JP2008098525A - Polishing composition - Google Patents

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節子 大池
Akinori Eto
彰紀 江藤
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重治 藤井
Kiyotaka Shindo
進藤  清孝
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polishing composition which has high polishing selectivity keeping an industrially useful polishing speed; and to provide a polishing composition which is preferably used in a CMP process inhibiting the occurrence of erosion even if making an overpolish particularly in a process for manufacturing a semiconductor device. <P>SOLUTION: A polishing composition, which contains a resin emulsion including a water soluble resin (A) with an amide group, has a high polishing speed and a high polishing selectivity. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、電子情報材料分野における研磨用組成物および該組成物を用いた電子情報材料部材の製造方法に関する。   The present invention relates to a polishing composition in the field of electronic information materials and a method for producing an electronic information material member using the composition.

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

従来CMP用砥粒には、セリア・アルミナ・シリカ等の無機砥粒が使用されてきた。しかしこれらの無機砥粒は硬度が高く、銅等の硬度が低い金属を配線形成用の金属として用いた場合、スクラッチ・ディッシング・エロージョン等の問題が解決されていない。   Conventionally, inorganic abrasive grains such as ceria, alumina, and silica have been used as abrasive grains for CMP. However, these inorganic abrasive grains have high hardness, and problems such as scratching, dishing, and erosion have not been solved when a metal having low hardness such as copper is used as a metal for wiring formation.

スクラッチは、砥粒が被研磨材料に対して硬すぎたり砥粒が凝集したりして被研磨面を局所的に過剰研磨することで生じ、半導体装置の配線を断線させてしまう問題がある。
ディッシングは、研磨時の研磨パッドの歪みが原因となることもあれば、金属研磨用組成物の液性を整えるためのpH調整剤や錯体形成剤の種類や量と被研磨面との相性が悪く被研磨面の化学的な性状が機械的研磨特性とミスマッチしている場合に発生しやすい。その形態は、配線部分の金属膜が配線の中心部で周囲よりも過剰に研磨されることによって生じる凹形状である。
エロージョンは、配線パターンが密集している部分に発生するディッシングよりも大きい凹形状の発生であり、硬すぎる砥粒による過剰研磨や、配線用の金属膜・絶縁膜・金属の拡散を防ぐバリヤ膜等からなる不均一な研磨面の各被研磨対象に対する研磨選択性が低いことが原因で生じる。従来の無機砥粒を含むスラリーは、機械的な作用が強く高い研磨速度が得られやすいが、配線密度が高く強度の弱い配線領域において絶縁膜層とバリヤ層の過剰な研磨が進行し、エロージョンが発生しやすい。また、一般的に、被研磨基板全面において金属配線部以外の金属膜を完全に除去するため、研磨速度が最も遅い部分に合わせて研磨時間を設定するが、このような条件では研磨速度の速い領域では過剰に研磨(オーバー研磨)が進行し、エロージョンが増加しやすい。
ディッシングとエロージョンは、配線抵抗の上昇やバラツキを生じさせ、更に上層に形成される配線層間の短絡を発生させる。
このようにスクラッチ・ディッシング・エロージョンが発生すると、半導体装置の信頼性が著しく低下し、製造歩留まりを大幅に低下させる。
Scratches are caused when the abrasive grains are too hard with respect to the material to be polished or the abrasive grains aggregate to locally overpolish the surface to be polished, and there is a problem of breaking the wiring of the semiconductor device.
The dishing may be caused by distortion of the polishing pad during polishing, or the type and amount of the pH adjusting agent or complex forming agent for adjusting the liquid property of the metal polishing composition and compatibility with the surface to be polished. Poorly occurs when the chemical properties of the surface to be polished are mismatched with the mechanical polishing characteristics. The form is a concave shape that is generated when the metal film of the wiring portion is polished more excessively than the surroundings at the center of the wiring.
Erosion is a generation of a concave shape larger than dishing that occurs in densely packed wiring patterns, and is a barrier film that prevents excessive polishing due to excessively hard abrasive grains and diffusion of metal films, insulating films, and metals for wiring This is caused by low polishing selectivity for each object to be polished on a non-uniform polished surface made of, for example. The conventional slurry containing inorganic abrasive grains has a strong mechanical effect and is easy to obtain a high polishing rate. However, excessive polishing of the insulating film layer and the barrier layer proceeds in the wiring region where the wiring density is high and the strength is weak, and erosion occurs. Is likely to occur. In general, in order to completely remove the metal film other than the metal wiring part on the entire surface of the substrate to be polished, the polishing time is set according to the slowest part of the polishing rate. Under such conditions, the polishing rate is high. In the region, excessive polishing (over polishing) proceeds, and erosion tends to increase.
Dishing and erosion cause an increase and variation in wiring resistance, and further cause a short circuit between wiring layers formed in an upper layer.
When scratch, dishing, and erosion occur in this way, the reliability of the semiconductor device is significantly reduced, and the manufacturing yield is greatly reduced.

特に半導体装置の性能向上のため、絶縁膜上の1/2配線幅は90nmから65nmへ、さらに45nmへと微細化が進行しており、スクラッチ・ディッシング・エロージョン等の問題はより深刻化しており、研磨速度を実用的な範囲に確保しつつ被研磨面に対するダメージを最小限に抑制する研磨用組成物が求められている。特に、配線幅が45nm以降はバリヤ層の膜厚がさらに薄膜化するため、エロージョンの発生はより深刻になると予想される。   In particular, in order to improve the performance of semiconductor devices, the 1/2 wiring width on the insulating film has been reduced from 90 nm to 65 nm, and further to 45 nm, and problems such as scratching, dishing, and erosion have become more serious. There is a need for a polishing composition that minimizes damage to the surface to be polished while ensuring a polishing rate within a practical range. In particular, when the wiring width is 45 nm or more, the thickness of the barrier layer is further reduced, so that the occurrence of erosion is expected to become more serious.

これらの問題を解決するために、無機砥粒をアルミナよりも柔らかいシリカとし、被研磨金属が不動態を形成し金属イオンが溶出しにくい中性からアルカリ性側において研磨する研磨用組成物が開発されている。しかし無機砥粒をアルミナからシリカに変えても、砥粒自身によるスクラッチの発生は抑制されるが、砥粒の凝集物や被研磨金属の削り屑によってスクラッチやエロージョンが発生することを解決できていない。   In order to solve these problems, a polishing composition has been developed in which the inorganic abrasive grains are made of silica softer than alumina, and the metal to be polished forms a passive state and the metal ions are not easily eluted, so that polishing is performed from the neutral to the alkaline side. ing. However, even if the inorganic abrasive grains are changed from alumina to silica, the generation of scratches due to the abrasive grains themselves is suppressed, but it has been possible to solve the occurrence of scratches and erosion due to the aggregates of abrasive grains and the shavings of the metal to be polished. Absent.

一方、特許第3172008号公報(特許文献1)では、有機高分子化合物からなる粒子や非晶質炭素およびカーボンブラックからなる群から選ばれた炭素を主成分とする粒子を研磨粒子として用いる研磨方法が開示されている。しかし研磨後の被研磨表面に残留する砥粒を完全に除去することを課題としており、具体的に開示された有機高分子化合物としては官能基を持たないメタクリル樹脂やポリスチレン樹脂であり、また被研磨金属の表面を酸化させる酸化剤が添加されていないため、被研磨金属との化学的な作用が全く働かず、その結果として工業的に意味のある研磨速度は得られていない。   On the other hand, in Japanese Patent No. 3172008 (Patent Document 1), a polishing method using particles made of an organic polymer compound or particles mainly composed of carbon selected from the group consisting of amorphous carbon and carbon black as abrasive particles. Is disclosed. However, the problem is to completely remove the abrasive grains remaining on the surface to be polished after polishing, and the specifically disclosed organic polymer compounds are methacrylic resins and polystyrene resins having no functional groups, and Since an oxidizing agent that oxidizes the surface of the polishing metal is not added, the chemical action with the metal to be polished does not work at all, and as a result, an industrially meaningful polishing rate is not obtained.

特開2001−55559号公報(特許文献2)では、被研磨面と反応し得る官能基を有する有機粒子を含む化学機械研磨用水系分散体が開示されており、スクラッチを抑制しつつ研磨速度を向上させているが、ディッシングやエロージョンに関する評価はなんらなされていない。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-55559 (Patent Document 2) discloses an aqueous dispersion for chemical mechanical polishing containing organic particles having a functional group capable of reacting with a surface to be polished. Although improved, there has been no evaluation of dishing or erosion.

特表2004−532521号公報(特許文献3)では、水溶性カルボン酸重合体を含むCMP研磨用組成物が開示されているが、金属の腐食領域すなわち銅の場合において酸性側で研磨していることから、銅層とバリヤメタル層の界面部分で銅の腐食反応が進行して銅イオンが溶出することで生じるファングと呼ばれるスリット形状の窪みが形成されやすいという問題点がある。   Japanese Patent Application Publication No. 2004-532521 (Patent Document 3) discloses a CMP polishing composition containing a water-soluble carboxylic acid polymer, but polishing is performed on the acid side in the case of a metal corrosion region, that is, copper. For this reason, there is a problem that a slit-shaped depression called a fang is easily formed when a copper corrosion reaction proceeds at the interface portion between the copper layer and the barrier metal layer and copper ions are eluted.

特許第3337464号公報(特許文献4)には、異なる2種類の保護膜形成剤を含む金属用研磨液が開示されている。具体的には第1の保護膜形成剤としてベンゾトリアゾール類が、第2の保護膜形成剤としてポリアクリル酸やポリメタクリル酸等の水溶性ポリマーが開示されているが、中性からアルカリ性領域ではエッチングの抑制効果が低くディッシングの発生を抑制することは期待できない。また中和によって粘度が上昇し研磨液の流動性が低下して研磨速度と研磨品位とを低下させる恐れがある。また実質的に砥粒を含んでいないため工業的に意味のある研磨速度は得られない。   Japanese Patent No. 3337464 (Patent Document 4) discloses a metal polishing liquid containing two different types of protective film forming agents. Specifically, benzotriazoles are disclosed as the first protective film forming agent, and water-soluble polymers such as polyacrylic acid and polymethacrylic acid are disclosed as the second protective film forming agent. The effect of suppressing etching is low and it cannot be expected to suppress the occurrence of dishing. Further, there is a risk that the viscosity increases due to neutralization and the fluidity of the polishing liquid decreases, thereby reducing the polishing rate and the polishing quality. Further, since it does not substantially contain abrasive grains, an industrially meaningful polishing rate cannot be obtained.

