JP2008071810A - Method of polishing semiconductor device - Google Patents

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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polishing method of a semiconductor device in which the occurrence of dishing and erosion can be controlled, and excellent flatness is imparted to the semiconductor device without producing scratches. <P>SOLUTION: The polishing method for planarizing a semiconductor device having a conductor film principally comprising copper includes (a) a step of polishing a conductor layer with polishing solution containing a compound represented by general formula (1) or (2), an oxidizing agent and abrasive grains at a chemical mechanical polishing speed of 300 nm/min or above and at an etching speed of 70 nm/min or above, and (b) a step of polishing a conductor layer with polishing solution containing a compound represented by general formula (3), an oxidizing agent and abrasive grains at a chemical mechanical polishing speed of 300 nm/min or less and at an etching speed of 15 nm/min or less. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

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銅平坦化CMP技術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 applied to copper planarization CMP technology in a wiring process of semiconductor devices.

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。
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 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.
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状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 into a dish shape.

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、Ru、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 includes one or more layers including one selected from alloys such as TaN, TaSiN, Ta, TiN, Ti, Ru, Nb, Ru, W, WN, Co, Zr, ZrN, and CuTa. It is comprised by the metal film (barrier metal film) which consists of. 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”).

従来の研磨方法では、まず導体層を高効率で研磨することができる金属用研磨液を用い、凹部以外の箇所のバリア層が露出するまで導体層を高い研磨速度で研磨し、次いで、主にバリア層を高効率で研磨することができる金属用研磨液を用い、凹部以外の箇所の絶縁体層が露出するまでバリア層を高い研磨速度で研磨することにより、凹部内に配線部が形成されていた。
この方法では、導体層を高い研磨速度で研磨するために、導体層が過剰に研磨されることによって、ディッシング及びエロージョンが発生するという問題があった。
In the conventional polishing method, first, a metal polishing liquid capable of polishing the conductor layer with high efficiency is used, and the conductor layer is polished at a high polishing rate until the barrier layer in a portion other than the recess is exposed, and then mainly, By using a metal-polishing liquid that can polish the barrier layer with high efficiency and polishing the barrier layer at a high polishing rate until the insulator layer in the portion other than the recess is exposed, a wiring portion is formed in the recess. It was.
This method has a problem in that dishing and erosion occur due to excessive polishing of the conductor layer in order to polish the conductor layer at a high polishing rate.

また、他の従来法として、バリア層上に導体層を形成した後、導体層を高効率で研磨することができる金属用研磨液を用い、凹部以外の箇所のバリア層が露出する前に研磨が終了するように、導体層を高い研磨速度で研磨し、次いで、導体層及びバリア層を高効率で研磨することができる研磨用組成物を用い、凹部以外の箇所の絶縁体層が露出するまでバリア層を研磨することにより、凹部内に配線部を形成する方法が行われていた。
この従来技術においては、導体層及びバリア層を研磨するときに、導体層とバリア層との間で電気化学的な反応が進行して導体層が選択的に研磨されるために、ディッシングが発生するという問題があった。
特開2001−127019号公報 特開2001−279231号公報 特開昭49−122432号公報
In addition, as another conventional method, after forming a conductor layer on the barrier layer, a polishing solution for metal that can polish the conductor layer with high efficiency is used, and polishing is performed before the barrier layer other than the recess is exposed. The conductive layer is polished at a high polishing rate so that the conductive layer and the barrier layer can be polished with high efficiency, and the insulator layer at portions other than the recesses is exposed. A method for forming a wiring portion in a recess has been performed by polishing the barrier layer.
In this conventional technology, when the conductor layer and the barrier layer are polished, the electrochemical reaction proceeds between the conductor layer and the barrier layer, and the conductor layer is selectively polished, so that dishing occurs. There was a problem to do.
JP 2001-127019 A JP 2001-279231 A JP 49-122432 A

上記従来技術の問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、ディッシング及びエロージョンの発生を抑制することができ、スクラッチの発生を生じることなく、半導体デバイスに優れた平坦性を与える半導体デバイスの研磨方法を提供することにある。   An object of the present invention made in view of the above-mentioned problems of the prior art is to polish a semiconductor device that can suppress the occurrence of dishing and erosion, and gives excellent flatness to the semiconductor device without causing scratches. It is to provide a method.

本発明者は、従来の研磨方法に用いられる金属用研磨液における問題点について鋭意検討した結果、上記の目的を達成するために、各研磨段階でエッチング速度を規定した金属用研磨液を用いることによって、ディッシング及びエロージョンの発生が抑制可能であることを見出し、本発を完成するに至った。   As a result of earnestly examining the problems in the metal polishing liquid used in the conventional polishing method, the present inventor uses a metal polishing liquid in which the etching rate is defined at each polishing stage in order to achieve the above object. As a result, it was found that the occurrence of dishing and erosion can be suppressed, and the present invention was completed.

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> 銅を主成分とする導体膜を有する半導体デバイスを平坦化する研磨方法であって、該導体膜を下記(a)工程及び(b)工程を含む研磨工程で行う半導体デバイスの研磨方法。
(a)下記一般式(1)又は一般式(2)で示される化合物、酸化剤および砥粒を含む研磨液にて、導体層に対して化学的機械的研磨速度300nm/min以上、且つ、エッチング速度70nm/min以上で研磨する工程、
(b)下記一般式(3)で示される化合物、酸化剤および砥粒を含む研磨液にて、導体層に対して化学的機械的研磨速度300nm/min以下、且つ、エッチング速度20nm/min以下で研磨する工程。
<1> A polishing method for flattening a semiconductor device having a conductor film containing copper as a main component, wherein the semiconductor film is polished in a polishing step including the following steps (a) and (b): .
(A) In a polishing liquid containing a compound represented by the following general formula (1) or general formula (2), an oxidizing agent and abrasive grains, a chemical mechanical polishing rate of 300 nm / min or more with respect to the conductor layer, and Polishing at an etching rate of 70 nm / min or more,
(B) In a polishing liquid containing a compound represented by the following general formula (3), an oxidizing agent and abrasive grains, a chemical mechanical polishing rate of 300 nm / min or less and an etching rate of 20 nm / min or less with respect to the conductor layer. The process of polishing with.

本発明の方法では、(a)工程が、バリア層が露出する前に研磨を終了するように導体層を研磨する工程であり、導体層に対する化学的機械的研磨速度が300nm/min以上、好ましくは、300〜800nm/min、導体層に対するエッチング速度が70nm/min以上、好ましくは、70〜140nm/minを達成しうる有機酸である下記一般式(1)又は一般式(2)で示される化合物と、酸化剤と、研磨粒子を含む研磨液を用い、上記研磨速度とエッチング速度で研磨する工程である。また、(b)工程は、バリア層が露出するまで導体層を研磨する工程であり、導体層に対する化学的機械的研磨速度300nm/min以下、好ましくは、150〜300nm/minであり、且つ、導体層に対するエッチング速度が20nm/min以下、好ましくは、10〜15nm/minを達成しうる有機酸である、下記一般式(3)で表される有機酸と、酸化剤と、研磨用粒子とを含む金属用研磨液を用い、上記研磨速度とエッチング速度で導体層をバリア層が露出するまで研磨するものである。   In the method of the present invention, the step (a) is a step of polishing the conductor layer so that the polishing is finished before the barrier layer is exposed, and the chemical mechanical polishing rate for the conductor layer is preferably 300 nm / min or more, preferably Is represented by the following general formula (1) or general formula (2) which is an organic acid capable of achieving 300 to 800 nm / min and an etching rate for the conductor layer of 70 nm / min or more, preferably 70 to 140 nm / min. This is a step of polishing at a polishing rate and an etching rate using a polishing liquid containing a compound, an oxidizing agent, and abrasive particles. Step (b) is a step of polishing the conductor layer until the barrier layer is exposed, and the chemical mechanical polishing rate for the conductor layer is 300 nm / min or less, preferably 150 to 300 nm / min, and An organic acid represented by the following general formula (3), which is an organic acid capable of achieving an etching rate of 20 nm / min or less, preferably 10 to 15 nm / min with respect to the conductor layer, an oxidizing agent, and polishing particles The conductor layer is polished at a polishing rate and an etching rate until the barrier layer is exposed.

本発明における研磨速度は、導体膜やバリア金属膜の研磨前後での膜厚差を電気抵抗値から換算して求め、以下の式(1)により測定した値を用いている。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。
式(1):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。
本発明におけるエッチング速度は、予め砥粒成分を除去し、40℃の温度調節を行った金属用研磨剤中に、銅で被膜したウェハ(以下銅べた膜ウェハと呼称)を1分間浸漬させ、金属用研磨剤中に溶出した銅量(以下エッチング量と呼称)をICP発光分析装置ICP−1000IV(島津製作所社製)で定量した。さらに、以下の式(2)により、エッチング量から溶解した銅の膜厚を算出し、エッチング速度とした。
式(2):エッチング速度(nm/分)=
[(エッチング量)/(研磨剤の液量)]÷(銅の比重)÷(サンプルウェハの面積)
The polishing rate in the present invention is obtained by converting the film thickness difference before and after polishing of the conductor film and the barrier metal film from the electric resistance value and using the value measured by the following equation (1). The film thickness difference measurement was performed using VR-200 manufactured by Kokusai Denki Alpha Co., Ltd.
Formula (1): Polishing rate (nm / min) =
[(Thickness of copper and Ta film before polishing) − (Thickness of copper and Ta film after polishing)] / Polishing time.
In the etching rate in the present invention, a wafer coated with copper (hereinafter referred to as a copper solid film wafer) is immersed for 1 minute in a metal abrasive that has been previously removed of abrasive components and adjusted to a temperature of 40 ° C. The amount of copper eluted in the metal abrasive (hereinafter referred to as the etching amount) was quantified with an ICP emission analyzer ICP-1000IV (manufactured by Shimadzu Corporation). Furthermore, the film thickness of the dissolved copper was calculated from the etching amount by the following formula (2), and was used as the etching rate.
Formula (2): Etching rate (nm / min) =
[(Etching amount) / (abrasive liquid amount)] / (specific gravity of copper) / (area of sample wafer)

Figure 2008071810
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前記一般式(1)中、Rは単結合、アルキレン基、又はフェニレン基を表す。
、及びRはそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、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。Rは水素原子、ハロゲン原子、アルキル基又はアシル基を表す。Rはアルキレン基を表す。但し、Rが−CH−のとき、Rがアルキレン基又はフェニル基、及び/又は、Rがハロゲン原子及びアルキル基のいずれか一つである。
In the general formula (1), R 1 represents a single bond, an alkylene group, or a phenylene group.
R 2 and R 3 each independently represents a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, or an aryl group. R 4 represents a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group or an acyl group. R 5 represents an alkylene group. However, when R 5 is —CH 2 —, R 1 is an alkylene group or a phenyl group, and / or R 4 is any one of a halogen atom and an alkyl group.

Figure 2008071810
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前記一般式(2)中、Rは単結合、アルキレン基、又はフェニレン基を表す。
及びRはそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、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。Rはアルキレン基を表し、R10は、単結合、アルキレン基、アルキレンオキシ基又はフェニレン基を表す。但し、Rが−CH−のとき、Rがアルキレン基又はフェニル基、及び/又は、R10がアルキレン基、アルキレンオキシ基又はフェニレン基のいずれか一つである。
In the general formula (2), R 6 represents a single bond, an alkylene group, or a phenylene group.
R 7 and R 8 each independently represents a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, or an aryl group. R 9 represents an alkylene group, and R 10 represents a single bond, an alkylene group, an alkyleneoxy group or a phenylene group. However, when R 9 is —CH 2 —, R 6 is any one of an alkylene group, a phenyl group, and / or R 10 is an alkylene group, an alkyleneoxy group, or a phenylene group.

Figure 2008071810
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前記一般式(3)中、Rは、単結合、アルキレン基、又はフェニレン基を表す。
及びRは、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、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。
及びRは、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、又はアシル基を表す。
但し、Rが単結合のとき、R及びRの少なくともいずれかは水素原子ではない。
In the general formula (3), R a represents a single bond, an alkylene group, or a phenylene group.
R b and R c each independently represents a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, or an aryl group.
R d and R e each independently represents a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, or an acyl group.
However, when R a is a single bond, at least one of R d and R e is not a hydrogen atom.

<2> 前記(a)工程及び(b)工程において、研磨液に含まれる酸化剤が過酸化水素水であり、その濃度が0.01〜1.5mol/Lである研磨液を用いることを特徴とする<1>に記載の半導体デバイスの研磨方法。
<3> 前記(a)工程及び(b)工程において、研磨液に含まれる砥粒がシリカ粒子であり、その濃度が0.0001〜5wt%である研磨液を用いることを特徴とする<1>に記載の半導体デバイスの研磨方法。
<2> In the steps (a) and (b), the oxidizing agent contained in the polishing liquid is a hydrogen peroxide solution, and a polishing liquid having a concentration of 0.01 to 1.5 mol / L is used. The method for polishing a semiconductor device according to <1>, characterized in that it is characterized in that:
<3> In the steps (a) and (b), the abrasive contained in the polishing liquid is silica particles, and a polishing liquid having a concentration of 0.0001 to 5 wt% is used <1 The method for polishing a semiconductor device according to <1>.

本発明は、導体膜及びバリア金属膜を有する基板を、バリア層が露出する前に研磨を終了するように導体層を研磨する第一の研磨工程と、バリア層が露出するまで導体層を研磨する第二の研磨工程とを備えるため、本発明によれば、ディッシング、エロージョンの発生が抑制され、スクラッチの発生を防止しながら、研磨後の被研磨面の平坦性が良好な半導体デバイスの研磨方法を提供することができる。   The present invention includes a first polishing step of polishing a conductive layer so that the substrate having the conductive film and the barrier metal film is finished before the barrier layer is exposed, and polishing the conductive layer until the barrier layer is exposed. Therefore, according to the present invention, the occurrence of dishing and erosion is suppressed, and the occurrence of scratches is prevented, and the polishing of a semiconductor device with good flatness of the polished surface after polishing is achieved. A method can be provided.

