JP2009206151A - Polishing composition - Google Patents

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Hideyuki Sato
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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polishing composition for polishing a tungsten film and an insulation film at a high selective rate while scarcely causing erosion. <P>SOLUTION: The polishing composition contains colloidal silicon dioxide having average primary particle size of 7-40 nm, malonic acid, hydroxide, iron nitrate and water. The malonic acid is added in the content of 10-100 g/L and the hydroxide is used for pH control. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体、フォトマスク、各種メモリーハードディスク用基盤および合成樹脂等各種工業製品またはその部材の研磨に使用される研磨用組成物に関し、特に半導体産業等におけるデバイスウェーハの表面平坦化加工に好適な研磨用組成物に関するものである。
さらに詳しくは、本発明は、半導体製造工程中のタングステンプラグ形成工程およびタングステン配線形成工程の研磨において用いられるのに適当な研磨用組成物に関するものである。
The present invention relates to a polishing composition used for polishing various industrial products such as semiconductors, photomasks, various memory hard disk substrates and synthetic resins or members thereof, and is particularly suitable for surface planarization processing of device wafers in the semiconductor industry and the like. The present invention relates to a polishing composition.
More particularly, the present invention relates to a polishing composition suitable for use in polishing of a tungsten plug forming step and a tungsten wiring forming step during a semiconductor manufacturing process.

近年のコンピューターを始めとする所謂ハイテク製品の進歩は目覚ましく、これに使用される部品、例えばULSI、は年々高集積化・高速化の一途をたどっている。これに伴い、半導体装置のデザインルールは年々微細化が進み、デバイス製造プロセスでの焦点深度は浅くなり、パターン形成面に要求される平坦性は厳しくなってきている。   In recent years, so-called high-tech products such as computers have made remarkable progress, and components used therein, such as ULSI, are steadily increasing in integration and speed. Accordingly, the design rules of semiconductor devices are becoming finer year by year, the depth of focus in the device manufacturing process is shallower, and the flatness required for the pattern formation surface is becoming stricter.

また、配線の微細化による配線抵抗の増大に対処するため、デバイスの多層化による配線長の短縮が行われているが、形成されたパターン表面の段差が多層化の障害として問題化してきている。   In addition, in order to cope with an increase in wiring resistance due to miniaturization of wiring, the wiring length is shortened by multilayering of devices, but a step on the formed pattern surface has become a problem as an obstacle to multilayering. .

このような微細化および多層化を行うに当たっては、そのプロセス中で段差を取り除くための所望表面の平坦化を行うことが必要であり、この手法として、これまではスピンオングラス、レジストエッチバックおよびその他の平坦化法が用いられていた。   In order to perform such miniaturization and multilayering, it is necessary to flatten the desired surface in order to remove the step in the process, and so far, spin-on glass, resist etchback and other methods have been used. The flattening method was used.

しかし、これらの手法では、部分的な平坦化は可能であるが、次世代のデバイスに要求されるグローバルプレナリゼーション(完全平坦化)を達成することは困難な状況であり、現在では機械的ないし物理的研磨と化学的研磨とを組み合わせたメカノケミカル研磨加工(Chemical Mechanical Polishing、以下「CMP」という)による平坦化が検討されるようになってきている。   However, with these methods, partial planarization is possible, but it is difficult to achieve the global planarization (complete planarization) required for next-generation devices. Planarization by mechanochemical polishing (hereinafter referred to as “CMP”) in which physical polishing and chemical polishing are combined has been studied.

一方、CMP加工技術は配線材料であるタングステン、銅、アルミニウム、ルテニウム、白金、金、ハフニウム、コバルトおよびニッケル等、バリア膜であるチタン、タンタルおよびそれらの合金、層間絶縁膜である二酸化ケイ素膜やLow−K膜、更に基板となる単結晶シリコンや多結晶シリコンなどの平坦化や、素子分離構造の形成およびその他への適用が検討されている。このような用途において、比較的硬度の高く、薬品の影響を受けにくいタングステン、ルテニウム、白金、ハフニウム等、特にタングステンを含む材料を研磨するための研磨用組成物が検討されている。   On the other hand, CMP processing technology includes tungsten, copper, aluminum, ruthenium, platinum, gold, hafnium, cobalt and nickel as wiring materials, titanium, tantalum and their alloys as barrier films, silicon dioxide films as interlayer insulating films, Planarization of a low-K film, single crystal silicon or polycrystalline silicon serving as a substrate, formation of an element isolation structure, and other applications are being studied. In such applications, polishing compositions for polishing materials including tungsten, ruthenium, platinum, hafnium, and the like that are relatively hard and are not easily affected by chemicals, such as tungsten, have been studied.

特許文献1には、研磨砥粒と、アンモニウム基含有pH調整剤と、酸化剤とを含むタングステン用研磨用組成物が記載されている。この特許文献に記載された研磨用組成物の特徴は、アンモニウム塩をpH調整剤として使用することによって不要な金属イオンの含有量が非常に低いことにある。しかしながら、タングステン膜に対する研磨速度は十分ではなく、実用的な研磨速度を得るためにはさらなる改良の余地があった。また、エロージョンも大きく、この点からも改良が望まれていた。   Patent Document 1 describes a polishing composition for tungsten containing abrasive grains, an ammonium group-containing pH adjuster, and an oxidizing agent. The characteristic of the polishing composition described in this patent document is that the content of unnecessary metal ions is very low by using an ammonium salt as a pH adjuster. However, the polishing rate for the tungsten film is not sufficient, and there is room for further improvement in order to obtain a practical polishing rate. Moreover, the erosion was also large, and the improvement was desired also from this point.