特開2003−313541号公報(特許文献5)には従来の無機砥粒に比べて弾性率の低い樹脂粒子を用いることによってバリヤメタル材料として用いられるタンタルの研磨を抑制して、銅とタンタルの研磨選択性を向上できることが開示されているが、従来の無機砥粒に比べて銅の研磨速度が遅いため十分な銅とタンタルとの研磨選択比を得ることが出来ず、エロージョンの発生を完全に抑制することは困難であると予想される。   JP 2003-313541 A (Patent Document 5) suppresses polishing of tantalum used as a barrier metal material by using resin particles having a lower elastic modulus than conventional inorganic abrasive grains, thereby polishing copper and tantalum. Although it is disclosed that the selectivity can be improved, the polishing rate of copper is slower than the conventional inorganic abrasive grains, so that a sufficient polishing selection ratio of copper and tantalum cannot be obtained, and erosion is completely prevented. It is expected to be difficult to suppress.

特開2003−303791(特許文献6)および特開2003−303792(特許文献7)には、アニオン性官能基を含む水溶性重合体と微粒子からなる研磨剤を用いることによって、スクラッチを抑制できることが開示されているが、実施例で例示されているシリカ等の無機砥粒ではエロージョンの発生を完全に抑制することは困難であると予想される。   In JP-A-2003-303791 (Patent Document 6) and JP-A-2003-303792 (Patent Document 7), scratches can be suppressed by using an abrasive composed of a water-soluble polymer containing an anionic functional group and fine particles. Although disclosed, it is expected that it is difficult to completely suppress the generation of erosion with inorganic abrasive grains such as silica exemplified in the examples.

特開2001−144049(特許文献8)には、水溶性高分子を含む研磨液を用いることによって、エロージョンの発生を抑制できることが開示されているが、砥粒を実質的に含まないため、工業的に意味のある研磨速度が得られていない。
特許第3172008号公報 特開2001−55559号公報 特表2004−532521号公報 特許第3337464号公報 特開2003−313541号公報 特開2003−303791号公報 特開2003−303792号公報 特開2001−144049号公報
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-144049 (Patent Document 8) discloses that the generation of erosion can be suppressed by using a polishing liquid containing a water-soluble polymer. A meaningful polishing rate is not obtained.
Japanese Patent No. 3172008 JP 2001-55559 A JP-T-2004-532521 Japanese Patent No. 3337464 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-313541 JP 2003-303791 A JP 2003-303792 A JP 2001-144049 A

工業的に有用な研磨速度を維持しつつ、高い研磨選択性を有する研磨用組成物、とりわけ半導体装置を製造する工程において、オーバー研磨を行ってもエロージョンの発生を抑制するCMP工程に好適に用いられる研磨用組成物を提供する。さらに該組成物を含むスラリー、該スラリーを用いた半導体装置の製造方法も提供する。
A polishing composition having high polishing selectivity while maintaining an industrially useful polishing rate, particularly suitable for a CMP process that suppresses the occurrence of erosion even when overpolishing is performed in the process of manufacturing a semiconductor device. A polishing composition is provided. Furthermore, a slurry containing the composition and a method for manufacturing a semiconductor device using the slurry are also provided.

発明者等は、上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。すなわち本発明の研磨用組成物は、アミド基を有する水溶性樹脂(A)を含有する樹脂エマルションを含むものである。   The inventors have intensively studied to solve the above problems, and as a result, the present invention has been completed. That is, the polishing composition of the present invention includes a resin emulsion containing a water-soluble resin (A) having an amide group.

アミド基を有する水溶性樹脂(A)を含有する樹脂エマルションの平均粒子径は、好ましくは40〜500nm、より好ましくは40〜400nm、さらに好ましくは50〜300nmである。また水溶性樹脂(A)の平均分子量が50,000以下であるのが好ましく、より好ましくは300,000以下である。高い研磨速度を得る観点から、アミド基を有する水溶性樹脂(A)の重量は、研磨用組成物中の樹脂成分の総重量に対して、好ましくは10〜90重量%、より好ましくは20〜80重量%、さらに好ましくは30〜70重量%である。   The average particle size of the resin emulsion containing the water-soluble resin (A) having an amide group is preferably 40 to 500 nm, more preferably 40 to 400 nm, and still more preferably 50 to 300 nm. The average molecular weight of the water-soluble resin (A) is preferably 50,000 or less, more preferably 300,000 or less. From the viewpoint of obtaining a high polishing rate, the weight of the water-soluble resin (A) having an amide group is preferably 10 to 90% by weight, and more preferably 20 to the total weight of the resin component in the polishing composition. 80% by weight, more preferably 30 to 70% by weight.

また水への分散性を高めるの観点から、アミド基を有する水溶性樹脂(A)が陰イオンを形成しうる官能基、より具体的にはカルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基のうち少なくとも1種をさらに有しているのは好ましく、カルボキシル基は特に好ましい。
またディッシングを低減する観点から、研磨用組成物中の樹脂成分の総重量に対して、陰イオンを形成しうる官能基(より好ましくはカルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基のうち少なくとも1種、さらにより好ましくはカルボキシル基)を有する単量体由来の樹脂の重量は、0.1〜40重量%が好ましく、1〜30重量%はより好ましい。
Further, from the viewpoint of enhancing the dispersibility in water, the water-soluble resin (A) having an amide group is a functional group capable of forming an anion, more specifically at least among a carboxyl group, a sulfonic acid group, and a phosphoric acid group. It preferably has one further, and a carboxyl group is particularly preferred.
Further, from the viewpoint of reducing dishing, the functional group capable of forming an anion with respect to the total weight of the resin component in the polishing composition (more preferably at least one of a carboxyl group, a sulfonic acid group, and a phosphoric acid group). The weight of the resin derived from the monomer having a carboxyl group is more preferably 0.1 to 40% by weight, and more preferably 1 to 30% by weight.

また、更に酸化剤(好ましくは過酸化水素)、被研磨金属と錯体を形成し得る水溶性化合物(好ましくはカルボン酸をはじめとする有機酸類、アミン類、アミノ酸類、アンモニア)、防食剤(好ましくはベンゾトリアゾール誘導体および/またはカルボキシル基を有する芳香族化合物)、のうち少なくとも1種を含むことは、高い研磨速度とディッシングの発生を抑制する観点から好ましく、より好ましい態様としては、酸化剤と有機酸類をそれぞれ少なくとも1種ずつ含むものであり、さらにより好ましくは、少なくとも1種の防食剤をさらに含むものである。   Further, an oxidizing agent (preferably hydrogen peroxide), a water-soluble compound capable of forming a complex with the metal to be polished (preferably carboxylic acid and other organic acids, amines, amino acids, ammonia), an anticorrosive agent (preferably Is preferably a benzotriazole derivative and / or an aromatic compound having a carboxyl group), from the viewpoint of suppressing a high polishing rate and dishing. As a more preferable embodiment, an oxidizing agent and an organic compound are included. Each of them contains at least one acid, and still more preferably contains at least one anticorrosive.

とりわけ半導体装置を製造する工程においてスラリーとして用いる場合には、研磨速度のウェハ面内の均一性を向上させたり、スラリー供給ライン内におけるスラリーの目詰まりを抑制させるために、さらに発泡を抑制する添加剤(好ましくはポリエチレングリコール型非イオン性界面活性剤、脂肪酸エステルの乳化物、ポリエーテル系非イオン性界面活性剤)を含有していてもよい。かかる用途において特に好ましい態様として、酸化剤、有機酸類、防食剤に加えて消泡剤も少なくとも1種含むものがあげられる。
In particular, when used as a slurry in the process of manufacturing a semiconductor device, in order to improve the uniformity of the polishing rate within the wafer surface and to suppress clogging of the slurry in the slurry supply line, addition that further suppresses foaming An agent (preferably a polyethylene glycol type nonionic surfactant, an emulsion of a fatty acid ester, a polyether nonionic surfactant) may be contained. A particularly preferred embodiment in such applications includes those containing at least one antifoaming agent in addition to the oxidizing agent, organic acids and anticorrosive agent.

本発明の研磨用組成物は、高い研磨速度と高い研磨選択性を有する。とりわけ半導体装置を製造する工程においては、オーバー研磨を行ってもエロージョンの発生を抑制することができる。
The polishing composition of the present invention has a high polishing rate and a high polishing selectivity. In particular, in the process of manufacturing a semiconductor device, generation of erosion can be suppressed even if overpolishing is performed.

アミド基を有する水溶性樹脂(A)を含有する樹脂エマルションを含む研磨用組成物、および該組成物を含むスラリー、該スラリーを用いた半導体装置の製造方法について具体的に説明する。   A polishing composition containing a resin emulsion containing a water-soluble resin (A) having an amide group, a slurry containing the composition, and a method for producing a semiconductor device using the slurry will be specifically described.

