JP2008112969A - Polishing liquid, and polishing method using the polishing liquid - Google Patents

Polishing liquid, and polishing method using the polishing liquid Download PDF

Info

Publication number
JP2008112969A
JP2008112969A JP2007210146A JP2007210146A JP2008112969A JP 2008112969 A JP2008112969 A JP 2008112969A JP 2007210146 A JP2007210146 A JP 2007210146A JP 2007210146 A JP2007210146 A JP 2007210146A JP 2008112969 A JP2008112969 A JP 2008112969A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
polishing
metal
acid
layer
insulating film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007210146A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hisataka Minami
久貴 南
Naoyuki Koyama
直之 小山
Hitoshi Amanokura
仁 天野倉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Showa Denko Materials Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Chemical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Chemical Co Ltd filed Critical Hitachi Chemical Co Ltd
Priority to JP2007210146A priority Critical patent/JP2008112969A/en
Publication of JP2008112969A publication Critical patent/JP2008112969A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polishing liquid for metals which makes polishing possible without lowering a polishing load and a polishing speed by lowering polishing frictional force by paying attention to the dielectric constant of the polishing liquid, and to provide a polishing method using it. <P>SOLUTION: The polishing liquid for metals comprises water, an oxidant, an oxidized metal resolvent, a protective film forming agent and a solvent whose dielectric constant is lower than that of the water, and 3 to 30 mass% of the solvent whose dielectric constant is lower than that of the water is contained in the polishing liquid for metals. Further, the polishing liquid for metals contains polishing particles and the polishing method for polishing a surface to be polished by relatively moving a polishing cloth and a substrate while supplying the polishing liquid for metals are provided. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体デバイスの配線工程における金属用研磨液及びこの研磨液を用いた研磨方法に関する。   The present invention relates to a metal polishing liquid in a wiring process of a semiconductor device and a polishing method using the polishing liquid.

近年、半導体集積回路(LSI)の高集積化、高性能化に伴って新たな微細加工技術が開発されている。化学機械研磨(CMP)法もその一つであり、LSI製造工程、特に多層配線形成工程における層間絶縁膜の平坦化、金属プラグ形成、埋め込み配線形成において頻繁に利用される技術である(例えば、特許文献1参照。)。   In recent years, new microfabrication techniques have been developed along with higher integration and higher performance of semiconductor integrated circuits (LSIs). The chemical mechanical polishing (CMP) method is one of them, and is a technique frequently used in the LSI manufacturing process, particularly in the multilayer wiring formation process, planarization of the interlayer insulating film, metal plug formation, embedded wiring formation (for example, (See Patent Document 1).

また、最近はLSIを高性能化するために、配線材料として銅合金の利用が試みられている。
しかし、銅合金は従来のアルミニウム合金配線の形成で頻繁に用いられたドライエッチング法による微細加工が困難である。そこで、あらかじめ溝を形成してある絶縁膜上に銅合金薄膜を堆積して埋め込み、溝部以外の銅合金薄膜をCMPにより除去して埋め込み配線を形成する、いわゆるダマシン法が主に採用されている(例えば、特許文献2参照。)。
Recently, in order to improve the performance of LSIs, the use of copper alloys as wiring materials has been attempted.
However, it is difficult to finely process the copper alloy by the dry etching method frequently used in the formation of the conventional aluminum alloy wiring. Therefore, a so-called damascene method is mainly employed in which a copper alloy thin film is deposited and embedded on an insulating film in which grooves have been formed in advance, and the copper alloy thin film other than the grooves is removed by CMP to form embedded wiring. (For example, refer to Patent Document 2).

配線の銅又は銅合金等の下層には、層間絶縁膜中への銅拡散防止のためにバリア層として、例えば、タンタル、タンタル合金、窒化タンタル、その他タンタル化合物等が形成される。
したがって、銅又は銅合金を埋め込む配線部分以外では、露出したバリア層をCMPにより取り除く必要がある。
For example, tantalum, tantalum alloy, tantalum nitride, and other tantalum compounds are formed as a barrier layer to prevent copper diffusion into the interlayer insulating film in the lower layer of the wiring such as copper or copper alloy.
Therefore, it is necessary to remove the exposed barrier layer by CMP except for the wiring portion in which copper or a copper alloy is embedded.

しかし、これらのバリア層導体膜は、銅又は銅合金に比べ硬度が高いために、銅又は銅合金用の研磨材料の組み合わせでは十分なCMP速度が得られない場合が多い。そのような研磨液で、バリア層も連続して研磨しようとすると、銅又は銅合金部のディッシングが発生してしまう。そこで、銅又は銅合金を研磨する第1工程と、バリア層導体を研磨する第2工程からなる2段研磨方法が検討されている。   However, since these barrier layer conductor films have higher hardness than copper or copper alloy, a combination of polishing materials for copper or copper alloy cannot often provide a sufficient CMP rate. If the barrier layer is also continuously polished with such a polishing liquid, dishing of the copper or copper alloy portion occurs. Therefore, a two-step polishing method comprising a first step of polishing copper or a copper alloy and a second step of polishing the barrier layer conductor has been studied.

金属の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、研磨パッド表面を金属用研磨液で浸し、基体の金属膜を形成した面を押し付けて、その裏面から所定の圧力(研磨圧力又は研磨荷重)を加えた状態で研磨定盤を回し、研磨液と金属膜の凸部との機械的摩擦によって凸部の金属膜を除去するものである。   A general method of metal CMP is to apply a polishing pad on a circular polishing platen (platen), immerse the polishing pad surface with a metal polishing liquid, and press the surface on which the metal film of the substrate is formed. The polishing platen is rotated in a state where a predetermined pressure (polishing pressure or polishing load) is applied from the back surface, and the metal film on the convex portion is removed by mechanical friction between the polishing liquid and the convex portion of the metal film.

Cu又はCu合金のCMPに用いられる金属用研磨液は、一般には酸化剤及び固体砥粒からなっており、必要に応じてさらに酸化金属溶解剤、保護膜形成剤が添加される。まず酸化剤によって金属膜表面を酸化し、その酸化層を固体砥粒によって削り取るのが基本的なメカニズムと考えられている。   The metal polishing liquid used for CMP of Cu or Cu alloy is generally composed of an oxidizing agent and solid abrasive grains, and a metal oxide dissolving agent and a protective film forming agent are further added as necessary. First, it is considered that the basic mechanism is to oxidize the surface of a metal film with an oxidizing agent and scrape the oxidized layer with solid abrasive grains.

凹部の金属表面の酸化層は研磨パッドにあまり触れず、固体砥粒による削り取りの効果が及ばないので、CMPの進行とともに凸部の金属層が除去されて基体表面は平坦化される(例えば、非特許文献1参照。)。   Since the oxide layer on the metal surface of the recess does not touch the polishing pad so much and the effect of scraping off by the solid abrasive grains does not reach, the metal layer of the projection is removed with the progress of CMP and the substrate surface is flattened (for example, (Refer nonpatent literature 1.).

CMPによる研磨速度を高める方法として酸化金属溶解剤を添加することが有効とされている。固体砥粒によって削り取られた金属酸化物の粒を研磨液に溶解(以下、エッチングと記す。)させてしまうと砥粒による削り取りの効果が増すためであると解釈される。   As a method for increasing the polishing rate by CMP, it is effective to add a metal oxide solubilizer. It is interpreted that if the metal oxide particles scraped off by the solid abrasive grains are dissolved in the polishing liquid (hereinafter referred to as etching), the effect of scraping off by the abrasive grains is increased.

酸化金属溶解剤の添加によりCMPによる研磨速度は向上するが、一方、凹部の金属膜表面の酸化層もエッチングされて金属膜表面が露出すると、酸化剤によって金属膜表面がさらに酸化され、これが繰り返されると凹部の金属膜のエッチングが進行してしまう。このため研磨後に埋め込まれた金属配線の表面中央部分が皿のように窪む現象(以下、ディッシングと記す。)が発生し、平坦化効果が損なわれる。   Although the polishing rate by CMP is improved by adding a metal oxide solubilizer, on the other hand, when the oxide layer on the metal film surface in the recess is also etched to expose the metal film surface, the metal film surface is further oxidized by the oxidant, and this is repeated. As a result, the etching of the metal film in the recesses proceeds. For this reason, a phenomenon occurs in which the central portion of the surface of the metal wiring embedded after polishing is depressed like a dish (hereinafter referred to as dishing), and the planarization effect is impaired.

これを防ぐために、さらに保護膜形成剤が添加される。保護膜形成剤は金属膜表面に保護膜を形成し、酸化層の研磨液中への溶解を防止するものである。この保護膜は砥粒により容易に削り取ることが可能で、CMPによる研磨速度を低下させないことが望まれる。   In order to prevent this, a protective film forming agent is further added. The protective film forming agent forms a protective film on the surface of the metal film and prevents dissolution of the oxide layer in the polishing liquid. This protective film can be easily scraped off by abrasive grains, and it is desirable not to decrease the polishing rate by CMP.

銅又は銅合金のディッシングや研磨中の腐食を抑制し、信頼性の高いLSI配線を形成するために、グリシンなどのアミノ酢酸又はアミド硫酸からなる酸化金属溶解剤及び保護膜形成剤としてBTAを含有するCMP用研磨液を用いる方法が提唱されている(例えば、特許文献3参照。)。   In order to suppress corrosion during dishing or polishing of copper or copper alloy, and to form a highly reliable LSI wiring, it contains BTA as a protective film forming agent and a metal oxide dissolving agent composed of aminoacetic acid or amide sulfuric acid such as glycine A method using a CMP polishing liquid is proposed (for example, see Patent Document 3).

銅又は銅合金のダマシン配線形成、タングステンなどのプラグ配線形成等の金属埋め込み形成においては、埋め込み部分以外に形成される層間絶縁膜である二酸化シリコン膜の研磨速度も大きい場合には、層間絶縁膜ごと配線の厚みが薄くなるエロージョンが発生する。その結果、配線抵抗の増加やパターン密度等により抵抗のばらつきが生じるために、研磨される金属膜に対して二酸化シリコン膜の研磨速度が十分小さい特性が要求される。   In metal embedding formation such as copper or copper alloy damascene wiring formation, plug wiring formation such as tungsten, etc., if the polishing rate of the silicon dioxide film which is an interlayer insulating film formed other than the embedded portion is high, the interlayer insulating film Erosion that reduces the thickness of each wiring occurs. As a result, resistance variation occurs due to an increase in wiring resistance, pattern density, and the like, so that a characteristic in which the polishing rate of the silicon dioxide film is sufficiently small with respect to the metal film to be polished is required.

一方、LSIの高性能化において配線の微細化に伴う配線遅延が問題となっている。この問題を解決するためには配線間抵抗の低減が必要不可欠であり、層間絶縁材料の低誘電率(Low−k)材料への置きかえが進んでいる。   On the other hand, the wiring delay accompanying the miniaturization of wiring has been a problem in increasing the performance of LSI. In order to solve this problem, it is indispensable to reduce the resistance between the wirings, and the replacement of the interlayer insulating material with a low dielectric constant (Low-k) material is progressing.