まず、本発明の研磨方法に好適に用いられる金属用研磨液(以下、「本発明の金属用研磨液」ともいう。)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。
本発明の研磨方法では、前述の如く、バリア層が露出する前に研磨を終了するように導体膜を研磨する(a)工程と、バリア層が露出するまで導体層を研磨する(b)工程とを含むため、それぞれに好適な研磨液について説明する。
First, a metal polishing liquid (hereinafter also referred to as “the metal polishing liquid of the present invention”) 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.
In the polishing method of the present invention, as described above, the step (a) of polishing the conductor film to finish polishing before the barrier layer is exposed and the step (b) of polishing the conductor layer until the barrier layer is exposed. Therefore, a suitable polishing liquid will be described.

[(a)工程に使用される金属用研磨液]
(a)工程に使用される金属用研磨液は、(i)下記一般式(1)又は一般式(2)で示される化合物(有機酸)、(ii)酸化剤、及び、(iii)砥粒を含む。
[Metal polishing liquid used in step (a)]
(A) The metal polishing liquid used in the step includes (i) a compound (organic acid) represented by the following general formula (1) or general formula (2), (ii) an oxidizing agent, and (iii) an abrasive. Contains grains.

本発明の(a)工程に使用しうる金属用研磨液〔以下、適宜、(a)工程用金属研磨液と称する)は、前記成分(i)から(iii)を必須成分として含有することを特徴とし、通常、水を含んで構成される。本発明における(a)工程用金属用研磨液は、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。
金属用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 metal polishing liquid that can be used in the step (a) of the present invention (hereinafter, appropriately referred to as the metal polishing liquid for the step (a)) contains the components (i) to (iii) as essential components. Characteristic and usually composed of water. The metal polishing slurry for step (a) 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.
The respective components (essential components and optional components) contained in the metal polishing liquid may be used alone or in combination of two or more.

なお、本発明において「金属用研磨液」とは、研磨に使用する際の研磨液(即ち、必要により希釈された研磨液)のみならず、金属用研磨液の濃縮液をも包含する意である。
また、金属用研磨液の濃縮液とは、研磨に使用する際の研磨液よりも、溶質の濃度が高く調製された研磨液を意味し、研磨に使用する際に、水又は水溶液などで希釈して、研磨に使用されるものである。希釈倍率は、一般的には1〜20体積倍である。なお、本明細書において「濃縮」及び「濃縮液」とは、使用状態よりも「濃厚」及び「濃厚な液」を意味する慣用表現にしたがって用いており、蒸発などの物理的な濃縮操作を伴う一般的な用語の意味とは異なる用法で用いている。
In the present invention, the “metal polishing liquid” includes not only a polishing liquid used for polishing (that is, a polishing liquid diluted as necessary) but also a concentrated liquid of the metal polishing liquid. is there.
Also, the metal polishing liquid concentrate means a polishing liquid prepared with a higher solute concentration than the polishing liquid used for polishing, and is diluted with water or an aqueous solution when used for polishing. Thus, it is used for polishing. The dilution factor is generally 1 to 20 volume times. In this specification, “concentration” and “concentrated liquid” are used in accordance with conventional expressions meaning “thick” and “thick liquid” rather than the state of use, and physical concentration operations such as evaporation are performed. It is used in a different way from the meaning of the general terms involved.

以下、各構成成分について説明する。
<(i)下記一般式(1)又は一般式(2)で示される化合物>
この化合物は有機酸であり、研磨速度の制御に有用である。
Hereinafter, each component will be described.
<(I) Compound represented by the following general formula (1) or general formula (2)>
This compound is an organic acid and is useful for controlling the polishing rate.

Figure 2008071810
Figure 2008071810

前記一般式(1)および一般式(2)中、R及びRはそれぞれ独立に単結合、アルキレン基、又はフェニレン基を表す。
、R、R及びRはそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、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。Rは水素原子、ハロゲン原子、アルキル基又はアシル基を表す。R及びRはアルキレン基を表し、R10は、単結合、アルキレン基、アルキレンオキシ基又はフェニレン基を表す。但し、Rが−CH−のとき、Rがアルキレン基又はフェニル基、及び/又は、Rがハロゲン原子及びアルキル基のいずれか一つであり、Rが−CH−のとき、Rがアルキレン基又はフェニル基、及び/又は、R10がアルキレン基、アルキレンオキシ基又はフェニレン基のいずれか一つである。
In the general formula (1) and the general formula (2), R 1 and R 6 each independently represents a single bond, an alkylene group, or a phenylene group.
R 2 , R 3 , R 7 and R 8 each independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, or an aryl group. R 4 represents a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group or an acyl group. R 5 and R 9 represent an alkylene group, and R 10 represents a single bond, an alkylene group, an alkyleneoxy group, or a phenylene group. However, when R 5 is —CH 2 —, R 1 is an alkylene group or a phenyl group, and / or R 4 is any one of a halogen atom and an alkyl group, and R 9 is —CH 2 —. R 6 is an alkylene group or a phenyl group, and / or R 10 is any one of an alkylene group, an alkyleneoxy group, or a phenylene group.

一般式(1)及び(2)で示される化合物は、酸化の促進、pH調整、緩衝剤としての作用を示すカルボキシル基を2つ以上有するアミノ酸〔アミノジカルボン酸(一般式(1)で示される)又はアミノトリカルボン酸(一般式(2)で示される〕である。   The compounds represented by the general formulas (1) and (2) are an amino acid having two or more carboxyl groups (aminodicarboxylic acid (shown by the general formula (1)) that exhibit oxidation action, pH adjustment, and buffering action. ) Or aminotricarboxylic acid (shown by the general formula (2)).

一般式(1)におけるR及びRとしてのアルキレン基は、直鎖状、分岐状、環状のいずれか一つであってもよく、好ましくは炭素数1〜8のアルキレン基であり、例えば、メチレン基、エチレン基を挙げることができる。
及びRとしてのアルキレン基、及びRとしてのフェニレン基は置換基を有してもよく、ここで導入可能な置換基としては、水酸基、ハロゲン原子等を挙げることができる。
The alkylene group as R 1 and R 5 in the general formula (1) may be any one of linear, branched and cyclic, and is preferably an alkylene group having 1 to 8 carbon atoms. , Methylene group and ethylene group.
The alkylene group as R 1 and R 5 and the phenylene group as R 5 may have a substituent, and examples of the substituent that can be introduced here include a hydroxyl group and a halogen atom.

一般式(1)におけるR及びRとしてのアルキル基は、好ましくは炭素数1〜8のアルキル基であり、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(1)におけるR及びRとしてのシクロアルキル基は、好ましくは炭素数5〜15のシクロアルキル基であり、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(1)におけるR及びRとしてのアルケニル基は、好ましくは炭素数2〜9のアルケニル基であり、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(1)におけるR及びRとしてのアルキニル基は、好ましくは炭素数2〜9のアルキニル基であり、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。
一般式(1)におけるR及びRとしてのアリール基は、好ましくは炭素数6〜15のアリール基であり、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は、その構造中に酸素原子、硫黄原子などのヘテロ原子を有してもよい。
一般式(1)におけるR及びR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の芳香環)等を挙げることができる。
The alkyl group as R 2 and R 3 in the general formula (1) is preferably an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, and examples thereof include a methyl group and a propyl group.
The cycloalkyl group as R 2 and R 3 in the general formula (1) is preferably a cycloalkyl group having 5 to 15 carbon atoms, and examples thereof include a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, and a cyclooctyl group.
The alkenyl group as R 2 and R 3 in the general formula (1) is preferably an alkenyl group having 2 to 9 carbon atoms, and examples thereof include a vinyl group, a propenyl group, and an allyl group.
The alkynyl group as R 2 and R 3 in the general formula (1) is preferably an alkynyl group having 2 to 9 carbon atoms, and examples thereof include an ethynyl group, a propynyl group, and a butynyl group.
The aryl group as R 2 and R 3 in the general formula (1) is preferably an aryl group having 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 in its structure.
Examples of the substituent that each group represented by R 2 and R 3 in the general formula (1) may have include a hydroxyl group, a halogen atom, and an aromatic ring (preferably an aromatic ring having 3 to 15 carbon atoms). it can.

一般式(1)におけるRとしてのアルキル基は、好ましくは炭素数1〜8のアルキル基であり、例えば、メチル基、エチル基を挙げることができる。
一般式(1)におけるRとしてのアシル基は、好ましくは炭素数2〜9のアシル基であり、例えば、メチルカルボニル基を挙げることができる。
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もよい。
一般式(1)におけるR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、ハロゲン原子などを挙げることができる。
一般式(I)において、Rは水素原子でないことが好ましい。
The alkyl group as R 4 in the general formula (1) is preferably an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, and examples thereof include a methyl group and an ethyl group.
The acyl group as R 4 in the general formula (1) is preferably an acyl group having 2 to 9 carbon atoms, and examples thereof include a methylcarbonyl 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 4 in the general formula (1) may have include a hydroxyl group, an amino group, and a halogen atom.
In the general formula (I), R 4 is preferably not a hydrogen atom.

以下に、一般式(1)で表される化合物の具体例を、下記一般式(1)における官能基
を明示することにより以下に示すが、これらに限定するものではない。
Although the specific example of a compound represented by General formula (1) below is shown below by specifying the functional group in following General formula (1), it is not limited to these.

Figure 2008071810
Figure 2008071810

Figure 2008071810
Figure 2008071810

アミノトリカルボン酸の構造は、以下に示す一般式(2)で表すことができる。   The structure of aminotricarboxylic acid can be represented by the following general formula (2).

Figure 2008071810
Figure 2008071810

一般式(2)中、Rは単結合、アルキレン基、又はフェニレン基を表す。R及びRは、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、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。Rはアルキレン基を表す。Rは、単結合、アルキレン基、アルキレンオキシ基又はフェニレン基を表す。但し、Rが−CH−のとき、Rがアルキレン基又はフェニル基、及び/又は、R10がアルキレン基、アルキレンオキシ基又はフェニレン基のいずれか一つである。 In general formula (2), R 6 represents a single bond, an alkylene group, or a phenylene group. R 7 and R 8 each independently represents a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, or an aryl group. R 5 represents an alkylene group. R 6 represents a single bond, an alkylene group, an alkyleneoxy group or a phenylene group. However, when R 9 is —CH 2 —, R 6 is any one of an alkylene group, a phenyl group, and / or R 10 is an alkylene group, an alkyleneoxy group, or a phenylene group.

一般式(2)におけるR及びR10としてのアルキレン基は、直鎖状、分岐状、環状のいずれか一つであってもよく、好ましくは炭素数1〜8のアルキレン基であり、例えば、メチレン基、エチレン基を挙げることができる。
一般式(2)におけるR及びR9としてのアルキレン基、及びR10としてのフェニレン基が有してもよい置換基としては、各々独立に、水酸基、ハロゲン原子等を挙げることができる。
The alkylene group as R 6 and R 10 in the general formula (2) may be any one of linear, branched, and cyclic, and is preferably an alkylene group having 1 to 8 carbon atoms. , Methylene group and ethylene group.
Examples of the substituent that the alkylene group as R 6 and R 9 and the phenylene group as R 10 in General Formula (2) may have include a hydroxyl group and a halogen atom.

一般式(2)におけるR及びRとしてのアルキル基は、好ましくは炭素数1〜8のアルキル基であり、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(2)におけるR及びRとしてのシクロアルキル基は、好ましくは炭素数5〜15のシクロアルキル基であり、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(2)におけるR及びRとしてのアルケニル基は、好ましくは炭素数2〜9のアルケニル基であり、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(2)におけるR及びRとしてのアルキニル基は、好ましくは炭素数2〜9のアルキニル基であり、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。
一般式(2)におけるR及びRとしてのアリール基は、好ましくは炭素数6〜15のアリール基であり、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もよい。
一般式(2)におけるR及びR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の芳香環)等を挙げることができる。
The alkyl group as R 7 and R 8 in the general formula (2) is preferably an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, and examples thereof include a methyl group and a propyl group.
The cycloalkyl group as R 7 and R 8 in the general formula (2) is preferably a cycloalkyl group having 5 to 15 carbon atoms, and examples thereof include a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, and a cyclooctyl group.
The alkenyl group as R 7 and R 8 in the general formula (2) is preferably an alkenyl group having 2 to 9 carbon atoms, and examples thereof include a vinyl group, a propenyl group, and an allyl group.
The alkynyl group as R 7 and R 8 in the general formula (2) is preferably an alkynyl group having 2 to 9 carbon atoms, and examples thereof include an ethynyl group, a propynyl group, and a butynyl group.
The aryl group as R 7 and R 8 in the general formula (2) is preferably an aryl group having 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 represented by R 7 and R 8 in the general formula (2) may have include a hydroxyl group, a halogen atom, and an aromatic ring (preferably an aromatic ring having 3 to 15 carbon atoms). it can.

一般式(2)におけるRとしてのアルキレン基は、好ましくは炭素数1〜8のアルキレン基であり、例えば、メチレン基、エチレン基などを挙げることができる。
一般式(2)におけるRとしてのアルキレンオキシ基は、好ましくは炭素数1〜8のアルキレンオキシ基であり、例えば、メチレンオキシ基、エチレンオキシ基などを挙げることができる。
The alkylene group as R 6 in the general formula (2) is preferably an alkylene group having 1 to 8 carbon atoms, and examples thereof include a methylene group and an ethylene group.
The alkyleneoxy group as R 6 in the general formula (2) is preferably an alkyleneoxy group having 1 to 8 carbon atoms, and examples thereof include a methyleneoxy group and an ethyleneoxy group.