アミド基を有する水溶性樹脂(A)を含有する樹脂エマルションを含む研磨用組成物は、高い研磨速度と高い研磨選択性を有する。より具体的には、図1で表される幅9.0μmの金属埋め込み配線と幅1.0μmの絶縁膜とを交互に形成するパターンを研磨する場合を例にとると、配線部に埋め込むために成膜した厚さ0.1〜30μmの金属膜(L1)を、一定の研磨条件で下層(L2)が露出するまで研磨するのに必要な時間の1.5倍の時間で研磨した時に生じる下層(L2)のへこみ量(エロージョン量)を好ましくは10nm以下、より好ましくは8nm以下に抑えることができる。
金属膜(L1)に銅、銅合金およびこれらの酸化物から選ばれる少なくとも1種が含まれている場合には、より大きな効果が見られる。また下層(L2)に、タンタル、窒化タンタル、タンタル合金、チタン、窒化チタン、チタン合金、ルテニウム、ルテニウム合金から選ばれる少なくとも1種、より好ましくはタンタルが含まれている場合にもより大きな効果が見られる。
The polishing composition containing the resin emulsion containing the water-soluble resin (A) having an amide group has a high polishing rate and a high polishing selectivity. More specifically, in the case of polishing a pattern of alternately forming a metal embedded wiring with a width of 9.0 μm and an insulating film with a width of 1.0 μm shown in FIG. When the metal film (L1) having a thickness of 0.1 to 30 μm is polished for 1.5 times the time necessary for polishing until the lower layer (L2) is exposed under certain polishing conditions. The amount of dent (erosion amount) in the lower layer (L2) that is generated can be suppressed to preferably 10 nm or less, more preferably 8 nm or less.
When the metal film (L1) contains at least one selected from copper, copper alloys, and oxides thereof, a greater effect can be seen. Further, when the lower layer (L2) contains at least one selected from tantalum, tantalum nitride, tantalum alloy, titanium, titanium nitride, titanium alloy, ruthenium, and ruthenium alloy, more preferably tantalum, a greater effect is obtained. It can be seen.

(水溶性樹脂(A))
研磨用組成物は、アミド基を含む水溶性樹脂を含むことによって、高い研磨速度を得ることができる。 水溶性樹脂とは、該樹脂の含有量が10重量%である水溶液の透過率(波長400nm、例えばUV/VIS/IRスペクトロメーター JASCO V-570を使用)が、85%以上となる水溶解度の高い樹脂である。
水溶性樹脂(A)を構成する単量体には、水溶性樹脂(A)の全単量体に対して10〜99重量%、好ましくは50〜99重量%、より好ましくは70〜99重量%含まれる単量体が、アミド基を有することが好ましい。
(Water-soluble resin (A))
The polishing composition can obtain a high polishing rate by including a water-soluble resin containing an amide group. The water-soluble resin has a water solubility at which the transmittance of an aqueous solution having a resin content of 10% by weight (wavelength 400 nm, for example, using a UV / VIS / IR spectrometer JASCO V-570) is 85% or more. High resin.
The monomer constituting the water-soluble resin (A) is 10 to 99% by weight, preferably 50 to 99% by weight, more preferably 70 to 99% by weight based on the total amount of the water-soluble resin (A). % Of the monomer preferably has an amide group.

アミド基を有する単量体としては、(メタ)アクリルアミド、N-ビニルアセトアミド、N-アルキル(メタ)アクリルアミド、N,N′−ジアルキル(メタ)アクリルアミド、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリルアミド、N-イソプロピルアクリルアミド、メチレンビス (メタ)アクリルアミド、アミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレートを例示することができる。とりわけ(メタ)アクリルアミドは、高い研磨速度が得る観点から特に好ましい。   Examples of monomers having an amide group include (meth) acrylamide, N-vinylacetamide, N-alkyl (meth) acrylamide, N, N'-dialkyl (meth) acrylamide, hydroxyalkyl (meth) acrylamide, and N-isopropylacrylamide. And methylenebis (meth) acrylamide, aminoethyl (meth) acrylate, and diethylaminoethyl (meth) acrylate. In particular, (meth) acrylamide is particularly preferable from the viewpoint of obtaining a high polishing rate.

また、水溶性樹脂にアミド基に加え、さらに陰イオンを形成しうる官能基を有していることが樹脂エマルションの分散安定性の点から好ましい。陰イオンを形成しうる官能基としては、例えばカルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基などが挙げられ、好ましくはカルボキシル基である。   In addition to the amide group, the water-soluble resin preferably further has a functional group capable of forming an anion from the viewpoint of dispersion stability of the resin emulsion. Examples of the functional group capable of forming an anion include a carboxyl group, a sulfonic acid group, and a phosphoric acid group, and a carboxyl group is preferable.

なお高い研磨速度を得る観点から、アミド基を有する水溶性樹脂(A)の重量は、研磨用組成物中の樹脂成分の総重量に対して、好ましくは10〜90重量%、より好ましくは15〜80重量%、さらに好ましくは20〜70重量%である。   From the viewpoint of obtaining a high polishing rate, the weight of the water-soluble resin (A) having an amide group is preferably 10 to 90% by weight, more preferably 15%, based on the total weight of the resin components in the polishing composition. -80% by weight, more preferably 20-70% by weight.

なお組成物中の樹脂成分の総重量や水溶性樹脂(A)の含有量は、例えば樹脂エマルションの固形分および該エマルションを超遠心機(himacCS100FX;HITACHI製)で85000rpm、20℃の条件で1時間遠心後、上澄みの固形分を水溶性樹脂(A)と添加剤の成分(さらに上澄み固形分から添加剤の成分を溶媒抽出して残部を水溶性樹脂(A)みなす)、遠心後の固形分を水溶性樹脂(A)以外の樹脂成分とみなして、計算することができる。また、水溶性樹脂(A)の平均分子量は500,000以下であることが、水への高い溶解度を得る観点から好ましく、より好ましくは300,000以下である。   The total weight of the resin component in the composition and the content of the water-soluble resin (A) are, for example, 1 for solid content of the resin emulsion and the emulsion using an ultracentrifuge (himacCS100FX; manufactured by HITACHI) at 85000 rpm and 20 ° C. After time centrifugation, the supernatant solids are separated from the water-soluble resin (A) and the additive components (additive components are extracted from the supernatant solids and the remainder is regarded as the water-soluble resin (A)), and the solids after centrifugation Can be regarded as a resin component other than the water-soluble resin (A). Further, the average molecular weight of the water-soluble resin (A) is preferably 500,000 or less from the viewpoint of obtaining high solubility in water, and more preferably 300,000 or less.

(水溶性樹脂(A)の製造方法)
アミド基を有する水溶性水溶性樹脂(A)の合成方法には特に制約はないが、水を主成分とした溶媒中で行う重合が好ましい。特に好ましい重合形態は水溶液重合である。
以下、水溶液(共)重合による水溶性樹脂の製造方法について詳述する。
(Method for producing water-soluble resin (A))
The method for synthesizing the water-soluble water-soluble resin (A) having an amide group is not particularly limited, but polymerization performed in a solvent containing water as a main component is preferable. A particularly preferred polymerization form is aqueous solution polymerization.
Hereinafter, the manufacturing method of water-soluble resin by aqueous solution (co) polymerization is explained in full detail.

例えば、攪拌機および還流冷却器を設置したフラスコに蒸留水を仕込み、不活性ガスで置換した後に重合開始剤を添加し、ビニル単量体の混合物を含有する水溶液を攪拌しながら徐々に添加し重合を完成することによって得ることができる。
重合開始剤には制約はないが、水溶性ラジカル開始剤が好ましく、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩や4,4’−アゾビス(4−シアノ吉草酸)等の水溶性アゾ系開始剤が特に好ましい。
重合温度にも特に制約はないが、製造時間や単量体の共重合体への転化率(反応率)等を考慮に入れると30〜95℃の範囲で合成することが好ましく、50〜85℃が特に好ましい。また、製造の安定性を向上する目的でpH調整剤や金属イオン封止剤であるEDTAもしくはその塩等を使用することも可能である。
For example, add distilled water to a flask equipped with a stirrer and a reflux condenser, replace with inert gas, add a polymerization initiator, and gradually add an aqueous solution containing a mixture of vinyl monomers while stirring. Can be obtained by completing.
Although there is no restriction | limiting in a polymerization initiator, A water-soluble radical initiator is preferable and water-soluble azo initiators, such as persulfates, such as ammonium persulfate, and 4,4'-azobis (4-cyanovaleric acid), are especially preferable. .
The polymerization temperature is not particularly limited, but it is preferably synthesized in the range of 30 to 95 ° C. in consideration of the production time and the conversion rate of the monomer to the copolymer (reaction rate). ° C is particularly preferred. Further, for the purpose of improving the production stability, it is also possible to use a pH adjusting agent, EDTA which is a metal ion sealing agent, or a salt thereof.

(共)重合に用いられるアミド基を有する単量体としては、(メタ)アクリルアミド、N−ビニルアセトアミド、N-アルキル(メタ)アクリルアミド、N,N′−ジアルキル(メタ)アクリルアミド、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリルアミド、N-イソプロピルアクリルアミドなどが挙げられ、好ましくは(メタ)アクリルアミド、より好ましくはメタクリルアミドである。なお、アミド基を有する単量体を2種以上用いても良い。アミド基を有する水溶性樹脂(A)を(共)重合により合成する場合において、アミド基を有する1種以上の単量体のみから合成してもよいし、アミド基を有する1種以上の単量体とアミド基を有さない他の単量体との共重合により製造してもよい。   Monomers having an amide group used for (co) polymerization include (meth) acrylamide, N-vinylacetamide, N-alkyl (meth) acrylamide, N, N′-dialkyl (meth) acrylamide, hydroxyalkyl (meth) ) Acrylamide, N-isopropylacrylamide and the like, preferably (meth) acrylamide, more preferably methacrylamide. Two or more monomers having an amide group may be used. When the water-soluble resin (A) having an amide group is synthesized by (co) polymerization, the water-soluble resin (A) may be synthesized from only one or more monomers having an amide group, or may be synthesized from one or more monomers having an amide group. It may be produced by copolymerization of a monomer and another monomer having no amide group.