一方、一般に水への溶解性の低い保護膜形成剤の、研磨液への溶解補助剤として有機溶媒を少量添加した技術が開示されている(例えば特許文献4参照。)。しかしこれらの技術においては、高濃度に濃縮した研磨液を得るのが目的であり、有機溶媒は、濃縮しても保護膜形成剤を析出させないように、例えば保護膜形成剤の溶解度を25g/L以上とするものであった。また、少量添加される保護膜形成剤を溶解できる、少量の有機溶媒を添加するのみであった。
米国特許第4944836号明細書 特開平02−278822号公報 ジャーナル・オブ・エレクトロケミカルソサエティ誌、第138巻11号(1991年発行)、3460〜3464頁 特開平08−83780号公報 特開2004−146840号公報
On the other hand, a technique in which a small amount of an organic solvent is generally added as a solubilizing agent for a polishing liquid of a protective film forming agent having low solubility in water (see, for example, Patent Document 4). However, in these techniques, the purpose is to obtain a highly concentrated polishing liquid, and the organic solvent has a protective film forming agent solubility of, for example, 25 g / g so that the protective film forming agent does not precipitate even when concentrated. L or more. Moreover, only a small amount of an organic solvent capable of dissolving the protective film forming agent added in a small amount was added.
U.S. Pat. No. 4,944,836 Japanese Patent Laid-Open No. 02-278822 Journal of Electrochemical Society, Vol.138, No.11 (1991), 3460-3464 Japanese Patent Laid-Open No. 08-83780 JP 2004-146840 A

一般的に絶縁膜の比誘電率(k値)を下げるほど機械的強度と異種材料との密着性が落ちる傾向にあり、CMPプロセス中にウェハへかかる摩擦により絶縁膜と異種層間での剥離、チッピング、小片化、クラッキング等の発生が歩留まりの低下を招いている。   Generally, the lower the relative dielectric constant (k value) of the insulating film, the lower the mechanical strength and the adhesion between different materials, and the peeling between the insulating film and different layers due to the friction applied to the wafer during the CMP process. The occurrence of chipping, fragmentation, cracking, etc. has led to a decrease in yield.

これら剥離等を減少させるために、研磨荷重の低減が求められてきた。
しかしながら、研磨荷重を低くした場合、研磨速度の低下が生じるため、スループットが低下するという問題がある。例えば銅又は銅合金を研磨する上記第1工程において、低誘電率絶縁膜の剥離や層内部の破壊の原因となる摩擦力を低減する為に研磨荷重を低くした場合、研磨速度の低下が生じ望ましくない。
In order to reduce such peeling and the like, reduction of the polishing load has been demanded.
However, when the polishing load is lowered, there is a problem that the polishing rate is lowered and the throughput is lowered. For example, in the above first step of polishing copper or copper alloy, if the polishing load is lowered to reduce the frictional force that causes peeling of the low dielectric constant insulating film or internal destruction of the layer, the polishing rate is lowered. Not desirable.

本発明者らは、アニオン性高分子化合物の解離率を低減することによって、摩擦を低減でき、研磨速度を低下させることなく低誘電率材料層を含む研磨対象を研磨できるとの着想に基づいて鋭意検討した結果、水より誘電率が低い溶媒を所定量含有させることにより上記課題を解決できることを見出した。
本発明は、上記問題点に鑑み、研磨液の誘電率に着目することで研磨摩擦力を低下させ、低誘電率材料層を含む研磨対象の研磨を研磨荷重及び研磨速度を低下させることなく可能とする金属用研磨液及びこれを用いた研磨方法を提供する。
Based on the idea that by reducing the dissociation rate of an anionic polymer compound, the present inventors can reduce friction and polish a polishing object including a low dielectric constant material layer without reducing the polishing rate. As a result of intensive studies, it has been found that the above problem can be solved by containing a predetermined amount of a solvent having a dielectric constant lower than that of water.
In view of the above problems, the present invention reduces the polishing friction force by focusing on the dielectric constant of the polishing liquid, and enables polishing of a polishing target including a low dielectric constant material layer without reducing the polishing load and the polishing rate. A metal polishing liquid and a polishing method using the same are provided.

本発明は、(1)水、酸化剤、酸化金属溶解剤、保護膜形成剤及び水より誘電率が低い溶媒を含む金属用研磨液であって、前記水より誘電率が低い溶媒が金属用研磨液中に3〜30質量%含有される金属用研磨液に関する。
また、本発明は、(2)金属用研磨液のpHが、2以上4以下である前記(1)の金属用研磨液に関する。
また、本発明は、(3)保護膜形成剤が、含窒素化合物と、重量平均分子量が500以上のアニオン性高分子化合物とのそれぞれ少なくとも1種を用いる前記(1)または(2)の金属用研磨液に関する。
また、本発明は、(4)アニオン性高分子化合物のアニオン性基が、スルホン酸基、カルボン酸基、リン酸基、フェノール性水酸基の少なくとも1種であるアニオン性高分子化合物及びその塩から選ばれる少なくとも1種を含有する前記(3)の金属用研磨液に関する。
The present invention is (1) a metal polishing slurry comprising water, an oxidant, a metal oxide solubilizer, a protective film forming agent and a solvent having a dielectric constant lower than that of water, wherein the solvent having a dielectric constant lower than that of water is used for a metal. The present invention relates to a polishing slurry for metals contained in 3 to 30% by mass in the polishing fluid.
The present invention also relates to (2) the metal polishing liquid according to (1) above, wherein the pH of the metal polishing liquid is 2 or more and 4 or less.
Further, the present invention provides the metal according to (1) or (2), wherein (3) the protective film forming agent uses at least one of a nitrogen-containing compound and an anionic polymer compound having a weight average molecular weight of 500 or more. The present invention relates to a polishing liquid.
The present invention also relates to (4) an anionic polymer compound in which the anionic group of the anionic polymer compound is at least one of a sulfonic acid group, a carboxylic acid group, a phosphoric acid group, and a phenolic hydroxyl group, and a salt thereof. The present invention relates to the metal polishing slurry (3) containing at least one selected from the above.

また、本発明は、(5)前記溶媒が、アルコール、グリコール、エーテル、ラクトン、カーボネート、エステル、ケトン、アミド、アルデヒドから選ばれる、少なくとも1種である前記(1)〜(4)のいずれかの金属用研磨液に関する。
また、本発明は、(6)酸化金属溶解剤が、無機酸、有機酸、アミノ酢酸、アミド硫酸から選ばれる少なくとも1種の酸またはその塩である前記(1)〜(5)のいずれかの金属用研磨液に関する。
また、本発明は、(7)酸化剤が、過酸化水素、過硫酸アンモニウム、硝酸、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種である前記(1)〜(6)のいずれかの金属用研磨液に関する。
また、本発明は、(8)さらに研磨粒子を含む前記(1)〜(7)のいずれかの金属用研磨液に関する。
また、本発明は、(9)研磨粒子が、シリカ、アルミナ、セリア、チタニア、ジルコニア、ゲルマニアから選ばれる少なくとも1種である前記(8)の金属用研磨液に関する。
In the present invention, (5) any one of (1) to (4), wherein the solvent is at least one selected from alcohol, glycol, ether, lactone, carbonate, ester, ketone, amide, and aldehyde. This relates to a metal polishing slurry.
In addition, the present invention provides (6) any one of the above (1) to (5), wherein the metal oxide solubilizer is at least one acid selected from inorganic acids, organic acids, aminoacetic acid, amidosulfuric acid or a salt thereof. This relates to a metal polishing slurry.
Moreover, this invention is (7) Said (1)-(6) whose oxidizing agent is at least 1 sort (s) chosen from hydrogen peroxide, ammonium persulfate, nitric acid, potassium periodate, hypochlorous acid, and ozone water. This relates to a polishing slurry for metal.
The present invention also relates to (8) the metal polishing slurry according to any one of (1) to (7), further comprising abrasive particles.
The present invention also relates to (9) the metal polishing slurry according to (8), wherein the abrasive particles are at least one selected from silica, alumina, ceria, titania, zirconia, and germania.

また、本発明は、(10)研磨される金属が、導電性物質又はバリア導体層である前記(1)〜(9)のいずれかの金属用研磨液に関する。
また、本発明は、(11)導電性物質とバリア導体層との研磨速度比が、20以上:1である前記(10)の金属用研磨液に関する。
The present invention also relates to (10) the metal polishing slurry according to any one of (1) to (9), wherein the metal to be polished is a conductive substance or a barrier conductor layer.
The present invention also relates to (11) the metal polishing slurry according to (10) above, wherein the polishing rate ratio between the conductive material and the barrier conductor layer is 20 or more: 1.

また、本発明は、(12)表面が凹部及び凸部からなる層間絶縁膜、層間絶縁膜を表面に沿って被覆するバリア導体層、凹部を充填してバリア導体層を被覆する導電性物質層とを有する基板の、導電性物質層を研磨して前記凸部のバリア導体層を露出させる第1の研磨工程と、少なくともバリア導体層及び凹部の導電性物質層を研磨して凸部の層間絶縁膜を露出させる第2の研磨工程とを含む研磨工程のうち、少なくとも第1研磨工程で用いられる前記(1)〜(11)のいずれかに記載の金属用研磨液に関する。   The present invention also includes (12) an interlayer insulating film having a concave portion and a convex surface, a barrier conductor layer that covers the interlayer insulating film along the surface, and a conductive material layer that fills the concave portion and covers the barrier conductor layer. A first polishing step of polishing a conductive material layer of the substrate having the convex portion to expose the barrier conductor layer of the convex portion, and polishing at least the barrier conductive layer and the conductive material layer of the concave portion to form an interlayer between the convex portions The polishing liquid for metal according to any one of (1) to (11), which is used in at least the first polishing step among the polishing steps including the second polishing step for exposing the insulating film.

また、本発明は、(13)研磨される導電性物質が、銅、銅合金、銅の酸化物、銅合金の酸化物からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む研磨工程で用いられる前記(10)〜(12)のいずれかの金属用研磨液に関する。
また、本発明は、(14)バリア導体層が、層間絶縁膜へ導電性物質が拡散するのを防ぐバリア層であって、タンタル、窒化タンタル、タンタル合金、その他のタンタル化合物、チタン、窒化チタン、チタン合金、その他のチタン化合物、タングステン、窒化タングステン、タングステン合金、その他のタングステン化合物から選ばれる少なくとも1種を含む研磨工程で用いられる前記(10)〜(13)のいずれかの金属用研磨液に関する。
また、本発明は、(15)層間絶縁膜が、シリコン系被膜又は有機ポリマ膜である研磨工程で用いられる前記(12)〜(14)のいずれかの金属用研磨液に関する。
Moreover, this invention is used in the polishing step (13), wherein the conductive material to be polished contains at least one selected from the group consisting of copper, copper alloys, copper oxides, and copper alloy oxides. It is related with the metal polishing liquid in any one of 10)-(12).
In the present invention, (14) the barrier conductor layer is a barrier layer for preventing the conductive material from diffusing into the interlayer insulating film, and includes tantalum, tantalum nitride, tantalum alloy, other tantalum compounds, titanium, and titanium nitride. , Titanium alloy, other titanium compound, tungsten, tungsten nitride, tungsten alloy, metal polishing slurry according to any one of (10) to (13) used in a polishing step containing at least one selected from the group consisting of other tungsten compounds About.
The present invention also relates to (15) the metal polishing slurry according to any one of (12) to (14), wherein the interlayer insulating film is a silicon-based film or an organic polymer film.

さらに、本発明は、(16)被研磨面を有する基板を研磨定盤の研磨布上に押圧した状態で被研磨面と研磨布との間に前記(1)〜(15)のいずれかの金属用研磨液を供給しながら研磨布と基板とを相対的に動かして被研磨面を研磨することを特徴とする研磨方法に関する。
また、本発明は、(17)研磨される金属が、導電性物質又はバリア導体層である前記(16)に記載の研磨方法に関する。
Furthermore, the present invention provides (16) any one of the above (1) to (15) between the surface to be polished and the polishing cloth in a state where the substrate having the surface to be polished is pressed onto the polishing cloth of the polishing surface plate. The present invention relates to a polishing method characterized by polishing a surface to be polished by relatively moving a polishing cloth and a substrate while supplying a metal polishing liquid.
The present invention also relates to (17) the polishing method according to (16), wherein the metal to be polished is a conductive substance or a barrier conductor layer.