以下に、一般式(2)で表される化合物の具体例を、下記一般式(2)における官能基を明示することにより以下に示すが、これらに限定するものではない。   Although the specific example of a compound represented by General formula (2) below is shown below by specifying the functional group in following General formula (2), it is not limited to these.

Figure 2008071810
Figure 2008071810

Figure 2008071810
Figure 2008071810

アミノジカルボン酸、又はアミノトリカルボン酸の添加量は、研磨に使用する際の研磨液の1L中、0.0005〜0.5molとすることが好ましく、0.005mol〜0.3molとすることがより好ましく、0.01mol〜0.1molとすることが特に好ましい。即ち、酸の添加量は、エッチングの抑制の点から0.5mol以下が好ましく、充分な効果を得る上で0.0005mol以上が好ましい。   The addition amount of aminodicarboxylic acid or aminotricarboxylic acid is preferably 0.0005 to 0.5 mol, more preferably 0.005 mol to 0.3 mol, in 1 L of a polishing liquid used for polishing. Preferably, 0.01 mol to 0.1 mol is particularly preferable. That is, the amount of acid added is preferably 0.5 mol or less from the viewpoint of suppressing etching, and 0.0005 mol or more is preferable for obtaining a sufficient effect.

<(ii)酸化剤>
本発明において(a)工程、さらには後述する(b)工程において用いられる金属用研磨液のいずれにも(ii)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。
中でも、金属の酸化が充分高いCMP速度を確保、及び研磨面の荒れ防止の観点から過酸化水素、硝酸、ヨウ素酸カリウム、過ヨウ素酸、過ヨウ素酸カリウム、次亜塩素酸、及びオゾン水から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。
<(Ii) Oxidizing agent>
In the present invention, (ii) an oxidizing agent (a compound capable of oxidizing a metal to be polished) is contained in any of the metal polishing liquids used in the step (a) and further in the step (b) described later.
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.
Above all, from the viewpoint of ensuring a sufficiently high CMP rate for metal oxidation and preventing roughening of the polished surface, from hydrogen peroxide, nitric acid, potassium iodate, periodic acid, potassium periodate, hypochlorous acid, and ozone water It is preferably at least one selected.

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。   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.

鉄(III)の有機錯塩を用いる場合、鉄(III)錯塩を構成する錯形成化合物としては、例えば、酢酸、クエン酸、シュウ酸、サリチル酸、ジエチルジチオカルバミン酸、コハク酸、酒石酸、グリコール酸、グリシン、アラニン、アスパラギン酸、チオグリコール酸、エチレンジアミン、トリメチレンジアミン、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,2−エタンジチオール、マロン酸、グルタル酸、3−ヒドロキシ酪酸、プロピオン酸、フタル酸、イソフタル酸、3−ヒドロキシサリチル酸、3,5−ジヒドロキシサリチル酸、没食子酸、安息香酸、マレイン酸などやこれらの塩の他、アミノポリカルボン酸及びその塩が挙げられる。   When an organic complex salt of iron (III) is used, examples of complex-forming compounds constituting the iron (III) complex salt include acetic acid, citric acid, oxalic acid, salicylic acid, diethyldithiocarbamic acid, succinic acid, tartaric acid, glycolic acid, glycine , Alanine, aspartic acid, thioglycolic acid, ethylenediamine, trimethylenediamine, diethylene glycol, triethylene glycol, 1,2-ethanedithiol, malonic acid, glutaric acid, 3-hydroxybutyric acid, propionic acid, phthalic acid, isophthalic acid, 3 Aminopolycarboxylic acid and its salt are mentioned other than -hydroxy salicylic acid, 3,5-dihydroxy salicylic acid, gallic acid, benzoic acid, maleic acid, etc. and these salts.

アミノポリカルボン酸及びその塩としては、エチレンジアミン−N,N,N’,N’−四酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、1,3−ジアミノプロパン−N,N,N’,N’−四酢酸、1,2−ジアミノプロパン−N,N,N’,N’−四酢酸、エチレンジアミン−N,N’−ジコハク酸(ラセミ体)、エチレンジアミンジコハク酸(SS体)、N−(2−カルボキシラートエチル)−L−アスパラギン酸、N−(カルボキシメチル)−L−アスパラギン酸、β−アラニンジ酢酸、メチルイミノジ酢酸、ニトリロ三酢酸、シクロヘキサンジアミン四酢酸、イミノジ酢酸、グリコールエーテルジアミン四酢酸、エチレンジアミン1−N,N’−ニ酢酸、エチレンジアミンオルトヒドロキシフェニル酢酸、N,N−ビス(2−ヒドロキシベンジル)エチレンジアミン−N,N−ジ酢酸など及びその塩が挙げられる。対塩の種類は、アルカリ金属塩及びアンモニウム塩が好ましく、特にはアンモニウム塩が好ましい。   Examples of aminopolycarboxylic acids and salts thereof include ethylenediamine-N, N, N ′, N′-tetraacetic acid, diethylenetriaminepentaacetic acid, 1,3-diaminopropane-N, N, N ′, N′-tetraacetic acid, , 2-Diaminopropane-N, N, N ′, N′-tetraacetic acid, ethylenediamine-N, N′-disuccinic acid (racemic), ethylenediamine disuccinic acid (SS), N- (2-carboxylate ethyl) ) -L-aspartic acid, N- (carboxymethyl) -L-aspartic acid, β-alanine diacetic acid, methyliminodiacetic acid, nitrilotriacetic acid, cyclohexanediaminetetraacetic acid, iminodiacetic acid, glycol etherdiaminetetraacetic acid, ethylenediamine 1-N, N'-diacetic acid, ethylenediamine orthohydroxyphenylacetic acid, N, N-bis (2-hydroxybenzidine ) Ethylenediamine -N, it includes and salts thereof such as N- diacetic acid. The kind of the counter salt is preferably an alkali metal salt or an ammonium salt, and particularly preferably an ammonium salt.

中でも、過酸化水素、ヨウ素酸塩、次亜塩素酸塩、塩素酸塩、過硫酸塩、鉄(III)の有機錯塩が好ましく、鉄(III)の有機錯塩を用いる場合の好ましい錯形成化合物は、クエン酸、酒石酸、アミノポリカルボン酸(具体的には、エチレンジアミン−N,N,N’,N’−四酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、1,3−ジアミノプロパン−N,N,N’,N’−四酢酸、エチレンジアミン−N,N’−ジコハク酸(ラセミ体)、エチレンジアミンジコハク酸(SS体)、N−(2−カルボキシラートエチル)−L−アスパラギン酸、N−(カルボキシメチル)−L−アスパラギン酸、β−アラニンジ酢酸、メチルイミノジ酢酸、ニトリロ三酢酸、イミノジ酢酸)を挙げることができる。   Among them, hydrogen peroxide, iodate, hypochlorite, chlorate, persulfate, and an organic complex salt of iron (III) are preferable, and a preferable complex-forming compound when an organic complex salt of iron (III) is used is Citric acid, tartaric acid, aminopolycarboxylic acid (specifically, ethylenediamine-N, N, N ′, N′-tetraacetic acid, diethylenetriaminepentaacetic acid, 1,3-diaminopropane-N, N, N ′, N '-Tetraacetic acid, ethylenediamine-N, N'-disuccinic acid (racemic), ethylenediaminedisuccinic acid (SS), N- (2-carboxylateethyl) -L-aspartic acid, N- (carboxymethyl)- L-aspartic acid, β-alanine diacetic acid, methyliminodiacetic acid, nitrilotriacetic acid, iminodiacetic acid).

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、いずれの研磨液においても研磨に使用する際の金属用研磨液の1Lあたり、0.003mol〜8molの範囲とすることが好ましく、0.03mol〜6molの範囲とすることがより好ましく、0.1mol〜4mol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高いCMP速度を確保する点で0.003mol以上であることが好ましく、研磨面の荒れ防止の点から8mol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 mol to 8 mol, and preferably in the range of 0.03 mol to 6 mol, per liter of the metal polishing liquid when used for polishing in any polishing liquid. Is more preferable, and the range of 0.1 mol to 4 mol is particularly preferable. That is, the addition amount of the oxidizing agent is preferably 0.003 mol or more from the viewpoint of sufficient metal oxidation and ensuring a high CMP rate, and is preferably 8 mol or less from the viewpoint of preventing roughening of the polished surface.

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.

<(iii)研磨用粒子>
本発明において(a)工程、さらには後述する(b)工程、及び、バリア層研磨工程用において用いられる金属用研磨液のいずれにも砥粒が含まれる。本発明において用いうる研磨用粒子(砥粒)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砥粒、ポリスチレン、ポリアクリル、ポリ塩化ビニル等の有機物砥粒のいずれでもよい。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(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。
<(Iii) Abrasive particles>
In the present invention, the (a) step, the (b) step described later, and the metal polishing liquid used for the barrier layer polishing step all contain abrasive grains. As polishing particles (abrasive grains) that can be used in the present invention, any of inorganic abrasive grains such as silica, alumina, ceria, titania, zirconia, germania, silicon carbide, and organic abrasive grains such as polystyrene, polyacryl, polyvinyl chloride, etc. But you can. Among these, at least one selected from silica, alumina, ceria, titania, zirconia, and germania is preferable, the dispersion stability in the polishing liquid is good, and the number of occurrences of polishing scratches (scratches) generated by CMP is high. Less silica (precipitated silica, fumed silica, colloidal silica, synthetic silica) is preferred. The silica is preferably colloidal silica or fumed silica, and more preferably colloidal silica because of its high polishing rate for copper-containing metals.

また、本発明に係る金属用研磨液に含まれる研磨用粒子は、動的光散乱法により求められる体積平均粒子径が60〜150nmの範囲の粒子である。
上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。
Further, the polishing particles contained in the metal polishing liquid according to the present invention are particles having a volume average particle diameter in the range of 60 to 150 nm determined by a dynamic light scattering method.
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.

上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.

前述の窒化物は、例えば前記酸化物をカーボンなどの還元剤と共に窒素雰囲気中で昇温させることによって得ることができる。この場合、還元反応を起こさせながらも粒子間の溶着を起こさないように反応器内の温度分布を如何に均一にさせるかが非常に重要である。溶着を起こした粒子を含んでいる場合は、これらの粉体に速度エネルギーを与え、遮蔽版に衝突させることによって分散させる方法や、強固な凝集体の場合は、溶媒中に分散させてスラリー化したものを高圧ホモジナイザーなどの装置を用いて物理エネルギーを与え分散させる方法が一般的に行われている。   The aforementioned nitride can be obtained, for example, by heating the oxide together with a reducing agent such as carbon in a nitrogen atmosphere. In this case, it is very important how the temperature distribution in the reactor is made uniform so as not to cause welding between particles while causing the reduction reaction. If the particles contain welded particles, give these powders velocity energy and disperse them by colliding them with the shielding plate. In the case of strong aggregates, disperse them in a solvent to form a slurry. In general, a method is used in which physical energy is applied and dispersed using an apparatus such as a high-pressure homogenizer.

砥粒の総添加量としては、いずれの研磨液においても、使用する際の金属用研磨液の全質量に対して、0.02〜15質量%の範囲であることが好ましく、0.05〜5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、0.02質量%以上が好ましく、CMPによる研磨速度が飽和するため、15質量%以下が好ましい。   The total amount of abrasive grains added is preferably in the range of 0.02 to 15% by mass with respect to the total mass of the metal polishing liquid when used in any polishing liquid, A range of 5% by mass is more preferable. In order to obtain a sufficient effect for improving the polishing rate and reducing variations in the polishing rate within the wafer surface, 0.02% by mass or more is preferable, and since the polishing rate by CMP is saturated, 15% by mass or less is preferable.

<金属用研磨液のpH>
本発明における金属用研磨液の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pH3〜9の範囲である。この範囲において本発明の金属用研磨液は特に優れた効果を発揮する。本発明の研磨液は、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。
本発明における金属用研磨液の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(b)工程において使用される一般式(3)で表される化合物以外の有機酸の添加などにより調整することができる。
(a)工程の終点は、バリア金属膜が露出するまえに終了させるため、予め測定したバリア膜状の金属膜の厚みと、研磨速度とを考慮して予め研磨時間を制御する方法、あるいは、被研磨ウエハと研磨布の間の摩擦係数変化をウエハキャリアや定盤の回転軸トルクの変化として検出する「トルク計測法」、ウエハ表面に付着した金属膜のシート抵抗が厚さに反比例することを利用して加工中の金属膜の厚さを計測する「電気抵抗計測法」、などの検出方法により決定される。
<PH of metal polishing liquid>
The pH of the metal 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 3 to 9. In this range, the metal polishing liquid of the present invention exhibits particularly excellent effects. In the polishing, the polishing liquid of the present invention may be in a form that does not contain 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 metal polishing liquid in the present invention is determined by 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. It can be set in consideration.
The pH can be adjusted, for example, by adding an alkali agent described later, or by adding an organic acid other than the compound represented by the general formula (3) used in the step (b).
(A) Since the end point of the process is completed before the barrier metal film is exposed, a method of controlling the polishing time in advance in consideration of the thickness of the metal film in the shape of the barrier film measured in advance and the polishing rate, or "Torque measurement method" that detects changes in the friction coefficient between the wafer to be polished and the polishing cloth as changes in the rotation axis torque of the wafer carrier and surface plate, and the sheet resistance of the metal film adhering to the wafer surface is inversely proportional to the thickness Is determined by a detection method such as an “electrical resistance measurement method” that measures the thickness of the metal film being processed.

[(b)工程に使用される金属用研磨液]
(b)工程に使用される金属用研磨液は、(iv)下記一般式(3)で示される化合物(有機酸)、(ii)酸化剤、及び、(iii)砥粒を含む。
[(B) Metal polishing liquid used in step]
The metal polishing liquid used in the step (b) includes (iv) a compound (organic acid) represented by the following general formula (3), (ii) an oxidizing agent, and (iii) abrasive grains.