アミド基を有さない他の単量体としては、スチレン、(メタ)アクリル酸アルキル、イソボルニル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート等の疎水性ビニル単量体、(メタ)アクリロニトリル等のシアノ基含有ビニル単量体、(メタ)アクリル酸等のカルボキシル基含有ビニル単量体、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート等の水酸基含有ビニル単量体、グリシジル(メタ)アクリレート等のグリシジル基含有ビニル単量体、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート等のアミノ基含有ビニル単量体、アセトアセトキシエチル(メタ)アクリレート等のアセトアセトキシ基含有ビニル単量体等が挙げられる。必要に応じて、架橋性ビニル単量体を使用しても良く、このような架橋性のビニル単量体としては、メチレンビス(メタ)アクリルアミド・ジビニルベンゼン・ポリエチレングリコール鎖含有ジ(メタ)アクリレート等が例示できる。また2つ以上のビニル基を含有する架橋性ビニル単量体を用いても構わない。
なお、アミド基を有する水溶性樹脂(A)の好ましい態様として、さらに陰イオンを形成しうる官能基を有しているものが挙げられるが、陰イオンを形成しうる官能基を水溶性樹脂(A)に導入させる方法として、陰イオンを形成しうる官能基を有する単量体を一定量、好ましくは、原料となる単量体の総重量に対して、0.5〜30重量%、より好ましくは1〜20重量%添加して共重合させる方法が挙げられる。
Other monomers having no amide group include hydrophobic vinyl monomers such as styrene, alkyl (meth) acrylate, isobornyl (meth) acrylate and cyclohexyl (meth) acrylate, and cyano such as (meth) acrylonitrile. Group-containing vinyl monomers, carboxyl group-containing vinyl monomers such as (meth) acrylic acid, hydroxyl group-containing vinyl monomers such as 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, and glycidyl group-containing vinyl such as glycidyl (meth) acrylate Monomers, amino group-containing vinyl monomers such as N, N-dimethylaminoethyl (meth) acrylate, and acetoacetoxy group-containing vinyl monomers such as acetoacetoxyethyl (meth) acrylate. If necessary, crosslinkable vinyl monomers may be used. Examples of such crosslinkable vinyl monomers include methylenebis (meth) acrylamide, divinylbenzene, polyethylene glycol chain-containing di (meth) acrylate, etc. Can be illustrated. Further, a crosslinkable vinyl monomer containing two or more vinyl groups may be used.
A preferred embodiment of the water-soluble resin (A) having an amide group includes those having a functional group capable of forming an anion. As a method for introducing into A), a certain amount of the monomer having a functional group capable of forming an anion, preferably 0.5 to 30% by weight, more preferably, with respect to the total weight of the starting monomer A method of adding 1 to 20% by weight and copolymerizing is preferable.

陰イオンを形成しうる官能基有する単量体としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸などの不飽和一塩基酸、イタコン酸、フマル酸、マレイン酸などの不飽和二塩基酸、メタクリルスルホン酸、スチレンスルホン酸ナトリウムなどのスルホン酸含有単量体、2-メタクロイロキシエチルアシッドフォスフェートなどのリン酸含有単量体が挙げられ、2種以上を使用しても構わない。 特にアクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、イタコン酸、フマル酸、マレイン酸、アリルスルホン酸、メタリルスルホン酸、2-メタクロイロキシエチルアシッドフォスフェートが好ましい。   Monomers having functional groups capable of forming anions include unsaturated monobasic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, and crotonic acid, unsaturated dibasic acids such as itaconic acid, fumaric acid, and maleic acid, and methacrylsulfonic acid. And sulfonic acid-containing monomers such as sodium styrenesulfonate, and phosphoric acid-containing monomers such as 2-methacryloxyethyl acid phosphate, and two or more of them may be used. In particular, acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, itaconic acid, fumaric acid, maleic acid, allyl sulfonic acid, methallyl sulfonic acid, and 2-methacryloylethyl acid phosphate are preferable.

(共)重合の組み合わせとしては、(メタ)アクリルアミドと(メタ)アクリル酸などは好ましく、メタクリルアミドとメタクリル酸はより好ましい。
水溶性樹脂(A)を重合する際に、必要に応じてt−ドデシルメルカプタン・n−ドデシルメルカプタン等のメルカプタン類、イソプロパノール等のアルコール類、α−メチルスチレンダイマー、メタリルスルホン酸塩等を分子量調整剤として用いても良い。
As a combination of (co) polymerization, (meth) acrylamide and (meth) acrylic acid are preferable, and methacrylamide and methacrylic acid are more preferable.
When polymerizing the water-soluble resin (A), if necessary, the molecular weight of mercaptans such as t-dodecyl mercaptan and n-dodecyl mercaptan, alcohols such as isopropanol, α-methylstyrene dimer, methallyl sulfonate, etc. You may use as a regulator.

(水溶性樹脂(A)を含有する樹脂エマルションおよびその製造方法)
研磨用組成物中における水溶性樹脂(A)の存在形態に特に制限はなく、樹脂エマルションの表面に水溶性の樹脂(A)の少なくとも一部が化学的あるいは物理的に吸着した形態をとっていてもよい。
(Resin emulsion containing water-soluble resin (A) and method for producing the same)
There is no restriction | limiting in particular in the presence form of water-soluble resin (A) in polishing composition, It has taken the form which at least one part of water-soluble resin (A) adsorb | sucked chemically or physically on the surface of the resin emulsion. May be.

樹脂エマルションの製造方法には特に制約はないが、水を主成分とした溶媒中で行う重合が好ましい。例えば、水溶性樹脂(A)を含有する水溶媒中で乳化重合を行うか、あるいは乳化重合樹脂粒子が存在する水溶媒系でアミド基を含有する単量体を(共)重合させることにより、水溶性樹脂(A)を含有する樹脂エマルション(以下、樹脂エマルション(B)ともいう)を得ることができる。また、水溶性樹脂(A)と乳化重合によって得られた樹脂をそれぞれ重合後に混合しても樹脂エマルション(B)を得ることができる。   Although there is no restriction | limiting in particular in the manufacturing method of a resin emulsion, Polymerization performed in the solvent which has water as a main component is preferable. For example, by performing emulsion polymerization in an aqueous solvent containing the water-soluble resin (A), or by (co) polymerizing a monomer containing an amide group in an aqueous solvent system in which the emulsion polymerization resin particles are present, A resin emulsion containing the water-soluble resin (A) (hereinafter also referred to as a resin emulsion (B)) can be obtained. Also, the resin emulsion (B) can be obtained by mixing the water-soluble resin (A) and the resin obtained by emulsion polymerization after polymerization.

水溶性樹脂(A)を含有する樹脂エマルション(B)を構成する単量体の組成は、組成物中の全単量体の総重量に対して、アミド基を有する単量体5〜90重量%、陰イオンを形成しうる官能基を有する単量体0.1〜40重量%、その他の単量体9.9〜94.9重量%を重合して得られる共重合体樹脂であることは、高い研磨速度を維持し、ディッシング低減の点で好ましい態様である。 陰イオンを形成しうる官能基を有する単量体の含有量は、さらに好ましくは5〜35重量%である。   The composition of the monomer constituting the resin emulsion (B) containing the water-soluble resin (A) is 5 to 90 wt% of monomers having an amide group with respect to the total weight of all monomers in the composition. %, A copolymer resin obtained by polymerizing 0.1 to 40% by weight of a monomer having a functional group capable of forming an anion and 9.9 to 94.9% by weight of another monomer. Is a preferred embodiment in terms of maintaining a high polishing rate and reducing dishing. The content of the monomer having a functional group capable of forming an anion is more preferably 5 to 35% by weight.

陰イオンを形成しうる官能基有する単量体としては、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸などの不飽和一塩基酸、イタコン酸、フマル酸、マレイン酸などの不飽和二塩基酸、メタクリルスルホン酸、スチレンスルホン酸ナトリウムなどのスルホン酸含有単量体、2-メタクロイロキシエチルアシッドフォスフェートなどのリン酸含有単量体が挙げられ、2種以上を使用しても構わない。 特にアクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、イタコン酸、フマル酸、マレイン酸、アリルスルホン酸、メタリルスルホン酸、2-メタクロイロキシエチルアシッドフォスフェートが好ましい。   Monomers having functional groups capable of forming anions include unsaturated monobasic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, and crotonic acid, unsaturated dibasic acids such as itaconic acid, fumaric acid, and maleic acid, and methacrylsulfonic acid. And sulfonic acid-containing monomers such as sodium styrenesulfonate, and phosphoric acid-containing monomers such as 2-methacryloxyethyl acid phosphate, and two or more of them may be used. In particular, acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, itaconic acid, fumaric acid, maleic acid, allyl sulfonic acid, methallyl sulfonic acid, and 2-methacryloylethyl acid phosphate are preferable.

樹脂エマルション(B)を合成するために用いられうるその他の単量体としては、スチレン、(メタ)アクリル酸アルキル、イソボルニル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート等の疎水性ビニル単量体、(メタ)アクリロニトリル等のシアノ基含有ビニル単量体、(メタ)アクリル酸等のカルボキシル基含有ビニル単量体、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート等の水酸基含有ビニル単量体、グリシジル(メタ)アクリレート等のグリシジル基含有ビニル単量体、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート等のアミノ基含有ビニル単量体、アセトアセトキシエチル(メタ)アクリレート等のアセトアセトキシ基含有ビニル単量体等が挙げられるが、その他の単量体として、単量体の重合物のガラス転移点計算値が、25℃以上である単量体を用いた場合には、研磨速度をさらに向上しやすい。   Other monomers that can be used to synthesize the resin emulsion (B) include hydrophobic vinyl monomers such as styrene, alkyl (meth) acrylate, isobornyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, Cyano group-containing vinyl monomers such as (meth) acrylonitrile, carboxyl group-containing vinyl monomers such as (meth) acrylic acid, hydroxyl group-containing vinyl monomers such as 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, glycidyl (meth) Glycidyl group-containing vinyl monomers such as acrylate, amino group-containing vinyl monomers such as N, N-dimethylaminoethyl (meth) acrylate, acetoacetoxy group-containing vinyl monomers such as acetoacetoxyethyl (meth) acrylate, etc. As other monomers, glass transition of polymer of monomers Calculated value, in the case of using a monomer is 25 ℃ or higher, further easily improved polishing rate.