特許文献2には、酸化剤と多酸化部位を有する触媒を含む研磨用組成物が開示されている。この特許文献には、具体的には過酸化水素などの過酸化物と、硝酸第二鉄などの鉄塩を含む組成物が例示されている。しかし、本発明者らの検討によれば、このような研磨用組成物は絶縁膜に対する研磨速度が十分に大きくなく、一方でエロージョンが大きくなってしまう傾向が強く、改良が必要であった。   Patent Document 2 discloses a polishing composition containing an oxidant and a catalyst having multiple oxidation sites. Specifically, this patent document illustrates a composition containing a peroxide such as hydrogen peroxide and an iron salt such as ferric nitrate. However, according to the study by the present inventors, such a polishing composition does not have a sufficiently high polishing rate with respect to the insulating film, and on the other hand, the erosion tends to increase, and improvement is necessary.

特許文献3には、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化セリウム、窒化ケイ素、および酸化ジルコニウムからなる群より選ばれる研磨材および水を含んでなるタングステン膜の研磨用組成物であって、さらにこの組成物中に溶存している鉄 (III)化合物を含んでなることを特徴とする、タングステン膜の研磨用組成物が開示されている。しかし、スラリー保管中に凝集物が発生する可能性があり、保存安定性の観点から改良の余地があった。
再公表1998−054756号公報 特開平10−265766号公報 特開平10−163142号公報
Patent Document 3 discloses a tungsten film polishing composition comprising an abrasive selected from the group consisting of silicon dioxide, aluminum oxide, cerium oxide, silicon nitride, and zirconium oxide, and water, and further comprising this composition. Disclosed is a tungsten film polishing composition comprising an iron (III) compound dissolved therein. However, agglomerates may occur during slurry storage, and there is room for improvement from the viewpoint of storage stability.
Republished 1998-054756 Japanese Patent Laid-Open No. 10-265766 JP-A-10-163142

本発明は、前記したような従来の技術における問題点を改良しようとするものである。具体的には、従来技術において問題となっていた、エロージョンの発生を抑制し、また保存安定性の劣化を伴わずに、タングステン膜の研磨速度を大きくし、一方で絶縁膜の研磨速度を低くすることを目的とする。   The present invention seeks to improve the problems in the prior art as described above. Specifically, the generation of erosion, which has been a problem in the prior art, is suppressed, and the tungsten film polishing rate is increased without deteriorating storage stability, while the insulating film polishing rate is decreased. The purpose is to do.

本発明による研磨用組成物は、
1〜20g/Lの、平均一次粒子径が7〜40nmである二酸化ケイ素と、
10〜100g/Lのマロン酸と、
10〜100g/Lの、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、およびそれらの混合物からなる群から選択される水酸化物と、
20〜200g/Lの硝酸鉄と、
水と
を含んでなることを特徴とするものである。
The polishing composition according to the present invention comprises:
1 to 20 g / L of silicon dioxide having an average primary particle size of 7 to 40 nm;
10 to 100 g / L malonic acid;
10 to 100 g / L of a hydroxide selected from the group consisting of potassium hydroxide, ammonium hydroxide, and mixtures thereof;
20 to 200 g / L of iron nitrate;
It is characterized by comprising water.

また、本発明によるプラグや配線構造体の研磨方法は、表面にホールや配線溝を有する絶縁体層と、ホールや配線溝内が完全に埋まるように絶縁体層上に形成された、タングステンを含んでなる導体層とを具備してなるプラグや配線構造体を、前記配線構造体を前記の研磨用組成物により研磨することを特徴とするものである。   Also, the polishing method for a plug or wiring structure according to the present invention comprises an insulator layer having holes and wiring grooves on the surface, and tungsten formed on the insulating layer so that the holes and wiring grooves are completely filled. A plug or a wiring structure including a conductive layer including the conductive layer is polished with the polishing composition.

さらに本発明による配線構造体は、前記の研磨用組成物を用い一度研磨した後、タングステン膜に対する研磨速度より絶縁膜に対する研磨速度が大きい別の研磨用組成物で研磨する方法を用いることで、さらに良好な平坦性を得ることができる。   Furthermore, the wiring structure according to the present invention is polished once using the above polishing composition, and then polished with another polishing composition having a polishing rate for the insulating film larger than that for the tungsten film, Furthermore, good flatness can be obtained.

本発明によれば、タングステンに対する研磨速度は大きく、絶縁膜に対する研磨速度は小さい研磨用組成物が提供される。そのため、研磨時の絶縁膜のロスが少なく、低コストでプラグや配線を形成することができる。また、本発明に用いられる二酸化ケイ素は、アルミナなどの他の砥粒を使用した場合に比べて硬度が適当であるため、研磨した後の絶縁膜上のスクラッチが少ない。さらには、装置の腐蝕問題、人体への安全衛生上の問題、パッドの寿命の問題なども回避できる。   According to the present invention, a polishing composition having a high polishing rate for tungsten and a low polishing rate for an insulating film is provided. Therefore, there is little loss of the insulating film at the time of polishing, and plugs and wirings can be formed at low cost. Further, since silicon dioxide used in the present invention has an appropriate hardness as compared with the case where other abrasive grains such as alumina are used, there are few scratches on the insulating film after polishing. Furthermore, problems such as corrosion of the apparatus, safety and health problems to the human body, pad life and the like can be avoided.