本発明の金属用研磨液は、前記成分(iv)及び(ii)、(iii)を必須成分として含有することを特徴とし、通常、水を含んで構成される。本発明における(b)工程用金属用研磨液における(ii)酸化剤、(iii)砥粒は、前記した(a)工程用金属研磨液におけるものと同様であり、好ましい化合物の例、添加量なども同様である。また、所望により、さらに他の成分を含有してもよい点も同様であり、好ましい他の成分としての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、等の添加剤は後述する。
金属用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 metal-polishing liquid of the present invention is characterized by containing the components (iv), (ii), and (iii) as essential components, and usually comprises water. The (ii) oxidizing agent and (iii) abrasive grains in the metal polishing liquid for step (b) in the present invention are the same as those in the metal polishing liquid for step (a) described above. The same applies to the above. Moreover, the point which may contain another component further if desired is also the same, and the compound (heterocyclic compound etc.), surfactant, and / or preferable as a passive film formation agent as another preferable component are preferable. Additives such as hydrophilic polymers, acids, alkalis, and buffering agents will be described later.
The respective components (essential components and optional components) contained in the metal polishing liquid may be used alone or in combination of two or more.

<(iV)下記一般式(3)で示される化合物>
本発明の(b)工程用金属用研磨液では、酸化の促進、pH調整、緩衝剤としての作用を示す、カルボキシル基を有するアミノ酸(有機酸)を含有し、このアミノ酸は、アミノモノカルボン酸を含むものである。
好適なアミノモノカルボン酸の構造は、以下に示す一般式(3)で表すことができる。
<(IV) Compound represented by the following general formula (3)>
The metal polishing slurry for step (b) of the present invention contains an amino acid (organic acid) having a carboxyl group, which exhibits an action of promoting oxidation, pH adjustment, and a buffer, and this amino acid is an amino monocarboxylic acid. Is included.
The structure of a suitable amino monocarboxylic acid can be represented by the following general formula (3).

Figure 2008071810
Figure 2008071810

は、単結合、アルキレン基、又はフェニレン基を表す。
及びRは、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、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。
及びRは、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、又はアシル基を表す。
但し、Rが単結合のとき、R及びRの少なくともいずれかは水素原子ではない。
R a represents a single bond, an alkylene group, or a phenylene group.
R b and R c each independently represents a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, or an aryl group.
R d and R e each independently represents a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, or an acyl group.
However, when R a is a single bond, at least one of R d and R e is not a hydrogen atom.

一般式(3)におけるR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 a in the general formula (3) 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.

及びR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。
及びR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。
及びR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。
及びR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 b and R c preferably has 1 to 8 carbon atoms, and examples thereof include a methyl group and a propyl group.
The cycloalkyl group as R b and R c 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 b and R c 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 b and R c preferably has 2 to 9 carbon atoms, and examples thereof include an ethynyl group, a propynyl group, and a butynyl group.

及びR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。
及びR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)、アミノ基などを挙げることができる。
The aryl group as R b and R c 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 b and R c may have include a hydroxyl group, a halogen atom, an aromatic ring (preferably having 3 to 15 carbon atoms), an amino group, and the like.

及びR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。
及びR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。
The alkyl group as R d and R e 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 as R d and R e may have include a hydroxyl group, an amino group, and a halogen atom.

一般式(3)において、R及びRのいずれか一方は水素原子でないことが好ましい。 In general formula (3), it is preferable that either one of R d and R e is not a hydrogen atom.

また、一般式(3)において、Rが単結合、R及びRが水素原子であることが特に好ましい。この場合、Rは、水素原子、ハロゲン原子、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。Rは、水素原子、ハロゲン原子、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。R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。R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 (3), it is particularly preferable that R a is a single bond, and R b and R d are hydrogen atoms. In this case, R c represents a hydrogen atom, a halogen atom, 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 e represents a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, or an acyl group, and an alkyl group is particularly preferable. As the substituent that the alkyl group as R c may have, a hydroxyl group or an amino group is preferable. As the alkyl group substituent which may be possessed as R e, a hydroxyl group or an amino group.

以下に化学式(3)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 Chemical formula (3) below is shown, it is not limited to these.

Figure 2008071810
Figure 2008071810

Figure 2008071810
Figure 2008071810

一般式(3)で示される有機酸の添加量は、研磨に使用する際の研磨液の質量に対して、0.1質量%以上5質量%以下が好ましく、0.5質量%以上2質量%以下が更に好ましい。即ち、このような有機酸の含有量は、十分な研磨速度を達成する点で、0.1質量%以上が好ましく、過剰なディッシングを発生させない点から、5質量%以下が好ましい。
一般式(3)で表される有機酸は、(b)工程用研磨液中に2種以上含有してもよい。
The addition amount of the organic acid represented by the general formula (3) is preferably 0.1% by mass or more and 5% by mass or less, and preferably 0.5% by mass or more and 2% by mass with respect to the mass of the polishing liquid used for polishing. % Or less is more preferable. That is, the content of such an organic acid is preferably 0.1% by mass or more from the viewpoint of achieving a sufficient polishing rate, and is preferably 5% by mass or less from the point of not causing excessive dishing.
You may contain 2 or more types of organic acids represented by General formula (3) in the polishing liquid for process (b).

<(b)工程用金属用研磨液のpH>
本発明において(b)工程に用いられる金属用研磨液の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の金属用研磨液は特に優れた効果を発揮する。本発明の研磨液は、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。
本発明における金属用研磨液の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、さらには一般式(3)で示される化合物以外の有機酸、緩衝剤の添加などにより調整することができる。
(b)工程の終点は、バリア金属膜の露出により検知することができ、ここでバリア膜がストッパの役割を示すために、(b)工程に用いられる研磨液は、Cu/Taなど導体膜/バリア膜の研磨速度比が大きいものが好ましい。
<(B) pH of metal polishing slurry for process>
In the present invention, the metal polishing slurry used in step (b) has a pH of 2 or more, preferably in the range of pH 2 to 10, more preferably in the range of pH 5 to 8. In this range, the metal polishing liquid of the present invention exhibits particularly excellent effects. In the polishing, the polishing liquid of the present invention may be in a form that does not contain 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 metal polishing liquid in the present invention is determined by 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. It can be set in consideration.
The pH can be adjusted, for example, by adding an alkali agent described later, or by adding an organic acid other than the compound represented by the general formula (3), a buffering agent, or the like.
(B) The end point of the process can be detected by the exposure of the barrier metal film, and since the barrier film serves as a stopper, the polishing liquid used in the process (b) is a conductor film such as Cu / Ta. / A barrier film having a large polishing rate ratio is preferred.

<バリア層研磨工程>
本発明においては、このように(a)工程、(b)工程を経ることで、導体膜を均一に、且つ、効率よく研磨することができる。
通常は、バリア層の露出後に、バリア層の研磨を行って基板を露出させ、基板上に同体層を設けた半導体デバイスの平坦化が完了する。
このバリア層研磨工に用いられる金属研磨液中には、研磨速度制御の観点から、バリア層に対する化学的機械的研磨速度が50nm/min以上、好ましくは、50〜 nm/minを示す有機酸を併用することが好ましい。
このような有機酸としては、分子内に少なくとも1つのカルボキシル基を有する有機酸があげられ、好ましくは、下記一般式(4)で表される化合物が挙げられる。
R−COOH (4)
上記一般式(4)中、Rは、水素原子、カルボキシル基、又は炭化水素基を表し、該炭化水素基は、ヒドロキシル基、カルボキシル基、又は炭化水素基により更に置換されていてもよい。
<Barrier layer polishing process>
In the present invention, the conductor film can be uniformly and efficiently polished through the steps (a) and (b).
Usually, after the barrier layer is exposed, the barrier layer is polished to expose the substrate, and the planarization of the semiconductor device provided with the same layer on the substrate is completed.
In the metal polishing liquid used for this barrier layer polishing process, from the viewpoint of polishing rate control, an organic acid having a chemical mechanical polishing rate of 50 nm / min or more, preferably 50 to nm / min with respect to the barrier layer. It is preferable to use together.
Examples of such an organic acid include organic acids having at least one carboxyl group in the molecule, and preferably a compound represented by the following general formula (4).
R-COOH (4)
In the general formula (4), R represents a hydrogen atom, a carboxyl group, or a hydrocarbon group, and the hydrocarbon group may be further substituted with a hydroxyl group, a carboxyl group, or a hydrocarbon group.

一般式(4)において、Rで表される炭化水素基は、飽和又は不飽和であってもよく、鎖状、環状でもよく、分岐していてもよい。炭化水素基として、具体的には、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルケニル基等が挙げられる。
この炭化水素基は置換基を有してもよく、導入可能な置換基としては、ヒドロキシル基、カルボキシル基、又は炭化水素基が挙げられる。
In the general formula (4), the hydrocarbon group represented by R may be saturated or unsaturated, may be chain-like, cyclic, or branched. Specific examples of the hydrocarbon group include an alkyl group, a cycloalkyl group, an aryl group, and an alkenyl group.
This hydrocarbon group may have a substituent, and examples of the substituent that can be introduced include a hydroxyl group, a carboxyl group, and a hydrocarbon group.

このような有機酸として、好ましくは、安息香酸、グリコール酸、サリチル酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、マレイン酸、フタル酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、乳酸等が挙げられる。   As such an organic acid, preferably benzoic acid, glycolic acid, salicylic acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, maleic acid, phthalic acid, malic acid, tartaric acid, citric acid, Examples include lactic acid.

一般式(4)で示されるカルボキシル基を有する有機酸の添加量は、バリア層研磨に使用する際の金属研磨液の質量に対して、0.1質量%以上5質量%以下が好ましく、0.5質量%以上2質量%以下が更に好ましい。即ち、このような有機酸の含有量は、十分な研磨速度を達成する点で、0.1質量%以上が好ましく、過剰なディッシングを発生させない点から、5質量%以下が好ましい。
分子内に少なくとも1つのカルボキシル基を有する有機酸は、スラリー中に2種以上含有しても良い。
The addition amount of the organic acid having a carboxyl group represented by the general formula (4) is preferably 0.1% by mass or more and 5% by mass or less based on the mass of the metal polishing liquid used for polishing the barrier layer. More preferably, the content is 5% by mass or more and 2% by mass or less. That is, the content of such an organic acid is preferably 0.1% by mass or more from the viewpoint of achieving a sufficient polishing rate, and is preferably 5% by mass or less from the point of not causing excessive dishing.
Two or more organic acids having at least one carboxyl group in the molecule may be contained in the slurry.

<バリア層研磨工程用金属用研磨液のpH>
本発明においてバリア層研磨に用いられる金属用研磨液の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の金属用研磨液は特に優れた効果を発揮する。本発明の研磨液は、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。
本発明における金属用研磨液の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、さらには一般式(4)で示される化合物以外の有機酸、緩衝剤の添加などにより調整することができる。
<PH of metal polishing slurry for barrier layer polishing step>
In the present invention, the pH of the metal polishing liquid used for polishing the barrier layer is 2 or more, preferably in the range of pH 2 to 10, more preferably in the range of pH 5 to 8. In this range, the metal polishing liquid of the present invention exhibits particularly excellent effects. In the polishing, the polishing liquid of the present invention may be in a form that does not contain 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 metal polishing liquid in the present invention is determined by 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. It can be set in consideration.
The pH can be adjusted, for example, by adding an alkali agent described later, or by adding an organic acid other than the compound represented by the general formula (4), a buffering agent, or the like.

<研磨液に含まれ得るその他の成分>
〔複素芳香環化合物〕
本発明の研磨方法に用いられる(a)工程用研磨液、(b)工程用研磨液、及び、バリア層研磨工程用研磨液には、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、少なくとも1種の複素環化合物を含有することが好ましい。
<Other components that can be contained in the polishing liquid>
[Heteroaromatic ring compound]
The (a) step polishing liquid, (b) step polishing liquid, and barrier layer polishing step polishing liquid used in the polishing method of the present invention are compounds that form a passive film on the metal surface to be polished. It is preferable to contain at least one heterocyclic compound.

以下、本発明に用いうる複素芳香環化合物について説明する。まず、母核となる複素環について述べる。
本発明で用いうる複素環化合物の複素環の環員数は特に限定されず、単環化合物あっても縮合環を有する多環化合物であってもよい。単環の場合の員数は、好ましくは3〜8であり、さらに好ましくは5〜7であり、特に好ましくは5及び6である。また、縮合環を有する場合の環数は、好ましくは2〜4であり、さらに好ましくは2又は3である。
Hereinafter, the heteroaromatic ring compound that can be used in the present invention will be described. First, the heterocyclic ring that is the mother nucleus is described.
The number of members of the heterocyclic ring of the heterocyclic compound that can be used in the present invention is not particularly limited, and may be a monocyclic compound or a polycyclic compound having a condensed ring. The number of members in the case of a single ring is preferably 3 to 8, more preferably 5 to 7, and particularly preferably 5 and 6. The number of rings in the case of having a condensed ring is preferably 2 to 4, more preferably 2 or 3.