なお、複数の単量体を重合した共重合樹脂のガラス転移点(Tg)は、フォックス(Fox)の式により計算によって求めることができる。 ここでフォックスの式とは共重合体を形成する個々の単量体について、その単量体の単独重合体のTgに基づいて、共重合体のTgを算出するものであり、その詳細は、例えばブルテン・オブ・ザ・アメリカン・フィジカル・ソサイエティー、シリーズ2(Bulletin of the American Physical Society, Series 2)1巻、3号、123頁(1956年)に記載されている。   The glass transition point (Tg) of the copolymer resin obtained by polymerizing a plurality of monomers can be obtained by calculation using the Fox equation. Here, the Fox formula is to calculate the Tg of the copolymer based on the Tg of the homopolymer of the monomer for each monomer that forms the copolymer. For example, it is described in Bulletin of the American Physical Society, Series 2, Vol. 1, No. 3, p. 123 (1956).

高い研磨速度を得るために、架橋性ビニル単量体を使用することも好ましく、このような架橋性のビニル単量体としては、メチレンビス(メタ)アクリルアミド・ジビニルベンゼン・ポリエチレングリコール鎖含有ジ(メタ)アクリレート等が例示できる。また、架橋性ビニル単量体として2つ以上のビニル基を含有するものであっても構わない。組成物中の全単量体の総重量に対して架橋性ビニル単量体の含有率は、1〜15重量%が好ましい。樹脂エマルション(B)の組成物中の樹脂成分の総重量に対して、陰イオンを形成しうる官能基を有する単量体由来の樹脂の重量が、0.1〜40重量%、好ましくは0.5〜35重量%、より好ましくは1〜30重量%である。   In order to obtain a high polishing rate, it is also preferable to use a crosslinkable vinyl monomer. Examples of such a crosslinkable vinyl monomer include methylenebis (meth) acrylamide / divinylbenzene / polyethylene glycol chain-containing di (meta). ) Acrylate and the like. Moreover, you may contain a 2 or more vinyl group as a crosslinkable vinyl monomer. The content of the crosslinkable vinyl monomer is preferably 1 to 15% by weight with respect to the total weight of all the monomers in the composition. The weight of the resin derived from the monomer having a functional group capable of forming an anion is 0.1 to 40% by weight, preferably 0, based on the total weight of the resin components in the composition of the resin emulsion (B). 0.5 to 35% by weight, more preferably 1 to 30% by weight.

樹脂エマルション(B)の重合安定性、保存安定性を向上するなどの目的で適宜界面活性剤や水溶性高分子を用いることができる。該界面活性剤としては、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤などが挙げられる。特に好ましい界面活性剤は金属を含有しないものである。   A surfactant or a water-soluble polymer can be appropriately used for the purpose of improving the polymerization stability and storage stability of the resin emulsion (B). Examples of the surfactant include an anionic surfactant, a cationic surfactant, and a nonionic surfactant. Particularly preferred surfactants are those containing no metal.

金属を含有しないアニオン性界面活性剤としては、ドデシルベンゼンスルホン酸、ラウリル硫酸、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸、アルキルナフタレンスルホン酸、ジアルキルスルホコハク酸、ステアリン酸、オレイン酸、ジオクチルスルホサクシネート、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル硫酸、tert-オクチルフェノキシエトキシポリエトキシエチル硫酸等のアンモニウム塩が挙げられる。   Anionic surfactants that do not contain metals include dodecylbenzene sulfonic acid, lauryl sulfuric acid, alkyl diphenyl ether disulfonic acid, alkyl naphthalene sulfonic acid, dialkyl sulfosuccinic acid, stearic acid, oleic acid, dioctyl sulfosuccinate, polyoxyethylene alkyl ether Examples thereof include ammonium salts such as sulfuric acid, polyoxyethylene alkylphenyl ether sulfuric acid, and tert-octylphenoxyethoxypolyethoxyethyl sulfuric acid.

また、金属を含有しないノニオン性界面活性剤としては一般的に親水性基としてエチレングリコール鎖を有しており金属を含有していないものが多い。例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、オキシエチレン・オキシプロピレンブロックコポリマー、tert-オクチルフェノキシエチルポリエトキシエタノール、ノニルフェノキシエチルポリエトキシエタノール等が挙げられる。   Further, many nonionic surfactants containing no metal generally have an ethylene glycol chain as a hydrophilic group and do not contain a metal. For example, polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene octyl phenyl ether, polyoxyethylene oleyl phenyl ether, polyoxyethylene nonyl phenyl ether, oxyethylene oxypropylene block copolymer, tert-octylphenoxyethyl polyethoxyethanol, nonylphenoxyethyl poly Examples include ethoxyethanol.

さらに金属を含有しないカチオン性界面活性剤としては、例えば、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド、ステアリルトリメチルアンモニウムクロライド、セチルトリメチルアンモニウムクロライド、ジスアリルジメチルアンモニウムクロライド、アルキルベンジルジメチルアンモニウムクロライド、ラウリルベタイン、ステアリルベタイン、ラウリルジメチルアミンオキサイド、ラウリルカルボキシメチルヒドロキシエチルイミダゾリニウムベタイン、ココナットアミンアセテート、ステアリルアミンアセテート、アルキルアミングアニジンポリオキシエタノール、アルキルピコリニウムクロライド等が挙げられる。これらの分散剤は1種または2種以上を選択することができる。   Further, as the cationic surfactant not containing metal, for example, lauryltrimethylammonium chloride, stearyltrimethylammonium chloride, cetyltrimethylammonium chloride, disaryldimethylammonium chloride, alkylbenzyldimethylammonium chloride, laurylbetaine, stearylbetaine, lauryldimethyl Examples thereof include amine oxide, lauryl carboxymethylhydroxyethyl imidazolinium betaine, coconut amine acetate, stearylamine acetate, alkylamming anidine polyoxyethanol, and alkylpicolinium chloride. These dispersing agents can select 1 type (s) or 2 or more types.

(粒子径)
水溶性樹脂(A)を含有する樹脂エマルション(B)の動的光散乱法(例えば濃厚系粒径アナライザーFPAR−1000;大塚電子(株)社製を使用)により測定した平均粒子径は40〜500nmの範囲にあることが、高い研磨速度とディッシング抑制の観点で好ましい。特に好ましい範囲は、50〜300nmである。粒子径が40nm以下ではディッシングは抑制できるが、工業的に適応可能な高い研磨速度を得られない場合がある。上記エマルションは単独で用いることもできるが、2種類以上のエマルションを混合して用いることができる。なお、平均粒子径の差が30nm以上異なる2種類以上のエマルションを混合することによって、各々のエマルションを単独で用いた場合に比べて、より高い研磨速度が得られ、ディッシングの増加を抑制できる。
(Particle size)
The average particle diameter of the resin emulsion (B) containing the water-soluble resin (A) measured by a dynamic light scattering method (for example, using a dense particle size analyzer FPAR-1000; manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.) is 40 to 40 A thickness in the range of 500 nm is preferable from the viewpoint of high polishing rate and dishing suppression. A particularly preferred range is 50 to 300 nm. When the particle size is 40 nm or less, dishing can be suppressed, but a high polishing rate that is industrially applicable may not be obtained. Although the said emulsion can also be used independently, 2 or more types of emulsion can be mixed and used. In addition, by mixing two or more types of emulsions having a difference in average particle size of 30 nm or more, a higher polishing rate can be obtained and an increase in dishing can be suppressed as compared with the case where each emulsion is used alone.

(研磨用組成物の用途)
アミド基を有する水溶性樹脂(A)を含有する樹脂エマルション(B)を含む組成物は、電子情報材料分野の種々の研磨用途に使用し得るが、該組成物を半導体ウエハの研磨用途に用いる場合について詳述する。
(Use of polishing composition)
Although the composition containing the resin emulsion (B) containing the water-soluble resin (A) having an amide group can be used for various polishing applications in the field of electronic information materials, the composition is used for polishing semiconductor wafers. The case will be described in detail.

一般的に、半導体装置の製造方法において、半導体ウエハの一方の表面に半導体回路を形成した後に、半導体回路を形成した側の表面(回路面)に、研磨用組成物をスラリーにしたものを供給しながら前記回路面を研磨する工程を含むが、例えば基板上に成膜されたCu膜またはCu合金膜を研磨するには、例えば図2に示すポリシング装置が用いられる。すなわち、ターンテーブル1上には例えば研磨布(研磨パッド)2が被覆されている。スラリーを供給するための供給管3は、前記研磨パッド2の上方に配置される。上面に支持軸4を有する基板ホルダ5は、研磨パッド2の上方に上下動自在でかつ回転自在に配置されている。このようなポリシング装置において、前記ホルダ5により基板6をその研磨面(例えばCu膜)が前記パッド2に対抗するにように保持し、前記供給管3から研磨用スラリー7を供給しながら、前記支持軸4により前記基板6を前記研磨パッド2に向けて所望の荷重を与え、さらに前記ホルダ5および前記ターンテーブル1を互いに反対方向に回転させることにより前記基板上のCu膜が研磨される。   In general, in a semiconductor device manufacturing method, after forming a semiconductor circuit on one surface of a semiconductor wafer, supplying a slurry of a polishing composition on the surface (circuit surface) on which the semiconductor circuit is formed However, for example, a polishing apparatus shown in FIG. 2 is used to polish a Cu film or a Cu alloy film formed on a substrate. That is, for example, a polishing cloth (polishing pad) 2 is coated on the turntable 1. A supply pipe 3 for supplying the slurry is disposed above the polishing pad 2. A substrate holder 5 having a support shaft 4 on its upper surface is disposed above the polishing pad 2 so as to be movable up and down and rotatable. In such a polishing apparatus, the holder 5 holds the substrate 6 so that its polishing surface (for example, Cu film) faces the pad 2, while supplying the polishing slurry 7 from the supply pipe 3, A Cu film on the substrate is polished by applying a desired load toward the polishing pad 2 by the support shaft 4 and rotating the holder 5 and the turntable 1 in opposite directions.