また、本発明は、(18)表面が凹部及び凸部からなる層間絶縁膜、層間絶縁膜を表面に沿って被覆するバリア導体層、凹部を充填してバリア導体層を被覆する導電性物質層とを有する基板の、導電性物質層を研磨して前記凸部のバリア導体層を露出させる第1の研磨工程と、少なくともバリア導体層及び凹部の導電性物質層を研磨して凸部の層間絶縁膜を露出させる第2の研磨工程とを含む研磨工程のうち、少なくとも第1研磨工程で前記(1)〜(15)のいずれかに記載の金属用研磨液を用いる研磨方法に関する。
また、本発明は、(19)導電性物質とバリア導体層との研磨速度比が、20以上:1である前記(17)または(18)記載の研磨方法に関する。
また、本発明は、(20)研磨される導電性物質が、銅、銅合金、銅の酸化物、銅合金の酸化物からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む前記(17)〜(19)のいずれか記載の研磨方法に関する。
また、本発明は、(21)バリア導体層が、層間絶縁膜へ導電性物質が拡散するのを防ぐバリア層であって、タンタル、窒化タンタル、タンタル合金、その他のタンタル化合物、チタン、窒化チタン、チタン合金、その他のチタン化合物、タングステン、窒化タングステン、タングステン合金、その他のタングステン化合物から選ばれる少なくとも1種を含む前記(18)〜(20)のいずれかに記載の研磨方法に関する。
また、本発明は、(22)層間絶縁膜が、シリコン系被膜又は有機ポリマ膜である前記(18)〜(21)のいずれかに記載の研磨方法に関する。
The present invention also includes (18) an interlayer insulating film having a concave portion and a convex surface, a barrier conductor layer covering the interlayer insulating film along the surface, and a conductive material layer filling the concave portion and covering the barrier conductive layer. A first polishing step of polishing a conductive material layer of the substrate having the convex portion to expose the barrier conductor layer of the convex portion, and polishing at least the barrier conductive layer and the conductive material layer of the concave portion to form an interlayer between the convex portions The present invention relates to a polishing method using the metal polishing liquid according to any one of the above (1) to (15) in at least a first polishing step among polishing steps including a second polishing step for exposing an insulating film.
The present invention also relates to (19) the polishing method according to the above (17) or (18), wherein the polishing rate ratio between the conductive material and the barrier conductor layer is 20 or more: 1.
In the present invention, (20) the electroconductive substance to be polished contains at least one selected from the group consisting of copper, copper alloys, copper oxides, and copper alloy oxides. ).
In the present invention, (21) the barrier conductor layer is a barrier layer for preventing the conductive material from diffusing into the interlayer insulating film, and includes tantalum, tantalum nitride, tantalum alloy, other tantalum compounds, titanium, and titanium nitride. , A titanium alloy, another titanium compound, tungsten, tungsten nitride, a tungsten alloy, or the other tungsten compound. The polishing method according to any one of (18) to (20), including at least one selected from other tungsten compounds.
The present invention also relates to (22) the polishing method according to any one of (18) to (21), wherein the interlayer insulating film is a silicon-based film or an organic polymer film.

本発明によれば、低誘電率材料層を含む研磨対象を、研磨速度を低下させることなく研磨摩擦力を低下させて研磨する金属用研磨液及びこれを用いた研磨方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the grinding | polishing liquid for metal which polishes the grinding | polishing object containing a low dielectric constant material layer by reducing polishing frictional force, without reducing a polishing rate, and the grinding | polishing method using the same can be provided. .

以下に、発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the invention will be described in detail.

本発明になる金属用研磨液の特徴は、水、酸化剤、酸化金属溶解剤、含窒素化合物とアニオン性高分子化合物からそれぞれ1つ以上選ばれる保護膜形成剤及び水より誘電率が低い溶媒を含む金属用研磨液であって、前記溶媒が金属用研磨液中3〜30質量%含有されることである。ここで溶媒とは、研磨液に含まれる物質を溶解することが出来かつこれらの物質と反応しない液体であり、水と混合できるものを指す。   The metal polishing liquid according to the present invention is characterized by water, an oxidizing agent, a metal oxide solubilizer, a protective film forming agent selected from at least one of a nitrogen-containing compound and an anionic polymer compound, and a solvent having a lower dielectric constant than water. It is a metal polishing liquid containing this, Comprising: 3-30 mass% of said solvents are contained in the metal polishing liquid. Here, the solvent refers to a liquid that can dissolve substances contained in the polishing liquid and does not react with these substances and can be mixed with water.

本発明になる金属用研磨液のpHは、CMPによる研磨速度が大きく、エッチング速度を効果的に抑制できるという点で2以上、4以下であるのが好ましい。pH2未満ではエッチング速度が大きく、保護膜形成剤でのエッチング抑制は困難である。また、pH4を超えるとCMPによる研磨速度が遅く実用的な研磨液とはなりにくい。pH2以上3.8以下の範囲がより好ましく、2.5〜3.5が特に好ましい。   The pH of the metal polishing liquid according to the present invention is preferably 2 or more and 4 or less in that the polishing rate by CMP is large and the etching rate can be effectively suppressed. If the pH is less than 2, the etching rate is high, and it is difficult to suppress etching with the protective film forming agent. On the other hand, if the pH exceeds 4, the polishing rate by CMP is slow and it is difficult to become a practical polishing liquid. The range of pH 2 or more and 3.8 or less is more preferable, and 2.5 to 3.5 is particularly preferable.

pHは、酸の添加量により調整することができる。
また、アンモニア、水酸化ナトリウム、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)等のアルカリ成分の添加によっても調整可能である。これらは酸化金属溶解剤としても使用できる。
The pH can be adjusted by the amount of acid added.
It can also be adjusted by adding alkali components such as ammonia, sodium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide (TMAH). These can also be used as metal oxide solubilizers.

本発明の研磨液のpHは、pHメータ(例えば、電気化学計器社製の型番PHL−40)で測定した。標準緩衝液(フタル酸塩pH緩衝液pH:4.01(25℃)、中性リン酸塩pH緩衝液pH6.86(25℃))を用いて、2点校正した後、電極を研磨液に入れて、2分以上経過して安定した後の値を測定した。   The pH of the polishing liquid of the present invention was measured with a pH meter (for example, model number PHL-40 manufactured by Electrochemical Instruments). Two-point calibration was performed using a standard buffer solution (phthalate pH buffer solution pH: 4.01 (25 ° C.), neutral phosphate pH buffer solution pH 6.86 (25 ° C.)), and then the electrode was polished. The value after being stabilized after 2 minutes or more was measured.

本発明に用いられる保護膜形成剤は、アニオン性高分子化合物及び含窒素化合物のそれぞれ少なくとも1種であるのが好ましい。   The protective film forming agent used in the present invention is preferably at least one of an anionic polymer compound and a nitrogen-containing compound.

含窒素化合物は例えばイミダゾール骨格を有する化合物、トリアゾール骨格を有する化合物、ピリミジン骨格を有する化合物、グアニジン骨格を有する化合物、チアゾール骨格を有する化合物、ピラゾール骨格を有する化合物が挙げられる。複素環化合物であることがより好ましく、以下の群から選ばれたものが望ましい。すなわち、ベンズイミダゾール−2−チオ−ル、トリアジンジチオール、トリアジントリチオール、2−[2−(ベンゾチアゾリル)]チオプロピオン酸、2−[2−(ベンゾチアゾリル)]チオブチル酸、2−メルカプトベンゾチアゾール、1,2,3−トリアゾール、1,2,4−トリアゾール、3−アミノ−1H−1,2,4−トリアゾール、ベンゾトリアゾール、1−ヒドロキシベンゾトリアゾール、1−ジヒドロキシプロピルベンゾトリアゾール、2,3−ジカルボキシプロピルベンゾトリアゾール、4−ヒドロキシベンゾトリアゾール、4−カルボキシル−1H−ベンゾトリアゾール、4−カルボキシル−1H−ベンゾトリアゾールメチルルエステル、4−カルボキシル−1H−ベンゾトリアゾールブチルエステル、4−カルボキシル−1H−ベンゾトリアゾールオクチルエステル、5−ヘキシルベンゾトリアゾール、[1,2,3−ベンゾトリアゾリル−1−メチル][1,2,4−トリアゾリル−1−メチル][2−エチルヘキシル]アミン、トリルトリアゾール、ナフトトリアゾール、ビス[(1−ベンゾトリアゾリル)メチル]ホスホン酸等のアゾール等が挙げられる。アニオン性高分子化合物と、含窒素環状化合物の併用はエッチング速度の抑制と高い研磨速度の両立に好適である。   Examples of the nitrogen-containing compound include a compound having an imidazole skeleton, a compound having a triazole skeleton, a compound having a pyrimidine skeleton, a compound having a guanidine skeleton, a compound having a thiazole skeleton, and a compound having a pyrazole skeleton. A heterocyclic compound is more preferable, and a compound selected from the following group is desirable. That is, benzimidazol-2-thiol, triazinedithiol, triazinetrithiol, 2- [2- (benzothiazolyl)] thiopropionic acid, 2- [2- (benzothiazolyl)] thiobutyric acid, 2-mercaptobenzothiazole, 1 , 2,3-triazole, 1,2,4-triazole, 3-amino-1H-1,2,4-triazole, benzotriazole, 1-hydroxybenzotriazole, 1-dihydroxypropylbenzotriazole, 2,3-di Carboxypropylbenzotriazole, 4-hydroxybenzotriazole, 4-carboxyl-1H-benzotriazole, 4-carboxyl-1H-benzotriazole methyl ester, 4-carboxyl-1H-benzotriazole butyl ester, 4-carbo Sil-1H-benzotriazole octyl ester, 5-hexylbenzotriazole, [1,2,3-benzotriazolyl-1-methyl] [1,2,4-triazolyl-1-methyl] [2-ethylhexyl] amine Azoles such as tolyltriazole, naphthotriazole, and bis [(1-benzotriazolyl) methyl] phosphonic acid. The combined use of the anionic polymer compound and the nitrogen-containing cyclic compound is suitable for both suppression of the etching rate and high polishing rate.

本発明に用いられるアニオン性高分子化合物は、アニオン性官能基を有する水溶性ポリマ及びその塩から選ばれるのが好ましい。アニオン性基は、スルホン酸基、カルボン酸基、リン酸基、フェノール性水酸基の少なくとも1種であることが好ましく、スルホン酸基、カルボン酸基、リン酸基がより好ましく、スルホン酸基、カルボン酸基であることが特に好ましい。これらはアニオン性官能基が水溶性ポリマに1種類単独で又は2種類以上含有していても使用できる。   The anionic polymer compound used in the present invention is preferably selected from water-soluble polymers having an anionic functional group and salts thereof. The anionic group is preferably at least one of a sulfonic acid group, a carboxylic acid group, a phosphoric acid group, and a phenolic hydroxyl group, more preferably a sulfonic acid group, a carboxylic acid group, and a phosphoric acid group. Particularly preferred is an acid group. These can be used even if the anionic functional group is contained alone or in combination of two or more in the water-soluble polymer.