これらの複素環として、具体的には以下のものが挙げられる。但し、これらに限定されるものではない。
例えば、ピロール環、チオフェン環、フラン環、ピラン環、チオピラン環、イミダゾール環、ピラゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、ピロリジン環、ピラゾリジン環、イミダゾリジン環、イソオキサゾリジン環、イソチアゾリジン環、ピペリジン環、ピペラジン環、モルホリン環、チオモルホリン環、クロマン環、チオクロマン環、イソクロマン環、イソチオクロマン環、インドリン環、イソインドリン環、ピリンジン環、インドリジン環、インドール環、インダゾール環、プリン環、キノリジン環、イソキノリン環、キノリン環、ナフチリジン環、フタラジン環、キノキサリン環、キナゾリン環、シンノリン環、プテリジン環、アクリジン環、ペリミジン環、フェナントロリン環、カルバゾール環、カルボリン環、フェナジン環、アンチリジン環、チアジアゾール環、オキサジアゾール環、トリアジン環、トリアゾール環、テトラゾール環、ベンズイミダゾール環、ベンズオキサゾール環、ベンズチアゾール環、ベンズチアジアゾール環、ベンズフロキサン環、ナフトイミダゾール環、ベンズトリアゾール環、テトラアザインデン環等が挙げられ、より好ましくはトリアゾール環、テトラゾール環が挙げられる。
Specific examples of these heterocycles include the following. However, it is not limited to these.
For example, pyrrole ring, thiophene ring, furan ring, pyran ring, thiopyran ring, imidazole ring, pyrazole ring, thiazole ring, isothiazole ring, oxazole ring, isoxazole ring, pyridine ring, pyrazine ring, pyrimidine ring, pyridazine ring, pyrrolidine Ring, pyrazolidine ring, imidazolidine ring, isoxazolidine ring, isothiazolidine ring, piperidine ring, piperazine ring, morpholine ring, thiomorpholine ring, chroman ring, thiochroman ring, isochroman ring, isothiochroman ring, indoline ring, isoindoline ring , Pyridine, indolizine, indole, indazole, purine, quinolidine, isoquinoline, quinoline, naphthyridine, phthalazine, quinoxaline, quinazoline, cinnoline, pteridine, Lysine ring, perimidine ring, phenanthroline ring, carbazole ring, carboline ring, phenazine ring, anti-lysine ring, thiadiazole ring, oxadiazole ring, triazine ring, triazole ring, tetrazole ring, benzimidazole ring, benzoxazole ring, benzthiazole ring Benzthiadiazole ring, benzfuroxan ring, naphthimidazole ring, benztriazole ring, tetraazaindene ring and the like, more preferably triazole ring and tetrazole ring.

次に、複素環が有しうる置換基について述べる。
本発明において、特定の部分を「基」と称した場合には、当該部分はそれ自体が置換されていなくても、一種以上の(可能な最多数までの)置換基で置換されていてもよいことを意味する。例えば、「アルキル基」とは置換又は無置換のアルキル基を意味する。
Next, substituents that the heterocyclic ring may have will be described.
In the present invention, when a specific moiety is referred to as a “group”, the moiety may be unsubstituted or substituted with one or more (up to the maximum possible) substituents. Means good. For example, “alkyl group” means a substituted or unsubstituted alkyl group.

複素環化合物が有しうる置換基としては、例えば、以下のものが挙げられる。但し、これらに限定されるものではない。
例えば、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、又は沃素原子)、アルキル基(直鎖、分岐又は環状のアルキル基であり、ビシクロアルキル基のように多環アルキル基であっても、活性メチン基を含んでもよい)、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロ環基(置換する位置は問わない)、アシル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、ヘテロ環オキシカルボニル基、カルバモイル基(置換基を有するカルバモイル基としては、例えば、N−ヒドロキシカルバモイル基、N−アシルカルバモイル基、N−スルホニルカルバモイル基、N−カルバモイルカルバモイル基、チオカルバモイル基、N−スルファモイルカルバモイル基)、カルバゾイル基、カルボキシ基又はその塩、オキサリル基、オキサモイル基、シアノ基、カルボンイミドイル基、ホルミル基、ヒドロキシ基、アルコキシ基(エチレンオキシ基もしくはプロピレンオキシ基単位を繰り返し含む基を含む)、アリールオキシ基、ヘテロ環オキシ基、アシルオキシ基、(アルコキシもしくはアリールオキシ)カルボニルオキシ基、カルバモイルオキシ基、スルホニルオキシ基、アミノ基、(アルキル、アリール、又はヘテロ環)アミノ基、アシルアミノ基、スルホンアミド基、ウレイド基、チオウレイド基、N−ヒドロキシウレイド基、イミド基、(アルコキシもしくはアリールオキシ)カルボニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、セミカルバジド基、チオセミカルバジド基、ヒドラジノ基、アンモニオ基、オキサモイルアミノ基、N−(アルキルもしくはアリール)スルホニルウレイド基、N−アシルウレイド基、N−アシルスルファモイルアミノ基、ヒドロキシアミノ基、ニトロ基、4級化された窒素原子を含むヘテロ環基(例えば、ピリジニオ基、イミダゾリオ基、キノリニオ基、イソキノリニオ基)、イソシアノ基、イミノ基、メルカプト基、(アルキル、アリール、又はヘテロ環)チオ基、(アルキル、アリール、又はヘテロ環)ジチオ基、(アルキル又はアリール)スルホニル基、(アルキル又はアリール)スルフィニル基、スルホ基又はその塩、スルファモイル基(置換基を有するスルファモイル基としては、例えばN−アシルスルファモイル基、N−スルホニルスルファモイル基)又はその塩、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスフィニルオキシ基、ホスフィニルアミノ基、シリル基等が挙げられる。
Examples of the substituent that the heterocyclic compound may have include the following. However, it is not limited to these.
For example, a halogen atom (a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom), an alkyl group (a linear, branched or cyclic alkyl group, and even a polycyclic alkyl group such as a bicycloalkyl group is active. A methine group), an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, a heterocyclic group (regardless of the position of substitution), an acyl group, an alkoxycarbonyl group, an aryloxycarbonyl group, a heterocyclic oxycarbonyl group, a carbamoyl group ( Examples of the carbamoyl group having a substituent include an N-hydroxycarbamoyl group, an N-acylcarbamoyl group, an N-sulfonylcarbamoyl group, an N-carbamoylcarbamoyl group, a thiocarbamoyl group, and an N-sulfamoylcarbamoyl group), a carbazoyl group. Carboxy group or a salt thereof, oxalyl group, oxa Yl group, cyano group, carbonimidoyl group, formyl group, hydroxy group, alkoxy group (including groups containing ethyleneoxy group or propyleneoxy group unit), aryloxy group, heterocyclic oxy group, acyloxy group, (alkoxy group) Or aryloxy) carbonyloxy group, carbamoyloxy group, sulfonyloxy group, amino group, (alkyl, aryl, or heterocyclic) amino group, acylamino group, sulfonamido group, ureido group, thioureido group, N-hydroxyureido group, Imido group, (alkoxy or aryloxy) carbonylamino group, sulfamoylamino group, semicarbazide group, thiosemicarbazide group, hydrazino group, ammonio group, oxamoylamino group, N- (alkyl or aryl) sulfo Luureido group, N-acylureido group, N-acylsulfamoylamino group, hydroxyamino group, nitro group, heterocyclic group containing a quaternized nitrogen atom (eg, pyridinio group, imidazolio group, quinolinio group, isoquinolinio group ), Isocyano group, imino group, mercapto group, (alkyl, aryl, or heterocyclic) thio group, (alkyl, aryl, or heterocyclic) dithio group, (alkyl or aryl) sulfonyl group, (alkyl or aryl) sulfinyl group , A sulfo group or a salt thereof, a sulfamoyl group (the sulfamoyl group having a substituent is, for example, an N-acylsulfamoyl group or an N-sulfonylsulfamoyl group) or a salt thereof, a phosphino group, a phosphinyl group, a phosphinyloxy Group, phosphinylamino group, silyl group, etc. The

なお、ここで、「活性メチン基」とは、2つの電子求引性基で置換されたメチン基を意味する。「電子求引性基」とは、例えば、アシル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、カルバモイル基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、スルファモイル基、トリフルオロメチル基、シアノ基、ニトロ基、カルボンイミドイル基を意味する。また、2つの電子求引性基は互いに結合して環状構造をとっていてもよい。また、「塩」とはアルカリ金属、アルカリ土類金属、重金属などの陽イオンや、アンモニウムイオン、ホスホニウムイオンなどの有機の陽イオンを意味する。   Here, “active methine group” means a methine group substituted with two electron-attracting groups. “Electron withdrawing group” means, for example, acyl group, alkoxycarbonyl group, aryloxycarbonyl group, carbamoyl group, alkylsulfonyl group, arylsulfonyl group, sulfamoyl group, trifluoromethyl group, cyano group, nitro group, carvone An imidoyl group is meant. Two electron-withdrawing groups may be bonded to each other to form a cyclic structure. The “salt” means a cation such as alkali metal, alkaline earth metal or heavy metal, or an organic cation such as ammonium ion or phosphonium ion.

これらの中でも、複素環化合物における好ましい置換基としては、例えばハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、又は沃素原子)、アルキル基(直鎖、分岐又は環状のアルキル基であり、ビシクロアルキル基のように多環アルキル基であっても、活性メチン基を含んでもよい)、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロ環基(置換する位置は問わない)、アシル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、ヘテロ環オキシカルボニル基、カルバモイル基、N−ヒドロキシカルバモイル基、N−アシルカルバモイル基、N−スルホニルカルバモイル基、N−カルバモイルカルバモイル基、チオカルバモイル基、N−スルファモイルカルバモイル基、カルバゾイル基、オキサリル基、オキサモイル基、シアノ基、カルボンイミドイル基、ホルミル基、ヒドロキシ基、アルコキシ基(エチレンオキシ基もしくはプロピレンオキシ基単位を繰り返し含む基を含む)、アリールオキシ基、ヘテロ環オキシ基、アシルオキシ基、(アルコキシもしくはアリールオキシ)カルボニルオキシ基、カルバモイルオキシ基、スルホニルオキシ基、(アルキル、アリール、又はヘテロ環)アミノ基、アシルアミノ基、スルホンアミド基、ウレイド基、チオウレイド基、N−ヒドロキシウレイド基、イミド基、(アルコキシもしくはアリールオキシ)カルボニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、セミカルバジド基、チオセミカルバジド基、ヒドラジノ基、アンモニオ基、オキサモイルアミノ基、N−(アルキルもしくはアリール)スルホニルウレイド基、N−アシルウレイド基、N−アシルスルファモイルアミノ基、ヒドロキシアミノ基、ニトロ基、4級化された窒素原子を含むヘテロ環基(例えばピリジニオ基、イミダゾリオ基、キノリニオ基、イソキノリニオ基)、イソシアノ基、イミノ基、メルカプト基、(アルキル、アリール、又はヘテロ環)チオ基、(アルキル、アリール、又はヘテロ環)ジチオ基、(アルキル又はアリール)スルホニル基、(アルキル又はアリール)スルフィニル基、スルホ基又はその塩、スルファモイル基、N−アシルスルファモイル基、N−スルホニルスルファモイル基又はその塩、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスフィニルオキシ基、ホスフィニルアミノ基、シリル基等が挙げられる。なおここで活性メチン基とは2つの電子求引性基で置換されたメチン基を意味し、ここに電子求引性基とはアシル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、カルバモイル基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、スルファモイル基、トリフルオロメチル基、シアノ基、ニトロ基、カルボンイミドイル基が挙げられる。   Among these, preferred substituents in the heterocyclic compound include, for example, a halogen atom (a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom), an alkyl group (a linear, branched or cyclic alkyl group, and a bicycloalkyl group). Or an active methine group), an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, a heterocyclic group (regardless of the position of substitution), an acyl group, an alkoxycarbonyl group, an aryl Oxycarbonyl group, heterocyclic oxycarbonyl group, carbamoyl group, N-hydroxycarbamoyl group, N-acylcarbamoyl group, N-sulfonylcarbamoyl group, N-carbamoylcarbamoyl group, thiocarbamoyl group, N-sulfamoylcarbamoyl group, carbazoyl Group, oxalyl group, oxamoyl group, shear Group, carbonimidoyl group, formyl group, hydroxy group, alkoxy group (including groups containing repeating ethyleneoxy group or propyleneoxy group units), aryloxy group, heterocyclic oxy group, acyloxy group, (alkoxy or aryloxy) Carbonyloxy group, carbamoyloxy group, sulfonyloxy group, (alkyl, aryl, or heterocyclic) amino group, acylamino group, sulfonamide group, ureido group, thioureido group, N-hydroxyureido group, imide group, (alkoxy or aryl) (Oxy) carbonylamino group, sulfamoylamino group, semicarbazide group, thiosemicarbazide group, hydrazino group, ammonio group, oxamoylamino group, N- (alkyl or aryl) sulfonylureido group, N-acy Ureido group, N-acylsulfamoylamino group, hydroxyamino group, nitro group, quaternized heterocyclic group containing nitrogen atom (for example, pyridinio group, imidazolio group, quinolinio group, isoquinolinio group), isocyano group, imino Group, mercapto group, (alkyl, aryl, or heterocyclic) thio group, (alkyl, aryl, or heterocyclic) dithio group, (alkyl or aryl) sulfonyl group, (alkyl or aryl) sulfinyl group, sulfo group or a salt thereof Sulfamoyl group, N-acylsulfamoyl group, N-sulfonylsulfamoyl group or a salt thereof, phosphino group, phosphinyl group, phosphinyloxy group, phosphinylamino group, silyl group and the like. Here, the active methine group means a methine group substituted with two electron-withdrawing groups, and the electron-withdrawing group here means an acyl group, an alkoxycarbonyl group, an aryloxycarbonyl group, a carbamoyl group, an alkyl group. Examples include a sulfonyl group, an arylsulfonyl group, a sulfamoyl group, a trifluoromethyl group, a cyano group, a nitro group, and a carbonimidoyl group.

さらに好ましくは、例えばハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、又は沃素原子)、アルキル基(直鎖、分岐又は環状のアルキル基であり、ビシクロアルキル基のように多環アルキル基であっても、活性メチン基を含んでもよい)、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロ環基(置換する位置は問わない)が挙げられる。   More preferably, for example, a halogen atom (a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, or an iodine atom), an alkyl group (a linear, branched or cyclic alkyl group, and a polycyclic alkyl group such as a bicycloalkyl group) And may contain an active methine group), an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, or a heterocyclic group (regarding the position of substitution).