(研磨用スラリーの調製方法)
上述の樹脂エマルション(B)を水に分散させ、必要に応じて酸化剤(好ましくは過酸化水素など)や、被研磨金属と錯体を形成しうる水溶性化合物(好ましくはカルボン酸をはじめとする有機酸類、アミン類、アミノ酸類、アンモニアなど)、防食剤(好ましくはベンゾトリアゾール誘導体および/またはカルボキシル基を有する芳香族化合物など)、発泡を抑制する添加剤などを添加して調製したスラリーが、好適に用いることが出来るが、高い研磨速度とディッシングの発生を抑制する観点から、より好ましい態様としては、酸化剤と有機酸類をそれぞれ少なくとも1種ずつ含むものであり、さらにより好ましくは、少なくとも1種の防食剤をさらに含むものである。
(Method for preparing slurry for polishing)
The above-mentioned resin emulsion (B) is dispersed in water, and if necessary, an oxidizing agent (preferably hydrogen peroxide) or a water-soluble compound (preferably carboxylic acid) that can form a complex with the metal to be polished. A slurry prepared by adding an organic acid, an amine, an amino acid, ammonia, etc.), an anticorrosive (preferably a benzotriazole derivative and / or an aromatic compound having a carboxyl group), an additive for suppressing foaming, etc. Although it can be suitably used, from the viewpoint of suppressing the generation of high polishing rate and dishing, a more preferred embodiment is one containing at least one oxidizing agent and one or more organic acids, and more preferably at least one. It further contains a seed corrosion inhibitor.

また研磨速度のウェハ面内の均一性を向上させたり、スラリー供給ライン内におけるスラリーの目詰まりを抑制させるために、上述の酸化剤、有機酸類、防食剤に加えて、発泡を抑制する添加剤(好ましくはポリエチレングリコール型非イオン性界面活性剤、脂肪酸エステルの乳化物、ポリエーテル系非イオン性界面活性剤)も少なくとも1種さらに含有させた態様は、特に好ましい。   In addition to the above-mentioned oxidizing agents, organic acids and anticorrosives, additives that suppress foaming in order to improve the uniformity of the polishing rate within the wafer surface and to suppress clogging of the slurry in the slurry supply line An embodiment in which at least one (preferably polyethylene glycol type nonionic surfactant, emulsion of fatty acid ester, polyether nonionic surfactant) is further contained is particularly preferable.

スラリーを調製する方法は特に限定されるものではないが、pHを調整した樹脂エマルションの水系分散体に、pHを調整した被研磨金属と錯体を形成しうる水溶性化合物の水溶液を少量ずつ攪拌混合して安定なスラリーを形成し、その後添加剤とをスラリーの分散状態が不安定化させないように混合して再度pHを調整したのち、不溶解物・凝集体を除去して研磨用スラリーとすることが好ましい。   The method of preparing the slurry is not particularly limited, but an aqueous dispersion of a water-soluble compound capable of forming a complex with a pH-adjusted metal to be polished is agitated and mixed little by little with an aqueous dispersion of a resin emulsion whose pH is adjusted. Then, a stable slurry is formed, and then the additives are mixed so that the dispersion state of the slurry is not destabilized and the pH is adjusted again, and then insoluble matters and aggregates are removed to obtain a polishing slurry. It is preferable.

研磨用スラリー中の、水溶性樹脂(A)を含有する樹脂エマルション(B)の樹脂成分は、スラリーの総重量の1〜20重量%が好ましく、特に好ましくは1.5〜10重量%である。樹脂エマルション(B)の含有率が少なすぎると研磨速度が低下する恐れがあり、一方20重量%を超えるとディッシング等が発生するなど、研磨品質が低下する恐れがある。   The resin component of the resin emulsion (B) containing the water-soluble resin (A) in the polishing slurry is preferably 1 to 20% by weight, particularly preferably 1.5 to 10% by weight, based on the total weight of the slurry. . If the content of the resin emulsion (B) is too small, the polishing rate may be reduced. On the other hand, if it exceeds 20% by weight, the polishing quality may be deteriorated, such as dishing.

被研磨対象の金属配線に不必要なダメージを与えないためには、研磨スラリー中に(他の)金属成分が存在しないことが望ましい。このため、かかる用途に用いる場合には、水溶性樹脂(A)および、(A)を含有する樹脂エマルション(B)を構成する単量体はもとより、重合開始剤・界面活性剤・被研磨金属と錯体を形成しうる水溶性化合物・分子量調整剤・pH調整剤等、研磨スラリーに含まれ得る物質に、金属を含まない物質を用いることが好ましい。   In order not to cause unnecessary damage to the metal wiring to be polished, it is desirable that (other) metal components do not exist in the polishing slurry. Therefore, when used in such applications, not only the monomers constituting the water-soluble resin (A) and the resin emulsion (B) containing (A), but also the polymerization initiator, surfactant, and metal to be polished It is preferable to use a metal-free substance as a substance that can be contained in the polishing slurry, such as a water-soluble compound, a molecular weight modifier, and a pH adjuster that can form a complex with the polishing slurry.

金属を含まない重合開始剤としては、例えば、過酸化水素・過硫酸アンモニウム・クメンハイドロパーオキサイド・t−ブチルハイドロパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド等の有機過酸化物、アゾビスシアノ吉草酸・2,2’−アゾビス(2−アミノジプロパン)ニ塩基酸塩等のアゾ化合物等が挙げられ、これらの1種、または2種以上を選択して使用することが出来る。   Examples of the polymerization initiator not containing metal include organic peroxides such as hydrogen peroxide, ammonium persulfate, cumene hydroperoxide, t-butyl hydroperoxide, and benzoyl peroxide, azobiscyanovaleric acid, 2,2′- Examples include azo compounds such as azobis (2-aminodipropane) dibasic acid salt, and one or more of these can be selected and used.

重合開始剤としては水溶性であることが好ましく、過硫酸アンモニウム・アゾビスシアノ吉草酸・2,2’−アゾビス(2−アミノジプロパン)ニ塩基酸塩が好ましく用いられる。
重合開始剤の使用量としては、一般的に重合させる単量体100重量部に対して0.1〜5重量部である。
The polymerization initiator is preferably water-soluble, and ammonium persulfate, azobiscyanovaleric acid, 2,2′-azobis (2-aminodipropane) dibasic acid salt is preferably used.
The amount of the polymerization initiator used is generally 0.1 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the monomer to be polymerized.

(被研磨金属と錯体を形成しうる水溶性化合物)
被研磨金属と錯体を形成しうる水溶性化合物として、酢酸・シュウ酸・マロン酸・リンゴ酸・酒石酸・コハク酸・クエン酸等のカルボン酸類、メチルアミン・ジメチルアミン・トリメチルアミン・エチルアミン・ジエチルアミン・トリエチルアミン等のアミン類、グリシン・アスパラギン酸・グルタミン酸等のアミノ酸類、アセチルアセトン等のケトン類、アンモニア等、が挙げられる。
これらのうち好ましくは、カルボン酸類・アミン類・アミノ酸類・アンモニアが挙げられ、より好ましくはシュウ酸、マロン酸、酒石酸、グリシンを例示出来る。
(Water-soluble compound that can form a complex with the metal to be polished)
Water-soluble compounds that can form complexes with the metal to be polished include carboxylic acids such as acetic acid, oxalic acid, malonic acid, malic acid, tartaric acid, succinic acid, citric acid, methylamine, dimethylamine, trimethylamine, ethylamine, diethylamine, and triethylamine. And the like, amino acids such as glycine, aspartic acid and glutamic acid, ketones such as acetylacetone, ammonia and the like.
Of these, carboxylic acids, amines, amino acids, and ammonia are preferable, and oxalic acid, malonic acid, tartaric acid, and glycine are more preferable.

被研磨金属と錯体を形成しうる水溶性化合物の添加量としては、研磨用スラリーの総重量に対して0.1〜10重量%が好ましく、より好ましくは1〜5重量%である。0.1重量%未満では、その効果が十分に発揮できず目的とする研磨速度を達成出来ない場合がある。一方10重量%より多い場合、被研磨金属が過剰に錯体を形成して溶出しディッシングの発生を助長する恐れがある。   The amount of the water-soluble compound that can form a complex with the metal to be polished is preferably 0.1 to 10% by weight, more preferably 1 to 5% by weight, based on the total weight of the polishing slurry. If it is less than 0.1% by weight, the effect may not be sufficiently exerted, and the target polishing rate may not be achieved. On the other hand, if the content is more than 10% by weight, the metal to be polished may excessively form a complex and elute, which may promote dishing.

(酸化剤)
酸化剤としては、過酸化水素・過硫酸アンモニウム・過硫酸カリウムが挙げられ、過酸化水素が好ましく用いられる。
酸化剤の添加量は研磨用スラリー総重量に対して0.1〜10重量%の範囲が好ましく、1〜5重量%の範囲はより好ましい。酸化剤の添加量が0.1重量%未満では、被研磨金属と水溶性樹脂(A)との化学反応が進行せず目的とする研磨速度が達成出来ない場合がある。また酸化剤の添加量が10重量%を超えると被研磨金属表面に酸k膜が生成して不動態化し、研磨が進行しない場合がある。
(Oxidant)
Examples of the oxidizing agent include hydrogen peroxide, ammonium persulfate, and potassium persulfate, and hydrogen peroxide is preferably used.
The addition amount of the oxidizing agent is preferably in the range of 0.1 to 10% by weight and more preferably in the range of 1 to 5% by weight with respect to the total weight of the polishing slurry. If the addition amount of the oxidizing agent is less than 0.1% by weight, the chemical reaction between the metal to be polished and the water-soluble resin (A) does not proceed and the intended polishing rate may not be achieved. On the other hand, if the addition amount of the oxidizing agent exceeds 10% by weight, an acid k film is formed on the surface of the metal to be polished and passivated, and polishing may not proceed.

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

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

(発泡を抑制する添加剤について)
発泡を抑制する添加剤としては、シリカシリコーン系、金属石鹸系、アマイド系、ポリエーテル系、ポリアルキレングリコール系、ブロックコポリマー系などが使用可能であり、1種または2種以上を混合しても良い。ポリエチレングリコール型非イオン界面活性剤等の混合物や、鉱油、ワックス、脂肪酸エステル等の乳化物が、研磨中の発泡を抑制する上で特に好ましい。
(About additives to suppress foaming)
As an additive for suppressing foaming, silica silicone, metal soap, amide, polyether, polyalkylene glycol, block copolymer, etc. can be used. good. A mixture of a polyethylene glycol type nonionic surfactant or the like, or an emulsion of mineral oil, wax, fatty acid ester or the like is particularly preferable for suppressing foaming during polishing.