<砥粒>
本発明の研磨用組成物は、砥粒として二酸化ケイ素を含んでなる。二酸化ケイ素は一般にゾルゲル法などにより製造されるものであり、種々のものが市販されている。本発明による研磨用組成物において、二酸化ケイ素はメカニカルな作用により被研磨面を研磨するものである。本発明は、タングステンに対する研磨速度を大きくして、絶縁膜に対する研磨速度をできるだけ小さくすること、言い換えると、タングステン膜に対する研磨速度を絶縁膜に対する研磨速度で除した、いわゆる選択比を大きくすることを目的とする。選択比が大きいことによって、タングステン膜と絶縁膜の両方を具備した配線構造体の研磨において、タングステン膜を高速で研磨し、かつストッパー層である絶縁膜が出現した時点で研磨を終了させることが容易となり、研磨作業の管理が容易となるからである。本発明においてこの二酸化ケイ素の粒径は、タングステンに対する研磨速度を大きくするという観点から一定以上に大きいことが好ましく、一方、絶縁膜に対する研磨速度をできるだけ小さくするという観点からは、粒径は小さいほうが好ましい。また、粒径が過度に大きいとエロージョンが劣化する傾向にある。
<Abrasive grains>
The polishing composition of the present invention comprises silicon dioxide as abrasive grains. Silicon dioxide is generally produced by a sol-gel method or the like, and various types are commercially available. In the polishing composition according to the present invention, silicon dioxide polishes the surface to be polished by mechanical action. The present invention increases the polishing rate for tungsten and reduces the polishing rate for the insulating film as much as possible, in other words, increases the so-called selection ratio obtained by dividing the polishing rate for the tungsten film by the polishing rate for the insulating film. Objective. Due to the large selection ratio, in polishing of a wiring structure having both a tungsten film and an insulating film, the tungsten film can be polished at a high speed and the polishing can be terminated when an insulating film as a stopper layer appears. This is because it becomes easy and management of the polishing operation becomes easy. In the present invention, the particle size of the silicon dioxide is preferably larger than a certain value from the viewpoint of increasing the polishing rate for tungsten. On the other hand, from the viewpoint of making the polishing rate for the insulating film as small as possible, the smaller particle size is preferable. preferable. Further, when the particle size is excessively large, erosion tends to deteriorate.

このような観点から、砥粒の大きさは一定の範囲であることが必要であり、具体的には、BET法により測定した平均一次粒子径で7〜40nmであることが必要であり、8〜20nmであることが好ましく、9〜15nmであることがより好ましい。   From such a viewpoint, the size of the abrasive grains needs to be within a certain range, specifically, the average primary particle diameter measured by the BET method needs to be 7 to 40 nm, and 8 It is preferably ˜20 nm, more preferably 9 to 15 nm.

また、研磨用組成物中の砥粒の含有量は、タングステン膜の研磨速度を大きくするという観点からより多いことが好ましく、一方、絶縁膜に対する研磨速度を低くするために過度に大きくならないことが好ましい。具体的には、砥粒の研磨用組成物に対する含有量は、1〜20g/Lであり、2〜15g/Lであることが好ましく、3〜10g/Lであることがより好ましい。   Further, the content of the abrasive grains in the polishing composition is preferably higher from the viewpoint of increasing the polishing rate of the tungsten film, and on the other hand, it may not be excessively increased in order to reduce the polishing rate for the insulating film. preferable. Specifically, the content of the abrasive grains with respect to the polishing composition is 1 to 20 g / L, preferably 2 to 15 g / L, and more preferably 3 to 10 g / L.

本発明によれば、砥粒である二酸化ケイ素の粒子径や濃度を適当にコントロールすることで、タングステン膜および絶縁膜に対する研磨速度がコントロールでき、高い選択比を維持しながら高い研磨速度で研磨することできる、いわば高選択性の研磨用組成物が提供される。   According to the present invention, the polishing rate for the tungsten film and the insulating film can be controlled by appropriately controlling the particle size and concentration of silicon dioxide as abrasive grains, and polishing is performed at a high polishing rate while maintaining a high selection ratio. In other words, a highly selective polishing composition is provided.