また、上記した置換基の2つが共同して環(芳香族又は非芳香族の炭化水素環、又は複素環。これらは、さらに組み合わされて多環縮合環を形成することができ、その例として、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、フルオレン環、トリフェニレン環、ナフタセン環、ビフェニル環、ピロール環、フラン環、チオフェン環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、インドリジン環、インドール環、ベンゾフラン環、ベンゾチオフェン環、イソベンゾフラン環、キノリジン環、キノリン環、フタラジン環、ナフチリジン環、キノキサリン環、キノキサゾリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、フェナントリジン環、アクリジン環、フェナントロリン環、チアントレン環、クロメン環、キサンテン環、フェノキサチイン環、フェノチアジン環、フェナジン環、が挙げられる)を形成することもできる。   In addition, two of the above-described substituents can be combined to form a ring (aromatic or non-aromatic hydrocarbon ring or heterocyclic ring. These can be further combined to form a polycyclic fused ring. , Benzene ring, naphthalene ring, anthracene ring, phenanthrene ring, fluorene ring, triphenylene ring, naphthacene ring, biphenyl ring, pyrrole ring, furan ring, thiophene ring, imidazole ring, oxazole ring, thiazole ring, pyridine ring, pyrazine ring, pyrimidine Ring, pyridazine ring, indolizine ring, indole ring, indole ring, benzofuran ring, benzothiophene ring, isobenzofuran ring, quinolidine ring, quinoline ring, phthalazine ring, naphthyridine ring, quinoxaline ring, quinoxazoline ring, isoquinoline ring, carbazole ring, phenanthridine Ring, acridine ring, phenant Phosphorus ring, thianthrene ring, chromene ring, xanthene ring, phenoxathiin ring, phenothiazine ring, phenazine ring, also form mentioned are) is.

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、これらに限定されるものではないが、以下のものが挙げられる。
すなわち、1,2,3,4−テトラゾール、5−アミノ−1,2,3,4−テトラゾール、5−メチル−1,2,3,4−テトラゾール、1,2,3−トリアゾール、4−アミノ−1,2,3−トリアゾール、4,5−ジアミノ−1,2,3−トリアゾール、1,2,4−トリアゾール、3−アミノ−1,2,4−トリアゾール、3,5−ジアミノ−1,2,4−トリアゾール、ベンゾトリアゾール、等である。
Specific examples of the heterocyclic compound that can be particularly preferably used in the present invention include, but are not limited to, the following compounds.
That is, 1,2,3,4-tetrazole, 5-amino-1,2,3,4-tetrazole, 5-methyl-1,2,3,4-tetrazole, 1,2,3-triazole, 4- Amino-1,2,3-triazole, 4,5-diamino-1,2,3-triazole, 1,2,4-triazole, 3-amino-1,2,4-triazole, 3,5-diamino- 1,2,4-triazole, benzotriazole, and the like.

本発明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。   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金属用研磨液(即ち、水又は水溶液で希釈する場合は希釈後の金属用研磨液)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 in 1 L of a metal polishing liquid used for polishing (that is, a metal polishing liquid after dilution when diluted with water or an aqueous solution). The range of -1.0 mol is preferable, More preferably, it is the range of 0.0005-0.5 mol, More preferably, it is the range of 0.0005-0.05 mol.

−界面活性剤及び/又は親水性ポリマー−
本発明の(a)工程用、及び、(b)工程用、及び、バリア層研磨工程用の金属用研磨液は、界面活性剤及び/又は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とは、いずれも被研磨面へ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。
本発明に用いうる界面活性剤及び/又は親水性ポリマーとしては、酸型が望ましく、塩としては、アンモニウム塩、カリウム塩、ナトリウム塩等が挙げられ、特にアンモニウム塩およびカリウム塩が好ましく、以下の群から選ばれたものが好適である。
-Surfactant and / or hydrophilic polymer-
The metal polishing liquid for the step (a), the step (b) and the barrier layer polishing step of the present invention preferably contains a surfactant and / or a hydrophilic polymer. Both the surfactant and the hydrophilic polymer have the action of reducing the contact angle to the surface to be polished and the action of promoting uniform polishing.
The surfactant and / or hydrophilic polymer that can be used in the present invention is preferably an acid type, and examples of the salt include ammonium salt, potassium salt, sodium salt, and the like. Particularly preferred are ammonium salt and potassium salt. Those selected from the group are preferred.

陰イオン界面活性剤として、カルボン酸塩、スルホン酸塩、硫酸エステル塩、リン酸エステル塩が挙げられ、カルボン酸塩として、石鹸、N−アシルアミノ酸塩、ポリオキシエチレン又はポリオキシプロピレンアルキルエーテルカルボン酸塩、アシル化ペプチド;スルホン酸塩として、アルキルスルホン酸塩、アルキルベンゼン及びアルキルナフタレンスルホン酸塩、ナフタレンスルホン酸塩、スルホコハク酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、N−アシルスルホン酸塩;硫酸エステル塩として、硫酸化油、アルキル硫酸塩、アルキルエーテル硫酸塩、ポリオキシエチレン又はポリオキシプロピレンアルキルアリルエーテル硫酸塩、アルキルアミド硫酸塩;リン酸エステル塩として、アルキルリン酸塩、ポリオキシエチレン又はポリオキシプロピレンアルキルアリルエーテルリン酸塩を挙げることができる。   Examples of the anionic surfactant include carboxylate, sulfonate, sulfate ester salt and phosphate ester salt. Examples of the carboxylate salt include soap, N-acyl amino acid salt, polyoxyethylene or polyoxypropylene alkyl ether carboxyl. Acid salt, acylated peptide; as sulfonate, alkyl sulfonate, alkyl benzene and alkyl naphthalene sulfonate, naphthalene sulfonate, sulfosuccinate, α-olefin sulfonate, N-acyl sulfonate; sulfate ester Salts include sulfated oil, alkyl sulfates, alkyl ether sulfates, polyoxyethylene or polyoxypropylene alkyl allyl ether sulfates, alkyl amide sulfates; phosphate ester salts such as alkyl phosphates, polyoxyethylene or polyoxypropyls. Can pyrene alkyl allyl ether phosphates.

陽イオン界面活性剤として、脂肪族アミン塩、脂肪族4級アンモニウム塩、塩化ベンザルコニウム塩、塩化ベンゼトニウム、ピリジニウム塩、イミダゾリニウム塩;両性界面活性剤として、カルボキシベタイン型、スルホベタイン型、アミノカルボン酸塩、イミダゾリニウムベタイン、レシチン、アルキルアミンオキサイドを挙げることができる。   As cationic surfactant, aliphatic amine salt, aliphatic quaternary ammonium salt, benzalkonium chloride salt, benzethonium chloride, pyridinium salt, imidazolinium salt; as amphoteric surfactant, carboxybetaine type, sulfobetaine type, Mention may be made of aminocarboxylates, imidazolinium betaines, lecithins, alkylamine oxides.

非イオン界面活性剤として、エーテル型、エーテルエステル型、エステル型、含窒素型が挙げられ、エーテル型として、ポリオキシエチレンアルキルおよびアルキルフェニルエーテル、アルキルアリルホルムアルデヒド縮合ポリオキシエチレンエーテル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンブロックポリマー、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンアルキルエーテルが挙げられ、エーテルエステル型として、グリセリンエステルのポリオキシエチレンエーテル、ソルビタンエステルのポリオキシエチレンエーテル、ソルビトールエステルのポリオキシエチレンエーテル、エステル型として、ポリエチレングリコール脂肪酸エステル、グリセリンエステル、ポリグリセリンエステル、ソルビタンエステル、プロピレングリコールエステル、ショ糖エステル、含窒素型として、脂肪酸アルカノールアミド、ポリオキシエチレン脂肪酸アミド、ポリオキシエチレンアルキルアミド等が例示される。
その他に、フッ素系界面活性剤などが挙げられる。
Nonionic surfactants include ether type, ether ester type, ester type and nitrogen-containing type. Ether type includes polyoxyethylene alkyl and alkylphenyl ether, alkylallyl formaldehyde condensed polyoxyethylene ether, polyoxyethylene poly Examples include oxypropylene block polymer, polyoxyethylene polyoxypropylene alkyl ether, ether ester type, glycerin ester polyoxyethylene ether, sorbitan ester polyoxyethylene ether, sorbitol ester polyoxyethylene ether, ester type, Polyethylene glycol fatty acid ester, glycerin ester, polyglycerin ester, sorbitan ester, propylene glycol ester Le, sucrose esters, nitrogen-containing type, fatty acid alkanolamides, polyoxyethylene fatty acid amides, polyoxyethylene alkyl amide, and the like.
In addition, a fluorine-type surfactant etc. are mentioned.

さらに、その他の界面活性剤、親水性化合物、親水性ポリマー等としては、グリセリンエステル、ソルビタンエステル、メトキシ酢酸、エトキシ酢酸、3−エトキシプロピオン酸及びアラニンエチルエステル等のエステル;ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ポリエチレングリコールアルキルエーテル、ポリエチレングリコールアルケニルエーテル、アルキルポリエチレングリコール、アルキルポリエチレングリコールアルキルエーテル、アルキルポリエチレングリコールアルケニルエーテル、アルケニルポリエチレングリコール、アルケニルポリエチレングリコールアルキルエーテル、アルケニルポリエチレングリコールアルケニルエーテル、ポリプロピレングリコールアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールアルケニルエーテル、アルキルポリプロピレングリコール、アルキルポリプロピレングリコールアルキルエーテル、アルキルポリプロピレングリコールアルケニルエーテル、アルケニルポリプロピレングリコール、アルケニルポリプロピレングリコールアルキルエーテル及びアルケニルポリプロピレングリコールアルケニルエーテル等のエーテル;アルギン酸、ペクチン酸、カルボキシメチルセルロース、カードラン及びプルラン等の多糖類;グリシンアンモニウム塩及びグリシンナトリウム塩等のアミノ酸塩;ポリアスパラギン酸、ポリグルタミン酸、ポリリシン、ポリリンゴ酸、   Furthermore, other surfactants, hydrophilic compounds, hydrophilic polymers and the like include esters such as glycerin ester, sorbitan ester, methoxyacetic acid, ethoxyacetic acid, 3-ethoxypropionic acid and alanine ethyl ester; polyethylene glycol, polypropylene glycol, Polytetramethylene glycol, polyethylene glycol alkyl ether, polyethylene glycol alkenyl ether, alkyl polyethylene glycol, alkyl polyethylene glycol alkyl ether, alkyl polyethylene glycol alkenyl ether, alkenyl polyethylene glycol, alkenyl polyethylene glycol alkyl ether, alkenyl polyethylene glycol alkenyl ether, polypropylene glycol alkyl Ete , Polypropylene glycol alkenyl ethers, alkyl polypropylene glycols, alkyl polypropylene glycol alkyl ethers, alkyl polypropylene glycol alkenyl ethers, alkenyl polypropylene glycols, alkenyl polypropylene glycol alkyl ethers and alkenyl polypropylene glycol alkenyl ethers; alginic acid, pectinic acid, carboxymethylcellulose, curd Polysaccharides such as orchid and pullulan; amino acid salts such as glycine ammonium salt and glycine sodium salt; polyaspartic acid, polyglutamic acid, polylysine, polymalic acid,

ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸アンモニウム塩、ポリメタクリル酸ナトリウム塩、ポリアミド酸、ポリマレイン酸、ポリイタコン酸、ポリフマル酸、ポリ(p−スチレンカルボン酸)、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、アミノポリアクリルアミド、ポリアクリル酸アンモニウム塩、ポリアクリル酸ナトリウム塩、ポリアミド酸、ポリアミド酸アンモニウム塩、ポリアミド酸ナトリウム塩及びポリグリオキシル酸等のポリカルボン酸及びその塩;ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン及びポリアクロレイン等のビニル系ポリマー;メチルタウリン酸アンモニウム塩、メチルタウリン酸ナトリウム塩、硫酸メチルナトリウム塩、硫酸エチルアンモニウム塩、硫酸ブチルアンモニウム塩、ビニルスルホン酸ナトリウム塩、1−アリルスルホン酸ナトリウム塩、2−アリルスルホン酸ナトリウム塩、メトキシメチルスルホン酸ナトリウム塩、エトキシメチルスルホン酸アンモニウム塩、3−エトキシプロピルスルホン酸ナトリウム塩、メトキシメチルスルホン酸ナトリウム塩、エトキシメチルスルホン酸アンモニウム塩、3−エトキシプロピルスルホン酸ナトリウム塩及びスルホコハク酸ナトリウム塩等のスルホン酸及びその塩;プロピオンアミド、アクリルアミド、メチル尿素、ニコチンアミド、コハク酸アミド及びスルファニルアミド等のアミド等が挙げられる。   Polymethacrylic acid, poly (ammonium methacrylate), poly (methacrylic acid sodium salt), polyamic acid, polymaleic acid, polyitaconic acid, polyfumaric acid, poly (p-styrenecarboxylic acid), polyacrylic acid, polyacrylamide, aminopolyacrylamide, polyacrylic Ammonium acid salt, polyacrylic acid sodium salt, polyamic acid, polyamic acid ammonium salt, polyamic acid sodium salt and polyglyoxylic acid and other salts thereof; vinyl polymers such as polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone and polyacrolein; methyl Tauric acid ammonium salt, methyl tauric acid sodium salt, methyl sodium sulfate salt, ethylammonium sulfate salt, butylammonium sulfate salt, vinylsulfonic acid sodium salt, 1- Rylsulfonic acid sodium salt, 2-allylsulfonic acid sodium salt, methoxymethylsulfonic acid sodium salt, ethoxymethylsulfonic acid ammonium salt, 3-ethoxypropylsulfonic acid sodium salt, methoxymethylsulfonic acid sodium salt, ethoxymethylsulfonic acid ammonium salt, Examples include sulfonic acids such as 3-ethoxypropylsulfonic acid sodium salt and sulfosuccinic acid sodium salt; and amides such as propionamide, acrylamide, methylurea, nicotinamide, succinic acid amide, and sulfanilamide.

