silicon oxide film, which is an insulating film, was calculated from the electric resistance value. The film thickness difference was measured using F20 manufactured by Filmetrics Co., Ltd. Specifically, it was measured by polishing rate (nm / min) = [(thickness of insulating film before polishing) − (thickness of insulating film after polishing)] / polishing time.
(選択比)
各種膜の研磨速度より計算される選択比を求めた。ここで、選択比とは、各材料の研磨速度の比を示す。これらの比が小さいほど、異なる膜が均一に研磨されることを示す。
(Selection ratio)
The selectivity calculated from the polishing rate of various films was determined. Here, the selection ratio indicates the ratio of the polishing rate of each material. A smaller ratio indicates that different films are polished uniformly.
(銅膜及びTa膜のスクラッチの有無)
研磨後の各基板の外観を目視で観察した。評価基準は、○;スクラッチがない、△;数本のスクラッチが観測される、×;明らかに問題となる数のスクラッチが観測される、とした。
(Scratch of copper film and Ta film)
The appearance of each substrate after polishing was visually observed. The evaluation criteria were as follows: ◯: no scratch, Δ: several scratches observed, x: a clearly problematic number of scratches observed.
(ディッシング評価)
パターンウエハに対し、非配線部分の銅が完全に研磨されるまでの時間に加えて、該時間の30%に相当する時間研磨を行い、ラインアンドスペース部分(ライン100μm、スペース100μm)のディッシングを 触針式段差計機器名Deketak321si(KLA−TENCOR社製)にて測定した。
(Dishing evaluation)
In addition to the time until the copper in the non-wiring portion is completely polished, the pattern wafer is polished for a time corresponding to 30% of the time, and the line-and-space portion (line 100 μm, space 100 μm) is dished. It measured with the stylus type level difference instrument name Deketak321si (made by KLA-TENCOR).
表2に示すように、実施例の研磨液を用いた場合、比較例と比べて、Cuについて一定の研磨速度を確保しつつ、Taの研磨速度を選択的に変化させることが可能であった。また、平坦性が良好で、且つ、スクラッチの発生がない研磨面を得ることができることがわかった。
詳細には、実施例1から5について、アミノメタンスルホン酸の添加量を増やすことによって、Taの研磨速度が増加し、Taは効率良く研磨されることが明らかとなった。
また、研磨速度調整剤を添加することによって、Cu/Ta、及びCu/SiO2の選択比が改善され、ディッシングも実用上問題ない値を示した。
さらに、実施例6について、アミノメタンスルホン酸の代わりにエチルスホン酸を添加することにより、CuとTaの選択比、CuとSiO2の選択比、及びディッシングがアミノメタンスルホン酸を添加した場合と同程度であり、同一の研磨液で連続的に研磨することが可能であることがわかった。
As shown in Table 2, when the polishing liquid of the example was used, it was possible to selectively change the Ta polishing rate while securing a constant polishing rate for Cu as compared with the comparative example. . It was also found that a polished surface with good flatness and no generation of scratches can be obtained.
Specifically, for Examples 1 to 5, it was revealed that the Ta polishing rate was increased by increasing the amount of aminomethanesulfonic acid added, and that Ta was polished efficiently.
Further, by adding a polishing rate adjusting agent, the selection ratio of Cu / Ta and Cu / SiO 2 was improved, and the dishing also showed a practically no problem value.
Further, in Example 6, by adding ethyl sulfonic acid instead of aminomethane sulfonic acid, the selectivity ratio between Cu and Ta, the selectivity ratio between Cu and SiO 2 , and dishing were the same as when amino methane sulfonic acid was added. It was found that it was possible to polish continuously with the same polishing liquid.
<実施例7>
シリコンウエハ表面に、フォトリソグラフィー工程と反応性イオンエッチング工程によりシリコン酸化膜をパターニングして、幅0.09〜100μm、深さ600nmの配線用溝と接続孔を形成、さらに、スパッタリング法により厚さ20nmのTa膜を形成し、続いてスパッタリング法により厚さ50nmの銅膜を形成後、メッキ法により合計厚さ1000nmの銅膜を形成したパターンウエハを60×60mmに切った物を用いて、そのパターンウエハ表面を実施例3の研磨液で120秒間の研磨を行った。その結果、Ta膜より上面にあるCu膜は除去され、その後露出したTa膜を同一の研磨液で研磨した状態になった。
<Example 7>
A silicon oxide film is patterned on the surface of the silicon wafer by a photolithography process and a reactive ion etching process to form wiring grooves and connection holes having a width of 0.09 to 100 μm and a depth of 600 nm. After forming a 20 nm Ta film and subsequently forming a 50 nm thick copper film by a sputtering method, a pattern wafer on which a copper film having a total thickness of 1000 nm was formed by a plating method was cut into 60 × 60 mm, The pattern wafer surface was polished with the polishing liquid of Example 3 for 120 seconds. As a result, the Cu film on the upper surface of the Ta film was removed, and the exposed Ta film was then polished with the same polishing liquid.
研磨終了後のシリコンウエハ表面を光学顕微鏡で観察したところ、配線用溝以外のシリコン酸化膜と配線溝のCu膜が露出しており、Ta膜は完全に除去されていることが確認された。この結果から、該研磨液を用いることによって、導体膜とバリア金属膜を連続的に研磨することが可能であることが明らかとなった。 When the surface of the silicon wafer after polishing was observed with an optical microscope, it was confirmed that the silicon oxide film other than the wiring groove and the Cu film in the wiring groove were exposed and the Ta film was completely removed. From this result, it was revealed that the conductor film and the barrier metal film can be continuously polished by using the polishing liquid.
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