また、アニオン性官能基が異なる水溶性ポリマが1種類単独で又は2種類以上含有していても使用できる。これらを満足する水溶性ポリマとして、ポリスチレンスルホン酸、ポリアクリルアミドメチルプロパンスルホン酸、ポリリンゴ酸、ポリカルボン酸、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリイタコン酸、ポリマレイン酸、ポリフマル酸、ポリアスパラギン酸、ポリグルタミン酸、ポリリシン、ポリリン酸、メタリン酸及びその塩などを挙げることができる。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。   Moreover, even if the water-soluble polymer in which anionic functional groups differ is contained individually by 1 type or 2 types or more, it can be used. Water-soluble polymers that satisfy these requirements are polystyrene sulfonic acid, polyacrylamide methylpropane sulfonic acid, polymalic acid, polycarboxylic acid, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polyitaconic acid, polymaleic acid, polyfumaric acid, polyaspartic acid, polyglutamic acid. , Polylysine, polyphosphoric acid, metaphosphoric acid and salts thereof. 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.

本発明において、アニオン性高分子化合物の添加量は、金属の酸化剤、酸化金属溶解剤、金属表面に対する保護膜形成剤、及び水の総量に対して、0.01〜3.0質量%、好ましくは0.1質量%〜2.0質量%とされる。この添加量が0.01質量%未満では、エッチング抑制において保護膜形成剤との併用効果が現れず、3質量%を超えると、CMPによる研磨速度が低下する。   In the present invention, the amount of the anionic polymer compound added is 0.01 to 3.0% by mass with respect to the total amount of the metal oxidizing agent, the metal oxide solubilizer, the protective film forming agent for the metal surface, and water. Preferably it is 0.1 mass%-2.0 mass%. If this addition amount is less than 0.01% by mass, the combined effect with the protective film forming agent does not appear in etching suppression, and if it exceeds 3% by mass, the polishing rate by CMP decreases.

本発明において、研磨液中に含有するアニオン性高分子化合物の重量平均分子量は、500以上であることが好ましい。さらに好ましくは、5,000以上500,000以内であり、特に好ましくは50,000〜300,000である。重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより標準ポリスチレンの検量線を用いて測定することができる。この分子量が低すぎると保護膜形成剤の効果が小さくなり研磨速度が大きくなり過ぎて、適度な研磨速度が得られなくなるため、好ましくなく、一方、分子量が高すぎると水溶性高分子化合物の効果が小さくなり研磨速度が小さくなりすぎるため好ましくない。   In the present invention, the weight average molecular weight of the anionic polymer compound contained in the polishing liquid is preferably 500 or more. More preferably, it is 5,000 or more and 500,000 or less, and particularly preferably 50,000 to 300,000. The weight average molecular weight can be measured by gel permeation chromatography using a standard polystyrene calibration curve. If the molecular weight is too low, the effect of the protective film forming agent is reduced and the polishing rate becomes too high, and an appropriate polishing rate cannot be obtained. On the other hand, if the molecular weight is too high, the effect of the water-soluble polymer compound is not preferable. And the polishing rate becomes too small, which is not preferable.

本発明によれば、研磨液の成分を水、酸化剤、酸化金属溶解剤、金属表面に対する保護膜形成剤、水より誘電率の低い溶媒とすることにより、研磨液の誘電率を低下させ、研磨液中のアニオン性高分子化合物のアニオン基の解離率を低下させることができる。
その結果、銅表面に形成される反応層が脆くなり、適度な研磨速度を維持しながらウェハ研磨中にかかる摩擦を低く保つことができると推測される。
According to the present invention, the dielectric constant of the polishing liquid is decreased by using the components of the polishing liquid as water, an oxidizing agent, a metal oxide solubilizer, a protective film forming agent for the metal surface, and a solvent having a lower dielectric constant than water. The dissociation rate of the anionic group of the anionic polymer compound in the polishing liquid can be reduced.
As a result, the reaction layer formed on the copper surface becomes brittle, and it is presumed that the friction applied during wafer polishing can be kept low while maintaining an appropriate polishing rate.

本発明において、研磨液に含有する水の誘電率(25℃で78.3)より誘電率の低い溶媒としては特に制限はないが、水と混合できるものが好ましい。   In the present invention, the solvent having a lower dielectric constant than the dielectric constant of water contained in the polishing liquid (78.3 at 25 ° C.) is not particularly limited, but a solvent that can be mixed with water is preferable.

例えばメタノール、エタノール、プロパノール、n−ブタノール、n−ペンタノール、n−ヘキサノール、イソプロピルアルコール、フェノール等のアルコール類、
エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール、3−メチルー3―メトキシブタノール等のグリコール類、
エチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコールモノメチルエーテルや
エチレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、トリプロピレングリコールモノエチルエーテルや
エチレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、トリエチレングリコールモノプロピルエーテル、トリプロピレングリコールモノプロピルエーテルや
エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、トリプロピレングリコールモノブチルエーテルや
エチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテルや
エチレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル、トリエチレングリコールジエチルエーテル、トリプロピレングリコールジエチルエーテルや
エチレングリコールジプロピルエーテル、プロピレングリコールジプロピルエーテル、ジエチレングリコールジプロピルエーテル、ジプロピレングリコールジプロピルエーテル、トリエチレングリコールジプロピルエーテル、トリプロピレングリコールジプロピルエーテルや
エチレングリコールジブチルエーテル、プロピレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジプロピレングリコールジブチルエーテル、トリエチレングリコールジブチルエーテル、トリプロピレングリコールジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン、ポリエチレンオキサイド、エチレングリコールモノメチルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートや、1,2−ジオキサン、1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン等のエーテル類、
ブチロラクトン、プロピロラクトン等のラクトン類、
エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート等のカーボネート類、
酢酸エチル、乳酸エチル等のエステル類、
アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、
ジメチルホルムアミド、アセトアミド等のアミド類、
ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド等のアルデヒド類、
その他n−メチルピロリドン、スルホラン等が挙げられる。
For example, alcohols such as methanol, ethanol, propanol, n-butanol, n-pentanol, n-hexanol, isopropyl alcohol, phenol,
Glycols such as ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, dipropylene glycol, triethylene glycol, tripropylene glycol, 3-methyl-3-methoxybutanol,
Ethylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, triethylene glycol monomethyl ether, tripropylene glycol monomethyl ether and ethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, di Propylene glycol monoethyl ether, triethylene glycol monoethyl ether, tripropylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monopropyl ether, propylene glycol monopropyl ether, diethylene glycol monopropyl ether, dipropylene glycol monopropyl ether, trie Lenglycol monopropyl ether, tripropylene glycol monopropyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, propylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, dipropylene glycol monobutyl ether, triethylene glycol monobutyl ether, tripropylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, propylene Glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, dipropylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, tripropylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, propylene glycol diethyl ether, diethylene glycol diethyl Ether, dipropylene glycol diethyl ether, triethylene glycol diethyl ether, tripropylene glycol diethyl ether, ethylene glycol dipropyl ether, propylene glycol dipropyl ether, diethylene glycol dipropyl ether, dipropylene glycol dipropyl ether, triethylene glycol dipropyl ether , Tripropylene glycol dipropyl ether, ethylene glycol dibutyl ether, propylene glycol dibutyl ether, diethylene glycol dibutyl ether, dipropylene glycol dibutyl ether, triethylene glycol dibutyl ether, tripropylene glycol dibutyl ether, tetrahydrofuran, dimethoxyethane, polyethylene oxa Id, ethylene glycol monomethyl acetate, diethylene glycol monoethyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, ethers such as 1,2-dioxane, 1,3-dioxane, 1,4-dioxane,
Lactones such as butyrolactone and propyrolactone,
Carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate,
Esters such as ethyl acetate and ethyl lactate,
Ketones such as acetone and methyl ethyl ketone;
Amides such as dimethylformamide and acetamide,
Aldehydes such as formaldehyde and acetaldehyde,
Other examples include n-methylpyrrolidone and sulfolane.

これらのうち、アルコール、グリコール、エーテル、ラクトン、カーボネート、エステル、ケトン、アミド、アルデヒドから選ばれる、少なくとも1種が好ましい。アルコール類、グリコール類、エーテル類、炭酸エステル類がその中でも好ましい。   Among these, at least one selected from alcohol, glycol, ether, lactone, carbonate, ester, ketone, amide, and aldehyde is preferable. Among them, alcohols, glycols, ethers and carbonates are preferable.

上記誘電率は、文献値(例えば、「化学便覧」日本化学会編から引用することが出来る。)を使用することができるが、アジレントテクノロジー社製、型番16452A液体用電極を用いてアジレントテクノロジー社製型番E4980A LCRメータで測定(測定電圧AC1V,測定周波数100kHz)することができる。   As the dielectric constant, literature values (for example, can be cited from “Chemical Handbook” edited by the Chemical Society of Japan) can be used, but Agilent Technologies, Inc. manufactured by Agilent Technologies, using model number 16452A liquid electrode. It can be measured with a model number E4980A LCR meter (measurement voltage AC1V, measurement frequency 100 kHz).

上記溶媒の誘電率としては、水(25℃で78.3)より低いものであればよいが、25℃における誘電率が60以下であることが好ましく、40以下であることがより好ましく、30以下であることが特に好ましい。   The dielectric constant of the solvent should be lower than that of water (78.3 at 25 ° C.), but the dielectric constant at 25 ° C. is preferably 60 or less, more preferably 40 or less, and 30 It is particularly preferred that

前記水より誘電率が低い溶媒は、金属用研磨液中に3〜30質量%含有され、研磨液中のポリマの解離抑制及び研磨時の摩擦低減の観点から、好ましくは5〜30質量%、より好ましくは10〜30質量%、特に好ましくは15〜30質量%である。実用の研磨速度を維持する観点では溶媒の含有量が30質量%以下が好ましい。   The solvent having a dielectric constant lower than that of water is contained in the metal polishing liquid in an amount of 3 to 30% by mass, preferably from 5 to 30% by mass from the viewpoint of suppressing dissociation of the polymer in the polishing liquid and reducing friction during polishing. More preferably, it is 10-30 mass%, Most preferably, it is 15-30 mass%. From the viewpoint of maintaining a practical polishing rate, the solvent content is preferably 30% by mass or less.

研磨液におけるアニオン性高分子化合物の解離率は、より効率的に摩擦力を低減する点で95%以下であることが好ましく、90%以下であることがより好ましく、85%以下であることが特に好ましく、80%以下であることが極めて好ましい。   The dissociation rate of the anionic polymer compound in the polishing liquid is preferably 95% or less, more preferably 90% or less, and more preferably 85% or less in terms of more efficiently reducing the frictional force. Particularly preferred is 80% or less.