但し、適用する基板が半導体集積回路用シリコン基板などの場合は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ハロゲン化物等による汚染は望ましくないため、酸もしくはそのアンモニウム塩が望ましい。基板がガラス基板等である場合はその限りではない。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、ポリビニルピロリドン、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。   However, when the substrate to be applied is a silicon substrate for a semiconductor integrated circuit or the like, contamination with an alkali metal, an alkaline earth metal, a halide, or the like is not desirable, so an acid or an ammonium salt thereof is desirable. This is not the case when the substrate is a glass substrate or the like. Among the above exemplified compounds, cyclohexanol, polyacrylic acid ammonium salt, polyvinyl alcohol, succinic acid amide, polyvinyl pyrrolidone, polyethylene glycol, and polyoxyethylene polyoxypropylene block polymer are more preferable.

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の範囲とすることが好ましく、0.01〜5gの範囲とすることがより好ましく、0.1〜3gの範囲とすることが特に好ましい。即ち、界面活性剤及び/又は親水性ポリマーの添加量は、充分な効果を得る上で、0.001g以上が好ましく、CMP速度の低下防止の点から10g以下が好ましい。   The addition amount of the surfactant and / or the hydrophilic polymer is preferably in the range of 0.001 to 10 g in 1 L of the metal polishing slurry when used for polishing as a total amount, and 0.01 to 5 g. The range is more preferable, and the range of 0.1 to 3 g is particularly preferable. That is, the addition amount of the surfactant and / or the hydrophilic polymer is preferably 0.001 g or more for obtaining a sufficient effect, and is preferably 10 g or less from the viewpoint of preventing the CMP rate from being lowered.

また、これらの界面活性剤及び/又は親水性ポリマーの重量平均分子量としては、500〜100000の範囲が好ましく、特には2000〜50000の範囲が好ましい。
界面活性剤は1種のみでもよいし、2種以上を使用してもよく、異なる種類の活性剤を併用することもできる。
Moreover, as a weight average molecular weight of these surfactant and / or hydrophilic polymer, the range of 500-100000 is preferable, and the range of 2000-50000 is especially preferable.
Only one type of surfactant may be used, two or more types may be used, and different types of surfactants may be used in combination.

−キレート剤、アルカリ、緩衝剤−
本発明においては、前記各研磨液に、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 buffering agent to each polishing liquid. Below, the chelating agent, alkali, and buffering agent which can be used for this invention are demonstrated.

(キレート剤)
本発明に係る金属用研磨液は、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 metal polishing liquid according to 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金属用研磨液の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 in 1 L of a metal polishing liquid used for polishing. 0.07 mol is added.

(アルカリ剤、緩衝剤)
また、本発明における前記各金属用研磨液は、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, each said metal polishing liquid in this invention can contain a buffering agent from the point of the fluctuation | variation suppression of an alkali agent for pH adjustment as needed, as needed.

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、金属用研磨液の比重は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 metal polishing liquid is preferably in the range of 0.8 to 1.5 from the viewpoint of fluidity of the liquid and stability of the polishing performance, and preferably 0.95 to 1.35. The range is particularly preferable.

[研磨方法]
従来技術においては、導体層を高い研磨速度で研磨するために、導体層が過剰に研磨されることによって、ディッシング及びエロージョンが発生するという問題、或いは、導体層及びバリア層を研磨するときに、導体層とバリア層との間で電気化学的な反応が進行して導体層が選択的に研磨される。このため、ディッシングが発生するという問題があった。
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、
前記金属用研磨液を用いて導体膜を少なくとも二段階の工程に分かれて研磨を行うことを特徴とする。
[Polishing method]
In the prior art, in order to polish the conductor layer at a high polishing rate, dishing and erosion occur due to excessive polishing of the conductor layer, or when polishing the conductor layer and the barrier layer, An electrochemical reaction proceeds between the conductor layer and the barrier layer, and the conductor layer is selectively polished. Therefore, there is a problem that dishing occurs.
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 with the surface on the conductor film side as a surface to be polished,
The conductive film is polished in at least two steps using the metal polishing liquid.

すなわち、本発明の研磨方法は、(a)一般式(1)又は一般式(2)で示される化合物、酸化剤および砥粒を含む研磨液にて、導体層に対して化学的機械的研磨速度300nm/min以上、且つ、エッチング速度70nm/min以上で研磨する工程、即ち、バリア層が露出するまえに研磨を終了するように導体層を研磨する工程と、(b)一般式(3)で示される化合物、酸化剤および砥粒を含む研磨液にて、バリア層が露出するまで導体層に対して化学的機械的研磨速度300nm/min以下、且つ、エッチング速度が20nm/min以下で研磨する工程、即ち、バリア層が露出するまで導体層を研磨する第二の工程と、を備えることを特徴とする。
なお、(a)工程、及び(b)工程の終了後に、前記したように、さらにバリア層を研磨する工程を行うことが好ましい。
That is, the polishing method of the present invention comprises (a) chemical mechanical polishing of a conductor layer with a polishing liquid containing a compound represented by the general formula (1) or the general formula (2), an oxidizing agent, and abrasive grains. A step of polishing at a rate of 300 nm / min or more and an etching rate of 70 nm / min or more, that is, a step of polishing the conductor layer so that the polishing is completed before the barrier layer is exposed, and (b) the general formula (3) Polishing at a chemical mechanical polishing rate of 300 nm / min or less and an etching rate of 20 nm / min or less with respect to the conductor layer until a barrier layer is exposed with a polishing liquid containing a compound represented by And a second step of polishing the conductor layer until the barrier layer is exposed.
In addition, it is preferable to perform the process of grind | polishing a barrier layer further as mentioned above after completion | finish of (a) process and (b) process.

本発明の研磨方法で使用する金属用研磨液は、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。本発明における金属用研磨液としては、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 metal polishing liquid used in the polishing method of the present invention is a concentrated liquid, and when used, it is diluted by adding water to make a working liquid, or each component is mixed in the form of an aqueous solution described later. However, if necessary, it may be diluted by adding water to obtain a working solution, or it may be prepared as a working solution. Although it does not restrict | limit especially as a metal polishing liquid in this invention, Any said aspect is applicable in this invention.

本発明の研磨方法は、金属用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 metal polishing liquid is supplied to a polishing pad on a polishing surface plate, and this is brought into contact with the surface to be polished so that the surface to be polished and the polishing pad are moved relative to each other (relatively moved). A polishing method for polishing.

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、研磨に用いる砥粒(例えば、セリア、シリカ、アルミナ、樹脂など)を含有したものでもよい。
また、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。
Furthermore, the polishing pad may contain abrasive grains (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、研磨パッドには金属用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 for metal 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、金属用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金属用研磨液の成分を合計した成分が、金属用研磨液を使用して研磨する際の成分となるようにする。金属用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、より濃縮した金属用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 metal polishing liquid is the same as the aqueous solution described below. The aqueous solution is a water containing at least one of an oxidizing agent, an acid, an additive, and a surfactant in advance, and a component obtained by totaling the components contained in the aqueous solution and the components of the metal polishing liquid to be diluted, It becomes the component at the time of grinding | polishing using the metal polishing liquid. When the metal polishing liquid is diluted with an aqueous solution, components that are difficult to dissolve can be blended in the form of an aqueous solution, and a more concentrated metal polishing liquid can be prepared.

濃縮された金属用研磨液に水又は水溶液を加え希釈する方法としては、濃縮された金属用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、混合し希釈された金属用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 by adding water or an aqueous solution to the concentrated metal polishing liquid, the pipe for supplying the concentrated metal polishing liquid and the pipe for supplying the water or the aqueous solution are joined together and mixed, mixed and diluted. There is a method of supplying the polished metal polishing liquid to the 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.

金属用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 metal polishing liquid is preferably in the range of 10 to 1000 ml / min. In order to satisfy the uniformity of the polishing rate within the wafer surface and the flatness of the pattern, the supply rate is preferably in the range of 170 to 800 ml / min. More preferred.

濃縮された金属用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、金属用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金属用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金属用研磨液を供給し、研磨をする方法も適用可能である。   As a method of diluting and polishing the concentrated metal polishing liquid with water or an aqueous solution, a pipe for supplying the metal 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. A method of polishing while supplying to the polishing pad and mixing by the relative motion of the polishing pad and the surface to be polished can be mentioned. Alternatively, it is also possible to apply a method in which a predetermined amount of concentrated metal polishing liquid and water or an aqueous solution are mixed in one container, and then the mixed metal polishing liquid is supplied to the polishing pad to perform polishing. is there.

本発明においては、金属用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 metal polishing liquid is divided into at least two components, and when they are used, water or an aqueous solution is added and diluted to be supplied to the polishing pad on the polishing platen, A method in which the surface to be polished and the polishing pad are moved relative to each other and brought into contact with the surface to be polished can also be used.

例えば、酸化剤を1つの構成成分(A)とし、酸、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 oxidizing agent is one component (A), an acid, an additive, a surfactant and water are one component (B), and when they are used, the component (A) The component (B) is diluted before 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金属用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、金属用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 the diluted metal 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 in the metal polishing slurry.

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、上述したように金属用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、金属用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 component of the metal 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 metal polishing liquid may be a concentrated liquid, and the diluted water may be separately supplied to the polishing surface.

金属用研磨液の供給方法としては、上述したように金属用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、金属用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、いずれの金属用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種類の金属用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、続いて同一の金属用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 a method for supplying the metal polishing liquid, as described above, when the metal polishing liquid component is divided into two or more parts and supplied to the polishing surface, the metal polishing liquid is used as a concentrate, and dilution water is used. Another distinction is made when supplying to the polishing surface. However, in any of the methods for supplying a metal polishing liquid, in the polishing method of the present invention, after chemical mechanical polishing of a conductor film formed on a convex portion of an insulating film with one type of metal polishing liquid, Subsequently, the remaining film of the conductor film and the barrier metal film can be continuously polished with the same metal 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、本発明の金属用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 metal 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。
本発明の金属用研磨液で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 metal polishing liquid of the present invention preferably has a diameter of 200 mm or more, particularly preferably 300 mm or more. The effect of the present invention is remarkably exhibited when the thickness is 300 mm or more.

(層間絶縁膜)
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。
本発明の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、本発明において研磨の対象となる半導体デバイスの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。
本発明において研磨の対象となる半導体デバイスの層間絶縁膜の形成方法は、例えば、米国特許第6,440,866号明細書、同第6,410,463号明細書、同第6,596,654号明細書などを参照することができる。
(Interlayer insulation film)
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, methylsilsesquioxane, and the like, and 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 of the present invention is more preferably a combination of the above preferred examples.
In the present invention, the thickness of the interlayer insulating film of the semiconductor device to be polished 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 of a semiconductor device to be polished in the present invention includes, for example, US Pat. Nos. 6,440,866, 6,410,463, and 6,596. Reference may be made to the specification of 654.

(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。
バリア層膜の材料としては、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 layer 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.

[(a)工程]
<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、後述する金属用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
[Step (a)]
<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 a slurry of a metal polishing liquid to be described later onto a polishing pad of a polishing surface plate of a polishing apparatus, the polishing surface plate and the substrate are relatively moved while being pressed against the polishing pad. To polish the metal film.
Table rotation speed: 64 rpm
-Head rotation speed: 65 rpm
Polishing pressure: 13 kPa
・ Polishing pad: Rohm and Haas
Part No. 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。
これらにより銅パターンウエハの膜厚を80%まで研磨し、(a)工程とした。
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.
By these, the film thickness of a copper pattern wafer was grind | polished to 80%, and it was set as the (a) process.

[評価項目]
(研磨速度)
−銅膜−
導体膜である、銅の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)=〔(研磨前の銅膜の厚さ)−(研磨後の銅膜の厚さ)〕/研磨時間で測定した。
(エッチング速度)
予め砥粒成分を除去し、40℃の温度調節を行った金属用研磨剤中に、銅で被膜したウェハ(以下銅べた膜ウェハと呼称)を1分間浸漬させ,研磨剤中に溶出した銅量(以下エッチング量と呼称)をICP発光分析装置ICP−1000IV(島津製作所社製)で定量した。具体的には、下記式により、エッチング量から溶解した銅の膜厚を算出し、エッチング速度とした。
式:エッチング速度(nm/分)= [(エッチング量)/(研磨剤の液量)]÷(銅の比重)÷(サンプルウェハの面積)
[Evaluation item]
(Polishing speed)
-Copper film-
The film thickness difference before and after CMP of copper, which is a conductor 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 measured by polishing rate (nm / min) = [(thickness of copper film before polishing) − (thickness of copper film after polishing)] / polishing time.
(Etching rate)
A copper-coated wafer (hereinafter referred to as a copper solid film wafer) was immersed for 1 minute in a metal abrasive that had been previously removed from the abrasive grains and adjusted to a temperature of 40 ° C., and the copper eluted in the abrasive. The amount (hereinafter referred to as etching amount) was quantified with an ICP emission spectrometer ICP-1000IV (manufactured by Shimadzu Corporation). Specifically, the film thickness of the dissolved copper was calculated from the etching amount according to the following formula, and used as the etching rate.
Formula: Etching rate (nm / min) = [(etching amount) / (abrasive liquid amount)] / (specific gravity of copper) / (area of sample wafer)

[(a)工程用金属用研磨液の調製]
・複素環化合物:ベンゾトリアゾール 0.01質量%
・成分(i):有機酸(表4に記載の化合物) 0.254mol/L
・成分(ii):過酸化水素 0.198mol/L
・成分(iii):コロイダルシリカ 0.11wt%
・pH(アンモニア水と硫酸で調整) 6.5
・純水を加えて全量 1000mL
[(A) Preparation of metal polishing slurry for process]
-Heterocyclic compound: 0.01% by mass of benzotriazole
Component (i): Organic acid (compound described in Table 4) 0.254 mol / L
-Component (ii): Hydrogen peroxide 0.198 mol / L
-Component (iii): Colloidal silica 0.11 wt%
・ 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下記表4に示す〔a−1〕〜〔a−4〕の金属研磨液を調製した。また、有機酸、研磨用粒子又は過酸化水素を含有しない比較用研磨液〔a−x〕、〔a−y〕、〔a−z〕を調製した。該金属用研磨液を用いて上記研磨試験を行った。
研磨液組成と(a)工程における研磨速度、エッチング速度を表4に示す。
An aqueous solution was prepared so that each component had the above-mentioned concentration, stirred with a high-speed homogenizer, and uniformly dispersed to prepare metal polishing liquids [a-1] to [a-4] shown in Table 4 below. Also, comparative polishing liquids [ax], [ay] and [az] containing no organic acid, abrasive particles or hydrogen peroxide were prepared. The polishing test was conducted using the metal polishing liquid.
Table 4 shows the polishing composition, the polishing rate in the step (a), and the etching rate.