また、本発明における砥粒は、絶縁膜に対しては研磨せず、タングステン膜を選択的に研磨し、また被研磨物を汚染することを避けるために、金属イオン、特にナトリウムイオンをほとんど含まないものが好ましい。このような二酸化ケイ素として、テトラメトキシシランを原料として合成される高純度コロイダルシリカがこのましい。このような高純度シリカは、例えばテトラメトキシシランをメタノール、アンモニア及び水からなる溶媒中に溶解して加水分解させ、その後溶媒を水に置換することにより、不純物の含有量が少ない高純度コロイダルシリカを得ることができる。また、フュームドシリカも純度が高く好ましい二酸化ケイ素である。このフュームドシリカは、例えば四塩化ケイ素を酸素と水素の炎中で加水分解させることにより製造される。ここで、二酸化ケイ素の金属含有量を示す指標として、ナトリウムの含有量を用いることができるが、本発明においては、二酸化ケイ素のナトリウム含有量は1ppm以下であることが好ましく、0.5ppm以下であることがより好ましい。コロイダルシリカ中に1ppm以上のナトリウムが存在する場合は、研磨後の絶縁膜上にナトリウムが許容量以上に残留する可能性があるため、注意が必要である。   In addition, the abrasive grains in the present invention do not polish the insulating film, selectively polish the tungsten film, and contain almost no metal ions, particularly sodium ions, in order to avoid contaminating the object to be polished. None is preferred. As such silicon dioxide, high purity colloidal silica synthesized using tetramethoxysilane as a raw material is preferable. Such high-purity silica is, for example, high-purity colloidal silica with a low content of impurities by dissolving tetramethoxysilane in a solvent consisting of methanol, ammonia and water and hydrolyzing it, and then substituting the solvent with water. Can be obtained. Fumed silica is also a preferred silicon dioxide with high purity. This fumed silica is produced, for example, by hydrolyzing silicon tetrachloride in an oxygen and hydrogen flame. Here, as an index indicating the metal content of silicon dioxide, the content of sodium can be used. In the present invention, the sodium content of silicon dioxide is preferably 1 ppm or less, and 0.5 ppm or less. More preferably. When 1 ppm or more of sodium is present in the colloidal silica, care should be taken because sodium may remain in an amount exceeding an allowable amount on the polished insulating film.

なお、ケイ酸ナトリウムをイオン交換樹脂で処理して製造した、ケイ酸ソーダ法コロイダルシリカは、ナトリウムの不純物が比較的多く、絶縁膜に対するナトリウムが大きくなる傾向があるので、好ましくない。   Note that sodium silicate colloidal silica produced by treating sodium silicate with an ion exchange resin is not preferable because it contains a relatively large amount of sodium impurities and tends to increase sodium relative to the insulating film.

なお、本発明による研磨用組成物は、コロイダルシリカ以外の砥粒を含むこともできる。そのような砥粒としては、コロイダルシリカ以外の二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化セリウム、窒化ケイ素、および酸化ジルコニウムが挙げられる。しかしながら、二酸化ケイ素以外の砥粒はスクラッチが多くなる傾向にあるので、それらの砥粒の選択には注意を払う必要がある。   In addition, the polishing composition by this invention can also contain abrasive grains other than colloidal silica. Examples of such abrasive grains include silicon dioxide other than colloidal silica, aluminum oxide, cerium oxide, silicon nitride, and zirconium oxide. However, since abrasive grains other than silicon dioxide tend to have more scratches, care must be taken in selecting the abrasive grains.

<硝酸鉄>
本発明において、硝酸鉄は、研磨促進剤として、ケミカルな作用により研磨作用を促進するものである。なかでも、研磨作用を促進する効果に優れるため、鉄イオンが3価である硝酸第二鉄が好適に用いられる。
<Iron nitrate>
In the present invention, iron nitrate promotes the polishing action by a chemical action as a polishing accelerator. Especially, since it is excellent in the effect which accelerates | stimulates a grinding | polishing effect | action, ferric nitrate whose iron ion is trivalent is used suitably.

本発明による研磨用組成物の硝酸鉄の含有量は、特にタングステンに対する研磨速度を大きくするために多いことが好ましいが、添加量が過大になると析出物が発生する可能性がある。具体的には、硝酸鉄の添加量は研磨用組成物の全量に対して、20〜200g/Lであり、、好ましくは40〜150g/Lである。   The content of iron nitrate in the polishing composition according to the present invention is preferably large, particularly in order to increase the polishing rate for tungsten. However, if the amount added is excessive, precipitates may be generated. Specifically, the addition amount of iron nitrate is 20 to 200 g / L, preferably 40 to 150 g / L, based on the total amount of the polishing composition.

<マロン酸>
本発明による研磨用組成物は、マロン酸を含んでなる。このマロン酸は、組成物の保存安定性を改良する効果を有するものである。マロン酸の含有量は、調製時、特に硝酸鉄の添加時に析出物が発生することを防ぐために多いことが好ましく、一方で組成物を例えば5℃以下の低温にしたときに沈殿物が発生するのを防ぐために一定量以下であることが好ましい。
<Malonic acid>
The polishing composition according to the present invention comprises malonic acid. This malonic acid has an effect of improving the storage stability of the composition. The content of malonic acid is preferably large in order to prevent the formation of precipitates at the time of preparation, particularly when iron nitrate is added. On the other hand, precipitates are generated when the composition is at a low temperature of, for example, 5 ° C. or lower. In order to prevent this, it is preferable that the amount is not more than a certain amount.

本発明において、マロン酸の含有量は、後述する組成物のpHにも寄与するが、組成物全体に対して10〜100g/Lであり、20〜70g/Lであることが好ましい。   In the present invention, the content of malonic acid contributes to the pH of the composition described later, but is 10 to 100 g / L, preferably 20 to 70 g / L, based on the entire composition.

<水酸化物>
本発明による研磨用組成物は、水酸化物を含んでなる。この水酸化物は、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、またはそれらの混合物である。この水酸化物は、組成物のpHを調整する効果を奏する。すなわち、組成物中の砥粒の安定性を維持するためには含有量が多いことが好ましいが、組成物調製時、例えば硝酸鉄の添加時の析出物の発生を抑制するためには一定量以下であることが好ましい。具体的には、その添加量はその他の成分の含有量により変化するが、10〜100g/Lであり、好ましくは20〜70g/Lである。
<Hydroxide>
The polishing composition according to the present invention comprises a hydroxide. The hydroxide is potassium hydroxide, ammonium hydroxide, or a mixture thereof. This hydroxide has the effect of adjusting the pH of the composition. That is, it is preferable that the content is large in order to maintain the stability of the abrasive grains in the composition, but a certain amount in order to suppress the generation of precipitates during the preparation of the composition, for example, when iron nitrate is added. The following is preferable. Specifically, the amount added varies depending on the content of other components, but is 10 to 100 g / L, preferably 20 to 70 g / L.