本発明になる金属用研磨液に用いる酸化金属溶解剤は水溶性のものが望ましく、マロン酸、クエン酸、リンゴ酸、グリコール酸、グルタミン酸、グリコン酸、シュウ酸、酒石酸、ピコリン酸、ニコチン酸、マンデル酸、硫酸、硝酸、燐酸、酢酸、塩酸、ギ酸、乳酸、フタル酸、フマル酸、マレイン酸及びアミノ酢酸、アミド硫酸及びその塩が銅、銅合金及び銅又は銅合金の酸化物から選ばれた少なくとも1種の金属層を含む積層膜に対して好適である。これらは保護膜形成剤とのバランスが得やすい点で好ましい。特に、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、リン酸、硫酸については実用的なCMP速度を維持しつつ、エッチング速度を効果的に抑制できるという点で好ましい。   The metal oxide solubilizer used in the metal polishing liquid according to the present invention is preferably water-soluble, malonic acid, citric acid, malic acid, glycolic acid, glutamic acid, glyconic acid, oxalic acid, tartaric acid, picolinic acid, nicotinic acid, Mandelic acid, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, acetic acid, hydrochloric acid, formic acid, lactic acid, phthalic acid, fumaric acid, maleic acid and aminoacetic acid, amidosulfuric acid and their salts are selected from copper, copper alloys and copper or copper alloy oxides Further, it is suitable for a laminated film including at least one metal layer. These are preferable in that a balance with the protective film forming agent is easily obtained. In particular, malic acid, tartaric acid, citric acid, phosphoric acid, and sulfuric acid are preferable in that the etching rate can be effectively suppressed while maintaining a practical CMP rate.

また、アンモニア、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(TMAH)等のアルカリ成分を使用することも出来る。これらは1種類単独で又は2種類以上組み合わせて使用できる。
また、これらの酸化金属溶解剤はpH調整剤として用いることも可能である。
Alkali components such as ammonia, potassium hydroxide, sodium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide (TMAH) can also be used. These can be used alone or in combination of two or more.
These metal oxide solubilizers can also be used as pH adjusters.

本発明において、金属の酸化剤としては、過酸化水素(H)、硝酸、過ヨウ素酸カリウム、過硫酸アンモニウム、次亜塩素酸、オゾン水等が挙げられ、その中でも過酸化水素が特に好ましい。これらは1種類単独で又は2種類以上混合して用いることができる。基体が集積回路用素子を含むシリコン基板である場合、アルカリ金属、アルカリ土類金属などによる汚染は望ましくないので、不揮発成分を含まない酸化剤が望ましい。但し、オゾン水は組成の時間変化が激しいので過酸化水素が最も適している。 In the present invention, examples of the metal oxidizing agent include hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), nitric acid, potassium periodate, ammonium persulfate, hypochlorous acid, ozone water, etc. Among them, hydrogen peroxide is particularly preferable. preferable. These can be used alone or in combination of two or more. When the substrate is a silicon substrate including an integrated circuit element, contamination with an alkali metal, an alkaline earth metal, or the like is not desirable. Therefore, an oxidizing agent that does not include a nonvolatile component is desirable. However, hydrogen peroxide is most suitable because ozone water has a severe compositional change over time.

本発明では研磨液に固体砥粒を添加することもできる。固体砥粒の種類はコロイダルシリカ又はコロイダルアルミナが好ましい。
固体砥粒の添加量は研磨液全重量に対して0.001質量%〜10質量%であることが好ましく、0.001質量%〜1.0質量%の範囲であることがより好ましい。この添加量が0.001質量%未満では物理的な削り取り作用が小さいためCMPによる研磨速度が小さく、10質量%を超えるとCMPによる研磨速度は飽和し、それ以上加えても増加は見られない。
In the present invention, solid abrasive grains can be added to the polishing liquid. The type of solid abrasive is preferably colloidal silica or colloidal alumina.
The addition amount of the solid abrasive is preferably 0.001% by mass to 10% by mass and more preferably 0.001% by mass to 1.0% by mass with respect to the total weight of the polishing liquid. If this addition amount is less than 0.001% by mass, the physical scraping action is small, so the polishing rate by CMP is small. If it exceeds 10% by mass, the polishing rate by CMP is saturated, and even if it is added more than that, no increase is observed. .

前記研磨粒子の一次粒径は、200nm以下であることが好ましく、5〜200nmであることがより好ましく、5〜150nmであることが特に好ましく、5〜100nmであることが極めて好ましい。この一次粒子径が200nmを超えると、平坦性が悪化する傾向がある。   The primary particle size of the abrasive particles is preferably 200 nm or less, more preferably 5 to 200 nm, particularly preferably 5 to 150 nm, and most preferably 5 to 100 nm. When the primary particle diameter exceeds 200 nm, the flatness tends to deteriorate.

前記研磨粒子が会合している場合、二次粒子径は、200nm以下であることが好ましく、10〜200nmであることがより好ましく、10〜150nmであることが特に好ましく、10〜100nmであることが極めて好ましい。この二次粒子径が200nmを超えると、平坦性が悪化する傾向がある。また、10nm未満の二次粒子径を選択する場合は、研磨粒子によるメカニカルな反応層除去能力が不十分となりCMP速度が低くなる可能性があるので注意が必要である。   When the abrasive particles are associated, the secondary particle diameter is preferably 200 nm or less, more preferably 10 to 200 nm, particularly preferably 10 to 150 nm, and 10 to 100 nm. Is very preferred. When the secondary particle diameter exceeds 200 nm, the flatness tends to deteriorate. Also, when selecting a secondary particle size of less than 10 nm, care must be taken because the mechanical reaction layer removal capability of the abrasive particles is insufficient and the CMP rate may be reduced.

本発明において、研磨粒子の一次粒径は、透過型電子顕微鏡(例えば(株)日立製作所製のS4700)を用いて測定することができる。
また、二次粒子は、光回折散乱式粒度分布計(例えば、COULTER Electronics社製の COULTER N4SD)を用いて測定することができる。
In the present invention, the primary particle size of the abrasive particles can be measured using a transmission electron microscope (for example, S4700 manufactured by Hitachi, Ltd.).
The secondary particles can be measured using a light diffraction / scattering particle size distribution analyzer (for example, COULTER N4SD manufactured by COULTER Electronics).

本発明の研磨方法は、被研磨面と研磨定盤の研磨布との間に上記の金属用研磨液を供給しながら、被研磨膜を有する基板を研磨布に押圧した状態で研磨定盤と基板を相対的に動かすことによって被研磨膜を研磨する研磨方法である。   The polishing method of the present invention includes a polishing platen in a state where a substrate having a film to be polished is pressed against the polishing cloth while supplying the metal polishing liquid between the surface to be polished and the polishing cloth of the polishing platen. This is a polishing method for polishing a film to be polished by relatively moving a substrate.

研磨する装置としては、例えば、回転数が変更可能なモータ等を取り付けてあり、研磨布(パッド)を貼り付け可能な定盤と、基板を保持するホルダーとを有する一般的な研磨装置が使用できる。研磨布としては、特に制限はないが、一般的な不織布、発泡ポリウレタン、多孔質フッ素樹脂等が使用できる。研磨条件には、特に制限はないが、基板が飛び出さないように定盤の回転速度を200min−1以下の低回転にすることが好ましい。 As a polishing apparatus, for example, a general polishing apparatus having a surface plate on which a motor capable of changing the number of rotations can be attached and a polishing cloth (pad) can be attached and a holder for holding a substrate is used. it can. Although there is no restriction | limiting in particular as abrasive cloth, A general nonwoven fabric, a polyurethane foam, a porous fluororesin, etc. can be used. The polishing conditions are not particularly limited, but it is preferable to set the rotation speed of the surface plate to a low rotation of 200 min −1 or less so that the substrate does not jump out.

被研磨膜を有する基板の研磨布への研磨圧力は4〜100kPaであることが好ましく、研磨速度のウェハ面内均一性及びパターンの平坦性の見地から6〜50kPaであることがより好ましい。研磨している間、研磨布には金属用研磨液をポンプ等で連続的に供給することが好ましい。この供給量に制限はないが、研磨布の表面が常に研磨液で覆われていることが好ましい。研磨終了後の基板は、流水中で良く洗浄後、スピンドライヤなど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ことが好ましい。   The polishing pressure of the substrate having the film to be polished onto the polishing cloth is preferably 4 to 100 kPa, and more preferably 6 to 50 kPa from the viewpoint of the uniformity of the polishing rate in the wafer surface and the flatness of the pattern. During polishing, it is preferable to continuously supply the metal polishing liquid to the polishing cloth with a pump or the like. Although there is no restriction | limiting in this supply amount, it is preferable that the surface of polishing cloth is always covered with polishing liquid. The substrate after polishing is preferably washed in running water and then dried after removing water droplets adhering to the semiconductor substrate using a spin dryer or the like.

表面が凹部及び凸部からなる層間絶縁膜、層間絶縁膜を表面に沿って被覆するバリア導体層、凹部を充填してバリア導体層を被覆する導電性物質層とを有する基板の、導電性物質層を研磨して前記凸部のバリア導体層を露出させる第1の研磨工程と、少なくともバリア導体層及び凹部の導電性物質層を研磨して凸部の層間絶縁膜を露出させる第2の研磨工程とを含む研磨工程のうち、少なくとも第1研磨工程で本発明の金属用研磨液が用いられるのが好ましい。   Conductive material of a substrate having an interlayer insulating film having a concave portion and a convex surface, a barrier conductor layer covering the interlayer insulating film along the surface, and a conductive material layer filling the concave portion and covering the barrier conductive layer A first polishing step for polishing the layer to expose the barrier conductor layer of the convex portion, and a second polishing for polishing at least the barrier conductor layer and the conductive material layer of the concave portion to expose the interlayer insulating film of the convex portion Among the polishing steps including the steps, it is preferable that the metal polishing slurry of the present invention is used at least in the first polishing step.

金属用研磨液の研磨対象である被研磨金属は、導電性物質又はバリア導体層であるのが好ましい。このとき導電性物質とバリア導体層との研磨速度比が、20以上:1であるのが好ましく、より好ましくは50以上:1である。   The metal to be polished, which is an object to be polished by the metal polishing liquid, is preferably a conductive substance or a barrier conductor layer. At this time, the polishing rate ratio between the conductive substance and the barrier conductor layer is preferably 20 or more and 1 and more preferably 50 or more and 1.

研磨される導電性物質は、銅、銅合金、銅の酸化物、銅合金の酸化物からなる群より選ばれる少なくとも1種であるのが好ましい。また、バリア導体層は、層間絶縁膜へ導電性物質が拡散するのを防ぐバリア層であって、タンタル、窒化タンタル、タンタル合金、その他のタンタル化合物、チタン、窒化チタン、チタン合金、その他のチタン化合物、タングステン、窒化タングステン、タングステン合金、その他のタングステン化合物から選ばれる少なくとも1種が挙げられる。   The conductive material to be polished is preferably at least one selected from the group consisting of copper, copper alloys, copper oxides, and copper alloy oxides. The barrier conductor layer is a barrier layer that prevents the conductive material from diffusing into the interlayer insulating film, and includes tantalum, tantalum nitride, tantalum alloy, other tantalum compounds, titanium, titanium nitride, titanium alloy, and other titanium. Examples thereof include at least one selected from a compound, tungsten, tungsten nitride, a tungsten alloy, and other tungsten compounds.

層間絶縁膜は、従来のSiOよりも素子間や配線間の寄生容量を低下させる絶縁膜であって、SiOF、Si−H含有SiOといった無機系被膜、カーボン含有SiO(SiOC)、メチル基含有SiOといった有機無機ハイブリッド膜又はフッ素樹脂系ポリマ、ポリイミド系ポリマ、ポリアリルエーテル系ポリマやパレリン系ポリマといった有機ポリマ膜から選ばれる少なくとも一種が挙げられる。一方で、これらの絶縁膜は従来のSiOよりも機械強度が劣る。これらをポーラス化させることで絶縁膜の誘電率をより低下させることが出来る。ただしそれに伴って機械的強度がさらに低下することが知られているので適宜選択することが好ましい(例えば、IEDM Tech. Digest誌、(1999年発行)、619〜622頁参照。)。 The interlayer insulating film is an insulating film that reduces the parasitic capacitance between elements and wirings as compared with conventional SiO 2 , and is an inorganic film such as SiOF, Si—H containing SiO 2 , carbon containing SiO 2 (SiOC), methyl Examples include at least one selected from organic-inorganic hybrid films such as group-containing SiO 2 or organic polymer films such as fluororesin-based polymers, polyimide-based polymers, polyallyl ether-based polymers, and parelin-based polymers. On the other hand, these insulating films are inferior in mechanical strength to conventional SiO 2 . By making these porous, the dielectric constant of the insulating film can be further reduced. However, since it is known that the mechanical strength further decreases with this, it is preferable to select appropriately (for example, see IEDM Tech. Digest, (1999), pages 619 to 622).