(その他の添加剤)
その他の添加剤としては、防食剤・濡れ剤・帯電防止剤・防腐剤・紫外線吸収剤・光安定化剤・浸透剤・流動性改良剤等の添加剤を添加しても構わないが、研磨用スラリーに用いる添加剤としては、金属を含有しないものを適宜選択することが好ましい。例えば防食剤としては、ベンゾトリアゾール・キナルジン酸・キノリン酸等の窒素含有複素環化合物、フェニルアラニン等の芳香族アミノ酸を1種または2種以上組み合わせて添加しても良い。
(Other additives)
Other additives may include additives such as anticorrosives, wetting agents, antistatic agents, preservatives, UV absorbers, light stabilizers, penetrants, fluidity improvers, etc. As the additive used for the slurry for the use, it is preferable to appropriately select an additive that does not contain a metal. For example, as an anticorrosive agent, nitrogen-containing heterocyclic compounds such as benzotriazole, quinaldic acid, and quinolinic acid, and aromatic amino acids such as phenylalanine may be added alone or in combination.

なお添加剤の添加時期は、水溶性樹脂(A)の重合前・重合中・重合後のいずれであっても添加することが出来、その量・種類については、組成物の性能に影響を与えない限り、特に限定されない。
The additive can be added before, during or after polymerization of the water-soluble resin (A), and the amount and type of the additive affects the performance of the composition. Unless otherwise specified, there is no particular limitation.

以下、実施例により、より具体的に説明するが、本発明はこれらの諸例によって限定されるものではない。 なお、諸例中の部数及び%は特に指定のない場合はすべて重量部および重量%を表す。   Hereinafter, although an example explains more concretely, the present invention is not limited by these examples. In the examples, the number of parts and% all represent parts by weight and% by weight unless otherwise specified.

<アミド基を有する水溶性樹脂(A)の製造方法>
攪拌機、還流冷却付きのセパラブルフラスコに蒸留水200重量部を仕込み、窒素ガスで置換した後、75℃に昇温した。次いで過硫酸アンモニウム2.0部を添加してから、表1に記載した組成(重量%)のビニル単量体と蒸留水200重量部の混合物を攪拌しながら2時間かけて連続的に添加した後、同温度で2時間熟成し、重合を完結させ、水溶性樹脂(A-1)〜(A-3)を得た。
<Method for producing water-soluble resin (A) having amide group>
A separable flask equipped with a stirrer and reflux cooling was charged with 200 parts by weight of distilled water, replaced with nitrogen gas, and then heated to 75 ° C. Next, after adding 2.0 parts of ammonium persulfate, a mixture of a vinyl monomer having the composition (% by weight) shown in Table 1 and 200 parts by weight of distilled water was continuously added over 2 hours with stirring. The mixture was aged at the same temperature for 2 hours to complete the polymerization, and water-soluble resins (A-1) to (A-3) were obtained.

Figure 2008098525
Figure 2008098525

<水溶性樹脂(A)を含有する樹脂エマルションの製造方法>
攪拌機、還流冷却付きのセパラブルフラスコに蒸留水とアミド基を有する水溶性樹脂(A-1)、(A-2)または(A-3)を仕込み、窒素ガスで置換したあと、80℃に昇温した。次いで過硫酸アンモニウムを添加してから、表2(b−1〜b−6)に記載した組成比の単量体、蒸留水、ラウリル硫酸アンモニウムからなる乳化物を、表3に記載した全樹脂成分の重量に対する水溶性樹脂(A)の含有率(%)になるように、該乳化物を攪拌しながら4時間かけて連続的に前記フラスコ内に添加し、さらに4時間保持して、重合を完結させ、表3に記載した組成(重量%)からなる水溶性樹脂(A)を含有する樹脂エマルション(B)を得た。それぞれの成分の原料の重量比を表3に示す。
<Method for producing resin emulsion containing water-soluble resin (A)>
A separable flask equipped with a stirrer and reflux cooling was charged with distilled water and a water-soluble resin (A-1), (A-2) or (A-3) having an amide group, and replaced with nitrogen gas. The temperature rose. Next, after adding ammonium persulfate, an emulsion composed of a monomer having a composition ratio described in Table 2 (b-1 to b-6), distilled water, and ammonium lauryl sulfate was added to all the resin components described in Table 3. The emulsion is continuously added to the flask over 4 hours with stirring so that the content (%) of the water-soluble resin (A) with respect to the weight is reached, and is further maintained for 4 hours to complete the polymerization. A resin emulsion (B) containing a water-soluble resin (A) having the composition (% by weight) described in Table 3 was obtained. Table 3 shows the weight ratio of the raw materials of each component.

Figure 2008098525
Figure 2008098525

<水溶性樹脂(A)を含有しない樹脂エマルションの製造方法>
(B−7の製造方法)
攪拌機、還流冷却付きのセパラブルフラスコに蒸留水360重量部、ラウリル硫酸アンモニウム0.1重量部を仕込み、窒素ガスで置換した後、80℃に昇温した。次いで過硫酸アンモニウム2重量部を添加してから下記組成のビニル単量体と蒸留水40重量部、ラウリル硫酸アンモニウム0.1部の乳化物を3時間かけて連続的に添加し、更に3時間保持して、重合を完結させた。固形分が20.0%である共重合エマルション(B−7)を得た。
(ビニル単量体乳化物)
スチレン 35.0部
アクリロニトリル 60.0部
メタクリル酸 5.0部
<Method for producing resin emulsion not containing water-soluble resin (A)>
(Manufacturing method of B-7)
A separable flask equipped with a stirrer and reflux cooling was charged with 360 parts by weight of distilled water and 0.1 part by weight of ammonium lauryl sulfate, and was replaced with nitrogen gas, and then heated to 80 ° C. Next, after adding 2 parts by weight of ammonium persulfate, a vinyl monomer having the following composition, 40 parts by weight of distilled water and an emulsion of 0.1 part of ammonium lauryl sulfate were continuously added over 3 hours, and the mixture was further maintained for 3 hours. To complete the polymerization. A copolymer emulsion (B-7) having a solid content of 20.0% was obtained.
(Vinyl monomer emulsion)
Styrene 35.0 parts Acrylonitrile 60.0 parts Methacrylic acid 5.0 parts

Figure 2008098525
Figure 2008098525

<研磨用スラリーの調製および評価>
(実施例1〜5、比較例1〜2)
アンモニアにより中和した有機酸水溶液を、実施例1〜5および比較例1〜2で製造した樹脂エマルション(B)を10重量%(固形物換算)含有するスラリーに滴下混合して、1mol/lアンモニア水によりpHを調整し、樹脂濃度5.0重量%となるように純水で希釈した。各実施例において適宜添加されている他の成分、酸化剤、金属と錯体を形成しうる水溶性化合物、防食剤、消泡剤などは、表4に示されている(スラリーに対する)濃度になるように添加した。なお表4中の消泡剤はそれぞれ、サンノプコ社製SNデフォーマJK、SNデフォーマ440(エマルション系)、SNデフォーマ260(ポリエチレングリコール系)、SNデフォーマ477(アマイド系)である。なお、比較例2で使用しているコロイダルシリカは扶桑化学工業社製PL−1である。
また、研磨用スラリーの評価は下記の方法で行った。
1.研磨速度
研磨用スラリー:アミド基を有する水溶性樹脂(A)を含有する樹脂エマルション(B)に、適宜、その他の添加剤を添加してスラリーにしたもの
被研磨物:シリコンウェハの基板上に熱酸化膜5000Å/スパッタ法により形成したTa膜300Å/CMP法で形成しためっき用シード銅膜1500Å/めっき法で形成した銅膜15000Åが積層した8インチシリコンウェハー、配線パターン形成されたシリコンウェハー(SEMATECH #854、膜厚L1:13000Å、膜厚L2:300Å)
研磨機:MAT-ARW-681M
研磨パッド:IC-1000/suba400、XY−Kグルーブ
研磨荷重:2.5psi
研磨時間:1min
スラリー供給量:200cc/min
定盤回転数:100 rpm
基板側回転数:97rpm

2.研磨速度算出
被研磨物を超純水洗浄および超音波洗浄した後、乾燥させ、4端子プローブを用いたシート抵抗測定により研磨前後での膜厚を測定した。 膜厚の変化量と研磨時間から平均研磨速度を算出した。

3.ディッシング測定
前記の研磨条件で、配線パターン形成されたウェハ(SEMATECH #854)を研磨した後、触針式段差計を用い、配線幅(L)が10μm、配線間の絶縁膜幅(S)が10μmの配線パターンにおけるCu配線部の窪み量をディッシング量として測定した。

4.エロージョン測定
前記の研磨条件で、配線パターン形成されたウェハ(SEMATECH #854)を研磨した後、触針式段差計を用い、配線幅(L)が9μm、配線間の絶縁膜幅(S)が1μmの配線パターンの最端部から150μmの幅を触針でスキャンし、最短部のTa高さと最端部から100μmに位置するTa層との高さの差をエロージョン量として測定した。 研磨時間は、溝が形成されていない部分の銅研磨が完了するまでに要する時間の50%増とし、過研磨を実施した。

その結果実施例1では、研磨速度=3700A/min、ディッシング=265nmであった。実施例2〜9および比較例1〜2の評価を表5に示す。
<Preparation and evaluation of polishing slurry>
(Examples 1-5, Comparative Examples 1-2)
The organic acid aqueous solution neutralized with ammonia was added dropwise to a slurry containing 10% by weight (in terms of solids) of the resin emulsion (B) produced in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 2, and 1 mol / l. The pH was adjusted with aqueous ammonia and diluted with pure water so that the resin concentration was 5.0% by weight. Other components, oxidizing agents, water-soluble compounds capable of forming complexes with metals, anticorrosives, antifoaming agents, and the like, which are added as appropriate in each example, have the concentrations shown in Table 4 (relative to the slurry). Was added as follows. The antifoaming agents in Table 4 are SN deformer JK, SN deformer 440 (emulsion system), SN deformer 260 (polyethylene glycol system), and SN deformer 477 (amide system), respectively. In addition, the colloidal silica used in Comparative Example 2 is PL-1 manufactured by Fuso Chemical Industries.
Further, the polishing slurry was evaluated by the following method.
1. Polishing rate polishing slurry: Resin emulsion (B) containing a water-soluble resin (A) having an amide group, which is appropriately added with other additives to form a slurry Object to be polished: on a silicon wafer substrate Thermal oxide film 5000 mm / Ta film 300 mm formed by sputtering / plating seed copper film 1500 mm / plating seed copper film 1500 mm / copper film 15000 mm laminated 8 inch silicon wafer, silicon wafer with a wiring pattern ( SEMATECH # 854, film thickness L1: 13000mm, film thickness L2: 300mm)
Polishing machine: MAT-ARW-681M
Polishing pad: IC-1000 / suba400, XY-K groove polishing load: 2.5 psi
Polishing time: 1min
Slurry supply amount: 200cc / min
Plate rotation speed: 100 rpm
Substrate side rotation speed: 97rpm

2. Polishing rate calculation The object to be polished was washed with ultrapure water and subjected to ultrasonic cleaning, then dried, and the film thickness before and after polishing was measured by sheet resistance measurement using a four-terminal probe. The average polishing rate was calculated from the change in film thickness and the polishing time.