<水>
本発明による研磨用組成物は、各成分を分散又は溶解するための溶媒として、水を含んでなる。水は、研磨用組成物の各成分の作用を阻害することを抑制するという観点から、不純物をできる限り含有しない水が好ましく、具体的には、イオン交換樹脂にて不純物イオンを除去した後、フィルタを通して異物を除去した純水や超純水、又は蒸留水が好ましい。
<Water>
The polishing composition according to the present invention comprises water as a solvent for dispersing or dissolving each component. From the viewpoint of suppressing the inhibition of the action of each component of the polishing composition, water is preferably water containing as little impurities as possible, specifically, after removing impurity ions with an ion exchange resin, Pure water, ultrapure water, or distilled water from which foreign substances have been removed through a filter is preferable.

<研磨用組成物>
本発明の研磨用組成物は、一般に上記の各成分、すなわち砥粒、硝酸鉄、および無機酸を水に分散または溶解させることにより調製する。これらの成分を水中に分散または溶解させる方法は任意であり、例えば、翼式撹拌機で撹拌、または超音波分散により分散させる。また、これらの混合順序は任意であるが、水にマロン酸および水酸化物を溶解させ、さらに硝酸鉄を溶解させた後、砥粒を添加することが好ましい。このような順序で混合して調製することで、組成物中の二酸化ケイ素の安定性を損なうことが無く、また鉄塩などの析出を防ぐことができる。
<Polishing composition>
The polishing composition of the present invention is generally prepared by dispersing or dissolving the above-described components, that is, abrasive grains, iron nitrate, and inorganic acid in water. The method of dispersing or dissolving these components in water is arbitrary, and for example, they are dispersed by stirring with a blade-type stirrer or ultrasonic dispersion. Moreover, although the mixing order is arbitrary, it is preferable to add abrasive grains after dissolving malonic acid and hydroxide in water and further dissolving iron nitrate. By mixing and preparing in this order, the stability of silicon dioxide in the composition is not impaired, and precipitation of iron salts and the like can be prevented.

また、上記の研磨用組成物の調製に際しては、製品の品質保持や安定化を図る目的や、被加工物の種類、加工条件およびその他の研磨加工上の必要に応じて、各種の公知の添加剤をさらに加えてもよい。   In preparing the above polishing composition, various known additives may be added depending on the purpose of maintaining or stabilizing the quality of the product, the type of workpiece, processing conditions, and other polishing processing needs. An agent may be further added.

すなわち、さらなる添加剤の好適な例としては、
(a)有機酸、例えばコハク酸、クエン酸、リンゴ酸、グリセリン酸、マンデル酸、アスコルビン酸、グルタミン酸、グリオキシル酸、グリコール酸、乳酸、グルコン酸、酒石酸、マレイン酸、またはイタコン酸など、
(b)界面活性剤、例えば、アニオン界面活性剤、ノニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤など、
(c)水溶性高分子(乳化剤)類、例えばポリアクリル酸、ヒドロキシエチルセルロースまたはプルランなどの水溶性セルロール、ポリビニルアルコールなど、
(d)金属キレート剤、例えばエチレンジアミン四酢酸(EDTA)、ジエチレントリアミン五酢酸(DTPA)など、
が挙げられる。
That is, suitable examples of further additives include
(A) organic acids such as succinic acid, citric acid, malic acid, glyceric acid, mandelic acid, ascorbic acid, glutamic acid, glyoxylic acid, glycolic acid, lactic acid, gluconic acid, tartaric acid, maleic acid or itaconic acid,
(B) surfactants such as anionic surfactants, nonionic surfactants, cationic surfactants,
(C) Water-soluble polymers (emulsifiers), for example, water-soluble cellulose such as polyacrylic acid, hydroxyethyl cellulose or pullulan, polyvinyl alcohol,
(D) Metal chelating agents such as ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA), etc.
Is mentioned.

なお本発明においては、過酸化水素および過硫酸塩を使用すべきではない。たとえば、過酸化水素を添加すると急激に分解して酸素を発生させるため危険な場合もあり、注意が必要である。   In the present invention, hydrogen peroxide and persulfate should not be used. For example, when hydrogen peroxide is added, it decomposes rapidly and generates oxygen, which may be dangerous, so care must be taken.