以下、実施例により本発明を説明する。本発明はこれらの実施例に制限するものではない。
(金属用研磨液作製方法)
実施例1〜9、12及び比較例1、3で用いる金属用研磨液は、研磨液重量に対して、保護膜形成剤のうち含窒素環状化合物としてベンゾトリアゾール0.6質量%、ポリカルボン酸としてポリアクリル酸0.3質量%、酸化剤として過酸化水素水(試薬特級、30%水溶液)30質量%、表1に示す酸化金属溶解剤を計0.3質量%、表1に示す溶媒を0〜32質量%、残部に純水を含有して調製した。なお、研磨液のpHは、アンモニアの添加量によって調整した。
Hereinafter, the present invention will be described by way of examples. The present invention is not limited to these examples.
(Metal polishing liquid preparation method)
The metal polishing liquids used in Examples 1 to 9, 12 and Comparative Examples 1 and 3 were benzotriazole 0.6% by mass as a nitrogen-containing cyclic compound in the protective film forming agent, polycarboxylic acid, based on the weight of the polishing liquid. As a oxidant, 0.3% by mass of polyacrylic acid, 30% by mass of hydrogen peroxide (special grade, 30% aqueous solution) as an oxidant, 0.3% by mass of a metal oxide solubilizer shown in Table 1, a solvent shown in Table 1 Was prepared by containing 0 to 32 mass% of pure water in the balance. The pH of the polishing liquid was adjusted by the amount of ammonia added.

これらの金属用研磨液を用いて下記の研磨条件で被研磨基板の研磨を行った。
また、これらの金属用研磨液に被研磨金属片を含浸させ、金属表面に生成した反応層をFT−IR測定してアニオン性高分子化合物のアニオン性基の解離度を評価した。
Using these metal polishing liquids, the substrate to be polished was polished under the following polishing conditions.
Moreover, these metal polishing liquids were impregnated with metal pieces to be polished, and the reaction layer formed on the metal surface was subjected to FT-IR measurement to evaluate the degree of dissociation of anionic groups of the anionic polymer compound.

実施例10〜11及び比較例2で用いる金属用研磨液は、研磨液重量に対して、金属防食剤のうち含窒素環状化合物としてベンゾトリアゾール0.3質量%、ポリカルボン酸としてポリアクリル酸0.4質量%、メジアン径が60nmのコロイダルシリカ砥粒0.8質量%及び酸化金属溶解剤としてリンゴ酸とアンモニアを計0.3質量%、過酸化水素水(試薬特級、30%水溶液)20質量%、表1に示す溶媒を0〜20質量%、残部純水を含有して調製した。なお、研磨液のpHは、アンモニアの添加量で調整した。
これらの金属用研磨液を用いて下記の研磨条件で被研磨基板の研磨を行った。
The metal polishing liquid used in Examples 10 to 11 and Comparative Example 2 was 0.3 mass% of benzotriazole as a nitrogen-containing cyclic compound and 0% of polyacrylic acid as a polycarboxylic acid, based on the weight of the polishing liquid. 4% by mass, 0.8% by mass of colloidal silica abrasive grains having a median diameter of 60 nm, and 0.3% by mass of malic acid and ammonia as metal oxide solubilizers, hydrogen peroxide (special grade, 30% aqueous solution) 20 The solvent shown in Table 1 was prepared containing 0 to 20% by mass of the solvent shown in Table 1 and the remaining pure water. The pH of the polishing liquid was adjusted with the amount of ammonia added.
Using these metal polishing liquids, the substrate to be polished was polished under the following polishing conditions.

Figure 2008112969
表中、イソプレングリコール及び3−メチル−3−メトキシグリコール以外の添加溶媒の誘電率は文献値を使用し、イソプレングリコール及び3−メチル−3−メトキシグリコールの誘電率は以下の測定条件にて測定を行った。
測定器 :アジレントテクノロジー社製 E4980A LCRメータ
電 極 :アジレントテクノロジー社製 16452A 液体用フィクスチャー
測定電圧 :AC 1V
測定周波数:100kHz
Figure 2008112969
In the table, literature values are used for the dielectric constants of added solvents other than isoprene glycol and 3-methyl-3-methoxyglycol, and the dielectric constants of isoprene glycol and 3-methyl-3-methoxyglycol are measured under the following measurement conditions. Went.
Measuring instrument: E4980A LCR meter manufactured by Agilent Technologies
Electrode: 1645A liquid fixture manufactured by Agilent Technologies
Measurement voltage: AC 1V
Measurement frequency: 100 kHz

(液状特性評価)
測定温度:25±5℃
pH:電気化学計器社製型番PHL−40で測定した。
(CMP研磨条件)
研磨装置:Mirra(APPLIED MATERIALS社製)
研磨液流量:200mL/分
基体:厚さ1μmの銅膜を形成したシリコン基板
研磨パッド:独立気泡を持つ発泡ポリウレタン樹脂(ロデール社製型番IC1000)
研磨圧力:13.7kPa
基体と研磨定盤との相対速度:80m/分
(Liquid property evaluation)
Measurement temperature: 25 ± 5 ° C
pH: Measured with Model No. PHL-40 manufactured by Electrochemical Instruments.
(CMP polishing conditions)
Polishing device: Mirra (Applied Materials)
Polishing fluid flow rate: 200 mL / min Substrate: Silicon substrate polishing pad with a 1 μm-thick copper film: Foam polyurethane resin with closed cells (model number IC1000 manufactured by Rodel)
Polishing pressure: 13.7 kPa
Relative speed between substrate and polishing surface plate: 80 m / min

(CMP後洗浄)
CMP処理後は、PVAブラシ、超音波水による洗浄を行った後、スピンドライヤにて乾燥を行った。
(研磨品評価項目)
CMP速度:各膜のCMP前後での膜厚差を電気抵抗値から換算して求めた。
研磨摩擦力:Mirraの研磨定盤を駆動させるモータの動作電流値をアナログ信号(電圧(V))に出力してキーエンス社製型番NR−250で読み取り、この値の平均値を摩擦力として相対的に比較した。
(Cleaning after CMP)
After the CMP treatment, the substrate was washed with a PVA brush and ultrasonic water and then dried with a spin dryer.
(Abrasive product evaluation items)
CMP rate: The film thickness difference of each film before and after CMP was calculated from the electrical resistance value.
Grinding friction force: The motor operating current value for driving the Mirra polishing platen is output as an analog signal (voltage (V)) and read with a model number NR-250 manufactured by Keyence Corporation. Compared.

CMP後の基板の目視、光学顕微鏡観察及び電子顕微鏡観察により研磨傷発生の有無を確認した。その結果、すべての実施例及び比較例において顕著な研磨傷の発生は認められなかった。   The presence or absence of polishing scratches was confirmed by visual inspection of the substrate after CMP, optical microscope observation, and electron microscope observation. As a result, no significant polishing scratches were observed in all examples and comparative examples.

(ポリカルボン酸のカルボン酸解離度評価)
測定温度:25±5℃
測定方法:50mLの上記金属用研磨液に被研磨金属片(2×5cm)を30秒含浸させ、水で5秒リンスした後に金属表面反応層のFT−IRをBio−Rad社製型番FTS135で測定した。1600cm−1にピークを持つ解離カルボキシル基のピーク面積と、1700cm−1にピークを持つ未解離のカルボキシル基のピーク面積を比較してカルボン酸の解離度評価を行った。
(Evaluation of the degree of carboxylic acid dissociation of polycarboxylic acid)
Measurement temperature: 25 ± 5 ° C
Measurement method: 50 mL of the above metal polishing liquid was impregnated with a metal piece (2 × 5 cm) to be polished for 30 seconds, rinsed with water for 5 seconds, and then subjected to FT-IR of the metal surface reaction layer using model number FTS135 manufactured by Bio-Rad. It was measured. And the peak area of dissociated carboxyl groups having a peak at 1600 cm -1, dissociation evaluation of carboxylic acids by comparing the peak area of undissociated carboxyl groups with a peak at 1700 cm -1 was performed.

実施例1〜12及び比較例1〜3におけるCu研磨速度、研磨時の摩擦力の評価結果とポリカルボン酸のカルボン酸解離度を表2に示す。   Table 2 shows the Cu polishing rate in Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 3, the evaluation results of the frictional force during polishing, and the degree of carboxylic acid dissociation of the polycarboxylic acid.

Figure 2008112969
Figure 2008112969

以下、表2に示す結果について詳しく説明する。
実施例1は、比較例1と同一の酸化金属溶解剤を添加しているが、さらにイソプロピルアルコールを8質量%添加したものである。酸化金属溶解剤は主にリン酸である。実施例1は、比較例1とほぼ同等のカルボン酸解離率を示すが研磨時の摩擦力は0.50と若干低減する。一方Cu研磨速度は250nm/分を示し、比較例1と大きく変化しない。
Hereinafter, the results shown in Table 2 will be described in detail.
In Example 1, the same metal oxide solubilizer as in Comparative Example 1 was added, but 8% by mass of isopropyl alcohol was further added. The metal oxide solubilizer is mainly phosphoric acid. Example 1 shows almost the same carboxylic acid dissociation rate as Comparative Example 1, but the frictional force during polishing is slightly reduced to 0.50. On the other hand, the Cu polishing rate is 250 nm / min, which is not significantly different from Comparative Example 1.

実施例2は、比較例1と同一の酸化金属溶解剤を添加しているが、さらにイソプロピルアルコールを16質量%添加したものである。酸化金属溶解剤は主にリン酸である。実施例2は、カルボン酸解離率が90%と比較例1と違いアニオン基の解離が抑制されており、研磨時の摩擦力も0.45と低減している。一方Cu研磨速度は300nm/分を示し、比較例1と同等の研磨速度を有する。   In Example 2, the same metal oxide solubilizer as in Comparative Example 1 was added, but 16% by mass of isopropyl alcohol was further added. The metal oxide solubilizer is mainly phosphoric acid. In Example 2, the dissociation rate of the carboxylic acid was 90%, unlike Comparative Example 1, and the dissociation of the anion group was suppressed, and the frictional force during polishing was also reduced to 0.45. On the other hand, the Cu polishing rate is 300 nm / min and has a polishing rate equivalent to that of Comparative Example 1.

実施例3は、比較例1と同一の酸化金属溶解剤を添加しているが、さらにイソプロピルアルコールを24質量%添加したものである。酸化金属溶解剤は主にリン酸である。実施例3は、カルボン酸解離率が60%と実施例2よりアニオン基の解離が抑制されており、研磨時の摩擦力も0.43と低減している。一方Cu研磨速度は320nm/分を示し、比較例1と同等の研磨速度を有する。   In Example 3, the same metal oxide solubilizer as in Comparative Example 1 was added, but 24 mass% of isopropyl alcohol was further added. The metal oxide solubilizer is mainly phosphoric acid. In Example 3, the dissociation rate of the carboxylic acid is 60%, and the dissociation of the anion group is suppressed from that of Example 2, and the frictional force during polishing is also reduced to 0.43. On the other hand, the Cu polishing rate is 320 nm / min and has a polishing rate equivalent to that of Comparative Example 1.