3. Dishing measurement After polishing the wafer (SEMATECH # 854) on which the wiring pattern was formed under the above polishing conditions, using a stylus type step gauge, the wiring width (L) was 10 μm, and the insulating film width (S) between the wirings was The amount of depression in the Cu wiring portion in the 10 μm wiring pattern was measured as the dishing amount.

4). Erosion Measurement After polishing a wafer (SEMATECH # 854) with a wiring pattern formed under the above polishing conditions, using a stylus type step gauge, the wiring width (L) is 9 μm and the insulating film width (S) between the wirings is A width of 150 μm from the end of the 1 μm wiring pattern was scanned with a stylus, and the difference in height between the Ta height at the shortest part and the Ta layer located 100 μm from the end was measured as the amount of erosion. The polishing time was increased by 50% of the time required to complete the copper polishing of the portion where no groove was formed, and overpolishing was performed.

As a result, in Example 1, the polishing rate was 3700 A / min, and the dishing was 265 nm. Table 5 shows the evaluation of Examples 2 to 9 and Comparative Examples 1 and 2.

Figure 2008098525
Figure 2008098525

Figure 2008098525
Figure 2008098525

本発明の組成物は、電子情報材料分野における研磨用、とりわけ半導体装置を製造する工程における研磨用スラリーの材料として有用である。
The composition of the present invention is useful as a material for polishing slurry in the field of electronic information materials, particularly in the process of manufacturing semiconductor devices.

研磨用組成物を用いて研磨する配線パターンの一例である。It is an example of the wiring pattern grind | polished using polishing composition. ポリシング装置の一例である。It is an example of a polishing apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

L1:金属膜
L2:下層
1:ターンテーブル
2:研磨布(研磨パッド)
3:供給管
4:支持軸
5:基板ホルダ
6:基板
7:研磨用スラリー
L1: Metal film L2: Lower layer 1: Turntable 2: Polishing cloth (polishing pad)
3: Supply pipe 4: Support shaft 5: Substrate holder 6: Substrate 7: Slurry for polishing

Claims (22)

アミド基を有する水溶性樹脂(A)を含有する樹脂エマルションを含む研磨用組成物。 Polishing composition containing the resin emulsion containing water-soluble resin (A) which has an amide group. 水溶性樹脂(A)が、陰イオンを形成しうる官能基をさらに有することを特徴とする請求項1記載の研磨用組成物。 The polishing composition according to claim 1, wherein the water-soluble resin (A) further has a functional group capable of forming an anion. 陰イオンを形成しうる官能基が、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基のうち少なくとも1種であることを特徴とする請求項2記載の研磨用組成物。 The polishing composition according to claim 2, wherein the functional group capable of forming an anion is at least one of a carboxyl group, a sulfonic acid group, and a phosphoric acid group. 陰イオンを形成しうる官能基が、カルボキシル基であることを特徴とする請求項2記載の研磨用組成物。 The polishing composition according to claim 2, wherein the functional group capable of forming an anion is a carboxyl group. 樹脂エマルションの平均粒子径が、40〜500nmであることを特徴とする請求項1〜4記載の研磨用組成物。 The polishing composition according to claim 1, wherein an average particle size of the resin emulsion is 40 to 500 nm. 組成物中の樹脂成分の総重量に対して、陰イオンを形成しうる官能基を有する単量体由来の樹脂の重量が、0.1〜40重量%であることを特徴とする請求項1〜5記載の研磨用組成物。 The weight of a resin derived from a monomer having a functional group capable of forming an anion is 0.1 to 40% by weight based on the total weight of the resin components in the composition. Polishing composition of -5. 陰イオンを形成しうる官能基が、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基のうち少なくとも1種であることを特徴とする請求項6記載の研磨用組成物。 The polishing composition according to claim 6, wherein the functional group capable of forming an anion is at least one of a carboxyl group, a sulfonic acid group, and a phosphoric acid group. 水溶性樹脂(A)の平均分子量が500,000以下であることを特徴とする請求項1〜7記載の研磨用組成物。 The polishing composition according to claim 1, wherein the water-soluble resin (A) has an average molecular weight of 500,000 or less. 組成物中の樹脂成分の総重量に対して、水溶性樹脂(A)の重量が10〜90重量%であることを特徴とする請求項1〜8記載の研磨用組成物。 The polishing composition according to claim 1, wherein the weight of the water-soluble resin (A) is from 10 to 90% by weight based on the total weight of the resin components in the composition. 平均粒子径が30nm以上異なる樹脂エマルションをさらに1種以上含有することを特徴とする請求項1〜9記載の研磨用組成物。 The polishing composition according to claim 1, further comprising at least one resin emulsion having an average particle diameter of 30 nm or more. 酸化剤、金属と錯体を形成しうる水溶性化合物、防食剤のうち少なくとも1種をさらに含有することを特徴とする請求項1〜10記載の研磨用組成物。 The polishing composition according to claim 1, further comprising at least one of an oxidizing agent, a water-soluble compound capable of forming a complex with a metal, and an anticorrosive. 防食剤が、ベンゾトリアゾール誘導体および/またはカルボキシル基を有する芳香族化合物であることを特徴とする請求項11記載の研磨用組成物。 The polishing composition according to claim 11, wherein the anticorrosive agent is a benzotriazole derivative and / or an aromatic compound having a carboxyl group. 金属と錯体を形成しうる水溶性化合物が、有機酸、アミノ酸、アンモニア、およびこれらの塩であることを特徴とする請求項11〜12記載の研磨用組成物。 The polishing composition according to claim 11, wherein the water-soluble compound capable of forming a complex with a metal is an organic acid, an amino acid, ammonia, or a salt thereof. 発泡を抑制する添加剤をさらに含有することを特徴とする請求項1〜13記載の研磨用組成物。 The polishing composition according to claim 1, further comprising an additive for suppressing foaming. 発泡を抑制する添加剤が、ポリエチレングリコール型非イオン性界面活性剤、脂肪酸エステルの乳化物、ポリエーテル系非イオン性界面活性剤のうち少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項14記載の研磨用組成物。 The additive for suppressing foaming contains at least one of a polyethylene glycol type nonionic surfactant, an emulsion of a fatty acid ester, and a polyether nonionic surfactant. Polishing composition. 幅9.0μmの金属埋め込み配線と幅1.0μmの絶縁膜とを交互に形成するパターンにおける配線部に埋め込むために成膜した厚さ0.1〜30μmの金属膜(L1)を、一定の研磨条件で下層(L2)が露出するまで研磨するのに必要な時間の1.5倍の時間で研磨した時に生じる下層(L2)のへこみ量(エロージョン量)が10nm以下であることを特徴とする請求項1〜15記載の研磨用組成物。 A metal film (L1) having a thickness of 0.1 to 30 μm formed to be embedded in a wiring portion in a pattern in which a metal embedded wiring with a width of 9.0 μm and an insulating film with a width of 1.0 μm are alternately formed It is characterized in that the dent amount (erosion amount) of the lower layer (L2) generated when polishing for 1.5 times the time required for polishing until the lower layer (L2) is exposed under the polishing conditions is 10 nm or less. The polishing composition according to claim 1. 金属膜(L1)が、銅、銅合金およびこれらの酸化物から選ばれる少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項16記載の研磨用組成物。 The polishing composition according to claim 16, wherein the metal film (L1) contains at least one selected from copper, copper alloys and oxides thereof. 下層(L2)が、タンタル、窒化タンタル、タンタル合金、チタン、窒化チタン、チタン合金、ルテニウム、ルテニウム合金から選ばれる少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項16〜17記載の研磨用組成物。 18. The polishing composition according to claim 16, wherein the lower layer (L2) contains at least one selected from tantalum, tantalum nitride, tantalum alloy, titanium, titanium nitride, titanium alloy, ruthenium, and ruthenium alloy. . 請求項1〜18のいずれかに記載の研磨用組成物を含有するスラリー。 A slurry containing the polishing composition according to claim 1. pHが7〜9であることを特徴とする請求項19記載のスラリー。 The slurry according to claim 19, wherein the pH is 7-9. 半導体ウエハ研磨用であることを特徴とする請求項19〜20いずれかに記載のスラリー。 The slurry according to any one of claims 19 to 20, which is used for polishing a semiconductor wafer. 半導体装置の製造方法において、半導体ウエハの一方の表面に半導体回路を形成した後に、半導体回路を形成した側の表面(回路面)に請求項21記載のスラリーを供給しながら前記回路面を研磨する工程を含むことを特徴とする製造方法。 23. In a method of manufacturing a semiconductor device, after forming a semiconductor circuit on one surface of a semiconductor wafer, the circuit surface is polished while supplying the slurry according to claim 21 to the surface (circuit surface) on the side where the semiconductor circuit is formed. The manufacturing method characterized by including a process.
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