Figure 2008071810
Figure 2008071810

[(b)工程]
<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、後述する金属用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
[Step (b)]
<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 a slurry of a metal polishing liquid to be described later onto a polishing pad of a polishing surface plate of a polishing apparatus, the polishing surface plate and the substrate are relatively moved while being pressed against the polishing pad. To polish the metal film.
Table rotation speed: 64 rpm
-Head rotation speed: 65 rpm
Polishing pressure: 13 kPa
・ Polishing pad: Rohm and Haas
Part No. IC-1400 (K-grv) + (A21)
・ Slurry supply rate: 200 ml / min

研磨対象は、前記(a)工程において、研磨液〔a−1〕により研磨したデバイスを用い、Ta膜(バリア金属膜)が露出するまで研磨した。
導体膜及の研磨速度は、(a)工程と同様にして測定した。
The object to be polished was polished until the Ta film (barrier metal film) was exposed using the device polished with the polishing liquid [a-1] in the step (a).
The polishing rate of the conductor film and the like was measured in the same manner as in the step (a).

[(b)工程用金属用研磨液の調製]
・複素環化合物:ベンゾトリアゾール 0.30質量%
・成分(iv):有機酸(表5に記載の化合物) 0.032mol/L
・成分(ii):過酸化水素 0.198mol/L
・成分(iii):コロイダルシリカ 0.11wt%
・pH(アンモニア水と硫酸で調整) 6.5
・純水を加えて全量 1000mL
[(B) Preparation of metal polishing slurry for process]
-Heterocyclic compound: benzotriazole 0.30% by mass
Component (iv): Organic acid (compound described in Table 5) 0.032 mol / L
-Component (ii): Hydrogen peroxide 0.198 mol / L
-Component (iii): Colloidal silica 0.11 wt%
・ 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下記表5に記載の如き〔b−1〕〜〔b−4〕の金属用研磨液を得た。また、有機酸、研磨用粒子又は過酸化水素を含有しない比較用研磨液〔b−x〕、〔b−y〕、〔b−z〕を調製し、上記条件で研磨試験を行った。
研磨液組成と(a)工程におけるのと同様にして測定した(b)工程における研磨速度、エッチング速度を表5に示す。
An aqueous solution is prepared so that each component has the above-mentioned concentration, stirred with a high-speed homogenizer, and uniformly dispersed to obtain the metal polishing liquids [b-1] to [b-4] as shown in Table 5 below. It was. Further, comparative polishing liquids [bx], [by], and [bz] containing no organic acid, abrasive particles or hydrogen peroxide were prepared, and the polishing test was performed under the above conditions.
Table 5 shows the polishing composition and the polishing rate and etching rate in step (b), measured in the same manner as in step (a).

Figure 2008071810
Figure 2008071810

上記(a)工程用研磨液、(b)工程用研磨液を下記表6に示す組合せで用いて、表記した研磨速度で研磨した。(a)工程、(b)工程を実施した各デバイスについて、以下の条件でバリア膜研磨を行った。   Polishing was performed at the indicated polishing rate by using the above-mentioned polishing liquid for step (a) and the polishing liquid for step (b) in combinations shown in Table 6 below. About each device which implemented the (a) process and the (b) process, barrier film grinding | polishing was performed on condition of the following.

[バリア膜研磨工程]
本工程では、(a)工程、(b)工程を実施した実施例、及び、いずれかの条件が本発明の範囲外である比較例の双方を研磨対象とした。
<研磨条件>
・研磨装置:ラップマスター社製装置「LGP−612」
・ウエハ:8inch銅膜付きパターンウエハでCu膜研磨工程を経たもの
・テ−ブル回転数:50rpm
・ヘッド回転数:50rpm
・研磨圧力:168hPa
・研磨パッド:ロデール・ニッタ株式会社製 品番IC−1400
・スラリー供給速度:200ml/分
[Barrier film polishing process]
In this step, both the example in which the step (a) and the step (b) were carried out and the comparative example in which any of the conditions was outside the scope of the present invention were targeted for polishing.
<Polishing conditions>
・ Polishing device: “LGP-612” manufactured by Lapmaster
・ Wafer: Pattern wafer with 8 inch copper film and Cu film polishing process ・ Table rotation speed: 50 rpm
-Head rotation speed: 50 rpm
・ Polishing pressure: 168 hPa
・ Polishing pad: Part number IC-1400 manufactured by Rodel Nitta Co., Ltd.
・ Slurry supply rate: 200 ml / min

<バリア膜研磨工程用金属用研磨液>
・複素環化合物:ベンゾトリアゾール 0.10質量%
・有機酸(グリコール酸) 0.15mol/L
・成分(ii):過酸化水素 0.13mol/L
・成分(iii):コロイダルシリカ 10wt%
・pH(アンモニア水と硫酸で調整) 2.5
・純水を加えて全量 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バリア膜研磨用の金属用研磨液を得た。該金属用研磨液を用いて上記研磨試験を行い評価した。
<Metal polishing liquid for barrier film polishing process>
Heterocyclic compound: benzotriazole 0.10% by mass
・ Organic acid (glycolic acid) 0.15 mol / L
-Component (ii): Hydrogen peroxide 0.13 mol / L
-Component (iii): Colloidal silica 10 wt%
・ PH (adjusted with ammonia water and sulfuric acid) 2.5
・ Pure water is added and the total volume is 1000mL
An aqueous solution was prepared so that each component had the above-mentioned concentration, and stirred with a high-speed homogenizer and uniformly dispersed to obtain a metal polishing liquid for barrier film polishing. The above polishing test was conducted and evaluated using the metal polishing liquid.

[評価項目]
バリア膜研磨後、以下の項目で評価を行った。結果を下記表6に示す。
(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。
[Evaluation item]
After polishing the barrier film, the following items were evaluated. The results are shown in Table 6 below.
(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).

(エロージョンの評価)
上記パターンウエハに対し、非配線部の銅が完全に研磨されるまでの時間に加えて、該時間の50%に相当する時間だけ研磨したウエハを用いた(この研磨後のエロージョンはライン9μm/スペース1μmにおいて30nmである)。このウエハを用い、各研磨液で30秒研磨したウエハのエロージョン(ライン9μm/スペース1μm)を走査型電子顕微鏡S4800(日立ハイテクノロジー社製)で計測した。
(Erosion evaluation)
In addition to the time until the copper in the non-wiring portion is completely polished, a wafer polished for a time corresponding to 50% of the time was used for the pattern wafer (the erosion after this polishing is 9 μm / line). 30 nm in 1 μm space). Using this wafer, erosion (line 9 μm / space 1 μm) of the wafer polished for 30 seconds with each polishing liquid was measured with a scanning electron microscope S4800 (manufactured by Hitachi High-Technology Corporation).

Figure 2008071810
Figure 2008071810

表6に示すように、本発明の方法による実施例1〜7においては、各研磨速度、ディッシング量及びエロージョン量において優れた値となった。このため、実施例1〜3の如き研磨液を用いて、本発明の規定速度で研磨した本発明の研磨方法では、ディッシング及びエロージョンの発生を抑制し、平坦化が良好に行うことができ、スクラッチも発生しないことがわかる。
一方、比較例1においては、(b)工程において本発明の範囲外の研磨液を用いたところ、ディッシング量が極めて劣り、エロージョン量は測定不能であった。また、(a)工程において本発明の範囲外の研磨液を用いた比較例2では、銅パターンウエハを十分に研磨できず、このため、ディッシング量及びエロージョン量を測定することができなかった。
As shown in Table 6, in Examples 1 to 7 according to the method of the present invention, excellent values were obtained for each polishing rate, dishing amount and erosion amount. For this reason, in the polishing method of the present invention, which is polished at the specified speed of the present invention using the polishing liquid as in Examples 1 to 3, the occurrence of dishing and erosion can be suppressed, and flattening can be performed satisfactorily. It can be seen that no scratches occur.
On the other hand, in Comparative Example 1, when a polishing liquid outside the range of the present invention was used in step (b), the dishing amount was extremely inferior and the erosion amount was not measurable. Moreover, in the comparative example 2 using the polishing liquid outside the scope of the present invention in the step (a), the copper pattern wafer could not be polished sufficiently, and therefore the dishing amount and erosion amount could not be measured.

Claims (3)

銅を主成分とする導体膜を有する半導体デバイスを平坦化する研磨方法であって、該導体膜を下記(a)工程及び(b)工程を含む研磨工程で行う半導体デバイスの研磨方法。
(a)下記一般式(1)又は一般式(2)で示される化合物、酸化剤および砥粒を含む研磨液にて、導体層に対して化学的機械的研磨速度300nm/min以上、且つ、エッチング速度70nm/min以上で研磨する工程、
Figure 2008071810
前記一般式(1)および一般式(2)中、R及びRはそれぞれ独立に単結合、アルキレン基、又はフェニレン基を表す。
、R、R及びRはそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、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。Rは水素原子、ハロゲン原子、アルキル基又はアシル基を表す。R及びRはアルキレン基を表し、R10は、単結合、アルキレン基、アルキレンオキシ基又はフェニレン基を表す。但し、Rが−CH−のとき、Rがアルキレン基又はフェニル基、及び/又は、Rがハロゲン原子、及びアルキル基のいずれか一つであり、Rが−CH−のとき、Rがアルキレン基又はフェニル基、及び/又は、R10がアルキレン基、アルキレンオキシ基又はフェニレン基のいずれか一つである。
(b)下記一般式(3)で示される化合物、酸化剤および砥粒を含む研磨液にて、導体層に対して化学的機械的研磨速度300nm/min以下、且つ、エッチング速度20nm/min以下で研磨する工程。
Figure 2008071810
前記一般式(3)中、Rは、単結合、アルキレン基、又はフェニレン基を表す。
及びRは、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、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。
及びRは、各々独立に、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、又はアシル基を表す。
但し、Rが単結合のとき、R及びRの少なくともいずれかは水素原子ではない。
A polishing method for flattening a semiconductor device having a conductor film containing copper as a main component, wherein the conductor film is subjected to a polishing step including the following steps (a) and (b).
(A) In a polishing liquid containing a compound represented by the following general formula (1) or general formula (2), an oxidizing agent and abrasive grains, a chemical mechanical polishing rate of 300 nm / min or more with respect to the conductor layer, and Polishing at an etching rate of 70 nm / min or more,
Figure 2008071810
In the general formula (1) and the general formula (2), R 1 and R 6 each independently represents a single bond, an alkylene group, or a phenylene group.
R 2 , R 3 , R 7 and R 8 each independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, or an aryl group. R 4 represents a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group or an acyl group. R 5 and R 9 represent an alkylene group, and R 10 represents a single bond, an alkylene group, an alkyleneoxy group, or a phenylene group. However, when R 5 is —CH 2 —, R 1 is an alkylene group or a phenyl group, and / or R 4 is any one of a halogen atom and an alkyl group, and R 9 is —CH 2 —. R 6 is an alkylene group or a phenyl group, and / or R 10 is any one of an alkylene group, an alkyleneoxy group, or a phenylene group.
(B) In a polishing liquid containing a compound represented by the following general formula (3), an oxidizing agent and abrasive grains, a chemical mechanical polishing rate of 300 nm / min or less and an etching rate of 20 nm / min or less with respect to the conductor layer. The process of polishing with.
Figure 2008071810
In the general formula (3), R a represents a single bond, an alkylene group, or a phenylene group.
R b and R c each independently represents a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, or an aryl group.
R d and R e each independently represents a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, or an acyl group.
However, when R a is a single bond, at least one of R d and R e is not a hydrogen atom.
前記(a)工程及び(b)工程において、研磨液に含まれる酸化剤が過酸化水素水であり、その濃度が0.01〜1.5mol/Lである研磨液を用いることを特徴とする請求項1に記載の半導体デバイスの研磨方法。   In the step (a) and the step (b), the oxidizing agent contained in the polishing liquid is a hydrogen peroxide solution, and a polishing liquid having a concentration of 0.01 to 1.5 mol / L is used. The method for polishing a semiconductor device according to claim 1. 前記(a)工程及び(b)工程において、研磨液に含まれる砥粒がシリカ粒子であり、その濃度が0.0001〜5wt%である研磨液を用いることを特徴とする請求項1に記載の半導体デバイスの研磨方法。   2. The polishing liquid according to claim 1, wherein in the steps (a) and (b), the abrasive contained in the polishing liquid is silica particles, and the concentration thereof is 0.0001 to 5 wt%. Polishing method for semiconductor devices.
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