実施例4は、比較例1と同一の酸化金属溶解剤を添加しているが、さらにイソプロピルアルコールを32質量%添加したものである。酸化金属溶解剤は主にリン酸である。実施例4は、研磨時の摩擦力が比較例1よりカルボン酸解離率が40%と実施例3よりアニオン基の解離が抑制されており、研磨時の摩擦力も0.41と低減している。一方Cu研磨速度は360nm/分を示し、比較例1と同等の研磨速度を有する。   In Example 4, the same metal oxide solubilizer as in Comparative Example 1 was added, but 32% by mass of isopropyl alcohol was further added. The metal oxide solubilizer is mainly phosphoric acid. In Example 4, the frictional force at the time of polishing was 40% of the carboxylic acid dissociation rate compared to Comparative Example 1, and the dissociation of the anionic group was suppressed from that of Example 3, and the frictional force at the time of polishing was also reduced to 0.41. . On the other hand, the Cu polishing rate is 360 nm / min, which is equivalent to that of Comparative Example 1.

実施例5は、比較例1と同一の酸化金属溶解剤を添加しているが、さらにメタノールを20質量%添加したものである。酸化金属溶解剤は主にリン酸である。実施例5は、研磨時の摩擦力は0.46と比較例1より低い値を示す一方、研磨速度は280nm/分と、比較例1と同等の研磨速度を示すことが分かる。   In Example 5, the same metal oxide solubilizer as in Comparative Example 1 was added, but 20% by mass of methanol was further added. The metal oxide solubilizer is mainly phosphoric acid. Example 5 shows that the frictional force during polishing is 0.46, which is lower than that of Comparative Example 1, while the polishing rate is 280 nm / min, which is equivalent to that of Comparative Example 1.

実施例6は、比較例1と同一の酸化金属溶解剤を添加しているが、さらにエタノールを20質量%添加したものである。酸化金属溶解剤は主にリン酸である。実施例6は、研磨時の摩擦力は0.42と比較例1より低い値を示す一方、研磨速度は290nm/分と、比較例1と同等のCu研磨速度を示すことが分かる。   In Example 6, the same metal oxide solubilizer as in Comparative Example 1 was added, but 20% by mass of ethanol was further added. The metal oxide solubilizer is mainly phosphoric acid. Example 6 shows that the frictional force during polishing is 0.42, which is lower than that of Comparative Example 1, while the polishing rate is 290 nm / min, indicating a Cu polishing rate equivalent to that of Comparative Example 1.

実施例7は、比較例1と同一の酸化金属溶解剤を添加しているが、さらにイソプレングリコールを20質量%添加したものである。酸化金属溶解剤は主にリン酸である。実施例7は、研磨時の摩擦力は0.38と比較例1より低い値を示す一方、研磨速度は250nm/分と、比較例1と同等のCu研磨速度を示すことが分かる。   In Example 7, the same metal oxide solubilizer as in Comparative Example 1 was added, but 20% by mass of isoprene glycol was further added. The metal oxide solubilizer is mainly phosphoric acid. Example 7 shows that the frictional force during polishing is 0.38, which is lower than that of Comparative Example 1, while the polishing rate is 250 nm / min, indicating a Cu polishing rate equivalent to that of Comparative Example 1.

実施例8は、比較例1と同一の酸化金属溶解剤を添加しているが、さらに3−メチル3−メトキシグリコールを20質量%添加したものである。酸化金属溶解剤は主にリン酸である。実施例8は、研磨時の摩擦力は0.37と比較例1より低い値を示す一方、研磨速度は290nm/分と、比較例1と同等のCu研磨速度を示すことが分かる。
実施例9は、比較例1と同一の酸化金属溶解剤を添加しているが、さらに1,4−ジオキサンを20質量%添加したものである。酸化金属溶解剤は主にリン酸である。実施例9は、研磨時の摩擦力は0.36と比較例1より低い値を示す一方、研磨速度は271nm/分と、比較例1と同等のCu研磨速度を示すことが分かる。
In Example 8, the same metal oxide solubilizer as in Comparative Example 1 was added, but 20% by mass of 3-methyl 3-methoxyglycol was further added. The metal oxide solubilizer is mainly phosphoric acid. Example 8 shows that the frictional force during polishing is 0.37, which is lower than that of Comparative Example 1, while the polishing rate is 290 nm / min, indicating a Cu polishing rate equivalent to that of Comparative Example 1.
In Example 9, the same metal oxide solubilizer as in Comparative Example 1 was added, but 20 mass% of 1,4-dioxane was further added. The metal oxide solubilizer is mainly phosphoric acid. Example 9 shows that the frictional force during polishing is 0.36, which is lower than that of Comparative Example 1, while the polishing rate is 271 nm / min, indicating a Cu polishing rate equivalent to Comparative Example 1.

実施例10は、比較例2と同一の酸化金属溶解剤を添加しているが、さらにイソプロピルアルコールを10質量%添加したものである。酸化金属溶解剤は主にリンゴ酸である。実施例10は、研磨時の摩擦力が0.56と比較例2よりわずかに低い値を示す一方、研磨速度は同等の結果を示すことが分かる。   In Example 10, the same metal oxide solubilizer as in Comparative Example 2 was added, but 10% by mass of isopropyl alcohol was further added. The metal oxide solubilizer is mainly malic acid. Example 10 shows that the frictional force during polishing is 0.56, which is slightly lower than that of Comparative Example 2, while the polishing rate shows the same result.

実施例11は、比較例2と同一の酸化金属溶解剤を添加しているが、さらにイソプロピルアルコールを20質量%添加したものである。酸化金属溶解剤は主にリンゴ酸である。実施例11は、研磨時の摩擦力が0.56と比較例2よりわずかに低い値を示す一方、研磨速度もわずかに低い結果を示す。   In Example 11, the same metal oxide solubilizer as in Comparative Example 2 was added, but 20% by mass of isopropyl alcohol was further added. The metal oxide solubilizer is mainly malic acid. In Example 11, the frictional force during polishing was 0.56, which was slightly lower than that of Comparative Example 2, while the polishing rate was slightly lower.

実施例12は、比較例3と同一の酸化金属溶解剤を添加しているが、さらにイソプロピルアルコールを20質量%添加したものである。酸化金属溶解剤は主に硫酸である。実施例12は、研磨時の摩擦力が0.44と比較例3よりわずかに低い値を示す一方、研磨速度は310nm/分と比較例3と同等の結果を示した。   In Example 12, the same metal oxide solubilizer as in Comparative Example 3 was added, but 20% by mass of isopropyl alcohol was further added. The metal oxide solubilizer is mainly sulfuric acid. In Example 12, the frictional force at the time of polishing was 0.44, which was slightly lower than that of Comparative Example 3, while the polishing rate was 310 nm / min, which was the same as that of Comparative Example 3.

図1に、実施例1〜4および比較例1の金属用研磨液(酸化金属溶解剤が主にリン酸であり、酸化剤が過酸化水素、保護膜形成剤がベンゾトリアゾール、アニオン性高分子化合物がポリカルボン酸である金属用研磨液)の、イソプロピルアルコール添加率とポリカルボン酸のカルボン酸解離率の関係をプロットしたグラフを示す。   FIG. 1 shows polishing liquids for metals of Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 (the metal oxide dissolving agent is mainly phosphoric acid, the oxidizing agent is hydrogen peroxide, the protective film forming agent is benzotriazole, an anionic polymer) The graph which plotted the relationship of the isopropyl alcohol addition rate and the carboxylic acid dissociation rate of polycarboxylic acid of the metal polishing liquid whose compound is polycarboxylic acid is shown.

本発明の実施例1〜4および比較例1におけるイソプロピルアルコール添加率とポリカルボン酸のカルボン酸解離率の関係をプロットしたグラフである。It is the graph which plotted the relationship between the isopropyl alcohol addition rate in Examples 1-4 of this invention, and the carboxylic acid dissociation rate of polycarboxylic acid in the comparative example 1. FIG.

Claims (22)