本発明の研磨用組成物は、その主要成分の添加により酸性を示すのが普通である。各種の補助添加剤の添加により研磨用組成物のpHは変動するが、本発明の効果を発現させるためには組成物が酸性を示すことが好ましい。特に、硝酸鉄に由来する鉄化合物の析出が抑制され、またタングステン膜に対する研磨速度を高く維持するためにはpHが低いことが好ましく、一方で過度にpHが低いと装置の腐食などの問題が発生することがある。このような観点から、pHは1.5〜3であることが好ましく、2〜2.5であることがより好ましい。このようなpHを達成するために、前記の無機酸、または任意成分である有機酸を用いてpHを調製することができる。なお、本発明による研磨用組成物は比較的高いpHを有するため、輸送時や保存時の制約が少ないものである。   The polishing composition of the present invention usually exhibits acidity by the addition of its main components. Although the pH of the polishing composition varies depending on the addition of various auxiliary additives, it is preferable that the composition exhibits acidity in order to exhibit the effects of the present invention. In particular, precipitation of iron compounds derived from iron nitrate is suppressed, and in order to maintain a high polishing rate for the tungsten film, it is preferable that the pH is low. On the other hand, if the pH is excessively low, problems such as corrosion of the apparatus occur. May occur. From such a viewpoint, the pH is preferably 1.5 to 3, and more preferably 2 to 2.5. In order to achieve such a pH, the pH can be adjusted using the inorganic acid or an organic acid which is an optional component. In addition, since the polishing composition by this invention has comparatively high pH, there are few restrictions at the time of transportation and storage.

また、本発明の研磨用組成物は、比較的高濃度の原液として調製して貯蔵または輸送などをし、実際の研磨加工時に希釈して使用することもできる。このような方法はコストの観点から一般に有利である。前述の好ましい濃度範囲は、実際の研磨加工時のものとして記載したのであり、このような使用方法をとる場合、貯蔵または輸送などをされる状態においてはより高濃度の溶液となることは言うまでもない。   In addition, the polishing composition of the present invention can be prepared as a stock solution having a relatively high concentration, stored or transported, and diluted and used during actual polishing. Such a method is generally advantageous from a cost standpoint. The above-mentioned preferable concentration range is described as that at the time of actual polishing, and it goes without saying that when such a method of use is used, a solution with a higher concentration is obtained in a state where it is stored or transported. .

<研磨方法>
本発明による研磨用組成物は、種々の被研磨物に対して適用が可能であるが、タングステンを含む材料、特にタングステン膜と絶縁膜とを具備してなる材料、より具体的には絶縁体支持体、例えばウェーハ、上に施された配線用のタングステン膜を具備する配線構造体の研磨に用いられることが好ましい。このタングステン膜を形成するタングステンは、配線用に用いられるものであればいかなるものであってもよく、例えば、金、銀、白金、銅、亜鉛、およびその他が配合されたものであってもよい。
<Polishing method>
The polishing composition according to the present invention can be applied to various objects to be polished. However, a material containing tungsten, particularly a material comprising a tungsten film and an insulating film, more specifically an insulator. It is preferably used for polishing a wiring structure comprising a support, for example, a wafer, a tungsten film for wiring applied on the support. Any tungsten may be used for forming the tungsten film as long as it is used for wiring. For example, gold, silver, platinum, copper, zinc, and others may be blended. .

本発明による配線構造体の研磨方法は、そのような配線構造体を研磨するのに前記の研磨用組成物を用いることを必須とする。それ以外は、従来知られている任意の研磨方法を用いることができる。   In the method for polishing a wiring structure according to the present invention, it is essential to use the above polishing composition to polish such a wiring structure. Other than that, any conventionally known polishing method can be used.

配線構造体の研磨工程は、一般的には2回またはそれ以上の研磨工程に分かれており、速い研磨速度で大まかな研磨を行った後、研磨面を整える精密研磨を行ったり、被研磨面に存在する複数種の構造物の一部だけをまず研磨し、さらに別工程で残った構造物を研磨することが行われる。そのような研磨工程を複数に分けることは、コスト的には不利である。これに対して本発明の研磨方法は、前記研磨用組成物が高い選択比により、実質的にタングステン膜だけを研磨し、絶縁膜をそのまま残存させるために、研磨工程を1回で完了することが可能である。このため、本発明による研磨方法は1段研磨であることが好ましい。言い換えれば、前記の研磨用組成物により表面が1回のみ研磨された配線構造体は、低いコストで製造され、かつその表面特性が優れたものであるということができる。しかしながら、被研磨面をより精密に仕上げるなどの必要性から、複数回にわたる研磨を行うことも可能であり、必要に応じて例えば硝酸鉄を含有しない組成物で絶縁膜を研磨する方法を採用することなどもできる。   The polishing process of the wiring structure is generally divided into two or more polishing processes. After roughly polishing at a high polishing rate, precision polishing to prepare the polishing surface or polishing target surface is performed. First, only a part of a plurality of types of structures existing in 1 is polished, and the remaining structure in another process is polished. Dividing such a polishing process into a plurality is disadvantageous in terms of cost. On the other hand, the polishing method of the present invention completes the polishing process once in order to substantially polish only the tungsten film and leave the insulating film as it is, with a high selection ratio of the polishing composition. Is possible. For this reason, the polishing method according to the present invention is preferably a one-step polishing. In other words, it can be said that the wiring structure whose surface is polished only once by the polishing composition is manufactured at a low cost and has excellent surface characteristics. However, since it is necessary to finish the surface to be polished more precisely, it is possible to perform polishing several times, and a method of polishing the insulating film with a composition not containing iron nitrate, for example, is adopted as necessary. You can also.