水、酸化剤、酸化金属溶解剤、保護膜形成剤及び水より誘電率が低い溶媒を含む金属用研磨液であって、前記水より誘電率が低い溶媒が金属用研磨液中に3〜30質量%含有される金属用研磨液。   A metal polishing liquid comprising water, an oxidizing agent, a metal oxide solubilizer, a protective film forming agent, and a solvent having a lower dielectric constant than water, wherein the solvent having a lower dielectric constant than water is 3 to 30 in the metal polishing liquid. Polishing liquid for metals contained by mass%. 金属用研磨液のpHが、2以上4以下である請求項1記載の金属用研磨液。   The metal polishing liquid according to claim 1, wherein the pH of the metal polishing liquid is 2 or more and 4 or less. 保護膜形成剤が、含窒素化合物と、重量平均分子量が500以上のアニオン性高分子化合物とのそれぞれ少なくとも1種を用いる請求項1又は2記載の金属用研磨液。   The metal polishing slurry according to claim 1 or 2, wherein the protective film forming agent uses at least one of a nitrogen-containing compound and an anionic polymer compound having a weight average molecular weight of 500 or more. アニオン性高分子化合物のアニオン性基が、スルホン酸基、カルボン酸基、リン酸基、フェノール性水酸基の少なくとも1種であるアニオン性高分子化合物及びその塩から選ばれる少なくとも1種を含有する請求項3記載の金属用研磨液。   Claim wherein the anionic group of the anionic polymer compound contains at least one selected from an anionic polymer compound and a salt thereof which is at least one of a sulfonic acid group, a carboxylic acid group, a phosphoric acid group and a phenolic hydroxyl group. Item 4. The metal polishing slurry according to Item 3. 前記溶媒が、アルコール、グリコール、エーテル、ラクトン、カーボネート、エステル、ケトン、アミド、アルデヒドから選ばれる、少なくとも1種である請求項1〜4のいずれかに記載の金属用研磨液。   The metal polishing slurry according to any one of claims 1 to 4, wherein the solvent is at least one selected from alcohol, glycol, ether, lactone, carbonate, ester, ketone, amide, and aldehyde. 酸化金属溶解剤が、無機酸、有機酸、アミノ酢酸、アミド硫酸から選ばれる少なくとも1種の酸またはその塩である請求項1〜5のいずれかに記載の金属用研磨液。   The metal polishing slurry according to any one of claims 1 to 5, wherein the metal oxide solubilizer is at least one acid selected from inorganic acids, organic acids, aminoacetic acid, and amidosulfuric acid or a salt thereof. 酸化剤が、過酸化水素、過硫酸アンモニウム、硝酸、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種である請求項1〜6のいずれかに記載の金属用研磨液。   The metal polishing slurry according to any one of claims 1 to 6, wherein the oxidizing agent is at least one selected from hydrogen peroxide, ammonium persulfate, nitric acid, potassium periodate, hypochlorous acid, and ozone water. さらに研磨粒子を含む請求項1〜7のいずれかに記載の金属用研磨液。   The metal polishing slurry according to any one of claims 1 to 7, further comprising abrasive particles. 研磨粒子が、シリカ、アルミナ、セリア、チタニア、ジルコニア、ゲルマニアから選ばれる少なくとも1種である請求項8記載の金属用研磨液。   The metal polishing slurry according to claim 8, wherein the abrasive particles are at least one selected from silica, alumina, ceria, titania, zirconia, and germania. 研磨される金属が、導電性物質又はバリア導体層である請求項1〜9のいずれかに記載の金属用研磨液。   The metal polishing liquid according to any one of claims 1 to 9, wherein the metal to be polished is a conductive substance or a barrier conductor layer. 導電性物質とバリア導体層との研磨速度比が、20以上:1である請求項10記載の金属用研磨液。   The metal polishing slurry according to claim 10, wherein the polishing rate ratio between the conductive material and the barrier conductor layer is 20 or more: 1. 表面が凹部及び凸部からなる層間絶縁膜、層間絶縁膜を表面に沿って被覆するバリア導体層、凹部を充填してバリア導体層を被覆する導電性物質層とを有する基板の、導電性物質層を研磨して前記凸部のバリア導体層を露出させる第1の研磨工程と、少なくともバリア導体層及び凹部の導電性物質層を研磨して凸部の層間絶縁膜を露出させる第2の研磨工程とを含む研磨工程のうち、少なくとも第1研磨工程で用いられる請求項1〜11のいずれかに記載の金属用研磨液。   Conductive material of a substrate having an interlayer insulating film having a concave portion and a convex surface, a barrier conductor layer covering the interlayer insulating film along the surface, and a conductive material layer filling the concave portion and covering the barrier conductive layer A first polishing step for polishing the layer to expose the barrier conductor layer of the convex portion, and a second polishing for polishing at least the barrier conductor layer and the conductive material layer of the concave portion to expose the interlayer insulating film of the convex portion The metal-polishing liquid according to claim 1, wherein the metal-polishing liquid is used in at least the first polishing step among the polishing steps including the steps. 研磨される導電性物質が、銅、銅合金、銅の酸化物、銅合金の酸化物からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む研磨工程で用いられる請求項10〜12のいずれか記載の金属用研磨液。   The metal according to any one of claims 10 to 12, wherein the conductive material to be polished is used in a polishing step including at least one selected from the group consisting of copper, copper alloy, copper oxide, and copper alloy oxide. Polishing liquid. バリア導体層が、層間絶縁膜へ導電性物質が拡散するのを防ぐバリア層であって、タンタル、窒化タンタル、タンタル合金、その他のタンタル化合物、チタン、窒化チタン、チタン合金、その他のチタン化合物、タングステン、窒化タングステン、タングステン合金、その他のタングステン化合物から選ばれる少なくとも1種を含む研磨工程で用いられる請求項10〜13のいずれかに記載の金属用研磨液。   The barrier conductor layer is a barrier layer that prevents the conductive material from diffusing into the interlayer insulating film. Tantalum, tantalum nitride, tantalum alloy, other tantalum compounds, titanium, titanium nitride, titanium alloys, other titanium compounds, The metal-polishing liquid according to any one of claims 10 to 13, which is used in a polishing step containing at least one selected from tungsten, tungsten nitride, a tungsten alloy, and other tungsten compounds. 層間絶縁膜が、シリコン系被膜又は有機ポリマ膜である研磨工程で用いられる請求項12〜14のいずれかに記載の金属用研磨液。   The metal polishing slurry according to any one of claims 12 to 14, which is used in a polishing step in which the interlayer insulating film is a silicon-based film or an organic polymer film. 被研磨面を有する基板を研磨定盤の研磨布上に押圧した状態で被研磨面と研磨布との間に請求項1〜15のいずれかに記載の金属用研磨液を供給しながら研磨布と基板とを相対的に動かして被研磨面を研磨することを特徴とする研磨方法。   A polishing cloth while supplying the metal-polishing liquid according to claim 1 between the surface to be polished and the polishing cloth in a state where the substrate having the surface to be polished is pressed onto the polishing cloth of the polishing surface plate. A polishing method characterized in that the surface to be polished is polished by relatively moving the substrate and the substrate. 研磨される金属が、導電性物質又はバリア導体層である請求項16に記載の研磨方法。   The polishing method according to claim 16, wherein the metal to be polished is a conductive substance or a barrier conductor layer. 表面が凹部及び凸部からなる層間絶縁膜、層間絶縁膜を表面に沿って被覆するバリア導体層、凹部を充填してバリア導体層を被覆する導電性物質層とを有する基板の、導電性物質層を研磨して前記凸部のバリア導体層を露出させる第1の研磨工程と、少なくともバリア導体層及び凹部の導電性物質層を研磨して凸部の層間絶縁膜を露出させる第2の研磨工程とを含む研磨工程のうち、少なくとも第1研磨工程で請求項1〜15のいずれかに記載の金属用研磨液を用いる研磨方法。   Conductive material of a substrate having an interlayer insulating film having a concave portion and a convex surface, a barrier conductor layer covering the interlayer insulating film along the surface, and a conductive material layer filling the concave portion and covering the barrier conductive layer A first polishing step for polishing the layer to expose the barrier conductor layer of the convex portion, and a second polishing for polishing at least the barrier conductor layer and the conductive material layer of the concave portion to expose the interlayer insulating film of the convex portion A polishing method using the metal polishing slurry according to any one of claims 1 to 15 in at least a first polishing step among polishing steps including a step. 導電性物質とバリア導体層との研磨速度比が、20以上:1である請求項17または18記載の研磨方法。   The polishing method according to claim 17 or 18, wherein a polishing rate ratio between the conductive material and the barrier conductor layer is 20 or more: 1. 研磨される導電性物質が、銅、銅合金、銅の酸化物、銅合金の酸化物からなる群より選ばれる少なくとも1種を含む請求項17〜19のいずれか記載の研磨方法。   The polishing method according to claim 17, wherein the conductive substance to be polished contains at least one selected from the group consisting of copper, copper alloys, copper oxides, and copper alloy oxides. バリア導体層が、層間絶縁膜へ導電性物質が拡散するのを防ぐバリア層であって、タンタル、窒化タンタル、タンタル合金、その他のタンタル化合物、チタン、窒化チタン、チタン合金、その他のチタン化合物、タングステン、窒化タングステン、タングステン合金、その他のタングステン化合物から選ばれる少なくとも1種を含む請求項18〜20のいずれかに記載の研磨方法。   The barrier conductor layer is a barrier layer that prevents the conductive material from diffusing into the interlayer insulating film. Tantalum, tantalum nitride, tantalum alloy, other tantalum compounds, titanium, titanium nitride, titanium alloys, other titanium compounds, The polishing method according to any one of claims 18 to 20, comprising at least one selected from tungsten, tungsten nitride, a tungsten alloy, and other tungsten compounds. 層間絶縁膜が、シリコン系被膜又は有機ポリマ膜である請求項18〜21のいずれかに記載の研磨方法。   The polishing method according to any one of claims 18 to 21, wherein the interlayer insulating film is a silicon-based film or an organic polymer film.
JP2007210146A 2006-10-05 2007-08-10 Polishing liquid, and polishing method using the polishing liquid Pending JP2008112969A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007210146A JP2008112969A (en) 2006-10-05 2007-08-10 Polishing liquid, and polishing method using the polishing liquid

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006273939 2006-10-05
JP2007210146A JP2008112969A (en) 2006-10-05 2007-08-10 Polishing liquid, and polishing method using the polishing liquid

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008112969A true JP2008112969A (en) 2008-05-15

Family

ID=39445304

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007210146A Pending JP2008112969A (en) 2006-10-05 2007-08-10 Polishing liquid, and polishing method using the polishing liquid

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008112969A (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010080864A (en) * 2008-09-29 2010-04-08 Fujifilm Corp Polishing liquid
JP2010099757A (en) * 2008-10-21 2010-05-06 Kao Corp Polishing liquid composition
JP2010135472A (en) * 2008-12-03 2010-06-17 Fujifilm Corp Polishing composition and polishing method
JP2012186198A (en) * 2011-03-03 2012-09-27 Hitachi Chem Co Ltd Slurry for cmp polishing liquid, cmp polishing liquid and polishing method
JP2013042123A (en) * 2011-07-20 2013-02-28 Hitachi Chemical Co Ltd Abrasive and method for polishing substrate
WO2014024930A1 (en) * 2012-08-10 2014-02-13 株式会社 フジミインコーポレーテッド Polishing composition, method for producing said polishing composition, and method for producing semiconductor substrate using said polishing composition
JP2014082510A (en) * 2006-10-11 2014-05-08 Hitachi Chemical Co Ltd Polishing fluid for metal and manufacturing method thereof, and method of polishing film to be polished using polishing fluid for metal

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014082510A (en) * 2006-10-11 2014-05-08 Hitachi Chemical Co Ltd Polishing fluid for metal and manufacturing method thereof, and method of polishing film to be polished using polishing fluid for metal
JP2010080864A (en) * 2008-09-29 2010-04-08 Fujifilm Corp Polishing liquid
JP2010099757A (en) * 2008-10-21 2010-05-06 Kao Corp Polishing liquid composition
JP2010135472A (en) * 2008-12-03 2010-06-17 Fujifilm Corp Polishing composition and polishing method
JP2012186198A (en) * 2011-03-03 2012-09-27 Hitachi Chem Co Ltd Slurry for cmp polishing liquid, cmp polishing liquid and polishing method
JP2013042123A (en) * 2011-07-20 2013-02-28 Hitachi Chemical Co Ltd Abrasive and method for polishing substrate
WO2014024930A1 (en) * 2012-08-10 2014-02-13 株式会社 フジミインコーポレーテッド Polishing composition, method for producing said polishing composition, and method for producing semiconductor substrate using said polishing composition
JP2014036206A (en) * 2012-08-10 2014-02-24 Fujimi Inc Polishing composition, polishing composition manufacturing method and semiconductor substrate manufacturing method using polishing composition

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100720985B1 (en) Polishing fluid and polishing method
JP5620673B2 (en) Chemical mechanical polishing composition and method related thereto
JP5760317B2 (en) CMP polishing liquid and polishing method using this CMP polishing liquid
WO2007077886A1 (en) Metal polishing liquid and method for polishing film to be polished
JP5640977B2 (en) CMP polishing liquid for polishing palladium and polishing method
JP2011082537A (en) Polishing medium for chemical mechanical polishing
JP2008199036A (en) Polishing solution and polishing method
JP2012231170A (en) Polishing liquid for metal and polishing method
JP2008112969A (en) Polishing liquid, and polishing method using the polishing liquid
JP2014007415A (en) Polishing solution for cmp
WO2009119485A1 (en) Metal polishing liquid and polishing method using the polishing liquid
JP5585220B2 (en) CMP polishing liquid and polishing method using this CMP polishing liquid
JP2005064285A (en) Polishing solution and polishing method for cmp
WO2008004534A1 (en) Polishing liquid for cmp
JP5369597B2 (en) CMP polishing liquid and polishing method
JP5433936B2 (en) Polishing liquid for metal, manufacturing method thereof, and polishing method of film to be polished using metal polishing liquid
JP2008113015A (en) Polishing slurry and polishing method
JP5277640B2 (en) Polishing liquid and polishing method for CMP
JP2006128552A (en) Polishing liquid for cmp and polishing method
JP5725145B2 (en) Polishing liquid for metal, manufacturing method thereof, and polishing method of film to be polished using metal polishing liquid
JP6236990B2 (en) Polishing liquid for metal and polishing method
JP4684121B2 (en) Chemical mechanical polishing abrasive and substrate polishing method
KR100772929B1 (en) CMP slurry composition for copper damascene process
JP2006066851A (en) Chemical machine polishing composition
JP2008118099A (en) Polishing fluid for metal, and method of polishing film to be polished using the polishing fluid

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100723

A072 Dismissal of procedure

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A073

Effective date: 20111201