本発明の研磨方法によれば、例えばタングステン膜に対しては200nm/分以上、絶縁膜に対しては、20nm/分以下、好ましくは10m/分以下の研磨速度が達成され、このとき、研磨の選択比(タングステン膜に対する研磨速度/絶縁膜に対する研磨速度)は10以上、好ましくは20以上となる。   According to the polishing method of the present invention, for example, a polishing rate of 200 nm / min or more for a tungsten film and 20 nm / min or less, preferably 10 m / min or less for an insulating film is achieved. The selection ratio (polishing rate for the tungsten film / polishing rate for the insulating film) is 10 or more, preferably 20 or more.

また、本発明の研磨方法によれば、エロージョンが小さくなる。具体的なエロージョン量は、配線構造体の構造に依存するが、例えば0.25ミクロンプラグが0.25ミクロンのスペースで配置されている場合のプラグ部分のエロージョンは、一般に40nm以下、好ましくは、30nm以下、より好ましくは、20nm以下となる。   Further, according to the polishing method of the present invention, erosion is reduced. The specific erosion amount depends on the structure of the wiring structure. For example, when the 0.25 micron plug is arranged in a space of 0.25 micron, the erosion of the plug part is generally 40 nm or less, preferably 30 nm or less, more preferably 20 nm or less.

本発明を諸例を用いて説明すると以下の通りである。   The present invention will be described below with reference to various examples.

研磨用組成物の調製
研磨用組成物として、砥粒としての二酸化ケイ素、マロン酸、水酸化物、および硝酸鉄を、表1に示すとおりに配合して研磨用組成物を調製した。なお、硝酸鉄(III)は9水和物を用いて組成物を調製した。

Figure 2009206151
表中
砥粒A:テトラメトキシシランを、メタノールを含有する溶媒中でアンモニア触媒で縮合させて製造する、金属アルコキシド法により製造されたコロイダルシリカ
砥粒B:四塩化ケイ素を酸素と水素の炎中で加水分解させることにより製造されたフュームドシリカ
砥粒C:ケイ酸ナトリウムをイオン交換樹脂で処理することにより製造する、ケイ酸ソーダ法により製造されたコロイダルシリカ Preparation of Polishing Composition A polishing composition was prepared by blending silicon dioxide, malonic acid, hydroxide, and iron nitrate as abrasive grains as shown in Table 1. In addition, iron (III) nitrate prepared the composition using the 9 hydrate.
Figure 2009206151
Abrasive grain A in the table: produced by condensing tetramethoxysilane with an ammonia catalyst in a solvent containing methanol, colloidal silica abrasive grain B produced by a metal alkoxide method: silicon tetrachloride in a flame of oxygen and hydrogen Fumed silica abrasive grains C produced by hydrolysis: colloidal silica produced by a sodium silicate method, produced by treating sodium silicate with an ion exchange resin

得られた各研磨用組成物を用いて、下記の方法により評価を行った。   Each polishing composition obtained was evaluated by the following methods.

研磨速度の測定
タングステン膜研磨速度を測定するための試料として直径200mmのタングステンブランケットウェーハ、絶縁膜の研磨速度を測定するための試料として、TEOSブランケットウェーハを準備した。これらのウェーハを以下の研磨条件1により研磨した。
<研磨条件1>
研磨機: 片面CMP用研磨機(Applied Mirra Mesa CMPシステム(商品名);アプライドマテリアルズ社(米国)製)
研磨パッド: ポリウレタン製の積層研磨パッド(IC−1000/SubaIV;ローム・アンド・ハース社(米国)製)
研磨圧力: 4psi(=約28kPa)
定盤回転数: 68[rpm]
研磨用組成物の供給速度: 150[ml/min]
キャリア回転数: 72[rpm]
Measurement of Polishing Rate A tungsten blanket wafer having a diameter of 200 mm was prepared as a sample for measuring the tungsten film polishing rate, and a TEOS blanket wafer was prepared as a sample for measuring the polishing rate of the insulating film. These wafers were polished under the following polishing conditions 1.
<Polishing condition 1>
Polishing machine: Polishing machine for single-sided CMP (Applied Mirra Mesa CMP system (trade name); manufactured by Applied Materials (USA))
Polishing pad: Laminated polishing pad made of polyurethane (IC-1000 / SubaIV; manufactured by Rohm and Haas (USA))
Polishing pressure: 4 psi (= about 28 kPa)
Plate rotation speed: 68 [rpm]
Supply rate of polishing composition: 150 [ml / min]
Carrier rotation speed: 72 [rpm]

研磨速度は、研磨加工前後の被研磨物の厚みをシート抵抗測定器(VR−120(商品名)、国際電気システムサービス株式会社製)を用いて測定して、単位時間あたりの厚みの減少量を研磨速度とした。また、選択比は、タングステン膜に対する研磨速度をTEOS膜に対する研磨速度で除することにより求めた。   The polishing rate is determined by measuring the thickness of an object to be polished before and after polishing using a sheet resistance measuring instrument (VR-120 (trade name), manufactured by Kokusai Electric System Service Co., Ltd.). Was the polishing rate. The selection ratio was obtained by dividing the polishing rate for the tungsten film by the polishing rate for the TEOS film.

エロージョンの測定
被研磨物として、タングステンパターンウエハ(アドバンテック株式会社製、DDTEGマスクパターン、タングステン成膜厚さ4000Å、初期凹部4000Å)を準備した。このウェーハには、0.25ミクロンプラグが0.25ミクロンのスペースで配置されている部分と、0.25ミクロンのタングステンの配線(ライン)が0.25ミクロンのスペースで配置された配線部分とを有するものである。
As an object to be measured for erosion , a tungsten pattern wafer (manufactured by Advantech Co., Ltd., DDTEG mask pattern, tungsten film thickness 4000 mm, initial recess 4000 mm) was prepared. This wafer has a portion in which 0.25 micron plugs are arranged in a 0.25 micron space, and a wiring portion in which 0.25 micron tungsten wires (lines) are arranged in a 0.25 micron space. It is what has.

この被研磨物を各例の研磨用組成物を用いて、研磨条件1により絶縁膜を20nm削り込むまで研磨加工し、研磨後のタングステンパターンウエハ表面のプラグ部分、およびライン部分におけるエロージョン量を接触式の表面測定装置であるプロフィラ(HRP340(商品名);ケーエルエー・テンコール株式会社製)を用いて測定した。   This polishing object is polished using the polishing composition of each example until the insulating film is cut by 20 nm under the polishing condition 1, and the erosion amount in the plug portion and line portion of the polished tungsten pattern wafer surface is contacted. It was measured using a profila (HRP340 (trade name); manufactured by KLA-Tencor Corporation) which is a surface measuring device of the formula.

研磨用組成物安定性の評価
調製された研磨用組成物を、それぞれ1リットルサイズのポリビンに1リットル充填し、それを0℃、25℃、40℃、60℃、80℃の環境下に静置して、ゲル化又は沈殿物などの発生を観察することにより安定性を評価した。評価基準は以下の通りである。
○;すべての温度条件で1週間以上ゲル化せず、または沈殿物の発生なし
×;少なくとも一つの温度条件で1週間以内にゲル化または沈殿物発生
Evaluation of Stability of Polishing Composition 1 l of the prepared polishing composition is filled in each 1 liter-sized polybin, which is then allowed to stand still in an environment of 0 ° C, 25 ° C, 40 ° C, 60 ° C and 80 ° C. Then, the stability was evaluated by observing the occurrence of gelation or precipitates. The evaluation criteria are as follows.
○: No gelation for 1 week or more at all temperature conditions, or no precipitation occurred ×: Gelation or precipitation occurred within 1 week at at least one temperature condition

研磨後のウェーハ上の残留ナトリウム量の評価
研磨後のウェーハ上に残留するナトリウム量の評価は、TEOS膜を各研磨用組成物を用いて1分間研磨し、純水にて洗浄処理した後、HF水溶液でウェーハ表面の金属不純物を溶解回収し、回収液中のナトリウム量を誘導結合プラズマ質量分析(ICP−MS)によって定量分析することによって行った。評価基準は以下の通りである。
○: ナトリウム残留量が非常に少なく良好
△: ナトリウム残留量が若干認められるが、実用上利用可能
×: 実用不可能なレベルでナトリウムが残留
Evaluation of the amount of sodium remaining on the wafer after polishing Evaluation of the amount of sodium remaining on the wafer after polishing was performed by polishing the TEOS film for 1 minute using each polishing composition and washing with pure water. Metal impurities on the wafer surface were dissolved and recovered with an aqueous HF solution, and the amount of sodium in the recovered solution was quantitatively analyzed by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). The evaluation criteria are as follows.
○: Residual amount of sodium is very small and good. △: Residual amount of sodium is recognized, but practically usable. ×: Sodium remains at a level that is not practical.

Figure 2009206151
Figure 2009206151

Claims (5)

1〜20g/Lの、平均一次粒子径が7〜40nmである二酸化ケイ素と、
10〜100g/Lのマロン酸と、
10〜100g/Lの、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、およびそれらの混合物からなる群から選択される水酸化物と、
20〜200g/Lの硝酸鉄と、
水と
を含んでなることを特徴とする研磨用組成物。
1 to 20 g / L of silicon dioxide having an average primary particle size of 7 to 40 nm;
10 to 100 g / L malonic acid;
10 to 100 g / L of a hydroxide selected from the group consisting of potassium hydroxide, ammonium hydroxide, and mixtures thereof;
20 to 200 g / L of iron nitrate;
A polishing composition comprising water.
前記二酸化ケイ素が、テトラメトキシシランを加水分解させることにより製造されたものである、請求項1に記載の研磨用組成物。   The polishing composition according to claim 1, wherein the silicon dioxide is produced by hydrolyzing tetramethoxysilane. 前記二酸化ケイ素のナトリウム含有量が、1ppm以下である、請求項1または2に記載の研磨用組成物。   Polishing composition of Claim 1 or 2 whose sodium content of the said silicon dioxide is 1 ppm or less. 前記研磨用組成物のpHが1.5〜3の範囲である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の研磨用組成物。   The polishing composition according to any one of claims 1 to 3, wherein the polishing composition has a pH of 1.5 to 3. 表面に配線溝を有する絶縁体層と、配線溝内が完全に埋まるように絶縁体層上に形成された、タングステンを含んでなる導体層とを具備してなる配線構造体を、前記配線構造体を請求項1〜4のいずれか1項に記載の研磨用組成物により研磨することを特徴とする、配線構造体の研磨方法。   A wiring structure comprising: an insulating layer having a wiring groove on a surface; and a conductor layer containing tungsten formed on the insulating layer so as to completely fill the wiring groove. A method for polishing a wiring structure, comprising polishing the body with the polishing composition according to any one of claims 1 to 4.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012117025A (en) * 2010-12-03 2012-06-21 Nippon Sheet Glass Co Ltd Anti-fog coated article

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